KR100934773B1

KR100934773B1 - Power generator using electromagnet

Info

Publication number: KR100934773B1
Application number: KR1020090043283A
Authority: KR
Inventors: 유동식
Original assignee: 유동식
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2009-12-30
Also published as: KR20090126180A

Abstract

본 발명은 샤프트(110) 상에 다수의 내부전자석(130)을 배치하여 회전부(120)를 구성하고, 회전부(120)의 외측으로 다수의 외부전자석(160)을 배치하여 고정부(150)를 구성하는 동력기(100); 상기 동력기(100)를 초기 기동하기 위한 스타트모터(210)를 구비하는 보조기(200); 및 상기 회전부(120)의 회전 위치를 포토센서(320)로 검출하여 대응된 위치의 전자석(130)(160)에 통전하는 제어부(300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 동력기(100)의 회전부(120)는 방사형판(122)의 외주면에 고정되는 내부지지대(125) 상에 내부전자석(130)을 균일 간격으로 배치하고, 상기 동력기(100)의 고정부(150)는 링형판(152)의 외주면에 고정되는 외부지지대(155) 상에 외부전자석(160)을 균일 간격으로 배치한다.A plurality of internal electromagnets 130 are disposed on a shaft 110 to constitute a rotating unit 120 and a plurality of external electromagnets 160 are disposed outside the rotating unit 120 to rotate the fixing unit 150 A power generator (100) comprising: An auxiliary device (200) having a start motor (210) for initially starting the power generator (100); And a control unit 300 for detecting the rotation position of the rotation unit 120 with the photosensor 320 and energizing the electromagnets 130 and 160 at corresponding positions. The rotating part 120 of the power unit 100 includes the inner electromagnets 130 disposed at equal intervals on the inner support 125 fixed to the outer circumferential surface of the radial plate 122, (150) disposes the external electromagnets (160) at uniform intervals on an external support (155) fixed to the outer circumferential surface of the ring-shaped plate (152).

이에 따라, 전자석 동력기의 회전운동으로부터 지속적인 동력이 발생되면서 동일전력으로 위상차를 줄여 출력을 배가하는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect that the power is continuously generated from the rotational motion of the electromagnet power unit, and the output is doubled by reducing the phase difference at the same power.

전자석, 자력(척력), 동력기, 회전부, 고정부, 스타트모터, 제어부An electromagnet, a magnetic force (repulsive force), a power unit, a rotation unit, a fixing unit, a start motor,

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a power generating apparatus using an electromagnet,

본 발명은 전자석을 이용한 동력발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동력기 상에 일정 위상차를 갖는 다수 개의 전자석을 교번으로 설치함으로써, 내부 및 외부전자석에 발생하는 자력(척력)에 의하여 전자석 동력기가 일정 속도 이상의 회전을 장시간 유지하고, 제어부를 통하여 순차적으로 내부 및 외부전자석의 제어가 가능하여 위상차를 줄이고, 배열을 늘림으로 회전력을 증가시키며, 에너지 손실을 줄일 수 있는 전자석을 이용한 동력발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generator using an electromagnet, and more particularly, to a power generator using an electromagnet, more specifically, by providing a plurality of electromagnets alternately having a certain phase difference on a power generator, And more particularly, to a power generator using an electromagnet capable of reducing the phase difference, increasing the torque by increasing the rotation angle, and reducing the energy loss by controlling the internal and external electromagnets sequentially through the control unit .

일반적으로 화력발전이나 원자력발전의 경우에 천연자원의 연소나 핵반응에 의하여 발생되는 열을 이용하여 발전기를 가동시키게 되므로 열역학 제2법칙에 따른 열 에너지 손실로 인하여 발전 에너지 변환효율이 저하될 뿐만 아니라 연료의 연소에 따른 이산화탄소의 발생으로 인한 지구의 온난화 및 핵반응에 따른 방사능 누출, 핵폐기물의 처리 문제 등 발전에 부수되는 많은 환경 관련 문제점 등이 대두되고 있는 실정이다.
또한 석탄, 석유등과 같은 대표적 화석연료인 천연자원의 매장량도 일정한 한계가 있어 그 이용 가능한 에너지의 양이 거의 고갈되어 새로운 대체에너지를 개발하거나 에너지 효율이 뛰어난 동력기의 개발이 절실히 요구되고 있다.
선행기술에 있어서, 한국 공개특허 제1987-0006313호는 전자석을 이용하여 동력을 발생하려는 시도가 있지만 발명의 완성도가 낮아 실현 가능성 및 효용성이 기대되지 않는다. 이 보다 진보된 형태로서 한국 등록특허 제0816421호는 『인접한 회전체(30)의 자장 영향권 내에 설치되어 회전체(30)를 자력의 인력 또는 반발력으로 구동시키는 전자석(40)과, 각 전자석(40)에 순차적으로 여자(勵磁)되도록 하는 제어부(50)를 포함』하는 구성을 개시한다. 그러나 이는 저렴한 생산 단가를 목적으로 하는 일종의 모터에 해당하므로 회전속도-토크 제어의 신뢰성을 보장하기 곤란한 단점이 있다.
종래기술의 문헌정보
[문헌1] 한국 공개특허 제1987-0006313호 "전자식 엔진"
[문헌2] 한국 등록특허 제0816421호 "자력회전장치"Generally, in the case of thermal power generation or nuclear power generation, since the generator is operated by using heat generated by combustion of natural resources or nuclear reaction, the energy conversion efficiency is lowered due to the loss of heat energy according to the second law of thermodynamics, There have been many environmental problems associated with the development such as global warming due to the combustion of carbon dioxide, radiation leakage due to nuclear reactions, and the disposal of nuclear waste.
In addition, the reserves of natural resources such as coal and petroleum, which are representative fossil fuels, are limited, and the amount of available energy is almost exhausted, so it is urgently required to develop a new alternative energy or an energy efficient power generator.
In the prior art, Korean Patent Laid-Open No. 1987-0006313 has attempted to generate power using an electromagnet, but the feasibility of the invention is low and feasibility and utility are not expected. Korean Patent Registration No. 0816421 discloses a technique of "an electromagnet 40 that is installed in the magnetic field affected zone of an adjacent rotating body 30 and drives the rotating body 30 by the attractive force or the repulsive force of the magnetic force, And a control unit 50 for causing the control unit 50 to sequentially energize the control unit 50. [ However, this is a kind of motor for the purpose of lowering the production cost, so that it is difficult to ensure the reliability of the rotational speed-torque control.
Conventional literature information
[Patent Document 1] Korean Patent Publication No. 1987-0006313 " Electronic Engine "
[Patent Document 2] Korean Patent Registration No. 0816421 entitled "

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은동력기 상에 일정 위상차를 갖는 다수 개의 전자석을 교번으로 설치함으로써, 내부 및 외부전자석에 발생하는 자력(척력)에 의하여 전자석 동력기가 일정 속도 이상의 회전을 장시간 유지하고, 제어부를 통하여 순차적으로 내부 및 외부전자석의 제어가 가능하여 위상차를 줄이고, 배열을 늘림으로 회전력을 증가시키며, 에너지 손실을 줄일 수 있는 전자석을 이용한 동력발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been developed in order to solve the above problems by providing a plurality of electromagnets alternately having a predetermined phase difference on a power unit, so that the electromagnet power unit rotates at a constant speed or more It is an object of the present invention to provide a power generating apparatus using an electromagnet capable of reducing the phase difference, increasing the rotation torque by increasing the arrangement, and reducing the energy loss by controlling the internal and external electromagnets sequentially through the control unit .

