KR102020226B1

KR102020226B1 - 고효율 고특성 발전기

Info

Publication number: KR102020226B1
Application number: KR1020190030834A
Authority: KR
Inventors: 유인택; 오세호; 이상돈; 권민균; 이예은
Original assignee: (주)디에코에너지
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-09-11

Abstract

본 발명은 고효율 고특성 발전기에 관한 것이다.
본 발명은 이를 위해 주발전기하우징(10)과 여자기하우징(20)의 내부에 각각 주발전기계자(100)와 여자기계자(200)가 구비되는 발전기; 및 상기 주발전기계자(100)는, 주발전기전기자(110)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 주발전기계자코어(120)가 구비되되, 상기 주발전기계자코어(120)는 복수개의 제1,제2,제3주발전기계자코어(120a)(120b)(120c)로 이루어지고, 상기 여자기계자(200)는, 여자기계자코어(220)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 여자기전기자코어(210)가 구비되되, 상기 여자기계자코어(220)는 복수개의 제1,제2,제3여자기계자코어(220a)(220b)(220c)로 이루어지되, 상기 주발전기계자코어(120)와 여자기계자코어(220)에는 각각 복수개의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)을 형성하고, 이 각각의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)에는 발전기에서 무부하시 80~90% 정격전압을 유지시키는데 필요한 자속을 내는데 필요하고, 영구자석의 자속이 전자석과 합해지도록 하는 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)이 삽입됨을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 메인 계자와 여자기 계자에 무부하시 80~90% 정격전압만 유기시키는데 필요한 용량의 영구자석을 전자석의 자속과 합해 지도록 하여 전자석에 의한 자속을 줄이고 이에 대한 전류도 줄여 크기와 무게도 줄일수 있으며 줄어든 전류,전압 만큼 효율을 증가 시킬수 있도록 한 것이고, 이로 인해 발전기의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

고효율 고특성 발전기{High-efficiency high-performance generator}

본 발명의 실시예는 고효율 고특성 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인 계자와 여자기 계자에 무부하시 80~90% 정격전압만 유기시키는데 필요한 용량의 영구자석을 전자석의 자속과 합해 지도록 하여 전자석에 의한 자속을 줄이고 이에 대한 전류도 줄여 크기와 무게도 줄일수 있으며 줄어든 전류,전압 많큼 효율을 증가 시킬수 있도록 한 것이고, 이로 인해 발전기의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 산업용 동기발전기는 전력을 생산하는 발전기를 구동하는 원동기로서 디젤 엔진을 사용하고 있으며, 발전기 로터는 엔진 축과 직결되어 회전하며, 회전 계자자속은 고정 전기자를 끊어 전자유도 작용에 의해 전기자로 하여금 유기기전력을 만들고 부하에 전력공급을 가능하게 하고 있다.

상기 동기 발전기는 엔진에 의해 발전기 로터가 회전하며 주 계자전류를 공급하는 보조 발전기인 여자기가 주 계자 동축상에 연결되어 있으며 여자기는 주 발전기와는 반대로 계자가 고정되어 있고 전기자가 동축상에 결합되어 회전하고 있다.

그리고 상기 주 계자 전류는 여자기 전기자가 회전하면서 여자기 계자와의 전자유도 작용에 의해 3상 전압을 유기시키며, 삼상 전파정류하여 주 계자에 계자전류를 공급하고 있고, 부하 증감에 따라 정격전압이 변동하면 발전기 제어반에 설치되어 있는 AVR이 전압 변동 센싱을 하여 전압을 일정하게 유지되도록 여자기 계자전류를 공급한다.

특히 상기 브러쉬레스 동기발전기의 종래의 기술방식은 고정전기자와 회전계자로 구성된 주 발전기와 계자에 직류 전류를 공급하는 보조발전기인 여자기로 구성되어 있으며 여자기는 전기자가 축에 결합되어 주 계자와 함께 회전하고 여자기 계자는 고정되어 있다.

주 계자는 코어내 슬롯안에 권선을 실시하여 계자전류를 흘리면 전자석이 되어 자속을 발생시키고 있고 엔진에 의해 회전시키면 회전 자속이 전기자 도체를 끊어 전자기 유도 작용에 의해 기전력이 발생하고 부하에 전력공급을 하게 된다.

