KR20120029331A

KR20120029331A - 전기 기계용 어셈블리의 세그먼트, 전기 기계의 어셈블리, 및 그 어셈블리를 구비한 전기 기계

Info

Publication number: KR20120029331A
Application number: KR1020110091881A
Authority: KR
Inventors: 스펜야 지멘스; 소른 브로브레브스키; 올리버 드보르스키; 노르베어트 고트쉬만
Original assignee: 로이드 다이나모베어케 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-03-26
Also published as: CN102403806B; DE102010037588A1; CN102403806A; KR101266857B1

Abstract

본 발명은 각각의 코일(26, 27, 28, 29, 30)의 제1 코일 측면(26b, 27b, 28b, 29b, 30b)이 제1 층에 배치되고 각각의 코일(26, 27, 28, 29, 30)의 다른 코일 측면이 제2 층에 배치되도록 제1 어레이의 코일들(26, 27, 28, 29, 30)을 2개의 층들에 수납하기 위한 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)을 구비하는 전기 기계용 어셈블리의 세그먼트에 관한 것이다. 전기 기술적으로 제안되는 2층 권선을 구비하는 그러한 어셈블리를 적은 제작 비용으로 구현하기 위해, 본 발명에 따라 제1 코일 측면(22b, 23b, 24b, 25b) 및 제2 코일 측면(22a, 23a, 24a, 25a)을 갖는 제2 어레이의 코일들(22, 23, 24, 25)이 마련되고, 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 제1 코일 측면(22b, 23b, 24b, 25b)이 제2 층에 배치되고 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 다른 코일 측면(22a, 23a, 24a, 25a)이 제3 층에 배치되도록 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) 중의 적어도 몇 개가 제3 층을 위한 깊이를 갖는다.

Description

전기 기계용 어셈블리의 세그먼트, 전기 기계의 어셈블리, 및 그 어셈블리를 구비한 전기 기계{SEGMENT OF ASSEMBLY FOR ELECTRICAL MACHINE, ASSEMBLY OF ELECTRICAL MACHINE AND ELECTRICAL MACHINE WITH SUCH A ASSEMBLY}

본 발명은 각각의 코일의 제1 코일 측면이 제1 층에 배치되고 각각의 코일의 다른 코일 측면이 제2 층에 배치되도록 제1 어레이의 코일들을 2개의 층들에 수납하기 위한 홈들을 구비하는 전기 기계(electrical machine)용 어셈블리의 세그먼트(segment)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 세그먼트들을 구비한 전기 기계의 어셈블리 및 그러한 어셈블리를 구비한 전기 기계에 관한 것이다.

그러한 세그먼트들, 어셈블리들, 및 전기 기계들이 DE 10 2007 054 719 A1로부터 공지되어 있다.

본 발명은 우선 고정자로도 지칭되는 전기 기계의 스테이터(stator)들을 그 대상으로 상정하고 있으나, 본 발명은 유사하게 로터(rotor; 회전자로도 지칭됨)들에도 똑같이 잘 들어맞는다. 즉, 본 발명은 다수의 코일들이 서로 겹쳐진 권선(winding)을 구비하는 전기 기계의 어셈블리들(스테이터들 및/또는 로터들)에 매우 보편적으로 적합하다.

전기 기계의 매우 큰 스테이터들은 제조 지점으로부터 사용 지점으로 일체로는 거의 운반될 수 없다. 현대적 풍력 발전 시스템의 발전기들, 예컨대 해상 풍력 발전 기지용 발전기들의 일부도 역시 상당한 크레인 비용을 들여야만 풍력 발전 시스템의 타워 상에 올려질 수 있을 정도로 크다. 또한, 스테이터들을 일체로 하게 되면, 단지 하나의 스테이터 코일에 결함이 있을 경우에 전체의 스테이터를 교환하여야 하고, 그로 인해 그에 상응하는 보수 비용이 유발되는 단점이 있다. 전기 기계를 선상에서 발전기 또는 전동기로서, 예컨대 선박의 디젤 전기 구동 장치용 발전기 또는 전동기로서 사용하는 경우, 결함이 있는 스테이터를 제거하고 새로운 스테이터로 교체할 수 있도록 하기 위해서는 종종 선체 외판을 잘라내기까지 하는 것이 필요하기도 하다.

