KR101175609B1 - 정전기장 또는 정자기장에 포함된 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기장과 유도전기장 그리고 자기장과 유도자기장이 균형을 이루지 못하게 하여 정전자기장에 포함된 에너지를 효과적으로 추출하며, 전류를 매개로 하여 정전자기장 에너지가 추출될 경우에는 전류의 해당 도선에서의 전류의 전기장과 외부에서 전류에 가해진 정전기장이나 홀 전압에 의한 정전기장의 합성에 의하여 추출되는 에너지의 크기가 변화하며 이에 따라 전류나 전압의 크기도 변화하기 때문에 전류와 전압을 현재의 반도체 트랜지스터를 사용하는 경우보다 큰 폭으로 그리고 정확하게 증감폭하거나 스위칭할 수 있는 정전자기장 에너지 추출장치를 개시(introduce)한다.
Description
본 발명은 정전자기장(정전기장 또는 정자기장)에 포함된 에너지를 추출하는 에너지 추출장치에 관한 것으로, 특히 정전자기장과 정전자기장으로부터 도체부 또는 전기자부에 유도되는 유도 정전자기장이 균형을 이루지 못하도록 함으로써, 정전자기장에 포함된 에너지를 효과적으로 추출할 수 있는 에너지 추출장치에 관한 것이다.
전기장(electric field)의 힘이 미치는 영역 내에 위치한 도전성 물체의 내부에는 상기 전기장과 반대되는 전기장이 유도된다. 유도전기장의 크기는 전기장의 크기와 같으며, 외부의 다른 특별한 영향이 없는 한 일정한 시간이 지나면 전기장과 유도전기장이 균형을 이룬다.
이와 유사하게, 유도전류가 발생하여 자기장(magnetic field)의 힘이 미치는 영역 내로 진입한 자성 물체의 내부에도 상기 자기장과 반대되는 자기장이 유도된다. 상기 유도자기장의 크기는 (설명의 편의를 위해 이상적 완전 반자성체를 예로 들자면) 상기 자기장의 크기와 같으며, 외부의 특별한 영향이 없는 한 일정한 시간이 지나면 자기장과 유도자기장이 균형을 이룬다.
상술한 바와 같이, 전기장에는 유도전기장을 발생시킬 수 있는 에너지가, 그리고 자기장에는 유도자기장을 발생시킬 수 있는 에너지가 각각 존재하는데, 이러한 에너지를 추출하여 사용할 수 있는 장치가 있다면 에너지 개발에 도움이 될 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 정전기장과 유도전기장 및 정자기장과 유도자기장이 균형을 이루지 못하게 하여 정전기장 또는 정자기장(이하 "정전자기장"이라 함)에 포함된 에너지를 효과적으로 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면(one aspect; 도 1)에 따른 정전자기장 에너지 추출장치는, 제1플레이트(101), 제2플레이트(102), 절연체(150), 유전부(145) 및 도체부(130)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1플레이트(101)는 제1전하에 의해 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(110)을 포함한다. 상기 제2플레이트(102)는 상기 제1플레이트(101)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1전하와 반대 극성을 가지는 제2전하에 의해 대전되고 정전기장을 발생하며 상기 제1대전체판(110)에 대응되는 위치에 상기 제1대전체판(110)과 평행하고 대향하도록 형성된 제2대전체판(120)을 포함한다. 상기 절연체(150)는 상기 제1플레이트(101) 및 상기 제2플레이트(102) 사이의 공간에 채워진다. 상기 유전부(145)는 상기 제1대전체판(110)과 도체부(130) 사이 및 상기 제2대전체판(120)과 상기 도체부(130) 사이에 각각 형성된다. 상기 도체부(130)는 상기 2개의 유전부(145) 사이에 형성된다. 상기 도체부(130)에는 전류가 흐르며, 상기 제1대전체판(110) 및 상기 제2대전체판(120) 사이에 형성되는 정전기장이 인가되는 정전기장 인가 도선(130e)과 그 양측에 정전기장이 인가되지 않은 정전기장 비인가 도선들(130a, 130b)이 포함된다. 본 발명의 일면(도 1)에 따른 이 장치는 상기 전류의 전하운반자가 상기 정전기장 인가 도선(130e)을 지나 상기 정전기장 비인가 도선(130a, 130b)중 하나(130a)를 흐를 때 상기 정전기장과 상기 정전기장 인가 도선(130e)이 이루는 각도와 또한 상기 전하운반자가 상기 정전기장 인가 도선(130e)을 지나 흐르는 상기 정전기장 비인가 도선(130a)과 상기 정전기장에 의한 상기 전류에 발생하는 유도전기장이 이루는 각도(α)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐만 아니라 상기 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화하는 전류와 전압 가변 장치 기능도 가질 수 있는 특징을 지닌다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면(도 2)에 따른 정전자기장 에너지 추출장치는, 제1플레이트(201), 제2플레이트(202), 절연체(250), 도체부(230), 유전부(245) 및 정전기장 단속수단을 포함하여 이루어진다. 상기 제1플레이트(201)는 제1전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(210)을 포함한다. 상기 제2플레이트(202)는 상기 제1플레이트(201)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(201)에 형성된 상기 제1대전체판(210)과 대응되는 위치에는 상기 제1플레이트(201)의 상기 제1대전체판(210)과 평행하고 대향하여 형성되고, 제2전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 제2대전체판(220)을 포함한다. 상기 절연체(250)는 상기 제1플레이트(201) 및 상기 제2플레이트(202) 사이의 공간에 채워진다. 상기 도체부(230)의 양단은 상기 제1플레이트(201) 및 상기 제2플레이트(202)로부터 일정 거리 이격되어 그 사이에 설치된다. 상기 유전부(245)는 상기 제1플레이트(201)의 상기 제1대전체판(210)과 상기 도체부(230)의 하단 사이 및 상기 제2플레이트(202)의 상기 제2대전체판(220)과 상기 도체부(230)의 상단 사이에 각각 상기 대전체판(210, 220)에 접하여 형성된다. 본 발명의 일면(도 2)에 따른 이 장치는 상기 정전기장 단속수단에 의해, 상기 도체부(230)의 양단에 인가되는 상기 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면(도 11)에 따른 정전자기장 에너지 추출장치는, 제1플레이트(301), 제2플레이트(302), 전기자부(330), 정자기장 단속수단 및 상기 정자기장 단속수단이 상기 전기자부(330)의 제1계자부(310)와 제2계자부(320)에 대한 상대적 이동을 포함할 경우에는 이 상대적 이동을 방해하는 유도굴절자속 최소화수단도 포함하여 이루어진다. 상기 제1플레이트(301)는 공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 상기 제1계자부(310)를 포함한다. 상기 제2플레이트(302)는 상기 제1플레이트(301)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(301)에 형성된 상기 제1계자부(310)와 대응되는 위치에는 상기 제1계자부(310)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 상기 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 상기 제2계자부(320)를 포함한다. 상기 전기자부(330)는 발열을 최소화하며 투자율이 높은 철심을 구비하고, 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320) 사이에 가능한 한 근접하여 설치된다. 본 발명의 일면(도 11)에 따른 이 장치는 상기 정자기장 단속수단에 의해, 상기 전기자부(330)에 인가되는 상기 정자기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일면(도 20, 21)에 따른 정전자기장 에너지 추출장치는, 제1플레이트(401), 제2플레이트(402) 및 도체부(430)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1플레이트(401)는 공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제1계자부(410)를 포함한다. 상기 제2플레이트(402)는 상기 제1플레이트(401)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(401)에 형성된 상기 제1계자부(410)와 대응되는 위치에는 상기 제1계자부(410)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 상기 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 상기 제2계자부(420)를 포함한다. 상기 도체부(430)는 전류가 흐르며, 평면형으로서 두께가 가능한 한 얇으며, 상기 제1플레이트(401)의 상기 제1계자부(410)와 상기 제2플레이트(402)의 상기 제2계자부(420)의 사이에 설치되고, 상기 제1계자부(410)와 상기 제2계자부(420)에 의한 정자기장이 상기 전류에 수직으로 인가된 정자기장 인가 도선(430m)과 그 양측에 정자기장 비인가 도선(430r, 430l)을 포함한다. 본 발명의 일면(도 20, 21)에 따른 이 장치는 상기 전류의 전하운반자가 상기 정자기장에 의한 홀전압이 인가된 상기 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 상기 정자기장 비인가 도선(430r, 430l) 중 하나의 도선(430r)과 상기 홀전압에 의한 전기장이 이루는 각도(θ)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐 아니라 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화하는 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 특징을 지닌다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전자기장 에너지 추출장치를 사용하는 경우, 정전기장 또는 정자기장에 저장된 에너지를 효과적으로 추출할 수 있으며, 전류를 매개로 하여 정전자기장 에너지가 추출될 경우에는 전류의 해당 도선에서의 전류의 전기장과 외부에서 전류에 가해진 정전기장과 유도전기장이나 홀 전압에 의한 전기장의 합성에 의하여 추출되는 에너지의 크기가 변화하며 이에 따라 전류나 전압의 크기도 변화하기 때문에 전류와 전압을 큰 폭으로 그리고 정확하게 증감폭하거나 스위칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일면의 실시예(도 1)를 나타낸다.
도 2~7은 본 발명의 다른 일면(도 2)의 실시예의 개념도이다.
도 8은 계자부의 자기장과 평행한 방향으로 전기자부가 상대적으로 움직일 때의 자기장의 변화를 나타낸다.
도 9는 계자부의 자기장에 수직 방향으로 전기자부를 상대적으로 이동할 때 자기장의 변화를 나타낸다.
도 10은 계자부의 자기장과 수직 방향으로 전기자부가 상대적으로 이동할 경우 이 이동을 방해하는 전기자부에 발생하는 유도굴절자속(330n, 330s)을 나타낸다.
도 11~13과 도 16~19는 본 발명의 다른 일면(도 11)의 실시예를 나타낸다.
도 14와 도 15는 유도굴절자속 최소화수단의 예를 나타낸다.
도 20과 도 21은 본 발명의 또 다른 일면(도 20)의 실시예를 나타낸다.
도 2~7은 본 발명의 다른 일면(도 2)의 실시예의 개념도이다.
도 8은 계자부의 자기장과 평행한 방향으로 전기자부가 상대적으로 움직일 때의 자기장의 변화를 나타낸다.
도 9는 계자부의 자기장에 수직 방향으로 전기자부를 상대적으로 이동할 때 자기장의 변화를 나타낸다.
도 10은 계자부의 자기장과 수직 방향으로 전기자부가 상대적으로 이동할 경우 이 이동을 방해하는 전기자부에 발생하는 유도굴절자속(330n, 330s)을 나타낸다.
도 11~13과 도 16~19는 본 발명의 다른 일면(도 11)의 실시예를 나타낸다.
도 14와 도 15는 유도굴절자속 최소화수단의 예를 나타낸다.
도 20과 도 21은 본 발명의 또 다른 일면(도 20)의 실시예를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일면의 실시예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 정전자기장 에너지 추출장치는, 제1플레이트(101), 제2플레이트(102), 절연체(150), 유전부(145) 및 도체부(130)를 포함한다. 여기서, 절연체(150)와 유전부(145)는 다소라도 전류가 흐를 수 있는 도체로서의 성질을 가져서는 안 되고, 이와는 반대로 도체부(130)는 다소라도 전류가 흐를 수 없는 부도체로서의 성질을 가져서는 안 되며 다소라도 전류가 흐를 수 있는 성질을 가져야 한다. 이는 이하의, 본 발명의 다른 면에 따른 실시예에서도 같다.
