KR20100046151A - 베어링 실드 하부에 개구를 갖는 전기 기기 - Google Patents

베어링 실드 하부에 개구를 갖는 전기 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드래그컵 회전자(7)와 인버터(9)를 구비한 전기 기기에서 하부에 위치한 인버터의 교체 가능성을 위해, 드래그컵 회전자(7)가 지지되어 있는 베어링 실드 하부(1)에 하나 이상의 개구(3)를 갖는 전기 기기에 관한 것이다. 축방향으로 개구 후방에 배치된 인버터(9) 또는 축방향으로 개구 후방에 배치된 제어 장치를 각각의 개구(3)를 통해 드래그컵 회전자(7)로부터 빼낼 수 있다. 특히 고정자(6)가 인버터(9)와 함께 전기 기기에 회전 가능하게 지지될 필요가 없다.

Description

베어링 실드 하부에 개구를 갖는 전기 기기 {ELECTRICAL MACHINE WITH OPENINGS IN THE BEARING SHIELD}
본 발명은 드래그컵 회전자와, 드래그컵 회전자의 반경 방향 외부 또는 내부에 배치된 고정자와, 복수의 인버터(조절기) 및/또는, 드래그컵 회전자의 내부에 배치되어 고정자 또는 인버터의 제어에 사용되는 하나 이상의 제어 장치와, 드래그컵 회전자가 지지되어 있는 베어링 실드부를 구비한 전기 기기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 잠수함 구동을 위한 전자식 조절기를 구비한, 컨버터 공급식의 유도 기기에 관한 것이다.
특히 잠수함의 추진 구동을 위한 컨버터 전력 공급식의 유도 기기는 간행물인 예컨대 유럽 공개 공보 제0 194 433 B1호와 국제 공개 공보 제2004/068694 A1호에 공지되어 있다. 컴팩트한 구동기를 구현하기 위해 회전자는 드래그컵 회전자로서 구성된다. 드래그컵 회전자의 내부 공간은 고정자 권선을 위한 전력 공급에 사용되는 인버터를 수용하기 위해 사용된다. 인버터는 드래그컵 회전자의 내부에서 인버터 지지 하우징 내에 고정된다. 회전자의 개방 측면에는 베어링 실드가 위치하며 베어링 실드의 상부 영역에는 서비스 개구가 제공된다. 상기 개구들은 조절기 섹션들에 대한 정면측 접근을 가능케 한다. 모든 조절기들에 대한 접근이 보장되도록, 고정자는 조절기와 함께 고정자 하우징 내에 회전 가능하게 지지된다. 그러나 상기 유형의 지지를 구현하는 것은 비교적 복잡하다.
고정자 및 인버터의 회전 가능성이 상기와 같이 복잡해지지 않도록, 인버터는 통상적인 방식으로 기기의 외부에도 위치할 수 있다. 그러나 이는 전술한 방법에 비해 훨씬 더 넓은 공간을 필요로 하며 전자기적 호환성을 현저히 저하시키고 표유장(stray field) 방사를 증가시킨다. 구동기 내에 인버터를 구비한 방법의 경우 기기 또는 하우징 내에서 케이블도 인버터로부터 고정자로 연장되므로, 전자기 방사는 추가의 조치 없이도 분명히 차폐된다.
이로써 본 발명의 목적은 덜 복잡하면서도 서비스에 매우 적합하도록 서두에 언급한 유형의 전기 기기를 개선하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 목적은 드래그컵 회전자와, 드래그컵 회전자의 반경 방향 외부 또는 내부에 배치된 고정자와, 복수의 인버터(조절기) 및/또는, 드래그컵 회전자의 내부에 배치되어 고정자 또는 인버터의 제어에 사용되는 하나 이상의 제어 장치와, 드래그컵 회전자가 지지되어 있는 베어링 실드 하부를 구비한, 특히 잠수함 구동을 위한 전기 기기에 의해 달성되며, 이 경우 베어링 실드 하부는 하나 이상의 개구를 포함하므로, 축방향으로 개구 후방에 배치된 인버터 또는 축방향으로 개구 후방에 배치된 제어 장치를 각각의 개구를 통해 드래그컵 회전자로부터 빼낼 수 있다.
이로써 고정자 능동부 및 이에 연결된 인버터의 회전 가능성이 생략될 수 있다. 회전자가 지지되어 있는 베어링 실드 하부가 해체될 수 없을지라도 인버터(들)는 전기 기기의 하부에서도 교체될 수 있다. 이에 반해 베어링 실드 상부는 중요하지 않으며, 해체될 수 있거나 마찬가지로 개구를 가질 수 있다.
개구들 각각은 실질적으로 개구 후방에 위치한 해당 인버터의 윤곽 또는 개구 후방에 위치한 제어 장치의 윤곽을 바람직하게 갖는다. 이 경우 물론 각각의 개구들은 그 후방에 위치한 부품들보다 대략 더 크므로, 각각의 개구를 통해 부품들을 교체할 수 있다.
