KR101668547B1 - 회전 전기기계 - Google Patents

Abstract

회전 전기기계의 회전자는 회전축을 소정의 반경방향 간극을 띠우고 둘러싸는 원환형상으로, 축 주위를 회전하는 원환부재(21)와, 축방향으로 늘어나 서로 둘레방향 간극(29)을 형성하도록 원환부재(21)의 반경방향 외측의 외주면에 고정된 대좌와, 각각이, 각 대좌에 영구자석편(24)이 축방향으로 배열되어 이루어지고, 서로 둘레방향 간극(29)을 형성하도록 배치된 영구자석렬(25)을 갖는다. 원환부재(21)에는, 둘레방향 간극(29)에 면하는 부분에 반경방향 관통구멍(28)이 복수 형성되고, 축방향 위치가 같은 반경방향 관통구멍(28)은, 둘레방향으로 등간격으로 형성된다. 이에 의해, 회전 전기기계의 회전자를 효율적으로 냉각할 수 있다.

Description

회전 전기기계{ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은, 영구자석이 부착된 회전자를 갖는 회전 전기기계에 관한 것이다.

회전 전기기계는, 회전자와, 이 회전자를 반경방향 외측에서 둘러싸는 고정자와, 이 고정자를 수용하는 고정자 테두리를 갖는다.

회전자는, 소정의 축(회전중심축)의 주위를 회전한다. 회전자에는, 예를 들면 영구자석이 부착된 것이 있다. 이와 같은 회전자는, 원환형상의 부재의 외주에 대좌가 고정되고, 이 대좌에 영구자석이 고정되는 것이 있다. 회전자나 고정자에는, 이들을 냉각하기 위한 통풍로가 형성되는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

고정자는, 고정자 철심 및 고정자 권선 등을 갖는다. 고정자 철심에는, 고정자 철심을 냉각하기 위한 통풍로가 형성되는 것이 있다. 이 통풍로에 냉각용의 공기가 흐름에 의해, 고정자 철심이 냉각된다. 이 통풍로에는, 회전중심축이 늘어나는 방향의 일방향으로 공기가 흐른다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2011-142735호 공보

영구자석형 회전 전기기계의 회전자의 냉각은, 회전자 및 고정자 사이의 공극이나, 영구자석 사이의 둘레방향 간극 등을 공기가 흐름에 의해 행하여진다.

축길이가 길어지는 타입에서는, 풍하측(風下側)의 영구자석은 풍상측(風上側)보다도 온도가 상승하고, 풍하측의 자석을 냉각하는 것이 곤란해지는 일이 많다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 회전자를 효율적으로 냉각하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 회전 전기기계는, 소정의 축 주위를 회전하는 회전축과, 상기 회전축을 반경방향 외측에서 둘러싸고 상기 회전축에 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하는 회전자와, 상기 회전자를 반경방향 외측에서 둘러싸는 고정자와, 상기 고정자를 반경방향 외측에서 둘러싸도록 구성된 고정자 테두리를 갖는 회전 전기기계에 있어서, 상기 회전자는, 상기 회전축을 소정의 반경방향 간극을 띠우고 반경방향 외측에서 둘러싸도록 배치된 원환형상으로 상기 축 주위를 회전 가능하고, 내주면에는 반경방향으로 돌출하여 축방향으로 늘어나는 돌출부가 형성된 원환부재와, 각각이 축방향으로 늘어나고, 서로 둘레방향 간극을 형성하도록 상기 원환부재의 반경방향 외측의 외주면에 고정되고, 상기 둘레방향 간극이 상기 돌출부의 반경방향 외측에 형성된 복수의 대좌와, 각각이, 상기 각 대좌에 복수의 영구자석편이 축방향으로 배열되어 이루어지고, 서로 상기 둘레방향 간극을 형성하도록 배치된 복수의 영구자석렬을 가지며, 상기 원환부재에는, 각각의 상기 둘레방향 간극에 면하는 부분에서 상기 돌출부를 반경방향으로 관통하는 반경방향 관통구멍이 복수 형성되고, 서로 축방향 위치가 같은 상기 반경방향 관통구멍은, 서로 둘레방향으로 등간격이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회전자를 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 제1의 실시 형태의 회전 전기기계를 모식적으로 도시한 개략 정면도.
도 2는 도 1의 회전자의 일부를 축방향 외측에서 본 부분 측면도.
도 3은 도 1의 회전자의 Ⅲ-Ⅲ 화살로 본 일부를 모식적으로 도시하는 부분 상면도.
도 4는 본 발명에 관한 제2의 실시 형태의 회전 전기기계의 회전자에 관해, 냉각 공기의 상류측의 단부 부근의 윗면을 모식적으로 도시하는 부분 상면도.
도 5는 도 3의 실시 형태의 회전자의 부분 상면도로서, 도 3에 도시하는 부분보다도 냉각 공기의 하류측을 도시하는 도면.
도 6은 도 3의 실시 형태의 회전자에 관해, 냉각 공기의 하류측의 단부 부근의 윗면을 모식적으로 도시하는 부분 상면도.
도 7은 도 2의 회전자의 변형례를 도시하는 부분 측면도.
도 8은 도 2의 회전자의 변형례를 도시하는 부분 측면도.

