KR100930650B1 - 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 엔진 및 다양한 회전체(자전거 등)에 설치하여 사용하는 발전기에 관한 것으로서, 특히 여자 전원 1개로 출력 전원 2개를 선택적으로 사용할 수 있으며, 2개의 출력 전원 중 1개는 DC 충전용으로 나머지 1개는 인버터로 연결하거나 주파수 조정 방식에 의해 안정된 AC 전원으로 사용 가능토록 하며, 브러시레스(brushless) 타입으로 구성하여 고장률을 최소화시킨 발전기를 제공코자 한 것이다.

즉, 본 발명에서는 각종 엔진이나 회전체에 사용되는 발전기(1)에 있어서, 엔진이나 회전체에 선택적으로 고정되는 자성체로 구성한 외부케이스(2)와, 상기 외부케이스(2)의 내측 중앙에 고정되며 엔진이나 회전체 동력으로 구동하는 동력축(4)이 니들베어링(5)으로 지지되게 결합되는 자성체로 구성한 축지부(3)와, 상기 외부케이스(2)에 고정 설치되는 제1고정자(7)와, 상기 제1고정자(7)와 대응하도록 축지부(3)에 고정 설치되며, 정류기(9)와 연결하여 DC 전원을 제공하는 제2고정자(8)와, 상기 제1고정자(7)와 전기적으로 연결되며 AC출력단자(12)와 제2고정자(8)와 연결된 정류기(9)에 각각 연결되는 전환스위치(13)와, 상기 축지부(3)의 중간 외부에 고정된 철심에 권선되며 DC전원이 인가되어 제1고정자(7)와 제2고정자(8)가 고정된 외부케이스(2)와 축지부(3)를 서로 반대 극성을 갖도록 자화시키는 축지부(3)의 축방향과 직각방향으로 권선된 여자코일(6)과, 상기 제1고정자(7)와 제2고정자(8) 사이의 공간에 위치하도록 동력축(4)에 축 결합되어 회전하는 회 전자(10)에 일체로 형성되며 자력감응부(11a)와, 비자력감응부(11b)를 원주방향으로 교대로 배치한 자로 단속용 회전자(11)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 교류와 직류 전원을 동시에 제공할 수 있어 자동차 실내에서의 각종 교류 전원을 사용하는 전자제품 사용이 가능하므로 특히 야외활동 시에 각종 교류전자제품 활용이 가능하며, 브러시레스 타입으로 소음이 적고 마찰저항이 없고 회전자의 관성으로 발전 효율성 향상과 브러시 관련 문제점을 해소할 수 있으므로 발전 효율성 및 경제성이 매우 우수한 발전기를 제공할 수 있는 것이다.

발전기, 여자코일, 자성체, 고정자, 자로 단속용 회전자, 자력감응부, 비자력감응부

Description

발전기{Generator}

본 발명은 각종 엔진 및 자전거 등과 같은 다양한 회전체 등에 설치하여 사용하는 발전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 여자 전원 1개로 출력 전원 2개를 선택적으로 사용할 수 있으며, 2개의 출력 전원 중 1개는 DC 충전용으로 사용토록 하며, 나머지 1개는 인버터로 연결하거나 주파수 조정 방식에 의해 안정된 AC 전원으로 사용 가능토록 하며, 브러시레스(brushless) 타입으로 구성하여 고장률을 최소화 할 수 있는 발전기를 제공코자 한 것이다.

각종 자동차나 선박 또는 자전거 등 산업전반에서 이동 가능한 운송수단 내지는 이동수단에서는 배터리에 축전된 전원을 주 전원으로 사용하고 있다.

상기 배터리 방전시 충전을 위해서는 엔진이 구동 할 시에 함께 기동하는 알터네이터(alternator;교류발전기)를 이용하고 있다.

일예로, 자동차에 장착되어 있는 알터네이터는 교류(AC)전원을 자동차에 부합하는 직류(DC)전원으로 교환하는 정류기가 내장되어 있으며, 정류기를 통해서 제공되는 12~24V의 직류 전원은 배터리 충전 및 차량에 장착되어 있는 전장품에 전원을 공급하는 것이다.

한편 근자에는 RV차량이 보편적으로 보급되어 있고, 자동차 내에서 각종 교류 전자제품을 사용하는 빈도가 증가하고 있으나, 자동차에서 제공되는 전원의 경우 교류(AC)전원을 정류기를 통해서 직류로 공급되게 구성되어 있어 가정 등에서 일반적으로 사용하는 각종 전기제품들의 사용이 불가능하였다.

