KR101680101B1 - 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보컴파운드용 발전기 로터에 있어서, 로터회전시 자체적으로 발생되는 열 뿐만 아니라, 일단에 연결된 터빈으로부터 전달되는 열에 의해 내부의 마그네트가 탈자되어 그 역할을 못하게 되는 것을 방지하기 위한 것으로, 로터코어의 회전시 공기가 로터코어 내부를 길이방향으로 유입됨으로써 로터 및 마그네트의 열을 방열시키되, 이를 위한 공기가 이러한 방열 통공 내부를 향해 용이하게 유입되도록 유로를 형성함으로서, 방열 및 냉각효율을 상승시킨 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터에 관한 것이다.

Description

로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터{generator of turbo-compound system with Air path for improving cooling of rotor}

터보컴파운드는 엔진을 사용하는 엔진 발전기 및 차량에 적용가능한 기술로, 배기에너지를 회수함으로써 사용되는 에너지를 절약시켜주는 장치이므로, 엔진 발전기와 차량이 기술분야에 해당된다.

일반적으로, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 모터의 로터(200)는 얇은 판상의 코어부재(210)를 적층하여 형성한 적층 로터 코어(220)에 샤프트(230)를 압입하여 구성한다.

상기 코어부재(210)에는, 외주면에 근접한 위치에 마그네트 삽입을 위한 마그네트 삽입홀이 일정한 간격으로 배치되며, 이와 같은 구성에 따르면, 복수매의 코어부재(210)로 형성되는 대략 원통형의 적층 로터 코어(220)에 형성된 샤프트 홀에는 샤프트(230)가 완전히 밀착된 상태로 압입 결합되고, 마그네트 삽입 홀에는 마그네트가 스페이서 또는 절연지 등으로 상기 마그네트 삽입 홀을 모두 폐쇄할 수 있도록 설치되므로, 모터의 작동 중에 발생되는 열이 적층 로터 코어(220)에서 방출되기 위한 공기 유로가 전혀 형성되지 않는다. 이와 같이, 모터에서 발생하는 열이 제대로 방출되지 못하면, 모터가 과열될 수 있으며, 과열된 모터는 정상적으로 작동하지 못할 수 있다는 문제점이 있다.

이와 더불어, 적층 로터 코어(220)의 경우, 샤프트(230)와 연결된 터빈축을 통해 터빈 내부에서 연소시 발생되는 연소열이 샤프트(230)로 전달되어짐으로 인해, 적층 로터 코어(220) 자체 회전을 통해 발생되는 열 뿐만 아니라, 이렇게 터빈으로부터 전달된 열에 의해서 내부의 마그네트(자석)의 탈자가 발생되어 마그네트의 역할을 못하게 되는 큰 문제가 발생하였다.

이에, 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 이러한 구성을 가지는 모터 하우징 외부에 수냉식의 워터자켓을 설치하거나 또는 공냉식의 방열부재를 설치하여, 마그네트의 열을 식힐 수 있도록 하였으나, 이 경우, 외부 냉각만 가능하여 마그네트까지의 냉각효율은 떨어지는 문제가 있었다.

