KR100303958B1

KR100303958B1 - 동기기회전자

Info

Publication number: KR100303958B1
Application number: KR1019940023811A
Authority: KR
Inventors: 앙드레마송
Original assignee: 미셸 푸르니에; 지이씨 알스톰 트랜스포트 에스에이
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1994-09-17
Publication date: 2001-12-01
Also published as: DE69409052D1; DE69409052T2; KR950010279A; EP0644644B1; ATE164269T1; US5736803A; FR2710466A1; RU94033468A; RU2140697C1; FR2710466B1; EP0644644A1; JPH07154936A; CA2132391A1

Abstract

본 발명의 동기기 회전자는 점진형 자성 에어갭과 일정한 공기 동력학적 에어갭을 구비한다.

Description

동기기 회전자

제1도 내지 제6도는 본 발명의 점진형 에어갭 자극부의 여러 실시예를 나타내는 횡단면도.

제7도는 도전성 자성 재료의 댐퍼 턴을 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자극부 2 : 만곡면

3 : 가장자리 4,6 : 쐐기 부재

5 : 비자성 금속 부재 7,8 : 측면 부재

본 발명은 일반적으로는 자기 전기(magneto-electric) 회전자에 관한 것으로, 상세하게는 동기기 회전자에 관한 것이다.

미합중국 특허 제3,321,652호(로렌스 지. 오펠) 및 프랑스공화국 특허 공개 제 2 057 147호(노르망 끌리메끄 등)에는 비권취형 회전자 및 정상 상태 유도장을 갖는 이극(異極) 동기기에 대하여 기재되어 있다.

상기 선행 기술 문헌은 고속 동기기용 회전자에 관하여 기재하고 있다.

이러한 종류의 회전자는 원심력에 대한 높은 내력과, 진동을 제한하기 위한 높은 굽힘 강성과, 높은 기계적 및 열적 안정성을 가져야 한다.

금속제 회전자는 전체적으로 자성강 부재와 비자성(amagnetic) 금속 부재를 서로 조립하여 제조된다. 회전자의 외주면은 평활한 것이 바람직하며, 회전 중실 체의 형상은 공기 동력학적인 손실을 제한하도록 하는 것이 바람직하다.

여자 권취부가 고정자 상에 있을 때 회전자는 상기 권취부에 의해 가열되지 않는다. 따라서 상기 회전자는 제한되어야 하는 전자기 손실을 표면으로부터만 겪는다.

회전자 내에서 상당한 손실이 없으면 기계적 평형 및 열편형이 안정된다.

이러한 동기기는 고속 및/또는 고온에서 사용하기에 적합하게 하는 장점을 갖는다.

고정자에 배치된 고정된 여자 권취부는 어떤 회전 부하도 받지 않으며 이에 따라 가스 또는 액체에 의해서 쉽게 냉각시킬 수 있다. 상기 여자 권취부는 슬립링 또는 부시를 필요로 하지 않는다.

완성 제조된 회전자는, 일부는 자성이고 다른 것은 비자성으로 하여 전부 또는 대부분의 연속체는 고속용이고 일부 연속체는 표준 속도용인 금속 연속체(중실회전자)와 서로 조립한 여러개의 부품으로 제조된 하나의 금속 부재일 수 있다.

회전자는 여자 권취부에 의한 손실을 받지 않으며 이에 따라 냉각 통로는 필요로 하지 않는다.

회전자는 중실체로 제조될 수 있고, 이에 따라 높은 임계 속도와 함께 굽힘강성을 가지며 또한 원심력에 대한 내력을 가진다. 이러한 2가지 물성은 고속에서 회전하기에 적합하게 한다.

회전자는 침지형인 경우에 포위된 공기 또는 가스, 또는 포위된 액체와의 마찰로 인한 손실을 최소화하기 위하여 회전 중실체의 형상인 외부 표면을 평활하게 하여 제조할 수 있다.

회전자가 간단한 일체식 (monolithic) 구조로 제조되고 내부 손실이 없게 제조된 경우, 열 왜곡을 받지 않고 또는 내부 구성 부재가 전이되지 않아 이 결과 동적 평형이 아주 안정된다.

