KR102246697B1 - Afpm 발전기 - Google Patents

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KR102246697B1
KR102246697B1 KR1020190141722A KR20190141722A KR102246697B1 KR 102246697 B1 KR102246697 B1 KR 102246697B1 KR 1020190141722 A KR1020190141722 A KR 1020190141722A KR 20190141722 A KR20190141722 A KR 20190141722A KR 102246697 B1 KR102246697 B1 KR 102246697B1
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KR1020190141722A
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윤근영
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호남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 AFPM 발전기에 관한 것으로서, 수용공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 설치되며, 상하방향으로 연장된 고정축과, 상기 수용공간 내의 상기 고정축에 설치되는 스테이터가 마려된 축부와, 상기 스테이터에, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열되며, 다수의 코일이 권취된 다수의 코일유닛과, 상기 코일유닛들을 향하되도록 상기 하우징의 내부에 설치된 다수의 영구자석이 마련된 자석유닛을 구비하고, 상기 코일유닛은 상기 코일들이 상기 스테이터의 상하면 및 외주면을 지나도록 권취된다.
본 발명에 따른 AFPM 발전기는 스테이터의 측면에도 코일이 배치되고, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 코일의 일부분이 최소화되므로 유도기전력이 증가하여 발전효율이 우수하다는 장점이 있다.

Description

AFPM 발전기{Axial Flux Permanent Magnet generator}
본 발명은 AFPM 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도기전력이 비교적 높은 AFPM 발전기에 관한 것이다.
원통 모양 로터(rotor)의 바깥쪽 둘레에 스테이터(stator)가 배열되는 레이디얼 갭(radial gap) 타입의 발전기는 복수의 영구자석이 로터의 원주를 둘러싸는 방향으로 배열되고, 영구자석의 자극은 방사형으로 향하고, 스테이터가 영구자석과 마주보도록 배열되어 있다. 스테이터는 로터를 향하는 면에서 여러 개의 이 모양을 갖는 철심에 코일이 감겨진 구조를 하고 있다. 이러한 철심을 이용함으로써, 로터의 자극으로부터 발생하는 자속을 코일로 통과시킬 수 있어 모터의 경우에는 큰 토크를, 발전기의 경우에는 큰 전압을 생성할 수 있다.
그러나, 철심의 이용은 코깅 토크(cogging torque)나 철심의 히스테리시스 손실에 기초하는 손실 토크(loss torque)를 발생시켜서, 개시 토크(initial torque)를 커지게 한다는 문제가 있다. 철심을 제거하면 그러한 문제가 제거될 수 있지만, 자기효율이 낮아지게 되기 때문에 레이디얼 갭 타입의 발전기에서는 큰 출력을 얻을 수 없는 단점이 있다.
다른 한가지 타입으로는 원방형 로터와 축 방향으로 대향하도록 스테이터가 배열되는 액시얼 갭(axial gap) 타입의 발전기가 있다.
액시얼 갭 타입의 발전기는 케이스부에 철판으로 형성된 요크가 일체화되도록 부착되고, 요크의 표면상에 복수의 영구자석이 배열되며, 스페이서를 통해서 고정축 방향으로 상하 배열된다. 영구자석은 요크들의 어느 하나에 배열되어도 되지만, 두 요크들 모두의 표면에 영구자석을 배열하면 자기효율이 높아진다. 요크들의 사이에는 전기자가 배치되고, 전기자는 다수의 코일들이 수용되는 베이스에 고정되어 스테이터를 구성하며 고정축에 고정된다. 고정축은 하우징에 의해 베어링을 통해서 회전 가능하게 지지된다.
이러한 구조는 자극의 면을 크게 하여 철심을 이용하지 않고도 출력을 크게 할 수 있고, 희토류 금속 중 하나인 네오디뮴(Neodymium)과 철(Fe), 보론(B)의 금속 화합물인 네오디뮴 자석(Nd-Fe-B)을 이용하면 철심에 의한 자기포화의 문제가 없기 때문에, 그 성능을 충분히 살려서 고출력의 회전기계로 사용할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 발전기 경우, 스테이터의 상하면에 각각 다수회 감긴 코일이 배치되는데, 코일의 스테이터의 원주방향으로 연장된 부분 즉, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 부분이 형성되고, 해당 부분에선 유도기전력이 미발생되어 발전기의 성능이 저하되는 단점이 있다.
