KR20110012174A - 회전전기기용 회전자코어 및 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일이 감기는 슬롯이 수개 형성된 회전전기기기용 회전자코어에 있어서, 상기 슬롯의 내벽면과 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자코어와 회전자축과; 상기 회전자축에 고정되고, 슬롯의 내벽면과 연통되어 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 회전자코어; 상기 슬롯에 권선되는 코일; 상기 코일과 회전자 코어 사이에 설치되는 절연재; 및 상기 회전자축의 일단에 고정되는 냉각팬을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자에 관한 것이다.

발전기, 회전자, 회전자코어, 코일, 방열공, 냉각

Description

회전전기기용 회전자코어 및 회전자{Rotater core for electrical rotater and the electrical rotater}

본 발명은 회전전기기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도체와 자기장의 상호운동에 의해 발생된 전기에너지를 외부로 내보내는 권선을 내장하고 있는 부분이며 권선과 권선을 슬롯에 내장한 회전자코어 및 회전자에 관한 것이다.

회전전기기기의 일종인 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로서, 전자기 유도 현상을 사용한다. 역학적 에너지의 근원은 터빈엔진, 터빈 또는 수차를 통해 떨어지는 물, 내부 연소 엔진, 바람 터빈, 태양 또는 태양에너지, 압축공기 등이 있다.

발전을 하기 위해서는 자기장을 만들어야 하는 자석과 자석이 통과하는 아마추어 코어와 전기에너지를 발생시켜야 하는 아마추어 코어에 삽입되는 아마추어 권선 및 자석에 전기를 공급해 주어야 하는 여자기, 기계적인 입력을 공급해 주어야 하는 원동기로 구성되고, 이들을 효과적으로 운용하기 위해서는 냉각장치 및 고속 회전을 위한 베어링과 베어링의 급유장치 등이 필요하다.

발전기의 발전용량을 높이기 위해서는 기계적인 손실을 줄이거나 철손 동손 등 전기적인 손실을 줄이는 등 여러가지 방법이 있지만, 자기유도 과정에서 발생되는 열을 냉각팬에 의하여 적절히 방출시키지 못하면 회전자의 과열로 발전용량이 크게 제한받게 된다.

따라서 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 회전자축(ST)의 일측에 설치된 냉각팬(C)을 구동시켜 고정자(S) 및 회전자(R)에 강제로 공기를 송풍시켜 냉각팬 냉각시키게 된다.

그런데, 코일(160)과 회전자코어(140) 사이에는 절연재(170)가 형성되어 있어서, 방열을 위한 방열공(144)이 슬롯(142)의 일측에 형성되어 있어도 열전달이 잘 되지 않아 방열에 어려움이 있었다.

회전자코어는 두께가 0.5mm 이하의 금속 박판이고, 이런 박판을 수십내지 수백장 적층하여 설치되고, 회전자코어에는 코일이 권선되어 있으며, 회전자코어와 코일사이에는 절연재가 형성되어 있으므로, 냉각팬에 의해 강제로 송풍시킨다 해도 방열이 잘 되지 않는다. 따라서 회전자코어를 신속하게 방열시키는데 한계가 있어 발전용량을 높이는데도 큰 어려움이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전자코어 및 회전자의 구조를 개선하여 간접방식에서 직접방열 구조로 하고, 회전자코어의 방열공 구조도 개선하여 방열이 더 용이하게 수행되도록 함으로써 방열문제로 회전전기기기 용량을 높일 수 없었던 문제를 해결하고, 방열문제로 발생 되던 회전전기기기의 고장 등도 방지할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 코일이 감기는 슬롯이 수개 형성된 회전전기기기용 회전자코어에 있어서, 상기 슬롯의 내벽면과 연통되어 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자코어와 회전자축과; 상기 회전자축에 고정되고, 슬롯의 내벽면과 연통되어 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 형성된 회전자코어; 상기 슬롯에 권선되는 코일; 상기 코일과 회전자 코어 사이에 설치되는 절연재; 및 상기 회전자축의 일단에 고정되는 냉각팬을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자를 제공한다.

본 발명에 따른 회전자코어 및 회전자는 기존에 형성되는 방열공의 위치에 방열공을 형성하되, 방열공이 슬롯과 연통되어 형성되어 있어 냉각팬의 송풍에 의해 강제로 공냉될 때 그 사이에 설치된 절연재와 방열공이 직접 접촉되어 방열되므로 냉각능력이 우수하다. 즉 코일이 감길때 구조적 강도를 유지할 수 있도록 방열공과 슬롯 사이에는 소정의 폭을 갖는 격벽이 형성되는데, 이 격벽이 일부 제거되므로 격벽으로 열전달 후 방열하는 간접 방식에서 격벽 없이 직접 방열방식으로 냉각함으로써 냉각능력을 크게 향상시키는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 회전자코어가 적용된 회전자 및 그 회전자가 적용된 회전전기기의 방열효과가 높아지므로 유도기전력 발생 과정에서 발생되는 부하저항에 의해 코일의 소손 등이 용이하게 방지되는 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

회전전기기기의 일종인 발전기는 철심(Armature core), 권선 (Armature winding),고정자프레임(Frame)으로 이루어진 고정자(Stator)와, 철심(Pole core), 권선(Field winding), 회전자, 축(Shaft), 여자기(Exciter), 베어링, 통풍 및 냉각장치로 이루어져 있다.

