KR20100047245A

KR20100047245A - 전기 기계, 특히 비동기 3 상 전류 수소발생기

Info

Publication number: KR20100047245A
Application number: KR1020107002322A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 슈미트; 토마스 클람트; 이반 미키츠
Original assignee: 알스톰 테크놀러지 리미티드
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-05-07
Also published as: KR101477487B1; BRPI0814770A2; RU2010107605A; WO2009019087A2; EP2174403B1; CN101772877B; US20100194229A1; US8093778B2; CN101772877A; RU2483413C2; WO2009019087A3; CA2694137C; EP2174403A2; CA2694137A1

Abstract

본 발명은, 전기 기계, 특히 3-상 비동기 수소발생기로서, 로터 (10) 및 스테이터 및 권선 (13) 을 구비하며, 상기 권선은 축선방향으로 연장하는 다수의 권선 바 (17, 18) 를 포함하고, 이들 권선 바는 코어 (11) 의 대응 권선 슬롯 (12) 에서 쌍을 이루어 서로 포개어져 있고, 상기 권선 바 (17, 18) 는 기계의 단부측에서 권선 슬롯 (12) 으로부터 나오고, 상기 권선 바의 대부분은 미리 정해진 설계에 따라서 단부 권선 (13a, 13b) 에서 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되어 있고, 각각의 경우에 제 1 권선 슬롯의 하나의 상부 권선 바 (18) 및 제 2 권선 슬롯의 하나의 하부 권선 바 (17) 는 그 단부 (21, 22) 가 서로 포개어져 반경방향으로 서로 교차하도록 서로를 향해 구부러져 있다.
이러한 기계에서는 전기적으로 연결된 한 쌍의 권선 바의 권선 바 (17, 18) 의 연결부 (16) 를 위해 일체형 연결 요소 (27) 가 제공된다는 점에서 제조 및 설치가 간단해진다.

Description

전기 기계, 특히 비동기 3 상 전류 수소발생기{ELECTRIC MACHINE, PARTICULARLY ASYNCHRONOUS THREE-PHASE CURRENT HYDROGENERATOR}

본 발명은 전기 기계 분야에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른, 전기 기계, 특히 수소발생기에 관한 것이다.

파워 일렉트로닉스 (power electronics) 분야에서의 향상된 기술 및 개방형 전력 시장 (open electricity market) 에서 변화된 시장 경제 조건의 결과로서, 에너지 생성을 위한 가변속 드라이브 (variable-speed drive) 라는 주제가 중요해졌다. 이를 위해서, 이중-급전형 (double-fed) 비동기 기계가, 특히 60 MVA 초과의 전력에서 이용되는 것이 바람직하다.

이 유형의 기계의 스테이터는, 이 경우에 있어서 종래의 돌극형 동기 기계와 다르지 않다. 이 유형의 기계는, 스테이터와 로터 모두에 3-상 권선 (three-phase winding) 이 구비된다는 사실을 특징으로 한다. 일반적으로, 로터 권선의 단부 권선은 이 경우에 원통형 표면에 배열된다 (DE-A1-195 13 457).

예컨대 로터에 대한, 대응하는 (3-상) 권선 설계가 도 1 에 도시되어 있는데 여기서, 로터 주위는 도면의 평면에서 권취되지 않은 형태로 도시되어 있다: 로터 (10) 는 로터 코어 (11) 를 가지며, 이 로터 코어에는 축선 방향으로 연장하는 권선 슬롯 (12) 이 제공된다. 권선 슬롯 (12) 은 권선 바 (17, 18) 로부터 형성된 권선 (13) 을 수용한다. 각각의 상이 상이한 유형의 선으로 도시되어 있다 (짧은 점선, 긴 점선, 실선). 각각의 경우에 두 개의 권선 바 (17, 18) 는 권선 슬롯에서 서로 포개어져 수용된다. 로터 (10) 의 단부측에서, 권선 바 (17, 18) 는 권선 슬롯 (12) 으로부터 나오고, 상기 권선 바의 대부분은 단부 권선 (13a 및 13b) 내에서 미리 결정된 설계에 따라서 단부에서 쌍을 이루어 상호 전기적으로 연결되어 있다 (연결부 (16)). 권선 바의 나머지는 단자 (14, 15) 로서 외부를 통과한다.

