KR100898595B1 - 내부온도에 따라 자동 작동되게 한 방열팬을 갖는 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 엔진으로부터 제공받은 회전력을 이용하여 비상전력을 운용할 수 있게 한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 로터의 회전축에 장착된 송풍팬을 제거하는 대신 발전기의 외통체에 별도의 방열팬을 장착하되, 상기의 방열팬은 상시 가동되는 것이 아니라 발전기 내부에 장착된 온도센서로부터 설정된 온도 이상이 감지되면 자동으로 방열팬이 작동하여 상기 발전기 내부의 공기를 배출 및 순환시켜 온도를 떨어트릴 수 있게 함으로써,

발전기의 크기를 감소시킬 수 있어 공간 활용도는 물론 제작성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 로터의 전체 중량을 크게 줄여 로터 회전을 위한 인가 에너지의 소모량을 줄일 수 있어 발전 효율의 향상 또는 소모 에너지의 절감이 가능하여 매우 경제적인 것이며, 비교적 소형의 방열팬은 회전 소음이 거의 발생하지 아니하므로 작동 소음이 크게 줄어 매우 정숙한 것이며, 발전기의 내부 온도에 따라 방열팬의 가동 여부 및 가동 속도의 조절이 자동으로 이루어져 발전기 내부 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있게 하므로 전도율 및 자기 유도 작용이 최적인 상태에서 발전이 이루어지게 하므로 더욱 향상된 발전 효율을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

발전장치, 로터, 스테이터, 방열팬, 흡기공, 걸름망, 열선

Description

내부온도에 따라 자동 작동되게 한 방열팬을 갖는 발전장치 {Electric generator having heat-resistant fan interior operated according to temperature}

본 발명은 로터 및 스테이터로 이루어져 별도의 엔진으로부터 제공받은 회전력을 이용하여 비상전력을 운용할 수 있게 한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 발전장치의 내부 온도가 상승하면 자동으로 작동되게 한 방열팬을 구비하여 상기 방열팬의 작동을 통해 외기의 유입과 내기의 배출을 통해 상기 발전장치의 내부 온도를 저하시켜 발전 효율의 향상은 물론 인가 에너지의 절감이 가능케 한 발전장치에 대한 것이다.

일반적으로 대형 빌딩이나 병원 또는 공장이나 군부대 등의 대규모 시설물에는 전력 공급 도중에 갑작스러운 전력 차단시에 비상 전원으로 사용하기 위하여 발전기를 설치하고 있으며, 현재 일정 규모 이상의 신축 건물에는 비상용 발전기의 설치가 의무화되어 있는 실정이다.

여기서 발전장치라 함은, 역학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로 일컬어지는 것으로서, 수력이나 파력 또는 증기나 디젤 기관 따위의 원동수단으로부터 회전 동력을 얻어 원통형의 자성체가 회전되게 하면, 자성체의 주변에 위치하고 있는 철심코어 상에 권선된 코일에 전하가 유도되어 전류가 발생되게 하는 장치인 것이다.

즉, 일반적인 발전장치는 자성체로 된 로터를 코일이 권선된 상태의 스테이터 내부에서 회전시키면, 스테이터의 코일에서는 전기가 발생되어 흐르게 되는 것으로서, 상기의 로터는 통상적으로 비교적 얇은 형태의 규소강판을 프레스에 의해 절단한 후 상기의 규소강판을 수십 여장 적층하여 된 코어로 이루어지는 것으로서, 상기의 코어에는 마그네트를 고정 또는 코일을 권취하여 제작되는 것이다.

특히, 우리 주위에서 쉽게 볼 수 있는 발전장치로는 자전거 라이트용 발전기가 있고, 자동차의 발전기도 마찬가지 원리인데, 자동차의 발전기가 자전거용 발전기와 다른 점은 자전거용은 코일 내부에 영구자석이 내장되어 있지만 자동차용 발전기에는 영구자석이 아닌 전자석(로터코일)이 감겨져 있는 것으로서, 상기와 같이 전자석을 이용한 발전장치는 대형 건물이나 공장 등에서 단전에 의해 긴급전원을 요구하는 경우 가솔린 등의 연료를 사용하여 작동하는 엔진의 회전력을 통해 상기의 발전장치를 구동시켜 상기 발전장치로부터 얻어지는 전력을 통해 비상전원으로 사용하기도 하는 것이다.