발전기는 이외에도 여러가지 구성부가 있으나 도 1과 같이 본 발명에 따른 회전자코어의 특징을 설명하는데 필요한 부분인 코일, 회전자코어, 절연재, 회전자축에 대해서만 설명하고자 한다.

회전자(R)는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형으로서 코일(260)과 회전자코어(240) 및 회전자축(ST)으로 이루어진다.

권선용 코일(260)은 고정자(S)와 직각으로 배치되어 회전시 유도기전력을 발생시키는 것으로, 목적하는 발전용량에 따라 권선수를 가감한다.

회전자코어(240)는 코일(260)이 감기는 것으로, 외주에 코일(260)이 감길수 있도록 수개의 슬롯(242)이 형성되는데 일반적으로 3상 발전기가 가장 많이 이용되므로 4개 형성된다. 슬롯(242)의 폭이나 깊이는 코일(260)의 감김수를 고려하여 설정하나 너무 낮으면 권선이 어려워지고 너무 깊으면 회전에 의해 유도기전력이 발생될 때 자로가 감소되므로 회전자코어 지름의 1/3 정도가 일반적이다.

회전자축(ST)은 코일이 감긴 회전자코어(240)를 회전시키는 것으로 회전수에 따라 유도기전력의 세기가 결정되므로 고속으로 회전되는 것이 일반적이고 전자유도 과정에서 많은 부하 전류가 흐르기 때문에 코일(260)에 고열이 발생될 수 밖에 없다.

코일(260)이 슬롯(242)에 권선될때 회전자코어(240)와 직접 접촉되지 않도록 절연재(270)를 삽입하는데 최근에는 절연성능이 우수하고 열전도성이 우수하며 강도가 높은 글래스 파이버가 주로 사용한다.

상기와 같이 구성된 회전자는 회전자축의 회전에 의해 유도기전력이 발생되고 그 과정에서 발생되는 전류에 의해 코일(260)에 고열이 발생되고, 고열이 방치되면 코일(260)이 소손되므로 적절한 냉각을 시켜주어야 한다.

이러한 냉각을 위하여 기존에는 자로를 감소시키지 않는 슬롯(242)의 내벽면 에 방열공을 형성하여 방열공에 공기를 강제로 송풍시킨다. 방열공은 슬롯의 내벽면에 가깝게 형성될 수록 방열효과가 높지만 권선된 코일의 위치가 유지될 수 있는 일정 이상의 구조적 강도가 요구되므로 내벽면과 3mm 이상의 폭(유격)이 확보되는 것이 일반적이다. 이러한 구조는 코일에서 발생된 열이 절연재를 거친후 3mm의 회전자코어를 통해 방열되므로 방열이 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 슬롯(242)의 내벽면과 연통되는 방열공(244)이 형성된다. 방열공(244)은 슬롯(242)의 내벽면을 따라 일정 간격으로 형성되고 중첩되지 않는 한도에서 방열공(244)의 길이를 가감할 수 있다.

방열공(244)의 폭이 너무 크면 절연재(270)를 지지하는 슬롯벽 단면이 축소되어 그 사이로 절연재(270)가 미세하게 밀려 들어가거나 구조적 강도에 문제가 발생할 수 있으므로 슬롯벽 전체 면적의 50% 이상이 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 회전자코어 및 회전자의 작용을 설명하면 다음과 같다.

회전자축(250)의 회전으로 코일(260)이 감긴 회전자코어(240)가 회전되면서 유도기전력이 발생되면 코일이 발열된다. 유도기전력을 발생시키기 위하여 코일에 전류가 흐르는데 이 전류에 의한 발열이 코일(260)을 적절히 냉각시키지 못하면 코일이 소손되므로, 회전자축(250)의 일단에는 냉각팬(C)을 설치하여 회전자축(250)이 회전되면 냉각팬(C)도 회전되어 코일(260) 및 회전자코어(240)에 강제로 공기를 송풍함으로써 냉각시킨다.

냉각팬(C)에 의한 공기는 방열공(244)을 통과하면서 코일에 접촉되어 가열된 회전자코어(240)를 냉각시킨다. 방열공은(244) 절연재(270)와 직접 접촉되어 있으므로 공기가 회전자코어(240) 뿐만 아니라 절연재와도 직접 접촉되어 방열됨으로써 냉각시키는 것이다.

절연재(270)와 공기가 직접 접촉되면 기존과 달리 방열공(244)과 슬롯(242) 사이에 형성된 격벽에 열이 전도되는 과정이 없이 직접 공기와 접촉되므로 방열이 신속하게 이루어진다. 또한 방열공(244)이 수개 형성되어 있으므로 방열효과는 더욱 높아지는 것이다.

도 1은 일반적인 발전기의 개략도이다.

도 2는 종래 회전자코어를 나타낸 것이다.

도 3은 종래 회전자를 나타낸 것이다.

도 4는 종래 회전자의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 회전자코어를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 회전자를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 회전자의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

240 : 회전자코어 242 : 슬롯

244 : 방열공 260 : 코일

270 : 절연재

Claims (2)

1. 코일이 감기는 슬롯이 수개 형성된 회전전기기기용 회전자코어에 있어서,

   상기 슬롯의 내벽면과 연통되어 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자코어;
2. 회전자축과;

   상기 회전자축에 고정되고, 슬롯의 내벽면과 연통되어 일정 간격으로 수개의 방열공이 형성된 회전자코어;

   상기 슬롯에 권선되는 코일;

   상기 코일과 회전자 코어 사이에 설치되는 절연재;

   및 상기 회전자축의 일단에 고정되는 냉각팬을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전전기기기용 회전자.

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