KR101051837B1

KR101051837B1 - 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기

Info

Publication number: KR101051837B1
Application number: KR1020097005074A
Authority: KR
Inventors: 이이치 오쿠노
Original assignee: 이이치 오쿠노
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-07-25
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: BRPI0622015A2; US7884519B2; CN101512879B; KR20090055571A; WO2008032410A1; JPWO2008032410A1; US20090267439A1; CN101512879A

Abstract

본 발명은, 발전기에 관한 것으로, 상세하게 설명하면, 원형으로 만곡에 구워 굳힌 막대자석을 제작하여, 그 양측에 반자성체의 접속부재를 접착하고, 이 상태로 영구자석의 동극성을 합하는 방향으로 강제 근접하여 링 형상으로 둘러싸서 설치 형성하여 계자자링을 구성한다. 그리고, 이 계자자 링은, 베이스 강판에 Y자로 배치한 3개의 내외측 롤러 장치를 개입시키고, 이 베이스 강판에 자유롭게 회전되도록 받쳐진다. 그리고, 이 계자자 링을 회전시키기 위해서, 이 내외측 롤러 장치내의 1개에 회전 구동력을 주는 구조로 하고, 또한 내외측 롤러 장치간의 스페이스에 전기자 코일을 배치하고, 또한 이 전기자 코일은, 상기 계자자 링의 영구자석을 심으로 하여 바깥으로 감긴다.

또한 이 전기자 코일을 감싸도록, 이 전기자 코일의 바깥둘레에 전기자 코어를 장착한다. 또한 계자자 링의 회전으로 전기자 코일내를 막대자석의 영구자석이 통과함으로써, 영구자석으로부터 발생하는 자속이 전기자 코일을 통과하여 '렌츠의 법칙'으로 유도 기전력을 발생하는 구조의 발전기이다.

따라서, 본 발명은, 석유 등의 연료 및/또는 연료를 분사하면서 폭발하는 구성을 채용하지 않기 때문에, 폭발 등의 위험성과 구조의 복잡화를 회피할 수 있는 유익성 및 실용성 등을 구비한다. 또한 해수중에, 석유 등의 연료가 유출되는 것에 의한 해수 오염의 걱정도 전무이다. 게다가 방사선을 방출하여 인체에 영향을 주는 일도 없다.

Description

링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기{GENERATOR CONSTITUTED TO GENERATE ELECTRIC POWER BY RING-SHAPED ROTATIONS}

본 발명은, 발전기에 관한 것으로, 상세하게 설명하면, 원형의 만곡으로 구워 굳힌 막대자석을 제작하고, 그 양측에 반자성체의 접착 부재를 붙인다(접착한다). 이 상태로 영구자석의 같은 극성을 만나는 방향으로 강제 근접하여 링 형상으로 둘러싸서 설치 형성하여 계자자(界磁子) 링으로 하고, 이 계자자 링을, Y자로 배치한 3개의 내외측 롤러 장치를 사이에 두고 자유롭게 회전되도록 받치고, 그리고, 이 계자자 링을 회전시키기 위해서, 이 내외측 롤러 장치내의 1개에 회전 구동력을 주는 구조로 하고, 또한 내외측 롤러 장치간의 스페이스에 전기자 코일을 배치하고, 또한 이 전기자 코일을, 상기 계자자 링의 영구자석을 심으로 하여 바깥으로 감는 구성이다.

또한 이 전기자 코일을 감싸도록, 이 전기자 코일의 바깥둘레에 전기자 코어를 장착한다. 또한 계자자 링의 회전으로 전기자 코일내를 막대자석의 영구자석이 통과함으로써, 영구자석으로부터 발생하는 자속이 전기자 코일을 통과하여 「렌츠의 법칙」으로 유도 기전력을 발생하는 구조의 발전기이다.

그 원리를 설명하면,

e=N·dΦ/dt (V) ……(1) 식

N: 전기자 코일수[턴] Φ: 통과 자속[wb]

영구자석을 동극성으로 강제 근접하여 접속함으로써, 자속의 방출하는 방향성을 자축방향으로부터 90° 구부려서 방출할 수 있도록 하여, 전기자 코일을 통과하는 자속이 코일과 직각으로 교차하여 직각의 방향으로 자속이 통과하도록 한다.

쿨롱의 법칙 F= m₁m₂/4πμr²[N] ……(2) 식

m₁: 자극의 세기[자하(磁荷)] m₂: 자극의 세기[자하]

μ: 매질의 투자율[H/m] r: 거리[m]

자극은 동극성으로 반발한다. 그러나, 양 거리를 짧게 하기 위해서 강제 접근시키는 경우는 자축(磁軸)에 대해 대략 직각으로 방출된다. 그리고, 방출 자속밀도가 증대한다. 이 물리 현상을 응용한 발전기의 구조이다.

막대자석의 계자자 링이 회전함으로써 전기자 코일을 직각으로 자속이 자르는 구조로 한다. 이 구조이면, 이 자하력(磁荷力)은 자극 사이의 거리의 제곱에 반비례하고, 자속의 감쇠력은, 큰 폭으로 개선되므로, 이 현상으로 유도 기전력을 발생할 수 있는 발전기를 제공한다. 그리고, 전기자 코일의 코일폭과, 계자자 링의 영구자석의 폭을 대략 동일하게 맞춤으로써 여자하는 자하력을, 벡터적으로 상쇄할 수 있도록 하여, 이 전기자 코일을 통과하는 자속의 극성이, 교대로 통과하여 발전하는 구조로 한다. 따라서, 이 유도 기전력은 교번자속(交番磁束)에 의한 교류발전기가 된다. 또한 계자자 링을 회전시키는 에너지는, 막대자석의 질량과 회전 직경과 회전 속도의 식으로 산출된다.

W=1/2·Jω² ……(3) 식

그리고, 이 계자자 링은, 질량이 가장 작지만, 이 계자자 링으로부터 방출되는 자속이 크고, 또한 전기자 코일을 직각으로 자르는 방향으로 방출되는 구조를 채용함으로써, 종래의 각 발전기보다, 출력이 크고, 또한 구조가 간단하고, 게다가 작은 구동력으로 작동하는, 발전기의 구조를 제공할 수 있다. 한편, 이 전기자 코일과 전기자 코어를 원형으로 함으로써, 계자자 링으로부터 방출되는 자속을 전기자 코일로 정확하게 파악할 수 있는 구조 등의 조건을 정비함으로써, 예를 들면, 계자자 링의 회전 구동력이 작더라도, 가장 자속 손실이 적은 발전기의 구조를 구성할 수 있다.

종래의 발전기는, 계자자의 자속을 많이 발생시키기 위해서, 계자자를 둘러싸도록 여자 코일을 설치하고, 이 계자자에게 전류를 흘리고, 계자자의 여자 코어를 여자하여, 자속을 발생시키고 있다. 계자자는 전자식으로 자속밀도는 크게 작성할 수 있다. 그러나, 계자자의 여자극을 작성하기 위해서는, 코일의 감은 수량과 여자재의 질량의 확대가 필요해지고, 이 계자자의 질량이 증대하는 것, 또한 이것에 수반하여, 예를 들면, 여자에 필요한 전력을 외부로부터 공급할 필요가 생긴다. 계자자로부터 방출하는 자속은 전기자 코일과 직각으로 교차하는 상태를 작성하여 발전을 하고 있다. 그러나, 이 조건을 작성하기 위해서는 상기와 같이 계자자에 자속을 발생시키는 여자를 재촉하는 부분이 필요하게 되어, 외부로부터 계자자를 회전 구동하는 구동력과, 이 여자하기 위해서 투입하는 전류의 에너지(입력 에너 지)와 여자를 구성하는 부분의 질량이 존재하므로, 이것들을 움직이는 동력원이 필요하게 된다. 이 입력하는 동력원이 작을수록 양호한 효율이 좋은 발전기가 된다. 그리고, 자속 손실이 낮을수록, 양호하고 효율적인 발전기가 생긴다.

