KR102108435B1 - Motor unit including circulating channel of lubricating agent - Google Patents

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Abstract

모터유닛이 개시된다. 본 모터유닛은, 모터캐비티가 형성되어 그 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자, 및 상기 회전축의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러가 각각 배치된 모터캐비티 프레임; 및 상기 모터캐비티 프레임을 내부에 수용하고 상기 모터캐비티 프레임과의 사이에 냉각채널이 마련된 쿨링프레임;을 포함하고, 상기 모터캐비티 프레임 및 상기 쿨링프레임 내부에 기밀충전된 윤활매가 상기 회전축을 따라 회전되는 상기 순환임펠러에 의해 상기 베어링부, 상기 고정자, 상기 냉각채널을 순차적으로 통과한 후 다시 상기 순환임펠러로 유입되는 윤활매 순환경로가 형성된 것을 특징으로 한다.The motor unit is started. The motor unit is formed with a motor cavity, a rotating shaft therein, a bearing part rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a stator with a coil spaced apart from the rotor, and the rotating shaft A motor cavity frame in which circulating impellers fastened and rotated at one end are respectively disposed; And a cooling frame accommodating the motor cavity frame therein and provided with a cooling channel between the motor cavity frame, and a lubricant filled airtightly inside the motor cavity frame and the cooling frame is rotated along the rotation axis. The circulating impeller is characterized in that the lubricating medium circulation path flowing through the bearing part, the stator, and the cooling channel sequentially and then flowing back into the circulating impeller is formed.

Description

윤활매 순환경로가 형성된 모터유닛{MOTOR UNIT INCLUDING CIRCULATING CHANNEL OF LUBRICATING AGENT} Motor unit with lubricating medium circulation path formed {MOTOR UNIT INCLUDING CIRCULATING CHANNEL OF LUBRICATING AGENT}

본 발명은 심해저 광물자원을 채광하는 기술에 대한 것으로서, 더 자세하게는 해저면에서 채집된 광물자원을 해상으로 송출하기 위한 양광장치에 사용되는 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for mining deep-sea mineral resources, and more particularly, to a motor used in a mining apparatus for transmitting mineral resources collected from the seabed to the sea.

심해에는 망간단괴, 망간각, 열수광상 등 아직 개발되지 않은 미래 광물자원들이 다량 매장되어 있다. 육지에서의 자원이 고갈되어가고 유가금속자원의 수요가 급증하는 시점에서 이러한 심해 광물자원의 잠재 가치가 점점 높아지고 있다. In the deep sea, many mineral resources of the future, such as manganese nodules, manganese horns, and hydrothermal deposits, have been developed. The potential value of these deep-sea mineral resources is gradually increasing as resources on land are depleted and demand for valuable metal resources is rapidly increasing.

심해저 광물자원, 특히 심해저의 망간단괴(Manganese Nodule)는 감자 모양의 덩어리 형태이거나 구상(球狀)을 이루며, 흑갈색을 띠는 연한 비결정질로 되어 있다. 도 1에서 보듯이, 일반적으로 심해저의 망간단괴를 채집하기 위한 시스템은, 해저면에서 망간단괴를 채집하는 집광장치(A), 채집된 망간단괴를 일시 저장함과 아울러 양관관을 통한 송출이 용이하도록 최적의 농도로 망간단괴와 해수의 슬러리를 형성하는 버퍼장치(B), 하부 양광관을 통해 유입되는 슬러리에 압력을 가하여 채광선(D)으로 수직 이송하는 양광장치(C), 이송된 슬러리로부터 망간단괴를 분리하여 저장하는 채광선(D)을 포함하여 구성된다.Deep-sea mineral resources, in particular the deep-sea manganese nodule, are in the form of a potato-like mass or spheroid, light brown with a light amorphous color. As shown in FIG. 1, in general, a system for collecting manganese masses in the deep sea, a condensing device (A) for collecting manganese masses at the sea bottom, temporarily storing the collected manganese masses, and to facilitate transmission through the bile ducts Buffer device (B) to form slurry of manganese nodules and sea water at the optimum concentration, and a positive light device (C) to vertically transfer to the mining line (D) by applying pressure to the slurry flowing through the lower anode tube, from the transferred slurry It comprises a mining line (D) to separate and store the manganese mass.

여기서, 양광장치(C)는 폄프 및 펌프를 구동하기 위한 모터를 포함하며, 버퍼장치(B)로부터 유입된 슬러리를 펌프에 의해 해상의 채광선(D)으로 송출하기 위한 장치이다. 양광장치는 하부 및 상부 양광관에 연결되는데, 하부 양광관으로부터 유입된 슬러리를 펌핑하여 상부 양광관으로 송출한다. 모터는 채광선(D)으로부터 제공되는 전력케이블에 연결되어 전기적으로 구동되며, 모터의 회전축에 의해 회전되는 펌프에 의해 상부 양광관으로 슬러리를 펌핑한다.Here, the positive light device (C) includes a motor for driving the pump and the pump, and is a device for transmitting the slurry flowing from the buffer device (B) to the sea light line (D) by the pump. The lift device is connected to the lower and upper lift tubes, and pumps the slurry flowing from the lower lift tube to the upper lift tube. The motor is electrically connected to the power cable provided from the mining line (D), and is driven electrically, and pumps the slurry to the upper positive tube by a pump rotated by the rotation axis of the motor.

한편, 양광장치(C)에 사용되는 모터는 사용시 모터를 구성하는 구성품들의 마찰로 인해 고열이 발생한다. 모터에서 발생되는 열을 작동 온도 범위 내로 충분히 냉각시키지 않으면, 고열로 인해 전력선의 열화, 구성품들의 손상 등 여러 문제가 발생할 수 있다. 특히 심해에 설치되는 양광장치에서 고열로 인한 모터의 오동작이 발생하는 경우, 양광장치를 다시 해수면으로 끌어 올려 수리해야 하므로 부가적인 비용이 과다하게 발생하게 된다.On the other hand, the motor used in the positive light device (C) generates high heat due to friction of components constituting the motor when used. If the heat generated by the motor is not sufficiently cooled within the operating temperature range, various problems such as deterioration of power lines and damage to components may occur due to high heat. In particular, in the case of malfunction of the motor due to high heat in the lifting device installed in the deep sea, the lifting device must be pulled back to the sea level to be repaired, resulting in excessive cost.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 모터 장치 특히 심해저 광물자원의 이송을 위한 양광장치에 사용되는 모터에서 발생되는 열을 심해의 해수를 이용하여 효과적으로 냉각시키기 위한 모터 방열 수단이 마련된 모터유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, a motor unit is provided with a motor heat dissipation means for effectively cooling the heat generated by the motor device, especially the motor used in the mining device for the transport of deep sea mineral resources using sea water in the deep sea It aims to provide.

특히, 본 발명은, 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매를 순환시켜 모터케이싱 외부를 통과하는 슬러리와 열교환되게 함으로써, 모터 구성품들에 의해 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 윤활매 순환경로가 마련된 모터유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention, by circulating the air-tightly filled lubricant inside the motor casing to exchange heat with the slurry passing through the outside of the motor casing, a lubricant circulation path is provided that can effectively release heat generated by the motor components. It is an object to provide a motor unit.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.

