KR101162477B1 - 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기 - Google Patents

다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기 Download PDF

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KR101162477B1
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이희형
백 희 원
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Abstract

본 발명은 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기에 관한 것으로, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 외부 동력원에 의해 회전되는 제 1 회전자와, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 내부 지름이 상기 제 1 회전자의 외부 지름보다 커 제 1 회전자의 바깥 둘레 면과 소정 간격을 두고 떨어지며 외부 동력원에 의해 제 1 회전자와 함께 회전되는 제 2 회전자, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자와 제 2 회전자 사이에 끼워지며 회전하는 제 1 회전자와 제 2 회전자에 대하여 정지 설치된 제 1 고정자, 상기 제 1 회전자의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 1 영구 자석, 상기 제 2 회전자의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 2 영구 자석, 및 상기 제 1 고정자의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 제 1 영구 자석과 제 2 영구 자석으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선되며 제 1 영구 자석과 제 2 영구 자석이 제 1 회전자와 제 2 회전자를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 1 코일로 이루어질 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 다층 고정자에 갖추어진 서로 이웃한 어느 한 개의 고정자와 다른 한 개의 고정자 사이에 외부 동력원에 의해 회전될 수 있는 회전자를 끼워 넣었다.
또한, 상기 고정된 고정자에 대하여 회전자가 원활하게 회전될 수 있도록 고정자와 회전자 사이에 베어링을 끼워넣었다. 또, 상기 각각의 회전자에 영구 자석을 장착시켰으며, 고정자의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 영구 자석으로부터 발생 된 자계에 쇄교되도록 권선 된 코일을 부가 장착시켰다. 이때, 상기 영구 자석이 장착된 회전자가 어느 한 방향으로 회전되면, 상기 고정자에 장착된 코일에 전자기 유도 현상에 의한 유도 기전력이 발생한다.

