KR102218794B1

KR102218794B1 - 회전축 이용을 위한 발전기의 스테이터와 인너로터

Info

Publication number: KR102218794B1
Application number: KR1020180091644A
Authority: KR
Inventors: 선상규
Original assignee: 선상규
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2021-02-22
Also published as: WO2020032600A1; KR20200016474A

Abstract

본 발명은 회전축 이용을 위한 발전기의 상기 스테이터(stator)와 상기 인너로터(Inner Rotor)에 관한 것으로, 상기 스테이터의 상기 슬롯(slot)에 의한 공극자속밀도의 대응 및 전류의 왜곡에 기인하는 코깅토크(Cogging Torque)를 최소화시킴으로써 회전력을 향상시키고, 진동과 소음을 현저하게 저감시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 발전기의 상기 스테이터 코어의 상기 코일권취편 외측단에 상기 팁(tip)이 형성되도록 하고, 상기 인너로터가 링 구조 및 링 구조에다 +자형태의 지지대로 형성되는 특징을 갖고 상기 아우터로터와 등속으로 회전한다.

Description

회전축 이용을 위한 발전기의 스테이터와 인너로터 {a stator and an inner rotor of a generator for use with a rotary shaft}

본 발명은 회전축 이용을 위한 발전기의 스테이터(stator)와 인너로터(Inner Rotor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테이터(stator)와 인너로터(Inner Rotor) 및 아웃터로터(outer rotor)를 구성하여 전기차용에서 구동할 수 있는 발전기의 스테이터(stator)와 인너로터(Inner Rotor) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전기에서 생성되는 기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대속도에 비례한다.

따라서 자기장의 세기를 높이거나 도체를 길게 형성하거나 또는 자기장과 도체의 상대속도를 크게 함으로써 기전력을 높일 수 있다.

통상적으로 자기장과 도체의 상대속도를 크게 하여 기전력을 높이고 있는데, 종래의 발전기는 자성체인 스테이터와 자성체인 로터를 이용함으로써 회전토크가 높아서 전기차, 조력, 풍력 및 도로발전과 같이 낮은 토크를 요구하는 경우 원하는 기전력을 얻을 수 없었다.

이에 2개의 로터를 사용하여 원하는 기전력을 얻을 수 있는 발전기가 개발되었으며, 그 일례인 제10-1454805호의 「발전기」가 도7에 도시되어 있다.

도6의 「발전기」는 자석을 갖는 회전자(120)와 자성체인 내부케이싱(150)을 서로 동일한 방향으로 회전시킴으로써 저속회전력에서 기전력을 얻는 구조이고, 장점으로는 자석을 갖는 회전자(120)와 자성체인 내부케이싱(150)이라는 동시 회전체 사이에 복합연성물질 또는 비자성체로 성형된 고정자(130)의 코어에 권선코일을 사용하여 상호간 자기장이 유도되도록 하고, 고정자(130)에게 기전력을 발생시키면서도 서로 붙으려고 붙으려는 힘(attraction)을 제거하고, 코깅현상과 와전류를 억제하며, 발열 억제효과와 회전저항을 크게 줄여 발전효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 기술(제10-1454805호의 「발전기」)을 보완하기 위한 것으로, 그 목적은 발전기의 스테이터 슬롯에 의한 공극자속밀도의 변화 및 전류의 왜곡에 기인하는 코깅토크(Cogging Torque)를 최소화시킴으로써 발전기의 회전력을 향상시키고, 진동과 소음을 현저하게 저감시킬 수 있도록 설계 및 제조가 간단한 전기차용 발전기 스테이터와 인너로터의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 발전기의 스테이터(stator)와 인너로터(Inner Rotor)의 제조방법에 관한 것으로, 스테이터 코어는 원형 쟁반형태로써 가장자리 안쪽에 외벽처럼 원형테두리 성형; 일측에는 두께가 얇은 코어측면부 성형; 스테이터 코어측면부 중심에는 샤프트를 삽입하기 위한 관통구의 성형; 스테이터 코어 내측 테두리는 원형 코일권취편 지지부로 성형;

코어 외측 원형테두리는 슬롯의 숫자에 따라서 관통구를 만들어 다수의 코일권취편과 팁(Tip) 성형;

또한, 인너로터 코어는 2가지의 유형이 적층 된 형태로써, 하나는 링(Ling)을 지지하기 위해 안쪽에 +(Cross)형태의 링 지지부와 링까지 동시 성형; 다른 하나는 링 형태만 갖는 코어를 성형한 후 적층하기 위해 모두 리벳으로 결합한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 복합연성물질 또는 비자성체로 성형된 코어를 갖는 스테이터를 가운데 두고 내측에 인너로터와 외측에 아우터로터를 구성하여 동시에 회전함으로써 강한 자기장이 스테이터를 통과하지만, 내측의 인너로터와 외측의 아우터로터 사이에 강한 자기장으로 인해서 붙어서 정지하려는 힘(attraction)을 제거함으로써 인너로터와 스테이터 및 아우터로터 간의 코깅현상과 와전류를 해소하고, 종래의 발전기보다 회전저항력을 줄여주고, 회전속도를 높일 수 있어서 원하는 기전력을 얻을 수 있으며, 외부의 회전동력이 크게 필요하지 않아 동력에너지를 절약하는 장점이 있다.

