KR20200134159A - 전기 기계용 냉각 시스템 및 전기 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 기계(1, 1a, 1b)를 위한 냉각 시스템에 관한 것으로, 상기 냉각 시스템은,
회전 가능하게 지지되어 회전축(D)을 중심으로 축방향(A)으로 연장되는 회전자 샤프트(2)로서, 축방향(A)으로 연장되는 회전자 샤프트 외면(5)과, 축방향(A)으로 단부측에 제1 단부면(31) 및 제2 단부면(26)을 가진 회전자 샤프트(2);
회전자 샤프트 외면(5) 쪽으로 향하는 중공 샤프트 내면(12)과 이 중공 샤프트 내면에 대향하여 놓인 중공 샤프트 외면(13)을 가지며, 회전자 샤프트(2)에 대해 동축으로 회전 가능하게 지지되어 회전자 샤프트(2)와 회전 고정 방식으로 연결된 중공 샤프트(11)로서, 상기 중공 샤프트 내면(12)이 환형 갭(14)의 형성을 위해 반경방향(R)으로 회전자 샤프트 외면(5)으로부터 이격되어 배치되는, 중공 샤프트(11);
냉각 윤활제를 위한 하나 이상의 냉각 채널로서, 중공 샤프트 채널(18), 공급 채널(20) 및 배출 채널(25)을 포함하는 하나 이상의 냉각 채널;
을 포함하며,
중공 샤프트 채널(18)은 중공 샤프트 내면(12)과 중공 샤프트 외면(13) 사이에 축방향(A)으로 연장되며,
공급 채널(20)은 중공 샤프트 채널(18) 쪽으로 냉각 윤활제를 공급하기 위해 상기 중공 샤프트 채널(18) 내로 연통되며,
배출 채널(25)은, 중공 샤프트 채널(18)을 관류하는 냉각 윤활제를 환형 갭(14) 내로 배출시키기 위해, 상기 중공 샤프트 채널(18)에서부터 환형 갭(14)까지 연장된다.
또한, 본 발명은 전기 기계 및 방법에 관한 것이다.

Description

전기 기계용 냉각 시스템 및 전기 기계{COOLING ARRANGEMENT FOR AN ELECTRICAL MACHINE AND ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은 전기 기계의 발열 회전 부품을 위한 냉각 시스템에 관한 것으로, 상기 냉각 시스템은 회전 가능하게 지지되어 회전축을 중심으로 축방향으로 연장되는 회전자 샤프트를 포함하며, 상기 회전자 샤프트는, 축방향으로 연장되는 회전자 샤프트 외면(rotor shaft outside)과, 축방향으로 단부측에 제1 단부면 및 제2 단부면을 갖는다. 또한, 본 발명은, 전기 기계 및 전기 기계를 냉각시키는 방법에 관한 것이다.

회전자 샤프트를 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전자, 및 고정자를 구비한 전기 기계들은 전기 에너지를 기계적 에너지로, 그리고 그 반대로의 에너지 변환 동안 가열된다. 상기 전기 기계들의 효율 증대를 위해, 그리고 더 높은 출력으로 전기 기계들을 작동시킬 수 있도록 하기 위해, 상기 전기 기계들을 냉각시킬 필요가 있다. 상기 전기 기계들의 회전자 샤프트들을, 냉각 매체가 유입되어 관류할 수 있는 중공 샤프트들로서 형성하는 점이 공지되어 있다. 또 다른 해결책들은, 회전자 샤프트가 냉각을 위한 보어들을 가진 시스템을 제공한다.

DE 10 2017207056 A1호는, 고정자 및 상기 고정자와 함께 자기적으로 작용하며 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전자, 그리고 상기 회전자가 고정되어 있는 샤프트를 포함하는 전기 기계를 개시하고 있으며, 여기서 샤프트는 중공 샤프트로서 형성되고, 압출 프로파일로서 형성된 섹션을 포함하며, 제1 샤프트 단부와 제2 샤프트 단부를 가지고, 압출 프로파일로서 냉각 매체가 관류할 수 있는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다.

DE 10 2012203697 A1호는, 고정자; 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지되어 전기 기계의 작동 중에 고정자와 자기적으로 상호 작용하는 회전자; 회전자가 고정되어 있고 축방향 보어를 가진 샤프트; 유입 부재로서, 냉각 윤활제, 특히 냉각액이 상기 유입 부재에서부터 축방향 보어 내로 흐를 수 있도록 축방향 보어 내로 연장된 유입 부재;를 포함하는 전기 기계, 특히 비동기기(asynchronous machine)를 개시하고 있다.

본 발명의 과제는, 종래 기술에 비해 향상된, 전기 기계의 냉각을 위한 냉각 시스템, 상기 냉각 시스템을 구비한 전기 기계 및 상응하는 방법도 제시하는 것이다.

상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 갖는 냉각 시스템의 제시 및 청구항 제14항의 특징들을 갖는 전기 기계의 제시를 통해 해결된다. 또한, 상기 과제는 청구항 제15항의 특징들을 갖는 방법의 제시를 통해 해결된다.

종속 청구항들에는, 또 다른 장점들을 달성하기 위해 상호 간에 적합하게 조합될 수 있는 또 다른 바람직한 조치들이 열거되어 있다.

상기 과제는, 전기 기계의 발열 회전 부품을 위한 냉각 시스템으로서,

회전 가능하게 지지되어 회전축을 중심으로 축방향으로 연장되는 회전자 샤프트로서, 축방향으로 연장되는 회전자 샤프트 외면과, 축방향으로 단부측에 제1 단부면 및 제2 단부면을 가진 회전자 샤프트;

회전자 샤프트 외면 쪽으로 향하는 중공 샤프트 내면과 이 중공 샤프트 내면에 대향하여 놓인 중공 샤프트 외면을 가지며, 회전자 샤프트에 대해 동축으로 회전 가능하게 지지되어 회전자 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된 중공 샤프트로서, 중공 샤프트 내면이 환형 갭의 형성을 위해 반경방향으로 회전자 샤프트 외면으로부터 이격되어 배치되는, 중공 샤프트;

냉각 윤활제를 위한 하나 이상의 냉각 채널로서, 중공 샤프트 채널, 공급 채널 및 배출 채널을 포함하는 하나 이상의 냉각 채널;을 포함하는 냉각 시스템에 의해 해결되며,

이 경우, 중공 샤프트 채널은 중공 샤프트 내면과 중공 샤프트 외면 사이에 축방향으로 연장되고,

공급 채널은 중공 샤프트 채널 쪽으로 냉각 윤활제를 공급하기 위해 중공 샤프트 채널 내로 연통되며,

배출 채널은, 중공 샤프트 채널을 관류하는 냉각 윤활제를 환형 갭 내로 배출시키기 위해, 상기 중공 샤프트 채널에서부터 환형 갭까지 연장된다.

여기서 축방향은 회전축을 따르는 방향을 의미한다.

이 경우, 중공 샤프트 채널은 바람직하게 중공 샤프트 내에서 중심에, 더 바람직하게는 원통형 보어로서 또는 블라인드 홀 보어로서, 회전축에 대해 동축으로 배치된 중공 샤프트 내에 형성된다. 이 경우, 중공 샤프트 채널은 냉각 윤활제를 관류시키도록 형성된다. 이 경우, 중공 샤프트 채널은 더 바람직하게는 관통 보어 또는 블라인드 홀 보어로서 형성된다.

공급 채널뿐만 아니라 배출 채널도 각각 바람직하게 원통형 통로부로서 중공 샤프트 내에 형성된다. 이 경우, 공급 채널뿐만 아니라 배출 채널도 더 바람직하게는 관통 보어들 또는 블라인드 홀 보어들로서 형성된다. 또한, 공급 채널뿐만 아니라 배출 채널도 냉각 윤활제를 관류시키도록 형성된다. 나아가, 공급 채널뿐만 아니라 배출 채널도 더 바람직하게는 관통 보어 또는 블라인드 홀 보어로서 형성된다.

