WO2020013606A1 - 중력을 회전운동 모드로 변경하여 전기를 발생시키는 발전 장치 - Google Patents

중력을 회전운동 모드로 변경하여 전기를 발생시키는 발전 장치 Download PDF

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WO2020013606A1
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power generation
superconductor
rotor
magnet
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이종훈
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이종훈
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device, and more particularly to a power generation device that generates power using gravity.
  • the present invention provides a power generation device that can preserve the natural environment and minimize the cost of power generation.
  • a power generation apparatus includes a magnet disposed to be orthogonal to a gravity direction, the rotor axially rotating about the gravity direction, and disposed in parallel with the rotor on an upper surface of the rotor. And a second superconductor disposed on the lower surface of the rotor and parallel to the rotor, wherein the speed of rotation of the shaft of the rotor is the magnitude of gravity with respect to the upper surface of the first superconductor.
  • FIG. 1 illustrates a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates a power generation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a three-phase alternating current according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a magnetic field change according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 illustrates a rotor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 illustrates a power generator according to still another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10A and 10B illustrate a power generation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • 11A, 11B, and 11C are examples of using a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a three-phase induction generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation device 10 includes a magnet 110 and a plurality of superconductors (first superconductor 120 and second superconductor 130).
  • the power generation apparatus 10 may maintain a constant interval through the magnetic levitation phenomenon and the quantum fixation phenomenon generated between the magnet 110 and the plurality of superconductors 120 and 130.
  • Superconductors (120, 130) is a conductor that exhibits a superconductivity phenomenon that the electrical resistance is close to zero at a very low temperature. Superconductors (120, 130) inside the magnetic field can not enter, there is a property to push the magnetic field inside.
  • the superconductors 120 and 130 fix magnetic lines called flux fluxes so that the granulated magnetic fields inside the superconductors 120 and 130 do not move around. In this case, magnetic levitation and quantum locking (or flux pinning) occur.
  • the magnetic levitation phenomenon refers to lifting an object in space using electromagnetic force.
  • the quantum fixation phenomenon is a phenomenon in which magnetic flux is fixed inside a superconductor that causes a current to flow instead of the Lorentz force.
  • the magnet 110 and the plurality of superconductors 120 and 130 may be disposed at a predetermined distance by magnetic levitation and quantum fixation.
  • the magnet 110 includes an N pole and an S pole.
  • the magnet 110 may magnetically float between the plurality of superconductors 120 and 130.
  • the magnet 110 may be disposed to be orthogonal to the gravity direction G in the magnetic levitation state.
  • the magnet 110 may be axially rotated about the gravity direction by an external force (for example, a force exerted by an external object, an electric force introduced from the outside, etc.).
  • the speed of the axis rotation may be proportional to the magnitude of gravity with respect to the upper surface of the first superconductor 120.
  • the first superconductor 120 and the second superconductor 130 may be disposed at a predetermined distance from the magnet 110 according to the magnetic field induced by the magnet 110.
  • the predetermined distance may be adjusted according to the magnitude of gravity with respect to the upper surface of the first superconductor 120.
  • the predetermined distance may be closer when the magnitude of gravity with respect to the upper surface of the first superconductor 120 increases.
  • the shaft rotation speed of the magnet 110 may be faster.
  • the distance between the magnet 110 and the plurality of superconductors 120 and 130 may be determined according to the gravity acting in the gravity direction G.
  • the distance between the magnet 110 and the plurality of superconductors 120 and 130 may be shortened according to gravity acting in the gravity direction G.
  • gravity is stronger, the rotation of the magnet 110 may be faster.
  • gravity is weakened, the rotation of the magnet 110 may be slowed down.
  • the magnet 110 may induce a magnetic field.
  • the magnetic field induced from the magnet 110 may induce the above-described magnetic levitation phenomenon and quantum fixation phenomenon.
  • the line of magnetic force of the magnet 110 is directed out of the N pole of the magnet 110 and toward the S pole.
  • the superconductors 120 and 130 are arranged on the upper surface of the magnet 110 in parallel with the magnet 110 and the second superconductors 120 and on the lower surface of the magnet 110 in parallel with the magnet 110.
  • the superconductor 130 is included.
  • the superconductors 120 and 130 may fix the magnetic flux 130-1 inside the superconductors 120 and 130. Through this, the above-described magnetic levitation phenomenon and quantum fixation phenomenon can be induced.
