KR20000070683A - A device in the stator of a rotating electric machine - Google Patents

Abstract

고정자가, 권선을 수용하는 슬롯홈들 사이에 고정자 톱니부(stator teeth)를 구비하며, 톱니부(teeth)의 자유 단부(free ends)가, 고정자와 회전자(rotor)사이의 에어 캡(air gap)에 위치하는, 회전 전기 기계(rotating electric machine)에서의 고정자(stator)의 기계적인 강성(mechanical rigidity)과 고유 주파수(natural frequency)를 증가시키기 위한 장치가, 인접하는 고정자 톱니와 일체로 형성되며, 고정자 톱니부를 접선 방향(tangential direction)으로 기계적으로 지지하도록 각 고정자 슬롯홈을 가로질러 배치되는 요크를 구비한다.The stator has stator teeth between the slot grooves that receive the windings, the free ends of the teeth having an air cap between the stator and the rotor. A device for increasing the mechanical rigidity and natural frequency of the stator in a rotating electric machine, located in the gap, is formed integrally with adjacent stator teeth. And a yoke disposed across each stator slot groove to mechanically support the stator teeth in a tangential direction.

Description

회전 전기 기계의 고정자 장치{A DEVICE IN THE STATOR OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE}Stator device for rotating electric machines {A DEVICE IN THE STATOR OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은, 회전 전기 기계(rotating electric machine)에 있어서의 고정자(stator)의 기계적인 강성(mechanical rigidity)과 고유 주파수(natural frequency)를 증가시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 고정자는, 권선을 지지하는 슬롯홈들 사이에 고정자 톱니(stator teeth)를 구비하며, 고정자와 회전자(rotor)사이의 에어 갭(air gap)에 톱니(teeth)의 자유 단부(free ends)가 위치한다. 본 발명은 또한, 그러한 회전 전기 기계에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to an apparatus for increasing the mechanical rigidity and natural frequency of a stator in a rotating electric machine, the stator supporting a winding. Stator teeth are provided between the slot grooves, and free ends of the teeth are located in the air gap between the stator and the rotor. The invention also relates to such a rotary electric machine.

전력(electric power)을 발생시키기 위한 발전소에서의 발전기, 복식-급송 기계(dual-fed machines), 외측 회전 기계(outer pole machines), 동기 기계(synchronous machines) 및 비동기 정전류 컨버터 카스케이드(asynchronous static current converter cascades)와 같은 고전압 전기 교류 기계(high-voltage electric alternating current machines)는, 지금까지 15∼30㎸ 범위의 전압으로 설계되었고, 30㎸가 보통 상한선으로 인식되고 있다. 일반적으로 이것은, 발전기(generator)가, 전압을 전력 네트워크(power network) 수준, 즉 대략 130∼400㎸ 범위로 높이는 변압기를 통하여 전력 네트워크에 연결되어야 한다는 것을 의미한다.Generators, dual-fed machines, outer pole machines, synchronous machines and asynchronous static current converter cascades in power plants to generate electric power High-voltage electric alternating current machines, such as converter cascades, have been designed so far with voltages in the range of 15 to 30 kHz, with 30 kHz being generally considered the upper limit. In general, this means that a generator must be connected to the power network through a transformer that raises the voltage to a power network level, ie, in the range of approximately 130 to 400 kW.

미국특허 제5,036,165호에는, 반전도성 열분해 유리섬유(semiconducting pyrolized glassfiber)로 된 하나의 내부층 및 하나의 외부층이 절연부에 형성된 하나의 도선이 기술되어 있다. 동력-전기 기계(dynamo-electric machine)의 도선에 그러한 절연부를 형성하는 것도 공지되어 있는데, 예를 들어 미국특허 제5,066,881호에는 반도전성 열분해 유리섬유층이 도선을 형성하는 두 개의 평행 로드(parallel rods)와 접촉되어 있고, 고정자 슬롯홈내의 절연부는 반도전성 열분해 유리섬유의 외부층으로 둘러싸여 있다. 이 열분해 유리섬유는, 주입 처리(impregnating treatment)한 후에도 여전히 고유저항(resistivity)을 유지하기 때문에 적합한 것으로 기술되어 있다.U.S. Patent No. 5,036,165 describes one conductor with one semiconducting pyrolized glassfiber and one outer layer with one outer layer formed on the insulation. It is also known to form such insulation in the conductors of a dynamo-electric machine, for example in US Pat. No. 5,066,881 two parallel rods in which a semiconductive pyrolytic glass fiber layer forms the conductors. Insulator in the stator slot groove is surrounded by an outer layer of semiconductive pyrolytic glass fibers. This pyrolytic glass fiber is described as suitable because it still maintains resistivity even after the impregnating treatment.

