KR102540805B1 - 발전기용 회전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 안착 및 고정될 수 있는 발전기용 회전자에 관한 것으로, 이는 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠; 상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브; 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선을 포함할 수 있다.

Description

발전기용 회전자 {rotor for generator}
본 발명은 예컨대 선박의 메인 엔진에 직접 장착되는 발전기용 회전자에 관한 것이다.
선박을 추진하는 데에 사용되는 메인 엔진의 에너지 효율을 향상시키기 위해, 프로펠러의 구동축에 축발전기가 적용될 수 있다. 이러한 축발전기는 통상 메인 엔진과 프로펠러 사이의 구동축에 직접 설치되거나, 기어 박스를 매개로 구동축과 구동축에 평행한 축발전기의 회전축을 연동시켜 증속된 회전속도로 발전할 수 있게 설치된다.
하지만, 전술한 형태로 축발전기를 배치하는 경우에, 메인 엔진과 프로펠러 사이에 발전기가 위치함에 따라 설치공간이 크게 요구되며, 선박 내 엔진룸의 크기가 축방향으로 증대되어 선박의 적재량을 감소시키는 단점이 있다. 이 때문에, 메인 엔진의 앞 끝 부분, 즉 프로펠러의 반대쪽으로 프로펠러로부터 멀리 떨어진 메인 엔진의 끝 부분에 발전기를 직접 설치하는 구성이 제안되고 있다.
한편, 선박의 메인 엔진은 실린더, 피스톤, 크랭크 샤프트 등을 포함할 수 있다. 크랭크 샤프트는 베어링에 의해 지지됨과 더불어, 커넥팅 로드에 의해 실린더 내 피스톤과 연결됨으로써, 피스톤의 왕복 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 한다. 따라서, 이러한 크랭크 샤프트에 발전기를 설치하면 에너지 효율을 높일 수 있을 것이다.
(특허문헌 1) KR 2020-0112685 A
본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 안착 및 고정될 수 있는 발전기용 회전자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 회전자는, 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠; 상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브; 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선을 포함하고, 상기 복수의 권선은 각각 링 형상으로 형성되고, 상기 복수의 권선은 상기 복수의 리브의 외주면에 끼워져 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기용 회전자는, 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠; 상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브; 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선을 포함하고, 상기 허브는, 고리 형상의 판재로 형성되어, 상기 튜닝 휠의 연결부에 고정되는 지지판; 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 지지판에 고정된 상기 복수의 리브; 및 상기 복수의 리브의 단부를 연결하는 연결링을 포함하고, 각 리브는 적어도 일측면에서 상기 리브의 두께방향으로 연장한 경사판을 포함하고, 상기 경사판은, 지지판에 고정됨과 더불어, 인접한 다른 리브 또는 다른 리브의 경사판과 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전기용 회전자는, 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠; 상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브; 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및 상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선을 포함하고, 상기 허브는, 고리 형상의 판재로 형성되어, 상기 튜닝 휠의 연결부에 고정되는 지지판; 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 지지판에 고정된 상기 복수의 리브; 및 상기 복수의 리브의 단부를 연결하는 연결링을 포함하고, 상기 연결링과의 결합을 위해 상기 복수의 리브의 단부에는 단차부 또는 홈부가 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 회전자가 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 안착 및 고정될 수 있게 됨으로써, 엔진에 직접 장착되는 발전기를 구성할 수 있다. 이에 따라 엔진의 에너지 효율성이 향상될 수 있음은 물론, 이러한 엔진을 선박에 설치하는 경우에 선박의 공간 활용성이 증대되는 장점을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 회전자의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 리브의 사시도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기의 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(1)는 엔진(3)에 직접 장착된 발전기(Engine Mounted Generator, EMG; 2)에 적용될 수 있다. 이러한 발전기는 선박에 사용될 수 있으나, 그 사용처는 반드시 이에 한정되지 않는다.
