KR100561011B1

KR100561011B1 - 회전 전기자형 교류발전기

Info

Publication number: KR100561011B1
Application number: KR1020040025546A
Authority: KR
Inventors: 최만섭; 최영자; 최재학; 최재용
Original assignee: 최만섭; 최영자; 최재학; 최재용
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2006-03-17
Also published as: KR20050100309A

Abstract

본 발명은 교류발전기에 관한 것으로, 농형권선과 회전전기자의 계자 자속 사이에서 전자유도 작용에 의해 발생된 기전력을 외부기기로 공급 부하시, 전기자코일 권선상에 흐르는 부하 전류에 의해 발생된 기자력의 자계 방향과 계자 자속의 자계 방향에 의해 전기자 반작용의 자기 저항이 발생되는 기자력을 이원화로 작용케 하여, 등비된 조건하에서 보다 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있는 회전전기자형 교류발전기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 본체(1) 내부에 계자코일(14)이 권선된 제1고정계자(10)가 내입 설치되고, 상기 제1고정계자(10)의 내측 중앙에 전기자코일(24)이 권선된 회전전기자(20)와 고정축(36)을 갖는 제2고정계자(30)가 각각 내설되어, 상기 회전전기자(20)가 외부동력을 전달받아 회전하면서 전기에너지를 발생시키는 교류발전기에 있어서, 상기 제1고정계자(10)는 내주면에 상기 계자코일(14)을 권선할 수 있도록 다수개의 슬롯(12a)이 형성된 원통형 계자철심(12)과, 상기 각 슬롯(12a)의 내측면에 동봉과 단락환 및 알루미늄 주물로 이루워진 제1농형권선(16)이 구비되며; 상기 회전전기자(20)는 절연적층된 전기자철심(22) 외주면에 상기 제1농형권선(16)과 대응되는 제2농형권선(26)이 다수개 구비되어 상기 제1고정계자(10)와 회전전기자(20) 사이에 유도전류에 의한 회전자력이 발생되도록 한 것을 특징으로 한다.

교류발전기, 고정계자, 농형권선, 회전전기자, 계자코일, 전기자코일, 계자철심, 전기자철심

Description

회전 전기자형 교류발전기{REVOLVING ARMATURE TYPE SYNCHRONOUS GENERATOR}

도 1은 본 발명에 따른 교류발전기의 분해사시도.

도 2는 도 1의 결합된 상태를 보여주는 A-A선단면도.

도 3은 본 발명에 따른 교류발전기의 평단면도.

도 4는 본 발명에 따른 강판의 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 본체 10 : 제1고정계자

12 : 계자철심 12a,22a: 슬롯

14 : 계자코일 16 : 제1농형권선

20 : 회전전기자 22 : 전기자철심

23 : 강판 23a: 설치공

23b: 슬롯홈 23c: 요홈

24 : 전기자코일 25 : 체결수단

26 : 제2농형권선 27 : 베어링캡 지지대

28 : 베어링캡 28a: 출력링

28b: 풀리 30 : 제2고정계자

32 : 원형철심 36 : 고정축

본 발명은 교류발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 농형권선과 회전전기자의 계자 자속 사이에서 전자유도 작용에 의해 발생된 기전력을 외부기기로 공급 부하시, 전기자코일 권선상에 흐르는 부하 전류에 의해 발생된 기자력의 자계 방향과 계자 자속의 자계 방향에 의해 전기자 반작용의 자기 저항이 발생되는 기자력을 이원화로 작용케 하여, 등비된 조건하에서 보다 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있는 회전 전기자형 교류발전기에 관한 것이다.

일반적으로 발전기라 함은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 기기를 말한다. 이러한 발전기는 크게 교류발전기와 직류발전기로 대별되는데, 여기에서 교류발전기는 대부분 회전계자형 구조를 갖는다. 즉, 회전계자형 구조란 회전계자를 기계동력에 의해 회전시켜 주면 계자의 자속이 전기자코일에 유도되면서, 교류기전력(Alternating electromotive force)을 발생시키는 것을 말한다.

