KR101705527B1 - 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터 - Google Patents

발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기기기(電氣機器; electric device)의 절연재에 관한 것으로 발전기 회전자용 인슐레이터(insulator)의 절연 효율을 극대화하고 내열성이 우수하며 열 대응력이 향상된 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터에 관한 것으로 발전기 회전자 코어 슬롯에 내장하고 코일과 코어를 절연하는 인슐레이터에 있어, 방향족 폴리아미드(Aromatic polyamide) 시트로 이루어지는 제 1 시트와, 에폭시 코팅 파이버 글라스(epoxy coated fiberglass)로 이루어지는 제 2 시트와, 폴리아미드(캡톤 필름) 시트로 이루어지는 제 3 시트와, 에폭시 코팅 파이버 글라스로 이루어지는 제 4 시트와, 방향족 폴리아미드 시트로 이루어지는 제 5 시트로 이루어 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제를 도포하고 접합하여 적층 시트(10)를 이루고, 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상하 금형 사이에 넣어 클램프(C)로 고정하고, 열풍 챔버열풍 챔버 160℃의 열을 가해 24시간 열처리 성형하는 1차 가공 단계와, 상기 1차 가공된 상하 금형을 탈형하여 성형한 인슐레이터(7)를 일정 길이로 절단하고 절단한 인슐레이터에 벤트 홀(71)을 다수 개 관통 천공하는 2차 가공 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터{Generator insulator manufacturing method of the rotor and thus the insulator prepared by}
본 발명은 전기기기(電氣機器; electric device)의 절연재에 관한 것으로 발전기 회전자의 인슐레이터(insulator)의 절연 효율을 극대화하고 내열성이 우수하며 열 대응력이 향상된 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터에 관한 것이다.
전기기기(발전기, 전동기 등)는 코일, 코일의 코어와의 사이의 절연을 확보하기 위하여, 이들 사이에 절연재를 마련하고 있다.
전기기기에 속하는 전동기나 발전기 등의 회전전기(回轉電機; rotating electric machine)는 배열된 복수의 코일 내장용 슬롯을 형성한 코어를 로터 또는 스테이터로 형성하고 이 슬롯에 코일 도선을 수납하여 구성되어 있다.
상기 코일 도선과 코어 사이의 절연을 확보하기 위하여 이들 사이에 절연재를 슬롯 형상에 맞게 접어 내장하며 절연지는 그 종류가 매우 다양하며 용도에 따라 선택적으로 채택된다.
예를 들면, PET(polyester)는 절연성, 물리적 화학적 우수성과 기계적 특성을 갖고 있어 전기, 전자용으로 다양하게 사용된다.
PC(polycarbonate)는 뛰어난 난연성이 있어 열성형, 절곡, 절단이 용이하다는 장점으로 전기 절연용 제품에 효과적으로 적용되고 있다.
Nomex(aramid 섬유)는 아라미드로 널리 알려져 있는 듀폰(DUPONT)의 제품으로 기계적, 전기적 특성을 갖는 제품으로 모터, 변압기 등 중전기기에 사용되는 높은 열적 내구성이 있다고 알려져 있다.
MICA 시트는 내열성이 우수한 제품으로 절연 내열 판으로 주로 사용된다.
PEN은 PET 보다 좀 더 진화된 폴리에스테르 제품으로 뛰어난 물성이 요구되는 전기, 전자 제품에 사용되고 있다.
본 발명은 통상 슬롯 라이너라고 불리는 시트형상 절연재에 대하여 개시하며 한정하면 발전기(전동기 포함) 회전자용 인슐레이터에 대하여 개시한다.
발전기 회전자용 슬롯 라이너는 고온환경 하에서 사용되는 회전전기 등에 있어서는, 상기 절연재에 대해서도 충분한 내열성이 필요하게 된다.
종래 슬롯 라이너는 다양하며 절연재로서, 마이카(mica)를 사용한 것이 알려져 있다.
절연재로서 사용되는 마이카는 미세한 플레이크(flake)형상의 것과, 운모의 돌로부터 박편을 벗긴 것이 있다.
그리고, 플레이크 형상의 마이카를 수지로 굳힌 것은 집성 마이카(aggregate mica)라고 불리우고, 운모의 돌로부터 벗겨진 마이카를 몇 장 펼쳐 모은 것은 필링 마이카(peeled mica)라고 불리고 있다.
