KR101712147B1

KR101712147B1 - 모터 또는 발전기용 냉각장치

Info

Publication number: KR101712147B1
Application number: KR1020150134831A
Authority: KR
Inventors: 신유환; 이영행
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-03-13

Abstract

본 발명은 모터 또는 발전기용 냉각장치에 관한 것으로서, 내부 공간부를 형성하는 하우징과; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되는, 샤프트에 결합되어 회전가능하게 설치되고 마그네트가 배열 설치된 로터와, 코일이 권선된 스테이터를 포함하는 모터 또는 발전기용 냉각장치에 있어서, 상기 로터의 일측으로 배치되며, 상기 샤프트의 둘레면으로부터 외측으로 돌출되어 고정되는 적어도 둘 이상의 고정로드; 상기 고정 로드와 축방향으로 간격을 두고 마주보며 상기 샤프트의 둘레면을 따라 회전 가능한 적어도 둘 이상의 회전로드를 구비한 회전체; 및, 상기 고정로드와 회전로드 사이에 구비되어 양측 단부가 고정로드와 회전로드에 연결되는 블레이드를 포함하는 모터 또는 발전기용 냉각장치에 관한 것이다.

Description

모터 또는 발전기용 냉각장치{COOLING DEVICE FOR MOTOR OR GENERATOR}

본 발명은 모터 또는 발전기용 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤프트의 회전 방향에 관계없이 냉각 공기를 일정한 방향으로 유동하게 하여 모터 또는 발전기의 내부 구성요소를 냉각시킬 수 있는 모터 또는 발전기용 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기 에너지를 회전력으로 변경시키는 장치로서, 마그네트가 장착되며 샤프트와 함께 회전되는 로터(rotor)와, 상기 로터의 주변을 감싸는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선된 코일을 포함하는 스테이터를 포함한다.

상기 스테이터 코어에 권선된 코일에 인가된 전류에 의하여 코일로부터는 전자기력이 형성되고 코일로부터 발생된 전자기력 및 로터의 마그네트로부터 발생된 자기장이 반응하여 발생된 척력 또는 인력에 의하여 로터는 스테이터에 대하여 회전된다.

고출력 모터의 경우 코일로부터 다량의 열이 발생 되고 코일로부터 발생된 열은 모터의 효율을 크게 감소시키기 때문에 종래 모터에는 모터 냉각팬이 모터 외부에 장착되어 하우징 외부를 냉각시키거나 냉각수를 하우징 내부로 유동시켜 냉각을 수행하였다.

