WO2016064015A1 - 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기 - Google Patents

구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기 Download PDF

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WO2016064015A1
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WO
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stator
rotor
motor generator
case
rotary rotor
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PCT/KR2014/010613
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English (en)
French (fr)
Inventor
강봉현
임원욱
Original Assignee
주식회사 대신산업개발
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators

Definitions

  • the present invention relates to a motor generator in which driving and electric charging are performed at the same time.
  • the driving object is driven, and at the same time, an induction current (electricity) is generated, and the generated electricity (induction current) recharges the battery. It is about a generator.
  • a generator is a device that receives mechanical energy from an external power source and converts it into electrical energy, which is still a lot of research and development for a generator with good conversion efficiency from mechanical energy to electrical energy.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0048796 (“Generating Device Integrating Motor and Generator”, Publication Date 2012.05.16. It is described. In more detail, at the same time as the drive of the motor to produce electricity through the generator, and using the generated electricity to drive the motor again, the surplus electricity to charge the battery, or send to the Korea Electric Power Corporation It is described.
  • prior art generators violate the law of conservation of energy (when energy is converted to other energy, the sum of energy before and after the conversion is always kept constant), rather than using a generator or motor alone. There is a problem that the conversion efficiency is low.
  • motor generator capable of producing electricity at the same time as driving a motor and having high energy conversion efficiency without violating the law of energy conservation.
  • Patent Document Korean Unexamined Patent Publication No. 2012-0048796 (“Generator with Motor and Generator Integrated”, Publication Date 2012.05.16.)
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to produce electricity at the same time as driving the motor, to charge the battery in a range that does not violate the law of energy conservation, to lower the discharge rate of the battery It is to provide a motor generator that can extend the battery life.
  • the present invention also provides a motor generator having high energy conversion efficiency by reducing energy loss due to friction.
  • the present invention relates to a motor generator in which both driving and electric charging of a motor are performed at the same time, the cylindrical case 10 of which one surface is open and the other surface is blocked; An inner stator 100 fixed to the center of the case 10 and wound with a coil; An outer stator 300 fixed to an inner circumferential surface of the case 10 and wound with a coil; Rotation is provided between the inner stator 100 and the outer stator 300, the rotating means 400 is provided to be rotatable about the central axis of the case 10, the permanent magnet 240 is formed to cross the rotation Rotor 200; And a battery unit 20 connected to the internal stator 100 and the external stator 300. Characterized in that it comprises a.
  • the rotary rotor 200 is provided with a rotating means 400 so as to be rotatable spaced apart from the outside of the inner stator 100, the permanent magnet 240 on the surface facing the inner stator 100
  • Internal rotor 210 is provided to cross;
  • the outer means 220 is provided with a rotating means 400 so as to be rotatable spaced apart from the inside of the outer stator 300, the outer rotor 220 is provided with a permanent magnet 240 is crossed on the surface facing the outer stator 300. );
  • a separator 230 provided to block electrical and electromagnetic effects between the inner rotor 210 and the outer rotor 220. Characterized in that it comprises a.
  • the inner stator 100 receives the power from the battery unit 20 to generate an electromagnetic force to rotate the rotary rotor 200
  • the external stator 300 is the rotation of the rotary rotor 200
  • the generated electricity is characterized in that it is made to charge the battery unit 20.
  • the external stator 300 receives the power from the battery unit 20 to generate an electromagnetic force to rotate the rotary rotor 200
  • the internal stator 100 is the rotation of the rotary rotor 200
  • the generated electricity is characterized in that it is made to charge the battery unit 20.
  • the rotating means 400 is characterized by consisting of at least one selected from magnetic bearings that are ball bearings or superconductors.
  • the rotary rotor 200 is provided in the open portion of the case 10, connecting the rotary rotor 200 and the driving object 30, foreign matter is introduced into the case 10 It characterized in that it comprises a cover 500 to prevent.
  • the present invention relates to a motor generator, which does not violate the law of energy conservation, and has the effect of simultaneously driving the motor and producing electricity of the generator.