제1플레이트(101)는 제1전하(-)에 의해 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(110)을 포함한다. 제2플레이트(102)는 제1플레이트(101)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1전하와 반대 극성을 가지는 제2전하(+)에 의해 대전되고 정전기장을 발생하며 제1대전체판(110)에 대응되는 위치에 제1대전체판과 평행하고 대향하도록 형성된 제2대전체판(120)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 제1전하(-) 및 제2전하(+)가 각각 음전하 및 양전하인 것으로 표시되어 있지만, 반대의 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
제1대전체판(110)과 제2대전체판(120)으로서 분산되지 않은 전기장을 가진 대전체판이며, 서로 발생하는 정전기장의 공간적 영역이 일치하도록 서로 평행하며 대향하도록 설치된다. 물론 한 쌍이 아닌 하나의 대전체판만으로도 가능하지만, 효율성 재고를 위하여 서로 평행하고 마주보는 한 쌍인 제1대전체판과 제2대전체판의 사용이 바람직한데, 이 설명 부분은 이하의 설명에서 사용되는 각 대전체판에 공통으로 적용한다.
절연체(150)는 제1플레이트(101) 및 제2플레이트(102) 사이의 공간에 채워진다.
유전부(145)는 제1대전체판(110)과 도체부(130) 사이 및 제2대전체판(120)과 도체부(130) 사이에 각각 형성된다. 유전부(145)는 대전되는 전하량을 높이고자 할 때에는 상대적으로 고유전율을 가지는 유전체를 사용하는 것이 바람직하며, 유전율 및 두께, 두 대전체판(110, 120) 사이의 간격 등을 조정하면 동일한 전기장 내에서 제1대전체판(110) 및 제2대전체판(120)에 대전되는 전하들의 전하량이 조정되므로, 도체부(130)에 유도되는 입력된 전압과 전류를 가변시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 이용하여 전기에너지도 정전기장으로부터 효율적으로 추출할 수 있게 된다. 그리고 유전부(145)는 제1대전체판(110) 및 제2대전체판(120)에 대전되는 전하들의 전하량의 증가를 위하여 제1대전체판(110)과 제2대전체판(120)에 각각 간격 없이 접하는 것이 바람직하다. 또한 대전체판에 병렬 혹은 직렬로 연결되거나 병렬과 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결함으로써 대전 전하량이나 절연내력 및 전압의 크기를 조절할 수 있기 때문에, 이런 방법으로 대전 전하량을 높이고, 유전부(145)에는 예컨대 비유전율뿐만 아니라 절연내력이 높은 적층세라믹(Multi-Layer Ceramic)을 유전체로 사용하여 높은 전압에도 방전이 발생하지 않도록 내압을 높일 수도 있다.
도체부(130)는 제1플레이트(101) 및 제2플레이트(102)에 형성된 2개의 유전부(145)가 형성하는 가상의 공간을 따라 형성되며, 제1대전체판(110) 및 제2대전체판(120) 사이에 형성되는 정전기장이 인가되는 전류가 흐르도록 한다. 여기서 투입되는 전류는 직류전류는 물론 교류전류를 모두 포함한다. 이제, 도체부(130)의 B방향 도선(130b)이 제1플레이트(101)의 면과 수평방향으로 진행하다가 일정한 각도로 굴절되어 도체부(130)의 제1대전체판(110)과 제2대전체판(120)에 의한 정전기장이 인가된 도선(130e)이 2개의 유전부(145)에 접하여 진행한 후 최종적으로 도체부(130)의 A방향 도선(130a)이 제2플레이트(102)와 또 다시 일정한 각도(α)로 진행한다고 가정한다. 그리고 전류의 전하운반자가 자유전자고 이 전하운반자가 전류와는 반대방향인 도체부(130)의 B 방향으로부터 A방향으로 흐른다고 가정한다. 도 1에는 도선(130e)과 정전기장이 이루는 각도가 평행이고 도체부(130)를 흐르는 전류의 방향과 정전기장의 방향이 일치하는 것으로 표시되어 있다. 이는 추출되는 에너지가 가장 효율이 좋을 때에 대한 것이고, 각도를 조절함으로써, 결과로 나타나는 전압 및 전류의 크기와 추출되는 에너지의 크기를 조절할 수 있다. 이는 도체부(130)를 흐르는 전류가 가진 에너지의 크기는 도선(130e)을 흐르는 본래 전류가 가진 전류의 전기장(E0)과 외부전기장(Eext)의 합성에 의한 결과인 전기장(E1)의 크기에 의해 결정되기 때문이다. 또한 정전기장과 정전기장 영역을 통과하여 흐르는 전하운반자가 흐르는 도체부(130)의 도선(130a)이 이루는 각도(α)의 조절을 통해서도 전압 및 전류의 크기와 추출되는 에너지의 크기를 조절할 수 있는데, 이는 도체부(130)의 도선(130a)을 흐르는 전류가 가진 에너지의 크기가 외부전기장(Eext)이 전하의 분극형태로 존재하다가 외부전기장(Eext)이 인가되지 않은 도선(130a)으로 전하운반자들이 진입하게 됨으로써 발생하는 전기장인 유도전기장(Eind)과 본래 전류가 가졌던 전기장(E0)의 합성에 의한 크기인 전기장(E2)에 의해 결정되기 때문이다. 또한, 이 장치에서 필요에 따라 제1대전체판(110)과 제2대전체판(120)이 발생하는 정전기장의 크기를, 예를 들면, 대전체판들(110, 120)에 대전된 전압의 크기의 조정을 통하여 조정함으로써도 추출되는 에너지 크기뿐만 아니라 입력된 전류 및 전압의 크기도 조정될 수 있음은 물론이다.
도 1을 참조하면, 제1플레이트(101)에는 음전하가 충전된 제1대전체판(110)이 형성되어 있고 제2플레이트(102)에는 양전하(+)가 대전된 제2대전체판(120)이 형성되어 있으므로, 정전기장은 제2플레이트(102) 방향으로부터 제1플레이트(101) 방향으로 진행한다. 도 1에 도시된 것처럼 전류가 A방향에서 B방향으로 흐르며 전하운반자가 자유전자라고 가정하면, 전하운반자인 자유전자는 b방향에서 a방향으로 흐르게 된다. 이 자유전자가 정전기장이 인가된 도체부(130)의 도선(130e) 내부에서 정전기장에 대하여 수직방향으로 이동할 경우에는 자유전자는 유도전기장에 의한 영향을 받지 않게 된다. 이는 전기장은 전하에 대하여 전기장과 평행한 성분(y) 방향으로는 힘을 미치지만 유도전기장과 수직한 성분(x) 방향으로는 힘을 미치지 않기 때문이다. 정전기장이 인가된 도체부(130)의 도선(130e) 영역에 분극된 형태로 유도전기장을 이루며 있던 자유전자가 a방향으로 움직여 정전기장이 인가되지 않은 도체부(130)의 도선(130a)으로 유출됨과 동시에 정전기장이 인가된 도체부의 도선(130e) 영역 밖(왼쪽)에 있던 자유전자가 b방향에서 움직여 정전기장이 인가된 도체부(130) 영역(130e)으로 들어온다. 이로 인해 유도전기장과 정전기장은 균형을 이루지 못하게 되고, 이렇게 정전기장 영역으로 들어온 자유전자는 정전기장에 의한 힘을 느끼게 되기 때문에, 도체부(130)에 흐르는 전류에 정전기장의 힘이 중첩적으로 더해지게 된다. 또한, 도 1에서 도체부(130)에 전류가 흐르지 않고 있을 때에는 도체부(130) 중 외부전기장(Eext)이 인가된 도선(130e)은 외부전기장(Eext)과 균형을 이루기 위하여 자유전자들이 분극 형태로 존재하게 되는데, 이 때 도체부(130)에 도 1의 도시와 같이 전류가 흐르게 되면, 외부전기장(Eext)이 인가된 도선(130e) 내의 도선(130a)과 인접한 곳에는 외부전기장(Eext)에 의하여 분극된 자유전자만 있고 도선(130) 내의 자유전자는 전위차에 의해 모두 함께 흐를 수밖에 없기 때문에 분극된 자유전자가 전류의 전압에 의하여 a방향으로 유출될 수밖에 없다. 또한, 도선(130a) 내의 도선(130e)과 인접한 곳에는 분극된 자유전자는 없고 분극되지 않은 자유전자만 있고 도선(130) 내의 자유전자는 전위차에 의해 모두 함께 흐르기 때문에 도체부(130)에 전류가 흐르게 되면 분극되지 않은 자유전자들이 도선(130e)으로 유입될 수밖에 없다. 외부전기장(Eext)이 전류의 방향과 수직으로 가해져 있을 경우에도 도선(130e) 내의 모든 자유전자가 전류방향으로 흐른다는 사실은, 전류와 수직방향으로 매우 강하게 홀 전압의 전기장이 가해져 있는 경우에도 전류의 자유전자가 전위차에 의하여 전류방향으로 흐르는 홀 효과의 예에서도 잘 나타난다. 이 결과 도선(130e)에는 a방향으로는 분극된 자유전자가 유출되고 b방향에서는 분극되지 않은 자유전자가 유입될 수밖에 없기 때문에, 이렇게 유입된 자유전자는 외부전기장(Eext)이 인가되기 이전의 분포를 그대로 유지하면서 흐를 수는 없고 외부전기장(Eext)과 균형을 이루기 위하여 분극을 유지하면서 흐르게 된다. 즉, 외부전기장(Eext)과 이루고 있던 이전의 균형은 깨어지고, 이 깨어진 균형을 다시 이루기 위하여 유입된 자유전자가 새로이 분극됨으로써 외부전기장(Eext)의 전기장이 전류의 전기장에 가해지는 과정이 되풀이 된다. 이렇게 전류의 전기장에 다른 전기장이 인가될 경우 전류의 전기장에 이 다른 전기장이 합성되어 가해짐은 이론과도 부합할 뿐만 아니라, 도 20, 21에 예시된, 홀 전압으로 인한 전기장이 전류의 전기장에 인가되어 합성될 경우와 같이, 실험결과와도 부합한다. 이와 같이 본 발명의 일면(도 1)에 따른 장치는 외부전기장(Eext)이 인가된 도체부(130)에 전류를 흐르게 하여 외부전기장(Eext)과 그에 의한 유도전기장(Eind)이 균형을 이루지 못하도록 함으로써 외부전기장(Eext)으로부터 에너지를 추출하는 장치이다. 그리고 외부전기장(Eext) 인가 도선(130e)을 떠나 외부전기장(Eext) 비인가 도선(130a)에 진입한 분극된 전하운반자는 진입하는 순간 다시 분극되지 않은 원상태로 복귀하면서 외부전기장(Eext)과 반대방향의 유도전기장이 이미 전류가 가지고 있던 전기장에 작용하여 합성되게 된다. 이렇게 전류가 정전기장과 순방향 성분을 향해 흐를 경우에는 전류와 전압이 증폭되고 정전기장으로부터 추출할 수 있는 전기에너지는 증가하게 되지만, 전류가 정전기장과 역방향 성분을 포함하여 흐를 경우에는 전류와 전압이 감소하고, 정전기장으로부터 추출할 수 있는 전기에너지가 감소하게 된다.
따라서 여기에서 입력 전류로서 맥류전류를 포함한 의미의 직류전류를 사용할 경우 전류의 크기가 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 1)에 의한 장치의 구현이 가능하게 된다.
입력 전류로서 교류전류를 사용할 경우 양방향의 전류가 각각 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 1)에 의한 장치의 구현이 가능하게 된다.
제1플레이트(101)와 제2플레이트(102)가 각각 제1대전체판(110)과 제2대전체판(120, 220)을 주변과 격리하는 절연부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 1)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
상기의 설명에서는 도 1에 도시된 에너지 추출장치는 정전기장과 유도전기장이 균형을 이루지 못하도록 도체부(130)에 전류를 인가하는 구성 및 동작에 대해서만 설명하였는데, 도 1에 도시된 에너지 추출장치를 이용하여 정전기장으로부터 에너지를 추출하는 과정은 일반적으로 알려져 있으므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예의 제1대전체판(110), 제2대전체판(120) 및 유전체(150)는 평행판 커패시터의 그것들로 대체할 수도 있고, 두 대전체판(110, 120)에 병렬 또는 직렬로 연결되거나 병렬과 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결함으로써 대전 전하량이나 절연내력 및 전압을 조절할 수도 있다. 이는 이하에서도 같다.
