KR100282762B1 - 전동 모터 권선의 제조 방법(method for making an electric motor winding) - Google Patents

전동 모터 권선의 제조 방법(method for making an electric motor winding) Download PDF

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에밀 에스. 미할코
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유진 에이. 미그낙코, 주니어
패러데이 에너지 파운데이션, 인크.
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Abstract

전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 편선 자계를 만드는 방법은 제1 방향으로 감겨진 제1 복수개의 권선 및 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 감겨진 제2 복수개의 권선을 구비한 코일 내로 절연 전도체를 연속적으로 권취하는 단계와, 제1 복수개 권선의 주위부는 제1 복수개 권선의 대응 직경 방향 반대쪽 주위부를 겹치게해서 코일을 편평한 웨브로 편평화 시키는 단계를 포함한다. 다층 권선 자계(24)는 인접한 코일 유닛(62,76,96,104)의 복수개의 군을 형성하도록 복수개의 절연 전도체(38,40,42)를 핀취함으로써 만들어질 수 있으며, 각각의 조립체는 긴 권선 군을 형성하도록 교대되는 방향으로 감겨진다. 그리고 나서, 전체적인 조립체는 단부에서 단부까지 말아서 원통형 형상으로 만든다.

Description

[발명의 명칭]
전동 모터 권선의 재조 방법(METHOD FOR MAKING AN ELECTRIC MOTOR WINDING)
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 넓은 의미로 선동 모터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개선된 전동기 및 종래 방법보다 작동 방법이 더 간단하며 더 저렴한 전동기 및 전동기의 권선 형성 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 종래에 주지된 권선보다 더 동력 효율적인 전동 모터 권선을 가져온다.
[종래의 기술의 설명]
통상적으로, 교류 전류(AC) 및 직류 전류(DC)의 브러시가 없는 모터는 내부회전자를 포위하는 외부 고정자를 구비해서, 회전자가 고정자 내에서 회진하도록 장착된다.
대부분의 전동기에 있어서, 고정자는 그 내부 원주를 따라서 일정한 간격의 많은 반지름 방향 이(齒)를 가지며, 상기 이는 상응하는 수의 슬롯을 한정한다. 상기 이 및 슬롯은 고정자의 전체적인 축방향 길이를 따라서 연장된다. 본 분야에 숙련된 이들에게 주시된 다양한 기술을 통해서, 전기 권선은 고정자의 한 단부에서 다른 단부 사이에 있는 슬롯에 그리고 고정자의 양쪽 단부에 있는 이 주위에 위치결정되며 상기 방법에 있어서, 권선에 인가된 AC 또는 절환 DC 전압이 주지되고, 미리 결정된 방향을 갖는 자기장을 유도하도록 상기 권선은 회전자에 대해 정확하게 방향이 정해진다. 회전자를 원하는 방향으로 회전시키기 위해 회전자상의 영구자석 또는 유도 권선과 반응하도록 전자기장이 설계된다.
슬롯이 있는 고정자 내로 전기 권선을 설치하는 것은 어렵고 시간 낭비가 될 수 있으며, 이것을 해결하기 위해 복잡한 기계 장치가 여러 가지로 개발되었다. 슬롯이 있는 고정자 형상에 의해 제기되는 제작의 난점과 아울러, 슬롯을 한정하는 이의 존재는 자기 불연속을 발생시키며 모터 효율에 영향을 끼칠 수도 있다. 게다가, 이의 존재는 회전자에 인접한 고정자의 임계 구역에 위치될 수 있는 권선의 수를 제한시킨다. 또한, 역으로 이것은 모터의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 만약 회전자에 인접한 고정자상의 전체 면적이 전도체로 채워질 수 있다면, 전동기 효율이 증가될 것이고 히스테리시스와 같은 인자에 기인한 손실이 감소될 것이다.
고정자 이 및 슬롯을 제거한 다른 형태의 모터 권션은 알려져 있지만, 대부분은 특수한 기하학적 형상의 코일 또는 특정 지지 구조를 제공하도록 특정 코일 형태 또는 특정 권선 형성 기계를 필요로 한다. 결국, 그들의 주지된 단점에도 불구하고, 대부분의 전동기는 아직도 슬롯이 있는 고정자 형상으로 제작되고 있다.
