KR20120044212A - 합성 자속 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성 자속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 코어의 외부에 장착되고 권선된 전기코일에 전류를 입력하여 발생하는 자속을 부 자속으로 사용하고, 상기 코어의 부분에 부착된 다수 개의 영구자석에서 발생하는 크고 강력한 자속을 주 자속 (main flux)으로 사용함으로써, 상기 전기코일에서 발생한 부 자속이 상기 다수 개의 영구자석에서 발생한 강력한 주 자속을 제어하여 강력하고 큰 합성자속을 출력할 수 있는 합성 자속 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

합성 자속 제어 장치 및 방법 {The control device for the composition magnetic flux and method thereof}
본 발명은 합성 자속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 코어의 외부에 장착되고 권선된 전기코일에 전류를 입력하여 발생하는 자속을 부 자속으로 사용하고, 상기 코어의 부분에 부착된 다수 개의 영구자석에서 발생하는 크고 강력한 자속을 주 자속 (main flux)으로 사용함으로써, 상기 전기코일에서 발생한 부 자속이 상기 다수 개의 영구자석에서 발생한 강력한 주 자속을 제어하여 강력하고 큰 합성자속을 출력할 수 있는 합성 자속 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 합성 자속으로 작동하는 자석 장치와 모터와 합성자속을 전기로 변환하는 변전기에 사용되고 있는 합성자속을 제어 출력하는 장치에 관한 것이다. 종래 기술의 전기코일에서 발생한 자속과 영구자석의 자속을 사용하는 합성자속 출력장치들의 합성자속의 출력은 작고 약하다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 코어의 외부에 장착되고 권선된 전기코일에 전류를 입력하여 발생하는 자속이 부 자속으로 사용되고, 상기 코어의 부분에 부착된 다수 개의 영구자석에서 발생하는 크고 강력한 자속이 주 자속 (main flux)으로 사용되어, 상기 전기코일에서 발생한 부 자속이 상기 다수 개의 영구자석에서 발생한 강력한 주 자속을 제어하여 강력하고 큰 합성자속을 출력할 수 있는 합성 자속 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 합성 자속 제어 장치는 코어와 상기 코어의 외부에 권선된 전기 코일을 포함하는 부 자속과 상기 부 자속의 코어 양단에 결합된 다수 개의 영구자석으로 구성된 주 자속을 포함하고, 상기 부 자속의 전기 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 상기 주 자속의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 주자속은 상기 부 자속의 코어의 양단에 각각 영구자석이 적어도 2개가 결합되되, 상기 코어의 양단에 결합되는 영구자석의 자극이 상호 반대가 되도록 결합되거나 또는 상기 영구자석의 자극이 상호 일치되도록 결합된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 부자속은 제 1 부자속과 제 2 부자속이 한쌍으로 구성되고, 상기 주자속은 상기 제 1 부자속과 제 2 부자속의 각 코어의 양단에 영구자석이 적어도 2개가 결합되고, 상기 각 코어 양단에 결합하는 영구자석은 자극이 같지만 제 1 부자속의 코어에 결합된 영구자석과 제 2 부자속에 결합된 영구자석의 자극이 반대가 되도록 배치되고, 상기 제 1 부자속과 제 2 부자속의 각 코어에 결합된 영구자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 각 코어에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부자속은 상기 코어 양단에서 연장된 상기 코어와 수평이 아닌 상태로 연장된 연장부를 구비하고, 상기 주자속은 상기 연장부 양단에 적어도 2개의 영구자석이 결합되되, 상기 연장 코어 양단의 영구자석은 자극이 반대가 되도록 배치되고, 상기 결합된 영구자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 연장부 양단에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 부자속은 2개의 전기 코일과 상기 2개의 전기 코일을 관통하되 하나로 연결된 코어를 포함하고, 상기 주자속은 상기 코어 양단에 다수 개의 영구자석이 결합되되, 각 단에 결합된 영구 자석의 자극은 반대이고, 상기 각 단에 결합된 영구 자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 코어 양단에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부자속은 상기 코어 양단에 상기 코어와 수직 방향으로 결합되는 제 1 부코어와 제 2 부코어를 구비하고, 상기 주자속은 상기 각 부 코어의 양단에 영구자석이 적어도 2개가 결합되고, 상기 각 부 코어 양단에 결합하는 영구자석은 자극이 같지만 제 1 부 코어에 결합된 영구자석과 제 2 부코어에 결합된 영구자석의 자극이 반대가 되도록 배치되고, 상기 제 1 부코어와 제 2 부코어에 연결된 영구자석 중 적어도 하나가 상호 결합된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 코어는 연철과 페라이트와 규소강과 퍼멀로이를 포함하는 연자성체 또는 알니코 자석으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영구자석의 결합되지 않은 일단을 상호 연결하여 자속을 집속하고 자기장의 통로를 형성하는 자성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 자성 