KR910010195B1 - 발전전동기기의 스테이터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

발전전동기기의 스테이터 어셈블리

[도면의 간단한 설명]

첨부된 도면에 따라 구체적으로 기재된 아래의 설명에서 본 발명의 다른 목적, 잇점 및 특징을 쉽게 알 수 있다.

제1도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 스테이터 어셈블리를 가진 유도자 타입의 발전전동기기의 한 실시예를 측면에서 본 횡단면도.

제2도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 유도자 타입의 발전전동기기의 다른 실시예를 측면에서 본 일부절단 횡단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예의 분해사시도.

제4도는 본 발명의 환기 특징을 이해하는데 필요한 유체 흐름을 나타낸 횡단면도.

제5도는 제3도의 발전전동기기를 조립형상으로 나타낸 절단사시도.

제6도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 발전전동기기의 자석에 대한 횡단면도(end view).

제7도는 본 발명의 또 다른 실시예를 측면에서 본 횡단면도.

제8도는 제7도의 실시예에서 사용된 스테이터의 단부를 나타낸 횡단면도(end view)이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 일반적으로 발전전동기기(dynamoelectric machines)에 관한 것이며, 특히 고속을 포함하여 넓은 속도범위에서 작동할 수 있는 유도자 타입의 회전식 발전전동기기의 스테이터 어셈블리(stator assembly)에 관한 것이다.

일반적으로 속도 조절구동장치는 예측되는 작동속도에서의 제열능력(heat rejection capability), 주어진 속도범위에서 작동하는 능력, 낮은 리액턴스(reactance)등 여러 가지 특성을 기준으로 한 표준구조에서 선택되는 모우터가 사용되었다.

이와 같이 모우터의 사용결과 구조면에서는 유용하나 특히 속도능력이나 전체적인 시스템의 성능면에서 제한을 현저하게 받게 되었다.

고속을 응용하는 면에서 볼 때 각종의 공지 구조로된 발전전동기기가 사용되고 있으나 그 목적 달성에는 제한을 받았다. 동위상 또는 유도형 모우터는 예로서 고속회전시에 회전구조[샤프트, 자극편(polepieces) 및 계자권선(field winding)을 포함함]의 물리적인 보존성(integrity)이 결여되어 있으므로 고속회전을 할 때 기계적으로 제한을 받는다.

이와 같은 곁과, 3600rpm 이상의 유도형 발전전동기기를 거의 사용하지 않게 되었다. 물론, 기어를 사용하여 표준 유도형 모우터의 출력속도를 증가시킬 수 있으나 이것은 그 증가요인을 더 높이는데 있어서, 특히 신뢰성이 없다는 것이 입증되었다. 또, 어느 정도로 ″고속기어에 넣느냐(gear up)″에 대해서도 제한이 있다. 또 다른 고속적용에서는 소형의 일반 타입 모우터 또는 영구자석 모우터가 사용되었다. 그러나, 일반타입 모우터는 특히 비능률적이며 속도비에 따르는 증가가 어려웠다. 반면에 그 영구자석 모우터는 고가로 비능률적이고 대형 발전전동기기에 대해서는 실용성이 없다. 가변성 자기저항 타입 기기(variable reluctance type machine)(계자권선 없음)가 최근에 제안되었으나 일반적으로 고속에서 분리되는 라미네이트 로우터(laminated rotors)를 사용하였다. 고속조작을 실현시킬 수 있는 다른 계획, 특히 전기 발전에 대한 설계에서는 유도자 타입 발전전동기기가 사용되었다.

이와 같은 기기는 일반적으로, AC 전기자(armature)와 DC 여자코일을 구성하고 코일 없는 로우터를 포위하는 스테이터(stator)에 그 특징이 있다.

이와 같은 타입의 발전전동기기에는 회전계자 또는 전기자 코일이 없으므로 회전권선(rotating winding)을 가진 기기에 공통적인 슬립링(slip ring) 브러시 및 그 관련 접속부재를 모두 제거시킬 수 있다. 로우터의 중실(solid) 구조와 결합하는 이와 같은 특징에 의해 고속회전에 특히 적합한 유도자형 기기를 제작할 수 있다. 공지된 유도자 타입의 회전 발전전동기기는 ″C″ 또는 ″U″자 형상의 전기자가 원주방향으로 배치된 배열을 사용하며 이들의 전기자를 횡방향의 자극 로우터를 포위한 원통형계자 코일을 포위하고 있다. 예로서, 미국특허 제437,501호에서는 고정식 원통형계자 코일을 사용하는 스테이터와 전기자 코일의 대향측에 서로 대향하여 있고 교대로 배치하는 ″U″자형상의 자석편을 갖춘 ″발전기″에 대하여 기재되어 있다. 위에 인용한 내국특허의 배열장치에서 U자형상의 자석편과 단일의 전기자 코일은 볼트로 함께 죄인측면 프레임에 의해 지지되었다. 그 계자권선을 둘러싼 스트렙(Strap)에 의해 고정되어 있고; 그 스트랩의 단부는 측면 프레임(상기 인용 미국특허의 제3도와 그 설명서를 참조할 것) 사이에 형성되어 있는 종방향 로드에 부착되어 있다.

