KR20130049189A - 자로를 이용한 자계 유도 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자로를 이용한 자계 유도 발전장치에 관한 것으로서 발전기 기전력의 발생과 함께 부하에 의한 역자기장의 영향에도 회전방해와 같은 발전방해 작용과 슬립링 및 브러시 등 소모성 부품을 배제 함으로서 발전기 유지관리 및 발전효과를 극대화하기 위해 중공의 원통 형상으로 된 계철(100)과 상기 내주면에 고정됨과 동시에 다수의 코어(202)에 의해 형성된 슬럿에 권선된 코일(201)이 장착된 스테이터(200)와 상기 스테이터(200) 내측과 다소 이격된 공극을 두고 축(500)을 중심으로 원주방향을 따라 다수의 코어(304)가 양방향으로 분리 구성되며 코일(30 3)이 권선 되고 중공의 축 일부에 권선된 코일(303)에 직류 전원를 공급 할수있도록한 배선공을 통해 계자에 자극을 각각 형성 하고 스테이터 코어(202) 일면에 계자 자극 두극성(300A)(300B)이 서로 마주보게 배치하여 축(500)에 고정 설치된다
또한 이격된 공간에 강자성체로 결합된 독립된 자로를 탑재된 로터를 회전하여 계자 자극과 자로가 교차할때 자로를 통해 계자의 자계가 스테이터코어를 통과하는 회로가 구성되고 스테이터코어에 권선된 코일에 의해 기전력이 발생되는 발전장치에 관한 것이다
위와 같은 발전장치는 부하에 따른 역자기장이 자로 를 통해 계자 자기장과 대치됨으로서 척력이 유발되어 로터는 자유로운 회전이 가능하며
또한 코일 및 철심으로 이루어진 중량물의 로터의 무게를 획기적으로 줄일수있어 소량의 에너지원으로 고 효율 대용량의 발전 전력을 생산 할수 있다.

Description

자로를 이용한 자계 유도 발전장치{development magnetic induced}

본 발명은 자로를 이용한 자계 유도 발전장치에 관한 것으로서

보다 상세하게는 발전기의 기전력 발생과 부하전류에 의한 원동력의 출력 조정 과정 없이 일률적인 원동력 입력과 안정적인 발전기 출력을 위해 스테이터 코어와 계자자극를 자계범위 이상 또는 자계범위와 다소 이격하여 대립되게 고정하고 이격된 공간에 강자성체로 결합된 독립된 자로 가 탑재된 로터를 회전하여 계자 자극과 자로가 교차할때 자로를 통해 계자의 자계가 스테이터코어를 통과하는 회로가 구성되고 스테이터코어에 권선된 코일에 의해 기전력이 발생되는 발전장치에 관한 것이다

일반적으로 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로서 산업 및,가정 기타 광범위한 용도로 사용되고 있다.

상기와 같이 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환함에 있어 계자(30) 및 스테이터 코어(22)에 코일(21)을 권선하고 계자(30)에 직류전원을 인가하여 자극(3A)(3B)을 형성하고 계자(30)와 스테이터 코어(20) 사이에 작은 공극을 두고 계자(30)를 회전하게 하여 스테이터 코일(21)에 시간에 따라 변화하는 자기장을 유도하여 전자유도법칙에 따라 기전력이 발생되도록 한 것이다

그러나 위와 같은 발전방법은 기전력 발생과 부하 사용에 따른 2차적인 발전 저해 요인이 발생한다 즉 계자 자극(3A)(3B)에서 발생되는 일정한 범위의 자계가 스테이터 코일(21)에 영향을 줄때 이들의 상호작용에 의한 전압과 전류가 발생되는데 이들을 사용함으로서 역방향 자기장이 발생하여 계자 자기장과 스테이터 코일(21)에서의 역자기장이 자기적 충돌이 발생하게 된다 이는 일반적인 발전기의 보편적인 현상으로서 자기적 충돌에 의한 저항을 극복하기 위하여 원자력 및 수력 화력 등 많은 역학적인 동력원과 부대시설물이 설치 또는 사용 하여야 하는 실정이다.

