KR20010032578A - 주전동기 및 구동장치 - Google Patents

Abstract

3상 주전동기, 또는 주전동기용 구동장치의 변압기 또는 회전 변류기는 권선을 포함하며, 이 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층 (32,34) 으로 이루어지는 절연체와, 상기 반도체층 사이의 솔리드 절연체 (33) 를 포함한다.

Description

주전동기 및 구동장치 {TRACTION MOTOR AND DRIVE SYSTEM}

전기기계의 자기회로는, 통상적으로, 강판이 용접구성으로 에워싸여 고정되어 있는 적층 철심을 포함한다. 통기와 냉각의 제공을 위해 철심은 방사방향 및/또는 축방향의 통기 덕트를 가지는 스택 (stacks) 으로 흔히 나누어 진다. 대형의 기계에 대하여, 각 강판은 기계의 프레임에 부착된 세그먼트에서 천공되고, 적층 철심은 압력 핑거 및 압력 링에 의해 함께 유지된다. 자기회로의 권선은 철심의 슬롯 안에 배치되는데, 이 슬롯은 일반적으로 장방형 또는 사다리꼴 모양의 단면을 갖는다.

복수 페이즈 (multi-phase) 의 전기기계에서는, 권선은 단일층 또는 이중층의 권선으로 제조된다. 단일층의 권선에서는 슬롯마다 하나의 코일 변 (coil side) 만이 있는 반면에, 이중층의 권선에서는 슬롯마다 두 개의 코일 변이 있다. 코일 변은, 수직 또는 수평으로 조합되고, 공통의 코일 절연체, 즉 어스 (earth) 에의 기계의 정격전압을 견뎌 내도록 구성된 절연체를 구비한 하나 또는 그 이상의 도체이다.

이중층 권선은 일반적으로 다이아몬드 권선 (diamond windings) 으로서 제조되는 반면에, 여기서의 단일층 권선은 다이아몬드 권선 또는 플랫 권선 (flat windings) 으로서 제조될 수 있다. 다이아몬드 권선에는 하나만 (가능하게는 두개) 의 코일 폭이 존재하는 반면에, 플랫 권선은 광범위하게 변하는 코일 폭을 가지는 동심의 권선으로서 제조된다. 코일 폭은, 동일 코일에 관련한 두개의 코일 변간의 원호치수에 있어서의 거리이다.

통상적으로, 모든 대형기계는 이중층 권선 및 동일한 사이즈의 코일로 제조된다. 각 코일은, 일방층의 일변에 그리고 타방층의 타변에 위치한다. 이것은, 모든 코일이 코일 단부에서 서로 가로지르는 것을 의미한다. 층이 이층을 초과하면 이들의 교차에 의해 권선작업이 복잡하게 되고 코일 단부가 만족스럽지 못하게 된다.

주전동기용으로 산업용 주파수 (50 또는 60 Hz) 를 이용하는 것이 가능해지기 이전에는, 첫번째의 교류전압장치는 저주파수 전압 (15 내지 16²/3 또는 25 Hz) 으로 통전되었다. 이러한 장치에서 장기간 사용된 주전동기는, 단상 주전동기로 알려져 있는 단상 직권 정류자 전동기였다. 이것은, 교류가 공급되기 때문에 반주기마다 필드와 회전자 전류가 역전된다는 것을 제외하고는, 직류 전동기와 거의 같은 기능을 한다. 정류자에서 아크가 일어나는 피해없이 발생하는 정류를 위하여는, 저주파수 및 저속도를 가지는 전동기가 선택되어야 한다.

직류장치와는 반대로 교류장치의 주요한 이점은, 교류전압이 변할 수 있다는 것이다 (요즘에는 직류전압이 소위 초퍼 (chopper) 에 의해 변할 수 있다고는 하더라도). 따라서, 전동기의 작동전압에 관하여 오버헤드 도체에서 비교적 고전압을 유지하는 것이 가능하다. 오버헤드 도체에서의 고전압으로 인해 전류가 낮아지게 되며, 이에 의해 전력전달능력이 더 양호해지고 선로망에서의 손실이 적어진다. 전원 스테이션은 멀리 떨어져 위치할 수 있다 (30-120 km).

