KR101689591B1 - 국부 과열 방지 고속 발전기 - Google Patents

국부 과열 방지 고속 발전기 Download PDF

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KR101689591B1
KR101689591B1 KR1020160032295A KR20160032295A KR101689591B1 KR 101689591 B1 KR101689591 B1 KR 101689591B1 KR 1020160032295 A KR1020160032295 A KR 1020160032295A KR 20160032295 A KR20160032295 A KR 20160032295A KR 101689591 B1 KR101689591 B1 KR 101689591B1
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김의선
이창숙
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(주)코스탈파워
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Abstract

국부 과열 방지 고속 발전기는, 고속 발전기의 회전축을 형성하고 외부의 동력에 의해 회전되는 샤프트, 상기 샤프트 상에 배치되어서 샤프트와 함께 회전되고 아마추어 또는 권선 중 하나를 구비하는 회전자, 상기 아마추어 또는 상기 권선 중 다른 하나를 구비하고 회전자의 회전 궤도를 피해서 배치되는 고정자, 상기 회전자와 이격되게 상기 샤프트 상에 배치되어서, 축 방향 유체의 유동을 생성하는 후단 축류 팬, 및 상기 회전자 또는 상기 샤프트와 연결되어서, 방사방향 유체의 유동을 생성하는 방사 팬을 포함할 수 있다.

Description

국부 과열 방지 고속 발전기{LOCAL OVERHEATING PREVENTION HIGH-SPEED GENERATOR}
고속 발전기에 외부의 공기를 주입하고 순환 시켜서 고속 발전기의 국부 과열을 방지하고, 효율을 증대시키는 국부 과열 방지 구조를 구비하는 고속 발전기가 개시된다. 보다 상세하게는 고속 발전기의 내부에 다수의 팬을 배치하여서 고속 발전기 외부의 공기를 인입시키고, 인입된 공기를 이용하여 발전기 내부 구성요소의 과열을 방지시키는 구조를 구비하는 고속 발전기가 개시된다.
발전기는 기계적인 역학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 일반적으로 전자기 유도를 이용하며, 발전기 동작의 기본 원리는 전동기의 원리와 같은 앙페르 회로 법칙과 패러데이의 전자기 유도 법칙을 이용한다.
디젤 발전기는 전기 에너지를 생성하는 이러한 발전기와 디젤 기관의 조합이다. 디젤 기관은 열 기관 중에서도 효율이 좋은 편에 속하고, 시동에 시간이 걸리지 않으며, 부속 설비가 적어 넓은 장소가 필요하지 않아서, 비상용 발전기의 동력 기관으로 이용하기 좋다.
일반적으로 이용되는 비상용 발전기는 대형 빌딩, 병원, 전산세타, 방송국, 고층 아파트 또는 영화관 등에서 상용전원의 공급이 중단되었을 때 자동적으로 운전을 시작하여 대체전력을 공급하는 발전기로서, 내연기관에 의해 구동되는 것이 많다.
비상용 발전기는 상시 운전용과는 달리 연중 운전시간이 짧지만, 소방, 비상 부하 등 주로 특수한 상황에서 이용되기 때문에, 특수한 상황 맞추어서 적절하게 이용될 수 있도록 발전기의 내구성 및 에너지 효율을 증가시켜야 하는 필요성이 있다.
또한, 회전식 발전기는 회전으로 인해 전기를 생산하지만, 회전은 발전기 내부의 온도를 상승시켜 발전기의 구성요소들의 내구성을 감소시킬 수 있고, 또한 발전기 내부의 상승된 온도는 발전 효율을 저감시킨다.
따라서, 발전기의 발전 효율 및 내구성 상승을 위한 연구와 개발이 계속되고 있다.