Description

다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기{POWER GENERATOR HAVING MULTILAYER COIL AND MULTILAYER PERMANENT MAGNET}
본 발명은 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부 동력원에 의해 회전되는 다층 영구 자석들 사이 사이에 고정된 코일을 끼워넣어 코일의 양끝단으로부터 유도 기전력을 얻어낼 수 있도록 한 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기라 함은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기를 말한다.
즉, 발전기는 자기장을 만들기 위한 자석과 기전력을 발생시키는 도체가 상대 회전하도록 구성되는 것이다.
이에 종래의 발전기는 외력에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 회전축에 의해 회전하며 다수로 권선 되어 있는 코일을 포함하는 회전자, 상기 회전자의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석을 포함하는 고정자로 구성될 수 있다.
즉, 외력에 의해 회전축이 회전하면, 회전축에 연결된 회전자가 회전하고, 상기 고정자는 정지 상태를 유지하게 된다.
이때, 상기 코일에는 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력이 발생한다.
한편, 본 발명의 배경이 되는 기술로는 출원 번호 "20-2006-0004790"호의 "발전기"가 있는바, 상기 발전기는 외력에 의해 회전되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 회전축에 의해 회전되며, 다수로 권선 되어 있는 코일을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석을 포함하는 고정자로 구성된 발전기에 있어서, 상기 회전자와 상기 고정자는 서로 반대 방향으로 동시 회전됨을 특징으로 한다.
본 발명은 발전기의 부피를 줄임과 동시에 발전기의 발전 성능을 향상시킬 수 있도록 한 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 외부 동력원에 의해 회전되는 제 1 회전자와, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 내부 지름이 상기 제 1 회전자의 외부 지름보다 커 제 1 회전자의 바깥 둘레 면과 소정 간격을 두고 떨어지며 외부 동력원에 의해 제 1 회전자와 함께 회전되는 제 2 회전자, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자와 제 2 회전자 사이에 끼워지며 회전하는 제 1 회전자와 제 2 회전자에 대하여 정지 설치된 제 1 고정자, 상기 제 1 회전자의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 1 영구 자석, 상기 제 2 회전자의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 2 영구 자석, 및 상기 제 1 고정자의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 제 1 영구 자석과 제 2 영구 자석으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선되며 제 1 영구 자석과 제 2 영구 자석이 제 1 회전자와 제 2 회전자를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 1 코일로 이루어질 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 다층 고정자에 갖추어진 서로 이웃한 어느 한 개의 고정자와 다른 한 개의 고정자 사이에 외부 동력원에 의해 회전될 수 있는 회전자를 끼워 넣었다.
또한, 상기 고정된 고정자에 대하여 회전자가 원활하게 회전될 수 있도록 고정자와 회전자 사이에 베어링을 끼워넣었다.
또, 상기 각각의 회전자에 영구 자석을 장착시켰으며, 고정자의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 영구 자석으로부터 발생 된 자계에 쇄교 되도록 권선 된 코일을 부가 장착시켰다.
이때, 상기 영구 자석이 장착된 회전자가 어느 한 방향으로 회전되면, 상기 고정자에 장착된 코일에 전자기 유도 현상에 의한 유도 기전력이 발생한다.
따라서, 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 다층 영구 자석 사이 사이에 다층 코일을 끼워 넣어 발전기의 발전 성능을 높일 수 있다.
도면 1은 본 발명의 제 1 실시 예를 횡 방향으로 자른 단면도,
도면 2는 본 발명의 제 1 실시 예를 종 방향으로 자른 단면도,
도면 3은 본 발명의 제 2 실시 예를 횡 방향으로 자른 단면도,
도면 4는 본 발명의 제 2 실시 예를 종 방향으로 자른 단면도,
도면 5는 본 발명의 제 3 실시 예를 횡 방향으로 자른 단면도,
도면 6은 본 발명의 제 3 실시 예를 종 방향으로 자른 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기의 일 실시 예는 도면 1에 도시한 바와 같이, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 외부 동력원에 의해 회전되는 제 1 회전자(1)와, 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 내부 지름이 상기 제 1 회전자(1)의 외부 지름보다 커 제 1 회전자(1)의 바깥 둘레 면과 소정 간격을 사이에 두고 떨어지며 외부 동력원에 의해 제 1 회전자(1)와 함께 회전되는 제 2 회전자(3), 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 사이에 끼워지며 회전하는 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)에 대하여 정지 설치된 제 1 고정자(5), 상기 제 1 회전자(1)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 1 영구 자석(7), 상기 제 2 회전자(3)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 2 영구 자석(9), 및 상기 제 1 고정자(5)의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선 되며 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 1 코일(11)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전자(1)와 제 1 고정자(5) 사이 그리고 제 2 회전자(3)와 제 1 고정자(5) 사이에는 도면 2에 도시한 바와 같이, 고정된 제 1 고정자(5)에 대하여 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)가 원활하게 회전되도록 제 1 베어링(13)이 장착됨이 바람직하다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 제 1 실시 예가 동작 되는 과정을 도면 1과 도면 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고정된 제 1 고정자(5)에 대하여 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)가 외부 동력원에 의해 회전되면, 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전되고, 상기 제 1 코일(11)은 제 1 고정자(5)에 고정 설치되어 정지된다.
따라서, 고정된 상기 제 1 코일(11)에 대하여 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 회전되므로 상기 제 1 코일(11)은 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하게 된다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예는 도면 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 갖추어진 상기 제 1 회전자(1)의 내측에 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자(1)와 소정 간격 떨어지면서 제 1 고정자(5)와 일체로 결합되어 정지 설치된 제 2 고정자(15)를 부가 장착시키고, 상기 제 2 고정자(15)의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선 되면서 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 2 코일(17)을 부가 장착시켜 구성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전자(1)와 제 2 고정자(15) 사이에는 도면 4에 도시한 바와 같이, 고정된 제 2 고정자(15)에 대하여 제 1 회전자(1)가 원활하게 회전 되도록 제 2 베어링(19)이 장착됨이 바람직하다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 제 2 실시 예가 동작되는 과정을 도면 3과 도면 4를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고정된 제 1 고정자(5)와 제 2 고정자(15)에 대하여 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)가 외부 동력원에 의해 회전되면, 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 각각 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전되고, 상기 제 1 코일(11)과 제 2 코일(17)은 각각 제 1 고정자(5)와 제 2 고정자(15)에 고정 설치되어 정지된다.
따라서, 고정된 제 1 코일(11)과 제 2 코일(17)에 대하여 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 회전되므로 상기 제 1 코일(11)과 제 2 코일(17)은 전자기 유도 현상에 의해 유도 기기전력을 발생하게 된다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예는 도면 5에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 회전자(3)의 바깥에 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 제 1 고정자(5)와 함께 정지 설치된 2개 이상의 추가 고정자(21)가 소정 간격을 사이에 두고 겹쳐지며, 상기 서로 이웃한 어느 한 개의 추가 고정자(21)와 다른 한 개의 추가 고정자(21) 사이에는 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 제 1 회전자(1) 및 제 2 회전자(3)와 함께 회전되는 추가 회전자(23)가 끼워질 수 있다.
또한, 상기 추가 회전자(23)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에는 추가 영구 자석(25)이 부가 장착될 수 있고, 상기 추가 고정자(21)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에는 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선되며 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)이 각각 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 및 추가 회전자(23)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 추가 코일(27)이 부가 장착될 수 있다.
또, 상기 제 2 회전자(3)와 추가 고정자(21) 사이에는 도면 6에 도시한 바와 같이, 고정된 추가 고정자(21)에 대하여 제 2 회전자(3)가 원활하게 회전 되도록 제 3 베어링(29)이 장착될 수 있다.
또, 상기 추가 고정자(21)와 추가 회전자(23) 사이에는 고정된 추가 고정자(21)에 대하여 추가 회전자(23)가 원활하게 회전되도록 제 4 베어링(31)이 장착될 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 제 3 실시 예가 동작 되는 과정을 도면 5와 도면 6을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고정된 제 1 고정자(5)와 추가 고정자(21)에 대하여 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 및 추가 회전자(23)가 외부 동력원에 의해 회전되면, 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)이 각각 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 및 추가 회전자(23)를 따라 회전되고, 상기 제 1 코일(11)과 추가 코일(27)은 각각 제 1 고정자(5)와 추가 고정자(21)에 고정 설치되어 정지된다.
따라서, 고정된 제 1 코일(11)과 추가 코일(27)에 대하여 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)이 회전되므로 상기 제 1 코일(11)과 추가 코일(27)은 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하게 된다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 다층 고정자에 갖추어진 서로 이웃한 어느 한 개의 고정자와 다른 한 개의 고정자 사이에 외부 동력원에 의해 회전될 수 있는 회전자를 끼워 넣었다.
또한, 상기 고정된 고정자에 대하여 회전자가 원활하게 회전될 수 있도록 고정자와 회전자 사이에 베어링을 끼워넣었다.
또, 상기 각각의 회전자에 영구 자석을 장착시켰으며, 고정자의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 영구 자석으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선 된 코일을 부가 장착시켰다.
이때, 상기 영구 자석이 장착된 회전자가 어느 한 방향으로 회전되면, 상기 고정자에 장착된 코일에 전자기 유도 현상에 의한 유도 기전력이 발생한다.
따라서, 본 발명에 따른 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기는 다층 영구 자석 사이 사이에 다층 코일을 끼워 넣어 발전기의 발전 성능을 높일 수 있다.
1. 제 1 회전자 3. 제 2 회전자
5. 제 1 고정자 7. 제 1 영구 자석
9. 제 2 영구 자석 11. 제 1 코일
13. 제 1 베어링 15. 제 2 고정자
17. 제 2 코일 19. 제 2 베어링
21. 추가 고정자 23. 추가 회전자
25. 추가 영구 자석 27. 추가 코일
29. 제 3 베어링 31. 제 4 베어링

