KR101354670B1

KR101354670B1 - Generator

Info

Publication number: KR101354670B1
Application number: KR1020120096246A
Authority: KR
Inventors: 임춘택; 이정익; 최수용; 태춘반
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-02-03

Abstract

The present invention relates to a generator comprising: a rotor having multiple cores fixed at a shaft and spread radially outwards with an interval therebetween; a stator having multiple cores spread radially inwards with an interval therebetween while forming a gap from the rotor; a winding wound around at least one core of each of the rotor and the stator for providing a magnetic flux path; a heat exchanger part positioned at ends of the cores of each of the rotor and the stator. According to the present invention, it is possible to prevent arc generation between the stator and the rotor since the coils are not exposed to helium gas, and to obtain more excellent cooling effects since the helium gas used as a coolant is forced to flow in.

Description

Generator {Generator}

본 발명은 예컨대 고온 가스로 시스템에서 헬륨 가스 분위기 하에 사용되는 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헬륨 가스에 코일이 노출되지 않게 됨으로써 고정자와 회전자 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨과 더불어, 냉각제로 사용하는 헬륨 가스를 강제유입시켜 더욱 우수한 냉각효과를 얻을 수 있도록 된 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a generator used in a helium gas atmosphere, for example, in a hot gas system. More particularly, the coil is not exposed to helium gas, thereby preventing arcing between the stator and the rotor. The present invention relates to a generator capable of forcibly introducing helium gas, which is used as a coolant, to obtain a better cooling effect.

고온 가스로 시스템에서는 1차 회로 및 2차 회로의 냉각제로서 헬륨 가스를 사용하고, 2차 회로에 가스 터빈 발전 시스템이나 담수화 시스템을 설치하고 있다. 이러한 고온 가스로는, 화학적으로 안정하며 방사성 물질을 대부분 포함하지 않은 헬륨을 1차 회로 및 2차 회로의 냉각제로 사용하고 있기 때문에, 원자로에서부터 주위 환경으로의 방사성 물질의 누설은 상당히 적다. 또한, 사고시에 있어서도 수소처럼 화학적 활성 물질은 생성하지 않고, 경수로에 비해 고유의 안전성은 극히 높다. 또, 탄산 가스를 완전히 방출하지 않는다. 즉, 안전성 및 환경성에 우수한 원자로이다. 따라서 높은 안전성과 환경성이 요구되는 분야에서의 이용이 바람직하다.In a hot gas furnace system, helium gas is used as a coolant of a primary circuit and a secondary circuit, and a gas turbine power generation system and a desalination system are installed in a secondary circuit. As such hot gases, helium, which is chemically stable and contains almost no radioactive material, is used as a coolant in the primary and secondary circuits, so that radioactive material leakage from the reactor to the surrounding environment is considerably small. In addition, in the event of an accident, chemically active substances are not generated like hydrogen, and inherent safety is extremely high compared to light water reactors. In addition, carbon dioxide gas is not completely released. That is, the reactor is excellent in safety and environmental properties. Therefore, it is preferable to use in the field where high safety and environment are required.

경수로가 약 35%의 열효율인 것에 대해 고온 가스로는 그 출력의 약 90%를 발전이나 해수 담수화 등에 유효하게 이용할 수 있다. 넓게 일반 사회로 공급하기 위한 발전과, 입지 주변의 생활용수나 농업용수로 이용하기 위한 담수를 해수로부터 조성하기 위한 해수 담수화를 행하는 것이 주된 이용 목적이지만, 이 밖에도 특히 원자로에서 고온의 열을 얻고, 이 고온의 열을 이용하여 물을 직접 전기분해하여 대량의 수소를 생산할 수 있다. 근래에는 대량의 효율적 수소생산에 적합한 950℃의 고온 열을 공급할 수 있는 고온 가스로에 대해 많은 관심이 집중되고 있으며, 전 세계적으로 본격적인 고온 가스로의 연구 개발이 이루어지고 있다. 더구나, 터빈으로부터의 약 200℃의 배열을 화학 산업 등에도 다목적으로 이용할 수 있으며, 다량의 담수가 필요한 때에는, 발전한 전력 등을 이용하여 이온 반투막 담수장치로 다량의 담수를 조성하는 것도 가능하다.While the light water reactor has a thermal efficiency of about 35%, about 90% of its output can be effectively used for power generation or seawater desalination. Its main purpose is to develop widely to supply to the general society, and to desalination seawater to create freshwater for use as living water or agricultural water around the site, but also to obtain high temperature heat, especially in nuclear reactors. Heat can be used to directly electrolyze water to produce large amounts of hydrogen. In recent years, much attention has been focused on a hot gas furnace capable of supplying high temperature heat of 950 ° C, which is suitable for mass efficient hydrogen production, and research and development of full-scale high temperature gas furnaces are being carried out worldwide. Moreover, the arrangement of about 200 ° C. from the turbine can be used for a variety of purposes in the chemical industry, etc., and when a large amount of fresh water is needed, it is also possible to generate a large amount of fresh water with an ion semipermeable membrane desalination device using generated electric power or the like.

