KR100675821B1 - 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조 - Google Patents

고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조에 관한 것으로, 중공의 케이스 부재; 상기 케이스 부재에 내장된 고속모터(20); 상기 고속모터(20)의 회전자(24) 일측에 장착된 임펠러(30); 상기 회전자(24) 타측이 위치된 부위를 통해 냉각공기가 유입되도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기유입구(42); 상기 고속모터(20)의 고정자(22)의 양측에 배치되며 상기 회전자(24)를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링 하우징(50)(60); 상기 냉각공기유입구(42)를 통해 유입된 냉각공기를 상기 임펠러(30)쪽 상기 전방 베어링 하우징(60)과 고정자(22) 사이의 공간으로 제공하도록 상기 냉각공기유입구(42)쪽 상기 후방 베어링 하우징(50) 및 고정자(22)의 외경부를 관통하여 형성된 냉각공기유로(54)(21); 상기 고정자(22)와 회전자(24) 사이의 에어갭(26)을 통해 상기 후방 베어링 하우징(50)과 고정자(22) 사이의 공간으로 유입된 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 후방 베어링 하우징(50)과 케이스 부재를 관통하여 형성된 냉각공기배출구멍(56); 및 상기 냉각공기의 흐름을 형성시키도록 설치된 팬을 포함하여 구성된다..
터보기기, 고속모터, 코일, 냉각, 공기

Description

고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조{Air cooling structure of turbo machinery with high speed motor}
도1은 본 발명에 따른 터보기기의 냉각 구조를 개략적으로 나타낸 단면도;
도2는 본 발명의 냉각 구조에 의한 냉각공기의 이동 상태를 나타낸 작용 설명도;
도3은 본 발명의 다른 실시예에를 나타낸 터보기기를 나타낸 개략 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10 : 케이스 12 : 냉각공기배출구멍
20 : 고속모터 21 : 냉각공기유로
22 : 고정자 23 : 코일
24 : 회전자 26 : 에어갭
30 : 임펠러 31 : 임펠러케이싱
32 : 공기유입구 40 : 냉각팬
41 : 냉각팬케이스 42 : 냉각공기유입구
50 : 하우징 51 : 내경부
54 : 냉각공기유로 56 : 냉각공기배출구멍
60 : 전방 베어링 하우징 62 : 베어링디스크
본 발명은 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조에 관한 것이다.
인버터의 사용에 의해 고속으로 회전 가능한 고속모터를 갖는 터보기기가 알려져 있으며, 이러한 고속모터는 동일한 마력수를 갖는 일반 모터에 비해 매우 작은 크기(부피)를 갖는다. 즉, 고속모터는 동일한 마력수를 갖는 일반 모터와 비교할 때, 속도는 고속이지만 출력, 즉 토크가 매우 작기 때문에, 동일한 마력수를 갖는 경우, 고속모터의 크기가 일반 모터에 비하여 매우 작게 형성된다.
이렇게 고속모터는 작은 크기를 갖기 때문에 그 크기를 증가시키지 않으면서 충분히 냉각시키는 것이 매우 곤란하다.
고속모터의 냉각은 대개 임펠러로 유입되는 흡입 공기 또는 가스를 이용하는 방식으로 이루어지거나, 회전자와 고정자 사이에 형성되는 에어갭이나 고정자에 형성되는 냉각구멍 등을 통해 다량의 공기를 불어 넣는 방식이 사용된다.
그러나, 전자의 방식은, 냉각에 소요되는 동력이 작지만 냉각시스템 자체가 임펠러와 밀접하게 연동하는 구조를 갖기 때문에 임펠러에 대한 민감도가 매우 크다는 단점을 갖는다. 즉 임펠러의 설계 형상에 따라 냉각시스템의 구조가 변경되므로 설계 자유도에 많은 제약을 받는다. 게다가 냉각시스템의 특성상 터보기기의 전체적인 크기가 커지는 문제점을 갖는다.
