KR20110119888A - 복합 에이에프피엠 멀티 발전기 및 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AFPM방식과 RFPM 방식을 결합시킨 AFPM 복합 멀티 발전기 및 모터에 관한 것으로서, 회전축에 수평으로 고정 설치되는 회전자 지지부와, 상기 회전자 지지부에 수직으로 설치되고 서로 마주보는 면이 원호를 이루도록 구성되는 제1,제2회전자 브라켓과, 상기 제1,제2회전자 브라켓과 같은 원호를 이룸과 아울러 서로 마주보는 면에 서로 대응된 극성이 되게 부착 설치되는 제1,제2자석과, 상기 제1,제2회전자 브라켓을 서로 연결하여 상기 제1,제2자석의 자로를 형성하는 요크와, 상기 제1,제2자석의 사이에 삽입 설치되고 자석에 대향한 면이 자석에 대응되는 원호를 이루는 코아와, 상기 회전축과 평행한 방향으로 상기 코아에 권회되는 코일과, 상기 코아를 고정하는 코아 고정부와, 상기 코아 고정부를 고정시키고 상기 회전축에 대해 회전가능하게 설치되면서 하우징을 이루는 고정자 브라켓을 포함하여 구성되고, 상기 코일을 2개의 코일이 설치될 수 있으며, 상기 회전자지지부의 상하면에 동일한 구성의 회전자와 고정자가 설치된 멀티 구성으로 구성될 수 있고, 상기 요크는 회전자지지부의 일부가 요크기능을 하는 일체형으로 구성될 수 있다. 동일한 외형 크기의 발전기/모터의 구조에 비해 본 발명은 회전축과 평행한 방향으로 코일에 권회되어 자석의 각속도를 최대효율로 얻을 수 있고 상하면에 멀티구조로 구성됨으로써 출력을 배가시킬 수 있다.

Description

복합 에이에프피엠 멀티 발전기 및 모터{Multi GENERATOR and MOTOR HAVE COMPLEXED AFPM and RFPM}

본 발명은 복합 에이에프피엠(AFPM; Axial Flux Permanent Magnet) 멀티 발전기 및 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AFPM과 알에프피엠(RFPM;Radial Flux Permanent Magnet)의 장점을 복합한 복합 AFPM 발전기 구조에서 자석과 코일이 기존의 AFPM보다 축에서 멀리 배치되게 구성하여 코일을 지나는 자석의 각속도를 증가시킬 수 있도록 함으로써 출력을 증가시킬 수 있도록 한 복합 에이에프피엠 멀티 발전기 및 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기는 자석이 설치된 회전자와 코일이 설치된 고정자가 구비되고, 회전자가 회전축에 고정설치되어 회전될 때 발생되는 자기력선에 의해 고정자 코일에 전압이 유기되는 구성이고, 모터는 역으로 코일에 전압을 가하면 회전자가 회전되는 구조이다. 이러한 모터 및 발전기의 구조에서 에이에프피엠(AFPM; Axial Flux Permanent Magnet)구조는 요크가 형성되어 자석에 의해 형성되는 자기장의 자로를 연결시켜준다는 점에서 누설자속을 최소화한다는 장점이 있으며, 알에프피엠(RFPM;Radial Flux Permanent Magnet) 구조는 역기전력이 생성되어 출력 효율이 증가된다는 장점이 있다.

본 출원인에 의해 선출원된 특허출원 2009-0109503호에는 에이에프피엠의 누설자속 최소화라는 장점과 알에프피엠의 역기전력에 의한 출력 향상이라는 장점을 복합할 수 있는 에이에프피엠과 알에프피엠 복합 모터 및 발전기를 개시되어 있다.

도 1은 종래 에이에프피엠과 알에프피엠의 복합 모터 및 발전기의 개요 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 회전축(1)에 일정한 간격을 이격하여 상하로 회전자브라켓(2a, 2b)이 설치되고, 상하 회전자 브라켓(2a, 2b)에는 각각대양하는 자극을 갖는 상하 자석(3a, 3b)이 부착 설치된다. 그리고 상기 상하 자석(3a, 3b) 사이에는 코아(4)에 상하 코일(5a, 5b)이 권회되고, 코아(4)는 고정부(6)를 통해서 외부 하우징(7)에 고정설치되며, 상기 상하 회전자브라켓(2a, 2b)의 사이에 자로를 형성하기 위한 요크(8)가 연결설치되어 구성된다.

