KR101920890B1 - 발전기 및 발전기의 제어방법 - Google Patents

발전기 및 발전기의 제어방법 Download PDF

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KR101920890B1 KR1020180069831A KR20180069831A KR101920890B1 KR 101920890 B1 KR101920890 B1 KR 101920890B1 KR 1020180069831 A KR1020180069831 A KR 1020180069831A KR 20180069831 A KR20180069831 A KR 20180069831A KR 101920890 B1 KR101920890 B1 KR 101920890B1
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임현재
임해섭
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(주)성우테크
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Abstract

본 발명은 입력축에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계; 및 상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 제1제동부, 제2제동부, 및 제3제동부를 제어하여 제1로터, 제2로터, 및 제3로터 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계;를 포함하고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 어느 하나의 로터만을 회전시키고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상 상기 제1기준 값보다 크게 설정된 제2기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 두 개의 로터만을 회전시키며, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제2기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 발전기의 제어방법을 제공한다.

Description

발전기 및 발전기의 제어방법 {Generator and Control Method for the same}
본 발명은 입력되는 에너지의 크기에 따라 필요한 수의 발전모듈만을 작동시킴으로써 고효율을 유지 가능한 발전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로, 수력, 풍력, 조력 등에 의해 회전하는 임펠러의 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 장치가 그 일례이다.
발전기는 그 설계된 발전용량에 따라 적절한 크기의 입력이 요구되는데, 어떤 요인에 의해 입력이 기준에 미치지 못하면, 발전기는 발전을 중단하거나 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 이러한 문제점은 수력, 풍력, 조력 등 외부적인 환경 요인에 의해 입력 에너지의 크기가 쉽게 변화하는 신재생 에너지 분야에 두드러지게 나타난다.
따라서, 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전할 수 있을 뿐 아니라 높은 발전효율을 발휘하는 발전기의 개발이 요구되었다.
본 발명은 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전 가능한 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 효율이 높은 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 발전모듈로 구성되어 필요에 따라 각 발전모듈을 서로 결합하거나 분리 가능한 모듈형 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
외력에 의해 회전하는 입력축; 영구자석 또는 전자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 상기 입력축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부, 및 상기 제1로터의 회전을 제어하는 제1제동부가 구비된 제1발전모듈; 영구자석 또는 전자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 상기 제1변환부에 연결되어 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부, 및 상기 제2로터의 회전을 제어하는 제2제동부가 구비된 제2발전모듈; 및 영구자석 또는 전자석으로 구비된 제3자력형성부가 고정된 제3로터, 상기 제3로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제3코일이 구비된 제3스테이터, 상기 제2변환부에 연결되어 상기 제2변환부의 회전운동을 상기 제3로터의 회전운동으로 변환하는 제3변환부, 및 상기 제3로터의 회전을 제어하는 제3제동부가 구비된 제3발전모듈;을 포함하는 발전기의 제어방법에 있어서, 본 발명은 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계; 및 상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계;를 포함하고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 어느 하나의 로터만을 회전시키고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상 상기 제1기준 값보다 크게 설정된 제2기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 두 개의 로터만을 회전시키며, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제2기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 발전기의 제어방법을 제공한다.
상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 상기 제2코일에 전류가 공급되도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 제동하는 단계; 및 상기 제3코일에 전류가 공급되도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 제동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상 상기 제2기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및 상기 제3코일에 전류가 공급되도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 제동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제2기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및 상기 제3코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 회전 가능하게 하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 감지단계는 상기 입력축의 회전수를 감지함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
상기 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간을 주기로 상기 입력부에 공급되는 에너지량을 측정하는 제2감지단계;를 더 포함하고, 상기 제2감지단계는 상기 제1코일, 상기 제2코일, 및 상기 제3코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
상기 감지단계의 개시 전 상기 제1코일, 상기 제2코일, 상기 제3코일 각각에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 단계;를 더 포함하고, 상기 감지단계는 상기 제1코일, 상기 제2코일, 및 상기 제3코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
본 발명은 상기 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간을 주기로 상기 입력부에 공급되는 에너지량을 측정하는 제2감지단계;를 더 포함하고, 상기 발전단계는 상기 제2감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어할 수 있다.
외력에 의해 회전하는 입력축; 영구자석 또는 전자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 상기 입력축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부, 및 상기 제1로터의 회전을 제어하는 제1제동부가 구비된 제1발전모듈; 및 영구자석 또는 전자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 상기 제1변환부에 연결되어 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부, 및 상기 제2로터의 회전을 제어하는 제2제동부가 구비된 제2발전모듈;이 구비된 발전기의 제어방법에 있어서, 본 발명은 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계; 및 상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부 및 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제1로터 및 상기 제2로터 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계;를 포함하고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나만을 회전시키고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터 및 상기 제2로터을 모두 회전시키는 발전기의 제어방법을 제공한다.
상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전가능하게 하는 단계; 및 상기 제2코일에 전류가 공급되도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 제동하는 단계;를 진행하고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및 상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계;를 진행할 수 있다.
상기 감지단계는 상기 입력축의 회전수를 감지함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
본 발명은 상기 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간을 주기로 상기 입력부에 공급되는 에너지량을 측정하는 제2감지단계;를 더 포함하고, 상기 제2감지단계는 상기 제1코일 및 상기 제2코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
본 발명은 상기 감지단계의 개시 전 상기 제1코일 및 상기 제2코일 각각에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부 및 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 단계;를 더 포함하고, 상기 감지단계는 상기 제1코일 및 상기 제2코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단할 수 있다.
본 발명은 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전 가능한 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 효율이 높은 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다수의 발전모듈로 구성되어 필요에 따라 각 발전모듈을 서로 결합하거나 분리 가능한 모듈형 발전기 및 그 제어방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1과 도 2는 본 발명 발전기의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 발전기를 구성하는 각 발전모듈에 구비된 스테이터의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 발전기를 구성하는 각 발전모듈에 구비된 로터의 일례를 도시한 것이다.
도 5와 도 6은 발전기를 구성하는 각 발전모듈에 구비된 변환부의 일례를 도시한 것이다.
도 7과 도 8은 본 발명 발전기의 작동과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명 발전기의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명 발전기의 제어방법의 일례를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에 사용된 용어가 당해 용어의 일반적 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 발전기(100)는 풍력, 수력, 조력 등에 의해 회전하는 입력부(1), 상기 입력부(1)의 회전운동(기계적 에너지)을 전기적 에너지로 변환하는 제1발전모듈(2), 상기 제1발전모듈(2)을 통해 전달되는 상기 입력부(1)의 회전운동을 전기적 에너지로 변환하는 제2발전모듈(5), 상기 제2발전모듈(5)을 통해 전달되는 상기 입력부(1)의 회전운동을 전기적 에너지로 변환하는 제3발전모듈(8)을 포함한다.
