KR20210133442A - 회전전기기기 - Google Patents

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KR20210133442A
KR20210133442A KR1020200052041A KR20200052041A KR20210133442A KR 20210133442 A KR20210133442 A KR 20210133442A KR 1020200052041 A KR1020200052041 A KR 1020200052041A KR 20200052041 A KR20200052041 A KR 20200052041A KR 20210133442 A KR20210133442 A KR 20210133442A
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Abstract

전동기 또는 발전기를 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전동기 또는 발전기는 회전자가 회전가능하게 구비되고 회전자를 둘러싸도록 고정자가 구비되는 기기본체; 및 상기 기기본체를 냉각하도록 상기 기기본체에 구비되는 냉각유닛; 을 포함하며, 상기 냉각유닛은 상기 기기본체에 구비되고 상기 기기본체의 내부와 연결되는 냉각공간이 형성된 냉각하우징과, 상기 냉각공간에 배치되는 복수개의 냉각공기유동관을 포함하여, 상기 냉각공기유동관을 유동하는 냉각공기가 상기 기기본체의 내부와 상기 냉각공간 사이를 순환하는 피냉각공기를 냉각하고, 상기 냉각유닛은, 상기 회전자의 정상구동회전수에서, 상기 피냉각공기가 상기 냉각공기유동관을 횡단하여 유동하면서 발생하는 와류이탈에 의한 음향공명을 방지하도록 상기 냉각하우징에 구비되는 음향공명방지부; 를 더 포함할 수 있다.

Description

전동기 또는 발전기{ELECTRIC MOTOR OR GENERATOR}
본 발명은 전동기 또는 발전기에 관한 것이다.
도8에 도시된 바와 같이 전동기 또는 발전기(10)는, 기본적으로, 기기본체(20)와, 기기본체(20)에 회전가능하게 구비되는 회전자(RT) 및, 회전자(RT)를 둘러싸도록 기기본체(20)에 구비되는 고정자(ST)를 포함한다.
전동기는 회전자(RT)와 고정자(ST) 중 적어도 하나에 전기를 인가하는 것으로, 회전자(RT)와 고정자(ST) 사이에서 전자기적 상호작용이 발생하여, 회전자(RT)를 회전시키는 회전구동력을 발생하는 장치이다. 또한, 발전기는 연소압 또는 증기압이나 수력 또는 풍력 등에 의해서 회전자(RT)가 회전하는 것으로, 회전자(RT)와 고정자(ST) 사이에서 전자기적 상호작용이 발생하여, 전기를 발생하는 장치이다.
전동기 또는 발전기(10)에서 전술한 바와 같이 회전자(RT)가 회전하면, 열이 발생한다. 이와 같이, 회전자(RT)의 회전에 의해서 발생한 열은 전동기 또는 발전기(10)의 온도를 상승시키며, 전동기 또는 발전기(10)의 온도가 소정의 허용온도를 넘게 되면, 전동기 또는 발전기(10)의 구동효율이나 발전효율이 낮아지며, 전동기 또는 발전기(10)의 구동이 멈출 수도 있다.
따라서, 전동기 또는 발전기(10)의 온도가 소정의 허용온도를 넘지 않도록, 전동기 또는 발전기(10)를 냉각할 필요가 있다. 이를 위해서, 도시되지는 않았지만, 중소형 전동기 또는 발전기(10)의 경우에는, 전동기 또는 발전기(10)의 기기본체(20)의 외부에 복수개의 냉각핀이 구비되어 기기본체(20)를 냉각한다. 이에 더하여, 회전자(RT) 단부에 냉각팬이 구비되고, 기기본체(20)에는 냉각팬을 덮는 팬커버가 구비될 수 있다. 이에 따라, 회전자(RT)가 회전하면 냉각팬도 함께 회전하여, 외부의 공기가 냉각공기로 팬커버와 기기본체(20) 사이의 공간으로 유입된 후, 기기본체(20) 외부의 복수개의 냉각핀 사이를 유동하면서 기기본체(20)를 냉각할 수 있다.
대형 전동기 또는 발전기(10)의 경우에는, 회전자(RT)의 회전에 의해서 발생하는 발열량이 중소형 전동기 또는 발전기(10)에서의 발열량보다 크기 때문에, 전술한 중소형 전동기 또는 발전기(10)의 냉각구조로는 냉각이 어렵다. 이에 따라, 대형 전동기 또는 발전기(10)의 경우에는, 도8에 도시된 바와 같이, 기기본체(20)를 냉각하는 냉각유닛(30)이 별도로 기기본체(20)에 구비된다.
