WO2017122968A1

WO2017122968A1 - 고속 발전장치

Info

Publication number: WO2017122968A1
Application number: PCT/KR2017/000237
Authority: WO
Inventors: 한승주
Original assignee: 한승주
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2017-01-08
Publication date: 2017-07-20
Also published as: KR101907249B1; KR20170083935A

Abstract

본 발명은 외부 동력으로 작동하는 구동 세트의 회전 동력에 의해 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 발전장치에서 구동 세트와 발전기 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 구동 세트와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 구동 세트의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 연결장치의 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

Description

고속 발전장치

본 발명은 외부 동력으로 작동하는 구동 세트의 회전 동력에 의해 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 발전장치에서 발전기의 회전 동력을 높이는 동력전달장치를 갖춘 고속 발전장치에 관한 것이다.

발전기는 도체가 자기장 내에서 회전 운동할 때에 유도 전류가 발생하는 것을 이용하여 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.

풍력발전장치는 일반적으로, 팔랑개비와 증속기어 장치와 발전기로 구성되어 풍력을 이용하여 팔랑개비를 회전시키고 팔랑개비가 증속장치의 메인 기어와 연결되고 발전기가 증속장치의 종동기어와 연결되어 기어비로 회전속도를 높여 발전기를 구동하여 전력을 생산하도록 구성되어 있다. 그러나, 풍력이 약한 경우에 팔랑개비로부터 얻는 회전 동력이 작아 발전기의 회전수가 낮아 발전 전력이 적고 풍력이 강한 경우에 고속 회전으로 인해 증속장치의 소음 증가와 내구성에 한계가 있다.

또한, 바이너리 발전장치는 일반적으로 폐열로 매체를 가열해 기화시켜 증기로 회전 구동시키는 터빈과 기어 유닛과 발전기로 이루어지고, 터빈은 터빈 휠을 내장하고 터빈 휠과 발전기는 기어열이 갖추어진 샤프트를 개재한 기어 유닛으로 서로 연결되어 있으며 기어열의 회전수를 증속하여 발전기에 회전력을 전달하고 발전기는 전력을 발전하도록 구성되어 있다. 그러나, 폐열로 기화시킨 매체를 통하여 터빈을 고속 회전 구동시키는 것과 기어 유닛의 기어비로 일정 속도 이상의 회전 속도를 높이는데 한계가 있다.

또한, 배기에너지 회수장치의 발전장치는 터빈과 발전기로 이루어지고, 터빈은 터빈 휠을 내장하고 터빈 휠과 발전기는 베어링 유닛으로 지지되는 샤프트로 서로 연결되어 있고 내연기관의 배기가스로 터빈 휠을 회전 구동시키며, 이 회전력을 커플링으로 연결된 샤프트를 개재하여 발전기에 전달하고 발전기는 전력을 발전하도록 구성되어 있다. 그리고 내연기관의 연료소모와 성능에 부정적인 충격이 없이 정압의 배기 흐름과 압력과 적정한 배기가스 온도에서 발전기가 배기가스 동력을 전달받아 작동되도록 출력의 여유가 있는 고속 영역에서 발전기를 구동하도록 고안되고 발전기는 배기열로 과열되지 않도록 냉각시스템을 갖추게 된다. 그러나, 내연기관에 부하가 걸리지 않토록 하며 터빈 휠을 구동하여 발전기를 구동하기 위하여는 발전기와 샤프트를 연결하는 커플링과 배기가스의 바이패스 시스템을 설치하여 부하에 따라 이들을 작동시키는 제어 시스템을 구성하여야 하므로 비용상승의 요인이 된다.

또한, 차량 사용자는 차량이 출고된 이후 여러 가지 외부 전력소비 기기들을 차량에 장착하여 사용하게 된다. 이로 인한 차량의 소요 전력이 증가하게 되면 차량의 발전기의 정해진 발전 용량으로 인해 차량의 발전기에 과부하가 걸려 내연기관과 차량의 성능 저하나 차량의 축전지의 충전 부족 현상이 일시적으로 일어날 수 있다. 이를 해결하기 위해 기존 차량의 발전기나 축전지보다 큰 용량의 발전기나 축전지를 적용하고자 할 경우 발전기를 구동하는 내연기관의 발전 부하와 발전에 필요한 연료 비용이 증가하고 설치 사양이나 공간상의 문제로 장착에 제약이 따르거나 장착이 불가한 경우가 있다. 따라서 내연기관의 크랭크 축 또는 전동기의 회전 축과 같은 출력 축에 의해 회전 구동되는 풀리의 구동 동력을 최소화하여 구동하는 보조 발전기를 별도로 장착하여 발전량을 늘려 해결할 필요가 있다.

또한, 단상 교류전력을 공급받아 전동기로 발전기를 구동하여 삼상 교류전력의 전력기기를 사용하는 경우가 있다. 이때, 전동기의 회전 축과 발전기의 회전 축을 커플링으로 연결하여 발전기에 회전 동력을 전달하여 삼상 교류전력을 생산하게 된다. 그러나 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하여 발전 효율을 높이기 위하여는 이에 맞는 전동기 구동 용량과 위상차를 만드는 트랜스를 교환 설치하여야 함으로 설치 비용이 증가하게 된다. 또한, 단상 교류전력으로 발전기를 구동하여 삼상 교류전력을 생산하는 경우에는 발전 효율이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력을 이용하여 팔랑개비를 구동시키고 팔랑개비의 회전력으로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 풍력발전장치에서 팔랑개비와 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 팔랑개비와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 팔랑개비의 회전 동력을 공급받아 생성하는 자기장들의 상호 작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 폐열로 매체를 가열해 기화시켜 증기로 터빈을 구동하고 터빈의 회전력으로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 바이너리 발전장치에서 터빈과 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 터빈과 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 터빈의 회전 동력을 공급받아 생성하는 자기장들의 상호 작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배기가스 에너지로 터빈을 구동하고 터빈의 회전력으로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 배기에너지 회수장치에서 터빈과 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 터빈과 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 터빈의 회전 동력을 공급받아 생성하는 자기장들의 상호 작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 터빈 발전장치를 구현하여 배기가스의 열전도를 차단하여 발전기의 작동 온도를 낮추고 전 운전영역에 걸쳐 발전이 이루어지도록 하여 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내연기관의 크랭크 축 또는 전동기의 회전 축과 같은 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 발전장치에서 풀리와 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 풀리와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 풀리의 회전 동력을 공급받아 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 풀리의 구동 마찰 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전동기의 회전 동력으로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 전동 발전장치에서 전동기와 발전기의 사이에 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 전동기와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 전동기의 회전 동력을 공급받아 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 발전장치는 베어링과 샤프트가 설치된 지지대에 풍력에 의해 회전 구동되는 팔랑개비를 장착한 구동 세트와, 상기 팔랑개비의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기와, 상기 구동 세트와 상기 발전기 사이에 개재되어 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 포함한다.

