KR101899580B1 - 스러스터용 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스러스터용 전동기에 관한 것으로, 스러스터에 회전력을 전달하는 샤프트가 설치되는 케이스; 상기 케이스 내에 회전가능하도록, 상기 샤프트에 의해 지지되는 회전자; 및 상기 회전자와 대향하게 상기 케이스의 내주면에 구비되고, 상기 회전자가 회전되도록 자력이 발생되며 상기 샤프트의 축방향을 따라 적층되는 복수개의 코일부재를 포함하며, 상기 코일부재의 사이 사이에 구비되어 상기 코일부재를 연결하는 덕트부재를 포함하는 고정자;를 포함하고, 상기 덕트부재는, 관통홀이 형성되는 플레이트; 및 상기 케이스 내 공기의 이동을 가이드하도록, 상기 플레이트 상에 상기 플레이트의 둘레면을 따라 서로 이격되게 방사형으로 구비되는 복수의 방사핀;을 포함하며, 상기 덕트부재는 상기 샤프트의 길이방향의 일측에서 타측으로 갈수록 상기 복수의 방사핀의 수가 증가되며, 케이스 내의 공기가 방사핀에 의해 고정자 주변에서 흐름이 원활하게 되어 냉각 효율이 향상됨으로써, 하나의 냉각팬으로 회전자의 고출력이 지속될 수 있도록 하여, 제조비절감 및 스러스터용 전동기 전체의 크기를 줄일 수 있는 스러스터용 전동기를 제공한다.

Description

스러스터용 전동기{Motor for thruster}

본 발명은 스러스터용 전동기에 관한 것이다.

전동기는 전기 에너지를 입력원으로 하고 회전 운동과 같은 운동 에너지를 출력으로 하는 일종의 에너지 변환장치로서, 회전 운동이나 왕복 운동과 같은 반복 작업이 필요한 산업 현장이나 생활 주변에서 동력원으로 주로 사용되고 있다. 전동기의 에너지 변환 과정에는 도선에 흐르는 전기로부터 유도되는 자기장과 유도 전류의 상호 작용의 메커니즘과 회전이나 이동과 같은 메커니즘이 동시에 작용한다.

특히, 선박에는 스러스터용 전동기가 구비되는데, 스러스터용 전동기는 스러스터의 구동을 위한 것이다. 여기서, 스러스터는 선박의 정박시 선체의 위치를 정박에 유리한 조건으로 조정하는 구성이며, 스러스터용 전동기는 스러스터가 선박의 정박 시 위치 조정을 위해서만 사용되므로 이용의 횟수와 구동 시간이 짧아, 크기가 작고 저비용으로 제작되기 위한 연구가 지속되고 있다.

이러한, 스러스터용 전동기는 도선에 흐르는 전기로부터 유도되는 자기장과 전류의 상호작용을 위해 고정자와 회전자가 구비되며, 전류에 의해 회전자가 고속으로 회전하게 되면, 전동기의 계속적인 구동에 의해 내부의 온도가 상승하게 된다. 이때, 높아진 온도를 냉각시켜야만 전동기를 고출력으로 지속시켜 구동시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 전동기 내의 온도를 낮추기 위해, 전동기의 양측 각각에는 냉각팬이 구비되는데, 한 쌍의 냉각팬에 의해 스러스터용 전동기 전체의 크기가 증가되어, 스러스터용 전동기의 크기를 줄이는 목적에 위반하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스러스터용 전동기 내의 냉각효율이 향상될 수 있는 스러스터용 전동기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스러스터용 전동기는, 스러스터에 회전력을 전달하는 샤프트가 설치되는 케이스; 상기 케이스 내에 회전가능하도록, 상기 샤프트에 의해 지지되는 회전자; 및 상기 회전자와 대향하게 상기 케이스의 내주면에 구비되고, 상기 회전자가 회전되도록 자력이 발생되며 상기 샤프트의 축방향을 따라 적층되는 복수개의 코일부재를 포함하며, 상기 코일부재의 사이 사이에 구비되어 상기 코일부재를 연결하는 덕트부재를 포함하는 고정자;를 포함하고, 상기 덕트부재는, 관통홀이 형성되는 플레이트; 및 상기 케이스 내 공기의 이동을 가이드하도록, 상기 플레이트 상에 상기 플레이트의 둘레면을 따라 서로 이격되게 방사형으로 구비되는 복수의 방사핀;을 포함하며, 상기 덕트부재는 상기 샤프트의 길이방향의 일측에서 타측으로 갈수록 상기 복수의 방사핀의 수가 증가된다.