그러한 모든 단점들을 피하기 위해, 전기 기계의 스테이터들을 나중에 사용 지점에서 스테이터로 조립되는 다수의 세그먼트들로 제작하는 것이 이미 20세기의 20년대에 제안된 바 있다. 즉, DE 334 070은 스테이터를 4개의 세그먼트들로 형성하는 것을 제안하고 있는데, 그 특허 공보 자체는 다수의 세그먼트들로 형성된 스테이터들을 자기적으로 최적화하는 것을 다루고 있다. 개개의 세그먼트들은 적절히 소형 경량으로 되고, 그에 따라 세그먼트들을 그에 상응하게 간단히 운반 및 취급할 수 있다. 코일이 손상되면, 해당 세그먼트만을 교체하면 된다. 또한, 코일에 결함이 있는 경우, 개별 세그먼트들이 서로 완전히 전기적으로 절연되어 있거나 사고가 있은 후에 작동 정지된 세그먼트가 전기적으로 절연되어 있는 한, 전체의 스테이터 및 그에 따른 전체의 전기 기계가 작동 정지하는 것이 아니라, 해당 세그먼트만이 작동 정지된다. 그러면, 전기 기계는 그에 상응하게 줄어든 출력으로 계속 작동할 수 있게 된다. 즉, 그 경우, 다수의 세그먼트들로 형성된 기계는 어느 정도의 고장 방지 능력(fault tolerance)을 갖는다.

또한, 전기 기계용의 소위 2층 권선들이 공지되어 있고, 예컨대 F. Heiles의 저서 "전기 기계의 권선들 및 그 제조", 증보 2판, Spring-Verlag, Berlin/Gottingen/Heidelberg, 1953에 개시되어 있다. 그 저서의 제49면에 수록된 그림 62는 3상 2층 권선의 구성을 나타내고 있다. 이어서, 제126면 이하로부터 직류 및 교류 정류기들에 사용하기 위한 여러 2층 권선들이 설명되어 있다. 스테이터 스택(stator stack)의 홈에는 항상 2개의 코일 측면들이 반경 방향으로 보았을 때에 서로 상하로, 즉 2층 또는 2겹으로 배치된다. 각각의 코일의 하나의 코일 측면은 하층에 놓이고, 다른 코일 측면은 상층에 놓이는데, 각각의 코일의 양 코일 측면들의 간격을 코일 폭(w)으로서 지칭한다. 즉, 임의의 코일의 코일 측면들은 홈 i와 홈 i+w에 놓인다. 각각의 코일의 양 코일 측면들의 연결부들은 권선 헤드(winding head)들을 형성한다. 즉, 권선 헤드들은 항상 스테이터의 접선 방향에 대해 약간 비스듬히 배치된다. 그러나 그러한 배치는 스테이터의 분리 지점에서 형권 코일(preformed coil)들을 풀었다가 전기 기계의 조립 후에 다시 연결하거나, 스테이터의 분리 지점에서 형권 코일들을 누락시키거나, 라운드 와이어 권선을 장착하지 않고서는 스테이터를 여러 세그먼트들로 분할할 수 없다고 하는 단점을 갖는다.