종래 기술에서, 제조 비용이 저렴하면서도 신뢰성이 있고, 슬롯이 있는 권선형상에 의해 얻을 수 있는 것 보다 높은 권선 밀도를 발생시키는 전동기용의 슬롯이 없는 권선에 대한 오랜 그리고 충족되지 않은 요구가 있어 왔음은 명백한 사실이다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 신뢰성 있고 제작 비용이 저렴한 전동기용의 슬롯없는 권선을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 슬롯 있는 권선 형상에 의해 허용되는 것보다 높은 권선 밀도를 갖는 전동기용 슬롯 없는 권선 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 실행 비용이 저렴하면서도 종전의 슬롯 있는 권선 구조에 의해 달성될 수 있는 것보다 높은 권선 밀도를 갖는 슬롯 없는 권선 구조를 갖는 전동기용 권선 코어를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 권선 자계를 만드는 방법은 절연전도체를 축 주위에 제1 방향으로 감겨진 제1 복수개의 개별 권선 및 제1 방향의 반대되는 제2 방향으로 축 주위에 감겨진 제2 복수개의 개별 권선을 갖는 코일로 감는 단계와, 제1 축 단부 및 제2 축 단부를 갖는 실질적으로 편평한 이층 웨브를 얻도록 축에 대해 코일의 개별 권선을 재형성시킴으로써 코일을 압축 또는 편평화하며, 여기에서 원래 제1 방향으로 감겨진 개별 권선의 주위부는 원래 제2 방향으로 감겨진 개별 권선의 대향되는 주위부에 겹치는 단계와 제1 축 단부를 제2 단부에 연결함으로써 권선 자계 내로 편평한 웨브를 말아 넣는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 다상 권선 자계를 만드는 방법은 (a) 적어도 두개의 인접한 코일 유닛 군을 형성하도록 제1 권선 방향으로 축방향으로 이격된 간격으로 적어도 두개의 절연 전도체를 공통축 주위에 동시에 감는 단계와 (b) 코일 유닛의 축방향 폭의 약 (n-1)배(n은 감겨진 전도체의 수)의 거리만큼 코일 유닛에 대해 절연 전도체를 축방향으로 이동시키는 단계와, (c) 제1 권선 방향에 반대되는 제2 권선 방향으로 단계(a)에서 제공된바와 같이 제1 유닛 군에 인접한 제2 코일 유닛 군을 동시에 감는 단계와, (d) 제1축 단부 및 제2 축 단부를 갖는 실질적으로 편평한 이층 웨브를 얻도록 축에 대해코일 유닛을 구성하는 개개의 권선을 재정향시킴으로써 인접한 코일 군을 압축 또는 편평화하고, 여기에서 원래 제1 방향으로 감겨진 코일 유닛의 주위부는 원래 제2 방향으로 감겨진 다른 코일 유닛의 대응 직경 방향 대향 주위부에 겹치게 하는 단계와, (e) 제1 축 단부와 제2 축 단부를 연결함으로써 편평한 웨브를 권선 자계내로 권취하는 단계틀 포함한다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 본 발명에 따른 전동기, 발전기 또는 교류 발전기는 회전자, 슬롯 없는 고정자를 포함하며, 상기 고정자는 적어도 제1 절연 전도체 및 제2 절연 전도체를 포함하며, 상기 제1 및 제2 절연 전도체는 제1 코일 군을 구성하는 제1 코일 유닛 및 제2 코일 유닛을 각각 형싱하도록 제1 권선 방향으로 감겨지며, 또한 상기 전도체는 제1 코일 군에 인접한 제2 코일 군을 형성하도록 제2 대향 권선 방향으로 감겨지며, 제1 권선 코일의 주위부 또는 "다리"는, 역시 제1 절연 전도체에 의해 형성된 제2 권선 군 중의 제1 코일 유닛의 상응하는 정반대의 주위부 또는 "다리"를 포게도록 그리고 제2 코일 유닛의 다리는 역시 제2 절연 전도체에 의해 형성된 제2 권선 조립체중의 제2 코일 유닛의 상응하는 정반대의 다리부분을 포개도록 권선 코일을 편평화함으로써 그 방향이 결정되며, 그렇게 함으로써 상기 겹친 다리들이 슬롯이 있는 고정자 구조의 단점없이 회선자를 구동하여 방향이 정해진 자기장을 발생시키기 위한 조밀한 권선을 만든다.
본 발명을 특징짓는 상기 장점 및 여러 가지 다른 장점 및 신규한 특징은 특히 여기에 첨부되어 본 발명의 일부를 형성하는 청구 범위에 기술되어 있다.
본 발명 및 본 발명의 사용에 의한 장점 그 사용에 의해 얻어지는 목적물을 더 잘 이해하기 위해서 본 발명의 적합한 실시예를 기술하고 설명한 본 명세서의 일부인 첨부 도면과 관련하여 설명을 하기로 한다.
[도면에 대한 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 상세한 실시예에 따라 구성된 전동기의 부분적인 개략적사시도.
제2도는 본 발명에 따라 맨드릴 주위에 감겨진 제1, 제2, 제3 전도체를 기술한 사시도.
제3도는 본 발명에 따른 방법에 있어서 초기의 권선 단계들을 기술한 개략적 등가도.
제3a도는 테이프 조각으로 상대적인 축방향 위치를 고정시킨 후에 맨드릴 상에 감겨진 코일을 부분 절결한 확대 측면도.
제4도는 맨드릴을 제거하고 삽입체를 삽입한 후의 권선 코일을 기술하는 사시도.
제5도는 제4도에 도시된 권선 코일의 단부도.
제6도는 본 발명의 방법 중 다른 단계에 따라서 이층 웨브로 편평화된 후에 제4도의 권선 코일의 확대 평면도.
제7도는 제6도에 예시된 편평한 이층 웨브를 얻는 편평화 단계롤 기술한 확대된 부분적 개략 단부도.
제8도는 편평한 이층 웨브의 단부들을 연결함으로서 권선 자계의 형성의 기술하는 부분적인 개략적 사시도.
제9도는 이미 형성된 자기 귀환 경로 내로의 권선 자계의 삽입을 기술하는 부분적인 개략적 부분 사시도.
제10도는 팽창 가능한 아버의 삽입후의 자기 귀환 경로 내에 있는 권선 자계를 기술한 부분적인 개략적 단부도.
제11도는 압축 후에 권선 자계 내로의 내부 실린더의 삽입을 기술하는 부분적인 개략적 부분 사시도.
제12도는 압축된 권선 자계에 대해 실린더를 팽창하기 이전에 내부 실린더로 삽입된 팽창 가능한 아버의 삽입을 도시한 부분적인 개략적 단부도.
제13도는 아버가 그 이상의 압축된 권선 자계에 대해 내부 실린더를 팽창시킨 후에 제12도에 도시된 구조를 기술한 부분적인 개략적 단부도.
제14도는 제13도에 도시된 구조의 가열을 기술한 개략도.
제15도는 전동기의 15-15선을 따른 제1도의 전동기의 간략화된 단면도.
