JP2012533273A - 界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる交流発電装置及び直流発電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる交流発電装置及び直流発電装置を開示する。本発明は巻線コイルが巻かれた複数の鉄心を備える界磁極発生器と、前記界磁極発生器の周囲を所定間隔に両分して囲むように形成された発電用巻線と、前記界磁極発生器の一端にそれぞれの巻線コイルと一対一に連結されて円形に排列される複数の整流子片を備える整流子と、前記整流子の外側面に密着される直流供給用ブラシを備える回転体と、前記回転体を回転させるためのモーターと、前記モーターの軸に形成されたスリップリングと、前記スリップリングに直流電気を供給するための直流供給装置とで構成された界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる発電装置を提供するためのもので、交流や直流電流を得るために界磁極発生器を強制的に回転させなくても良いので、界磁極発生器の強制回転に必要な資源とエネルギーの無駄使い、且つ不必要な施設が必要なくなって低コストで電力を生産することができる非常に有用な発明である。
【選択図】図３

Description

本発明は交流及び直流発電装置に関し、さらに詳しくは、巻線コイルが巻かれた複数の鉄心を備える界磁極発生器に回転する直流供給用ブラシによって直流を供給することによって界磁極発生器の各鉄心に磁力を誘導し、前記界磁極発生器を巻いている一対の発電用巻線には前記界磁極発生器の鉄心と極性が反対の磁力が誘導されることによって電流を発生することができる交流発電装置及び直流発電装置に関する。

一般に、発電機は交流発電機と直流発電機に大別され、前記交流発電機は回転子と前記回転子の外側に形成される固定子と、前記固定子を保持している中空状の円筒形ケーシングで構成され、前記回転子が回転されると、回転子の磁石からの磁束が固定子の巻線と相互作用しながら固定子の巻線内に電流を誘導する。大抵固定子は回転子ケーシング内に同心に配置され、軟磁性コア及び導電性巻線を含み、前記交流発電機によって供給される電力は回転子の速度によって異なる。この時、固定子は回転子内に同心に交互に配置されてもよい。即ち交流発電の原理はＮ極を左側、Ｓ極を右側に配置してコイルが磁力線と垂直を成した状態で反時計回り方向に連続に回転させると、０〜９０度回転の時コイルに磁束が増加し、誘導起電力をＮ極側コイルとＳ極側コイルが同時に反時計回り方向に起電力が発生する。また、９０〜１８０度回転の時コイルに磁束が減少し、誘導起電力はＮ極側コイルとＳ極側コイル同時に時計回り方向に起電力が発生して電流を発生する。

一方、直流発電機は回転子と前記回転子の外側に形成される固定子と、前記固定子を保持している中空状の円筒形ケーシングで構成され、前記回転子が回転されると、回転子の磁石からの磁束が固定子の巻線と相互作用しながら固定子の巻線内に電流を誘導する。大抵固定子は回転子ケーシング内に同心に配置され、軟磁性コア及び導電性巻線を含み、前記直流発電機によって発生される電力は回転子の速度によって異なる。この時、固定子は回転子内に同心に交互に配置されてもよい。

しかし、従来の交流発電機や直流発電機は回転軸上に装着されながら固定された固定子に対して同心に配置された回転子を含み、前記回転子は動力源の回転力によって固定子内で回転子が回転しながら固定子と相互作用し、前記相互作用によって起電力が発生する。前記起電力サイクルが繰り返されながら電流が発生する構造を有するので、結局従来の発電装置（交流発電装置、直流発電装置）で電流を発生させるためには動力源によって回転子を強制的に回転させなければならないため、重量が相当重い回転子を回転させるために所要されるエネルギーの無駄使いが発生し、且つ摩擦及びその他の要因による效率が低下する短所がある。

