KR20090096366A - 전기 회전기계용 통풍 시스템 - Google Patents

Abstract

샤프트(7), 샤프트에 고정적으로 결합되는 회전자(14), 그리고 고정자(6)를 포함하며, 상기 회전자와 고정자는 각기 이격 수단(20, 13)에 의해 분리되어 있는 자성 강재 시트(17, 10)의 다발(16, 9)로 이루어진 전기 회전기계가 개시된다. 상기 전기 회전기계는, 회전자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기에 적당한 제1 공기 순환수단(22)에서 통풍 공기가 축 방향으로 기계에 진입하도록 하기 위한 수단(26, 27, 31)과; 고정자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기 위한 제2 공기 순환수단(21); 그리고 상기 공기 순환 수단에서 나온 통풍 공기를 포집하기 위한 수단(28, 32)을 포함하여, 통풍 공기가 전기 회전기계 내에서 연속적으로, 상기 제1 공기 순환 수단(22)에서 축 방향(F1)으로, 상기 회전자의 강재 시트 다발 사이에 이어 고정자의 강재 시트 다발 사이에서 그리고 개개의 이격 수단의 사이에서 반경 방향(F2, F3)으로, 그리고 상기 제2 공기 순환 수단(21)에서 축 방향(F4)으로 순환하도록 되어 있다.

Description

전기 회전기계용 통풍 시스템{VENTILATION SYSTEM FOR AN ELECTRIC ROTATING MACHINE}

본 발명은 전기 회전기계에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하자면, 전기 회전기계의 축선으로부터 외측 방향으로 동심적으로 배열되어 있는 샤프트, 상기 샤프트에 고정적으로 결합되어 있는 회전자(rotor), 그리고 고정자(stator)를 포함하며, 상기 회전자와 고정자는 이격 수단에 의해 분리되어 있는 자성 강재 시트 다발로 이루어져 있는 전기 회전기계에 관한 것이다.

이러한 전기 회전기계는 발전기 또는 모터, 예를 들어, 비동기식 모터를 막론하고 당 업계에 널리 공지되어 있다.

전술한 바와 같은 전기 회전기계의 사용 시에 발생하는 문제 중 하나가 전기 회전기계의 냉각 문제이다. 전술한 바와 같은 전기 회전기계는 실질적으로 열 손실에 관한 주울 효과(Joule effect)에 따라 비교적 많은 양의 열을 방출하는데, 전기 회전기계가 허용 가능한 온도로 작동할 수 있도록 하기 위해서는 이와 같이 방출된 열은 소산되어야만 한다. 특히, 이러한 열 발생은 전기 회전기계가 한정된 좁은 공간에서 작동되어야 하는 경우, 예를 들어, 포드(pod) 내에 수용되어 있는 선박용 전기 모터의 경우 심각한 문제를 야기할 수 있다.

제1 해결 방안으로서, 전기 회전기계의 축 방향 일단으로부터 타단으로 냉각 공기의 축 방향 유동을 생성하는 방안이 제안되었다. 이러한 장치의 단점은, 공기 유입구측보다 유출구측의 온도가 높아 축 방향으로 온도 구배가 야기되는 점이다.

그 외에도, 전기 회전기계의 각각의 축 방향 단부에 냉각 공기 유입구를 제공하는 방안이 제안되어 왔다. 그러나, 공기 유로를 효과적으로 제어하지 않는 한, 반경 방향 및 원주방향으로의 온도 구배 문제는 여전히 존재한다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 창안된 것이다.

보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명의 목적은 온도 구배를 제한하는 전기 회전기계용 통풍 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 우선, 전기 회전기계의 축선으로부터 외측 방향으로 동심적으로 배열되는 샤프트, 샤프트에 고정적으로 결합되는 회전자, 그리고 고정자를 포함하며, 상기 회전자와 고정자는 이격 수단에 의해 분리되어 있는 자성 강재 시트 다발로 이루어지는 전기 회전기계로서,

- 상기 회전자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기 위한 제1 공기 순환수단에서 통풍 공기가 축 방향으로 전기 회전기계에 진입하도록 하기 위한 공기 공급수단과;

- 상기 고정자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기 위한 제2 공기 순환 수단; 그리고

- 상기 제2 공기 순환 수단에서 나온 통풍 공기를 포집하기 위한 공기 회수 수단을 포함하여,

상기 통풍 공기가 전기 회전기계 내에서 연속적으로,

- 상기 제1 공기 순환 수단에서 축 방향으로;

