WO2010024587A2 - 판형 발전기 - Google Patents

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WO2010024587A2
WO2010024587A2 PCT/KR2009/004760 KR2009004760W WO2010024587A2 WO 2010024587 A2 WO2010024587 A2 WO 2010024587A2 KR 2009004760 W KR2009004760 W KR 2009004760W WO 2010024587 A2 WO2010024587 A2 WO 2010024587A2
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plate
circular
magnet
rotating plate
circumferential direction
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노경옥
이정훈
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Rho Kyung-Ock
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H02K99/10—Generators

Definitions

  • the present invention relates to a plate-type generator, and more particularly to a plate-type generator that can be easily and efficiently generated using a plate-shaped magnet and coil.
  • a generator refers to a device that converts mechanical energy into electrical energy, and in particular, a plate generator is compact and efficient, and its use is increasing.
  • Such a plate-type generator generates electricity by rotating the magnet rotating plate with respect to the coil fixing plate.
  • magnets having different poles that is, N poles and S poles, are alternately arranged alternately along the circumferential direction, and the coil fixing plate is provided with the same number of winding coils as the magnets.
  • a plate-type generator has been known (see Patent Publication No. 10-2007-0101885) to prevent the magnetic force on the coil is reduced by the magnetic force between the magnets, such a
  • the plate-type generator forms a slit-shaped groove along the circumferential direction of the magnetic body rotating plate to distinguish the regions.
  • the rated waveform shown in FIG. 1 This can be fully understood from the rated waveform shown in FIG. 1. That is, the rated waveform curve is not a perfect sinusoid, and its peak and bottom portions become straight lines, and converting it to direct current causes a relatively low power generation efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a plate-type generator that can maximize the power generation efficiency by minimizing the loss of power generated during power generation by concentrating the distribution of magnetic force.
  • the magnetic rotating plate of the nonmagnetic material is inserted through the circular magnet of the N ⁇ S pole alternately along the circumferential direction;
  • Induction rotary plate of the non-magnetic material is disposed on both sides of the magnet rotating plate, the circular iron plate is inserted through a predetermined interval along the circumferential direction so as to correspond to the circular magnet;
  • It is disposed between the magnet rotating plate and the induction rotating plate, and comprises a non-magnetic coil fixing plate having a circular or oval winding coil at regular intervals along the circumferential direction so as to correspond to the circular magnet and the circular iron plate.
  • the spacing between the circular magnets is wider than the spacing between the magnet rotating plate and the induction rotating plate.
  • the area of the winding coil is equal to or larger than that of the circular magnet.
  • the overall structure is simple, not only to improve the assemblability and manufacturability of the plate-type generator, but also to improve the power generation efficiency due to its structural features.
  • the magnetic force can be concentrated by penetrating the circular iron plate of the magnetic material to the induction rotating plate made of a non-magnetic material.
  • 1 is a graph showing the shape of the rated waveform curve in the operation of a conventional plate-shaped generator
  • FIG. 2 is a perspective view showing a plate-shaped generator according to the present invention
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a magnet rotating plate structure of the plate-shaped generator according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the induction rotating plate of the plate-type generator according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view showing a coil fixing plate structure of a plate-shaped generator according to the present invention.
  • Figure 7 is a graph showing the shape of the rated waveform when operating the plate generator in accordance with the present invention.
  • the plate-shaped generator according to the present invention includes a magnet rotating plate 20 is inserted through the circular magnet (22a, 22b); Induction rotating plate 30 is disposed on both sides of the magnetic rotating plate 20, the circular iron plate 32 is inserted through; A coil fixing plate 40 disposed between the magnet rotating plate 20 and the induction rotating plate 30 and provided with a coiling coil 42; It comprises a rotating shaft 50 installed through the magnet rotating plate 20, the induction rotating plate 30 and the coil fixing plate 40.
  • Magnetic rotating plate 20 is made of a non-magnetic material, and has a circular plate shape of a predetermined size.
  • a shaft hole 24 through which the rotary shaft 50 is installed is formed in the center of the magnet rotating plate 20, and the magnet rotating plate 20 rotates in association with the rotation operation of the rotating shaft 50.
  • magnet insertion holes 21 are formed at predetermined intervals a along the circumferential direction, and circular magnets 22a and 22b of N and S poles are formed in the magnet insertion holes 21, respectively. Alternately inserted through.
