KR101766519B1

KR101766519B1 - 라미네이트형 회전자 가공 향상

Info

Publication number: KR101766519B1
Application number: KR1020147000206A
Authority: KR
Inventors: 드미트리 살바토레 세메노프; 앤소니 살바토레 아라오; 리차드 닐스 도슨; 에프게니 빅토로비치 카즈민; 티모시 제랄드 슈멜; 유리 다닐로비치 비니즈키
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2017-08-08
Also published as: KR20140039026A; WO2013006079A1; US9190879B2; US20140232234A1; EP2730008A1; RU2556246C1; EP2730008B1

Abstract

전기 기계용 회전자가 복수의 적층형 라미네이션(415)을 포함한다. 각각의 라미네이션(415)은 그 원주 주위로 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯(140) 및 상기 각각의 슬롯(140)의 표면(550) 상의 제 1 모따기부(520)를 포함하고, 상기 표면(550)은 쐐기(150)와 짝을 이룬다. 상기 제 1 모따기부(520)는 상기 표면(550)과 상기 라미네이션(415)의 제 1 면(418)을 연결한다. 장점은 쐐기와 짝을 이루는 조립된 회전자의 표면(550)이 부가적으로 가공되어야 할 때, 스미어링으로 인한 라미네이션들 사이의 전기 접촉을 방지하는 것이다.

Description

라미네이트형 회전자 가공 향상{LAMINATED ROTOR MACHINING ENHANCEMENT}

여기에서 개시된 청구 대상은 일반적으로 발전기와 같은 전기 기계의 회전자 구조에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 스미어링(smearing) 감소를 위해서 라미네이션 상에 모따기부(chamfer)를 포함하는 라미네이트형 회전자 구조를 가지는 전기 기계에 관한 것이다.

발전기는 전형적으로 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 회전자는 고정자 내에서 길이방향 축을 중심으로 회전되어 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 전형적으로, 고정자는 권선(winding)을 포함하고, 상기 권선으로부터 전기 동력이 출력된다.

회전자는 회전자 본체의 원주 주위의 방사상 컷 슬롯(cut slot)을 포함하고, 상기 컷 슬롯은 회전자 본체를 따라서 길이방향으로 연장한다. 이러한 슬롯은 코일을 포함하고, 상기 코일 전류를 반송하기 위한 회전자 필드(field) 권선을 형성한다. 회전자 필드 권선은, 예를 들어, 슬롯 표면에 대해서(against) 지탱되는 코일 쐐기(wedge)를 포함하는 많은 수의 상이한 시스템 중 하나의 이용에 의해서 원심력에 대항하여 제 위치에서 지지된다. 회전자 본체의 단부를 지나서 연장하는 코일의 영역이 단부 권선으로 지칭되고, 그리고 유지 링에 의해서 원심력에 대항하여 지지된다. 회전자 단부 권선 아래에 위치되는 회전자 샤프트 단조물(forging)의 일부가 스핀들로서 지칭된다.

대형의, 고속 발전기의 성공적인 동작을 위해서, 회전자를 정지상태로(statically) 지지하기에 그리고 회전자로부터 발전기의 구동 플랜지로 토크를 전달하기에 충분한 필요 벤딩 경직성(stiffness)을 회전자로 제공하기 위해서, 회전자가 고강도 철(iron) 또는 스틸로 이루어진 중실형의(solid) 단일 단조물로 형성될 수 있을 것이다. 이러한 중실형의 단일-단조물 로터는 생산 비용이 높고, 그리고 제한된 생산 용량으로 인해서 주문 및 제조에 필요한 긴 조달 시간(lead time)이 초래될 수 있을 것이다.

중실형 스틸 회전자와 관련된 비용 및 조달 시간을 경감하기 위해서, 라미네이트형 회전자 본체가 발전기 및 모터와 같은 일부 전기 기계에서 이용되고 있다. 이러한 라미네이트형 회전자 본체는, 샤프트가 회전자를 위한 필요한 벤딩 경직성을 제공하도록, 단일 스틸 샤프트 상에 배치된 또는 부착된 라미네이션을 포함한다. 라미네이트형 회전자 본체는 또한, 라미네이션의 둘레 내의 관통 홀을 통과하는 일련의 막대(rod)에 의해서 라미네이션의 적층체가 압축되어 유지되는 전기 기계에서 이용되고 있다.