회전자는 이것의 작동 환경의 열 응력에 저항하며, 특별한 대비가 없이도 약 300℃까지의 온도를 견딘다.

기계적 강도, 강성, 간단한 일체식 구조 및 안정된 평형은 모두가 회전자의 높은 신뢰성에 기여한다.

그러나, 선행 기술에서 기재된 회전자의 구조는 결함을 지니고 있다.

상기 회전자는 회전 중실체의 형상인 외부 표면이 평활하게 제조되어 있으므로 포위된 공기, 가스 또는 액체와의 마찰로 인한 손실을 감소시키는 데 있어 중요한 도움이 된다.

이 결과 자극부의 아크와 고정자 사이의 자기 에어갭은 일정하다.

이러한 기계는 자극부 돌출형 기계 분류에 속한다. 자극부 돌출형 회전자의 통상의 구조에 있어서, 고정자 보어와 대면하는 상기 자극부의 외부 표면은 주측(polar axis) 상의 자성 표면과 이에 인접한 부분 사이에 최소한의 에어갭을 남긴다. 자극부의 혼은 둥글게 되어 있다. (고정자의 노치 및 자극부 상의 임의의 댐퍼에 의해 유발되는 어떤 미세한 진동도 무시됨)

치부 지지체를 구비하는 종래 기술의 중실 회전자의 일정한 에어갭은 상기 기계가 무부하 또는 작은 부하에서 작동되는 경우에는 압도적인 결함은 되지 않는다. 그러나 전부하에서 작동되는 경우 상기 에어갭은 각 자극부의 하나의 접선방향 가장자리에 집중되는 자속을 받는다. (이러한 현상은 자극부 돌출형 기계설계자에게는 잘 알려져 있다. ) 이러한 집중은 일정한 에어갭에 의해 용이해지지만, 이에 반해 본 발명에 따른 점진형 에어갭 자극부, 바람직하기로는 둥글거나 또는 비스듬한 혼을 구비한 에어갭 자극부에 의하면 상기 집중은 완화된다.

자극부의 접선 방향 자장자리로의 자속 집중의 주요 단점은 다음과 같다.

첫째로, 집중 영역에서, 유도장은 자극부에서와 자극부와 대면하는 소형 고정자 아크에서 최대가 된다. 회전자와 고정자를 구성하는 자성 재료의 한계가 상기 집중 영역에 이르면 상기 한계는 다른 영역에는 아직 이르지 않고, 이 결과 그 구조는 효율적으로 이용되지 못한다. 또한 치부 모두는 높은 유도장을 연속적으로 겪으므로 철손이 높다.

둘째로, 모든 치부의 폭을 증가시킴에 따라 자속 집중 영역에서의 고정자 치부의 유도장이 감소되는 경우, 치부의 질량은 증가하며 권취부용으로 이응 가능한 단면은 감소한다. 이것도 역시 상기 구조가 비효율적으로 이용된다는 것을 의미한다.

본 발명의 목적은 치부 지지체 또는 라이스-런델(RICE-LUNDELL) 기계 또는 변형된 런델(LUNDELL) 기계를 구비하는 중실 회전자 기계로 알려진 종류의 동기기의 권취부 및 브러쉬를 구비하지 않는 향상된 회전자를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 동기기 회전자는 점진형 자성 에어갭을 구비하 는데, 이것은 일정한 공기 동력학적 에어갭에 의한 것이다.

또한, 본 발명은, 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 평면과, 적어도 하나의 예리한 가장자리를 포함하는 특징, 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 평면과, 적어도 하나의 비스듬한 가장자리를 포함하는 특징, 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 평면과, 적어도 하나의 원형 가장자리를 포함하는 특징, 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 만곡면과, 적어도 하나의 예리한 가장자리를 포함하는 특징, 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 만곡면과, 적어도 하나의 비스듬한 가장자리를 포함하는 특징, 상기 자극부가 중앙부의 만곡면과, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 만곡면과, 적어도 하나의 원형 가장자리를 포함하는 특징들 중 임의의 특징을 갖는 동기기 회전자를 구성한다.