  • the motor generator of the present invention has the effect of increasing the energy conversion efficiency by reducing the energy lost by friction by using a magnetic bearing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor generator according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotary rotor according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a motor generator to which the magnetic bearing according to the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor generator according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotary rotor according to the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a motor generator to which a magnetic bearing according to the present invention is applied
  • FIG. 4 is according to the present invention.
  • the present invention relates to a bidirectional motor generator capable of simultaneously driving the motor and producing electricity of the generator. That is, when power is applied from the battery, the motor is driven, and at the same time, the generator is operated to produce electricity, and the generated electricity recharges the battery.
  • An important point of the present invention is that the battery can be charged at the same time as the driving of the motor without violating the law of energy conservation, thereby reducing the discharge rate of the battery and increasing the use time of the battery.
  • the motor generator of the present invention has an advantage of increasing energy conversion efficiency by reducing energy loss due to friction.
  • the motor generator of the present invention the case 10 to form the entire outer frame, the inner and outer stators 100 and 300 fixed to the case 10, the inner and outer stator ( It consists of a rotary rotor 200 provided to rotate between 100,300.
  • the internal and external stators 100 and 300 are connected to the battery unit 20. Therefore, the motor generator of the present invention, when power is applied from the battery unit 20, the rotary rotor 200 is rotated, the electricity is generated by the rotation of the rotary rotor 200 to restart the battery unit 20 Will be charged.
  • the case 10 is formed in a cylindrical shape in which one surface is open and the other surface is blocked, and has the same shape as that of a motor and a generator that are generally used.
  • the upper case 10 is provided with an internal stator 100, a rotary rotor 200, and an external stator 300 therein.
  • the inner stator 100 is fixed to the center of the case 10, the outer stator 300 is fixed to the inner surface of the case 10 is provided.
  • the inner stator 100 and the outer stator 300 is formed by winding a coil.
  • the rotary rotor 200 is provided between the inner stator 100 and the outer stator 300.
  • the rotary rotor 200 is provided with a permanent magnet 240 is crossed on the surface corresponding to the inner stator 100 and the outer stator 300.
  • the permanent magnet 240 reacts with the coils of the internal stator 100 or the external stator 300 to generate an electromagnetic force to rotate the rotary rotor 200 or generate an induction current to produce electricity.
  • the rotary rotor 200 consists of an inner rotor 210, an outer rotor 220, and a separator 230.
  • the inner rotor 210 is formed to be spaced apart at a predetermined interval on the outside of the inner stator 100, the rotation means 400 is provided therebetween.
  • the inner rotor 210 is provided with a permanent magnet 240 is crossed on the surface corresponding to the inner stator (100).
  • the outer rotor 220 is formed to be spaced apart a predetermined interval inside the outer stator 300, the rotation means 400 is provided therebetween.
  • the external rotor 220 is provided with a permanent magnet 240 is crossed on the surface corresponding to the external stator 300.
  • the separation membrane 230 is provided between the inner rotor 210 and the outer rotor 220, serves to block the electromagnetic influence, it is preferable to use an insulating material.
  • the motor generator of the present invention the rotation means 400 between the internal stator 100 and the rotary rotor 200, between the rotary rotor 200 and the external stator 300, respectively It is provided.
  • the rotating means 400 allows the rotary rotor 200 to rotate smoothly and serves to reduce energy consumption due to friction by reducing friction to a minimum.
  • the rotating means 400 serves to space the inner stator 100, the rotary rotor 200 and the outer stator 300 at a predetermined interval from each other.
  • the rotation means 400 reduces the friction between the external stator 300 and the internal stator 100 and rotates smoothly when the rotary rotor 200 rotates, thereby increasing energy efficiency.
  • the rotating means 400 may use a ball bearing or a magnetic bearing which is a superconductor.
  • the ball bearing is widely used because of its excellent durability and relatively low price.
  • the magnetic bearings are expensive and require high technical power, but have an advantage of increasing energy conversion efficiency due to less energy loss due to friction. Therefore, it is preferable that the rotating means 400 uses a magnetic bearing that is a superconductor rather than a ball bearing.
  • the motor generator is connected to the driving object 30 on one side of the rotary rotor 200.
  • the driving object 30 is also driven through the rotation.