부재는 연자성 부재 또는 강자성 부재 또는 영구자석으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부자속과 주자속은 다수 개로 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 영구 자석의 위치를 고정하는 고정용 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 합성 자속 제어 장치의 자속 제어 방법은 부자속의 전기 코일에 제 1 방향으로 전류를 인가하여 코어에 자속이 발생하는 단계와 상기 코어의 양단 중 결합된 영구 자석의 자극이 일치하는 제 1단은 강한 합성 자속이 출력되고, 상기 코어의 양단 중 결합된 영구 자석의 자극이 반대인 제 2단은 자속이 상쇄되는 단계와 상기 부자속의 전기 코일에 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 전류를 인가하여 코어에 자속의 극성을 변환하여 발생하는 단계와 상기 제 1단은 결합된 영구 자석의 자극이 반대가 되어 자속이 상쇄되고, 상기 제 2단은 결합된 영구 자석의 자극이 일치하여 강한 합성 자속이 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 합성 자속 제어 장치는 상기 합성자속으로 작동하는 자석 장치와 모터와 합성자속을 전기적으로 변환하여 전류로 출력할 수 있는 장치에 강력한 합성 자속을 제공하여 전력 효율을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 "11" 자형 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 "1"자형 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 3은 도 2의 합성 자속 제어 장치의 코어 양 단 각각에 영구자석이 3방향으로 결합된 것을 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 합성 자속 제어 장치의 코어 양 단 각각에 영구자석이 4방향으로 결합된 것을 도시한 것이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기코일이 1개 구비된 "ㄷ"자형 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기코일이 2개 구비된 "ㄷ"자형 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 "H"자형 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 8은 도 1의 합성 자속 제어 장치의 부자속의 제어에 따른 장치의 자기력 분포를 개략적으로 도시한 것으로, (a)는 합성자속이 상부로 출력되는 자기장 회로도(영구자석을 양방향으로 부착 표시)이고, (b)는 합성자속이 하부로 출력되는 자기장 회로도이다.
도 9는 도 2의 합성 자속 제어 장치의 부자속의 제어에 따른 장치의 자기력 분포를 개략적으로 도시한 것으로, (a)는 합성자속이 출력되는 자기장 회로도(영구자석을 양방향으로 부착한 장치)이고, (b)는 자기장이 내부로 순환하는 자기장 회로도이다.
도 10은 도 6의 합성 자속 제어 장치의 부자속의 제어에 따른 장치의 자기력 분포를 개략적으로 도시한 것으로, (a)는 합성자속이 출력되는 자기장 회로도(영구자석을 양방향으로 부착 표시하고, 전기코일 2개를 부착한 장치)이고, (b)는 자기장이 내부로 순환되는 자기장 회로도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합성 자속 제어 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 구성을 설명한다면, 코어(1)가 있고, 상기 코어의 외부에 장착되고 권선된 전기 코일(2)이 있고, 전류를 입력하여 상기 권선된 전기코일에 의해 자기장이 유도되어 상기 코어 양단에 발생하는 자속들이 부 자속으로 사용된다.
상기 코어의 양단에는 다수 개의 영구자석(3)들이 부착되고, 상기 부착된 영구자석(3)이 주 자속으로 사용된다.
그리고 본 발명에는 자성 부재(6)를 더 포함할 수 있으며, 상기 자성 부재(6)는 상기 코어(1)에 부착되지 않고 있는 상기 다수 개의 영구자석(3)들의 자극들을 상호 연결 부착하여 자속을 집속하며 자기장 내부 통로를 형성하는 역할을 담당한다. 상기와 같은 자성 부재(6)로 인해 주자속으로 이용되는 영구 자석의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 자성 부재(6)의 재질은 모든 연자성 재질이 사용 가능하며, 규소강 극저탄소강 연철 또는 페라이트 계열의 재질이 사용될 수 있다.
또한, 상기 자성 부재(6)는 강자성 재질이나 영구자석으로 구성되어 자속을 집속할 수 있다.
그리고 상기 다수 개의 영구자석들을 일정한 형태로 배열 및 고정하기 위한 고정용 부재(7)를 더 포함할 수 있다.
상기 고정용 부재(7)는 상기 영구자석(3)들이 부착될 때 발생하는 상호 인력과 척력을 극복하여 안정되게 고정하며 상기 영구자석의 착탈을 용이하게 하여 상기 코어에 부착될 수 있다.
상기 다수 개의 영구자석(3)들이 상기 고정용 부재(7)에 의해 일정한 형태의 배열로 고정되어 상기 코어의 부 자속이 있는 부분들에 부착되어 있고, 강력한 주 자속을 발생시키기 위해 상기 부 자속이 있는 코어(1)의 양단 부분에는 상기 다수 개의 영구자석(3)들의 동일한 자극(극성)들만이 부착될 수 있다.
도 8은 도 1의 합성 자속 제어 장치에 따른 자기력선의 분포를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 도 8의 (a)와 같이 전기코일(2)에 제 1 방향으로 전류를 인가하면 자기장이 유도되어 코어(1)의 양단에 형성된 부 자속과 상기 강력한 주 자속의 극성이 일치하는 코어(1)의 일단에서는 상기 부 자속과 상기 주 자속이 합쳐져서 강력한 합성 자속이 되어 상기 코어에서 출력(8)된다.