상기와 같은 일반적인 발전방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하나

일반적인 발전기의 발전방법은 여러 가지가 있으나 여기서는 설명의 편의를 위해 회전 계자형 타여자 방식의 발전방법을 예시하고 설명한다

도 1 은 일반적인 발전기 분리 사시도 이고

도 2 는 도 1 의 일반적인 발전기 요부 단면도 이다

도 1 및 도 2 에 도시된 일반적인 발전기는 스테이터(20)는 박판의 규소강판을 복수로 적층 함으로서 형성되고 다수의 코어(22)가 내주면 을 따라 일정간격을 두고 마련되며 코어에 의해 형성되는 슬롯에 코일(21)과 코어(22)로부터 절연시키기 위하여 절연재(23)가 설치되고 이에 코일이 권선되어 계철(10) 내측에 장착된다.

계자(30)는 스테이터(20)와 마찬가지로 복수의 규소 강판을 적층 하여 원주형상으로 다수의 코어(32)를 구성한다 또한 다수의 코어(32)에 코일(33)이 권선되어 N극 과 S극 이 순차적으로 배치되게 장착되고 중심에 회전축(50)이 관통 고정되며 축의 일정부분에 냉각팬(60)과 슬립링(52)을 장착하고 브러시(80)를 통해 직류 전원(90)을 공급받아 계자권선(33)에 여자전류를 공급하여 자극(3A)(3B)을 제공하며 자극은 외주면을 따라 일정간격을 두고 상기 스테이터(20) 내측과 미세한 공극을 두고 회전가능 하게 설치된다

따라서 상기 계자(30)가 회전할때 계자에 권선된 코일에서 발생한 자극(3A) 와 자극(3B)의 자계가 교번 하며 권선된 스테이터 코어(22)에 회로를 구성할때 코어를 지나는 자기장에 의하여 스테이터 코일(21)에 기전력이 발생 되는 것이다

그러나 이 기전력을 사용함으로서 스테이터 코일(21)에도 전류가 흘러 자기장이 발생 되는데 이 자기장의 극성이 계자 자극 극성과 같은 극성으로 발생 되어 계자 자극 자계 전체와 자기적 충돌이 발생하여 회전방해 작용을 받게 된다

따라서 회전방해 작용을 극복하고 지속적인 발전을 유지하기 위해서는 많은 역학적인 동력원과 부대시설물이 설치 또는 사용 하여야 하는 문제점이 있다

또한 적층된 강판 및 코일 등으로 이루어지는 계자(30)는 중량물이 되어 회전유지를 위해 많은 에니지원이 사용되어야하는 문제점이 있다.

따라서 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 비교적 간단한 조립구조를 같는 발전장치가 개발되었다 도 3 및 도 4 도 5 는 도 1 및 도 2의 기존 발전기의 문제점을 개선한 일예를 보여준다 코일이 권선된 스테이터 코어(202)와 계자자극(300A)(300B)를 자계범위 이상 또는 자계범위와 다소 이격하여 대립되게 고정하고 이격된 공간에 다수의 독립된 자로(400A)(400B)가 탑재된 로터(400)를 회전하여 계자 자극(300A)과 자로(400A)가 교차 할때 자로(400A)를 통해 계자의 자계가 스테이터코어(202)를 통과하는 회로가 구성되고 스테이터코어에 권선된 코일(201)에 의해 기전력이 발생되도록 하는 것이다

또한 로터(400)의 자로(300A)(300B)는 도 7 에 도시한 바와 같이

다수의 강자성체(411)로 강자성체의 좁은 단면적 방향이 스테이터 코어(202)에서 계자자극(300A) 방향으로 향하게 배치하여 자기장의 이동 통로를 직선화하고 강자성체(411)와 비자성체(412)를 반복 결합 함으로서 강자성체 각각이 분리된 자로(400A)(400B)로 이용되고

또한 분리결합된 강자성체 각각은 주위에 결합된 각각의 강자성체를 자화사켜 자기장의 분산 과 확산에 의한 자기장의 누설을 최소화하여 자기장의 전달 효과를 극대화 할수있게 한다