미국특허 제2,519,097호에서는 유도자 타입의 발전전동기기에 대하여 기재되어 있다. 이 역시 고정식 계자권선과 회전식 횡방향 자극 로우터를 포위하여 원주방향으로 분배되어 있는 배열을 한 아아치 또는 U자형상의 아머처 엘리먼트를 사용하고 있다. 상기 인용된 첫째 미국특허에서와 같이, 상기 둘째로 인용된 미국특허의 아머처 엘리먼트는 외측 프레임에 장착되어 있다.

최근, 이와 같은 발전전동기기의 구조는 미국특허 제3,912,958호(″flux-switched Inductor Alter-nator″:플럭스-교환유도자 교류 발전기)에 기재되어 있다. 위에 인용한 셋째 미국특허의 한 실시예(제3도)에서 구체적인 도시 또는 설명을 하지 않았으나 다수의 원주방향으로 분배된 스테이터 어셈블리가 바(bars)를 지지하는데 작동하는 스테이터 어셈블리의 일단에서 열 자속링(thermomagnetic flux ring)에 기계적으로 접속되어 있다.

위에 설명한 유도자 타입 기기의 선행의 기기가 고속자동을 할 수 있다하더라도 이들의 기기는 어느 면에서 실제적으로 제한을 받는다. 이들 기기의 각각은 1차적으로 전기발전으로 유도된다.

물론, 쿼드런트(quadrants) 전체, 즉 발전, 전동(motoring), 전진 및 후진으로 작동하는데 적합하도록 한 그러한 기기를 구성하는 것이 바람직하다. 또, 여러 가지의 아머처 엘리먼트를 축방향, 반경방향 및 원주방향으로 용이하고도 정확하게 위치설정을 할 수 있고, 기계운전(조작)시에 상기 정확하게 위치설정을 하여 결합한 기준구성요소간의 간격을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

외부에 설치한 종래의 배열장치는 이와 같은 목적을 효과적으로 달성할 수 없으며 또 그 장치의 조립, 분해 및 수리를 하는데도 역시 복잡하다. 또, 작동(운전)할 때 이와 같은 장치의 냉각과 향상된 플럭스실드의 제공에 있어서 그 개량이 역시 바람직하다.

따라서, 상기 유도자 타입의 회전식 발전전동기기의 스테이터를 지지하는 실패(spool)형상 지지체구조를 제공함으로서 본 발명의 원리에 따라 종래의 결점을 극복하고 본 발명의 목적이 실현된다. 그 실패형상 지지체구조는 계자권선의 내부 지지체를 구성시켜 장착하고 3직교 방향으로 다수의 원주방향으로 배치된 C자형상의 아머처 엘리먼트를 정확하게 위치시킨다.

상기 실패형상 지지체구조는 비자성물질로 되어 있고, 길이방향의 축을 중심으로 하여 동심으로 형성되는 중공의 가느다란 중심부를 가진다. 그 중심부는 계자코일을 지지하며 공축 로우터의 삽입을 수용하는, 내부의 길이방향통로를 구성한다. 그 중심부의 각 단에, 단부가 그로부터 반경방향 외측으로 형성되어 있다. 이들 단부 각각은 그에 각을 이루어 일정한 간격을 둔 위치에 각각 설정된 다수의 아머처 코어의 복수를 지지한다.

바람직한 구조에 있어서, 이 아머처 코어의 위치설정 구성요소 각각은 단부의 축방향의 가장 바깥표면에 반경방향홈을 구성한다. 이들 흠은 실패형상 지지체구조를 주변에 원주방향으로 분배된 배열로 배치되어 있는 C자형상의 아머처 코어 구성요소의 다리부분을 받아들여 위치하도록 구성되어 있다. 그 실패형상 지지체구조의 단부는 축방향으로 일정한 간격을 두고 있으며 반경방향으로 펼처 구성되어 있고, 각 단부의 홈은 3직교방향으로 아마처 엘리먼트를 정확하게 위치시켜, 길이방향 축선에서 등거리에 상기 아머처 코어 구성요소의 반경방향으로 가장 안쪽에 있는 단부를 유지하도록 하고, 인접 아머처 코어 엘리먼트의 반경방향으로 가장 안쪽에 있는 단부는 사이띄어 있도록 하기 위해 각을 이루어 간격을 두고 있다.

냉각 목적으로 그 실패형상 지지체구조의 중심부는 단부 부근에 냉각 포오트(Ports)를 구성하며, 그 단부는 그 중심부에 의해 구성된 통로에서 회전하게 장착된 로우터 표면에 형성된 리세스와 연통되어 있다.

이 실시예에서 그 로우터는 임펠러(impeller)로서 작동하며 상기 냉각 포오트를 통하여 냉각 유체를 원심방향으로 배출시킨다.