이하, 본 발명에 관한 회전 전기기계의 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.

[제1의 실시 형태]

제1의 실시 형태에 관해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 회전 전기기계를 모식적으로 도시한 개략 정면도이다. 또한, 도 1에서는, 최상부와 최하부의 방열 핀(45)만이 도시되고, 다른 방열 핀(45)의 도시는 생략하고 있다.

도 2는, 도 1의 회전자(20)의 일부를 축방향 외측에서 본 부분 측면도이다. 도 3은, 도 1의 회전자(20)의 Ⅲ-Ⅲ 화살로 본 일부를 모식적으로 도시하는 부분 상면도이다.

우선, 본 실시 형태의 회전 전기기계의 구성에 관해 설명한다.

본 실시 형태의 회전 전기기계는, 영구자석식의 동기 발전기로서, 회전축(10)과, 회전자(20)와, 고정자(30)와, 고정자 테두리(40)와, 방열 핀(45)과, 내부 팬(38)을 갖는다. 이 동기 발전기는, 예를 들면 풍력에 의해 회전축(10)이 회전하고, 그 회전시키는 힘을 전력으로서 취출할 수 있는 것이다.

회전축(10)은, 수평으로 늘어나고 축방향 단면(斷面)이 원형인 부재로서, 도시하지 않은 축받이로 회전 가능하게 지지되고, 수평한 회전중심축의 주위를 회전한다.

회전자(20)는, 전체로서 원환형상을 이루고, 회전축(10)을 둘러싸는 부재로서, 원환부재(21)와, 복수의 지지부재(22)와, 복수의 대좌(23)와, 복수의 영구자석렬(25)을 갖는다.

지지부재(22)는, 회전축(10)의 3개소의 축방향 위치 각각에 복수개씩 고정되어, 회전축(10)과 함께 회전 가능하다. 각 축방향 위치에 고정되는 지지부재(22)는, 각각의 축방향 위치로부터 방사형상으로 원환부재(21)의 내주면까지 늘어나, 원환부재(21)를 지지한다.

원환부재(21)는, 지지부재(22)에 지지되어 회전 자유 자유롭게, 회전축(10)의 외주면에 소정의 반경방향 간극(26)을 형성하여 회전축(10)을 반경방향 외측에서 둘러싸는 원환형상의 부재이다.

원환부재(21)의 내주면에는, 복수의 돌출부(21a)가 형성된다. 이들의 돌출부(21a) 각각은, 반경방향 내측으로 돌출하여 축방향으로 늘어난다. 돌출부(21a)의 축방향에 수직한 단면(斷面)은, 개략 장방형상이다. 이 예에서는, 각 돌출부(21a)는, 원환부재(21)에 일체적으로 형성되어 있다.

각 대좌(23)는, 축방향으로 길다란 장방형이 형성되는 판형상의 부재로서, 반경방향 외측에 좌면(23a)(도 2)이 형성되어 있다. 각각의 대좌(23)의 각 좌면(23a)에는, 영구자석렬(25)이 접착에 의해 부착된다.

각 대좌(23)는, 원환부재(21)의 외주면에 둘레방향으로 복수 배열되어 있다. 이들의 대좌(23)는, 서로 둘레방향 간극(29)을 형성하도록 배열된다. 이 둘레방향 간극(29)의 둘레방향 위치는, 돌출부(21a)의 둘레방향 위치에 상당한다. 즉, 둘레방향 간극(29)은, 반경방향 외측에 형성된다.