이러한 냉각유닛(30)은 도8에 도시된 바와 같이 기기본체(20)에 구비되며 기기본체(20) 내부에 연결되는 냉각공간(31a)이 형성된 냉각하우징(31)과, 냉각하우징(31)의 냉각공간(31a)에 구비되는 복수개의 냉각공기유동관(32)을 포함한다. 그리고, 기기본체(20) 내부의 회전자(RT)의 부분에는 내부팬(IF)이 구비되고, 기기본체(20) 외부의 회전자(RT)의 부분에는 외부팬(OF)이 구비된다. 또한, 냉각하우징(31)의 일측에는 냉각하우징(31)의 일측을 덮는 유동가이드(GF)가 구비되고, 커버(CV)가 기기본체(20)와 냉각하우징(31)의 타측을 덮도록 기기본체(20)와 냉각하우징(31)의 타측에 구비된다.
이러한 구성에서, 회전자(RT)가 회전하면, 내부팬(IF)과 외부팬(OF)도 회전하게 된다. 그리고, 기기본체(20) 내부와 냉각하우징(31)의 냉각공간(31a)의 공기인 피냉각공기는 내부팬(IF)에 의해서 도8에 도시된 바와 같이 기기본체(20) 내부와 냉각하우징(31)의 냉각공간(31a) 사이를 순환한다. 또한, 외부의 공기가 외부팬(OF)에 의해서 커버(CV)를 통해 냉각공기로 복수개의 냉각공기유동관(32)에 각각 유입되어 냉각공기유동관(32)을 유동한다. 냉각공기는 복수개의 냉각공기유동관(32)을 유동하면서 냉각공간(31a)을 유동하는 피냉각공기와의 열교환에 의해서 피냉각공기를 냉각한 후 유동가이드(GF)를 통해 외부로 배출된다. 냉각하우징(31)에는 피냉각공기의 유동을 가이드하는 가이드판(PG)이 구비될 수도 있다.
한편, 기기본체(20) 내부와 냉각하우징(31)의 냉각공간(31a) 사이를 피냉각공기가 순환하면서 피냉각공기는 복수개의 냉각공기유동관(32) 각각을 횡단하여 유동하게 된다. 이와 같이 피냉각공기가 냉각공기유동관(32)을 횡단하여 유동하면, 도9의 (a)에 도시된 바와 같이 피냉각공기의 유동방향으로 냉각공기유동관(32)의 뒤쪽에 와류가 주기적으로 발생하면서 냉각공기유동관(32)으로부터 분리된다. 이러한 현상을 와류이탈이라고 하며, 이러한 주기적인 와류이탈에 의해서 음압(音壓, Sound Pressure), 즉 소음이 발생한다. 도9의 (b)는 회전자(RT)의 회전수가 소정 회전수로 일정하여 피냉각공기의 유속도 소정 유속으로 일정 할 때 나타나는 와류이탈의 와류이탈주파수(Vortex Shedding Frequency)와 이에 따른 음압을 나타내는 그래프이다. 이에서 알 수 있듯이, 회전자(RT)의 소정 회전수에서는 소정 와류이탈주파수에서 음압이 크게 나타난다.
그리고, 도10의 (a)에 도시된 바와 같이, 회전자(RT)의 회전수가 증가하면, 음압이 큰 와류이탈주파수도 증가하게 된다.
한편, 도10의 (b)에 도시된 바와 같이 냉각하우징(31)은 냉각공간(31a)과 이와 연결된 기기본체(200)의 내부 공간의 형상에 따라 고유한 음향고유주파수(Acoustic Natural Frequency)를 가지며, 특정 음향고유주파수, 예컨대 138Hz의 음향고유주파수에서의 음향공명에 의한 음압이 다른 음향고유주파수, 예컨대 100Hz나 120Hz에서의 음향공명에 의한 음압보다 크다. 그리고, 도10의 (c)에 도시된 바와 같이, 회전자(RT)의 회전수가 증가하여 음압이 큰 와류이탈파수가, 냉각하우징(31)의 음압이 큰 음향고유주파수에 이르게 되면, 음향공명이 발생하여, 전동기 또는 발전기(10)의 소음과 진동이 매우 커지게 된다.