세그먼트들로 분할된 스테이터에서 구현하기 위한 전술된 2층 권선의 단점을 방지하기 위해, 세그먼트의 마지막 하부 코일 측면을 나머지 코일들에서 동일한 방향으로 상부 코일 측면으로서 다른 홈으로 안내하는 것이 아니라, 나머지 코일들과는 반대 방향으로 다시 되돌리는 것이 서두에 언급된 DE 2007 054 719 A1에 제안되어 있다. 그럼으로써, 한편으로 코일이 분리 지점 너머에 닿지 않게 되고, 다른 한편으로는 전기 기술적으로 그러한 되돌림이 없는 전술된 종래의 2층 권선과 동일한 권선이 얻어지게 된다. 개별적으로 교환 가능한 풀 권선형(full wound) 개별 세그먼트들이 제조되어 운반되고 또한 서로 완전히 절연될 수 있다. 형권 코일들에 의한 그러한 방안을 실제로 구현하려고 시도한 결과, 개별 코일들이 권선 헤드의 영역에서 서로 충돌하지 않고서는 그 방안이 실제로 구현되지 않거나 매우 많은 비용을 들여야만 구현될 수 있는 것으로 나타났다. 형권 코일들의 사용에 의한 실제적 방안을 가능하게 하려면, 많은 상이하고 복잡한 코일 형태들이 필요하고, 그것은 다른 방안들에 비해 권선 헤드의 현저한 확대 및 그에 따른 추가의 중량 증가 및 재료 비용 상승을 동반하게 된다.

그로부터 출발하고 있는 본 발명의 과제는 전기 기술적으로 제안된 2층 권선의 구현이 적은 제조 비용으로 가능한 세그먼트, 전기 기계의 어셈블리, 및 전기 기계를 제공하는 것이다.

그러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 세그먼트는 제1 및 제2 코일 측면들을 갖는 제2 어레이의 코일들이 세그먼트에 부속되고, 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 제1 코일 측면이 제2 층에 배치되고 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 다른 코일 측면이 제3 층에 배치되도록 홈들 중의 적어도 몇 개가 제3 층을 위한 깊이를 갖는 것을 그 특징으로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 어셈블리는 적어도 2개의 그러한 세그먼트들을 구비하고, 전기 기계는 그러한 어셈블리를 구비한다.

본 발명에 따르면, 코일을 위한 제3 층은 홈들의 내부에 제공된다. 즉, 홈들이 공지의 2층 권선들에 비해 1.5배 더 깊다. 전기 기계의 반경 방향으로 보았을 때에 코일 측면들이 전기 기계의 회전축으로부터 이격되어 있을 경우에도 각각의 홈에 항상 2층의 코일 측면들만이 배치되기 때문에 결국 2층 권선이기는 하지만, 1.5배 더 깊다는 점에서 3층 권선이라 말할 수 있다. 그것은 본 발명이 실제로 사용되는 전기 기계의 지름들에서는 자기적으로 그리 중요하지 않고, 전기 기계의 전기 및 자기 특성들에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나 제1 어레이의 코일들의 권선 헤드들과 제2 어레이의 코일들의 권선 헤드들은 매우 간단하고도 단아하게 권선 헤드들 확대시키지 않고서 충돌없이 서로 지나쳐 피할 수 있고, 그에 따라 어셈블리가 간단하게 제작될 수 있게 된다. 그와 같이 형성되는 풀 권선형 스테이터를 세그먼트들로 분할하는 것이 매우 간단하게 가능해진다.

이때, 각각의 세그먼트에 있어서, 예컨대 세그먼트당 홀수개의 홈들이 사용된다. 그러면, 홈들이 홀수개인 2n+1(여기서 n은 자연수를 나타냄)개일 때에, 그 코일 측면들이 제1 및 제2 층들에서 연장되는 제1 어레이의 n+1개의 코일들과 그 코일 측면들이 제2 및 제3 층들에서 연장되는 제2 어레이의 n개의 코일들이 사용되도록 개별 코일들이 홈들에 분배된다. 그러면, 제1 어레이에 속하는 코일의 양 코일 측면들이 n개의 홈들만큼 서로 이격되는 한편, 제2 어레이에 속하는 코일의 양 코일 측면들이 n+1개의 홈들만큼 서로 이격되게 된다. 즉, 각각의 어레이 내에서 항상 동일하게 형성된 코일들이 사용될 수 있고, 그에 따라 전체적으로 단지 2개의 상이한 코일 타입들만이 필요하게 된다. 그것은 코일들에 형권 코일들을 사용하는 경우에 매우 유리하기는 하지만, 본 발명의 범위 내에서 코일들에 형권 코일들을 사용하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.

