JP5535242B2 - 発電効率と回転力が向上した発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、流水力、波力、または風力を利用して電力を生産できる発電装置に関するもので、特に水平に巻き取られた発電コイルが放射状に離隔配置されたコイル板と、磁石体が放射状に離隔配置された磁石板が順次に配列された発電装置に関するものであり、特にコイル板と磁石板が互いに反対方向に回転し、コイル板には磁石体の内側端と外側端に位置する誘導コイルと電動コイルをそれぞれ分割配置することによって、より向上した発電効率を得ることができ、コイル板と磁石板との間の斥力が増大し、その回転力がより増大した発電装置に関するものである。

発電装置は、力学エネルギーを電気エネルギーに変換させる装置である。流水力や波力または蒸気やディーゼル機関などの動力手段から必要とする回転動力を得て、この動力を利用して円筒状の磁性体を回転させる。このような発電装置において、磁性体が回転すると、磁性体の周辺に位置している鉄心コア上に巻き取られたコイルに電荷が誘導されて電流が発生する。

通常周囲からよく見えることができる発電装置としては、自転車ヘッドライト用発電機があり、自動車の発電機も同様の原理で作動する。但し、両発電機の差異点は、自転車用の場合コイル内部に永久磁石が内蔵されているが、自動車用発電機には永久磁石の代わりに電磁石（ローターコイル）が巻き取られている。

しかし、前述のような通常の発電装置は比較的重い重量を有する磁性体を回転させなければならない。そのため、過度な起動力や回転動力を必要とする問題点がある。

また、従来のような方式の発電機において、誘導活性化のために設けた鉄心コアは中央の回転磁性体との間で引力が発生する。そのため、この引力より大きい過度な回転運動力が要求され、それによってエネルギーの消費量が非常に大きい。さらに、引力は磁性体に対して回転抵抗として作用するため、磁性体を回転させるための回転動力を無駄に多く消耗する結果を招く。

特に、従来の円筒状磁性体と鉄心コアは設置空間の制約により、４極誘導方式のみを採用している。したがって、必要とする容量の電気を生産するためには高速回転が必要であり、それによって、経済的な効率性が非常に低い問題がある。

さらに、使用時別の駆動モーターの回転力を利用して磁性体を強制回転させて電気を生産し、発電装置で生産した電気を変圧器などを通じて所要の電圧の電流に変換しなければならない。このために、駆動モーター及び発電装置で相当量の電気エネルギー損失が生じる。このような方式の発電システムにおいては、通常ほぼ３５％のエネルギー効率を有することが知られている。したがって、エネルギーの利用面で非常に非効率的であり、且つ経済性が低い。

このような問題を解決するために、本発明の出願人は特許文献１を出願した。この特許文献１に開示した発電装置は、上下に離隔配置される非磁性体の固定板と、この固定板上に放射状に分割配置される複数の磁石体と、固定板の間に配置される回転円盤から構成される。回転円盤には水平に巻き取られたコイル部が放射状に配置される。この回転円盤の下側に位置する下部固定板上の磁石体はコイル部に電荷を誘導して電流を発生し、上側に位置する上部固定板上の磁石体はコイル部に回転方向の引力と斥力を交互に提供する。

ここで、磁石体とコイル部の水平交差回転を通じて電気を生産するので、相互間に引力が発生しない無負荷回転が行われる。したがって、低速回転でも電力生産性が高い。また、回転円盤の遠心力と磁石体により提供される引力と斥力が加えられて回転円盤の負荷損失を最小化するので、経済性が非常に高く、発電の効率性も高い。

しかし、前述のような発電装置は磁石体が分割配置された磁石板が固定された状態で、コイル板のみ回転する形態である。したがって、風力または流水力が弱い場合に十分な発電容量を得ることができず、効率が低い問題がある。

また、前述のような発電装置に電気エネルギーを消費する多様の負荷要素を連結する場合、発電装置に加えられる負荷要素により発電効率が低下する。したがって、前述のような発電装置に対する構造的な改善を通じて、より優れた発電効率及び回転力を有する発電装置が切実に要求されている実情である。