라미네이트형 회전자의 조립 후에, 기계적 로드(load) 전달 계면으로서의 역할을 하는 표면은, 전형적으로, 응력 집중, 및 결과적인 고장(failure) 가능성을 회피하기 위해서 가공을 필요로 한다. 부가적인 가공은 권선을 제 위치에서 유지하는 회전자 및 쐐기 사이의 짝을 이루는(mating) 표면을 형성 및/또는 성형하기 위해서 요구될 수 있을 것이다. 또한, 조립된 회전자는 과다한 방사상 런아웃(excessive radial runout)을 가질 수 있을 것이고, 그러한 과다한 방사상 런아웃은 수용가능한 레벨(acceptable level)을 감소시키기 위한 회전자 본체의 외경의 가공을 필요로 할 수 있을 것이다. 회전자가 후속하여 조립될 수 있는 가공은 스미어링, 또는 라미네이션들 사이의 절연 층에 걸친 라미네이션들 사이의 전기적 접촉을 초래할 수 있을 것이다.

본 발명은 스미어링 감소를 위해서 라미네이션 상에 모따기부를 포함하는 라미네이트형 회전자 구조를 가지는 전기 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

개시 내용의 제 1 양태는 복수의 적층형(stacked) 라미네이션을 포함하는 라미네이션 적층체를 포함하는 회전자를 제공한다. 각각의 라미네이션은 제 1 두께를 가지고, 그리고 복수의 라미네이션의 각각의 원주 주위로 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯 및 상기 복수의 방사상 연장 슬롯의 각각의 표면 상의 제 1 모따기부를 포함하고, 상기 표면은 쐐기와 짝을 이루고, 그리고 상기 모따기부는 상기 표면과 상기 라미네이션의 제 1 면(face)을 연결한다. 적어도 하나의 스터드(stud) 부재가 상기 라미네이션 적층체 내의 적어도 하나의 홀, 상기 라미네이션 적층체의 제 1 단부 상의 제 1 단부 플랜지 부재, 및 상기 라미네이션 적층체의 제 2 단부 상의 제 2 단부 플랜지 부재를 길이방향으로 통과한다. 제 1 체결부(fastener)가 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 1 단부에 부착되고; 제 2 체결부가 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 2 단부에 부착된다. 상기 제 1 체결부 및 제 2 체결부가 상기 라미네이트형 적층체로 압축을 제공한다. 복수의 코일이 상기 복수의 슬롯 내에 배치된다.

개시 내용의 제 2 양태는 회전자 및 상기 회전자 주위의 고정자를 포함하는 전기 기계를 제공한다. 상기 회전자는 복수의 적층형 라미네이션을 포함하는 라미네이션 적층체를 포함한다. 각각의 라미네이션은 제 1 두께를 가지고, 그리고 상기 라미네이션의 원주 주위로 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯 및 상기 복수의 방사상 연장 슬롯의 각각의 표면 상의 제 1 모따기부를 포함하고, 상기 표면은 쐐기와 짝을 이루고, 그리고 상기 모따기부는 상기 표면과 상기 라미네이션의 제 1 면을 연결한다. 적어도 하나의 스터드 부재가 상기 라미네이션 적층체 내의 적어도 하나의 홀, 상기 라미네이션 적층체의 제 1 단부 상의 제 1 단부 플랜지 부재, 및 상기 라미네이션 적층체의 제 2 단부 상의 제 2 단부 플랜지 부재를 길이방향으로 통과한다. 제 1 체결부가 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 1 단부에 부착되고; 제 2 체결부가 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 2 단부에 부착된다. 상기 제 1 체결부 및 제 2 체결부가 상기 라미네이트형 적층체로 압축을 제공한다. 복수의 코일이 상기 복수의 슬롯 내에 배치된다.

개시 내용의 제 3 양태는 회전자 본체를 형성하는 라미네이션을 제공하고, 상기 라미네이션은: 상기 라미네이션의 원주 주위로 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯; 상기 복수의 방사상 연장 슬롯의 각각의 표면 상의 제 1 모따기부로서, 상기 표면이 회전자 쐐기와 짝을 이루고, 그리고 상기 모따기부가 상기 표면과 상기 라미네이션의 제 1 면을 연결하는, 제 1 모따기부; 및 스터드 부재가 통과하기 위한 상기 라미네이션 내의 적어도 하나의 홀을 포함한다.

발명의 이러한 그리고 다른 양태, 장점 및 중요한 특징이 이하의 구체적인 설명으로부터 명확해질 것이고, 이하의 구체적인 설명은, 유사한 부분이 유사한 참조 번호에 의해서 표시된 첨부 도면과 함께 고려될 때, 발명의 실시예를 개시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전기 회전자의 일부의 3-차원적인 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전자 및 고정자를 가지는 발전기의 횡단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전자 필드 권선을 포함하는 발전기 회전자의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발전기 회전자의 횡단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발전기 회전자의 여러 부분의 분해 사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 2개의 실시예에 따른 회전자 본체 라미네이션의 정면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 본체 라미네이션 내의 슬롯의 정면 상세도,
도 9 및 도 10은 회전자 본체 라미네이션 및 쐐기의 정면도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 라미네이션의 일부의 사시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라미네이션의 일부의 측부 정사영도(orthographic),
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 각각 가공 이전과 이후의, 라미네이트형 회전자 본체의 일부의 평면 A-A(도 10에 표시됨)를 따라 절개한 횡단면도,
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 각각 가공 이전과 이후의, 라미네이트형 회전자 본체의 일부의 평면 A-A(도 10에 표시됨)를 따라 절개한 횡단면도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 라미네이션의 일부의 사시도,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 라미네이션의 일부의 측부 정사영도,
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 라미네이트형 회전자 본체 적층체의 일부의 측부 정사영도.