상기 입력부(1)는 입력축(11), 상기 입력축에 고정되어 바람이나 물에 의해 회전하는 임펠러(13)로 구비될 수 있다. 따라서, 상기 임펠러(13)에 풍력, 수력, 또는 조력이 공급되면, 상기 입력축(11)은 상기 임펠러(13)에 의해 회전운동을 하게 될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1발전모듈(2)은 외관을 형성하는 제1하우징(21), 상기 제1하우징 내부에 고정된 제1스테이터(22), 상기 제1하우징 내부에 구비되어 회전 시 상기 제1스테이터(22)에 유도 기전력을 발생시키는 제1로터(24), 상기 입력축(11)에 연결되어 상기 입력축의 회전운동을 상기 제1로터(24)의 회전운동으로 변환하는 제1변환부(26)를 포함한다.
상기 제1하우징(21)은 전방면과 후방면이 개방된 실린더 형상의 제1하우징 바디(211)로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1스테이터(22)는 상기 제1하우징 바디(211)의 원주면에 고정되어 상기 제1하우징 바디 내부에 위치한다.
상기 제1하우징 바디(211)의 개방된 전방면은 제1전방커버(213)에 의해 폐쇄되고, 상기 제1하우징 바디(211)의 개방된 후방면은 제1후방커버(215, 도 6 참고)에 의해 폐쇄될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1스테이터(22)는 링 형상으로 구비되어 상기 제1하우징 바디(211)의 원주면에 고정되는 제1스테이터 바디(221), 상기 제1스테이터 바디(221)에서 상기 제1스테이터 바디(221)의 중심을 향해 돌출된 제1보빈(223), 상기 제1보빈(223)에 고정된 제1코일(225)을 포함한다.
상기 제1스테이터 바디(221) 및 상기 제1보빈(223)은 금속과 같은 전도체로 구비될 수 있다. 상기 제1보빈(223)은 상기 제1스테이터 바디(221)를 관통하는 홀의 원주면에서 상기 홀의 중심을 향해 돌출된 다수의 돌기로 구비될 수 있다. 상기 제1보빈(223)의 길이는 상기 홀의 반지름보다 짧게 설정되므로, 상기 제1스테이터 바디의 중심에는 다수의 제1보빈(223)에 의해 형성되는 제1스테이터 관통홀(222)이 구비된다.
상기 제1코일(225)은 상기 제1보빈(223)에 감김으로써 상기 제1스테이터 바디(221)에 고정될 수 있다. 상기 제1로터(24)의 회전 시 유도 전류가 발생할 수 있는 한 상기 제1코일(225)은 어떠한 재질로도 구비될 수 있는데, 구리와 같이 전도율 뛰어난 재질의 전도체로 구비됨이 바람직하다.
상기 제1로터(24)는 상기 제1스테이터 관통홀(222) 내부에서 회전 가능하게 구비되어야 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1로터(24)가 전방면과 후방면이 개방된 실린더 형상의 제1로터 바디(241) 및 상기 제1로터 바디(241)의 원주면에 고정된 다수의 제1자력형성부(247)로 구비될 경우, 상기 제1로터 바디(241)의 중심에서 상기 제1자력형성부(247)의 자유단까지의 거리는 상기 제1스테이터 관통홀(222)의 반지름보다 작게 설정되어야 한다.
상기 제1로터 바디(241)의 중심에는 제1로터 관통홀(242)이 구비되는데, 상기 제1로터 관통홀(242)이 형성하는 제1로터 바디(241)의 내측 원주면에는 제1링 기어(245)가 구비된다. 상기 제1링 기어(245)는 상기 제1발전모듈(2)의 길이방향(X축 방향, 제1로터 바디의 길이방향)에 평행한 다수의 기어 이(gear tooth)로 구비된다.
상기 제1자력형성부(247)는 상기 제1로터 바디(241)의 외측 원주면(제1스테이터 관통홀을 향하는 제1로터 바디의 일면)에 고정되어 자력을 형성하는 수단으로, 상기 제1자력형성부(247)는 상기 제1로터 바디(241)의 외측 원주면을 따라 배치된 다수 개의 영구자석 또는 다수 개의 전자석으로 구비될 수 있다.
상기 제1자력형성부(247)가 영구자석으로 구비될 경우, 각 영구자석은 서로 다른 자기극(magnetic pole)이 교번적(alternately)으로 노출되도록 상기 제1로터 바디(241)에 고정되어야 한다. 이와 달리, 상기 제1자력형성부가 다수의 전자석으로 구비될 경우, 제어부는 하나의 전자석의 자기극은 이웃하는 전자석의 자기극과 다르도록 전자석에 전류를 공급해야 한다.
나아가, 상기 제1자력형성부(247)가 전자석으로 구비될 경우, 상기 제1자력형성부(247)는 상기 제1로터 바디(241)에 착탈 가능하게 구비됨이 바람직하다. 제1발전모듈(2)의 발전량을 필요에 따라 조절할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 제1로터 바디(241)의 원주면에는 상기 제1자력형성부(247)가 착탈 가능하게 결합하는 다수의 제1슬롯(243)이 더 구비될 수 있다.
즉, 상기 제1자력형성부(247)가 지지바디 및 지지바디를 감싸는 코일로 구성된 전자석으로 구비될 경우, 상기 제1로터 바디(241)의 원주면에는 상기 지지바디가 착탈 가능하게 결합하는 다수의 제1슬롯(243)이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1슬롯들(243)은 상기 제1로터 바디(241)의 원주면을 따라 서로 동일한 간격으로 이격되도록 구비됨이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1변환부(26)는 상기 입력축(11)이 착탈 가능하게 연결되는 제1축(261), 상기 제1축에 의해 회전하는 제1태양기어(262), 상기 제1태양기어의 회전력을 상기 제1링 기어(245)에 전달하는 제1유성기어(263), 상기 제1유성기어(263)가 회전 가능하게 고정되며, 상기 제1축(261)과 동심축을 형성하는 제1케이지(C1)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1축(261)은 일단은 상기 입력축(11)에 연결되고, 타단은 상기 제1로터 관통홀(242) 내부에 위치한다. 상기 제1축(261)의 일단은 상기 제1전방커버(213)에 구비된 전방커버 관통홀(미도시)에 삽입되어 상기 제1하우징(21)의 외부에 노출된다. 상기 전방커버 관통홀에는 상기 제1축(261)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다. 상기 제1축(261)은 상기 입력축(11)과 동심축을 형성하도록 구비된다.
상기 제1케이지(C1)는 상기 제1로터 관통홀(242) 내부에서 회전 가능하게 구비되며, 상기 제1유성기어(263)는 상기 제1케이지(C1)에 회전 가능하게 고정된다.
상기 제1케이지(C1)는 상기 제1태양기어(262)의 마주보는 양단에 각각 구비되는 제1케이지 제1바디(264) 및 제1케이지 제2바디(265), 상기 제1케이지 제1바디(264)와 제1케이지 제2바디(265)를 연결하며, 상기 제1유성기어(263)의 회전축을 형성하는 제1유성기어 회전축을 포함한다.