이때, 상기 동력전달장치는 자기장에 의해 구동되는 동력발생기와 상기 동력발생기의 앞쪽과 뒤쪽에 배치되어 상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자 주위에 자기장을 형성하는 전방 구동자 모듈과 후방 구동자 모듈을 포함하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 지지대에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 샤프트에 장착되어 상기 팔랑개비의 회전 동력을 공급받는다.

이때, 상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자는 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈과 마주보고 상기 전방 회전자와 후방 회전자의 영구자석들은 자속이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향하고 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈의 영구자석들은 자속이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것에 특징이 있다.

한편, 상기 동력발생기는 프레임과, 상기 프레임에 장착되어 회전을 지지하는 상기 베어링 모듈과, 상기 프레임의 전방과 후방에서 상기 프레임의 전면과 후면과 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 베어링 모듈의 샤프트에 고정되며 영구자석들이 상기 샤프트의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자와, 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자와 상기 샤프트의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 영구자석들이 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자 주위에 축선 지름 방향으로 배열되고 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하며 상기 프레임에 장착되는 구동자 모듈들과, 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자를 상기 베어링 모듈에 고정하는 로크 너트들과, 상기 베어링 모듈을 상기 프레임에 고정하는 고정구를 포함한다.

한편, 상기 프레임은 원통 형상으로 이루어진 몸체의 축을 중심으로 앞쪽과 뒤쪽의 내면에 기준점에 맞추어 각각 등 간격으로 2n개 (n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성하고 내주 면에 그리스 윤활 방식의 베어링과 오일 윤활 방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 그리고 자기 베어링 중 어느 하나로 하는 상기 베어링 모듈의 장착 공간과 냉각 공간을 형성하고 몸체의 앞면과 뒷면에 상기 구동 세트의 지지대와 상기 발전기의 장착 면을 형성한 형상을 가진다.

한편, 상기 베어링 모듈은 환봉 형상으로 이루어진 몸체의 외주 면에 베어링 장착 면과 베어링 고정 턱과 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자의 위상을 고정하는 고정 홈들과 나사산들을 형성한 샤프트와, 그리스 공급 냉각방식의 베어링과 오일 공급 냉각방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 자기 베어링 중 어느 하나의 베어링과, 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자의 위상을 고정하는 고정구를 포함한다.

한편, 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자는 원반 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 원통형 돌출부를 형성하여 내주 면에 위상을 고정하는 슬롯 홈을 형성하고 슬롯 홈에 맞추어 등 간격으로 2n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 몸체의 원주 축선상에 형성한 형상을 가진 회전판과, 상기 회전판의 슬롯 홈에 맞추어 영구자석 매입 구멍들에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착한 2n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 영구자석을 포함한다.

한편, 상기 구동자 모듈은 상기 프레임의 기준점에 맞추어 상기 프레임의 영구자석 매입 구멍들에 2n개를 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개를 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 부착한 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함한다.

한편, 상기 전방 구동자 모듈은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 구동 세트의 샤프트 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 전방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대와, 상기 고정대의 기준점에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함한다.

한편, 상기 후방 구동자 모듈은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 발전기의 샤프트 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 후방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대와, 상기 고정대의 기준점에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함한다.

한편, 상기 동력전달장치는 상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자의 영구자석들은 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하고 상기 동력발생기의 구동자 모듈들과 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈의 영구자석들은 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 것도 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 있어, 본 발명에 의한 고속 발전장치는 구동 세트를 폐열로 매체를 가열하여 기화시킨 증기에 의해 회전 구동되는 터빈 휠과 터빈 샤프트와 상기 터빈 휠을 둘러싸는 터빈 하우징과 상기 터빈 샤프트의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

이때, 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 베어링 하우징에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 터빈 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 터빈 샤프트의 회전 동력을 공급받는다.

이때, 상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것에 특징이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어, 본 발명에 의한 고속 발전장치는 구동 세트를 내연기관의 배기가스에 의해 회전 구동되는 터빈 휠과 터빈 샤프트와 상기 터빈 휠을 둘러싸는 터빈 하우징과 상기 터빈 샤프트의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어, 본 발명에 의한 고속 발전장치는 구동 세트를 베어링과 샤프트가 설치된 지지대에 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리를 장착한 구동 세트로 한 것이다.

이때, 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 지지대에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 풀리의 회전 동력을 공급받는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어, 본 발명에 의한 고속 발전장치는 구동 세트를 전동기를 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

이때, 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 전동기에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 전동기의 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 전동기의 회전 동력을 공급받는다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전장치에서 팔랑개비와 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 팔랑개비와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 팔랑개비의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호 작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

또한, 바이너리 발전장치에서 터빈과 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 터빈과 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 터빈 샤프트의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호 작용으로 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

또한, 배기에너지 회수장치에서 터빈과 발전기의 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 터빈과 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 터빈 샤프트의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호 작용으로 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 배기가스의 열전도를 차단하여 발전기의 작동 온도를 낮추고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

또한, 내연기관의 크랭크 축 또는 전동기의 회전 축과 같은 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리로 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 발전장치에서 풀리와 발전기 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 풀리와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 풀리의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호 작용으로 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 풀리의 구동 마찰 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

또한, 전동 발전장치에서 전동기와 발전기 사이에 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 갖추어 전동기와 발전기의 연결을 분리하고 동력전달장치가 전동기의 회전 동력을 받아 생성하는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호 작용으로 자기장으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 동력 손실을 줄이고 발전기의 회전 구동을 높인 고속 발전장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고속 발전장치를 도시한 단면 사시도.

도 2는 동력발생기를 도시한 단면 사시도.

도 3은 동력발생기의 프레임을 도시한 단면 사시도.

도 4는 동력발생기의 베어링 모듈을 도시한 단면 사시도.

도 5는 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자를 도시한 단면 사시도.

도 6은 동력발생기의 구동자 모듈을 도시한 사시도.

도 7은 전방 구동자 모듈과 후방 구동자 모듈을 도시한 단면 사시도.

도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 실시예에 따른 동력전달장치의 작동 설명도.

도 12는 제 2 실시예에 따른 고속 발전장치를 도시한 단면 사시도.