이와 같이 구성은 코일(5a, 5b)이 권회되는 방향이 회전축(1)에 대해 직각방향인 수평방향으로 권회되어 구성되고, 상하면에 자석이 설치된 구성이다. 따라서 회전축(1)이 회전하게 되면, 회전축에 대해서 자석의 외측과 내측부분의 각속도는 서로 다르고 이로 인해 코일에 유기되는 자기력은 내외측의 평균을 이루는 각속도에 의해 얻어지게 된다.

결국 발전기에서 출력을 크게 하기 위해서는 각속도를 최대로 얻을 수 있는 구조가 필요한데, 각속도를 키우기 위해서 전체 크기가 수평방향으로 커져야 한다는 문제점이 있다.

본 발명은 AFPM 발전기의 자석과 코일 방향이 축과 평행하게 이루어지는 구조를 창안하여 코아가 삽입된 RFPM의 구조로 코일이 기존 AFPM 발전기보다 외벽에 가깝게 배치가 가능하여 코일이 지나는 자석의 각속도를 증가시킬 수 있게 함으로써 출력을 향상시킬 수 있도록 한 복합 AFPM 멀티 모터 및 발전기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 코일은 코아에 와인딩되어 이 코아가 기구 하우징과 결합됨으로써 전력 생산에서 발생되는 코일의 열을 외부로 방열하기 수월하도록 한 복합 AFPM 멀티 모터 및 발전기 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 모터 및 발전기는,

발전기 또는 모터의 회전축과;

상기 회전축에 수평으로 고정 설치되는 회전자 지지부와;

상기 회전자 지지부에 수직으로 설치되고 서로 마주보는 면이 원호를 이루도록 구성되는 제1,제2회전자 브라켓과;

상기 제1,제2회전자 브라켓과 같은 원호를 이룸과 아울러 서로 마주보는 면에 서로 대응된 자석 극성이 되게 부착 설치되는 제1,제2자석과;

상기 제1,제2회전자 브라켓을 서로 연결하여 상기 제1,제2자석의 자로를 형성하는 요크와;

상기 제1,제2자석의 사이에 삽입 설치되고 자석에 대향한 면이 자석에 대응되는 원호를 이루는 코아와;

상기 회전축과 같은 수직방향으로 상기 코아에 권회되는 코일과;

상기 코아를 고정하는 코아 고정부와;

상기 코아 고정부를 고정시키고 상기 회전축에 대해 회전가능하게 설치되면서 발전기의 하우징을 이루는 고정자 브라켓을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1,제2자석과 요크로 이루어지는 회전자와, 상기 코아와 코일 로 이루어지는 고정자는 다수의 자극을 이루도록 다단 배열되어 구성된다.

상기 제1,2회전자브라켓, 제1,2자석 및 요크로 이루어진 회전자와, 상기 코아 및 코일로 이루어지고 고정부에 의해 고정자 브라켓에 고정된 고정자가 상기 회전자 지지부의 상하면에 각각 설치되어 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 고정자는, 하나의 코아에 하나의 코일이 회전축과 평행한 수직방향으로 권회되어 구성된다.

