KR101686234B1

KR101686234B1 - 발전기용 고정자

Info

Publication number: KR101686234B1
Application number: KR1020150001296A
Authority: KR
Inventors: 김성하
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-12-13
Also published as: KR20160084710A

Abstract

본 발명은 발전기용 고정자에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 단위고정편의 하부 중앙에 권선바 센터 삽입홈이 구비되며, 상기 단위고정편의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈이 구비된 고정자편과; 상기 권선바 센터 삽입홈과 각각의 권선바 사이드 삽입홈 사이로 각각 레이디얼 방향의 롱 유로 스페이서에 의하여 유로공간부가 구비된 냉각유로부와; 상기 롱 유로 스페이서의 유로공간부에 상기 유로공간부의 상부 및 하부를 구획하는 유로차단벽; 및 상기 유로차단벽이 구비된 롱 유로 스페이서의 소정 위치에 구비된 관통유로를 포함하며, 냉각가스가 상기 롱 유로 스페이서 사이로 형성된 유로공간부의 유로 차단벽에 의하여 차단되며, 상기 관통유로를 통하여 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드 삽입홈 중 적어도 어느 하나로 유도되어 고정자 권선바가 냉각됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 고정자가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 하는 가운데 이를 통해 출력이 낮아지는 것을 막고, 아울러 수명을 더 연장시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

발전기용 고정자{GENERATOR STATOR}

본 발명은 발전기용 고정자에 관한 것으로서, 특히 고정자편의 롱 유로 스페이서에 의하여 제공되는 유로공간부를 통해 유입된 냉각가스가 유로차단부에 의하여 차단된 후 이어 관통유로를 통해 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드홈으로 유도되어 권선바가 용이하게 냉각될 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 발전기는 고정자 안에 같은 동심원상에 존재하는 회전자를 회전시켜 전기를 얻는 것으로 회전자와 고정자에는 축방향으로 많은 권선이 감겨져 있고, 권선에 통전이 이루어짐과 동시에 권선에서 열이 발생된다.

권선을 감싸고 있는 절연재는 권선의 발열에 의한 온도상승에 견딜 수 있도록 내열성이 높은 재료를 사용하고 있으나, 대략 100℃ 전후가 내열온도의 한계이다.

발전기의 안정적인 운전과 내구성을 향상시키기 위해서는 효과적인 냉각방식을 이용하여 권선의 온도상승을 막음으로써, 절연재의 파손을 미연에 방지해야 한다.

도1은 종래 기술에 따른 발전기용 고정자를 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 권선의 온도상승을 막기 위한 발전기용 고정자(500)는 고정자편(510)의 하부 및 하부 양측의 모서리에 각각 권선바 삽입홈(520)이 형성되어 권선바(600)가 삽입되며, 고정자편(510)이 중심을 기준으로 동심원 형태로 배열됨으로써, 원통형태를 갖는 고정자(500)로 구비되어 있다. 이때, 하나의 고정자편(510)의 하부에는 하나의 권선바(600)가 삽입되며, 하나의 고정자편(510)에 다른 하나의 고정편(510')이 맞대어진 상태에서는 각각의 모서리에 형성된 권선바 삽입홈(520)에 의하여 다른 권선바(600)가 삽입될 수 있게 구비되어 있다.

고정자편(510)의 표면에는 다수개의 유로덕트(530)에 의하여 냉각유로(540)가 형성됨으로써, 외측으로 부터 내부로 유입되는 냉각가스가 냉각유로(540)를 경유하여 권선바 삽입홈(520)을 통과하는 과정(가는 실선의 화살표)에서 권선바(600)를 냉각시켜 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그러나 유로덕트(530)에 의하여 형성된 냉각유로(540)의 일부가 권선바 삽입홈(520)을 통과하지 못하게 구비(가는 일점쇄선의 화살표)되어 있음으로써, 냉각율이 낮아지는 문제점이 있었다.