여자기 계자도 철심 코어에 코일 권선을 하고 AVR에서 주 발전기 전압 쎈싱을 하고 부하에 따른 전압 변화를 감지하여 일정한 정격전압을 유지시키기 위해 여자기 계자에 계자전류를 공급한다.

영구자석 동기 발전기인 경우 주 계자 및 여자기 계자에 흐르는 전류는 입력으로서 발전기 효율을 높이기 위해 영구자석을 사용하고 자석의 자속만으로 출력을 나오게 하면 계자전류가 필요없어 그 많큼 효율을 증가시킬수 있으나 영구자석만에 의한 자속량은 항상 일정하기 때문에 부하가 증가될수록 전압이 감소되는 문제가 발생된다. 이 경우 부하 증감에 따른 전압변동을 일정하게 하기 위해 정전압 인버터를 추가로 설치해야하며 추가 비용이 발생되는 단점이 있다.

또한 회전기중 농형유도모터는 로터 코아내 도체가 알루미늄으로 대부분되어 있고, 코아 슬롯에 알루미늄 다이케스팅으로 제작하며 코깅을 줄이기 위해 스큐를 책택하고 있으며 알루미늄 주조방식이라 스큐가 용이하다.

상기 농형 유도모터 회전자외에는 대부분 영구자석을 사용하거나 코아에 권선을 하기 때문에 스큐를 사용하는 것이 어려워 영구자석인 경우 링자석을 코아외부에 삽입하여 각도를 어긋나게하여 스큐를 주고 있으나 링자석이므로 자석과 코아의 열팽창 계수가 틀려 종종 깨지는 문제점이 발생되고 고가라서 극히 저용량 일부에만 사용되고 있다.

그 외 권선형 계자는 코아에 스큐를 사용하면 샤프트에 고정하는 문제 및 권선이 어렵기 때문에 채택이 어렵고 대신 고정자에 스큐를 주어 사용하고 있어 코깅토크 조정에 한계가 있다. 즉 전기자 코어에 스큐 각도를 증가시키면 코깅을 줄이고 파형을 좋게 할수 있지만 유효자속 감소로 전체 효율이 떨어지고 권선이 어려워져 단가가 올라가는 문제점이 있다.

전자석만으로 이루어진 종래기술의 계자는 부하 증감시 과도현상에 의해 전압파형이 일그러지고 고조파가 발생되어 왜형율이 커지고 전력품질이 저하되며 계자전류 감소 원인이 없어 효율 증가가 어려운 실정이다.

따라서 부하 투입시 과도현상에 따른 고조파도 저감시키고 전압도 일정하게 유지시켜 발전 품질을 향상시키고 메인계자 및 여자기 계자 입력도 줄여 발전기 효율을 향상시킬 필요가 있다.

