KR101297184B1 - 전기 기기용 단부 차폐물 - Google Patents

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Abstract

전기 기기의 장치에 있어서, 상기 전기 기기(2)는 그 샤프트(9)를 중심으로 회전하는 로터(6)와, 상기 로터(6)로부터 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 배치된 스테이터(24), 및 상기 스테이터(24)의 외측 표면의 둘레에 배치된 프레임(3)을 포함한다. 상기 프레임(3)의 단부(4)에는 스테이터 개구(5)가 형성되고, 상기 스테이터 개구(5)는 주조 단부 차폐물(1)에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 단부 차폐물(1)은 상기 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 돌출한 적어도 3개의 브래킷(13)을 포함한다. 상기 브래킷은 축방향으로 연속된 구조(19 내지 21, 26)가 접합부(25)에서 상기 단부(4)에 연결되는 상기 단부 접합부(25)에 조립될 수 있다.

Description

전기 기기용 단부 차폐물{END SHIELD FOR AN ELECTRICAL MACHINE}
본 발명의 목적은 특허청구범위의 제1항의 전제부에 따른 전기 기기의 주조 단부 차폐물과, 제11항의 전제부에 따른 전기 기기의 장치, 및 제19항의 전제부에 따른 전기 기기이다.
단부 차폐물은 많은 전기 기기에 있어서 표준 구조물이다. 단부 차폐물은 스테이터(stator: 고정자)가 프레임에 설치되는 전기 기기의 프레임의 단부에 있는 개구를 폐쇄한다. 단부 차폐물은 또한 로터(rotor: 회전자)를 지지하는 베어링의 장착 베이스(attachment base) 역할을 한다. 단부 차폐물은 로터의 지지력(supporting force)을 전기 기기의 프레임에 전달한다.
전기 기기의 전기 및 회전 부품을 보호하고 베어링을 지지하는 구조물로서 기능하는 단부 차폐물의 용도는 여러가지 기능적인 요건을 부여한다. 가장 중요한 기능적인 요건으로는 단부 차폐물의 강성(stiffness) 및 작은 축방향 공간 요건이 포함된다. 또한, 단부 차폐물은 제작 비용 측면에서 경쟁력을 가져야 한다.
단부 차폐물의 가장 중요한 용도는 베어링을 지지하는 것이며, 베어링은 다시 로터를 지지한다. 로터에 대한 강성 지지(stiff support)는 임계 회전 속도의 증대 및 베어링의 진동 수준의 저감을 가능케 한다. 로터에 대한 강성 지지는 반경방향의 강성 로터 지지를 통해서 달성될 수 있다. 반경방향 지지의 강성은 단부 차폐물의 반경방향 및 회전 강성에 의해 영향을 받는다. 이는 차폐물과 동일 평면상의 벡터로 나타내어지며 실질적인 회전 없이 베어링에 의해 전달되는 굽힘 모멘트(bending moment)를 수용하는 차폐물의 능력을 나타낸다.
단부 차폐물과 프레임 단부의 축방향 강성은, 로터의 전체 질량 및 사용되는 기기로부터의 축방향 하중이 단부 차폐물과 프레임 단부를 통해서 전기 기기의 프레임에 전달되는 수직 기기(vertical machine)에 특히 중요하다. 단부 차폐물과 프레임 단부의 축방향 강성은 또한 프레임 단부의 축 모드(axial mode)의 고유 진동수에 결정적인 영향을 미친다. 이 진동수는 다시 베어링의 진동 수준에 밀접하게 관련된다.
단부 차폐물에는 작은 축방향 공간 요건이 바람직하다. 종종 능동 부품(스테이터, 권선, 스테이터 연결부 및 공기 절연부)을 위해 확보된 축방향 공간과 관련하여 가능한 한 짧은 베어링 폭(bearing span)을 달성하는 것이 목적이다. 단부 차폐물의 공간 요건은 공기 절연 공간에 접하는 축방향에 수직인 평면과 베어링의 중간 평면과 교차하는 평행 평면 사이의 거리에 의해 측정될 수 있다. 축방향과 직교하며 공기 절연 공간에 접하는 수직 평면은, 공기 절연 공간이 완전히 스테이터 측에 있는 지점으로 결정된다. 베어링의 축방향 중간 평면은 보통 구름운동(rolling) 또는 미끄럼운동 요소의 대칭 평면이다. 단부 차폐물의 공간 요건은 임계 회전속도가 동작 회전속도보다 높게 유지되어야 하는 2극의 강성 샤프트 전기 기기에 특히 중요하다.
대형 전기 기기의 단부 차폐물은 통상적으로 기계가공에 의해 두꺼운 강철판으로 제작되고 있다. 기계가공된 강철 차폐물의 주요한 이점은 그 경제적인 효율성인데, 이는 가격에 영향을 미치는 가장 중요한 요인이 강철 차폐물의 두께이기 때문이다. 하지만, 균일 두께의 강철판의 굽힘 강성(bending stiffness)은 그 무게에 비해 양호하지 못하다. 게다가, 베어링 장착부의 국부(局部) 강성은 단부 차폐물의 두께에 의해 결정된다. 따라서, 주로 단부 차폐물의 두께를 증대시킴으로써 장착부의 전체적인 굽힘 강성 및 국부 강성이 향상될 수 있다. 다른 한편으로, 단부 차폐물의 두께를 증대시키게 되면 재료비뿐만 아니라 전기 기기 내의 단부 차폐물의 축방향 공간 요건을 증대시키게 된다.