이러한 음향공명이 전동기 또는 발전기의 회전자의 정상구동회전수에서 발생하게 되면, 소음과 진동이 매우 커지게 되어 구조적 안정성에 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 전동기 또는 발전기의 회전자의 정상구동회전수에서, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징에서의 와류이탈에 의해서 발생하는 음향공명에 따른 소음과 진동이 방지되도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수가 변경되도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 전동기 또는 발전기는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 전동기 또는 발전기는 회전자가 회전가능하게 구비되고 회전자를 둘러싸도록 고정자가 구비되는 기기본체; 및 상기 기기본체를 냉각하도록 상기 기기본체에 구비되는 냉각유닛; 을 포함하며, 상기 냉각유닛은 상기 기기본체에 구비되고 상기 기기본체의 내부와 연결되는 냉각공간이 형성된 냉각하우징과, 상기 냉각공간에 배치되는 복수개의 냉각공기유동관을 포함하여, 상기 냉각공기유동관을 유동하는 냉각공기가 상기 기기본체의 내부와 상기 냉각공간 사이를 순환하는 피냉각공기를 냉각하고, 상기 냉각유닛은, 상기 회전자의 정상구동회전수에서, 상기 피냉각공기가 상기 냉각공기유동관을 횡단하여 유동하면서 발생하는 와류이탈에 의한 음향공명을 방지하도록 상기 냉각하우징에 구비되는 음향공명방지부; 를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 음향공명방지부는 상기 냉각공간의 일부를 구획하도록 상기 냉각하우징에 구비되어 상기 냉각하우징의 음향고유주파수(Acoustic Natural Frequency)를 변경하는 격판을 포함할 수 있다.
또한, 복수개의 상기 냉각공기유동관과 상기 격판은 상기 회전자와 나란하게 상기 냉각공간에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 격판은 상기 냉각공간의 일부를 상기 회전자를 기준으로 양측으로 각각 구획할 수 있다.
또한, 상기 격판은 상기 기기본체 내부와 연결되는 측의 반대측의 상기 냉각공간의 부분을 구획할 수 있다.
그리고, 상기 격판은 상기 냉각공간을 이루는 상기 냉각하우징의 면들 중 상기 기기본체의 내부와 연결되는 연결면의 반대면에 구비될 수 있다.
또한, 상기 격판은 상기 연결면의 반대면의 중앙부에 구비될 수 있다.
그리고, 복수개의 상기 냉각공기유동관이 배치되는 상기 냉각공간의 부분은, 상기 연결면의 반대면과 제1이격거리 이격될 수 있다.
또한, 복수개의 상기 냉각공기유동관이 배치되는 상기 냉각공간의 부분은, 상기 연결면과 제2이격거리 이격될 수 있다.
그리고, 상기 회전자는 상기 기기본체의 전후방향으로 상기 기기본체에 구비되고, 복수개의 상기 냉각공기유동관과 상기 격판은 상기 냉각하우징의 전후방향으로 상기 냉각공간에 배치되며, 상기 연결면은 상기 냉각하우징의 하면이고, 상기 연결면의 반대면은 상기 냉각하우징의 상면일 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수가 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전동기 또는 발전기의 회전자의 정상구동회전수에서, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징에서의 와류이탈에 의해서 발생하는 음향공명에 따른 소음과 진동이 방지될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 주요구성의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 냉각유닛의 배면사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 기기본체의 사시도이다.
도4는 도1의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.
도5는 도1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도6은 격판의 삽입길이에 따라 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수가 변경되는 것을 나타내는 그래프이다.
도7은 격판의 삽입길이에 따라 음향공명현상이 감소하여 소음이 저감되는 것을 나타내는 그래프이다.
도8은 종래의 전동기 또는 발전기를 나타내는 단면도로, 외부의 공기가 냉각공기로 기기본체에 유입되어 냉각유닛의 냉각공기유동관을 유동하면서, 기기본체와 냉각유닛의 냉각하우징 사이를 순환하는 피냉각공기를 냉각하는 것을 나타낸다.
도9는 유체가 파이프를 횡단하여 유동하면서 발생하는 와류이탈현상 및 와류이탈현상에 의한 와류이탈주파수에 따른 음압을 나타내는 그래프이다.
도10은 전동기 또는 발전기의 회전자의 회전수가 증가하면서 음압이 큰 와류이탈주파수가 증가하는 것과, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수에 따른 음압 및, 음압이 큰 와류이탈주파수가 음압이 큰, 냉각하우징의 음향고유주파수에 도달하여 음향공명이 나타나는 것을 나타내는 그래프이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 전동기 또는 발전기에 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.
이하, 도1 내지 도7을 참조로 하여 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예에 대하여 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 주요구성의 사시도이다.
