KR100373590B1

KR100373590B1 - 종축을따라뻗은,수직축을따라쌓아진다수의도체바아를갖춘장치

Info

Publication number: KR100373590B1
Application number: KR1019970700881A
Authority: KR
Inventors: 랄프 봄바; 빌헬름 베스텐도르프
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2003-04-21
Also published as: CN1149356A; JP3657267B2; KR970705217A; JPH10504176A; EP0775381A1; DE4428370C1; CZ22797A3; WO1996005645A1; ES2118610T3; US5777406A; HUT77149A; RU2146410C1; DE59502428D1; CN1078018C; EP0775381B1; ATE167008T1

Abstract

본 발명은, 종축(2)을 따라 뻗은, 수직축(3)을 따라 쌓아진 다수의 도체 바아(4)를 포함하고, 각 바아는 종축(2)에 평행하게 정렬된, 종축(2) 및 수직축(3)에 대해 수직인 가로축(5)의 방향으로 한 쌍씩 인접하여 배치된, 및 종축(2)을 따라 한 쌍씩 연달아 배치된 4개의 냉각 채널(6, 7)을 포함하는 장치(1)에 관한 것이다. 각 냉각 채널(6, 7)은 장치(1)의 한 단부(10) 근처에 개구(8, 9)를 포함하고, 대략 종축(2)의 중간에 배치된 2개의 가스 배출 구역(11) 중 한 구역에 미치며, 상기 구역에서 냉각 채널은 수직축(3)에 대해 예각으로 배치된 배출 채널(12)로 이어진다. 본 발명에 따라, 각 도체 바아(4)에서 인접하여 배치된 냉각 채널(6, 7)의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널(6)의 개구(8)는 한 단부(10)에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널(7)의 개구(9)는 단부(10)로부터 간격을 두고 배치되며, 연달아 배치된 냉각 채널(6, 7)의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널(6)의 개구(8)는 상기 채널이 이르는 단부(10)에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널(7)의 개구(9)는 상기 채널이 이르는 단부(10)로부터 간격을 두고 배치된다. 다수의 동일한 장치로 이루어진 한 세트는, 전기 기계, 특히 터빈 발전기의 회전자 권선을 형성하기 위해 매우 적합하며, 이 때 도체 바아들(4)은 각 단부(10)에 배치된, 종축(2)을 중심으로 원호의 형태로 휘어진 원형 도체(15)에 의해 서로 결합된다.

Description

종축을 따라 뻗은, 수직축을 따라 쌓아진 다수의 도체 바아를 갖춘 장치 {DEVICE WITH A MULTIPLICITY OF CINDUCTOR BARS RUNNING ALONG THE LONGITUDINAL AXIS OF THE DEVICE AND STACKED ALONG ITS VERTICAL AXIS}

상기 장치는, 전기 기계에서 종축에 평행한 회전축을 중심으로 회전하는 회전자 권선의 한 구성 부품을 형성하며, 이 때 회전자 권선은, 도체 바아가 적합한 방법으로 위 아래로 결합된 상기 장치를 다수 포함한다. 통상적으로 회전자 권선은 회전축에 대해 원통형인 회전자 구(球)내에 고정되며, 회전자 구는 회전자 권선과 함께 회전자를 형성하고, 회전자를 기계적으로 지지하는 부분이며, 이 때 모든 장치는 단부가 회전자 구로부터 돌출되는 방식으로 회전자 구의 관련 홈내에 놓인다. 도체 바아는 회전자 구의 외부에서 서로 결합되며, 이 때 회전자 구로부터 돌출되는 장치의 부분 및 상기 부분을 결합시키는 원형 도체는 소위 "단말 권선"을 형성한다.

전기 기계용 회전자 권선의 실시예 및 서문에 언급된 장치의 실시예는, 간행물 "Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen, H. Sequenz, Springer-Verlag, Wien und New York 1973, Seiten 169∼199"에 수록된 D. Lambrecht의 논문 "터빈 발전기 및 유도 기기"에 기술되어 있다. 상기 논문에서는, 한 쌍씩 인접하여 배치되고 특히 가스 형태의 냉각제를 안내하기 위한, 서문에 언급된 장치에 사용 가능한 냉각 채널을 갖춘 도체 바아에 대한 상이한 실시예, 및 상기 도체 바아로 회전자 권선을 형성할 수 있는 가능성이 상세히 기술된다 - 상기 도체 바아에 대한 실시예 및 상기 도체 바아로 구성된 장치를 홈내에 삽입시키는 실시예는 도 105, 113 및 118을 참조하고, 회전자 권선의 제조는 도 129를 참조하라. 이 때 각각 하나의 종축을 따라 정렬된 도체 바아는, 종축을 중심으로 휘어진, 경질 납땜에 의해 다른 도체 바아에 결합된 원형 도체와 서로 결합된다.

