KR102535350B1 - 발전기의 인코더용 진동저감장치 - Google Patents

발전기의 인코더용 진동저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 인코더에 대해 설치되어 인코더로 전달되는 진동을 효과적으로 저감할 수 있는 발전기의 인코더용 진동저감장치에 관한 것으로, 엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하고, 발전기의 여자기 회전자를 지지하는 여자기 허브; 상기 여자기 허브 내에서 일단이 상기 크랭크 샤프트에 연결된 연장 샤프트; 상기 연장 샤프트의 타단에서 어댑터를 매개로 하여 연결된 인코더; 및 상기 어댑터와 상기 여자기 허브를 연결하고, 상기 연장 샤프트의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수의 연결부재를 포함할 수 있다.

Description

발전기의 인코더용 진동저감장치 {APPARATUS FOR REDUCING VIBRATION FOR ENCODER OF GENERATOR}
본 발명은 예컨대 선박의 메인 엔진에 직접 장착되는 발전기에서 인코더의 진동을 저감할 수 있는 발전기의 인코더용 진동저감장치에 관한 것이다.
선박을 추진하는 데에 사용되는 메인 엔진의 에너지 효율을 향상시키기 위해, 프로펠러의 구동축에 축발전기가 적용될 수 있다. 이러한 축발전기는 통상 메인 엔진과 프로펠러 사이의 구동축에 직접 설치되거나, 기어 박스를 매개로 구동축과 구동축에 평행한 축발전기의 회전축을 연동시켜 증속된 회전속도로 발전할 수 있게 설치된다.
전술한 형태로 축발전기를 배치하는 경우에, 메인 엔진과 프로펠러 사이에 발전기가 위치함에 따라 설치공간이 크게 요구되며, 선박 내 엔진룸의 크기가 축방향으로 증대되어 선박의 적재량을 감소시키는 단점이 있다. 이 때문에, 메인 엔진의 앞 끝 부분, 즉 프로펠러의 반대쪽으로 프로펠러로부터 멀리 떨어진 메인 엔진의 끝 부분에 발전기를 직접 설치하는 구성이 제안되고 있다.
한편, 선박의 메인 엔진은 실린더, 피스톤, 크랭크 샤프트 등을 포함할 수 있다. 크랭크 샤프트는 베어링에 의해 지지됨과 더불어, 커넥팅 로드에 의해 실린더 내 피스톤과 연결됨으로써, 피스톤의 왕복 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 한다. 이러한 크랭크 샤프트에 발전기를 설치하면 에너지 효율을 높일 수 있을 것이다.
여기서, 크랭크 샤프트에 인코더가 연결되어 회전수를 측정할 수 있다. 하지만, 메인 엔진에서 발생되는 진동이 크랭크 샤프트를 통해 인코더로 전달되어, 인코더에서 출력되는 값의 오차를 높이는 악영향을 주게 된다. 따라서, 인코더로 전달되는 진동을 효과적으로 줄일 수 있는 수단이 요구된다.
(특허문헌 1) KR 2020-0112685 A
본 발명은, 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 인코더에 대해 설치되어 인코더로 전달되는 진동을 효과적으로 저감할 수 있는 발전기의 인코더용 진동저감장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 인코더용 진동저감장치는, 엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하고, 발전기의 여자기 회전자를 지지하는 여자기 허브; 상기 여자기 허브 내에서 일단이 상기 크랭크 샤프트에 연결된 연장 샤프트; 상기 연장 샤프트의 타단에서 어댑터를 매개로 하여 연결된 인코더; 및 상기 어댑터와 상기 여자기 허브를 연결하고, 상기 연장 샤프트의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수의 연결부재를 포함하고, 상기 인코더는, 인코더 본체로부터 연장하고 상기 인코더 본체에 대해 회전가능한 인코더 회전축을 구비하고, 상기 인코더 본체는 발전기 하우징의 외면에 장착되며, 상기 인코더 회전축은 상기 발전기 하우징을 관통하고, 상기 어댑터는 상기 연장 샤프트의 타단과 상기 인코더 회전축의 단부 사이에 개재될 수 있다.
