KR100893335B1 - 왕복엔진을 이용한 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복엔진으로부터 제공되는 동력으로 작동되면서도, 고정자에 대한 이동자의 운동이 한 방향의 회전운동이 되어 발전 작용이 이루어지도록 함으로써, 발전효율을 향상시키고, 출력되는 전기의 파형을 안정시키며, 상대적으로 간단한 제어로 발전기의 시동 및 운전이 가능하도록 하고, 이동자가 충격에 의해 파손될 염려를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한다.

발전기, 사판, 유압실린더

Description

왕복엔진을 이용한 발전기{Generator Using Reciprocating Engine}

본 발명은 왕복엔진을 이용한 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 왕복엔진의 피스톤 운동력을 전달받아 이동자가 고정자에 대하여 상대운동 하도록 함으로써 전기를 발생시키는 발전기에 관한 기술이다.

도 1은 종래에 왕복엔진을 이용한 리니어발전기 구조를 설명한 것으로서, 중앙에는 영구자석을 포함한 이동자(500)가 코일이 권선된 고정자(502)의 내부에서 직선 왕복 운동할 수 있도록 되어 있고, 상기 이동자(500)는 연결로드(504)를 통해 양측에 왕복엔진(506)이 연결되어, 상기 왕복엔진(506)의 작동에 의해 발생된 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환해서 상기 고정자(502)를 통해 인출할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 리니어발전기는 이동자(500)가 고정자(502)에 대하여 회전운동하는 발전기에 비하여 효율이 낮고, 이동자(500)의 왕복운동을 통해 발전을 하기 때문에 출력단의 출력파형이 일정한 파형을 갖지 않아 별도의 전기적 변환작업이 필요하다.

또한, 상기 왕복엔진(506)의 시동을 위해 상기 고정자(502)와 이동자(500) 가 모터의 기능을 하기 위해서는 비교적 복잡한 제어가 필요하며, 구조상 왕복엔진(506)의 피스톤으로부터 전달되는 충격력을 완충하기 어려워서 이동자(500)가 충격에 의해 손상될 염려가 높다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양쪽의 왕복엔진으로부터 제공되는 동력으로 작동되되, 고정자에 대한 이동자의 운동이 회전운동이 되어 발전 작용이 이루어지도록 함으로써, 발전효율을 향상시키고, 전기의 출력파형을 안정시키며, 상대적으로 간단한 제어로 발전기의 시동 및 운전이 가능하도록 하고, 이동자가 충격에 의해 파손될 염려를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한 왕복엔진을 이용한 발전기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 왕복엔진을 이용한 발전기는

양단에 각각 왕복엔진의 피스톤이 연결되고 중앙부에는 스풀이 형성되어 왕복직선운동하는 샤프트를 포함한 양방향 유압실린더와;

상기 양방향 유압실린더와 유체를 주고 받을 수 있도록 연결된 사판형 모터/펌프와;

상기 사판형 모터/펌프의 사판과 일체로 연결된 이동자와;

상기 이동자의 외측에 구비된 고정자;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유압실린더의 양쪽 챔버는, 상기 샤프트의 운동방향이 전환되는 것에 따라, 상기 사판형 모터/펌프의 흡입구와 토출구에 각각 연결된 상태가 서로 전환되도록 유압밸브를 통해 상기 사판형 모터/펌프에 연결된다.

상기 고정자는 발전기케이스 내에 설치되고;

상기 이동자는 상기 고정자 내에서 회전 가능하게 설치되며;

상기 사판형 모터/펌프는 상기 케이스 내에 설치되고;

상기 양방향 유압실린더는 상기 사판형 모터/펌프의 내측에 구비되어 상기 샤프트의 일측은 상기 이동자와 케이스를 관통하여 일측의 왕복엔진으로 연결되고, 타측은 상기 사판형 모터/펌프와 케이스를 관통하여 타측의 왕복엔진으로 연결될 수 있다.