이러한 문제점에 대한 해결책이, 슬롯 웨지들(slot wedges)과 같은 독립된 스페이서들(separate spacers)이 인접하는 고정자 톱니(stator teeth)의 자유 단부들 사이의 공간에 삽입되는 장치를 기술한 스웨덴 특허 출원 제9602083-9호에 기술되어 있다. 이 해결책이 갖는 하나의 결점은, 고정자의 진동과, 고정자 톱니와 슬롯 웨지들의 열팽창의 차이에 의해 슬롯 웨지들이 쉽게 느슨해진다는 것이다.The solution to this problem is a Swedish patent application which describes a device in which separate spacers, such as slot wedges, are inserted into the space between the free ends of adjacent stator teeth. 9602083-9. One drawback with this solution is that the slot wedges are easily loosened by the difference in the stator teeth and the thermal expansion of the stator teeth and slot wedges.

고정자 슬롯홈에 삽입되도록 만들어진 슬롯 웨지의 특별한 시스템이, 미국 특허 제4,443,725호에도 개시되어 있다. 그러나, 이러한 웨지 시스템의 목적은, 고정자 톱니의 강성을 높이는 것이 아니라, 전기 도선을 고정자 슬롯홈내의 올바른 위치에 지지하는 것이다.A special system of slot wedges adapted to be inserted into a stator slot groove is also disclosed in US Pat. No. 4,443,725. However, the purpose of this wedge system is not to increase the rigidity of the stator teeth, but to support the electrical conductors in the correct position in the stator slot grooves.

본 발명의 목적은, 아래에 논의대상인 교류 기계 형태에 있어서, 고정자 톱니 내에 발생하는 진동의 문제점에 대하여, 종전 방법의 단점을 갖지 않는 새로운 해결책을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a new solution, in the form of alternating current machines discussed below, against the problem of vibrations occurring in the stator teeth, without the disadvantages of the previous method.

이러한 목적은, 청구항 1항에 정의된 특징을 가지는, 본 발명 명세서의 도입부에 기술된 형태의 장치 및 청구항 10항에 기술된 기계에 의해 달성된다.This object is achieved by an apparatus of the type described in the introductory part of the present invention and a machine described in claim 10 having the features defined in claim 1.

적어도 하나의 강성-증강 요크(rigidity-increasing yoke)를 각 고정자 슬롯홈을 가로질러서 인접 고정자 톱니들과 일체로(in one piece) 설치함으로써, 고정자 톱니를 지지하는 요크가 접선 방향(tangential direction)으로 헐거워지는(loosening) 위험이 제거된다.By installing at least one rigidity-increasing yoke in one piece across each stator slot groove with adjacent stator teeth, the yoke supporting the stator teeth is in a tangential direction. The risk of loosening is eliminated.

본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 요크가 슬롯홈의 상부(at the top of the slot)에 형성된다. 이러한 요크의 위치는, 요크가 고정자 톱니에 대한 최적의 기계적 받침대 역할(mechanical bracing)을 하도록 해준다.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, a yoke is formed at the top of the slot. This yoke position allows the yoke to serve as an optimal mechanical bracing for the stator teeth.

본 발명에 의한 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 요크가 슬롯홈의 상부로부터 일정한 거리를 두고 슬롯홈을 가로질러 형성될 수도 있으며, 그와 달리 다수의 요크들이 슬롯홈의 상부로부터 서로 다른 거리를 두고 슬롯홈을 가로질러 형성될 수도 있다.According to another preferred embodiment of the device according to the invention, the yoke may be formed across the slot groove at a certain distance from the top of the slot groove, whereas a plurality of yokes may have different distances from the top of the slot groove. It may be formed across the slot groove.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 요크가 접선방향으로 증가하는 부하(loads)를 흡수할 수 있도록, 슬롯홈의 접선 방향으로의 요크의 폭이 대체로 2∼3㎜ 이상이어야 한다. 이런 식으로 고정자의 슬롯홈을 폐쇄함으로써 기계의 전기적 성질에 부정적 영향을 주어, 요크 또는 요크들로 하여금 슬롯홈 누설을 증가시켜서, 그 결과 부하에 대한 여기(excitation)의 필요성, 즉 계자 권선(field winding)에서의 손실증가(increased loss)를 가져올 수 있다. 슬롯홈 누설(slot leakage)의 증가는 또한 기계의 과도 리액턴스(transient reactance)에 영향을 미친다.According to another preferred embodiment of the present invention, the width of the yoke in the tangential direction of the slot groove should be generally at least 2-3 mm so that the yoke can absorb the loads which increase in the tangential direction. Closing the slot grooves of the stator in this way negatively affects the electrical properties of the machine, causing the yoke or yokes to increase slot groove leakage, resulting in the need for excitation of the load, i.e. field windings. This can lead to increased losses in windings. The increase in slot leakage also affects the transient reactance of the machine.

슬롯홈들을 폐쇄하는 것은 또한, 개방 슬롯홈(open slot)에 의해 얻어진 고조파(harmonics)의 대체로 5∼15%인 미량(a fraction)만이 남도록, 에어 갭 플럭스(air gap flux)내의 슬롯홈 고조파(slot harmonic)를 감소시킨다. 따라서, 슬롯홈 고조파에 의해 자기적으로 발생된 모든 잡음이 대체로 사라지게 된다.Closing the slot grooves also results in slot groove harmonics in the air gap flux such that only a fraction of 5-15% of the harmonics obtained by the open slots remains. slot harmonic) Therefore, all the noise generated by the slot groove harmonics is largely eliminated.

