KR20120069723A - 감겨진 고정자 코일 - Google Patents

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KR20120069723A
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

발전기에서의 이용을 위한 랩핑된 스테이터 코일(wrapped stator coil)이 개시된다. 상기 랩핑된 스테이터 코일은 전기 도체 바(bar), 라미네이트 테이프 구조, 및 도전성 구조를 포함한다. 상기 라미네이트 테이프 구조는 상기 전기 도체 바 둘레에 배치되고, 상기 도체 바에 인접한 절연성 제 1 층, 상기 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함한다. 상기 도전성 구조는 제 1 단부, 중간부, 및 제 2 단부를 포함한다. 상기 제 1 단부는 상기 전기 도체 바와 접촉한다. 상기 중간부는 상기 도전성 제 2 층과 접촉하고, 상기 전기 도체 바와는 접촉하지 않는다. 상기 절연층은 상기 라미네이트 테이프 및 상기 도전성 구조 둘레에 배치된다.

Description

랩핑된 스테이터 코일{WRAPPED STATOR COIL}
본 발명은 일반적으로 전기 발전기들에서의 이용을 위한 스테이터 코일들에 관한 것이고, 보다 구체적으로 스테이터 코일을 위한 자기 테이프 구조에 관한 것이며, 상기 자기 테이프 구조는 전기 절연 내부층 및 도전성 외부층을 포함한다.
고전압 스테이터 코일들은 고전압 전기 발전기들에서 이용된다. 결과적으로 하나 이상의 전기 도체들을 포함하는 전기 도체 바(bar)를 포함하는 스테이터 코일이 형성될 수 있다. 전기 도체들은 개별적으로 구리와 같은 높은 도전성 재료로 형성된다. 전기 도체들은 도체 바를 형성하기 위해 함께 번들된다(bundled).
스테이터 코일의 일 종래 기술 구성에서, 내부 코로나(corona) 보호 시스템은, 도체 바 위에 직접적으로 적용된 마이카 페이퍼 테이프(mica paper tape)의 제 1 층을 포함하는 전기 도체 바 위에 제공되고, 마이카 페이퍼 테이프의 제 1 층은 "상부 캡(top cap)"으로 지칭될 수 있다. 도체 바의 제 1 단부(end portion)가 노출되고 상부 캡에 의해 커버되지 않도록, 상부 캡은 도체 바 위에 적용된다. 제 2 마이카 페이퍼 테이프 층은 상부 캡 및 도체 바 둘레에 에지래핑된다(edge lapped). 도체 바의 제 1 단부가 노출되고 제 2 층에 의해 커버되지 않도록, 제 2 층은 도체 바 위에 적용된다.
얇은 구리 스트립과 같은 도전성 구조는 도체 바, 상부 캡, 및 제 2 층 위에 적용된다. 도전성 구조의 제 1 단(end)은 도체 바의 노출된 제 1 단부에 접촉한다. 도전성 구조의 중간부(intermediate portion)는 마이카 페이퍼 테이프의 제 2 층에 접촉한다. 도전성 구조의 제 2 단(end)은 마이카 페이퍼 테이프의 제 2 층 또는 도체 바와 접촉하지 않는다. 도전성 테이프 층은 도전성 구조, 상부 캡, 및 마이카 페이퍼 테이프의 제 2 층 둘레에 에지래핑되지만, 도체 바의 노출된 제 1 단부 위에는 에지래핑되지 않는다. 도체 바, 도전성 구조, 및 도전성 테이프 층이 모두 동일한 전기 전위에 있도록, 도전성 구조는 도체 바로부터 도전성 테이프 층으로 전기 전위를 전달한다.
이러한 종래 기술 구성에 따른 적용된 상부 캡, 마이카 페이퍼 테이프의 제 2 층, 도전성 구조, 및 도전성 테이프의 총 두께는 약 0.019 인치 내지 약 0.023 인치일 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따라, 발전기에서의 이용을 위한 랩핑된 스테이터 코일(wrapped stator coil)이 제공된다. 랩핑된 스테이터 코일은 전기 도체 바, 라미네이트 테이프 구조, 및 도전성 구조를 포함한다. 라미네이트 테이프 구조는 전기 도체 바 둘레에 배치되고, 도체 바에 인접한 절연성 제 1 층 및 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함한다. 도전성 구조는 제 1 단부, 중간부, 및 제 2 단부를 포함한다. 제 1 단부는 전기 도체 바와 접촉한다. 중간부는 도전성 제 2 층과 접촉하고 전기 도체 바와는 접촉하지 않는다. 절연층은 라미네이트 테이프 및 도전성 구조 둘레에 배치된다.
