KR101892985B1 - 전기 기계 - Google Patents

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Abstract

본 전기 기계는 로터(100), 그 로터를 둘러싼 고정자(200), 및 지지 구조물(500)을 포함한다. 고정자(200)는 종방향 중심축(X-X)을 가지며, 지지 요소들(400A, 400B)에 의해 지지 구조물(500) 상에 지지된다. 고정자(200)는 박판적층 구조, 및 고정자 권선(211)을 위한 틈(213)을 갖는 원통형의 고정자 코어(210)와, 그 고정자 코어(210)를 둘러싼 고정자 프레임(220)을 포함한다. 고정자 프레임(220)은 두개의 마주보는 말단 구조물들(221, 222)과, 상기 말단 구조물들(221, 222) 사이에 위치한 적어도 하나의 프레임 판(223, 223A, 223B, 223C, 223D)을 포함한다. 지지 요소(400A, 400B)는 각각의 말단 구조물 및 인접한 프레임 판(223, 223A, 223B, 223C, 223D) 사이, 및 인접한 프레임 판들(223, 223A, 223B, 223C, 223D) 사이에 위치한다. 지지 요소(400A, 400B)는 주철로 제작되며, 압축 접속기에 기반한 결속 수단들(350, 410, 420)에 의해 말단 구조물(221, 222), 프레임 판(223, 223A, 223B, 223C, 223D), 및 지지 구조물(500)에 결합되어, 그에 따라 고정자 프레임(220)은 지지 요소들(400A, 400B)을 통해 지지 구조물(500)에 결합된다.

Description

전기 기계 {AN ELECTRIC MACHINE}
본 발명은 청구항 제1항의 말미와 같이, 전기 기계에 관한 것이다.
본 전기 기계는 로터와, 상기 로터를 둘러싸는 고정자를 포함한다. 고정자는 종방향 중심축, 고정자의 중심축을 통과하는 수평방향 중심 평면, 및 고정자의 중심축을 통과하는 수직방향 중심 평면을 포함한다. 고정자는 원통형 고정자 코어 및 상기 고정자 코어를 둘러싼 고정자 프레임을 포함한다. 고정자 코어는 박판적층 구조, 고정자 권선(winding), 및 고정자 코어의 외부 평면에 부착되고 고정자의 축방향으로 연장되는 백 비임(back beam)을 포함한다. 고정자 프레임은 서로 축 길이 만큼 떨어져 위치한 마주보는 두개의 말단 구조물을 포함한다.
전기 기계, 즉, 전기 모터와 전기 발전기는 많은 용도로 사용된다. 전기 모터는 다양한 종류의 기계를 구동시키는데 사용되며, 전기 발전기는 전력 생산에 사용된다. 전기 발전기를 구동시키는데 사용되는 전력원은 다양하다. 발전소에서 터빈을 돌리기 위한 흔한 전력원으로 증기가 사용되는데, 그에 의해 터빈이 전기 발전기를 구동한다. 한편, 연소기관이 발전기를 구동시키는데 사용될 수 있다. 연소기관과 발전기는 지지 구조물을 형성하는 통상의 플랫폼 위에 종종 장착된다. 이 때 통상의 지지 구조물 상의 연소기관과 발전기를 포함하는 전체 유닛은 그 위치를 옮겨 발전소 건물의 바닥에 위치될 수 있다. 이러한 유닛의 설치는 그래서 매우 신속하다.
전기 발전기 내의 고정자는 일반적으로 환상의 고정자 코어, 및 그 고정자 코어를 둘러싼 고정자 프레임을 포함한다. 고정자 코어의 내면은 환상의 고정자 코어의 내면 안쪽으로 개방된 틈을 포함한다. 고정자 권선이 그 틈에 위치된다. 고정자 코어의 외부 표면을 따라 축 방향으로 연장되는 백 비임을 추가로 포함한다. 백 비임은 고정자 코어의 외부 표면에 접합된다. 고정자 프레임은 일반적으로 말단 구조물들과, 그 말단 구조물들 사이의 프레임 판을 포함한다. 고정자 프레임은 고정자 코어와 동시에 제조될 수 있다. 고정자 프레임은 고정자 코어가 준비되면 고정자 코어 위에 장착될 수 있다.
공지 기술에 있어서 고정자 프레임은 구조물을 지지하기 위한 지지 요소를 통해 부착된다. 지지 요소들은 용접(welding)에 의해 고정자 프레임에 부착되고 나사에 의해 지지 구조물에 부착된다.
공지 기술에 있어서 고정자 코어는 또한 용접에 의해 고정자 프레임에 부착된다. 예를 들어, 이는 고정자 코어의 외부 표면 상의 백 비임에 위치한 C자형 클램프에 의해 행해진다. C자형 클램프는 이후 고정자 프레임 및 고정자 코어 상의 백 비임에 용접된다. 고정자 코어는 용접이 행해지기 이전에 우선 고정자 프레임에 대해 정확한 곳에 위치된다.
