KR100988251B1 - 분할 고정자 전기기계에 있어서의 개선된 연결방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 분할된 고정자 전기기계의 상들을 연결하는 방법은 고정자를 제공하는 것을 포함한다.

엔드캡어셈블리는 고정자에 인접하여 위치하고 있다. 고정자 분할어셈블리를 만들기 위해 권선은 엔드캡어셈블리와 고정자에 감겨져 있다. 고정자 분할 어셈블리의 대다수는 고정자로 조립된다.

상전선 매기 장치는 고정자 분할 어셈블리 각각의 권선의 반대쪽 끝단을 연결하여 고정자의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 상을 만드는데 사용된다.

본 발명의 다른 특징으로는, 첫 번째와 두 번째 단자는 고정자 분할 어셈블리의 엔드캡 어셈블리에 부착되어 있는 것을 들 수 있다.

권선의 반대쪽 끝단은 첫 번째, 두 번째 단자에 연결되어 있다. 상전선은 상전선 매기 장치를 사용하여, 고정자 분할 어셈블리의 첫 번째, 두 번째 단자에 연결되어 있다.

본 발명의 또 다른 특징으로는, 일면 절연 변위 커넥터가 고정자 분할 어셈블리의 엔드캡 어셈블리에 부착되어 있는 것을 들 수 있다. 권선의 타측은 절연변위장치(IDC)에 연결되어 있다. 상전선은 또한 절연변위장치(IDC)의 상전선 매기 장치를 사용하여, 고정자 분할 어셈블리에 연결되어 있다.

본 발명의 또다른 특징으로는, 첫 번째 면과 두 번째 면을 가지는 양면 절연 변위 커넥터가 고정자 분할 어셈블리의 엔드캡 어셈블리에 부착되어 있다는 것을 들 수 있다. 권선의 반대쪽 끝단부는 절연변위장치(IDC)의 첫 번째 면에 연결되어 있다. 상전선은 상전선 매기 장치를 사용하여, 고정자 분할 어셈블리의 절연변위장치(IDC)의 두 번째면에 연결되어 있다.

본 발명의 또다른 특징으로는, 첫 번째와 두 번째 훅 단자는 고정자 분할 어셈블리의 엔드캡 어셈블리에 부착되어 있다는 것을 들 수 있다. 권선의 반대쪽 끝단부는 첫 번째와 두 번째 훅 단자에 연결되어 있다. 상전선은 상전선 매기 장치를 사용하여, 고정자 분할 어셈블리의 첫 번째와 두 번째 훅 단자에 연결되어 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상전선을 연결하는 동안 상전선 매기 장치의 위치가 고정자에 따라서 상대적으로 조정된다는 것을 들 수 있다.

고정자 분할 어셈블리, 엔드캡 어셈블리, 권선, 상전선 매기 장치, IDC

Description

분할 고정자 전기기계에 있어서의 개선된 연결방법{Improved Interconnection Method For Segmented Stator Electric Machines}

본 발명은 전기기계와 관련되어 있으며, 더욱 상세하게는 분할 고정자 전기기계의 상전선에 있어서의 개선된 연결방법에 관한 것이다.

전동기 및 발전기와 같은 전기기계는 통상적으로 하우징내에 위치한 고정자와 고정자에 대해 상대적 회전을 하는 회전자를 구비하고 있다. 비분할된 전기기계의 고정자 톱니에 권선을 연결하는 몇가지 종래의 방법들이 있다. 권선 전달 방법은 처음에는 와이어를 감는것을 의미했으나, 이후에는 이미 감겨진 와이어를 고정자 톱니로 전달하는 것을 의미하게 되었다.

권선전달은 과도한 권선이나 고정자 톱니 축단부의 주위에 폐회로를 남기곤 한다. 권선전달은 유용한 고정자 슬롯의 대략 60%내지 65%정도를 이용하게 된다.

전기기계의 다수의 상들이 권선전달을 사용하며 결선되어 있을 때, 임의의 상에 대한 극성과 연합된 톱니에 대한 권선은 통상 연속와이어를 통해 감겨져 있으며, 대응되는 고정자 톱니로 전달되게 된다.

그 결과, 개별적으로 상전선들을 권선에 연결시키는 비용을 절감할 수 있다. 니들(needle) 권선방법에서는 니들 와이어를 직접 고정자 톱니에 감는 니들이 사용된다. 그러나, 니들은 고정자 슬롯의 일정부분의 면적을 차지하게 되고, 이는 비분할 고정자에 비해서 50%가까이 슬롯 필(slot fill)을 감소시키게 된다.

