KR102202298B1 - Brushless synchronous generator having function of detecting rotator state - Google Patents
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Abstract
Description
브러시리스 동기 발전기에 관한 것으로, 특히 회전자의 상태를 검출할 수 있는 브러시리스 동기 발전기에 관한 것이다. It relates to a brushless synchronous generator, and more particularly to a brushless synchronous generator capable of detecting the state of a rotor.
산업현장과 일상 생활에서 각종 전기설비 또는 전자장비가 사용되고 있다. 현대 사회에서 각종 전기설비 또는 전자장비에 대한 전력 공급은 항상 끊김 없이 유지되어야 한다. 여러 원인으로 인해 전력 공급이 중단되었을 때, 일반적으로 비상발전설비가 가동되어 임시적으로 전력 공급을 하고 있다. 전력 공급이 중단되었을 때에 비상발전설비의 고장으로 인해 전력 공급을 할 수 없으면 각종 사고로 이어질 수 있다. 따라서, 비상발전설비는 항상 정비되어야 하고, 가동 중에도 비상발전설비의 동작 상태를 모니터링하여 비상발전설비가 정상 범위 내에서 안전하게 동작하고 있는가를 확인하여야 한다. 만약, 비상발전설비의 이상 상태가 감지되면 즉시 적절한 조치를 취하여 비상발전설비의 가동 중지가 일어나지 않도록 하여야 한다.Various electrical or electronic equipment are used in industrial sites and in everyday life. In modern society, power supply to various electric or electronic equipment must always be maintained seamlessly. When power supply is interrupted due to various reasons, emergency power generation facilities are generally operated to provide temporary power supply. If the power supply cannot be supplied due to a failure of the emergency power generation facility when the power supply is interrupted, various accidents may occur. Therefore, emergency power generation facilities must be maintained at all times, and the operation status of emergency power generation facilities must be monitored even during operation to confirm whether emergency power generation facilities are operating safely within the normal range. If an abnormal condition of the emergency power generation facility is detected, appropriate measures should be taken immediately to prevent the emergency power generation facility from being stopped.
비상발전설비의 발전기로는 주로 브러시리스 동기 발전기가 사용되고 있다. 브러시리스 동기 발전기란 발전기의 회전자에 해당하는 계자로 직류를 공급함으로써 이러한 계자로 전류를 공급하는 브러시(brush)가 필요 없는 브러시리스 발전기로서 회전자가 자기장에 동기되어 회전함으로써 회전 속도에 의해 교류의 주파수가 결정되는 교류 발전기를 말한다. 이러한 브러시리스 동기 발전기는 일반적으로 여자기에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시킴으로써 외부의 부하에 공급될 전력을 발생시킨다. 브러시리스 동기 발전기의 출력전압의 변동은 부하의 정상적 동작을 방해할 뿐만 아니라 부하의 고장을 일으킬 수 있다. 동기 발전기에는 부하의 변동이나 계통의 외란에 관계없이 브러시리스 동기 발전기의 출력전압을 일정하게 유지시킴으로써 브러시리스 동기 발전기의 출력전압을 안정화시키는 역할을 하는 자동전압조정기(AVR, Automatic Voltage Regulator)가 설치된다. A brushless synchronous generator is mainly used as a generator for emergency power generation facilities. A brushless synchronous generator is a brushless generator that does not require a brush that supplies current to such a field by supplying direct current to the field corresponding to the rotor of the generator. The rotor rotates in synchronization with a magnetic field, thereby generating alternating current by rotational speed. It refers to an alternator whose frequency is determined. Such a brushless synchronous generator generally generates electric power to be supplied to an external load by generating magnetic flux from electric power generated by an exciter. Fluctuations in the output voltage of a brushless synchronous generator may not only interfere with the normal operation of the load, but also cause a load failure. In the synchronous generator, an automatic voltage regulator (AVR) is installed that stabilizes the output voltage of the brushless synchronous generator by maintaining the output voltage of the brushless synchronous generator constant regardless of load fluctuations or system disturbances. do.
발전기가 가동되면 발전기의 상태를 모니터링하기 위하여 발전기의 고정자에는 각종 센서가 설치되어 있다. 이 센서들에 의해 검출된 신호를 분석함으로써 발전기의 동작 상태를 모니터링하게 된다. 일반적으로, 발전기 고정자의 권선에 흐르는 전기의 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률, 고정자 권선의 온도, 절연저항값 등을 검출하여 발전기가 정상적으로 동작하고 있는가를 감시한다. 발전기 회전자는 발전기 동작 중에는 계속적으로 회전하고 있기 때문에 회전자의 상태를 모니터링하는 것은 용이하지 않다. 발전기 회전자에 해당하는 주발전기의 계자 권선에 대한 입력전압 값, 입력전류값, 권선온도 값은 주발전기의 무부하특성곡선, 단락특성곡선, 발전 효율 측정 등의 특성 파악에서 반드시 계측되어야 하는 요소이다. 다음과 같이, 발전기 회전자의 상태 검출에 대한 시도들이 있었다.When the generator is running, various sensors are installed in the stator of the generator to monitor the condition of the generator. By analyzing the signals detected by these sensors, the operation status of the generator is monitored. In general, it monitors whether the generator is operating normally by detecting the voltage, current, power, frequency, power factor, temperature of the stator winding, insulation resistance, etc. of electricity flowing through the winding of the generator stator. It is not easy to monitor the condition of the rotor because the generator rotor is continuously rotating during the generator operation. The input voltage value, input current value, and winding temperature value for the field winding of the main generator corresponding to the generator rotor are factors that must be measured in grasping characteristics such as the no-load characteristic curve, short circuit characteristic curve, and power generation efficiency measurement of the main generator. . As follows, there have been attempts at detecting the state of the generator rotor.
대한민국등록특허 제10-0980811호 "회전 계자형 동기 발전기의 회전부 이상 검출 방법"은 발전기 회전자의 출력전압, 출력전류, 권선온도 등을 검출하는 회전부 감지장치를 개시하고 있다. 대한민국등록특허 제10-1021195호 "비상용 회전 계자형 동기식 발전기의 다기능 디지털 자동 전압 조정 장치"는 발전기 회전자의 입력전압, 입력전류, 권선온도 등을 검출하는 회전자 상태 검출기를 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술은 발전기의 회전자와 함께 회전하는 요소의 구동용 전원에 대해서는 언급하고 있지 않다. Korean Patent Registration No. 10-0980811 "Method for detecting an abnormality in a rotating part of a rotating field type synchronous generator" discloses a rotating part sensing device that detects an output voltage, an output current, and a winding temperature of a generator rotor. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1021195 "Multi-function digital automatic voltage regulation device for emergency rotating field type synchronous generator" discloses a rotor state detector that detects the input voltage, input current, winding temperature of the generator rotor. However, this prior art does not mention a power source for driving an element that rotates with the rotor of the generator.
대한민국등록특허 제10-1799970호 "자가 진단 스마트 발전기"는 발전기 회전자에 장착되어 회전자의 계자 권선의 온도를 측정하는 온도센서를 개시하고 있다. 이 종래기술은 온도센서의 구동 전원을 무선으로 온도센서에 공급하기 때문에 발전기 내부에 발생된 자장, 전자파로 인해 온도센서의 구동 전원이 일정하게 공급되기 어렵다. 그 결과, 온도센서에 의해 측정된 온도 값의 오차가 매우 크다는 문제점이 있었다Korean Patent Registration No. 10-1799970 "Self-diagnosis smart generator" discloses a temperature sensor that is mounted on the generator rotor and measures the temperature of the field winding of the rotor. In this prior art, since the driving power of the temperature sensor is wirelessly supplied to the temperature sensor, it is difficult to constantly supply the driving power of the temperature sensor due to magnetic fields and electromagnetic waves generated inside the generator. As a result, there was a problem that the error of the temperature value measured by the temperature sensor was very large.