상술한 집성 마이카를 이용한 절연재는, 마이카의 세편(細片)을 연결하고 있는 수지의 내열성이 충분하지 않은 경우가 있다.
또한, 재료가 무르기 때문에, 제작시에 구멍이 생기거나, 회전전기의 사용에 의한 진동 등에 의하여 구멍이 생겨서 절연파괴를 일으킬 가능성이 있다.
한편, 필링 마이카를 이용한 절연재는 휨에 약하여, 슬롯 내에 수납할 때 부러져서 절연파괴를 일으킬 가능성이 있으며, 제조 원가가 높다.
또한, 마이카를 사용한 시트형상의 절연재는 휨 등에 약하고, 특히, 코일의 코어 단부 보다 튀어나온 부분 이른바 코일 앤드 부분의 성형시에 하중을 받아서 파손되기 쉽다는 문제가 있었다. 이 파손 문제를 고려하여 마이카를 사용한 절연재에 수지 등 비교적 기계적인 강도가 높은 재료를 상기 절연재와 같은 정도의 크기의 시트를 적층하여 슬롯 라이너를 구성하고 있기도 하다.
슬롯 라이너의 보강용 수지의 층은 코일과 코어 사이에 개재하는 것이 되어 고온 상황 하에서는 수지의 늘어남 변형에 의하여 코어로부터 박리 되어 코일에서 발생한 열이 코어에 전해지는 것을 저해하여, 코일의 방열 성이 저하된다는 문제가 있었다.
이하, 발명을 설명하는 과정에서 슬롯 내에 장착되며 코일과 코어, 또는 코일과 코일 간 및 코일과 슬롯 단부의 개구부 간을 절연하는 절연체를 인슐레이터(Insulator)로 통칭한다.
KR 10-1424313 B1 KR 10-0584457 B1 KR 10-0799234 B1
본 발명은 절연 효율을 극대화하고 취급이 용이하며 전기기기 제작 후 발열에 대응성이 뛰어나며 높은 내열성을 갖는 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 이루어지는 본 발명은 시트 재의 절연재를 단수 또는 다수의 층으로 마련하는 것과, 다수 층의 시트재의 경우 내열 접착제를 개재하여 상, 하 금형 사이에 넣어 클램프로써 가압하고, 열풍 챔버에 넣어 열처리 하므로써 일정 형상으로 성형하여 이루어지는 것에 의한다.
본 발명의 다수 층 시트는 방향족 폴리아미드(Aromatic polyamide) 재질의 제 1 시트와, 에폭시 코팅 파이버 글라스(epoxy coated fiberglass) 재질의 제 2 시트와, 폴리아미드(캡톤 필름) 재질의 제 3 시트와, 에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 4 시트와, 방향족 폴리아미드 재질의 제 5 시트로 이루어 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제를 도포하고 접합하여 적층 시트를 구성하고, 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상, 하 금형 사이에 위치시켜서 상기 상, 하 금형을 가압하는 것에 의하여 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 성형한 상태에서 상기 상, 하 금형을 클램프로 고정하여 열풍 챔버 내에서 110℃~ 160℃의 열을 가해 24시간 열처리하여 성형하는 1차 가공 단계와, 1차 가공된 상, 하 금형을 탈형하여 성형 된 인슐레이터에 벤트 홀을 다수개 관통 천공하는 2차 가공하는 제조 방법이 이루어진다.
방향족 폴리아미드는 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있으며, 뛰어난 내열성과 높은 인장 강도를 갖는다.
또한, 폴리아미드 계열은 우수한 내마찰, 탄력성 및 내마모성. 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는 것으로 알려져 있어 본 발명에서 주효하게 적용된다.
이상의 본 발명에 의하면 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인슐레이터로써 절연 효율을 극대화하고 부러지거나 파손되는 등의 문제가 없어 취급이 용이하며, 발전기 제작 후 발열에 대응성이 뛰어나며 높은 내열성을 갖는 것은 물론 다층 성형으로 인하여 더 높은 전기적 절연과 기계적 내구성을 얻을 수 있으며 벤트 홀을 표면 일부에 다수 천공하여 발전기 회전자의 코일의 발열 또는 기계적인 마찰열의 발열을 외부로 방열하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로써 제조 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예로써 적층 시트 구성을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 의하여 제조된 인슐레이터로써 슬롯 아모아 외형을 도시한 정면 및 측면 상태도.