그리고, 후자의 방식은, 냉각팬을 이용하여 다량의 공기를 상당한 압력으로 불어넣는 구조이기 때문에 냉각효율이 매우 낮은 단점을 갖는다. 따라서 냉각팬에 의존하는 냉각시스템은 적정한 수준의 냉각을 유지하기 위해서는 상대적으로 많은 동력을 소모한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 새로운 냉각공기 흐름 구조에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 한, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고속모터에 의해 회전하는 냉각팬이나 기타 다른 팬에 의해 냉각공기의 흐름을 형성시켜 고속모터 및 베어링 부위의 냉각을 효과적으로 수행할 수 있도록 한, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 중공의 케이스 부재; 상기 케이스 부재에 내장된 고속모터; 상기 고속모터의 회전자 일측에 장착된 임펠러; 상기 회전자 타측이 위치된 부위를 통해 냉각공기가 유입되도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기유입구; 상기 고속모터의 고정자의 양측에 배치되며 상기 회전자를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링 하우징; 상기 냉각공기유입구를 통해 유입된 냉각공기를 상기 임펠러쪽 상기 전방 베어링 하우징과 고정자 사이의 공간으로 제공하도록 상기 냉각공기유입구쪽 상기 후방 베어링 하우징 및 고정자의 외경부를 관통하여 형성된 냉각공기유로; 상기 고정자와 회전자 사이의 에어갭을 통해 상기 후방 베어링 하우징과 고정자 사이의 공간으로 유입된 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 후방 베어링 하우징과 케이스 부재를 관통하여 형성된 냉각공기배출구멍; 및 상기 냉각공기의 흐름을 형성시키도록 설치된 팬을 포함하여 구성된, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조를 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 중공의 케이스 부재; 상기 케이스 부재에 내장된 고속모터; 상기 고속모터의 회전자 일측에 장착된 임펠러; 상기 회전자 타측이 위치된 부위를 통해 냉각공기가 유입되도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기유입구; 상기 고속모터의 고정자의 양측에 배치되며 상기 회전자를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링 하우징; 상기 냉각공기유입구를 통해 유입된 냉각공기를 고정자와 회전자 사이의 에어갭으로 공급하도록 상기 후방 베어링 하우징을 관통하여 형성된 냉각공기유로; 상기 에어갭을 통해 고정자와 전방 베어링 하우징 사이의 공간으로 공급된 냉각공기를 상기 후방 베어링 하우징 쪽으로 이동시키도록 상기 고정자의 외경부에 형성된 냉각공기유로; 상기 냉각공기유로의 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 후방 베어링 하우징쪽에 인접한 부위의 케이스 부재에 형성된 냉각공기 배출구멍; 및 상기 냉각공기의 흐름을 형성시키도록 설치된 팬을 포함하여 구성된, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조를 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도1은 본 발명에 따른 냉각 구조를 갖는 터보기기를 개략적으로 나타낸 단면 도이다.
본 발명의 장치는 중공형 케이스 부재와 이 케이스 부재에 내장된 고속모터 및 상기 고속모터에 의해 회전되도록 연결되고 상기 케이스 부재의 일측에 배치된 임펠러를 갖는다.
상기 중공형 케이스 부재는 양측 단부가 개방된 중공 원통 모양의 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 일측에 고정된 냉각팬 케이스(41)를 포함한다. 여기에서, 상기 냉각팬 케이스(41)는 임펠러가 설치된 부위와 반대쪽에 위치된다.
상기 케이스(10)의 내부에 고속모터(20)가 설치되며, 이 고속모터(20)는 고정자(22)와 회전자(24)로 이루어진다.
상기 고정자(22)는 대략의 중공 원통 모양을 갖도록 형성되어 케이스(10)의 내경부에 삽입되는 형태로 끼워 고정되며 이 고정자(22)의 내경부에는 여러 개의 슬롯구멍(미도시됨)이 형성되어 코일(23)이 감겨진다.
그리고, 상기 회전자(24)는 미도시된 영구자석을 가짐으로써 상기 고정자(22)와의 사이에 형성되는 자력에 의해 회전되는 통상의 구성을 가지면 충분하다.
이때, 상기 고정자(22)의 내경부와 회전자(24)의 외경부 사이에는 에어갭(26)으로 칭하는 약간의 틈새가 형성되어 회전자(24)의 회전을 가능하게 함은 물론 후술하는 냉각공기가 흐를 수 있는 경로를 제공한다.
또한, 상기 케이스(10)의 일측 단부에는 임펠러 케이싱(31)이 고정 설치되며 타측 단부에는 냉각팬 케이스(41)가 고정 설치된다.