구체적으로, 비상용 발전기에 대한 개념은 2012년 7월 27일에 출원된 한국 특허 공개번호 제 2014-0013847호 "에너지 저장장치를 이용한 비상 발전기의 운전 방법" 및 2009년 6월 25일에 출원된 한국 특허 공고번호 제 0973067호 "동력 전달 다기능 시스템 발전기"에 개시되어 있다. 또한, 회전력을 이용하는 발전기에 대한 개념은 2004년 4월 13일에 출원된 한국 특허 공개번호 제 2005-0100309호 "회전 전기자형 교류발전기"에 게시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 고속 발전기의 발전에 따라 발생하는 회전력을 이용하여 고속 발전기를 냉각시키는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 고속 발전기의 냉각을 통해 과열을 통해 발생되는 발전 손실을 줄여 발전 효율을 증대시키는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 고속 발전기의 냉각을 통해 내구성을 증대시키는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 고속 발전기의 회전자 및 고정자의 국부 과열을 방지시키는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 고속 발전기의 내부에 냉각 시스템을 적용하여서, 공간 효율을 높이는 것이다.
일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기는, 고속 발전기의 회전축을 형성하고 외부의 동력에 의해 회전되는 샤프트, 상기 샤프트 상에 배치되어서 샤프트와 함께 회전되고 아마추어 또는 권선 중 하나를 구비하는 회전자, 상기 아마추어 또는 상기 권선 중 다른 하나를 구비하고 회전자의 회전 궤도를 피해서 배치되는 고정자, 상기 회전자와 이격되게 상기 샤프트 상에 배치되어서, 축 방향 유체의 유동을 생성하는 후단 축류 팬, 및 상기 회전자 또는 상기 샤프트와 연결되어서, 방사방향 유체의 유동을 생성하는 방사 팬을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 국부 과열 고속 발전기의 상기 방사 팬은 복수 개로 구성되고, 상기 회전자 및 상기 후단 축류 팬 사이에서 배치되며, 상기 복수 개의 방사 팬들은 원주방향 등 간격으로 위치되어서, 상기 고정자의 일부를 냉각시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 국부 과열 고속 발전기의 상기 방사 팬은 상기 회전자 또는 상기 샤프트와 연결되는 절단된 도넛형 판 형상의 고정 부재 및 상기 고정 부재의 말단에서 축 방향으로 돌출되는 돌출 부재를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 국부 과열 고속 발전기의 상기 돌출 부재는 상기 돌출 부재는 상기 고정 부재의 원주방향 일 단면에서 돌출된 제1 돌출 요소 및 상기 고정 부재의 원주방향 타 단면에서 돌출된 제2 돌출 요소를 포함하고, 상기 제1 돌출 요소 및 상기 제2 돌출 요소는 방사상 방향으로 갈수록 서로의 거리가 넓어지도록 배치되거나 평행하게 배치된 배치될 수 있다.
또한, 상기 후단 축류 팬의 반대 측 상기 샤프트 상에 배치되어 축 방향 유체 유동을 생성하는 전단 축류 팬, 및 상기 전단 축류 팬을 둘러 싸도록 배치되고, 상기 회전자 방향으로 면적이 좁아지는 가이드를 더 포함하는 수 있다.
또는, 일 실시예에 따른 다른 상기 국부 과열 고속 발전기는, 고속 발전기의 회전축을 형성하고 외부의 동력에 의해 회전되는 샤프트, 아마추어 또는 권선 중 하나를 구비하고 상기 샤프트와 연결되어서 상기 샤프트의 회전에 의해 회전되는 회전자, 상기 아마추어 또는 상기 권선 중 상기 회전자와 다른 하나를 구비하고, 회전자의 회전궤도를 피해서 배치되는 고정자, 및 상기 샤프트의 회전에 의해 회전되고, 축 방향 또는 방사 방향 유체의 유동을 생성하는 복수의 냉각 팬을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 국부 과열 고속 발전기의 상기 복수의 냉각 팬은 상기 샤프트 상에 및 상기 회전자와 이격되게 배치되는 전단 축류 팬, 상기 전단 축류 팬의 반대 측 샤프트 상에 배치되는 후단 축류 팬, 및 상기 회전자 또는 상기 샤프트와 연결되어서, 방사방향으로 유체의 유동을 생성하는 방사 팬 중 적어도 어느 두 가지를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 상기 국부 과열 고속 발전기는 상기 전단 축류 팬은 나선형 그릴을 구비하고, 상기 나선형 그릴은 상기 전단 축류 팬 및 상기 회전자의 사이에 배치되며, 곡선을 구비하는 곡선형 살이 나선형 그릴의 중심으로부터 원주방향으로 복수 개 배치되도록 구성되고, 상기 나선형 그릴은 회전을 통해 직진성 나선형 유체 유동을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 상기 전단 축류 팬은 제1 피치 각을 가지는 제1 전단 축류 팬, 및 제2 피치 각을 가지는 제2 전단 축류 팬을 포함하고, 상기 제1 전단 축류 팬 및 상기 제2 전단 축류 팬은 서로 축 방향으로 이격되게 배치되며, 상기 샤프트의 회전을 통해 각기 다른 유체의 유동을 생성하는 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 에너지 손실을 줄여 발전 효율을 증대시키는 구조가 제공된다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 회전에 따라 발생하는 회전력을 이용하여 고속 발전기를 냉각시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 냉각을 통해 과열을 통해 발생되는 발전 손실을 줄여 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 냉각을 통해 내구성을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 회전자 및 고정자의 국부 과열을 방지시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 국부 과열방지 고속 발전기에 의하면, 고속 발전기의 내부에 냉각 시스템을 적용하여서, 공간 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 발전기의 사시도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도이다.