오늘날 가장 통용되는 주전동기는 그 간단함과 튼튼함 때문에 3상 비동기 전동기이다. 여기서는, 선로 전압 (dc 장치) 으로부터 또는 변압기 2차 전압 (ac 장치) 으로부터 전력 반도체 회로에 의해 생성되는 가변 전압과 주파수로 3상 전류가 공급된다.

종래의 고정자 권선을 가지는 전술한 타입의 기계는, 전압을 낮추기 위한 변압기를 사용하지 않고서는 15 kV 의 고전압 회로망에 연결될 수 없다. 이러한 방식으로, 즉 전동기를 변압기를 통해 고전압 회로망에 연결하여 사용하는 것은 전동기를 고전압 회로망에 직접적으로 연결하여 사용하는 것에 비하여 많은 단점을 갖는다. 여러 가지 단점중에서 특히 이하와 같은 단점을 갖는다.

- 변압기가 비싸고, 수송비용이 증가하며 또한 공간을 필요로 한다.

- 변압기가 장치의 효율을 떨어뜨린다.

- 변압기가 리액티브 전력을 소비한다.

- 종래의 변압기는 오일을 포함하고 있어 위험이 따른다.

본 발명은, 주전동기, 및 이 주전동기 및/또는 장치에 포함되는 다른 전기기계가 자심과 적어도 하나의 권선을 포함하는 자기회로를 구비하고 있는 철도기관차 및 합승 자동차용의 구동장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 설비에 있어서 전기기계의 고정자를 부채꼴로 구분하여 나타낸 개략 단면도이다.

도 2 는 도 1 에 따른 고정자의 권선에 사용되는 케이블을 계단식으로 벗겨서 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 주전동기 구동장치를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적은, 전기 철도 조작 등을 위한 전동기 및 이의 구동장치를 제공함으로써 당해 분야의 공지된 장치에 있어서의 고유한 문제점들을 해결하는데 있다.

본 발명은, 청구항 제 1 항에 따른 전동기와, 청구항 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 구동장치를 제공한다.

본 발명은, 전기 권선을 오일 이외의 절연체로 제조한 바람직하게는 특별한 방식으로 건식으로한 전기기계, 전동기, 발전기, 변압기 등을 구성하는 특정 기술에 근거한 것이다. 이러한 구성에 의하면, 변압기를 제거할 수도 있고, 및/또는, 종래의 변압기에 있어서 고유한 전술한 단점없이 변압기를 구성할 수 있다.

또한, 본질적으로 본 발명은, 이러한 특정한 기계를 종래의 기계와 조합한 형태를 포함할 수도 있다.

본 발명에 관계되는 타입의 기계는 변압기일 수도 있고, 또는 임의의 변압기가 필요없는 주전동기 (traction motor) 일 수도 있다. 물론, 또 다른 것이 조합될 수도 있다.

본 발명에 따른 구동장치 및 부품은 여러 가지 철도장치의 전기공급장치에 적용될 수 있고, 또한 적용가능한 수정예에서는, 외측 전력공급장치를 갖거나 또는 그 자체가 자신의 전력공급장치를 갖는 철도장치, 전압 레벨과 주파수가 다른 철도장치, 교류 장치와 직류 장치의 양자가 가능한 철도장치, 및 동기와 비동기의 전동기 조작이 가능한 철도장치에 쓰일 수도 있다.

변압기가 필요한 경우에는, 본 발명의 목적은, 상기 구동장치에 포함된 다른 전기기계용의 것과 동일한 타입의 케이블을 이용하여 변압기를 제조할 수 있다.

상기 목적을 만족시킴으로써 얻어지는 이점은, 리액턴스가 리액티브 전력을 소비하는 중간의 오일-충전 변압기를 회피할 수 있다는 것이다.

이 때문에, 차량에 포함되는 전기기계들 중의 적어도 하나에 있어서의 자기회로와 그 도체에는, 그 외측이 어스와 같은 선택 전위에 연결되는 쓰레드 (threaded) 영구 절연 케이블이 제공된다.

공지기술과 본 발명에 따른 실시형태에 있어서의 주요하고도 본질적인 차이는, 본 발명에 따른 실시형태가, 자기회로의 성질로 인해, 차단기와 아이솔레이터 (isolators) 를 통해 10 과 800 kV 사이 까지의 높은 공급전압에 직접적으로 연결될 수 있는 적어도 하나의 기계를 포함한다는 것이다. 자기회로는 권선을 가지는 하나 또는 그 이상의 적층 철심을 포함하는데, 상기 권선은 하나 또는 그 이상의 영구 절연 도체를 가지는 쓰레드 케이블로 이루어지고, 상기 도체는 그 도체측 및 절연체 외측의 양자에서 반도체층을 가지며, 외측 반도체층은 접지 전위에 연결된다.

