KR101292128B1 - 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에 관한 것으로서, 특히 중앙홀(101)이 형성되어 영구자석 발전기의 회전자(10)에 삽입되는 고정자(100)로서, 상기 고정자(100)의 전면부에 구비되는 제1히트파이프(110)와; 상기 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 구비되며, 일단에는 삽입홈(121)이 형성된 다수의 방열핀(120)과; 상기 방열핀(120)의 삽입홈(121)에 삽입되는 제2히트파이프(130)로 구성되어 다수의 열 냉각 부품이 구비되도록 하여 냉각 효율을 증대시키며, 또한 발전기 전체의 온도 상승 저감과 발전 시스템 및 주변 제반 장치의 고온 신뢰성을 향상시켜 효율성과 상품성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자{Stator of permanent magnet type generator using the heat pipe}

본 발명은 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에 관한 것으로서, 특히 영구자석 발전기에서 고출력 발전이 가능함에 따라 발생되는 냉각성능 저하의 문제를 해결하는 동시에 히트파이프의 열전달 원리를 이용하여 발전 성능에 직접적인 영향을 미치는 냉각성능을 향상시켜 발전 출력을 안정적으로 유지시키고 발전 효율을 향상시키기 위한 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 기술로써, 상기 발전기는 내연기관에서 발생하는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기술에 속하며, 이러한 기술은 특히 낮은 온도차에서도 발전 가능한 기술로서 폐열을 재활용할 수 있어 사회적 관심도가 높았다.

한편, 발전기에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 발전기에 히트파이프를 적용시키게 되었다.

이러한, 히트파이프 발전장치는 터빈 날개의 바깥쪽 주변에 영구자석을 구비하고, 상기 히트파이프 발전장치 하우징 외부에 발전을 위한 자기코어와 전기코일을 구비하여 회전자와 고정자 사이의 회전력에 의해 동력 발생이 가능하게 한다.

종래의 영구자석 발전기는 회전자(플라이휠) 측면에 영구자석이 부착되는 것으로, 상기 회전자가 회전함으로 인해 발생된 운동에너지를 동력으로 축적하여 방출시킬 수 있게 한다.

여기서, 종래의 영구자석 발전기에서 동력이 발생되는 것은 회전자 내주면에 균일하게 영구자석 N극과 S극이 교차된 상태로 구비되도록 하여 발전기의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하면서 동력을 발생시키게 되는 것이다.

이때, 회전자 내외부의 열환경 변화에 따른 전력의 출입에 있어서 소음감소를 위한 밀폐구조에서는 열원으로부터 효과적인 냉각이 불리하며, 이로 인해 발전기에 전력 손실이 발생하게 되어 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에 관한 것으로서, 특히 영구자석 발전기에서 고출력 발전이 가능함에 따라 발생되는 냉각성능 저하의 문제를 해결하는 동시에 히트파이프의 열전달 원리를 이용하여 발전 성능에 직접적인 영향을 미치는 냉각성능을 향상시켜 발전 출력을 안정적으로 유지시키고 발전 효율을 향상시키기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 중앙홀이 형성되어 영구자석 발전기의 회전자에 삽입되는 고정자로서, 상기 고정자의 전면부에 구비되는 제1히트파이프와; 상기 고정자의 중앙홀 내주면에 구비되며, 일단에는 삽입홈이 형성된 다수의 방열핀과; 상기 방열핀의 삽입홈에 삽입되는 제2히트파이프;를 포함함으로써 달성된다.