  • the height of the magnet insertion hole 21 and the thickness of the circular magnets 22a and 22b are the same.
  • the number of the magnet insertion hole 21 and the circular magnets 22a and 22b can be appropriately adjusted as needed.
  • the size of the circular magnets 22a and 22b can be relatively increased.
  • the magnetic force is canceled by the interaction between the circular magnets (22a, 22b).
  • the magnetic force may be prevented from being canceled by the interaction between the circular magnets 22a and 22b, but the size of the circular magnets 22a and 22b may be relatively high. There is a downside to being smaller.
  • the spacing between the circular magnets 22a and 22b should be determined in consideration of the above points.
  • Induction rotary plate 30 is made of a non-magnetic material, and has a circular plate shape of a predetermined size.
  • a shaft hole 34 through which the rotation shaft 50 is installed is formed in the center of the induction rotating plate 30, and the induction rotating plate 30 is rotated in association with the rotation operation of the rotating shaft 50.
  • the induction rotating plate 30 is spaced apart from the magnet rotating plate 20, and 2n iron plate insertion holes 31 are formed at regular intervals along the circumferential direction so as to correspond to the magnet insertion holes 21 of the magnet rotating plate 20.
  • the circular iron plate 32 is inserted through each of the iron plate insertion holes 31 so as to correspond to the circular magnets 22a and 22b.
  • the height of the iron plate insertion hole 31 and the thickness of the circular iron plate 32 are the same.
  • the circular iron plate 32 is formed to be the same as the number of circular magnets 22a and 22b, and of course, the size of the circular iron plate 32 is also preferably formed to be the same as the circular magnets 22a and 22b.
  • the induction rotating plate 30 is made of a nonmagnetic material and the circular coil 32 corresponding to the winding coil 42 is made of an iron component that induces magnetic force,
  • the power generation efficiency can be further improved by concentrating only on the circular iron plate 32 without spreading to the entire induction rotating plate 30.
  • the circular magnets 22a and 22b may be circular plate 32.
  • the influence of the interaction between the circular magnets 22a and 22b is greater.
  • the coil fixing plate 40 is made of a nonmagnetic material, and has a circular plate shape of a predetermined size.
  • a shaft hole 44 through which the rotating shaft 50 is installed is formed in the center of the coil fixing plate 40.
  • the coil fixing plate 40 is installed so as not to be interlocked with the rotating operation of the rotating shaft 50.
  • the coil fixing plate 40 is spaced apart between the magnet rotating plate 20 and the induction rotating plate 30, and corresponds to the magnet insertion hole 21 of the magnet rotating plate 20 and the iron plate insertion hole 31 of the induction rotating plate 30. 2n coil support holes 41 are formed at predetermined intervals along the circumferential direction, and the winding coil 42 is coiled or wound in a circular or elliptical shape so as to correspond to the circular magnets 22a and 22b and the circular iron plate 32. 41).
  • the winding coil 42 is wound along a direction parallel to the coil fixing plate 40. More specifically, it is wound so as to be perpendicular to the direction of the magnetic force line formed between the magnet rotating plate 20 and the induction rotating plate 30.
  • the winding coil 42 is located between the magnetic rotating plate 20 and the induction rotating plate 30 is limited in thickness.
  • an area of the winding coil 42 equal to or wider than that of the circular magnets 22a and 22b.
  • the current or voltage of the generated power by adjusting the cross-sectional area of the winding coil 42.
  • the resistance thereof becomes smaller, so that the current decreases while the voltage decreases.
  • the resistance increases, so that the voltage increases and the current decreases.
  • the winding coil 42 may selectively apply a structure connected in series or in parallel.
  • the fixing member 46 fixes the coil fixing plate 40 to prevent the coil fixing plate 40 from contacting the magnet rotating plate 20 or the induction rotating plate 30.
  • the coil rotating plate 20, the induction rotating plate 30 and the coil fixing plate 40 is most preferably formed in the same size, but may be slightly different in size if necessary.