그 실패형상 지지체구조의 중심부는, 로우터 내에서 시간 변화에 따르는 플럭스(flux)를 억제하며 열 소산(heat dissipation)을 촉진하는 전도재로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또, 아머처 코어 엘리먼트간의 추가 플럭스 실딩(flux shielding)과 아머처 코어 엘리먼트의 진동 및 소음을 감소시키기 위해 실패형상 지지체구조의 단부에 그 아머처 코어 엘리먼트를 클램핑(clamping)하거나 또는 고정시키는 수단과, 와류(eddy current)의 손실을 감소시키며 냉각을 증기시키는 로우터 로우브(rotor lobes) 표면의 니얼링(knurling)과, 동기작동(synchronous operation)을 촉진하기 위하여 피드백(feed-back) 신호를 제공하는 로우퍼 위치 엔코더(encoder)의 사용과, 발전전동기기의 조립, 분해 및 수리를 간단하게 하기 위하여 프레임 내의 실패형상 지지체구조에 장착한 스테이터 조립체의 억지 끼워 맞춤(interference fitting)과, 그리고 상기 실패형상 지지체구조와 조합한, 개량의 조정할 수 있는 속도 및/또는 고속 발전전동기기와 단일 스테이터 조립체의 구성에 대하여 깊이 고려하고 있다.

따라서, 본 발명의 기본 목적은 구조, 효과 및 다용성(versatility)을 향상시킨 유도자 타입의 발전전동기기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 최고속을 포함하여 넓은 속도범위에 걸쳐 작동할 수 있고, 효율제고, 구조적인 무결(integrity) 신뢰성, 수리 및 코스트효과를 나타내는 유도자 타입의 발전전동기기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유도자 타입의 발전전동기기를 플럭스 실딩(flux shielding)과 환기를 개량시키는데 있다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 넷의 쿼드런트(quadeants)를 효과적으로 작동시킬 수 있고 실용적이며 안정상이 있고 허용할 수 있는 유도자 타입의 발전전동기기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 높은 출력밀도(power density)를 사용하여 고속으로 작동할 수 있고, 고온에 견딜 수 있는 발전전동기기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스테이터 구성요소의 내부장착(internal mounting)과 정확한 위치설정을 용이하게 하고, 또, 회동용 시일(seals)을 필요로 함이 없이 유체로 냉각하는 권선을 조합하도록 하는 유도자 타입의 회전식 발전전동기기에 대한 신뢰성이 높은 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 콤팩트(compact)하고, 스스로 지지되며 비교적 용이하게 조립되고 스테이터 구성요소의 설정을 정확하게 하는 유도자 타입의 회전식 발전전동기기에 쓰이는 스테이터 어셈블리를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이하고 원주방향으로 분배된 C자형상 아머처 엘리먼트의 정확한 위치를 설정하도록 하며, 유도자 타입의 발전전동기기에서의 플럭스 실딩과 냉각 유체 순환을 용이하게 하는 스테이터 지지체(stator support)를 제공하는데 있다.

또, 본 발명의 목적은, 그의 지지가 아머처 코어의 정위, 쿨룽 감쇠, 계자권선 지지, 감소된 플럭스 누설, 냉각을 감당하고, 아머처 구성요소로서 고수파수에서 차례로 손실을 감소시키는 얇은 적층의 사용이 가능한, 유도자 타입 발전전동기기에 대한 스테이터 지지체를 제공하는데 있다.

제1도에 대하여 상세하게 설명하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 횡방향 전극 AC 유도자 타입의 회전식 발전전동기기에 대한 실시예를 타나낸 것이다.

일반적으로 부호 2로 나타낸 상기 기기에는 회전할 수 있고 코일 없는 로우터(coil-less rotor)(40)를 포위하고 있는 고정식 스테이터(4)가 있다. 이와 같이 간단한 실시예에서, 상기 기기는 포위하우징이나 프레임 없이 스테이터 지지체의 내부 특성을 강조하여 나타낸 것이다.

로우터(40)는 종축(6)에 따라 구성되고 공축으로 되어 있다. 그 로우터는 견고한 일편(一片)구조를 가지며 로우터 샤프트(46)의 각 단부(end)에서 베어링(7)에 의해 지지되어 있다.

이 간단한 실시예에서 베아링(7)은 받침대(pedestals)(8)에 장착되고, 그 받침대 역시 기반부재(base member)(9)에 의해 지지되어 있다. 로우터(40)는 그 양단부에서 원주방향으로 일정한 간격에서 축방향으로 형성된 표면 리세스(surface recess) 또는 커트 아우트(cutouts)(42)를 구성한 중앙의 원통형상부(41)을 가진다. 그리고 그 표면 리세스(42)에는 종래의 공지된 방법으로 횡방향 자극 로우터의 각 단부에, 필요한 수의 로우브(lobes)(44)를 규정한다. 이 로우터(40)는 시판용 자성체, 예로서 카번 스틸(carbon steel)로 구성시킬 수 있다.

스테이터 어셈블리(4)에는 기반부재(9)상에 설정되고, 필요할 경우 브래킷(bracketss)(11) 또는 적당한 수단에 의해 고정된 내부의 실패형상 지지체구조(10)를 갖고 있다.

그 실패형상 지지체구조(10)는 일반적으로 원통형상의 중심부(12)를 가지며, 그 중심부는 길이방향 축(6)과 공방향이며, 로우터(40)를 받아들이는 내부에서 길이방향으로 형성되는 중심통로를 구성한다. 계자(또는DC 여자) 권선(22)은 중심부(12)의 외면에 감겨서 그 외면에 의해 지지되어 있다.

