KR100933049B1 - 아마추어 코어가 구비된 회전전기기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자프레임과 고정자프레임에 내장되어 적층 설치되는 아마추어 코어에 있어서, 상기 아마추어 코어의 외주면에 고정핀이 돌출되어 일체로 형성되되, 상기 고정핀에는 수개의 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 아마추어 코어에 관한 것이다.

발전기, 고정자, 아마추어 코어, 방열, 냉각, 고정핀

Description

아마추어 코어가 구비된 회전전기기기{electrical rotater mounting the amateur core}

본 발명은 회전전기기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도체와 자기장의 상호운동에 의해 발생된 전기에너지를 외부로 내보내는 권선을 내장하고 있는 부분이며 권선과 권선을 슬롯에 내장한 아마추어 코어가 구비된 회전전기기기에 관한 것이다.

회전전기기기의 일종인 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로서, 전자기 유도 현상을 사용한다. 역학적 에너지의 근원은 터빈엔진, 터빈 또는 수차를 통해 떨어지는 물, 내부 연소 엔진, 바람 터빈, 태양 또는 태양에너지, 압축공기등이 있다.

발전을 하기 위해서는 자기장을 만들어야 하는 자석과 자석이 통과하는 아마추어 코어와 전기에너지를 발생시켜야 하는 아마추어 코어에 삽입되는 아마추어 권 선 및 자석에 전기를 공급해 주어야 하는 여자기, 기계적인 입력을 공급해 주어야 하는 원동기로 구성되고, 이들을 효과적으로 운용하기 위해서는 냉각장치 및 고속 회전을 위한 베어링과 베어링의 급유장치 등이 필요하다.

발전기의 발전용량을 높이기 위해서는 기계적인 손실을 줄이거나 철손 동손 등 전기적인 손실을 줄이는 등 여러가지 방법이 있지만, 자기유도 과정에서 발생되는 냉각팬에 의하여 적절히 방출시키지 못하면 아마추어코어의 과열로 발전용량이 크게 제한받게 된다.

따라서 아마추어 코어의 슬롯에 삽입된 코일의 열은 아마추어 코어에 전도되고 이 전도된 열을 신속하게 냉각시킴으로서 가능하므로 발전기 회전자에 설치된 냉각팬을 구동시켜 아마추어 코일과 아마추어 코어에 공기를 강제로 송풍시켜 냉각시키게 된다.

그런데, 아무추어코어는 두께가 0.5mm 이하의 금속 박판이고, 이런 박판을 수십내지 수백장 적층하여 설치하게 되는데, 냉각팬에 의해 강제로 송풍시킨다 해도 아마추어 코어의 외면만 냉각된다. 따라서 아마추어 코어를 신속하게 방열시키는데 한계가 있어 발전용량을 높이는데도 큰 어려움이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 아마추어 코어의 구조를 개선하여 방열면적을 넓히고, 아마추어 코어의 적층구조를 개선하여 방열이 더 용이하게 수행되도록 함으로써 방열문제로 발전기 용량을 높일 수 없었던 문제를 해결하고, 방열문제로 발생되던 회전전기기기의 고장 등도 방지할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 고정자 프레임; 상기 고정자프레임에 설치되고, 외주면에 일정 간격으로 고정자프레임과의 이격거리 만큼의 높이를 갖는 고정핀이 형성되며, 3개가 1조를 이루어 10 ~ 80°의 위상차를 갖으면서 연속 반복 적층되고 상기 고정핀의 일부분은 이웃하는 고정핀과 밀착되어 겹치지 않고 공기와 직접 접촉될 수 있도록 독립적으로 존재하는 아마추어 코어를 포함하는 아마추어 코어가 구비된 회전전기기기를 제공한다.

삭제

삭제

본 발명에 따른 아마추어 코어 및 발전기는 제조과정에서 폐기되는 부분에 고정핀을 형성하고, 고정핀에 통공을 형성함으로써 실질적으로 냉각팬에 의해 송풍되는 공기와의 접촉면적이 넓어져 냉각능력이 높아지므로 형태나 크기를 변경시키지 않고도 회전전기기기의 용량을 높일 수 있으며, 아마추어 코어 설치시 일정한 위상차를 갖도록 적층하여 이웃하는 아마추어 코어와 밀착되지 않고 독립적으로 존재하는 부분이 형성되어 자동차의 라디에이터 그릴과 같이 냉각핀처럼 작용하여 방열효과를 더욱 높일 수 있다. 또한 아마추어 코어에 형성된 고정핀이 고정자프레임에 직접 접촉되어 고정됨으로써 통풍구를 만들기 위한 타재료를 사용하지 않으므로 설치작업이 용이하다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

회전전기기기의 일종인 발전기는 철심(Armature core), 권선 (Armature winding),고정자프레임(Frame)으로 이루어진 고정자(Stator)와, 철심(Pole core), 권선(Field winding), 회전자, 축(Shaft), 여자기(Exciter), 베어링, 통풍 및 냉각장치로 이루어져 있다.