도 13은 제 3 실시예에 따른 고속 발전장치를 도시한 단면 사시도.

도 14는 제 4 실시예에 따른 고속 발전장치를 도시한 단면 사시도.

도 15는 제 5 실시예에 따른 고속 발전장치를 도시한 단면 사시도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다. 제 1 실시예에 대해 설명한다. 도 1은 제 1 실시예에 따른 고속 발전장치(010)의 단면 사시도이고 도 2는 동력발생기(200)의 단면 사시도이고 도 3과 도 4와 도 5와 도 6과 도 7은 구성 부품의 단면 사시도이고 도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 동력전달장치(100)의 작동 설명도이다. 먼저, 구성요소들에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 고속 발전장치(010)는 베어링(530)과 샤프트(520)가 설치된 지지대(540)에 풍력에 의해 회전 구동되는 팔랑개비(510)를 장착한 구동 세트(500)와, 상기 팔랑개비(510)의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기(900)와, 상기 구동 세트(500)와 상기 발전기(900) 사이에 개재되어 상기 발전기(900)의 회전 구동을 높이는 동력전달장치(100)를 포함한다.

상기 동력전달장치(100)는 자기장에 의해 구동되는 동력발생기(200)와 상기 동력발생기(200)의 앞쪽과 뒤쪽에 배치되어 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250) 주위에 자기장을 형성하는 전방 구동자 모듈(310)과 후방 구동자 모듈(350)을 포함하여 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(500)의 지지대(540)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520)에 장착된 것이다.

상기 동력발생기(200)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 프레임(210)에 자속 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하는 영구자석(236)들을 포함하는 구동자 모듈(230)들을 상기 프레임(210)의 전면과 후면에 형성된 영구자석 매입 구멍(213)에 장착하고 상기 프레임(210)에 회전을 지지하는 베어링 모듈(220)을 장착하여 스냅 링 또는 로크 너트와 같은 고정구(270)로 고정하고 영구자석(246)들의 자속 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하는 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)를 상기 베어링 모듈(220)에 장착하여 로크 너트(260)로 고정한 것이다.

상세하게는 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)과, 상기 프레임(210)에 장착되어 회전을 지지하는 상기 베어링 모듈(220)과, 상기 프레임(210)의 전방과 후방에서 상기 프레임(210)의 전면과 후면과 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 베어링 모듈(220)의 샤프트(221)에 고정되며 영구자석(246)들이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향한 상기 전방 회전자(240) 및 상기 후방 회전자(250)와, 상기 전방 회전자(240) 및 상기 후방 회전자(250)와 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 영구자석(236)들이 상기 전방 회전자(240) 및 상기 후방 회전자(250) 주위에 축선 지름 방향으로 배열되고 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하며 상기 프레임(210)에 장착되는 구동자 모듈(230)들과, 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)를 상기 베어링 모듈(220)에 고정하는 로크 너트(260)들과, 상기 베어링 모듈(220)을 상기 프레임(210)에 고정하는 고정구(270)를 포함한다.

상기 구성에서 상기 프레임(210)은 도 3에 도시한 바와 같이, 원통 형상으로 이루어진 몸체의 축을 중심으로 앞쪽과 뒤쪽의 내면(218)에 기준점(211)에 맞추어 각각 등 간격으로 영구자석 매입 구멍(213)들을 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250) 주위의 원주 축선 방향으로 형성하고 내주 면에 상기 베어링 모듈(220)의 장착 공간과 베어링 냉각 공간(212)을 형성하고 몸체의 앞면과 뒷면에 상기 구동 세트(500)의 지지대(540)와 상기 발전기(900)의 장착 면(214)들을 형성한 형상을 가진 것이다.

상세하게는 상기 프레임(210)은 원통 형상으로 이루어진 몸체의 축을 중심으로 앞쪽과 뒤쪽의 내면(218)에 기준점(211)에 맞추어 각각 등 간격으로 2n개 (n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍(213)을 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250) 주위의 원주 축선 방향으로 형성하고 내주 면에 그리스 윤활 방식의 베어링과 오일 윤활 방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 그리고 자기 베어링 중 어느 하나로 하는 상기 베어링 모듈(220)의 장착 공간과 냉각 공간(212)을 형성하고 몸체의 앞면과 뒷면에 상기 구동 세트(500)의 지지대(540)와 상기 발전기(900)의 장착 면(214)들을 형성한 형상을 가진다.

상기 베어링 모듈(220)은 도 4에 도시한 바와 같이, 환봉 형상으로 이루어진 몸체의 외주 면에 베어링 장착 면(223)과 베어링 고정 턱(222)과 상기 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 위상을 고정하는 고정 홈(224)들과 나사산(225)들을 형성한 샤프트(221)에 회전을 지지하는 베어링(226)을 장착하고 위상을 고정하는 고정구(227)를 장착한 것이다. 또한, 상기 베어링 모듈(220)은 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)의 최대 회전수에 따라 내구 수명을 보장하는 허용 한계를 넘지 않는 그리스 공급 냉각방식의 베어링과 오일 공급 냉각방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 자기 베어링 중 어느 하나의 베어링(226)을 선택하여 적용한 것이다.

상세하게는 상기 베어링 모듈(220)은 환봉 형상으로 이루어진 몸체의 외주 면에 베어링 장착 면(223)과 베어링 고정 턱(222)과 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)의 위상을 고정하는 고정 홈(224)들과 나사산(225)들을 형성한 샤프트(221)와, 그리스 공급 냉각방식의 베어링과 오일 공급 냉각방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 자기 베어링 중 어느 하나의 베어링(226)과, 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)의 위상을 고정하는 고정구(227)를 포함한다.

상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)는 도 5에 도시한 바와 같이, 원반 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 원통형 돌출부(244)를 형성하여 내주 면에 위상을 고정하는 슬롯 홈(243)을 형성하고 슬롯 홈(243)에 맞추어 등 간격으로 영구자석 매입 구멍(245)들을 몸체의 원주 축선상에 형성한 형상을 가진 회전판(242)의 영구자석 매입 구멍(245)들에 슬롯 홈(243)에 맞추어 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향한 영구자석(246)들을 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착한 것이다.

상세하게는 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)는 원반 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 원통형 돌출부(244)를 형성하여 내주 면에 위상을 고정하는 슬롯 홈(243)을 형성하고 슬롯 홈(243)에 맞추어 등 간격으로 2n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍(245)을 몸체의 원주 축선상에 형성한 형상을 가진 회전판(242)과, 상기 회전판(242)의 슬롯 홈(243)에 맞추어 영구자석 매입 구멍(245)들에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착한 2n개의 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향한 영구자석(246)을 포함한다.

