KR100312012B1 - 고출력밀도전기모터및발전기용고정자및그제작방법 - Google Patents

고출력밀도전기모터및발전기용고정자및그제작방법 Download PDF

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도날드 에이 프렌치
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Abstract

방사상으로 향한 복수개의 톱니(24)를 갖는 다수의 세그먼트(20)로 구성된 회전식 고출력밀도 전자기 변환기용 고정자 철심에 있어서, 고정자 철심은 전기 모터나 발전기용 원통형 고정자나 전기자를 만들도록 원주상으로 결합된 둘 이상의 세그먼트(20)들로 구성된다. 세그먼트(20)가 선형으로 정렬되었거나 지그(50)의 내부표면이나 원통주변에 원주상으로 정렬되었을때, 세그먼트(20)는 전선(37)으로 감긴다. 감긴 고정자는 회전자의 내부나 외부에 맞추도록 방사상으로 바깥쪽이나 안쪽으로 연장된 톱니(24)를 가질 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
고출력밀도 전기 모터 및 발전기용 고정자 및 그 제작 방법
[발명의 분야]
본 발명은 브러시가 없는 dc 전기모터들 및 발전기들을 위한 고정자(stator)나 전기자(armature)에 관한 것이다. 고정자나 전기자는 와인딩을 수행하여 실린더 형태로 조립되는 복수개의 세그먼트들로부터 제작된다. 이 기술은 다수의 톱니들을 요구하는 고 전극(high pole) 카운트를 갖는 기계에 특히 적합하다. 이 모터 설계에 의해 고 출력 밀도 전기-기계 변환기가 된다.
[발명의 배경]
대다수의 통상의 전기모터들은 적층된 강철판들로부터 제작된 고정자 철심들을 갖는다. 개개의 적층물들은 특별히 제작된 다이들을 사용하여 강철의 평판들로부터 필요한 형태의 슬롯들 및 톱니들이 그 평판들에 만들어 지도록 천공된다. 이 방법에 의해 만들어진 적층물들은 얇은 절연층으로 코팅된 다음, 복수개의 이러한 적층물들은 함께 쌓여져 완전히 적층된 고정자를 형성한다. 매우 얇은 절연층들에 의해 분리된 적층물들을 갖는 고정자 철심을 제작하는 것은 고정자에서 겪었던 철손(iron loss)들을 조정하기 위한 의도이다. 이러한 철손들은 사용된 재료와 적층물의 두께의 함수이다. 이런 유형의 절연 기술은 거시적인 수준에서 재료의 체적들이 전기적인(그러나 자기적이 아닌) 절연층에 의해 서로로부터 절연됨을 의미하는 것으로 간주될 수 있다. 철손들에 영향을 주는 다른 매개변수들도 중요하나 이번 논의의 범위를 벗어난다.
두 번째의 그러나 덜 광범위하게 사용되는 통상적인 제작법은 전형적으로 원료 금속분말을 덜 가공된 형태가 되게 냉간 압축성형하고, 이어서 그 제품을 기계적 특성들을 개선하기 위하여 소결하는 것을 포함한다. 이 기술이 재료의 극소의 폐기물을 지닌 양호한 치수공차(매우 적은 기계가공이 요구됨)를 갖는 부품들을 생산하는 것은 잘 알려져 있다. 그것은 또한 기하학적으로 복잡한 부품들을 신뢰성있게 생산하는 효과적인 방법이다. 그러한 덜 가공된 형태들의 소결은 제어된 크기와 성질의 입자들간의 확산을 포함하며, 전형적으로 재료의 용융온도 또는 그보다 낮은 온도에서 이루어진다. 소결은 기계적 강도, 자기적 투자율을 증가시키나 불행히도 철손들도 증가시킨다. 철손들의 증가가 상당히 현저해서 거시적 절연 기술의 몇몇 형태는 허용한계 내에서 그 현상을 제어하기 위해 사용되어져야 한다. 소결공정 중에 철손들이 증가하는 이유는 입자들간에 발생하는 확산이 그것들의 전기적 연속성과 와전류 손실을 증가시키기 때문이다.
이 문제를 극복하기 위해서, Reen 등의 특허(미국특허공보 제4,255,494호)는 분말상태 금속을 0.008 및 0.150인치 사이의 두께를 갖는 적층물들이 되게 냉간 압축성형한다. 그 후, 이러한 덜 가공된 구조들은 그것들의 기계적 강도를 증가시키기 위해 소결된다. 비록 이 부품들이 오나전한 환형구조들을 형성하지만, 몇 개의 평판 유사 구조들은 서로의 상면에 쌓여지고 고정자를 이루도록 함께 고정된다. 개개의 입자들은 절연되지 않으나 전기적 절연은 적층물들 간에 놓여진 절연층에 의해 (거시적 수준에서) 제공된다.
다른 접근법으로, Horie 등의 특허(미국특허공보 제4,719,377호)는 냉간응축공정에 분말과 수지를 사용한 완전한 고정자의 생산을 기술한다. 자기적 특성들의 열화를 피하기 위해서, 완성된 부품은 소결되지 않는다. 이 방법에 의해 만들어진 부품들은 높은 인장강도를 갖지 않는다. 자기적 특성을 개선하기 위해, 높은 투자율과 높은 포화플럭스-밀도를 이룸으로써, 무기분말들이 수지에 혼합된다. 고주파손실들을 감소시키기 위해, 아주 적은 양의 결합제가 응축 전에 혼합물에 첨가된다.
분말로 된 철심에서의 와전류 손실들은 자기장의 변화에 기인한다. 자기장 변화들은 (영구자석들이 장착된) 회전자의 회전, 그리고 모터권선을 통과하는 전류의 변화의 결과이다. 철 분말과 인산의 반응은 개별 입자들에 철인산염을 코팅시켜 철에서의 전기적 연속성을 감소시키고 와전류 손실을 줄여준다. 이 입자들의 후속하는 소결은 인산염 코팅의 전기절연성질들을 파괴할 것이다.
본 출원의 출원인에게 양도된 Fisher특허(미국특허공보 제5,004,944호)는 인산염 코팅을 함유하는 덜 가공된(green)되거나 냉간압축성형된 분말로 이루어진 플럭스운반소자들을 사용한다. 바인더로서 "B"단 에폭시와 왁스가 사용됨도 개시된다. 비록 전자기적 성질이 받아들인 만 한 것일지라도, 물질의 기계적 성질들은 어떤 구조적인 응용들에 부적당하다. 냉간 압축성형으로 달성가능한 인장강도의 최고값은 약 2,000 1b/in2이다. 이 값은 제품의 추가 가공과 취급을 실제로 가능하게 할 정도로 높지 않고, 확실히 고출력밀도 모터들에 요구되는 힘들을 견딜 정도로 높지 않다. 기계적 강도상의 이런 단점은, 전기자 조립품을, 권선들과 철분말봉들 간의 결합제로 주조되고 유리섬유가 강화된 에폭시로써 봉지하거나 이 에폭시를 전기자 조립품에 주입함으로써 보상된다. 그러나 구조의 강성(rigidity)은 에폭시의 탄성률에 의존한다. 고정자 형태에 의존하여, 비교적 낮은 탄성률의 에폭시는, 어떤 상황에서는, 고정자내의 바람직하지 못한 변형과 역학적 결과들이 진동하는 전자기력들에 의해 야기될 수 있게 하는 잠재력을 지닌다.