폐쇄 고정자 슬롯홈들로 인한 위에 언급된 여자손(excitation losses)의 증가를 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 의한 요크는 요크의 자기적인 특성이 고정자 톱니의 자기적 특성으로부터 편이되도록(deviate) 만들어져야 한다. 따라서, 요크는, 그 상대 자기 투자율(relative magnetic permeability)을, 바람직하게는 1에 가까운 값이 되도록 낮추기 위해, 예를 들어 천공된 요크에 의해 또는 요크 재료의 가공 예를 들어 레어저 가공(laser-worked)에 의해 요크 재료(yoke material)내의 상대 투자율이 1에 가까운 그러한 구조로 할 수 있다.In order to reduce the increase in the above mentioned excitation losses due to the closed stator slot grooves, the yoke according to a preferred embodiment of the device according to the present invention has a deviation of the magnetic properties of the yoke from the magnetic properties of the stator teeth. It should be made as deviation as possible. Thus, the yoke is processed by, for example, perforated yoke or by processing the yoke material, for example laser-, in order to lower its relative magnetic permeability, preferably to a value close to one. worked, the relative permeability in the yoke material can be such that the structure is close to one.

본 발명은 우선적으로 회전 전기 기계와 함께 사용하기 위해 만들어진 것으로서, 그 고정자 권선들은 고정자내의 슬롯홈들을 통과하여 감겨지고, 상기 권선들은 다수의 소선들을 가지는 하나의 코어, 그 코어를 둘러싸는 하나의 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 둘러싸는 하나의 절연층, 상기 절연층을 둘러싸는 하나의 외부 반도전층을 포함하여 이루어지는 형태의 고전압 케이블이 권취되어 만들어진다. 아래에서 고전압 케이블로 칭하며, 전력송전을 위한 케이블(예를 들어, XLPE 케이블)에 사용된 것과 유사한 고체 절연부를 가지는 고전압 절연 전기 도선을 사용함으로써, 기계가 하나의 중간 변압기(intermediate transformer) 없이도 전력 네트워크로 직접 연결될 수 있는 그러한 수준으로 기계의 전압이 증가될 수 있다. 따라서, 변압기는 생략할 수 있다. 이러한 형태의 기계에서, 고정자내에 케이블들이 위치하는 슬롯홈들은 일반적으로, 종래의 기술에 의한 경우보다 더 깊은데, 그 이유는 권선내의 더 높은 전압과 더 많은 권회선(turns) 때문에 더 두꺼운 절연부가 요구되기 때문이다. 이것은 고정자 슬롯홈들 사이에서의 고정자 톱니의 기계적인 고유 진동들이라는 문제점들을 증가시킨다. 깊은 슬롯홈들을 갖는 고정자에서, 해로운 진동들(damaging vibrations)이 쉽게 일어나는데, 그것은 전자기력과 공명 현상(resonance phenomena)으로 인해 발생되며, 대체로 네트워크 주파수의 두 배의 주파수를 갖는다. 따라서, 본 발명에 의한 장치는 특히, 이러한 종류의 기계에 유익하다.The present invention is primarily designed for use with a rotary electric machine, wherein the stator windings are wound through slot grooves in the stator, the windings being one core having a plurality of wires, one interior surrounding the core A high voltage cable having a shape including a semiconducting layer, one insulating layer surrounding the inner semiconducting layer, and one outer semiconducting layer surrounding the insulating layer is wound. Called high voltage cables below, the use of high voltage insulated electrical conductors with solid insulation similar to that used for cables for power transmission (e.g. XLPE cables) allows the machine to power the network without a single intermediate transformer. The voltage of the machine can be increased to such a level that can be connected directly. Thus, the transformer can be omitted. In this type of machine, the slot grooves in which the cables are located in the stator are generally deeper than in the prior art, because thicker insulation is due to higher voltages and more turns in the windings. Because it is required. This increases the problems of mechanical natural vibrations of the stator teeth between the stator slot grooves. In a stator with deep slot grooves, damaging vibrations easily occur, which are caused by electromagnetic forces and resonance phenomena, and generally have twice the frequency of the network frequency. Thus, the device according to the invention is particularly advantageous for machines of this kind.