그러나, 종래 모터 냉각팬의 경우 팬 날개(blade)가 모터 축 방향과 동일한 방향으로 세워진 반경류형 (radial blade)이라 효율이 낮다. 또한, 수냉식 냉각팬 장치를 적용할 경우 냉각수를 순환시키기 위한 별도의 추가적인 구성들이 필요하게 되고 냉각수의 누수 없이 모터를 냉각시키기 위하여 매우 복잡한 구조를 갖게 되며 쇼트문제가 발생할 수 있어 유지 보수가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 모터 냉각팬의 경우 모터 회전 방향 변환시 냉각팬의 회전 방향이 달라져 냉각 팬의 회전에 의해 발생하는 공기가 모터 내부로 분사되지 않고 반대방향으로 분사되므로 모터의 냉각이 원활히 이루어지지 않아 모터의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2014-0003673호(2014.01.10)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 모터 샤프트와 연동하는 냉각장치를 통해 모터 내부에서 발생되는 열을 강제로 냉각시킬 수 있는 모터 또는 발전기용 냉각장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 샤프트의 회전 방향이 변하는 경우에도 냉각팬 블레이드 각도를 자율적으로 변화시킴으로써 내부 발열부에 직접 냉각 공기를 분사하고, 이에 따라 내부를 효과적으로 냉각하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 모터 또는 발전기용 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치는, 내부 공간부를 형성하는 하우징과; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되는, 샤프트에 결합되어 회전가능하게 설치되고 마그네트가 배열 설치된 로터와, 코일이 권선된 스테이터를 포함하는 모터 또는 발전기용 냉각장치에 있어서, 상기 로터의 일측으로 배치되며, 상기 샤프트의 둘레면으로부터 외측으로 돌출되어 고정되는 적어도 둘 이상의 고정로드; 상기 고정 로드와 축방향으로 간격을 두고 마주보며 상기 샤프트의 둘레면을 따라 회전 가능한 적어도 둘 이상의 회전로드를 구비한 회전체; 및, 상기 고정로드와 회전로드 사이에 구비되어 양측 단부가 고정로드와 회전로드에 연결되는 블레이드를 포함하는 냉각팬 장치로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 상기 회전체는 상기 회전로드가 둘레면을 따라 간격을 두고 외측으로 돌출되며 상기 샤프트에 삽입되어 회전 가능한 원통형의 슬리브를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 고정로드 및 상기 회전체는, 상기 샤프트를 따라 상기 로터에 대하여 이격되는 방향으로 상기 회전체 및 상기 고정로드 순으로 순차적으로 설치되고, 상기 고정로드가 상기 샤프트와 함께 회전할 때, 상기 회전체가 당겨지면서 상기 블레이드는 상기 샤트프의 회전방향에 관계없이 상기 회전체 방향으로 냉각 공기가 분사되는 방향으로 경사지는 것을 특징으로 하는 구성된다.

본 발명에 의하면, 상기 블레이드는 유연한 재질로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 상기 샤프트는 대경부; 및, 상기 대경부보다 외경이 작은 상태로 상기 슬리브가 삽입되어 대경부의 상단에 지지되도록 대경부로부터 연장 형성된 소경부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 냉각팬 장치는 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 냉각팬 장치와 인접한 상기 하우징의 일측에는 관통된 슬롯 또는 냉각핀이 설치되거나, 상기 냉각팬 장치는 상기 하우징 외부에 배치되며, 상기 냉각팬 장치와 인접한 상기 하우징의 일측에는 관통된 슬롯 또는 냉각핀이 설치된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치에 의하면, 모터 샤프트와 연동하여 공냉식으로 모터 또는 발전기 내부에서 발생하는 열을 강제로 냉각시킬 수 있으므로, 모터를 냉각시키기 위한 구성을 매우 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 모터 또는 발전기의 내부 발열부에 직접 냉각 공기를 분사하고, 샤프트의 회전방향에 따라 냉각팬 블레이드 각도를 자율적으로 변화시킴으로써 전동기의 냉각 유량을 증가시키고, 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 냉각장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 냉각장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 냉각장치의 작동상태를 나타내는 작동도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수직형 냉각장치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치를 나타내는 단면도이다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉각장치가 설치된 모터의 내부 구조를 보여주는 단면도로서, 발전기에도 동일하게 적용될 수 있다. 이하 본 발명에 따른 냉각장치의 구성을 모터를 예로 하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 모터는 하우징(100), 스테이터(110), 로터(120), 샤프트(130) 및 냉각팬 장치(10)를 포함한다.

상기 하우징(100)은 예를 들어, 원통 형상으로, 내부에는 공간부가 형성되어 공간부의 내벽을 따라 스테이터(110)가 배치된다.

상기 스테이터(110)는 복수개의 치를 가지는 코어에 코일을 권선하여 형성되며, 코일에 전류가 인가됨에 따라 코일로부터 전자기력이 발생된다.

상기 로터(120)는 상기 스테이터(110)의 내측에 회전 가능하게 설치되며, 복수의 마그네트가 스테이터(110)와 마주보는 위치에 배치된다.

상기 샤프트(130)는 상기 로터(120)의 중심에 형성되어, 베어링 등에 의해 하우징(100)에 회전 가능하게 결합된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 냉각팬 장치(10)는 로터(120)의 일측 즉, 좌측 또는 우측 중 어느 일측에 결합되며, 샤프트(130)와 함께 회전하면서 하우징(100)의 내부에 공기 흐름을 형성하여 스테이터(110)에 권선된 코일을 냉각시킨다.

