KR101872262B1

KR101872262B1 - 마그넷 발전기

Info

Publication number: KR101872262B1
Application number: KR1020160085392A
Authority: KR
Inventors: 김희근
Original assignee: 박남철
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-08-02
Also published as: KR20180005392A

Abstract

본 발명은 고정자와 회전자의 구조 및 배치를 효율적으로 구성하여 외부 동력원의 사용을 최소화함과 아울러, 마찰에 의한 에너지 손실을 최소화하여 발전 에너지 변화 효율을 상승시킨 마그넷 발전기에 관한 것이다.
본 발명은, 드럼; 상기 드럼의 내부에 원통형으로 형성되어 고정되고, 자력에 의해 발생하는 전기를 수집하는 다수의 코일모듈이 그 외주면에 형성된 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전가능하게 설치되고, 상기 다수의 코일모듈에 대응되는 다수의 영구자석이 설치된 회전자; 상기 고정자 양단의 개구에 설치되며 베어링을 이용하여 상기 회전자가 회전 가능하도록 지지하고, 상기 다수의 코일모듈에 연장되어 각각 +전류 및 -전류를 나누어 집속하는 +커버 및 -커버; 상기 +커버 및 -커버에 각각 코일모듈을 구비하는 보조 고정자; 를 포함하며,
상기 회전자의 외경면에 회전축의 일지점을 기준으로 등각 설치되는 상기 다수의 영구자석은 짝수의 복수 개로 형성되고, 이와 대응되는 상기 고정자의 상기 다수의 코일모듈은 홀수의 복수 개로 형성되어 상기 회전축을 중심으로 상기 영구자석과 상기 코일모듈이 서로 어긋나게 배치된다.

Description

마그넷 발전기{Magnet generator}

본 발명은 마그넷 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자와 회전자를 더욱 효율적으로 배치 구성하여 발전 효율을 더욱 향상시키도록 한 마그넷 발전기에 관한 것이다.

전기는 산업사회의 주요 에너지원으로 이용되고 있고, 이를 생산하기 위하여 많은 화석에너지를 사용하고 있다. 하지만 최근 화석에너지의 고갈로 인해 태양광발전, 풍력발전, 조력발전 등 다양한 대체 발전시설에 대한 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다.

일반적으로 발전기는 외부 동력원으로부터 기계적 에너지를 전달받아 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 외부 동력원으로는 잘 알려진 바와 같이 터빈수차, 전동기, 가솔린 엔진 등이 사용될 수 있다.

상기 외부 동력원을 사용하여 전기에너지를 발생시키는 방법으로는, 물의 위치 에너지 차이를 이용한 수력발전과 바람의 힘을 이용하는 풍력발전 등 자연에너지를 직접 이용하는 발전 방식이 있다. 또한, 자연에서 채취된 예컨대 석탄이나 우라늄과 같은 화석에너지를 이용하여 발전을 실시하는 화력발전과 원자력 발전 등이 있다. 또한, 최근 들어 활발히 연구되고 있는 태양열 또는 태양광을 이용한 태양광 발전 등이 있다.

상술한 바와 같은 외부 동력원을 이용한 발전기에 있어서, 발전의 기본 원리는 도체내의 전자와 자계 사이의 상대적 관계에 기초를 두고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 발전 메커니즘(mechanism)은 반드시 동력원을 필요로 하며 외부 동력원을 이용하여 지속적으로 기계적 에너지를 공급하지 않으면 발전을 계속 할 수 없기 때문에, 많은 외부 동력원을 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한, 발전에 사용되는 외부 동력원의 기계적 에너지를 발전을 통하여 전기적 에너지로 변환시킬 때 발생하는 마찰 등에 의한 에너지 손실로 인하여 발전 에너지 변화 효율이 떨어지는 문제점도 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0098575호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 고정자와 회전자를 더욱 증진되도록 배치 구성하여 발전 에너지 변화 효율을 극대화시키도록 하는 마그넷 발전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 드럼; 상기 드럼의 내부에 원통형으로 형성되어 고정되고, 자력에 의해 발생하는 전기를 수집하는 다수의 코일모듈이 그 외주면에 형성된 주 고정자; 상기 주 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 다수의 코일모듈에 대응되는 다수의 영구자석이 설치된 회전자; 상기 주 고정자의 양단에 설치하여 상기 회전자가 회전 가능하도록 지지하면서 상기 다수의 코일모듈의 코일선을 각각 +전류 및 -전류를 나누어 집속하는 +커버 및 -커버와,

