KR20130102315A - 대용량 발전기 - Google Patents

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KR20130102315A
KR20130102315A KR1020120023463A KR20120023463A KR20130102315A KR 20130102315 A KR20130102315 A KR 20130102315A KR 1020120023463 A KR1020120023463 A KR 1020120023463A KR 20120023463 A KR20120023463 A KR 20120023463A KR 20130102315 A KR20130102315 A KR 20130102315A
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KR1020120023463A
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신현장
김근웅
김완기
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현대중공업 주식회사
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Abstract

본 출원은 대용량 발전기에 관한 것으로, 대용량 발전기는 회전축, 상기 회전축 일단에 수직으로 결합되는 원형 디스크, 상기 원형 디스크와 수직으로 결합되는 복수의 회전자들 및 상기 복수의 회전자들에 결합되는 복수의 영구자석들을 포함하는 회전자부, 상기 복수의 회전자들에 대향하고, 상기 복수의 회전자들 양측면을 이격되게 감싸는 복수의 고정자들을 포함하는 고정자부 및 상기 복수의 고정자들의 양면에 결합되고, 상기 복수의 영구자석들과 대향하는 복수의 코일들을 포함한다. 본 출원에 개시된 기술에 따르면, 대용량 발전기는 고정자 및 회전자의 양측식 구조를 사용하여 자석의 강한 흡입력에 안정적인 구조를 유지할 수 있고, 무게 및 부피의 증대를 작게하고, 고정자 및 회전자의 양측식 구조는 복수로 배치되어 대용량 발전을 구현할 수 있다.

