KR101096623B1 - 전동기의 냉각장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 프레임에 냉각파이프가 프레임과 평행한 방향으로 결합되어 냉각수가 유동되는 구조를 가짐으로써 누수의 문제점이 개선되고 냉각효율이 증대되는 전동기의 냉각장치에 관한 것으로, 회전자, 회전축 그리고, 고정자를 포함하는 전동기에 있어서, 내주면에서 상기 고정자를 지지하며 전동기의 외면을 형성하는 프레임 그리고, 상기 프레임 내부에서 상기 회전축과 평행하도록 일정한 간격으로 지그재그로 연장되어 결합되며 내부에 냉각수가 유동되는 냉각파이프를 포함하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 전동기의 냉각효율과 냉각계통의 내구성이 향상될 수 있는 전동기용 냉각장치가 제공된다.

Description

전동기의 냉각장치 및 제조방법{COOLING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 전동기용 냉각장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전동기의 프레임에 냉각파이프가 프레임과 평행한 방향으로 결합되어 냉각수가 유동되는 구조를 가짐으로써 누수의 문제점이 개선되고 냉각효율이 증대되는 전동기의 냉각장치 및 제조방법에 관한 것이다.

전동기는 회전자와 고정자 사이의 전자기적 상호작용에 의한 회전자의 회전력을 외부로 전달하며, 이러한 회전력의 전달은 회전축을 통하여 이루어진다. 일반적으로 전동기는 회전자와 코일이 권선된 고정자로 이루어지는데, 코일에 인가된 전류에 의해 발생한 회전력이 회전자와 연결된 회전축으로 회전으로 이어져 동력원이 된다.

이러한 전동기는 전기적인 에너지가 기계적인 에너지로 변환되는 과정에서 에너지의 손실이 발생하는데, 재질 자체의 히스테리시스, 코일에 의한 동손 또는 마찰 등에 기인한다. 이러한 에너지의 손실의 일부는 열로 방출된다. 이렇게 발생된 열은 전동기의 기능을 저하시키며, 주변에 배치된 부품에 열로 인한 바람직하지 않은 오작동이나 손상 등의 영향을 주게 된다. 따라서, 이러한 열을 냉각시키기 위해 공냉식 냉각장치와 수냉식 냉각장치를 구비한 전동기를 사용하게 된다.

공냉식 냉각장치는 프레임의 외면 또는 내부에 공기의 유로를 형성하여 공기의 유동을 통하여 열을 방출함으로써 냉각을 수행하는데, 냉각효율을 증가시키기 위해 프레임에 핀을 형성함으로써 냉각면적을 넓히는 시도가 있다. 그러나, 공냉식의 냉각장치로서는 냉각효율에 한계가 있는 관계로 고효율 전동기에 있어서는 수냉식 냉각장치를 많이 사용하게 된다.

수냉식 냉각장치는 전동기에 냉각수유로를 형성하여 냉각수를 전동기 주변으로 유동하게 하는 방식을 말하는데, 케이스 자체에 냉각수 유로를 형성하는 방식이 많이 사용되고 있다. 케이스에 냉각수 유로를 형성하는 경우, 냉각수 유로가 케이스 내부에 형성되는 것으로 케이스 내부에 공간을 형성하여 냉각수가 그 사이로 흐르도록 한다.

그런데, 케이스 내부에 유로를 형성하는 경우 틈으로 냉각수의 누수가 발생할 우려가 있고, 조립되는 접촉면에 따라 냉각효과가 달라지는 문제가 있다. 이에 따라 냉각성능의 신뢰성 문제와 더불어 전동기의 내구성 문제도 제기될 수 있다.

따라서, 종래 방식의 전동기의 냉각장치는 냉각효율의 한계와 함께 특히 수냉식 냉각장치의 경우 누수의 문제점과 조립과정 및 사용과정에서 전동기 품질이 보장되지 않는 문제가 있었다.