또한, 상기 고정자는, 하나의 코아에 2개의 코일이 내측과 외측에 각각 권회되어 상기 회전자의 제1,2자석과 각각 대응되는 제1,제2코일로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고정자의 코아는 H형 코아로서 제1,제2자석과 대향한 면이 자석에 대응된 원호 형상으로 구성되고, 코일이 권회됨과 아울러 상하면에 절연을 위한 고정자 커버가 더 부착 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 복합 AFPM 멀티 모터 및 발전기에 있어서 자석의 회전 각속도를 최대로 얻을 수 있도록 회전축에 대해서 평행한 방향으로 코일이 코아에 권회되어 고정자가 구성되고, 자석을 고정자의 내측 및 외측에 대향하게 설치함과 아울러 요크에 의해 자로를 연결하도록 구성함으로써, 복합 에이에프피엠의 구조에서 누설자석최소화와 역기전력 발생으로 인한 출력향상과, 회전축에 대해 최대로 외벽에 배치되는 코일 및 코일이 회전축과 평행한 방향으로 배치된 구조에서 최대 회전 각속도를 얻을 수 있어서 출력을 향상시킬 수 있으며, 상하면에 동일한 고정자 및 회전자 구조를 배치한 멀티구조 및 하나의 코아에 2개의 코일을 권회한 멀티 구조에서 출력을 배가시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 소형 경량화가 가능해지면서도 출력을 월등히 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1은 종래 에이에프피엠과 알에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터의 개요 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기 및 모터의 기본 구성을 보인 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기 및 모터의 2개의 코일이 구비된 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기 및 모터의 자극배열 개요도.
도 5는 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기 및 모터의 상하 멀티 구조를 갖는 상세 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기 및 모터의 상하 멀티 구조를 갖는 요부 상세 구성도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기의 기본 구성을 보인 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기의 2개의 코일이 구비된 구성도이며, 도 4는 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기의 자극배열 개요도이다.

모터 또는 발전기의 회전축(10)과;

상기 회전축(10)에 수평으로 고정 설치되는 회전자 지지부(21)와;

상기 회전자 지지부(21)에 수직으로 설치되고 서로 마주보는 면이 원호를 이루도록 구성되는 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)과;

상기 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)과 같은 원호를 이룸과 아울러 서로 마주보는 면에 서로 대응된 자석 극성이 되게 부착 설치되는 제1,제2자석(23a, 23b)과;

상기 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)을 서로 연결하여 상기 제1,제2자석(23a, 23b)의 자로를 형성하는 요크(24)와;

상기 제1,제2자석(23a,23b)의 사이에 삽입 설치되고 자석에 대향한 면이 자석에 대응되는 원호를 이루는 코아(31)와;

상기 회전축(10)의 방향과 같은 수직방향으로 상기 코아(31)에 권회되는 코일(32)과;

상기 코아(31)를 고정하는 코아 고정부(33)와;

상기 코아 고정부(33)를 고정시키고 상기 회전축(10)에 대해 회전가능하게 설치되면서 하우징을 이루는 고정자 브라켓(40)을 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 상기 코아(31)와 코일(32)로 이루어지는 고정자(30)는, 하나의 코아(31)에 하나의 코일(32)이 회전축(10)과 평행한 수직방향으로 권회되어 구성된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정자(30)는, 하나의 코아(31)에 2개의 코일이 내측과 외측에 각각 권회되어 상기 회전자(20)의 제1,2자석(23a, 23b)과 각각 대응되는 제1,제2코일(32a, 32b)로 구성될 수 있다.

또한 상기 고정자(30)의 코아(31)는 H형 코아로서 제1,제2자석(23a, 23b)과 대향한 면이 자석에 대응된 원호 형상으로 구성되고, 코일이 권회됨과 아울러 상하면에 절연을 위한 고정자 커버(33a)가 더 부착 설치된 것을 특징으로 한다. 도 1에서는 하부의 고정자 커버만 도시되었는데, 이는 코아(31)에 고정부(33)를 결합시켜 고정하는 고정부(33)의 하면이 고정자 커버 역할을 하도록 구성되기 때문에 하나의 고정자 커버만 도시하였으며, 상하면에 고정자 커버를 결합 하고, 그 고정자 커버에 의해 고정부를 결합하여 고정시키는 구성도 가능하다.

이와 같이 본 발명은 고정자(30)의 구성이 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 코아(31)에 하나의 코일(32)만 권회된 구성도 가능하고, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 코아(31)에 분리되어 권회된 2개의 코일(32a, 32b)이 권회되어 회로적으로 직렬 연결되게 구성될 수도 있다.

이와 같은 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1,제2자석(23a, 23b)과 요크(21)로 이루어지는 회전자(20)와, 상기 코아(31)와 코일(32) 로 이루어지는 고정자는 다수가 방사형으로 다단 자극을 형성하도록 배열 설치되어 구성된다.