상기 제1케이지 제1바디(264)에는 상기 제1축(261)이 삽입되는 제1케이지 제1관통홀(264a)이 구비되고, 상기 제1케이지 제2바디(265)에는 상기 제1축(261)과 동심축을 형성하도록 구비되어 상기 제1케이지(C1)의 회전중심을 형성하는 제1케이지 회전축(269)이 구비된다.
상기 제1케이지 회전축(269)의 일단은 상기 제1케이지 제2바디(265)에 고정되고, 상기 제1케이지 회전축(269)의 타단(자유단)은 상기 제1후방커버(215)에 구비된 후방커버 관통홀(미도시)을 통해 상기 제1하우징(21)의 외부에 노출된다. 이 경우, 상기 후방커버 관통홀에는 상기 제1케이지 회전축(269)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
상기 제1유성기어(263)는 두 개 이상의 기어로 구비됨이 바람직한데, 도 5는 상기 제1유성기어(263)가 3개의 기어로 구비된 경우를 일례로 도시한 것이다. 즉, 본 발명에 구비된 제1유성기어(263)는 제1기어(263a, 제1변환부 제1기어), 제2기어(263b, 제1변환부 제2기어) 및 제3기어(263c, 제1변환부 제3기어)로 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 제1케이지 제1바디(264)와 제2바디(265)를 연결하는 제1유성기어 회전축은 상기 제1기어(263a)의 회전축을 형성하는 제1기어 회전축(266), 상기 제2기어(263b)의 회전축을 형성하는 제2기어 회전축(267), 상기 제3기어(263c)의 회전축을 형성하는 제3기어 회전축(268)으로 구비될 수 있다.
상기 제1유성기어 회전축(266, 267, 268)은 상기 제1케이지 제1바디(264)와 제1케이지 제2바디(265)를 반드시 연결하도록 구비되어야 하는 것은 아니다. 즉, 상기 각 기어 회전축(266, 267, 268)은 상기 제1케이지 제1바디(264)와 각 기어(263a, 263b, 263c)의 일면(제1케이지 제1바디를 향하는 면)을 연결하는 제1연결축, 상기 제1케이지 제2바디(265)와 각 기어(263a, 263b, 263c)의 타면((제1케이지 제2바디를 향하는 면)을 연결하는 제2연결축으로 구비될 수도 있다.
상술한 제1발전모듈(2)에는 상기 제1로터(24)가 회전하는 것을 막는 제1제동부(27)가 더 구비될 수 있는데, 도 2는 상기 제1제동부(27)가 상기 제1코일(225)에 전류를 공급함으로써 상기 제1로터(24)의 회전을 방지하는 경우를 일례로 도시한 것이다. 이 경우, 제어부(9)가 제1제동부(27)를 제어하여 상기 제1코일(225)에 전류를 공급하면, 상기 각 제1보빈(223)들은 전자석처럼 거동할 것이다. 따라서, 상기 제1스테이터 관통홀(222) 내부에는 자기장이 형성된다. 상기 제1로터(24)에는 제1자력형성부(247)가 구비돼 있으므로, 상기 제1스테이터 관통홀(222) 내부에 자기장이 형성되면, 상기 제1로터(24)는 회전하지 못하고 정지된 상태를 유지하게 될 것이다.
또한, 본 발명 발전기(100)에는 제1발전모듈(2)에서 발생한 에너지를 저장하는 제1축전부(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제1축전부는 상기 제1로터(24)의 회전 시 상기 제1코일(225)에 발생하는 유도 전류를 저장하는 수단으로 구비됨이 바람직하다.
상기 제2발전모듈(5)과 제3발전모듈(7)은 상술한 제1발전모듈(2)과 동일한 구조로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2발전모듈(5)은 상기 제1케이지 회전축(269)을 통해 입력축(11)의 회전력을 전달받도록 구비되고, 상기 제3발전모듈(7)은 상기 제2발전모듈에 구비된 제2케이지 회전축을 통해 입력축(11)의 회전력을 전달받도록 구비될 수 있다. 동일한 구조의 발전모듈들이 서로 연결될 수 있도록 하면, 사용자는 발전기가 설치되는 지역의 조건에 따라 발전용량을 스스로 결정할 수 있고, 이를 통해 효율이 높은 발전기를 운용할 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2발전모듈(5)은 외관을 형성하는 제2하우징(51), 상기 제2하우징 내부에 고정된 제2스테이터(52), 상기 제2하우징 내부에 구비되어 회전 시 상기 제2스테이터(52)에 유도 기전력을 발생시키는 제2로터(54), 상기 제1케이지 회전축(269)에 연결되어 상기 제1케이지 회전축(269)의 회전운동을 상기 제2로터(54)의 회전운동으로 변환하는 제2변환부(56)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2하우징(51)은 내부가 비어있는 실린더 형상의 제2하우징 바디(511), 상기 제2하우징 바디의 개방된 전방면을 폐쇄하는 제2전방커버(513), 상기 제2하우징 바디의 개방된 후방면을 폐쇄하는 제2후방커버(515)를 포함한다. 나아가, 상기 제2발전모듈(5)에는 상기 제2하우징 바디(511)를 상기 제1하우징 바디(211)에 고정시키는 제1커넥터(512)가 더 구비될 수 있다.
상기 제1커넥터(512)는 상기 제1하우징 바디(211)와 제2하우징 바디(511)를 연결할 수 있는 한 어떠한 구조로도 구비될 수 있는데, 도 6은 상기 제1커넥터(512)가 내부가 비어있는 실린더 형상의 커넥터 바디, 상기 커넥터 바디의 전방에 위치하되 커넥터 바디의 중심을 향해 돌출된 전방플랜지, 상기 커넥터 바디의 후방에 위치하되 상기 커넥터 바디의 원주면에서 돌출된 후방플랜지로 구비된 경우를 일례로 도시한 것이다.
이 경우, 상기 후방플랜지는 볼트를 통해 상기 제2하우징 바디(511)에 고정되고, 상기 전방플랜지는 볼트를 통해 상기 제1하우징 바디(211)나 상기 제1후방커버(215)에 고정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2스테이터(52)는 제2하우징 바디(511)에 고정된 링 형상의 제2스테이터 바디(521), 상기 제2스테이터 바디(521)의 내측 원주면에서 제2스테이터 바디(521)의 중심을 향해 돌출되어 제2스테이터 관통홀(522)을 형성하는 다수의 제2보빈(523), 각 제2보빈(523)에 감긴 제2코일(525)을 포함한다.
