KR101443992B1 - 고정자 조립체 - Google Patents

고정자 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR101443992B1
KR101443992B1 KR1020127010868A KR20127010868A KR101443992B1 KR 101443992 B1 KR101443992 B1 KR 101443992B1 KR 1020127010868 A KR1020127010868 A KR 1020127010868A KR 20127010868 A KR20127010868 A KR 20127010868A KR 101443992 B1 KR101443992 B1 KR 101443992B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stator
delete delete
blades
slots
rotor
Prior art date
Application number
KR1020127010868A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120076426A (ko
Inventor
그레고리 엘. 스니췰러
티머시 맥도널드
Original Assignee
아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 filed Critical 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
Publication of KR20120076426A publication Critical patent/KR20120076426A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101443992B1 publication Critical patent/KR101443992B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

높은 온도의 초전도 코일들(superconducting windings)을 갖는 회전자를 포함하는 회전자 조립체와, 강자성체 물질로 형성된 고정자 코어(stator core)를 포함하는 고정자 조립체를 포함하며 고정자 코어는 슬롯들을 한정한(defining) 복수의 날들을 포함하고 슬롯들은 고정자 코일들(stator windings)을 수용 및 지지하도록 구성되되, 회전자 및 고정자 조립체들은 10Hz 까지의 주파수에서 작동되도록 구성되며, 고정자 코어 날들은 작동되는 동안 2.2T 보다 큰 교번(alternating) 자속 밀도를 갖도록 구성되고, 고정자 조립체와 회전자 조립체 사이의 에어 갭은 20mm 보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

