KR102045255B1 - Transverse flux induction machine and power generation system including it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전자의 권선과 고정자의 권선이 서로 직교할 수 있도록 구성하는 횡자속형 유도 회전기 및 이를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 외력에 의해 회전하는 회전축; 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하되, 외주면에 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 형성되어 있는 회전자 철심과 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 회전자 권선을 구비하는 회전자; 및 상기 회전자와 서로 직교하도록 설치되는 복수의 고정자를 포함하며, 각 고정자는 링 형상의 고정자 권선과 상기 고정자 권선을 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 고정자 권선을 링 형상으로 형성하고, 복수의 고정자 철심이 고정자 권선의 외주면을 끼워 물어 하나의 고정자를 구성하고, 이 고정자의 고정자 권선이 회전자의 회전자 권선과 서로 직교하도록 설치하되, 고정자 철심이 서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치를 구비하도록 함으로써, 고정자 치와 고정자 치 사이에 형성된 공간을 통해 고정자 권선을 냉각시켜 전류 밀도를 높일 수 있게 된다. 이로 인해, 기존 발전기 대비 경량화가 가능해진다.The present invention relates to a transverse flux type induction rotor configured to allow the windings of the rotor and the windings of the stator to be perpendicular to each other, and a power generation system including the same.
To this end, the present invention is a rotating shaft that rotates by an external force; A rotor connected to the rotation shaft and rotating by the rotation shaft, the rotor having a rotor iron core having a plurality of slots formed in a rotation axis direction on an outer circumferential surface thereof, and a plurality of rotor windings inserted into the slots; And a plurality of stators installed to be orthogonal to the rotor, and each stator includes a ring-shaped stator winding and a plurality of stator irons sandwiching the stator winding.
Accordingly, the present invention forms a stator winding in a ring shape, and a plurality of stator cores sandwich the outer circumferential surface of the stator winding to constitute one stator, so that the stator windings of the stator are perpendicular to each other with the rotor windings of the rotor. Although installed, the stator iron cores are provided with a pair of stator teeth protruding from each other while maintaining a predetermined distance from each other, thereby cooling the stator winding through a space formed between the stator teeth and the stator teeth to increase the current density. This makes it possible to reduce the weight of the existing generator.
Description
본 발명은 횡자속형 유도 회전기 및 이를 포함하는 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 회전자의 권선과 고정자의 권선이 서로 직교할 수 있도록 구성하는 횡자속형 유도 회전기에 관한 것이다.The present invention relates to a transverse flux type induction rotor and a power generation system including the same, and more particularly, to a transverse flux type induction rotor configured to allow the windings of the rotor and the windings of the stator to be perpendicular to each other.
일반적으로 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로, 자기장을 만들기 위한 전자석과 기전력을 발생시키는 도체가 상대적으로 회전하도록 구성된 것이다.Generally, a generator is a device that converts mechanical energy into electrical energy, and is configured such that an electromagnet for generating a magnetic field and a conductor for generating an electromotive force rotate relatively.
이러한 발전기는 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전축(1), 회전자(2), 고정자(5)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, such a generator includes a rotating
회전축(1)은 외력에 의해 회전한다.The rotating
회전자(2)는 회전축(1)에 연결되어 회전축(1)에 의해 회전하며, 회전자 철심(3)과 회전자 도체(4)로 구성된다. 여기서, 회전자 철심(3)의 외주면에는 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 이 슬롯에는 구리 또는 알루미늄으로 형성된 회전자 도체(4)가 삽입된다.The
고정자(5)는 회전자(2)의 외측 둘레에 구비되며, 고정자 철심(6)과 고정자 코일(7)로 구성된다. 여기서, 고정자 철심(6)의 내주면에는 회전자(2)의 외주면에 형성된 슬롯에 대응되도록 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 형성되어 있으며, 이 슬롯에는 고정자 코일(7)이 삽입된다.The
이와 같이 구성된 발전기는 외력에 의해 회전축(1)이 회전하면, 회전축(1)에 연결된 회전자(2)가 회전하고, 고정자(5)는 정지 상태를 유지하게 된다. 이때, 고정자 코일(7)에는 전자기 유도 현상에 의해 유도 기전력이 발생한다.In the generator configured as described above, when the rotating
전술한 바와 같이, 종래 발전기는 회전자 도체(4)와 고정자 코일(7)이 회전축 방향으로 형성되어 있다.As described above, in the conventional generator, the rotor conductor 4 and the
한편, 발전기의 주요 연구 과제 중에 하나는 전류 밀도를 높이는 것이다.
