KR101230154B1 - 보조냉각수단이 구비된 자가발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각풍을 이용해 스테이터의 외부를 냉각함과 동시에 스테이터의 내부에는 냉각수를 이용해 냉각함으로써, 수냉식 냉각기능과 공냉식 냉각기능을 동시에 구현하여 자가발전으로 인해 야기되는 발전열의 냉각효율을 극대화시켜주는 보조냉각수단이 구비된 자가발전기에 관한 것으로, 엔진(200)의 구동축(210) 상에 설치하되, 코어(410)의 외면에 N극과 S극이 교차하도록 한 쌍 이상의 영구자석이 결합된 로터(300); 상기 로터(300)가 회전가능하게 내재되는 몸체로, 코어(410)에 코일()이 감긴 형태의 스테이터(400); 및 상기 외부 동력의 구동축(210) 상에 고정연결되는 냉각팬(600);를 포함하여 구성된 자가 발전기에 있어서, 상기 스테이터(400) 코어(410)의 내부를 따라 배치되는 냉각수 공급관(700)과; 상기 냉각수 공급관(700)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단(800);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보조냉각수단이 구비된 자가발전기{Private power generator having a help cooling menas}

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉각풍을 이용해 스테이터의 외부를 냉각함과 동시에 스테이터의 내부에는 냉각수를 이용해 냉각함으로써, 자가발전으로 인해 야기되는 발전열의 냉각효율이 극대화된 보조냉각수단이 구비된 자가발전기에 관한 것이다.

일반적으로 대형 빌딩이나 병원, 방송국, 공장 등의 대규모 시설물에는 상용 전력이 차단시 자체적으로 전원을 공급할 수 있도록 자가발전기를 설치하고 있다.

이러한 자가발전기는 운전 중 발생하는 구동열로 인해 냉각을 시켜주어야 한다.

도 1은 종래의 자가발전기를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 자가발전기는 본체(C)의 내부에 설치되는 것으로 외부 동력축(1)과 연결되는 샤프트(10)와, 샤프트(10)에 설치되는 메인 로터(20)와, 메인 로터(20)의 외곽에 설치되는 메인 스테이터(30)와, 샤프트(10)에 설치되는 엑사이더 로터(40)와, 엑사이더 로터(40)의 외곽에 설치되는 엑사이더 스테이터(50) 및 샤프트(10)에 설치되는 회전 정류자(60)를 포함하여 이루어져 있다.

이때, 상기 샤프트(10)를 상기 동력축(1)과 연결하기 위해 커플러(10a)가 구비되어야 하고, 메인 스테이터(30)와 엑사이더 스테이터(40)는 외부 동력의 전방에 설치되는 하우징 내면에 고정 설치된다.

여기서 메인 로터(20)는 코어(21)에 코일(22)이 감긴 형태로서 타여자방식을 택하고 있으므로 메인 로터(20)를 자화시키기 위해서 엑사이더 스테이터(50)와 엑사이더 로터(40) 및 회전 정류자(60)로 이루어지는 여자기의 구성이 필요한 것이다.

이 때문에, 자화에 의해 형성되는 자기장을 통해 열이 발생하게 되어, 이를 냉각시키고자 외부 동력축(1)에 고정연결되는 냉각팬(70)을 통해 발전기에서 발생되는 열을 냉각시켜 준다.

그러나 이와 같은 기능을 수행하는 종래의 자가발전기는 냉각팬(70)을 통해 단지 메인 스테이터(30)의 외부만 냉각기능이 수행될 뿐 메인 스테이터(30)의 내부는 냉각기능 수행이 여의치 않아 냉각효율이 반감되는 문제점이 있다.

특히, 바람을 통해 냉각기능을 수행하기 때문에 냉각성능 자체도 떨어지는 폐단도 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉각풍을 이용해 스테이터의 외부를 냉각함과 동시에 스테이터의 내부에는 냉각수를 이용해 냉각함으로써, 자가발전으로 인해 야기되는 발전열의 냉각효율이 극대화된 보조냉각수단이 구비된 자가발전기를 제공하는데 있다.

