KR102113437B1 - 다극 발전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조에 의해 다양한 극수로 확장 제작이 용이하여 전력생산량이나 동력을 증대시킴과 동시에 장치 자체의 작동을 편리하게 행할 수 있는 다극 발전동기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자성체를 갖는 회전자(10)와, 전기자코일(33)이 감긴 상태로 상기 회전자(10)의 둘레에 위치되는 전기자(30)로 구성된 발전동기에 있어서; 상기 회전자(10)는 스틸 재질로 된 링형태의 회전자바디(11)와; 상기 회전자바디 상에 원둘레를 따라 일정 간격으로 플랜팅된 복수개의 영구자석(13)과; 상기 회전자바디(11)의 둘레에 일정 간격을 돌출되어 상기 영구자석(13)에 의해 자성을 갖도록 된 자화돌기(14)를 포함하는 다극 발전동기가 제공된다.

Description

다극 발전동기{Multipolar generator or motor}

본 발명은 다극 발전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조에 의해 다양한 극수로 확장 제작이 용이하여 전력생산량이나 동력을 증대시킴과 동시에 장치 자체의 작동을 편리하게 행할 수 있는 다극 발전동기에 관한 것이다.

일반적으로 발전동기(발전기와 전동기)는 자기장을 형성하는 자성체와, 전하를 띤 전자가 자유이동할 수 있도록 감긴 코일 및 자성체와 코일 사이에 상대적인 회전운동이 가능하도록 된 회전체를를 포함하여 구성된 것으로, 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이고, 반대로 전동기는 전기에너지를 회전에너지로 변환하여 역학적인 일을 할 수 있도록 된 장치이다.

이러한 통상적인 발전동기는 자성체수(극수)에 따라 전기생산능력이나 동력의 세기 등이 증가되는데, 그러한 경우에 자성력에 의해 초기구동이 매우 어려워지거나 이미 설계된 극수에 한정되어 장치의 전체적인 크기나 구성이 제한되어 미리 정해진 용량으로 제작될 수밖에 없는 것이며, 종래의 발전동기는 전술된 바와 같이 극수가 제한적임에 따른 전기생산량이나 동력 등을 증대시키는 데에 한계가 있을 뿐만 아니라 장치 자체의 제작이나 작동상의 번거로움이 따르는 것이다.

한국 등록특허공보 제10-1817646호(2018. 01. 05)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구조에 의해 다양한 극수로 확장 제작이 용이하여 전력생산량이나 동력을 증대시킴과 동시에 장치 자체의 작동을 편리하게 행할 수 있으며, 장치 자체의 깨짐이나 발열 등을 방지할 수 있는 구조로 이루어져 내충격성과 내열성이 우수한 다극 발전동기를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 자성체를 갖는 회전자(10)와, 전기자코일(33)이 감긴 상태로 상기 회전자(10)의 둘레에 위치되는 전기자(30)로 구성된 발전동기에 있어서;

상기 회전자(10)는

스틸 재질로 된 링형태의 회전자바디(11)와;

상기 회전자바디 상에 원둘레를 따라 일정 간격으로 플랜팅된 복수개의 영구자석(13)과;

상기 회전자바디(11)의 둘레에 일정 간격을 돌출되어 상기 영구자석(13)에 의해 자성을 갖도록 된 자화돌기(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다극 발전동기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 자성체를 갖는 회전자(20)와, 전기자코일(33)이 감긴 상태로 상기 회전자(20)의 둘레에 위치되는 전기자(30)로 구성된 발전동기에 있어서;

상기 회전자(20)는

스틸 재질로 된 복수개의 철심(22)이 원둘레를 따라 일정 간격을 형성된 링형태의 회전자바디(21)와;

상기 각 철심(22) 상에 감긴 상태로 구비된 회전자코일(23)과;

