KR20210104351A - 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애기 위해서 회전자 쪽에 슬롯 입구와 치를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯 입구와 치를 형성하고, 회전자 쪽에는 원통형으로 철심이 형성되게 함으로써 회전자가 회전할 때 철심에 의한 코깅 토크를 전혀 받지 않게 하고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치와 치 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 서로 연결된 철심을 따라 작용하게 됨으로써 코깅 토크와 역기전력이 감소할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기에 관한 것이다.

Description

코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기{High efficient Permanent magnet Generator of cogging torque reduction }

본 발명은 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애기 위해서 회전자 쪽에 슬롯 입구와 치를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯 입구와 치를 형성하고, 회전자 쪽에는 원통형으로 철심이 형성되게 함으로써 회전자가 회전할 때 철심에 의한 코깅 토크를 전혀 받지 않게 하고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치와 치 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 서로 연결된 철심을 따라 작용하게 됨으로써 코깅 토크와 역기전력이 감소할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 발명의 기본 원리를 이용한 것으로 기존 발전기 고정자 코아의 치와 치 사이를 철심으로 연결해줌으로써 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 저감시키고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치와 치 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 연결한 철심을 따라 작용할 수 있도록 코어의 치와 치 사이를 연결시켜주는 코깅토크 저감 장치를 제공함으로써 기존 발전기의 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 코깅 토크 발생에 대한 기본 원리와 렌츠의 법칙 등이다.

코깅토크란 모터나 발전기의 회전자의 영구자석과 고정자의 슬롯 사이의 자기력에 의해 발생하는 토크이다. 즉, 모터나 발전기의 회전자와 고정자 사이가 부드럽게 움직이지 않는 것을 말한다. 모터나 발전기를 손으로 돌리면 일정 각도마다 힘을 받는 지점이 있는데 이것이 코깅토크이다.

코깅토크는 크기가 작아 저속에서 리플이 발생할 수 있지만, 고속에서는 관성에 의해 잘 느끼지 못한다.

코깅토크는 영구자석을 사용하는 동기모터, BLDC모터, DC모터, 발전기 등에서는 발생하지만 영구자석을 사용하지 않는 유도모터나 발전기에서는 발생하지 않는다.

모터에서 코깅을 적게 하기 위해서는 슬롯(권선용홈)에 스큐(비틀림)을 주어 자극의 자속 분포를 완화하는 방법이 있다. 하지만 이때 출력토크가 저하되는 단점이 있다.

렌츠의 법칙은 1834년 독일의 물리학자 하인리히 렌츠에 의해 발견되었다. 이 법칙은 유도 기전력의 방향이 다음과 같은 관계를 따른다는 것을 보여준다.

전기 회로에서 발생하는 유도 기전력은 폐회로를 통과하는 자속의 변화에 반하는 유도 자기장을 만드는 방향으로 발생한다. 예를 들어, 폐회로를 통과하는 자속이 감소할 경우 이를 증가시킬 수 있는 유도 자기장을 만들기 위해, 유도 전류가 그에 맞는 방향으로 흐르게 된다. 즉, 자석이 움직이는 것을 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐른다.

맥스웰 방정식의 패러데이 법칙에서 렌츠의 법칙은 (-)부호로 나타난다.

본 발명은 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애고 렌츠의 법칙에 의해 발생되는 자기력이 회전자의 자석에 직접적으로 미치지 않게 함으로써 코깅 토크와 역기전력을 감소시키고자 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기를 만들고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 발명의 기본 원리를 이용하여 기존 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 저감시키는 코깅 토크 저감 장치를 제공함으로써 기존 발전기의 효율를 증대시키고자 한다.

본 발명은 발전기 회전자(200)의 영구자석(210)과 코어(의 치) 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애기 위해서 회전자 쪽에 슬롯(411) 입구와 치(412)를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯(311) 입구와 치(312)를 형성하고, 회전자(200) 쪽에는 원통형으로 철심이 형성되게 함으로써 회전자(200)가 회전할 때 철심에 의한 코깅 토크를 전혀 받지 않게 하고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치(312)와 치(312) 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 서로 연결된 철심을 따라 작용하게 됨으로써 코깅 토크와 역기전력이 감소하게 되는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기가 된다.

그리고, 본 발명에 있어서, 회전자 쪽에 슬롯(411) 입구와 치(412)를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯 입구와 치(312)를 형성하고, 회전자 쪽에는 원통형으로 형성하며, 슬롯 입구와 외부코아부(320: 바깥쪽 철심)와 체결할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기이다.

또한, 본 발명은 상기 발명의 기본 원리를 이용한 것으로 기존 발전기 고정자 코아의 치(412)와 치(412) 사이를 철심(410)으로 연결해줌으로써 회전자(200)의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 저감시키고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치(312)와 치(312) 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 연결한 철심(410)을 따라 작용할 수 있도록 코어의 치(412)와 치(412) 사이를 연결시켜주는 코깅토크 저감 장치를 제공함으로써 기존 발전기의 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

슬롯입구의 치(412)와 치(412) 사이를 연결시켜주는 철심(410)의 형상은 기존 발전기의 슬롯입구의 형상에 따라 이에 맞춰 연결시킬 수 있도록 코깅토크저감장치(400)의 철심(410)을 설계 제작하여 연결한다.

본 발명은 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애고 렌츠의 법칙에 의해 발생되는 자기력이 회전자의 자석에 직접적으로 미치지 않게 함으로써 코깅 토크를 감소시켜 줌으로써 발전기의 효율을 증대시켜주는 발전기가 된다.

또한, 본 발명은 기존 발전기에 간단한 본 발명의 코깅토크 저감 장치를 설치해줌으로써 기존 발전기의 효율을 증대시켜주게 되어 매우 경제적인 기존 발전기 개조사업이 될 수 있다.

