KR102067406B1

KR102067406B1 - 회전하는 전기 기계의 회전자

Info

Publication number: KR102067406B1
Application number: KR1020197010156A
Authority: KR
Inventors: 사브리나 슐츠; 크리스토프 발저
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2020-01-17
Also published as: EP3476023A1; WO2018050318A1; EP3297129A1; KR20190040369A

Abstract

본 발명은 회전하는 전기 기계(3), 특히 동기기(synchronous machine)(44)의 회전자(2)에 관한 것이고, 상기 회전자는 샤프트(shaft)(4) 및 하나 이상의 적층 철심(laminated core)(8)을 포함하고, 이때 상기 샤프트(4)와 상기 하나 이상의 적층 철심(8) 사이는 원심 방향(radial direction)(R)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결되고, 이때 상기 하나 이상의 적층 철심(8)은 부분 적층 철심들(10)을 포함하며, 상기 부분 적층 철심들은 축 방향(A)으로 연속적으로 연장된다. 매우 부드러운 동작을 달성하기 위해, 적어도 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10) 사이에 클램핑 소자(clamping element)(18)가 배치되도록 제안되고, 이때 상기 클램핑 소자(18)와 상기 이웃한 부분 적층 철심들(10) 중 하나 이상의 부분 적층 철심 사이는 강제 결합 방식으로 연결된다.

Description

회전하는 전기 기계의 회전자

본 발명은 회전하는 전기 기계, 특히 동기기(synchronous machine)의 회전자에 관한 것이고, 상기 회전자는 회전 축을 중심으로 회전 가능한 샤프트(shaft) 및 상기 샤프트를 중심으로 둘레 방향으로 배치되어 있는 복수의 적층 철심(laminated core)을 포함하고, 이때 상기 샤프트와 상기 적층 철심들 사이는 각각 원심 방향(radial direction)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결되고, 이때 상기 적층 철심들 각각은 부분 적층 철심들을 포함하며, 상기 부분 적층 철심들은 축 방향으로 연속적으로 연장된다.

계속해서 본 발명은, 상기 유형의 회전자를 하나 이상 포함하는 회전하는 전기 기계, 특히 동기기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 유형의 회전하는 전기 기계를 하나 이상 구비한 포드 드라이브(pod drive)에 관한 것이다.

그 밖에 본 발명은 상기 유형의 포드 드라이브를 하나 이상 구비한 선박에 관한 것이다.

상기 유형의 회전하는 전기 기계, 예를 들어 전동기 또는 발전기는 특히 선박 구조에 존재하고, 바람직하게 1 메가와트(megawatt) 이상의 출력을 갖는다. 상기 회전하는 전기 기계는 특히 동기기로 구현되어 있고, 고정자와 샤프트 및 하나 이상의 적층 철심을 구비한 회전 축을 중심으로 회전 가능한 회전자를 포함한다. 상기 하나 이상의 적층 철심은 복수의 극(pole)을 포함하고, 상기 극들은 예를 들어 특히 코일들(coils)을 구비한 전자석들 또는 영구 자석들로 구현되어 있다. 상기 샤프트의 구현에 따라서, 심지어 단락 상황(short-circuit)에서도 상기 회전자와 상기 고정자가 접촉하지 않으면서, 상기 회전자의 적층 철심이 상기 샤프트에 고정되는 서로 다른 가능성들이 존재한다. 또한, 소음 강도에 대한 요구조건들이 있는 경우가 많은데, 이는 부드러운 동작을 전제로 한다.

회전하는 전기 기계의 출력 및 크기를 고객의 요구조건들에 비용 저렴하게, 그리고 간단하게 맞출 수 있기 위해, 상기 기계는 모듈식(modular)으로 형성되고, 이와 같은 방식으로 예를 들어 동일한 작동부들을 부가 또는 제거함으로써 크기 및 출력에서 모듈식으로 조정될 수 있다.

특허 출원서 DE 657 790 C호는, 특히 콘크리트 기반(concrete foundation)에 고정되어 있는 회전하는 대형 전기 기계의 하우징(hounsing) 내에서 적층 철심의 고정을 공지한다. 상기 회전하는 전기 기계는, 하우징 벽들(housing walls)에 고정되어 있는 적층 철심용 지지 프리즘들(supporting prisms)을 포함한다. 상기 프리즘들을 지지하는 상기 하우징 벽들은 유연하게 구현되어 있다.