본 발명에 의한 기계에 있어서, 권선들은, 예를 들어 XLPE-케이블 또는 EPR-절연부를 가지는 케이블과 같이 배전을 위해 현재 사용되고 있는, 고체형 압출성형 절연부를 구비한 형태의 케이블로 구성되는 것이 바람직하다. 그러한 케이블은 하나이상의 소선부를 갖는 하나의 내부도선과, 도선을 둘러싸는 하나의 내부 반도전층과, 이 반도전층을 둘러싸는 하나의 고체절연층 및 절연층을 둘러쌓는 하나의 외부반도전층을 포함한다. 그와 같은 케이블은 유연성을 가지며, 본 발명에 의한 장치의 기술이 본래, 조립시에 휘어지는 도선들로 형성되는 권선 시스템에 바탕을 두고 있어, 이러한 관계에서 유연성이 하나의 필수적인 특성이다. XLPE-케이블의 유연성은 통상, 직경이 30㎜인 케이블에 대하여 대략 20㎝의 곡률반경 및 직경이 80㎜인 케이블에 대하여 대략 65㎝의 곡률반경에 해당한다. 본 출원에서, "유연성"이란 용어는, 권선이 케이블 직경의 4배, 바람직하게는 케이블 직경의 8배 내지 12배 정도의 곡률반경을 가진다는 것을 나타내는데 사용된다.In the machine according to the invention, the windings preferably consist of a cable of the type with a solid extrusion insulation, which is currently used for distribution, for example an XLPE cable or a cable with an EPR insulation. . Such a cable comprises one inner conductor having at least one element, one inner semiconducting layer surrounding the conductor, one solid insulating layer surrounding the semiconducting layer and one outer semiconducting layer surrounding the insulating layer. . Such a cable is flexible and the technique of the device according to the invention is based on a winding system which is inherently formed of conductors which are bent at assembly, so flexibility is an essential property in this regard. Flexibility of XLPE-cables typically corresponds to a radius of curvature of approximately 20 cm for cables with a diameter of 30 mm and a radius of curvature of approximately 65 cm for cables with a diameter of 80 mm. In the present application, the term "flexibility" is used to indicate that the winding has a radius of curvature of about four times the cable diameter, preferably about eight to twelve times the cable diameter.

상기 케이블이 20∼200㎜ 범위(interval)의 직경, 80∼3000㎟ 범위의 도전영역을 갖는 것이 바람직하다.It is preferred that the cable has a diameter in the range of 20 to 200 mm and a conductive area in the range of 80 to 3000 mm 2.

권선은 구부려졌을 때 그리고 동작하는 동안 열적 스트레스를 받게 된 때까지도 그 특성을 유지할 수 있도록 구성된다. 이러한 관계에서, 층들은 서로에 대한 점착력(adhesion)을 유지하는 것이 매우 중요하다. 여기서, 층들의 재질 특성, 특히 신축성 및 상대적 열팽창계수(relative coefficients of thermal expansion)가 결정적이다. XLPE-케이블에서, 예를 들어, 절연층은 가교(cross-linked) 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어지며, 반도전층은 혼합된 유연(soot)과 금속 입자를 갖는 폴리에틸렌으로 구성된다. 온도 변화에 따른 부피의 변화는 케이블의 반경이 변함에 따라 완전히 흡수되며, 이 재료들의 신축성에 대한 층들내의 열팽창계수들의 차이가 비교적 근소하므로, 층들사이에 있어서의 점착력의 손실없이 방사형 팽창이 일어날 수 있다.The windings are configured to retain their properties when they are bent and even when under thermal stress during operation. In this relationship, it is very important for the layers to maintain adhesion to each other. Here, the material properties of the layers, in particular the elasticity and relative coefficients of thermal expansion, are crucial. In XLPE-cables, for example, the insulating layer consists of cross-linked low density polyethylene, and the semiconducting layer consists of polyethylene with mixed soot and metal particles. The change in volume with temperature changes is fully absorbed as the radius of the cable changes, and since the difference in coefficients of thermal expansion in the layers relative to the stretch of these materials is relatively small, radial expansion can occur without loss of adhesion between the layers. have.

위에 설명한 재료의 결합은 단지 예를 든 것으로 인식되어야 한다. 상술한 조건들 및 반도전성이 되는 조건, 즉 10^-1∼10⁶ohm-㎝ 범위이내의 고유저항(resistivity)을 갖는 조건, 예를 들어 1∼500 ohm-㎝ 또는 10∼200 ohm-㎝인 조건을 충족시키는 또 다른 결합도 당연히 본 발명의 범위에 포함된다.It should be appreciated that the combination of materials described above is merely an example. The above-mentioned conditions and conditions that become semiconducting, that is, conditions having a resistivity within the range of 10 ⁻¹ to 10 ⁶ ohm-cm, for example, 1 to 500 ohm-cm or 10 to 200 ohm-cm Other combinations that meet the conditions are, of course, included in the scope of the present invention.

절연층은, 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌(PB), 폴리메틸펜텐(PMP), 가교 폴리에틸렌(XLPE)과 같은 가교 물질 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPR) 또는 실리콘 고무등의 고무와 같은 고체 열가소성 물질로 이루어질 수 있다.The insulating layer is, for example, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polybutylene (PB), polymethylpentene (PMP), crosslinked polyethylene (XLPE) and ethylene It may be made of a solid thermoplastic such as rubber such as propylene rubber (EPR) or silicone rubber.

