KR101464368B1 - 발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기에 전동기를 별도로 연결하지 않고도 발전기의 회전자를 회전시킬 수 있도록 하는 발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발전기는, 고정자와, 상기 고정자의 내부에 위치한 회전자를 포함하고, 상기 회전자에 권선된 코일의 양단이 서로 연결되어 단락된 상태로 형성되고 상기 고정자에 권선된 코일에 전압이 인가되면 상기 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되어 상기 회전자가 회전축을 중심으로 회전되도록 한다.

Description

발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기{OPERATION METHOD OF GENERATOR ROTOR AND THE GENERATOR THEREOF}

본 발명은 발전기 회전자 구동방법에 관한 것으로서, 특히 발전기에 전동기를 별도로 연결하지 않고도 발전기의 회전자를 회전시킬 수 있도록 하는 발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로서, 크게 고정자(stator)와 회전자(rotor)로 구분된다. 고정자는 발전기에서 고정된 부분으로서 권선을 지지하는 철심과 철심을 부착하는 프레임으로 이루어지고, 회전자는 고정자에 대해 회전하는 부분으로서 주축, 철심, 전선 등으로 구성된다.

발전기에서 회전자는 고정자 내에서 회전축을 중심으로 회전함으로써 고정자에 유도전원을 인가하도록 한다. 이때, 회전자가 회전할 때 고정자의 내부에 정확히 위치하도록 마그네틱 센터를 유지하는 것이 중요하다. 만약, 회전자가 회전시에 고정자로부터 회전축의 길이방향으로 이동하도록 설계되어 마그네틱 센터가 틀어지게 되면 불평형이 발생되어 베어링이나 케이싱의 변동하중이 전달되어 진동의 원인이 되고 다른 장치와의 연결에도 문제가 되므로 회전자의 평형을 유지하는 것이 중요하다.

따라서 발전기를 제조함에 있어 고정자에 대한 회전자의 위치, 즉 마그네틱 센터가 평형을 이루는지를 검사하는 공정이 반드시 필요하다. 이와 같이 발전기의 마그네틱 센터를 검사하기 위해서는 발전기를 구동, 즉 발전기의 회전자를 회전시켜야 하는데 종래에는 발전기 구동을 위하여 전동기를 이용한다. 이는 발전기에 전동기를 연결하여 전동기의 구동에 의해 발전기를 구동하는 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 발전기의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래기술에서는 발전기를 전동기(미도시)에 연결하고 전동기의 모터구동으로 인해 발전기에서 여자기(10)의 회전자(11)를 구동하여 여자기의 고정자(12)로 전압을 유도하고 여자기(10)의 고정자(12)로부터 출력되는 전류는 정류기(13)를 거쳐 발전기(20)의 메인 회전자(21)로 입력된다. 이러한 입력전류에 의해 발전기(20)의 메인 회전자(15)는 회전하여 발전기(20)의 메인 고정자(22)에 전압을 유도하여 출력단자(30)를 통해 부하(40)로 부하전류(41)를 출력하도록 한다.

이와 같이, 종래기술에서는 발전기의 마그네틱 센터를 검사하기 위해 발전기를 구동해야 하는데 발전기가 단독으로 구동할 수 없으므로 발전기에 전동기를 반드시 연결해서 전동기의 구동에 의해 발전기를 구동시키도록 하였다. 하지만, 이를 위하여 종래에는 전동기와 발전기를 커플링 작업하여 얼라이먼트를 맞춘 후 발전기를 구동시켜야 하는데, 이러한 작업에는 많은 인력과 시간이 소비되고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 발전기의 회전자를 구동할 때 별도의 전동기를 발전기에 연결하지 않고도 발전기 자체만으로 회전자를 단독 회전시킬 수 있도록 하는 발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명에서는 추가적인 장치 없이 발전기의 회전자를 회전시켜 해당 발전기에서 마그네틱 센터 검사를 쉽고 간편하게 실시할 수 있도록 하는 발전기 회전자 구동방법 및 그 발전기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전기의 회전자 구동방법은,

발전기에서 회전자 코일의 양단을 연결하여 단락시키는 제1단계; 상기 발전기의 고정자 코일에 전압을 인가하는 제2단계; 상기 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되어 상기 회전자가 회전축을 중심으로 회전되도록 하는 제3단계; 상기 회전자의 회전에 따라 상기 회전자의 회전축으로부터 상기 고정자의 외부로 연장된 샤프트에 기준위치를 설정하는 단계; 초기에 상기 기준위치를 지시하도록 표식부를 셋팅하는 단계; 및 상기 회전자의 회전에 따라 상기 표식부에서 지시하는 위치와 상기 기준위치 간의 차이를 이용하여 마그네틱 센터를 검사하는 단계; 를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제2단계는, 상기 발전기에서 부하단과 연결되는 출력단자를 통해 상기 고정자 코일에 전압을 인가한다.