  • the driving object 30 may generally use an automobile wheel, a propeller, a cog wheel, or the like used in connection with a motor.
  • the cover 500 may be further provided at an open portion of the case 10.
  • the cover 500 also serves to prevent foreign matter from flowing into the case 10, but the rotary rotor 200 and the driving object 30 through the connection part 510 provided in the cover 500.
  • one side of the connection portion 510 is coupled to the rotary rotor 200, the other side is coupled to the driving object (30).
  • the lid 500 connected to the rotary rotor 200 and the driving object 30 transmits the rotational force of the rotary rotor 200 to the driving object 30 to drive the driving object 30.
  • foreign matter may be introduced into the motor generator while the driving object 30 is driven, and the cover 500 may prevent foreign matter from being introduced into the motor generator during driving.
  • the motor generator of the present invention may be further provided with a sealing unit 520 between the case 10 and the driving object 30.
  • the sealing unit 520 serves to prevent foreign matter from entering the inside of the case 10, the retainer (Retainer) is mainly used to prevent the inflow of oil and foreign matter to the main device of the vehicle Can be used.
  • the power is applied to the external stator 300 to generate electricity in the internal stator 100 and the power is applied to the internal stator 100 to the external stator 300 Are divided by the way electricity is generated.
  • the motor generator of the present invention when the motor generator of the present invention is applied to an automobile, power is applied from a battery to rotate the rotary rotor 200, and the wheels (drive object 30) connected to the rotary rotor 200 are driven. At this time, the wheel is driven by the rotation of the rotary rotor 200 of the motor generator, the wheel is driven at the same time the electricity is generated by the rotation of the rotary rotor 200 to charge the battery again.
  • the battery may be further charged by using an electric charging station or a charging device.
  • the motor generator of the present invention can be applied to an existing electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the present invention relates to a bidirectional motor generator capable of simultaneously driving the motor and producing electricity of the generator. That is, when power is supplied from the battery, the motor is driven without violating the law of energy conservation, and at the same time, the generator is operated to produce electricity, and the generated electricity recharges the battery to lower the discharge rate of the battery and the battery usage time. Can be increased.
  • the motor generator of the present invention by using the magnetic bearing, there is an effect that can increase the energy conversion efficiency by reducing the energy loss due to friction will be useful in the field of generators.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기에 관한 것으로, 일면이 개방되고 타면이 막힌 원통형의 케이스(10); 상기 케이스(10)의 중심부에 고정되며, 코일이 권선되어진 내부스테이터(100); 상기 케이스(10)의 내주면에 고정되며, 코일이 권선되어진 외부스테이터(300); 상기 내부스테이터(100)와 외부스테이터(300) 사이에 구비되며, 상기 케이스(10)의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되고, 영구자석(240)이 교차되어 형성되는 회전로터(200); 및 상기 내부스테이터(100) 및 상기 외부스테이터(300)와 연결되는 배터리부(20);로 이루어진다.

Description

구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기
본 발명은 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 배터리로부터 전원이 인가되면, 구동대상물을 구동시키고, 이와 동시에 유도전류(전기)가 발생되며, 발생된 전기(유도전류)가 다시 배터리를 충전시키는, 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기에 관한 것이다.
우리가 사용하고 있는 전기는 화력발전소 또는 원자력발전소에서 생산되는 것이 대부분이다. 하지만, 화석 연료를 연소시키는 화력발전 방식은 지구 온난화 및 환경문제를 일으키는 이산화탄소를 발생시킨다. 또한, 핵반응을 통해 발전기를 가동시키는 원자력발전 방식은 방사능 누출, 핵폐기물 처리 문제 등 많은 환경 문제들을 대두시키고 있다. 전기를 생산하는 데 따른 문제점들 즉, 화석연료의 고갈 및 환경문제로 인해 전기의 사용 방식 역시 중요해지면서 최근에는 전기 절약 운동이 이루어지고 있으며, 이에 따른 절전형 가전제품들도 등장하고 있다.