  • the inside of the power generation device 10 may be a vacuum state that allows the magnet 110 to rotate without air resistance.
  • magnets, superconductors and magnets may be arranged in the direction of gravity G. This example will be described in detail with reference to FIG. 2. 1 and 2 will be omitted for convenience of description.
  • FIG. 2 illustrates a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the power generation device 20 includes magnets 210-1 and 210-2 and a superconductor 220.
  • the power generation device 20 may be arranged in the order of the magnet 210-1, the superconductor 220, and the magnet 210-2.
  • the magnets 210-1 and 210-2 may induce a magnetic field.
  • the magnet 210-1 and the magnet 210-2 may be disposed such that polarities of the opposite surfaces of the magnet 210-1 and the magnet 210-2 are the same.
  • the polarity of the lower surface of the magnet 210-1 and the polarity of the upper surface of the magnet 220-1 may be the same as the S pole.
  • the lines of magnetic force may exit the N poles of the magnets 210-1 and 210-2 and face the S poles.
  • the superconductor 220 may be disposed between the magnets 210-1 and 210-2 by magnetic levitation and quantum fixation.
  • the superconductor 220 may be axially rotated about the axis of gravity (G).
  • the power generation device 20 may receive gravity applied by the external object 230.
  • the external object 230 may be any object such as a building, a TV, a mobile phone, and a train.
  • the power generation device 20 may be supported by an electromagnetic force (Coulomb's law) by an object 240 (eg, road, rock, etc.) located on the earth or the earth's surface.
  • the electromagnetic force is opposite to the direction of gravity.
  • FIG 3 illustrates a power generation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • the generator 30 includes a magnet 310 and a plurality of superconductors 320-1 and 320-2.
  • the magnet 310 may have a shape in which the N pole and the S pole are joined in the vertical direction of the gravity direction G. In this case, the magnet 310 may axially rotate about the gravity direction G.
  • the magnet 310 may cause a change in the peripheral magnetic field (or magnetic force line) by axially rotating the gravity direction G about the axis.
  • the magnet 310 is axially rotated in the gravity direction G to generate power.
  • the structure of the power generation apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation device 40 includes a stator 410 and a rotor 420.
  • the stator 410 may arrange three iron cores 410-1, 410-2, and 410-3 at 120 ° intervals.
  • three coils eg, three-phase coils
  • the three-phase coil generates a three-phase alternating current due to the electromotive force caused by the shaft rotation of the rotor 420.
  • the rotor 420 may be axially rotated in one direction while the stator 410 is fixed.
  • the rotor 420 may be axially rotated in the gravity direction G.
  • the rotor 420 may include the magnet 310 described above.
  • phase voltage and output voltage of the power generation device 40 are determined by the rotational speed and intensity of the magnetic field and the number of turns of the three coils.
  • the power generation device 40 further includes an end shield and a diode (for excitation or rectification) supporting the stator 410 and the rotor 420, in addition to the stator 410 and the rotor 420.
  • a diode for excitation or rectification
  • FIG. 6 illustrates a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the generator 60 includes a magnet 610, a first superconductor 620-1, and a second superconductor 620-2.
  • the power generation device 60 may produce electricity by gravity G applied by an external object.
  • gravity G is applied to gravity on the first superconductor 620-1.
  • the distance between the magnet 610, the first superconductor 620-1, and the second superconductor 620-2 becomes close. Accordingly, the magnetic field induced by the magnet 610 may be changed. A change in the magnetic levitation phenomenon and the quantum fixation phenomenon of the first superconductor 620-1 and the second superconductor 620-1 may be caused. For example, the magnetic levitation phenomenon and the quantum fixation phenomenon may be relatively enhanced. As a result, axial rotation of the magnet 610 can be faster.
  • FIG. 7 is a view for explaining a magnetic field change according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic flux may vary according to the magnitude of gravity.
  • space A and space B may be defined by density, mass, and time.
  • space A and space B may be defined by density and weight.
  • Space A has gravity (mg)
  • space B has electromagnetic force ( )
  • Equation 1 Equation 1 below is derived.
  • Equation 1 the amount of change in the magnetic flux is proportional to gravity. Therefore, as gravity increases, the magnetic linear velocity changes.
  • the change in magnetic flux due to gravity may be explained as follows.
  • space A and space B may consist of density, mass, and time.
  • Energy of space A Is the energy of space B by gravity Can be delivered.
  • the potential energy of ego The potential energy of to be.