본 발명은 샤프트 상에 다수의 내부전자석을 배치하여 회전부를 구성하고, 회전부의 외측으로 다수의 외부전자석을 배치하여 고정부를 구성하는 동력기; 상기 동력기를 초기 기동하기 위한 스타트모터를 구비하는 보조기; 및 상기 회전부의 회전 위치를 포토센서로 검출하여 대응된 위치의 전자석에 통전하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 동력기의 샤프트는 전선을 수용하기 위한 배선구, 키홈, 중심턱, 볼트산을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기의 회전부는 방사형판의 외주면에 고정되는 내부지지대 상에 내부전자석을 균일 간격으로 배치하고, 상기 동력기의 고정부는 링형판의 외주면에 고정되는 외부지지대 상에 외부전자석을 균일 간격으로 배치한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기의 고정부는 축방향으로 홀수열의 외부전자석과 짝수열의 외부전자석을 교호로 일정한 위상차로 배치하되, 상기 위상차는 반경방향의 피치각도의 1/2로 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기는 내부전자석과 외부전자석의 간격을 0.3∼15㎜ 범위로 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기는 내부전자석과 외부전자석에서 대응하는 철심의 끝단을 넓고 굴곡지게 형성하고, 키와 볼트를 이용하여 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기는 구리브러쉬와 카본브러쉬를 대응시킨 전원 연결부를 개재하여 내부전자석에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기의 전자석은 축방향으로 4∼50열에 걸쳐 반복되는 구조로서, 각열의 내부전자석은 반경방향으로 4, 8, 16, 32개소 중 하나의 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기의 내부지지대, 외부지지대는 자력에 영향을 주지 않고 전류가 잘 통하는 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 동력기의 전자석은 축방향으로 4∼50열에 걸쳐 반복되는 구조로서, 각열의 외부전자석은 반경방향으로 16, 32, 64, 128, 256개소 중 하나의 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 보조기의 스타트모터는 DC 모터인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제어부의 포토센서는 고정판 상에 외부전자석의 반경방향 위상차에 해당하는 간격으로 설치되고, 샤프트에 연결되는 회전감지판의 인덱스홈에 의해 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 동력기의 샤프트는 전선을 수용하기 위한 배선구, 키홈, 중심턱, 볼트산을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제어부는 포토센서의 신호에 대응하여 각열의 전자석에 단계적으로 동시에 통전하여 샤프트가 1회전시 2사이클 순차제어를 수행하되, 각 단계에서 드라이버IC와 IGBT를 개재하여 DC 전원공급부의 전원을 인가하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는 제1그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 홀수열 중 1, 9, 17번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제1단계와, 제2그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 짝수열 중 2, 10, 18번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제2단계와, 제3그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 홀수열 중 3, 11, 19번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제3단계와, 제4그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 짝수열 중 4, 12, 20번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제4단계와, 제5그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 홀수열 중 5, 13, 21번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제5단계와, 제6그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 짝수열 중 6, 14, 22번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제6단계와, 제7그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 홀수열 중 7, 15, 23번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제7단계와, 제8그룹의 포토센서에서 신호가 발생하면 짝수열 중 8, 16, 24번, … 위치의 외부전자석을 작동하는 제8단계와, 상기 제1그룹 내지 제8그룹은 드라이버IC U1~U8번으로 각각 신호를 받아 IGBT Q1~Q8까지 전류를 보내어 IGBT의 게이트를 ON, OFF 시켜 DC 전원공급부에서의 전류를 통전하여 내부 및 외부전자석에 전류를 순차적으로 공급하는 제9단계; 등을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부에서 홀수번 포토센서는 일측 경로 상에서 드라이버IC U9번과 IGBT Q9번을 거쳐 내부전자석 홀수열에 동시에 전원을 공급하도록 연결되고, 짝수번 포토센서는 타측 경로 상에서 드라이버IC U10번과 IGBT Q10번을 거쳐 내부전자석 짝수열에 동시에 공급하도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제어부는 전자석에 연결되는 드라이버IC와 출력단 IGBT와 함께 역기전류를 방지하는 다이오드를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부의 DC 전원공급부는 DC12∼1200V 범위의 전원을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 상기 스타트모터에 의하여 시동된 전자석 동력기가 회전함과 동시에 상기 전자석 동력기의 회전 상태를 감지한 신호의 제어에 의해 상기 전자석 동력기의 전자석이 순차적으로 전류를 공급받아 자기장을 발생시켜 상기 전자석 동력기의 회전을 강하게 추진시키고, 상기 전자석 동력기가 동작 중에는 상기 각 전자석에 공급하는 전류의 순차적 제어에 의해 회전을 더 증가시키거나 상기 전자석 동력기가 일정 주기 시간 동안에 일정 속도 이상의 회전을 유지하고, 전자석 동력기가 내부 및 외부 전자석에 순차적으로 전류가 공급되면 스타트모터의 마그네트 클러치에서 전류를 차단하여 스타트모터의 구동을 중단하도록 한다.The present invention relates to a power unit that constitutes a rotating unit by disposing a plurality of internal electromagnets on a shaft and a plurality of external electromagnets disposed outside the rotating unit to constitute a fixed unit; An auxiliary device having a start motor for initially starting the power generator; And a control unit for detecting the rotation position of the rotation unit with a photosensor and energizing the electromagnets at corresponding positions.
Further, the shaft of the power unit is provided with a wire hole, a keyway, a center pin, and a bolt hole for receiving the electric wire.
Further, the rotating portion of the power unit according to the present invention may be arranged such that the inner electromagnets are arranged at uniform intervals on an inner support fixed to the outer circumferential surface of the radial plate, and the fixed portion of the power unit has uniform outer electromagnets on an outer support fixed to the outer circumferential surface of the ring- Spaced apart from each other.
The fixed portion of the power unit according to the present invention is characterized in that the outer electromagnets in the odd rows and the outer electromagnets in the even rows are alternately arranged in the axial direction with a constant phase difference and the phase difference is maintained at 1/2 of the pitch angle in the radial direction .
Further, the power unit according to the present invention is characterized in that the interval between the internal electromagnet and the external electromagnet is in the range of 0.3 to 15 mm.
Further, the power unit according to the present invention is characterized in that an end of an iron core corresponding to each of the internal electromagnet and the external electromagnet is formed to be wide and bent, and is fixed using a key and a bolt.
Further, the power unit according to the present invention is characterized in that power is supplied to the internal electromagnets via a power connection unit in which a copper brush and a carbon brush are associated with each other.
Further, the electromagnets of the power unit according to the present invention are repeated in four to fifty rows in the axial direction, and the internal electromagnets in each row are arranged in one of 4, 8, 16, and 32 positions in the radial direction .
Also, the inner support and the outer support of the power unit according to the present invention are characterized by using a material having good current without affecting the magnetic force.
Further, the electromagnets of the power unit according to the present invention have a structure in which the electromagnets are repeated in 4 to 50 rows in the axial direction, and the external electromagnets in each column are arranged in one of 16, 32, 64, 128, .
The start motor of the auxiliary device according to the present invention is a DC motor.
Also, the photosensor of the control unit according to the present invention is installed on the fixing plate at intervals corresponding to the radial phase difference of the external electromagnets, and generates signals by the index grooves of the rotation sensing plate connected to the shaft.
The shaft of the power unit is provided with a wiring hole, a keyway, a center pin, and a bolt hole for receiving the electric wire.
In addition, the control unit according to the present invention performs step-by-step control to the electromagnets in each row corresponding to the signals of the photosensors so as to sequentially perform two-cycle sequential control when the shaft rotates once. In each step, The power supply of the power supply is applied.
At this time, if a signal is generated in the photosensors of the first group, the control unit outputs 1, 9, 17, ... A first step of operating an external electromagnet of a second group, a second group of photosensors, A second step of operating an external electromagnet of a third group, and a third group of photosensors, when a signal is generated, 3, 11, 19, ... A third step of operating an external electromagnet in the fourth group, and a fourth step in which when a signal is generated in the fourth group of photosensors, 4th, 12th, 20th, ... A fourth step of operating an external electromagnet of the fifth group, and a fifth group of photosensors, A fifth step of operating an external electromagnet in the sixth group, and a sixth step in which, when a signal is generated in the sixth group of photosensors, A sixth step of operating an external electromagnet of the seventh group, and a seventh group of photosensors of 7th, 15th, 23rd, ... A seventh step of operating an external electromagnet of the 8th group, and a 8th, 16th, 24th, And the first group to the eighth group receive signals from the driver ICs U1 to U8 and send currents to the IGBTs Q1 to Q8 to turn on and off the gates of the IGBTs, A ninth step of sequentially supplying current to the inner and outer electromagnets by energizing a current in the feeding section; And the like.
In this case, the odd number photosensor is connected to the odd numbered rows of the internal electromagnets through the driver IC U9 and the IGBT Q9 on one path, and the even numbered photosensor is connected to the driver IC U10 and the IGBT Q10 So that the internal electromagnets are simultaneously supplied to the even-numbered columns.
In addition, the controller according to the present invention is characterized by using a driver IC connected to the electromagnet and a diode for preventing reverse current with the output stage IGBT.
Also, the DC power supply unit of the control unit according to the present invention is characterized by providing a power source in the range of DC 12 to 1200V.
Accordingly, the electromagnet synchronous motor started by the start motor rotates, and the electromagnet of the electromagnet synchronous machine receives the electric current sequentially by controlling the signal that senses the rotation state of the electromagnet synchronous machine to generate a magnetic field, The rotation of the electromagnet power unit is further increased by sequential control of the current supplied to each of the electromagnets while the electromagnet power unit is in operation or the electromagnet power unit maintains the rotation over a constant speed for a predetermined period of time, When a current is sequentially supplied to the inner and outer electromagnets, the magnet clutch of the start motor interrupts the current to stop the start motor.

본 발명에 따른 전자석을 이용한 동력발생장치는 전자석 동력기 상에 일정 위상차를 갖도록 다수 개의 전자석을 교번으로 배열하여 설치함으로써, 외부 전원에 의한 에너지 공급으로 일정 주기 시간 동안에 전자석 동력기의 회전운동으로부터 지속적인 동력이 발생되면서 동일전력으로 위상차를 줄여 출력을 배가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전자석을 이용한 동력발생장치는 포토센서에서 보낸 신호를 순차적으로 제어부에서 제어하여 내부 및 외부 전자석상에 동시에 순차적으로 전류를 공급하여 에너지효율의 향상에 따른 환경오염 및 소음 방지에 기여하는 효과가 있다.The power generating device using the electromagnet according to the present invention is characterized in that a plurality of electromagnets are arranged alternately so as to have a certain phase difference on the electromagnet power generator so that continuous power from the rotational motion of the electromagnet power generator There is an effect that the output is doubled by reducing the phase difference at the same power as it is generated.
In addition, the power generation device using the electromagnet of the present invention sequentially controls the signals sent from the photosensor by the control unit to sequentially supply electric current to the internal and external electrons simultaneously, thereby contributing to prevention of environmental pollution and noise due to improvement of energy efficiency .

