KR20140056377A

KR20140056377A - 전기 기계를 냉각하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140056377A
Application number: KR1020147008498A
Authority: KR
Inventors: 페카 칸니넨
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 아게
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-05-09
Also published as: FI20115858A0; EP2751911A2; WO2013030444A3; FI123727B; JP2014525731A; FI20115858A; CN103999336A; WO2013030444A2; BR112014004877A2; US20140183990A1

Abstract

본 발명은 전기기계(10)와, 상기 전기기계의 축(11)에 연결된 적어도 하나의 블로어(20)를 포함하는, 상기 전기기계에 냉각제를 불어넣거나 상기 전기기계로부터 상기 냉각제를 흡입하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 적어도 하나의 블로어(20)는 사이드 채널형 블로어인 것을 특징으로 한다.

Description

전기 기계를 냉각하기 위한 장치 및 방법{ARRANGEMENT AND METHOD FOR COOLING AN ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 전기기계를 냉각하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

모터나 발전기와 같은 전기기계장치들은 냉각제(cooling agent)를 전기기계장치에 불어넣거나 그로부터 냉각제를 흡입하는 하나 또는 다수의 블로어(blower)들에 의해 냉각이 이루어질 수가 있다. 이것은 전기기계의 주위로 및/또는 그것을 통해 냉각제 순환이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 냉각제는 예를 들면, 공기일 수가 있다.

냉각용 블로어는 블로어를 구동하기 위한 자체적인 모터를 포함하도록 하는 방식으로 독립적인 블로어로서 구현될 수도 있다. 전형적으로는, 그러한 독립적인 블로어는 전기로 구동되며, 따라서 그 자신의 전력 공급을 또한 필요로 한다. 이러한 독립적인 블로어의 사용에 따른 문제점은, 상기한 독립적인 블로어에 대한 전원공급이 중단된다면, 그 전기기계 자체는 반드시 정지하지는 않을지라도 그 전기기계에 대한 냉각도 또한 중단된다는 것이다. 이것은 전기기계가 과열되게 할 수도 있다. 더욱이, 독립적인 구성의 블로어 및 그것과 연결될 수 있는 제어장치들은 상대적으로 큰 공간을 필요로 할 수도 있다.

전기기계를 위한 냉각용 블로어를 구현하는 또 하나의 대안은 그 전기기계의 축에 연결된 냉각용 블로어를 사용하는 것이다. 이러한 경우에는, 회전하는 동안 그 전기기계는 축에 같이 연결된 냉각용 블로어를 동시에 구동하게 되는데, 이것은 전기기계가 회전할 때마다 냉각기가 작동함을 의미한다. 전형적으로, 전기기계장치의 축에 연결된 냉각용 블로어는 독립적인 블로어보다는 더 작은 공간을 필요로 한다. 더욱이, 축에 연결된 냉각용 블로어는, 예를 들면, 개별적인 베어링을 반드시 필요로 하는 것은 아니다.

전기기계의 축에 연결된 흔히 사용되는 냉각용 블로어의 일례를 들면, 프로펠러 형태의 블레이드를 구비하며, 블로어의 블레이드가 주변에서 회전하는 중심 축에 평행한 방향으로 냉각제를 이송하도록 구성된 축형 블로어(axial blower)가 있다. 일본특허공보 제2007089255호는 전기기계의 축에 연결된 냉각용 블로어의 또 다른 예를 개시하고 있는데, 이 경우의 냉각용 블로어는 원심 블로어(centrifugal blower)이다. 상기한 원심 블로어는 블로어의 블레이드 휠의 회전 축에 대해 방사방향으로 원심력을 이용하여 냉각제를 이송한다.

하나의 축에 연결된 전술한 형태의 냉각용 블로어들에 있어서의 문제는, 그것들은 특히 저속 회전에서는 냉각제에 대한 충분한 압력을 가하거나/가하고 충분한 유동이 이루어지도록 하는 것이 반드시 가능하지 않다는 점이다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하거나 적어도 완화하는 것을 가능하게 하는 장치를 제공하기 위함이다.