도 2b는 다른 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도 및 내부 유체의 유동을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 방사 팬을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 나선형 그릴의 정면도이다.
도 6는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 발전기의 전단 축류 팬의 측면도이다.
이하, 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, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 발전기의 사시도이다. 그리고, 도 2a는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도이고, 도 2b는 다른 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도이며, 도 3은 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 구조도 및 내부 유체의 유동을 도시한다. 또한, 도 4a 내지 도 4c는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기의 방사 팬을 도시한다.
보다 상세하게, 도 1은 일 실시예에 따른 고속 발전기(100)가 상기 고속 발전기(100)를 제어하는 제어기와 결합된 상태의 사시도이다.
고속 발전기는 제어기를 구비하고, 내연기관과 같은 동력원과 연결되어서 비상시에 발전을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 내연기관에 의해서 발전기의 샤프트가 회전되게 되고, 상기 샤프트의 회전에 의해 상기 발전기 내의 회전자가 회전되게 된다. 상기 고속 발전기의 고정자와 상기 회전자는 코일권선 또는 아마추어로 구성되고 상기 회전자의 회전에 의해서 발전된다.
도 2a 내지 도 2b는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)의 측면에서 바라본 구조도이며, 상기 고속 발전기(100) 내부를 개략적으로 도시한다. 또한, 몇몇 구성요소들은 이해를 돕기 위하여 단면으로 도시한다.
도 3은 도 1에서 도시된 일 실시예에 따른 고속 발전기(100)의 동작에 따른 유체의 유동을 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)의 상기 방사 팬(150)을 도시하도록 상기 방사 팬(150) 주위 일 단면을 도시한다. 또한, 도 4b는 도 4a에서 도시된 일 실시예에 따른 고속 발전기(100)의 동작(샤프트(110)의 회전)에 따른 상기 방사 팬(150)에서 발생하는 유체의 유동을 도시한다. 그리고, 도 4c는 다른 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)의 상기 방사 팬(150)을 도시하도록 상기 방사 팬(150) 주위 일 단면을 도시하고, 도 4c에서의 상기 방사 팬(150)은 도 4a의 상기 방사 팬(150)과 다른 형상을 가진다.
도 2a 내지 도 4c를 참조하여, 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)는 샤프트(110), 회전자(120), 고정자(130), 후단 축류 팬(140) 및 방사 팬(150)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고속 발전기(100)는 외부 동력으로 회전하고, 회전을 통해서 전기를 생성할 수 있는 아마추어 및 권선을 구비할 수 있다.
일 실시예에 따른 고속 발전기는 회전 축을 구비하여서 아마추어를 회전시키고 권선을 고정시켜 전기를 발생시키지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 외측 회전 고속 발전기와 같이 내측은 고정되고 외측이 회전 축과 연결되어서 회전하는 고속 발전기가 있을 수 있다. 즉, 본 원의 기술은 내측이 회전하는 고속 발전기뿐만 아니라 외측이 회전하는 고속 발전기 등에도 이용될 수 있다.
상기 샤프트(110)는 상기 고속 발전기(100)의 회전축을 형성하고, 상기 고속 발전기(100)에 공급되는 외부의 동력에 의해 회전될 수 있다.