従って、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたもので、従来の発電装置では必ず回転させてこそ発電が可能であった回転子を巻線コイルが巻かれた複数の鉄心で構成され、且つ回転しない界磁極発生器で代替し、その代わりに前記界磁極発生器の各巻線コイルには回転する直流供給用ブラシによって直流を選択的に供給することができるようにすることによって界磁極発生器の各鉄心に磁力を誘導し、前記界磁極発生器を巻いている一対の発電用巻線には前記界磁極発生器の鉄心と極性が反対の磁力が誘導されることによって、結局発電用巻線に起電力の発生及び消滅を繰り返しながら電流が発生するようにすることを目的とする発電装置を提供することをその目的とする。

このように、本発明は電流を得るために界磁極発生器を強制的に回転させなくても良いので界磁極発生器の強制回転に必要な資源とエネルギーの無駄使いはもちろん、不必要な施設が必要なくなって低コストで電力を生産することができる非常に有用な発明である。

即ち、電流を得るに際して、重量の重い回転子を回転させるのではなく、逆に軽いブラシを回転させて発電用巻線には起電力の発生及び消滅の繰り返しによって電流が生成されるようにして従来の発電機に比べてエネルギー無駄使いを最小化しながらも高效率の発電機を提供することができる非常に有用な発明である。

本発明の第１実施形態による交流発電装置を示した分離斜視図。 図１の交流発電装置の結合された状態を示した斜視図。 図１の交流発電装置の概略的な構成を示した構成図。 図１に示した交流発電装置で界磁極発生器の整流子片と鉄心の間のコイル巻線状態を示すための参照図。 図１に示した交流発電装置で界磁極発生器と発電用巻線の間の磁力形成状態を示す参考図。 本発明の第２実施形態による直流発電装置を示した分離斜視図。 図６の直流発電装置の結合された状態を示した斜視図。 図６の直流発電装置の概略的な構成を示した構成図。 図６に示した直流発電装置で界磁極発生器の整流子片と鉄心の間のコイル巻線状態を示すための参考図。 図６に示した直流発電装置で界磁極発生器と発電用巻線の間の磁力形成状態を示すための参考図。 図６の他の概略的な構成を示した構成図。

以下、添付図１〜図５に示した界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる交流発電装置を詳しく説明すれば次の通りである。

本発明は巻線コイル１４２が巻かれた複数の鉄心１４１を備える界磁極発生器１４０と、前記界磁極発生器１４０の周囲を所定間隔に両分して囲むように形成された発電用巻線１５０と、前記界磁極発生器１４０の一端にそれぞれの巻線コイル１４２と一対一に連結されて円形に排列される複数の整流子片１６１を備える整流子１６０と、前記整流子１６０の外側面に密着される直流供給用ブラシ１１３ａを備える回転体１１３と、前記回転体１１３を回転させるためのモーター１１０と、前記モーター１１０の軸１１１に形成されたスリップリング１１２と、前記スリップリング１１２に直流電気を供給するための直流供給装置とを含む。

前記直流供給装置は、モーター軸１１１の回転を妨害しないで、スリップリング１１２に直流電気を供給するためのブラシ１２１と、前記直流電気を貯蔵するための蓄電池１２０とを含む。

本発明において、前記界磁極発生器１４０と発電用巻線１５０はケース１３０に固定された構造であり、前記界磁極発生器１４０の各鉄心１４１には磁極を発生するための巻線コイル１４２が巻かれた状態である。

前記界磁極発生器１４０の鉄心１４１は、図２に示すように、巻線コイル１４２が巻かれた状態であり、前記巻線コイル１４２はコイル線１６１ａによって複数の整流子片１６１とそれぞれ対応されるように連結される。

前記整流子片１６１には直流供給用ブラシ１１３ａによって直流電気が供給される。互いに対向する整流子片１６１にそれぞれ陽極（＋）と陰極（−）が連結され、対応する界磁極発生器１４０の巻線コイル１４２にも陽極（＋）と陰極（−）の電流が流れる。

従って、前記界磁極発生器１４０の巻線コイル１４２に陽極（＋）と陰極（−）が形成されると、界磁極発生器１４０の鉄心１４１には磁力が発生される。この時、界磁極発生器１４０の鉄心１４１には巻線コイル１４２が所定方向に巻かれた状態であるので、界磁極発生器１４０の軸を中心に一側方向はＮ極またはＳ極になり、他側方向は一側方向と反対極性を有するようになる。そこで、界磁極発生器１４０を巻いている発電用巻線１５０には界磁極発生器１４０の鉄心１４１と極性が反対の磁力が誘導される。

