KR100834498B1

KR100834498B1 - 단극 발전기

Info

Publication number: KR100834498B1
Application number: KR1020060049956A
Authority: KR
Inventors: 김나현; 김재현
Original assignee: 김나현; 김재현
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2008-06-02
Also published as: KR20070115465A

Abstract

본 발명은 단극 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브러시의 마모로 인한 열화현상이 전혀없는 무브러시 단극 발전기를 제공하면서 동기 구동의 정확성을 기할 수 있고, 제작의 용이성을 확보할 수 있도록 한 무브러시 단극 발전기에 관한 것으로서, 케이스(1)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 구동축(2)의 회전에 의해서 고정축(9)을 중심으로 회전하고, 내부에 한 쌍의 영구자석(8)(8a)을 갖는 하우징(3)과; 상기 하우징(3)의 내부에 편심되게 축지된 아이들 원판(5)과; 상기 아이들 원판(5)의 전.후방측의 고정축(9)에 고정되고, 하우징(3)의 영구자석(8)(8a)과 대향되는 한 쌍의 (+)(-)도체원판(7)(7a)과; 상기 아이들 원판(5)과 (+)(-)도체원판(7)(7a)의 사이를 연결하는 도전벨트(6)와; 상기 (+)(-)도체원판(7)(7a)과 고정축(9)의 단부측에 각각 형성되는 (+)(-)단자(12)(13)의 사이를 연통하도록 고정축(9)과 절연된 (+)(-)전극(10)(11);으로 이루어짐으로써 기존에 브러시의 마모로 인한 열화현상을 완전히 제거할 수 있을 뿐만 아니라 동기 구동의 정확성을 기할 수 있고, 또한 구조의 단순화로 제작의 용이성 확보는 물론 무브러시 단극 발전기가 가질 수 있는 중량의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 갖게 된다.

구동축, 하우징, 아이들 원판, 도전벨트, 도체원판, 영구자석

Description

단극 발전기{homopolar dynamo}

도 1은 종래의 원판형 단극 발전기를 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 원통형 단극 발전기를 나타낸 사시도.

도 3은 종래의 동기구동형 단극 발전기를 나타낸 정면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 것으로서,

도 4a는 종단면도.

도 4b는 측면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 것으로서,

도 5a는 종단면도.

도 5b는 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:케이스 2:구동축

3:하우징 4:아이들 축

5:아이들 원판 6:도전벨트

7,7a:도체원판 8,8a:영구자석

9:고정축 10,11:(+)(-)전극

12,13:(+)(-)단자

본 발명은 단극 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브러시의 마모로 인한 열화현상이 전혀없는 무브러시 단극 발전기를 제공하면서 동기 구동의 정확성을 기할 수 있고, 제작의 용이성을 확보할 수 있도록 한 무브러시 단극 발전기에 관한 것이다.

통상의 단극 발전기(homopolar dynamo)는 도 1에 도시된 바와 같이 고정자 역할을 하는 원반형의 영구자석(101)에 회전자 역할을 하는 원판형의 금속판(102)을 근접하여 빠르게 회전시켜 전류가 흐르는 것과 같은 결과를 얻어 (+)(-) 브러시(103)(103a)의 접촉에 의해서 부하(104)에 전류를 공급하도록 되어 있고, 상기 금속판(102)은 도체로써 축(105)에 의해서 회전하도록 되어 있다.

이는 플레밍의 오른손 법칙이 적용되는 것으로서, 자기장이 있는 공간에 도체막대를 움직이면 도체 내부의 전자도 막대를 따라 움직이게 되고, 이 도체내 전자의 움직임으로 인해 자기장이 생기고 외부자기장과 상호작용하여 전자가 힘을 받아 움직이게 된다.

이 전자가 도체내부에서 움직이기 때문에 전기가 흐르게 되는 것이다. 즉, 건전지가 없어도 자기장 내에서 도체막대를 움직이는 것만으로도 도체막대의 내부에 전류가 흐르게 되는 것이다. 이때 도체막대의 내부에서만 전류가 흐르면 얼마 못가서 멈추게 되므로 도체막대 외부로 도선이 연결되어 있으면 도선을 따라 전류 가 계속해서 흘러가게 되는 것으로서, 이를 통상 유도전류라고 하고, 유도전류의 방향을 찾는 방법을 제시한 것이 플레밍의 오른손 법칙인 것이다.

막대를 움직이게 하는 힘을 F, 자기장을 B, 유도전류의 방향을 I라고 할 때, 오른손의 엄지, 중지, 검지를 서로 직각이 되도록 펴면,

엄지=F(막대를 움직이는 힘)의 방향

검지=B(자기장)의 방향

중지=I(유도전류)의 방향이 된다.