이하에서는 정전기장 또는 전자기장의 단속을 통해 정전기장과 유도전기장 및 정자기장과 유도자기장이 균형을 이루지 못하도록 하는 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 일면(도 2)의 실시예의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 장치는, 제1플레이트(201), 제2플레이트(202), 절연체(250), 도체부(230), 유전부(245) 및 정전기장 단속수단을 포함하여 이루어진다. 제1플레이트(201)는 제1전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(210)을 포함한다. 제2플레이트(202)는 제1플레이트(201)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1플레이트(201)에 형성된 제1대전체판(210)과 대응되는 위치에는 제1플레이트(201)의 제1대전체판(210)과 평행하고 대향하여 형성되고, 제1전하의 반대 극성인 제2전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 상기 제2대전체판(220)을 포함한다. 절연체(250)는 제1플레이트(201) 및 제2플레이트(202) 사이의 공간에 채워진다. 도체부(230)의 양단은 제1플레이트(201) 및 제2플레이트(202)로부터 일정 거리 이격되어 그 사이에 설치된다. 유전부(245)는 제1플레이트(201)의 제1대전체판(210)과 도체부(230)의 하단 사이 및 제2플레이트(202)의 제2대전체판(220)과 도체부(230)의 상단 사이에 각각 대전체판(210, 220)에 접하여 형성된다. 본 발명의 일면(도 2)에 의한 이 장치는 상기 정전기장 단속수단에 의해, 도체부(230) 양단에 인가되는 상기 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌다. 여기서 도체부(230)는 그 하단과 상단에 동시에 정전기장이 도체부(230)와 교차하는 도체부(230)의 양단이 인가될 수 있어야 하지만 하단과 상단 사이의 부분이 반드시 - 도시된 바와 같이 - 하단과 상단을 연결하는 일직선을 이룰 필요가 없다. 이는 이하의 도체부(230) 에서도 모두 동일하다.
제1플레이트(201)와 제2플레이트(202)가 각각 상기 제1대전체판(210)과 제2대전체판(220)을 주변과 격리하는 절연부(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 2)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
절연체(250)로는 진공도 사용가능하지만, 대전체판(210, 22)의 단위 면적당 대전 전하량을 높이기 위하여 유전율이 높으면서, 대전체판(210, 220)과 도체부(230)의 하단 및 상단 사이의 방전을 방지하기 위하여 강한 절연내력(dielectric strength), 높은 열적안정성이 높은 밀도 및 높은 가스압력 등의 특성을 가진 육플루오린화 황(SF6) 등과 같은 유전가스(dielectiric gas)나 액체를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 이러한 절연체(250)를 사용하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 2)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
본 발명의 일면(도 2)에 의한 실시예의 장치에서는 정전기장 단속수단에 의해 제1플레이트(201)의 제1대전체판(210)과 제2플레이트(202)의 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장의 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는데, 이하에서는 이러한 정전기장 단속수단을 구체화한 장치에 대하여 설명한다.
도 3L은 발명의 일면(도 2)의 다른 실시예(도 3L)의 개념도이다.
도 3L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예의 장치는, 도 2와 같은 구성을 가지되, 도체부(230)의 양단이 제1플레이트(201)의 제1대전체판(210)과 제2플레이트(202)의 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입이 상대적으로 반복되는 도 2의 정전기장 단속수단의 구체화에 의해, 도체부(230)의 양단에 인가되는 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌 장치이다.
본 발명의 일면(도 2)에 의한 실시예(도 3L)에서는 제1대전체판(210) 및 제2대전체판(220)이 형성하는 가상의 관 형태의 정전기장 영역에 위치한 도체부(230)의 위치를 정전기장과 수직한 방향으로 이동시키는 방법에 의해 정전기장의 도체부(230)의 양단에의 단속을 반복함으로써 정전기장과 유도전기장이 균형을 이루지 못하도록 한다. 그리고 도체부(230)를 정전기장과 수직방향으로 이동시키는 것은 도체부(230)의 위치를 전기장과 동일한 방향(D)으로 이동할 경우에는 힘을 얻지만 반대방향(C)으로 이동시킬 경우에는 에너지가 소비되고 이 운동을 반복하기 위해서는 결국 더 많은 에너지가 소비되고 전기장과 수직방향으로 도체부(230)를 이동시킬 경우에는 덜 에너지가 소비되기 때문이다.
본 발명의 일면(도 2)에 의한 실시예(도 3L)의 경우, 도체부(230)의 양단이 제1대전체판(210) 및 제2대전체판(220)이 형성하는 가상의 관 형태의 정전기장 공간 내부영역에 위치한 경우와 그 외부영역에 위치하는 경우를 반복하게 된다. 그런데 도 3R의 장치는 도 3L의 장치와 비교할 때, 제1플레이트(201) 및 제2플레이트(202)에 제1대전체판(210) 및 제2대전체판(220)이 혼재되어 있고, 도체부(230)의 양단이 제1대전체판(210) 및 제2대전체판(220)이 형성하는 관 형태의 정전기장 공간 내부에 위치한 경우와 그 외부영역에 위치하는 경우를 상대적으로 반복하는 외에 이 정전기장과는 반대 방향의, 제2대전체판(220)과 제1대전체판(210)이 형성하는 가상의 관 형태의 정전기장 내부영역에 위치하는 경우와 그 외부영역에 위치하는 경우를 상대적으로 반복한다는 점 이외에는 모두 동일하다. 도 3L의 장치와 도 3R의 장치는 제1플레이트(201)를 기준으로 할 때 하나 이상의 제1대전체판(210)을 가지거나 하나 이상의 제2대전체판(220)을 가질 수 있으나, 이런 실시예들도 모두 제1플레이트(201)과 제2플레이트(20)에 각각 서로 대향하는 하나의 대전체판(210, 22)이 설치된 실시예(도 3L)에 포함된다.
도 4L은 본 발명의 일면(도 2)의 다른 실시예(도 4L)의 개념도이다.
도 4L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 4L)의 정전자기장 에너지 추출장치는, 도 2와 같은 구성을 가지되, 원판형의 제1플레이트(201)와 원판형의 제2플레이트(202)가 이 플레이트들(201, 202)과 수직인 회전축(260)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 도체부(230)의 양단이 제1대전체판(210)과 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 본 발명의 일면(도 2)에 따른 장치의 정전기장 단속수단의 구체화에 의해, 정전기장의 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지니는 장치이다.
도 4L의 단면도를 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 4L)는 원판형의 제1플레이트(201), 원판형의 제2플레이트(202), 유전부(245), 도체부(230), 절연체(250) 및 회전축(260)을 포함한다.
제1플레이트(201)는 제1전하(-)로 대전된 제1대전체판(210)을 구비하며, 제1대전체판(210)을 주변과 격리하는 절연부(240)를 포함한다. 제1플레이트(201)와 같이 원판형의 서로 평행하고 대향하는 제2플레이트(202)는 제1플레이트(201)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1플레이트(201)에 형성된 제1대전체판(210)과 대응되는 위치에는 제1전하(-)와 반대 극성을 가지는 제2전하(+)로 대전된 제2대전체판(220)을 주변과 격리하는 절연부(240)를 포함한다. 제1대전체판(210)과 제2대전체판(220)에 접하여 각각 서로 대향하는 방향으로 일정 거리를 두고 이격되어 유전부(245)가 접하여 있다. 절연체(250)는 제1플레이트(201) 및 제2플레이트(202) 사이의 공간을 채운다. 대전체판(210, 220)과 절연체(250) 및 유전부(245)에 대한 설명은 도 1의 유전부(145)에 대한 설명에 갈음한다. 도 4L에는 도체부(230)의 양단이 원판형의 제3플레이트(203)와 원판형의 제4플레이트(204)에 고정되어 있으나 이 제3플레이트(203)와 제4플레이트(204)는 하나의 플레이트 형식으로 합쳐진 장치도 가능할 뿐만 아니라, 제1플레이트(201)와 제2플레이트(202)가 도체부(230)에 대하여 상대적으로 회전하고 도체부(230)가 회전하지 않을 경우에는 도체부(230)의 양단은 고정되어 있기만 하면 되고 제3플레이트(203)와 제4플레이트(204)는 설치되지 않아도 된다.
도 4L의 장치도, 제1플레이트(201)를 기준으로 할 때, 도 4R의 장치와 같이 하나 이상의 제1대전체판(210)을 가질 수 있고, 또한 도 5의 장치와 같이 하나 이상의 제1대전체판(210)과 함께 하나 이상의 제2대전체판(220)을 가질 수 있으나, 이들 도 4R이나 도 5의 실시예들은 모두, 제1플레이트(201)를 기준으로 할 때, 하나의 제1대전체판(210)이 설치된 실시예(도 4L)에 포함된다.
여기서 제1전하의 극성(-)과 제2전하의 극성(+)이 서로 바뀌는 형태도 가능함은 물론이다.
도 6L은 본 발명의 일면(도 2)의 다른 실시예(도 6L)의 개념도이다.
도 6L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 6L)는, 도 2와 같이 제1플레이트(201)와 제2플레이트(202)에 각각 도체부(230)의 양단이 통과할 수 있도록 일정 거리 이격되면서 서로 대향하고, 주변과 격리시키는 절연부(240)를 포함하는 고정된 제1대전체판(201)과 제2대전체판(220)을 가지되, 다만 제1플레이트(201)와 제2플레이트(202)가 원통형이며, 이 원통형의 제1플레이트(201)와 제2플레이트(202)가 이 플레이트들(210, 220)의 공통중심에 이 플레이트들(210, 220)과 평행하게 설치된 회전축(260)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 도체부(230)의 양단이 제1대전체판(210)과 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 본 발명의 일면(도 2)에 따른 장치의 정전기장 단속수단의 구체화에 의해, 정전기장의 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지니는 장치이다. 제3플레이트(203)와 제4플레이트(204)가 생략될 수 있음은 도 4L 장치의 경우와 같다.
도 6L의 장치도, 제1플레이트(201)를 기준으로 할 때, 하나 이상의 제1대전체판(210)을 가질 수 있고, 또한 도 6R의 장치와 같이 하나 이상의 제1대전체판(210)과 함께 하나 이상의 제2대전체판(220)을 가질 수 있으나, 이들 실시예들은 모두, 제1플레이트(201)를 기준으로 할 때, 하나의 제1대전체판(210)이 설치된 실시예에 포함된다.
도 7은 본 발명의 일면(도 2)의 다른 실시예(도 7)의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 7)는, 도 2와 같은 구성을 가지되, 도 2의 정전기장 단속수단으로서, 도체부(230)의 양단과 일정 거리 이격되어 있으며, 서로 대향하는 두 유전부(245) 사이를 지나 제1대전체판(210)과 제2대전체판(210)에 의해 발생하는 정전기장이 도체부(230)의 양단에 직접 인가되지 않도록 도체로 구성되지만 개폐 등에 의해 정전기장이 단속될 수 있는 정전기장과 만나는 두 면에 각각 형성된, 정전기장의 인가를 단속하는 제1정전기장단속장치(270c)와 제2정전기장단속장치(270d)를 포함한 수단들을 통해 도체부(230)의 양단에 인가되는 정전기장을 단속하는 정전기장단속부(270)를 포함하며, 정전기장단속부(270)에 의해, 도체부(230)의 양단에 인가되는 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌 장치이다.