또한, 도2는 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 냉각유닛의 배면사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 일실시예의 기기본체의 사시도이다.
그리고, 도4는 도1의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이며, 도5는 도1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
또한, 도6은 격판의 삽입길이에 따라 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수가 변경되는 것을 나타내는 그래프이며, 도7은 격판의 삽입길이에 따라 음향공명현상이 감소하여 소음이 저감되는 것을 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 전동기 또는 발전기(100)의 일실시예는 기기본체(200)와, 냉각유닛(300)을 포함할 수 있다.
기기본체(200)에는 회전자(RT)가 회전가능하게 구비될 수 있다. 회전자(RT)는 기기본체(200)의 전후방향으로 기기본체(200)에 회전가능하게 구비될 수 있다. 회전자(RT)에는 내부팬(IF)과 외부팬(OF)이 구비될 수 있다.
기기본체(200)에는 회전자(RT)를 둘러싸도록 고정자(ST)가 구비될 수 있다. 이를 위해서, 도1과 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 기기본체(200)의 전면과 후면에는 회전자(RT)의 일측과 타측이 각각 관통하는 관통구멍(HT)이 형성되고, 기기본체(200)의 내부에는 회전자(RT)는 또는 고정자(ST)를 지지하는 지지프레임(FS)이 구비될 수 있다.
전동기의 경우에는, 회전자(RT)와 고정자(ST) 중 적어도 하나에 전기가 인가되는 것으로 발생하는, 회전자(RT)와 고정자(ST) 사이의 전자기적 상호작용에 의해서, 회전자(RT)가 회전될 수 있다. 또한, 발전기의 경우에는, 연소압 또는 증기압이나 수력 또는 풍력 등의 외력에 의해 회전자(RT)가 회전되는 것에 의해서 발생하는, 회전자(RT)와 고정자(ST) 사이의 전자기적 상호작용으로 인해서 전기가 발생할 수 있다.
도1과 도3 내지 도5의 기기본체(200)에는 냉각유닛(300)에 포함되는 후술할 음향공명방지부(330)의 설명의 편의를 위해서, 회전자(RT)와 고정자(ST)가 도시되어 있지는 않으나, 도8에 도시된 종래의 전동기 또는 발전기(10)의 회전자(RT)와 고정자(ST)로 이를 갈음한다. 또한, 도1과 도3 내지 도5에는 냉각유닛(300)에 포함되는 후술할 냉각하우징(310)의 일측을 덮도록 냉각하우징(310)에 구비되는 유동가이드(GF)와, 기기본체(200)의 타측과 냉각하우징(310)의 타측을 덮도록 기기본체(200)와 냉각하우징(310)에 구비되는 커버(CV)도 도시되어 있지는 않으나, 도8에 도시된 종래의 전동기 또는 발전기(10)의 커버(CV)와 유동가이드(GF)로 이를 갈음한다.
기기본체(200) 내부는 냉각유닛(300)의 냉각하우징(310)에 형성된 후술할 냉각공간(311)에 연결될 수 있다. 그리고, 회전자(RT)가 회전하여 회전자(RT)에 구비되는 내부팬(IF)이 회전하는 것에 의해서, 기기본체(200) 내부와 냉각하우징(310)의 공기가 피냉각공기로 기기본체(200) 내부와 냉각하우징(310)의 냉각공간(311) 사이에서 순환할 수 있다. 또한, 회전자(RT)가 회전하여 회전자(RT)에 구비되는 외부팬(OF)이 회전하는 것에 의해서, 외부의 공기가 냉각공기로 냉각유닛(300)에 포함되며 냉각공간(311)에 배치되는 후술할 냉각공기유동관(320)을 유동할 수 있다. 이에 따라, 기기본체(200) 내부와 냉각하우징(310)의 냉각공간(311) 사이에서 순환하는 피냉각공기가 냉각공기유동관(320)을 유동하는 냉각공기에 의해서 냉각공간(311)에서 냉각될 수 있다.
예컨대, 기기본체(200)의 상면이 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)에 연결되어 기기본체(200) 내부와 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)이 연결될 수 있다. 그리고, 이를 위해서 기기본체(200)의 상면에는 도3에 도시된 바와 같이 유동연결구멍(HF)이 형성될 수 있다. 그러나, 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)에 연결되는 기기본체(200)의 면은 특별히 한정되지 않고, 기기본체(200)의 어떠한 면이라도 가능하다.