상기 제2스테이터 바디(521), 제2보빈(523) 및 제2코일(525)의 기능 및 구조는 앞서 설명한 상기 제1스테이터 바디(221), 제1보빈(223) 및 제1코일(225)의 기능 및 구조와 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2로터(54) 상기 제2스테이터 관통홀(522) 내부에서 회전 가능하게 구비된 실린더 형상의 제2로터 바디(541), 상기 제2로터 바디를 관통하도록 구비된 제2로터 관통홀(542), 상기 제2로터 관통홀(542)이 형성하는 상기 제2로터 바디의 내측 원주면에 구비되는 제2링 기어(545), 상기 제2로터 바디(541)의 외측 원주면을 따라 구비된 다수의 제2자력형성부(547)를 포함한다. 상기 제2자력형성부(547)가 전자석으로 구비될 경우, 상기 제2로터 바디(541)의 원주면에는 다수의 제2슬롯(543)이 더 구비될 수 있다.
상기 제2로터 바디(541), 제2로터 관통홀(542), 제2링 기어(545), 제2자력형성부(547), 및 제2슬롯(543)의 구조 및 기능은 앞서 설명한 제1로터 바디(241), 제1로터 관통홀(242), 제1링 기어(245), 제1자력형성부(247), 및 제1슬롯(243)의 구조 및 기능과 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2변환부(56)는 제2축(561), 상기 제2축에 의해 회전하는 제2태양기어(562), 상기 제2태양기어의 회전력을 상기 제2링 기어(545)에 전달하는 제2유성기어(563), 상기 제2유성기어(563)가 회전 가능하게 고정되며, 상기 제2축(561)과 동심축을 형성하는 제2케이지(C2)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2축(561)은 일단은 상기 제1케이지 회전축(269)에 연결되고, 타단은 상기 제2로터 관통홀(542) 내부에 위치한다. 상기 제2축(561)의 일단은 상기 제2전방커버(513)에 구비된 전방커버 관통홀(미도시)에 삽입되어 상기 제2하우징(51)의 외부에 노출된다. 상기 전방커버 관통홀에는 상기 제2축(561)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다. 상기 제2축(561)은 제1커플러(561a)를 통해 제1케이지 회전축(269)에 연결될 수 있다.
상기 제2케이지(C2)는 상기 제2로터 관통홀(542) 내부에서 회전 가능하게 구비되며, 상기 제2유성기어(563)는 상기 제2케이지(C2)에 회전 가능하게 고정된다.
상기 제2케이지(C2)는 상기 제2태양기어(562)의 마주보는 양단에 각각 구비되는 제2케이지 제1바디(564) 및 제2케이지 제2바디(565), 상기 제2케이지 제1바디(564)와 제2케이지 제2바디(565)를 연결하며, 상기 제2유성기어(563)의 회전축을 형성하는 제2유성기어 회전축을 포함한다.
상기 제2케이지 제1바디(564)에는 상기 제2축(561)이 삽입되는 제2케이지 제1관통홀(564a)이 구비되고, 상기 제2케이지 제2바디(565)에는 상기 제2축(561)과 동심축을 형성하도록 구비되어 상기 제2케이지(C2)의 회전중심을 형성하는 제2케이지 회전축(569)이 구비된다.
상기 제2케이지 회전축(569)의 일단은 상기 제2케이지 제2바디(565)에 고정되고, 상기 제2케이지 회전축(569)의 타단(자유단)은 상기 제2후방커버(515)에 구비된 후방커버 관통홀(미도시)을 통해 상기 제2하우징(51)의 외부에 노출된다. 이 경우, 상기 후방커버 관통홀에는 상기 제2케이지 회전축(569)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
상기 제2유성기어(563)는 제1기어(563a, 제2변환부 제1기어), 제2기어(563b, 제2변환부 제2기어) 및 제3기어(563c, 제2변환부 제3기어)로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2유성기어 회전축은 상기 제1기어(563a)의 회전축을 형성하는 제1기어 회전축(566, 제2변환부 제1기어 회전축), 상기 제2기어(563b)의 회전축을 형성하는 제2기어 회전축(567, 제2변환부 제2기어 회전축), 상기 제3기어(563c)의 회전축을 형성하는 제3기어 회전축(568, 제2변환부 제3기어 회전축)으로 구비될 수 있다.
상술한 제2발전모듈(5)에는 상기 제2로터(54)가 회전하는 것을 막는 제2제동부(57)가 더 구비될 수 있는데, 도 2는 상기 제2제동부(57)가 상기 제2코일(525)에 전류를 공급함으로써 상기 제2로터(54)의 회전을 방지하는 경우를 일례로 도시한 것이다. 상기 제2제동부(57)가 제2로터(54)를 제동하는 방식은 제1제동부(27)가 제1로터(24)를 제동하는 방식과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 제2발전모듈(5)에서 발생한 에너지는 제2축전부(미도시)에 저장되는데, 상기 제2축전부는 상기 제2로터(54)의 회전 시 상기 제2코일(525)에 발생하는 유도 전류를 저장 가능한 한 어떠한 형태로도 구비될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제3발전모듈(7)은 외관을 형성하는 제3하우징(71), 상기 제3하우징 내부에 고정된 제3스테이터(72), 상기 제3하우징 내부에 구비되어 회전 시 상기 제3스테이터(72)에 유도 기전력을 발생시키는 제3로터(74), 상기 제2케이지 회전축(569)에 연결되어 상기 제2케이지 회전축(569)의 회전운동을 상기 제3로터(74)의 회전운동으로 변환하는 제3변환부(76)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3하우징(71)은 내부가 비어있는 실린더 형상의 제3하우징 바디(711), 상기 제3하우징 바디의 개방된 전방면을 폐쇄하는 제3전방커버(713), 상기 제3하우징 바디의 개방된 후방면을 폐쇄하는 제3후방커버(715)를 포함한다. 상기 제3하우징(71)은 제2커넥터(712)를 통해 상기 제2하우징(51)에 연결되는데, 상기 제2커넥터(712)는 제1커넥터(512)와 동일한 구조로 구비될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제3스테이터(72)는 제3하우징 바디(711)에 고정된 링 형상의 제3스테이터 바디(721), 상기 제3스테이터 바디(721)의 내측 원주면에서 제3스테이터 바디(721)의 중심을 향해 돌출되어 제3스테이터 관통홀(722)을 형성하는 다수의 제3보빈(723), 각 제3보빈(723)에 감긴 제3코일(725)을 포함한다. 상기 제32스테이터 바디(721), 제3보빈(723) 및 제3코일(725)의 기능 및 구조는 앞서 설명한 상기 제1스테이터 바디(221), 제1보빈(223) 및 제1코일(225)의 기능 및 구조와 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제3로터(74) 상기 제3스테이터 관통홀(722) 내부에서 회전 가능하게 구비된 실린더 형상의 제3로터 바디(741), 상기 제3로터 바디를 관통하도록 구비된 제3로터 관통홀(742), 상기 제3로터 관통홀(742)이 형성하는 상기 제3로터 바디의 내측 원주면에 구비되는 제3링 기어(745), 상기 제3로터 바디(741)의 외측 원주면을 따라 구비된 다수의 제3자력형성부(747)를 포함한다.
상기 제3자력형성부(747)가 전자석으로 구비될 경우, 상기 제3로터 바디(741)의 원주면에는 다수의 제3슬롯(743)이 더 구비될 수 있다.
