KR19990058914A - 선형유도전동기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선동력을 발생하는 선형유도전동기에 있어서, 고정자 철심 내부에 공기를 순환시켜 그 철심을 냉각시킬 수 있는 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명의 냉각장치는 고정자 철심(12)을 그 한쪽 측면에서 다른 쪽 측면으로 관통하여 이동시에 외부공기가 공기가 순환될 수 있게 형성된 다수의 통풍구(18)를 가진다. 즉, 고정자 철심이 회전자와의 사이에 작용하는 직선추력을 받아서 어느 일방향으로 이동하는 동안, 그 철심에 형성된 다수의 통풍구(18)를 통해 공기가 철심내부를 순환하게 되며, 이 순환되는 공기에 의하여 냉각되는 것이다. 따라서 1차측 코일에서 발생되는 주울열 전도 및 와류손 등에 기인하는 자체발열에 의하여 철심이 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 아울러 선형유도전동기의 안정된 동작특성을 유지하고, 과열에 의한 절연파괴가 없는 장수명을 보장할 수 있는 것이다.

Description

선형유도전동기의 냉각장치

본 발명은 직선동력을 발생하는 선형유도전동기의 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 직선이동하는 고정자 철심 내부에 공기가 순환되는 선형유도전동기의 냉각장치에 관한 것이다.

선형유도전동기는 별도의 동력변환장치 없이 직접 직선동력을 발생하게 된 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일직선상에 펼쳐진 유한한 길이의 고정자(1)와 회전자(5)를 가진다. 고정자(1)는 얇은 전기강판을 적층하여 되는 철심(2)과 이 철심(2) 밑면에 등간격으로 형성되어 있는 다수의 슬롯(slot ; 3)에 삽입된 1차측 권선(4)들을 포함한다. 회전자(5)는 고정자(1)의 1차측 권선(4)에 대하여 와전류(eddy current)를 유기하도록 된 얇은 두께의 2차측 알루미늄판(6)과 이 알루미늄판(6)이면을 지지하도록 두껍고 강도있는 철판으로 만들어진 지지판(7)으로 구성된다.

선형유도전동기의 고정자(1)에 있는 1차측 권선(4)은 직선적으로 평행하는 이동자계를 형성하도록 결선된다. 이 이동자계와 쇄교하도록 놓이는 2차측 알루미늄판(6)에는 그 표면을 따라 소용돌이치는 와전류가 유기되고, 1차측 권선(4)에 의한 이동자계와 2차측 알류미늄판(6)의 와전류 상호간에 플레밍의 왼손법칙에 의거한 전자기적(electromagnetic)직선추력이 발생된다. 이렇게 발생되는 직선추력은 고정자(1)나 회전자(2)를 상대적으로 직선이동시키려는 작용을 하는데, 일반의 회전형 유도전동기와는 반대로, 선형유도전동기에서는 회전자(5)를 고정시켜 놓음으로써 그 회전자(5)에 대하여 고정자(1)가 직선이동하도록 구성하는 것이 일반적이다.

이러한 선헝유도전동기는 자기부상열차(磁氣浮上列車)등 직선동력을 필요로 하는 각종 기계기구의 동력원으로 사용된다. 예컨대 자기부상열차에 있어서는, 선형유도전동기의 회전자가 고정자에 대한 리액션 레일(reactior1 rail)로서 지상에 포설되고, 고정자는 차량에 부착된 채, 별도의 자기부상 수단에 의하여 회전자에 대해 부상되면서 그 차량과 함께 직선이동하도록 설치된다.

모든 전동기가 그러하듯이, 상기와 같은 선형유도전동기도 과열되는 경우에 그 동작특성이 변화하고, 심지어 1차측 권선의 절연상태가 파괴되어 고장을 일으킬 수 있는 등 성능과 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 선형유도전동기의 양호한 성능과 그 수명을 유지시키기 위하여는 동작중 발생되는 열을 효과적으로 방열시켜 과열되지 않게 하는 것이 중요하다.

종래의 선형유도전동기에는 그 과열방지를 위한 별다른 수단이 제공된 바 없었으며, 다만 대기에 노출된 그 자체로 자연냉각되게 하는 정도에 그치고 있었다. 그런데 고정자의 철심은 1차측 권선에서 발생되는 주울열(Joule heat)이 직접 전도되고 또한 와류손(eddy current loss) 등에 기인하는 자체발열에 의하여 꾸준히 온도상승하게 되는데 반하여, 그 표면에서의 자연적인 방열효과가 그다지 좋지 않기 때문에 쉽게 과열되는 문제점을 가진다.