전기기계의 다수의 상들이 니들 권선을 사용하여 결선되어 있을 때, 임의의 상에 대한 극성과 연합된 톱니에 대한 권선 또한 일반적으로 연속와이어을 사용하여 감겨져 있다. 그 결과 상전선을 권선들에 연결시키는 비용을 절감할 수 있게 된다.

슬롯필과 다른 전기기계의 특성들을 개선시키기 위해서 어떤 제조자들은 고정자를 여러개의 고정자 분할의 어셈블리들로 나누어왔다. 각각의 고정자 분할 어셈블리들은 일반적으로 하나의 고정자 톱니를 갖고 있다. 분할된 고정자 전기기계의 개개의 고정자 분할들의 어셈블리들은 일반적으로 각각 감겨져 있다.

예를 들어 무브러시 영구 자석 전기기계의 고정자 분할 어셈블리들은 분할된 고정자 코어에 붙어있는 엔드캡(end cap)어셈블리를 갖고 있다. 권선은 엔드캡 어셈블리와 분할된 고정자를 감고 있다. 일부 스위치드 릴럭턴스형 전기기계도 분할된 고정자를 갖고 있다. 각각의 고정자 분할 어셈블리들에 대한 권선의 반대쪽 끝단은 엔드캡 어셈블리와 통합된 단자들에 감겨져 있다.

분할된 고정자를 사용할 때, 고정자 분할 어셈블리들은 전기기계의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째의 상을 만들기 위해 수작업에 의해 연결되어 있다. 이러한 방식은 상대적으로 높은 노동 비용을 초래하게 된다.

다른 방식으로는 단자나 절연변위장치(IDCs)에 연결하기 위해 인쇄회로기판(PCB)이나 리드프레임을 사용하는 방법이 있다.

인쇄회로기판(PCB)이나 절연변위장치(IDCs)는 모두 상대적으로 높은 비용이 들게 된다. 인쇄회로기판(PCB)은 또한 제한된 열소실을 갖고 있으며, 이는 고전류레벨을 갖는 저전압 전기기계에서는 문제가 될 소지가 있다. 리드 프레임은 상당한 크기의 공간을 필요로 하고, 스탬핑이나 몰딩과 같은 여러단계의 제조공정을 필요로 한다.

이하의 바람직한 실시예에 대한 설명은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 발명, 발명의 활용 또는 용도들을 제한하는 의미로 해석되어져서는 안될 것이다. 설명의 명확성을 기하기 위해, 유사한 구성요소들을 확인하기 위해서 도면에는 동일한 도면번호들이 사용되었다.

도면 1에서는, 대표적인 무브러시 영구 자석 전기기계(10)가 나타나 있다. 전기기계(10)는 하우징(12)과 하우징(12)에 부착된 분할된 고정자(14)를 포함하고 있다. 회전자(16)는 분할된 고정자(14)에 대해 회전운동을 하게 된다.

본 발명이 무브러시 영구 자석 전기기계를 통해 설명된다 하더라도, 본 발명은 스위치드 릴럭턴스형 전기기계같은 다른 유형의 분할된 고정자 전기기계에서도 사용될 수 있을 것이다. 스위치드 릴럭턴스형 전기기계의 분할된 고정자에 대한 추가적인 설명은 2001년 3월 12일에 출원된 미국 특허 번호 09-803876(스위치드 릴럭턴스 전기기계의 분할된 고정자)과 2001년 1월 1일 출원된 미국특허번호 09/754537(스위치드 릴럭턴스 전기기계에서의 엔드캡 어셈블리)에 나와 있다. 이는 본 명세서에서 참고문헌으로 편입된다.

도2에서, 분할된 고정자(14)는 하우징(12) 내부의 조립된 다수의 고정자 어셈블리(18-1, 18-2 ,... 18-n ;총괄하여 18이라 함)을 포함한다. 고정자 분할 어셈블리들(18-1, 18-2, ... 18-n)는 고정자 분할 코어(20-1, 20-2, ,,,, 20-n)들과 엔드캡 어셈블리(22-1, 22-2, ...220n)를 포함한다.

고정자 분할 코어(20)는 솔리드 코어 또는 다수의 개개 고정자 플레이트들을 포함한다. 고정자 플레이트는 비록 다른 형태로 사용될 수 있을 지라도, 바람직하게는 도 1의 30에서 의 형상을 갖고 있다.

