KR20130021254A - 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체와 냉각핀의 접촉면적이 증대될 뿐만 아니라 냉각핀 사이에서유체가 간헐적으로 와류를 형성함에 따라 냉각 성능이 향상되어 동일 사이즈의 프레임으로도 출력 증가가 이루어질 수 있도록 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조에 관한 것이다.
본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는,
샤프트와, 상기 샤프트에 의해 지지되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자와 대향되게 위치하여 고정된 고정자를 감싸 보호 지지하는 프레임이 마련되고;
상기 프레임의 외면 둘레에 프레임의 원주상으로부터 외측으로 돌출되는 냉각핀이 마련되며;
상기 냉각핀의 전후면에 냉각핀 외면으로부터 내측으로 함몰되는 딤플이 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조{surface cooling structure for frame of motor}

본 발명은 전동기의 냉각 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프레임의 냉각핀에 딤플이 형성됨으로써 딤플에 의한 유체와 냉각핀과의 접촉면적 증대 및 냉각핀 사이에서의 유체의 간헐적 와류 형성에 의해 냉각 성능이 향상되어 동일 사이즈의 프레임으로도 출력 증가가 이루어질 수 있도록 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조에 관한 것이다.

전기에너지를 역학적에너지로 변환하는 수단으로 전동기가 사용된다.

이와 같은 전동기는 통상 샤프트와, 상기 샤프트에 의해 지지되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자와 대향되게 위치하여 고정된 상기 고정자와, 상기 고정자를 압입하여 보호 지지하는 프레임으로 구성되는 것으로, 전원 인가에 따라 프레임에 체결 고정된 고정자에 대향되도록 위치한 회전자가 상기 고정자에서 발생하는 자력에 의해 고정자 내측에서 샤프트에 지지된 상태로 고속 회전하여 회전력을 얻을 수 있게 된다.

이때, 전동기는 내부에서 고속 회전이 반복됨에 따라 고열이 발생하게 되는바, 이를 방치할 경우 출력 저하로 이어지게 되므로 냉각이 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 전동기 냉각 방식의 하나로 외피 표면 냉각 방식이 있다.

이와 같은 전동기의 외피 표면 냉각 방식은 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(10')의 외면에 다수의 냉각핀(20')이 형성됨으로써 프레임(10') 일측에 마련되는 구동팬(도면상 미도시) 회전을 통해 냉각핀(20') 사이로 강제 유입되는 유체 유동에 따라 냉각핀(20') 표면에서 대류에 의한 열전달이 이루어져 전동기의 냉각이 이루어지는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 전동기의 외피 표면 냉각 방식은 동일한 프레임 크기에서 출력을 증가시킬 경우 냉각의 한계로 인하여 고정자 권선 절연 특성이 저하될 뿐만 아니라 심한 경우 파손으로 이어질 수 있는 문제가 있었다.

상기의 이유로 종래에는 전동기에 외피 표면 냉각 방식이 적용할 때 프레임 크기를 확장하거나 구동팬의 직경을 확장함으로써 냉각 효율을 높이고 있다.

이와 같이 전동기의 프레임을 확장하거나 구동팬의 직경을 확장하는 경우 냉각 효율의 개선이 이루어질 수 있었다.

그러나, 전동기의 프레임 확장 및 구동팬의 직경 확장은 전동기의 무게를 증가시키는 요인이 되는바, 전동기의 출력밀도가 낮아지게 되는 문제가 있었다.