상기한 문제점들을 해결하기 위해 종래에는 아래와 같은 선행기술문헌들이 개발되었으나, 여전히 상기한 종래 기술의 문제점들을 일거에 해결하지 못하는 큰 어려움이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제0667049호(2007. 01. 04)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제0742715호(2007. 07. 19)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제0702631호(2007. 03. 27)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제0758385호(2007. 09. 06)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제1817646호(2018. 01. 05)가 등록된바 있다. 대한민국 공개특허공보 제2010-0057935호(2010. 06. 03)가 공개된바 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 주발전기계자, 주발전기전기자, 주발전기계자코어, 주계자보조영구자석, 여자기계자, 여자기전기자코어, 여자기계자코어 및 여자기계자보조영구자석이 구비됨을 제1목적으로 한 것이고, 상기한 기술적 구성에 의한 본 발명의 제2목적은 종래의 시스템에 메인 계자와 여자기 계자에 무부하시 80~90% 정격전압만 유기시키는데 필요한 용량의 영구자석을 전자석의 자속과 합해 지도록 하여 전자석에 의한 자속을 줄이고 이에 대한 전류도 줄여 크기와 무게도 줄일수 있으며 줄어든 전류,전압 많큼 효율을 증가 시킬수 있도록 한 것이고, 제3목적은 영구자석을 한극당 어긋나게 2단 이상으로 배치하여 스큐(skew) 효과를 낼수 있도록 하여 코깅토크를 줄이고 고조파를 저감시켜 왜형율 개선 등 특성을 향상시킬 수 있어 발전 품질을 높일수 있도록 한 것이며, 제4목적은 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것 즉, 보통 발전기에서 무부하시 정격전압을 유기하는데 필요한 자속은 전부하시 자속량의 대략 1/3~1/4 정도가 되며, 무부하시 정격전압을 유기시키는데 필요한 자속을 보조영구자석이 담당하게 하면 계자전류는 정격시에 비해 대략 1/3~1/4 정도로 줄어들게 되며, 주 계자에 공급되는 여자기 전류도 동일하게 줄어 여자기 전기자 크기도 줄일수 있어 효율 향상과 크기를 줄일 수 있도록 한 것이고, 제5목적은 부하 급변 과도시 전압강하 보상 및 특성을 향상시키는 것 즉, 부하급변시 과도현상에 의한 전압강하를 영구자석에 의한 자속이 바로 항상 대응 공급하므로 전압강하가 적고 응답속도가 빠른 장점이 있도록 한 것이며, 제6목적은 코킹 토크 감소 및 고조파를 줄여 전력품질을 향상시키느 것 즉, 농형유도모터 회전자 계자의 알루미늄 다이케스팅에서 채택하는 스큐에서 볼수 있드시 영구자석 모양 및 배치를 한극당 2단 이상으로 어긋나게 배치하여, 스큐효과를 가져오므로 코깅이 줄고 조조파를 줄여 파형이 좋아져 전력품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이고, 제7목적은 자석 양측에 냉각과 좌우 극간의 누설 자속을 줄이기 위한 통로를 설치함으로서 냉각효율을 높이고 유효자속을 증가시켜 효율을 높이며, 코깅토크도 조절할 수 있는 장점이 있도록 한 것이며, 제8목적은 냉각효과를 증대시키기 위하여 자석의 어긋남 부착 각도는 냉각통로 입구를 기준으로 축방향으로 자석설치시 시계 방향 회전시 출구측 자석의 부착각도가 시계방향으로 전기자 1슬롯 피치±α 각도 앞서게 설치하는 기술을 채택하여 냉각 효율을 향상시키는 장점이 있도록 한 것이고, 제9목적은 이로 인해 발전기의 품질과 신뢰성 및 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 주발전기하우징과 여자기하우징의 내부에 각각 주발전기계자와 여자기계자가 구비되는 발전기; 및 상기 주발전기계자는, 주발전기전기자의 내부에 회전축에 의해 회전하는 주발전기계자코어가 구비되되, 상기 주발전기계자코어는 적층된 복수개의 제1,제2,제3주발전기계자코어로 이루어지고, 상기 여자기계자는, 여자기계자코어의 내부에 회전축에 의해 회전하는 여자기전기자코어가 구비되되, 상기 여자기계자코어는 적층된 복수개의 제1,제2,제3여자기계자코어로 이루어지되, 상기 주발전기계자코어와 여자기계자코어에는 각각 복수개의 구멍을 형성하고, 이 각각의 구멍에는 발전기에서 무부하시 80~90% 정격전압을 유기시키는데 필요한 자속을 내는데 필요한 영구자석이 삽입되는 것으로 영구자석의 자속이 전자석과 합해지도록 하는 주계자보조영구자석과 여자기계자보조영구자석이 삽입됨을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 주발전기계자, 주발전기전기자, 주발전기계자코어, 주계자보조영구자석, 여자기계자, 여자기전기자코어, 여자기계자코어 및 여자기계자보조영구자석이 구비되도록 한 것이다.

상기한 기술적 구성에 의한 본 발명은 종래의 시스템에 메인 계자와 여자기 계자에 무부하시 80~90% 정격전압만 유기시키는데 필요한 용량의 영구자석을 전자석의 자속과 합해 지도록 하여 전자석에 의한 자속을 줄이고 이에 대한 전류도 줄여 크기와 무게도 줄일수 있으며 줄어든 전류,전압 많큼 효율을 증가 시킬수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은 영구자석을 한극당 어긋나게 2단 이상으로 배치하여 스큐(skew) 효과를 낼수 있도록 하여 코깅토크를 줄이고 고조파를 저감시켜 왜형율 개선 등 특성을 향상시킬 수 있어 발전 품질을 높일수 있도록 한 것이다.