이와 같은 종래의 교류발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화시키는 과정에서 전기자와 계자 사이의 전기자 권선 코일 내에 흐르는 부하전류로 인해 발생되는 기자력의 자계방향이 계자 권선 코일 내에 흐르는 전류에 의한 전기자 반작용의 자기 저항이 전기자와 계자극 사이 공간에서 작용할 때, 회전자의 회전 운동을 자기적 저항으로 방해하고 자속 분포등 출력 파형에 악영향을 끼치는 작용을 하게 된다. 따라서, 출력된 전기에너지의 부하량에 따라 기계적 동력 에너지의 소 모량도 같은 비율로 상승하게 되는 비효율적인 전기에너지가 발생하게 되는 단점이 있었다.

또한, 이와 같이 전기에너지의 부하량에 따라 기계적 동력에너지의 부하량도 같은 비율로 상승하게 되는 원인은 전기자철심이 지니고 있는 특성으로, 전기자철심에 권선된 코일에 부하 전류가 흐르면, 부하 전류에 의한 기자력이 발생하고, 이때, 발생된 기자력은 자극철심을 통하여 N극에서 S극으로 폐곡선을 이루며, 전기자 철심내면에서 나와 내면으로 들어가는 기자력에 의한 자계방향과 대칭 상태에서 반대 방향으로 작용하는 전기자 반작용의 자기적 저항으로 작용하므로 기계적 동력에너지의 소모량은 전기에너지의 부하량에 따라 비례적으로 상승하게 되는 문제점을 발생시키게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로,

본 발명의 목적은 다수의 농형권선과 자기회로에 의한 자기 작용으로 등비된 조건하에서 보다 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있는 회전 전기자형 교류발전기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 지렛대 원리의 기계적 확대율에 따라 증대된 힘의 작용으로 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전 전기자형 교류발전기는 본 체 내부에 계자코일이 권선된 제1고정계자가 내입 설치되어지고, 상기 제1고정계자의 내측 중앙에 전기자코일이 권선된 회전전기자와 고정축을 갖는 제2고정계자가 각각 내설되어, 상기 회전전기자가 외부동력을 전달받아 회전하면서 전기에너지를 발생시키는 교류발전기에 있어서, 상기 제1고정계자는 내주면에 상기 계자코일을 권선할 수 있도록 다수개의 슬롯이 형성된 원통형의 계자철심과, 상기 각 슬롯의 내측면에는 동봉과 단락환 및 알루미늄 주물로 이루워진 제1농형권선(16)이 구비되며; 상기 회전전기자는 절연적층된 전기자철심 외주면에 상기 제1농형권선과 대응되는 제2농형권선이 다수개 구비되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 및 제2농형권선이 구비되는 제1고정계자와 회전전기자 사이에는 유도전류에 의한 회전자력이 발생되도록 하여 등비된 조건하에서 보다 높은 효율의 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 교류발전기의 분해사시도를 나타내는 것이고, 도 2는 도 1의 결합된 상태를 보여주는 A-A선단면도를 나타내는 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 교류발전기의 평단면도를 각각 나타내는 것이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 전기자철심을 구성하고 있는 강판의 사시도를 나타내는 것이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 회전 전기자형 교류발전기는 양측 캡(2)을 구비하는 본체(1)와, 상기 본체(1) 내부에 내입 설치되며 계자코일(14)이 권선된 제1고정계자(10)와, 상기 제1고정계자(10)의 내측 중앙에 각각 내설되고 내·외측으로 전기자코일(24)이 권선된 회전전기자(20)와, 고정축(36)을 갖는 제2고정계자(30)로 구성되어진다.

이와 같은 상기 제1고정계자(10)는 원형의 전기규소 강판에 상기 회전전기자(20)가 설치되는 소정의 공간부와 그 내주면에 다수개의 슬롯(12a)이 형성된 원통형의 계자철심(12)으로 구성되어지고, 상기 계자코일(14)이 권선된 각 슬롯(12a)의 내측면에는 동봉과 단락환 및 알루미늄 주물로 형성된 제1농형권선(16)이 구비된다. 이러한 상기 제1고정계자(10)는 상술한 바와 같이 본체(1)의 내측면에 끼워서 삽입 되도록하여 구성한다.

상기 회전전기자(20)는 절연적층된 전기자철심(22)의 내측 중앙에 제2고정 계자(30)가 삽입되어 회전 가능하도록 소정의 공간부가 형성되고, 내·외측방향에 전기자코일(24)을 연속하여 권선할 수 있도록 다수개의 슬롯(22a)이 형성되며, 양측면에 베어링캡 지지대(27)와 베어링캡(28)이 체결수단(25)에 의해서 순차적으로 조립 구성된다. 이때 상기 체결수단(25)은 장볼트(25a)와 너트(25b)로 구성되어지며 상기 회전전기자(20)는 상기 제1고정계자(10)의 내측에 삽입되도록 하여 설치 한다.