그리고 상기 코어(1) 부분의 상기 부 자속과 주 자속의 극성이 일치되지 않는 코어(1)의 타단에서는 상기 부 자속과 상기 주 자속이 상쇄되며 상기 코어(1)와 영구자석(3)들의 내부로 통하는 자기장(8-1)이 되어 합성자속이 출력되지 않고 있고(8-1), 상기 코어(1)에 부착되지 않고 있는 상기 영구자석(3)들의 자극들을 상기 자성 부재(6)가 상호 연결 부착하여 자력을 집속하여 주 자속을 증가시키고 자기장 통로를 형성하게 된다.
한편, 전기코일(2)에 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 전류를 인가하면 도 8의 (b)와 같이 자기장이 반대로 유도되어 코어(1)의 양단에 반대 자극의 부자속이 발생하고, 상기 강력한 합성 자속이 발생된 코어(1)의 일단에서는 부 자속과 주 자속이 상쇄된다.
반대로 상기 부 자속과 주 자속이 상쇄되었던 코어(1)의 타단에서는 부 자속과 주 자속이 합쳐져서 강력한 합성 자속이 되어 상기 코어에서 출력(8)된다.
본 발명의 구성 부품을 더욱 상세히 설명한다면 본 발명은 코어(1)가 있어, 상기 코어(1)는 전자석의 코어(1) 또는 알니코 자석을 사용한 가변 영구자석의 코어가 될 수 있다.
또한, 상기 코어(1)는 자속을 전기로 변환하는 변전기의 코어가 될 수 있고, 상기 코어(1)의 재질은 모든 연자성 재질이 될 수 있고, 규소강 극저탄소강 연철 또는 페라이트 계열 또는 퍼말로이 또는 알니코 자석의 재질로 될 수 있다.
상기 코어의 연자성 재질은 투자율이 높고 상기 영구자석들의 부착에 좋은 재료, 철손 발열이 작고 냉각이 잘되는 재료가 바람직하며, 상기 코어가 알니코 자석의 재질로 구성되는 경우는 상기 코어의 전기코일이 있는 부분 만을 알니코 자석의 성분으로 제작될 수 있으며, 상기 코어의 나머지 부분들은 상기 연자성 재료로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합성 자속 제어 장치의 다양한 형태를 도시한 것으로, 특히 코어(1)의 형상에 따라 장치의 배치가 다양하게 구성될 수 있다.
상기 코어(1)의 외양의 형태는 도 1과 같이 제 1 코어와 제 2 코어를 포함하는 "11" 자형("二"으로 변형 가능)으로 구성될 수 있고, 도2 내지 도4와 같이 "1" 자형("一"으로 변형 가능)으로 구성될 수 있고, 도5, 도6과 같이 2개의 전기 코일(2)이 포함되는 "ㄷ"자형("∪","∩","⊃" 변형 가능) 자형으로 구성될 수 있으며, 도7과 같이 코어 양단에 2개의 부코어가 결합된 "H"자형("工" 변형 가능)으로 구성될 수 있다.
또한, 도1의 "11" 자형과 도2, 도3, 도4의 "1" 자형과 도5, 도6의 "ㄷ" 자형을 변형시킨 "ㅁ"형과, 도11내지 도14의 "∈" 자형이 있고, 도7의 "H" 자형을 변형시킨 "日", 자형으로 제작 될 수 있다.
본 발명에는 상기 코어의 외부에 장착되고 권선된 전기코일(2)이 있어, 구리손 발열이 작고 냉각이 잘되도록 권선된 전기코일이 바람직하며, 도2 내지 도 5, 도 7과 같이 상기 전기코일(2)을 하나의 장치에 1개씩 장착하는 형태가 있고, 또는 도1 또는 도6과 같이 상기 권선된 전기코일(2)은 2개 이상 장착될 수 있다.
상기 전기코일(2)에 입력하는 가변 방향의 전류 또는 교류의 흐름을 따라 상기 전기코일(2)의 양쪽 편에 있는 코어에 각각 상기 전류 속성에 따르는 극성을 가지는 자속이 발생하게 된다.
상기 영구자석들은 강력한 주 자속(main flux)을 발생시키기 위해 상기 부 자속이 있는 코어(1)의 양단 부분에는 각각 상기 영구자석(3)들의 동일한 극성의 자극들만이 부착되고 있고, 상기 주 자속의 극성들은 상기 코어(1)의 양단에 있는 2개의 주 자속의 극성을 서로 상이하게 만드는 방법이 있고, 상기 코어(1)의 양단에 있는 2개의 주 자속의 극성을 모두 일치하게 만드는 방법이 있다.
상기 2개의 주 자속의 극성을 서로 상이하게 만드는 방법과 상기 2개의 주 자속의 극성을 모두 일치하게 하는 방법은 상기 장치를 단독으로 사용하거나 또는 2개 이상 연결하여 사용하는 것이 모두 가능하게 되어 있다. 도1, 도2, 도3, 도4에 있어서는 상기 코어(1)의 양단에 있는 2개의 주 자속의 극성은 모두 일치 되어 있고, 도5 내지 도6 도7에 있어서는 상기 주 자속의 극성은 상호 다른 극성으로 되어 있는 예를 보여주며, 상기 주 자속은 상기 전기코일(2)에서 발생한 부 자속으로 제어할 수 있는 한도 내에서 영구자석들의 질량과 수량이 클수록 주 자속이 커지기 때문에 필요한 크기의 주 자속을 발생시키기 위해 다수 개의 영구자석(3)들이 부착되어 사용될 수 있다.