그러나, 일반적인 발전장치의 모터는 정상적인 조건 상태에서는 약 15~20℃ 정도의 열을 발생시키지만 출력이 상승되거나 고속의 최대출력을 내는 경우 또는 운용시간이 길어지는 경우에는 로터 및 스테이터의 온도가 필연적으로 상승하게 되는 것이며, 이와 같은 부하 상태의 내부온도는 최고 80℃까지 상승하게 되므로 상기한 바와 같은 과열에 의해 발전장치의 출력 및 효율을 감소시키면서도, 발전장치의 수명을 현저히 단축시키게 된다.

특히, 하절기 또는 고온지역에서 이를 사용하게 되면 본래의 기후에 따른 고온이 발전장치 자체의 방열을 방해하거나 내부 온도를 더욱 상승시키게 되므로 냉각 효율에 상당한 문제점을 갖고 있음은 물론 냉각 속도 역시 크게 뒤떨어져 합리적인 발전이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 고효율의 출력상태를 얻지 못하게 되므로 각종 긴급발전의 운용에 상당한 어려움을 겪게 되는 것이다.

이에 따라 근자에 들어서는 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발전장치의 내부에 로터와 함께 회전하는 송풍팬을 장착함에 따라 디젤 엔진 따위의 원동수단으로부터 제공되는 회전력을 통해 발전장치 내의 로터가 회전하게 되면 상기 로터의 회전축 상에 장착된 송풍팬이 동시에 회전을 하여 상기 발전장치 내부의 공기를 외부로 방출시키면서도 비교적 저온의 외기가 유입되면서 상기 발전장치 내부의 온도를 하강시키게 한 발전장치가 주로 사용되고 있는 것이다.

즉, 상기와 같은 발전장치는 도 1의 도시와 같이 디젤 엔진 따위의 원동수단(100)과 상기 원동수단(100)과 연결된 상태의 발전기(110)로 이루어져 있고, 상기 발전기(110)는 도 2의 도시와 같이 외통체(111)의 내부에 고정되는 스테이터(112)와 상기 스테이터(112) 내부로부터 회전하는 로터(113)로 이루어져 있으 며, 상기의 로터(113)에는 송풍팬(114)이 커플링에 의해 함께 축 결합되어 있으면서도, 상기의 로터(113)는 원동수단(100)의 구동축과 축 결합되어 있는 상태를 갖게 된다.

이에 따라 상기의 원동수단(100)이 가동하여 발전기(110) 내부의 로터(113)가 회전하면서 스테이터(112)를 통해 전력을 생산하게 되는 것이며, 로터(113)와 함께 회전하는 송풍팬(114)은 외통체(111)의 외부 공기를 내부로 흡입하는 동시에 발전기(110) 내부의 공기를 외부로 배출하는 역할을 수행하여 상기 발전기(110)의 내부 온도가 떨어지도록 제작되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 송풍팬이 내장된 발전기는 로터의 회전과 동시에 송풍팬이 무조건 동시 회전하게 되므로 원동수단인 엔진의 초기 구동시 상당의 부하가 작용하는 문제점이 있는 것이며, 비상전력을 위한 발전장치의 경우 비교적 크기가 크고 내장되는 상기의 송풍팬 역시 대형 및 고중량체이므로 결과적으로 로터의 중량을 증가시키는 원인으로 작용하므로 로터의 회전을 위한 에너지의 제공량이 커져 결과적으로 동력 손실 및 인가 에너지의 손실 요인이 되고 있는 것이다.

특히, 고속으로 회전하는 로터에 장착된 송풍팬은 고속 회전에 따른 공기와의 간섭 및 마찰로 인해 상당히 시끄러운 소음을 유발시키는 문제점이 있는 것이며, 발전기의 전체 길이에 상기 송풍팬 및 송풍팬을 내장시키기 위한 추가의 길이가 요구되므로 상기 발전장치의 전체적인 길이와 크기 및 중량을 증대시키는 폐단이 있는 것이다.

또한, 상기의 송풍팬은 비교적 고중량체이므로 편심 장착되거나 무게 중심이 편중되어 설계 또는 제작된 경우에는 로터 회전축에 편심부하를 제공하게 되므로 결국 발전기의 성능 저하는 물론 사용 수명을 저하시키는 원인으로 지적되고 있는 것이며, 송풍팬에 의해 발전기 내부의 공기를 강제로 배출하는 과정에서 발전기 외부로부터 유입되는 외기 속에 포함되어 있는 분진이나 다양한 이물질 등이 로터 및 스테이터의 표면이나 틈새에 누적되면서 발전 성능 저하 및 동력 손실을 초래하고 있는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 로터의 회전축에 장착된 송풍팬을 제거하는 대신 발전기의 외통체에 별도의 방열팬을 장착하되, 상기의 방열팬은 상시 가동되는 것이 아니라 발전기 내부에 장착된 온도센서로부터 설정된 온도 이상이 감지되면 자동으로 방열팬이 작동하여 상기 발전기 내부의 공기를 배출 및 순환시켜 온도를 떨어트릴 수 있게 함으로써,