상기 본 발명의 목적은 독립청구항 제1항 및 제10항에 기재된 것을 특징으로 하는 장치와 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.

본 발명의 기본개념은 전기기계장치의 한 축에 연결될 냉각용 블로어가 사이드 채널형 블로어(side channel blower)라는 것이다.

본 발명에 따른 해결책의 장점은 양호한 냉각제 압력의 발생 및/또는 유동이 상대적으로 저속의 회전속도에서도 달성될 수 있다는 것이다. 게다가, 상기한 사이드 채널형 블로어는 간편한 구조로 제조가 가능하다.

이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 통해 더 상세히 설명된다.
도 1은 전기기계를 냉각하기 위한 장치구성의 일례를 도시한다.
도 2는 전기기계를 냉각하기 위한 장치구성의 일례를 나타낸다.
도 3은 전기기계를 냉각하기 위한 장치구성의 일례를 나타낸다.
도 4는 사이드 채널형 블로어의 일례를 도시한다.
도 5는 사이드 채널형 블로어의 일례를 도시한다.
도 6은 사이드 채널형 블로어의 일례를 도시한다.
도 7은 사이드 채널형 블로어의 회전자(rotor)의 일례를 도시한다.
도 8은 사이드 채널형 블로어의 고정자(stator) 일부에 대한 일례를 도시한다.
도 9는 사이드 채널형 블로어의 일례를 도시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 구성의 일례를 도시하고 있다. 도 1은 축(11)에 대해 직각으로 상기 장치의 절반을 나타내는 단면도이다. 상기 도면은 본 발명에 대한 이해에 관련되는 구성요소들만을 나타낸다는 것을 이해하여야 할 것이다. 도 1의 장치는 전기기계(10)를 포함하고 있는데, 이것은 예를 들면, 모터 또는 발전기일 수도 있다. 더욱이, 전기기계(10)는 동기형 장치 또는 비동기형 장치일 수도 있다. 상기 전기기계(10)는 축(11)과 그것에 고정된 회전자(12)를 포함하고 있다. 바람직하게는, 상기 축(11)의 단부들에는 베어링들(15)이 제공되며, 이것들은 축(11)과 회전자(12)의 회전을 가능케 한다. 전기기계(10)는 또한 바람직하게는 고정자 프레임(14)에 고정되는 고정자(13)를 더 포함하고 있다. 도 1의 장치는 또한 사이드 채널형 블로어(side channel blower)(20)를 더 포함한다. 사이드 채널형 블로어(20)는 바람직하게는 전기기계(10)의 고정자 프레임(14)에 고정되는 고정자(23), 및 전기기계(10)의 축(11)에 연결된 회전자(24)를 포함하고 있으며, 이에 따라 전기기계(10)의 축과 함께 회전하게 된다. 사이드 채널형 블로어(20)는 또한 적어도 하나의 냉각제 흡입구(21))와 적어도 하나의 냉각제 배출구(22)를 더 포함하고 있다. 사이드 채널형 블로어(20)는 두 개 또는 더 많은 수의 냉각제 흡입구들(21) 및 두 개 또는 더 많은 수의 냉각제 배출구들(22)을 더 포함할 수도 있다. 흡입구들(21) 및 배출구들(22)의 숫자는 예컨대, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9개 또는 그보다 많은 수일 수도 있다. 바람직하게는, 흡입구들(21)과 배출구들(22) 양자의 개수는 동일하다. 사이드 채널형 블로어(20)의 흡입구(21) 및 배출구(22)의 숫자를 증가시킴으로써 사이드 채널형 블로어(20)의 냉각제 발생은 증가되겠지만, 이에 따라서 냉각제 압력 발생은 감소할 것이다. 바람직하게는, 흡입구(21) 및 배출구(22)의 수는 전기기계(10)의 냉각이 최적화될 수 있도록 냉각되고 있는 전기기계(10)의 특성 및 동작조건들에 따르는 각각의 시점에서 선택된다. 마찬가지로, 흡입구들(21) 및 배출구들(22)의 크기와 디자인은 본 발명의 기본개념에 영향을 미치게 하지 않고 변경되어도 좋다.