서문에 언급된 방식의 장치 및 상기 장치를 전기 기계의 회전자에 사용하는 것과 관련된 다른 지시는 유럽 특허 명세서 0 173 877호에 공지되어 있다. 상기 문서는 가스 배출 구역의 형태 및 상기 장치에 속한 2개 가스 배출 구역 서로간의 공간적인 관계에 관한 것이다 ; 가스 배출 구역은, 상기 가스 배출 구역이 서로 겹쳐지는 곳이 없도록, 즉 가로축의 방향으로 볼 때 인접하는 곳이 없도록, 장치의 종축을 따라 변위되어야 한다.

서문에 언급된 방식의 장치를 전기 기계의 회전자 권선의 구성 부품으로서 설계할 때 중요한 과제는, 회전자 권선의 작동 동안, 즉 전류 및 냉각제가 상기 장치를 통해 흐르는 동안 종축을 따라 설정되는 온도의 분배이다. 온도 분배는 종축을 따라 온도가 가급적 일정하게 분배되어야 하고, 열 흡수에 있어서는 온도가 가급적 균일하고 점차적으로 상승하는 것이 특히 중요하다. 왜냐하면, 이러한 방법으로 장치를 따르는 온도의 최대값에 의해 결정되는 장치의 부하 수용 능력이 최대가 되기 때문이다. 상기 최대 부하 수용 능력은 장치를 따르는 온도의 최대값에 의해 결정되는데, 그 이유는, 예를 들어 도체 바아 사이에 삽입되는 및/또는 상기 장치를 둘러싸는 절연 재료의 최대 허용 온도로서 결정될 수 있는 일정한 한계값을 상기 최대값이 초과해서는 안되기 때문이다. 한계값 및 장치의 치수가 고정되면, 부하 수용 능력이 상승될 수 있으며, 동시에 소위 "뜨거운 장소", 즉 그것의 주변에 비해 훨씬 더 높은 온도를 갖는 장소가 피해지고, 이것은 장치 위로 열이 균일하게 발생되고 방출된다는 것을 의미한다. 상기 방식의 장치의 특히 높은 부하 수용 능력은, 온도가 국부적으로 뜨거운 장소에서만 상승되는 것이 아니라 장치를 따라 균일하게 상승됨으로써 허용 한계값에 도달되는 방식으로, 작동 중에 장치의 온도가 상승됨으로써 얻어진다.

본 발명은, 종축을 따라 뻗은, 수직축을 따라 쌓아진 다수의 도체 바아를 포함하고, 각 바아는 종축에 대해 평행하게 정렬된, 종축 및 수직축에 대해 수직인 가로축의 방향으로 한 쌍씩 인접하여 배치된, 및 종축을 따라 한 쌍씩 연달아 배치된 4개의 냉각 채널을 포함하며, 각 냉각 채널은 장치의 한 단부 근처에 있는 관련 개구로부터 대략 종축의 중간에 배치된 2개의 가스 배출 구역 중 한 구역에 이르고, 상기 구역에서 냉각 채널이 수직축에 대해 예각으로 배치된 배출 채널로 이어지도록 구성된 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 하기에 설명된다. 도면은 본 발명의특징을 명확히 위해 부분적으로 개략적으로 및/또는 변형된 형태로 도시되었다 ; 도면은 비율에 따라 도시되지 않았다.

도 1은 본 발명에 따른 다수의 도체 바아를 갖춘 장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에 따른 하나의 도체 바아를 도시한 개략도이며,

도 3은 본 발명에 따른 장치를 갖춘 회전자 구를 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 장치2 : 종축