한편, 특허공개 특1999-023802호는 회전자를 통해 축방향으로 흐르는 냉각매체가 가열된 상태로 공기 틈새로 유입되고, 이 공기 틈새로부터 고정자의 유출로를 통해 반경방향으로 외향하고, 냉각공기 복귀를 통해 고정자 외측의 주 팬에 복귀하도록 구성되어 있으나, 회전자와 고정자의 외관을 상당 부분 변경하거나 냉각효율을 높이기 위하여 통풍로를 복잡하게 형성하므로 복잡해진 통풍로로 인한 추가적인 유동 저항 상승이 있었으며, 별도로 추가하여 장착하여야 하므로 원가가 상승되는 등 여러 가지 문제점이 있었다

공개특허공보 10-2005-0019410호(2005.03.03)

본 발명은 냉각율을 높일 수 있도록 하기 위하여 고정자편에 형성된 냉각유로를 통해 유입된 냉각가스가 권선바 삽입홈을 통과하도록 하고, 이를 통해 냉각유로를 간단하게 하여 냉각 가스의 유동 저항이 상승되는 것을 방지하여 냉각가스가 원활하게 통과될 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 단위고정편의 하부 중앙에 권선바 센터 삽입홈이 구비되며, 상기 단위고정편의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈이 구비된 고정자편과; 상기 권선바 센터 삽입홈과 각각의 권선바 사이드 삽입홈 사이로 각각 레이디얼 방향의 롱 유로 스페이서에 의하여 유로공간부가 구비된 냉각유로부와; 상기 롱 유로 스페이서의 유로공간부에 상기 유로공간부의 상부 및 하부를 구획하는 유로차단벽; 및 상기 유로차단벽이 구비된 롱 유로 스페이서의 소정 위치에 구비된 관통유로를 포함하며, 냉각가스가 상기 롱 유로 스페이서 사이로 형성된 유로공간부의 유로 차단벽에 의하여 차단되며, 상기 관통유로를 통하여 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드 삽입홈 중 적어도 어느 하나로 유도되어 고정자 권선바가 냉각됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위고정편은 금속박판으로 부채꼴 형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 롱 유로 스페이서는 단위고정편의 반경 방향 외측 단부 사이의 간격이 반경 방향 내측 단부 사이의 간격 보다 넓게 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 롱 유로 스페이서는 각각 단면이 I형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로차단벽은 롱 유로 스페이서의 유로공간부에 마개형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로차단벽은 롱 유로 스페이서의 유로공간부에 꺽쇠형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위고정편의 롱 유로 스페이서 사이로 위치된 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드 삽입홈에는 레이디얼 방향으로 각각 소정 간격 이격된 인너 미들 유로 스페이서와 아우터 미들 유로 스페이서가 구비됨을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 단위고정편의 하부 중앙에 권선바 센터 삽입홈이 구비되며, 상기 단위고정편의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈이 구비된 부채꼴 형태를 갖는 고정자편과; 상기 권선바 센터 삽입홈과 각각의 권선바 사이드 삽입홈 사이로 각각 레이디얼 방향의 숏 유로 스페이서에 의하여 구비된 냉각유로부를 포함하여 냉각가스가 상기 숏 유로 스페이서 사이를 통하여 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드 삽입홈으로 유도되어 고정자 권선바가 냉각됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 숏 유로 스페이서는 다수개로 분할된 스폿형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명은 고정자편의 롱 유로 스페이서에 의하여 제공되는 유로공간부를 통해 유입된 냉각가스가 유로차단부에 의하여 차단된 후 이어 관통유로를 통해 권선바 센터 삽입홈 또는 권선바 사이드홈으로 유도되도록 함으로써, 고정자편에 결합된 권선바가 용이하게 냉각될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이를 통해 고정자가 과열되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이를 통해 출력이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 이를 통해 수명을 더 연장시킨 효과를 얻을 수 있다.

도1은 종래 기술에 따른 발전기용 고정자를 도시한 사시도.
도2는 본 발명에 따른 발전기용 고정자를 도시한 사시도.
도3은 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 일부만을 확대하여 분리 도시한 사시도.
도4는 본 발명에 따른 발전기용 고정자를 도시한 정면도.
도5는 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 다른 실시예를 확대하여 도시한 사시도.
도6은 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 발전기용 고정자를 도시한 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 일부만을 확대하여 분리 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 발전기용 고정자를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따른 발전기용 고정자는 냉각가스가 권선바를 경유하여 흐를 수 있도록 유도하여 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 하고, 이를 통해 고정자 및 권선바가 과열되는 것을 방지하여 출력이 낮아지는 것을 막을 수 있도록 한 것으로 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 고정자편(100), 냉각유로부(200), 유로차단벽(300) 및 관통유로(400)로 구비되어 냉각가스가 유로 차단벽(300)에 의하여 차단된 후 관통유로(400)를 통하여 권선바 센터 삽입홈(111) 또는 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')으로 유도되어 권선바(500)가 냉각되도록 구비되어 있다.