  • the frequency waveform of the rated waveform curve shown in the drawing has a complete sinusoidal shape, unlike the prior art, it is possible to maximize the power generation efficiency by minimizing the power loss during power generation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

본 발명은 판형 발전기에 관한 것으로, 원주방향을 따라 N·S극의 원형자석(22a,22b)이 교대로 관통 삽입되어 있는 비자성체의 자석회전판(20); 자석회전판(20)의 양측에 이격 배치되며, 원형자석(22a,22b)과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형철판(32)이 관통 삽입되어 있는 비자성체의 유도회전판(30); 자석회전판(20) 및 유도회전판(30) 사이에 이격 배치되며, 원형자석(22a,22b) 및 원형철판(32)과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형 또는 타원형의 권취코일(42)이 구비되어 있는 비자성체의 코일고정판(40)을 포함하여 구성된다. 이에 따라, 판형 발전기의 기능성 및 사용성을 보다 향상시킬 수 있다.

Description

판형 발전기
본 발명은 판형 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판 형태의 자석 및 코일을 이용하여 간편하고 효율적으로 발전할 수 있는 판형 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기를 일컫는 말로서, 특히 판형 발전기는 컴팩트하고 효율이 우수하여 그 사용이 증가하고 있다.
이러한 판형 발전기는 코일고정판에 대해 자석회전판을 회전시켜 전기를 발생시킨다.
자석회전판은 원주방향을 따라 서로 다른 극, 즉 N극 및 S극을 갖는 자석들이 교대로 엇갈리게 배치되며, 코일고정판에는 자석과 동일한 개수의 권취코일이 구비된다.
그러나 상기와 같은 판형 발전기는 자석회전판에 원주방향을 따라 구비되어 있는 자석들이 서로 접해 있어 자석들 간에 상호작용이 발생됨으로써 자석들과 대응되는 코일에 미치는 자력이 상쇄되며, 이에 따라 판형 발전기의 발전량이 감소되는 문제점이 있다.
최근에 들어, 상기와 같은 문제점을 고려하여 자석들 상호 간의 자력에 의해 코일에 미치는 자력이 감소되는 것을 방지할 수 있도록 한 판형 발전기가 공지(공개특허공보 10-2007-0101885)된 바 있으며, 이러한 판형 발전기는 자력이 인접한 영역으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 자성체회전판의 원주방향을 따라 슬릿형의 홈을 형성하여 영역을 구분하고 있으나 이를 통해 자력이 확산되는 것을 방지하는 데에는 한계가 있다.
이는, 도 1에 나타나 있는 정격파형 곡선을 통해서도 충분히 알 수 있다. 즉, 정격파형 곡선이 완전한 사인 곡선이 아니고 그 정점 및 저점 부분이 직선 형태가 되며, 이를 직류로 변환하게 되면 발전효율이 상대적으로 저하되는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 자력의 분포를 집중시켜 발전시 발생되는 전력의 손실을 최소화함으로써 발전효율을 극대화할 수 있는 판형 발전기를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 판형 발전기는, 원주방향을 따라 N·S극의 원형자석이 교대로 관통 삽입되어 있는 비자성체의 자석회전판; 상기 자석회전판의 양측에 이격 배치되며, 상기 원형자석과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형철판이 관통 삽입되어 있는 비자성체의 유도회전판; 상기 자석회전판 및 상기 유도회전판 사이에 이격 배치되며, 상기 원형자석 및 상기 원형철판과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형 또는 타원형의 권취코일이 구비되어 있는 비자성체의 코일고정판을 포함하여 구성되는 데 그 기술적 특징이 있다.
상기 원형자석 간의 간격이 상기 자석회전판 및 상기 유도회전판 사이의 간격보다 넓은 것이 바람직하다.
상기 권취코일의 면적이 상기 원형자석의 면적과 같거나 넓은 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전체적인 구조가 단순하여 판형 발전기의 조립성 및 제작성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 그 구조적 특징으로 인해 발전효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 비자성체로 이루어진 유도회전판에 자성체의 원형철판이 관통 삽입됨으로써 자력을 집중시킬 수 있다.