その結果、直流供給用ブラシ１１３ａがモーター１１０によって回転される回転体１１３によって整流子１６０の表面に密着された状態で回転することによって、それぞれの整流子１６１には陽極（＋）と陰極（−）の電流が順次に供給され、これにより界磁極発生器１４０の鉄心１４１にも順次にＮ極またはＳ極の磁力が発生され、同時に発電用巻線１５０に起電力が誘導されながら電流が発生され、前記発電用巻線１５０に連結された電流引出し用電線１８０を通じて交流電流が出力される。

本発明において整流子１６０は界磁極発生器１４０の巻線コイル１４２に直流電流を分割して供給するための構成である。この時、整流子は薄い雲母片によって互いに絶縁された楔状の複数の整流子片からなり、前記複数の整流子片は互いに絶縁されている。

本発明の発電原理を図４によってより詳しく説明すれば次の通りである。

即ち、直流供給用ブラシ１１３ａが整流子片１６１の１番目（＋極）と１ａ番目（−極）に接続された時、界磁極発生器１４０の鉄心１４１の１番目から７番目まではＳ極になり、１ａ番目から７ａ番目まではＮ極になる。この時、１番目から７番目に隣接している発電用巻線１５０にはＮ極が誘導され、１ａ番目から７ａ番目に隣接している発電用巻線１５０にはＳ極が誘導される。

次に、直流供給用ブラシ１１３ａが回転して整流子片１６１の１番目と２番目、１ａ番目と２ａ番目に同時に接続された時は、界磁極発生器１４０の鉄心１４１の１番目と１ａ番目の極性が消える。また直流供給用ブラシ１１３ａが回転して整流子片１６１の２番目と２ａ番目に接続された時には２番目から１ａ番目まではＳ極になり、２ａ番目から１番目までは Ｎ極になる。

このような順序で直流供給用ブラシ１１３ａの回転によって界磁極発生器１４０と発電用巻線１５０には極性が繰り返して変わりながら起電力を誘導することになり、発電用巻線１５０には電流が発生される。

このように本発明は直流供給装置によって供給された直流電気を回転する直流供給用ブラシによって界磁極発生器に供給し、前記界磁極発生器によって発生された磁力によって発電用巻線に誘導起電力を発生させることによって電流を得る構造である。従って、本発明は直流供給用ブラシの回転速度を向上させるか界磁極の数を増加させることで、発生する電流の量を増やすことができる。

以下、図６〜図１１に示した界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる直流発電装置を詳しく説明すれば次の通りである。

以下添付図面によって本発明による界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる直流発電装置を詳しく説明する。

本実施形態における直流発電装置は、巻線コイル１４２’が巻かれた複数の鉄心１４１’を備える界磁極発生器１４０’と、前記界磁極発生器１４０’の周囲を所定間隔離間された状態に両分して囲むように形成された発電用巻線１５０’と、前記界磁極発生器１４０’の一端にそれぞれの巻線コイル１４２’と一対一に連結されて円形’に排列される複数の整流子片１６１’を備える整流子１６０’と、前記整流子１６０’の外側面に密着される直流供給用ブラシ１１３ａ’を備える回転体１１３’と、前記回転体１１３’を回転させるためのモーター１１０’と、前記モーター１１０’の軸１１１’に形成されたスリップリング１１２’と、前記スリップリング１１２’に直流電気を供給するための直流供給装置とを含む。

前記所定間隔とは界磁極発生器１４０’が発電用巻線１５０’の内側で回転するのに妨害されないほどの間隔を意味する。

前記直流供給装置は、モーター軸１１１’の回転を妨害しないで、スリップリング１１２’に直流電気を供給するためのブラシ１２１’と、前記直流電気を供給するための直流発生装置及び蓄電池１２０’を含む。