상기 회전자(120)는 상기 샤프트(110) 상에 결속되어서, 상기 샤프트(110)의 회전에 따라 함께 회전된다. 또한, 상기 회전자(120)는 상기 아마추어 또는 상기 권선 중 하나를 구비할 수 있다.
상기 고정자(130)는 상기 아마추어 또는 상기 권선 중 상기 회전자(120)가 구비한 것과 다른 하나를 구비할 수 있다. 또한, 상기 고정자(130)는 상기 회전자(120)와 접촉되지 않도록 상기 회전자(120)의 회전궤도(상기 회전자(120)가 회전 시 상기 회전자(120)가 회전하는 궤도를 따라서 정의되는 영역)를 피해서 배치될 수 있다.
상기 후단 축류 팬(140) 및 상기 방사 팬(150)은 상기 샤프트(110) 또는 상기 회전자(120)의 회전에 따라서 함께 회전되며, 상기 회전자(120)의 회전 및 발전 과정에서 발생하는 과열을 방지하도록, 상기 고속 발전기(100) 내부 또는 상기 고정자(130)와 상기 회전자(120) 주위의 유체(이하 공기)를 이용하여 상기 아마추어 및 상기 권선을 식힐 수 있는 유동을 발생시킬 수 있다.
보다 상세하게, 상기 후단 축류 팬(140)은 상기 샤프트(110)를 중심으로 모서리가 방사 방향을 향하게 돌출되게 원주방향으로 배치된 복수 개의 날개로 구성되는 팬 형상일 수 있다. 또한, 상기 후단 축류 팬(140)의 날개는 상기 샤프트(110)에서 상기 고정자(130) 방향으로 판 형상일 수 있고, 상기 후단 축류 팬(140)은 상기 샤프트(110)와 연결되도록 상기 후단 축류 팬(140)을 고정시키는 고정요소를 포함할 수 있다.
따라서, 도 2a 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 공기를 상기 고속 발전기(100)의 외부로 방출하기 위해, 상기 후단 축류 팬(140)의 날개는 상기 고속 발전기(100)의 내부에서 상기 샤프트(110) 상에, 그리고 상기 고정자(130)와 상기 회전자(120)의 축 방향 측부에서 이격되게 배치될 수 있다. 상기 후단 축류 팬(140)의 날개는 평면 형상일 수 있다.
이에 의해, 상기 후단 축류 팬(140)은 상기 샤프트(110)의 회전에 의해 공기를 외부로 방출시키는 유동을 생성할 수 있다.
상기 방사 팬(150)은 상기 회전자(120) 또는 상기 샤프트(110)와 연결되어서, 상기 샤프트(110)의 회전에 따라 상기 고속 발전기(100) 내부에서 방사 방향 공기의 유동을 생성할 수 있다.
상기 방사 팬(150)은 각각 상기 회전자(120) 또는 상기 샤프트(110) 상에서 이격되어서 배치될 수 있고, 특히 상기 방사 팬(150)은 상기 회전자(120)의 축 방향 측부에서 이격되어서, 상기 후단 축류 팬(140) 및 상기 회전자(120) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 방사 팬(150)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 방사 팬(150)들은 원주방향 등 간격으로 위치될 수 있다.
상기 방사 팬(150)은 고정 부재(152) 및 전 방향 돌출 부재(154) 또는 후 방향 돌출 부재(156)를 포함할 수 있다.
상기 방사 팬(150)의 상기 고정 부재(152)는 상기 회전자(120) 또는 상기 샤프트(110)와 연결될 수 있고, 절단된 도넛 모양의 판 형상일 수 있다. 특히, 상기 고정 부재(152)가 상기 회전자(120) 또는 상기 샤프트(110)와 연결될 때에는 상기 회전자(120)의 상기 아마추어 또는 상기 권선의 축 방향 측면에서 돌출되는 임의의 부품에 볼트-너트 결합으로 연결 및 고정될 수 있다.
또한, 도 4a 및 도4c를 참조하여, 상기 고정 부재(152)는 상기 회전자(120)의 단면의 직경보다 짧은 직경을 가지는 가상 원의 원주 상에 배치될 수 있다.
상기 전 방향 돌출 부재(154)는 상기 고정 부재(152)의 절단된 도넛 모양의 말단에서 축 방향으로 돌출될 수 있으며, 구체적으로 상기 전 방향 돌출 부재(154)는 상기 후단 축류 팬(140)의 방향으로 돌출될 수 있고, 그 반대편 방향(후 방향 돌출 부재(156))으로도 돌출될 수 있다.
