WO2013085124A1 - 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기 - Google Patents

부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기 Download PDF

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WO2013085124A1
WO2013085124A1 PCT/KR2012/004098 KR2012004098W WO2013085124A1 WO 2013085124 A1 WO2013085124 A1 WO 2013085124A1 KR 2012004098 W KR2012004098 W KR 2012004098W WO 2013085124 A1 WO2013085124 A1 WO 2013085124A1
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WO
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plate
stator
rotor
rotating
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PCT/KR2012/004098
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Inventor
성삼경
Original Assignee
Sung Sam Kyung
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    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the present invention relates to a generator that generates power by rotating a field having a reduced load, and more particularly, a predetermined inclination ( ⁇ 1) is formed so that a plurality of permanent magnets constituting the stator are inclined so that the field of the first rotor is stator. It is sequentially positioned in the process of rotating between the permanent magnets of the magnets, and the magnetic poles of the magnetic poles are alternately exposed to the magnetic force of the permanent magnets and the permanent magnets.
  • the present invention relates to a generator that generates electricity by rotating a field with reduced load.
  • a generator is a device that generates electricity by rotating a first rotor made of a magnet to a stator made of a stator coil.
  • Such a generator is mainly designed for generating maximum efficiency in the internal structure of the generator having a limited space, and the interest of the developed generator is often focused on the advantage.
  • a three-phase generator is used as a conventional generator, and this conventional three-phase generator is developed on the principle that electromotive force is generated in the conductor by the electromagnetic induction action when the magnetic flux crossing the conductor changes. That is, the voltage is continuously generated in the coil by the rotational movement.
  • the conventional three-phase generator has a rotating magnet type for generating electricity by fixing a magnet that is a source of magnetic force and rotating the coil therein, and a rotating field type for generating electricity by fixing a coil and rotating a magnet therein.
  • a rotating magnet type for generating electricity by fixing a magnet that is a source of magnetic force and rotating the coil therein
  • a rotating field type for generating electricity by fixing a coil and rotating a magnet therein.
  • the rotating magnet type is generally applied to a direct current generator
  • the rotating field type is applied to an alternator
  • both the rotating magnet type and the rotating field type generate an electromotive force in the coil.
  • the "generator having a double stator (application number: 10-2011-0070812)" is a stator coil core in the prior art due to the coil structure of the three-phase arrangement of the magnetic flux is transferred to the stator coil core at the moment the magnetic pole changes
  • the stator is formed of a plurality of small stator cores wound on the coil, and the plurality of stator cores are disposed at equal intervals, so that each of the stator cores that are compact and fast in magnet conversion is effective. It was developed to induce the improvement of power generation efficiency.
  • the "generator having a double stator (application number: 10-2011-0070812)" has a disadvantage in that the consumption of power supplied from the outside due to the structure of rotating the first rotor made of a heavy magnet, more Due to the stator coil structure that is spaced outward and inward with respect to one rotor, the magnetic force emitted from the first rotor does not effectively satisfy the electromotive force generated in the stator coil. Kept low.
  • stator coils located on both sides (outside and inside) of one first rotor do not provide as much magnetic force as necessary, resulting in low power generation efficiency.
  • the present applicant has a structure for generating power by driving a first rotor made of a plurality of light field, and compared to rotating the first rotor made of a heavy magnet in the prior art, it consumes power.
  • the field constituting the first rotor is developed into a structure in which electromotive force is easily generated by receiving a strong magnetic force from a stator composed of a plurality of permanent magnets on both sides (outside and inside) of the first rotor.
  • a generator that generates power by rotating a field (application number: 10-2011-0128726) that can improve efficiency.
  • the "generator that rotates the field to generate power (application number: 10-2011-0128726) is passed through a plurality of spaced permanent magnets constituting the stator while rotating the field constituting the first rotor, Fields that are sequentially spaced apart and exposed to the magnetic force of permanent magnets with alternating magnetic poles generate a high load on the magnetic force pulled from the permanent magnet during the rotation process, which consumes a lot of power to rotate the first rotor consisting of multiple fields.
  • the efficiency of electricity generation is somewhat low because the flow of rotation is continuously interrupted in the process of continuously flowing the magnetic field of the permanent magnet into and out of the field and the blur of the first rotor is not smooth. .
  • the present invention has been proposed in order to solve the above problems, the object of which is to form a predetermined inclination ( ⁇ 1) so that a plurality of permanent magnets constituting the stator is inclined so that the field of the first rotor is permanent It is sequentially positioned in the process of rotating between the magnets, and the magnetic poles are exposed to the magnetic force of the permanent magnets and the permanent magnets at the same time, so that the magnetic field is minimized by minimizing the load caused by the magnetic field.
  • the load of the rotor can be improved by ensuring smooth rotational flow of the first rotor by minimizing the load on the field caused by the magnetic force of the permanent magnet. It is to provide a generator that generates power by rotating the saved field.
  • Generator to generate power by rotating the load-saving field according to the present invention for achieving the above object is made of a plurality of fields spaced at equal intervals, the field core (field core) and the inside of the field iron core (field core)
  • a first rotor formed of a coil wound around; and a plurality of fields constituting the first rotor therein, the rotating means for rotating the first rotor by receiving power from the outside; and , Is composed of a plurality of first permanent magnets spaced at an equal interval, wherein the first permanent magnets are spaced apart in the outward direction of the first rotor, the first permanent magnets are formed alternately with the magnetic poles And a first stator to be formed, and a plurality of second permanent magnets spaced at an equidistant interval, wherein the second permanent magnets are spaced apart inwardly of the first rotor, and the second permanent magnets are spaced apart from each other.
  • Magnets are sequentially formed with alternating magnetic poles, the second permanent magnet is positioned to face the first permanent magnet, the second stator is formed opposite the first permanent magnet facing each other; and, therein An annular groove is formed to allow the stator to be inserted, wherein the second stator is positioned on a first inner circumferential surface proximate the center within the groove, and the first inner circumferential surface facing the first inner circumferential surface within the groove.
  • the permanent magnet inclination ( ⁇ 1) of the first stator and the second stator is characterized in that it is formed to 1 to 30 °.