이러한 불편을 해소하기 위한 수단으로는 자동차 실내의 잭에 꽂아서 사용하는 인버터(inverter)가 사용되고 있으나, 이는 안정된 전원 공급이 어렵고, 실내가 배선 등으로 어지럽고, 호환성도 떨어지는 등 다수의 문제점을 안고 있어 널리 보급되지 못하고 있어 이러한 제반 문제점을 일소할 수 있는 새로운 발전기 개발이 절실히 요망되었던 것이다.

이에 본 발명에서는 종래 차량이나 산업용 엔진 등에 사용되고 있는 발전기(alternator; 교류발전기)가 갖는 제반 문제점을 일소함과 아울러 다양한 엔진 및 자전거 동력축 등 다양한 회전체에 연결 사용할 수 있는 발전기를 제공코자 하는 것으로서,

특히, 본 발명에서는 여자 전원 1개로 AC 전원과 DC 전원을 선택적으로 공급받을 수 있는 발전기를 제공하며, 또한 발전기를 브러시레스 타입으로 구성하여 고장률도 최소화 할 수 있도록 한 발전기를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것으로서,

본 발명에서는 여자 전원 1개로 AC전용으로 전원을 제공하는 제1고정자와 정 류기와 연결하여 사용하는 제2고정자를 마련하여 각각 AC와 DC 전원을 생산할 수 있게 함으로 해서 자동차 내에서 안정된 교류 전원을 제공 받을 수 있게 하였다.

그리고 본 발명에서는 여자코일에 의해 제공되는 자력과 제1,2고정자에 권선되어 있는 코일이 정지된 상태에서 전력을 생산할 수 있게 구성하며, 브러시레스 타입의 발전기를 제공하여 장치의 고장률 감소와 더불어 마찰저항을 줄여서 발전 효율성을 극대화시킬 수 있는 발전기를 제공코자 하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 발전기는 각종 엔진 및 회전체 등에 고정되어 여자코일에 의해 자성체로 구성되는 외부케이스와, 상기 외부케이스의 내측 중앙에 고정되며 각종 엔진 또는 회전체로부터 발생되는 동력에 의해 회전구동하는 동력축이 베어링으로 회전 가능하게 지지되는 자성체로 구성한 축지부와, 상기 외부케이스에 고정 설치되는 제1고정자와, 상기 제1고정자와 대응하도록 축지부에 고정 설치되며, 정류기와 연결하여 DC 전원을 제공하는 제2고정자와, 상기 제1고정자와 전기적으로 권선 연결되며 AC출력단자와 제2고정자와 권선 연결된 정류기에 각각 연결되는 전환스위치와, 상기 축지부의 중간 외부에 고정된 철심에 권선되며 DC전원이 인가되어 제1고정자와 제2고정자가 고정된 외부케이스와 축지부를 서로 반대 극성을 갖도록 자화시키는 여자코일과, 상기 제1고정자와 제2고정자 사이의 공간에 위치하도록 동력축에 축결합되어 회전하는 회전자에 일체로 형성되며 자력감응부와, 비자력감응부를 원주방향으로 교대로 배치한 자로 단속용 회전자로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 발전기를 사용할 경우 교류와 직류 전원을 동시에 제공할 수 있어 각종 자동차 등에서도 각종 전자제품 사용이 가능하므로 특히 야외활동 시에 각종 전자제품 활용이 가능하며, 또한 브러시레스 타입으로 발전기를 구성하여 소음이 적고 마찰저항이 없어 발전 효율성 향상과 브러시 사용시 발생되는 제반 문제점을 일소할 수 있는 것이다.

이하에서 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 발전기(1)의 바람직한 일 실시예를 보인 단면도를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 발전기(1)는 도시된 바에 의하면 각종 엔진(100) 또는 다양한 회전체 등에 부착 고정 할 수 있도록 제작되고 입구 쪽이 개방되는 자성체(스틸)로 이루어진 외부케이스(2)의 내측 중앙에 동력축(4)을 니들베어링(5)으로 지지되게 결합한 축지부(3)를 설치한다. 상기 외부케이스(2)의 형상은 본 발명의 발전기(1)를 설치하는 여건에 따라 고정브라켓 부위의 형상 및 동력축 연결을 위한 풀리의 축설치 등은 도 3,4와 같이 다양하게 변경 실시할 수 있음은 물론이다.

상기 축지부(3)는 자성체(스틸)로 제작되며, 중간부분 외부에는 DC전원이 인가되는 철심에 코일을 축과 직각방향으로 여자코일(6)을 권선시킨다.