쌍 방식 (pairwise) 의 연결을 위해서, 단부 권선 (13a') 의 확대 상세도로서 도 2 에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서는 각각의 경우에 제 1 권선 슬롯의 하나의 상부 권선 바 (18) 및 제 2 권선 슬롯의 하나의 하부 권선 바 (17) 는, 두 개의 단부가 반경 방향으로 서로 포개어져 있는 방식으로 로터 코어 (11) 의 단부에서 서로를 향해 구부러진다. 바 단부 (19, 20) 는, 서로를 향해 구부러지는 권선 바 (17, 18) 의 단부에서의 제 2 굽힘으로 인해 서로 포개어져 평행하게 배열된다. 권선 바 (17, 18) 의 노출된 (줄무늬 절연체) 컨덕터는, 이 영역에서, 직사각형 단면을 갖는 러그 (21, 22) 를 형성하고, 그 다음, 각각의 경우에 이 러그에 하나의 각이 진 연결 부품 (23 또는 24) 이 끼워맞춤된다. 서로 연결될 두 개의 연결 부품 (23, 24) 에 의해서 전기적으로 전도성인 연결부 (16; 도 1) 가 최종적으로 생긴다.

도 2 에 도시된 단부 권선 (13a') 의 공지된 형성은 여러 단점을 갖는다: 첫 번째로, 바 단부 (19, 20) 에서의 제 2 굽힘이 필수적이고, 이는 추가적인 복잡함을 수반한다. 두 번째로, 평행한 바 단부 (19, 20) 를 위해 추가적인 구리 재료가 요구되고, 그 결과 재료 비용이 증가하는 것뿐만 아니라, 단부 권선의 축선방향 길이 및 권선 저항성이 증가된다.

이에 따라, 스테이터 권선의 경우에 단부 권선에 제 2 굽힘을 없애고 연결될 권선 바의 상호 교차하는 단부를 특별한 다중-부품 연결 부품에 의해 연결시키는 것이 US-A-5,789,840 에 제안되어 왔다. 그러나, 이 해결책의 한가지 단점은, 두 개의 U-자형 연결 요소 (62, 64) 및 중앙에 배열되는 회전 핀 (66) 을 포함하는, 연결 부품의 다중-부품 설계이다. 다중-부품 설계의 결과, 연결 요소는, 상이한 교차 각도로 매칭될 수 있지만, 다수의 연결부가 생성될 필요가 있다면 제작 및 설치의 관점에서 복잡하다.

본 발명의 목적은, 공지된 기계의 상기 단점을 회피하고 설치를 간단하게 함과 동시에, 특히 축선방향으로 단축된 단부 권선을 유지하면서, 보다 기계적으로 안정한 설계가 가능하도록 하는 방식으로 처음에 언급된 유형의 전기 기계를 설계하는 것이다.

본 발명의 목적은, 전기적으로 연결된 한 쌍의 권선 바의 권선 바의 연결부를 위해 일체형 연결 요소가 제공된다는 사실에 의해 실질적으로 달성된다. 대부분의 경우에 단부 권선에서의 교차 각도가 모든 연결부에서 동일하기 때문에, 서로에 대해 역거울 대칭되어 있는 (mirror-inverted), 두 가지 실시형태를 갖는 오직 한 가지 유형의 연결 요소가 요구된다. 이들 연결 요소는 용이하게 조립될 수 있다. 일체형이라는 특성으로 인해서, 연결 요소는 오직 두 개의 바 단부에 연결될 필요만 있다. 특히, 원심력 또는 진동으로부터 부하를 받는 경우에 연결 요소가 각각의 부품으로 분해될 위험이 없다. 또한, 일체형이라는 특성은 이동 저항성이 최소화되기 때문에 전류 전도의 관점에서도 이점을 제공한다.

