KR20040059920A - 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기 - Google Patents

열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고정자 철심의 외경측에 요철모양의 냉각핀을 형성하여 열전도도를 향상시킴으로써 발전기의 크기를 최적화하고 냉각효율을 극대화한 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기는, 요크를 기준하여 내경측으로는 고정자 코일이 삽입되는 슬롯이 형성되고, 외경측으로 상기 고정자 코일에서 발생되는 발열량을 외부로 열전도시키는 프레임을 대신하는 요철모양의 냉각핀이 형성된 고정자 철심과; 상기 고정자 철심의 내부에서 샤프트와 함께 회전되고, 상기 샤프트를 중심으로 내부공기가 유동되도록 에어홀이 다 수개 형성된 회전자 철심과; 상기 회전자 철심의 에어홀을 통하여 로터바의 회전에 의해 발생된 내부공기가 유동되도록 설치된 회전자 에어가이드와; 상기 고정자 철심을 외부충격 및 이물질로부터 보호할 수 있도록 고정자 철심의 외경에 설치된 외함과; 상기 샤프트의 반부하측 베어링 상단에 설치되고 상기 외함의 반부하측과 연결된 외부팬 커버와; 상기 외부팬 커버 내부에 설치되고 회전에 의해 공기유동을 발생시켜 외부공기가 상기 고정자 철심의 냉각핀 사이로 유동되도록 설치된 외부팬이 구비된다.

Description

열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기{Induction generator advanced heat conduction of stator core}
본 발명은 유도발전기(Induction Generator)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자 철심을 통한 열전도도를 향상시켜 냉각효율을 최적화할 수 있도록 한 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기에 관한 것이다.
일반적으로 유도발전기는 프레임의 내부에 원통형으로 고정 설치된 고정자(Stator)와, 상기 고정자의 중심에서 회전되면서 교류를 유기시키기 위한 회전자(Rotor)를 포함하는 구조를 갖는다.
도 5는 종래의 유도발전기의 전체구조를 도시한 단면구조도이고, 도 6은 도 5의 절단선 B-B에 의해 절단된 유도발전기의 절단면도이다. 또한, 도 7은 도 5의 고정자 철심의 낱장 구조를 도시한 구조도이고, 도 8은 도 5의 고정자 철심이 지지된 프레임의 단면도이다.
이들 도면을 참조하여 설명하면, 종래의 유도발전기는 크게 회전체와 고정체로 구성되는데, 회전체는 회전자 철심(102)과, 그 회전의 축을 이루는 샤프트(108)와, 내부 공기를 유동하는 내부팬(110) 및 고정자 철심(101)을 냉각시키기 위한 외부팬(109)으로 구성된다. 한편, 고정체는 회전체가 회전을 할 수 있도록 지지해주는 부하측 베어링(106)과 부하측 엔드쉴드(104), 및 반부하측 베어링(105)과 반부하측 엔드쉴드(107)로 구성되며, 자기력을 발생시키는 고정자 철심(101)으로 구성된다.
상기 종래의 고정자 철심(101)은 도 7에 도시된 바와 같이 원형의 얇은 규소강판에 고정자 코일을 삽입할 수 있도록 슬롯(101a)이 형성되며, 종래의 프레임(103)은 도 8에 도시된 바와 같이 고정자 철심(101)이 삽입될 수 있도록 고정자 철심(101)의 외경으로 프레임(103)의 내경이 가공된다.
이러한 유도발전기는 고정자 철심(101)에서 발생되는 발열량을 프레임(103)으로 전달하고, 프레임(103)으로 전달된 발열량은 프레임(103)의 외피 및 냉각핀을 통해 대기로 열을 전도하는 구조를 갖는다. 또한, 종래의 유도전동기(Induction motor)도 상술된 종래의 유도발전기와 동일한 구조를 갖는다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 유도발전기 및 유도전동기 구조는 고정자 철심과 프레임 사이의 공기층이 형성됨으로써 열전도도가 낮아지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 목적은 발열원인 고정자 철심과 프레임을 일체형으로 구성하여 고정자 철심과 프레임 사이의 공기층이 존재하지 않도록 함으로써 열전도도를 향상시킬 수 있도록 한 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회전자 철심에 에어홀을 설치하고, 내부 에어가이드를 설치함으로써 내부 공기의 원활한 유동이 이루어질 수 있도록 한 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기는, 요크(Yoke)를 기준하여 내경측으로는 고정자 코일이 삽입되는 슬롯이 형성되고, 외경측으로 상기 고정자 코일에서 발생되는 발열량을 외부로 열전도시키는 프레임을 대신하는 요철모양의 냉각핀(fin)이 형성된 고정자 철심과; 상기 고정자 철심의 내부에서 샤프트와 함께 회전되고, 상기 샤프트를 중심으로 내부공기가 유동되도록 에어홀이 다 수개 형성된 회전자 철심과; 상기 회전자 철심의 에어홀을 통하여 로터바의 회전에 의해 발생된 내부공기가 유동되도록 설치된 회전자 에어가이드와; 상기 고정자 철심을 외부충격 및 이물질로부터 보호할 수 있도록 고정자 철심의 외경에 설치된 외함과; 상기 샤프트의 반부하측 베어링 상단에 설치되고 상기 외함의 반부하측과 연결된 외부팬 커버와; 상기 외부팬 커버 내부에 설치되고 회전에 의해 공기유동을 발생시켜 외부공기가 상기 고정자 철심의 냉각핀 사이로 유동되도록 설치된 외부팬이 구비된다.