이상으로부터, 필요로 하는 입력 에너지를 여하에 줄여 발전할 수 있는지가, 작금의 에너지 부족의 현상을 타개하는 길이다. 따라서, 이것에 관한 검토 및 개선이 행하여지고 있다.

여기서, 선행 문헌을 들면, 문헌(1)의 일본특허공개공보 2006-14582의 「영구자석 발전기」와, 문헌(2)의 일본특허공개공보 2005-218183 「회전전기 및 전자기기」와, 또한 문헌(3)의 일본특허공개공보 소화55-79689의 「자력 발전장치」가 눈에 띈다. 이하, 이러한 발명의 개요를 설명한다.

우선, 문헌(1)의 개요는, 스테이터 요크 내에 3상 권선의 코일을 배치한 고정자와, 이 고정자의 안쪽에 배치한, N·S극끼리가 서로 반발하도록 복수개이면서, 또한 짝수개인 영구자석으로 이루어지는 회전자로 구성한 발전기로서, 이 고정자의 중심에서 상기 회전자가 회전하여 발전하는 것을 특징으로 하는 구조이며, 이 발전기에 걸리는 부하를 경감하여, 영구자석의 자력을 효율적으로 이용함으로써, 코일에 발생하는 전기의 양도 크게 하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한 문헌(2)의 개요는, 회전 발전기·전동기(발전기라 한다)로서 그 성능·효율 향상과, 회전자와 고정자의 공극부의 자속 증가를 의도하는 구조로서, 자석으로 이루어지는 회전자에 있어서의 자석을 삽입하는데 있어서, 회전자의 자극 형상의 일부를, 이 고정자의 자극에 대해서, 상대적으로 동극(또는 이극)으로 대응하는 것과 함께, 이 이극(또는 동극)에 대응하는 위치까지 회전자의 회전 후단부를 배치하고, 또한 동기 속도로 회전시에 있어서, 회전자의 자극의 후단부가, 회전중 상시 고정자 자극과의 상대 위치를 유지하고, 또한 이 회전자의 자극의 후단부 전후에 대치하는 고정자의 자극에 의해 상시 흡인 및 반발력을 작동시키고, 회전 구동력을 부가적으로 증가시키도록 구성한 것으로, 상술과 같이, 발전기의 성능·효율 향상과, 또한 공극부의 자속 증가를 겨냥한 자석, 철심의 구조·치수·배치의 연구에 의해 목적을 달성하는 발전기를 제공한다.

또한 문헌(3)의 개요는, 내면부를 개구부분을 형성하도록 하여 다수의 중공 형상 외자석(外磁石)을 둥근 고리 형상으로 배열 형성하고, 이 개구부분에, 이 개구부분과 대략 같은 형상의 내자석(內磁石)을 다수를 둥근 고리 형상으로 자유롭게 회전되도록 끼워 삽입하는 것과 함께, 이 내자석을 축심부에 회전축을 갖는 지지판에 고정 연결하고, 또한 이 내자석의 축심측 내면부에 발전 코일과, 발전 자석, 철심을 차례차례 배치한 구성이고, 이 외내자석에 의한 자력의 반발작용으로 내자석을 일정 방향으로 이동·회전 가능하게 하는 것과 함께, 이 회전이나 이동시에 발생하는 회전 자력을 이용하여 발전 코일로 전력을 기성하는 것을 의도한 자력 발전 장치를 제공한다.

그러나, 상기 문헌(1)∼(3)은, 계자자 링(회전자)에 대해서, 전기자 코어·전기자 코일(고정자)을, 근접 위치에 배치하는 구조를 채용하지 않기 때문에, 자속 손실이 발생할 가능성이 있어, 의도하는 영구자석으로부터의 방출 자속을 얻는 데는 문제라고 생각된다. 그리고, 또한 상기 문헌(1)∼(3)은, 자석을 대치극으로 배 치하는 구성을 채용하지만, 이 자석은, 단순히, 대치극으로 방출자속을 얻는데 머물러 있어, 자석과 코일과의 관계에 배려한 구조가 아니라, 여자 구성부분을 불필요로 하고, 또한 작은 질량으로, 자계의 강한 자속을 방출할 수 있는 구조라고는 생각할 수 없다는 문제를 안고 있다.

상기에 감안하여, 본 출원인은,

[1] 계자자 링 전체를 영구자석으로 하는 것과 함께, 여자 코일과 여자 코어를 없애는 구조로 한다.

[2] 영구자석으로부터의 자속의 방출 방향을 변경하는 구조로 한다.

[3] 그리고, 영구자석의 동극끼리를 같은 방향으로 강제 근접시켜 거리를 짧게 하여 접속하고, 이 영구자석으로부터의 방출 자속은 직각으로 방향을 변환시키는, 소위, '쿨롱의 법칙'을 활용하는 것으로, 이 법칙으로 해석되고 있는 자하 m₁, m₂는 동극성이며 반발력이 된다. 또한 이 자하 m₁, m₂의 거리를 짧게 함으로써, 자축으로부터 방출되는 자속은 동극에서 반발하여 자속의 방출 방향이 구부러진다. 그러나, 이 방출되는 자속은, 자축에 대해 대략 직각으로 방출된다. 따라서, 자극의 세기 m(Wb)을 동극의 거리를 짧게 함으로써 강하게 하는 연구를 한다.

[4] 이 계자자 링을, 영구자석의 막대자석만으로 구성하면, 이 계자자 링에는, 여자 구성 부분이 불필요하게 되므로, 작은 질량으로, 자계의 강한 자속을 방출할 수 있는 구조가 된다.

[5] 다음에 계자자 링의 위에 전기자 코일을 감아, 「렌츠의 법칙」으로 계자자 링을 회전시킨다.

[6] 또한 전기자 코일내에 막대자석을 통과시켜, 전기자 코어도 반분할한 상태로 제작한 것을 전기자 코일에 씌워, 원통 원형상으로 제작한 전기자 코일과 전기자 코어를 장착하는 구조로 한다.

[7] 이 전기자 코일의 중공 사이에 계자자 링을 회전할 수 있도록 내외측 롤러 장치로 지지하여 회전 가능하게 하고, 이 내외측 롤러 장치의 1개를 회전 구동 롤러로 하여 입력 구동원으로 한다.

[8] 계자자 링을 회전시킴으로써 막대자석으로부터의 방출 자속은 전기자 코일을 직각으로 자르면서 회전하여, 유도 기전력을 발생할 수 있는 발전기가 된다.

[9] 그리고, 이 막대자석의 자축방향을 직각으로 변환하는 수단으로서는, 예를 들면, 동극끼리를 근접하여 접속한다. 그리고, 이 계자자 링의 질량의 가장 작은 것으로 방출자속의 큰 구조로 함으로써, 입력 에너지를 작게 하여(구동 동력원을 작게 하여), 또한 자속 손실분을 보충한다.