상기 +커버 및 -커버의 내측에 각각 다수의 코일모듈이 둘레에 등각으로 구비하여 회전자의 양측면에 구비하는 영구자석과 대응하는 보조고정자를 포함하며,

상기 회전자의 외경면 및 양측면에 각각 등각 설치되는 상기 다수의 영구자석은 짝수의 복수개로 형성되고, 이와 대응되는 상기 고정자의 상기 다수의 코일모듈은 홀수의 복수개로 형성되어 상기 회전축을 중심으로 상기 영구자석과 상기 코일모듈이 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 마그넷 발전기를 제공한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 마그넷 발전기에 의하면, 고정자와 회전자의 구조 및 배치를 외경면 둘레부에 배치하면서 양측부도 함께 효율적으로 배치되도록 구성하여 발전 에너지 변화 효율을 더욱 극대화시키어 전력효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체에서 일부 분리사시도
도 2는 본 발명의 마그넷 발전기의 횡단면도,
도 3은 본 발명에서 회전자 및 고정자의 구성을 보인 분리사시도,
도 4는 본 발명에서 고정자를 보인 종단면도,
도 5는 본 발명에서 회전자의 정면도,
도 6은 본 발명에서 회전자의 측면도,
도 7은 도 5의 A-A'선 단면도,
도 8은 본 발명에서 +커버(-커버)를 나타낸 분리 사시도,
도 9는 본 발명에서 +커버(-커버)의 단면도
도 10은 본 발명에서 보조고정자의 일부 분리 사시도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 작동 원리를 설명하기 위한 고정자 및 회전자의 예시도,
도 12는 본 발명의 제어부를 나타낸 블록도이다.

본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 그중 특정 실시예를 상세한 설명과 도면의 예시를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 주지 관용 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 전체에서 일부 분리사시도이고, 도 2는 본 발명의 마그넷 발전기의 횡단면도이고, 도 3은 본 발명에서 회전자 및 고정자의 구성을 보인 분리사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마그넷 발전기는 .드럼(100), 코일모듈(121)을 갖는 고정자(120), 영구자석(131)을 갖는 회전자(130), 회전자(130)를 지지하는 +커버(140) 및 -커버(150), 코일모듈(190)을 갖는 보조 고정자(180)를 포함한다.

드럼(100)은 내부가 원통형의 공간부가 형성되고, 양단에 드럼커버(110)가 부착된다.

고정자(120)는 상기 드럼(100) 내부에 원통형으로 형성되어 고정되고, 자력에 의해 발생하는 전기를 수집하는 다수의 코일모듈(121)이 그 외주면에 형성된다.

회전자(130)는 상기 고정자(120)의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 다수의 코일모듈(121)에 대응되는 다수의 영구자석(131)이 설치된다.

+커버(140) 및 -커버(150)는 상기 고정자(120)의 관통구 양단부에 설치되며 베어링하우징을 이용하여 상기 회전자(130)가 회전 가능하도록 지지하고, 상기 다수의 코일모듈(121)에 연장되어 각각 +전류 및 -전류를 나누어 집속한다.

보조 고정자(180)는 자력에 의해 발생하는 전기를 수집하는 다수의 코일모듈(190)이 그 둘레면에 형성되고 회전자의 측면에 설치하는 영구자석(131')에 대응하도록 +커버(140) 및 -커버(150)에 각각 설치한다.