그러나, 고정자 코어를 고정자 프레임에 부착하고 지지 요소를 고정자 프레임에 부착하기 위해 사용되는 용접은, 발전기가 연소기관에 의해 구동되는 경우에는 특히 문제가 된다. 연소기관은 통상의 지지 구조물에 심한 진동을 발생시키며 그에 따라 발전기에도 미친다. 그러면 발전기는 지속적으로 진동하는 환경에서 동작하게 된다. 이러한 진동은 발전기의 긴 수명 동안 용접된 결합부에 과한 부하를 가하게 될 것이다. 수명 동안 전기 기계가 겪게 될 진동은 109 단위이다. 이런 굉장한 수의 진동은 용접된 접합부에 문제가 되며, 이러한 진동에 의해 일부 지점에서는 파손이 발생할 수도 있다. 일부 환경 하에서는 이러한 진동이 용접된 접합부의 파손을 야기시키는 것이 실제로 관찰되어왔다. 고정자의 관성 모멘트가 고정자로부터 이러한 접합부를 통해 지지 구조물에 전해지기 때문에, 고정자 프레임 및 지지 요소들 사이의 용접된 접합부는 구조물 내에서 취약부이다.
이에 따라, 진동에 의해 파손을 야기시킬 수 있는 용접된 접합부의 문제를 해결할 방안을 찾을 필요가 있다.
미국특허 4,207,484호는 로터와 그 로터를 둘러싼 고정자를 포함하는 전기 장치에 대해 기재하고 있다. 고정자 박판들은 두개의 마주보는 프레스 링 사이에서 압축되며 이 링들은 나사산을 가진 복수의 빗장(draw bolt)과 너트에 의해 결합된다. 고정자는 두개의 축방향을 지향하는 고정자 지지 부재 상에 안착한다. 지지 부재들은 프레스 링의 방사방향 상부 돌출부에 고정된 바닥판(sole)을 지지하는 수평방향 지지판을 포함한다. 보다 구체적으로는, 각 바닥판은 다수의 지지체들에 의해 힘을 전달하는 방식으로 고정자 코어에 연결되는데, 지지체들은 용접될 수 있거나 그렇지 않으면 바닥판과 고정자 코어의 근접한 빗장 사이에 고정된다. 각 바닥판은 지지판에 나사결합된 복수의 나사에 의해 상응하는 지지판에 결합된다. 이에 따라 지지부재와 고정자 코어 사이에 강인한 지지결합이 제공된다.
미국 특허 US 102,406호는 로터와 그 로터를 둘러싼 고정자를 포함하는 전기 기계에 대해 기재하고 있다. 고정자는 지지 구조물 상에 주철로 만들어진 지지다리에 의해 지지된다.
미국 특허 US 1,689,503호는 로터, 그 로터를 둘러싼 고정자 및 지지 구조물을 포함하는 전기 기계에 대해 기재하고 있다. 고정자는 4 부분, 즉, 환상 구조물, 다리 부재들, 및 결합되는 두 부분으로 만들어진 덮개 구조물로 이루어진다. 환상구조물은 복수의 환상으로 이격된 환상 부재들을 포함하는바, 이들은 원통형의 고정자 코어의 원주 전체를 둘러 뻗어있다. 환상 부재들은 환상 부재의 내주면 상에서 연장되는 제1 결합봉에 의해 축방향으로 결합되고, 환상 부재들의 외주면 상에서 연장되는 제2 결합봉에 의해 축방향으로 결합된다. 축방향으로 연장된 제1 결합봉은 고정자 코어의 외주면에 부착된다. 각각의 다리부재는 바닥판과 측면판에 바람직하게는 용접으로 고정된, 이격된 복수의 곡면판을 포함한다. 곡면판은 환상 구조물 주위를 따라서만 특정 각도로 뻗어있다. 곡면판은 환상 부재들에 나사결합된다. 덮개 구조물은 나사에 의해 결합되는 두개의 부분을 포함한다. 덮개 구조물의 단면은 굽은 형태를 가져 환상 구조물 및 다리부재의 덮개로 딱 들어맞는다.
본 발명의 목적은 용접된 접합부와 관련된 문제가 해소되거나 또는 적어도 제한된 전기 기계를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기 기계는 청구항 제1항에 기재된 특징부에 특징이 있다.
전기 기계는 로터, 그 로터를 둘러싼 고정자 및 지지 구조물을 포함하는데, 상기 고정자는 종방향 중심축들, 고정자의 중심축을 통과하는 수평방향 평면, 및 고정자의 축을 통과하는 수직방향 평면을 포함하며, 상기 고정자는 수직방향 평면의 반대측면 상에 대칭적으로 위치한 지지 부재들로써 지지 구조물 상에서 지지되고, 상기 고정자는 박판적층 구조물과 고정자 권선을 위한 틈을 구비한 원통형 고정자 코어를 포함한다.
전기 기계는:
고정자가 고정자 코어를 둘러싼 고정자 프레임을 포함하고, 상기 고정자 프레임은 서로 축 길이 만큼 떨어져 위치한 마주보는 두개의 말단 구조물들을 포함하고 적어도 하나의 프레임 판이 말단 구조물들 사이에 위치하며,
지지 요소가 각각의 말단 구조물과 인접한 프레임 판 사이, 및 인접한 프레임 판들 사이에 위치하고, 상기 지지 요소들은 주철로 제조되어 한편으로는 압축 접속기(compression joint)에 기반한 결속수단에 의해 말단 구조물과 프레임 판에 부착되고, 다른 한편으로는 압축 접속기에 기반한 결속수단에 의해 지지 구조물에 부착되며, 이에 따라 고정자 프레임은 지지 요소들을 통해 지지 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하고 있다.
