KR20050093003A

KR20050093003A - Micro turbine generator

Info

Publication number: KR20050093003A
Application number: KR1020040018206A
Authority: KR
Inventors: 이재본
Original assignee: 이재본
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-23

Abstract

본 발명은 최소의 직진성 유체운동으로 증대된 회전동력을 얻을 수 있도록 원형의 다단형 터빈 임펠러를 구비한 일체식 직류형 마이크로 터빈 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated direct current micro turbine generator having a circular multistage turbine impeller so as to obtain increased rotational power with minimal linear fluid motion.

이를 위하여 본 발명은 최소의 직진성 유체운동으로 증대된 회전동력을 얻을 수 있도록 원형의 다단형 터빈 임펠러를 구비한 직류형 마이크로 발전기에 있어서,상기 터빈 임펠러가 축결합된 채 외부의 간섭없이 고압의 유체운동으로 충분히 회전될 수 있도록 마련된 실린더 하우징; 상기 터빈 임펠러의 축을 지지하기 위해 서로 대향되는 위치에서 한쌍으로 마련되는 베어링 케이스; 상기 유체의 출구측 베어링 케이스는 축소된 직경을 유지한 채 하우징 내에 위치될 수 있도록 이와 고정되는 비자성부도체 재질의 하우징 캡; 상기 터빈 임펠러에 연결되어 하우징 캡의 내 주연부로까지 연장된 영구자석 회전자; 및 상기 하우징 캡의 외주연부에 위치되어 내면의 영구자석과 상호 대향되는 위치에서 권취되어진 코일을 갖는 직류형 마이크로 터빈 발전기를 제공한다.To this end, the present invention is a direct-current micro-generator having a circular multi-stage turbine impeller so as to obtain increased rotational power with a minimum of linear fluid movement, the turbine impeller is a high pressure fluid without external interference while the turbine impeller is axially coupled A cylinder housing provided to be sufficiently rotated by the movement; Bearing cases provided in pairs at positions opposed to each other to support the shaft of the turbine impeller; The bearing bearing on the outlet side of the fluid may include a housing cap made of a non-magnetic non-conductive material fixed thereto to be positioned in the housing while maintaining a reduced diameter; A permanent magnet rotor connected to the turbine impeller and extending to the inner periphery of the housing cap; And a coil positioned at an outer circumferential edge of the housing cap and wound around at a position opposite to the permanent magnet on the inner surface thereof.

Description

Direct current micro turbine generator

본 발명은 최소의 직진성 유체운동으로 증대된 회전동력을 얻을 수 있도록 원형의 다단형 터빈 임펠러를 구비한 일체식 직류형 마이크로 터빈 발전기에 관한것이다.The present invention relates to an integrated direct current type micro turbine generator having a circular multistage turbine impeller so as to obtain increased rotational power with minimal linear fluid motion.

특히 본 발명은 동력의 손실을 최소화하기 위한 무계자방식을 통해 주변의 간섭요인없이 영구자석 회전자가 회전에만 집중할 수 있도록 하여 발전기의 효율성증대에 기여하는 직류형 마이크로 터빈 발전기에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a direct-current micro turbine generator that contributes to increased generator efficiency by allowing the permanent magnet rotor to concentrate only on the rotation without causing interferences to minimize power loss.

일반적으로 발전기는 크게 직류발전기와 동기발전기 그리고 유도발전기 등으로 대별되는데 이러한 대다수의 발전기는 일반인이 쉽게 취급할 수 없는 매우 복잡한 구조를 갖추고 있으며 이와 함께 에너지의 발생수단에 따른 산업폐기물의 발생과 그 처리문제는 또 다른 공해를 발생시켜 환경문제라는 심각한 사회문제로까지 대두되는 폐단을 포함하고 있다.In general, generators are roughly classified into direct current generators, synchronous generators, and induction generators. Most of these generators have a very complicated structure that cannot be easily handled by the general public, along with the generation and treatment of industrial wastes by means of energy generation. The problem involves the closure of another pollution, which is a serious social problem.