상기 임펠러 케이싱(31)의 내부에는 상기 회전자(24)의 일측 단부에 고정 설치된 임펠러(30)가 위치된다.
그리고, 상기 임펠러 케이싱(31)은 상기 임펠러(30) 쪽으로 공기가 유입되는 공기유입구(32)와, 상기 공기유입구(32)를 통해 유입된 공기를 압축, 배출시키도록 형성된 공기배출구(34)와, 상기 공기유입구(32)와 공기배출구(34)를 연결하도록 형성된 공기이동채널(35)을 갖는다.
상기 냉각팬 케이스(41)의 내부에는 상기 회전자(24)의 타측 단부에 고정 설치된 냉각팬(40)이 위치되며, 상기 냉각팬 케이스(41)에는 냉각공기가 유입되는 냉각공기유입구(42)가 형성됨으로써 냉각공기유입구(42)로부터 유입된 냉각공기가 상기 냉각팬(40)과 냉각팬 케이스(41)의 사이를 통해 냉각팬(40)의 회전 중심에 대한 방사상으로 이동하여 냉각팬 케이스(41)의 내부로 유입될 수 있는 것이다.
상기 케이스(10)에는 상기 냉각팬(40)에 인접한 고정자(22)의 일측 엔드 코일(23)의 끝 부분을 감싸는 형태의 후방 베어링 하우징(50)이 고정 설치된다. 그리고, 상기 고정자(22)와 후방 베어링 하우징(50)에는 케이스(10)와 냉각팬 케이스(41)의 내경 부위를 따라 길게 형성된 냉각공기유로(21)(54)가 각각 구비되며, 이들 냉각공기유로(21)(54)는 서로 연결된다.
또한, 상기 후방 베어링 하우징(50)의 내경부(51)에는 회전자(24)를 지지하기 위한 후방 저널베어링(미도시됨)이 장착되며, 상기 냉각팬(40)에 흡입된 냉각공기가 후방 저널베어링 장착부위를 통과하면서 냉각 작용을 수행하는 구조를 갖는다. 상기 후방 베어링 하우징(50)에는 코일(23)의 단부쪽 외경을 이루는 부위에 원 주방향을 따라 일정 간격 떨어져 다수 배치되고 코일(23)의 단부쪽과 외부를 연결하는 모양의 냉각공기배출구멍(56)이 형성된다. 특히, 상기 고정자(22)에 형성된 냉각공기유로는 고정자(22)의 외경 부위에 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치되는 냉각핀에 의해 형성될 수 있다.
물론, 상기 냉각공기배출구멍(56)은 케이스(10)를 관통하도록 연장되어 외부로 냉각공기를 배출시키도록 구성된다.
상기 케이스(10)에는 상기 고정자(22)의 코일(23)과 상기 임펠러케이싱(31)의 사이에 위치된 전방 베어링 하우징(60)이 설치되며, 상기 전방 베어링 하우징(60)은 상기 회전자(24)에 고정된 원판 모양의 베어링디스크(62)를 감싸는 모양을 갖는다.
이러한 전방 베어링 하우징(60)과 상기 베어링디스크(62)의 사이에는 전, 후방 스러스트 베어링(미도시됨)이 장착되며, 상기 전방 베어링 하우징(60)과 회전자(24)의 사이에는 전방 저널 베어링(미도시됨)이 장착된다.
그리고, 상기 베어링디스크(62)의 외경이 위치되는 부위의 상기 케이스(10)에는 외부와 연결된 냉각공기배출구멍(12)이 형성된다.
따라서, 냉각팬(40)에 의해 흡입된 냉각공기는, 전방 저널 베어링이 장착된 부위인 전방 베어링 하우징(60)의 내경부(64)와, 후방 스러스트 베어링이 장착된 부위(68)를 통과하여 냉각공기배출구멍(12)으로 배출되며, 임펠러(30)에 의해 흡입된 냉각공기(누설공기)는, 전방 스러스트 베어링이 장착된 부위(69)를 통과하여 냉각공기배출구멍(12)을 배출될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 고속모터(20)에 의해 회전되는 냉각팬(40)을 갖는 것으로 설명하고 있으나, 냉각팬(40)을 사용하지 않고 별도의 팬을 사용하거나, 냉각팬(40)과 함께 별도의 팬을 사용하는 구조를 가질 수 있다. 이 팬은 별도의 전원 공급에 의해 작동하는 모터로부터 회전력을 제공받을 수 있다.