한편, 이러한 단극 발전기는 도체의 움직임이 빠를수록 전류를 많이 흐르게 할 수 있는 것으로서, 도 1에 도시된 단극 발전기의 경우에는 원판형의 금속판(102)이 다소 큰 직경으로 형성되어 있기 때문에 원주속도가 빨라 브러시가 쉽게 마모되는 단점이 있다.

이에 따라 근래에는 도 2에 도시된 바와 같은 원통형 단극 발전기가 제안된 바 있는 것으로서, 이는 축(111)과 절연된 원통도체(112)의 바깥쪽에 이것과 동심적으로 배치된 원통상의 철심(113)과 이 철심에 감긴 계자권선(114)으로 이루어져 전기자 도체인 원통도체(112)만을 회전한다. 자속(115)은 전 원주에 대해서 모두 동일 방향으로 원통도체(112)를 끊기 때문에 원통도체(112)에는 동일 방향의 기전력을 발생하게 되는 것이며, 상기 원통도체(112)에 (+)(-) 브러시(116)(116a)를 원통도체(112)에 접지시킴으로써 전류를 흐르게 할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기한 원통형 단극 발전기는 도 1에 도시된 바와 같이 회전자가 원판형태로 된 단극 발전기에 비해 원주속도가 느리기 때문에 브러시의 마모가 줄어 들게 되지만, 이 역시 원통도체와 브러시 간의 마찰에 의한 열화현상과 마모에 따른 문제점을 갖고 있다.

도 3은 종래의 단극 발전기를 또다른 양상을 나타낸 회로도이다.

이에 도시된 바와 같은 단극 발전기는 축(121)(121a)에 의해서 회전하는 두개의 원판도체(122)(122a)를 동기 구동벨트(123)로 서로 연결하여 같은 방향으로 회전할 수 있도록 구성하고, 상기 원판도체(122)(122a)의 축(121)(121a)에 브러시(124)(124a)를 접지시켜 전류가 흐르게 함으로써 부하(125)에 전기 공급이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

그러나, 이 역시 축과 브러시 간의 마찰저항을 전혀 피할 수 없고, 동기 구동방식이므로 불균형이 발생하지 않도록 높은 정확성이 요구되므로 제작과 운전시에 어려움을 초래하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 브러시의 마모로 인한 열화현상이 전혀없는 무브러시 단극 발전기를 제공하면서 동기 구동의 정확성을 기할 수 있고, 제작의 용이성을 확보할 수 있도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 케이스의 내부에 회전 가능하게 지지되는 구동축의 회전에 의해서 고정축을 중심으로 회전하고, 내부에 한 쌍의 영구자석을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내부에 편심되게 축지된 아이들 원판과; 상기 아이들 원판의 전.후방측의 고정축에 고정되고, 하우징의 영구자석과 대향되 는 한 쌍의 (+)(-)도체원판과; 상기 아이들 원판과 (+)(-)도체원판의 사이를 연결하는 도전벨트와; 상기 (+)(-)도체원판과 고정축의 단부측에 각각 형성되는 (+)(-)단자의 사이를 연통하도록 고정축과 절연된 (+)(-)전극;으로 이루어진 것을 특징으로 한 단극 발전기가 제공된다.

또한, 상기 아이들 원판(5)은 (+)(-)도체원판을 중심으로 하우징 내부의 상.하부에 제1,2 아이들 원판의 복수개로 형성하여 상기 (+)(-)도체원판과 도전벨트(6)로 연결하여서 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 것으로서, 도 4a는 종단면도이고, 도 4b는 측면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명은 케이스(1)의 내부에 하우징(3)이 구비되고, 상기 하우징(3)은 베어링에 의해서 케이스(1)에 회전 가능하게 지지된 후방측 구동축(2)과 일체로 형성된다.

그리고, 상기 구동축(2)과 동축을 이루는 고정축(9)의 일단은 케이스(1)의 외부로 돌출되고, 타측부는 하우징(3)의 내부에 베어링으로 지지된다.

또한, 상기 하우징(3)의 내부에는 고정축(9)과 편심된 아이들 원판(5)이 베어링에 의해서 하우징(3)에 회전 가능하게 지지된 아이들 축(4)에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 아이들 원판(5)을 중심으로 한 고정축(9)의 전.후방측에는 한 쌍의 도체원판(7)(7a)이 고정된다.

상기 하우징(3)은 도체원판(7)(7a)과 대향되는 한 쌍의 영구자석(8)(8a)을 포함하는 것이며, 본 발명은 상기 영구자석(8)(8a)의 회전에 의해서 기전력이 발생되도록 구성한 것으로서, 도체원판(7)(7a) 간의 동기 구동을 위해서 상기 도체원판(7)(7a)과 아이들 원판(5)은 도전벨트(6)로 연결된다.