상기 제3로터 바디(741), 제3로터 관통홀(742), 제3링 기어(745), 제3자력형성부(747), 및 제3슬롯(743)의 구조 및 기능은 앞서 설명한 제1로터 바디(241), 제1로터 관통홀(242), 제1링 기어(245), 제1자력형성부(247), 및 제1슬롯(243)의 구조 및 기능과 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제3변환부(76)는 제3축(761), 상기 제3축에 의해 회전하는 제3태양기어(762), 상기 제3태양기어의 회전력을 상기 제3링 기어(745)에 전달하는 제3유성기어(763), 상기 제3유성기어(763)가 회전 가능하게 고정되며, 상기 제3축(761)과 동심축을 형성하는 제3케이지(C3)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3축(761)은 일단은 제2커플러(761a)를 통해 상기 제2케이지 회전축(569)에 연결되고, 타단은 상기 제3로터 관통홀(742) 내부에 위치한다. 상기 제3축(761)의 일단은 상기 제3전방커버(713)에 구비된 전방커버 관통홀(미도시)에 삽입되어 상기 제3하우징(71)의 외부에 노출된다. 상기 전방커버 관통홀에는 상기 제3축(761)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
상기 제3케이지(C3)는 상기 제3로터 관통홀(742) 내부에서 회전 가능하게 구비되며, 상기 제3유성기어(763)는 상기 제3케이지(C3)에 회전 가능하게 고정된다.
상기 제3케이지(C3)는 상기 제3태양기어(762)의 마주보는 양단에 각각 구비되는 제3케이지 제1바디(764) 및 제3케이지 제2바디(765), 상기 제3유성기어(763)의 회전축을 형성하는 제3유성기어 회전축을 포함한다.
상기 제3케이지 제1바디(764)에는 상기 제3축(761)이 삽입되는 제3케이지 제1관통홀(764a)이 구비되고, 상기 제3케이지 제2바디(765)에는 상기 제3축(761)과 동심축을 형성하도록 구비되어 상기 제3케이지(C3)의 회전중심을 형성하는 제3케이지 회전축(769)이 구비된다.
상기 제3케이지 회전축(769)은 상기 제3후방커버(715)에 구비된 후방커버 관통홀(미도시)을 통해 상기 제3하우징(71)의 외부에 노출된다. 이 경우, 상기 후방커버 관통홀에는 상기 제3케이지 회전축(769)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
상기 제3유성기어(763)는 제1기어(763a, 제3변환부 제1기어), 제2기어(763b, 제3변환부 제2기어) 및 제3기어(763c, 제3변환부 제3기어)로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제3유성기어 회전축은 상기 제1기어(763a)의 회전축을 형성하는 제1기어 회전축(766, 제3변환부 제1기어 회전축), 상기 제2기어(763b)의 회전축을 형성하는 제2기어 회전축(767, 제3변환부 제2기어 회전축), 상기 제3기어(763c)의 회전축을 형성하는 제3기어 회전축(768, 제3변환부 제3기어 회전축)으로 구비될 수 있다.
상술한 제3발전모듈(7)에는 상기 제3로터(74)가 회전하는 것을 막는 제3제동부(77)가 더 구비될 수 있는데, 도 2는 상기 제3제동부(77)가 상기 제3코일(725)에 전류를 공급함으로써 상기 제3로터(74)의 회전을 방지하는 경우를 일례로 도시한 것이다. 상기 제3제동부(77)가 제3로터(74)를 제동하는 방식은 제1제동부(27)가 제1로터(24)를 제동하는 방식과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 상기 제3발전모듈(7)에서 발생한 에너지는 제3축전부(미도시)에 저장된다.
상술한 구조를 가진 발전기(100)는 다음과 같은 과정을 통해 발전한다. 상기 임펠러(13)로 외력이 입력되어 상기 입력축(11)이 회전하면, 제1발전모듈의 제1축(261)은 상기 입력축(11)과 함께 회전한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 입력축(11)이 시계방향으로 회전하면, 상기 제1축(261) 역시 시계방향으로 회전할 것이다.
상기 제1축(261)이 시계방향으로 회전하면, 제1태양기어(262)는 시계방향으로 회전하고, 제1유성기어(263)를 구성하는 각 기어들(263a, 263b, 263c)은 반시계방향으로 회전한다. 상기 제1유성기어를 구성하는 각 기어들(263a, 263b, 263c)이 반시계방향으로 회전하면, 상기 제1케이지(C1)는 시계방향으로 회전하고, 제1로터(24)는 반시계방향으로 회전한다. 상기 제1로터(24)가 반시계방향으로 회전하면, 상기 제1스테이터의 제1코일(225)에는 유도 전류가 발생하며, 제1축전부는 이를 저장할 수 있다.
한편, 상기 제2발전모듈(5)에 구비된 제2축(561)은 제1커플러(561a)를 통해 상기 제1케이지의 회전축(269)에 연결되어 있으므로, 상기 입력축(11)이 시계방향으로 회전할 때 상기 제2축(561)은 시계방향으로 회전하게 될 것이다.
상기 제2축이 시계방향으로 회전하면, 제2태양기어(562)는 시계방향으로 회전하고, 제2유성기어를 구성하는 각 기어들(563a, 563b, 563c)은 반시계방향으로 회전하며, 상기 제2케이지(C2)는 시계방향으로 회전하므로, 상기 제2로터(54)는 반시계방향으로 회전할 것이다. 상기 제2로터(54)가 반시계방향으로 회전하면, 상기 제2스테이터의 제2코일(525)에는 유도 전류가 발생하며, 제2축전부는 이를 저장할 수 있다.
상기 제3발전모듈(7)에 구비된 제3축(761)은 제2커플러(761a)를 통해 상기 제2케이지의 회전축(569)에 연결되어 있으므로, 상기 입력축(11)이 시계방향으로 회전할 때 상기 제3축(761)도 시계방향으로 회전하게 될 것이다.
상기 제3축이 시계방향으로 회전하면, 제3태양기어(762)는 시계방향으로 회전하고, 제3유성기어를 구성하는 각 기어들(763a, 763b, 763c)은 반시계방향으로 회전하며, 상기 제3케이지(C3)는 시계방향으로 회전하므로, 상기 제3로터(74)는 반시계방향으로 회전할 것이다. 상기 제3로터(57)가 반시계방향으로 회전하면, 상기 제3스테이터의 제3코일(725)에는 유도 전류가 발생하며, 제3축전부는 이를 저장할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(9)가 상기 제1제동부(27)를 통해 상기 제1스테이터의 제1코일(225)에 전류를 공급하면, 상기 제1스테이터 관통홀(222) 내부에 자기장이 형성되므로, 상기 제1로터(24)는 회전을 중단한다.