본 발명의 적어도 하나의 실시예가 전기 기계의 동작과 관련하여 그 적용예를 참조하여 이하에서 설명된다. 발명의 실시예가 발전기 형태의 전기 기계와 관련하여 설명되지만, 그러한 교시 내용이 비제한적으로 모터들을 포함하는 다른 전기 기계에도 균등하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예가 공칭적(norminal) 크기를 참조하여 그리고 공칭적 치수의 세트를 포함하여 이하에서 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 임의의 적합한 발전기 및/또는 모터에도 유사하게 적용될 수 있다는 것을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명이 공칭적 크기 및/또는 공칭적 치수의 다양한 축척에도 유사하게 적용될 수 있다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 발명의 양태들은 라미네이트형 회전자 본체를 제공한다. 도 1 및 도 3은 발전기의 상이한 양태를 도시한다. 특히, 도 1은, 예를 들어, 2개 자극(pole) 동기식 발전기에 포함될 수 있는 실시예에서, 회전자(120)의 일부의 3-차원적인 사시도를 도시한다. 회전자(120)는 스핀들(100) 및 상기 스핀들(100) 주위로 배치된 코일(130)의 그룹을 포함할 수 있을 것이다. 각각의 코일(130)의 그룹이 복수의 슬롯(140) 내에 수용될 수 있고, 코일 쐐기(150)에 의해서 그 내부에서 유지될 수 있을 것이다. 또한, 코일(130)의 각각의 그룹이 코일(130)의 냉각을 돕기 위한 복수의 도관(110) 내에 수용될 수 있을 것이다. 발전기 및 회전자(120)의 추가적인 양태가 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명될 것이다.

도 2는 고정자(240) 및 상기 고정자(240) 내에 배치된 회전자(120)를 포함하는 발전기(200)의 개략적인 횡단면도이다. 고정자(240)는 코일(245)의 그룹을 포함하고, 그리고 임의의 공지된 또는 추후에 개발되는 고정자 구조를 포함할 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 회전자(120)는 스핀들(100) 및 상기 스핀들(100) 주위로 배치된 코일(245)의 그룹을 포함할 수 있을 것이다. 스핀들(100)이, 예를 들어, 철 또는 스틸로 형성될 수 있을 것이다. 회전자(120)가 고정자(240) 내에서 길이방향 축(250)을 중심으로 회전된다. 회전자(120)는 회전자 본체(300)를 더 포함하고, 상기 회전자 본체는 복수-자극(pole) 자기 코어를 포함한다. 도 2에 도시된 회전자(120)에서, 자기 코어가 2개의 자극을 포함한다.

회전자 본체(300)는 코일(130)을 포함하는 복수의 슬롯(140)을 더 포함하여, 회전자 필드 권선을 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 코일(130)이 코일 쐐기(150)에 의해서 슬롯(140) 내의 제 위치에서 유지될 수 있을 것이다. 코일(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자 본체(300)의 각각의 단부 상에서 유지 링(320)에 의해서 제 위치에서 추가적으로 유지된다. 다른 실시예에서, 코일(130)이 탄소 섬유 링 또는 유리섬유 밴딩(도시하지 않음)에 의해서 제 위치에서 유지될 수 있고, 이때 경화되지 않은 유리섬유 밴딩 재료가 회전자(120) 및 코일(130) 바로 위에서 장력 상태로 권선되고 이어서 경화된다.

