KR101118094B1 - 발전기 - Google Patents

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KR101118094B1
KR101118094B1 KR1020100095227A KR20100095227A KR101118094B1 KR 101118094 B1 KR101118094 B1 KR 101118094B1 KR 1020100095227 A KR1020100095227 A KR 1020100095227A KR 20100095227 A KR20100095227 A KR 20100095227A KR 101118094 B1 KR101118094 B1 KR 101118094B1
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황도원
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소진대
황도원
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Abstract

복수의 금속판이 적층되어 형성되며, 전체적으로 원판 형상으로 형성된 코어; 상기 코어의 상하로 배치되며, 상기 코어에 대해서 상대운동하도록 설치된 하우징; 및 상기 하우징의 상기 코어를 바라보는 양면에 설치된 상부자석 및 하부자석; 및 상기 코어에 권선된 코일;을 포함하는 발전기가 개시된다. 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치되며, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 상기 코어를 사이에 두고 마주보는 위치에 있는 것끼리 극성이 동일하도록 형성된다. 따라서, 초기 구동이 용이하며, 자석과 코어 사이의 간격을 좁게 할 수 있어, 발전효율을 증대시킬 수 있다.

Description

발전기{Generator}
본 발명은 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력 등의 외력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 기계적에너지인 외력을 전기적에너지로 변환하는 장치로서, 여러 분야에서 이용되고 있다. 특히 발전기는 화석연료의 고갈에 따른 에너지위기 및 환경오염의 심각성이 대두됨에 따라, 청정에너지인 풍력이나 조력을 이용하여 전력을 생산하기 위해 세계 각국에서 기술 개발되고 있다.
이러한 발전기의 발전과정을 풍력을 기준으로 살펴보면, 바람을 받아서 회전력을 일으키는 팬에 구동축이 연결되고, 상기 구동축의 회전속도를 증속시켜 발전기에 연결하는 증속기어가 구비된다. 발전기는 증속기어에 연결된 로터(rotor, 회전체)가 회전되게 하여, 로터와 스테이터(stator,고정체) 간 전자기유도작용으로 기전력을 발생시킨다.
그러나, 풍력 등을 이용하여 전력을 생산하는 발전기의 경우에는 외력이 항상 충분히 작용하지 않을 수 있다. 또한 이 때문에 풍력과 같이 저속의 회전력을 이용하기 위해서 증속기어가 구비됨으로써, 동력의 손실이 발생한다는 문제점도 있다. 따라서, 이러한 풍력 등을 이용하여 전력을 생산하는 발전기의 경우에는 증속기어 없이도 저속에서 고효율로 발전될 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저속에서도 고효율로 발전될 수 있는 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 복수의 금속판이 적층되어 형성되며, 전체적으로 원판 형상으로 형성된 코어; 상기 코어의 상하로 배치되며, 상기 코어에 대해서 상대운동하도록 설치된 하우징; 및 상기 하우징의 상기 코어를 바라보는 양면에 설치된 상부자석 및 하부자석; 및 상기 코어에 권선된 코일;을 포함하며, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치된 것을 특징으로 하는 발전기를 제공한다.
상기 코어는 원주방향으로 분할되어 형성되며, 분할된 개별 상기 코어에 각각의 코일이 권선된다.
개별 상기 코어는 반경에 수직방향으로 절개된 단면의 형상이 상기 코일이 권선되는 웹과, 상기 웹의 상하에 형성된 플랜지를 포함하는 'I'자 형상으로 형성된다.
개별 상기 코어는 반경방향으로 다수의 금속판이 적층되어 형성되며, 상기 플랜지는 중심을 향해 갈수록 점차 좁아지도록 형성된다.
여기서, 상기 코일은 상하로 2개로 분리되어 형성되며, 분리된 상기 코일 사이에는 분리판이 돌출되어 형성된다.
또한, 본 발명의 발전기는 중심축; 및 상기 중심축에 원반형상으로 고정된 허브;를 포함하고, 상기 코어는 상기 허브의 외주면에 고정된다.