그리고, 상기 회전전기자(20)를 구성하고 있는 전기자철심(22) 외주면에는 등간격을 이루면서 길이방향으로 형성되는 다수개의 제2농형권선(26)이 구비되며, 이러한 상기 전기자철심(22)은 원형의 전기규소 강판(23)을 알맞은 두께로 성층하여 구성하되, 상기 강판(23)은 중앙에 제2고정계자(30)가 삽입되는 설치공(23a)이 형성되고, 내·외측방향에 다수개의 슬롯홈(23b)이 교호로 형성되며, 그 외측 둘레부에는 외주면을 따라서 제2농형권선(26)이 형성되는 다수개의 요홈(23c)이 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 제2고정계자(30)는 원형의 전기규소 강판의 외측으로 슬롯을 형성하고 알맞은 두께로 성층하여 원형철심(32)을 구성하며, 고정축(36)에 고정되도록 압착시키고, 상기 원형철심(32)의 외측 슬롯에 코일(34)을 권선하여 상기 회전전기자(20)의 내측에 내입되도록 설치·구성한다.

이와 같이 구성된 상기 제1고정계자(10)및 상기 회전전기자(20)는 제1농형 권선(16)과 제2농형권선(26)에 의한 작용과 다수의 자기회로에 따라 작용하는 자기작용 및 이러한 전류에 의한 자기작용이 지렛대 원리의 기계적 확대율에 따라 증대된 회전력으로 인해서 고효율의 전기에너지를 발생시키게 된다.

그리고, 상기 전기자철심(22)의 양측면에 조립 구성되는 베어링캡(28)의 외측방향에는 고정축(36)과 연결되는 출력링(28a)과 외부동력기기(미도시됨)와 연결되는 풀리(28b)가 각각 설치된다.

미설명부호 (33)은 베어링을 나타내는 것이고, (35)은 발전된 전기에너지를 외부로 공급시키기 위한 리드선을 나타내는 것이며, (37)은 절연지를 각각 나타내는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 교류발전기에 대한 작용을 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 교류발전기는 단계적으로 이루어지는 자기 작용으로로 인해서, 전기에너지를 기계적 동력에너지로 변환시키고, 기계적 동력에너지를 다시 전기에너지로 변환시키는 과정에서, 상기 고정축에 삽입되어 있는 베어링을 받침점으로 하는 지렛대 원리의 기계적 확대율에 의해 보다 증대된 동력에너지와 높은 효율의 전기에너지를 발생시키게 된다.

즉, 이러한 교류발전기는 회전력을 제공하는 기계적 동력에너지에 의해서, 발전기를 회전시켜 주면, 상기 회전전기자(20)의 전기자코일(24)이 상기 제2고정계자(30)의 자속을 자르면서 회전할 때, 상기 전기자코일(24)에 쇄교된 자속은 전자 유도 작용에 따라, 상기 회전전기자(20)의 전기자코일(24)에 기전력이 발생하게 된다.

또한, 이렇게 발생된 전기에너지를 외부 기기로 공급하기 위해서 부하를 걸어 주면, 상기 회전전기자(20)의 내·외측 방향으로 권선되어 있는 전기자코일(24)에 부하 전류가 흐르게 되면서, 상기 회전전기자(20)의 내·외측 방향으로 회전 기자력이 발생하게 된다.

이때, 상기 회전전기자(20)의 전기자코일(24) 내측으로 발생된 회전 기자력의 자계 방향은 제2고정계자(30)의 자계 방향과 반대 방향으로 작용하는 전기자 반작용으로 인해서 자기적 반작용으로 작용하고, 상기 회전전기자(20)의 전기자코일(24) 외측으로 발생된 회전 기자력의 자계 방향은 제1고정계자(10)의 내측에 마련된 제1농형권선(16)과의 사이에서 유도전류를 발생시키고, 이러한 유도전류에 의해 회전 자계가 발생된다.

