KR101263589B1 - 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터 - Google Patents

내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아웃터 로터형의 제너레이터를 터빈과 컴프레셔 사이에 설치하고, 이 터빈의 회전속도에 비례하여 고속 구간 뿐만 아니라 저속구간에서도 제너레이터로부터 생성되는 전기량을 조절할 수 있게 함으로써, 구조가 간단하면서도 터보 챠져를 통해 엔진 실린더로 과잉공기가 공급되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 제너레이터의 출력 제어(과급압력 제어)를 통하여 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 엔진 성능과 터보 챠저의 특성을 매칭시키기가 용이하여 터보 챠저의 구조적인 기구 설계가 용이할 뿐만 아니라 구조를 단순화할 수 있고, 특히 상기와 같은 출력 제어를 통하여 임펠러 형상을 단조롭게 구성할 수 있어서 터보 챠저의 제조가 용이하면서도 제조단가를 낮출 수 있도록 한 것이다. 그리고, 본 발명은 제너레이터를 구성함에 있어서, 영구자석이 고정자 주변을 감싸도록 회전자를 구성함으로써, 샤프트를 통해 전달되는 열 등에 의해 회전자가 열화되는 것을 방지하여 제너레이터의 내구성 및 그 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 제너레이터의 하우징과 회전자 하우징을 통해 외기가 제너레이터 내부로 공급되었다가 다시 외부로 배출되면서 냉각효과를 얻을 수 있게 함으로써, 고온의 배기가스에 의한 제너레이터의 작동효율이 저감되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터{GENERATOR FOR GENERATING TURBO CHARGER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보 챠저에 아웃터 로터 방식의 제너레이터를 구성하고, 특히 이 제너레이터가 고속구간에서는 과잉공기를 이용하여 발전기로 동작하게 하고, 저속구간에서는 모터로 구동되게 하여 엔진성능을 향상시킬 수 있도록 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터에 관한 것이다.
일반적으로 차량과 같은 내연기관에는 연소 후 배출되는 배기가스를 이용하여 흡기량을 높여 엔진에 공급함으로써 완전연소를 유도하여 엔진 효율을 향상시키기 위하여 터보 챠저가 구비되어 있다. 이러한 터보 챠저는 배기가스를 공급받는 터빈측과 흡기를 공급하는 컴프레셔가 하나의 샤프트에 의해 구동되도록 구성되어 있다.
이 때문에, 기존의 터보 챠저는 엔진의 속도가 저속일 때에는 가속시간이 지연되는 터보 래그(Turbo Lag) 현상이 발생하였다. 또한, 엔진이 고속으로 회전하게 되면, 컴프레셔에 의해 압축된 흡기가 너무 많이 엔진 실린더에 공급되어 연소효율이 저하되는 문제가 발생하였다.
이러한 기존의 터보 챠저가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 차속에 따라 배기의 흐름을 가변시켜 주는 가변용량 터보 차져(VGT; Variable Geometry Turbocharger) 시스템이 사용되고 있다.
VGT 시스템은 고속 구간에서 흡기량을 줄일 수 있도록 바이패스 밸브 시스템을 적용함으로써, 기존의 터보 챠저의 경우 고속에서 발생되는 문제점을 어느 정도 해결할 수 있었다.
또한, 특허문헌1에는 전동 어시스트식 과급기용 회전 전동기를 구동 회로나 드라이버 등으로 구성되는 구동 유닛에 의해 구동시킬 경우, 회전 전동기의 구동에 의한 과급기의 전동 어시스트와 구동 유닛의 열로부터의 보호를 균형있게 행할 수 있는, 전동 어시스트식 과급기용 회전 전동기의 구동 유닛용 제어 장치가 개시되어 있다.
하지만, 이러한 VGT 시스템은 제품의 개발 단가가 높을 뿐 아니라 고열의 과급기 내부에 베인 및 밸브를 두어 제품 고착에 의하여 엔진의 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하였다. 또한, 구조가 복잡하여 제조와 유지보수에 어려움이 있었다.
또한, 특허문헌1의 제어장치는, 과급압력을 추측하여 제어하기 때문에 정밀제어에 어려움이 있었다. 또한, 모터 구조가 배기측 열원에 의하여 마그네틱이 열화되고 이로 인하여 모터의 동작 효율이 떨어지게 되었다.