개별 상기 코어는 반경방향으로 결합홈이 관통되어 형성되며, 상기 허브의 외측면에는 상기 결합홈과 맞물려 결합될 수 있는 결합공이 관통되어 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 중심 디스크; 상기 중심 디스크의 상면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 상부 자석; 상기 중심 디스크의 하면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 하부 자석; 상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 상부 자석 측에 이격되어 설치된 상부 하우징; 상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 하부 자석 측에 이격되어 설치된 하부 하우징; 상기 상부 하우징의 상기 상부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일이 권선된 상부 코어; 및 상기 하부 하우징의 상기 하부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부 코일이 권선된 하부 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기가 제공된다.
상기 상부자석 및 상기 하부자석은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치되며, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 상기 중심 디스크를 사이에 두고 마주보는 위치에 있는 것끼리 극성이 상이하도록 배치된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 중심 디스크의 원주방향으로 복수개 나열되어 설치되며, 상기 중심 디스크를 관통하여 설치된 영구자석; 상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 상측 이격되어 설치된 상부 하우징; 상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 하측에 이격되어 설치된 하부 하우징; 상기 상부 하우징의 상기 영구 자석을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일이 권선된 상부 코어; 및 상기 하부 하우징의 상기 영구 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부 코일이 권선된 하부 코어;를 포함하며, 상기 영구자석은 원주방향으로 극성 방향이 교번하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발전기가 제공된다.
여기서, 상기 중심디스크는 상기 영구자석 수용홈이 원주방향으로 복수개 관통되어 형성되며, 상기 수용홈의 외주에는 삽입된 상기 영구자석을 고정할 수 있는 홀더가 형성된다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
먼저, 코어가 상부자석 및 하부자석 중 어느 하나에 치우치는 것을 방지하여 초기 회동이 훨씬 부드럽게 일으나도록 한다. 또한, 이로 인해서, 상부자석 및 하부자석과 코어 사이의 간격을 좁힐 수 있어, 발전의 효율을 훨씬 증대시킬 수 있다.
또한, 코어 및 자석이 원주방향으로 빈틈없이 배치되어 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 코어의 조립이 용이하여, 유지보수가 쉽다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 발전기의 분리 사시도
도 2는 도 1의 발전기가 결합된 상태의 사시도
도 3은 도 1의 코어의 분리 사시도
도 4는 도 2의 정면도
도 5는 도 3의 평면도
도 6은 도 1의 변형예를 도시한 정단면도
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 발전기의 단면도
도 8은 도 7의 상하부 자석이 부착된 중심 디스크의 사시도
도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 발전기의 단면도
도 10은 도 9의 영구자석이 부착된 상태의 중심디스크의 사시도
도 11은 본 발명의 제 4 실시예의 발전기의 단면도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 발전기의 분리 사시도, 도 2는 도 1의 발전기가 결합된 상태의 사시도, 도 3는 도 1의 코어의 분리 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 발전기는 복수의 금속판이 적층되어 형성되며, 전체적으로 원판 형상으로 형성된 코어(100)와, 상기 코어(100)의 상하로 배치되며, 상기 코어(100)에 대해서 상대운동하도록 설치된 하우징(200)과, 상기 하우징(200)의 상기 코어를 바라보는 양면에 설치된 상부자석(310) 및 하부자석(320)과, 상기 코어(100)에 권선된 코일(150)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 코어(100)가 고정되고, 자석이 고정된 하우징(200)이 회전하는 것을 예시로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 반대의 상황도 가능함은 당연하다. 즉, 도 6과 같이, 중심축(400)에 영구자석(310,320)이 고정되는 하우징(410)이 고정되며, 회전자(600)에 코어(100)가 고정되며, 회전자와 하우징은 별도의 베어링(601)으로 상대운동하도록 결합될 수도 있다.
고정부분인 중심축(400)에 원반형상으로 허브(500)가 고정되고, 상기 코어(100)는 상기 허브(500)의 외주면에 고정된다.