제 1 층은, 유리 후방(glass backed)일 수 있는 마이카 페이퍼 층을 포함할 수 있다.
제 2 층은 탄소로 로딩된 폴리에스터 펠트(polyester felt)를 포함할 수 있다.
라미네이트 테이프 구조는 약 0.015 인치 미만의 두께를 가질 수 있다.
라미네이트 테이프 구조는 에지래핑될 수 있다.
도전성 구조는 금속 스트립을 포함할 수 있고, 하나 이상의 테이프 스트립들을 통해 라미네이트 테이프 구조 상의 위치에 홀딩(hold)될 수 있다.
전기 도체 바는 실질적으로 직선 부(straight portion)를 포함할 수 있고, 라미네이트 테이프 구조는 전기 도체 바의 직선 부 둘레에 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용하기 위한 방법이 제공된다. 라미네이트 테이프 구조는 전기 도체 바 둘레에 랩핑된다. 라미네이트 테이프 구조는 전기 도체 바에 인접한 절연성 제 1 층 및 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함한다. 제 1 단부, 중간부, 및 제 2 단부를 갖는 도전성 구조가 제공된다. 제 1 단부는 전기 도체 바와 접촉한다. 중간부는 도전성 제 2 층과 접촉하고 전기 도체 바와는 접촉하지 않는다.
라미네이트 테이프 구조를 랩핑하는 단계는 작은 오버랩(overlap)으로 라미네이트 테이프 구조를 랩핑하는 단계를 포함할 수 있다.
금속 스트립은 하나 이상의 테이프 스트립들을 통해 라미네이트 테이프 구조에 고정(secure)될 수 있다.
본 발명의 제 3 양상에 따라, 전기 도체 바 둘레에 배치되도록 적응된 라미네이트 테이프 구조가 제공된다. 라미네이트 테이프 구조는 절연성 제 1 층 및 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함한다. 라미네이트 테이프 구조는 약 0.015 인치 미만의 두께를 갖는다.
제 2 층은 50 ohms/square의 저항을 갖도록 탄소로 로딩된 폴리에스터 펠트를 포함할 수 있다.
본 명세서가 본 발명을 구체적으로 지시하고 개별적으로 청구하는 청구항들로 결론내리는 동안, 본 발명은 동일한 참조 번호들이 동일한 엘리먼트들을 식별하는 첨부된 도면들과 함께 아래의 설명으로부터 더욱 양호하게 이해될 것으로 여겨진다.
도 1은 발전기 코어를 위한 스테이터의 일부분의 사시도이고, 본 발명의 실시예에 따라 랩핑된 스테이터 코일의 부분적 절삭도(cut away view)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 랩핑된 스테이터 코일의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 랩핑된 스테이터 코일의 사시도이고, 명료성을 위해 상기 랩핑된 스테이터 코일의 절연층 및 외부층이 제거되었다.
도 4는 도 1의 스테이터 코일을 위한 내부 코로나 보호 시스템을 형성하기 위한 예시적 단계들을 예시하는 흐름도이다.
바람직한 실시예들의 아래의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부분을 형성하고, 제한으로서가 아닌 예시로서 도시된 첨부 도면들과, 본 발명이 실시될 수 있는 특정의 바람직한 실시예들에 대한 참조가 이루어진다. 본 발명의 기술 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들이 이용될 수 있고 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 복수의 슬롯들(12)을 포함하는, 전기 발전기 내의 스테이터(10)의 지지 몸체(2)의 일부분이 예시되고, 여기서 각각의 슬롯은 랩핑된 스테이터 코일(14)(도 1에서는 단지 하나만 도시됨)을 수용하도록 적응된다. 도 2 및 도 3에서 부가적으로 확인할 수 있는 바와 같이, 랩핑된 스테이터 코일(14)은 일반적으로, 함께 번들된 하나 이상의 전기 도체들을 포함할 수 있는 전기 도체 바(16)를 포함한다. 전기 도체 바(16)는 실질적으로 직선 부(16a)를 포함한다(도 1 및 도 3 참조). 전기 도체 바(16)는 또한, 직선 부(16a)의 제 1 단부(30)에 인접한 제 1 엔드 턴(end turn)(도시되지 않음) 및 직선 부(16a)의 제 2 단부(32)에 인접한 제 2 엔드 턴(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 전기 도체 바(16)의 엔드 턴들은, 전기 발전기의 로터(도시되지 않음) 둘레에 완전한(full) 스테이터 코일을 형성하기 위해 제 2 전기 도체 바(도시되지 않음)의 엔드 턴들에 전기적으로 접속될 수 있다.