상기 다수 개의 영구자석(3)들은 상기 영구자석 고정용 부재(7)에 고정되어 상기 전기코일의 양쪽 편의 각각 부 자속이 있는 코어를 중심으로 원심방향이 되는 도2의 양방향 또는 도3의 3방향 또는 도4의 십자방향 또는 방사방향 형태로 배열 코어에 부착될 수 있다.
양방향의 부착 형태는 도2와 같이 도합 4개 이상의 영구자석들이 부착될수 있고, 3방향 부착 형태는 도3과 같이 도합 6개 이상의 영구자석들이 부착될 수 있고, 십자방향의 부착 형태는 도4와 같이 도합 8개의 이상의 영구자석들이 부착될 수 있다.
방사방향의 부착 형태는 상기 십자형태의 8개 보다 더 많은 영구자석들이 부착될 수도 있지만 구조가 복잡해지는 문제점이 있으며, 상기 부착되는 다수 개의 영구자석(3)들의 자속의 세기는 상기 전기코일(2)에서 발생하는 부 자속으로 제어 가능한 한도 내에서 정하는 것이 바람직하다.
상기 부착되는 영구자석 1개의 자속의 세기는 상기 전기코일 1개에서 발생하는 자속의 세기와 같거나 약간 작은 것이 바람직하며, 본 발명에 사용될 수 있는 다수 개의 영구자석(3)들의 종류는 네오디뮴 영구자석, 사마리움 영구자석, 기타 희토류 계열의 영구자석들과 페라이트 영구자석 등 모든 종류의 영구자석들이 사용 가능하며, 상기 영구자석들은 보자력과 자속밀도와 자기장의 세기와 큐리 온도의 고저에 따라 선택되어 사용될 수 있다.
본 발명에는 자성부재(6)가 있어, 상기 자성 부재의 재질은 모든 연자성 재질이 사용 가능하며, 규소강 극저탄소강 연철 또는 페라이트 계열의 재질과 모든 자성재료들이 사용될 수 있고, 상기 자성 부재(6)는 상기 코어(1)에 부착되지 않고 있는 상기 다수 개의 영구자석(3)들의 자극들을 상호 연결 부착하여 자속을 집속하며 자기장 내부 통로를 형성하고 있다.
상기 자성 부재(6)를 연결하는 방법은 상기 자성 부재(6)로 상기 코어(1)에 부착되지 않고 있는 영구자석(3)들의 동일한 극성을 가진 자극들만 상호 부착 연결하여 상기와 동일한 극성의 주 자속을 발생하는 상기 코어(1) 또는 상기 코어에 부착된 영구자석(3)의 동일한 극성의 자극에 부착 연결할 수 있다.
또 다른 연결방법은 상기 자성 부재(6)로 상기 코어(1)에 부착되지 않고 있는 상기 영구자석(3)들의 서로 다른 극성을 가진 모든 자극들을 부착 연결하는 방법이 있으며, 상기 자성 부재(6)는 영구자석들의 보자력 유지를 도우며 자기장의 통로가 되며 자속을 집속하여 주 자속을 증가시키고 결국 합성자속의 외부 출력을 증대시키는 역할을 하고 있다.
본 발명은 상기 코어(1)와 상기 권선된 전기코일(2)과 상기 고정용 부재(7)와 상기 고정용 부재에 고정되어 상기 코어에 부착된 다수 개의 영구자석(3)들과 상기 자성 부재(6)를 하나의 장치로 조합하여 도2 내지 도6과 같은 장치가 될 수 있으며, 도1과 같은 장치는 2개의 장치가 하나의 장치로 되고 있고, 도2 내지 도6의 장치들도 복수 개를 연결 조립하여 하나의 장치가 될 수 있다.
본 발명의 상기 전기코일(2)에서 발생하는 약한 부 자속이 상기 다수 개의 영구자석(3)들에서 발생한 강력한 주 자속을 제어하여 합성자속이 출력(8)되는 과정을 상세히 설명한다면, 상기 전기코일(2)에 가변 방향의 전류 또는 교류의 전류를 입력하면 상기 코어(1)의 양단에는 각각 상기 전류의 속성을 따라 부 자속이 발생하게 된다.
도8 내지 도 10의 (a)와 같이, 상기 코어의 부분에 있는 부 자력선의 극성이 상기 주 자력선의 극성과 상호 일치하면 상기 전기코일(2)에서 발생한 약한 부 자속과 상기 다수 개의 영구자석(3)에서 발생한 강력한 주 자속이 합쳐져서 강력하고 큰 합성자속(8)을 형성하고 큰 자속 밀도를 가지고 상기 코어(1)의 외부로 상기 합성자속(8)이 출력된다.