Rutz 등의 특허(미국특허공보 제5,063,011호)에 의해 설명된대로 최근에는 인산염층에 부가하여 열가소성 재료로 코팅된 철 분말의 사용이 가능하게되었다. 이 제품은 이중 코팅된 철이라 한다. 증가된 기계적 성질들은 열가소성 재료를 녹이기에는 충분히 높으나 인산염으로 피복된 철분자들 간의 대규모 확산을 허용할 정도로 높지는 않은 온도에서 분말을 압축성형함으로써 얻어진다. 보다 높은 인장 강도의 이점에 더하여, 압축성형될 수 있는 재료의 용량은 피복된 열가소성 분말을 사용할 때 상당히 커진다. 소결 공정으로 생산된 철심들과 비교하여, 이중 피복된 입자들로 생산된 철심들에 존재하는 전기적 절연성들은 미미한 것으로 간주될 수 있다. 다시 말하면, 각각의 철 입자는 그것에 인접한 입자들로부터 적절히 절연된다. 와전류 손실들은 거시적 수준이라기 보다는 오히려 미시적 수준에서 제어된다.
Ward 등의 특허(미국특허공보 제4,947,065호)는 이중 피복의 분말로된 철을 큰 형판으로 압축성형함으로써 완전한 고정자 철심을 한 조각으로 만드는 발명을 기술한다. 이 절차는 얇은 개개의 적층물들을 천공하여 겹쳐 쌓는 번겅로움을 피할 수 있게 하는 반면에, 이 방법은 중대한 결점들이 있다. 다이의 초기 비용은 천공된 적층물에 필요한 다이보다 상당히 비싸고 대량생산의 측면에서만 정당화될 수 있다. 게다가, 복잡한 기하구조와 큰 표면적을 지닌 부품에 포함된 재료의 성질들을 정확하게 조절하기가 어렵다. 상당한 크기가 갖는 다른 문제는 분말을 요구된 밀도로 압축하는데 매우 높은 용적톤수 압축성형이 필요하다는 것이다. 기계적 관점에서, 이 한계들로 인해 고출력밀도 모터용의 고정자들을 생산하는 경우에 단편 고정자를 만드는 접근법은 비실용적이다.
단편 철심 구조체는 또한 Fisher '944에서 기도했던 것과 같은 모터무게를 줄이는데 사용되는 높은 폴 카운트와 좁은 슬롯모터 개념들을 실현시키는 것을 매우 어렵게 한다. Fisher '944에서는, 다수의 폴들과 결합하는 적은 직경의 전선이 높은 출력 대 무게 비를 가진 모터가 되는 것이 증명된다. 이는 종래 모터들에 비해 다수의 슬롯들에 권선을 분배함으로써 달성된다. 큰 직경의 전선을 사용할 때 통상 겪게 되는 전선에 유도된 와전류의 감소가 나타난다. 이 특성들은 고정자나 전기자가 다수의 톱니들(및 슬롯들)로 설계되야 함을 요구한다. 그러므로, 개개의 톱니들은, 전기자 주위에 좀 더 고르게 코일들을 분배하고 밀집된 권선들과 더 적은 수의 폴들로 된 통상의 설계들과 비교하여 높은 폴 카운트를 수용할 수 있도록, 좁게 될 필요가 있다. 이런 좁은 톱니들 또는 플럭스운반부재들의 구성은 철 분말 기술을 사용하여 성공적으로 증명되었으며, 생산된 부품들은 필요한 자기적 특성들을 가진다. 그러한 전기자의 설계 역시 여러 권선패턴들의 실현을 가능하게 한다. Fisher '944에서 개시된 회전자는 "이중 링" 구조이다. 고정자 철심은 내부 및 외부의 회전하는 링들 사이에 위치된다. 이런 구성때문에 철심에 방사상으로 작용하는 전자기력들은 균형을 이룬다. 철심의 결과적인 방사상 변형들은 대칭적이고, 그러므로 장치의 정상작동에 견딜수 있다. 그러나 단일 링 설계와 비교하여 이중 링 설계의 회전자를 사용하는데 관련된 세 가지 단점이 있다: (a) 자석이 두 배로 사용되므로 자석들의 비용이 배가된다; (b) 회전축에 대한 질량관성모멘트가 상당히 증가하고 결과적으로 모터가속도가 낮아진다; 및 (c) 이런 회전자들의 기계적 소음이 크므로 어떤 응용들에는 허용될 수 없다.
Fisher '944의 대안이 되는 설계는 복수개의 철 분말 세그먼트들로 구성된 고정자 철심을 가진 단일 링 회전자 구조이다. 방사상의 전자기력들은 이 철심에 대칭적으로 작용하지 않는다. 이 철심에 작용하는 전자기력들과 회전자 구성에서의 차이로 인해, Fisher '944에서 개시된 철심구조는 고온에서 에폭시의 비교적 낮은 탄성률이 단일 링 설계에서 철심의 큰 방사상 변형들을 허용하지 않기 때문에 이중 링 설계에 좀 더 적합하다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 복수개의 방사상 방향으로 된 톱니들을 가진 압축성형된 이중피복된 철분말로 형성된 다중 세그먼트들로 형성된 고정자철심을 제공하는 것이다. 따라서, 고정자 철심은 전기모터나 발전기용의 개선된 설계를 위해 평행한 가는 전선의 권선들을 가진 원통형 고정자나 전기자를 형성하도록 원주방향으로 결합되는 축 방향으로 기다란 두개 이상의 세그먼트들로 구성된다.
전기모터들과 발전기들을 위한 그러한 고정자들을 만드는 방법은 이중 피복된 철 분말을 압축성형한 다음 평행한 가는 구리 권선들을 사용함으로써 세그먼트들을 형성한다. 권선은 파형 와인딩 방법에 의해 달성된다.
