KR101399579B1

KR101399579B1 - 휴대용 소형발전기

Info

Publication number: KR101399579B1
Application number: KR1020120114924A
Authority: KR
Inventors: 양성식
Original assignee: 천복기계 (주)
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-05-27
Also published as: KR20140048679A; WO2014061944A1

Abstract

본 발명의 목적은 외주연에 일정 간격을 이루게 코일을 감은 보빈을 끼운 후, 투자율이 높은 재질의 슈(shoe)를 끼워 고정자 철심의 극을 완성함에 의해 영구자석발전기의 초기 기동토르크를 줄일 수 있게 한 휴대용 소형발전기를 제공한다.

Description

휴대용 소형발전기{Portable generator}

본 발명은 휴대용 소형발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층 조립된 고정자철심의 극에 코일을 감은 보빈을 끼운 후, 투자율이 높은 재질의 슈(shoe)를 끼워 극을 완성함에 의해 영구자석발전기의 초기 기동토르크를 줄일 수 있게 한 휴대용 소형발전기에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석 발전기라 함은 영구자석을 써서 필요한 자기력선속을 얻는 발전기를 말한다. 이러한 영구자석 발전기는 본 출원인에 의해 하기 문헌의 표시와 같이 공개되어 있다.

도 17a와 도 17b에는 기존에 다극 내부의 고정자 철심을 설치하는 일예가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 기존의 다극 내부 고정자 철심(12)은, 코일(12a)을 외부에서 감아서 끼우던지, 코일(12a)을 감는 기계침이 들어가야 하므로 스로트의 면적이 커야하고, 스로트의 열림 부분도 커져야 한다. 따라서 철심이 그에 따라 커져서 휴대용으로 가볍고 소형화가 어려웠다.

따라서 기존의 영구자석 발전기는 권선형에 비해서 효율이 높고 소형화가 가능하다는 이점을 제공하지만, 발전 용량을 키우려면 자석이 커져야만 하는 단점이 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0915621호, 영구자석 발전기. 대한민국 특허 등록번호 제10-1106719호, 영구자석을 이용한 발전기. 대한민국 특허 등록번호 제10-0966366호, 영구자석을 이용한 발전기와 전동기 및 그의 출력 조정방법.