전기기계를 직접적으로 연결함으로써 발생되는 문제점을 해결하기 위해, 회전 및 고정 기계 양자에 있어서, 모든 고전압 전력회로망 타입에 대해서, 본 발명에 따른 구동장치의 하나 이상의 기계는 공지기술과는 엄격하게 다른 전술한 바와 같은 여러 가지 특징들을 갖는다. 추가의 특징 및 또 다른 실시형태는 종속항에 정의되어 있는 바, 다음에서 설명한다.

본 발명에 따른 구동장치 및 이에 포함되는 전기기계들 중의 하나 이상의 전술한 특징 및 다른 특성은 이하의 구성을 포함한다.

- 자기회로용의 권선은 2개의 반도체층을 가지는 하나 또는 그 이상의 영구 절연 도체를 가지는 케이블로 제조되며, 2개의 반도체층에 있어서 하나는 소선을 에워싸고 다른 하나는 외장을 형성한다. 이러한 타입의 일부 전형적인 도체는 교차결합 폴리에틸렌 또는 에틸렌 프로필렌 고무로 이루어진 절연체를 갖는다. 상기 도체는, 도체내의 소선 및 외측 외장의 성질과 관련하여 또 다르게 구성될 수도 있다.

- 원형의 단면을 갖는 케이블이 바람직하지만, 예컨대 더 양호한 패킹 밀집상태를 얻기 위하여 일부 다른 단면을 가지는 케이블을 사용할 수도 있다.

- 이러한 케이블에 의하면, 본 발명에 따라 적층 철심이 슬롯 (slots) 및 티스 (teeth) 와 관련하여 새롭고 최적한 방식으로 구성된다.

- 권선은, 적층 철심의 최상의 활용을 위해, 바람직하게는 계단식의 절연체로 제조된다.

- 권선은, 바람직하게는 복수층의 동심 케이블 권선으로 제조되므로, 코일-단부의 교차부의 수가 저감된다.

- 슬롯이 서로 축방향 및 방사방향 외측으로 진행하며, 전기자 권선의 층들간에 진행하는 개방 웨이스트를 가지는 다수의 원통형 구멍의 형태가 되도록, 슬롯 구성을 권선 케이블의 단면에 적합하게 할 수도 있다.

- 슬롯의 구성을 권선의 케이블 단면 및 계단식 절연체에 대하여 조정할 수 있다. 계단식 절연체에 의하면, 자심은 방사방향의 연장에 무관하게, 실질적으로 일정한 투스 폭 (tooth width) 을 가질 수 있다.

- 외측 외장과 관련한 전술한 또 다른 구성에 의하면, 도체의 길이를 따르는 적당한 지점에서 외측 외장이 절단되는데, 이 절단된 각각의 부분적인 길이는 접지 전위에 직접적으로 연결된다.

전술한 타입의 케이블을 사용하면, 권선의 외측 반도체 외장의 전체 길이 및 구동장치의 다른 부분이 접지 전위에 유지된다. 중요한 이점은, 전기장이 외측 반도체층 외측의 코일-단부 영역내에서 영에 가깝다는 것이다. 전기장은 외측층상의 접지 전위로 제어될 필요가 없다. 이는, 철심에, 즉 코일-단부 영역에 또는 이들간의 트랜지션에 필드 집중이 발생되지 않음을 의미한다.

절연 및/또는 비절연의 임팩트된 소선, 또는 교차된 소선을 혼합하게 되면, 표유 손실 (stray loss) 이 낮아진다.

자기회로 권선에 사용되는 고전압용의 케이블은 복수의 소선과 하나 이상의 반도체층을 가지는 내측 철심/반도체로 이루어지는데, 가장 안쪽의 층은 절연층에 의해 에워싸여 있고, 이 절연층은 6 과 250 mm 사이의 외경 및 10 과 3000 mm²사이의 도체면적을 가지는 외측 반도체층에 의해 에워싸여 있다.

