KR20170120674A - 전기 기계 - Google Patents

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KR20170120674A
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모리츠 그룬
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에이비비 슈바이쯔 아게
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Abstract

회전자(100), 고정자(200) 및 지지 구조물(300)을 포함하는 전기 기계를 개시한다. 상기 고정자(200)는 고정자 코어(210) 및 고정자 프레임(220)을 포함한다. 상기 고정자 프레임은 축(X-X) 단부들 및 종축 방향의 측면들을 갖는다. 상기 회전자(100)는 상기 지지 구조물(300) 상에서 베어링(140, 150)으로써 지지 된다. 주철의 단부 지지 구조물(600)이 상기 고정자 프레임(220)의 각각의 단부에 제공된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 종축 방향의 중간 부분(610) 및 위쪽으로 연장되는 두 개의 단부 부분(620, 630)들로 형성된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 단부들의 외곽 모서리들 사이에서 횡단 방향으로 연장된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 압축 조인트들로써 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 단부와 상기 지지 구조물(300)에 부착된다.

Description

전기 기계
본 발명은 전기 기계(electric machine)에 관한 것이다.
전기 기계들, 즉 전기 모터(electric motors) 및 발전기(electric generators)는 수많은 응용분야에서 활용된다. 전기 모터는 다른 종류의 기계들을 구동하기 위해 사용되며, 발전기는 전력을 생산하기 위해 사용된다. 발전기를 구동하기 위해 사용되는 전력 소스는 경우에 따라 변한다. 증기는 발전기를 구동하는 터빈을 구동하기 위해 전력 플랜트에서 사용되는 흔한 전력 소스의 하나이다. 한편, 연소 엔진이 발전기를 구동하기 위해 활용될 수 있다. 연소 엔진과 발전기는 종종 하나의 지지 구조물을 형성하는 공통의 플랫폼 위에 장착된다. 이어서, 공통의 지지 구조물 상에 연소 엔진과 발전기를 포함하는 전체 유닛이 현장으로 이송되어 파워플랜트 빌딩 내의 바닥에 배치될 수 있다. 따라서 그러한 유닛의 설치는 매우 신속하게 이루어진다.
발전기의 고정자(stator)는 통상적으로 환상(annular)의 고정자 코어와 그 고정자 코어를 둘러싸는 고정자 프레임을 구비한다. 고정자 코어의 내면은 환상의 고정자 코어의 내면 안으로 개방되는 슬롯들(slots)을 포함한다. 고정자 권선(winding)은 그 슬롯들 안에 배치된다. 고정자 코어의 외면을 따르는 축 방향으로 연장되는 백 빔(back beam)들이 더 존재한다. 상기 백 빔들은 고정자 코어의 외면에 용접된다. 고정자 프레임은 보통 단부 구성체(end constructions)들 및 그 단부 구성체들 사이의 프레임 플레이트들을 포함하고 있다. 상기 고정자 프레임은 고정자 코어와 동시에 제조될 수 있다. 따라서, 고정자 프레임은 그 고정자 코어가 준비될 때 고정자 코어에 설치될 수 있다. 고정자 코어는 백 빔들을 통해 고정자 프레임에 부착된다. 고정자 프레임은 지지 요소들로써 지지 구조물(support structure)에 부착된다.
특히, 발전기를 구동하는 연소 엔진과 함께 하나의 공동 지지 구조물 상에 장착되어 있는 발전기는 그 발전기의 수명기간 동안 연소 엔진에서 발생하는 격심한 진동을 겪게 된다. 발전기의 수명 기간 중 부하 사이클들(load cycles)의 수는 109을 초과할 수 있다. 이러한 진동들은 발전기의 프레임 구성체들에 대해, 그리고 발전기의 프레임 구성체들과 지지 구조물 간의 부착뿐만 아니라 발전기의 프레임 구성체들 내에서의 부착에 대해 변동하는 응력(fluctuating stress)을 야기한다.
본 발명의 목적은 향상된 전기 기계를 달성하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전기 기계는 청구항 제1항에 의해 정의된다.
상기 전기 기계는 종축(longitudinal) 방향의 회전 중심축을 중심으로 회전 가능한 원통형(cylindrical)의 회전자(rotor), 상기 회전자를 둘러싸는 고정자(stator), 및 상기 회전자와 고정자를 지지하는 지지 구조물(support structure)을 포함하되,
상기 고정자는 원통형의 고정자 코어(stator core) 및 그 고정자 코어를 둘러싸는 고정자 프레임을 포함하고, 상기 고정자 코어는 고정자 프레임에 부착되며, 상기 고정자 프레임은 축 단부들(axial ends)과 종축 방향의 측면들을 가지며,
상기 회전자는 지지 구조물 상의 베어링 하우징에 위치한 베어링을 통해 각각의 축 단부에서 지지 되며, 상기 베어링 하우징은 고정자 프레임의 축 단부로부터 바깥쪽으로 축 방향에 배치된다.