[발명의 상세한 설명]
현재, 도면을 참조하면 참조 부호들은 도면 전체에 걸쳐서 상응하는 구조를 표시하며, 특히 제1도를 참조하면 본 발명에 따른 전동기(10)는 정지 상태의 고정자 조립체(12) 및 고정자 조립체(12) 내에서 회전하도록 장착된 회전자(14)를 포함한다. 제1도에 도시한 바와 같이, 전동기(10)는 동력 공구 조립체(11)내로 합체될 수 있다. 동력 공구 조립체(11)는 전동기에 의해 동력이 제공될 수 있는 어떤 형태의 공구, 예롤 들면, 고정식 탁상 공구뿐만 아니라 드릴 및 톱과 같은 수공구와 운반 가능한 톱과 같은 휴대용 톱일 수도 있다. 또한, 동력 공구 조립체(11)는 잔디깎기 기계 또는 다른 형태의 정원용 공구일 수 있다. 이외의 용도는 이루 헤아릴 수 없을 정도로 많다. 본 발명의 다른 실시예에서 참조 부호 10은 전동기 구조와 매우 유사한 발전기 또는 교류 발전기를 가리킬 수도 있다.
회전자(14)는 샤프트(16)에 연결되며, 상기 샤프트는 전동기(10)에 의해 변환되는 에너지에 대한 기계적인 출력으로 작용한다. 많은 전선(18,20,22)이 이후에 더 상세하게 논의될 방법으로 고정사 조립체(12)에 연결하기 위해 전동기(10)내로 도입된다.
제15도를 참조하면, 제15도는 제1도에 도시한 전동기(10)의 고정자 조립체(12), 회전자(14), 샤프트(16)를 통과하는 개략적 횡단면도이며, 고정자 조립체(12)의 내부 원주는 권선 자계(24)와 정렬되어 있음을 볼 수 있다. 권선 자계(24)는 원주형상이며, 권선 자계층 전체에 걸쳐 거의 완전히 전도체로 채워져 있다. 권선 자계(24)는 회전자(14)에 대해서 각각의 전도체를 적절하게 방향을 결정하도록 이 또는 슬롯을 필요로 하지 않는다는 의미에서 자체 지지하고 있음을 알 수 있을 것이다. 권선 자계(24)의 특별한 구소 및 권선 자계내의 전도체의 배치 상태는 그 제작 방법을 참조로 하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
또한, 제15도에 도시한 바와 같이, 고정자 조립체(12)는 권선 자계(24)가 삽입되는 자기 귀환 경로(26)를 포함한다. 자기 귀환 경로(26)는 개개의 전도성 입자가 전기적으로 서로 절연된 적층 링 귀환 경로 또는 분말 금속 귀환 경로로 구성될수 있으며, 상기 두 가지 구조는 본 분야에 숙련된 사람들에게 공지된 사실이다. 제15도에 도시된 실시예에서 회전자(14)는 네 개의 영구 자극(28,30,32,34)을 포함하며, 상기 자극은 회전자(14)의 원주 주위의 길이를 따라서 90°간격으로 이격된다. 예시된 실시예에서, 권선 자계(24) 회전자(14)는 3상 교류(AC) 동력의 입력하에서 작동하도록 구성된다. 회전자(14) 및 권선 자계(24)의 특수한 구조는 다른 형태의 동력의 입력 또는 전동기 구조의 주지된 변경에 따라서 필요한 대로 수정될 수 있으며, 여전히 본 발명 내에 동등하게 포함된다.
제2도 내지 제14도를 참조하여, 권선 자계(24)를 제조하고 완성된 고정자 조립체(12)를 형성하도록 자기 귀환 경로(26) 내로 제작된 권선 자계(24)를 조립하기 위한 본 발명에 따른 양호한 방법을 기술하기로 한다. 먼저 제2도 및 제3도를 참조하면, 그러한 과정의 제1 단계는 코일 조립체(36)의 조립을 포함한다. 그러나, 다음에 오는 설명은 3상 교류 전동기용 권선 코어(24)의 권취에 대해 특별하게 기술한 것으로 이해해야 한다. 본 발명은 다른 권선 형상에도 동등하게 적용되며, 본 발명에 따른 권선의 조립은 후술하는 것과 약간 다를 수도 있다.
제2도에 도시한 바와 같이1 제1 절연 전도체, 제2 절연 전도체 및 제3 절연전도체는 맨드릴(58) 주위에 감겨진다. 본 발명의 양호한 실시예에서 비록 짝수면을 구비한 다각형이면 대부분 만족스럽게 효과를 발휘하기는 하지만 맨드릴(58)에 육각형의 외부 표면(56)이 제공된다. 제1 절연 전도체(38)는 제1 단부(48) 및 제2 단부(46)를 구비한다. 제2 절연 전도체(40)는 제1 단부(48) 및 제2 단부(50)를 구비한다. 제3 절연 전도체(42)는 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 제1 단부(52)및 제2 단부(54)를 구비한다. 양호하게는, 맨드릴(58)이 축(60)에 대해 대칭적인 형상이다.