本発明において前記界磁極発生器１４０’と発電用巻線１５０’はケース１３０’に固定された構造であり、前記界磁極発生器１４０’の各鉄心１４１’には磁極’を発生するための巻線コイル１４２’が巻かれた状態である。

前記界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’は、図６に示すように、巻線コイル１４２’が巻かれた状態であり、前記巻線コイル１４２’はコイルでは１６１ａ’によって複数の整流子片１６１’とそれぞれ対応されるように連結される。

前記整流子片１６１’には直流供給用ブラシ１１３ａ’によって直流電気が供給され、互いに対向’する整流子片１６１’にそれぞれ陽極（＋’）と陰極（−’）が連結され、対応する界磁極発生器１４０’の巻線コイル１４２’にも陽極（＋’）と陰極（−’）の電流が流れる。従って前記界磁極発生器１４０’の巻線コイル１４２’に陽極（＋’）と陰極（−’）が形成されると界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’には磁力’が発生される。この時界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’には巻線コイル１４２’が所定方向に巻かれた状態であるので界磁極発生器１４０’の軸を中心に一側方向はＮ極またはＳ極になり、他側方向は一側方向と反対極性を有する。

そこで、界磁極発生器１４０’を巻いている発電用巻線１５０’には界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’と極性が反対の磁力が誘導される。結局、直流供給用ブラシ１１３ａ’がモーター１１０’によって回転される回転体１１３’によって整流子１６０’の表面に密着した状態で回転することによって、それぞれの整流子片１６１’には陽極（＋’）と陰極（−’）の電流が順次に供給され、これにより界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’にも順次にＮ極またはＳ極の磁力が発生され、同時に発電用巻線１５０’に起電力が誘導されながら電流が発生するようになって前記発電用巻線１５０’に連結された電流引出用電線１８０’を通じて直流電流が出力される。

しかし、本発明は図８のように直流供給用ブラシ１１３ａ’が回転体１１３’の内側面に形成され、前記直流供給用ブラシ１１３ａ’が整流子１６０’の外側面に形成された整流子片１６１’に接触される構造で、前記回転体１１３’が回転することで直流供給用ブラシ１１３ａ’は遠心力が作用して整流子１６０’の整流子片１６１’から離脱される現象が発生され、これにより電流発生效率が低下するという短所が発生する。

従って、本発明はこのような短所を解決するために、図１１に示すように、直流供給用ブラシ１１３ａ’を回転体１１３’の外側面に形成し、整流子片１６１’は整流子１６０’の内側面に円形’に配置される。回転体１１３’が整流子１６０’の内側面に挿入される構造を有することによって直流供給用ブラシ１１３ａ’が回転体１１３’の回転によって遠心力が作用すればするほど直流供給用ブラシ１１３ａ’と整流子１６０’の整流子片１６１’の接触力が向上されることができるように構成することもできる。

本発明において、整流子１６０’は界磁極発生器１４０’の巻線コイル１４２’に直流電流を分割して供給するための構成である。この時、整流子は薄い雲母片によって互いに絶縁される楔状の複数の整流子片からなり、前記複数の整流子片は互いに絶縁されている。

本発明の発電原理を図９を参照してより詳しく説明すれば次の通りである。即ち、直流供給用ブラシ１１３ａ’が整流子片１６１’の１番目（＋極’）と１ａ番目（−極’）に接続された時、界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’の１番目から７番目まではＳ極になり、１ａ番目から７ａ番目まではＮ極になる。

この時１番目から７番目に隣接している発電用巻線１５０’にはＮ極が誘導され、１ａ番目から７ａ番目に隣接している発電用巻線１５０’にはＳ極が誘導される。次に、直流供給用ブラシ１１３ａ’が回転して整流子片１６１’の１番目と２番目、１ａ番目と２ａ番目に同時に接続された時は界磁極発生器１４０’の鉄心１４１’の１番目と１ａ番目の極性が消える。また、直流供給用ブラシ１１３ａ’が回転して整流子片１６１’の２番目と２ａ番目に接続された時には、２番目から１ａ番目まではＳ極になり、２ａ番目から１番目まではＮ極になる。このような順序で直流供給用ブラシ１１３ａ’の回転によって界磁極発生器１４０’と発電用巻線１５０’には極性が繰り返して変わりながら起電力を誘導することになり、発電用巻線１５０’には電流が発生する。

