KR20020063568A - 권선을 구비한 전기 머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개별적으로 절연된 도체들(9)로 구성된 와이어(8)를 포함하는 권선(5)을 구비한 전기 머신에 관한 것으로서, 절연 도체(9)는 와이어 또는 스트랜드이며, 절연 도체(9)는 권선(5)의 엣지 사이에서 지그재그 패턴으로 연장하며, 상기 엣지는 냉각 매체와 열적 전도 접촉하고 있다.

Description

권선을 구비한 전기 머신{ELECTRICAL MACHINE WITH A WINDING}

이러한 종류의 와이어를 일반적으로 리쯔 와이어(Litz wire)라 한다.

이러한 권선은 예컨대 회전자의 치(teeth) 둘레 또는 홈 내에 놓여지며, 회전자의 치(teeth) 또는 홈은 회전자의 회전축에 대해서 평행하게 연장한다.

공지의 모터 또는 제너레이터에 있어서, 서로 평행하게 연장하는 권선 와이어의 도체들은 소형 번들(bundle)로 트위스티드 되어 있다. 이러한 소형 번들은 예컨대 트위스티드 또는 브레이디드 와이어(braided wire)의 리쯔 와이어로 구성 가능하며, 권선 와이어는 서로 평행하게 연장하는 수 개의 리쯔 와이어를 포함한다.

권선 방향에 수직한 권선의 열전도는 구리의 열전도에 비해 매우 작다. 그러므로, 권선은 종종 열전도를 증가시키기 위해 특정 물질이 주입되나, 이 때 권선의 횡단 방향의 열전도는 비교적 작으며 권선의 가능한 냉각이 제한된다.

유럽 특허 출원 제0 519 679호는 전기자 권선(armature winding)을 개시하고 있는데, 여기서 권선용으로 사용되는 와이어는 패러랠 도체들로 이루어져 있다. 권선 와이어의 횡단면에서, 수 개의 도체가 횡단 방향으로 서로 인접하며 이들 도체는 권선 와이어의 종방향으로 서로 평행하게 연장하고 있다. 동 특허는 냉각에 대해서는 어떠한 언급도 없으며, 권선은 상기한 공지의 모터 및 제너레이터와 동일한 제한된 냉각 기능을 갖고 있다.

권선이 충분히 냉각되지 못하면 모터 또는 제너레이터의 속도에 제한을 줄 수 있다.

본 발명은 전기 머신에 관한 것으로서, 특히 개별적으로 절연된 도체들로 이루어진 와이어를 포함하는 권선을 구비한 모터 또는 제너레이터에 관한 것이며, 이들 도체는 와이어 또는 스트랜드(strand)이다.

도 1은 리쯔 와이어를 포함하는 종래의 권선을 구비한 전기 모터의 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 권선을 구비한 도 1과 유사한 단면도이다.

도 3은 도 2의 선 III-III에서 본 단면을 도시하고 있다.

도 4는 권선 와이어의 또 다른 형태의 실시예로 도 3의 것과 유사한 단면을 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 따른 권선의 또 다른 실시예로 도 2의 것과 유사한 단면도이다.

본 발명의 목적은 증대된 냉각 기능을 갖는 권선을 구비한 전기 머신을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 이러한 목적은 권선 와이어의 도체가 권선의 엣지들 사이에서 지그재그 패턴으로 연장함으로써 달성되며, 상기 엣지들은 냉각 매체와 열적 전도 접촉 상태에 있다.

권선에 수직한 부분에서와, 횡단 방향으로는 오직 하나의 와이어 만이 있는데, 이 와이어는 지그재그 패턴으로 절연된 도체를 연장한다.

지그재그 패턴에 의해 열이 와이어를 따라 권선의 엣지로 전달될 수 있고, 그에 따라 절연을 통해 하나의 와이어에서 다른 와이어로 점프하는 대신에 냉각 매체에 열이 전달될 수 있으며 그 열은 도체들이 평행한 경우 이외에 훨씬 더 연장하도록 측면 방향으로 소산(消散)될 수 있다.

독일 특허 제 496. 884호는 권선 와이어의 제조 방법을 개시하고 있는데, 여기서 도체들은 권선의 와이어의 엣지에서 다른 엣지까지 펼쳐져 있다. 그러나 동특허는 이러한 와이어가 권선에서 어떻게 사용되는 지에 대해서는 암시하고 있는 바가 없다. 와이어의 엣지들이 또한 권선의 엣지들이며 냉각 매체와 열적 전도 접촉 상태에 있다는 것에 대해서는 암시하고 있는 바가 없다. 이와는 대조적으로 냉각을 위해 권선 와이어는 냉각 공기용 채널을 포함하는 공동으로 만들어 질 수 있다.