[10] 그리고, 발전기로부터의 출력은, 전기자 코일을 통과하는 자속의 양과 속도와, 이 전기자 코일의 권선수와 자극수와 파형율의 식으로서 산출할 수 있다.

[11] 또한 발전기의 용량은, 전기자 코일에 흘리는 전류의 값으로, 이 값을 서로 곱한 곱이 된다.

[12] 이러한 결과, 계자자 링의 자속/질량의 비율로부터, 방출되는 자속의 양을 늘리고, 전기자 코일을 자속이 자르는 회전 속도를 상승시키는 구조로 함으로써, 환언하면, 에너지의 증폭기와 같은 구성이 되어, 효율적인 발전기를 제공할 수 있다.

이 발전기는, 막대 형상의 영구자석으로 고리형상으로 배치하여 구성하고, 이 계자자 링으로부터 방출되는 자속은, 자축으로부터 대략 직각으로 방향을 바꾸어, 방출되는 구성으로서, 이 자속은 전기자 코일을 직각으로 자르는 구조로 한다. 그리고, 이 계자자 링이 회전하여 영구자석으로부터의 방출 자속이 대략 직각 방향으로 방출되는 구조로 하기 위해서, 계자자 링과의 사이에, 약간의 빈틈을 갖게 하여 전기자 코일을 감고, 그 위에 전기자 코어를 원통 원형상의 반분할하여 가리는 구성으로 한다. 이 구성을 채용하기 때문에, 계자자 링으로부터 방출하는 자속은, 전기자 코일을 통과하여 전기자 코어에 이르는 경로에서 순환한다. 그리고, 전기자 코어내를 지나 전기자 코일을 통과하여 계자자 링의 다른 극에 돌아오는 순환 회로를 구성한다. 이 구조로 계자자 링을 회전시키면, 이 전기자 코일은 유도 기전력을 일으켜 발전기가 된다.

상술한 구성으로 발전하는 발전기의 구조를, 이하에 설명한다.

[1] 계자자는, 계자자 링으로 한다. 그 구성은, 막대 형상의 영구자석을 구부린 상태로 제작하고, 그 양측에 반자성체를 접착한다. 그리고, 영구자석의 동극끼리로 반자성체를 끼우고, 또한 이 반자성체의 접속부재로 단단히 조여 접속하여 링형상으로 형성한다.

이 구성으로, 이 계자자 링은, 영구자석의 자축에 대해서 직각으로 자속을 방출하는 구조가 되고, 이 계자자 링으로부터의 방출 자속 형상은, 원형 방출 형상이 되어, 그것을 서로 연결한 고리형상 링이 된다. 그리고, 이 계자자 링으로부터의 자속 방출 현상을 회전시킴으로써 자력 유도 기전력이 되어 발전한다.

[2] 계자자 링에 내외측 롤러 장치를 3개조로 하여 3개소에 Y자형으로 배치하여 계자자의 회전을 원활하게 할 수 있도록 한다. 그 중의 1개에 외부로부터 구동력을 주어 계자자 링을 회전시킨다.

[3] 링의 내외측 롤러 장치의 중간 스페이스에 전기자 코일을 3개소에 감는다. 그리고, 계자자 링의 형상에 맞추어, 조금의 빈틈을 갖게 하여 반자성체의 원통 원형상의 반분할한 후에 전기자 코일을 감아 올린다. 이 전기자 코일을 감는 전선의 굵기와 턴수는, 전기자의 설치 면적으로 결정한다. 이 면적은 계자자 링의 길이 등으로 정해진다.

[4] 전기자 코일의 바깥둘레에, 원통 원형상의 반분할한 전기자 코어를 씌운다. 이 원통 원형상의 반분할 전기자 코어는, 전기자 코일의 반지름보다 조금 크고, 이 전기자 코일과의 사이에 빈틈이 생기는 절연체의 원통 원형상의 반분할의 위에, 강자성체의 부채형을 한 변형된 직사각형 형상의 박판 강재로서, 그 짧은 변을 활형상으로 구부려 적층하고, 이 적층한 상태로, 그 긴 변을 90°의 비틀기를 가한 형상으로 작성한다.

이 활형상의 짧은 변을 집적하면 중앙 부분에 빈틈이 생기므로, 이 빈틈에 미세 분말의 강자성체를 넣어 접착재로 굳힌 것을 전기자 코어로서 전기자 코일에 씌운다. 환언하면, 반분할의 활형상의 박판 강판을 90° 비틀기한 반분할 상태로 마무리하여 링형상의 전기자 코일의 위에 씌운다. 이 전기자 코어의 안쪽 양단부의 형상은 원형으로 나팔형상으로 제작하여, 개방한다. 이 개방에 의해, 예를 들면, 계자자 링이 전기자 코어를 빠져나갔을 때에 여자에 의한 계자자 링의 끌어 되돌림을 완화하는 역할을 담당하기 때문이다.

[5] 전기자 코어는 더 회전하지 않도록 베이스 강판(받침접시)내에 수용한다.

또한 전기자 코일은, 계자자 링이 정확히 중앙을 통과할 수 있도록 높이를 조정하는 의미를 겸하여 제작한다.

[6] 계자자 링을 안정하게 회전시키는 방법으로서 내외측 롤러 장치의 방향은 전부 동일 방향이 아니라, 계자자 링의 회전으로 생기는 원심력을 균등하게 견딜 수 있도록 포함하도록 배치 각도를 갖고 지지한다.

[7] 전기자 코일의 전류는 전압에 대해서 90°의 지연이 생긴다. 그리고, 부하의 역률이 변동하면 유도 기전력의 전압과 전류의 위상이 확대된다. 이 전기자 코일의 유도계수 ωL의 위상 지연을 개선하기 위해서 상당하는 용량을 갖는 콘덴서를 전기자 코일에 병렬 접속한다. 예를 들면, 부하 회로의 역률 개선을 위해서 병렬에 콘덴서를 접속한다. 이와 같이 콘덴서를 접속함으로써, 유기전력의 전압과 전류를 동상(同相)으로 하여 전기자 반작용의 횡축 반작용에 의한 편자(偏磁)작용을 일으키므로 자속분포의 일그러짐을 통하여 감자(減磁)작용을 개선할 수 있다.

본 발명은, 이상의 7항목을 구성에 넣고, 발전하는 것을 특징으로 하는 발전기이다.

