KR101861944B1 - 회전식 전기 기계의 로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 전기 기계의 로터(1)에 관한 것이다. 로터(1)는, 로터 축(5)을 따라 차례로 배열되어 서로 연결된 두 개의 로터 샤프트 부분(7, 9)으로 구성되는 두 부분의 로터 샤프트(3)와, 제1 로터 샤프트 부분(7)의 섹션을 중심으로 배열된 환형 로터 코어 스택(17)과, 제1 로터 샤프트 부분(7)을 로터 코어 스택(17)과 연결시키는 복수의 샤프트 웨브(19)를 포함한다.

Description

회전식 전기 기계의 로터{ROTOR OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 회전식 전기 기계의 로터의 로터에 관한 것이다.

회전식 전기 기계의 로터는, 로터의 작동 중에 가열되기 때문에 그로부터 열이 방출되어야 하는 로터 코어 스택(core stack)을 포함한다. 로터 코어 스택 내에 발생한 열은 통상 로터 코어 스택 내의 반경 방향 냉각 슬롯을 통해 방출되며, 때로는 로터 코어 스택 내에 제공된 축방향으로 연장되는 냉각 채널을 통해서도 방출된다.

CH 635 711 A5는 고정된 지브 스트립(gib strip)을 갖는 샤프트 및 로터 본체를 포함하는 수직 수상 차량 발전기의 로터를 개시한다. 지브 스트립은 그 하부 부분 내에 수평 횡방향 그루브를 구비하며, 상기 횡방향 그루브에 의해서 그 안에 배치된 지지 장치가 보유되고, 이 지지 장치에는 극을 갖는 로터 림이 지지된다.

EP 1 885 046 A1은 환형 스테이터 코어와, 로터 플랜지를 포함하는 모터 로터를 구비한 회전식 전기 기계를 개시한다. 로터 플랜지는 그 외측 주연면에서 로터의 로터 요크를 고정하고 지지한다.

GB 2 165 919 A는 수직 추진 샤프트를 구비하는, 특히 트러스트 구동을 위한 구동 장치를 개시한다.

US 2004/0189140 A1은 연소 엔진과 변속기 사이에 배열된 로터를 갖는 하이브리드 차량용 전기 모터를 개시한다.

WO 2013/093856 A2는 로터들이 변속기 배열체를 통해 서로 연결된, 두 개의 전기 기계를 갖는 전기 에너지 생성용 풍력 터빈을 개시한다.
EP 0 414 129 A2는 실제로 수직인 회전 샤프트를 갖는 수직 샤프트 유형의 전기 회전 기계를 개시하며, 이러한 전기 회전 기계는 높은 회전 속도를 갖는 기계의 대형 구조물 또는 구조에 적합하도록 증가된 기계적 강성을 갖는다.
WO 2011/051228 A2는 영구 자석을 구비한 로터를 갖는 풍력 발전기를 개시한다. 영구 자석은 중공 샤프트로서 형성된 자석 휠 외피 상에 배열되며, 자석 휠 외피는 지지 요소를 통해 그 전방 측에서 샤프트 또는 샤프트 스텁과 회전 고정식으로 연결된다. 중공 샤프트는 그 내측에 하나 이상의 도관을 포함하며, 도관의 외피 면은 자석 휠 외피에 대해 동일한 간격으로 연장된다.
DE 10 2008 050 848 A1은 스테이터 권선의 수용을 위한 원형 스테이터 링을 포함하는 스테이터와, 스테이터에 대해 상대적으로 회전 가능하게 회전축을 중심으로 지지되는 로터를 갖는 풍력 에너지 설비의 링 발전기를 개시한다. 스테이터 링은 공기 유동을 통한 스테이터의 냉각을 위한 냉각 채널을 포함한다.
WO 2012/121643 A1은 스테이터 및 로터를 갖는 전기 회전 기계를 개시하며, 간극을 통해 스테이터에 대해 대향하는 자석이 로터 표면 상에 제공된다. 자석은 로터 내에서 채널을 통해 유동하는 냉각 유체를 통해 냉각된다.

본 발명의 과제는 회전식 전기 기계의 개선된 로터를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 구성은 종속 청구항의 대상이다.

