KR101953995B1 - 회전자의 냉각구조와 이를 포함하는 회전자 및 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자의 냉각구조에 관한 것으로, 회전자축의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일의 일단면에 형성되고 냉각유체가 유입되는 유입포트와 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공되는 제1 패스 및 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공되는 제2 패스를 포함하되, 상기 유입포트는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트는 상기 제1 패스와 일체로 연결되도록 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 회전자의 권선코일의 일단면에 여러 패턴으로 유입포트를 형성함으로써, 냉각유체의 소용돌이 현상을 완화하여 냉각효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

회전자의 냉각구조와 이를 포함하는 회전자 및 발전기{STRUCTURE FOR COOLING OF ROTOR, ROTOR AMD GENERATOR HAVING THE SAME}

본 발명은 회전자의 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자의 권선코일의 일단면에 여러 패턴으로 유입포트를 형성함으로써, 냉각유체의 소용돌이 현상을 완화하여 냉각효율을 향상시킨 냉각구조에 관한 것이다.

발전기(generator)는 전력을 생산하는 장치로서, 가스터빈, 증기터빈 등과 같이 작동유체를 이용한 구동 방식이 있고, 고정자와 회전자의 계자를 이용한 구동 방식이 있다.

계자를 이용한 구동 방식은 발전기의 케이싱 내주면에 자계를 형성하는 철심이 장착된 고정자와 고정자의 중앙부에 관통되며 배치되는 회전자축에 권선되며 배치되고 자계를 형성하는 권선코일이 장착된 회전자를 기본적으로 구비한다.

도 1 및 도 2에는 종래 발전기의 회전자(1)에서 회전자축(2)의 코일장착부상에 배치된 권선코일(3) 및 권선코일(3)에 형성된 냉각유로를 나타낸 도면이 게시된다.

권선코일(3)의 일단면에는 냉각유체가 유입되는 유입포트(4)가 형성되고, 유입포트(4)는 권선코일(3)의 수평방향을 따라 형성된 제1 유로(5)와 연결되며, 이러한 제1 유로(5)는 복수의 층으로 적층된 권선코일(3)에 각각 형성된다.

그리고 제2 유로(5)는 권선코일(3)의 수직방향을 따라 형성된 제2 유로(6)와 연결되고, 냉각유체는 유입포트(4)로 유입되고, 제1 유로(5)를 따라 흐르며, 제2 유로(6)로 유입 관통하여, 복수의 층으로 적층된 권선코일(3)를 냉각하게 된다.

도 3 및 도 4는 종래 권선코일(3)에 형성된 냉각유로의 유입포트(4)에서 냉각유체의 흐름이 게시되어 있다. 파란색 화살표에서 녹색, 노란색, 붉은색 화살표로 갈수록 속도가 증가함을 의미한다.

우선 도 3를 참고하면, 권선코일(3)로 냉각유체가 유입되는 종래 유입포트(4)가 권선코일(3)의 방사방향으로 단일라인으로 형성되어 있어, A 지점에서와 같이 냉각유체가 유입포트(4)로 유입되지 못하고, 붉은색 화살표 흐름과 같이 비교적 고속으로 소용돌이치는 저압부분이 발생하여 흐름이 정체는 문제가 있다.

그리고 도 4를 참고하면, 냉각유체가 좁은 유입포트(4)로 유입되는 과정에서 흐름 정체로 인하여, 지속적으로 공급되는 냉각유체와 혼류가 발생되며 B 지점에서 파란색 화살표와 같이 저속의 소용돌이 현상이 발생되기도 한다.

도 3 또는 도 4에서와 같은 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 발생으로 인해, 권선코일(3) 내부로의 냉각유체 유입이 원활하지 못하게 되어, 회전자(2) 및 권선코일(3)의 냉각이 제대로 되지 않는 문제가 발생된다.