상기 전기 기계는, 소정의 길이와 높이를 갖는 주철(cast iron)의 단부 지지 구조물이 고정자 프레임의 각각의 축 단부에 제공되고, 상기 단부 지지 구조물은 종축 방향의 중간 부분(middle portion) 및 상기 단부 지지 구조물의 높이까지 위쪽으로 연장되는 두 개의 단부 부분(end portions)들로 형성되며, 상기 단부 지지 구조물은 고정자 프레임의 축 단부들의 외측 모서리들 사이에서 축의 횡단 방향으로 연장되며, 그럼으로써 상기 단부 지지 구조물은 압축 조인트들(compression joints)로써 고정자 프레임의 축 단부와 상기 지지 구조물에 부착되고, 상기 베어링 하우징은 단부 지지 구조물의 중간 부분에서 지지되고 그것에 부착되도록 하는 것을 특징으로 한다.
단부 지지 구조물을 사용하면 전기 기계의 전체적인 프레임 구성체의 강도를 증가시킬 것이다. 상기 단부 지지 구조물은 압축 조인트로써 지지 구조물에, 그리고 압축 조인트로써 고정자 프레임의 축 단부에 부착된다. 상기 압축 조인트는 볼트와 너트들로 구현 가능하다. 상기 단부 지지 구조물은 위쪽으로 연장되는 단부 부분들 때문에 넓은 영역으로부터 고정자 프레임의 단부에 부착될 수 있다. 상기 단부 지지 구조물의 중간 부분 및 단부 부분들은 지지 구조물에 대하여 고정 지점들과 고정자 프레임의 축 단부에 대하여 고정 지점들을 포함할 수 있다. 넓은 영역으로부터의 이러한 부착은 고정자 프레임의 축 단부와 단부 지지 구조물에서의 장력의 집중을 제거한다.
고정자 프레임의 각 단부의 단부 지지 구조물들은 전체적인 프레임 구성체의 강도를 증가시키게 될 것이며, 이렇게 함으로써 그 프레임 구조는 전기 기계의 수명기간 중 제동(braking) 현상이 없이 109의 부하 사이클의 필요한 횟수를 견딜 수가 있다. 상기한 단부 지지 구성체는 응력들이 그 프레임 구성체 내부로 더 균일하게 분포하도록 할 것이며, 이로써 심각한 응력의 집중이 회피된다.
주철(cast iron)의 사용은 단부 지지 구조물을 위한 임의의 적절한 형태를 더욱 용이하게 구현하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 단부 지지 구조물의 형태는 응력의 집중이 제거되도록 최적화될 수가 있다. 주철에 대한 SN-곡선의 경사(slopes)는 용접 구조의 상응하는 경사에 비교하여 또한 매우 완만하다. 높거나 또는 매우 높은 변동성 응력들의 경우, 피로저항(fatigue resistance)은 용접(welded) 구조의 피로저항에 비교해 주철에 대해 훨씬 더 높다. 단부 지지체는 GJS-400 주철로 제조될 수도 있을 것이다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 단부 지지 구조물은 그 단부 지지 구조물의 단부 부분들의 높이가 상기 단부 지지 구조물의 길이의 20 내지 50% 범위에 있도록 형성될 수 있다. 상기 단부 부분들의 충분한 높이는 단부 지지 구조물로부터 고정자 프레임의 단부로 상기 지지 구조의 표면 위의 충분한 레벨에서 고정 지점들을 갖는 것을 가능하게 만든다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 단부 지지 구조물은 그 단부 지지 구조물의 각각의 단부 부분이 그 단부 부분의 바닥면으로부터 위로 연장되는 홈(recess)를 포함하도록 형성될 수 있다. 이것은 상기 단부 부분의 하부 영역에서의 응력 집중을 감소시켜줄 것이다. 상기 단부 부분들의 하부영역은, 그렇지 않았다면, 그 응력의 집중이 최고인 영역이다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 단부 지지 구조물은 중간 부분과 단부 부분들 사이의 전이 부분들이 곡선형의 형태를 가짐으로써 그 곡선이 상기한 단부 부분을 향해 증가하도록 형성될 수 있다. 이러한 개념은 단부 지지 구조물 전체를 따라서 응력를 균등하게 분포시키기 위한 것이다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 단부 지지 구조물은 그 단부 지지 구조물이 그것의 단부 부분들 사이에서 지지 구조물의 전면 모서리에서 연장되는 플랜지(flange)를 포함하도록 형성될 수 있는데, 여기서 상기 플랜지는 직선형의 중간 부분, 및 상기 단부 지지 구조물의 단부 부분들의 상부 단부들로부터 시작하는 곡선형의 단부 부분들을 갖는다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 고정자 코어는 L-형상의 브래킷(brackets)들로써 고정자 프레임에 부착될 수가 있는데, 여기서 상기 브래킷의 일 분지는 고정자 코어 상의 백 빔(back beam)에 압축 조인트로써 부착될 수 있으며, 상기 브래킷의 다른 분지는 압축 조인트로써 고정자 프레임에 부착될 수 있다. 상기 압축 조인트들은 볼트와 너트들로 구현될 수 있다. 이러한 구성은 고정자 코어와 고정자 프레임 간의 부착에 있어 용접 연결(welded joint)의 필요성을 제거해 줄 것이다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 고정자 프레임은 그 고정자 프레임의 축 횡단 외측 모서리들에서 지지 구조물에 대해 지지 요소들로써 부착될 수 있다. 상기 지지 요소들은 압축 조인트로써 고정자 프레임에, 그리고 압축 조인트로써 지지 구조물에 부착될 수 있다. 상기 지지 요소들은 주철로 제조될 수 있다. 압축 조인트들은 볼트와 너트들로 구현 가능하다. 이러한 구성은 고정자 프레임과 지지 구조물 간의 부착에 있어 용접 연결의 필요성을 제거해 줄 것이다.