이와 더불어, 적층 로터 코어(220) 내부에 직접 공기홀(240)을 관통하여 방열을 하는 경우도 제시되고 있는데, 이 경우 공기가 로터 코어(220) 내부를 직접 유입 후 배출되면서 열을 외부방출할 수 있도록 하고 있지만, 이러한 구조는 적층 로터 코어(220)의 회전시 공기홀을 통해 유입되는 공기의 양이 적고, 공기홀(240)까지 공기를 유도하기 위한 유로의 형성이 어려워 방열 효율이 떨어진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터보컴파운드용 발전기 로터에 있어서, 로터코어 및 내부의 마그네트의 방열(열을 식혀주기 위한)을 위한 공기 유로를 형성하는 것으로, 로터코어의 내부를 관통하는 방열 통공으로 형성하여 로터코어 회전시(회전축 회전시), 공기가 내부로 유입되어 배출되도록 하되, 회전축에서부터 다수의 방열 통공까지 연결되는 날개부재 또는 로터코어의 일면에 방열 통공과 연결되는 유도홈을 함몰형성하여, 공기의 유로가 자연스럽게 형성되면서 방열 통공으로 가이드되며 효율적으로 유입될 수 있도록 한 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 터보컴파운드용 발전기의 터빈축과 연결되어 동시회전되는 발전기 로터에 있어서, 상기 터빈축과 연결되는 회전축(13)이 중앙에 관통설치되는 로터코어(10); 상기 로터코어(10)의 길이방향으로 상호간 이격천공되어, 로터코어(10)가 회전시 공기가 유입되면서 마그네트(20) 및 로터코어(10)의 열을 외부로 방출하는 방열 통공(30); 상기 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 연장형성되어, 로터코어(10) 회전시, 공기가 방열 통공(30)으로 유입되도록 공기의 유로를 가이드하는 날개부재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 로터의 냉각을 위해 천공한 방열 통공으로, 자연적으로 공기가 가이드되어 유입될 수 있도록 함으로써, 방열 및 냉각을 위한 공기의 유입량 향상 및 방열/냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다양한 엔진 발전기와 차량에 적용이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발전기이면서 고온에 노출된 가능성이 있는 발전기관련 다양한 부품에도 적용되어 냉각 및 방열에 사용이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 구조가 간단하고 손쉬워, 제조 및 제작이 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래의 발전기 로터를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터를 나타낸 첫번째 실시예의 도면.
도 3은 본 발명에 따른 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터를 나타낸 두번째 실시예의 도면.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면, 터보컴파운드용 발전기의 터빈축과 연결되어 동시회전되는 발전기 로터에 있어서, 상기 터빈축과 연결되는 회전축(13)이 중앙에 관통설치되는 로터코어(10); 상기 로터코어(10)의 길이방향으로 상호간 이격천공되어, 로터코어(10)가 회전시 공기가 유입되면서 마그네트(20) 및 로터코어(10)의 열을 외부로 방출하는 방열 통공(30); 상기 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 연장형성되어, 로터코어(10) 회전시, 공기가 방열 통공(30)으로 유입되도록 공기의 유로를 가이드하는 날개부재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 발전기의 터빈축과 연결되어 동시회전되는 발전기 로터에 있어서, 상기 터빈축과 연결되는 회전축(13)이 중앙에 관통설치되는 로터코어(10); 상기 로터코어(10)의 길이방향으로 상호간 이격천공되어, 로터코어(10)가 회전시 공기가 유입되면서 마그네트(20) 및 로터코어(10)의 열을 외부로 방출하는 방열 통공(30); 상기 로터코어(10) 일측면에 방열 통공(30)에 연결되도록 함몰형성됨으로써, 로터코어(10) 회전시 공기가 방열 통공(30)으로 유입되도록 공기의 유로를 가이드하는 유도홈(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터코어(10)는 디스크 형태를 가지며 다수 적층되는 원형 판상의 코어부재(11)와, 적층되는의 코어부재(11)의 내부에 다수 내설되는 마그네트(20)로 이루어지거나, 또는 로터코어(10) 자체가 원통형의 마그네트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 날개부재(40)는 로터코어(10)의 회전방향을 향해 일측이 개구된 원호단면 형상을 가짐으로써, 공기가 날개부재(40)에 모여 방열 통공(30)으로 유입되는 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 날개부재(40)는 다수개가 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 각각 연장형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도홈(50)은 방열 통공(30)이 형성된 면에 함몰형성되는 상면홈(51)과, 상기 상면홈(51)에서 연장되어 로터코어(10)의 외주연까지 연장되어 함몰형성되는 측면홈(52)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도홈(50)은 로터코어(10)의 회전방향을 향해 로터코어의 일측면에서 사선형태로 함몰형성되거나 또는 원호형상으로 함몰형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터(100)는 로터코어(10), 마그네트(20), 방열 통공(30), 날개부재(40)를 포함한다.

상기 로터코어(10)는 사용자의 실시예에 따라, 다수의 판재형 디스크 형상의 코어부재(11)가 다수 적층되어 하나의 원통형 형태의 로터코어(10)를 형성하되(대게 소정두께의 강판으로 이루어짐), 이러한 로터코어(10)의 중앙에는 원형의 관통공이 길이방향으로 천공형성되어 있고, 이러한 관통공에 회전축(13)이 압입결합되어 고정됨으로써, 일단이 터빈의 터빈축과 회전축(13)이 동력전달가능하게 연결되어, 터빈축과 함께 회전됨으로써, 결국 로터코어(10) 또한 회전되는 형태를 가진다.

