KR101073100B1 - 회전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 하우징의 중심에 회전 가능하게 설치된 회전축, 회전축 외면에 장착된 회전자, 하우징에 고정되며 회전자 외측에 설치된 고정자, 회전자와 고정자 사이에 형성된 코일, 고정자와 코일을 절연시키며 동시에 몰딩하는 고정자 몰딩부 및 고정자 몰딩부와 하우징 사이에 연결된 히트 파이프를 포함하는 회전 장치를 제공할 수 있다.
전동기, 발전기

Description

회전 장치{ROTATING DEVICE}
본 발명은 회전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 회전자(106)와 고정자로 구성된다. 회전자는 영구자석을 포함하며, 고정자는 권선된 코일을 포함한다. 이때, 전동기는 코일에 인가된 전류에 의해 발생되는 자속과 회전자의 전기기유도에 의해 회전자가 회전함에 따른 회전축의 동력을 이용한다.
전동기는 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환되는 과정에서 코일의 내부 저항에 의한 동손, 히스테리시스손, 와전류손, 기계마찰 등의 영향에 의한 열이 발생한다. 전동기 내부에 열이 발생되면 전동기의 기능을 저하시키며, 절연체 등에 파손의 원인이 된다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 전동기는 냉각 수단을 구비한다. 전동기 냉각 수단으로는 강냉식과 자냉식이 사용된다. 강냉식 냉각 수단은 냉각팬을 이용한 공냉식과 냉각수를 이용한 수냉식이 있다. 강냉식 냉각 수단은 급수 또는 냉각팬 등의 장치를 필요로 하여 구조가 복잡하고 누수의 위험성이 상존한다.
자냉색 냉각 수단은 권선에 발생된 열을 권선 지지부인 코아를 통해 전도하여 외부공기와 접촉 통한 냉각과, 회전자와 고정자 사이의 공극을 통해 전동기 외부와 내부 사이의 공기의 흐름이 이루어지도록 하여 냉각하는 방식으로 소형 전동기에서 주로 사용한다.
자냉식 냉각 수단은 냉각 능력이 강냉식에 비해 현저히 떨어지므로 상기와 같이 소형 전동기 등에서 사용된다. 그러나 대형 전동기 또는 발전기에서는 냉각 능력이 떨어져 사용할 수 없는 문제점 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 히트 파이프가 구비된 회전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 고정자와 회전자를 절연 에폭시로 몰딩하여 냉각을 시키는 회전 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 고정자를 고정하는 고정자 지지부에 냉각로 및 고정자 지지부를 관통하여 냉각로를 하우징 내부와 연결시켜 고정자에 축적된 열을 효과적으로 방열할 수 있는 회전 수단을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하우징의 중심에 회전 가능하게 설치된 회 전축; 상기 회전축 외면에 장착된 회전자; 상기 하우징에 고정되며 상기 회전자 외측에 설치된 고정자; 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 형성된 코일; 상기 고정자와 상기 코일을 절연시키며 동시에 몰딩하는 고정자 몰딩부; 및 상기 고정자 몰딩부와 상기 하우징 사이에 연결된 히트 파이프를 포함하는 회전 장치를 제공하는 데 있다.
여기서, 상기 고정자 몰딩부는 보론나이트라이드 또는 알루미나를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 히트 파이브가 결합된 타면에 적어도 하나의 방열핀을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 하우징의 중심에 회전 가능하게 설치된 회전축; 상기 회전축 외면에 장착된 회전자; 상기 회전자 외측에 설치된 고정자; 상기 하우징에 결합되며 상기 고정자를 고정하는 고정자 지지부; 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 형성된 코일; 상기 지지부 내측에 환형으로 형성된 냉각로; 및 상기 지지부를 관통하여 상기 냉각로를 하우징 내부의 공간과 연결하는 연결 통로를 포함하는 회전 장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 고정자와 상기 코일을 절연시키며 동시에 몰딩하는 고정자 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 고정자 몰딩부와 상기 하우징 사이에 연결된 히트 파이프를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하우징은 상기 히트 파이브가 결합된 타면에 적어도 하나의 방열핀을 구비할 수 있다.
그리고 상기 고정자 몰딩부는 보론나이트라이드 또는 알루미나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고정자와 회전자를 절연 에폭시로 몰딩한 고정자 몰딩부를 구비하여 코일에서 발생된 열이 고정자에 축적되지 않도록 고정자를 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고정자 몰딩부와 하우징을 히트 파이프를 통해 연결하여 고정자에 축적된 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하우징 표면의 히트 파이프와 연결된 타면에 히트 싱크를 구비하여 고정자에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고정자를 지지하는 고정자 지지부에 냉각로와 고정자 지지부를 관통하여 냉각로를 하우징 내부와 연결시켜 고정자를 냉각 시킬 수 있다.