본원의 냉각 시스템은 특히, 중공 샤프트와 열적으로 연결되어 있는 발열성 회전자를 구비한 전기 기계에 적합하다. 또한, 본원의 전기 기계는 작동 중에 회전자와 자기적으로 상호작용하는 고정자도 포함할 수 있다. 상기 전기 기계의 작동 시, 회전자가 회전되면서 폐열을 생성한다.

본 발명에 따른 냉각 시스템을 통해, 예컨대 중공 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된 회전자 내 폐열이 소산될 수 있다. 냉각 채널을 통해 유동하는 냉각 윤활제는 중공 샤프트로부터 멀리 폐열을 전도한다. 그럼으로써 발열성 부품들이 냉각될 수 있다. 냉각 윤활제로서는, 효율적인 냉각을 달성하기 위해, 물 또는 오일과 같은 액상 냉각 윤활제 또는 공기와 같은 냉각 윤활제도 이용될 수 있다. 발열성 부품들까지 냉각 윤활제가 접근함에 따라, 냉각 윤활제에 의한 매우 우수한 열 방출 및 그에 따른 전기 기계의 부품들의 더 긴 유효 수명이 가능해진다.

작동 시 전류를 전달하는 부품들의 부분들과 냉각 윤활제의 접촉은 본 발명에 의해 방지된다. 또한, 냉각 윤활제가 그 유량으로 인해 중공 샤프트 및 회전자 샤프트의 회전을 저하시키는 점도 방지된다. 이는 특히, 냉각 윤활제로서 냉각액이 사용되는 경우에 해당한다. 또한, 전기 기계가 작동 중이 아닐 때에도 이미 냉각이 수행될 수 있다.

바람직하게는, 중공 샤프트 채널이 중공 샤프트 외면에 대해 평행하게 축방향으로 연장된다. 이 경우, '평행하게'란, 제조로 인해 상대적으로 더 작은 편차가 존재할 수 있음을 의미한다. 따라서, 폐열이 예컨대 회전자로부터 매우 양호하게 소산된다.

바람직하게 중공 샤프트는 자신의 각각의 단부측에서 각각 하나의 플로팅 베어링(floating bearing)에 의해, 또는 하나의 고정 베어링과 하나의 플로팅 베어링에 의해 하우징 내에 지지된다.

바람직한 구현예에서, 공급 채널은 제1 단부면 쪽을 향해 배치되고, 배출 채널은 제2 단부면 쪽을 향해 배치된다.

바람직하게 분배 채널을 구비한 센서 휠이 제공되고, 이 센서 휠은 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면으로써 회전자 샤프트의 제1 단부면 상에 배치되어 상기 회전자 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되며; 센서 휠은, 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면에 대향하여 놓이고 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 제2 면을 가지며; 센서 휠 내에는 냉각 윤활제를 위한 분배 채널이 배치되고, 이 분배 채널은 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 제2 면 쪽으로 개방되어 있다.

또한, 바람직하게 센서 휠은 중공 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된다. 분배 채널은 예컨대 보어에 의해 형성될 수 있다. 이로써 냉각 윤활제가 제2 면으로부터 센서 휠 내로 유입될 수 있다. 그에 뒤이어, 냉각 윤활제는 분배 채널로부터 바람직하게는 복수개의 냉각 채널들로 분배된다.

바람직하게 센서 휠은 자신의 외주연을 따라 상이한 톱니들을 갖는다. 그렇게 하여, 예컨대 홀 센서 또는 유도 센서 및 자석을 이용하여, 톱니들에 의해 야기되는 자계 변화량이 기록될 수 있으며, 그럼으로써 센서 휠 또는 상기 센서 휠과 회전 고정 방식으로 연결된 회전자 샤프트의 회전수 및 회전 방향과 같은 정보들이 공급될 수 있다.

바람직하게는, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 센서 휠의 측에 배치되어 상기 센서 휠을 부분적으로 에워싸는 비틀림 방지 베어링 캡(torsion-proof bearing cap)이 제공되고, 이 베어링 캡은 축방향으로 연장되며 분배 채널에 인접하는 통로부를 가지며, 이 경우, 유압 연결 부재, 특히 부시와, 유압 부재, 특히 유압 나사 결합부가 제공되며, 상기 통로부 내에는 유압 연결 부재가 배치되고, 유압 부재가 상기 유압 연결 부재와 연결되며, 특히 끼임 고정되며, 그럼으로써 유압 부재는 유압 연결 부재를 통해 분배 채널과 함께 유체 연결부를 형성한다. 특히 바람직하게는 유압 부재가 L자 형태로 형성된다. 그로 인해, 축방향으로 추가 구조 부재들이 연결될 수 있다. 따라서 예컨대 오일 라인으로서 유압 오일 라인이 이용될 수 있다.

그 대안으로, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 센서 휠의 측에 배치된 비틀림 방지형 베어링 캡이 제공되고, 이 베어링 캡은 L자형의 연속 베어링 캡 채널, 특히 베어링 캡 보어를 가지며, 이 베어링 캡 보어는 분배 채널과 유체 연결되고, 그럼으로써 베어링 캡 채널을 경유하여 분배 채널 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있다.

냉각 윤활제, 예컨대 오일의 더 나은 유입을 위해, 베어링 캡 보어 내에 유압 나사 결합부가 배치될 수 있다.

이로써 냉각 윤활제는 베어링 캡을 경유하여 분배 채널 내로 유입될 수 있다. 바람직하게 베어링 캡과 센서 휠 사이에 배치된 환형 공동부가 제공된다. 더 바람직하게는 환형 공동부 내에 환형 밀봉부가 배치된다. 이 밀봉부는 센서 휠과 베어링 캡 사이에서 냉각 윤활제의 유출을 방지한다. 이 경우, 밀봉부는 반경방향 씰(radial seal)로서, 또는 배플판을 구비한 씰로서 형성될 수 있다.

바람직하게는, 공급 채널이 제1 공급 채널 섹션과, 상기 제1 공급 채널 섹션에 직접 인접하는 제2 공급 채널 섹션을 포함하며, 제1 공급 채널 섹션은 센서 휠의 분배 채널에서부터 제2 공급 채널 섹션까지 연장되고, 제2 공급 채널 섹션은 제1 공급 채널 섹션에서부터 중공 샤프트 채널까지 연장되며, 그럼으로써 분배 채널에서부터 제1 공급 채널 섹션 및 제2 공급 채널 섹션을 경유하여 중공 샤프트 채널 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있다.

여기서 '연장된다'는 말은, 냉각 윤활제가 제1 공급 채널 섹션에서부터 제2 공급 채널 섹션 내로 흐를 수 있도록, 제1 공급 채널 섹션과 제2 공급 채널 섹션이 서로 접경해 있음을 의미한다. 따라서 중공 샤프트 채널 쪽으로 냉각 윤활제의 간단한 공급이 가능하다. 이미 공급 채널을 관류할 때, 냉각 윤활제는 동시에 예컨대 회전자로부터 폐열을 흡수하며, 그럼으로써 여기서도 열 방출이 일어난다.