  • the earth is electrostatic (or electromagnetic) energy in space A.
  • energy of space B Can support
  • energy of space B Is in equilibrium. In other words, to be.
  • Equation 2 Equation 2 below is derived.
  • the magnetic flux between the magnet 610, the first superconductor 620-1, and the second superconductor 620-2 is increased as gravity is applied to the upper portion of the first superconductor 620-1. Is changed. In this case, the axial rotation speed of the magnet 610 becomes higher due to the magnetic levitation phenomenon and the quantum fixation phenomenon.
  • FIG 8 illustrates a rotor according to an embodiment of the present invention.
  • the rotor 80 includes a magnet 810, an armature winding 820, and an armature core 830.
  • the armature winding 820 refers to a three-phase winding in a three-phase alternator
  • the magnetic core 830 refers to an iron core accommodating the winding.
  • FIG 9 illustrates a power generator according to still another embodiment of the present invention.
  • the power generation device 90 includes a magnet 910, superconductors 920-1 and 920-2, and iron cores 930-1 and 930-2.
  • the S pole and the N pole of the magnet 910 may be formed to be orthogonal to the gravity direction G.
  • the magnet 910 may be axially rotated about an axis perpendicular to the direction of gravity G when gravity G is applied thereto.
  • FIGS. 10A and 10B illustrate a power generation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B illustrates a case in which greater gravity acts on the upper portion of the first superconductor 1020-1 of the power generation device 100 than in FIG. 10A.
  • the distance d2 between the first superconductor 1020-1 and the second superconductor 1020-2 in the case of FIG. 10B is the first superconductor 1020-1 and the second superconductor in the case of FIG. 10A. It is shorter than the distance d1 between (1020-2).
  • the distance between the magnet 1010 and the first superconductor 1020-1 in FIG. 10B is shorter than the distance between the magnet 1010 and the second superconductor 1020-2 in FIG. 10A.
  • the superconductors 1020-1 and 1020-2 are brought close to the magnet 1010 by gravity, thereby causing a change in magnetic fields inside and outside the superconductors 1020-1 and 1020-2.
  • induction current is generated in the superconductors 1020-1 and 1020-2, and the generated induction current provides an electromotive force that allows the magnet 1010 to rotate in the direction of gravity (G).
  • G direction of gravity
  • the rotation of the shaft of the magnet 1010 may be faster.
  • gravity and electrostatic force are balanced by 9 powers of 10, and the superconductors 1020-1 and 1020-2 and the magnet 1010 may be disposed at a distance of about 1-2 cm (magnetism and quantum fixation). phenomenon).
  • the magnetic field reaches a new quantum fixation state (magnetism and quantum fixation) when the magnet 1010 is axially rotated.
  • the electrical energy generated by the rotation of the shaft of the magnet 1010 that causes a new quantum fixation state may have a production efficiency of 10 to 4 power of 10 except for energy loss.
  • the power generation device 100 may be embedded in a real estate such as a building or a railroad, or in a mountain park such as a mobile phone or a car.
  • the power generation device 100 may generate power by gravity of an object in which the power generation device 100 is embedded.
  • the electricity produced by the power generation device 100 may be consumed by an object in which the power generation device 100 is embedded, consumed by another object, or stored in a battery.
  • 11A to 11C illustrate utilization examples of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • a base isolation device 1102-1 may be provided at a lower portion 1102 of the building 1101.
  • the isolation device 1102-1 is an elastic material 1102-1 inserted into a building structure to prevent collapse of the building 1101 due to an earthquake.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a three-phase induction generator according to an embodiment of the present invention.
  • the three-phase induction generator 1200 may be installed below the building 1260 (for example, a seismic isolation device).
  • the three-phase induction generator 1200 includes magnets 1210-1 and 1210-2 and a superconductor 1220.
  • the power generator 1200 may sequentially arrange the first magnet 1210-1, the superconductor 1220, and the second magnet 1210-2 with respect to the gravity direction.
  • Gravity 1230 acts on the magnets 1210-1 and 1210-2 and the superconductor 1220, and magnetic levitation and quantum fixation can act between the magnets 1210-1 and 1210-2 and the superconductor 1210. have.
  • the superconductor 1210 may axially rotate about the gravity direction of the gravity 1230.
  • three-phase induced electromotive force may be generated through the three-phase coil 1250.
  • the power generation apparatus may effectively produce energy-efficient eco-friendly energy by utilizing the magnetic levitation phenomenon and the quantum fixation phenomenon.