[도면의 간단한 설명]
제 1도는 원주방향으로 이격된 슬롯들과 번갈아, 복수의 축방향으로 기다랗고 방사상 안쪽으로 연장된 톱니들을 가진 본 발명의 바람직한 성형된 세그먼트의 사시도;
제 2도는 단일 톱니를 형성하도록 원주방향으로 정렬된 두개의 성형된 세그먼트들의 사시도;
제 3도는 본 발명의 제 3의 압축성형된 세그먼트의 사시도;
제 4(가)도는 선형적으로 정렬된 제 1도의 복수개의 세그먼트들을 보여주는 평면도;
제 4(나)도는 선형적으로 정렬된 제 2도의 복수개의 세그먼트들을 보여주는 평면도;
제 4(다)도는 선형적으로 정렬된 제 3도의 복수개의 세그먼트들을 보여주는 평면도;
제 5도는 와인딩 전에 지그(jig)상에 정렬된 제 1도의 복수개의 세그먼트들을 보여주는 상면도;
제 6도는 제 1도 또는 제4(가)도에 보여진 바와 같이 복수의 선형적으로 정렬된 세그먼트들의 파형식 와인딩을 나타내는 개략도;
제 7도는 세그먼트들의 축방향으로 연장한 방사상 측면들에 결합구조들을 갖는 제 1도의 세그먼트의 사시도;
제 8도는, 제 7도와 유사하게, 제 1도의 세그먼트들의 축방향으로 연장한 방사상 측면들에 다른 결합구조들을 갖는 사시도;
제 9도는 방사상 외측으로 연장된 핀들을 갖는 환대에 의해 원주방향의 정렬이 유지되는 제 1도의 복수개의 세그먼트들로 이루어진 발명의 조립된 고정자의 상면도;
제 10도는 완전한 전기자 구조를 이루도록 전선으로 감긴 철심을 나타내며, 방사상 외부로 연장된 핀들을 갖는 환대와 유지링(containment ring)에 의해 원주방향 정렬이 유지되는 제 1도의 복수개의 세그먼트들로 이루어진 조립된 고정자의 상면도; 및
제 11도는 방사상 바깥쪽을 향한 톱니들을 가진 세그먼트들을 갖는 환대 구조의 부분사시도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 세그먼트들을 형성하는데 사용되는 이중 코팅된 철 분말은 뉴 저지의 호우가내스 코오포레이션(Hoeganaes Corporation of New Jersey)으로부터 구입할 수 있다. 이러한 입자들을 생산하는 방법들은 Rutz 특허(참증로써 여기에 통합된 미국특허공보 제5,063,011호)에서 개시되었다. 일반적으로, 그런 분말은 20-200마이크론 평균입자직경을 갖는 철 입자들을 이 철입자들의 표면들에 수화된 철인산염의 층을 형성하도록 인산으로 처리함으로써 생성된다. 그런 다음, 이 입자들은 온도에 의존하는 시간간격 동안 대략 100℉에서 2,000℉까지의 범위에서 가열된다. 이 경화(curing)단계는 입자들 사이에 우수한 전기절연을 제공하는 유리같은 철 인산염 코팅을 입자들에게 제공한다. 인산염화 단계 후, 절연된 입자들은 철 인산염 층에 실질적으로 균일한 원주상의 외부코팅을 제공하는 열가소성 물질로 코팅된다. 열가소성 물질을 사용하는 데는 두 가지 중요한 이유가 있다. 첫째로, 중합체는 와전류 손실을 좀 더 줄일 수 있도록 입자들간에 추가적인 절연성질들을 제공한다. 둘째로, 그 물질이 철 입자들을 서로 결합시켜 분말로 형성된 제품들의 궁극적 인장강도를 증가시킨다. 셋째로, 어떤 상황 하에서, 중합체는 다이 충전과 응축 중에 윤활제와 같은 역할을 할 수 있고, 그래서 입자들의 분배를 좀더 균일하고 완전하게 만든다. 만일 충분히 높은 압력과 상승된 온도에서 응축된다면, 최종형태로 응축된 물질의 밀도는 적어도 철의 이론적인 값의 92.7%이다. 열가소성 코팅은 예를 들어 폴리에테르술폰(polyethersulfones)과 폴리에테르이미드(polyetherimides)와 같은 열가소성 코팅들로부터 선택되어질 것이다. 이런 이중-코팅된 입자들은 미국 특허공보 제4,947,065호(이 개시물은 참조로써 여기에 통합됨)에서 논의된 것처럼 단일 조각의 고정자 철심을 형성하기 위해 압축성형되었다.
본 발명에서, 철 분말은 인산으로 처리된 다음 열가소성 중합체로 코팅된 후 적당한 형태의 다이들을 통과시킴으로써 필요한 세그먼트 형태들로 압축성형된다. 이 분말은 325℉와 450℉ 사이의 온도로 미리 가열된 다음, 450℉와 600℉ 사이의 온도로 유지되는 다이들로 압축성형된다. 소망의 물질 성질들의 세그먼트를 이루는데 필요한 압력은 약 30~50ton/in2이다. 완성된 부품들은 한시간 동안 600℉에서 열처리(경화)된다. 결과적인 부품들은 의도된 응용분야에 매우 적당한 14,500lb/in2까지의 궁극적인 인장강도를 갖는다. 비록 이런 부품들의 기계화가 필연적으로 요구되지는 않지만, 이 물질강도는 통상의 기계화 조작들이 부품들의 파괴없이 수행되어지는 것을 허용한다. 7.087인치(180mm)의 외부지름과 2.84인치(72mm)의 축방향길이를 갖는 완전한 고정자를 제작하기 위하여, 원하는 전자기적 성질들과 상술된 인장강도는 약 760톤의 힘을 필요로 한다.
그러한 힘은 상당히 큰 것이고 그런 힘을 발생시키는 프레스는 매우 비싸다. 이 지출은 압축성형된 세그먼트들로 고정자를 조립함으로써 피할수 있다. 압축력의 감소는 완전한 고정자를 구성하는 세그먼트들의 수에 비례하여 얻어질 수 있다. 세그먼트들은 경량의 고출력 모터를 위한 완전한 고정자나 전기자를 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 세그먼트들은 제 1, 2, 3, 7, 8 및 11도의 각각에서 보여진다. 세그먼트들은 곡선이고 일반적으로 각각이 복귀경로나 베이스와 반개 또는 한 개 이상의 톱니로 형성된다. 바람직한 실시예에서, 고정자에 108개의 톱니들과 회전자에 18개의 폴(pole)들을 갖는 모터의 경우, 세그먼트 당 최적인 톱니 수는 9개이다. 세그먼트 당 아홉 개 톱니를 선택함으로써 여섯 개의 톱니가 있는 하나의 폴 피치에 대해 톱니 수의 한배 반이라는 다른 요구사항을 만족시킨다. 이런 최적인 수의 톱니들은 회전 중의 진동과 기계적 소음의 영향을 피하고 와인딩을 단순화하는데 도움이 된다고 알려져 있다. 각 세그먼트의 사이즈와 세그먼트가 갖는 톱니 수는 제조와 와인딩의 고려뿐만 아니라 가격에 기초한다. 아홉 개 톱니 세그먼트의 추가적인 이점은 원형 구조물의 형성에 앞서 톱니들의 와인딩에 관해 아래에서 실명한다.