상기 제1로터(24)가 회전을 중단해도, 상기 제1축(261) 및 상기 제1태양기어(262)는 시계방향으로 회전하고, 상기 제1유성기어를 구성하는 각 기어들(263a, 263b, 263c)는 반시계방향으로 회전할 것이다. 따라서, 상기 제1제동부(27)를 통해 제1로터(24)의 회전이 중단되더라도 상기 제1케이지(C1)의 시계방향 회전은 유지되며, 상기 제1케이지 회전축(269)에 연결된 제2축(561) 역시 시계방향 회전을 유지할 것이다.
이와 같은 상태에서, 제어부(9)가 제2제동부(57)를 통해 상기 제2스테이터의 제2코일(525)에 전류를 공급하면, 상기 제2로터(54)는 회전을 중단한다. 상기 제2로터(54)가 회전을 중단해도, 상기 제2축(561) 및 상기 제2태양기어(562)는 시계방향으로 회전하고, 상기 제2유성기어를 구성하는 각 기어들(563a, 563b, 563c)는 반시계방향으로 회전할 것이다. 따라서, 상기 제2제동부(57)를 통해 제2로터(54)의 회전이 중단되더라도 상기 제2케이지(C2)의 시계방향 회전은 유지되며, 상기 제2케이지 회전축(569)에 연결된 제3축(761) 역시 시계방향 회전을 유지할 것이다. 따라서, 본 발명에 구비된 상기 제1축(261), 제2축(561), 및 제3축(761)은 항상 상기 입력축(11)과 함께 회전한다.
필요에 따라 제어부(9)는 제3제동부(77)를 통해 제3스테이터의 제3코일(725)에 전류를 공급함으로써 제3로터(74)의 회전을 중단시킬 수도 있다.
상술한 설명은 상기 제1로터 및 제2로터가 순차적으로 제동되는 경우 발전기(100)의 상태에 관한 것이지만, 이는 상기 제3로터 및 제2로터가 순차적으로 제동되는 경우 발전기의 상태에도 그대로 적용된다.
본 발명은 입력 에너지가 크면 모든 발전모듈(2, 5, 7)을 작동시키고, 입력 에너지가 작으면 세 개의 발전모듈 중 일부만을 작동시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 입력 에너지의 크기에 비례하여 발전모듈의 작동 갯 수를 조절할 수 있으므로, 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전 가능할 뿐 아니라 높은 효율로 발전 가능하다.
또한, 본 발명은 각 발전모듈(2, 5, 7)이 서로 착탈 가능하게 결합하는 구조이므로, 생산자 입장에서는 동일한 구조의 발전모듈(동일한 발전용량의 발전모듈)로 다양한 용량의 발전기를 제공 가능한 효과가 있다.
도 9는 본 발명 발전기의 다른 실시예를 도시한 것으로, 본 실시예가 도 6에 도시된 실시예와 구별되는 점은 각 발전모듈(2, 5, 7)에 제1케이지 회전축(269), 제2케이지 회전축(569), 및 제3케이지 회전축(769)이 구비되지 않는다는 점이다.
즉, 본 실시예에 따른 발전기(100)는 입력축(11)은 제1발전모듈에 구비된 제1축(261)의 일단에 결합하고, 제2발전모듈에 구비된 제2축(561)의 일단은 제1커플러(561a)를 통해 제1축(261)의 타단에 연결되며, 제3발전모듈에 구비된 제3축(761)의 일단은 제2커플러(761a)를 통해 상기 제2축(561)의 타단에 연결된다는 점이다. 본 실시예에 따른 발전기는 입력축, 제1축, 제2축, 및 제3축이 직결되어 하나의 동심축을 형성한다는 것이 특징이다.
이를 위해, 각 발전모듈(2, 5, 7)에 구비된 제1케이지(C1), 제2케이지(C2), 및 제3케이지(C3)에는 제1축(261), 제2축(561) 및 제3축(761)이 각 케이지를 관통할 수 있게 하는 관통홀이 구비되어야 한다.
즉, 상기 제1케이지(C1)에는 상기 제1케이지 제1바디(264)를 관통하는 제1케이지 제1관통홀(264a) 및 상기 제1케이지 제2바디(265)를 관통하는 제1케이지 제2관통홀(265a)을 더 포함하도록 구비된다. 이 경우, 상기 제1축(261)은 상기 제1케이지 제1관통홀(264a) 및 상기 제1케이지 제2관통홀(265a)에 삽입됨으로써 상기 제1케이지(C1)를 관통할 것이다.
상기 제1축(261)의 일단은 상기 제1전방커버(213)를 관통하여 상기 제1하우징(21)의 외부에 노출되고, 상기 제1축(261)의 타단은 제1후방커버(215)를 관통하여 제1하우징(21)의 외부에 노출된다.
한편, 상기 제2케이지(C2)에는 상기 제2케이지 제1바디(564)를 관통하는 제2케이지 제1관통홀(564a) 및 상기 제2케이지 제2바디(565)를 관통하는 제2케이지 제2관통홀(565a)을 더 포함하도록 구비된다. 이 경우, 상기 제2축(561)은 상기 제2케이지 제1관통홀(564a) 및 상기 제2케이지 제2관통홀(565a)에 삽입됨으로써 상기 제2케이지(C2)를 관통할 것이다.
상기 제2축(561)의 일단은 상기 제2전방커버(513)를 관통하여 상기 제2하우징(51)의 외부에 노출되며, 상기 제2축(561)의 타단은 제2후방커버(515)를 관통하여 제2하우징(51)의 외부에 노출된다.
한편, 상기 제2축(561)의 일단은 상기 제1커플러(561a)를 통해 제1축(261)의 타단에 연결된다. 따라서, 상기 제2축(561)은 상기 제1축(261)이 입력부(1)에 의해 회전하면, 상기 제1축과 함께 회전한다.
마찬가지로, 상기 제3케이지(C3)에는 상기 제3케이지 제1바디(764)를 관통하는 제3케이지 제1관통홀(764a) 및 상기 제3케이지 제2바디(765)를 관통하는 제3케이지 제2관통홀(765a)을 더 포함하도록 구비된다. 이 경우, 상기 제3축(761)은 상기 제3케이지 제1관통홀(764a) 및 상기 제3케이지 제2관통홀(765a)에 삽입됨으로써 상기 제3케이지(C3)를 관통할 것이다.
상기 제3축(761)의 일단은 상기 제3전방커버(713)를 관통하여 상기 제3하우징(71)의 외부에 노출되며, 상기 제3축(761)의 타단은 제3후방커버(715)를 관통하여 제3하우징(71)의 외부에 노출된다. 상기 제3축(761)의 일단은 상기 제2커플러(761a)를 통해 제2축(561)의 타단에 연결된다. 상기 제3축(761)은 상기 제2축(561)이 제1축(261)에 의해 회전할 때 상기 제2축과 함께 회전한다. 따라서, 본 실시예 역시 상기 제1축, 제2축, 및 제3축은 상기 입력축(11)과 함께 회전한다.