구체적으로, 도 2a를 참조하여, 상기 방사 팬(150)의 상기 전 방향 돌출 부재(154)는 상기 고정 부재(152)에서 상기 후단 축류 팬(140) 방향으로 돌출될 수 있고, 또는 도 2b를 참조하여, 상기 방사 팬(150)의 상기 전 방향 돌출 부재(154)는 상기 고정 부재(152)에서 상기 회전자(120) 및 고정자(130)(및 상기 전단 축류 팬(160)) 방향으로 돌출 될 수 있다.
보다 상세하게, 상기 전 방향 돌출 부재(154)는 축 방향으로 돌출된 제1 돌출 요소(1542) 및 제2 돌출 요소(1544)를 포함할 수 있다.
또는, 상기 전 방향 돌출 부재(154)는 축 방향으로 돌출된 제2 돌출 요소(1544) 및 제3 돌출 요소(1546)를 포함할 수 있다.
상기 제1 돌출 요소(1542) 및 상기 제2 돌출 요소(1544)는 평판 형상일 수 있고 상기 제1 돌출 요소(1542)는 상기 고정 부재(152)의 원주방향 일 단면에서 돌출될 수 있으며, 상기 제2 돌출 요소(1544)는 상기 고정 부재(152)의 원주방향 타 단면에서 돌출될 수 있다.
또한, 상기 제1 돌출 요소(1542) 및 상기 제2 돌출 요소(1544)는 방사상 방향으로 갈수록 서로의 거리(상기 제1 돌출 요소(1542) 및 상기 제2 돌출 요소(1544) 사이의 간격)가 넓어지도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 4a에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 돌출 요소(1542) 및 상기 제2 돌출 요소(1544)는 각각 상기 샤프트(110)를 중심으로 벌어지는 형상으로 배치될 수 있다.
또는, 상기 제2 돌출 요소(1544) 및 상기 제3 돌출 요소(1546)는 서로의 거리(상기 제2 돌출 요소(1544) 및 상기 제3 돌출 요소(1546) 사이의 간격)가 일정하게 배치될 수 있다. 즉, 도 4c에서 도시된 바와 같이, 상기 제2 돌출요소(1554) 및 상기 제3 돌출요소(1546)는 서로 평행하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 방사 팬의 고정 부재 및 돌출 부재는 각각 도넛 모양 판 형상 및 평판 형상으로 도시되고 기술되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 방사 팬의 고정 부재 및 돌출 부재는 방사 팬을 고정시키거나, 상기 샤프트가 회전될 때 방사 팬의 근처 공기를 고정자 방향으로 분산시킬 수 있는 다양한 형태가 가능 할 수 있다. 예를 들어, 고정 부재는 원형 또는 원호형 판에서 돌출되는 돌출 부재를 구비하도록 형성될 수 있다.
도 4b에서 도시된 바와 같이, 상기 방사 팬(150)은 상기 회전자(120)의 회전에 따라 상기 고정자(130)의 일부를 향하는 공기 유동을 발생시켜서, 상기 고정자(130)를 냉각시킬 수 있다.
상기 고속 발전기(100)는 전단 축류 팬(160) 및 가이드(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 전단 축류 팬(160)은 상기 후단 축류 팬(140)의 반대 측 상기 샤프트(110) 상에 배치된다.
또한, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 샤프트(110)의 회전에 따라서 함께 회전되며, 상기 회전자(120)의 회전 및 발전 과정에서 발생하는 과열을 방지하도록, 상기 고속 발전기(100) 내부 또는 상기 고정자(130)와 상기 회전자(120) 주위의 공기를 이용하여 상기 아마추어 및 상기 권선을 식힐 수 있는 유동을 발생시킬 수 있다.
보다 상세하게, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 샤프트(110)를 중심으로 원주방향으로 방사 방향을 향해서 돌출되게 배치된 복수 개의 날개로 구성된 팬 형상일 수 있다.