스테이터 지지체구조(10)에는 그 중심부(12)의 양단에서 반경방향 외측으로 형성된 한 쌍의 단부(14)가 있다. 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 단부(14)는 다수의 원주방향으로 분배된 C자형상(U자형상 또는 아아치형상)의 아머처 코어 (26)를 장착시켜 정확하게 위치를 설정하도록 역할한다.

각 아머처 코어(26)는 길이방향으로 형성되는 그 아머처 코어의 기반부재 주위를 감아 지지하는 각 AC아머처 코일(24)을 바람직하게 구비하고 있다. 아머처 코어(26)는 자성체(magnetic material)로 구성되며, 반면에 상기 지지체구조(10)는 비자성체, 예로서 알루미늄 또는 페놀 등으로 되어 있다.

상기 발전전동기기는(2)의 작동은 전류가 계자권선(22)에 인가되어 로우터(40)가 외축수단에 의해 회전될 경우, 전압이 발전기(generator)에서와 같이 아머처 권선(24)에 유도되는 동기 AC 기기(synchronous AC machines)의 전형이다.

이와 동일하게, 그 아머처 권선(24)은 동기 AC 발전전동기기의 다상(poly-phase)에서와 같이 로우터 로우브 표면(rotor lobe surfaces)(44)과 전기자(26)의 가장 안쪽 단부사이에 있는 갭(gap)(60)에서 회전자속파(rotating flux wave)를 발생할 수 있게 작동할 경우 그 기기의 루우터(40)는 전동 모우터에서와 같이 그 전기자 자속파를 따라 회전하게 된다.

제2도는 본 발명의 실패형상 스테이터 지지체구조(10)를 조합한 유도자 타입의 회전식 발전전동기기에 대한 실시예를 나타낸 것이다.

이 도면에서는 전체도면에서와 같이 동일 구성요소는 동일한 부호로 나타내며 동일한 작동을 한다.

이와 같은 특정의 실시예에서, 로우터(40)는 한 쌍의 베어링(48)에 의해 회전할 수 있도록 지지되어 있다.

상기 베어링(48)은 베어링 마운트(bearing mount)(50)에 의해 역시 단부 실드(end shield)(51)에 지지되어 있다. 그 단부 실드(51)는 공지의 방법으로 프레임(52)에 부착되어 있고, 그 프레임(52)은 스테이터 어셈블리를 포위하고 있다. 그 스테이터 어셈블리는 실패형상 지지체구조(10)에 의해 프레임(52)내에 지지되어 있고, 바람직하게도 단부 연장부(end portion extensions) 또는 스포우크(spokes)(53)에 의해 반경방향으로, 그리고 스페이서(spacers)(55)에 의해 축방향으로 프레임(52)내에 센터링(centering)되어 있다.

바람직한 구조에서는 스테이터 어셈블리는 조립. 분해 및 보수를 용이하게 하도록 프레임(52)내에 억지 끼워 맞춤(interference fit)되어 있다.

제2도의 실시예에서는 아머처 코어(26)의 반경방향 돌출부의 외측단에 따라 원주방향으로 배치된 환상링(annular ring)(57)이 있다. 상기 환상링(57)은 볼트(59) 또는 유사한 것에 의해, 상기 지지체구조(10)에 아머처 코어(26)를 소정의 위치에 클램핑할 목적으로 구성된 단부(14)에 접속되어 있다. 다른 적당한 고정수단도 또 이 목적이 사용할 수 있다.

또 제2도에 나타낸 바와 같이, 로우터(40)의 리세스(42)는 스테이터의 지지체구조(10) 단부(14)에서 축방향의 내측으로 형성되는 것이 바람직하다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 실패형상 지지체구조(10)의 중심부(12)는 그 중심부(12)의 단부 가까이에 관통되어 형성되는 냉각 포오트(cooling ports)를 구성하는 것이 바람직하다. 리세스(rotor recess)(42)를 형성하는 로우터(40)는 스테이터의 지지체구조(10)중심부(12)에서 냉각 포오트를 통과하는 냉각 유체를 원심방향으로 배출하는 임펠러(impeller)로 작동함으로서 발전전동기기의 냉각을 향상시키며, 이것은 특히 고속적용에 있어서 중요하다.

제3도는 본 발명의 대표적 실시예의 간단한 분해사시도로서, 구성 부품의 상호 관련성을 이해하는데 특히 도움을 준다.

도시한 바와 같이, 계자권선(26)과 아머처 코어(26)를 지지하는 실패형상 지지체구조(10)는 원판형상 단부(14)를 가진 중공의 원통형체(12)를 구성한다. 상기 단부(14)에는 다수의 주변 슬롯(peripheral slots)(16)이 있으며, 이들의 주변 슬롯(16)은, 그 단부의 주변에서 쇼울더(shoulders)(32)로 반경방향 내측으로 형성되어 있다. 홈(dados 또는 groover)(16′)은 각 단부(14)의 외측면을 따라, 슬롯(16)의 저면에 있는 쇼울더(32) 반경방향 내측으로 형성되어 있다. 상기 홈(16′)과 관련되어 있는 슬롯(16)은 아머처 코어(26)를 배치하여 정확하게 설정하도록 하는 역할을 한다.

아머처 권선(24)은 각각 C자형상 아머처 코어(26)의 기반 부분에 설치하고 리이드(leads)(28)에 의해 전기적으로 접속된다.