아홉 개의 톱니로 된 세그먼트(20)가 제 1도에 도시되었다. 세그먼트(20)는 방사상 깊이(21), 축방향 길이(23), 그리고 제 2도에서 좀 더 명확히 도시된 원주방향 너비(25)를 갖는 복귀경로(22)를 갖는다. 원주방향으로 이격된 톱니들(24)은 복귀경로(22)의 안쪽 방사상 끝이나 안쪽 원주표면상에 형성된다. 톱니들은 방사상 안쪽을 향하고 있고, 원주방향으로 이격된 슬롯들(26)을 한정한다. 세그먼트(20)는 두 개의 축방향으로 연장된 방사상 측면들(28)을 가지고 있다(그중 하나만 사시도에서 완전히 보여진다.). 세그먼트의 전체 방사상 깊이(27)는 약 0.8인치(20.3mm)이며 톱니의 방사상 깊이와 복귀경로(22)의 방사상 깊이(21)의 합이다. 복귀경로(22)의 방사상 깊이(21)는 약 0.35인치(8.9mm)이고 톱니의 방사상 깊이는 약 0.45인치(11.4mm)이다. 압축성형된 세그먼트의 축방향길이(23)는 약 0.947인치(24mm)이다. 톱니들(24)의 팁들(tip, 30)은 톱니들의 잔여 몸체(31)보다 원주방향으로 그 너비가 더 넓다. 팁이 넓어질수록 톱니의 그 부분의 플럭스밀도는 더 낮아지게 된다. 상술한 톱니 수의 반으로 고정자를 설계할 때, 톱니몸체(31)보다 톱니팁(30)을 더 넓게 하는 것이 훨씬 바람직하며, 도시된 대로, 이에 의해 슬롯들(26)은 반이 닫힌 상태가 된다.
원의 형태로 12개의 세그먼트들(20)을 정렬함으로써, 각각의 축방향으로 연장된 방사상 측면(28)은 원 형태의 중심으로부터 연장하는 방사선상에 놓이며, 톱니들의 팁들은 모두 방사상 안쪽을 향하게 된다. 이런 식으로 완전한 고정자는 대략 8.29인치(210mm)의 외부직경을 가지게 형성된다. 각 세그먼트의 복귀경로(22)의 축방향으로 연장된 방사상 측면들(28)은 제 7도에서 보여진 바와 같은 설 및 홈(tongue and groove)결합면들(33) 또는 제 8도에 보여진 바와 같은 반겹치기결합면들(half-lap mating surfaces, 35)을 갖도록 압축성형되거나 기계제작된다.
비록 아홉톱니 세그먼트가 최적인 것으로 결정되어졌지만 다른 형태들도 가능하다. 고정자에서 세그먼트들의 최대 수는 각 세그먼트가 절반톱니인 배열에서의 톱니들의 총수의 두 배와 같다. 두개의 절반톱니 세그먼트들은 제 2도에서 각 세그먼트가 단일 톱니의 원주상의 경로인 단일톱니 세그먼트(32)를 형성하도록 결합된다. 세그먼트들(32)은 하나의 단순한 곡선 복귀경로(34), 두개의 축방향 끝단들(36)(그 하나만이 제 2도에서 보여짐) 및 두개의 축방향으로 연장된 방사상측면들(38)(그 하나만이 제 2도에서 보여짐)을 갖는다. 절반톱니 세그먼트들(32)의 축방향길이(23)와 절반톱니 세그먼트의 전체 방사상 깊이(27)와 같은 치수들은 세그먼트(20)에 대한 치수들과 같을 것이다. 216개의 절반톱니 세그먼트들(32)이 완전한 고리형 고정자를 형성하도록 (톱니들간에 이격된 슬롯들을 만들면서) 원주방향으로 정렬될 수 있다. 그러한 고정자의 치수들은 세그먼트들(20)로 만들어진 고정자의 치수들과 같은 것이다. 한정된 다이수명과 높은 톤수의 프레스의 가격으로 인해, 다수의 세그먼트들을 갖는 고정자는 경제적 이유로 바람직하지 못하다. 세그먼트들의 수가 증가할 때, 치수적 공차 역시 결정적인 요소가 될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 어떤 상황에서는 절반톱니 세그먼트들로 만들어진 고정자가 만족스러운 것일 수도 있다. 다른 극단적인 예로, 108개의 톱니들을 갖는 고정자가 각각이 54개의 톱니들을 갖는 두개의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 이것은 세그먼트에 대한 최대의 톱니 수이다. 치수적 공차와 동력학적 작동에 대해 54톱니 세그먼트가 가장 바람직하다. 다수의 고정자들이 각 다이의 작동수명 동안에 만들어질 수 있다. 그러나, 복잡한 기하구조로 인해, 이 세그먼트를 만드는데 필요한 다이의 생산은 상대적으로 비싸게 된다. 그에 더하여, 고정자의 직경에 의존하여, 각 세그먼트의 도처에서 균일한 물질밀도를 유지하는 것이 어려울 것이다. 세그먼트의 제작과 와인딩을 쉽게하는 데 대하여, 보다 합리적인 해결책은 27개의 톱니들(고정자 당 4개의 세그먼트)을 갖는 세그먼트를 생산하는 것이다. 27개 톱니 세그먼트(40)는 제 3도에서 보여졌다. 일반적으로, 세그먼트들(20, 32 또는 40)과 같이 압축성형된 세그먼트들 중의 어느 하나의 축방향길이는 0.947인치(24mm)이거나 3부분으로 된 세그먼트의 축방향길이의 1/3이다. 철손이 미시적 수준에서 제어되므로 세그먼트들의 축방향길이는 전자기적 성질들에 의해 제한되지 않는다. 세그먼트의 축방향길이는 성형이 만들어질 수 있는 정확도와 부품이 만들어 질 수 있는 물질밀도의 균일도에 의해서만 제한된다. 이런 요소들이 일반적으로 절반톱니 세그먼트들(32)의 축방향길이를 대략 2-2.5인치(약 50.8에서 63.5mm)로 제한하는 것처럼 보여진다. 가능하면, 세그먼트들의 길이를 모터의 길이와 동일하게 만드는 것이 바람직하나, 허용가능한 성능사양을 나타내는 그러한 길이의 단일 조각 세그먼트들을 설계하는 것이 반드시 실행가능한 것은 아니다. 그 경우, 각각이 0.947인치(24mm)의 축방향길이를 갖는 복수개의 세그먼트들이 고정자의 축방향길이를 늘리기 위해 축방향으로 끝과 끝을 잇게끔 놓여져야 한다. 즉, 완전한 3부분으로 된 세그먼트는 각각이 0.947인치(24mm)의 축방향길이를 갖는 두개의 추가적인 동일한 세그먼트들을 만들어 세 개의 세그먼트들을 기계적으로 또는 접착으로 적층하여, 제3도에서 보다 명확히 보인 것과 같이 압축성형된 세그먼트(40)는 세 개의 동일한 부분들(42, 44 및 46)로 구성되며, 각각의 부분은 0.947인치의 축방향길이를 갖는 3부분으로 된 세그먼트(40)를 만들 수 있다. 그렇게 적층된 부분들간에는 부가적인 절연물질이 요구되지 않는다. 지금까지, 1.5인치(38.1mm)의 마지막 축방향길이를 갖는 원샷(one shot) 성형가공으로 생산된 아홉개 톱니들을 갖는 세그먼트들은 성형틀로부터 세그먼트를 꺼내는데 필요한 힘에 의해 파괴되었다. 성형틀로부터 세그먼트를 꺼낼 때의 어려움과 다이 자체의 안전 역시 세그먼트의 최대 축방향길이를 결정한다. 만일 다이윤활제, 온도 및 압축력의 적절한 조합이 발견된다면, 1.5인치를 초과하는 세그먼트길이가 얻어질 수 있을 것이다.