본 발명에 따른 설비에 있어서 기계들 중의 적어도 하나가 특정의 방식으로 구성된다고 하더라도, 기관차 또는 합승 자동차에 사용되는 전동기의 시동 및 제어는 공지된 바와 같은 시동방법에 따라 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 이러한 층들중, 바람직하게는 3개의 층들중 적어도 2 개는 동일한 열팽창계수를 갖는다. 이에 의하면, 권선에서의 열이동중에 흠결, 균열 등이 회피되는 결정적인 이점이 얻어진다.

절연장치, 적합하게는 영구절연장치는, 열적 및 전기적 관점에서 10 kV 이상용으로 구성되기 때문에, 상기 장치는 중간의 강압 변압기없이 고전압 전력회로망에 연결될 수 있으며, 따라서 전술한 이점을 얻을 수 있다.

본 발명의 전술한 실시형태 및 다른 유리한 실시형태는 종속항에 정의되어 있다.

이하, 전기기계의 자기회로구성에 관한 바람직한 실시형태에 있어서 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 설비에 포함되는 회전식의 전기기계에 관련되는 고정자 (1) 를 부채꼴로 구분하여 나타낸 도 1 의 개략 단면도에는, 기계의 회전자 (2) 도 도시되어 있다. 고정자 (1) 는 적층 철심로 이루어진다. 도 1 은 하나의 폴 피치 (pole pitch) 에 대응하는 부채꼴의 기계를 나타낸다. 철심의 요크 부분 (3) 으로부터 회전자 (2) 쪽으로는 다수의 티스 (teeth : 4) 가 방사상으로 뻗어 있는데, 이들 티스는 고정자 권선이 위치하게 되는 슬롯 (5) 에 의해 분리되어 있다. 이 고정자 권선을 형성하는 케이블 (6) 은 배전용으로 사용되는 케이블, 즉 PEX 케이블과 실질적으로 동일한 타입의 고전압 케이블이다. 한가지 다른 점은, 기계적으로 보호되는 외측 외장, 및 이러한 배전 케이블을 통상적으로 에워싸는 금속 스크린이 제거되어, 본 발명의 케이블은 도체와 각각 절연층으로 이루어지는 하나 이상의 반도체층만을 포함한다는 것이다. 이 반도체층은 케이블의 표면에 벗겨져 놓인다.

도 1 에서는 각 케이블 부분 또는 코일측의 도전 중앙부만을 취하여 케이블 (6) 을 개략적으로 도시하였다. 도시된 바와 같이, 각 슬롯 (5) 은 그 단면의 모양이 변하는데, 이러한 단면은 번갈아 와이드 부분 (wide parts : 7) 과 소폭의 웨이스트 부분 (waist parts : 8) 을 갖는다. 와이드 부분 (7) 은 실질적으로 원형이며 케이블을 에워싸고 있다. 웨이스트 부분 (8) 은 각 케이블의 위치를 방사방향으로 고정하는 기능을 한다. 슬롯 (5) 의 단면은 방사방향 안쪽으로 좁아진다. 이것은, 케이블 부분의 전압이, 케이블이 위치하는 고정자 (1) 의 방사방향 내측부에 가까운 부분보다 더 낮기 때문이다. 그러므로, 안쪽에는 더 가느다란 케이블이 사용될 수 있으며, 바깥쪽에는 더 굵은 케이블이 필요하다. 예에는, 크기가 다른 3개의 케이블이 각 슬롯 (5) 의 3개의 대응 치수부 (51,52,53) 에 배치되어 있다.

케이블 (6) 로 구성된 회전 전기기계용의 자기회로에 대한 전술한 설명은 변압기, 리액터 권선 등과 같은 고정 전기기계에도 적용이 가능하다. 구성과 제조의 관점에서 이하의 중요한 이점이 얻어진다.

- 전기장 분포에 대하여 고려하지 않고서도 변압기의 권선을 구성할 수 있으며, 공지기술에 있어서 문제가 되는 트랜스포지션 부분이 불필요하다.

- 전기장 분포에 대하여 고려하지 않고서도 변압기 철심을 구성할 수 있다.

- 케이블과 권선의 전기 절연을 위한 오일이 필요치 않고, 그 대신에 케이블과 권선을 공기에 의해, 또는 비가연성 액체나 연소속도가 느린 액체에 의해 에워쌀 수가 있다.

- 많은 적용에 있어서 오일-충전 변압기를 위한, 변압기의 외측 연결부와 그 안에 위치한 코일/권선 사이의 전기적인 소통을 위한 특정의 부싱 (bushing) 이 필요치 않다.