고정자 조립체{STATOR ASSEMBLY}
본원발명은 고정자 조립체에 관한 것이다.
전력 발생은 회전하는 전기 기계의 중요한 이용을 지속해야 한다. 풍력 에너지는 미국과 전 세계에 걸쳐 가장 빠르게 성장하는 전기의 소스 중 하나이고, 회전하는 전기 기계들을 사용하는 풍력 터빈은 풍력에너지를 이용 가능한 전력으로 변환한다. 풍력 터빈의 발전기 구성은 저속으로 입력되는 회전을 전기 발생에 적합한 고속 회전으로 변환하는 전기 발생기, 제어 일렉트로닉스 및 선택적인 기어박스를 포함한다. 풍력 터빈에서, 발전기 구성은 대략 전체 풍력 터빈 비용의 1/3일 수 있다.
몇몇 종래의 비 초전도 발전기에서, 고정자 코일들(stator windings)은 자속 경로로서 작동되는 덧날(back iron)에 의해 둘러 싸인다. 덧날은 종종 박판 플레이트들이 적층된 형상이고, 플레이트들은 자속 경로를 제공하고 날들 사이에 형성된 슬롯들에 위치되는 고정자 코일들을 지지하도록 고정자 코일들 사이에 연장된 철제 날들을 포함한다. 종종 60Hz의 고주파 또는 그 이상으로 작동되는 이러한 기계들에서, 날들은 자속을 통하게 하고, 날들 영역에 대한 슬롯들의 영역의 비율은 약 50%이다. 종래의 기계들에 비율은 종래의 기계들에서 발생된 자속을 수용하도록 요구된다. 몇몇 종래의 기계들에서, 날 영역은 금속과 구리 비용에 상대적인 차이점 때문에 기계의 비용을 절감하기 위한 수단으로서 슬롯 영역에 비하여 상대적으로 실제로 증가된다.
초전도 발전기들은 1960년대 초기 이래로 개발 중이었다. 초전도 발전기들에서 초전도 코일들의 사용은 코일들에 의해 발생된 기자력에 현저한 증가를 가져오고 기계들에서 자속 밀도들을 증가시켰다. 자속 밀도들은 소용돌이 전류 손실(eddy current losses) 뿐만 아니라 철제 날의 포화 때문에 높은 손실들을 가질 정도로 크기가 증가된다. 결과적으로, 초전도 기계들은 자속 밀도가 철제 날들에서 높은 소실들이 생기기 때문에 고정자 코일들 사이에 철제 날들 없이 작동되도록 개발되었다. 몇몇 경우에서, 철제 날들 보다 섬유 구성물 날들이 발전기에서 고정자 코일들을 지지하도록 사용된다. 그러나, 이러한 섬유 구성물 날들은 제조하기 위해서 매우 비싸다.
본 발명은 고정자 조립체를 제공하는 것이다.
몇몇 측면에서, 회전 전기 기계에 사용을 위한 고정자 조립체는 마련된다. 상기 고정자 조립체는 슬롯들을 한정한(defining) 복수의 날들을 포함한 고정자 코어(stator core)를 포함하고, 상기 슬롯들은 고정자 코일들(stator windings)을 수용 및 지지하도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 강자성체 재질로 형성되고, 상기 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 상기 슬롯들의 폭들의 합계 비율은 0.65 내지 0.90 내의 범위이다.
상기 고정자 조립체는 이하의 한 개 또는 한 개 이상의 다음 특징들을 포함할 수 있다. 상기 슬롯들은 연장되고, 상기 고정자 코어에 형성된 개구들을 반경으로 확장한다. 상기 날들은 내부를 향해 반지름 방향으로 확장하고 상호 간에 원주 방향으로 이격 된다. 상기 고정자 조립체는 슬롯에 배치되는 적어도 하나의 고정자 코일(stator winding)을 더 포함하고, 상기 고정자 코일은 복수의 전도성 와이어의 뭉치로 형성된 코일을 포함한다. 상기 고정자 코어는 박층 플레이트의 조립체를 포함한다. 상기 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 상기 슬롯들의 폭들의 합계 비율은 0.70 내지 0.90 범위 내이다. 상기 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 상기 슬롯들의 폭들의 합계 비율은 0.75 내지 0.90 범위 내이다. 상기 고정자 조립체는 직선 부분(straight portion)을 포함한 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 직선 부분은 상기 슬롯들의 어느 하나에 배치되고 상기 직선 부분은 실질적으로 상기 슬롯을 완전히 점유하도록 구성된다. 상기 직선 부분의 단면영역은 실질적으로 상기 슬롯의 영역과 동일하다. 상기 고정자 조립체는 직선 부분을 포함한 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 고정자 조립체에 각각의 슬롯에 배치되는 다중 고정자 코일 직선 부분이 있다. 상기 직선 부분의 단면영역은 실질적으로 상기 슬롯의 영역 절반이고, 2개의 고정자 코일 직선 부분은 각각의 슬롯에 배치된다. 상기 고정자 조립체는 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 고정자 코일은 크랭크형 코일 감김(cranked coil winding)을 포함한다. 상기 고정자 조립체는 반지름 방향의 전도체 크기는 원주 방향의 전도체 크기 보다 적어도 1.5의 팩터(factor)로 더 크도록 상기 슬롯의 내부에 배열되는 개별 와이어 전도체들을 포함한 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함한다. 상기 고정자 조립체는 반지름 방향의 전도체 크기가 원주 방향의 전도체 크기보다 적어도 3의 팩터로 더 크도록 상기 슬롯의 내부에 배열되는 개별 와이어 전도체들을 포함한 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함한다.
다른 측면에서, 회전 전기 기계는 마련된다. 상기 회전 전기 기계는 회전자 조립체 및 고정자 조립체를 포함한다. 상기 고정자 조립체는 슬롯을 한정한 복수의 날을 갖는 고정자 코어를 포함하고, 상기 슬롯들은 고정자 코일을 수용 및 지지하도록 구성된다. 상기 고정자 코일 서포트는 강자성체 재질로 형성되고, 상기 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 상기 슬롯들의 폭들의 합계는 0.65 내지 0.90 범위 내이다.
상기 회전 전기 기계는 하나 또는 하나 이상의 다음의 특징들을 포함할 수 있다. 상기 회전자 조립체는 고온 초전도 코일들(superconducting windings)을 갖는 회전자를 포함한다. 상기 회전자와 상기 고정자 조립체들은 10Hz 주파수까지 작동되도록 구성된다. 상기 회전자와 상기 고정자 조립체들은 3Hz 주파수까지 작동되도록 구성된다. 상기 회전자와 상기 고정자 조립체들은 약 2Hz의 주파수로 작동되도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 1.8T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 2.0T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 2.2T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 2.4T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 2.6T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 고정자 코어는 작동하는 동안 2.8T 보다 큰 날 자속 밀도를 갖도록 구성된다. 상기 기계는 직선 부분을 갖는 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 직선 부분은 슬롯들의 어느 하나에 배치 및 상기 슬롯을 실질적으로 완전히 점유하도록 구성된다. 상기 기계는 직선 부분을 갖는 고정자 코일을 더 포함하고, 각각의 슬롯에 다중 고정자 코일 직선 부분이 배치된다. 상기 기계는 반지름 방향의 전도체 크기가 원주 방향의 전도체 크기 보다 적어도 1.5의 팩터로 더 크도록 상기 슬롯의 내부에 배열된 개별 와이어 전도체들을 갖는 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함한다. 상기 기계는 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 고정자 코일은 크랭크형 코일 감김을 포함한다. 상기 기계는 상기 고정자 조립체와 상기 회전자 조립체 사이에 15mm 보다 큰 에어 갭을 더 포함한다. 상기 기계는 상기 고정자 조립체와 상기 회전자 조립체 사이에 20mm 보다 큰 에어 갭을 더 포함한다.
초전도 전기 기계들은 이상적으로 풍력 구동 다이렉트 구동 발전기로서 풍력 터빈 어플리케이션들에 사용하기 적합하다. 풍력 터빈의 낮은 주파수(10Hz 또는 미만) 출력 때문에, 저비용 초전도 발전기는 강자성체 물질로 형성된 고정자 코일 서포트(stator winding support)를 포함하도록 마련되고, 고작동 주파수 발전기들에 결합된 큰 전력 손실들의 초래 없이 마련될 수 있다. 강자성체 물질로 형성된 고정자 코일 서포트의 사용은 상대적으로 저비용 발전기를 만들 수 있다.