설명을 더 명백하게 하기 위하여, 하나의 아머처 코어(26)만을 제3도에 나타낸다.

실제적으로, 다수 예를 들어 18개의 상기 아머처 코어를 실패형상 지지체구조(10)의 단부판에 각을 이루어 간격을 둔 홈(16′)에 장착시킨다. 조립할 때, 그 다수의 아머처 코어(26)를 그 실패형상 단부의 슬롯(16)에 삽입시켜 그 아머처 코어(26)의 기판의 권선없는 아머처 부분(30)이 슬롯(16)의 쇼울더(32)에 위치한다.

상기 코어의 다리(legs)(34)는 반경방향의 슬롯 형상부재 즉, 홈(16′)으로 슬라이딩(sliding)이 되며, 모든 구성요소를 설치할 경우 반경방향에서 가장 안쪽단부(36)는, 그 실패형상 지지체구조(10)의 중심부(12)내에 공축으로 설치된 로우터(40)와 동심인, 거의 원형 궤적을 형성한다.

제3도의 실시예에서, 한 세트의 격벽(partition)(18)은 프레임(52)의 부분으로 나타낸 것으로, C자형의 코어(26)의 축방향으로 가장 바깥단부를 받아들여 정합(matching)하는 한 세트의 홈(19)을 구성한다. 그 격벽과 프레임(52)의 관련단부 부재가 반경방향에서 축방향으로 또 원주방향으로 정확하게 장착된 위치에서 C자형상 코어(26)를 그 실패형상 지지체구조(10) 단부(14)에 고정시키는 클램핑 수단(clamping means)을 구성한다.

이와 같은 클램핑 수단은 상기 코어의 진동과 소음을 감소시키도록 역할한다.

지지체구조(10)는 일체로 되어도 좋고 또 공지의 방법으로 함께 고정시킨 격벽부품으로 구성되어도 좋다.

지지체구조(10)의 원통 형상의 중심부(12)는 각 단부에, 원주방향으로 동간격으로 정해진 한 세트의 아아치형의 냉각 포오트(ports)(20)가 바람직하게 구성되어 있다. 냉각 포오트(20)는 그 중심부(12)의 벽을 통하여 형성되어 있고, 계자권선(22)과 아머처 권선(24)을 보관하는 공간과 중심부(12)내의 중공의 공간을 연통하도록 하고 있다. 냉각 포오트(20)의 수, 위치, 크기 및 형상은 제3도에 나타낸 것에서 변화시킬 수 있다. 포오트(20)를 포함하는 냉각 조작을 제4도와 관련지어 아래에서 구체적으로 설명한다.

제4도에서 로우터(40)는 자성체로 된 단일의 실린더를 구성하며, 그 로우터(40)의 양단에는 커트아우트(cutouts) 또는 리세스(42)를 구성시켜 상기 리세스 사이에 위치하는 다수의 로우브(lobes)(44)가 생기게 한다.

서로 결합한 교번 또는 맥동(pulsating)플러스(flux)의 작동에 의해, 상기 코어단부(36) 아래에 있는 로우터의 로우브(44)에 유도된 와류의 크기는 본 발명에 따라 너얼링(knurling)과 같이 공지된 기계 가공 프로세스에 의해 감소시킬 수 있다.

이 프로세스에 의해, 로우터의 로우브(44)의 원활한 원재표면은 너얼링 공구를 사용하여 다수의 작은 크기의 돌출영역(44′)으로 변형시킨다. 이 영역은 로우터의 로우브(44)의 표면에 흐를 수 있는 와류의 크기를 제한시킴으로 로우터 표면에 낮은 I²R 손실을 발생시킨다. 이 와류의 크기는 표피효과(skin effect)와 결부시켜 냉각되며 두 메커니즘은 그 맥동플러스의 인가주파수가 증가됨에 따라 더 강력해지는 것은 공지되어 있다.

로우터의 로우브 표면의 너얼링은 또 냉각의 부수방법을 제공한다. 너얼링은 로우브의 표면적을 증가시켜 냉각을 더 용이하게 한다. 제3도의 하부에 나타낸 바와 같이, 로우터(40)는 로우터(40)의 각 단부에서 길이방향으로 형성된 로우터축(46)을 가지며, 이 로우터 축은 일체로 되어 있고 인접한 동축으로 구성되어 있다.

베아링 마운트(bearing mounts)(50)내에 설치할 때 그 중심부(12)에 의해 구성된 중공의 통로 내에 동축으로 회전할 수 있게 로우터(40)를 지지하는 한 세트의 베아링(48)이 축(46)의 각 단부 주위에 배치되어 있다.

로우터(40)의 리세스(42)는 가상 포오트(Phantom ports)(20′)에 의한 로우터와의 관계를 개략적으로 나타낸 바와 같이 리세스가 냉각 포오트(20)와 겹칠 수 있도록 보장받기에 충분하게 축 방향내측으로 형성되어 있다.

여러 가지의 응용에 있어서, 기기프레임(machine frame)(52)은 실패단부(spool and)를 구비하고 많은 부재를 인접시켜 사용한다. 이와 같은 예에서 세그먼트(segment)(18)는 기기프레임(52)과 일체로서 형성시킬 수 있다.

