KR102547853B1

KR102547853B1 - 발전기의 여자기용 정류장치

Info

Publication number: KR102547853B1
Application number: KR1020210068152A
Authority: KR
Inventors: 류순기; 에세니 발라즈; 핀터 졸탄
Original assignee: 에이치디현대일렉트릭 주식회사
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2023-06-27
Also published as: KR20220160233A

Abstract

본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 여자기에 일체로 설치되어 여자기의 출력을 정류할 수 있는 발전기의 여자기용 정류장치에 관한 것으로, 엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하고 여자기 회전자를 지지하는 여자기 허브; 및 상기 여자기 허브에 설치되고, 상기 여자기 회전자의 권선과 연결된 정류기를 포함할 수 있다.

Description

발전기의 여자기용 정류장치 {APPARATUS FOR RECTIFYING FOR EXCITER OF GENERATOR}

본 발명은 예컨대 선박의 메인 엔진에 직접 장착되는 발전기에서 여자기의 출력을 정류할 수 있는 발전기의 여자기용 정류장치에 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.

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 있으며, 크랭크 샤프트에 발전기를 설치하면 에너지 효율을 높일 수 있을 것이다. 여기서, 크랭크 샤프트에 여자기가 연결되어 전기적 출력이 생성되고 발전기의 계자에 공급될 수 있다.

하지만, 선박의 메인 엔진에 직접 장착되는 발전기는 선박 내 엔진룸의 공간 활용도를 극대화하기 위해 축방향 길이가 매우 짧다. 이로 인해 발전기의 주요 회전자 부품인 발전기 회전자와 여자기 회전자, 그리고 여자기용 정류장치는 좁은 공간 내에 설치되는 것이 요구된다.

(특허문헌 1) KR 2020-0112685 A

본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 여자기에 일체로 설치되어 여자기의 출력을 정류할 수 있는 발전기의 여자기용 정류장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 여자기용 정류장치는, 발전기 하우징에 고정되게 장착된 발전기의 고정자; 엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하는 튜닝 휠; 상기 튜닝 휠의 방사상 바깥쪽 단부에 장착된 상기 발전기의 허브 및 회전자의 조립체; 상기 튜닝 휠의 방사상 안쪽에서, 상기 크랭크 샤프트의 일측 단부에 장착되어 회전하는 여자기 허브; 상기 여자기 허브에 장착되어 상기 크랭크 샤프트와 동일한 속도로 회전하는 여자기 회전자; 상기 여자기 회전자와 간극을 두고 대면하도록, 상기 발전기 하우징의 내주면에 장착된 여자기 고정자; 및 상기 여자기 허브에 설치되고, 상기 여자기 회전자의 권선과 연결된 정류기를 포함하고, 상기 정류기는 리드선을 통해 상기 발전기의 회전자를 구성하는 권선에 연결될 수 있다.

본 발명에 의하면, 여자기 회전자와 정류기를 일체로 통합시켜 발전기의 주요 회전자 부품들을 협소한 공간 내에 설치할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라 본 발명에 의하면, 축방향으로 발전기의 길이를 대폭 축소하여 선박의 엔진룸 내에 공간을 확보할 수 있으며, 이로써 선박의 유효 적재공간을 확보하는 데에 크게 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류장치가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 일측면도이다.

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 정류장치가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 여자기용 정류장치는, 여자기 허브(10), 여자기 회전자(20), 정류기(50)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 여자기용 정류장치는 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)의 회전자(4)는, 엔진을 구성하는 크랭크 샤프트(1)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.

여기서, 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에는, 대략 고리 형상의 튜닝 휠(5)이 견고하게 고정되어 크랭크 샤프트와 함께 회전할 수 있다.

예컨대, 튜닝 휠(5)의 방사상 바깥쪽 단부에는 발전기(2)의 허브(6) 및 회전자(4)의 조립체가 장착될 수 있다. 이로써, 회전자는 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에 연결될 수 있다.

엔진(3)에 직접 장착된 발전기(2)의 고정자(7)는, 발전기를 구성하는 발전기 하우징(8)에 고정되게 장착될 수 있다. 이에 따라 발전기 하우징은 고정자를 위한 지지구조물로 작용할 수 있다.

엔진(3)의 크랭크 샤프트(1)에 연결된 회전자(4)는, 엔진에 결합된 발전기 하우징(8)에 장착된 고정자(7) 내에 삽입되어 고정자와 대면하도록 설치될 수 있다.

이와 같이 회전자(4)는 엔진(3)의 크랭크 샤프트(1)와 결합하고 고정자(7)는 발전기 하우징(8)에 장착된 상태에서, 회전자와 고정자가 서로 대면하게 배치됨으로써, 엔진에 직접 장착된 발전기(2)가 구성될 수 있다.

발전기 하우징(8) 내에는 여자기(9)가 설치될 수 있다. 여자기는, 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에 장착되어 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 여자기 허브(10); 여자기 허브에 장착되어 크랭크 샤프트와 동일한 속도로 회전하는 여자기 회전자(20); 및 여자기 회전자와 소정의 간극을 두고 대면하도록 발전기 하우징의 내주면에 장착된 여자기 고정자(30)를 포함할 수 있다.

