KR20220111861A

KR20220111861A - 비회전식 전력 발생기

Info

Publication number: KR20220111861A
Application number: KR1020210015155A
Authority: KR
Inventors: 박찬희
Original assignee: 박찬희
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-10

Abstract

본 발명에 따른 비회전식 전력 발생기는 강판의 적층 구조에 의해 일정 두께를 갖는 직육면체 형태를 포함하고, 상기 직육면체의 일면이 사각 형태로 관통된 중앙홀을 포함하는 강판 프레임; 및 상기 강판 프레임의 외측 상면과 상기 중앙홀의 내측 상면을 에워싸도록 와인딩된 상부 권선을 포함하고, 상기 강판 프레임은, 상기 중앙홀을 중심으로 양 측부 각각에 적어도 하나 이상 이상의 관통된 제1 홀부 및 제2 홀부을 포함하고, 상기 강판 프레임의 외측 측면과 상기 제1 홀부 및 상기 제2 홀부 각각을 에워싸도록 와인딩된 제1 측부권선 및 제2 측부권선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비회전식 전력 발생기{Non-rotating power generator}

본 발명은 전력발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 회전력 없이도 전력을 발생하도록 하기 위한 전력발생기에 관한 것이다.

화석연료의 사용에 의해 발생하는 이산화탄소는 기후 온난화를 가속시키고 있으며, 디젤유 및 석탄에서 발생하는 미세먼지는 대기를 오염시키고 있다.

기후 온난화 속도를 늦추고, 미세먼지를 배출원을 제거하기 위해서는 화력발전소의 축소와 전기 자동차 보급을 위한 재생에너지 개발이 필요하다.

일반적으로 회전식 발전기의 회전력은 화력, 원자력, 수력, 풍력 등에서 얻어지고 있다. 이러한, 회전식 발전기의 경우에는 자속의 변화가 없는 직류 전자석 또는 영구자석이 사용되므로, 자속의 변화를 주기 위해 발전기의 회전축에 자석을 고정하여 함께 회전시키게 된다.

발전기의 전기자 도선은 고정된 프레임 내측 표면의 슬롯에 내장되어 있고, 자석이 회전하여 전기자 도선에 자력의 영향이 미치기 시작할 때, 기전력의 발생이 시작되고, 자석이 도선에 가장 가까이 왔을 때 자력의 크기가 최대가 되며, 이때 기전력의 크기도 최대가 된다. 자석이 기전력의 최대 점을 지나서, 더 이동하게 되면 자력의 세기도 줄어들면서 기전력의 크기도 줄어들게 되는 원리를 이용한다.

그런데, 이러한 회전식 발전기의 경우에는, 전기자 도선을 쇄교(관통)하는 자력선에 변화를 주기 위해 회전력이 필요하며, 이로 인해, 회전력 발생 장치와 동력 전달을 위한 부가장치들이 필요하고, 회전 시에 회전자와 고정자 사이의 최소 1[mm] 이상의 공극이 필요하며, 공극에 의한 자극 누설계수는 0.15~0.25(15~25%) 그리고 공극에 의한 큰 자기 저항이 자기회로에 형성된다.

대한민국 공개특허공보 10-2015-0082398호(공개일 2015년 7월 15일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 교번 자계를 이용하여 전력을 발생시키는 비회전식의 전력 발생기에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 비회전식 전력 발생기는 강판의 적층 구조에 의해 일정 두께를 갖는 직육면체 형태를 포함하고, 상기 직육면체의 일면이 사각 형태로 관통된 중앙홀을 포함하는 강판 프레임; 및 상기 강판 프레임의 외측 상면과 상기 중앙홀의 내측 상면을 에워싸도록 와인딩된 상부 권선을 포함하고, 상기 강판 프레임은, 상기 중앙홀을 중심으로 양 측부 각각에 적어도 하나 이상의 관통된 제1 홀부 및 제2 홀부을 포함하고, 상기 강판 프레임의 외측 측면과 상기 제1 홀부 및 상기 제2 홀부 각각을 에워싸도록 와인딩된 제1 측부권선 및 제2 측부권선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 강판 프레임은, 규소 재질인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 홀부 및 상기 제2 홀부는, 각각 단면의 형태가 직사각형 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 홀부는, 상기 중앙홀을 중심으로 일 측부에 2개의 홀이 형성된 제1 슬롯 및 제2 슬롯을 포함하고, 상기 제2 홀부는, 상기 중앙홀을 중심으로 타 측부에 2개의 홀이 형성된 제3 슬롯 및 제4 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 측부권선은 총권선수의 1/2이 제1 슬롯에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 상기 제2 슬롯에 와인딩되고, 상기 제2 측부권선은 총권선수의 1/2이 제3 슬롯에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 상기 제4 슬롯에 와인딩된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 터빈 또는 블레이드 등의 기계적 회전 없이 교류 전력의 인가에 의해 전력을 발생시킬 수 있으므로, 전기차 등의 이동식 전력 소비장치 또는 비이동식 전력 소비장치에서 필요한 전력을 용이하게 공급할 수 있다.