도 3에 도시된, 구동 커플링(340)이 발전기(200)와 기계적 에너지의 공급원 사이에 배치되고, 상기 기계적 에너지의 공급원은 터빈 또는 엔진일 수 있고 그리고 회전자(120)를 고정자(240)에 대해서 회전시키도록 커플링된다. 회전자(120)의 회전은 고정자(240)(도 2)에 부착된 코일(245)의 그룹 내에서 전류가 생성되게 하여, 전기를 생산한다. 이어서, 그러한 전류가 예를 들어 가정 및/또는 건물에 전력을 공급하는 것을 포함하는 다양한 용도에서의 이용을 위해서 발전기(200)로부터 전송된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전자(120)를 도시하고, 여기에서 회전자 본체(300)가 복수의 라미네이트형 플레이트, 또는 라미네이션(415)으로 이루어진 적층체(410)를 포함한다. 상기 각각의 라미네이션(415)의 두께가 발전기(200)의 크기에 따라서 변화된다. 일 실시예에서, 각각의 라미네이션(415)이 약 0.9525 cm(약 0.375 인치)의 제 1 두께 측정치를 가진다. 그러나, 이는 각각의 라미네이션(415)의 하나의 가능한 두께이고, 그리고 단지 예시적인 것이고, 그리고 설명된 것 보다 얇거나 두꺼운 라미네이션의 이용을 배제하기 위한 것이 아니다. 라미네이션(415)의 필수적인 및/또는 최적의 두께는, 그러한 라미네이션이 이용되는 전기 기계의 슬립(slip) 속도, 동력, 및 크기에 따라서 그리고 라미네이션을 컷팅하기 위해서 이용된 제조 방법에 따라서 달라진다. 약 0.9525 cm 두께의 라미네이션(415)의 예시적인 크기는, 예를 들어, 약 100 메가와트 발전기에 적합할 수 있을 것이다. 보다 큰 출력 동력을 가지는 발전기가 약 0.9525 cm 보다 더 얇은 라미네이션(415)을 이용할 수 있을 것이다. 전형적으로, 상기 라미네이션(415)은 고정자(240)를 구성할 수 있는 라미네이션 보다 더 두껍다. 일 실시예에서, 고정자(240)가 회전자(120)와 유사한 방식의 복수의 적층된 라미네이션을 포함할 수 있을 것이고, 상기 복수의 라미네이션의 각각이 약 0.036 cm(약 0.014 인치) 두께이다.

도 4를 다시 참조하면, 라미네이션 적층체(410)가 라미네이션 적층체(410)의 제 1 단부 상에 위치되는 제 1 단부 플랜지 부재(420)에 의해서, 그리고 라미네이션 적층체(410)의 제 2 단부 상에 위치되는 제 2 단부 플랜지 부재(425)에 의해서 프랭크 가공된다(flanked). 제 1 및 제 2 단부 프랜지 부재(420, 425)가 회전자 본체(300)를 포함하는 회전자(120)의 자기적으로 활성인 부분의 일부일 수 있으나, 이는 필수적인 것이 아니다.

실시예에서, 라미네이션 적층체(410) 그리고 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420 및 425)가 제 1 단부 플랜지 부재(420)에 인접하여 위치된 제 1 이격 부재(430), 및 제 2 단부 플랜지 부재(425)에 인접하여 위치된 제 2 이격 부재(435)에 의해서 추가적으로 프랭크 가공될 수 있을 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단부 플랜지 부재(420 및 425) 및 이격 부재(430, 435) 각각이 관통하는 홀을 추가적으로 포함한다. 다른 실시예에서 단부 플랜지 부재(420 및 425)가, 단부 플랜지 부재(420 및 425)의 구조의 구성 부분으로서, 이격 부재(430, 435)를 각각 포함할 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, 분리된 이격 부재(430, 435)가 이용되지 않을 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서, 이격 부재(430, 435) 및 단부 플랜지 부재(420 및 425)가 각각 복수의 하위-구성 성분을 포함할 수 있을 것이고, 그러한 복수의 하위-구성 성분이 함께 도 5에 도시된 바와 같은 이격 부재 또는 단부 플랜지 부재 구조를 형성한다.

도 4를 다시 참조하면, 스터드 부재(440)가 라미네이션 적층체(410)를 포함하는 적층형 라미네이션(415)의 각각의 홀(510)뿐만 아니라, 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420 및 425)의, 그리고 제 1 및 제 2 이격 부재(430, 435)(존재하는 경우)의 각각의 홀을 통과한다. 스터드 부재(440)는, 예를 들어, 스틸과 같이 매우 큰 압축을 유지할 수 있는 고강도 재료를 포함한다. 추가적인 실시예에서, 스터드 부재(440)가 그러한 스터드 부재(440)의 단부의 각각에서만 나사산형이 될 수 있을 것이다. 제 1 체결부(445) 및 제 2 체결부(450)가 스터드 부재(440)의 단부의 각각을 고정하고, 그리고, 스터드 부재(440)와 함께, 라미네이트형 적층체(410)에 대한 압축을 제공한다. 너트, 토크 너트 또는 토크 볼트, 또는 다른 나사산형 체결부를 포함할 수 있는 체결부(445 및 450)가, 비제한적으로 수압 장력인가(tensioning) 장비, 가열 장력인가, 등의 이용을 포함하는, 임의의 공지된 수단을 이용하여 조여질 수 있을 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에서, 라미네이션 적층체(410)의 횡단면의 전체에 걸쳐서 거의 균일한 압력을 제공하도록 제 1 단부 플랜지 부재(420) 및 제 2 단부 플랜지 부재(425)가 성형될 수 있을 것이고, 각각의 플랜지(420 및 425)의 외경이 라미네이션 적층체(410)의 외경과 초기에 접촉하도록 상기 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420 및 425)의 두께가 테이퍼링된다(tapered). 체결부(445 및 450)를 조일 때 압축 로드가 증가함에 따라, 각각의 단부 플랜지(420 및 425)가 변형되고 그에 따라 플랜지(420 및 425)의 전체 면이 라미네이션 적층체(410)의 단부들의 전체 면과 접촉한다.

