KR20150049517A - 발전기 - Google Patents

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KR20150049517A
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오현묵
김관우
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신옥테크(주)
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Abstract

본 발명은 발전기에 관한 것으로써, 특히, 고정자에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부가 구비되어, 발전용량을 용이하게 가변시킬 수 있는 발전기에 관한 것이다.

Description

발전기{Generator}
본 발명은 발전기에 관한 것으로써, 특히, 고정자에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부가 구비되어, 발전용량을 용이하게 가변시킬 수 있는 발전기에 관한 것이다.
종래의 발전기는 한국등록실용공보 제304643호에 제시된 것이 있다.
일반적인 풍력 발전기는 주로 바람개비 모양의 풍차를 이용하여 바람에 의해 회전 운동되는 풍차의 구동력을 벨트나 체인, 기어 등의 동력전달수단으로 발전기의 회전자를 구동시켜 회전자의 둘레면 내지는 내주면에 설치되는 고정자와의 전기적인 마찰에 의해 전기가 생성되도록 한다.
아울러, 종래의 풍력 발전기는 바람의 방향에 따라 상기 풍차가 지지되는 베이스 전체가 구동될 수 있도록 하는 장치가 설치되어 바람의 방향이 바뀌어도 이에 호환될 수 있도록 하는 방향전환장치가 구비되기도 한다.
그러나, 종래 기술에 의한 풍력 발전기는 바람개비 모양의 풍차 및 풍차의 방향을 변환시키는 구동장치 등이 설치되고, 이에 의해 연동되는 하나의 발전기에 의해 전기 에너지가 생성되기 때문에 바람의 운동이 풍차의 회전운동으로 변환되는 효율이 높지 않고, 초기 설치비용이 많이 소요되며, 폭풍 시에 파손의 위험이 크고, 풍량의 변화에 따라 전압이 가변되어 발전을 이루는데 소요되는 설치비용, 생산비용, 관리비용을 절감키 어려운 고가의 생산을 이루어야 하고, 일정한 전압의 전기가 생성되는 안정된 발전을 이루기 어려운 문제점이있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 발전용량을 용이하게 가변시킬 수 있는 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전기는, 회전자와 상기 회전자에 대응되게 배치되는 고정자를 포함하는 발전어셈블리를 포함하며, 상기 발전어셈블리는 다수개 구비되며, 상기 발전어셈블리에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전자가 설치되는 구동축이 구비되며, 상기 구동축은 풍차조립체에 연결되며, 풍속 또는 풍량을 감지하는 감지부를 더 구비하며, 상기 감지부로부터 신호를 전달받아 상기 제어부는 상기 고정자를 제어하며, 상기 발전어셈블리는 제1발전어셈블리와 제2발전어셈블리를 포함하며, 상기 제1발전어셈블리의 회전자는 상기 구동축에 설치되는 연결부의 일측에 설치되며, 상기 제2발전어셈블리의 회전자는 상기 연결부의 타측에 설치되고, 상기 제1발전어셈블리와 상기 제2발전어셈블리의 고정자는 각각의 회전자에 마주보도록 배치되며, 상기 회전자와 상기 고정자에는 코어가 각각 설치되고, 상기 연결부에는 상기 회전자가 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 발전기에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
고정자에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부가 구비되어, 발전용량을 용이하게 가변시킬 수 있어서 발전기를 풍력발전기에 적용할 경우 풍량에 따라 안정된 발전을 할 수 있다.
상기 발전어셈블리는 제1발전어셈블리와 제2발전어셈블리를 포함하며, 상기 제1발전어셈블리의 회전자는 상기 구동축에 설치되는 연결부의 일측에 설치되며, 상기 제2발전어셈블리의 회전자는 상기 연결부의 타측에 설치되고, 상기 제1발전어셈블리와 상기 제2발전어셈블리의 고정자는 각각의 회전자에 마주보도록 배치되어, 여러개의 발전어셈블리를 컴팩트하게 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기 결합사시도(하우징 분리).