본 발명에 따른 회전식 전기 기계의 로터는, 로터 축을 따라 차례로 배열되어 서로 연결된 두 개의 로터 샤프트 부분으로 구성되는 두 부분의 로터 샤프트와, 제1 로터 샤프트 부분의 섹션을 중심으로 배열된 환형 로터 코어 스택과, 제1 로터 샤프트 부분을 로터 코어 스택과 연결시키는 복수의 샤프트 웨브를 포함한다.

로터 샤프트의 다 부품형 구조는 단 부품형 구조에 비해, 로터 샤프트의 굽힘 강도를 개선하며, 이에 의해 두 개의 로터 샤프트 부분들의 연결 영역 내의 토크 측정 시스템의 설치를 가능케 한다. 두 부품형 구조는, 두 개보다 많은 로터 샤프트 부분들을 갖는 구조에 비해, 바람직하게는 제조 비용을 최소화하고, 로터 샤프트 부분들의 연결을 위해 요구되는 조립 비용을 최소화함으로써, 확실한 비용상 이점을 가능케 한다. 샤프트 웨브를 통한 로터 샤프트와 로터 코어 스택과의 연결은, 중공 샤프트로서 형성된 로터 샤프트 섹션에 로터 코어 스택이 직접 배열되는 공지된 로터 구조에 비해 더 저렴하며, 상기 로터 구성과 마찬가지로 양호한 굽힘 강도 특성을 가능케 한다.

본 발명의 일 구성은 두 개의 로터 샤프트 부분들의 연결을 위한 플랜지 연결부를 제공한다.

플랜지 연결부는 바람직하게는 로터 샤프트 부분들의 간단하고 신뢰성 있는 연결을 가능케 한다.

이 경우에, 제1 로터 샤프트 부분은 바람직하게는 샤프트 웨브와 연결된 플랜지 연결부의 플랜지를 포함한다.

플랜지와 샤프트 웨브의 연결은 바람직하게는 로터의 강성 및 안정성을 개선시키는데, 그 이유는 샤프트 웨브의 웨브 기부에서 추진부 측에 최대 접선 응력이 발생하기 때문이다.

또한, 플랜지 연결부의 플랜지들 사이에 바람직하게는, 로터에 의해 생성된 토크의 검출을 위한 토크 측정 시스템이 배열된다.

이에 의해, 플랜지 연결부가 바람직하게는 토크 측정 시스템의 설치를 위해 이용된다.

본 발명의 다른 일 구성은, 각각 두 개의 샤프트 웨브들 사이에 배열되어 이 샤프트 웨브에 고정된, 중공 원통 세그먼트 형태로 형성된 채널 금속 시트를 제공한다. 이러한 방식으로 형성되고 배열된 채널 금속 시트는 바람직하게는 로터 샤프트 구조의 굽힘 강도를 더 증가시킨다. 특히, 채널 금속 시트는, 중공 샤프트 구조와 유사하게 굽힘 강도를 개선시키는 제1 로터 샤프트 부분을 중심으로 드럼 형태의 채널 금속 시트 배열을 형성하도록 구성될 수 있다.

이 경우에, 각각의 채널 금속 시트는 바람직하게는 로터 코어 스택의 내부 표면으로부터 이격되고, 로터 코어 스택의 내부 표면과 함께, 로터 축에 대해 평행으로 연장되는 제1 냉각 채널을 형성한다.

이에 의해, 바람직하게는, 축방향으로 연장되며 로터의 냉각을 개선시키는 제1 냉각 채널이 형성된다.

본 발명의 다른 구성은 로터 코어 스택의 내부 표면이, 로터 축에 대해 평행으로 연장되는 냉각 핀을 포함하는 것을 제시한다.

이에 의해, 로터 코어 스택의 내부 표면이 증대되며, 이에 의해 로터 코어 스택의 내부 표면의 냉각 성능이 개선된다.

본 발명의 다른 구성은, 로터 축에 대해 평행으로 로터 코어 스택을 통해 연장되는 하나 이상의 제2 냉각 채널을 제공한다.

이로써, 로터 코어 스택의 냉각이 더 개선된다. 또한, 축방향으로 연장되는 냉각 채널은 바람직하게는, 로터 코어 스택 내에 반경 방향으로 배열된 냉각 슬롯을 갖는 실시예에 비해 로터 코어 스택의 단축을 가능케 한다.

또한, 본 발명은, 특히, 포드(pod)-구동부로서도 표시되는 프로펠러 포드의 회전식 전기 기계의 로터로서 본 발명에 따른 로터를 사용하는 것을 제공한다.