여기서, 상기 요크(24)는 도 2 및 도 3에서와 같이 회전자브라켓(22a, 22b)을 서로 연결시켜 자로를 형성하는 구성으로서, 회전자지지부(21)를 연장하여 요크기능을 함께 하도록 구성될 수도 있다. 즉, 요크(24)를 별도로 구성하지 않고, 회전자지지부(21)가 요크로서 작용되게 회전자와 고정자를 회전자 지지부에 근접설치하여 구성할 수 있는 것이다.

한편, 도 5는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 복합 AFPM 멀티 발전기의 상하 멀티 구조를 보인 상세 구성도이고, 도 6은 도 5의 요부 상세도이다.

상기 제1,2회전자브라켓(22a, 22b), 제1,2자석(23a, 23b)으로 이루어진 회전자(20)와, 상기 코아(31) 및 코일(32a, 32b)로 이루어지고 고정부(33)에 의해 고정자 브라켓(40)에 고정된 고정자(30)가 상기 회전자 지지부(21)의 상하면에 각각 동일한 구성으로 설치되고, 상기 회전자지지부(21)의 상기 제1,2회전자브라켓(22a, 22b)을 연결하는 부분이 요크(24)를 이루도록 일체형 구조로 구성되며, 상기 제1회전자브라켓(22a)의 상하단을 지지하여 고정하는 상하 회전자지지부(21a, 21b)가 상기 회전자지지부(21)와 함께 상기 회전축(10)에 일체형으로 고정설치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 회전축(10)이 회전되면, 회전축(10)에 고정설치되는 회전자지지부(21) 및 상하 회전자지지부(21a, 21b)가 일체형으로 회전된다. 회전자지지부(21) 및 상하 회전자지지부(21a, 21b)에는 제1,제2회전자브라켓(22a, 22b)가 고정설치되어 있고, 그 회전자브라켓(22a, 22b)에 제1,제2자석(23a,23b)이 부착설치되어 있으므로, 회전축(10)의 회전에 의해 자석(23a,23b)이 회전하게 된다. 상기 제1,제2자석(23a,23b) 사이에는 코아(31)에 코일(32 또는 32a, 32b)이 회전축(10)과 평행한 평행으로 권회되어 있고, 코아(31)가 고정부(33)를 통해서 고정자브라켓(40)에 연결되어 고정설치되어 있으므로, 상기 자석(23a, 23b)과 코아(31) 및 요크(24)를 통하는 자로가 형성되고, 상기 자석(23a, 23b)의 의 회전에 의해 코일(32a, 32b)에는 자기력이 유도되어 출력을 발생하게 된다.

따라서 발전기로서의 기능에서는 상기 회전축(10)을 회전시키는 것에 의해 코일(32)로부터 전기를 얻을 수 있으며, 모터로서의 기능에서는 상기 코일(32)에 전기를 공급함으로써 자석을 회전시켜 회전축(10)을 회전시키는 회전력을 얻을 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 가장 큰 특징은, 회전축(10)에 대해서 회전자의 자석이 내측과 외측으로 배열 설치되고, 그 자석 사이에 코어에 코일을 권회한 고정자를 삽입 설치하되, 코일이 회전축과 평행한 방향으로 권회되어 구성된 것이다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(10)으로부터 가장 먼 하우징의 외벽에 가깝게 코일을 배치할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 코일이 회전축(10)과 평행한 방향으로 권회되어 있어서 회전자(20)의 회전시 외측 자석(23b)에 대응되어 자력이 유기되는 외측코일(32b)이 회전축(10)으로부터 가장 멀리 배치되므로 외측 자석의 회전 각속도를 가장 크게 얻을 수 있어서 자석과 코일 간의 회전 각속도가 커지는 만큼 큰 출력을 얻을 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 하나의 코아(31)에 두개의 코일 즉, 제1,제2코일(32a, 32b)를 권회하여 2배의 출력을 얻을 수 있으며, 아울러 동일 구성으로 회전자(20)와 고정자(30)를 회전자지지부(21)의 상하면에 구성함으로써 멀티 구조로 구성되어 출력을 더욱 배가시킬 수 있는 구조이다.