현대 사회에서 유용하게 사용하고 있는 모터는 전기에너지를 이용하여 기계적 에너지로 변환하여 구동되는데, 최근에는 전기에너지의 양을 적게 쓰면서, 효율이 높은 모터에 대해 다양한 방식으로 연구되고 있다. 또한, 발전기는 외부 동력원으로부터 기계적 에너지를 전달받아 전기에너지로 변환시키는 장치인데, 역시 기계적 에너지에서 전기에너지로 변환 효율이 좋은 발전기에 대해 많은 연구 및 개발이 계속되고 있는 실정이다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2012-0048796호 (“모터와 발전기가 일체로 형성된 발전장치”, 공개일 2012.05.16., 이하 ‘선행기술’)는 발전기와 모터가 일체형으로 이루어진 발전장치에 대해 기재하고 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 모터의 구동과 동시에 발전기를 통해 전기를 생산하고, 생산된 전기를 이용하여 다시 모터를 구동하며, 이후 잉여전기는 배터리를 충전하거나, (주)한국전력공사로 보내는 내용이 기재되어 있다. 그러나, 선행기술의 발전장치는 에너지보존의 법칙(에너지가 다른 에너지로 전환될 때, 전환 전후의 에너지 총합은 항상 일정하게 보존된다는 법칙)에 위배되며, 발전기 또는 모터를 단독으로 사용하는 것보다 에너지 변환 효율이 낮다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 최근에는 에너지보존의 법칙에 위배되지 않으며, 모터의 구동과 동시에 전기를 생산 가능하고, 에너지 변환 효율이 높은 모터발전장치(이하 ‘모터발전기’라고 지칭함)에 대해 요구되고 있는 실정이다.
*선행기술문헌*
(특허문헌) 한국공개특허 제2012-0048796호 (“모터와 발전기가 일체로 형성된 발전장치”, 공개일 2012.05.16.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에너지보존의 법칙에 위배되지 않는 범위에서, 모터의 구동과 동시에 전기를 생산하여, 배터리를 충전시킴으로써, 배터리의 방전율을 낮추고 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있는 모터발전기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 마찰에 의한 에너지 손실을 줄여 에너지 변환 효율이 높은 모터발전기를 제공함에 있다.
본 발명은 모터의 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기에 관한 것으로, 일면이 개방되고 타면이 막힌 원통형의 케이스(10); 상기 케이스(10)의 중심부에 고정되며, 코일이 권선되어진 내부스테이터(100); 상기 케이스(10)의 내주면에 고정되며, 코일이 권선되어진 외부스테이터(300); 상기 내부스테이터(100)와 외부스테이터(300) 사이에 구비되며, 상기 케이스(10)의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되고, 영구자석(240)이 교차되어 형성되는 회전로터(200); 및 상기 내부스테이터(100) 및 상기 외부스테이터(300)와 연결되는 배터리부(20); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전로터(200)는 상기 내부스테이터(100)의 외측과 일정 간격 이격되어 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되며, 상기 내부스테이터(100)와 마주보는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비되는 내부로터(210); 상기 외부스테이터(300)의 내측과 일정 간격 이격되어 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되며, 상기 외부스테이터(300)와 마주보는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비되는 외부로터(220); 및 상기 내부로터(210) 및 외부로터(220) 사이에 전기적 및 전자기적인 영향을 차단하도록 구비되는 분리막(230); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부스테이터(100)는 상기 배터리부(20)로부터 전원을 공급받아 전자기력을 발생시켜, 상기 회전로터(200)를 회전시키며, 상기 외부스테이터(300)는 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되고, 발생된 전기는 상기 배터리부(20)를 충전시키도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부스테이터(300)는 상기 배터리부(20)로부터 전원을 공급받아 전자기력을 발생시켜, 상기 회전로터(200)를 회전시키며, 상기 내부스테이터(100)는 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되고, 발생된 전기는 상기 배터리부(20)를 충전시키도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전수단(400)은 볼 베어링 또는 초전도체인 자기베어링 중 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전로터(200)는 상기 케이스(10)의 개방된 부위에 구비되며, 상기 회전로터(200)와 구동대상물(30)을 연결하고, 이물질이 상기 케이스(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 덮개(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 모터발전기에 관한 것으로, 에너지보존의 법칙에 위배되지 않고, 모터의 구동과 발전기의 전기 생산이 동시에 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 모터발전기는 자기베어링을 사용함으로써, 마찰에 의해 손실되는 에너지를 줄여 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터발전기의 단면도
도 2는 본 발명에 따른 회전로터의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 자기베어링이 적용된 모터발전기의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 모터발전기의 실시예
*도면의 주요부호에 대한 상세한 설명*
10 : 케이스
20 : 배터리부
30 : 구동대상물
100 : 내부스테이터
200 : 회전로터
210 : 내부로터
220 : 외부로터
230 : 분리막
240 : 영구자석
300 : 외부스테이터
400 : 회전수단
500 : 덮개
510 : 연결부
520 : 실링부
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 모터발전기의 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 회전로터의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자기베어링이 적용된 모터발전기의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 모터발전기의 실시예이다.