랩핑된 스테이터 코일(14)은 또한 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a) 위에 제공된 내부 코로나 보호 시스템(17)을 포함한다. 코로나 보호 시스템(17)은 본 발명의 실시예에 따르고 아래에 추가로 설명되는 라미네이트 테이프 구조(18) 및 얇은 금속, 예컨대 구리 스트립을 포함할 수 있는 도전성 구조(20)를 포함할 수 있다. 랩핑된 스테이터 코일(14)은, 내부 코로나 보호 시스템(17) 위에 접지벽(groundwall)으로 또한 알려진 유전체 절연층(22)을 더 포함할 수 있고, 이는 일반적으로 유리 후방의 수지 함침 마이카 페이퍼 테이프(glass backed resin impregnated mica paper tape)를 포함할 수 있고, 이는 또한 전기 도체 바(16)의 엔드 턴들 위에 제공될 수 있다. 랩핑된 스테이터 코일(14)은, 유전체 절연층(22) 위에, 실리콘 탄화물 충전된 바니시 처리된 유리 섬유(silicon carbide filled varnish treated glass fabric)일 수 있는 도전성 또는 부분적 도전성 외부층(24)을 더 포함할 수 있다. 절연층(22) 및 도전성 외부층(24)은 명료성을 위해 도 1로부터 이탈되었고(break away), 절연층(22) 및 도전성 외부층(24)은 바람직하게 도체 바(16)의 전체 직선 부(16a) 둘레에 배치된다는 것을 주의한다. 더욱이, 절연층(22) 및 도전성 외부층(24)은 명료성을 위해 도 3으로부터 제거되었다. 부가적으로, 도 1 및 도 3의 전기 도체 바(16)의 치수들은 예시적 목적들로 도시되었으며, 도시된 치수로부터 변화할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 라미네이트 테이프 구조(18)는, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)에 인접한, 즉 라미네이트 테이프 구조(18)의 내부 측을 정의하는 절연성 제 1 층(18A)을 포함한다. 라미네이트 테이프 구조(18)는 제 1 층(18A)에 접착된, 즉 내부 측에 대향하는 테이프 구조(18)의 외부 측을 정의하는 도전성 제 2 층(18B)을 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 라미네이트 테이프 구조(18)의 두께(T1)(도 2 참조)는 약 0.015 인치 미만이고, 바람직하게 약 0.009 인치 내지 약 0.015 인치이고, 가장 바람직한 실시예에서 약 0.009 인치이다. 가장 바람직한 실시예에 따른 절연성 제 1 층(18A)의 두께는 약 0.005 인치일 수 있고, 가장 바람직한 실시예에 따른 도전성 제 2 층(18B)의 두께는 약 0.004 인치일 수 있다. 절연성 제 1 층(18A)은 바람직하게, 80 g/m2(gram/meter squared) 테이프와 같은 유리 후방의 마이카 페이퍼 층을 포함하고, 도전성 제 2 층(18B)을 절연성 제 1 층(18A)에 접착시키기 위한 접착 수지를 포함할 수 있다. 접착 수지는 열경화성 수지(thermoset), 통상적으로 전기 절연 애플리케이션들에서 이용되는 바와 같은 에폭시 기반 재료 또는 폴리에스터 기반 재료를 포함하는 저점도(low viscosity) 액상 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 수지는 스티렌화 에폭시(styrenated epoxy)를 포함할 수 있다. 더욱이, 절연성 제 1 층(18A)은 본 명세서에서 상세하게 논의되는 바와 같이 아연 나프텐(zinc naphthenate)과 같은 액셀러레이터(accelerator)를 접착 수지 내에 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서 도전성 제 2 층(18B)은, 약 50 ohms/square의 도전성 제 2 층(18B)의 저항을 획득하기 위해 상당한 양의 전기 도전성 탄소로 로딩된 폴리에스터 펠트를 포함하지만, 다른 적합한 전기 도전성 층들을 포함할 수 있다.
