KR101501558B1 - 전기 기계용 로터 - Google Patents

Abstract

전기 기계, 특히 하이드로발전기의 로터(10)는 축선 방향 권선 슬롯(13)과 함께 로터 요크(12)를 포함하고, 상기 축선 방향 권선 슬롯은 외주에 분포되어 있는 방식으로 배열되어 있으며 그 안으로 로터 권선의 권선 바아(14, 15)가 삽입되며, 로터 요크(12)로부터 축선 방향으로 나타나 있는 권선 바아의 권선 단부(16, 17)는 다수의 반경방향 볼트(24)를 포함하는 유지 장치(19,...,28)에 의해 작용 원심력에 대항하여 유지되는 단부 권선(11)을 형성한다.

상기 로터에 있어서, 섕크(31)에 고정식으로 연결된 헤드(25)를 갖는 반경방향 볼트(24)에 의해서 반경방향 볼트의 안전한 고정이 달성된다.

로터, 반경방향 볼트, 축선 방향 권선 슬롯, 로터 요크, 권선 바아, 유지 장치, 섕크.

Description

전기 기계용 로터 {ROTOR FOR AN ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 전기 기계 분야에 관한 것이다. 이 전기 기계는 청구항 1의 전제부에 따른 전기 기계, 특히 하이드로발전기(hydrogenerator)의 로터(rotor)를 말한다.

개방된 전기 공급 시장에서 변화된 시장 경제 상황 및 전력 전자 분야의 향상된 기술의 결과로, 에너지 생산을 위한 가변 속도 드라이브는 중요하게 주목을 받았다. 상기 목적을 위해, 2중-공급 비동기(doubly-fed asynchronous) 기계가 특히 60 MVA 이상의 출력의 경우에 바람직하게 사용된다.

상기 유형의 기계의 스테이터(stator)는 본 적용을 위해 사용되는 돌극 동기(salient pole synchronous) 기계의 스테이터와 다르지 않다. 이런 종류의 기계들은 스테이터 및 로터 양자에 3 상(three-phase) 권선을 갖추고 있다는 점을 특징으로 한다. 이러한 경우에, 로터 권선의 단부 권선은 관습적으로 원통형 표면상에 배열된다(예컨대, DE-A1-19513457 참조).

원심력으로 인해, 권선 바아(winding bar)는 작업 동안 반경방향 외측 방향으로 중심으로부터 멀리 이동하는 경향을 갖는다. 단부 권선이 상기 구조를 갖는 경우에는, 기계적 힘에 의해 발생된 변형에 대항하여 권선 바아를 충분히 보호하는 데 어려운 점이 있다. 이를 위해서, 일반적으로 세 가지 해결방안이 이용가능하다:

● 소형 기계의 경우, 전체 단부 권선은 강철 와이어로 구성된 복수의 층으로 감긴다. 생산 공학적 이유를 들어, 이는 큰 직경의 경우에는 권장되지 않는다.

● 2 미터 이상의 직경을 갖는 기계의 경우, 단부 권선은 앞서 언급한 공보에 기술된 바와 같이, 지지부를 갖는 나사화된 로드 또는 반경방향 볼트에 의해 로터 요크의 축선 방향 연장부에 체결된다.

● 전체 단부 권선은 비-돌극(non-salient) 동기 기계의 경우에 공지된 바와 같이, 수축(shrunk-on) 강철 원통에 의해 에워싸인다.

앞서 언급한 공보는 관련된 단부 권선 지지 시스템을 갖춘 전체적 구조의 설명에 특히 집중한다. 이 경우에 사용되는 볼트는 로터 단부 권선의 반경방향 지지를 위해 기능하며, 축선 방향으로 상승된 로터 요크(볼트(37)를 갖는 공보의 도 4 및 도 5 참조)에 고정된다. 볼트는 한편으로는 로터 요크에 나사결합되는 나사화된 로드(36)이며, 다른 한편으로는 공기 틈새 측에서, 결과적으로 발생하는 원심력을 직사각형의 개별적인 요소와 너트에 의해 흡수한다. 상술한 시스템의 단점은 개별적인 부품들의 개수가 많다는 점과, 볼트 또는 너트를 손실할 때 기계의 변형과 관련된 위험이 있다는 점이다.

이하 설명하는 예에서는, 사용되는 볼트 및 특히 그 확고한 고정에 대하여 더 상세하게 다룬다.