このように本発明は直流供給装置によって供給された直流電気を回転する直流供給用ブラシによって界磁極発生器に供給し、前記界磁極発生器によって発生した磁力によって発電用巻線に誘導起電力を発生させることによって電流を得る構造である。従って本発明は直流供給用ブラシの回転速度を向上させるか界磁極の数を増加させることで、発生する電流の量を増加させることができる。

このように本発明は本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲内で多様に修正及び変形することができることは、当該技術分野において通常の知識を有する者にとって自明である。従って、そういう変形例または修正例は本発明の特許請求の範囲に属するとすべきである。

１００：本発明交流発電装置
１００’：本発明直流発電装置
１１０、１１０’：モーター
１１１、１１１’：軸
１１２、１１２’：スリップリング
１１３、１１３’：回転体
１１３ａ、１１３ａ’：直流供給用ブラシ
１２０、１２０’：蓄電池
１２１、１２１’：ブラシ
１３０、１３０’：ケース
１４０、１４０’：界磁極発生器
１４１、１４１’：鉄心
１４２、１４２’：巻線コイル
１５０、１５０’：発電用巻線
１６０、１６０’：整流子
１６１、１６１’：整流子片
１７０：インバーター

Claims (4)

1. 巻線コイル（１４２）が巻かれた複数の鉄心（１４１）を備える界磁極発生器（１４０）と、
   前記界磁極発生器（１４０）の周囲を所定間隔に両分して囲むように形成された発電用巻線（１５０）と、
   前記界磁極発生器（１４０）の一端にそれぞれの巻線コイル（１４２）と一対一に連結されて円形に排列される複数の整流子片（１６１）を備える整流子（１６０）と、
   前記整流子（１６０）の外側面に密着される直流供給用ブラシ（１１３ａ）を備える回転体（１１３）と、
   前記回転体（１１３）を回転させるためのモーター（１１０）と、
   前記モーター（１１０）の軸（１１１）に形成されたスリップリング（１１２）と、
   前記スリップリング（１１２）に直流電気を供給するための直流供給装置とで構成されることを特徴とする界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる発電装置。
2. 前記直流供給装置は、モーター軸（１１１）の回転を妨害しないで、スリップリング（１１２）に直流電気を供給するためのブラシ（１２１）と、前記直流電気を貯蔵するための蓄電池（１２０）とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる交流発電装置。
3. 巻線コイル（１４２’）が巻かれた複数の鉄心（１４１’）を備える界磁極発生器（１４０’）と、
   前記界磁極発生器（１４０’）の周囲を所定間隔に離間されて状態に両分して囲むように形成された発電用巻線（１５０’）と、
   前記界磁極発生器（１４０’）の一端にそれぞれの巻線コイル（１４２’）と一対一に連結されて円形に排列される複数の整流子片（１６１’）を備える整流子（１６０’）と、
   前記整流子（１６０’）の外側面に密着される直流供給用ブラシ（１１３ａ’）を備える回転体（１１３’）と、
   前記回転体（１１３’）を回転させるためのモーター（１１０’）と、
   前記モーター（１１０’）の軸（１１１’）に形成されたスリップリング（１１２’）と、
   前記スリップリング（１１２’）に直流電気を供給するための直流供給装置とで構成されることを特徴とする界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる直流発電装置。
4. 前記直流供給用ブラシ（１１３ａ）’を回転体（１１３’）の外側面に形成し、整流子片（１６１’）は整流子（１６０’）の内側面に円形に配置され、直流供給用ブラシ（１１３ａ’）が整流子（１６０’）の内側面に位置するようにして、回転体（１１３’）の回転によって遠心力が作用すればするほど直流供給用ブラシ（１１３ａ’）と整流子（１６０’）の整流子片（１６１’）との接触力が向上されることができるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の界磁極発生器と回転する直流供給用ブラシによる直流発電装置。