KR100716539B1

KR100716539B1 - 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템

Info

Publication number: KR100716539B1
Application number: KR1020050083915A
Authority: KR
Inventors: 우병철; 강도현; 홍도관; 장정환
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-05-10
Also published as: KR20070029297A

Abstract

본 발명은 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템에 관한 것으로서, 내연기관에서 발생하는 직선 왕복운동 에너지를 손실을 최소화하면서 선형발전기의 발전에 이용할 수 있도록 하기 위하여, 내연기관의 피스톤과 선형발전기의 이동자를 커넥팅 로드를 통해 일체로 직선 이동할 수 있게 연결하고, 피스톤의 운동에너지 일부(관성에너지)를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하는 공진스프링을 장착한 공진형 선형발전기 시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 선형발전기 시스템에서는 직선운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 기구가 삭제됨과 동시에 내연기관에서 발생된 기계적인 직선 왕복운동 에너지가 회전운동 에너지로의 변환 없이 선형발전기의 이동자에 직접 전달되어 전기에너지로 변환될 수 있고, 특히 공진스프링이 피스톤의 관성에너지를 축적 후 방출하면서 이동자 및 피스톤의 직선 이동을 보조하게 됨으로써, 크랭크 기구 사용으로 인한 관성력 손실 및 마찰 손실이 불가피하였던 종래의 회전형 발전기에 비하여 에너지 효율이 보다 향상되는 장점을 가진다.

내연기관, 선형발전기, 선형전동기, 종자속, 횡자속, 공진, 스프링

Description

내연기관을 이용한 선형발전기 시스템{Linear generator system using internal combustion engine}

도 1은 내연기관을 이용한 종래의 회전형 발전기를 도시한 개략도,

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 선형발전기 시스템의 제1실시예의 구성 및 작동상태를 도시한 단면도,

도 4a와 도 4b는 도 2 및 도 3의 제1실시예에서 종자속 선형발전기의 발전원리를 설명하기 위한 도면,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 선형발전기 시스템의 제2실시예의 구성 및 작동상태를 도시한 단면도,

도 7은 도 5의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도,

도 8은 도 5 및 도 6의 제2실시예에서 고정자 철심과 권선을 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 내연기관 130 : 피스톤

200 : 종자속 선형발전기 214 : 이동자

216 : 제1공진스프링 300 : 종자속 선형전동기

314 : 이동자 316 : 제2공진스프링

400 : 횡자속 선형발전기 423 : 이동자

416 : 제1공진스프링 417 : 제2공진스프링

500 : 횡자속 선형전동기 523 : 이동자

본 발명은 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내연기관에서 발생하는 직선 왕복운동 에너지를 손실을 최소화하면서 선형발전기의 발전에 이용할 수 있도록 하기 위하여, 내연기관의 피스톤과 선형발전기의 이동자를 커넥팅 로드를 통해 일체로 직선 이동할 수 있게 연결하고, 피스톤의 운동에너지 일부(관성에너지)를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하는 공진스프링을 장착한 공진형 선형발전기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 엔진이란 열에너지를 기계적 일로 바꾸는 장치이며, 이 열에너지를 기계적인 일로 바꾸기 위해 그 매체로 작동물질이 필요하다.

이 작동물질에 열에너지를 공급하는 방식에 따라 내연기관과 외연기관으로 나눌 수 있으며, 이 중 엔진 내부에서 연소가 이루어지는 내연기관에서의 작동물질은 혼합기 및 연소가스가 된다.

내연기관은 혼합기 자체가 보유한 화학적 에너지를 연소에 의해 열에너지로 바꾸어 그 연소가스가 팽창할 때의 일을 직접 이용하는 것으로, 연소가스의 팽창력 (폭발력)을 이용하여 크랭크 축를 회전시키고, 이 크랭크 축의 회전력을 동력원으로 제공하게 된다.

내연기관의 대표적인 예가 자동차에서 널리 사용되고 있는 가솔린 엔진(LPG 엔진)이나 디젤 엔진이다.

한편, 내연기관은 발전기와 연결하여 전기를 생산하는데 이용되기도 하는데, 이때 내연기관은 크랭크 축의 회전력을 그대로 발전기에 제공하고, 발전기에서는 내연기관으로부터 제공되는 회전력에 의해 로터가 회전하면서 전기가 생산된다.

이러한 회전형 발전기의 대표적인 예로는 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 자동차용 발전기(알터네이터)나 디젤엔진 발전기를 들 수 있다.

첨부한 도 1은 내연기관을 이용한 종래의 회전형 발전기를 도시한 개략도로서, 이에 대하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 내연기관(10)에서 연소가스의 팽창력에 의해 피스톤(11)이 직선운동하는 동안 피스톤의 직선운동 에너지는 커넥팅 로드(12)와 크랭크(13)에 의해 회전운동 에너지로 변환되어 크랭크 축을 회전운동시키게 된다.

그리고, 크랭크 축의 회전운동 에너지는 크랭크 축 풀리(14)와 발전기(20)의 로터 풀리(21) 사이에 연결된 벨트 또는 체인(15)을 통하여 발전기(20)로 제공되고, 발전기(20)는 이 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 이때 생산된 전기를 외부의 전기장치에 공급하게 된다.

그러나, 상기와 같이 가솔린 또는 디젤 엔진 등의 내연기관에 의해 구동되는 회전형 발전기 시스템에서는 피스톤(11)의 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위하 여 커넥팅 로드(12), 크랭크(13), 크랭크 축 등 크랭크 기구를 사용하는데, 피스톤(11)의 직선운동을 회전운동으로 바꾸어주는 동안 관성력의 손실이 발생하고, 커넥팅 로드(12)와 크랭크(13) 사이에 마찰 손실이 발생하는 등, 크랭크 기구 자체에서 발생하는 에너지 손실이 문제가 된다.

요컨대, 내연기관을 이용한 회전형 발전기에서는 크랭크 기구의 사용이 필수적이고, 크랭크 기구의 동작시에 관성력의 손실이 불가피하며, 관성력으로 인해 마찰 손실과 같은 2차적인 손실이 발생하게 된다.