특허 출원서 EP 1 756 928 B1호는 회전자를 구비한 동기 전동기를 공지하고, 상기 회전자 상에는 자석들이 클램핑 소자들(clamping elements)에 의해 고정되어 있으며, 이때 상기 클램핑 소자들은 상기 회전자에 배치되고 상기 자석들 사이에 배치된 핀들(pins)로 구성되어 있다. 상기 회전자를 등지는 측에서 상기 핀들의 적어도 섹션 방식의 확장을 구현하도록, 그루우브들(grooves)이 상기 핀들 내로 제공되어 있다.

특허 출원 공개 공보 DE 10 329 651 A1호는 다각형 횡단면을 갖는 리니어 모터(linear motor)를 공지하고, 상기 다각형 횡단면은 다각형으로 배치된 복수의 적층 철심 및 주변을 둘러싸는 와인딩 코일들(winding coils)을 구비한 제1 부분을 포함한다. 간단한 방식으로 서로 다른 출력들의 다양한 전동기들을 제조하기 위해, 적층 철심들은 모듈식으로 서로 다른 복수의 적층 철심으로 이루어진 제1 부분으로 결합된다. 이와 같은 리니어 모터들은 짧은 구조적 형상에서 높은 추력(thrust)을 특징으로 한다.

특허 출원 공개 공보 EP 3 001 542 A1호는 전기 기계의 영구 자석 여자 된 회전자를 기술하고, 상기 전기 기계는 고정자, 회전자 및 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 배치되어 있는 에어 갭(air gap)을 포함한다. 상기 회전자는 회전자 몸체를 포함하고, 상기 회전자 몸체는 중심 회전 축을 중심으로 회전하도록 제공되어 있고 또한 자성 재료 내에 삽입된 영구 자석들을 포함한다. 상기 영구 자석들은 내부 단부 및 외부 단부를 갖고, 이때 상기 영구 자석들의 외부 단부는 상기 에어 갭 가까이에서 상기 에어 갭을 제한하는 회전자의 둘레에 배치되어 있다. 상기 영구 자석들의 외부 단부의 적어도 일부는 상기 자성 재료에 의해 덮여 있지 않다.

본 발명의 과제는, 매우 부드러운 동작을 갖는, 특히 동기기의 회전자를 제공하는 것이다,

상기 과제는 본 발명에 따라 회전하는 전기 기계, 특히 동기기의 회전자에 의해 해결되고, 상기 회전자는 회전 축을 중심으로 회전 가능한 샤프트 및 상기 샤프트를 중심으로 둘레 방향으로 배치되어 있는 복수의 적층 철심을 포함하고, 이때 상기 샤프트와 상기 적층 철심들 사이는 각각 원심 방향으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결되고, 이때 상기 적층 철심들 각각은 부분 적층 철심들을 포함하며, 상기 부분 적층 철심들은 축 방향으로 연속적으로 연장되고, 이때 적어도 적층 철심의 이웃한 2개의 부분 적층 철심 사이에 클램핑 소자가 배치되어 있고, 이때 상기 클램핑 소자와 상기 이웃한 부분 적층 철심들 중 하나 이상의 부분 적층 철심 사이는 강제 결합 방식으로 연결되며, 이때 상기 클램핑 소자의 적어도 일부는 샤프트를 향할수록 증가하는 가변적인 두께를 갖고, 이때 상기 부분 적층 철심들은 상기 클램핑 소자의 가변적인 두께에 의해 회전 축에 대해 비스듬하게 클램핑 되어 있다.

계속해서 상기 과제는 본 발명에 따라 상기 유형의 회전자를 하나 이상 포함하는 회전하는 전기 기계, 특히 동기기에 의해 해결된다.

또한, 상기 과제는 본 발명에 따라 상기 유형의 회전하는 전기 기계를 하나 이상 구비한 포드 드라이브에 의해 해결된다.