본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기는, 엔진의 구동축 상에 설치하되, 코어의 외면에 N극과 S극이 교차하도록 한 쌍 이상의 영구자석이 결합된 로터; 상기 로터가 회전가능하게 내재되는 몸체로, 코어에 코일이 감긴 형태의 스테이터; 및 상기 구동축 상에 고정연결되는 냉각팬;를 포함하여 구성된 자가 발전기에 있어서, 상기 스테이터 코어의 내부를 따라 배치되는 냉각수 공급관과; 상기 냉각수 공급관에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단;을 포함한다.

상기 냉각수 공급관에는 모터가 연결되어, 상기 냉각수 공급수단에 수용된 냉각수가 상기 냉각수 공급관을 통해 순환되도록 제공한다.

상기 냉각수 공급수단은 순환되는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터를 이용할 수 있다.

본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기에는, 온도감지센서를 포함하고, 상기 온도감지센서로부터 위험온도감지신호가 생성되면, 상기 라디에이터 또는 상기 모터가 구동된다.

상기 스테이터 코어에는 열배기용 관통구멍이 관통형성되거나 또는 상기 스테이터 코어의 외주연에 열배기용 장홈이 형성되는 구조를 갖는다.

본 발명은 냉각풍을 이용해 스테이터의 외부를 냉각함과 동시에 스테이터의 내부에는 냉각수를 이용해 냉각함으로써, 수냉식 냉각기능과 공냉식 냉각기능을 동시에 구현하여 자가발전으로 인해 야기되는 발전열의 냉각효율을 극대화시켜주는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래의 자가발전기를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등을 나타낸 요부 종단면도,
도 5는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단에 모터가 추가된 것을 나타낸 요부 종단면도,
도 6은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등을 나타낸 요부 횡단면도,
도 7은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터 부분을 나타낸 요부사시도,
도 8은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등의 다른 실시예를 나타낸 요부 횡단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 개략적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 개략적인 단면도이며, 도 4는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등을 나타낸 요부 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단에 모터가 추가된 것을 나타낸 요부 종단면도이며, 도 6은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등을 나타낸 요부 횡단면도이고, 도 7은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터 부분을 나타낸 요부사시도이며, 도 8은 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기의 구성 중 로터, 스테이터, 냉각수 공급관 및 냉각수 공급수단 부분 등의 다른 실시예를 나타낸 요부 횡단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 보조냉각수단이 구비된 자가발전기는 케이스체(100), 케이스체(100)의 내부에 설치되는 엔진(200), 로터(300), 스테이터(400) 및 냉각팬(600), 냉각수 공급관(700) 및 냉각수 공급수단(800) 등으로 이루어진다.

먼저, 상기 케이스체(100)는 자가발전을 수행하는데 필요한 각종 구성부품이 외부에 노출되지 않게 내부에 설치되게 제공하는 몸체이다.

이러한 기능을 수행하는 케이스체(100)의 외관 형상은 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며 본 발명에서는 육면체 형상으로 표현되어질 수 있다.

또한, 자가발전의 특성상 운전 소음이 외부로 최대한 전달되지 않게 방음을 제공하기 위한 일환으로 흡음스펀지를 포함하는 흡음부재 또는 소음기 등이 설치되어 제공될 수도 있다.

상기 엔진(200)은 자가발전을 수행하는데 필요한 구동력을 제공하는 부재로서, 연결된 구동축(210)을 통해 구동력인 회전력을 전달한다.

상기 로터(300) 및 스테이터(400)는 엔진(200)의 구동축(210) 상에 설치되어 전달되는 회전력에 의해 발전하는 부재로서 먼저, 로터(300)는 엔진(200)의 구동축(210) 상에 설치하도록 형성하되, 구동축(210)에 설치되는 코어(310)의 외면에 N극과 S극이 교차하도록 한 쌍 이상의 영구자석(320)이 결합되는 구성을 갖는다.

이와 같은 구성을 통해, 엔진(200)에서 전달되는 구동력에 의해 로터(300)가 회전하면서 발전이 이루어지는 구조를 갖는다.