영구자석렬(永久磁石列)(25)은, 개략 직방체형상의 복수의 영구자석편(24)이 축방향으로 서로 접하도록 배열되고 된다. 이 영구자석렬(25)은, 축방향으로 배열된 영구자석편(24) 전체로 축방향으로 늘어나는 거의 직방체형상의 부재로, 상술한 바와 같이, 각 좌면(23a)에 접착에 의해 부착된다.

원환부재(21)에는, 각각의 둘레방향 간극(29)에 면하는 부분에서 돌출부(21a)를 반경방향으로 관통하는 반경방향 관통구멍(28)이, 축방향에 따라 등간격으로 복수 형성된다. 둘레방향 위치가 같은 반경방향 관통구멍(28)은, 서로 둘레방향으로 등간격이 되도록 형성되어 있다(도 2, 도 3). 이 예에서는, 각 반경방향 관통구멍(28)은, 축방향으로 인접하는 영구자석편(24)의 사이에 대응하는 축방향 위치에 형성된다.

고정자(30)는, 회전자(20)의 반경방향 외측에 소정의 반경방향 간격(공극(32))을 띠워서 반경방향 외측에서 둘러싸는 원환형상의 부재이다. 상세한 도시는 생략하지만, 축방향으로 관통하고, 냉각용의 공기가 유통 가능한 통풍 구멍(도시 생략)이 형성된다.

고정자 테두리(40)는, 고정자(30)를 반경방향 외측에서 둘러싸도록 구성된다. 고정자 테두리(40)의 내주는, 고정자(30)의 외주에 접하여 있다.

고정자 테두리(40)의 외주면에는, 축방향으로 길다란 방열 핀(45)이 복수 부착되어 있다. 이들의 방열 핀(45)은, 둘레방향으로 서로 간격을 띠워서 부착되어 있다.

이 고정자 테두리(40)는, 상세한 도시는 생략하고 있지만, 축받이를 고정하고 있다. 또한, 외기를 취입하기 위한 흡기구(도시 생략) 및 고정자 테두리(40) 내를 순환한 공기가 배기되는 배기구(도시 생략)가 형성되어 있다.

내부 팬(38)은, 회전축(10)에 부착되어, 회전축(10)의 회전과 함께 회전하여 송풍한다. 이 송풍에 의해, 고정자 및 회전자(20) 등을 냉각한다. 이 예에서는, 도 1에서의 우측이 상류측이고, 좌측이 하류측이 된다. 냉각을 위한 공기의 흐름에 관해서는 후에 설명한다.

계속해서, 본 실시 형태의 작용에 관해 설명한다.

고정자 테두리(40)의 흡기구로부터 흡기된 공기는, 내부 팬(38)에 의해 송풍되어, 공극(32), 고정자에 마련된 통풍구멍, 회전자(20)의 영구자석렬(25) 사이의 둘레방향 간극(29), 원환부재(21) 내에 형성된 반경방향 간극(26)에 흘러 들어간다. 이 때, 지지부재(22)도 팬으로서 기능한다.

회전자(20)는, 공극(32), 회전자(20)의 영구자석렬(25) 사이의 둘레방향 간극(29), 및 원환부재(21) 내에 형성된 반경방향 간극(26)을 흐르는 공기에 의해 냉각된다.

반경방향 관통구멍(28)을 마련하지 않은 경우에는, 반경방향 간극(26)으로부터 공극(32)으로의 공기의 흐름은 생기지 않는다. 이 경우, 축길이가 비교적 길다란 타입의 동기 발전기에서는, 하류측은 상류측에 비하여 영구자석렬(25)의 온도 상승을 억제하기 어려워진다.

이것에 대해, 상술한 바와 같이 반경방향 관통구멍(28)을 형성함으로써, 반경방향 간극(26)으로부터 공극(32)으로의 공기의 흐름이 생기기 때문에, 영구자석렬(25)의 둘레방향에 면하는 부위에 냉각 공기가 뿜어지기 쉬워진다. 이에 의해, 영구자석렬(25)의 냉각 효과가 향상한다. 또한, 반경방향 관통구멍(28)을 흐르는 냉각 공기는, 대좌(23)의 냉각에도 기여할 수 있다. 또한, 영구자석렬(25)을 일양하게 냉각할 수 있고, 온도 상승한 영구자석편(24)의 자속밀도의 변화가 억제되고, 축방향의 자속밀도의 치우침이 억제할 수 있다.