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 발전기는, 회전자(230, 330, 430)와 상기 회전자(230, 330, 430)에 대응되게 배치되는 고정자(220, 320, 420)를 포함하는 발전어셈블리를 포함하며, 상기 발전어셈블리는 다수개 구비되며, 상기 발전어셈블리에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발전어셈블리는 전자석으로 구비되는 회전자(230, 330, 430)와, 코일로 구비되어 회전자(230, 330, 430)에 대응되게 배치되며, 마주보도록 배치되는 고정자(220, 320, 420)와, 고정자(220, 320, 420)가 설치되는 제1코어(210,310,410)와, 회전자(230, 330, 430)가 설치되는 제2코어(240, 340, 440)를 포함한다. 즉, 상기 발전어셈블리는 AFPM(Axial flux permanent magnet)타입의 발전기로 구비될 수 있다.
축방향을 따라서 제1코어(210,310,410), 고정자(220, 320, 420), 회전자(230, 330, 430), 제2코어(240, 340, 440)는 순서대로 배치되거나, 역순서대로 배치된다.
제1코어(210,310,410) 및 제2코어(240, 340, 440)는 중심부에 구멍이 형성된 링형상으로 형성되며, 소재는 전기강판으로 구비될 수 있다.
제1코어(210,310,410) 및 제2코어(240, 340, 440)는 여러개의 링형상의 금속이 축방향을 따라 적층되어 형성될 수 있다.
고정자(220, 320, 420)는 중심을 향할수록 양단 사이간격이 좁아지도록 타원형으로 코일이 권선된 코일체를 포함하며, 코일체는 여러개 구비되어 원주방향을 따라 서로 이격되도록 배치된다.
회전자(230, 330, 430)는 중심을 향할수록 양단 사이간격이 좁아지도록 사다리꼴과 유사한 형상으로 형성된 여러개의 자석편을 포함하며, 여러개의 자석편은 원주방향을 따라 서로 이격되도록 배치된다. 자석편은 코일체와 일직선상에 배치된다. 각각의 상기 자석편 및 제2코어(240, 340, 440)에는 체결공이 형성되어 제2코어(240, 340, 440)에 용이하게 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 회전자(230, 330, 430)는 고정자(220, 320, 420)의 일측에만 배치된다. 이와 다르게, 회전자(230, 330, 430)는 고정자(220, 320, 420)의 양측에 배치되며, 양측에 배치되는 고정자(220, 320, 420)의 자석편 극성이 서로 다르도록 배치될 수 있다.
상기 발전어셈블리는 제1발전어셈블리(200)와 제2발전어셈블리(300)와 제3발전어셈블리(400)를 포함한다. 제1,2,3발전어셈블리(200, 300, 400)는 순차적으로 축방향을 따라 배치된다.
예를 들어, 제1발전어셈블리(200)는 발전용량을 2kW로 구비하고, 제2,3발전어셈블리(300, 400)는 발전용량을 4kW로 각각 구비할 수 있다. 이와 같이 발전용량이 다른 여러개의 발전어셈블리를 몸체 하나로 통합하여 조립하고, 상기 제어부를 통해 제어함으로써 용량을 가변하여 발전할 수 있다. 이와 같이 발전어셈블리를 구비할 경우 최대 발전용량이 10kW인 3상 발전기가 될 수 있다.
상기 제1,2,3발전어셈블리(200, 300, 400)를 둘러싸는 하우징이 더 구비된다.
상기 하우징은 제1발전어셈블리(200)의 일측에 배치되는 디스크형상으로 형성되는 일측하우징(110)과, 원통형상의 중간하우징(120)과 중간하우징(120)의 타측에 연결되어 제3발전어셈블리(400)의 타측에 배치되는 타측하우징(130)을 포함한다.
일측하우징(110)과 타측하우징(130)과 중간하우징(120)에는 각각 둘레에 볼트가 체결될 수 있는 체결공이 형성되어 각각 연결된다.
일측하우징(110)과 타측하우징(130)에는 구동축(500)이 관통되는 관통공이 형성된다.
일측하우징(110)에는 제1코어(210)가 안착되는 안착홈(111)이 형성되어 있다.
중간하우징(120)의 내부 중간에는 지지부(121)가 원판형상으로 형성된다.
상기 하우징과 구동축(500) 사이에는 베어링이 배치된다.
구동축(500)에는 외주면 일측에서부터 제1단차부(501), 제2단차부(502), 제3단차부(503), 제4단차부(504), 제5단차부(505)가 순차적으로 형성된다.
제2단차부(502)는 제1단차부(501)보다 외경이 크도록 형성되며, 제3다차부(503)는 제2단차부(502)보다 외경이 크도록 형성되며, 제4단차부(504)는 제3단차부(503)보다 외경이 작도록 형성된다.
제1단차부(501)와 제4단차부(504)는 일측하우징(110)과 타측하우징(130)이 걸리는 걸림턱역할을 하여 발전기의 조립이 용이해진다.
이러한 단차부로 인해 베어링 및 이하 서술되는 연결부의 설치가 용이해진다.
구동축(500)에는 제1연결부(510)와 제2연결부(520)를 포함하는 연결부가 설치된다.
