KR20140038598A - 발전기 또는 전동기의 냉각구조 - Google Patents

발전기 또는 전동기의 냉각구조 Download PDF

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KR20140038598A
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Abstract

발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 구성된 발전기 또는 전동기의 냉각구조를 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조는 내부가 비어 있는 하우징(H)의 내주에 구비되며 하나 이상의 코일(C)이 감긴 고정자(S)와, 상기 고정자(S)와 소정 간격 이격되어 회전가능하게 구비되며 하나 이상의 영구자석이 구비된 회전자(R)를 포함하는 발전기 또는 전동기를 냉각하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조(100)에 있어서, 상기 코일(C)과, 상기 고정자(S)에 포함되며 상기 코일(C)이 감기도록 구성된 고정자 코어(SC)가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 냉각용 오일이 유동하는 냉각유로(200); 를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 냉각용 오일에 의해서 발전기 또는 전동기를 냉각시킬 수 있으며, 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있고, 대용량 발전기 또는 전동기를 성능이 저하되지 않게 충분히 냉각시킬 수 있으며, 대용량 발전기 또는 전동기가 열 발생에 의해서 성능이 저하되지 않을 수 있다.

Description

발전기 또는 전동기의 냉각구조{COOLING STRUCTURE FOR GENERATOR OR ELETRIC MOTOR}
본 발명은 발전기 또는 전동기를 냉각하도록 구성된 발전기 또는 전동기의 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 구성된 발전기 또는 전동기의 냉각구조에 관한 것이다.
발전기는 자기장의 변화에 의해서 전기를 유도하여 발전을 하는 장치이고, 전동기는 인가된 전기에 의한 자기장이 변화하도록 하여 회전축이 회전되도록 하는 장치이다.
이러한 발전기 또는 전동기는 하우징에 고정된 고정자와, 고정자와 소정 간격 이격되어 회전가능하게 구비된 회전자를 포함한다. 그리고, 고정자와 회전자에는 코일이 감기거나 영구자석이 구비된다. 발전기 또는 전동기는 구동 중에 코일의 저항이나 와전류, 철의 히스테리시스 또는 마찰 등에 의해서 열이 발생하게 된다. 이와 같이, 열이 발생하면 발전기 또는 전동기의 성능이 저하된다는 문제점이 있다. 따라서, 발전기 또는 전동기를 냉각할 필요가 있게 된다.
소용량의 발전기 또는 전동기나, 발전기 또는 전동기가 소용량으로 구동 중에는 발전기 또는 전동기를 공냉이나 수냉에 의해서도 성능이 저하되지 않도록 충분히 냉각시킬 수 있다. 그러나, 회전자에 영구자석이 구비되고 고정자에 코일이 감기는 대용량의 발전기 또는 전동기의 경우에는 전술한 바와 같은 공냉이나 수냉 또는 공냉과 수냉을 함께 사용하여도 충분히 냉각되지 못한다는 문제점이 있다. 이와 같이, 종래의 대용량의 발전기 또는 전동기는 충분히 냉각되지 못하기 때문에, 발전기 또는 전동기의 성능이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 대용량 발전기 또는 전동기를 충분히 냉각시키도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 대용량 발전기 또는 전동기가 열 발생에 의해서 성능이 저하되지 않도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 발전기 또는 전동기의 냉각구조는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 구성된 것을 기초로 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조는 내부가 비어 있는 하우징의 내주에 구비되며 하나 이상의 코일이 감긴 고정자와, 고정자와 소정 간격 이격되어 회전가능하게 구비되며 하나 이상의 영구자석이 구비된 회전자를 포함하는 발전기 또는 전동기를 냉각하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조에 있어서, 코일과, 고정자에 포함되며 코일이 감기도록 구성된 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 냉각용 오일이 유동하는 냉각유로; 를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 냉각유로는 회전자를 둘러싸도록 하우징에 구비되는 튜브와 코일 사이에 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제1유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각유로는 코일과 고정자 코어 사이에 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제2유로를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 냉각유로는 고정자 코어를 관통하도록 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제3유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각유로는 회전자를 둘러싸도록 하우징에 구비되는 튜브와 코일 사이에 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제1유로, 코일과 고정자 코어 사이에 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제2유로 및, 고정자 코어를 관통하도록 형성되어 하우징에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제3유로 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 