예를 들어, 볼트와 너트들로 구현되는, 압축 조인트들에 기초한 고정 수단 및 주철로 이루어지는 지지 요소들은 전기 기계의 수명기간 중 109 부하 사이클의 횟수를 용이하게 견딜 수 있다.
주철의 사용은 지지 요소들을 위한 임의의 적절한 형태를 상당히 용이하게 달성하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 지지 요소들의 형태는 응력의 집중을 피하도록 최적화될 수 있다. 주철에 대한 SN 곡선의 경사도는 용접된 구조의 해당하는 경사도에 비교하여 또한 매우 완만하다. 높거나 또는 매우 높은 변동성 응력들의 경우, 주철의 피로저항은 용접 구조물의 피로저항에 비교하면 훨씬 더 높다.
본 발명은 적어도 1m의 샤프트 길이를 갖는 대형의 전기 기계에 사용하기에 특히 적합하다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들에 의하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 전기 기계의 종축 방향의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 2는 공통 지지 구조물 상에 장착된 발전기와 디젤 엔진을 도시한다.
도 3은 고정자의 부등각 투영도(axonometric view)를 도시한다.
도 4는 고정자의 횡 단면도를 도시한다.
도 5는 고정자 프레임의 분해도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 단부 지지 구조물의 제1 실시예의 부등각 투영도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 단부 지지 구조물의 제2 실시예의 부등각 투영도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 지지 구조물을 구비한 전기 기계의 부등각 투영도를 도시한다.
도 1은 전기 기계의 종 방향의 단면을 도시하는 단면도이다. 상기 전기 기계(400)는 종 방향의 중심축(X-X), 원통형 회전자(100) 및 상기 회전자(100)를 둘러싸고 있는 원통형 고정자(200)를 포함한다.
상기 회전자(100)는 회전자 권선(winding)(도면에는 미도시)이 제공되는 중심부(110) 및 그 중심부(110)의 축 방향(X-X)의 각각의 단부에서 두 개의 단부 부분들(120, 130)을 포함한다. 회전자(100)의 각각의 단부 부분(120, 130)은 전기 기계(400)의 지지 구조물(300) 상에 지지되는 베어링 하우징(145, 155)에 제공되는 베어링(140, 150) 상에 회전 가능하게 지지되어 있다. 각각의 베어링 하우징(145, 155)은 지지 구조물(300)의 각각의 단부 지지면(320, 330) 상에 지지 된다.
상기 고정자(200)는 고정자 코어(210)와 그 고정자 코어(210)를 둘러싸고 있는 고정자 프레임(220)을 포함한다. 상기 고정자 프레임(220)은 서로 축 상의 X-X 거리만큼 떨어져 있는 두 개의 마주하는 단부 구성체들(221, 222)을 포함한다. 상기 고정자 프레임(220)은 단부 구성체들(221, 222) 사이에 배치된 고정자 플레이트들(223)을 더 포함하고 있다. 상기 고정자 플레이트들(223)은 전기 기계(400)의 중심축(X-X)을 따라서 서로 축 X-X 거리만큼 떨어져 배치된다. 고정자 코어(210)는 고정자 프레임(220)에 부착되고, 고정자 프레임(220)은 지지 구조물(300) 상에 유지된다. 고정자 코어(210)에는 또한 고정자 권선이 제공된다. 도면은 고정자 권선의 권선 끝단들(211A)만을 도시하고 있다. 상기 지지 구조물(300)은 단부 지지면들(320, 330) 사이에 홈이 형성된(recessed) 부분(310)을 더 포함한다. 상기 홈이 형성된 부분(310)은 고정자(200)의 하부를 수용한다.
회전자(100)의 중간 부분(110)의 외면과 고정자 코어(210)의 내면 사이에는 공기 유격(G1)이 존재한다.