등록특허공보 제10-1263350호: 축 방향 자속 영구자석형 발전기
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 스테이터의 측면에도 코일이 배치되고, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 코일의 일부분이 최소화되도록 배치된 AFPM 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 AFPM 발전기는 수용공간이 마련된 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 설치되며, 상하방향으로 연장된 고정축과, 상기 수용공간 내의 상기 고정축에 설치되는 스테이터가 마려된 축부와, 상기 스테이터에, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열되며, 다수의 코일이 권취된 다수의 코일유닛과, 상기 코일유닛들을 향하되도록 상기 하우징의 내부에 설치된 다수의 영구자석이 마련된 자석유닛을 구비하고, 상기 코일유닛은 상기 코일들이 상기 스테이터의 상하면 및 외주면을 지나도록 권취된다.
상기 코일유닛은 상기 스테이터의 상면에 세팅되는 상부영역과, 상기 스테이터의 외주면에 세팅되는 측부영역과, 상기 스테이터의 하면에 세팅되는 하부영역을 포함한다.
상기 코일유닛의 상부영역은 상기 스테이터의 상면 가장자리에서 상기 고정축 방향으로 소정길이 연장되고, 상기 측부영역은 상기 스테이터의 상면 가장자리에 인접된 상기 상부영역의 단부로부터 상기 스테이터의 하면 측으로 연장되고, 상기 하부영역은 상기 측부영역의 하단부에 연장되고, 상기 스테이ㅌ의 하면 가장자리에서 상기 고정축 방향으로 소정길이 연장되는 것이 바람직하다.
상기 코일유닛의 코일은 상기 스테이터의 상면 가장자리에서, 반경방향을 따라 상기 고정축 측으로 소정길이 연장된 제1상부 연장부분과, 상기 제1상부 연장부부의 단부에서 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된 제1이격 연장부분과, 상기 제1이격 연장부분의 단부에서, 반경방향으로 절곡되어 상기 스테이터의 상면 가장자리로 연장된 제2상부 연장부분과, 상기 제2상부 연장부분의 단부에서 상기 스테이터의 하면 가장자리 측으로 연장된 제1측부 연장부분과, 상기 제1측부 연장부분의 단부에 연장되며, 상기 스테이터의 하면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 소정길이 연장된 제1하부 연장부분과, 제1하부 연장부분의 단부에서 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된 제2이격 연장부분과, 상기 제2이격 연장부분의 단부에서, 반경방향으로 절곡되어 상기 스테이터의 하면 가장자리로 연장된 제2하부 연장부분과, 상기 제2하부 연장부분의 단부에서 상기 스테이트의 상면 가장자리 측으로 연장된 제2측부 연장부분을 구비한다.
상기 제1 및 제2상부 연장부분은 상기 제1이격 연장부분의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터의 상면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2하부 연장부분은 상기 제2이격 연장부분의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터의 하면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된다.
한편, 본 발명에 따른 AFPM 발전기는 상기 제1 및 제2측부 연장부분의 자기저항이 감소될 수 있도록 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이에 삽입될 수 있도록 상기 스테이터의 가장자리에 형성된 다수의 삽입돌기를 더 구비한다.
상기 삽입돌기는 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이의 상기 스테이터의 가장자리에, 상기 스테이터의 외경이 확장되는 방향으로 돌출되며, 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이의 이격거리에 대응되는 폭을 갖도록 형성된다.
상기 자석유닛은 상기 코일유닛의 제1 및 제2상부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 천장면에 설치되며, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 상부 영구자석과, 상기 코일유닛의 제1 및 제2측부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 내주면에 원주방향을 따라 배열된 다수의 측부 영구자석과, 상기 코일유닛의 제1 및 제2하부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 하부 내측면에 설치되며, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 하부 영구자석을 구비한다.