본 발명의 목적은 외주연에 일정 간격을 이루게 코일을 감은 보빈을 끼운 후, 투자율이 높은 재질의 슈(shoe)를 끼워 고정자 철심의 극을 완성함에 의해 영구자석발전기의 초기 기동토르크를 줄일 수 있게 한 휴대용 소형발전기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중심축을 갖는 회전원판의 외주연에 영구자석들과 회전자극들이 회전반경을 따라 상호 교호적으로 설치된 회전자와 상기 회전자의 내주면으로 인접하게 동심원을 이루도록 설치됨과 아울러 외주연에는 상기 영구자석들과 회전자극들과의 상호간에 전기적 흐름을 유도하는 코일이 권선된 고정자로 이루어진 전기발전부를 포함하여 구성되며, 상기 고정자는 회전반경을 따라 일정 간격으로 코일이 감긴 보빈을 끼운 다음 슈(shoe)를 끼워 조립함에 의해 극을 완성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전기발전부가 설치될 수 있는 소정 공간을 갖는 케이싱; 상기 케이싱에 설치되는 전기발전부에서 전기를 발생하도록 상기 회전자를 회전시킬 수 있게 상기 고정자의 내부에서 상기 중심축에 결합된 선기어와 상기 선기어를 회전시키기 위한 2단의 유성기어들과 상기 유성기어들을 회전시키기 위한 링기어로 이루어진 유성기어부; 및 상기 유성기어부를 회전시킬 수 있게 상기 링기어에 결합되며, 내주면에는 톱니형상의 기어치(齒)가 형성된 래칫기어와 상기 래칫기어를 일정한 방향으로는 회전되게 하면서 반대 방향으로 돌리려고 하면 상기 기어치(齒)에 걸려서 돌아가지 않게 인장스프링에 의해 소정 텐션을 갖게 설치된 걸고리와 상기 걸고리가 외측부에 설치되는 걸고리기어와 상기 걸고리기어를 회전시킬 수 있는 랙기어와 상기 랙기어가 고정됨과 아울러 상기 중심축으로부터 이격된 위치에서 회전중심부를 갖도록 상기 케이싱에 설치된 손잡이와 상기 손잡이에 소정 텐션을 부여할 수 있게 설치된 텐션스프링으로 이루어진 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 상기 전기발전부와 전기적으로 연결되어 전기발전부에서 발생하는 전기를 외부로 출력할 수 있게 외부기기 혹은 축전지와 접속하기 위한 커넥터(Connector)를 갖는 전기회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 외주연에 일정 간격을 이루게 코일을 감은 보빈을 끼운 후, 투자율이 높은 재질의 슈(shoe)를 끼워 고정자 철심의 극을 완성함에 의해 영구자석발전기의 초기 기동토르크를 줄일 수 있게 한 효과를 부여하고, 또한 영구자석발전기의 소형화를 가능하게 하며, 또 발생된 전기를 충전시켜 다양한 에너지원으로 사용할 수 있게 하는 효과를 창출할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기의 구조를 나타낸 도면이고,
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 전기발전부(120)의 회전자(122)를 나타낸 정면도와 측단면도이고,
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 전기발전부(120)의 고정자(124)를 나타낸 정면도와 측단면도이고,
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 전기발전부(120)의 회전자(122)와 고정자(124)가 결합된 상태를 나타낸 정면도와 측단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 유성기어부(130)를 나타낸 도면이고,
도 6은 도 5표시의 유성기어부(130)가 전기발전부(120)와 결합된 상태를 나타낸 도면이고,
도 7은 도 5표시의 유성기어부(130)에 구비되는 링기어(136)의 측단면도이고,
도 8a와 도 8b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 래칫기어(142)를 나타낸 정면도와 측단면도이고,
도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 래칫기어(142)와 유성기어부(130)의 링기어(136)가 상호 결합되는 상태를 나타낸 측단면도이고,
도 10a와 도 10b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 걸고리기어(146)를 나타낸 정면도와 측단면도이고,
도 11a와 도 11b는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 걸고리(144)를 나타낸 정면도와 측면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 걸고리(144)가 인장스프링(143)에 의해 걸고리기어(146)에 소정 텐션을 갖도록 설치된 상태를 나타낸 도면이고,
도 13a와 도 13b는 도 12표시의 걸고리기어(146)가 래칫기어(142)에 결합되어 작동되는 상태를 나타낸 도면이고,
도 14는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 구비되는 구동부(140)의 랙기어(147)가 고정된 손잡이(148)를 나타낸 도면이고,
도 15a ~도 15c는 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기에 의해 전기를 발생할 수 있게 손잡이(148)를 작동하는 상태를 순차적으로 나타낸 도면이고,
도 16은 도 15c표시의 측단면도이고,
도 17a와 도 17b는 기존에 다극 내부의 고정자 철심을 설치하는 일예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 전기발전부(120)를 구비하고 있다. 이 전기발전부(120)는 회전자(122)와 고정자(124)로 이루어진다.

상기 회전자(122)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 중심축(121)을 갖는 회전원판(122a)의 외주연에 영구자석(123a)들과 회전자극(123b)들이 회전반경을 따라 상호 교호적으로 설치되고, 상기 고정자(124)는 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 회전자(122)의 내주면으로 인접하게 동심원을 이루도록 설치됨과 아울러 외주연에는 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 영구자석(123a)들과 회전자극(123b)들과의 상호간에 전기적 흐름을 유도하는 코일(125b)이 권선된 보빈(125a)들이 회전반경을 따라 일정 간격으로 설치된다.

이와 같은 전기발전부(120)는 자기저항의 변화를 줄여서 기동시 토르크를 낮추기 위하여 고정자의 극에 슈(shoe)를 끼워 영구자석발전기의 초기 기동 토르크를 줄였다. 또한 코킹을 줄여서 발전기를 회전시키는 느낌을 좋게하고, 또한 코일 보빈을 눌러서 코일보빈의 진동을 줄인다. 즉, 도 3a와 도 3b표시와 같이 적층 조립된 고정자철심의 극에 코일(125b)을 감은 보빈(125a)을 끼운 후, 투자율이 높은 재질의 슈(126)를 끼워 극을 완성하였다. 또한, 스큐(skew)한 회전자와 함께 조립하여 회전시 자기저항의 변화를 적게 하여 코킹토르크를 낮추어 휴대용 발전기의 초기기동력을 적게 하여 쉽게 돌릴 수 있도록 한 장점을 갖는다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 소정 공간을 갖는 케이싱(110)을 구비하고 있다. 이 케이싱(110)은 손으로 파지하기 용이한 크기로 이루어짐이 좋다.