- 오일이 필요치 않기 때문에, 본 발명의 변압기에 있어서 화재, 폭발의 위험이 크게 줄어든다.

- 변압기를 종래의 변압기보다 더 강성적인 것으로 제조할 수 있어, 단락을 견뎌내는 능력이 증가한다.

- 변압기가 소음이 적고 청결하며, 유지비가 적게 든다.

- 전술한 바와 같은 자기회로를 구비한 건식 변압기를 위해 필요시되는 제조 및 테스트 기술이 종래의 변압기/리액터를 위해 필요시되는 그것보다 훨씬 더 간단하다.

도 2 는 본 발명에 따른 설비에 포함되는 전기기계에 사용되는 고전압 케이블을 계단식으로 벗겨서 나타낸 단면도이다. 이 고전압 케이블 (6) 은 하나 또는 그 이상의 도체 (31) 를 포함하는데, 이들 각 도체는, 예컨대 함께 원형의 구리 (cu) 단면을 제공하는 다수의 소선 (36) 을 포함한다. 도시된 실시형태에서는, 이들 도체 (31) 는 고전압 케이블 (6) 의 중앙에 배치되어 부분 절연체 (35) 에 의해 에워싸여 있다. 그러나, 도체 (31) 중의 하나에서 상기 부분 절연체 (35) 를 생략하는 것도 실현 가능하다. 본 실시형태에서는, 상기 도체 (31) 는 제 1 반도체층 (32) 에 의해 함께 에워싸여 있다. 이 제 1 반도체층 (32) 의 주위에는 절연층 (33), 즉 PEX 절연체가 위치하고 있으며, 이 절연층 (33) 은 제 2 반도체층 (34) 에 의해 에워싸여 있다. 따라서, 상기 고전압 케이블은 통상적으로 이러한 배전 케이블을 에워싸는 타입의 금속 스크린이나 외측 외장을 포함할 필요가 없다. 전동기장치는 흔히 매우 상온으로 되기 때문에, 상기 절연층 (33) 은 내열 폴리머, 실리콘 고무 또는 플루오르화 폴리머를 포함할 수가 있다. 상기 반도체층 (32,34) 은 상기 절연층과 유사한 재료를 포함할 수도 있으나, 카본 블랙, 수트 (soot) 또는 금속입자와 같은 도전입자가 매설될 수도 있다. 일반적으로, 특정한 절연재료는 탄소입자를 함유하지 않거나 또는 소수의 탄소입자만을 함유하는 경우에 동일한 기계특성을 가지는 것으로 알려져 있다.

전술한 타입의 자기회로를 구비한 전기기계의 사용은 주전동기의 전기적 공급 뿐만 아니라 주전동기 자체를 매우 단순화하고 더 효율적으로 만든다. 교류전압으로의 철도조작에 있어서, 현재 사용되고 있는 공급전압은 공급 라인 (104) 에 있어 일반적으로 15 kV, 16²/3 Hz, 11 kV 25 Hz 또는 25 kV, 50/60 Hz 인데, 이 공급 라인으로부터는 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 기관차의 집전장치 (112) 가 하나 또는 그 이상의 주전동기 (114) 를 공급한다.

공지된 교류전압용의 주전동기는 통상적으로 1 kV 까지의 전압에 의해 구동되므로, 기관차는, 변압기와, 최신 기관차의 사이리스터를 구성하는 속도제어장치를 구비하여야 한다.

공지의 기관차에 사용되는 변압기는 오일-충전식이며, 또한 많은 기계적 및 전기적 결점을 가질 뿐만 아니라 환경문제를 초래한다. 공지의 기관차에 있어 변환조작용으로 사용되는 회전기계는 기계적 및 전기적 관점에서 다소 만족한 정도로 취급될 수 있는 여러 가지 문제점을 갖는다.

전술한 문제점들은, 자기회로를 본 발명에 따라 장치의 전기기계들 중의 하나 이상에 구성함으로써 제거되거나 최소화될 수 있다.

도 3 내지 도 5 는, 기관차에 기계적인 동력을 공급하고, 도 2 에 도시된 바와 같은 고전압 케이블로 형성된 권선을 가지는 3상 비동기 전동기 (114) 를 도시한 것이다. 전동기 (114) 의 권선은 전술한 바와 같은 이점을 갖는다.