  • the rotating means is inserted into the groove of the fixing frame, the inside is penetrated, the upper surface and the lower plate and the lower plate is placed in contact with the lower portion of the plurality of fields constituting the first rotor, The upper plate and the upper part of the plurality of field constituting the first rotor is placed in contact, the binding means for binding the lower plate and the upper plate to prevent the separation of the field, and is fixed to the upper center of the upper plate provided from the outside
  • the transmission means is located on the support pillar, the first slip ring (slip ring) electrically connected to an external capacitor for storing the generated electricity, and is located on the support pillar, the first slip A second slip ring positioned apart from the ring and electrically connected to an external capacitor for storing the generated electricity, and a first brush electrically connected to the rectifier and having an end contacting the first slip ring; And a position of the brush which is electrically connected to the rectifier, the second end of which is connected to the second slip ring, and the first brush and the second brush, so that the brush and the slip ring easily contact each other.
  • a brush holder for fixing the
  • the first slip ring is electrically connected to an electrode selected from a positive electrode or a negative electrode of a capacitor, and the second slip ring is electrically connected to an electrode not connected to the first slip ring. It is done.
  • the field iron core of the field and the first plate is formed in the center longitudinally extending from the top to the bottom in the longitudinal direction, the first plate is horizontally spaced apart from the first plate, the center in the longitudinal direction from the top to the bottom
  • a second plate having an elongated second cutout groove, and having a " ⁇ " shape, positioned between the first plate and the second plate, one end of which is inserted into the first cutout groove of the first plate;
  • the other end is configured to include a fixed plate body inserted into the second incision groove of the second plate to secure the first plate and the second plate apart from each other, so that the coil is wound inside the fixed plate body. It is done.
  • first plate and the second plate of the field iron core is formed of a titanium material.
  • first rotor in place of the first rotor, and includes a cylindrical circular plate through which the inside and a second rotor consisting of a plurality of fields are spaced apart at equal intervals from each other on the outer peripheral surface of the circular plate,
  • the field is composed of a field core (11a: field core) coupled to the outer peripheral surface of the circular plate and the coil wound around the field iron core, the field iron core has a " ⁇ " shape, one end of the circular
  • a third plate is inserted into and coupled to the coupling grooves formed at equal intervals on the outer circumferential surface of the plate, and a third cutting groove is formed at the center thereof and extends from the top to the bottom in the longitudinal direction, and the third cutting groove is the third cutting groove. It is configured to include a fourth plate inserted into the other end of the plate,
  • the permanent magnets of the first stator and the second stator are vertically positioned without the inclination ( ⁇ 1), and the field is inclined to form the inclination ( ⁇ 2),
  • the rotating means has at least one coupling ball is formed in the upper portion of the circular plate in place of the lower plate, the coupling bolt is coupled to the coupling ball through the upper plate through the binding means to firmly bind the circular plate It is characterized by being used.
  • a predetermined inclination ( ⁇ 1) is formed so that a plurality of permanent magnets constituting the stator are inclined so that the field of the first rotor is stator. It is sequentially positioned in the process of rotating between the permanent magnets of the magnets, and the magnetic poles of the magnetic poles are alternately exposed to the magnetic force of the permanent magnets and the permanent magnets.
  • FIG. 1 is a perspective view of a generator for generating power by rotating a field with reduced load according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the generator to generate power by rotating the field shown in Figure 1 reduced.
  • FIG. 3 is an A-A cross-sectional view of a generator for generating power by rotating the field shown in FIG.
  • Figure 4 is a B-B cross-sectional view of a generator for generating power by rotating the field shown in Figure 3 reduced load.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the field of the generator to generate power by rotating the field shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a generator for generating power by rotating a field having a reduced load according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a state in which a first rotor rotates by receiving external power from a generator that is generated by rotating a load-reduced field shown in FIG. 1;
  • Figure 7b is a view showing the power generation while passing between the permanent magnet of the generator to generate power by rotating the field shown in Figure 1 is reduced.
  • FIG. 7C is a view illustrating a state in which electricity generated in a generator generated by rotating a load-reduced field shown in FIG. 1 is charged to a charger through a rectifier.
  • FIG. 1 to 7 is a view showing a generator for generating power by rotating a load-saving field according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 is a generator for generating power by rotating a load-saving field according to an embodiment of the present invention
  • 2 is an exploded perspective view of a generator generating power by rotating the load-saving field shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a generator generating power by rotating the load-saving field shown in FIG. 4 is a BB cross-sectional view of a generator for generating electricity by rotating the load-reduced field shown in FIG.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the generator for generating electricity by rotating the load-reduced field shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a generator for generating power by rotating a load-saving field according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7A is a generator for generating power by rotating a field having a reduced load shown in FIG. 1.
  • Dong of Figure 7b is a view showing a state in which the first rotor is rotated to receive
  • Figure 7b shows a state in which the generator of the generator to generate power while passing through the permanent magnet by rotating the load-reduced field shown in Figure 1
  • Figure 7c is a view showing a state in which the electricity generated in the generator is generated by rotating the load-saving field shown in Figure 1 is charged to the charger through the rectifier, respectively.
  • the generator 100 to generate power by rotating the field is reduced load according to an embodiment of the present invention, the first rotor 10, the rotating means 20, and the first stator ( 30, a second stator 40, a fixed frame 50, a rectifier 60, and a transmission means 70.
  • the first rotor 10 is composed of a plurality of fields 11 spaced apart at equal intervals, the field 11 and the field core (11a: field core) and The coil 11b is wound around the field iron core 11a, and the first rotor 10 is spaced apart at equal intervals so that the first rotor 10 has a round shape as a whole.
  • the first rotor 10 is composed of a plurality of independent magnetic fields 11 while passing between the first stator 30 and the second stator 40 to be laid down.
  • the electromotive force is generated in the field 11 wound around the coil (11b) by the electromagnetic induction action, it generates power by generating a voltage in the field (11).
  • the field iron core 11a of the field 11 has a first plate 11aa formed with a first cutout groove 11aa 'which is formed to extend from top to bottom in the longitudinal direction at the center thereof. And a second plate 11ab which is horizontally spaced from the first plate 11aa and has a second cutout groove 11ab 'which is formed in the center in a length direction from the top to the bottom, and has a “ ⁇ ” shape.
  • Inserted into the second cutting groove (11ab ') of the plate (11ab) comprises a fixed plate body (11ac) for fixing the first plate (11aa) and the second plate (11ab) spaced apart, the fixed plate body (11ac) ) Is configured to wind the coil 11b.
  • the field iron core (11a) having the structure as described above can be easily assembled and manufactured by the operator can ensure the ease of production.
  • the first plate 11aa and the second plate 11ab of the field iron core 11a are formed of a titanium material having a light weight and non-stick property, and thus the permanent magnets 31 of the stators 30 and 40.
  • the permanent magnets 31 of the stators 30 and 40 are formed of a titanium material having a light weight and non-stick property, and thus the permanent magnets 31 of the stators 30 and 40.