물론, 이러한 로터코어(10)의 내부에는 로터코어(10)의 외주면에 근접되는 형태로 대게 직사각형 형태의 마그네트(20)가 내부에 삽입설치되는 구조를 가지며, 상, 하단에는 판재 형상의 플랜지(20)가 대응체결되어 일체를 이루는 구조를 가진다.

또한, 이러한 상기의 로터코어(10)의 경우, 로터코어(10) 자체가 원형 단면을 가지는 하나의 원통형 마그네트로 이루어져 사용될 수도 있음이다.

이러한 로터코어(10)의 구조는 널리 공지된 기술이기에, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기 방열 통공(30)은 전술된 로터코어(10)의 길이방향 천공형성된 것으로, 더욱 자세히는 중앙의 관통공과, 마그네트를 내설하기 위한 마그네트공 사이에서 다수의 방열 통공(30)이 원주 방향으로, 상호간 이격되며 다수 천공형성되는 것이다.

이로써, 상기 로터코어(10)가 회전시, 외부의 공기가 이러한 로터코어(10)의 다수 방열 통공(30)을 통해 일측에서 타측으로 유입배출되어 이동함에 따라, 로터코어(10) 전체(또는 로터코어(10)가 내부가 설치된 모터하우징) 및 마그네트(20)의 열을 식히는 방열 또는 냉각의 역할을 하게 되는 것이다.

하지만, 이러한 다수의 방열 통공(30) 자체만으로는 공기가 내부로 유입되는양 및 그 효율이 낮았기 때문에, 본 발명에서는 후술될 유로형성수단인 날개부재(40) 또는 유도홈(50)을 형성한 것이다.

상기 날개부재(40)는 본 발명에서 공기의 유로형성을 위한 첫번째 실시예로서, 이러한 날개부재(40)는 일단이 로터코어(10)의 일측 또는 타측에 돌출된 회전축(13)에 연결되고, 타단은 로터코어(10)(더욱 자세히는 로터코어(10)의 양측에 위치한 플랜지(20)) 일측 또는 타측에 천공된 방열 통공(30)(더욱 자세히는 로터코어(10)의 일측의 플랜지(20)에 천공된 방열 통공(30))에 연결된 것이다.

이러한 날개부재(40)는 단면이 '⊂' 또는 '⊃' 형태의 원호 형태를 가지도록 하되, 개구된 일측이 로터코어(10)의 회전방향(또는 회전축(13)의 회전방향)을 향해 개구된 형태를 형태를 가지도록 함으로써, 로터코어(10) 회전시 공기가 이러한 날개부재(40)에 걸리면서 날개부재(40)를 향해 따라 방열 통공(30) 내부로 유입되는 유로가 형성되도록 한 것이다.

다시말해, '⊂' 또는 '⊃' 단면형태를 가지는 날개부재(40)가, 일단은 회전축(13)에 타단은 방열 통공(30)의 테두리 일부에 대응되어 연결(또는 연장)되는 형태를 가짐으로써, 공기가 이러한 날개부재(40)를 통해 방열 통공(30) 내부로 원할히 유입되도록 한 것이다.

더불어, 이러한 날개부재(40)의 수직 설치된 회전축(13)에서부터 회전축(13)과 직각을 이루는 방열 통공(30)을 연결하는 것이기에, 사용자의 실시예에 따라, 날개부재(40)는 로터코어(10)의 일측면에서 로터코어(10)의 일면에 밀착되어 수평설치됨으로써, 공기의 유로가 로터코어(10)의 일면에 수평으로 형성되거나, 또는 회전축(13)에 연결된 일측이 타측보다 상대적으로 높은 위치에 위치되도록 하여, 공기가 이러한 날개부재(40)를 통해 유로가 상단에서 하단으로 형성되면서 방열 통공(30) 내에 유입되는 형태가 될 수도 있음이다.

또한, 이러한 날개부재(40)는 다수개가 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 각각 연장형성되어 있다.

