KR20020000490A

KR20020000490A - 냉각용 중공의 회전자 봉을 갖는 회전기계

Info

Publication number: KR20020000490A
Application number: KR1020010034251A
Authority: KR
Inventors: 로이알. 웨이드만; 토마스벤자민 홉스
Original assignee: 추후제출; 배 시스템즈 컨트롤즈 인코포레이티드
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2002-01-05
Also published as: JP2002034206A; US20040080218A1; EP1168572A2; EP1168572A3; US6772504B2; US6879069B1

Abstract

본 발명은 회전축과; 상기 회전축에 적어도 1개의 중간부재를 통해 공간을 두고 고정된 복수의 도전성 회전자 봉(rotor bars)과, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 적어도 1개는 적어도 1개의 제1 내부도관(internal conduit)을 가지며; 및 상기 제1 내부도관을 통해 냉각제를 순환시키는 순환기를 포함한 회전기계를 제공한다.

Description

냉각용 중공의 회전자 봉을 갖는 회전기계{ROTATING MACHINE WITH COOLED HOLLOW ROTOR BARS}

본 발명은 복수의 일반적으로 전동기 및 발전기 등의 회전기계에 관한 것이며, 특히 회전자의 통전부분(current carrying portion)을 통과하는 회전 내형 회전자(rotating inner rotor)에 유도전류가 흐르는 통전 고정자를 갖는 전동기 및 발전기에 관한 것이다.

종래로부터 전력/동력 변한(전동기 또는 발전기)을 위한 트랜스듀서의 동작을 개선하고자 한 많은 제안이 개시되고 있다. 그러나 아직도 예를 들어 자동차 등 차량의 주 구동용 전동기는 실용상 사용에 부적합하다. 종래의 전동기는 일반적으로 자동차 등 차량의 상용으로는 너무 대형, 중량물이며, 소 출력 (특히 고속에서)이다.

전동기 등의 전기기계에 관한 한 가지 문제는 그 효율을 저하시키는 발열을 냉각시킬 필요가 있다는 점이다. 성능의 향상을 위한 전기기계의 소형화의 요구에 따라 냉각의 최적화의 필요성도 더욱 중요하게 되었다. 현재로서는 이러한 전기기계는 공기를 그 내부로 통하거나 위에 불어서 냉각하고 있다. 중 하중용에 있어서는 회전자와 고정자 조립체, 및 고정자와 회전자 사이의 공극에 고압펌프를 시용해서 냉각유를 분사시키는 것이 알려지고 있다. 재순환을 위해 분사한 냉각유를 회수하는 소기펌프(scavenger pump)도 설치하고 있다.

이러한 전동기의 공통적인 구성은 양단이 베어링으로 지지된 직선 축에 설치한 내형 회전자를 가지고 있다. 베어링은 통전 고정자의 중심부에 있는 회전자를 지지하고 그 위치를 정하는 단부 커버에 설치되어 있다. 회전자는 축의 길이방향으로 평행이며 회전자의 외주 근방에 위치한 다중 통전봉을 갖는다. 고정자의 전류가 통전봉을 여자하면 회전자가 발열한다. 열의 방산은 회전자의 설계를 제한한다. 열의 방산을 위한 다른 방법으로서는 중공의 회전자 축을 통해 냉각유를 통과시키는 백 아이언 냉각(back iron cooling)이라는 방법이다. 회전자의 통전봉에 발생한 열은 회전자의 철심 내부로 방산하고 나서, 회전축을 통해 흐르는 냉각유로 들어간 다음, 회전기계를 나와서 열교환기로 들어간다. 이 냉각방법은 설계가 간단한 등 장점도 있지만, 전동기의 회전자 봉으로부터의 열전도량을 증가할 필요가 있으며, 열 발생원, 즉 회전자 봉에 냉각을 집중시켜야 할 필요성이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 종래의 회전기계의 냉각방법보다 냉각량을 증가할 수 있는 냉각용 중공의 회전자 봉을 갖는 회전기계를 제공하는 데 있다.