위와 같이 계자극 에서 발생한 자기장과 회전하는 자로와 교차시 교차하는 단면적 크기 변화와 함께 자로 로 전달되는 자기장의 크기를 변화 할수 있으며 따라서 변화 하는 자기장의 크기변화에 따라 스테이터 코어(202)를 통과하는 변화하는 자기장은 스테이터 코어에 권성된 코일(201)에 영향을 주어 전자 유도법칙에 의한 기전력 발생이 가능한 것이다

또한 위의 기전력을 사용함에 있어 발생되는 역자기장 또한 스테이터 코어(202)를 통해 자로인 강자성체(411)에 전달됨으로 자로(400)는 같은 극성의 척력을 받아 자유로운 회전을 할수있어 물리적인 원동력 증가 없이 발전출력 개선이 가능하다

상기와 같이 일반적인 발전기는 기전력 발생을 위한 중량물의 계자 회전력 유지를 위한 발전에너지를 고정투입하여야 하고 발생된 기전력을 사용함에 있어 부하의 특성에 의한 역자기장의 발생에도 이를 극복하고 계속적인 발전을 하기 위해 많은 동력원 및 이에 따른 부대시설을 설치 또는 사용 되어야 하는 문제점이 있다

또한 여자전류 또는 부하전류의 인출 또는 인입을 위해 슬립링 및 브러시 등 소모성 부품들을 교체 하여야 하는 번거로움이 있다 .

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기전력의 발생과 함께 부하에 의한 역작용의 영향에도 회전방해와 같은 발전방해 작용과 슬립링 및 브러시 등 소모성 부품을 배제 함으로서 발전기 유지관리 및 발전효과를 극대화하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 그 밖의 목적,또는 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 상세한 설명에 의해 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자로를 이용한 자계 유도 발전장치는 일단이 개구되고 중공의 원통 형상으로 된 계철(100)과 계철 외주면을 따라 외부 동력원과 연결 할수 있는 홀(101)과 통풍구(102)가 구비되고 상기 계철 내주면에 고정됨과 동시에 다수의 코어(202)에 의해 형성된 슬럿에 권선된 코일(201)이 장착된 스테이터(200)와

상기 스테이터(200) 내측과 자계범위 이상 또는 다소 이격된 공극을 두고 원주방향을 따라 양방향으로 두 극성(300A)(300B)이 구성되고 각 방향 마다 다수의 코어(304)를 형성하여 코일(303)이 권선되고 축(500)의 길이 방향을 따라 두극성의 자극(300A)(300B)이 스테이터 코어(202)와 서로 마주보게 고정 설치되고

상기 계자(300)를 고정하고 계자에 전류공급을 위한 중공의 축(500)의 일정부분에 기공(503)을 설치되어 전선이 배선되며 계철(100)과 계철 커버(103)룰 관통하는 양단의 축에 넛트(501)에 의해 고정설치된다

또한 이격된 공간에 다수의 자로(400A)(400B)를 탑재한 로터(400)를 고정된 축(500)에 베어링(502)과 냉각팬(600) 외부동력원 연결 플리(700)를 장착하여 회전가능하게 설치되고

또한 로터(400)의 자로(400A)(400B)는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 다수의 강자성체(411)와 비자성체(412)를 반복 적층 하되 강자성체(411)의 좁은 단면적 면이 계자 자극면에서 스테이터 코어면(202) 방향을 향하도록 하여 자기장의 이동을 직선화하고 적층된 형태의 강자성체는 볼트(413)에 의해 결합되어 하나의 자로가 완성되며 자로는 또다시 고정된축(500)에 베어링(502)을 탑재한 비자성물질의 상부 커버(401A)와 중공의 원반형 결속체(402) 하부커버(401B)에 의해 도 8 에 도시한 바와 같이 또한 각각 결속되어 자로 를 포함한 로터(400)가 구성되는 것이다