이와 같은 이유로 해당분야에서는 외피 표면 냉각 방식을 통해 전동기의 냉각이 이루어질 수 있도록 하되, 냉각 효율 개선을 통해 동일 크기의 프레임으로도 출력 증가가 이루어질 수 있도록 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조 개발을 시도하고 있으나, 현재까지에는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 냉각 한계에 의한 고정자 권선 절연 특성 저하 및 파손의 문제와, 프레임의 크기 확장 및 냉각 팬의 직경 확장에 따른 무게 증가로 인한 출력밀도 저하의 문제를 해소할 수 있도록 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는,

샤프트와, 상기 샤프트에 의해 지지되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자와 대향되게 위치하여 고정된 고정자를 감싸 보호 지지하는 프레임이 마련되고;

상기 프레임의 외면 둘레에 프레임의 원주상으로부터 외측으로 돌출되는 냉각핀이 마련되며;

상기 냉각핀의 전후면에 냉각핀 외면으로부터 내측으로 함몰되는 딤플이 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 상기 딤플은 냉각핀의 전후면에 상하좌우로 연속되게 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는, 프레임에 냉각핀이 마련된 것일 뿐만 아니라 냉각핀에 딤플이 마련된 것이어서 유체가 냉각핀 사이에서 유동할 때 딤플에 의해 유체와 냉각핀의 접촉면적이 증대될 뿐만 아니라 유체가 냉각핀 사이에서 간헐적으로 와류를 형성하게 되므로 난류 경계층의 속도구배 및 열경계층의 온도구배 증가로 인하여 대류에 의한 열전달이 원활히 이루어질 수 있어 냉각성능이 향상되는바, 동일 사이즈의 프레임을 통해서도 출력 증가가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조가 적용된 전동기의 외형을 보인 사시도
도 2는 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조가 적용된 전동기의 구조를 설명하기 위한 단면도
도 3은 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조에서의 유체 유동을 보인 개략도
도 4는 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조에서 딤플의 다른 형태를 보인 정면도
도 5는 종래 외피 표면 냉각형 전동기의 외형을 보인 사시도

이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는 프레임(10)과, 냉각핀(20)과, 딤플(30)을 포함한다.

상기 프레임(10)은 샤프트(11)와, 상기 샤프트(11)에 의해 지지되어 회전하는 회전자(12)와, 상기 회전자(12)와 대향되게 위치하여 고정된 고정자(13)를 감싸 보호 지지하는 것이다.

프레임(10)을 통해 샤프트(11)와, 회전자(12)와, 고정자(13)를 감싸 보호 지지하는 것은 전동기에서 일반적인 사항이므로, 그 구조 및 작동원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.

한편, 프레임(10)의 일측에는 구동팬(14)이 마련되는 것이 바람직하다.

프레임(10)의 일측에 구동팬(14)이 마련됨으로써 구동팬(14) 구동에 의해 유체가 프레임(10)의 외면을 향해 강제 유동할 수 있게 된다.

이때, 구동팬(14) 외측에는 팬커버(15)가 마련되는 것이 바람직하다.

구동팬(14) 외측에 팬커버(15)가 마련됨으로써 팬커버(15)를 통해 구동팬(14)을 보호할 수 있게 된다.

상기 냉각핀(20)은 프레임(10)의 외면에 마련되는 것으로, 프레임(10)의 원주상으로부터 외측으로 돌출된 것이다.

이와 같은 냉각핀(20)은 각 객체 사이에 유동홈(21)이 마련되는 것이 바람직하다.

냉각핀(20)의 각 객체 사이에 유동홈(21)이 마련됨으로써 유체가 유동홈(21)을 따라 유동할 수 있게 된다.

상기 딤플(30)은 냉각핀(20)의 전후면에 마련되는 것으로, 냉각핀(20) 외면으로부터 내측으로 함몰된 것이다.

이와 같은 딤플(30)은 냉각핀(20)의 전후면에 상하좌우로 연속되게 마련되는 것이 바람직하다.

딤플(30)이 냉각핀(20)의 전후면에 상하좌우로 연속되게 마련됨으로써 일 냉각핀(20)과 이와 인접하는 타 냉각핀(20) 사이에 마련되는 유동홈(21)을 따라 유체가 유동할 때 유체와 딤플(30)의 접촉이 냉각핀(20) 전체면에 걸쳐 고르게 이루어질 수 있게 된다.

이때, 딤플(30)은 도시된 원형 외에 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 오각형 또는 육각형 등의 다른 형태로 되어도 무방하다.

