KR20050021374A

KR20050021374A - 전기기계의 액냉식 장치

Info

Publication number: KR20050021374A
Application number: KR10-2004-7021655A
Authority: KR
Inventors: 울마뗑; 랑로와앙드레
Original assignee: 티엠4 인코포레이티드
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2005-03-07
Also published as: KR100845029B1

Abstract

전기기계의 냉각 장치는, 대략 복수개의 C형태 채널이 제공된 열저장 부재 및 상기 열저장 부재의 복수개의 C형태 채널에 삽입 가능하도록 규격에 맞게 형성되는 냉각 튜브를 포함한다. 상기 복수개의 채널에 일단 삽입된 냉각 튜브는, 복수개의 C형태 채널에 맞춰지도록 변형되고, 이에 의하여 상기 열저장 부재에 저장된 열이 냉각 튜브내에서 순환하는 냉각 유체에 의해 추출되도록 제공한다.

Description

전기기계의 액냉식 장치{LIQUID COOLING ARRANGEMENT FOR ELECTRIC MACHINES}

본 발명은 전기기계에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전기기계의 액냉식 장치에 관계된다.

모터 또는 발생기 같은, 전기기계는 공지된 기술이다. 또한, 전기기계는 부산물로 열을 발생시키고, 기계의 성능을 개선시키고 성능저하를 초기에 방지하기 위해서, 이 열은 어떻게해서든지 기계에서 추출돼야 하는 것은 널리 공지되어 있다.

일반적으로, 전기기계는 공랭식(air-cooled)이다. 이러한 공랭식은 기계의 본체에 개구부(aperture)를 제공하고 그 개구부로 강제적으로 공기를 흡입함에 의해 용이하게 수행된다. 공기는 일반적으로 비효율 냉각 유체이므로, 이와 같은 냉각 장치의 효율은 낮다. 또한, 어떤 전기기계는 기계 본체에 그와 같은 개구부가 제공될 수 없는 환경에서 작동한다.

또한, 냉각 유체를 이용한 전기기계는 공지된 기술이다. 예를 들어, 발명자인 나카무라라고 명명되고 "모터의 액냉식 장치"라는 명칭이 붙은 유럽특허 제0503093호에는, 복수개의 적층판(lamination)이 조립될 때 냉각 액체가 축방향으로 유동되도록 개구부가 제공된 복수개의 적층판을 가지는 전기모터가 제안되어 있다. 나카무라 시스템(Nakamura's system)의 결점은 누전에 의해 발생되는 모터 고장의 위험성이다. 실제로, 고장 원인은 인접한 적층판 사이의 연결이 끊어짐에 의해 갑자기 일어날 수 있다.

따라서, 전기기계에는 냉각 장치 기술이 아직 필요하다.

첨부된 도면에서,

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각 장치가 제공된 전기기계의 고정자를 나타낸 사시도 및 부분분해도.

도2는 도1의 고정자에 제공된 복수개의 채널에 삽입된 냉각 튜브를 나타낸 사시도.

도3은 도1의 고정자가 완전하게 된 것을 나타낸 사시도.

도4는 도3의 고정자에 제공된 복수개의 채널에 냉각 튜브의 삽입 단면을 나타낸 단면도.

도5a는 복수개의 채널에 삽입되고, 복수개의 채널에 냉각 튜브를 영구적으로 설치하기 위해 제1패턴에 따라 변형된 냉각 튜브를 나타낸 단면도.

도5b는 복수개의 채널에 삽입되고, 복수개의 채널에 냉각 튜브를 영구적으로 설치하기 위해 제2패턴에 따라 변형된 냉각 튜브를 나타낸 단면도.

도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각 장치의 분해사시도.

도7은 도6의 냉각장치에서 열저장 부재의 복수개의 채널에 냉각 튜브의 변형을 나타낸 측면도.

도8은 도6의 냉각 장치와 전기기계의 고정자를 나타낸 사시도 및 부분분해도.

도9는 도6의 냉각 장치를 포함하는 조립된 고정자를 나타낸 측면도.