보강재에 의해, 예를 들면 차폐물에 외부 보강재를 용접함으로써, 강철 차폐물의 굽힘 강성이 또한 분명히 증대될 수 있다. 이는 단부 차폐물 제작에 있어서 새로운 작업단계를 유발하고 추가적인 비용을 발생시킨다. 또한, 보강재를 배치함에 있어서, 단부 차폐물의 기능적인 요건뿐만 아니라 그 외관에 영향을 미치는 요인도 함께 고려되어야 한다.
소형 전기 기기에는 주조 차폐물이 특히 이용된다. 주조 차폐물은 설계를 통해서 특징의 최적화를 가능케 한다. 주조 차폐물의 설계에 있어서 열전달이 중추적인 역할을 한다. 소형 전기 기기에 요구되는 지지 강성은 보통 문제를 발생시키지 않는다. 짧은 생산운전(production run)으로 인해 대형 전기 기기에서는 주조 차폐물이 더욱 드물다.
본 발명의 목적은, 단부 차폐물이 경량이며 전기 기기의 단부 차폐물뿐만 아니라 프레임 단부도 강성을 갖는 전기 기기용 주조 단부 차폐물, 전기 기기의 장치, 및 전기 기기를 창작하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 특허청구범위의 제1항, 제11항, 및 제19항의 특징부에 특정된 기술구성을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속항들에 특정된 특징들을 갖는다.
본 발명에 따른 전기 기기용 주조 단부 차폐물은 전기 기기의 프레임 단부에 형성된 스테이터 개구를 폐쇄한다. 단부 차폐물은 로터를 지지하는 베어링을 지지한다. 단부 차폐물은 로터 샤프트를 지지하는 베어링을 위한 중앙의 개구와, 개구에 의해 한정된 내측 림(inner rim), 및 내측 림에 연결된 추가 림을 포함한다. 추가 림은 단부 차폐물의 외측 모서리까지 연장된다. 단부 차폐물은 단부 차폐물의 외측 모서리로부터 반경방향으로 돌출한 적어도 3개의 브래킷(bracket)을 포함하며, 이들 브래킷은 단부에 조립될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 전기 기기는 그 축을 중심으로 회전하는 로터, 로터로부터 에어 갭(air gap)의 단부에 배치된 스테이터, 및 스테이터의 외측 표면의 둘레에 배치된 프레임을 포함한다. 프레임 단부에는 스테이터 개구가 형성된다. 이 개구는 주조 단부 차폐물에 의해 폐쇄될 수 있다. 단부 차폐물은 이 단부 차폐물의 외측 모서리로부터 돌출한 적어도 3개의 브래킷을 포함한다. 이들 브래킷은 접합부의 단부에 조립될 수 있으며, 축방향으로 연속된 구조가 접합부에서 단부에 연결된다.
본 발명에 따른 전기 기기에 있어서, 상기 전기 기기는 그 축을 중심으로 회전하는 로터와, 로터로부터 에어 갭의 단부에 배치된 스테이터, 및 스테이터의 외측 표면을 따라 배치된 프레임을 포함한다. 프레임 단부에는 스테이터 개구가 형성된다. 이 개구는 주조 단부 차폐물에 의해 폐쇄될 수 있다. 단부 차폐물은 이 단부 차폐물의 외측 모서리로부터 돌출한 적어도 3개의 브래킷을 포함한다. 이들 브래킷은 접합부의 단부에 조립되며, 축방향으로 연속된 구조가 접합부에서 단부에 연결된다.
본 발명에 따른 해법에 있어서, 주조 단부 차폐물은 전기 기기의 프레임의 축방향 강성 부위까지 미친다. 이러한 부위의 예로는 상부면 플레이트(roof plate), 측면 플레이트, 저면 플레이트, 및 경사 지지 플레이트의 각각의 단부 접합부가 포함된다. 이는 단부 차폐물이 스테이터 개구를 덮을 뿐만 아니라 단부와 단부 차폐물의 통합 강성(combined stiffness)도 증대시키며, 이는 베어링 지지부의 강성을 향상시킴을 의미한다.
브래킷의 반경방향 치수를 증대시킴으로써 주조 단부 차폐물이 전기 기기의 프레임의 축방향 강성 부분까지 미치는 것을 증대시킬 수 있다. 브래킷은 예를 들면, 단부 차폐물의 외측 모서리로부터 축방향으로 돌출하여 브래킷을 형성하는 파스너(fastener)로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 전기 기기는 전기 기기의 프레임 단부 구조를 이용한다. 본 해법은 축방향으로 연속된 구조가 단부에 연결되는 기존 단부 접합부를 이용할 수 있다. 프레임의 측면 및 상부면에 조립된 U 형상의 보강재와 같이, 축방향으로 연속된 구조도 또한 단부에 조립될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 추가 림은 축방향으로 돌출하며 브래킷에 연결되는 반경방향의 보강재를 포함한다. 보강재는 주조에 의해 형성되며, 굽힘 강성을 증대시킨다.
본 발명의 다른 실시예에서, 베어링을 감싸는 링은 개구를 둘러싼다. 베어링을 감싸는 링에는 적어도 3개의 보강재가 연결된다. 보강재의 횡단면은 실질적으로 U 형상을 이룬다.
U 형상의 보강재의 측벽은 단부 차폐물의 주조시에 추가 림의 표면에 결합된다.