엔진(3)에 직접 장착된 발전기(2)는, 엔진을 구성하는 크랭크 샤프트(4)의 일측 단부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 엔진에 직접 장착된 발전기가 선박에 사용되는 경우에, 크랭크 샤프트의 타측 단부에는 선박의 프로펠러(미도시)가 연결되어 선박에 동력을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 회전자의 분해 사시도이다. 도 2에서 미설명부호 7은 고정자이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 회전자(1)는, 튜닝 휠(Tuning Wheel; 10), 허브(Hub; 20), 코어(Core; 30) 및 복수의 권선(40)을 포함할 수 있다.
튜닝 휠(10)은 대략 고리 형상의 부재로서, 크랭크 샤프트(4)의 일측 단부에 견고하게 고정되어 크랭크 샤프트와 함께 회전할 수 있다.
튜닝 휠(10)은 방사상 안쪽부터 장착부(11)와 연결부(12) 및 연장부(13)를 포함할 수 있다.
장착부(11)는 관 형상의 부분으로서, 크랭크 샤프트(4)에 끼워지고 크랭크 샤프트의 외주면에 고정되게 결합될 수 있다.
장착부(11)의 결합, 즉 튜닝 휠(10)의 결합을 위해, 예를 들어 크랭크 샤프트(4)의 단부에는 단턱부(5)가 형성될 수 있으며, 이 단턱부에 장착부가 안착된 후 나사 등과 같은 고정구(미도시)에 의해 장착부가 크랭크 샤프트에 고정되게 결합될 수 있다.
이에 따라 튜닝 휠(10)의 장착부(11)에는 고정구를 위한 복수의 제1 삽입홀(15)이 형성되는 한편, 이에 대응되게 크랭크 샤프트(4)의 단턱부(5)에도 서로 일정한 간격을 두고 복수의 고정홀(미도시)이 형성될 수 있다.
연결부(12)는 장착부(11)로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되게 형성될 수 있다. 연결부는 장착부(11)와 연장부(13) 사이에 위치되어 이들 장착부와 연장부를 연결시킬 수 있다.
튜닝 휠(10)은 엔진 반대쪽 측면에서 연결부(12)와 연장부(13) 사이에 원주방향으로 형성된 오목홈(14)을 더 포함할 수 있다. 오목홈은 고정자(7)의 권선과의 간섭 없이 튜닝 휠이 크랭크 샤프트(4)와 함께 원활히 회전할 수 있게 한다.
연장부(13)는 연결부(12)의 외곽으로부터 엔진(3) 쪽으로 굴절되게 형성된 후 방사상 바깥쪽으로 연장되게 형성될 수 있다.
이와 같이 튜닝 휠(10)의 연장부(13)가 엔진(3) 쪽으로 굴절되게 형성됨으로써, 튜닝 휠에 외팔보 형태로 장착되는 허브(20)에 대응하여 엔진으로부터 요구되는 회전자(1) 전체의 질량과 관성모멘트, 굽힘모멘트 등의 설계 조건을 만족시킬 수 있게 된다.
튜닝 휠(10)의 장착부(11)와 연결부(12) 및 연장부(13)는 예컨대 금속 재질에 의해 일체로 성형될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
허브(20)는 대략 관 형상으로 형성되고, 튜닝 휠(10)의 엔진 반대쪽 측면에 견고하게 고정되어 튜닝 휠과 함께 회전할 수 있다.
허브(20)는 지지판(21)과 복수의 리브(22) 및 연결링(23)을 포함할 수 있다.
지지판(21)은 고리 형상의 판재로 형성될 수 있다. 지지판은 튜닝 휠(10)의 엔진 반대쪽 측면에서 튜닝 휠의 연결부(12)에 고정되게 결합될 수 있다.
지지판(21)의 결합, 즉 허브(20)의 결합을 위해, 예를 들어 튜닝 휠(10)의 연결부(12)에는 고정구를 위한 복수의 제2 삽입홀(16)이 형성될 수 있으며, 연결부에 지지판이 맞닿은 후 나사 등과 같은 고정구(미도시)에 의해 고정되게 결합될 수 있다.
이에 따라 지지판(21)에는 제2 삽입홀(16)과 대응되게 서로 일정한 간격을 두고 복수의 관통홀(26)이 형성될 수 있다.
복수의 리브(22)는 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 지지판(21)에 고정될 수 있다. 리브는 리브의 길이방향이 크랭크 샤프트(4)의 축방향과 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 리브(22)는 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 지지판(21)의 일측면에 고정됨으로써 지지판과 일체로 형성될 수 있다.
