KR101040988B1 - 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템 - Google Patents

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Abstract

독립된 2 개의 냉각시스템을 이용하여 하나의 냉각시스템이 작동하지 않은 상황에서도 다른 하나의 냉각시스템을 이용하여 전기모터의 발열을 냉각할 수 있는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템이 개시된다. 상기와 같은 구성에 의해 냉각시스템의 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 소형화가 가능한 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템을 제공할 수 있다.
전기모터, 냉각시스템, 이중 냉각

Description

수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템{THE SEPARATED TWO COOLING SYSTEMS OF ELECTRIC MOTER FOR SUBMARINE}
본 발명은 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 2 개의 냉각시스템을 독립적으로 구동하여 비상 상황시에도 안정적으로 냉각시스템이 작동할 수 있고, 냉각시스템의 구성과 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템에 관한 것이다.
고성능, 고출력 전기기기의 개발요구에 따라 전기모터 등이 제공된다. 이러한 전기모터에서는 열손실이 필연적으로 발생되기 때문에 전기기기에서 발생되는 열을 효과적으로 제거해야 한다.
이러한 전기모터의 주요 구성은 프레임, 프레임 내에 고정자 코어, 회전축 및 회전자를 포함하며, 고정자 코어에는 회전자의 회전에 따라 전자기력을 발생할 수 있는 고정자 코일이 형성된다. 여기서, 고정자 외부에는 회전자의 회전에 따라 고정자 코일과 고정자 코어에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각장치가 제공된다.
전기모터를 냉각하는 냉각장치는 냉각팬을 이용하여 냉각된 공기를 전기모터에 공급하거나, 전기모터 주변에 냉수(冷水)를 제공하여 전기모터를 냉각하는 방법 이 있다.
상기 냉각된 공기를 이용한 냉각 방식 공기의 유동에 의한 소음과 진동의 원인이 되기도 한다. 또한 별도의 열교환기를 설치하기 위한 공간이 확보되어야 하고 대형전기모터의 용량에 따라 열교환기의 크기 역시 커지게 되는 문제점이 있다.
공간적인 제약이나 소음, 진동 등의 문제가 큰 영향을 미치지 않는 대형 선박 등에 적용되는 전기모터의 경우, 상기와 같이 냉각된 공기를 전기모터에 공급하는 방식을 이용하게 되지만, 선박의 특성상 전기모터를 수리 및 교체하는데 어려움이 따른다.
또한, 일반적으로 전기모터를 냉각하는 냉각시스템은 하나의 냉각 시스템을 이용하여 전기모터를 냉각하기 때문에 냉각 시스템이 작동되지 않을 경우 전기모터가 발열된 상태로 작동되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 2 개의 냉각시스템을 이용하여 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 소형화가 가능한 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템 을 제공한다.
본 발명은 2 개의 냉각시스템을 이용하여 하나의 냉각시스템이 작동하지 않은 상황에서도 다른 하나의 냉각시스템을 이용하여 전기모터의 발열을 냉각할 수 있는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템을 제공한다.
본 발명은 별개의 냉각시스템을 제공함으로써, 냉각시스템의 유지 및 보수가 용이한 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템을 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 회전자 및 회전자의 외주부에 이격 제공된 고정자를 구비한 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템은 고정자의 외주면에 형성되어, 고정자를 냉각시키기 위한 냉각유체가 흐르는 제1냉각유로; 제1냉각유로의 일측에 나란하게 형성된 제2냉각유로; 제1냉각유로에 냉각유체를 공급하는 제1냉각회로; 및 제2냉각유로에 냉각유체를 공급하며, 제1냉각회로와 독립적으로 작동하는 제2냉각회로;를 포함하며, 제1냉각유로를 흐르는 냉각유체의 흐름방향은 상기 제2냉각유로를 흐르는 냉각유체의 흐름방향과 동일한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 냉각시스템의 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 소형화가 가능한 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템을 제공할 수 있 다. 또한, 2 개의 냉각시스템을 이용하여 하나의 냉각시스템이 작동하지 않은 상황에서도 다른 하나의 냉각시스템을 이용하여 전기모터의 발열을 냉각할 수 있다.