또한, 상기 방열핀은 소형방열핀과 대형방열핀으로 이루어져 상기 고정자에 방사형으로 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소형방열핀과 대형방열핀에는 상기 삽입홈이 복수개 형성되며, 상기 삽입홈에 삽입되는 제2히트파이프가 복수개 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2히트파이프의 양 끝단은 굴절 형성되며, 상기 고정자의 중앙홀 내주면 좌측부와 우측부에는 고정홀이 복수개 형성되도록 하여 상기 제2히트파이프의 양단이 상기 고정홀에 삽입 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정자의 전면부와 후면부에는 상기 고정홀과 연결되는 방출홀이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1히트파이프는 고정자의 전면부에 원주방향으로 복수개 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1히트파이프는 L자 형상으로 성형되며, 상기 고정자의 전면부에는 삽입구가 형성되어 상기 제1히트파이프가 상기 삽입구에 억지끼움 방식으로 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2히트파이프는 원호 형상으로 성형되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 복수의 삽입홈이 형성된 방열핀이 고정자의 중앙홀 내주면에 방사형으로 구비되어 연속된 복수의 삽입홈은 그루브 형상으로 이루어져, 원호 형상의 제2히트파이프가 그루브 형상으로 이루어진 복수의 삽입홈에 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 다수의 열 냉각 부품이 구비되도록 하여 냉각 효율을 증대시키며, 또한 발전기 전체의 온도 상승 저감과 발전 시스템 및 주변 제반 장치의 고온 신뢰성을 향상시켜 효율성과 상품성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1의 (a)는 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자를 도시하는 도면,
도 1의 (b)는 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자와 연동되는 회전자를 도시하는 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자 에서 고정자의 전면부를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에서 고정자의 후면부를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에서 고정자를 도시하는 단면도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자 에서 고정자를 도시하는 사시도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 영구자석용 발전기의 회전자(10)에 삽입되는 고정자(100)와, 상기 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시키는 제1히트파이프(110)와, 상기 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 다수개 구비되어 상기 고정자(100)를 냉각시키는 방열핀(120)과, 상기 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시키는 제2히트파이프(130)로 이루어져, 냉각 효율을 증대시키는 동시에 발전 효율성을 향상시키게 되는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

우선 본 발명은 중앙홀(101)이 형성된 고정자(100)의 전면부에 장착되는 제1히트파이프(110)와, 상기 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 구비되는 방열핀(120)과, 상기 방열핀(120)에 삽입되는 제2히트파이프(130)로 이루어지는 것을 기본으로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 고정자(100)는 영구자석용 발전기의 회전자(10)에 삽입되는 것으로, 상기 회전자(10)에 삽입될 수 있게 중앙홀(101)이 형성되도록 한다.

이때, 회전자(10)의 내주면에는 N극의 영구자석(21)과 S극의 영구자석(22)이 교차적으로 다수개 배열되어 발전기 가동 시 상기 회전자(10)가 회동하게 되면서 회전자(10) 외측에 구비되는 고정자(100)와 상기 회전자(10) 사이의 회전에너지를 통해 전력을 발생시키게 되는 것으로, 본 발명에서 발전기의 작동이 영구자석을 이용하기 때문에 영구자석 발전기라고 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1히트파이프(110)는 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시킬 수 있게 하는 것으로, 일단은 상기 고정자(100)의 전면부에 삽입되며, 타단은 상기 고정자(100)의 전면부 외측면에 위치하도록 한다.

이때, 제1히트파이프(110)는 'L'자 형상으로 성형되며, 고정자(100)의 전면부에는 삽입구(104)가 형성되도록 하여 상기 제1히트파이프(110)의 일단이 상기 삽입구(104)에 삽입되어 회전자(10)의 회동으로 인해 상기 고정자(100)에서 발생되는 열을 흡입하고, 타단은 고정자(100)의 외측면에 위치하도록 하여 흡입한 열을 외부로 배출시킬 수 있게 한다.

여기서, 제1히트파이프(110)는 고정자(100)의 전면부에 억지끼움 방식으로 압입 고정되도록 하여 해체 전용 도구를 이용하지 않고는 쉽게 분해할 수 없게 하는 것이 바람직하다.

상기 제1히트파이프(110)는 고정자(100)의 전면부에 60°간격으로 총 6개가 구비되도록 하여 효율적인 냉각이 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 고정자(100)의 후면부에는 권선이 감겨진 권선조립체(100a)가 구비되는데 상기 권선조립체(100a)는 전류와 엔진회전수를 증가시켜 전력을 생산하게 되는 것으로, 증가하게 되는 전류와 엔진회전수 만큼 상기 권선조립체(100a)는 발열로 인해 온도가 높아지게 된다.

