KR20160096097A - 전기 기계용 권선 - Google Patents

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Abstract

전기 기계용 권선은 적어도 네 개의 스택들의 가닥들(15)을 갖는 전위 바를 포함한다. 가닥들(15)의 스택들의 커플들은 기본 전위 바들(16)을 규정한다. 상기 권선은 각각의 전위 바(9) 내의 적어도 두 스택들의 냉각 파이프들로서, 각 스택의 냉각 파이프들(18)이 두 스택들의 가닥들(15) 사이에 정렬되는, 상기 적어도 두 스택들의 냉각 파이프들과, 기본 전위 바들(16)의 측면들이 교환되는 적어도 하나의 교차 전위 바(20)를 포함한다.

Description

전기 기계용 권선{WINDING FOR AN ELECTRIC MACHINE}
본 발명은 전기 기계용 권선에 관한 것이다. 전기 기계는 가스 또는 스팀 터빈에 접속되는 동기 발전기(터빈 발전기) 또는 하이드로 터빈에 접속되는 동기 발전기(수력 발전기) 또는 비동기 발전기 또는 동기 또는 비동기 전기 모터 또는 다른 유형들의 전기 기계들과 같은 회전 전기 기계다.
전기 기계들은 고정자 및 회전자를 가지며; 상기 고정자는 권선(일반적으로, 3상 권선)을 규정하도록 서로 간에 접속된 전위 바들(transposed bars)을 하우징하는 축을 이루는 슬롯들(axial slots)을 갖는다.
도 12를 참조하면, 각각의 슬롯(8)은 두 개의 전위 바들(30)을 하우징하고, 하나가 다른 하나 위에 있다. 각각의 전위 바(30)는 네 개의 스택들의 가닥들(strands)(15)을 가지며, 상기 네 개의 스택들의 가닥들(15)은 두 개의 나란히 있는 기본 전위 바들(elementary transposed bars)(31)을 규정한다. 상기 기본 전위 바들(31)은 상기 권선을 규정하도록 함께 접속된 종단 러그들(terminal lugs)(32)(일반적으로, 고체 구리 블록이라고 함)을 갖는다. 도 12의 좌측(참조 B)에서 볼 수 있는 바와 같이, 러그들(32)을 갖는 바들(30)은 상이한 위치들에서 끝난다(특히 좌측의 상부에 있는 두 개의 바들(30)을 참조). 상기 좌측의 하부에 있는 러그들(32)을 갖는 바들(30)에도 동일하게 적용되며, 여기서는 좌측 바(30)가 더 길다. 도 12의 좌측에서 상부에 있는 좌측 바(30)는 인접하는 우측 바(30)보다 짧으며, 이러한 것을 교차 접속(crossover)이라고도 한다. 상기 바들(30)의 말단 부분들의 이러한 어긋난 정렬(misalignment)은 최근 기술에서 상기 바들(30)의 상기 가닥들(15)의 전위(transposition)에서 비롯된다. 이러한 구성은 상기 바들(30)을 용접하기 위한 용접 처리 및 재료의 응력의 측면에서 대단히 중요하다. 도 12의 우측에서(참조 A), 바들(30)의 길이가 조절되는 경우가 도시되며, 상기 바들(30)의 말단에서 대응하는 러그들(32)이 함께 접속되고, 상기 바들(30)의 가닥들(15)은 전위되지 않는다.
문서 US 7 898 127은 방사상으로 배열된 러그들이 상호 간에 접속되는 실시예를 개시한다(이러한 접속은 도 12의 참조 A에 의해 확인되는 접속과 유사하다).
이러한 실시예는 동작 동안 큰 손실을 야기하는 문제가 있는데, 이는 기본 전위 바들의 위치가 교환되지 않기 때문이다.
미국 7 898 127의 다른 실시예에서, 도 12의 참조 A에 의해 확인되는 것과 유사한 방사상으로 배열된 러그들에 부가하여, 러그들(32) 사이의 교차 접속들이 또한 제공된다(이 접속들은 도 12의 B에 에 의해 확인되는 접속들과 유사하다). 상기 교차 접속들은 전위 바의 우측에 있는 기본 전위 바의 러그들(32)을 또 다른 전위 바의 좌측에 있는 기본 전위 바와 접속한다; 이러한 방식으로 상기 기본 전위 바의 위치 교환이 달성된다.
이러한 실시예는 손실을 낮추는 것을 가능하게 하지만, 교차 접속은 어렵고, 조립하는데 시간 소모적이다.
본 개시의 한 측면은 적은 손실을 갖지만 동시에 조립하기 용이하고 빠르게 할 수 있는, 두 개의 나란히 있는 기본 전위 바들을 규정하는 네 개의 스택들의 가닥들을 갖는 전위 바들을 갖는 권선을 제공하는 것을 포함한다.