여기에서, 상기 고정자편(100)은 미도시한 회전자의 외측에 외주연부로부터 일정 간격이 유지되는 가운데 원통형태로 구비된 것으로 섹터형태 즉, 부채꼴 형태를 갖는 단위고정편(110)이 회전자의 중심으로부터 동일한 반경을 갖는 동심원의 형태로 배열되어 있다.

이러한 동심원 형태를 갖도록 배열된 단위고정편(110)은 축방향으로 반복되게 적층되어 회전자 전체를 감쌀 수 있는 형태를 갖도록 구비된다.

이를 위해, 상기 단위고정편(110)은 프레스를 이용하여 금속박판이 절단 및 성형된 것으로 섹터형태를 갖는 단위고정편(110)의 하부 중앙에 하부만이 개방된 직사각형태를 갖는 권선바 센터 삽입홈(111)이 구비되며, 상기 단위고정편(110)의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')이 구비되어 있다.

상기 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')은 권선바 센터 삽입홈(111)이 양측으로 절단 또는 분리된 형태를 갖는 것으로 이웃하는 다른 단위고정편(110)이 맞대어져 하나에 해당되는 센터 삽입홈(111)의 크기를 갖도록 구비되어 있다.

상기 냉각유로부(200)는 외부로부터 즉, 도면상 단위고정편(110)의 상부로부터 하부로 냉각가스가 유입되는 기능을 갖는 것으로 상기 단위고정편(110)에 구비된 권선바 센터 삽입홈(111) 및 상기 단위고정편(110)에 구비된 각각의 권선바 사이드 삽입홈(112)(112') 사이로 각각 레이디얼 방향의 롱 유로 스페이서(210)(210')에 의하여 유로공간부(220)가 구비되어 있다. 즉, 이러한 유로공간부(220)는 도면상 전방측이 개방된 형태를 가지나, 축방향으로 적층되었을 경우, 적층된 전,후의 단위고정편(110)에 의하여 전방이 폐쇄된 형태를 갖게 된다.

상기 롱 유로 스페이서(210)(210')는 단위고정편(110)이 축방향으로 적층되었을 경우, 적층된 각각의 단위고정편(110)이 서로 맞닿는 것을 방지하는 가운에 유로공간부(220)가 안정되게 유지될 수 있게 된다.

이러한 상기 롱 유로 스페이서(210)(210')는 단위고정편(110)의 형태에 맞추어 단위고정편(110)의 반경 방향 외측 단부 사이의 간격(W)이 반경 방향 내측 단부 사이의 간격(W') 보다 넓게 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 냉각가스가 단위고정편(110)의 반경 방향 외측 단부에서 반경 방향 내측 단부를 통해 용이하게 유입될 수 있도록 하고, 이동 과정에서 유로저항이 최소화될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 롱 유로 스페이서(210)(210')는 각각 단면이 I형태를 갖도록 구비되어 유로 단면적을 극대화시켜 보다 많은 량의 냉각가스가 이동될 수 있게 된다. 본 발명에서는 롱 유로 스페이서(210)(210')의 단면이 I형태를 갖도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 직사각형태를 갖도록 할 수 있다. 이때, I형태는 단면을 기준으로 상부 플렌지와 하부 플렌지, 그리고 이 플렌지들을 잇는 얇고 긴 부재 즉, 웹부를 포함하는 것을 의미하며, H형태도 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 유로차단벽(300)은 롱 유로 스페이서(210)(210') 사이로 제공되는 유로공간부(220)를 통해 이동되는 냉각가스가 단위고정편(110)에 형성된 권선바 센터 삽입홈(111)과 권선바 사이드 삽입홈(112)(112') 중 적어도 어느 하나를 경유하도록 한 것으로 롱 유로 스페이서(210)(210')의 유로공간부(220)에 상기 유로공간부(220)의 상부 및 하부를 구획하는 형태를 갖도록 구비되어 있다. 즉, 롱 유로 스페이서(210)(210')에 의하여 제공되는 유로공간부(220)를 통해 이동중인 냉각가스가 이동을 멈춘 상태에서 후술하는 관통유로(400)를 통해 롱 유로 스페이서(210)(210')의 외측으로 흐를 수 있게 된다.