大韓民国特許出願公開第２０１０−００７３５９号明細書

前述のような問題点を解決するためになされた本発明は、磁石体が分割配置された磁石板と発電コイルが分割配置されたコイル板が互いに反対方向に回転できるように構成し、回転軸上にはこれらの磁石板とコイル板を連続して順次に配置し、コイル板には磁石体の内側端と外側端にそれぞれ対応して位置する誘導コイルと電動コイルを分割配置することによって、互いに反対方向に回転する磁石板とコイル板を通じて増大した回転速度を得ることができる。そして、これによって高い発電量を得ることができ、誘導コイルを通じて生産した電力を直流に変換して電動コイルに伝達し、電動コイルと磁石体との間の斥力を利用して磁石板とコイル板に対する回転力が増大することで、従来の発電装置が有する諸問題点を適切に解決した特徴があり、発電効率と回転力が向上するように構成した発電装置を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明に係る発電効率と回転力が向上した発電装置は、回転軸上に順次に連続して設けられる非磁性体の円盤状磁石板及びコイル板を含み、前記磁石板と前記コイル板はそれぞれ、外周面に互いに反対方向に傾斜して突出する複数の羽根を備え、外力により前記磁石板と前記コイル板が互いに反対方向に同時に回転され、前記コイル板には磁石体の両端部と離隔される位置に内部円筒体と外部円筒体が突設され、前記内部円筒体の外周面には磁石体の内側端に対向して離隔配置される誘導コイルが設けられ、外部円筒体の内周面には磁石体の外側端に対向して離隔配置される電動コイルが設けられ、前記誘導コイルと電動コイルは直流変換回路により互いに連結して構成したことを特徴とする。

本発明によれば、発電に利用する風力が弱かったり流速が遅いため流水力が弱い場合でも互いに反対方向に回転する磁石板とコイル板によりさらに増大した発電量を得ることができる。また、風力、波力または流水力のようなエネルギー供給源が連続的に、または間欠的に作用しても磁石体に斥力を与える電動コイルにより、磁石板とコイル板との間の回転力が大きく増大し、より高い発電エネルギーを生産できるので、非常に経済的である。

本発明に係る発電装置の磁石板とコイル板を分離して示した斜視図である。 本発明に係る発電装置の組立状態を示した断面図である。 本発明に係る発電装置の要部を拡大して示した断面図である。

本明細書及び請求範囲に使用した用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈しなければならない。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明に係る発電装置の磁石板とコイル板を分離して示した斜視図であり、図２は本発明に係る発電装置の組立状態を示した断面図であり、図３は本発明に係る発電装置の要部を拡大して示した断面図である。

これらの図面に示したように、本発明に係る発電装置において、外力の作用時、互いに離隔配置された磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′が回転すると、磁石板１０、１０′上に放射状に離隔配置された磁石体１１、１１′からコイル板２０、２０′上に分割配置された発電コイル２１、２１′に電荷が誘導される。したがって、直列連結された形態の発電コイル２１、２１′から電気が発生して所望の電力を得ることができる。

このとき、磁石板１０、１０′またはコイル板２０、２０′が回転することによって発電コイル２１、２１′に作用する電荷の極性が繰り返して変化しながら発電が行われる。

本発明では磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′が互いに反対方向に回転するように構成する。このために、磁石板１０、１０′は全て単一の回転軸４０上に固定し、コイル板２０、２０′は軸受４１を介して回転軸４０上に回転自在に装着する。

これらの磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′の外周面全体には互いに反対方向に傾斜した複数の羽根１２、２２がそれぞれ突設されている。

このとき、羽根１２、２２は磁石板１０、１０′及びコイル板２０、２０′の外周面に一体に突出するように形成することもでき、ヒンジやブラケットなどの結合手段を利用して所定の角度で傾斜して付着できる。また、これらの羽根を外周面に形成するか、または内周面に横方向に突設することができる。

また、本実施形態において、磁石板１０、１０′は回転軸４０上に固定され、コイル板２０、２０′は軸受４１を介して回転軸４０上に回転自在に装着する構造を例示した。しかし、他の実施形態において、磁石板１０、１０′は軸受４１を介して回転軸４０上に回転自在に装着し、コイル板２０、２０′を回転軸４０上に固定する構造を採用することもできる。

前述のように、互いに反対方向に所定角度で傾斜して配置した羽根１２、２２を有する磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′において、流水力、風力、または波力などの外力が羽根１２、２２に作用すると、羽根１２、２２に作用する外力により磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′が回転する。このとき、羽根１２、２２は互いに反対方向に傾斜して配置されているので、磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′は互いに反対方向に回転するようになる。

これによって、比較的弱い流水力、風力、または波力が作用しても互いに反対方向に回転する磁石体１１、１１′と誘導コイル２５は回転量が倍加される。したがって、倍加された回転量に比例して発電量が大きく増加する。

また、コイル板２０、２０′には磁石体１１、１１′の両端部から半径方向に所定の間隔をおいて離隔された位置に内部円筒体２３と外部円筒体２４がそれぞれ突設される。内部円筒体２３の外周面には磁石体１１、１１′の内側端に対向して誘導コイル２５が対応して配置され、外部円筒体２４の内周面には磁石体１１、１１′の外側端に対向して電動コイル２６が対応して配置される。