상기한 측면 및 다른 측면들은 첨부된 청구범위에 따라 권선을 제공함으로써 얻어질 수 있다.
추가의 특징들과 이점들은 바람직하지만 배타적이지 않은 권선의 실시예의 설명으로부터 더욱 명백할 것이며, 이에 대해서는 첨부된 도면들의 비-제한적 예를 통해 설명된다.
도 1 및 도 2는 바들을 하우징하도록 스롯들을 갖는 전기 기계의 도식적 측면 및 정면을 도시하는 도면.
도 3은 슬롯과 상기 슬롯에 하우징된 두 개의 전위 바들의 단면도.
도 4는 제 1 실시예의 권선의 도식적 도면.
도 5 내지 도 7은 도 4의 권선의 교차 바의 도식적인 상면도.
도 8은 제 2 실시예의 권선의 도식적 도면.
도 9 내지 도 11은 도 8의 권선의 교차 바의 도식적인 상면도.
도 12는 종래 기술에 따라 좌측 B에서는 가닥의 전위들에 기인하여 시프트된 바들의 전경과 우측 A에서는 길이가 조절된 바들의 배경으로 전기 기계에서 전위 바들 간의 접속들을 도식적으로 도시한 사시도.
도면들을 참조하면, 전기 발전기 또는 모터와 같은 전기 기계(1)가 도시된다.
상기 전기 기계(1)는 샤프트(5)에 의해 지지되는 회전자(4) 및 고정자(3)를 하우징하는 케이싱(2)을 갖는다.
상기 고정자(3)는 상기 회전자(4)가 회전 가능하게 하우징되는 보어(7)를 규정하는 적층된 고정자 코어(laminated stator core)(6)를 포함한다. 상기 고정자 코어(6)는 상기 보어(7) 내에서 개방된 슬롯들(8)을 가지며, 권선을 하우징한다. 상기 슬롯들(8)은 웨지들(wedges)에 의해 폐쇄된다.
상기 권선은 함께 접속된 전위 바들(9)에 의해 규정된다.
각각의 슬롯(8)은 하나가 다른 하나 위에 있는 두 개의 전위 바들(9)을 하우징한다.
상기 전위 바들(9)은 상기 슬롯들(8)에 하우징된 직선 부분(straight part)(10)과 상기 직선 부분(10)의 말단들로부터 연장하며 상기 슬롯들(8)에 하우징되지 않지만 상기 샤프트들(5)을 감싸고 함께 접속되는 굽어진 말단 권선부(11)을 갖는다.
상기 전위 바들(9)은 적어도 네 개의 스택들의 가닥들(15)을 가지며; 상기 가닥들(15)은 일반적으로 서로 간에 가볍게 절연되고, 주 절연체(15a)에 의해 커버된다. 가닥들(15)의 스택들의 커플들은 기본 전위 바들(16)을 규정한다. 도 3은 두 개의 도체 바들 또는 전위 바들(9)이 삽입된 슬롯(8)을 도시하며, 하나의 전위 바(9)는 하단에 있고, 하나의 전위 바(9)는 상단에 있다. 도면에서, 상기 슬롯(8)은 상기 하단에서 폐쇄되고, 상기 상단에서 웨지로 마무리된다. 일반적으로, 전기 기계들의 고정자들의 슬롯들(8)에는 하나의 전위 바(9) 또는 두 개의 전위 바들(9)이 설치된다. 후자의 슬롯(8) 구성이 도 3에 도시된다. 이러한 것은, 하나의 도체 바 또는 전위 바(9)가 상기 슬롯(8)에 배열되고 상기 전위 바(9)로 구성되는 상기 두 개의 기본 전위 바들(16)이 본 발명에 따라 배열되며, 이어서 하나의 교차 전위 바(20)가 제공된다는 것을 의미한다. 대안적으로, 두 개의 도체 바들 또는 전위 바들(9)이 상기 슬롯(8)에 배열될 때, 서로의 위에서 네 개의 기본 전위 바들(16)이 제공되고 한 커플 또는 두 개의 기본 전위 바들(16)이 각각의 전위 바(9)로 구성된다. 이러한 경우에, 네 개의 기본 전위 바들(16)이 본 발명에 따라 배열될 때, 전위 바들로부터 상기 교차 전위 바들(20)이 제작되는 상기 두 개의 전위 바들(9)에 대응하는 도 3의 사시도에 따라 서로의 위에 배열된 두 개의 교차 전위 바들(20)이 만들어진다. 상기 전위 바들(9)은 고정자(3)의 권선의 부분이며 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 직선 부분과 굽혀진 부분들로 구성된다. 직선 부분들(10)은 상기 슬롯들(8)에 수용되며, 여기서 말단 권선들(11)이라 칭하는 굽혀진 부분들은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 슬롯들(8)에 하우징되지 않지만 고정자 하우징, 고정자 프레임 또는 케이싱(2) 내에서 자유롭게 배열된다. 도 4 및 도 8은 고정자(3)의 네 개의 슬롯들(8)에 배치되도록 적응된 직선 부분(10)의 네 쌍의 교차 전위 바들(20)을 갖는 권선을 도시한다.