제3도에서 가장 잘 도시한 바와 같이, 제1, 제2, 제3 절연 전도체(38, 40, 42) 각각 제1 코일 유닛(64), 제2 코일 유닛(66) 및 제3 코일 유닛(68)을 형성하도록 제3도에서의 하부 방향 화살표로 표시된 제1 방향으로 맨드릴(58)의 제1 단부 부분 주위에 동시에 감겨진다. 상기 권선 과정은 맨드릴(58)을 회전시키거나, 또는 대안으로서 각각의 절연 전도체(38, 40, 42)를 맨드릴(58) 주위에 기계적으로 도입되게 함으로써 실행될 수 있다. 그래서, 제3도의 제1 절연 전도체(38)는 제1 코일 유닛(64)을 형성하도록 맨드릴(58)의 시계 방향 주위로 감겨진 것이 도시되어 있다. 또한, 제2 절연 전도체는 제2 코일 유닛(66)을 형성하도록 맨드릴(58) 주위에 시계 방향으로 감겨진다. 또한, 제3 절연 전도체는 제3 코일 유닛(68)을 형성하도록 제1 코일 유닛(64), 제2 코일 유닛(66)의 권선과 동시에 시계 방향으로 감겨진다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 각 코일 유닛(64, 66, 68)은 맨드릴(58) 주위에 감긴 각각의 절연 전도체(38,40,42)의 8 내지 12 권선으로 구싱된다. 각 코일 유닛(64,66,68)을 하나로 합치면 코일의 제1 권선 군(62)을 형성한다. 일단 제1 유닛 군(62)이 감겨지면 절연 전도체(38,40,42)는 코일 유닛(64,66) 승 한 개에 대한 폭의 약 2배의 거리만큼 맨드릴(58)의 축(60)에 대해 축방향으로 이동된다. 상기 절연 전도체(38,40,42)의 축방향 이동은 제3도에서 (70),(72),(74)로서 각각 도시된다. 제1절연 전도체(38)는 제1 축방향 이동(70)으로 제3도에서 도시한 바와 같이 제3 코일 유닛(38)에서의 마지막 권선에 바로 인접한 절연 전도체(38)의 위치에 오게 된다. 제2 절연 전도체(40)는 제1 축방향 이동(72)으로 제1 전도체(38)의 제1 이동(70)이 종료되는 곳으로부터 맨드릴(58)을 따라서 멀어지는 방항으로 거의 한 개의 코일 유닛의 폭만큼 이격된다. 제3 전도체(42)의 제1 이동(74)은 제2 전도체(40)의 이동(72)이 종료되는 곳으로부터 맨드릴(58)을 따라 떨어진 거의 한 개의 코일 유닛의 폭만큼 이격된다. 그래서, 절연 전도체(38,40,42)는 제2 유닛 군(76)을 감도록 위치가 정해진다.
제2 유닛 군(76)은 제1 유닛 군이 감겨진 방향에 반대되는 방향으로 감겨진다. 제3도에 도시한 실시예에서, 제2 유닛 군(76)은 상부 방향 화살표로 표시된 바와 같이 반시계 방향으로 감겨지며 제1, 제2 및 제3 절연 전도체(38,40,42)가 제1유닛 군(62)을 감기 위해 사용된 권선 수와 같은 수만큼 반시계 방향으로 동시에 감겨진다. 결과적으로, 제1 절연 전도체(38)는 제4 코일 유닛(78)을 형성하며, 제2 절연 전도체(40)는 제5 코일 유닛(80)을 형성하며, 제3 절연 전도체(42)는 제6 코일 유닛(82)을 형성한다. 일단 코일 유닛(78,80,82)이 감겨지면 절연 전도체(38,40,42)는 두개의 코일 유닛의 폭과 거의 동일한 거리만큼 두 번째로 이동되며, 이는 제3 코일 유닛 군(90)에 감겨질 전도체(38,40,42)의 위치를 결정하기 위해서이다. 그래서, 제1 절연 전도체(38)는 제2 축방향 조정(84)을 수행하며, 제2 절연 전도체(40)는 제2 축방향 조정(86)을 그리고 제3 절연 전도체(42)는 제2 축방향 조정(84)을 각각 수행한다. 제3 유닛 군(90)을 감기 위해서 절연 전도체(38,40,42)는 제1 유닛 군(62)이 감겨진 것과 같은 방향으로 감겨지며, 상기 방향은 제2 유닛 군(76)이 감겨진 방향과 반대이다. 예시된 실시예에서1 제3 유닛 군(90)은 제3도에서 하부 방향의 화살표로 표시된 바와 같이 시계 방향으로 감겨진다. 제1, 제2 및 제3 절연 전도체(38,40,42)는 제1 및 제2 코일 군이 감겨진 권선 수와 같은 수만큼 동시에 감겨진다. 결과적으로, 제1 절연 전도체(38)는 제7 코일 유닛(92)을 형성하며, 제2 절연 전도체(40)는 제8 코일 유닛(94)을 형성하며, 제3 절연 전도체(40)는 제9 코일 유닛(96)을 형성한다.
이러한 시점에서, 절연 전도체(38,40,42)는 다시 두개의 코일 유닛의 폭과 거의 동일한 축방항 이동을 동시에 한다. 제1 절연 전도체(38)는 제3 축방향 이동은 제3도에서 참조 부호 98로 나타낸다. 제2 전도체(40)의 제3 축방향 이동은 참조부호 100으로 나타내어지고, 절연 전도체(42)의 제3 축방향 이동은 제3도에서 참조부호 102로 나타내어진다. 그래서 일단 절연 전도체(38,40,42) 위치가 결정되면 코일 유닛의 제4 유닛 군(104)은 제2 코일 군(76)이 감겨진 것과 같은 방향으로 감겨진다. 제3도에 도시된 앙호한 실시예에서, 상기 방향은 반시계 방향 권선이며, 여기에서 제1 절연 전도체(38)는 제10 코일 유닛(106)을 형성하며, 제2 절연 전도체(40)는 제11 코일 유닛(108)을 형성하머, 제3 절연 전도체(110)는 제12 코일 유닛(110)을 형성한다. 이후에 더 상세하게 기술하는 바와 같이 코일 유닛의 제4 유닛군(104)이 감겨진 후에, 각각의 전도체(38,40,42)의 제2 단부(46,50,54)는 권선 코어(24)가 조립된 후의 차후 결합을 위해 형성되어 있는 권선 군(38)으로부터 연장된다.