따라서, 본 발명은 개선된 전기기계의 액냉식 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 전기기계의 냉각 장치는,

대략 복수개의 C형태 채널이 제공되는 열저장 부재; 및

상기 열저장 부재의 복수개의 C형태 채널에 삽입 가능하도록 규격에 맞게 형성되는 냉각 튜브를 포함하며,

a)상기 복수개의 C형태 채널에 일단 삽입된 냉각 튜브는 복수개의 C형태 채널에 맞춰지도록 변형되고, b)상기 열저장 부재에 저장된 열은 상기 냉각 튜브에 의해 추출 가능하도록 제공된다.

본 발명의 다른 양상에 따른 전기기계는,

대략 중공을 가진 원통 형상의 고정자;

상기 고정자에 회전 가능하게 설치되는 회전자; 및

냉각 장치를 포함하고,

상기 냉각 장치는

대략 복수개의 C형태 채널이 제공되고 열을 추출하도록 상기 고정자와 결합되는 열저장 부재; 및

a)상기 복수개의 채널에 일단 삽입된 냉각 튜브는 복수개의 C형태 채널에 맞춰지도록 변형되고, b)상기 열저장 부재에 저장된 열은 상기 냉각 튜브에 의해 추출 가능하도록 제공된다.

여기에서, "전기기계(electric machine)"라는 표현은 이러한 기계에서 사용되는 것 뿐만 아니라 전기 모터와 전기 발생기를 모두 포함하는 의미로 파악된다.

본 발명의 다른 목적, 장점 및 특징은 첨부된 도면과 관련한 다음에 상술할 실시예의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다.

간결하게 말해서, 본 발명의 제1실시예는 도1 내지 도5b에 나타나 있고, 냉각 튜브가 설치되는 대략 복수개의 C형태 채널이 제공된 열저장 부재로 고정자의 다수의 적층판을 이용한다. 동작에 있어서, 다수의 적층판에 저장된 열을 추출하기 위하여 냉각 유체는 상기 냉각 튜브에서 순환된다.

본 발명의 제2실시예는 도6 내지 도9에 나타나 있고, 또한 냉각 튜브가 설치되는 대략 복수개의 C형태 채널이 제공된 별개의 열저장 부재를 이용한다. 상기 열저장 부재와 고정자 모두에 접촉하는 냉각 튜브를 구비한 전기기계의 고정자에 상기 열저장 부재가 삽입된다. 동작에 있어서, 상기 열저장 부재와 고정자에 축적된 열을 추출하기 위하여 냉각 유체는 냉각 튜브에서 순환된다.

도1 내지 도5b를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각 장치(10)를 상술한다.

도1은 전기기계(미도시)의 고정자(12)를 나타낸다. 상기 고정자(stator)(12)는 적층된 다수의 동일한 적층판(lamination)으로 이루어진다. 상기 고정자(12)는, 대략 원통 형상이고, 코일(16)에 설치되는 복수개의 직각 형상의 외부 채널(external channel)(14)을 포함한다. 상기 고정자(12)는 소위 내부 고정자이다. 즉, 상기 고정자(12)에 동축이고 외부에 있도록 회전자(미도시)는 상기 고정자(12)에 설치된다.

다음에 상술할 바와 같이, 상기 고정자(12)의 다수의 적층판은 열저장 부재(heat-storing element)로 이용된다.

상기 고정자(12)의 내측면은 대략 복수개의 C형태 채널(C-shaped channel)(20)이 제공된다.

또한, 상기 냉각 장치(10)는, 대략 원형 단면을 가진 냉각 튜브(cooling tube)(22)를 포함하고, 흡입관(24) 및 배출관(26)이 제공된다. 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 튜브(22)는 구부러진 형상이 되도록 접혀질 수 있다.

다음에 상술할 바와 같이, 상기 고정자(12)의 복수개의 C형태 채널(20)에 삽입되도록 상기 냉각 튜브(22)는 규격에 맞게 형성된다.

도2는 대략 상기 고정자(12)의 복수개의 C형태 채널(20)에 삽입된 냉각 튜브(22)를 나타낸다. 도2에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 튜브(22)의 구부러진 부분은 그 라운드부가 싱기 고정자(12)의 외측으로 연장되도록 선택적으로 형성될 수 있다. 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 튜브(22)의 라운드부가 외부로 접혀지므로, 이에 의하여 상기 냉각 튜브(22)와 고정자(12) 사이에서 접촉면을 증가시킬 수 있어서 이 장치는 중요하다.