본 발명은 모터의 구동과 발전기의 전기 생산을 동시에 할 수 있는 양방향 모터발전기에 관한 것이다. 즉, 배터리로부터 전원을 인가시키면, 모터가 구동되고, 이와 동시에 발전기가 작동되어 전기를 생산하며, 생산된 전기는 다시 배터리를 충전한다. 본 발명에서 중요한 점은 에너지보존의 법칙에 위배되지 않고, 모터의 구동과 동시에 전기를 생산하여, 배터리를 충전시킴으로써, 배터리의 방전율을 낮추고 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있다는 데에 있다. 또한, 본 발명의 모터발전기는 마찰에 의한 에너지 손실을 줄여 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 장점을 가지고 있다.
도1을 참조하여 본 발명의 모터발전기를 설명하면, 전체 외형틀을 형성하는 케이스(10), 상기 케이스(10) 내부에 고정되는 내부 및 외부스테이터(100, 300), 상기 내부 및 외부스테이터(100, 300) 사이에서 회전하도록 구비되는 회전로터(200)로 이루어진다. 또한, 상기 내부 및 외부스테이터(100, 300)는 배터리부(20)와 연결된다. 따라서, 본 발명의 모터발전기는 배터리부(20)로부터 전원이 인가되면, 회전로터(200)가 회전하게 되고, 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되어 배터리부(20)를 다시 충전시키게 된다.
케이스(10)는 일면이 개방되고 타면이 막힌 원통형으로 형성되는데, 일반적으로 사용되는 모터 및 발전기의 외형과 동일한 형상으로 이루어진다. 상부 케이스(10)는 내부에 내부스테이터(100), 회전로터(200) 및 외부스테이터(300)가 구비된다.
상기 내부스테이터(100)는 상기 케이스(10)의 중심부에 고정되며, 상기 외부스테이터(300)는 상기 케이스(10)의 내부면에 고정되어 구비된다. 또한, 상기 내부스테이터(100)와 상기 외부스테이터(300)는 코일이 권선되어 형성된다.
상기 회전로터(200)는 상기 내부스테이터(100)와 외부스테이터(300) 사이에 구비된다.
도2에서 보는 바와 같이, 상기 회전로터(200)는 상기 내부스테이터(100) 및 외부스테이터(300)와 대응되는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비된다. 상기 영구자석(240)은 내부스테이터(100) 또는 외부스테이터(300)의 코일과 반응하여, 전자기력을 발생시켜 회전로터(200)를 회전시키거나, 유도전류를 발생시켜 전기를 생산하는 역할을 한다. 상기 회전로터(200)는 내부로터(210), 외부로터(220) 및 분리막(230)으로 이루어진다. 상기 내부로터(210)는 내부스테이터(100)의 외측에 일정 간격 이격되어 형성되며, 그 사이에 회전수단(400)이 구비된다. 또한, 상기 내부로터(210)는 상기 내부스테이터(100)와 대응되는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비된다. 상기 외부로터(220)는 외부스테이터(300)의 내측에 일정 간격 이격되어 형성되며, 그 사이에 회전수단(400)이 구비된다. 또한, 상기 외부로터(220)는 상기 외부스테이터(300)와 대응되는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비된다. 또한, 상기 분리막(230)은 내부로터(210)와 외부로터(220) 사이에 구비되며, 전자기적인 영향을 차단하는 역할을 하며, 절연성의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
도1 및 도3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 모터발전기는 상기 내부스테이터(100)와 회전로터(200) 사이, 회전로터(200)와 외부스테이터(300)사이에 회전수단(400)이 각각 구비된다. 상기 회전수단(400)은 회전로터(200)가 원활히 회전되도록 하며, 마찰을 최소한으로 줄여 마찰에 의한 에너지 소모를 줄이는 역할을 한다.