본 발명에 따른 모터유닛은, 모터캐비티가 형성되어 그 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자, 및 상기 회전축의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러가 각각 배치된 모터캐비티 프레임; 및 상기 모터캐비티 프레임을 내부에 수용하고 상기 모터캐비티 프레임과의 사이에 냉각채널이 마련된 쿨링프레임;을 포함하고, 상기 모터캐비티 프레임 및 상기 쿨링프레임 내부에 기밀충전된 윤활매가 상기 회전축을 따라 회전되는 상기 순환임펠러에 의해 상기 베어링부, 상기 고정자, 상기 냉각채널을 순차적으로 통과한 후 다시 상기 순환임펠러로 유입되는 윤활매 순환경로가 형성된 것을 특징으로 한다.The motor unit according to the present invention, a motor cavity is formed therein a rotating shaft, a bearing part rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a spacer separated from the rotor and a coil wound stator, and A motor cavity frame in which circulating impellers coupled to and rotated at one end of the rotating shaft are respectively disposed; And a cooling frame accommodating the motor cavity frame therein and provided with a cooling channel between the motor cavity frame, and a lubricant filled airtightly inside the motor cavity frame and the cooling frame is rotated along the rotation axis. The circulating impeller is characterized in that the lubricating medium circulation path flowing through the bearing part, the stator, and the cooling channel sequentially and then flowing back into the circulating impeller is formed.

특히, 본 발명에 따른 모터유닛에 사용되는 윤활매는 물인 것이 바람직하다. 아울러, 상기 고정자에 권선된 상기 코일은, 전기전도성 금속와이어 및 상기 금속와이어를 피복하는 방수튜브를 포함하는 것이 바람직하다.In particular, the lubricant used in the motor unit according to the present invention is preferably water. In addition, the coil wound on the stator preferably includes an electrically conductive metal wire and a waterproof tube covering the metal wire.

한편, 본 발명에 따른 모터유닛을 이용한 양광장치는, 회전축을 회전구동하는 모터유닛, 및 상기 회전축과 연결되어 구동되는 하나 이상의 양광펌프를 포함하는 펌프유닛을 포함하는 양광장치로서, 하부 양광관으로부터 해저광물 및 해수가 포함된 슬러리가 흡입되는 슬러리 흡입구, 및 내측면에 상기 슬러리 흡입구로부터 흡입된 상기 슬러리를 상기 회전축에 대하여 방사상으로 확장되는 복수의 방사형 유로로 분배시키는 상호 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터를 포함하는 흡입 플랜지부; 상기 모터유닛이 수용되고, 내측면에 상기 복수의 방사형 유로 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로를 형성하는 상호 이격된 복수의 직선형 플로우 레귤레이터를 포함하는 하부 케이싱부; 일단이 상기 하부 케이싱에 연결되고, 내부에 상기 펌프유닛이 수용되는 상부 케이싱부; 및 일단이 상기 상부 케이싱부에 연결되고, 상기 펌프유닛에 의해 펌핑된 상기 슬러리가 상부 양광관으로 토출되는 토출 플랜지부;를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, a positive light device using a motor unit according to the present invention, a positive light device comprising a motor unit for rotating and driving a rotating shaft, and a pump unit including at least one pump for driving a drive connected to the rotating shaft, from a lower positive light tube A plurality of mutually spaced cone flow regulators for distributing a slurry inlet through which a slurry containing submarine minerals and seawater is sucked, and a plurality of radial flow paths radially extending with respect to the rotating shaft on the inner surface. Suction flange portion comprising; A lower casing portion including a plurality of linear flow regulators spaced apart from each other to form a plurality of linear flow paths in which the motor units are accommodated, and continuous to each of the plurality of radial flow paths on an inner surface; An upper casing part having one end connected to the lower casing and receiving the pump unit therein; And one end is connected to the upper casing, the pump pumped by the pump unit, the discharge flange is discharged to the upper positive tube; may be configured to include.

여기서 상술한 양광장치는, 상기 모터유닛 및 상기 양광펌프 사이에 개재되고, 상기 복수의 직선형 유로 각각으로부터 유입되는 상기 슬러리를 상기 회전축 방향으로 합류시켜 상기 양광펌프로 전달하는 복수의 합류 유로가 형성된 플로우 인듀서를 더 포함할 수 있다.Here, the above-mentioned photocatalytic device is interposed between the motor unit and the photo-optical pump, and a plurality of confluence flow paths are formed in which the slurries flowing from each of the plurality of linear flow paths converge in the direction of the rotation axis and are delivered to the photo-pigment pump. It may further include an inducer.

특히, 본 양광장치에서, 상기 복수의 방사형 유로의 단면적의 합이 상기 슬러리 흡입구의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것이 바람직하다. 나아가, 상기 복수의 직선형 유로 각각의 단면적은 대응하는 상기 방사형 유로의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것이 바람직하다.In particular, in the present positive light device, it is preferable that the sum of the cross-sectional areas of the plurality of radial passages is formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area of the slurry inlet. Further, it is preferable that the cross-sectional area of each of the plurality of linear flow passages is formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area of the corresponding radial flow passages.

아울러, 상기 모터유닛은, 상기 복수의 콘형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원추형 케이싱부; 및 상기 복수의 직선형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원통형 케이싱부를 포함하고, 상기 원추형 케이싱부는 원주상으로 만곡지게 형성된 딤플부를 포함할 수 있다.In addition, the motor unit, a conical casing unit in close contact with each of the plurality of cone-type flow regulator; And a cylindrical casing portion in close contact with each of the plurality of linear flow regulators, and the conical casing portion may include a dimple portion curved in a circumferential shape.

또한, 상기 모터유닛은, 상기 쿨링프레임의 일측에 배치된 멤브레인 케이싱, 및 상기 멤브레인 케이싱 내부에 배치되어 상기 모터케이싱 내부에 충전된 상기 윤활매를 외부와 분리함과 동시에 상기 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 변형 가능한 멤브레인을 포함하는 압력평형보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모터유닛.In addition, the motor unit, the membrane casing disposed on one side of the cooling frame, and disposed inside the membrane casing to separate the lubricant filled inside the motor casing from the outside and at the same time inside and outside the motor casing It characterized in that it comprises a; pressure balance compensation unit comprising a membrane that can be deformed according to the pressure difference, the motor unit.

본 발명에 따른 모터유닛은 심해에 설치되므로, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매가 누수되지 않도록 기밀 충전되어야 한다. 모토케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매가 순환임펠러에 의해 순환되면서 모터케이싱 외부를 통과하는 해수와 열교환되므로, 심해저에서의 저온의 해수를 이용하여 모터유닛을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. Since the motor unit according to the present invention is installed in the deep sea, it must be hermetically filled so that the lubricant filled inside the motor casing does not leak. Since the lubricating medium, which is hermetically filled inside the motor casing, is circulated by the circulation impeller and heat exchanges with the seawater passing outside the motor casing, it is possible to effectively cool the motor unit using low-temperature seawater at the deep seabed.