이와 같은 구성된 본 발명에 있어서 특히, 상기 회전자(130)의 외경면에 회전축(132)의 일지점을 기준으로 등각 설치되는 상기 다수의 영구자석(131)과 회전자(130)의 양측 면 둘레에 설치되는 다수의 영구자석(131')은 각각 짝수의 복수개로 형성되고, 이와 대응되는 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)에 각각 구비하는 다수의 코일모듈(121)은 홀수의 복수개로 형성되어 상기 영구자석(131,131')과 상기 코일모듈(121,190)이 서로 어긋나게 배치된다.

예컨대, 상기 회전자(130)의 외경면에 구비하는 영구자석(131)의 개수가 12개일 때, 상기 고정자(120)에 구비하는 코일모듈(121)의 개수가 11개일 수 있고, 또한 회전자(130)의 양측 면에 각각 구비한 영구자석(131')의 개수가 12개일 때 보조 고정자(120)에 구비하는 코일모듈의 개수가 11개일 수 있다.

다른 예로서, 상기 영구자석(131,131')의 개수가 11개일 때, 상기 코일모듈(121,190)의 개수가 12개일 수도 있으며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지에 따라 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이다.

따라서, 상기 영구자석(131,131')은 상기 고정자(120,180)의 코일모듈(121,190)의 위치에 정확하게 일치하여 대응되지 않고 어긋나기 때문에, 대응되는 위치마다 인력에 의해 회전력이 급격하게 변동되어 회동시 마찰 등의 손실되는 것을 방지할 수 있다.

이를 통해서 매우 부드럽게 회전하면서 토크의 변화가 조금씩 연속적으로 상승하여 결과적으로 조그마한 힘으로도 큰 회전수를 증폭시킬 수 있다.

또한, 상기 고정자(120)의 코일모듈(121)은 상기 회전자(130)의 영구자석(131)과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특징 시간에는 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부분에는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명에서 고정자를 보인 횡단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 고정자(120)는 코일모듈(121), 관통구(122), 다수의 삽입홀(123), 고정 몸체(124), 코어(125), 보빈(126) 및 코일(127)을 포함한다.

고정 몸체(124)는 길이방향으로 관통구(122)가 형성되고, 외경부에 길이방향 및 등각으로 일정간격을 두고 코어 삽입홀(123)이 형성된다. 또한 고정 몸체(124)는 절연성 수지 재질의 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 코일모듈(121)은 상기 고정 몸체(124)에 형성한 각 삽입홀(123)에 삽입 설치된다.

상기 코일모듈(121)은 보빈(126)과, 상기 보빈(126)의 내부에 끼워지는 코어(125)와, 상기 보빈(126)에 권취되는 코일(127)을 포함한다.

도 5는 본 발명에서 회전자의 정면도이고, 도 6은 본 발명에서 회전자의 측면도이고, 도 7은 도 5의 A-A'선 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 회전자(130)는 회전 몸체(134), 영구자석(131), 회전축(132) 및 내입홈(133)으로 구성된다.

상기 회전 몸체(134)는 상기 고정자(120)의 고정 몸체(124) 내부에 삽입되고, 상기 회전축(132)이 상기 +커버(140) 및 -커버(150)에 회전이 자유롭게 지지된다.

또한, 외경면에 횡열 및 등각으로 일정간격을 두고 다수개의 삽입홈(133)들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원기둥 형태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전 몸체(134)의 다수의 삽입홈(133)에는 상기 다수의 영구자석(131)이 삽입되되, 상기 회전축(132)을 중심으로 각각 N극 S극이 인접하여 교대로 배치되도록 삽입된다.

또한 상기 회전몸체(134)의 양 측면 둘레에 등간격으로 또 다른 영구자석(131')이 삽입되면서 각 영구자석(131')은 각각 N극 S극이 서로 인접하여 교대로 배치되도록 삽입된다.