- 상기 회전자의 강재 시트 다발 사이에 이어 고정자의 강재 시트 다발 사이에서 그리고 개개의 이격 수단의 사이에서 반경 방향으로; 그리고

- 상기 제2 공기 순환 수단에서 축 방향으로 순환하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 회전기계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전기 회전기계에 있어서, 따라서, 냉각 공기가 부분적으로는 축선에 가까운 유로 섹션 및 전기 회전기계의 외측 쪽의 다른 유로 섹션을 따라 축 방향으로 순환하며, 부분적으로는 축선에 가까운 유로 섹션과 외측 유로 섹션 사이에서 반경 방향으로 순환한다. 반경 방향으로 순환하는 공기가 모든 강재 시트 다발의 사이에 분배되므로, 기계가 전체적으로 효과적으로 냉각되며 우수한 온도 균일성이 달성된다.

일 특정 실시예에 있어서, 상기 공기 공급수단은 전기 회전기계의 두 개의 축 방향 단부에 통풍 공기를 공급하도록 배열되며, 상기 공기 회수수단은 또한 전기 회전기계의 두 개의 축 방향 단부에서 통풍 공기를 포집하도록 배열된다.

따라서, 종래 기술에 공지되어 있는 바와 같은 이중 공기 유입구가 본 발명에 채용되고 있다.

또한, 일 특정 실시예에 있어서, 상기 제1 공기 순환 수단은 상기 회전자의 강재 시트 다발의 축 방향 천공 홀을 포함한다.

변형 또는 조합 구성으로서, 상기 제1 공기 순환 수단은 상기 샤프트와 회전자의 사이에 형성되는 공간을 포함한다.

보다 구체적으로 설명하자면, 상기 샤프트와 회전자의 사이에 형성되는 상기 공간은 외주면에 회전자의 강재 시트가 장착되는 채널을 포함한다.

또한, 일 특정 실시예에 있어서, 상기 제2 공기 순환 수단은 고정자의 강재 시트 다발의 축 방향 천공 홀을 포함한다.

상기 실시예는 특히, 포드의 케이싱에 고정자가 장착되는 방식으로 포드에 수용되는 선박용 모터와 같이, 상기 전기 회전기계의 고정자가 외부 하우징에 장착되는 경우에 적당하다. 이 경우에는, 전기 회전기계의 외측에서 냉각 공기를 순환시키는 것은 불가능하다.

다른 실시예에 있어서, 상기 제2 순환 수단은 고정자의 강재 시트 다발의 외주면에 형성되는 공간을 포함한다.

이러한 공간은 고정자의 강재 시트 다발의 외주면에 형성되는 절개부 또는 상기 전기 회전기계의 전체 둘레에 형성되는 환형 공간일 수도 있다.

또한, 일 특정 실시예에 있어서, 상기 이격 수단은 반경 방향 스페이서(spacer)를 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 이격 수단은 축 방향 로드를 포함한다.

바로 위에 설명한 두 개의 실시예는, 예를 들어, 고정자의 강재 시트 다발이 축 방향 로드에 의해 분리되어 있는 상태로 회전자의 강재 시트 다발이 반경 방향 스페이서에 의해 분리되는 방식으로 또한 조합될 수 있다.

또한, 일 특정 실시예에 있어서, 상기 공기 공급 수단은 상기 전기 회전기계의 일 단부에 형성되는 적어도 하나의 환형 분배 챔버를 포함하며, 상기 공기 회수 수단은 상기 분배 챔버를 둘러싸는 환형 포집 챔버를 포함한다.

이중 공기 유입구를 갖춘 전기 회전기계의 경우에, 환형 분배 챔버와 환형 포집 챔버가 전기 회전기계의 각각의 반경 방향 단부에 동심적으로 제공된다.

본 발명은 또한, 포드 내에 수용되며 전술한 바와 같은 전기 회전기계가 장착되는 추진 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 온도 구배 문제가 없는 전기 회전기계용의 통풍 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터를 포함하는 선박 추진 포드의 분해 사시도.

도 2는 포드의 각방향 일 구역의 사시도.

도 3은 축선에 직교하는 방향에서 본 포드의 횡단면도.