그러므로 현대산업사회에서는 산업폐기물의 발생과 환경오염문제를 해결하기위한 대안의 하나로 풍차발전기가 제안되어 일부 상용화되고 있으나 이러한 풍차발전기는 풍량이 적은 국내에서는 그 적용이 사실상 어렵고 시공의 곤란성도 따른다.Therefore, in the modern industrial society, windmill generators have been proposed and commercialized as one of the alternatives for solving industrial waste and environmental pollution. However, these windmill generators are practically difficult to apply and have difficulty in construction in the country where the wind volume is low.

이와 달리 대한민국실용신안 등록번호 제0206538호로 공개되어진 유압발전기에 의하면 최초 보조구동모터를 이용하여 회전축을 수초동안 회전시킨 다음 보조구동모터를 정지하면 회전체는 그 자체의 관성력에 의하여 회전하게 되므로 별도의 에너지 없이도 회전체내에 설치되어 전기적으로 연결된 유압실린더장치를 작동시키므로 연속적으로 가속되는 관성력을 통해 전력을 생산한다는 것이다.On the other hand, according to the hydraulic generator disclosed in the Republic of Korea Utility Model Registration No.0206538, if the rotating shaft is rotated for several seconds using the first auxiliary drive motor and then the auxiliary driving motor is stopped, the rotor is rotated by its own inertia force. It is installed in the rotor without energy to operate the hydraulic cylinder device that is electrically connected to produce power through the continuously accelerated inertia force.

그러나 이러한 유압발전기는 그 크기가 매우 크다는 또다른 문제점을 포함하고 있다.However, such a hydraulic generator includes another problem that the size is very large.

전통적으로 직류모터는 회전자나 고정자에 권선된 코일에 소정의 직류전기를 인가함으로써 생기는 전자기력에 의해 회전자를 회전시키는 방법을 채택하여 왔다.Traditionally, DC motors have adopted a method of rotating a rotor by an electromagnetic force generated by applying a predetermined direct current to a coil wound on the rotor or stator.

그리하여 정류자와 부러쉬 사이에서 발생되는 소음과 고열 그리고 부러쉬의마모와 분진 발생 등이 우려되었고, 고속으로 회전하는 직류모터를 사용함에 따라비경제적이고 그 효율성이 낮음은 물론 사용에 따른 불편함도 매우 많았다.As a result, noise and high temperature generated between the commutator and the brush, and abrasion and dust generation of the brush were concerned, and the use of a DC motor rotating at a high speed was uneconomical and low in efficiency, resulting in a great deal of inconvenience.

또한 회전자와 고정자 사이의 진동으로 평활한 토오크의 회전력을 얻기가 곤란해져 정밀기계작업에 적용시켜 사용하는데 어려운 점이 많았으며, 직류모터의 제작시에도 이를 극소형화 하는데에는 일정한 한계가 있었다.In addition, it is difficult to obtain the torque of the smooth torque due to the vibration between the rotor and the stator has been difficult to apply to precision machine work, and there was a certain limitation in minimizing this even when manufacturing a DC motor.

특히 종래의 AC 터빈발전기에 있어서 물리적 에너지의 소모를 최소화하고, 중심동력축과 일체화 된 회전자를 한개 이상으로 구성함에 있어서는 회전자 외부의구성체가 자성체로 구성되어 있어 회전자가 자성체인 주변의 영향을 받게되어 동기속도로 따라갈 수 없었고, 회전시 슬립현상이 발생되었으며 과부하시의 위험을 최소화할 수 있는 별도의 방안이 마련되어 있지 못하였다.In particular, in conventional AC turbine generators, the physical energy consumption is minimized, and when the rotor is integrated with the central power shaft, the outer body of the rotor is made of magnetic material. They could not follow the synchronous speed, slipping occurred during rotation, and there was no way to minimize the risk of overload.