발전기 내부에서 회전자와 함께 회전하면서 회전자 상태를 검출하여 발전기 외부에 제공할 수 있으면서 발전기 내부의 자장, 전자파로 인한 회전자 상태에 대한 검출 값의 오차가 발생하지 않도록 하는 브러시리스 동기 발전기를 제공하는데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.Provides a brushless synchronous generator that detects the state of the rotor while rotating with the rotor inside the generator and provides it to the outside of the generator, while preventing errors in the detected value of the rotor state due to magnetic fields and electromagnetic waves inside the generator. There is. It is not limited to the above-described technical problem, and another technical problem may be derived from the following description.
본 발명에 따른 브러시리스 동기 발전기는 원통 형상의 하우징; 일단이 상기 하우징의 일측 종단면을 관통하고 타단이 상기 하우징의 타측 종단면을 관통하여 외력에 의해 회전하는 회전축; 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 회전축의 회전에 의해 여자 전력을 발생시키는 여자기; 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 회전축의 회전에 의해 상기 여자기에 의해 발생된 여자 전력으로부터 발생된 자속으로부터 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 주발전기; 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 회전축의 회전에 의해 상기 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시키는 코어리스발전기; 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 여자기와 상기 주발전기의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 검출하는 센서모듈; 상기 코어리스발전기에 의해 발생된 전력으로 구동되며, 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 센서모듈에 의해 검출된 적어도 하나의 상태값을 나타내는 무선 신호를 송출하는 무선모듈; 및 상기 하우징의 외부에 설치되어 상기 무선모듈에 의해 송출된 무선 신호를 수신하는 무선중계기를 포함한다.The brushless synchronous generator according to the present invention includes a cylindrical housing; A rotation shaft having one end passing through one end face of the housing and the other end passing through the other end face of the housing and rotating by an external force; An exciter installed in the housing to generate excitation power by rotation of the rotation shaft; A main generator installed inside the housing to generate power output to the outside from a magnetic flux generated from the excitation power generated by the exciter by rotation of the rotation shaft; A coreless generator installed in the housing and generating power having a voltage fluctuation smaller than the excitation power by rotation of the rotation shaft; A sensor module for detecting at least one state value of a portion corresponding to at least one rotor of the exciter and the main generator while rotating together with the rotation shaft; A wireless module that is driven by the power generated by the coreless generator, rotates together with the rotation shaft, and transmits a wireless signal indicating at least one state value detected by the sensor module; And a wireless repeater installed outside the housing to receive a wireless signal transmitted by the wireless module.
상기 코어리스발전기는 나선코일형으로 권취된 권선을 이용하여 상기 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시킬 수 있다.The coreless generator may generate power having a voltage fluctuation width smaller than that of the excitation power by using a winding wound in a spiral coil type.
상기 코어리스발전기는 나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 절연지 상에 평평하게 눌러서 부착한 후에 상기 절연지를 동그랗게 말아서 형성된 링형의 코어리스전기자; 및 상기 코어리스전기자의 외주면 둘레 주위에 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 영구자석을 포함할 수 있다. The coreless generator includes a ring-shaped coreless armature formed by rolling the insulating paper in a circle after attaching the cylindrical winding wound in a spiral coil type by pressing flat on insulating paper; And a plurality of permanent magnets disposed at predetermined intervals around an outer circumferential surface of the coreless armature.
상기 브러시리스 동기 발전기는 복수 개의 스포크를 갖는 휠 형태로 형성되며, 중심공에 상기 회전축이 삽입되는 구조로 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 일체로 회전하는 전기자브래킷을 더 포함하고, 상기 코어리스전기자는 상기 전기자브래킷의 외측 둘레면에 부착되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전할 수 있다.The brushless synchronous generator is formed in the form of a wheel having a plurality of spokes, and further includes an armature bracket coupled to the rotation shaft to rotate integrally with the rotation shaft in a structure in which the rotation shaft is inserted into a central hole, and the coreless electric machine The ruler is attached to the outer circumferential surface of the armature bracket and can rotate according to the rotation of the rotating shaft.
상기 브러시리스 동기 발전기는 각각이 일자형으로 형성되어 상기 하우징의 내주면 둘레에 일정 간격으로 직립 부착되는 복수 개의 자석브래킷을 더 포함하고, 상기 각 영구자석은 상기 각 자석브래킷의 말단에 부착될 수 있다. The brushless synchronous generator further includes a plurality of magnetic brackets, each of which is formed in a straight shape, and is vertically attached to the inner peripheral surface of the housing at regular intervals, and each of the permanent magnets may be attached to an end of each of the magnet brackets.
상기 여자기는 여자기계자, 여자기전기자, 및 정류기를 포함하고, 상기 정류기는 상기 복수 개의 스포크 사이의 공간을 통과하는 도선을 이용하여 상기 여자기전기자로부터 출력된 교류로부터 변환된 직류를 상기 발전기계자에 출력할 수 있다. The exciter includes an exciter, an exciter armature, and a rectifier, and the rectifier converts direct current converted from the alternating current output from the exciter armature using a wire passing through a space between the plurality of spokes into the generator field. Can be printed on.
상기 무선모듈은 상기 회전축에 부착되어 상기 회전축과 함께 회전하고, 상기 브러시리스 동기 발전기는 상기 무선모듈이 부착된 회전축의 지점을 중심으로 하는 하우징의 내측 원형 둘레에 설치되는 원형의 안테나를 더 포함하고, 상기 무선중계기는 상기 안테나를 통해 상기 무선모듈에 의해 송출된 무선 신호를 수신할 수 있다.The wireless module is attached to the rotation shaft and rotates together with the rotation shaft, and the brushless synchronous generator further includes a circular antenna installed around an inner circle of the housing centered on a point of the rotation shaft to which the wireless module is attached, , The wireless repeater may receive a wireless signal transmitted by the wireless module through the antenna.
상기 주발전기는 발전기계자 및 발전기전기자를 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 발전기계자의 권선 입력단자에 연결되어 상기 발전기계자의 권선에 대한 입력전압 값을 검출하는 전압센서부를 포함할 수 있다.The main generator may include a generator field and a generator armature, and the sensor module may include a voltage sensor unit connected to a winding input terminal of the generator field to detect an input voltage value for the winding of the generator field.
상기 주발전기는 발전기계자 및 발전기전기자를 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 발전기계자의 권선에 대해 비접촉식으로 상기 발전기계자의 권선에 대한 입력전류 값을 검출하는 전류센서부를 포함할 수 있다.The main generator includes a generator field and a generator armature, and the sensor module may include a current sensor unit that detects an input current value for the winding of the generator field in a non-contact manner with respect to the winding of the generator field.
상기 주발전기는 발전기계자 및 발전기전기자를 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 발전기계자의 권선의 노출 부위에 부착되어 발전기계자의 권선온도 값을 검출하는 온도센서부를 포함할 수 있다.The main generator may include a generator field and a generator armature, and the sensor module may include a temperature sensor unit attached to an exposed portion of the winding of the generator field to detect a winding temperature value of the generator field.
본 발명에 따른 브러시리스 동기 발전기는 회전축과 함께 회전하면서 여자기와 주발전기의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 검출하는 센서모듈, 회전축과 함께 회전하면서 센서모듈에 의해 검출된 적어도 하나의 상태값을 나타내는 무선 신호를 송출하는 무선모듈, 및 하우징의 외부에 설치되어 무선모듈에 의해 송출된 무선 신호를 수신하는 무선중계기에 의해 발전기 내부에서 회전자와 함께 회전하면서 회전자 상태를 검출하여 발전기 외부에 제공할 수 있다. The brushless synchronous generator according to the present invention is a sensor module that detects at least one state value of a portion corresponding to at least one rotor of the exciter and the main generator while rotating together with the rotating shaft, and is detected by the sensor module while rotating together with the rotating shaft. The state of the rotor while rotating with the rotor inside the generator by a wireless module that transmits a wireless signal indicating at least one state value that is set up, and a wireless repeater that is installed outside the housing and receives the wireless signal transmitted by the wireless module. Can be detected and provided to the outside of the generator.