도 1에는 헬륨으로 냉각하는 고온 가스로의 한 예가 개략적으로 나타나 있다. 도시된 고온 가스로에서는, 안전성을 높이기 위해, 원자로 본체(1)를 포함하는 1차 회로와, 발전기 등과 같은 사용처를 포함하는 2차 회로로 분리하고 있다. 이 2차 회로에 있어서는, 열효율이 약 45%인 헬륨 가스 터빈 발전기(2)에 의하여 발전을 행함과 동시에, 터빈(3)의 배열(排熱)을 재생 열교환기(4)를 통한 뒤에 제1냉각기(5)에서 해수에 열전달되는 열량(Q1)과, 고압 압축기(6)와 저압 압축기(7)의 사이에 설치되는 제2냉각기(8)로 해수에 열전달되는 열량(Q2)에 의하여, 해수를 조수기(Fresh Water Generator: 미도시)에서 가열하여 담수를 조성한다. 가스 터빈 발전과 해수 담수화에 이용한 열량의 합은 원자로 열 출력의 약 90% 정도로서, 이 고온 가스로는 상당히 높은 전체 열효율을 가지는 시스템이다.1 schematically shows an example of a hot gas furnace cooling with helium. In the illustrated hot gas furnace, in order to increase safety, the primary circuit including the reactor main body 1 is separated into a secondary circuit including a place of use such as a generator. In this secondary circuit, power is generated by the helium gas turbine generator 2 having a thermal efficiency of about 45%, and the array of the turbine 3 is passed through the regenerative heat exchanger 4 before the first heat is generated. Sea water by heat quantity Q1 transferred to seawater from cooler 5 and heat quantity Q2 transferred to seawater by second cooler 8 provided between high-pressure compressor 6 and low-pressure compressor 7. It is heated in a fresh water generator (not shown) to form fresh water. The sum of the heat used for gas turbine power generation and seawater desalination is about 90% of the reactor's heat output, which is a system with significantly higher overall thermal efficiency.

헬륨 가스 터빈 발전기(2)는 고온 가스로에서 발생한 열을 받아 터빈(3)을 작동시켜 전기를 생산한다. 이때, 헬륨 가스 터빈 발전기(2)는 고온 가스로의 운전 유체인 헬륨을 직접 발전에 사용하는 직접 사이클 또는 고온 가스로에서 발생한 열을 중간 열교환기(9)를 통하여 전달하는 간접 사이클(도 1 참조)을 사용할 수 있다. 헬륨 가스 터빈 발전기(2)에서 생산된 전기는 각 가정으로 전달되어 사용되거나, 조수기로 전달되어 담수의 생산을 위해 사용될 수 있다.The helium gas turbine generator 2 receives the heat generated from the hot gas furnace to operate the turbine 3 to produce electricity. At this time, the helium gas turbine generator (2) is a direct cycle using the helium, the operating fluid of the hot gas furnace for direct power generation, or an indirect cycle (see Fig. 1) for transferring the heat generated in the hot gas furnace through the intermediate heat exchanger (9). Can be used. The electricity produced in the helium gas turbine generator 2 can be delivered to each household and used, or delivered to a water dispenser for the production of fresh water.