그 밖에 상기 과제는 본 발명에 따라 상기 유형의 포드 드라이브를 하나 이상 구비한 선박에 의해 해결된다.

회전자와 관련하여 다음에서 기술된 장점들 및 바람직한 형성예들은 회전하는 전기 기계, 포드 드라이브 및 선박에도 유사하게 적용된다.

본 발명은, 매우 부드러운 동작을 갖는, 특히 동기기의 출력 및 크기에서 조정 가능한 회전자를 제시하는 아이디어에서 출발한다. 상기 회전자 상에는 특히 복수의 적층 철심이 샤프트를 중심으로 둘레 방향으로 배치되어 있고, 이때 하나의 적층 철심은 축 방향으로 연속적으로 상기 샤프트에 배치되어 있는 복수의 부분 적층 철심을 포함한다. 상기 부분 적층 철심들은 예를 들어 영구 자석들을 포함하거나, 또는 코일에 의해 둘러싸이기에 적합하다. 상기 부분 적층 철심들은 적어도 원심 방향으로 상기 샤프트와 형상 결합 방식으로 연결된다. 상기 유형의 원심 방향으로 작용하는 형상 결합 방식의 연결은, 예를 들어, 상기 부분 적층 철심들이 축 방향으로 상기 샤프트 상으로 이동됨으로써 구현된다. 상기 샤프트에 고정된 개별적인 부분 적층 철심들에 의해, 서로 다른 출력의 전기 기계들에 적합한 상기 회전자의 다양한 길이들이 구현된다. 부분 적층 철심들로 거의 임의로 조합 가능한 표준 구성 부품들을 사용함으로써, 상기 회전자는 간단하고도 비용 저렴하게 조정 가능하다. 상기 부분 적층 철심들이 가이드 그루우브(guide groove) 내에서 이동하고, 그럼으로써 진동하지 않도록, 적어도 이웃한 2개의 부분 적층 철심 사이에 클램핑 소자가 배치되어 있다. 상기 클램핑 소자는 이러한 클램핑 소자에 이웃한 하나 이상의 부분 적층 철심과 추가적으로 강제 결합 방식으로 연결된다. 상기 강제 결합 방식의 연결은 상기 샤프트 상에서 적층 철심의 고정을 야기하고, 특히 작동 중에 발생하는 원심력에서, 상기 그루우브 내에서 부분 적층 철심들의 진동을 방지하는데, 이는 상기 회전자의 부드러운 동작에 긍정적으로 작용한다.

상기 클램핑 소자의 적어도 일부는 가변적인 두께를 갖는다. 특히 상기 클램핑 소자의 두께는 샤프트 쪽으로 원심 방향으로 확대된다. 상기 가변적인 두께에 의해 부분 적층 철심은 간단하게 클램핑 될 수 있고, 그에 따라 고정될 수 있다.

바람직한 하나의 실시 형태에서 클램핑 소자는 샤프트로부터 분리된 소자로 구현되어 있다. 별도의 부품을 사용함으로써, 상기 샤프트도 간단하고도 비용 저렴하게 조정될 수 있다. 또한, 별도의 부품을 사용함으로써, 상기 클램핑 소자를 형성할 때 더 많은 자유가 주어진다. 예를 들어, 회전자의 전기적 또는 기계적 특성들을 최적화하기 위해, 상기 샤프트와 다른 재료가 상기 클램핑 소자를 위해 사용될 수 있다.

바람직하게 상기 클램핑 소자는 쐐기형 플레이트(wedge-shaped plate)로 구현되어 있다. 쐐기형 플레이트는, 그 두께가 적어도 부분적으로 변경되는 길이 방향으로 프로파일링(profiling) 된 플레이트이다. 상기 쐐기형 플레이트를 제조할 때 상기 유형의 두께 변경은 예를 들어 롤 스탠드(roll stand)를 통해 재료가 통과하는 동안에 롤 갭(roll gap)의 연속적인 설정에 의해 달성된다. 특히 상기 쐐기형 플레이트의 두께는 샤프트 쪽으로 증가하고, 그럼으로써 부분 적층 철심들은 압력에 의해 회전 축에 대해 비스듬하게 클램핑 된다. 상기 유형의 쐐기형 플레이트들은 견고하고 쉽게 제조된다.