Description

대용량 발전기{LARGE CAPACITY GENERATOR}
본 출원은 대용량 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 회전자와 고정자가 양측식 구조의 모듈형태로 구성되고, 필요에 따라 상기 모듈형태가 복수로 배치되어 대용량화를 구현하며, 대용량화에 따른 발전기의 크기 및 무게를 줄일 수 있는 대용량 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 대용량 발전기는 회전계자형 발전기를 포함하고, 회전계자형 발전기는 회전자를 고정자의 안쪽에서 회전시킬 때 고정자에서 발생한 기전력을 제공할 수 있다. 특히, 이러한 회전계자형 발전기는 고정자 철심의 흠이 깊게 형성되면 고압 절연을 충분히 할 수 있는 유리한 점을 가진다.
종래의 발전기 구조(100)는 회전자(110)의 일측면에 결합된 영구자석(120)과 고정자(130)의 대향 측면에 결합된 코일(140)은 편측식 구조를 형성한다. 편측식 구조의 발전기는 대용량화 되면서 무게가 증가하는 문제점을 가진다. 또한, 편측식 구조의 발전기는 자석에 의한 흡입력이 강력하여 발전기 내의 구조물에 큰 힘이 가해지므로 영구자석과 코일 간의 공극을 유지하기 어려운 문제점을 가진다. 즉, 자석의 강력한 흡입력으로 인하여, 편측식 구조의 발전기 내의 구조물은 큰 응력이 가해져서 이러한 구조물의 형상을 그대로 유지되기 어려울 수 있다.
한국공개특허 제 10-1998-0019498 호는 박막코일 전동기 및 박막코일 발전기에 관한 것으로서 특히, 자장속을 이동하는 도체가 힘을 받게된다는 원리의 로렌쯔의 힘(Lorentz Force)을 이용한 전동기 및 발전기에 관한 것이다. 종래의 전동기나 발전기는 파라데이 법칙에 따라서 코일의 단면적을 지나는 자속의 시간의 변화율에 의해서 생기는 힘이나 기전력을 이용하고 있으며, 종래의 전동기와 발전기는 코일이 있기 때문에 인덕턴스가 크고 철심이 있는 경우 철심의 히스테리시스에 의한 손실(Hysteresis Loss)이 커서 효율이 떨어지며, 고정자나 회전자에 코일을 감는 작업이 까다로워 제작단가가 높고, 소형화가 어렵다. 해당기술은 식각법이나 인쇄기법, 박막 코팅법 등으로 제작한 원통이나 원판형이 단수 또는 복수회로로된 박막 코일층을 회전자 또는 고정자로 하고, 이에 대향하는 짝수개이며 번갈아 자극이 바뀌는 영구자석열을 고정자 또는 회전자로 하여, 상기 원통 박막코일에 전류를 인가하면 회전력이 생성되고, 상기 회전자를 회전시키면 상기 원통 박막코일층에 기전력이 유기되어 발전이 이루어질 수 있도록 한 박막코일 전동기 및 발전기로서, 자동화가 용이할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하고 또한 철심 사용이 배제되어 히스테리시스 손실이 없으며 인덕턴스가 무시할 수 있을 정도로 작아서 고효율의 전동기나 발전기의 제작이 가능하게 하였다.
한국실용신안출원 제 20-2010-0004749 호는 코일과 자석을 서로 반대방향으로 각각 회전시켜 발전에 필요한 동기 회전수를 쉽게 얻을 수 있고, 구조를 간단하게 하며, 슬립링을 회전몸통의 외측에 장착하고 브러시를 고정몸통의 내측에 장착하여 대용량의 브러시 회로를 구성할 수 있는 이중 회전형 발전장치를 제공하기 위한 것이다. 해당기술의 이중 회전형 발전장치는, 고정몸통과 상기 고정몸통의 내부에 회전되게 장착되며, 링기어가 구비되고, 외부 동력에 의해 일방향으로 회전하는 제1회전부와 상기 고정몸통의 내부에 회전되게 장착되며, 상기 링기어와 맞물려 상기 제1회전부의 회전방향과 동일한 일방향으로 회전하는 유성기어와 상기 제1회전부에 회전되게 장착되며, 상기 유성기어와 맞물리는 선기어가 구비되어 상기 유성기어의 회전시 상기 유성기어의 회전방향의 반대인 타방향으로 회전하는 제2회전부와 상기 제2회전부에 장착되어 상기 제2회전부와 함께 타방향으로 회전하는 계자자석과 상기 제1회전부에 장착되어 일방향으로 회전하고, 상기 계자자석과 인접하게 배치되어 회전시 전류가 생성되는 출력코일과 상기 출력코일에서 생성된 전류를 소비하는 부하장치와 상기 제1회전부의 외주면을 따라 장착되며, 상기 출력코일과 전기적으로 연결되는 슬립링과 상기 고정몸통의 내주면에서 상기 슬립링 방향으로 돌출되게 장착되며, 상기 슬립링과 전기적으로 연결되어 상기 출력코일에서 생성되어 상기 슬립링으로 전달된 전류를 상기 부하장치로 전달하는 브러시를 포함하여 이루어진다.
한국공개특허 제 10-1998-0019498 호 한국실용신안출원 제 20-2010-0004749 호
본 출원은 고정자 및 회전자의 양측식 배치 구조를 사용하여 자석의 강한 흡입력에 안정적인 구조를 유지할 수 있고, 무게 및 부피를 줄일 수 있는 대용량 발전기를 제공하고자 한다. 특히, 여기에서의 고정자 및 회전자의 양측식 배치 구조는 복수로 배치되어 대용량 발전을 구현하게 할 수 있다.
실시예들 중에서, 대용량 발전기는 회전축, 상기 회전축 일단에 수직으로 결합되는 원형 디스크, 상기 원형 디스크와 수직으로 결합되는 복수의 회전자들 및 상기 복수의 회전자들에 결합되는 복수의 영구자석들을 포함하는 회전자부, 상기 복수의 회전자들에 대향하고, 상기 복수의 회전자들 양측면을 이격되게 감싸는 복수의 고정자들을 포함하는 고정자부 및 상기 복수의 고정자들의 양면에 결합되고, 상기 복수의 영구자석들과 대향하는 복수의 코일들을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 영구자석들은 상기 복수의 회전자들의 내측 및 외측에 결합될 수 있고, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 고정자들은 상기 복수의 회전자들의 일부만을 감싸고, 상기 복수의 영구자석들 전체를 감쌀 수 있다. 또한, 상기 복수의 고정자들은 일단이 상기 복수의 영구자석들의 일단 및 상기 복수의 코일들의 일단과 일치하게 맞춰질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 코일들은 상기 복수의 영구자석들과 동일한 개수로 구성될 수 있으며, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치될 수 있다.