고온 가스로를 냉각하는 헬륨 가스는 냉각제로서 매우 우수한 성능을 발휘한다. 이러한 헬륨 가스는 냉각기(5, 8)의 냉각수, 즉 약 15℃의 해수를 이용하여 30 ~ 40℃로 냉각된다. 이렇게 냉각된 후 약 1% 정도의 헬륨 가스가 발전기 자체를 냉각하는 냉각제로도 사용될 수 있다. Helium gas, which cools the hot gas furnace, exhibits very good performance as a coolant. This helium gas is cooled to 30 to 40 ° C using cooling water of the coolers 5 and 8, that is, seawater at about 15 ° C. After this cooling, about 1% of helium gas can be used as a coolant to cool the generator itself.

그런데 파센(Paschen)의 법칙에 따르면 헬륨의 방전개시 전압은 낮다. 예를 들어, 표준 대기압(1기압)에서 1cm의 갭(Gap)을 갖게 되면, 헬륨의 방전개시 전압은 대략 8kV이다. 따라서, 헬륨으로 이루어진 분위기 가스 하에 있는 발전기 내에서 아크(Arc)가 일어날 위험성이 매우 높다고 하는 문제점이 있다. However, according to Paschen's law, the discharge start voltage of helium is low. For example, with a gap of 1 cm at standard atmospheric pressure (1 atmosphere), the discharge start voltage of helium is approximately 8 kV. Therefore, there is a problem that the risk of arcing in the generator under the atmospheric gas made of helium is very high.

이에 본 발명은 헬륨 가스에 코일이 노출되지 않게 됨으로써 고정자와 회전자 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨과 더불어, 냉각제로 사용하는 헬륨 가스를 강제유입시켜 더욱 우수한 냉각효과를 얻을 수 있도록 된 발전기에 관한 것이다. Accordingly, the present invention prevents the arc from being generated between the stator and the rotor since the coil is not exposed to the helium gas, and in addition, the helium gas used as the coolant is forcedly introduced to obtain a superior cooling effect. It is about a generator.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전기는, 샤프트에 고정되면서 방사상 바깥쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어를 구비한 회전자, 상기 회전자와 갭을 형성하면서 방사상 안쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어를 구비한 고정자, 상기 회전자와 상기 고정자 각각에서 하나 이상의 자속 경로를 제공하는 상기 코어를 둘러싸도록 그 위에 감겨진 권선, 상기 회전자에서 상기 코어들의 방사상 외주면을 연결하는 원통형 제1열교환부 및 상기 고정자에서 상기 코어들의 방사상 내주면을 연결하는 원통형 제2열교환부를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. Generator according to an embodiment of the present invention, a rotor having a plurality of cores that are radially outwardly spaced apart from each other while being fixed to the shaft, a plurality of the radially inwardly spaced apart from each other while forming a gap with the rotor A stator having a core, a winding wound thereon to surround the core providing at least one magnetic flux path in each of the rotor and the stator, a cylindrical first heat exchanger connecting the radial outer circumferential surfaces of the cores at the rotor; And a cylindrical second heat exchanger connecting the radially inner circumferential surfaces of the cores to the stator.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기는, 샤프트에 고정되면서 방사상 바깥쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어를 구비한 회전자, 상기 회전자와 갭을 형성하면서 방사상 안쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어를 구비한 고정자, 상기 회전자와 상기 고정자 각각에서 하나 이상의 자속 경로를 제공하는 상기 코어를 둘러싸도록 그 위에 감겨진 권선, 상기 회전자에서 상기 코어들의 방사상 바깥쪽 단부 사이에 개재되는 제1열교환부 및 상기 고정자에서 상기 코어들의 방사상 안쪽 단부 사이에 개재되는 제2열교환부를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. The generator according to another embodiment of the present invention, a rotor having a plurality of cores that are radially outwardly spaced apart from each other while being fixed to the shaft, a plurality of radially spaced apart inwardly while forming a gap with the rotor A stator having a core, a winding wound thereon to surround the core providing at least one magnetic flux path at each of the rotor and the stator, a first heat exchange interposed between the radially outer ends of the cores at the rotor And a second heat exchanger interposed between said portion and said radially inner ends of said cores in said stator.