여기서 정전기장단속부(270)는 패러데이의 새장의 원리에 따라 정전기장을 상쇄시키는 유도전기장을 일으킴으로써 전기장을 차단하는 장치이지만, 예를 들면 도체부(230)의 하단 및 상단과 유전부(245) 사이에 각각 정전기장과 이 정전기장단속부(270)가 만나는 부분인 제1정전기장단속장치(270c)와 제2정전기장단속장치(270d) 사이에 유도전기장을 발생?소멸시킴으로써 그 사이의 정전기장을 상쇄?인가시켜 단속할 수도 있는데, 이는 두 정전기장단속장치(270c, 270d)가 연결된 상태에서 두 정전기장단속장치(270c, 270d)에 동시에 정전기장이 인가되도록 두 정전기장단속장치(270c, 270d)를 닫을(폐) 경우 두 정전기장단속장치(270c, 270d) 사이의 정전기장이 상쇄되고, 열(개) 경우 두 정전기장단속장치(270c, 270d) 사이의 정전기장이 상쇄되지 않는 원리를 이용한 것이다. 여기서 두 정전기장단속장치(270c, 270d) 자체를 이렇게 직접 개폐하지 않고 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 연결을 단속함으로써도 정전기장을 단속할 수도 있는데, 이 경우에는 두 정전기장단속장치(270c, 270d)는 각각 유전부(245)에 접할 수 있고, 또한 이 두 정전기장단속장치(270c, 270d)와 도체부(230)의 하단과 상단 사이에 채워지는 절연체(250)는 반드시 기체나 액체일 필요가 없고 유전율과 절연내력이 높은 예컨대 적층세라믹 등 유전체를 사용할 수 있을 것이다. 그리고 이와 동일한 효과를 예를 들면 정전기장단속부(270) 자체가 회전함으로써 발생시킬 수도 있다.
도 7의 장치는 도 2 장치의 정전기장 단속수단을 이렇게 정전기장을 단속하는 정전기장단속부(270)을 통하여 구체화된 형태로서 도 2의 장치에 속한다.
이하에서는 상술한 바와 같은 정전기장으로부터 에너지를 효율적으로 추출하는 장치에 적용되는 원리를 이용하여 정자기장으로부터도 에너지를 효율적으로 추출할 수 있는 에너지 추출장치에 대하여 설명한다.
먼저 정자기장을 발생하는 계자부와 전기자부(armature unit) 사이의 자속의 변화에 대하여 설명한다.
도 8은 계자부의 정자기장과 평행한 방향으로 전기자부가 상대적으로 움직일 때의 자기장의 변화를 나타낸다.
도 8L을 참조하면, 철심에 코일이 감긴 전기자부(330)를 계자부(320)에 상대적으로 접근(C)시키는 경우, 전기자부(330)에는 접근하고 있는 계자부(320)의 N극으로부터 발생하는 자속에 대응되는 동일한 크기 및 동일한 극성의 자속이 생성되도록 유도전기장이 형성됨으로써 전기자부의 이동(접근)이 방해를 받는다. 도 8R을 참조하면, 전기자부(330)를 계자부(320)로부터 분리(D)시키는 경우 전기자부(330)에는 계자부(320)와 크기는 같으나 방향이 반대인 자속이 발생되도록 하는 유도전기장이 형성됨으로써 전기자부(330)의 계자부(320)에 대한 이동이 방해를 받는다.
도 9는 계자부의 정자기장에 수직 방향으로 전기자부를 상대적으로 이동할 때 자기장의 변화를 나타낸다.
도 10은 제1계자부와 제2계자부가 발생하는 정자기장과 수직 방향으로 전기자부가 상대적으로 이동할 경우 이 이동을 방해하는 전기자부에 발생하는 유도굴절자속(330n, 330s)을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 도 8의 경우와는 달리 전기자부(330)가 계자부(320)가 발생하는 정자기장과 수직방향으로 이동할 경우에는 이동이 방해를 받지 않는다. 이렇게 전기자부를 정자기장에 대하여 수직방향으로 상대적으로 이동하는 데에 저항을 받지 않고 계자부의 정자기장으로부터 에너지를 추출할 수 있는 이유는 이 경우에 발생하는 정자기장 및 유도자기장 등 힘들은 전기자부의 상대적 이동방향과 수직방향의 힘들이므로, 즉 (정자기장 및 유도자기장의 방향을 y-방향이라고 할 때) 정자기장 및 유도자기장이 x-방향의 성분이 없는 y-방향의 힘들이므로 x-방향의 이동인 전기자부의 계자부에 대한 상대적 이동에 영향을 주지 않기 때문이다.
그러나 실제로는 도 10과 같이 제1계자부(310)와 제2계자부(320)의 굴절자기장(320n, 320s)에 의해 전기자부(330)에 상대적 이동을 방해하는 유도굴절자기장이 발생하게 된다. 만약 이러한 전기자부(330)의 계자부에 대한 상대적 이동을 방해하는 굴절자속과 유도굴절자속이 없다면, 도 9가 나타내는 바와 같이 전기자부가 제1계자부(310)와 제2계자부(320)가 발생하는 정자기장에 대하여 수직방향으로 상대적으로 이동하여 접근할 경우 전기자부의 권선(코일)에는 전기자부의 철심에 계자부의 정자기장과 방향이 반대인 유도자기장을 발생하게 하는 전류가 발생하고, 멀어질 때에 코일에 이와는 반대방향의 전류가 발생하여 전기자부의 철심에 계자부의 정자기장과 방향이 같은 유도자기장이 발생되도록 할 것이다. 따라서 이렇게 계자부의 정전기장과 전기자부의 유도전기장이 균형을 이루지 못하도록 계자부와 전기자부를 정전기장에 대하여 수직방향으로 상대적으로 이동함으로써 이렇게 이동하는 데에 전기자부(330)의 계자부에 대한 상대적 이동을 방해하는 저항을 받지 않고 계자부의 정자기장으로부터 에너지를 추출할 수 있다. 그러나 실제로는, 위의 언급과 같이, 계자부에 y-성분만으로 이루어진 정자기장이 발생하는 것이 아니라 x-성분도 포함된 자속(굴절자속)이 발생하기 때문에 전기자부에 발생한 유도전류로 인하여 렌츠의 법칙에 따라 전기자부의 철심에도 이와 반대방향으로 유도된 자속(유도굴절자속)이 발생하여 전기자부의 계자부에 대한 상대적 이동을 방해하게 된다. 따라서 정자기장으로부터 에너지를 추출하는 데에는 전기자부의 상대적 이동을 방해하는 유도굴절자속의 발생을 최소화하는 것이 중요하게 된다.
도 14와 도 15는 유도굴절자속 최소화수단을 예시적으로 나타낸다.
도 14L과 도 14M을 참조하면, 서로 대향하는 방향(공극 방향)으로 제1계자부는 제1자성을 나타내며 제2계자부는 공극 방향으로 제1자성과 반대 자성인 제2자성을 나타내는데, 이러한 제1계자부와 제2계자부의 공극 방향 반대쪽을 각각 서로 연결하는 등 제1계자부와 제2계자부가 형성하는 자기장의 자속의 누설을 최소화하는 수단을 통하여 유도굴절자속의 발생을 최소화할 수 있다. 또한 유도굴절자속 최소화수단으로서, 도 14R이 나타내는 바처럼, 정자기장에 의한 전기자부의 유도자기장이 유도굴절자속으로 외부로 벗어나지 않고 철심 중 정자기장 영역을 통과하지 않는 부분을 통해 순환할 수 있도록 전기자부의 철심 부분을 변압기와 같이 예컨대 도 14R과 같은 4각형 형태로 형성할 수 있다. 그리고 유도굴절자속 최소화수단으로서, 도 15가 예시적으로 나타내는 것처럼 계자부에서 발생한 굴절자속이 전기자부로 침투하지 못하도록 계자부에 예컨대 초전도성을 띄고 있는 초전도체나 투자율이 높은 자기장 차폐 물질을 사용한 계자부자기장차폐장치(365)를 설치함으로써 차폐할 수 있다. 그 외, 도 14나 도 15에 표현된 바와 같이 계자부를 구성하는 제1계자부와 제2계자부의 간격을 최소화하여 굴절자기장의 발생을 최소함으로써 유도굴절자속 발생의 최소화에 도움을 줄 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일면(도 11)의 실시예의 개념도이다.
도 11를 참조하면, 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치는, 제1플레이트(301), 제2플레이트(302), 비자성체(350), 전기자부(330), 정자기장 단속수단 및 상기 정자기장 단속수단이 상기 전기자부(330)의 제1계자부(310)와 제2계자부(320)에 대한 상대적 이동을 포함할 경우에는 이 상대적 이동을 방해하는 유도굴절자속 최소화수단도 포함하여 이루어진다. 제1플레이트(301)는 공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제1계자부(310)를 포함한다. 제2플레이트(302)는 제1플레이트(301)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1플레이트(301)에 형성된 제1계자부(310)와 대응되는 위치에는 제1계자부(310)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제2계자부(320)를 포함한다. 비자성체(350)는 제1플레이트(301) 및 제2플레이트(302) 사이의 공간에 채워진다. 전기자부(330)는 발열을 최소화하며 투자율이 높은 철심을 구비하고, 제1계자부(310)와 제2계자부(320) 사이에 가능한 한 근접하여 설치된다. 본 발명의 일면(도 11)에 의한 이 장치는 정자기장 단속수단에 의해, 전기자부(330)에 인가되는 정자기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 지닌다.
제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)가 각각 제1계자부(310)와 제2계자부(320)를 주변과 격리하는 비자성부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
전기자부(330)의 발열을 최소화하며 투자율이 높은 철심에 비결정성 합금(amorphous alloy)이 사용된 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
비자성체(350)에 진공이나 투자율이 높은 물질이 사용된 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
초전도성을 나타내는 초전도체는 다른 물체들과는 다르게 외부자기장과 균형을 이루는 유도자기장을 발생시키는 유도전류를 지속적으로 발생시키기 때문에, 정자기장 단속수단과 전기자부(330)가 초전도성을 나타내는 전기자부로 대체됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 장치의 구현도 가능하다.
장자기장 단속수단으로서 제1계자부(310)와 제2계자부(320)에 의한 정자기장의 발생을 단속하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
도 12L은 본 발명의 다른 일면(도 11)의 다른 실시예(도 12L)를 나타낸다.
도 12L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 11)에 의한 다른 실시예(도 12L)의 정전자기장 에너지 추출장치는, 도 11의 장치와 같은 구성을 가지나, 전기자부(330)가 제1플레이트(301)의 제1계자부(310)와 제2플레이트(302)의 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 상대적으로 반복하는 도 11의 장치의 정자기장 단속수단의 구체화에 의해, 정자기장의 전기자부(330)에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌다.
본 발명의 일면(도 11)에 의한 실시예(도 12L)의 경우, 도 12L과 같이 전기자부(330)는 제1계자부(310) 및 제2계자부(320)가 형성하는 가상의 관 형태의 정자기장 공간 내부영역에 위치한 경우와 그 외부영역에 위치하는 경우를 반복하게 된다. 그런데 도 12R의 장치는 도 12L의 장치와 비교할 때, 제1플레이트(201) 및 제2플레이트(202)에 제1계자부(310) 및 제2계자부(320)가 혼재되어 있고, 전기자부(230)가 제1계자부(310) 및 제2계자부(320)가 형성하는 관 형태의 정자기장 공간 내부에 위치한 경우와 그 외부영역에 위치한 경우를 상대적으로 반복하는 외에 이 정자기장과는 반대 방향의, 제2계자부(320)과 제1계자부(310)가 형성하는 가상의 관 형태의 정자기장 내부영역에 위치하는 경우와 그 외부영역에 위치하는 경우를 상대적으로 반복한다는 점 이외에는 모두 동일하다. 도 12L의 장치와 도 12R의 장치는, 제1플레이트(301)를 기준으로 할 때, 하나 이상의 제1계자부(310)를 가지거나 하나 이상의 제2계자부(320)를 가질 수 있으나, 이런 실시예들도 모두 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)에 각각 서로 대향하는 하나의 계자부(310, 320)가 설치된 실시예(도 12L)에 포함된다.