특히, 본 발명에 따른 브러시리스 동기 발전기는 여자기와 주발전기 외에 회전축의 회전에 의해 여자기에 의해 발생된 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력, 즉 출력 전압의 크기가 일정한 전력을 발생시키는 코어리스발전기를 구비하고, 코어리스발전기의 출력 전력에 의해 무선모듈이 구동되도록 함으로써 무선모듈의 구동 전원 불안으로 인한 회전자 상태에 대한 검출 값의 오차가 발생하지 않게 된다. 여자기의 출력 전력은 발전기 부하 변동에 따라 전압 변동폭이 매우 크고, 주발전기의 출력 전력은 전압이 매우 높아 무선모듈의 구동 전원으로 적합하지 않다. 무선 전력 공급 방식은 발전기 내부의 자장, 전자파로 인해 적합하지 않다. In particular, the brushless synchronous generator according to the present invention is a coreless generator that generates power having a smaller voltage fluctuation than the excitation power generated by the exciter by the rotation of the rotating shaft in addition to the exciter and the main generator. In addition, since the wireless module is driven by the output power of the coreless generator, there is no error in the detected value for the state of the rotor due to unstable driving power of the wireless module. The output power of the exciter has a very large voltage fluctuation according to the change in the load of the generator, and the output power of the main generator is very high, so it is not suitable as a driving power source for the wireless module. The wireless power supply method is not suitable due to the magnetic field and electromagnetic waves inside the generator.
코어리스발전기는 나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 절연지 상에 평평하게 눌러서 부착한 후에 절연지를 동그랗게 말아서 형성된 링형의 코어리스전기자와 코어리스전기자의 외주면 둘레 주위에 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 영구자석으로 구현됨에 따라 발전기 내부의 강한 전자파 환경에서도 파형의 진폭이 작으면서 진폭 변동이 거의 없는 교류를 출력할 수 있다. 즉, 코어리스발전기는 무선모듈의 전자부품들의 동작 전원용으로 적합한 교류를 출력할 수 있다. 상기된 바와 같은 효과로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 효과가 도출될 수도 있다.The coreless generator is a ring-shaped coreless armature formed by rolling an insulating paper round after a cylindrical winding wound in a spiral coil type is pressed flat on an insulating paper and a plurality of permanent magnets arranged at regular intervals around the outer circumference of the coreless armature. As implemented, it is possible to output alternating current with little amplitude fluctuation while having a small amplitude of the waveform even in a strong electromagnetic environment inside the generator. That is, the coreless generator can output AC suitable for operation power of electronic components of the wireless module. It is not limited to the effects as described above, and another effect may be derived from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 절개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 횡단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 코어리스전기자(61)의 제작 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 코어리스발전기(60)의 단면도이다. 1 is a longitudinal sectional view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a cut-away view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a manufacturing process of the
5 is a cross-sectional view of the
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 발전기 내부에서 회전자와 함께 회전하면서 회전자 상태를 검출하여 발전기 외부에 제공할 수 있으면서 발전기 내부의 자장, 전자파로 인한 회전자 상태에 대한 검출 값의 오차가 발생하지 않도록 하는 브러시리스 동기 발전기에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 브러시리스 동기 발전기를 간략하게 "브러시리스 동기 발전기" 또는 "발전기"로 간략하게 호칭할 수도 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment of the present invention described below is capable of detecting the rotor state while rotating with the rotor inside the generator and providing it to the outside of the generator, while the error of the detected value for the rotor state due to magnetic fields and electromagnetic waves inside the generator is reduced. It relates to a brushless synchronous generator that does not occur. Hereinafter, such a brushless synchronous generator may be simply referred to as "brushless synchronous generator" or "generator".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 종단면도로서 브러시리스 동기 발전기의 일측 종단의 지름으로부터 타측 종단의 지름까지 종방향으로 절단한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기는 하우징(10), 회전축(20), 여자기(30), 주발전기(40), 자동전압조정기(AVR, Automatic Voltage Regulator)(50), 코어리스발전기(60), 센서모듈(70), 무선모듈(80), 무선중계기(91), 안테나(92), 안테나연결선로(93), 및 모니터부(100)로 구성된다. 상기된 구성 요소들은 주요 구성 요소로서 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기는 상기된 구성 요소 외에 다른 구성 요소가 추가되어 구성될 수 있다. 브러시리스(brushless) 동기 발전기란 발전기의 회전자에 해당하는 계자로 직류를 공급함으로써 이러한 계자로 전류를 공급하기 위한 브러시(brush)가 필요 없는 동기 발전기를 말한다. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken in a longitudinal direction from the diameter of one end of the brushless synchronous generator to the diameter of the other end. Referring to FIG. 1, the brushless synchronous generator according to the present embodiment includes a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 절개도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 횡단면도이다. 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기의 내부 구조에 대한 이해를 돕기 위해 그 종단면을 단순화하여 도 1에 도시하였다. 하우징(10), 회전축(20), 여자기(30), 주발전기(40), 자동전압조정기(50)는 브러시리스 동기 발전기의 일반적인 구성요소들이다. 코어리스발전기(60), 센서모듈(70), 무선모듈(80), 무선중계기(91), 안테나(92), 안테나연결선로(93)는 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기가 회전자 상태 검출 기능을 갖도록 하기 위한 본 실시예의 특징적 구성요소들이다. 2 is a cut-away view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention. In order to help understand the internal structure of the brushless synchronous generator according to the present embodiment, the longitudinal section is simplified and illustrated in FIG. 1. The