도 1은 본 발명에 따른 유도발전기의 전체구조를 도시한 단면구조도.
도 2는 도 1의 절단선 A-A에 의해 절단된 유도발전기의 절단면도.
도 3은 도 1의 고정자 철심의 낱장 구조를 도시한 구조도.
도 4는 도 1의 고정자 철심을 보호하는 외함의 단면도.
도 5는 종래의 유도발전기의 전체구조를 도시한 단면구조도.
도 6은 도 5의 절단선 B-B에 의해 절단된 유도발전기의 절단면도.
도 7은 도 5의 고정자 철심의 낱장 구조를 도시한 구조도.
도 8은 도 5의 고정자 철심이 지지되는 프레임의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 고정자 철심 12 : 고정자 코일
13 : 회전자 철심 14 : 로터바
15 : 회전자 에어가이드 16 : 반부하측 엔드쉴드
17 : 부하측 엔드쉴드 18 : 반부하측 베어링
19 : 부하측 베어링 20 : 외함
21 : 외부팬 22 : 외부팬 커버
23 : 샤프트 31 : 냉각핀
32 : 슬롯 41 : 에어홀
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유도발전기의 전체구조를 도시한 단면구조도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A에 의해 절단된 유도발전기의 절단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 고정자 철심의 낱장 구조를 도시한 구조도이고, 도 4는 도 1의 고정자 철심을 보호하는 외함의 단면도이다.
이들 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유도발전기(Induction Generator)(M)는 크게 회전체와 고정체로 구성되는데, 회전체는 회전자 철심(13)과, 그 회전의 축을 이루는 샤프트(23) 및 고정자 철심(11)을 냉각시키기 위한 외부팬(21)으로 구성된다. 한편, 고정체는 회전체가 회전을 할 수 있도록 지지해주는 부하측 베어링(19)과 부하측 엔드쉴드(17), 및 반부하측 베어링(18)과 반부하측 엔드쉴드(16)로 구성되며, 자기력을 발생시키는 고정자 철심(11)으로 구성된다.
상기 부하측 베어링(19) 및 반부하측 베어링(18)은 회전체의 축을 이루는 샤프트(23)가 원활하게 회전될 수 있도록 설치되며, 상기 부하측 엔드쉴드(17) 및 반부하측 엔드쉴드(16)는 내부의 고정자 코일(12)과 내부를 외부와 격리하고 밀폐시키기 위해 설치된다.
상기 고정자 철심(11)은 도 3에 도시된 바와 같이 요크(Yoke)를 기준하여 내경측으로는 고정자 코일(12)이 삽입되는 슬롯(32)이 형성되고, 외경측으로 상기 고정자 코일(12)에서 발생되는 발열량을 외부로 효과적으로 열전도시키는 종래의 유도발전기의 프레임을 대신하는 요철모양의 냉각핀(fin)(31)이 형성된다. 이때, 상기 고정자 철심(11)은 내경측으로는 슬롯(32)이, 외경측으로는 요철모양의 냉각핀(31)이 다 수개씩 형성된 모양을 갖는 얇은 규소강판이 적층되어 이루어진다.
상기 고정자 철심(11)은 내경측에 설치된 슬롯(32)과 외경측에 설치된 냉각핀(31)이 동일한 각도 및 동일한 수량으로 설치되는데, 이때, 외함(20)의 설치를 위해 일부 외경측의 냉각핀(31)이 제거된다. 본 발명의 실시예에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 모두 4군데의 냉각핀(31)을 일부 제거하였으나, 그 갯수 및 위치에는 한정됨이 없다.
상기 외경측으로 냉각핀(31)이 형성된 고정자 철심(11)의 외경에는 외부충격 및 이물질로부터 고정자 철심(11)을 보호할 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같은 외함(20)이 설치된다.