이와 같은 배열로, 베아링 지지체 수단(50)은 볼트를 관통시킨 프레임(52)의 단부 외측면에 볼트로 고정시켜 단부(14)에 고정하도록 하거나 또는 교대로 상기 단부를 관통시켜 대향 베아링 지지체 수단에 고정하도록 한다. 반경방향으로 일직선 배열한 부분이 동시 클램핑(clamping)으로, C자형상 코어(26)를 반경방향으로 원주방향 등 간격에 배열이 되게 고정시키고 또 C자 코어의 진동과 소음을 감소하도록 작용한다.

최종적으로, 로우터 축위치 결정수단(54), 즉 광 엔코더 디스크(optical encoder disk)는 축(46)의 연장부(extension)에 또는 베아링(48) 바로 내측으로 위치시켜 종래에 잘 알려진 방법으로 그 발전전동기기의 동기작동을 용이하게 하는 피이드 백 신호(feedback signal)를 발생시킬 수 있다.

제4도는 인접한 코어(26) 사이에서 취한, 제3도의 실시예를 간단하게 한 부분 횡단면도이다. 냉각유체(56)의 통로는 그 냉각유체가 베아링 지지체(50)와 프레임(52) 사이로 유입되는 것을 명백하게 나타낸다.

그 냉각유체의 유입지점은 그 나타낸 지점으로부터 변화되어도 좋다. 예를 들어, 유체를 유도하기 위해 베아링 지지체(50)에 다수의 구멍을 형성시킬 수 있다.

초기유도(initial induction)후, 그 냉각유체(50)는 리세스(42)를 통과하여 축 방향 안쪽으로 이동하고 그 다음 포오트(20)를 통하여 회전로우터(40)에 의해 그리고 계자권선(22)과 아머춰권선(24)의 인근으로 원심분리 된다.

계자권선(22)은 원통형상체(12)의 외표면 주위에서 공축방향으로 감으며 계자코일 그 자체의 주위에 그리고 그 내부에 유체통로(58)를 설정하도록 배치시키는 것이 바람직하다. 이런 관점에서 제4도에서는 갭(60)을 명백하게 나타낸다.

이 갭(60)은 로우터로브(44)의 외측 원주면과 C자형상 코어의 반경방향으로 가장 안쪽 단부(36)의 원형궤적 사이에 설정되어 있다. 이 갭(60)의 방사길이는 그 기기의 크기에 따라 대략 20-50밀(mils) 정도이다.

본 발명의 스테이터 어셈블리는, 기기 작동시에 타이트(tight)한 허용오차 내에서 이와 같은 간격을 유지하도록 역할한다. 이 실시예에서, 아머처의 C자형상 코어는 다수의 최신변압기에 사용되었던 종래의 ″C″코어와 동일하다.

아머처 코어는 개별의 적층(lamination), 랩 구조(wrapped construction), 철분(iron powder)(소결:sintered)구조 또는 기타 등으로 구성시킬 수 있으며, 각 코어(26)의 외부 적층은 코어간 플럭스 실딩(flux shielding)을 추가로 제공하기 위해, 특히 상기 코어(26)의 반경방향 가장 안쪽단부 가까이에서 구리 또는 기타 이와 동일한 재질로 구성될 수가 있다. 또, 구비 또는 다른 적당한 재질로 된 별도의 박판 또는 이와 대응되는 구조를 사용하여 상기의 코어간 플럭스 실딩을 제공할 수 있다.

제5도는 제3도에 나타낸 구성요소의 조립체를 절단시켜 간단하게 나타낸 사시도이다. 이 도면에서 아머처 코어(26)의 원주방향 분배를 명백하게 나타내었다. 제6도는 본 발명의 자석 구성요소만을 나타낸 단면도(end view)이다.

도면에서 나타낸 바와 같이 C자형상 코어(26)는 실패형상 구조에 의해 지지될 반경방향으로 배치되고, 바람직하게 등간격으로 각을 이루어 사이띄어 있다. 코어(26)가 자리한 반경방향의 깊이는 각 아마처 마운트 슬롯(16)의 쇼울더(32)에 의해 결정된다. 로우터(40)는 C자 코어(26)의 배열내의 중앙에 공축으로 배치되어 바람직한 로우터-아머처 갭(gap)(60)을 형성한다. 여기서는 코어간의 갭(62)이라 부르는 다른 갭은, 특정지게 구성된 아머처 설치 구조에 의해 얻어진다.

이와 같은 코어간 갭(62)은 인접코어간의 플럭스(flux)의 누설(leakage)을 최소화하며 또 아머처 코어 사이에 냉각유체를 통과하게 한다. 제7도는 또 본 발명의 원리에 따라 구성된 유도자 타입의 발전전동기기의 변형예를 나타낸 것이다.

이 실시예에서, 로우터 베어링(48)은 프레임(52)의 단벽(end walls)에 직접 부착되어 있다. 파형와셔(wave washers)(70)는 베어링에 사전에 넣어 열팽창을 하도록 한다. 전열 베어링 마운트(insulated bearing mount)(72)는 프레임연장부(73)로부터 로우터의 단을 분리시킨다.