일본특허 등록번호: JP 4797559 B2

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전자의 권선코일의 일단면에 여러 패턴으로 유입포트를 형성함으로써, 냉각유체의 소용돌이 현상을 완화하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 냉각구조를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 회전자의 냉각구조에 관한 것으로, 발전기 회전자의 냉각구조에 있어서, 회전자축의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일의 일단면에 형성되고 냉각유체가 유입되는 유입포트와 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공되는 제1 패스 및 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공되는 제2 패스를 포함하되, 상기 유입포트는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트는 상기 제1 패스와 일체로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 유입포트는 상기 권선코일의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 2열 구조일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 유입포트는 제1 포트와 제2 포트로 구성되고, 상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치되되, 인접한 권선코일상에서 연속적 한 쌍씩 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 포트와 상기 제2 포트의 단면적은 서로 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제1 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제2 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 유입포트에는 회전자의 외측 방향으로 냉각유체의 유동단면적이 확장되는 경사부가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 유입포트는 상기 권선코일의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 3열 구조일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 유입포트는 제3 포트, 제4 포트 및 제5 포트로 구성되고, 상기 제3 포트 내지 제5 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제3 포트 내지 제5 포트는 복수의 층으로 적층된 상기 권선코일의 서로 다른 층에 일방향으로 기울어지게 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제3 포트 내지 제5 포트는 상기 복수의 층으로 적층된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제3 포트 내지 제5 포트간의 이격간격은 서로 동일하게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제3 포트 내지 제5 포트 중 적어도 어느 하나의 냉각유체 유입단면적은 서로 다르게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제3 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제4 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제5 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

본 발명이 적용되는 회전자는 발전기의 내부에 배치되는 회전자축과 상기 회전자축의 외주면에 복수의 층으로 권선되며 배치되고 자계를 형성하는 권선코일 및 상기 권선코일의 일단면에 형성되는 상기 회전자의 냉각구조를 포함할 수 있다.

본 발명이 적용되는 발전기는 케이싱과 상기 케이싱의 내주면에 배치되고, 자계를 형성하는 철심을 포함하는 고정자 및 상기 고정자의 중앙부에 배치되고, 상기 고정자의 철심과 상호 계자되는 상기 회전자를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전자의 권선코일의 일단면에 여러 패턴으로 유입포트를 형성함으로써, 냉각유체의 소용돌이 현상을 완화하여 냉각효율을 향상시키게 된다.

도 1 및 도 2는 종래 권선코일에 형성된 냉각유로를 나타낸 도면.
도 3은 종래 권선코일에 형성된 냉각유로의 유입포트에서 냉각유체가 흐름 정체된 상태를 나타낸 도면.
도 4는 종래 권선코일에 형성된 냉각유로의 유입포트에서 냉각유체에 소용돌이 현상이 발생된 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제1 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명에서 대한 부분사시도.
도 7은 도 5에 도시된 본 발명에 대한 냉각유체 흐름 해석 결과를 나타낸 도면.
도 8은 도 5에 도시된 본 발명에서 유입포트의 경사 형상을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면.
도 10는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면.
도 11는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제4 실시예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제5 실시예를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 회전자의 냉각구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

[제1 실시예]

도 5 및 도 6에는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제1 실시예가 도시된다.

본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제1 실시예는 유입포트(100), 제1 패스(200) 및 제2 패스(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입포트(100)는 회전자축(50)의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일(10)의 일단면에 형성되고, 냉각유체가 유입되도록 제공될 수 있다.

상기 제1 패스(200)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

상기 제2 패스(300)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 유입포트(100)는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트(100)는 상기 제1 패스(200)와 일체로 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 상기 유입포트(100)는 상기 권선코일(10)의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 2열 구조일 수 있다.

그리고 상기 유입포트(100)는 제1 포트(111)와 제2 포트(116)로 구성되고, 상기 제1 포트(111) 또는 상기 제2 포트(116)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 동일라인을 따라 방사방향으로 일정간격 이격되어 배치될 수 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 제1 코일(11)상에 제1 포트(111)와 제2 포트(116)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 이격 간격은 실험에 의해 적절한 값으로 설정될 수 있다.