바람직하게 상기 클램핑 소자는 스프링 플레이트(spring plate)로 구현되어 있다. 부분 적층 철심들은 작동 중에 가열되고, 그럼으로써 팽창된다. 스프링 플레이트로 구현된 상기 클램핑 소자는 상기 열 팽창을 압축 응력의 변경에 의해 보상한다.

특히 바람직한 방식으로 상기 스프링 플레이트는 실질적으로 Y-형으로 형성되어 있다. 상기 Y-형에 의해 열 팽창을 보상하기 위한 스프링 효과(spring effect)가 간단하고도 신뢰할 만하게 구현된다.

바람직한 하나의 실시 형태에서 클램핑 소자는 비자성 재료로부터 형성되어 있다. 특히 상기 클램핑 소자는, 다른 강철들과 비교해서 더 높은 강성 및 더 높은 탄성 한계를 갖는 스프링 강(spring steel)으로 구성되어 있다. 특히 상기 스프링 강은 적어도 1000N/㎟의 탄성 한계를 갖는다. 부분 적층 철심들 사이의 간격이 특히 밀리미터(millimeter) 범위 내에 있기 때문에, 상기 클램핑 소자의 비자성 재료는 적층 철심의 전자기 특성들에 영향을 미친다면, 무시할 정도로만 미친다.

바람직하게 샤프트는 연자성 재료로부터 형성되어 있다. 경험에 따르면, 상기 유형의 재료는, 회전자의 전자기 특성들의 관점에서 특히 바람직한 것으로 입증되었다.

바람직한 또 다른 형성예에서 하나 이상의 적층 철심의 부분 적층 철심들을 원심 방향으로 고정하기 위해 축 방향으로 진행하는 가이드 그루우브 또는 가이드 레일(guide rail)이 제공되어 있다. 상기 유형의 가이드 그루우브 또는 가이드 레일은 예를 들어 샤프트 내로 밀링(milling) 된다. 상기 샤프트와 상기 부분 적층 철심들 사이가 형상 결합 방식으로 연결되기 위해, 상황에 따라 해제될 수 있는 예를 들어 나사 또는 볼트(bolt)와 같은 추가적인 연결 소자들이 필요하지 않기 때문에, 상기 유형의 형상 결합 방식으로의 연결은 신뢰할 만하고 간단하게 제조된다.

특히 바람직한 방식으로 상기 가이드 그루우브는 해머 헤드 그루우브(hammer head groove) 또는 더브테일 그루우브(dovetail groove)로 형성되어 있다. 해머 헤드 그루우브 또는 더브테일 그루우브는 형상 결합 방식으로 연결되기 위해 입증된, 그리고 신뢰할 만한 프로파일(profile)을 갖는 그루우브이다.

바람직한 하나의 형성예에서 이웃한 2개의 부분 적층 철심 중 하나 이상의 부분 적층 철심은 클램핑 소자의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스(recess)를 포함한다. 상기 리세스는 특히 상기 클램핑 소자의 형태에 대응하도록 구현되어 있다. 상기 유형의 리세스에 의해 부분 적층 철심과 샤프트 사이의 접촉면은 더 크고, 그럼으로써 강제 결합 방식의 연결은 더 강하고 더 신뢰할 만하다.

바람직하게 부분 적층 철심들은 영구 자석들을 포함한다. 상기 유형의 회전자 설계에 의해 상기 영구 자석들은, 기계적 및 전기적 요구조건들에 따라, 더 낮은 복잡성으로 회전자 상에 배치될 수 있다. 특히 폴 페어(pole pair)의 수와 관련하여 상기 회전자의 조정이 간단하고도 비용 저렴하게 구현 가능하다.

바람직한 또 다른 실시 형태에서 부분 적층 철심들을 통해 냉각제용 냉각 채널들(cooling channels)이 진행하고, 이때 클램핑 소자는 이웃한 부분 적층 철심들 사이로 냉각제가 방해 없이 관류하도록 크기 설정되어 있다. 상기 유형의 냉각 채널들에 의해 특히 영구 자석들이 효과적으로 냉각된다. 상기 클램핑 소자의 존재는 냉각력에 영향을 미친다면, 무시할 정도로만 영향을 미친다.

