[发明专利]电机的高压定子线圈中的均压结构

说明书

技术领域

本发明总体上涉及包括有高压定子线圈的电机，更特别地本发明涉及用于使这种机器的定子线圈中的电压均匀的结构布置。

背景技术

通常，电机具有转子和定子。转子缠绕有磁场绕组，磁场绕组设置在转子本体中的槽中。定子缠绕有定子线圈，定子线圈设置在定子本体的槽中。在发电机机器的情况下，当转子被外部的机械能量源(如蒸汽轮机或燃气轮机)旋转而励磁电流被提供到磁场绕组时，在定子线圈中就感生了电能。

定子线圈通常由多个被称作为绞线的独立导体构造成。这些绞线堆叠在一起以形成能够承载高电压和高电流的更大的导体(或线圈)。在许多定子线圈中，绞线被扭成交织的图案而不是简单地以一个叠一个的方式堆叠。在现有技术中，这种交织技术通常称为罗贝尔处理(Roebelling)，且该技术有助于防止定子线圈的最接近转子的内绞线比更加远离转子的外绞线承载更多的电流(且生成更多的热)。罗贝尔处理有助于确保每条绞线都承载类似数量的电流且生成类似数量的热。

一些定子线圈包括有内置通风管以冷却绞线。在现有技术中，这些类型的定子线圈称为内冷却线圈。在内冷却线圈中，多个通风管可以一个叠一个的方式堆叠并且夹在两个或更多个绞线堆之间。然后通过通风管泵送冷却气体(例如氢气或者空气)以将热从绞线转移走。

存在一些与制造内冷却定子线圈关联的挑战。例如，在将绞线堆经由罗贝尔处理之后，该绞线堆的顶面和底面不再平滑。这些表面具有由对绞线的罗贝尔处理所引起的显著的不连续处。这些不连续处使得难以应用被称为地壁绝缘体(ground-wall insulation)的外绝缘体层。

另一个挑战是在发电机工作期间在定子线圈的绞线与通风管之间会产生出相对大的电压差。如果该电压差超过了绞线与通风管之间的绝缘体的介电强度，那么在铜绞线与通风管之间将发生电短路，这会导致通风管中的循环电流和/或对定子线圈的灾难性损害。

尽管已经提出了各种技术来解决这样的挑战，然而仍然有需要对定子线圈配置进行进一步的改进，这些改进更大程度地防止了电短路并且能够提供使存在于定子线圈中的电压均匀的能力，以避免会在电机工作期间导致放电活动的过电压状态，同时还降低了与制造定子线圈有关的复杂性和成本。

附图说明

在以下描述中参照附图对本发明进行解释，在附图中：

图1是示出了实施本发明的多个方面的多个定子线圈的、示例电机的局部透视图；

图2是具有根据本发明的多个方面的均压布置的示例定子线圈的局部透视图；

图3是示出了定子线圈部件之间的固有阻抗的横截面图；以及

图4示出了具有实施本发明的多个方面的均压布置的定子线圈的等效电路。

具体实施方式

图1示出了能够受益于本发明的多个方面的示例电机10(例如发电机或电动机)。正如本领域技术人员将理解的那样，机器10包括有转子12和以围绕转子12的方式定位的定子15。定子15包括有多个高压(例如大约≥4kV)定子线圈20(在图2中更加详细地示出)。多个定子线圈20中的每个定子线圈都包括有例如由铜或铜合金形成的一个或更多个线圈绞线堆22以及传导冷却气体(如氢气或空气)的多个金属通风管30。根据本发明的多个方面，在定子线圈中，各个均压结构布置以内置的方式构造在线圈绞线堆的顶面和底面处用于均压，由此防止在电机工作期间可能会导致放电的过电压状态。

图2示出了根据本发明的多个方面的均压布置40的示例实施例。为了简化图示，图2仅示出了与线圈绞线堆的顶面连接的均压布置。然而，如图3所示，应当理解在线圈绞线堆的底面处设置了同样的布置。均压布置40包括有填充材料44，填充材料例如是包括树脂浸渍毡的罗贝尔填充物，该树脂浸渍毡如可以由诺梅克斯芳纶纤维或者涤纶聚酯纤维制成，二者均可从杜邦公司(E.I.Du Pont de Nemours & Co.Inc.)获得。如本领域技术人员所能理解的，填充材料44基本上使通常由于对绞线的罗贝尔处理(交织)所导致的顶面的不连续处和底面的不连续处变得平滑。

电隔离层46设置在填充材料44上。在一种示例实施方式中，隔离层46可以是玻璃衬底云母带形成的层并且可以被配置成沿着线圈的宽度方向延伸。隔离层46还可以被配置成在线圈绞线堆的每个侧部上都设置了相应的侧面延伸部47(例如，在一种示例实施方式中，该侧面延伸部具有范围为大约0.25英寸至大约1英寸的长度)。