따라서, 도 2a 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 공기를 상기 고속 발전기(100)의 외부로 방출하기 위하여 상기 전단 축류 팬(160)의 날개는 상기 고속 발전기(100)의 내부에서 상기 샤프트(110) 상에, 그리고 상기 고정자(130)와 상기 회전자(120)의 축 방향 측부에서 이격되게 배치될 수 있다. 상기 전단 축류 팬(160)의 상기 날개 단면은 곡선형일 수 있다.
이에 의해, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 샤프트(110)의 회전에 의해 축 방향 공기의 유동을 생성할 수 있다.
다시 도 2a 내지 도 3를 참조하여, 상기 가이드(170)는 상기 전단 축류 팬(160)을 둘러싸도록 배치될 수 있고, 상기 회전자(120) 방향으로 점점 면적이 좁아지는 깔때기 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가이드(170)는 상기 전단 축류 팬(160)으로 공기가 유입되는 방향에서, 즉 상기 고속 발전기(100)의 공기 유입통로로서 형성될 수 있다. 상기 가이드(170)의 형상은 공기가 상기 고속 발전기(100)의 내부로 유입될 때, 공기가 상기 샤프트(110) 방향으로 집중될 수 있도록 안내할 수 있다.
일 실시예에 따른 가이드의 전단 축류 팬에 가까운 부분은 전단 축류 팬의 직경보다 크거나 같은 수준으로 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가이드의 전단 축류 팬에 가까운 부분은 상기 전단 축류 팬의 직경보다 작을 수 있다.
상기 샤프트(110), 상기 회전자(120), 상기 고정자(130), 상기 후단 축류 팬(140), 상기 방사 팬(150) 상기 전단 축류 팬(160) 및 상기 가이드(170)를 포함하는 일 실시예에 따른 고속 발전기(100)에서의 공기 유동은 도 3을 참조하여 다음과 같이 기술된다.
상기 샤프트(110)를 구비하는 상기 고속 발전기(100)의 상기 샤프트(110)에는 상기 권선 또는 상기 아마추어를 구비하는 상기 회전자(120)가 배치될 수 있고, 상기 샤프트(110) 상의 일 측에는 상기 전단 축류 팬(160)이 배치될 수 있으며, 상기 샤프트(110) 상의 다른 일 측에는 상기 후단 축류 팬(140)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 회전자(120)의 상기 권선 또는 상기 아마추어(상기 전단 축류 팬(160) 및 상기 후단 축류 팬(140) 사이에 배치되는) 및 상기 후단 축류 팬(140) 사이에는 상기 방사 팬(150)이 배치될 수 있다.
상기 고속 발전기(100)는 외부 동력으로 상기 샤프트(110)를 회전 시킬 수 있고, 또한 상기 샤프트(110)에 배치되어 있는 상기 회전자(120)는 상기 샤프트(110)의 회전에 의해 상기 샤프트(110)와 함께 회전될 수 있다. 또한, 상기 전단 축류 팬(160), 상기 후단 축류 팬(140) 및 상기 방사 팬(150)도 함께 회전될 수 있다.
상기 전단 축류 팬(160)의 회전은 상기 회전자(120) 방향으로 상기 고속 발전기(100) 외부의 공기를 제공할 수 있다. 이때, 상기 전단 축류 팬(160)을 감싸도록 생성된 상기 가이드(170)는 공기가 상기 회전자(120)의 방향으로 집중될 수 있도록, 상기 전단 축류 팬(160)에 공기가 유입하는 방향에서 공기를 집중시킬 수 있다. 상기 전단 축류 팬(160)을 통과한 공기는 상기 회전자(120)와 상기 고정자(130) 사이를 따라서 흐르고, 상기 방사 팬(150)을 통해서 회전될 수 있다.
구체적으로, 상기 샤프트(110)의 회전은 상기 방사 팬(150)을 회전시킬 수 있고, 상기 방사 팬(150)의 상기 돌출 부재들(154)은 상기 방사 팬(150)의 회전에 따라서 주변 공기를 원주 방향으로 회전시킬 수 있다.
그 후 공기는 상기 후단 축류 팬(140)으로 전달되고, 전달된 공기는 상기 후단 축류 팬(140)의 회전에 의해 상기 고속 발전기(100)의 외부로 방출될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)의 나선형 그릴(180)의 정면도를 도시한다.