바람직하게 공급 채널은 센서 휠 및 중공 샤프트를 통과하는 관통 보어로서 형성되고, 상기 보어는 제1 교차점에서 중공 샤프트 채널과 교차하며, 그럼으로써 공급 채널에서부터 중공 샤프트 채널 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있고, 상기 관통 보어는 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개(sealing plug)를 포함하며, 그럼으로써 중공 샤프트 외면 상에서 냉각 윤활제 유출이 방지될 수 있다. 따라서 보어는 중공 샤프트 외벽부 근처에 밀봉부를 가지며, 그럼으로써 공급 채널 내로 유입되는 전체 냉각 윤활제가 중공 샤프트 채널 내로 안내되고, 중공 샤프트 외면 상에서 냉각 윤활제 유출이 일어나지 않는다. 따라서 공급 채널의 간단한 제조가 구현될 수 있다. 그 대안으로, 제2 공급 채널 섹션이 블라인드 홀 보어로서도 형성될 수 있다. 이 경우, 밀봉 마개는 생략될 수 있다.

그에 따라, 바람직하게 제1 교차점이 편향부로서 이용된다. 이로써 냉각 윤활제의 간단한 편향이 구현된다.

바람직한 방식으로, 공급 채널은 제1 교차점에서 중공 샤프트 채널과 둔각으로 교차한다. 따라서, 공급 채널을 통해 중공 샤프트 채널 내로 유입되는 냉각 윤활제가 최대한 난류 없는 유동(turbulence-free flow)을 형성할 수 있다.

바람직하게, 배출 채널은 중공 샤프트를 통과하는 관통 보어로서 형성되고, 상기 보어는 제2 교차점에서 중공 샤프트 채널과 교차하며, 그럼으로써 중공 샤프트 채널에서부터 배출 채널을 경유하여 환형 갭 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있고, 상기 관통 보어는 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개를 포함하며, 그럼으로써 중공 샤프트 외면 상에서 냉각 윤활제 유출이 방지될 수 있다. 그렇게 하여, 배출 채널의 간단한 제조가 가능하다. 그 대안으로, 배출 채널이 블라인드 홀 보어로서도 형성될 수 있다. 이로써 밀봉 마개는 생략될 수 있다.

따라서, 바람직하게는 제2 교차점을 통해 중공 샤프트 채널에서부터 배출 채널 내로, 그리고 그에 뒤이어 환형 갭 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있다. 그에 따라, 제2 교차점은 편향부로서 이용된다. 이로써 냉각 윤활제의 간단한 편향이 구현된다.

바람직한 구현예에서, 배출 채널은 제2 교차점에서 중공 샤프트 채널과 둔각으로 교차한다. 따라서, 중공 샤프트 채널을 통해 배출 채널 내로 유입되는 냉각 윤활제는 최대한 난류 없는 유동을 형성할 수 있다.

바람직하게, 중공 샤프트의 주연부에 걸쳐 등거리 간격으로 분포되어 있는 복수의 냉각 채널이 제공된다. 이 경우, 복수는 최소 2개의 냉각 채널을 의미한다. 따라서, 예컨대 회전자에서부터 균일한 열 방출이 달성될 수 있다.

바람직하게, 중공 샤프트 외면은 원통형 재킷면을 포함하며, 그럼으로써 중공 샤프트 상에 동축으로 지지된 발열성 부품의 우수한 열 방출이 달성된다.

바람직한 구현예에서 중공 샤프트 외면은, 상호 평행하게 배치되고 축방향을 따라 연장되는 복수의 종방향 그루브를 가진 원통형 재킷면을 포함한다. 종방향 그루브들에 의해 중공 샤프트의 실질적으로 별 모양 형태가 형성된다. 그렇게 하여, 중공 샤프트 외면과 예컨대 회전자 사이의 접촉면 상에서 우수한 열 방출이 일어나며, 종방향 그루브들에서도 열 복사를 통해 냉각 윤활제로의 우수한 열 방출이 일어난다.

바람직한 방식으로, 중공 샤프트 채널 및/또는 공급 채널 및/또는 배출 채널의 내면이 구조화되고, 그리고/또는 코팅된다. 바람직하게 상기 구조는 그루브 구조이다. 이로써 층류(laminar flow)가 형성될 수 있다. 따라서, 회전자 샤프트 및 중공 샤프트의 회전을 방해할 수 있는 난류가 방지된다. 그럼으로써 더 효율적인 냉각이 달성될 수 있다.

바람직하게 센서 휠과 베어링 캡 사이에 반경방향 공동부가 제공된다. 또한, 바람직하게는 상기 공동부 내에 밀봉부, 예컨대 반경방향 씰 링(radial seal ring), 또는 씰 링과 배플판으로 이루어진 조합체가 제공된다. 따라서, 냉각 윤활제의 유출이 방지될 수 있다. 그렇게 하여, 예컨대 플로팅 베어링 내로 또는 회전자/고정자 쪽으로 냉각 윤활제의 침투가 방지될 수 있다.

바람직한 구현예에서, 중공 샤프트 채널이 관통 보어로서 형성되고, 상기 보어는 양쪽 단부들 상에, 냉각 윤활제의 단부측 유출을 막는 밀봉을 위해, 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개를 구비한다. 그 대안으로, 보어가 블라인드 홀 보어로서 형성될 수 있다. 그렇게 하여, 양측 밀봉 마개 중 하나는 생략될 수 있다.

바람직하게 냉각 윤활제는 오일로서 형성된다. 오일은 매우 충분한 적합성을 갖는데, 그 이유는 오일이 폐열을 매우 잘 흡수할 수 있는 동시에 매우 우수한 윤활제로서도 적합하기 때문이다. 더 나아가, 오일은 전기적으로 비전도성이라는 장점도 있다.

바람직하게, 하우징과 냉각 윤활제 섬프((cooling lubricant sump), 특히 오일 섬프가 제공되며, 냉각 윤활제 섬프는 하우징 내에 배치된다. 냉각 윤활제 섬프로부터 유압 라인들을 경유하여 베어링 캡 및 분포 채널 쪽으로 냉각 윤활제를 안내하기 위해, 바람직하게 냉각 윤활제 펌프, 특히 유압 펌프가 냉각 윤활제 라인 내에 제공된다. 선택적으로 또는 대안적으로 보충하여, 냉각 윤활제 섬프 내에 이송 펌프도 제공될 수 있다. 유압 라인들 내부에는 냉각 윤활제의 냉각을 위한 열 교환기가 제공될 수 있으며, 그럼으로써 냉각 윤활제의 더 나은 열 흡수 및 그에 따라 발열성 부품들로부터의 더 나은 열 방출이 가능하게 된다.

또한, 환형 갭으로부터 냉각 윤활제 섬프 내로의 냉각 윤활제의 재순환을 위해, 환형 갭과 냉각 윤활제 섬프 사이에 연장되는 재순환 채널이 제공된다. 이로써 냉각 윤활제는 다시 냉각을 위해 이용될 수 있다. 그렇게 하여 폐쇄 냉각 회로가 달성된다.

또한, 본원의 과제는, 앞서 기술한 바와 같은 냉각 시스템을 구비한 전기 기계에 의해 해결되며, 상기 전기 기계는 중공 샤프트에 대해 동축으로 지지되어 상기 중공 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된 회전자를 포함한다. 바람직하게, 회전 고정식 연결부는 회전자와 중공 샤프트 외면 간의 압입 연결부로서 형성된다. 이 연결부를 통해, 작동 시 폐열이 중공 샤프트 쪽으로 전도되고, 상기 폐열은 냉각 채널들 내에서 관류하는 냉각 윤활제에 의해 방출된다. 냉각 채널 내로 냉각 윤활제가 유입된 후에, 냉각 윤활제는 회전자의 폐열을 흡수한다.

환형 갭 내에서 냉각 윤활제가 상기 환형 갭을 따라 유동함으로써, 환형 갭 안쪽으로 돌출되는 톱니부들의 별도의 윤활이 생략될 수 있다.