<도면의 간단한 부호의 설명>

2 : 케이싱 5 : 전기 회전 기계

6 : 고정자 7 : 샤프트

14 : 회전자 21 : 홀

26, 27 : 덕트 30 : 칼라

31, 32 : 챔버

이하에는, 본 발명의 일 특정 실시예가 이하의 개략적으로 도시된 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 일 예로써 설명된다.

도 1의 포드(1;pod)는 일반적으로 다리부(3)(도 2 및 도 3에는 도시하지 않음)에 의해 선박의 선체 아래에 매달리는 케이싱(2)을 포함한다. 상기 다리부(3)는 그 자체가 베어링(4)을 사용하여 선박의 선체에 고정되며, 여기서 베어링(4)은 공지된 바와 같은 방식으로 다리부(3)가 실질적으로 수직 축선을 중심으로 배향될 수 있도록 한다.

포드(1)의 내부에는 고정자(6)가 케이싱(2)에 설치되는 방식으로 상기 전기 회전기계(5)가 동축 방향으로 수용된다. 상기 전기 회전기계(5)의 샤프트(7)는 일반적으로 포드의 케이싱(2)과 동축 관계에 있으며, 후술되는 바와 같이 스크류 프로펠러(8)를 지탱하고 있다.

고정자(6)는 고정자의 도전성 권취부(12)가 수용되는 절개 홈(11)을 구비한 자성의 강재 시트(10)로 이루어진 다발(9)(도 2)로 형성된다. 이들 강재 시트 다발(9)은 축 방향 로드(13)에 의해 이격된 상태로 유지된다.

상기 전기 회전기계(5)의 회전자(14)는 회전자 암(15)에 의해 샤프트(7)와 일체형으로 장착되어 있다. 상기 회전자 암(15)은 서로의 사이에 채널을 형성하며, 단부에 회전자가 장착되어 있다. 상기 회전자(14)는 회전자의 도전성 권취부(19)가 수용되는 절개 홈(18)을 구비한 자성의 강재 시트(17)로 이루어진 다발(16)(도 2)로 형성된다. 이들 강재 시트 다발(16)은 I-자형의 스페이서(20)에 의해 이격된 상태로 유지된다.

상기 고정자의 강재 시트(10)로 이루어진 다발(9)에 축 방향으로 형성되는 홀(21)이 냉각 공기용의 통풍로를 형성한다. 마찬가지로, 회전자 암(15)의 사이에 형성되는 공간(22)이 또한 냉각 공기용의 통풍로를 형성한다.

상기 다리부(3)의 전방에 위치한 강재 시트(23)와 후방에 위치한 강재 시트(24, 25)에 의해 다리부(3)의 전방 및 후방에 각각 하나씩 두 개의 냉각 공기 공급 덕트(26, 27)가 획정되며, 또한 다리부의 중앙부에는 냉각 공기 회수 덕트(28)가 획정된다.

상기 전기 회전기계(5)의 각각의 축 방향 단부에서는 강재 시트 칼라(30;collar)에 의해 두 개의 동심의 환형 챔버(31, 32)가 챔버(32)가 챔버(31)를 둘러싸는 형태로 획정되어 있다. 상기 칼라(30)의 내경은 상기 전기 회전기계 샤프트(7)의 직경보다 약간 크며, 외경은 홀(21)의 축선까지의 거리보다 약간 작다.

상기 칼라(30)와 샤프트(7)의 사이에 형성되는 내부 챔버(31)는 유입 냉각 공기를 분배하는 역할을 한다. 이러한 챔버는 통풍 방향으로 상류측은 전기 회전기계의 축선에 대해 챔버의 외측 상의 각각의 냉각 공기 공급 덕트(27, 26)에 연결되어 있으며, 또한 통풍 방향으로 하류측은 챔버의 내측 상의 공간(22)의 단부에 연결되어 있다.

칼라(30)와 포드의 케이싱(2)의 사이에 형성되는 외부 챔버(32)는 유출 냉각 공기를 포집하는 역할을 한다. 이러한 챔버는 통풍 방향으로 하류측은 전기 회전기계의 축선에 대해 챔버의 외측 상의 냉각 공기 회수 덕트(28)에 연결되어 있으며, 또한 통풍 방향으로 상류측은 홀(21)에 의해 형성되는 통로의 단부에 연결되어 있다.