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 장치의 동력기 골격을 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명에 의한 동력기에서 회전부의 골격을 나타내는 사시도, 도 3은 도 1의 회전부의 방사형판의 다양한 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 동력기에서 고정부의 골격을 나타내는 구성도, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 전자석의 배치 상태를 나타내는 구성도, 도 7은 본 발명에 의한 동력기의 전자석을 확대하여 나타내는 사시도, 도 8은 본 발명에 의한 동력기 회전부의 샤프트를 나타내는 사시도, 도 9는 본 발명에 의한 브러쉬 전원 연결부를 분해하여 나타내는 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자석을 이용한 동력발생장치는 동력기(100), 보조기(200), 제어부(300)를 주요 구성품으로 하고 DC 전원공급부(220)와 스타트모터(210), 동력전달기어(250)를 보조적으로 포함하여 구성된다.
본 발명의 동력기(100)는 샤프트(110) 상에 다수의 내부전자석(130)을 배치하여 회전부(120)를 구성하고, 회전부(120)의 외측으로 다수의 외부전자석(160)을 배치하여 고정부(150)를 구성하는 방식이다. 고정부(150)의 외부전자석(160)이 반경방향으로 배치된 상태는 도 5 및 도 6을 참조하면 보다 명확하다. 후술하는 것처럼 회전부(120)와 함께 회전하는 내부전자석(130)은 전원 연결부(170)와 샤프트(110)를 통하여 전원과 전선으로 연결된다.
또한, 본 발명의 보조기(200)는 상기 동력기(100)를 초기 기동하기 위한 스타트모터(210)를 구비한다. 상기 스타트모터(210)는 고토크를 발생하는 형식을 사용하며, 회로구성의 효율성 측면에서 DC 모터를 사용함이 바람직하다. 이와 같이 DC 모터를 사용하는 것은 초기 외부 전원에 의하여 상기 전자석 동력기(100)를 시동한 이후에 상기 전자석 동력기(100)가 일정 회전 속도로 회전하게 되면 상기 스타트모터(210)의 전원의 연결을 차단하기 용이하게 하기 위함이다. 이때, 상기 스타트모터(210)의 일정 회전속도는 200 내지 1000rpm 정도의 범위인 것이 바람직하다. 이때, 스타트모터(210)는 동력기(100)의 외부전자석(160)의 위상차를 좁히거나 전자석의 배열을 늘려 사용하여 출력 및 토크가 우수할 경우 배제하여 사용할 수도 있다.
한편, 동력기(100)에서 발생된 동력은 동력전달기어(250)를 통하여 알터네이터(미도시) 및 제네레이터(미도시)를 통하여 전원으로 사용될 수도 있고, 다른 장치를 직접 기계적으로 구동하여 출력으로 활용할 수도 있다. 이때, 동력전달기어(250)는 스타트모터(210)와 내부에 형성되도록 도시되었지만 링형판(152)의 외부에 설치하여 샤프트(110)와 연결되도록 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(300)는 상기 회전부(120)의 회전 위치를 포토센서(320)로 검출하여 대응된 위치의 전자석(130)(160)에 통전하는 기능을 수행한다. 제어부(300)는 상기 전자석 동력기(100)가 회전함과 동시에 이하에서 설명할 포토센서(320)로부터 회전을 감지하는 신호를 입력받아 제어부(300)에서 순차적으로 제어하여 이에 대응하는 상기 전자석 동력기(100)에 구비된 각 전자석(130)(160)에 상기 DC 전원공급부(220)로부터 IGBT(360)를 거쳐 순차적으로 전류를 공급하도록 제어하여 자기장을 형성하도록 함으로써 상기 전자석 동력기(100)의 회전속도-토크를 제어하여 높은 효율로 수행하는 역할을 한다.
도 1에서, 미설명 부호 152a는 동력전달기어(250)를 통하여 알터네이터(미도시) 및 다른장치(예 기어박스, 트랜스미숀)를 보조적으로 결합하여 사용할 수 있는 구멍이고, 부호 152b는 스타트모터(210), 포토센서(320), 전원 연결부(170)상에 전선을 연결하기 위한 구멍이다.
도 2에서, 본 발명에 의하면 상기 동력기(100)의 회전부(120)는 방사형판(122)의 외주면에 볼트로 고정되는 내부지지대(125) 상에 내부전자석(130)을 균일 간격으로 배치한다. 도 5에서, 상기 동력기(100)의 고정부(150)는 링형판(152)의 외주면에 볼트로 고정되는 외부지지대(155) 상에 외부전자석(160)을 균일 간격으로 배치한다. 상기 링형판(152)은 도면상에 64면으로 구성하였지만, 사용용도에 따라 개수의 차이는 발생할 수 있으며, 개수를 제한하는 것은 아니다. 그리고, 방사형판(122)은 직경방향으로 균일한 각도 간격으로 벌어지는 형태이며, 외주면에 동일한 길이의 일자형 판재인 내부지지대(125)를 볼트로 결합한다. 방사형판(122)의 설치수량은 동력기(100)의 용량과 관련되는 것으로 3개가 무난하지만 설계용량에 따라 증감할 수 있다. 내부전자석(130)은 이러한 내부지지대(125) 상에 위상차 없이 균일한 간격으로 중복되도록 설치된다. 미설명부호인 배선홀(126), 고정볼트홀(127), 키홀(128), 고정홀(129)에 대해서 설명하면, 먼저 배선홀(126)은 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)과 IGBT(360)를 연결하는 전선이 통과할 수 있도록 하고, 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)의 접지선을 외부의 볼트(180)상에 통과하여 연결할 수 있도록 형성되는 역할을 수행한다. 그리고, 고정볼트홀(127)은 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)을 내부지지대(125)와 외부지지대(155)에 각각 고정하기 위한 역할을 수행한다. 또한, 키홀(128)은 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)이 키(138, 168)와 결합하여 외부로 이탈 및 틀어짐을 방지하는 역할을 수행한다.
도 3에서, 회전부(120)의 방사형판(122)은 (a)처럼 4개소, (b)처럼 8개소, (c)처럼 16개소로 분기되는 형태로 할 수 있다. 어느 형태의 방사형판(122)에 있어서나 외주면에는 내부지지대(125)가 볼트에 의해 고정되고, 상기 방사형판(122)의 중심에는 샤프트가 삽입되는 샤프트홀(123)을 구비하고, 상기 샤프트홀(123)상에 사프트(110)의 일측에 고정되도록 키홈(112a)을 구비하며, 방사형판(122)의 분기 지점마다 각각 하나씩의 내부전자석(130)이 설치된다.
도 4에서, 고정부(150)의 링형판(152)에 베어링(111)이 설치된 상태를 도시한다. 베어링(111)은 회전부(120)의 샤프트(110)를 안정적으로 회전시키고, 지지하는 역할을 수행한다. 미설명 부호 152c는 외부지지대(155)를 개재하여 외부전자석(160)을 고정하기 위한 볼트홀이다. 링형판(152)의 설치수량도 동력기(100)의 용량과 관련되는 것으로 4∼8개가 무난하지만 설계용량에 따라 증감할 수 있다.
도 5 및 도 6에서, 상기 동력기(100)의 고정부(150)는 축방향으로 홀수열의 외부전자석(160)과 짝수열의 외부전자석(160)을 교호로 일정한 위상차(φ)로 배치하되, 상기 위상차(φ)는 반경방향의 피치각도의 1/2로 유지한다. A1, A2, A3, A4, A5열와 같은 홀수열의 고정부(150)는 동일한 위상과 간격으로 형성되고, B1, B2, B3, B4, B5열와 같은 짝수열의 고정부(150)는 동일한 위상과 간격으로 형성된다. 다만, 홀수열 고정부(150) 군과 짝수열 고정부(150) 군은 수직의 중심선(CL)을 기준으로 위상차(φ)를 두도록 배치한다. 피치각도는 특정의 열에서 고정부(150) 들이 배치된 각도 간격을 의미한다. 홀수열 고정부(150) 군과 짝수열 고정부(150) 군의 위상차(φ)는 피치각도의 1/2를 하는 바, 이는 후술하는 실시예를 참조하면 명확하게 이해할 수 있다.
고정부(150)의 홀수열 및 짝수열에 설치되는 64개 외부전자석(160)의 배치를 보다 상세하게 나타내면 [표 1]과 같다.