본 실시예에 따른 발전기(100)는 상기 제1축(261)은 상기 입력축(11)에 직결되고, 상기 제2축(561)은 제1축(261)에 직결되며, 상기 제3축(761)은 제2축(561)에 직결되므로, 제1발전모듈에서 제2발전모듈로 회전력이 전달될 때 발생하는 에너지 손실, 상기 제2발전모듈에서 제3발전모듈로 회전력이 전달될 때 발생하는 에너지 손실을 최소화 가능하다.
도 1 내지 도 6에 도시된 실시예는 제2발전모듈(5)은 제1케이지 회전축(269)으로부터 입력축(11)의 회전력을 공급받고, 제3발전모듈(7)은 제2케이지 회전축(569)를 통해 입력축(11)의 회전력을 공급받도록 구비된다.
상기 제1케이지 회전축(269)은 제1태양기어(262)의 회전으로 제1유성기어(263)가 상기 제1링 기어(245)를 따라 회전할 때 함께 회전하는데, 상기 제1축(261)으로 공급된 입력축(11)의 회전력 중 일부는 기어들(262, 263, 245) 사이의 마찰력에 의해 손실되는 단점이 있다.
마찬가지로, 상기 제2축(561)으로 입력되는 회전력의 일부는 기어들(562, 563, 545) 사이의 마찰력에 의해 손실되어 제3발전모듈의 제3축(761)으로 전달되지 못한다. 그러나, 도 9의 발전기(100)는 제1축, 제2축 및 제3축이 직결된 구조이기 때문에, 기어들 사이의 마찰력에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있다.
상술한 차이점 이외의 특징들은 도 1 내지 도 6의 실시예에서 설명된 특징들과 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 도 10을 참고하여 상술한 발전기(100)의 제어방법에 대해 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명 발전기의 제어방법은 상기 입력축(11)에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계(S10), 및 상기 감지단계(S10)에서 측정된 에너지량에 따라 제1발전모듈(2), 제2발전모듈(5), 제3발전모듈(7) 중 적어도 어느 하나를 작동시키는 발전단계(S30, S50, S60)을 포함한다.
상기 감지단계(S10)는 상기 입력축(11)의 회전수를 감지하는 단계로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 발전기(100)에는 상기 입력축(11)의 회전수를 감지하는 회전수 감지부(미도시)가 더 구비되어야 한다.
상기 감지단계(S10)를 통해 상기 입력축(11)으로 공급되는 에너지량이 측정되면, 본 발명 제어방법은 측정된 에너지의 양이 기 설정된 제1기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S20), 및 측정된 에너지의 양이 기 설정된 제2기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S40)를 진행한다.
상기 감지단계(S10)가 상기 입력축의 회전수를 감지하는 단계로 구비될 경우, 상기 제1기준 값과 상기 제2기준 값은 특정된 회전수로 정의되어야 하며, 상기 제2기준 값은 상기 제1기준 값보다 큰 값으로 설정되어야 한다.
상기 제2기준 값이 제1기준 값보다 큰 값으로 설정되면, 상기 측정된 에너지량이 제1기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S20)와 측정된 에너지량이 제2기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S40)는 순차적으로 진행될 수 있다.
상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 미만(S20)이면, 상기 발전단계는 상기 제1발전모듈(2), 제2발전모듈(5), 및 제3발전모듈(7) 중 어느 하나의 모듈만을 작동시키는 단계(S30)를 진행한다.
즉, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 미만(S20)이면, 상기 발전단계(S30)는 제1발전모듈의 제1코일(255)에 전류가 공급되지 않도록 제1제동부(27)를 제어하여 제1로터(24)를 회전시키는 단계, 제2발전모듈의 제2코일(525)에 전류가 공급되도록 제2제동부(57)를 제어하여 제2로터(54)를 제동하는 단계, 및 제3발전모듈의 제3코일(725)에 전류가 공급되도록 제3제동부(77)를 제어하여 제3로터(74)를 제동하는 단계로 구비될 수 있다.
한편, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 이상 제2기준 값 미만(S40)이면, 상기 발전단계는 상기 제1발전모듈(2), 제2발전모듈(5), 및 제3발전모듈(7) 중 두 개의 모듈만을 작동시키는 단계(S50)를 진행한다.
즉, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 이상 제2기준 값 미만(S40)이면, 상기 발전단계(S50)는 제1발전모듈의 제1코일(255)에 전류가 공급되지 않도록 제1제동부(27)를 제어하여 제1로터(24)를 회전시키는 단계, 제2발전모듈의 제2코일(525)에 전류가 공급되지 않도록 제2제동부(57)를 제어하여 제2로터(54)를 회전시키는 단계, 및 제3발전모듈의 제3코일(725)에 전류가 공급되도록 제3제동부(77)를 제어하여 제3로터(74)를 제동하는 단계로 구비될 수 있다.
끝으로, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제2기준 값 이상(S40)이면, 상기 발전단계는 상기 제1발전모듈(2), 제2발전모듈(5), 및 제3발전모듈(7)을 모두 작동시키는 단계(S60)를 진행한다.
즉, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제2기준 값 이상(S40)이면, 상기 발전단계(S60)는 제1발전모듈의 제1코일(255)에 전류가 공급되지 않도록 제1제동부(27)를 제어하여 제1로터(24)를 회전시키는 단계, 제2발전모듈의 제2코일(525)에 전류가 공급되지 않도록 제2제동부(57)를 제어하여 제2로터(54)를 회전시키는 단계, 및 제3발전모듈의 제3코일(725)에 전류가 공급되지 않도록 제3제동부(77)를 제어하여 제3로터(74)를 회전시키는 단계로 구비될 수 있다.
상기 발전단계(S30, S50, S60)의 진행 중 본 발명 제어방법은 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계(S70)를 진행한다. 상기 발전단계(S30, S50, S60)의 개시 후 기준시간이 경과하지 않은 것으로 판단되면, 본 발명은 진행중에 있는 발전단계를 계속 유지한다. 그러나, 상기 발전단계(S30, S50, S60)의 개시 후 기준시간이 경과한 것으로 판단되면, 본 발명은 제2감지단계(S80)를 진행한다.
기준시간을 주기로 입력축(11)으로 공급되는 에너지량을 측정하는 것은, 발전기에 입력되는 에너지량에 근거하여 발전기를 작동시킴으로써 발전기(100)의 효율을 극대화하기 위함이다.
상기 제2감지단계(S80)는 감지단계(S10)와 마찬가지로 입력축(11)의 회전수를 측정함으로써 진행될 수도 있고, 각 코일(225, 525, 725)에 발생한 기전력의 합 또는 각 코일(225, 525, 725)에 발생한 유도 전류의 합을 측정함으로써 진행될 수도 있다.
상기 제2감지단계(S80)를 통해 입력축으로 공급되는 에너지량이 측정되면, 본 발명 제어방법은 측정된 에너지량에 근거(S20, S40)하여 상술한 발전단계(S30, S50, S60)을 반복한다.