더 세부적인 것은 아래에 기술되어 있고, 본 발명의 고정자 조립체는 전체 성능을 증가할 뿐만 아니라 HTS 발전기의 전체 제조비용을 절감하는 데 기여할 수 있는 특징을 갖는다. 특히, 낮은 주파수 초전도 발전기는 전체 서포트 영역에 대한 전체 슬롯 영역의 비율이 60% 보다 큰 고정자 서포트 디자인을 가능하게 한다. 상대적으로 큰 슬롯 사이즈 때문에, 슬롯 내부에 전도체의 단면 영역은 종래의 기계 보다 훨씬 크고, 증가된 전력 생산을 제공한다.
몇몇의 실시 예들에서, 특별한 고정자 코일 구조(stator winding configuration)를 사용함으로써, 싱글 코일(single winding)은 대응되는 슬롯 내에 배치된다. 결과적으로, 슬롯 내부에 전도체의 단면 영역은 다른 고정자 코일 구조과 비교하면 더 증가되고, 싱글 슬롯은 2개 또는 2개 이상 고정자 코일들의 레그 부분(leg portion)에 의해 점유되고, 그리고 개별 레그 부분들 사이에 배치된 절연체는 전체 전도체들 단면 영역을 절감한다.
발전기는 강자성체 박판들로 형성된 고정자 코어를 포함하고 복수의 날들을 포함한 고정자 코어는 고정자 코일 감김들(stator coil windings)을 지지하도록 마련된다. 고정자 서포트를 형성하도록 강자성체 물질의 사용은 파이버(fiber) 구성물질의 사용과 비교할 때 제조 비용을 절감한다.
비록 고정자 서포트의 강자성체 날들은 매우 포화될지라도, 발전기는 비교적 낮은 주파수로 작동되고, 비교적 낮은 주파수 작동에 인하여 더 높은 주파수 기계들에 관련된 전력 손실들은 날들의 포화 뿐만 아니라 구리 및 열 발생 때문에 최소화 된다.
초전도 동기 발전기는 10Hz 이하의 주파수로 작동하는 발전기에서 2.8 테슬라(Tesla) 보다 큰 고정자 날 자속 밀도를 생산하도록 설명될 수 있다. 더불어, 기계들에 고정자와 회전자 조립체들 사이에 15mm 내지 20mm 보다 큰 에어 갭을 이용하는 것은 더 손실들을 줄일 수 있다.
도 1은 발전기의 측단면 구성도,
도 2는 도 1의 발전기의 고정자와 회전자 조립체들의 단부 사시도,
도 3은 고정자 코일들 없는 도 1의 발전기의 고정자 코어의 부분 측단면도,
도 4는 각각 사이드가 완전히 슬롯을 점유한 크랭크형 고정자 코일의 사시도,
도 5는 슬롯들에 배치된 크랭크형 고정자 코일들을 갖는 도 1의 발전기의 고정자 코어의 부분 단면도,
도 6은 고정자 코어 내부에 크랭크형 고정자 코일들의 단부 회전의 사시도,
도 7은 도 1의 발전기에 대한 개방 순환 자속 프로파일,
도 8은 0.60 보다 큰 영역 비율을 지지하기 위해 비강자성체 날들 및 슬롯영역을 갖는 발전기에서 에어 갭 자속 밀도를 나타낸 아크 길이(미터) 대 자속 밀도(Tesla)의 그래프,
도 9는 0.60 보다 큰 영역 비율을 지지하기 위해 강자성체 날들 및 슬롯영역을 갖는 발전기에서 에어 갭 자속 밀도를 나타낸 아크 길이(미터) 대 자속 밀도(Tesla)의 그래프,
도 10은 강자성체 날들을 갖는 발전기에서 에어 갭 자속 밀도, 0.60 보다 큰 영역 비율로 지지하는 슬롯영역 및 15mm 보다 큰 에어 갭을 나타낸 아크 길이(미터) 대 자속 밀도(Tesla)의 그래프,
도 11은 다이아몬드형 고정자 코일의 사시도,
도 12는 슬롯들에 배치된 도 1의 다이아몬드형 고정자 코일들을 갖는 도 1의 발전기의 고정자 코어의 부분 단면도,
도 13은 싱글 레이어(layer) 고정자 코일의 플랫 고정자 코일 영역의 사시도,
도 14는 싱글 레이어 코일의 업셋(upset) 단부 코일 영역의 사시도,
도 15는 다중 싱글 레이어 고정자 코일들의 조립체의 사시도이다.
[관련 출원]
본 출원은 2009년 9월 29일에 제출된 U.S 출원번호 12/569,742의 우선권을 주장하고, 이 선언에 의한 내용은 내용 전체에 통합된다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명을 수행하기 위한 방식들은 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 실시 예에 참조에 의해 이하에서 설명된다. 본 발명의 상술한 목적, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 이하 첨부된 도면들에 연대되어 명시된 본 발명의 실시 예의 세부적인 기술로부터 명백할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발전기(10)는 고정자 조립체(100) 내부에 장착된 회전자 조립체(40)를 포함하는 회전 초전도 기계이다. 더 세부적인 것은 이하에서 기술될 것이고, 발전기(10)는 10Hz 또는 미만의 낮은 주파수 응용에서 사용하기 위해서 구성된다. 예를 들어, 발전기(10)가 풍력 터빈에 발전기로서 사용될 때, 회전자와 고정자 조립체(40, 100)는 약 2Hz에서 작동되도록 구성된다.
회전자 조립체(40)는 고온도 초전도체(HTS)로 형성된 회전자 코일들(rotor windings; 42), 토크 전송 시스템(50) 및 전자기 실드(60)를 포함한다. 회전자 코일들(42)은 저온 유지 장치(cryostat)(34) 내부에 회전자 코일 서포트 구조(44)에 의해 지지된다. 비록 다른 구조들이 가능하지만, 본 실시 예의 회전자 코일(42)들은 경주장 구조로 형성된 몇 개의 HTS 서브-코일들을 포함한다. 참조로서 본 문서 중에 전체 내용이 삽입된 미국 등록특허 6,509,819는 더 세부적으로 예시적인 회전자 코일 구조를 검토한다. 토크 전송 시스템(50)은 회전자 조립체에 의해 생성된 회전력을 출력 샤프트(30)로 전송하고, 또한 저온 유지 장치(34)에 배치된다. 시스템(50)은 회전자 코일 서포트 구조(44)에 일측부에 연결되고 엔드 플레이트(end plate; 54)를 경유해 출력 샤프트(30)에 타측부에 연결된 토크 튜브(52)를 포함한다. 전자기 실드(60)는 저온 유지 장치(34)를 둘러싸고 고정자 전류에 의해 생성된 감쇄 비동기 필드(fields)에 의해 회전자 코일들을 실드하는 도전성 비강자성체 물질로 구성한다. 더불어, 전자기 실드(60)는 고정자 조립체에서 생성된 열로부터 저온 유지 장치를 실드한다.
발전기(10)는 또한 회전자 코일(42)들로 전류를 제공하는 브러시리스 여자기(brushless exiter; 16)를 포함한다. 여자기(16)는 변압기 및 회전자 코일(42)들을 위한 전력을 조절 및 제어하는 관련된 전자기기(미도시)로 구성한다. 회전자 코일(42)들은 HTS 회전자 코일(42)들을 냉각하기 위해 저온 유지 장치(34) 내부에 순환되는 기체의 헬륨을 사용하여 회전 서포트 구조(44)를 통해 냉각되어 전도되는 것이다. 회전자 조립체(40)로 기체의 헬륨의 내외부 방향 유동을 허용하는 냉각제 공급 라인(48)들은 고정-회전 결합인 동축의 헬륨 전송 커플링(14)을 통과한다. 베어링(32)들은 출력 샤프트(30)의 대향측을 지지하도록 프레임(24)에 장착되고, 베어링(32)들로 고정자 조립체(100) 내부에 회전 조립체(40)가 회전 및 동축으로 지지된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고정자 조립체(100)는 고정자 코어(102) 및 고정자 코일들(stator windings; 130)을 포함한다. 고정자 코어(102)는 적층된 박형 강자성체 플레이트(106)들의 조립체인 중공된 원통형 몸체이다. 고정자 코어(102)를 형성하기 위해서, 강자성체 플레이트(106)들은 요구된 날 형상을 제공하도록 펀치되고, 플레이트(106)들은 중공된 원통형 몸체(104)로 적층 및 에폭시와 같은 공지된 수단에 의해 고정된다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(102)는 고정자 코어(102)의 외경을 포함하고 이에 인접한 덧날(back iron) 영역을 포함하고, 그리고 다중 고정자 날(112)들은 슬롯(114)를 형성하도록 덧날(108) 영역으로부터 내부를 향해 반지름 방향으로 연장한다. 각 날(112)은 날 폭 WT1, WT2, WT3 를 갖고, 모든 날(112)들은 대략 동일한 날 폭 WT를 갖는다. 제공되는 날(122)의 수는 고정자 코어(102) 내에 지지되도록 고정자 코일(130)의 구조에 부분적으로 의존한다. 발전기(10)의 도시된 실시 예에서, 고정자 코어(102)는 216개 고정자 날(122)들로 마련된다.
단면도에 도시된 바와 같이, 고정자 날(112)은 규칙적으로 그리고 상호 간에 원주 방향으로 이격되어 인접한 날(112) 간의 간격은 고정자 슬롯(114)을 한정(defining)한다. 고정자 슬롯(114)들은 장방형이고 인접한 날(122)들 사이에 거리(원주 방향)에 대응하여 슬롯 폭 WS를 갖는다. 실시 예에서, 장방형의 고정자 슬롯(114)은 고정자 코일(130)의 직선부분(straight portion)의 장방형 외각 형상이 슬롯(114)에 수용되도록 반영한다. 날(112)들의 반지름 방향으로 가장 깊숙한 에지(112a)들은 고정자 코어(102)의 원통형 회전자 조립체-수용 구멍(116)을 공동으로 한정한다. 슬롯 개구(120)는 각 한 쌍의 인접한 날(112)들 사이에 한정되고, 슬롯 개구(120)를 통해서 고정자 코일(130)이 슬롯으로 삽입된다.