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Abstract

발전 장치가 개시된다. 발전 장치는, 중력 방향에 직교하도록 배치되는 자석을 포함하고, 상기 중력 방향을 축으로 축 회전하는 회전자, 상기 회전자의 상 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제1 초전도체 및 상기 회전자의 하 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제2 초전도체를 포함하고, 상기 회전자의 상기 축 회전의 속도는, 상기 제1 초전도체의 상 면에 대한 중력의 크기에 비례할 수 있다.

Description

중력을 회전운동 모드로 변경하여 전기를 발생시키는 발전 장치
본 발명은 발전 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 중력을 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치에 대한 것이다.
현대 생활에서 전기는 물과 공기만큼 중요하다. 공장, 학교, 관공서, 가정 등 대부분의 장소에서 전기를 이용하고 있다.
근래에 들어 지속 가능한 개발이 화두가 되면서, 인류는 화석 연료의 이용을 최소화하는 친환경 발전 방식의 개발에 힘을 쏟고 있다.
특히, 지구 온난화 이슈로 탄소를 적게 배출하는 발전 방식 예를 들어, 태양열 발전, 풍력 발전, 수력 발전 등의 발전 방식을 개선하기 위한 노력이 전 지구적으로 이루어지고 있다.
또한, 전기를 생산하는 기존의 방식은 대형 발전 설비를 구축하고, 비싼 자원을 이용하기 때문에 고비용 방식일 수밖에 없었다. 자본이 부족한 나라들은 전기로부터 비롯되는 문명의 혜택을 누리지 못했으며, 이로 인해 국가 경쟁력이 뒤쳐졌다. 이에 따라, 저비용 고효율의 발전 방식의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 자연환경을 보전하고 발전 비용을 최소화할 수 있는 발전 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발전 장치는, 중력 방향에 직교하도록 배치되는 자석을 포함하고, 상기 중력 방향을 축으로 축 회전하는 회전자, 상기 회전자의 상 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제1 초전도체 및 상기 회전자의 하 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제2 초전도체를 포함하고, 상기 회전자의 상기 축 회전의 속도는, 상기 제1 초전도체의 상 면에 대한 중력의 크기에 비례할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자연환경을 보전하고 발전 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 교류 전류를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자를 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 11a, 11b 및 11c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 활용 예이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 유도 발전 장치의 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작원리를 상세히 설명한다. 또한, 발명에 대한 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 하기에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 사용된 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용 및 이에 상응한 기능을 토대로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 1에 따른 발전 장치(10)는 자석(110) 및 복수의 초전도체(제1 초전도체(120) 및 제2 초전도체(130))를 포함한다.
발전 장치(10)는 자석(110) 및 복수의 초전도체(120, 130) 간에 발생되는 자기부상 현상 및 양자고정 현상을 통해 일정한 간격을 유지할 수 있다.
초전도체(120, 130)는 매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도 현상이 나타나는 도체이다. 초전도체(120, 130) 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있다.
초전도체(120, 130)는 외부에 자기장을 만나면 초전도체(120, 130) 내부의 입자화된 자기장들이 돌아다니지 않도록 자기선속양자(fluxon)라고 불리는 자기선들을 고정시킨다. 이 경우, 자기부상(magnetic levitation) 현상 및 양자고정(quantum locking)(또는 플럭스 피닝(flux pinning) 현상) 현상이 나타난다.
여기서, 자기부상 현상이란, 전자기적인 힘을 이용하여 물체를 공간상에 들어올리는 것을 말한다. 양자고정 현상이란, 자속(magnetic flux)이 로렌츠 힘 대신에 전류를 흐르게 하는 초전도체 내부에 고정되는 현상이다.
자석(110) 및 복수의 초전도체(120, 130)는 자기부상 현상 및 양자고정 현상에 의해 일정 거리로 배치될 수 있다.
자석(110)은 N극 및 S극을 포함한다. 자석(110)은 복수의 초전도체(120, 130) 사이에 자기부상할 수 있다. 자석(110)은 자기부상 상태에서 중력 방향(G)에 직교하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 자석(110)은 외부의 힘(예를 들어, 외부의 물체가 부딛히는 힘, 외부에서 유입되는 전기력 등)에 의해 중력 방향을 축으로 축 회전할 수 있다. 여기서, 축 회전의 속도는 제1 초전도체(120)의 상 면에 대한 중력의 크기에 비례할 수 있다.