상기 외부케이스(2)의 개방된 입구 쪽과 이에 대응하는 축지부(3)에는 각각 AC전용으로 전원을 제공하는 제1고정자(7)와, 외부케이스(2) 내부에 고정 설치되는 정류기(9)와 연결하여 사용하는 제2고정자(8)를 각각 고정 설치한다.

상기 제1고정자(7)와 제2고정자(8)에 권선되는 코일 중 제1고정자(7)에 권선되는 코일은 자동차 엔진(100) 등을 일정 회전수(rpm)로 아이들링 시킬 때 AC전원을 제공받을 수 있도록 권선한다.

상기 제1고정자(7)와 제2고정자(8) 사이의 공간에는 동력축(4)에 축 결합되어 회전하는 회전자(10)에 일체로 형성되는 자로 단속용 회전자(11)를 설치한다.

그리고 상기 제1고정자(7)에는 AC출력단자(12) 및 제2고정자(8)와 연결된 정류기(9)에 연결되는 전환스위치(13)를 연결하여 필요시 AC출력단자(12)를 통해서 안정된 AC전원을 출력하여 사용할 수 있게 한다.

상기 제1고정자(7)에 의해 생산되는 AC전원은 가정 등에서 사용하는 각종 생활용품을 사용할 수 있도록 110~220V가 바람직하며, 정류기(9)를 통해서 제공되는 DC전원을 다양한 차량에서 차량용 전원으로 사용할 수 있도록 12~24V가 바람직하다.

도 2는 본 발명에서 제공하는 발전기(1)의 A-A 선을 따라 단면한 측단면도를 도시한 것이다.

도시된 바에 의하면 외부케이스(2)에 고정된 제1고정자(7)와 축지부(3)에 고정된 제2고정자(8)가 일정 간격을 두고 동심원 형상으로 배치되어 있으며, 이들 제1고정자(7)와 제2고정자(8) 사이에 자로 단속용 회전자(11)가 배치되어 있다.

상기 제1고정자(7)와 제2고정자(8)는 도시된 바에 의하면 4개가 배치되어 있으나, 이들의 개수는 가감될 수 있으며, 안정된 전원을 얻기 위해서는 제1 고정자(7)와 제2고정자(8)를 적어도 4~8개 정도 배치되게 함이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 상기 자로 단속용 회전자(11)는 도시된 바와 같이 자성에 감응할 수 있는 스틸 등의 재질로 이루어진 자력감응부(11a)와, 자성에 감응하지 않는 알루미늄 등과 같이 비자성체 재질로 이루어진 비자력감응부(11b)를 원주방향으로 교대로 배치한 구성으로 이루어지며, 이러한 구성은 외부케이스(2)와 축지부(3) 쪽에서 제공되는 자력을 통과 혹은 차단하는 기능을 갖는다.

한편, 본 발명에서는 외부케이스(2)가 노출형으로 도시되어 있으나, 자동차의 엔진(100) 등에 고정할 경우 외부에 자력이 감응되지 않은 소재로 구성된 케이스를 씌워서 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 발전기(1)는 도 5에서 보는 바와 같이 외부케이스(2) 내부를 양분하여 단일의 동력축(4) 양측으로 대칭되도록 전기한 구성의 발전기(1)를 설치하여 2종류의 전원을 생산할 수 있도록 한 것이다. 이와 같은 실시예에서는 제1,2고정자(7,8) 중의 1곳만 권선을 하여 A,B를 좌우 다르게 회로를 구성하여 A 및 B부 2종류의 전원을 생산할 수 있는 것이다. 도시한 예는 제2고정자(8)에만 권선을 행한 경우이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 발전기(1)는 도 3 내지 도 4와 같이 엔진(100)이나 다양한 회전체의 동력축(4)에 설치되는 풀리(14)를 벨트(15)로 연결하거나, 혹은 엔진(100)이나 다양한 회전체의 구동축과 직렬로 연결할 수 있는 것으로서, 엔진(100)을 구동함과 동시에 축지부(3)에 설치되어 있는 여자코일(6)에도 DC전원이 인가된다.

이때 여자코일(6)에 의해 축지부(3)는 도 1에서 보는 바와 같이 제1고정자(7)가 고정된 외부케이스(2) 쪽이 N극으로 자화되면, 제2고정자(8)가 고정된 축지부(3) 쪽은 S극으로 자화된다.

이러한 상태에서 동력축(4)에 결합되어 있는 회전자(10)가 고속 회전되며, 회전자(10)와 일체로 형성된 자로 단속용 회전자(11)가 제1고정자(7)와 제2고정자(9) 사이에서 회전하게 된다.