도 13L은 본 발명의 일면(도 11)의 다른 실시예(도 13L)의 개념도이다.
도 13L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 13L)의 정전자기장 에너지 추출장치는, 도 11과 같은 구성을 가지되, 원판형의 제1플레이트(301)와 원판형의 제2플레이트(302)가 이 플레이트들(301, 302)과 수직인 회전축(360)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 전기자부(330)가 제1계자부(310)와 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 본 발명의 일면(도 11)에 따른 장치의 정자기장 단속수단의 구체화에 의해, 정자기장의 전기자부(330)에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지니는 장치이다.
도 13L의 단면도를 참조하면, 본 발명의 일면(도 2)에 의한 다른 실시예(도 13L)는 원판형의 제1플레이트(301), 원판형의 제2플레이트(302), 전기자부(330) 및 회전축(360)을 포함한다.
제1플레이트(301)는 제1자성(S)을 나타내는 제1대전체판(310)을 구비하며, 제1대전체판(310)을 주변과 격리하는 비자성부(340)를 포함한다. 제1플레이트(301)와 같이 원판형의 서로 평행하고 대향하는 제2플레이트(302)는 제1플레이트(301)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1플레이트(301)에 형성된 제1계자부(310)와 대응되는 위치에는 제1자성(S)과 반대 자성인 제2자성(N)을 나타내는 제2계자부(320)를 주변과 격리하는 비자성부(340)를 포함한다. 비자성체(350)는 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302) 사이의 공간을 채운다. 회전축(360)은 제1플레이트(301), 제2플레이트(302), 제3플레이트 및 제4플레이트의 공통중심을 관통한다. 회전축(360)은, 제1플레이트(301) 및 제2플레이트(302)만을 회전시키거나 제3플레이트 및 제4플레이트만을 선택적으로 회전시켜서, 전기자부(330)가 제1계자부(310) 및 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 공간과 그 외부 공간을 상대적으로 반복 이동하되 정자기장에 대하여 상대적으로 수직방향으로 이동하여 유도자기장이 자기장과 균형을 이루지 못하도록 함으로써 정자기장으로부터 에너지를 추출한다.
도 13L에는 전기자부(330)가 원판형의 제3플레이트(303)의 원판형의 제4플레이트(304)에 고정되어 있으나 이 제3플레이트(303)와 제4플레이트(304)는 하나의 플레이트 형식으로 합쳐진 장치도 가능할 뿐만 아니라, 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)가 전기자부(330)에 대하여 상대적으로 회전하고 전기자부(330)가 회전하지 않을 경우에는 전기자부(330)는 고정되어 있기만 하면 되고 제3플레이트(303)와 제4플레이트(304)는 설치되지 않아도 된다.
도 13L의 장치도, 제1플레이트(301)를 기준으로 할 때, 하나 이상의 제1대전체판(310)을 가질 수 있고, 또한 도 13R의 장치와 같이 하나 이상의 제1계자부(310)와 함께 하나 이상의 제2계자부(320)를 가질 수 있으나, 이들 도 13L이나 도 13R의 실시예들은 모두, 제1플레이트(301)를 기준으로 할 때, 하나의 제1계자부(310)가 설치된 실시예(도 13L)에 포함된다.
상기의 설명에서 제1자성은 공극 방향으로 서로 반대 자성을 가지는 N극 및 S극 중 하나를 의미한다. 제1자성이 N극인 경우 제2자성은 S극이 되며, 그 반대도 가능하다.
도 16과 도 17은 도 14L과 도 14M의 유도굴절자속 최소화를 위하여 서로 대향하는 두 계자부의 공극 반대방향의 양단을 자속이 누설되지 않도록 연결시킨 장치로서 본 발명의 일면(도 11)의 실시예들을 나타내고 있다.
도 18L은 본 발명의 일면(도 11)의 다른 실시예(도 18L)의 개념도이다.
도 18L을 참조하면, 본 발명의 일면(도 11)에 의한 다른 실시예(도 18L)는, 도 11과 같이 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)에 각각 전기자부(330)가 통과할 수 있도록 일정 거리 이격되면서 서로 대향하고, 주변과 격리시키는 비자성부(340)를 포함하는 제1계자부(310)와 제2계자부(320)를 가지되, 다만 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)가 원통형이며, 이 원통형의 제1플레이트(301)와 제2플레이트(302)가 이 플레이트들(310, 220)의 공통중심에 이 플레이트들(310, 220)과 평행하게 설치된 회전축(360)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 전기자부(330)가 제1계자부(310)와 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 도 11의 정자기장 단속수단의 구체화에 의해, 정자기장의 전기자부(330)에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지니는 장치이다. 제3플레이트(303)와 제4플레이트(304)가 생략될 수 있음은 도 13L 장치의 경우와 같다.
도 18L의 장치도, 제1플레이트(301)를 기준으로 할 때, 하나 이상의 제1계자부(310)를 가질 수 있고, 또한 도 18R의 장치와 같이 하나 이상의 제1계자부(310)와 함께 하나 이상의 제2계자부(320)를 가질 수 있으나, 이들 실시예들은 모두, 제1플레이트(301)를 기준으로 할 때, 하나의 제1계자부(310)가 설치된 실시예(도 18L)에 포함된다.
도 19는 본 발명의 일면(도 11)의 다른 실시예(도 19)의 개념도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일면(도 11)에 의한 다른 실시예(도 19)는 도 11과 같은 구성을 가지되, 도 11의 정자기장 단속수단으로서, 제1계자부(310)와 제2계자부(320)가 발생하는 정자기장의 전기자부(330)에의 인가가 개폐 등에 의하여 단속될 수 있도록 자기장 차폐 물질로 구성되고 상기 정자기장과 만나는 두 면에 각각 개폐 등이 가능한 제1정자기장단속장치(370c)와 제2정자기장단속장치(370d)를 포함하는 정자기장단속부(370)를 포함하고, 정자기장단속부(370)에 의해, 전기자부(330)에 인가되는 정자기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 특징을 지닌 장치이다.
여기서 정자기장단속부(370)는 투자율이 높은 물질이 사용되거나 초전도성을 가진 초전도체가 사용된 자기장 차단 장치이지만, 예를 들면 전기자부(330)에 인가되는 정자기장과 이 정자기장단속부(370)가 만나는 부분인 제1정자기장단속장치(370c)와 제2정자기장단속장치(370d)를 개폐함으로써 전기자부(330)에 인가되는 정자기장을 단속할 수도 있고, 이와 동일한 효과를 예를 들면 정자기장단속부(370) 자체가 회전함으로써 발생시킬 수도 있다.
참고로, 정자기장단속부(370)를 초전도성을 띤 초전도체로 구성할 경우에는 제1종초전도체의 경우 임계자기장이 낮기 때문에 제2종초전도체(Type-Ⅱ)를 사용하게 될 수 있는데, 이 때 혼합상태(mixed state)에서 자기장을 일부 차폐하지 못하고 통과시키지만, 이렇게 통과된 자기장을 다시 혼합상태의 초전도체를 사용함으로써 자기장의 침투를 최소화할 수 있다. 이 점은 이하의 초전도성을 띤 초전도체를 이용한 자기장 차폐의 경우에도 해당된다.
도 19의 장치는 도 11 장치의 정자기장 단속수단을 이렇게 정자기장을 단속하는 정자기장단속부(370)를 통하여 구체화된 형태로서 도 11의 장치에 속한다.
정자기장단속부(370)에 초전도체가 사용된 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
비자성체(350)에 진공이나 투자율이 높은 물질이 사용된 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 11)에 의한 장치의 구현도 가능하다.
도 20과 도 21은 본 발명의 다른 일면(도 20, 21)의 실시예의 개념도이다.
도 20과 도 21을 참조하면, 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치는, 제1플레이트(401), 제2플레이트(402) 및 도체부(430)를 포함하여 이루어진다. 제1플레이트(401)는 공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제1계자부(410)를 포함한다. 제2플레이트(402)는 제1플레이트(401)와 일정 거리 이격되어 있으며, 제1플레이트(401)에 형성된 제1계자부(410)와 대응되는 위치에는 제1계자부(410)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제2계자부(420)를 포함한다. 도체부(430)는 전류가 흐르며, 평면형으로서 두께가 가능한 한 얇으며, 제1플레이트(401)의 제1계자부(410)와 제2플레이트(402)의 제2계자부(420)의 사이에 설치되고, 제1계자부(410)와 제2계자부(420)에 의한 정자기장이 전류에 수직으로 인가된 정자기장 인가 도선(430m)과 그 양측에 정자기장 비인가 도선(430r, 430l)을 포함한다. 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치는 전류의 전하운반자가 정자기장에 의한 홀전압이 인가된 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 정자기장 비인가 도선(430r, 430l) 중 하나의 도선(430r)과 홀전압에 의한 전기장이 이루는 각도(θ)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐 아니라 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화하는 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 특징을 지닌다. 또한, 이 장치에서 필요에 따라 제1플레이트(401)와 제2플레이트(402)가 발생하는 정자기장의 크기를 조정함으로써도 추출되는 에너지의 크기뿐만 아니라 입력된 전류 및 전압의 크기도 조정될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치로서 입력 전류는 직류전류로서 전류의 크기가 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되고 이에 상응하게 전압도 변화하므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 장치의 구현도 가능하다.
본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치로서 입력 전류는 교류전류로서 양방향의 전류 크기가 각각 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되고 이에 상응하게 전압도 변화하므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 장치의 구현도 가능하다.
본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치로서 초전도체나 그래핀이 사용되거나, 도체부(430)에 홀 저항을 높여주는 비정상 홀 효과(anomalous Hall effect)를 나타내는 물질 등 수단이 사용된 것을 특징으로 하는 장치의 구현도 가능하다.
또한, 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치로서 도 20과 도 21의 장치와 같은 구성을 가지되, 도 20과 도 21을 참조하면, 정자기장 단속수단을 포함하며, 이 정자기장 단속수단에 의해, 도체부(430)의 정자기장 인가 도선(430m)에 인가되는 정자기장의 단속이 반복되거나 단속적 정자기장의 발생이 반복되며, 전류의 전하운반자가 정자기장에 의한 홀전압이 인가된 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 정자기장 비인가 도선(430r, 430l) 중 하나의 도선(430r)과 홀전압에 의한 전기장이 이루는 각도(θ)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐 아니라 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화하는 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 장치의 구현도 가능하다. 또한 이 정자기장 단속수단으로서, 정자기장 발생장치에 의한 정자기장의 발생을 단속하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치의 구현도 가능하다. 그 외에, 이 정자기장 단속수단으로서, 예를 들면, 이미 위에서 언급한 바와 같은 수단들, 즉 계자부(410, 420)를 도체부(430)에 대해서 상대적으로 이동하거나 혹은 회전축을 중심으로 수직방향으로 또는 평행하게 회전하거나 정자기장단속부(370)를 설치하고 이를 통해 도체부(430)에 인가되는 정자기장의 단속이 반복되도록 하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치의 구현도 가능하다. 그리고 이렇게 정자기장 단속수단을 통해 도체부(430)에 인가되는 정자기장을 단속할 경우에는 전하운반자가 정자기장이 인가되는 도체부(430)의 도선(430m)을 지나 흐르는 정자기장 비인가 도선(430r)뿐만 아니라 정자기장 인가 도선(430m)에서도 홀 전압의 전기장에 의해 에너지가 발생하게 된다. 그러나 이 경우에도 전하운반자가 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 정자기장 비인가 도선(430r)과 홀 전압의 전기장이 이루는 각도(θ)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐만 아니라 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화한다는 점은 본 발명의 일면(도 20, 21)의 다른 실시예들의 경우와 동일하다.