Meanwhile, one of the main research tasks of generators is to increase the current density.
본 발명은 고정자 권선을 링 형상으로 형성하고, 복수의 고정자 철심이 고정자 권선의 외주면을 끼워 물어 하나의 고정자를 구성하고, 이 고정자의 고정자 권선이 회전자의 회전자 권선과 서로 직교하도록 설치하여 구성되는 횡자속형 유도 회전기를 제공함에 그 목적이 있다.
According to the present invention, a stator winding is formed in a ring shape, and a plurality of stator cores sandwich an outer circumferential surface of the stator winding to form one stator, and the stator windings of the stator are installed so as to be perpendicular to the rotor winding of the rotor. Its purpose is to provide a transverse flux type induction rotor.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 횡자속형 유도 회전기는, 외력에 의해 회전하는 회전축; 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하되, 외주면에 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 형성되어 있는 회전자 철심과 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 회전자 권선을 구비하는 회전자; 및 상기 회전자와 서로 직교하도록 설치되는 복수의 고정자를 포함하며, 각 고정자는 링 형상의 고정자 권선과 상기 고정자 권선을 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심으로 이루어지는 것이 바람직하다.
Horizontal flux-type induction rotator according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a rotating shaft that rotates by an external force; A rotor connected to the rotation shaft and rotating by the rotation shaft, the rotor having a rotor iron core having a plurality of slots formed in a rotation axis direction on an outer circumferential surface thereof, and a plurality of rotor windings inserted into the slots; And a plurality of stators installed to be orthogonal to the rotor, and each stator includes a ring-shaped stator winding and a plurality of stator irons sandwiching the stator winding.
본 발명의 횡자속형 유도 회전기에 따르면, 고정자 권선을 링 형상으로 형성하고, 복수의 고정자 철심이 고정자 권선의 외주면을 끼워 물어 하나의 고정자를 구성하고, 이 고정자의 고정자 권선이 회전자의 회전자 권선과 서로 직교하도록 설치하되, 고정자 철심이 서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치를 구비하도록 함으로써, 고정자 치와 고정자 치 사이에 형성된 공간을 통해 고정자 권선을 냉각시켜 전류 밀도를 높일 수 있게 된다. 이로 인해, 기존 발전기 대비 경량화가 가능해진다.
According to the transverse flux-type induction rotor of the present invention, the stator windings are formed in a ring shape, and a plurality of stator irons sandwich the outer circumferential surface of the stator windings to constitute one stator, and the stator windings of the stator are the rotor windings of the rotor. And orthogonal to each other, and the stator cores have a pair of stator teeth spaced apart from each other and staggered from each other, thereby cooling the stator winding through the space formed between the stator teeth and the stator teeth to increase the current density. Will be. This makes it possible to reduce the weight of the existing generator.
도 1은 종래 발전기의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡자속형 유도 회전기의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 회전자를 예시적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 고정자의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 5는 본 발명에 적용되는 고정자 철심의 구성을 보인 도면.1 is a view schematically showing the configuration of a conventional generator.
Figure 2 is a schematic view showing the configuration of a transverse flux-type induction rotor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an example of a rotor applied to the present invention.
4 is a view schematically showing the configuration of a stator applied to the present invention.
5 is a view showing a configuration of a stator iron core applied to the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 횡자속형 유도 회전기에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the transverse flux-type induction rotor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡자속형 유도 회전기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of a lateral flux-type induction rotor according to an embodiment of the present invention.
도 2에서, 회전축(10)은 외력에 의해 회전한다.In FIG. 2, the
회전자(20)는 회전축(10)에 연결되어 회전축(10)에 의해 회전하며, 회전자 철심(Rotor core)(21)과 회전자 권선(Rotor winding)(23)으로 구성된다.The
회전자 철심(21)의 외주면에는 도 3에 도시하는 바와 같이 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 이 슬롯에는 회전자 권선(23)이 삽입된다.As shown in FIG. 3, a plurality of slots are formed at regular intervals on the outer circumferential surface of the
전술한, 회전자 철심(21)은 무방향성 전기 강판, 파우더 코어(Powder core) 등으로 구성될 수 있으며, 회전자 자속(Magnetic flux)의 통로 역할 및 회전자 권선(23)의 지지 역할을 담당한다.As described above, the
그리고, 회전자 권선(23)은 전류의 흐름으로 토크를 생성하는 부분으로, 구리, 알루미늄 등으로 구성될 수 있으며, 회전자 철심(21)과의 절연을 위해 절연물로 둘러싸인 구조를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the rotor winding 23 is a portion that generates torque by the flow of electric current, and may be made of copper, aluminum, and the like. .