상기 회전수단(400)은 상기 내부스테이터(100), 회전로터(200) 및 외부스테이터(300)가 서로 일정 간격으로 이격시키는 역할을 한다. 상기 회전수단(400)은 회전로터(200)가 회전할 때 외부스테이터(300) 및 내부스테이터(100)와의 마찰을 줄이고 원활하게 회전할 수 있게 하여, 에너지 효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 상기 회전수단(400)은 볼 베어링 또는 초전도체인 자기베어링 등을 사용할 수 있는데, 상기 볼 베어링은 내구성이 좋고, 가격이 비교적 저렴하여 널리 사용된다. 반면, 상기 자기베어링은 가격이 고가이고, 높은 기술력이 필요하지만, 마찰에 대한 에너지 손실이 적어 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서, 상기 회전수단(400)은 볼 베어링 보다 초전도체인 자기베어링을 사용하는 것이 바람직하다.
도4에서 보는 바와 같이, 모터발전기는 회전로터(200)의 일측면에 구동대상물(30)이 연결된다. 상기 회전로터(200)가 회전하게 되면, 상기 구동대상물(30)도 회전을 통해 구동하게 된다. 상기 구동대상물(30)은 일반적으로 모터와 연결되어 사용하는 자동차 바퀴나 프로펠러, 톱니바퀴 등을 사용할 수 있다.
상기 모터발전기는 일면이 개방되어 있기 때문에, 이물질이 유입될 수도 있다. 이를 방지하기 위해 케이스(10)의 개방된 부위에 덮개(500)가 더 구비될 수도 있다. 상기 덮개(500)는 이물질이 상기 케이스(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할도 하지만, 상기 덮개(500)에 구비된 연결부(510)를 통해 회전로터(200)와 구동대상물(30)을 연결하여, 상기 구동대상물(30)을 구동시킨다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 연결부(510)의 일측은 회전로터(200)와 결합되고, 타측은 구동대상물(30)과 결합된다. 상기 회전로터(200) 및 구동대상물(30)과 연결된 덮개(500)는 회전로터(200)의 회전력을 상기 구동대상물(30)로 전달하여, 상기 구동대상물(30)을 구동시킨다. 또한, 상기 구동대상물(30)이 구동하면서 이물질이 모터발전기 내부로 유입될 수도 있는데, 상기 덮개(500)는 구동 시에 이물질이 모터발전기 내부로 유입되는 것을 방지하는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 모터발전기는 상기 케이스(10)와 구동대상물(30) 사이에 실링부(520)가 더 구비될 수도 있다. 상기 실링부(520)는 이물질이 상기 케이스(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 하며, 자동차의 주요장치에 오일 및 이물질이 유입되는 것을 방지하는 데에 주로 사용되는 리테이너(Retainer)를 사용할 수 있다.
본 발명의 모터발전기의 구동에 대해 설명하면, 전원이 외부스테이터(300)로 인가되어 내부스테이터(100)에서 전기가 발생되는 방식과, 전원이 내부스테이터(100)로 인가되어 외부스테이터(300)에서 전기가 발생되는 방식으로 나뉜다.
전자의 경우, 배터리부(20)에서 전원이 외부스테이터(300)로 인가되면, 인가된 전원에 의해 외부스테이터(300)와 외부로터(220) 사이에 전자기력이 발생되고, 발생된 전자기력은 회전로터(200)를 회전시킨다. 상기 회전로터(200)가 회전하게 되면, 상기 회전로터(200)와 연결된 구동대상물(30)이 구동되는 동시에 내부로터(210)와 내부스테이터(100)에서 유도전류(전기)가 발생된다. 상기 전기는 상기 내부스테이터(100)에 권선된 코일을 통해 배터리부(20)로 흘러 상기 배터리부(20)를 충전시킨다.