외부전자석(160)은 홀수열 32면과 짝수열 32면으로 설치되어 있으며 위상차는 회전 반경의 피치각도 1/2인 점은 설명하였다. 외부전자석(160)의 1번과 내부전자석(130)의 1번이 마주쳤을 때 홀수열의 내ㆍ외부 전자석(130)(160)이 마주보는 8면에 전류가 동시에 공급되고 64면의 외부전자석(160) 홀수열인 A1, A2, A3, A4, A5열 중에서 1번, 9번, 17번, 25번, 33번, 41번, 49번, 57번에 전류가 동시에 공급되므로 상기 번호를 제1그룹이라고 하고, 외부전자석(160)의 짝수열인 B1, B2, B3, B4, B5열 중에서 2번, 10번, 18번, 26번, 34번, 42번, 50번, 58번에 전류가 동시에 공급되므로 상기 번호를 제2그룹이라고 한다.
이와 같은 내ㆍ외부 전자석(130)(160)과 포토센서(320)의 연계에 의한 세부 작동은 후술한다.
상기 샤프트(200)에 설치된 회전부(120)의 일측 방사형판(122)에는 내부전자석(130)의 접지선을 고정시키는 접지볼트탭(미도시)과 내부지지대(125)를 고정시키는 볼트탭(미도시)를 구비한다. 그리고 외부전자석(160)은 볼트(180)상에 접지하여 사용한다.
도 7에서, 상기 동력기(100)는 내부전자석(130)과 외부전자석(160)의 간격을 0.3∼15㎜ 범위로 구성하고, 전자석 철심(132,162)에 감는 코일의 시작부분을 접지로 연결하고, 철심(132,162)에 감는 코일의 끝부분과 IGBT(360)를 연결하여 척력이 이루어지도록 서로 같은 극으로 형성하도록 한다.
내부전자석(130)과 외부전자석(160)에서 대응하는 철심(132)(162)의 끝단을 넓고 굴곡지게 형성한다. 본 발명의 전자석(130)(160)은 통상의 것과 같이 철심(132)(162), 코일(134)(164) 및 외부 커버(136)(166)로 구성된다. 외부 커버(136)(166)는 자력에 영향을 끼치지 아니하는 재질로 구성하도록 하며, 일예로 알루미늄이나 스테인레스강, 플라스틱 등으로 구성할 수 있다. 이처럼 각 구성요소를 고정시키기 위한 볼트나 너트 등도 동일한 재질로 구성함이 바람직하다. 내부전자석(130)과 외부전자석(160)의 간격이 적절한 범위는 0.3∼15㎜이며 15㎜를 초과할 경우 효율이 급격하게 저하된다. 부호 132a는 내부전자석(130)의 철심(132)에 형성되는 볼록형 곡면이고, 부호 162a는 외부전자석(160)의 철심(162)에 형성되는 오목형 곡면이다. 철심(132)(162)의 끝단을 넓고 굴곡지게 형성하는 것은 회전부(120)가 회전시 방사형으로 형성되어 자력(척력)이 퍼져나가기 용이하여 회전력이 증가할 수 있고, 마주하는 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)이 작용력을 오래 유지하여 토크를 최대한 많이 발생하도록 하기 위함이다. 즉, 전류가 입력되어 자기장이 생기면 상호 힘에 의한 척력으로 서로 밀어내고, 내부전자석(130)이 반시계 방향으로 회전하여 다음의 전류가 흐르지 않는 외부전자석(160)에 다가갈 경우에는 철심(132)(162)에 인력이 작용하게 되어 회전을 증가 또는 유지시키게 한다. 이러한 철심(132)(162)은 키(138)(168)와 볼트(180)를 이용하여 내부지지대(130) 및 외부지지대(160)상에 고정하여, 회전이 지속되는 동안 진동에 의한 요동이나 이탈현상을 방지하도록 한다. 이때, 내부전자석(130)과 외부전자석(160)에서 서로 대응하는 철심(132)(162)의 끝단이 굴곡되도록 하는 형태는 내부전자석(130)이 회전반경의 각도와 동일한 형태로 형성하여 회전력과 반발력이 증가하도록 형성하는 것이다.
도 8에서, 본 발명에 의하면 상기 동력기(100)의 샤프트(110)는 전선을 수용하기 위한 배선구(115), 키홈(112), 중심턱(117), 볼트산(118)을 구비한다. 물론 샤프트(110)는 양단에서 베어링을 개재하여 회전가능하도록 설치된다. 회전부(120)를 구성하는 샤프트(110)는 배선구(115) 상에 내부전자석(130)으로 전원을 공급하기 위한 전선을 수용한다. 배선구(115)는 축방향으로 절개된 홈형태이며 대칭적인 위치에 복수로 형성하는 것이 좋다. 이외에도 샤프트(110)는 회전부(120)의 방사형판(122), 스타트모터(210)의 회전자, 회전감지판(312), 하우징(174)을 고정하기 위해 키홈(112)을 구비한다. 그리고, 키홈(112)은 방사형판(122)이 고정하여 회전할 수 있도록 하고, 중심턱(117)은 상기 방사형판(122)이 외부로 이탈을 방지하도록 반대측에는 너트를 결합하여 고정시킨다. 또한, 키홈(112)은 방사형판(122)과 회전감지판(312), 하우징(174), 스타트모터(210)의 회전자, 동력전달기어(250)와 샤프트(110)의 동시 회전을 유도하기 위한 역할을 수행한다. 그리고, 볼트산(118)은 방사형판(122) 및 회전감지판(321), 하우징(174), 스타트모터(210)의 회전자, 동력전달기어(250)의 간격을 유지하기 위하여 허버링을 삽입하고, 외부 이탈을 방지하기 위하여 너트로 고정한다. 그리고, 샤프트(110)의 양측에 형성되는 베어링턱(113)은 상기 베어링(111)이 결착하여 샤프트(110)의 회전시 축방향의 이탈 및 유격을 방지하는 역할을 수행한다.
이때, 도 9에서 본 발명의 상기 동력기(100)는 구리브러쉬(172)와 카본브러쉬(176)를 대응시킨 전원 연결부(170)를 개재하여 내부전자석(130)에 전원을 공급하는 구조이다. 2개의 링 형상으로 구성되는 구리브러쉬(172)는 절연체로 형성되는 하우징(174)을 개재하여 샤프트홀(123)과 키홈(112b)을 구비하여 샤프트(110)의 일측에 설치되며, 샤프트(110)와 함께 회전하면서 내부전자석(130)의 홀수열과 짝수열에 전원 공급이 이루어지도록 배선구(115)에 수용되는 전선과 전기적으로 각각 연결된다. 카본브러쉬(176)는 상기 구리브러쉬(172)의 회전을 구속하지 않도록 절연체로 형성되는 홀더(178)의 스프링 탄력으로 인해 접촉식으로 연결되고, 상기 제어부(300)에 의해 DC 전원공급부(220)로부터 IGBT(360)의 Q9, Q10을 거쳐 내부전자석(130)의 홀수열, 짝수열에 전류를 공급한다. 구리브러쉬(172)와 카본브러쉬(176)는 맞물린 상태로 전원을 공급하므로 마모시 교체의 용이성을 고려하여 하우징(174)과 홀더(178)를 볼트, 너트로 고정시킨다. 이때, 미설명부호인 홀더고정홈(179)은 홀더(178)가 링형판(152)상에 볼트로 고정하기 위한 역할을 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 동력기(100)의 내부지지대(125), 외부지지대(155)는 자력에 영향을 주지 않고 전류가 잘 통하는 소재를 사용한다. 이러한 소재로는 알루미늄 합금, 황동, 스테인레스강 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면 상기 동력기(100)의 전자석(130)(160)은 축방향으로 4∼50열에 걸쳐 반복되는 구조로서, 각열의 내부전자석(130)은 반경방향으로 4, 8, 16, 32개소 중 하나의 형태로 배치된다. 본 발명에 의하면 상기 동력기(100)의 전자석(130)(160)은 축방향으로 4∼50열에 걸쳐 반복되는 구조로서, 각열의 외부전자석(160)은 반경방향으로 16, 32, 64, 128, 256개소 중 하나의 형태로 배치된다. 일예로, 도 5 및 도 6을 통하여 전자석(130)(160)이 10열(A1~B5)로 배치되고, 내부전자석(130)이 8개소에 배치되고, 외부전자석(160)이 홀수열 32개소, 짝수열 32개소에 배치되는 구조가 개시된다. 외부전자석(160)이 32개소에 배치되면 피치각도는 11.25°이나, 위상차(φ)는 반경방향의 피치각도의 1/2이므로 5.625°로 된다. 즉, 각각의 홀수열 및 짝수열의 외부전자석(160)은 모두 11.25°의 피치각도를 유지하지만 도 6(b)처럼 상호 교호로 5.625°로 어긋나는 위상차(φ)를 유지한다.
물론, 전자석(130)(160)은 축방향으로 4∼50열 이상으로 설치될 수도 있고, 각열의 내부전자석(130)은 반경방향으로 4, 8, 16, 32 등으로 연장되도록 설치될 수도 있다. 전자석(130)(160)의 축방향 및 반경방향 배치수량이 증가할수록 구조와 제어가 복잡화되는 반면 부드러운 회전력을 유지하거나 대출력을 발생하는 측면에서 유리하다. 이때, 내부, 외부전자석(130,160)이 10열로(A1~B5) 배치되어 전류를 공급하는 것을 도시하고 있지만, 10열 이상 배치할 경우 10열 또는 20열, 30열 단위로 묶어(예 10열, 10열, 10열...20열, 20열, 20열... 30열, 30열, 30열...) 각각의 10열, 20열, 30열 단위로 전류를 각각 공급할 수 있고, 10열, 20열, 30열 단위로 위상차를 주어 회전력을 증가하고, 토크를 더욱더 향상시킬 수 있다.
한편, 전원 연결부(170), 스타트모터 회전자(도면부호 미부여), 동력전달기어(250), 회전감지판(312)의 설치 간격을 유지하기 위해 허버링을 개재하는 것이 좋다.
도 10a는 본 발명에 의한 동력기의 포토센서 배치상태를 나타내는 구성도, 도 10b는 본 발명에 의한 동력기의 회전감지판의 인덱스홈을 나타내는 구성도, 도 11은 본 발명에 의한 장치의 개략적 회로구성을 나타내는 블록도, 도 12 내지 도 15는 본 발명에 의한 장치의 제어부에 대한 세부 회로도이다.
본 발명에 의하면 상기 제어부(300)의 포토센서(320)는 고정판(314) 상에 외부전자석(160)의 반경방향 위상차(φ)에 해당하는 간격으로 설치되고, 샤프트(110)에 연결되는 회전감지판(312)의 인덱스홈(316)에 의해 신호를 발생하는 기능을 수행한다. 상기 회전감지판(312)은 도 10b에 도시된 바와 같이 중심에는 샤프트(110)가 삽입되는 샤프트홀(123)과 키홈(112c)을 구비한다. 이때, 고정판(314)은 링형판(152)에 볼트에 의해 고정된다. 상기에서 전술한 구성처럼 위상차(φ)가 5.625°인 경우 64개 지점에서 위치를 검출하므로 고정판(314) 상에 64개의 포토센서(320)를 설치해야 하지만 설치공간이 협소해지는 문제를 해소하기 위해 32개의 포토센서(320)를 사용하며 32개의 포토센서(320)를 사용하기 위해 도 10b에 도시된 바와 같이 샤프트(110)와 연동하는 회전감지판(312)의 인덱스홈(316)을 180° 간격으로 2개소에 설치하는 것이 필요하다. 도 10a처럼, 부호 320-1에서 반시계 방향으로 부호 320-31까지 홀수 간격으로 16개의 포토센서(320)가 설치되고, 다시 부호 320-2에서 반시계 방향으로 부호 320-32까지 짝수 간격으로 16개의 포토센서(320)가 설치된다. 부호 320-1에서 신호가 검출된 후 샤프트(110)가 위상차(φ)인 5.625° 각도만큼 회전하면 부호 320-2에서 신호가 검출된다. 이에 따라, 샤프트(110)가 1/2 회전하는 동안 32개의 포토센서(320)에서 신호가 발생하여 외부전자석(160)이 홀수열 및 짝수열 64개의 위치 파악이 되고, 다시 나머지 1/2 회전하는 동안 32개의 포토센서(320)에서 신호가 발생되므로 홀수열 및 짝수열 64개의 위치 파악이 가능하다. 또한, 전자석 동력기(100)의 용량에 따라 포토센서(320)의 갯수를 다양하게 할 수 있다.
이때, 상기 전자석 동력기(100)의 회전 시작점은 도 6에 도시된 A1열의 내, 외부 전자석(130,160) 1번과 33번이 대응되는 중심선(CL)을 중심으로 도 10a에 도시된 포토센서(320) 1번의 중심과 도 10b의 한 쌍의 인텍스홈(316)의 감지시작점(S)과 도 8에 도시된 중심 샤프트(110)의 키홈(112)의 중심과 수직선상으로 일치한 위치에 있다. 또한, 한쌍의 인텍스홈(316)의 감지시작점(S)은 중심선(CL)에서 어긋난 위치에 형성되고, 상기 어긋난 위치만큼 감지끝점(E) 또한 뒤로 연장하여 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 포토센서(320)의 신호가 끊김없이 연속적으로 이어지도록 하고, 내, 외부전자석(130,160)이 일치하였을 때, 동시에 순차적으로 전류를 공급하기 위함이다. 그리고, 인텍스홈(316)의 감지시작점(S)을 중심선(CL)에서 어긋나도록 형성한 것은 전자석 동력기(100)의 회전부(120)가 정방향이 아닌 역방향으로 회전하는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이때, 상술한 감지시작점(S)와 감지끝점(E)은 인텍스홈(316)의 감지시작점(S)이 포토센서(320)의 중심점(CL)과 일치하였을 때, 감지를 시작하여 인텍스홈(316)의 감지끝점(E)과 일치하였을 때, 감지가 완료된다.
이와 같은 구성은 샤프트(110)가 1회전할 때, 각각의 내부 및 외부 전자석(130)(160)에 2번의 전원을 공급하도록 함으로써 회전속도를 높일 뿐만 아니라 토크를 향상시키고, 회전속도의 저하를 막는 효과가 있다.
한편, 도 10a는 샤프트(110)가 반시계 방향으로 회전할 경우에 대한 실시 예를 도시한 것으로, 상기 샤프트(110) 및 내부전자석(130)의 회전 위치에 대하여 정해진 알고리즘으로 구동을 제어한다. 인덱스홈(316) 2개와 마주치는 숫자 중 1개(높은 숫자)를 제외시켜 고정판(314)의 한쪽면에 설치되는 포토센서(320) 320-1부터 320-31까지의 홀수번호는 도 12 내지 도 15에서 J1부터 J31번에 해당하고, 반대편 한쪽면에 설치되는 포토센서(320) 320-2부터 320-32까지의 짝수번호는 도 12 내지 도 15의 J2부터 J32번에 해당한다.
본 발명에 의하면, 상기 제어부(300)는 포토센서(320)의 신호에 대응하여 각열의 전자석(130)(160)에 단계적으로 동시에 통전하여 샤프트(110)가 1회전시 2사이클 순차제어를 수행하되, 각 단계에서 드라이버IC(350)와 IGBT(360)를 개재하여 DC 전원공급부(220)의 전원을 인가하는 기능을 수행한다. 도 11에서, 제어부(300)는 내부전자석(130)을 제어하기 위한 제1제어부로 구성되고, 외부전자석(160)을 제어하기 위한 제2제어부로 구성된다. 그리고 드라이버IC(350) 외에 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터; Insulated gate bipolar transistor)가 포함된다. 개략적으로 도 11과 도 12 내지 도 15를 연계하여 설명하면, 대부분의 IGBT(Q1 내지 Q8)는 외부전자석(160)에 전원을 공급하도록 연결되는 반면 2개의 IGBT(Q9, Q10)는 내부전자석(130)에 전원을 공급하도록 연결된다. 미설명 부호 225는 도 12 내지 도 15의 회로도에 안정적인 12V를 제공하는 DC정전압부이고, 부호 215는 스타트모터(210)의 기동전후 연결을 단속하기 위한 마그네트 클러치(215)이다.
하기의 [표 2]를 이용하여 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하는 바, 전술한 도 5 및 도 6에 의한 구성을 기반으로 한다.