제1 초전도체(120) 및 제2 초전도체(130)는 자석(110)에서 유발되는 자기장에 따라 자석(110)과 일정 거리로 배치될 수 있다. 여기서, 제1 초전도체(120)의 상 면에 대한 중력의 크기에 따라 일정 거리가 조정될 수 있다. 일 예로, 일정 거리는 제1 초전도체(120)의 상 면에 대한 중력의 크기가 커지는 경우 더 가까워질 수 있다. 여기서, 일정 거리가 더 가까워지는 경우 자석(110)의 축 회전 속도는 더 빨라질 수 있다.
구체적으로, 중력 방향(G)으로 작용하는 중력에 따라 자석(110) 및 복수의 초전도체(120, 130) 간의 거리가 결정될 수 있다. 일 예로, 중력 방향(G)으로 작용하는 중력에 따라 자석(110) 및 복수의 초전도체(120, 130) 간의 거리가 단축될 수 있다. 중력이 강해지는 경우, 자석(110)의 회전은 빨라질 수 있다. 중력이 약해지는 경우, 자석(110)의 회전은 늦어질 수 있다.
자석(110)은 자기장을 유도할 수 있다. 자석(110)으로부터 유발된 자기장은 상술한 자기부상 현상 및 양자고정 현상을 유도할 수 있다. 자석(110)의 자기력선은 자석(110)의 N극으로부터 나와 S극으로 향한다.
초전도체(120, 130)는 자석(110)의 상 면에 자석(110)과 평행하게 배치되는 제1 초전도체(120) 및 자석(110)의 하 면에 자석(110)과 평행하게 배치되는 제2 초전도체(130)를 포함한다.
초전도체(120, 130)는 자속(130-1)을 초전도체(120, 130) 내부에 고정시킬 수 있다. 이를 통해, 상술한 자기부상 현상 및 양자고정 현상이 유도될 수 있다. 이 경우, 발전 장치(10)의 내부는 자석(110)이 공기 저항 없이 회전할 수 있도록 하는 진공 상태일 수 있다.
상술한 도 1은, 제1 초전도체(120), 자석(110) 및 제2 초전도체(130)의 순서로 배치되어 있으나, 배치 순서는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 중력 방향(G)으로 자석, 초전도체 및 자석이 배치될 수도 있다. 이러한 예에 대하여 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 상술한 도 1의 내용과 중복되는 내용은 설명의 편의를 위해 이하 생략한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 2에 따른 발전 장치(20)는 자석(210-1, 210-2) 및 초전도체(220)를 포함한다.
일 예로, 발전 장치(20)는 자석(210-1), 초전도체(220) 및 자석(210-2)의 순서로 배치될 수 있다.
자석(210-1, 210-2)은 자기장을 유도할 수 있다. 자석(210-1) 및 자석(210-2)은 자석(210-1) 및 자석(210-2) 각각의 마주보는 면의 극성이 동일하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 자석(210-1)의 하 면의 극성 및 자석(220-1)의 상 면의 극성은 S극으로 동일할 수 있다.
이 경우, 자기력선은 자석(210-1, 210-2)의 N 극으로부터 나와 S극으로 향할 수 있다.
초전도체(220)는 자기부상 현상 및 양자고정 현상에 의해 자석(210-1, 210-2) 사이에 배치될 수 있다. 초전도체(220)는 중력 방향(G)을 축으로 축 회전할 수 있다.
도 2를 참조하면, 발전 장치(20)는 외부 물체(230)에 의해 가해지는 중력을 받을 수 있다. 여기서, 외부 물체(230)는 건물, TV, 휴대폰, 기차 등 모든 물체가 될 수 있다. 또한, 발전 장치(20)는 지구 또는 지표면 상에 위치하는 물건(240)(예를 들어, 도로, 암석 등)에 의한 전자기력(쿨롱의 법칙)에 의해 지지될 수 있다. 여기서, 전자기력은 중력 방향의 반대방향이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 3을 참조하면, 발전 장치(30)는 자석(310) 및 복수의 초전도체(320-1, 320-2)를 포함한다.
자석(310)은 중력 방향(G)의 수직 방향으로 N 극 및 S 극이 접합된 형태일 수 있다. 이 경우, 자석(310)은 중력 방향(G)을 축으로 축 회전할 수 있다.
여기서, 자석(310)은 중력 방향(G)을 축으로 축 회전함으로써 주변의 자기장(또는 자기력선)의 변경을 유발할 수 있다.