또한, 냉각수유로를 형성하는 데 어려움이 있고, 유동이 원활하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수냉식 전동기 냉각장치의 구조를 개선하여 누수의 문제점이 개선되고 냉각효율이 증대되는 전동기의 냉각장치 및 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 회전자, 회전축 그리고, 고정자를 포함하는 전동기에 있어서, 내주면에서 상기 고정자를 지지하며 전동기의 외면을 형성하는 프레임 그리고, 상기 프레임 내부에서 상기 회전축과 평행하도록 일정한 간격으로 지그재그로 연장되어 결합되며 내부에 냉각수가 유동되는 냉각파이프를 포함하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 전동기의 냉각효율과 냉각계통의 내구성이 향상될 수 있는 전동기용 냉각장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 상기 냉각파이프는 프레임 외부로 인출되는 양단부에 형성되는 냉각수 유입부와 유출부를 포함하며, 상기 유입부와 유출부는 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 외부 냉각수 순환장치와의 연결성이 향상되며 구조적인 배치에 있어서 이점이 있는 전동기용 냉각장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 상기 프레임은 상기 고정자를 내주면에서 지지하고 외주면에서 상기 냉각파이프와 접촉하는 내부프레임과, 상기 냉각파이프를 외부로부터 차폐하기 위해 내부프레임의 외주면을 덮도록 형성되는 외부프레임인 것을 특징으로 하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 냉각파이프를 효율적으로 보호할 수 있고 전열효과가 극대화되는 구조를 가지는 전동기용 냉각장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 상기 프레임은 주조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 냉각파이프 사이의 공간에서 모두 전열효과가 향상되어 냉각효율이 향상되며 누수의 방지가 가능한 전동기용 냉각장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 회전자, 회전축 그리고, 고정자를 포함하는 전동기에 있어서, 내주면에서 상기 고정자를 지지하며 전동기의 외면을 형성하는 프레임 그리고, 상기 프레임 내부에서 상기 회전축과 평행하도록 일정한 간격으로 지그재그로 연장되어 형성되며 내부에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 포함하는 전동기용 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 상기 프레임과 회전축은 레이던트 코팅처리된 것을 특징으로 하는 전동기용 냉각장치를 제공한다. 따라서, 높은 내부식성을 가질 수 있는 전동기용 냉각장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치의 제조방법은 냉각수파이프를 일정한 간격으로 평행하게 형성되도록 지그재그 형태로 벤딩하는 단계, 벤딩된 냉각수파이프를 전동기 내부프레임의 외면을 둘러싸도록 밀착시키는 단계 그리고, 상기 내부프레임과 냉각수파이프의 밀착부위를 외부로부터 차폐하기 위해 주조공정을 통해 외부프레임을 형성하는 단계를 포함하는 전동기용 냉각장치의 제조방법을 제공한다. 따라서, 종래기술에 비해 구조적으로 신뢰성이 있고 냉각효율이 우수한 전동기용 냉각장치의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 회전축과 평행하도록 일정한 간격으로 지그재그로 연장되어 결합되며 내부에 냉각수가 유동되는 냉각파이프를 포함하는 구조를 가지므로 냉각효율과 냉각계통의 내구성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 냉각수 순환장치와의 연결성이 향상되며 구조적인 배치에 있어서 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 내부와 외부프레임이 별도로 결합될 수 있도록 함으로써 냉각파이프를 효율적으로 보호할 수 있고 전열효과가 극대화되는 구조를 가지는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 상기 프레임이 주조로 형성되므로 냉각파이프 사이의 공간에서 모두 전열효과가 향상되어 냉각효율이 향상되며 누수의 방지가 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치는 프레임과 회전축은 레이던트 코팅되므로, 높은 내부식성을 가질 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동기용 냉각장치의 제조방법은 종래기술에 비해 구조적으로 신뢰성이 있고 냉각효율이 우수한 이점이 있다.

도 1은 전동기용 냉각장치가 구비된 전동기를 도시한 측면도.
도 2는 전동기용 냉각장치가 구비된 프레임을 도시한 도면.
도 3은 냉각파이프가 도시된 정면도.
도 4는 냉각파이프가 도시된 우측면도.
도 5는 냉각파이프의 전개도.

이하, 본발명에 따른 수관식 보일러의 바람직한 실시예를 도면을 기초로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각장치가 구비된 전동기를 도시한 도면이다. 일반적인 전동기와 마찬가지로 마그네트가 결합된 회전자(5)는 회전축(2)과 결합되어 전동기(1)의 중심축상에 배치되며 프레임 내부를 관통한다. 회전자(5)의 외주면에는 코어(3)에 코일(4)이 권선되며 이격되어 배치되어있다. 전극(6)에 전류가 인가되면, 코일(4)에 흐르는 전류는 전자기력을 발생하고 회전자(5)와의 전자기적 상호작용에 의하여 회전축(2)이 회전하게 된다. 이와 같은 구조에 있어서, 재질 자체의 히스테리시스 및 마찰 등에 의해 열이 발생하고 이와 같이 바람직하지 않게 발생된 열은 주변의 장비에 열전달하게 되어 오작동이나 손상을 가져올 우려가 있음은 상기된 바와 같다.