뛰어난 공간 활용도는 물론 제작성과 생산성을 향상시키고, 인가 에너지의 소모량을 줄일 수 있어 발전 효율의 향상 또는 소모 에너지의 절감이 가능하여 매우 경제적인 것이며, 작동 소음이 크게 줄어 매우 정숙한 것이고, 발전 내부 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있게 하므로 전도율 및 자기 유도 작용이 최적인 상태에서 작동이 이루어지게 하므로 더욱 향상된 발전 효율을 얻을 수 있는 특징의 내부온도에 따라 자동 작동되게 한 방열팬을 갖는 발전장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원동수단의 회전력이 발전기 내부의 로터로 전달되어, 상기 로터 외측의 스테이터로부터 자기 유도에 의한 전류가 생산되게 한 발전장치에 있어서,

발전기의 외측 상부에는 방열팬과 컨트롤러가 내장된 냉각제어부를 형성하고, 상기 발전기의 내부에는 상기 컨트롤러와 연결된 온도센서를 장착하며, 상기 발전기의 하부 일측에는 흡기공을 형성하고, 상기 냉각제어부가 위치한 상부 일측에는 배기공을 형성하여, 발전기 내부의 온도를 상기 온도센서에 의해 감지하여 컨트롤러를 통해 방열팬이 작동하면 발전기 내부의 열기는 배기공을 통해 외부로 배출되고, 외기는 흡기공을 통해 발전기 내부로 유입되어 발전기의 내부 온도가 하강되게 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 발전기의 크기를 감소시킬 수 있어 공간 활용도는 물론 제작성과 생산성을 향상시킬 수 있으면서도, 로터의 전체 중량을 크게 줄여 로터 회전을 위한 인가 에너지의 소모량을 줄일 수 있어 발전 효율의 향상 또는 소모 에너지의 절감이 가능하여 매우 경제적인 것이며, 비교적 소형의 방열팬은 회전 소음이 거의 발생하지 아니하므로 작동 소음이 크게 줄어 매우 정숙한 것이며, 발전기의 내부 온도에 따라 방열팬의 가동 여부 및 가동 속도의 조절이 자동으로 이루어져 발전기 내부 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있게 하므로 전도율 및 자기 유도 작용이 최적인 상태에서 발전이 이루어지게 하므로 더욱 향상된 발전 효율을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미 로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 발전장치의 전체 단면도이다.

도시와 같이 발전기(20)는 내부에 고정된 상태의 스테이터(22)와 상기 스테이터(22) 내부로부터 회전되는 로터(21)로 이루어져 있는 것으로서, 상기의 로터(21)는 다양한 원동수단으로부터 회전력을 전달받아 고속으로 회전하게 된다.

이때 상기의 원동수단은 수력이나 파력 또는 풍력 등을 이용할 수도 있고 비상발전 등의 목적으로 옥내에 설치되는 발전기의 경우에는 가솔린 또는 디젤 엔진 등을 사용하는 것이 보편적이다.

이에 따라 상기의 원동수단으로부터 회전력이 로터(21)에 전달되어 상기의 로터(21)가 고속으로 회전을 하게 되면 여자된 상태의 로터(21)에 축적되는 열과 상기 로터 및 스테이터 간의 자기 유도 작용 및 공기와의 회전 간섭에 의해 발생하는 열로 인하여 상기 발전기(20)의 내부 온도는 점차 상승하게 되는 것이다.

그러나, 상기 발전기(20)의 내부 온도가 지나치게 상승할 경우 자력의 저하나 자장의 유도 방해로 인해 발전 효율이 저하되는 문제점이 있어 상기의 열기를 신속하게 방출시키는 것이 매우 중요한 것인데, 통상적인 발전기는 그 내부 온도가 15~20℃인 경우 전도율이 가장 좋아 발전기의 최적 상태를 유지할 수 있는 것으로 알려져 있다.

이에 따라 본 발명에서는 상기의 발전기(20)에 별도의 방열팬(31)을 장착하여 상기 발전기(20)의 내부 온도가 상승하는 경우 상기 방열팬(31)을 작동시켜 발전기(20)의 내부 공기를 신속하게 배출시킬 수 있도록 한 것이다.