자석(310)이 중력 방향(G)으로 축 회전함으로써 전력을 생성할 수 있다. 이하, 도 4 내지 7을 참조하여 발전 장치의 구조를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 구조도이다.
도 4를 참조하면, 발전 장치(40)는 고정자(stator)(410) 및 회전자(rotor)(420)를 포함한다.
고정자(410)는 120° 간격을 두고 3개의 철심(410-1, 410-2, 410-3)을 배치할 수 있다. 이 경우, 철심(410-1, 410-2, 410-3)에는 권수가 같은 3개의 코일(일 예로, 3상 코일)이 감길 수 있다. 여기서, 3상 코일은 회전자(420)의 축 회전에 따라 유발된 기전력에 의한 3상 교류 전류를 발생한다.
회전자(420)는 고정자(410)가 고정된 상태에서, 일 방향으로 축 회전할 수 있다. 일 예로, 회전자(420)는 중력 방향(G)으로 축 회전할 수 있다. 여기서, 회전자(420)는 상술한 자석(310)을 포함할 수 있다.
고정자(410)가 고정된 상태에서, 회전자(420)가 회전하면, 회전자(420) 주변의 자기장이 변화된다. 이에 따라, 상기 3개의 코일에 각각 1상씩 3상의 교류가 유도된다. 3상 교류 전류는 도 5와 같이,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000001
)의 위상차를 두고 연속적으로 발생된다. 상기 3개 코일의 공간적 위치 차이가 전압/전류의 위상차로 변환된다.
여기서, 발전 장치(40)의 상전압 및 출력전압은 자기장의 회전 속도와 세기, 상기 3개 코일의 권수에 의해 결정된다.
발전 장치(40)는 고정자(410) 및 회전자(420)에 더하여, 고정자(410) 및 회전자(420)를 지지하는 엔드 실드(end shield) 및 다이오드(여자용 또는 정류용)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 6을 참조하면, 발전 장치(60)는 자석(610), 제1 초전도체(620-1) 및 제2 초전도체(620-2)를 포함한다.
발전 장치(60)는 외부 물체에 의해 작용되는 중력(G)에 의해 전기를 생산할 수 있다.
구체적으로, 중력(G)은 제1 초전도체(620-1)의 상 부에 중력을 가하게 된다.
제1 초전도체(620-1)의 상 부에 가해지는 중력(G)이 가해지면, 자석(610), 제1 초전도체(620-1) 및 제2 초전도체(620-2) 간의 거리가 가까워진다. 이에 따라, 자석(610)에서 유발되는 자기장이 변화될 수 있다. 제1 초전도체(620-1) 및 제2 초전도체(620-1)의 자기부상 현상 및 양자고정 현상의 변화가 유발될 수 있다. 일 예로, 자기부상 현상 및 양자고정 현상이 상대적으로 강화될 수 있다. 그 결과, 자석(610)의 축 회전이 빨라질 수 있다.
이하, 도 7 참조하여, 중력(G)에 따른 자석(610)의 자기장의 변화에 대해 이하 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 자기선속은 중력의 크기에 따라 변화할 수 있다.
도 7은 공간(또는 공간계) A 및 공간 B를 정의한다. 일 예로, 공간 A 및 공간 B는 밀도, 질량 및 시간으로 정의될 수 있다. 다른 예로, 공간 A 및 공간 B는 밀도 및 무게로 정의될 수도 있다.
공간 A는 중력(mg)를 가지고, 공간 B는 전자기력(
Figure PCTKR2019008500-appb-I000002
)을 가진다.
여기서, 공간 A의 중력 및 공간 B의 전자기력을 등가로 놓으면 아래의 수학식 1이 도출된다.
Figure PCTKR2019008500-appb-M000001
여기서, m은 질량, g는 중력가속도, N은 코일이 감긴 횟수,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000003
는 자기선속, t는 시간이다.
수학식 1에 따르면, 자기선속의 변화량은 중력에 비례한다. 따라서, 중력이 커지면, 자기선속도 변화한다.
중력에 따른 자기선속의 변화는 다음과 같이 설명될 수도 있다.
예를 들어, 공간 A 및 공간 B는 밀도, 질량 및 시간으로 구성될 수 있다. 공간 A의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000004
은 중력에 의해 공간 B의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000005
로 전달될 수 있다.