또한, 본원의 과제는, 앞서 기술한 바와 같은 전기 기계 내에서 회전자의 냉각을 수행하기 위한 방법에 의해 해결되며, 이 방법은,

- 냉각 윤활제 섬프로부터 냉각 윤활제 라인을 이용하여 베어링 캡 쪽으로 냉각 윤활제를 안내하는 단계;

- 베어링 캡을 통해 분배 채널 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 하나 이상의 냉각 채널 쪽으로 분배 채널을 통해 냉각 윤활제를 관류시키는 단계;

- 분배 채널과 유체 연결된 하나 이상의 냉각 채널 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 환형 갭 쪽으로 하나 이상의 냉각 채널을 통해 냉각 윤활제를 관류시키는 단계;

- 하나 이상의 냉각 채널과 유체 연결된 환형 갭 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 재순환 채널 쪽으로 환형 갭을 통해 윤활 냉각제를 유동시키는 단계;

- 재순환 채널 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 상기 재순환 채널과 유체 연결된 냉각 윤활제 섬프 쪽으로 냉각 윤활제를 안내하는 단계;를 포함한다.

본 발명을 통해 상기 전기 기계의 폐열이 충분히 소산될 수 있다. 따라서, 전기 기계는 높은 출력으로 작동될 수 있다. 이로써, 예컨대 플로팅 베어링처럼 열부하를 받는 부품들이 냉각될 수 있다. 그럼으로써 상기 부품들의 유효 수명이 증가한다. 본 발명에 의해, 개별 부품들을 손상시키지 않으면서 전기 기계를 냉각시킬 수 있다. 또한, 폐열의 더 나은 소산을 통해 전기 기계의 출력이 상승할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징들, 특성들 및 장점들이 하기의 설명에서 첨부 도면들을 토대로 명시된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 기계의 제1 구현예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 중공 샤프트의 제1 구현예의 개략도이다.
도 3은 종방향 그루브들을 가진 중공 샤프트의 개략도이다.
도 4는 작동 중에 있는 본 발명에 따른 전기 기계의 예시적인 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기 기계의 제2 구현예의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기 기계의 제2 구현예의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 한 방법의 개략도이다.

비록 본 발명이 상세하게 바람직한 실시예들을 통해 더 상세히 도시되고 기술되었지만, 개시된 실례들에 의해 본 발명이 제한되지 않는다. 그 변형예들은, 하기 특허청구범위를 통해 정의되는 것과 같은 본 발명의 보호 범위에서 벗어나지 않으면서, 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 전기 기계(1)의 제1 구현예가 도시되어 있다.

전기 기계(1)는 하우징(6) 내에 회전자 샤프트(2)를 포함하며, 이 회전자 샤프트는 회전축(D)을 중심으로 축방향(A)으로 연장된다. 회전자 샤프트(2)는 축방향(A)을 따라서 회전자 샤프트 외면(5)과, 제1 단부측 단부면(31)과, 제2 단부측 단부면(26)을 갖는다.

회전자 샤프트(1)는 제1 단부면(31) 상에서 센서 휠(3)과 회전 고정 방식으로 연결된다. 센서 휠(3)은 회전축(D)에 대해 동축으로 배치된다.

센서 휠(3)은 바람직하게 자신의 외주연을 따라서 상이한 톱니들(미도시) 및 홀 센서 또는 유도 센서(미도시)를 포함한다. 톱니들을 구비한 센서 휠(3)이, 근처에 자석이 위치해 있는 홀 센서 또는 유도 센서(미도시)를 지나치면, 상기 홀 센서 또는 유도 센서는 톱니들에 의해 야기되는 자계 변화량을 기록할 수 있고, 그렇게 해서 센서 휠(3) 내지 이 센서 휠(3)과 연결된 회전자 샤프트(2)의 회전 위치에 대한 정보를 제공할 수 있다. 그 대안으로, 톱니들(미도시)은 예컨대 마커를 구비할 수 있으며, 상기 마커는 마커를 대상으로 형성된 센서(미도시)에 의해 검출될 수 있다.

센서 휠(3)은 회전자 샤프트(2)와 강제 결합식으로 연결된다. 센서 휠(3)은 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면으로 회전자 샤프트(2)의 제1 단부면(20) 상에 배치되어 상기 회전자 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결된다. 또한, 센서 휠(3)은 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면에 대향하여 놓인 제2 면을 갖는다. 센서 휠(3) 내에는, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 제2 면 쪽으로 개방된, 냉각 윤활제용 분배 채널(37)이 배치된다.

따라서, 분배 채널(37)은 센서 휠(3) 내에 배치된다. 이 경우, 분배 채널(37)은, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는, 개방된 유입구 측으로서의 제2 면에서부터 센서 휠(3) 내부까지 연속해서 연장되지 않는다.

회전자 샤프트(2)와 센서 휠(3)은 (비틀림)강성 베어링 캡(4)으로 덮여 있다. 베어링 캡(4)은 바람직하게 회전자 샤프트(2) 및 센서 휠(3)에 대응하는 지지 영역, 및 예컨대 나사들(7)을 이용한 하우징(6)과 베어링 캡(4)의 연결을 위한 고정 영역들을 포함한다. 센서 휠(3)의 회전 및 회전자 샤프트(2)의 회전 시, 베어링 캡(4)이 힘을 흡수한다.

또한, 베어링 캡(4)은 오일을 위한 하나 이상의 연속 관통 채널(35)을 포함한다. 관통 채널(35)은 여기서 베어링 캡(4)을 관통하여 축방향(A)으로 연속해서 연장된다. 특히 관통 채널(35)은 베어링 캡(4)을 관통하는 보어로서 형성된다. 냉각 윤활제는 여기서 바람직하게 오일로서 형성된다.

관통 채널(35)은 오일의 안내를 위해, 바람직하게는 유동 없는 안내(층류)를 위해 형성된다. 이를 위해, 관통 채널은 자신의 내면 상에 코팅층을 포함할 수 있다. 이는 예컨대, 축방향(A)으로 배치된 그루브 구조일 수 있으며, 이런 그루브 구조는 보링에 의해 용이하게 형성될 수 있다. 이러한 그루브 구조가 유동 내 난류를 방지한다.

관통 채널(35)은 센서 휠(3) 내에 배치된 분배 채널(37)에서 계속 이어진다. 이 경우, 분배 채널(37)은 불연속적이다. 관통 채널(35)을 통해 오일은 센서 휠(3) 내에 배치된 분배 채널(37) 내로 흐를 수 있다. 그곳에서부터 오일은, 차후 기술되듯이, 개별 냉각 채널들로 분배된다. 따라서 센서 휠(3)은 오일 분배 지점의 역할을 한다.

또한, 회전축(D)의 방향으로 베어링 캡(4)과 센서 휠(3) 사이에 배치된 환형 공동부(8)도 제공된다. 환형 공동부(8) 내에는 환형 밀봉부(9)가 배치된다. 다시 말하면, 환형 공동부(8)는 센서 휠(3)과 베어링 캡(4) 사이에서 반경방향(R)으로 연장된다. 밀봉부(9)는 예컨대 반경방향 씰 링, 또는 배플판과 조합된 씰 링을 포함할 수 있다. 밀봉부(9)는 센서 휠(3)과 베어링 캡(4) 사이에서, 다시 말해 관통 채널(35)과 분배 채널(37) 사이에서 오일의 유출을 방지한다.

또한, 회전축(D)을 중심으로 축방향(A)으로 연장되는 중공 샤프트(11)도 제공된다. 상기 중공 샤프트는 회전자 샤프트(2)에 대해 동축으로 배치된다. 이 경우, 중공 샤프트(11)는 회전자 샤프트(2) 쪽을 가리키는 중공 샤프트 내면(12)과, 상기 중공 샤프트 내면(12)에 대향하여 놓인 중공 샤프트 외면(13)을 포함한다. 중공 샤프트 내면(12)은 반경방향(R)으로 회전자 샤프트 외면(5)에까지 이격되어 배치된다. 중공 샤프트(11)는 각각 단부측에서 베어링, 특히 그리스 윤활 플로팅 베어링(34b) 및 그리스 윤활 고정 베어링(34a)을 통해 하우징(6) 내에 지지된다.