보다 상세하게는, 도 4는 상기 전단 축류 팬(160)의 일 측에 배치되는 상기 나선형 그릴(180)을 도시하고, 상기 나선형 그릴(180)은 중심에는 구멍이 구비되어서 상기 샤프트(110)와 이격될 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 나선형 그릴(180)을 구비할 수 있다.
상기 나선형 그릴(180)은 상기 전단 축류 팬(160) 및 상기 회전자(120) 사이에 배치되며, 곡선을 구비하는 곡선형 살(182)이 상기 나선형 그릴(180)의 중심으로부터 원주방향으로 방사상 돌출된 형상으로 복수 개 배치될 수 있다.
상기 나선형 그릴(180)은 상기 전단 축류 팬(160)의 회전에 의해서 상기 회전자(120) 방향 및 상기 후단 축류 팬(140) 방향으로 제공되는 공기의 유동을 변환시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 나선형 그릴(180)의 상기 곡선형 살(182)은 상기 전단 축류 팬(160)으로부터 발생되는 공기의 유동을 방해할 수 있다. 공기는 복수 개의 상기 곡선형 살(182)들에 부딪혀서 나선형 공기 유동을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 전단 축류 팬(160)의 측면을 감쌀 수 있는 상기 가이드(170)에 의해서, 상기 나선형 그릴(180)이 전단 축류 팬(160)으로부터 방출되는 공기의 유동을 변화시키는 동안, 공기가 상기 나선형 그릴(180)의 측면 방향으로 분산되는 것이 방지될 수 있다.
이에 의해, 상기 나선형 그릴(180)은 회전을 통해 직진성 나선형 공기 유동을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 곡선형 살 도 4에서 도시된 바와 같이, 물결 형상으로 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 곡선형 살은 일 방향으로만 만곡한 형상 등으로 형성될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 발전기(100)의 전단 축류 팬(160)의 측면도이다.
보다 상세하게는, 도 5는 일 실시예에 따른 국부 과열 방지 고속 발전기(100)의 복수로 이격되어 배치된 상기 전단 축류 팬(160) 날개의 예시를 도시한다.
도 6를 참조하여, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 전단 축류 팬(160) 날개의 예시인 제1 전단 축류 팬(162) 및 제2 전단 축류 팬(164)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전단 축류 팬(162) 및 상기 제2 전단 축류 팬(164)은 상기 전단 축류 팬(160)의 중심을 기준으로 각각 동일한 중심을 가지도록 교차 배치될 수 있고, 또는 서로 축 방향으로 이격되게 배치될 수도 있다.
상기 제1 전단 축류 팬(162) 및 상기 제2 전단 축류 팬(164)은 서로 다른 서로 다른 형상의 날개를 가질 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 전단 축류 팬(160)은 복수 개의 날개를 구비할 수 있고, 상기 날개는 적어도 두 가지 이상의 형상을 가지거나, 또는 상기 전단 축류 팬(160)은 서로 다른 형상을 가진 두 종류의 팬으로 이루어 질 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 상기 제1 전단 축류 팬(162) 및 상기 제2 전단 축류 팬(164)은 각각 날개의 피치 각이 다를 수 있다.
이에 의해, 상기 전단 축류 팬(160)은 상기 샤프트(110)의 회전을 통해 각기 다른 공기의 유동을 생성할 수 있다.
본 원에서의 국부 과열 방지 고속 발전기는 공기를 이용하여 국부 과열을 방지하도록 기술되고 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 국부 과열 방지 고속 발전기에는 가스, 액체 등의 다양한 유체가 이용될 수 있다.