본 발명에 따른 모터유닛을 포함하는 양광장치는, 슬러리의 유속을 한계침강유속 이상으로 유지할 수 있도록 슬러리 유로구조가 마련된 시라우드를 포함하여 구성될 수 있다. 시라우드는, 복수의 방사형 플로우 레귤레이터, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터, 및 플로우 인듀서를 통해, 슬러리 흡입구로부터 유입된 고액 슬러리가 양광펌프의 입구까지 이송되는 중에 시라우드 내부에서 해저광물 입자의 침전이 발생하지 않도록 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다.The positive light device including the motor unit according to the present invention may be configured to include a shroud provided with a slurry flow path structure so as to maintain a flow rate of the slurry above a settling flow rate. Searoud, through a plurality of radial flow regulators, a plurality of linear flow regulators, and a flow inducer, sedimentation of submarine mineral particles occurs inside the shroud while the solid-liquid slurry flowing from the slurry inlet is transferred to the inlet of the pump. In order not to be, the flow rate of the slurry can be kept constant.

또한, 본 발명에 따른 모터유닛은 압력평형보상부를 포함하며, 이를 통해 외부 압력(즉, 수압)이 커지더라도 윤활매가 압축되어 외부압과 동등한 대응 압력이 생성되게 함으로써 모터유닛 내부 및 외부의 압력 평형을 이룰 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 모터유닛은, 양광장치 뿐만 아니라 수심이 깊은 곳에 설치되어 회전축을 구동하기 위한 수중모터로서 활용이 가능하다.In addition, the motor unit according to the present invention includes a pressure equilibrium compensation unit, through which the lubricant is compressed even when the external pressure (ie, water pressure) increases, thereby generating a corresponding pressure equal to the external pressure, thereby equilibrating the pressure inside and outside the motor unit. Can achieve Additionally, the motor unit according to the present invention can be utilized as an underwater motor for driving a rotating shaft, as well as a light-emitting device, installed at a deep water depth.

도 1은 심해저 광물자원을 채광하기 위한 채광시스템 전체를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 양광장치를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 양광장치의 시라우드를 구성하는 흡입 플랜지부의 내측을 바라 본 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 양광장치의 시라우드를 구성하는 하부 케이싱부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양광장치에 사용되는 플로우 인듀서를 도시한 사시도이다.
도 6은 플로우 인듀서 및 양광펌프의 체결 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모터유닛을 개요적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모터유닛의 압력평형보상부의 기능을 설명하는 부분단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 모터유닛에 사용되는 코일을 도시한 사시도이다.
1 is a view schematically showing an entire mining system for mining deep-sea mineral resources.
2 is a view schematically showing a positive light device according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view looking inside the suction flange portion constituting the shroud of the positive light device according to the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a lower casing constituting the shroud of the positive light device according to the present invention.
5 is a perspective view showing a flow inducer used in a positive light device according to the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a fastening state of the flow inducer and the positive light pump.
7 is a cross-sectional view schematically showing a motor unit according to the present invention.
8 is a partial cross-sectional view for explaining the function of the pressure balance compensation unit of the motor unit according to the present invention.
9 is a perspective view showing a coil used in a motor unit according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the practice of the present invention.

먼저, 본 발명에 따른 모터유닛은, 도 2에서 보듯이, 심해저 광물자원을 채광하기 위한 양광장치에 설치될 수 있다. 여기서, 양광장치는, 회전축(미도시)을 회전구동하는 모터유닛(200) 및 회전축과 연결되어 구동되는 하나 이상의 양광펌프를 포함하는 펌프유닛(300)을 내부에 수용하는 시라우드(Shroud)로 구성된다. 양광장치는, 중심해(Archibenthic Zone; 해수면으로부터 약 200m ~ 1,000m 사이)에 배치되어, 버퍼장치로부터 유입된 슬러리를 하부 양광관으로부터 흡입 및 펌핑하여 상부 양광관을 통해 해상으로 송출한다.First, the motor unit according to the present invention, as shown in Figure 2, may be installed in a mining device for mining deep sea mineral resources. Here, the positive light device is a shroud for receiving therein a pump unit 300 including a motor unit 200 for rotationally driving a rotating shaft (not shown) and one or more positive pumps driven in connection with the rotating shaft. It is composed. The positive light device is disposed in the central sea (about 200m to 1,000m from the sea level), suctions and pumps the slurry flowing from the buffer device from the lower positive light tube and sends it out to the sea through the upper positive light tube.

여기서, 펌프유닛(300)은 해저광물(예컨대, 망간단괴)의 고체입자 및 해수의 혼합물로 이루어진 고액 슬러리에 압력을 가하여 이송하기 위한 수단으로서, 직렬로 배치된 다수의 양광펌프(310)로 구성될 수 있다. 그리고, 모터유닛(200)은 펌프유닛(300)에 동력을 전달하기 위한 수단으로서, 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축에 다수의 양광펌프(310)가 연결된다. 시라우드는, 상부 및 하부에 연결된 양광관의 중량, 내부에서 유동되는 고액 슬러리의 중량 및 해저에서의 유동에 의한 비틀림을 지지하도록 설계된다. 특히, 시라우드에는, 슬러리가 그 내부에 배치된 모터유닛(200)을 경유하여 펌프유닛(300)으로 이송될 수 있는 슬러리 이동 경로가 마련되는데, 이하에서는 시라우드의 구조에 대해 더 자세히 설명한다.Here, the pump unit 300 is a means for transferring by applying pressure to a solid-liquid slurry composed of a mixture of solid particles of seabed minerals (eg, manganese nodules) and seawater, and is composed of a plurality of lift pumps 310 arranged in series. Can be. In addition, the motor unit 200 is a means for transmitting power to the pump unit 300, a plurality of lift pumps 310 are connected to a rotating shaft driven by the motor unit 200. The shroud is designed to support the weight of the positive and negative tubes connected to the top and bottom, the weight of the solid-liquid slurry flowing therein, and torsion by flow at the seabed. In particular, the shroud is provided with a slurry movement path through which the slurry can be transferred to the pump unit 300 via the motor unit 200 disposed therein, the structure of the shroud will be described in more detail below. .

시라우드는, 하부 양광관(미도시)과 연결되어 하부 양관관의 하중을 지지하는 흡입 플랜지부(110), 내부에 모터유닛(200)이 수용되는 하부 케이싱부(120), 내부에 펌프유닛(300)이 수용되는 상부 케이싱부(130), 및 상부 양광관(미도시)에 연결되어 슬러리를 해상으로 토출하는 토출 플랜지부(140)로 구성될 수 있다. 여기서, 흡입 플랜지부(110), 하부 케이싱부(120), 상부 케이싱부(130) 및 토출 플랜지부(140)는 위치 및 기능에 따라 구분된 영역을 의미하며, 각각이 물리적으로 구분된 개별 부재를 의미하지는 않는다.The shroud is connected to a lower positive tube (not shown), a suction flange portion 110 supporting a load of the lower positive pipe, a lower casing portion 120 in which the motor unit 200 is accommodated, and a pump unit therein It may be composed of an upper casing 130 to which the 300 is accommodated, and a discharge flange portion 140 connected to an upper positive tube (not shown) to discharge the slurry to the sea. Here, the suction flange portion 110, the lower casing portion 120, the upper casing portion 130 and the discharge flange portion 140 refers to areas divided according to location and function, each of which is a physically separated individual member Does not mean