상기 구동자 모듈(230)은 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(210)의 기준점(211)에 맞추어 상기 프레임(210)의 영구자석 매입 구멍(213)들에 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(236)들을 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3상 배열하여 매입하여 부착한 것이다.

상세하게는 상기 구동자 모듈(230)은 상기 프레임(210)의 기준점(211)에 맞추어 상기 프레임(210)의 영구자석 매입 구멍(213)들에 2n개를 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개를 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 부착한 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(236)을 포함한다.

상기 전방 구동자 모듈(310)은 도 7에 도시한 바와 같이, 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520) 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점(311)에 맞추어 등 간격으로 영구자석 매입 구멍(313)들을 상기 전방 회전자(240) 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대(312)의 영구자석 매입 구멍(313)들에 기준점(311)에 맞추어 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(316)들을 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3상 배열하여 매입하여 부착한 것이다.

상세하게는 상기 전방 구동자 모듈(310)은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520) 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점(311)에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍(313)을 상기 전방 회전자(240) 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대(312)와, 상기 고정대(312)의 기준점(311)에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍(313)에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍(313)에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(316)을 포함한다.

상기 후방 구동자 모듈(350)은 도 7에 도시한 바와 같이, 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 발전기(900)의 샤프트 관통 구멍과 장착 면(315)을 형성하고 기준점(311)에 맞추어 등 간격으로 영구자석 매입 구멍(313)들을 상기 후방 회전자(250) 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대(312)의 영구자석 매입 구멍(313)들에 기준점(311)에 맞추어 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(316)들을 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3상 배열하여 매입하여 부착한 것이다.

상세하게는 상기 후방 구동자 모듈(350)은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 발전기(900)의 샤프트 관통 구멍과 장착 면(315)을 형성하고 기준점(311)에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍(313)을 상기 후방 회전자(250) 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대(312)와, 상기 고정대(312)의 기준점에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍(313)에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍(313)에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석(316)을 포함한다.

한편, 상기 동력전달장치(100)는 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 상기 샤프트의(221) 축선 지름 방향으로 자속의 방향이 향하고 상기 동력발생기(200)의 구동자 모듈(230)들과 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(236, 316)들은 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향한 것도 바람직하다.

다음으로, 작용 및 작동에 대해 설명한다. 고속 발전장치(010)는 베어링(530)과 샤프트(520)가 설치된 지지대(540)에 팔랑개비(510)를 장착한 구동 세트(500)와 상기 발전기(900) 사이에 동력발생기(200)와 전방 구동자 모듈(310)과 후방 구동자 모듈(350)을 포함하는 상기 동력전달장치(100)가 개재되어 있다.

상기 동력전달장치(100)의 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520)에 장착되어 상기 팔랑개비(510)의 회전 동력을 공급받는다. 상기 동력발생기(200)와 상기 발전기(900), 상기 동력발생기(200)와 상기 구동 세트(500)의 지지대(540) 사이에 공간 확보용 어답터를 장착하여도 좋다.

상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 자속의 방향이 직각 방향으로 향하도록 배치된다.

즉, 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 회전판(242)에 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들은 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들의 주위에 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되고 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 고정대(312)에 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되거나 또는 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 배치된 것이다.

상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되고 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치된 것은 아래와 같이 설명된다.

도 8에 도시한 바와 같이 상기 전방 회전자(240)의 회전판(242)에 4개의 영구자석(246)이 N극과 S극이 교대로 매입하여 배치되고 상기 전방 구동자 모듈(310)의 고정대(312)에 8개의 영구자석(316)이 N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되어 이를 평면상에 전개하여 설명하면 상기 샤프트(520)가 정지상태에서는 상기 전방 회전자(240)의 N극 영구자석(246)들은 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들의 N극과 S극 사이에 위치하거나 또는 S극들과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다. 상기 전방 회전자(240)의 S극 영구자석(246)들은 상기 전방 구동자 모듈(310)의 N극과 S극 영구자석(316) 사이에 위치하거나 또는 S극들과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다.

상기 샤프트(520)가 회전하게 되면 상기 샤프트(520)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들이 회전하며 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 90도 위상으로 인력과 척력의 회전 자기장의 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)를 가속 회전하게 된다.

따라서, 상기 샤프트(520)의 회전 동력을 받아 상기 전방 구동자 모듈(310)은 영구자석(316)들의 자속의 방향이 상기 샤프트(520)의 축선 지름 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 만들어 회전하고 상기 전방 회전자(240)는 영구자석(246)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 N극과 S극을 교대로 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 형성하여 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 형성하는 회전 자기장이 상기 전방 회전자(240)가 회전하며 형성하는 회전 자기장과 인력과 척력의 상호작용으로 유성 운동의 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)를 가속 회전시키는 것이다.

또한, 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되고 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상이 되도록 매입하여 부착된 것은 아래와 같이 설명된다.

상기 전방 회전자(240)의 회전판(242)에 4개의 영구자석(246)이 N극과 S극이 교대로 매입하여 배치되고 상기 전방 구동자 모듈(310)의 고정대(312)에 6개의 영구자석(316)이 N, N, N극과 S, S, S극으로 3상 매입하여 배치되어 이를 평면상에 전개하여 설명하면 상기 샤프트(520)가 정지상태에서는 상기 전방 회전자(240)의 N극 영구자석(246)들은 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들의 N극과 S극, S극과 N극 사이에 위치하거나 또는 S극과 N극과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다. S극 영구자석(246)들은 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들의 S극과 N극과 마주보거나 S극과 S극, N극과 N극 사이에 위치하여 자기 평형을 이루게 된다.

상기 샤프트(520)가 회전하게 되면 상기 샤프트(520)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들이 회전하며 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 120도 위상으로 인력과 척력의 회전 자기장의 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)를 가속 회전하게 된다.

따라서, 상기 샤프트(520)의 회전 동력을 받아 상기 전방 구동자 모듈(310)은 영구자석(316)들의 자속의 방향이 상기 샤프트(520)의 축선 지름 방향으로 N, N, N극과 S, S, S극의 3상이 되도록 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 만들어 회전하고 상기 전방 회전자(240)는 영구자석(246)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 N극과 S극을 교대로 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 형성하여 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 형성하는 회전 자기장이 상기 전방 회전자(240)가 회전하며 형성하는 회전 자기장과 인력과 척력의 상호작용으로 유성 운동의 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)를 가속 회전시키는 것이다.