상기와 같은 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조를 통한 전동기 냉각에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 프레임(10)의 외면으로 유체가 강제 유동된다.

본 발명에서 프레임(10) 일측에는 구동팬(14)이 마련되어 있는바, 구동팬(14) 회전에 의해 유체는 프레임(10) 외면으로 강제 유동이 이루어질 수 있게 된다.

다음으로, 프레임(10) 외면으로 강제 유동되는 유체가 냉각핀(20)과 접하며 전동기 외피 표면을 냉각하게 된다.

본 발명에서 프레임(10) 외면에는 각 객체 사이에 유동홈(21)이 형성된 냉각핀(20)이 마련되어 있는바, 구동팬(14) 회전에 의해 프레임(10) 외면으로 강제 유동하는 유체는 도 3에 도시된 바와 같이 냉각핀(20)의 유동홈(21)을 따라 유동하며 냉각핀(20)과 접하게 되므로 대류에 의한 열전달에 의해 전동기의 외피 표면 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

상기의 과정에서 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는 냉각 효율이 극대화될 수 있는 것이다.

본 발명에서 냉각핀(20)의 외면에서 내측으로 함몰된 딤플(30)이 마련되어 있는바, 일 냉각핀(20)과 이와 인접하는 타 냉각핀(20) 사이의 유동홈(21)을 따라 유동하는 유체는 냉각핀(20)의 딤플(30)과 접하게 된다.

이때, 딤플(30)은 냉각핀(20)의 전후면에 상하좌우로 연속되게 마련되는 것이어서 유체와 냉각핀(20)의 접촉면적을 증대시키게 되므로 대류에 의한 열전달이 원활히 이루어질 수 있어 전동기 외피 표면의 냉각 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 딤플(30)은 유체가 일 냉각핀(20)과 이와 인접하는 타 냉각핀(20) 사이의 유동홈(21)을 따라 유동하는 과정에서 간헐적인 와류를 형성하도록 하는바, 난류 경계층의 속도구배와 열경계층의 온도구배 증가가 이루어질 수 있어 유체 유동과정에서 냉각핀을 통한 대류에 의한 열전달이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 하므로 전동기 외피 표면의 냉각 효율을 높일 수 있게 된다.

상기에서와 같이 본 발명에 의한 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조는 프레임(10)에 냉각핀(20)이 마련된 것일 뿐만 아니라 냉각핀(20)에 딤플(30)이 마련된 것이어서 유체가 냉각핀(20) 사이에서 유동할 때 딤플(30)에 의해 유체와 냉각핀(20)의 접촉면적이 증대될 뿐만 아니라 유체가 냉각핀(20) 사이에서 간헐적으로 와류를 형성하게 되므로 난류 경계층의 속도구배 및 열경계층의 온도구배 증가로 인하여 대류에 의한 열전달이 원활히 이루어질 수 있어 냉각성능이 향상되는바, 동일 사이즈의 프레임(10)을 통해서도 출력 증가가 이루어질 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10 : 프레임 11 : 샤프트
12 : 회전자 13 : 고정자
14 : 구동팬 15 : 팬커버
20 : 냉각핀 21 : 유동홈
30 : 딤플

Claims (4)

1. 샤프트와, 상기 샤프트에 의해 지지되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자와 대향되게 위치하여 고정된 고정자를 감싸 보호 지지하는 프레임이 마련되고;
   상기 프레임의 외면 둘레에 프레임의 원주상으로부터 외측으로 돌출되는 냉각핀이 마련되며;
   상기 냉각핀의 전후면에 냉각핀 외면으로부터 내측으로 함몰되는 딤플이 마련되는 것을 특징으로 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임의 일측에 구동팬이 마련되는 것을 특징으로 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각핀의 각 객체 사이에 유동홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 딤플은 냉각핀의 전후면에 상하좌우로 연속되게 마련되는 것을 특징으로 하는 전동기 프레임의 외피 표면 냉각 구조.

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