KR20210092520A - Synchronous generator using wireless power transmission method - Google Patents

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Abstract

A synchronous generator to which a wireless power transmission method of the present invention is applied comprises: a housing; a rotating shaft installed inside the housing and rotated by external power; a stator installed on the rotating shaft; a rotor positioned inside the stator and coupled around the rotating shaft so as to be able to rotate together with the rotating shaft; a transmitting coil installed at a front end of the rotating shaft and receiving AC power from the outside to generate an electromagnetic field; a receiving coil installed to be spaced apart from the transmitting coil by a predetermined distance and receiving power wirelessly from the transmitting coil; and a rectifier for rectifying a current flowing in the receiving coil and supplying the current to the stator.

Description

무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기 {Synchronous generator using wireless power transmission method}Synchronous generator using wireless power transmission method

본원발명은 무선 전력 전송에 사용되는 송수신코일을 설치하여 회전자를 자화시켜 발전을 수행할 수 있도록 하는 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a synchronous generator to which a wireless power transmission method is applied in which a transmission/reception coil used for wireless power transmission is installed to magnetize a rotor to perform power generation.

동기발전기는 교류발전기 중에서 회전자와 고정자의 상대속도가 회전자기장과 동기되어 회전하는 발전기로서, 구조가 단순하고 견고하여 교류발전기로 널리 사용되고 있다.A synchronous generator is a generator in which the relative speed of a rotor and a stator is synchronized with a rotating magnetic field among AC generators, and is widely used as an AC generator because of its simple and robust structure.

종래기술의 동기발전기는 발전을 위한 주계자 축의 여자의 의한 자장이 필수적이며 이러한 자장 형성을 위하여 슬립 링과 브러쉬 어셈블리를 통하여 자화되는 회전자의 전자석 셋(SET)에 의한 방법이 사용되었다.In the prior art synchronous generator, a magnetic field by excitation of a main field shaft is essential for power generation, and a method using a set of electromagnets (SET) of a rotor magnetized through a slip ring and a brush assembly is used to form such a magnetic field.

그러나 슬립링과 브러쉬 어셈블리를 사용하는 종래기술의 동기발전기는 그 구조상 세심한 주의를 요하는 잦은 정비와 항상 처음 상태와 같은 스파크가 유지되도록 해야만 하는 불편함이 있다.However, the prior art synchronous generator using the slip ring and brush assembly has inconvenience in that it has to maintain the same spark as the initial state and frequent maintenance that requires careful attention due to its structure.

이러한 슬립링과 브러쉬 어셈블리를 이용한 동기발전기의 문제점을 해소하고자 제안된 것이 동기발전기의 동일축 상에 장착한 소형 발전기인 여자기를 사용하는 브러시레스 동기발전기이다.A brushless synchronous generator using an exciter, which is a small generator mounted on the same shaft of the synchronous generator, has been proposed to solve the problems of the synchronous generator using the slip ring and brush assembly.

도 1은 상술한 종래기술의 동기 발전기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of the above-described prior art synchronous generator.

종래의 일반적인 동기발전기는 도1에서 보는 바와 같이, 회전자(1b)와 고정자(1a)로 구성되는 주발전기와, 로터(2b)와 스테이터(2a)로 구성되는 여자기와, 여자기의 로터(2b)에서 생성 출력되는 전원을 정류하여 주발전기의 회전자(1b)에 여자전류를 공급하는 정류부(3)와, 여자기의 스테이터(2a)에 공급되는 전류를 조절하여 종국적으로 주발전기의 고정자(1a)에서 생성 출력되는 전압을 제어하는 자동전압조정기(AVR)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional general synchronous generator includes a main generator composed of a rotor 1b and a stator 1a, an exciter composed of a rotor 2b and a stator 2a, and a rotor of the exciter ( The rectifier 3 for rectifying the power generated and output from 2b) to supply the excitation current to the rotor 1b of the main generator, and finally the stator of the main generator by controlling the current supplied to the stator 2a of the exciter It is composed of an automatic voltage regulator (AVR) that controls the voltage generated and output in (1a).

참고로, 상기 주발전기의 회전자(1b)와 여자기의 로터(2b)는 같은 회전축(4)에 장착되어 함께 회전한다.For reference, the rotor 1b of the main generator and the rotor 2b of the exciter are mounted on the same rotating shaft 4 and rotate together.

그러나 상술한 종래기술의 동기발전기는 동일 축 상에 장착하는 여자기로 인한 과도한 자재소모 및 과대 노동력 소요와 축을 포함한 전체적인 중량 증가에 따른 원가상승을 가져오며, 설비자동화의 어려움으로 인한 대량 생산 불가능과 함께 낮은 생산성으로 생산 원가를 낮추는데 한계가 있다.However, the synchronous generator of the prior art described above causes excessive material consumption and excessive labor requirements due to the exciter mounted on the same shaft, and the cost increase due to the overall weight increase including the shaft, and mass production is impossible due to the difficulty of equipment automation. There is a limit to lowering the production cost due to low productivity.