Claims (7)

  1. 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 외부 동력원에 의해 회전되는 제 1 회전자(1)와;
    속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 내부 지름이 상기 제 1 회전자(1)의 외부 지름보다 커 제 1 회전자(1)의 바깥 둘레 면과 소정 간격을 사이에 두고 떨어지며 외부 동력원에 의해 제 1 회전자(1)와 함께 회전되는 제 2 회전자(3);
    속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 사이에 끼워지며 회전하는 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)에 대하여 정지 설치된 제 1 고정자(5);
    상기 제 1 회전자(1)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 1 영구 자석(7);
    상기 제 2 회전자(3)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에 장착된 제 2 영구 자석(9);
    및 상기 제 1 고정자(5)의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선되며 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 1 코일(11)로 이루어지고,
    상기 제 1 회전자(1)와 제 1 고정자(5) 사이 그리고 제 2 회전자(3)와 제 1 고정자(5) 사이에는 고정된 제 1 고정자(5)에 대하여 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)가 원활하게 회전되도록 제 1 베어링(13)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 회전자(1)의 내측에는 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 상기 제 1 회전자(1)와 소정 간격 떨어지면서 제 1 고정자(5)와 일체로 결합되어 정지 설치된 제 2 고정자(15)가 장착되고,
    상기 제 2 고정자(15)의 외부 둘레 면이나 내부 둘레 면에는 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)으로부터 발생된 자계에 쇄교 되도록 권선되며 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9)이 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 제 2 코일(17)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 회전자(1)와 제 2 고정자(15) 사이에는 고정된 제 2 고정자(15)에 대하여 제 1 회전자(1)가 원활하게 회전되도록 제 2 베어링(19)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 회전자(3)의 바깥에는 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 제 1 고정자(5)와 함께 정지 설치된 2개 이상의 추가 고정자(21)가 소정 간격을 사이에 두고 겹쳐지며,
    상기 서로 이웃한 어느 한 개의 추가 고정자(21)와 다른 한 개의 추가 고정자(21) 사이에는 속이 빈 원통 형태로 이루어짐과 더불어 강자성체로 이루어지고 제 1 회전자(1) 및 제 2 회전자(3)와 함께 회전되는 추가 회전자(23)가 끼워지고,
    상기 추가 회전자(23)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에는 추가 영구 자석(25)이 장착되고,
    상기 추가 고정자(21)의 내부 둘레 면이나 외부 둘레 면에는 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)으로부터 발생된 자계에 쇄교되도록 권선되며 제 1 영구 자석(7)과 제 2 영구 자석(9) 및 추가 영구 자석(25)이 각각 제 1 회전자(1)와 제 2 회전자(3) 및 추가 회전자(23)를 따라 회전될 때 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력을 발생하는 추가 코일(27)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 회전자(3)와 추가 고정자(21) 사이에는 고정된 추가 고정자(21)에 대하여 제 2 회전자(3)가 원활하게 회전되도록 제 3 베어링(29)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 추가 고정자(21)와 추가 회전자(23) 사이에는 고정된 추가 고정자(21)에 대하여 추가 회전자(23)가 원활하게 회전되도록 제 4 베어링(31)이 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 코일과 다층 영구 자석이 장착된 발전기.
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