본 발명에 의하면, 진동저감장치가 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 인코더에 대해 설치됨으로써, 인코더로 전달되는 진동을 효과적으로 저감시켜, 출력값의 오차를 최소화하고 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감장치가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감장치를 도시한 도면이다.
도 3은 어댑터를 도시한 일측면도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감장치가 적용되고 엔진에 직접 장착된 발전기를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감장치를 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 인코더용 진동저감장치는, 여자기 허브(10), 연장 샤프트(20), 인코더(30), 및 복수의 연결부재(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 인코더용 진동저감장치는 엔진(3)에 직접 장착된 발전기(Engine Mounted Generator, EMG; 2)에 적용될 수 있다. 이러한 발전기는 선박에 사용될 수 있으나, 그 사용처는 반드시 이에 한정되지 않는다.
엔진(3)에 직접 장착된 발전기(2)의 회전자(4)는, 엔진을 구성하는 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 엔진에 직접 장착된 발전기가 선박에 사용되는 경우에, 크랭크 샤프트의 타측 단부에는 선박의 프로펠러(미도시)가 연결되어 선박에 동력을 제공할 수 있다.
여기서, 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에는, 대략 고리 형상의 튜닝 휠(5)이 견고하게 고정되어 크랭크 샤프트와 함께 회전할 수 있다.
예컨대, 튜닝 휠(5)의 방사상 바깥쪽 단부에는 발전기(2)의 허브(6) 및 회전자(4)의 조립체가 장착될 수 있다. 이로써, 회전자는 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에 연결될 수 있다.
엔진(3)에 직접 장착된 발전기(2)의 고정자(7)는, 발전기를 구성하는 발전기 하우징(8)에 고정되게 장착될 수 있다. 이에 따라 발전기 하우징은 고정자를 위한 지지구조물로 작용할 수 있다.
엔진(3)의 크랭크 샤프트(1)에 연결된 회전자(4)는, 엔진에 결합된 발전기 하우징(8)에 장착된 고정자(7) 내에 삽입되어 고정자와 대면하도록 설치될 수 있다.
이와 같이 회전자(4)는 엔진(3)의 크랭크 샤프트(1)와 결합하고 고정자(7)는 발전기 하우징(8)에 장착된 상태에서, 회전자와 고정자가 서로 대면하게 배치됨으로써, 엔진에 직접 장착된 발전기(2)가 구성될 수 있게 된다.
발전기 하우징(8) 내에는 여자기(9)가 설치될 수 있다. 여자기는, 크랭크 샤프트(1)의 일측 단부에 결합된 여자기 허브(10); 여자기 허브에 장착되어 크랭크 샤프트와 동일한 속도로 회전하는 여자기 회전자(11); 및 여자기 회전자와 소정의 간극을 두고 대면하도록 발전기 하우징의 내주면에 장착된 여자기 고정자(12)를 포함할 수 있다.
여자기 허브(10)는 대략 관 형상으로 형성되고, 양측면에는 각각 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 형성된 복수의 나사홀을 포함할 수 있다. 여자기 허브는, 튜닝 휠(5)의 방사상 안쪽에서 크랭크 샤프트(1)의 단부에 복수의 나사로 결합되고 크랭크 샤프트와 동축으로 배치될 수 있다. 이로써, 여자기 허브는 크랭크 샤프트와 함께 회전하면서, 여자기 회전자(11)를 지지할 수 있는 구조물로서의 역할을 수행할 수 있다.
여자기 회전자(11)는, 복수의 여자기 회전자용 코어와, 이 코어에 권취된 여자기 회전자용 권선을 포함할 수 있다.
여자기 회전자(11)의 코어는 얇은 복수의 규소 강판을 고리 형상으로 가공하여 여자기 허브(10)에 규소 강판의 두께방향, 즉 여자기 허브의 축방향으로 적층하여 구비될 수 있다. 이렇게 만들어진 코어는 철손이 적고 투자율이 커서 우수한 자성 특성을 갖는다. 이러한 여자기 회전자의 코어는 여자기 허브에 의해 지지될 수 있다.
여자기 회전자(11)의 권선은 여자기 회전자의 코어의 주변에 감길 수 있다. 이때, 여자기 회전자의 코어의 외주면에는 홈이 형성될 수 있다. 이러한 여자기 회전자의 권선은 코어에 감겨 여자기 허브(10)에 의해 지지될 수 있다.