이와 같은 케이싱(110)의 내부에 상기 전기발전부(120)가 설치되며, 상기 전기발전부(120)에서 전기를 발생할 수 있게 유성기어부(130)와 구동부(140)가 구비된다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 유성기어부(130)를 구비하고 있다. 이 유성기어부(130)는 상기 전기발전부(120)에서 전기를 발생하도록 상기 회전자(122)를 회전시킬 수 있게 한 것이다.

이러한 유성기어부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 고정자(124)의 내부에서 상기 중심축(121)에 결합된 선기어(132)와 상기 선기어(132)를 회전시키기 위한 2단의 유성기어(134a,134b,134c)들과 상기 유성기어(134a,134b,134c)들을 회전시키기 위한 링기어(136)로 이루어진다.

이와 같은 유성기어부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 전기발전부(120)의 내부에 결합되어 상기 회전자(122)를 회전시킬 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 구동부(140)를 구비하고 있다. 이 구동부(140)는 상기 링기어(136)에 결합되어 유성기어부(130)를 회전시킬 수 있게 하는 구동력을 제공한다.

이와 같은 구동부(140)는 도 9a와 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 링기어(136)에 래칫기어(142)가 결합되는데, 상기 래칫기어(142)의 내경에는 톱니형상의 기어치(齒)가 형성되어 있다.

또한, 상기 래칫기어(142)를 일정한 방향으로는 회전되게 하면서 반대 방향으로 돌리려고 하면 상기 기어치(齒)에 걸려서 돌아가지 않게 하는 걸고리(144)가 인장스프링(143)에 의해 소정 텐션을 갖도록 설치된다.(도 13a와 도 13b참조)

이러한 걸고리(144)는 걸고리기어(146)의 외측부에 위치되게 설치되어, 상기 걸고리기어(146)의 회전여부에 따라 상기 래칫기어(142)를 일정한 방향으로는 회전되게 한다. 즉, 도 12a에 도시된 바와 같이 상기 걸고리(144)는 걸고리기어(146)의 외측으로 돌출되게 결합되며, 인장스프링(143)의 양단을 걸고리(144)와 걸고리기어(146)에 고정하여 상기 걸고리(144)에 소정텐션을 갖게 한다.

또한, 상기 걸고리기어(146)를 회전시키기 위한 랙기어(147)가 설치되는데, 상기 랙기어(147)는 도 14에 도시된 바와 같이 손잡이(148)에 고정되어 상기 손잡이(148)를 작동시키는 것에 의해 상기 랙기어(147)로 하여금 걸고리기어(146)를 회전되게 하며, 상기 걸고리기어(146)가 회전되면 상기 걸고리(144)에 의해 링기어(136)를 회전시켜 최종적으로 회전자(122)가 회전되게 한다.

이와 같은 랙기어(147)가 고정되는 손잡이(148)는 상기 회전자(122)에 구비되는 중심축(121)으로부터 이격된 위치에서 회전중심부를 갖도록 상기 케이싱(110)에 설치되고, 상기 손잡이(148)에 소정 텐션을 부여할 수 있게 텐션스프링(149)으로 지지된다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는 상기 전기발전부(120)와 전기적으로 연결되어 상기 전기발전부(120)에서 발생하는 전기를 외부로 출력할 수 있게 외부기기 혹은 축전지와 접속하기 위한 커넥터(Connector)를 갖는 전기회로부(미도시)를 구비된다.

본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는, 회전자(122)가 외부에 있고 고정자(124)가 내부에 있는 회전형 영구자석 발전기로서, 회전자(122)의 중심축(121)에 베어링을 매개체로 고정자(124)와 동심을 이루게 설치되고, 고정자(124)의 내부와 회전자(122)의 중심축(121) 사이에 유성기어부(130)를 내장하여 작은 공간에서 발전을 하도록 되어 있다.