상기 주의된 바와 같이, 절연성 제 1 층(18A)은 라미네이트 테이프 구조(18)의 내부 측을 정의하고, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)에 인접하고 직접적으로 접촉한다. 따라서, 테이프 구조(18)의 대향 외부 측을 정의하는 도전성 제 2 층(18B)은 전기 도체 바(16)와 전혀 접촉하지 않는다. 전기 도체 바(16)와 도전성 제 2 층(18B) 사이의 접촉이 도전성 구조(20) 내에 발전기의 성능을 감소시킬 수 있고 그리고/또는 랩핑된 스테이터 코일(14)을 손상시킬 수 있는 과도한 전류 흐름을 생성할 수 있음에 따라, 상기 전기 도체 바(16)와 도전성 제 2 층(18B) 사이의 접촉을 회피하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 라미네이트 테이프 구조(18)는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a) 둘레에 에지래핑된다. 라미네이트 테이프 구조(18)는 자신의 인접 랩(wrap)들 사이의 작은 오버랩만으로 에지래핑될 수 있다. 인접 랩들 사이의 작은 오버랩은 인접 랩들 사이의 갭들의 형성(formation)을 방지하기에 충분하다. 예를 들어, 라미네이트 테이프 구조(18)는 약 1-1.2 인치의 폭을 가질 수 있고, 하나의 랩의 에지는 인접 랩의 약 5-10%를 오버랩할 수 있다.
도시된 실시예에서 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 대부분이 라미네이트 테이프 구조(18)로 랩핑되지만, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 1 단부(30)는 노출되며, 즉 라미네이트 테이프 구조(18)는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 1 단부(30) 둘레에 랩핑되지 않는다. 따라서, 도전형 구조(20)는 아래에서 논의되는 바와 같이, 제 1 단부(30)에 접촉할 수 있다. 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 2 단부(32)(도 3 참조)는 라미네이트 테이프 구조(18)로 랩핑된다.
상기 주의된 바와 같이 얇은 구리 스트립을 포함할 수 있는 도전성 구조(20)는, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a) 위에 배치된 제 1 단부(36) 및 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B) 위에 배치된 중간부(38)를 갖는다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 도전성 구조(20)는, 예를 들어 NOMEX 접착성 테이프 스트립들(NOMEX는 E.I. Du Pont De Nemours and Company의 등록된 상표임)과 같은 하나 이상의 테이프 스트립들(34)을 이용하여 라미네이트 테이프 구조(18)에 고정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 도전성 구조(20)의 제 1 단부(36)는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 노출된 제 1 단부(30)에 접촉한다. 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 노출된 제 1 단부(30)와 도전성 구조(20)의 제 1 단부(30) 사이의 접촉은, 전기 도체 바(16)에 도전성 구조(20)를 납땜(soldering)함으로써 또는 다르게는 직접적으로 접속시킴으로써 고정될 수 있다.
도전성 구조(20)의 중간부(38)는 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)에 접촉하지만, 전기 도체 바(16)에는 접촉하지 않는다.
도전성 구조(20)의 제 2 단부(40)는 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)에 접촉하지만, 전기 도체 바(16)와는 접촉하지 않는다. 도시된 실시예에서, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 2 단부(32)는 도전성 구조(20)의 제 2 단부(40)보다 축방향으로 약 2 인치 더 연장한다. 선택적으로, 도전성 구조(20)의 제 2 단부(40)는, 전기 도체 바(16)와의 접촉의 경우에 도전성 구조(20)의 제 2 단부(40)를 전기적으로 절연시키기 위해 전기 절연부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도전성 구조(20)의 제 1 단부(36)가 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 노출된 제 1 단부(30)와 접촉하기 때문에, 전기 도체 바(16)의 전기 전위, 즉 전압은 도전성 구조(20)에 전달된다. 더욱이, 도전성 구조(20)의 중간부(38)가 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)의 랩들 모두는 아니더라도 대부분에 접촉하기 때문에, 도전성 구조(20)는 도전성 제 2 층(18B)의 랩들 각각과 함께 전기적으로 접속하고, 그에 의해 저(low) 저항 내부 코로나 보호 시스템(17)을 보장한다. 더욱이, 도전성 구조(20)는 전기 도체 바(16)의 전기 전위를 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)에 전달하여, 전기 전위가 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)의 랩들에 균등하게 분포된다.