고정자 프레임과 지지 요소들 사이의 결속 어레인지먼트 내에서 주철로 만들어진 지지 요소들과 압축 접속기에 기반한 결속 수단의 사용에 의해, 용접된 접합부들이 제거된다. 고정자 프레임과 지지 구조물 사이의 이러한 신규의 결속 어레인지먼트는 연소기관에 의해 야기되는 진동에 의해 파손되는 일이 없을 것이다. 주철로 제조되는 지지 요소들 및 압축 접속기에 기반한 결속 수단은 전기 기계의 수명 동안의 109 회의 진동을 용이하게 견뎌낼 수 있을 것이다.
주철을 사용하게 되면 지지 요소의 어떠한 적합한 형태도 가능하게 된다. 이에 따라 지지 요소의 형태는 인장력 집중이 제거될 수 있도록 최적화될 수 있다. 주철의 SN 곡선의 기울기도 용접된 구조물의 기울기에 비해 매우 완만하다. 이에 따라 주철의 피로 내성은 용접된 구조물의 피로 내성에 비해 훨씬 높다.
고정자 코어는 제1 말단 및 제2 말단을 가지는 결속 브라켓에 의해 고정자 프레임에 부착된다. 제1 말단은 고정자 프레임에 결합되고 제2 말단은 압축 접속기에 기반한 결속 수단에 의해 고정자 코어에 결합된다. 결속 수단들은 지지 브라켓의 말단에 위치한 개구를 통과한다. 압축 접속은 나사와 너트에 의해 이루어진다.
결속 수단 내의 너트는 진동에 의해 너트가 느슨해지는 것을 방지하기 위한 마찰 증가 수단이 구비된다. 너트 아래에 탄성 와셔를 사용하는 것도 가능하다.
결속 브라켓 및 결속 수단은 결속 수단이 죄어지기 전에 로터 코어가 고정자 프레임에 대해 축방향 및 방사방향으로 중심정렬할 수 있도록 유리한 형태를 띌 수 있다. 고정자 코어와 고정자 프레임 사이에는 중심정렬에 이용되는 정밀하게 가공된 면이 필요 없다. 이러한 정밀 가공된 면은 비용을 증가시키므로 피하는 것이 바람직하다.
본 발명은 본 명세서에 첨부된 바람직한 실시예들에 의해 보다 상세히 묘사된다.
도 1은 전기 기계의 종방향 단면을 나타낸다.
도 2는 통상의 지지 구조물 상에 장착된 발전기와 디젤엔진을 나타낸다.
도 3은 고정자의 부등각 투영도(axonometric view)를 나타낸다.
도 4는 고정자의 가로지르는 단면을 나타낸다.
도 5는 고정자 프레임의 확대도를 나타낸다.
도 6은 선택적인 고정자 프레임의 확대도를 나타낸다.
도 7은 고정자 코어와 고정자 프레임 사이의 결속 어레인지먼트의 제1 부등각 투영도를 나타낸다.
도 8은 고정자 코어와 고정자 프레임 사이의 결속 어레인지먼트의 제2 부등각 투영도를 나타낸다.
도 9는 본 전기 기계의 결속 어레인지먼트에 사용될 수 있는 결속 수단을 나타낸다.
도 10은 본 전기 기계 내의 결속 어레인지먼트에 사용될 수 있는 결속 브라켓의 제2 실시예를 나타낸다.
도 1은 본 전기 기계의 종방향 단면을 나타낸다. 전기 기계 600)는 종방향 중심축(X-X), 원통형 로터(100) 및 로터(100)를 둘러싼 원통형 고정자(200)를 포함한다.
로터(100)는 로터 권선(도시되지 않음)이 구비된 중앙부(110), 및 그 중앙부(110)의 각 축(X-X) 말단에 두 말단부(120, 130)를 포함한다. 로터(100)의 각 말단부(120, 130)는 전기 기계(600)의 지지 구조물(500)(도 4에 도시됨) 상의 베어링으로 회전 가능하게 지지된다.
고정자(200)는 고정자 코어(210) 및 상기 고정자 코어(210)를 둘러싼 고정자 프레임(220)을 포함한다. 고정자 프레임(220)은 서로 축(X-X)거리 만큼 떨어진 마주보는 두 말단 구조물(221, 222)을 포함한다. 고정자 프레임(220)은 또한 상기 말단 구조물들(221, 222) 사이에 위치한 고정자 판(223)들을 포함한다. 상기 고정자 판(223)들은 전기 기계(600)의 중심축(X-X)을 따라 서로 축(X-X) 거리 만큼 떨어져 위치한다. 고정자 코어(210)는 고정자 권선이 구비된 틈과 고정자 코어(210)의 외면에 결합된 백 비임(212)을 가진다. 본 도면은 고정자 권선의 권선 말단부(211A)를 도시하고 있다.
백 비임(212)의 외면과 고정자 프레임(220)의 내면 사이에는 간격(E1)이 존재한다. 또한 로터(100)의 중앙부(110)의 외면과 고정자 코어(210)의 내표면 사이에는 공기 갭(G1)이 존재한다.
본 전기 기계(600)는 전기 모터이거나 또는 발전기일 수 있다.
도 2는 통상의 지지 구조물 상에 장착된 발전기와 연소 기관을 나타낸다. 발전기(600)는 연소 기관(700)과 함께 통상의 지지 구조물(500) 상에 장착된다. 연소 기관(700)은 샤프트(650)를 통해 발전기(600)를 구동시킨다.
도 3은 고정자의 부등각 투영도를 나타내고, 도 4는 고정자의 가로지르는 단면도를 나타내며, 도 5는 고정자 프레임의 확대도를 나타낸다.