그리고 나서, 단부 차폐물에 설치된 베어링은 강성 보강재에 의해 형성된 격자구조의 교차점에서 지지된다. 보강재는 격자구조의 교차점에서 강성 링에 장착되며, 이 링은 구름접촉 베어링 및 미끄럼 베어링 양자(兩者) 모두를 고정시키는 양호한 베이스를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단부 차폐물의 저면부는 저면 플레이트와 프레임 단부의 접합부까지 연장된다. 이는 단부 차폐물의 저면부가 브래킷을 포함하지 않음을 의미한다. 꼭지점(angular point)이 단부 차폐물의 중심점에 위치될 때, 적어도 150°의 각도의 양측면(sides)은 단부 차폐물의 브래킷이 없는 구역(부채꼴 구역)을 한정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단부 차폐물은 4개의 브래킷을 포함하며, 그 중 2개는 단부와 상부면 플레이트의 접합부에 조립될 수 있다. 이러한 해법은 상부면 플레이트가 이 상부면 플레이트의 필수적인 축방향 연속성을 저해하는 개구를 포함할 때 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 브래킷은 고체 재료(solid material)로 제작된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원주방향으로 측정된 보강재의 폭은 반경방향으로 이동함에 따라 변하게 된다. 주조 구조에 있어서, U 형상은 재료가 중립 평면(neutral plane)으로부터 멀리 이동할 수 있게 하여, 강성을 형성함에 있어서 재료의 효율을 극대화한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 베어링을 감싸는 링에 추가 보강재가 부착된다. 추가 보강재는 단부 차폐물의 외측 링에까지 미친다. 상기 보강재의 횡단면은 실질적으로 U 형상이거나, 입면체이거나 또는 편평하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단부 차폐물을 둘로 분할하는 중심선의 동일측에 3개의 브래킷이 배치된다. 이러한 해법은 베어링 접속부를 위해 더 넓은 공간을 남겨두게 된다. 이러한 해법은 로터 샤프트가 측면 플랜지 베어링 또는 중심 플랜지 베어링에 의해 지지될 때 특히 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 브래킷의 축방향 높이는 브래킷에서의 단부 차폐물의 외측 모서리의 축방향 높이와 실질적으로 동일하거나 더 크다. 브래킷의 높이는 그 굽힘 강성에 영향을 미치는데, 즉 브래킷의 굽힘 강성은 브래킷의 높이와 함께 증가한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기 기기의 프레임 단부는 편평한 플레이트를 포함한다. 평면 프레임 단부는 로터 샤프트에 실질적으로 수직하게 설치된다. 프레임 단부의 형상은 예를 들면 직사각형이다. 전체 프레임은 플레이트로 형성된 하우징일 수도 있다. 플레이트로 형성된 하우징은 경량이며 간단한 구조를 포함하는데, 이는 그 제작 비용이 저렴함을 의미한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 축방향으로 연속된 구조는 적어도 프레임의 상부면 플레이트, 측면 플레이트 및 저면 플레이트를 포함한다. 프레임에 의해 미리 형성된 축방향으로 연속된 구조의 사용은 프레임을 위한 추가 축방향 보강재의 필요성을 저감시키며, 프레임 내부의 공간은 연결, 설치 및 유지보수를 위해 남겨둘 수 있다.
축방향으로 연속된 구조의 다른 예로는, 프레임의 내부에 배치되고 축방향으로 적어도 후속 횡단벽(transversal wall)까지 단부에 연결된 지지 플레이트가 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전기 기기는 2극의 강성 샤프트 전기 기기이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 소정 실시예의 도움 하에 본 발명이 상세히 설명될 것이다.
전기 기기의 단부 차폐물 및 장치는 많은 다양한 전기 기기 및 전기 기기 해법에 사용하는데 적합하다. 강성이며 경량인 단부 차폐물과 강성의 프레임 단부는 다음과 같은 소정 유형의 기기에 특히 이점을 갖는다: 축선이 수직이며 단부 차폐물이 축방향의 로터의 전체 질량을 감당하는 수직으로 설치된 전기 기기; 모터 단부의 축방향 공진이 제어되어야 하는 2극 기기; 임계 회전속도가 동작 속도보다 높게 유지되어야 하는 강성 샤프트 기기; 모터 단부의 축방향 진동수가 실질적인 여기 진동수(excitation frequency) 범위 밖에서 유지되어야 하는 가변속도 구동부; 및, 구름 베어링을 구비하며 베어링 바이패스 진동수에 의해 형성된 차폐 진동(shield vibration)이 제어되는 전기 기기.
도 1은 전기 기기의 단부에 배치된 단부 차폐물을 예시하고,
도 2는 도 1의 횡단면을 예시하며,
도 3a 내지 도 3d는 전기 기기의 단부에 배치된 다른 단부 차폐물을 예시하고,
도 4a 내지 도 4c는 전기 기기의 단부에 배치된 또 다른 단부 차폐물을 예시하며,
도 5a 내지 도 5c는 전기 기기의 단부에 배치된 또 다른 단부 차폐물을 예시하고,
도 6a 내지 도 6c는 전기 기기의 단부에 배치된 또 다른 단부 차폐물을 예시하며,
도 7은 전기 기기의 횡단면을 예시한다.
도 1 내지 도 6은 전기 기기용 주조 단부 차폐물(cast end shield)을 예시하고, 도 7은 전기 기기를 예시한다.
도면에 예시된 단부 차폐물(1)은 단일체의 단부 차폐물이다. 단부 차폐물(1)의 구조적인 특징부는 주조에 의해 형성된다. 단부 차폐물은 예를 들면, 주강(cast steel), 주철(cast iron) 또는 주조 알루미늄 합금으로 제작된다. 정밀도가 요구되는 단부 차폐물의 접합 표면은 기계가공된 표면이다. 전기 기기는 예를 들면 2극의 강성 샤프트 전기 기기이다.