중공 샤프트 내면(12)은 회전자 샤프트 외면(5)과 함께 반경방향 이격 간격에 의해 환형 갭(14)을 형성한다.

중공 샤프트(11) 내지 중공 샤프트 내면(12)은 센서 휠(3)을 적어도 부분적으로 축방향(A)으로 에워싼다. 그러나 중공 샤프트(11) 내지 중공 샤프트 내면(12)은 회전자 샤프트(2) 내지 회전자 샤프트 외면(5)을 부분적으로만 축방향(A)으로 에워싼다.

회전자 샤프트 외면(5) 상에서 회전자 샤프트(2)의 제1 단부면(31)에는 주연 측의 제1 구동 치합부(15)가 배치되며, 제1 구동 치합부(15)는 기설정된 제1 치합 섹션에 걸쳐 연장된다. 그러나 이 경우, 제1 치합 섹션은 바람직하게 센서 휠(3)까지 연장되지 않는다.

제1 치합 섹션에 대응하여, 중공 샤프트 내면(12)은 상기 제1 치합 섹션에 대향하여 놓인 제2 치합 섹션을 구비한다. 제1 구동 치합부에 대응하여 중공 샤프트 내면(12) 상에는 주연측 제2 구동 치합부(16)가 배치되며, 이 제2 구동 치합부는 제1 구동 치합부(15)와 맞물려 있다. 제1 구동 치합부(15) 및 제2 구동 치합부(16)를 통해, 회전자 샤프트(2)와 중공 샤프트(11)는 회전 고정 방식으로 연결된다. 축방향에서 센서 휠(3)의 방향으로, 다시 말해 제1 단부면(31)의 방향으로 구동 치합부들(15, 16)의 하류에 배치되는 방식으로, 환형 갭(14) 내에 상기 방향으로 오일이 추가로 흐르지 않도록 밀봉하기 위한 제1 씰 링(17), 바람직하게는 제1 오링이 배치된다. 따라서, 오일이 환형 갭(14)에서부터 전기 기계(1)의 추가 부품들 내로/쪽으로 계속 유동하여 상기 부품들을 손상시키는 점이 방지된다.

중공 샤프트(11)는 중공 샤프트 내면(12)과 중공 샤프트 외면(13) 사이에 바람직하게는 회전축(D)에 대해 평행하게 연장되는 복수의 중공 샤프트 채널(18)을 구비한 복수의 냉각 채널을 포함한다. 본 실시예에서, 중공 샤프트 채널들(18)은 축방향(A)으로 중공 샤프트(11)를 관통하여 연속적으로 연장된다. 중공 샤프트 채널들(18)은 바람직하게는 관통 보어들로서 형성된다. 중공 샤프트 채널들(18)의 각각의 단부에는 각각 하나의 마개, 바람직하게는 밀봉 마개(19)가 배치되며, 이 밀봉 마개가 오일의 단부측 유출을 방지한다. 중공 샤프트 채널들(18)은 오일의 안내를 위해, 바람직하게는 유동 없는 안내(층류)를 위해 형성된다. 이를 위해, 난류를 방지하도록 중공 샤프트 채널들(18)의 내면에 그루브들이 형성될 수 있다. 상기 그루브 구조는 보링을 이용하여 용이하게 제조될 수 있다. 중공 샤프트 채널들(18)은 중공 샤프트(11)의 주연에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다.

또한, 각각 제1 단부면(31) 쪽을 향하여, 중공 샤프트 채널들(18) 쪽으로 오일을 공급하기 위한 공급 채널들(20)이 제공된다. 상기 공급 채널(20)은 제1 공급 채널 섹션(21)과 제2 공급 채널 섹션(22)으로 분할되며, 이들 공급 채널 섹션은 오일 유동을 위해 서로 직접 인접한다. 제1 공급 채널 섹션(21)은 연속 채널, 예컨대 보어로서 센서 휠(3) 내에 배치되고 센서 휠(3)의 분배 채널(37) 내로 연통되며, 그럼으로써 오일이 분배 채널(37)에서부터 제1 공급 채널 섹션(21) 내로 유입될 수 있다. 제2 공급 채널 섹션(22)은 중공 샤프트 외면(13)에서부터 중공 샤프트 내면(12)까지 연속 채널로서 형성된다.

공급 채널(20)은, 중공 샤프트 외면(13)에서부터 분배 채널(37)까지 연장되는 연속 보어로서 형성될 수 있다.

가급적 오일의 층류를 형성하기 위해, 공급 채널(20)은 예컨대 자신의 내면 상에 코팅층 또는 그루브들을 구조부로서 포함할 수 있다.

이 경우, 제2 공급 채널 섹션(22)은, 제1 교차점(S1)에서 중공 샤프트 채널(18)과 교차하도록 배치되며, 그럼으로써 오일은 분배 채널(37)에서부터 제1 공급 채널 섹션(21)을 통과하여 제2 공급 채널 섹션(22) 내로 흐를 수 있고, 그곳에서부터 제1 교차점(S1)을 거쳐 중공 샤프트 채널(18) 내로 흐를 수 있다. 중공 샤프트 외면(13)의 방향으로 제1 교차점(S1)의 하류에 배치되도록, 제2 공급 채널 섹션(22) 내에 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개(19b)가 배치되며, 이 밀봉 마개는 중공 샤프트 외면(13)의 방향으로 오일 유출을 방지한다.

베어링 캡(4)의 방향으로 센서 휠(3)과 중공 샤프트 내면(12) 사이에는, 예컨대 고정 베어링(34a) 또는 다른 부품들의 보호를 위해 오일의 통제되지 않은 유출이 방지되도록, 제2 씰 링(24), 바람직하게는 오링이 배치된다. 오링 대신 다른 씰 링 또는 밀봉 패키지도 사용될 수 있다.

중공 샤프트 채널(18)마다 하나의 공급 채널(20)이 제공된다. 공급 채널(20)과 중공 샤프트 채널(18)은 바람직하게 제1 교차점(S1)에서 서로 둔각(α)을 이루며, 그럼으로써 오일의 관류 시 난류가 전혀 발생하지 않거나 약간만 발생한다.

또한, 제2 단부면(26) 쪽을 향하여, 중공 샤프트 채널(18)로부터 오일을 배출하기 위한 각각 하나의 배출 채널(25)이 제공된다. 상기 배출 채널(25)은 중공 샤프트 채널(18)에서부터 환형 갭(14)까지 연장된다.

배출 채널(25)은 중공 샤프트 외면(13)에서부터 중공 샤프트 내면(12)까지 연속으로 연장된다. 배출 채널(25)은 제2 교차점(S2)에서 상응하는 중공 샤프트 채널(18)과 교차한다. 중공 샤프트 외면(13)의 방향으로 제2 교차점(S2)의 하류에 배치되도록, 배출 채널(25) 내에 상기 방향으로의 오일의 유출을 방지하는 밀봉 마개(19a)가 배치된다. 배출 채널(25)은 중공 샤프트 채널(18)과 함께 바람직하게 둔각(α)을 이루며, 그럼으로써 오일의 관류 시 난류가 전혀 발생하지 않거나 약간만 발생한다.

배출 채널(25)은, 환형 갭(14) 내로 오일을 배출하기 위해 회전자 샤프트(2)와 중공 샤프트(11) 사이의 환형 갭(14) 내로 연통된다.