도 1의 예시적인 장치의 동작은 폐쇄형(closed) 냉각제 순환에 기초하고 있는데, 여기서 상기 장치는 전기기계(10)로부터 방출되는 냉각제를 다시 그 전기기계로 전달하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함하고 있다. 도 1의 예에 있어서, 이러한 채널은 전기기계의 배출구 커버(17) 내부에 형성된다. 전기기계(10), 따라서 사이드 채널형 블로어(20)가 동작 중일 때, 상기 사이드 채널형 블로어(20)는 전기기계(10)로부터 하나 또는 다수의 흡입구들(21)로 냉각제를 흡입하는 한편, 하나 또는 다수의 배출구들(22)을 통해서 밖으로 냉각제를 배출한다. 상기한 냉각제 순환은 도면에서 화살표에 의해 표시된다. 도 1의 예에서, 상기 장치는 또한 냉각제가 열교환기(18)를 통해 순환할 때 냉각제를 냉각하기 위한 적어도 하나의 열교환기(18)를 포함한다. 도 1의 예에서, 냉각제는 전기기계(10)의 고정자(13)와 회전자(12) 사이의 공기 개구부를 통해서 및/또는, 예를 들면, 회전자 공기 덕트(16)를 통해서 통과하게 된다. 상기한 냉각제는, 예컨대, 공기와 같은 기체 냉각제, 또는 어떤 종류의 냉각제일 수도 있다. 그러나, 냉각제의 종류가 본 발명의 기본적인 개념에 관련되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 구성의 일례를 도시하고 있다. 도 2의 장치는 본질적으로는 도 1에 도시된 예와 상응하지만, 도 2의 장치는 개방형(open) 냉각제 순환에 기초하고 있다. 도 2의 예시적인 장치에 있어서, 전기기계(10)를 통해 순환되는 냉각제는 사이드 채널형 블로어(20)의 하나 또는 다수의 배출구들(22)을 통해서 전기기계(10)를 둘러싼 공간으로 토출된다. 마찬가지로, 냉각제는 상기한 둘러싼 공간으로부터 전기기계(10) 안으로 흡입된다.

도 1 및 도 2의 예시적인 장치들에 있어서 냉각제 순환의 방향은 또한 반대로 될 수도 있는데, 이 경우 사이드 채널형 블로어(20)는 전기기계(10)로부터 냉각제를 흡입하는 것보다는 전기기계(10) 안으로 냉각제를 불어넣는 것임을 유념하여야 할 것이다. 또한 둘 이상의 사이드 채널형 블로어(20)가 제공될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 일례를 나타내고 있다. 도 3의 장치는, 도 3에 도시된 예시적인 장치가 두 개의 사이드 채널형 블로어들(20)을 포함한다는 것과 또한 사이드 채널형 블로어(20)들의 흡입구들(21)과 배출구들(22)은 도 1과 도 2의 예들과는 상이하다는 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 예와 다른 부분에서는 상응한다. 더욱이, 도 3의 예에서는 사이드 채널형 블로어들(20)은 전기기계(10)의 양 단부들로부터 대칭형으로 화살표에 의해 도시된 방식으로 전기기계(10) 안으로 냉각제를 불어넣는다. 도 3의 예시적인 장치에 있어서 냉각제 순환의 방향은 반대일 수도 있다는 것을 유념하여야 할 것이다. 또한, 단지 하나의 사이드 채널형 블로어(2)가 전기기계(10)의 일단 또는 타단에 제공될 수도 있다.