또한, 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 크랭크 기구가 사용됨으로 인해서 전체적인 시스템 구성이 복잡할 수밖에 없고, 제작비가 고가인 점 및 장치의 중량화 등이 문제로 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 직선운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 기구가 삭제됨과 동시에 내연기관에서 발생된 기계적인 직선 왕복운동 에너지가 회전운동 에너지로의 변환 없이 선형발전기의 이동자에 직접 전달되어 전기에너지로 변환될 수 있고, 특히 공진스프링이 피스톤의 관성에너지를 축적 후 방출하면서 이동자 및 피스톤의 직선 이동을 보조하게 됨으로써, 크랭크 기구 사용으로 인한 관성력 손실 및 마찰 손실이 불가피하였던 종래의 회전형 발전기에 비하여 에너지 효율이 보다 향상되는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

삭제

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 내연기관에서 발생되는 피스톤의 직선구동력을 회전력으로의 변환 없이 발전기의 구동에 직접 이용하여 전기를 생산하는 선형발전기 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명의 선형발전기 시스템은 내연기관과 선형발전기의 공진특성을 이용하는 것으로서, 내연기관의 피스톤과 선형발전기의 이동자가 커넥팅 로드를 통해 일체로 직선 이동할 수 있게 연결되고, 피스톤의 운동에너지 일부(관성에너지)를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하는 공진스프링이 장착되어, 에너지 효율이 보다 향상되는 선형발전기 시스템이다.

첨부한 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 선형발전기 시스템의 제1실시예의 구성 및 작동상태를 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 선형발전기 시스템에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 종자속 선형발전기(200)를 적용한 시스템으로서, 연소가스의 팽창력(폭발력)에 의해 피스톤(130)이 직선구동하는 내 연기관(100)과, 상기 피스톤(130)의 직선구동력을 전달받아 이동자(214)가 직선구동되면서 전기를 생산하는 종자속 선형발전기(200)와, 전원 인가시 이동자(314)가 직선구동되면서 그 직선구동력을 상기 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)를 통해 상기 내연기관(100)의 피스톤(130)에 전달하여 내연기관(100)을 기동시키는 종자속 선형전동기(300)를 포함하여 구성된다.

우선, 본 발명의 선형발전기 시스템은 직선 왕복운동 내연기관(100)에 의해 구동되며, 이 내연기관(100)은 통상의 가솔린 엔진이나 디젤 엔진처럼 흡기통로(111) 및 배기통로(112)가 형성된 실린더 헤드(110), 흡/배기 밸브(116,117), 점화장치(가솔린 엔진의 경우)(118), 실린더(120), 피스톤(130)을 포함하여 이루어진다.

주지하는 바와 같이, 통상의 내연기관에서는 연소실 내에서 연료 및 공기의 혼합가스를 연소시켜 그 폭발력으로 피스톤을 직선구동시키도록 되어 있다.

본 발명의 선형발전기 시스템에서 상기 내연기관(100)의 피스톤(130)은 커넥팅 로드(131)를 통해 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)와 연결된다.

상기 커넥팅 로드(131)는, 크랭크 축에 연결되어 직선운동을 회전운동으로 바꾸기 위한 기존 내연기관의 커넥팅 로드와는 달리, 일단은 내연기관(100)의 피스톤(130)과 결합되고 타단은 선형발전기(200)의 이동자(214)와 결합되어, 피스톤(130)의 직선운동을 어떠한 운동 변환 없이 직접 선형발전기(200)의 이동자(214)로 전달하는 역할을 한다.

즉, 상기 커넥팅 로드(131)는 내연기관(100)과 선형발전기(200)의 두 구동요 소, 다시 말해 내연기관(100)의 피스톤(130)과 발전기(200)의 이동자(214)가 같은 방향으로 함께 움직이도록 연결하는 연결부재로서, 피스톤(130)이 직선운동하는 동안 커넥팅 로드(131)를 통해 연결된 발전기(200)의 이동자(214) 역시 피스톤(130)과 일체로 직선운동을 하게 된다.

도 2에서 미설명부호 114와 115는 흡/배기밸브(116,117)를 구동시키는 전자밸브 구동기이고, 이 전자밸브 구동기(114,115)의 구동은 밸브 제어기(113)에 의해 제어된다.

상기와 같이 본 발명에서의 내연기관(100)은 기존 공지된 형태에서 피스톤(130)을 상기 커넥팅 로드(131)를 통해 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)에 연결하여 구성한 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진으로 실시될 수 있으며, 피스톤(130)은 내연기관(100)의 4행정 반복이 이루어지는 동안 직선 왕복운동을 하게 된다.

한편, 본 발명의 종자속 선형발전기(200)는 상기한 내연기관(100)의 직선 왕복운동 에너지를 커넥팅 로드(131)를 통해 전달받아서 회전운동 에너지로의 변환 없이 직접 전기에너지로 변환시킨다.

상기 종자속 선형발전기(200)는 프레임(201)에 고정된 원통 형태의 외측 코어(211)와, 상기 프레임(201)에 외측 코어(211) 내측으로 일정 간격을 두고 고정되는 내측 코어(212)와, 상기 외측 코어(211) 안쪽에 결합되는 권선코일(213)과, 상기 외측 코어(211)와 내측 코어(212) 사이에 직선 왕복운동 가능하게 삽입되는 원통 형태의 이동자(214)와, 이 이동자(214)에 결합된 영구자석(215)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 이동자(214)와 이에 결합된 영구자석(215)은 종자속 선형발전기(200) 내에서 직선 왕복이동하는 구성요소로서, 특히 이동자(214)가 전술한 바와 같이 커넥팅 로드(131)를 통해 피스톤(130)에 연결되어 피스톤(130)과 일체로 직선 왕복운동을 하게 된다.

또한, 상기 이동자(214)와 내연기관(100)의 실린더(120) 사이에는 이동자(214)를 전방에서 탄성 지지하는 제1공진스프링(216)이 설치되는데, 이 제1공진스프링(216)의 일단은 내측 코어(212) 안쪽으로 위치되는 이동자(214) 후단의 스프링 장착부(214a)에 결합되고 그 타단은 실린더(120)의 외주면상에 결합된 지지블럭(122)에 결합된다.