그리고, 이렇게 발생된 회전 자계는 다시 회전전기자(20)의 제2농형권선(26) 과의 사이에서 발생된 유도전류에 의한 작용으로 인해서, 일정한 힘을 갖는 회전 자력이 발생된다. 따라서, 이와 같이 발생된 회전 자력은 상기 회전전기자(20)의 회전력을 증대시켜 기계적 동력에너지를 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 변환된 기계적 동력에너지는 지렛대 원리의 기계적 확대율에 의한 증대된 힘으로 작용하게 되는데, 이러한 현상은 먼저, 원통형 구조를 갖는 회전전기자(20)의 전기자코일(24) 내측에서 작용하는 회전 기자력의 자계 방향과 상기 제2고정계자(30)의 자계 방향에 따른 전기자 반작용의 원주율에 비해서, 상기 회전전기자(20)의 전기자코일(24) 외측으로 작용하는 회전 기자력과 상기 제1고정계자(10)의 제1농형권선(16)과의 사이에서 발생된 회전 자력이 작용하는 원주율의 비가 크면 클수록, 상기 제2고정계자(30)의 고정축(36)을 받침점으로 작용하는 지렛대 원리의 기계적 확대율에 의한 회전 기자력이 증대된 기계적 동력에너지로 작용하게 되는 것이다.

이와 같이 전기자 반작용과 회전 기자력의 증대된 작용은 서로 등비된 조건하에서 보다 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있게 된다.

즉, 부하 공급시 회전전기자(20)의 전기자코일(24) 내 ·외측으로 흐르는 부하 전류에 의해 발생된 회전 기자력으로 인하여 작용하는 전기자 반작용과 회전 자력이 작용하는 힘은 서로 등비된 조건에 의해 같은 등속에 따라, 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있게 되며, 회전전기자(20)의 안정적인 회전을 유도할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 회전 전기자형 교류발전기에 의하면, 부하시 회전전기자의 전기자철심 내 ·외측으로 흐르는 부하 전류에 의해 이원화로 발생된 회전 기자력이 전기자 반작용과 농형권선과의 사이에서 힘의 작용으로 작용함에 따라, 서로 반작용과 작용에 의해 등비된 조건에 따라 보다 높은 효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 다수의 농형권선과 다수의 자기회로에 의해 작용하는 자기 작용 및 이러한 전류에 의한 자기 작용이 지렛대 원리의 기계적 확대율에 따라 증대된 힘으로 작용하여 고효율의 전기에너지를 발생시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

본체(1) 내부에 계자코일(14)이 권선된 제1고정계자(10)가 내입 설치되고, 상기 제1고정계자(10)의 내측 중앙에 전기자코일(22)이 권선된 회전전기자(20)와 고정축(36)을 갖는 제2고정계자(30)가 각각 내설되어, 상기 회전전기자(20)가 외부동력에 의해 회전하면서 전기에너지를 발생시키는 교류발전기에 있어서,

상기 제1고정계자(10)는 내주면에 상기 계자코일(14)을 권선할 수 있도록 다수개의 슬롯(12a)이 형성된 원통형의 계자철심(12)과, 상기 각 슬롯(12a)의 내측면에 동봉과 단락환 및 알루미늄 주물로 이루어진 제1농형권선(16)이 구비되며;

상기 회전전기자(20)는 절연적층된 전기자철심(22) 외주면에 상기 제1농형권선(16)과 대응되는 제2농형권선(26)이 다수개 구비되며, 상기 제1고정계자(10)와 회전전기자(20) 사이에 유도전류에 의한 회전자력이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 회전 전기자형 교류발전기.
제 1 항에 있어서,

상기 제2농형권선(26)이 구비된 회전전기자(20)는 원통형 구조를 이루며, 내 ·외측방향으로 전기자코일(24)이 권선된 전기자철심(22)과, 상기 전기자철심(22) 양측면에 베어링캡 지지대(27)와 베어링캡(28)이 체결수단(25)에 의해서 순차적으로 조립구성되되, 상기 양측의 베어링캡(28)의 외측방향에는 상기 고정축(36)과 연결되는 출력링(28a)과 외부 동력기기와 연결되는 풀리(28b)가 각각 설치되어 이루 어진 것을 특징으로 하는 회전 전기자형 교류발전기.
제 2 항에 있어서,

상기 전기자철심(22)은 원형의 전기규소 강판(23)을 성층하여 원통형구조를 이루도록 하되, 상기 강판(23)은 중앙에 제2고정계자(30)가 삽입되는 설치공(23a)이 형성되고, 내 ·외측방향에 다수개의 슬롯홈(23b)이 교호로 형성되며, 외측 둘레부에는 외주면을 따라서 다수개의 요홈(23c)이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 회전 전기자형 교류발전기.