그리고 본 발명의 일면(도 20, 21)에 의한 장치는, 도 21을 참조하면, 도체부(430) 중 한 도선(430m)에 상향의 정자기장을 인가하면 전류에 로렌츠 힘이 작용하여, 여기서의 전하운반자를 정공이라고 할 때, 전하운반자인 정공이 도 20에서와 같이 도선(430m)의 상변을 따라 전류방향으로 분극되어 흐르게 됨으로써 홀 전압이 나타나게 된다. 이 때 만약 로렌츠 힘이 사라진다면 전하운반자의 분극에 의한 홀 전압도 사라지게 되는데 이것은 로렌츠 힘과 홀 전압의 전기장이 균형을 이루고 있기 때문이다. 로렌츠 힘에 의해서 균형을 이루고 있을 때에는 홀 전압의 전기장은 로렌츠 힘에 의해서 묶여있어서 상쇄되기 때문에 실제 알짜 전기장으로 나타날 수 없으나 로렌츠 힘이 제거되면 두 힘의 균형이 깨어져 분극의 형태로 존재해온 홀 전압의 전기장이 분극이 해소됨으로써 알짜 전기장으로 나타날 수 있게 된다. 도 21에서는 전류와 같은 방향으로 흐르는 전하운반자(정공)가 로렌츠 힘이 사라진 도선(430r)에 이르게 되면 홀 전압의 알짜 전기장이 나타나게 된다. 만약 전하운반자가 정공이 아닌 전류의 방향과 반대로 흐르는 자유전자일 경우에는 로렌츠 힘이 도선(430r)이 아닌 도선(430l)에서 사라지기 때문에 전하운반자가 도선(430l)에 진입하는 순간 홀 전압의 알짜 전기장이 나타나게 될 것이다. 본 발명의 다른 일면(도 20, 21)의 실시예(도 20, 21)에 의한 장치는 로렌츠 힘과 균형을 이루고 있는 홀 전압의 전기장을 로렌츠 힘을 제거하여 두 힘이 균형을 이루지 못하게 함으로써 나타나게 하는 것이다. 홀 전압의 전기장(Eh)과 본래 전류가 도선(430m)에서 가진 전기장(E0)이 합성된 결과 얻어진 합성 전기장(E0 + Eh)으로부터 에너지를 얻는 장치이다. 그러나 이 합성 전기장(E0 + Eh)의 크기는 예를 들면 전류의 방향과 홀 전압의 전기장의 방향이 일치할 때에는 증가하지만 예를 들면 전류의 방향과 홀 전압의 전기장의 방향이 서로 반대일 경우에는 오히려 합성 전기장(E0 + Eh)의 크기가 원래 전류가 가졌던 전기장(E0)의 크기보다 감소하게 되어 에너지가 증가하지 않고 오히려 감소하게 된다. 따라서 이 장치를 통하여 추출되는 에너지의 크기는 홀 전압의 전기장(Eh)과 이 때의 전류의 방향, 즉 이 때 전하운반자가 흐르는 도선이 이루는 각도(θ)에 의해 달라진다. 그리고 이를 이용하여 전류의 크기를 증감폭시키거나 정지(스위칭)시킬 수 있게 된다. 입력 전류로서 교류전류를 사용할 경우에는 두 방향의 전류 중 한 방향의 전류는 증폭 시키고 한 방향의 전류는 감폭 혹은 정지시킬 수도 있다. 그리고 도체부(430)의 저항이 변하지 않고 일정할 경우 전류의 크기가 변하면 전압도 그에 상응하도록 함께 변하기 때문에 본 발명의 다른 일면(도 20, 21)의 실시예(도 20, 21)의 장치는 에너지 추출장치로서의 기능과 함께 전류와 전압 가변 기능도 가지는 장치로서도 사용될 수 있는 특징을 지닌다.
이하에서는 본 발명의 효과에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 일면(도 1)을 실시하되, 설명의 편의상 작성된 도 1을 변형하여, 도선(130b)은 도선(130e)으로부터 (도 1과 같이 좌측 방향으로 나가지 않고) 지면에 수직하면서 지면의 앞으로 진행하고, 도선(130a)은 도선(130e)으로부터 (도 1과 같이 우측 방향으로 나가지 않고) 지면에 수직하면서 지면의 뒤로 물리적으로 최단거리를 진행하여 다시, 계산의 편의상 각 α를 0도가 되도록, 즉 도선(130e)과 평행하면서 외부전기장(Eext)과 동일한 방향으로 진행한다. 그리고 도선(130b)과 도선(130a)의 폭과 두께는 도선(130e)의 그것들과 동일하게 각각 10.0 cm, 1.0 cm로 한다. 그리고 가로와 세로, 두께가 각각 10.0 cm, 1.0 cm, 1.0 cm인 제1대전체판(110)과 제2대전체판(120)이 각각 106 V(volts)의 음전압, 양전압을 발생하도록 하고, 두 플레이트(101, 102) 사이의 거리가 1.6 cm, 두 플레이트(101, 102)와 도체부(130)에 접하여 그 사이에 두 유전부(145)를 설치하고, 각 유전부(145)의 가로와 세로, 두께를 각각 10.0 cm, 0.5 cm, 1.0 cm, 두 유전부(145) 사이의 거리는 0.6 cm, 도체부(130) 전체의 길이를 1.8 cm, 도선(130a)의 길이(세로)를 0.6 cm가 되도록 한다. 도선(130e) 전체에서, 혹은 최소한 도선(130e)의 상단으로부터 1 cm 길이까지의 부분, 즉 도선(130e)과 도선(130a)의 연장선이 중복되는 부분에서, 1000 V, 10 mA의 직류 전류가 흐를 수 있도록 도선(130)을 형성하고, 도체부(130)에 1000 V, 10 mA의 직류 전류를 인가한다. 그리고 유전체로는 현재의 기술상 예컨대 비유전율이 106 이상, 절연내력(dielectric strength) 107 V/cm 이상인 적층세라믹(Multi-Layer Ceramic)이 구현 가능하지만, 설명의 편의상 앞의 유전부(145)에는 이러한 적층세라믹 대신 진공으로 채워져 있다고 (서술의 편의상 일단 절연내력의 문제를 무시하고) 가정한다면, 대전체판(110, 120)의 단위면적당 대전전하량(σ)은 가우스 법칙에 의해 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.
수학식 1을 참조하면, 단위면적(m2)당 2개의 대전체판(110, 120)에 각각 약 1.1066?10-3 C(Coulomb)의 전하가 대전되고, 각 대전체판(110, 120)의 단면적이 10.0 cm x 1.0 cm, 즉 1.0?10-3 m2이므로 각 대전체판에 각각 1.1066 x 10-6 C이 대전된다. 그리고 전하운반자를 도 1의 도시처럼 자유전자라고 할 때, 이 1.1066 x 10-6 C의 자유전자가 도선(130e)에 제2대전체판(120) 방향으로 분극된다.
그리고 이 전하운반자가 도선(130e)을 지나 정전기장이 인가되지 않은 도선(130a)으로 진입하는 순간, 정전기장과 균형을 이루기 위하여 분극된 1.1066 x 10-6 C이 유도전기장으로 다시 전류와 평행한 방향으로 가해지게 된다. 그런데 유전체의 비유전율이 εr일 경우에는,
그리고 이 전하운반자가 도선(130e)을 지나 정전기장이 인가되지 않은 도선(130a)으로 진입하는 순간, 정전기장과 균형을 이루기 위하여 분극된 1.1066 x 10-6 C이 유도전기장으로 다시 전류와 평행한 방향으로 가해지게 된다. 그런데 유전체의 비유전율이 εr일 경우에는,
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이 적용되고, 2개의 대전체판(110, 120)의 단위면적당 대전 전하량을 비유전율(εr)만큼 증가시킬 수 있으므로, 여기서 비유전율 εr을 106이라고 하면, 각 대전체판에 1.1066 x 10-6 (C)?106, 즉 1.1066 C의 전하량이 대전되고, 동일한 전하량의 자유전자가 단면적이 10.0 cm x 1.0 cm인 도선(130e)에 제2대전체판(120) 방향으로 분극된다. 여기서, 단면적이 10.0 cm x 1.0 cm인 도선(130e)에 분극된 자유전자가 1.0 cm/s의 표류속도(drift velocity)를 가진다고 할 경우 매초마다 분극된 자유전자 전하량 1.1066 C가 전부 도선(130e)에서 도선(130a)로 유출되고 다시 1.1066 C가 다시 분극되어야 한다. 따라서 매초마다 외부전기장(Eext)으로 인한 전압 106(V)?2?1/0.016(m)?0.006, 즉 7.5?105 V을 가진 전류 1.1066 A, 즉 7. 5 x 105 V x 1.1066 A, 즉 8.2995?105 W 이 도체부(130)를 흐르는 전류에 더 해지게 되므로, 정전기장으로부터 매초 8.2995?105 W의 에너지를 추출하게 된다. 또한, 매초 이 분극된 자유전자 1.1066 C는 전하운반자가 도선(130e)을 지나 정전기장이 인가되지 않은 도선(130a)으로 진입하는 순간 정전기장과 균형을 이루기 위하여 유도전기장으로 전류와 평행한 방향으로 가해지게 됨으로써 또 한번 동일한 량의 에너지인 8.2995?105 W가 전류에 더해지게 되므로, 처음에 투입된 1,000 V, 10 mA, 즉 10 W 외에 매초 도합 1.6599 x 106 W가 정전기장으로부터 추출된다.
또한, 위와 같이 유전부(145)를 적층세라믹 등 유전율이 높은 유전체로 사용하여 대전 전하량, 절연내력을 높일 수도 있으나 이와 함께 두 대전체판(110, 120)에 병렬 또는 직렬로 연결되거나 병렬과 동시에 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결하여 대전시킴으로써 대전 전하량, 절연내력을 높일 수도 있다.
또한, 위와 같이 유전부(145)를 적층세라믹 등 유전율이 높은 유전체로 사용하여 대전 전하량, 절연내력을 높일 수도 있으나 이와 함께 두 대전체판(110, 120)에 병렬 또는 직렬로 연결되거나 병렬과 동시에 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결하여 대전시킴으로써 대전 전하량, 절연내력을 높일 수도 있다.
