KR101728591B1 - 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법 - Google Patents

회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시형태의 전기자 권선은, 복수의 선형 중실 도체(8) 및 중공 도체(4)를, 각 선단부가 하나의 면을 구성하도록 배치하여 당해 면을 납으로 피복하고, 상기 중공 도체(4)의 중공부(5)에 납이 유입되는 것을 방지하는 흐름 방지제(10)가 상기 중공 도체(4)의 내면의 일부에 도포되어 있다.

Description

회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법{ARMATURE WINDING OF ROTATING ELECTRIC MACHINE, ROTATING ELECTRIC MACHINE USING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시형태는 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기(電機) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 수 냉각 발전기(수 냉각 방식을 채용하는 발전기)의 고정자 코일의 구성을 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다. 도 5는 상기 고정자 코일의 단부의 구성을 도시하는 종단면도이며, 도 6은 상기 고정자 코일의 단부를 클립측에서 본 정면도이다.
고정자 코일은 클립(1), 클립 커버(2), 예치 납(3), 중공 도체(4), 중공부(5), 납 저장소(6), 냉각수 출입구(7), 중실 도체(8) 등을 포함한다. 도 5에 도시되는 예치 납(3)은 용융되기 전의 납박이다. 또한 이후의 설명에서는 중공 도체(4) 및 중실 도체(8)를 통틀어 소선(素線) 도체라고 칭하는 경우가 있다. 또한 중공 도체(4)를 간단히 소선이라고 칭하는 경우도 있다.
수 냉각 발전기의 고정자 코일은 복수의 선형 중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 묶어 구성된다. 중공 도체(4)의 중공부(5)에는 중공 도체(4)를 직접 물로 냉각하기 위하여 냉각수 출입구(7)를 통하여 초순수가 유통된다. 이 중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 전기적, 기계적으로 결합시키기 위하여 클립(구리제의 프레임)(1)이 사용된다. 이 클립(1)과 중공 도체(4)와 중실 도체(8)는 납땜으로 접합된다. 여기서 중실 도체(8)와 중공 도체(4)와 클립(1)을 납땜하기 위하여, 각 도체 사이에 예치 납(납박)(3)을 설치하고 클립 커버(2)로 가압하면서, 열전대로 온도를 계측하면서 소정의 승온 수순으로 승온을 행한다. 이에 의하여 납이 용융되어, 도체 사이나 클립(1)과 도체 사이에 납이 침투하여 접합된다. 여분의 용융된 납은 납 저장소(6)에 저류된다.
중공 도체(4)의 중공부(5)에 용융된 납이 진입하여 구멍을 폐색하는 것을 방지하기 위해서는, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 예치 납(3)의 선단부를 중공 도체(4) 및 중실 도체(8)의 각 선단부보다도 약간 안쪽으로 후퇴시켜 배치한다. 이에 맞춰, 도 5 및 도 6에 도시하는 중공 도체(4) 및 중실 도체(8)를 둘러싸는 클립(1) 내의 측벽(14)(납 저장소(6)의 측벽을 포함함)도 안쪽으로 후퇴시킨다.
이와 같이 하면 중공 도체(4)의 중공부(5)에 납이 침입하는 일은 없지만, 중공 도체(4)와 중실 도체(8)의 경계에 좁은 공극부(13)가 발생하기 때문에, 이 좁은 부분에 냉각수가 침입하여 체류하고, 이 부분에서 이종 금속 부식 현상이 발생하여 도체를 용해시켜 버린다. 이러한 종래의 방법은 바람직하다고는 할 수 없다.
이러한 점에서, 각 도체 사이에 냉각수가 체류하는 것을 억제함과 아울러, 중공 도체의 중공부에 납이 침입하는 것을 억제하는 것이 가능한 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 요망된다.