여자기 허브(10)는 대략 관 형상으로 형성되고, 양측면에는 각각 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 형성된 복수의 나사홀을 포함할 수 있다. 여자기 허브는, 튜닝 휠(5)의 방사상 안쪽에서 크랭크 샤프트(1)의 단부에 복수의 나사로 결합되고 크랭크 샤프트와 동축으로 배치될 수 있다. 이로써, 여자기 허브는 크랭크 샤프트와 함께 회전하면서, 여자기 회전자(20)를 지지할 수 있는 구조물로서의 역할을 수행할 수 있다.

여자기 회전자(20)는, 복수의 여자기 회전자용 코어(21)와, 이 코어에 권취된 여자기 회전자용 권선(22)을 포함할 수 있다.

여자기 회전자(20)의 코어(21)는 얇은 복수의 규소 강판을 고리 형상으로 가공하여 여자기 허브(10)에 규소 강판의 두께방향, 즉 여자기 허브의 축방향으로 적층하여 구비될 수 있다. 이렇게 만들어진 코어는 철손이 적고 투자율이 커서 우수한 자성 특성을 갖는다. 이러한 여자기 회전자의 코어는 여자기 허브에 의해 지지될 수 있다.

여자기 회전자(20)의 권선(22)은 여자기 회전자의 코어(21)의 주변에 감길 수 있다. 이때, 여자기 회전자의 코어의 외주면에는 홈이 형성될 수 있다. 이러한 여자기 회전자의 권선은 코어에 감겨 여자기 허브(10)에 의해 지지될 수 있다.

이로써, 여자기 회전자(20)는 여자기 허브(10) 및 크랭크 샤프트(1)와 함께 회전할 수 있다.

여자기 고정자(30)는, 방사상 안쪽에 여자기 회전자(20)가 축선을 중심으로 회전할 수 있는 공간을 구비하며, 이 공간의 외측에는 여자기 고정자용 코어와, 이 코어에 권취된 여자기 고정자용 권선을 포함할 수 있다.

여자기 고정자(30)의 코어는 얇은 복수의 규소 강판을 코어 형상으로 가공하고 규소 강판의 두께방향, 즉 여자기 허브(10)의 축방향으로 적층하여 제작된 것을 채용한다.

여자기 고정자(30)의 코어는 발전기 하우징(8)의 내주면에 끼워져 발전기 하우징에 의해 지지될 수 있다. 코어에는 여자기 고정자의 권선이 설치될 수 있다. 이를 위해 코어의 내주면에는 예를 들어 권선이 감길 수 있는 복수의 요크(31)가 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성될 수 있다. 권선이 각 요크에 감길 수 있다.

여자기 고정자용 권선의 단부는 외부로부터 직류 전원을 공급받기 위해 전원 단자(미도시)에 접속될 수 있다. 이에 의해, 직류 전원을 공급받은 여자기 고정자용 권선은 여자기 고정자용 코어에 고정 자계를 형성한다.

이와 같이 구성된 여자기 고정자(30)는 발전기 하우징(8)에 의해 지지됨으로써, 여자기 고정자는 여자기 회전자(20)가 내부에 삽입된 상태에서 여자기 회전자와 대면하도록 배치될 수 있게 된다.

엔진(3)이 구동되면 여자기 회전자(20)는 크랭크 샤프트(1)와 연동되어 회전할 수 있다. 여자기 고정자(30)는 발전기 하우징(8)에 장착된 상태에서 여자기 회전자와 대면하게 배치되고, 여자기 회전자는 그 회전에 따른 전자기력에 의해 전기적 출력을 발생시킨다.

엔진(3)에 직접 장착되는 발전기(2)는 축방향으로 짧은 길이를 갖는 것이 바람직한데, 전술한 바와 같이 발전기의 회전자(4) 내에 여자기 회전자(20)를 복층으로 배치함으로써, 발전기의 주요 회전자 부품들을 협소한 공간 내에 설치할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 도 1의 A부분 확대도이고, 도 3은 도 1의 일측면도이다.

정류기(50)는 전류를 한쪽으로만 흘려주는 기능을 하며, 여자기 회전자(20)에서 출력되는 3상 교류의 전류를 직류의 전류로 변환하여 발전기(2)의 회전자(4)에 직류의 전류를 공급할 수 있다.

정류기(50)로는 반도체 다이오드가 채택될 수 있으며, 이러한 정류기는 여자기 허브(10)에 볼팅으로 장착될 수 있다. 복수의 정류기가 여자기 허브의 내주면에서 원주방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다.

정류기(50)와 여자기 허브(10) 사이에는 절연 지지물(51)이 개재될 수 있다. 절연 지지물은 정류기와 함께 여자기 허브에 볼팅으로 결합될 수 있다. 절연 지지물(51)은 예컨대 에폭시 글라스 프리프레그(Epoxy Glass Prepreg, EGP) 등과 같이 강성을 가진 절연 재질로 만들어질 수 있다.