3 : 수직축4 : 도체 바아

5 : 가로축6, 7 : 냉각 채널

8, 9 : 개구10 : 단부

11 : 가스 배출 구역12 : 배출 채널

13 : 회전자 구14 : 홈

15 : 원형 도체

본 발명의 목적은, 전술한 요구 조건을 만족시키는, 서문에 언급된 방식의 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 종축을 따라 뻗은, 수직축을 따라 쌓아진 다수의 도체 바아를 갖춘 장치가 제공되고, 각 도체 바아는 각각 종축에 평행하게 정렬된, 종축 및 수직축에 대해 수직인 가로축의 방향으로 한 쌍씩 인접하여 배치된, 및 종축을 따라 한 쌍씩 연달아 배치된 4개의 냉각 채널을 포함하며, 각 냉각 채널은 장치의 한 단부 근처에 있는 관련 개구로부터 대략 종축의 중간에 배치된 2개의 가스 배출 구역 중 한 구역내에 이르고, 그곳에서 수직축에 대해 예각으로 배치된 배출 채널로 이어지며, 이 때 본 발명에 따른 각 도체 바아에서 인접하여 배치된 냉각 채널의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널의 개구는 한 단부에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널의 개구는 단부로부터 간격을 두고 배치되며, 연달아 배치된 냉각 채널의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널의 개구는 상기 채널이 안내되는 단부에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널의 개구는 상기 채널이 안내되는 단부로부터 간격을 두고 배치된다.

본 발명은, 장치를 따라 열이 공급될 때 및 전반적으로 균일하게 열이 발생될 때, 즉 회전자 권선의 범위 내에서 작동되는 경우에, 온도를 균일하게 분배하기 위해 필요한 열의 균일한 방출은, 냉각 채널의 치수가 서로 동일함으로써 달성되며, 이 경우에는 특히 냉각 채널이 필요 이상으로 긴 것을 피해야 한다. 이 때, 회전자 구 내부에서의 회전자 권선의 냉각은 회전자 구 외부에서의 회전자 권선의 냉각과 다른 전제 조건, 즉 "단말 권선"내에 배치된다. 단말 권선내에 있는 회전자 권선은 회전자 구내에서와 동일한 방식으로 감싸져 있지 않기 때문에, 권선을 냉각시키기 위해 냉각 채널을 통해 흐르는 냉각제와 결합이 가능하고, 상기 결합에 의해 회전자 구 내부에서 권선을 더 양호하게 냉각시킬 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 따른 장치내에 있는 모든 냉각 채널이 완전히 상기 장치를 관통하는 것이아니라, 냉각 채널의 절반은 장치의 단부에 있는 한 개구에서 시작되고, 다른 절반은 각각 개구 근처에 있는 단부로부터 간격을 두고 배치된 한 개구에서 시작된다. 여기에서 생겨나는, 단말 권선 영역에서의 냉각 손실은 용인될 수 있다. 왜냐하면, 상기 손실은 선행 기술로부터 공지된, 상기 장소에서 설명이 필요 없는 다른 방식의 냉각 조치에 의해 보상될 수 있기 때문이다 ; 중요한 장점은, 과도하게 긴 냉각 채널이 상응하게 제한된 냉각제용 유압 컨덕턴스에 의해 피해진다는 것이다.

연달아 배치된 냉각 채널의 각 쌍에서 바람직하게, 냉각 채널의 길이는 거의 동일하고, 이것은 또한 상기 냉각 채널의 컨덕턴스 및 한 도체 바아의 4개의 모든 냉각 채널의 컨덕턴스가 동일하다는 것을 의미한다. 그럼으로써 4개의 모든 냉각 채널을 통해 도체 바아를 특히 균일하게 냉각할 수 있고, "뜨거운 장소"의 형성이 특히 양호하게 방지된다.

냉각 채널에 개구를 장치하는 것은 본 발명의 의미에서, 냉각 채널이 장치로부터 리드되어 나와 배출 채널과 통하게 되어 있는 가스 배출 구역이 종축을 따라 서로에 대해 변위되어 있다는 의미를 갖는다. 그러나 상기 변위는 바람직하게, 가스 배출 구역에 인접하는 곳이 없을 정도로 그렇게 이루어지는 것이 아니라, 가스 배출 구역이 가로축에 대해 부분적으로, 즉 25%까지, 바람직하게는 15%까지만, 예를 들어 가스 배출 구역당 14개의 배출 채널 중에서 2개 정도만이 한 가스 배출 구역의 길이에 상응하는 한 단면에 걸쳐서 서로 인접하는 방식으로 냉각 채널의 설계가 이루어진다.