발명의 단일 세그먼트(32)와 세부분으로 된 세그먼트들(20, 40)로 구성된 고정자들은 여러 방법으로 감겨질 수 있다. 바람직한 방법으로, 발명의 고정자들이 부분별로 만들어 질 수 있다는 사실에 의해 간단하게 만드는 방법은 제 4(가)도 내지 4(다)도와 제 6도에서 부분적으로 도시되었다. 제 4(가)도에서, 제 1도의 세그먼트들은 선형적으로 정렬되어 단일 열의 톱니들이 위쪽을 향하고 있게 한다. 그 후, 톱니들은 전선으로 와인딩되어 제 6도에서 보여진 파형 권선을 만든다. 톱니들을 가진 발명의 세그먼트화된 구조들은 맨드릴을 사용하지 않는 와인딩을 허용하는 구조이다. 파형와인딩은 그 개시가 참조로써 여기에 통합된 미국특허공보 제5,004,944호 및 1990년 3월 30일자로 출원된 Fisher 등의 미국특허출원번호 제502,230호에 의해 보다 자세히 보여졌으며 설명되었다. 파형와인딩은 통상 사용되는 랩와인딩(lap winding)과 비교하여 짧은 끝단감기에 의해 특징지어진다. 파형와인딩은 더 촘촘하고 더 작은 저항의 와인딩을 이끌어낸다. 어떤 경우, 파형와인딩은 립와인딩보다 완성하는데 적은 시간을 요구하여 제작비용을 절감하게 한다. 제 6도에서 보여진 와인딩은 삼상 모터용 와인딩이다. 슬롯 당 다중 감기의 모터들을 위해서는 파형와인딩은 바람직하지 않을 것이다. 그 경우에는, 압축성형된 세그먼트들은 랩와인딩으로 감길 것이다. 와인딩은 예를 들어 30게이지 전선(37)과 같은 절연된 전선에 의해 적절히 수행된다. 일직선으로 정렬된 세그먼트들의 열린 구조는 파형와인딩을 용이하게 하며, 방렬의 절연된 30게이지 전선의 사용은 3개 세그먼트들로 요구된 원통형상을 형성할 수 있게 하는 유연성 있는 구조를 제공한다. 감겨진 고정자는 일반적으로 파운드 당 1.0마력보다 큰 무게 당 높은 지속적인 힘을 갖는 모터들 및 발전기들이 된다. 와인딩 처리를 위한 세그먼트들의 제조에서, 슬롯들의 내표면들은 보통 성형된 철 세그먼트들로 구성된 고정자 철심에 의한 손상으로부터 와인딩을 보호하기 위하여 그리고 그라운드로부터의 추가 절연을 제공하기 위하여 "NOMEX"(미도시)라는 상표 하에 팔린 얇은 절연지로 안이 대어진다. 만일 고정자에서의 톱니 수가 많거나 슬롯들의 사이즈가 작으면, 절연지들을 삽입하는 것은 어렵게 되며 시간도 소비된다. 다른 대안은 H-급 코팅을 갖는 유동화된 베드에서 세그먼트들을 코팅하는 것이다. 이것은 약 130℃까지의 온도를 견디는 고온 코팅이다. 그런 코팅은 캘리포니아, 올레인과 뉴욕 공장에 있는 덱스터 일렉트로닉 머티리얼스 디비전 (Dexter Electronic Materials Division)에 의해 판매된다. 이 제품은 NO. DK15EG 공형코팅분말인 에폭시수지코팅분말을 주문하여 구입할 수 있다. 이는 구리전선들이 감겨진 세그먼트들 상의 강한 보호절연표면이 된다. 세그먼트들이 서로 결합되는 축방향으로 연장된 방사상측면들(28)은 그것들간에 요구된 물리적 접촉을 허용하도록 코팅물질이 깨끗이 보존된다.
도시된 대로, 와인딩 단순화에 대하여 각 세그먼트에서 큰 곡률들을 피하기 위해 제 4(나)도에 도시된 바와 같이 세그먼트 당 비교적 적은 수의 톱니들을 갖는 것이 유리하다. 그러나, 개개의 세그먼트는 약간의 조정을 필요로 하기 때문에, 다수의 세그먼트들은 마무리된 고정자 와인딩에 대한 총 제작비용을 증가시켰다. 반면에, (세그먼트 사이즈 증가를 통한) 세그먼트들의 수의 감소는 세그먼트들이 평평한 표면에 일렬로 정렬될 때 제 4(다)도에 도시된 바와 같이 더 큰 곡률을 만든다. 곡률이 클수록 와인딩의 어려움이 늘어난다. 세그먼트 접근법은 폭 넓게 다양한 설계들 및 선택(option)들을 제공한다. 세그먼트들을 원통형 고정자로 형성시키는 것은 와인딩이 마무리된 후에 행해진다.
와인딩으로 고정자를 형성하는 것은 또한 제 5도에서 도시된 바와 같이 부분지그를 사용함으로써 달성될 수 있다. 제 5도에서, 11개의 고정자세그먼트들(20)은 도시된 바와 같이, 지그(50)위에 정렬된다. 지그(50)는 고정자의 축방향길이보다 조금 크거나 같은 축방향길이를 갖는다. 지그(50)의 단부들(52)은 나사 새겨진 정지부재들(58)과 맞물리는 나사 새겨진 파스너들(56)을 수용하기 위한 보어들(bores, 54)을 갖는다. 은선들(60)로 도시된 바와 같이, 보어들(54)은 정지부재들(58)의 조절을 허용할 정도로 충분히 크다. 이 배열에 의해 세그먼트들(20)은 정지부재들(58)의 조절과 파스너들(56)을 죔에 의해 단단히 고정하는 방식으로 지그의 안쪽 원주면상에 정렬된다.
제 5도에 보여진 조립체에 고정자를 감는 것은 용이하다. 왜냐하면 고정자세그먼트들은 원주방향으로 위치하고 전선다발이 지그(50)의 닫히지 않은 끝들을 통해 빠질 수 있기 때문이다. 조립된 11개 세그먼트들이 감겨진 후, 정지부재들(58)은 지그로부터 제거되고 마지막 부분이 원형 고정자를 완성하기 위해 위치하면, 와인딩이 끝난다. 이 배열은 제 4(가) 내지 4(다)도 및 제 6도에 관련하여 실명된 방법에 따라 와인딩된 후에 원형 고정자를 구성할 때에 발생할지도 모르는 전선이 세그먼트들 사이에서 꽉 끼게 될 가능성을 줄이게 될 것이다. 그 후, 와인딩 구조는 니스칠된다.