상기 전기 기계(400)는 발전기 또는 전기 모터일 수 있다.
도 2는 공통 지지 구조물(300)에 장착된 발전기와 연소 엔진을 도시한다. 발전기(400)는 연소 엔진(500)과 함께 공통 지지 구조물(300)에 장착된다. 연소 엔진(500)은 샤프트(550)를 통해서 발전기(400)를 구동한다.
도 3은 고정자의 부등각 투영도(axonometric view)를 도시하고, 도 4는 고정자의 횡 단면도를 도시하며, 또한 도 5는 도 1에 도시된 전기 기계의 고정자 프레임의 분해도를 도시한다.
도 4는 전기 기계의 샤프트 높이(H0)를 나타내고 있다. 상기 샤프트 높이(H0)는 회전 중심축(X-X)으로부터 고정자 프레임(220)의 최하단 모서리까지로 측정된다. 본 발명은 적어도 1m의 샤프트 높이(H0)를 갖는 대형 전기 기계들에 사용하기에 특히 적합하다.
고정자(200)는 전기 기계(400)의 종 방향의 중심축(X-X)과 일치하는 종 방향의 중심축(X-X)을 갖는다. 고정자(200)의 단면은 수직 중심선(VC1)과 수평 중심선(HC1)을 갖는다. 고정자(200)는 또한 종 방향 중심축(X-X)의 방향에 수직인 횡 방향(TD1)을 갖는다. 고정자(200)는 고정자 코어(210)와 그 고정자 코어(210)를 둘러싸고 있는 고정자 프레임(220)을 포함한다.
고정자 코어(210)는 그 고정자 코어(210)의 내주(inner perimeter) 부분으로부터 고정자 코어(210) 내부로 관통하는 슬롯들(213)을 포함한다. 고정자 코어(210)의 슬롯들(213)은 고정자 권선(211)을 수용한다. 고정자 코어(210)는 박판 구조로 형성되는데, 즉 함께 적층되어 고정자 코어(210)를 형성하는 환상의 시트들(annular sheets)로 구성된다. 고정자 코어(210)의 각각의 시트는 부재들(210A, 210B)로 이루어지는데, 여기서 상기 부재들(210A, 210B)은 하나의 폐쇄된 둘레를 형성하도록 서로 부착된다. 고정자 코어(210)는 그 고정자 코어(210)의 외면에 부착되고 고정자(200)의 축 X-X 방향으로 연장되는 백 빔들(back beams)(212)을 더 포함한다. 고정자 코어(210)는 원통형(실린더)의 형태를 갖는다.
고정자 프레임(220)은 종 방향의 측면들과 축 단부들을 포함한다. 고정자 프레임(220)은 서로 축 방향으로 X-X 거리에 배치된 두 개의 마주하는 단부 구성체들(221, 222)을 포함한다. 각각의 단부 구성체(221, 222)는 축 X-X 방향에서 가장 외곽에 배치되어 있는 단부 플레이트(221A, 222A)를 포함한다. 상기 단부 구성체들(221, 222)의 단부 플레이트들(221A, 222A)은 고정자 프레임(220)의 축 X-X 단부들을 형성한다. 고정자 프레임(220)은 단부 구성체(221, 222)들 사이에 프레임 플레이트들(223)을 더 포함한다. 각각의 프레임 플레이트(223)는 4개의 분리된 부분들(223)로 이루어진다. 프레임 플레이트들(223)의 두 개의 부분들은 고정자 프레임(220)의 상부 코너 부분들(A1, A2)에서 수직 중심선(VC1)의 양 측면들에 대칭으로 배치된다. 프레임 플레이트(223)의 두 개의 부분들은 고정자 프레임(220)의 하부 코너 부분들(B1, B2)에서 수직 중심선(VC1)의 양 측면들에 대칭으로 배치된다. 고정자 프레임(220)의 상부 코너 부분들(A1, A2)에서 프레임 플레이트들(233)의 두 개의 부분들은 연결부(224)와 서로 연결된다. 각각의 연결부(224)는 각각의 프레임 플레이트(223)의 외주를 따라서 연장된다. 상기 연결부(224) 및 프레임 플레이트들(223)은 프레임 하나의 플레이트 패키지를 형성한다.
고정자 프레임(220)은 그 고정자 프레임(220)의 양쪽 최하부 코너 부분들(C1, C2)에서 수직 중심 평면(VC1)의 반대쪽 측면들에서 대칭으로 배치된 제1 중간 부재(223)의 패키지를 더 포함한다.