상기 제1냉각회로 및 상기 제2냉각회로는 냉각유체가 각각 제1냉각유로 및 제2냉각유로를 통과하도록 순환시키는 2개의 펌프를 포함할 수 있으며, 냉각유체의 기본 순환시에는 2개의 펌프 중 소비전력이 적은 펌프가 사용될 수 있고, 최대 냉각시에는 2개의 펌프가 모두 사용될 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 냉각유체의 순환 상태의 따라2 개의 펌프를 적절하게 사용함으로써, 전기모터를 안정적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 고정자의 발열량에 따라 2개의 펌프의 순환이 조절될 수 있다. 냉각유체는 고정자의 발열량에 따라 순환할 수 있는데, 앞서 설명한 바와 같이 냉각유체의 기본 순환에는 소비전력이 적은 펌프가 사용될 수 있고, 최대 순환시에는 2 개의 펌프가 모두 사용될 수 있다. 이는 고정자의 발열량에 따라 결정될 수 있다. 상기와 같이 고정자의 발열량에 따라 2 개의 펌프의 순환을 조절함으로써, 고정자에서 발생하는 열에 따라 효과적으로 냉각할 수 있다.
상기 제1냉각회로 및 제2냉각회로는 시스템 연결밸브에 의해 서로 연결될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2냉각회로가 시스템 연결밸브에 의해 서로 연결됨으로써, 동일한 방식으로 전기모터를 냉각할 수 있으며, 제1 및 제2 냉각회로를 조절하기가 용이해질 수 있다.
이때, 제1냉각유로 및 제2냉각유로는 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 냉각유로가 지그재그로 형성됨에 따라 고정자의 외주면과 냉각유 체가 접할 수 있는 면적이 증가할 수 있으며, 그 결과 발열된 고정자의 냉각이 용이해질 수 있다.
한편, 1냉각유로 및 제2냉각유로는 서로 대응하는 형태로 형성될 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 미연의 사고에 의해 2 개의 냉각시스템 중 하나가 고장이 발생할 경우에 남은 하나의 냉각시스템이 작동함으로써, 전기모터의 냉각이 이루어질 수 있다. 따라서, 제1냉각유로 및 제2냉각유로를 서로 대응하는 형태로 형성함으로써, 미연에 발생할 수 있는 전기모터 사고에도 냉각시스템이 작동할 수 있게 한다.
본 발명의 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템은 독립된2 개의 냉각시스템을 이용하여 전기모터의 고정자의 발열 상태에 따라 냉각시스템을 적절히 사용함으로써, 전기모터의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템은 유로가 연결된2 개의 냉각시스템을 사용하여 하나의 냉각시스템이 작동하지 않는 상황이 발생하더라도, 다른 하나의 냉각시스템이 작동하여 발열된 전기모터를 적절하게 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템은 독립된 2 개의 냉각 시스템을 사용하여 소형화가 가능하고, 유지 및 보수가 용이해질 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관 하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템이 적용된 전기모터를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 영역을 확대 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템이 적용된 전기모터의 구성도이다.
여기서, 수중함은 잠수함 등 물 속에서 기동하는 선박류 등을 의미한다.
도면을 참조하면, 수중함용 전기모터(100)는 프레임(110) 내에 고정자(140), 고정자(140)와 소정간격 이격된 회전자(120) 및 회전자(120)를 중심으로 회전가능한 회전축(120)을 포함할 수 있다.
이때, 고정자(140) 외주면에는 수중함용 전기모터(100)의 회전에 의해 발생하는 열을 냉각할 수 있는 냉각유체가 흐르는 제1 냉각유로(152) 및 제1 냉각유로(152)의 일측에 나란하게 형성된 제2 냉각유로(162)를 포함할 수 있다.
또한, 수중함용 전기모터(100)는 제1 냉각유로(152)에 냉각유체를 공급할 수 있는 제1 냉각회로(150) 및 제2 냉각유로(162)에 냉각유체를 공급하여 제1 냉각회로(150)와 독립적으로 작동할 수 있는 제2 냉각회로(160)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 및 제2 냉각회로(160)에 흐르는 냉각유체의 흐름 방향은 동일한 방향으로 흐를 수 있다.