상기 유도홈(50)은 본 발명에서 공기의 유로형성을 위한 두번째 실시예로서, 이러한 유도홈(50)은 로터코어(10)(더욱 자세히는 로터코어(10)의 양측에 위치한 플랜지(20))의 일측면 또는 타측면에서 최외곽까지 함몰형성되는 상면홈(51)과, 로터코어(10)의 방열 통공(30)이 형성된 면에서 함몰된 상기 상면홈(51)에서 연장되어, 로터코어(10)의 양단에 형성된 플랜지(20) 외측까지 함몰형성되는 연장홈(52)으로 이루어진다.

즉, 이러한 유도홈(50)은 로터코어(10)가 회전시 공기가 이러한 상면홈(51)과 측면홈(52)을 통해 방열 통공(30)까지 유입되도록 유로를 형성하는 것으로, 바람이 유도홈(50)에 걸려 방열 통공(30)에 유입되는 형태가 되는 것이다.

물론, 이러한 유도홈(50)은 방열 통공(30)마다 각각 형성되어 있는 것이며, 사용자의 실시예에 따라서는 함몰 방향이 방열 통공(30)에서 로터코어(10)의 외주연으로, 회전방향을 향해 사선형태로 함몰형성되거나 또는 로터코어(10)의 회전방향으로 향해 원호 형상으로 절곡된 형태로 함몰형성될 수 있음이다.

이와 더불어, 상기 유도홈(50)의 경우, 로터코어(10)의 회전방향과 대향되어 공기가 부딪히는 내주연 경우 원호단면 형태를 가지도록 하거나, 또는 유도홈(50) 자체가 '∪' 단면형태로 함몰형성되도록 하여, '└┘' 형태로 함몰형성되는 경우보다 공기의 유입효율이 상승되도록 할 수 있음이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 로터코어 11: 코어부재
12: 플랜지 13: 회전축
20: 마그네트 30: 방열 통공
40: 날개부재 50: 유도홈
51: 상면홈 52: 측면홈

Claims (7)

1. 터보컴파운드용 발전기의 터빈축과 연결되어 동시회전되는 발전기 로터에 있어서,
   상기 터빈축과 연결되는 회전축(13)이 중앙에 관통설치되는 로터코어(10);
   상기 로터코어(10)의 길이방향으로 상호간 이격천공되어, 로터코어(10)가 회전시 공기가 유입되면서 마그네트(20) 및 로터코어(10)의 열을 외부로 방출하는 방열 통공(30);
   상기 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 연장형성되어, 로터코어(10) 회전시, 공기가 방열 통공(30)으로 유입되도록 공기의 유로를 가이드하는 날개부재(40);를 포함하며,
   상기 로터코어(10)는 디스크 형태를 가지며 다수 적층되는 원형 판상의 코어부재(11)와, 적층되는의 코어부재(11)의 내부에 다수 내설되는 마그네트(20)로 이루어지거나, 또는 로터코어(10) 자체가 원통형의 마그네트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터의 냉각향상용 유로가 형성되고,
   상기 날개부재(40)는 회전축에서부터 회전축과 직각을 이루는 방열통공을 연결하며, 로터코어(10)의 회전방향을 향해 일측이 개구된 원호단면 형상을 가짐으로써, 공기가 날개부재(40)에 모여 방열 통공(30)으로 유입되는 형태인 것을 특징으로 하는 로터의 냉각향상용 유로가 형성되며,
   상기 날개부재(40)는 다수개가 회전축(13)에서부터 로터코어(10) 일측의 방열 통공(30)까지 각각 연장형성되고,
   상기 로터코어(10) 일측면에 방열 통공(30)에 연결되도록 함몰형성됨으로써, 로터코어(10) 회전시 공기가 방열 통공(30)으로 유입되도록 공기의 유로를 가이드하는 유도홈(50)을 더 포함하며,
   상기 유도홈(50)은 방열 통공(30)이 형성된 면에 함몰형성되는 상면홈(51)과, 상기 상면홈(51)에서 연장되어 로터코어(10)의 외주연까지 연장되어 함몰형성되는 측면홈(52)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터의 냉각향상용 유로가 형성되고,
   상기 유도홈(50)은 로터코어(10)의 회전방향을 향해 로터코어의 일측면에서 사선형태로 함몰형성되거나 또는 원호형상으로 함몰형성되는 것을 특징으로 하는 로터의 냉각향상용 유로가 형성된 터보컴파운드용 발전기 로터.
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