상기 합성자속의 출력은 2개의 합성자속이 N극성과 S 극성의 1쌍으로 출력되는 것과 또는 N극성과 S극성이 단일 극성으로 출력되어 상기 합성자속은 상기 합성자속으로 작동하는 자석장치의 자력이 될 수 있고, 상기 합성자속으로 작동하는 모터의 회전자를 회전시키는 동력이 될 수 있고, 또는 상기 변전기 코어에 권선된 발전용 전기코일을 통해 전기로 변환되여 출력될 수 있다.
그리고 도8 도9의 (b)와 같이 또는 도 10 (a의 하단,b의 상단)과 같이, 상기 코어 부분의 부 자속의 극성이 상기 주 자속의 극성과 일치하지 않으면 상기 부 자속과 상기 주 자속은 상쇄되며 상기 코어(1)와 상기 부착된 영구자석(3)들의 내부를 흐르는 자기장이 되어 외부로 합성자속을 출력하지 않게(8-1)되어 있다.
상기 전기코일의 전류 공급을 끊는다면 상기 코어(1)가 상기 연자성 재질이면 부 자속은 즉시 소멸되며 상기 코어(1)는 상기 코어에 부착된 영구자석(3)들에서 발생한 주 자속에 자화 되어 주 자속과 동일한 극성을 강하게 가지며 상기 주 자속의 일부는 외부로 강한 자기장을 형성하며 상기 주 자속의 일부는 상기 코어(1)와 상기 영구자석(3)들의 내부로 흐르는 자기장이 되어 있다.
그러나 상기 코어(1)가 알니코 자석의 재질이면 상기 전기코일(2)에 공급되던 전류가 끊어져도 상기 알니코 재질의 코어는 가변 영구자석이 되어 상기 전류를 끊기 전에 가지고 있던 부 자속의 극성이 한시적으로 유지되고 있어, 상기 주 자속과 극성이 상호 일치하면 상기 합성자속이 출력(8)되며,
만일 상기 부 자속의 극성과 상기 주 자속의 극성이 일치되지 않으면 상기 부 자속과 상기 주 자속은 상쇄되며 상기 코어(1)와 상기 부착된 영구자석(3)들의 내부를 통하는 자기장이 되어 합성자속의 외부 출력은 없게(8-1) 되어 있으며, 상기 알니코 자석 재질의 코어가 있는 상기 장치는 연자성 재질의 코어가 있는 상기 장치보다 더 작은 입력 전력으로 더 많은 출력을 내는 장치가 될 수 있다.
본 발명의 장치는 가변 방향의 전류 또는 교류의 전류로 작동하는 장치가 될 수 있으며, 본 발명의 장치 1개를 단독으로 사용하는 실시 예와 또는 상기 장치 2개를 연결하여 하나의 장치로 만들어 사용하는 실시 예와 상기 장치의 상기 코어 재질이 알니코 자석으로 된 실시예와 상기 장치에 자성 부재를 부착한 실시예와 본 발명의 장치가 상기 합성자속으로 작동하는 모터에 사용되는 실시예와 본 발명의 장치가 상기 합성자속을 전기로 변환하여 사용하는 변전기에 사용되는 실시예들을 아래에서 설명하고 있다.
실시예 1은 상기 전기코일의 양쪽 편에 있는 2개의 주 자속의 극성이 서로 상이하게 만들어진 도5 내지 도6과 같은 장치들이며, 도2내지 도4의 장치들도 상기 2개의 주 자속의 극성이 서로 상이하게 만들어 질 수 있다.
상기 실시예 1의 장치에서 발생하는 2개의 부 자속이 상기 2개의 주 자속과 같은 극성을 가지도록 가변방향의 전류를 입력하면 상기 2개의 부 자속들은 상기 2개의 주 자속들의 극성들과 상호 일치하여 강력하고 큰 합성자속이 출력(8)되고, 전류의 방향이 바뀌면 상기 코어(1)가 연자성 재질이면 상기의 부 자속들은 상기 주 자속들과 상호 상쇄되며 상기 주 자속은 상기 코어(1)와 상기 영구자석(3)들의 내부를 통하는 자기장을 형성하므로 합성자속의 외부출력은 없다.
상기 실시예 1의 장치들에 교류를 입력하면 교류에 의해 상기 2개의 부 자속들과 상기 2개의 주 자속들은 전류의 극성이 정 역으로 바뀔 때 1번만 합성자속을 출력하므로 가변방향의 전류와 같이 합성 자속의 출력과 입력 전류량도 동일하며,
상기 실시예 1의 장치는 1개 또는 2개 이상을 병렬로 연결하여 상기 N극성(4)의 주 자속이 있는 코어와 상기 S극성(5)의 주 자속이 있는 코어(1)를 1쌍으로 하여 합성자속을 출력하는 장치가 될 수 있다.
도2 내지 도6의 장치들은 각각 전기 코일의 결선을 교류에 따라 장치들이 교대로 작동하도록 2개를 연결하여 하나의 장치로 될 수도 있다.