본 출원의 대용량 발전기 및 이와 관련된 기술(들)은 고정자 및 회전자의 양측식 배치 구조를 사용하여 자석의 강한 흡입력에 안정적인 구조를 유지할 수 있고, 무게 및 부피의 증대를 작게 할 수 있다. 특히, 여기에서의 고정자 및 회전자의 양측식 배치 구조가 복수로 배치되어 대용량 발전을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 발전기 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 대용량 발전기 구조를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 대용량 발전기를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 회전자부 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2의 고정자 및 복수의 코일들 구조를 설명하는 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 대용량 발전기를 설명하는 도면이고, 도 3은 도 2의 대용량 발전기를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 대용량 발전기(200)는 회전자부(210), 고정자부(220) 및 복수의 코일들(230)을 포함한다.
회전자부(210)는 중심축을 통해 회전하고, 자력을 가지거나 생성할 수 있는 물체이다. 이러한 회전자부(210)는 복수의 코일들(230)에 전자기유도작용을 일으켜서 전기를 만들어낼 수 있다. 예를 들어, 전자석 또는 영구자석을 포함할 수 있다. 일반적으로, 발전기에 사용되는 회전자는 저속도형과 고속도형으로 구분된다. 저속도형 회전자는 요철 극형(Salient Pole)으로 구성될 수 있고, 고속도형 회전자는 원통 극형(Cylindrical Pole)으로 구성될 수 있다.
고정자부(220)는 회전자부(210)를 감싸는 형상으로 구성되고, 내부에 복수의 코일들(230)이 결합된다. 일반적으로, 발전기에 사용되는 고정자는 저속도형과 고속도형으로 구분된다. 저속도형 고정자는 길이가 짧고 직경이 크며, 고속도형 고정자는 길이가 길고 직경이 작게 구성될 수 있다.
복수의 코일들(230)은 고정자부(220) 내부에 결합되고, 회전자부(210)의 회전 및 자력에 의해 전자기유도작용이 일어나 전기를 발생시킨다.
도 4는 도 2의 회전자부 구조를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 4에서, 회전자부(210)는 회전축(211), 원형 디스크(212), 복수의 회전자들(213) 및 복수의 영구자석들(214)을 포함한다.
회전축(211)은 원주형상으로 구성되고 회전자부(210)의 외측에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 회전축(211)은 외부의 회전력을 회전자부(210)에 전달하여 회전자부(210)를 회전시킬 수 있다.
원형 디스크(212)의 일면은 회전축(211)의 일단에 결합되고, 회전축(211)을 중심으로 회전한다. 일 실시예에서, 원형 디스크(212)는 외력에 의해 변형 또는 파손되지 않게 제작될 수 있다.
복수의 회전자들(213)은 원형 디스크(212)의 다른 일면에 수직으로 결합된다. 일 실시예에서, 복수의 회전자들(213)은 원형 디스크(212)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 또한, 복수의 회전자들(213)은 회전 및 외력에 의해 변형 또는 파손되지 않게 제작될 수 있다.
복수의 영구자석들(214)은 복수의 회전자들(213)에 결합된다. 일 실시예에서, 복수의 회전자들(213)의 내측 및 외측에 결합되고, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치될 수 있다. 또한, 복수의 영구자석들(214)은 복수의 회전자들(213)과 함께 회전하고, 회전력으로 인해 복수의 회전자들(213)과 분리 되지 않게 결합될 수 있다.
도 5는 도 2에 있는 고정자부 및 복수의 코일들 구조를 설명하는 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 5에서, 고정자부(220)는 복수의 회전자들(213)에 대향하고, 복수의 회전자들(213) 양측면을 이격되게 감싸는 복수의 고정자들(221)을 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 회전자들(213) 및 복수의 영구자석들(214)은 일정한 공극을 유지할 수 있게 제작될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 고정자들(221)은 복수의 회전자들(213)의 일부와 복수의 영구자석들(214) 전체를 감싸도록 배치될 수 있다. 즉 복수의 고정자들(221)은 일단이 복수의 회전자들(213)과 이격되게 형성되고, 복수의 영구자석들(214)의 일단 및 복수의 코일들(230)의 일단과 일치되게 맞춰질 수 있다.
복수의 코일들(230)은 복수의 고정자들(221)의 양면에 결합되고, 복수의 영구자석들(214)과 대향한다. 일 실시예에서, 복수의 코일들(230)은 복수의 영구자석들(214)과 동일한 개수로 구성될 수 있고, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치될 수 있다. 또한, 복수의 코일들(230)은 복수의 고정자들(221)에서 분리되지 않게 결합될 수 있다. 여기에서, 복수의 코일들(230)은 회전자부(210)의 회전을 통해 회전하는 복수의 영구자석들(214)을 통해 전자기유도작용을 일으켜 전기를 발생시키고, 각각의 코일에서 발생하는 전기는 약 10 ~ 90 볼트가 한도이므로, 발전기 내에 다수의 코일을 배치하여 직렬로 연결하면 대용량 전압을 구현할 수 있다.
대용량 발전기(200)는 회전자부(210)와 고정자부(220)가 대향하여 배치된다. 회전자부(210)는 외부에서 회전력을 받아 회전하고, 내부에 결합된 복수의 영구자석들(214)이 함께 회전한다. 이때, 복수의 영구자석들(214)은 고정자부(220) 내부에 결합된 복수의 코일들(230) 사이에서 회전하게 되고, 복수의 영구자석들(214)의 자력에 의해 복수의 코일들(230)에는 전자기유도작용이 발생하여 전기를 생성한다. 일 실시예에서, 복수의 영구자석들(214)은 복수의 회전자들(213)의 내측 및 외측에 결합되고, 복수의 코일들(230)은 복수의 영구자석들(214)의 양측에 이격되게 배치되는 양측식 구조로 구성될 수 있다. 이러한 양측식 구조는 작은 부피로 대용량 발전기를 구현할 수 있게 할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 종래의 발전기 구조 110 : 회전자
120 : 복수의 영구자석들 130 : 고정자
140 : 복수의 코일들 200 : 대용량 발전기
210 : 회전자부 211 : 회전축
212 : 원형 디스크 213 : 복수의 회전자들
214 : 복수의 영구자석들 220 : 고정자부
221 : 복수의 고정자들 230 : 복수의 코일들