  • the number of the fields 11 constituting the first rotor 10 of the generator 100 that generates power by rotating the field having the reduced load according to the embodiment of the present invention is used 12, but is limited to this Of course not.
  • the rotating means 20 has a plurality of fields 11 constituting the first rotor 10 fixed in position, and receives power from the outside. By rotating one rotor 10,
  • Binding means 23 to prevent the field 11 from being separated and a power transmission body 24 that is coupled to and fixed to an upper center of the upper plate 22 to receive power provided from the outside to rotate the upper plate 24.
  • the bearing 25 is fixedly coupled to the lower center of the upper plate 22, and is formed to extend vertically in the upper direction from the center of the bottom surface of the fixing frame 50, the end is inserted into the bearing 25 And a support column 26 for supporting the position of the upper plate 22 to which the bearing 25 is coupled. It is composed.
  • the first rotor 10 positioned between the lower plate 21 and the upper plate 22 may be firmly coupled to the lower plate 21 and the upper plate through the binding means 23. It is firmly fixed between the 22, and when the power is supplied from the outside to the power transmission body 24 formed on the top plate 22, the first rotor 10 is rotated together while the top plate 22 is rotated.
  • the first rotor 10 is exposed to a strong magnetic force continuously changing direction while passing through the first stator 30 and the second stator 40 while rotating. Voltage is generated in the field 11 of the single rotor 10.
  • a bolt 23a and a nut 23b are used as the binding means 23, and a pulley is specifically used as the power transmission body 24, but it is not limited thereto.
  • the first stator 30 is composed of a plurality of first permanent magnets 31 spaced at an equidistant interval, and the first permanent magnet 31 is the first time.
  • the electrons 10 are spaced apart from each other in the outward direction, and the first permanent magnets 31 are arranged to alternately form magnetic poles.
  • first stator 30 and the second stator 40 are spaced apart at equal intervals from the plurality of permanent magnets 31 and 41 so as to have a round shape as a whole.
  • the number of permanent magnets 31 and 41 constituting the first stator 10 of the generator 100 and the second stator 20 to be sewn up by rotating the field in which the load is reduced according to an embodiment of the present invention.
  • Each consists of 10, but is not limited to use of course.
  • the second stator 40 includes a plurality of second permanent magnets 41 spaced at equidistant intervals, and the second permanent magnets 41 are formed in the first time.
  • the second permanent magnets 41 are sequentially spaced apart in the inward direction of the electron 10, and the second permanent magnets 41 are alternately formed, and the second permanent magnets 41 face the first permanent magnets 31. Located so as to see, it is arranged so that the magnetic pole opposite to the first permanent magnet 31 is formed.
  • the stator (30, 40) consisting of a plurality of permanent magnets (31, 41) are arranged on both sides (outside and inside) of the first rotor 10 as shown in Figure 7b
  • the first rotor 10 is exposed to a strong magnetic force emitted from the stator (30, 40) to increase the power generation efficiency, at the same time the second permanent magnet 31 facing the alternating first permanent magnets Due to the arrangement in which the magnetic poles of the magnets 41 are reversed, the first rotor 10 passing between the first stator 30 and the second stator 40 is continuously separated between magnetic fluxes whose direction changes. By passing through, efficient voltage generation is induced and power generation efficiency is increased.
  • a predetermined inclination ⁇ 1 is formed so that the permanent magnets 31 and 41 of the first stator 30 and the second stator 40 are inclined.
  • the first permanent magnet 31 of the first stator 30 and the first stator 30 are sequentially positioned while the field 11 of the electron 10 rotates between the first stator 30 and the second stator 40.
  • the field 11 is consumed to rotate the first rotor 10 by minimizing the load caused by the magnetic force in the process of passing through the permanent magnets 31 and 41 sequentially positioned.
  • the field 11 is secured by ensuring a smooth rotational flow of the first rotor 10 by minimizing the load of the field 11 due to the magnetic force of the permanent magnets 31 and 41. It is possible to quickly pass between a plurality of permanent magnets (31, 41) in a short time has the effect of improving the efficiency of electrical power generation.
  • the inclinations ⁇ 1 of the permanent magnets 31 and 41 of the first stator 30 and the second stator 40 may be formed at 1 to 30 °, and the first field is rotated so that the first Simultaneously and easily at the same time the magnetic force of the first permanent magnet 31 and the first permanent magnet 31 of the stator 30 and the second permanent magnet 41 and the second permanent magnet 42 of the second stator 40
  • the first permanent magnet 31 and the first permanent magnet 31 of the first stator 30 and the second permanent magnet 41 and the second permanent magnet of the second stator 40 sequentially positioned to be exposed.
  • One end of 42 is preferably positioned to be close or vertically intersecting.
  • the inclination ⁇ 1 of the permanent magnets 31 and 41 of the first stator 30 and the second stator 40 forms a slightly larger inclination ⁇ 1 when the distance between the permanent magnets 31 and 41 is wide.
  • the field 11 passing through the permanent magnets 31 and 41 is formed to be smaller than the first stator 30.
  • the permanent magnet 31 and the first permanent magnet 31 and the second stator 40 of the second permanent magnet 41 and the second permanent magnet 42 of the magnetic force of the second permanent magnet 42 is preferably exposed at the same time.
  • the fixing frame 50 has an annular groove 51 formed therein so that the first rotor 10 is inserted therein, and is centered in the groove 51.
  • the second stator 40 is positioned on the first inner circumferential surface 51a, and the first stator 30 is disposed on the second inner circumferential surface 51b facing the first inner circumferential surface 51a within the groove 51. ) Is placed.
  • the rectifier 60 is connected to the coils 11b of the plurality of fields 11 constituting the first rotor 10, respectively, so that the first rotor 10 is connected to the rectifier 60.
  • the rectifier 60 By converting the electricity produced in the direct current to supply, and of course, using a normal rectifier.
  • the transmission means 70 is electrically connected to the rectifier 60 to transmit electricity generated by the first rotor 10 to the outside.
  • a first slip ring 71 positioned on the support pillar 26 and electrically connected to an external capacitor 1 that stores the generated electricity, and on the support pillar 26.
  • the second slip ring 72 is positioned to be spaced apart from the first slip ring 71 and is electrically connected to an external capacitor 1 storing the generated electricity, and electrically connected to the rectifier 60.
  • a first brush 73 having an end thereof in contact with the first slip ring 71 and a second end electrically connected to the rectifier 60 and having an end thereof in contact with the second slip ring 72.