실시예 2의 장치들은 도1내지 도4와 같이 상기 코어의 양단에 있는 2개의 주 자속의 극성이 모두 하나의 극성으로 일치되어 있는 장치들이며, 도1과 도8의 장치와 같이 상기 전기코일의 양쪽 편에 있는 2개의 주 자속의 극성이 하나의 장치는 N극성(4)으로 일치되어 있고, 다른 하나의 장치는 S극성(5)으로 일치되어 있는 2개의 장치를 연결하여 하나로 된 장치가 될 수도 있지만, 1개의 장치 단독으로도 강력한 합성자속을 출력할 수 있는 특성이 있다.
상기 도 1의 장치는 도4와 같이 영구자석들이 십자방향으로 배열되어 있고, 상기 도8의 장치는 도2와 같이 영구자석이 양방향으로 배열되어 있고, 도3과 같이 영구자석이 3방향으로 부착한 장치도 상기 2개의 주 자속의 극성을 서로 일치되게 하여 도1과 도8과 같이 2개의 장치를 하나의 장치가 되게 하여 사용할 수 있다.
실시예 2의 장치들은 상기 N극성(4)을 가진 2개의 주 자속들이 있는 장치와 상기 S극성(5)을 가진 2개의 주 자속들이 있는 장치 2개가 하나의 장치로 되어 모두 4개의 주 자속들이 있고, 상기 N극성(4)을 가진 주 자속이 있는 코어와 상기 S극성(5)을 가진 주 자속이 있는 코어가 한 쌍씩으로 되어 모두 2쌍으로 되어 합성자속이 출력될 수 있다.
도8의 (a),(b)와 같이 교류 또는 가변 방향의 전류를 입력하면 항상 상기 2쌍의 코어들 중 1쌍의 코어들에서는 상기 2개의 부 자속과 상기 다수 개의 영구자석들에서 발생한 상기 2개의 주 자속의 극성이 일치되고 있어, 강력한 합성자속이 출력(8)되고 있고, 상기 2쌍의 코어 중 나머지 1쌍의 코어들에서는 상기 2개의 부 자속과 상기 다수 개의 영구자석들에서 발생한 상기 2개의 주 자속의 극성이 일치되지 않으므로 합성자속이 출력되지 않고(8-1) 있다.
도8과 같이 실시예 2의 장치는 도합 4개의 주 자속이 있는 코어 중에 2개의 주 자속들이 있는 코어에서 교대로 합성자속이 출력되고 있다.
실시예 3은 상기 도5 내지 도6과 같은 실시예 1의 장치들과 실시예 2의 도1 내지 도4 및 도8의 장치들이 있어, 상기 장치들의 상기 코어(1)들은 알니코 자석 재질로 만들어진 장치들이다.
실시예 3의 장치에 가변 방향의 전류를 짧은 시간만 입력해도 상기 알니코 자석이 가변 영구 자석으로 되어 전류를 끊기 전의 극성이 한시적으로 유지되므로 합성자속이 계속 출력되거나 또는 합성자속이 계속 출력되지 않고 있어, 입력 전류를 입력하는 시간이 짧아도 합성자속의 출력은 입력시간보다 더 길게 유지하는 장치를 만들 수 있다.
상기 실시예 3의 장치는 교류의 짧은 펄스를 입력해도 출력상태의 질이 좋은 합성자속을 출력할 수 있다.
실시예 4의 장치들은 도1 내지 도 10의 장치들이 상기 자성 부재(6)를 가진 장치들이며, 상기 장치들은 상기 자성 부재(6)가 없어도 합성자속을 제어하고 출력할 수 있지만, 상기 자성 부재(6)가 없는 장치는 영구자석들의 보자력이 약화되며 주 자속이 약화되며 합성자속의 출력이 약화되며 상기 장치의 수명이 단축된다는 문제점이 있다.
상기 장치들은 상기 자성 부재(6)가 있어 도8 내지 도10의 자기회로와 같이 상기 코어에 부착되지 않고 있는 영구자석들의 자극들을 연결하여 자속을 집속하고 자기장의 통로를 형성하고 주 자속을 강력하게 하고 합성자속의 출력을 강력하게 하고 있으며 상기 장치의 수명을 보호하고 있다.
실시예 5는 상기 장치의 코어(1)의 끝 부분의 방향을 변경하여 제작된 장치이며, 상기 도1 내지 도4 장치의 출력하는 1 자형 코어(1)의 끝 부분들이 상호 반대 방향에 있는 것과 달리하고 있어, 상기 도5와 같이 상기 출력하는 ㄷ 자형 코어(1)의 끝 부분들이 상호 같은 방향에 있는 장치이다.
실시예 6은 도6과 같이 ㄷ 자형 코어(1)의 끝 부분들이 상호 같은 방향에 있는 장치이며, 상기 장치는 부 자속을 보다 증가 시키기 위해 상기 전기코일(2) 2개를 장착하여 만든 장치이다.
실시예 7은 상기 도7과 같이 상기 전기코일(2)의 양쪽 편에 있는 코어(1)가 각각 2개의 코어(1)로 나누어져서 도합 4개의 코어(1)로 되어 있는 H 자형 코어이고, 상기 H 자형 코어(1)의 4개의 부분에 각각 주 자속을 발생하는 영구자석(3)들을 부착하고 있다.