이와함께 케이스(1)의 외부로 돌출된 고정축(9)의 단부측에는 (+)(-)단자(12)(13)가 구비되고, 상기 (+)(-)단자(12)(13)측으로 도체원판(7)(7a)의 기전력이 전달될 수 있도록 이들의 사이에 고정축(9)과 절연된 (+)(-)전극(10)(11)이 형성된다.

이와같이 구성된 본 발명은 구동축(2)에 의해서 하우징(3)이 화살표 방향으로 회전하게 되면, 아이들 원판(5)은 같은 방향으로 공전하게 되는데, 이때 상기 아이들 원판(5)은 고정축(9)에 고정된 도체원판(7)(7a)과 도전벨트(6)로 연결되어 있기 때문에 화살표의 반대방향으로 자전하면서 공전을 함께 하게 된다.

이에 따라 회전하는 영구자석(8)(8a)에 의해서 도체원판(7)(7a)에 기전력이 발생하게 되고, 이 기전력은 도전벨트(6)로 서로 연결되어 통전된 도체원판(7)(7a)의 각 (+)(-)전극(10)(11)을 통해 (+)(-)단자로 흘러 들어가게 됨으로써 별도의 브러시 없이 전류의 사용이 가능해지는 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 것으로서, 도 5a는 종단면도이고, 도 5b는 측면도이다.

이에 도시된 바와 같은 본 발명은 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로 케이 스(1)의 내부에 하우징(3)이 구비되고, 상기 하우징(3)은 베어링에 의해서 케이스(1)에 회전 가능하게 지지된 후방측 구동축(2)과 일체로 형성된다.

또한, 상기 하우징(3)의 내부에는 고정축(9)과 편심된 아이들 원판(5)이, 제1 아이들 원판(5) 및 제2 아이들 원판(5)의 복수개로 형성되어 하우징(3)에 설치되는 것으로서, 상기 제1,2 아이들 원판(5a)(5b)은 베어링에 의해서 하우징(3)에 회전 가능하게 지지된 아이들 축(4)에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 아이들 원판(5)을 중심으로 한 고정축(9)의 전.후방측에는 본 발명의 제1 실시예와 같이 한 쌍의 도체원판(7)(7a)이 고정된다.

상기 하우징(3)은 도체원판(7)(7a)과 대향되는 한 쌍의 영구자석(8)(8a)을 포함하며, 본 발명은 상기 영구자석(8)(8a)의 회전에 의해서 기전력이 발생되도록 구성한 것으로서, 도체원판(7)(7a)과 아이들 원판(5)은 도전벨트(6)로 연결된다.

이와같이 구성된 본 발명은 구동축(2)에 의해서 하우징(3)이 화살표 방향으로 회전하게 되면, 아이들 원판(5)은 같은 방향으로 공전하게 되는데, 이때 상기 제1,2 아이들 원판(5a)(5b)은 고정축(9)에 고정된 도체원판(7)(7a)과 도전벨트(6) 로 연결되어 있기 때문에 화살표의 반대방향으로 자전하면서 공전을 함께 하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 원판형태의 영구자석을 회전시켜 도체원판에 기전력이 발생되게 하고, 이 기전력은 공전하는 아이들 원판과 연결된 도전벨트를 통하여 도체원판 간의 동기 구동이 되어 전극을 통하여 외부로 인출될 수 있도록 함으로써 별도의 브러시가 불필요하게 되어 기존에 브러시의 마모로 인한 열화현상을 완전히 제거할 수 있을 뿐만 아니라 동기 구동의 정확성을 기할 수 있고, 또한 구조의 단순화로 제작의 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

케이스(1)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 구동축(2)의 회전에 의해서 고정축(9)을 중심으로 회전하고, 내부에 한 쌍의 영구자석(8)(8a)을 갖는 하우징(3)과;

상기 하우징(3)의 내부에 편심되게 축지된 아이들 원판(5)과;

상기 아이들 원판(5)의 전.후방측의 고정축(9)에 고정되고, 하우징(3)의 영구자석(8)(8a)과 대향되는 한 쌍의 (+)(-)도체원판(7)(7a)과;

상기 아이들 원판(5)과 (+)(-)도체원판(7)(7a)의 사이를 연결하는 도전벨트(6)와;

상기 (+)(-)도체원판(7)(7a)과 고정축(9)의 단부측에 각각 형성되는 (+)(-)단자(12)(13)의 사이를 연통하도록 고정축(9)과 절연된 (+)(-)전극(10)(11);으로 이루어진 것을 특징으로 한 단극 발전기.
제1항에 있어서,

상기 아이들 원판(5)은 (+)(-)도체원판(7)(7a)을 중심으로 하우징(3) 내부의 상.하부에 제1,2 아이들 원판(5a)(5b)의 복수개로 형성하여 상기 (+)(-)도체원판(7)(7a)과 도전벨트(6)로 연결하여서 된 것을 특징으로 한 단극 발전기.