  • Brushes 73 and 74 are formed on the first brush 73 and the second brush 74 so that the brushes 73 and 74 and the slip rings 71 and 72 are in easy contact with each other. It is configured to include a brush holder 75 for fixing the position of the).
  • the first rotor 10 is rotated between the first stator 30 and the second stator 40 to be exposed to magnetic force, and the generated electricity is generated by the rectifier 60.
  • 7C is supplied to the rectifier 60, and the electricity supplied to the rectifier 60 is transmitted to the slip rings 71 and 72 through the brushes 73 and 74, which are the transmission means 70.
  • the electricity transmitted to the slip rings 71 and 72 is transmitted to and stored by a conventional capacitor 1 installed outside.
  • the first slip ring 71 is electrically connected to an electrode selected from a positive electrode or a negative electrode of the capacitor 1, and the second slip ring 72 is connected to the first slip ring (1). Of course, it is electrically connected to the electrode that is not connected to 71).
  • Generator 100 that generates power by rotating the field of the load reduction of the present invention consisting of the above components is a predetermined inclination so that a plurality of permanent magnets (31, 41) constituting the stator (30, 40) is inclined ( Permanent magnets having alternating magnetic poles are formed by sequentially forming ⁇ 1) while the field 11 of the first rotor 10 rotates between the permanent magnets 31 and 41 of the stator 30 and 40.
  • the field 11 By passing through while simultaneously exposed to the magnetic force of (31,41) and the permanent magnet (31,41), the field 11 is minimized the load due to the magnetic force in the process of passing through the permanent magnets (31,41) are sequentially located
  • the load of the field 11 due to the magnetic force of the permanent magnets (31, 41) the first rotor ( 10) It is possible to improve the efficiency of electric power generation by ensuring a smooth rotation flow. Is effective.
  • a second rotor 80 including a circular plate 81 having a cylindrical shape penetrating therein and a plurality of fields 82 spaced apart at equal intervals from each other on the outer circumferential surface of the circular plate 81 is formed.
  • the field 82 is composed of a field core core (82a) coupled to the outer peripheral surface of the circular plate 81 and a coil (82b) wound around the field iron core (82a),
  • the field iron core 82a has a " ⁇ " shape, one end of which is inserted into and coupled to the coupling groove 81a formed at equal intervals on the outer circumferential surface of the circular plate 81 and fixed to the third plate 82aa.
  • a third cutting groove 82ab ' is formed to extend from the top to the bottom in the longitudinal direction, and the third cutting groove 82ab' is inserted into the other end of the third plate 82aa. 82ab).
  • the permanent magnets 31 and 41 of the first stator 30 and the second stator 40 are vertically positioned without the inclination ⁇ 1, and instead, the field 82 is inclined to incline. To form.
  • the rotating means 20 is formed at least one or more coupling holes 27 in the upper portion of the circular plate 81 in place of the lower plate 21, the upper plate 22 as the binding means 23.
  • Through bolts coupled to the coupling hole 27 to securely bind and bind the circular plate 81 is used, of course, to firmly fix the position of the rotor.
  • Generator 100 to generate power by rotating the field is reduced load according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above operates by generating as follows.
  • the upper plate 22 when the upper plate 22 is rotated together with the power carrier 24 by providing power to the power carrier 24 from the outside, it is positioned between the upper plate 22 and the lower plate 21.
  • the first rotor 10 composed of a plurality of field 11 to rotate.
  • the first rotor 10 passes while rotating between the first stator 30 and the second stator 40, wherein the stator 30, 40 is provided.
  • the magnetic force is concentrated on the field 11 constituting the first rotor 10, voltage is generated and generated.
  • the first rotor (not shown) may be formed due to a predetermined inclination ⁇ 1 formed to incline the permanent magnets 31 and 41 of the first stator 30 and the second stator 40.
  • the first permanent magnet 31 and the first permanent magnet 31 of the first stator 30 sequentially positioned while the field 11 of FIG. 10 rotates between the first stator 30 and the second stator 40. Passed while simultaneously exposed to the magnetic force of the second permanent magnet 41 and the second permanent magnet (42) of the permanent magnet 31 and the second stator (40),
  • the electricity generated by the first rotor 10 is transferred from the rectifier 60 connected to the coil 11b wound on the field 11 constituting the first rotor 10.
  • the rectified and rectified electricity is transmitted and stored to the external charger 1 through the transmission means 70 electrically connected to the rectifier 60.
  • the ten permanent magnets 31 and 41 while the first rotor 10 consisting of twelve fields 11 rotates one time. Since the first stator (30) and the second stator (40) consisting of contribute to the development, a total of 120 developments are made.
  • the number of the field 11 constituting the first rotor 10 and the permanent magnets 31 and 41 constituting the stator 30, 40 is always appropriately formed according to the capacity of the generator. Of course, the production to have the optimum power generation efficiency.
  • the number of the field 11 and the permanent magnets 31 and 41 is increased to increase the power generation capacity.
  • the power generation capacity may be increased by increasing the number of generators 100 themselves that increase or rotate the field of which the load of the present invention is reduced.

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Abstract

본 발명은 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것으로, 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 제1회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 제1회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 제1회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기
본 발명은 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 제1회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 제1회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 제1회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 고정자 코일로 이루어진 고정자에 자석으로 이루어지는 제1회전자를 돌려 전기를 생산하는 장치이다.
이러한, 발전기는 제한된 공간을 갖는 발전기의 내부 구조에서 최대 효율이 발생하도록 설계하는 것이 주된 설계의 목적으로, 개발되는 발전기의 관심은 이점에 집중되어지곤 한다.
종래의 발전기로는 3상 발전기가 사용되고 있으며, 이러한 종래의 3상 발전기는 도체와 교차하는 자속이 변화하면 전자 유도 작용에 의하여 도체에 기전력이 발생되는 원리로 발전한다. 즉, 회전운동에 의하여 코일에 연속적으로 전압이 발생하도록 하는 것이다.
따라서, 종래의 3상 발전기는 자력의 발생원이 되는 자석을 고정하고 그 내부에서 코일을 회전시켜서 전기를 발전하는 회전 자석형과, 코일을 고정하고 그 가운데서 자석을 회전시켜서 전기를 발전하는 회전 계자형의 두 가지 유형이 있다.
여기서, 통상 회전 자석형은 직류 발전기에 적용되고, 회전 계자형은 교류 발전기에 적용되는데, 회전 자석형이나 회전 계자형 모두 코일에 기전력이 발생한다.
하지만, 종래의 3상 발전기의 경우 각 상의 결선을 위하여 발전기 내부에 점프 코일이 형성되므로, 발전기의 내부 공간을 충분히 활용하지 못하여 발전기의 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
상기에 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"를 개발 제안하였다.