이로써, 여자기 회전자(11)는 여자기 허브(10) 및 크랭크 샤프트(1)와 함께 회전할 수 있다.
여자기 고정자(12)는, 방사상 안쪽에 여자기 회전자(11)가 축선을 중심으로 회전할 수 있는 공간을 구비하며, 이 공간의 외측에는 여자기 고정자용 코어와, 이 코어에 권취된 여자기 고정자용 권선을 포함할 수 있다.
여자기 고정자(12)의 코어는 얇은 복수의 규소 강판을 코어 형상으로 가공하고 규소 강판의 두께방향, 즉 여자기 허브(10)의 축방향으로 적층하여 제작된 것을 채용한다.
여자기 고정자(12)의 코어는 발전기 하우징(9)의 내주면에 끼워져 발전기 하우징에 의해 지지될 수 있다. 코어에는 여자기 고정자의 권선이 설치될 수 있다. 이를 위해 코어의 내주면에는 예를 들어 권선이 감길 수 있는 복수의 요크가 원주방향을 따라 서로 이격되어 형성될 수 있다. 권선이 각 요크에 감길 수 있다.
여자기 고정자용 권선의 단부는 외부로부터 직류 전원을 공급받기 위해 전원 단자(미도시)에 접속될 수 있다. 이에 의해, 직류 전원을 공급받은 여자기 고정자용 권선은 여자기 고정자용 코어에 고정 자계를 형성한다.
이와 같이 구성된 여자기 고정자(12)는 발전기 하우징(8)에 의해 지지됨으로써, 여자기 고정자는 여자기 회전자(11)가 내부에 삽입된 상태에서 여자기 회전자와 대면하도록 배치될 수 있게 된다.
엔진(3)이 구동되면 여자기 회전자(11)는 크랭크 샤프트(1)와 연동되어 회전할 수 있다. 여자기 고정자(12)는 발전기 하우징(8)에 장착된 상태에서 여자기 회전자와 대면하게 배치되어, 여자기 회전자의 회전에 따른 전자기력에 의해 전기적 출력(직류)을 발생시킨다.
구체적으로, 여자기 회전자(11)가 여자기 고정자(12) 내에서 여자기 허브(10)와 함께 회전하고, 여자기 회전자용 권선을 따라 유도 전류가 발생하게 되며, 이 전류는 여자기 회전자용 권선의 단부를 통해 출력되게 된다. 예를 들어, 출력되는 유도 전류는 다이오드에 의해 정류되어 발전기(2)의 회전자(4)를 구성하는 권선으로 전달될 수 있다.
이와 같이 여자기(9)에서 전기적 출력이 생성되고 발전기(2)의 계자에 공급될 수 있다.
연장 샤프트(20)는 여자기 허브(10) 내에 배치되고, 일단이 크랭크 샤프트(1)에 동심으로 연결될 수 있다. 연장 샤프트는 대략 밀폐된 원통 형상의 부재로서, 내부에 중공부가 형성될 수 있으며, 상기 일단에 크랭크 샤프트와 결합하기 위한 플랜지(21)가 형성될 수 있다.
연장 샤프트(20)의 플랜지(21)에는 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 형성된 복수의 나사홀을 포함할 수 있다. 연장 샤프트의 플랜지는, 여자기 허브(10)의 방사상 안쪽에서 크랭크 샤프트(1)의 단부에 복수의 나사로 결합될 수 있다.
하지만, 연장 샤프트(20)의 형상과 결합방식은 전술한 예에 한정되지 않으며, 예를 들어, 중실의 봉형상으로 형성되거나, 플랜지 없이 나사 또는 용접 등에 의해 결합할 수도 있다.
이로써, 연장 샤프트(20)는 크랭크 샤프트(1)와 함께 회전할 수 있다.