이때, 상기 제1공진스프링(216)은 내측 코어(212)의 안쪽, 그리고 커넥팅 로드(131) 및 실린더(120)의 바깥쪽으로 설치된다.

상기 이동자(214)가 직선 왕복이동함에 의해 종자속 선형발전기(200)에서 발생되는 전기는 외측 코어(211) 안쪽의 권선코일(213)에 연결된 전원출력라인(217)을 통해 외부의 전기장치로 제공된다.

그리고, 상기 이동자(214)는 종자속 선형전동기(300)의 이동자(314)에 직선구동력을 전달받을 수 있도록 연결되는데, 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214) 후단에 커넥터(218)가 후방으로 연장 형성되고, 종자속 선형전동기(300)의 이동자(314) 전단에 역시 커넥터(318)가 전방으로 연장 형성되어, 양측의 커넥터(218,318)가 중간의 커플러(219)를 매개로 연결되는 구조로 되어 있다.

상기 종자속 선형전동기(300)는 앞서 설명한 종자속 선형발전기(200)와는 반 대되는 작용을 하는 것으로서, 내연기관(100)의 기동을 위하여 구비되는 것이며, 그 전체적인 구성은 앞서 설명한 종자속 선형발전기(200)의 구성과 유사하다.

즉, 상기 종자속 선형전동기(300)는 차량에서 엔진 기동시 시동모터에 전원이 인가되는 것과 마찬가지로 운전자의 시동 조작, 즉 시동스위치에서의 시동키 온(START) 조작에 의해 외부 전원공급장치로부터 전원을 인가받게 되어 있으며(기동시에만 전원을 인가받아 작동), 이와 같이 외부 전원이 전원입력라인(317)을 통해 권선코일(313)로 인가되면, 그 이동자(314)가 이동하여 이에 연결된 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)와 내연기관(100)의 피스톤(130)을 이동시키게 된다.

이와 같이 내연기관(100)의 기동시에는 최초의 흡입행정 및 압축행정에 필요한 힘을 종자속 선형전동기(300)로부터 제공받게 되며, 내연기관(100) 시동 후에는 내연기관의 구동력에 의해 종자속 선형발전기(200)가 구동되면서 전기를 생산하게 된다.

본 발명에서 내연기관 기동을 위한 초기 구동력을 제공하는 종자속 선형전동기(300)의 구성을 설명하면, 프레임(301)에 고정된 원통 형태의 외측 코어(311)와, 상기 프레임(301)에 외측 코어(311) 내측으로 일정 간격을 두고 고정되는 내측 코어(312)와, 상기 외측 코어(311) 안쪽에 결합되는 권선코일(313)과, 상기 외측 코어(311)와 내측 코어(312) 사이에 직선 왕복운동 가능하게 삽입되는 원통 형태의 이동자(314)와, 이 이동자(314)에 결합된 영구자석(315)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 이동자(314)와 이에 결합된 영구자석(315)은 종자속 선형전동기(300) 내에서 직선 왕복이동하는 구성요소로서, 특히 그 직선구동력을 종자속 선 형발전기(200)의 이동자(214)를 통해 내연기관(100)의 피스톤(130)으로 전달하기 위하여 전술한 바와 같이 커넥터(218,318)를 통해 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)와 연결된다.

또한, 상기 이동자(314)와 후방의 프레임(301) 사이에는 이동자(314)를 후방에서 탄성 지지하는 제2공진스프링(316)이 설치되는데, 이 제2공진스프링(316)의 일단은 내측 코어(312) 안쪽으로 위치되는 이동자(314) 전단의 스프링 장착부(314a)에 결합되고 그 타단은 후방의 프레임(301)에 결합된다.

또한, 상기 이동자(314)의 스프링 장착부(314a) 중심에는 내측 코어(312) 안쪽에서 후방으로 길게 배치되는 안내로드(319)가 일체 결합되는데, 이 안내로드(319)는 제2공진스프링(316) 내측을 통과하여 베어링 수단(302)이 개재된 상태로 후방의 프레임(301)을 통과하도록 설치되며, 특히 이동자(314)가 이동하면서 안내로드(319) 또한 함께 전후 이동하도록 되어 있다.

상기 제1공진스프링(216)과 제2공진스프링(316)은 선형발전기(200)와 선형전동기(300)의 이동자(214,314)를 양쪽에서 탄성 지지하는 역할을 하며, 특히 두 스프링(216,316) 모두 피스톤(130) 및 이동자(214)의 움직임으로 인해서 에너지를 축적했다 방출하는 작용을 하게 된다.

상기와 같은 구성에서, 제1공진스프링(216)과 제2공진스프링(316)의 장력은 그들이 각각 탄성 지지하고 있는 이동자(214,314)를 밀어주는 방향으로 작용되는데, 외력이 작용하지 않는 상태에서 두 이동자(214,314)가 한 위치에 정지하고 있을 때는 곧 양쪽 두 스프링(216,316)의 가압력이 서로 평형을 이루고 있을 때이다.

그리고, 상기 두 공진스프링(216,316)의 장력은 제1공진스프링(216)의 가압력을 조절함으로써 조절될 수 있게 되어 있으며, 이를 위하여 지지블럭(122)은 실린더(120) 외주면상에서 실린더 전후 길이방향을 따라 위치 조절이 가능하도록 결합된다.

바람직한 실시예로서, 실린더(120) 외주면상에 나사선 가공을 하고, 지지블럭(122)을 실린더(120) 외주면상의 나사선 가공부위(121)에 나사 체결하면, 지지블럭(122)은 회전조작시에 실린더(120) 외주면상에서 위치 조절될 수 있게 된다.

상기와 같이 지지블럭(122)이 회전조작되어 실린더(120) 외주면상에서 위치 조절되는 경우 제1공진스프링(216)의 장력이 조절되면서 반대쪽에서 이동자(314)를 지지하고 있는 제2공진스프링(316)의 장력 또한 조절이 가능해진다.