또한 자로(400A) 는 계자자극(300A)와 스테이터 코어 1면과 회로를 이어주는 자로(400A)로 이용되며 또다른 자로(400B)는 계자자극 (300B)과 또 다른 스테이터코어1면과 회로를 이어주도록 하여 로터(400)가 회전 할때 스테이터코어 1면에 자로(400A)와 자로(400B)가 교번하며 회로구성을 반복함으로서 스테이터 코어에 권선된 코일(201)에 기전력이 발생 되는 것이다

또한 자로(400)로 결합된 강자성체(411)하나 하나는 계자가기장 발생 단면적과 교차시 교차 단면적 크기의 자기장만을 자로(400)로 이동되게 하여 부분적인 자기장 전달이 되도록 하고 결속된 주위 강자성체에 자기장의 확산을 최대한 억제하여 자로 전체가 자극이 되어 스테이터코어(202)에서의 역자기장과의 충돌하는것을 최소화한다

따라서 상기 기전력 발생과 부하에 따른 역자기장 발생 또한 자로의 자기장 이동량의 증감과 같은 크기의 역자기장이 자로에 직접 영향을 받도록 함으로서 자로는 같은 극성의 척력을 받아 더욱 부드러운 회전 운동을 하게 되는 것이 특징이다

본 발명의 발전장치는 기전력 발생을 위한 계자의 중량을 획기적으로 줄여 기본적인 회전유지를 위한 기계적 에너지원을 최소화 할수 있으며 또한 부하에 따른 회전방해 작용 등 역작용을 최소화 하여 소량의 에너지원으로 고 효율 대용량의 발전 전력을 생산 할수 있다.

도 1은 일반적인 발전기 분리 사시도
도 2는 도 1의 일반적인 발전기 요부 단면도
도 3은 본 발명의 발전장치 실시 예를 도시한 분리 사시도
도 4는 도 3의 실시 예를 도시한 단면도
도 5는 도 3의 실시 예를 도시한 요부 단면도
도 6은 도 3의 발전장치 실시 예를 도시한 계자 장착상태를 보인 측면도
도 7은 도 3의 실시 예를 도시한 로터의 자로 구성 요부 사시도
도 8은 도 3의 실시 예를 도시한 회전체의 장착 상태를 보인 측면도

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 자로를 이용한 자계유도 발전장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다

본 발명에 따른 자로를 이용한 자계유도 발전장치는 도 3 및 도 4 도 5에 도시한 바와 같이 코일이 권선된 스테이터(200)가 계철(100)내주면에 장착되고 고정된 축(500)에 계자(300)가 장착된다 또한 고정된 축(500)에 베어링(502)을 탑재한 회전체(400)와 냉각팬(600) 외부동력원 입력을 위한 플리(700) 가 회전기능하게 장착 된다

계철(100)은 도 3 및 도 4 도 5에 도시한 바와 같이 본 발전장치 외관으로서 후술할 각종 구성 요소가 내장된다 계철(100)은 내부에서 회전하는 로터(400)의 회전 반경을 감안하여 원통 형상이다

따라서 본 발명의 계철은 일단이 개구되고 중공의 원통 형상으로 중심에 축(500)이 볼트(501)와 결합 되도록 결합공이 설치되고 외부동력 입력장치(벨트 등)이 연결가능 하도록 개구된 홀(101)이 형성 된다 또한 홀의 주변은 본 발전장치 냉각에 따른 통풍구(102)가 원주 방향을 따라 설치되고 계철 연결커버(103)와 넛트(501)에 의해 계철과 함께 축(500)에 고정된다 발전장치 설치 위치나 다른 부품과의 연결을 위해 상기 계철 외관이 그에 맞게 변형 될수 있고 상기 계철에 브라겟이나 리브등이 결합될수 있다

스테이터(200)는 도 3 및 도 4 도 5 에 도시한 바와 같이 박판의 규소 강판을 복수로 적층함으로서 형성되고 복수의 코어(202)가 내주면을 따라 일정 간격을 두고 마련되며 코어에 의해 형성되는 슬롯에 코일(201)로부터 절연하기 위해 절연재(203)를 설치하고 코일이 권선 장착되어 상기 계철(100) 내주면에 고정됨과 동시에 외부로 전력선을 인출한다