이 경우 로우터 위치 엔코더가 프레임 연장부(73)내에 위치되고 상기 로우터 위치 엔코더는, 브래킷(78)등에 의해 프레임(52)의 단벽에 부착된 자기 픽업(magnetic pick up)(76)과 관련하여 작동하는, 로우터축(46) 단부에 고정한 기어(74)를 구성한다. 프레임 연장부(73)는 또 그 기기의 전기 구성 요소에 동력을 공급하는 전기접속자(80)를 지지한다.

제7도에서, 밴드(bands)(82)는 아머처 코어(26)의 다리(34)의 반경방향으로 가장 바깥단부, 둘레를 원주방향으로 감싸고 있다. 밴드(82)는 다른 영구고정방법 즉, 진공압력함침방법(vacuum pressure impregnation)을 사용할 경우, 영구 또는 일시적으로 실패형상 지지체구조의 적합한 곳에 아머처 코어를 고정시키는데 사용할 수 있다.

제7도의 실시예에서, 단부(14′)의 반경방향으로 가장 안쪽단부는, 부호 84로 나타낸 바와 같이, 효율을 향상시키기 위해 모서리가 죽여져 있다. 제8도의 단면도에 나타낸 바와 같이, 그 실패형상 지지체구조의 각 단판(14′)은 일반적으로 원통형상 하우징(90)내에 스테이터 어셈블리를 센터링시키기 위해, 등간격으로 사이띄인 3개의 반경방향의 연장부 또는 스포우크(spokes)(88)를 가지고 있다.

도면에 나타낸 6개의 자극에서, 연장부(88)는 360 전기적 각도(electrical degrees)와 동일한 2개의 자극피치(pole pitches)에 의해 서로 분리되어 있다. 이와 같은 배열에 의해, 상기 단부(14′)는 실패형상 지지체구조의 중심부로서 동일한 전도재로 구성되도록 한다.

상기 스테이터 어셈블리는 원통형 케이싱(90)내에 억지 끼워 맞춤(interference fit)을 하는 것이 바람직하다. 이것은 이 케이싱을 가열시켜 할 수 있으며, 스테이터 어셈블리를 삽입하기 전에 열팽창시킨 후 그 케이싱을 냉각시켜, 스테이터 어셈블리 주위에서 억지 끼워 맞춤으로 수축하도록 한다.

이와 같은 구조에 의하여 그 기기의 조립 및 분해를 용이하게 하며, 또 그 구성요소에의 접근을 용이하게 한다. 도면에 나타낸 실시예에서, 각 로우터 로우브(44)는 일 완전자극피치 경간의 아아크 길이를 가지고있어, 바람직한 토오크(torque) 특성을 발생하게 하고 있다. 로우터 로우브의 아아크 길이는 단일 자극피치와 같거나 또는 그 이하가 되어야 하나, 하나의 아마처보다는 커야한다. 로우터 로으브와 그 간에 연합된 리세스는 필요할 경우, 로우터의 전체길이를 가로질러도 좋다. 여기에 도시한 실시예는, 6극-3상 구조(six-pole three phase configuration)를 나타낸 것이다.

통상의 기술자들은 본 발명에 다수의 상(相) 또는 짝수의 자극(poles)을 갖도록 구성할 수 있으며 상기 로우터의 각 단부에는 자극에서와 같이 1/2의 로우브를 가지며, 일단의 로우브가 타단의 로우브를 반사하도록 구성할 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 알맞은 전기 주파수에서 고속작동을 얻을 수 있도록 하기 위하여 자극수를 적게하여 사용하는 것이 바람직하다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 능률적인 작동과 고속작동을 할 수 있는 유도자타압의 회전식 발전전동기기를 구성하는데 사용되고 내부에 지지되는 단일 스테이터 어셈블리를 제공하는 것임을 알 수 있다.

여기서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 가지 구성요소를 일체로 되게 결합할 때 이들 구성요소는 위에서 설명한 목적전체를 달성하며, 여러 자기의 실시예와 도면을 들어 여기서 설명하였으나, 본 발명의 청구범위에 기재된 범위와 기본적인 기술구성에서 벗어남이 없이 여러 가지로 변형, 부가, 대치 등을 할 수 있다는 것은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명료해질 것이다.

Claims (12)