냉각유닛(300)은 기기본체(200)를 냉각하도록 기기본체(200)에 구비될 수 있다. 예컨대, 냉각유닛(300)은 도1과 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 기기본체(200)의 상부에 구비되어 기기본체(200)를 냉각할 수 있다. 그러나, 냉각유닛(300)이 구비되는 기기본체(200)의 부분은 특별히 한정되지 않고, 기기본체(200)를 냉각할 수 있는 부분이라면 기기본체(200)의 어떠한 부분에도 구비될 수 있다.
냉각유닛(300)은 냉각하우징(310)과, 복수개의 냉각공기유동관(320)을 포함할 수 있다.
냉각하우징(310)은 기기본체(200)에 구비될 수 있다. 냉각하우징(310)은, 예컨대 도1과 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 기기본체(200)의 상부에 구비될 수 있다. 그러나, 냉각하우징(310)이 구비되는 기기본체(200)의 부분은 특별히 한정되지 않고, 기기본체(200)의 어떠한 부분에도 구비될 수 있다.
냉각하우징(310)에는 냉각공간(311)이 형성될 수 있다. 냉각공간(311)은 기기본체(200)의 내부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 기기본체(200)의 내부와 냉각공간(311)의 공기인 피냉각공기가 기기본체(200)의 내부와 냉각공간(311) 사이에서 순환될 수 있다. 그리고, 피냉각공기가 복수개의 냉각공기유동관(320)을 유동하는 냉각공기에 의해서 냉각공간(311)에서 냉각될 수 있다.
이를 위해서, 예컨대 냉각하우징(310)의 하면에는 도2에 도시된 바와 같이 기기본체(200)의 상면에 형성된 유동연결구멍(HF)과 대응되며 냉각공간(311)에 연결되는 유동연결구멍(HF)이 형성될 수 있다. 그러나, 냉각공간(311)이 기기본체(200)의 내부와 연결되도록 하는 냉각하우징(310)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 기기본체(200)의 내부와 냉각공간(311)의 공기인 피냉각공기가 기기본체(200)의 내부와 냉각공간(311) 사이에서 순환될 수 있는 구성이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
냉각하우징(310)에는 도2와 도4에 도시된 바와 같이 가이드판(PG)이 구비되어 냉각공간(311)에서의 피냉각공기의 유동을 가이드할 수 있다.
복수개의 냉각공기유동관(320)은 냉각공간(311)에 배치될 수 있다. 예컨대, 냉각하우징(310)의 전면과 후면에는 도1과 도2에 도시된 바와 같이 각각 관연결구멍(312)이 복수개 형성될 수 있다. 그리고, 각 냉각공기유동관(320)의 일단은 냉각하우징(310)의 전면에 형성된 관연결구멍(312)에 연결되고 타단은 냉각하우징(310)의 후면에 형성된 관연결구멍(312)에 연결될 수 있다. 이에 의해서, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 냉각공간(311)에 배치될 수 있다. 이외, 복수개의 냉각공기유동관(320) 각각의 일단과 타단이 각각 냉각하우징(310)의 전면과 후면을 관통하여 냉각공간(311)에 배치될 수도 있는 등, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 냉각공간(311)에 배치되는 구성은 특별히 한정되지는 않는다.
냉각공기유동관(320)에는 냉각공기가 유동할 수 있다. 예컨대, 회전자(RT)에 구비된 외부팬(OF)이 회전자(RT)의 회전에 의해서 회전되어, 외부의 공기가 냉각공기로 냉각공기유동관(320)에 유입되어 냉각공기유동관(320)을 유동할 수 있다. 그러나, 냉각공기유동관(320)에 냉각공기가 유동하는 구성은 특별히 한정되지 않고, 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
냉각공기가 냉각공기유동관(320)을 유동하면서, 기기본체(220)의 내부와 냉각하우징(310)의 냉각공간(311) 사이를 순환하는 피냉각공기를 냉각할 수 있다. 즉, 냉각공간(311)에서, 상대적으로 온도가 높은 피냉각공기로부터 상대적으로 온도가 낮은 냉각공기로 열전달이 이루어져서, 피냉각공기가 냉각될 수 있다. 냉각공기유동관(320)을 유동하면서 피냉각공기를 냉각한 냉각공기는, 예컨대 도8에 도시된 바와 같은, 냉각하우징(310)의 일측을 덮도록 냉각하우징(310)에 구비되는 유동가이드(GF)에 의해서 외부로 배출될 수 있다.