여기서, 상기 샤프트의 길이방향 일측의 상기 덕트부재는 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 직선형상으로 이루어지는 방사핀을 구비하고, 상기 샤프트의 길이방향 타측의 상기 덕트부재는 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 물결형상으로 이루어지는 방사핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 방사핀은, 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 향하는 단핀; 및 상기 단핀과 이격되어 상기 단핀의 단부보다 더 돌출되게 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 향하는 장핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 일단부에는 상기 회전자의 구동에 의해 발생된 열을 냉각시키는 냉각팬이 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 스러스터용 전동기는 케이스 내의 공기가 방사핀에 의해 고정자 주변에서 흐름이 원활하게 되어 냉각 효율이 향상됨으로써, 하나의 냉각팬으로 회전자의 고출력이 지속될 수 있도록 하여, 제조비절감 및 스러스터용 전동기 전체의 크기를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 스러스터용 전동기와 스러스터가 장착된 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 스러스터용 전동기를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 스러스터용 전동기의 덕트부재를 도시한 사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 스러스터용 전동기와 스러스터가 장착된 선박을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 스러스터용 전동기를 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 스러스터용 전동기의 덕트부재를 도시한 사시도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 스러스터용 전동기에 대해 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스러스터용 전동기(100)는 스러스터(11)의 구동을 위한 것으로서, 케이스(110), 회전자(120), 고정자(130) 및 냉각팬(140)을 포함한다. 여기서, 스러스터(11)는 선박(10)의 정박 시 위치 조정을 위해서 사용될 수 있으며, 선미 또는 선수에 구비되어 선박(10)의 좌우 위치를 조정할 수 있다.

케이스(110)는 스러스터(11)에 회전력을 전달하는 샤프트(111)가 설치된다. 여기서, 샤프트(111)는 회전이 원활하게 지지되기 위한 베어링(미도시)이 삽입되어 구성될 수 있으며, 자계에 영향을 받지 않도록 비자성체로 이루어질 수 있다. 그리고 케이스(110)는 일 예로, 원통형으로 이루어지며, 회전자(120)와 고정자가 수용될 수 있도록 공간이 형성된다.

회전자(120)는 케이스(110) 내에 회전가능하도록, 샤프트(111)에 의해 지지된다. 회전자(120)는 샤프트(111)에 억지 끼움 결합될 수 있으며, 전류에 의해 회전자(120)와 고정자(130)의 전자기적 상호 작용이 발생되면, 샤프트(111)를 회전축으로 하여 회전자(120)가 샤프트(111)와 함께 회전될 수 있다. 예를 들어, 후술되는 고정자(130)의 코일부재(131)에 전류가 인가되면 코일부재(131)의 극성이 순차적으로 변하고, 이에 대응되는 회전자(120)의 극성과 코일부재(131)에 형성되는 극성이 동일한 경우에 발생되는 척력과, 극성이 상이한 경우에 발생되는 인력에 의해 원심력이 발생됨에 따라 회전자(120)가 샤프트(111)와 함께 회전하면서 회전구동력이 발생될 수 있다.

이러한, 회전자(120)는 공지된 농형 회전자 또는 권선형 회전자로 이루어질 수 있으며, 복수의 원판 틀이 적층되어 이루어질 수 있다. 이러한, 회전자(120)는 예를 들어, 여자 전류가 흘려져서 자속을 발생하는 계자 코일을 포함할 수 있다.

고정자(130)는 회전자(120)가 관통될 수 있도록 중공이 형성되어, 케이스(110)의 내주면에 고정될 수 있다. 예를 들어, 고정자(130)의 중공에서 척력 및 인력에 의해 회전자(120)가 360도로 회전될 수 있도록, 고정자(130)는 회전자(120)의 동심을 에워싸도록 형성될 수 있다. 이러한, 고정자(130)의 중공과 회전자(120) 외측 형상은 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 회전축(샤프트)을 중심으로 원형으로 형성될 수 있다.

여기서, 고정자(130)는 복수개의 코일부재(131) 및 덕트부재(133)를 포함한다.

복수개의 코일부재(131)는 회전자(120)가 회전되도록 자력이 발생되며 샤프트(111)의 축방향을 따라 서로 이격되어 적층될 수 있다. 일 예로, 코일부재(131)는 일정간격으로 슬롯(slot)이 형성되고, 각각의 슬롯에 다수의 코일이 권선되어 형성될 수 있다.