한국공개특허 제10-2009-0113851호(2009년11월02일)
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 아웃터 로터형의 제너레이터를 터빈과 컴프레셔 사이에 설치하고, 특히 이 제너레이터가 고속구간에서는 과잉공기를 이용하여 전력생산에 이용하고 저속구간에는 구동모터로서 동작하게 하여 엔진 효율을 향상시킬 수 있게 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 성능과 터보 챠저의 특성을 매칭시키기가 용이하여 터보 챠저의 구조적인 기구 설계가 용이할 뿐만 아니라 구조를 단순화할 수 있고, 특히 상기와 같은 출력 제어를 통하여 임펠러 형상을 단조롭게 구성할 수 있어서 터보 챠저의 제조가 용이하면서도 제조단가를 낮출 수 있도록 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 제너레이터를 구성함에 있어서, 영구자석이 고정자 주변을 감싸도록 회전자를 구성함으로써, 샤프트를 통해 전달되는 열 등에 의해 회전자가 열화되는 것을 방지하여 제너레이터의 내구성 및 그 성능을 향상시킬 수 있도록 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
마지막으로, 본 발명은 제너레이터의 하우징과 회전자 하우징을 통해 외기가 제너레이터 내부로 공급되었다가 다시 외부로 배출되면서 냉각효과를 얻을 수 있게 함으로써, 고온의 배기가스에 의한 제너레이터의 작동효율이 저감되는 것을 방지할 수 있도록 한 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터는, 배기가스로 구동되는 터빈과, 이 터빈과 샤프트로 연결되어 일체로 회전하면서 압축공기를 공급하는 컴프레셔를 포함하는 터보 챠저에 장착되는 제너레이터에 있어서, 제너레이터는, 터빈과 컴프레셔 사이에 위치하도록 장착되며 개폐가능한 하우징; 샤프트가 공회전하도록 하우징 내부에 장착된 고정자; 영구자석이 고정자의 외주면에 일정한 간격을 유지하도록 지지해 주면서 샤프트와 함께 회전하도록 설치된 회전자 하우징; 고속 구간에서 제너레이터로부터 전력이 발생되게 하고, 저속구간에서 제너레이터가 전동모터로서 동작하게 하는 발전전동회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 하우징은 외주연에 외기가 유입될 수 있도록 공기구멍이 미리 정해진 간격으로 복수개가 형성된 것을 특징으로 한다. 그리고, 하우징에는 터빈을 향하는 면에 내기를 외부로 배출할 수 있도록 배출구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 회전자 하우징은 용기 형상으로 이루어져서 내주면에 영구자석이 배치되고, 그 바닥면에는 회전자 하우징 내부로 공기유동이 가능하도록 복수의 공기구멍이 미리 정해진 간격으로 형성된 것을 특징으로 한다. 이때의 공기구멍에는 외기가 유동간섭없이 회전자 하우징으로 유입될 수 있도록 곡률이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 발전전동회로는, 컴프레셔에 설치된 유량센서를 통하여 검출된 유량을 이용하여 차속을 검출하여 고속구간으로 판별되면, 이 차속에 비례하여 제너레이터로부터 전력을 얻는 것을 특징으로 한다. 그리고, 발전전동회로는, 고속 구간에서 생성된 전력이 엔진냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 인터쿨러 냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 전자오일펌프(ISG 적용 차량의 경우)의 작동, 그리고 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 저속 구간은 컴프레셔의 출구측의 압력이 0.4Bar이하이거나 제너레이터의 회전수가 40,000RPM 이하이고, 고속구간은 컴프레셔의 출구측의 압력이 0.4Bar이상이거나 제너레이터의 회전수가 40,000RPM 이상인 것을 특징으로 한다.
그리고, 발전전동회로는, 제너레이터와 연결되어 교류를 직류로 변환시켜 주는 인버터; 인버터와 연결된 양방향 플라이 백 방식의 발전 전력변환기; 및 전력변환기와 연결되어 전력을 저장하기 위한 수퍼 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때의 발전 전력변환기는, 2차측에 구비된 동기정류기를 통하여 정류가 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 수퍼 커패시터는, 스위칭 소자을 통하여 배터리를 충전시키며, 스위칭 소자는 수퍼 커패시터와 배터리의 전압이 같을 때에 온(ON)되어 충전이 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 차량의 발진시와 같이 저속 구간에서는 제너레이터를 전동모터와 같이 동작하게 하고, 고속 구간에서는 과잉공기가 공급되지 않도록 발전기로 이용할 수 있게 되어 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.