체결부(445 및 450)를 조이는 것은 회전자 본체(300)에 대한 필요한 벤딩 경직성을 제공하기에 충분한 압력의 라미네이트형 적층체(410)의 압축 그리고 회전자 본체(300)로부터 구동 샤프트로 토크 로드를 전달하기 위한 충분한 마찰 능력(capability)을 초래한다. 이러한 것을 달성하는데 필요한 압력은 발전기(200)의 크기에 따라서, 결과적으로, 회전자(120)의 크기에 따라서 달라진다. 기계가 클수록, 중실형 스틸 로터의 경직성에 근접하는 보다 큰 회전자 경직성을 필요로 한다. 달성되는 압력은, 비제한적으로 회전자의 크기, 회전자 제조 재료, 체결부(445 및 450)가 조여지는 정도, 등을 포함하는 다양한 변수에 크게 의존한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 비-구동 단부 샤프트 스핀들(455)이 제 1 이격 부재(430)에 부착될 수 있고, 그리고 구동 단부 샤프트 스핀들(460)이 제 2 이격 부재(435)에 부착될 수 있을 것이다. 여러 실시예들에서, 이격 부재(430, 435) 각각이 플랜지(465 및 470)를 포함하고, 그러한 플랜지(465 및 470)에는 스핀들(455, 460)이 각각 부착될 수 있을 것이다. 추가적인 실시예에서, 스핀들(455, 460)이 복수의 볼트(475)에 의해서 이격 부재(430, 435)에 부착될 수 있으나, 상기 볼트 이외에도 용접과 같은 임의의 공지된 고정 방법이 또한 이용될 수 있을 것이다. 추가적인 실시예에서, 구동 단부 스핀들(460)이 구동 커플링(340)(도 3)을 포함하고, 그리고 예를 들어, 터빈과 같은 기계적 에너지의 공급원으로 회전자(120)를 동작적으로 연결하도록 구성되어, 회전자(120)가 회전되게 할 수 있다. 특정 실시예에서, 회전자(120)에 연결된 2개의 기계적 에너지의 공급원을 가지는 것이 요구될 수 있고, 이때 하나의 기계적 에너지의 공급원이 회전자의 각각의 단부에 연결된다. 스핀들(455)이 또한 회전자(120)에 동작적으로 연결된 보조 구동 커플링(360)(도 3)을 가지도록 구성될 수 있을 것이다. 비-구동 단부 스핀들(455)은, 상기 코일(130)을 상기 스핀들(455)(도 4) 주위로 배치되는 코일 수집기(collector) 링(350)(도 3)과, 또는 회전자 코일(130)로 여기 전류를 제공하기 위한 무브러시 여기장치(exciter)(도시하지 않음)와 동작적으로 연결하도록 구성된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 라미네이션(415)은, 각각의 라미네이션(415)의 원주의 적어도 일부 주위로 원주방향으로 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯(140)을 포함한다. 도 6은 2개 자극의 동기식 발전기에 적합한 슬롯 배열의 실시예를 도시한다. 도 7은 3상(three phase) 권선을 가지는 동기식 발전기 회전자에 적합한 슬롯 배열의 실시예를 도시한다.