본 발명은 도입부에서 언급된 로터를, 공지된 해결방안의 단점을 회피하도록, 특히 반경방향 볼트의 확고한 고정이 이루어지도록, 더욱 개발하는데 그 목적을 두고 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징부 전체에 의해 달성된다. 본 발명에서, 반경방향 볼트가 섕크에 고정 방식으로 연결되는 헤드를 구비하는 것이 필수적이다. 그 결과, 한편으로는 사용되는 구성 부품의 수가 획기적으로 줄어든다. 다른 한편으로는, 외측에 있는 너트 또는 와셔가 분리될 수 있는 위험 및 기계가 손상될 수 있거나 완전하게 파괴될 수 있는 위험이 제거된다.

본 발명의 일 개발에 따르면, 반경방향 볼트의 헤드는 섕크에 재료 결합 방식으로 연결되고, 바람직하게는 단조 또는 용접된다. 그 결과, 특히 특수하게 형성된 헤드의 사용이 더 쉬워진다.

회전하는 로터의 공기 저항을 감소하기 위하여, 이 경우에 반경방향 볼트의 헤드가 공기 역학적으로 선호되는 형상을 갖고, 특히 반경방향 볼트의 헤드가 상부 측이 둥글게 되어 있으며, 볼트를 조일 수 있도록 양측에 2 개의 직선 플랭크를 갖는 것이 유리하다.

본 발명의 다른 개발은 복수 개의 반경방향 볼트가 축선 방향으로 연속하여 배열되어 있으며, 각각의 경우에 축선 방향으로 연장하는 공통의 유지 스트립을 외측으로부터 단부 권선에 대하여 누르는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 단부 권선시 조여진 볼트에 대한 균일한 압력 분포는 사용되는 요소의 개수를 별도의 와셔에 의해 상당히 증가시킬 필요없이 달성된다. 또한, 이 경우 유지 스트립은 공기 저항을 최소화하기 위해 공기 역학을 활용하도록 둥근 길이방향 에지를 갖는다.

본 발명의 또 다른 개발은 볼트를 단부 권선 내부에 위치해 있는 로터 요크의 축선 방향 연장부의 외주에 체결하기 위하여, 해머형 리세스가 제공되고, 이 리세스 안으로 나사 구멍이 축선 방향으로 제공되는 카운터 스트립이 반경방향 볼트에 나사결합될 수 있도록 삽입되며, 특히 유지 스트립과 관련된 반경방향 볼트는 각각의 경우에 공통의 카운터 스트립 안으로 나사결합되는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 설치가 간단해질 뿐만 아니라, 구성 부품의 개수를 또한 적게 유지한다.

또한, 바람직하게는 반경방향 볼트를 회전이 안되게 잠그기 위한 수단이 제공되며, 특히 반경방향 볼트는 각각의 경우에 안쪽 단부에 직사각형의 위치결정면(locating face)이 있는 리세스를 갖고, 반경방향 볼트는 리세스 안으로 축선 방향으로 삽입되어 위치결정면에 맞닿는 잠금 스트립에 의해 회전이 안되게 잠긴다.

이어서, 본 발명이 도면과 관련하여 대표적인 실시형태를 기초로 더 상세하게 설명된다.

도 1은 반경방향 외측으로부터 바라본, 본 발명의 바람직하고 대표적인 실시형태에 따른 유지 장치를 갖춘 단부 권선을 도시한 도면.

도 2는 반경방향 볼트의 공기역학적으로 형성된 헤드가 있는 도 1의 확대 상세도.

도 3은 도 1의 단부 권선에 대한 평면도.

도 4는 반경방향 볼트를 위한 체결 및 잠금 요소가 있는 도 3의 확대 상세도.

도 5는 도 1의 유지 장치에 사용되는 반경방향 볼트에 대해 (a) 및 (b)로 도시한 2 가지의 다른 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 로터

11 단부 권선

12 로터 요크

13 권선 슬롯

14, 15 권선 바아

16, 17 권선 단부(크랭크형)

18 링

19 리세스

20 카운터 스트립

21 연장부(로터 요크)

22 스페이서

23 유지 스트립

24 볼트

25 헤드(볼트)

26, 27 플랭크

28 잠금 스트립

29 가압판

30 인장 볼트

31 섕크

32 리세스

33 위치결정면

34 슈라우드(shroud)

제안된 해결방안은 단부 권선 유지 장치의 개별 부품의 개수를 줄이면서 동시에 진동에 의해 분리되지 않게 모든 부품들을 기계식으로 잠그는 사상을 기초로 한다. 결과적으로, 시스템의 안전성이 크게 향상된다.