베어링 실드 하부는 부분 원 형태, 특히 반원 형태의 외부 윤곽을 가질 수 있다. 이로써 샤프트는 서비스 작업을 위해서도 하부 쪽으로 충분히 지지된다. 베어링 실드 상부는 서비스 작업을 위해 해체될 수 있다.
더욱이 드래그컵 회전자에는 인버터의 환기를 위한 반경 방향 팬이 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 인버터는 유체 냉각 장치를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 냉각 장치에 의해 전기 기기의 효율이 높아진다.
드래그컵 회전자에는 영구 자석이 또한 장착될 수 있다. 이로써 저손실의 회전자가 구현될 수 있다.
다른 개선예에 상응하게, 전기 기기의 극은 축방향으로 분할될 수 있다. 이 역시 전력 손실을 줄인다.
또 다른 실시예에 상응하게, 고정자의 요크는 유체 냉각 장치를 포함한다. 드래그컵 회전자에 축방향으로 배치된 팬 베인도 고정자 권선 단부의 환기를 위해 제공될 수 있다. 이러한 조치는 마찬가지로 전기 기기의 효율을 향상시킨다.
드래그컵 회전자에는, 인버터의 전류 공급을 위해 연자성 매스(mass)를 추가로 갖는 환형 변위부가 배치될 수 있다. 연자성 매스는 낮은 인덕턴스의 전류 공급 구현을 보장한다.
또한, 음향 댐핑을 위한 댐핑 매스가 인버터에, 드래그컵 회전자에, 고정자에 및/또는 베어링 실드 하부에 배치될 수 있다. 이로써 바람직하지 못한 여기에 의해 발생할 수 있는 음향 진동이 전반적으로 감소할 수 있다.
또 다른 실시예에 상응하게 인버터는 드래그컵 회전자에서 외피 냉각식 지지 하우징에 의해 지지되고 냉각된다. 이로써 인버터로부터 효과적으로 열이 방출되며 지지 하우징의 기능성은 두 배가 된다.
본 발명에 따라, 드래그컵 회전자 내에는 경우에 따라 분할되는 제어 장치도 배치될 수 있으며, 상기 제어 장치는 회전수 모니터링 계산기 및/또는 펌프 제어 유닛을 포함한다. 이로써 더 넓은 공간이 절약될 수 있으며 전기 기기에 위치한 공간이 보다 효율적으로 완전히 이용될 수 있다.
또한, 드래그컵 회전자는 그 내부에도 극을 가질 수 있으며 드래그컵 회전자의 내부에는 내부 쪽을 향해 있는 극과의 상호 작용을 위한 추가 고정자가 배치될 수 있다. 이로써 전기 기기의 토크가 더욱 상승할 수 있다.
전기 기기의 효율을 더욱 상승시키기 위해, 추가의 드래그컵 회전자가 전기 기기에 장착될 수 있으므로 각각 하나의 드래그컵 회전자는 고정자의 내부 및 외부에 위치한다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링 실드 하부를 도시한 도면이다.
도 2는 베어링 실드 상부가 해체된, 본 발명에 따른 전기 기기를 도시한 도면이다.
도 3은 특수한 냉각 장치를 구비한 본 발명에 따른 전기 기기의 상부의 축단면도이다.
이하에서 더 자세히 설명할 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타낸다.
도 1에 도시된 베어링 실드 하부(1)는 기기 샤프트의 지지를 위해 축방향 영역에서 컷아웃된 반원부(2)를 구비한 실질적으로 반원형의 외부 윤곽을 갖는다. 벌집형의 개구(3)가 원주 방향으로 균일하게 배분되어 제공된다. 본원에서 개구(3)는 중심 쪽으로 상응하게 가늘어진 테이퍼부를 갖는 육각형으로 형성된다.
도 2에는 전자식 조절기를 구비한 본 발명에 따른 컨버터 공급식의 유도 기기가 개략적으로 도시되어 있다. 개구(3)를 갖는 베어링 실드 하부(1)에 의해 전기 기기의 샤프트(4)가 지지된다. 파이프형 하우징(5)은 중공 실린더형 고정자(6)를 둘러싼다. 드래그컵 회전자(7)의 A 측(기기의 출력 측)은 샤프트(4)에 회전 불가능하게 연결된다. 드래그컵 회전자는 영구 자석(8)을 포함한다. 드래그컵 회전자(7)의 내부에는 인버터(9)를 위해 사용되는 실린더형 공간이 있다. 본원의 경우에는 10개의 인버터 또는 인버터 모듈이 다루어진다. 하나의 인버터 모듈의 경우, 예컨대 2개 이상의 단상 인버터는 하나의 모듈로 통합될 수 있다. 인버터(9)(경우에 따라 인버터 모듈로 그룹화됨)에 의해 고정자(6)의 스트랜드가 개별적으로 구동될 수 있다. 인버터(9)는 인버터 지지 하우징(10)에 의해 드래그컵 회전자(7)의 내부에 지지된다. 개별 인버터들(9) 사이의 브릿지들을 도시하는 것은 명료함을 위해 생략하였다. 그러나 일반적으로 상기 브릿지들은 기기 내부 공간에서 인버터를 충분히 안정화하기 위해 필요하다.