본 발명이 일 실시 예에 따르면, 고정자 몰딩부, 히트 파이프 또는 고정자 지지부에 하우징 내부와 연결통로로 연결된 냉각로를 이용하여 냉각함으로써 대형 전동기 또는 발전기에 사용할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전동기를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전동기는 하우징(104), 회전축(109), 회전자(106), 고정자(100), 코일(102) 고정자 몰딩부(107) 및 히트 파이프(108)를 포함한다.
구체적으로, 회전축(109)은 하우징(104)의 중심에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 회전축(109)은 하우징(104)과 접촉하는 상부 및 하부에 베어링(105)을 통해 하우징(104)에 고정되며, 회전할 수 있도록 설치된다.
회전자(106)는 회전축(109)의 외면에 형성된다. 회전자(106)는 회전축(109)에 부착된 영구자석을 포함할 수 있다.
고정자(100)는 하우징(104)에 고정될 수 있다. 고정자(100)는 코일(102)이 권취될 수 있도록 슬릿이 형성될 수 있다.
코일(102)은 고정자(100)에 권취될 수 있다. 코일(102)은 전류가 인가되어 회전자(106)의 영구자석과의 사이에 자력에 의한 회전력을 발생시켜 회전축(109)을 회전시킨다.
고정자 몰딩부(107)는 고절연 및 고열전도율 에폭시를 통해 고정자(100)와 코일(102)을 몰딩한다. 고정자 몰딩부(107)는 코일(102)에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
고정자 몰딩부(107)는 코일(102)에서 발생하는 열을 외부로 전달하기 위하여 열 전도성이 높은 보론나이트라이드 분말 또는 알루미나 분말이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 고정자(100)에 슬릿이 형성되면 와전류손이 발생할 수 있으므로 고정자(100)에 형성된 슬릿이 제거되고 고정자 몰딩부(107)에 슬릿이 형성될 수 있다. 이에 따라, 코일(102)의 권취가 용이하며, 와전류손을 줄일 수 있다. 또한, 고장자 몰딩부(107)에 형성된 슬릿은 냉각통로 역할을 동시에 수행할 수 있다.
히트 파이프(108)는 고정자 몰딩부(107)와 하우징(104)을 연결한다. 히트 파이프(108)는 내부를 배기한 파이프로 작은 구멍이 다수 구비된 안쪽에 휘발성 액체를 넣어 냉각 효과를 높인다. 히트 파이프(108)는 고정자 몰딩부(107)로부터 열을 전달 받으면 내부의 휘발생 액체가 증발하여 열 에너지를 가지면서 하우징(104)쪽으로 열 에너지를 전달한다.
히트 파이프(108)는 구리, 스테인레스강, 세라믹, 텅스텐 등으로 형성될 수 있으며, 내벽은 다공질 파이버 등이 사용될 수 있다.
히트 파이프(108)의 내부의 휘발성 물질은 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용될 수 있다.
히트 파이프(108)는 환형으로 형성되어 회전축(109) 주위에 형성될 수 있다. 히트 파이프(108)는 하우징(104)의 하부 및 상부와 연결될 수 있다.
이러한, 고정자 몰딩부(107)와 히트 파이프(108)를 통해 코일(102)에서 발생된 열을 하우징으로 전달하여 고정자(100)에 열이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 전동기는 하우징(104)에 방열핀(111)을 더 구 비할 수 있다. 방열핀(111)은 하우징(104)의 외부면과 공기와의 접촉 면적을 넓혀 히트 파이프(108)를 통해 전달된 열을 빠르게 방출할 수 있다.
도 2은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전동기를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전동기는 하우징(104), 회전축(109), 회전자(106), 고정자(100), 고정자 지지부(101), 코일(102), 냉각로(110) 및 연결 통로(151, 152)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 회전축(109)은 하우징(104)의 중심에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 회전축(109)은 하우징(104)과 접촉하는 상부 및 하부에 베어링(105)을 통해 하우징(104)에 고정되며, 회전할 수 있도록 설치된다.
회전자(106)는 회전축(109)의 외면에 형성된다. 회전자(106)는 회전축(109)에 부착된 영구자석을 포함할 수 있다.
고정자 지지부(101)는 일측이 하우징(104)에 고정된다. 고정자 지지부(101)는 고정자(100)가 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
고정자(100)는 고정자 지지부(101)의 내측에 삽입되어 고정될 수 있다.
코일(102)은 회전자(106)와 고정자(100) 사이에 권취된 형태로 형성될 수 있다. 코일(102)은 전류가 인가되면 회전자(106)의 영구자석과의 사이에 자력에 의한 회전력을 발생시켜 회전축(109)을 회전시킨다.
냉각로(110)는 고정자(100)의 내측에 형성된다. 냉각로(110)는 고정자(100)에 축적된 열을 순환시켜 연결 통로(151, 152)를 통해 방출한다.