도 1은 본발명의 발전기의 아셈블리(assembly)를 나타내는 단면도
도 2는 본발명의 스테이터의 평면도 및 측면도
도 3은 본발명의 인너로터의 평면도 및 측면도
도 4은 본발명의 인너로터 코어 결합 평면도
도 5는 본발명의 배선인출 슬리브 평면도
도 6은 본발명의 샤프트 평면도
도 7은 종래 발명에 따른 발전기의 평면도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 아셈블리(assembly)를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테이터의 평면도 및 측면도이다.

스테이터 코어(101)는 쟁반형태로써 가장자리에 내벽원형테두리(111)를 성형하여 코일권취편(108)을 지지하며, 일측에는 스테이터 측면부(102)가 성형되며, 상기 스테이터 측면부(102) 중심부에는 샤프트(500)을 삽입하기 위한 관통구(103)가 성형되며, 상기 내벽원형테두리(111) 외곽은 코일권취편 지지부(107)로 형성되고, 슬롯(105)의 숫자에 따라서 다수의 슬롯 관통공(106)을 성형하여 코일권취편(108)과 팁(Tip:109)을 성형한다.

상기 코일권취편(108)과 상기 팁(Tip:109)은 1쌍씩 상기 슬롯(105)을 구성하며 상기 슬롯(105)과 상기 슬롯(105) 사이는 코일(110)이 들어가도록 단절되어 있다.

권선된 상기 코일(110)은 상기 스테이터 측면부(102)에 지지되어 배선인출 슬리브(400)을 통과하여 밖으로 인출 된다.

따라서 상기 배선인출 슬리브(400)는 일측이 테두리를 가지며, 중심부는 상기 샤프트(500)을 삽입하기 위한 슬리브 관통구(402)가 형성되고, 상기 슬리브 관통구(402)에는 상기 샤프트(500)와 결합되기 위해 슬리브 베어링(405)을 구성하며, 내주면과 외주면 사이는 배선 인출구(401)가 상기 샤프트(500) 방향으로 중공 성형된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인너로터의 평면도 및 측면도이다.

인너로터(Inner Rotor:200)는 2가지의 유형이 적층 된 형태로써, 인너로터 코어a(Inner Rotor Core a : 201a)는 중공형태로써 코어 링(Core Ling:202) 형태만 갖도록 관통공a(206a) 성형하고, 인너로터 코어b(Inner Rotor Core b : 201b)는 상기 코어 링(Core Ling:202) 모양에다가 이를 지지하기 위해 안쪽에 +(Cross)형태의 코어 링 지지부(203)를 남겨놓고 코어 링 지지부 관통구(204)와 관통공b(206b)를 성형한다.

상기 인너로터 코어a(201a)와 상기 인너로터 코어b(201b)를 결합하기 위해서는 상기 인너로터 코어b(201b)를 가운데 두고 상기 인너로터 코어a(201a)를 양쪽에 붙인 후 리벳으로 적층하여 결합한다.

상기 인너로터 코어a(201a)와 상기 인너로터 코어b(201b)는 상기 스테이터 코어(101)와 비례하여 폭을 정하며, 상기 스테이터 코어(101)와의 공극(air gap)은 매우 좁게 구성한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인너로터 코어 결합 평면도이다.

인너로터 코어 결합부재(250)는 암컷 결합부재(251)와 수컷 결합부재(252)로 구성된다.

상기 암컷 결합부재(251)와 상기 수컷 결합부재(252)는 각각 중공의 관통구(256)가 성형되고,

상기 수컷 결합부재(252)의 상기 관통구(256) 일측 내면에는 깊숙하게 베어링(253)이 삽입되어 상기 샤프트(500)가 슬립(Slip)되도록 결합되고, 타측 외주면에는 숫나사선(255)이 성형되고, 상기 암컷 결합부재(252)의 내주면은 암나사선이 성형된다.

따라서 상기 암컷 결합부재(251)와 상기 수컷 결합부재(252)로 구성된 상기 인너로터 코어 결합부재(250)는 상기 코어 링 지지부(203)를 사이에 두고 상기 코어링 지지부 관통구(204)의 좌우측에서 맞물리도록 결합시킨다.