따라서, 오일은 센서 휠(3)에서부터 공급 채널(20)을 경유하여 중공 샤프트 채널(18) 내로 흐르고, 중공 샤프트 채널(18)을 통과하여 배출 채널(25) 내로 유입될 수 있으며, 배출 채널(25)을 통해 환형 갭(14) 내로 유입될 수 있다. 배출 채널들(25)은 보어로서 형성될 수 있고, 내면에 층류를 형성하기 위한 코팅층 또는 구조화부가 제공될 수 있다.

또한, 회전축(D)을 중심으로 회전 가능하게 지지되고 압입 연결부(28)에 의해 중공 샤프트(11)와 회전 고정 방식으로 연결된 회전자(27)가 제공된다.

또한, 하우징(6) 내에 고정되어 바람직하게 회전자(27)와 자기적으로 상호 작용하는 고정자(미도시)도 제공된다.

또한, 하우징(6)은 오일 섬프(29)를 구비한다. 압력을 발생시키는 오일 펌프(미도시)가 유압 라인(미도시)을 통해 오일 섬프(29)에서부터 베어링 캡(4) 쪽으로, 그리고 유압 나사 결합부(미도시)를 통해 관통 채널(35) 내로 오일을 이송하며, 유압 라인(미도시) 내에는 오일 필터(미도시)가 제공될 수 있다.

따라서, 오일은 오일 섬프(29)로부터 압력을 발생시키는 오일 펌프(미도시)를 통해 베어링 캡(4) 쪽으로, 그리고 관통 채널(35) 내로 펌핑된다. 그곳으로부터 오일이 분배 채널(37) 내로 유입되고, 그렇게 하여 오일 분배 지점을 형성한다.

오일은 분배 채널(37)을 경유하여 공급 채널들(20) 내로 유입되고, 그곳으로부터 계속해서 중공 샤프트 채널들(18) 내로 유입된다. 오일은 중공 샤프트 채널들(18)을 통과하여 배출 채널들(25)까지 유동하고, 상기 배출 채널들 내로 유입되어 상기 배출 채널들을 통과한다. 냉각 채널(18) 내에서 오일은 회전자(27)의 폐열을 통해 가열되고 그에 따라 상기 회전자를 냉각시킨다.

배출 채널들(25)을 통해 오일이 회전자 샤프트(2)와 중공 샤프트(11) 사이의 환형 갭(14) 내에 도달하여 상기 환형 갭을 따라 흐른다. 그곳으로부터 오일은 재순환 채널(30)을 경유하여 다시 오일 섬프(29) 내에 도달한다. 이로써 오일은 추가 냉각을 위해 이용될 수 있게 된다.

환형 갭(14) 내에서 오일은 환형 갭(14) 안쪽으로 돌출되어 있는 치합부들을 윤활하기 위해 이용된다. 따라서 상기 치합부들의 별도의 윤활이 생략될 수 있다.

그럼으로써 열 교환이 일어난다. 회전자(27)는 자신의 폐열의 일부분을 관류하는 오일로 방출한다. 회전자(27) 쪽으로 오일이 직접 접근함으로써 효율적인 냉각이 실시된다. 회전자(27)로의 오일 접근을 통해, 사용된 오일량이 적더라도 최적의 열 소산이 이루어진다. 냉각 윤활제로서 소량의 오일로 인해, 이동 질량 및 그에 따른 관성 모멘트의 증가가 최소화된다.

그렇게 하여 폐쇄 냉각 회로가 생성된다. 따라서, 오일의 사용을 통해 구동 치합부(15, 16)도 윤활될 수 있으며, 그럼으로써 이 경우 별도의 오일 공급이 생략될 수 있다.

따라서, 비용 효과적이면서 간단하게 제조되는 폐쇄 냉각 회로가 제시될 수 있다.

도 2에는 중공 샤프트(11)의 제1 구현예가 도시되어 있다. 상기 중공 샤프트는 원통형 중공 샤프트 내면(12)(도 1)을 갖는다. 또한, 중공 샤프트 외면(13)은 원통형 재킷면을 포함한다. 중공 샤프트(11) 상에서 단부측에는 각각 고정 섹션(36)이 배치된다.

또한, 중공 샤프트(11)는, 여기서는 중공 샤프트(11)의 주연에 걸쳐 대칭으로 분포 배치된 복수의 중공 샤프트 채널(18)(도 1)을 포함한다. 상기 중공 샤프트 채널들은 여기서 개별 연속 보어들로서 형성되어 있다.

중공 샤프트 채널들(18)(도 1)은 자신의 내면에 오일의 유동 방향을 따라서, 다시 말하면 축방향으로 벽 그루브들을 가질 수 있다. 그루브들은 바람직하게 서로 평행하게 배치되며, 일정한 폭과 높이를 갖는다. 또한, 선택적으로 또는 대안적으로 보충하여, 중공 샤프트 채널들(18)(도 1)의 내면의 코팅층이 제공될 수 있다. 그럼으로써 압력 손실 없이, 또는 약간의 압력 손실을 수반하여 오일의 층류가 달성될 수 있다.

또한, 각각 지점(S2)(도 1)에서 중공 샤프트 채널들(18)과 교차하는 배출 채널들(25)과, 각각 지점(S2)(도 1)에서 중공 샤프트 채널들(18)과 교차하는 공급 채널들(20)이 제공되며, 배출 채널들(25) 및 공급 채널들(20)의 내면은 중공 샤프트 채널들(18)의 내면과 유사하게 그루브들 또는 코팅층을 포함하여 형성될 수 있다. 배출 채널들(25)뿐만 아니라 공급 채널들(20)도 여기서는 보어로서 형성된다.

중공 샤프트 외면(13)에 의해 회전자(27)(도 1)에 대한 접촉면(33)(도 1)이 형성된다. 그렇게 하여, 회전자(27)(도 1)는 발생하는 폐열을 관류하는 오일 내지 관류하는 냉각 윤활제로 전도할 수 있다. 그로 인해 회전자(27)(도 1)의 효율적인 냉각이 달성된다.

도 3에는, 도 2의 중공 샤프트(11)가 종방향 그루브들(32)을 포함하는 구현예로 도시되어 있다. 중공 샤프트(11)는 원통형 중공 샤프트 내면(12)과 중공 샤프트 외면(13)을 포함한다. 중공 샤프트 외면(13)은, 서로 평행하게 배치되고 축방향(A)(도 1)을 따라 연장되는 복수의 종방향 그루브(32)를 가진 원통형 재킷면을 포함한다.

이 경우, 종방향 그루브들(32)은 중공 샤프트(11)의 주연에 걸쳐 균일하게 분포되며, 동일한 치수들(예: 깊이 또는 폭)을 갖는다. 종방향 그루브들(32)에 의해 중공 샤프트(11)의 외표면이 확대된다. 이 표면은, 종방향 그루브들(32)을 갖는 실시예의 경우, 종방향 그루브 재킷면들에 의해 확대된다.

그렇게 하여, 한편으로 회전자(27)(도 1)와 중공 샤프트(11) 간의 직접 접촉면들(33)(도 1)에서 열 전도를 통해, 회전자(27)(도 1)에서부터 중공 샤프트 채널들(18)(도 1) 내의 오일로 폐열의 우수한 열 소산이 달성된다. 다른 한편으로는, 종방향 그루브들(32) 내에서의 열 방사를 통해서도, 회전자(27)(도 1)에서부터 중공 샤프트 채널들(18) 내의 오일로 폐열의 우수한 열 소산이 달성된다.

종방향 그루브들(32)은 더 나은 열 전달을 위해 열 전도 페이스트로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다.

도 4에는, 작동 중에 있는 본 발명에 따른 전기 기계(1)가 도시되어 있다. 이 경우, 우선 오일이 오일 섬프(29)에서부터 유압 펌프(미도시)를 통해 베어링 캡(4) 쪽으로 펌핑되어, 관통 채널(35) 내부로 펌핑된다.