본 발명 제어방법에 구비되는 감지단계(S10)는 각 발전모듈에 구비된 제1로터(24), 제2로터(54), 및 제3로터(74)가 회전하는 동안 제1코일(225), 제2코일(525), 및 제3코일(725)에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정하는 단계로 구비될 수 있다.
이 경우, 본 발명 제어방법은 상기 감지단계(S10)의 개시 전 상기 제1코일(225), 상기 제2코일(525), 상기 제3코일(725) 각각에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부(27), 상기 제2제동부(57), 및 상기 제3제동부(77)를 제어하여 상기 제1로터(24), 상기 제2로터(54), 및 상기 제3로터(74)를 모두 회전시키는 단계를 진행해야 한다.
상술한 본 발전기(100)는 3개의 발전모듈(2, 5, 7)로 구성되고, 상술한 발전기의 제어방법은 3개의 발전모듈이 구비된 발전기를 제어하는 경우를 설명한 것인데, 본 발명 발전기는 2개의 발전모듈만으로 구비되거나, 4개 이상의 발전모듈로 구비될 수도 있다.
2개의 발전모듈로 발전기(100)가 구성될 경우, 본 발명 제어방법은 상기 입력축(11)에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계(S10), 및 상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부(27) 및 상기 제2제동부(57)를 제어하여 상기 제1로터(24) 및 상기 제2로터(54) 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계로 구비될 것이다.
이 경우, 상기 발전단계는 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나만을 회전시키고, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상이면, 상기 제1로터 및 상기 제2로터을 모두 회전시키게 될 것이다.
즉, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전가능하게 하는 단계, 및 상기 제2코일에 전류가 공급되도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 제동하는 단계를 진행하게 될 것이다.
그러나, 상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 제1기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계, 및 상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계를 진행하게 될 것이다.
본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 발전기 1: 입력부 11: 입력축
13: 임펠러 2: 제1발전모듈 21: 제1하우징
22: 제1스테이터 221: 제1스테이터 바디 222: 제1스테이터 관통홀
223: 제1보빈 225: 제1코일 24: 제1로터
241: 제1로터 바디 242: 제1로터 관통홀 243: 제1슬롯
245: 제1링 기어 247: 제1자력형성부 26: 제1변환부
261: 제1축 262: 제1태양기어 263: 제1유성기어
C1: 제1케이지 264: 제1케이지 제1바디 265: 제1케이지 제2바디
264a: 제1케이지 제1관통홀 265a: 제1케이지 제2관통홀
266: 제1기어 회전축 267: 제2기어 회전축 268: 제3기어 회전축
269: 제1케이지 회전축 27: 제1제동부 5: 제2발전모듈
51: 제2하우징 52: 제2스테이터 54: 제2로터
56: 제2변환부 561: 제2축 561a: 제1커플러
562: 제2태양기어 563: 제2유성기어 C2: 제2케이지
569: 제2케이지 회전축 57: 제2제동부 7: 제3발전모듈
71: 제3하우징 72: 제3스테이터 74: 제3로터
76: 제3변환부 761: 제3축 761a: 제2커플러
762: 제3태양기어 763: 제3유성기어 C3: 제3케이지
769: 제3케이지 회전축 77: 제3제동부 9: 제어부

Claims (10)

  1. 외력에 의해 회전하는 입력축;
    영구자석 또는 전자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 상기 입력축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부, 및 상기 제1로터의 회전을 제어하는 제1제동부가 구비된 제1발전모듈;
    영구자석 또는 전자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 상기 제1변환부에 연결되어 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부, 및 상기 제2로터의 회전을 제어하는 제2제동부가 구비된 제2발전모듈; 및
    영구자석 또는 전자석으로 구비된 제3자력형성부가 고정된 제3로터, 상기 제3로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제3코일이 구비된 제3스테이터, 상기 제2변환부에 연결되어 상기 제2변환부의 회전운동을 상기 제3로터의 회전운동으로 변환하는 제3변환부, 및 상기 제3로터의 회전을 제어하는 제3제동부가 구비된 제3발전모듈;을 포함하는 발전기의 제어방법에 있어서,
    상기 입력축에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계; 및
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계;를 포함하고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 어느 하나의 로터만을 회전시키고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상 상기 제1기준 값보다 크게 설정된 제2기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터 중 두 개의 로터만을 회전시키며,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제2기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 상기 제2코일에 전류가 공급되도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 제동하는 단계; 및 상기 제3코일에 전류가 공급되도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상 상기 제2기준 값 미만이면, 상기 발전단계는
    상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계;
    상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및
    상기 제3코일에 전류가 공급되도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제2기준 값 이상이면, 상기 발전단계는
    상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계;
    상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및
    상기 제3코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제3로터를 회전 가능하게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  5. 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지단계는 상기 입력축의 회전수를 감지함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간을 주기로 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 측정하는 제2감지단계;를 더 포함하고,
    상기 제2감지단계는 상기 제1코일, 상기 제2코일, 및 상기 제3코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  7. 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지단계의 개시 전 상기 제1코일, 상기 제2코일, 상기 제3코일 각각에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어하여 상기 제1로터, 상기 제2로터, 및 상기 제3로터를 모두 회전시키는 단계;를 더 포함하고,
    상기 감지단계는 상기 제1코일, 상기 제2코일, 및 상기 제3코일에 발생한 기전력의 합 또는 유도 전류의 합을 측정함으로써 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 판단하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발전단계의 개시 후 기 설정된 기준시간을 주기로 상기 입력축에 공급되는 에너지량을 측정하는 제2감지단계;를 더 포함하고,
    상기 발전단계는 상기 제2감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부, 상기 제2제동부, 및 상기 제3제동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  9. 외력에 의해 회전하는 입력축;
    영구자석 또는 전자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 상기 입력축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부, 및 상기 제1로터의 회전을 제어하는 제1제동부가 구비된 제1발전모듈; 및
    영구자석 또는 전자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 상기 제1변환부에 연결되어 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부, 및 상기 제2로터의 회전을 제어하는 제2제동부가 구비된 제2발전모듈;이 구비된 발전기의 제어방법에 있어서,
    상기 입력축에 공급되는 에너지량을 감지하는 감지단계; 및
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량에 따라 상기 제1제동부 및 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제1로터 및 상기 제2로터 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 발전단계;를 포함하고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 기 설정된 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나만을 회전시키고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1로터 및 상기 제2로터을 모두 회전시키며,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 미만이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전가능하게 하는 단계; 및 상기 제2코일에 전류가 공급되도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 제동하는 단계;를 진행하고,
    상기 감지단계에서 측정된 에너지량이 상기 제1기준 값 이상이면, 상기 발전단계는 상기 제1코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1로터를 회전 가능하게 하는 단계; 및 상기 제2코일에 전류가 공급되지 않도록 상기 제2제동부를 제어하여 상기 제2로터를 회전 가능하게 하는 단계;를 진행하는 것을 특징으로 하는 발전기의 제어방법.
  10. 삭제
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