이때, 지지블럭(122)의 위치가 조절된 상태에서 진동 등에 의하여 지지블럭(122)이 뜻하지 않게 회전되는 것을 방지하기 위하여, 지지블럭(122) 내주면과 실린더(120) 외주면에 키 홈(123)을 형성하고, 양측의 키 홈(123)이 서로 일치된 상태에서 키 홈 내부에 고정키(124)를 끼워 지지블럭(122)이 회전되지 않게 고정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 본 발명의 선형발전기 시스템에서는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진처럼 내연기관(100)이 구동되는 경우 피스톤(130)이 직선운동을 하게 되고, 이때 커넥팅 로드(131)로 연결된 이동자(214) 또한 일체로 직선운동을 하게 되며, 이동자(214)가 직선 왕복이동을 하여 영구자석(215)이 움직이면 권선코일(213)에 전류가 흐르면서 선형발전기로부터 전기가 생산된다.

상기와 같이 피스톤(130)의 직선구동력에 의해 선형발전기(200)의 이동자(214)가 직선 왕복운동을 하는 과정에서 이동자(214)의 관성에너지는 제1공진스프링(216) 및 제2공진스프링(316)에 저장되고, 저장된 에너지는 다시 반대방향 구동시에 구동력으로 사용되어서 관성력의 손실은 최소화될 수 있게 된다.

좀더 구체적으로 설명하면, 피스톤(130)의 흡입행정과 폭발행정시에는 이동자(214)가 피스톤(130)과 함께 도면상의 좌측으로 이동하면서 제1공진스프링(216)은 인장되고 제2공진스프링(316)은 압축되어지는데, 이때 이동자(214)의 관성에너지가 각각 인장변형 및 압축변형 형태를 나타내는 두 스프링(216,316)에 저장된다.

반대로, 압축행정과 배기행정시에는 두 스프링(216,316)에 저장된 에너지, 즉 스프링 탄성력에 의해 피스톤(130)과 이동자(214)가 도면상의 우측으로 이동하게 된다.

이와 같이 제1공진스프링(216) 및 제2공진스프링(316)은 피스톤(130)과 이동자(214)를 지지하는 동시에 피스톤(130)과 이동자(214)의 구동력을 관성에너지로 적절히 저장하는 한편 저장된 에너지를 탄성에너지 형태로 다시 방출시켜 피스톤(130)과 이동자(214)를 역으로 구동시킨다.

이러한 스프링(216,316)의 탄성에너지 상수는 구동부를 형성하고 있는 무게와의 비와의 일정한 값을 유지하게 되는데, 이것은 구동부의 주파수 ω, 구동부의 질량 m, 스프링 상수 k 사이의 비의 값으로 얻어지는 공진현상을 적용하기 위해서 조절되어야 한다.

즉, 구동 주파수가 다음과 같은 관계로 주어질 수 있도록 스프링 상수와 구 동부의 질량이 주어져야 한다.

구동에 따라 변하는 위치는 스프링의 가압력과 탄성계수 및 질량으로 인한 관성력에 의해서 결정되지만 내연기관에서 발생하는 추력이 일정 밴드를 두고 변하기 때문에 스프링의 관성력과 이동자 질량으로 인한 관성력에 의해서 저장과 방출의 과정을 겪게 된다.

이러한 과정에서 발생하는 추력의 변화는 이동자의 진행위치를 변화시키는 가장 큰 요소로 작용하기 때문에 정확한 위치를 측정하여 위치에 따른 내연기관의 추력을 조절할 필요가 있다.

또한, 발전기의 부하에 따라서 정상상태의 운전특성이 변하기 때문에 무부하 시험이 아닌 부하가 있는 상태에서 시험한 결과를 토대로 발전기를 설계하여야 한다.

본 발명에 따른 공진형 선형발전기 시스템은 내연기관(100)에서 발생되는 피스톤(130)의 직선구동력을 회전력으로의 변환 없이 선형발전기(200)에 직접 전달하는 비교적 간단한 구성으로 되어 있지만 구동부의 질량과 스프링의 탄성계수를 조절하여 내연기관의 구동 주파수와 동조시켜야 하는 어려움을 가지는 바, 정확한 구동 주파수를 조절할 필요가 있다.

그러나, 이러한 회전수 조절은 자동제어에 의한 구동 주파수의 조절이 쉽게 가능하기 때문에 실제 구동하는 데는 아무런 어려움이 없게 된다.

첨부한 도 4a와 도 4b는 도 2 및 도 3의 제1실시예에서 종자속 선형발전기의 발전원리를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 4a에서, 이동자(214)가 도면상 우측에서 좌측으로 이동하는 경우, 이동자(214)에 취부된 영구자석(215)의 상부가 N극, 하부가 S극으로 착자된 상태에서 권선코일(213)에 작용되는 전류는 안쪽으로 흐르게 될 것이다.

즉, 외측 코어(211)와 내측 코어(212) 사이에 자속의 변화가 발생하게 되고, 이에 의해 발전이 이루어진다.

다음으로, 도 4b에서, 위와 반대로 이동자(214)가 도면상 좌측에서 우측으로 이동하는 경우, 이동자(214)에 취부된 영구자석(215), 외측 코어(211)와 내측 코어(212) 사이에서 발생하는 자속 변화에 따라 권선코일(213)에는 앞쪽으로 나오는 방향으로 전류가 흐르게 되어 발전기(200)가 구동되게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템의 제1실시예는, 내연기관(100)에서 발생하는 에너지를 손실 없이 종자속 선형발전기(200)의 발전에 이용할 수 있도록, 내연기관(100)의 피스톤(130)과 종자속 선형발전기(200)의 이동자를 일체로 직선 이동될 수 있게 커넥팅 로드(131)를 통해 연결하고, 피스톤 운동에너지의 일부를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하여 이동자(214) 및 피스톤(130)의 직선 이동을 보조하게 되는 공진스프링(216,316)을 장착하여 구성한 공진형 선형발전기 시스템이다.

이러한 본 발명의 선형발전기 시스템은 직선운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 기구의 구속 없이 내연기관(100)에서 발생된 기계적인 직선 왕복운동 에너 지가 회전운동 에너지로의 변환 없이 종자속 선형발전기(200)의 이동자(214)에 전달되어 전기에너지로 변환될 수 있게 구성됨으로써, 종래의 회전형 발전기에 비하여 에너지 효율이 보다 향상되는 장점을 가진다.