도 1 내지 도 7에서, 주조 단부 차폐물(1)은 전기 기기(2)의 프레임(3)의 단부(4)에 형성된 스테이터 개구(5)를 폐쇄한다. 단부 차폐물(1)은 로터(6)를 지지하는 베어링(7)을 지지한다. 단부 차폐물(1)은 로터의 베어링(7)과 샤프트(9)를 위한 중앙의 개구(8)를 포함한다. 단부 차폐물(1)은 공칭 중심점(c)을 포함한다. 반경방향(r)으로, 단부 차폐물(1)은 개구(8)에 의해 한정된 내측 림(inner rim: 10)과 내측 림에 연결된 추가 림(11)을 포함한다. 추가 림(11)은 단부 차폐물의 외측 모서리(12)까지 연장되어 있다. 반경방향(r)은 도 1에 도시된 바와 같이 단부 차폐물(1)의 중심으로부터 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12) 쪽으로의 방향을 지칭한다.
림(11)의 외측 모서리(12)에서, 단부 차폐물(1)은 외측 모서리(12)로부터 반경방향(r)으로 돌출하며 단부(4)에 조립될 수 있는 3개의 브래킷(13)을 포함한다. 추가 림(11)은 축방향으로 돌출하며 브래킷(13)에 연결된 반경방향(r)의 보강재(28)를 포함한다.
도 1과 도 2에서, 보강재(28)는 이 보강재에서 단부 차폐물(1)의 축방향 두께(w)가 증가하도록 형성되어 있다. 단부 차폐물(1)의 추가 림(11)의 축방향 두께(w)는 보강재들 사이의 림 부위(35)에서 보다 보강재(28)에서 더 두껍다.
도 3 내지 도 7에서, 보강재(28)의 횡단면은 U 형상을 이룬다. U 형상의 보강재(28)의 측벽(39)은 단부 차폐물(1)의 주조시에 추가 림(11)의 표면(35)에 결합된다. 보강재(28)는 단부 차폐물(1)과 일체화된 부분이다.
추가 림(11)의 표면과 보강재(28)는 단부 차폐물(1)에 강성부(stiff part)를 형성한다.
추가 림(11)의 편평한 표면(35)은 보강재들(28) 사이의 단부 차폐물(1)에 남겨져 있으며, 이들 표면은 예를 들면 검사 및 유지보수용 개구(33) 또는 베어링 부속품의 설치를 위한 여분의 공간을 제공한다. 보강재들(28) 사이의 표면(35)의 축방향 치수(h1)는 보강재(28)의 축방향 치수(h2)보다 작다.
단부 차폐물(1)의 내측 표면(38)은 전기 기기(2)의 프레임(3)의 단부(4)에 안착된다. 단부 차폐물(1)의 외측 표면(37)은 프레임(3)의 단부(4)로부터 멀어지는 쪽으로 향하며, 보강재(28)는 이 외측 표면(37)으로부터 돌출한다.
단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)는 실질적으로 원형(圓形)이다. 단부 차폐물(1)은 전기 기기(2)의 저면부까지 연장되며 단부 차폐물의 저면부에 형성된 직선부(straight section)의 위치에서 바닥부(floor)를 회피한다.
보강재(28)는 단부 차폐물(1)의 외측 링(30)까지 미친다. 보강재(28)는 단부 차폐물(1)의 외측 링(30)의 내측 모서리(34)까지 미친다. 외측 링(30)의 내측 모서리(34)는 반경방향으로 외측 모서리(12)보다 더 개구(8)에 가까이에 위치한다. 외측 링(30)은 단부 차폐물(1)에 있어서의 볼트 고정 원(bolt fixing circle)을 나타낸다. 볼트 고정 원은 단부 차폐물(1)이 단부(4)에 고정될 수 있도록 하기 위해 스테이터 개구(5)보다 더 큰 직경을 가져야 한다.
도면에서, 단부 차폐물(1)의 외측 링(30)은 프레임(3)과 단부 차폐물(1) 사이의 통합된 볼트 및 조립 접합부를 강화시킨다. 단부 차폐물(1)은 고정 수단(15)을 사용하여 그 외측 링(30)과 브래킷(13)에서 단부(4)에 고정된다.
원주방향으로 측정된 보강재(28)의 폭은 반경방향(r)을 따라 변한다. 도 3 내지 도 6에서, 원주방향으로 측정된 보강재(28)의 폭(L1, L2)은 개구(8)로부터 외측 링(30)으로 이동함에 따라 반경방향(r)을 따라 감소하게 된다. 원주방향으로 측정된 보강재(28)의 폭(L2)은 단부 차폐물(1)의 외측 링(30)의 내측 모서리에서, 원통형 링(29)의 연결점에서 원주방향으로 측정된 보강재(28)의 폭(L1)보다 더 작다.
단부 차폐물(1)의 서로 다른 보강재들(28)의 원주방향으로 측정된 폭(L1, L2)은 서로 다를 수 있다. 예를 들면 도 5a에서, 개구(8)의 반대편에 있는 추가 보강재(31)와 마주하고, 보강재(28)의 원통형 링(29)의 연결점에서 원주방향으로 측정된 폭(L1)은 다른 보강재들(28)의 대응하는 폭보다 더 작다.
브래킷(13)은 고정 수단을 사용하여 단부(4)에 고정될 수 있다. 도면에서, 단부 차폐물(1)은 고정 볼트(15)를 사용하여 프레임(3)의 단부(4)에 고정될 수 있다. 브래킷(13)은 바람직하게는 고체 재료로 제작된다.