예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이 유성기어열에서 링 기어(820)가 회전하면 유성 기어 캐리어(840)의 유성 기어(830)가 선 기어(810)를 마주보며 균일하게 밀어내면서 가속 회전시키는 유성운동을 하는 형식의 구동 예로 설명된다. 본 발명은 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)는 상기 전방 구동자 모듈(310)과 마주보고 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 전방 구동자 모듈(310)의 영구자석(316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 구동자 모듈(310)의 회전 자기장과 상기 전방 회전자(240)의 회전 자기장이 유성운동의 형식으로 인력과 척력의 상호작용으로 구동하여 상기 전방 회전자(240)를 가속 회전시키는 차이가 있다.

한편, 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)은 상기 동력발생기(200)의 구동자 모듈(230)과 자속의 방향이 직각 방향으로 향하도록 배치되고, 상기 동력발생기(200)의 후방 회전자(250)는 상기 동력발생기(200)의 구동자 모듈(230)과 상기 후방 구동자 모듈(350)과 자속의 방향이 직각 방향으로 향하도록 배치된다.

즉, 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 회전판(242)에 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 구동자 모듈(230)들의 영구자석(236)들은 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들과 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들의 주위와 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들의 주위에 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 상기 프레임(210)에 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배열되거나 또는 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 배치된 것이다.

또한, 상기 후방 구동자 모듈(350)들의 영구자석(316)들은 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들과 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들의 주위에 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 고정대(312)에 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배열되거나 또는 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 배치된 것이다.

상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 구동자 모듈(230)들의 영구자석(236)은 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들과 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배열된 것은 아래와 같이 설명된다.

도 11에 도시한 바와 같이 상기 전방 회전자(240)의 회전판(242)에 4개의 영구자석(246)이 N극과 S극이 교대로 배치되고 상기 프레임(210)에 상기 구동자 모듈(230)이 8개의 영구자석(236)으로 N극과 S극을 교대로 배치되어 이를 평면상에 전개하여 설명하면 상기 전방 구동자 모듈(310)이 정지상태에서는 상기 전방 회전자(240)의 N극 영구자석(246)들은 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들의 N극과 S극 사이에 위치하거나 또는 S극들과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다. 상기 전방 회전자(240)의 S극 영구자석(246)들은 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들의 N극과 S극 사이에 위치하거나 또는 S극들과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다.

상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장의 회전력에 의해 상기 전방 회전자(240)가 회전 자기장으로 회전하여 화살표 방향으로 가속하여 이동하면 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 화살표 방향으로 동시에 이동하면서 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들과 90도 위상으로 인력과 척력의 자기장의 추진력을 얻게 되어 가속하게 된다.

따라서, 상기 전방 구동자 모듈(310)의 회전 동력을 받아 상기 전방 회전자(240)는 영구자석(246)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 만들어 회전하고 상기 구동자 모듈(230)은 영구자석(236)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 N극과 S극을 교대로 배치된 자기장을 형성하여 상기 전방 회전자(240)가 회전하며 형성하는 회전 자기장이 상기 구동자 모듈(230)이 상기 전방 회전자(240) 주위에 형성하는 자기장과 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)가 가속 회전하는 것이다. 상기 후방 회전자(250)와 상기 구동자 모듈(230) 그리고 상기 후방 회전자(250)와 상기 후방 구동자 모듈(350)의 상호작용도 동일하게 설명된다.

또한, 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 배치되고, 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들은 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들과 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들과 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 배치된 것은 아래와 같이 설명된다.

상기 전방 회전자(240)의 회전판(242)에 4개의 영구자석(246)이 N극과 S극이 교대로 매입하여 배치되고 상기 프레임(210)의 영구자석 매입 구멍에 상기 구동자 모듈(230)이 6개의 영구자석(236)으로 N, N, N극과 S, S, S극으로 3상 매입하여 배치되어 이를 평면상에 전개하여 설명하면 상기 전방 구동자 모듈(310)이 정지상태에서는 상기 전방 회전자(240)의 N극 영구자석(246)들은 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들의 N극과 S극, S극과 N극 사이에 위치하거나 또는 S극과 N극과 마주보는 위치에서 자기장의 평형을 이루게 된다. S극 영구자석(246)들은 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들의 S극과 N극과 마주보거나 S극과 S극, N극과 N극 사이에 위치하여 자기 평형을 이루게 된다.

상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장의 회전력에 의해 상기 전방 회전자(240)가 회전 자기장으로 회전하여 화살표 방향으로 가속하여 이동하면 상기 전방 회전자(240)의 영구자석(246)들은 화살표 방향으로 동시에 이동하면서 상기 구동자 모듈(230)의 영구자석(236)들과 120도 위상으로 인력과 척력의 추진력을 얻게 되어 가속 회전하게 된다.

따라서, 상기 전방 구동자 모듈(310)의 회전 동력을 받아 상기 전방 회전자(240)는 영구자석(246)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치된 가상의 자기장 회전 모멘트 축을 만들어 회전하고 상기 구동자 모듈(230)은 영구자석(236)들의 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 지름 방향으로 N, N, N극과 S, S, S극의 3상이 되도록 배치된 자기장을 형성하여 상기 전방 회전자(240)가 회전하며 형성하는 회전 자기장이 상기 구동자 모듈(230)이 상기 전방 회전자(240) 주위에 형성하는 자기장과 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)가 가속 회전하는 것이다. 상기 후방 회전자(250)와 상기 구동자 모듈(230) 그리고 상기 후방 회전자(250)와 상기 후방 구동자 모듈(350)의 상호작용도 동일하게 설명된다.

예를 들면, 자기부상열차에서 차륜이 원동기로 구동되어 차대가 일정 속도 이상 가속되면 차대에 설치된 전기자와 마주보며 일정한 간격을 두고 설치된 리액션플레이트 사이의 전자력을 이용하여 주행하는 자기장의 상호작용의 구동 예로 설명된다. 본 발명은 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)는 상기 구동자 모듈(230)과 상기 후방 구동자 모듈(350)과 마주보고 상기 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 구동자 모듈(230)과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(236, 316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 회전자(240) 및 상기 후방 회전자(250)의 회전 자기장과 상기 구동자 모듈(230)의 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)가 가속 회전하는 차이가 있다.

한편, 상기 동력발생기(200)의 후방 회전자(250)는 상기 후방 구동자 모듈(350)과 자속의 방향이 직각 방향으로 향하도록 배치된다.

즉, 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속의 방향이 상기 베어링 모듈(220)의 축선 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 2 이상 정수) N극과 S극을 교대로 상기 베어링 모듈(220)의 원주 방향으로 배치되고 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(316)들은 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 상기 전방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하도록 하여 2n개가 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 배치되거나 또는 3n개가 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 배치된 것이다.