제3a도, 제4도 및 제5도를 참조하면, 권선 조립체(36) 내에 있는 각 코일들의 형태 또는 관계를 변형시키지 않고 육각형 맨드릴(58)로부티 권선 조립체(76)의 제거를 허용하도록 성형된 권선 조립체(36)에 일정 고정 구조체가 부착된다. 적합하게는, 상기 고정 구조체는 적어도 접착 테이프의 두개의 스트립(114,118)의 형태를 취하며, 상기 스트립은 권선 조립체(58)의 대향한 양쪽 외부 표면을 따라서 맨드릴(58)의 축에 대한 종방향으로 부착된다. 제3a도에 도시한 바와 같이, 접착 테이프의 제1 스트립(114)은 조립체(36)의 한쪽 외부 표면을 따라서 종방향으로 부착된다. 제2 스트립(118)은 제1 스트립이 부착된 외부 표면과 정반대 위치에 있는 권선 조립체(36)의 외부 표면에 부착된다. 이 시점에서, 권선 조립체(36)는 맨드릴(58)에서 제거된다.
권선 조립체(36)가 맨드릴(58)로부터 제거된 후에 삽입체(122)가 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이 권선 조립체(36)내에 양호하게 삽입된다. 삽입체(122)는 에폭시를 입힌 "B" 단계성 섬유 유리로 형성된 스트립이 가장 바람직하며, 권선 조립체(36)의 육각형의 내부 둘레에 있는 두개의 정점 사이의 최대 거리보다 약간 작은 폭을 갖는다.
제6도 및 제7도를 참조하면, 내부에 삽입체(122)를 갖는 고정된 권선 조립체(36)는 제1 코일 유닛(64)에 의해 한정되는 제1 축 단부(124) 및 제12 코일 유닛(110)에 의해 한정되는 제2 축 단부(128)를 구비한 실질적으로 편평한 이층 웨브를 형성하도록 편평하게 된다. 제7도에 도시한 바와 같이, 펀평한 이층 웨브(138)는 제1 층(132) 및 이 제1 층과 대향한 제2 층(134)을 포함한다. 삽입체(122)에 의해 형성된 코어(136)는 제1 층(132) 및 제2 층(134) 사이에서 위치가 결정된다.
제6도에 도시한 바와 같이, 선행하는 단층 웨브 부분(126)이 웨브(138)의 제2 축 단부에 형성되고 후행하는 단층 웨브 부분(130)이 웨브(138)의 제1 축 단부(124)에 형성되는 길이만큼 웨브(138)의 제1 층(132)이 제2 층(134)에 대해서 축방향 변위되도록 편평화 단계가 실행된다. 바람직하게는, 웨브의 제1 축 단부(128)에 있는 선행하는 단층 웨브 부분(126)이 제6도에 도시한 바와 같이 제4 코일 유닛 군(104)을 구성하는 코일 유닛(106,108,110)의 축방향으로 선행하는 주위부 또는 다리(106a,108a,110a) [이하, "선행 다리(106a,108a,110a)"라 함]으로 독점적으로 형성되는 그리고 웨브의 제1 축 단부(124)에 있는 후행하는 단층 웨브 부분(130)은 제1 코일 군(62)을 구성하는 코일 유닛(64,66,68)의 축방향으로 후행하는 주위부 또는 다리(64b,66b,68b) [이하, "후행 다리(64b,66b,68b)"라 함]으로 독점적으로 형성되도록 길이만큼 상기 변위가 발생하는 것이 바람직하다.
결국, 제1 코일 군(62)내에 있는 개개의 코일 유닛(64,66,68)의 선행 다리(64a,66a,68a)는 제1 코일 유닛(64)의 선행 다리(64a)가 반대 방향으로 감겨진 제4 코일 유닛(78)의 후행 다리(78b)와 겹치고, 제2 코일 유닛(66)의 선행 다리(66a)가 반대 방향으로 감겨진 제5 코일 유닛(80)의 후행 다리(80b)와 겹치며 제3 코일 유닛(68)의 선행 다리(68a)가 제6 코일 유닛(82)의 후행 다리(82b)와 겹치는 범위에서 변위된다. 마찬가지로, 제2 코일 군(76)의 제4, 제5 및 제6 코일 유니트(78,80,82)의 선행 다리(78a,80a,82a)는 반대 방향으로 감겨진 제7, 제8 및 제9 코일 유닛의 후행 다리(92b,94b,96b)에 각각 겹치도록 변위된다. 마찬가지로, 제7, 제8 및 제9 코일 유닛(92,94,96)의 선행 다리(92a,94a,96a)는 반대 방향으로 감겨진 제10, 제 11, 제12 코일 유닛(106,108,110)의 후행 다리(106b,108b,10b)와 각각 겹치도록 변위된다. 제8도를 참조로 하여 기술된 다음에 오는 조립 단계에서 도시한 바와같이, 제10, 제11 및 제12 코일 유닛(106,108,110)의 선행 다리(106a,108a,110a)는 웨브(138)의 제1 단부(124)와 제2 단부(128)를 연결할 때 반대 방향으로 감겨진 제1, 제2 및 제3 코일 유닛(64,66,68)의 후행 다리(64b,66b,68b)와 각각 궁극적으로 겹치도록 변위된다.