본 발명의 개념에 따른 바람직한 실시예에 따라 프레임은 내부에 냉각파이프(30)를 구비한다. 상기 냉각파이프(30)는 코어(3)의 외주면을 따라 프레임과 일체로 또는 결합되어 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 냉각파이프(30)가 배치되는 경우 상기 프레임은 열전달이 우수한 재질로 형성되는 것이 또한 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 프레임은 내부프레임(10)과 외부프레임(20)으로 구성된다. 상기 프레임은 내부에 냉각파이프(30)를 수용하면서 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이 일체로 형성되는 경우 냉각파이프(30)의 형상이 결정되면 주조되는 방법을 통해 냉각파이프(30)를 에워싸면서 전동기(1)의 외면을 형성할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 주조는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하나, 필요에 따라 열전달과 주조성능이 우수한 다양한 재질을 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 프레임은 도면과 같이 내부프레임(10)과 외부프레임(20)으로 별개로 구성되어 결합될 수도 있는데, 이하 내부프레임(10)과 외부프레임(20)으로 구성된 예를 구체적으로 설명한다.

내부프레임(10)은 내주면에 코어(3)를 지지하면서 외주면에서 냉각파이프(30)와 결합한다. 상기 냉각파이프(30)는 내부프레임(10)의 외주면에 밀착되어 형성되는 것이 바람직하다. 냉각파이프(30)가 배치되면 상기 냉각파이프(30)를 외부와 차폐시킬 수 있도록 외부프레임(20)이 전동기의 외주면의 대부분을 이루도록 배치된다.

상기와 같이 내부프레임(10)의 외주면에 냉각파이프(30)가 배치되고 외부프레임(20)이 결합되는 경우 내부프레임(10)은 일정한 형상의 단차턱을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 단차턱은 냉각파이프(30) 및 외부프레임(20)이 결합되는 위치를 결정하면서 지지할 수 있는 형상을 가지게 된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 경우 냉각파이프(30)의 배관 사이로 공간이 형성될 수 있는데, 이러한 공간으로 인해 냉각효과가 저하될 가능성이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 외부프레임(20)이 냉각파이프(30)의 틈을 완전히 메울 수 있도록 형성되는 것이 바람직한데, 따라서 외부프레임(20)은 주조되는 방법을 통해 형성된다.

상기 주조되는 방법으로 외부프레임(20)이 형성되는 경우, 내부프레임(10)의 외주면에 냉각파이프(30)가 밀착되어 배치되면, 알루미늄과 같이 전도성이 우수한 금속을 녹여 내부프레임(10)의 외주면에서 냉각파이프(30) 사이의 틈과 공간을 완전히 메울 수 있도록 주조되는 방법으로 형성된다. 따라서, 이렇게 내부프레임(10), 냉각파이프(30) 및 외부프레임(20)의 결합이 이루어지는 경우, 냉각파이프(30) 내부에서 유동되는 냉각수의 냉각효율은 더욱 증대된다. 또한, 이렇한 방법으로 냉각유로가 형성되는 경우, 종래기술과는 달리 냉각유로를 형성하는 어려움이나 냉각수의 누수문제도 획기적으로 개선하는 효과가 있음에 주목해야 한다.

한편, 상기 냉각파이프(30)는 유입부(31)와 유출부(32)가 전동기의 외부로 인출된다. 상기 유입부(31)와 유출부(32)를 통해 외부의 냉각수 순환장치로부터 냉각수가 순환될 수 있다. 따라서, 상기 유입부(31)와 유출부(32)는 인접하여 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에서는 유입부(31)만이 도시되어 있는데, 유입부(31)에 가려져 미도시된 바로 후방에 유출부(32)가 배치된다. 따라서, 유입부(31)와 유출부(32)가 인접하여 형성됨에 따라 외부장치와의 연결이 편리해지고 및 배관 배치의 간편가 간편해지는 이점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각장치가 배치된 전동기 프레임의 측면과 후면을 나타내는 도면이다. 도 2에서 전동기(1)의 후면은 내부프레임(10)이 노출되는 모습이 나타난다. 내부프레임(10)이 냉각파이프(30)와 외부프레임(20)을 지지하면서 위치를 잡기 위해 단차턱이 형성될 수 있음은 상기한 바와 같다. 따라서, 전동기(1)의 전방 또는 후방에서 내부프레임(10)이 외부로 노출되는 부위가 있을 수 있으며, 경우에 따라 프레임 외면 전체가 외부프레임(20)으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