따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 여자기를 구비하지 않고 무선 전력 전송에 사용되는 송수신코일을 설치하여 전자기유도 원리를 이용함으로써 발생하는 전류를 이용하여 회전자를 자화시켜 발전을 수행할 수 있도록 하는 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve the problems of the prior art described above, by installing a transmission/reception coil used for wireless power transmission without an exciter and magnetizing the rotor using the current generated by using the electromagnetic induction principle to generate electricity An object of the present invention is to provide a synchronous generator to which a wireless power transmission method is applied.

상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기는, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 외부 동력에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축 상에 설치되는 고정자와, 상기 고정자 내부에 위치되되, 상기 회전축과 함께 회전이 가능하도록 상기 회전축 중심으로 결합되는 회전자와, 상기 회전축의 전단에 설치되고, 외부에서 교류전원을 인가받아 전자기장을 생성하는 송신코일과, 상기 송신코일과 소정간격 이격되어 설치되며, 상기 송신코일로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신코일 및 상기 수신코일에 흐르는 전류를 정류하여 상기 고정자로 공급하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.A synchronous generator to which the wireless power transmission method of the present invention is applied for achieving the above object includes a housing, a rotating shaft installed in the housing and rotating by external power, a stator installed on the rotating shaft, and the Doedoe located inside the stator, the rotor coupled to the center of the rotation shaft so as to be able to rotate together with the rotation shaft, and a transmission coil installed at the front end of the rotation shaft and receiving AC power from the outside to generate an electromagnetic field; and a receiving coil which is installed to be spaced apart from the transmitting coil by a predetermined distance, and a rectifier for rectifying the current flowing in the receiving coil and supplying it to the stator.

그리고, 상기 수신코일의 일면에 배치되고 상기 수신코일에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키는 차폐재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, it is disposed on one surface of the receiving coil, it characterized in that it further comprises a shielding material to shield the magnetic field generated in the receiving coil to focus in a required direction.

상술한 구성을 가지는 본원발명의 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기는, 여자기를 제거함으로써 재료 소모를 현저히 줄이고, 제작 원가를 절감함과 동시에 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.The synchronous generator to which the wireless power transmission method of the present invention having the above-described configuration is applied provides the effect of significantly reducing material consumption by removing the exciter, reducing the manufacturing cost and improving productivity at the same time.

도 1은 종래기술의 동기 발전기의 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기의 회로도.1 is a cross-sectional view of a prior art synchronous generator;
2 is a cross-sectional view of a synchronous generator to which a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention is applied.
3 is a circuit diagram of a synchronous generator to which a wireless power transmission method according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

본 발명에 따른 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.Matters related to the operation and effect including the technical configuration for the above purpose of the synchronous generator to which the wireless power transmission method according to the present invention is applied will be clearly understood by the detailed description below with reference to the drawings in which the preferred embodiment of the present invention is shown.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, as well as techniques for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. This embodiment may be provided to completely inform the scope of the invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, as well as to complete the disclosure of the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a synchronous generator to which a wireless power transmission method is applied will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a synchronous generator to which a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention is applied.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발전기(100)는, 하우징(10), 회전축(20), 고정자(30), 회전자(40), 송신코일(50), 수신코일(60) 및 정류기(70)를 포함하여 구성된다.2, the generator 100 according to a preferred embodiment of the present invention includes a housing 10, a rotating shaft 20, a stator 30, a rotor 40, a transmission coil 50, It is configured to include a receiving coil (60) and a rectifier (70).

먼저 하우징(10)은, 발전기(100)의 외관을 형성하는 프레임으로 이루어질 수 있으며, 하우징(10)의 양 단부에는 회전축(20)이 관통되도록 관통공이 형성될 수 있고, 상기 관통공에는 회전축(20)의 원활한 회전을 위한 베어링이 마련될 수 있다. 하우징(10)은 그 외부로 소음이 유출되는 것을 방지하고 그 내부로 먼지 등 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 밀폐되어 있음이 바람직하다.First, the housing 10 may be made of a frame forming the exterior of the generator 100, and through-holes may be formed at both ends of the housing 10 so that the rotating shaft 20 passes therethrough, and the rotating shaft ( 20) may be provided with a bearing for smooth rotation. It is preferable that the housing 10 is sealed to prevent noise from leaking out and to prevent foreign substances such as dust from being introduced into the housing 10 .