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[실시예 2]
도 4나 도 5에 도시된 실시예의 경우, 4 개의 구리 도선으로 구성되어있는 도체부(230)의 양단의 단면적과 길이가 각각 0.1 m2, 3.0 cm이다. 그리고 서로 대향하여 5 cm 이격되어 있는 2개의 대전체판(210, 220)들은 각각 대전된 106 V의 음전압과 양전압에 의하여 정전기장을 형성하면서 또한 각각 회전축(260)을 중심으로 동일한 방향과 각속도로 초당 60회 회전하며, 대전체판(210, 22)이나 도체부(230)의 양단 사이에 가능한 한 근접하여 위치하도록 설치된다. 유전부(245)는 대전체판(210, 22)이나 도체부(230)의 끝(단) 중 하나에 이격되지 않고 접할 수 있지만, 도체부(230)의 양단에 접할 경우 대전체판(210, 22)의 전기장에 의해 유전분극을 발생시키는 데에 시간이 소요되기 때문에 여기서는 유전부(245)는 대전체판(210, 22)에 이격되지 않고 부착되어 접하여 설치되는 것으로 한다. 그리고 유전부(245)는 각각 0.99 cm의 길이를 가지며, 유전부(245)에는 위의 실시예 1에서와 같이 가능한 한 비유전율이 높으며, 또한 절연내력도 충분히 높은 적층세라믹(Multi-Layer Ceramic) 등 유전체를 사용하여 고전압에도 방전이 일어나지 않도록 절연내력을 높이도록 한다. 그리고 유전부(245)와 도체부(230)의 양단 사이의 각 0.01 cm에도 비유전율이 높고 절연내력도 필요한 정도로 충분히 높은 유전체로, 이 실시예에서처럼 유전부(245)와 도체부(230)가 상대적으로 이동하여야 할 경우에는 기체 등 유체로, 채워져 있어야 한다. 여기서 유전부(245)의 적층세라믹 유전체를 포함하여 도체부(230)의 한 끝(하단, 상단)과 대전체판(210, 220) 사이에 미치는 비유전율 εr을 5?105이라고 할 경우, 위 실시예 1에서와 같이 각 대전체판(210, 220)에 대전되는 되는 단위면적당 전하량은
이고, 각 대전체판(210, 220)의 면적은 0.1 m2이므로, 각 대전체판(210, 220)에는 17.708 C의 전하량이 대전된다. 이와 동시에 필요한 경우 두 대전체판(210, 220)에 병렬 혹은 직렬로 연결되거나 병렬과 직렬로 동시에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결함으로써 각 대전체판(210, 220)에 대전되는 전하량을 높이거나 높이면서 또한 절연내력도 높일 수 있지만, 여기서는 이러한 커패시터를 대전체판(210, 220)에 연결하지 않은 것으로 가정한다. 이렇게 면적이 0.1m2인 각 대전체판(210, 220)에 17.708 C의 전하가 대전되고, 각 도체부(230)에는 17.708 C 의 전하가 1초에 60회 분극된 후 다시 분극이 해소되게 된다. 따라서 각 도체부(230)에는 60 Hz, 17.708 A, 106(V)?1/0.05(m)?0.03(m), 즉 6?105 V인 교류전류, 즉 1초당 60Hz, 17.708(A)?6?105(V), 즉 1.0668?107 W, 60 Hz의 교류 전류 에너지가 정전기장으로부터 추출되게 되므로, 4개의 도체부(230) 전체로부터는 1초당 4.2672?107 W, 60 Hz의 교류 전력이 추출된다. 그리고 대전체판(210, 220) 및 도체부(230)의 양단의 단면적을 높임으로써 추출되는 에너지의 량을 높일 수도 있음은 물론이다. 그 외, 도체부(230)는 도 4, 5와 같이 외부 정전기장 영역과 일치하는 직선의 관 형태일 수도 있으나 반드시 그런 직선의 관 형태가 아니어도 된다. 왜냐하면 도체부(230)가 도 4, 5와 같은 외부 정전기장 영역과 일치하는 직선의 관 형태를 취하지 않고 도체부(230)의 양단을 제외한 다른 부분이 예컨대 외부 정전기장 영역의 밖에 위치한다고 하더라도 도체부(230)의 양단의 전위차로 인하여 발생한 전류는 도체부(230)를 따라 흐를 수 있기 때문이다. 도체부(230)의 양단에 발생하는 전위차는 외부 정전기장과 크기가 같고 방향이 반대인 전기장을 만들 수 있는 크기이다. 이 도체부(230)의 양단 사이의 전위차가 만드는 전기장에 의하여 도체부(230)의 양단 사이의 공간에는 외부 정전기장이 상쇄되어 전혀 미치지 않게 된다. 그러나 유전부(245)와 대향하고 있는 도체부(230)의 양단의 단면적은 유전부(245)와 동일한 단면적을 가져야 할 필요가 있지만, 도체부(230)의 단면적은 어디서나 균일할 할 필요는 없다. 따라서 도체부(230)의 굵기나 경로를 적절히 변경함으로써 도체부(230)에 흐르는 교류 전류를 에너지로 사용할 수 있을 것이다.
이와 동일한 결과를 도 7의 장치를 통해서도 얻을 수 있다. 즉, 위와 조건이 모두 같지만, 도 7의 장치에서와 같이, 도체부(230) 양단에 대하여 상대적으로 서로 대향하는 두 대전체판(210, 220)들이 동일한 방향과 동일한 각속도로 회전하는 대신 정전기장단속부(270)의 두 정전기장단속장치(270c, 270d)가 1초에 60회 예컨대 동시에 개폐되거나 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 연결이 단속됨으로써 정전기장의 도체부(230) 양단에의 인가가 단속되는 장치에서도 위와 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이는 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 동시적 개폐나 연결의 단속에 따라 (도체부(230)의 양단 사이처럼) 두 정전기장단속장치(270c, 270d) 사이에 유도전기장이 소멸?발생하고 이로 인하여 그 사이에 정전기장의 상쇄와 인가가 반복되기 때문이다. 그리고 예컨대 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 동시적 개폐에 의한 경우에는 정전기장단속부(270)에도 교류 전류가 흐르므로 정전기장단속부(270)로부터도 에너지를 얻을 수 있다.
이고, 각 대전체판(210, 220)의 면적은 0.1 m2이므로, 각 대전체판(210, 220)에는 17.708 C의 전하량이 대전된다. 이와 동시에 필요한 경우 두 대전체판(210, 220)에 병렬 혹은 직렬로 연결되거나 병렬과 직렬로 동시에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 연결함으로써 각 대전체판(210, 220)에 대전되는 전하량을 높이거나 높이면서 또한 절연내력도 높일 수 있지만, 여기서는 이러한 커패시터를 대전체판(210, 220)에 연결하지 않은 것으로 가정한다. 이렇게 면적이 0.1m2인 각 대전체판(210, 220)에 17.708 C의 전하가 대전되고, 각 도체부(230)에는 17.708 C 의 전하가 1초에 60회 분극된 후 다시 분극이 해소되게 된다. 따라서 각 도체부(230)에는 60 Hz, 17.708 A, 106(V)?1/0.05(m)?0.03(m), 즉 6?105 V인 교류전류, 즉 1초당 60Hz, 17.708(A)?6?105(V), 즉 1.0668?107 W, 60 Hz의 교류 전류 에너지가 정전기장으로부터 추출되게 되므로, 4개의 도체부(230) 전체로부터는 1초당 4.2672?107 W, 60 Hz의 교류 전력이 추출된다. 그리고 대전체판(210, 220) 및 도체부(230)의 양단의 단면적을 높임으로써 추출되는 에너지의 량을 높일 수도 있음은 물론이다. 그 외, 도체부(230)는 도 4, 5와 같이 외부 정전기장 영역과 일치하는 직선의 관 형태일 수도 있으나 반드시 그런 직선의 관 형태가 아니어도 된다. 왜냐하면 도체부(230)가 도 4, 5와 같은 외부 정전기장 영역과 일치하는 직선의 관 형태를 취하지 않고 도체부(230)의 양단을 제외한 다른 부분이 예컨대 외부 정전기장 영역의 밖에 위치한다고 하더라도 도체부(230)의 양단의 전위차로 인하여 발생한 전류는 도체부(230)를 따라 흐를 수 있기 때문이다. 도체부(230)의 양단에 발생하는 전위차는 외부 정전기장과 크기가 같고 방향이 반대인 전기장을 만들 수 있는 크기이다. 이 도체부(230)의 양단 사이의 전위차가 만드는 전기장에 의하여 도체부(230)의 양단 사이의 공간에는 외부 정전기장이 상쇄되어 전혀 미치지 않게 된다. 그러나 유전부(245)와 대향하고 있는 도체부(230)의 양단의 단면적은 유전부(245)와 동일한 단면적을 가져야 할 필요가 있지만, 도체부(230)의 단면적은 어디서나 균일할 할 필요는 없다. 따라서 도체부(230)의 굵기나 경로를 적절히 변경함으로써 도체부(230)에 흐르는 교류 전류를 에너지로 사용할 수 있을 것이다.
이와 동일한 결과를 도 7의 장치를 통해서도 얻을 수 있다. 즉, 위와 조건이 모두 같지만, 도 7의 장치에서와 같이, 도체부(230) 양단에 대하여 상대적으로 서로 대향하는 두 대전체판(210, 220)들이 동일한 방향과 동일한 각속도로 회전하는 대신 정전기장단속부(270)의 두 정전기장단속장치(270c, 270d)가 1초에 60회 예컨대 동시에 개폐되거나 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 연결이 단속됨으로써 정전기장의 도체부(230) 양단에의 인가가 단속되는 장치에서도 위와 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이는 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 동시적 개폐나 연결의 단속에 따라 (도체부(230)의 양단 사이처럼) 두 정전기장단속장치(270c, 270d) 사이에 유도전기장이 소멸?발생하고 이로 인하여 그 사이에 정전기장의 상쇄와 인가가 반복되기 때문이다. 그리고 예컨대 두 정전기장단속장치(270c, 270d)의 동시적 개폐에 의한 경우에는 정전기장단속부(270)에도 교류 전류가 흐르므로 정전기장단속부(270)로부터도 에너지를 얻을 수 있다.
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[실시예 3]
도 19에 도시된 본 발명의 일면(도 11)의 실시예에 의한 장치는 기존의 발전장치와는 달리 전기자부(330)의 계자부(310, 320)에 대한 상대적 회전 등 이동이 필요 없기 때문에 렌츠의 법칙에 의한 저항이 최소화되어 기존의 발전장치에 비하여 발전의 효율성이 제고되었다.