여기서,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000006
의 위치에너지는
Figure PCTKR2019008500-appb-I000007
이고,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000008
의 위치에너지는
Figure PCTKR2019008500-appb-I000009
이다.
이 경우, 지구는 정전기력(또는 전자기력)으로 공간 A의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000010
및 공간 B의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000011
를 지탱할 수 있다. 또한, 공간 A 및 공간 B의 경계면에서는 공간 A의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000012
및 공간 B의 에너지
Figure PCTKR2019008500-appb-I000013
는 균형상태에 있다. 즉,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000014
이다.
공간 A의 에너지 및 공간 B의 에너지의 균형은 상대성 이론의 질량-에너지 등가원리에서도 성립한다. 즉,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000015
및
Figure PCTKR2019008500-appb-I000016
이 성립한다. 여기서,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000017
은 공간 A의 질량,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000018
는 공간 B의 질량이다.
공간 A 및 공간 B 각각에서의 강력은 고정상태이고, 약력은 전자기력과 같다. 공간 A 및 공간 B는 중력에 의한 위치에너지가 존재하는데, 열역학 제1 법칙에 의해 공간 A 및 공간 B의 에너지 총합은 불변이다. 따라서, 약력과 중력의 합이 일정하다.
여기서, 공간 A의 각 변의 곱은
Figure PCTKR2019008500-appb-I000019
이다. 여기서, 공간
Figure PCTKR2019008500-appb-I000020
는 시간, 밀도(
Figure PCTKR2019008500-appb-I000021
) 및 질량(m)의 곱으로 결정될 수 있다. 이 경우, 시간은 일정하므로,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000022
이고,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000023
이다.
이에 따라,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000024
이고,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000025
이다. 여기서,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000026
및
Figure PCTKR2019008500-appb-I000027
는 균형상태이므로
Figure PCTKR2019008500-appb-I000028
이다. 또한,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000029
이다.
중력, 시간 및 강력이 일정하므로,
Figure PCTKR2019008500-appb-I000030
의 위치 에너지는
Figure PCTKR2019008500-appb-I000031
의 약력으로 전환된다. 여기서, 약력은 전자기력과 등가이고, 전자기력
Figure PCTKR2019008500-appb-I000032
이고, 공간 A의 위치에너지는 공간 B의 전자기력으로 전환되어 균형에 이르게 된다.
결론적으로, 아래의 수학식 2가 유도된다.
Figure PCTKR2019008500-appb-M000002
상술한 도 6을 참조하면, 제1 초전도체(620-1)의 상부에 중력이 크게 가해질수록, 자석(610), 제1 초전도체(620-1) 및 제2 초전도체(620-2) 간의 자기선속이 변화된다. 이 경우, 자기부상 현상 및 양자고정 현상에 의해 자석(610)의 축 회전 속도는 더 빠르게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자를 도시한다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 회전자(80)는 자석(810), 전기자권선(820) 및 전기자철심(830)을 포함한다.
전기자권선(820)은 3상 교류발전기에서 3상의 권선을 말하며, 자기자철심(830)은 이를 수용하고 있는 철심을 말한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
도 9를 참조하면, 발전 장치(90)는 자석(910), 초전도체(920-1, 920-2) 및 철심(930-1, 930-2)을 포함한다. 자석(910)의 S 극 및 N 극은 중력 방향(G)과 직교하도록 형성될 수 있다. 자석(910)은 중력(G)이 가해지는 경우 중력 방향(G)과 직교하는 방향을 축으로 축 회전할 수 있다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발전 장치를 도시한다.
일 예로, 도 10b는 도 10a에 비해 상대적으로 발전 장치(100)의 제1 초전도체(1020-1)의 상 부에 더 큰 중력이 작용하는 경우를 도시한다.
중력의 영향에 따라, 도 10b의 경우의 제1 초전도체(1020-1) 및 제2 초전도체(1020-2) 간의 거리 d2는, 도 10a의 경우의 제1 초전도체(1020-1) 및 제2 초전도체(1020-2) 간의 거리 d1에 비해 짧다.
이 경우, 도 10b에서의 자석(1010) 및 제1 초전도체(1020-1) 간의 거리는, 도 10a에서의 자석(1010) 및 제2 초전도체(1020-2) 간의 거리보다 짧다.
상술한 바와 같이, 초전도체(1020-1, 1020-2)는 중력에 의해 자석(1010)에 근접하게 되고, 이에 따라, 초전도체(1020-1, 1020-2) 내외의 자기장에 변화가 유발된다.