고정자(200)는 전기 기계(600)의 종방향 중심축(X-X)과 일치하는 종방향 중심축(X-X)을 가진다. 고정자(200)는 또한 중심축(X-X)을 통과하는 수평방향 중심평면(H1-H1)과, 중심축(X-X)을 통과하는 수직방향 중심평면(V1-V1)을 가지며, 방사방향(R)은 중심축(X-X)에 수직이다. 고정자(200)는 고정자 코어(210)와 상기 고정자 코어(210)를 둘러싼 고정자 프레임(220)을 포함한다.
고정자 코어(210)는 고정자 코어(210)의 내주면으로부터 고정자 코어(210)를 내통하는 틈(213)을 포함한다. 고정자 코어(210)의 상기 틈(213)에는 고정자 권선(211)이 안착된다. 고정자 코어(210)는 박판적층 구조, 즉 고정자 코어(210)를 형성하도록 함께 적층된 환상의 판들로 이루어지는 구조를 가진다. 고정자 코어(210)의 상기 각 판들은 구역들(21OA, 210B)로 이루어지며, 상기 구역들(21OA, 210B)은 닫힌 원주를 형성하도록 서로 결합된다. 고정자 코어(210)는 또한 고정자 코어(210)의 외부 표면에 부착되고 고정자(200)의 축(X-X)방향으로 연장하는 백 비임(212)을 포함한다. 백 비임(212)은 고정자 코어(210)의 외부 표면에 용접으로 결합된다. 고정자 코어(210)는 원통형을 가진다.
고정자 프레임(220)은 서로 축(X-X) 거리만큼 떨어진 마주보는 두개의 말단 구조물들(221, 222)을 포함한다. 고정자 프레임은 또한 상기 말단 구조물들(221, 222) 사이에 프레임 판들(223, 223A, 223B, 223C, 223D)을 포함한다. 각 프레임 판(223)은 네개의 분할된 영역들(223A, 223B, 223C, 223D)로 형성된다. 두개의 구역들(223A, 223B)은 고정자 프레임(220)의 상부 모서리(A1, A2) 내에서 수직 중심선(V1-V1)의 양 측면에 대칭적으로 위치한다. 다른 두개의 구역들(223C, 223D)은 고정자 프레임(220)의 하부 모서리(B1, B2) 내에서 수직 중심선(V1-V1)의 양 측면에 대칭적으로 위치한다. 고정자 프레임(220)의 상부 모서리들(A1, A2) 내의 프레임 판의 두개의 구역들(223A, 223B)은 연결부(224A, 224B)에 의해 서로 연결된다. 각 연결부들(224A, 224B)은 대응하는 프레임판(223A, 223B)의 외주면을 따라 연장된다. 연결부(224A, 224B)와 프레임판(223A, 223B)은 하나의 프레임 패키지(223A, 224A, 223B, 224B)를 이룬다.
고정자 프레임(220)은 또한 고정자 프레임(220)의 가장 아래쪽 모서리들(C1, C2) 내에서 수직 중심 평면(V1-V1)의 마주보는 측면에 대칭적으로 위치한 제1 중간부(225A, 225B) 패키지를 포함한다.
고정자 프레임(220)은 또한 고정자 프레임(220)의 하부 모서리들(B1, B2) 내에서 수직 중심선(V1-V1)의 양 측면에 대칭적으로 위치한 지지 요소들(400A, 400B)을 추가로 포함한다. 프레임 판(223C, 223D)은 각 지지 요소들(400A, 400B)의 각 수직 측면에 결합된다. 지지 요소들(400A, 400B)은 고정자 프레임(220)의 외주면에 대칭적으로 위치한다. 본 실시형태에서 지지 요소들(400A, 400B)은 고정자(200)의 수평 중심 평면(H1-H1)의 아래에 전체적으로 위치한다. 바람직하게는 지지 요소들(400A, 400B)은 고정자(200)의 수평 중심 평면(H1-H1) 아래에서 각도(α1)를 이루며 위치할 수 있다. 상기 각도(α1)는 바람직하게는 10 내지 45°의 범위이다. 그러나 지지 요소들(400A, 400B)은 적어도 일부가 수평 중심 평면(H1-H1)의 위에 위치할 수도 있다. 지지 요소들(400A, 400B), 및 지지 요소들(400A, 400B) 사이의 프레임 판들(223C, 223D)은 지지 요소 패키지를 이룬다. 상기 지지 요소 패키지는 하나의 독립체로 형성될 수 있다.
프레임 판 패키지(223A, 224A, 223B, 224B)의 축(X-X) 말단과 지지 요소 패키지(400A, 223C, 400B, 223D)의 축(X-X) 말단, 및 제1 중간부(225A, 225B) 패키지의 축(X-X) 말단은 압축 접속기에 기반한 결속 수단(420)에 의해 각각의 말단 구조물(221, 222)에 결합된다. 고정자 프레임(220)의 내주면은 환형이다. 고정자 프레임(220)의 외주면은 다각형이다.
고정자 코어(210)와 고정자 프레임(220)은 동시에 독립적으로 제조될 수 있다. 고정자 코어(210)의 환상의 판들은 조립되어 완전한 고정자 코어(210)를 형성하며, 그 이후에 고정자 코어(210) 내의 틈(213) 내로 고정자 권선(211)이 권회된다. 말단 구조물(221, 222), 프레임 판(223A, 223B, 223C, 223D), 지지 요소(400A, 400B), 및 제1 중간부(225A, 225B)가 조립되어 완전한 고정자 프레임(220)을 형성한다. 이후 고정자 코어(210)가 결속 어레인지먼트(300)에 의해 고정자 프레임(220)에 결합되는데, 이는 도 7 및 8을 통해 보다 자세히 설명된다.