그리고 상기 1개의 전기코일(2)에 4개의 상기 주 자속이 있는 H 자형 코어(1)가 있고, 상기 주 자속들의 극성은 상기 2개의 코어(1)로 나누어진 코어(1)의 주 자속들이 상호 일치하는 극성을 가진 것들과 상기 2개의 코어(1)로 나누어진 코어(1)의 주 자속들이 상호 일치하지 않는 것의 2가지 종류가 있다.
상기 2개로 나누어진 코어(1)의 주 자속들이 상호 일치하는 극성을 가진 것은 실시예 1과 같은 형태의 합성자속을 출력하며, 상기 2개로 나누어진 코어(1)들의 주 자속들의 극성이 상호 일치하지 않는 것은 실시예 2와 같은 형태의 합성자속을 출력한다.
상기의 실시예들은 본 발명의 장치들의 종류에 따르는 실시예이다.
아래의 실시예들은 본 발명의 합성자속을 외부로 출력하는 방법에 관한 실시예이다.
실시예 8은 본 발명의 장치가 상기 합성자속으로 작동하는 모터의 부품으로 사용되는 예이며, 본 발명은 합성자속을 제어 출력하는 장치의 코어의 끝부분이 있고, 상기 코어의 끝부분에 밀접하여 회전될 수 있는 상기 모터의 회전자 부분에는 연자성체 또는 영구자석이 고정되어 있다.
상기 모터의 고정자 부분에는 본 발명의 장치가 1개 또는 복수 개가 배열 고정되어 있어, 상기 회전자를 회전시키기 위해 상기 고정자에 고정된 합성자속 제어 장치에 교류가 입력되거나, 또는 상기 합성자속 제어 장치에 상기 회전자를 회전시키기 위해 상기 회전자의 위치에 따라 상기 합성자속 제어 장치에 선별적으로 순차적으로 가변방향의 전류가 입력된다.
상기 합성자속 제어 장치에 의해 발생하는 합성자속이(8) 있어, 인력 또는 척력으로 상기 연자성체 또는 상기 영구자석이 고정된 상기 모터의 회전자를 회전 시킬 수 있으며, 모터에 사용되는 도1, 도2 내지 도4, 도7의 상기 합성자속 제어 출력 장치들은 각각 상기 합성자속을 출력하는 상기 양쪽 편의 코어의 끝 부분들이 있다.
상기 연자성체 또는 상기 영구자석이 고정되어 있는 원반형 회전자가 2개 있어, 상기 양쪽 편 코어의 끝부분마다 1개의 상기 원반형 회전자를 마주 대하여 상기 원반형 회전자들을 회전 시킬 수 있고, 도5 및 도6 도7의 장치는 상기 연자성체 또는 영구자석이 표면에 고정되어 있는 원통형 회전자 또는 원반형의 회전자를 회전 시킬 수 있다.
실시예 9는 도11내지 도14와 같이 본 발명의 장치가 상기 합성자속의 출력(8)을 전기로 변환하는 장치에 사용되는 예이며, 본 발명의 합성자속 제어 출력장치의 상기 코어들은 N극성(4)과 S극성(5)의 한 쌍으로 출력에 사용되거나 또는 N극성 또는 S극성 단독으로 상기 합성자속을 전기로 변환하는 코어에 상기 합성자속이 출력되고 있다.
상기 합성자속이 출력되고 있는 코어가 도2 내지 도4와 같은 "1"자형 코어, 또는 도5, 도6과 같은 "ㄷ" 자형 코어, 또는 도7과 같은 "H" 자형 코어, 또는 도1과 같은 "11" 자형 코어로 구성될 수 있다.
도8 내지 도10과 같이 상기 합성자속이 출력되어 공극을 통해 상기 변전기에 권선된 발전용 전기코일이 있는 코어의 양단에 공급하는 구조가 있고, 또 다른 구조는 도11내지 도14와 같이 상기 합성자속이 출력되는 한 쌍의 코어(1)들이 상호 일체로 연결되어 합성자속의 누설을 방지하며, 전기로 변환하는 코일의 효율을 높이는 구조로 변형되어 있어, 도1의 장치의 변형인 도11의 코어구조와 도3의 장치에 발전용 코일을 장착한 도12의 코어구조가 있고, 도5의 변형인 도13의 코어구조와 도6의 변형인 도14의 코어 구조가 있다. 또한 도1 내지 도6에 적용되어 있는 상기 ㅁ 자형 코어, 또는 도7에 적용되어 있는 같은 日 자형 코어이며, 상기 일체로 연결된 상기 코어에 상기 발전용 전기코일이 장착되어 있는 구조가 있다.
상기 실시예 9의 장치는 입력되는 전류의 속성에 따라 출력되는 상기 합성자속을 전기적인 출력으로 변환할 수 있어, 상기 도5, 도6, 도9, 도10과 같은 실시예 1의 장치에 있어서, 전류를 출력하려면 상기 실시예 1의 장치 1개에 교류를 입력하거나 또는 상기 실시예 1의 장치 2개 이상을 연결하여 교류를 입력해서 출력되는 합성자속을 전기로 변환하여 전류를 출력할 수 있다.