특히 바람직한 방식으로 하나 이상의 적층 철심의 하나 이상의 축 방향 단부에 상기 하나 이상의 적층 철심을 제한하기 위한 종료 소자가 배치되어 있다. 상기 유형의 종료 소자에 의해 부분 적층 철심들은 축 방향으로, 특히 탄성적으로 고정된다. 특히 해제 가능한 종료 소자에 의해 상기 부분 철심들은 간단하고도 신속하게 보수 및 교체될 수 있다.

바람직하게 상기 하나 이상의 적층 철심과 상기 종료 소자 사이는 형상 결합 방식으로 연결된다. 형상 결합 방식의 연결은 바람직한데, 그 이유는 상기 연결부가 신뢰할 만하고 파괴되지 않고 해제 가능하기 때문이다.

바람직하게 상기 종료 소자는 샤프트와 해제 가능하게 연결되어 있다. 해제 가능한 연결부에 의해 상기 종료 소자는 쉽게, 그리고 상기 샤프트를 손상시키지 않으면서 교체 가능하다.

특히 바람직한 방식으로 상기 종료 소자는 플레이트 또는 볼트로 구현되어 있다. 특히 상기 플레이트는 상기 샤프트와 나사 결합된다. 플레이트 또는 볼트는, 적층 철심의 높은 유지 보수성을 보장하는 신뢰할 만하고 단순한 연결 소자들이다.

다음에서 본 발명은 도면들에 도시된 실시예들에 의해 더 상세하게 기술 및 설명된다.
도 1은 회전자의 제1 실시 형태의 3차원 단면도이고,
도 2는 회전자의 제1 실시 형태의 종단면도이며,
도 3은 이웃한 2개의 부분 적층 철심 영역에서 도 1에 따른 회전자의 제1 실시 형태의 확대 종단면도이고,
도 4는 회전자의 제2 실시 형태의 종단면도이며,
도 5는 클램핑 소자의 3차원도이고,
도 6은 적층 철심의 영역에서 회전자의 제2 실시 형태의 3차원 부분 확대 단면도이며,
도 7은 적층 철심의 영역에서 회전자의 제3 실시 형태의 확대 단면도이고,
도 8은 회전하는 전기 기계의 단면도이며, 그리고
도 9는 포드 드라이브를 구비한 선박의 단면도이다.

서로 다른 도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 의미를 갖는다.

도 1은 회전자(2)의 제1 실시 형태의 3차원 단면도를 보여준다. 1 메가와트 이상의 최대 출력을 갖는 회전하는 전기 기계에 적합하고 1 미터(meter) 이상의 지름을 갖는 상기 회전자(2)는 중공 샤프트(hollow shaft)로 구현되어 있고 회전 축(6)을 중심으로 회전 가능한 샤프트(4)를 포함한다. 상기 회전 축은 축 방향(A), 원심 방향(R) 및 둘레 방향(U)을 규정한다. 상기 샤프트(4)의 둘레에는 2 미터 이상의 축 방향 길이를 갖는 적층 철심들(8)이 특히 회전 대칭적으로 분포되어 있고, 상기 적층 철심들은 복수의 부분 적층 철심(10)을 포함한다. 상기 부분 적층 철심들(10)은 상기 샤프트(4) 상에서 축 방향(A)으로 연속적으로 배치되어 있다. 상기 부분 적층 철심들(10)은 각각 하나 이상의 영구 자석(12)을 포함하지만, 예를 들어 코일에 의해 둘러싸이기에 적합할 수도 있다. 상기 부분 적층 철심들(10)은 원심 방향으로 둘레에 분포된 가이드 그루우브들(14)을 통해 연속적으로 상기 샤프트(4) 상으로 이동하고, 그럼으로써 개별적인 적층 철심(8)의 부분 적층 철심들(10)과 대응하는 가이드 그루우브(14) 사이는 원심 방향(R)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결된다.