상기 회전몸체(134)는 외경면에 각 영구자석(131) 사이의 가로 및 세로방향으로 홈(135)을 형성하면서 내부에도 회전축(132)을 중심으로 각각 사방으로 중공부(136)를 형성하여 회전몸체(134)의 무게를 최소화시킬 수 있다.

도 8은 본 발명에서 +커버(-커버)를 나타낸 분리 사시도이고, 도 9는 본 발명에서 +커버(-커버)의 결합 단면도이고, 도 10은 본 발명에서 보조 고정자의 일부 분리 사시도를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 +커버(140) 및 -커버(150)의 내측면에 체결 고정하는 보조 고정자(180)를 포함하여 구성한다.

상기 +커버(140) 및 -커버(150)의 내측면에 내입홈(142)을 형성하면서 내면 둘레에 수개의 코일 인출공(143)을 형성하고, 상기 +커버(140) 및 -커버(150)에는 둘레에 등각으로 일정간격을 두고 각 코일을 각각 분리하여 인출할 수 있도록 형성하는 분리인출부(141,151)에 각 코일을 분리 인출하는 분리인출라인을 각각 형성한다.

상기 보조 고정자(180)는,
원판 형상을 갖는 결합판(181)의 외측으로 형성하는 돌출부의 외면에 등 간격을 두고 홀수의 복수 개로 형성한 각 삽입홈에 코일모듈(190)을 각각 끼워 체결 고정한 후 돌출부가 +커버(140) 및 -커버(150)의 내측에 형성한 내입홈(142)에 끼운 상태로 +커버(140) 및 -커버(150)에 각각 체결 고정하여 회전자(130)의 양 측면에 등 간격으로 각각 구비하는 영구자석(131')에 대응하도록 구비한다.

상기 코일모듈(190)은 보빈(191)과, 상기 보빈(191)의 내부에 끼워지는 코어(192)와, 상기 보빈(191)에 권취되는 코일(193)을 포함한다.

도 11은 본 발명의 작동 원리를 설명하기 위한 고정자 및 회전자의 배치 예시도이고, 도 12는 본 발명의 제어부를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 제어부(160), 릴레이 제어부(161), 컨버터(162) 및 인버터(163)를 더 포함한다.

제어부(160)는 제어모드에서 상기 코일모듈(121,190)이 전자석이 되어 상기 회전자(130)가 자력의 힘으로 강제 회전되도록 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)의 코일모듈(121,190)에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전모드에서는 상기 회전자(130)의 회전에 의해 상기 코일모듈(121,190)에서 발생되는 전기 에너지를 수집한다.

릴레이 제어부(161)는 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)의 상기 코일모듈(121,190)을 동시에 또는 순차적으로 제어한다.

컨버터(162)는 발생되는 1차 교류를 직류로 변환하고, 인버터(163)는 변환된 직류를 2차 교류로 변환한다.

따라서, 회전자(130)가 회전하면, 다수의 영구자석(131,131')이 움직이면서 고정자(120)의 코일모듈(121,190)에 전류가 발생한다.

이렇게 발생한 전류는 제어부(160)의 발전모드에서 상기 회전자(130)의 회전에 의해 상기 코일모듈(121,190)에서 발생되는 전기 에너지를 수집한다.

또한, 제어부(160)의 제어모드에서 상기 코일모듈(121,190)이 전자석이 되어 상기 회전자(130)가 자력의 힘으로 강제 회전되도록 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)의 코일모듈(121,190)에 자화 제어 신호를 인가한다. 따라서, 코일 극성을 시간별로 제어하여 영구자석(131,131')을 반발시킴으로써 회전자(130)를 일방향으로 회전시킨다.