도 1에는, 반경방향 외측으로부터 바라본 바와 같이, 단부 권선(11)을 갖는 대형 하이드로발전기/모터의 로터(10)의 세부 사항이 도시되어 있으며, 그 단부 권선은 본 발명의 바람직하고 대표적인 실시형태에 따른 유지 장치를 구비한다. 로터(10)의 기본 구조는 도입부에서 인용된 공보로부터 추정할 수 있다. 로터(10)는 축선 방향 권선 슬롯(13)과 함께 원통형 로터 요크(12)를 포함하고, 축선 방향 권선 슬롯은 로터 요크의 외주에 분포되는 방식으로 배열되어 있다. 로터 권선의 권선 바아(14, 15)가 권선 슬롯(13) 안으로 (각각의 경우에 상하로 쌍을 이루며) 삽입된다. 로터 요크(12)에서 축선 방향으로 나타나는 권선 단부(16, 17)는 크랭크 형으로 되어 있고, 미리 결정된 권선 또는 상(phase) 다이어그램에 따라 링(18)에 의해 단부에서 전기적으로 상호 연결되어 있다. 권선 단부(16, 17)는 단부 권선(11)의 일부이다.

단부 권선(11) 내부에서, 로터 요크(12)의 (원통형의) 축선 방향 연장부(21)는 축선 방향으로 연장하고, 다수의 축선 방향 인장 볼트(30)가 지지되는 가압판(29)에 의해 단부 면에서 끝나며, 다수의 축선 방향 인장 볼트는 로터 요크(12)의 적층물을 축선 방향으로 함께 유지한다. 연장부(21)의 외주 상에 복수 개의 슈라우드(34)가 축선 방향으로 연속하여 배열되어 있으며, 이 복수 개의 슈라우드에는, 원주에 걸쳐서 균일하게 분포되고 단부 권선(11)을 위해 본 발명에 따른 유지 장치를 체결하기 위해 기능하는 해머형 리세스(19)가 제공되어 있다. 유지 장치는 다수의 반경방향 볼트(24)를 포함한다.

도 2 및 도 5로부터 명백한 바와 같이, 고정 방식으로 섕크(31)에 연결되는 헤드(25)를 갖는 반경방향 볼트(24)가 사용된다. 헤드(25)가 볼트(24)에 고정 연결되는 것은 바람직하게는 재료 결합 방식으로, 예컨대 단조 또는 용접에 의해 수행된다. 그러므로, 특히 단조된 또는 고정 용접된 헤드(25)를 갖는 볼트(24)가 사용된다. 헤드(25)는 오픈-엔드 렌치(open-end wrench) 등으로 볼트(24)를 조이기 위해 기능하는 서로 대향하는 2 개의 직선 플랭크(26, 27)를 포함한다. 이에 더하여, 직사각형 와셔 대신에, 축선 방향으로 연장하는 유지 스트립(23)이 사용되며, 이 유지 스트립은 볼트(24)의 유지력을 권선 또는 단부 권선(11)상에 균일하게 분배한다.

볼트 헤드(25) 및 유지 스트립(23)은 또한 작업 동안 마찰 손실을 줄일 수 있는 공기역학적 형상(둥근 헤드(25) 및 유지 스트립(23)의 둥근 에지)을 갖는 것을 특징으로 한다.

반경방향 볼트(24)는 단부 권선(11)을 통해 반경방향으로 연장하며, 축선 방향으로 확장된 로터 요크(12)에서 해머형 리세스(19)에 수용된다. 볼트(24)는 나사 구멍이 제공된 카운터 스트립(20)에 의해 유지된다. 유지 스트립(23)에 상응하여, 전방에 카운터 스트립(20)이 로터 요크 연장부의 길이에 걸쳐 연장한다. 그러므로, 각각의 볼트(24)는 개별적으로 나사결합될 수 있으며 필요한 인장에 이르게 된다. 볼트(24)가 통과하는 축선 방향 스페이서(22)는 단부 권선(11)과 로터 요크(12)의 연장부(21) 사이에 추가적으로 배치된다.