즉, 본 발명의 비회전식 전력발생기는 사각형 내철형 변압기 형태의 일측 변의 철심에 교류 전자석의 권선을 와인딩하여, 교류 자속을 공급하고, 상기 일측 변에 접한 양쪽 변의 철심에 전기자 도선을 내장하여, 교류의 교번 자속이 전기자 도선을 관통(쇄교)하도록 하고, 이를 통해 전기자 도선에 기전력을 생성할 수 있도록 한다.

이에 따르면, 회전이 불필요하므로 회전식 발전기와 같은 부가장치들이 필요치 않고, 회전에서 비롯된 진동에 의한 고장 등을 염려할 필요도 없으며, 회전식 발전기에서 전자석을 이용할 때 필요한 브러시가 마모되는 등으로 인한 소모품도 필요하지 않다. 또한, 본 발명에 따르면, 공극마저 없기 때문에 누설자속 및 자기 저항을 최소화할 수 있어, 이를 통해 기존 발전기의 단점을 극복할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 비회전식 전력 발생기를 설명하기 위한 일 실시예의 구조도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　또한, 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 비회전식 전력 발생기(100)를 설명하기 위한 일 실시예의 구조도이다.

도 1을 참조하면, 비회전식 전력 발생기(100)는 강판 프레임(110), 상부 권선(120), 제1 측부권선(130), 제2 측부권선(140) 및 교류전원 공급부(150)를 포함한다.

강판 프레임(110)은 강판의 적층 구조에 의해 일정 두께를 갖는 직육면체 형태를 포함한다. 강판 프레임(110)은 규소 재질일 수 있다.

강판 프레임(110)은 복수개의 강판들을 적층한 후에, 강판을 관통하는 구멍에 고정 나사 등을 삽입하여 복수개의 강판들을 고정시킬 수 있다. 여기서, 일정 두께는 전력 인가에 의해 자속을 효과적으로 발생시킬 수 있는 정도의 두께를 갖는다.

강판 프레임(110)은 직육면체를 가지며, 이러한 직육면체의 일면이 사각 형태로 관통된 중앙홀(110-1)을 포함한다. 중앙홀(110-1)의 크기는 전력 인가에 의해 자속을 효과적으로 발생시킬 수 있는 정도의 크기일 수 있다.

강판 프레임(110)은 중앙홀(110-1)을 중심으로 양 측부 각각에 적어도 하나 이상 이상 관통된 제1 홀부(110-2) 및 제2 홀부(110-3)을 포함하고 있다.

제1 홀부(110-2)는 홀의 단면의 형태가 직사각형 형태인 것일 수 있다. 이러한, 제1 홀부(110-2)는 중앙홀(110-1)을 중심으로 일 측부에 2개의 홀이 형성된 제1 슬롯(110-21) 및 제2 슬롯(110-22)을 포함할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 제1 홀부(110-2)가 2개의 슬롯을 포함하고 있지만, 이는 예시적인 것일 뿐이며, 필요에 따라 1개 또는 3개 이상의 슬롯이 형성된 것일 수도 있다. 제1 슬롯(110-21) 및 제2 슬롯(110-22) 각각은 제1 측부권선(130)이 삽입 및 와인딩될 수 있는 정도의 홀 간격이 형성되어 있다.

제2 홀부(110-3)의 경우에도 홀의 단면의 형태가 직사각형 형태인 것일 수 있다. 이러한, 제2 홀부(110-3)는 중앙홀(110-1)을 중심으로 타 측부에 2개의 홀이 형성된 제3 슬롯(110-31) 및 제4 슬롯(110-32)을 포함할 수 있다. 다만, 제2 홀부(110-3)가 2개의 슬롯을 포함하고 있지만, 이는 예시적인 것일 뿐이며, 필요에 따라 1개 또는 3개 이상의 슬롯이 형성된 것일 수도 있다. 제3 슬롯(110-31) 및 제4 슬롯(110-32) 각각은 제2 측부권선(140)이 삽입 및 와인딩될 수 있는 정도의 홀 간격이 형성되어 있다.

상부 권선(120)은 강판 프레임(110)의 외측 상면과 중앙홀(110-1)의 내측 상면을 에워싸도록 와인딩되어 있다. 상부 권선(120)은 전원 인가에 따라 전류가 흐를 수 있는 금속재질의 선으로 구성된다. 교류전원 공급부(150)는 상부 권선(120)에 연결되어 상부 권선(120)에 교류 전원을 공급한다. 교류전원 공급부(150)에서 공급되는 교류 전원에 의해 상부 권선(120)에서 자속이 발생하게 되고, 발생된 자속은 강판 프레임(110)을 따라 흐르게 된다.