회전자 권선을 형성하기 위해, 장치는 바람직하게 한 회전자 구의 홈내로 삽입되며, 이 때 단부는 모든 개구가 노출될 정도로 회전자 구로부터 돌출된다. 각 하나의 단부에 직접 배치되지 않은 개구는 더욱 바람직하게 회전자 구에 직접 배치된다. 본 발명에 따른 장치를 회전자 권선내에 조립하는 것은, 바람직하게 회전자 구의 관련 홈내로 삽입되는 다수의 동일 장치로 이루어진 한 세트가 제공되는 방식으로 이루어지며, 이 때 상기 세트를 형성하는 장치의 상응하는 단부에 의해 형성된 세트의 각 단부에는 종축을 중심으로 대략 원호 형태로 휘어진 원형 도체가 제공되고, 상기 각 원형 도체는 서로 상이한 장치에 속하는 2개의 도체 바아를 서로 결합시킨다. 원형 도체는 바람직하게 경질 납땜에 의해 도체 바아와 결합된다. 따라서 본 발명에 따른 장치는, 선행 실시예에 상응하게 바람직하게 소위 "직사각형 단말 권선"이 형성됨으로써 대형 전기 기계, 특히 터빈 발전기의 회전자 권선에 통합된다. 직사각형 단말 권선은, 제조되는 회전자의 회전축을 따라 정렬된 도체 바아가 회전축을 중심으로 대략 원호 형태로 휘어진 원형 도체와 특히 경질 납땜 방식으로 결합됨으로써 형성된다. 상기 실시예가 공지되어 있기는 하지만, 지금까지는 단말 권선을 형성하기 위해 회전축을 따라 정렬된 도체 바아가 상응하게 휘어진 실시예가 더 자주 선호되었다. 본 발명의 범위 내에서 직사각형 단말 권선을 제공하는 것은, 도체 바아의 냉각과 별도로 그리고 관계없이 원형 도체의 냉각을 체크할 수 있다는 장점이 있으며, 이것은 회전자 권선의 설계에 부가의 자유도를 제공한다.

도 1 및 도 2는 서로 관련이 있기 때문에, 하기에서 공통으로 설명된다. 도 1은 종축(2) 및 수직축(3)에 평행한, 본 발명에 따른 장치(1)의 한 단면을 보여주며, 도체 바아(4)는 상기 축들을 따라 겹쳐서 쌓아진다. 도 2는 도 1에 따른 단면에 대해 수직으로 배치된, 도 1에 도시된 장치(1)의 중간 도체 바아(4)의 한 단면을 보여주며, 상기 도체 바아는 종축(2) 및 가로축(5)에 평행하게 배치되고, 가로축은 종축(2)에 대해 수직일 뿐만 아니라 세로축(3)에 대해서도 수직이다.장치(1)에서 각 도체 바아(4)는 4개의 냉각 채널(6, 7)을 포함하며, 그 중에서 2개의 채널(6)은 한 단부(10)의 근처에 개구(8)를 갖고, 다른 2개의 채널(7)은 상기 채널(7)이 이르는 각 단부(10)로부터 간격을 두고 배치된 개구(9)를 갖는다. 냉각 채널(6) 및 (7)은 종축(2)에 대해 각각 앞 뒤로 연달아 배치되거나, 가로축(5)에 대해 각각 인접하여 배치된다. 모든 냉각 채널(6, 7)은 세로축(3) 및 가로축(5)에 의해 지시된 장치(1)의 중간 영역에 있는 가스 배출 구역(11)에서 끝나며, 상기 영역에서 채널은 세로축(3)에 평행하게 배치된 배출 채널(12)로 이어진다. 작동 중에 냉각제, 특히 냉각 가스가 개구(8) 및 (9)를 통해 상기 냉각 채널(6) 또는 (7)내로 공급되고, 그곳에서 가스 배출 구역(11)에 있는 배출 채널(12)에 이른다. 종축(2)을 따라서 볼 때, 가스 배출 구역(11)은 서로에 대해 변위되어 있고, 이 경우 가로축(5)을 따라 볼 때, 상기 배출 구역은 부분적으로 인접하여 배치된다. 개구(8 및 9) 및 배출 채널(12)을 형성하는 도체 바아(4)의 리세스는 본 실시예에서 사이드 밀링에 의해 형성된다 ; 다른 실시예도 물론 가능하다.