도 5 내지 도 7에 추가적으로 도시된 바와 같이, 각각의 라미네이션(415)은 그러한 라미네이션을 통과하는 홀(510)을 더 포함한다. 여러 실시예에서, 홀(510)의 수는 하나 또는 하나 초과일 수 있을 것이다. 추가적인 실시예에서, 라미네이션(415)이 스틸로 제조되고, 그리고, 비제한적으로, 가공, 레이저를 이용한 컷팅, 워터 젯(water jet)을 이용한 컷팅, 또는 다이를 이용한 펀칭을 포함하는, 임의의 공지된 방법을 이용하여 컷팅될 수 있을 것이다. 또 다른 추가적인 실시예에서, 인접한 라미네이션들(415) 사이의 전기적 격리를 제공하기 위한 절연 코팅(370)(도 10 내지 도 13 참조)으로 각각의 라미네이션의 표면을 코팅하기 위한 추가적인 프로세싱을 라미네이션에 대해서 실시할 수 있을 것이다. 하나의 가능한 절연 코팅은, ASTM C-5 전기 스틸 절연에 따른 인산염 기반의 무기 코팅이 될 수 있을 것이다. 다른 가능한 절연 코팅이, 다른 가능한 절연 코팅 중에서, EB 500FF C-6, EB5001 C-6, EB5300 C-5를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 절연 코팅(370)이 약 0.001 mm 내지 약 0.020 mm 두께로 측정될 수 있을 것이다. 도 6 내지 도 8에 도시된 라미네이션(415)은, 회전자 코일(130)이 코일 쐐기(150)에 의해서 슬롯(140) 내에서 제 위치에 유지되는 실시예를 보여주나, 다른 실시예가, 전술한 바와 같이 코일(130)을 슬롯(140) 내에서 유지하기 위해서, 예를 들어, 탄소 섬유 링 또는 유리섬유 밴딩(banding)을 포함할 수 있을 것이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 라미네이션(415)은 슬롯(140) 내의 표면(550)을 포함하고, 여기에서 상기 라미네이션(415)이 쐐기(150)와 짝을 이룬다. 표면(550)을 생성하기 위해서 그에 따라 쐐기(150)(도 9)와의 계면을 따른 지점에서의 응력 집중을 피하기 위해서, 라미네이션(415)이 가공될 수 있을 것이다. 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 표면(550)이 제 1 모따기부(520)를 포함할 수 있을 것이다. 제 1 모따기부(520)는, 일 실시예에서 약 45°일 수 있는 각도로, 표면(550)과 라미네이션(도 11)의 제 1 면(418)을 연결한다. 상기 각도가 45°보다 크거나 작을 수 있는 다른 실시예가 또한 이용된다. 제 1 모따기부(520)가 선 B-B(도 10에 표시됨)를 따라서 컷팅될 수 있고, 그에 따라, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제 1 모따기부(520)가 라미네이션의 적층체(410) 내에서 연속적인 라미네이션들(415)을 물리적으로 분리한다.

도 13 및 도 14는 평면 A-A(도 1에 표시됨)를 따라 컷팅된 라미네이션(415)을 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 모따기부(520)가 절연 재료(530)로 충전되어, 예를 들어 표면(550)의 가공 중에 발생할 수 있는 라미네이션들(415) 사이의 절연 코팅(370)에 걸친 스미어링을 방지하는데 추가적으로 도움을 줄 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 절연 재료(530)가 에폭시일 수 있을 것이다. 도 14는 도 13과 같은(도 10에 표시된 평면 A-A를 따른) 관찰 방향으로부터의 라미네이션(415)을 도시한다. 도 14에서, 표면(550)을 생성하기 위해서 라미네이션(415)이 가공되었다.

도 15 및 도 16에 도시된 추가적인 실시예에서, 이중 측부형(double sided) 즉, 대칭적인 제 1 모따기부(540)가 단일 측부형 즉, 도 11 내지 도 14에 도시된 비대칭적인 제 1 모따기부(520) 대신에 이용될 수 있을 것이다. 양측형(double-sided) 제 1 모따기부(540)는 표면(550)을 라미네이션(415)의 제 1 면(418) 및 라미네이션(415)의 제 2의 대향하는 면(422)(도 15)을 연결한다. 양측형 제 1 모따기부(540)는 라미네이션들(415) 사이에 증가된 축방향 거리를 제공하고 그리고 스미어링 가능성을 추가적으로 감소시킬 수 있을 것이다. 단일-측부형 모따기부(520)와 유사하게, 양측형 제 1 모따기부(540)가 절연 재료(530)로 충전될 수 있고 그리고 전술한 바와 같이 가공될 수 있을 것이다(도 15 및 도 16).

도 17 내지 도 20에 도시된 추가적인 실시예에서, 라미네이션(415)이 그러한 라미네이션(415)의 외경에서 제 2 모따기부(521)를 부가적으로 포함할 수 있을 것이다. 제 2 모따기부(521)는 라미네이션(415)의 제 1 면(418)을 라미네이션(415)의 외주면(outer circumference surface)(525)과 연결한다. 방사상 런아웃을 감소시키기 위해서 그리고 회전자 균형을 개선하기 위해서 조립된 회전자 본체(300)(도 4)가 가공될 필요가 있는 경우에, 적층체(410)의 외경에서 라미네이션들(415) 사이의 축방향 거리를 증가시키는 것에 의해서, 제 2 모따기부(521)가 라미네이션(415)에 걸친 스미어링의 발생을 감소시킬 수 있을 것이다. 도 17 내지 도 19가 단일 측부형 모따기부(521)를 도시하나, 이중 측부형 제 2 모따기부(522)(도 20)를 또한 이용하여, 표면(550) 상의 양측형 제 1 모따기부(540)에 대해서 전술한 바와 같이, 라미네이션들(415) 사이의 축방향 거리를 추가적으로 증가시킬 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 제 2 모따기부(521, 522)가 또한 절연 재료(530)로 충전될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따라서, 회전자 본체(300)를 형성하기 위한 방법이 또한 제공된다. 회전자 본체(300)가 조립되며, 그러한 조립은 복수의 라미네이션(415)의 적층체(410)를 조립하는 단계, 및 복수의 라미네이션(415)의 각각의 홀(510)을 통해서 스터드 부재(440)를 삽입하는 단계를 포함한다. 복수의 라미네이션(415)의 각각이 상기 복수의 라미네이션(415)의 각각의 원주 주위에 배열된 복수의 방사상 연장 슬롯(140)을 포함한다. 적층체(410)로 조립될 때, 상기 적층체(410) 내의 연속적인 라미네이션(415) 내의 슬롯(140)이 정렬되도록, 상기 라미네이션(415)이 배치된다. 복수의 라미네이션(415)의 각각이 상기 라미네이션(415)의 각각의 면 상의 제 1 모따기부(520), 또는 상기 라미네이션(415)의 각각의 양 면 상의 제 1 모따기부(540)를 더 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 1 모따기부(520)가, 에폭시일 수 있는 절연 재료(530)로 충전될 수 있을 것이다. 추가적인 실시예에서, 단일- 또는 양측형일 수 있는 제 2 모따기부(521, 522)가, 각각의 라미네이션의 외경에 제공될 수 있을 것이다.