반면에, 짝수개인 2n개(여기서도 역시 n은 자연수를 나타냄)의 홈들을 사용하는 것도 가능하다. 특히, 그것은 2개의 코일 어레이들의 각각의 코일의 코일 측면들이 항상 n개의 홈들만큼 이격되기 때문에 단지 1개의 타입만의 형권 코일들을 사용할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.

세그먼트당 어떤 수의 홈들이 최종적으로 사용될지는 전기 기술적으로 의미 있는 것으로 여겨지는 출력 값들을 고려하여 선택되거나 미리 주어진 홀(hole)들의 수로부터 결정된다. 그러나 홈들의 수가 전기 기계에 인가되는 또는 전기 기계에 의해 생성되는 전류의 위상 수로 나눠질 수 있는 것이 매우 바람직하다. 즉, 그럴 경우에는 각각의 세그먼트를 동일하게 전력 망에 접속할 수 있고, 그것은 그러한 접속을 간단하게 해준다. 그와 관련하여, 하나의 세그먼트 내에 모든 위상들을 배치하기 위해 위상의 적어도 2배만큼의 홈들이 마련될 수 있다. 즉, 3상 교류의 경우, 적어도 6개의 홈들이 마련될 수 있다. 이때, 세그먼트에는 9개, 12개, 15개 등의 홈들이 형성될 수도 있다.

코일들을 수납하는 홈들은 모두 반드시 동일한 깊이로 스탬핑(stamping)되어야 할 필요는 없다. 중요한 점은 단지 코일 측면들을 위한 총 3개의 층들을 마련하되, 홈마다 항상 단지 2개의 층들만이 권선을 구현하는데 사용된다는 것이다. 그러나 모든 홈들이 동일한 깊이로 형성되면, 그 홈들이 각각 3층의 코일 측면들을 수납할 수 있고, 그에 따라 스테이터 스택의 길이 방향으로 연장되는 중공 공간들이 그 스테이터 스택에 생성되게 된다. 그러한 중공 공간들은 바람직하게는 냉각 채널들로서 또는 냉각제 라인들을 끼워 넣는데 사용될 수 있다. 이때, 스테이터의 냉각을 위한 열전도도가 좋은 냉각체 또는 측정 장치들이 끼워 넣어질 수도 있다. 여기서 중요한 점은 단지 냉각체 또는 냉각제 라인들이 스테이터의 길이 방향으로는 전류를 전도하지 말아야 한다는 것으로, 왜냐하면 그러한 전류가 자기장에 악영향을 미치거나 손실이 발생하기 때문이다. 그러한 목적으로, 냉각제 라인들 또는 냉각체는 전기적으로 전도성이 없는 재료로 제조되거나, 열전도도의 향상을 위해 전기 전도성 재료와 전기 전도성이 없는 재료로 샌드위치 방식으로 코팅될 수 있는데, 그것은 다른 사용 목적을 위해 DE 10 2006 056 942 A1으로부터 공지된 바와 그 원리가 같다.

그와 함께, 비어 있는 자유 홈 공간들을 하나 이상의 부가의 코일들을 끼워 넣는데 사용하는 것도 가능하다. 그러한 부가의 코일들은 전기 기계의 고유의 작동에 관여하지는 않지만, 바람직하게는 다음과 같이 사용될 수 있다.