발명의 효과

청구의 범위 제 1 항은, 계자자 링이, 활형상으로 구부린 상태로 구워 굳혀 제작한 영구자석으로서, 단면이 원형으로 되는 막대자석과, 이 막대자석의 양단에 접착한 반자성체의 접속부재로 이루어지는 구성으로서,

이 계자자 링은, 그 막대자석의 극성이 동일하게 되도록, 이것들을 강제 접근하여, 서로 연결시켜 접속하고, 이 계자자 링의 막대자석의 자축은, 동일한 극성 사이에서 동일극성의 자속이 방출되는 구성으로 하고, 또한 이 막대자석의 동일극성으로 접속한 동일극성의 자속이 방출되고, 또한 자축으로부터 직각 방향으로 방출 자속이 생기고, 그 선단이 찌그러진 타원형의 방출 자속이 연속 상태의 링이 되는 것을 특징으로 하고,

이 방출 자속을 유지하는 계자자 링을, 3점지지의 회전 기구를 사이에 두고 베이스 강판(받음접시) 내에 회전할 수 있도록 지지하고,

또한 이 계자자 링의 위에 빈틈을 넣어 전기자 코일을 감고, 그 위에 전기자 코어로 가리는 구조로 하고,

또한 상기 회전 기구의 1개에 계자자 링을 회전시키는 구동력을 부여하는 구동 기구를 구비하는 구성으로 하고,
상기 계자자 링을 회전하고, 이 계자자 링에서 발생하는 자속을, 여자 자속으로 변환하고, 이 계자자 링의 회전을 통하여, 상기 전기자 코일에 자력 유도 기전력을 발생하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

청구의 범위 제 2 항은, 계자자 링을 지지하는 지지수를 3개소에서 지지하는 구조로서,

이 1조의 지지 구조는, 안쪽에 1개의 안쪽 롤러 장치를 갖고, 또한 바깥쪽에 2개의 바깥쪽 롤러 장치를 갖는 조합이고, 이 바깥쪽 롤러 장치는 원형의 자석을 포함하도록 각도를 갖고 설치하는 것과 함께, 이 내외측 롤러 장치는, 회전의 안정성과 마찰 저항치 등을 고려하여, 3개소에서 지지하는 구성으로 하는 것,

또한 이 내외측 롤러 장치의 구동 부분은, 이 내외측 롤러 장치의 축 양측으로부터 계자자 링면에, 대략 90°의 방향으로 압력을 가하고, 또한 이 내외측 롤러 장치의 소재를, 바깥둘레가 팽창하는 구조로 하고, 이 계자자 링면에 압력을 가하는 구조의 청구항 1에 기재된 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

청구의 범위 제 3 항은, 전기자 코일의 바깥둘레에, 원통 원형상의 반분할한 전기자 코어를 씌우는 구성으로서,

이 원통 원형상의 반분할 전기자 코어는, 전기자 코일의 반지름보다 조금 크고, 이 전기자 코일과의 사이에 빈틈이 생기는 절연체의 원통 원형상의 반분할의 위에, 강자성체의 부채형을 한 변형된 직사각형 형상의 박판 강판을 다수매 구성하여, 이 다수매의 박판 강판의 짧은 변(부)을 활형상으로 구부려 적층하고, 이 다수매 적층한 상태로, 그 긴 변(부)을 90°의 비틀기를 가해 원통 원형상으로 제작하는데 적합한 구조로 하고,

이 활형상의 짧은 변을 집적하면 중앙 부분에 빈틈이 생기므로, 이 빈틈에 미세 분말의 강자성체를 넣어 접착재로 굳힌 것을 전기자 코어로서 전기자 코일에 씌운다. 환언하면, 반분할의 활형상의 박판 강판을 90° 비틀기한 반분할 상태로 마무리하여 링형상의 전기자 코일의 위에 씌우는 구성으로 하고,

상기 전기자 코어의 안쪽 양단부의 형상은 원형으로 나팔형상으로 제작하여, 개방한다. 이 개방에 의해, 예를 들면, 계자자 링이 전기자 코어를 빠져나갔을 때에 여자에 의한 계자자 링의 끌어 되돌림을 완화(계자자 링으로부터의 자속이, 전기자 코어가 입출할 때에, 이 전기자 코어를 여자하지만, 이 여자력을 벡터적으로 상쇄하여 완화)하는 역할을 가담할 수 있도록 구성한 청구항 1에 기재된 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

청구의 범위 제 4 항은, 전기자 코일에 수용 고정되는 계자자 링은,

이 전기자 코일의 원통 원형상의 중심으로 계자자 링이 통과하도록 높이와, 가로방향으로 조정하여 계자자 링이 전기자 코일의 중앙을 통과할 수 있도록 조정재를 넣어 조정하고,

그리고, 이 전기자 코일로의 계자자 링의 수용 고정을 통하여, 이 전기자 코일에 대한 계자자 링의 회전에 수반하는 회전 억제와, 또는 회전에 수반하는 복귀에 의한 전후방향의 진폭 억제와, 또한 이 전기자 코일의 부하 역률의 변동 등에 의한 위상의 엇갈림 방지와, 전기자 코일의 감자작용과 자화작용에 의한 진폭 방지를 도모하는 것을 의도하는 구조의 청구항 1에 기재된 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

청구의 범위 제 5 항은, 전기자 코일의 부하 전력의 역률 변동으로, 이 전기자 코일의 반작용이 생기는 것을 회피하는 구성으로서,

이 전기자 코일의 동기 리액턴스와 동시에, 이 전기자 코일의 권선의 저항으로 이루어지는 임피던스치를 어느 정도로 일정하게 하여 위상 개선을 도모하기 위해서, 회로중에 콘덴서를 병렬 접속으로 투입하고, 이 콘덴서 용량을 적당량으로 투입하여, 이 계자자 링의 구동 동력 용량에 영향을 주지 않고, 또한 발전 용량에 변동을 주지 않는 것을 의도하는 구조의 청구항 1에 기재된 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

청구의 범위 제 6 항은, 베이스 강판에 수용되는 전기자 코어와, 내외측 롤러 장치의 조합 구조로서,

이 전기자 코어의 수량과, 내외측 롤러 장치의 수량은 몇조라도, 적절히 변경 가능하고, 또한 조합 성립 가능하게 하는 구성으로 한 구조의 청구항 1에 기재된 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.

청구의 범위 제 7 항은, 계자자 링을 회전시키는 구동 기구의 구성으로서,

이 구동 기구는, 계자자 링에 조금 빈틈을 갖게 하고, 또한 전기자 코일을 감고, 전류를 교대로 흘려, 이 계자자 링의 극성과의 관계에서 흡인과 반발을 반복하여, 이 계자자 링을 회전하는 구동 전동기로 한 구성이나, 또는 이 전기자 코일에 직접 전류를 투입하여, 구동 전동기로 한 구성 등을 채용하는 구조의 청구항 1에 기재된 발전기이다.

청구의 범위 제 8 항은, 계자자 링을 전동기의 로터로 하여 전기자 코일에 전류를 흘리면 전동기로서, 계자자 링을 회전하는 구조의 청구항 1에 기재된 링형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기이다.

도 1은, 본 발명의 전체 구조로서, 전기자 코어와 전기자 코일의 일부를 잘라내어 내부의 구조를 도시한 것으로, 막대자석의 계자자 링이 전기자 코어를 관통하여, 이 계자자 링을 내외측 롤러 장치 3조(3개소)로 지지하고, 이 3개소의 중간에 전기자 코어 및/또는 전기자 코일을 설치하고, 전기자 부착 위치 조정용 조정재 로 둘러싸고, 이 내외측 롤러 장치의 1개에 회전을 주어 계자자 링을 회전 가능하게 한다. 그리고, 이 계자자 링을 회전함으로써, 계자자 링의 자속이 전기자 코일을 직각으로 잘라, 자력 유도 기전력으로 발전하는 것을 설명하기 위한 기본적인 단면 모식도이다.

도 2는, 도 1의 A-A' 단면도와, 그 B-B' 단면도를 도시하고 있고, 계자자 링을 내외측 롤러 장치로 지지하고 있는 구조와, 내외측 롤러 장치의 회전 구동과 이 내외측 롤러 장치에서 계자자 링을 중공으로 지지하는 구조를 도시한 측면 모식도이다.