이때, 코어(310)에 끼워지는 영구자석(320)을 보호하기 위해서 코어(310)의 외면에는 쉴드(shield; 330)를 커버한다.

이러한 기능을 수행하는 쉴드(330)는 영구자석(320)의 유동을 방지하여 안정적인 구동과 주파수를 얻을 수 있도록 한다.

상기 스테이터(400)는 로터(300)가 회전가능하게 내재될 수 있도록 도넛 형상의 몸체로서, 코어(410)에 코일(420)이 감긴 형태로 형성되어 로터(300)의 회전에 의해 전류를 발생시키는 부재이다.

이러한 기능을 수행하는 스테이터(400)는 로터(300)의 외곽에 설치하기 위한 수단으로 엔진(200)의 전방에 고정 설치하기 위한 브래킷(도시하지 않음)을 포함하여 구성할 수 있다. 여기서 상기 브래킷은 일예로, 엔진(200)의 구동축(210)에 직접 결합하거나, 하우징(500)을 통해 엔진에 결합하여 사용할 수 있다.

상기 냉각팬(600)은 발전을 위해 형성되는 자기장을 통해 발생되는 열을 1차적으로 냉각시키는 부재로서, 스테이터(400)의 형체인 도넛 형상의 외부를 주로 냉각하는 기능을 수행한다.

상기 냉각수 공급관(700)은 도넛 형상을 갖는 스테이터(400) 코어(410)의 내부를 따라 배치되되, 길이방향을 따라 순환배치되는 파이프부재로서, 후술되는 냉각수 공급수단(800)을 통해 공급되는 냉각수가 수용되어 수냉방식으로 스테이터(400) 내부의 열을 냉각시켜주는 기능을 수행한다.

즉, 냉각수 공급관(700)의 양단이 냉각수 공급수단(800)에 연통되어 있고, 그 연결되는 냉각수 공급수단(800)은 냉각수 공급관(700)의 양단보다 높은 위치에 배치되도록 설치함으로서, 냉각수 공급수단(800)에 수용된 물이 중력에 의해 냉각수 공급관(700)에 채워지는 구조를 통해 자가발전 시 발전열로 인해 스테이터(400)의 온도가 올라갈 경우 냉각수 공급관(700)에 수용된 냉각수에 전달되어 케이스체(100)의 내부온도 상승을 최대한 저지시켜 준다.

이러한, 기능을 수행하는 냉각수 공급관(700)의 배치는 도 3등에 도시된 것처럼 스테이터(400) 코어(410)의 길이방향을 따라 수직 및 수평구조를 따라 순환배치되거나 또는 도면에 도시하지는 않았지만 도넛 형상인 스테이터(400) 코어(410)의 내부를 따라 나선구조로 순환배치될 수 있다.

상기 냉각수 공급수단(800)은 냉각수 공급관(700)에 냉각수를 공급하는 부재이다.

이러한 기능을 수행하는 냉각수 공급수단(800)은 앞에서도 언급한 것처럼 자연냉각방식으로 스테이터(400)를 냉각시킬 수 있으며 강제냉각방식으로도 스테이터(400)를 냉각시킬 수 있다.

이를 위해, 냉각수 공급관(700)에 모터(810)를 연결하여 발전열로 인해 스테이터(400)의 온도가 올라갈 경우 이를 인지하여 모터(810)를 구동함으로써, 냉각수 공급수단(800)에 수용된 냉각수가 냉각수 공급관(700)을 통해 강제순환되면서 스테이터(400)를 냉각할 수 있도록 제공한다.

이때, 케이스체(100)의 내부온도를 실시간으로 인지할 수 있도록 케이스체(100)에는 온도감지센서(820) 및 제어패널(도시하지 않음)이 설치되고, 그 구비된 온도감지센서(820)로부터 기설정주기마다 감지되는 신호가 제어패널 쪽으로 입력되되 그 입력되는 신호가 위험온도감지신호로 확인되면, 제어패널에서는 모터(810)가 구동되도록 제어하여 스테이터(400)가 강제냉각될 수 있도록 제공한다.