도 2는 회전자(2)의 제1 실시 형태의 종단면도를 보여준다. 샤프트(4)는 드라이브 측(drive side)(AS) 및 넌-드라이브 측(non-drive side)(BS)에 각각 베어링(bearing)(16)을 포함한다. 적층 철심(8)은 예시적으로 4개의 부분 적층 철심(10)을 포함한다. 각각 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10) 사이에는 각각 하나의 클램핑 소자(18)가 배치되어 있고, 상기 클램핑 소자는 쐐기형 플레이트(20)로 구현되어 있고, 예를 들어 연자성 금속, 특히 강철로 구성되어 있다. 그러나 쐐기형 플레이트들(20)은 비자성 재료로 구성될 수도 있다. 상기 쐐기형 플레이트(20)의 일부의 두께(d)는 상기 샤프트(4)의 영역에서 선형적으로 확대된다. 상기 부분 적층 철심들(10)은 상기 쐐기형 플레이트(20)의 형태에 대응하는 리세스들을 포함한다. 상기 쐐기형 플레이트(20)의 두께(d)가 비선형적으로 확대되고, 그리고/또는 두께(d)가 전체 원심 방향 길이에 걸쳐서 확대되고, 그리고/또는 두께(d)가 일 측에서 확대되는 쐐기형 플레이트(20)의 다른 실시 형태들도 가능하며 본 발명의 대상이다. 상기 쐐기형 플레이트(20)의 가변적인 두께에 의해 상기 쐐기형 플레이트(20)와 이웃한 부분 적층 철심들(10) 사이는 강제 결합 방식으로 연결된다. 상기 적층 철심(8)의 축 방향 단부들에는 각각 상기 적층 철심(8)을 제한하기 위한 종료 소자(22)가 배치되어 있고, 이때 상기 종료 소자들(22)은 볼트(24)로 구현되어 있고 상기 샤프트(4)와 나사 결합되어 있다. 상기 종료 소자들(22)에 의해 상기 적층 철심(8)의 부분 적층 철심들(10)은 축 방향으로 포지티브 고정된다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 1의 구현에 상응한다.

도 3은 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10)의 영역에서 회전자(2)의 제1 실시예의 확대 종단면도를 보여준다. 상기 부분 적층 철심들(10)은 영구 자석들(12) 및 전기 철판들(26)의 스택(stack)을 포함하고, 상기 전기 철판들은 양측에 배치된 압력 플레이트들(pressure plates)(28) 및 부분 적층 철심(10)을 통해 진행하는 클램핑 볼트들(clamping bolts)(30)에 의해 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이웃한 부분 적층 철심들(10) 사이에는 쐐기형 플레이트(20)로 구현되어 있는 클램핑 소자들(18)이 위치한다. 축 방향 압력(32)에 의해, 그리고 상기 쐐기형 플레이트(20)에 의해 상기 부분 적층 철심들(10)은 가이드 그루우브(14) 내부에서 클램핑 된다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 2의 구현에 상응한다.

도 4는 회전자(2)의 제2 실시 형태의 종단면도를 보여준다. 적층 철심(8)의 축 방향 단부들에 있는 종료 소자들(22)은 플레이트(34)로 구현되어 있고, 샤프트(4)와 나사 결합되어 있다. 각각 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10) 사이에는, 스프링 플레이트(36)로 구현되어 있는 각각 하나의 클램핑 소자(18)가 배치되어 있다. 상기 스프링 플레이트(36)는 실질적으로 Y-형으로 형성되어 있고, 개별적인 적층 철심(8)의 부분 적층 철심들(10)이 탄성적으로 유지되도록 하며, 이때 예를 들어 열 팽창 시에 상기 스프링 플레이트(36)에 의해 압축 응력이 야기된다. 스프링 플레이트(36)로 구현된 상기 클램핑 소자(18)는 비자성 재료, 특히 스프링 강으로 구성된다. 상기 스프링 플레이트(36)의 두께가 밀리미터 범위 내에 있기 때문에, 상기 클램핑 소자(18)의 비자성 재료는 상기 적층 철심(8)의 전자기 특성들에 두드러지게 영향을 미치지 않는다.