회전기계의 복수의 회전자 봉으로부터의 열전도를 증가시키기 위해 회전자 봉에 냉각유를 통과시킨다. 냉각유는 회전자의 좌우 단판(端板, end plate) 중의 하나를 통해 회전자 봉으로 공급하고 다른 한 단판을 통해 회전자 봉으로부터 유출시킨다. 단판은 회전자의 양단에 위치한 원판형상을 한 것이 바람직하다. 단판은 그 내부에 도관을 가지며 회전자 봉의 한 단부로부터 다른 한 단부로 냉각유를 흐르게 한다. 각 단판 아래의 회전하는 중공의 축에 위치하고 단판의 도관과 연통하는 구멍은 냉각유를 중공의 축으로 유입시키고 중공의 축으로부터 유출시킨다. 중공의 축의 중간 근방 및 양 단판 사이에 위치한 제한플럭은 적어도 냉각유의 일부를 회전자 봉을 통해 흐르도록 압력차를 공급한다.

결과적으로 개선된 회전기계를 제공하는 것이다. 이 개선된 회전기계는 회전축과; 상기 회전축에 적어도 1개의 중간부재를 통해 공간을 두고 고정된 복수의 도전성 회전자 봉과, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 적어도 1개는 적어도 1개의 제1 내부도관을 가지며; 및 상기 제1 내부도관을 통해 냉각제를 순환시키는 순환기를 포함한다.

도 1은 본 발명의 회전기계를 나타낸 단면도.

도 2a는 도 1의 선 2a-2a를 따른 단면도.

도 2b는 도 2a의 단면도의 부분 분해도.

도 3a는 도 1의 선 3-3을 따른 회전기계의 회전자를 나타낸 단면도.

도 3b는 도 3a의 회전자 봉을 나타낸 확대도.

회전기계의 바람직한 1 태양에 있어서는, 회전축은 그 유입구 단부로부터 유출구 단부로 연장하는 제2 내부도관을 구획하는 제1 벽을 갖는다. 또한 회전축은벽에 위치하며 제2 내부도관과 연통하는 제1 및 제2 냉각제 구멍을 가지며, 냉각제는 제1 및 제2 냉각제 구멍을 거쳐 제2 내부도관으로부터 제1 내부도관을 통해 순환한다. 또한 복수의 도전성 회전자 봉의 각각은 제1 및 제2 단부를 가지며, 적어도 1개의 제1 내부도관이 제1 단부로부터 제2 단부로 연장한다. 제1 단판은 제1 냉각제 구멍의 근방에 회전축이 밀봉 고정되는 제1 구멍을 갖는다. 또한 제1 단판은 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부를 상기 제1 단판에 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 또한 제1 냉각제 구멍과 제1 내부도관의 제1 단부 사이를 연통하기 위해, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 복수의 도전성 회전자 봉의 각각마다 밀봉 고정되는 제3 내부도관을 더 갖는다. 제2 단판은 제2 냉각제 구멍의 근방에 회전축이 밀봉 고정되는 제2 구멍을 갖는다. 또한 제2 단판은 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제2 단부를 상기 제2 단판에 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 또한 제2 냉각제 구멍과 제1 내부도관의 제2 단부 사이를 연통하기 위해, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 복수의 도전성 회전자 봉의 각각마다 밀봉 고정되는 제4 내부도관을 더 갖는다. 따라서 적어도 1개의 제2 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉마다 제1, 제2, 제3, 및 제4 내부도관을 통한 냉각제의 순환이 이루어진다.

상기 순환수단의 한 가지는 제1 냉각제 구멍과 제2 냉각제 구멍 사이의 제2 내부도관에 설치된 전체 제한플럭으로 구성되며, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉마다 제1, 제3, 및 제4 내부도관을 통하는 전 유체의 흐름을 바꾼다.

순환수단의 다른 한 가지는 제1 냉각제 구멍과 제2 냉각제 구멍 사이의 제2 내부도관에 설치된 부분 제한플럭으로 구성된다. 이 바람직한 또 한 가지 태양에 있어서는, 유체의 일부는 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉마다 제1, 제3, 및 제4 내부도관을 통하도록 흐름이 바꾸어지며, 유체의 나머지 부분은 회전축의 제2 내부도관으로 계속 흐른다.

본 발명의 회전기계의 바람직한 다른 한 가지 태양에 있어서는, 복수의 도전성 회전자 봉의 각각이 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는다. 본 발명의 회전기계의 더욱 바람직한 또 다른 한 가지 태양에 있어서는, 적어도 1개의 제1 내부도관은 각각이 도전성 회전자 봉의 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 2개의 제1 내부도관으로 구성된다.

본 발명의 회전기계의 바람직한 또 다른 한 가지 태양에 있어서는, 제1 및 제2 단판이 제3 및 제4 내부도관의 유로에 각각 설치되어 제3 및 제4 내부도관의 조립을 용이하게 하는 접근 구멍을 더 가지며, 제1 및 제2 단판의 각각은 그 각 접근 구멍을 밀봉하여 덮는 커버판으로 더 구성된다.