상기 코어(100)는 원주방향으로 분할되어 형성되며, 분할된 개별 상기 코어(110)에 각각의 코일(150)이 권선된다. 개별 상기 코어(110)는 반경에 수직방향으로 절개된 단면의 형상이 상기 코일이 권선되는 웹(111)과, 상기 웹(111)의 상하에 형성된 플랜지(112)를 포함하는 'I'자 형상으로 형성된다. 플랜지의 폭(B)은 허브(500)에 인접할 수록 좁아지도록 형성된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 도 5와 같이, 허브를 중심으로 개별 코어(110)가 역사다리꼴 형상으로 결합된다.
결과적으로 개별 코어(110)가 코어(100) 전체를 원주방향으로 분할하여 빈틈이 없도록 한다. 따라서, 발전효율을 증대시킬 수 있다.
상기 코어(100)는 판상으로 반경방향(R)으로 적층되어 형성되며, 규소강판 등 일반적으로 코어의 제조에 사용되는 재질로 형성된다.
상기 코어(100)는 반경방향으로 결합홈(113)이 관통되어 형성되며, 허브(500)에 형성된 결합홈(510)과 함께 볼트 등에 의해 결합되어, 허브(500)에 고정된다. 따라서, 코어의 조립 및 해체가 용이하여, 유지보수가 쉽다.
상부자석(310) 및 하부자석(320)도 하우징(200)에 원주방향으로 분할되어 고정되며, 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부자석(310) 및 상기 하부자석(320)은 상기 코어(100)를 사이에 두고 마주보는 위치에 있는 것끼리 극성이 상이하도록 배치된다. 극성이 상이하도록 배치됨으로써, 자기장이 코어를 관통하여 상부자석(310) 및 하부자석(320) 사이에 형성되어, 발전효율을 더욱더 증대시킬 수 있다.
또한, 상부자석(310) 및 하부자석(320)이 코어(100)를 동일한 힘으로 인장하여, 코어(100)가 상부자석(310) 및 하부자석(320) 중 어느 하나에 치우치는 것을 방지하여 초기 회동이 훨씬 부드럽게 일으나도록 한다. 또한, 이로 인해서, 상부자석(310) 및 하부자석(320)과 코어(100) 사이의 간격을 좁힐 수 있어, 발전의 효율을 훨씬 증대시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예는 초기 구동력을 줄여줌으로써, 풍력발전기등에 사용될 경우, 미풍에도 발전이 가능할 뿐만 아니라, 자석과 코어 사이에 간격을 좁혀줄 수 있으므로, 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 발전기의 단면도, 도 8은 도 7의 상하부 자석이 중심 디스크 이다.
본 발명의 제 2 실시예의 발전기는 중심 디스크(1110)와, 상기 중심 디스크(1110)의 상면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 상부 자석(1310)과, 상기 중심 디스크(1110)의 하면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 하부 자석(1320)과, 상기 중심 디스크(1110)와 상대 운동하도록 상기 상부 자석(1310) 측에 이격되어 설치된 상부 하우징(1510)과, 상기 중심 디스크(1110)와 상대 운동하도록 상기 하부 자석(1320) 측에 이격되어 설치된 하부 하우징(1520)과, 상기 상부 하우징(1510)의 상기 상부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일(1411)이 권선된 상부 코어(1410)과, 상기 하부 하우징(1520)의 상기 하부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부코일(142)이 권선된 하부 코어(1420)를 포함한다.