상기 부분 적층 철심들(10)을 통해 냉각제용 냉각 채널들(38)이 진행하고, 이때 스프링 플레이트(36)로 구현된 상기 클램핑 소자(18)는 이웃한 부분 적층 철심들(10) 사이로 냉각제가 방해 없이 관류하도록 크기 설정되어 있다. 상기 냉각 채널들(38)은 상기 스프링 플레이트(36) 상부에서 진행하고, 그리고/또는 상기 스프링 플레이트(36)는, 냉각제가 방해 없이 흐르도록 하는 리세스들을 포함한다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 2의 구현에 상응한다.

도 5는 스프링 플레이트(36)로 형성되어 있는 클램핑 소자(18)의 3차원도를 보여준다. 실질적으로 Y-형으로 형성됨으로써, 가이드 그루우브(14) 내에서 부분 적층 철심들(10)의 탄성적인 클램핑이 가능하고, 그럼으로써 예를 들어 열 팽창이 상기 스프링 플레이트(36)의 압축 응력의 변경에 의해 보상된다.

도 6은 적층 철심(8)의 영역에서 회전자(2)의 제2 실시 형태의 3차원 부분 확대 단면도를 보여준다. 개관의 명료성을 위해, 가이드 그루우브(14) 내에서 상기 적층 철심(8)의 단지 2개의 부분 적층 철심(10)만이 도시되어 있다. 상기 가이드 그루우브(14)는 해머 헤드 그루우브(40)로 형성되어 있고, 상기 해머 헤드 그루우브는 양측에 배치된 프로파일(42)에 의해 상기 부분 적층 철심들(10)과 원심 방향(R)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결된다. 상기 가이드 그루우브(14)는 예를 들어 더브테일 그루우브로도 형성될 수 있다. 냉각 채널들(38)은 상기 부분 적층 철심들(10)을 통해 스프링 플레이트 상부에서 진행한다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 4의 구현에 상응한다.

도 7은 적층 철심(8)의 영역에서 회전자(2)의 제3 실시 형태의 확대 단면도를 보여준다. 가이드 레일을 통해 샤프트(4)와 상기 적층 철심(8) 사이는 원심 방향(R)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결되고, 이때 상기 가이드 레일은 예시적으로 더브테일 형태로 형성되어 있다. 상기 가이드 레일은 상기 샤프트(4)와 상기 적층 철심(8) 사이를 형상 결합 방식으로 연결하기 위해 다른 형태로도, 예를 들어 해머 헤드 형태로도 구현될 수 있다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 6의 구현에 상응한다.

도 8은, 회전자(2) 및 상기 회전자(2)를 둘러싸는 고정자(46)를 구비한 동기기(44)로 구현되어 있는 회전하는 전기 기계(3)를 보여준다. 상기 회전자(2)와 상기 고정자(46) 사이에는 갭(48), 특히 에어 갭이 위치한다. 상기 회전하는 전기 기계(3)의 회전자(2)는 영구 자석들(12)을 구비한 적층 철심들(8)을 포함하고, 이때 상기 적층 철심들(8)은 상기 갭(48)에 직접적으로 인접한다. 예시적으로 상기 적층 철심들(8)의 중심에는 상기 샤프트(4) 내에서 하나 이상의 냉각제 개구(50)가 위치하고, 상기 냉각제 개구를 통해 냉각제가 전달된다. 냉각제 유동(52)은 상기 냉각제 개구(50)로부터 냉각 채널들(38)을 통해 부분 적층 철심들(10) 내로 진행하고, 상기 갭(48)을 통해 상기 고정자(46)의 와인딩 헤드들(winding heads)(54)로 진행한다. 상기 회전자(2)의 다른 구현은 도 4의 구현에 상응한다.

도 9는 포드 드라이브(56)를 구비한 선박(54)을 보여준다. 상기 포드 드라이브(56)는 수면(58) 아래에 위치하고 회전하는 전기 기계(3) 및 프로펠러(propeller)(60)를 포함하며, 이때 상기 프로펠러(60)는 샤프트(4)를 통해 상기 회전하는 전기 기계(3)와 연결되어 있다.