베어링 실드 상부가 해체될 때, 인버터(9)의 교체 또는 수리를 위해 기기의 상부에서 인버터를 쉽게 빼낼 수 있다. 기기의 하부 부분에서는 인버터에 개별적으로 할당된 개구(3)를 통해 마찬가지로 지지 하우징(10)으로부터 인버터(9)를 빼낼 수 있다. 개구가 제공되므로, 기기로부터 인버터를 해체하기 위해서는 인버터(9)를 포함한 인버터 지지 하우징(10)과 함께 고정자(6)를 회전시킬 필요가 없다. 오히려 어려움 없이 각각의 인버터(9) 또는 각각의 인버터 모듈에 바로 접근할 수 있다.
드래그컵 회전자(7)에서 인버터(9)의 환기를 개선하기 위해, 도 2에 도시되지 않은 반경 방향 팬이 드래그컵 회전자에 배치된다. 반경 방향 팬은 인버터(9)를 중심으로 반경 방향을 향하는 공기 흐름을 형성한다. 가급적 소형의 장치가 구현될 수 있도록 (마찬가지로 도시되지 않은) 수냉각 장치가 인버터(9)에 추가로 제공된다.
바람직하게 상기 기기는, 회전자의 높은 전력 손실 없이 기기의 효율이 최적화로 유지되도록 영구적으로 여기된다. 전력 손실을 줄이기 위해 자석 또는 극이 또한 분할된다.
나머지 모터의 소음이 없는 효과적인 냉각을 구현하기 위해, 예컨대 고정자 요크는 수냉각된다. 그러나 상기 유형의 냉각 장치(축방향으로 연장된 냉각 보어들을 구비한 냉각 링)는 매우 복잡하다. 한편으로 긴 축방향 냉각 보어들을 구현하는 것은 어려우며, 다른 한편으로 냉각 파이프를 정면 측에 편향하는 것은 항상 누설 위험이 높아진다는 문제점을 의미한다. 따라서 도 3에 도시된 방식으로 고정자 요크를 냉각하는 것이 특히 바람직하다. 여기서 냉각 링은 내부 링(11)과 외부 링(12)으로 구성된다. 외부 링(12)은 복수의 통로를 갖는 "사다리꼴 암나사" 형태를 갖는다. 외부 링은 또한 내부 링(11) 상에 가열 끼워맞춤(shrink-fit)되며 용접 시임(13)에 의해 내부 링과 용접된다. 이로써 2개의 링들 사이에는 평행하게 연장된 복수의 나선형 냉각 채널들이 형성된다. 2개의 통로를 갖는 사다리꼴 암나사의 경우 전기 기기의 A 측에 위치한 제1 채널의 입력부(E1)에 냉각수가 펌핑되어 나선형 냉각 채널을 통해 흐르고 B 측의 출력부(A1)에서 고정자 요크를 벗어난다. B 측에서 냉각제가 입력부(E2)로 펌핑되어 A 측 방향으로 제2 냉각 채널을 관류하고 출력부(A2)에서 냉각 링을 벗어난다. 반대 방향으로 이루어지는 냉각에 의해 A 측에서 고정자 요크는 B 측에서와 마찬가지로 냉각된다. 또한 편향 챔버가 생략될 수 있으므로, 누설 위험이 줄어든다. 또한 복수의 통로는 시스템의 고장과 관련하여 중복성 요건을 충족한다. 고정자의 냉각 장치는 신속 커플링과, 플랜지 또는 고정 나사들에 의해 냉각 시스템의 외부 또는 내부에 연결될 수 있다.
냉각 링(11, 12)의 반경 방향 내부에는 권선 단부(15)를 구비한 고정자 능동부(14)가 위치한다. 고정자 능동부(14)의 내부에는 회전자 능동부(17)를 구비한 회전자 하우징(16)이 위치한다. 회전자 능동부(17) 또는 회전자 하우징(16)에는 축방향으로 배치된 팬 베인(18)이 A 측뿐만 아니라 B 측에도 제공되므로 고정자의 권선 단부(15)를 환기시킬 수 있다. 팬 베인(18)은 권선 단부(15)를 중심으로 도 3에 화살표로 표시된 공기 흐름을 형성한다.