그로 인해, 판형 발전기의 기능성 및 사용성을 상대적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 판형 발전기 동작시 정격파형 곡선 형태를 도시한 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 판형 발전기를 도시한 사시도,
도 3은 도 1의 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 판형 발전기의 자석회전판 구조를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 판형 발전기의 유도회전판 구조를 도시한 사시도,
도 6는 본 발명에 따른 판형 발전기의 코일고정판 구조를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 판형 발전기 동작시 정격파형 곡선 형태를 도시한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 자석회전판 21 : 자석삽입홀
22a,22b : 원형자석 30 : 유도회전판
31 : 철판삽입홀 32 : 원형철판
40 : 코일고정판 41 : 코일지지홀
42 : 권취코일 46 : 고정부재
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 판형 발전기는 원형자석(22a,22b)이 관통 삽입되어 있는 자석회전판(20); 자석회전판(20)의 양측에 배치되며, 원형철판(32)이 관통 삽입되어 있는 유도회전판(30); 자석회전판(20) 및 유도회전판(30) 사이에 배치되며, 권취코일(42)이 구비되어 있는 코일고정판(40); 자석회전판(20), 유도회전판(30) 및 코일고정판(40)에 관통 설치되는 회전샤프트(50)를 포함하여 구성된다.
자석회전판(20)은 비자성체로 이루어지며, 일정 크기의 원형플레이트 형상을 가진다.
자석회전판(20)의 중앙에는 회전샤프트(50)가 관통 설치되는 샤프트홀(24)이 형성되고, 자석회전판(20)은 회전샤프트(50)의 회전동작에 따라 연동하여 회전된다.
자석회전판(20)에는 원주방향을 따라 일정 간격(a)으로 2n개의 자석삽입홀(21)이 형성되며, 자석삽입홀(21) 각각에는 N극 및 S극의 원형자석(22a,22b)이 교대로 관통 삽입된다.
자석삽입홀(21)의 높이 및 원형자석(22a,22b)의 두께는 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
자석삽입홀(21) 및 원형자석(22a,22b)의 개수는 필요에 따라 적절하게 조절 가능하다.
한편, 자석회전판(20)의 자석삽입홀(21)에 관통 삽입되는 원형자석(22a,22b) 간의 간격(a)이 좁은 경우에는 원형자석(22a,22b)의 크기를 상대적으로 크게 할 수 있다는 장점이 있으나, 원형자석(22a,22b) 간의 상호작용에 의해 자력이 상쇄되는 단점이 있다. 그리고 원형자석(22a,22b) 간의 간격(a)이 넓은 경우에는 원형자석(22a,22b) 간의 상호작용에 의해 자력이 상쇄되는 것을 방지할 수 있으나, 원형자석(22a,22b)의 크기가 상대적으로 작아지는 단점이 있다.
따라서, 원형자석(22a,22b) 간의 간격은 상기와 같은 점을 충분히 고려하여 정해져야 한다.
유도회전판(30)은 비자성체로 이루어지며, 일정 크기의 원형플레이트 형상을 가진다.
유도회전판(30)의 중앙에는 회전샤프트(50)가 관통 설치되는 샤프트홀(34)이 형성되고, 이러한 유도회전판(30)은 회전샤프트(50)의 회전동작에 따라 연동하여 회전된다.
유도회전판(30)은 자석회전판(20)과 이격 배치되며, 자석회전판(20)의 자석삽입홀(21)과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 2n개의 철판삽입홀(31)이 형성됨과 아울러 원형철판(32)은 원형자석(22a,22b)과 대응되도록 철판삽입홀(31) 각각에 관통 삽입된다.
철판삽입홀(31)의 높이 및 원형철판(32)의 두께는 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 원형철판(32)은 원형자석(22a,22b)의 개수와 동일하게 형성됨은 물론이며, 원형철판(32)의 크기 또한 원형자석(22a,22b)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따른 판형 발전기는 유도회전판(30)이 비자성체로 이루어짐과 아울러 권취코일(42)과 대응되는 원형철판(32)이 자력을 유도하는 철 성분으로 이루어짐으로 인해, 발전시 자력이 유도회전판(30) 전체로 확산되지 않고 원형철판(32)으로만 집중되어 발전효율을 보다 향상시킬 수 있다는 기술적 특징이 있다.
즉, 유도회전판(30)의 전체 영역이 원형자석(22a,22b)에 의해 자화되지 않고 자성체로 이루어진 원형철판(32)만 자화되어 극성을 갖게 됨으로써 인접한 영역의 극성에 따른 영향을 최소화할 수 있다.