도 4는 본 발명에 의하여 제조된 다른 인슐레이터로써 인슐레이션 캡의 외형을 도시한 정면 및 측면 상태도
본 발명의 구체적인 실시 예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
도 1을 참조하여 살펴본다.
발전기 회전자 코어 슬롯에 내장하고 코일과 코어를 절연하는 인슐레이터에 있어, 방향족 폴리아미드(Aromatic polyamide) 재질의 제 1 시트(1)와, 에폭시 코팅 파이버 글라스(epoxy coated fiberglass) 재질의 제 2 시트(2)와, 폴리아미드(캡톤 필름) 재질의 제 3 시트(3)와, 에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 4 시트(4)와, 방향족 폴리아미드 재질의 제 5 시트(5)로 이루어 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제(6)를 도포하고 접합하여 적층 시트(10)를 이루고, 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상, 하 금형 사이에 위치시켜서 상기 상, 하 금형을 가압하는 것에 의하여 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 성형한 상태에서 상기 상, 하 금형을 클램프(C)로 고정하여 열풍 챔버 내에서 110℃~ 160℃의 열을 가해 24시간 열처리 성형하는 1차 가공 단계와, 1차 가공된 상, 하 금형을 탈형하여 성형한 인슐레이터(7)를 일정 길이로 절단하고, 절단한 인슐레이터에 벤트 홀(71)을 다수 개 관통 천공하는 2차 가공 단계에 의해 완성된 인슐레이터를 얻는 제조 방법을 이루고, 이 방법에 의해 완성된 인슐레이터를 얻게되는 것이다.
상기 상 하 금형 내에서 성형이 이루어진 인슐레이터는 도포한 에폭시 레진을 포함하여 열 처리 성형에 의해 경화되어 성형 상을 유지하며 변형이 없어 취급이 용이하고, 다층으로 이루어지므로 외력에 의한 파손이 없다.
상기 에폭시 코팅 파이버 글라스인 제 2 시트(2)는 성형 상태를 유지하기 위해 사용되며 동시에 절연 내력을 제공한다.
상기 열풍 챔버는 인슐레이터의 연장이 긴 관계로 동일하게 긴 챔버로 이루어지며 열풍 챔버 내 온도가 제시 하한값 이하에서는 성형이 정상적으로 이루어지지 아니하는 성형 불가가 발생하고, 제시 상한값 이상에서 열처리를 하는 경우에는 오히려 절연율이 떨어질 수 있다.
성형이 완료된 인슐레이터(7)는 특정 슬롯 상의 긴 연장 재로 이루어지며 슬롯 치수에 맞추어 절단 사용되게 된다.
상기 벤트 홀(71)은 코일에서 발열을 외부로 방출하며 외기를 내부로 순환시키는 작용을 이룬다.
상기 인슐레이터(7)의 형상은 적용될 슬롯에 따라 도 3 도시와 같이 U형 외에 L형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 도 4 도시와 같이 발전기 회전자 슬롯 개구부를 폐쇄하는 인슐레이션 캡 형태로 이루어질 수 있으며 그 형상적인 구조는 특별히 제한하지 아니하며 이러한 인슐레이터는 고도의 절연 내력을 포함한 본 발명의 특성을 그대로 갖는다.
이러한, 본 발명은 절연 요구 등급에 따라 하기와 같이 다양하게 변형 실시될 수도 있다.
도 2에는 방향족 폴리아미드 재질의 제 1 시트(1)와, 에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 2 시트(2)와, 상기 제 1 시트와 동일한 방향족 폴리아미드 재질의 제 3 시트(3)와, 에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 4 시트(4)와, 방향족 폴리아미드 재질의 제 5 시트(5)로 이루어 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제(6)를 도포하고 접합하여 적층 시트(10)를 이루고, 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상, 하 금형 사이에 클램프(C) 고정하여 열풍 챔버 내에서 110℃~ 160℃의 열을 가해 24시간 열처리 성형하고 금형을 탈형하여 완성된 인슐레이터(7)를 제조한다.