내부 및 외부 반도전층들은 동일한 기본 물질로 이루어질 수 있지만, 혼합된 유연 또는 금속 분말과 같은 도전성 물질의 입자를 포함할 수 있다.The inner and outer semiconducting layers may be made of the same base material, but may include particles of a conductive material such as mixed leaded or metal powder.

이들 재료의 기계적인 성질, 특히 열팽창계수들은, 유연 또는 금속 분말이 혼합되든 혼합되지 않든, 적어도 본 발명에 의한 도전성 요건을 달성하는 데 필요한 비율(proportions)내에서는, 상대적으로 거의 영향을 받지 않는다. 따라서, 절연층과 반도전층들은 대체로 동일한 열팽창계수를 갖는다.The mechanical properties of these materials, in particular the coefficients of thermal expansion, are relatively unaffected, at least within the proportions necessary to achieve the conductivity requirements according to the invention, whether or not the cast or metal powder is mixed. Thus, the insulating layer and the semiconducting layers generally have the same coefficient of thermal expansion.

에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체/니트릴 고무(EVA/NBR), 부틸 그라프트 폴리에틸렌(butyl graft polyethylene), 에틸렌-부틸-아크릴레이트-공중합체(EBA) 및 에틸렌-에틸-아크릴레이트 공중합체(EEA)도 반도전층으로서 적합한 폴리머에 속한다.Ethylene-vinyl-acetate copolymer / nitrile rubber (EVA / NBR), butyl graft polyethylene, ethylene-butyl-acrylate-copolymer (EBA) and ethylene-ethyl-acrylate copolymer (EEA) It also belongs to a polymer suitable as a semiconducting layer.

다른 형태의 재질이 여러 층에서 베이스로서 사용되더라도, 그 물질의 열팽창계수가 대체로 동일한 것이 바람직하다. 이것은 위에 열거된 물질이 결합될 경우이다.Although other types of materials are used as the base in the various layers, it is preferable that the coefficients of thermal expansion of the materials are generally the same. This is the case when the substances listed above are combined.

위에 열거된 물질은, E<500MPa의 E-계수(E-modulus), 바람직하게는 <200MPa의 E-계수를 갖는 비교적 양호한 신축성을 갖는다. 그 신축성은, 층들내의 재질들의 열팽창계수들 사이에 작은 차이가 있더라도 방사 방향의 신축성에 의해 흡수되기에 충분하며, 그에 따라 갈라진 틈 또는 다른 손상이 생기지 않으며 층이 서로 떨어지지 않는다. 층들내의 물질은 신축성을 가지며, 층들사이의 점착력은 적어도, 그 재료들 중에서 가장 약한 것과 동일한 수준이다.The materials listed above have a relatively good elasticity with an E-modulus of E <500 MPa, preferably of <200 MPa. The elasticity is sufficient to be absorbed by the elasticity in the radial direction even if there is a small difference between the coefficients of thermal expansion of the materials in the layers, so that no cracks or other damages occur and the layers do not separate from each other. The material in the layers is elastic and the adhesion between the layers is at least at the same level as the weakest of the materials.

두 반도전층의 도전율은 각 층의 전위차를 대체로 균일하게 하기에 충분하다. 외부 반도전층의 도전성은 케이블내에 전기장을 에워쌀(enclose) 정도로 충분히 크지만, 층의 길이 방향으로 유도된 전류에 의한 중대한 손실을 발생시키지 않는데 충분할 만큼 작다.The conductivity of the two semiconducting layers is sufficient to make the potential difference of each layer substantially uniform. The conductivity of the outer semiconducting layer is large enough to enclose the electric field in the cable, but small enough to not cause significant losses due to the current induced in the longitudinal direction of the layer.

따라서, 두 반도전층은 각각 하나의 등전위면을 필수적으로 구성하며, 이 층들을 가지는 권선은 그 안의 전기장을 대체로 에워싼다.Thus, the two semiconducting layers each essentially constitute one equipotential surface, with the windings having these layers generally surrounding the electric field therein.

물론, 하나 또는 그 이상의 추가적인 반도전층들이 절연층내에 배치되는 것을 막는 것은 아무 것도 없다.Of course, nothing prevents one or more additional semiconducting layers from being placed in the insulating layer.

본 발명을 첨부도면을 참고로 아래에 설명하기로 한다.The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

첨부도면에 있어서, 도 1은 개방 슬롯홈(open slot)을 구비한 고정자의 하나의 슬롯홈에 대한 부분도, 도 2는 본 발명에 의해 설계된 하나의 슬롯홈에 대한 부분도, 도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예의 도면, 그리고 도 4는 본 발명에 의해 사용된 고전압 케이블의 횡단면를 나타내는, 도면이다.In the accompanying drawings, FIG. 1 is a partial view of one slot groove of a stator having an open slot, FIG. 2 is a partial view of one slot groove designed by the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a high voltage cable used by the present invention.