상기 삽입돌기는 상기 스테이터의 외주면에, 원주방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되며, 외주면이 상기 제1 및 제2측부 연장부분에 간섭되어 상기 스테이터로부터 이탈되는 것이 방지되는 이동부재와, 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이에 삽입될 수 있도록 상기 이동부재의 중앙부로부터 상기 스테이터의 반경방향으로 돌출되게 형성된 돌출부재와, 상기 이동부재의 외주면에 접촉된 상기 제1 및 제2측부 연장부분에 인입되어 구속될 수 있도록 상기 돌출부재를 제외한 상기 이동부재의 외주면에 돌출되게 형성된 다수의 간섭체를 구비할 수도 있다.
본 발명에 따른 AFPM 발전기는 스테이터의 측면에도 코일이 배치되고, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 코일의 일부분이 최소화되므로 유도기전력이 증가하여 발전효율이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 AFPM 발전기에 대한 단면도이고,
도 2는 도 1의 AFPM 발전기의 코일유닛에 대한 분리 사시도이고,
도 3은 종래의 AFPM 타입의 발전기에 대한 부분 분리 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 AFPM 발전기에 대한 부분 분리 사시도이고,
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 AFPM 발전기의 유도기전력에 대한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 AFPM 발전기의 유도기전력에 대한 그래프이고,
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 AFPM 발전기에 대한 부분 분리 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 AFPM 발전기에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 AFPM 발전기(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 AFPM 발전기(100)는 수용공간(111)이 마련된 하우징(110)과, 상기 하우징(110)에 회전가능하게 설치되며, 상하방향으로 연장된 고정축(121)과, 상기 수용공간(111) 내의 상기 고정축(121)에 설치되는 스테이터(122)가 마려된 축부(120)와, 상기 스테이터(122)에, 상기 고정축(121)을 중심으로 환상으로 배열되며, 다수의 코일이 권취된 다수의 코일유닛(130)과, 상기 코일유닛(130)들을 향하되도록 상기 하우징(110)의 내부에 설치된 다수의 영구자석이 마련된 자석유닛(140)을 구비한다.
상기 하우징(110)은 내부에 상기 수용공간(111)이 마련되며, 하부에는 상기 고정축(121)이 관통되게 설치될 수 있도록 관통구가 형성되어 있다.
고정축(121)은 상하방향으로 연장되며, 상부가 상기 하우징(110)의 수용공간(111)으로 인입될 수 있게 관통구에 설치된다. 이때, 고정축(121)은 베어링에 의해 상기 하우징(110)에 회전가능하게 설치된다.
스테이터(122)는 수용공간(111)에 대응되는 고정축(121)에 설치되는 것으로서, 고정축(121)을 중심으로 소정의 반경을 갖는 원판형으로 형성되며, 수지화합물로 이루어진다. 여기서, 스테이터(122)의 가장자리에는 다수의 코일유닛(130)이 설치된다. 여기서, 코일유닛(130)은 다수개가 고정축(121)의 원주방향으로 상호 중첩되지 않도록 인접 배열되어 있으며, 도면에 도시되진 않았지만, 상기 코일유닛(130)은 수지화합물에 의해 스테이터(122)에 고정된다.
상기 코일유닛(130)의 코일들은 도시된 예에서는, 블럭 형으로 도시되어 있으나, 자석유닛(140)의 자기력선속 밀도 변화에 의해 유도되는 전류가 흐를 수 있도록 전선을 다수회 감은 형태로 형성된다.
이때, 코일유닛(130)은 상기 스테이터(122)의 상면에 세팅되는 상부영역(132)과, 상기 스테이터(122)의 외주면에 세팅되는 측부영역(133)과, 상기 스테이터(122)의 하면에 세팅되는 하부영역(134)을 포함한다. 여기서, 상기 코일유닛(130)의 상부영역(132)은 상기 스테이터(122)의 상면 가장자리에서 상기 고정축(121) 방향으로 소정길이 연장되고, 상기 측부영역(133)은 상기 스테이터(122)의 상면 가장자리에 인접된 상기 상부영역(132)의 단부로부터 상기 스테이터(122)의 하면 측으로 연장되고, 상기 하부영역(134)은 상기 측부영역(133)의 하단부에 연장되고, 상기 스테이ㅌ의 하면 가장자리에서 상기 고정축(121) 방향으로 소정길이 연장된다. 상기 코일유닛(130)을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 코일유닛(130)의 코일은 제1상부 연장부분(151), 제1이격 연장부분(152), 제2상부 연장부분(153), 제1측부 연장부분(154), 제1하부 연장부분(155), 제2이격 연장부분(156), 제2하부 연장부분(157), 제2측부 연장부분(158)이 마련되도록 절곡되도록 권취된다.