그리고 본 발명은 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것 즉, 보통 발전기에서 무부하시 정격전압을 유기하는데 필요한 자속은 전부하시 자속량의 대략 1/3~1/4 정도가 되며, 무부하시 정격전압을 유기시키는데 필요한 자속을 보조영구자석이 담당하게 하면 계자전류는 정격시에 비해 대략 1/3~1/4 정도로 줄어들게 되며, 주 계자에 공급되는 여자기 전류도 동일하게 줄어 여자기 전기자 크기도 줄일수 있어 효율 향상과 크기를 줄일 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은 부하 급변 과도시 전압강하 보상 및 특성을 향상시키는 것 즉, 부하급변시 과도현상에 의한 전압강하를 영구자석에 의한 자속이 바로 항상 대응 공급하므로 전압강하가 적고 응답속도가 빠른 장점이 있도록 한 것이다.

특히 본 발명은 코킹 토크 감소 및 고조파를 줄여 전력품질을 향상시키느 것 즉, 농형유도모터 회전자 계자의 알루미늄 다이케스팅에서 채택하는 스큐에서 볼수 있드시 영구자석 모양 및 배치를 한극당 2단 이상으로 어긋나게 배치하여, 스큐효과를 가져오므로 코깅이 줄고 조조파를 줄여 파형이 좋아져 전력품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

아울러 본 발명은 자석 양측에 냉각과 좌우 극간의 누설 자속을 줄이기 위한 통로를 설치함으로서 냉각효율을 높이고 유효자속을 증가시켜 효율을 높이며, 코깅토크도 조절할 수 있는 장점이 있도록 한 것이다.

더하여 본 발명은 냉각효과를 증대시키기 위하여 자석의 어긋남 부착 각도는 냉각통로 입구를 기준으로 축방향으로 자석설치시 시계 방향 회전시 출구측 자석의 부착각도가 시계방향으로 전기자 1슬롯 피치±α 각도 앞서게 설치하는 기술을 채택하여 냉각 효율을 향상시키는 장점이 있도록 한 것이다.

본 발명은 상기한 효과로 인해 발전기의 품질과 신뢰성 및 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 적용된 주발전기계자코어의 분해 사시도.
도 2 는 본 발명에 적용된 주발전기계자코어의 결합상태 사시도.
도 3 은 본 발명에 적용된 주발전기계자코어의 결합상태 정면도.
도 4 는 본 발명에 적용된 주발전기계자코어와 주발전기전기자의 측면도.
도 5 는 본 발명에 적용된 여자기계자코어의 분해 사시도.
도 6 은 본 발명에 적용된 여자기계자코어의 결합상태 사시도.
도 7 은 본 발명에 적용된 여자기계자코어의 결합상태 정면도.
도 8 은 본 발명에 적용된 여자기계자코어와 여자기전기자코어의 측면도.
도 9 는 본 발명에 적용된 고효율 고특성 발전기의 구성도.
도 10 은 본 발명에 적용된 고효율 고특성 발전기의 회로도.

본 발명에 적용된 고효율 고특성 발전기는 도 1 내지 도 10 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명은 주발전기하우징(10)과 여자기하우징(20)의 내부에 각각 주발전기계자(100)와 여자기계자(200)가 구비되는 발전기를 제공한다.

이때 상기 주발전기계자(100)는, 주발전기전기자(110)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 주발전기계자코어(120)가 구비되되, 상기 주발전기계자코어(120)는 복수개의 제1,제2,제3주발전기계자코어(120a)(120b)(120c)로 이루어진다.

그리고 상기 여자기계자(200)는, 여자기계자코어(220)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 여자기전기자코어(210)가 구비되되, 상기 여자기계자코어(220)는 복수개의 제1,제2,제3여자기계자코어(220a)(220b)(220c)로 이루어진다.