상기 동력발생기(200)의 후방 회전자(250)와 상기 후방 구동자 모듈(350)은 도 8과 도 9에서 설명한 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 상기 전방 구동자 모듈(310)과 같은 원리로 설명된다.

상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 후방 회전자(250)의 회전 속도보다 감속하여 회전되며 토크를 높여 상기 발전기(900)를 구동한다.

예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이 유성기어열에서 선 기어(810)가 회전하면 유성 기어 캐리어(840)의 유성 기어(830)가 링 기어(820)를 마주보며 균일하게 밀어내면서 감속 회전시키는 유성운동을 하는 형식의 구동 예로 설명된다. 본 발명은 상기 동력발생기(200)의 후방 회전자(250)는 상기 후방 구동자 모듈(350)과 마주보고 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 회전자(250)의 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 회전 자기장이 유성운동의 형식으로 인력과 척력의 상호작용으로 구동하여 상기 후방 구동자 모듈(350)을 감속 회전시키는 차이가 있다.

상기와 같이 구성된 고속 발전장치(010)에서는 상기 팔랑개비(510)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)는 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)과 마주보고 상기 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 구동 세트(500)의 샤프트(520)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 상기 전방 회전자(240) 주위에 만드는 회전 자기장과 상기 전방 회전자(240)의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 상기 전방 회전자(240)가 가속 회전되어 상기 동력발생기(200)가 자기장에 의해 구동하게 된다.

상기 동력발생기(200)는 상기 전방 회전자(240)의 회전에 의해 상기 전방 회전자(240) 및 상기 후방 회전자(250)는 상기 구동자 모듈(230)들과 마주보고 상기 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 구동자 모듈(230)들의 영구자석(236)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250)가 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 구동자 모듈(230)이 상기 전방 회전자(240)와 상기 후방 회전자(250) 주위에 형성하는 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 가속 회전하여 회전수와 회전력을 높여 회전 동력을 전달하도록 고안된다.

또한, 상기 후방 회전자(250)는 상기 후방 구동자 모듈(350)과 마주보고 상기 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 후방 구동자 모듈(350)들의 영구자석(316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 동력발생기(200)의 후방 회전자(250)의 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 상기 후방 구동자 모듈(350)을 구동하며 상기 후방 회전자(250) 보다 상기 후방 구동자 모듈(350)을 감속하여 토크를 높여 상기 발전기(900)를 구동하게 된다.

따라서, 고속 발전장치(010)에서는 상기 팔랑개비(510)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)는 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)과 마주보고 상기 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하고 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(316)들은 자속이 상기 샤프트(221)의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기(200)가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)이 만드는 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 상기 발전기(900)에 회전 동력을 높여 전달하여 전력을 생산한다.

한편, 상기 동력전달장치(100)는 상기 동력발생기(200)의 전방 회전자(240)와 후방 회전자(250)의 영구자석(246)들은 상기 샤프트의(221) 축선 지름 방향으로 자속의 방향이 향하고 상기 동력발생기(200)의 구동자 모듈(230)들과 상기 전방 구동자 모듈(310)과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 영구자석(236, 316)들은 자속의 방향이 상기 샤프트(221)의 축선 방향으로 향하여도 동일한 효과를 가진다.

상기 동력전달장치(100)의 회전력은 영구자석들의 자기밀도와 자기장의 접촉 면적과 영구자석들의 장착 지름 피치와 일정한 간극을 두고 직각 방향으로 마주보는 영구자석들 간의 간격을 조정하여 결정된다.

또한, 상기 동력전달장치(100)는 영구자석들의 인력과 척력의 상호작용으로 자기장의 회전력을 만들어 구동하기 때문에 높은 구동 효율로 소음 발생이 거의 발생하지 않으며 내구성이 좋고 구동 비용이 없다.

상기 동력전달장치(100)와 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착된 후방 구동자 모듈(350)의 간격 또는 상기 동력전달장치(200)의 전방 회전자(240)와 상기 팔랑개비 세트(500)의 샤프트(520)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)과의 간격을 조정하는 장치를 구비하여 상기 발전기(900)의 과회전을 방지하는 것은 더욱 바람직하다.

제 2 실시예에 대해 설명한다. 도 12는 제 2 실시예에 따른 고속 발전장치(020)의 단면 사시도이고 도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 동력전달장치(100)의 작동 설명도이다. 먼저, 구성요소들에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 고속 발전장치(020)는 폐열로 매체를 가열하여 기화시킨 증기에 의해 회전 구동되는 터빈 휠(610)과 터빈 샤프트(620)와 상기 터빈 휠(610)을 둘러싸는 터빈 하우징(630)과 상기 터빈 샤프트(620)의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징(640)을 포함하는 구동 세트(600)와, 상기 터빈 휠(610)의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기(900)와, 상기 구동 세트(600)와 상기 발전기(900) 사이에 개재되어 상기 발전기(900)에 회전 구동을 높이는 동력전달장치(100)를 포함한다.

상기 동력전달장치(100)는 제 1 실시예의 동력전달장치(100)와 동일하며 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(600)의 베어링 하우징(640)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(600)의 터빈 샤프트(620)에 장착된 것이다.

즉, 구동 세트(600)는 제 1 실시예의 구동 세트(500)를 폐열로 매체를 가열하여 기화시킨 증기에 의해 회전하는 터빈 휠(610)과 터빈 샤프트(620)와 터빈 하우징(630)과 베어링 하우징(640)을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

다음으로, 작용 및 작동에 대해 설명한다. 상기 동력전달장치(100)의 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(600)의 베어링 하우징(640)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(600)의 터빈 샤프트(620)에 장착되어 상기 터빈 샤프트(620)의 회전 동력을 공급 받는다. 상기 동력발생기(200)와 상기 발전기(900), 상기 동력발생기(200)와 상기 구동 세트(600)의 베어링 하우징(640) 사이에 공간 확보용 어답터를 장착하여도 좋다.

상기와 같이 구성된 고속 발전장치(020)에서는 상기 터빈 샤프트(620)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력전달장치(100)가 제 1 실시예의 설명과 같이 작용하여 작동하며 상기 구동 세트(600)의 터빈 샤프트(620)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기(200)가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 상기 발전기(900)에 회전 동력을 높여 전달하여 전력을 생산한다.