이때 자로 단속용 회전자(11)의 경우 스틸로 구성된 자력감응부(11a)와 알루미늄으로 구성된 비자력감응부(11b)가 교대로 형성되어 있어, 제1고정자(7)와 제2고정자(8)에서는 자력선에 의해 AC전력이 생산되며, 제2고정자(8)에서 생산된 전력은 정류기(9)를 통해서 자동차, 선박 등의 기존 전력라인으로 공급된다.

그리고 제1고정자(7)에서 생산된 전력은 AC출력단자(12)와 제2고정자(8)와 연결된 정류기(9)에 연결되는 전환스위치(13)로 공급되는데, 상기 전환스위치(13)의 경우 평상시에는 정류기(9) 쪽으로 연결되어 있으므로, AC전원을 사용코자 할 시에는 엔진(100)을 아이들링 상태로 하고 전환스위치(13)를 AC출력단자(12) 쪽으로 전환하면 안정된 AC전원을 제공받을 수 있는 것이다.

그리고 엔진(100)의 회전수가 틀려지면 엔진 회전수를 조절하여 일정한 주파수의 전원을 얻을 수 있도록 일반적으로 사용되고 있는 가바나(governor)를 사용토록 한다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 하나의 구체적인 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 발전기는 각종 엔진 및 회전체에 연결하여 DC와 AC 전원을 동시에 얻을 수 있어 사용자 편의성 증대 및 관련 산업 발전에 크게 기여할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 발전기의 바람직한 일 실시예를 보인 단면도

도 2는 본 발명에서 제공하는 발전기의 바람직한 일 실시예를 보인 A-A 선 단면도

도 3은 본 발명에서 제공하는 발전기를 엔진 동력축에 설치되는 풀리를 통해 벨트로 연동토록 한 경우를 보인 개략적인 구성도

도 4는 본 발명에서 제공하는 발전기를 엔진의 구동축과 동력축을 직렬로 연결한 상태를 보인 개략적인 구성도

도 5는 본 발명에서 제공하는 발전기의 일부 다른 실시예를 보인 단면 구성도

도 6은 도 5와 같은 실시예의 회로 구성도

■도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: 발전기 2: 외부케이스

3: 축지부 4: 동력축

5: 니들베어링 6: 여자코일

7: 제1고정자 8: 제2고정자

9: 정류기 10: 회전자

11: 자로 단속용 회전자 11a: 자력감응부

11b: 비자력감응부 12: AC출력단자

13: 전환스위치 100: 엔진

Claims (2)

1. 각종 엔진이나 회전체에 사용되는 발전기(1)에 있어서,

   엔진이나 회전체에 선택적으로 고정되는 자성체로 구성한 외부케이스(2)와,

   상기 외부케이스(2)의 내측 중앙에 고정되며 엔진이나 회전체에서 발생되는 동력에 의해 구동하는 동력축(4)이 니들베어링(5)으로 지지되게 결합되는 자성체로 구성한 축지부(3)와,

   상기 외부케이스(2)에 고정 설치되는 제1고정자(7)와,

   상기 제1고정자(7)와 대응하도록 축지부(3)에 고정 설치되며, 정류기(9)와 연결하여 DC 전원을 제공하는 제2고정자(8)와,

   상기 제1고정자(7)와 전기적으로 연결되며 AC출력단자(12)와 제2고정자(8)와 연결된 정류기(9)에 각각 연결되는 전환스위치(13)와,

   상기 축지부(3)의 중간 외부에 고정된 철심에 권선되며 DC전원이 인가되어 제1고정자(7)와 제2고정자(8)가 고정된 외부케이스(2)와 축지부(3)를 서로 반대 극성을 갖도록 자화시키는 축지부(3)의 축방향과 직각방향으로 권선된 여자코일(6)과,

   상기 제1고정자(7)와 제2고정자(8) 사이의 공간에 위치하도록 동력축(4)에 축 결합되어 회전하는 회전자(10)에 일체로 형성되며 자력감응부(11a)와 비자력감응부(11b)를 원주방향으로 교대로 배치한 자로 단속용 회전자(11)로 구성한 것을 특징으로 하는 발전기.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 외부케이스(2) 내부를 양분하여 단일의 동력축(4) 양측으로 좌우 대칭형의 발전기(1)를 구성하며, 상기 동력축(4) 양측의 제1,2고정자(7,8)중 1곳만 권선을 하여 단일의 동력축(4)으로 2종류의 전원을 생산할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 발전기.

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