쐐기(150)와 라미네이션(415) 사이의 계면(도 9 참조) 및 회전자 본체(300)의 외주면(525)(도 17 내지 도 19)에서, 예를 들어, 라미네이션(415)의 표면(550)을 포함하는, 조립된 회전자 본체(300)의 많은 수의 표면이 다양한 목적으로 가공될 수 있을 것이다. 도 13 내지 도 16은 균일한 접촉을 달성하기 위한 라미네이션(415)의 가공에 대한 보다 구체적인 도면을 제공한다. 일부 실시예에서, 복수의 라미네이션(415)의 각각의 제 1 모따기부(520, 540) 및 제 2 모따기부(521, 522)를 절연 재료(530)로 충전하는 단계가 존재하는 경우에, 그러한 충전 단계는 회전자 본체(300)의 조립 후에 그러나 라미네이션(415)/회전자 본체(300)의 적어도 하나의 표면의 가공 이전에 이루어진다.

여기에서 사용된 바와 같이, "제 1", "제 2" 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요성을 나타내는 것이 아니고, 하나의 요소를 다른 요소로부터 분리하기 위해서 이용된 것이고, 그리고 여기에서의 부정관사("a" 및 "an")의 용어는 양의 제한을 나타내는 것이 아니고 언급된 물품의 적어도 하나의 존재를 나타내는 것이다. 양과 관련하여 사용된 "약"이라는 수식어는 기술된 값을 포함하고 그리고 문맥에 의해서 표시된 의미를 가진다(예를 들어, 특별한 양의 측정과 연관된 오류의 정도를 포함한다). 여기에서 사용된 바와 같은 접미사 "(들)"은 수식하는 용어의 단수형 및 복수형 모두를 포함하도록 의도된 것이고, 그에 의해서 해당 용어의 하나 이상을 포함한다(예를 들어, 금속(들)은 하나 이상의 금속을 포함한다). 여기에서 개시된 범위는 포괄적인 것이고 그리고 독립적으로 조합될 수 있다(예를 들어, 약 25 mm까지의, 또는, 보다 구체적으로 약 5 mm 내지 약 20 mm"의 범위는 "약 5 mm 내지 약 20 mm"의 범위의 종료점 및 중간 값을 포함한다.

여러 가지 실시예를 여기에서 설명하였지만, 요소들, 변경들 또는 개선들의 여러 가지 조합이 당업자에 의해서 이루어질 수 있고, 그리고 발명의 범위 내에 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 발명의 본질적인 범위로부터 이탈하지 않고도, 발명의 교시내용에 대한 특별한 상황 또는 재료에 맞추기 위해서 많은 변경들이 이루어질 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명을 실시하기 위해서 고려된 최적 모드로서 개시된 특별한 실시예로 발명이 제한되지 않을 것이고, 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함할 것이다.