연결 통로(151, 152)는 냉각로(110)가 하우징의 내부 공간과 연결될 수 있도록 고정자 지지부(101)를 관통하여 형성될 수 있다. 연결 통로(151, 152)는 냉각로(110)로부터의 열을 방출하는 방출통로와 낮을 열을 흡수하는 흡수통로를 구비할 수 있다.
상기와 같이 고정자 지지부(101)에 냉각로(110)와 연결 통로(151, 152)가 형성됨으로써, 냉각 유체를 사용하지 않고 고정자(100)를 냉각시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전동기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1과 대비하여 도 2에 도시된 고정자 지지부(101), 냉각로(110)와 연결 통로(151, 152)를 구비하고, 하우징(104)에 방열핀(111)이 더 구비된 것을 제외하고 동일한 구성요소를 구비하므로 동일한 구성요소에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
고정자 지지부(101)는 일측이 하우징(104)에 고정된다. 고정자 지지부(101)는 고정자(100)가 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
고정자(100)는 고정자 지지부(101)의 내측에 삽입되어 고정될 수 있다.
냉각로(110)는 고정자 지지부(101)의 내측에 형성된다. 냉각로(110)는 고정자 지지부(101)의 형상에 따라 환형으로 형성될 수 있다.
연결 통로(151, 152)는 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각로(110)가 하우징의 내부 공간과 연결될 수 있도록 고정자 지지부(101)를 관통하여 형성될 수 있다. 연결 통로(151, 152)는 냉각로(110)로부터의 열을 방출하는 방출통로와 낮을 열을 흡 수하는 흡수통로를 구비할 수 있다.
한편, 도 3에 도시되지는 않았으나, 냉각로(110)는 고정자 지지부(101)를 관통하여 고정자(100)를 하우징(104) 방향으로 노출시킬 수 있다.
고정자 몰딩부(107)는 고절연 및 고열전도율 에폭시를 통해 고정자(100)와 코일(102)을 몰딩한다. 고정자 몰딩부(107)는 코일(102)에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
고정자 몰딩부(107)는 코일(102)에서 발생하는 열을 외부로 전달하기 위하여 열 전도성이 높은 보론나이트라이드 분말 또는 알루미나 분말이 포함될 수 있다.
히트 파이프(108)는 고정자 몰딩부(107)와 하우징(104)을 연결한다. 히트 파이프(108)는 내부를 배기한 파이프로 작은 구멍이 다수 구비된 안쪽에 휘발성 액체를 넣어 냉각 효과를 높인다. 히트 파이프(108)는 고정자 몰딩부(107)로부터 열을 전달 받으면 내부의 휘발생 액체가 증발하여 열 에너지를 가지면서 하우징(104)쪽으로 열 에너지를 전달한다.
히트 파이프(108)는 구리, 스테인레스강, 세라믹, 텅스텐 등으로 형성될 수 있으며, 내벽은 다공질 파이버 등이 사용될 수 있다.
히트 파이프(108)의 내부의 휘발성 물질은 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용될 수 있다.
히트 파이프(108)는 환형으로 형성되어 회전축(109) 주위에 형성될 수 있다. 히트 파이프(108)는 하우징(104)의 하부 및 상부와 연결될 수 있다.
이러한, 고정자 몰딩부(107)와 히트 파이프(108)를 통해 코일(102)에서 발생 된 열을 하우징으로 전달하여 고정자(100)에 열이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
방열핀(111)은 하우징(104)의 외부면과 공기와의 접촉 면적을 넓혀 히트 파이프(108)를 통해 전달된 열을 빠르게 방출할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는 전동기를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 발전기에도 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 단면을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전동기의 단면을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 에에 따른 전동기의 단면을 도시한 단면도.
<도면부호의 간단한 설명>
100: 고정자
101: 고정자 지지부
102: 코일
104: 하우징
105: 베어링
106: 회전자
107: 고정자 몰딩부
108: 히트 파이프
109: 회전축
110: 냉각로
111: 방열핀
151, 152: 연결 통로

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 하우징의 중심에 회전 가능하게 설치된 회전축;
    상기 회전축 외면에 장착된 회전자;
    상기 회전자 외측에 설치된 고정자;
    상기 하우징에 결합되며 상기 고정자를 고정하는 고정자 지지부;
    상기 회전자와 상기 고정자 사이에 형성된 코일;
    상기 고정자 지지부 내측에 환형으로 형성된 냉각로; 및
    상기 고정자 지지부를 관통하여 상기 냉각로를 하우징 내부의 공간과 연결하는 연결 통로를 포함하는 회전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정자와 상기 코일을 절연시키며 동시에 몰딩하는 고정자 몰딩부를 더 포함하는 회전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정자 몰딩부와 상기 하우징 사이에 연결된 히트 파이프를 더 포함하는 회전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 히트 파이프가 결합된 타면에 적어도 하나의 방열핀을 구비한 것을 특징으로 하는 회전 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정자 몰딩부는 보론나이트라이드 또는 알루미나를 포함하는 회전 장치.
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