스테이터가 영구 자석에 의해 여자되는 로터와 함께 사용되는 경우, 스테이터의 조립 동안 상당한 자기력이 개별 스테이터 세그먼트들에 작용하고, 그것은 스테이터의 조립을 현저히 곤란하게 한다. 그렇다면, 부가의 코일들은 바람직하게는 각각의 스테이터 세그먼트에서 로터의 자기력을 저지하는 자기장을 유도하여 영구 자석의 자기력을 무력화하거나 적어도 충분한 정도로 약화시키는데 사용될 수 있다. 그를 위해, 직류에 의해 해당 역자기장을 구축한다. 또한, 부가의 코일들 중의 하나 이상은 바람직하게는 전기 기계의 작동 중에 회전 펄스 발생기로서 사용될 수 있다. 즉, 스테이터에서 로터가 회전함으로써 부가의 코일들 또는 부가의 코일에 전류가 유도된다. 이때 그 코일에서 발생하는 교류 전압이 로터의 회전 속도에 대한 척도이므로, 별도의 회전 펄스 발생기를 생략할 수 있다. 그와 관련하여, 바람직하게는 세그먼트마다 부가의 코일들 또는 부가의 코일들을 우선 조립 중에 역자기장을 생성하는데 사용하고, 이어서 작동 중에는 회전 펄스 발생기로서 사용하는 것도 전적으로 가능하다.

이하, 본 발명을 첨부 도면들에 도시된 실시예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명의 특징들을 갖는 세그먼트의 제1 실시예를 구비한 스테이터의 일부를 횡단면도로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에 따른 스테이터의 일부를 전방 측에서 평면도로 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 특징들을 갖는 세그먼트의 다른 실시예를 구비한 스테이터의 일부를 횡단면도로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3에 따른 스테이터의 일부를 전방 측에서 평면도로 나타낸 도면이다.

도 1은 다수의 세그먼트들(10)로 형성된 스테이터의 일부를 도시하고 있다. 도 1에서는, 하나의 세그먼트(10)를 완전히 알아볼 수 있고, 그에 좌우로 인접한 각각의 세그먼트(10)를 부분적으로 알아볼 수 있다. 세그먼트들(10)의 본체는 통상적인 방식으로 스테이터 스택으로서 스테이터 판들로 형성되고, 본 경우에는 홈 톱니들(20)에 의해 서로 각각 분리된 9개의 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)을 구비한다. 홈 톱니들(20)의 단부 면들에는 도브테일형 홈들(21)이 배치되는데, 코일들을 넣는 홈들(11 내지 19)을 폐쇄하기 위해 대응하게 형성된 홈 웨지(groove wedge)들이 도브테일형 홈들에 밀어 넣어진다.

홈들(11 내지 19)에는 코일들이 끼워 넣어진다. 구체적으로, 공지되어 있는 형권 코일(preformed coil)들이 사용된다. 이때, 각각의 홈(11 내지 19)은 그것이 코일들의 3층의 코일 측면들을 수납할 수 있도록 하는 깊이로 형성된다. 그것은 구체적으로 다음과 같이 이뤄진다.

제1 코일(22)의 하나의 코일 측면(22a)은 홈(11)에 끼워 넣어지고, 그 다른 코일 측면(22b)은 홈(16)에 끼워 넣어진다. 이때, 코일(22)은 하나의 코일 측면(22a)이 이후로 제3 층으로도 지칭되는 최하층에 배치되는 한편, 다른 코일 측면(22b)이 이후로 제2 층으로도 지칭되는 중간층에 배치되도록 성형된다. 다음으로, 3개의 또 다른 형권 코일들(23, 24, 25)이 끼워 넣어지는데, 특히 코일(23)의 하나의 코일 측면(23a)이 홈(12)의 최하층에 배치되고, 그 다른 코일 측면(23b)이 홈(17)의 중간층에 배치되며, 코일(24)의 하나의 코일 측면(24a)이 홈(13)의 최하층에 배치되고, 그 다른 코일 측면(24b)이 홈(18)의 중간층에 배치되며, 코일(25)의 하나의 코일 측면(25a)이 홈(14)의 최하층에 배치되고, 그 다른 코일 측면(25b)이 홈(19)의 중간층에 배치된다. 그러한 코일들(22 내지 25)은 각각의 코일 측면들(22a 내지 25a)이 그에 속한 각각의 다른 코일 측면들(22b 내지 25b)에 대해 5개의 홈들만큼 떨어져 배치되는 제1 어레이의 코일들을 형성한다. 홈들(11 내지 19)이 홀수개인 2n+1개(여기서 n은 자연수를 나타냄)인 경우에, 그러한 어레이의 코일들에 대해 적용되는 사항은 동일한 코일(22 내지 25)의 코일 측면들(22a 내지 25a)이 그에 속한 각각의 다른 코일 측면들(22b 내지 25b)에 대해 n+1개의 홈들만큼 떨어지는 것이다.