흡입 플랜지부(110)에는 슬러리가 흡입되는 슬러리 흡입구(112)가 마련된다. 슬러리 흡입구(112)는 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축으로부터 연장된 가상의 중심축선(P)에 대하여 대칭인 원형의 개구로 형성되는 것이 바람직하다. 흡입 플랜지부(110)의 내측면에는 슬러리 흡입구(112)로부터 흡입된 슬러리를 회전축에 대하여 방사상으로 확장되는 복수의 방사형 유로(116)로 분배시키는 상호 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터가 형성된다. 즉, 도 3에서 보듯이, 흡입 플랜지부(110)의 내측면은 원추형상으로 형성되며, 내측면 상에 서로 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)가 형성된다. 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)는 중심축선(P)에 대하여 대칭되도록 배치되는 것이 바람직하다. 콘형 플로우 레귤레이터들(114)들 사이의 이격된 공간은 방사형 유로(116)로서 기능한다. 콘형 플로우 레귤레이터(114)는 후술하는 모터유닛(200)의 원추형 케이싱부(210)의 외측면과 밀착됨으로써, 이웃하는 콘형 플로우 레귤레이터(114) 사이로 슬러리가 이동될 수 있는 공간(즉, 방사형 유로(116))를 형성한다.The suction flange portion 110 is provided with a slurry suction port 112 through which the slurry is sucked. The slurry inlet 112 is preferably formed by a circular opening symmetrical with respect to a virtual central axis P extending from a rotation axis driven by the motor unit 200. On the inner surface of the suction flange portion 110, a plurality of mutually spaced cone flow regulators are formed to distribute the slurry sucked from the slurry suction port 112 to a plurality of radial flow paths 116 radially extending with respect to the rotating shaft. That is, as shown in Figure 3, the inner surface of the suction flange portion 110 is formed in a conical shape, a plurality of cone-shaped flow regulators 114 spaced from each other are formed on the inner surface. It is preferable that the plurality of cone-shaped flow regulators 114 are arranged to be symmetrical with respect to the central axis P. The spaced apart between the cone-shaped flow regulators 114 functions as a radial flow path 116. The cone-type flow regulator 114 is in close contact with the outer surface of the conical casing portion 210 of the motor unit 200 to be described later, whereby the slurry can be moved between the adjacent cone-type flow regulators 114 (that is, the radial flow path ( 116)).

다음으로, 하부 케이싱부(120)에는 모터유닛(200)이 수용된다. 도 4에서 보듯이, 하부 케이싱부(120)의 내측면에는 복수의 방사형 유로(116) 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로(126)를 형성하는 상호 이격된 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)가 형성된다. 모터유닛(200)은 중심축선(P)에 회전축이 일치되도록 배치되는 것이 바람직하다. 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)는 모터유닛(200)의 원통형 케이싱부(220)와 밀착됨으로써, 이웃하는 두개의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 사이의 이격된 공간이 직선형 유로(126)로서 기능한다.Next, the motor unit 200 is accommodated in the lower casing 120. As shown in FIG. 4, a plurality of linear flow regulators 124 spaced apart from each other forming a plurality of straight flow paths 126 that are continuous to each of the plurality of radial flow paths 116 are formed on the inner surface of the lower casing portion 120. do. The motor unit 200 is preferably arranged so that the rotation axis coincides with the central axis (P). The plurality of linear flow regulators 124 are in close contact with the cylindrical casing portion 220 of the motor unit 200, so that the spaced apart between two neighboring linear flow regulators 124 functions as the linear flow path 126.

상부 케이싱부(130)는 하부 케이싱부(120)의 상측에 위치하고, 내부에 복수의 양광펌프(310)가 직렬로 연결된 펌프유닛(300)이 수용된다. 도 6에서 보듯이, 양광펌프(310)는, 펌프케이싱(312) 내부에 임펠러(314)가 구비되어, 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축(R)을 따라 임펠러(314)가 회전하면서 슬러리를 압송한다. 또한, 도 5 및 도 6에서 보듯이, 모터유닛(200)과, 이 모터유닛(200)에 가장 인접하게 배치된 양광펌프(310) 사이에 플로우 인듀서(320)가 개재된다. The upper casing part 130 is located above the lower casing part 120, and a pump unit 300 in which a plurality of the positive light pumps 310 are connected in series is accommodated therein. As shown in Figure 6, the pump pump 310 is provided with an impeller 314 inside the pump casing 312, while the impeller 314 rotates along the rotation axis R driven by the motor unit 200 The slurry is pressured. In addition, as shown in FIGS. 5 and 6, a flow inducer 320 is interposed between the motor unit 200 and the pump pump 310 disposed closest to the motor unit 200.

플로우 인듀서(320)에는 복수의 직선형 유로(126)각각에 연속되는 복수의 합류 유로(326)가 형성되며, 합류 유로(326)는 대응하는 직선형 유로(126)로부터 유입되는 슬러리를 회전축(R) 방향으로 합류시켜 양광펌프(310)로 전달한다. 즉, 합류 유로(326)는, 모터유닛(200) 측에 인접하는 제1면(321)의 가장자리로부터 양광펌프(310) 측에 인접하는 제2면(322)의 중심부로 연결되도록 형성된다. 합류 유로(326)는 복수의 직선형 유로(126)의 개수와 동일한 개수로 형성되며, 인접하는 슬러리 유로(326)는 격리구(324)에 의해 구분된다. The flow inducer 320 is formed with a plurality of confluence flow passages 326 that are successive to each of the plurality of straight flow passages 126, and the confluence flow passage 326 rotates the slurry flowing from the corresponding straight flow passage 126 into a rotating shaft R ) In the direction to transfer to the Yangkwang pump (310). That is, the confluence flow path 326 is formed to be connected from the edge of the first surface 321 adjacent to the motor unit 200 to the center of the second surface 322 adjacent to the positive light pump 310. The confluence flow path 326 is formed in the same number as the number of the plurality of straight flow paths 126, and the adjacent slurry flow paths 326 are divided by the separator 324.

상술한 구조의 시라우드를 포함하는 양광장치에서, 흡입 플랜지부(110)에 형성된 슬러리 흡입구(112)로 유입된 슬러리는, 복수의 방사형 유로(116)를 따라 분배되고, 복수의 직선형 유로(126)를 따라서 모터유닛(200)의 외측면을 경유하여 이송된 후, 플로우 인듀서(320)에 마련된 합류 유로(326)에 의해 합류되어 양광펌프(310)로 유입되고, 다수의 양광펌프(310)에 의해 펌핑되어 상부 양광관으로 토출된다. 여기서, 슬러리는 해저광물 입자와 해수로 구성되므로 이송 중에 슬러리의 이동 속도가 떨어지면 슬러리에 포함된 해저광물 입자가 침전될 수 있다. 양광장치는 수중에서 직립하여 배치되는데, 슬러리의 유속저하로 인해 해저광물 입자의 침전이 발생하면 양광 효율이 저하되고, 양광장치 내에 마련된 유로가 해저광물 입자의 침적에 의해 막히는 문제가 야기될 수 있다. 그러므로, 시라우드에 마련된 유로를 통과하는 슬러리의 유속이 한계침강유속 이상으로 유지될 수 있는 단면 구조로 설계되어야 한다.In the positive light device including the shroud having the above-described structure, the slurry flowing into the slurry inlet 112 formed in the suction flange portion 110 is distributed along a plurality of radial flow passages 116 and a plurality of straight flow passages 126 ) After being transferred via the outer surface of the motor unit 200, joined by the confluence channel 326 provided in the flow inducer 320, flows into the yangyang pump 310, and a plurality of yangyang pump 310 ) And discharged to the upper positive tube. Here, since the slurry is composed of submarine mineral particles and seawater, if the moving speed of the slurry decreases during transport, submarine mineral particles contained in the slurry may precipitate. The mining device is placed upright in the water, and when precipitation of submarine mineral particles occurs due to a decrease in the flow rate of the slurry, the efficiency of the mining decreases, and a flow path provided in the mining device may be blocked due to deposition of submarine mineral particles. . Therefore, the flow rate of the slurry passing through the flow passage provided in the shroud should be designed in a cross-sectional structure that can be maintained above the limiting sedimentation flow rate.