상기 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 종래에 3상 배열의 코일 구조로 인해 고정자 코일 철심이 하나로 되어 자극이 변화하는 순간 고정자 코일 철심에 자속이 전달되는 속도가 늦어져 발전효율이 낮은 문제점을 해결하고자, 코일에 감긴 소형의 고정자 철심 다수로 구성된 고정자를 형성하고, 다수의 상기 고정자 철심은 등각 간격으로 배치함으로, 소형으로 자석 변환이 빠른 각각 독립된 고정자 철심에서 효과적으로 발전되어 발전효율이 향상되도록 유도하였다.
하지만, 상기 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 무거운 자석으로 이루어진 제1회전자를 회전시키는 구조로 인해 외부에서 공급되는 동력의 소모가 큰 단점이 있으며, 더욱이 제1회전자를 중심으로 바깥쪽 및 안쪽으로 이격되어 위치하는 고정자 코일 구조로 인해 상기 제1회전자에서 발산되는 자력이 상기 고정자 코일에 기전력이 용이하게 발생하도록 효과적으로 충족시키지 못하는 단점으로 발전효율이 다소 낮게 유지되었다.
즉, 하나의 상기 제1회전자를 통해서 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)에 위치하는 고정자 코일로 각각 필요한 만큼의 자력을 제공하지 못하여 발전효율이 낮은 단점이 발생하였다.
또한, "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 실질적으로 제품을 제작할 정도로 구체화되지 않아 현실적으로 제작하기 다소 곤란한 문제점이 있었다.
상기에 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 가벼운 다수의 계자로 이루어진 제1회전자를 구동시켜 발전하는 구조로, 종래에 무거운 자석으로 이루어진 제1회전자를 회전시키는 것에 비해 동력의 소모를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 제1회전자를 구성하는 계자는 제1회전자의 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)에서 다수의 영구자석으로 이루어진 고정자로부터 강력한 자력을 제공받아 기전력 발생이 용이한 구조로 발전효율을 향상시킬 수 있는 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"를 개발 제안하였다.
하지만, 상기 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"는 제1회전자를 구성하는 계자가 회전하면서 고정자를 구성하는 다수의 이격된 영구자석 사이를 통과하게 되는데, 순차적으로 이격 배치되어 자극이 교번되는 영구자석의 자력에 노출되는 계자는 회전하는 과정에서 영구자석에서 당기는 자력에 높은 부하가 발생하여 다수의 계자로 구성되는 제1회전자를 회전시키는데 많은 동력이 소모되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 계자가 연속적으로 영구자석의 자력에 유입되고 벗어나는 과정에서 회전의 흐름이 연속적으로 단절되어 제1회전자의 흐림이 원활하지 않아 전기발전의 효율이 다소 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 제1회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 제1회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 제1회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기는 등각 간격으로 이격된 다수의 계자로 이루어지되, 상기 계자는 계자 철심(field core)과 상기 계자 철심 내부에 감기는 코일로 구성되는 제1회전자;와, 내부에 상기 제1회전자를 구성하는 다수의 계자가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 제1회전자를 회전시키는 회전수단;과, 등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석으로 이루어지되, 상기 제1영구자석은 상기 제1회전자의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되는 제1고정자;와, 등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석은 상기 제1회전자의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석은 상기 제1영구자석과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석과 반대되는 자극이 형성되는 제2고정자;와, 내부에 상기 고정자가 삽입되도록 환형의 홈이 형성되되, 상기 홈 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면에는 상기 제2고정자가 위치되고, 상기 홈 내부에서 상기 제1내주면과 마주보는 제2내주면에는 상기 제1고정자가 위치되도록 하는 고정프레임;과, 상기 제1회전자를 구성하는 다수 계자의 코일과 각각 연결되어 상기 제1회전자에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 정류기;와, 상기 정류기와 전기적으로 연결되어 상기 제1회전자에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 전송수단;을 포함하여 구성되되,
상기 제1고정자 및 제2고정자의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 상기 제1회전자의 계자가 상기 제1고정자 및 제2고정자 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자의 제1영구자석과 제1영구자석 및 상기 제2고정자의 제2영구자석과 제2영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1고정자 및 제2고정자의 영구자석 경사(θ1)는 1 내지 30°로 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전수단은 상기 고정프레임의 홈으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 제1회전자를 구성하는 다수의 계자 하부가 접촉 안치되는 하판과, 상기 하판 상부에 위치하며, 하면에는 상기 제1회전자를 구성하는 다수의 계자 상부가 접촉 안치되는 상판과, 상기 하판과 상판을 결속하여 상기 계자의 이탈을 방지하는 결속수단과, 상기 상판의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체와, 상기 상판의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링과, 상기 고정프레임의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링에 삽입되어 상기 베어링이 결합되는 상기 상판의 위치를 지지하는 지지기둥을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전송수단은 상기 지지기둥 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(slip ring)과, 상기 지지기둥 상에 위치되되 상기 제1슬립 링과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링과, 상기 정류기와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링과 접촉되는 제1브러시와, 상기 정류기와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링과 접촉되는 제2브러시와, 상기 제1브러시와 제2브러시 각각에 형성되어 상기 브러시와 슬립 링이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시의 위치를 고정하는 브러시 홀더를 포함하여 구성하되,
상기 제1슬립 링은 축전기기의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 제2슬립 링은 상기 제1슬립 링과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계자의 계자 철심은 중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제1절개 홈이 형성되는 제1판과, 상기 제1판과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제2절개 홈이 형성되는 제2판과, "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판과 제2판 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판의 제1절개 홈에 삽입되고, 타단은 상기 제2판의 제2절개 홈에 삽입되어 상기 제1판과 제2판을 이격 고정하는 고정판체를 포함하여 구성하되, 상기 고정판체의 내부에는 상기 코일이 감겨지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계자 철심의 제1판 및 제2판은 티타늄 재질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1회전자를 대신하여, 내부가 관통된 원기둥 형상의 원형 판과, 상기 원형 판 외주면에 서로 등각 간격으로 이격되어 위치되는 다수의 계자로 구성되는 제2회전자를 포함하되,
상기 계자는 상기 원형 판의 외주면에 결합 고정되는 계자 철심(11a:field core)과 상기 계자 철심 내부에 감기는 코일로 구성되며, 상기 계자 철심은 "├┤" 형상을 갖는 것으로, 일단은 상기 원형 판의 외주면에 등각 간격으로 형성되는 결합홈에 삽입되어 결합 고정되는 제3판과, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제3절개 홈이 형성되며 상기 제3절개 홈이 상기 제3판의 타단에 삽입되는 제4판을 포함하여 구성되며,
상기 제1고정자 및 제2고정자의 영구자석를 경사(θ1) 없이 수직되게 위치시키고, 상기 계자는 기울어지도록 경사(θ2)를 형성하며,
상기 회전수단은 상기 하판을 대신하여 상기 원형 판의 상부에 적어도 하나 이상의 결합 공이 형성되며, 상기 결속수단으로 상기 상판을 관통하여 상기 결합 공에 체결 결합되어 상기 원형 판을 견고히 결합 결속하는 결합볼트가 사용되는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 의하면, 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 제1회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 제1회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 제1회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 A-A 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 B-B 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자의 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도.