또한, 반경방향 관통구멍(28)을 형성함으로써, 자속이 통과하는 부분이 작아질 가능성이 있는데, 돌출부(21a)를 형성함으로써, 자속이 통과하는 부분을 확보할 수 있다.

이상의 설명으로 부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 회전자(20)를 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

[제2의 실시 형태]

제2의 실시 형태에 관해 도 1 및 도 4 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태의 회전 전기기계의 회전자(20)에 관해, 냉각 공기의 상류측의 단부(端部) 부근의 윗면을 모식적으로 도시하는 부분 상면도이다. 도 5는, 본 실시 형태의 회전자(20)의 부분 상면도로서, 도 3에 도시하는 부분보다도 냉각 공기의 하류측을 도시하고 있다. 도 6은, 본 실시 형태의 회전자(20)에 관해, 냉각 공기의 하류측의 단부 부근의 윗면을 모식적으로 도시하는 부분 상면도이다.

또한, 본 실시 형태는, 제1의 실시 형태(도 1 내지 도 3)의 변형례로서, 제1의 실시 형태와 동일 부분 또는 유사 부분에는, 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태의 회전 전기기계의 전체의 구성은, 제1의 실시 형태에서 설명한 도 1과 마찬가지이다.

본 실시 형태의 반경방향 관통구멍(28)은, 상류측보다도 하류측의 구멍수가 많아지도록 형성된다. 이하 상세를 설명한다.

회전자(20)의 상류측 단부, 즉, 도 1에서의 우측 단부는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 소정의 둘레방향 간극(제1의 둘레방향 간극(29a))에 면하는 부위에는, 반경방향 관통구멍(28)은 형성되지 않는다. 이에 대해, 제1의 둘레방향 간극(29a)의 둘레방향 양측의 둘레방향 간극(제2의 둘레방향 간극(29b), 제3의 둘레방향 간극(29c))에 면하는 부위에는, 제1의 실시 형태의 둘레방향 간극(29)(도 3)과 마찬가지로 반경방향 관통구멍(28)이 형성되어 있다.

또한, 도 4에 도시하는 부분보다도 하류측, 즉, 도 5에 도시하는 부분에서는, 제1의 둘레방향 간극(29a)에 면하는 부위에는, 반경방향 관통구멍(28)이 형성된다. 이들의 반경방향 관통구멍(28)은, 제2의 둘레방향 간극(29a)에 면하는 부위에 형성된 반경방향 관통구멍(28)에 대해, 축방향으로 하나 걸러서 형성되기 때문에, 구멍수가 적다.

회전자(20)의 하류측 단부, 즉, 도 1에서의 좌측 단부는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1의 둘레방향 간극(29a)에 면하는 부위는, 제2 및 제3의 둘레방향 간극(29b, 29c)에 면하는 부위와 마찬가지로, 반경방향 관통구멍(28)이 형성된다.

이에 의해, 제1의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있음과 함께, 영구자석렬(25)의 온도가 상승하기 쉬운 하류측에 상류측보다 많은 냉각 공기를 흘릴 수가 있어서, 하류측의 영구자석렬(25)의 냉각 효과가 향상한다.

[기타의 실시 형태]

상기 실시 형태의 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 특허청구의 범위에 기재된 발명을 한정하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 각 부분 구성은 상기 실시 형태에 한하지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 여러가지의 변형이 가능하다.

상술한 실시 형태에서는, 고정자의 외주와 고정자 테두리(40)의 내주가 접하여 있지만, 이것으로 한하지 않는다. 소정의 반경방향 간격을 띠워도 좋다.

상기 실시 형태에서는, 돌출부(21a)는, 원환부재(21)에 일체적으로 형성되어 있지만, 이것으로 한하지 않는다. 도 7 및 도 8은, 도 2의 회전자(20)의 변형례를 도시하는 부분 측면도이다.