본 발명의 회전기계의 바람직한 또 다른 한 가지 태양에 있어서는, 회전기계는: 회전축의 유입구 단부와 회전축의 유출구 단부를 연결하는 순환도관과, 순환도관의 유로에 설치되어 유입구에 유체를 흐르게 하는 펌프와, 및 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제4 내부도관과; 및 순환도관의 유로에 설치되어 그 내부에 흐르는 유체로부터 열을 제거하는 열교환기로 더 구성된다.

또한 본 발명은 회전기계의 조립방법을 제공한다. 이 조립방법은: 복수의 도전성 회전자 봉을 적어도 1개의 중간부재에 조립하며, 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부를 제1 단판에 조립하고; 용융 염욕(molten salt bath)의 상부영역이 정상적인 납땜온도를 유지하도록 상부영역을 가열하고; 제1 단판과 복수의 도전성 회전자 봉의 제1 단부만을 용융 염욕에 침지하고; 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부와 제1 단판을 염욕 납땜하고; 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부의 염욕 납땜 전 또는 후에 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 회전자 봉의 제2 단부에 제2 단판을 조립하고; 제2 단판과 복수의 회전자 봉의 제2 단부만을 용융 염욕에 침지하고; 및 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제2 단부와 제2 단판을 염욕 납땜하는 각 공정으로 구성된다.

본 발명은 다양한 종류의 회전기계에 응용이 가능하지만, 전동기 및 발전기 분야에 특히 유용하다. 그러므로 전동기 및 발전기 분야에 응용을 한정하는 것이 아닌 전제하에, 본 발명을 전동기 및 발전기 분야를 중심으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 단부 커버(104), 베어링(104), 및 고정자(106)를 나타낸 단면도이며, 회전기계는 일반적으로 부호 100으로 나타내고 있으며, 여기서는 전동기로서 예시하고 있다. 회전기계(100)는 일반적으로 베어링(110)에 의해 단부 커버(102)에 회전 가능하게 지지된 회전축(108)을 갖는다. 회전축(108)은 고정자(106)에 대해 상대적으로 회전자 조립체(110)를 회전시킨다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 회전자 조립체(110)를 더 자세히 나타내고 있다. 회전축(108)은 일반적으로 중공의 관형이며, 그 유입구 단부(112)로부터 유출구 단부(114)로 연장하는 제2 내부도관(108b)을 구획하는 벽(108a)을 갖는다. 제2 내부도관(108b)은 축을 통과하여 축을 냉각하는 냉각유와 같은 냉각유체를 흐르게 하며, 하기에서는 도전성 회전자 봉도 동시에 냉각하는 것으로 설명한다. 유체는 유입구 단부(112)로부터 유출구 단부(114)의 방향으로 흐르는 것으로 나타내고 있지만, 당업자라면 이 유체를 본 발명의 주지와 범위를 일탈하지 않는 한 단부(114)로부터 단부(112)로 흐르게도 할 수 있음을 이해할 것이다. 회전축(108)은 벽(108a)에 위치하며, 제2 내부도관(108b)과 연통하는 제1 및 제2 냉각제 구멍(116, 118)을 더 갖는다.

도 2a, 도 2b, 및 도 3a에서, 복수의 도전성 회전자 봉(120)은 (이후 회전자 봉이라 한다) 회전축(108)에 적어도 1개의 중간부재를 통해 공간을 두고 고정된다. 적어도 1개의 중간부재는 바람직하게 복수의 평행하게 적층한 강 적층체(122)로 구성된다. 각 강 적층체는 전형적으로 회전축(108)을 수용하는 중심 구멍(122a)과 복수의 회전자 봉(120)의 각각을 수용하는 복수의 회전자 봉(120)의 각각에 대응하는 슬롯(122b)을 갖는다. 복수의 회전자 봉(120)의 각각은 제1 및 제2 단부(120a, 120b)를 각각 갖는다. 복수의 회전자 봉(120) 중의 적어도 하나는 회전자 봉(120)의 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 제1 내부도관(124)을 갖는다.