도 7a는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기가 외부의 동력을 전달받아 제1회전자가 회전하는 모습을 도시한 도면.
도 7b는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자가 영구자석 사이를 통과하면서 발전하는 모습을 도시한 도면.
도 7c는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에서 발전된 전기가 정류기를 통해서 충전기기로 충전되는 모습을 도시한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사시도를, 도 2는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도를, 도 3은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 A-A 단면도를, 도 4는 도 3에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 B-B 단면도를, 도 5는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자의 분리 사시도를, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도를, 도 7a는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기가 외부의 동력을 전달받아 제1회전자가 회전하는 모습을 도시한 도면을, 도 7b는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자가 영구자석 사이를 통과하면서 발전하는 모습을 도시한 도면을, 도 7c는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에서 발전된 전기가 정류기를 통해서 충전기기로 충전되는 모습을 도시한 도면을 각각 나타낸 것이다.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 제1회전자(10)와, 회전수단(20)과, 제1고정자(30)와, 제2고정자(40)와, 고정프레임(50)과, 정류기(60)와, 전송수단(70)을 포함하고 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1회전자(10)는 등각 간격으로 이격된 다수의 계자(11)로 이루어지되, 상기 계자(11)는 계자 철심(11a:field core)과 상기 계자 철심(11a) 내부에 감기는 코일(11b)로 구성하며, 상기 제1회전자(10)는 전체적으로 둥근 원형 형상을 갖도록 다수의 상기 계자(11)를 등각 간격으로 이격 배치한다.
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)는 다수의 독립된 상기 계자(11)로 구성되어 후설될 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 통과하면서 자력에 노출되어 통상 전자 유도 작용에 의해 코일(11b)이 감긴 계자(11)에 기전력이 발생하는 원리를 이용하여, 상기 계자(11)에 전압이 발생되도록 하여 발전하는 것이다.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 계자(11)의 계자 철심(11a)은 중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제1절개 홈(11aa')이 형성되는 제1판(11aa)과, 상기 제1판(11aa)과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제2절개 홈(11ab')이 형성되는 제2판(11ab)과, "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab) 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판(11aa)의 제1절개 홈(11aa')에 삽입되고, 타단은 상기 제2판(11ab)의 제2절개 홈(11ab')에 삽입되어 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab)을 이격 고정하는 고정판체(11ac)를 포함하여 구성하되, 상기 고정판체(11ac)의 내부에는 상기 코일(11b)이 감겨지도록 구성된다.
즉, 상기와 같은 구조를 갖는 상기 계자 철심(11a)은 작업자가 간편히 조립 제작할 수 있어 생산의 용이성을 확보할 수 있다.
더욱이, 상기 계자 철심(11a)의 제1판(11aa) 및 제2판(11ab)은 가볍고, 자석에 붙지 않는 성질을 갖는 티타늄 재질로 형성함으로, 상기 고정자(30,40)의 영구자석(31,41)에 부하 발생을 최소화하고 자력을 상기 계자 철심(11a)에 감긴 코일(11b)로 용이하게 안내시켜 상기 코일(11b) 중심으로 자력이 집중되게 하여 발전부하는 최소화되어 발전효율을 향상되도록 하는 장점을 유도하는, 동시에 가벼운 티타늄 재질로 인해 다수의 계자(11)로 이루어지는 상기 제1회전자(10)의 무게를 가볍게 형성할 수 있어 상기 제1회전자(10)를 회전시키기 위한 외부동력의 소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 제1회전자(10)를 구성하는 계자(11)의 개수는 12개가 사용되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전수단(20)은 내부에 상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11)가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 제1회전자(10)를 회전시키는 것으로,
상기 고정프레임(50)의 홈(51)으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 하부가 접촉 안치되는 하판(21)과, 상기 하판(21) 상부에 위치하며, 하면에는 상기 제1회전자(11)를 구성하는 다수의 계자(11) 상부가 접촉 안치되는 상판(22)과, 상기 하판(21)과 상판(22)을 결속하여 상기 계자(11)의 이탈을 방지하는 결속수단(23)과, 상기 상판(22)의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체(24)와, 상기 상판(22)의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링(25)과, 상기 고정프레임(50)의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링(25)에 삽입되어 상기 베어링(25)이 결합되는 상기 상판(22)의 위치를 지지하는 지지기둥(26)을 포함하여 구성된다.
즉, 도 7a에 도시된 바와 같이 상기 하판(21)과 상판(22) 사이에 위치하는 상기 제1회전자(10)는 결속수단(23)을 통해 견고히 결속되는 상기 하판(21)과 상판(22) 사이에 견고히 고정되며, 상기 상판(22)에 형성된 동력전달체(24)로 외부에서 동력이 제공되면 상기 상판(22)이 회전되면서 상기 제1회전자(10)가 함께 회전된다.
따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)는 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 회전 통과하면서 연속적으로 방향이 변화하는 강력한 자력에 노출되면서 상기 제1회전자(10)의 계자(11)에 전압이 발생하게 된다.
여기서, 상기 결속수단(23)으로 볼트(23a)와 너트(23b)가 사용되며, 상기 동력전달체(24)로 풀리가 구체적으로 사용되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1고정자(30)는 등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석(31)으로 이루어지되, 상기 제1영구자석(31)은 상기 제1회전자(10)의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석(31)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되도록 배치한다.
여기서, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)는 전체적으로 둥근 원형 형상을 갖도록 다수의 상기 영구자석(31,41)을 등각 간격으로 이격 배치한다.
본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 제1고정자(10) 및 후설될 상기 제2고정자(20)를 구성하는 영구자석(31,41)의 개수는 각각 10개로 구성되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2고정자(40)는 등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석(41)으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1회전자(10)의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석(41)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1영구자석(31)과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석(31)과 반대되는 자극이 형성되도록 배치한다.