본 발명의 일 개선점은, 전기적으로 상호연결된 권선 바의 단부가 직사각형 단면을 갖는 일직선 러그의 형태이고, 상기 연결 요소는 반경 방향으로 배향되어 있고 두 개의 베어링면을 갖는 원형 아일렛 (eyelet) 의 형태이고, 상기 두 개의 베어링면은, 서로 연결될 권선 바의 러그를 지지하기 위해서, 서로 포개어져서 반경 방향으로 서로 교차한다는 사실을 특징으로 한다. 그 결과, 연결부는 특히 공간 절약적 및 공기역학적으로 선호되는 설계를 갖는다. 특히, 상호 교차하는 권선 바 단부의 교차 각도와 원형 아일렛의 상호 교차하는 베어링면의 교차 각도는 동일하다.

본 발명의 다른 개선점에 따르면, 원형 아일렛은 원통형 기본 형상을 갖고, 상기 베어링면은 원통 축선에 평행하게 배열되어 있고 러그의 두께의 절반에 대응하는 거리만큼 원통 축선으로부터 이격되어 있다.

또한, 원형 아일렛이 두 개의 베어링면 사이에서 중앙 편을 갖는다면 전기적 및 기계적인 특성에 대해 유리하다.

바람직하게는, 러그의 길이는 원형 아일렛의 외경 이하이다. 이는 러그가 지장을 주는 방식으로 (in a disruptive manner) 원형 아일렛을 넘어 돌출하는 것을 방지해준다.

권선은 바람직하게는 기계의 로터 권선이다. 그러나, 권선은 기계의 스테이터 권선일 수도 있다.

도 1 은 3-상 비동기 수소발생기의 3-상 로터 권선의 대표적인 권선 설계를 도시한다.
도 2 는 종래 기술에 알려진 바와 같은, 도 1 에 도시된 권선의 단부 권선에서의 권선 바의 단부의 연결부를 도시한다.
도 3 은, 도 2 와 비교하여, 원형 아일렛에 의한 본 발명의 바람직한 대표적인 실시형태에 따른 권선의 단부 권선에서의 권선 바의 단부의 연결부의 도면을 도시한다.
도 4 는 도 3 으로부터의 원형 아일렛의 상이한 도면을 도시하는 복수 개의 하위도면 4(a) ~ 4(b) 를 도시한다.

도 3 은, 도 2 와 비교하여, 본 발명의 바람직한 대표적인 실시형태에 따른 권선의 단부 권선 (13a) 에서의 권선 바의 단부의 연결부의 도면을 도시한다. 권선 슬롯으로부터 나오고 권선 슬롯의 단부에서 후방으로 한 번 구부러진 권선 바 (17, 18) 는, 그 (직선) 단부에서 쌍을 이루어 서로 포개어져 있도록 상호 교차하는 방식으로 바 단부에서 두 번째 굽힘 없이 서로를 향해 공급된다. 상호 교차하는 단부는 이 경우에 노출된 (줄무늬 절연) 컨덕터이고, 이 컨덕터는 러그 (21, 22) 의 형태로 바 단부로부터 돌출한다. 상호 교차하는 러그 (21, 22) 의 교차 축과 동축으로, 두 개의 러그 (21, 22) 에 고정 연결되어 있는 원형 아일렛 (27) 이 전기 전도성이 높은 일체형 연결 소자로서 배열되어 있다. 그 단부가 연결되어 있지 않은 선택된 컨덕터 바는, 축선 방향으로 두 번 구부러지고 단자 부품 (25, 26) 을 따라 권선을 연결하기 위해서 이용된다.

특히 도 4 에 도시된, 이용되는 원형 아일렛 (27) 은 원통 축선 (31) 을 갖는 원통형 기본 형상을 갖는다. 축선 방향으로 평행한, 상호 교차하는 두 개의 베어링면 (28 및 29) 은 원통 축선 (31) 을 따라서, 전후로 형성되고, 중앙 편 (30) 에 의해 분리된다. 베어링면 (28, 29) 의 교차 각도는 상호 교차하는 러그 (21, 22) 의 교차 각도에 대응한다. 베어링면 (28, 29) 과 원통 축선 (31) 사이의 거리 (A) 는 러그 (21, 22) 의 두께의 절반 (D/2) 에 대응한다 (도 3). 이렇게, 러그 (21, 22) 는 상기 원형 아일렛 (27) 이 끼워맞춤될 때 원형 아일렛 (27) 의 원통을 통해 정확하게 중앙으로 통과한다. 도 3 에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 러그 (21, 22) 의 길이는 원형 아일렛 (27) 의 외경 이하이고, 그 결과, 러그 (21, 22) 는 지장을 주는 방식으로 원형 아일렛 (27) 을 넘어 돌출하지 않는다. 바 단부 사이의 전류 이동은 원형 아일렛의 중앙 편 (30) 에 의해 최적화된다. 구리, 구리 합금 또는 다른 전기 전도성이 높은 재료가 원형 아일렛의 재료로서 이용될 수 있다.