후자의 경우, 배터리부(20)에서 전원이 내부스테이터(100)로 인가되면, 인가된 전원에 의해 내부스테이터(100)와 내부로터(210) 사이에 전자기력이 발생되고, 발생된 전자기력은 회전로터(200)를 회전시킨다. 상기 회전로터(200)가 회전하게 되면, 상기 회전로터(200)와 연결된 구동대상물(30)이 구동되는 동시에 외부로터(220)와 외부스테이터(300)에서 유도전류(전기)가 발생된다. 상기 전기는 상기 외부스테이터(300)에 권선된 코일을 통해 배터리부(20)로 흘러 상기 배터리부(20)를 충전시킨다.
또한, 본 발명의 모터발전기를 자동차에 적용할 경우, 배터리에서 전원이 인가되어 회전로터(200)가 회전되고, 회전로터(200)와 연결된 바퀴(구동대상물 : 30)가 구동하게 된다. 이때 상기 바퀴는 모터발전기의 회전로터(200)의 회전에 의해 구동되고, 바퀴가 구동되는 동시에 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되어 배터리를 다시 충전시킨다. 다만, 상기 배터리는 모터발전기에 의해 충전이 되더라도, 필요할 경우 전기충전소 또는 충전장치를 이용하여 추가로 배터리를 충전시킬 수도 있다. 나아가, 본 발명의 모터발전기는 기존 전기자동차 또는 하이브리드자동차에도 적용 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 모터의 구동과 발전기의 전기 생산을 동시에 할 수 있는 양방향 모터발전기에 관한 것이다. 즉, 배터리로부터 전원을 인가시키면 에너지보존의 법칙에 위배되지 않고 모터가 구동되고, 이와 동시에 발전기가 작동되어 전기를 생산하며, 생산된 전기는 다시 배터리를 충전하여 배터리의 방전율을 낮추고 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있다. 또한, 본 발명의 모터발전기는 자기베어링을 사용함으로써, 마찰에 의한 에너지 손실을 줄여 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 효과가 있어 발전기 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 일면이 개방되고 타면이 막힌 원통형의 케이스(10);
    상기 케이스(10)의 중심부에 고정되며, 코일이 권선되어진 내부스테이터(100);
    상기 케이스(10)의 내주면에 고정되며, 코일이 권선되어진 외부스테이터(300);
    상기 내부스테이터(100)와 외부스테이터(300) 사이에 구비되며, 상기 케이스(10)의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되고, 영구자석(240)이 교차되어 형성되는 회전로터(200); 및
    상기 내부스테이터(100) 및 상기 외부스테이터(300)와 연결되는 배터리부(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전로터(200)는,
    상기 내부스테이터(100)의 외측과 일정 간격 이격되어 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되며, 상기 내부스테이터(100)와 마주보는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비되는 내부로터(210);
    상기 외부스테이터(300)의 내측과 일정 간격 이격되어 회전 가능하도록 회전수단(400)이 구비되며, 상기 외부스테이터(300)와 마주보는 면에 영구자석(240)이 교차되어 구비되는 외부로터(220); 및
    상기 내부로터(210) 및 외부로터(220) 사이에 전자기적인 영향을 차단하도록 구비되는 분리막(230);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부스테이터(100)는 상기 배터리부(20)로부터 전원을 공급받아 전자기력을 발생시켜, 상기 회전로터(200)를 회전시키며,
    상기 외부스테이터(300)는 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되고, 발생된 전기는 상기 배터리부(20)를 충전시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 외부스테이터(300)는 상기 배터리부(20)로부터 전원을 공급받아 전자기력을 발생시켜, 상기 회전로터(200)를 회전시키며,
    상기 내부스테이터(100)는 상기 회전로터(200)의 회전에 의해 전기가 발생되고, 발생된 전기는 상기 배터리부(20)를 충전시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전수단(400)은 볼 베어링 또는 초전도체인 자기베어링 중 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전로터(200)는
    상기 케이스(10)의 개방된 부위에 구비되며, 상기 회전로터(200)와 구동대상물(30)을 연결하고, 이물질이 상기 케이스(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 덮개(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동과 전기충전이 동시에 이루어지는 모터발전기.
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