상기 회전자코일(23)에 의해 자성을 갖도록 상기 철심(22)의 단부에 돌출 형성된 전자석부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다극 발전동기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전기자(30)는 상기 회전자(10,20)의 외주를 따라 이동 가능하도록 슬라이더(50) 상에 장착된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전자(10,20)와 전기자(30)는 각각 복수개가 다단으로 구비되되, 각 단의 사이에는 상기 회전자(10,20)와 전기자(30)의 두께(T)에 상응하는 공극(G)이 형성된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 스틸 재질로 된 회전자바디 상에 영구자석이 플랜팅되고, 이 영구자석에 의해 자성을 갖도록 회전자바디의 둘레에 자화돌기가 돌출 형성됨에 따라, 영구자석의 깨짐 등을 방지하여 견고한 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 회전자 자체를 철심에 회전자코일이 감긴 전자석 구조로 구비하여 장치의 구조를 다양화하여 용도나 사용환경 등에 용이하게 대처하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 전기자를 슬라이더에 의해 이동 가능하게 구비함에 따라, 회전자의 초기구동이나 풍력이나 수력 또는 디젤엔진과 같은 입력동력원의 세기에 따른 회전자의 부하를 줄여 장치의 작동을 원활하게 행할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 다단으로 적층된 구조의 회전자와 전기자가 구비됨에 따라, 회전자의 극수를 다양하게 설정할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 전력생산량이나 동력의 세기를 대폭적으로 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 구성도
도 2는 도 1에 따른 구성을 도시한 개별상태도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성도
도 4는 도 3의 구성에 따른 개별상태도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 사시도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 설치상태도
도 7은 도 6에 따른 작동상태도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다극 발전동기(100)는 회전자(10)와 전기자(30) 상에 복수개의 극수(자석수)를 갖는 발전기 또는 전동기로, 상기 회전자(10)는 스틸 재질에 의해 회전자바디(11)를 제작하는데, 상기 회전자바디(11)에는 원둘레를 따라 일정 간격으로 자화돌기(14)가 돌출 형성되고, 이 자화돌기(14)는 영구자석(13)에 의해 자화되어 N극 또는 S극을 나타내게 된다.

한편, 상기 전기자(30)는 규소강판을 적층한 전기자코어(31) 상에 전기자코일(33)이 감기는 철심(34)이 형성되고, 이 철심(34)의 선단에 전기자코일(33)이 통전됨에 따라 자성을 갖는 전자석부(35)가 형성되는데, 이와 같은 회전자(10)와 전기자(30)의 세부적인 구성을 도 2에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(10)는 중앙에 축공(12)이 형성된 링형태의 회전자바디(11) 상에 복수개의 영구자석(13)이 플랜팅된 것으로, 이러한 각 영구자석(13)은 상기 회전자바디(11)의 회전중심 측으로 연장되어 좌우로 극성이 구분된 상태에서 동일한 극성이 상호 접하도록 배열되고, 상기 자화돌기(14)의 선단폭(15)과 자화돌기(14) 사이의 공극(16)은 동일한 폭으로 형성되게 된다.

또한 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전기자(30)는 상기 회전자(10)가 내장 가능한 중공(32)이 형성된 전기자코어(31) 상에 전기자코일(33)이 감긴 것으로, 상기 전자석부(35)의 선단폭(36)은 상기 자화돌기(14)의 선단폭(15)에 동일하게 형성됨과 동시에 각 전자석부(35) 사이의 공극(37)도 동일한 폭으로 형성되는데, 이는 자속발생과 단속과정을 균일하게 하여 장치의 작동상이 안정성을 높이도록 한 것이다.

여기에서, 상기 전기자코일(33)의 권선방법은 통상의 집중권선으로 감음과 동시에 권선방향을 정방향 또는 역방향으로 적절하게 권선함에 따라, 회전자(10)의 회전과정에서 자화돌기(14)의 극성과 전자석부(35)의 극성에 따라 인력과 척력을 발생될 때에 저항을 최소화하여 전자기코일(33)의 열발생을 감소시키도록 제작되는 것이 바람직하다.