고정자(200)는 지지 요소(400A, 400B)에 의해 전기 기계의 지지 구조물(500) 상에 지지된다. 상기 지지 구조물(500)은 현장 바닥(F1) 상에 지지된다. 지지 요소(400A, 400B)는 압축 접속기에 기반한 결속 수단에 의해 지지 구조물(500)에 결합된다. 지지 요소(400A, 400B)의 지지 표면, 즉, 지지 구조물(500) 상에서 지지 요소(400A, 400B)이 지지되는 표면은 각도(α1)를 이룬다.
도 6은 선택적인 고정자 프레임 구조의 확대도를 나타낸다. 고정자 프레임(220)은 두개의 말단 구조물들(221, 222)과, 상기 말단 구조물들(221, 222) 사이의 프레임 판(223)을 포함한다. 도 5에 도시된 네개의 분리된 프레임 판들(223A, 223B, 223C, 223D)은 도 6에서 확대되어, 그 모서리들이 서로 결합하여 고정자 코어(210)를 둘러싸는 연속적인 환상 구조물을 형성하는 프레임 판(223)을 이루고 있다. 이에 따라 프레임 판(223)은 고정자 코어(210) 전체를 따라 연장되는 디스크를 형성한다. 고정자 프레임(220)의 양쪽 상부 모서리(A1, A) 내에서 수직 중심 평면(V1-V1)의 반대 측면에 대칭적으로 위치하는 제2 중간부(226A, 226B)가 있다. 상기 제2 중간판(226A, 226B)은 각각의 말단 구조물(221, 222)과 인접한 프레임 판(223) 사이, 및 인접한 프레임 판(223)들 사이에 위치한다. 고정자 프레임(220)의 하부 모서리(B1, B2) 내의 중심 수직 평면(V1-V1)의 반대 측면에 추가의 지지 요소들(400A, 400B)이 대칭적으로 위치한다. 상기 지지 요소들(400A, 400B)은 각각의 말단 구조물(221, 222)과 인접한 프레임 판(223) 사이, 및 인접한 프레임 판(223)들 사이에 위치한다. 고정자 프레임(220)의 가장 아래쪽 모서리(C1, C2) 내의 중심 수직 평면(V1-V1)의 반대 측면에 추가의 제1 중간부(225A, 225B)가 존재한다. 상기 제1 중간부(225A, 225B)는 각각의 말단 구조물(221, 222)과 인접한 프레임 판(223) 사이, 및 인접한 프레임 판(223)들 사이에 위치한다. 고정자 프레임(220)은 축(X-X) 방향으로 뻗어 고정자 프레임(220) 전체를 관통하는 막대(410)에 의해 지지된다. 고정자 프레임(220)의 가장 아래쪽 모서리(C1, C2) 내에서 상기 막대(410)는 프레임 판(223) 및 상기 제1 중간부(225A, 225B) 내의 구멍을 통해 연장된다. 고정자 프레임(220)의 하부 모서리(B1, B2) 내에서 상기 막대(410)는 프레임 판(223) 및 지지 요소(400A, 400B) 내의 구멍을 통해 연장된다. 고정자 프레임(220)의 상부 모서리(A1, A2) 내에서 상기 막대(410)는 프레임 판(223) 및 제2 중간부(226A, 226B) 내의 구멍을 통해 연장된다. 상기 막대(410)의 양 말단에는 나사산이 형성되어 있다. 너트에 의해 막대(410)가 말단 구조물(221, 222)에 고정된다.
도 7은 고정자 코어와 고정자 프레임 사이의 결속 어레인지먼트의 제1 부등각 투영도를 나타내고, 도 8은 제2 부등각 투영도를 나타낸다.
고정자 코어(210)는 두 말단(310, 320)을 포함하는 결속 브라켓(300)에 의해 고정자 프레임(220)에 결합되는데, 상기 말단(310, 320)은 가지(310, 320)를 형성한다. 상기 두개의 가지(310, 320)는 서로 수직이다. 결속 브라켓(300)의 상기 두개의 가지(310, 320)는 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)을 수용하기 위한 적어도 하나의 개구(311)를 포함한다. 상기 개구(311)의 직경은 개구(311)를 통과하는 결속 수단(350)의 직경보다 약간 클 수 있다. 한편 상기 개구(311)는 결속 수단(350)이 개구(311) 내에 위치하였을때, 고정자 코어(210)가 고정자 프레임(220)에 대하여 약간씩 움직일 수 있도록, 길쭉한 형태 또는 적절한 다른 형태를 가질 수 있다. 이에 의해 고정자 코어(210)를 고정자 프레임(220)에 고정시키기 위해 결속 수단(350)이 죄어지기 전에, 고정자 프레임(220)에 대해 고정자 코어(210)를 방사방향 및 축방향으로 중심정렬시킬 수 있게 된다. 고정자 코어(210)는 프레임 판(223) 및 말단 구조물(221, 222)에서 결속 브라켓(300)에 의해 고정자 프레임에 결합된다. 백 비임(212)과 각 프레임 판(223) 사이의 접속부에는 네 개의 결속 브라켓(300)이 있다. 결속 브라켓(300)들은 백 비임(212)의 반대 측면, 및 프레임 판(223)의 반대 측면에 위치한다. 결속 브라켓(300)의 제2 가지(320)는 고정자 코어(210)의 외부 표면에 대응하여 위치하고, 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)는 프레임 판(223)의 측표면에 대응하여 위치한다. 백 비임(212)의 측면에서 결속 브라켓(300)의 제2 가지(320)들은 서로 결합하며, 또한 결속 브라켓(300)의 수평방향 가지들(320)과 백 비임(212)을 수평으로 관통하는 결속 수단(330)에 의해 백 비임(212)에 결합된다. 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)는 프레임 판(223)의 반대면에서 서로 결합하며, 또한 결속 브라켓(300)의 제1 가지들(310)과 프레임 판(223)을 수평으로 관통하는 결속 수단(350)에 의해 프레임 판(223)에 결합된다. 결속 브라켓(300)은 또한 고정자 코어(210)를 고정자 프레임(220)의 말단 구조물(221, 222)에 결합시키기 위한 상응하는 방식으로 사용될 수도 있다. 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)는 수직이고, 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)는 수평이다.