본 발명은 또한 전기 도전성 비자성 재료로 제조된 댐퍼 턴을 구성하기 위해 쐐기 부재가 측방 부재에 의해 보완되는 동기기 회전자로 구성된다.

향상된 점은 동력이 동일 체적에 대해 적어도 20% 만큼 증가되고 효율이 증가된 점이다.

따라서 회전자에 돌출 자극부의 표준 형상과 거의 유사하며 일정한 동력학적에어갭에 의한 고속에서의 중요한 이점을 유지하는 자극부 표면 형상을 제공하는 큰 이점이 있다.

본 발명의 점진형 에어갭 회전자의 또 다른 이점은 자극부의 접선 방향 가장자리로의 자속 집중을 감소시키고, 손실을 감소시키며, 주어진 질량에 대한 동력을 증가시키는 것이다.

환언하면, 동력과 효율은 소정의 채적 및 질량을 갖는 기계에 대해 증가한다.

본 발명의 동기기의 또 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참고하여 하기의 본 발명의 양호한 실시예에 대한 설명을 숙지하면 명백해질 것이다.

표준형 돌출 자극부는 통상적으로 자극부 축에 대해 대칭인 외형을 갖는다. 이러한 것은 동기기가 양 방향으로 회전 가능해야 하는 경우에 필요하므로 어느 방향의 토크라도 최대 성능을 동일하게 하여 사용할 수 있다.

자극부는 토크 출력 방향이 하나인 동기기에서도 대칭인 것이 바람직하다. 표준형 자극부 돌출형 기계에 있어서, 전동자용 연철판을 적절하게 그 형상을 성형함으로써 점진형 에어갭을 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 자극부는 한쪽면에만 점진형 에어갭을 구비하는 자극부 보다 제조 비용이 저렴하다.

치부 지지체와 하나의 토크 출력 방향을 갖는 일예로 터보-동기 발전기 또는 모터 구동 압축기와 같은 중실 회전자 기계에 있어서는, 자극부의 활성 측면에만 점진형 에어갭을 마련하는 것이 더 경제적이다.

따라서, 본 발명의 동기기 회전자는 적어도 하나의 자극부의 한 측면에만 점진형 자성 에어갭을 구비할 수 있다.

점진형 자성 에어갭은 자극부를 용접하거나 또는 기타 다른 방법으로 서로 조절되기 전이나 또는 후에 자극부를 밀링함으로써 얻어진다.

자극부 표면의 중앙 영역에는 소정의 각도에 대응하는 일정한 에어갭이 배치된다.

점진형 에어갭의 측면에 위치하는 자극부 표면은 통상적으로는 평면으로서 기계 가공하기에 간단하지만, 에어갭이 각도의 함수로서 최적으로 변동되도록 하기 위해 만곡된 원통형 표면으로 기계 가공하는 것도 가능하다.

자극부의 가장자리는 날카롭게 하거나 또는 비스듬하게 하거나 또는 둥글게 할 수 있다.

제1도는 중앙부의 만곡면(2), 한 단부의 평면 및 예리한 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

만곡면(2)는 자극부의 자기 활성부를 구성한다.

상기 자기 활성 영역의 어느 한 측면, 보다 일반적으로는 자극부(1)의 어느 한 측면에 비자성 금속 부재(4)가 배치된다.

비자성 금속 부재(5)는 자극부 사이의 갭을 채운다.

제2도는 중앙부의 만곡면(2), 한 단부의 평면 및 비스듬한 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

제3도는 중앙부의 만곡면(2), 한 단부의 평면 및 둥근 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

제4도는 중앙부 및 단부의 만곡면(2)과 예리한 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

제5도는 중앙부 및 단부의 만곡면(2)과 비스듬한 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

제6도는 중앙부 및 단부의 만곡면(2)과 등근 가장자리(3)를 구비하는 자극부(1)을 도시하는 것이다.