발전기는 이외에도 여러가지 구성부가 있으나 도 1과 같이 본 발명에 따른 아마충어 코어의 특징을 설명하는데 필요한 부분인 고정자프레임(110)과, 냉각장치(냉각팬)(120), 아마추어 코어(130), 회전자(140)에 대해서만 설명하고자 한다.

고정자프레임(110)은 아마추어 코어(130)가 고정되면서 발전기 각 구성부가 내장되어 설치되고 보호하는 기능을 하는 것으로, 수밀과 기밀이 유지될 수 있도록 특정 부분(냉각팬이 회전될 때 공기가 외부로 빠져 나갈 수 있는 부분)만 제외하고는 완전히 밀폐되어 있고, 일측단에는 회전자축(145)에 일체로 형성되어 회전되면서 아마추어 코어(130)를 냉각시키는 냉각팬(120)이 형성되어 있다.

일반적인 아마추어 코어의 제작과정을 간단히 설명하면, 코어용 금속박판을 사각으로 절단한 후 프레스 등을 이용하여 도 2와 같이 중공부를 갖으면서 권선홀이 형성되도록 원형으로 한번에 찍어내는 것이 일반적이다.

상기한 아마추어 코어를 원통형의 고정자프레임(110)의 내부에 고정자프레임의 내벽면과 소정간격 이격된 상태로 수십내지 수백개를 밀착시켜 적층한 후, 각봉(R)을 세워 용접 등으로 고정자프레임에 단단히 고정시킨다. 즉 아마추어 코어를 고정자프레임(110)의 내벽면과 각봉(R) 높이 만큼 이격시켜 통풍 공간이 형성되도록 한 것이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아마추어 코어(130)는 외주면에 일정 간격으로 다수의 고정핀(132)을 형성한다. 고정핀(132)은 고정자프레임(110)에 적층을 고려하여 대각선 방향으로 상호 대응되게 각각 4개 형성되는 것이 바람직하다. 고정핀(132)은 종래의 각봉 높이 정도의 높이를 갖는데, 이는 고정핀이 종래 각봉의 기능까지도 수행할 수 있도록 한 것이다. 즉, 고정핀(132)의 높 이는 아마추어 코어(130)가 고정자프레임(110)에 적층될 때 고정자프레임(110)의 내벽면과의 이격거리와 일치되도록 한다.

각각의 고정핀(132)에는 통공(134)을 형성한다. 통공(134)은 고정핀 면적의 50 ~ 90%을 차지하게 되는데, 통공이 차지하는 면적을 가감할 수 있으나 아마추어 코어가 고정자프레임에 단단히 고정될 때 남아 있는 부분이 구조적 안정성이 유지될 수 있어야 되므로 90% 이상 차지하는 것은 바람직하지 않다. 또한 50% 이하로 형성되면 공간이 작아 냉각팬(120)에 의해 공기를 송풍시킬 때 공기흐름이 잘 이루어지지 않아 냉각효과과 오히려 떨어지게 된다.

한개의 조를 이루는 고정핀의 폭(d)은 원주의 1/12 이다. 즉 일정길이의 구면상에 4 부분으로 일정하게 나뉘어져 고정핀(132)이 형성되어 있다. 일정하게 나뉘지 않게 형성할 수도 있으나 후술하는 아마추어 코어 적층시 통풍의 효율성을 높이기 위하여 일정하게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 아마추어 코어가 고정자프레임의 내벽면에 적층될 때의 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형의 고정자프레임에 아마추어 코어(130)를 일측에서부터 순차적으로 밀착시키면서 적층한다.

첫번째 설치되는 아마추어 코어(130)를 고정자프레임에 설치하면 고정핀(132)의 a 부분이 고정자프레임에 밀착되면서 고정된다.

두번째 설치되는 아마추어 코어(130)는 첫번째 설치된 아마추어 코어(130) 보다 반경방향으로 30°의 위상차를 갖도록 설치하면, 첫번째 아무추어 코어 밀착 되면서 b부분이 고정자 프레임에 밀착되면서 고정된다. 따라서 b 부분과 a 부분이 겹치지 않는 (b-a) 부분이 형성된다.