본 명세서에 기술된 라미네이트 테이프 구조(18)는, 도전성 구조(20)의 제 1 단부(38)에 의한 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 1 단부(30)와의 접촉을 허용하면서도, 도전성 구조(20)의 중간부 및 제 2 단부(38 및 40)와 전기 도체 바(16) 사이의 접촉을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 이는, 전기 도체 바(16)와 상기 도전성 구조(20)의 각각의 제 1 단부들(30, 38) 사이의 접촉에 부가하여 도체 바(16) 상의 제 2 위치에서 상기 전기 도체 바(16)와 도전성 구조(20) 사이의 접촉은, 전기 전류가 도전성 구조(20)를 통해 도체 바(16)에 역으로(back) 흐르는 경로를 생성할 것이기 때문에 유리하다. 전기 전류가 도전성 구조(20)를 통해 도체 바(16)에 역으로 흐르도록 허용된다면, 전기 전류는 도전성 구조(20)를 퓨즈/쇼트(fuse/short)할 수 있고, 상기 퓨즈/쇼트는 상기 도전성 구조(20)의 파괴를 야기할 수 있다. 그러나, 전기 도체 바(16)와 도전성 구조(20) 사이에 단지 하나의 접촉 포인트만이 존재하기 때문에, 도전성 구조(20)를 통해 도체 바(16)에 역으로의, 즉 전기 도체 바(16)와의 하나의 접촉 포인트로부터 전기 도체 바(16)와의 다른 접촉 포인트로의 전기 전류 경로가 존재하지 않는다. 따라서, 전기 도체 바(16)를 통해 흐르는 임의의 전기 전류는 도체 바(16)에 역으로 도전성 구조(20)를 통해 통과하지 않고, 이는 도전성 구조(20)를 파괴하는 위험성을 감소시킨다.
도전성 구조(20)와 전기 도체 바(16) 사이의 라미네이트 테이프 구조(18)의 이용은, 심지어 라미네이트 테이프 구조(18)의 파열/분열(tearing/splitting)의 경우에서도, 전기 도체 바(16)와 도전성 구조(20)의 각각의 제 1 단부들(30, 38) 사이 외에, 전기 도체 바(16)와 도전성 구조(20) 사이의 접촉을 방지하기에 충분하다는 것을 주의한다. 이는, 라미네이트 테이프 구조(18)가 가장 바람직한 실시예에서 충분한 두께, 즉 약 0.009 인치이기 때문이고, 라미네이트 테이프 구조(18)가 파열/분열된다 할지라도, 도전체 구조(20)는 전기 도체 바(16)를 접속시키도록 파열/분열을 통해 연장될 수 있을 것으로 여겨지지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유전체 절연층(22)은 하나 이상의 랩핑된 고전압 절연층들을 포함할 수 있고, 각각의 층은 유리 후방의 수지 함침 마이카 페이퍼 테이프를 포함하고, 수지는 MICALASTIC 또는 THERMALASTIC(MICALASTIC은 Siemens Aktiengesellschaft Corporation의 등록된 상표이고, THERMALASTIC은 Siemens Energy Inc.의 등록된 상표임)을 포함할 수 있다. 이러한 유리 후방의 수지 함침 마이카 페이퍼 테이프의 예는, 제품 설계 포로밴드(Poroband) 0410 하에서 Isovalta AG로부터 상업적으로 이용가능한 하나를 포함한다. 하나 이상의 절연층들(22)은 도전성 구조(20) 및 라미네이트 테이프 구조(18) 위에 에지래핑될 수 있고, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 모든 또는 상당한 부분 둘레를 따라 연장할 수 있다. 더욱이, 절연층들(22)은 전기 도체 바(16)의 엔드 턴들 둘레에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 1에 예시된 유전체 절연층(22)은 명료성을 위해 이탈되었다.
하나의 예시적 도전성 외부층(24)은 실리콘 탄화물 충전된 바니시 처리된 유리 섬유를 포함하고, 이중 하나는 제품 설계 콘타펠(Contafel) H 하에서 Isovalta AG Corporation으로부터 상업적으로 이용가능하다. 도전성 외부층(24)은 유전체 절연층(22) 위에 직접적으로 에지래핑될 수 있다.