계자는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 상기 스테이터 코어 내측과 다소 이격된 공극을 두고 축(500) 을 중심으로 원주방향을 따라 다수의 코어(304)가 양 방향으로 나누어 구성되며 코어에 각각의 코일(303)이 권선 되어 두극성(300A) (300B)이 다소 이격된 상태로 하나의 스테이터 코어(202)면과 서로 마주보며 축 에 고정 설치된다

여기서 도 4 에 도시한 바와 같이 중공의 축은 계자 측면에 계자 권선의 인입선 삽입을 위한 기공(503)이 설치되며 이를 통해 인입선(305)이 배선되고 계자권선(303)에 전류를 공급하여 계자 자극(300A)(300B)이 형성되도록 하고 상기 계철 연결커버(103)와 결합공에 넛트(501)로 고정된다

로터는 도 7 및 도 8 에 도시한 바와 같이 독립된 자로(400A)(400B)를 각각결속하여 체결 고정하고 외부동력원과 연결하기 위해 고정된 축(500)에 베어링(502)를 탑재한 비자성물질로 구성된 상부커버(401A) 내측과 자로 상부면을 지지 결속하고 중공의 원반형 결속체(402)에 자로의 하면을 체결 고정하여 로터 의 상부 자로(400A)를 완성한다 또한 하부커버(401B)와 결속체(402)에도 같은 방법으로 결합체결하나 상부커버(401A)에 결속된 자로(400A)와 자로(400A) 사이 하단중간부에에 결합 설치한다 여기서 자로와 자로 사이의 간격은 상부 자로 간격과 같으나 자로 단면적의 크기에 해당하는 공간을 두고 순차 결합 배치한다 또한 스테이터 내측과 계자 외측에 다소의 공극을 두고 회전가능하게 설치된다

100:계철 101:개구된홀 102:통풍구
200:스테이터 201스테이터코일 202:스테이터 코어
300:계자 300A:계자 자극(A) 300B:계자자극(B) 303:계자코일
400:로터 401A:로터 커버(A) 401B:로터 커버(B) 402:결속체 400A:자로(A) 400B:자로(B) 411:강자성체 412:비자성체 413:볼트
500:중공의 축 501:넛트 502:베어링 503:배선용 기공
600:냉각팬
700:플리

Claims (3)

1. 스테이터 코어와 계자자극를 자계범위 이상 또는 자계범위와 다소 이격하여 대립되게 고정하고 이격된 공간에 독립된 자로가 탑재된 로터를 회전하여 계자 자극과 자로 가 교차할때 자로를 통해 계자의 자계가 스테이터코어를 통과하는 회로가 구성되고 스테이터코어에 권선된 코일에 의해 기전력이 발생되는장치
   상기 계자와 결합되고 일정부분에 기공이 설치되어 계자에 여자전류 공급을 위한 배선이 장착되고 계철의 전후방에 고정 장착되는 중공의 축과
   축 을 중심으로 원주방향을 따라 다수의 코어(304)가 양 방향으로 나누어 구성되며 각각의 코어에 코일(303)이 권선 되어 두극성(300A)(300B)을 형성하고 하나의 스테이터 코어(202)면과 다소 이격되어 서로 마주보며 축 에 고정 장착된 계자
   상기 축의 양쪽 측면에 베어링이 장착된 로터와 함께 냉각팬 및 외부동력원 연결을 위한 플리를 구비한 발전장치
2. 제1항에 있어서
   고정된 축에 베어링을 탑재한 비자성물질의 상부커버와 하부커버 결합체로 이루어지고 상부와 하부에 각각 지지 결속되는 다수의 자로를 탑재한 로터
   
3. 제2항에 있어서
   다수의 강자성체와 비자성체를 반복 적층하되 좁은 단면적 면이 계자 자극면에서 스테이터 코어면 방향을 향하도록한 강자성체의 배열과 볼트에 의해 결합되어진 강자성체로 구성된 자로
   대표도
   도 1
   색인어
   - 1
   

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