베어링(7)은 보강재(28)가 베어링을 둘러싸는 링(29)에 연결된 곳에서 강성 보강재(28)에 의해 형성된 격자구조의 교차점에서 지지된다. 링(29)은 구름접촉 베어링 및 미끄럼 베어링(7) 양자(兩者) 모두를 고정시키는 양호한 베이스를 제공한다.
하나 이상의 추가 보강재(31)가 링(29)에 연결된다. 추가 보강재는 단부 차폐물(1)의 전체 강성을 증가시킨다. 추가 보강재(31)는 외측 링(30)에 까지 미친다. 추가 보강재(31)는 단부(4)에 고정할 수 있는 가능성을 제공하는 브래킷(13)을 형성하는, 반경방향(r)으로 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 돌출한 파스너(36)를 구비하지 않는다. 추가 보강재(31)의 횡단면은 실질적으로 U 형상이거나, 입방체이거나 또는 편평하다.
보강재(28)는 예를 들면, 보강재(28)에 연결된 파스너(36)의 3개의 브래킷(13)이 단부 차폐물(1)을 둘로 분할하는 중심선(k)의 동일측에 있도록 또한 배치될 수 있다. 도 5와 도 6에서, 수평 보강재(28)는 단부 차폐물의 중심선(k)의 위에 위치한다.
도면에 예시된 단부 차폐물은 3개의 브래킷(13)을 포함한다. 브래킷(13)은 굽힘 강성(bending stiffness)이 단부 차폐물(1)의 측면으로 전달될 수 있도록 단부 차폐물(1)에 부드럽게 연결되도록 형성된다. 브래킷(13)은 바(bar) 형상이며 반경방향(r)으로 짧은 것이 바람직하다. 단부 차폐물(1)의 동등한 너비의 부위를 고려할 때, 브래킷(13)의 굽힘 강성은 바람직하게는 단부 차폐물(1)의 굽힘 강성과 동일하거나 더 크다.
프레임에 의해 이미 형성된 축방향으로 연속된 구조를 사용함으로써 프레임을 위한 추가 축방향 보강재의 필요성이 저감되며, 프레임 내부의 공간은 연결, 설치 및 유지보수를 위해 남겨둘 수 있다.
도 1과 도 2는 중심 플랜지 저널 베어링(conter-flange journal bearing: 7)을 위한 주조 단부 차폐물(1)의 구조를 예시한다. 단부 차폐물(1)은 중앙에 중심 플랜지 저널 베어링(7)과 로터 샤프트(9)가 설치된 개구(8)를 포함한다. 개구(8)는 부분적으로 원형이다. 개구(8)는 로터의 축선(14)에 수평인 라인에 의해 상부 부분과 하부 부분으로 나뉘어질 수 있다. 개구(8)의 하부 부분은 반원형이다. 중심 플랜지 저널 베어링(7)에 의해서, 베어링은 하부 절반부에 의해서만 단부 차폐물(1)에 부착되며, 하부 절반부는 볼트 장착부(15)에 의해 개구(8)의 하부 부분에 있는 장착 표면에 부착된다. 설치를 위해 개구(8)에는 추가 공간이 확보되며, 이로 인해 개구(8)의 상부 절반부는 타원형이 된다. 개구(8)는 로터의 축선(14)에 대한 수직 축에 대해 대칭을 이룬다.
로터의 축선(14)에서 단부 차폐물의 중심(c)으로부터 반경방향(r)으로, 단부 차폐물은 개구(8)에 의해 한정된 내측 림(10)과 림(11)으로 나뉘어진다. 내측 림(10)은 림(11)에 의해 한정되는데, 이는 (두) 림이 단일체를 형성함을 의미한다.
전기 기기(2)에 축방향으로 보다 더 근접하게 베어링 장착 표면을 삽입함으로써 베어링이 전기 기기(2)쪽으로 이동된다. 이러한 삽입은 베어링의 중앙 표면(16)으로부터 측정된 전기 기기(2)의 베어링 폭을 감소시킨다. 권선 단부의 위치에서, 단부 차폐물(1)의 내측 표면은 권선 단부와 공기 절연 갭에 의해 결정되는 표면(18)까지 연장된다. 단부 차폐물의 내측 림(10)은 그 내부의 사출 주조물, 보강 링(17)의 위치에서 전기 기기 쪽으로 돌출함으로써, 높은 원추형/원통형 표면을 형성한다.
브래킷(13)의 축방향 높이(s)는 브래킷(13)에서의 외측 림(12)의 축방향 높이(w)와 동일하거나 더 높다.
단부 차폐물(1)의 브래킷(13)은 고정 수단, 볼트 장착부(15)에 의해 단부(4)에 조립된다. 접합부(25)는 단부 플레이트(4)의 축방향 강성 부위(axially stiff section)이다. 단부 플레이트(4)가 전기 기기의 축방향 상부면 플레이트(19)와 축방향 측면 플레이트(20)에 연결되는 것으로부터 축방향 강성이 발생된다. 브래킷(13)에 의해, 단부 차폐물(1)의 지지력이 프레임(3)의 축방향 강성 부위로 전달된다. 따라서, 단부 차폐물(1)은 브래킷(13)에 의해 축방향으로 지지된다. 도면에서, 단부 플레이트(4) 뒤쪽의 상부면 플레이트(19), 측면 플레이트(20), 및 저면 플레이트(21)는 점선으로 표시되어 있다.