도4 및 도5a는 각각의 C형태 채널(20)이 대략 폐쇄된 C형태의 형상을 가지는 것을 나타낸다. 즉 각각의 C형태 채널(20)의 개방부가 채널에서 폭이 가장 큰 부분보다 작다. 또한, 상기 냉각 튜브(22)의 원형 단면은 C형태 채널에 삽입되도록 상기 C형태 채널(20)의 개방부에 대응한다.

도4에 나타낸 바와 같이, 상기 복수개의 채널(20)에 냉각 튜브(22)를 삽입하기 위한 첫번째 단계는 상기 냉각 튜브(22)의 복수개의 직선부(straight portion)를 대응하는 고정자(12)의 채널(20)과 대략적으로 정렬시킨다. 이 동작은 상기 고정자(12)의 중앙 개방부에 삽입되도록 튜브(22)의 구부러진 형상을 상당히 변형시킴에 의해 용이하게 된다.

다음 삽입 단계는, 각각의 직선 단면이 대응하는 채널(도4에서 화살표(28)로 나타냄)에 삽입되도록 상기 냉각 튜브(22)의 구부러진 형상을 변형시킨다. 이 단계의 결과는 도4에 파선으로 나타나 있다.

상기 냉각 튜브(22)의 복수개의 직선부를 채널(20)내에 유지시키기 위하여, 이러한 직선부는 대략 폐쇄된 복수개의 채널(20)의 C형태의 형상에 맞춰지도록 변형된다. 이를 달성하기 위해서, 압력은 상기 냉각 튜브(22) 상의 반경방향으로 가압된다.(도5a에서 화살표(30a)로 나타냄) 이러한 반경방향의 압력은, 화살표(32)에 나타낸 바와 같이 튜브(22)의 폭이 넓어짐을 초래한다. 상기 냉각 튜브(22)의 제1변형 유형에 따라, 일단 변형된 상기 냉각 튜브(22)는 상기 고정자(12)의 내면에 대해서 약간 볼록한 면(convex surface)을 나타낸다.

선택적으로, 열전도 및/또는 접착재질은 채널(20)과 튜브(22) 사이에서 열전달이 향상되도록 상기 채널(20)과 튜브(22) 사이에 위치될 수 있다.

또한, 다수의 재료가 상기 냉각 튜브(22)를 위해 사용될 수 있지만, 구리 튜브를 이용함으로써 양호한 결과를 얻을 수 있다.

도5b를 참조하여, 상기 복수개의 채널(20) 내측에서 냉각 튜브(22)의 제2변형 유형은 간략하게 상술될 것이다. 도5b에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 튜브(22)의 제2변형 유형은 상기 고정자(12)의 내면에 대해서 약간 오목한 면(concave surface)을 나타낸다. 또한, 이를 달성하기 위해서, 압력은 상기 냉각 튜브(22) 상의 반경방향으로 가압된다.(도5b에서 화살표(30b)로 나타냄)

이러한 제2변형 유형은 복수개의 채널(20) 내측에서 냉각 튜브(22)의 원치않는 헐거움을 방지하므로 중요하다.

도6 내지 도9를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각 장치(100)를 상술한다.

전술한 바와 같이, 상기 냉각 장치(100)는 별개의 열저장 부재(102)를 이용한다. 다음에 상술할 바와 같이, 상기 열저장 부재(102)는 구부러진 형상을 가지는 냉각 튜브(106)가 삽입될 수 있는 외주연 채널(104)을 포함한다. 도면에 나타내지는 않았지만, 상기 채널(104)은 냉각 튜브(106)의 구부러진 형상에 대응하는 구부러진 형상을 가진다.

상기 냉각 튜브(106)는 대략 구부러진 형상을 가지고, 흡입관(110) 및 배출관(112)을 포함한다.

도7 내지 도9에 나타낸 바와 같이, 상기 채널(104)은 대략 개방된 C형태의 형상을 가진다. 즉, 채널(104)의 개방부는 대략 채널에서 폭이 가장 큰 부분과 동일한 폭이다.