또한, 상기 유성기어부(130)는 회전자(122)의 중심축(121)에 연결된 선기어(132)와 이를 돌려주는 2단의 유성기어(134a,134b,134c) 또 이를 돌려주는 링기어(136)로 이루어져, 상기 링기어(136)를 돌리면 유성기어(134a,134b,134c)와 선기어(132)를 통하여 회전자(122)가 회전하여 고정자(124)의 코일에 전기가 만들어져서 이를 전자회로를 통하여 전지를 충전할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 휴대용 소형발전기는, 도 15a와 같은 상태에서 사용가가 손잡이(148)를 손으로 누르면 도 15b와 도 15c와 같이 상기 손잡이(148)가 텐션스프링(149)에 의해 복원력을 가지면서 회전중심부를 지점으로 소정 각도만큼 회전되고, 상기 손잡이(148)에 고정된 랙기어(147)에 걸고리기어(146)가 맞물려 회전된다.

이와 같이 걸고리기어(146)가 회전되며 상기 걸고리기어(146)에 결합된 걸고리(144)가 래칫기어(142)를 걸고 회전시켜 주고, 상기 래칫기어(142)가 회전되면 상기 래칫기어(142)가 결합된 유성기어부(130)가 회전되면서 회전자(122)를 회전시켜 발전을 하게 된다.

또한, 상기 손잡이(148)에 가해졌던 힘을 빼면, 텐션스프링(149)에 의해서 손잡이(148)가 원위치로 복원되면서 상기 랙기어(147)에 의해 걸고리기어(146)는 반대 방향으로 히전되고, 상기 걸고리(144)가 래칫기어(142)로부터 빠져나와 헛돌게 된다.

따라서 본 발명의 발전기는 관성에 의해서 회전자가 계속 돌아 발전하게 되고, 다시 힘을 주면 반복적인 상태를 유지하게 된다.

110 - 케이싱 120 - 전기발전부
122 - 회전자 124 - 고정자
130 - 유성기어부 132 - 선기어
134 - 유성기어 136 - 링기어
140 - 구동부 142 - 래칫기어
144 - 걸고리 146 - 걸고리기어
147 - 랙기어 148 - 손잡이

Claims

중심축을 갖는 회전원판의 외주연에 영구자석들과 회전자극들이 회전반경을 따라 상호 교호적으로 설치된 회전자와 상기 회전자의 내주면으로 인접하게 동심원을 이루도록 설치됨과 아울러 외주연에는 상기 영구자석들과 회전자극들과의 상호간에 전기적 흐름을 유도하는 코일이 권선된 고정자로 이루어진 전기발전부; 및
상기 전기 발전부의 회전반경을 따라 일정 간격으로 코일이 감긴 보빈을 상기 고정자에 끼운 다음 극의 완성을 위해 상기 보빈에 끼워 조립하는 슈(shoe)를 포함하며;
상기 전기발전부가 설치될 수 있는 소정 공간을 갖는 케이싱을 구비하고, 상기 케이싱에 설치되는 전기발전부에서 전기를 발생하도록 상기 회전자를 회전시킬 수 있게 상기 고정자의 내부에서 상기 중심축에 결합된 선기어와 상기 선기어를 회전시키기 위한 2단의 유성기어들과 상기 유성기어들을 회전시키기 위한 링기어로 이루어진 유성기어부; 및
상기 유성기어부를 회전시킬 수 있게 상기 링기어에 결합되며, 내주면에는 톱니형상의 기어치(齒)가 형성된 래칫기어와 상기 래칫기어를 일정한 방향으로는 회전되게 하면서 반대 방향으로 돌리려고 하면 상기 기어치(齒)에 걸려서 돌아가지 않게 인장스프링에 의해 소정 텐션을 갖게 설치된 걸고리와 상기 걸고리가 외측부에 설치되는 걸고리기어와 상기 걸고리기어를 회전시킬 수 있는 랙기어와 상기 랙기어가 고정됨과 아울러 상기 중심축으로부터 이격된 위치에서 회전중심부를 갖도록 상기 케이싱에 설치된 손잡이와 상기 손잡이에 소정 텐션을 부여할 수 있게 설치된 텐션스프링으로 이루어진 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 소형발전기.
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