도 3a 내지 도 3d는 구름접촉 베어링용의 단부 차폐물(1)을 예시한다. 단부 차폐물(1)은 중앙에 로터(6)의 구름접촉 베어링(7)과 샤프트(9)를 위한 원형 개구(8)를 구비한다. 개구(8)는 베어링을 감싸는 강성의 원통형 링(29)에 의해 둘러싸인다. 원통형 링(29)은 이 원통형 링에 연결된 3개의 강성 보강재(28)와 하나의 추가 보강재(31)를 구비한다. 보강재(28)와 추가 보강재(31)의 횡단면은 U 형상을 이룬다.
보강재(28)는 외측 링(30)에서 보강재(28)에 결합된 파스너(36)를 구비한다. 파스너(36)는 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 반경방향(r)으로 돌출함으로써, 브래킷(13)을 형성한다. 파스너(36)와 그 브래킷(13)은 고체 재료로 제작된다.
원주방향으로 측정된 추가 보강재(31)의 폭(L3)은 반경 방향(r)으로 이동할 때 실질적으로 일정하다. 원주방향으로 측정된 추가 보강재(31)의 폭(L3)은 원주방향으로 측정된 보강재(28)의 폭(L1, L2)보다 더 넓다.
단부 차폐물(1)은 로터의 축선(14) 및 이에 직교하는 수직선에 의해 형성된 평면에 대해 대칭을 이룬다.
도 4a 내지 도 4c는 구름접촉 베어링용의 단부 차폐물(1)을 예시한다.
개구(8)는 베어링을 감싸는 강성의 원통형 링(29)에 의해 둘러싸인다. 원통형 링(29)은 이 원통형 링에 연결된 3개의 강성 보강재(28)와 2개의 추가 보강재(31)를 구비한다. 단부 차폐물(1)과 관련하여 그리스 트레이(grease tray)가 존재한다.
하향(下向)의 추가 보강재(31)는 예를 들면 U 형상 또는 편평한 횡단면을 갖는 바(bar)를 이용하여 구현될 수 있다. 단부 차폐물(1)은 보강재들(28) 사이의 표면(35)에 2개의 검사 및 유지보수 개구(33)를 구비한다.
단부 차폐물(1)의 브래킷(13)은 볼트(15)를 사용하여 단부(4)에 조립된다. 접합부(25)는 단부 플레이트(4)의 축방향 강성 지점이다. 단부 플레이트(4)는 접합부(25)에서 전기 기기의 축방향 상부면 플레이트(19)와 축방향 측면 플레이트(20)에 연결된다. 상부면 플레이트(19), 측면 플레이트(20), 및 저면 플레이트(21)는 쇄선으로 표시되어 있다.
도 5a 내지 도 5c는 측면 플랜지 미끄럼 베어링(7)용의 단부 차폐물(1)을 예시한다. 하향의 추가 보강재(31)는 편평한 횡단면을 갖는다. 미끄럼 베어링(7)의 오일 및 센서 연결부가 그 연결 구멍(32)을 통해서 보강재(28)를 통과하게 된다. 수평 보강재(28)는 단부 차폐물의 중심선(k)보다 위에 배치됨으로써, 베어링(7) 연결을 위한 공간을 남겨두게 된다.
도 6a 내지 도 6c는 중심 플랜지 베어링(7)을 위한 주조 단부 차폐물(1)의 구조를 예시한다. 단부 차폐물(1)은 중앙에 중심 플랜지 베어링(7)과 로터 샤프트(9)가 설치된 개구(8)를 포함한다. 개구(8)는 부분적으로 원형이다. 개구(8)의 하부 부분은 반원을 형성한다. 중심 플랜지 베어링(7)에 의해서, 베어링은 하부 절반부에 의해서만 단부 차폐물(1)에 부착되며, 하부 절반부는 볼트 장착부(15)에 의해 개구(8)의 하부 부분에 있는 장착 표면에 부착된다. 설치를 위해 개구(8)에는 추가 공간이 확보되며, 이로 인해 개구(8)의 상부 절반부는 타원형이 된다. 개구(8)는 로터의 축선(14)에 대한 수직 축에 대해 대칭을 이룬다. 단부 차폐물의 중심점(c)은 로터의 축선(14) 상에 위치한다.
하향 보강재(28)는 편평한 윤곽을 갖는다. 미끄럼 베어링(7)의 오일 및 센서 연결부가 그 연결 구멍(32)을 통해서 보강재(28)를 통과하게 된다.
수평 보강재(28)는 단부 차폐물의 중심선(k)보다 위에 배치됨으로써, 베어링(7) 연결을 위한 공간을 남겨두게 된다.
도 7은 전기 기기를 예시한다. 전기 기기(2)의 프레임(3)은 플레이트로 제작되며, 플레이트로 형성된 하우징이다. 플레이트의 굽힘 강성은 그 두께의 3제곱에 비례하며, 이는 플레이트로 제작된 프레임 단부(4)는 매우 가요성을 가짐을 의미한다. 프레임 단부 플레이트(4)는 가로 방향 구조이기 때문에 축방향으로 강성을 갖지 않는다. 플레이트로 제작된 프레임 단부(4)는 제조 기술의 측면에서 구현하기가 용이하다.