Claims (5)

  1. 회전축, 상기 회전축 일단에 수직으로 결합되는 원형 디스크, 상기 원형 디스크와 수직으로 결합되는 복수의 회전자들 및 상기 복수의 회전자들에 결합되는 복수의 영구자석들을 포함하는 회전자부;
    상기 복수의 회전자들에 대향하고, 상기 복수의 회전자들 양측면을 이격되게 감싸는 복수의 고정자들을 포함하는 고정자부; 및
    상기 복수의 고정자들의 양면에 결합되고, 상기 복수의 영구자석들과 대향하는 복수의 코일들을 포함하는 대용량 발전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석들은
    상기 복수의 회전자들의 내측 및 외측에 결합되고, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치되는 것을 특징으로 하는 대용량 발전기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 고정자들은
    상기 복수의 회전자들의 일부만을 감싸고, 상기 복수의 영구자석들 전체를 감싸는 것을 특징으로 하는 대용량 발전기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 고정자들은
    일단이 상기 복수의 영구자석들의 일단 및 상기 복수의 코일들의 일단과 일치되게 맞춰지는 것을 특징으로 하는 대용량 발전기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 코일들은
    상기 복수의 영구자석들과 동일한 개수로 구성될 수 있으며, 원심방향으로 360도를 일정하게 균분하여 배치되는 것을 특징으로 하는 대용량 발전기.
KR1020120023463A 2012-03-07 2012-03-07 대용량 발전기 KR20130102315A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT16004U1 (de) * 2017-04-12 2018-10-15 Ing Dr Norbert Ramaseder Dipl Mehrschicht-Magnetfeld Elektromotor/-Generator zur Energieerzeugung und Energieoptimierung
KR102625174B1 (ko) * 2023-08-04 2024-01-15 김홍환 레이어드 모터

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