2) 또한, 발전 방식에 있어서, 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식으로 인버터를 제어하기 때문에 전환되는 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 전력변환 방식을 동기 정류기를 이용한 양방향 플라이 백 방식으로 이루어지기 때문에 정류 효율의 향상시켜 결국 출력전력을 극대화시켜 주게 된다.
3) 수퍼 커패시터를 이용하여 급속충전이 가능할 뿐만 아니라 돌입전류(Inrush Current)fmf 방지하여 안정적인 충방전이 가능하다.
4) 구조가 간단한 제너레이터를 이용하여 터보 챠져에서 엔진 실린더로 과잉공기가 공급되지 않도록 제어하여 완전연소를 도모하여 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.
5) 영구자석이 샤프트에 닿지 않고 고정자의 외주면을 감싸는 형태로 제너레이터가 장착되기 때문에, 샤프트를 통해 전달된 열이 영구자석을 열화시키는 것을 방지하게 된다. 이에 제너레이터의 성능 저하를 방지하여 그 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
6) 제너레이터의 외곽을 이루는 하우징 및 회전자 하우징 사이에 외기가 순환될 수 있도록 구성함으로써, 제너레이터 내에서 발생되는 열이라든가 터빈으로부터 전달되는 열의 냉각효과를 높일 수 있다.
7) 과잉공기로 제너레이터를 회전시켜 잉여 전기에너지를 얻을 수 있다.
8) 제너레이터로부터 얻은 잉여전기는 차량의 전기장치에 공급하여 사용함으로써, 전기소비량과 함께 연료 효율을 향상시킬 수 있다.
9) 제너레이터의 내부로 외기를 순환시킬 수 있게 함으로써, 제너레이터의 내구성을 향상시킴으로써 그 수명을 연장시킬 수 있다.
10) 엔진으로부터 얻은 전기를 사용하는 전기장치에 제너레이터로부터 얻은 전기를 이용하기 때문에 엔진효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 제너레이터가 적용된 터보 챠저의 전체 구성을 보여주기 위한 분해사시도.
도 2는 본 발명에 따른 제너레이터가 적용된 터보 챠저의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 제너레이터의 구성을 설명하기 위한 도 2에서의 A-A선 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 하우징의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 회전자 하우징의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 6은 도 5에서의 B-B선 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 발전전동회로의 구성을 보여주기 위한 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(구성)
도 1은 본 발명에 따른 제너레이터가 적용된 터보 챠저의 전체 구성을 보여주기 위한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제너레이터가 적용된 터보 챠저의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 제너레이터의 구성을 설명하기 위한 도 2에서의 A-A선 단면도이다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 제너레이터의 하우징의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 회전자 하우징의 구성을 설명하기 위한 사시도이며, 도 6은 도 5에서의 B-B선 단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 발전전동회로의 회로 구성을 보여주기 위한 회로도이다.
본 발명에 따른 제너레이터(200), 배기가스로 구동되는 터빈(110)에 의해 구동되는 샤프트(S)에 의해 전원을 발생시키도록 터보 챠저(100)에 장착된다. 이때, 상기 제너레이터(200)는 터빈(110)의 구동으로 흡기를 생성시켜 주는 컴프레셔(120) 측에 장착함으로써, 배기가스에 의한 열전달 등의 영향을 최소화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이러한 제너레이터(200)는, 컴프레셔(120) 측에 장착되는 하우징(210), 샤프트(S)가 공회전되도록 하우징(210)의 내부에 장착된 고정자(220), 그리고 고정자(220)의 외주면을 감싸도록 영구자석(231)이 구비되어 샤프트(S)에 의해 구동되는 회전자 하우징(230)을 포함한다. 특히, 이러한 제너레이터(200)는 아웃터 로터 형식을 채용함으로써, 배기가스에서 전달되는 열에 의한 열화 현상을 최소화하여 제너레이터(200)의 전기적 성질이 변하지 않게 하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 상기 제너레이터(200)가 컴프레셔(120)가 고속 구간에서는 발전기로서 동작하게 하고, 저속구간에서는 구동모터로서 동작하게 하도록 제어하기 위하여 양방향 플라이 백(Fly-back) 방식으로 동작 제어되는 발전전동회로가 더 구비된다.