[표 1]과 연계하여 설명하면, 제1그룹 내지 제8그룹의 좌측칸으로 각각 4개씩 구분되는 숫자가 포토센서(320) 번호이다. 각 포토센서(320) J1번, J9번, J17번, J25번에서 신호가 발생하면 A1, A2, A3, A4, A5열의 외부전자석(160) 1번, 9번, 17번, 25번, 33번, 41번, 49번, 57번에 전류가 동시에 공급되고, 각 포토센서(320) J2번, J10번, J18번, J26번에서 신호가 발생하면 B1, B2, B3, B4, B5열의 외부전자석(160) 2번, 10번, 18번, 26번, 34번, 42번, 50번, 58번에 전류가 동시에 공급됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제어부(300)는 제1그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 홀수열 중 1, 9, 17번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제1단계와, 제2그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 짝수열 중 2, 10, 18번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제2단계와, 제3그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 홀수열 중 3, 11, 19번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제3단계와, 제4그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 짝수열 중 4, 12, 20번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제4단계와, 제5그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 홀수열 중 5, 13, 21번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제5단계와, 제6그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 짝수열 중 6, 14, 22번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제6단계와, 제7그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 홀수열 중 7, 15, 23번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제7단계와, 제8그룹의 포토센서(320)에서 신호가 발생하면 짝수열 중 8, 16, 24번, … 위치의 외부전자석(160)을 작동하는 제8단계; 등을 시컨스로 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부(300)에서 홀수번 포토센서(320)는 일측 경로 상에서 드라이버IC(350) U9번과 IGBT(360) Q9번을 거쳐 내부전자석(130) 홀수열에 동시에 전원을 공급하도록 연결되고, 짝수번 포토센서(320)는 타측 경로 상에서 드라이버IC(350) U10번과 IGBT(360) Q10번을 거쳐 내부전자석(130) 짝수열에 동시에 공급하도록 연결된다.
물론 이는 도 5 및 도 6에 의한 구성을 기반으로 하므로 전자석(130)(160)의 설치 수량에 따라 동일한 방식으로 변동된다.
이에 따라, 상기 전자석 동력기(100)의 다수 개의 포토센서(320)에서 회전을 감지하여 각 위치에 해당하는 내부전자석(130) 및 외부전자석(160)에 전류를 입력되도록 제어신호를 발생하고, 상기 제어신호에 의하여 해당하는 위치에 있는 내부 및 외부 전자석에 전류가 동시에 입력됨으로써 자기장(척력)을 형성하여 내부전자석(130) 및 샤프트(110)를 회전시키되 더 강하게 회전시키거나 회전속도를 유지되도록 한다. 이때, 상기 각 전자석(130)(160)에 입력되는 전류 크기는 내부 및 외부전자석(130,160)의 코일의 굵기와 철심(162)에 코일을 감는 횟수에 따라 자력의 세기가 달라지고, 제어부(300)의 알고리즘에 따라 인가되도록 한다.
도 12 내지 도 15에서, 각각의 단자(J1 내지 J32)는 포토센서(320)에 연결하는 부분이며, DC 전원공급부(220)(일실시 예로 12V 및 24V를 도시하였으나 이보다 높게 1200V까지 구성할 수도 있음)로부터 공급된 전류는 IGBT(Q1 내지 Q10)를 통하여 내부 전자석(130) 및 외부 전자석(160)으로 순차적으로 통전하여 입력된다. 또한, 부호 IN1 내지 IN8은 제1그룹 내지 제8그룹을 표시한 것이며, 드라이버IC(350) U1번에서 U8번과 IGBT(360) Q1번에서 Q8번을 거쳐 통전한 전류를 외부전자석(160) 홀수열과 짝수열에 순차적으로 공급한다. 이러한 기능은 제2제어부에서 담당한다. 제1제어부는 IN9번에 홀수열 그룹의 신호가 발생할 때 부호 M1부터 부호 M31번의 홀수 신호를 IN9번에 동시에 보내어 드라이버IC(350) U9번과 IGBT(360) Q9번을 거쳐 내부전자석(130) 홀수열에 동시에 전원을 공급하고, IN10번은 짝수열 그룹의 신호가 발생할 때 부호 M2번부터 M32번의 짝수 신호를 동시에 보내어 드라이버IC(350) U10번과 IGBT(360) Q10번을 거쳐 통전한 전류를 내부전자석(130) 짝수열에 동시에 공급한다. 한편, 드라이버IC(350)의 구동을 위해 10개의 드라이버IC 각각의 개별 전원공급부(355)가 부호 T1번 내지 T10번으로 표시되고, 제어부에 DC 12V의 전원을 공급하는 DC정전압부(225)가 부호 U19로 표시된다.
이때, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 D30~D127번은 LED(luminescent diode)이고, 각각의 포토센서(320) J1~J32번이 감지 신호를 보낼 때, LED(D30~D127)가 순차적으로 점등된다. 이는, 제어부(300)에서 포토센서(320)의 작동을 확인하기 위하여 형성되었다. 이때, 도 14에 미설명된 U11 및 U12는 드라이버IC버퍼이며 이러한 드라이버IC버퍼(U11,U12)는 제어부(300)에서 오는 신호를 증폭시켜 순차적으로 드라이버IC(350)를 구동시키는 역할을 수행한다. 또한, 도 15에 미설명된 U17은 스위칭IC(SMPS)이며 이러한 스위칭IC(U17)는 신호에 의해 드라이버IC(350)의 개별 전원공급부(T1~T10)를 ON, OFF 시키는 역할을 수행한다.
전체적 작동에 있어서, 자동차의 동력발생장치 키와 같은 전원 입력스위치(미도시)의 전원 온(ON) 상태가 되면, 상기 DC 전원공급부(220)의 전원이 상기 스타트모터(210) 및 제어부(300)에 인가된다. 이후에 샤프트(110)가 회전하는 동안 상기의 표와 같은 순차적인 제어가 수행되는데, 도 6a 및 도 6b에서 하나의 내부전자석(130)이 각각의 홀수열 4칸씩 4단계(한칸의 위상차 11.25°) , 짝수열 4칸씩 4단계(한칸의 위상차 11.25°)로 샤프트(110)의 반회전시 1사이클로 이루어지되, 샤프트(110)가 1회전을 마치면 2사이클이 이루어 진다. 샤프트(110)의 최초의 위치에서 부호 320-1의 포토센서(J1)가 신호를 발생하면 홀수열에 있는 1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57번 위치의 외부전자석(160)을 모두 온하는 동시에 홀수열 내부전자석(130)에 동시에 전원을 공급한다. 다음으로 샤프트(110)가 위상차 5.625°를 회전하여 부호 320-2의 포토센서(J2)가 신호를 발생하면 짝수열에 있는 2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58번 위치의 외부전자석(160)을 모두 온하는 동시에 짝수열 내부전자석(130)에 동시에 전원을 공급하여 회전을 이어간다. 이와 같은 방식으로 부호 320-8의 포토센서(J8)가 신호를 발생하는 8칸(홀수열4칸,짝수열4칸이 각각 1단계)을 거치면 샤프트(110)는 위상차(φ) 5.625°의 8배인 45°를 회전한다. 이후에는 상기한 순차제어를 반복함에 따라 총 64칸(4단계)를 거치거나 또는, 32칸(8단계)로 하되, 홀수열 16칸(4단계), 짝수열 16칸(4단계)을 거치면서 샤프트(110)의 1/2회전이 완료되어 1싸이클이 이루어지고, 상기 사프트(110)가 1회전이 완료되면 2사이클이 이루어지게 된다. 물론 이는 도 5 및 도 6에 의한 구성을 기반으로 하는 것이므로 전자석(130)(160)의 수량이 달라지면 시컨스가 변화하고 이를 제어부(300)에 입력하여야 한다. 이때, 전자석 동력기(100)가 일정 RPM이 되면 스타트모터(210)의 전원을 OFF 시키게 된다.
이때, 본 발명의 상기 제어부(300)는 전자석(130)(160)에 연결되는 드라이버IC(350)와 출력단 IGBT와 함께 역기전류를 방지하는 다이오드(365)를 사용한다. IGBT는 고전류 전자석(130)(160)에 대비한 것으로 안정적인 출력 상태를 유지하는데 유리하다. 다이오드(365)는 전자석(130)(160)에서 발생하는 역기전력을 차단하는 것으로 회로손상 및 오작동을 방지하는데 유리하다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 제어부(300)의 DC 전원공급부(220)는 DC12∼1200V 범위의 전원을 제공한다. 이것은 전자석(130)(160)의 수량 및 세기에 따라 동력용량이 증감되는 것을 고려함이다.
한편, 상기 스타트모터(210)는 전자석 동력기(100)를 적어도 200∼1000 rpm의 범위 정도로 구동시킬 수 있도록 구성함이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 전자석을 이용한 동력발생 장치는 이동식 소형발전기를 포함한 발전기, 일반차량이나 골프카와 같은 전기자동차, 이동식 소형콤프레셔를 포함한 에어콤프, 가정용이나 공업용 전원 공급장치, 소형 발전소용 발전기, 가로등이나 통신시설 또는 등대나 전동지게차 등의 전력 공급장치 등에 적용될 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a power unit skeleton of the apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a skeleton of a rotating unit in the power unit according to the present invention, and FIG. 3 is a view showing various embodiments of the radial plate of the rotating unit in FIG. 5 and 6 are diagrams showing the arrangement state of the electromagnets according to the present invention. Fig. 7 is a view showing the configuration of the power unit according to the present invention. Fig. FIG. 8 is a perspective view showing a shaft of a power generator rotating part according to the present invention, and FIG. 9 is a perspective view of the brush power connecting part according to the present invention in exploded view.
As shown in the drawing, the power generator using the electromagnet according to the present invention includes a power unit 100, an auxiliary unit 200, and a control unit 300 as main components, and includes a DC power supply unit 220, a start motor 210, And a gear 250 as shown in FIG.
The power unit 100 of the present invention includes a plurality of internal electromagnets 130 disposed on a shaft 110 to constitute a rotating unit 120 and a plurality of external electromagnets 160 disposed outside the rotating unit 120, (150). The state in which the external electromagnet 160 of the fixing portion 150 is arranged in the radial direction is more apparent with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. The internal electromagnet 130 rotating together with the rotation unit 120 is connected to a power source and an electric wire through the power connection unit 170 and the shaft 110 as described later.
The auxiliary device 200 of the present invention includes a start motor 210 for initializing the power device 100. The start motor 210 uses a type that generates high torque, and it is preferable to use a DC motor in terms of efficiency of circuit construction. When the electromagnet power device 100 is rotated at a predetermined rotational speed after starting the electromagnet power device 100 by using the initial external power, the DC motor is used to cut off the connection of the power source of the start motor 210 In order to facilitate the following. At this time, it is preferable that the constant rotation speed of the start motor 210 is in the range of about 200 to 1000 rpm. At this time, the start motor 210 may be used after the phase difference of the external electromagnets 160 of the power unit 100 is narrowed or the arrangement of the electromagnets is increased so that the output and the torque are excellent.
The power generated by the power generator 100 may be used as a power source through an alternator (not shown) and a generator (not shown) through the power transmission gear 250, or may be used as an output by mechanically driving other devices directly have. At this time, the power transmission gear 250 is illustrated as being formed inside the start motor 210, but may be formed outside the ring-shaped plate 152 and connected to the shaft 110.
The control unit 300 according to the present invention detects the rotation position of the rotation unit 120 with the photosensor 320 and energizes the