냉각파이프(30)의 유입부(31)와 유출부(32)는 외부로 인출되어 형성되며, 별도의 냉각수 순환장치와 연결되는데, 도면에서와 같이 유입부(31)와 유출부(32)가 전동기(1)의 후방에 인접하여 배치된다. 더욱 바람직하게는 유입부(31)와 유출부(32)가 상호 인접하여 후방으로 평행하게 인출된다. 상기 유입부(31)와 유출부(32)는 프레임을 관통하여 인출되는데, 도 2에서는 내부프레임(10)의 일측을 관통하여 인출되는 모습이 도시된다. 한편, 별도의 냉각수 순환장치의 배치에 따라 상기 유입부(31)와 유출부(32)의 인출위치는 선택에 따라 전동기의 측부나 전방측에 배치될 수 있음은 물론이다.

도 3은 냉각파이프(30)를 전면에서 도시한 도면이며, 도 4는 측면에서 도시한 도면이다. 상기 냉각파이프(30)는 내부프레임(10)의 외면과 접촉하면서 둘러쌀 수 있도록 전면에서 대략 원형의 형상을 이루도록 벤딩되어 형성된다. 상기 냉각파이프(30)는 단일의 파이프가 연장되면서 벤딩되어 형성되며, 상기한 바와 같이 외부로 인출되는 유입부(31)와 유출부(32)가 단부에서 형성된다.

보다 상세하게 냉각파이프(30)의 형상을 살펴보면, 도 4에서 도시되듯이 굴곡부인 벤딩부(33)와 대략 직선 형상부위인 수평부(34)로 이루어진다. 상기 수평부(34)는 측면에서 회전축(2)과 평행하게 형성된다. 전동기(1)의 길이방향을 따라 냉각파이프(30)의 수평부(34)가 일정한 간격을 두고 평행하게 배치되기 때문에 길이방향 양측에는 복수의 벤딩부(33)가 형성된다. 이와 같이 수평부(34)가 일정한 간격을 두고 회전축(2)과 평행하게 내부프레임(10)의 외주면을 둘러쌈에 따라 전동기(1)의 원통형상 대부분에서 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 상기 벤딩부(33)는 홀수개로 이루어지는 것이 바람직한데, 벤딩부(33)가 짝수로 이루어지는 경우 유입부(31)와 유출부(32)가 서로 반대방을 지향하기 때문에, 각기 다른 위치에서 전동기(1) 외부로 인출되는 경우 냉각수 순환장치와 연결되는 경우 추가적인 배관구성이 필요하기 때문이다. 이러한 개념에 따라 상기 유입부(31)와 유출부(32)는 냉각파이프(30)가 원통형상으로 벤딩되었을 때 서로 인접하여 같은 방향을 지향하게 된다.

한편, 유출부(32)가 상단의 수평부(34)로부터 오프셋을 두고 형성될 수도 있는데, 프레임의 인출위치에 따라 유입부(31)와 유출부(32)의 위치는 배관과 평행하게 이루어질 수 있음은 물론 상방 및 하방으로 오프셋을 두고 선택적으로 형성될 수 있음은 물론이다.

도 5는 냉각파이프(30)가 원통 형상으로 벤딩되기 전의 전개도를 나타낸다. 상기 설명한 바와 같이 냉각파이프(30)는 양 단부에서 유입부(31)와 유출부(32)가 형성되며, 회전축(2)과 평행한 방향으로 대략 직선형상의 수평부(34)와 각각의 수평부(34)를 연결하기 위한 벤딩부(33)로 이루어진다. 상기 수평부(34)와 벤딩부(33)의 개수, 수평부(34)의 길이 및 벤딩부(33)의 곡률은 프레임의 형상과 냉각파이프(30)의 밀집도 등을 고려하여 선택적으로 형성될 수 있다. 다만, 벤딩부(33)는 홀수개로 이루어짐이 바람직함은 설명한 바와 같다.