회전축(20)은, 발전을 위한 동력기관에 연결되는 구동 샤프트로, 하우징(10)에 회전 가능하게 관통될 수 있다. The rotating shaft 20 is a drive shaft connected to a power engine for power generation, and may rotatably penetrate through the housing 10 .

회전축(20)의 전단에는 전력을 무선으로 전달하는 무선 전력 전송장치인 송신코일(50)과, 상기 송신코일(50)과 소정간격 이격되어 설치되는 수신코일(60)이 마련되며, 해당 송수신 코일(50, 60)은 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상호간 접촉없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다.At the front end of the rotating shaft 20, a transmitting coil 50, which is a wireless power transmitting device for wirelessly transmitting power, and a receiving coil 60 installed to be spaced apart from the transmitting coil 50 by a predetermined interval are provided, and the corresponding transmitting and receiving coil (50, 60) may transmit power wirelessly without mutual contact using a wireless power transfer method.

즉, 상기 무선 전력 전송장치는, 무선 전력 신호에 의한 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식, 즉 무선 전력 전송 장치에서 전송하는 무선 전력 신호에 의하여 기기에서 공진이 발생하고 공진 현상에 의하여 무선 전력 전송 장치로부터 기기로 접촉 없이 무선으로 전력이 전달될 수 있는데, 전자기 유도 현상에 의하여 송신코일(50)에서 교류 전류에 의해 자기장을 변화시켜 수신코일(60) 쪽에 전류를 유도함으로써 전력을 전달한다.That is, the wireless power transmitter is an inductive coupling method based on an electromagnetic induction phenomenon by a wireless power signal, that is, resonance occurs in the device by a wireless power signal transmitted from the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter by the resonance phenomenon Power can be transferred from the device to the device wirelessly without contact, and the magnetic field is changed by an alternating current in the transmitting coil 50 by electromagnetic induction phenomenon to induce current to the receiving coil 60 to transmit power.

무선 전력 전송 장치의 송신코일(50)에 흐르는 전류의 세기가 변화하면, 그 전류에 의해 송신코일(50)을 통과하는 자기장이 변화하고, 변화된 자기장은 수신코일(60) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.When the strength of the current flowing in the transmitting coil 50 of the wireless power transmitter changes, the magnetic field passing through the transmitting coil 50 by the current changes, and the changed magnetic field generates an induced electromotive force on the receiving coil 60 side. make it

즉, 송신코일(50)은 외부전원과 연결되어 교류 전류가 흐르게 되고, 송신코일(50)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 수신코일(60)에도 교류 전류가 유도된다.That is, the transmitting coil 50 is connected to an external power source so that an alternating current flows, and when an alternating current flows in the transmitting coil 50, an alternating current is also induced in the receiving coil 60 that is physically spaced apart by electromagnetic induction. .

상기 수신코일(60)에서 발생된 교류 전류는 정류기(70)를 통해 직류전원으로 정류된 후 회전자(40)의 주계자권선으로 입력되어 회전자(40)를 자화시킨다.The AC current generated in the receiving coil 60 is rectified into DC power through the rectifier 70 , and then is input to the main field winding of the rotor 40 to magnetize the rotor 40 .

여기서, 회전자(40)는 회전축(20)에 연동하여 회전되도록 설치되며, 회전되는 주계자철심과, 주계자철심의 슬롯에 권선되는 주계자권선으로 구성될 수 있다.Here, the rotor 40 is installed to rotate in association with the rotation shaft 20 and may be composed of a rotating main field core and a main field winding wound in a slot of the main field core.

그리고, 고정자(30)는 주계자철심의 외경측에 대향 배치되는 주전기자철심과, 주전기자철심의 슬롯에 권선되는 주전기자권선으로 구성되어, 회전자(40)의 회전에 의해 전자기 유도되어 발전 전기를 생성할 수 있다.And, the stator 30 is composed of a main armature core disposed opposite to the outer diameter side of the main field core, and a main armature winding wound in a slot of the main armature core, electromagnetic induction by the rotation of the rotor 40 to generate electricity can generate electricity.

아울러, 수신코일(60)에는 차폐재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 차폐재는 수신코일(60)의 일면에 배치될 수 있으며, 수신코일(60)에서 발생된 무선 전력을 충전 방향으로 가이드 할 수 있고, 발전기(100) 내에 배치되는 각종 장치들을 전자기장으로부터 보호할 수 있다. 차폐재는 수신코일(60)에서 분리되거나 움직임을 방지하기 위하여 나사결합될 수 있다.In addition, the receiving coil 60 may further include a shielding material (not shown). The shielding material may be disposed on one surface of the receiving coil 60, may guide the wireless power generated in the receiving coil 60 in the charging direction, and may protect various devices disposed in the generator 100 from electromagnetic fields. . The shielding material may be separated from the receiving coil 60 or may be screwed to prevent movement.