또한, 상기 아웃터로터(300)는 중공형의 원형 하우징(301)으로 성형하고, 상기 원형 하우징(301)의 내주면에는 다수의 마그네트(302)를 구비하며, 상기 원형 하우징(301)의 측면에는 각각 측면 지지부재L(303a)과 측면 지지부재R(303b)을 구비하여 측면 지지부재결합나사(304)로 결합하며, 상기 측면 지지부재L(303a)는 상기 측면지지부재L 키홈(503)을 이용하여 상기 샤프트(500)와 고정되게 결합되고, 상기 측면 지지부재R(303b)의 중심에는 상기 베어링b(305b)를 이용하여 상기 배선인출 슬리브(400)의 외주면에 슬립(slip)되도록 결합된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배선 인츨 슬리브의 평면도이다.

상기 배선인출 슬리브(400)는 상기 샤프트(500)와 결합할 수 있도록 중공형 슬리브관통구(402)를 성형하여 내주면에 슬리브베어링(405)을 삽입시키고, 일측은 상기 스테이터 코어(101)의 일측과 슬리브결합나사(404)로 결합하고, 상기 샤프트(500)방향으로 상기 배선인출구(401)를 성형하며, 타측 가장자리에 슬리브돌기(406)가 성형된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 샤프트 평면도이다.

상기 샤프트(500)는 상기 스테이터 코어(101)에는 스테이터결합 슬립링홈(501) 및 인너로터코어 결합부재 슬립링홈(502)의 일측에 상기 측면지지부재L 키홈(503)이 성형된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조로 본 발명의 회전축 이용을 위한 발전기의 스테이터(stator)와 인너로터(Inner Rotor) 및 그 제조방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 변화나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 발전기의 아셈블리(assembly)
100 : 스테이터(stator) 101 : 스테이터 코어
102 : 스테이터 측면부 103 : 중심부 관통구
104 : 관통구 키홈 105 : 슬롯
106 : 슬롯관통공 107 : 코일권취편 지지부
108 : 코일권취편 109 : 팁(Tip) 110 : 코일
200 : 인너로터(Inner Rotor)
201a : 인너로터 코어a 201b : 인너로터 코어b
202 : 코어 링(Core Ling) 203 : 코어 링 지지부
204 : 코어 링 지지부 관통구
206a : 인너코어b 관통공 206b : 인너코어b 관통공
209 : 리벳구멍
250 : 인너로터 코어 결합부재
251 : 암컷 결합부재 252 : 수컷 결합부재
253 : 베어링 255 : 숫나사선
256 : 관통구
300 : 아웃터로터(outer rotor)
301 : 원형 하우징 302 : 마그네트
303a : 측면 지지부재L 303b : 측면 지지부재R
304 : 측면 지지부재결합나사
305a : 베어링a 305b : 베어링b
400 : 배선인출 슬리브 401 : 배선인출구
402 : 슬리브 관통구 404 : 슬리브결합나사
405 : 슬리브베어링 406 : 슬리브 돌기
500 : 샤프트
501 : 스테이터 결합 슬립링홈 502 : 인너로터코어 결합부재 슬립링홈
503 : 측면 지지부재L 키홈