여기서 본 발명의 제1 실시예에서는 기본적으로 제1 포트(111)와 제2 포트(116)의 단면적은 동일하게 구성될 수 있다.

다만 다른 형태로는 냉각유체가 유입되는 상기 제1 포트(111)와 상기 제2 포트(116)의 단면적은 서로 다를 수 있다. 즉 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제2 포트(116)의 단면적(A21)은 서로 다를 수 있으며, 이러한 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 단면적 차이는 냉각유체의 유동에 의한 흐름 정체가 어떤 부분에서 더 발생이 심한지를 통해 결정될 수 있다.

이는 회전자의 회전방향이 고려될 수 있다. 예를 들어 회전자가 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 회전한다고 보고, 회전 방향 후단에서 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 더 심하게 발생된다면, 제1 포트(111)의 단면적(A11)이 제2 포트(116)의 단면적(A21)보다 크게 형성될 수 있다. 만약 회전자가 반대로 회전한다면, 단면적 크기 차이는 반대가 될 수 있다.

또 다른 형태로는 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제1 포트(111) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제16 코일(26)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A12)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

예를 들어 회전시 냉각유체의 유입이 원활하지 못한 부위가 회전자의 외측 지점이라고 하면, 회전자의 중심측에 가까운 권선코일(10)인 제16 코일(26)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A12)보다 회전자의 외측에 가까운 권선코일(10)인 제1 코일(11)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A11)를 더 크게 구성할 수 있다.

도 7에 게시된 실험 결과와 같이 소용돌이가 회전자의 외측에 주로 발생하다고 보면, 권선코일(10)의 외측에 배치되는 제1 포트(111)의 단면적(A11)을 권선코일(10)의 내측에 배치되는 제1 포트(111)의 단면적(A12)보다 크게 구성하는 것이다.

물론 이는 제2 포트(116)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제2 포트(116) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A21)과 제16 코일(26)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A22)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

다시 도 7를 참고하면, 권선코일(10)상에 복수의 열로 제1 포트(111)와 제2 포트(116)가 형성됨에 따라 권선코일(10)의 일단면에 흐름 정체 또는 소용돌이가 발생하더라도 압력 강하가 일어나지 않는 유입포트(100)가 증가하게 되어, 도 1 및 도 2와 같이 종래 단일라인으로 형성된 것에 비해 냉각유체의 흐름을 원활하게 할 수 있다.

도면상에서 파란색 화살표로 표시된 냉각유체가 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 발생된 저속 구간을 나타낸다. 파란색 화살표에서 녹색, 노란색, 붉은색 화살표로 갈수록 속도가 증가함을 의미한다.

한편, 상기 유입포트(100)의 다른 형태로는 도 8에 게시된 것과 같이, 회전자의 외측 방향으로 냉각유체의 유동단면적이 확장되는 경사부(100a)를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 기본적으로 유입포트(100)는 사각 단면 형상을 가진다. 다만 다른 형태로는 권선코일(10)의 강도 저하를 최소화하면서, 냉각유체의 유동단면적을 확장하기 위해 도 8에서와 같이 경사부(100a)가 형성된 유입포트(100)가 제시될 수 있다.

한편, 도 6를 참고하면, 제1 포트(111)와 제2 포트(116)는 권선코일(10)의 수평방향으로 형성된 제1 패스(200)와 일체로 연결되고, 제1 패스(200)는 복수의 층으로 적층된 권선코일(10)을 관통하면 형성된 제2 패스(300)와 연결되며, 냉각유체의 흐름을 안내하게 된다.

[제2 실시예]

도 9에는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제2 실시예가 도시된다.

본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제2 실시예는 유입포트(100), 제1 패스(200) 및 제2 패스(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입포트(100)는 회전자축(50)의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일(10)의 일단면에 형성되고, 냉각유체가 유입되도록 제공될 수 있다.