상기 고정자(200)는 전기 기계의 지지 구성체(300)의 측면 지지 면들(340, 350) 상에 지지 요소들(240)로써 종 방향의 측면들로부터 지지 된다. 상기 지지 구조물(300)은 현장의 바닥(F1) 위에 지지되어 있다. 상기 지지 요소들(240)은 고정자 프레임(220)의 하부 코너 부분들(B1, B2)에서 수직 중심선(VC1)의 양 측면들에 대칭으로 배치된다. 프레임 플레이트(223)는 각각의 지지 요소(240)의 각각의 수직 측면에 부착된다. 상기 지지 요소들(240)은 고정자 프레임(220)의 종 방향의 측면들의 외측 모서리들에 대칭으로 배치된다. 이러한 실시예에서 상기 지지 요소들(240)은 고정자(200)의 수평 중심 평면(HC1-HC1)의 완전히 아래에 배치된다. 지지 요소들(240)의 일부는 당연히 상기 수평 중심 평면(HC1-HC1) 위에 배치되어도 좋다. 상기 지지 요소들(240)의 측면 지지 면들(340, 350)은 고정자(200)의 수평 중심 평면(HC1-HC1) 아래로 α1 각도로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 각도(α1)는 바람직하게는 10 내지 45도의 범위이다. 상기 지지 요소들(240) 및 그 지지 요소들(240) 사이의 프레임 플레이트들(223)은 하나의 지지 요소 패키지를 형성한다. 상기 지지 요소 패키지는 하나의 개체로 형성될 수도 있다. 상기 지지 요소들(240)은 압축 조인트, 예컨대, 볼트와 너트들을 형성하는 고정 수단으로 지지 구조물(300)에 부착될 수 있다. 한편, 상기 지지 요소들(240)은 압축 조인트, 예컨대, 볼트와 너트들을 형성하는 고정 수단으로써 또한 고정자 프레임(220)에 부착될 수도 있다.
상기한 지지 구조물(300)에서의 홈(recess)(310)은 그 지지 구조물(300)의 측면 지지 면들(340, 350)과 단부 지지 면들(320, 330) 사이의 영역에 형성된다. 상기 지지 구조물(300)의 측면 지지 면들(340, 350) 및 단부 지지 면들(320, 330)은, 바람직하게는, 동일한 수평 레벨에 배치된다. 상기 측면 지지 면들(340, 350) 및 단부 지지 면들(320, 330)은 당연히, 필요하다면, 상이한 수평 레벨에 배치될 수도 있다.
제1 중간 부재들(225)의 패키지들의 축(X-X) 단부들 뿐만 아니라 프레임 플레이트 패키지들(223, 224)의 축(X-X) 단부들 및 지지 요소 패키지들(240, 223)의 축(X-X) 단부들은 고정 수단(250), 예컨대, 볼트와 너트들로써 각각의 단부 구성체(221, 222)에 부착된다. 고정자 프레임(220)의 횡 단면의 내주(inner perimeter)는 원형의 형태를 갖는다. 고정자 프레임(220)의 횡 단면의 외주(outer perimeter)는 다각형의 형태를 갖는다.
따라서, 고정자 코어(210)와 고정자 프레임(220)은 동시에 독립적으로 제작될 수 있다. 고정자 코어(210)의 환상의 시트들이 조립되어 완성된 고정자 코어(210)를 형성하고, 그 다음에 고정자 권선(211)이 고정자 코어(210)에 있는 슬롯들(213)에 감긴다. 상기 단부 구성체들(221, 222), 프레임 플레이트들(223), 지지 요소들(240) 및 제1 중간 부재들(225)은 함께 조립되어 완전한 고정자 프레임(220)을 형성하게 된다. 이어서, 고정자 코어(210)가 고정자 프레임(220)에 부착된다. 이것은, 예컨대, L-형상의 브래킷들(230)에 의해 구현 가능하다. 브래킷들(230) 중의 하나의 분지(branch)는 백 빔들(212)에 압축 조인트로 고정되고, 다른 분지는 프레임 플레이트들(223)에 압축 조인트로 고정된다. 상기한 분지들 모두의 압축 조인트들은, 예컨대, 볼트와 너트들로 구현될 수 있다. 또 다른 가능성은 백 빔들(212) 상에 C-형 클램프들을 사용하여 그 C-형 클램프들을 백 빔들(212)과 프레임 플레이트들(223)에 용접으로 부착하는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 단부 지지 구조물의 제1 실시예의 부등각 투영도(axonometric view)를 도시한다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 길이 L1과 높이 H1을 갖는다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 종 방향의 중간 부분(610) 및 상기 중간 부분(610)의 각 단부에서 높이 H1을 따라서 위쪽으로 연장되는 단부 부분(620,630)으로 이루어진다. 상기 중간 부분(610)과 각각의 단부 부분(620, 630) 사이의 전이 부분은 곡선으로 형성된다. 중간 부분에서 곡선의 시작 지점은 상기 단부에서의 곡선의 종료 지점에 비해 더 낮은 레벨에 존재한다. 상기 중간 부분(610)과 단부 부분들(620, 630)은 제1 지지 면(S1)을 포함하는데, 이것은 지지 구조물(300)의 상부 면에 기대어 배치될 것이다. 각각의 단부 부분(620, 630)은 제2 지지 면(S2, S3)을 포함하는데, 이것은 고정자 프레임(220)의 각각의 단부 구성체(221, 222)에서 축(X-X) 방향의 외측 단부 플레이트(221A, 222A)에 대해 기대어 배치될 것이다. 상기 제1 지지 면(S1)은 제2 지지 면(S2, S3)에 대해 수직이다. 상기 단부 부분들(620, 630)은 서로에 대해 거울에 비친 상과 같다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 고정자 프레임(220)의 외측 모서리들 사이에서 축 X-X 횡단 방향으로 연장된다. 상기한 높이 H1는 단부 지지 구조물(600)의 길이 L1의 20 내지 50%의 범위에 있다. 단부 지지 구조물(600)의 길이 L1은 고정자 프레임(220)의 외측 모서리들 사이의 고정자 프레임(220)의 폭에 의해 결정된다. 단부 지지 구조물(600)의 중심부(610)의 높이 H3는 상기한 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 높이 H1의 20 내지 60% 범위에 있다.