도 3a 내지 3f은, 전기자 코어를 확대하여 도시한 도면이고, 도 3a는, 전기자 코어가 완성한 상태의 단면도, 도 3b는, 전기자 코어의 제작 과정으로서, 반으로 자른 일부를, 대략 90° 비틀기한 상태의 모식도, 도 3c는, 도 3b의 측면 사시도, 도 3d는, 도 3b의 평면도, 도 3e는, 도 3b의 전개 정면도, 도 3f는, 전기자 코어의 제작 과정으로서, 반으로 자른 다른 일부를, 대략 90° 비틀기한 상태의 전개 정면도이다.

도 4는, 전기자 코어 및 전기자 코일과 계자자 링 및 내외측 롤러 장치의 단면 모식도이다.

도 5는, 전기자 코어 및 전기자 코일과, 계자자 링 및 내외측 롤러 장치의 단면 모식도로서, 이 전기자 코일을 감은 상태를 도시하고 있다.

도 6은, 전기자 코어 및, 전기자 코일과, 계자자 링을 수용한 3분할의 전기자 부착 위치 조정용 조정재(전기자 케이싱)를 베이스 강판에 자유롭게 탈착되도록 설치한 단면 모식도이다.

도 7은, 도 6의 상태에 계자자 링의 지지재를 장착한 단면 모식도이다.

도 8a은, 계자자 링의 접속부재의 부품과 접속 상태를 도시한 정면 모식도, 도 8b는 도 8a의 분해 모식도이다.

도 9는, 발전기의 전기 회로도이다.

도 10은, 영구자석을 동극에서 근접시켰을 때의 자속밀도의 포물선량의 측정치를 도시한 도표이다.

도 11은, 영구자석을 동극에서 접근시키는 상황시의 자속밀도의 포물선량의 측정치를 도시한 도표이다.

대표적인 도면을 기초로 하여, 그 실시예를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 전체 구조로서 베이스 강판(받침접시)(21)의 대략 중앙에 구동용 전동기(1)를 설치하고, 이 구동용 전동기(1)로 구동되는 계자자 링(4)을, 안쪽 롤러 장치(10)(지지 롤러 장치), 바깥쪽 롤러 장치(11,12)(지지 롤러 장치)를 사이에 두고 받치는 구성으로서, 이 계자자 링(4)은, 막대자석(막대 형상의 영구자석)을 고리형상으로 배치한 구조이다. 도면 중 2는 구동용 전동기(1)의 구동 샤프트를 도시한다.

그리고, 이 막대자석의 양측에 반자성체의 접속부재(5)를, 각각 접착함으로써, 막대자석의 동극끼리를 반자성체의 접속부재(5)에서 끼워넣는 구성으로 하고, 이 접속부재(5)를 접속너트(53)와 접속시트(54)로 단단히 조여 접속한 링 형상으로 한다. 도면중 51은 다른 계자자 링(4)의 양단에 접착되는 반자성체의 접속부재 Ⅰ, 또한 52는 또 다른 계자자 링(4)의 양단에 접착되는 반자성체의 접속부재 Ⅱ를 도시하고 있고, 이 접속부재 Ⅱ(52)는, 상술의 접속부재(5)와 같이 취급된다. 이 접속부재(5)와 접속부재 Ⅰ(51), 접속부재 Ⅱ(52)와, 복수의 접속너트(53)및/또는 조임 볼트(55)와, 접속시트(54)를 사이에 두고 막대자석을 고리형상으로 배치하여 계자자 링(4)를 형성한다.

이상과 같이 하여 구성한 계자자 링(4)은, 안쪽 롤러 장치(10), 바깥쪽 롤러 장치(11,12)를 사이에 두고 베이스 강판(21)에 받쳐져 있다. 예를 들면, 이 안쪽 롤러 장치(10)는, 안쪽 롤러(10a)와, 이 안쪽 롤러(10a)를 지지하는 지지볼트축 (10b)으로 구성한다. 그리고, 또한 바깥쪽 롤러 장치(11,12)는, 바깥쪽 롤러 (11a,12a)와, 이 바깥쪽 롤러(11a,12a)를 지지하는 지지볼트축(11b,12b)으로 구성한다. 이 1조의 안쪽 롤러 장치(10), 바깥쪽 롤러 장치(11,12)와, 지지볼트(10c∼12c)를 사이에 두고 확실히 1개소를 지지한다. 그리고, 이 1조의 안쪽 롤러 장치 (10), 바깥쪽 롤러 장치(11,12)를, 이 예에서는 3개소 설치함으로써, 상술과 같이, 베이스 강판(21)에 받쳐져 있다. 또한 이 바깥쪽 롤러(11a)의 지지볼트축(11b)을 연장하고, 이 지지볼트축(11b)에 롤러 구동용 V풀리(17)를 고정멈춤하고, 이 롤러 구동용 V풀리(17)와, 베이스 강판(21)의 대략 중앙에 설치한, 구동용 전동기(1)의 출력축에 설치한 구동용 V풀리(3)를 V벨트(16)를 사이에 두고 연계한다. 따라서, 이 바깥쪽 롤러(11a)의 지지볼트축(11b)은, 상기 구동용 전동기(1)→구동용 V풀리 (3)→V벨트(16)의 전달 기구를 사이에 두고 회전된다.

그리고, 이 계자자 링(4)의 바깥둘레면에는, 전기자 코일(7)이 대략 밀착 상태로 바깥으로 감김으로써, 자속 손실을 극력 줄이는 구조로 한다. 그리고, 이 계자자 링(4)과 전기자 코일(7), 이 전기자 코일(7)을 긴밀 상태로 둘러싸는 전기자 코어(8)를, 베이스(19)와 전기자 부착 위치 조정용 조정재(전기자 케이싱)(20)로 씌워 끼운다. 한편, 이 둘러싸기 및/또는 씌워끼우기도, 긴밀 상태로서 상기 자속 손실을 보완할 수 있는 구조로 한다. 한편, 계자자 링(4)은, 전기자 코일(7), 전기자 코어(8)[전기자(6)]와 전기자 부착 위치 조정용 조정재(20)의 중심에 설치한다. 그리고, 베이스(19)는 베이스 강판(21)에 자유롭게 탈착되도록 설치된다.

도 3a 내지 3f는, 전기자 코어(8)의 반분할 부분도의 모식도이다. 원통 원형상의 반분할을 작성하기 위해서 박판 강판(800)을, 먼저 부채형으로 절단하여 양단 안쪽을 원형으로 한 형상판의 짧은 변을 활형상으로 구부리고, 긴 변을 90°에 비틀면, 이 박판 강판(800)은 짧은 변이 활형상이 되어, 긴 변이 90°로 구부러진 박판 강판(801)이 제작된다. 이 박판 강판(801)을 모으면 원통 원형상으로 출입구가 나팔형상의 전기자 코어(8)가 구성된다. 그리고, 이 박판 강판(801)의 중간의 빈틈에 강자성체에서 미세한 분말재(도시하지 않음)를 충전하고, 또한 접착제(도시하지 않음)로 접속한다.