도 3b에서는 바람직하게 복수의 회전자 봉(120)의 각각이 제1 내부도관(124)을 갖는다. 더욱 바람직하기는 회전자 봉(120)의 각각이 2개의 제1 내부도관(124, 126)을 갖는다. 제1 내부도관(124, 126)은 바람직하게 제작을 용이하게 하기 위해 원통형 (단면이 원형)으로 한다. 회전자 봉은 바람직하게 반대측 단부보다 단면이큰 한 단부를 (고정자(106)에 가장 가까운) 갖는 도 3b에 나타낸 열단형상(teardrop-shaped)으로 한다. 제1 내부도관 중의 적어도 1개는 바람직하게 더 큰 (또는 증가한) 단면을 갖는 회전자 봉(120) 부분에 위치한다. 이렇게 하면 회전자 봉의 발열이 가장 많은 장소에 냉각유체를 집중시켜서 그 냉각효율을 증가시킨다.

도 2a 및 도 2b로 다시 돌아가서, 회전자 조립체(110)는 회전자 봉(120)의 양 단부(120a, 120b)에 제1 및 제2 단판(128a, 128b)을 갖는다. 제1 단판(128a)은 회전축(108)을 수용하는 제1 구멍(130a)을 갖는다. 제1 단판(128a)은 제1 냉각제 구멍(116) 근방 위치하며, 회전축(108)에 밀봉 고정된다. 제1 단판(128a)은 제1 냉각제 구멍(116)의 양단에 설치되어, 회전축(108)의 외면과 제1 구멍(130a)의 내면 사이에 어떠한 유체도 흐르지 못하도록 제1 및 제2 O-링 밀봉재(132a, 134a)에 의해 회전축(108)에 밀봉된다. 제1 단판(128a)은 이 분야에서 주지의 아무 방법에 의해서도 회전축(108)에 고정할 수 있다. 제1 단판(128a)은 바람직하게 회전축(108)에 수축해서 끼워맞춘다 (shrink fit). 수축해서 끼워맞추는 작업은 제1 단판(128a)을 가열하여 제1 구멍(130a)의 직경을 팽창시키고 및/또는 회전축(108)을 냉각하여 그 외경을 감소시키는 (바람직한) 구성으로 되어 있다. 그 후 제1 단판(128a)을 회전축(108)상의 적절한 장소에 설치하고, 제1 단판(128a) 및/또는 회전축(108)의 온도를 제1 단판(128a)이 회전축(108)에 끼워맞추어지도록 정상화한다 (예를 들어 실온으로 한다). 또한 수축해서 끼워맞추는 작업은 제1 단판(128a)과 회전축(108) 사이에 적당한 액체 밀봉재를 공급하기 위해서 O-링으로 적당히 압착한다.

제1 단판(128a)은 적어도 1개의 제1 내부도관(124)을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a)를 제1 단판(128a)에 밀봉 고정하는 수단을 더 갖는다. 회전자 봉(120)은 바람직하게 그 제1 단부(120a)를 제1 단판(128a)의 대응하는 반대구멍(136a)에 삽입함으로써 제1 단판(128a)과는 상대적인 장소에 위치하게 한다. 반대구멍(136a)은 바람직하게 회전자 봉(120)의 단면 형상 및 크기와 거의 동일한 형상 및 크기를 가짐으로써, 회전자 봉(120)도 정확한 각도의 위치에 방위하도록 한다.

제1 단판(128a)은 바람직하게 형상이 원판형이며, 제1 단판(128a)과 회전자 봉(120)의 양자를 알루미늄으로 제작한다. 각 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a)를 제1 단판(128a)에 밀봉 고정하는 수단은 제1 단판(128a)과 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a) 사이의 접합점에 위치한 납땜 이음매(brazing joint)로 구성된다.

제1 단판(128a)은 일반적으로 부호 138a로 나타낸 제3 내부도관을 더 갖는다. 제3 내부도관(138a)은 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 모든 회전자 봉(120)에 대해, 제1 냉각제 구멍(116)과 제1 내부도관(124)의 (대신에 제2 도관(124, 126)의 양자의) 제1 단부(120a) 사이의 유체의 통로가 된다. 제1 단판(128a)은 바람직하게 제1 냉각제 구멍(116) 근방의 제1 구멍(130a)에 홈(140a)을 가지며, 제1 냉각제 구멍이 이 홈(140a)과 연통하고, 홈(140a)은 모든 제3 내부도관(138a)과 연통하도록 되어 있다.

바람직하게, 제1 단판(128a)은 제3 내부도관(138a)의 유로에 형성된 접근홈(142a)을 더 갖는다. 제1 단판(128a)은 전형적으로 박판이기 때문에, 접근 홈(142a)과 제3 내부도관(138a)을 용이하게 조립할 수 있다. 다음에 접근 홈(142a)을 커버판(144a)으로 밀봉해서 덮는다. 커버판(144a)도 바람직하게 알루미늄으로 되며, 제1 단판(128a)에 납땜된다.

