KR101062703B1 - 진공중 회전기기의 열발생 억제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 전동기 및 발전기와 같은 회전기기가 진공 중에서 지속적으로 운전될 경우 진공의 단열로 인하여 발생하는 열이 누적됨으로써 급격하게 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 진공 중 회전기기의 열 발생 억제장치에 관한 것이다.

열발생 억제장치, 권선, 코어, 진공, 냉각유

Description

진공중 회전기기의 열발생 억제장치{Device for reducing heat of rotating machine in vacuum}

본 발명은 영구자석을 이용한 전동기 및 발전기와 같은 회전기기가 진공 중에서 지속적으로 운전될 경우 진공의 단열로 인하여 발생하는 열이 누적됨으로써 급격하게 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 진공 중 회전기기의 열 발생 억제장치에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석을 이용하는 전동기 및 발전기와 같은 회전기기는 영구자석으로 이루어진 회전자(rotor)와, 규소강판이 적층된 코어에 권선(winding wire)이 감겨진 고정자(stator)로 구성되어 있다.

이러한, 회전기기는 통상 공기 중에서 사용되기 때문에 권선 부분이나 코어 부분이 공기에 의한 자연 냉각이 이루어져, 별도의 열발생 억제장치가 필요치 않았다.

그러나, 기술의 발달함에 따라 진공 중에서도 회전기기가 많이 사용되게 되 었으며, 통상 공기 중에 사용되던 회전기기를 그대로 사용하게 됨으로서, 상기 권선 부분이나 코어 부분이 진공 단열로 인하여 열이 지속적으로 누적되어 심각한 문제를 발생시키게 되었다.

따라서, 최근에는 진공 중에서와 같이 전류 밀도가 높을 경우 풍냉 방식 또는 수냉 방식으로 온도가 누적되지 않도록 열발생을 억제할 수 있는 여러 가지 냉각 방식이 제안되게 되었다.

도 1 은 이러한 종래의 회전기의 열발생 억제 방식 중 수냉 방식이 적용된 고정자를 개략적으로 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 주로 코어(20)를 감싸고 있는 하우징(10) 내부에 냉각수 통로(12)를 형성하고, 이 냉각수 통로(12)에 냉각수를 흘려보냄으로써, 코어(20)와 권선(30)에 열이 발생되는 것을 억제하였다.

또한, 초대형의 회전기기에서는 권선의 중심부를 파이프 형태로 만들어 그 속으로 직접 물을 흘려보내는 방식 등이 주로 사용되어 진다.