냉각유로를 유동한 냉각용 오일이 유입되고 유동하여 하우징 밖으로 배출되도록 하는 순환유로; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환유로는 고정자 코어와 하우징 사이에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 순환유로를 통해서 하우징 밖으로 배출된 냉각용 오일이 하우징에 다시 유입되어 순환되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 냉각용 오일은 전기 절연유일 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 발전기 또는 전동기에 냉각용 오일이 유동하는 냉각유로가 형성되도록 하여 냉각용 오일에 의해서 발전기 또는 전동기를 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 대용량 발전기 또는 전동기를 성능이 저하되지 않게 충분히 냉각시킬 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 대용량 발전기 또는 전동기가 열 발생에 의해서 성능이 저하되지 않을 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조의 구성과 작동을 나타내는 단면도이다.
도2는 도1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도3은 도2의 원부분의 확대도이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 발전기 또는 전동기의 냉각구조에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 구성된 것을 기초로 한다.
도1과 도2에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 발전기 또는 전동기의 냉구조(100)가 구비되는 발전기 또는 전동기는 고정자(S)와 회전자(R)를 포함할 수 있다.
고정자(S)는 도1과 도2에 도시된 실시예와 같이 내부가 비어 있는 하우징(H)의 내주에 구비될 수 있다. 그리고, 고정자(S)에는 하나 이상의 코일(C)이 감길 수 있다. 예컨대, 고정자(S)는 도시된 실시예와 같이 하나 이상의 코일보빈(B)이 구비되는 고정자 코어(SC)를 포함할 수 있고, 코일보빈(B)에 코일(C)이 감기는 구성으로 고정자(S)에 코일(C)이 감길 수 있다. 그러나, 고정자(S)에 코일(C)이 감기는 구성은 도시된 실시예에 한정되지 않고, 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
도1과 도2에 도시된 실시예와 같이 회전자(R)는 고정자(S)와 소정 간격 이격되어 회전가능하게 구비될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 하나 이상의 영구자석이 구비될 수 있다. 이러한 회전자(R)는 도시된 실시예와 같이 회전축(A)이 연결될 수 있다.
이러한 구성을 가지는 것이 발전기라면, 예컨대 회전축(A)이 화력발전소의 증기터빈에 연결되어 회전하는 것에 의해서 회전자(R)가 회전할 수 있다. 이러한 회전자(R)의 회전에 의해서 회전자(R)에 구비된 하나 이상의 영구자석에서 발생되는 자기장이 고정자(S)에 감긴 코일(C)에 의해서 변할 수 있다. 그리고, 이에 의해서 코일(C)에 전기가 유도될 수 있다.
또한, 전동기라면, 고정자(S)의 코일(C)에 전기가 인가될 수 있다. 그리고, 고정자(S)의 코일(C)에 인가되는 전기를 변화시키면 코일(C) 주위에 자기장이 유도될수 있다. 이와 같이, 고정자(S)의 코일(C)에 유도된 자기장은 회전자(R)에 구비된 하나 이상의 영구자석에서 발생되는 자기장과 상호작용할 수 있다. 또한, 고정자(S)의 코일(C)에 유도되는 자기장을 변화시키면, 고정자(S)의 코일(C)에 유도되는 자기장과 회전자(R)에 구비된 하나 이상의 영구자석에서 발생되는 자기장의 상호작용에 의해서 회전자(R)가 회전될 수 있다. 이러한 회전자(R)의 회전에 의해서 회전자(R)에 연결된 회전축(A)이 회전될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성의 발전기 또는 전동기를 냉각하도록 구성된 본 발명에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조(100)는 도1과 도2에 도시된 실시예와 같이 냉각용 오일이 유동하는 냉각유로(200)를 포함할 수 있다. 그리고, 이에 의해서 코일(C)과, 코일(C)이 감기도록 구성된 고정자(S)의 전술한 고정자 코어(SC)가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있다.
냉각용 오일은 예컨대, 전기 절연유일 수 있다. 이와 같이, 냉각용 오일이 전기 절연유이면, 전기적으로 영향을 덜 받기 때문에 코일(C)과 고정자 코어(SC)에 전기적인 영향을 미치지 않고 코일(C)과 고정자 코어(SC)를 직접 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 냉각용 오일에 의해서 코일(C)과 고정자(S)의 고정자 코어(SC)가 직접 냉각되므로 용량이 큰 발전기 또는 전동기라도 하더라도 충분히 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 용량이 큰 발전기 또는 전동기의 열 발생에 의한 발전기 또는 전동기의 성능저하를 방지할 수 있다.
냉각유로(200)는 도1 내지 도3에 도시된 실시예와 같이 제1유로(210)를 포함할 수 있다. 도2와 도3에 도시된 실시예와 같이 제1유로(210)는 회전자(R)를 둘러싸도록 하우징(H)에 구비되는 튜브(T)와 코일(C) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 도1에 도시된 바와 같이 이러한 제1유로(210)를 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동할 수 있다. 이에 따라, 코일(C)의 내측이 제1유로(210)를 유동하는 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있다.