본 발명에서, 상기 기준위치는 상기 회전자와 고정자 간의 상기 마그네틱 센터가 일치할 때의 위치를 나타낸다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전기는,

고정자; 상기 고정자의 내부에 위치한 회전자; 상기 회전자의 회전축에 연결되어 상기 고정자 외부로 연장되는 샤프트; 상기 샤프트에 설치되어 상기 고정자에 대하여 상기 샤프트의 회전이 가능하도록 하기 위한 베어링 유닛; 및 상기 베어링 유닛에 고정 설치되어 상기 베어링 유닛에 대한 상기 샤프트의 길이방향의 이동 정도를 표시하기 위한 표식부; 를 포함하고, 상기 회전자에 권선된 코일의 양단이 서로 연결되어 단락된 상태로 형성되고 상기 고정자에 권선된 코일에 전압이 인가되면 상기 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되어 상기 회전자가 회전축을 중심으로 회전되도록 한다.

본 발명에서, 상기 발전기로부터 부하단과 연결되는 출력단자를 통해 상기 고정자 코일에 전압이 인가된다.

본 발명에서, 상기 표식부는 초기에 상기 고정자와 회전자 간의 마그네틱 센터가 일치할 때의 기준위치에 셋팅되고 상기 기준위치에 대하여 상기 표식부에서 지시하는 위치가 상기 발전기의 마그네틱 센터의 어긋남 정도를 나타낸다.

본 발명에 의하면 발전기의 회전자를 회신시기 위해 전동기를 별도로 연결하지 않기 때문에 전동기 연결 및 분리에 따른 인력 및 시간을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 발전기 자체만으로 단독 구동이 가능하므로 빠른 시간 내에 발전기의 성능을 평가할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 발전기에서 마그네틱 센터를 쉽고 간편하게 검사할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 의하면 발전기의 단독 운전이 가능하므로 순수 발전기 자체의 전류, 전력 등의 무효분 측정이 가능하여 발전기의 효율 산정에 필요한 기계손 측정이 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 발전기의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 회전자의 내부결선도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 마그네틱 센터에 따른 표식부의 표시위치 변화를 설명하기 위한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 발전기의 회전자의 회전방법을 보인 흐름도.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 회로도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 회전자의 내부결선도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발전기(100)에는 고정자(110)에 연결된 출력단자(130)를 통해 전원부(140)가 연결된다. 이러한 전원부(140)는 출력단자(130)를 통해 고정자(110)에 전압을 인가하도록 한다. 이때, 통상적인 발전기의 출력시에는 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 출력단자(130)에 부하(30)가 연결되어 발전기(100)의 고정자(110)로부터 부하전류가 해당 부하(30)로 출력된다. 즉, 발전기(1000)에서 생성된 전압을 부하로 전달하는 역할을 한다. 그러나 본 실시 예에서는 출력단자(130)에 부하(30)와의 연결이 분리되고 그 대신에 전원부(140)가 연결되어 해당 출력단자(130)를 통해 전원부(140)로부터 전압을 발전기(100)의 고정자(110)로 인가하도록 하는 것이다. 이로써 공급전류(141)가 고정자(110)으로 인가되는 것이다. 본 실시 예에서 인가전압은 예컨대 3상 교류전압이다.

또한, 본 발명에 따른 발전기(100)에서는 회전자(120)에 권선된 코일의 양단이 연결(150)되어 회전자 코일이 단락된 상태로 구현된다. 다시 말하면, 도 1의 종래기술에서와 같이 회전자(21)에 권선된 코일의 양단이 정류기(13)에 연결되어 있을 때, 그 회전자 코일의 양단을 서로 연결하여 단락되도록 한다. 이로써 본 실시 예에서 회전자(120)의 권선코일은 자체적으로 폐회로를 형성하게 된다. 도 3에는 회전자(120)의 내부결선도에 대한 일례가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 발전기(100)의 회전자(120) 코일의 양단을 서로 연결(150)함으로써 내부적으로 단락(short)되도록 한다.