즉, 발전기(20)의 하부 일측에는 흡기공(23)을 형성하고, 발전기(20)의 상부 일측에는 배기공(24)을 형성하되, 상기 배기공(24)의 상측으로는 내부에 방열팬(31)과 컨트롤러(32)가 내장된 냉각제어부(30)를 고정 설치하고, 상기 컨트롤러(32)로부터 연결된 별도의 온도센서(33)는 상기 발전기(20)의 내부에 설치한 것이다.

이에 따라 발전기(20)의 내부 온도를 상기 온도센서(33)에 의해 감지하여 내부 온도에 따라 상기 방열팬(31)이 자동으로 작동되게 한 것이다.

즉, 발전기(20)의 초기 구동시에는 외기 온도와 발전기(20)의 내부 온도가 거의 동일할 것이므로 이때에는 방열팬(31)이 작동되지 아니하고, 발전기(20)의 지속적인 구동을 통해 온도센서(33)에 의해 발전기(20)의 내부 온도 상승이 감지되면, 상기의 컨트롤러(32)는 온도센서(33)에 의해 감지된 설정 온도에 따라 저온일 경우에는 방열팬(31)을 작동시키지 아니하는 반면 설정 온도 이상의 온도가 감지되면 상기 방열팬(31)에 전원을 인가시켜 자동으로 작동되게 한 것이다.

따라서, 상기의 방열팬(31)이 작동하면서 발전기(20) 내부의 공기를 배기공(24)을 통해 외부로 배출시키는 것이며, 발전기(20) 내부의 공기가 배출되면 서 발생하는 압력차에 의해 상기 흡기공(23)을 통해 외부의 공기가 발전기 내부로 유입되는 것이다.

이와 같은 공기의 순환에 의해 상기 발전기(20)의 내부 온도는 외부 온도와 거의 동일한 수준을 지속적으로 유지하게 되므로 고열에 의해 발전 효율이 저하되는 등의 문제점을 개선시킬 수 있는 것이다.

여기서, 상기의 방열팬(31)은 비엘디시 모터에 의해 구동되는 것을 사용하는 것이 가장 이상적인데, 일반적으로 비엘디시 모터(BLDC Motor;무정류자 전동기)는 종래의 브러쉬(Brush)를 부착한 직류 전동기와 같은 기계적인 접점을 가지지 않으므로 잡음이 발생되지 않고 수명도 길어지는 장점이 있기 때문에 각종 산업용 기기 및 가전기기는 물론 운송기기 등의 전동기로서 널리 사용되고 있는 것으로, 통상의 직류모터에서 브러쉬와 정류자를 삭제하고 이를 전자적인 정류 기구로 대체한 것인데 기계적 또는 전기적인 노이즈를 줄임은 물론 저속에서 고속까지 다양한 속도로 제어가 가능한 모터를 말하는 것으로서, 브러쉬리스 직류모터(brushless direct currency motor)라고도 한다.

따라서, 상기와 같이 비엘디시 모터로 된 방열팬(31)은 매우 정숙한 상태에서 자유로운 회전속도의 조절이 가능하므로 발전기(20)의 내부 온도에 따라 회전속을 가감하면서 상기 발전기(20)의 내부 온도가 항상 일정한 수준을 유지할 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 공기 순환방식을 통해 내부의 온도를 저감시키는 경우 외부로부터 유입되는 공기 속에 포함된 분진이나 이물질에 의해 로터(21) 및 스 테이터(22)의 오염이 발생하는 문제점을 개선하기 위하여, 도 4의 도시와 같이 상기 발전기(20)의 흡기공(23)에 개구된 상태의 고정캡(25)을 결합 형성하되, 상기 고정캡(25)의 내측에 별도의 걸름망(26)을 삽입 형성함으로써, 상기 흡기공(23)으로 유입되는 공기에 포함된 분진이나 이물질이 상기의 걸름망(26)에 의해 필터링되게 하여 본 발명에 따른 발전기(20)를 장기간 사용하더라도 분진이나 이물질에 의한 발전 효율의 감소를 개선할 수 있는 것이다.