다음으로, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기의 회로도이다.Next, FIG. 3 is a circuit diagram of a synchronous generator to which a wireless power transmission method according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

도 3을 참조하여, 상술한 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, the operation process of the present invention described above will be described as follows.

먼저, 송신코일(50)에서 교류 전류가 흘러가게 되고, 송신코일(50)을 흐르는 교류 전류는 자기장을 형성하게 되는데, 송신코일(50)과 일정 거리 이격되어 실치된 수신코일(60)에 자기장이 확장되어 수신코일(60) 쪽에 전류를 유도함으로써 수신코일(60) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.First, an alternating current flows in the transmitting coil 50, and the alternating current flowing through the transmitting coil 50 forms a magnetic field, and the magnetic field in the receiving coil 60 spaced apart from the transmitting coil 50 by a predetermined distance This is expanded to induce a current toward the receiving coil 60 to generate an induced electromotive force on the receiving coil 60 side.

송신코일(50)과 수신코일(60) 사이에 전자기 유도에 의해, 수신코일(60)에서는 교류 전류가 발생되며, 발생된 교류 전류는 정류기(70)를 통해 직류전원으로 정류된 후 회전자(40)에 유선으로 제공될 수 있다.By electromagnetic induction between the transmitting coil 50 and the receiving coil 60, an alternating current is generated in the receiving coil 60, and the generated alternating current is rectified into DC power through the rectifier 70 and then the rotor ( 40) may be provided by wire.

회전자(40)에 전기가 공급되면, 회전자(40)는 자기장을 형성할 수 있고, 고정자(30)는 회전자(40)와 유기되어 발전 전기를 생성할 수 있다. 생성된 발전 전기는 발전기의 출력선로를 통해 부하설비로 공급될 수 있다.When electricity is supplied to the rotor 40 , the rotor 40 may form a magnetic field, and the stator 30 may be induced with the rotor 40 to generate electricity generated. The generated electricity may be supplied to a load facility through an output line of the generator.

상술한 구성을 가지는 본원발명의 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기는, 여자기를 제거함으로써 재료 소모를 현저히 줄이고, 여자기권선의 권취를 위한 시간을 절약함으로써 제작 원가를 절감함과 동시에 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.The synchronous generator to which the wireless power transmission method of the present invention having the above-described configuration is applied, significantly reduces material consumption by removing the exciter, and saves time for winding the excitation winding, thereby reducing manufacturing cost and improving productivity provides

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those of ordinary skill in the art. will understand the point. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

100: 발전기
10: 하우징
20: 회전축
30: 고정자
40: 회전자
50: 송신코일
60: 수신코일
70: 정류기100: generator
10: housing
20: axis of rotation
30: stator
40: rotor
50: transmission coil
60: receiving coil
70: rectifier

Claims (2)

무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기에 있어서,
하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되고, 외부 동력에 의해 회전하는 회전축;
상기 회전축 상에 설치되는 고정자;
상기 고정자 내부에 위치되되, 상기 회전축과 함께 회전이 가능하도록 상기 회전축 중심으로 결합되는 회전자;
상기 회전축의 전단에 설치되고, 외부에서 교류전원을 인가받아 전자기장을 생성하는 송신코일;
상기 송신코일과 소정간격 이격되어 설치되며, 상기 송신코일로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신코일; 및
상기 수신코일에 흐르는 전류를 정류하여 상기 고정자로 공급하는 정류기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기.
In the synchronous generator to which the wireless power transmission method is applied,
housing;
a rotating shaft installed inside the housing and rotated by external power;
a stator installed on the rotating shaft;
a rotor positioned inside the stator and coupled to the center of the rotation shaft so as to be rotatable together with the rotation shaft;
a transmitting coil installed at the front end of the rotating shaft and receiving AC power from the outside to generate an electromagnetic field;
a receiving coil installed to be spaced apart from the transmitting coil by a predetermined distance and receiving power wirelessly from the transmitting coil; and
A synchronous generator to which a wireless power transmission method is applied, comprising: a rectifier for rectifying the current flowing in the receiving coil and supplying it to the stator.
 제 1항에 있어서,
상기 수신코일의 일면에 배치되고 상기 수신코일에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키는 차폐재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법을 적용한 동기 발전기.


The method of claim 1,
The synchronous generator to which the wireless power transmission method is applied, characterized in that it is disposed on one surface of the receiving coil and further comprises a shielding material to shield the magnetic field generated in the receiving coil to focus in a required direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024071502A1 (en) * 2022-09-27 2024-04-04 (주)푸드포트 Energy storage device using magnetic force

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