이와 같이 구현된 발전기(100)에서, 상기한 바와 같이 전원부(140)에서 전압이 발전기(100)의 고정자(110)로 인가되면 그 인가전압에 의해 고정자(110)의 권선 주변에 자기장이 형성되고 이러한 자기장에 의해 회전자(120)에 유도전류가 발생된다. 이러한 유도전류는 시간적으로 변화하는 전자계를 부여함으로써 도체에 유도되는 전류로서 고정자(110)의 권선코일에 인가된 전압에 의한 자기장에 의해 회전자(120)의 권선코일에 유도되는 전류이다. 이로써, 회전자(120)의 권선코일에 전류가 흐르게 되면 플레밍의 왼손법칙에 따라 회전자(120)는 고정자(110)의 내부에서 그 회전축을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 발전기(100)에서는 회전자(120)가 회전축을 중심으로 회전하게 되면 회전자(120)는 주변에 형성된 전자계장의 작용에 의해 고정자(110)의 내부의 중심으로 찾아가게 된다. 만약, 발전기가 이상적으로 설계된 경우라면 회전자(120)가 회전하는 동안 회전자(120)는 고정자(110)의 중심으로 찾아가게 된다. 즉, 회전자(120)와 고정자(110) 간의 마그네틱 센터가 맞아떨어지는 것이다. 하지만 설계상의 오류, 제조과정에서의 변수 등 다양한 원인에 의해 회전자(120)가 고정자(110) 간의 마그네틱 센터가 틀어질 수가 있다. 이에 발전기(100)의 검사현장에서는 이러한 마그네틱 센터가 틀어졌는지를 검사하는 검사과정을 거치게 된다. 이와 같이 마그네틱 센터 검사를 위해서는 우선 회전자(120)를 회전시켜야 한다. 따라서 본 발명에서는 전동기 없이 발전기의 회전자를 자체적으로 회전시키도록 하는 것이다.

이러한 본 발명의 구성에 의해 고정자(110) 및 회전자(120)에서 유도전류의 방향도 종래기술(도 1)과 다르다. 즉, 본 발명에서는 도 2에서와 같이 고정자(110)로부터 회전자(120)로 유도전류가 발생하지만, 종래기술에서는 회전자(120)에서 고정자(110)로 유도전류가 발생하도록 한다. 또한, 본 발명에서는 고정자(110)의 3상 권선에서의 전류흐름도 종래기술과 반대방향이 됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 개략적인 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발전기(100)는 원통형의 고정자(110)의 내부에 회전자(120)가 위치된다. 회전자(120)의 회전축에는 그 회전축이 고정자(110)의 외부로 연장되도록 하는 샤프트(210)가 연결된다. 이때, 샤프트(210)의 일 부분에는 베어링 유닛(220)이 설치되어 고정자(110)과 결합되도록 한다. 본 실시 예에서 베어링 유닛(220)은 예컨대 슬리브 베어링을 포함한다. 이러한 슬리브 베어링은 고정된 고정자(120)에 대해 샤프트(210)를 중심축으로 회전자(120)가 회전가능하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 회전자(120)가 회전함에 따라 그 회전자(120)의 회전축에 고정된 샤프트(210)가 베어링 유닛(220)에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 발전기(100)에는 베어링 유닛(220)의 일측에 표식부(230)가 고정설치된다. 이러한 표식부(230)는 베어링 유닛(220)을 기준으로 샤프트(210)의 길이방향의 이동정도를 표시하기 위한 것이다. 즉, 고정된 베어링 유닛(220)에 대한 상기 샤프트(210)가 회전자(120)의 회전축의 길이방향으로 얼마나 이동하였는지를 표시하기 위한 것이다. 구체적으로, 표식부(230)는 초기에 회전자(120)가 회전축의 길이방향으로 고정자(110)의 내부에 정확하게 위치할 때의 회전자의 위치에 셋팅된다. 이로써, 표식부(230)에서 표시되는 회전자의 위치와 상기 초기에 셋팅된 위치 간의 차이가 회전자(120)와 고정자(110) 간의 마그네틱 센터의 차이가 되도록 한다. 이를 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 마그네틱 센터에 따른 표식부의 표시위치 변화를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시 예에서 회전자(120)에 연결된 샤프트(210)에는 기준위치(P)가 표시된다. 표식부(230)는 초기에 이러한 기준위치(P)에 셋팅된다. 이때, 상기 기준위치(P)는 회전자(120)가 회전할 때 그 회전자(120)의 위치가 고정자(110)의 내부에 정확하게 위치할 때의 기준이 되는 위치이다. 즉, 도 5의 (a)와 같이 고정자(110)와 회전자(120) 간의 마그네틱 센터가 정확히 맞을 때의 위치가 되는 것이다. 따라서 표식부(230)가 그 기준위치(P)를 표시하는 것은 회전자(120)가 고정자(110)의 내부에 정확히 위치함을 의미하는 것이다. 이러한 기준위치(P)는 예컨대 발전기의 설계시에 제공될 수 있다.