도 8은 백 비임(212)의 외부 표면과 고정자 프레임(220)의 내부 표면 사이의 간격(E1)을 보이고 있다. 이 간격(E1)은 고정자 프레임(220)에 대해 고정자 코어(210)를 중심정렬할 수 있도록 하기 위해 필요하다. 본 도면에서는 또한 백 비임(212)이 고정자 코어(210)의 외부 표면에 결합된 용접부(W)를 보이고 있다.
도 9는 본 전기 기계의 결속 어레인지먼트에 사용될 수 있는 결속 수단을 나타낸다. 결속 브라켓(300)을 프레임 판들(223, 223A, 223B, 223C, 223D), 백 비임(212), 및 말단 구조물(221, 222)에 결합시키기 위한 결속 수단(350)이 사용될 수 있다. 상기 결속 수단(350)은 또한 지지 요소(400A, 400B)를 지지 구조물(500)에 결합시키기 위해 사용될 수도 있다. 상기 결속 수단(350)은 압축 접속기에 기반한 것이다. 압축 접속기는 나사(351), 및 상기 나사(351)의 자유 말단에 나사결합하는 너트(352)에 의해 실현될 수 있다. 너트(353)가 상기 나사(351)의 다른쪽 말단에 영구적으로 결합되거나 또는 나사(351)의 일부를 형성할 수 있다. 압축 접속기는 또한 적어도 양쪽 말단에 나사산을 가지는 막대에 의해 실현될 수도 있다. 이에 따라 상기 막대의 각 말단에는 너트가 결합된다.
도 10은 본 전기 기계의 결속 어레인지먼트에 사용될 수 있는 결속 브라켓의 제2 실시예를 나타낸다. 상기 결속 브라켓(300)은 제1 말단(310) 및 제2 말단(320)을 포함한다. 상기 결속 브라켓(300)의 제1 말단(310)은 두 개의 개구(311)를 포함하고 상기 결속 브라켓(300)의 제2 말단(300)은 하나의 개구(311)를 포함하는데, 이는 결속 브라켓(300)의 상기 제1 말단(310) 내의 개구(311)의 방향과 수직 방향을 이룬다. 결속 브라켓(300)의 제1 말단(310)은 고정자 프레임(220)에 결합될 수 있고 결속 브라켓(300)의 제2 말단(300)은 고정자 코어(210), 즉 백 비임(212)에 결합될 수 있다.
본 도면들은 또한 백 비임(212)의 말단에 두 개의 별개의 결속 브라켓(300)을 나타내는데, 이들은 예를 들면 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)의 끝단으로부터 서로 연결될 수 있다. 두개의 결속 브라켓(300)들은 또한 두개의 말단, 즉 두개의 가지에 의해 하나의 결속 브라켓을 형성할 수 있다. 예를 들어 두개의 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)는 반원을 형성한다. 두개의 제2 가지들(320)이 상기 반원의 마주보는 면에 결합된다. 상기 반원은 백 비임(212)을 위한 틈을 가질 수도 있다.
각각의 결속 브라켓(300)은 두 말단(310, 320)을 포함한다. 상기 두 말단(310, 320)은 결속 브라켓(300)의 제1 실시형태에서의 두개의 가지들(310, 320)로 이루어진다. 상기 두개의 가지들(310, 320)은 바람직하게는 서로 수직이다. 상기 두개의 가지들(310, 320)은 이에 따라 L자 형태를 띈다. 여기서 필수적으로 결속 브라켓(300)은 고정자 프레임(220)에 결합될 수 있는 제1 말단(310)과, 고정자 코어(210)에 결합될 수 있는 제2 말단(320)을 가진다. 상기 가지들(310, 320)의 형태나 구조는 그리 중요한 것은 아니다.
진동에 의해 너트(352)가 느슨해지는 것을 방지하기 위해 너트(352)에는 마찰 증가 수단이 구비될 수 있다. 상기 결속 수단(350)에는 또한 진동에 의해 너트(352)가 느슨해지는 것을 막기 위해 너트(352) 아래에 탄성 와셔가 구비될 수도 있다.
도 6에 나타낸 고정자 프레임(220)의 실시예에서는 별개의 지지 요소들(400A, 400B)이 포함될 수 있다. 이는 각 지지 요소들(400A, 400B)이 별개의 독립체임을 의미한다. 이들 별개의 지지 요소들(400A, 400B)은 바람직하게는 주철에 의해 주조될 수 있다. 상기 지지 요소들(400A, 400B)의 적합한 재료는 GJS-400이다.