도전성 외부층(24)은 아래에 기술될 함침 접착 수지에 의해 스테이터 슬롯(12)의 벽들에 실질적으로 고정된다. 도전성 외부층(24)은 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 모든 또는 상당한 부분 둘레에 배치될 수 있지만, 통상적으로 전기 도체 바의 엔드 턴들 위에는 배치되지 않는다. 상기 언급한 바와 같이, 도 1에 예시된 도전성 외부층(24)은 명료성을 위해 이탈되었다.
도 4를 참조하면, 상술된 전기 도체 바(16)와 같은 전기 도체 바에 내부 코로나 보호 시스템(17)을 적용하기 위한 예시적 방법(100)이 예시된다. 내부 코로나 보호 시스템(17)은 내부 코일 부분적 방전 활동을 최소화하도록 기능한다.
단계(102)에서, 상술된 라미네이트 테이프 구조(18)와 같은 라미네이트 테이프 구조는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a) 둘레에 랩핑된다. 라미네이트 테이프 구조(18)는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)에 인접한 절연성 제 1 층(18A) 및 제 1 층(18A)에 접착된 도전성 제 2 층(18B)을 포함한다. 상기 주의된 바와 같이, 라미네이트 테이프 구조(18)는 약 0.015 인치 미만의 두께를 가질 수 있고, 작은 오버랩으로 전기 도체 바(16) 둘레에 랩핑될 수 있다. 더욱이, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 1 단부(30)는 라미네이트 테이프 구조(18)로 랩핑되지 않을 수 있으며, 즉, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 제 1 단부(30)는 노출될 수 있다.
단계(104)에서, 상술된 도전체 구조(20)와 같은 도전체 구조가 제공된다. 상기 논의된 바와 같이, 도전성 구조(20)는 제 1 단부(36), 중간부(38), 및 제 2 단부(40)를 포함한다. 제 1 단부(36)는 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)와, 예컨대 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a)의 노출된 제 1 단부(30)와 접촉하고, 도체 바(16)에 납땜될 수 있거나 또는 다르게는 부착될 수 있다. 중간부(38)는 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2 층(18B)과 접촉하지만, 전기 도체 바(16)와는 접촉하지 않는다. 제 2 단부(40)는 라미네이트 테이프 구조(18)의 도전성 제 2층(18B)과 접촉하지만, 전기 도체 바(16)와는 접촉하지 않는다.
단계(106)에서, 도전성 구조(20)는 하나 이상의 테이프 스트립들(34)을 통해서와 같이, 라미네이트 테이프 구조(18)에 고정된다.
단계(108)에서, 상술된 유전체 절연층(22)과 같은 절연층은, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a), 라미네이트 테이프 구조(18)를 포함하는 내부 코로나 보호 시스템(17), 및 도전성 구조(20) 둘레에 랩핑된다. 절연층(22)은 인접한 랩들 사이에 작은 오버랩으로 에지래핑될 수 있고, 또한 전기 도체 바(16)의 엔드 턴들 위에 적용될 수 있다.
단계(110)에서, 상술된 외부층(24)과 같은 도전성 또는 부분적 도전성 층은, 전기 도체 바(16)의 직선 부(16a) 둘레에 랩핑되는 절연층(22)의 일부분 둘레에 랩핑된다.
외부층(24)이 단계(110)에서 절연층(22)의 일부분 둘레에 랩핑된 이후에, 후속 단계들이, 전기 발전기에서의 이용을 위해 랩핑된 스테이터 코일(14)을 준비하기 위해 취해질 수 있다. 예를 들어, 랩핑된 스테이터 코일들(14) 중 단일 코일은, 단일 랩핑된 스테이터 코일(14)의 재료들을 통해 에폭시 수지와 같은 접착 수지를 함침하는 것을 수반하는, 단일 진공 가압 함침(single vacuum pressure impregnation; SVPI) 처리로 또한 지칭되는 진공 가압 함침(VPI) 처리를 받을 수 있다. 대안적으로, 복수의 랩핑된 스테이터 코일들(14)은 통합 코일 구조를 형성하기 위해 결합될 수 있고, 이 경우에 통합 코일 구조는, 통합 코일 구조의 재료들을 통해, 에폭시 수지와 같은 접착 수지를 함침하는 것을 수반하는, 글로벌 진공 가압 함침(GVPI) 처리를 받을 수 있다. VPI 처리가 단일 랩핑된 스테이터 코일(14)의 재료들을 통해 접착 수지를 함침하기 위해 이용되는 경우, 아연 나프텐과 같은 액셀러레이터는 단일 랩핑된 스테이터 코일(14)의 재료들을 통해 함침된 접착 수지에 포함될 수 있다는 것을 주의한다. 액셀러레이터는, 랩핑된 스테이터 코일(14)의 다양한 층들 내에 함침된 접착 수지의 적합한 경화를 용이하게 한다. 대안적으로, GVPI 처리가 통합 코일 구조의 재료들을 통해 접착 수지를 함침하기 위해 이용되는 경우, 절연층(22) 및 라미네이트 테이프 구조(18)의 절연성 제 1 층(18A) 중 적어도 하나는 액셀러레이터를 포함하고, 이 경우에 접착 수지는 액셀러레이터를 포함할 필요가 없다.