제 3 실시예에 대해 설명한다. 도 13은 제 3 실시예에 따른 고속 발전장치(030)의 단면 사시도이고 도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 동력전달장치(100)의 작동 설명도이다. 먼저, 구성요소들에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 고속 발전장치(030)는 내연기관의 배기가스에 의해 회전 구동되는 터빈 휠(610)과 터빈 샤프트(620)와 상기 터빈 휠(610)을 둘러싸는 터빈 하우징(630)과 상기 터빈 샤프트(620)의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징(640)을 포함하는 구동 세트(650)와, 상기 터빈 휠(610)의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기(900)와, 상기 구동 세트(650)와 상기 발전기(900) 사이에 개재되어 상기 발전기(900)에 회전 구동을 높이는 동력전달장치(100)를 포함한다.

상기 동력전달장치(100)는 제 1 실시예의 동력전달장치(100)와 동일하며 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(650)의 베어링 하우징(640)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(650)의 터빈 샤프트(620)에 장착된 것이다.

즉, 구동 세트(650)는 제 1 실시예의 구동 세트(500)를 내연기관의 배기가스에 의해 회전하는 터빈 휠(610)과 터빈 샤프트(620)와 터빈 하우징(630)과 베어링 하우징(640)을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

다음으로, 작용 및 작동에 대해 설명한다. 상기 동력전달장치(100)의 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(650)의 베어링 하우징(640)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(650)의 터빈 샤프트(620)에 장착되어 상기 터빈 샤프트(620)의 회전 동력을 공급받는다. 상기 동력발생기(200)와 상기 발전기(900), 상기 동력발생기(200)와 상기 구동 세트(650)의 베어링 하우징(640) 사이에 공간 확보용 어답터를 장착하여도 좋다.

상기와 같이 구성된 고속 발전장치(030)에서는 상기 터빈 샤프트(620)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력전달장치(100)가 제 1 실시예의 설명과 같이 작용하여 작동하며 상기 구동 세트(650)의 터빈 샤프트(620)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기(200)가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 상기 발전기(900)에 회전 동력을 높여 전달하여 전력을 생산한다.

제 4 실시예에 대해 설명한다. 도 14는 제 4 실시예에 따른 고속 발전장치(040)의 단면 사시도이고 도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 동력전달장치(100)의 작동 설명도이다. 먼저, 구성요소들에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 고속 발전장치(040)는 베어링(730)과 샤프트(720)가 설치된 지지대(740)에 내연기관의 크랭크 축 또는 전동기의 회전 축과 같은 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리(710)를 장착한 구동 세트(700)와, 상기 풀리(710)의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기(900)와, 상기 구동 세트(700)와 상기 발전기(900) 사이에 개재되어 상기 발전기(900)의 회전 구동을 높이는 동력전달장치(100)를 포함한다.

상기 동력전달장치(100)는 제 1 실시예의 동력전달장치(100)와 동일하며 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(700)의 지지대(740)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(700)의 샤프트(720)에 장착된 것이다.

즉, 구동 세트(700)는 제 1 실시예의 구동 세트(500)를 베어링(730)과 샤프트(720)가 설치된 지지대(740)에 내연기관의 크랭크 축 또는 전동기의 회전 축과 같은 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리(710)을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

다음으로, 작용 및 작동에 대해 설명한다. 상기 동력전달장치(100)의 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(700)의 지지대(740)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(700)의 샤프트(720)에 장착되어 상기 풀리(710)의 회전 동력을 공급받는다. 상기 동력발생기(200)와 상기 발전기(900), 상기 동력발생기(200)와 상기 구동 세트(700)의 지지대(740) 사이에 공간 확보용 어답터를 장착하여도 좋다.

상기와 같이 구성된 고속 발전장치(040)에서는 상기 풀리(710)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력전달장치(100)가 제 1 실시예의 설명과 같이 작용하여 작동하며 상기 구동 세트(700)의 샤프트(720)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기(200)가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 상기 발전기(900)에 회전 동력을 높여 전달하여 전력을 생산한다.

제 5 실시예에 대해 설명한다. 도 15는 제 5 실시예에 따른 고속 발전장치(050)의 단면 사시도이고 도 8과 도 9와 도 10과 도 11은 동력전달장치(100)의 작동 설명도이다. 먼저, 구성요소들에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 고속 발전장치(050)는 전동기(810)를 포함하는 구동 세트(800)와, 상기 전동기(810)의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기(900)와, 상기 구동 세트(800)와 상기 발전기(900) 사이에 개재되어 상기 발전기(900)의 회전 구동을 높이는 동력전달장치(100)를 포함한다.

상기 동력전달장치(100)는 제 1 실시예의 동력전달장치(100)와 동일하며 상기 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(800)의 전동기(810)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(800)의 전동기(810)의 샤프트(820)에 장착된 것이다.

즉, 구동 세트(800)는 제 1 실시예의 구동 세트(500)를 전동기(810)을 포함하는 구동 세트로 한 것이다.

다음으로, 작용 및 작동에 대해 설명한다. 상기 동력전달장치(100)의 동력발생기(200)는 프레임(210)의 뒤쪽은 상기 발전기(900)에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈(350)은 상기 프레임(210)의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기(900)의 샤프트(920)에 장착되고 상기 프레임(210)의 앞쪽은 상기 구동 세트(800)의 전동기(810)에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈(310)은 상기 프레임(210)의 앞쪽에서 상기 전방 회전자(240)와 상기 프레임(210)의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트(800)의 전동기(810)의 샤프트(820)에 장착되어 상기 전동기(800)의 회전 동력을 공급받는다. 상기 동력발생기(200)와 상기 발전기(900), 상기 동력발생기(200)와 상기 구동 세트(800)의 전동기(810) 사이에 공간 확보용 어답터를 장착하여도 좋다.

상기와 같이 구성된 고속 발전장치(050)에서는 상기 전동기(810)에서 공급되는 회전 동력으로 상기 동력전달장치(100)가 제 1 실시예의 설명과 같이 작용하여 작동하며 상기 구동 세트(800)의 전동기(810)의 샤프트(820)에 장착된 상기 전방 구동자 모듈(310)이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기(200)가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈(350)의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 발전장치를 구현하여 상기 발전기(900)의 회전 구동을 높여 전력을 생산한다.

기타, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 동력전달장치가 회전수와 회전력을 높여 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 고속 발전장치로서 산업용, 상업용, 차량용, 가정용 등에 바람직하게 사용된다.