도 9는, 이 발전기의 전기 회로도이다. 자력 유도 기전력(E)을 실효값으로 발전하여 전기자 코일(7)의 코일 저항(R)과 전기자 코일(7)의 유도계수(L), 3전기자(6)를 접속한다. 그리고, 전기자 코일(7) 전체에 콘덴서(C1)를 병렬 접속하여 전기자 코일(7)의 반작용을 개선한다. 그리고, 부하의 전력 송전으로 생기는 역률 COSθ를 개선시키기 위해서 콘덴서(C2)를 병렬로 접속하는 구조이다.

도 10은, 막대자석을 강제 접근시키면, 선단 부분이 결여된 타원형으로 방출되는 자속밀도를 측정할 수 있다. 이 막대자석의 접속중간 위치에서 이격거리(X)를 측정한 값이다. 이 X의 위치에 전기자 코일(7)을 감으면, 자력 유도 기전력의 전압을 계산할 때의 자속에 대입할 수 있다.

도 11은, 막대자석을 동극에서 강제 접근시키면 프레밍의 법칙으로 거리의 제곱에 반비례하는 힘이 나온다. 그 힘은 자축에 대해 90°의 방향으로 방출되므로 자속밀도 B(G)의 상승이 되어 나타난다. 이 증명으로서 중간지점의 자속밀도 B의 값을 측정하여 실증한다.

상술한 본 발명의 주요 요소부의 상세한 설명과 입출력의 에너지 관계식에서 발전하는 것을 검증한다. 막대자석을 동극에서 접근한 경우의 식은 쿨롱의 법칙으로부터 다음의 식이 되는 것이라고 생각할 수 있다.

쿨롱의 법칙 F=m₁·m₂/(4πμr²) (N)

반발력 F와 거리 X와의 관계식은 W의 에너지의 식이 되므로

XF=W=BHV/2=B²V/2μ ……(4) 식

μ: 공극의 공기의 투자율[H/m] W: 자기에너지[J]

B: 자속밀도[T] H: 자계의 세기[A/m]

V: 공극부의 체적[m³]

이 식의 r을 변화시키는 것은, 동극의 경우는 반발력 F의 힘을 변화시키는 것이 되어, 거리의 단축으로 그 반발력 F는 증대한다. 이 반발력 F의 힘은 자속밀 도 B의 증가의 변화가 되어 나타난다. 그리고, 자석의 누설 자속은 짧은 거리에서 루프를 형성하는 관계에서 누설에 의한 손실이 되는 부분이 극단적으로 적어진다. 다음에, 막대자석으로 이극끼리를 접속하여 계자자 링(4)을 형성하면 외부로 방출되는 자속은 사라진다. 이것의 역법칙으로 동극끼리를 접속하면 자속은 전기자 코일(7)에 방출된다. 그리고, 이 자극 사이를 단축하면, 그 힘은 자속밀도 B의 증대로 연결된다. 또한, 자속밀도 B가 흐르는 방향은 타원 구면의 선단 부분이 찌부러진 상태의 구면을 따라서 흘러간다. 따라서, 전기자 코어(8)로 둘러싸이지 않으면 타원 형상을 형성하여 흐름으로써, 이 계자자 링(4)으로부터 방출되는 자속은 원형의 안쪽과 바깥쪽에서는 자속경로에 차가 생겨, 자속의 힘에 차가 생기게 된다. 이것은 전기자 코일(7)의 한둘레의 사이에서도 전압이 발생하게 된다. 이 계자자 링(4)으로부터의 방출 자속의 형상은, 이 타원 형상의 자극을 작성하여 전기자 코일(7)내에서 회전한다. 전기자 코어(8)가 있는 관계에서 타원 형상이 변형한 형상을 작성하면서 대략 전기자 코일(7)을 직각으로 자르면서 회전하는 이상적인 구성이 된다.

다음에, 동극끼리 사이에 반자성체를 사이에 두고 접속한 경우와, 이것을 강자성체로 접속한 경우에서는 방출되는 자속밀도에 차가 생기고, 반자성체로 끼운 쪽이 보다 방출 자속밀도가 높다. 그 원인이라고 생각할 수 있는 것은, 동극에서 방출되는 자속끼리가 강자성체 중에서 완전 충돌하여 소멸하는 자속 회로가 성립함으로써, 그 부분의 감소가 생기는 것이라고 생각할 수 있다.

따라서, 계자자 링(4)이 안쪽 롤러 장치(10), 바깥쪽 롤러 장치(11,12)로 지 지되어 회전할 수 있는 상태로부터 비롯한다. 계자자 링(4)의 회전 구동력은 외부로부터 입력되어, 내외측 롤러 장치(10∼12)를 회전 구동함으로써, 계자자 링(4)이 회전한다. 다음에 전기자 코일(7)을 통과함으로써, 영구자석이 갖는 자속을 전기자 코일(7)이 자르는 상태가 되어, 이 상태로 전기자 코일(7)에 자력 유도 기전력이 발생한다. 상기에서 서술한 바와 같이 계자자 링(4)으로부터 방출된 자속은 선단 부분이 찌부러진 것과 같은 형상의 타원형을 형성하여 전기자 코일(7)을 통과하여 전기자 코어(8)에 잡힌다. 그리고 전기자 코어(8)로부터 또한 전기자 코일(7)을 통과하여 계자자 링(4)으로 되돌아오는 회로를 형성하여 순환한다. 이것에 의해, 계자자 링(4)이 회전하는 것은, 이와 같이 순환하는 자속을 발생시키면서 회전하는 구조이다. 따라서, 전기자 코일(7)을 전체둘레에 걸치는 길이로 직각으로 자르는 구조이다.

그리고 자하의 세기 m(Wb)은 양극의 거리를 r²에 반비례하므로, 전기자 코일(7)을 통과할 때의 자속밀도 B가 증대함으로써, 자속밀도 B의 감속의 저하도가 완만하게 된다. 이 현상은, 자속밀도 B의 방출도가 증대함으로써, 부하 변동에 대한 전압의 강하율이 낮아지는 것을 표시하고 있다.

이 현상의 수치는, 발전기로서의 출력전압에 관한 자력 유도 기전력의 식의 자속의 값에 관계되어 있다.

자력 유도 기전력(E)= 1.11PaNZΦ ……(5) 식

파형율: 1.11 Pa: 자극수 N: 계자자 링의 회전수(sec)

Z: 전기자 코일수(턴) Φ: 자속(Wb) 그리고,

출력 전력 용량 P=EI ……(6) 식

자력 유도 기전력(E)에 전기자 코일의 전류치 I(A)를 곱한 것이 된다.

출력 전력 용량 P를 산출하는데, 계자자 링(4)을 회전시키는 용량은 막대자석의 질량을 계산하여, W₁= 1/2·Jω²로 산출할 수 있다. 계자자 링(4)을 회전시킬 때 내외측 롤러 장치(10,11,12)의,

마찰 기계 손실 W₂= 9.8μpSv ……(7) 식

μ: 마찰 계수 p: 계자자 링과 내외측 롤러 장치의 압력(kg/m²)

S: 내외측 롤러 장치와 계자자 링의 접촉 면적(m²)

v: 계자자 링의 주변 속도(m/S)

로 계산한다. 다음에 전기자 코어내를 소용돌이 전류손과 히스테리시스손에 의한 자속밀도 B와 주파수의 관계식으로부터, 그 손실은 계철의 중량에 비례한다. 그리고, 철손은 Wi로서 계산할 수 있다.