이를 위해 리브(22)는 적어도 일측면에서 리브의 두께방향으로 연장한 경사판(24)을 포함할 수 있다. 도면들에는 리브의 양측면으로 연장한 한 쌍의 경사판이 예시되어 있다.
경사판(24)은, 리브(22)의 길이방향에 대해 직각인 방향으로 연장하는 경사판의 선단(24a)이 리브의 선단과 일치되게 위치하는 것이 좋다. 이로써, 리브가 지지판(21)에 고정될 때 경사판도 지지판에 고정될 수 있어 지지판에 대한 리브의 접촉 면적이 증가할 수 있다.
또한, 경사판(24)에서 리브(22)의 길이방향으로 연장하는 경사판의 선단(24b)은 인접한 다른 리브 또는 다른 리브의 경사판과 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 서로 고정될 수 있다. 이로써, 복수의 리브는 등간격으로 배치되고 서로에 대해 고정될 수 있다.
이와 같이 리브(22)에 경사판(24)이 존재하게 됨으로써, 리브(22)와 지지판(21) 사이의 고정이 용이하고 견고하며 안정되게 이루어질 수 있게 되는 것이다.
연결링(23)은, 리브(22)들의 변형을 방지하고 리브들이 서로를 지지하도록 하기 위해, 지지판(21)으로부터 외팔보 형태로 연장한 리브의 단부를 연결할 수 있다.
선택적으로, 연결링(23)과의 결합을 위해 리브(22)의 단부에는 단차부 또는 홈부(25; 도 1 참조)가 형성될 수 있다.
혹은, 리브(22)의 단부에 단차부 또는 홈부 없이 연결링(23)이 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 결합될 수도 있다.
이렇게 구성된 허브(20)는 회전자(1)의 코어(30)와 권선(40)을 지지할 수 있으며, 튜닝 휠(10)에 연결되어 회전자의 중간 뼈대로서의 역할을 수행할 수 있다. 특히, 유도기형 발전기의 경우에는 원통형 회전자 구조를 갖게 되는데, 본 발명의 허브는 이러한 원통형 회전자 구조에서 코어를 안착 및 고정할 수 있는 구조물로서의 역할을 수행할 수 있게 한다.
코어(30)는 얇은 복수의 규소 강판을 고리 형상으로 가공하고 규소 강판의 두께방향으로 적층하여 제작된 것을 채용한다. 이렇게 만들어진 코어는 철손이 적고 투자율이 커서 우수한 자성 특성을 갖는다.
코어(30)는 허브(20)를 구성하는 복수의 리브(22)의 외주면에 끼워져 이들 리브에 의해 지지될 수 있다.
복수의 권선(40)은 각각 링 형상으로 형성되어, 허브(20)를 구성하는 복수의 리브(22)의 외주면에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 권선은 코어(30)의 양측에서 복수의 리브에 의해 지지되도록 배치될 수 있다.