Claims

베어링과 샤프트가 설치된 지지대에 풍력에 의해 회전 구동되는 팔랑개비를 장착한 구동 세트와, 상기 팔랑개비의 회전 동력으로 구동되어 전력을 생산하는 발전기와, 상기 구동 세트와 상기 발전기 사이에 개재되어 발전기의 회전 구동을 높이는 동력전달장치를 포함하는 고속 발전장치에 있어서,

상기 동력전달장치는 자기장에 의해 구동되는 동력발생기와 상기 동력발생기의 앞쪽과 뒤쪽에 배치되어 상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자 주위에 자기장을 형성하는 전방 구동자 모듈과 후방 구동자 모듈을 포함하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 지지대에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 샤프트에 장착되어 상기 팔랑개비의 회전 동력을 공급받으며,

상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자는 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈과 마주보고 상기 전방 회전자와 후방 회전자의 영구자석들은 자속이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향하고 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈의 영구자석들은 자속이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하여 상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 동력발생기는 프레임과, 상기 프레임에 장착되어 회전을 지지하는 상기 베어링 모듈과, 상기 프레임의 전방과 후방에서 상기 프레임의 전면과 후면과 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 베어링 모듈의 샤프트에 고정되며 영구자석들이 상기 샤프트의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 축선 지름 방향으로 배열되고 직각 방향으로 배치되어 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자와, 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자와 상기 샤프트의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 영구자석들이 상기 전방 회전자 및 상기 후방 회전자 주위에 축선 지름 방향으로 배열되고 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하며 상기 프레임에 장착되는 구동자 모듈들과, 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자를 상기 베어링 모듈에 고정하는 로크 너트들과, 상기 베어링 모듈을 상기 프레임에 고정하는 고정구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 프레임은 원통 형상으로 이루어진 몸체의 축을 중심으로 앞쪽과 뒤쪽의 내면에 기준점에 맞추어 각각 등 간격으로 2n개 (n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성하고 내주 면에 그리스 윤활 방식의 베어링과 오일 윤활 방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 그리고 자기 베어링 중 어느 하나로 하는 상기 베어링 모듈의 장착 공간과 냉각 공간을 형성하고 몸체의 앞면과 뒷면에 상기 구동 세트의 지지대와 상기 발전기의 장착 면을 형성한 형상을 가진 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 베어링 모듈은 환봉 형상으로 이루어진 몸체의 외주 면에 베어링 장착 면과 베어링 고정 턱과 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자의 위상을 고정하는 고정 홈들과 나사산들을 형성한 샤프트와, 그리스 공급 냉각방식의 베어링과 오일 공급 냉각방식의 베어링과 공기 냉각방식의 베어링과 자기 베어링 중 어느 하나의 베어링과, 상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자의 위상을 고정하는 고정구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 전방 회전자와 상기 후방 회전자는 원반 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 원통형 돌출부를 형성하여 내주 면에 위상을 고정하는 슬롯 홈을 형성하고 슬롯 홈에 맞추어 등 간격으로 2n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 몸체의 원주 축선상에 형성한 형상을 가진 회전판과, 상기 회전판의 슬롯 홈에 맞추어 영구자석 매입 구멍들에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착한 2n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 구동자 모듈은 상기 프레임의 기준점에 맞추어 상기 프레임의 영구자석 매입 구멍들에 2n개를 (n은 4 이상 정수) N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개를 (n은 2 이상 정수) 3상 배열하여 매입하여 부착한 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 전방 구동자 모듈은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 구동 세트의 샤프트 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 전방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대와, 상기 고정대의 기준점에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 후방 구동자 모듈은 한쪽 면이 닫힌 원통 형상으로 이루어진 몸체의 중심에 상기 발전기의 샤프트 관통 구멍과 장착 면을 형성하고 기준점에 맞추어 등 간격으로 2n개 (이하 n은 4 이상 정수) 또는 3n개의 (이하 n은 2 이상 정수) 영구자석 매입 구멍을 상기 후방 회전자 주위의 원주 축선 방향으로 형성한 고정대와, 상기 고정대의 기준점에 맞추어 2n개의 영구자석 매입 구멍에 N극과 S극을 교대로 매입하여 부착하거나 3n개의 영구자석 매입 구멍에 3상 배열하여 매입하여 부착한 2n개 또는 3n개의 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향한 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 동력전달장치는 상기 동력발생기의 전방 회전자와 후방 회전자의 영구자석들은 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 지름 방향으로 향하고 상기 동력발생기의 구동자 모듈들과 상기 전방 구동자 모듈과 상기 후방 구동자 모듈의 영구자석들은 자속의 방향이 상기 샤프트의 축선 방향으로 향한 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 구동 세트는 폐열로 매체를 가열하여 기화시킨 증기에 의해 회전 구동되는 터빈 휠과 터빈 샤프트와 상기 터빈 휠을 둘러싸는 터빈 하우징과 상기 터빈 샤프트의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징을 포함하는 구동 세트로 하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 베어링 하우징에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 터빈 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 터빈 샤프트의 회전 동력을 공급받으며,

상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 구동 세트는 내연기관의 배기가스에 의해 회전 구동되는 터빈 휠과 터빈 샤프트와 상기 터빈 휠을 둘러싸는 터빈 하우징과 상기 터빈 샤프트의 회전을 지지하는 베어링을 내장한 베어링 하우징을 포함하는 구동 세트로 하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 베어링 하우징에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 터빈 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 터빈 샤프트의 회전 동력을 공급받으며,

상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 구동 세트는 베어링과 샤프트가 설치된 지지대에 출력 축의 회전 동력에 의해 회전 구동되는 풀리를 장착한 구동 세트로 하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 지지대에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 풀리의 회전 동력을 공급받으며,

상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 구동 세트는 전동기를 포함하는 구동 세트로 하여 상기 동력발생기는 프레임의 뒤쪽은 상기 발전기에 장착되며 상기 후방 구동자 모듈은 상기 프레임의 뒤쪽에서 상기 후방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되어 상기 발전기의 샤프트에 장착되고 상기 프레임의 앞쪽은 상기 구동 세트의 전동기에 장착되고 상기 전방 구동자 모듈은 상기 프레임의 앞쪽에서 상기 전방 회전자와 상기 프레임의 축선 방향으로 일정 간극을 두고 이격되어 직각 방향으로 배치되며 상기 구동 세트의 전동기의 샤프트에 장착되어 상기 동력전달장치는 상기 전동기의 회전 동력을 공급받으며,

상기 전방 구동자 모듈이 회전하며 만드는 회전 자기장과 상기 동력발생기가 만드는 회전 자기장과 상기 후방 구동자 모듈의 회전 자기장이 인력과 척력의 상호작용으로 회전력을 만들어 회전수와 회전력을 높여 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 발전장치.