도 2a에서, 제2 단판(128b)도 마찬가지로 회전축(108)을 수용하는 제2 구멍(130b)을 갖는다. 제2 단판(128b)은 제1 단판(128a)의 경우와 마찬가지 방법으로, 그러나 제2 냉각제 구멍(118) 및 회전자 봉(120)의 제2 단부(120b)에 대해, 회전축(108)에 밀봉 고정된다. 제2 단판(128b)은 회전축(108)의 외면과 제2 구멍(130b)의 내면 사이에 어떠한 유체도 흐르지 못하도록 제3 및 제4 O-링 밀봉재(132b, 134b)에 의해 회전축(108)에 밀봉된다.

제2 단판(128b)은 적어도 1개의 제1 내부도관(124)을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제2 단부(120b)를 제2 단판(128b)에 밀봉 고정하는 수단을 더 갖는다. 회전자 봉(120)은 바람직하게 그 제2 단부(120b)를 제2 단판(128b)의 대응하는 반대구멍(136b)에 삽입함으로써 제2 단판(128b)과는 상대적인 장소에 위치하게 한다. 반대구멍(136b)은 바람직하게 회전자 봉(120)의 단면 형상 및 크기와 거의 동일한 형상 및 크기를 가짐으로써, 회전자 봉(120)도 정확한 각도의 위치에 방위하도록 한다.

제2 단판(128b)은 바람직하게 형상이 원판형이며, 제2 단판(128b)과 회전자 봉(120)의 양자를 알루미늄으로 제작한다. 각 회전자 봉(120)의 제2 단부(120b)를 제2 단판(128b)에 밀봉 고정하는 수단은 제2 단판(128b)과 회전자 봉(120)의 제2단부(120b) 사이의 접합점에 위치한 납땜 이음매로 구성된다.

제2 단판(128b)은 일반적으로 부호 138b로 나타낸 제4 내부도관을 더 갖는다. 제4 내부도관(138b)은 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 모든 회전자 봉(120)에 대해, 제2 냉각제 구멍(118)과 제2 내부도관(124)의 (대신에 제1 도관(124, 126)의 양자의) 제2 단부(120b) 사이의 유체의 통로가 된다. 제2 단판(128b)은 바람직하게 제2 냉각제 구멍(118) 근방의 제2 구멍(130b)에 홈(140b)을 가지며, 홈(140a)과 같은 역할을 하도록 되어 있다. 바람직하게, 제2 단판(128b)은 제1 단판(128a)과 마찬가지로 커버판(144b)으로 덮인 접근 홈(142b)을 가지며, 이 접근 홈(142b)도 마찬가지로 알루미늄으로 되며, 제2 단판(128b)에 납땜된다.

당업자이면, 2개의 유로는 본 발명의 회전기계(100)의 구성에 따라 확립되는 것을 이해할 것이다. 제1 유로는 회전축(108)의 제2 내부도관(108b)을 통해 확립된다. 제2 유로는 제2 내부도관(108b)으로부터 제1 단판(128a)의 제3 내부도관(138a)을 통과하고, 회전자 봉(120)의 제1 내부도관((124 (126))을 통과하고, 제2 단판(128b)의 제4 내부도관(138b)을 통과하고, 마지막으로 회전축(108)의 제2 내부도관(108b)으로 돌아오도록 되어 있다.

순환도관(146)은 회전축(108)의 유입구 단부(112)와 회전축(108)의 유출구 단부(114)를 연결하여 2개의 유로를 둘러쌈으로써 냉각제의 흐름을 순환시킨다. 순환도관(146)의 유로에는 펌프(148)가 설치되어, 제1 및 제2 유로의 유체의 흐름을 확립하여 구동한다. 열교환기(150)는 순환도관(146)의 유로에 설치되어, 순환도관을 흐르는 냉각제 유체로부터 열을 제거한다.

상기한 유로의 양자 또는 그 중 1개를 통해 유체를 흐르게 하는 유체흐름수단이 이용된다. 제2 유로에만 유체가 흐르도록 하기 위해서는 (즉 단판(128a, 128b) 및 회전자(120)를 통과), 제1 냉각제 구멍과 제2 냉각제 구멍(116, 118) 사이의 제2 내부도관(108a)에 전체 제한플럭(152)을 설치함으로써, 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전 봉(120) 의 제1, 제3, 및 제4 내부도관((124 (126) 138a 138b))을 통과하는 유체흐름의 전부를 바꾼다.