이하, 이들의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
하우징(210)은 용기 형상으로 형성되며, 개구된 상부에는 마감덮개(213)가 구비된다. 마감덮개(213)에는 중앙에 관통구멍(213a)이 형성되고, 이 관통구멍(213a)에는 샤프트(S)가 장착된다. 이때, 샤프트(S)는 배기가스가 누설되지 않게 장착된다. 이와 같이 이루어진 마감덮개(213)는 컴프레셔(120)측에 밀착되게 장착되며, 이 컴프레셔(120)와 본 발명에 따른 제너레이터(200)를 구분시켜 주는 구성요소로도 활용할 수 있다.
또한, 하우징(210)에는 외주면에 공기구멍(211)이 미리 정해진 간격으로 복수개가 형성된다. 이 공기구멍(211)은 하우징(210)의 외부로부터 외기가 유입될 수 있도록 하기 위한 구멍이다.
그리고, 하우징(210)에는 용기 형상의 바닥면에 복수개의 배출구멍(212)이 미리 정해진 간격으로 형성된다. 이때, 이들 배출구멍(212)은 샤프트(S)를 중심으로 방사형으로 배치되게 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 하우징(210)은 터빈(110)과 컴프레셔(120) 사이에 위치하도록 샤프트(S)에 장착되면 되나, 가장 바람직하기로는 컴프레셔(120)측에 장착되게 하여 열전달을 최소화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
고정자(220)는 통상의 발전기 분야에서 많이 사용되는 계자코일로서, 자극(자계)를 형성시켜 주는 구성요소이다. 이러한 고정자(220)는 발전기라든가 모터에서 통상적으로 이용되는 것으로 그 구성 및 작용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명에서는 이러한 고정자(220)를 후술하게 될 영구자석(231)에 의해 감싸지는 구조, 즉 아웃터 로터 형식으로 제작한다. 여기서, 아웃터 로터 형식이란 통상적으로 고정자 코일 내부에서 회전하는 회전자(영구자석) 방식의 발전기와 반대로, 회전자(영구자석) 내부에 고정자가 위치하도록 설치한 것이다.
이는 영구자석(231)의 경우 주변의 열에 의해 열화되게 되면 자계가 약해져서 그 기능이 저하된다. 이 때문에 본 발명에서는, 영구자석(231)이 샤프트와 접촉되지 않고 고정자(220)를 감싸주는 구조로 형성함으로써, 터빈을 통해 배기가스의 열이 샤프트를 통해 전달되더라도 영구자석(231)의 기능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
회전자 하우징(230)은 샤프트(S)에 의해 회전하면서 영구자석(231)이 고정자(220)에 의해 형성된 자계 내에서 회전하면서 전기를 발생시켜 주게 된다.
이러한 회전 하우징(230)은 용기 형상으로 이루어지며, 내주면에는 영구자석(231)이 장착된다. 이때, 영구자석(231)의 배치는 상기 고정자(220)에 구성되는 고정자코일(계자코일)의 배치에 따라 달라진다. 이러한 배치는 이 분야에서 통상의 기술자라면 쉽게 알 수 있는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 회전자 하우징(230)에는 바닥면에 복수의 공기구멍(232)이 형성된다. 이들 공기구멍(232)은 샤프트(S)를 중심으로 방사형태로 제작하게 되며, 상기 공기구멍(211)을 통해 유입된 공기가 회전자 하우징(230) 안으로 유입되어 냉각효과를 얻을 수 있게 안내하는 역할을 한다.
특히, 상기 공기구멍(232)은 회전자 하우징(230)이 회전함에 따라 공기의 유동 흐름을 최소화할 수 있도록 유선 형상으로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 공기구멍(232)에는 테두리 부분에 곡률(R)을 형성하여, 외기가 부드럽게 흐르도록 하여 회전자 하우징(230)의 회전에 방해가 되지 않게 하는 것이 바람직하다.
발전전동회로는 고속구간에서는 제너레이터(200)가 발전기로서 동작하게 하고 저속구간에서는 이 제너레이터(200)를 전동기로서 동작하게 제어한다. 여기서, 저속구간은 컴프레셔(120)의 출구측의 압력이 0.4Bar이하이거나 제너레이터(200)의 회전수가 40,000RPM 이하인 때를 말한다. 그리고, 고속 구간은 이 저속 구간 이상일 때를 말한다.