코일의 제1상부 연장부분(151)은 스테이터(122)의 상면 가장자리에서, 반경방향을 따라 상기 고정축(121) 측으로 소정길이 연장된다. 제1이격 연장부분(152)은 제1상부 연장부분(151)의 단부에서, 고정축(121)의 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된다. 제2상부 연장부분(153)은 제1이격 연장부분(152)의 단부에서, 고정축(121)의 반경방향으로 절곡되어 스테이터(122)의 상면 가장자리로 연장된다. 제1측부 연장부분(154)은 제2상부 연장부분(153)의 단부에서 상기 스테이터(122)의 하면 가장자리 측으로 연장된다. 즉, 제1측부 연장부분(154)은 스테이터(122)의 외주면을 따라 하방으로 연장된다.
여기서, 상기 제1 및 제2상부 연장부분(151,153)은 상기 제1이격 연장부분(152)의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터(122)의 상면 가장자리에서 상기 고정축(121) 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된 것이 바람직하다.
제1하부 연장부분(155)은 제1측부 연장부분(154)의 단부에 연장되며, 스테이터(122)의 하면 가장자리에서 고정축(121) 측으로 소정길이 연장된다. 제2이격 연장부분(156)은 제1하부 연장부분(155)의 단부에서 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된다. 이때, 제2이격 연장부분(156)은 제1이격 연장부분(152)의 연장방향에 반대방향으로 연장된다. 제2하부 연장부분(157)은 제2이격 연장부분(156)의 단부에서, 고정축(121)의 반경방향으로 절곡되어 스테이터(122)의 하면 가장자리로 연장된다. 제2측부 연장부분(158)은 제2하방 연장부분의 단부에서 스테이터(122)의 상면 가장자리 측으로 연장된다. 즉, 제2측부 연장부분(158)은 스테이터(122)의 외주면을 따라 상방으로 연장된다.
여기서, 상기 제1 및 제2하부 연장부분(155,157)은 상기 제2이격 연장부분(156)의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터(122)의 하면 가장자리에서 상기 고정축(121) 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된 것이 바람직하다.
상기 코일은 상술된 제1이격 연장부분(152), 제2상부 연장부분(153), 제1측부 연장부분(154), 제1하부 연장부분(155), 제2이격 연장부분(156), 제2하부 연장부분(157), 제2측부 연장부분(158)이 마련되도록 다수회 권취되어 형성된다.
도 3과 같이 종래의 코일유닛(130)의 코일은 폐궤도를 이루며 스테이터(122)의 상하면에 각각 배치되는데, 여기서, 도면에서 빨간색 원에 해당하는, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 코일의 End-turns 영역 즉, 고정축(121)의 원주방향을 따라 연장된 코일의 End-turns 영역이, 코일에서 고정축(121)에 인접된 부분 및 스테이터(122)의 가장자리에 인접된 부분의 코일에 각각 생성되고, 해당 End-turns 부분에서는 유도 기전력이 미발생된다. 그러나, 본 발명의 코일유닛(130)의 코일은 스테이터(122)의 가장자리에 생성된 종래 코일의 End-turns 부분이 생성되지 않으며, 제1이격 연장부분(152) 및 제2이격 연장부분(156)의 길이가 최소화되도록 형성되고, 스테이터(122)의 측면을 지나도록 제1측부 연장부분(154) 및 제2측부 연장부분(158)이 생성되어 있으므로 기전력이 발생되는 면적이 넓어 발전기의 성능이 향상되는 장점이 있다.