한편, 고정자(30)는 회전자(20)와 서로 직교하도록 설치되되, 각 고정자(30)는 복수의 고정자 철심(Stator core)(31)과 고정자 권선(Stator winding)(33)으로 구성된다.Meanwhile, the
각 고정자 철심(31)은 링 형상의 고정자 권선(33)을 끼워 물고 있는 것으로, 이에 대해서는 도 4를 참조하여 아래에서 좀 더 자세히 설명하기로 한다.Each
전술한, 고정자 철심(31)은 회전자 철심(21)과 마찬가지로 무방향성 전기 강판, 파우더 코어 등으로 구성될 수 있으며, 고정자 자속의 통로 역할 및 고정자 권선(33)의 지지 역할을 담당한다.As described above, the
그리고, 고정자 권선(33)은 전류의 공급(전동기), 전류의 전달(발전기) 역할을 담당하는 부분으로, 링 형상으로 형성된다.The stator winding 33 is a part that plays a role of supplying electric current (motor) and transmitting electric current (generator), and is formed in a ring shape.
또한, 고정자 권선(33)은 구리, 알루미늄 등과 같은 고전도율 재질로 구성될 수 있으며, 회전자 권선(23)과 마찬가지로 고정자 철심(31)과의 절연을 위해 절연물로 둘러싸인 구조를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the stator winding 33 may be made of a high conductivity material such as copper, aluminum, etc. Like the rotor winding 23, the stator winding 33 preferably has a structure surrounded by an insulator for insulation from the
전술한, 회전자 철심(21)과 고정자 철심(31) 사이에는 자기적 에너지의 전달 및 회전자(20)의 회전을 위한 공극(Air gap)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.As described above, it is preferable that an air gap is formed between the
도 4는 본 발명에 적용되는 고정자의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.4 is a view schematically showing a configuration of a stator applied to the present invention.
도 4에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 적용되는 고정자(30)는 고정자 권선(33)과 복수의 고정자 철심(31)으로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the
전술한, 고정자 권선(33)은 링 형상으로 형성되어 있으며, 이 고정자 권선(33)의 외주면에는 복수의 고정자 철심(31)이 고정자 권선(33)을 빙 둘러서 끼워 물고 있다. 여기서, 고정자 권선(33)을 빙 둘러 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심(31)은 회전축(10)을 중심으로 대칭 설치되는 것이 바람직하다.The
이와 같이, 링 형상의 고정자 권선(33)과 고정자 권선(33)을 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심(31)으로 이루어지는 고정자(30)는 발전기에 설치되는 다른 고정자와 서로 독립되게 구성되는 것이 바람직하다.As described above, the
도 5는 본 발명에 적용되는 고정자 철심의 구성을 보인 도면이다.5 is a view showing a configuration of a stator iron core applied to the present invention.
도 5에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 적용되는 고정자 철심(31)은 링 형상의 고정자 권선(33)을 끼워 물 수 있도록 서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치(teeth)(31a, 31b)를 구비한다.As shown in FIG. 5, the
이러한, 고정자 철심(31)은 서로 동일한 모양으로 이루어지는 것이 바람직하다.Such a
전술한 바와 같이, 고정자 철심(31)이 서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치를 구비하여 이루어지므로, 복수의 고정자 철심(31)이 고정자 권선(33)을 빙 둘러서 끼워 물게 되면, 각 고정자 철심(31)에 구비된 고정자 치와 고정자 치 사이에 공간이 형성되고, 이 공간에 냉각 공기를 흘려보내거나, 냉각 자켓을 끼워 넣어 고정자 권선을 냉각시킴으로써, 발전기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, since the
이와 같이, 발전기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 됨에 따라, 결과적으로는 전류 밀도를 높일 수 있게 되고, 이로 인해, 기존 발전기 대비 경량화가 가능해진다.
As such, as the cooling efficiency of the generator can be improved, the current density can be increased as a result, and thus, the weight of the generator can be reduced.
본 발명의 횡자속형 유도 회전기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
The lateral flux-type induction rotator of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.