본 발명의 목적은, 선형유도전동기의 안정된 성능과 장수명을 보장할 수 있도록 동작중 1차측 권선에서 발생되는 주울열의 전도나 자체 발열에 의하여 철심이 과열되지 않게 냉각시킬 수 있는 선형유도전동기의 냉각장치를 제공하는 것이다.

도 1은 선형유도전동기의 개요를 설명하기 위해 나타낸 측면도.

도 2는 본 발명이 적용된 선형유도전동기의 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 선형유도전동기의 냉각장치를 갖는 고정자 철심의 바람직한 실시예를 보인 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 고정자 철심 일부분의 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 고정자 12 : 철심

13 : 슬롯 14 : 1차측 권선

15 : 회전자 16 : 2차측 알루미늄판

17 : 지지판 18, 18' : 2차측 알루미늄판

19a, 19b : 공기안내깃

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이동자계를 형성하도록 결선된 1차측 권선과 결합하여 회전자에 대해 직선이동하도록 설치되는 고정자 철심을 가지는 선형유도전동기의 냉각장치에 있어서, 상기한 고정자 철심을 관통하는 적어도 하나의 통풍을 위한 통풍구를 형성하여, 그 이동시에 외부공기가 강제순환될 수 있게 구성하는 것이다.

여기서, 바람직하게는 상기한 통풍구를 고정자 철심이 이동하는 방향에 대하여 비스듬한 각도를 이루도록 형성하여, 그 이동방향에 따라 공기의 흐름을 양방향으로 제어하여 공기가 보다 원할하게 순환될 수 있게 하는 것이다.

또한 본 발명은 고정자 철심을 관통하는 통풍구의 양측 개구 주위에서 공기의 유입을 안내하는 공기안내깃을 더 설치하여, 그 유입되는 공기를 다량확보하고 그 유속을 빠르게 함으로써 냉각효과를 높이는 것이다.

이와 같이 본 발명은, 선형유도전등기의 고정자 철심이 이동하는 동안, 즉 그 동작중 외부의 공기가 상기한 적어도 하나의 통풍구를 통해 고정자 철심 내부를 순환하게 하는 소위 공기순환방식으로 그 철심을 냉각하는 것이다. 이러한 공기순환방식의 냉각장치는 기존 표면에서의 자연냉각하는 방식에 비하여 월등한 냉각효과로 고정자 철심의 과열을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 공기순환방식의 냉각장치는 공기를 이동시키는데 별도의 동력을 사용하지 않기 때문에 간단히 구현될 수 있는 것으로서, 그 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의거한 공기순환방식의 냉각장치가 적용되어 있는 선형유도전동기 전체를 보인다. 도면에 있어서, 부호 11은 직선추력을 받아 이동하게 되는 고정자이고, 부호 15는 상대적으로 고정설치되어지는 회전자이다. 통상과 같이 고정자(11)는 철심(12)과 이 철심(12)의 복수 슬롯(13)에 삽입된 복수의 1차측 권선(14)으로 이루어지며, 회전자(15)는 2차측 알루미늄판(16)과 이 2차측 알루미늄판(16)의 이면을 지지하는 지지판(17)으로 이루어진다.

상기한 고정자(11)는 본 발명에 따라 철심(12)에 일정간격을 두고 그 일측면에서 타측면으로 관통하게 형성된 다수의 통풍구(18)를 가지고 있다. 통구(18)를 가진고정자(11)가 직선추력을 받아서 어느 일방향으로 이동하면, 주변 공기가 그 통풍구(18)의 일측개구로 유입되어 통풍구(18)를 따라 철심(12) 내부를 이동하게 되고, 그 반대편 개구를 통해 빠져나가게 된다. 따라서 철심(12)은 그 통풍구(18)를 통하는 공기와의 열교환으로 방열함으로써 냉각될 수 있게 된다.

도 3는 더 바람직한 실시예로서, 고정자 철심(12)에 그 직선이동하는 방향에 대해 비스듬한 각도로 경사진 통풍구(18')가 형성되어 있으며, 철심(12)의 좌우 양측면(12a, 12b)에는 각 통풍구(18')의 개구(18a', 18b') 주위를 각각 일방향으로 열어주는 공기안내깃(19a, 19b)이 설치되어 있다.

여기서 경사진 통풍구(18')는 그 내부를 이동하는 공기의 흐름을 직선이동방향에 대해 양방향으로 제어하기 위한 것이다. 즉, 고정자(11)의 진행방향에 따라서 경사진 통풍구(18')의 양측 개구(18a', 18b')중 그 진행방향으로 전위측으로부터 공기가 유입되고, 유입된 공기가 그 후위측으로부터 빠져나갈 수 있게 배려한 것이다. 따라서 고정자의 진행방향이 바뀌면 그 공기흐름도 반대로 될 것이다.