자석유닛(140)은 자기장으로 형성하는 것으로서, 상기 코일유닛(130)의 제1 및 제2상부 연장부분(151,153)에 대향되도록 상기 하우징(110)의 천장면에 설치되며, 상기 고정축(121)을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 상부 영구자석(141)과, 상기 코일유닛(130)의 제1 및 제2측부 연장부분(158)에 대향되도록 상기 하우징(110)의 내주면에 원주방향을 따라 배열된 다수의 측부 영구자석(142)과, 상기 코일유닛(130)의 제1 및 제2하부 연장부분(155,157)에 대향되도록 상기 하우징(110)의 하부 내측면에 설치되며, 상기 고정축(121)을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 하부 영구자석(143)을 구비한다. 여기서, 자석유닛(140)은 다수개가 코일유닛(130)들의 배열 패턴과 동일한 패턴으로 교번하게 하우징(110) 내부에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 원주방향을 따라 상호 인접한 상부 영구자석(141)들, 측부 영구자석(142)들 및 하부 영구자석(143)들은 극성이 반대로 되도록 배열된다.
상부 영구자석(141)들, 측부 영구자석(142)들 및 하부 영구자석(143)들은 희토류 원소를 포함하는 소위 희토류 금속화합물로 된 네오디뮴 자석(Nd-Fe-B Magnet), 사마륨 자석(Sm-Co Magnet)을 포함하는 희토류 자석을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 자원적으로 풍부한 네오디뮴(Nd)와 철(Fe)를 사용하므로 가격 면에서 사마륨 자석보다 저렴한 네오디뮴 자석이 적용된다.
상술된 본 발명에 따른 AFPM 발전기(100)를 종래의 AFPM 타입의 발전기의 총 영구자석 중량에 대응되는 중량을 갖도록 자석유닛(140)을 설계한 다음, 종래에 발전기 성능 분석으로 위해 일반적으로 사용되는 분석 프로그램을 통해 분석한 결과, 본 발명의 AFPM 발전기(100)의 유도기전력이 종래의 AFPM 타입의 발전기에 비해 30%증가되었으며, 전체 유도기전력의 약 70%는 코일유닛(130)들의 상부영역(132) 및 하부영역(134)에서 발생되고, 전체 유도기전력의 약 30%는 코일유닛(130)들의 측부영역(133)에서 발생된 것으로 분석되었다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 AFPM 발전기(100)는 스테이터(122)의 측면에도 코일이 배치되고, 전류의 흐름 방향과 자속의 회전방향이 직교 쇄교가 되지 않는 코일의 일부분이 최소화되므로 유도기전력이 증가하여 발전효율이 우수하다는 장점이 있다.
한편, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 AFPM 발전기(200)가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 상기 AFPM 발전기(200)는 상기 제1 및 제2측부 연장부분(158)의 자기저항이 감소될 수 있도록 상기 제1 및 제2측부 연장부분(158) 사이에 삽입될 수 있도록 상기 스테이터(122)의 가장자리에 형성된 다수의 삽입돌기(201)를 더 구비한다.
상기 삽입돌기(201)는 상기 제1 및 제2측부 연장부분(158) 사이의 상기 스테이터(122)의 가장자리에, 상기 스테이터(122)의 외경이 확장되는 방향으로 돌출되며, 상기 제1 및 제2측부 연장부분(158) 사이의 이격거리에 대응되는 폭을 갖도록 형성된다. 이때, 삽입돌기(201)는 스테이터(122)와 동일하게 수지화합물로 형성된다.
상기 삽입돌기(201)들에 의해 코일유닛(130)의 제1측부 연장부분(154) 및 제2측부 연장부분(158)에서의 자기저항이 감소되고, 쇄교자속의 양이 증가되어 해당 코일유닛(130)에서의 유도기전력이 개선된다.
도 5에는 도 2에 도시된 제1실시 예의 AFPM 발전기(100)의 유도기전력에 대한 그래프가 게시되어 있고, 도 6에는 도 4에 도시된 제2실시 예의 AFPM 발전기(200)의 유도기전력에 대한 그래프가 게시되어 있다. 도면을 참조하면, 제2실시 예의 AFPM 발전기(200)가 정현적인 유도기전력 파형이 구형파적으로 변형됨을 알 수 있다. 즉, 삽입돌기(201)에 의해 AFPM 발전기(200)의 공극부 자속밀도가 일정해짐을 확인할 수 있다.