코일들(22 내지 25) 위에는 제2 어레이의 5개의 코일들(26, 27, 28, 29, 30)이 놓이게 된다. 이때, 코일(26)의 하나의 코일 측면(26a)은 홈(11)의 중간층에서 코일 측면(22a) 위에 배치되는 한편, 그 코일(26)의 다른 코일 측면(25b)은 홈(15)의 이후로 제1 층으로도 지칭되는 상층에 배치된다. 그 옆에 놓인 코일(27)의 하나의 코일 측면(27a)은 홈(12)의 중간층에서 코일 측면(23a) 위에 배치되고, 그 다른 코일 측면(27b)은 홈(16)에서 코일 측면(22b) 위에 배치되며, 코일(28)의 하나의 코일 측면(28a)은 홈(13)에서 코일 측면(24a) 위에 배치되고, 그 다른 코일 측면(28b)은 홈(17)에서 코일 측면(23b) 위에 배치되며, 코일(29)의 하나의 코일 측면(29a)은 홈(14)에서 코일 측면(25a) 위에 배치되고, 그 다른 코일 측면(29b)은 홈(18)에서 코일 측면(24b) 위에 배치되며, 코일(30)의 하나의 코일 측면(30a)은 홈(15)에서 코일 측면(26b) 아래에 배치되고, 그 다른 코일 측면(28b)은 홈(19)에서 코일 측면(25b) 위에 배치된다. 즉, 본 경우에, 한편의 코일 측면들(26a 내지 30a)과 다른 한편의 코일 측면들(26b 내지 30b)은 모두 4개의 홈들만큼 서로 떨어지게 된다. 여기서, 홈들(11 내지 19)이 홀수개인 2n+1개(여기서 n은 자연수를 나타냄)인 경우에, 아주 일반적으로 적용되는 사항은 동일한 코일(26 내지 30)의 한편의 코일 측면들(26a 내지 30a)과 다른 한편의 코일 측면들(26b 내지 30b)이 n개의 홈들만큼 서로 떨어지는 것이다. 따라서 단지 2개의 상이한 타입들의 형권 코일들, 즉 한편으로 제2 어레이의 코일들(22 내지 25)을 위한 형권 코일들과 다른 한편으로 제2 어레이의 코일들(26 내지 30)을 위한 형권 코일들만이 필요하다는 것을 인지할 수 있다. 코일들의 어레이들 내에서, 코일들(22 내지 25 또는 26 내지 30)은 각각 동일하게 성형된다. 구체적으로, 각각의 홈(11 내지 19)에 단지 2층의 코일 측면들(22a 내지 25a; 22b 내지 30b)만이 배치되므로, 권선이 3층으로 될 수도 있는 가능성에도 불구하고 2층 권선인 것을 인지할 수 있다. 그러나 코일 측면들(22a 내지 25a 및 26a 내지 29a)은 홈들(11 내지 19)에서 제2 및 제3 층들에 배치되는 한편, 코일 측면들(30a, 22b 내지 25b, 및 26b 내지 30b)은 제1 및 제2 층들에 배치된다. 그럼으로써, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일들(22 내지 30)이 그 권선 헤드(31)의 영역에서 충돌을 일으키지 않고서 아무런 문제없이 홈들(11 내지 19)에 끼워 넣어질 수 있게 된다.