결국, 웨브(138)의 단부(124)와 단부(128)를 서로 연결한 후에 제1 절연 전도체(38)에서 감겨진 각각의 선행 다리(64a,78a,29a,106a)는 역시 제1 절연 전도체(38)에서 감겨진, 인접한 반대 방향으로 감겨진 코일 유닛의 후행 다리(78b,92b,106b,64b)와 겹치게 된다. 제2 절연 전도체(40)에서 감겨진 각각의 선행 다리(66a,80a,94a,108a)는 역시 제2 절연 전도체(40)에서 감겨진 인접한 반대 방향으로 감겨진 코일 유닛의 후행 다리(80b,94b,108b,166b)를 겹칠 것이다. 마찬가지로, 제3 절연 전도체에서 감겨진 각각의 선행 다리(68a,82a,96a,110a)는 역시 제3 절연 전도체에서 감겨진 인접한 반대 방향으로 감겨진 코일 유닛의 후행 다리(82b,96b,110b,68b)와 겹치게 된다. 이것은 겹치게 되는 코일 유닛 다리의 전류가 동일 방향으로 흐르도록 하고, 결국 양립적이고 상호 보강적인 전자기장을 발생시키는 것을 보장한다. 이것은 권선에 적용되는 특별한 전선 연결 구조에 상관없이 발생한다는 것을 주목해야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 권선은 양호한 실시예에서 기술된 절연 전도체를 세 개 이하 또는 이상으로 제작될 수 있다. 다른 경우에 있어서, 특수한 권선집합체에 있어서의 코일 유닛의 수는 사용되는 전도체의 수에 상응한다. 소형화에 따라서, 특수한 코일 유닛의 선행 다리는 동일한 전연 전도체에서 감겨진 다른 코일 유닛의 후행 다리를 겹치는 것이 필수적이지만, 그 권선 방향은 반대이다. 이것은 통상적으로 선행 단층 웨브 부분(126)이 권선 조립체에 있는 제1 코일 군의 선행 다리로 형성된다면, 그리고 후행 단층 웨브 부분(130)이 권선 조립체에 있는 마지막 코일 군의 후행 다리로 형성된다면 달성될 수 있다.
이제, 제8도를 참조하면, 제2 축 단부(128)에 있는 신행하는 단층 웨브 부분(126)이 제1 축 단부(124)에 있는 후행하는 단층 웨브 부분(130)을 포갤 수 있도록 편평한 웨브(138)는 단부를 마주하는 형태로 말려진다. 결과적으로, 거의 완벽한 원통형을 갖는 권선 자계(24)가 만들어진다.
제9도를 참조하면, 원통형 권선 자계(24)는 이미 형성된 자기 귀환 경로(140)의 내벽(142)에 의해 원통형 공간 내로 삽입된다. 권선 자계(24)로부터 내벽(142)을 절연시키도록 권선 자계(24)와 자기 경로(140)의 내벽(142) 사이에 프리-프레그(pre-preg) 에폭시 직물이 삽입될 수 있다. 다른 대안으로는, 자기 경로(140)와 권선 자계(24)의 전기적 절연을 달성하도록 에폭시 분말로(표면이) 내벽(142)이 피복될 수 있다.
일단 권선 자계(24)가 자기 경로(140) 내로 삽입되면 팽창 가능한 아버너(arbor)(144)가 제10도에 도시한 바와 같이, 권선 자계(24)의 내부 원주에 의해 한정되는 공간 내로 삽입된다. 그리고 나서, 축(141)은 팽창되며, 자기 귀환 경로(140)의 내벽(142)에 대해 권선 자계(24)를 단단히 압착한다. 상기 팽창이 행해진 후에, 축(144)은 제거되며, 에폭시 섬유 유리 프리 프레그로 만들어진 실린더(146)가 권선 자계(24)의 내부 원주에 의해 한정된 팽창된 공간 내로 삽입된다. 상기 과정은 제11도에 도시된다. 일단 실린더(146)가 권선 자계(24) 내로 삽입되면 팽창 가능한 아버(144)가 실린더(146)의 부 표면(148)에 의해 한정되는 공간 내로 재삽입된다. 상기 과정은 제12도에 도시된다. 상기 시점에서, 괭창 가능한 아버가 괭창되며, 그래서 실린더(146)를 팽창하여 자기 귀환 경로(140)의 내벽(142)에 대해 권선 자계(24)를 재압축한다. 제2 팽창 단계는 제13도에 의해 도시된다. 일단 이것이 행해지면, 팽창 가능한 아버(144) 및 축의 팽창된 다리(150)를 포함하는 전체적인 조립체가 오븐(152) 또는 상응하는 가열 기구 내로 삽입된다. 이 시점에서, 열이 인가되어 괭창된 실린더(146) 및 권선 자계(24)의 코어를 경화한다. 일단 이것이 완료되면, 고정자 조립체(12)는 전동기(10)내로 조립할 준비가 완료된다. 다른 대안으로는 열 경화 과정은 전기 저항 가열을 통해서 달성될 수 있다.
일단 전동기(10)가 상기와 같이 제작되면, 전동기는 동력 공구 조립체(11)내로 또는 높은 효율의 전동기가 사용될 수 있는 임의의 형태의 기구 내로 설치될 수 있다.
다른 대안으로는, 본 발명에 따른 방법은 상기 모터와 구조적으로 매우 유사한 발전기 또는 교류 발전기를 제작하기 위해 사용될 수 있다.
이제까지 본 발명의 구조 및 기능과 더불어 본 발명의 여러 가지 특징 및 장점을 기술하였지만 이는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 원리 내에서 부품의 형상, 크기 및 배치 문제에 있어서 세부 사항의 변경은 첨부된 청구 범위에 기술된 항들의 넓은 일반적인 의미에 의해 나타낸 본 발명의 범주 내에 든다고 볼 수 있다.