방열핀(120)은 이러한 발열 현상을 저하시키고 냉각 성능을 향상시키기 위한 것으로, 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 다수개 구비된다.

상기 방열핀(120)은 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 개구부가 고정자(100)의 전면부와 후면부에 위치하게 되며, 폐구부가 고정자(100)의 중앙홀(101) 측에 위치하도록 한다.

이때, 방열핀(120)은 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)으로 이루어져, 상기 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)이 고정자(100)에 방사형으로 배치되도록 하여 냉각 성능을 향상시키는 동시에 발전기 작동 시 주변 부품과의 간섭을 회피할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)으로 이루어진 방열핀(120)의 폐구부에는 복수의 삽입홈(121)이 형성되어 이하 기술하게 될 제2히트파이프(130)가 삽입될 수 있게 한다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2히트파이프(130)는 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시킬 수 있게 하는 것으로, 다수의 방열핀(120)에 형성된 삽입홈(121)에 수직방향으로 삽입된다.

한편, 방열핀(120)에 삽입홈(121)이 형성되므로 상기 방열핀(120)을 이루는 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)에도 삽입홈(121)이 형성되는 것은 당연하다. 다만 상기 삽입홈(121)은 상기 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)에 각각 2개씩 형성되도록 한다.

이때, 제2히트파이프(130)는 4개 구비되도록 하여 고정자(100)의 좌측부 방열핀(120)의 삽입홈(121)에 두 개의 제2히트파이프(130)가 삽입되고, 고정자(100)의 우측부 방열핀(120)의 삽입홈(121)에 또 다른 두 개의 제2히트파이프(130)가 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 제2히트파이프(130)의 양 끝단은 굴절 형성되도록 하며, 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면 좌측부와 우측부에는 각각 2개씩 고정홀(102)이 형성되도록 하여 방열핀(120)의 삽입홈(121)에 삽입된 제2히트파이프(130)의 중단부를 제외한 양 끝단이 상기 고정홀(102)에 삽입되어 고정될 수 있게 하는 것이 좋다.

한편, 고정자(100)의 전면부와 후면부에는 고정홀(102)과 연결되는 방출홀(103)이 형성되도록 하여 상기 고정자(100)의 고정홀(102)에 삽입된 제2히트파이프(130)를 통해 전달된 열이 상기 방출홀(103)을 통해 외부로 방출될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

여기서, 제2히트파이프(130)는 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 구비된 방열핀(120)에 삽입될 수 있게 원호 형상으로 이루지도록 하되, 상술한 바와 같이 삽입홈(121)이 형성된 방열핀(120)이 고정자(100)의 내주면에 방사형으로 구비되어 다수의 방열핀(120)에 의해 다수의 삽입홈(121)이 그루브 형상으로 이루어져 원호 형상의 제2히트파이프(130)가 그루브 형상으로 이루어진 다수의 삽입홈(121)에 삽입되는 것이 가능하게 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석용 발전기의 회전자(10)에 삽입되는 고정자(100)와, 상기 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시킬 수 있게 하기 위해 상기 고정자(100)의 전면부에 삽입되는 제1히트파이프(110)와, 상기 고정자(100)의 중앙홀(101) 내주면에 다수개 구비되어 권선조립체(100a)의 발열 현상을 저하시키고 냉각 성능을 향상시키는 방열핀(120)과, 상기 고정자(100)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 냉각시킬 수 있게 하기 위해 다수의 방열핀(120)에 삽입되는 제2히트파이프(130)로 이루어져, 영구자석 발전기에서 냉각성능 저하의 문제를 해결하여 발전기의 효율을 향상시킬 수 있게 하기 위한 것이다.

우선, 고정자(100)는 발전기의 권선조립체(100a) 표면으로부터 발생되는 열을 효과적으로 냉각시키기 위해 열전달 성능이 우수한 제1히트파이프(110)를 상기 고정자(100)에 압입시켜 상기 고정자(100) 내부의 열을 외부로 배출될 수 있게 하여 냉각 효과를 향상시키고 발전기의 전기적 특성을 손상시키지 않음으로 인해 고효율의 냉각 효과를 달성할 수 있게 한다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 고정자(100)에는 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)으로 이루어진 방열핀(120)이 방사형으로 배치되어 상기 고정자(100)로부터 발생되는 열을 상기 방열핀(120)을 통해 냉각시킬 수 있게 한다.