이와 같은 회전자(10)와 전기자(30)의 구조에 의하면, 발전기로 사용하는 경우에 상기 회전자(10)를 수력, 풍력 또는 디젤엔진 등과 같은 입력동력원에 의해 회전구동하여 전기자코일(33)에 발생되는 전류에 의해 전기를 생산하게 되고, 전동기로 사용하는 경우에는 상기 전기자코일(33)에 인가되는 DC전류에 의해 상기 회전자(10)를 회전시켜 기계적인 힘을 발휘하는 데에 사용할 수 있는 회전동력을 생성하게 된다.

이와 같은 본 발명은 상기 회전자(10)의 구성을 전자석 구조로 구비할 수도 있는데, 이를 도 3과 도 4에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다른 회전자(20)는 회전자바디(21) 상에 스틸 재질로 된 복수개의 철심(22)이 원둘레를 따라 일정 간격을 형성되고, 상기 각 철심(22) 상에 회전자코일(23)이 감기며, 상기 철심(22)의 선단부에는 전자석부(24)가 돌출 형성된 것이며, 상기 전기자(30)는 전술된 바와 같이 전기자코어(31)에 구비된 철심(34) 상에 전기자코일(33)이 감긴 것이다.

도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(20)는 전기자(30)에 유사하게 회전자코일(23) 상에 DC전류를 인가하면 전자석부(24)가 N극 또는 S극을 나타내며, 상기 전자석부(24)의 선단폭(25)과 전자석부(24) 사이의 공극(26)은 동일한 폭으로 형성되는 것은 전술된 일실시예의 회전자(10)에 동일하고, 전기자(30)의 경우에도 전자석부(35)의 선단폭(36)과 공극(37)이 동일한 폭으로 형성된 것이다.

또한 본 발명은 복수의 회전자(10,20)와 전기자(30)가 각각 다단으로 형성될 수 있는데, 이를 도 5 내지 도 7에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일정 두께(T)를 갖는 링형태의 회전자(10)를 하나의 회전축(40) 상에 다단으로 장착하는데, 이러한 회전자(10)를 다단으로 장착할 때에는 회전자(10)의 두께(T)에 상응하는 공극(G)을 형성하여 결합하고, 상기 전기자(30)의 경우에도 회전자(10)에 동일하게 복수개가 동일 간격으로 다단 배치하는데, 이를 포함한 세부적인 구성과 작동상태를 도 6과 도 7에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(10)는 하나의 회전축(40) 상에 그 두께(T)에 상응하는 공극(G)을 형성하여 복수개가 장착되고, 상기 전기자(30)의 경우에도 상기 회전자(10)에 대응되게 복수개가 동일한 공극(G)으로 장착되며, 장치의 정상적인 상태에서는 상기 회전자(10)의 자화돌기(14)와 전기자(30)의 전자석부(35)의 대면상태가 일치되어 자기력을 발생시키는데, 이와 같은 다단구조의 회전자(10)와 전기자(30)에 의해서는, 복수개의 회전자(10)와 전기자(30)에 의해 전기나 동력의 생산량을 대폭적으로 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치의 용량을 원하는 정도를 조절하는 데에 제작하는 데에 편리함을 제공할 수 있게 된다.

한편, 상기 전기자(30)의 경우에는 슬라이더(50) 상에 장착되어 정위치에 고정된 상태로 회전되는 회전자(10)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 구비되는데, 상기 슬라이더(50)는 모터(51)에 연결된 스크류축(52) 상에서 이동되도록 구비된 것으로, 이를 도 7을 더하여 설명하면 다음과 같다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전기자(30)는 슬라이더(50) 상에서 일정 스트로크(S)로 이동되는데, 이때에 전기자(30)의 스트로크(S)는 회전자(10)에 대해 일치되거나 상기 회전자(10) 사이의 공극(G) 상으로 퇴피하도록 이동되며, 이 전기자(30)의 이동정도는 상기 회전자(10)의 회전속도에 따라 제어되도록 상기 회전축(40) 측에 회전감지센서(60)를 설치할 수 있는 것이다.