특히 상기 주발전기계자코어(120)와 여자기계자코어(220)에는 각각 복수개의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)을 형성하고, 이 각각의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)에는 발전기에서 무부하시 80~90% 정격전압을 유지시키는데 필요한 자속을 내는데 필요하고, 영구자석의 자속이 전자석과 합해지도록 하는 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)이 삽입됨을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

한편, 본 발명에 적용된 상기 주발전기계자코어(120)와 여자기계자코어(220)의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)에 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)을 배치할 때 코킹 토크를 줄여 고조파 저감 및 효율을 높이기 위해 한 극당 마그네트를 2개 이상으로 하여 축방향으로 각도를 어긋나게 삽입하여 배열함을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

이때 본 발명에 적용된 상기 구멍(121a)(121b)(121c)의 양옆에는 냉각과 좌우 옆극과의 누설자속 방지용 냉각홀(122)을 형성하므로 냉각효율 증대와 좌우 마그네트간 누설자속을 줄여 유효자속 증대로 효율을 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

또한 상기 냉각홀(122)은 마그네트가 좌우로 움직이지 않게 하기 위해 사다라꼴 모양으로 이루어짐이 바람직하다.

그리고 상기 냉각효과를 증대시키기 위해 상기 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)의 어긋남 부착 각도는 냉각홀(122)의 시작 입구를 기준으로 축방향으로 자석설치시 시계방향 회전시 끝부분 출구측 자석의 부착각도가 시계방향으로 1슬롯 피치 ±α각도 앞서게 설치함이 바람직하다.

또한 본 발명은 고효율 고특성 발전기의 파형율을 개선하기 위해 상기 구멍(121a)(121b)(121c)과 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)의 외측 모양은 주발전기계자코어(120)의 극호 모양과 유사한 라운드부로 형성함이 바람직하다.

또 한편, 본 발명에 적용된 상기 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)을 설치하는 스큐(skew) 각도는 2개 이상을 코어의 슬롯 피치 ±α 각도 만큼 시작과 끝부분의 영구자석이 스큐지고 중첩되게 설치함을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

이때 상기 영구자석이 스큐지고 중첩되게 설치하는 기준은 전기자 코어 슬롯 피치로 하며 그 이상 또는 이하도 포함된다.

그리고 상기 슬롯 1피치는 다음과 같다.

즉, 예를 들어 전기자의 슬롯이 총 72개일 경우 360÷72= 5 이기 때문에 5±α각도가 된다.

더하여 본 발명에 적용된 상기 제1주발전기계자코어(120a)와 제3주발전기계자코어(120c)의 좌우외측에는 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)이 축방향 외부로 이탈됨을 방지하는 압착판(160a)(160b)이 더 조립 설치되고 영구자석 좌우 냉각홀과 동일한 냉각홀을 구비하여 냉각풍이 통과될 수 잇도록 함을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기를 제공한다.

이때 상기 압착판(160a)(160b)은 누설자속을 방지하기 위해 비자성체로 이루어짐이 바람직하다.

그리고 상기 압착판(160a)(160b)에는 외부의 공기가 냉각홀 내부로 유입되게 냉각홀(122)과 같은 선상에 또 다른 냉각홀(161a)(161b)을 형성함이 바람직하다.

또 한편, 본 발명에 적용된 부호 30은 주발전기계자코일(130)에서 출력되는 출력전압을 감지하고, 감지된 출력전압을 이용하여 상기 여자기계자(200)를 제어하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)이다.

또한 부호 40은 AVR 전압센싱부이고, 50은 주발전기출력전원이다.

한편, 본 발명은 여자기 전기자 코일의 3상 전력을 전파 정류해서 메인 발전기 계자코일(140)에 DC 계자전류를 공급하는 정류기(70)가 포함된다.

여자기 전기자 3상 전력 전파 정류기(70)는 실리콘 정류소자인 것이 바람직하다. 여기서, 실리콘 정류소자(Silicon ControlledRectifier)는 교류를 직류로 변환하며, 계자전원의 양을 조절할 수 있다.