한편, 소형방열핀(120a)과 대형방열핀(120b)으로 이루어진 방열핀(120)에는 복수의 삽입홈(121)이 형성되어 다수의 제2히트파이프(130)가 삽입될 수 있게 하여 발전기의 회전자(10)에서 발생하는 고온의 열원이 고정자(100)로 전달되는 것을 냉각시킬 수 있게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 영구자석 발전기는 엔진 전면에 부착된 회전자(10)의 회전운동에너지를 변환하여 전력을 생산하기 위한 것으로, 회전자(10)의 내경부를 가공하여 전력 발전 시 필요한 N극 영구자석(21) 및 S극 영구자석(22)을 부착한 회전자(10)와, 상기 회전자(10)에 조립되는 고정자(100)로 이루어지며, 상기 고정자(100)에는 발전기에서 발생되는 열을 원활히 냉각하기 위해 중앙홀(101) 내주면에 다수 구비되도록 한다.

또한, 발전기에서 가장 많은 열원이 방출되는 고정자(100)에는 다수의 히트파이프가 적용되어 냉각 성능을 향상시키며, 이로 인해 발전기의 효율을 향상시킬 수 있게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자는 중앙홀이 형성되어 영구자석 발전기의 회전자에 삽입되는 고정자로서, 상기 고정자의 전면부에 구비되는 제1히트파이프와; 상기 고정자의 중앙홀 내주면에 구비되며, 일단에는 삽입홈이 형성된 다수의 방열핀과; 상기 방열핀의 삽입홈에 삽입되는 제2히트파이프로 구성되어 다수의 열 냉각 부품이 구비되도록 하여 냉각 효율을 증대시키며, 또한 발전기 전체의 온도 상승 저감과 발전 시스템 및 주변 제반 장치의 고온 신뢰성을 향상시켜 효율성과 상품성을 증대시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 회전자 100 : 고정자
101 : 중앙홀 110 : 제1히트파이프
120 : 방열핀 121 : 삽입홈
130 : 제2히트파이프

Claims (9)

1. 중앙홀이 형성되어 영구자석 발전기의 회전자에 삽입되는 고정자로서,
   상기 고정자의 전면부에 구비되는 제1히트파이프와;
   상기 고정자의 중앙홀 내주면에 구비되며, 일단에는 삽입홈이 형성된 다수의 방열핀과;
   상기 방열핀의 삽입홈에 삽입되는 제2히트파이프;를 포함하며,
   상기 방열핀은 소형방열핀과 대형방열핀으로 이루어져 상기 고정자에 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 소형방열핀과 대형방열핀에는 상기 삽입홈이 복수개 형성되며, 상기 삽입홈에 삽입되는 제2히트파이프가 복수개 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2히트파이프의 양 끝단은 굴절 형성되며, 상기 고정자의 중앙홀 내주면 좌측부와 우측부에는 고정홀이 복수개 형성되도록 하여 상기 제2히트파이프의 양단이 상기 고정홀에 삽입 고정될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 고정자의 전면부와 후면부에는 상기 고정홀과 연결되는 방출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1히트파이프는 고정자의 전면부에 원주방향으로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1히트파이프는 L자 형상으로 성형되며, 상기 고정자의 전면부에는 삽입구가 형성되어 상기 제1히트파이프가 상기 삽입구에 억지끼움 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2히트파이프는 원호 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.
   
9. 청구항 3 또는 청구항 8에 있어서,
   복수의 삽입홈이 형성된 방열핀이 고정자의 중앙홀 내주면에 방사형으로 구비되어 연속된 복수의 삽입홈은 그루브 형상으로 이루어져, 원호 형상의 제2히트파이프가 그루브 형상으로 이루어진 복수의 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 영구자석 발전기의 고정자.

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