왕복엔진으로부터 제공되는 동력으로 작동되면서도, 고정자에 대한 이동자의 운동이 한 방향의 회전운동이 되어 발전 작용이 이루어지도록 함으로써, 발전효율을 향상시키고, 출력되는 전기의 파형을 안정시키며, 상대적으로 간단한 제어로 발전기의 시동 및 운전이 가능하도록 하고, 이동자가 충격에 의해 파손될 염려를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 양단에 각각 왕복엔진의 피스톤이 연결되고 중앙부에는 스풀(1)이 형성되어 왕복직선운동하는 샤프트(3)를 포함한 양방향 유압실린더(5)와; 상기 양방향 유압실린더(5)와 유체를 주고 받을 수 있도록 연결 된 사판형 모터/펌프(7)와; 상기 사판형 모터/펌프(7)의 사판(9)과 일체로 연결된 이동자(11)와; 상기 이동자(11)의 외측에 구비된 고정자(13)를 포함하여 구성된다.

상기 양방향 유압실린더(5)는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성으로 샤프트(3)가 양쪽방향으로 직선 왕복운동함에 따라 스풀(1)이 양쪽 챔버의 부피를 동시에 변화시키면서, 어느 일측 챔버는 팽창시키고 타측챔버는 압축시키는 동작이 동시에 이루어질 수 있도록 되어 있으며, 샤프트(3)의 운동방향이 전환되면 압축되는 챔버와 팽창되는 챔버가 서로 반대로 즉시 전환된다.

상기 유압실린더(5)의 양쪽 챔버는, 상기 샤프트(3)의 운동방향이 전환되는 것에 따라, 상기 사판형 모터/펌프(7)의 흡입구와 토출구에 각각 연결된 상태가 서로 전환되도록 유압밸브를 통해 상기 사판형 모터/펌프(7)에 연결된다. 물론, 상기 유압밸브는 공지의 다양한 유압방향전환밸브를 이용하여 용이하게 구성할 수 있을 것이며, 상기 샤프트(3)의 운동상태를 기계적 또는 전기적으로 감지하여 샤프트(3)의 운동방향의 전환에 따라 상기 유압실린더(5)의 양쪽 챔버와 상기 사판형 모터/펌프(7) 사이의 유로를 전환하게 구성하면 된다.

참고로, 상기 사판형 모터/펌프(7)의 구조는 도 4와 같은 구조와 원리로 작동되는 것으로서, 사판이 회전함에 따라 플런저(15)가 왕복운동함으로써 유체를 흡입구(17)에서 흡입하여 토출구(19)로 압송하는 펌프(7)로 작동할 수 있고, 반대로 유체를 흡입구로 압송하여 상기 사판(9)을 회전시키는 모터로 작동할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 상기한 바와 같은 양방향 유압실린더(5)와 상기 사판형 모터/펌프(7)를 이용하여 샤프트(3)에 연결된 왕복엔진의 직선운동력을 상기 사판 에 연결된 이동자(11)의 회전운동으로 변환시켜 전기를 발전하고, 또한 그 역으로의 동력전달로 왕복엔진의 시동이 가능하도록 한 것이다.

본 실시예에서는 컴팩트한 구성을 위해, 도 2와 같이, 상기 고정자(13)는 발전기케이스(21) 내에 설치되고, 상기 이동자(11)는 상기 고정자(13) 내에서 회전 가능하게 설치되며, 상기 사판형 모터/펌프(7)는 상기 발전기케이스(21) 내에 설치되고, 상기 양방향 유압실린더(5)는 상기 사판형 모터/펌프(7)의 내측에 구비되어 상기 샤프트(3)의 일측은 상기 이동자(11)와 케이스를 관통하여 일측의 왕복엔진으로 연결되고, 타측은 상기 사판형 모터/펌프(7)와 케이스를 관통하여 타측의 왕복엔진으로 연결되는 구조를 취하였다.

상기한 바와 같이 구성된 왕복엔진을 이용한 발전기는 시동시에는 상기 이동자(11)와 고정자(13)를 모터로 사용하여 구동토크를 발생시켜서 상기 왕복엔진들을 시동시키게 된다.

즉, 상기 고정자(13)를 제어하여 상기 이동자(11)가 회전하도록 하여 회전력을 상기 사판에 공급하면, 상기 사판형 모터/펌프(7)는 펌프로 작동되어 유압을 상기 양방향 유압실린더(5)로 공급하고, 상기 양방향 유압실린더(5)는 제공받은 유압에 의해 샤프트(3)가 직선운동하여, 샤프트(3) 양단에 연결된 왕복엔진의 피스톤을 구동하여 왕복엔진의 시동이 이루어지도록 하는 것이다.