도 5로부터 명백한 바와 같이, 다른 둥근 볼트(24)가 직사각형 위치결정면(33)이 있는 리세스(32)를 자유단부상에 갖는다. 이는 단부 위치에서 볼트 헤드(25)의 직선 플랭크(26, 27)가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기계의 길이방향 축선에 횡단하는 방향으로 놓일 수 있도록 볼트(24)를 적합한 공구에 의해 필요한 인장으로 조이기 위함이다. 이러한 위치에서, 볼트(24) 단부의 직사각형 위치결정면(33)은 해머형 리세스(19)의 플랭크와 평행하게 연장한다. 열(row)을 이루는(유지 스트립(23)) 모든 볼트(24)가 조립되자마자, 잠금 스트립(28)(도 4)은 남은 리세스 안으로 삽입될 수 있다. 이 경우, 잠금 스트립(28)은 볼트(24)가 더 이상 회전될 수 없도록 크기가 정해져 있다. 간단한 방식으로, 이러한 원리는 나사화된 부분이 뜻하지 않게 느슨해지지 않도록 유지 장치의 모든 부분을 잠글 수 있다. 또, 동일한 방식으로, 볼트의 단부에 2 개의 평행한 위치결정면이 대응하게 제공되는 경우에, 삽입된 스트립으로 볼트(24)가 양측에서 잠길 수 있다. 마지막으로, 잠금에 대한 다른 가능성은 잠금을 위해 뒤쪽에서 금속 와이어가 삽입될 수 있는 슬롯이 있는 볼트(24)를 제공하는 것일 수 있다.

Claims (13)

1. 전기 기계용 로터로서,

   복수 개의 축선 방향 권선 슬롯을 갖는 로터 요크로서, 상기 축선 방향 권선 슬롯은 상기 로터 요크의 외주에 분포되는, 로터 요크와;

   상기 복수 개의 축선 방향 권선 슬롯 중 하나에 배치되는 권선 바아로서, 상기 권선 바아는 단부 권선을 형성하도록 상기 로터 요크로부터 축선 방향으로 나타나는 적어도 하나의 권선 단부를 갖는, 권선 바아;

   다수의 반경방향 볼트를 포함하는 유지 장치로서, 상기 다수의 반경방향 볼트 각각은 섕크에 고정식으로 연결되는 헤드를 갖고, 상기 유지 장치는 상기 단부 권선에 대해 축선 방향으로 연장하는 유지 스트립을 포함하며, 상기 다수의 반경방향 볼트는 축선 방향으로 연속하여 배열되어 상기 단부 권선에 대해 상기 유지 스트립을 누르도록 형성되고, 상기 유지 장치는 상기 단부 권선에서 작용하는 원심력에 대해 상기 단부 권선을 유지하는, 유지 장치;

   상기 로터 요크의 축선 방향 연장부의 외주에 상기 각 볼트를 체결하기 위해 상기 다수의 반경방향 볼트 중 하나를 수용하도록 구성되고 나사 구멍을 갖는 적어도 하나의 카운터 스트립을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 리세스로서, 상기 축선 방향 연장부는 상기 단부 권선 내측에 배치되고, 각 유지 스트립과 관련된 상기 다수의 반경방향 볼트 각각은 공통의 카운터 스트립 안으로 나사체결되는, 적어도 하나의 리세스(recess); 및

   상기 다수의 반경방향 볼트를 회전이 안되게 잠그도록 구성된 잠금 스트립(locking strip)으로서, 상기 다수의 반경방향 볼트 각각은 상기 다수의 반경방향 볼트 각각의 안쪽 단부에 배치된 직사각형 위치결정면(locating face)을 갖는 리세스를 포함하고, 상기 잠금 스트립은 상기 리세스 안으로 축선 방향으로 삽입되어 상기 직사각형 위치결정면에 대해 배치되는, 잠금 스트립(locking strip)을 포함하는 전기 기계용 로터.
2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서, 상기 반경방향 볼트(24)의 헤드(25)는 상기 섕크(31)에 재료 결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 로터.
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 2 항에 있어서, 상기 반경방향 볼트(24)의 헤드(25)는 상기 섕크(31)에 용접되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 로터.
4. 삭제
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경방향 볼트(24)의 헤드(25)는 상부 측이 둥글게 되어 있으며, 상기 반경방향 볼트(24)를 조일 수 있도록 양측에 2 개의 직선 플랭크(26, 27)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 로터.
6. 삭제
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유지 스트립(23)은 공기역학을 활용하도록 둥근 길이방향 에지를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 로터.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 1 항에 있어서, 상기 로터(10)는 하이드로발전기의 로터인 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 로터.
13. 삭제

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