이러한 팬의 장착 구조로서, 냉각공기유입구(42)에 설치되어 냉각공기를 냉각공기유입구(42)를 통해 터보기기의 내부로 흡입되게 하는 구성을 가질 수 있다.
다른 구조로서, 냉각공기배출홈(56) 및/또는 냉각공기배출홈(12)에 설치되어 터보기기의 내부로부터 외부로 공기를 배기시킴으로써 냉각공기유입구(42)를 통해 냉각공기가 유입되게 하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 공기베어링의 사용예를 설명하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 예컨대 자기베어링을 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 냉각공기유로(21)(54)가 고정자(22)와 후방 베어링 하우징(50)에 형성된 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하지는 않는다. 즉, 상기 냉각공기유로(21)(54)는 고정자(22)의 외경부와 후방 베어링 하우징(50)의 외경부에 인접한 케이스(10)의 내경부에 형성될 수 있다. 이렇게 케이스(10)의 내경부에 냉각공기유로(21)(54)를 형성하는 경우, 그 냉각공기유로(21)(54)는 케이스(10)의 내경부를 따라 길이방향으로 연속되며 또한 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치된 핀 형상의 돌출부 사이의 공간일 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 장치는 다음과 같은 냉각공기의 흐름에 의해 터보기기의 주요 부위를 냉각한다. 이하, 도2를 참조하여 설명한다.
고속모터(20)의 구동에 의해 회전자(24)가 회전되면, 그 회전자(24)의 양측 단부에 장착된 임펠러(30)와 냉각팬(40)이 함께 회전된다.
상기 임펠러(30)에 의해 흡입된 공기의 일부와 냉각팬(40)의 회전에 의해 흡입된 공기는 케이스(10)의 내부 구성요소들을 냉각시킨 후 외부로 배출된다.
먼저, 상기 임펠러(30)에 의해 흡입된 공기의 대부분은 공기이동채널(35)을 통해 공기배출구(34)로 배출되어 소요 개소로 공급되며 그 흡입 공기의 일부가 전방 스러스트 베어링이 장착된 부위(69)를 통과하면서 전방 스러스트 베어링을 냉각시킨 후 냉각공기배출구멍(12)을 통해 외부로 배출된다(화살표 A 참조).
다음, 상기 냉각팬(40)에 의해 흡입된 공기는 회전자(24), 후방 베어링 하우징(50) 및 냉각팬케이스(41)에 의해 에워싸여진 제1 공간(S1)으로 유입된다(화살표 B 참조).
이렇게 제1 공간(S1)으로 유입된 냉각공기의 일부분은 화살표 C로 나타낸 것처럼 하우징(50)의 내경부, 즉 후방 저널베어링 장착 부위로 공급되며, 나머지는 화살표 D로 나타낸 것처럼 후방 베어링 하우징(50)에 형성된 냉각공기유로(54)로 공급된다.
상기 후방 저널베어링 장착 부위로 공급된 냉각공기는 후방 베어링 하우징(50)과 엔드 코일(23)의 단부 사이에 형성된 틈을 통과하여 후방 베어링 하우징(50)과 고정자(22)의 일측 단부에 의해 에워싸여진 제3 공간(S3)으로 유입된다.
그리고, 상기 냉각공기유로(54)로 공급된 냉각공기는 화살표 D' 및 D"로 나타낸 것처럼 고정자(22)에 형성된 냉각공기유로(21)를 통과한 후 케이스(10), 전방 베어링 하우징(60) 및 고정자(22)의 타측 단부에 의해 에워싸여진 제2 공간(S2)으로 유입된다.
또한, 상기 제2 공간(S2)으로 유입된 냉각공기의 일부는 화살표 E로 나타낸 것처럼 고정자(22)와 회전자(24)의 사이에 형성된 에어갭(26)을 통해 상기 제3 공간(S3)으로 유입되며, 나머지는 화살표 F로 나타낸 것처럼 전방 저널 베어링이 장착된 부위인 전방 베어링 하우징(60)의 내경부(64)와, 후방 스러스트 베어링이 장착된 부위(68) 및 냉각공기배출구멍(12)을 통해 외부로 배출된다.