고정자 플레이트(30)의 각각은 아치형의 외부 가장자리 단면(32)과 톱니형상의 극 단면(34)을 갖고 있다. 외부 가장자리단면(32)의 외부 모서리면(36)의 형상은 하우징(12)의 내부벽면(38)과 짝을 이루기 위해 이루어졌다.

외부 가장자리 단면(32)의 내부 모서리면은 통상 아치형상이고, 일반적으로 외부 모서리면(36)과 중심을 같이 갖는다. 외부 가장자리 단면(32)은 선택적으로 일측 모서리면에 형성된 형상의 돌출부와 반대편 모서리면(42)에 있는 홈(42)을 포함한다. 고정자 플레이트의 극단면(34)은 아치형상의 내부 모서리면(42)과 한쌍의 돌출부(46)를 구비한다.

개개의 엔드 캡 어셈블리(22)는 개별적으로 주조될 수 있으며, 그리고 기계적인 체결기구, 점착성을 이용한 체결기구 또는 그 외 적절한 체결기구를 이용하여 고정자 코어(20)에 부착될 수 있다. 선택적으로, 고정자 플레이트(30)는 첫 번째 고정자 코어(20)을 만들기 위해서 적층되고, 엔드캡 어셈블리(22)는 고정자 코어(20)위에서 주조될 수 있다.

선택적으로, 고정자 분할 어셈블리들의 다수개의 고정자 코어(20)는 지그(jig)로 삽입되어서, 엔드캡 어셈블리는 동시에 주조될 수 있다. 고정자 분할 어셈블리들을 조립하는 이외의 다른 방법들은 숙련된 기술자들에게는 자명할 것이다. 회전자(16)는 원형의 가장자리단면(54)와 가장자리단면(54)을 따라 부착되어 있는 다수개의 영구자석(54)을 포함하고 있다.

원형의 구멍(58)은 회전자(16)에 형성되어 있다. 회전자(16)의 원형 구멍(58)에는 회전자 샤프트(도시되지 않음)가 끼워지게 된다. 개개의 실시예에 있어서, 회전자(16)는 동일하게 배치된 8개의 영구자석(56)를 구비한다. 분할된 고정자(14)는 동일하게 배치된 12개의 극단면을 갖는다.

또한 다른 회전자 극과 고정자 극의 조합은 신중하게 고려되어야 할 것이다. 게다가 영구자석(56)은 고정자 플레이트의 극단면(34)위에 있는 아치형상의 내부 모서리 면(44)에 대하여 고정자와 회전자틈새를 정의하는 아치형상의 외부 모서리 면(56)을 갖고 있다. 엔드캡 어셈블리(22)는 이하에서 설명하는 것처럼 상전선을 권선에 연결하기 위해서 절연변위장치(IDC) 커넥터를 사용할 수 있다.

도3에 의하면, 권선(24)은 고정자 분할어셈블리들(18)에 위치한 단자(70)에 연결되거나, 또는 단자주위를 감쌈으로써 단자에 전기적으로 접촉될 수 있도록 구성될 수 있다. 상전선은 상전선 매기 장치에 의해서 단자(70)에 연결되거나, 또는 단자주위를 감쌈으로써 단자에 전기적으로 접촉될 수 있도록 구성될 수 있다.

단자(70)에의 전기적인 연결은 딥(dip)납땜, 마이크로 플레임 납땜, 초음파 용접, 저항성 용접또는 다른 적절한 방법에 의해서 이루어 질 수 있다. 도 4에 의하면, 개개의 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상전선(24)의 끝단부(72)는 단자로서의 기능을 한다. 상전선은 권선(24)에 연결되어 있거나, 또는 권선(24)주위를 감쌈으로써 권선(24)에 전기적으로 접촉될 수 있도록 구성될 수 있다.

이러한 방법은 단자로도 쓰일 수 있을 정도로 충분히 강성이 있는 와이어를 구비한 저전압 DC 전기기계에서처럼 굵은 와이어의 설계에 특히 유용하다. 상전선은 대략 권선(24)과 같은 정도의 크기이다. 선택적으로, 상전선은 감는 것, 연결, 그리고 상전선의 전달를 용이하게 하기 위해서 다수의 와이어가닥을 포함할 수 있다.

도 5A와 5B에서, 권선(24)으로의 연결은 훅단자(90)에 의해서 이루어진다. 훅단자(90)는 권선(24)과 상전선에 있어서 덮개로 기능한다. 훅단자는 바람직하게는 브러시 DC 전기자와 유사한 방법인 저항성 용접을 이용하여 권선(24)과 연결된다.