도 1은, 고정자에 있어서 쉬트 철심(sheet iron core)의 하나의 슬롯홈에 대한 부분도를 나타낸 것으로서, 하나의 슬롯홈(2)과, 슬롯홈(2)의 각 측면의 고정자 톱니부(4, 6)의 일부를 포함하여 이루어진다. 슬롯홈(2)은 고정자를 통과하여 축방향으로 뻗어 있는 권선 케이블(12)을 수용하도록 구성되며, 상기 슬롯홈(2)들은 종래의 기계보다 이러한 형태의 교류 기계의 경우에 더 깊은 것이 보통이다. 이것이, 위에 언급한 바와 같이, 낮은 고유 주파수를 갖는 고정자와 고정자 톱니부(4, 6)내에서 쉽게 발생하는 진동으로 인한 결점을 초래하는 것이다.FIG. 1 shows a partial view of one slot groove of a sheet iron core in a stator, in which one slot groove 2 and stator teeth 4 on each side of the slot groove 2 are shown. , 6). The slot groove 2 is configured to receive a winding cable 12 extending axially through the stator, which slot grooves 2 are usually deeper in the case of an AC machine of this type than a conventional machine. . This, as mentioned above, leads to drawbacks due to vibrations that easily occur in stators and stator teeth 4, 6 having a low natural frequency.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 형태의 기계의 슬롯홈(2)들은, 종래의 발전기와 달리, 슬롯홈(2)들 사이에 위치한 톱니부(4,6)내의 각 케이블(12) 사이에 형성된 돌기부(protrusions)(10)를 구비한 자전거 체인(bicycle chain)과 유사한 형태를 이루므로, 케이블이 방사상으로 고정되어 있다. 따라서, 에어 갭쪽으로 완전히 직선인 측면을 갖는 종래의 개방 사각형 슬롯홈(conventional, open, rectangular slots)들과 구별하기 위해, 이러한 형태의 슬롯홈은 종종 "반-폐쇄형(semi-closed)"이라고 알려져 있다.As shown in FIG. 1, the slot grooves 2 of this type of machine, unlike conventional generators, are located between each cable 12 in the teeth 4, 6 located between the slot grooves 2. Since it is shaped like a bicycle chain with formed projections 10, the cable is fixed radially. Thus, in order to distinguish it from conventional open, rectangular slots having sides that are completely straight towards the air gap, this type of slot groove is often referred to as "semi-closed". Known.

슬롯홈(2)은, 슬롯홈 상부(slot top)에 있는 에어 갭, 즉 도 1에서 왼쪽으로 개방되어 있다. 슬롯홈의 반대쪽 단부는 슬롯홈 하부(slot bottom)라고 한다.The slot groove 2 is open to the air gap at the slot top, ie to the left in FIG. 1. The opposite end of the slot groove is called the slot bottom.

상술한 고정자내에서의 고유 진동에 대한 문제점을 해결하고 접선 강성(tangential rigidity)을 높이기 위해, 본 발명에 의해 슬롯홈들을 가로질러 하나의 요크(14)가 형성되어 있다(도2 참조). 이 도면에 도시된 실시예에 있어서, 하나의 요크가 슬롯홈 상부에 배치되고, 다른 요크가 슬롯홈(2)의 거의 중앙에 배치된다. 기계적인 측면에서 가장 효과적인 요크의 위치를 선정한다면 그것은 슬롯홈의 상부이다. 그러나, 슬롯홈이 깊은 경우에는 수 개의 요크를 설치하는 것이 좋은 방법일 수 있고, 어떤 경우에는 요크를 슬롯홈의 상부에 두는 것이 바람직하지 않고, 더 안쪽 지점에만 요크를 설치하는 것이 바람직할 수도 있다. 요크(또는 요크들)(14)는 인접하는 고정자 톱니(4, 6)와 함께 일체로(in one piece) 만들어진다. 요크(14)들에 의해 접선 안정성(tangential stability)을 달성함으로써, 고유 주파수를 증가시키고, 전체 고정자 몸체에 굴곡 강성(flexural rigidity)을 증가시킬 뿐만 아니라 개개의 각 톱니부에 상당히 강성을 증가시킨다. 또 다른 중요한 이점은, 회전자 폴들(rotor poles)로부터 나오는 에어 갭에서의 접선 전자기력이 톱니부들 사이에 균일하게 분포된다는 것이다.In order to solve the problem of natural vibration in the stator described above and to increase tangential rigidity, a yoke 14 is formed across the slot grooves by the present invention (see FIG. 2). In the embodiment shown in this figure, one yoke is arranged above the slot groove and the other yoke is arranged almost in the center of the slot groove 2. If you select the most effective yoke position from a mechanical point of view, it is the top of the slot groove. However, when the slot groove is deep, it may be a good idea to install several yokes, in some cases it is not desirable to place the yoke on top of the slot groove, and it may be desirable to install the yoke only at the innermost point. . Yoke (or yoke) 14 is made in one piece with adjacent stator teeth 4, 6. By achieving tangential stability by the yokes 14, the natural frequency is increased, not only increasing flexural rigidity over the entire stator body, but also significantly increasing the rigidity of each individual tooth. Another important advantage is that the tangential electromagnetic force in the air gap coming out of the rotor poles is evenly distributed between the teeth.