복수개의 냉각공기유동관(320)은 회전자(RT)와 나란하게 냉각공간(311)에 배치될 수 있다. 예컨대, 복수개의 냉각공기유동관(320)은 도2와 도4에 도시된 바와 같이 냉각하우징(310)의 전후방향으로 냉각공간(311)에 배치될 수 있다.
복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은, 냉각공간(311)을 이루는 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면의 반대면과 제1이격거리(LS1) 이격될 수 있다. 또한, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은 연결면과 제2이격거리(LS2) 구비될 수 있다. 예컨대, 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면은 냉각하우징(310)의 하면이고 연결면의 반대면은 냉각하우징(310)의 상면일 수 있다. 이에 따라, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은 도5에 도시된 바와 같이 냉각하우징(310)의 상면과 제1이격거리(LS1) 이격될 수 있다. 또한, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은 냉각하우징(310)의 하면과 제2이격거리(LS2) 이격될 수 있다.
한편, 냉각유닛(300)은 음향공명방지부(330)를 더 포함할 수 있다. 음향공명방지부(330)는 냉각하우징(310)에 구비될 수 있다. 그리고, 음향공명방지부(330)는 회전자(RT)의 정상구동회전수에서, 피냉각공기가 냉각공기유동관(320)을 횡단하여 유동하면서 발생하는 와류이탈에 의한 음향공명을 방지할 수 있다.
기기본체(200)의 내부와 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)의 공기인 피냉각공기가 기기본체(200)의 내부와 냉각공간(311) 사이를 순환할 때, 피냉각공기는 냉각공기유동관(320)을 횡단하여 유동하게 된다. 그리고, 이에 의해서 도9의 (a)에 도시된 바와 같은 와류이탈이 발생하게 된다. 와류이탈에 의한 와류이탈주파수가 냉각하우징(310)의 냉각공기유동관(320)의 음향고유주파수와 도9의 (c)에 도시된 바와 같이 일치하게 되면, 음향공명이 발생한다. 회전자(RT)의 정상구동회전수에서, 이러한 와류이탈에 의한 음향공명이 발생하면, 전동기 또는 발전기(100)의 구동시 음향공명이 발생하여, 소음과 진동이 매우 커지게 되어 구조적 안정성에 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서는 하우징(310)에 음향공명방지부(330)를 구비하여, 와류이탈에 의한 음향공명을 방지한다.
이를 위해서, 음향공명방지부(330)는 격판(331)을 포함할 수 있다. 격판(331)은 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)의 일부를 구획하도록 냉각하우징(310)에 구비될 수 있다. 이에 의해서, 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)의 형상이 변경되기 때문에, 냉각하우징(310)의 음향고유주파수가 변경될 수 있다. 예컨대, 도6에 도시된 바와 같이 냉각하우징(310)의 음향고유주파수가 낮아질 수 있다. 회전자(RT)가 정지상태로부터 정상구동회전수에 이르는 동안에 와류이탈주파수가 음향고유주파수에 이를 수는 있다. 그러나, 이 경우에는 지속 시간이 짧고 음압이 그리 크지 않기 때문에 소음과 진동이 그리 크지 않고 구조적 안정성에 문제가 되지는 않는다. 그러나, 회전자(RT)의 정상구동회전수에서 와류이탈주파수가 음향고유주파수에 이르게 되면, 음향공명이 전동기 또는 발전기(100)의 구동 중에 계속 발생하여 소음과 진동이 크고 구조적 안정성에 문제가 된다. 격판(331)은 냉각하우징(310)의 냉각공간(311)의 일부를 구획하도록 격판(331)을 냉각하우징(310)에 구비함으로써 냉각하우징(310)의 음향고유주파수가 낮아지도록 할 수 있다. 그리고, 회전자(RT)의 정상구동회전수에서는 음향고유주파수가 와류이탈주파수를 벗어나도록 하여, 음향공명이 발생하지 않도록 할 수 있다. 이는 도7의 그래프에서 확인할 수 있다.
격판(331)은 회전자(RT)와 나란하게 냉각공간(311)에 배치될 수 있다. 예컨대, 격판(331)은 냉각하우징(310)의 전후방향으로 냉각공간(311)에 배치될 수 있다.
또한, 도5에 도시된 바와 같이 냉각공간(311)의 일부는 격판(331)에 의해서 회전자(RT)를 중심으로 양측으로 각각 구획될 수 있다. 그리고, 기기본체(200) 내부와 연결되는 측의 반대측의 냉각공간(311)의 부분이 격판(331)에 의해서 구획될 수 있다. 예컨대, 냉각공간(311)의 상부가 격판(331)에 의해서 구획될 수 있다.