여기서 제1 냉각회로(150) 및 제2 냉각회로(160)는 냉각유체가 각각 제1 냉각유로(152) 및 제2 냉각유로(162)를 통과할 수 있도록 2 개의 펌프를 포함할 수 있다. 즉, 제1냉각회로(150)가 2개의 냉각펌프(157a, 157b)를 포함하고, 제2냉각회로도 2개의 냉각펌프(167a, 167b)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 냉각회로(160)에 흐르는 냉각유체가 기본 순환할 때는 2 개의 펌프(157a, 157b, 167a, 167b) 중 소비전력이 적은 펌프(예를 들면, 157a, 167a)가 사용될 수 있으며, 수중함용 전기모터(100)를 최대로 냉각하고자 할 때는 2 개의 펌프(157a, 157b, 167a, 167b)가 모두 사용될 수 있다.
상기와 같이 2 개의 펌프(157a, 157b, 167a, 167b)를 이용하여 제1 또는 제2 냉각회로(160)에 냉각유체를 흐르게 함으로써, 수중함용 전기모터(100)의 발열 상태에 따라 적절하게 냉각회로(150, 160)를 사용할 수 있게 된다. 즉, 2 개의 펌프(157a, 157b, 167a, 167b)는 고정자(140)의 발열량에 따라 냉각유체의 순환을 조절할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 냉각회로(160)는 시스템 연결밸브(170)에서 서로 연결될 수 있다. 제1 냉각회로(150) 및 제2 냉각회로(160)는 각각 독립적인 냉각회로이지만, 시스템 연결밸브(170)에서 연결됨으로써, 고정자(140)의 발열량에 따라 선택적으로 제1 냉각회로(150) 또는 제2 냉각회로(160)를 사용할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 냉각유로(152) 및 제2 냉각유로(162)는 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 냉각유로(152, 162)는 고정 자(140)의 외주면과 접하는 면적이 증가함으로써, 결과적으로 고정자(140) 외주면에 흐르는 냉각유체가 증가하게 된다. 따라서, 고정자(140)가 효과적으로 냉각될 수 있다. 뿐만 아니라, 제1냉각유로(152)의 냉각유체와 제2냉각회로(162)의 냉각유체가 서로 접촉된 상태로 흐를 수 있으므로 이를 냉각유체들 사이에서도 열교환이 일어날 수 있다.
또한, 제1 및 제2 냉각유로(162)는 서로 대응하는 형태로 형성될 수 있다. 보다 자세히 살펴보면, 제1 및 제2 냉각유로(162)는 동일한 방향으로 흐르도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 냉각유체의 흐름방향이 동일하면, 고정자(140)가 냉각되는데 필요한 시간을 절감할 수 있고, 제1 및 제2냉각유로(152,162)를 흐르는 냉각유체들 사이에서도 열교환이 발생할 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각유로(162)에 냉각유체를 공급하는 제1 및 제2 냉각회로(160)는 시스템 연결밸브(170)에서 연결될 수 있다. 고정자(140)의 발열 상태에 따라 제1 또는 제2 냉각유로(162)에 냉각유체를 공급하지만, 경우에 따라서는 제1 냉각회로 또는 제2 냉각회로(160)의 작동 유무에 따라서 제1 또는 제2 냉각유로(162)에 냉각유체를 공급할 수도 있다.
즉, 경우에 따라 제1 냉각회로(150)또는 제2 냉각회로(160)가 작동하지 않을 수 있다. 예를 들어 주변환경, 작업자의 실수 등에 따라 제1 냉각회로(150)가 작동하기 않게 되면 제1 냉각유로(152)에 냉각유체가 흐르지 않게 된다. 이때, 제2 냉각회로(160)가 작동하면서 제2 냉각유로(162)에 냉각유체가 흐르게 되어 발열된 고정자(140)가 냉각될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 물-물 교환기(151, 161)에서 냉각된 냉각수는 고정자(140)를 냉각할 수 있는 제1및 제2냉각채널(155, 165)과 전기모터 인버터부(156, 166)로 연결되어 제1 및 제2냉각채널(155, 165) 및 전기모터 인버터부(156, 166) 각각을 냉각시킬 수 있다. 이때, 열을 포함하게 되는 냉각수는 냉각수 탱크(154,164)로 모여 기체를 제거(153, 163)할 수 있다. 기체가 제거된 냉각수는 냉각수 순환을 담당하는 펌프(157, 167)에 의해서 물-물 교환기(151, 161)로 다시 이동할 수 있으며, 다시 제1 및 제2냉각채널(155, 165) 및 전기모터 인버터부(156, 166) 각각을 냉각하는 과정을 거칠 수 있다.