한편, 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 삽입돌기(210)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 삽입돌기(210)는 이동부재(211), 돌출부재(212) 및 다수의 간섭체(213)를 구비한다. 이때, 스테이터(122)는 외주면에 상기 이동부재(211)가 슬라이딩 가능하게 설치될 수 있도록 이동슬롯(125)이 형성되어 있다. 상기 이동슬롯(125)은 스테이터(122)의 외주면에 대해 내측으로 소정깊이 인입되며, 스테이터(122)의 원주방향을 따라 연장형성된다.
이동부재(211)는 상기 스테이터(122)의 외주면에, 원주방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치된다. 상기 이동부재(211)는 스테이터(122)의 가장자리 곡률에 대응되는 곡률을 갖도록 만곡되게 형성되며, 이동슬롯(125)을 따라 이동될 수 있도록 상기 이동슬롯(125)에 삽입되는 삽입블럭(214)이 마련되어 있다. 상기 삽입블럭(214)은 이동부재(211)로부터 돌출되게 형성된다.
이때, 이동부재(211)는 외주면이 상기 코일의 제1 및 제2측부 연장부분(154,158)에 접촉되어 간섭될 수 있도록 스테이터(122)의 원주방향으로 따라 소정길이 연장되는 것이 바람직하다.
돌출부재(212)는 상기 제1 및 제2측부 연장부분(154,158) 사이에 삽입될 수 있도록 상기 이동부재(211)의 중앙부로부터 상기 스테이터(122)의 반경방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 돌출부재(212)는 제1 및 제2측부 연장부분(154,158) 사이의 이격거리에 대응되는 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
간섭체(213)는 상기 이동부재(211)의 외주면에 접촉된 상기 제1 및 제2측부 연장부분(154,158)에 인입되어 구속될 수 있도록 상기 돌출부재(212)를 제외한 상기 이동부재(211)의 외주면에 돌출되게 형성된다. 상기 간섭체(213)는 단부가 첨예하게 형성되어 코일의 제1 및 제2측부 연장부분(154,158)에 인입될 수 있다. 상술된 삽입돌기(210)는 스테이터(122)와 동일하게 수지화합물로 형성되는 것이 바람직하다.
작업자는 코일유닛(130)을 스테이터(122)에 설치시, 코일유닛(130)의 제1 및 제2측부 연장부분(154,158) 사이에 대응되는 위치에 상기 삽입돌기(210)를 이동시키고, 삽입돌기(210)의 돌출부재(212)가 제1 및 제2측부 연장부분(154,158) 사이에 위치되도록 코일유닛(130)을 스테이터(122)에 설치한다. 이때, 코일유닛(130)의 제1 및 제2측부 연장부분(154,158)에 의해 상기 이동부재(211)는 스테이터(122)에 구속된다.
상술된 바와 같이 구성된 삽입돌기(210)는 스테이터(122)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 설치되어 있으므로 작업자가 코일유닛(130)의 크기 및 세팅 갯수에 따라 삽입돌기(210)의 위치를 용이하게 변경할 수 있어 조립 편의성이 향상된다.