Claims (29)

  1. 맨드릴 주위에 제1 방향으로 감겨지는 복수개의 제1 개별 권선 및 상기 맨드릴 주위의 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 감겨지는 복수개의 제2 개별 권선을 구비하는 코일을 얻도록 맨드릴 주위에 절연 전도체를 연속적으로 감는 단계와, 상기 복수개의 제1 권선 중의 하나의 주위부가 상기 복수개의 제2 권선 중 하나의 상응하는 직경 방향 대향 주위부에 겹치게 해서 제1 단부와 제2 단부를 구비한 편평한 이층 웨브를 얻도록 상기 코일을 편평화 하는 단계와,
    상기 복수개의 제2 권선 중 다른 권선의 주위부가 상기 복수개의 제1 권선 중 다른 권선의 직경 방향 대향 주위부에 겹치도록 상기 웨브의 제1 단부를 상기 웨브의 제2 단부에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 권선 자계 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일의 권선 자계로부터의 제거를 허용하도록 상기 권선 단계 후에 개별 권선들을 서로에 대해 제위치에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정 단계는 상기 개별 권선이 연장되는 방향에 횡단하는 상기 코일의 외부 표면을 따라 종방향으로 최소한 하나의 소정 길이의 접착 테이프를 배치함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 비전도성 재료를 상기 편평화 단계에 앞서서 상기 코일 내에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배치 단계는 비전도성 스트립을 상기 코일 내부에 삽입하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비전도성 스트립은 강화 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 맨드릴 주위에 제1 방향으로 감겨지는 제1 복수개의 개별 권선 및 상기 맨드릴 주위의 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 감겨지는 제2 복수개의 개별 권선을 구비하는 코일을 얻도록 맨드릴 주위에 절연 전도체를 연속적으로 감고 상기 복수개의 권선 중 하나의 주위부가 상기 제2 복수개의 권선 증 하나의 상응하는 정반대의 주위부를 겹치게 해서 제1 단부 및 제2 단부를 구비한 편평한 이층 웨브를 얻도록 상기 코일을 편평화하는 단계와,
    상기 제2 복수개의 권선 중 다른 권선의 주위부가 상기 제1 복수개의 권선 중 다른 권선의 직경 방향 대향 주위부에 겹치도록 상기 웨브의 제1 단부를 상기 웨브의 제2 단부를 연결하는 단계와,
    상기 권선 자계를 자기 귀환 경로 내로 삽입시키는 단계와,
    회전자 조립체의 회전이 구속될 수 있는 내부 공간을 한정하는 슬리브 부재를 상기 권선 자계 내로 삽입시키는 단계를 거쳐 권선 자계를 제작하는 것을 특징으로 하는 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 고정자 조립체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 귀환 경로 내로 권선 자계가 삽입된 후 상기 권선 자계를 방사상으로 팽창시키도록 상기 슬리브 부재 삽입 전에 상기 권선 자계를 상기 귀환 경로에 대해 방사상으로 팽창시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 권선 자계가 상기 귀환 경로 내로 삽입된 후에 상기 슬리브 부재를 방사상으로 팽창시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 었어서, 상기 팽창 단계는 팽창 가능한 아버를 상기 슬리브 부재 내로 삽입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 슬리브 부재가 삽입된 후에 고정자 조립체를 열경화시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. (a) 적어도 두개의 인접한 코일 유닛이 집합체를 형성하도록 제1 권선 방향으로 그리고 축방향으로 일정 간격으로 이격된 위치의 공통 축 주위에 적어도 두개의 절연 전도체를 동시에 권취하는 단계와,
    (b) 코일 유닛의 축방향 폭의 약 (n - 1)배의 거리(n은 감겨진 전도체의 수)만큼 코일 유닛에 대해 절연 전도체를 축방향으로 이동시키는 단계와,
    (c) 제1 권선 방향에 반대되는 제2 권선 방향으로 단계(a)에서 제공된 인접제1 코일 제1 유닛 군에 인접한 제2 코일 권취하는 단계와,
    (d) 인접한 코일 군을 제1 축 단부 및 제2 축 단부를 구비한 편평한 이층 웨브 형태로 압축시키는 단계와,
    (e) 제1 축 단부와 제2 축 단부를 연결함으로써 편평한 웨브를 권선 자계 내로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기, 발전기, 또는 교류 발전기용 다상 권선 자계 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 권취되는 전도체의 수는 세 개인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 단계(a) 및 단계(c)는 공통 맨드릴 주위에 절연 전도체들을 권취함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 단계(d)에서 코일 군의 정밀한 압축을 용이하게 하기 위해 다각형으로 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 맨드릴은 형태가 육각형인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 단계(d)에 앞서서 단계(a), 단계(b), 단계(c)를 1회 이상 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 단계(d)가, 제1 권선 방향으로 감겨진 각 코일 유닛의 주위부는 제2 권선 방향으로 대향하는 다른 코일 유닛의 주위부와 겹치도록 실행되어 선행 제1 단부 코일 유닛의 주위부 및 후행 제2 단부 코일 유닛이 주위부가 편평한 이층 웨브의 각각의 제1 축 단부 및 제2 축 단부에 있는 단층 웨브 부분으로 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 단계(e)는 제1 단부 코일 유닛의 선행 주위부가 제2 단부 코일 유닛의 후행 주위부를 겹치도록 제1 축 단부와 제2 축 단부를 연결하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 코일이 권선 자계로부터 해제되도록 상기 권선 단계후에 서로에 대해 제위치에 각 권선을 고정시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 고정 단계는 상기 개개의 권선이 연장되는 방향에 횡단하는 방향으로 상기 코일의 외부 표면을 따라서 종방향으로 적어도 소정 길이의 접착 데이프틀 설치함으로서 실행되는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기 압축 단계 이전에 비전도성 재료를 상기 코일 내부에 배치시키는 단계틀 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 설치 단계는 비전도성 스트립을 상기 코일 내부에 삽입시키는 단계인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 비전도성 스트립은 강화 폴리머로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제12항에 있어서, 상기 권선 자계를 자기 귀환 경로 내로 삽입시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. (a) 두개의 분리되고 축방향으로 이격된 제1 유닛 군을 형성하도록 제1 원주권선 방향으로 공통축 주위에 별개의 두 절연 전도체를 동시에 권취하는 단계와, (b) 상기 전도체를 상기 제1 코일 유닛 군에 대해서 분리하고 출방향으로 이격된 제2 코일 유닛 군을 감기 위한 상태가 되는 위치로 상기 제1 코일 유닛 군에 대해 각각의 절연 전도체를 축방향 이동시키는 단계와,
    (c) 제2 유닛 군을 형성하도록 제1 원주 권선 방향에 반대되는 제2 원주 권선 방향으로 상기 전도체를 동시에 권취하는 단계와,
    (d) i) 상기 코일 유닛을 편평한 이층 웨브 형태로 방사상으로 압축시키고
    ii) 상기 코일 군들중 하나의 축방향 치수와 동일한 거리만큼 상기 웨브의 다른 층에 대해 상기 웨브의다른 층에 대해 상기 웨브의 한 층을 축방향으로 변위시킴으로써 상기 코일 유닛 전부를 동시에 재 성형하는 단계와,
    (e) 원통형 고정자를 형성하도록 상기 웨브의 양쪽 단부를 연결하여 상기 웨브의 한 단부에 있고 상기 웨브의 제1 층에 놓인 코일 유닛의 부분들 위에 상기 웨브의 대향 단부에 있고 상기 웨브의 제2 층에 있는 코일 유닛의 부분들을 겹치게 함으로써 각 코일 유닛의 겹친 층에 있는 각각의 전도체에서 전류가 동일 방향으로 흐르도록 하여 양립적이고 상호 보강적인 전자기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용의 코어가 없고 슬롯없는 고정자의 권선 형성 방법.