회전자 조립체(40)는 회전자 및 고정자 조립체(40, 100)가 동축이 되도록 구멍(116) 내부에 지지된다. 이러한 배열이 되면, 에어 갭(118)은 고정자 코어(102)의 내부 표면(예를 들어, 구멍 표면(116))과 전자기 실드(60)의 외부 표면(62) 사이에 마련된다.
도시된 발전기(10)의 실시 예에서, 고정자 조립체는 3 또는 9의 상 구성에 배열된 108개 고정자 코어(130)들을 포함한다. 3상 구성을 위해, 위상 마다 36개 고정자 코일(130)들이 마련되고, 결과적으로 24극 배열을 제공한다.
도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 고정자 코일(130)들은 전치된 와이어 케이블(transposed wire cable; 132)들로 형성되고, 개별 구리 와이어 전도체(157)들은 소용돌이 전류 손실들(eddy current losses)을 절감하는 패턴을 형성하도록 비틀기 및/또는 짜깁기 된다. 전치된 케이블(132)들은 Litz 와이어, Rutherford 와이어, Robel 와이어 또는 다른 적합한 전치된 와이어를 포함할 수 있다. 전치의 효과는 또한 와이어들 간에 엔드 전치들(end transpositions)의 사용 또는 엔드 코일 연결들(end coil connections)에서 평행하게 작동되고 각각의 코일에 대해 직렬로 싱글 와이어들을 사용하는 디자인을 선택하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
전도체(157)들이 단면에서 장방형이라면, 전도체 반지름 방향의 치수(즉, 슬롯 깊이 dS로 정렬된 치수)는 소용돌이 전류 손실들을 낮추기 위해서 전도체 원주 방향의 치수(즉, 슬롯 폭 WS로 정렬된 치수)보다 더 길다. 대표적인 전도체(157)는 1.5:1에서 5:1의 범위로 원주 방향의 치수에 대한 반지름 방향의 치수 외관 비율(aspect ratio)을 갖는다. 2개의 인접한 날들 사이에 자속 밀도 라인들이 갑자기 일어나는 크로스-슬롯 누설에 의해 소용돌이 전류 손실이 지배되는 종래 기계들에서 대표적인 것과 여기에 기술된 외관 비율이 반대되는 것을 나타낸다. Multistrand Litz 와이어들은 대표적으로 1:1 외관 비율을 갖는다.
전치된 케이블(132)들은 외부 절연 외장을 가지며, 그것에 의해 절연층(152)은 만곡부들(turns) 사이에 마련되고, 그리고 고정자 코일(130)의 외부 주변은 접지 절연체(150)를 포함한다.
전치된 케이블(132)들은 엔드 만곡부분(end turn portions; 138)에 의해 연결된 평행한 한 쌍의 직선 부분(136)을 포함한 연장된 다중-만곡 코일(multi-turn winding; 130)을 형성하기 위해 고정자 조립체(100)의 길이 축의 가로 축 둘레를 감는다. 이 경우에서, 고정자 코일(130)은 직선 부분(136)이 평행하게 연장되는 선형으로 연장된 부재인 크랭크형 코일(cranked coil; 도 4)이다. 엔드 만곡부분(138)은 직선 부분(136)이 있는 평면에 대해 가로 면 상에 있는 U자 형상 만곡부(140)을 포함한다. 결과적으로, 하나의 엔드 코일 레그부분(end winding leg portion; 138a)은 평면의 반경 외부에 위치되고, 리턴 레그 엔드 코일부분(return leg end winding portion; 138b)는 평면에 위치된다. 엔드 부분(138)의 특별한 형상은 고정자 코일들(130)이 각각의 슬롯(114)들 사이에서 연장되고 다른 고정자 코일(130)들(도 6)의 각각의 엔드 부분(138)에 직면하여 수용하도록 허용한다.
고정자 코일(130)의 직선 부분(136)은 슬롯 개구(120)를 통해 슬롯(114)으로 삽입되고, 슬롯 쐐기(156)는 슬롯(114) 내부에 고정자 코일(130)을 유지하기 위해 사용된다. 몇몇 실시 예에서, 절연 슬롯라이너(154)는 고정자 코일(130)과 슬롯(114)의 일측벽(114a) 사이에서 슬롯(114) 내에 위치된다. 이러한 구성에서, 슬롯라이너(154)는 동등한 로딩(even loading)을 보장하기 위하여 슬롯 내부에 패킹(packing)으로 가능한다. 대안으로, 슬롯라이너(154')(미도시)는 모든 슬롯 벽들로부터 코일(130)을 절연하기 위해 3개의 측면 상에 고정자 코일(130)를 둘러 싸도록 구성될 수 있다. 크랭크형 코일(130)의 사용은 직선 부분(136)의 장방형 단면이 고정자 코어(102)에 마련된 각각의 와이드 슬롯(114)들에 사용하기 매우 적합하기 때문에 이점이 있다. 특히, 직선 부분(136)의 단면영역은 실질적으로 슬롯영역과 동일하고, 슬롯영역은 슬롯 깊이 dS(도 3)와 슬롯 폭 WS의 곱으로서 정의되고, 크랭크형 고정자 코일(130)은 실질적으로 완전하게 슬롯(114)(도 5)을 점유한다.
다시 도 1을 참조하면, 고정자 코일(130)들은 전기적으로 전원공급라인(22)를 경유해 외부 전원컨버터(25)에 연결되고, 토크가 출력 샤프트(30)의 회전을 초래하는 회전자에 인가될 때, 교번(alternating) 자속은 HTS 회전자 코일(42)들로부터 에어 갭(118)를 통해 연장되고 전력을 생성하도록 고정자(130)와 상호 작용한다.
고정자 코일(130)들은 공지된 수단에 의해 냉각된다. 예를 들어, 몇몇 실시 예에서, 고정자 코일(130)들은 전도 냉각(conduction cooled)될 수 있다. 이러한 예에서, 직선 부분(136)은 덧날(108)를 통해 전도 냉각될 수 있고, 열은 고정자 코어(102)의 외부 직경 상에 에어 유동 또는 액체 냉각 자켓(미도시)에 의해 추출될 수 있다. 엔드 만곡부(138)들은 강제 대류(forced convection)에 의해 냉각될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 고정자 코어(130)들은 에어로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 박층 간격(미도시)은 고정자 코어(102)로 제조될 수 있고, 에어는 고정자 코어(120)의 내부 직경으로부터 외부 직경으로 강제 대류와 함께 통풍될 수 있다. 엔드 만곡부(138)들은 또한 강제 대류에 의해 냉각될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 고정자 코일(130)들은 직접적으로 액체 냉각에 의해 냉각될 수 있다. 예를 들어, 고정자 코어(130)들은 고정자 슬롯영역 내부에 좁은 냉각 통로(미도시)의 추가와 함께 유전성 유체와의 직접적인 접촉에 의해 냉각될 수 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 고정자 코어(130)들은 코일들 내에 만들어진 내부 튜브들로 제조되고, 이온이 제거된 물은 직접적으로 냉각하도록 튜브들에서 순환될 수 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 고정자 코일(130)들은 외부 물 냉각튜브들로 제조될 수 있고, 특히, 코일들(windings)의 접지 절연의 외측에 만들어진 튜브를 갖는다. 탈염수(deionized water) 또는 담수(fresh water)는 고정자 코일 냉각(stator winding cooling)을 제공하도록 튜브들에서 순환될 수 있다. 이러한 경우에서, 구리 핀들(copper fins)은 접지 플랜 절연(ground plan insulation)의 외부 표면 상에 냉각을 개선하기 위해 튜브들에 넣어질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 고정자 코어(102)는 전체 날 폭 WT가 전체 슬롯 폭 WS에 비하여 작도록 형성된다. 특히, 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율은 0.65 내지 0.90의 범위에 있고, 슬롯들의 폭들의 합계는 아래와 같이 정의되고,
Sum WS = ∑ WS1+WS2+WS3+......+WSN,
날 및 슬롯들의 폭들의 합계는 아래와 같이 정의되고,
Sum WS+WT = WS1+WS2+WS3+...+WSN+WT1+WT2+WT3...+WTN,
그리고 N은 고정자 코어(102)의 개수이다. 도시된 실시 예에서, N = 216, 그러나 이러한 슬롯들의 개수로 고정자 코어는 제한되지 않는다.
다른 실시 예들에서, 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율은 0.70 내지 0.90의 범위에 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율은 0.75 내지 0.90의 범위에 있다.