철손 Wi=G·Wfc(W) ……(8) 식

G: 중량(kg) Wfc: 계철부분의 손실(W/kg)이다.

다음에,

전기자 동손 Wc= I²R(W) ……(9) 식

이 식에 수치를 대입하면 발전기의 입력과 출력의 비율을 구할 수 있다.

발전기의 용량식은,

W = 출력/입력 = P/(W₁+W₂+Wi+Wc) ……(10) 식

계자자 링(4)과 전기자 코어(8)와의 관계에 있어서, 계자자 링(4)이 회전할 때에 전기자 코어(8)의 출입구를 강하게 여자한다. 이 때에 일어나는 계자자 링(4)의 회전을 방지하는 행위에 대해서는, 전기자 코어(8)의 형상을 나팔 상태로 하고, 계자자 링(4)의 극성으로 여자되는 자축에 대해 벡터 각도가 커지도록 하여 대응하고 있다. 따라서 계자자 링(4)의 회전이 저지되는 현상을 줄이는 구조를 작성하고 있다. 이 계자자 링(4)의 자극 사이의 거리와 전기자 코어(8)의 거리를 대략 같은 거리로 하면, 계자자 링(4)의 극성은 전기자 코어(8)의 단부에의 입출 위치는 대략 같은 위치가 되고, 전기자 코어(8)를 여자 하는 힘의 관계도 같게 된다. 이 현상으로 계자자 링(4)의 회전력은, 회전 방향과 역회전 방향이 같게 되고, 계자자 링(4)을 회전시킨 경우의 회전력을 저지하는 행위는 외부 구동력에서는 대략 0(0으로 한다)이 되어, 자속 손실에는 포함하지 않아도 좋다. 그리고, 또한, 입출식의 계산에는 손실 에너지로서 계산으로부터 제외할 수 있다. 또한 계자자 링(4)이 전기자내를 통과할 때에 일어나는 자속에 의한 강한 여자는 터널내의 상하 좌우 어느 방향도 거리와 원형에 의한 여자력은 동일하기 때문에, 여자에 의한 자속 손실은 0이다. 따라서 계자자 링(4)의 회전을 저해하는 요인은 되지 않기 때문에, 이 전기자의 여자 손실은 0으로 한다. 발전기로서의 성능은, 계자자의 질량과 계자자 링(4)으로부터 방출하는 자속과의 관계로 정해지게 된다. 다음에, 무부하 포화로 전압을 발생시키는 값은 여자 전류를 흘려 전자력으로 발전하는 구조가 아니라, 계자자 링(4)으로부터의 자속을 이용하고 있으므로, 계자자 링(4)의 회전 속도를 조정하여 무부하 포화에 의한 포화 전압을 계측하게 된다. 이 결과 포화 전압의 값은 종래의 동기 발전기에 의한 값보다 큰 값이 된다. 그리고 전기자 코일(7)을 단락하여, 흐 르는 전류로 단락 전류치의 값도 여자 전류를 흘려 자속과 전기자 코일(7)의 전류의 비율을 조사하는 종래의 형식과는 달리, 계자자 링(4)이 여자 자속으로 바뀜으로써, 계자자 링(4)을 회전시키면, 이 단락전류는 회전 속도에 비례하여 커져, 이 비율의 각도는 종래의 단락 곡선보다 상승 커브를 그리게 된다. 이와 같이 하여, 여자극에 전류를 흘려, 그 여자에 의해 자속 변화에 대한 비율로 판명된 현상이, 이 장치에서는 계자자 링(4)으로부터 방출되는 자속의 변화가 된다. 따라서, 종래의 동기 발전기와 같은 변환에 필요한 여자극 손실 부분이 제외됨으로써, 단락비=K는 커진다. 이것으로, 부하의 전압강하는 종래의 발전기보다 개선되게 된다.

종래의 동기 발전기와의 차이는, 계자자 링(4)의 회전수를 일정하게 측정하고 있었던 것을 계자자 링(4)의 방출 자속의 변화는 없기 때문에, 이 계자자 링(4)의 회전 속도를 조정하여 측정하게 된다. 결론으로서 계자자 링(4)의 성능(극성이 같은 자극끼리를 접근시켜, 그 때의 방출 자속)과 원통 원형상의 전기자의 구조가 발전기로서 효과를 올리는, 이 구조로 성능이 정해진다. 본 발명은 이 가장 좋은 조건을 만족할 수 있는 구조의 발전기라고 할 수 있다.

부호의 설명

1 : 구동 전동기 2 : 구동 샤프트

3 : 구동용 V풀리 4 : 계자자 링

5 : 접속부재 51 : 접속부재 Ⅰ

52 : 접속부재 Ⅱ 53 : 접속너트

54 : 접속시트 55 : 조임 볼트

6 : 전기자 7 : 전기자 코일

8 : 전기자 코어 800 : 박판 강판

801 : 박판 강판 10 : 안쪽 롤러 장치

10a : 안쪽 롤러 10b : 지지볼트축

10c : 지지볼트 11 : 바깥쪽 롤러 장치

11a : 바깥쪽 롤러 11b : 지지볼트축

11c : 지지볼트 12 : 바깥쪽 롤러 장치

12a : 바깥쪽 롤러 12b : 지지볼트축

12c : 지지볼트 16 : V벨트

17 : 롤러 구동용 V풀리 19 : 베이스

20 : 전기자 부착 위치 조정용 조정재(전기자 케이싱)

21 : 베이스 강판(받침접시) C1 : 콘덴서

C2 : 콘덴서 E : 자력 유도 기전력

L : 유도계수 R : 코일 저항

이상과 같이, 본 발명은, 계자자 링의 동극끼리를 강제 접근시킴으로써 방출 자속밀도량을 늘리면서, 회전하는 구조를 채용함으로써, 예를 들면, 전기자 코일내를 통과하는 자속을 통하여 자력 유도 기전력을 발생하는 구성의 발전기이다. 그리고, 이 발전기는 종래의 열에너지 변환으로, 계자자 링을 회전하여, 전력을 꺼내는 방식으로 함으로써, 석유 등의 연료 및/또는 연료를 분사하면서 폭발하는 구성을 채용하지 않기 때문에, 폭발 등의 위험성과 구조의 복잡화를 회피할 수 있는 유익성·실용성 등을 구비한다. 또한 해수중에, 석유 등의 연료가 유출되는 것에 의한 해수 오염의 걱정도 전무하다. 게다가 방사선을 방출하여 인체에 영향을 주는 일도 없다.

즉, 본 발명은, 장치를 가동시키는 에너지로서 축전지에 축적한 전력을 사용하여 구동원으로 하는 구조이며, 발전기의 운전으로 생긴 전력의 부하측으로부터 리턴하고, 축전지를 충전하여 계속 운전을 가능하게 한다. 따라서, 영구자석만의 사용에서는 발전 용량을 확보할 수 없는 결점을 해소하고, 또한 장치 전체의 소형화를 달성하면서 전력의 배율을 도모하기 위해, 본 발명에서는, 이 소형의 발전기를 다수기 설비하여 공급하는 구조로 하여, 요망이 있는 대전력의 수요에 응하는 것을 의도한다. 또한 피크 부하의 대응으로서는, 계자자 링의 회전 속도의 상승을 전망할 수 있는 범위로 정격 전력치를 정함으로써 발전하는 구조로 하는 것도 가능하고, 각종의 요망에 대응할 수 있는 것은 분명하다. 그리고, 이 장치에 필요로 하는 부품 점수를 줄이고, 또한 이 부품도 염가로 구입 가능하기 때문에, 저가격의 발전기를 제작, 또한 제공할 수 있어, 실용적이고, 업계에 복음을 가져오는 것은 분명하다.