세번째 설치되는 아마추어 코어는 두번째 아마추어 코어 보다 반경방향으로 30°의 위상차를 갖도록 설치하면 c 부분이 고정자 프레임에 밀착되면서 고정된다. 따라서 c 부분과 b 부분 및 a 부분이 겹치지 않는 (c-b-a) 부분이 형성된다. 네번째 설치되는 아마추어 코어는 첫번째 설치된 아마추어 코어와 동일한 위상을 갖도록 설치하면 고정핀이 고정자프레임에 밀착되면서 고정되어 b부분과 c부분에 겹치지 않는 부분이 형성된다.

상기와 같은 방식으로 아마추어 코어(130)를 반복해서 연속적으로 적층하면 3개의 아마추어 코어가 일개조를 이루면서 각각의 아마추어 코어(130)의 고정핀(132)에는 이웃하는 아마추어 코어(130)에 겹치지 않고 독립적으로 형성되는 부분이 도 3의 우측과 같이 연속적으로 형성되고, 고정핀의 길이를 3부분으로 일정하게 분할하여 통공이 이루어져 있어, 30°의 위상차를 갖도록 설치하더라도 통공의 일부는 폐쇄되지 않는다. 즉 통공에 의해 공기통로가 형성되는 것이다.

상기와 같은 아마추어 코어를 갖는 발전기는 냉각팬(120)이 회전될 때 송풍되는 공기가 통공(134)을 통과하면서 회전자(140)의 회전으로 인한 기계적이 마찰로 생성된 열이나 여자 과정에서 발생되는 열을 냉각시킨다.

아마추어 코어(130)에서 발생되는 열은 대부분 아마추어 코어(130)의 외주면을 통해서만 방열된다. 이는 아마추어 코어(130)가 서로 밀착되어 적층되기 때문에 공기중에 노출된 부분이 없어 열을 방출시킬 수 있는 부분은 공기중에 노출된 외주 면 밖에 없기 때문이다.

따라서 공기중에 노출되는 면적이 넓게하는 고정핀(132)과, 이웃하는 아마추어 코어와 어떤 부분과도 겹치지 않는 부분에 송풍되는 공기가 접촉하여 냉각을 하게 되므로 냉각효과를 높일 수 있는 것이다.

직경이 R 이고 적층길이가 L 인 아마추어 코어를 가정하여 열방출면적을 계산해보면, 기존의 열방출면적은 LπR(적층된 아마추어 코어가 이루는 전체 표면적) 이 전부인데 반해 본원 발명은 아마추어 코어의 표면적과 수개의 통공들이 이루는 표면적, 여기에 독립적으로 존재하는 고정핀의 표면적을 합한 것이다.

실제로 본 발명에 따른 아마추어 코어(130)는 고정핀(132)이 없는 기존의 아마추어 코어에 비해 고정자 프레임에 설치되었을 때 수배 이상의 열방출면적을 가지게 된다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 고정자 프레임에 아마추어 코어를 적층할 때 3개 단위로 묶음하여 위상차를 갖도록 함으로써 설치작업을 용이하게 할수도 있는데, 3개뿐만 아니라 2개 이상 임의의 단위로 묶어서 위상차를 갖도록 함으로써 발전기 설계자의 의도에 따라 적층시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 발전기의 개략도이다.

도 2는 종래 아마추어 코어를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 아마추어 코어 및 아마추어 코어가 고정자프레임 내부에 적층될 때의 상태도이다.

도 4는 도 3의 아마추어 코어 적층부분 확대도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 아마추어 코어 적층 상태도이다.

도 6은 도 5의 아마추어 코어 적층부분 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 고정자프레임 120 : 냉각팬

130 : 아마추어 코어 132 : 고정핀

134 : 통공 140 : 회전자

145 : 회전자축

Claims (3)

1. 고정자 프레임;

   상기 고정자프레임에 설치되고, 외주면에 일정 간격으로 고정자프레임과의 이격거리 만큼의 높이를 갖는 고정핀이 형성되며, 3개가 1조를 이루어 10 ~ 80°의 위상차를 갖으면서 연속 반복 적층되어 상기 고정핀의 일부분은 이웃하는 고정핀과 겹치지 않고 공기와 직접 접촉될 수 있도록 독립적으로 존재하는 아마추어 코어를 포함하는 아마추어 코어가 구비된 회전전기기기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 아마추어 코어는 2 ~ 5개를 한 단위로 하여 연속 적층되는 것을 특징으로 하는 아마추어 코어가 구비된 회전전기기기.
3. 삭제

Images