또한, 상기 채널(104)에 삽입되는 냉각 튜브(106)는 대략 직선방향이다. 상기 냉각 튜브(106)가 채널(104)에 적절하게 직면하도록, 첫번째로 상기 냉각 튜브(106)가 위치된다. 그리고나서, 상기 냉각 튜브(106)(도7에서 실선으로 튜브(106)를 나타냄)는 채널(104)에 삽입된다. 그리고, 마지막으로 상기 냉각 튜브(106)(도7에서 파선으로 튜브(106)를 나타냄)가 열저장 부재(102)의 외면으로 돌출되지 않도록 냉각 튜브(106)를 변형시킨다. 이것은 내부의 반경방향(화살표(114)로 나타냄)으로 압력을 가압하고, 상기 압력은 채널(104)에 맞도록 튜브(106)에 힘을 가함에 의해(화살표(116)로 나타냄) 행해진다.

전술한 바와 같이, 열전도 및/또는 접착재질은 선택적으로 채널(104)과 튜브(106) 사이에서 열전달이 향상되도록 채널(104)과 튜브(106) 사이에 위치될 수 있다.

도8에 나타낸 바와 같이, 일단 상기 냉각 튜브(106)가 열저장 부재(102)에 적절히 삽입되면, 상기 냉각 장치(100)는 전기기계(미도시)의 고정자(118)에 삽입될 수 있다.

도9는 고정자(118)에 설치되는 냉각 장치(100)의 단면도이다. 상기 냉각 튜브(106)가 열저장 부재(102) 및 고정자(118)에 모두 접촉하므로, 이러한 두 요소로부터 열이 냉각 튜브(106)에서 순환하는 냉각 유체에 의해 추출된다는 것을 당업자는 인식할 수 있을 것이다.

본 발명의 두 실시예가 내부 고정자와 외부 회전자(미도시)가 제공된 전기기계의 부분으로 나타냈을지라도, 당업자는 본 발명을 외부 고정자와 내부 회전자를 가지는 전기기계에 사용되도록 용이하게 적용시킬 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예들은 유체의 흐름이 열저장 부재로부터 열을 추출하도록 이용되는 개방된 냉각 튜브를 이용하는 것으로 전술했지만, 예를 들어, 히트 파이프 같은 다른 냉각 기술들이 예상될 수 있다. 실제로, 당업자는 히트 파이프가 복수개의 C형태 채널에 설치될 수 있도록 공지된 히트 파이프를 설계 또는 수정하는데 문제가 없을 것이다. 예를 들어, 도1 내지 도5b에 나타낸 제1실시예에서, 별개의 직선 히트 파이프(미도시)는 각각의 세로방향의 채널(20)에 삽입될 수 있고, 도6 내지 도9에 나타낸 제2실시예에서, 연속 히트 파이프(미도시)는 채널(104)에 삽입될 수 있다.

또한, 도1 내지 도5b 및 도6 내지 도9에 각각 나타낸 두 실시예는 냉각 효율을 향상시키기 위하여 조합될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims

복수개의 C형태 채널이 제공되는 열저장 부재; 및

상기 열저장 부재의 복수개의 C형태 채널에 삽입 가능하도록 규격에 맞게 형성되는 냉각 튜브

를 포함하며,

상기 복수개의 채널에 삽입된 냉각 튜브는 복수개의 C형태 채널에 맞춰지도록 변형되고, 상기 열저장 부재에 저장된 열은 상기 냉각 튜브에 의해 추출 가능하게 되는

전기기계의 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 열저장 부재에 저장된 열의 추출은

상기 냉각 튜브에서 냉각 유체의 순환을 통해 이루어지는

전기기계의 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각 튜브는 원형 단면을 가지는

전기기계의 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각 튜브는 구부러진 형상이 되도록 접혀지는