발명이 해결하고자 하는 과제는, 각 도체 사이에 냉각수가 체류하는 것을 억제함과 아울러, 중공 도체의 중공부에 납이 침입하는 것을 억제하는 것이 가능한 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 전기자 권선은, 복수의 선형 중실 도체 및 중공 도체를, 각 선단부가 하나의 면을 구성하도록 배치하여 당해 면을 납으로 피복하고, 상기 중공 도체의 중공부로 납이 유입되는 것을 방지하는 흐름 방지제가 상기 중공 도체의 내면의 일부에 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 각 도체 사이에 냉각수가 체류하는 것을 억제함과 아울러, 중공 도체의 중공부에 납이 침입하는 것을 억제하는 것이 가능한 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 수 냉각 발전기의 고정자 코일의 단부 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 상기 고정자 코일의 단부를 클립측에서 본 정면도이다.
도 3은 상기 고정자 코일의 구성 요소인 중공 도체의 내면에 흐름 방지제를 도포한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 세라믹재의 피막을 더 추가했을 경우의 고정자 코일의 단부 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 종래의 수 냉각 발전기의 고정자 코일의 단부 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 6은 종래의 수 냉각 발전기의 고정자 코일의 단부를 클립측에서 본 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 수 냉각 발전기의 고정자 코일의 단부 구성을 도시하는 종단면도이고, 도 2는 상기 고정자 코일의 단부를 클립측에서 본 정면도이다. 또한 도 3은 고정자 코일의 구성 요소인 중공 도체의 내면에 흐름 방지제를 도포한 상태를 도시하는 사시도이다. 또한 상술한 도 5, 도 6과 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
고정자 코일은 클립(1), 클립 커버(2), 예치 납(3)(또는 용융납(9)), 중공 도체(4), 중공부(5), 납 저장소(6), 냉각수 출입구(7), 중실 도체(8), 흐름 방지제(10) 등을 포함한다. 도 1에 도시되는 예치 납(3)은 용융되기 전의 납박이며, 도 2에 도시되는 용융납(9)은 그 납박이 용융된 후의 것이다. 또한 도 1에 도시되는 피막(11)은, 용융된 납이 소선 선단면 상으로 유출되어 단면 전체를 덮은 것이다.
수 냉각 발전기의 고정자 코일은 복수의 선형 중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 묶어 구성된다. 중공 도체(4)의 중공부(5)에는 중공 도체(4)를 직접 물로 냉각하기 위하여 냉각수 출입구(7)를 통하여 초순수가 유통된다. 이 중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 전기적, 기계적으로 결합시키기 위하여 클립(구리제의 프레임)(1)이 사용된다. 이 클립(1)과 중공 도체(4)와 중실 도체(8)는 납땜으로 접합된다. 여기서 클립(1)과 중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 납땜하기 위하여, 각 도체 사이에 예치 납(납박)(3)을 설치하고 클립 커버(2)로 가압하면서, 열전대로 온도를 계측하면서 소정의 승온 수순으로 승온을 행한다. 이에 의하여 납이 용융되어, 도체 사이나 클립(1)과 도체 사이에 납이 침투하여 접합된다. 여분의 납은 납 저장소(6)에 저류된다.
특히 본 실시형태에 있어서는, 중실 도체(8) 및 중공 도체(4)를, 각 선단부가 하나의 면을 구성하도록 배치한다. 이 면을 소선 선단면이라고 칭한다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이 예치 납(3)의 선단부를 소선 선단면의 위치에 맞춰 배치한다. 또한 도 2에 도시되는 중공 도체(4) 및 중실 도체(8)를 둘러싸는 클립(1) 내의 측벽(14)(납 저장소(6)의 측벽을 포함함)도 소선 선단면의 위치에 맞춘다. 나아가, 도 3에 도시된 바와 같이 중공 도체(4)의 중공부(5)에 납이 유입되는 것을 방지하는 흐름 방지제(10)가 중공 도체(4)의 내면의 일부에 도포된다.