상기 단부 지지 구조물(600)은 그 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630) 사이의 지지 구조물(600)의 전면 모서리에서 연장되는 플랜지(640)를 더 포함한다. 상기 플랜지(640)는 직선형의 중간 부분(641) 및 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 상단부들로부터 시작하는 곡선형의 단부 부분들(642, 643)을 갖는다. 상기한 플랜지(640)는 단부 지지 구조물(600)을 더욱 강화해 준다.
상기 단부 구조물(600)의 각각의 단부 부분들(620, 630)은 그 단부 부분(620, 630)의 저부에서 제1 지지 면(S1)으로부터 위쪽으로 연장되는 홈(621, 623)을 갖는다. 상기 홈(621, 631)의 높이(H2)는 단부 부분(620, 630)의 높이(H1)의 20 내지 40% 범위에 있다. 상기 홈(621, 631)에 관련한 개념은 단부 부분(620, 630)의 하부 영역에서의 응력의 집중을 감소시킨다는 것이다. 결과적으로, 단부 부분(620, 630) 전체를 통해 더 균일한 응력 분포가 획득된다. 상기 홈(621, 631)은 단부 부분(620, 630)의 하부에서 탄성을 증가시킨다. 이러한 탄성의 증가는 상기 단부 부분(620, 630)의 상부의 재료 두께에 비하여 상기 단부 부분(620, 630)의 하부에서 더 작은 재료 두께를 사용함으로써 또한 달성될 수 있다. 그러나 단부 지지 구조물(600)에서 홈이 달성되도록 주형(casting mould)을 만드는 것이 더 용이하다.
상기 단부 지지 구조물(600)의 중간 부분(610)은 베어링 하우징(145, 155) 아래의 지지 구조물(300)의 단부 지지 면(320, 330)을 따라서 전기 기계의 축(X-X) 횡단 방향(TD1)으로 연장된다. 따라서, 베어링 하우징(145, 155)은 단부 지지 구조물(600)의 중간 부분(610)에 부착된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 중간 부분(610)으로부터, 그리고 단부 부분들(620, 630)로부터 지지 구조물(300)의 단부 지지 면(320, 330)에 부착될 수 있다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 중간 부분(610)으로부터 그리고 단부 부분들(620, 630)로부터 고정자 프레임(200)의 단부 구성체(221, 222)의 단부 플레이트(221A, 222A)에 또한 부착될 수 있다. 각각의 단부 부분(620, 630)의 지지 면(S2, S3)은 고정자 프레임(220)의 단부 구성체(221, 222)의 단부 플레이트(221A, 222A)에 대해 안착한다.
상기 단부 지지 구조물(600)은 고정자 프레임(220)의 강도를 상당히 증가시킬 것이다. 고정자 프레임(220)은 종래기술의 해결책과 같이 지지 구조물(300)의 측면 지지 면들(340, 350)에서 지지 요소들(240)에 우선적으로 부착될 수 있다. 상기 지지 구조물(300)의 측면 지지 면들(340, 350)은 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 방향의 중간 지점에서 고정자 프레임(220)의 종 방향 측면들에 위치한다. 고정자 프레임(220)은 지지 구조물(300)의 단부 지지 면들(320, 330)에서 단부 지지 구조물들(600)과 두 번째로 부착될 것이다. 상기 단부 지지 면들(320, 330)은 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 방향 단부들에 위치한다. 고정자 프레임(220)의 단부 플레이트들(221A, 222B)에서 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 지지점들은 지지 요소들(240)이 있는 것과 같은 종 방향의 라인 상의 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 횡단 외측 모서리들에서 대칭으로 배치될 것이다. 상기 종 방향의 라인은 전기 기계의 중심축 X-X와 평행하다.