이를 위해서, 격판(331)은 냉각공간(311)을 이루는 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면의 반대면에 구비될 수 있다. 예컨대, 격판(331)은 냉각하우징(310)의 상면에 구비될 수 있다. 또한, 격판(331)은 연결면의 반대면의 중앙부에 구비될 수 있다. 예컨대, 격판(331)은 냉각하우징(310)의 상면의 중앙부에 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 격판(331)이 냉각하우징(310)에서의 음파의 이동을 방해하게 되어, 음파의 이동경로가 길어지게 된다. 음파의 속도(ｖ)는 음파의 주파수(ｆ)와 음파의 파장(λ)의 함수로 다음과 같은 식으로 나타내어진다.
ｖ = f × λ
그리고, 음파의 이동경로가 전술한 바와 같이 격판(331)에 의해서 길어지게 되면, 음파의 파장(λ)이 길어지게 되나 음파의 속도(ｖ)는 변하지 않으므로, 음파의 주파수(ｆ)는 낮아지게 된다. 이에 따라, 도6에 도시된 바와 같이 음향 고유 주파수가 낮아지게 된다. 이에 의해서, 음향고유주파수가 회전자(RT)의 정상구동회전수에서 와류이탈주파수 를 벗어나도록 할 수 있다. 그리고, 회전자(RT)의 정상구동회전수에서 음향공명이 발생하지 않도록 할 수 있다.
복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은, 냉각공간(311)을 이루는 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면의 반대면과 제1이격거리(LS1) 이격될 수 있다. 예컨대, 복수개의 냉각공기유동관(320)이 배치되는 냉각공간(311)의 부분은 격판(331)이 구비되는 냉각하우징(310)의 상면과 제1이격거리(LS1) 이격될 수 있다.
그리고, 격판(331)이 냉각하우징(310)의 연결면 측으로 연장되는 삽입길이(LE)는 도5에 표시된 냉각하우징(310)의 높이(HH)의 적어도 30% 이상일 수 있다. 도6과 도7의 그래프는 냉각하우징(310)의 높이(HH)가 1m 일 때, 격판(331)의 삽입길이(LE)에 따라 냉각유닛(300)의 냉각하우징(310)의 음향고유주파수가 변경되는 것과, 이에 따라 음향공명현상이 감소하여 소음이 저감되는 것을 각각 나타낸다.
도7에 도시된 바와 같이, 격판(331)의 삽입길이(LE)가 냉각하우징(310)의 높이(HH)의 30% 일 때부터 소음저감 효과가 커지기 시작한다. 그러므로, 전동기 또는 발전기(100)의 회전자(RT)의 정상구동회전수에서, 냉각유닛(300)의 냉각하우징(310)에서의 와류이탈에 의해서 발생하는 음향공명에 따른 소음과 진동이 방지될 수 있는, 격판(331)의 삽입길이(LE)는 냉각하우징(310)의 높이(HH)의 적어도 30% 이상이 바람직하다.
이외에, 격판(331)은 도시되지는 않았지만, 기기본체(200) 내부와 연결되는 측의 냉각공간(311)의 부분을 구획할 수도 있다. 예컨대, 냉각공간(311)의 하부가 격판(331)에 의해서 구획될 수 있다. 그리고, 이를 위해서, 격판(331)은 냉각공간(311)을 이루는 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면에 구비될 수 있다. 예컨대, 격판(331)은 냉각하우징(310)의 하면에 구비될 수 있다. 또한, 격판(331)은 연결면의 중앙부에 구비될 수 있다. 예컨대, 격판(331)은 냉각하우징(310)의 하면의 중앙부에 구비될 수 있다.
이와는 달리, 한 격판(331)은 기기본체(200) 내부와 연결되는 측의 반대측의 냉각공간(311)의 부분을 구획하고, 다른 격판(331)은 기기본체(200) 내부와 연결되는 측의 냉각공간(311)의 부분을 구획할 수도 있다. 예컨대, 한 격판(331)은 냉각공간(311)의 상부를 구획하고, 다른 격판(331)은 냉각공간(311)의 하부를 구획할 수 있다. 그리고, 이를 위해서, 한 격판(331)은 냉각공간(311)을 이루는 냉각하우징(310)의 면들 중 기기본체(200)의 내부와 연결되는 연결면의 반대면에 구비되고, 다른 격판(331)은 연결면에 구비될 수 있다. 예컨대, 한 격판(331)은 냉각하우징(310)의 하면에 구비되고, 다른 격판(331)은 상면에 구비될 수 있다. 또한, 한 격판(331)은 연결면의 반대면의 중앙부에 구비되고, 다른 격판(331)은 연결면의 중앙부에 구비될 수 있다. 예컨대, 한 격판(331)은 냉각하우징(310)의 상면의 중앙부에 구비되고, 다른 격판(331)은 냉각하우징(310)의 하면의 중앙부에 구비될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기를 사용하면, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징의 음향고유주파수가 변경될 수 있으며, 전동기 또는 발전기의 회전자의 정상구동회전수에서, 전동기 또는 발전기의 냉각유닛의 냉각하우징에서의 와류이탈에 의해서 발생하는 음향공명에 따른 소음과 진동이 방지될 수 있다.