또한, 본 원에서는 전기를 생성하는 고속 발전기에 대하여 기술되고 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 외부 동력을 이용하여 회전력을 전달받는 방식의 다양한 발전기 또는 모터와 엔진 등과 같이 회전력을 이용하고, 열을 방출하는 장치에도 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 고속 발전기
110 : 샤프트
120 : 회전자
130 : 고정자
140 : 후단 축류 팬
150 : 방사 팬
152 : 고정 부재
154 : 전 방향 돌출 부재
156 : 후 방향 돌출 부재
1542 : 제1 돌출 요소
1544 : 제2 돌출 요소
1546 : 제3 돌출 요소
160 : 전단 축류 팬
162 : 제1 전단 축류 팬
164 : 제2 전단 축류 팬
170 : 가이드
180 : 나선형 그릴
182 : 곡선형 살

Claims (9)

  1. 고속 발전기의 회전축을 형성하고, 외부의 동력에 의해 회전되는 샤프트;
    상기 샤프트 상에 배치되어서, 상기 샤프트와 함께 회전되고 아마추어 또는 권선 중 하나를 구비하는 회전자;
    상기 아마추어 또는 상기 권선 중 다른 하나를 구비하고, 상기 회전자의 회전 궤도를 피해서 배치되는 고정자;
    상기 회전자와 이격되게 상기 샤프트 상에 배치되어서, 축 방향 유체의 유동을 생성하는 후단 축류 팬; 및
    상기 회전자 또는 상기 샤프트와 이격되게 연결되어서, 상기 고속 발전기 내에서 방사방향 유체의 유동을 생성하는 방사 팬;
    을 포함하고,
    상기 방사 팬은 서로 이격되도록 복수 개로 구성되고, 상기 회전자 및 상기 후단 축류 팬 사이에서 배치되며,
    상기 방사 팬은,
    절단된 도넛형 판 형상의 고정 부재; 및
    상기 고정 부재의 양 측 말단에서 상기 후단 축류 팬 또는 상기 회전자 방향으로 돌출되는 한 쌍의 판 형상 돌출 부재;
    를 포함하고,
    한 쌍의 상기 돌출 부재는 방사상 방향으로 갈수록 서로의 거리가 넓어지도록 배치되며,
    상기 방사 팬은 유체를 고정자 방향으로 분산시키는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  2. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 방사 팬들은 원주방향 등 간격으로 위치되어서, 상기 고정자의 일부를 냉각시키는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출 부재는,
    상기 고정 부재의 원주방향 일 단면에서 돌출된 제1 돌출 요소; 및
    상기 고정 부재의 원주방향 타 단면에서 돌출된 제2 돌출 요소;
    를 포함하는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 후단 축류 팬의 반대 측 상기 샤프트 상에 배치되어 축 방향 유체 유동을 생성하는 전단 축류 팬; 및
    상기 전단 축류 팬을 둘러 싸도록 배치되고, 상기 회전자 방향으로 면적이 좁아지는 가이드;
    를 더 포함하는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  6. 고속 발전기의 회전축을 형성하고, 외부의 동력에 의해 회전되는 샤프트;
    아마추어 또는 권선 중 하나를 구비하고 상기 샤프트와 연결되어서 상기 샤프트의 회전에 의해 회전되는 회전자;
    상기 아마추어 또는 상기 권선 중 상기 회전자와 다른 하나를 구비하고, 상기 회전자의 회전궤도를 피해서 배치되는 고정자; 및
    상기 샤프트의 회전에 의해 회전되고, 축 방향 또는 방사 방향 유체의 유동을 생성하는 복수의 냉각 팬;
    을 포함하고,
    상기 복수의 냉각 팬은
    상기 샤프트 상에 및 상기 회전자와 이격되게 배치되는 전단 축류 팬;
    상기 전단 축류 팬의 반대 측 상기 샤프트 상에 배치되는 후단 축류 팬; 및
    상기 회전자 또는 상기 샤프트와 이격되게 연결되어서, 방사방향으로 상기 고정자를 향하는 유체의 유동을 생성하는 복수 개의 방사 팬;
    을 포함하는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전단 축류 팬은 나선형 그릴을 구비하고,
    상기 나선형 그릴은 상기 전단 축류 팬 및 상기 회전자의 사이에 배치되며, 곡선을 구비하는 곡선형 살이 나선형 그릴의 중심으로부터 원주방향으로 복수 개 배치되도록 구성되고,
    상기 나선형 그릴은 회전을 통해 직진성 나선형 유체 유동을 생성하는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전단 축류 팬은
    제1 피치 각을 가지는 제1 전단 축류 팬; 및
    제2 피치 각을 가지는 제2 전단 축류 팬;
    을 포함하고,
    상기 제1 전단 축류 팬 및 상기 제2 전단 축류 팬은 서로 축 방향으로 이격되게 배치되며, 상기 샤프트의 회전을 통해 각기 다른 유체의 유동을 생성하는, 국부 과열 방지 고속 발전기.
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