그에 뒤이어, 오일은 관통 채널(35)을 통과하여, 센서 휠(3) 내에 배치된 불연속 분배 채널(37) 내로 흐를 수 있으며, 그곳에서 오일 분배 지점을 형성한다. 오일 분배 지점에서부터 오일은 공급 채널들(20)을 통과하여 중공 샤프트 채널들(18) 내로 펌핑된다. 그곳에서, 오일은 회전자(27)의 폐열을 통해 가열되며, 그럼으로써 회전자(27)는 냉각된다.

중공 샤프트 채널들(18)을 관류한 후에, 오일은 배출 채널들(25)을 통해 환형 갭(14) 내로 안내되며, 상기 환형 갭을 따라서 단부까지 흐른다. 그에 뒤이어, 오일은 재순환 채널(30)을 통해 다시 오일 섬프(29) 내로 안내된다.

그 결과, 최소 오일 소비량의 사용 하에 우수한 냉각 성능이 달성된다.

도 5에는, 본 발명의 전기 기계(1a)의 또 다른 구현예의 부분 단면도가 도시되어 있다. 이전의 도면들에서와 동일한 도면부호들은 동일한 부재들을 지칭한다.

본 실시예에서, 베어링 캡(4) 내 유입구 쪽에 직각의 L자형 베어링 캡 보어(23)가 배치된다. 따라서, 부품들이 축방향(A)으로 베어링 캡(4)에 직접 연결되는 경우, 예컨대 오일 공급은 간단하게 이루어질 수 있다. 베어링 캡 보어(23)는 베어링 캡(4) 내에 직접 배치된다.

베어링 캡 보어(23)는 베어링 캡(4)의 재킷면(38)에서부터 분배 채널(37)까지 연장되며, 상기 분배 채널과 함께 유체 연결부를 형성한다. 그렇게 하여, 오일은 오일 라인들을 경유하여 베어링 캡 보어(23) 내로 유입될 수 있으며, 뒤이어 베어링 캡 보어(23)를 경유하여 분배 채널(37) 쪽으로 흐른다. 베어링 캡 보어(23)는 베어링 캡(4) 내에 통합되어 있기 때문에, 베어링 캡(4)의 단부면에 추가 부품들이 배치될 수 있다. 또한, 그에 따라 축방향(A)으로의 장착 공간이 절약될 수 있다. 따라서, 베어링 캡 보어(23)로부터 분배 채널(37) 내로의 오일 유입이 간단하게 구현될 수 있다.

베어링 캡 보어(23)에 오일 라인들을 더 간단하게 결합시키기 위해, 베어링 캡 보어(23) 상에, 여기서는 유압 나사 결합부(39)로서 형성된 연결 부재가 배치되며, 이때 유압 나사 결합부(39)는 부분적으로 베어링 캡 보어(23) 내에 삽입된다. 이를 위해, 베어링 캡 보어(23)는 내부 나사산을 가지며 유압 나사 결합부(39)는 그에 대응하는 외부 나사산을 갖는다. 베어링 캡 보어(23)는 내부 나사산의 영역에서 매칭되고 확대된 지름을 가질 수 있다.

도 6에는, 본 발명의 전기 기계(1b)의 또 다른 구현예의 잘라낸 부분이 도시되어 있다. 이전의 도면들에서와 동일한 도면부호들은 동일한 부재들을 지칭한다.

베어링 캡(4)은 축방향(A)으로 분배 채널(37) 내로 통해 있는 통로부를 포함한다. 통로부는 축방향(A)으로 원통형 보어로서 형성될 수 있으며, 이 원통형 보어에 분배 채널(37)이 이어진다. 통로부 내에는 유압 부재(41)를 결합하기 위한 유압 연결 부재(40), 특히 부시가 배치된다. 바람직하게 유압 부재(41)는 유압 나사 결합부로서 형성된다.

특히 유압 연결 부재(40), 예컨대 부시는 강제 결합 방식으로 통로부 내에 삽입된다.

유압 부재(41)는 유압 연결 부재(40)와 함께 유입구를 형성하며, 그럼으로써 오일이 분배 채널(37) 내로 흐를 수 있다. 더 바람직하게는 유압 부재(41)가 L자형으로 만곡된다. 그럼으로써, 축방향(A)으로 여전히 추가 부품들이 베어링 캡(4) 상에 배치될 수 있다. 유압 부재(41)는 유압 라인을 위한 편향부로서 이용되며, 상기 유압 라인은 여기서 오일 섬프(29)에서부터 유압 나사 결합부로 이어진다. 유압 라인은 유압 부재(41) 내에 나사 결합식으로 또는 다른 방식으로 고정된다. 그렇게 하여, 오일 섬프(29)로부터 유압 부재(41) 내로의 오일의 간단한 편향이 달성될 수 있다.

유압 부재(41)에 의해 오일이 간단하게 유압 연결 부재(40)를 통해 오일 섬프(29)로부터 분배 채널(37) 쪽으로 안내될 수 있다.

도 7에는, 본 발명에 따른 냉각 시스템을 이용하여 오일로 전기 기계(1, 1a, 1b)를 냉각하기 위한 방법이 도시되어 있다.

이 경우, 제1 단계(S1)에서 오일이 오일 섬프(29)(도 4)로부터 오일 라인을 통해 오일 펌프에 의해 베어링 캡(4) 쪽으로 펌핑된다.

그곳으로부터 오일은 베어링 캡(4)을 경유하여, 단계 S2에서 분배 채널(37) 내로 유입되어 상이한 냉각 채널들로 분배된다.

단계 S3에서, 오일은 냉각 채널들을 따라 흐른다. 이 경우, 오일은 회전자(27)(도 1)로부터 폐열을 흡수하고, 이 폐열과 함께 배출된다. 오일이 회전자(27)(도 1)에 접근함으로써 효율적인 회전자 냉각이 달성된다.

단계 S4에서, 가열된 오일은 냉각 채널들에서부터 환형 갭(14)(도 4) 쪽으로 흘러가서 상기 환형 갭(14)(도 4) 내로 유입된다.

단계 S5에서, 오일은 오일 섬프(29)(도 4)와 연결된 재순환 채널(30)(도 4)을 통해 다시 오일 섬프(29)(도 4) 내로 재순환한다.

이로써 폐쇄형 오일 냉각 회로가 달성된다. 마찬가지로, 환형 갭(14)(도 4) 안쪽으로 돌출되어 있는 제1 구동 치합부(15)뿐만 아니라 제2 구동 치합부(16)도 윤활될 수 있다. 그럼으로써 구동 치합부들(15, 16)의 별도의 윤활이 생략될 수 있다.

따라서, 전체적으로 증가된 유효수명이 실현될 수 있고, 회전자 온도가 높을 때에도 향상된 작동이 달성될 수 있다. 또한, 폐쇄 회로 내에 오일 냉각 장치(미도시)도 배치될 수 있으며, 그럼으로써 가열된 오일이 다시 냉각될 수 있다.