10. 회전축, 20. 회전자,
21. 회전자 철심, 23. 회전자 권선,
30. 고정자, 31. 고정자 철심,
33. 고정자 권선10. rotating shaft, 20. rotor,
21. rotor iron core, 23. rotor reel,
30. stator, 31. stator iron core,
33. Stator winding
Claims (10)
상기 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하되, 외주면에 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 형성되어 있는 회전자 철심과 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 회전자 권선을 구비하는 회전자; 및
상기 회전자와 서로 직교하도록 설치되는 복수의 고정자를 포함하며,
각 고정자는 링 형상의 고정자 권선과 상기 고정자 권선을 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심으로 이루어지고,
상기 고정자 철심은
서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치(teeth)를 구비하며,
상기 고정자 치 사이의 상기 일정 간격에 개재되는 냉각 자켓을 더 포함하는
횡자속형 유도 회전기.
A rotating shaft rotating by an external force;
A rotor connected to the rotation shaft and rotating by the rotation shaft, the rotor having a rotor iron core having a plurality of slots formed in a rotation axis direction on an outer circumferential surface thereof, and a plurality of rotor windings inserted into the slots; And
It includes a plurality of stators are installed to be orthogonal to the rotor,
Each stator is composed of a ring-shaped stator winding and a plurality of stator cores sandwiching the stator windings,
The stator iron core
With a pair of stator teeth spaced apart from each other and protruding from each other,
Further comprising a cooling jacket interposed at the predetermined interval between the stator teeth
Transverse flux induction rotor.
상기 고정자 철심은,
상기 회전축을 중심으로 대칭 설치되는
횡자속형 유도 회전기.
The method of claim 1,
The stator iron core is
Symmetrically installed about the rotation axis
Transverse flux induction rotor.
상기 고정자 권선은,
구리 또는 알루미늄으로 형성되는
횡자속형 유도 회전기.
The method of claim 1,
The stator windings,
Formed of copper or aluminum
Transverse flux induction rotor.
상기 회전자 철심과 상기 고정자 철심 사이에 공극이 형성되는
횡자속형 유도 회전기.
The method of claim 1,
A void is formed between the rotor iron core and the stator iron core.
Transverse flux induction rotor.
상기 회전자 철심 및 상기 고정자 철심은 무방향성 전기 강판 또는 파우더 코어로 형성되는
횡자속형 유도 회전기.
The method of claim 1,
The rotor iron core and the stator iron core are formed of a non-oriented electrical steel sheet or powder core
Transverse flux induction rotor.
상기 각 고정자는,
다른 고정자와 서로 독립되게 구성되는
횡자속형 유도 회전기.
The method of claim 1,
Each stator,
Composed independently of other stators
Transverse flux induction rotor.
상기 회전력에 의해 회전함으로써 유도 기전력을 발생시키는 횡자속형 유도 회전기를 포함하고,
상기 횡자속형 유도 회전기는
상기 회전력에 의해 회전하는 회전축,
상기 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하되, 외주면에 회전축 방향으로 복수의 슬롯이 형성되어 있는 회전자 철심과 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 회전자 권선을 구비하는 회전자, 및
상기 회전자와 서로 직교하도록 설치되며, 각각이 링 형상의 고정자 권선과 상기 고정자 권선을 끼워 물고 있는 복수의 고정자 철심을 구비하는 복수의 고정자를 포함하며,
상기 고정자 철심은
서로 일정 간격을 유지하며 서로 엇갈리게 돌출된 한 쌍의 고정자 치(teeth)를 구비하며,
상기 고정자 치 사이의 상기 일정 간격에 개재되는 냉각 자켓을 더 포함하는
발전 시스템.
A turbine for providing rotational force; And
It includes a transverse flux type induction rotor for generating an induced electromotive force by rotating by the rotation force,
The transverse flux type induction rotor
A rotating shaft rotating by the rotating force,
A rotor connected to the rotation shaft and rotated by the rotation shaft, the rotor having a rotor iron core having a plurality of slots formed in a rotation axis direction on an outer circumferential surface thereof, and a plurality of rotor windings inserted into the slot;
It is installed to be perpendicular to each other and the rotor, each of the stator windings and a plurality of stators having a plurality of stator iron core sandwiching the stator windings,
The stator iron core
With a pair of stator teeth spaced apart from each other and protruding from each other,
Further comprising a cooling jacket interposed at the predetermined interval between the stator teeth
Power generation system.
상기 횡자속형 유도 회전기의 상기 고정자 철심은,
상기 회전축을 중심으로 대칭 설치되는
발전 시스템.The method of claim 8,
The stator iron core of the transverse magnetic flux induction rotor,
Symmetrically installed about the rotation axis
Power generation system.
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