1. 중심의 길이방향 중심의 축선(6) 둘레에 원주로 분포되고 길이로 뻗어있는, 일반적으로 C자형상을 한 복수의 고정 아머처 엘리먼트(26)를 가지고 있고, 또 상기 축선(6) 및 상기 아머처 엘리먼트(26)의 내부와 동축의 고정 계자권선(22)을 가지고 있으며, 상기 계자권선(22)과 상기 아머처 엘리먼트(26)를 내측으로부터 지지하고 그리고 또 정확하게 지지하는 공통 지지수단(10)에 의해 특징지어지는 유도자형 발전전동기기(2)의 스테이터 어셈블리(4).
2. 제1항에 있어서, 상기 지지수단(10)은 상기 아머처 엘리먼트(26)를 수용하기 위한 방사 홈(16′)들을 가진 단판(end plate)(14)을 가지고 있는 비자성 실패형 구조로 이루어져 있는 유도자형 발전전기기의 스테이터 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 실패형 구조는 중공의 기다란 중심부(12)를 가지고 있고, 상기 중심부(12)는 상기 중심의 길이의 축선(6) 둘레에 그에 평행으로 뻗어 있는 벽 수단으로 이루어져, 로터(10)의 삽입을 수용하기 위해 상기 중심부(12)를 관통하여 길이의 통로를 규정하고 있으며, 상기 실패형 구조는 상기 길이의 축선(6)에 관하여 상기 중심부(12)의 각각의 단으로부터 반경방향으로 외향으로 전개하는 축 방향으로 사이띄인 단부(14)와, 그리고 각 단부(14)의 축 방향 최외측면 주위에 각을 이루어 사이띄인 위치에 각각 배치된 복수의 방사상으로 향한 홈(16′)을 가지고 있고; 계자권선(22)은 상기 실패형 구조(10)의 중심부(12)둘레에 감겨 있고 직류 전원에의 접속에 접합돼 있으며; 그리고 원주에 분포되고, 일반적으로 C자형상을 한 길이로 뻗어 있는 아마처 엘리먼트(26)는 상기 실패형 구조(10)의 단부(14)에 의해 지지되고, 상기 각 아머처 엘리먼트(26)는 상기 실패형 구조(10)의 단부(14)상의 위치에 고정돼 있다. 상기 각 아머처 엘리먼트(26)가 상기 길이의 축선(6)에 관하여 축 방향으로 반경방향으로 그리고 원주에 정확히 배치된 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
4. 제2항에 있어서, 상기 각 아머처 엘리먼트(26)는 상기 축선(6)에 일반적으로 평행하게 뻗어 있는 기부(base portion) 및 상기 기부의 각 단에 일반적으로 반경방향 내측에 뻗어 있는 돌출부(34)를 가지고 있으며; 그리고 실패형 구조(10)의 단부(14)의 축방향 최외측면의 각 홈(16′)은 홈과 연합한 쇼울더(32)로부터 반경방향 내측으로 뻗으며, 그리고 각 홈(16′)은 상기 아머처 엘리먼트(26)의 기부가 상기 홈과 연합한 쇼울더(32) 위에 걸칠 때 아머처 엘리먼트(26)의 각기 돌출부(34)를 받아 들여 유지시키게 모양지어져 있는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
5. 제4항에 있어서, 각 단부(14)의 홈(16′)들은 인접한 아머처 엘리먼트(26)들의 돌출부(34)의 반경방향 최내측 단(36)들 간에 필요한 주변간극을 유지하도록 하기 위해, 각을 이루어 사이띄어 있고; 그리고 상기 홈들과 연합한 쇼울더(32)들은 상기 아머처 엘리먼트 돌출부(34)의 반경방향 최내측 단(36)을 상기 길이의 축선(6)으로부터 등거리에 유지하도록 하기 위해 위치되어 있는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
6. 제5항에 있어서, 상기 실패형 구조(10)의 단부(14)에 정확하게 위치된 상기 복수의 아머처 엘리먼트(26)를 고정하기 위한 고정수단(57,59 또는 82)을 더 함유하는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
7. 제6항에 있어서, 상기 실패형 구조(10)의 상기 각 단부(14)는 반경방향으로 배치된 복수의 상기 스테이터 어셈블리(4)를 케이싱(90)내에 정확히 위치시키기 위해, 상기 쇼울더(32)들을 넘어서 뻗고 있는 스포우크 수단이 더 마련돼 있는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
8. 제7항에 있어서, 실패형 구조(10)의 중심부(12)의 벽 수단은 전도성 재료로 만들어지고 로우터(40)내에 시변 플러스(time varying flux)를 억제하게 작용하는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
9. 제4항에 있어서, 실패형 구조(10)의 중심부(12)의 벽 수단은 실패형 구조(10)의 중심부(12)의 외부로 상기 통로를 연결하기 위해 그를 통해 연결하고 있는 냉각 포오트(20)를 내포하는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
10. 제9항에 있어서, 상기 냉각 포오트(20)는 실패형 구조(10)의 중심부(12)의 단 가까이에 위치하여 연압한 원주로 사이띄인 한 세트의 아치형 포오트로 이루어지는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
11. 제1항에 있어서, 상기 로우터(40)는 적어도 둘의 실패형 구조의 상기 중심부(12)의 대응하는 단(14)과 연합한 냉각 포오트(20)의 축방향 최내측 가장자리와 적어도 같은 끝 위치에까지 로우터의 각 단으로부터 축방향으로 뻗어 있는 원주상으로 사이띄인 리세스(42)를 가지고 있어 로우터가 회전될 때, 그에 의해 냉각유체(56)를 상기 냉각 포오드(20)를 통해 원심방향으로 추진하게 작용하는 통로에 동축으로 회전 가능하게 장착된 로우터(40)와의 조합의 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.
12. 제11항에 있어서, 기기가 동기 로우터 회전을 용이하게 하기 위한 로우터 위치 피드백 신호를 제공하는 로우터 위치 암호화 수단(54 또는 74); 상기 스테이터 어셈블리(4)를 끼워 넣은 프레임 수단(52); 그리고 로우터(40)가 상기 통로를 통해 동축으로 뻗어 상기 로우터(40)를 회전할 수 있게 장착하기 위해 상기 프레임에 접속한 로우터 장착 수단(50,70 또는 72)을 더 함유하고 있는 유도자형 발전전동기기의 스테이터 어셈블리.

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