이러한 상기 유로차단벽(300)은 롱 유로 스페이서(210)(210')의 유로공간부(220)에 평판으로 막혀진 마개형태를 갖도록 구비되어 있으며, 상기 유로차단벽(300)이 구비되는 위치에 따라 길이가 달라지게 된다.

상기 관통유로(400)는 롱 유로 스페이서(210)(210')에 의하여 제공되는 유로공간부(220)를 통해 단위고정편(110)의 반경 방향 외측 단부에서 반경 방향 내측 단부를 통해 냉각가스가 유입 또는 이동되는 과정에서 냉각가스의 방향이 전환되도록 하여 권선바 센터 삽입홈(111) 또는 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')으로 흐를 수 있도록 구비되어 있다.

이를 위해, 상기 관통유로(400)는 롱 유로 스페이서(210)(210')에 각각 형성되어 각각의 롱 유로 스페이서(210)(210') 외측으로 냉각가스가 이동되어 흐를 수 있게 되어 있다. 이때, 상기 관통유로(400)의 위치는 롱 유로 스페이서(210)(210')의 소정 위치에 해당되는 것으로 유로차단벽(300)이 구비된 외측방향 즉, 단위고정편(110)의 반경 방향 외측 단부를 향하도록 구비되어 반경 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측 단부를 향하여 유입 또는 이동되는 냉각가스의 방향이 전환되어 양측으로 흐를 수 있게 된다.

상기 단위고정편(110)의 양측으로 구비된 각각의 롱 유로 스페이서(210) (210') 사이 즉, 롱 유로 스페이서(210)(210') 사이로 위치된 권선바 센터 삽입홈(111)과 권선바 사이드 삽입홈(122)(112')에는 각각 소정 간격 이격된 인너 미들 유로 스페이서(230)와 아우터 미들 유로 스페이서(230')가 구비되어 냉각가스가 직접 권선바 센터 삽입홈(111)으로 흐를 수 있게 구비되어 있다.

이러한 발전기용 고정자는 미도시한 회전자가 구동됨과 동시에 회전자축에 구비된 팬이 연동되는 과정에서 흡입력과 토출력이 발생되고, 이때 발생된 흡입력과 토출력에 의하여 냉각가스는 발전기의 하우징을 통해 이동되는 가운데 고정자편(100)의 단위고정편(110)의 외측 즉, 단위고정편(110)의 반경 방향 외측 단부로부터 반경 방향 내측 단부로부터 유입된다.

다음, 외측 단부로부터 유입된 냉각가스는 이어 단위고정편(110)에 구비된 롱 유로 스페이서(210)(210') 사이로 제공되는 유로공간부(220)를 따라 내측으로 이동하는 과정에서 유로차단벽(300)에 의하여 이동이 차단된다.

다음, 유로차단벽(300)에 의하여 이동이 차단된 냉각가스는 이어 유로차단벽(300)의 양측으로 위치되는 롱 유로 스페이서(210)(210')에 형성된 관통유로(400)를 통해 측방향으로 이동한 후 이어 반경방향 내측 단부로 이동되면서 권선바 센터 삽입홈(111) 또는 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')을 경유하는 과정에서 권선바(500)를 냉각시켜 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이어 권선바(500)를 냉각시킨 냉각가스는 다시 고정자와 미도시한 회전자 사이로 형성된 공간을 통해 축방향으로 이동된 후 열교환을 통해 냉각된 상태에서 다시 냉각시키는 과정을 반복하게 된다.

도5는 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 다른 실시예를 확대하여 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 냉각유로부(200)를 구성하는 롱 유로 스페이서(210)(210') 사이에 구비된 유로차단벽(300)이 레이디얼 방향을 갖는 평판형태를 갖도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 유로차단벽(300)이 롱 유로 스페이서(210)(210')의 유로공간부(220)에 구비된 유로차단벽(300)의 중간부분이 외측방향 즉, 반경 방향 내측 단부에서 반경 방향 외측 단부로 향하여 꺽인 꺽쇠형태를 갖도록 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 유로공간부(220)를 통해 유입된 냉각가스가 양측으로 신속하게 분기되도록 함으로써, 유로저항을 최소화하는 가운데 많은 량의 냉각가스가 흐를 수 있도록 하기 위함이다.