따라서 최소의 전류만으로도 보다 증대된 토오크의 회전효율을 얻기 위한 방안의 마련이 절실하게 요청되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for the provision of a method for obtaining the increased rotational efficiency of torque even with a minimum current.

본 발명은 상기의 요구사항을 만족하기 위하여 안출되어진 것으로 회전자가주변의 영향없이 안정적이고도 평활한 토오크의 회전력을 얻을 수 있도록 비자성체 즉 부도체의 실린더 하우징 캡이 마련될 수 있음에 착안되었다.The present invention has been devised to satisfy the above requirements, it was conceived that the cylinder housing cap of the non-magnetic material, that is, the non-conductor can be provided so that the rotor can obtain a stable and smooth torque without the influence of the surroundings.

따라서 본 발명은 상온의 공기압력에서 최소의 직진성 유체량만으로도 강한회전동력을 제공하는 고효율의 축류형 다단터빈에 연이어 슬립현상없는 고효율의 발전기가 제공될 수 있도록 함에 그 목적이 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a high-efficiency generator without slip phenomenon subsequent to a high-efficiency axial multistage turbine that provides a strong rotational power even with a minimum amount of linear fluid at room temperature air pressure.

이러한 본 발명의 목적은 원형의 다단형 터빈 임펠러를 구비한 직류형 마이크로 발전기에 있어서, 상기 터빈 임펠러가 축결합된 채 고압의 유체운동으로 충분히 회전될 수 있도록 마련된 실린더 하우징과, 상기 터빈 임펠러의 회전축 지지를 위해 한쌍으로 마련되는 베어링 케이스와, 상기 유체의 출구측 베어링 케이스는 축소된 직경으로 하우징 내에 위치될 수 있도록 이와 고정되는 비자성부도체로 유체공급용 튜브가 결합되는 하우징 캡과, 상기 터빈 임펠러에 연결되어 하우징 캡의 내주연부로까지 연장되어진 영구자석 회전자 및 상기 하우징 캡의 외주연부에 위치되어 내면의 영구자석과 상호 대향되는 위치에서의 코일이 구비되어진 개선된 직류형 마이크로 발전기를 통하여 달성될 수 있을 것이다.An object of the present invention is a direct current type micro-generator having a circular multi-stage turbine impeller, the cylinder housing is provided so that the turbine impeller can be sufficiently rotated by a high-pressure fluid movement while the shaft impeller, and the rotary shaft of the turbine impeller A bearing case provided as a pair for support, a bearing case at the outlet side of the fluid, a housing cap having a fluid supply tube coupled to a nonmagnetic non-conductor fixed thereto so as to be located in the housing with a reduced diameter, and the turbine impeller Is achieved through an improved direct current type microgenerator having a permanent magnet rotor connected to and extending to the inner periphery of the housing cap and a coil located at the outer periphery of the housing cap and opposed to the permanent magnet on the inner surface. Could be.

본 발명의 직류형 마이크로 터빈 발전기는 이하의 상세한 설명을 통해 보다 양호한 상태로 재현될 수 있을 것이다.The DC-type micro turbine generator of the present invention may be reproduced in a better state through the following detailed description.

첨부된 도 1은 본 발명 마이크로 터빈 발전기의 전체적인 구조에 대한 단면도이고, 도 2와 도 3은 각각 본 발명에 적용되는 다단형 터빈 임펠러를 도시해 보인 것이다.1 is a cross-sectional view of the overall structure of the micro turbine generator of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show a multistage turbine impeller applied to the present invention, respectively.