또한, 일반적인 발전기(20)는 동절기에 사용할 경우 저온 상태에서 최적의 발전 효율을 나타내지 못하는 것으로 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 도 6의 도시와 같이 상기 발전기(20)의 내부에 열선(27)을 형성함으로써, 동절기에 발전기(20)를 사용하고자 하는 경우에는 온도센서(33)에 의해 발전기(20)의 내부 온도를 체크하여 그 내부온도가 적어도 10℃ 이하일 경우에는 발전 효율에 영향을 끼치므로 상기의 열선에 전원을 공급하여 발전기(20)의 내부 온도가 빠르게 상승되어 최적의 상태가 되게 하는 것이며,

열선(27)의 발열에 의해 발전기(20)의 내부 온도가 적어도 10℃ 이상으로 상승된 경우 상기의 발전기(20)가 구동되게 하면 발전기(20)의 내부 부하를 예방하면서도 충분한 발전 효율을 얻을 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같이 발전기(20)가 구동됨에 따라 발전기(20)의 내부 온도가 상승되면 열선(27)으로 인가된 전원을 차단하는 동시에 내부 온도가 설정된 온도 이상으로 상승하면 상기의 온도를 온도센서(33)에 의해 감지하여 자동으로 방열팬(31)이 작동되게 하므로 일정 수준의 온도로 발전기(20)가 안정적으로 구동 될 수 있게 하는 것이다.

따라서, 소음 감소는 물론 제작 및 생선성이 크게 향상되는 것이며, 온도가 상승된 경우 또는 상승 상태인 경우에만 온도 차에 따라 방열팬(31)의 회전속을 달리하면서 발전기(20)의 내부 온도가 최적 상태를 유지할 수 있게 하므로 매우 경제적이면서도 효율적인 것이며, 로터(21) 자체의 경량화를 실현하여 인가 에너지인 원동수단의 동력 손실을 최소화할 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일반적인 발전장치의 전체 구성도

도 2는 일반적인 발전장치에 있어 발전기의 내부를 보인 단면 확대도

도 3은 본 발명에 따른 발전장치의 전체 단면도

도 4는 본 발명에 따른 발전장치의 다른 실시예를 보인 부분 확대 단면도

도 5는 본 발명에 따른 발전장치의 또 다른 실시예를 보인 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 발전기 21 : 로터

22 : 스테이터 23 : 흡기공

24 : 배기공 25 : 고정캡

26 : 걸름망 27 : 열선

30 : 냉각제어부 31 : 방열팬

32 : 컨트롤러 33 : 온도센서

Claims (4)

1. 원동수단의 회전력이 발전기(20) 내부의 로터(21)로 전달되어, 상기 로터(21) 외측의 스테이터(22)로부터 자기 유도에 의한 전류가 생산되게 하고,

   발전기(20)의 외측 상부에는 방열팬(31)과 컨트롤러(32)가 내장된 냉각제어부(30)를 형성하고, 상기 발전기(20)의 내부에는 상기 컨트롤러(32)와 연결된 온도센서(33)를 장착하며, 상기 발전기(20)의 하부 일측에는 흡기공(23)을 형성하고, 상기 냉각제어부(30)가 위치한 상부 일측에는 배기공(24)을 형성하여,

   발전기(20) 내부의 온도를 상기 온도센서(33)에 의해 감지하여 컨트롤러(32)를 통해 방열팬(31)이 작동하면 발전기(20) 내부의 열기는 배기공(24)을 통해 외부로 배출되고, 외기는 흡기공(23)을 통해 발전기(20) 내부로 유입되어 발전기(20)의 내부 온도가 하강되게 구성한 방열팬을 갖는 발전장치에 있어서,

   방열팬(31)은 비엘디씨 모터로 구성하여 발전기(20) 내부 온도 차에 따른 컨트롤러(32)의 제어에 의해 회전속이 가감되게 구성하고,

   흡기공(23)에는 개구된 고정캡(25)을 결합하고, 상기 고정캡(25)의 내측에 걸름망(26)을 삽입하여, 외부로 유입되고자 하는 분진이나 이물질이 상기 걸름망(26)에 의해 필터링되게 구성하며,

   발전기(20)의 내부에는 열선(27)을 형성하여, 온도센서(33)에 의해 발전기(20)의 내부 온도가 적어도 10℃이하로 감지되면 전원이 인가되는 열선(27)에 의해 발전기(20)의 내부 온도가 상승된 상태에서 구동이 이루어지게 하고, 발전기(20)의 내부 온도가 적어도 10℃ 이상이 되면 열선(27)의 전원이 차단되며 발전기(20)가 구동되어 발전기(20)의 내부 온도 상승에 따라 방열팬(31)이 작동되게 구성함을 특징으로 하는 내부온도에 따라 자동 작동되게 한 방열팬을 갖는 발전장치.
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