도6은 본 발명에 따른 발전기용 고정자의 또 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 발전기용 고정자를 구성하는 단위고정편(110)에 유로공간부(220)가 제공되도록 롱 유로 스페이서(210)(210')가 레이디얼 방향으로 구비되도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도6에 도시된 바와 같이, 부채꼴 형태를 갖는 고정자편(100)에 숏 유로 스페이서(240)가 구비되도록 할 수 있다.

이러한 경우, 상기 고정자편(100)은 단위고정편(110)의 하부 중앙에 권선바 센터 삽입홈(111)이 구비되며, 상기 단위고정편(110)의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')이 구비되도록 하고, 상기 숏 유로 스페이서(240)는 권선바 센터 삽입홈(111)과 각각의 권선바 사이드 삽입홈(112)(112') 사이로 각각 레이디얼 방향으로 구비되도록 함으로써, 냉각유로부(200')를 포함하여 냉각가스가 상기 숏 유로 스페이서(240) 사이를 통하여 권선바 센터 삽입홈(111)과 권선바 사이드 삽입홈(112)(112')으로 유도되어 권선바(500)가 냉각되도록 할 수 있다. 이때, 냉각가스는 미도시한 팬에 의한 흡입력과 토출력에 의하여 충분하게 공급될 수 있게 된다. 이때, 상기 숏 유로 스페이서(240)는 다수개로 분할된 스폿형태를 갖도록 구비하여 넓은 공간부가 제공될 수 있게 된다.

100:고정자편
110:단위고정편
111:권선바 센터 삽입홈
112,112':권선바 사이드 삽입홈
200:냉각유로부
210,210':롱 유로 스페이서
220:유로공간부
300:유로차단벽
400:관통유로

Claims

단위고정편의 하부 중앙에 권선바 센터 삽입홈이 구비되며, 상기 단위고정편의 하부 양측 모서리에 권선바 사이드 삽입홈이 구비된 고정자편과;
상기 권선바 센터 삽입홈과 각각의 권선바 사이드 삽입홈 사이로 각각 레이디얼 방향의 롱 유로 스페이서에 의하여 유로공간부가 구비된 냉각유로부와;
상기 롱 유로 스페이서의 유로공간부에 상기 유로공간부의 상부 및 하부를 구획하는 유로차단벽; 및
상기 유로차단벽이 구비된 롱 유로 스페이서의 소정 위치에 구비된 관통유로를 포함하며,
냉각가스가 상기 롱 유로 스페이서 사이로 형성된 유로공간부의 유로 차단벽에 의하여 차단되며, 상기 관통유로를 통하여 권선바 센터 삽입홈과 권선바 사이드 삽입홈으로 각각 유도되어 고정자 권선바가 냉각되고,
상기 단위고정편의 롱 유로 스페이서 사이로 위치된 권선바 센터 삽입홈 및 권선바 사이드 삽입홈에는 각각 레이디얼 방향으로 소정 간격 이격된 인너 미들 유로 스페이서와 아우터 미들 유로 스페이서가 구비되며,
복수 개의 상기 단위고정편이 축방향으로 적층되어 상기 롱 유로 스페이서에 의해 각각의 단위고정편 사이마다 상기 유로공간부를 포함하는 냉각유로부가 형성된 것을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
제1항에 있어서,
상기 단위고정편은
금속박판으로 부채꼴 형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
제1항에 있어서,
상기 롱 유로 스페이서는
단위고정편의 반경 방향 외측 단부 사이의 간격이 반경 방향 내측 단부 사이의 간격 보다 넓게 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
제1항에 있어서,
상기 롱 유로 스페이서는
각각 단면이 I형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
제1항에 있어서,
상기 유로차단벽은
롱 유로 스페이서의 유로공간부에 마개형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
제1항에 있어서,
상기 유로차단벽은
롱 유로 스페이서의 유로공간부에 꺽쇠형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 고정자.
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