인버터의 전류 공급을 위해 인버터 지지 하우징에는 낮은 인덕턴스의 환형 변위부가 제공되며, 환형 변위부는 상응하는 연자성 매스를 레일 상에 포함한다. 신호 배분기도 환형으로 배치되며 샤프트(4)를 중심으로 배치된 인버터(9)의 구동을 위해 베어링 실드와 인버터 지지 하우징(10) 사이에 축방향으로 위치한다. 인버터는 직류뿐만 아니라, 정류기에 의해 교류도 공급받을 수 있도록 바람직하게 설계된다.
전기 기기의 능동부의 기하 구조가 전기 여기의 형태에 완전히 맞도록 매칭될 수는 없기 때문에, 전기 기기의 부품들에서 의도하지 않은 진동이 불가피하게 일어난다. 이러한 진동은 특수하게 제공된 "음향 매스"에 의해 기기 부품들에서 댐핑된다. 보트에서 보다 심한 모터 진동을 방지하기 위해, 모터 축의 상부로 추가의 지지부가 보트에 또한 장착될 수 있다.
인버터의 냉각은, 인버터 지지 하우징이 외피 냉각식으로 구성됨으로써 더욱 촉진될 수 있다. 인버터 지지 하우징은 적어도 부분적으로 복수의 벽으로 형성되므로, 냉각제가 관통할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 기기의 대안예의 경우, 보다 쉬운 접근이 보장되도록 인버터는 기기의 상부 절반부에 배치된다. 하부 절반부에는 회전수 모니터링 계산기, 펌프 제어 요소 등과 같은 다른 제어 요소들이 배치된다. 이 경우 개구는 베어링 실드 하부에 상응하게 구성된다.

Claims (15)

  1. 특히 잠수함 구동을 위한 전기 기기이며,
    드래그컵 회전자(7)와,
    드래그컵 회전자(7)의 반경 방향 외부 또는 내부에 배치된 고정자(6)와,
    복수의 인버터(9) 및/또는 하나 이상의 제어 장치(이 경우 제어 장치는 드래그컵 회전자(7)의 내부에 배치되어 고정자(6) 또는 인버터(9)의 제어에 사용된다)와,
    드래그컵 회전자가 지지되어 있는 베어링 실드 하부(1)를 구비한 전기 기기에 있어서,
    베어링 실드 하부(1)는 하나 이상의 개구(3)를 포함하여, 축방향으로 개구 후방에 배치된 인버터(9) 또는 축방향으로 개구 후방에 배치된 제어 장치를 각각의 개구(3)를 통해 드래그컵 회전자(7)로부터 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  2. 제1항에 있어서, 베어링 실드 하부(1)는 원주 방향으로 배분된 복수의 개구들(3)을 가지며, 개구들 각각은 실질적으로 개구 후방에 위치한 해당 인버터(9)의 축방향으로 돌출한 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베어링 실드 하부(1)는 부분 원 형태의 외부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 드래그컵 회전자(7)에는 인버터(9)의 환기를 위한 반경 방향 팬이 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인버터(9)는 유체 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 드래그컵 회전자(7)는 영구 자석(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기기의 극은 축방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자의 요크(11, 12)는 유체 냉각 장치를 포함하며, 이를 위해 고정자는 내부 링(11)과 외부 링(12)을 구비한 냉각 링으로 둘러싸이고, 이 경우 외부 링(12)은 내부 링(11) 상에 가열 끼워맞춤(shrink-fit)되며, 2개의 링들 사이에는 복수 채널의 나선형 냉각 채널 시스템이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 드래그컵 회전자는 고정자 권선 단부(15)의 환기를 위해 축방향으로 배치된 팬 베인(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 드래그컵 회전자(7) 내에는 인버터(9)의 전류 공급을 위해 추가의 연자성 매스를 갖는 환형 변위부가 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 음향 댐핑을 위한 댐핑 매스가 인버터(9)에, 드래그컵 회전자(7)에, 고정자(6)에 및/또는 베어링 실드 하부(1)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 인버터(9)는 드래그컵 회전자(7)에서 외피 냉각식 지지 하우징에 의해 지지되고 냉각되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제어 장치는 회전수 모니터링 계산기 또는 펌프 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전기 기기 또는 제1항의 전제부에 따른 전기 기기에 있어서, 드래그컵 회전자(7)는 그 내부에도 극을 가질 수 있으며 드래그컵 회전자의 내부에는 내부 쪽을 향해 있는 극과의 상호 작용을 위한 추가 고정자가 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 전기 기기 또는 제1항의 전제부에 따른 전기 기기에 있어서, 추가의 드래그컵 회전자를 포함하여, 각각 하나의 드래그컵 회전자는 고정자의 내부 및 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
KR1020107001530A 2007-07-25 2008-07-23 베어링 실드 하부에 개구를 갖는 전기 기기 KR101480584B1 (ko)

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