또한, 상기 샤프트 상에는 상기 회전자 및 상기 고정자의 일측 또는 양측으로 송풍팬(Fan)이 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. In addition, a blower fan (Fan) is further provided on one side or both sides of the rotor and the stator on the shaft.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 헬륨 가스에 코일이 노출되지 않게 됨으로써 고정자와 회전자 사이에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨과 더불어, 냉각제로 사용하는 헬륨 가스를 강제유입시켜 더욱 우수한 냉각효과를 얻을 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, since the coil is not exposed to the helium gas, the arc can be prevented from occurring between the stator and the rotor, and the helium gas used as the coolant is forcibly introduced to provide a superior cooling effect. You can get it.

도 1은 헬륨으로 냉각하는 고온 가스로의 한 예를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 발전기의 일부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발전기를 길이방향으로 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전기의 일부를 도시한 단면도이다. 1 is a schematic view showing an example of a hot gas furnace cooled by helium.
2 is a cross-sectional view showing a part of a generator according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing the generator shown in FIG. 2 by cutting in the longitudinal direction.
4 is a cross-sectional view showing a part of a generator according to a second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 발전기의 일부를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 발전기를 길이방향으로 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a part of a generator according to the first embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the generator shown in Figure 2 cut in the longitudinal direction.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 발전기는, 샤프트(11)에 고정되면서 방사상 바깥쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(22)를 구비한 회전자(12), 이 회전자(12)와의 사이에 갭(20)을 형성하면서 방사상 안쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(23)를 구비한 고정자(13), 회전자(12)와 고정자(13) 각각에서 하나 이상의 자속 경로를 제공하는 코어(22, 23)를 둘러싸면서 그 위에 감겨진 하나 이상의 권선(14), 회전자(12)에서 코어(22)들의 방사상 외주면을 연결하는 원통형 제1열교환부(15) 및 고정자(13)에서 코어(23)들의 방사상 내주면을 연결하는 원통형 제2열교환부(16)를 포함하고 있다. As shown in these figures, the generator according to the first embodiment of the present invention, the rotor 12 having a plurality of cores 22, which are spaced apart from each other radially outward while being fixed to the shaft 11, In the stator 13, the rotor 12 and the stator 13, each having a plurality of cores 23 extending radially inwardly from each other while forming a gap 20 between the rotor 12. One or more windings 14 wound around and surrounding the cores 22, 23 providing one or more magnetic flux paths, a cylindrical first heat exchanger 15 connecting the radial outer circumferential surfaces of the cores 22 at the rotor 12. And a cylindrical second heat exchanger 16 connecting the radially inner circumferential surfaces of the cores 23 at the stator 13.

샤프트(11)는 이 샤프트(11)를 지지하면서 고정자(13)에 대하여 회전자(12)의 회전을 안정화시키기 위해 하우징(미도시) 내의 베어링(21) 또는 이 유사한 것들의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 샤프트(11)의 외주면에는 그 길이방향을 따라 다수의 홈(31)이 형성되어 있는데, 이들 홈(31)이 헬륨으로 이루어진 냉각제의 경로를 제공하게 된다. 여기서, 홈(31)의 길이는 회전자(12)의 길이보다 다소 길다. 이러한 홈(31)은 후술하는 회전자(12)의 홈(32)으로 대체되거나 생략될 수 있다. The shaft 11 supports the shaft 11 and is rotatable inside a bearing 21 or the like in a housing (not shown) to stabilize the rotation of the rotor 12 with respect to the stator 13. Is installed. The outer circumferential surface of the shaft 11 is formed with a plurality of grooves 31 along the longitudinal direction, these grooves 31 provide a path of the coolant made of helium. Here, the length of the groove 31 is somewhat longer than the length of the rotor 12. This groove 31 may be replaced or omitted by the groove 32 of the rotor 12 described later.