이와 같이 하면 예치 납(3)이 용융되어 중공 도체(4)와 중실 도체(8)의 경계부에 침투하여 도체 사이에 공극이 생기지 않아, 냉각수가 침입하여 공극에 체류하고 이종 금속 부식 현상이 발생하여 도체를 용해시켜 버리는 것을 방지할 수 있으며, 또한 흐름 방지제(10)에 의하여 중공 도체(4)의 중공부(5)에 납이 침입하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 고정자 코일의 제조 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
중공 도체(4)와 중실 도체(8)를 엮어 납의 접합성을 좋게 하기 위하여, 소선 도체의 선단부를 연마재로 연마한다.
이후, 중공 도체(4)의 내면의 일부에만 흐름 방지제(10)를 도포한다.
흐름 방지제(10)는 알루미나, 티타니아, 마그네시아 등의 무기 충전재와, 물 및 폴리비닐알코올 등의 유기 바인더가 혼합된 것이며, 도료 페인트 상태이다. 이 흐름 방지제(10)는, 납땜 작업 시의 승온 과정에서 물 및 유기물이 증발하여 기화 소실되어, 무기 재료가 상기 중공 도체의 내면에 부착 잔류하는 성질을 갖는다.
이러한 흐름 방지제(10)를 이쑤시개형 기구를 사용하여 중공 도체(4)의 내면에만 도포한다. 도포하는 영역은 소선 선단면으로부터 일정 거리, 예를 들어 5㎜까지로 한다. 이때, 소선 선단면에는 도포하지 않도록 한다. 잘못하여 도포했을 경우에는 알코올 등의 용제를 사용하여 제거한다.
이와 같이 하여 준비된 소선의 다발을 클립(구리제의 프레임)(1)에 끼워 넣고, 클립 커버(2)로 가압하여 소선의 다발을 완전히 덮는다. 이 상태에서 고주파 유도 가열 장치 등을 사용하여 납땜을 행한다. 이 납땜 시에는, 고정자 코일의 납땜을 실시하는 측과 반대측으로부터 Ar 등의 불활성 가스나 H2 등의 환원성 가스를 흐르게 하여, 도체 구리의 산화를 방지하면서 승온한다.
승온 시, 100℃ 전후에서 흐름 방지제(10) 중 물이 기화하기 시작한다. 이 때 발생하는 수증기는 상기 불활성 가스 등에 의하여 클립(1)의 외부로 배출된다.
또한, 250 내지 350℃ 근방에서 폴리비닐알코올 등의 유기 바인더가 열분해되기 시작한다. 이때 발생하는 탄산 가스 등의 기화된 가스도 상기 불활성 가스 등에 의하여 배출된다.
더 승온하여 납땜 온도인 650℃ 전후에 도달했을 때는 중공 도체(4)의 내면에 무기 충전재만이 잔존한다. 예치 납은 650℃ 전후에서 용융되기 시작하고, 클립 커버(2)의 면메꿈 납땜 등을 실시하는 온도 730℃ 전후에 도달할 때는 소선 도체 사이의 간극으로 흘러 들어가고, 또한 소선 선단면 상에도 납이 유출되어 납의 피막(11)이 단면 전체를 덮는다. 납의 유하 시에는, 중공 도체(4)의 중공부(5)는 흐름 방지제(10)의 작용으로 납의 침입이 저지된다.
예치 납땜의 용융, 유하로 소선 도체 사이에 침투한 납이나 소선 선단면을 덮은 납 이외의 납은, 유하하여 클립(1)의 납 저장소(6)에 모인다.
납땜이 종료된 후, 중공 도체(4)의 중공부(5)에 잔류하고 있는 흐름 방지제(10)는 무기물뿐이며, 그 후의 유수 세정 공정이나 발전기 실운전시의 초순수의 흐름으로 약간 박리되어 흐르지만, 그 양은 미소하여 중공 도체(4)를 폐색하는 일은 없다. 또한 무기물이므로, 유수의 전도도를 증가시키는 일도 없다. 또한 수 마이크로미터 메쉬를 갖는 필터로 트랩 가능하기 때문에, 납땜 후에 흐름 방지제(10)를 제거하는 공정은 불필요하게 된다.