추가의 후속 단계들은, 랩핑된 스테이터 코일(14)(또는 통합 코일 구조)의 층들을 경화시키는 단계, 및 랩핑된 스테이터 코일(14)(또는 통합 코일 구조)을 상술된 슬롯(12)과 같은 스테이터 슬롯 내에 삽입하고 그 다음에 고정하는 단계를 포함할 수 있다. 함침 및 경화 프로시저들은 랩핑된 스테이터 코일(14)의 스테이터 슬롯(12) 내로의 삽입 이전에 수행될 수 있거나, 또는 랩핑된 스테이터 코일(14)은 함침 및 경화 프로시저들 이전에 스테이터 슬롯(12) 내에 삽입될 수 있다는 것을 주의한다.
본 명세서에 기술된 내부 코로나 보호 시스템(17)은, 종래 기술 코로나 보호 시스템들에 비해 보다 적은 재료로 보다 적은 단계들에 적용될 수 있고, 이는 상부 캡층, 마이카 페이퍼 테이프의 랩핑된 층, 도전성 구조, 및 개별 도체 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 라미네이트 테이프 구조(18) 및 도전성 구조(20)를 포함하는 본 명세서에 기술된 코로나 보호 시스템은, 예컨대 테이프 스트립들(34)을 이용하여 라미네이트 테이프 구조(18)에의 도전성 구조(20)의 부착이 뒤따르는 자동화된 테이핑 머신(도시되지 않음)을 통해 단일 패스(pass)에 적용될 수 있다. 이는, 4개의 개별 단계들, 즉 상부 캡을 적용하는 단계, 마이카 페이퍼 테이프의 랩핑된 층을 적용하는 단계, 도전성 구조를 적용하는 단계, 및 개별 도체 층을 적용하는 단계를 요구할 수 있는 종래 기술 애플리케이션 프로시저들에 비해 유리하다.
더욱이, 본 명세서에 기술된 코로나 보호 시스템(17)의 전체 두께(T2)(도 2 참조)는 약 0.015 인치 미만이고, 이는 약 0.019-0.023 인치의 두께를 가질 수 있는 상술된 종래 기술 코로나 보호 시스템들의 두께보다 상당히 얇다. 본 발명의 코로나 보호 시스템의 두께에 있어서의 감소는, 랩핑된 스테이터 코일(14)을 형성하는 경우에 이용될 유전체 절연층(22)(접지 벽)의 부가적인 랩들을 허용한다. 유전체 절연층(22)의 부가적인 랩들은 유전체 절연층(22)의 유전체 강도를 증가시키고, 이는 발전기의 효율을 증가시킬 수 있다.
더욱이, 코로나 보호 시스템의 두께(T2)에 있어서의 감소는 접착 수지의 개선된 함침을 허용할 것으로 여겨진다. 구체적으로, 상부 캡을 통한 접착 수지의 함침, 마이카 페이퍼 테이프의 랩핑된 층, 및 종래 기술 코로나 보호 시스템들의 개별 도체 층은 이들 층들의 두께들로 인해 어렵다는 것을 알게 되었다. 이는, 보다 적은 층들을 포함하고 보다 얇으며, 따라서, 접착 수지가 이를 통해 통과하는 것이 보다 용이한 본 발명의 내부 코로나 보호 시스템(17)과 대비된다. 도전성 외부 층 및 절연층(접지벽)을 통한 수지의 함침은, 전기 도체 바에 보다 근접하게 위치되는 내부 코로나 보호 층들을 통한 수지의 함침만큼 어렵지 않을 것으로 여겨진다는 것을 주의한다. 본 명세서에 기술된 코로나 보호 시스템(17)은 종래 기술 코로나 보호 시스템들보다 얇고 보다 적은 층들을 갖기 때문에, 접착 수지는 전기 도체 바(16)에 도달하기 위해 코로나 보호 시스템(17)의 층들을 통해 보다 용이하게 함침할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 랩핑된 스테이터 코일(14)의 층들을 통한 접착 수지의 함침은 개선될 것으로 여겨진다.