회전자(12)는 샤프트(11)에 고정되어 있다. 또, 회전자(12)는 방사상 바깥쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(22)를 구비하며, 이들 코어(22)에는 권선(14)이 감겨 코일을 구성하게 된다. 바람직하기로, 권선(14)은 코어(22)의 주위로 빈틈없이, 그리고 단단히 감겨 있다. 회전자(12)의 내주면에는 그 축방향을 따라 다수의 홈(32)이 형성(예컨대 샤프트(11)의 홈(31) 대신에 또는 홈(31)의 위치와 대응하여)될 수 있는데, 이들 홈(32)이 헬륨으로 이루어진 냉각제의 경로를 제공하게 된다.The rotor 12 is fixed to the shaft 11. In addition, the rotor 12 includes a plurality of cores 22 extending radially outwardly from each other, the windings 14 are wound around these cores 22 to form a coil. Preferably, the winding 14 is wound tightly and tightly around the core 22. On the inner circumferential surface of the rotor 12 a plurality of grooves 32 may be formed along the axial direction thereof (for example instead of the groove 31 of the shaft 11 or in correspondence with the position of the groove 31), these Groove 32 provides a path of coolant made of helium.

회전자(12)와 그 내주면 사이에 갭(20)을 형성하는 고정자(13)는 하우징 또는 샤프트(11)에 대해 수직으로 뻗은 플레이트 등에 고정되게 된다. 이 고정자(13)는 방사상 안쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(23)를 구비하며, 이들 코어(23)에도 권선(14)이 감겨 코일을 구성하게 된다. 바람직하기로, 권선(14)은 코어(23)의 주위로 빈틈없이, 그리고 단단히 감겨 있다. 고정자(13)의 외주면에는 그 축방향을 따라 다수의 홀(33)이 형성되어 있는데, 이들 홀(33)이 헬륨으로 이루어진 냉각제의 경로를 제공하게 된다.A stator 13 forming a gap 20 between the rotor 12 and its inner circumferential surface is fixed to a plate or the like extending perpendicular to the housing or shaft 11. The stator 13 has a plurality of cores 23 extending radially inwardly from each other, the windings 14 are also wound around these cores 23 to form a coil. Preferably, the winding 14 is wound tightly and tightly around the core 23. On the outer circumferential surface of the stator 13, a plurality of holes 33 are formed along the axial direction, and these holes 33 provide a path of the coolant made of helium.

샤프트(11) 상에는 이 샤프트(11)의 길이방향을 따라 회전자(12) 및 고정자(13)를 기준으로 앞뒤 중 어느 한쪽 또는 양측에, 분위기 가스로 작용하는 헬륨을 강제로 유동시키기 위한 송풍팬(19)이 추가로 설치되어 있다. On the shaft 11, a blowing fan for forcibly flowing helium acting as an atmospheric gas to one or both sides of the front and rear of the rotor 12 and the stator 13 along the longitudinal direction of the shaft 11. (19) is additionally installed.

터빈(3; 도 1 참조)에 동축상으로 연결된 샤프트(11)가 회전력을 전달받아 회전하면 송풍팬(19)도 함께 회전하게 되고, 이러한 송풍팬(19)의 회전에 의해, 샤프트(11)의 홈(31) 혹은 회전자(12)의 홈(32), 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 갭(20), 고정자(13)의 홀(33), 또는 고정자(13)와 하우징 사이의 틈새에 헬륨이 유입되어 냉각제 흐름을 형성하게 된다. 또한, 회전자(12)가 고정자(13)에 대하여 샤프트(11)와 함께 회전할 때, 전류가 유도된다.When the shaft 11 coaxially connected to the turbine 3 (refer to FIG. 1) receives rotational force and rotates, the blowing fan 19 also rotates together, and the shaft 11 is rotated by the rotation of the blowing fan 19. The groove 31 of the rotor 31 or the groove 32 of the rotor 12, the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13, the hole 33 of the stator 13, or the stator 13 and Helium enters the gap between the housings to form a coolant flow. In addition, when the rotor 12 rotates with the shaft 11 with respect to the stator 13, current is induced.