발전기(10)의 몇몇 실시 예에서, 슬롯 폭 WS는 날 폭 WT 크기의 적어도 2배 일 수 있고, 본 디바이스에서의 날의 메인 기능은 고정자 코일(130)들을 위한 지지(support)를 제공한다. 고주파수 기계에서는 이와 같은 슬롯-날 비율(slot to tooth proportions)이 높은 손실들 및 전원 출력 제한에 관련되어 있기 때문에 여기에 기술된 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율을 갖는 날에 대한 슬롯 비율을 가지는 고정자 코어는 신규하다. 반면, 발전기(10)에서, 각각의 큰 슬롯영역은 슬롯 내부에 부가적인 전도체의 사용을 허용하며, 특히 전도체가 세분되고 효과적으로 전치될 때 전도체 영역의 증가와 함께 전원 손실들이 감소하므로, 이러한 것은 장점이 된다. 또한, 장점으로, 비록 발전기(10)의 고정자 날(114)들은 고정자 코일(130)들을 지지하도록 대부분 동작하지만, 강자성체 물질의 사용은 또한 에어 갭 플럭스에 적절한 증가(약 10%)를 가져온다.
더불어, 발전기는 낮은 주파수(최대 10Hz까지)에서 작동되기 때문에, 슬롯들 내에서 강자성체 날 및 구리 전도체와 관련된 소용돌이 전류 손실들은 감소된다.
더 장점으로, 고정자 날(114)들을 형성하기 위해 강자성체 물질의 사용은 발전기(10)가 저비용으로 제조되도록 허용한다.
발전기(10)가 예를 들어 약 2Hz의 낮은 주파수에서 작동될 때, 날 자속 밀도는 1.8 테슬라 보다 크다. 도 7에 도시된 바와 같이, 고정자 및 회전자 조립체 영역 상 산출된 자속 밀도를 나타내며 날 자속밀도는 3.0 테슬라 보다 큰 것을 나타낸다. 즉, 발전기(10)은 자속 포화된 날들로 작동되도록 구성되고, 그리고 작동하는 동안, 발전기(10)의 날(114)들은 일반적으로 1.8 테슬라 미만의 자속 밀도를 갖는 날로 작동하는 종래의 초전도 발전기들 보다 더 높은 자속 밀도에서 동작한다. 그러나, 발전기(10)의 낮은 주파수 작동 때문에, 비록 날(114)들은 포화되지만, 결과 손실들(ARMCO 테이블들로부터 평가된(scaled) 것으로)은 10kW 미만이다.
도 8에 도시된 바와 같이,전자기 실드(60)의 표면에서 측정된 것으로서 에어 갭 내의 자속 밀도는 비강자성체 날들(즉, 합성물 또는 스텐인리스 강)로 형성된 고정자 코어를 포함하지만 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율이 0.65 내지 0.90의 범위 인 고정자 코어를 포함한 초전도 발전기에 대해 나타냈다. 그래프는 에어 갭에서 1 테슬라 보다 큰 자속 밀도를 나타낸다. 자속 밀도는 약 1 테슬라의 에어 갭 자속 밀도를 갖는 몇몇 종래의 기계들 보다 크다. 그래프는 HTS 회전자 코일들 사용 때문에 종래의 기계에 비해 에어 갭에서 더 많은 전원이 생산되는 것을 도시하고, 날들 및 슬롯들의 폭의 합계에 대한 슬롯들의 폭의 합계의 비율이 0.65 내지 0.90 범위에 있는 본 발명의 고정자 구조는 충분한 전원 생산을 제한하지 않는 것을 더 도시한다.
강자성체의 포화된 날들의 사용을 제한한다. 예를 들어, 전자기 실드(60)는 날들 통과에 관련된 필드 변경들 때문에 부가 손실을 가질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 전자기 실드(60)의 표면(62)에서 측정된 것으로서 에어 갭 내의 자속 밀도는 강자성체 날들로 형성된 고정자 코어를 포함하고 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 슬롯들의 폭들의 합계의 비율이 0.65 내지 0.90의 범위에 있는 고정자 코어를 포함하는 초전도 발전기에 관해 나타냈다. 그래프는 약 0.09m 및 0.18m에서 몇몇 국지적인 피크에 의해 표현된 조화의 크기를 나타낸다. 이러한 조화의 크기는 전자기 실드(60) 상에 가열 및 회전자 조립체(40)에 전원 손실이기 때문에 요구되지 않는다. 그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 이러한 조화의 크기는 에어 갭(118)을 증가함으로써 피할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시 예들에서, 발전기(10)는 15mm 보다 큰 에어 갭을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 발전기(10)는 20mm 보다 큰 에어 갭을 포함할 수 있다. 비교의 목적으로, 비교할 사이즈의 종래의 발전기에서 5 내지 10mm의 에어 갭이 종종 사용된다. 즉, 각각의 큰 에어 갭(118)은 발전기(10)에 의해 실시된 것처럼 낮은 속도 시스템에서 사용을 위해 이익이다.
발전기(10)는 크랭크형 고정자 코일(130)들을 적용하는 것으로 여기서 기술했다. 그러나, 발전기는 크랭크형 고정자 코일(130)들의 사용에 제한되지 않고, 제한되지 않지만 다이아몬드형 코일(diamond windings; 230)들 또는 싱글 레이어 코일(single layer windings; 330)들과 같은 다른 구성의 코일들을 사용하도록 본 발명의 범위 내에 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 다이아몬드형 코일(230)들은 일반적으로 다이아몬드 형상으로 감긴 전치된 케이블(132)들을 포함한다. 다이아몬드형 코일(230)들은 같은 상(phase)에서 인접한 코일들(windings)의 직선 부분(236)을 중첩함으로써 고정자 슬롯(114)들 내부에 배열되고, 그에 따라 각 슬롯(114)은 2개의 코일(windings; 230)들을 수용한다. 특히, 하나의 직선 부분(236a)은 하나의 슬롯(114)의 반지름 방향의 내부 위치를 점유하고, 다른 직선 부분(236b)은 다른 슬롯(114)의 반지름 방향의 외부 위치를 점유한다. 표준 다이아몬드형 코일들은 약 50% 보다 큰 슬롯 필(fill)을 이루기 어려운 단부 기하(end geometry)를 갖는다. 도 12에 도시된 바와 같이, 직선 부분(236)의 단면영역은 슬롯 영역의 약 반이고, 다이아몬드형 코일(230)의 직선 부분(236)은 슬롯(114)의 약 반을 점유한다. 각 다이아몬드형 코일에 접지 절연체(150)의 존재 때문에, 절연체의 이중 층은 슬롯(114)에 배치된 2개의 코일(230)들 사이에 형성되고, 다이아몬드형 코일(230)을 사용했을 때의 슬롯(114) 내의 전도체 양은 크랭크형 코일(130)을 사용했을 때 보다 작다는 효과를 가져온다.
도 13 내지 15에 도시된 바와 같이, 싱글 레이어 코일(330)은 업셋-엔드 고정자 코일(330b)(도 14)과 결합되어 사용되는 플랫 고정자 코일(330a)(도 13)을 포함한다. 플랫 고정자 코일(330a)에서, 엔드 만곡영역(338a)은 U자형 형상이고, 직선 부분(336a)과 같은 평면에 놓여 있다. 업셋-엔드 고정자 코일(330b)에서, 엔드 만곡영역(338b)은 U자형 형상이지만 직선 부분(336b)들에 의해 한정된 평면으로부터 상향으로 연장한다. 함께 조립될 때(도 15), 업셋-엔드 고정자 코일(33b)의 직선 부분(336b)은 같은 평면 상에 플랫 고정자 코일(330a)의 직선 부분영역(336a)들 사이에 존재한다. 더불어, 업셋-엔드 고정자 코일의 엔드 만곡부분(338b)은 플랫 고정자 코일(330a)의 엔드 만곡부분(338a)에 평행하고 부분적으로 위에 가로로 놓여 있다. 크랭크형 코일(130)과 같이, 직선 부분(336a, 336b)의 단면영역은 실질적으로 슬롯영역과 같고, 싱글 레이어 코일(single layer winding; 330)은 실질적으로 완전히 슬롯(114)를 점유한다. 더불어, 싱글 레이어 코일(single layer winding)은 절연체 요구들 차이점 때문에 크랭크형 코일(130) 보다 더 좋은 전도체 패킹 팩터를 갖는다. 그러나, 싱글 레이어 코일(single layer coil; 330)은 싱글 레이어 코일(single layer winding; 130) 보다 더 설치 및 지지하기 어려울 수 있다.
발전기(10)에 사용을 위한 고정자 조립체(100)의 선택되어 도시된 실시 예는 몇몇 세부적으로 상기에서 기술되었다. 그러나, 여기에 기술된 고정자 조립체는 발전기에 사용에 제한되지 않는다. 예를 들어, 고정자 조립체는 높은 토크, 낮은 속도 모터들을 포함한 다른 방식의 회전 전기 기계들에서 사용될 수 있다.
더불어, 오직 구조들은 여기에 기술된 본 발명을 분명히 하기 위해 필요 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 다른 종래의 구조들은, 종래의 구조들의 부속품 및 시스템의 보조 요소들, 해당 분야에 기술에 의해 공지 및 이해되는 것이 당연하다. 게다가, 본 발명의 작동 예는 상기 기술되는 것과 동시에, 본 발명은 작동 예로서 제한적이지 않고, 다양한 디자인 대안들은 청구항들에 명시된대로 본 발명으로부터 벗어남 없이 수행될 수 있다.