전기 기기(2)의 조립에 있어서, 준비된 스테이터(24)가 스테이터 개구(5)를 통해서 전기 기기의 프레임(3) 내부에 설치된다. 프레임(3)은 로터의 외측 표면을 감싼다. 로터(6)가 스테이터(24)의 내부에 설치된다. 로터(6)가 스테이터 개구(5)에서 베어링(7)에 의해 지지된다. 로터(6)와 스테이터(24) 사이에는, 로터(6)가 자유롭게 회전할 수 있도록 에어 갭(air gap)이 존재한다. 구름 베어링 또는 미끄럼 베어링일 수 있는, 베어링(7)은 로터(6)를 지지하는 단부 차폐물(1)에 조립된다. 단부 차폐물(1)은 프레임(3)의 스테이터 개구(5)를 덮는다.
단부 차폐물(1)의 브래킷(13)이 단부(4)에 축방향으로 연속된 구조의 접합부(25)에 조립된다. 프레임(3)의 내부에는 경사 지지 플레이트(26)가 존재한다. 지지 플레이트(26)는 단부(4)와 후속벽(next wall), 샤프트(9)에 대해 가로 방향으로 배치된 단부에서 봤을 때 축방향의 스테이터 지지 플랜지(27)에 연결된다. 경사 지지 플레이트(26)는, 프레임(3)의 상부 부분에 있는 지지 플레이트(26)가 상부면 플레이트(19)와 측면 플레이트(20)에 연결되고 프레임(3)의 저면부에 있는 지지 플레이트(26)가 저면 플레이트(21)와 측면 플레이트(20)에 연결되도록 프레임(3)의 코너에 설치된다. 2개의 브래킷(13)이 단부(4)와 지지 플레이트(26)의 접합부에 조립된다. 제3의 브래킷(13)은 단부(4)와 상부면 플레이트(19)의 접합부에 조립된다.
단부 차폐물(1)의 파스너(36)의 2개의 브래킷(13)은 프레임(3)이 축방향 강성 지지부를 포함하는 부위에 배치된다. 예를 들면, 상부면 플레이트(19)가 중앙에 냉각 공기 순환을 위해 단부(4)의 뒤편에 개구를 포함하는 경우에, 상부면 플레이트(19)는 그 부위에서 실질적으로 축방향으로 연속된 구조가 아니다. 측면 플레이트(20)도 또한 연결 박스를 위한 개구를 구비할 수 있다. 축방향으로 연속된 구조, 플레이트(19 내지 21)는 그 개구의 단부(4)로부터의 거리가 원주방향의 개구의 치수보다 더 크거나 동일하면 실질적으로 연속된다.
상부면 플레이트(19)가 개구를 포함하면, 프레임(3)은 이 부위에서 가요성을 갖는다. 이 경우에는, 단부 차폐물에 4개의 브래킷(13)을 사용하는 것이 바람직하며, 2개의 브래킷(13)은 단부(4)와 상부면 플레이트(19)의 접합부에 조립된다. 개구가 접합부(25) 사이에 유지되도록 접합부(25)가 선택된다.
또한 측면 플레이트(20)와 단부(4)의 접합부에 있어서, 플레이트가 실질적으로 축방향으로 연속된 구조인 곳에 접합부(25)를 선택하는 것이 바람직하다.
단부 차폐물의 저면부(22)에는 브래킷이 없는 외측 모서리가 있다. 저면부(22)에는 브래킷(13)이 필요하지 않으며, 이는 단부 차폐물(1)의 브래킷이 없는 구역(부채꼴 구역: 23)의 일부가 단부(4)와 저면 플레이트(21)의 접합부까지 연장되도록 단부 차폐물(1)이 조립되기 때문이다. 브래킷이 없는 구역(23)은 100-170°의 각도(α), 바람직하게는 150-170°의 각도(α)로 형성된다.
본 발명이 소정 실시예의 도움하에 위에 기재되었다. 하지만, 상기 기재는 특허 권리범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안 되며, 본 발명의 실시예는 이하의 특허청구범위의 범위 내에서 변경 가능하다.
1: 단부 차폐물 2: 전기 기기
3. 프레임 4: 단부
5; 스테이터 개구 6: 로터
7: 베어링 8: 개구
9: 샤프트 10: 내측 림
11: 림 12: 외측 모서리
13: 브래킷 14: 축선
15: 볼트 장착부 16: 중앙 표면
17: 보강 링 18: 공기 절연 표면
19: 상부면 플레이트 20: 측면 플레이트
21: 저면 플레이트 22: 저면부
23: 브래킷이 없는 구역 24: 스테이터
25 접합부 26: 지지 플레이트
27: 지지 플랜지 28: 보강재
29: 링 30: 외측 링
31: 추가 보강재 32: 연결 개구
33: 검사 및 유지보수 개구 34: 내측 모서리
35: 표면 36: 파스너
37: 외측 표면 38: 내측 표면
39: 측벽 c: 중심점
h1, h2: 높이 k: 중심선
L1, L2, L2: 폭 r: 반경방향
s: 높이 w: 높이
α: 각도

Claims (21)

  1. 전기 기기용 주조 단부 차폐물(cast end shield)로서,
    상기 단부 차폐물(1)은 상기 전기 기기(2)의 프레임(3)의 단부(4)에 형성된 스테이터 개구(5)를 폐쇄하고, 상기 단부 차폐물은 로터(6)를 지지하는 베어링(7)을 지지하며, 상기 단부 차폐물(1)은 상기 로터(6)의 샤프트를 지지하는 베어링(7)을 위한 중앙의 개구(8)와, 상기 개구(8)에 의해 한정된 내측 림(inner rim: 10), 및 상기 내측 림(10)에 연결된 추가 림(11)을 구비하며, 상기 추가 림(11)은 상기 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)까지 연장되는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물에 있어서,
    상기 단부 차폐물(1)은 상기 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 반경방향(r)으로 돌출한 적어도 3개의 브래킷(13)을 포함하고,
    상기 브래킷(13)은 상기 단부(4)에 조립될 수 있는 것을
    특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추가 림(11)은 축방향으로 돌출하며 상기 브래킷(13)에 연결되는 반경방향(r)의 보강재(reinforcement: 28)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 베어링(7)을 감싸는 링(29)은 상기 개구(8)를 둘러싸고, 상기 베어링(7)을 감싸는 링(29)에는 적어도 3개의 보강재(28)가 연결되며, 상기 보강재(28)의 횡단면이 U 형상을 이루는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보강재(28)의 측벽(39)은 상기 단부 차폐물(1)의 주조시에 상기 추가 림(11)의 표면(35)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)은 브래킷이 없는 구역(부채꼴 구역: 23)을 포함하며, 상기 구역(23)은 적어도 150°의 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브래킷(13)의 축방향 높이(s)는 상기 브래킷(13)에서의 상기 외측 모서리(12)의 축방향 높이(w)와 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브래킷(13)은 고체 재료(solid material)로 제작되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 원주방향으로 측정된 상기 보강재(28)의 폭은 상기 반경 방향(r)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  9. 제3항에 있어서, 상기 베어링(7)을 감싸는 상기 링(29)에는 추가 보강재(31)가 부착되며, 상기 추가 보강재(31)는 상기 단부 차폐물의 외측 링(30)에까지 미치며, 상기 추가 보강재(31)의 횡단면은 U 형상, 입면체이거나 또는 편평한 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)을 둘로 분할하는 중심선(k)의 동일측에 3개의 브래킷(13)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기용 주조 단부 차폐물.