도 3 은 전동기용 구동장치를 도시한 것으로, 이 구동장치는 3상 전동기 (114) 를 공급하는 dc/3상 ac 컨버터 (125) 에 평활 및 필터링 회로 (124) 를 통해 연결된 변압기 (122) 및 사이리스터 브리지 (123) 를 포함한다. 상기 변압기 (122) 는 도 2 에 도시된 바와 같은 케이블로 형성된 권선을 갖는다. 그러므로, 이 변압기는 전술한 이점들을 가지며, 또한 공지의 오일-충전식 변압기보다 더 가볍고 부피를 덜 차지한다.

도 4a 는 회전 변류기 (rotating converter : 130) 를 포함하는 구동장치를 도시한 것으로, 이 회전 변류기는, 집전장치 (112) 로부터 직접적으로 공급되는 전동기 (M) 와, 레귤레이터 장치 (131) 를 통해 3상 전동기 (114) 를 공급하는 발전기 (G) 를 포함한다. 조 (coarse) 속도 제어용으로 연결된 다수의 폴과 전동기 (114) 에 공급되는 전압을 제어하기 위해 탭 접속선 (132a,132b) 을 사용할 수가 있다.

도 4b 는, 바람직하게는 복수 페이즈 (multiphase), 즉 6상 ac 를 발생하는 회전 변류기 (130) 가, dc/3상 ac 컨버터 (125) 를 통해 전동기 (114) 를 공급하는 정류기 브리지 (133) 에 연결되어 있는 또 다른 장치를 나타낸 것이다. 도 4c 는, 회전 변류기 (130) 로부터 전동기 (114) 로의 공급이 ac/ac 주파수 컨버터 (134) 를 통해 이루어지는 또 다른 장치를 나타낸 것이다.

도 4a, 4b, 4c 에 도시된 장치에 있어서, 전동기 (M) 와 발전기 (G) 중의 어느 하나 또는 양자 모두는 도 2 에 도시된 바와 같은 케이블을 이용하여 감겨져 있다. 상기 전동기 및 발전기는 공통의 축을 공유하는 별개의 기계일 수도 있고, 또는 또다르게는 상기 회전 변류기는 예컨대 독일특허 제 372390 호, 386561 호, 및 406371 호에 기재된 바와 같은 단일의 유니트를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 회전 변류기는, "Das Handbuch der Lokomotiven", pp. 254-255, "Electrischer Bahn" eb, 85. Jahrgang, Heft 12/1987, pp. 388-389, 또는 Lueger, "Lexicon der Technik", p. 395 에 기재된 바와 같은 위상 컨버터일 수도 있다.

도 5 는, 전동기 (114) 가, 집전장치 (112) 에 연결된 레귤레이터 장치 (135) 에 의해 공급된 고전압 전동기로 되어 있는 장치를 나타낸 것이다. 레귤레이터 장치는, 바람직하게는 다이렉트 반도체 ac/ac 컨버터이다. 상기 전동기 (114) 는 고전압으로 공급되기 때문에, 변압기나 다른 전압변화수단이 필요치 않으며, 구동장치는 콤팩트하고 가벼운 이점을 갖게 된다.

소정의 전압치는 전술한 바와 같으나, 이들 전압치는 단지 예로서 고려해야 한다. 마찬가지로, 종래 구성의 전기기계와 본 발명에 따른 자기회로를 구비한 전기기계와의 여러 가지의 조합도 실현 가능하다. 그러므로, 본 발명은 도면과 관련하여 설명한 장치에 제한되는 것이 아니고, 부속 청구항에서 정의한 모든 실현 가능한 장치를 포함한다.

전기절연체는 적소에서 성형되는 것이 바람직하지만, 전기절연장치를 오버래핑층이 꽉 감겨진 막이나 판형 재료로 구성하는 것도 가능하다. 반도체층과 전기절연층 양자는 이와 같은 방식으로 형성될 수 있다. 절연장치는, 내측 및 외측의 반도체층이 카본 블랙 또는 금속입자와 같은 도전입자가 매설된 PP, PET, LDPE 또는 HDPE 의 폴리머 박막으로 제조되고 이들 반도체층 사이에 절연층이 있는 모든 합성막으로 제조될 수 있다.

충분히 얇은 박막은 소위 "Paschen minima" 보다 작은 버트 갭 (butt gap) 을 가지며, 따라서 액체의 함침이 불필요하게 된다.