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)의 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)으로 다수의 영구자석(31,41)으로 이루어진 상기 고정자(30,40)가 배치되는 구조로 인해 상기 제1회전자(10)는 상기 고정자(30,40)에서 발산되는 강력한 자력에 노출되어 발전효율이 상승되는, 동시에 순차적으로 교번하는 상기 제1영구자석(31)과 마주보는 상기 제2영구자석(41)의 자극이 반대되는 형성되는 배치로 인해 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 통과하는 상기 제1회전자(10)는 연속적으로 방향이 변화하는 자속 사이를 통과함으로 효율적인 전압발생이 유도되어 발전효율이 상승하게 된다.
여기서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 상기 제1회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성함으로,
도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 제1회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 제1회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 상기 계자(11)가 단시간에 다수의 영구자석(31,41) 사이를 신속하게 통과할 수 있어 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 출원인이 개발 제안한 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"에서 계자가 고정자를 구성하는 다수의 영구자석을 통과하는 과정에서 영구자석에서 당기는 자력에 높은 부하가 발생하여 다수의 계자로 구성되는 제1회전자를 회전시키는데 많은 동력이 소모되는 문제점과, 상기 계자가 연속적으로 영구자석의 자력에 유입되고 벗어나는 과정에서 회전의 흐름이 연속적으로 단절되어 제1회전자의 흐림이 원활하지 않아 전기발전의 효율이 다소 낮다는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
여기서, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41) 경사(θ1)는 1 내지 30°로 형성할 수 있으며, 상기 계자(11)가 회전하면서 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 자력에 용이하게 동시에 노출되도록 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 일 끝단은 근접 또는 수직 교차되게 위치되도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41) 경사(θ1)는 영구자석(31,41) 간의 간격이 넓으면 경사(θ1)를 다소 크게 형성하고, 상기 영구자석(31,41) 간의 간격이 좁으면 경사(θ1)를 다소 작게 형성하여 상기 영구자석(31,41)을 통과하는 상기 계자(11)가 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 자력에 용이하게 동시에 노출되도록 함이 바람직하다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정프레임(50)은 내부에 상기 제1회전자(10)가 삽입되도록 환형의 홈(51)이 형성되되, 상기 홈(51) 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면(51a)에는 상기 제2고정자(40)가 위치되고, 상기 홈(51) 내부에서 상기 제1내주면(51a)과 마주보는 제2내주면(51b)에는 상기 제1고정자(30)가 위치되도록 한다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정류기(60)는 상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수 계자(11)의 코일(11b)과 각각 연결되어 상기 제1회전자(10)에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 것으로, 통상의 정류기를 사용함은 물론이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전송수단(70)은 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되어 상기 제1회전자(10)에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 것으로,
상기 지지기둥(26) 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(71:slip ring)과, 상기 지지기둥(26) 상에 위치되되 상기 제1슬립 링(71)과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링(72)과, 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링(71)과 접촉되는 제1브러시(73)와, 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링(72)과 접촉되는 제2브러시(74)와, 상기 제1브러시(73)와 제2브러시(74) 각각에 형성되어 상기 브러시(73,74)와 슬립 링(71,72)이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시(73,74)의 위치를 고정하는 브러시 홀더(75)를 포함하여 구성된다.
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)는 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 회전하면서 자력에 노출되어 발전되고, 발전된 전기는 상기 정류기(60)로 공급 정류되고, 도 7c에 도시된 바와 같이 상기 정류기(60)로 공급된 전기는 상기 전송수단(70)인 브러시(73,74)를 통하여 슬립 링(71,72)으로 전송되고, 상기 슬립 링(71,72)으로 전송된 전기를 외부에 설치되는 통상의 축전기기(1)로 전송 저장되도록 한다.
여기서, 상기 제1슬립 링(71)은 축전기기(1)의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2슬립 링(72)은 상기 제1슬립 링(71)과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되는 것은 물론이다.
상기와 같은 구성요소로 이루어지는 본 발명의 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 고정자(30,40)를 구성하는 다수의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 상기 제1회전자(10)의 계자(11)가 상기 고정자(30,40)의 영구자석(31,41) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석(31,41)과 영구자석(31,41)의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 제1회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 제1회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)를 대신하여,
내부가 관통된 원기둥 형상의 원형 판(81)과, 상기 원형 판(81) 외주면에 서로 등각 간격으로 이격되어 위치되는 다수의 계자(82)로 구성되는 제2회전자(80)를 형성하되,
상기 계자(82)는 상기 원형 판(81)의 외주면에 결합 고정되는 계자 철심(82a:field core)과 상기 계자 철심(82a) 내부에 감기는 코일(82b)로 구성되며,
상기 계자 철심(82a)은 "├┤" 형상을 갖는 것으로, 일단은 상기 원형 판(81)의 외주면에 등각 간격으로 형성되는 결합홈(81a)에 삽입되어 결합 고정되는 제3판(82aa)과, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제3절개 홈(82ab')이 형성되며 상기 제3절개 홈(82ab')이 상기 제3판(82aa)의 타단에 삽입되는 제4판(82ab)을 포함하여 구성한다.
이때, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)를 경사(θ1) 없이 수직되게 위치시키되, 이를 대신하여 상기 계자(82)는 기울어지도록 경사(θ2)를 형성한다.
즉, 상기 영구자석(31,41)의 경사(θ1)를 대신하여 상기 계자(82)를 기울어지도록 경사(θ2)를 형성하더라도 상기에 상술한 본 발명의 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 효과를 기대할 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 회전수단(20)은 상기 하판(21)을 대신하여 상기 원형 판(81)의 상부에 적어도 하나 이상의 결합 공(27)이 형성되며, 상기 결속수단(23)으로 상기 상판(22)을 관통하여 상기 결합 공(27)에 체결 결합되어 상기 원형 판(81)을 견고히 결합 결속하는 결합볼트가 사용되어 상기 회전자의 위치를 견고히 고정하도록 함은 물론이다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 다음과 같이 작동하여 발전한다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 외부에서 동력전달체(24)로 동력을 제공하여 상기 동력전달체(24)와 함께 상판(22)을 회전시키면, 상기 상판(22)과 하판(21) 사이에 위치하는 다수의 계자(11)로 이루어진 제1회전자(10)가 회전하게 된다.
그러면, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)는 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하면서 통과하게 되며, 이때 상기 고정자(30,40)에서 제공되는 자력이 상기 제1회전자(10)를 구성하는 계자(11)에 집중되면서 전압이 발생 발전하게 된다.