여기서, 도 5의 (b)와 같이 회전자(120)가 회전하면서 회전자(120)의 위치가 샤프트(210)의 길이방향, 즉 회전축의 길이방향으로 이동하는 경우, 기준위치(P)는 표식부(230)로부터 멀어지게 되고 표식부(230)는 다른 위치를 표시하게 된다. 이때, 표식부(230)에서 표시되는 위치와 초기에 셋팅된 기준위치 간의 차이(L)가 회전자(120)와 고정자(110) 간의 마그네틱 센터의 차이(L)를 나타내게 된다. 이러한 차이를 통해 마그네틱 센터를 검사할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 발전기 회전자의 회전방법을 보인 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 발전기 회전자의 구동방법은 발전기(100)에서 회전자(120)의 코일 양단을 서로 연결하여 단락된 형태로 유지한다(S101). 이러한 단락은 소정의 기계적/전기적 장치(미도시)를 이용하여 자동 또는 수동으로 구현할 수 있다. 특히, 본 실시 예에서 이러한 단락은 통상적인 발전기에서 회전자와 여자기의 고정자 간에 형성되는 정류기의 전단에서 이루어짐이 바람직하다.

이처럼 회전자(120)의 코일이 단락된 상태에서 발전기(100)의 고정자(110)의 코일에 전압을 인가한다(S103). 여기서, 발전기(100)의 고정자(110) 코일에 출력단자(130)를 통해 부하가 연결된 상태에서 출력단자(130)와 부하의 연결을 분리하고, 그 출력단자(130)에 전원부(140)를 연결하도록 함으로써 그 전원부(140)로부터 출력단자(130)를 통해 고정자 코일에 전압을 인가하도록 한다.

계속해서, 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되도록 하여(S105), 유도전류에 의해 회전자(120)가 회전축을 중심으로 회전되도록 한다(S107).

이와 같은 방법으로 발전기에서 회전자를 회전시킬 수 있다. 이는 발전기에 전동기를 연결하지 않고도 발전기 자체만으로 회전자를 회전시키는 것이다.

또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명에서는 추가적으로 발전기(100)의 회전자(120)가 회전함에 따라 회전축의 길이방향으로 이동하는 정도에 따라 회전자(120)과 고정자(110) 간의 마그네틱 센터를 측정할 수 있다. 이를 위하여 상기 S107 단계 이후에 회전자(120)가 회전하게 되면 회전자(120)의 회전축에 연결된 샤프트(210)에 표시된 기준위치(P)와 상기 샤프트(210)가 회전축의 길이방향으로 이동한 위치 간의 차이(L)를 이용하여 마그네틱 센터를 검사할 수 있다.

상기한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110 : 고정자 120 : 회전자
130 : 출력단자 140 : 전원부
210 : 샤프트 220 : 베어링 유닛
230 : 표식부

Claims (6)

1. 발전기에서 회전자 코일의 양단을 연결하여 단락시키는 단계;
   상기 발전기의 고정자 코일에 전압을 인가하는 단계; 및
   상기 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되어 상기 회전자가 회전축을 중심으로 회전되도록 하는 단계;
   상기 회전자의 회전에 따라 상기 회전자의 회전축으로부터 상기 고정자의 외부로 연장된 샤프트에 기준위치를 설정하는 단계;
   초기에 상기 기준위치를 지시하도록 표식부를 셋팅하는 단계; 및
   상기 회전자의 회전에 따라 상기 표식부에서 지시하는 위치와 상기 기준위치 간의 차이를 이용하여 마그네틱 센터를 검사하는 단계; 를 포함하는 발전기 회전자 구동방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 발전기에서 부하단과 연결되는 출력단자를 통해 상기 고정자 코일에 전압을 인가하는 발전기 회전자 구동방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기준위치는 상기 회전자와 고정자 간의 상기 마그네틱 센터가 일치할 때의 위치를 나타내는 발전기 회전자 구동방법.
4. 고정자;
   상기 고정자의 내부에 위치한 회전자;
   상기 회전자의 회전축에 연결되어 상기 고정자 외부로 연장되는 샤프트;
   상기 샤프트에 설치되어 상기 고정자에 대하여 상기 샤프트의 회전이 가능하도록 하기 위한 베어링 유닛; 및
   상기 베어링 유닛에 고정 설치되어 상기 베어링 유닛에 대한 상기 샤프트의 길이방향의 이동 정도를 표시하기 위한 표식부; 를 포함하고
   상기 회전자에 권선된 코일의 양단이 서로 연결되어 단락된 상태로 형성되고 상기 고정자에 권선된 코일에 전압이 인가되면 상기 고정자 코일에 인가된 전압에 의해 상기 회전자 코일에 유도전류가 발생되어 상기 회전자가 회전축을 중심으로 회전되도록 하는 발전기.
5. 제4항에 있어서, 상기 발전기로부터 부하단과 연결되는 출력단자를 통해 상기 고정자 코일에 전압이 인가되는 발전기.
6. 제4항에 있어서, 상기 표식부는 초기에 상기 고정자와 회전자 간의 마그네틱 센터가 일치할 때의 기준위치에 셋팅되고 상기 기준위치에 대한 상기 표식부에서 지시하는 위치가 상기 발전기의 마그네틱 센터의 어긋남 정보를 나타내는 발전기.

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