코어리스발전기(60), 무선모듈(80), 무선중계기(91), 안테나(92), 및 안테나연결선로(93)가 발전기 내부에 구체적으로 어떻게 구현되는가를 보여주기 위해, 이러한 구성요소들이 노출되도록 도 2에는 하우징 일부가 절개된 상태로 도시되어 있고 도 3에는 무선모듈(80) 기준의 횡단면이 도시되어 있다. 도면이 복잡해짐에 따라 본 실시예에 대한 이해가 방해되지 않도록 센서모듈(70)의 도시는 생략되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 센서모듈(70)과 무선모듈(80)은 회전축(20) 상에 설치되어 회전축(20)과 함께 회전한다. 센서모듈(70)과 무선모듈(80)이 초소형의 경량 장치로 구현될 경우에 거의 문제가 되지 않을 수 있으나, 회전축(20)의 질량 중심이 그 회전 중심으로부터 편심되어 있으면, 질량 편심에 의해 원심력의 불평형이 발생하여 발전기 전체에 진동이 발생될 수 있다. 회전축(20)의 질량 중심을 맞추기 위한 더미가 회전축(20)에 추가로 설치될 수 있다. In order to show how the
하우징(10)은 발전기의 회전자가 그 내부에서 원활하게 회전할 수 있도록 하기 위해 원통 형상으로 형성된다. 하우징(10)의 내면은 발전기의 회전자의 원활한 회전을 위해 반드시 원통 형상이어야 하나 외면은 발전기의 고정을 위해 원통 형상이 아닐 수도 있다. 하우징(10)은 그 외부로 전자파, 소음 등이 유출되는 것을 방지하고 그 내부로 먼지 등 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 밀폐되어 있음이 바람직하다. The
회전축(20)은 그 길이방향의 일단이 하우징(10)의 일측 종단면을 관통하고 타단이 하우징(10)의 타측 종단면을 관통하여 외력에 의해 회전한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(20)은 하우징(10)의 일측 종단면의 중심에 형성된 관통공과 타측 종단면의 중심에 형성된 관통공에 형성된 관통공을 관통한다. 회전축(20)과 하우징(10)의 일측 종단면의 관통공 사이에는 볼베어링이 삽입되어 있고, 회전축(20)과 하우징(10)의 타측 종단면의 관통공 사이에는 볼베어링이 삽입되어 있어 회전축(20)은 원활하게 회전할 수 있다. 회전축(20)을 회전시키는 외력의 예로는 디젤엔진 등과 같은 내연기관의 동력, 수력, 풍력 등을 들 수 있다. 회전축(20)은 이러한 외부 동력원의 운동 에너지를 전달받아 회전함으로써 회전축(20)에 결합된 여자기전기자(32), 발전기계자(41), 및 코어리스전기자(61)를 회전시켜 전기 에너지가 발생되도록 한다. 회전축(20)의 일단은 디젤엔진 등과 같은 외부 동력원의 회전축에 연결된다.The
여자기(30)는 하우징(10)의 내부에 설치되어 회전축(20)의 회전에 의해 여자 전력을 발생시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 여자기(30)는 회전축(20)의 회전에 의해 자동전압조정기(50)로부터 출력되어 여자기(30)로 입력되는 전압의 크기에 따라 변동되는 크기의 여자 전력을 발생시킨다. 여자기(30)는 여자기계자(31), 여자기전기자(32), 및 정류기(33)로 구성된다.The
여자기계자(31)는 자동전압조정기(50)의 출력전력으로부터 자동전압조정기(50)의 출력전압의 크기에 대응되는 여자기(30)의 입력전압의 크기에 따라 변동되는 자속을 발생시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 여자기계자(31)는 복수 개의 여자기계자철심과 각 여자기계자철심에 다수회 권취되는 복수 개의 여자기계자권선으로 구성되며, 자동전압조정기(50)로부터 각 여자기계자권선으로 전류가 유입되면 각 여자기계자권선의 주위에는 자동전압조정기(50)의 출력전압의 크기에 따라 변동되는 자속이 형성된다. The
여자기전기자(32)는 회전축(20)의 회전에 의해 회전되어 여자기계자(31)에 의해 발생된 자속으로부터 여자기계자(31)에 의해 발생된 자속의 크기에 따라 변동되는 여자 전력을 발생시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 여자기전기자(32)는 적어도 하나의 여자기전기자철심과 각 여자기전기자철심에 다수회 권취되는 적어도 하나의 여자기전기자권선으로 구성되며, 각 여자기전기자권선이 회전되면 여자기계자(31)에 의해 발생된 자속의 크기에 따라 변동되는 여자 전력이 각 여자기전기자권선에 발생된다. The
정류기(33)는 여자기전기자(32)로부터 출력된 교류를 정류함으로써 여자기전기자(32)로부터 출력된 교류로부터 변환된 직류를 발전기계자(41)에 출력한다. 보다 상세하게 설명하면, 정류기(33)는 복수 쌍의 정류소자들로 구성되며 입력단이 여자기전기자(32)에 연결되고 출력단이 발전기계자(41)에 연결됨으로써 여자기전기자(32)로부터 출력된 교류를 직류로 변환하여 발전기계자(41)에 출력한다. 각 정류소자의 대표적인 예로는 다이오드를 들 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 여자기(30)와 주발전기(40) 사이에 코어리스발전기(60)가 배치되어 있다. 정류기(33)는 전기자브래킷(62)의 복수 개의 스포크 사이의 공간을 통과하는 도선을 이용하여 여자기전기자(32)로부터 출력된 교류로부터 변환된 직류를 발전기계자(41)에 출력한다. 정류기(33)의 출력단자에 일단이 연결된 도선의 타단은 발전기계자(41)의 입력단자에 연결된다. 도 1에는 이러한 도선의 일부가 전기자브래킷(62)과 전류센서부(72)에 의해 가려진 상태로 도시되어 있다. The
주발전기(40)는 하우징(10)의 내부에 설치되어 회전축(20)의 회전에 의해 여자기(30)에 의해 발생된 여자 전력으로부터 발생된 자속으로부터 외부에 출력되는 전력을 발생시킨다. 주발전기(40)는 발전기계자(41) 및 발전기전기자(42)로 구성된다. 여자기전기자(32)와 발전기계자(41)는 회전축(20)의 회전에 따라 회전하는 요소로서 발전기의 회전자에 해당한다. 반면, 여자기계자(31)와 발전기전기자(42)는 발전기의 하우징(10)에 부착되어 고정되는 요소로서 발전기의 고정자에 해당한다. The
발전기계자(41)는 외력에 의해 회전되어 여자기전기자(32)에 의해 발생된 여자 전력으로부터 여자 전력의 크기에 따라 변동되는 자속을 발생시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 발전기계자(41)는 적어도 하나의 발전기계자철심과 각 발전기계자철심에 권취되는 적어도 하나의 발전기계자권선으로 구성되며, 정류기(33)로부터 각 발전기계자권선으로 전류가 유입되면 각 발전기계자권선의 주위에는 여자기전기자(32)에 의해 발생된 여자 전력의 크기에 따라 변동되는 자속이 형성된다. The
발전기전기자(42)는 발전기계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 발전기계자(41)에 의해 발생된 자속의 크기에 따라 변동되는 전력을 발생시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 발전기전기자(42)는 적어도 하나의 발전기전기자철심과 각 발전기전기자철심에 권취되는 적어도 하나의 발전기전기자권선으로 구성되며, 각 발전기계자권선이 회전되면 발전기계자에 의해 발생된 자속의 크기에 따라 변동되는 전력이 각 발전기전기자권선에 발생된다. 발전기전기자철심에 한 가닥의 발전기전기자권선이 권취된 경우에는 발전기전기자(42)에 의해 단상 교류가 발생되고, 각 발전기전기자철심에 3 가닥의 발전기전기자권선이 권취된 경우에는 3상 교류가 발생된다.The
자동전압조정기(50)는 주발전기(40)로부터 출력되는 전압이 감소하면 여자기(30)에 입력되는 전압을 증가시킴으로써 주발전기(40)로부터 출력되는 전압을 증가시키고, 주발전기(40)로부터 출력되는 전압이 증가하면 여자기(30)에 입력되는 전압을 감소시킴으로써 주발전기(40)로부터 출력되는 전압을 감소시킨다. 즉, 자동전압조정기(50)는 하우징(10)의 외부에 설치되어 발전기전기자(42)의 출력전압의 변화에 반비례하는 전압 또는 전류량을 갖는 직류를 여자기계자(31)로 출력한다. 이에 따라, 주발전기(40)로부터 출력되는 전압이 일정하게 유지될 수 있다. 전기설비에 그것의 정격전압 범위를 벗어나는 전압이 입력될 경우에 전기설비가 비정상적으로 작동하거나 고장날 수 있다. The
코어리스발전기(60)는 하우징(10)의 내부에 설치되어 나선코일형으로 권취된 권선을 이용하여 회전축(20)의 회전에 의해 여자기(30)에 의해 발생된 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시킨다. 코어리스발전기(60)는 코어리스전기자(61), 전기자브래킷(62), 복수 개의 영구자석(63), 및 자석브래킷(64)으로 구성된다. 브러시리스 동기 발전기의 여자기(30)와 주발전기(40)는 자속밀도를 높이기 위해 규소강을 철심으로 사용한다. 코어리스발전기(60)는 이러한 철심을 사용하지 않는 발전기로서 발전 효율은 떨어지지만 코깅토크(cogging torque)가 없어 발전 전력의 전압 변동폭이 작다. 특히, 본 실시예의 코어리스발전기(60)는 나선코일형으로 권취된 권선을 이용하여 전압 변동폭이 매우 작은 전력, 즉 출력 전압의 크기가 일정한 전력을 발생시킬 수 있다. The