도 3은, 전기 기계용 회전자 권선을 형성하기 위한 도체 바아(4)의 장치(1)가 회전자 구(3)의 홈(14)내에 어떻게 배치되는지를 보여주는, 축(17)에 대하여 대각으로 바라본 개략도이다. 도체 바아(4)는, 모든 개구(8) 및 (9)가 노출되는 방식으로 회전자 구(13)로부터 돌출된다. 이 때, 단부(10)로부터 떨어진 개구(9)는 직접 회전자 구(13)에 배치된다. 회전자 권선, 특히 단말 권선을 도 3의 하부에 지시된 바와 같이 형성하기 위해서는 도체 바아(4)가 서로 결합되어야 하며, 상기 결합은 종축(2)에 평행한 회전자 구(13)의 회전축(17)을 중심으로 대략 원호 형태로 휘어진, 각각 2개의 도체 바아(4)와 결합되는 원형 도체(15)에 의해 이루어진다. 상기 결합은 예를 들어 경질 납땜 결합이다. 원형 도체(15)를 냉각시키기 위한 냉각 채널(16)은 각각 하나의 도체 바아(4)에서 시작되어 중간에 있는 리세스(19)에서 끝난다. 작동시에는 도체 바아(4)가 현저한 원심력에 노출되기 때문에, 홈(14)이 확실하게 폐쇄되어야 한다. 상기 홈 폐쇄는, 원심력을 포착하기 위해 실제로 회전자 구(13)와 고부하 마찰 결합을 형성해야만 되는, 슬롯 웨지(16)에 의해 개략적으로 지시되었다.

다수의 도체 바아를 갖춘 본 발명에 따른 장치는, 작동시, 즉 전류가 도체 바아를 통해 흐를 때 형성되는 열을 매우 균일하게 방출시킬 수 있기 때문에, 대형 전기 기계, 특히 터빈 발전기용 고부하 회전자 권선에 매우 적합하다.

Claims

종축(2)을 따라 뻗은, 수직축(3)을 따라 쌓아진 다수의 도체 바아(4)를 포함하고, 각 바아는 종축(2)에 대해 평행하게 정렬된, 종축(2) 및 수직축(3)에 대해 수직인 가로축(5)의 방향으로 한 쌍씩 인접하여 배치된, 및 종축(2)을 따라 한 쌍씩 연달아 배치된 냉각 채널(6, 7)을 포함하며, 각 냉각 채널은 장치(1)의 한 단부(10) 근처에 있는 관련 개구(8, 9)로부터 종축(2)의 중간에 배치된 2개의 가스 배출 구역(11) 중 한 구역에 이르고, 상기 구역에서 냉각 채널은 수직축(3)에 대해 예각으로 배치된 배출 채널(12)로 이어지도록 구성된 장치(1)에 있어서, 각 도체 바아(4)에서 인접하여 배치된 냉각 채널(6, 7)의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널(6)의 개구(8)는 한 단부(10)에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널(7)의 개구(9)는 단부(10)로부터 간격을 두고 배치되며, 연달아 배치된 냉각 채널(6, 7)의 각 쌍에 대해 한 냉각 채널(6)의 개구(8)는 상기 채널이 안내되는 단부(10)에 직접 배치되고, 다른 냉각 채널(7)의 개구(9)는 상기 채널이 안내되는 단부(10)로부터 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서, 연달아 배치된 냉각 채널(6, 7)의 각 쌍에서 냉각 채널(6, 7)의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 또는 2항에 있어서, 가스 배출 구역(11)이 가로축(5)에 대해 부분적으로 서로 인접하여 배치되는 방식으로, 가스 배출 구역(11)이 종축(2)을 따라 서로에 대해 변위되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 장치(1)가 한 회전자 구(13)의 홈(14)내로 삽입되고, 이 때 단부(10)는 모든 개구(8, 9)가 노출될 만큼 회전자 구(13)로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서, 각 단부(10)에 직접 배치되지 않은 개구(9)가 회전자 구(13)에 직접 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
각 장치(1)가 회전자 구(13)의 관련 홈(14)내로 삽입되며, 이 때 각 단부(10)에는 종축(2)을 중심으로 원호 형태로 휘어진 원형 도체(15)가 제공되고, 각 원형 도체는 서로 상이한 장치(1)에 속하는 2개의 도체 바아(4)를 서로 결합시키도록 구성된, 제 4항에 따른 다수의 동일한 장치(1)로 구성된 세트.
제 6항에 있어서, 원형 도체(15)가 도체 바아(4)와 경질 납땜되는 것을 특징으로 하는 세트.
제 6항에 있어서, 상기 세트는 대형 전기 기계인 터빈 발전기내에 있는 회전자 권선인 것을 특징으로 하는 세트.