상기 스테이터(110)에 권선된 코일의 열을 냉각시키는 냉각팬 장치(10)는, 그 구조 및 형상에 따라 모터의 효율이 크게 차이가 나는데, 상기 냉각팬 장치(10)의 냉각효율을 향상시킬 경우 스테이터(110)에 권선된 코일의 열을 효율적으로 냉각시켜 모터의 전체 효율 역시 크게 향상시킬 수 있다.

상기 냉각팬 장치(10)는, 상기 샤프트(130)의 둘레면으로부터 외측으로 돌출되어 고정되는 적어도 둘 이상의 고정로드(11)와, 상기 고정로드(11)와 축방향으로 간격을 두고 마주보며 상기 샤프트(130)의 둘레면을 따라 회전 가능한 적어도 둘 이상의 회전로드(13)를 구비한 회전체(15)와, 상기 고정로드(11)와 회전로드(13) 사이에 구비되어 양측 단부가 고정로드(11)와 회전로드(13)에 연결되는 블레이드(12)를 포함한다.

상기 회전체(15)는 상기 회전로드(13)가 둘레면을 따라 간격을 두고 외측으로 돌출되며, 상기 샤프트(130)에 삽입되어 회전 가능한 원통형의 슬리브(14)를 포함한다.

상기 블레이드(12)는 양측 단부가 고정로드(11)와 회전로드(13)에 연결되어, 상기 고정로드(11)와 회전로드(13) 사이에 구비되는 데, 샤프트(130)의 회전에 따라 고정로드(11)가 회전하면서 블레이드(12)에 의해 연결된 회전로드(13)가 당겨지고, 블레이드(12)가 경사지면서 냉각 공기 흐름이 발생한다. 이때 블레이드(12)의 단부는 블레이드(12)가 고정로드(11) 및 회전로드(13) 사이에서 경사질 수 있도록 고정로드(11) 및 회전로드(13)에 회전가능하게 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 블레이드(12)는 유연한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예컨대, 플렉시블한 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 블레이드(12)가 유연한 재질로 형성되는 경우 샤프트(130)의 회전방향 전환 시 블레이드(12)가 길이방향으로 완전히 펼쳐지지 않은 상태에서도 블레이드(12)의 경사 방향이 변경될 수 있고, 샤프트(130)의 회전 속도 증가에 따라 회전로드(13)가 고정로드(11)를 향하여 당겨지면서 블레이드(12)의 경사각이 증가할 때 보다 유연한 변화가 가능하다. 즉, 냉각 유량 증대에 보다 유리하게 된다.

도 2의 사시도에서는 상기 샤프트(130)에 형성된 고정로드(11)와 회전로드(13)를 편의상 하나씩만 도시한 것으로, 고정로드(11), 블레이드(12) 및 회전체(15)의 연결 상태를 나타내고 있다. 이때, 회전체(15) 및 고정로드(11)는 로터(120)의 일측 방향으로 순차적으로 배치된다. 즉, 고정로드(11)는 로터(120)의 일측으로 샤프트(130)를 따라 외측에, 회전체(15)는 내측으로 위치한다(도 1 참조).

상기 고정로드(11)가 샤프트(130)와 연동하여 정방향 또는 역방향으로 회전할 경우 상기 고정로드(11)와 블레이드(12)를 통해 연결된 회전체(15)의 회전로드(13)도 고정로드(11)와 함께 연동하여 샤프트(130)의 회전 방향에 대응하는 방향으로 회전하게 된다.