Claims

회전자에 있어서,
복수의 적층형 라미네이션을 포함하는 라미네이션 적층체로서, 각각의 라미네이션은,
상면, 상기 상면으로부터 상기 라미네이션의 두께만큼 이격되는 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 상호연결하는 원주면(circumferential surface),
상기 복수의 라미네이션 각각의 원주 주위로 배열되고, 각각이 쐐기와 정합하도록 구성된 방사상 내향 표면을 포함하는 복수의 방사상 연장 슬롯, 및
상기 복수의 방사상 연장 슬롯 각각의 방사상 내향 표면 상에 배치되고, 상기 방사상 내향 표면과 상기 라미네이션의 상면을 연결하는 제 1 모따기부를 구비하는,
상기 라미네이션 적층체와;
상기 라미네이션 적층체 내의 적어도 하나의 홀, 상기 라미네이션 적층체의 제 1 단부 상의 제 1 단부 플랜지 부재, 및 상기 라미네이션 적층체의 제 2 단부 상의 제 2 단부 플랜지 부재를 길이방향으로 통과하는 스터드 부재와;
상기 스터드 부재의 제 1 축방향 단부에 부착되는 제 1 체결부와;
상기 스터드 부재의 제 2 축방향 단부에 부착되는 제 2 체결부로서, 상기 제 1 체결부 및 상기 제 2 체결부가 상기 라미네이트형 적층체에 압축을 제공하는, 상기 제 2 체결부와;
복수의 슬롯 내에 배치된 복수의 코일을 포함하는
회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 모따기부가 절연 재료로 충전되는
회전자.
제 2 항에 있어서,
상기 절연 재료가 에폭시를 포함하는
회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 모따기부가 양측형(double-sided) 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 라미네이션 각각이 절연 코팅으로 코팅되는
회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 라미네이션의 상면과 상기 라미네이션의 원주면을 연결하는 제 2 모따기부를 더 포함하는
회전자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 모따기부가 양측형 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 원주면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 원주면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
회전자.
전기 기계에 있어서,
회전자 및 상기 회전자를 둘러싸는 고정자를 포함하고,
상기 회전자는,
복수의 적층형 라미네이션을 포함하는 라미네이션 적층체로서, 각각의 라미네이션은,
상면, 상기 상면으로부터 상기 라미네이션의 두께만큼 이격되는 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 상호연결하는 원주면,
상기 복수의 라미네이션의 원주 주위로 배열되고, 각각이 쐐기와 정합하도록 구성된 방사상 내향 표면을 포함하는 복수의 방사상 연장 슬롯, 및
상기 복수의 방사상 연장 슬롯 각각의 방사상 내향 표면 상에 배치되고, 상기 방사상 내향 표면과 상기 라미네이션의 상면을 연결하는 제 1 모따기부를 구비하는,
상기 라미네이션 적층체와;
상기 라미네이션 적층체 내의 적어도 하나의 홀, 상기 라미네이션 적층체의 제 1 단부 상의 제 1 단부 플랜지 부재, 및 상기 라미네이션 적층체의 제 2 단부 상의 제 2 단부 플랜지 부재를 길이방향으로 통과하는 스터드 부재와;
상기 스터드 부재의 제 1 축방향 단부에 부착되는 제 1 체결부와;
상기 스터드 부재의 제 2 축방향 단부에 부착되는 제 2 체결부로서, 상기 제 1 체결부 및 상기 제 2 체결부가 상기 라미네이트형 적층체에 압축을 제공하는, 상기 제 2 체결부와;
상기 복수의 슬롯 내에 배치된 복수의 코일을 포함하는
전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 모따기부가 절연 재료로 충전되는
전기 기계.
제 9 항에 있어서,
상기 절연 재료가 에폭시를 포함하는
전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 모따기부가 양측형 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 라미네이션 각각의 두께가 0.95 cm인
전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 라미네이션 각각이 절연 코팅으로 코팅되는
전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 라미네이션의 상면과 상기 라미네이션의 원주면을 연결하는 제 2 모따기부를 더 포함하는
전기 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 모따기부가 양측형 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 원주면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 원주면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
전기 기계.
회전자 본체를 형성하는 라미네이션에 있어서,
상면, 상기 상면으로부터 상기 라미네이션의 두께만큼 이격되는 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 상호연결하는 원주면,
상기 라미네이션의 원주 주위로 배열되고, 각각이 쐐기와 정합하도록 구성된 방사상 내향 표면을 포함하는 복수의 방사상 연장 슬롯과;
상기 복수의 방사상 연장 슬롯 각각의 방사상 내향 표면 상에 배치되고, 상기 방사상 내향 표면과 상기 라미네이션의 상면을 연결하는 제 1 모따기부와;
스터드 부재가 통과하기 위한 상기 라미네이션 내의 적어도 하나의 홀을 포함하는
라미네이션.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 모따기부가 양측형 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 방사상 내향 표면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
라미네이션.
제 16 항에 있어서,
상기 라미네이션이 절연 코팅으로 코팅되는
라미네이션.
제 16 항에 있어서,
상기 라미네이션의 상면과 상기 라미네이션의 원주면을 연결하는 제 2 모따기부를 더 포함하는
라미네이션.
제 19 항에 있어서,
상기 제 2 모따기부가 양측형 모따기부를 더 포함하고, 상기 양측형 모따기부는 상기 원주면을 상기 라미네이션의 상면과 연결하는 경사진 모따기 표면, 및 상기 원주면을 상기 라미네이션의 대향하는 하면과 연결하는 경사진 모따기 표면을 포함하는
라미네이션.