와인딩 처리가 끝난 후, 결과적인 구조물은 제 9도에 도시된 바와 같이 알루미늄이나 강철로 구성된 금속성 링(62)이나 링들 또는 원통형 클램프들을 사용하여 원통형이며 정확한 크기로 만들어진다. 와인딩은 명료함을 위해 생략되었다. 그런 링(62)이나 하우징은 그 내부직경이 상온에서 원주방향으로 조립된 고정자의 외부직경보다 작다. 클램프나 링(62)의 가열 및/또는 세그먼트들의 냉각에 해당하는 차동열팽창기법은 상온으로 돌아간 후에 링(62)과 원주방향으로 배열된 세그먼트들로 만들어진 고정자 사이의 조립 억지끼워맞춤(interference fit)을 이루기 위하여 구조의 조립동안에 사용될 수 있다. 예를 들면 세그먼트들은 그것들의 직경이 링(62)의 내부직경보다 작아지도록 냉각된다. 그 후 링은 원주상의 고정자에 맞게 된다. 세그먼트들이 상온에서 데워질 때 억지끼워맞춤이 이루어진다. 성형된 세그먼트들의 열팽창계수는 근사적으로 8.0×10-6/℉이며 링(62)의 열팽창계수는, 알루미늄으로 만들어졌다면 13.3×10-6/℉이고 강철로 만들어졌다면 6.0×10-6/℉이다.
전술한대로, H-급 코팅물질을 사용하는 경우 세그먼트들의 모든 표면들을 코팅하는 것은 바람직하지 못하다. 이는 세그먼트들을 코팅물질없이 유지하기 위하여 그 표면들에 대한 마스킹을 필요로 한다. 세그먼트를 마스킹하는데 필요한 작업을 최소로 줄이는 것이 경계적이다. 이 목적을 달성하는 한 방법은 억지끼워맞춤으로 제 10도에 도시된 바와 같이 세그먼트들에 대해 유지링으로서 작용하는 얇은 벽튜브(90)내에서 상술한 것처럼 철심을 포함하는 세그먼트들을 조립하는 것이다. 강철이나 알루미늄 재질의 유지링(90)은 철심과 동일한 축방향길이이고, 그 벽은 대략 .050˝에서 .070˝의 두께이어야 한다. 유지링과 세그먼트들의 억지끼워맞춤은 직접적으로는 복귀경로(22)상의 H-급 코팅의 용착(deposition)을 방지할 것이며, 간접적으로는 각 측면이 인접한 측면에 접하도록 강제될 때 축방향으로 연장된 방사상 측면들(28)에 대한 H-급 코팅의 용착을 방지할 것이다. 철심의 내부직경과 동일한 외부직경을 갖는 테플론이나 나일론 원통은 이때에 톱니팁들(24)에 H-급 코팅의 용착을 막기 위해 철심구조물의 내부직경공간에 삽입된다. 이후로 H-급 코팅이 이 조립에 도포되며, 원통형 마스킹 고정장치가 철심의 내부직경으로부터 제거된다. 코팅된 구조물은 코팅을 제거하기 위해 1-2시간 동안 300℉ 내지 450℉의 오븐에 넣어둔다. 과잉코팅은 선반에서의 회전처리를 사용하여 유지링의 외부직경으로부터 제거된다.
와인딩(92)은 그 결과로서의 코팅된 철심/유지링 구조물에 파형와인딩 기법을 적절히 사용하여 적용된다. 와인딩은 철심 구조가 완전한 환형 구조를 규정하는 것을 제외하면 위에서 설명된 부분지그법과 비슷하게 이루어진다. 감겨진 철심 구조물은 위에서 언급한 것처럼 제 9도에서 보여진 링(62)과 유사한 핀이 있는 링이나 하우징(62)에서 억지끼워맞춤으로 조립되고 도포된다.
고정자 조립물의 크기를 맞추기 우하여 사용된 링(62)이나 링들은 하우징으로 생각될 수 있는 것을 포함하는 고정자 조립체의 영구적인 부분이 된다. 이 하우징의 주요목적은 고정자의 과잉 변형을 막기 위하여 모든 작동 조건들하에서 인접한 세그먼트들간의 물리적 접촉을 유지하는 것이다. 하우징은 상술한 바와 같이 강철이나 알루미늄으로 만들어지고, 모터의 열발산특성을 개선하기 위해 제 9도와 10도에서 보인 바와 같이 외부표면상에 다수의 방사상 외부로 향하는 냉각핀들(64)을 갖는다. 완전한 구조물은 진공 또는 압축 주조법에 의해 에폭시로 봉지되거나 통상의 전기모터들의 제조공정에서 일반적으로 사용된 것과 유사한 공정에서 적절한 용액으로 니스칠된다. 전기모터들의 어떤 제조공정에서와 마찬가지로, 와인딩에는 전선절연에 생길 손상을 검사하는 방법이 사용된다. 이러한 방법들은 통상 서지(surge) 및 하이-포트(hi-pot) 검사로 알려져 있다.
도시되고 설명된 것처럼, 세그먼트내의 톱니들은 세그먼트의 방사상 안쪽의 오목부분에 위치된다. 제 11도는 원주방향으로 배열된 두개의 압축 성형된 세그먼트들(80)을 보여준다. 이러한 톱니세그먼트들 각각은 9개의 톱니들을 가지고, 그 톱니들(82)은 세그먼트의 방사상 외부의 볼록부분상에 형성되며 바깥쪽으로 연장되는 방향을 향한다. 그러한 고정자는 톱니들이 방사상 바깥 방향을 향하기 때문에 위에서 설명된 고정자들보다 감기가 본질적으로 더 쉽다.
세그먼트들(80)은 톱니몸체의 축방향길이보다 더 긴 축방향길이(85)를 가진 복귀경로(84)를 갖는다. 그러한 세그먼트들(80)의 톱니들(82)은 어깨들(88)을 규정하는 구조의 복귀경로(84)의 외측 볼록면상에 실질적으로 중심을 두고 있다. 기계화 공정의 사용 없이는 이 세그먼트를 형성하기가 통상 불가능하다. 이런 경우, 세그먼트는 세그먼트와 동일한 축방향길이의 톱니들을 가지게 압축성형된다. 그 경우 각 세그먼트들의 끝부분들은 어깨들을 형성하는 기초가 된다. 완전한 환형 고정자철심을 조립하기 위하여, 12개의 세그먼트들(80)의 복귀경로들의 오목한 안쪽면들은 세그먼트의 축방향측면들이 인접한 세그먼트들의 대응 면과 접촉하며 톱니들이 방사상 바깥방향으로 연장되도록 실린더(미도시)의 주변을 둘러싸게 위치된다. 실린더는 세그먼트들의 복귀경로의 축방향길이보다 실질적으로 크거나 같은 길이를 가지며 좋은 열전도체인 비자성 금속이나 알루미늄으로 만들어진다. 실린더는 세그먼트들 및 와인딩들에 의해 발생되는 열을 위한 열흡수장치로서 작용한다. 와인딩하는 동안 그리고 높은 출력 대 중량비를 갖는 전기-기계적 변환기에서 사용될 때 세그먼트들이 제자리를 유지하는 것을 확실히 하기 위해, 단면이 사각형인 환대 링(86)은 억지끼워맞춤을 하는 동안 실린더상에 원주방향으로 배열된 세그먼트들(80)의 어깨들(88)을 둘러싸도록 위치된다. 환형 링들(86)은 스테인레스 강철이나 알루미늄 같은 비자성 물질로 만들어진다. 환대 링들이 어깨부들을 둘러싸도록 고정된 다음 고정자를 완성하기 위하여 환대 구조물을 얇은 절연전선으로 감겨진다.