이와 같이 배치됨으로써, 하나의 회전체에 2개의 코어가 설치되어 발전량을 2배로 증대시킬 수 있다. 또한, 상하 자석(1310, 1320)에 의해 동일한 양의 자력이 상하 코어(1410, 1420)에 가해지므로, 중심디스크가 상부자석(1310) 및 하부자석(1320) 중 어느 하나에 치우치는 것을 방지하여 초기 회동이 훨씬 부드럽게 일으나도록 한다. 또한, 이로 인해서, 상부자석(1310) 및 하부자석(1320)과 상부 코어(1410) 및 하부 코어(1420) 사이의 간격을 좁힐 수 있어, 발전의 효율을 훨씬 증대시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예는 초기 구동력을 줄여줌으로써, 풍력발전기등에 사용될 경우, 미풍에도 발전이 가능할 뿐만 아니라, 자석과 코어 사이에 간격을 좁혀줄 수 있으므로, 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
중심 디스크(1110)는 중심축(1100)에 고정되며, 상부 하우징(1510) 및 하부 하우징(1520)은 중심축(1100)에 대해서 회동가능하도록 결합된다. 따라서, 상부 하우징(1510) 및 하부 하우징(1520)과 중심축 사이에는 상대운동이 가능하도록 베어링이 설치된다. 다만, 중심 디스크(1110)와 하우징(1510, 1520)은 서로 상대 운동이 가능하도록 고정이 되면 되는 것이며, 어떤 것이 회전자가 되느냐 혹은 고정자가 되느냐는 발전기의 사용용도에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.
상기 상부자석(1310) 및 상기 하부자석(1320)은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치되며, 상기 상부자석(1310) 및 상기 하부자석(1320)은 상기 중심 디스크를 사이에 두고 마주보는 위치에 있는 것끼리 극성이 상이하도록 배치된다. 즉, 도 8과 같이 상부자석(1310)은 원주방향으로 복수개 분할되어 설치되며, 서로 다른 극성끼리 번갈아 배치된다. 또한, 중심 디스크를 사이에 두고 배치되는 하부자석(1320)은 상부자석(1310)과 상이한 극성으로 형성되도록 한다. 따라서, 원주방향으로 인접한 자석과 세트로 자력선이 발생되도록 함으로써, 코어를 지나는 자속을 증대시켜 발전효율을 훨씬 증대시킬 수 있다.
또한, 상부자석(1310) 및 하부자석(1320)의 극성이 상이함으로써, 상부자석 및 하부자석의 결합력을 더욱 증대시킬 수 있다는 장점도 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 발전기의 단면도이다.
제 3 실시예의 발전기는 영구자석이 상부자석(1310) 및 하부자석(1320)으로 분할되지 않고, 한개의 영구자석(2300)을 사용한 것을 특징으로 한다.
즉, 제 3 실시예의 발전기는 중심디스크(2110)와, 상기 중심 디스크(2110)의 원주방향으로 복수개 나열되어 설치되며, 상기 중심 디스크(2110)를 관통하여 설치된 영구자석(2300)과, 상기 중심 디스크(2110)와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 상측 이격되어 설치된 상부 하우징(1510)과, 상기 중심 디스크(2110)와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 하측에 이격되어 설치된 하부 하우징(1520)과, 상기 상부 하우징(1510)의 상기 영구 자석(2300)을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일(1411)이 권선된 상부 코어(1410)와, 상기 하부 하우징(1520)의 상기 영구 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부 코일(1421)이 권선된 하부 코어(1420)를 포함한다.
중심디스크는, 상기 중심디스크는 상기 영구자석 수용홈(2111)이 원주방향으로 복수개 관통되어 형성되며, 상기 수용홈의 외주에는 삽입된 상기 영구자석을 고정할 수 있는 홀더(2112)가 형성된다. 홀더(2112)는 영구자석의 모서리를 감싸는 형상으로 형성된다.
상기 영구자석(2300)은 도 10에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 극성 방향이 교번하도록 배치된다. 따라서, 인접한 영구자석과 함께, 코어를 관통하는 자기장을 형성할 수 있다.
제 3 실시예의 발전기는 영구자석의 상하로 2개의 코어를 배치할 수 있어, 발전효율을 더욱 증대시킨 점에 특징이 있다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예의 발전기를 도시한 단면도이다.