그리고, 상기 제3 공간(S3)으로 유입된 냉각공기는 화살표 G로 나타낸 것처럼 후방 베어링 하우징(50)에 형성된 냉각공기배출구멍(56)을 통해 외부로 배출된다.
상기에서 화살표 A, F 및 G로 나타낸 것처럼 터보기기를 냉각시킨 후 외부로 배출된 냉각공기는 임펠러(30)에 흡입되도록 하거나, 별도의 배기관을 통해 배출시킨다. 또한, 이렇게 화살표 A, F 및 G로 나타낸 것처럼 터보기기를 냉각시킨 후 외부로 배출된 냉각공기가 다시 냉각공기유입구(42)를 통해 흡입되는 것을 방지하는 것이 바람직하며, 별도의 냉각공기공급관(미도시됨)을 상기 냉각공기유입구(42)에 연결하여 냉각공기를 공급하는 것이 좋다.
이와 같은 경로를 통해 터보기기를 냉각하는 본 발명의 냉각 구조에 의하면, 냉각공기유입구(42)를 통해 유입된 냉각공기가 고정자(22)의 외경 부위와 내경 부위를 에워싸는 모양의 경로를 따라 이동하면서 냉각을 수행하기 때문에, 열이 발생되는 부위인 코일(23)의 냉각에 매우 효과적이다.
그리고, 본 발명의 구조는 고속모터(20)의 외경 부위, 즉 고정자(22)의 외경 부위로 많은 양의 냉각 공기를 통과시킬 수 있어 종래의 것과 비교할 때 냉각능력이 향상된다. 따라서, 고정자(22)의 외경 부위에 형성된 냉각공기유로(21)의 크기를 적정하게 설정하면 최적의 냉각 상태를 유지할 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 터보기기를 나타낸 개략 구성도이다.
대략적인 구성은 도1 및 도2에 도시된 것과 유사하다.
본 실시예의 터보기기는 케이스(10')와 냉각팬 케이스(41)의 사이에 설치되는 후방 베어링 하우징(50')을 갖는다.
상기 후방 베어링 하우징(50')에는 냉각공기유입구(42)를 통해 제1 공간(S1)으로 유입된 냉각공기를 제3 공간(S3)으로 안내하기 위한 냉각공기유로(54')가 형성된다.
그리고, 고속모터(20')를 이루는 고정자(22')의 외경부 상기 후방 베어링 하우징(50')까지 연장 형성되며, 이러한 고정자(22')의 외경부에는 그 고정자(22')의 임펠로(30) 쪽 단부로부터 상기 후방 베어링 하우징(50') 부위까지 연속된 냉각공기유로(21')가 형성되며, 이 냉각공기유로(21')는 고정자(22)의 외경 부위에 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치되는 냉각핀에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 케이스(10')에는 상기 냉각공기유로(21')의 냉각공기를 외부로 배출시키기 위한 냉각공기배출구멍(56')이 형성되며, 상기 냉각공기배출구멍(56')은 후방 베어링 하우징(50')에 인접하도록 배치된다.
본 실시예에서는 고속모터(20)에 의해 회전되는 냉각팬(40)을 갖는 것으로 설명하고 있으나, 냉각팬(40)을 사용하지 않고 별도의 팬을 사용하거나, 냉각팬(40)과 함께 별도의 팬을 사용하는 구조를 가질 수 있다. 이 팬은 별도의 전원 공급에 의해 작동하는 모터로부터 회전력을 제공받을 수 있다.
이러한 팬의 장착 구조로서, 냉각공기유입구(42)에 설치되어 냉각공기를 냉각공기유입구(42)를 통해 터보기기의 내부로 흡입되게 하는 구성을 가질 수 있다.