코어리스전기자(61)는 나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 절연지(611) 상에 평평하게 눌러서 부착한 후에 그 절연지를 동그랗게 말아서 제작된 링형의 전기자이다. 도 4는 도 1에 도시된 코어리스전기자(61)의 제작 과정을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 코어리스전기자(61)는 다음과 같이 제작될 수 있다. 약 0.2mm 굵기의 에나멜 동선을 원통에 500회 감아서 나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 제작한다. 이어서, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 얇은 절연지(611) 위에 나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 평평하게 눌러서 부착한다. 절연지(611) 위에는 서로 이웃하는 원형 권선 부분들이 겹쳐지게 나선코일형으로 권취된 평판형 권선(612)이 부착되어 있게 된다.The
이어서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 나선코일형으로 권취된 평판형 권선(612)이 부착된 절연지(611)를 동그랗게 말아서 링형으로 제작한다. 적당한 기계적 강도와 전기적 절연 내력을 갖도록 하기 위해 이와 같이 제작된 권선(612)과 절연지(611)의 링형 조립체의 내주면과 외주면에 대해 에폭시 몰딩 처리(613)를 함으로써 코어리스전기자(61)가 완성된다. 코어리스전기자(61)의 권선 양단은 무선모듈(80)에 연결되어 코어리스전기자(61)의 권선으로부터 무선모듈(80)로 교류가 흘러 들어가게 된다.Subsequently, as shown in (b) of FIG. 4, the insulating
도 5는 도 1에 도시된 코어리스발전기(60)의 단면도이다. 도 5의 (a)는 코어리스발전기(60)의 종단면도이고, 도 5의 (b)는 코어리스발전기(60)의 횡단면도이다. 도 5를 참조하면, 전기자브래킷(62)은 복수 개의 스포크를 갖는 휠 형태로 형성된다. 전기자브래킷(62)은 그것의 중심공에 회전축(20)이 삽입되는 구조로 회전축(20)에 결합되어 회전축(20)과 일체로 회전한다. 코어리스전기자(61)는 전기자브래킷(62)의 외측 둘레면에 부착되어 회전축(20)의 회전에 따라 회전한다. 브러시리스 동기 발전기의 구조에 따라 별도의 전기자브래킷(62)을 제작하지 않고, 기존의 회전자에 설치되어 있는 무게 밸런스 플레이트 또는 정류기 냉각 플레이트 등에 코어리스전기자(61)가 설치될 수도 있다. 5 is a cross-sectional view of the
복수 개의 영구자석(63)은 코어리스전기자(61)의 외주면 둘레 주위에 일정 간격으로 배치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 영구자석(63)이 코어리스전기자(61)의 외주면 둘레 주위에 180도 간격으로 배치될 수 있다. 두 개의 영구자석(63)들 중에서 코어리스전기자(61)를 바라보는 면을 기준으로 어느 하나는 N극을 띠고, 다른 하나는 S극을 띤다. 각 영구자석(63)으로는 현재 알려진 자석들 중에서 가장 자성이 강한 네오디뮴 자석이 적합하며 동전 크기 정도로 제작된다. A plurality of
복수 개의 자석브래킷(64)은 각각이 일자형으로 형성되어 하우징(10)의 내주면 둘레에 일정 간격으로 직립 부착된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2 개의 자석브래킷(64)이 하우징(10)의 내주면 둘레에 180도 간격으로 배치될 수 있다. 각 영구자석(63)은 각 자석브래킷(64)의 말단에 부착됨으로써 코어리스전기자(61)의 외측 둘레면과 각 영구자석(63) 사이에 작은 공극이 형성된다. Each of the plurality of
코어리스전기자(61)가 회전하면 코어리스전기자(61)에는 단상 교류가 발생된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 코어리스전기자(61)의 권선은 서로 이웃하는 원형 권선 부분들이 겹쳐진 구조를 갖는데, 이러한 구조에 의해 그 파형의 진폭이 작으면서 진폭 변동이 거의 없는 교류가 발생된다. 각 원형 권선 부분에는 코어리스전기자(61)가 회전하면서 시간에 따라 변하는 자기선속이 발생된다. 발전기 내부의 강한 전자파로 인해 어떤 원형 권선 부분에서 발생된 자기선속이 변화하더라도 그것에 이웃한 다른 원형 권선 부분에서 자기선속에 의해 보상이 될 수 있다. 이에 따라 코어리스전기자(61)의 권선으로부터 그 파형의 진폭이 작으면서 진폭 변동이 거의 없는 교류가 출력될 수 있다. When the
센서모듈(70)은 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 부착되어 회전축(20)과 함께 회전하면서 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 검출한다. 여기에서, 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값은 발전기 외부에서 측정이 불가능한 회전자의 상태값을 의미한다. 여자기(30)의 회전자에 해당하는 여자기전기자(32)의 적어도 하나의 상태값의 예로는 발전기 외부에서 측정이 불가능한 여자기전기자(32)의 권선의 출력전압 값, 출력전류 값, 권선온도 값 등을 들 수 있다. 주발전기(40)의 회전자에 해당하는 발전기계자(41)의 적어도 하나의 상태값의 예로는 발전기 외부에서 측정이 불가능한 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값, 입력전류값, 권선온도 값 등을 들 수 있다. The
본 실시예의 발전기는 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값, 입력전류값, 권선온도 값을 검출한다. 이것들은 발전기의 동작 상태를 판정하기 위한 가장 중요한 요소들이다. 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값과 입력전류값으로부터 주발전기(40)의 무부하특성곡선, 단락특성곡선, 발전효율, 계자동손 등이 산출될 수 있다. 사용자는 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값, 입력전류값, 권선온도 값이 정상 범위 내에 있는가를 모니터링함으로써 발전기를 그것의 정격 용량까지 안심하고 운전할 수 있다. 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값, 입력전류값, 권선온도 값이 정상 범위를 벗어나게 되면 발전기는 급격하게 열화되면서 고장날 수 있다.The generator of this embodiment detects an input voltage value, an input current value, and a winding temperature value for the winding of the
센서모듈(70)은 전압센서부(71), 전류센서부(72), 및 온도센서부(73)로 구성될 수 있다. 전압센서부(71)는 발전기계자(41)의 권선 입력단자에 연결되어 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값을 검출한다. 전압센서부(71)는 배율기로 구현될 수 있다. 발전기계자(41) 권선의 입력단자 양단에 배율기가 설치된다. 배율기의 검출 값이 무선모듈(80)에 입력되도록 배율기는 무선모듈(80)과 연결된다. 일반적으로, 발전기계자(41)의 전압은 발전기 부하 운전 시에 100~200V 정도에서 작동되도록 설계되고, 발전기계자(41) 권선의 전체 저항값은 10Ω 이하로 설계된다. 무선모듈(80)의 구동 전압이 3.3V라면 안전도를 고려하여 배율기의 배율은 220배가 적당하다. 배율기의 저항값은 그 검출 값이 발전기 운전 특성의 영향을 받지 않도록 발전기계자(41) 권선의 저항값의 1000배에 해당하는 10kΩ이 적당하다.The
전류센서부(72)는 발전기계자(41)의 권선에 대해 비접촉식으로 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전류 값을 검출한다. 전류센서부(72)는 홀소자형 DC 전류센서로 구현될 수 있다. 일반적으로 DC 전류를 측정하는 데는 분류기가 사용된다. 발전기계자(41)의 전류는 상황에 따라 100A를 넘는 큰 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 분류기의 크기가 커지게 되고 무게도 증가함에 따라 회전축(20)의 회전에 영향을 미치게 된다. 발전기계자(41)의 권선 회로에 분류기가 직렬로 설치되면 고장이 발생되었을 때 발전기 운전에 직접적으로 영향을 줄 수 있어 큰 위험을 초래할 수도 있다.The
홀(hall) 효과를 이용하는 폐쇄루프(closed loop) 방식의 홀소자형 DC 전류센서는 발전기계자(41)의 권선 회로의 전류 경로에 어떤 소자도 삽입하지 않고 비접촉식으로 발전기계자(41)의 권선에 흐르는 전류값을 측정할 수 있다. 홀소자형 DC 전류센서는 분류기에 비하여 훨씬 경량이므로 회전축(20)의 회전에 거의 영향을 미치지 않는다. 홀소자형 DC 전류센서는 소량의 구동 전원을 필요로 하는데, 무선모듈(80)로부터 구동 전원을 공급받을 수 있다. 홀소자형 DC 전류센서의 홀에 발전기계자(41) 권선이 관통하도록 홀소자형 DC 전류센서는 발전기계자(41) 철심의 적당한 장소에 설치된다. The Hall element type DC current sensor of the closed loop method using the Hall effect does not insert any element into the current path of the winding circuit of the