본 발명에 따른 로터의 이러한 사용은, 프로펠러 포드가 수중에 직접 놓이는 수상 차량의 프로펠러 포드를 위해 특히 바람직한데, 그 이유는 이를 위해 가늘고 길게 형성된 로터가 유동 기술적으로 특히 바람직하며, 본 발명이 로터의 축방향 통풍으로 인해, 더 길고, 이로 인해 동일한 출력에서 폭이 더 좁은 로터의 구조를 가능케 하기 때문이다. 이 경우에, 프로펠러 포드의 축 방향 길이가 그 직경과는 달리 유체 역학적 효율을 저하시키지 않는 것이 바람직하게 이용된다.

또한, 상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 로터의 두 부품형 구조는, 특히 포드-구동부를 위해 바람직한 로터 샤프트 부분의 연결 영역 내에 토크 측정 시스템 (및 선택적으로 추가의 센서)의 설치를 가능케 하는데, 그 이유는 이러한 구동부를 위해, 현재, 이른바 상태 감시 시스템(condition monitoring system)의 통합을 통한 상태 감시의 강화가 요구되기 때문이다.

본 발명의 상술된 특성, 특징 및 장점, 그리고 어떻게 이들이 달성되는지에 대한 실행 방식은, 도면과 관련하여 상세히 설명되는 이하 실시예의 설명을 참조하여 명료하고 확실하게 이해될 것이다.

도 1은 회전식 전기 기계의 로터의 제1 실시예의 횡단면도를 도시한다.
도 2는 회전식 전기 기계의 로터의 제1 실시예의 종단면도를 도시한다.
도 3은 회전식 전기 기계의 로터의 제2 실시예의 종단면도의 사시도를 도시한다.
도 4는 회전식 전기 기계의 로터의 제2 실시예의 제1 측면도를 도시한다.
도 5는 회전식 전기 기계의 로터의 제2 실시예의 제2 측면도를 도시한다.

서로 상응하는 부분들은 모든 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1 및 도 2는 회전식 전기 기계의 로터(1)의 제1 실시예를 도시한다. 이 경우에, 도 1은 로터(1)의 횡단면도를 도시하며 도 2는 로터(1)의 종단면도를 도시한다.

로터(1)는, 로터 축(5)을 따라 차례로 배열된 두 개의 로터 샤프트 부분(7, 9)으로 구성된 두 부품형 로터 샤프트(3)를 포함한다. 로터 샤프트 부분들(7, 9)은, 제1 로터 샤프트 부분(7)의 제1 플랜지(13) 및 제2 로터 샤프트 부분(9)의 제2 플랜지(15)를 포함하는 플랜지 연결부(11)에 의해 서로 연결된다. 로터 축(5)은 그에 대해 평행인 축방향을 규정한다.

제1 플랜지(13)는 제1 연결 보어(14)를 포함하고, 제2 플랜지는 대응하는 제2 연결 보어(16)를 포함하며, 이 보어들을 통해 연결 요소, 예를 들어 연결 나사가 플랜지들(13, 15)을 연결하기 위해 안내된다.

또한, 로터(1)는 환형 로터 코어 스택(17)을 포함하며, 이 로터 코어 스택은 제1 로터 샤프트 부분(7)의 섹션을 중심으로 배열되며 4개의 샤프트 웨브(19)를 통해 제1 로터 샤프트 부분(7)과 연결된다. 이 경우에, 샤프트 웨브(19)는 별 모양으로, 그리고 로터 축(5)에 대해 반경 방향으로 제1 로터 샤프트 부분(7)으로부터 로터 코어 스택(17) 쪽으로 연장되며, 축방향 단부에서 각각 제2 플랜지(13)와 연결된다.

또한, 로터(1)는 중공 원통형 세그먼트 형태로 형성된 채널 금속 시트들(21)을 포함하며, 이 채널 금속 시트들은 각각 두 개의 샤프트 웨브들(19) 사이에 배열되어, 이러한 샤프트 웨브(19)에 고정되며, 예를 들어 용접되며, 채널 금속 시트들은 로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)으로부터, 로터 축(5)에 대해 평행으로 연장되는 제1 냉각 채널(25)에 의해 분리된다. 이 경우에, 제1 채널 금속 시트(21)의 로터 코어 스택 측의 표면은 로터 축(5)으로부터 먼 플랜지(13, 15)의 표면에 의해 폐쇄된다. 채널 금속 시트(21)의 중공 원통형 세그먼트 형태의 구성 및 샤프트 웨브들(19) 사이에서의 그의 배열은, 제1 로터 샤프트 부분(7)을 중심으로 하는 드럼 형태의 채널 금속 시트 배열을 형성하는데, 이러한 배열은 중공 샤프트 구조와 유사하게 로터 샤프트 구조의 굽힘 강도를 개선시킨다.