코어(30)와 권선(40)이 복수의 리브(22)의 외주면에 끼워져 허브(20)에 조립된 후, 허브가 나사 등과 같은 고정구에 의해 튜닝 휠(10)에 고정되게 결합됨으로써, 회전자(1)의 조립이 완료될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 회전자(1)는, 코어(30)와 권선(40)이 허브(20)를 구성하는 복수의 리브(22)에 의해 지지되고, 허브는 크랭크 샤프트(4)와 함께 회전 가능하게 결합하는 튜닝 휠(10)에 고정됨으로써, 회전자)는 크랭크 샤프트에 연동되어 회전할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 회전자(1)는, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(3)에 결합되는 지지체(6)에 장착된 고정자(7) 내에 삽입되어 고정자와 대면하도록 설치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 회전자(1)는 엔진(3)의 크랭크 샤프트(4)와 결합하고, 고정자(7)는 지지체(6)에 장착된 상태에서, 회전자와 고정자가 서로 대면하게 배치됨으로써, 엔진에 직접 장착된 발전기(2)를 구성할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 회전자가 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 안착 및 고정될 수 있게 됨으로써, 회전자가 크랭크 샤프트와 연동되어 회전할 수 있고 엔진에 직접 장착되는 발전기를 구성할 수 있다. 이에 따라 엔진의 에너지 효율성이 향상될 수 있음은 물론, 이러한 엔진을 선박에 설치하는 경우에 선박의 공간 활용성이 증대되는 장점을 얻을 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 회전자 2: 발전기
3: 엔진 4: 크랭크 샤프트
5: 단턱부 6: 지지체
7: 고정자 10: 튜닝 휠
11: 장착부 12: 연결부
13: 연장부 14: 오목홈
15: 제1 삽입홀 16: 제2 삽입홀
20: 허브 21: 지지판
22: 리브 23: 연결링
24: 경사판 25: 홈부
26: 관통홀 30: 코어
40: 권선

Claims (10)

  1. 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠;
    상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브;
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선
    을 포함하고,
    상기 복수의 권선은 각각 링 형상으로 형성되고,
    상기 복수의 권선은 상기 복수의 리브의 외주면에 끼워져 지지되는 발전기용 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 휠은,
    상기 크랭크 샤프트의 외주면에 고정된 관 형상의 장착부;
    상기 장착부로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되게 형성된 연결부; 및
    상기 연결부의 외곽으로부터 굴절되게 형성된 후 방사상 바깥쪽으로 연장된 연장부
    를 포함하는 발전기용 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 크랭크 샤프트에는 단턱부가 형성되고,
    상기 단턱부에 복수의 고정홀이 형성되며,
    상기 장착부는, 고정구를 위해 형성된 복수의 제1 삽입홀을 포함하고,
    상기 단턱부에 상기 장착부가 안착된 후 상기 고정구에 의해 상기 장착부가 상기 크랭크 샤프트에 고정되게 결합되는 발전기용 회전자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 튜닝 휠은, 엔진 반대쪽 측면에서 상기 연결부와 상기 연장부 사이에 원주방향으로 형성된 오목홈을 더 포함하는 발전기용 회전자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 허브는,
    고리 형상의 판재로 형성되어, 상기 튜닝 휠의 연결부에 고정되는 지지판;
    서로 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 지지판에 고정된 복수의 리브; 및
    상기 복수의 리브의 단부를 연결하는 연결링
    을 포함하고,
    상기 복수의 리브는 리브의 길이방향이 상기 크랭크 샤프트의 축방향과 평행하게 배치된 발전기용 회전자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지판에 복수의 관통홀이 형성되며,
    상기 튜닝 휠의 연결부는, 고정구를 위해 형성된 복수의 제2 삽입홀을 포함하고,
    상기 연결부에 상기 지지판이 맞닿은 후 상기 고정구에 의해 상기 지지판이 상기 튜닝 휠에 고정되게 결합되는 발전기용 회전자.
  7. 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠;
    상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브;
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선
    을 포함하고,
    상기 허브는,
    고리 형상의 판재로 형성되어, 상기 튜닝 휠의 연결부에 고정되는 지지판;
    서로 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 지지판에 고정된 상기 복수의 리브; 및
    상기 복수의 리브의 단부를 연결하는 연결링
    을 포함하고,
    각 리브는 적어도 일측면에서 상기 리브의 두께방향으로 연장한 경사판을 포함하고,
    상기 경사판은, 지지판에 고정됨과 더불어, 인접한 다른 리브 또는 다른 리브의 경사판과 고정되는 발전기용 회전자.
  8. 엔진의 크랭크 샤프트에 고정되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 튜닝 휠;
    상기 튜닝 휠에 고정되고, 상기 크랭크 샤프트의 축방향으로 연장한 복수의 리브를 구비한 허브;
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 코어; 및
    상기 복수의 리브에 의해 지지되는 복수의 권선
    을 포함하고,
    상기 허브는,
    고리 형상의 판재로 형성되어, 상기 튜닝 휠의 연결부에 고정되는 지지판;
    서로 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 지지판에 고정된 상기 복수의 리브; 및
    상기 복수의 리브의 단부를 연결하는 연결링
    을 포함하고,
    상기 연결링과의 결합을 위해 상기 복수의 리브의 단부에는 단차부 또는 홈부가 형성된 발전기용 회전자.
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