요크 또는 요크들(14)이 충분한 기계적 받침역할(mechanical bracing)을 제공할 수 있도록, 슬롯홈(2) 방향의 요크의 폭(d)이 통상, 대체로 2∼3㎜ 이상이어야 한다.In order for the yoke or the yokes 14 to provide sufficient mechanical bracing, the width d of the yoke in the slot groove 2 direction should generally be at least 2-3 mm.

상술한 바와 같이, 요크들은 슬롯홈 누설(slot leakage)을 증가시킨다. 단락(short-circuiting)의 경우, 누설 흐름의 증가는 단락 전류(short-circuit currents)를 한정시키고, 에어 갭 플럭스(air gap flux)의 슬롯홈 고조파(slot harmonics)를 제거하거나 적어도 감소시킨다. 그러나, 증가된 슬롯홈 누설은 여자손(excitation losses)을 증가시킨다. 이러한 이유로, 요크 또는 요크들(14)은 그들의 자기적 특성들이 고정자 톱니부(4,6)의 자기적 특성들로부터 편이되도록(deviate) 만들어지는 것이 바람직하다. 요크는, 요크 재질의 상대 투자율(relative magnetic permeability)이 1에 가까운 값이 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것은, 도 3에 16으로 도시된 바와 같이, 요크에 천공함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 그 경우, 구멍들이 요크 또는 요크들의 안정화 작용을 방해하지 않는다는 것이 확실히 보장되어야 한다. 그와 달리, 요크 재질의 투자율은 재질의 적절한 처리, 예를 들어 레이저 처리에 의해 감소될 수 있다.As mentioned above, the yokes increase slot leakage. In the case of short-circuiting, an increase in leakage flow limits short-circuit currents and eliminates or at least reduces slot harmonics of the air gap flux. However, increased slot groove leakage increases excitation losses. For this reason, the yoke or yokes 14 are preferably made so that their magnetic properties deviate from the magnetic properties of the stator teeth 4, 6. The yoke is preferably configured such that the relative magnetic permeability of the yoke material is close to one. This can be accomplished by puncturing the yoke, as shown at 16 in FIG. 3. In that case, however, it must be ensured that the holes do not prevent the yoke or the stabilization action of the yokes. Alternatively, the permeability of the yoke material can be reduced by proper treatment of the material, for example laser treatment.

도 4는, 본 발명에 의한 회전 전기 기계에서 사용되는 고전압 케이블(29)의 횡단면도를 나타낸다.4 shows a cross-sectional view of a high voltage cable 29 used in a rotary electric machine according to the present invention.

고전압 케이블(29)은, 예를 들면, 구리로 만들어지고 원형의 횡단면을 갖는 다수의 소선부(31)들을 포함한다. 이 소선부(31)들은 고전압 케이블(29)의 중앙에 배치되며, 소선부(31)들의 주위에는 제1 반도전층(32)이 있다. 제1 반도전층(32)의 주위에는 예를 들어 XLPE 절연부인 절연층(33)이 있고, 절연층(33)의 주위에는 제2 반도전층(34)이 있다.The high voltage cable 29 comprises a plurality of element sections 31, for example made of copper and having a circular cross section. The element wires 31 are disposed at the center of the high voltage cable 29, and the first semiconducting layer 32 is around the element wires 31. In the circumference of the first semiconducting layer 32, there is an insulating layer 33, which is, for example, an XLPE insulator, and there is a second semiconducting layer 34 around the insulating layer 33.

Claims (18)