하지만, 상기와 같이 하우징 내부로 물을 흘려보내는 방식이 진공중에서 사용된다면 냉각 통로가 되는 하우징(10)과, 코어(20), 그리고 권선(30) 사이에 접촉이 확실치 않을 경우 열이 계속적으로 누적되어 열발생을 억제하는 기능을 제대로 수행하지 못하는 단점이 있었으며, 특히 슬롯리스 형태의 회전기기는 코어(20)와 권선(30)의 접촉하는 면이 많지가 않아 열 누적이 더욱 심하게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 권선(30) 중심부로 직접 물을 흘리는 방식은 권선(30)의 굵기가 매우 굵어지게 되어 초대형기기에는 효과가 좋겠지만, 플라이휠 에너지 저장장치 중에 사용하는 회전기기는 권선의 굵기에 의하여 에너지 손실이 매우 커지기 때문에 권선의 굵기는 직경 0.3 mm 이하의 것들이 주로 사용되고 슬롯리스 형태로 사용되기 때문에 이와 같은 방식은 적용할 수가 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 공기 중에서 사용하던 열 발생 억제방법을 사용할 수 없는 진공 중에서 효율적으로 열 발생 누적을 억제할 수 있도록 함으로써, 열 발생 억제로 인하여 권선의 절연이 파괴되는 문제를 해결하고 열 누적으로 인하여 시스템의 사고발생을 억제할 수 있도록 한 진공중 회전기기의 열발생 억제 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 슬롯리스 타입의 회전기기 하우징에 고정설치되어 코어와 권선에 열이 누적되는 것을 방지하도록 한 열발생 억제장치로서, 상기 코어와 권선을 감싸며 일단이 상기 코어와 권선을 지지하는 하우징의 하부에 결합되는 하부케이스와, 상기 하우징의 상부에 볼트 결합되는 링 형태의 지지부재와, 상기 코어 및 권선의 상부에 위치되어 상기 지지부재 및 하부케이스와의 결합을 통해 냉각유로를 형성하고, 일측에 열발생을 억제할 수 있는 냉각유를 공급 또는 배출시킬 수 있는 출입구가 형성된 상부케이스로 이루어진 것을 특징으로 하 는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 하부케이스는 상기 권선을 감싸는 기둥부와, 상기 기둥부의 하부에 원주방향으로 돌출되게 형성되며 일단이 상기 하우징의 하부에 볼트 결합되어 냉각유로를 형성하는 받침부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 열발생 억제장치는 비자성체 및 비전도체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 상부케이스의 일측에는 권선의 전원 입출력을 위한 피드스루가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 하부케이스와 하우징은 볼트에 의해 결합되는 것으로 상기 하부케이스와 하우징 사이에는 냉각유의 유출을 방지할 수 있는 오링이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 지지부재와 하우징은 볼트에 의해 결합되며, 상기 지지부재와 하우징 사이에는 오링이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 하부케이스 및 지지부재와 접촉되는 상부케이 스는 볼트에 의해 결합되며 접촉되는 부분에는 오링을 구비하여 냉각유가 유출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 냉각유는 절연류로서 열전도가 높고 절연력이 뛰어난 액체성분으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 냉각유는 기체질소와 같은 차가운 기체일 수 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 진공중 회전기기의 열발생 억제 장치는 기존의 공기중에서 사용하던 열 발생 억제방법을 사용할 수 없는 진공 중에서도 효율적으로 열 발생 누적을 억제할 수 있도록 하여 권선의 절연이 파괴되는 문제를 해결할 수 있게 되었으며, 열 누적으로 인하여 발생하던 시스템의 치명적인 사고발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른의 구성 및 작용효과를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 열발생 억제 장치가 고정자에 결합된 모습을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3 은 도 2 의 분해사시도이며, 도 4 는 도 2 의 측단 면도이다.

본 발명에 따른 진공 중 회전기기의 열발생 억제장치(100)는 도면에 도시된 바와 같이, 규소강판이 적층된 코어(10) 및 권선(20)으로 이루어진 고정자(1)를 감쌀 수 있도록 형성되어, 상기 회전기의 코어(10) 및 권선(20)에 열이 누적되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 하부케이스(110)와, 지지부재(120), 그리고 상부케이스(130)를 포함한다.

여기서, 상기 코어(20)와 권선(30)은 하우징(10)에 순차적으로 결합된 상태이다.

이 상태에서, 하부케이스는 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 코어(20)와 권선(30)을 하부에서 감쌀 수 있도록 위치된다. 상기 하부케이스(110)는 상기 권선(30)을 감싸 상기 코어(20)와 권선(30)을 냉각시킬 수 있는 냉각유의 충진시 상기 코어(20)와 권선(30) 하부에 냉각유로를 확보하는 역할을 하는 것으로 원통형상으로 형성되되, 상기 권선(30)을 감싸는 기둥부(112)와, 상기 기둥부(112)의 하부에 원주방향으로 돌출되게 형성되며 일단이 상기 하우징(10)에 볼트(S)결합되는 받침부(114)로 이루어진다.

지지부재(120)는 상기 하우징(10)의 상부에 볼트(S) 결합되는 것으로 링 형 상으로 이루어지며, 상기 코어(20) 및 권선(30)을 감쌀 수 있도록 위치된 하부케이스(110)의 기둥부(112) 상단과 상기 지지부재(120)의 상단이 수평방향 동일선상에 위치될 수 있도록 하여 후술하는 상부케이스(130)와의 결합시 상기 코어(20)와 권선(30) 상부에 냉각유로를 확보하는 역할을 한다.

상부케이스(130)는 상기 코어(20) 및 권선(30)의 상부에 위치되어 상기 지지부재(120) 및 하부케이스(110)와의 결합을 통해 냉각유로가 회전기 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 일측에 냉각유를 공급 또는 배출시킬 수 있는 출입구(132)가 형성된다.

또한, 상기 상부케이스(130) 일측에는 상기 권선(30)과 전기적으로 연결되어 전원의 입출력을 수행하는 단자형태의 피드스루(Feed-through)(134)가 설치된다.