도 4 및 도 5는 다른 방향에서 관찰된 사이드 채널형 블로어(20)의 일례를 도시한다. 도 4 및 도 5의 예에 따른 사이드 채널 블로어(20)의 냉각제 흡입구들(21) 및 배출구들(22)의 디자인은 본질적으로는 도 1 및 도 2에 도시된 것들과 상응한다. 도 4 및 도 5의 예에 있어서, 흡입구(21) 및 배출구(22)의 개수는 네 개이지만, 그의 개수는 이보다 더 많거나 적을 수도 있다. 도 4에 도시된 사이드 채널형 블로어(20)의 회전자(24)의 중간부분은 냉각될 전기기계의 축(11)(도면에 도시되지 않음)에 고정된다.

도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 것과 유사한 사이드 채널형 블로어(20)의 부분 단면도인데, 여기서는 고정자(23)의 4분의 1 부분은 회전자(24)의 구조를 보여주기 위하여 생략되어 있다. 사이드 채널형 블로어의 고정자(23)는 대체로 속이 비어 있는 원형의 케이스인데, 그 내부에는 사이드 채널 블로어의 전형적인 원형의 사이드 채널이 회전자(24)의 일 측면을 따라서 연장되어 회전자(24)의 방향에서 위로 개방하도록 형성되어 있다. 달리 표현하면, 사이드 채널형 블로어(20)에서 사이드 채널은 회전자(24)에 실질적으로 바로 인접한 측면 방향(회전자(24)의 회전 축 방향)으로 연장되도록 구성된다. 사이드 채널형 블로어(20)의 각각의 냉각제 배출구(22)와 각각의 냉각제 흡입구(21)는 이 사이드 채널 안쪽으로 위로 개방된다. 도 6의 예에서, 흡입구들(21) 및 배출구들(22)의 숫자가 4인 경우, 사이드 채널은 벽 부재들(25)에 의해 네 개의 부위들로 상응하게 분할되도록 함으로써 각각의 사이드 채널 부위에는 하나의 흡입구(21)와 하나의 배출구(22)가 제공된다. 사이드 채널은 따라서 서로 분리된 두 개 또는 세 개 이상의 부위들을 포함하는데, 그 경우에 바람직하게는 적어도 하나의 냉각제 흡입구 및 적어도 하나의 냉각제 배출구가 각각의 사이드 채널 부위 안쪽으로 위로 개방되게 구성된다. 사이드 채널은 또한 하나의 흡입구(21) 및 하나의 배출구(22)가 제공된 단지 하나의 부위만으로 이루어질 수도 있다. 그러한 경우에, 사이드 채널은 바람직하게는 흡입구(21)로부터 배출구(22)로 거의 360°원을 그리게 되어, 분리용 벽 부재(25)가 그 사이에 제공되어 사이드 채널을 절단하도록 한다.

도 7은 사이드 채널 블로어(20)의 회전자(24)의 일례를 도시한다. 회전자(24)는 그 회전자(24)가 회전할 때 흡입구(21)로부터 배출구(22) 안으로 냉각제가 흘러들어가도록 해주는 다수의 블레이드들을 포함한다. 회전자(24)의 블레이드들의 숫자와 디자인은 본 발명의 기본적 개념에 어떤 영향을 미치지 않고도 도 7의 예와는 상이하게 구성될 수도 있다는 것을 유념하여야 할 것이다.

도 8은 사이드 채널 블로어(20)의 고정자(23)의 일부에 대한 일례를 나타내고 있다. 도 8의 예는 도 4 내지 도 8에 도시된 사이드 채널 블로어(20)의 고정자(23)의 4분의 1에 해당하는데, 즉, 전체적인 고정자(23)는 도 8에 도시된 것의 네 개의 서로 연결된 부재들에 의해 형성된다. 도 8은 고정자(23)의 속이 빈 구조와 그것에 형성된 사이드 채널을 도시하고 있는데, 냉각제 흡입구(21)와 냉각제 배출구(22)는 이러한 사이드 채널 안쪽으로 위로 개방되도록 구성된다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시된 것과 유사한 사이드 채널형 블로어(20)의 사이드 채널의 전체 길이의 4분의 1은 도 8에 도시된 고정자(23)의 일부분 안에 형성된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 채널형 블로어(20)의 일례를 나타낸다. 도 9의 사이드 채널형 블로어(20)는 다섯 개의 흡입구들(21)과 배출구들(22)을 포함한다는 것과 그 개구들의 디자인이 도 4 내지 도 6에 개시된 예와는 상이하다는 것을 제외하고는 다른 부분들은 도 4 내지 도 6에 도시된 예들과 상응한다. 따라서, 도 9의 예는 본질적으로는 도 3의 장치에 의해 포함된 사이드 채널 블로어들(20)과 상응한다. 흡입구들(21) 및 배출구들(22)의 숫자는 도면에 도시된 것과는 상이할 수도 있다.