또한, 도1 내지 도3에 도시된 실시예와 같이 냉각유로(200)는 제2유로(220)를 포함할 수 있다. 제2유로(220)는 도2와 도3에 도시된 실시예와 같이 코일(C)과 고정자 코어(SC) 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 코일(C)과 고정자 코어(SC)가 소정 간격으로 이격되어 제2유로(220)가 형성될 수 있다. 그리고, 도1에 도시된 바와 같이 이러한 제2유로(220)를 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동할 수 있다. 이에 따라, 코일(C)의 외측과 고정자 코어(SC)의 내측이 제2유로(220)를 유동하는 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있다.
그리고, 냉각유로(200)는 도1 내지 도3에 도시된 실시예와 같이 제3유로(230)를 포함할 수 있다. 도2와 도3에 도시된 실시예와 같이 제3유로(230)는 고정자 코어(SC)를 관통하도록 형성될 수 있다. 그리고, 도1에 도시된 바와 같이 이러한 제3유로(230)를 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동할 수 있다. 이에 따라, 고정자 코어(SC)의 내부가 제3유로(230)를 유동하는 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있다.
냉각유로(200)는 전술한 제1유로(210)나 제2유로(220) 또는 제3유로(230) 중 하나를 포함할 수도 있지만, 제1유로(210)와 제2유로(220) 및 제3유로(230) 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 냉각유로(200)는 제1유로(210)와 제2유로(220)를 포함하거나, 제1유로(210)와 제3유로(230)를 포함하거나, 또는 제2유로(220)와 제3유로(230)를 포함할 수 있다. 또한, 냉각유로(200)는 제1유로(210)와 제2유로(220) 및 제3유로(230)를 모두 포함할 수도 있다.
한편, 냉각용 오일(H)은 도1에 도시된 실시예와 같이 발전기 또는 전동기의 하우징(H)의 하부에 유입될 수 있다. 예컨대, 오일 공급원(도시되지 않음)에 연결된 펌프에 의해서 오일 공급원에 저장된 냉각용 오일이 발전기 또는 전동기의 하우징(H)의 하부에 유입될 수 있다.
또한, 전술한 제1유로(210)나 제2유로(220) 또는 제3유로(230)는 하우징(H)의 하부에 연결될 수 있다. 이에 따라, 하우징(H)의 하부에 유입된 냉각용 오일은 도1에 도시된 바와 같이 그 유입압력에 의해서 전술한 제1유로(210)나 제2유로(220) 또는 제3유로(230) 등의 냉각유로(200)를 통해 하우징(H)의 상부로 유동하면서 코일(C)과 고정자 코어(SC)를 직접 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조(100)는 도1 내지 도3에 도시된 실시예와 같이 순환유로(300)를 더 포함할 수 있다. 순환유로(300)에는 도1에 도시된 바와 같이 냉각유로(200)를 유동한 냉각용 오일이 유입되고 유동할 수 있다.
도1에 도시된 실시예와 같이 전술한 제1유로(210)나 제2유로(220) 또는 제3유로(230) 등의 냉각유로(200)는 하우징(H)의 상부(예컨대, '엔드턴'이라고 불리우는 부분)에 연결될 수 있다. 또한, 냉각유로(200)를 유동하여 하우징(H)의 상부로 유동한 냉각용 오일은 도1에 도시된 바와 같이 하우징(H)의 상부에 연결된 순환유로(300)에 유입되어 유동할 수 있다. 예컨대, 도1에 도시된 바와 같이 하우징(H)의 상부에서 순환유로(300)에 유입된 냉각용 오일은 순환유로(300)를 통해 하우징(H) 하부로 유동할 수 있다. 이와 같이, 순환유로(300)에 유입되어 순환유로(300)를 유동한 냉각용 오일은 도1에 도시된 바와 같이 하우징(H) 밖으로 배출될 수 있다.
이러한 순환유로(300)는 도1 내지 도3에 도시된 실시예와 같이 고정자 코어(SC)와 하우징(H) 사이에 형성될 수 있다. 이에 따라, 도1에 도시된 바와 같이 제1유로(210)나 제2유로(220) 또는 제3유로(230) 등의 냉각유로(200)를 유동한 냉각용 오일은 고정자 코어(SC)와 하우징(H) 사이에 형성된 순환유로(300)에 유입되고 유동하여 하우징(H) 밖으로 배출될 수 있다.
한편, 순환유로(300)를 통해서 하우징(H) 밖으로 배출된 냉각용 오일이 하우징(H)에 다시 유입되도록 구성될 수 있다. 즉, 냉각용 오일이 순환되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 순환유로(300)는 도1에 도시된 실시예와 같이 하우징(H) 하부에 연결될 수 있다. 그리고, 하우징(H) 하부는 펌프가 연결된 오일 공급원에 연결될 수 있다. 이에 따라, 순환유로(300)에 유입되어 순환유로(300)를 유동한 냉각용 오일은 도1에 도시된 바와 같이 하우징(H) 하부를 통해서 외부로 배출되어 오일 공급원에 유입될 수 있다. 그리고, 오일 공급원에 유입된 냉각용 오일은 오일 공급원에서 소정의 온도로 냉각된 후 펌프에 의해서 도1에 도시된 바와 같이 하우징(H) 하부에 다시 유입될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 발전기 또는 전동기의 냉각구조를 사용하면, 냉각용 오일에 의해서 발전기 또는 전동기를 냉각시킬 수 있으며, 발전기 또는 전동기에 포함되는 코일과 코일이 감기도록 구성된 고정자의 고정자 코어가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각될 수 있고, 대용량 발전기 또는 전동기를 성능이 저하되지 않게 충분히 냉각시킬 수 있으며, 대용량 발전기 또는 전동기가 열 발생에 의해서 성능이 저하되지 않을 수 있다.
상기와 같이 설명된 발전기 또는 전동기의 냉각구조는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 발전기 또는 전동기의 냉각구조 200 : 냉각유로
210 : 제1유로 220 : 제2유로
230 : 제3유로 300 : 순환유로
R : 회전자 C : 코일
S : 고정자 SC : 고정자 코어
H : 하우징 T : 튜브
A : 회전축