다른 구조로서, 냉각공기배출홈(12) 및 냉각공기배출구멍(56')에 설치되어 터보기기의 내부로부터 외부로 공기를 배기시킴으로써 냉각공기유입구(42)를 통해 냉각공기가 유입되게 하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 공기베어링의 사용예를 설명하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 예컨대 자기베어링을 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 냉각공기유로(21')가 고정자(22')에 형성된 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하지는 않는다. 즉, 상기 냉각공기유로(21')는 고정자(22')의 외경부와 후방 베어링 하우징(50')의 외경부에 인접한 케이스(10')의 내경부에 형성될 수 있다. 이렇게 케이스(10')의 내경부에 냉각공기유로(21')를 형성하는 경우, 그 냉각공기유로(21')는 케이스(10')의 내경부를 따라 길이방향으로 연속되며 또한 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치된 핀 형상의 돌출부 사이의 공간일 수 있다. 물론, 상기 냉각공기유로(21')는 냉각공기배출구멍(56')과 연결된다.
이러한 구성은 다음과 같은 냉각공기의 흐름에 의해 터보기기의 주요 부위를 냉각한다.
고속모터(20')의 구동에 의해 회전자(24)가 회전되면, 그 회전자(24)의 양측 단부에 장착된 임펠러(30)와 냉각팬(40)이 함께 회전된다.
상기 임펠러(30)에 의해 흡입된 공기의 일부와 냉각팬(40)의 회전에 의해 흡입된 공기는 케이스(10')의 내부 구성요소들을 냉각시킨 후 외부로 배출된다.
먼저, 상기 임펠러(30)에 의해 흡입된 공기의 대부분은 공기이동채널(35)을 통해 공기배출구(34)로 배출되어 소요 개소로 공급되며 그 흡입 공기의 일부가 전방 스러스트 베어링이 장착된 부위(69)를 통과하면서 전방 스러스트 베어링을 냉각시킨 후 냉각공기배출구멍(12)을 통해 외부로 배출된다(화살표 A 참조).
다음, 상기 냉각팬(40)에 의해 흡입된 공기는 제1 공간(S1)으로 유입된다(화살표 B 참조).
이렇게 제1 공간(S1)으로 유입된 냉각공기의 일부분은 화살표 C로 나타낸 것처럼 하우징(50')의 내경부, 즉 후방 저널베어링 장착 부위로 공급되며, 나머지는 후방 베어링 하우징(50)에 형성된 냉각공기유로(54')를 통해 제3 공간(S3)으로 유입된다.
제3 공간(S3)으로 유입된 냉각공기는 화살표 D로 나타낸 것처럼 에어갭(26)을 통해 제2 공간(S2)으로 유입되며, 이렇게 제2 공간(S2)으로 유입된 냉각공기의 일부는 전방 저널 베어링이 장착된 부위인 전방 베어링 하우징(60)의 내경부(64)와, 후방 스러스트 베어링이 장착된 부위(68) 및 냉각공기배출구멍(12)을 통해 외부로 배출되며, 나머지는 화살표 E로 나타낸 것처럼 냉각공기유로(21')와 냉각공기배출구멍(56')을 통해 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조에 의하면, 고속모터와 베어링 부위를 냉각시키는데 사용하는 공기의 흐름을 임펠러에 의존하지 않음으로써 설계의 자유도가 향상된다.
또한, 많은 양의 냉각 공기가 고속모터의 외경 부위를 통과하면서 냉각 작용을 수행함으로써 냉각 능력이 향상된다.
게다가, 임펠러에 의해 유입되는 공기를 베어링 부위의 냉각에 이용함으로써 터보기기의 전체 구성요소들을 고르게 냉각시킬 수 있어 터보기기의 열화 손상이 방지됨은 물론 최적의 운전 상태를 유지할 수 있게 한다.