본 발명의 주요 특징을 구성하는 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)는 회전자(12)와 고정자(13) 사이에 있는 갭(20) 내에 위치된다. 원통형 제1열교환부(15)는 회전자(12)에서 코어(22)들의 방사상 외주면을 연결하면서 고정된다. 원통형 제2열교환부(16)는 고정자(13)에서 코어(23)들의 방사상 내주면을 연결하면서 고정된다. 이들 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)는 열은 전달하지만 전기는 통하지 않는 플라스틱이나 세라믹 등과 같은 재질로 만들어진다. 또한, 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)의 일측면에는 각각 다수의 방열핀(Fin; 25)이 형성되어 있다. The cylindrical first heat exchanger part 15 and the cylindrical second heat exchanger part 16, which constitute the main features of the present invention, are located in the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13. The cylindrical first heat exchanger 15 is fixed while connecting the radial outer circumferential surface of the cores 22 on the rotor 12. The cylindrical second heat exchanger 16 is fixed while connecting the radially inner circumferential surfaces of the cores 23 at the stator 13. The cylindrical first heat exchanger 15 and the cylindrical second heat exchanger 16 are made of a material such as plastic or ceramic that transmits heat but does not conduct electricity. In addition, a plurality of heat dissipation fins 25 are formed on one side of the cylindrical first heat exchanger 15 and the cylindrical second heat exchanger 16, respectively.

전술한 바와 같이, 터빈(3; 도 1 참조)의 회전력을 전달받아 샤프트(11)와 송풍팬(19)이 회전하게 되면, 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 갭(20), 더욱 구체적으로는 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)의 사이로 헬륨이 유입되어 냉각제 흐름을 형성하게 된다. 이때, 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)에 의해 코일(코어와 권선으로 구성된)이 헬륨 가스에 노출되지 않고 접촉할 수 없게 됨으로써 회전자(12)와 고정자(13) 사이에서 아크가 발생할 우려가 없게 되는 것이다. 더구나, 코일에서 발생한 열이 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)를 매개로 하여 냉각제 흐름으로 방출되게 되므로, 더욱 우수한 냉각효과를 얻을 수 있게 된다. As described above, when the shaft 11 and the blowing fan 19 are rotated by receiving the rotational force of the turbine 3 (see FIG. 1), the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13, More specifically, helium is introduced between the cylindrical first heat exchange part 15 and the cylindrical second heat exchange part 16 to form a coolant flow. At this time, the rotor 12 and the stator 13 are not exposed to the helium gas by the cylindrical first heat exchanger 15 and the cylindrical second heat exchanger 16 without being exposed to helium gas. There is no risk of arcing between the. In addition, since the heat generated in the coil is discharged to the coolant flow through the cylindrical first heat exchanger 15 and the cylindrical second heat exchanger 16, a better cooling effect can be obtained.

회전자(12)에서 코일들 사이에 형성되고 원통형 제1열교환부(15)로 폐쇄된 공간(30)에는 질소와 같은 안정화된 가스를 채워넣을 수 있다. 마찬가지로, 고정자(13)에서 코일들 사이에 형성되고 원통형 제2열교환부(16)로 폐쇄된 공간(30)에 질소와 같은 안정화된 가스를 채워넣을 수 있다. In the rotor 12, the space 30 formed between the coils and closed by the cylindrical first heat exchanger 15 may be filled with a stabilized gas such as nitrogen. Similarly, a stabilized gas such as nitrogen can be filled in the space 30 formed between the coils in the stator 13 and closed by the cylindrical second heat exchanger 16.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전기의 일부를 도시한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing a part of a generator according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 발전기는, 제1열교환부 및 제2열교환부의 구성을 제외하고 나머지 구성요소들의 구성 및 작용이 전술한 제1실시예에 따른 발전기와 동일하기 때문에, 본 발명의 제2실시예에 따른 발전기를 설명함에 있어, 제1실시예에 따른 발전기와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.The generator according to the second embodiment of the present invention has the same construction and operation as the generator according to the first embodiment, except for the configuration of the first heat exchange part and the second heat exchange part. In the description of the generator according to the second embodiment, the same components as those of the generator according to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 발전기는, 샤프트(11)에 고정되면서 방사상 바깥쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(22)를 구비한 회전자(12), 이 회전자(12)와의 사이에 갭(20)을 형성하면서 방사상 안쪽으로 서로 간격을 두고 뻗은 다수의 코어(23)를 구비한 고정자(13), 회전자(12)와 고정자(13) 각각에서 하나 이상의 자속 경로를 제공하는 코어(22, 23)를 둘러싸면서 그 위에 감겨진 하나 이상의 권선(14), 회전자(12)에서 코어(22)들의 방사상 바깥쪽 단부 사이에 개재되는 제1열교환부(17) 및 고정자(13)에서 코어(23)들의 방사상 안쪽 단부 사이에 개재되는 제2열교환부(18)를 포함하고 있다. As shown in FIG. 4, the generator according to the second embodiment of the present invention includes a rotor 12 having a plurality of cores 22 fixed to the shaft 11 and extending radially outwardly from each other. In the stator 13, the rotor 12 and the stator 13, each having a plurality of cores 23 extending radially inwardly from each other while forming a gap 20 between the rotor 12. A first heat exchanger interposed between the radially outer ends of the cores 22 at the rotor 12, the one or more windings 14 wound around and surrounding the cores 22, 23 providing one or more magnetic flux paths And a second heat exchanger 18 interposed between the radially inner ends of the cores 23 at 17 and the stator 13.