홈들(15 내지 19)을 그들이 2층의 코일 측면들을 수납할 정도의 깊이로만 형성하는 것도 생각할 수 있고, 그것은 또한 본 발명의 본질과 모순되지 않는다. 홈들(11 내지 14)을 제1 층의 영역에서 채워 막을 수도 있다. 본 실시예의 경우에는, 동일한 깊이, 즉 3개의 층들에 해당하는 깊이로 형성되는 홈들(11 내지 19)에 의해 홈들(11, 14)의 제1 층에 세그먼트(10)의 길이 방향으로 관통하는 채널들(32)의 형태의 중공 공간들이 생기고, 홈들(15 내지 19)의 제3 층에서 코일 측면들(30a, 22b, 23b, 24b, 25b) 아래에 세그먼트(10)의 길이 방향으로 관통하는 형태의 중공 공간들이 생기게 된다. 그러한 채널들(32, 33)은 바람직하게 활용될 수 있다. 그러한 바람직한 활용들 중의 하나는 팬(fan)들에 의해 냉각 공기를 채널들(32, 33)을 통해 펌핑함으로써 그 채널들(32, 33)을 냉각 공기 채널들로서 사용하는 것이다. 열전도도가 좋은 재료로 이뤄진 냉각 요소들 또는 냉각제가 통과하여 흐르는 냉각제 라인들이 채널들(32) 및/또는 채널들(33)에 끼워 넣어질 수도 있다. 이때, 필요에 따라 채널들(32, 33) 모두를 사용하거나 그 중의 단지 몇 개만을 사용할 수 있다. 채널들(32, 33) 또는 그 채널들(32, 33) 중의 몇 개에 냉각 요소들 또는 냉각제 라인들이 끼워 넣어지면, 그 냉각 요소들 또는 냉각제 채널들이 세그먼트의 길이 방향(세그먼트 길이 방향 축)으로 전류가 전도되지 못하게 하는 것이 보장되어야 한다. 즉, 그 냉각 요소들 또는 냉각제 라인들이 전기적으로 전도성이 없는 재료로 형성되어야 하거나, 예컨대 DE 10 2006 056 942 A1로부터 공지된 바와 같은 전기 차단기가 그 냉각 요소들 또는 냉각제 라인들에 형성되어야 한다.

아울러, 채널들(32, 33) 중의 몇 개에는 부가의 코일들이 끼워 넣어질 수도 있다. 그러한 타입은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에서는, 상층의 2개의 인접 채널들(32)에 부가의 코일(34)이 각각 끼워 넣어져 있다. 즉, 그러한 부가의 코일들(34)의 하나의 코일 측면(34a)이 홈들(11 또는 13)의 최상층에 배치되고, 각각의 다른 코일 측면(34b)이 채널(12 또는 14)의 최상층에 배치된다. 한편으로 홈들(16, 17)의 최하층과 다른 한편으로 홈들(18, 19)의 최하층에도 역시 2개의 코일들(35)이 끼워 넣어지는데, 코일들(35)의 하나의 코일 측면(35a)이 홈들(16 또는 18)의 최하층에 배치되고, 다른 코일 측면(35b)이 홈들(17 또는 19)의 최하층에 배치되도록 코일들(35)이 끼워 넣어진다. 홈(15)의 채널(33)은 비워진 채로 남고, 다른 용도로 예컨대 냉각을 위해 사용될 수 있다. 부가의 코일들(34, 35)은 전기 기계의 조립 중에 직류 전압의 인가에 의해 자기장을 생성하는데 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 스테이터 세그먼트들(10)은 다른 무엇보다도 특히 영구 자석에 의해 여자되는 로터를 구비한 전기 기계를 제작하는데 사용된다. 영구 자석에 의해 여자되는 로터의 영구 자석들은 스테이터 세그먼트들(10)을 끌어당긴다. 직류 전압의 인가에 의해 로터의 자기장을 저지하는 자기장이 부가의 코일들(34, 35)에 유도되면, 로터의 자기장이 무력화되어 스테이터가 아무런 문제없이 세그먼트들(10)로 조립될 수 있게 된다.