상기 성형한 인슐레이터(7)를 일정 길이로 절단하고, 절단한 인슐레이터에 벤트 홀(71)을 다수 개 관통 천공하는 2차 가공 단계는 동일하게 이루어지며 이러한 제조 방법에 의해 완성된 인슐레이터를 얻는다.
이는 전술한 기본 실시 예에 비하여 최 중간에 위치하는 제 3 시트(3)를 폴리아미드 재질 시트에서 방향족 폴리아미드 재질의 시트로 대체 구성한 것으로 전기적인 절연 특성이 부분적으로 변경될 수 있음을 위해 변형되는 것이다.
또한, 방향족 폴리아미드(Aromatic polyamide) 시트를 1종으로 단층 또는 1종으로 다층 적층 시트로 구성하여 이루어질 수도 있다.
본 설명에서 도 3, 4 도시의 완성된 인슐레이터는 형상 구분에 실익이 없으므로 모든 형상의 인슐레이터에 동일한 부호로 설명하고 있으며 도 3은 인슐레이터 중 슬롯 아모아를 도 4는 인슐레이터 중 인슐레이션 캡으로 이루어진 상태를 참고적으로 도시한 것이다.
상기 본 발명에 의하면 전기적인 내열 등급이 우수한 시트를 다층으로 적층하여 또한 절연 온도가 우수한 에폭시 레진으로 접합하므로 다수의 층으로 접합된 적층 시트를 완성하므로 다층 적층에 의한 기계적인 물성이 강화되면서도 각개 시트가 갖는 고유의 전기적 특성이 더해져 발전기와 같은 고열 환경과 고전압 및 코로나와 같은 이상 전압 및 펄스성 고전류에도 높은 절연내력을 제공함과 동시에 발전기 회전자에 적용되어 운전 중에 발생하는 코일의 열적 분포를 외기로 확산하도록 벤트 작용을 이루는 벤트 홀에 의해 방열 성능이 우수하다.
1: 제 1 시트 2: 제 2 시트
3: 제 3 시트 4: 제 4 시트
5: 제 5 시트 6: 접착제
7: 인슐레이터 10: 적층 시트
71: 벤트 홀 C: 클램프

Claims (8)

  1. 방향족 폴리아미드 재질의 제 1 시트와,
    에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 2 시트와,
    폴리아미드 재질의 제 3 시트와,
    에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 4 시트와,
    방향족 폴리아미드 재질의 제 5 시트,
    상기 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제를 도포하고 접합하여 적층 시트를 구성하고,
    상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상하형 사이에 위치시켜서 상기 상, 하 금형을 가압하는 것에 의하여 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 성형한 상태에서 상기 상, 하 금형을 클램프로 고정하여, 열풍 챔버 내에서 110℃~ 160℃의 열을 가해 24시간 열처리 성형하는 1차 가공 단계와,
    상기 1차 가공된 상, 하 금형을 탈형하여 성형한 인슐레이터를 일정 길이로 절단하고 절단한 인슐레이터에 벤트 홀을 다수 개 관통 천공하는 2차 가공 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전기 회전자의 인슐레이터 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 방향족 폴리아미드 재질의 제 1 시트(1)와,
    에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 2 시트(2)와,
    폴리아미드 재질의 제 3 시트(3)와,
    에폭시 코팅 파이버 글라스 재질의 제 4 시트(4)와,
    방향족 폴리아미드 재질의 제 5 시트(5)의 각 시트의 대향 면에 에폭시 레진 접착제(6)를 도포하고 접합하여 적층 시트(10)를 구성하여,
    상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 이루어지는 상, 하 금형 사이에 위치시켜서 상기 상, 하 금형을 클램프(C)로 가압하는 것에 의하여 상기 적층 시트를 슬롯 형상으로 성형한 상태에서 열풍 챔버 내에서 110℃~ 160℃의 열을 가해 24시간 열처리 성형하는 1차 가공 단계를 거쳐, 상기 1차 가공된 상, 하 금형을 탈형하여 성형한 인슐레이터를 일정 길이로 절단하여서 절단된 인슐레이터(7)에 벤트 홀(71)을 다수 개 관통 천공하는 2차 가공 단계를 거치면서 제조된 것을 특징으로 하는 발전기 회전자의 인슐레이터.
  6. 삭제
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