이러한 발전전동회로는, 도 7과 같이, 제너레이터(200)와 연결되어 교류를 직류로 변환시켜 주는 인버터(241), 이 인버터(241)와 연결된 발전 전력변환기(242), 그리고 발전 전력변환기(242)로부터 출력된 전력을 저장하기 위한 커패시터(243)를 포함한다.
특히, 발전 전력변환기(242)는 효율이 우수하고 승압이 용이하도록 양방향 플라이 백 방식의 변환기를 채택하는 것이 바람직하고, 또한 이 전력변환기(242)에는 2차측에 동기정류기(242a)를 구비하여 발전작용시 전력변환이 효율적으로 이루어질 수 있도록 동기 정류방식으로 제어할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 수퍼 커패시터(243)는, 배터리(244)와 연결되어 있으며, 특히 돌입전류(Inrush Current)를 방지할 수 있도록 스위칭 소자(243a)가 구비된다. 즉, 스위칭 소자(243a)는 수퍼 커패시터(243)와 배터리(244) 사이에 위치하여, 이들 사이의 전압이 같을 때에만 수퍼 커패시터(243)와 배터리(244)가 서로 전기적으로 연결되게 하는 것이다. 이에 초기에 전원이 인가시 전류가 과도하게 흐름에 따라 발생되는 돌입전류를 방지할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 이루어진 발전전동회로는, 저속 구간에서는 제너레이터(200)를 모터와 같이 구동하면서 엔진성능을 향상시키게 되는 것이다. 즉, 저속구간에서는 배터리(244)의 전원이 제너레이터(200)에 인가되게 되는데, 이때 발전 전력변환기(242)를 통해 전동어시스트되게 된다. 특히, 발전 전력변환기(242)는 제너레이터(200)의 회전속도, 즉 컴프레셔(120)의 회전속도에 비례하여 제너레이터(200)를 전동기처럼 회전하게 제어하여 흡기에 필요한 충분한 외기를 확보할 수 있게 한다.
한편, 발전전동회로는, 고속 구간에서는 제너레이터(200)를 발전기와 같이 제어하여 너무 많은 외기가 공급되지 않도록 공기저항을 갖게 하면서 전력을 발생시키게 된다. 이는 제너레이터(200)의 회전으로 인하여 발생된 교류전압을 인버터(241)에서 정류시켜 주고, 이를 출력전압에 따라 적절하게 발전 전력변환기(242)를 통해 승압시켜 주게 된다. 그리고, 이렇게 승압된 전력은 커패시터(243)에 저장되게 된다. 이렇게 저장된 전력은 커패시터(243)와 배터리(244)의 전압이 같으면 스위칭 소자(243a)를 온(ON)시켜서 배터리(244)로의 충전이 이루어지게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제너레이터(200)로부터 발생된 전력은, 엔진냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 인터쿨러 냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 전자오일펌프(ISG 적용 차량의 경우)의 작동, 그리고 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다. 이는 엔진 구동시 지속적으로 전기를 필요로 할 뿐만 아니라 엔진 구동에 필요한 곳에 전원공급이 이루어질 수 있게 하기 위함이다.
또한, 이러한 고속 구간과 저속구간의 검출은 유량센서(250)를 통해 수행할 수 있다. 유량센서(250)는 컴프레셔(120)의 출구측에 장착하여 통과유량을 검출하고 이로부터 유속을 검출하는데 이용한다. 여기서는 유량센서(250)로만 설명하고 있으나, 압력센서나 회전센서를 이용할 수도 있다.