상기 전위 바들(9)은 또한 동작시 냉각 매체가 흐르는 냉각 파이프들(18)의 스택들을 포함한다. 냉각 파이프들(18)의 각 스택은 두 스택들의 가닥들(15) 사이에 배열된다.
바람직하게, 상기 냉각 파이프들(18)은, 이들 각각의 냉각 파이프(18)가 가닥들(15) 사이에 제공되기 때문에 냉각을 최적화한다.
기본 전위 바들(16)을 규정하는 상기 전위 바들(9)에 부가하여, 상기 권선은 또한 적어도 하나의 교차 전위 바(20)를 포함한다.
교차 전위 바(20)는 상기 기본 전위 바들(16)의 측면들이 교환된 바가 된다. 또한, 상기 교차 전위 바(20)는 직선 부분(10) 및 말단 권선(11)을 갖는다. 예를 들면, 도 5를 참조하면, 상기 교차 전위 바(20)는 기본 전위 바(16a) 및 기본 전위 바(16b)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기본 전위 바(16a)에 대해서는:
- 상기 교차 전위 바(20)의 한 말단에서(도 5의 상단), 상기 기본 전위 바(16a)는 상기 교차 전위 바(20)의 우측 상에 있고,
- 상기 교차 전위 바(20)의 다른 말단에서(도 5의 하단), 상기 기본 전위 바(16a)는 상기 교차 전위 바(20)의 좌측 상에 있다;
유사하게, 상기 기본 전위 바(16b)에 대해서는:
- 상기 교차 전위 바(20)의 한 말단에서(도 5의 상단), 상기 기본 전위 바(16b)는 상기 교차 전위 바(20)의 좌측 상에 있고,
- 상기 교차 전위 바(20)의 다른 말단에서(도 5의 하단), 상기 기본 전위 바(16b)는 상기 교차 전위 바(20)의 우측 상에 있다.
이러한 구성은 손실의 감소를 가능하게 한다. 또한, 상기 권선은 교차 접속 없이 (도 12의 접속 A와 유사하게) 방사형으로 배열된 러그들(21) 사이의 접속들만을 사용함으로써 제작될 수 있으며; 이러한 것은 상기 권선의 조립을 쉽고 빠르게 할 수 있다. 방사상의 정렬은 따라서 러그들(21)로 마무리되는 상기 전위 바들(9)의 말단 부분들이 본질적으로 동일한 위치에서 끝을 맺는다는 것을 의미한다.
각각의 기본 전위 바(16)는 그 말단들에서 러그(21)를 갖는다; 함께 접속되는 상기 기본 전위 바들(16)의 러그들(21)은 방사상으로(도 2에서 고리 모양의 고정자 코어(6)를 참조한 방사상으로) 정렬된다.
일반적으로, 슬롯(8) 내의 상단 위치에서 하우징된 각각의 전위 바(9)는 다른 슬롯들(8) 내의 하단 위치들에서 하우징된 두 개의 바들(9)(각 말단에서의 것)과 접속된다.
상기 교차 전위 바(20)는 540도 이상의 전위를 가지며; 또한, 상기 전위는 180도의 배수가 된다. 이러한 방식은 상기 기본 전위 바들(16)의 권회수와 무관하며, 상기 기본 전위 바들(16)은 상기 교차 바(20) 내에서 그 위치를 교환한다. 또한, 상기 전위 바들(9)은 180도의 배수인 540도 이상의 전위를 갖는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 제 1 예에서, 교차 전위 바(20) 및 상기 전위 바(9)의 직선 부분(10)만이 전위된다. 이 경우, 상기 직선 부분(10)은 180도의 배수인 540도 이상의 전위를 갖는다; 도 5는 상기 전위 바들(9)의 상기 직선 부분(10)에서의 540도 및 상기 말단 권선(11)에서의 0도 전위 및 교차 전위 바(20)의 예를 도시한다. 도 6 내지 도 8은 교차 전위 바들(20)의 상이한 예들을 도시한다.