상기와 같이 설명된 전동기 또는 발전기는 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.
10, 100 : 전동기 또는 발전기 20, 200 : 기기본체
30, 300 : 냉각유닛 31, 310 : 냉각하우징
31a, 311 : 냉각공간 312 : 관연결구멍
32, 320 : 냉각공기유동관 330 : 음향공명방지부
331 : 격판 RT : 회전자
ST : 고정자 HF : 유동연결구멍
IF : 내부팬 OF : 외부팬
GF : 유동가이드 CV : 커버
HT : 관통구멍 FS : 지지프레임
LS1 : 제1이격거리 LS2 : 제2이격거리
LE : 삽입길이 PG : 가이드판
HH : 냉각하우징의 높이

Claims (10)

  1. 회전자가 회전가능하게 구비되고 회전자를 둘러싸도록 고정자가 구비되는 기기본체; 및
    상기 기기본체를 냉각하도록 상기 기기본체에 구비되는 냉각유닛; 을 포함하며,
    상기 냉각유닛은 상기 기기본체에 구비되고 상기 기기본체의 내부와 연결되는 냉각공간이 형성된 냉각하우징과, 상기 냉각공간에 배치되는 복수개의 냉각공기유동관을 포함하여, 상기 냉각공기유동관을 유동하는 냉각공기가 상기 기기본체의 내부와 상기 냉각공간 사이를 순환하는 피냉각공기를 냉각하고,
    상기 냉각유닛은, 상기 회전자의 정상구동회전수에서, 상기 피냉각공기가 상기 냉각공기유동관을 횡단하여 유동하면서 발생하는 와류이탈에 의한 음향공명을 방지하도록 상기 냉각하우징에 구비되는 음향공명방지부; 를 더 포함하는 전동기 또는 발전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음향공명방지부는 상기 냉각공간의 일부를 구획하도록 상기 냉각하우징에 구비되어 상기 냉각하우징의 음향고유주파수(Acoustic Natural Frequency)를 변경하는 격판을 포함하는 전동기 또는 발전기.
  3. 제2항에 있어서, 복수개의 상기 냉각공기유동관과 상기 격판은 상기 회전자와 나란하게 상기 냉각공간에 배치되는 전동기 또는 발전기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 격판은 상기 냉각공간의 일부를 상기 회전자를 기준으로 양측으로 각각 구획하는 전동기 또는 발전기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 격판은 상기 기기본체 내부와 연결되는 측의 반대측의 상기 냉각공간의 부분을 구획하는 전동기 또는 발전기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 격판은 상기 냉각공간을 이루는 상기 냉각하우징의 면들 중 상기 기기본체의 내부와 연결되는 연결면의 반대면에 구비되는 전동기 또는 발전기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 격판은 상기 연결면의 반대면의 중앙부에 구비되는 전동기 또는 발전기.
  8. 제6항에 있어서, 복수개의 상기 냉각공기유동관이 배치되는 상기 냉각공간의 부분은, 상기 연결면의 반대면과 제1이격거리 이격되는 전동기 또는 발전기.
  9. 제8항에 있어서, 복수개의 상기 냉각공기유동관이 배치되는 상기 냉각공간의 부분은, 상기 연결면과 제2이격거리 이격되는 전동기 또는 발전기.
  10. 제6항에 있어서, 상기 회전자는 상기 기기본체의 전후방향으로 상기 기기본체에 구비되고, 복수개의 상기 냉각공기유동관과 상기 격판은 상기 냉각하우징의 전후방향으로 상기 냉각공간에 배치되며, 상기 연결면은 상기 냉각하우징의 하면이고, 상기 연결면의 반대면은 상기 냉각하우징의 상면인 전동기 또는 발전기.
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