또 한편, 본 발명은 메인 발전기 계자 코일(140)과 여자기 전기자 3상 전력 전파 정류기(70)의 사이에는 바리스터(80)를 더 설치하는 것이 바람직하다. 여기서, 바리스터(80)는 일정전압 이상을 감지하면 스위칭 작용한다. 즉, 바리스터(80)에 의해 메인발전기 계자코일(140)에 이상전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 고효율 고특성 발전기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 브러쉬레스 동기 발전기의 효율과 특성을 향상시키는 것이며, 이것을 구현하기 위하여 종래의 발전기 주 로터에 전자석과 영구자석의 자속이 합해지는 방향으로 보조영구자석을 설치하고, 여자기 계자에도 보조영구 자석을 설치하여 무부하시 80~90%의 정격전압을 유기하는데 필요로 하는 자속을 보조영구자석이 담당하게 하고 부하가 증가하면 전압이 하강하고 정격전압을 유지시키기 위하여 계자전류를 증가시켜야 하는데, 이것은 기존의 방식대로 전압을 센싱하여 AVR을 통해 계자전류를 증가시켜 전압강하 많큼 전압을 올려준다. 영구자석 자속은 무부하시 또는 부하급변시 과도현상에 따른 전압변동을 상쇄 시켜주며, 과도현상에 따른 최대변동 전압과 고조파 크기를 저감시켜주고 영구자석으로 인해 필요로하는 메인 계자전류를 줄일수 있기 때문에 여자기 전기자 전류용량을 줄일 수 있고 또한 주계자 영구자속과 여자기 영구자속만큼 여자기 계자전류를 줄일수 있어 전체 크기와 무게를 줄일 수 있고 발전기 전체 효율상승과 왜형율 개선 등 특성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 적용된 영구 자석은 2개 이상의 자석을 전기자 1슬롯 피치 ±α 각도 만큼 어긋나게 하여 스큐효과로 인한 코깅저감 및 파형을 좋게하는 특성이 있으며, 자석 좌우에 냉각홀을 설치하여 냉각효율을 좋게하고 좌우 다른극 자석간에 누설 자속을 줄여 유효자속을 증대시켜 전체 효율을 증가시키며 2차로 코킹 조절도하는 장점이 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 메인 발전기인 주고정자와, 상기 주고정자 내에서 회전되는 주회전자로 구성되어 있고, 상기 주발전부에 계자전원을 공급하기 위한 보조 발전기인 여자부는 고정 계자와 회전 전기자로 구성되어 있으며, 주 계자와 여자기 계자에 보조 영구자석을 2단 또는 3단 이상으로 어긋나게 설치하고 무부하시 80%-90% 전압을 보조 영구자석에서 담당하고 부하 증가에 따라 증가되는 자속은 기존의 전자석을 이용하여 공급된다. 상기 주발전부에서 출력되는 출력전압을 감지하고, 감지된 출력전압을 근거로 하여 상기 여자부를 제어하는 제어부를 포함한다.

이와 같이, 본 발명은 보조 영구자석을 사용함으로써 효율을 높이고, 한극당 2~3단 이상으로 어긋나게 설치하여 고조파 성분의 영향을 최소화하면서 발전 품질을 높이고 왜곡되지 않은 신호를 이용하여 여자부의 계자전원을 조절하여 안정된 출력전원을 부하에 공급할 수 있다.

한편, 본 발명은 주발전기 전기자(110)와 상기 주발전기 전기자(110) 내에서 회전되는 주 발전기 계자코어(120)로 구성되어 있고, 주 발전기 계자(100)는 보조 영구자석이 코아내에 설치되어 있고, 메인발전기 계자코일(140)에 계자전원을 공급하기 위한 여자기 계자(200)가 구비된다. 그리고 주 발전기 전기자 코일(130)에서 출력되는 출력전압을 감지하고, 감지된 출력전압을 이용하여 상기 여자기 계자(200)를 제어하는 자동 전압 조정기(30)가 구비된다.

상기 자동 전압조정기(30)가 상기 여자기 계자(200)를 제어하도록 제어신호를 전송하고 여자기 계자코어 내에 보조 영구자석(225a)(225b)(225c)을 포함하고 여자기 전기자 코일의 3상 전력을 전파 정류해서 메인 발전기 계자코일(140)에 DC 계자전류를 공급하는 정류기(70)를 포함한다.

여기서, 주발전기 계자(100) 및 여자기 전기자(240)는 회전축(300)에 소정간격으로 이격되게 설치되어 함께 회전하고 있다.