여기서, 고정자(130)로 전원이 인가되면 코일부재(131)에서 자력이 발생하여 회전자(120)가 고속으로 회전하게 되고, 스러스터용 전동기(100)가 구동하게 되는 것이다. 이때, 회전자(120)가 회전하므로, 스러스터용 전동기(100)의 내부 온도가 상승하게 된다.

본 실시예에서는, 후술되는 냉각팬(140)의 수를 증가시키지 않고 냉각팬(140)을 하나만 구비하고도 냉각의 효과를 향상시킬 수 있도록, 본 실시예에 따른 덕트부재(133)가 이용되는 것이다. 덕트부재(133)는 내부 공기가 고정자(130) 사이를 통과하면서 온도가 상승된 공기를 냉각시킬 수 있다.

이러한, 덕트부재(133)는 코일부재(131)의 사이 사이에 구비되어 코일부재(131)를 연결한다. 여기서, 덕트부재(133)는 플레이트(135) 및 복수의 방사핀(137)을 포함한다.

플레이트(135)는 관통홀이 형성된 원형의 판으로 이루어질 수 있다. 이러한, 플레이트(135)는 비자성체로 이루어질 수 있으며, 플레이트(135)에는 냉각을 위해 별도의 냉각홀이 복수개 형성될 수 있고, 냉각홀은 후술할 복수의 방사핀(137) 사이에 배치되어, 공기가 통과되도록 할 수 있다.

복수의 방사핀(137)은 공기의 이동을 가이드하는 구성으로서, 플레이트(135)의 양면에 형성될 수 있다. 이러한, 복수의 방사핀(137)은 코일부재(131)가 맞닿으며 코일부재(131)를 지지할 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 방사핀(137)이 플레이트(135) 상에 플레이트(135)의 둘레면을 따라 서로 이격되게 방사형으로 구비된다.

게다가, 복수의 방사핀(137)은 단핀(137B) 및 장핀(137A)을 포함할 수 있다.

단핀(137B)은 장핀(137A)과 함께 공기의 이동을 가이드하는 구성으로서, 플레이트(135)의 외주면에서 중심부로 향할 수 있다. 장핀(137A)은 단핀(137B)과 이격되어 단핀(137B)의 단부보다 더 돌출되게 플레이트(135)의 외주면에서 중심부로 향할 수 있다.

여기서, 단핀(137B)과 달리 장핀(137A)은 길게 형성되어, 공기의 흐름이 나누어지도록 플레이트(135)를 등분한다. 예를 들어, 장핀(137A)이 플레이트(135)의 일면에 N(자연수)개로 구비되는 경우 공기의 흐름을 N가닥으로 나뉘게 된다. 그리고 공기가 이동하는 폭이 좁아질수록 속도가 증가하므로, 단핀(137B)은 장핀(137A)들 사이에 복수로 구비되어, 공기의 이동속도를 증가시켜 공기의 흐름이 플레이트(135)의 외주면까지 발생할 수 있도록 유도한다.

이와 같이, 복수의 방사핀(137)을 따라 공기가 이동하여 공기의 냉각이 유도되므로, 제한된 공간에서 공기의 흐름이 증가되어 냉각효과가 향상될 수 있다. 이에 따라, 회전자(120)의 구동시 상승한 내부온도를 낮추기 위해 냉각팬(140)을 복수로 구비할 필요가 없어, 냉각팬(140)의 감소에 의한 스러스터용 전동기(100)의 전체 크기가 줄어들 수 있다.

한편, 샤프트(111)의 길이방향으로 일렬로 구비되는 복수의 덕트부재(133)는 샤프트(111)의 일측에서 타측으로 갈수록 방사핀(137)의 수가 증가된다. 예를 들어, 냉각팬(140)이 케이스(110)의 상단부에 구비되는 경우, 상부에 비하여 하부가 상대적으로 공기의 냉각이 원활하지 않을 수 있으므로, 하부 측의 냉각효율이 향상될 수 있도록, 샤프트(111)의 상부측의 덕트부재(133A)에 비하여 하부측의 덕트부재(133B)의 방사핀(137)의 수가 증가될 수 있다.