상기 제1 패스(200)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

상기 제2 패스(300)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 유입포트(100)는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트(100)는 상기 제1 패스(200)와 일체로 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는 상기 유입포트(100)는 상기 권선코일(10)의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 2열 구조일 수 있다.

그리고 상기 유입포트(100)는 제1 포트(111)와 제2 포트(116)로 구성되고, 상기 제1 포트(111) 또는 상기 제2 포트(116)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

도 9에 도시된 것과 같이, 제1 코일(11)상에 제1 포트(111)와 제2 포트(116)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 이격 간격은 실험에 의해 적절한 값으로 설정될 수 있다.

또한 본 발명의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 달리 상기 유입포트(100)는 제1 포트(111)와 제2 포트(116)로 구성되고, 상기 제1 포트(111) 또는 상기 제2 포트(116)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.

여기서 본 발명의 제2 실시예에서는 기본적으로 제1 포트(111)와 제2 포트(116)의 단면적은 동일하게 구성될 수 있다.

다만 다른 형태로는 냉각유체가 유입되는 상기 제1 포트(111)와 상기 제2 포트(116)의 단면적은 서로 다를 수 있다. 즉 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제2 포트(116)의 단면적(A21)은 서로 다를 수 있으며, 이러한 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 단면적 차이는 냉각유체의 유동에 의한 흐름 정체가 어떤 부분에서 더 발생이 심한지를 통해 결정될 수 있다.

이는 회전자의 회전방향이 고려될 수 있다. 예를 들어 회전자가 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 회전한다고 보고, 회전 방향 후단에서 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 더 심하게 발생된다면, 제1 포트(111)의 단면적(A11)이 제2 포트(116)의 단면적(A21)보다 크게 형성될 수 있다. 만약 회전자가 반대로 회전한다면, 단면적 크기 차이는 반대가 될 수 있다.

또 다른 형태로는 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제1 포트(111) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제15 코일(25)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A12)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

물론 이는 제2 포트(116)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제2 포트(116) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제2 코일(12)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A21)과 제16 코일(26)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A22)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

[제3 실시예]

도 10에는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제3 실시예가 도시된다.

본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제3 실시예는 유입포트(100), 제1 패스(200) 및 제2 패스(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입포트(100)는 회전자축(50)의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일(10)의 일단면에 형성되고, 냉각유체가 유입되도록 제공될 수 있다.

상기 제1 패스(200)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

상기 제2 패스(300)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 유입포트(100)는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트(100)는 상기 제1 패스(200)와 일체로 연결될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에서는 상기 유입포트(100)는 상기 권선코일(10)의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 2열 구조일 수 있다.

그리고 상기 유입포트(100)는 제1 포트(111)와 제2 포트(116)로 구성되고, 상기 제1 포트(111) 또는 상기 제2 포트(116)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

도 10에 도시된 것과 같이, 제1 코일(11)상에 제1 포트(111)와 제2 포트(116)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 이격 간격은 실험에 의해 적절한 값으로 설정될 수 있다.

또한 본 발명의 제3 실시예에서는 제1 실시예와 달리, 상기 유입포트(100)는 제1 포트(111)와 제2 포트(116)로 구성되고, 상기 제1 포트(111) 또는 상기 제2 포트(116)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치되되, 인접한 권선코일(10)상에서 연속적 한 쌍씩 배치될 수 있다.

여기서 본 발명의 제3 실시예에서는 기본적으로 제1 포트(111)와 제2 포트(116)의 단면적은 동일하게 구성될 수 있다.

다만 다른 형태로는 냉각유체가 유입되는 상기 제1 포트(111)와 상기 제2 포트(116)의 단면적은 서로 다를 수 있다. 즉 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제2 포트(116)의 단면적(A21)은 서로 다를 수 있으며, 이러한 제1 포트(111)와 제2 포트(116)간의 단면적 차이는 냉각유체의 유동에 의한 흐름 정체가 어떤 부분에서 더 발생이 심한지를 통해 결정될 수 있다.