즉, 상기 고정로드(11)가 샤프트(130)의 회전 구동을 통해 샤프트(130)의 회전 방향에 대응하는 방향으로 회전하게 되면, 상기 회전체(15)의 슬리브(14)는 고정로드(11)에 연결되어 있는 블레이드(12)에 의해 고정로드(11)측으로 당겨지게 되면서 상기 고정로드(11)의 회전 방향에 대응하는 방향으로 회전로드(13)가 회전하게 된다. 상기 샤프트(130)의 회전방향에 대응하여 고정로드(11), 블레이드(12) 및 회전체(15)가 순차적으로 연동하여 회전하게 된다. 따라서 블레이드(15)에 의해 회전체(15) 방향 즉, 스테이터(110) 측으로 냉각 공기 유동 즉, 바람을 일으킨다.

도 3을 참조하면, 회전하는 냉각팬 장치(10)를 상방에서 바라볼 때, 고정로드(11)와 회전체(15)의 회전로드(13)가 동일 축선상에서 수평방향 및 수직방향으로 서로 이격하여 배치되고, 상기 블레이드(12)는 수평방향 및 수직방향으로 서로 이격 배치된 고정로드(11)와 회전체(15)의 회전로드(13) 사이에 연결되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 냉각팬 장치(10)를 측면방향에서 바라볼 때, 상기 블레이드(12)는 고정로드(11)와 회전로드(13) 사이에서 경사진 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서, 상기 샤프트(130)의 회전 시에 고정로드(11)가 블레이드(12)에 의해 회전로드(13)를 당기면서 회전하게 되므로 블레이드(12)가 경사방향으로 펼쳐진 상태를 유지하면서 회전하게 된다.

상기 블레이드(12)는 고정로드(11)와 회전로드(13)의 회전방향에 대응하여 회전로드(13)로부터 고정로드(11)를 향해 상향 경사지게 형성되는바, 상기 고정로드(11)가 블레이드(12)를 통해 회전체(15)의 회전로드(13)를 당기는 형상이므로 블레이드(12)에서 발생하는 와류는 스테이터(110)쪽을 향해 분사된다. 즉, 경사진 블레이드(12)에서 발생된 공기 흐름이 항상 스테이터(110)쪽을 향해 유동하게 된다.

결국, 상기 블레이드(12)의 회전 방향이 반대방향으로 변하더라도 상기 블레이드(12)의 공기 흐름은 모터의 스테이터(110)를 향해 항상 분사되어 모터를 냉각시키게 된다.

한편, 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 모터 또는 발전기용 냉각장치의 샤프트(130')가 수평형이 아닌 수직형일 경우, 중력에 의한 블레이드(12)의 처짐 현상을 방지하기 위하여, 상기 샤프트(130')는 대경부(131')와, 상기 대경부(131')보다 외경이 작은 상태로 상기 슬리브(14)가 삽입되어 상기 대경부(131')의 상단에 지지되도록 상기 대경부(131')로부터 연장 형성된 소경부(132')를 포함한다.

도 5 에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 블레이드(12)가 유연한 재질로 형성되고, 샤프트(130')의 회전방향이 전환 가능한 모터 및 발전기에서 특히 유리하다. 즉, 샤프트(130')의 비 회전시 슬리브(14)가 중력에 의해 아래로 이동하고 블레이드(12)가 아래로 처지게 된다. 그러나 블레이드(12)가 유연한 재질로 이루어지는 경우 샤프트(130')의 회전 방향이 변경되는 경우에도 블레이드(12)가 길이방향으로 일렬로 정렬될 필요가 없이 접히면서 블레이드(12)의 경사 방향이 변경되는 것이 가능하다. 따라서 냉각 팬 장치가 설치되는 부분에 해당하는 샤프트(130)의 길이를 최소화하는 것이 가능하므로, 발전기 또는 모터에서 전체적으로 샤프트(130)의 길이를 축소하는 것이 가능하고, 냉각팬 장치(10)가 하우징(100) 내부에 설치되는 경우 하우징(100)의 크기를 줄이면서 컴팩트한 디자인의 발전기 및 모터 설계를 가능하게 한다. 샤프트(130)가 수평형인 경우에도 도 5 에 도시된 구조의 샤프트(130')가 적용될 수 있다.