복수의 정류기(50)는 버스바(52)를 매개로 하여 여자기 회전자(20)의 권선(22)에 각각 연결될 수 있다. 버스바는 예컨대 구리 재질의 도전체로서, 여자기 회전자로부터 인출되어 정류기에 접속될 수 있다.

또한, 복수의 정류기(50)는 연결 케이블(53)에 의해 서로 전기적 및 기계적으로 연결될 수 있다.

선택적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 정류기(50)에 전기적으로 연결되어, 여자기에 과전압이 발생될 경우에, 발전기(2)의 회전자(4)가 가진 저항에 비해 저항을 상대적으로 작게 감소시켜 그 자체에 전류가 흐르도록 유도하는 바리스터(54; Varistor)를 더 포함할 수 있다.

이러한 바리스터(54)를 통하여, 발전기(2)의 회전자(4)가 과전압에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 여자기 회전자(20)와 정류기(50)를 일체로 통합시켜 배치함으로써, 발전기(2)의 주요 회전자 부품들을 협소한 공간 내에 설치할 수 있는 장점이 있다.

한편, 정류기(50)는 리드선(55)을 통해 발전기(2)의 회전자(4)를 구성하는 권선에 연결되어, 3상 교류의 전류로부터 정류된 직류의 전류를 발전기의 계자에 공급할 수 있게 된다.

엔진(3)이 구동되면 여자기 회전자(20)는 크랭크 샤프트(1)와 연동되어, 여자기 고정자(30) 내에서 여자기 허브(10)와 함께 회전할 수 있다. 여자기 고정자(30)는 발전기 하우징(8)에 장착된 상태에서 여자기 회전자와 대면하게 배치되고, 여자기 회전자는 그 회전에 따른 전자기력에 의해 여자기 회전자용 권선(22)을 따라 유도 전류을 발생시켜 출력한다.

여자기 회전자(20)에서 3상 교류의 전류가 생성되고, 이 전류는 예컨대 반도체 다이오드인 정류기(50)를 통해 직류의 전류로 변환된 후, 직류의 전류가 리드선(55)을 통해 발전기(2)의 회전자(4)를 구성하는 권선으로 전달될 수 있다.

이와 같이 여자기(9)에서 전기적 출력이 생성되고 정류기(50)에서 정류되어, 전류가 발전기(2)의 계자에 직접 공급될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 여자기용 정류장치에 의하면, 축방향으로 발전기의 길이를 대폭 축소하여 선박의 엔진룸 내에 공간을 확보할 수 있으며, 이로써 선박의 유효 적재공간을 확보하는 데에 크게 기여할 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.

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: 크랭크 샤프트 2: 발전기
3: 엔진 4: 회전자
5: 튜닝 휠 6: 허브
7: 고정자 8: 발전기 하우징
9: 여자기 10: 여자기 허브
20: 여자기 회전자 21: 코어
22: 권선 30: 여자기 고정자
31: 요크 50: 정류기
51: 절연 지지물 52: 버스바
53: 연결 케이블 54: 바리스터
55: 리드선

Claims

발전기 하우징에 고정되게 장착된 발전기의 고정자;
엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하는 튜닝 휠;
상기 튜닝 휠의 방사상 바깥쪽 단부에 장착된 상기 발전기의 허브 및 회전자의 조립체;
상기 튜닝 휠의 방사상 안쪽에서, 상기 크랭크 샤프트의 일측 단부에 장착되어 회전하는 여자기 허브;
상기 여자기 허브에 장착되어 상기 크랭크 샤프트와 동일한 속도로 회전하는 여자기 회전자;
상기 여자기 회전자와 간극을 두고 대면하도록, 상기 발전기 하우징의 내주면에 장착된 여자기 고정자; 및
상기 여자기 허브에 설치되고, 상기 여자기 회전자의 권선과 연결된 정류기
를 포함하고,
상기 정류기는 리드선을 통해 상기 발전기의 회전자를 구성하는 권선에 연결된 발전기의 여자기용 정류장치.
제1항에 있어서,
상기 정류기는 복수로 구비되고,
복수의 정류기는 상기 여자기 허브의 내주면에서 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배치된 발전기의 여자기용 정류장치.
제2항에 있어서,
상기 정류기와 상기 여자기 허브 사이에는 절연 지지물이 개재된 발전기의 여자기용 정류장치.
제2항에 있어서,
상기 정류기는 버스바를 매개로 하여 상기 여자기 회전자의 권선에 연결된 발전기의 여자기용 정류장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 정류기는 연결 케이블에 의해 서로 연결된 발전기의 여자기용 정류장치.
제2항에 있어서,
상기 정류기에 전기적으로 연결되어, 여자기에 과전압이 발생될 때 자체에 전류가 흐르도록 유도하는 바리스터를 더 포함하는 발전기의 여자기용 정류장치.
삭제