본 발명은 간단한 본 발명의 코깅토크 저감 장치를 설치해줌으로써 기존 발전기의 효율을 극대화시켜 에너지 효율을 높일 수 있어 매우 경제적이며 친환경적이다.

도 1은 본 발명의 실시 예1)인 8극 24슬롯 3상 발전기 고정자 철심 코어와 회전자의 자석배치 결합도의 단면도이다.
도 2(a)(b)는 각각 본 발명의 실시 예1)인 8극 24슬롯 3상 발전기 고정자 철심 코어의 분해도이다.
도 3(a)(b)(c)는 각각 기존 발전기의 슬롯입구의 치(312)와 치(312) 사이를 연결해주는 철심으로 기존 발전기에 설치할 코깅토크저감장치 사시도다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 다소 과장되어진 것이다.

또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다음은 상기와 같은 발명은 종래 기술을 바탕으로 이루어져 있기 때문에, 이를 본 발명의 필수구성요소로 설명한다.

먼저 본 발명에 사용되는 고정자 (철심)코어에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예1)인 8극 24슬롯 3상 발전기 고정자 철심 코어와 회전자의 자석배치 결합도의 단면도로, 도면에서 보는 바와 같이 기존 발전기와는 달리 샤프트(110)와 연결된 회전자(200) 쪽에 슬롯(411) 입구와 치(412)를 형성하지 않고 코어 바깥쪽 중간에 치(312)와 슬롯(311)을 형성하고, 회전자(200) 쪽에는 원통형으로 철심이 형성되게 하여 회전자(200)가 회전할 때 회전자(200)의 영구자석(210)과 코어 사이에 불균형적인 어떠한 자력도 형성되지 않게 함으로써 발전기 회전자(200)의 자석(210)과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 전혀 받지 않게 되고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 치(312)와 치(312) 사이에 발생하게 되는 서로 다른 두 극의 자기력도 서로 연결된 철심을 따라 작용하게 됨으로써 코깅 토크와 역기전력이 감소하게 되는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기가 된다.

도 2(a)(b)는 본 발명의 실시 예1)인 8극 24슬롯 3상 발전기 고정자 철심 코어의 분해도로, 내부코어부(안쪽 철심)(310)의 슬롯(311)에 코일을 권선한 후에 내부코어부(안쪽 철심)(310)와 외부코어부(바깥쪽 철심)(320)를 외부코어부(바깥쪽 철심)(320)의 고정부(321)를 통해 일치 고정시키고, 내부체결구(313)와 외부체결구(323)는 외부 케이스와 연결시켜 체결하도록 한 것이다.

도 3(a)(b)(c)는 기존 발전기의 슬롯입구의 치(412)와 치(412) 사이를 연결해주는 철심(410)으로 기존 발전기에 설치할 코깅토크저감장치(400) 사시도로, 기존 발전기 슬롯(411) 입구의 치(412)와 치(412) 사이를 본 장치의 철심(410)으로 연결해 설치해줌으로써 발전기 회전자(200)의 영구자석과 코어(의 치) 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 저감시키고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 치(412)와 치(412) 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 연결시킨 철심(410)을 따라 작용하게 됨으로써 코깅토크와 역기전력을 저감시켜주게 되는 기존 발전기의 코깅토크저감장치(400)가 된다.

슬롯 입구의 치(412)와 치(412) 사이를 연결시켜주는 철심(410)의 형상은 기존 발전기의 슬롯 입구의 형상에 따라 이에 맞춰 연결시킬 수 있도록 코깅토크저감장치(400)의 철심(410)을 설계 제작하여 연결한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "코깅토크저감발전기"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 샤프트
200 : 회전자
210 : 영구자석
300 : 스테이터 코어부
310 : 내부코어부(안쪽 철심)
311 : 슬롯
312 : 치
313 : 내부코어체결구
320 : 외부코어부(바깥쪽 철심)
321 : 고정부
323 : 외부코어체결구
400 : 코깅토크저감장치
410 : 슬롯입구의 치와 치 사이를 연결해주는 철심
411 : 슬롯
412 : 치

Claims (4)

1. 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 없애기 위해서 회전자 쪽에 슬롯 입구와 치를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯 입구와 치를 형성하고, 회전자 쪽에는 원통형으로 철심이 형성되게 함으로써 회전자가 회전할 때 철심에 의한 코깅 토크를 전혀 받지 않게 하고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 코어의 치와 치 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 서로 연결된 철심을 따라 작용하게 됨으로써 코깅 토크와 역기전력이 감소할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기.
   
2. 제 1 항에 있어서, 회전자 쪽에 슬롯 입구와 치를 형성한 기존 발전기와는 달리 코어 바깥쪽으로 슬롯 입구와 치를 형성하고, 회전자 쪽에는 원통형으로 형성하며, 슬롯 입구와 외부코아부(바깥쪽 철심)와 체결할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기.
   
3. 제 1 항에 있어서, 코깅토크 저감 원리를 이용한 것으로서, 기존 발전기 고정자 코아의 치와 치 사이를 철심으로 연결해줌으로써 발전기 회전자의 영구자석과 코어 사이에서 발생하게 되는 코깅 토크를 저감시키고, 렌츠의 법칙에 의해 발생하게 되는 치와 치 사이의 서로 다른 두 극의 자기력도 연결시킨 철심을 따라 작용하게 함으로써 코깅토크와 역기전력을 저감시켜주게 되는 코깅토크 저감 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 슬롯입구의 치와 치 사이를 연결시켜주는 철심의 형상이 기존 발전기의 슬롯입구의 형상에 따라 이에 맞춰 연결시킬 수 있도록 설계 제작된 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감 장치.

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