이때, 주 발전기 계자 코일(130)에서 발전될 때 자동 전압 조정기(30)가 출력전압의 증감을 감지하면 자동 전압 조정기(30)기를 통하여 여자기 계자(200)를 제어한다. 즉, 메인 발전기 계자 코일(130)에서 발생되는 출력전압이 떨어지면 여자기 전기자 출력 3상 전력을 전파 정류시켜 정류기(70)를 통하여 메인계자전류를 증가시키며 메인계자전류를 증가시키기 위하여 여자기 계자(200)에 계자전류를 증가시켜 메인 발전기 출력전압을 항상 일정하게 유지시킨다. 출력전압이 높아지면 계자전류를 높아진 만큼 줄이거나 차단한다.

여기서 자동 전압 조정기(30)는 AVR(Automatic Voltage Regulator) 이다.

이와 같이, 주발전기 전기자(계자) 코일(130)에서 발전되는 출력전류는 무부하시 정격전압의 80~90%는 영구자석에서, 부하시는 여자기 계자(200)에서 발생되는 계자전류가 조절되어 공급되므로, 부하헌팅 현상이 발생되지 않는 깨끗하고 안정적인 출력전류가 발생된다.

상기 주 발전기 계자코어(120)는 그 외주면 내에 소정간격으로 이격되게 설치되는 극당 2개 이상의 다수개의 주계자보조 영구자석(125a)(125b)(125c)을 설치하는 것이다.

여기서, 주 계자 보조 영구자석(125a)(125b)(125c)은 무부하시 정격전압의 80~90%를 담당하므로 전자석에의한 자속을 감소시킬 수 있다.

상기 여자기 계자(200)는 상기 회전축(300)의 회전에 의해 함께 회전되는 여자기 전기자 코어(210)와; 상기 여자기 전기자 코어(210)에 대응되는 여자기 계자 코어(220)와; 상기 여자기 계자 코어(220)에 설치되는 극당 다수개의 여자기 계자 보조 영구자석(225a)(225b)(225c)를 포함하여 구성된다.

여기서, 여자기 계자 보조 영구자석(225a)(225b)(225c)은 여자기 계자 코어(220)의 내주면 내에 한극당 2개 이상 어긋나게 설치하여 코깅 토크를 줄인다.

특히 본 발명에 적용된 보조영구자석은 2개 이상의 자석을 전기자 1슬롯 피치 ±α 각도 만큼 어긋나게 하여 스큐효과로 인한 코깅저감 및 파형을 좋게하는 특성이 있으며, 자석 좌우에 냉각홀(122)을 설치하여 냉각효율을 좋게하고 좌우 다른극 자석간에 누설 자속을 줄여 유효자속을 증대시켜 전체 효율을 증가시키며 2차로 코킹 조절도하는 장점이 있도록 한 것이다.

상기한 본 발명에 의하면, 메인발전부에 주 계자에 보조 영구자석을 설치하여 무부하시 정격의 80~90% 전압을 담당하므로 전자석에 의한 계자전류를 줄일수 있으며 그많큼 효율이 향상된다.

또한 본 발명은 보조영구자석으로 무부하시 80∼90% 전압을 담당하므로 무부하시 선로가 길어 정전용량이 클 경우 전기자 반작용의 증자작용으로 인한 전압 상승문제를 방지할수 있어 신뢰성을 향상 시킬수 있다.

또한 본 발명은 보조영구자석 자속만큼 여자기 용량을 줄일수 있어 여자기 크기와 무게를 줄일수 있고 여자기 계자에 보조 영구자석을 사용한 만큼 여자기 계자전류를 더 줄일수 있어 효율이 더 상승 된다.

또한 본 발명은 주 발전부와 여자기 계자에 보조 마그네트를 구비하고 자석배치를 스큐효과가 나게 배치하여 코깅토크를 줄여 발전기의 부하에 의해 발생되는 고조파성분의 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 보조 영구자석은 코아내에 전기자 슬롯피치 각도 또는 여러 각도로 설치가능하며 각도에 따라 코깅 토크 및 왜형율을 개선하는 효과가 있으며, 자석이 코아내에 설치함으로써 회전시 원심력에 의한 이탈하는 문제점이 없고 신뢰성을 향상시킨다.