전기기계의 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 열저장 부재는

전기기계의 고정자의 다수의 적층판으로 형성되는

전기기계의 냉각 장치.
제5항에 있어서,

상기 고정자는 관 형상을 가지고,

상기 고정자의 내면에 복수개의 C형태 채널이 제공되는

전기기계의 냉각 장치.
제6항에 있어서,

상기 복수개의 채널은

상기 관 형상 고정자의 세로축 방향과 평행을 이루는

전기기계의 냉각 장치.
제7항에 있어서,

상기 냉각 튜브는 구부러진 형상이 되도록 접혀지고,

상기 냉각 튜브가 상기 열저장 부재의 복수개의 채널에 삽입될 경우, 상기 냉각 튜브와 열저장 부재 사이에서 접촉면을 최대화하기 위하여 상기 냉각 튜브는 상기 열저장 부재 상에서 접혀지는 돌출한 라운드부를 나타내는

전기기계의 냉각 장치.
제6항에 있어서,

상기 복수개의 채널은

상기 관 형상 고정자의 세로축 방향과 수직을 이루는

전기기계의 냉각 장치.
제6항에 있어서,

상기 복수개의 채널은 폐쇄된 C형태 형상을 가지는

전기기계의 냉각 장치.
제6항에 있어서,

상기 복수개의 C형태 채널과 냉각 튜브는

상기 냉각 튜브가 복수개의 채널에 삽입되어 변형될 경우, 상기 냉각 튜브는 고정자의 내면과 동일 평면이 되도록 규격이 형성되는

전기기계의 냉각 장치.
제6항에 있어서,

상기 복수개의 C형태 채널과 냉각 튜브는

상기 냉각 튜브가 복수개의 채널에 삽입되어 변형될 경우, 상기 냉각 튜브는 고정자의 내면에 대해서 오목한 상태가 되도록 규격이 형성되는

전기기계의 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 열저장 부재는

열저장 재질로 이루어지고, 전기기계의 중공을 가진 원통 형상의 고정자의 내부 직경보다 작은 외부 직경을 가지는 중공을 가진 원통 형상을 구비한

전기기계의 냉각 장치.
제13항에 있어서,

상기 열저장 재질은 알루미늄을 포함하는

전기기계의 냉각 장치.
제13항에 있어서,

상기 복수개의 C형태 채널은

상기 열저장 재질의 외면에 제공되는

전기기계의 냉각 장치.
제15항에 있어서,

상기 복수개의 C형태 채널은 개방된 C형태 형상을 가지는

전기기계의 냉각 장치.
제15항에 있어서,

상기 복수개의 C형태 채널과 냉각 튜브는, 상기 냉각 튜브가 복수개의 채널에 삽입되어 변형될 경우 상기 냉각 튜브는 고정자의 내면과 동일 평면이 되도록 규격이 형성되고;

상기 열저장 부재가 전기기계의 고정자에 삽입될 경우, 상기 냉각 튜브는 상기 열저장 부재와 전기기계의 고정자의 내측면 모두에 접촉되게 제공하는

전기기계의 냉각 장치.
중공을 가진 원통 형상의 고정자;

상기 고정자에 회전 가능하게 설치되는 회전자; 및

냉각 장치

를 포함하고,

상기 냉각 장치는

복수개의 C형태 채널이 제공되고, 열을 추출하도록 상기 고정자와 결합되는 열저장 부재; 및

상기 열저장 부재의 복수개의 C형태 채널에 삽입 가능하도록 규격에 맞게 형성되는 냉각 튜브

를 포함하며,

상기 복수개의 채널에 삽입된 냉각 튜브는 복수개의 C형태 채널에 맞춰지도록 변형되고, 상기 열저장 부재에 저장된 열은 상기 냉각 튜브에 의해 추출 가능하게되는

전기기계.
제18항에 있어서,

상기 열저장 부재에 저장된 열의 추출은

상기 냉각 튜브에서 냉각 유체의 순환을 통해 이루어지는

전기기계.
제18항에 있어서,

상기 열저장 부재는 상기 고정자의 다수의 적층판으로 형성되고;

상기 고정자의 내면에 복수개의 C형태 채널이 제공되는

전기기계.
제18항에 있어서,

상기 열저장 부재는

열저장 재질로 이루어지고, 상기 중공을 가진 원통 형상의 고정자의 내부 직경보다 작은 외부 직경을 가지는 원통 형상을 구비한

전기기계.