그러나 제1 및 제2 유로를 이용함으로써, 회전축(108) 및 회전자 봉(120)의 양자를 냉각시키는 것이 바람직하다. 2개의 유체의 흐름은 바람직하게 제1 냉각제 구멍과 제2 냉각제 구멍(116, 118) 사이의 제2 내부도관(108b)에 설치된 부분 제한플럭(154)에 의해 달성할 수 있다. 부분 제한플럭(154)은 제1 및 제2 냉각제 구멍(116, 118) 사이에 압력차를 발생시키는 오리피스(154a)를 형성함으로써, 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전 봉(120) 의 제1, 제3, 및 제4 내부도관((124 (126) 138a 138b))을 통과하는 유체흐름의 일부를 바꾸며, 유체의 나머지 부분은 회전축(108)의 제2 내부도관(108b)을 통해 흐른다. 도면에는 제한플럭에 오리피스(154a)가 형성된 것으로 나타내고 있지만, 전체 제한플럭(152)은 오리피스를 갖지 않는다. 도관과 회전축의 연결에 필요한 연결재 및 부속물과 사용되는 펌프(146) 및 열교환기(150)에 대해서는 종래기술에서 알려져 있으므로 간단화를 위해 그 설명을 생략한다.

다음에 회전기계(100)의 조립에 대해 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다. 복수의 회전자 봉(120)에는 후술하는 바와 같이 적어도 1개의 중간부재(110)가 (도1에 도시되고, 도 2a 및 도 2b에 적층체(122)로서 나타낸) 조립된다.

제1 단판(128a)에는 바람직하게 제1 단부(120a)가 대응하는 구멍(136a) 안에 삽입되도록 적어도 1개의 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a)를 조립한다. 조립 전 또는 조립 후에 납땜할 모든 부품을 닦거나 플럭스칠을 하는 등, 납땜공정에 필요한 준비를 한다.

용융 염욕의 상부영역은 정상 납땜온도로 유지한다. 용융 염욕의 상부영역을 적당한 온도로 유지하면서, 제1 단판 및 회전자 봉의 제1 단부만을 용융 염욕의 상부영역에 침지한다. 다음에 적어도 1개의 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a)를 제1 단판(128a)에 염욕 납땜한다.

적어도 1개의 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제1 단부(120a)를 염욕 납땜한 후에, 제2 단판(128b)을 적어도 1개의 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제2 단부(120b)에 조립한다. 당업자이면, 상기 대신에 제1 단판(128a)의 납땜 전에 제1 및 제2 단판(128a, 128b)을 조립할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

제1 단판(128a)과 마찬가지로 제2 단판(128b)과 복수의 회전자 봉(120)의 제2 단부만을 용융 염욕의 상부부분에 침지한다. 다음에 적어도 1개의 제1 내부도관((124 (126))을 갖는 각 회전자 봉(120)의 제2 단부(120b)를 제2 단판(128b)에 염욕 납땜함으로써, 조립을 완료한다.

제1 및 제2 단판(128a, 128b)의 각각에 상술한 바와 같은 접근 홈(142a, 142b)을 형성할 경우에는, 상기한 침지작업은 각각의 커버판(144a, 144b)의 침지하는 공정을 더 포함하고, 염욕 납땜작업은 접근 홈(142a, 142b)을 밀봉해서 덮기 위해 커버판(144a, 144b)을 각각의 단판(128a, 128b)에 납땜하는 공정을 포함한다.

마지막으로, 제1 및 제2 단판(128a, 128b)을 회전축(108)에 조립한다. 상술한 바와 같이 제1 및 제2 단판(128a, 128b)을 회전축(108)에 조립하는 작업은 수축해서 끼워맞추는 방법을 채용한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 설명하였지만, 물론 그 형상이나 구성에 대해 본 발명의 주지를 일탈하지 않은 한, 여러 가지 변형이나 변화를 가할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 그러므로 본 발명은 상술한 형태 그대로에 한정되는 것은 아니며, 첨부한 특허청구의 범위에 속하는 모든 변형이 가능하다.

본 발명의 회전기계는 회전자 봉을 통해 흐르는 냉각제를 열 발생원과 직접 접촉시킴으로써, 열전도를 향상시키고, 또한 회전기계의 설계와 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 재료와 구성은 효율적이고 구조가 견고한 제품의 생산을 가능하게 한다.