또한 본 발명은 보조 영구자석을 설치하여 항상 일정 자속이 나오므로 부하 급변시 과도현상에 의한 전압강하를 줄여주어 전력품질 향상을 가져온다.

또한 본발명은 보조 영구자석과 전자석의 자속이 합해지도록 설치하고 있으며 정격부하시 정격전압을 유기시키는데 필요한 총자속중 1/3~1/4을 영구자석에서 담당하므로 발전시스템의 효율을 향상시키며 기존의 AVR을 그대로 사용 할수 있어 편리하고 신뢰성을 높일수 있다.

또한 본발명은 자석 좌우로 냉각 및 누설자속 방지용 홀을 설치하여 냉각효율을 높이고 좌우 자석간의 누설자속을 방지하여 유효자속을 증가시켜 전체 효율 향상을 높일수 있다.

또한 본발명은 냉각효과를 증대시키기 위하여 자석의 어긋남 부착 각도는 냉각통로 입구를 기준으로 축방향으로 자석설치시 시계 방향 회전시 출구측 자석의 부착각도가 시계방향으로 1슬롯 피치±α 각 앞서게 설치하는 기술로 냉각효율을 높일 수 있다.

본 발명 고효율 고특성 발전기의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 주발전기계자
110: 주발전기전기자
120: 주발전기계자코어
121a, 121b, 121c: 구멍
125a, 125b, 125c: 주계자보조영구자석
200: 여자기계자
210: 여자기전기자코어
220: 여자기계자코어
225a, 225b, 225c: 여자기계자보조영구자석

Claims

주발전기하우징(10)과 여자기하우징(20)의 내부에 각각 주발전기계자(100)와 여자기계자(200)가 구비되는 발전기; 및
상기 주발전기계자(100)는,
주발전기전기자(110)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 주발전기계자코어(120)가 구비되되, 상기 주발전기계자코어(120)는 적층된 복수개의 제1,제2,제3주발전기계자코어(120a)(120b)(120c)로 이루어지고,
상기 여자기계자(200)는,
여자기계자코어(220)의 내부에 회전축(300)에 의해 회전하는 여자기전기자코어(210)가 구비되되, 상기 여자기계자코어(220)는 적층된 복수개의 제1,제2,제3여자기계자코어(220a)(220b)(220c)로 이루어지되,
상기 주발전기계자코어(120)와 여자기계자코어(220)에는 각각 복수개의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)을 형성하고, 이 각각의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)에는 발전기에서 무부하시 80~90% 정격전압을 유기시키는데 필요한 자속을 내는데 필요한 영구자석이 삽입되는 것으로 영구자석의 자속이 전자석과 합해지도록 하는 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)이 삽입되고,
아울러 상기 구멍(121a)(121b)(121c)의 양옆에는 냉각과 좌우 옆극과의 누설자속 방지용 냉각홀(122)을 형성하므로 냉각효율 증대와 좌우 마그네트간 누설자속을 줄여 유효자속 증대로 효율을 향상시킬 수 있도록 하고,
더하여 상기 냉각홀(122)은 마그네트가 좌우로 움직이지 않게 하기 위해 사다라꼴 모양으로 이루어짐을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기.
청구항 1 에 있어서,
상기 주발전기계자코어(120)와 여자기계자코어(220)의 구멍(121a)(121b)(121c)(221a)(221b)(221c)에 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)과 여자기계자보조영구자석(225a)(225b)(225c)을 배치할 때 코킹 토크를 줄여 고조파 저감 및 효율을 높이기 위해 한 극당 마그네트를 2개 이상으로 하여 축방향으로 각도를 어긋나게 삽입하여 배열함을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기.
삭제
청구항 1 에 있어서,
상기 제1주발전기계자코어(120a)와 제3주발전기계자코어(120c)의 좌우외측에는 주계자보조영구자석(125a)(125b)(125c)이 외부로 이탈됨을 방지하는 압착판(160a)(160b)이 더 조립 설치되고 영구자석 좌우 냉각홀과 동일한 냉각홀을 구비하여 냉각풍이 통과될 수 잇도록 함을 특징으로 하는 고효율 고특성 발전기.