이 과정에서는 마그네트 와이어의 피복을 제거하는 것은 불필요하다. 훅단자는 절연변위장치(IDCs)를 사용할 수 없는 더 굵은 와이어를 사용하는 전동기에 잘 맞는다.

도6,7에서는, 고정자 분할 어셈블리들(18)의 권선(24)에의 연결은 일면과 양면 절연변위장치(IDCs)를 이용하여 이루어진다. 도 6에서는 일면 절연변위장치(100)가 사용되었다. 일면 절연변위장치(IDC)(100)는 고정자 분할 어셈블리들(18)로 형성되거나 고정자 분할 어셈블리(18)에 연결된다. 권선(24)과 상전선(102)은 모두 일면 절연변위장치(IDC)(100)와의 연결을 위해서 평상홈(104;common pocket)으로 삽입된다.

도 7에서는 양면 절연변위장치(IDC)(110)가 나타나 있다. 절연변위장치(IDC)(110)의 일면(112)이 권선(24)(홈(114)에 있는)으로 연결되어 있다. 고정자 분할 어셈블리들(18)이 고정자(14)로 조립된 후에, 상전선매기 기계는 상전선들(102)을 절연변위장치(IDC)(110)(홈(118)에 있는)의 다른 면으로 연결한다. 이러한 절연변위장치(IDC) 접근법은 권선단계나 상전선단계에서 와이어의 피복을 제거하는 번거로움을 줄여준다.

도 8,9에서 대표적인 6극/9슬롯 전기기기를 위한 상전선(102-1, 102-2, ...., 102-6)과 권선(24) 연결이 나타나 있다. 도10A, 10B, 10C에는, 상전선 매기 장치(130)와 분할된 고정자(14)를 위치시키는 다양한 방법에 대해 나타나 있다. 도 10A 에서는, 상전선 매기 장치(132)가 매기 장치 포지셔너(132)에 의해 위치를 잡고 있다. 그리고 고정자(14)는 고정자 포지셔너(138)에 의해 위치를 잡고 있다.

상전선(102)의 연결은 몇가지 다른 방법에 의해 있을 수 있다. 상전선(102)는 고정자 분할체의 뒤쪽에서 연결될 수 있다. 상전선(102)은 고정자(14)의 내부를 가로지를 수 있으며, 중심구멍주변에서 연결될 수도 있다. 또한 톱니형 분할체의 구멍에서 보전되는 형상에 의해 구멍중심주변에서 연결될 수 있다.

만약 상들간의 이격이 바람직하다면, 교차하는 상전선을 분리시키기 위해 채널을 부여하는 것 또한 가능하다. 상전선 매기 장치는 개개의 고정자 분할 어셈블리를 감는데 쓰이는 권선장비와 유사하다. 바람직한 실시예에 있어서는, 상전선 매기 장치는 컴퓨터 수치제어 기계(CNC)가 될 수 있다.

와이어를 감는(만약 필요하다면 와이어의 피복을 제거하는) 기계적 작용은 엔드캡 어셈블리와 고정자 코어주위의 권선에 있어서의 작용과 유사하다. 상전선에 있어서 핀에서 핀으로 또는 톱니에서 톱니로의 이동은 프로그램가능한 방법에 의해 니들 및/또는 고정자를 이동시킴에 의하여 이루어진다.

본 발명에 의한 작업처리량은 상대적으로 높다. 상전선 매기 장치는 다수의 니들과 스핀들(spindle)을 구비할 수도 있다. 상전선을 고정자에 매는데 필요한 시간은 큰부피의 제품이라해도 상당히 작은 시간일 것이다. 본 발명은 수작업, 인쇄회로기판(PCB), 납프레임과 다른 기존의 방식에 비해서 상전선을 연결하는 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.

숙련된 기술자들은 앞서 설명된 내용을 통해서 본 발명이 여러 다양한 형태로 쓰일 수있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 비록 본발명이 특정한 예를 통하여 설명되었다 하더라도, 그로부터 본 발명의 보호범위가 제한되어서는 않될 것이다. 숙련된 기술자에게는 다른 수정된 형태의 기술이 도면, 명세서 및 이하의 청구범위에 대한 학습을 통해 자명해질 것이기 때문이다.

도 1은 분할된 고정자, 회전자 그리고 전형적인 전기기계의 하우징을 나타내는 부분단면도이다.

도 2는 회전자(표시되지 않음)를 갖춘 조립된 분할 고정자 전기기계의 사시도이다.