게다가, 도면에 도시하지는 않았으나, 상부측의 덕트부재(133A)에는 방사핀(137)이 플레이트(135)의 외주면에서 중심부로 직선형상으로 이루어지고, 하부측의 덕트부재(133B)에는 방사핀(137)이 플레이트(135)의 외주면에서 중심부로 물결형상으로 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라, 샤프트(111)의 상부측의 덕트부재(133A)에 비하여 하부측의 덕트부재(133B)의 방사핀(137) 또는 코일부재(231) 중 적어도 하나의 높이가 증가될 수 있으며, 덕트부재(133)를 통과하는 공기의 양이 하측에 더 많이 형성되어 상부와 하부의 냉각효과가 균일해지도록 유도할 수 있다.

냉각팬(140)은 케이스(110)의 일단부에 포함되어, 회전자(120)의 구동에 의해 발생된 열을 냉각시킬 수 있다. 여기서, 케이스(110) 내에 위치한 회전자(120)가 샤프트(111)에 지지된 상태에서 고속으로 회전하게 되면, 회전자(120)의 계속적인 구동에 의해 내부 온도가 상승하게 되므로, 상승된 온도를 냉각시켜야 한다. 따라서, 계속적으로 고출력을 생성할 수 있도록 회전자(120)가 초기와 동일한 속도로 회전되게, 냉각팬(140)이 회전되어 내부 온도를 떨어뜨리도록 한다.

예를 들어, 냉각팬(140)은 회전자(120)와 동일 축 즉, 샤프트(111)에 의해 회전가능하게 지지되어, 회전자(120)의 회전에 연동하여 냉각팬(140)이 회전하여 공기가 강제 순환될 수 있으며, 이에 따라, 케이스(110) 내의 공기가 고정자(130)와 케이스(110) 사이의 공간, 회전자(120)와 고정자(130) 사이의 틈새 및 회전자(120)의 축방향으로 흐르게 된다.

이때, 냉각팬(140)에서 발생한 바람이 이동하거나, 회전자(120)의 구동에 의해 상승된 회전자(120) 주변의 공기가 냉각팬(140)에 의해 강제적으로 이동하게 되며, 공기는 고정자(130)와 케이스 사이의 공간 등을 통과하는 과정에서 주변 공기와 합류되는 바와 같이 상승된 온도의 공기가 냉각이 될 수 있다.

이와 같은 실시예에 따른 스러스터용 전동기는 케이스 내의 공기가 방사핀에 의해 고정자 주변에서 흐름이 원활하게 되어 냉각 효율이 향상됨으로써, 하나의 냉각팬으로 회전자의 고출력이 지속될 수 있도록 하여, 제조비절감 및 스러스터용 전동기 전체의 크기를 줄일 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 선박
11 : 스러스터
100 : 스러스터용 전동기
110 : 케이스
111 : 샤프트
120 : 회전자
130 : 고정자
131 : 코일부재
133 : 덕트부재
135 : 플레이트
137 : 복수의 방사핀
137A : 장핀
137B : 단핀
140 : 냉각팬

Claims (4)

1. 스러스터에 회전력을 전달하는 샤프트가 설치되는 케이스;
   상기 케이스 내에 회전가능하도록, 상기 샤프트에 의해 지지되는 회전자; 및
   상기 회전자와 대향하게 상기 케이스의 내주면에 구비되고, 상기 회전자가 회전되도록 자력이 발생되며 상기 샤프트의 축방향을 따라 적층되며 서로 높이가 동일한 복수개의 코일부재를 포함하며, 상기 코일부재의 사이 사이에 구비되어 상기 코일부재를 연결하는 덕트부재를 포함하는 고정자;를 포함하고,
   상기 덕트부재는,
   관통홀이 형성되는 플레이트; 및
   상기 케이스 내 공기의 이동을 가이드하도록, 상기 플레이트 상에 상기 플레이트의 둘레면을 따라 서로 이격되게 방사형으로 구비되는 복수의 방사핀;을 포함하며,
   상기 방사핀은 상기 샤프트의 길이방향의 일측에서 타측으로 갈수록 수가 증가되되 높이는 동일한 스러스터용 전동기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트의 길이방향 일측의 상기 덕트부재는 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 직선형상으로 이루어지는 방사핀을 구비하고, 상기 샤프트의 길이방향 타측의 상기 덕트부재는 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 물결형상으로 이루어지는 방사핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 스러스터용 전동기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 방사핀은,
   상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 향하는 단핀; 및
   상기 단핀과 이격되어 상기 단핀의 단부보다 더 돌출되게 상기 플레이트의 외주면에서 중심부로 향하는 장핀;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스터용 전동기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이스의 일단부에는 상기 회전자의 구동에 의해 발생된 열을 냉각시키는 냉각팬이 포함되는 것을 특징으로 하는 스러스터용 전동기.

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