본 발명에서는, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)에 의해 폭이 좁은 복수의 방사형 유로(116)로 슬러리를 분배시킴으로써, 슬러리 흡입구(112)를 통해 유입된 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)의 치수 및/또는 설치개수를 조절하여, 복수의 방사형 유로(116) 각각이 가지는 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)의 합이 슬러리 유입구(112)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 형성되게 함으로써, 슬러리 흡입구(112)를 통과한 슬러리가 유속 저하없이 방사형 유로(116)로 분배되게 할 수 있다.In the present invention, by distributing the slurry to a plurality of narrow radial flow path 116 by a plurality of cone-shaped flow regulator 114, it is possible to maintain a constant flow rate of the slurry flowing through the slurry inlet 112. In particular, by adjusting the dimensions and / or the number of installations of the plurality of cone-type flow regulators 114, the sum of the cross-sectional areas of each of the plurality of radial flow paths 116 (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry) is a slurry. By being formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area of the inlet 112 (meaning a cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry), the slurry passing through the slurry inlet 112 is distributed to the radial flow passage 116 without lowering the flow rate. can do.

마찬가지로, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)에 의해 방사형 유로(116) 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로(126)가 형성된다. 여기서, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)의 치수 및/또는 설치개수는, 방사형 유로(116) 각각을 통과한 슬러리가 대응하는 직선형 유로(126)를 경유할 때, 슬러리의 유속이 한계침강속도 이상으로 유지될 수 있도록 설계될 수 있다. 특히, 직선형 유로(126)는 이웃하는 직선형 플로우 레귤레이터(124) 및 모터유닛(200)의 외측면으로 이루어진 경로로 형성되는데, 직선형 유로(126)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)은 대응하는 방사형 유로(116)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 형성되는 것이 바람직하다.Similarly, a plurality of linear flow paths 126 that are continuous to each of the radial flow paths 116 are formed by the plurality of linear flow regulators 124. Here, the dimensions and / or the number of installations of the plurality of linear flow regulators 124 are, when the slurry passing through each of the radial flow passages 116 passes through the corresponding straight flow passage 126, the flow velocity of the slurry is equal to or higher than the limiting sedimentation speed. It can be designed to be maintained. In particular, the straight flow path 126 is formed by a path consisting of neighboring linear flow regulators 124 and the outer surface of the motor unit 200, the cross-sectional area of the straight flow path 126 (cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry) It is preferable that it is formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area (meaning a cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry) of the corresponding radial flow path 116.

아울러, 플로우 인듀서(320)에 마련된 복수의 합류 유로(326)는 격리구(324)의 치수 및 설치개수를 조절함으로써, 직선형 유로(126)에 연속되는 합류 유로(326)를 통과하는 슬러리의 유속이 한계침강유속 이상이 되도록 제어할 수 있다. 즉, 합류 유로(326) 각각의 단면적(슬러리의 이동방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)은 대응하는 직선형 유로(126)의 단면적(슬러리의 이동방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 설계되는 것이 바람직하다.In addition, the plurality of confluence flow passages 326 provided in the flow inducer 320 adjusts the size and number of installations of the separators 324, so that the slurry passing through the confluence flow passages 326 continuous to the straight flow passages 126 is formed. The flow rate can be controlled to be above the settling flow rate. That is, the cross-sectional area of each of the confluence flow paths 326 (meaning a cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry) is smaller than the cross-sectional area of the corresponding straight flow paths 126 (meaning a cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry). It is preferably designed to be equal to or equal to.

이와 같이, 본 발명에 따른 양광장치를 구성하는 시라우드에 마련된 슬러리의 유로구조는 슬러리의 유속을 한계침강유속 이상으로 유지할 수 있도록 형성된다. 특히, 복수의 방사형 플로우 레귤레이터(114), 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 및 격리구(324)의 치수 및 설치개수를 조절하면, 슬러리 흡입구(112)로부터 유입된 고액 슬러리가 양광펌프(310)의 입구까지 이송되는 중에, 시라우드 내부에서 해저광물 입자의 침전이 발생하지 않도록 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다.In this way, the flow path structure of the slurry provided in the shroud constituting the positive light device according to the present invention is formed to maintain the flow rate of the slurry above the settling flow rate. In particular, when the dimensions and number of installations of the plurality of radial flow regulators 114, the plurality of linear flow regulators 124, and the separators 324 are adjusted, the solid-liquid slurry flowing from the slurry suction port 112 is a positive light pump 310. While being transported to the inlet of the, it is possible to maintain a constant flow rate of the slurry to prevent precipitation of submarine mineral particles inside the shroud.

한편, 본 발명에 따른 모터유닛(200)은, 시라우드 내부에서 아래측에 배치된다. 그러므로, 슬러리 흡입구(112)로 유입된 슬러리는 모터유닛(200)의 선단부를 거쳐 외측면을 경유하여, 위측에 배치된 펌프유닛(300)으로 이송된다. 이때, 모터유닛(200)에서 발생된 열은, 모터유닛(200)의 외측면을 통과하는 슬러리에 포함된 저온의 해수와 열교환된다.On the other hand, the motor unit 200 according to the present invention is disposed on the lower side inside the shroud. Therefore, the slurry flowing into the slurry inlet 112 is transferred to the pump unit 300 disposed on the upper side via the outer surface through the front end of the motor unit 200. At this time, the heat generated in the motor unit 200 is heat-exchanged with low-temperature seawater contained in the slurry passing through the outer surface of the motor unit 200.

도 7을 참조하여 모터유닛(200)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.The structure of the motor unit 200 will be described with reference to FIG. 7.

모터유닛(200)을 구성하는 모터케이싱은, 시라우드의 하부 케이싱부(120)에 수용되되, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114) 각각에 밀착되는 원추형 케이싱부(210), 및 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 각각에 밀착되는 원통형 케이싱부(220)로 구성될 수 있다. 원통형 케이싱부(220)에는 회전축(R)을 구동하기 위한 다양한 구성부품들이 적절한 위치에 배치된다.The motor casing constituting the motor unit 200 is accommodated in the lower casing part 120 of the shroud, and the conical casing part 210 closely contacting each of the plurality of cone-shaped flow regulators 114, and a plurality of linear flow regulators (124) may be composed of a cylindrical casing 220 in close contact with each. Various components for driving the rotating shaft R are disposed in the cylindrical casing 220 at an appropriate position.