먼저 본 발명은 적어도 하나 이상으로 조립되어 구성되는 다단형 터빈 임펠러(200)가 축 결합된 채 외부의 간섭없이 고압의 유체운동만으로 충분히 회전될 수 있도록 우수한 견고성의 실린더 하우징(100)이 마련된다.First, the present invention is provided with a cylinder housing 100 of excellent rigidity so that the multistage turbine impeller 200, which is assembled and assembled by at least one or more, can be sufficiently rotated by only a high-pressure fluid movement without external interference while being axially coupled.

상기 실린더 하우징(100)의 내공간부 좌/우로는 상기 터빈 임펠러(200)의 회 전축(500)을 지지하기 위해 서로 대향되는 위치에서 한쌍으로 마련되는 베어링 케이스(400)(400a)가 설치되어 실린더 하우징(100)과 긴밀하게 나착 결합되는데, 고압의 유체가 유체공급용 튜브(부호생략)를 통해 외부로부터 유입되어 분사된 후 외부로 배출될 수 있게 마련되는 출구측의 베어링 케이스(400)는 실린더 하우징(100)의 내공간부보다 현저히 축소된 직경을 유지한 채 하우징 내에 위치될 수 있도록 이와 연결되어 고정되는 비자성부도체의 재질인 하우징 캡(300)이 마련되어 상기베어링 케이스(400)와 체결된 채 실린더 하우징(100)과 역시 긴밀하게 체결되는 구조를 형성한다.In the left and right of the inner space of the cylinder housing 100, a bearing case 400 (400a) provided in pairs at a position opposite to each other for supporting the rotation shaft 500 of the turbine impeller 200 is installed cylinder It is tightly coupled to the housing 100, the high-pressure fluid is introduced from the outside through a fluid supply tube (not shown) is injected to the outside, the bearing case 400 of the outlet side is provided to be discharged to the outside cylinder The housing cap 300, which is made of a non-magnetic non-conducting material which is connected to and fixed to the housing 100, may be provided so as to be positioned in the housing while maintaining a significantly reduced diameter than the inner space of the housing 100, and coupled to the bearing case 400. It also forms a structure that is also tightly coupled with the cylinder housing 100.

이때 실린더 하우징(100)과 하우징 캡(300)과의 사이에는 별도의 러버패킹을내삽시켜 실린더 하우징(100)의 밀폐도를 배가시키도록 함이 요망된다.In this case, it is desired to double the sealing degree of the cylinder housing 100 by inserting a separate rubber packing between the cylinder housing 100 and the housing cap 300.

상기 하우징 캡(300)은 유체의 유입구측 하우징 캡(300a)과 달리 실린더 하우징(100)의 내공간부를 향해 충분하게 연장되어진 후 축소된 외경의 베어링 케이스(400)를 지지하는 구조를 유지한다.Unlike the inlet-side housing cap 300a of the fluid, the housing cap 300 maintains a structure supporting the bearing case 400 having a reduced outer diameter after being sufficiently extended toward the inner space of the cylinder housing 100.

특히 하우징 캡(300)은 그 전체적인 재질이 앞서와 같이 비자성체로 구성되어있어 내부의 영구자석 회전자의 자력에 아무런 영향을 줄 수 없도록 배려된다.In particular, the housing cap 300 is made of a non-magnetic material as described above the overall material is considered to have no effect on the magnetic force of the permanent magnet rotor therein.

영구자석 회전자(600)는 상기 터빈 임펠러(200)에 연결되어 중앙부로 연장 되어진 하우징 캡(300)의 내주연부로까지 연장된 채 부착 구성되는데, 바람직하게는 상기 영구자석 회전자(600)의 한쪽 면은 S극 다른쪽 면은 N극인 디스크형 영구자석이 중심동력축과 부착된 형태임이 요망될 것이며 경우에 따라 반구형의 영구자석이 하나 이상으로 부착되는 형태도 가능할 것이다.Permanent magnet rotor 600 is connected to the turbine impeller 200 is configured to be attached to extend to the inner periphery of the housing cap 300 extending to the center portion, preferably the permanent magnet rotor 600 It would be desirable to have a disc-shaped permanent magnet attached to one side of the S pole and an N pole to the central power shaft. In some cases, more than one hemispherical permanent magnet may be attached.