이에 따라, 초전도체(1020-1, 1020-2)에 유도전류가 발생되며, 발생된 유도전류는 자석(1010)이 중력 방향(G)에 따라 축 회전할 수 있도록 하는 기전력을 제공한다. 이 경우, 자석(1010)의 축 회전은 더 빨라질 수 있다.
일 예로, 중력과 정전기력은 10의 9승 배로 균형을 이루며, 초전도체(1020-1, 1020-2) 및 자석(1010)은 약 1-2 cm 거리에서 배치될 수 있다(자기부상 현상 및 양자고정 현상).
여기서, 자기장은 자석(1010)이 축 회전하는 경우, 새로운 양자 고정 상태(자기부상 및 양자고정)에 도달하게 된다. 일 예로, 새로운 양자 고정 상태를 유발하는 자석(1010)의 축 회전에 따라 생성되는 전기 에너지는 에너지 손실을 제외하면 10의 4승 내지 10의 5승 배의 생산 효율을 가질 수 있다.
일 예로, 발전 장치(100)는 건물, 철도와 같은 부동산이나, 휴대폰, 자동차와 같은 동산에 내장될 수 있다. 이 경우, 발전 장치(100)는 발전 장치(100)가 내장된 물체의 중력에 의해 발전할 수 있다. 여기서, 발전 장치(100)에서 생산된 전기는 발전 장치(100)가 내장된 물체에서 소비되거나, 그 외 다른 물체에서 소비되거나, 배터리에 저장될 수 있다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 활용 예이다.
도 11a 내지 11c를 참조하면, 건물(1101)의 하부(1102)에는 면진 장치(1102-1)가 구비될 수 있다.
면진 장치(1102-1)는 지진에 의한 건물(1101)의 붕괴를 방지하기 위해 건물 구조에 삽입되는 탄성재(1102-1)이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 유도 발전 장치의 개략도이다.
도 12를 참조하면, 3상 유도 발전 장치(1200)는 건물(1260)의 아래(일 예로 면진 장치)에 설치될 수 있다.
3상 유도 발전 장치(1200)는 자석(1210-1, 1210-2) 및 초전도체(1220)를 포함한다.
발전 장치(1200)는 중력 방향을 기준으로, 제1 자석(1210-1), 초전도체(1220) 및 제2 자석(1210-2)를 순서대로 배치할 수 있다.
자석(1210-1, 1210-2) 및 초전도체(1220)에는 중력(1230)이 작용하고, 자석(1210-1, 1210-2) 및 초전도체(1210) 간에는 자기부상 현상 및 양자고정 현상이 작용할 수 있다.
일 예로, 초전도체(1210)는 중력(1230)의 중력 방향을 축으로 축 회전할 수 있다. 이 경우, 3상 코일(1250)을 통해 3상 유도 기전력이 발생할 수 있다.
상술한 예에서와 같이, 발전 장치는 자기부상 현상 및 양자고정 현상을 활용하여, 에너지 효율이 높은 친환경 에너지를 효과적으로 생산해낼 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 당업자는 첨부된 청구항들 및 그에 동등한 것들에 의해 정의되는 바와 같은 본 실시 예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항들에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. 발전 장치에 있어서,
    중력 방향에 직교하도록 배치되는 자석을 포함하고, 상기 중력 방향을 축으로 축 회전하는 회전자;
    상기 회전자의 상 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제1 초전도체; 및
    상기 회전자의 하 면에 상기 회전자와 평행하게 배치되는 제2 초전도체;를 포함하고,
    상기 회전자의 상기 축 회전의 속도는,
    상기 제1 초전도체의 상 면에 대한 중력의 크기에 비례하는, 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초전도체 및 상기 제2 초전도체는,
    상기 자석에서 유발되는 자기장에 따라 상기 회전자와 일정 거리로 배치되는, 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 일정 거리는,
    상기 제1 초전도체의 상기 상 면에 대한 상기 중력의 크기에 따라 조정되는, 발전 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 일정 거리는,
    상기 제1 초전도체의 상기 상 면에 대한 상기 중력의 크기가 커지는 경우, 더 가까워지고,
    상기 축 회전 속도는,
    상기 일정 거리가 더 가까워지는 경우, 더 빠르게 되는, 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    3상 코일;을 더 포함하고,
    상기 3상 코일은, 상기 회전자의 상기 축 회전에 따라 유발된 기전력에 의한 3상 교류 전류를 발생하는, 발전 장치.
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