본 발명에 의하면, 지그재그 패턴은 권선의 평균 종방향(mean longitudinal direction)에 대해서 10°와 45°사이의 각도 하에 있을 수 있다.

특히, 권선 와이어는 절연된 도체들의 평평하고 넓은 패킷으로 형성된 와이어로 구성 가능하며 각 도체는 패킷의 하나의 측면에서 다른 측면으로 지그재그 패턴으로 연장한다.

권선은 고형의 열전도 물질, 예컨대 고정자의 철과 열전도 접속 상태에 있을 수 있으며, 이 경우 냉각 매체는 그의 열전도 물질로 구성된다.

권선은 고정자의 채널 내에 놓여질 수 있으며, 그에 따라 실시예의 형태로 채널 내에 공간이 오픈 상태로 남겨지며, 그 공간은 액체의 냉각 매체 또는 기체의 냉각 매체, 예컨대 트랜스포머 오일로 채워진다.

권선 와이어는 권선이 자체 지지되도록 적절한 바니쉬로 채워질 수 있다. 이 경우, 권선은 에어 권선형 모터에서 사용 가능하며 냉각 매체는 기체의 냉각 매체일 수 있다.

권선 와이어는 권선이 자체 지지되도록 적절한 바니쉬가 주입 가능하다. 이 경우, 권선은 에어 권선형 모터에서 사용 가능하며, 냉각 매체는 기체일 수 있다.

이후, 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 회전자(2) 주위의 고정자(1)를 포함하는 종래의 모터의 일부를 도시하고 있다.

고정자(1)의 내측에는 채널(4)들 사이에 형성된 치(3)가 설치되어 있다. 리쯔 와이어(6)를 구비한 코일 또는 권선(5)이 이들 채널(4) 각각에 개재되어 있다.

리쯔 와이어(6)는 절연 엔벨로프(7A)에 의해서 에워싸여진 복수의 절연 도체(7)로 구성된다.

또 다른 실시예에 있어서, 리쯔 와이어(6)는 절연 엔벨로프에 의해서 에워싸인 마그네트 와이어의 다수의 번들로 구성 가능하다.

두 실시예에 있어서, 절연 엔벨로프는 절대 필요 구성 요소는 아니다.

두 실시예에 있어서, 와이어(6)는 상기 와이어의 수 개의 부분이 서로 적층 되어 인접하여 놓여지도록 고정자(1)를 중심으로 수 회 감겨진다. 권선의 횡단 방향으로 와이어의 수 개 부분이 인접하며 그 부분은 권선의 두 측면으로 동시에 연장하고 있지는 않다.

이것은 열이 리쯔 와이어(6) 내측에 놓여진 도체(7)로부터 소산되기 극히 어려울 수 있다는 것을 의미한다. 열은 도체에서 도체로 측방향으로 점프하고 리쯔 와이어(6)에서 또 다른 와이어로 추가 점프하여 권선(5)의 외곽면 또는 엣지, 궁극에는 채널(4)에 도달하여야 만 한다.

도 2에 도시한 모터는 본 발명에 따른 권선(5)의 설계에 의한 것으로서, 도 1에 도시한 것과는 상이하다.

권선(5)은 또한 복수의 개별적으로 절연된 도체(9)를 포함하는 와이어(8)로 구성되며, 이들 도체(9)는 각 도체(9)가 권선(5)의 외각면 또는 엣지에 규칙적으로 도달하도록 채널(4)에서 지그재그 패턴으로 연장하고 있다. 도체(9)는 도 2 및 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 단일 와이어이거나 스트랜드 또는 번들일 수 있다.

지그재그 패턴은 권선(5) 및 와이어(8)의 평균 종방향에 대해서 5°및 45°사이, 양호하게는 10°및 30°사이의 각 α이다.

도체(9)는 도 2 및 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 거의 장방형 부분의 평평하고 넓은 패킷 내에 포함될 수 있으며, 도체(9) 각각은, 예컨대 주름의 형태로 패킷의 하나의 사이드에서 다른 사이드까지 펼쳐 있다.

와이어(8)를 구성하는 패킷은 채널(4)과 같이 크며, 패킷의 래터럴 엣지들은고정자(1)의 철인 채널(4)의 벽과 접촉한다.

채널(4) 벽과 권선(5) 사이에는 전기적인 절연이 있을 수 있으며, 그에 따라 그 절연은 너무 얇아 도체(9)에서 고정자(1)의 열전도 물질(대부분은 철) 내에 있는 채널(4) 벽쪽으로의 열전도를 막지 못한다.

절연된 도체(9)의 패킷은, 예컨대 도 2 및 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 전기 절연재의 엔밸로프(8A)에 의해서 둘러싸일 수 있다.