  27. (a) 적어도 두개의 인접한 코일 유닛 군을 형성하도록 제1 권선 방향으로 그리고 축방향으로 이격된 간격으로 공통축 주위에 적어도 두개의 절연 전도체를 동시에 권취하는 단계와,
    (b) 코일 유닛의 제1 유닛 군에 대해 소정 거리만큼 적어도 두개의 절연 전도체를 축방향으로 이동시키는 단계와
    (c) 적어도 두개의 인접한 코일 유닛의 제2 유닛 군을 형성하도록 제1 권선 방향에 반대되는 제2 권선 방향으로 축방향으로 일정 간격으로 이격된 적어도 두개의 축방향으로 이동된 전도체를 공통축 주위에 동시에 권취하는 단계와,
    (d) 상기 제1 및 제2 코일 유닛 군을 편평화시켜 상기 제1 군에 있는 각 개별 코일 유닛의 주위부가 상기 제2 군에 있는 대응 코일 유닛의 직경 방향 반대쪽 주위부에 겹치게 하여 제1 축방향 단부와 제2 축방향 단부를 가진 편평한 이층 웨브를 형성하는 단계와,
    (e) 상기 편평한 이층 웨브의 제1 축 단부를 상기 편평한 이층 웨브의 제2축 단부에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터, 발전기 또는 교류 발전기용 다상 권선 자계 제조 방법.
  28. 최초 코일 군 및 최종 코일 군을 포함하는 짝수개의 인접한 코일 군을 얻고, 인접한 코일 유닛을 포함하는 상기 코일 군들 중 임의의 한 개의 코일 군의 각 코일 유닛은 상기 절연 전도체들 중 다른 하나로부터 감겨지고, 각각의 연속적인 코일 군의 코일 유닛은 선행하는 코일 군의 방향의 반대 방향으로 감겨지도록 축방향으로 일정 간격으로 축에 대해 적어도 두개의 절연 전도체를 권취하는 단계와,
    제1 코일 군의 각 코일 유닛의 주위부가 상기 절연 전도체 중 동일한 전도체로부터 감겨진 연속적인 코일 군의 개별 코일 유닛의 대응 직경 방향 반대쪽 주위부에 겹치도록 제1 축 단부 및 제2 축 단부를 갖는 편평한 이층 웨브를 얻도록 코일 코일 군을 편평화시키는 단계와,
    최종 코일 군의 각 코일 유닛의 주위부가 상기 절연 전도체 증의 동일 전도체로부터 권취된 제1 코일 군의 코일 유닛의 대응 직경 방향 반대쪽 주위부와 겹치도록 상기 웨브의 제1 축 단부를 상기 웨브의 제2단부에 연결시키는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상의 전동기, 발전기 또는 교류 발전기용 권선 자계 제조방법.
  29. 제1 권선 방향으로 권취되고 각각이 축방향 고정 폭을 갖는 적어도 두개의 인접한 코일 유닛으로 이루어지는 제1 군을 형성하도록 축방향으로 일정 간격으로 이격된 위치에 적어도 두개의 절연 전도체를 감는 단계와,
    상기 축방향 고정 폭과 관련된 거리만큼 상기 제1 군의 코일 유닛에 대해 상기 절연 전도체를 축방향으로 이동시키는 단계와,
    상기 제2 방향으로 권취되고 제1 코일 유닛 군에 인접한 적어도 두개의 인접한 제2 유닛 군을 형성하도록 축방향으로 일정 거리 이격된 위치에 상기 절연 전도체를 상기 축 주위에 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 권취하는 단계와,
    제1 방향으로 권취된 코일 유닛 중 제1 유닛의 주위부는 제2 방향으로 감겨진 코일 유닛 중 제1 유닛의 대응 직경 방향 반대쪽 주위부와 겹치도록 제1 축 단부 및 제2 축 단부를 구비한 편평한 이층 웨브를 형성하도록 코일 군을 편평화시키는 단계와,
    제2 방향으로 감겨진 코일 유닛 중 제1 유닛의 주위부가 제1 방향으로 감겨진 코일 유닛 중 제2 유닛의 대응 직경 방향 대향 주위부에 겹치도록 상기 웨브의 제1 축 단부를 상기 웨브의 제2 축 단부에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상의 전동기, 발전기, 교류 발전기용 권선 자계 제조 방법.
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