Claims

회전하는 전기 기계(3)의 회전자(2)에 있어서,
상기 회전자는 회전 축(6)을 중심으로 회전 가능한 샤프트(shaft)(4) 및 상기 샤프트(4)를 중심으로 둘레 방향으로 배치되어 있는 복수의 적층 철심(laminated core)(8)을 포함하고,
상기 샤프트(4)와 상기 적층 철심들(8) 사이는 각각 원심 방향(radial direction)(R)으로 작용하는 형상 결합 방식으로 연결되고,
상기 적층 철심들(8) 각각은 부분 적층 철심들(10)을 포함하며, 상기 부분 적층 철심들은 축 방향(A)으로 연속적으로 연장되고,
적어도 적층 철심(8)의 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10) 사이에는 클램핑 소자(clamping element)(18)가 배치되어 있고,
상기 클램핑 소자(18)와 상기 이웃한 부분 적층 철심들(10) 중 하나 이상의 부분 적층 철심 사이는 강제 결합 방식으로 연결되고,
상기 클램핑 소자(18)의 적어도 일부는 샤프트를 향할수록 증가하는 가변적인 두께(d)를 갖고,
상기 부분 적층 철심들(10)은 상기 클램핑 소자(18)의 가변적인 두께(d)에 의해 회전 축(6)에 대해 비스듬하게 클램핑(clamping) 되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 클램핑 소자(18)는 상기 샤프트(4)로부터 분리된 소자로 구현되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 클램핑 소자(18)는 쐐기형 플레이트(wedge-shaped plate)(20)로 구현되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 클램핑 소자(18)는 스프링 플레이트(spring plate)(36)로 구현되어 있는, 회전자.
제4 항에 있어서,
상기 스프링 플레이트(36)는 실질적으로 Y-형으로 형성되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 클램핑 소자(18)는 비자성 재료로부터 형성되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 샤프트(4)는 연자성 재료로부터 형성되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 적층 철심(8)의 부분 적층 철심들(10)을 원심 방향으로 고정하기 위해 축 방향(A)으로 진행하는 가이드 그루우브(guide groove)(14) 또는 가이드 레일(guide rail)이 제공되어 있는, 회전자.
제8 항에 있어서,
상기 가이드 그루우브(14)는 해머 헤드 그루우브(hammer head groove)(40) 또는 더브테일 그루우브(dovetail groove)로 형성되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
적층 철심(8)의 이웃한 2개의 부분 적층 철심(10) 중 하나 이상의 부분 적층 철심은 상기 클램핑 소자(18)의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스(recess)를 포함하는, 회전자.
제1 항에 있어서,
상기 적층 철심들(8)의 부분 적층 철심들(10)은 영구 자석들(12)을 포함하는, 회전자.
제1 항에 있어서,
개별적인 적층 철심들(8)의 부분 적층 철심들(10)을 통해 냉각제용 냉각 채널들(cooling channels)(38)이 진행하고, 상기 클램핑 소자(18)는 각각의 적층 철심(8)의 이웃한 부분 적층 철심들(10) 사이로 냉각제가 방해 없이 관류하도록 크기 설정되어 있는, 회전자.
제1 항에 있어서,
적층 철심(8)의 하나 이상의 축 방향 단부에 상기 적층 철심(8)을 제한하기 위한 종료 소자(22)가 배치되어 있는, 회전자.
제13 항에 있어서,
상기 적층 철심(8)과 상기 종료 소자(22) 사이는 형상 결합 방식으로 연결되는, 회전자.
제13 항에 있어서,
상기 종료 소자(22)는 샤프트(4)와 해제 가능하게 연결되어 있는, 회전자.
제13 항에 있어서,
상기 종료 소자(22)는 플레이트(plate)(34) 또는 볼트(bolt)(24)로 구현되어 있는, 회전자.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 회전자(2)를 포함하는 회전하는 전기 기계(3).
제17 항에 따른 하나 이상의 회전하는 전기 기계(3)를 구비한 포드 드라이브(pod drive)(56).
제18 항에 따른 하나 이상의 포드 드라이브(56)를 구비한 선박(54).
제1 항에 있어서,
상기 회전하는 전기 기계(3)는 동기기(synchronous machine)(44)를 포함하는,
회전자.