electromagnets

130 and 160 at corresponding positions. The control unit 300 receives a signal for sensing rotation from the photosensor 320 to be described below and sequentially controls the control unit 300 in response to the rotation of the electromagnet power unit 100 so that the electromagnet power unit The

electromagnets

130 and 160 of the electromagnet power generator 100 are sequentially controlled to supply current to the

electromagnets

130 and 160 from the DC power supply 220 through the IGBT 360 to form a magnetic field, - It acts to control torque and perform with high efficiency.
1, unrepresented reference numeral 152a denotes a hole through which an alternator (not shown) and other devices (e.g., a gear box and a transmission) can be used in an auxiliary manner via the power transmission gear 250. Reference numeral 152b denotes a start motor 210, the photosensor 320, and the power connection unit 170, as shown in FIG.
2, according to the present invention, the rotary part 120 of the power unit 100 disposes the internal electromagnets 130 at uniform intervals on an internal support 125 which is bolted to the outer circumferential surface of the radial plate 122. 5, the fixed portion 150 of the power unit 100 disposes the external electromagnets 160 at uniform intervals on an external support 155 bolted to the outer circumferential surface of the ring-shaped plate 152. Although the ring-shaped plate 152 is composed of 64 surfaces in the drawing, the number of the ring-shaped plates 152 may vary depending on the intended use, and the number is not limited. The radial plate 122 has a shape which is opened at uniform angular intervals in the radial direction, and the inner support table 125, which is a flat plate having the same length, is bolted to the outer circumferential surface. The number of the radial plate 122 to be installed is related to the capacity of the power generator 100, and three can be increased or decreased depending on the design capacity. The inner electromagnets 130 are installed on the inner support 125 so as to overlap at regular intervals without phase difference. The wiring hole 126 is formed by the internal electromagnet 130 and the external electromagnet 160. The wiring hole 126, the fixing bolt hole 127, the keyhole 128 and the fixing hole 129, The IGBT 360 and the outer electromagnet 160. The outer electromagnet 160 and the IGBT 360 are connected to each other by a wire. The fixing bolt hole 127 serves to fix the inner electromagnet 130 and the outer electromagnet 160 to the inner supporter 125 and the outer supporter 155, respectively. The keyhole 128 serves to prevent the internal electromagnet 130 and the external electromagnet 160 from being separated from the outside by being combined with the

keys

138 and 168.
3, the radial plate 122 of the rotation unit 120 may be divided into four parts as shown in (a), eight parts as shown in (b), and 16 parts as shown in part (c). The radial plate 122 has a shaft hole 123 through which an inner support 125 is fixed by a bolt and a shaft is inserted into the center of the radial plate 122, And one internal electromagnet 130 is installed at each of the branch points of the radial plate 122. The inner electromagnet 130 is mounted on the inner circumference of the radial plate 122,
4, a state in which the bearing 111 is installed on the ring-shaped plate 152 of the fixing portion 150 is shown. The bearing 111 stably rotates and supports the shaft 110 of the rotation unit 120. Reference numeral 152c denotes a bolt hole for fixing the external electromagnet 160 via an external support base 155. [ The number of the ring-shaped plates 152 to be installed is related to the capacity of the power generator 100, which is four to eight, which can be increased or decreased depending on the design capacity.
5 and 6, the fixed portion 150 of the power unit 100 is arranged with alternating odd-numbered external electromagnets 160 and even-numbered external electromagnets 160 in the axial direction with a constant phase difference (phi) The phase difference phi is held at 1/2 of the pitch angle in the radial direction. The fixed portions 150 of the odd columns such as the columns A1, A2, A3, A4 and A5 are formed in the same phase and spacing and the fixing portions 150 of the even columns such as the columns B1, B2, B3, . However, the groups of the odd-numbered column fixing units 150 and the even-numbered column fixing units 150 are arranged so as to have a phase difference phi based on the vertical center line CL. The pitch angle means the angular spacing in which the fixing portions 150 are arranged in a particular row. The phase difference phi between the odd-numbered column fixing unit 150 and the even-numbered column fixing unit 150 is 1/2 of the pitch angle, which can be clearly understood with reference to the following embodiments.
The arrangement of the 64 external electromagnets 160 installed in the odd-numbered columns and the even-numbered columns of the fixing unit 150 is shown in more detail in Table 1.

The external electromagnet 160 is provided with 32 odd rows and 32 even rows, and the phase difference is 1/2 pitch angle of the radius of rotation. When one of the outer electromagnets 160 and one of the inner electromagnets 130 meets each other, electric current is simultaneously supplied to the eight surfaces facing the inner and

outer electromagnets

130 and 160 of the odd-numbered rows, 160) Since the currents are simultaneously supplied to the first, ninth, 17th, 25th, 33th, 41th, 49th, and 57th columns of the odd-numbered columns A1, A2, A3, A4 and A5, And the electric currents at the second, the 10th, the 18th, the 26th, the 34th, the 42th, the 50th and the 58th among the even-numbered columns B1, B2, B3, B4 and B5 of the external electromagnet 160 The number is referred to as the second group.
Details of the operation of the internal and

external electromagnets

130 and 160 and the photosensor 320 will be described later.
A grounding bolt tab (not shown) for fixing the ground wire of the internal electromagnet 130 and a bolt tap (not shown) for fixing the internal support 125 to the radial plate 122 of the rotation part 120 installed on the shaft 200 . The external electromagnet 160 is grounded on the bolt 180.
7, the power generator 100 is constructed such that an interval between the internal electromagnet 130 and the external electromagnet 160 is in the range of 0.3 to 15 mm, a start portion of the coil wound around the

electromagnet iron cores

132 and 162 is grounded, The ends of the coils wound around the

iron cores

132 and 162 and the IGBT 360 are connected to form the same poles so that repulsive force is generated.
The ends of the

corresponding iron cores

132 and 162 in the inner electromagnet 130 and the outer electromagnet 160 are formed to be wide and bent. The

electromagnets

130 and 160 of the present invention are composed of

iron cores

132, 162, coils 134 and 164 and

outer covers

136 and 166 as usual. The outer covers 136 and 166 may be made of a material that does not affect the magnetic force, and may be made of aluminum, stainless steel, plastic, or the like, for example. It is preferable that bolts and nuts for securing each component are made of the same material. An appropriate range of the interval between the inner electromagnet 130 and the outer electromagnet 160 is 0.3 mm to 15 mm, and the efficiency falls sharply when it exceeds 15 mm. Reference numeral 132a denotes a convex curved surface formed on the iron core 132 of the

internal electromagnet

130 and 162a denotes a concave curved surface formed on the iron core 162 of the external electromagnet 160. [ The iron core 132 and the iron core 132 are formed to have a wide and curved shape when the rotation part 120 is formed in a radial shape when rotating so that the magnetic force (repulsive force) And the external electromagnet 160 maintain the action force for a long time, so that the torque is generated as much as possible. That is, when a current is inputted and a magnetic field is generated, the inner electromagnet 130 is pushed out by the repulsive force by mutual force. When the inner electromagnet 130 rotates in the counterclockwise direction and approaches the outer electromagnet 160, ) 162 to increase or maintain the rotation. The

iron cores

132 and 162 are fixed on the inner support base 130 and the outer support base 160 by using the

keys

138 and 168 and the bolts 180 so that vibration Thereby preventing the escape phenomenon. The inner electromagnet 130 and the outer electromagnet 160 are formed so that the ends of the

corresponding iron cores

132 and 162 are bent so that the inner electromagnet 130 is formed in the same shape as the angle of the turning radius, So that the repulsive force is increased.
8, according to the present invention, the shaft 110 of the power unit 100 includes a wiring hole 115, a keyway 112, a center pin 117, and a bolt hole 118 for receiving electric wires. Of course, the shaft 110 is installed so as to be rotatable through bearings at both ends. The shaft 110 constituting the rotation part 120 receives electric wires for supplying electric power to the internal electromagnets 130 on the wiring shed 115. It is preferable that the wiring holes 115 are formed in a plurality of groove-shaped and symmetrical positions cut in the axial direction. In addition, the shaft 110 has a key groove 112 for fixing the radial plate 122 of the rotation part 120, the rotor of the start motor 210, the rotation sensing plate 312, and the housing 174. The keyway 112 allows the radial plate 122 to be fixed and rotatable, and the center jaw 117 locks and fixes the nut on the opposite side to prevent the radial plate 122 from escaping to the outside. The keyway 112 also induces the simultaneous rotation of the radial plate 122 and the rotation sensing plate 312, the housing 174, the rotor of the start motor 210, the power transmission gear 250 and the shaft 110 . The bolt mount 118 is provided with a hub ring to maintain spacing between the radial plate 122 and the rotation sensing plate 321, the housing 174, the rotor of the start motor 210, Insert it and fix it with a nut to prevent it from escaping. The bearing jaws 113 formed on both sides of the shaft 110 are engaged with the bearings 111 to prevent axial deviation and clearance when the shaft 110 rotates.
9, the power generator 100 of the present invention has a structure in which power is supplied to the internal electromagnet 130 via a power connection unit 170 in which a copper brush 172 and a carbon brush 176 are associated with each other. The copper brush 172 formed in two ring shapes is provided at one side of the shaft 110 with a shaft hole 123 and a key groove 112b through a housing 174 formed of an insulator, And is electrically connected to the electric wires accommodated in the wiring hole 115 so that power is supplied to the odd-numbered columns and the even-numbered columns of the inner electromagnet 130, respectively. The carbon brush 176 is connected to the DC power supply unit 220 by the control unit 300 because the spring force of the holder 178 formed of an insulator prevents the rotation of the copper brush 172, Q9 and Q10 of the IGBT 360 to supply the current to the odd-numbered columns and the even-numbered columns of the internal electromagnet 130, respectively. Since the copper brush 172 and the carbon brush 176 are supplied with electric power in a state of being engaged with each other, the housing 174 and the holder 178 are fixed with bolts and nuts in consideration of ease of replacement during wear. At this time, the holder fixing grooves 179, which are not illustrated, serve to fix the holder 178 to the ring-shaped plate 152 with a bolt.
In addition, the inner support 125 and the outer support 155 of the power unit 100 according to the present invention use a material having good current without affecting the magnetic force. Such materials include aluminum alloys, brass, and stainless steel.
According to the present invention, the electromagnets (130) and (160) of the power generator (100) are repeated in four to fifty rows in the axial direction, and the internal electromagnets (130) in each row are arranged in four, eight, As shown in FIG. According to the present invention, the