다시 도 1를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 또는 발전기의 냉각 팬 장치는 하우징(100) 내부에 설치된다.

그러나 도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각 팬 장치(10)는 별도의 커버 하우징(101)에 의해 둘러싸여 하우징(100) 외부에 설치될 수 있다. 즉, 하우징(100) 외부로 연장된 샤프트(130)에 설치된다. 이 경우 냉각팬 장치(10)에 의해 발생하는 냉각 공기 흐름에 의해 하우징(100) 내부의 발열부가 냉각될 수 있도록 냉각 공기가 부딪히는 하우징(100)의 일측 또는 내측에는 냉각핀이 설치되거나 슬롯(20)이 설치되어, 간접 냉각 방식으로 내부의 발열을 제어하거나 슬롯(20)을 통해 내부로 직접 유동하는 냉각 공기 흐름에 의해 내부 발열을 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치는, 모터 또는 발전기의 샤프트(130)와 연동하여 공냉식으로 모터 또는 발전기 내부에서 발생하는 열을 강제로 냉각시킬 수 있으므로, 모터 또는 발전기를 냉각시키기 위한 구성을 매우 단순화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치는, 샤프트(130)의 회전 방향이 변하는 경우에도 이에 적절하게 대응하여 모터 또는 발전기를 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 또는 발전기용 냉각장치는 모터 또는 발전기 뿐만 아니라 냉각을 요하는 각종 구조물에도 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 하우징 110 : 스테이터
120 : 로터 130,130' : 샤프트
131' : 대경부 132' : 소경부
10 : 냉각팬 장치 11 : 고정로드
12 : 블레이드 13 : 회전로드
14 : 슬리브 15 : 회전체

Claims

내부 공간부를 형성하는 하우징과; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되는, 샤프트에 결합되어 회전가능하게 설치되고 마그네트가 배열 설치된 로터와, 코일이 권선된 스테이터를 포함하는 모터 또는 발전기용 냉각장치에 있어서,
상기 로터의 일측으로 배치되며, 상기 샤프트의 둘레면으로부터 외측으로 돌출되어 고정되는 적어도 둘 이상의 고정로드;
상기 고정 로드와 축방향으로 간격을 두고 마주보며 상기 샤프트의 둘레면을 따라 회전 가능한 적어도 둘 이상의 회전로드를 구비한 회전체; 및,
상기 고정로드와 회전로드 사이에 구비되어 양측 단부가 고정로드와 회전로드에 연결되는 블레이드를 포함하는 냉각팬 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 회전체는 상기 회전로드가 둘레면을 따라 간격을 두고 외측으로 돌출되며 상기 샤프트에 삽입되어 회전 가능한 원통형의 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 고정로드 및 상기 회전체는, 상기 샤프트를 따라 상기 로터에 대하여 이격되는 방향으로 상기 회전체 및 상기 고정로드 순으로 순차적으로 설치되고,
상기 고정로드가 상기 샤프트와 함께 회전할 때, 상기 회전체가 당겨지면서 상기 블레이드는 상기 샤프트의 회전방향에 관계없이 상기 회전체 방향으로 냉각 공기가 분사되는 방향으로 경사지는 것을 특징으로 하는 구성된 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 블레이드는 유연한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제2항에 있어서,
상기 샤프트는 대경부; 및,
상기 대경부보다 외경이 작은 상태로 상기 슬리브가 삽입되어 대경부의 상단에 지지되도록 대경부로부터 연장 형성된 소경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬 장치는 상기 하우징 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 냉각팬 장치와 인접한 상기 하우징의 일측에는 관통된 슬롯 또는 냉각핀이 설치된 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬 장치는 상기 하우징 외부에 배치되며, 상기 냉각팬 장치와 인접한 상기 하우징의 내부에는 관통된 슬롯 또는 냉각핀이 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 또는 발전기용 냉각장치.