이때, 제1 냉각회로(150)와 제2 냉각회로(160)는 독립적으로 제1 냉각회로(150) 또는 제2 냉각회로(160) 중 어느 하나만 작동할 수 있지만, 시스템 연결밸브(170)로 연결되어 고정자(140)의 발열 상태에 따라 제1 냉각회로(150) 및 제2 냉각회로(160) 모두 작동되어 제1 및 제2 냉각유로(162)에 냉각유체를 공급할 수도 있다.
이와 같이 물-물 교환기(151, 161)가 전기모터에서 가장 많은 열을 발생시키는 고정자(140)에 직접 맞대어 열을 흡수함으로써, 전기모터(100)의 냉각을 극대화할 수 있다. 또한, 고정자(140)에서 발생하는 열원의 정도에 따라 펌프(157a, 157b, 167a, 167b)의 인버터부(156, 166)를 조절함으로써, 가장 작은 전력으로도 전기모터를 냉각할 수 있다.
더불어, 독립적으로 작동하는 2 개의 냉각시스템을 구비함으로써, 수리 및 유지 보수가 용이해질 수 있으며, 잠수함과 같은 수중함처럼 비교적 제한된 공간에 서도 효과적으로 전기모터(100)를 냉각할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템이 적용된 전기모터를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각시스템을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템이 적용된 전기모터의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 수중함용 전기모터 150: 제1 냉각회로
152: 제1 냉각유로 160: 제2 냉각회로
162: 제2 냉각유로 157a, 157b, 167a, 167b: 냉각펌프

Claims (6)

  1. 회전축을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 회전자; 및
    상기 회전자의 일면에 이격 배치되는 고정자를 구비하는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템에 있어서,
    상기 고정자의 외주면에 상기 회전축과 평행한 유로와 수직인 유로가 연결되어 연속적으로 배치되고, 상기 고정자를 냉각시키기 위한 냉각유체가 흐르도록 형성되는 제1냉각유로;
    상기 제1냉각유로의 일측에 배치되며, 상기 제1냉각유로에 대하여 지그재그 형태로 서로 맞물리게 형성되고, 상기 고정자를 냉각시키기 위한 냉각유체가 흐르도록 형성되는 제2냉각유로;
    상기 제1냉각유로에 냉각유체를 공급하는 제1냉각회로;
    상기 제2냉각유로에 냉각유체를 공급하며, 상기 제1냉각회로와 독립적으로 작동하는 제2냉각회로; 및
    상기 제1 및 제2냉각회로에 각각 배치되고, 냉각유체를 냉각시키는 물-물 교환기를 거치는 냉각유체의 유량을 조절할 수 있도록 상기 물-물 교환기의 출구에 설치되는 밸브를 포함하며,
    상기 제1냉각유로를 흐르는 냉각유체의 흐름방향은 상기 제2냉각유로를 흐르는 냉각유체의 흐름방향과 동일한 것을 특징으로 하는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각회로 및 상기 제2냉각회로는 냉각유체가 각각 상기 제1냉각유로 및 상기 제2냉각유로를 통과하도록 순환시키는 2개의 펌프를 포함하며,
    냉각유체의 기본 순환시에는 상기 2개의 펌프 중 소비전력이 적은 펌프가 사용되고, 최대 냉각시에는 상기 2개의 펌프가 모두 사용되는 것을 특징으로 하는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정자의 발열량에 따라 상기 2개의 펌프의 순환이 조절되는 것을 특징으로 하는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1냉각회로 및 상기 제2냉각회로는 시스템 연결밸브에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 수중함용 전기모터의 독립된 두 개의 냉각시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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