또한 상기 하우징 캡(300)의 외주연부에 위치되어 내면의 영구자석과 상호 대향되는 위치에서 권취되어진 코일을 제공하므로 직류형 마이크로 터빈 발전기가 제공될 수 있다.In addition, since the coil is located at the outer periphery of the housing cap 300 and wound at a position opposite to the permanent magnet on the inner surface, a DC-type micro turbine generator may be provided.

이와 같은 본 발명의 직류형 마이크로 발전기에 따르면, 터빈 임펠러에 영구자석 회전자가 일체화 된 구성을 통해 동기속도로 회전할 수 있게 되어 최소의 전류로 증대된 회전력을 얻을 수 있음과 동시에 영구자석 회전자와 대향하는 맞은편 구성물이 비자성체로 이루어져 있어 회전에 따른 슬립현상의 효과적인 방지는 물론전기적인 안정성도 달성할 수 있게 된다.According to the DC-type micro-generator of the present invention, it is possible to rotate at a synchronous speed through the configuration in which the permanent magnet rotor is integrated in the turbine impeller to obtain an increased rotational force with a minimum current and at the same time with the permanent magnet rotor Opposite components are made of non-magnetic material, which effectively prevents slipping due to rotation and achieves electrical stability.

아울러 일정한 전류상에서 안정적이고도 평활한 토오크의 회전력을 얻을 수 있고 소음이나 진동 및 고열을 수반하지 아니하는 등 간편하고 경제적으로도 유용한 발전기가 제공된다는 실시상의 가치를 갖는다.In addition, it has the practical value of providing a generator that is stable and smooth at a constant current and provides a simple and economically useful generator such as not involving noise, vibration and high heat.

한편, 본 발명은 이상의 상세한 설명을 통해 바람직한 실시예를 설명하고 있으나 이는 본 발명의 이해를 구하기 위한 예시에 불과할 뿐 본 발명이 이러한 범위내에 제한받지 아니함은 명백하다.On the other hand, the present invention has been described a preferred embodiment through the above detailed description, but it is only an example for the understanding of the present invention, it is apparent that the present invention is not limited in this range.

도 1은 본 발명인 마이크로 터빈 발전기의 전체적인 구조를 도시해 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the overall structure of the present invention micro turbine generator.

도 2는 본 발명에 적용되는 다단형 터빈 임펠러를 도시해 보인 분해 사시도.도 3은 도 2의 다단형 터빈 임펠러가 결합된 상태를 도시해 보인 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view showing a multistage turbine impeller applied to the present invention. Figure 3 is a perspective view showing a state in which the multistage turbine impeller of Figure 2 is coupled.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 실린더 하우징 200 : 터빈 임펠러100 cylinder housing 200 turbine impeller

300,3OOa : 하우징 캡 400,4OOa : 베어링 케이스300,3OOa: housing cap 400,4OOa: bearing case

500 : 회전축 600 : 영구자석 회전자500: axis of rotation 600: permanent magnet rotor

Claims

In the DC type micro-generator having a circular multi-stage turbine impeller to obtain increased rotational power with minimal linear fluid motion,

A cylinder housing provided such that the turbine impeller is axially coupled and sufficiently rotated by a high pressure fluid movement without external interference;

Bearing cases provided in pairs at positions opposed to each other to support the shaft of the turbine impeller;

The bearing bearing on the outlet side of the fluid may include a housing cap made of a non-magnetic non-conductive material fixed thereto to be positioned in the housing while maintaining a reduced diameter;

A permanent magnet rotor connected to the turbine impeller and extending to the inner periphery of the housing cap; And

A direct current type micro turbine generator having a coil located at an outer periphery of the housing cap and wound at a position opposite to a permanent magnet on an inner surface thereof.