돌출부(21a)는, 도 7에 도시하는 바와 같이 원환부재(21)와는 별체(別體)로서, 원환부재(21)에 부착하여도 좋다. 이 경우, 돌출부(21a)의 재질은, 원환부재(21)의 재질과 같은 것을 이용한다. 또한, 돌출부(21a)의 축방향에 수직한 단면의 형상은, 장방형으로 한하지 않는다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이 반원형상이라도 좋다.

또한, 돌출부(21a)는, 축방향 단부가 원환부재(21)의 축방향 단부까지 늘어나 있지만 이것으로 한하지 않는다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 회전축(10)은, 축받이에 회전 가능하게 지지되어 있지만, 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 축 부재를 고정하고, 이 축 부재에 축받이를 마련하고, 이 축받이의 외주에 지지부재(22)를 고정하여도 좋다. 이 경우, 회전중심을 통풍로로서 이용하는 것도 가능해진다. 이 경우의 축받이는, 축 부재에 접하는 측이 고정되고, 반경방향 외측(외주면)이 회전하도록 구성되어 있다.

또한, 반경방향 관통구멍(28)은, 원형의 관통구멍으로 하고 있지만, 이것으로 한하지 않는다.

10 : 회전축
20 : 회전자
21 : 원환부재
21a : 돌출부
22 : 지지부재
23 : 대좌
23a : 좌면
24 : 영구자석편
25 : 영구자석렬
26 : 반경방향 간극
28 : 반경방향 관통구멍
29 : 둘레방향 간극
29a : 제1의 둘레방향 간극
29b : 제2의 둘레방향 간극
29c : 제3의 둘레방향 간극
30 : 고정자
32 : 공극
38 : 내부 팬
40 : 고정자 테두리
45 : 방열 핀

Claims (7)

1. 소정의 축 주위를 회전하는 회전축과,
   상기 회전축을 반경방향 외측에서 둘러싸고 상기 회전축에 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하는 회전자와,
   상기 회전자를 반경방향 외측에서 둘러싸는 고정자와,
   상기 고정자를 반경방향 외측에서 둘러싸도록 구성된 고정자 테두리를
   갖는 회전 전기기계에 있어서,
   상기 회전자는,
   상기 회전축을 소정의 반경방향 간극을 띠우고 반경방향 외측에서 둘러싸도록 배치된 원환형상으로 상기 축 주위를 회전 가능하고, 내주면에는 반경방향으로 돌출하여 축방향으로 늘어나는 돌출부가 형성된 원환부재와,
   각각이 축방향으로 늘어나고, 서로 둘레방향 간극을 형성하도록 상기 원환부재의 반경방향 외측의 외주면에 고정되고, 상기 둘레방향 간극이 상기 돌출부의 반경방향 외측에 형성된 복수의 대좌와,
   각각이, 상기 각 대좌에 복수의 영구자석편이 축방향으로 배열되어 이루어지고, 서로 상기 둘레방향 간극을 형성하도록 배치된 복수의 영구자석렬을
   가지며,
   상기 원환부재에는, 각각의 상기 둘레방향 간극에 면하는 부분에서 상기 돌출부를 반경방향으로 관통하는 반경방향 관통구멍이 복수 형성되고,
   서로 축방향 위치가 같은 상기 반경방향 관통구멍은, 서로 둘레방향으로 등간격이 되도록 형성되고,
   상기 회전축에는, 회전축과 함께 회전하여 송풍 가능한 팬이 부착되어, 상기 반경방향 간극으로부터 상기 반경방향 관통구멍을 향하도록 공기가 흐르도록 구성되며,
   상기 팬은, 상기 회전자의 일방의 축방향 외측에 마련되고,
   상기 팬이 마련된 측이 상류이고, 반대측이 하류가 되도록 공기가 흐르도록 구성되고,
   둘레방향 위치가 같은 상기 반경방향 관통구멍으로 이루어지는 일군(一群)의 반경방향 관통구멍은, 그 구멍수가, 상기 상류측보다도 하류측의 쪽이 많아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 돌출부의 축방향에 수직한 단면은, 장방형상인 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 돌출부의 축방향에 수직한 단면은, 반원형상인 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 돌출부는, 상기 원환부재에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 돌출부는, 상기 원환부재와 별체로서, 상기 원환부재와 같은 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
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7. 삭제

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