사실상 와이어(8)는 플랫한 리쯔 와이어일 수 있다.

테스트를 통해 권선의 엣지에서 다른 엣지까지 지그재그로 펼쳐진 도체(9)를 구비한 본 발명에 따른 권선 와이어(8)를 가진 권선(5)의 열전도는 평행 표준 리쯔 와이어를 구비한 도 1에 따른 권선(5)의 열전도의 10 배 이상임을 알았다.

고정자(1)의 철 또는 냉각벽에 대해 권선(5)의 냉각을 향상시키기 위해 열적 페이스트(thermal paste)가 사용 가능하다.

또 다른 실시예에 있어서, 도체(9)는 엔밸로프(9A)에 의해서 함께 고정되지 않으나 주름을 형성하여 패킷 내에서 함께 고정 가능하며, 이 경우 엔밸로프는 생략 가능하다. 이것은 한층 열소산을 향상시킬 수 있다. 도 4는 이러한 실시예를 도시하고 있다.

도 5에는 본 발명에 따른 모터의 또 다른 실시예가 도시되고 있다. 이 경우, 권선(5)의 엣지들은 더 이상 채널(4) 벽과 고정자(1)의 철과 접촉하고 있지 않다. 권선(5)의 두 측면 상의 채널(4) 내에는 공간(10)이 남겨진다. 이 공간(10)은 트랜스포머 오일과 같은 액체의 냉각 매체로 채워진다.

스페이서(11)는 권선(5)을 정확한 위치 상태로 유지시키기 위해 채널(4) 내에 설치된다.

이것은 또한 적절한 바니쉬로에 권선 와이어(8)를 주입함으로써 달성 가능하며, 그에 따라 권선(5)은 자체 지지되어 에어갭 권선형 모터로 적합하다.

이 경우, 냉각 매체는 기체, 예컨대 권선(5) 사이에 불어 넣어진 공기일 수 있다.

도 5의 실시예에 있어서, 열전도는 도 2 및 도 3의 실시예에서 보다 한층 크다

본 발명에 따른 도 2 내지 5의 실시예의 도체(9)의 지그재그 패턴에 의해 권선(5)의 엣지쪽으로 구리 도체를 따라 그리고 거기서 고체 냉각 매체, 액체 냉각 매체, 기체 냉각 매체로의 열이 전달 가능하다.

전기 머신이 반드시 모터일 필요는 없다. 예컨대 전기 머신이 제너레이터일 수 있다.

Claims (11)

1. 개별적으로 절연된 도체들(9)로 구성된 와이어(8)를 포함하는 권선(5)을 구비한 전기 머신으로, 이들 도체는 와이어 또는 스트랜드인 상기 전기 머신에 있어서,

   상기 절연 도체(9)는 상기 권선(5)의 엣지들 사이에서 지그재그 패턴으로 연장하며, 상기 엣지들은 냉각 매체와 열적 전도 접촉 상태인 것을 특징으로 하는 전기 머신.
2. 제1항에 있어서, 상기 지그재그 패턴은 상기 권선(5)의 평균 종방향에 대해서 5°및 45°사이의 각 α하에 있는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
3. 제1항에 있어서, 상기 지그재그 패턴은 상기 권선(5)의 평균 종방향에 대해서 10°및 30°사이의 각 α하에 있는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
4. 제3항에 있어서, 상기 와이어(8)는 리쯔 와이어(Litz wire)인 것을 특징으로 하는 전기 머신.
5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(5)은 절연 도체(9)의 평평하고 넓은 패킷으로 형성된 와이어(8)로 구성되며, 상기 도체(9)는 상기 패킷의하나의 측면에서 다른 측면으로 지그재그 패턴으로 연장하는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
6. 제5항에 있어서, 상기 권선(5)은 주름의 형태로 지그재그로 연장하는 절연 도체(9)의 패킷 형태의 와이어(8)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(5)은 채널(4) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(5)은 고체 열전도 물질, 예컨대 고정자의 철과 열전도 접속되며, 상기 냉각 매체는 그의 열전도재로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선(5)은 채널(4) 내에 위치하며, 상기 채널(4) 내에는 스페이스(10)가 오픈 상태로 남겨지며, 상기 스페이스(10)는 트랜스포머 오일과 같은 기체 냉각 매체 또는 액체 냉각 매체로 채워지는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 머신은 자체 지지되도록 적절한 바니쉬가 주입되는 것을 특징으로 하는 전기 머신.
11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 머신은 에어갭 권선형 모터에서 사용되며, 상기 냉각 매체는 기체 또는 액체인 것을 특징으로 하는 전기 머신.