상기한 양측의 공기안내깃(19a, 19b)은 상기한 경사진 통풍구(18')의 양측 개구(18a', 18b')를 각각 직선이동의 일방향을 향하게 하고 그리고 상호간에는 서로 반대방향으로 되도록 개방시켜, 각 방향에서 유입되는 공기를 안내하도록 설치된 것이다. 또한 공기안내깃(19a, 19b)은 바람직한 형상으로서 유입되는 공기를 다량 확보하고 유속을 증가시킬 수 있는 반유선형으로 되어 었다.

위와 같이 경사진 통풍구(18')와 공기안내깃(19a, 19b)에 의하여 공기순환을 원할하게 하고 또 많은 량의 공기를 빠르게 순환시켜 냉각효과를 더욱 높일 수 있는 것이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 고정자 철심(12)이 화살표 A방향으로 진행되고 있다고 하면, 공기는 철심(12)의 일측면(12a)에 형성된 개구(18a')로 유입되는데, 그 일측면(12a)의, 개구(18a') 주위에 설치된 공기안내깃(19a)에 의하여 다량확보된다. 한편, 타측면(12b)의 개구(18b') 주위에 설치된 공기안내깃(19b)은 그 개구(18b')로 공기가 유입되지 못하게 하는 역할을 하게 된다. 따라서 공기는 일측면(12a)의 공기안내깃(19a)에 의해 다량확보된 채 일측 개구(18a')로 유입되어 경사진 통풍구(18')를 빠른 속도로 이동하고 그 타측 개구(18b')를 통해 밖으로 빠져 나가게 된다. 고정자 철심(12)의 진행방향이 화살표 A와 반대로, 되면, 공기의 흐름도 반대방향으로 된다. 즉, 공기는 철심(12)의 타측면(12b)에 설치된 공기안내깃(19b)에 의하여 다량확보되어 경사진 통풍구(18')를 반대방향으로 통하게 된다.

이와 같이 고정자가 직선이동함에 따라 철심(12)에 형성된 다수의 통풍구(18, 18')를 통해 공기가 그 철심(12) 내부를 순환하게 되므로 그 순환공기에 의하여 철심(12)의 냉각효과가 상승되는 것이다. 따라서 권선에 의한 주울열이 직접 전도되는 철심(12)의 과열을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명을 실시함에 있어서, 도면으로 예시하지는 않았으나 상기한 통풍구들은 반드시 철심의 양측면을 관통할 필요는 없다. 예를 들면, 철심의 일측면 전방위치에서 후방위치로 통하도록 원호형 통풍구를 형성할 수 있다. 또한 양측에서 교차하는 통풍구 등 여러 가지 형태로 실시가능한 것이다.

이상에 설명한 바와 같이 본 발명은 선형유도전동기에 있어서 동작중 1차측 권선에서 발생되는 주울열의 전도 및 자체발열에 의하여 온도상승하게 되는 철심을 효과적으로 냉각시켜 그 과열을 방지함으로써 안정된 동작특성을 유지할 수 있고 또 1차측 귄선에 대한 절연상태가 파괴되는 것을 방지하므로 결과적으로 그 수명연장의 효과를 발휘하는 것이다.

본 발명의 공기순환방식 냉각장치는 비단 직선이동하는 선형유도전동기에서 뿐아니라 다른 형식의 전동기나 이동체에 대해서도 그 응용가능한 것임은 물론이다.

Claims (4)

1. 이동자계를 형성하도록 결선된 1차측 권선과 결합하여 회전자에 대해 직선이동하도록 설치되는 고정자 철심을 가지는 선형유도전동기의 냉각장치에 있어서, 상기한 고정자 철심을 관통하여 그 이동시에 외부공기를 순환시키기 위한 적어도 하나의 통풍구가 구비된 것을 특징으로 하는 선형유도전동기의 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 통풍구가 상기한 철심의 양측면을 관통하도록 형성되고, 그 통풍구가 고정자 철심의 이동방향에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 선형유도전동기의 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 통풍구의 양측 개구 주위에 설치되어, 직선이동방향중 서로 반대방향에서 각각 유입되는 공기를 안내하는 공기안내깃이 더 구비된 것을 특징으로 하는 선형유도전동기의 냉각장치.
4. 제3항에 있어서, 상기한 공기안내깃이 각각에 유입되는 공기를 다량확보하고 유속을 증가시키는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 선형유도전동기의 냉각장치.