electromagnets

130 and 160 of the power generator 100 are repeated in four to fifty rows in the axial direction, and the outer electromagnets 160 of each row are arranged in the radial directions of 16, 32, 64, 128, And is arranged in one of 256 positions. 5 and 6, the

electromagnets

130 and 160 are arranged in 10 rows A1 to B5, the internal electromagnets 130 are arranged in 8 places, the external electromagnets 160 are arranged in the odd number columns 32 A structure is arranged in 32 places in even-numbered columns. When the external electromagnets 160 are disposed at 32 positions, the pitch angle is 11.25 degrees, but the phase difference is 5.625 degrees since the phase difference is 1/2 of the pitch angle in the radial direction. That is, the outer electromagnets 160 of each of the odd-numbered columns and the even-numbered columns all maintain the pitch angle of 11.25 ° but retain the phase difference phi which is shifted to 5.625 ° alternately as shown in FIG. 6 (b).
Of course, the

electromagnets

130 and 160 may be installed in four to fifty rows or more in the axial direction, and the internal electromagnets 130 in each row may be installed to extend in the radial direction to four, eight, sixteen, . As the number of the

electromagnets

130 and 160 arranged in the axial direction and the radial direction increases, the structure and control are complicated, but it is advantageous in terms of maintaining a soft torque or generating a large output. In this case, although the internal and

external electromagnets

130 and 160 are arranged in 10 rows (A1 to B5) to supply electric current, when 10 or more rows are arranged, 10 or 20 rows and 30 columns are combined 10 columns, 10 columns ... 20 columns, 20 columns, 20 columns ... 30 columns, 30 columns, 30 columns ...) It is possible to increase the torque by increasing the phase difference in ten rows, twenty columns, and thirty columns, thereby further improving the torque.
Meanwhile, it is preferable to interpose the hub ring to maintain the intervals between the power connection part 170, the start motor rotor (not shown), the power transmission gear 250, and the rotation sensing plate 312.
Fig. 10A is a configuration diagram showing a state in which a photosensor is arranged in a power unit according to the present invention, Fig. 10B is a configuration diagram showing index grooves of a rotation sensing plate of a power unit according to the invention, Fig. 11 is a schematic circuit configuration 12 to 15 are detailed circuit diagrams of the control unit of the apparatus according to the present invention.
The photosensor 320 of the controller 300 is installed on the fixing plate 314 at intervals corresponding to the radial phase difference of the external electromagnets 160 and rotates And a signal is generated by the index groove 316 of the sensing plate 312. As shown in FIG. 10B, the rotation sensing plate 312 includes a shaft hole 123 and a key groove 112c through which the shaft 110 is inserted. At this time, the fixing plate 314 is fixed to the ring-shaped plate 152 by bolts. When the phase difference phi is 5.625 deg. As described above, since the position is detected at 64 points, 64 photosensors 320 must be installed on the fixing plate 314, but in order to solve the problem of the space for installation being narrowed In order to use the 32 photosensors 320 using the 32 photosensors 320, the index grooves 316 of the rotation sensing plate 312 interlocked with the shaft 110 are rotated 180 ° It is necessary to install them at two places at intervals. As shown in FIG. 10A, sixteen photosensors 320 are arranged at odd intervals from the reference numeral 320 - 1 to the reference numeral 320 - 31 in the counterclockwise direction, and again at an even interval from the reference numeral 320 - 2 to the sign 320 - Sixteen photosensors 320 are installed. When a signal is detected at 320-1 and the shaft 110 rotates by 5.625 degrees, which is a phase difference, the signal is detected at 320-2. Accordingly, signals are generated from the 32 photosensors 320 while the shaft 110 rotates by 1/2, so that the external electromagnets 160 are located in the odd-numbered columns and the even-numbered columns 64, Since 32 signals are generated from the 32 photosensors 320, it is possible to grasp the positions of 64 odd columns and even columns. In addition, the number of photo sensors 320 can be varied according to the capacity of the electromagnet power generator 100.
At this time, the rotation starting point of the electromagnet power generator 100 is centered on the center line CL corresponding to the first and

third electromagnets

130 and 160 of the first and second columns A1 and 130 shown in FIG. 6, And the center of the key groove 112 of the center shaft 110 shown in Fig. 8 is aligned with the detection start point S of the pair of intex grooves 316 of Fig. It is also preferable that the sensing start point S of the pair ofintegration grooves 316 is formed at a position deviated from the center line CL and the sensing end point E is also extended backward by the shifted position. This is because the signals of the photosensor 320 are continuously connected without interruption and the currents are sequentially supplied at the same time when the inner and

outer electromagnets

130 and 160 coincide with each other. The detection start point S of the index groove 316 is shifted from the center line CL to prevent the rotation part 120 of the electromagnet power device 100 from rotating in the reverse direction but not in the forward direction. When the sensing start point S of the index groove 316 coincides with the center point CL of the photosensor 320, the sensing start point S and the sensing end point E described above are detected, 316, the detection is completed.
Such a configuration allows two power sources to be supplied to each of the internal and

external electromagnets

130 and 160 when the shaft 110 makes one revolution, thereby improving not only the rotation speed but also the torque, There is an effect to prevent.
10A shows an embodiment in which the shaft 110 rotates in a counterclockwise direction and controls driving by a predetermined algorithm for the rotational position of the shaft 110 and the internal electromagnet 130. [ The odd numbers of the photosensors 320-1 to 320-31 provided on one surface of the fixed plate 314 excluding the one (high number) of the numbers confronted with the two index grooves 316 are shown in FIGS. In FIG. 15, the even numbers from J1 to J31 correspond to the photosensors 320-2 to 320-32 provided on one side of the opposite side, which correspond to J2 to J32 in FIG. 12 to FIG.
According to the present invention, the controller 300 sequentially energizes the

electromagnets

130 and 160 of each row in response to the signal of the photosensor 320 to sequentially perform two-cycle sequential control when the shaft 110 rotates once At each step, the DC power supply unit 220 is powered through the driver IC 350 and the IGBT 360. 11, the control unit 300 includes a first control unit for controlling the internal electromagnet 130, and a second control unit for controlling the external electromagnet 160. In addition to the driver IC 350, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is included. 11 and 12 to 15, most of the IGBTs Q1 to Q8 are connected to supply power to the external electromagnet 160 while the two IGBTs Q9 and Q10 are connected to the internal electromagnet 160 130 to supply power. Reference numeral 225 denotes a DC constant voltage unit that provides a stable 12 V to the circuit diagrams of FIGS. 12 to 15, and reference numeral 215 denotes a magnet clutch 215 for interrupting connection after startup of the start motor 210.
The configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the following Table 2, based on the above-described configuration according to Fig. 5 and Fig.

Referring to Table 1, the number of the photosensor 320 is divided into four by four in the left column of the first group to the eighth group. When a signal is generated at each of the photosensors 320, J1, J9, J17, and J25, the external electromagnets 160 in the A1, A2, A3, A4, and

A5 columns

1, 9, 17, 25, B3, B4, and B5 are simultaneously supplied with currents from the photosensors 320, J2, J10, J18, and J26, It can be seen that the electric current is simultaneously supplied to the

electromagnets

160, 2, 10, 18, 26, 34, 42, 50,
When the signal is generated in the photosensor 320 of the first group, the control unit 300 according to the present invention determines that the first, A first step of operating the external electromagnet 160 in the second group, and a second step of activating the second electromagnet 160 in the second group of photosensors 320 when a signal is generated, A second step of operating the external electromagnet 160 at a position where the third group of photosensors 320 are operated; A third step of operating the external electromagnet 160 at the position of the fourth group of photosensors 320, A fourth step of operating the external electromagnet 160 at the position of the fifth group of photosensors 320, A fifth step of operating the external electromagnet 160 at the position of the sixth group of photosensors 320, A sixth step of operating the external electromagnet 160 at a position where the first group of photosensors 320 and the seventh group of photosensors 320 are operated; A seventh step of operating the external electromagnet 160 at the position of the first group, and a seventh step of operating the external electromagnet 160 of the

group

8, 16, 24, An eighth step of operating an external electromagnet 160 in a position; And the like.
The odd number photosensor 320 in the controller 300 simultaneously supplies power to odd rows of the inner electromagnets 130 through the driver IC 350 U9 and the IGBT 360 through Q9 on one path And the even number photosensor 320 is connected to the even numbered columns of the inner electromagnets 130 through the driver IC 350 and the IGBT 360 on the other path.
This is based on the configuration of FIGS. 5 and 6, and thus varies in the same manner depending on the number of

electromagnets

130 and 160 installed.
The plurality of photosensors 320 of the electromagnet power generator 100 senses the rotation and generates a control signal to input current to the internal electromagnets 130 and external electromagnets 160 corresponding to the respective positions, A magnetic field (repulsive force) is formed by simultaneously inputting currents to the internal and external electromagnets at the corresponding positions by the control signal, so that the internal electromagnets 130 and the shaft 110 are rotated, but more strongly rotated or the rotational speed is maintained . The magnitude of the magnetic force input to each of the

electromagnets

130 and 160 varies depending on the thickness of the coils of the inner and

outer electromagnets

130 and 160 and the number of turns of the coils on the iron core 162, ) According to the algorithm of Fig.
12 to 15, each of the terminals J1 to J32 is connected to the photosensor 320. The DC power supply 220 (one embodiment has 12V and 24V, but may be configured to have a voltage higher than 1200V Is sequentially energized by the internal electromagnet 130 and the external electromagnet 160 through the IGBTs Q1 to Q10. The symbols IN1 to IN8 denote the first group to the eighth group, and the electric current passed through the driver IC 350 U1 through U8 and the IGBT 360 through Q1 through Q8 is supplied to the external electromagnet 160, It is supplied sequentially to odd-numbered columns and even-numbered columns. This function is handled by the second control unit. When the odd number column group signal is generated at IN9, the first control unit simultaneously sends the odd number signals from M1 to M9 to the IN9, and the internal electromagnet 130 through the driver IC 350 U9 and IGBT 360, Q9, Numbered column, and IN10 simultaneously sends even-numbered signals from M2 to M32 when an even-numbered column group signal is generated, and the current passed through the driver IC 350 U10 and the IGBT 360 And simultaneously supplies the electromagnet 130 to even-numbered rows. On the other hand, for driving the driver IC 350, the individual power supply units 355 of the ten driver ICs are denoted by reference numerals T1 to T10, and a DC constant voltage unit 225 for supplying DC 12 V power to the control unit Denoted by U19.
12 and 13, D30 to D127 are LEDs (Luminescent Diodes), and when each photosensor 320 (J1 to J32) sends a detection signal, the LEDs D30 to D127 sequentially Is turned on. This is formed to confirm the operation of the photosensor 320 in the control unit 300. [ In this case, U11 and U12, which are not shown in FIG. 14, are driver IC buffers. These driver IC buffers U11 and U12 amplify the signal from the controller 300 and sequentially drive the driver IC 350 . 15 is a switching IC (SMPS). The switching IC U17 serves to turn on and off the individual power supply units T1 to T10 of the driver IC 350 by a signal.
The power of the DC power supply unit 220 is supplied to the start motor 210 and the control unit 300 (not shown) when the power input switch (not shown) such as a power generator key of the vehicle is turned on, . 6A and FIG. 6B, one internal electromagnet 130 is divided into four odd-numbered columns by four steps (a phase difference of 11.25 DEG for one row) ), And one cycle in the case of the half rotation of the shaft 110 by four stages (one phase of the phase difference of 11.25 degrees) for every four columns in an even number column. When the shaft 110 completes one rotation, two cycles are performed. When the photosensor J1 of the reference numeral 320-1 generates a signal at the initial position of the shaft 110, the external electromagnet 160 at