Claims (38)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 고온 초전도 코일들(superconducting windings)을 갖는 회전자를 포함하는 회전자 조립체와;
    강자성체 물질로 형성된 고정자 코어(stator core)를 포함하는 고정자 조립체를 포함하며, 상기 고정자 코어는 덧날(back iron) 영역 및 상기 덧날 영역으로부터 내부를 향해 반지름 방향으로 연장된 다중 고정자 날을 포함하고, 상기 날은 규칙적으로 및 상호 간에 원주 방향으로 간격을 가지며, 인접한 날 사이의 상기 간격은 슬롯들을 한정하고, 상기 슬롯들은 고정자 코일들(stator windings)을 수용 및 지지하도록 구성되되,
    적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함하며, 상기 고정자 코일은 크랭크형 코일 감기(cranked coil winding)를 포함하고,
    상기 날 및 슬롯들의 폭들의 합계에 대한 상기 슬롯들의 폭들의 합계의 비율은 0.65 내지 0.90의 범위이고,
    상기 고정자 조립체와 상기 회전자 조립체 사이의 에어 갭은 20mm 보다 큰 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 회전자 및 고정자 조립체들은 3Hz 까지의 주파수에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 회전자 및 고정자 조립체들은 2Hz의 주파수에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제16항에 있어서,
    상기 고정자 코어 날들은 작동하는 동안 2.4T 보다 큰 교번 자속 밀도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 고정자 코어 날들은 작동하는 동안 2.6T 보다 큰 교번 자속 밀도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 고정자 코어 날들은 작동하는 동안 2.8T 보다 큰 교번 자속 밀도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  27. 제16항에 있어서,
    직선 부분(straight portion)을 포함한 고정자 코일을 더 포함하고, 상기 직선 부분은 상기 슬롯들 중 어느 하나에 배치되고 상기 슬롯을 실질적으로 완전히 점유하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  28. 제16항에 있어서,
    직선 부분을 포함한 고정자 코일(stator winding)을 더 포함하고, 각 슬롯에 다중 고정자 코일 직선 부분들(multiple stator winding straight portions)이 배치되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  29. 제16항에 있어서,
    반지름 방향의 전도체 크기가 원주 방향의 전도체 크기 보다 적어도 1.5의 팩터로 크도록 상기 슬롯 내에 배열되는 개별 와이어 전도체들을 포함한 적어도 하나의 고정자 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 제16항에 있어서,
    상기 날들의 반지름 방향으로 가장 깊숙한 에지들(edges)은 상기 고정자 코어의 구멍(bore)을 공동으로 한정(define)하고, 상기 구멍과 상기 회전자 코일 사이에 환상 영역은 강자성체 물질이 포함되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  36. 제16항에 있어서,
    상기 회전자 조립체는 상기 회전자 코일들과 상기 회전자 조립체 사이에 배치된 비강자성체 전자기 실드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
  37. 제16항의 상기 기계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  38. 제16항에 있어서,
    상기 회전자 및 고정자 조립체들은 10Hz의 주파수에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 회전 전기 기계.
KR1020127010868A 2009-09-29 2010-07-20 고정자 조립체 KR101443992B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/568,742 US20100277136A1 (en) 2009-09-29 2009-09-29 Generator with ferromagnetic teeth
US12/568,742 2009-09-29
PCT/US2010/042546 WO2011041014A2 (en) 2009-09-29 2010-07-20 Generator with ferromagnetic teeth