여기서, 슬러리 흡입구(112)를 통해 유입된 슬러리는, 원추형 케이싱부(210)의 외측면을 따라 방사형 유로(116)로 분배된 후, 원통형 케이싱부(220)의 외측면을 따라 직선형 유로(126)로 이송된다. 이때, 원추형 케이싱부(210)의 선단(212)에는 원주상으로 만곡지게 형성된 딤플부(213)가 마련된다. 딤플부(213)는 슬러리 흡입구(112)로부터 유입되는 고액 슬러리(Solid-Liquid Slurry)에 포함된 해저광물 입자가 원추형 케이싱부(210)에 부딪쳐 난류가 형성되는 것을 방지하기 위하여 형성된다. 딤플부(213)는 슬러리 흡입구(112)로부터 유입된 해저광물 입자의 이동 방향을 방사형 유로(116)로 원활하게 유도하며, 이를 통해 슬러리의 유속 변화를 최소화한다.Here, the slurry flowing through the slurry inlet 112 is distributed to the radial flow path 116 along the outer surface of the conical casing portion 210, and then the straight flow path 126 along the outer surface of the cylindrical casing portion 220 ). At this time, the tip portion 212 of the conical casing portion 210 is provided with a dimple portion 213 curved in a circumferential shape. The dimple part 213 is formed to prevent the formation of turbulence by colliding the submarine mineral particles contained in the solid-liquid slurry flowing from the slurry inlet 112 against the conical casing part 210. The dimple part 213 smoothly guides the direction of movement of the submarine mineral particles flowing from the slurry inlet 112 into the radial flow passage 116, thereby minimizing the change in the flow rate of the slurry.

한편, 원통형 케이싱부(220)에는 회전축(R)을 회전구동하기 위한 모터구동부가 설치된다. 즉, 원통형 케이싱부(220)에 마련된 모터캐비티(231)에는, 회전축(R)과, 회전축(R)을 회전가능하게 지지하는 베어링부(232)와, 회전축(R)에 고정된 회전자(233)와, 회전자(233)와 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되되 코일이 권선된 고정자(234)가 배치된다. 베어링부(232)는 회전축(R)이 자유롭게 회전되도록 지지하며, 베어링볼(232a) 및 베어링 캐리어(232b)를 포함하여 구성된다. 고정자(234)에는 전력케이블(미도시)이 연결되어 공급된 전원에 의해 전자기력을 발생시키고, 회전축(R)에 고정된 회전자(233)가 고정자(234)에서 발생된 전자기력에 의해 회전됨으로써 회전축(R)이 회전된다. 모터구동부를 구성하는 베어링부(232), 회전자(233) 및 고정자(234)는 통상의 모터 구성을 이용할 수 있으므로 여기서는 이들 구성요소들에 대한 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, the cylindrical casing unit 220 is provided with a motor driving unit for rotating the rotation shaft (R). That is, the motor cavity 231 provided in the cylindrical casing part 220 includes a rotating shaft R, a bearing portion 232 rotatably supporting the rotating shaft R, and a rotor fixed to the rotating shaft R ( 233), and the rotor 233 is disposed spaced apart at a predetermined distance, the coil is wound stator 234 is disposed. The bearing part 232 supports the rotating shaft R to rotate freely, and includes a bearing ball 232a and a bearing carrier 232b. A power cable (not shown) is connected to the stator 234 to generate electromagnetic force by the supplied power, and the rotor 233 fixed to the rotating shaft R is rotated by the electromagnetic force generated by the stator 234, thereby rotating the shaft (R) is rotated. Since the bearing unit 232, the rotor 233, and the stator 234 constituting the motor driving unit may use a conventional motor configuration, detailed descriptions of these components will be omitted here.

상술한 모터 구동 요소들이 설치되는 모터케이싱으로 기능하는 원통형 케이싱부(220)에는 윤활매가 기밀 충전된다. 또한, 원통형 케이싱부(220) 아래에는 압력평형보상부가 설치된다. 압력평형보상부는, 윤활매의 열팽창, 열수축 또는 해수압과의 차압에 따라 변형 가능한 멤브레인(251)과, 멤브레인(251)이 내측에 배치되어 변형 가능한 공간을 제공하는 멤브레인 캐비티(252)가 마련된 멤브레인 케이싱(250)을 포함하여 구성된다. 압력평형보상부는 원통형 케이싱부(220) 아래에 배치된 원추형 케이싱부(210) 내부에 마련된 빈 공간에 배치될 수 있다. 또한, 멤브레인 케이싱(250)의 상단에는, 멤브레인(251)이 변형되어 원통형 케이싱부(220) 내측으로 인입되는 것을 저지하는 경계막(253)이 배치될 수 있다. 아울러, 멤브레인 케이싱(250)에는 외부 유체가 유입되는 유체 유입구(250a)가 형성된다. 그리고, 경계막(253)에는 원통형 케이싱부(220)에 충전된 윤활매가 멤브레인 캐비티(252a) 내부로 유입 및 유출될 수 있는 오프닝(253a)이 형성되어 있다.A lubricant is hermetically filled in the cylindrical casing portion 220, which functions as a motor casing in which the motor driving elements described above are installed. In addition, a pressure balance compensator is installed under the cylindrical casing 220. The pressure equilibrium compensating unit is provided with a membrane 251 that is deformable according to thermal expansion, thermal contraction or differential pressure of seawater pressure, and a membrane provided with a membrane cavity 252 in which the membrane 251 is disposed to provide a deformable space. It comprises a casing 250. The pressure balance compensation part may be disposed in an empty space provided inside the conical casing part 210 disposed under the cylindrical casing part 220. In addition, a boundary membrane 253 may be disposed on the upper end of the membrane casing 250 to prevent the membrane 251 from being deformed and introduced into the cylindrical casing 220. In addition, the membrane casing 250 is formed with a fluid inlet 250a through which external fluid flows. In addition, an opening 253a in which the lubricant filled in the cylindrical casing 220 is introduced and discharged into the membrane cavity 252a is formed in the boundary layer 253.

압력평형보상부의 기능에 대해 자세히 설명하면, 본 발명에 따른 양광장치는 중심해(해수면으로부터 약 200m ~ 1,000m 사이)에 배치되므로, 모터케이싱 내부 및 외부는 약 20bar ~ 100bar 정도의 압력차이가 발생할 수 있다. 그러나, 모터케이싱이 20bar~100bar의 차압을 견딜 수 있는 내력강도를 갖도록 모터유닛(200)을 제조하는 것은, 양광장치 자체의 중량이 지나치게 커지는 문제를 야기할 뿐만 아니라 경제적으로도 현실적이지 못하다. 즉, 내력강도설계로서 해수압을 견디도록 모터케이싱의 두께를 설계하는 것은 양광장치의 구동을 위한 여러 제약으로 인해 현실적이지 못하다. 또한, 양광장치의 구동시 발생되는 열에 의해 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매가 열팽창 또는 열수축하는 경우, 외부와의 압력차이에 의해 모터유닛이 손상되어 윤활매의 기밀 충전 상태가 해제될 위험이 있다.When the function of the pressure balance compensator is described in detail, the positive light device according to the present invention is disposed in the central sea (between about 200m and 1,000m from the sea level), so that the pressure difference of about 20bar to 100bar occurs inside and outside the motor casing. Can be. However, manufacturing the motor unit 200 so that the motor casing has a strength strength capable of withstanding a differential pressure of 20 bar to 100 bar, as well as causing a problem that the weight of the positive light device itself is too large, is not economically realistic. That is, designing the thickness of the motor casing to withstand sea water pressure as a proof strength design is not realistic due to various limitations for driving the positive light device. In addition, when the lubricant that is hermetically filled inside the motor casing is thermally expanded or thermally contracted by heat generated when the positive light device is driven, there is a risk that the motor is damaged due to a pressure difference from the outside and the airtight charging state of the lubricant is released. .