본 발명의 제2실시예에 따른 발전기에서는 제1열교환부(17)와 제2열교환부(18)가 회전자(12) 및 고정자(13)와 함께 갭(20)을 구획하고 있다. 전술한 제1실시예에 따른 발전기에서는, 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 갭(20) 내에 원통형 제1열교환부(15) 및 원통형 제2열교환부(16)가 위치하게 됨으로써, 결국 원통형 제1열교환부(15)의 두께와 원통형 제2열교환부(16)의 두께만큼 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 거리가 실질적으로 늘어나게 된다. 이러한 거리가 증대됨에 따라 자속은 감소하고 토크(회전력)는 급격히 떨어지게 된다. 이를 해소하기 위해 본 발명의 제2실시예에 따른 발전기에서는, 제1열교환부(17)가 회전자(12)에서 코어(22)들의 방사상 바깥쪽 단부 사이에 개재되어 고정되고, 제2열교환부(18)가 고정자(13)에서 코어(23)들의 방사상 안쪽 단부 사이에 개재되어 고정된다. 이와 같이, 열교환부(17, 18)들이 회전자(12) 및 고정자(13) 사이에 구비되면서도 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 갭(20)이 증가하지 않아, 자기 저항의 증가를 일으키지 않게 됨으로써, 자속 또는 토크의 감소가 없게 되는 것이다. In the generator according to the second embodiment of the present invention, the first heat exchange unit 17 and the second heat exchange unit 18 partition the gap 20 together with the rotor 12 and the stator 13. In the generator according to the first embodiment described above, the cylindrical first heat exchange part 15 and the cylindrical second heat exchange part 16 are positioned in the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13. As a result, the distance between the rotor 12 and the stator 13 is substantially increased by the thickness of the cylindrical first heat exchange part 15 and the thickness of the cylindrical second heat exchange part 16. As this distance increases, the magnetic flux decreases and the torque (rotational force) drops sharply. In order to solve this problem, in the generator according to the second embodiment of the present invention, the first heat exchange part 17 is interposed and fixed between the radially outer ends of the cores 22 in the rotor 12 and the second heat exchange part. 18 is interposed and fixed between the radially inner ends of the cores 23 in the stator 13. As such, while the heat exchange parts 17 and 18 are provided between the rotor 12 and the stator 13, the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13 does not increase, thereby increasing the magnetic resistance. By not causing, there is no decrease in magnetic flux or torque.

이들 열교환부(17, 18)는, 제1실시예와 마찬가지로, 열은 전달하지만 전기는 통하지 않는 플라스틱이나 세라믹 등과 같은 재질로 만들어진다. 또한, 열교환부(17, 18)들의 일측면 또는 양측면에는 다수의 방열핀(Fin; 26)이 형성되어 있다. These heat exchange parts 17 and 18, like the first embodiment, are made of a material such as plastic or ceramic which transmits heat but does not conduct electricity. In addition, a plurality of heat dissipation fins 26 are formed on one or both sides of the heat exchange parts 17 and 18.