이때, N극과 S극이 교차 반복되며, 가까운 거리에 있는 산화철에 원자가 운동에너지(저항)을 얻으며, 이 에너지를 코일이 받아서 증폭시키게 된다.

따라서, 상기 영구자석(131,131')은 상기 고정자(120)의 코일모듈(121,190)의 위치에 정확하게 일치하여 대응되지 않고 어긋나기 때문에, 대응되는 위치마다 인력에 의해 회전력이 급격하게 변동되어 회동시 마찰 등의 손실되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해서 매우 부드럽게 회전하면서 토크의 변화가 조금씩 연속적으로 상승하여 결과적으로 조그마한 힘으로도 큰 회전수를 증폭시킬 수 있다.

또한, 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)의 코일모듈(121,190)은 상기 회전자(130)의 영구자석(131,131')과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특징 시간에는 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부분에는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성될 수 있다.

또한, 다른 예로 전자석의 극성을 컨트롤 할 수 있도록 하여 N극과 S극이 인접되게 교대로 배치될 수도 있으며 N극이나 S극으로 통일 배치, 또는 일정부분의 자석배치를 임의로 바꿀 수도 있다.

또한, 상기 고정자(120) 및 보조 고정자(180)에 구비하는 어느 일부의 코일모듈(121,190)과 이에 대응하는 영구자석을 선택적으로 본 마그넷 발전기의 시동하기 위한 구동수단으로 적용할 수도 있다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것으로, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.

100 : 드럼 120 : 고정자
121,190 : 코일모듈 122 : 관통구
123 : 삽입홀 124 : 고정 몸체
125 : 코어 126 : 보빈
127 : 코일 130 : 회전자
131,131' : 영구자석 132 : 회전축
133 : 홈 134 : 회전 몸체
140 : +커버 150 : -커버
160 : 제어부 161 : 릴레이 제어부
162 : 컨버터 163 : 인버터
180: 보조 고정자

Claims

양단에 드럼커버를 갖는 드럼; 상기 드럼의 내부에 구비되고 원통 형상으로 절연성 수지재질로 된 고정몸체의 외경부에 길이방향 및 등각으로 일정간격을 두고 코어 삽입홀을 연속적으로 형성하고 상기 코어 삽입홀에 각각 코일모듈을 끼워 체결 고정한 고정자; 상기 고정자의 고정몸체 내부에 회전 가능하도록 삽입되고 외경면에 다수개의 영구자석이 삽입하되 각각 N극 S극이 인접하여 교대로 배치되도록 하면서 회전몸체의 양 측면 둘레에 등 간격으로 짝수의 복수개를 갖는 영구자석이 삽입되어 구비되는 회전자; 상기 고정자의 양단에 설치되어 상기 회전자가 회전 가능하도록 지지하면서 상기 다수의 코일모듈에 연장되어 각각 +전류 및 -전류를 나누어 집속하는 +커버 및 -커버; 상기 +커버 및 -커버에 각각 코일모듈을 구비하는 보조 고정자; 를 포함하는 마그넷 발전기로서,
상기 보조 고정자는 결합판의 외측으로 형성하는 돌출부의 외면 둘레에 등 간격을 두고 홀수의 복수개로 형성한 각 삽입홈에 코일모듈을 각각 끼워 체결 고정한 후 돌출부가 +커버 및 -커버의 내측에 형성한 내입홈에 끼운 상태로 체결 고정하여 회전자의 양 측면에 등 간격으로 각각 구비하는 영구자석에 대응하도록 구비함을 특징으로 하는 마그넷 발전기.
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제 1항에 있어서,
상기 +커버 및 -커버는 내측면 둘레에 코일 인출공을 형성하면서 외면 둘레에 등각으로 일정간격을 두고 각 코일을 각각 분리하여 인출할 수 있도록 형성하는 분리인출부에 각 코일을 분리 인출하도록 분리인출라인을 각각 형성하여 구비함을 특징으로 하는 마그넷 발전기.
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