이러한 문제를 해결하기 위하여, 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이를 상쇄 및 보상하여 압력 평형을 이루게 하기 위한 수단으로서, 상술한 구조의 압력평형보상부를 설치한다. 압력평형보상부를 구성하는 멤브레인(251)은, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매의 열팽창 또는 열수축에 따라 수축 또는 팽창되거나, 혹은 해수압에 의한 모터케이싱 내외부의 차압에 따라 변형됨으로써, 모터케이싱 내외부의 압력 차이를 보상하여 평형을 이루게 한다.In order to solve this problem, a pressure balance compensator having the above-described structure is installed as a means for achieving a pressure balance by canceling and compensating for a pressure difference between the inside and the outside of the motor casing. The membrane 251 constituting the pressure balance compensator is contracted or expanded according to thermal expansion or thermal contraction of a lubricant filled in the motor casing, or deformed according to a differential pressure inside and outside the motor casing due to sea water pressure, thereby allowing the inner and outer surfaces of the motor casing. Compensate for pressure differences to achieve equilibrium.

예컨대, 원추형 케이싱부(210)에 형성된 개구(211)를 통해 유입(화살표 ⓐ)된 해수는, 멤브레인 케이싱(250)에 형성된 유체 유입구(250a)를 통해 멤브레인 캐비티(252) 내부로 유입(화살표 ⓑ)된다. 이때, 멤브레인 캐비티(252)는, 멤브레인(251)에 의해 윤활매가 충전된 내부 캐비티(252a)와, 외부 유체(즉, 해수)가 유입되어 수용되는 외부 캐비티(252b)로 구분된다.For example, seawater flowing through the opening 211 formed in the conical casing part 210 (arrow ⓐ) flows into the membrane cavity 252 through the fluid inlet 250a formed in the membrane casing 250 (arrow ⓑ). )do. At this time, the membrane cavity 252 is divided into an inner cavity 252a filled with a lubricant by the membrane 251 and an outer cavity 252b into which an external fluid (ie, seawater) is introduced and received.

도 8에서 보듯이, 외부 캐비티(252b)로 유입된 고압의 해수(200b)에 의해 멤브레인(251)이 모터케이싱 측으로 변형될 수 있다. 그에 의해 외부 캐비티(252b) 영역은 증가하고, 내부 캐비티(252a) 영역은 감소한다. 이때, 내부 캐비티(252a) 영역이 감소된 만큼, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매(200a)가 압축된다. 그러므로, 외부 압력(즉, 수압)이 커지더라도 모터구동부를 구성하는 기계적 구성품들에는 직접적인 손상이 가해지지 않고 단지 윤활매만 압축됨으로써 모터유닛 내부 및 외부의 압력 평형을 이룰 수 있다. 반대로, 모터구동부의 동작에 따라 모터 내부에서 발생된 열에 의해 윤활매(200a)가 팽창하는 경우, 멤브레인(251)이 다시 외측으로 변형되며, 그에 따라 외부 캐비티(252b) 영역이 감소하고 동시에 내부 캐비티(252a) 영역이 증가하면서 압력 평형을 유지한다. As shown in FIG. 8, the membrane 251 may be deformed to the motor casing side by the high pressure seawater 200b flowing into the external cavity 252b. Thereby, the area of the outer cavity 252b increases, and the area of the inner cavity 252a decreases. At this time, as the area of the inner cavity 252a is reduced, the lubricant 200a filled in the motor casing is compressed. Therefore, even if the external pressure (ie, water pressure) increases, the mechanical components constituting the motor driving unit are not directly damaged and only the lubricant is compressed, thereby achieving a pressure balance inside and outside the motor unit. Conversely, when the lubricant 200a expands due to heat generated inside the motor according to the operation of the motor driving unit, the membrane 251 is deformed outward again, thereby reducing the area of the outer cavity 252b and simultaneously the inner cavity. The pressure equilibrium is maintained as the area 252a increases.

여기서, 멤브레인(251)은 연성의 금속재질 또는 합성수지재를 이용하여 형성될 수 있다. 멤브레인(251)은 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매와 외부 유체(예컨대, 해수)를 분리하면서, 동시에 양자 사이의 압력 평형을 이룰 수 있도록 변형 가능한 재질이면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다. 아울러, 멤브레인(251)은 여러번의 수축 또는 팽창에 의해서도 윤활매의 기밀성이 유지될 수 있도록 복원이 가능한 재질인 것이 바람직하다.Here, the membrane 251 may be formed using a soft metal material or a synthetic resin material. The membrane 251 may be any material that can be used as long as it separates the lubricant medium and the external fluid (eg, seawater) that are hermetically filled inside the motor casing, and at the same time is a deformable material to achieve a pressure balance between the two. In addition, the membrane 251 is preferably a material that can be restored so that the airtightness of the lubricant can be maintained even after several shrinkages or expansions.

한편, 본 발명에 따른 모터유닛에서, 모터케이싱을 구성하는 원통형 케이싱부(220) 내부에서는 윤활매의 순환에 의해 모터구동부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 냉각구조가 마련된다.On the other hand, in the motor unit according to the present invention, a cooling structure is provided inside the cylindrical casing part 220 constituting the motor casing to discharge heat generated in the motor driving part by circulation of the lubricant.

다시 도 7로 돌아가서, 원통형 케이싱부(220)는, 회전축(R), 베어링부(232), 회전자(233) 및 고정자(234)가 배치된 모터캐비티(231)가 형성된 모터캐비티 프레임(230)과, 모터캐비티 프레임(230)를 내부에 수용하고 그 사이에 냉각채널(242)이 마련되는 쿨링프레임(240)을 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 모터캐비티 프레임(230)의 하측에는 회전축(R)의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러(235)가 설치된다. 윤활매는 모터캐비티 프레임(230) 내부에 마련된 모터캐비티(231)을 포함한 쿨링프레임(240) 내부의 전체 공간에 기밀 충전된다.Returning to FIG. 7 again, the cylindrical casing unit 220 is a motor cavity frame 230 having a motor cavity 231 on which a rotating shaft R, a bearing unit 232, a rotor 233, and a stator 234 are disposed. ) And a cooling frame 240 that accommodates the motor cavity frame 230 therein and is provided with a cooling channel 242 therebetween. In particular, the lower side of the motor cavity frame 230 is installed with a circulating impeller 235 that is fastened to one end of the rotating shaft R and rotated. The lubricant is hermetically filled into the entire space inside the cooling frame 240, including the motor cavity 231 provided inside the motor cavity frame 230.