통풍 공기의 냉각 및 강제 순환을 수행하기 위하여, 선박의 선체 내에는 통풍 유닛(도시하지 않음)이 배열되어 있다. 통풍 유닛은 냉기를 냉각 공기 공급 덕트(26, 27)로 보내며, 냉각 공기 회수 덕트(28)로부터 고온의 공기를 회수한다.

냉각 공기는 분배 챔버(31)로부터 상기 전기 회전기계로 진입한 다음 다시 포집 챔버(32)를 통해 모터로부터 나온다. 공기는, 회전자의 자성 강재 시트(17)로 이루어진 다발(16)의 사이에 이어 반경 방향 스페이서(20)의 사이에서 점차적으로 반경 방향(화살표(F2) 방향)으로 분배되면서, 챔버(31)에서부터 상기 전기 회전기계의 중심을 향해 공간(22)에서 축 방향(도 2의 화살표(F1) 방향)으로 순환한다.

냉각 공기는 이어서 회전자(14)와 고정자(6)의 사이의 전기 회전기계의 공기 간극(33)을 통과한 다음, 고정자의 자성 강재 시트(10)로 이루어진 다발(9)의 사이와 축 방향 로드(13)의 사이에서 순환한다(화살표(F3) 방향).

그 후, 냉각 공기는 홀(21)에 진입한 다음 챔버(32)에 이르기까지 하나의 홀에서 다음 홀로 축 방향으로 순환한다(화살표(F4) 방향).

Claims (10)

1. 다리부(3)에 의해 선박의 선체 아래에 매달리도록 구성되며 케이싱(2)을 포함하는 포드(1), 그리고 상기 포드(1)의 내부에 배열되는 전기 회전기계(5)를 포함하며, 상기 전기 회전기계(5)는 전기 회전기계(5)의 축선으로부터 외측 방향으로 동심적으로 배열되는 샤프트(7), 상기 샤프트에 고정적으로 결합되는 회전자(14), 그리고 고정자(6)를 포함하고, 상기 회전자와 고정자는 이격 수단(20, 13)에 의해 분리되어 있는 자성 강재시트(17, 10)로 이루어진 다발(16, 9)을 포함하는 선박 추진 시스템으로서,

   상기 고정자(6)는 케이싱(2)에 장착되며,

   상기 전기 회전기계(5)는

   - 상기 회전자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기 위한 제1 공기 순환 수단에서 통풍 공기가 축 방향으로 상기 전기 회전기계(5)에 진입하도록 하기 위한 공기 공급수단(26, 27, 31)과;

   - 상기 고정자의 영역에서의 통풍 공기의 축 방향 순환을 허용하기 위한 제2 공기 순환수단(21); 그리고

   - 상기 제2 공기 순환수단에서 나온 통풍 공기를 포집하기 위한 공기 회수 수단(28, 32)을 포함하여,

   상기 통풍 공기가 전기 회전기계 내에서 연속적으로,

   - 상기 제1 공기 순환수단에서 축 방향(F1)으로;

   - 상기 회전자의 강재 시트 다발 사이에 이어 고정자의 강재 시트다발 사이에서 그리고 개개의 이격 수단의 사이에서 반경 방향(F2, F3)으로; 그리고

   - 상기 제2 공기 순환수단(21)에서 축 방향(F4)으로 순환하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급수단은 상기 전기 회전기계의 두 개의 축 방향 단부에 통풍 공기를 공급하도록 배열되며, 상기 공기 회수수단은 또한 상기 전기 회전기계의 두 개의 축 방향 단부에서 통풍 공기를 포집하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 공기 순환수단은 회전자의 강재 시트 다발의 축 방향 천공 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공기 순환수단은 샤프트와 회전자의 사이에 형성되는 공간(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트와 회전자의 사이에 형성되는 상기 공간(22)은 외주면에 회전자의 강재 시트가 장착되는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 공기 순환수단(21)은 고정자의 강재 시트다발의 축 방향 천공 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이격 수단은 반경 방향 스페이서(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이격 수단은 축 방향 로드(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 공급 수단은 상기 전기 회전기계의 일 단부에 형성되는 적어도 하나의 환형 분배 챔버(31)를 포함하며, 상기 공기 회수수단은 상기 분배 챔버를 둘러싸는 환형 포집 챔버(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 시스템.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 추진 시스템과 선체를 포함하며, 상기 추진 시스템은 다리부(3)에 의해 선박의 선체 아래에 고정되는 것을 특징으로 하는 선박.