또한 상술한 제조 방법은 일례로서 든 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 소선 선단면을 납의 피막(11)으로 피복한 후, 세라믹재를 용사(溶射)함으로써 세라믹재의 피막(12)으로 더 피복하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 가령 납의 피막(11)에 작은 간극이 생긴다고 하더라도, 세라믹재의 피막(12)의 보호에 의하여 냉각수의 침입, 체류, 금속 부식 등을 방지할 수 있어, 내식성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면, 각 도체 사이에 냉각수가 체류하는 것을 방지함과 아울러, 중공 도체의 중공부에 납이 침입하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않았다. 이들 신규의 실시형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 아울러, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 전기자 권선으로서,
    복수의 선형 중실 도체 및 중공 도체를, 냉각수 출입구 측의 각 선단부가 하나의 면이 되는 소선 선단면을 구성하도록 배치하는 동시에, 예치 납의 선단부를 상기 소선 선단면에 맞추어 배치하고,
    상기 중공 도체의 중공부에 납이 유입되는 것을 방지하는 흐름 방지제가 상기 중공 도체의 내면의 일부로서, 상기 소선 선단면에는 도포되지 않도록 상기 소선 선단면으로부터 일정 거리 떨어져 있는 곳까지 도포되어 있어,
    예치 납이 용해된 용해 납은, 상기 중실 도체와 상기 중공 도체와의 경계부에 침투하여 공극을 만들지 않는 동시에, 상기 소선 선단면에 유출되어 상기 소선 선단면 전체를 덮고 있는, 전기자 권선.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흐름 방지제는 무기 재료를 함유함과 아울러, 바인더로서의 유기물 및 물을 함유하는, 전기자 권선.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흐름 방지제는, 납땜 작업 시의 승온 과정에서 물 및 유기물이 증발하여 기화 소실되어, 무기 재료가 상기 중공 도체의 내면에 부착 잔류하는 것인, 전기자 권선.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소선 선단면을 납으로 피복한 후, 세라믹재로 용사(溶射)에 의하여 더 피복하여 이루어지는, 전기자 권선.
  6. 제1항에 기재된 전기자 권선을 구비하는, 회전 전기(電機).
  7. 전기자 권선의 제조 방법으로서,
    복수의 선형 중실 도체 및 중공 도체를, 냉각수 출입구 측의 각 선단부가 하나의 면이 되는 소선 선단면을 구성하도록 클립의 내부에 배치하는 동시에, 예치 납의 선단부를 상기 소선 선단면에 맞추어 배치하는 공정과,
    상기 중공 도체의 중공부에 납이 유입되는 것을 방지하는 흐름 방지제를, 상기 중공 도체의 내면의 일부로서, 상기 소선 선단면에는 도포되지 않도록 상기 소선 선단면으로부터 일정 거리 떨어져 있는 곳까지 도포하는 공정과,
    상기 클립을 가열하여, 상기 중실 도체 및 상기 중공 도체의 각 선단부를 납으로 피복하는 공정
    을 포함하고,
    예치 납이 용해된 용해 납은, 상기 중실 도체와 상기 중공 도체와의 경계부에 침투하여 공극을 만들지 않는 동시에, 상기 소선 선단면에 유출되어 상기 소선 선단면 전체를 덮고 있는, 전기자 권선의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 흐름 방지제는 무기 재료를 함유함과 아울러, 바인더로서의 유기물 및 물을 함유하는, 전기자 권선의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 흐름 방지제는, 납땜 작업 시의 승온 과정에서 물 및 유기물이 증발하여 기화 소실되어, 무기 재료가 상기 중공 도체의 내면에 부착 잔류하는 것인, 전기자 권선의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 소선 선단면을 납으로 피복한 후, 세라믹재로 용사에 의하여 더 피복하는 공정을 더 포함하는, 전기자 권선의 제조 방법.
KR1020140179303A 2013-12-17 2014-12-12 회전 전기의 전기자 권선, 그것을 사용한 회전 전기 및 그 제조 방법 KR101728591B1 (ko)

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