전체적으로, 본 발명에 따르면, 구리를 절감하고, 구리 손실을 감소시키고, 원심력에 대해 보다 용이하게 지탱될 수 있고 (권선이 로터 권선이라면), 보다 용이하게 제조되어 끼워맞춤될 수 있고 높은 기계적 안정성 및 안전성을 갖는 단축 단부 권선이 얻어진다. 본 발명에 따른 권선은 로터 권선 및 스테이터 권선 모두로서 이용될 수 있다.

10: 로터
11: 로터 코어
12: 권선 슬롯
13: 권선
13a, 13b: 단부 권선
14, 15: 단자
16: 연결부
17, 18: 권선 바
19, 20: 바 단부 (크랭크됨)
21, 22: 러그
23, 24: 연결 부품
25, 26: 단자 부품 (크랭크됨)
27: 원형 아일렛
28, 29: 베어링면
30: 중앙 편
31: 원통 축선

Claims

전기 기계, 특히 3-상 비동기 수소발생기로서, 로터 (10) 및 스테이터 및 권선 (13) 을 구비하며, 상기 권선은 축선방향으로 연장하는 다수의 권선 바 (17, 18) 를 포함하고, 이들 권선 바는 코어 (11) 의 대응 권선 슬롯 (12) 에서 쌍을 이루어 서로 포개어져 있고, 상기 권선 바 (17, 18) 는 기계의 단부측에서 권선 슬롯 (12) 으로부터 나오고, 상기 권선 바의 대부분은 미리 정해진 설계에 따라서 단부 권선 (13a, 13b) 에서 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되어 있고, 각각의 경우에 제 1 권선 슬롯의 하나의 상부 권선 바 (18) 및 제 2 권선 슬롯의 하나의 하부 권선 바 (17) 는 그 단부 (21, 22) 가 서로 포개어져 반경방향으로 서로 교차하도록 서로를 향해 구부러져 있는 전기 기계에 있어서,
전기적으로 연결된 한 쌍의 권선 바의 권선 바 (17, 18) 의 연결부 (16) 를 위해 일체형 연결 요소 (27) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 전기적으로 상호연결된 권선 바 (17, 18) 의 단부는 직사각형 단면을 갖는 일직선 러그 (21, 22) 의 형태이고, 상기 연결 요소는 반경 방향으로 배향되어 있으며 두 개의 베어링면 (28, 29) 을 갖는 원형 아일렛 (27) 의 형태이고, 상기 두 개의 베어링면 (28, 29) 은, 서로 연결될 권선 바 (17, 18) 의 러그 (21, 22) 를 지지하기 위해서, 서로 포개어져서 반경 방향으로 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 2 항에 있어서, 상호 교차하는 권선 바 단부 (21, 22) 의 교차 각도와 원형 아일렛 (27) 의 상호 교차하는 베어링면 (28, 29) 의 교차 각도는 동일한 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 원형 아일렛 (27) 은 원통형 기본 형상을 갖고, 상기 베어링면 (28, 29) 은 원통 축선 (31) 에 평행하게 배열되어 있고 러그 (21, 22) 의 두께의 절반 (D/2) 에 대응하는 거리 (A) 만큼 원통 축선 (31) 으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 아일렛 (27) 은 두 개의 베어링면 (28, 29) 사이에서 중앙 편 (30) 을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 4 항에 있어서, 상기 러그 (21, 22) 의 길이는 원형 아일렛 (27) 의 외경 이하인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 (13) 은 기계의 로터 권선인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선은 기계의 스테이터 권선인 것을 특징으로 하는 전기 기계.