변환기에서, 알루미늄 실린더와 환대 링들(86)을 갖는 고정자는 고정되고, 예를 들어, 회전을 위해 실린더의 끝에 장착한 회전자는 고정자에 대해 회전한다. 작동중인 변환기로부터 나오는 열은 실린더를 통해 냉각액체를 순환시킴으로써 제거될 수 있다. 냉각액체는 회전자를 장착하는데 사용된 구조상에 위치된 실린더의 내부와 통하고 있는 고착물을 통해 실린더에 출입할 수 있다.
바람직한 실시예들이 개시되고 설명되었으나, 해당분야의 통상의 기술을 가진 사람들에 의해 변경이나 변형들이 발명의 진정한 사상과 범위 내에 있다는 것이 인식되어질 것이다. 예를 들어, 고정자는 9개 톱니들을 갖는 6개 세그먼트들 및 54개의 톱니들을 갖는 단일 세그먼트로 만들어지나, 어떠한 세그먼트들의 결합도 가능하다. 발명이 또한 108개의 톱니들을 갖는 고정자로 제한되지 않을 것이다. 첨부된 청구항들은 모든 그러한 변경들 또는 변형들을 포함하기 위해 의도되었다.

Claims (27)

  1. 회전식 전기-기계적 변환기를 위한 환형 고정자에 잇어서, 적어도 일부가 동일한 복수개의 세그먼트들을 포함하며, 상기 세그먼트들의 은 방사상 외측부분과 방사상 내측톱니부분을 갖는 축방향으로 기다란 몸체를 포함하며, 상기 방사상 외측부분은 상기 방사상 내측톱니부분보다 원주방향으로 넓게되어, 복수개의 상기 세그먼트들이 환형 형상으로 조립되는 경우, 복수개의 슬롯들이 상기 방사상 내측톱니부분들 사이에서 결정되며, 상기 방사상 외측부분들은 복귀경로를 형성하기 위해 서로 접촉하고, 상기 방사상 외측부분들은 인접 세그먼트의 대응 면과 접촉하기 위하여 축방향으로 연장된 방사상 측면들을 갖는 것을 특징으로 하는 고정자.
  2. 제 1항에 있어서, 각각이 복수개의 상기 방사상 안쪽으로 연장된 톱니부분들을 포함하며, 복수개의 상기 톱니들은 톱니몸체와 톱니팁(tooth tip)을 가지며, 상기 톱니팁들의 적어도 일부는 관련된 톱니의 몸체보다 원주방향으로 더 넓은 적어도 2개의 세그먼트들을 포함하는 고정자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 세그먼트들은 철 인산염의 제 1코팅과 열가소성수지의 제 2코팅을 갖는 철 분말로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정자.
  4. 제 1항에 있어서, 세그먼트는 축방향으로 끝과 끝을 접하여 위치된 복수개 부분들의 적층물인 것을 특징으로 하는 고정자.
  5. 제 1항에 있어서, 방사상 안쪽으로 연장된 톱니부분들상에 와인딩을 추가로 포함하는 고정자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 두개의 결합된 세그먼트들에 의해 형성된 환형 구조의 외부 직경 주변에 동심적으로 위치된 환대를 추가로 포함하는 고정자.
  7. 제 6항에 있어서, 환대는 복수개의 방사상 바깥쪽으로 연장된 냉각 핀들을 갖는 것을 특징으로 하는 고정자.
  8. 세그먼트들은 방사상 외측부분과 방사상 내측톱니부분 및 적어도 절반의 톱니를 갖는 축방향으로 신장된 몸체를 가지며, 상기 방사상 외측부분이 상기 방사상 내측톱니부분보다 원주상으로 넓어져, 복수개의 세그먼트들이 환형 형상으로 위치되는 경우 각 세그먼트의 축방향으로 연장된 방사상 옆 부분이 방사상 내부방향으로 튀어나온 복수개의 톱니들을 갖는 복귀경로를 형성하기 위하여 각 옆으로 인접한 세그먼트의 축방향으로 연장된 방사상의 옆 부분과 접촉하는 복수개의 세그먼트들로부터 전기-기계적 변환기를 위한 고정자를 만드는 방법에 있어서, 상기 복수개의 세그먼트들을 선형으로 정렬시켜 단일 열의 톱니들을 만드는 단계; 전기자 와인딩을 만들기 위해 선형적으로 정렬된 톱니들을 감는 단계; 원주상 구조를 만들기 위해 세그먼트들을 원주상으로 위치시켜, 상기 원주상으로 위치된 세그먼트들의 상기 톱니들이 방사상의 안쪽을 가리키게 하는 단계; 및 세그먼트들을 원주상으로 유지하기 위해 억지 끼워맞춤동안에 원주상으로 위치된 세그먼트들의 외부 직경에 환대를 끼우는 단계를 포함하는 고정자 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 세그먼트들은 하나 이상의 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 세그먼트들은 철 인산염의 제 1코팅과 열가소성 수지의 제 2코팅을 갖는 철 분말로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서, 환대는 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 작은 내부 직경을 가지며, 원주상으로 결합된 세그먼트들의 외부 직경의 치수를 환대의 내부 직경보다 적도록 줄이기 위해 원주상으로 정렬된 세그먼트들을 냉각하는 단계; 및 냉각된 원주상으로 정렬된 세그먼트들에 환대를 끼우는 단계를 추가로 포함하는 고정자 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서, 환대는 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 작은 내부 직경을 가지며, 환대의 내부 직경을 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 큰 치수까지 늘리기 위하여 환대를 가열하는 단계; 가열된 환대를 세그먼트에 끼우는 단계를 추가로 포함하는 고정자 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 환대는 복수개의 방사상 바깥쪽으로 연장된 냉각 핀들을 갖는 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  14. 세그먼트들이 방사상 외측 및 내측 표면들과 두개의 축방향으로 연장시킨 방사상 표면들을 결정하는 복귀경로를 가지며, 상기 복귀경로들은 복귀경로의 방사상 내측면에 완전히 형성된 적어도 절반 톱니를 가지는 복수개의 세그먼트들로부터 전기-기계적 변환기를 위한 고정자를 만드는 방법에 있어서, 지그의 개방 세그먼트를 결정하는 지그의 두 개의 대향 끝단들 사이의 곡선지그에 상기 복수개의 세그먼트들의 적어도 몇개를 정렬하며, 적어도 하나의 조정가능한 정지부재가 상기 두 끝단들의 하나에 위치되도록 정렬하는 단계; 제 1세그먼트의 제 1축방향으로 연장된 측면이 인접 세그먼트의 축방향으로 연장된 측면과 접하며, 상기 세그먼트들의 상기 톱니들이 방사상 안쪽을 가리키도록 상기 세그먼트들이 정렬되는 단계; 상기 세그먼트들이 상기 지그에 꼭 끼게 되도록 상기 정지부재를 조절하는 단계; 지그의 상기 개방 세그먼트들간에 전기자 전선을 가져오게 하는 전기자 와인딩을 만들기 위해 상기 방사상 안쪽으로 연장하는 톱니들을 와인딩하는 단계; 완전하며 밀폐된 원형 구조물을 만들기 위해 상기 정렬된 감겨진 세그먼트들에 하나 이상의 세그먼트를 추가하는 단계; 상기의 추가된 세그먼트를 상기 전선으로 와인딩하는 단계; 상기 원형으로 정렬된 감겨진 세그먼트들을 지그로부터 제거하는 단계; 및 세그먼트들을 원주상으로 유지하기 위해 억지 끼워맞춤동안에 원주상으로 위치된 세그먼트들의 외부직경에 환대를 끼우는 단계를 포함하는 고정자 제조방법.