온도센서부(73)는 발전기계자(41)의 권선의 노출 부위에 부착되어 발전기계자(41)의 권선온도 값을 검출한다. 온도센서부(73)는 PT100Ω 온도센서와 온도센서 드라이버로 구현될 수 있다. PT100Ω 온도센서는 다른 소자를 사용한 온도센서에 비하여 온도 변화에 대한 선형성이 양호하고, 온도 상승과 하강 시의 히스테리 차이가 작아 정밀도가 높으며, 경년변화가 거의 없다. PT100Ω 온도센서는 얇은 판형 절연체에 가느다란 백금 전선이 감겨진 구조로서 발전기계자(41) 권선에 매입할 수 있는 형태로 제작된다. PT100Ω 온도센서의 저항값은 온도에 따라 미세하게 변화한다. 휘트스톤브릿지를 내장한 온도센서 드라이버는 이러한 저항값 변화를 검출하고, 그 검출 값을 무선모듈(80)로 출력한다. 온도센서 드라이버는 소량의 구동 전원을 필요로 하는데, 무선모듈(80)로부터 구동 전원을 공급받을 수 있다. The
무선모듈(80)은 회전축(20)에 부착되어 회전축(20)과 함께 회전하면서 센서모듈(70)에 의해 검출된 적어도 하나의 상태값을 나타내는 무선 신호를 송출한다. 무선모듈(80)은 코어리스발전기(60)에 의해 발생된 전력으로 구동된다. 무선모듈(80)은 코어리스발전기(60)로부터 출력된 교류를 정류함으로써 정전압 직류로 변환하는 정류기와 무선 신호를 송수신하는 무선통신기로 구성된다. 무선모듈(80)의 정류기와 무선통신기는 별개로 제작될 수도 있다. 무선모듈(80)에는 와이파이 신호를 송출하기 위한 안테나가 내장되어 있다. 무선모듈(80)의 안테나로 내장형 안테나 대신에 무선모듈(80)의 외부에 설치되는 외장형 안테나가 사용될 수도 있으나 무선모듈(80)은 고속으로 회전함에 따라 외장형 안테나는 그 회전력에 의해 변형, 파손될 수 있어 바람직하지 않다. The
무선중계기(91)는 하우징(10)의 외부에 설치되어 무선모듈(80)에 의해 송출된 무선 신호를 수신한다. 본 실시예는 발전기 회전자의 동작 상태 정보를 수집하여 비접촉 방식으로 발전기의 외부에 설치된 무선중계기(91)에 전송하기 위해 와이파이 통신을 채택하였다. 즉, 무선모듈(80)은 센서모듈(70)에 의해 검출된 적어도 하나의 상태값을 나타내는 와이파이 신호를 송출하고, 무선중계기(91)는 무선모듈(80)에 의해 송출된 와이파이 신호를 수신한다. 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기는 회전축(20)과 함께 회전하는 센서모듈(70)과 무선모듈(80), 하우징(10)의 외부에 설치되는 무선중계기(91)에 의해 발전기 내부에서 회전축(20)과 함께 회전하면서 회전자 상태를 검출하여 발전기 외부에 제공할 수 있다. The
와이파이 통신의 각 무선중계기가 AP(Access Point) 모드로 설정되면, 각 무선중계기에 고유의 고정 IP(Internet Protocol) 주소가 할당될 수 있기 때문에 여러 대의 발전기를 동시에 병렬 운전할 때에 발전기간 혼선이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 각 발전기는 다른 장치를 경유하지 않고 직접 인터넷에 접속할 수 있어 편리하다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 와이파이 통신 대신에 블루투스 통신, 지그비 통신 등 다른 무선 통신 기법이 사용될 수 있음을 알 수 있다. When each wireless repeater of Wi-Fi communication is set to AP (Access Point) mode, a unique static IP (Internet Protocol) address can be assigned to each wireless repeater. Therefore, crosstalk between generators does not occur when multiple generators are operated in parallel. In addition, each generator is convenient because it can directly access the Internet without going through other devices. Those of ordinary skill in the art to which the present embodiment belongs can recognize that other wireless communication techniques such as Bluetooth communication and ZigBee communication may be used instead of Wi-Fi communication.
안테나(92)는 무선모듈(80)이 부착된 회전축(20)의 지점을 중심으로 하는 하우징(10)의 내측 원형 둘레에 설치되는 360도 원형의 안테나이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(92)는 무선모듈(80)이 부착된 회전축(20)의 지점을 중심으로 하는 하우징(10)의 내측 원형 둘레에 일정 간격으로 부착된 복수 개의 클립(921)을 이용하여 하우징(10)의 내측 원형 둘레에 설치될 수 있다. The
무선중계기(91)는 이러한 안테나(92)를 통해 무선모듈(80)에 의해 송출된 무선 신호를 수신한다. 와이파이 통신의 중계기 안테나는 일자형 안테나가 주로 사용된다. 무선중계기(91)의 안테나로 일자형 안테나가 사용될 경우에 회전축(20)에 부착된 무선모듈(80)은 회전축(20)을 중심으로 회전하므로 무선모듈(80)과 무선중계기(91)의 일자형 안테나 사이가 회전축(20)에 의해 가려지는 통신 장애를 받게 된다. 이러한 통신 장애는 회전축(20)의 회전속도에 따라 일정 주기로 반복적으로 발생되므로 무선모듈(80)의 송출 신호에 대한 무선중계기(91)의 수신이 반복적으로 끊기게 된다. The
무선중계기(91)는 무선모듈(80)이 부착된 회전축(20)의 지점을 중심으로 하는 하우징(10)의 내측 원형 둘레에 설치되는 360도 원형의 안테나(92)를 통해 무선모듈(80)에 의해 송출된 무선 신호를 수신하기 때문에 무선모듈(80)이 회전축(20)을 중심으로 회전하더라도 무선모듈(80)과 무선중계기(91)의 안테나(92) 사이가 회전축(20)에 의해 가려지는 경우는 발생하지 않게 된다. 무선모듈(80)의 내장 안테나와 무선중계기(91)의 안테나간 거리가 항상 일정하게 유지되기 때문에 안테나간 거리 변동으로 인한 신호 파형의 변형이 발생하지 않음에 따라 무선모듈(80)이 회전축(20)을 중심으로 회전하더라도 무선모듈(80)과 무선중계기(91)간의 통신 품질이 일정하게 유지될 수 있다. 그 결과, 무선모듈(80)이 회전축(20)을 중심으로 회전하더라도 무선중계기(91)는 무선모듈(80)의 송출 신호를 항상 높은 통신 품질로 수신할 수 있게 된다. The
브러시리스 동기 발전기는 그 내부에 자장이 형성되고 고속으로 회전하는 다수의 부품이 존재함에 따라 견고한 금속성 하우징(10)에 의해 감싸져 있는 구조로 제작된다. 누전에 의한 감전 또는 화재 등의 사고 발생을 방지하기 위하여 하우징(10)은 접지가 되어 있다. 이와 같이, 브러시리스 동기 발전기의 내부는 하우징(10)에 의해 차폐되어 있기 때문에 발전기 내부에서 발생되는 무선 신호, 전자파 등은 발전기 외부로 송출되지 않는다.The brushless synchronous generator is manufactured in a structure surrounded by a sturdy
대한민국등록특허 제10-0980811호 "회전 계자형 동기 발전기의 회전부 이상 검출 방법"은 발전기 회전자의 출력전압, 출력전류, 권선온도 등을 검출하는 회전부 감지장치를 개시하고 있다. 대한민국등록특허 제10-1021195호 "비상용 회전 계자형 동기식 발전기의 다기능 디지털 자동 전압 조정 장치"는 발전기 회전자의 입력전압, 입력전류, 권선온도 등을 검출하는 회전자 상태 검출기를 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술은 발전기의 회전자와 함께 회전하는 요소의 구동용 전원에 대해서는 언급하고 있지 않다. Korean Patent Registration No. 10-0980811 "Method for detecting an abnormality in a rotating part of a rotating field type synchronous generator" discloses a rotating part sensing device that detects an output voltage, an output current, and a winding temperature of a generator rotor. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1021195 "Multi-function digital automatic voltage regulation device for emergency rotating field type synchronous generator" discloses a rotor state detector that detects the input voltage, input current, winding temperature of the generator rotor. However, this prior art does not mention a power source for driving an element that rotates with the rotor of the generator.