한편, 도면에서 미설명 부호 "260"은 본 발명에 따른 제너레이터를 전반적으로 제어하기 위한 제어기를 나타낸다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명은 터보 차져를 통해 과잉공기가 공급되지 않도록 제너레이터를 설치하되, 이 제너레이터가 저속구간에서는 전동모터와 같이 동작하여 충분한 외기공급이 이루어지게 하고, 고속구간에서는 과급이 일어나지 않도록 공기저항과 같이 발전기로서 동작하게 함으로써, 구조가 간단하면서도 엔진 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
200 : 제너레이터 210 : 하우징
211 : 공기구멍 212 : 배출구멍
213 : 마감덮개 220 : 고정자
230 : 회전자 하우징 231 : 영구자석
232 : 공기구멍 241 : 인버터
242 : 발전 전력변환기 242a : 동기정류기
243 : 수퍼 커패시터 243a : 스위칭 소자
244 : 배터리

Claims (11)

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  2. 배기가스로 구동되는 터빈(110)과, 이 터빈(110)과 샤프트(S)로 연결되어 일체로 회전하면서 압축공기를 공급하는 컴프레셔(120)를 포함하는 터보 챠저(100)에 장착되는 제너레이터(200)에 있어서,
    상기 제너레이터(200)는,
    상기 터빈(110)과 컴프레셔(120) 사이에 위치하도록 장착되며 개폐가능한 하우징(210);
    상기 샤프트(S)가 공회전하도록 상기 하우징(210) 내부에 장착된 고정자(220);
    영구자석(231)이 상기 고정자(220)의 외주면에 일정한 간격을 유지하도록 지지해 주면서 상기 샤프트(S)와 함께 회전하도록 설치된 회전자 하우징(230);
    고속 구간에서 상기 제너레이터(200)로부터 전력이 발생되게 하고, 저속구간에서 상기 제너레이터(200)가 전동모터로서 동작하게 하는 발전전동회로;를 포함하고,
    상기 하우징(210)은 외주연에 외기가 유입될 수 있도록 공기구멍(211)이 미리 정해진 간격으로 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징(210)에는 터빈(110)을 향하는 면에 내기를 외부로 배출할 수 있도록 배출구멍(212)이 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.
  4. 배기가스로 구동되는 터빈(110)과, 이 터빈(110)과 샤프트(S)로 연결되어 일체로 회전하면서 압축공기를 공급하는 컴프레셔(120)를 포함하는 터보 챠저(100)에 장착되는 제너레이터(200)에 있어서,
    상기 제너레이터(200)는,
    상기 터빈(110)과 컴프레셔(120) 사이에 위치하도록 장착되며 개폐가능한 하우징(210);
    상기 샤프트(S)가 공회전하도록 상기 하우징(210) 내부에 장착된 고정자(220);
    영구자석(231)이 상기 고정자(220)의 외주면에 일정한 간격을 유지하도록 지지해 주면서 상기 샤프트(S)와 함께 회전하도록 설치된 회전자 하우징(230);
    고속 구간에서 상기 제너레이터(200)로부터 전력이 발생되게 하고, 저속구간에서 상기 제너레이터(200)가 전동모터로서 동작하게 하는 발전전동회로;를 포함하고,
    상기 회전자 하우징(230)은 용기 형상으로 이루어져서 내주면에 영구자석(231)이 배치되고,
    그 바닥면에는 회전자 하우징(230) 내부로 공기유동이 가능하도록 복수의 공기구멍(232)이 미리 정해진 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공기구멍(232)에는 외기가 유동간섭없이 회전자 하우징(230)으로 유입될 수 있도록 곡률(R)이 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.
  6. 배기가스로 구동되는 터빈(110)과, 이 터빈(110)과 샤프트(S)로 연결되어 일체로 회전하면서 압축공기를 공급하는 컴프레셔(120)를 포함하는 터보 챠저(100)에 장착되는 제너레이터(200)에 있어서,
    상기 제너레이터(200)는,
    상기 터빈(110)과 컴프레셔(120) 사이에 위치하도록 장착되며 개폐가능한 하우징(210);
    상기 샤프트(S)가 공회전하도록 상기 하우징(210) 내부에 장착된 고정자(220);
    영구자석(231)이 상기 고정자(220)의 외주면에 일정한 간격을 유지하도록 지지해 주면서 상기 샤프트(S)와 함께 회전하도록 설치된 회전자 하우징(230);
    고속 구간에서 상기 제너레이터(200)로부터 전력이 발생되게 하고, 저속구간에서 상기 제너레이터(200)가 전동모터로서 동작하게 하는 발전전동회로;를 포함하고,
    상기 발전전동회로는, 컴프레셔(120)에 설치된 유량센서(250)를 통하여 검출된 유량을 이용하여 차속을 검출하여 고속구간으로 판별되면, 이 차속에 비례하여 제너레이터로부터 전력을 얻는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.
  7. 제 2 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 발전전동회로는, 고속 구간에서 생성된 전력이 엔진냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 인터쿨러 냉각용 전자제어 워터펌프의 작동, 전자오일펌프(ISG 적용 차량의 경우)의 작동, 그리고 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 제너레이팅 터보챠저의 제너레이터.





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