  15. 세그먼트들이 방사상 외측 및 내측 표면들과 축상으로 연장한 방사상 면들을 결정하는 복귀경로를 가지며, 상기 복귀경로들은 복귀경로의 방사상의 내측면에 일체로 형성된 적어도 절반의 톱니를 가지는, 복수개의 세그먼트들로부터 전기-기계적 변환기를 위한 고정자를 만드는 방법에 있어서, 고정자를 형성하기 위해 복수개의 세그먼트들을 유지링에 조립하는 단계; 제 1세그먼트의 제 1축상의 연장된 측면이 인접 세그먼트의 축상으로 연장된 측면과 접하며, 상기 세그먼트들의 상기 톱니들이 방사상 내부방향을 가리켜 복귀경로가 유지링의 벽들에 의해 마스킹되도록 상기 세그먼트들이 정렬되는 단계; 톱니팁들을 마스크로 마스킹하는 단계; 조립된 세그먼트들에 에폭시 코팅을 적용하는 단계; 톱니 팁들로부터 마스크를 제거하는 단계; 및 전기자 와인딩을 만들기 위해 상기 방사상 안쪽으로 연장된 톱니들을 와인딩하는 단계를 포함하는 고정자 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서, 환대는 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부직경보다 더 작은 내부직경을 가지며, 원주상으로 결합된 세그먼트들의 외부직경의 치수를 환대의 내부직경 보다 작다록 줄이기 위하여 원주상으로 정렬된 세그먼트들을 냉각하는 단계; 및 냉각된 세그먼트들에 환대를 끼우는 단계를 더 포함하는 고정자 제조방법;
  17. 제 14항에 있어서, 환대는 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 작은 내부직경을 가지며, 환대의 내부 직경을 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 더 큰 치수로 확장시키기 위해 환대를 가열하는 단계; 및 세그먼트들에 가열된 환대를 끼우는 단계를 더 포함하는 고정자 제조방법.
  18. 제 15항에 있어서, 유지링은 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 작은 내부직경을 가지며, 원주상으로 결합된 세그먼트들의 외부 직경의 치수를 유지링의 내부직경보다 작게 줄이기 위하여 원주상으로 정렬된 세그먼트들을 냉각하는 단계; 및 냉각된 세그먼트들에 유지링을 끼우는 단계를 더 포함하는 고정자 제조방법.
  19. 제 15항에 있어서, 유지링은 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 작은 내부직경을 가지며, 유지링의 내부 직경을 원주상으로 위치한 세그먼트들의 외부 직경보다 더 큰 치수로 팽창시키기 위해 유지링을 가열하는 단계; 및 가열된 유지링을 세그먼트들에 끼우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  20. 회전식 전기-기계적 변환기의 환형 고정자에 있어서, 적어도 일부가 동일한 복수개의 세그먼트들을 포함하며, 상기 세그먼트들은 방사상 내측부분과 방사상 외측톱니부분들을 갖는 축방향으로 신장된 몸체를 포함하며, 상기 방사상 내측부분은 상기 방사상 외측톱니부분들보다 원주상으로 넓어져, 복수개의 상기 세그먼트들이 환형 형상으로 조립되는 경우, 복수개의 슬롯들이 상기 방사상 외측톱니부분들 사이에서 결정되며, 상기 방사상 내측부분들은 복귀경로를 형성하기 위해 서로 접촉하고, 상기 방사상의 내측부분들은 인접 세그먼트의 대응 끝면과 접촉하기 위하여 축방향으로 연장된 방사상의 측면들을 갖는 것을 특징으로 하는 고정자.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 세그먼트들은 철 인산염의 제 1코팅과 열가소성 수지의 제 2코팅을 갖는 철 분말로 만들어진 것을 특징으로 하는 고정자.
  22. 세그먼트들은 방사상 내측부분과 방사상 외측톱니부분 및 적어도 한개의 톱니를 갖는 축방향으로 신장된 몸체를 가지며, 상기 방사상 내측부분이 상기 방사상 외측톱니부분보다 원주상으로 넓어져, 복수개의 상기 세그먼트들이 환형 형상으로 위치되는 경우 각 세그먼트의 축방향으로 연장된 방사상 옆 부분이 방사상 외부방향으로 튀어나온 복수개의 톱니들을 갖는 복귀경로를 형성하기 위하여 각 옆으로 인접한 세그먼트의 축방향으로 연장된 방사상 옆 부분과 접촉하는 복수개의 세그먼트들로부터 전기-기계적 변환기를 위한 고정자를 만드는 방법에 있어서, 실린더 주변에 세그먼트들을 원주상으로 위치시켜, 상기 원주상으로 위치한 세그먼트들의 상기 톱니들이 방사상의 바깥쪽으로 향하게 하는 단계; 및 전기자 와인딩을 만들기 위해 상기 선형적으로 정렬된 톱니들을 감는 단계를 포함하는 고정자 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 세그먼트들은 하나 이상의 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 세그먼트들은 철 인산염의 제 1코팅과 열가소성 수지의 제 2코팅을 갖는 철 분말로 만들어진 것을 특징으로 하는 고정자 제조방법.
  25. 제 22항에 있어서, 복수개 세그먼트들의 복귀경로의 축방향 길이가 톱니들의 축방향 길이보다 길며, 길이의 차이가 세그먼트들의 방사상 외측부분상의 적어도 하나의 환형 견부를 결정하며, 상기 세그먼트들을 원주상의 위치에서 유지하기 위해, 상기 세그먼트들의 억지 끼워맞춤시에 환형 유지링을 견부에 끼우는 단계를 더 포함하는 고정자 제조방법.
  26. 제 25항에 있어서, 유지링은 환형 견부의 외부 직경보다 작은 내부직경을 가지며, 견부의 치수를 유지링의 내부 직경보다 작도록 줄이기 위해 원주상으로 정렬된 세그먼트들을 냉각하는 단계; 및 냉각된 세그먼트들에 상기 링을 끼우는 단계를 더 포함하는 고정자 제조방법.
  27. 제 25항에 있어서, 유지링은 견부의 외부 직경보다 작은 내부직경을 가지며, 링의 내부 직경을 견부의 외부 직경보다 큰 치수로 늘리기 위해 링을 가열하는 단계; 및 세그먼트들을 원주상으로 유지하기 위해 견부에 가열된 링을 끼우는 단계를 포함하는 고정자 제조방법.
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