전술한 바와 같이, 터빈(3; 도 1 참조)의 회전력을 전달받아 샤프트(11)와 송풍팬(19)이 회전하게 되면, 회전자(12)와 고정자(13) 사이의 갭(20)으로 헬륨이 유입되어 냉각제 흐름을 형성하게 된다. 이때, 열교환부(17, 18)들에 의해 코일(코어와 권선으로 구성된)이 헬륨 가스에 노출되지 않고 접촉할 수 없게 됨으로써 회전자(12)와 고정자(13) 사이에서 아크가 발생할 우려가 없게 되는 것이다. 더구나, 코일에서 발생한 열이 열교환부(17, 18)를 매개로 하여 냉각제 흐름으로 방출되게 되므로, 더욱 우수한 냉각효과를 얻을 수 있게 된다. As described above, when the shaft 11 and the blowing fan 19 are rotated by the rotational force of the turbine 3 (see FIG. 1), the gap 20 between the rotor 12 and the stator 13 is moved into the gap 20. Helium is introduced to form a coolant flow. At this time, the coils (consisting of the core and the windings) are not exposed to the helium gas and can not be contacted by the heat exchange parts 17 and 18 so that there is no fear of arcing between the rotor 12 and the stator 13. Will be. In addition, since heat generated in the coil is discharged to the coolant flow through the heat exchange parts 17 and 18, a better cooling effect can be obtained.

회전자(12) 또는 고정자(13)에서 코일들 사이에 형성되고 열교환부(17 또는 18)로 폐쇄된 공간(30)에는 질소와 같은 안정화된 가스를 채워넣을 수도 있다.In the rotor 12 or stator 13, a space 30 formed between the coils and closed by the heat exchanger 17 or 18 may be filled with a stabilized gas such as nitrogen.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

11: 샤프트
12: 회전자
13: 고정자
14: 권선
15: 원통형 제1열교환부
16: 원통형 제2열교환부
17: 제1열교환부
18: 제2열교환부
19: 송풍팬11: Shaft
12: Rotor
13: stator
14: reel
15: cylindrical first heat exchanger
16: cylindrical second heat exchanger
17: first heat exchanger
18: second heat exchanger
19: blower fan

Claims

A rotor with a plurality of cores fixed to the shaft and extending radially outwardly from one another,
A stator having a plurality of cores spaced apart from each other radially inward while forming a gap between the rotor and the rotor,
A winding wound thereon surrounding the core providing at least one magnetic flux path in each of the rotor and the stator,
A cylindrical first heat exchanger connecting radial outer circumferences of the cores in the rotor;
A cylindrical second heat exchanger connecting radially inner circumferential surfaces of the cores at the stator;
Generator comprising a.

A rotor with a plurality of cores fixed to the shaft and extending radially outwardly from one another,
A stator having a plurality of cores spaced apart from one another radially inward while forming a gap with the rotor,
A winding wound thereon surrounding the core providing at least one magnetic flux path in each of the rotor and the stator,
A first heat exchanger interposed between the radially outer ends of the cores in the rotor and
A second heat exchanger interposed between the radially inner ends of the cores in the stator
Lt; / RTI >
And a stabilizing gas is filled in the space formed between the windings wound around the core and closed by the first heat exchange part or the second heat exchange part.

3. The method according to claim 1 or 2,
Generator on the outer circumferential surface of the shaft is formed with a plurality of grooves along the longitudinal direction.

3. The method according to claim 1 or 2,
A generator having a plurality of grooves formed along the axial direction on the inner circumferential surface of the rotor.

3. The method according to claim 1 or 2,
Generator on the outer circumferential surface of the stator is formed with a plurality of holes along the axial direction.

The method of claim 1,
The first cylindrical heat exchanger and the second cylindrical heat exchanger is a generator that is made of a material that transmits heat but does not pass electricity.

The method according to claim 6,
The generator having a plurality of heat dissipation fins further formed on one side of the cylindrical first heat exchanger and the cylindrical second heat exchanger.

The method of claim 1,
A generator formed between windings surrounding the core and filled with a stabilizing gas in a space closed by the cylindrical first heat exchange part or the cylindrical second heat exchange part.

3. The method of claim 2,
The first heat exchanger and the second heat exchanger is a generator that is made of a material that transmits heat but does not pass electricity.

10. The method of claim 9,
The generator having a plurality of heat dissipation fins are further formed on one side or both sides of the first heat exchange part and the second heat exchange part.

delete

3. The method according to claim 1 or 2,
Generator on which the blowing fan is further installed on one side or both sides of the rotor and the stator on the shaft.