여기서, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 형성되는 소정의 경사(θ1)로 인해 상기 제1회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되어,
상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 제1회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 제1회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 상기 계자(11)가 단시간에 다수의 영구자석(31,41) 사이를 신속하게 통과할 수 있어 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있다.
그러면, 도 7c에 도시된 바와 같이 상기 제1회전자(10)를 구성하는 계자(11)에 감긴 코일(11b)과 연결되는 정류기(60)에서 상기 제1회전자(10)에서 발전된 전기를 제공받아 정류하고, 정류된 전기는 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되는 전송수단(70)을 통하여 외부의 충전기기(1)로 전송 저장하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 12개의 계자(11)로 구성된 제1회전자(10)가 1회전 하는 동안 10개의 영구자석(31,41)으로 이루어진 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)가 발전에 기여하므로, 총 120회의 발전이 이루어진다.
여기서, 상기 제1회전자(10)를 구성하는 계자(11) 및 상기 고정자(30,40)를 구성하는 영구자석(31,41)의 개수는 발전기의 용량에 따라 개수를 적합하게 형성하여 항상 최적의 발전효율을 갖도록 제작함은 물론이다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 용량을 증대하기 위해서는 상기 계자(11) 및 영구자석(31,41)의 개수를 증대하여 발전 용량을 증대시키거나, 본 발명의 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100) 자체의 개수를 증대하여 발전 용량을 증대할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

Claims (7)

  1. 등각 간격으로 이격된 다수의 계자(11)로 이루어지되, 상기 계자(11)는 계자 철심(11a:field core)과 상기 계자 철심(11a) 내부에 감기는 코일(11b)로 구성되는 제1회전자(10);
    내부에 상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11)가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 제1회전자(10)를 회전시키는 회전수단(20);
    등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석(31)으로 이루어지되, 상기 제1영구자석(31)은 상기 제1회전자(10)의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석(31)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되는 제1고정자(30);
    등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석(41)으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1회전자(10)의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석(41)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1영구자석(31)과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석(31)과 반대되는 자극이 형성되는 제2고정자(40);
    내부에 상기 고정자(30,40)가 삽입되도록 환형의 홈(51)이 형성되되, 상기 홈(51) 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면(51a)에는 상기 제2고정자(40)가 위치되고, 상기 홈(51) 내부에서 상기 제1내주면(51a)과 마주보는 제2내주면(51b)에는 상기 제1고정자(30)가 위치되도록 하는 고정프레임(50);
    상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수 계자(11)의 코일(11b)과 각각 연결되어 상기 제1회전자(10)에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 정류기(60); 및
    상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되어 상기 제1회전자(10)에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 전송수단(70);을 포함하여 구성되되,
    상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ1)를 형성하여 상기 제1회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(42)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41) 경사(θ1)는 1 내지 30°로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전수단(20)은,
    상기 고정프레임(50)의 홈(51)으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 제1회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 하부가 접촉 안치되는 하판(21)과,
    상기 하판(21) 상부에 위치하며, 하면에는 상기 제1회전자(11)를 구성하는 다수의 계자(11) 상부가 접촉 안치되는 상판(22)과,
    상기 하판(21)과 상판(22)을 결속하여 상기 계자(11)의 이탈을 방지하는 결속수단(23)과,
    상기 상판(22)의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체(24)와,
    상기 상판(22)의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링(25)과,
    상기 고정프레임(50)의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링(25)에 삽입되어 상기 베어링(25)이 결합되는 상기 상판(22)의 위치를 지지하는 지지기둥(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전송수단(70)은,
    상기 지지기둥(26) 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(71:slip ring)과,
    상기 지지기둥(26) 상에 위치되되 상기 제1슬립 링(71)과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링(72)과,
    상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링(71)과 접촉되는 제1브러시(73)와,
    상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링(72)과 접촉되는 제2브러시(74)와,
    상기 제1브러시(73)와 제2브러시(74) 각각에 형성되어 상기 브러시(73,74)와 슬립 링(71,72)이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시(73,74)의 위치를 고정하는 브러시 홀더(75)를 포함하여 구성하되,
    상기 제1슬립 링(71)은 축전기기(1)의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2슬립 링(72)은 상기 제1슬립 링(71)과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계자(11)의 계자 철심(11a)은,
    중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제1절개 홈(11aa')이 형성되는 제1판(11aa)과,
    상기 제1판(11aa)과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제2절개 홈(11ab')이 형성되는 제2판(11ab)과,
    "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab) 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판(11aa)의 제1절개 홈(11aa')에 삽입되고, 타단은 상기 제2판(11ab)의 제2절개 홈(11ab')에 삽입되어 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab)을 이격 고정하는 고정판체(11ac)를 포함하여 구성하되,
    상기 고정판체(11ac)의 내부에는 상기 코일(11b)이 감겨지도록 하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계자 철심(11a)의 제1판(11aa) 및 제2판(11ab)은 티타늄 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1회전자(10)를 대신하여,
    내부가 관통된 원기둥 형상의 원형 판(81)과, 상기 원형 판(81) 외주면에 서로 등각 간격으로 이격되어 위치되는 다수의 계자(82)로 구성되는 제2회전자(80)를 포함하되,
    상기 계자(82)는 상기 원형 판(81)의 외주면에 결합 고정되는 계자 철심(82a:field core)과 상기 계자 철심(82a) 내부에 감기는 코일(82b)로 구성되며,
    상기 계자 철심(82a)은,
    "├┤" 형상을 갖는 것으로, 일단은 상기 원형 판(81)의 외주면에 등각 간격으로 형성되는 결합홈(81a)에 삽입되어 결합 고정되는 제3판(82aa)과, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제3절개 홈(82ab')이 형성되며 상기 제3절개 홈(82ab')이 상기 제3판(82aa)의 타단에 삽입되는 제4판(82ab)을 포함하여 구성되며,
    상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)를 경사(θ1) 없이 수직되게 위치시키고, 상기 계자(82)는 기울어지도록 경사(θ2)를 형성하며,
    상기 회전수단(20)은,
    상기 하판(21)을 대신하여 상기 원형 판(81)의 상부에 적어도 하나 이상의 결합 공(27)이 형성되며,
    상기 결속수단(23)으로 상기 상판(22)을 관통하여 상기 결합 공(27)에 체결 결합되어 상기 원형 판(81)을 견고히 결합 결속하는 결합볼트가 사용되는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
PCT/KR2012/004098 2011-12-05 2012-05-24 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기 WO2013085124A1 (ko)

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PCT/KR2012/004098 WO2013085124A1 (ko) 2011-12-05 2012-05-24 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기

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