도 5에 나타낸 고정자 프레임(220)의 실시형태는 지지 요소(400A, 400B)가 프레임 판(223C, 223D)과 함께 지지 요소 패키지를 이루는 어레인지먼트를 포함하고 있다. 상기 지지 요소 패키지(400A, 223C, 400B, 223D) 전체는 바람직하게는 고정자 프레임(220)의 하부 모서리(B1, B2)에서 하나의 독립체로서 주철로 주조될 수 있다.
고정자(200)의 축(X-X)의 길이는 말단 구조물(221, 222) 사이에 필요한 프레임 판들(223, 223A, 223B, 223C, 223D)의 양을 결정한다. 매우 짧은 고정자(200)는 말단 구조물들(221, 222) 사이에 프레임 판(223, 223A, 223B, 223C, 223D) 없이 구성될 수 있다. 고정자(200)는 지지 요소(400A, 400B)에 의해 전기 기계의 지지 구조물(500)에 결합된다. 지지 요소(400A, 400B)는 고정자 프레임(220)으로부터 지지 구조물(500)에 토크를 전달한다.
본 명세서의 도면들은 결속 브라켓(300)의 각 말단(310, 320)에 하나의 결속 수단(350)만을 나타내고 있다. 그러나 결속 브라켓(300)의 각 말단(310, 320)에 둘 또는 그 이상의 결속 수단(350)들이 제공될 수도 있다.
고정자 코어(210)는 바람직하게는 압축 접속기에 기반한 결속 브라켓(300) 및 결속 수단(350)에 의해 고정자 프레임(220)에 결합될 수 있다. 그러나, 용접 등과 같은 종래의 방법으로 고정자 코어(210)를 고정자 프레임(220)에 결합하는 것도 가능하다.
백 비임(212)은 용접에 의해 고정자 코어(210)에 결합되나, 예를 들면 피쉬테일(fishtail) 형태의 결속구로써 고정자 코어(210)에 결합될 수도 있다.
지지 브라켓(300)을 고정자 코어(210)에 결속시키는 것은 본 명세서의 도면들 내의 고정자 코어(210)의 외부 표면에 백 비임(212)을 용접함으로써 행해질 수도 있다. 또 다른 가능한 태양으로는, 고정자 코어(210)의 외부 표면 위에 소형 판들을 용접할 수도 있다. 상기 판에는 방사방향으로 나사산이 형성된 구멍이 구비될 수 있다. 그러면 결속 브라켓(300)은 결속 브라켓(300)의 제2 가지(320)를 관통하는 방사방향으로 연장되는 나사에 의해 고정자 코어(210)에 결합될 수 있게 된다. 백 비임(212)과, 고정자 코어(210)의 외부 표면에 용접된 상기 판들은 지지 브라켓(300)을 위한 지지 수단을 형성한다.
두 부재 사이의 압축 접속기는 결속 수단으로서 나사와 너트를 이용함으로써 유리하게 얻어질 수 있다. 상기 나사와 너트는 서로 결합하는 두 부재 사이의 압축 접속기를 형성한다. 상기 압축 접속기는 또한 결속 수단으로 나사와 너트가 사용될 경우 나사결합부(threaded joint)라고 불릴 수도 있다. 압축 접속기는 또한 예를 들면 가열된 리벳으로 얻어질 수도 있는데, 이는 리벳이 냉각되면 서로 결합하여 두 부재 사이의 압축 접속기를 형성하게 된다. 본 발명의 해당 분야의 기술자라면, 기술이 진보함에 따라 본 발명의 기술사상이 다양하게 적용될 수 있다는 것을 자명하게 이해할 것이다. 본 발명 및 그 실시형태들은 상기 설명된 예시들에 국한되지 않으며, 청구범위 내에서 다양할 수 있다.