이는 회전자의 회전방향이 고려될 수 있다. 예를 들어 회전자가 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 회전한다고 보고, 회전 방향 후단에서 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 더 심하게 발생된다면, 제1 포트(111)의 단면적(A11)이 제2 포트(116)의 단면적(A21)보다 크게 형성될 수 있다. 만약 회전자가 반대로 회전한다면, 단면적 크기 차이는 반대가 될 수 있다.

또 다른 형태로는 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제1 포트(111) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

즉 제3,4 코일(13,14)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A11)과 제15,16 코일(25,26)에 형성된 제1 포트(111)의 단면적(A12)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

물론 이는 제2 포트(116)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제2 포트(116) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제1,2 코일(11,12)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A21)과 제13,14 코일(23,24)에 형성된 제2 포트(116)의 단면적(A22)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

[제4 실시예]

도 11에는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제4 실시예가 도시된다.

본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제4 실시예는 유입포트(100), 제1 패스(200) 및 제2 패스(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입포트(100)는 회전자축(50)의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일(10)의 일단면에 형성되고, 냉각유체가 유입되도록 제공될 수 있다.

상기 제1 패스(200)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

상기 제2 패스(300)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 유입포트(100)는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트(100)는 상기 제1 패스(200)와 일체로 연결될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에서는 상기 유입포트(100)는 상기 권선코일(10)의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 3열 구조일 수 있다.

그리고 상기 유입포트(100)는 제3 포트(121), 제4 포트(124) 및 제5 포트(127)로 구성되고, 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

도 11에 도시된 것과 같이, 권선코일(10)상에 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)간의 이격 간격은 실험에 의해 적절한 값으로 설정될 수 있다.

또한 본 발명의 제4 실시예에서는 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)는 상기 복수의 층으로 적층된 각 권선코일(10)의 서로 다른 층에 일방향으로 기울어지게 순차적으로 배치될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제5 포트(127), 제2 코일(12)에 형성된 제4 포트(124) 및 제3 코일(13)에 형성된 제3 포트(121)는 일 방향으로 각각 다른 코일상에 순차적으로 배치될 수 있다.

여기서 본 발명의 제4 실시예에서는 기본적으로 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)의 단면적은 동일하게 구성될 수 있다.

다만 다른 형태로는 냉각유체가 유입되는 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)의 단면적은 서로 다를 수 있다. 즉 제3 포트(121)의 단면적(A31)과 제4 포트(124)의 단면적(A41) 및 제5 포트(127)의 단면적(A51)은 서로 다를 수 있으며, 이러한 단면적 차이는 냉각유체의 유동에 의한 흐름 정체가 어떤 부분에서 더 발생이 심한지를 통해 결정될 수 있다.

이는 회전자의 회전방향이 고려될 수 있다. 예를 들어 회전자가 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 회전한다고 보고, 회전 방향 후단에서 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 더 심하게 발생된다면, 제3 포트(121)의 단면적(A31)이 제5 포트(127)의 단면적(A51)보다 크게 형성될 수 있다. 만약 회전자가 반대로 회전한다면, 단면적 크기 차이는 반대가 될 수 있다.

또 다른 형태로는 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제3 포트(121) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

즉 제3 코일(13)에 형성된 제3 포트(121)의 단면적(A31)과 제15 코일(25)에 형성된 제3 포트(121)의 단면적(A32)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

물론 이는 제4 포트(124)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제4 포트(124) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제2 코일(12)에 형성된 제4 포트(124)의 단면적(A41)과 제14 코일(24)에 형성된 제4 포트(124)의 단면적(A42)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

또한 이는 제5 포트(127)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제5 포트(127) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제5 포트(127)의 단면적(A51)과 제16 코일(26)에 형성된 제5 포트(127)의 단면적(A52)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

[제5 실시예]

도 12에는 본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제5 실시예가 도시된다.