제시된 실시 예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: AFPM 발전기
110: 하우징
111: 수용공간
120: 축부
121: 고정축
122: 스테이터
130: 코일유닛
132: 상부영역
133: 측부영역
134: 하부영역
140: 자석유닛
141: 상부 영구자석
142: 측부 영구자석
143: 하부 영구자석
151: 제1상부 연장부분
152: 제1이격 연장부분
153: 제2상부 연장부분
154: 제1측부 연장부분
155: 제1하부 연장부분
156: 제2이격 연장부분
157: 제2하부 연장부분
158: 제2측부 연장부분

Claims (10)

  1. 수용공간이 마련된 하우징;
    상기 하우징에 회전가능하게 설치되며, 상하방향으로 연장된 고정축과, 상기 수용공간 내의 상기 고정축에 설치되는 스테이터가 마려된 축부;
    상기 스테이터에, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열되며, 다수의 코일이 권취된 다수의 코일유닛; 및
    상기 코일유닛들을 향하되도록 상기 하우징의 내부에 설치된 다수의 영구자석이 마련된 자석유닛;을 구비하고,
    상기 코일유닛은 상기 코일들이 상기 스테이터의 상하면 및 외주면을 지나도록 권취되고,
    상기 코일유닛의 코일은
    상기 스테이터의 상면 가장자리에서, 반경방향을 따라 상기 고정축 측으로 소정길이 연장된 제1상부 연장부분;
    상기 제1상부 연장부분의 단부에서 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된 제1이격 연장부분;
    상기 제1이격 연장부분의 단부에서, 반경방향으로 절곡되어 상기 스테이터의 상면 가장자리로 연장된 제2상부 연장부분;
    상기 제2상부 연장부분의 단부에서 상기 스테이터의 하면 가장자리 측으로 연장된 제1측부 연장부분;
    상기 제1측부 연장부분의 단부에 연장되며, 상기 스테이터의 하면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 소정길이 연장된 제1하부 연장부분;
    제1하부 연장부분의 단부에서 원주방향으로 절곡되어 소정길이 연장된 제2이격 연장부분;
    상기 제2이격 연장부분의 단부에서, 반경방향으로 절곡되어 상기 스테이터의 하면 가장자리로 연장된 제2하부 연장부분; 및
    상기 제2하부 연장부분의 단부에서 상기 스테이터의 상면 가장자리 측으로 연장된 제2측부 연장부분;을 구비하고,
    상기 제1 및 제2측부 연장부분의 자기저항이 감소될 수 있도록 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이에 삽입될 수 있도록 상기 스테이터의 가장자리에 형성된 다수의 삽입돌기;를 더 구비하는,
    AFPM 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일유닛은 상기 스테이터의 상면에 세팅되는 상부영역과, 상기 스테이터의 외주면에 세팅되는 측부영역과, 상기 스테이터의 하면에 세팅되는 하부영역을 포함하는,
    AFPM 발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일유닛의 상부영역은 상기 스테이터의 상면 가장자리에서 상기 고정축 방향으로 소정길이 연장되고, 상기 측부영역은 상기 스테이터의 상면 가장자리에 인접된 상기 상부영역의 단부로부터 상기 스테이터의 하면 측으로 연장되고, 상기 하부영역은 상기 측부영역의 하단부에 연장되고, 상기 스테이터의 하면 가장자리에서 상기 고정축 방향으로 소정길이 연장되는,
    AFPM 발전기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2상부 연장부분은 상기 제1이격 연장부분의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터의 상면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된,
    AFPM 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2하부 연장부분은 상기 제2이격 연장부분의 길이를 감소시킬 수 있도록 상기 스테이터의 하면 가장자리에서 상기 고정축 측으로 갈수록 상호 이격거리가 감소하도록 연장된,
    AFPM 발전기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 삽입돌기는 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이의 상기 스테이터의 가장자리에, 상기 스테이터의 외경이 확장되는 방향으로 돌출되며, 상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이의 이격거리에 대응되는 폭을 갖도록 형성된,
    AFPM 발전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자석유닛은
    상기 코일유닛의 제1 및 제2상부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 천장면에 설치되며, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 상부 영구자석;
    상기 코일유닛의 제1 및 제2측부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 내주면에 원주방향을 따라 배열된 다수의 측부 영구자석; 및
    상기 코일유닛의 제1 및 제2하부 연장부분에 대향되도록 상기 하우징의 하부 내측면에 설치되며, 상기 고정축을 중심으로 환상으로 배열된 다수의 하부 영구자석;을 구비하는,
    AFPM 발전기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 삽입돌기는
    상기 스테이터의 외주면에, 원주방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되며, 외주면이 상기 제1 및 제2측부 연장부분에 간섭되어 상기 스테이터로부터 이탈되는 것이 방지되는 이동부재;
    상기 제1 및 제2측부 연장부분 사이에 삽입될 수 있도록 상기 이동부재의 중앙부로부터 상기 스테이터의 반경방향으로 돌출되게 형성된 돌출부재; 및
    상기 이동부재의 외주면에 접촉된 상기 제1 및 제2측부 연장부분에 인입되어 구속될 수 있도록 상기 돌출부재를 제외한 상기 이동부재의 외주면에 돌출되게 형성된 다수의 간섭체;를 구비하는,
    AFPM 발전기.
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