인코더(30)는 연장 샤프트(20)의 타단에 연결될 수 있다. 인코더는 연장 샤프트의 회전수, 즉 크랭크 샤프트(1)의 회전수를 측정하고, 엔진의 회전속도와 위상을 출력할 수 있다. 이러한 인코더는 시중에서 구입가능하며, 구성 및 작동원리가 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
다만, 인코더(30)는 인코더 본체(31)로부터 연장하고 인코더 본체에 대해 회전가능한 인코더 회전축(32)을 구비하고 있다. 인코더 본체는 발전기 하우징(8)의 외면에 고정되게 장착할 수 있으며, 인코더 회전축은 인코더 본체로부터 연장하여 발전기 하우징을 관통한 후 그 단부가 연장 샤프트(20)와 동심으로 연결될 수 있다.
이로써, 인코더 회전축(32)은 연장 샤프트(20) 및 크랭크 샤프트(1)와 함께 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 인코더용 진동저감장치는, 연장 샤프트(20)의 타단과 인코더 회전축(32)의 단부 사이에 어댑터(40)가 개재될 수 있다.
도 3은 어댑터를 도시한 일측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 어댑터(40)는, 연장 샤프트(20)의 타단에 결합하는 제1 판부재(41), 인코더 회전축(32)의 단부에 결합하는 제2 판부재(42), 및 제1 판부재와 제2 판부재를 연결하는 복수의 리브(43)를 포함할 수 있다.
제1 판부재(41)에는 연장 샤프트(20)의 타단에 결합하기 위해 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 제1 나사홀(44)이 형성될 수 있다. 연장 샤프트의 타단에도 복수의 나사홀이 제1 나사홀에 대응되게 형성될 수 있다. 나사홀과 제1 나사홀이 서로 정렬된 후 나사에 의해 체결됨으로써, 어댑터(40)와 연장 샤프트는 견고하게 결합될 수 있다.
제2 판부재(42)에는 인코더 회전축(32)의 단부에 결합하기 위해 중앙에 결합공(45)이 형성될 수 있다. 인코더 회전축의 단부가 결합공에 삽입되어 억지끼워맞춤으로 고정되거나, 결합공에 삽입된 후 용접되어 고정될 수 있다.
또한, 제2 판부재(42)는, 제1 나사홀(44)과 대응되는 위치에 공구 및 나사가 삽입가능한 크기로 형성된 공구삽입홀(46)이 형성되어, 제1 판부재(41)를 연장 샤프트(20)에 용이하게 결합할 수 있도록 한다.
선택적으로, 제2 판부재(42)는 제1 판부재(41)보다 큰 직경 또는 폭을 가질 수 있다.
복수의 리브(43)는 제1 판부재(41)와 제2 판부재(42) 사이에 고정될 수 있으며, 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다. 리브와 제1 나사홀(44)은 서로 어긋나게 배치되는 것이 좋다.
복수의 연결부재(50)는 어댑터(40)와 여자기 허브(10)를 연결할 수 있다. 이를 위해, 각 연결부재의 양측 단부(52, 53)는 중앙부(51)에 대해 소정의 각도로 절곡 또는 만곡되어 형성될 수 있으며, 양측 단부에는 각각 관통홀이 형성될 수 있다.
연결부재(50)의 일측 단부(52)는 어댑터(40)의 제2 판부재(42)에 결합할 수 있다. 이를 위해, 제2 판부재에는 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 제2 나사홀(48)이 형성될 수 있다. 관통홀과 제2 나사홀이 서로 정렬된 후 나사에 의해 체결됨으로써, 연결부재와 어댑터는 견고하게 결합될 수 있다.
연결부재(50)의 타측 단부(53)는 여자기 허브(10)의 일측면에 결합할 수 있다. 전술한 바와 같이, 여자기 허브의 일측면에는 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 나사홀이 형성될 수 있다. 관통홀과 나사홀이 서로 정렬된 후 나사에 의해 체결됨으로써, 연결부재와 여자기 허브는 견고하게 결합될 수 있다.
적어도 연결부재(50)의 중앙부(41)는 대략 T자 형상의 단면을 가져 굽힘 및 비틀림 하중에 대한 저항력이 향상되고 변형이 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기의 인코더용 진동저감장치를 구성하는 연장 샤프트(20)와 어댑터(40) 및 복수의 연결부재(50)는 예컨대 탄소강 등과 같은 금속재질로 만들어질 수 있다.