상기 연결부는 디스크형상으로 형성되며, 중심부에 구동축(500)이 끼워지는 끼움공이 형성된다.
제1연결부(510)와 제2연결부(520)에는 제3단차부(503)와 제2단차부(502)가 끼워지는 끼움홈이 상기 끼움공에 연통되도록 형성된다.
상기 연결부에 단차부를 끼운후에 연결부와 단차부를 볼팅체결하여 상기 연결부를 구동축(500)에 설치한다.
상기 연결부는 양측 또는 일측에 제2코어(240, 340, 440) 및 회전자(230, 330, 430)가 안착되는 안착홈(511)이 형성된다.
제1발전어셈블리(200)의 제1코어(210) 및 고정자(220)는 일측하우징(110)에 설치되고, 회전자(230) 및 제2코어(240)는 제1연결부(510)의 일측에 설치된다.
제2발전어셈블리(300)의 회전자(330) 및 제2코어(340)는 제1연결부(510)의 타측에 설치되고, 제1코어(310) 및 고정자(320)는 중간하우징(120)의 지지부(121)의 일측에 설치된다.
제3발전어셈블리(400)의 제1코어(410) 및 고정자(420)는 지지부(121)의 타측에 설치되고, 회전자(430) 및 제2코어(440)는 제2연결부(520)의 일측에 설치된다.
구동축(500)은 풍차조립체(미도시)에 연결된다.
상기 풍차조립체가 설치되는 장소의 풍속 또는 풍량을 감지하는 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 감지부는 감지된 신호를 상기 제어부로 전달한다.
상기 감지부로부터 신호를 전달받아 상기 제어부는 제1,2,3발전어셈블리(200, 300, 400)의 고정자(240, 340, 440)에 선택적으로 전기를 공급하여 각각의 발전어셈블리가 발전을 하거나 하지 않도록 할 수 있다.
상세하게는, 각각의 발전어셈블리에서 리드선 3개씩을 각각 인출하여 상기 제어부에 연결한다. 상기 제어부에서는 9개의 리드선을 받아 풍속, 풍량에 따라 2kW@10kW의 발전용량을 가변적으로 제어하여 최대의 효율이 발생되는 상태로 발전기가 운전되도록 할 수 있다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.
상기 풍차조립체의 블레이드가 바람에 의해 회전하면 블레이드의 회전력은 구동축(500)에 전달되어 회전자(230, 330, 430)를 회전시켜서 발전되게 된다.
이때, 풍속이나 풍량에 따라 상기 제어부는 고정자(220, 320, 420)에 선택적으로 전기를 인가하여 발전용량을 조절할 수 있게 된다.
전기가 인가되지 않은 고정자(220, 320, 420)는 자석화되지 못하여 이에 대응되는 회전자(230, 330, 430)는 공회전 하게 되고, 전기가 인가되는 고정자(220, 320, 420)에 대응되는 회전자(230, 330, 430)는 전기를 생산하게 된다.
예를 들어, 상기 제어부는 상황에 따라 제1,2발전어셈블리(200, 300)의 고정자(220, 320)에만 전기를 인가하고 제3발전어셈블리(400)의 고정자(420)에는 전기를 인가하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
110 : 일측하우징 120 : 중간하우징
130 : 타측하우징 210,310,410 : 제1코어
220, 320, 420 : 고정자 230, 330, 430 : 회전자
240, 340, 440 : 제2코어

Claims (3)

  1. 회전자와 상기 회전자에 대응되게 배치되는 고정자를 포함하는 발전어셈블리를 포함하며,
    상기 발전어셈블리는 다수개 구비되며,
    상기 발전어셈블리에 선택적으로 전기를 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자가 설치되는 구동축이 구비되며,
    상기 구동축은 풍차조립체에 연결되며,
    풍속 또는 풍량을 감지하는 감지부를 더 구비하며,
    상기 감지부로부터 신호를 전달받아 상기 제어부는 전자석으로 구비되는 상기 고정자를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전어셈블리는 제1발전어셈블리와 제2발전어셈블리를 포함하며
    상기 제1발전어셈블리의 회전자는 상기 구동축에 설치되는 연결부의 일측에 설치되며,
    상기 제2발전어셈블리의 회전자는 상기 연결부의 타측에 설치되고,
    상기 제1발전어셈블리와 상기 제2발전어셈블리의 고정자는 각각의 회전자에 마주보도록 배치되며,
    상기 회전자와 상기 고정자에는 코어가 각각 설치되고,
    상기 연결부에는 상기 회전자가 안착되는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 발전기.
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