상기 설명을 기초로 프레임에 냉각유로가 배치되는 과정을 설명하면, 단일의 냉각파이프(30)가 벤딩되어 복수개의 수평부(34)와 벤딩부(33)가 형성되면, 유입부(31), 유출부(32) 및 수평부(34)가 평행한 방향으로 소정 간격을 두고 전개된다. 상기 전개도에서 배관이 배치된 수평 길이는 대략 내부프레임(10)의 외주 길이가 된다. 상기와 같이 1차 벤딩이 완료되면, 내부프레임(10)의 외주면에 밀착될 수 있도록 정면에서 대략 원 형상을 이루도록 2차 벤딩이 이루어진다. 도 3은 이렇게 2차 벤딩이 완료된 결과를 나타낸다. 내부프레임(10)의 외주면에 상기 냉각파이프(30)가 밀착되어 배치되면, 주조과정을 통해 외부프레임이 냉각파이프(30)와 내부프레임(10) 사이의 공간을 완전히 메우면서 외부로부터 냉각파이프(30)를 차폐할 수 있도록 형성된다. 상기 주조물인 외부프레임(20)과 내부프레임(10)은 전열성이 우수한 재질로 형성되기 때문에 전동기(1)에서 발생한 열은 프레임에 고르게 배치된 냉각파이프(30)에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 개념에 따라, 전동기의 표면처리에 관하여 이하 설명한다. 종래의 전동기에서는 모터의 외피에만 표면처리를 하는 것이 일반적이다. 전동기는 다양한 부품의 내부 또는 외부에 장착되어 사용되고 수명이 반영구적이다. 그러나, 다양한 환경에서 사용되는 만큼 경우에 따라 빠르게 부식될 수 있다. 따라서, 내식성을 강화하기 위해 프레임 외피에 도장 또는 착색을 하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 방법으로는 높은 내식성과 내부식성을 요구하는 환경에는 적용을 하는데 어려움이 있었다. 특히 회전축의 경우에는 구조상 표면처리가 어려운 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 또 다른 개념에 따른 전동기에서는 프레임과 회전축 전체에 레이던트코팅을 하는 개념이 제시된다. 레이던트 코팅이란 침투성 피막형 처리분야에 속하는 것으로, 모재 표면에 얇은, 대략 1㎛ 내지 2㎛로 형성되는 피막과 모재 내부에 생성되는 중간 확산층에 의하여 고도의 내부식성과 도장 밀착력을 나타낸다. 또한, 일반적인 도장 또는 착생과 달리 박리현상이 발생하지 않고 특이한 결정형을 구성하기 때문에 열이나 화학약품에 강한 내구성을 보인다.

따라서, 프레임과 회전축이 레이던트 코팅된 전동기를 통해 내부식성이 강하므로 다양한 환경에 적용할 수 있는 전동기가 제공된다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1...전동기 2...회전축
3...코어 4...코일
5...회전자 6...전극
10...내부프레임 20...외부프레임
30...냉각파이프 31...유입부
32...유출부 33...벤딩부
34...수평부

Claims (7)

1. 회전자, 회전축 그리고, 고정자를 포함하는 전동기에 있어서,
   내주면에서 상기 고정자를 지지하며 전동기의 외면을 형성하는 프레임; 및
   상기 프레임 내부에서 상기 회전축과 평행하도록 일정한 간격으로 지그재그로 연장되어 결합 되며 내부에 냉각수가 유동되는 냉각파이프를 포함하며,
   상기 프레임은 상기 고정자를 내주면에서 지지하고 외주면에서 상기 냉각파이프와 접촉하는 내부프레임과, 상기 냉각파이프를 외부로부터 차폐하도록 내부프레임의 외주면을 덮도록 형성되는 외부프레임으로 형성되며,
   상기 외부 프레임은 알루미늄을 녹여 상기 내부프레임의 외주면에 배치된 상기 냉각파이프들을 덮고 상기 냉각파이프들 사이의 틈과 공간을 완전히 메우는 전동기용 냉각장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각파이프는 상기 프레임 외부로 인출되는 양단부에 형성되는 냉각수 유입부와 유출부를 포함하며,
   상기 유입부와 상기 유출부는 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 전동기용 냉각장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 냉각수파이프를 일정한 간격으로 평행하게 형성되도록 지그재그 형태로 벤딩하는 단계;
   벤딩된 냉각수파이프를 전동기 내부프레임의 외면을 둘러싸도록 밀착시키는 단계; 및
   상기 내부프레임과 냉각수파이프의 밀착부위를 외부로부터 차폐하도록 알루미늄을 녹여 상기 냉각수파이프를 덮고 상기 냉각수파이프 사이를 완전히 메우는 주조공정을 통해 외부프레임을 형성하는 단계;를 포함하는 전동기용 냉각장치의 제조방법.

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