상기 고정자 철심(11)의 내부에는 회전자 철심(13)이 설치되는데, 상기 회전자 철심(13)은 회전축을 이루는 샤프트(23)와 함께 고정자 철심(11) 내부에서 회전한다. 그리고, 상기 회전자 철심(13)에는 샤프트(23)를 중심으로 로터바(14)의 회전에 의해 발생된 내부공기가 유동되도록 에어홀(41)이 다 수개 형성된다.
상기 회전자 철심(13)의 양쪽 에어홀(41) 끝단부로는 에어홀(41)을 통하여 로터바(14)의 회전에 의해 발생된 내부공기가 유동되도록 회전자 에어가이드(15)가 설치된다.
상기 샤프트(23)의 반부하측 베어링(18) 상단에는 내부에 설치된 외부팬(21)을 보호할 수 있도록 외부팬 커버(22)가 외함(20)의 반부하측과 연결되어 설치된다.
상기 외부팬 커버(22)의 내부에는 회전에 의해 공기유동을 발생시켜 외부공기가 고정자 철심(11)의 냉각핀(31) 사이로 유동되도록 외부팬(21)이 설치된다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 유도발전기(M)는 외부팬(21)의 회전에 의해 발생된 압력차이로 공기유동이 발생되고, 공기유동이 발생되면 유도발전기(M) 외부의 공기가 외부팬 커버(22) 내부로 유입된다. 이렇게 외부팬 커버(22) 내부로 유입된 외부공기는 고정자 철심(11)의 외경측에 형성된 요철모양의 냉각핀(31) 사이를 통과하면서 유도발전기(M)의 구동에 의해 발생된 고정자 철심(11)의 열을 직접적으로 냉각시킨다.
한편, 로터바(14)의 회전에 의해 발생된 내부공기는 회전자 철심(13)의 양쪽 에어홀(41) 끝단부에 구비된 회전자 에어가이드(15)를 따라 회전자 철심(13)에 형성된 에어홀(41)을 통과하여 유동되면서 회전자 철심(13)의 열을 냉각시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 유도발전기(M)는 종래의 프레임을 대신하여 발열원인 고정자 철심(11)에 요철모양의 냉각핀(31)을 구비함으로써 종래의 고정자 철심(11)과 프레임 사이의 공기층의 형성에 의해 열전도도가 낮아지는 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 회전자 철심(13)에 에어홀(41) 및 회전자 에어가이드(15)를 설치함으로써 로터바(14)의 회전에 의해 발생된 내부 공기가 원활하게 유동될 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 상기에서는 유도발전기에 한정시켜 설명하였으나 유도발전기와 동일한 구조를 가진 유도전동기에도 적용이 가능하다. 또한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 프레임을 사용하지 않아 프레임과 고정자 철심 사이의 공기층에 의한 열저항 증가요소를 제거함으로써 고정자 철심을 통한 열전도도를 향상시킬 수 있는효과가 있다.
둘째, 회전자 철심에 에어홀을 형성하여 내부공기가 회전자 철심의 에어홀을 통해 유동되도록 함으로써 내부공기의 정체 현상에 의한 부분 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 프레임이 없는 구조이므로 제품의 유지보수가 용이하며, 제품의 부피를 최적화할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 요크(Yoke)를 기준하여 내경측으로는 고정자 코일이 삽입되는 슬롯이 형성되고, 외경측으로 상기 고정자 코일에서 발생되는 발열량을 외부로 열전도시키는 프레임을 대신하는 요철모양의 냉각핀(fin)이 형성된 고정자 철심;
    상기 고정자 철심의 내부에서 샤프트와 함께 회전되고, 상기 샤프트를 중심으로 내부공기가 유동되도록 에어홀이 다 수개 형성된 회전자 철심;
    상기 회전자 철심의 에어홀을 통하여 로터바의 회전에 의해 발생된 내부공기가 유동되도록 설치된 회전자 에어가이드;
    상기 고정자 철심을 외부충격 및 이물질로부터 보호할 수 있도록 고정자 철심의 외경에 설치된 외함;
    상기 샤프트의 반부하측 베어링 상단에 설치되고 상기 외함의 반부하측과 연결된 외부팬 커버; 및
    상기 외부팬 커버 내부에 설치되고 회전에 의해 공기유동을 발생시켜 외부공기가 상기 고정자 철심의 냉각핀 사이로 유동되도록 설치된 외부팬이 구비됨을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 고정자 철심은,
    내경측의 슬롯과 외경측의 냉각핀이 동일한 각도 및 동일한 수량으로 설치된 상태에서 상기 외함의 설치를 위해 일부 외경측의 냉각핀이 제거됨을 특징으로 하는 열전도가 향상된 고정자 철심을 가진 유도발전기.
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