  11. 전기 기기의 장치로서,
    상기 전기 기기(2)는 그 샤프트(9)를 중심으로 회전하는 로터(6)와, 상기 로터(6)로부터 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 배치된 스테이터(24), 및 상기 스테이터(24)의 외측 표면의 둘레에 배치된 프레임(3)을 포함하고, 상기 프레임(3)의 단부(4)에는 스테이터 개구(5)가 형성되며, 상기 스테이터 개구(5)는 주조 단부 차폐물(1)에 의해 폐쇄될 수 있는, 전기 기기의 장치에 있어서,
    상기 단부 차폐물(1)은 상기 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 돌출한 적어도 3개의 브래킷(13)을 포함하고,
    상기 브래킷(13)은 단부(4)에서 축방향으로 연속된 구조의 접합부(25)에 조립되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 프레임(3)의 상기 단부(4)는 편평한 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 프레임(3)은 플레이트로 형성된 하우징인 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 축방향으로 연속된 구조는 적어도 상부면 플레이트(19)와, 측면 플레이트(20), 및 저면 플레이트(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)의 브래킷이 없는 구역(23)의 일부는 상기 단부(4)와 상기 저면 플레이트(21)의 접합부에 설치되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 브래킷(13)은 상기 단부(4)와 지지 플레이트(26)의 접합부에 조립될 수 있고, 상기 지지 플레이트(26)는 축 방향으로 후속 가로 방향 벽(27)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)은 4개의 브래킷을 포함하는 것과, 상기 브래킷(13) 중 2개는 상기 단부(4)와 상기 상부면 플레이트(19)의 접합부에 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)은 상기 로터(6)를 지지하는 베어링(7)을 위한 중앙의 개구(8)를 포함하고, 상기 개구(8)는 상기 베어링(7)을 감싸는 링(29)으로 둘러싸이며, 상기 베어링(7)을 감싸는 상기 링(29)에는 적어도 3개의 보강재(28)가 연결되고, 상기 보강재(28)의 횡단면은 U 형상을 이루며, 상기 보강재(28)는 상기 단부 차폐물의 외측 링(30)에까지 미치고, 상기 보강재(28)는 상기 외측 링(39)에서 파스너(36)에 연결되며, 상기 파스너(36)는 브래킷(13)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 장치.
  19. 전기 기기로서,
    상기 전기 기기(2)는 그 샤프트(9)를 중심으로 회전하는 로터(6)와, 상기 로터(6)로부터 에어 갭을 사이에 두고 배치된 스테이터(24), 및 상기 스테이터(24)의 외측 표면을 따라 배치된 프레임(3)을 포함하고, 상기 프레임(3)의 단부(4)에는 스테이터 개구(5)가 형성되며, 상기 스테이터 개구(5)는 주조 단부 차폐물(1)에 의해 폐쇄될 수 있는, 전기 기기에 있어서,
    상기 단부 차폐물(1)은 상기 단부 차폐물(1)의 외측 모서리(12)로부터 돌출한 적어도 3개의 브래킷(13)을 포함하고,
    상기 브래킷(13)은 단부(4)에서 축방향으로 연속된 구조의 접합부(25)에 조립되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 단부 차폐물(1)은 상기 로터(6)를 지지하는 베어링(7)을 위한 중앙의 개구(8)를 포함하고, 상기 개구(8)는 상기 베어링(7)을 감싸는 링(29)으로 둘러싸이며, 상기 베어링(7)을 감싸는 상기 링(29)에는 적어도 3개의 보강재(28)가 연결되고, 상기 보강재(28)의 횡단면은 U 형상을 이루며, 상기 보강재(28)는 상기 단부 차폐물의 외측 링(30)에까지 미치고, 상기 보강재(28)는 상기 외측 링(39)에서 파스너(36)에 연결되며, 상기 파스너(36)는 브래킷(13)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 프레임(3)의 상기 단부(4)는 편평한 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기.
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