positions

1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, And simultaneously supplies power to the electromagnets 130 in the odd-numbered rows. Next, when the photosensor J2 of the reference numeral 320-2 generates a signal by rotating the phase difference of 5.625 degrees with the phase difference of the shaft 110, when the outside of the 2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, All the electromagnets 160 are turned on and the power is simultaneously supplied to the electromagnets 130 in the even-numbered columns to continue the rotation. In this manner, when the photosensor J8 of the reference numeral 320-8 is subjected to eight chambers (four odd columns and four even columns and four columns) generating signals, the shaft 110 has a phase difference of 5.625 degrees And rotates by 45 degrees which is 8 times. Thereafter, a total of 64 cells (4 steps) is performed or 32 cells (8 steps) are performed by repeating the sequential control described above, and the odd number columns and the even number columns (4 steps) One half cycle of the shaft 110 is completed and one cycle is completed. When the one cycle of the shaft 110 is completed, two cycles are performed. 5 and 6. Therefore, when the number of the

electromagnets

130 and 160 is changed, the sequence changes and the control sequence is input to the controller 300. [ At this time, when the electromagnet power generator 100 reaches a certain RPM, the power of the start motor 210 is turned off.
At this time, the controller 300 of the present invention uses a driver IC 350 connected to the

electromagnets

130 and 160 and a diode 365 for preventing backflow current together with the output stage IGBT. The IGBT is in contrast to the high-

current electromagnets

130 and 160 and is advantageous in maintaining a stable output state. The diode 365 blocks the counter electromotive force generated in the

electromagnets

130 and 160, thereby preventing circuit damage and malfunction.
In addition, according to the present invention, the DC power supply unit 220 of the controller 300 provides a DC power ranging from 12 to 1200V. Considering that the power capacity is increased or decreased depending on the quantity and intensity of the

electromagnets

130 and 160.
It is preferable that the start motor 210 is configured to be able to drive the electromagnet power generator 100 at a range of at least 200 to 1000 rpm.
The power generating device using the electromagnet according to the present invention can be applied to a power generator including a mobile compact generator, an electric car such as a general car or a golf car, an air compressor including a mobile compact compressor, a power supply for household or industrial use, Or electric power supply devices such as communication facilities or lighthouses or electric forklifts.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

도 1은 본 발명에 의한 장치의 동력기 골격을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 동력기에서 회전부의 골격을 나타내는 사시도,
도 3은 도 1의 회전부의 방사형판의 다양한 실시예를 나타내는 구성도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 동력기에서 고정부의 골격을 나타내는 구성도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 전자석의 배치 상태를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 의한 동력기의 전자석을 확대하여 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 의한 동력기 회전부의 샤프트를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명에 의한 브러쉬 전원 연결부를 분해하여 나타내는 사시도,
도 10a은 본 발명에 의한 동력기의 포토센서 배치상태를 나타내는 구성도,
도 10b는 본 발명에 의한 동력기의 회전감지판의 인덱스홈을 나타내는 구성도,
도 11은 본 발명에 의한 장치의 개략적 회로구성을 나타내는 블록도,
도 12 내지 도 15는 본 발명에 의한 장치의 제어부에 대한 세부 회로도이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
100: 동력기 110: 샤프트
111: 베어링 112,112a,112b,112c: 키홈
113: 베어링턱 115: 배선구
120: 회전부 122: 방사형판
125: 내부지지대 126: 배선홀
127: 고정볼트홀 128: 키홀
130: 내부전자석 132, 162: 철심
138,168: 키 150: 고정부
152: 링형판 152c: 볼트홀
155: 외부지지대 160: 외부전자석
170: 전원 연결부 172: 구리브러쉬
176: 카본브러쉬 178: 홀더
179: 홀더고정홈 200: 보조기
210: 스타트모터 220: DC 전원공급부
240: 알터네이터 250: 동력전달기어
300: 제어부 312: 회전감지판
314: 고정판 320: 포토센서
350: 드라이버IC 360: IGBT
A1∼A5: 홀수열 B1∼B5: 짝수열
S: 감지시작점 E: 감지끝점1 is a perspective view showing a power skeleton of an apparatus according to the present invention,
2 is a perspective view showing a skeleton of a rotating part in a power unit according to the present invention,
Fig. 3 is a structural view showing various embodiments of the radial plate of the rotating part of Fig. 1,
Fig. 4 and Fig. 5 are diagrams showing the skeleton of the fixed portion in the power unit according to the present invention,
Figs. 5 and 6 are diagrams showing the arrangement of electromagnets according to the present invention,
7 is an enlarged perspective view of an electromagnet of a power unit according to the present invention,
8 is a perspective view showing a shaft of a power generator rotating portion according to the present invention,
FIG. 9 is a perspective view of the brush power connection unit according to the present invention,
10A is a configuration diagram showing a state in which a photosensor is arranged in a power unit according to the present invention;
FIG. 10B is a view showing the index grooves of the rotation sensing plate of the power unit according to the present invention. FIG.
11 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of an apparatus according to the present invention;
12 to 15 are detailed circuit diagrams of the controller of the apparatus according to the present invention.
DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]
100: Power generator 110: Shaft
111: bearings 112, 112a, 112b, 112c:
113: Bearing jaw 115: Wiring hole
120: rotating part 122: radial plate
125: inner support plate 126: wiring hole
127: Fixed bolt hole 128: Keyhole
130: internal electromagnet 132, 162: iron core
138, 168: key 150:
152: ring-shaped plate 152c: bolt hole
155: outer support 160: outer electromagnet
170: power connection 172: copper brush
176: Carbon brush 178: Holder
179: holder fixing groove 200: orthosis
210: Start motor 220: DC power supply
240: Alternator 250: Power transmission gear
300: control unit 312: rotation detection plate
314: Fixing plate 320: Photoelectric sensor
350: Driver IC 360: IGBT
A1 to A5: odd number columns B1 to B5: even number columns
S: Sense start point E: Sense end point

Claims

A plurality of internal electromagnets 130 are disposed on the shaft 110 to constitute the rotating unit 120 and a plurality of external electromagnets 160 are disposed outside the rotating unit 120 to form a fixed unit 150, (100);

An auxiliary device (200) having a start motor (210) for initially starting the power generator (100); And

And a control unit 300 for detecting the rotation position of the rotation unit 120 with the photo sensor 320 and energizing the electromagnets 130 and 160 at corresponding positions. .

The method according to claim 1,

Wherein the shaft (110) of the power unit (100) is provided with a wiring hole (115) for receiving an electric wire, a keyway (112), a center pin (117), and a bolt hole (118) Device.

The method according to claim 1,

The rotating part 120 of the power unit 100 includes the inner electromagnets 130 disposed at equal intervals on the inner support 125 fixed to the outer circumferential surface of the radial plate 122, ) Is characterized in that external electromagnets (160) are arranged at uniform intervals on an external support (155) fixed to the outer peripheral surface of the ring-shaped plate (152).

3. The method according to claim 1 or 2,

The fixed portion 150 of the power unit 100 is arranged in an alternating arrangement of an outer electromagnet 160 in an odd numbered row and an outer electromagnet 160 in an even numbered row in an axial direction at a constant phase difference phi, Is maintained at 1/2 of the pitch angle of the electric motor.

The method according to claim 1,

Wherein the power unit (100) comprises a gap between the inner electromagnet (130) and the outer electromagnet (160) in the range of 0.3 to 15 mm.

The method according to claim 1,

The power unit 100 is formed by bending the ends of the corresponding iron cores 132 and 162 in the internal electromagnet 130 and the external electromagnet 160 and fixing them using the key 138 and the bolt 180 Wherein said power generating device is a power generating device using an electromagnet.

The method according to claim 1,

Wherein the power generator 100 supplies electric power to the internal electromagnet 130 through a power connection part 170 in which the copper brush 172 and the carbon brush 176 are associated with each other.

The method according to claim 1,

Wherein an inner support member (125) and an outer support member (155) of the power unit (100) are made of a material having good electric current without affecting the magnetic force.

The method according to claim 1,

The electromagnets 130 and 160 of the power unit 100 are repeated in four to fifty rows in the axial direction and the internal electromagnets 130 of each row are arranged in one of four, eight, sixteen, Wherein the power generating device is disposed in the power generating device.

The method according to claim 1,

The electromagnets 130 and 160 of the power unit 100 are repeated in four to fifty rows in the axial direction and the outer electromagnets 160 of each row are arranged in one of 16, 32, 64, Wherein the first and second electric motors are arranged in the shape of a circle.

The method according to claim 1,

Wherein the start motor (210) of the auxiliary device (200) is a DC motor.

The method according to claim 1,

The photosensor 320 of the control unit 300 is installed on the fixing plate 314 at intervals corresponding to the radial phase difference of the external electromagnets 160 and is connected to the rotation sensing plate 312 And a signal is generated by a pair of index grooves (316) of the pair of index grooves (316).

The method according to claim 1,

The control unit 300 sequentially energizes the electromagnets 130 and 160 of each row in response to the signal of the photosensor 320 so that the shaft 110 performs sequential control for two cycles in one rotation, And the power of the DC power supply unit (220) is applied via the driver IC (350) and the IGBT (360).

The method according to claim 1,

Wherein the control unit 300 uses a driver IC 350 connected to the electromagnets 130 and 160 and a diode 365 for preventing back electromotive force together with the IGBT 360 at the output end. Device.

The method according to claim 1,

Wherein the DC power supply unit (220) of the controller (300) provides a DC power ranging from 12 to 1200V.

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