Claims

회전축과;

상기 회전축에 적어도 1개의 중간부재를 통해 공간을 두고 고정된 복수의 도전성 회전자 봉과, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 적어도 1개는 적어도 1개의 제1 내부도관을 가지며; 및

상기 제1내부도관을 통해 냉각제를 순환시키는 순환기를 구비하는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 회전축은 그 유입구 단부로부터 유출구 단부로 연장한 제2 내부도관을 구획하는 제1 벽을 가지며, 상기 회전축은 상기 벽에 제1 및 제2 냉각제 구멍을 더 가지며 상기 제2 내부도관과 연통하고, 냉각제가 상기 제1 및 제2 냉각제 구멍을 거쳐 상기 제2 내부도관으로부터 상기 제1 내부도관을 통과해서 순환하는 회전기계.
제 2항에 있어서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 각각은 제1 및 제2 단부를 가지며, 적어도 1개의 제1 내부도관은 상기 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하고; 상기 회전기계는

제1 단판은 회전축이 제1 냉각제 구멍 근방에 밀봉 고정되는 제1 구멍을 가지며, 상기 제1 단판은 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부를 상기 제1 단판에 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 또한 제1 단판은제1 냉각제 구멍과 제1 내부도관의 제1 단부 사이를 연통하기 위해, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 복수의 도전성 회전자 봉의 각각마다 밀봉 고정되는 제3 내부도관을 더 가지며; 및

제2 단판은 제2 냉각제 구멍의 근방에 회전축이 밀봉 고정되는 제2 구멍을 가지며, 제2 단판은 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제2 단부를 상기 제2 단판에 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 또한 제2 냉각제 구멍과 제1 내부도관의 제2 단부 사이를 연통하기 위해, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 복수의 도전성 회전자 봉의 각각마다 밀봉 고정되는 수단을 더 가지며;

냉각제의 순환은 적어도 1개의 제2 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉마다 제1, 제2, 제3, 및 제4 내부도관을 통해 이루어지는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉은 적어도 1개의 제2 내부도관을 가지는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 제1 내부도관은 각각이 도전성 회전자 봉의 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 2개의 제1 내부도관을 구비하는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 각각은 2개의 제1 내부도관을 가지는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉, 제1 및 제2 단판은 알루미늄으로 제작되고, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 및 제2 단부를 밀봉 고정하는 수단은 적어도 1개의 제1 내부도관 및 그 각각의 단판을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부와 제2 단부 사이의 접합점에 위치한 납땜 조인트를 구비하는 회전기계.
제 7항에 있어서, 상기 납땜하는 조인트는 염욕 납땜 조인트를 포함하는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 제1 내부도관은 원통형이며, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 증가한 단면 구역에 위치하는 회전기계.
제 5항에 있어서, 상기 2개의 제1 내부도관의 각각은 원통형이며, 그 적어도 1개는 2개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 증가한 단면 구역에 위치하는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부는 그 각각의 냉각제 구멍의 양쪽에 설치한 제1 및 제2 O-링 밀봉재에 의해 밀봉 고정되는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉은 그 각각의 제1 및 제2 단부를 대응하는 단판의 반대구멍에 삽입함으로써, 제1 및 제2 단판과 상대적인 장소에 위치하게 하는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단판은 제3 및 제4 내부도관의 유로에 각각 형성된 제3 및 제4 내부도관의 조립을 용이하게 하는 접근 홈을 더 가지며, 제1 및 제2 단판은 각각 그 각각의 접근 홈을 밀봉해서 덮는 커버판을 더 구비하는 회전기계.
제 13항에 있어서, 상기 커버판의 각각은 커버판의 각각과 그 각각의 접근 홈 사이의 접합점에 위치한 납땜 조인트에 의해 그 각각의 접근 홈을 밀봉해서 덮는 회전기계.
제 14항에 있어서, 상기 납땜 조인트는 염욕 납땜 조인트를 포함하는 회전기계.
제 2항에 있어서, 회전축의 유입구 단부와 회전축의 유출구 단부와 연결하는 순환도관과; 및