이러한 전기자(30)의 이동구조에 따르면, 장치의 초기 구동시에 자기력의 세기에 따라 작동상의 어려움이 발생되지 않도록 전기자(30)의 위치를 회전자(10)로부터 일부 또는 전체를 퇴피시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 회전자(10)를 구동하도록 연결되는 수력, 풍력 또는 디젤엔진과 같은 입력동력원의 세기에 따라 상기 전기자(30)의 위치를 조절하여 최적화된 운전상태를 유지할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 회전자 11: 회전자바디
13: 영구자석 14: 자화돌기
15: 선단폭 16: 공극
21: 회전자바디 22: 철심
23: 회전자코일 24: 전자석부
25: 선단폭 26: 공극
30: 전기자 31: 전기자코어
33: 전기자코일 34: 철심
35: 전자석부 40: 회전축
50: 슬라이더 51: 모터
52: 스크류축 60: 회전감지센서

Claims (4)

1. 자성체를 갖는 회전자(10)와, 전기자코일(33)이 감긴 상태로 상기 회전자(10)의 둘레에 위치되는 전기자(30)로 구성된 발전동기에 있어서;
   상기 회전자(10)는
   스틸 재질로 된 링형태의 회전자바디(11)와;
   상기 회전자바디 상에 원둘레를 따라 일정 간격으로 플랜팅된 복수개의 영구자석(13)과;
   상기 회전자바디(11)의 둘레에 일정 간격을 돌출되어 상기 영구자석(13)에 의해 자성을 갖도록 된 자화돌기(14)를 포함하며;
   상기 각 영구자석(13)은 상기 회전자바디(11)의 회전중심 측으로 연장되어 좌우로 극성이 구분된 상태에서 동일한 극성이 상호 접하도록 배열되고;
   상기 자화돌기(14)의 선단폭(15)과 자화돌기(14) 사이의 공극(16)은 동일한 폭으로 형성되며;
   상기 전기자(30)에는 전기자코일(33)에 의해 자화되는 전자석부(35)가 일정 간격으로 돌출 형성되되, 상기 전자석부(35)의 선단폭(36)과 전자석부(35)의 공극(37)은 상호 동일한 폭으로 형성됨과 동시에 상기 자화돌기(14)의 선단폭(15)과 자화돌기(14) 사이의 공극(16)과도 동일한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기.
   
2. 자성체를 갖는 회전자(20)와, 전기자코일(33)이 감긴 상태로 상기 회전자(20)의 둘레에 위치되는 전기자(30)로 구성된 발전동기에 있어서;
   상기 회전자(20)는
   스틸 재질로 된 복수개의 철심(22)이 원둘레를 따라 일정 간격을 형성된 링형태의 회전자바디(21)와;
   상기 각 철심(22) 상에 감긴 상태로 구비된 회전자코일(23)과;
   상기 회전자코일(23)에 의해 자성을 갖도록 상기 철심(22)의 단부에 일정 간격으로 돌출 형성된 전자석부(24)를 포함하며;
   상기 전자석부(24)의 선단폭(25)과 전자석부(24) 사이의 공극(26)은 동일한 폭으로 형성되고;
   상기 전기자(30)에는 전기자코일(33)에 의해 자화되는 전자석부(35)가 일정 간격으로 돌출 형성되되, 상기 전자석부(35)의 선단폭(36)과 전자석부(35) 사이의 공극(37)은 상호 동일한 폭으로 형성됨과 동시에 상기 전자석부(24)의 선단폭(25)과 전자석부(24) 사이의 공극(26)과도 동일한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기자(30)는 상기 회전자(10,20)의 외주를 따라 이동 가능하도록 슬라이더(50) 상에 장착된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기.
   
4. 제1항 또는 제2항 있어서, 상기 회전자(10,20)와 전기자(30)는 각각 복수개가 다단으로 구비되되, 각 단의 사이에는 상기 회전자(10,20)와 전기자(30)의 두께(T)에 상응하는 공극(G)이 형성된 것을 특징으로 하는 다극 발전동기.

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