한편, 첨부한 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 선형발전기 시스템의 제2실시예의 구성 및 작동상태를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 5의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이며, 도 8은 도 5 및 도 6의 제2실시예에서 고정자 철심과 권선을 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예는 연소가스의 팽창력(폭발력)에 의해 피스톤(130)이 직선구동하는 내연기관(100)과, 상기 피스톤(130)의 직선구동력을 전달받아 이동자(423)가 직선구동되면서 전기를 생산하는 횡자속 선형발전기(400)와, 전원 인가시 이동자(523)가 직선구동되면서 그 직선구동력을 상기 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423)를 통해 상기 내연기관(100)의 피스톤(130)에 전달하여 내연기관(100)을 기동시키는 횡자속 선형전동기(500)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제2실시예는 제1실시예와 비교할 때 내연기관(100)의 구성은 동일하며, 다만 내연기관(100)의 직선구동력을 전달받아 전기를 생산하는 선형발전기가 종자속 선형발전기 대신 횡자속 선형발전기(400)로, 내연기관(100)의 기동을 위하여 초기 구동력(직선구동력)을 제공하는 선형전동기가 종자속 선형전동기 대신 횡자속 선형전동기(500)로 대체되어 구성된 것이다.

즉, 상기 횡자속 선형발전기(400)는 이동자(423)가 직선구동력을 전달받을 수 있도록 내연기관(100)의 피스톤(130)과 커넥팅 로드(131)를 통해 연결되며, 내 연기관(100)으로부터 전달되는 직선구동력에 의해 상기 이동자(423)가 상측 및 하측 고정자(413,414) 사이에서 직선 왕복이동되면서 고정자(413,414)들의 권선(412)으로는 전기가 발생되도록 한 것이다.

또한, 상기 횡자속 선형전동기(500)는 권선(512)에 전원이 인가될 경우 동작하게 되는 이동자(523)의 직선구동력을 최종적으로 내연기관(100)의 피스톤(130)에 제공하여 내연기관(100)을 기동시키기 위해 구비되는 것이다.

우선, 상기 횡자속 선형발전기(400)는 각각 일정 간격을 두고 배치되는 고정자 철심(411)들과 이 고정자 철심(411)들을 감고 있는 권선(412)으로 이루어져 있으면서 서로 마주보게 배치되는 상측 고정자(413) 및 하측 고정자(414)와, 이동자 철심(421)들과 영구자석(422)들로 이루어져 상기 상측 고정자(413)와 하측 고정자(414) 사이에서 직선 구동되는 이동자(423)를 포함하여 구성된다.

상기 이동자(423)는 이웃하는 이동자 철심(421)들을 사이에 두고 영구자석(422)이 배치되는 구조로 되어 있으며, 이동자 철심(421)을 사이에 두고 서로 이웃하는 영구자석(422)들은 서로 다른 방향의 자속을 발생시키도록 배치되어 있다.

도면에서 이동자(423)의 화살표는 영구자석(422)에서 발생하는 자속의 방향을 나타내고 있다.

또한, 상기 각 고정자(413,414)는 일정 간격을 두고 나란히 배치되는 고정자 철심(411)들을 포함하며, 각 고정자 철심(411)은 도 7에 도시한 바와 같이 U자 형상의 철심으로 이루어진다.

상기 각 고정자(413,414)의 권선(412)은 도 8에 도시한 바와 같이 환형 원통 형상으로 구성되고, 두 개의 환형 권선(412)이 나란히 배열된다.

이때, 한쪽 환형 권선(412)의 내측 구멍에는 나란히 배열된 복수의 고정자 철심(411)의 한쪽 기둥부들이 삽입되고, 다른 쪽 환형 권선(412)의 내측 구멍에는 나란히 배열된 복수의 고정자 철심(411)의 다른 쪽 기둥부들이 삽입된다.

상기 이동자 철심(421)들은 서로 동일한 치수로 구성되며, 또한 영구자석(422)들도 서로 동일한 치수로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상측 및 하측 고정자(413,414)의 권선(412)들은 미도시된 도선에 의해 서로 전기적으로 연결된다.

이와 같이 이루어진 횡자속 선형발전기(400)에서는 이동자(423)가 내연기관(100)으로부터 피스톤(130)의 직선구동력을 전달받게 되고, 결국 이동자(423)가 직선 왕복이동함에 의해 고정자 철심(411)과 권선(412)에는 전류가 흐르게 되며, 이때 발생된 전기가 권선(412)에 연결된 전원출력라인(415)을 통해 외부의 전기장치로 제공된다.

상기와 같이 본 발명의 제2실시예는 횡자속형 선형발전기(400)를 적용한 예로서, 단상 구동이 아닌 다상 구동에서도 본 발명의 실시가 가능함을 보였으며, 제1실시예와 같이 한 폴(pole)에서 구동되는 것과는 달리 여러 폴을 움직일 수 있게 구성한 예이다.

횡자속 발전기는 종자속 발전기와는 달리 자장이 만드는 평면과 이동자가 이동하는 방향이 서로 횡방향이며, 자속이 만드는 평면을 기준으로 이동자가 법선방향으로 움직이게 된다.

그리고, 내연기관(100)과 연결된 이동자 철심(421)과 영구자석(422)으로 구성된 이동자(423)가 좌우로 움직이게 되면 자속의 변화에 따라 발생하는 기전력이 발생하게 되고, 이로 인해 상측 및 하측 고정자(413,414)의 고정자 철심(411)과 권선(412)에 전류가 흐르게 된다.

이동자(423)에 장착된 이동자 철심(421)과 영구자석(422)은 여러 쌍으로 구성되어 있는데, 한 쌍의 이동이 발생할 경우 1폴(pole)만큼 움직였다고 한다면 1폴 이내에서 움직이는 경우 1폴용 발전기라고 하고, 여러 폴을 움직이는 경우를 멀티-폴(multi-pole)형 발전기라 할 수 있다.

도면과 같이 구성된 선형발전기에서 30mm를 움직이는데 제작된 발전기의 1폴 길이가 30mm보다 크게 제작되었다고 한다면 1폴형 발전기라 할 수 있고, 또한 1폴의 길이가 10mm라고 한다면 3폴을 움직이게 설계하여야 한다.