실시예 2 상기 도1 내지 도4, 도8 또한 실시예7의 상기 도7의 장치들에 교류를 입력하여 출력되는 합성자속을 전기로 변환하여 전류를 출력할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 코어 2: 전기코일
3: 영구자석 4: 영구자석의 N극
5: 영구자석의 S극 6: 자성 부재
7: 고정용 부재 8: 합성자속이 출력
8-1: 자기장이 내부로 순환
9: 합성자속을 공급받는 변전기의 코어 또는 모터의 연자성 구조물
11: 합성자속을 전기로 변환하는 코일에 합성자속을 공급하기 위해 연장되고 변형된 코어
12: 합성자속을 전기로 변환하는 코일

Claims (13)

  1. 코어와 상기 코어의 외부에 권선된 전기 코일을 포함하는 부 자속과;
    상기 부 자속의 코어 양단에 결합된 다수 개의 영구자석으로 구성된 주 자속을 포함하고;
    상기 부 자속의 전기 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 상기 주 자속의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 합성 자속 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주자속은
    상기 부 자속의 코어의 양단에 각각 영구자석이 적어도 2개가 결합되되;
    상기 코어의 양단에 결합되는 영구자석의 자극이 상호 반대가 되도록 결합되거나 또는 상기 영구자석의 자극이 상호 일치되도록 결합된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부자속은
    제 1 부자속과 제 2 부자속이 한쌍으로 구성되고;
    상기 주자속은
    상기 제 1 부자속과 제 2 부자속의 각 코어의 양단에 영구자석이 적어도 2개가 결합되고, 상기 각 코어 양단에 결합하는 영구자석은 자극이 같지만 제 1 부자속의 코어에 결합된 영구자석과 제 2 부자속에 결합된 영구자석의 자극이 반대가 되도록 배치되고;
    상기 제 1 부자속과 제 2 부자속의 각 코어에 결합된 영구자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 각 코어에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부자속은
    상기 코어 양단에서 연장된 상기 코어와 수평이 아닌 상태로 연장된 연장부를 구비하고;
    상기 주자속은
    상기 연장부 양단에 적어도 2개의 영구자석이 결합되되, 상기 연장 코어 양단의 영구자석은 자극이 반대가 되도록 배치되고, 상기 결합된 영구자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 연장부 양단에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부자속은
    2개의 전기 코일과 상기 2개의 전기 코일을 관통하되 하나로 연결된 코어를 포함하고;
    상기 주자속은
    상기 코어 양단에 다수 개의 영구자석이 결합되되, 각 단에 결합된 영구 자석의 자극은 반대이고, 상기 각 단에 결합된 영구 자석 중 적어도 하나의 영구자석이 상기 코어 양단에 상호 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부자속은
    상기 코어 양단에 상기 코어와 수직 방향으로 결합되는 제 1 부코어와 제 2 부코어를 구비하고;
    상기 주자속은
    상기 각 부 코어의 양단에 영구자석이 적어도 2개가 결합되고, 상기 각 부 코어 양단에 결합하는 영구자석은 자극이 같거나 또는 다르며 제 1 부 코어에 결합된 영구자석과 제 2 부코어에 결합된 영구자석의 자극이 반대가 되도록 배치되고;
    상기 제 1 부코어와 제 2 부코어에 연결된 영구자석 중 적어도 하나가 상호 결합된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 코어는
    연자성체 또는 연철과 규소강과 페라이트 또는 퍼멀로이 또는 알니코 자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 코어는
    합성자속을 전기로 변환하는 코일을 장착하기 위해 또는 모터에 장치되기 위해 연장되거나 변형된 것을 특징으로하는 합성자속 제어장치
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 영구자석의 결합되지 않은 일단을 상호 연결하여 자속을 집속하고 자기장의 통로를 형성하는 자성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성자속 제어 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 자성 부재는
    연자성 부재 또는 강자성 부재 또는 영구자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 합성자속 제어 장치.
  11. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 부자속과 주자속은
    다수 개로 형성된 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  12. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 영구 자석의 위치를 고정하는 고정용 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 장치.
  13. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 의한 합성 자속 제어 장치의 자속 제어 방법으로서;
    부자속의 전기 코일에 제 1 방향으로 전류를 인가하여 코어에 자속이 발생하는 단계와;
    상기 코어의 양단 중 결합된 영구 자석의 자극이 일치하는 제 1단은 강한 합성 자속이 출력되고, 상기 코어의 양단 중 결합된 영구 자석의 자극이 반대인 제 2단은 자속이 상쇄되는 단계와;
    상기 부자속의 전기 코일에 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 전류를 인가하여 코어에 자속의 극성을 변환하여 발생하는 단계와;
    상기 제 1단은 결합된 영구 자석의 자극이 반대가 되어 자속이 상쇄되고, 상기 제 2단은 결합된 영구 자석의 자극이 일치하여 강한 합성 자속이 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 자속 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017039066A1 (ko) * 2015-09-01 2017-03-09 한국기초과학지원연구원 다중 코어 구조를 갖는 전자석
KR20220150676A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 박배억 영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치 및 시스템

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