전기절연장치의 또 다른 예는, 얇은 셀룰로오스계 또는 합성 종이 또는 부직재료를 도체 주위에서 중권 (lap winding) 을 실시한 종래의 셀룰로오스계 케이블과 유사하다. 이 경우, 어느 한쪽의 절연층상의 반도체층은, 절연물질의 섬유로 제조되고 도전입자가 매설되어 있는 부직재료 또는 셀룰로오스 종이로 제조될 수 있다. 상기 절연층은 동일계의 재료로 제조될 수 있고, 또는 다른 재료가 사용될 수 있다.

막과 섬유절연재료와의 조합에 의해, 또 다른 예의 절연장치가 적층판으로서 또는 "co-lapped" 의 형태로서 얻어진다. 이러한 예의 절연장치는 상업적으로 유용한 소위 페이퍼 폴리프로필렌 적층판, PPLP 이지만, 막과 섬유부분의 다른 여러 가지의 조합도 가능하다. 이들 장치에서는, 광유 (mineral oil) 와 같은 여러 가지의 함침이 사용될 수 있다.

Claims (21)

1. 권선을 포함하는 3상 주전동기에 있어서,

   상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층으로 이루어지는 절연체와, 상기 반도체층 사이의 솔리드 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 주전동기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전동기는 비동기 전동기인 것을 특징으로 하는 3상 주전동기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전동기는 동기 전동기인 것을 특징으로 하는 3상 주전동기.
4. 기관차 또는 합승 자동차용의 구동장치로서, 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항에 따른 전동기와, 이 전동기에 연결된 레귤레이터 장치를 포함하는 구동장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 레귤레이터 장치는 반도체 ac/ac 컨버터인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 기관차 또는 합승 자동차용의 구동장치로서, 권선을 가지는 변압기, 이 변압기에 의해 공급된 사이리스터 브리지, 및 이 사이리스터 브리지에 의해 공급되고 주전동기에 전력을 공급하도록 배치된 dc/ac 컨버터를 포함하는 구동장치에 있어서,

   상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층으로 이루어지는 절연체와, 상기 반도체층 사이의 솔리드 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
7. 기관차 또는 합승 자동차용의 구동장치로서, 권선을 갖고 주전동기에 전력을 공급하도록 배치된 회전 변류기를 포함하는 구동장치에 있어서,

   상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층으로 이루어지는 절연체와, 상기 반도체층 사이의 솔리드 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 회전 변류기는, 전동기 기능과 발전기 기능 모두를 가지는 단일의 기계인 것을 특징으로 하는 구동장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 회전 변류기는 상수 컨버터인 것을 특징으로 하는 구동장치.
10. 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항에 있어서, 상기 회전 변류기는 레귤레이터 장치를 공급하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
11. 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항에 있어서, 상기 회전 변류기는 dc/ac 컨버터를 공급하는 정류기 브리지를 공급하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
12. 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항에 있어서, 상기 회전 변류기는 ac/ac 주파수 컨버터를 공급하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
13. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 상기 층들중 적어도 하나는 상기 솔리드 절연체와 실질적으로 동일한 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
14. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 상기 전동기의 자기회로의 철심내에 자속이 흐르고, 변압기 또는 회전 변류기는 적층 강판 및/또는 조 단조철 및/또는 주철 및/또는 분말-베이스 철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
15. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 적어도 하나의 도체 (31) 를 에워싸는 가장 안쪽의 반도체층 (32)은 상기 도체 (31) 와 실질적으로 동일한 전위인 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
16. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 외측 반도체층 (34) 은 선택된 전위에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 선택된 전위는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
18. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 권선의 통전 도체는 복수의 소선을 포함하고, 이들 소선의 소수만이 서로 절연되지 않은 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
19. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 상기 권선 및 상기 장치 유니트간의 고장력 전류용의 영구절연 접속도체는, 고전압용의 솔리드 절연체를 가지며 또한 적어도 2개의 반도체층 (32,34) 및 절연 또는 비절연의 소선 (36) 을 포함하는 케이블 (6) 을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 고전압 케이블 (6) 은 10 과 3000 mm²사이의 도체면적과 6 과 250 mm 사이의 외측 케이블 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.
21. 전항들중의 어느 한 항에 기재된 전동기 또는 전동장치에 있어서, 상기 권선은 적어도 10 kV 의 정격 전압을 통전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동기 또는 전동장치.