도 7은 본 발명에 따른 단부 지지 구조물의 제2 실시예의 부등각 투영도를 도시한다. 그 주된 차이점은 단부 지지 구조물(600)에서의 단부 부분들(620, 630)에 존재한다. 중간 부분(610)은 단부 지지 구조물(600)의 양쪽 단부들로 연장된다. 상기 중간 부분(610)은 단부 부분들(620, 630)의 하부 부분들(622, 632)을 형성하는 약간 더 높은 부분들을 양쪽 단부들에 갖는다. 상기 단부 부분들(620, 630)의 상부는 그 단부 부분들(620, 630)의 하부에서 제2 지지 면(S2, S3)을 지지하는 삼각형의 지지체(623, 633)로 형성된다. 높이 H1은 단부 지지 구조물(600)의 길이 L1의 20 내지 50% 범위에 있다. 상기 홈(621, 631)의 높이 H2는 단부 부분(620, 630)의 높이 H1의 20 내지 40% 범위에 있다. 단부 지지 구조물(600)의 중앙부(610)의 높이 H3는 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 높이 H1의 20 내지 60% 범위에 있다.
도 8은 본 발명에 따른 지지 구조물을 구비한 전기 기계의 부등각 투영도를 도시한다. 전기 기계(400)는 지지 구조물(300) 상에서 지지 된다. 단부 지지 구조물(600)은 도 7에 도시된 단부 지지 구조물(600)에 해당한다. 베어링(150)의 베어링 하우징(155)은 단부 지지 구조물(600)의 중간 부분(610) 상에 지지 된다. 베어링 하우징(155)은 압축 조인트들, 예컨대, 볼트와 너트들로 단부 지지 구조물(600)의 중간 부분(610)에 부착된다. 단부 지지 구조물(600)의 제1 지지 면(S1)은 지지 구조물(300) 상에서 지지 된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 중간 부분(610)과 단부 부분들(620, 630)로부터 압축 조인트들, 예컨대, 볼트와 너트들로써 지지 구조물(300)에 부착될 수 있다. 상기 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 제2 지지 면들(S2, S3)은 고정자 프레임(220)의 단부 구성체(222)의 단부 플레이트(222A) 상에 지지 된다. 상기 단부 지지 구조물(600)은 중간 부분(610)과 단부 부분들(620, 630)로부터 압축 조인트들, 예컨대, 볼트와 너트들로써 고정자 프레임(220)의 단부 구성체(222)의 단부 플레이트(222A)에 부착될 수 있다. 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)이 단부 플레이트(222A)에 그것을 통해 부착되는 지지 포인트들은 상기 단부 부분들(620, 630)의 높이 H1 덕분에 더 높은 레벨에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 단부 지지 구조물(600)은 고정자 프레임(220)의 강도를 상당히 증가시킬 것이다.
프레임 플레이트들(223)은 상기한 도면들에서 네 부분으로 형성된다. 상기 부분들(223)은 당연히 그것들의 모서리들이 고정자 코어(210)를 둘러싸는 연속적인 환상의 프레임 플레이트(223)를 형성하면서 서로 부착되도록 확장될 수도 있다. 상기한 단부 구성체들(221, 222) 사이의 프레임 플레이트들(223)의 수는 전기 기계의 축(X-X) 길이에 따라서 변할 수도 있을 것이다. 고정자 프레임(220)은 또한 프레임 플레이트들(223)이 없이 구현될 수도 있다. 상기 고정자 프레임(220)은 단지 단부 구성체들(221, 222)만을 포함할 것이며, 여기서 지지 요소들(240)은 단부 구성체들(221, 222) 사이에 직접 배치될 것이다.