물론, 상기와 같은 시동 작동시에도 상기 유압밸브를 이용하여 상기 사판형 모터/펌프(7)로부터의 유압을 상기 양방향 유압실린더(5)의 양쪽 챔버에 교번하여 공급함으로써, 상기 샤프트(3)가 왕복운동을 하면서 양쪽의 왕복엔진에 모두 흡입 및 압축행정이 이루어지는 데에 필요한 동력을 제공하도록 한다.

상기와 같은 시동 작동에 의해 양쪽의 왕복엔진에서 시동이 이루어지면, 상기 왕복엔진에서 제공되는 동력은 상기 샤프트(3)로 공급되어, 상기 샤프트(3)는 왕복운동을 하게 되고, 이에 의해 상기 양방향 유압실린더(5)의 양쪽 챔버에서는 교대로 유체가 압축되어 상기 유압밸브를 통해 상기 사판형 모터/펌프(7)로 공급된다.

상기 사판형 모터/펌프(7)는 상기 양방향 유압실린더(5)로부터의 유압을 상기 유압밸브를 통해 전달받아 사판을 한 방향으로 회전시킴으로써, 모터로 작동한다.

따라서, 상기 사판에 일체로 연결된 상기 이동자(11)는 상기 고정자(13)의 내에서 일측 방향으로 회전운동을 하게 되고, 상기 고정자(13)에서는 전기가 발생되어 출력된다.

상기와 같이 발생된 전기는 안정된 정현파로서, 종래의 리니어발전기에서와 같이 출력되는 전기의 파형을 안정시키기 위한 복잡한 전기적 변환장치 및 변환작업이 불필요하다.

또한, 상기 이동자(11)의 회전관성이 발전에 이용됨으로써, 종래의 리니어발전기에 비하여 발전효율이 높아지게 된다.

한편, 상기 왕복엔진의 시동을 위해 상기 고정자(13)와 이동자(11)가 모터의 기능을 하기 위해서는 단순히 상기 이동자(11)를 일측방향으로 회전시키면 되므로 종래와 같이 복잡한 제어가 필요 없게 되며, 구조상 왕복엔진의 피스톤으로부터 전 달되는 충격력은 직접적으로 이동자(11)에 전달되지 않고 양방향 유압실린더(5)와 사판형 모터/펌프(7) 등에 의해 완충되므로, 이동자(11)가 충격에 의해 손상될 염려를 배제시키게 된다.

도 1은 종래의 리니어발전기 구조를 설명한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 왕복엔진을 이용한 발전기의 구조를 설명한 도면,

도 3은 도 2의 발전기에 사용되는 양방향 유압실린더의 구조를 설명한 도면,

도 4는 도 2의 발전기에 사용되는 사판형 모터/펌프의 구조를 설명한 도면이다.

Claims (3)

1. 양단에 각각 왕복엔진의 피스톤이 연결되고 중앙부에는 스풀이 형성되어 왕복직선운동하는 샤프트를 포함한 양방향 유압실린더와;

   상기 양방향 유압실린더와 유체를 주고 받을 수 있도록 연결된 사판형 모터/펌프와;

   상기 사판형 모터/펌프의 사판과 일체로 연결된 이동자와;

   상기 이동자의 외측에 구비된 고정자;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복엔진을 이용한 발전기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 유압실린더의 양쪽 챔버는, 상기 샤프트의 운동방향이 전환되는 것에 따라, 상기 사판형 모터/펌프의 흡입구와 토출구에 각각 연결된 상태가 서로 전환되도록 유압밸브를 통해 상기 사판형 모터/펌프에 연결된 것

   을 특징으로 하는 왕복엔진을 이용한 발전기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 고정자는 발전기케이스 내에 설치되고;

   상기 이동자는 상기 고정자 내에서 회전 가능하게 설치되며;

   상기 사판형 모터/펌프는 상기 케이스 내에 설치되고;

   상기 양방향 유압실린더는 상기 사판형 모터/펌프의 내측에 구비되어 상기 샤프트의 일측은 상기 이동자와 케이스를 관통하여 일측의 왕복엔진으로 연결되고, 타측은 상기 사판형 모터/펌프와 케이스를 관통하여 타측의 왕복엔진으로 연결되는 것

   을 특징으로 하는 왕복엔진을 이용한 발전기.

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