대한민국등록특허 제10-1799970호 "자가 진단 스마트 발전기"는 발전기 회전자에 장착되어 회전자의 계자 권선의 온도를 측정하는 온도센서를 개시하고 있다. 이 종래기술은 온도센서의 구동 전원을 무선으로 온도센서에 공급하기 때문에 발전기 내부에 발생된 자장, 전자파로 인해 온도센서의 구동 전원이 일정하게 공급되기 어렵다. 그 결과, 온도센서에 의해 측정된 온도 값의 오차가 매우 크다는 문제점이 있었다. Korean Patent Registration No. 10-1799970 "Self-diagnosis smart generator" discloses a temperature sensor that is mounted on the generator rotor and measures the temperature of the field winding of the rotor. In this prior art, since the driving power of the temperature sensor is wirelessly supplied to the temperature sensor, it is difficult to constantly supply the driving power of the temperature sensor due to magnetic fields and electromagnetic waves generated inside the generator. As a result, there is a problem that the error of the temperature value measured by the temperature sensor is very large.
여자기(30)에 의해 발생된 여자 전력은 발전기 부하 변동에 따라 전압 변동폭이 매우 크기 때문에 이것들의 구동용 전원으로 적합하지 않다. 주발전기(40)에 의해 발생된 외부 출력 전력은 전압이 매우 높기 때문에 그 전압을 일반적인 전자부품의 동작 전압인 DC 3.3V 또는 5V로 하강시키는 것은 거의 불가능할 뿐만 아니라 가능하다고 하여도 전력 손실이 매우 크다. 센서모듈(70)과 무선모듈(80)에 대한 무선 전원 공급은 상술한 바와 같은 문제점이 있다. 본 실시예에 따른 브러시리스 동기 발전기는 여자기(30)와 주발전기(40) 외에 회전축(20)의 회전에 의해 여자기(30)에 의해 발생된 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시키는 코어리스발전기(60)를 구비하고, 코어리스발전기(60)의 출력 전력에 의해 무선모듈(80)이 구동되도록 함으로써 무선모듈(80)의 구동 전원 불안으로 인한 회전자 상태에 대한 검출 값의 오차가 발생하지 않게 된다.The excitation power generated by the
무선중계기(91)는 무선모듈(80)로부터 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 나타내는 무선 신호를 수신하고, 이와 같이 수신된 무선 신호를 무선모듈(80)로부터 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 나타내는 디지털 데이터로 변환하고, 그 디지털 데이터를 모니터부(100)로 전송한다. 모니터부(100)는 발전기 제어반에 설치될 수 있다.The
모니터부(100)는 무선중계기(91)로부터 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 나타내는 디지털 데이터를 수신하고, 여자기(30)와 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 표시함으로써 사용자가 발전기 회전자 상태를 모니터링할 수 있도록 한다. 무선중계기(91)와 모니터부(100)는 RS485 직렬 통신을 이용하여 상호간에 유선으로 통신한다. 상술한 바와 같은 와이파이 통신과 RS485 직렬 통신을 기반으로, 무선모듈(80)은 TCP(Transmission Control Protocol) 서버가 되고, 모니터부(100)는 TCP 클라이언트가 될 수 있다. 모니터부(100)가 회전축(20)에 설치된 무선모듈(80)에 필요한 회전자 상태값을 요청하면, 무선모듈(80)은 회전자의 상태값을 수집하여 모니터부(100)에 제공할 수 있다. The
안테나연결선로(93)는 전기적 절연 물질이 코팅된 동선으로서 하우징(10)의 작은 관통공을 통하여 안테나(92)와 무선중계기(91)의 신호수신단자를 전기적으로 연결한다. 안테나연결선로(93)는 그 일단이 안테나(92)에 연결된 상태에서 하우징(10)의 관통공을 통과하여 그 타단이 무선중계기(91)의 신호수신단자에 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 관통공과 안테나연결선로(93) 사이에는 고무패킹이 압입될 수 있고, 이것에 의해 안테나연결선로(93)가 안정적으로 고정될 수 있도록 하고 발전기 내부가 밀폐되도록 할 수 있다. The
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
10 ... 하우징
20 ... 회전축
30 ... 여자기
31 ... 여자기계자
32 .... 여자기전기자
33 ... 정류기
40 ... 주발전기
41 ... 발전기계자
42 ... 발전기전기자
50 ... 자동전압조정기
60 ... 코어리스발전기
61 ... 코어리스전기자
62 ... 전기자브래킷
63 ... 영구자석
64 ... 자석브래킷
70 ... 센서모듈
71 ... 전압센서부
72 ... 전류센서부
73 ... 온도센서부
80 ... 무선모듈
91 ... 무선중계기
92 ... 안테나
93 ... 안테나연결선로
100 ... 모니터부10 ... housing
20 ... axis of rotation
30 ... excitation
31 ... female mechanic
32 .... Excitation Armature
33 ... rectifier
40 ... main generator
41 ... generator field
42 ... generator armature
50 ... automatic voltage regulator
60 ... coreless generator
61 ... Coreless armature
62 ... armature bracket
63 ... permanent magnet
64 ... magnetic bracket
70 ... sensor module
71 ... Voltage sensor part
72 ... Current sensor part
73 ... temperature sensor part
80 ... wireless module
91 ... wireless repeater
92 ... antenna
93 ... Antenna connection line
100 ... monitor
Claims (10)
일단이 상기 하우징(10)의 일측 종단면을 관통하고 타단이 상기 하우징(10)의 타측 종단면을 관통하여 외력에 의해 회전하는 회전축(20);
상기 하우징(10)의 내부에 설치되어 상기 회전축(20)의 회전에 의해 여자 전력을 발생시키는 여자기(30);
상기 하우징(10)의 내부에 설치되어 상기 회전축(20)의 회전에 의해 상기 여자기(30)에 의해 발생된 여자 전력으로부터 발생된 자속으로부터 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 주발전기(40);
상기 하우징(10)의 내부에 설치되어 상기 회전축(20)의 회전에 의해 상기 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시키는 코어리스발전기(60);
상기 회전축(20)과 함께 회전하면서 상기 여자기(30)와 상기 주발전기(40)의 적어도 하나의 회전자에 해당하는 부분의 적어도 하나의 상태값을 검출하는 센서모듈(70);
상기 코어리스발전기(60)에 의해 발생된 전력으로 구동되며, 상기 회전축(20)과 함께 회전하면서 상기 센서모듈(70)에 의해 검출된 적어도 하나의 상태값을 나타내는 무선 신호를 송출하는 무선모듈(80); 및
상기 하우징(10)의 외부에 설치되어 상기 무선모듈(80)에 의해 송출된 무선 신호를 수신하는 무선중계기(91)를 포함하고,
상기 무선모듈(80)은 상기 회전축(20)에 부착되어 상기 회전축(20)과 함께 회전하고,
상기 무선모듈(80)이 부착된 회전축(20)의 지점을 중심으로 하는 하우징(10)의 내측 원형 둘레에 설치되는 원형의 안테나(92)를 더 포함하고,
상기 무선중계기(91)는 상기 안테나(92)를 통해 상기 무선모듈(80)에 의해 송출된 무선 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기. A cylindrical housing 10;
A rotation shaft 20 having one end passing through one end face of the housing 10 and the other end passing through the other end face of the housing 10 to rotate by an external force;
An exciter 30 installed inside the housing 10 to generate excitation power by rotation of the rotation shaft 20;
A main generator 40 installed inside the housing 10 to generate power output to the outside from the magnetic flux generated from the excitation power generated by the exciter 30 by rotation of the rotation shaft 20;
A coreless generator (60) installed inside the housing (10) to generate power having a voltage fluctuation smaller than the excitation power by rotation of the rotation shaft (20);
A sensor module (70) for detecting at least one state value of a portion corresponding to at least one rotor of the exciter 30 and the main generator 40 while rotating together with the rotation shaft 20;
A wireless module that is driven by electric power generated by the coreless generator 60, rotates together with the rotation shaft 20, and transmits a wireless signal indicating at least one state value detected by the sensor module 70 ( 80); And