Claims (9)

  1. 내부가 비어 있는 하우징(H)의 내주에 구비되며 하나 이상의 코일(C)이 감긴 고정자(S)와, 상기 고정자(S)와 소정 간격 이격되어 회전가능하게 구비되며 하나 이상의 영구자석이 구비된 회전자(R)를 포함하는 발전기 또는 전동기를 냉각하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조(100)에 있어서,
    상기 코일(C)과, 상기 고정자(S)에 포함되며 상기 코일(C)이 감기도록 구성된 고정자 코어(SC)가 냉각용 오일에 의해서 직접 냉각되도록 냉각용 오일이 유동하는 냉각유로(200); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각유로(200)는 상기 회전자(R)를 둘러싸도록 상기 하우징(H)에 구비되는 튜브(T)와 상기 코일(C) 사이에 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제1유로(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각유로(200)는 상기 코일(C)과 상기 고정자 코어(SC) 사이에 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제2유로(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉각유로(200)는 상기 고정자 코어(SC)를 관통하도록 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제3유로(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉각유로(200)는
    상기 회전자(R)를 둘러싸도록 상기 하우징(H)에 구비되는 튜브(T)와 상기 코일(C) 사이에 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제1유로(210),
    상기 코일(C)과 상기 고정자 코어(SC) 사이에 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제2유로(220) 및,
    상기 고정자 코어(SC)를 관통하도록 형성되어 상기 하우징(H)에 유입된 냉각용 오일이 유동하는 제3유로(230) 중 적어도 2개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각유로(200)를 유동한 냉각용 오일이 유입되고 유동하여 상기 하우징(H) 밖으로 배출되도록 하는 순환유로(300); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 순환유로(300)는 고정자 코어(SC)와 하우징(H) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  8. 제6항에 있어서, 상기 순환유로(300)를 통해서 상기 하우징(H) 밖으로 배출된 냉각용 오일이 상기 하우징(H)에 다시 유입되어 순환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
  9. 제1항에 있어서, 상기 냉각용 오일은 전기 절연유인 것을 특징으로 하는 발전기 또는 전동기의 냉각구조.
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