이러한 경우 여러 폴을 움직이게 하려면 적절히 제어되어야 실제 발전된 전원을 이용할 수 있게 된다.

한편, 상기 이동자(423)와 피스톤(130)을 연결하는 커넥팅 로드(131)에는 제1스프링 장착부(132)가 반경방향으로 돌출되도록 일체로 설치되고, 이 제1스프링 장착부(132)와 실린더(120) 사이에는 커넥팅 로드(131) 및 이동자(423)를 탄성 지지하는 전방의 제1공진스프링(416)이 설치되는데, 이 제1공진스프링(416)의 일단은 제1스프링 장착부(132)에, 그 타단은 실린더(120)의 외주면상에 결합된 지지블럭(122)에 결합된다.

이때, 상기 제1공진스프링(416)은 커넥팅 로드(131) 및 실린더(120)의 바깥 쪽으로 설치된다.

또한, 상기 제1스프링 장착부(132)와 후방의 고정 프레임(401)에 일체로 설치된 제2스프링 장착부(417) 사이에는 커넥팅 로드(131) 및 이동자(423)를 탄성 지지하는 후방의 제2공진스프링(417)이 설치되는데, 이 제2공진스프링(417)은 커넥팅 로드(131) 바깥쪽으로 설치된다.

상기 제1공진스프링(416)과 제2공진스프링(417)은 선형발전기(400)의 이동자(423)를 양쪽에서 탄성 지지하는 역할을 하며, 특히 두 스프링(416,417) 모두 피스톤(130) 및 이동자(423)의 움직임으로 인해서 에너지를 축적했다 방출하는 작용을 하게 된다.

상기와 같은 구성에서, 제1공진스프링(416)과 제2공진스프링(417)의 장력은 그들이 각각 탄성 지지하고 있는 이동자(423)를 밀어주는 방향으로 작용되는데, 외력이 작용하지 않는 상태에서 이동자(423)가 한 위치에 정지하고 있을 때는 곧 양쪽 두 스프링(416,417)의 가압력이 서로 평형을 이루고 있을 때이다.

그리고, 상기 두 공진스프링(416,417)의 장력은 제1공진스프링(416)의 가압력을 조절함으로써 조절될 수 있게 되어 있으며, 이를 위하여 지지블럭(122)은 실린더(120) 외주면상에서 실린더 전후 길이방향을 따라 위치 조절이 가능하도록 결합된다.

바람직한 실시예로서, 실린더(120) 외주면상에 나사선 가공을 하고, 지지블럭(122)을 실린더 외주면상의 나사선 가공부위(121)에 나사 체결하면, 지지블럭(122)은 회전조작시에 실린더 외주면상에서 위치 조절될 수 있게 된다.

이때, 지지블럭(122)의 위치가 조절된 상태에서 진동 등에 의하여 지지블럭이 뜻하지 않게 회전되는 것을 방지하기 위하여, 지지블럭(122) 내주면과 실린더(120) 외주면에 키 홈(123)을 형성하고, 양측의 키 홈(123)이 서로 일치된 상태에서 키 홈 내부에 고정키(124)를 끼워 지지블럭(122)이 회전되지 않게 고정하는 것이 바람직하다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 내연기관(100)의 중심축과 발전기(400)의 이동자(423)는 동일 축상에 있고, 그 사이에 공진스프링이 양쪽 또는 한쪽에 장착될 수 있으며, 양쪽에 장착될 경우 한쪽 끝에는 내연기관을, 다른 한쪽에는 내연기관이 없는 형상으로 양쪽 대칭의 구조를 가지게 제작하면 된다.

다음으로, 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423)는 후방에 배치된 횡자속 선형전동기(500)의 이동자(523)와 직선구동력을 전달받을 수 있도록 연결되는데, 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423) 후단에 커넥터(424)가 후방으로 연장 형성되고, 횡자속 선형전동기(500)의 이동자(523) 전단에 역시 커넥터(524)가 전방으로 연장 형성되어, 양측의 커넥터(424,524)가 중간의 커플러(425)를 매개로 연결되는 구조로 되어 있다.

상기 횡자속 선형전동기(500)는 앞서 설명한 횡자속 선형발전기(400)와는 반대되는 작용을 하는 것으로서, 내연기관(100)의 기동을 위하여 구비되는 것이며, 그 전체적인 구성은 앞서 설명한 횡자속 선형발전기(400)의 구성과 유사하다.

즉, 상기 횡자속 선형전동기(500)는 차량에서 엔진 기동시 시동모터에 전원이 인가되는 것과 마찬가지로 운전자의 시동 조작, 즉 시동스위치에서의 시동키 온 (START) 조작에 의해 외부 전원공급장치로부터 전원을 인가받게 되어 있으며, 이와 같이 외부 전원이 전원입력라인(525)을 통해 권선(512)으로 인가되면, 그 이동자(523)가 이동하여 이에 연결된 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423)와 내연기관(100)의 피스톤(130)을 이동시키게 된다.

이와 같이 내연기관(100)의 기동시에는 최초의 흡입행정 및 압축행정에 필요한 힘을 횡자속 선형전동기(500)로부터 제공받게 되며, 내연기관(100) 시동 후에는 내연기관의 구동력에 의해 횡자속 선형발전기(400)가 구동되면서 전기를 생산하게 된다.

본 발명에서 내연기관 기동을 위한 초기 구동력을 제공하는 횡자속 선형전동기(500)의 구성을 설명하면, 각각 일정 간격을 두고 배치되는 고정자 철심(511)들과 이 고정자 철심(511)들을 감고 있는 권선(512)으로 이루어져 있으면서 서로 마주보게 배치되는 상측 고정자(513) 및 하측 고정자(514)와, 이동자 철심(521)들과 영구자석(522)들로 이루어져 상기 상측 고정자(513)와 하측 고정자(514) 사이에 배치되는 이동자(523)를 포함하여 구성된다.

여기서, 고정자(513,514)와 이동자(523)의 구성은 앞서 설명한 횡자속 선형발전기(400)에서와 같다.