기술이 진보함에 따라서는 본 발명의 기본적인 개념은 수많은 다른 방식으로 구현될 수도 있다는 것을 당해 기술분야의 전문가라면 명백하게 이해할 것이다. 따라서 본 발명 및 그 실시예들은 전술한 예들에만 한정되는 것이 아니라 특허청구범위의 영역 내에서 변화할 수도 있다.

Claims

전기기계(10), 및
상기 전기기계의 축(11)에 연결되어, 상기 전기기계에 냉각제를 불어넣거나 상기 전기기계로부터 상기 냉각제를 흡입하기 위한 적어도 하나의 블로어(20)를 포함하는 전기기계를 냉각시키기 위한 장치에 있어서,
상기 적어도 하나의 블로어(20)는 사이드 채널형 블로어인 것을 특징으로 하는 전기기계를 냉각시키기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 사이드 채널형 블로어(20)는 적어도 하나의 냉각제 흡입구(21)와 적어도 하나의 냉각제 배출구(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서, 상기 사이드 채널형 블로어(20)는 적어도 두 개의 냉각제 흡입구들(21)과 적어도 두 개의 냉각제 배출구들(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 사이드 채널형 블로어(20)는, 회전자(24)와, 그리고 상기 회전자의 측면을 따라서 연장되는 사이드 채널을 형성하는 원형의 케이싱(23)을 포함하되, 상기 적어도 하나의 냉각제 흡입구(21) 및 상기 적어도 하나의 냉각제 배출구(22)는 상기 사이드 채널 안쪽으로 위로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 사이드 채널은 서로 분리된 적어도 두 개의 부분들을 포함하되, 적어도 하나의 냉각제 흡입구(21)와 적어도 하나의 냉각제 배출구(22)는 상기 사이드 채널의 각 부분 안쪽으로 위로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각제는 개방형 순환을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각제는 폐쇄형 순환을 가지며, 이로써 상기 장치는 상기 전기기계(10)로부터 방출되는 냉각제를 상기 전기기계로 다시 전달하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널은 냉각제를 냉각하기 위한 적어도 하나의 열교환기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기기계(10)는 발전기 또는 모터인 것을 특징으로 하는 장치.
전기기계(10)의 축(11)에 연결된 적어도 하나의 블로어(20)에 의해 상기 전기기계로 냉각제를 불어넣거나 전기기계로부터 냉각제를 흡입하는 것을 포함하는 전기기계를 냉각하는 방법에 있어서,
상기 적어도 하나의 블로어(20)는 사이드 채널형 블로어인 것을 특징으로 하는 전기기계를 냉각하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 냉각제는 개방형 순환을 갖는 것을 특징으로 하는 전기기계를 냉각하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 냉각제는 폐쇄형 순환을 가지며, 상기 방법은 상기 전기기계(10)로부터 방출되는 냉각제를 상기 전기기계로 다시 전달하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계를 냉각하는 방법.
제12항에 있어서, 냉각제를 상기 전기기계로 다시 전달하기 전에 적어도 하나의 열교환기(18)를 통해서 상기 전기기계(10)로부터 방출되는 냉각제를 냉각하는 것을 특징으로 하는 전기기계를 냉각하는 방법.