제1 측부권선(130)은 강판 프레임(110)의 외측 측면과 제1 홀부(110-2)을 에워싸도록 와인딩되어 있다. 제1 측부권선(130)은 강판 프레임(110)을 따라 흐르는 자속에 의해 발생되는 기전력이 흐를 수 있는 금속재질의 선으로 구성된다.

제1 측부권선(130)은 총권선수의 1/2이 제1 홀부(110-2)의 제1 슬롯(110-21)에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 제2 슬롯(110-22)에 와인딩될 수 있다..

이때, 제1 측부권선(130)은 제1 슬롯(110-21)에 총권선수의 1/2이 전부 와인딘 된 후에 나머지 권선수 1/2이 제2 슬롯(110-22)에 와이딩된 것일 수 있다. 또한, 제1 측부권선(130)은 제1 홀부(110-2)의 제1 슬롯(110-21)과 제2 슬롯(110-22)을 교번하여 감싸도록 와인딩된 것일 수도 있다.

제2 측부권선(140)은 강판 프레임(110)의 외측 측면과 제2 홀부(110-3)을 에워싸도록 와인딩되어 있다. 제2 측부권선(140)의 경우에도 강판 프레임(110)을 따라 흐르는 자속에 의해 발생되는 기전력이 흐를 수 있는 금속재질의 선으로 구성된다.

제2 측부권선(140)은 총권선수의 1/2이 제2 홀부(110-3)의 제3 슬롯(110-31)에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 제4 슬롯(110-32)에 와인딩될 수 있다..

이때, 제2 측부권선(140)은 제3 슬롯(110-31)에 총권선수의 1/2이 전부 와인딘 된 후에 나머지 권선수 1/2이 제4 슬롯(110-32)에 와이딩된 것일 수 있다. 또한, 제2 측부권선(140)은 제2 홀부(110-3)의 제3 슬롯(110-31)과 제4 슬롯(110-32)을 교번하여 감싸도록 와인딩된 것일 수도 있다.

한편, 제1 측부권선(130)의 권선수와 제2 측부권선(140)의 권선수의 합은 전술한 상부 권선(120)의 권선수에 비해 1/10 이하의 권선수를 갖는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 사각형 내철형 변압기 형태의 일측 변의 철심에 교류 전자석의 권선을 와인딩하여, 교류 자속을 공급하고, 상기 일측 변에 접한 양쪽 변의 철심에 전기자 도선을 내장하여, 교류의 교번 자속이 전기자 도선을 관통(쇄교)하도록 하고, 이를 통해 전기자 도선에 기전력을 생성할 수 있도록 함으로써, 회전자없이도 전력을 발생시킬 수 있으므로, 누설자속 및 자기 저항을 최소화할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 비회전식 전력 발생기
110: 강판 프레임
120: 상부 권선
130: 제1 측부권선
140: 제2 측부권선
150: 교류전원 공급부

Claims

강판의 적층 구조에 의해 일정 두께를 갖는 직육면체 형태를 포함하고, 상기 직육면체의 일면이 사각 형태로 관통된 중앙홀을 포함하는 강판 프레임; 및
상기 강판 프레임의 외측 상면과 상기 중앙홀의 내측 상면을 에워싸도록 와인딩된 상부 권선을 포함하고,
상기 강판 프레임은,
상기 중앙홀을 중심으로 양 측부 각각에 적어도 하나 이상의 관통된 제1 홀부 및 제2 홀부을 포함하고,
상기 강판 프레임의 외측 측면과 상기 제1 홀부 및 상기 제2 홀부 각각을 에워싸도록 와인딩된 제1 측부권선 및 제2 측부권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 비 회전식 전력 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 강판 프레임은, 규소 재질인 것을 특징으로 하는 비회전식 전력 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 홀부 및 상기 제2 홀부는,
각각 단면의 형태가 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 비회전식 전력 발생기.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 홀부는, 상기 중앙홀을 중심으로 일 측부에 2개의 홀이 형성된 제1 슬롯 및 제2 슬롯을 포함하고,
상기 제2 홀부는, 상기 중앙홀을 중심으로 타 측부에 2개의 홀이 형성된 제3 슬롯 및 제4 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 비회전식 전력 발생기.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 측부권선은 총권선수의 1/2이 제1 슬롯에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 상기 제2 슬롯에 와인딩되고,
상기 제2 측부권선은 총권선수의 1/2이 제3 슬롯에 와인딩되고, 총권선수의 나머지 1/2이 상기 제4 슬롯에 와인딩된 것을 특징으로 하는 비회전식 전력 발생기.