본 발명의 특정 실시예들이 예시되고 설명되지만, 본 발명의 기술 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 다른 변화들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위 내에 있는 모든 이러한 변화들 및 변경들이 첨부된 청구항들 내에서 커버되도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 발전기에서의 이용을 위한 랩핑된 스테이터 코일(wrapped stator coil)로서,
    전기 도체 바(bar);
    상기 전기 도체 바 둘레에 배치된 라미네이트 테이프 구조 ― 상기 라미네이트 테이프 구조는 상기 도체 바에 인접한 절연성 제 1 층 및 상기 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함함 ―;
    제 1 단부, 중간부, 및 제 2 단부를 갖는 도전성 구조 ― 상기 제 1 단부는 상기 전기 도체 바와 접촉하고, 상기 중간부는 상기 도전성 제 2 층과 접촉하고, 상기 제 2 단부는 상기 전기 도체 바와 접촉하지 않음 ―; 및
    상기 라미네이트 테이프 구조 및 상기 도전성 구조 둘레에 배치된 절연층
    을 포함하는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 마이카 페이퍼 층(mica paper layer)을 포함하는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이카 페이퍼 층은 유리 후방인(glass backed),
    랩핑된 스테이터 코일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 탄소로 로딩된 폴리에스터 펠트(polyester felt)를 포함하는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 라미네이트 테이프 구조는 약 0.015 인치 미만의 두께를 갖는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 라미네이트 테이프 구조는 에지래핑되는(edge lapped),
    랩핑된 스테이터 코일.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 구조는 금속 스트립을 포함하는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 구조는, 하나 이상의 테이프 스트립들을 통해 상기 라미네이트 테이프 구조 상의 위치에 홀딩(hold)되는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도체 바는 실질적으로 직선 부(straight portion)를 포함하고, 상기 라미네이트 테이프 구조는 상기 전기 도체 바의 상기 직선 부 둘레에 배치되는,
    랩핑된 스테이터 코일.
  10. 내부 코로나(corona) 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법으로서,
    상기 전기 도체 바 둘레에 라미네이트 테이프 구조를 랩핑하는 단계 ― 상기 라미네이트 테이프 구조는 상기 전기 도체 바에 인접한 절연성 제 1 층 및 상기 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층을 포함함 ―; 및
    제 1 단부, 중간부, 및 제 2 단부를 갖는 도전성 구조를 제공하는 단계 ― 상기 제 1 단부는 상기 전기 도체 바와 접촉하고, 상기 중간부는 상기 도전성 제 2 층과 접촉하고, 상기 제 2 단부는 상기 전기 도체 바와 접촉하지 않음 ―
    를 포함하는,
    내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 라미네이트 테이프 구조를 랩핑하는 단계는 작은 오버랩(overlap)으로 상기 라미네이트 테이프 구조를 랩핑하는 단계를 포함하는,
    내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 라미네이트 테이프 구조는 약 0.015 인치 미만의 두께를 갖는,
    내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 도전성 구조는 금속 스트립을 포함하는,
    내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    하나 이상의 테이프 스트립들을 통해 상기 라미네이트 테이프 구조에 상기 금속 스트립을 고정(secure)시키는 단계를 더 포함하는,
    내부 코로나 보호 시스템을 전기 도체 바에 적용시키기 위한 방법.
  15. 전기 도체 바 둘레에 배치되도록 적응된 라미네이트 테이프 구조로서,
    절연성 제 1 층; 및
    상기 제 1 층에 접착된 도전성 제 2 층 ― 상기 라미네이트 테이프 구조는 약 0.015 인치 미만의 두께를 가짐 ―
    을 포함하는,
    라미네이트 테이프 구조.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 마이카 페이퍼 층을 포함하는,
    라미네이트 테이프 구조.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마이카 페이퍼 층은 유리 후방인,
    라미네이트 테이프 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 50 ohms/square의 저항을 갖도록 탄소로 로딩된 폴리에스터 펠트를 포함하는,
    라미네이트 테이프 구조.
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