본 발명인 회전자의 냉각구조에 대한 제5 실시예는 유입포트(100), 제1 패스(200) 및 제2 패스(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입포트(100)는 회전자축(50)의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일(10)의 일단면에 형성되고, 냉각유체가 유입되도록 제공될 수 있다.

상기 제1 패스(200)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

상기 제2 패스(300)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.

여기서 상기 유입포트(100)는 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트(100)는 상기 제1 패스(200)와 일체로 연결될 수 있다.

본 발명의 제5 실시예에서는 상기 유입포트(100)는 상기 권선코일(10)의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트로 배치되되, 1세트 3열 구조일 수 있다.

그리고 상기 유입포트(100)는 제3 포트(121), 제4 포트(124) 및 제5 포트(127)로 구성되고, 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 배치될 수 있다.

도 12에 도시된 것과 같이, 권선코일(10)상에 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)간의 이격 간격은 실험에 의해 적절한 값으로 설정될 수 있다.

또한 본 발명의 제5 실시예에서는 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)는 상기 복수의 층으로 적층된 각 권선코일(10)의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.

즉 제1 코일(11) 및 제5 코일(15)에 형성된 제5 포트(127), 제2 코일(12) 및 제4 코일(14)에 형성된 제4 포트(124) 및 제3 코일(13)에 형성된 제3 포트(121)는 권선코일(10)의 방사방향으로 지그재그 형태로 배치된다.

여기서 본 발명의 제5 실시예에서는 기본적으로 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)의 단면적은 동일하게 구성될 수 있다.

다만 다른 형태로는 냉각유체가 유입되는 상기 제3 포트(121) 내지 제5 포트(127)의 단면적은 서로 다를 수 있다. 즉 제3 포트(121)의 단면적(A31)과 제4 포트(124)의 단면적(A41) 및 제5 포트(127)의 단면적(A51)은 서로 다를 수 있으며, 이러한 단면적 차이는 냉각유체의 유동에 의한 흐름 정체가 어떤 부분에서 더 발생이 심한지를 통해 결정될 수 있다.

이는 회전자의 회전방향이 고려될 수 있다. 예를 들어 회전자가 왼쪽 방향에서 오른쪽 방향으로 회전한다고 보고, 회전 방향 후단에서 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 더 심하게 발생된다면, 제3 포트(121)의 단면적(A31)이 제5 포트(127)의 단면적(A51)보다 크게 형성될 수 있다. 만약 회전자가 반대로 회전한다면, 단면적 크기 차이는 반대가 될 수 있다.

또 다른 형태로는 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제3 포트(121) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지도록 구성될 수 있다.

즉 제3 코일(13)에 형성된 제3 포트(121)의 단면적(A31)과 제15 코일(25)에 형성된 제3 포트(121)의 단면적(A32)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

물론 이는 제4 포트(124)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제4 포트(124) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제2 코일(12)에 형성된 제4 포트(124)의 단면적(A41)과 제16 코일(26)에 형성된 제4 포트(124)의 단면적(A42)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

또한 이는 제5 포트(127)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 권선코일(10)의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제5 포트(127) 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적으로 구성될 수 있다.

즉 제1 코일(11)에 형성된 제5 포트(127)의 단면적(A51)과 제13 코일(23)에 형성된 제5 포트(127)의 단면적(A52)은 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 이는 권선코일(10)의 방사방향을 따라 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상이 자주 발생되는 부분이 더 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명인 회전자의 냉각구조가 적용되는 회전자는 기본적으로 발전기의 내부에 배치되는 회전자축(50) 및 상기 회전자축(50)의 외주면에 복수의 층으로 권선되며 배치되고 자계를 형성하는 권선코일(10)을 포함할 수 있으며, 본 발명인 회전자의 냉각구조는 상기 권선코일(10)의 일단면에 형성될 수 있다.