이를 위해, 제어패널에는 위험상황온도정보가 기저장되어 있어, 온도감지센서(820)로부터 입력되는 신호가 기저장된 위험상황온도정보와 매칭하여 그 입력되는 신호가 위험온도감지신호인지 판단한다.

이러한 기능을 수행하는 온도감지센서(820)는 케이스체(100) 내부에 설치되는데 도면에 도시된 것처럼 스테이터(400)쪽에 설치되어 제공될 수 있다.

또한, 제어패널은 케이스체(100)의 외벽에 설치되어 관리자가 자가발전과 관련된 각종상황을 체크할 수 있게 제공할 수 있다.

그리고 케이스체(100) 내부의 온도가 강제냉각방식으로도 온도가 낮아지지 않을 경우를 대비해서, 냉각수 공급수단(800)을 순환되는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터로 대체하여 제공할 수도 있다.

이를 통해, 제어패널에서는 기설정된 시간까지 케이스체(100) 내부의 온도가 떨어지지 않을 경우 냉각수 공급수단(800)인 라디에이터도 구동제어하여 신속하게 케이스체(100) 내부의 온도가 강하될 수 있도록 제공한다.

이와 더불어, 스테이터(400) 코어(410)에 열배기용 관통구멍(411)들이 관통형성되도록 제공함으로써, 냉각팬(600)으로부터 전달되는 냉각풍이 스테이터(400) 코어(410)에 관통형성된 열배기용 관통구멍(411)들에 진입함으로써, 추가적으로 케이스체(100)의 내부온도가 강하될 수 있게 제공할 수 있다.

여기서, 스테이터(400) 코어(410)에 관통형성된 열배기용 관통구멍(411)들은 스테이터(400) 코어(410)의 외주연에 형성된 열배기용 장홈(412)들로 대체될 수도 있다.

C : 케이스체 1 : 외부 동력축
10 : 샤프트 10a : 커플러
20 : 메인 로터 21,310,410 : 코어
22,420 : 코일 30 : 메인 스테이터
40 : 엑사이더 로터 50 : 엑사이더 스테이터
60 : 회전 정류자 70,600 : 냉각팬
100 : 케이스체 200 : 엔진
210 : 구동축 300 : 로터
320 : 영구자석 330 : 쉴드
400 : 스테이터 411 : 열배기용 관통구멍
412 : 열배기용 장홈 500 : 하우징
700 : 냉각수 공급관 800 : 냉각수 공급수단
810 : 모터 820 : 온도감지센서

Claims (6)

1. 엔진(200)의 구동축(210) 상에 설치하되, 코어(410)의 외면에 N극과 S극이 교차하도록 한 쌍 이상의 영구자석이 결합된 로터(300); 상기 로터(300)가 회전가능하게 내재되는 몸체로, 코어(410)에 코일(420)이 감긴 형태의 스테이터(400); 및 상기 구동축(210) 상에 고정연결되는 냉각팬(600);를 포함하여 구성된 자가 발전기에 있어서,
   상기 스테이터(400) 코어(410)의 내부를 따라 배치되는 냉각수 공급관(700)과;
   상기 냉각수 공급관(700)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단(800);을 포함하되,
   상기 냉각수 공급관(700)에는 모터(810)가 연결되어, 상기 냉각수 공급수단(800)에 수용된 냉각수가 상기 냉각수 공급관(700)을 통해 순환되도록 제공하고,
   상기 냉각수 공급수단(800)은 순환되는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터이며,
   온도감지센서(820)를 포함하고, 상기 온도감지센서(820)로부터 위험온도감지신호가 생성되면, 상기 라디에이터 또는 상기 모터(810)가 구동되고,
   상기 스테이터(400) 코어(410)에는 열배기용 관통구멍(411)이 관통형성되며,
   상기 스테이터(400) 코어(410)의 외주연에는 열배기용 장홈(412)이 형성되는 것을 특징으로 하는 보조냉각수단이 구비된 자가발전기.
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