로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)은 로터 축(5)에 대해 평행으로 연장되는 냉각 핀(27)을 포함한다. 로터 코어 스택(17)을 통해, 로터 축(5)에 대해 평행으로 제2 냉각 채널(29)이 연장된다.

도 3 내지 도 5는 회전식 전기 기계의 로터(1)의 제2 실시예를 도시한다. 이 실시예는, 기본적으로 오직, 6개의 샤프트 웨브(19) 및 이에 상응하여, 샤프트 웨브들(19) 사이에 배열된 6개의 채널 금속 시트(21)를 포함함으로써만, 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예와 구별된다. 도 3은 상기 실시예의 로터(1)의 종단면도의 사시도를 도시한다. 도 4 및 도 5는 로터(1)의 두 개의 상이한 측면도를 도시하며, 도 4는 제2 로터 샤프트 부분(9)의 측면도를 도시하며, 도 5는 제1 로터 샤프트 부분(7)의 측면도를 도시한다. 도 4는 로터 코어 스택(17)의 주연부에 배열된 단락 로터 바아(31)도 도시한다.

본 발명이 바람직한 실시예에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된 실시예로 한정되지 않으며, 다른 변형예들이 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 로터는 4개 및 6개의 상이한 수의 샤프트 웨브(19) 및 채널 금속 시트(21) 중 하나를 포함할 수 있으며, 로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)은 [냉각 핀(27)없이] 평편하게 형성될 수 있으며, 그리고/또는 로터 코어 스택(17)은 제2 냉각 채널(29)없이 형성될 수 있다.

Claims (8)

1. 회전식 전기 기계의 로터(1)이며,
   - 로터 축(5)을 따라 차례로 배열되어 서로 연결된 두 개의 로터 샤프트 부분(7, 9)으로 구성되는 두 부분의 로터 샤프트(3)와,
   - 제1 로터 샤프트 부분(7)의 섹션을 중심으로 배열된 환형 로터 코어 스택(17)과,
   - 제1 로터 샤프트 부분(7)을 로터 코어 스택(17)과 연결시키는 복수의 샤프트 웨브(19)와,
   - 각각 두 개의 샤프트 웨브들(19) 사이에 배열되어 상기 샤프트 웨브(19)에 고정된, 중공 원통 세그먼트 형태로 형성된 채널 금속 시트(21)를 포함하며,
   두 개의 로터 샤프트 부분들(7, 9)을 연결시키기 위한 플랜지 연결부(11)를 포함하는, 회전식 전기 기계의 로터에 있어서,
   제1 로터 샤프트 부분(7)은 샤프트 웨브(19)와 연결된 플랜지 연결부(11)의 제1 플랜지(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 전기 기계의 로터(1).
2. 제1항에 있어서, 플랜지 연결부(11)의 플랜지들(13, 15) 사이에 배열되고 로터(1)에 의해 생성된 토크를 검출하기 위한 토크 측정 시스템을 포함하는, 회전식 전기 기계의 로터(1).
3. 제1항에 있어서, 각각의 채널 금속 시트(21)는 로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)으로부터 이격되고, 로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)과 함께, 로터 축(5)에 대해 평행으로 연장되는 제1 냉각 채널(25)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 회전식 전기 기계의 로터(1).
4. 제1항에 있어서, 로터 코어 스택(17)의 내부 표면(23)이, 로터 축(5)에 대해 평행으로 연장되는 냉각 핀(27)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 전기 기계의 로터(1).
5. 제1항에 있어서, 로터 축(5)에 대해 평행으로 로터 코어 스택(17)을 통해 연장되는 하나 이상의 제2 냉각 채널(29)을 특징으로 하는, 회전식 전기 기계의 로터(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 로터(1)를 포함하는 회전식 전기 기계를 갖는 프로펠러 포드.
7. 삭제
8. 삭제

Images