고정자가, 권선을 지지하는 슬롯홈들 사이에 고정자 톱니부를 구비하며, 톱니부의 자유 단부(free ends)가 고정자와 회전자사이의 에어 갭에 위치하는, 회전 전기 기계(rotating electric machine)내의 고정자(stator)의 기계적인 강성(mechanical rigidity)과 고유 주파수(natural frequency)를 증가시키기 위한 장치에 있어서, 강성을 증가시키도록 설계되고 인접하는 고정자 톱니부와 일체로 형성된 적어도 하나의 요크가, 고정자 톱니부를 접선 방향(tangential direction)으로 기계적으로 지지하도록, 각 고정자 슬롯홈을 가로질러 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치The stator has a stator tooth between the slot grooves supporting the windings, the free end of the tooth being located in the air gap between the stator and the rotor. In an apparatus for increasing the mechanical rigidity and natural frequency of a stator, at least one yoke designed to increase the stiffness and formed integrally with an adjacent stator tooth is provided with a stator tooth. Stator device of a rotary electric machine, characterized in that it is disposed across each stator slot groove for mechanical support in a tangential direction. 제1항에 있어서, 상기 요크가 슬롯홈의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치2. The stator device of a rotary electric machine according to claim 1, wherein the yoke is formed on an upper portion of the slot groove. 제1항에 있어서, 상기 요크가, 슬롯홈의 상부로부터 일정한 거리를 두고 슬롯홈을 가로질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치The stator device of claim 1, wherein the yoke is formed to traverse the slot groove at a predetermined distance from an upper portion of the slot groove. 제1항에 있어서, 슬롯홈 방향으로의 상기 요크의 폭이, 일반적으로(typically) 2∼3㎜인 하한선 이상인 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.The stator device of a rotary electric machine according to claim 1, wherein the width of the yoke in the slot groove direction is more than a lower limit of typically 2 to 3 mm. 제1항에 있어서, 다수의 요크가 슬롯홈의 상부로부터 상이한 거리를 두고 슬롯홈을 가로질러 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.The stator device of claim 1, wherein a plurality of yokes are formed across the slot grooves at different distances from the top of the slot grooves. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 요크가, 그 자기적 특성이 고정자 톱니부의 자기적 특성으로부터 편이되도록, 구성되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.The rotary electric machine according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the yoke is configured such that its magnetic properties are shifted from the magnetic properties of the stator teeth. Stator device of the machine. 제6항에 있어서, 요크 재질의 상대 투자율(relative magnetic permeability)이 1에 가까운 값이 되도록, 상기 요크가 구성되는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.The stator device of claim 6, wherein the yoke is configured such that the relative magnetic permeability of the yoke material is close to one. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 요크가 천공된(perforated) 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.8. The stator device of a rotary electric machine according to claim 6 or 7, wherein the yoke is perforated. 제6항, 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 요크의 재질이, 투자율을 낮추도록 처리된 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계의 고정자 장치.The stator device of a rotary electric machine according to claim 6, 7, or 8, wherein the material of the yoke is processed to lower permeability. 고정자의 슬롯홈에 수용되는 권선들을 갖는 것으로서, 상기 권선이 고전압 케이블로 권취되며, 상기 제1항 내지 제9항의 어느 하나에 청구된 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.10. A rotating electric machine having windings received in a slot groove of a stator, said windings being wound with a high voltage cable and having the device as claimed in any one of claims 1 to 9. 제10항에 있어서, 상기 고전압 케이블이, 다수의 소선부(31)들을 가지는 하나의 코어, 상기 코어를 둘러싸는 하나의 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 둘러싸는 하나의 절연층 및 상기 절연층을 둘러싸는 하나의 외부 반도전층을 포함하는 형태인 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.The method of claim 10, wherein the high-voltage cable is one core having a plurality of wires 31, one inner semiconducting layer surrounding the core, one insulating layer surrounding the inner semiconducting layer and the insulating layer A rotary electric machine, characterized in that it comprises a single outer semiconducting layer surrounding. 제11항에 있어서, 상기 고전압 케이블이, 20∼200㎜ 범위의 직경, 80∼3000㎟ 범위의 도전영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.12. The rotary electric machine according to claim 11, wherein the high voltage cable has a diameter in the range of 20 to 200 mm and a conductive area in the range of 80 to 3000 mm2. 제10항, 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 권선이 유연성을 가지며, 상기 층들이 서로 점착되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.13. A rotary electric machine according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the winding is flexible and the layers are sticking together. 제10항, 제11항 또는 제12항에 있어서, 동작시의 온도 변화에 따른 층들내에서의 부피의 변화가 재료의 신축성에 의해 완전히 흡수되어, 동작시에 발생하는 온도 변화에 대하여 서로의 점착력을 유지하도록, 그러한 신축성 및 재료의 열팽창계수 사이의 관계를 갖는 재질로 상기 층들이 이루어진 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.The method according to claim 10, 11 or 12, wherein the change in volume in the layers according to the change in temperature during operation is completely absorbed by the elasticity of the material, so that the mutual adhesion to the change in temperature occurring during operation And the layers are made of a material having a relationship between such elasticity and the coefficient of thermal expansion of the material. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 층들의 재질이, 고신축성, 바람직하게는 500MPa 이하의 신축계수, 더욱 바람직하게는 200MPa 이하의 신축계수를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.8. A rotary electric machine according to claim 6 or 7, characterized in that the material of the layers has a high elasticity, preferably an elastic modulus of 500 MPa or less, more preferably an elastic modulus of 200 MPa or less. 제10항, 제11항, 제12항, 제13항, 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 층들의 재질의 열팽창계수가 대체로 동일한 정도인 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.16. A rotary electric machine according to claim 10, 11, 12, 13, 14 or 15, characterized in that the coefficient of thermal expansion of the material of the layers is about the same. 제10항, 제11항, 제12항, 제13항, 제14항, 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 층들 사이의 점착력은, 적어도 가장 약한 재질과 동일한 정도인 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.The method according to claim 10, 11, 12, 13, 14, 15 or 16, characterized in that the adhesion between the layers is at least about the same as the weakest material, Rotary electric machine. 제10항, 제11항, 제12항, 제13항, 제14항, 제15항, 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 각 반도전층이 하나의 등전위면을 필수적으로 구성하는 것을 특징으로 하는, 회전 전기 기계.The method according to claim 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, or 17, wherein each semiconducting layer essentially constitutes one equipotential surface. Made, rolling electric machine.