모터캐비티 프레임(230) 및 쿨링프레임(240) 내부에는, 회전축(R)을 따라 회전되는 순환임펠러(235)에 의해 모터캐비티(231) 내부로 유입된 윤활매가, 베어링부(232)가 형성된 영역(화살표 ②), 고정자(234) 및 회전자(233) 사이의 영역(화살표 ③), 및 냉각채널(242)(화살표 ④)을 통과하여 순환임펠러(235) 측으로 유입(화살표 ①)되고, 다시 순환임펠러(235)에 의해 모터캐비티(231) 내부로 유입될 수 있는 윤활매 순환경로가 형성되어 있다. 이렇게 순환되는 윤활매는, 베어링부(232)에서 발생된 열, 고정자(234)에서 발생된 열, 회전자(233)에서 발생된 열을 빼앗은 후, 냉각채널(242)을 통과하면서 쿨링프레임(240) 외측을 통과하는 저온의 슬러리와 열교환함으로써, 모터 내부에서 발생된 열을 외부로 방출한다. 부수적으로, 쿨링프레임(230)의 하부에 설치되는 멤브레인 케이싱(250) 내부에 마련된 멤브레인 캐비티(252a)에도 윤활매가 충전될 수 있다. 내부 캐비티(252a)에 충전된 윤활매(200a)는 외부 캐비티(252b)에 충전된 해수와 멤브레인(251)을 통해 열교환될 수도 있다.Inside the motor cavity frame 230 and the cooling frame 240, a lubricant introduced into the motor cavity 231 by a circulating impeller 235 rotated along a rotation axis R, an area where the bearing part 232 is formed (Arrow ②), the area between the stator 234 and the rotor 233 (arrow ③), and passes through the cooling channel 242 (arrow ④) to the circulation impeller 235 side (arrow ①), again The circulation path of the lubricant medium that can be introduced into the motor cavity 231 by the circulation impeller 235 is formed. The lubricating medium circulated in this way takes heat generated from the bearing part 232, heat generated from the stator 234, and heat generated from the rotor 233, and then passes through the cooling channel 242 to cool the frame 240. ) By exchanging heat with the low-temperature slurry passing through the outside, heat generated inside the motor is discharged to the outside. Incidentally, the lubricating medium may also be filled in the membrane cavity 252a provided inside the membrane casing 250 installed under the cooling frame 230. The lubricant medium 200a filled in the inner cavity 252a may be heat-exchanged through the seawater and the membrane 251 filled in the outer cavity 252b.

본 발명에 따른 모터유닛이 심해저 광물자원 채광을 위한 양광장치에 사용되는 경우, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매가 누수되지 않도록 기밀 충전되어야 한다. 이러한 환경에서, 순환임펠러(235)에 의해 윤활매 순환경로를 따라 윤활매를 순환시키면, 모터 구성품들에서 발생된 열을 모터케이싱 외부를 통과하는 해수와 열교환시켜 모터의 냉각 효율을 극대화할 수 있다. 이때, 모터캐비티 프레임(230)과의 사이에 냉각채널(242)을 형성하는 쿨링프레임(240)의 외주면을 열전도가 우수한 재질로 형성된 방열 패널(241)로 형성하면 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.When the motor unit according to the present invention is used in a mining apparatus for mining deep sea mineral resources, it must be hermetically filled so that the lubricant filled inside the motor casing does not leak. In this environment, when the lubricant is circulated along the circulation path of the lubricant by the circulation impeller 235, the cooling efficiency of the motor can be maximized by exchanging heat generated in the motor components with seawater passing outside the motor casing. . At this time, if the outer circumferential surface of the cooling frame 240 forming the cooling channel 242 between the motor cavity frame 230 is formed of a heat dissipation panel 241 formed of a material having excellent thermal conductivity, cooling efficiency can be further improved. .

한편, 본 발명에 따른 모터유닛이 심해저 광물자원의 이송을 위한 양광장치에 사용되는 경우, 모터유닛에 충전된 윤활매의 누수가 발생하더라도 해양 오염을 최소화하기 위하여, 물을 윤활매로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 고정자(234)에 권선된 코일은, 전기전도성 금속와이어(234a) 및 이를 피복하는 방수튜브(234b)를 포함하는 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 구리와 같은 금속와이어(234a)가 윤활매인 물에 직접적으로 접촉되면 누전이 발생할 수 있으므로, 물과의 접촉을 차단하는 방수튜브(234b)로 피복된 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 방수튜브(234b)로는 예컨대 PVC 등의 합성수지재를 이용할 수 있다.On the other hand, when the motor unit according to the present invention is used in a positive light device for transporting deep sea mineral resources, it is recommended to use water as a lubricant to minimize marine pollution even if leakage of the lubricant filled in the motor unit occurs. desirable. At this time, the coil wound on the stator 234, it is preferable to use a coil comprising an electrically conductive metal wire (234a) and a waterproof tube (234b) covering it. For example, when a metal wire 234a such as copper is in direct contact with water as a lubricant, a short circuit may occur, so it is preferable to use a coil coated with a waterproof tube 234b that blocks contact with water. Here, a synthetic resin material such as PVC may be used as the waterproof tube 234b.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The preferred embodiments of the present invention have been described so far, but those skilled in the art to which the present invention pertains may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention described herein should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the equivalent ranges of the present invention It should be interpreted as being included in.

Claims (4)

심해저 광물자원의 이송을 위한 양광장치에 사용되는 모터유닛으로서,
모터캐비티가 형성되어 그 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자, 및 상기 회전축의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러가 각각 배치된 모터캐비티 프레임; 및
상기 모터캐비티 프레임을 내부에 수용하고, 상기 모터캐비티 프레임과의 사이에 냉각채널이 마련되며, 상기 냉각채널이 마련된 외주면에 방열패널이 형성된 쿨링프레임;을 포함하는 모터케이싱을 포함하고,
상기 모터케이싱 내부에는, 상기 모터캐비티 프레임 및 상기 쿨링프레임 내부에 기밀충전된 윤활매가 상기 회전축을 따라 회전되는 상기 순환임펠러에 의해 상기 베어링부, 상기 고정자, 상기 냉각채널을 순차적으로 통과한 후 다시 상기 순환임펠러로 유입되는 윤활매 순환경로가 형성되고,
상기 쿨링프레임의 일측에 배치된 멤브레인 케이싱, 및 상기 멤브레인 케이싱 내부에 배치되어 상기 모터케이싱 내부에 충전된 상기 윤활매를 외부와 분리함과 동시에 상기 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 변형 가능한 연성의 금속재질로 형성된 멤브레인을 포함하는 압력평형보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모터유닛.
As a motor unit used in a lifting device for the transport of deep sea mineral resources,
A motor cavity is formed, therein a rotating shaft, a bearing part rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a stator wound with a coil wound from the rotor, and rotated while being fastened to one end of the rotating shaft A motor cavity frame in which circulating impellers are arranged; And
It includes a motor casing that includes; a cooling frame that accommodates the motor cavity frame therein, a cooling channel is provided between the motor cavity frame, and a heat dissipation panel is formed on an outer circumferential surface where the cooling channel is provided,
Inside the motor casing, the motor cavity frame and the lubricating medium air-tightly filled in the cooling frame pass through the bearing part, the stator, and the cooling channel sequentially by the circulation impeller rotated along the rotation axis, and then again the The circulation path of the lubricating medium flowing into the circulation impeller is formed,
The membrane casing disposed on one side of the cooling frame, and the lubricating medium disposed inside the membrane casing and charged inside the motor casing separate from the outside, and at the same time, the ductility deformable according to the pressure difference between the inside and outside of the motor casing It characterized in that it comprises a; pressure balance compensation unit comprising a membrane formed of a metal material of, a motor unit.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활매는 물인 것을 특징으로 하는, 모터유닛.
According to claim 1,
The lubricating medium is water, characterized in that the motor unit.
제 2 항에 있어서,
상기 고정자에 권선된 상기 코일은, 전기전도성 금속와이어 및 상기 금속와이어를 피복하는 방수튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모터유닛.
According to claim 2,
The coil wound on the stator, characterized in that it comprises an electrically conductive metal wire and a waterproof tube covering the metal wire, the motor unit.
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