제 4 실시예는 제 1 실시예에서, 코일(3150)이 상하로 2개로 분리되어 상부코일(3151) 및 하부코일(3152)로 별도로 형성되며, 분리된 상기 코일(3150) 사이에는 분리판(3310)이 돌출되어 형성된다. 즉, 코어(3300)의 웹부위에 분리판(3310)이 돌출되어 2개의 코일이 권선된 것을 특징으로 한다. 이외의 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 이와 같이, 하나의 코어에 2 이상의 코일이 권선됨으로써, 발전효율을 더욱 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: 코어 200: 하우징
310: 상부자석 320: 하부자석
150: 코일 400: 중심축
500: 허브

Claims (11)

  1. 복수의 금속판이 적층되어 형성되며, 전체적으로 원판 형상으로 형성된 코어;
    상기 코어의 상하로 배치되며, 상기 코어에 대해서 상대운동하도록 설치된 하우징; 및
    상기 하우징의 상기 코어를 바라보는 양면에 설치된 상부자석 및 하부자석; 및
    상기 코어에 권선된 코일;
    을 포함하며,
    상기 상부자석 및 상기 하부자석은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치되며,
    상기 코어는, 상기 코어는 원주방향으로 분할되어 형성되며, 분할된 개별 상기 코어에 각각의 코일이 권선되며,
    분할된 개별 상기 코어는 반경방향으로 다수의 금속판이 적층되어 형성되며, 적층된 상기 금속판의 폭은 상기 코어의 중심을 향해 갈수록 점차 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 발전기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    적층된 상기 금속판은, 웹과 플랜지를 포함하는 'I'자 형상으로 형성되며,
    상기 웹에는 상기 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플랜지는 중심을 향해 갈수록 점차 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 발전기.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 상하로 2개로 분리되어 형성되며, 분리된 상기 코일 사이에는 분리판이 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 발전기.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심축; 및
    상기 중심축에 원반형상으로 고정된 허브;
    를 포함하고,
    상기 코어는 상기 허브의 외주면에 고정된 것을 특징으로 하는 발전기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    개별 상기 코어는 반경방향으로 결합홈이 관통되어 형성되며,
    상기 허브의 외측면에는 상기 결합홈과 맞물려 결합될 수 있는 결합공이 관통되어 형성된 것을 특징으로 하는 발전기.
  8. 중심 디스크;
    상기 중심 디스크의 상면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 상부 자석;
    상기 중심 디스크의 하면에 원주방향으로 복수개 나열되어 설치된 하부 자석;
    상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 상부 자석 측에 이격되어 설치된 상부 하우징;
    상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 하부 자석 측에 이격되어 설치된 하부 하우징;
    상기 상부 하우징의 상기 상부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일이 권선된 상부 코어; 및
    상기 하부 하우징의 상기 하부 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부 코일이 권선된 하부 코어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부자석 및 상기 하부자석은 원주방향으로 극성을 번갈아가며 설치되며,
    상기 상부자석 및 상기 하부자석은 상기 중심 디스크를 사이에 두고 마주보는 위치에 있는 것끼리 극성이 상이한 것을 특징으로 하는 발전기.
  10. 중심디스크;
    상기 중심 디스크의 원주방향으로 복수개 나열되어 설치되며, 상기 중심 디스크를 관통하여 설치된 영구자석;
    상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 상측 이격되어 설치된 상부 하우징;
    상기 중심 디스크와 상대 운동하도록 상기 중심 디스크의 하측에 이격되어 설치된 하부 하우징;
    상기 상부 하우징의 상기 영구 자석을 바라보는 면에 설치되며, 상부 코일이 권선된 상부 코어; 및
    상기 하부 하우징의 상기 영구 자석을 바라보는 면에 설치되며, 하부 코일이 권선된 하부 코어;
    를 포함하며,
    상기 영구자석은 원주방향으로 극성 방향이 교번하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발전기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중심디스크는 상기 영구자석 수용홈이 원주방향으로 복수개 관통되어 형성되며, 상기 수용홈의 외주에는 삽입된 상기 영구자석을 고정할 수 있는 홀더가 형성된 것을 특징으로 하는 발전기.

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