이와 같이, 복수의 연결부재(50)가 여자기 허브(10)를 기반으로 하여 연장 샤프트(20)와 인코더 회전축(32) 사이에 위치한 어댑터(40)에 연결됨으로써, 외팔보 형태로 크랭크 샤프트(1)에 연결되는 인코더(30)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
이에 따라, 연장 샤프트(20)와 인코더(30)의 결합에 구조적인 안정성을 부여할 수 있고, 크랭크 샤프트(1)에서 발생하는 진동이 연장 샤프트와 어댑터(40)를 통해 인코더로 전달되는 것을 억제할 수 있으며, 이로써 진동에 의한 인코더의 변위를 최소화할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 진동저감장치가 메인 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 인코더에 대해 설치됨으로써, 인코더로 전달되는 진동을 효과적으로 저감시켜, 출력값의 오차를 최소화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 크랭크 샤프트 2: 발전기
3: 엔진 4: 회전자
5: 튜닝 휠 6: 허브
7: 고정자 8: 발전기 하우징
9: 여자기 10: 여자기 허브
11: 여자기 회전자 12: 여자기 고정자
20: 연장 샤프트 21: 플랜지
30: 인코더 31: 인코더 본체
32: 인코더 회전축 40: 어댑터
41: 제1 판부재 42: 제2 판부재
43: 리브 44: 제1 나사홀
45: 결합공 46: 공구삽입홀
48: 제2 나사홀 50: 연결부재
51: 중앙부 52, 53: 단부

Claims (7)

  1. 엔진의 크랭크 샤프트에 장착되어 회전하고, 발전기의 여자기 회전자를 지지하는 여자기 허브;
    상기 여자기 허브 내에서 일단이 상기 크랭크 샤프트에 연결된 연장 샤프트;
    상기 연장 샤프트의 타단에서 어댑터를 매개로 하여 연결된 인코더; 및
    상기 어댑터와 상기 여자기 허브를 연결하고, 상기 연장 샤프트의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수의 연결부재
    를 포함하고,
    상기 인코더는, 인코더 본체로부터 연장하고 상기 인코더 본체에 대해 회전가능한 인코더 회전축을 구비하고,
    상기 인코더 본체는 발전기 하우징의 외면에 장착되며,
    상기 인코더 회전축은 상기 발전기 하우징을 관통하고,
    상기 어댑터는 상기 연장 샤프트의 타단과 상기 인코더 회전축의 단부 사이에 개재된 발전기의 인코더용 진동저감장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어댑터는,
    상기 연장 샤프트의 타단에 결합하는 제1 판부재,
    상기 인코더 회전축의 단부에 결합하는 제2 판부재, 및
    상기 제1 판부재와 상기 제2 판부재를 연결하는 복수의 리브
    를 포함하는 발전기의 인코더용 진동저감장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 판부재에는 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 제1 나사홀이 형성되고,
    상기 제2 판부재는, 상기 인코더 회전축의 단부와 결합하기 위해 중앙에 형성된 결합공과, 상기 제1 나사홀과 대응되는 위치에 공구 및 나사가 삽입가능한 크기로 형성된 공구삽입홀을 포함하며,
    상기 리브와 상기 제1 나사홀은 서로 어긋나게 배치된 발전기의 인코더용 진동저감장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연결부재의 양측 단부는 중앙부에 대해 소정의 각도로 절곡 또는 만곡되어 형성되고,
    상기 연결부재의 일측 단부는 상기 어댑터의 제2 판부재에 결합하며, 상기 연결부재의 타측 단부는 상기 여자기 허브의 일측면에 결합한 발전기의 인코더용 진동저감장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결부재의 양측 단부에는 각각 관통홀이 형성되고,
    상기 제2 판부재에는 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 제2 나사홀이 형성되어, 상기 연결부재의 일측 단부에 있는 관통홀과 상기 제2 나사홀이 서로 정렬된 후 나사에 의해 체결되며,
    상기 여자기 허브의 일측면에는 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수의 나사홀이 형성되어, 상기 연결부재의 타측 단부에 있는 관통홀과 상기 나사홀이 서로 정렬된 후 나사에 의해 체결되는 발전기의 인코더용 진동저감장치.
  7. 제5항에 있어서,
    적어도 상기 연결부재의 중앙부는 T자 형상의 단면을 갖는 발전기의 인코더용 진동저감장치.
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