Claims (12)

  1. 중공의 케이스 부재;
    상기 케이스 부재에 내장된 고속모터(20);
    상기 고속모터(20)의 회전자(24) 일측에 장착된 임펠러(30);
    상기 회전자(24) 타측이 위치된 부위를 통해 냉각공기가 유입되도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기유입구(42);
    상기 고속모터(20)의 고정자(22)의 양측에 배치되며 상기 회전자(24)를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링 하우징(50)(60);
    상기 냉각공기유입구(42)를 통해 유입된 냉각공기를 상기 임펠러(30)쪽 상기 전방 베어링 하우징(60)과 고정자(22) 사이의 공간으로 제공하도록 상기 냉각공기유입구(42)쪽 상기 후방 베어링 하우징(50) 및 고정자(22)의 외경부를 관통하여 형성된 냉각공기유로(54)(21);
    상기 고정자(22)와 회전자(24) 사이의 에어갭(26)을 통해 상기 후방 베어링 하우징(50)과 고정자(22) 사이의 공간으로 유입된 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 후방 베어링 하우징(50)과 케이스 부재를 관통하여 형성된 냉각공기배출구멍(56); 및
    상기 냉각공기의 흐름을 형성시키도록 설치된 팬을 포함하여 구성된, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  2. 중공의 케이스 부재;
    상기 케이스 부재에 내장된 고속모터(20');
    상기 고속모터(20')의 회전자(24) 일측에 장착된 임펠러(30);
    상기 회전자(24) 타측이 위치된 부위를 통해 냉각공기가 유입되도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기유입구(42);
    상기 고속모터(20')의 고정자(22')의 양측에 배치되며 상기 회전자(24)를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링 하우징(50')(60);
    상기 냉각공기유입구(42)를 통해 유입된 냉각공기를 고정자(22')와 회전자(24) 사이의 에어갭(26)으로 공급하도록 상기 후방 베어링 하우징(50')을 관통하여 형성된 냉각공기유로(54');
    상기 에어갭(26)을 통해 고정자(22')와 전방 베어링 하우징(60) 사이의 공간으로 공급된 냉각공기를 상기 후방 베어링 하우징(50') 쪽으로 이동시키도록 상기 고정자(22')의 외경부에 형성된 냉각공기유로(21');
    상기 냉각공기유로(21')의 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 후방 베어링 하우징(50')쪽에 인접한 부위의 케이스 부재에 형성된 냉각공기 배출구멍(56'); 및
    상기 냉각공기의 흐름을 형성시키도록 설치된 팬을 포함하여 구성된, 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링 하우징의 베어링은 상기 회전자(24)의 외경부를 따라 공기의 흐름이 가능하게 하는 공기베어링 또는 자기베어링의 어느 하나로 선택되어 사용됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 팬은 상기 회전자(24)의 냉각공기유입구(42)쪽 단부에 장착된 냉각팬(40)임을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 팬은 별도의 전원을 공급받아 작동하는 모터로부터 회전력을 제공받아 회전하도록 연결되며 상기 냉각공기유입구(42)를 통해 냉각공기를 케이스 부재의 내부로 유입시키도록 설치됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  6. 제1항에 있어서, 상기 팬은 별도의 전원을 공급받아 작동하는 모터로부터 회전력을 제공받아 회전하도록 연결되며 상기 냉각공기배출구멍(56)을 통해 냉각공기를 케이스 부재의 외부로 배출시키도록 설치됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정자의 외경부에 형성된 냉각공기유로는 상기 고정자의 외경부를 따라 길이방향으로 연속되고 그 고정자의 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치된 여러 개의 냉각핀 사이의 공간임을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정자의 외경부에 형성된 냉각공기유로는 상기 고정자를 에워싸는 부위의 상기 케이스 부재에 형성됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  9. 제1항에 있어서, 상기 후방 베어링 하우징(50)의 외경부를 관통하여 형성된 냉각공기유로(54)는 상기 후방 베어링 하우징(50)의 길이방향으로 연속되고 그 후방 베어링 하우징(50)의 원주 방향으로 일정 간격 떨어져 배치됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  10. 제1항에 있어서, 상기 후방 베어링 하우징(50)의 외경부를 관통하여 형성된 냉각공기유로(54)는 상기 후방 베어링 하우징(50)을 에워싸는 부위의 상기 케이스 부재에 형성됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전방 베어링 하우징(60)에 공기의 통과를 허용하는 스러스트 베어링을 통해 회전 가능하도록 장착되고 상기 회전자(24)에 고정 설치된 베어링디스크(62); 및 상기 베어링디스크(62)의 외경부와 케이스 부재 사이의 공간으로 유입된 냉각공기를 외부로 배출시키도록 상기 케이스 부재에 형성된 냉각공기배출구멍(12)을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
  12. 제11항에 있어서, 상기 임펠러(30)에 의해 흡입된 공기의 일부가 상기 전방 베어링 하우징(60)의 스러스트 베어링 부위를 통해 상기 냉각공기배출구멍(12)을 통해 배출되는 통로가 형성됨을 특징으로 하는 고속모터를 갖는 터보기기의 냉각 구조.
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