이러한 본 발명에 따른 제2실시예에서, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진처럼 내연기관(100)이 구동되는 경우, 피스톤(130)이 직선운동을 하게 되고, 이때 커넥팅 로드(131)로 연결된 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423) 또한 일체로 직선운동을 하게 되며, 상기 이동자(423)가 직선 왕복이동을 하여 이동자 철심(421) 및 영 구자석(422)이 이동하게 되면 고정자 철심(411) 및 권선(412)에 전류가 흐르면서 횡자속 선형발전기(400)로부터 전기가 발생된다.

상기와 같이 피스톤(130)의 직선구동력에 의해 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423)가 직선 왕복운동을 하는 과정에서 이동자(423)의 관성에너지는 제1공진스프링(416) 및 제2공진스프링(417)에 저장되고, 저장된 에너지는 다시 반대방향 구동시에 구동력으로 사용되어서 관성력의 손실은 최소화될 수 있게 된다.

좀더 구체적으로 설명하면, 피스톤(130)의 흡입행정과 폭발행정시에는 이동자(423)가 피스톤(130)과 함께 도면상의 좌측으로 이동하면서 제1공진스프링(416)은 인장되고 제2공진스프링(417)은 압축되어지는데, 이때 이동자(423)의 관성에너지가 각각 인장변형 및 압축변형 형태를 나타내는 두 스프링(416,417)에 저장된다.

반대로, 압축행정과 배기행정시에는 두 스프링(416,417)에 저장된 에너지, 즉 스프링 탄성력에 의해 피스톤(130)과 이동자(423)가 도면상의 우측으로 이동하게 된다.

이와 같이 제1공진스프링(416) 및 제2공진스프링(417)은 피스톤(130)과 이동자를 지지하는 동시에 피스톤(130)과 이동자(423)의 구동력을 관성에너지로 적절히 저장하는 한편 저장된 에너지를 탄성에너지 형태로 다시 방출시켜 피스톤(130)과 이동자(423)를 역으로 구동시킨다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템의 제2실시예는, 내연기관(100)에서 발생하는 에너지를 손실 없이 횡자속 선형발전기(400)의 발전에 이용할 수 있도록, 내연기관(100)의 피스톤(130)과 횡자속 선형발 전기(400)의 이동자(423)를 일체로 직선 이동될 수 있게 커넥팅 로드(131)를 통해 연결하고, 피스톤 운동에너지의 일부를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하여 이동자(423) 및 피스톤(130)의 직선 이동을 보조하게 되는 공진스프링(416,417)을 장착하여 구성한 공진형 선형발전기 시스템이다.

이러한 본 발명의 선형발전기 시스템은 직선운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 기구의 구속 없이 내연기관(100)에서 발생된 기계적인 직선 왕복운동 에너지가 회전운동 에너지로의 변환 없이 횡자속 선형발전기(400)의 이동자(423)에 전달되어 전기에너지로 변환될 수 있게 구성됨으로써, 종래의 회전형 발전기에 비하여 에너지 효율이 보다 향상되는 장점을 가진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관을 이용한 선형발전기에 의하면, 내연기관에서 발생된 피스톤의 기계적인 직선 왕복운동 에너지가 회전운동 에너지로의 변환 없이 이동자에 직접 전달되어 이동자의 직선 왕복운동으로부터 전기에너지가 생산될 수 있게 구성되고, 공진스프링이 피스톤의 운동에너지 일부(관성에너지)를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하여 이동자와 피스톤의 직선 이동을 보조하도록 함으로써, 크랭크 기구 사용에 따른 관성력 손실 및 마찰 손실이 불가피하였던 종래의 회전형 발전기에 비해 에너지 효율이 보다 향상되는 장점을 가진다.

또한, 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 크랭크 기구가 삭제 되는 대신 피스톤과 이동자를 연결하는 직선 이동형 커넥팅 로드가 사용됨으로 해서 전체적인 시스템 구성이 좀더 단순화되고, 이에 제작비 절감 및 경량화의 장점이 있게 된다.

Claims

연소실 내에서 연료 및 공기의 혼합가스를 연소시켜 그 폭발력으로 피스톤을 직선 왕복구동시키는 내연기관과;

코어 및 권선코일로 이루어진 고정자와, 영구자석이 일체로 결합된 종자속 선형발전기 이동자를 포함하여 구성되고, 상기 종자속 선형발전기 이동자가 커넥팅 로드를 통해 상기 내연기관의 피스톤과 연결되어, 이 피스톤의 구동력을 전달받은 종자속 선형발전기 이동자가 직선 왕복구동되면서 상기 고정자의 권선코일에서 발생되는 전기를 전원출력라인을 통해 외부로 제공할 수 있게 된 종자속 선형발전기와;

코어 및 권선코일로 이루어진 고정자와, 영구자석이 일체로 결합된 종자속 선형전동기 이동자를 포함하여 구성되고, 상기 종자속 선형전동기 이동자가 상기 종자속 선형발전기의 이동자를 통해 상기 내연기관의 피스톤과 연결되어, 내연기관의 기동을 위해 전원입력라인을 통해 고정자의 권선코일에 전원이 인가되면 종자속 선형전동기 이동자가 직선구동되면서 그 직선구동력을 전달하여 상기 내연기관의 피스톤을 초기 구동시키는 종자속 선형전동기;

를 포함하여 구성되는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 종자속 선형발전기의 이동자와 내연기관의 실린더 사이에는 종자속 선형발전기의 이동자를 전방에서 탄성 지지하는 제1공진스프링이 설치되고, 상기 종 자속 선형전동기의 이동자와 후방 프레임 사이에는 종자속 선형전동기의 이동자를 후방에서 탄성 지지하는 제2공진스프링이 설치되어, 상기 제1 및 제2공진스프링이 내연기관의 피스톤 및 종자속 선형발전기의 이동자의 움직임에 의해 압축 및 복원되면서 직선 왕복운동 에너지의 일부를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 종자속 선형발전기는,