그리고, 상기와 같이 코어(20) 및 권선(30)을 감싸 열발생을 억제하도록 한 억제장치(100) 내에 공급되는 냉각유는 절연류로서 열전도가 높은 액체성분으로 구성된다. 여기서, 본 발명에서는 상기 냉각유를 절연류를 사용하여 상기 코어(20) 및 권선(30)을 냉각시키고 있지만, 경우에 따라 기체질소 등과 같이 차가운 기체를 주입하여 냉각시킬 수도 있다.

이때, 상기 억제장치 내에 공급된 냉각유가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록, 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 하부케이스(110)와 하우징(10)이 접촉되는 부분과, 상기 지지부재(120)와 하우징이 접촉되는 부분 및 상기 하부케이스(110)의 상단과 지지부재(120)의 상단이 접촉되는 상부케이스(130) 저면에는 오링(140)을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 사용된 하부케이스(110), 지지링(20) 그리고 상부케이스(130)는 비자성체 및 비전도체로 구성되도록 하여 전류가 흐르지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 결합된 본 발명에 따른 진공중 회전기기의 열발생 억제장치(100)는 하우징(10)에 상기 코어(20)와 권선(30)을 감싸도록 하부케이스(110)와 지지부재(120)를 볼트(S) 결합한다.

이후, 상기 권선(30)과 피드스루(134)를 전기적으로 연결한 다음 상부케이스(130)를 상기 하부케이스(110)와 지지부재(120)에 볼트(S) 결합한다.

이후, 상기 상부케이스(130)에 형성된 출입구(132)를 통해 냉각유를 주입하여 회전기의 작동시 발생할 수 있는 열을 억제하도록 하는 것이다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권 리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 진공중 회전기기의 열발생 억제장치의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.

도 1 은 이러한 종래의 회전기의 열발생 억제 방식 중 수냉 방식이 적용된 고정자를 개략적으로 도시한 단면도;

도 2 는 본 발명에 따른 열발생 억제 장치가 고정자에 결합된 모습을 개략적으로 도시한 사시도;

도 3 은 도 2 의 분해사시도; 및

도 4 는 도 2 의 측단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

100 : 억제장치 110 : 하부케이스

112 : 기둥부 114 : 받침부

120 : 지지부재 130 : 상부케이스

132 : 출입구 134 : 피드스루

140 : 오링

Claims (9)

1. 슬롯리스 타입의 회전기기 하우징에 고정설치되어 코어와 권선에 열이 누적되는 것을 방지하도록 한 열발생 억제장치로서,

   상기 코어와 권선을 감싸며 일단이 상기 코어와 권선을 지지하는 하우징의 하부에 결합되는 하부케이스와;

   상기 하우징의 상부에 볼트 결합되는 링 형태의 지지부재와;

   상기 코어 및 권선의 상부에 위치되어 상기 지지부재 및 하부케이스와의 결합을 통해 냉각유로를 형성하고, 일측에 열발생을 억제할 수 있는 냉각유를 공급 또는 배출시킬 수 있는 출입구가 형성된 상부케이스로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 하부케이스는:

   상기 권선을 감싸는 기둥부와;

   상기 기둥부의 하부에 원주방향으로 돌출되게 형성되며 일단이 상기 하우징의 하부에 볼트 결합되어 냉각유로를 형성하는 받침부로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 열발생 억제장치는 비자성체 및 비전도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
4. 청구항 1 에 있어서, 상기 상부케이스의 일측에는 권선의 전원 입출력을 위한 피드스루가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
5. 청구항 1 에 있어서, 상기 하부케이스와 하우징은 볼트에 의해 결합되는 것으로 상기 하부케이스와 하우징 사이에는 냉각유의 유출을 방지할 수 있는 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
6. 청구항 1 에 있어서, 상기 지지부재와 하우징은 볼트에 의해 결합되며, 상기 지지부재와 하우징 사이에는 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
7. 청구항 1 에 있어서, 상기 하부케이스 및 지지부재와 접촉되는 상부케이스는 볼트에 의해 결합되며 접촉되는 부분에는 오링을 구비하여 냉각유가 유출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
8. 청구항 1 에 있어서, 상기 냉각유는 절연류로서 열전도가 높고 절연력이 뛰어난 액체성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.
9. 청구항 1 에 있어서, 상기 냉각유는 기체질소와 같은 차가운 기체일 수 있는 것을 특징으로 하는 진공중 회전기기의 열발생 억제장치.

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