[실시예 4]
도 21L에 도시된 본 발명의 일면(도 20)의 실시예의 경우, 추출되는 에너지의 크기는 홀 저항의 크기에 따라 크게 달라진다. 홀 저항은, 도 21L을 참조하면, 도체부(430) 중 정자기장이 가해진 도선(430m)을 흐르는 전류에 대한 홀 전압의 크기를 뜻하는데, 그 크기는 비록 극저온의 아래에서 나타나지만 분수(혹은 정수) 양자 홀 효과가 보여주는 바와 같이 클리칭 상수(25,812.807Ω)의 정수 배(정수 양자 홀 효과의 경우에는 1/정수)까지 증가될 수 있다. 그리고 반드시 분수 양자 홀 효과가 나타나는 초저온 조건이 아닌 상태에서도, 예컨대 그래핀의 경우 상온에서도 양자 홀 효과가 나타나기 때문에, 홀 저항의 크기를 높일 수 있다. 이제, 도 20의 실시예에서 도체부(430)의 도선(430m)을 흐르는 전류를 10 A, 전압을 1,000 V, 홀 저항을 계산의 편의상 1,000Ω이라고 하면, 홀 전압은 10,000 V가 된다. 그리고 전하운반자가 정공이라고 하고 도 21L과 같이 전하운반자가 도선(430m)을 지나 홀전압과 수직을 이루는 도선(430r)으로 진입한다고 할 경우, 홀 전압의 전기장은 홀 전압과 방향이 동일한 도선(430r)을 따라서 흐르는 전류의 전기장과 합성된다. 그 결과, 도 21L의 도체부(430) 전체의 길이나 도선(430r)의 길이와 무관하게, 본래 전류가 가진 전압 1,000 V 외에 10,000 V가 홀 전압으로 인하여 도선(430r)에 추가로 발생하여 전압이 11,000 V가 된다. 따라서 도체부(430)의 저항이 일정하다고 할 경우, 전류도 10 A에서 110 A로 증가한다. 또한 추출되는 에너지도 1초당 10,000 W에서 1,210,000 W로 증가하게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
101, 201, 301, 401: 제1플레이트 102, 202, 302, 402: 제2플레이트
103, 203, 303: 제3플레이트 104, 204, 304: 제4플레이트
110, 210: 제1대전체판 310, 410: 제1계자부
120, 220: 제2대전체판 320, 420: 제2계자부
130, 230, 430: 도체부 330: 전기자부
140, 240: 절연부 340, 440: 비자성부
145, 245: 유전부 150, 250: 절연체
350: 비자성체 365: 계자부자기장차폐장치
270: 정전기장단속부 370: 정자기장단속부
103, 203, 303: 제3플레이트 104, 204, 304: 제4플레이트
110, 210: 제1대전체판 310, 410: 제1계자부
120, 220: 제2대전체판 320, 420: 제2계자부
130, 230, 430: 도체부 330: 전기자부
140, 240: 절연부 340, 440: 비자성부
145, 245: 유전부 150, 250: 절연체
350: 비자성체 365: 계자부자기장차폐장치
270: 정전기장단속부 370: 정자기장단속부
Claims (26)
- 정전기장 또는 정자기장에 포함된 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치에 있어서,
제1전하에 의해 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(110)을 포함하는 제1플레이트(101);
상기 제1플레이트(101)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1전하와 반대 극성을 가지는 제2전하에 의해 대전되고 정전기장을 발생하며 상기 제1대전체판(110)에 대응되는 위치에 상기 제1대전체판과 평행하고 대향하도록 형성된 제2대전체판(120)을 포함하는 제2플레이트(102);
상기 제1플레이트(101) 및 상기 제2플레이트(102) 사이의 공간에 채워진 절연체(150);
상기 제1대전체판(110)과 도체부(130) 사이 및 상기 제2대전체판(120)과 상기 도체부(130) 사이에 각각 형성된 유전부(145); 및
상기 2개의 유전부(145) 사이에 형성된 상기 도체부(130);를 포함하며,
상기 도체부(130)에는 전류가 흐르며, 상기 제1대전체판(110) 및 상기 제2대전체판(120) 사이에 형성되는 정전기장이 인가되는 정전기장 인가 도선(130e)과 그 양측에 정전기장이 인가되지 않은 정전기장 비인가 도선들(130a, 130b)이 포함되며,
상기 전류의 전하운반자가 상기 정전기장 인가 도선(130e)을 지나 상기 정전기장 비인가 도선(130a, 130b)중 하나(130a)를 흐를 때 상기 정전기장과 상기 정전기장 인가 도선(130e)이 이루는 각도의 변화와 상기 전하운반자가 상기 정전기장 인가 도선(130e)을 지나 흐르는 상기 정전기장 비인가 도선(130a)과 상기 정전기장에 의한 상기 전류에 발생하는 유도전기장이 이루는 각도(α)의 변화로 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 정전기장 또는 정자기장에 포함된 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치에 있어서,
제1전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 제1대전체판(210)을 포함하는 제1플레이트(201);
상기 제1플레이트(201)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(201)에 형성된 상기 제1대전체판(210)과 대응되는 위치에는 상기 제1플레이트(201)의 상기 제1대전체판(210)과 평행하고 대향하여 형성되고, 상기 제1전하와 반대 극성인 제2전하로 대전되고 정전기장을 발생하는 제2대전체판(220)을 포함하는 제2플레이트(202);
상기 제1플레이트(201) 및 상기 제2플레이트(202) 사이의 공간에 채워진 절연체(250);
상기 제1플레이트(201) 및 상기 제2플레이트(202)로부터 일정 거리 이격되어 그 사이에 설치된 도체부(230);
상기 제1플레이트(201)의 상기 제1대전체판(210)과 상기 도체부(230)의 하단 사이 및 상기 제2플레이트(202)의 상기 제2대전체판(220)과 상기 도체부(230)의 상단 사이에 각각 상기 대전체판(210, 220)에 접하여 형성된 유전부(245); 및
정전기장 단속수단;을 포함하며,
상기 정전기장 단속수단에 의해,
상기 도체부(230)의 양단에 인가되는 상기 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1플레이트(101, 201)와 상기 제2플레이트(102, 202)가 각각 상기 제1대전체판(110, 210)과 상기 제2대전체판(120, 220)을 주변과 격리하는 절연부(140, 240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유전부(145, 245)나 절연체(250)로는 유전율 및 절연내력이 있는 물질이 사용된 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제2항에 있어서,
상기 도체부(230)의 양단이 상기 제1플레이트(201)의 상기 제1대전체판(210)과 상기 제2플레이트(202)의 상기 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입이 상대적으로 반복되는 상기 정전기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정전기장의 상기 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제2항에 있어서,
원판형의 상기 제1플레이트(201)와 원판형의 상기 제2플레이트(202)가 상기 제1플레이트(201)와 상기 제2플레이트(202)에 대하여 수직인 회전축(260)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 상기 도체부(230)의 양단이 상기 제1대전체판(210)과 상기 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 상기 정전기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정전기장의 상기 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제2항에 있어서,
원통형의 상기 제1플레이트(201)와 원통형의 상기 제2플레이트(202)가 상기 제1플레이트(201)와 상기 제2플레이트(202)에 대하여 평행한 회전축(260)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 상기 도체부(230)의 양단이 상기 제1대전체판(210)과 상기 제2대전체판(220)이 형성하는 정전기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 상기 정전기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정전기장의 상기 도체부(230)의 양단에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제2항에 있어서,
상기 정전기장 단속수단으로서,
상기 제1대전체판(210)과 상기 제2대전체판(220)에 의해 발생하는 정전기장의 상기 도체부(230)의 양단에의 인가를 단속할 수 있는 제1정전기장단속장치(270c)와 제2정전기장단속장치(270d)를 포함하는 정전기장단속부(270)를 포함하며,
상기 정전기장단속부(270)에 의해,
상기 도체부(230)의 양단에 인가되는 상기 정전기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1대전체판(110, 210)과 상기 제2대전체판(120, 220)에 병렬 혹은 직렬로 연결되거나 병렬과 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터가 연결된 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 정전기장 또는 정자기장에 포함된 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치에 있어서,
공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제1계자부(310)를 포함하는 제1플레이트(301);
상기 제1플레이트(301)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(301)에 형성된 상기 제1계자부(310)와 대응되는 위치에는 상기 제1계자부(310)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 상기 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제2계자부(320)를 포함하는 제2플레이트(302);
상기 제1플레이트(301) 및 상기 제2플레이트(302) 사이의 공간에 채워진 비자성체(350);
발열을 최소화하며 투자율이 있는 철심을 구비하고, 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320) 사이에 가능한 한 근접하여 설치된 전기자부(330);
정자기장 단속수단; 및
상기 정자기장 단속수단이 상기 전기자부(330)의 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)에 대한 상대적 이동을 포함할 경우에는 이 상대적 이동을 방해하는 유도굴절자속 최소화수단;도 포함하며,
상기 정자기장 단속수단에 의해,
상기 전기자부(330)에 인가되는 상기 정자기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1플레이트(301)와 상기 제2플레이트(302)가 각각 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)를 주변과 격리하는 비자성부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 유도굴절자속 최소화수단으로서, 상기 정자기장이 인가되는 상기 전기자부(330)의 상기 철심 부분의 양단이 상기 정자기장이 인가되지 않는 영역을 통해 연결되어있는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 유도굴절자속 최소화수단으로서, 상기 정자기장을 형성하고 있는 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)의 서로 대향하는 반대편이 누설자속이 최소화되도록 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 유도굴절자속 최소화수단으로서, 유도굴절자속의 발생을 최소화하도록 상기 정자기장을 형성하고 있는 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)에 초전도체나 투자율이 있는 물질이 사용된 계자부자기장차폐장치(365)가 설치되거나 설치되면서 동시에 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320) 사이의 간격이 최소화된 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 전기자부(330)가 상기 제1플레이트(301)의 상기 제1계자부(310)와 상기 제2플레이트(302)의 상기 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 상대적으로 반복하는 상기 정자기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정자기장의 상기 전기자부(330)에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
원판형의 상기 제1플레이트(301)와 원판형의 상기 제2플레이트(302)가 상기 제1플레이트(301)와 상기 제2플레이트(302)에 대하여 수직인 회전축(360)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 상기 전기자부(330)가 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 상기 정자기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정자기장의 상기 전기자부(330)에의 단속이 반복되어 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
원통형의 상기 제1플레이트(301)와 원통형의 상기 제2플레이트(302)가 상기 제1플레이트(301)와 상기 제2플레이트(302)에 대하여 평행한 회전축(360)을 중심으로 동일한 방향과 동일한 각속도로 상기 전기자부(330)가 상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)가 형성하는 정자기장 영역에의 출입을 반복하도록 상대적으로 회전하는 상기 정자기장 단속수단의 구체화에 의해,
상기 정자기장의 상기 전기자부(330)에의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 정자기장 단속수단으로서,
상기 제1계자부(310)와 상기 제2계자부(320)가 발생하는 정자기장의 상기 전기자부(330)에의 인가를 개폐 등에 의해 단속할 수 있는 제1정자기장단속장치(370c)와 제2정자기장단속장치(370d)를 포함하는 정자기장단속부(370)를 포함하고,
상기 정자기장단속부(370)에 의해,
상기 전기자부(330)에 인가되는 상기 정자기장의 단속이 반복됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 비자성체(350)에 진공이나 투자율이 있는 물질이 사용된 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제10항에 있어서,
상기 정자기장 단속수단과 상기 전기자부(330)가 초전도성을 나타내는 전기자부로 대체됨으로써 에너지가 추출되는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 정전기장 또는 정자기장에 포함된 에너지를 추출하는 정전자기장 에너지 추출장치에 있어서,
공극 방향으로 제1자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제1계자부(410)를 포함하는 제1플레이트(401);
상기 제1플레이트(401)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 제1플레이트(401)에 형성된 상기 제1계자부(410)와 대응되는 위치에는 상기 제1계자부(410)와 대향하여 형성되고, 공극 방향으로 상기 제1자성과 반대자성인 제2자성을 나타내고 정자기장을 발생하는 제2계자부(420)를 포함하는 제2플레이트(402); 및
도체부(430);를 포함하며,
상기 도체부(430)는 전류가 흐르며, 평면형으로서 두께가 가능한 한 얇으며, 상기 제1플레이트(401)의 상기 제1계자부(410)와 상기 상기 제2플레이트(402)의 상기 제2계자부(420)의 사이에 설치되고, 상기 제1계자부(410)와 상기 제2계자부(420)에 의한 정자기장이 상기 전류에 수직으로 인가된 정자기장 인가 도선(430m)과 그 양측에 정자기장 비인가 도선(430r, 430l)을 포함하며,
상기 전류의 전하운반자가 상기 정자기장에 의한 홀전압이 인가된 상기 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 상기 정자기장 비인가 도선(430r, 430l) 중 하나의 도선(430r)과 상기 홀전압에 의한 전기장이 이루는 각도(θ)의 변화에 의해 에너지를 추출하는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제21항에 있어서,
상기 정전기장이나 상기 정자기장의 크기를 조정하거나 상기 각도(α 또는 θ)의 변화로 추출된 에너지, 추출된 전류, 또는 추출된 전압의 크기를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제21항에 있어서,
상기 전류는 입력된 직류전류로서 전류의 크기가 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되고 이에 상응하게 전압도 변화하므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제1항 또는 제21항에 있어서,
상기 전류는 입력된 교류전류로서 양방향의 전류 크기가 각각 증가되거나 감소 혹은 스위칭 되고 이에 상응하게 전압도 변화하므로 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제21항에 있어서,
상기 도체부(430)에 초전도체나 그래핀이 사용되거나 홀 저항을 높여주는 비정상 홀 효과(anomalous Hall effect)를 나타내는 수단이 사용된 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치. - 제21항에 있어서,
정자기장 단속수단을 포함하며,
상기 정자기장 단속수단에 의해,
상기 도체부(430)의 상기 정자기장 인가 도선(430m)에 인가되는 상기 정자기장의 단속이 반복되거나 단속적 정자기장의 발생이 반복되며,
상기 전류의 전하운반자가 상기 정자기장에 의한 홀전압이 인가된 상기 정자기장 인가 도선(430m)을 지나 흐르는 상기 정자기장 비인가 도선(430r, 430l) 중 하나의 도선(430r)과 상기 홀전압에 의한 전기장이 이루는 각도(θ)에 의해 추출되는 에너지의 크기가 변화할 뿐 아니라 전류의 크기 및 전압의 크기도 변화하는 전류와 전압 가변 장치 기능도 가지는 것을 특징으로 하는 정전자기장 에너지 추출장치.
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