1, 1a, 1b: 전기 기계
2: 회전자 샤프트
3: 센서 휠
4: 베어링 캡
5: 회전자 샤프트 외면
6: 하우징
7: 나사
8: 환형 공동부
9: 밀봉부
11: 중공 샤프트
12: 중공 샤프트 내면
13: 중공 샤프트 외면
14: 환형 갭
15: 제1 구동 치합부
16: 제2 구동 치합부
17: 제1 씰 링
18: 중공 샤프트 채널
19, 19a, 19b: 밀봉 마개
20: 공급 채널
21: 제1 공급 채널 섹션
22: 제2 공급 채널 섹션
23: 베어링 캡 보어
24: 제2 씰 링
25: 배출 채널
26: 제2 단부면
27: 회전자
28: 압입 연결부
29: 오일 섬프
30: 재순환 채널
31: 제1 단부면
32: 종방향 그루브
33: 접촉면
34a: 고정 베어링
34b: 플로팅 베어링
35: 관통 채널
36: 고정 섹션
37: 분배 채널
38: 재킷면
39: 유압 나사 결합부
40: 유압 연결 부재
41: 유압 부재
A: 축방향
R: 반경방향
α: 둔각
D: 회전축
S1: 제1 교차점
S2: 제1 교차점
S: 방법 단계들

Claims (15)

1. 전기 기계(1, 1a, 1b)의 발열 회전 부품의 냉각 시스템으로서,
   회전 가능하게 지지되어 회전축(D)을 중심으로 축방향(A)으로 연장되는 회전자 샤프트(2)로서, 축방향(A)으로 연장되는 회전자 샤프트 외면(5)과, 축방향(A)으로 단부측에 제1 단부면(31) 및 제2 단부면(26)을 가진 회전자 샤프트(2);
   회전자 샤프트 외면(5) 쪽으로 향하는 중공 샤프트 내면(12)과 이 중공 샤프트 내면에 대향하여 놓인 중공 샤프트 외면(13)을 가지며, 회전자 샤프트(2)에 대해 동축으로 회전 가능하게 지지되어 회전자 샤프트(2)와 회전 고정 방식으로 연결된 중공 샤프트(11)로서, 상기 중공 샤프트 내면(12)은 환형 갭(14)의 형성을 위해 반경방향(R)으로 회전자 샤프트 외면(5)으로부터 이격되어 배치되는, 중공 샤프트(11);
   냉각 윤활제를 위한 하나 이상의 냉각 채널로서, 중공 샤프트 채널(18), 공급 채널(20) 및 배출 채널(25)을 포함하는 하나 이상의 냉각 채널;
   을 포함하는 냉각 시스템에 있어서,
   중공 샤프트 채널(18)은 중공 샤프트 내면(12)과 중공 샤프트 외면(13) 사이에 축방향(A)으로 연장되며,
   공급 채널(20)은 중공 샤프트 채널(18)로 냉각 윤활제를 공급하기 위해 상기 중공 샤프트 채널(18) 내로 연통되며,
   배출 채널(25)은, 중공 샤프트 채널(18)을 관류하는 냉각 윤활제를 환형 갭(14) 내로 배출시키기 위해, 상기 중공 샤프트 채널(18)에서부터 환형 갭(14)까지 연장되는, 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서, 중공 샤프트 채널(18)은 축방향(A)으로 중공 샤프트 외면(13)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공급 채널(20)은 제1 단부면(31) 쪽을 향해 배치되고, 배출 채널(25)은 제2 단부면(26) 쪽을 향해 배치되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 채널(37)을 구비한 센서 휠(3)이 제공되고, 상기 센서 휠은 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면으로써 회전자 샤프트(2)의 제1 단부면(20) 상에 배치되어 상기 회전자 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되며, 센서 휠(3)은 회전자 샤프트로 향해 있는 제1 면에 대향하여 놓이고 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 제2 면을 가지며, 센서 휠(3) 내에는 냉각 윤활제를 위한 분배 채널(37)이 배치되고, 이 분배 채널(37)은 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 제2 면을 향해 개방되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
5. 제4항에 있어서, 센서 휠(3)의 지지를 위해, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 센서 휠(3)의 측에 배치된 비틀림 방지 베어링 캡(4)이 제공되고, 상기 베어링 캡(4)은, 축방향(A)으로 연장되며 분배 채널(37)에 인접하는 통로부를 가지며, 유압 연결 부재(40), 특히 부시와, 유압 부재(41), 특히 유압 나사 결합부가 제공되며, 상기 통로부 내에는 유압 연결 부재(40)가 배치되고, 유압 부재(41)는 유압 연결 부재(40)와 연결되며, 특히 끼임 고정되며, 그럼으로써 유압 부재(41)는 유압 연결 부재(40)를 통해 분배 채널(37)과 함께 유체 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
6. 제5항에 있어서, 유압 부재(41)는 L자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
7. 제4항에 있어서, 센서 휠(3)의 지지를 위해, 회전자 샤프트의 반대 방향으로 향해 있는 센서 휠(3)의 측에 배치된 비틀림 방지 베어링 캡(4)이 제공되고, 베어링 캡(4)은 L자형의 연속 베어링 캡 채널, 특히 베어링 캡 보어(23)를 가지며, 상기 베어링 캡 보어는 분배 채널(37)과 유체 연결되고, 그럼으로써 베어링 캡 채널을 경유하여 분배 채널(37) 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 채널(20)은 센서 휠(3) 및 중공 샤프트(11)를 통과하는 관통 보어로서 형성되고, 상기 보어는 제1 교차점(S1)에서 중공 샤프트 채널(18)과 교차하며, 그럼으로써 공급 채널(20)에서부터 중공 샤프트 채널(18) 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있고, 상기 관통 보어는 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개(19b)를 포함하며, 그럼으로써 중공 샤프트 외면(13) 상에서 냉각 윤활제 유출이 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 배출 채널(25)은 중공 샤프트(11)를 통과하는 관통 보어로서 형성되고, 상기 보어는 제2 교차점(S2)에서 중공 샤프트 채널(18)과 교차하며, 그럼으로써 중공 샤프트 채널(18)에서부터 배출 채널(25)을 경유하여 환형 갭(14) 내로 냉각 윤활제의 유입이 구현될 수 있고, 상기 관통 보어는 밀봉부, 바람직하게는 밀봉 마개(19a)를 포함하며, 그럼으로써 중공 샤프트 외면(13) 상에서 냉각 윤활제 유출이 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 샤프트(11)의 주연부에 걸쳐 등거리 간격으로 분포된 복수의 냉각 채널이 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 샤프트 외면(13)은 원통형 재킷면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
12. 제11항에 있어서, 원통형 재킷면은, 서로 평행하게 배치되고 축방향(A)을 따라 연장되는 복수의 종방향 그루브(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
13. 제12항에 있어서, 복수의 평행한 종방향 그루브(32)는 중공 샤프트 외면(13)의 주연부에 걸쳐 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템을 구비한 전기 기계(1, 1a, 1b)에 있어서,
    중공 샤프트(11)에 대해 동축으로 지지되어 상기 중공 샤프트(11)와 회전 고정 방식으로 연결된 회전자(27)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 기계(1, 1a, 1b).
15. 제4항에 따른 전기 기계(1, 1a, 1b) 내에서 회전자의 냉각을 수행하기 위한 방법에 있어서,
    - 냉각 윤활제 섬프로부터 냉각 윤활제 라인을 이용하여 베어링 캡(4) 쪽으로 냉각 윤활제를 안내하는 단계;
    - 베어링 캡(4)을 통해 분배 채널(37) 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 하나 이상의 냉각 채널 쪽으로 분배 채널(37)을 통해 냉각 윤활제를 관류시키는 단계;
    - 분배 채널(37)과 유체 연결된 하나 이상의 냉각 채널 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 환형 갭(14) 쪽으로 하나 이상의 냉각 채널을 통해 냉각 윤활제를 관류시키는 단계;
    - 하나 이상의 냉각 채널과 유체 연결된 환형 갭(14) 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 재순환 채널(30) 쪽으로 환형 갭(14)을 통해 윤활 냉각제를 유동시키는 단계;
    - 재순환 채널(30) 내로 냉각 윤활제를 유입시키고, 상기 재순환 채널(30)과 유체 연결된 냉각 윤활제 섬프 쪽으로 냉각 윤활제를 안내하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전자의 냉각을 수행하는 방법.

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