프레임에 고정된 원통 형태의 외측 코어와, 상기 프레임에 상기 외측 코어 내측으로 일정 간격을 두고 고정되는 내측 코어와, 상기 외측 코어 안쪽에 결합되는 권선코일과, 상기 외측 코어와 내측 코어 사이에 직선 왕복운동 가능하게 삽입되는 원통 형태의 이동자와, 이 이동자에 결합되어 상기 외측 코어와 내측 코어 사이에서 이동하게 되는 영구자석을 포함하여 구성되고, 상기 제1공진스프링의 일단이 이동자 후단의 스프링 장착부에 결합되고 그 타단이 상기 실린더의 외주면상에 결합된 지지블럭에 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 제1공진스프링의 장력이 조절될 수 있도록, 상기 지지블럭은 실린더 외주면상에서 실린더 전후 길이방향을 따라 위치 조절이 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템
청구항 4에 있어서,

상기 지지블럭이 실린더 외주면상의 나사선 가공부위에 나사 체결방식으로 결합되어 회전조작에 의해 위치 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템
청구항 5에 있어서,

상기 지지블럭이 위치 조절된 상태에서 회전되는 것을 방지하기 위하여, 상기 지지블럭 내주면과 실린더 외주면에 키 홈이 형성되고, 양측의 키 홈이 서로 일치된 상태에서 키 홈 내부에 고정키가 끼워지는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 종자속 선형전동기는,

프레임에 고정된 원통 형태의 외측 코어와, 상기 프레임에 상기 외측 코어 내측으로 일정 간격을 두고 고정되는 내측 코어와, 상기 외측 코어 안쪽에 결합되는 권선코일과, 상기 외측 코어와 내측 코어 사이에 직선 왕복운동 가능하게 삽입되는 원통 형태의 이동자와, 이 이동자에 결합되어 상기 외측 코어와 내측 코어 사이에서 이동하게 되는 영구자석을 포함하여 구성되고, 상기 제2공진스프링의 일단이 이동자 전단의 스프링 장착부에 결합되고 그 타단이 상기 후방 프레임에 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 종자속 선형발전기의 이동자 후단에 커넥터가 후방으로 연장 형성되고, 상기 종자속 선형전동기의 이동자 전단에 커넥터가 전방으로 연장 형성되며, 양측의 커넥터가 중간의 커플러를 매개로 연결됨으로써 상기 종자속 선형발전기의 이동자와 상기 종자속 선형전동기의 이동자간에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
연소실 내에서 연료 및 공기의 혼합가스를 연소시켜 그 폭발력으로 피스톤을 직선 왕복구동시키는 내연기관과;

복수개의 고정자 철심 및 권선으로 이루어진 고정자와, 복수개의 이동자 철심 및 영구자석으로 이루어진 횡자속 선형발전기 이동자를 포함하여 구성되고, 상기 횡자속 선형발전기 이동자가 커넥팅 로드를 통해 상기 내연기관의 피스톤과 연결되어, 이 피스톤의 구동력을 전달받은 횡자속 선형발전기 이동자가 직선 왕복구동되면서 상기 고정자의 권선에서 발생되는 전기를 전원출력라인을 통해 외부로 제공할 수 있게 된 횡자속 선형발전기와;

복수개의 고정자 철심 및 권선으로 이루어진 고정자와, 복수개의 이동자 철심 및 영구자석으로 이루어진 횡자속 선형전동기 이동자를 포함하여 구성되고, 상기 횡자속 선형전동기 이동자가 상기 횡자속 선형발전기의 이동자를 통해 상기 내연기관의 피스톤과 연결되어, 내연기관의 기동을 위해 전원입력라인을 통해 고정자의 권선에 전원이 인가되면 횡자속 선형전동기 이동자가 직선구동되면서 그 직선구동력을 전달하여 상기 내연기관의 피스톤을 초기 구동시키는 횡자속 선형전동기;

를 포함하여 구성되는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 커넥팅 로드에 제1스프링 장착부가 반경방향으로 돌출되도록 일체로 설치되고, 이 제1스프링 장착부와 상기 내연기관의 실린더 외주면상에 결합된 지지블럭 사이에는 상기 커넥팅 로드 및 이동자를 탄성 지지하는 전방의 제1공진스프링이 설치되며, 상기 제1스프링 장착부와 후방의 고정 프레임에 일체로 설치된 제2스프링 장착부 사이에는 상기 커넥팅 로드 및 이동자를 탄성 지지하는 후방의 제2공진스프링이 설치되어, 상기 제1 및 제2공진스프링이 내연기관의 피스톤 및 횡자속 선 형발전기의 이동자의 움직임에 의해 압축 및 복원되면서 직선 왕복운동 에너지의 일부를 축적 후 탄성에너지 형태로 방출하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 제1공진스프링의 장력이 조절될 수 있도록, 상기 지지블럭은 실린더 외주면상에서 실린더 전후 길이방향을 따라 위치 조절이 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템
청구항 11에 있어서,

상기 지지블럭이 실린더 외주면상의 나사선 가공부위에 나사 체결방식으로 결합되어 회전조작에 의해 위치 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템
청구항 12에 있어서,

상기 지지블럭이 위치 조절된 상태에서 회전되는 것을 방지하기 위하여, 상기 지지블럭 내주면과 실린더 외주면에 키 홈이 형성되고, 양측의 키 홈이 서로 일 치된 상태에서 키 홈 내부에 고정키가 끼워지는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 횡자속 선형발전기와 상기 횡자속 선형전동기는,

각각 일정 간격을 두고 배치되는 고정자 철심들과 이 고정자 철심들을 감고 있는 권선으로 이루어져 있으면서 서로 마주보게 배치되는 상측 고정자 및 하측 고정자와, 이웃하는 이동자 철심들을 사이에 두고 영구자석들이 배치되는 구조로 되어 있으면서 상기 상측 고정자와 하측 고정자 사이에서 직선 구동되는 이동자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 횡자속 선형발전기의 이동자 후단에 커넥터가 후방으로 연장 형성되고, 상기 횡자속 선형전동기의 이동자 전단에 커넥터가 전방으로 연장 형성되며, 양측의 커넥터가 중간의 커플러를 매개로 연결됨으로써 상기 횡자속 선형발전기의 이동자와 상기 횡자속 선형전동기의 이동자간에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템.