그리고 본 발명인 회전자의 냉각구조가 적용되는 발전기는 케이싱, 상기 케이싱의 내주면에 배치되고, 자계를 형성하는 철심을 포함하는 고정자 및 상기 고정자의 중앙부에 배치되고, 상기 고정자의 철심과 상호 계자되는 상기 회전자를 포함할 수 있다.

이상의 사항은 회전자의 냉각구조의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

10:권선코일
100:유입포트
111:제1 포트
116:제2 포트
121:제3 포트
124;제4 포트
127:제5 포트
200:제1 패스
300:제2 패스

Claims (20)

1. 발전기 회전자의 냉각구조에 있어서,
   회전자축의 외주면에 권선되며 복수의 층으로 적층되는 권선코일의 일단면에 형성되고 냉각유체가 유입되는 유입포트;
   상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 수평방향 형상을 따라 형성되고 냉각유체가 수평방향으로 이동하도록 제공되는 제1 패스; 및
   상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 상하방향으로 관통되며 형성되고 냉각유체가 상하방향으로 이동하도록 제공되는 제2 패스;를 포함하되,
   냉각유체가 유입되는 상기 권선코일의 일단면에서 발생되는 냉각유체의 흐름 정체 또는 소용돌이 현상을 완화하기 위해, 상기 유입포트는 상기 권선코일의 일단면 방사방향을 따라 복수의 열로 배치되고, 복수의 열로 배치된 각 유입포트는 상기 제1 패스와 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입포트는 상기 권선코일의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트와 열로 배치되되, 상기 유입포트에 대한 복수의 세트와 열은 1세트당 2열 구조인 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유입포트는 제1 포트와 제2 포트로 구성되고, 상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 동일라인을 따라 방사방향으로 일정간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 포트 또는 상기 제2 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치되되, 인접한 권선코일상에서 연속적 한 쌍씩 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 포트와 상기 제2 포트의 단면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제1 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제2 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 유입포트에는 회전자의 외측 방향으로 냉각유체의 유동단면적이 확장되는 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 유입포트는 상기 권선코일의 일단면 방사방향을 따라 복수의 세트와 열로 배치되되, 상기 유입포트에 대한 복수의 세트와 열은 1세트당 3열 구조인 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 유입포트는 제3 포트, 제4 포트 및 제5 포트로 구성되고, 상기 제3 포트 내지 제5 포트는 상기 복수의 층으로 권선된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 포트 내지 제5 포트는 복수의 층으로 적층된 상기 권선코일의 서로 다른 층에 일방향으로 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 포트 내지 제5 포트는 상기 복수의 층으로 적층된 각 권선코일의 방사방향을 따라 동일위치에 교대로 지그재그 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 제3 포트 내지 제5 포트간의 이격간격은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
15. 제11항에 있어서,
    상기 제3 포트 내지 제5 포트 중 적어도 어느 하나의 냉각유체 유입단면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
16. 제11항에 있어서,
    상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제3 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
17. 제11항에 있어서,
    상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제4 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
18. 제11항에 있어서,
    상기 권선코일의 일단면에 복수의 층으로 형성된 복수개의 상기 제5 포트 중 적어도 어느 하나는 다른 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 냉각구조.
    
19. 발전기의 내부에 배치되는 회전자축;
    상기 회전자축의 외주면에 복수의 층으로 권선되며 배치되고 자계를 형성하는 권선코일; 및
    상기 권선코일의 일단면에 형성되는 상기 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 회전자의 냉각구조;
    를 포함하는 회전자.
    
20. 케이싱;
    상기 케이싱의 내주면에 배치되고, 자계를 형성하는 철심을 포함하는 고정자; 및
    상기 고정자의 중앙부에 배치되고, 상기 고정자의 철심과 상호 계자되는 상기 제19항의 회전자;
    를 포함하는 발전기.
    
    
    
    
    
    
    

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