Claims (11)

  1. 로터(100),
    상기 로터를 둘러싼 고정자(200), 및
    지지 구조물(500)
    을 포함하며,
    상기 고정자는 종방향 중심축(X-X), 고정자의 중심축을 통과하는 수평방향 중심 평면(H1-H1), 및 고정자의 중심축을 통과하는 수직방향 중심 평면(V1-V1)을 가지고,
    상기 고정자(200)는 박판적층 구조물과 고정자 권선(211)을 위한 틈(213)을 구비한 원통형 고정자 코어(210) 및 고정자 코어(210)를 둘러싸는 고정자 프레임을 포함하는 전기 기계로서,
    고정자 프레임(220)이 서로 축(X-X) 거리 만큼 떨어져 위치한 두개의 마주보는 말단 구조물(221, 222)들과, 상기 말단 구조물(221, 222)들 사이에 위치한 적어도 하나의 프레임 판(223A, 223B, 223C, 223D)을 포함하며,
    각 프레임 판(223A, 223B, 223C, 223D)이 네 개의 분할된 영역들로 이루어져, 그 중 두 개의 프레임 판 영역들(223A, 223B)은 고정자 프레임(220)의 상부 모서리들(A1, A2) 내에서 수직 중심선(V1-V1)의 양쪽 측면에 대칭적으로 위치하고, 다른 두 개의 프레임 판 영역들(223C, 223D)은 고정자 프레임(220)의 하부 모서리들(B1, B2) 내에서 수직 중심선(V1-V1)의 양쪽 측면에 대칭적으로 위치하며,
    상기 고정자 프레임(220)의 상부 모서리(A1, A2)의 프레임 판의 두 개의 영역들(223A, 223B)은 각각의 상부 모서리에서 함께 프레임 판 영역들(223A, 223B)을 연결하는 연결부(224A, 224B)에 의해 제1 프레임 판 패키지(223A, 224A, 223B, 224B)로서 각각 형성되고, 각각의 제1 프레임 판 패키지(223A, 224A, 223B, 224B)는 고정자 프레임(220)의 말단 구조물들(221, 222) 사이에서 연장되고, 각각의 제1 프레임 판 패키지(223A, 224A, 223B, 224B)의 각 축(X-X) 말단은 압축 접속기에 기반한 결속 수단(420)에 의해 고정자 프레임(220)의 각각의 말단 구조물(221, 222)에 결합되며,
    고정자 프레임(220)의 하부 모서리들(B1, B2) 내 두 개의 프레임 판 영역들(223C, 223D)은 수직 중심선(V1-V1)의 양 측면에 대칭적으로 위치한 지지 요소들(400A, 400B) 및 각 지지 요소들(400A, 400B)의 각 축(X-X) 말단에 프레임 판 영역들(223C, 223D)을 포함하는 지지 요소 패키지(400A, 223D; 400B, 223C)의 일부로서 형성되고, 상기 지지 요소 패키지(400A, 223D; 400B, 223C)는 하나의 독립체로서 주철(cast iron)로 주조될 수 있고, 각각의 지지 요소 패키지(400A, 223D; 400B, 223C)는 고정자 프레임(220)의 말단 구조물들(221, 222) 사이에서 연장되고, 각각의 지지 요소 패키지(400A, 223D; 400B, 223C)의 각 축(X-X) 말단은 압축 접속기에 기반한 결속 수단(420)에 의해 각각의 고정자 프레임(220)의 말단 구조물(221, 222)에 결합되고, 각 지지 요소(400A, 400B)는 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)에 의해 지지 구조물(500)에 결합되어, 고정자 프레임(220)이 지지 요소들(400A, 400B)를 통해 지지 구조물(500)에 결합되며,
    상기 고정자 프레임(220)은 각 프레임 판 영역들(223A, 224A; 223B, 224B) 및 고정자 코어(210) 사이 및 각 말단 구조물들(221, 222) 및 고정자 코어(210) 사이에서 연장되는 결속 브라켓(300)에 의해 고정자 프레임(210)에 결합되고, 상기 결속 브라켓(300)은 고정자 프레임(220)에 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)에 의해 부착되는 제1 가지(310) 및 고정자 코어(210)에 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)에 의해 부착되는 제2 가지(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 프레임(220)이 고정자 프레임(220)의 가장 아래쪽 모서리들(C1, C2) 내에 수직 중심선(V1-V1)의 서로 반대되는 측면들에 대칭적으로 위치하는 제1 중간부(225A, 225B)의 패키지를 추가로 포함하며, 제1 중간부(225A, 225B)의 각 패키지는 고정자 프레임(220)의 말단 구조물들(221, 222) 사이에서 연장되고, 제1 중간부(225A, 225B)의 각각의 패키지의 각 축(X-X) 말단은 압축 접속기에 기반한 결속 수단(420)에 의해 고정자 프레임(220)의 각각의 말단 구조물(221, 222)에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 결속 브라켓(300)의 각각의 말단(310, 320)은 적어도 하나의 개구(311)를 가지며, 상기 브라켓(300)이 상기 고정자 프레임(220) 및 상기 고정자 코어(210)에 각각 연결될 때, 상기 결속 수단(350)은 상기 결속 브라켓(300)의 개구(311)를 통과하여, 상기 개구(311)와 결속 수단(350)은 고정자 코어(210)를 고정자 프레임(220)에 고정시키기 위해 상기 결속 수단(350)이 죄어지기 전에 고정자 프레임(220)에 대해 방사방향(R) 및 축방향(X-X)으로 고정자 코어(210)가 중심정렬될 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 결속 브라켓(300)이 서로 수직인 두개의 가지(310, 320)를 포함하고, 그에 따라 제1 가지(310)가 결속 브라켓(300)의 제1 말단을 형성하고 제2 가지(320)가 결속 브라켓(300)의 제2 말단을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  10. 제9항에 있어서,
    고정자 코어(210)의 외부 표면에 부착되고 고정자(200)의 축방향(X-X)으로 연장되는 백 비임(back beam)(212)을 추가로 포함하고, 상기 결속 브라켓(300)의 제2 가지(320)가 상기 백 비임(212)에 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결속 브라켓(300)이 상기 백 비임(212)의 양쪽 측면 및 프레임 판(223)의 양쪽 측면에 위치하여, 결속 브라켓(300)의 제2 가지(320)가 고정자 코어(210)의 외부 표면에 안착하고 결속 브라켓(300)의 제1 가지(310)가 프레임 판(223)에 안착하며,
    그에 따라 프레임 판(223)의 양쪽 측면 상의 마주보는 두개의 결속 브라켓(300)의 제1 가지들(310)이 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)에 의해 프레임 판(223)에 결합되고,
    백 비임(212)의 양쪽 측면 상의 마주보는 두개의 결속 브라켓(300)의 제2 가지들(320)이 압축 접속기에 기반한 결속 수단(350)에 의해 백 비임(212)에 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
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