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120076426A KR20120076426A (ko) 2012-07-09
KR101443992B1 true KR101443992B1 (ko) 2014-09-23

Family

ID=43029903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127010868A KR101443992B1 (ko) 2009-09-29 2010-07-20 고정자 조립체

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20100277136A1 (ko)
EP (1) EP2483992B1 (ko)
JP (1) JP6035146B2 (ko)
KR (1) KR101443992B1 (ko)
CN (1) CN102668327B (ko)
IN (1) IN2012DN02572A (ko)
WO (1) WO2011041014A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102265173B1 (ko) 2020-12-17 2021-06-16 세원이앤씨(주) 밀폐형 구조의 고정자 코어 유닛 조립체

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090232183A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 General Electric Company System and method to measure temperature in an electric machine
US10574110B2 (en) * 2010-04-28 2020-02-25 Launchpoint Technologies, Inc. Lightweight and efficient electrical machine and method of manufacture
EP2492502B1 (en) * 2011-02-25 2018-09-05 Siemens Aktiengesellschaft A wind turbine with a generator
JP5739737B2 (ja) * 2011-06-08 2015-06-24 住友電気工業株式会社 誘導加熱装置、及びそれを備える発電システム
US8338979B2 (en) * 2011-06-30 2012-12-25 General Electric Company Method and apparatus for a superconducting direct current generator driven by a wind turbine
WO2013111884A1 (ja) * 2012-01-27 2013-08-01 古河スカイ株式会社 熱交換器フィン用のアルミニウム合金材及びその製造方法、ならびに、当該アルミニウム合金材を用いた熱交換器
KR101366946B1 (ko) * 2012-08-17 2014-02-25 두산엔진주식회사 이중 코일 구조를 가지는 초전도 발전 시스템
KR101417317B1 (ko) * 2012-08-17 2014-07-08 두산엔진주식회사 듀얼 여자기를 이용한 초전도 발전 시스템
KR101386863B1 (ko) * 2012-10-05 2014-04-17 두산엔진주식회사 단극 발전기와 영구자석 여자기를 갖는 초전도 발전 시스템
JP6029934B2 (ja) * 2012-11-01 2016-11-24 川崎重工業株式会社 超電導回転機の固定子、超電導回転機
KR101380023B1 (ko) * 2012-12-26 2014-04-02 두산엔진주식회사 초전도 발전기 시스템
KR101417508B1 (ko) * 2012-12-26 2014-07-08 두산엔진주식회사 초전도 발전 시스템
KR200473549Y1 (ko) * 2012-12-28 2014-07-09 두산엔진주식회사 초전도 발전 시스템
US20140191606A1 (en) * 2013-01-10 2014-07-10 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-channel wound-field synchronous machine
US10170952B2 (en) * 2014-02-10 2019-01-01 Mitsubishi Electric Corporation Rotary electric machine and manufacturing method for coil of rotary electric machine
CN105471127B (zh) * 2014-05-29 2019-02-05 德昌电机(深圳)有限公司 电机及电机用磁芯
CN105471132B (zh) * 2014-05-29 2019-09-17 德昌电机(深圳)有限公司 电机用永久磁极及包括其的电机
FR3031252B1 (fr) * 2014-12-31 2018-12-07 Societe Electromecanique Du Nivernais Moteur electrique tubulaire
CN106487187B (zh) * 2015-08-28 2020-11-10 德昌电机(深圳)有限公司 单相永磁电机及使用该电机的吹风机
US20170063183A1 (en) * 2015-08-29 2017-03-02 Abb Technology Ag Electrical machines and fabrication methods therefor
WO2017163886A1 (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 三菱電機株式会社 回転電機用電機子
US10523096B2 (en) * 2017-01-13 2019-12-31 Ge Aviation Systems Llc Method for manufacturing a stator assembly of an electrical machine
US11177708B2 (en) * 2017-01-13 2021-11-16 Ge Aviation Systems Llc Method for manufacturing an integrated stator and housing for an electrical machine
US20190383275A1 (en) * 2017-01-23 2019-12-19 Lagerwey Wind B.V. Wind power system with low electromagnetic interference
EP3429063A1 (de) * 2017-07-14 2019-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Ständer-einschichtwicklung für elektrische maschinen
US10601299B2 (en) * 2017-09-07 2020-03-24 American Superconductor Corporation High temperature superconductor generator with increased rotational inertia
DE102017217583A1 (de) 2017-10-04 2019-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung von Batteriezellen und Flugzeug mit einer derartigen Anordnung
DE102017219735A1 (de) 2017-11-07 2019-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Statorwicklung mit erhöhter Leistungsdichte
US10669001B2 (en) 2017-12-11 2020-06-02 American Superconductor Corporation Hybrid electrical and mechanical propulsion and energy system for a ship
CN108535672B (zh) * 2018-04-18 2023-09-08 杭州佩伟拓超导磁体技术有限公司 磁共振磁体系统磁场匀场材料及制作方法
CN110556937B (zh) 2018-05-31 2021-12-07 比亚迪股份有限公司 定子组件以及电机
US11606017B2 (en) * 2018-06-27 2023-03-14 General Electric Company Wind turbine having superconducting generator and armature for use in the superconducting generator
US11303194B1 (en) * 2018-07-05 2022-04-12 United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Wound field synchronous machine
EP3618246A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-04 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Coil layout for a generator having tape conductors
GB201817883D0 (en) * 2018-09-18 2018-12-19 Rolls Royce Plc Electric machine
US11489377B2 (en) 2019-12-11 2022-11-01 Lc Advanced Motor Technology Corporation Rotary electric machine having winding coils with first and second portions connected in series
WO2023204815A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 General Electric Company Strand orientation in a generator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004187344A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Yaskawa Electric Corp 永久磁石形モータ
JP2004236446A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency 高温超伝導バルク材を用いた発電機
US6879081B1 (en) * 2000-08-04 2005-04-12 American Superconductor Corporation Stator coil assembly for superconducting rotating machines
JP2006518180A (ja) * 2003-02-18 2006-08-03 リライアンス エレクトリック テクノロジーズ エルエルシー モータ／ジェネレータのための拡張コア