도3은 상전선 매기 장치를 사용하여 상전선을 고정자 분할 어셈블리에 연결 시키기 위한 고정자 분할 어셈블리의 단자에 대한 사시도이다.

도 4는 상전선 매기 장치를 사용하여 상전선을 고정자 분할 어셈블리에 연결시키기 위한 권선을 포함하는 고정자 분할 어셈블리의 사시도이다.

도 5A와 도 5B는 상전선 매기 장치를 사용하여 상전선을 고정자 분할 어셈블리에 연결시키기 위한 고정자 분할 어셈블리의 훅 단자를 나타내고 있다.

도 6은 상전선 매기 장치를 사용하여 상전선을 고정자 분할 어셈블리에 연결시키기 위한 고정자 분할 어셈블리의 일면 절연변위장치(IDC)를 나타내고 있다.

도 7은 상전선 매기 장치를 사용하여 상전선을 고정자 분할 어셈블리에 연결시키기 위한 고정자 분할 어셈블리의 양면 절연변위장치(IDC)를 나타내고 있다.

도 8과 도 9는 전형적인 고정자와 상전선의 권선에의 연결을 나타내고 있다.

도 10A, 도 10B와 도 10C는 상전선을 매는 동안의 상전선 매기 장치 및/또는 고정자의 위치를 나타내고 있다.

본 발명은 분할 고정자 전기기계의 상전선에 있어서의 개선된 연결방법을 제공하는 것으로 무브러시 영구 자석 전기기계 또는 스위치드 릴럭턴스형 전기기계등의 분야에 적용가능하다.

Claims (22)

1. 고정자 코어(20)를 제공하는 단계;

   엔드캡 어셈블리(22)를 상기 고정자 코어(20)에 부착하는 단계;

   고정자 분할 어셈블리(18)를 만들기 위해서 상기 엔드캡 어셈블리(22)와 상기 고정자 코어(20)의 주위를 권선(24)으로 감는 단계;

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)을 고정자(14)로 조립하는 단계; 및

   상기 고정자(14)의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 상전선(102)을 만들기 위해 상기 고정자 분할 어셈블리들(18) 각각의 상기 권선(24)의 반대쪽 단부들(72)에 연결하기 위해 상전선 매기 장치(130)를 사용하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상기 엔드캡 어셈블리들(22)에 첫 번째와 두 번째 단자들(70)을 부착하는 단계;

   상기 첫 번째 및 두 번째 단자들(70)에 상기 권선(24)의 반대쪽 단부들(72)을 연결하는 단계; 및

   상기 첫 번째 및 두 번째 단자들(70)에 상기 상전선(102)을 연결하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상기 엔드캡 어셈블리들(22)에게 일면 절연변위장치(IDCs)(100)을 부착하는 단계;

   상기 절연변위장치(IDCs)(100)에 상기 권선(24)의 상기 반대쪽 단부들(72)을 연결하는 단계; 및

   상기 절연변위장치(IDCs)(100)에 상기 상전선(102)을 연결하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상기 엔드캡 어셈블리들(22)에 첫 번째와 두 번째 면들을 갖는 양면 절연변위장치(IDCs)(110)를 부착하는 단계;

   상기 절연변위장치(IDCs)(110)의 첫 번째 면에 상기 권선(24)의 상기 반대쪽 단부들(72)을 연결하는 단계;

   상기 절연변위장치(IDCs)(110)의 두 번째 면에 상기 상전선(102)을 연결하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상기 엔드캡 어셈블리들(22)에 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)을 부착하는 단계;

   상기 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)에 상기 권선(24)의 상기 반대쪽 단부들(72)을 연결하는 단계; 및

   상기 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)에 상기의 상전선(102)을 연결하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자 분할 어셈블리들(18)의 상기 엔드캡 어셈블리들(22)에 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)을 부착하는 단계;

   상기 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)에 상기 권선(24)의 상기 반대쪽 단부들(72)을 연결하는 단계; 및

   상기 첫 번째와 두 번째 훅 단자들(90)에 상기 상전선(102)을 연결하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 상전선(102)을 연결하는 동안 상기 상전선 매기 장치(130)에 대응하여 상기 고정자(14)의 위치를 조정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 상전선(102)을 연결하는 동안 상기 고정자(14)와 상기 상전선 매기 장치(130)의 위치를 조정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기의 전기기계(10)는 무브러시 영구 자석 전기기계인 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 전기기계는 스위치드 릴럭턴스형 전기기계인 것을 특징으로 하는 분할된 고정자 전기기계(10)의 상전선 연결 방법.
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