예를 들면 도 9에서의 제 2 예에서는, 상기 전위 바들(9)의 직선 부분들(10)과 말단 권선들(11) 및 교차 전위 바(20) 모두가 전위된다. 이러한 경우에, 상기 직선 부분들(10)과 상기 말단 권선들(11) 모두는 180도의 배수 및 540도 이상의 전위를 함께 가지며; 도 9는 상기 직선 부분(10)에서의 360도 및 상기 말단 권선(11)의 각각에서의 90도 전위의 예를 도시한다. 도 10 내지 도 12는 교차 전위 바들(20)의 상이한 예들을 도시한다.
상기 권선의 작동은 예시된 기술로부터 명백하며 실질적으로 다음과 같다.
조립 동안, 기본 전위 바들(16)의 말단에 있는 모든 러그들(21)은 방사상으로 정렬된다.
따라서, 이들의 접속은, 상기 러그들(21) 사이의 컨덕터(하지만, 컨덕터는 피할 수 있다) 및 상기 러그들(21)을 차단할 클램프를 제공함으로써 용이하게 달성될 수 있으며; 상기 러그들(21)과 상기 컨덕터(제공될 경우)는 함께 남땜될 수 있다. 이러한 것은 상기 러그들(21)이 방사상으로 정렬되기 때문에(도 2) 용이하고 빠르게 된다. 교차 접속은 필요치 않다(즉, 러그들(21)은 도 12의 접속 B와 유사하게 전위 바의 한 측면에 있는 기본 전위 바(16)를 다른 전위 바의 다른 측면에 있는 기본 전위 바(16)에 접속한다). 따라서, 교차 접속과 관련한 러그들(21)의 납땜과 연관된 문제들(정렬되지 않은 러그들(21)의 클램핑에서의 어려움 등)을 피할 수 있다. 교차 접속은 기술된 본 발명에 따른 교차 전위로 가닥들(15)의 전위 방식을 갖는 특유의 권선에 의해 교차 접속은 배제된다.
동작 동안, 상기 권선은 상기 기본 전위 바들(16)의 교환에 의해 전기적으로 균형이 유지되며, 그에 따라 손실이 감소된다.
또한, 가닥들(15)의 커플들 사이의 복수의 냉각 채널들 또는 냉각 파이프들(18)로 인해, 냉각이 최적화된다.
실제로, 사용되는 재료 및 치수는 기술의 상태 및 요구에 따라 자유로이 선택될 수 있다.
1: 전기 기계
2: 케이싱
3: 고정자
4: 회전자
5: 샤프트
6: 고정자 코어
7: 보어
8: 슬롯
9: 전위 바
10: 직선 부분
11: 말단 권선
15: 가닥
15a: 주 절연체
16, 16a, 16b: 기본 전위 바
18: 냉각 파이프
20: 교차 바
21: 러그
30: 전위 바
31: 기본 전위 바
32: 러그
A: 접속
B: 교차 접속

Claims (6)

  1. 적어도 네 개의 스택들의 가닥들(strands)(15)을 갖는 전위 바들(transposed bars)(9)을 포함하는 전기 기계용 권선으로서, 가닥들(15)의 스택들의 커플들이 기본 전위 바들(elementary transposed bars)(16)을 규정하는, 상기 전기 기계용 권선에 있어서,
    각각의 전위 바(9) 내의 적어도 두 스택들의 냉각 파이프들(18)로서, 각 스택의 냉각 파이프들(18)이 두 스택들의 가닥들(15) 사이에 정렬되는, 상기 적어도 두 스택들의 냉각 파이프들; 및
    적어도 하나의 교차 전위 바(crossover transposed bar)(20)로서, 두 개의 기본 전위 바들(16)의 측면들이 교환되고, 각각의 기본 전위 바(16)는 그 말단에 러그(21)를 갖고, 서로 접속된 상기 두 개의 기본 전위 바들(16)의 러그들(21)은 방사상으로 정렬되는, 상기 적어도 하나의 교차 전위 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 권선.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 교차 전위 바(20)는 180도의 배수인 540도 이상의 전위(transposition)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 권선.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전위 바들(9)은 180도의 배수인 540도 이상의 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 권선.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전위 바들(9)은 직선 부분(straight part)(10) 및 상기 직선 부분(10)의 말단에 있는 굽어진 말단 권선(curved end windings)(11)을 가지며, 상기 직선 부분(10)만이 전위되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 권선.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 교차 전위 바(20)는 직선 부분(10) 및 상기 직선 부분(10)의 말단에 있는 굽어진 말단 권선(11)을 가지며, 상기 직선 부분(10)만이 전위되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 권선.
  6. 전기 기계의 고정자(3)에 있어서,
    중심 보어(7) 및 상기 중심 보어(7) 내에 개방된 축을 이루는 슬롯들(8) 및 상기 슬롯들(8) 내에 하우징된 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 권선을 갖는 적층된 고정자 코어(laminated stator core)(6)를 포함하는, 전기 기계의 고장자.
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