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564312A (en) * 1967-10-19 1971-02-16 Wzina De Masini Electrice Buca Medium frequency inductor generators
UST917006I4 (en) * 1973-01-29 1973-12-04 Dynamoelectric machinery utilizing superconductive windings
US4037123A (en) * 1973-01-29 1977-07-19 Westinghouse Electric Corporation Dynamoelectric machine with a superconductive field winding that can operate in either a synchronous or an asynchronous mode
US4058746A (en) * 1973-01-29 1977-11-15 Westinghouse Electric Corporation Dynamoelectric machinery utilizing superconductive windings
US4647802A (en) * 1985-06-13 1987-03-03 Hewlett-Packard Company Variable reluctance motor with reduced torque ripple
JP2827773B2 (ja) * 1992-12-21 1998-11-25 株式会社日立製作所 回転電機子と電機子巻線の成形方法
US5548168A (en) 1994-06-29 1996-08-20 General Electric Company Superconducting rotor for an electrical machine
US5777420A (en) * 1996-07-16 1998-07-07 American Superconductor Corporation Superconducting synchronous motor construction
US5739620A (en) * 1997-01-03 1998-04-14 Industrial Technology Research Institute Optimum groove/pole ratio for brushless motor stator profile
US6509819B2 (en) 1999-07-23 2003-01-21 American Superconductor Corporation Rotor assembly including superconducting magnetic coil
JP2001099046A (ja) * 1999-10-01 2001-04-10 Minoru Sugiyama 磁力浮上無重力構造による発電機重、プロペラローター重、同時消減発電システム
DE10050371A1 (de) 2000-10-11 2002-05-02 Siemens Ag Vorrichtung mit im kryogenen Temperaturbereich ferromagnetischem und mechanisch belastbarem Bauteil
JP3621636B2 (ja) * 2000-10-16 2005-02-16 三菱電機株式会社 交流発電機の固定子及びその製造方法
US6664672B2 (en) * 2001-07-13 2003-12-16 American Superconductor Corporation Enhancement of stator leakage inductance in air-core machines
US6795720B2 (en) * 2001-08-24 2004-09-21 General Electric Company High temperature superconducting synchronous rotor coil having multi-piece rotor core
DE50208431D1 (de) * 2001-08-30 2006-11-23 Siemens Ag Schockfeste elektrische schiffsmaschine, z.b. motor oder generator
JP2003224965A (ja) * 2002-01-28 2003-08-08 Hitachi Ltd 超電導発電機の巻線取付軸、発電機の巻線取付軸及びその製造方法
US20040251759A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Hirzel Andrew D. Radial airgap, transverse flux motor
US7105973B2 (en) * 2003-07-21 2006-09-12 Kollmorgen Corporation Highly efficient permanent magnet brushless motor
JP2005130689A (ja) * 2003-08-02 2005-05-19 Yukio Kinoshita 回転電機
JP2005176578A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導モータ及び該超電導モータを用いる自動車
JP4878183B2 (ja) * 2005-03-18 2012-02-15 株式会社日立産機システム 多相クローポール型モータ
JP4234749B2 (ja) * 2006-10-19 2009-03-04 株式会社日立製作所 回転電機、クランク形状の連続巻きコイル、分布巻き固定子及びそれらの形成方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6879081B1 (en) * 2000-08-04 2005-04-12 American Superconductor Corporation Stator coil assembly for superconducting rotating machines
JP2004187344A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Yaskawa Electric Corp 永久磁石形モータ
JP2004236446A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency 高温超伝導バルク材を用いた発電機
JP2006518180A (ja) * 2003-02-18 2006-08-03 リライアンス エレクトリック テクノロジーズ エルエルシー モータ／ジェネレータのための拡張コア

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102265173B1 (ko) 2020-12-17 2021-06-16 세원이앤씨(주) 밀폐형 구조의 고정자 코어 유닛 조립체

Also Published As

Publication number Publication date
JP6035146B2 (ja) 2016-11-30
CN102668327A (zh) 2012-09-12
EP2483992A2 (en) 2012-08-08
JP2013506400A (ja) 2013-02-21
US20110248509A1 (en) 2011-10-13
IN2012DN02572A (ko) 2015-08-28
US8319390B2 (en) 2012-11-27
WO2011041014A4 (en) 2011-12-15
WO2011041014A2 (en) 2011-04-07
KR20120076426A (ko) 2012-07-09
WO2011041014A3 (en) 2011-09-29
CN102668327B (zh) 2015-04-22
US20100277136A1 (en) 2010-11-04
EP2483992B1 (en) 2015-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101443992B1 (ko) 고정자 조립체
US7423356B2 (en) Thermally-conductive stator support structure
JP5448296B2 (ja) チューブ状電気機械
US20080161189A1 (en) Superconducting Electrical Machines
JP2010213561A (ja) 超伝導回転機の固定子冷却構造
US10910920B2 (en) Magnetic shield for a superconducting generator
US9048702B2 (en) Generator with compact single turn wave winding and wind turbine
JP5043955B2 (ja) 超伝導同期電動機
Lee et al. Exploring fully superconducting air-core machine topology for off-shore wind turbine applications
KR20100044393A (ko) 전기자코일 냉각수단이 구비된 초전도 모터
Fee et al. Calculation of AC loss in an HTS wind turbine generator
US20190296629A1 (en) High temperature superconducting synchronous machine with rotating armature
RU45875U1 (ru) Сверхпроводящая электрическая машина
WO2024049403A1 (en) Cooling system for a superconducting generator
Jang et al. Conceptual design of 100 HP synchronous motor with HTS field winding
KR100901461B1 (ko) 초전도 동기 전동기
WO2020094470A1 (en) Electrical machine and method for fabrication of a coil of an electrical machine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170908

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180904

Year of fee payment: 5