このとき、誘導コイル２５と電動コイル２６は直流変換回路３０を通じて互いに連結されているので、誘導コイル２５から発生する電流は直流変換回路３０を通過しながら直流に変換されて電動コイル２６に供給される。

これによって、外部的な要因、すなわち、流水力、風力、または波力のような外力により磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′が回転すると、磁石体１１、１１′から発電コイル２１、２１′に電荷が誘導されて発電が行われる。これと同時に誘導コイル２５を通じても部分的に発電が行われる。誘導コイル２５を通じて生産される電気は直流変換回路３０を通過しながら直流に変換されるので、磁石体１１、１１′の極性と同一になるように電動コイル２６の極性をスイッチング動作により繰り返して変換させる。結局、これらの極性の変換により斥力が発生し、この斥力により磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′には持続的に回転反力が発生するので、その回転力をより増大することができる。

したがって、発電装置に連結される多様な負荷要素から磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′に負荷が作用しても、電動コイル２６から発生する斥力により磁石板１０、１０′及びコイル板２０、２０′の回転力を増大させて最大の発電効率を得ることができる。

以上で説明したように、本発明に係る発電装置は風が弱い地域や間歇的に風が吹く地域においても効果的に使用することができ、小川または下水管や上水管などに沿って流れる流水力を利用することができ、一般住宅の屋上に設けて屋内に電力を供給するための目的でも使用することができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

本明細書に記載した実施形態と図面に示した構成は、本発明の最も好ましい実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て満足するものではないので、本出願の時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

１０、１０′ 磁石板
１１、１１′ 磁石体
１２、２２ 羽根
２１、２１′ 発電コイル
２３ 内部円筒体
２４ 外部円筒体
２５ 誘導コイル
２６ 電動コイル
３０ 直流変換回路
４０ 回転軸
４１ 軸受

Claims (4)

1. 回転軸に順次に連続して設けられる非磁性体の円盤状磁石板１０、１０′及びコイル板２０、２０′と、前記磁石板１０、１０′に放射状に離隔配置される磁石体１１、１１′と、前記コイル板２０、２０′に放射状に離隔配置され、互いに直列連結された発電コイル２１、２１′とを含む発電装置において、
   前記磁石板１０、１０′と前記コイル板２０、２０′はそれぞれ、外周面に互いに反対方向に傾斜して突出する複数の羽根１２、２２を備え、外力により前記磁石板１０、１０′と前記コイル板２０、２０′が互いに反対方向に同時に回転され、
   前記コイル板２０、２０′には磁石体１１、１１′の両端部と離隔される位置に内部円筒体２３と外部円筒体２４が突設され、前記内部円筒体２３の外周面には磁石体１１、１１′の内側端に対向して離隔配置される誘導コイル２５が設けられ、外部円筒体２４の内周面には磁石体１１、１１′の外側端に対向して離隔配置される電動コイル２６が設けられ、前記誘導コイル２５と電動コイル２６は直流変換回路３０により互いに連結され、
   互いに反対方向に回転する前記磁石板１０、１０′と前記コイル板２０、２０′により磁石体１１、１１′から発電コイル２１、２１′に電荷が誘導されて発電が行われ、誘導コイル２５に作用する誘導電荷によって直流変換回路３０を通じて電動コイル２６の極性と磁石体１１、１１′の極性とが同一になるように変換された直流がスイッチング動作に基づいて電動コイル２６に伝えられ、前記電動コイル２６と磁石体１１、１１′との間に斥力が発生し、この斥力により磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′との間には持続的に回転反力が発生することによって、その回転力が増大するように構成したことを特徴とする、発電効率と回転力が向上した発電装置。
2. 前記磁石板１０、１０′と前記コイル板２０、２０′の外周面に形成される羽根１２、２２は、磁石板１０、１０′とコイル板２０、２０′の外周面から一体に突設されることを特徴とする、請求項１に記載の発電効率と回転力が向上した発電装置。
3. 前記磁石板１０、１０′は前記回転軸４０に固定され、前記コイル板２０、２０′は軸受４１を介して回転軸４０上に回転自在に装着されることを特徴とする、請求項１に記載の発電効率と回転力が向上した発電装置。
4. 前記コイル板２０、２０′は前記回転軸４０に固定され、前記磁石板１０、１０′は軸受４１を介して回転軸４０上に装着されることを特徴とする、請求項１に記載の発電効率と回転力が向上した発電装置。
   

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