기술의 진보에 따라서 본 발명의 개념은 여러 가지 방식으로 구현될 수 있다는 것은 당해 기술분야의 전문가에게는 자명할 것이다. 본 발명 및 그 실시예들은 전술한 예들에만 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위 내에서 변할 수도 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 종축 방향의 회전 중심축(X-X)을 중심으로 회전 가능한 원통형의 회전자(100), 상기 회전자(100)를 둘러싸는 고정자(200), 및 상기 회전자(100)와 고정자(200)를 지지하는 지지 구조물(300)을 포함하는 전기 기계로서,
    상기 고정자(200)는 원통형의 고정자 코어(210) 및 상기 고정자 코어(210)를 둘러싸는 고정자 프레임(220)을 포함하되, 상기 고정자 코어(210)는 상기 고정자 프레임(220)에 부착되며, 상기 고정자 프레임(220)은 축(X-X) 단부들과 종축 방향의 측면들을 가지며,
    상기 회전자(100)는 상기 지지 구조물(300) 상의 베어링 하우징(145, 155)에 위치한 베어링(140, 150)을 통해 각각의 축(X-X) 단부에서 지지 되며, 상기 베어링 하우징(145, 155)은 상기 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 단부로부터 바깥쪽으로 축(X-X) 방향에 배치되는 것인 전기 기계에 있어서,
    소정의 길이(L1)와 높이(H1)를 갖는 주철의 단부 지지 구조물(600)이 상기 고정자 프레임(220)의 각각의 축(X-X) 단부에 제공되고, 상기 단부 지지 구조물(600)은 종축 방향의 중간 부분(610) 및 상기 단부 지지 구조물(600)의 높이(Hl1)까지 위쪽으로 연장되는 두 개의 단부 부분(620, 630)들로 형성되며, 상기 단부 지지 구조물(600)은 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 단부들의 외곽 모서리들 사이에서 축(X-X) 횡단 방향(TD1)으로 연장되며, 그럼으로써 상기 단부 지지 구조물(600)은 압축 조인트들로써 고정자 프레임(220)의 축(X-X) 단부와 상기 지지 구조물(300)에 부착되고, 상기 베어링 하우징(145, 155)은 상기 단부 지지 구조물(600)의 중간 부분(610) 상에서 지지 되고 그것에 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)의 높이(H1)는 상기 단부 지지 구조물(600)의 길이(L1)의 20 내지 50% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단부 지지 구조물(600)의 각각의 단부 부분(620, 630)은 상기 단부 부분들(620, 630)의 바닥 면으로부터 위쪽으로 연장되는 홈(621, 631)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부분(610)과 단부 부분들(620, 630) 사이의 전이 부분들은 곡선 형태를 가지며, 이로써 상기 중간 부분(610)에서 상기 곡선의 시작 지점은 상기 단부 부분(620, 630)에서의 곡선의 종료 지점에 비교하여 더 낮은 레벨에 존재하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단부 지지 구조물(600)은 그 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630) 사이의 지지 구조물(600)의 전면 모서리에서 연장되는 플랜지(640)를 포함하며, 여기서 상기 플랜지(640)는 직선형의 중간 부분(641) 및 상기 단부 지지 구조물(600)의 단부 부분들(620, 630)로부터 시작하는 곡선형의 단부 부분들(642, 643)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)은 종축 방향의 측면들로부터 상기 지지 구조물(300)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)은 지지 요소들(240)로써 종축 방향의 측면들로부터 상기 지지 구조물(300)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지 요소들(240)은 상기 지지 구조물(300)의 측면 지지 면들(340, 350) 상에 안착하며, 그리고 상기 단부 지지 구조물들(600)은 상기 지지 구조물(300)의 단부 지지 면들(320, 330) 상에 안착하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측면 지지 면들(340, 350) 및 상기 단부 지지 면들(320, 330)은 동일한 수평 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 측면 지지 면들(340, 350)은 상기 고정자(200)의 수평 중심 평면(HC1-HC1) 아래로 10 내지 45도의 범위에서의 각도(α1)에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)은 서로에서부터 축(X-X) 거리에 위치한 두 개의 마주하는 단부 구성체들(221, 222) 및 상기 단부 구성체들(221, 222) 사이에 위치한 적어도 하나의 프레임 플레이트(223)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  12. 제1항 내지 제10항 중의 어느 항에 있어서,
    상기 고정자 코어(210)는 L-형상의 고정 브래킷들(230)로써 상기 고정자 프레임(220)에 부착되고, 여기서 상기 고정 브래킷(230)의 제1분지는 압축 조인트로써 백 빔(212)에 부착되고, 또한 상기 고정 브래킷(230)의 제2분지는 압축 조인트로써 프레임 플레이트(223)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  13. 제11항에 있어서,
    각각의 프레임 플레이트(223)는 네 개의 분리된 부분들로 형성되며, 이로써 상기 프레임 플레이트들(223)의 두 개의 부분은 상기 고정자 프레임(220)의 상부 코너들(A1, A2)에 대칭으로 배치되고, 그리고 상기 프레임 플레이트들(223)의 두 개의 부분은 상기 고정자 프레임(220)의 하부 코너들(B1, B2)에 대칭으로 배치되며, 여기서 상기 고정자 프레임(220)의 상기한 두 개의 상부 코너들(A1, A2)에서의 상기 부분들 각각의 프레임 플레이트들(223)은 제1프레임 플레이트 패키지(223, 224)를 형성하도록 연결부(224)로써 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  14. 제7항 또는 제13항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)의 상기한 두 개의 하부 코너들(B1, B2)에서의 상기 부분들 각각의 프레임 플레이트들(223) 및 상기 지지 요소들(240)은 하나의 지지 요소 패키지를 형성하도록 서로 부착되며, 여기서 상기 지지 요소 패키지의 각각의 단부는 압축 조인트로써 상기 고정자 프레임(220)의 각각의 단부 구성체(221, 222)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)은 상기 고정자 프레임(220)의 최하부 코너들(C1, C2)에 대칭으로 배치된 제1 중간 부분들(225)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
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