And a wireless repeater 91 installed outside the housing 10 to receive a wireless signal transmitted by the wireless module 80,
The wireless module 80 is attached to the rotation shaft 20 and rotates together with the rotation shaft 20,
Further comprising a circular antenna 92 installed around the inner circle of the housing 10 centered on the point of the rotation shaft 20 to which the wireless module 80 is attached,
The wireless repeater (91) receives a wireless signal transmitted by the wireless module (80) through the antenna (92).
상기 코어리스발전기(60)는 나선코일형으로 권취된 권선을 이용하여 상기 여자 전력보다 전압 변동폭이 작은 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기.The method of claim 1,
The coreless generator (60) is a brushless synchronous generator, characterized in that generating power having a voltage fluctuation smaller than the excitation power by using a winding wound in a spiral coil type.
상기 코어리스발전기(60)는
나선코일형으로 권취된 원통형 권선을 절연지 상에 평평하게 눌러서 부착한 후에 상기 절연지를 동그랗게 말아서 형성된 링형의 코어리스전기자(61); 및
상기 코어리스전기자(61)의 외주면 둘레 주위에 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 영구자석(63)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기. The method of claim 2,
The coreless generator 60 is
A ring-shaped coreless armature 61 formed by rolling the insulating paper round after attaching the cylindrical winding wound in a spiral coil shape by pressing it flat on the insulating paper; And
A brushless synchronous generator comprising a plurality of permanent magnets (63) arranged at regular intervals around an outer circumferential surface of the coreless armature (61).
복수 개의 스포크를 갖는 휠 형태로 형성되며, 중심공에 상기 회전축(20)이 삽입되는 구조로 상기 회전축(20)에 결합되어 상기 회전축(20)과 일체로 회전하는 전기자브래킷(62)을 더 포함하고,
상기 코어리스전기자(61)는 상기 전기자브래킷(62)의 외측 둘레면에 부착되어 상기 회전축(20)의 회전에 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기. The method of claim 3,
It is formed in the form of a wheel having a plurality of spokes, and is coupled to the rotation shaft 20 in a structure in which the rotation shaft 20 is inserted into a central hole, and further includes an armature bracket 62 that rotates integrally with the rotation shaft 20 and,
The coreless armature (61) is attached to the outer peripheral surface of the armature bracket (62) and rotates according to the rotation of the rotation shaft (20).
각각이 일자형으로 형성되어 상기 하우징(10)의 내주면 둘레에 일정 간격으로 직립 부착되는 복수 개의 자석브래킷(64)을 더 포함하고,
상기 각 영구자석(63)은 상기 각 자석브래킷(64)의 말단에 부착되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기. The method of claim 3,
Each further comprises a plurality of magnetic brackets 64 which are formed in a straight shape and are vertically attached around the inner circumferential surface of the housing 10 at regular intervals,
Each of the permanent magnets (63) is a brushless synchronous generator, characterized in that attached to the end of each of the magnet bracket (64).
상기 여자기(30)는 여자기계자(31), 여자기전기자(32), 및 정류기(33)를 포함하고,
상기 주발전기(40)는 발전기계자(41) 및 발전기전기자(42)를 포함하고,
상기 정류기(33)는 상기 복수 개의 스포크 사이의 공간을 통과하는 도선을 이용하여 상기 여자기전기자(32)로부터 출력된 교류로부터 변환된 직류를 상기 발전기계자(41)에 출력하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기. The method of claim 4,
The exciter 30 includes an excitation machine 31, an excitation armature 32, and a rectifier 33,
The main generator 40 includes a generator field 41 and a generator armature 42,
The rectifier 33 outputs the DC converted from the AC output from the excitation armature 32 to the generator field 41 using a wire passing through the space between the plurality of spokes. Lease synchronous generator.
상기 주발전기(40)는 발전기계자(41) 및 발전기전기자(42)를 포함하고,
상기 센서모듈(70)은 상기 발전기계자(41)의 권선 입력단자에 연결되어 상기 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전압 값을 검출하는 전압센서부(71)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기.The method of claim 1,
The main generator 40 includes a generator field 41 and a generator armature 42,
The sensor module 70 is a brush, characterized in that it comprises a voltage sensor unit 71 connected to the winding input terminal of the generator field 41 to detect an input voltage value for the winding of the generator field 41 Lease synchronous generator.
상기 주발전기(40)는 발전기계자(41) 및 발전기전기자(42)를 포함하고,
상기 센서모듈(70)은 상기 발전기계자(41)의 권선에 대해 비접촉식으로 상기 발전기계자(41)의 권선에 대한 입력전류 값을 검출하는 전류센서부(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기.The method of claim 1,
The main generator 40 includes a generator field 41 and a generator armature 42,
The sensor module 70 is brushless, characterized in that it comprises a current sensor unit 72 for detecting an input current value for the winding of the generator field 41 in a non-contact manner with respect to the winding of the generator field 41 Synchronous generator.
상기 주발전기(40)는 발전기계자(41) 및 발전기전기자(42)를 포함하고,
상기 센서모듈(70)은 상기 발전기계자(41)의 권선의 노출 부위에 부착되어 발전기계자(41)의 권선온도 값을 검출하는 온도센서부(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 동기 발전기.The method of claim 1,
The main generator 40 includes a generator field 41 and a generator armature 42,
The sensor module 70 is a brushless synchronous generator comprising a temperature sensor unit 73 attached to the exposed portion of the winding of the generator field 41 to detect the winding temperature value of the generator field 41 .
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KR1020200097590A KR102202298B1 (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Brushless synchronous generator having function of detecting rotator state |
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