순환도관의 유로에 설치되어, 냉각제를 유입구 단부로부터 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 및 제2 내부도관을 통과하여 유출구단부 밖으로 흐르게 하는 펌프를 더 구비하는 회전기계.
제 16항에 있어서, 순환도관의 유로에 설치되어, 그 내부에 흐르는 냉각제로부터 열을 제거하는 열교환기를 더 구비하는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 순환수단은 제1 및 제2 냉각제 구멍 사이의 제2 내부도관에 설치된 전체 제한플럭을 포함하여, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1, 제3, 및 제4 내부도관을 통과하는 냉각제 흐름의 전부를 바꾸는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 순환수단은 제1 냉각제 구멍과 제2 냉각제 구멍 사이의 제2 내부도관에 설치된 부분 제한플럭을 포함하여, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1, 제3, 및 제4 내부도관을 통과하는 냉각제의 흐름의 일부를 바꾸며, 냉각제 흐름의 나머지 부분은 제2 내부도관을 통해서 계속 흐르는 회전기계.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 중간부재는 복수의 평행하게 적층한 적층체를 포함하며, 각 적층체는 회전축을 수용하는 중심 구멍 및 복수의 도전성 회전자 봉을 수용하는, 복수의 도전성 회전 봉의 각각에 대응하는 슬롯을 가지는 회전기계.
제 3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단판의 각각은 제1 및 제2 냉각제 구멍과 연통하는 홈을 각각 더 가지며, 적어도 1개의 제1 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉은 제3 및 제4 내부도관의 각각을 가지는 회전기계.
회전축에 공간을 두고 고정된 복수의 도전성 회전자 봉으로서, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 각각은 제1 및 제2 단부를 가지며, 상기 복수의 도전성 회전자 봉의 적어도 1개는 그 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 적어도 1개의 내부도관을 갖는 복수의 회전자 봉과; 회전축이 밀봉 고정되는 제1 구멍을 가지며, 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 내부도관의 제1 단부를 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 상기 내부도관의 제1 단부에 유체를 흐르게 하기 위한 유체흐름수단을 갖는 제1 단판과; 및 회전축이 밀봉 고정되는 제2 구멍을 가지며, 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 내부도관의 제2 단부를 밀봉 고정하는 수단을 더 가지며, 상기 내부도관의 제2 단부에 유체를 흐르게 하기 위한 유체흐름수단을 갖는 제2 단판을 구비한 회전기계의 조립방법에 있어서,

복수의 도전성 회전자 봉을 적어도 1개의 중간부재에 조립하며, 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부를 제1 단판에 조립하는 단계;

용융 염욕의 상부영역이 정상적인 납땜온도를 유지하도록 상부영역을 가열하는 단계;

제1 단판과 복수의 도전성 회전자 봉의 제1 단부만을 용융 염욕에 침지하는단계;

적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부와 제1 단판을 염욕 납땜하는 단계;

적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제1 단부의 염욕 납땜 전 또는 후에 적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 회전자 봉의 제2 단부에 제2 단판을 조립하는 단계;

제2 단판과 복수의 회전자 봉의 제2 단부만을 용융 염욕에 침지하는 단계; 및

적어도 1개의 내부도관을 갖는 각 도전성 회전자 봉의 제2 단부와 제2 단판을 염욕 납땜하는 단계를 포함하는 회전기계의 조립방법.
제 22항에 있어서,

제1 및 제2 단판의 유체흐름수단은 제3 및 제4 내부도관을 각각 가지며,

상기 제3 및 제4 내부도관의 조립을 용이하게 하기 위해, 상기 제3 및 제4 내부도관의 유로에 형성된 접근 홈을 가진 제1 및 제2 단판의 각각을 설치하는 단계; 및

상기 접근 홈을 커버판으로 밀봉해서 덮는 단계를 더 포함하는 회전기계의 조립방법.
제 23항에 있어서, 상기 침지단계는 각 커버판을 침지하는 단계를 더 포함하며, 염욕 납땜단계는 접근 홈을 밀봉해서 덮기 위해 상기 커버판을 각각의 단판에 납땜하는 단계를 포함하는 회전기계의 조립방법.
제 22항에 있어서, 제1 및 제2 단판을 회전축에 조립하는 단계를 더 포함하는 회전기계의 조립방법.
제 25항에 있어서, 제1 및 제2 단판을 회전축에 조립하는 단계는:

제1 및 제2 구멍의 직경을 증가시키기 위해 제1 및 제2 단판의 각각을 가열하는 단계;

직경을 감소시키기 위해 회전축을 냉각하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 단판을 회전축에 수축해서 끼워맞추기 위해 상기 제1 및 제2 단판 및/또는 상기 회전축의 온도를 정상화하는 단계를 포함하는 회전기계의 조립방법.