이상과 같은 경제성, 실용성, 또한 유익성을 구비하기 때문에, 본 발명은, 많은 산업용 기계의 구동의 전원으로서 채용할 수 있다. 특히, 오늘의 인기 산업이다. 예를 들면, 자동차의 엔진에의 탑재를 비롯하여, 예를 들면, 선박의 발전기, 산업 기계의 발전기 등의 구동원에의 채용과 특히, 최대의 목적은, 발전소에 설치 하여, 인류의 생활에 도움이 되는 에너지의 공급에 공헌할 수 있다.

Claims

계자자(界磁子)링이, 활형상으로 구부린 상태로 구워 굳혀서 제작한 영구자석으로, 단면이 원형으로 되는 막대자석과, 이 막대자석의 양단에 접착한 반자성체의 접속부재로 이루어지는 구성이며,

이 계자자 링은, 그 막대자석의 극성이 동일하게 되도록, 이들을 강제 접근하여, 서로 연결시켜 접속하고, 이 계자자 링의 막대자석의 자축은, 동일한 극성 사이에서 동일극성의 자속이 방출되는 구성으로 하고, 또한 이 막대자석의 동일극성으로 접속한 동일극성의 자속이 방출되며, 또한 자축으로부터 직각 방향으로 방출 자속이 생기고, 그 선단이 찌그러진 타원형의 방출 자속이 연속 상태의 링이 되는 것을 특징으로 하고,

이 방출 자속을 유지하는 계자자 링을, 3점지지의 회전 기구를 사이에 두고 베이스 강판(받침 접시)내에 회전할 수 있도록 지지하고,

또한 이 계자자 링의 위에 빈틈을 갖게 하여 전기자 코일을 감고, 그 위에 전기자 코어로 가리는 구조로 하고,

또한 상기 회전 기구의 1개에 계자자 링을 회전시키는 구동력을 부여하는 구동 기구를 구비하는 구성으로 하고,

상기 계자자 링을 회전하고, 이 계자자링의 회전으로 발생하는 자속을, 여자 자속으로 변환하고, 이 계자자 링의 회전을 통하여, 상기 전기자 코일에 자력 유도 기전력을 발생하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 계자자 링을 지지하는 지지수를 3개소에서 지지하는 구조로서,

이 1조의 지지 구조는, 안쪽에 1개의 안쪽 롤러 장치를 갖고, 또한 바깥쪽에 2개의 바깥쪽 롤러 장치를 갖는 조합이고, 이 바깥쪽 롤러 장치는 원형의 자석을 포함하도록 각도를 갖고 설치하는 것과 함께, 이 내외측 롤러 장치는, 회전의 안정성과, 마찰 저항치 등을 고려하여, 3개소에서 지지하는 구성으로 하는 것,

또한 이 내외측 롤러 장치의 구동 부분은, 이 내외측 롤러 장치의 축 양측으로부터 계자자 링면에, 90°의 방향으로 압력을 가하고, 또한 이 내외측 롤러 장치의 소재를, 바깥둘레가 팽창하는 구조로 하고, 이 계자자 링면에 압력을 가하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 전기자 코일의 바깥둘레에, 원통 원형상의 반분할한 전기자 코어를 씌우는 구성으로서,

이 원통 원형상의 반분할 전기자 코어는, 전기자 코일의 반지름보다 조금 크고, 이 전기자 코일과의 사이에 빈틈이 생기는 절연체의 원통 원형상의 반분할의 위에, 강자성체의 부채형을 한 변형된 직사각형 형상의 박판 강판을 다수매 구성하고, 이 다수매의 박판 강판의 짧은 변을 활형상으로 구부려 적층하고, 이 다수매 적층한 상태로, 그 긴 변을 90°의 비틀기를 가해 원통 원형상으로 제작이 가능한 구조로 하고,

이 활형상의 짧은 변을 집적하면 중앙 부분에 빈틈이 생기므로, 이 빈틈에 미세 분말의 강자성체를 넣어 접착재로 굳힌 것을 전기자 코어로서 전기자 코일에 씌우는 구성으로 하고,

상기 전기자 코어의 안쪽 양단부의 형상은 원형으로 나팔형상으로 제작하여 개방하고, 이 개방에 의해, 계자자 링이 전기자 코어를 빠져나갔을 때에 여자에 의한 계자자 링의 끌어 되돌림을 완화(계자자 링으로부터의 자속이, 전기자 코어가 입출할 때에, 이 전기자 코어를 여자하여 생성되는 여자력을 벡터적으로 상쇄하여 완화)하는 역할을 가담할 수 있도록 구성한 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 전기자 코일에 수용 고정되는 계자자 링은,

이 전기자 코일의 원통 원형상의 중심으로 계자자 링이 통과하도록 높이와 가로방향으로 조정하여 계자자 링이 전기자 코일의 중앙을 통과할 수 있도록 조정재를 넣어 조정하고,

그리고, 이 전기자 코일에의 계자자 링의 수용 고정을 통하여, 이 전기자 코일에 대한 계자자 링의 회전에 수반하는 회전 억제와, 또는 회전에 수반하는 복귀에 의한 전후방향의 진폭 억제와, 또한 이 전기자 코일의 부하 역률의 변동에 의한 위상의 엇갈림 방지와, 전기자 코일의 감자작용과 자화작용에 의한 진폭 방지를 도모하는 것을 의도하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 전기자 코일의 부하 전력의 역률 변동으로, 이 전기자 코일의 반작용이 생기는 것을 회피하는 구성으로서,

이 전기자 코일의 동기 리액턴스와 동시에, 이 전기자 코일의 권선의 저항으로 이루어지는 임피던스치를 일정하게 하여 위상 개선을 도모하기 위해서, 회로중에 콘덴서를 병렬 접속으로 투입하고, 이 콘덴서 용량을 투입하여, 이 계자자 링의 구동 동력 용량에 영향을 주지 않고, 또한 발전 용량에 변동을 주지 않는 것을 의도하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 베이스 강판에 수용되는 전기자 코어와, 내외측 롤러 장치의 조합 구조로서,

이 전기자 코어(또는 계자자)의 수량과, 내외측 롤러 장치의 수량은 몇조라도, 변경 가능하고, 또한 조합 성립 가능하게 하는 구성으로 한 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.
제 1 항에 있어서, 계자자 링을 회전시키는 구동 기구의 구성으로서,

이 구동 기구는, 계자자 링에 조금 빈틈을 갖게 하고, 또한 전기자 코일을 감고, 전류를 교대로 흘려, 이 계자자 링의 극성과의 관계에서 흡인과 반발을 반복하여, 이 계자자 링을 회전하는 구동 전동기로 한 구성이거나, 또는 이 전기자 코일에 직접 전류를 투입하여, 구동 전동기로 한 구성등을 채용하는 구조의 발전기.
제 1 항에 있어서, 계자자 링을 전동기의 로터로 하여 전기자 코일에 전류를 흘리면 전동기로서 계자자 링을 회전하는 구조의 링 형상의 회전으로 발전하는 구성으로 한 발전기.