그러나 바람직하게는 작동 중에 부가의 코일들 중의 적어도 하나, 바람직하게는 하층에 배치된 코일들(35) 중의 적어도 하나가 소위 회전 펄스 발생기로서 사용될 수도 있다. 즉, 전기 기계의 작동 중에 그 작동으로 인해 코일(34, 35)에 전류가 생성된다. 그럼으로써 코일들(34, 35)에 생기는 전기 교류 전압은 그 크기 및 주파수에 의거하여 로터의 회전 속도에 대한 척도가 된다. 다른 경우라면 사용되어야 했을 부가의 회전 펄스 발생기를 필요로 함이 없이 로터의 회전 속도가 그처럼 매우 간단하게 결정될 수 있다.

물론, 하나만의 세그먼트(10)에서 단지 하나의 홈 쌍에만 부가의 코일을 끼워 넣고, 나중에 조립을 위한 영구 자석의 무력화를 필요로 하지 않거나 원하지 않는 경우에 그 부가의 코일을 회전 펄스 발생기로서 사용할 수도 있다.

10: 세그먼트 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19: 홈
20: 홈 톱니 21: 도브테일형 홈
22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30: 코일 31: 권선 헤드
32, 33: 채널 34, 35: 부가의 코일

Claims

각각의 코일(26, 27, 28, 29, 30)의 제1 코일 측면(26b, 27b, 28b, 29b, 30b)이 제1 층에 배치되고 각각의 코일(26, 27, 28, 29, 30)의 다른 코일 측면이 제2 층에 배치되도록 제1 어레이의 코일들(26, 27, 28, 29, 30)을 2개의 층들에 수납하기 위한 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)을 구비하는 전기 기계용 어셈블리의 세그먼트에 있어서,
제1 코일 측면(22b, 23b, 24b, 25b) 및 제2 코일 측면(22a, 23a, 24a, 25a)을 갖는 제2 어레이의 코일들(22, 23, 24, 25)이 마련되고, 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 제1 코일 측면(22b, 23b, 24b, 25b)이 제2 층에 배치되고 제2 어레이의 코일들의 각각의 코일의 다른 코일 측면(22a, 23a, 24a, 25a)이 제3 층에 배치되도록 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) 중의 적어도 몇 개가 제3 층을 위한 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 어셈블리의 세그먼트.
제 1 항에 있어서,
n이 자연수를 나타낸다고 할 때에 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)이 홀수개인 2n+1개일 경우에, 제1 어레이의 코일들의 코일 측면들(26a, 27a, 28a, 29a, 30a; 26b, 27b, 28b, 29b, 30b)는 n개의 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)만큼 서로 이격되는 한편, 제2 어레이의 코일들(22, 23, 24, 25)의 코일 측면들(22a, 23a, 24a, 25a; 22b, 23b, 24b, 25b)은 n+1개의 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)만큼 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)의 수는 전류의 위상들의 수로 나눠질 수 있는 정수인 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)은 홈들(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)의 영역들에 코일들(22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30)이 끼워 넣어지지 않아 그 영역들에 길이 방향으로 연장되는 채널들(32, 33)이 형성될 정도의 길이로 구성되는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 4 항에 있어서,
채널들(32, 33) 중의 적어도 몇 개는 냉각 채널들인 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 5 항에 있어서,
냉각 채널들을 통해 냉각 공기가 흐르거나, 냉각 채널들이 냉각제 라인들 또는 냉각체들을 구비하는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 4 항에 있어서,
채널들(32, 33) 중의 적어도 2개에 부가의 코일들(34, 35)이 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 7 항에 있어서,
동일한 부가의 코일(34, 35)의 코일 측면들은 인접 채널들(32, 33)에 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
자기장의 생성을 위해 부가의 코일들(34, 35)에 직류가 인가되는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 7 항 내지 제 9 항에 있어서,
부가의 코일(34, 35)에 유도된 전압이 측정되어 로터의 회전 속도를 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 세그먼트들(10)을 구비하는 전기 기계의 어셈블리, 특히 스테이터.
제 11 항에 따른 어셈블리를 구비하는 전기 기계.