또한, 본 발명은 코아(31)를 고정시키기 위한 구조로서 고정부(33)를 이용하여 고정자브라켓(40)에 고정설치되고, 고정자브라켓(40)이 하우징을 이루므로, 고속회전시 자력이 유기되어 코일에서 발생되는 열이 코아(31), 고정부(33)를 통해 고정자 브라켓(40)에 전달되어 외부로 발열 되므로, 열화를 방지하고 효율 및 수명연장이 가능해진다.

결국 본 발명에서는 소형, 경량 및 고효율의 모터/발전기를 제공할 수 있게 되며, 전력손실을 최소화하여 효율증대와 높은 발전 효율을 얻을 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 AFPM과 RFPM 복합 모터 및 발전기는, 멀티 구성이 가능하고, 하이브리드 자동차, 엘리베이터, 풍력발전기 등에 모터나 발전기로써 적용 가능하다.

10 : 회전축 20 : 회전자
21 : 회전자지지부 21a, 21b :상하 회전자지지부
22a, 22b : 제1,제2회전자브라켓 23a, 23b : 제1,제2자석
24 : 요크 30 : 고정자
31 : 코아 32; 32a, 32b : 코일 ; 제1,제2코일
33 : 고정부 33a : 고정자커버
40 : 고정자 브라켓

Claims (5)

1. 에이에프피엠 복합 발전기 및 모터에 있어서,
   회전축(10)과;
   상기 회전축(10)에 수평으로 고정 설치되는 회전자 지지부(21)와;
   상기 회전자 지지부(21)에 수직으로 설치되고 서로 마주보는 면이 원호를 이루도록 구성되는 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)과;
   상기 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)과 같은 원호를 이룸과 아울러 서로 마주보는 면에 서로 대응된 극성이 되게 부착 설치되는 제1,제2자석(23a, 23b)과;
   상기 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)을 서로 연결하여 상기 제1,제2자석(23a, 23b)의 자로를 형성하는 요크(24)와;
   상기 제1,제2자석(23a,23b)의 사이에 삽입 설치되고 자석에 대향한 면이 자석에 대응되는 원호를 이루는 코아(31)와;
   상기 회전축(10)의 방향과 같은 수직방향으로 상기 코아(31)에 권회되는 코일(32)과;
   상기 코아(31)를 고정하는 코아 고정부(33)와;
   상기 코아 고정부(33)를 고정시키고 상기 회전축(10)에 대해 회전가능하게 설치되면서 하우징을 이루는 고정자 브라켓(40)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코일(32)은,
   하나의 코아(31)에 2개의 코일이 내측과 외측에 각각 권회되어 상기 회전자(20)의 제1,2자석(23a, 23b)과 각각 대응되는 제1,제2코일(32a, 32b)로 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코아(31)는,
   H형 코아로서 제1,제2자석(23a, 23b)과 대향한 면이 자석에 대응된 원호 형상으로 구성되고, 코일이 권회됨과 아울러 절연을 위한 고정자 커버(33a)가 더 부착 설치된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 요크(24)는,
   상기 제1,제2회전자 브라켓(22a, 22b)를 서로 연결하는 상기 회전자지지부(21)의 연결부위가 자석의 자로를 연결시키는 요크(24)를 이루어 요크와 회전자지지부가 일체형 구성인 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터는,
   상기 제1,2회전자브라켓(22a, 22b), 제1,2자석(23a, 23b)로 이루어진 회전자(20)와, 상기 코아(31) 및 제1,제2코일(32a, 32b)로 이루어지고 고정부(33)에 의해 고정자 브라켓(40)에 고정된 고정자(30)가 상기 회전자 지지부(21)의 상하면에 각각 동일한 구성으로 설치되고, 상기 회전자지지부(21)의 상기 제1,2회전자브라켓(22a, 22b)을 연결하는 부분이 요크(24)를 이루는 일체형 구조로 구성되며, 상기 제1회전자브라켓(22a)의 상하단을 지지하여 고정하는 상하 회전자지지부(21a, 21b)가 상기 회전자지지부(21)와 함께 상기 회전축(10)에 일체형으로 고정설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 복합 멀티 발전기 및 모터.

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