본 발명의 제1실시예에서, 자극부는 중앙부의 만곡면, 상기 점진형 자성 에어갭 영역의 적어도 한 영역의 평면 및 적어도 하나의 예리한 가장자리 또는 비스듬한 가장자리 또는 둥근 가장 자리를 포함한다.

본 발명의 제2실시예에서, 자극부는 중앙부의 만곡면 및 상기 점진형 자성에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 만곡면과 적어도 하나의 예리한 가장자리 또는 비스듬한 가장자리 또는 둥근 가장 자리를 포함한다.

본 발명은 일정한 공기 동력학적 에어갭을 다시 마련하기 위하여, 자성 손실 강을 제조 원가가 저렴한 오오스테나이트 스테인레스 강, 또는 니켈, 동, 알루미늄 또는 마그네슘계 합금과 같은 적절한 비자성 재료, 또는 절연성 재료로 제조된 하나 이상의 쐐기 부재(4)로 교체한다.

이러한 방식으로 자극부의 각 접선 방향 가장자리에 부착된 쐐기 부재(4)는 일반적으로 쐐기 형상이다.

이들 부재는, 용접 또는 접착제 접착 또는 접착제 접착과 밴딩(banding)의 조합에 의하거나, 또는 목표하는 제조 비용 및 소정의 기계적 성능 특성에 따라서 일예로 볼트 체결, 리벳팅, 크림핑, 도브테일 결합 또는 밴딩과 같은 통상의 기계적 조립 수단에 의하여 자극부에 조립된다.

쐐기 부재(4)를 부착시키는 것 보다는, 비자성 재료 및 전기 아크 용접법을 이용하여 점진형 에어갭 영역에서 자극부(1)의 표면을 다시 형성시키는 것이 가능하며 더 경제적이다.

공지의 방법으로 회전자 조립체를 구성하는 2개 군의 자극부를 조립하고 쐐기 부재를 상기 자극부에 조립한 후에 회전자 조립체를 선반에서 가공하여 자성에어갭이 점진형인 경우라도 얻어지는 일정한 공기 동력학적 에어갭을 얻는다.

자극부는 이러한 방식으로 그 2개 자극부의 접선 방향 가장자리에 쐐기 부재가 마련되면, 회전자와 함께 간단한 일체식 구조를 형성하는 이러한 쐐기 부재를 사용하는 것이 아주 유리하며 또한 2개의 측면 부재로 쐐기를 보충하고 또한 회전자에 용접하여 각 자극부의 둘레에 댐퍼 턴을 구성하는 것이 아주 유리하다.

제7도는 이러한 종류의 전기 도전성 비자성 재료를 도시하는 도면이다.

쐐기 부재(4, 6)과 측면 부재(7, 8)의 재료는 전기 도전성이 양호한 금속, 일예로 동, 저합금 동, 동-알루미늄 또는 알루미늄 등이다.

자극부의 축방향 가장자리에 배치된 측면 부재(7, 8)은 자극부를 구성하는 금속 또는 자성 활성 영역의 단부의 어느 한 측면 상에 배치된 비자성 금속에 용접되거나 또는 쐐기 부재(4, 6)과 동일한 기타의 방법으로 조립된다. 턴온 단일체의 턴이 자극부에 용접된 것이 바람직하다.

Claims

점진형 자성 에어갭과 일정한 공기 동력학적 에어갭을 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 비자성 재료로 제조된 적어도 하나의 점진형 자성 에어갭 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 평면과 적어도 하나의 예리한 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 평면과 적어도 하나의 비스듬한 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 평면과 적어도 하나의 둥근 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 만곡면과 적어도 하나의 예리한 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 만곡면과 적어도 하나의 비스듬한 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 중앙부의 만곡면과 점진형 자성 에어갭 영역들 중 적어도 한 영역의 만곡면과 적어도 하나의 둥근 가장자리를 포함하는 자극부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 전기 도전성 비자성 재료 댐퍼 턴을 구성하기 위하여 측면부재로 보충되는 쐐기 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.
제1항에 있어서, 점진형 자성 에어갭이 적어도 하나의 자극부의 한 측면에만 형성된 것을 특징으로 하는 동기기 회전자.