Claims

회전축으로 구성되는 샤프트(500);
상기 샤프트(500)의 중간지점의 외주면에 슬립되도록 결합되는 인너로터(200);
코어링 지지부관통구(204)에 결합되도록 베어링을 포함하고 상기 샤프트(500)의 외주면에 슬립되도록 결합되는 인너로터코어 결합부재(250);
상기 샤프트(500)의 결합된 상기 인너로터(200)의 외곽에 슬립되도록 결합되는 스테이터(100);
상기 스테이터(100)의 코일(110)을 도출시키기 위해 상기 샤프트(500)에 슬립되도록 결합되는 배선인출 슬리브(400);
상기 배선인출 슬리브(400)의 일측 외주면과 베어링b(305b)을 이용해서 결합되는 측면 지지부재R(303b);
상기 샤프트(500)의 일측 외주면과 측면지지부재L 키홈(503)을 이용해서 결합되는 측면 지지부재L(303a); 및
상기 측면 지지부재R(303b) 및 측면 지지부재L(303a)의 가장자리가 측면 지지부재결합나사(304)로 결합되는 아우터로터(outer rotor:300)를 갖도록 형성되며
스테이터 코어(101)는 쟁반형태로써 가장자리에 내벽원형테두리(111)를 가지고 코일권취편(108)을 지지하며, 일측에 스테이터 측면부(102)가 성형되고; 상기 스테이터 측면부(102) 중심부에는 상기 샤프트(500)을 삽입하기 위한 관통구(103)가 성형되며; 상기 내벽원형테두리(111) 외곽은 코일권취편 지지부(107)로 형성되고; 슬롯(105)의 숫자에 따라서 다수의 슬롯관통공(106)을 성형하여 일정한 간격을 두고 방사상으로 돌출되는 다수의 상기 코일권취편(108) 및 원주방향으로 형성된 구조를 갖는 다수의 팁(Tip:109)을 성형하는 것과;
상기 코일권취편(108)과 상기 팁(Tip:109)은 1쌍씩 상기 슬롯(105)을 구성하며 상기 슬롯(105)과 상기 슬롯(105) 사이는 상기 코일(110)이 들어가도록 단절되며; 권선된 상기 코일(110)은 상기 스테이터 측면부(102)에 지지되어 상기 배선인출 슬리브(400)을 통과하여 밖으로 인출되는 것과;
상기 배선인출 슬리브(400)는 일측이 슬리브돌기(406)를 가지며; 중심부는 상기 샤프트(500)을 삽입하기 위한 슬리브 관통구(402)가 형성되고; 내주면과 외주면 사이에는 배선 인출구(401)가 상기 샤프트(500) 방향으로 중공 성형되는 것을 특징으로 하는, 회전축 이용을 위한 발전기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 인너로터(200)는 2가지의 유형이 적층 된 형태로써, 인너로터 코어a(201a)는 중공형태로써 코어 링(Core Ling:202) 형태만 갖도록 관통공a(206a)을 성형하고; 인너로터 코어b(201b)는 상기 코어 링(202) 모양에다가 이를 지지하기 위해 안쪽에 +(Cross)형태의 코어 링 지지부(203)를 남겨놓고 코어 링 지지부 관통구(204)와 관통공b(206b)를 성형하며;
상기 인너로터 코어a(201a)와 상기 인너로터 코어b(201b)를 결합하기 위해서는 상기 인너로터 코어b(201b)를 가운데 두고 상기 인너로터 코어a(201a)를 양쪽에 붙인 후 리벳으로 적층하여 결합하며;
상기 인너로터 코어a(201a)와 상기 인너로터 코어b(201b)는 상기 스테이터 코어(101)와 비례하여 소정의 폭을 정하며, 상기 스테이터 코어(101)와의 공극(air gap)을 구성하는 것을 특징으로 하는, 회전축 이용을 위한 발전기.
제3항에 있어서,
인너로터코어 결합부재(250)는 암컷 결합부재(251)와 수컷 결합부재(252)로 구성되며; 상기 암컷 결합부재(251)와 상기 수컷 결합부재(252)는 각각 중공의 관통구(256)가 성형되고;
상기 수컷 결합부재(252)의 상기 관통구(256) 일측 내면에는 깊숙하게 베어링(253)이 삽입되어 상기 샤프트(500)가 슬립(Slip)되도록 결합되고; 타측 외주면에는 숫나사선(255)이 성형되고, 상기 암컷 결합부재(251)의 내주면은 암나사선이 성형되고;
상기 암컷 결합부재(251)와 상기 수컷 결합부재(252)로 구성된 상기 인너로터코어 결합부재(250)는 상기 코어링 지지부(203)를 사이에 두고 상기 코어링 지지부 관통구(204)의 좌우측에서 맞물리도록 결합시키는 것을 특징으로 하는, 회전축 이용을 위한 발전기.
제1항에 있어서,
상기 아웃터로터(300)는 중공형의 원형 하우징(301)으로 성형하고; 상기 원형 하우징(301)의 내주면에는 다수의 마그네트(302)를 구비하며; 상기 원형 하우징(301)의 측면에는 각각 상기 측면 지지부재L(303a)과 상기 측면 지지부재R(303b)을 구비하여 상기 측면 지지부재결합나사(304)로 결합하며; 상기 측면 지지부재L(303a)는 상기 측면지지부재L 키홈(503)을 이용하여 상기 샤프트(500)와 고정되게 결합되고, 상기 측면 지지부재R(303b)의 중심에는 상기 베어링b(305b)를 이용하여 상기 배선인출 슬리브(400)의 외주면에 슬립(slip)되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 , 회전축 이용을 위한 발전기.
제1항에 있어서,
상기 배선인출 슬리브(400)는 상기 샤프트(500)와 결합할 수 있도록 중공형 슬리브관통구(402)를 성형하여 내주면에 슬리브베어링(405)이 삽입되며, 일측은 상기 스테이터 코어(101)의 일측과 슬리브결합나사(404)로 결합되고, 상기 샤프트(500)방향으로 상기 배선인출구(401)를 성형하며, 타측 가장자리에 상기 슬리브돌기(406)를 성형하는 것을 특징으로 하는, 회전축 이용을 위한 발전기.
제1항에 있어서,
상기 샤프트(500)는 상기 스테이터 코어(101)의 스테이터결합 슬립링 홈(501) 및 인너로터코어 결합부재 슬립링홈(502)을 성형하고; 일측에 상기 측면지지부재L 키홈(503)을 성형하는 것을 특징으로 하는, 회전축 이용을 위한 발전기.