한편, 유도회전판(30) 및 자석회전판(20) 사이의 간격(b)이 원형자석(22a,22b) 간의 간격(a)과 같거나 넓은 경우에는 원형자석(22a,22b)이 원형철판(32)에 미치는 영향보다 원형자석(22a,22b) 간의 상호작용에 의한 영향이 더 크게 된다.
이는 결국, 원형자석(22a,22b) 간의 상호작용에 의해 자력이 상쇄되는 결과를 초래하게 되므로 유도회전판(30) 및 자석회전판(20) 사이의 간격(b)은 원형자석(22a,22b) 간의 간격(a)보다 좁게 형성하는 것이 자력을 극대화하는 데 보다 유리하다.
코일고정판(40)은 비자성체로 이루어지며, 일정 크기의 원형플레이트 형상을 가진다.
코일고정판(40)의 중앙에는 회전샤프트(50)가 관통 설치되는 샤프트홀(44)이 형성되며, 이 때 코일고정판(40)은 회전샤프트(50)의 회전동작과 연동되지 않게 설치된다.
코일고정판(40)은 자석회전판(20) 및 유도회전판(30) 사이에 이격 배치되며, 자석회전판(20)의 자석삽입홀(21) 및 유도회전판(30)의 철판삽입홀(31)과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 2n개의 코일지지홀(41)이 형성됨과 아울러 권취코일(42)은 원형자석(22a,22b) 및 원형철판(32)과 대응되도록 원형 또는 타원형으로 코일권취홀(41)에 구비된다.
권취코일(42)은 코일고정판(40)과 평행한 방향을 따라 권취된다. 보다 구체적으로는, 자석회전판(20) 및 유도회전판(30) 사이에 형성되는 자기력선의 방향과 수직되도록 권취된다.
그리고 판형 발전기의 발전량을 증가시키기 위해서는 권취코일(42)의 양이 많은 것이 바람직하나, 권취코일(42)은 자석회전판(20) 및 유도회전판(30) 사이에 위치하므로 그 두께는 한정된다.
판형 발전기의 발전효율을 극대화시키기 위해서는 권취코일(42)의 면적을 원형자석(22a,22b)의 면적과 같거나 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
또한 권취코일(42)의 단면적을 조절함으로써 생성되는 전력의 전류 또는 전압을 조절할 수 있다. 예컨대, 다른 조건이 동일한 상태에서 권취코일(42)의 두께가 증가하면 그 저항이 작아지므로 전압은 감소하면서 전류는 증가하게 된다. 반면에 권취코일(42)의 두께가 감소하면 그 저항이 커지므로 전압은 증가하면서 전류는 감소하게 된다.
권취코일(42)은 직렬 또는 병렬로 연결된 구조를 선택적으로 적용할 수 있다.
고정부재(46)는 코일고정판(40)을 고정하여 코일고정판(40)이 자석회전판(20)이나 유도회전판(30)과 접촉되는 것을 방지한다.
한편, 코일회전판(20)과 유도회전판(30) 및 코일고정판(40)은 그 크기를 동일하게 형성하는 것이 가장 바람직하나, 필요한 경우 그 크기를 조금씩 달리할 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 판형 발전기를 이용하여 전력을 생산할 경우에는 그 발전효율이 향상된다는 것은 도 7에 도시된 히스테리시스 곡선을 통해 알 수 있다.
즉, 도면에 나타나 있는 정격파형 곡선의 주파수 파형이 종래기술의 것과는 달리, 완전한 사인 곡선 형태를 가짐으로써 발전시 전력 손실을 최소화하여 발전효율을 극대화시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 원주방향을 따라 N·S극의 원형자석이 교대로 관통 삽입되어 있는 비자성체의 자석회전판;
    상기 자석회전판의 양측에 이격 배치되며, 상기 원형자석과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형철판이 관통 삽입되어 있는 비자성체의 유도회전판;
    상기 자석회전판 및 상기 유도회전판 사이에 이격 배치되며, 상기 원형자석 및 상기 원형철판과 대응되도록 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형 또는 타원형의 권취코일이 구비되어 있는 비자성체의 코일고정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형자석 간의 간격이 상기 자석회전판 및 상기 유도회전판 사이의 간격보다 넓은 것을 특징으로 하는 판형 발전기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 권취코일의 면적이 상기 원형자석의 면적과 같거나 넓은 것을 특징으로 하는 판형 발전기.
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