KR102090317B1 - 전기 기계 - Google Patents

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로버트 샘켄
주하 피르회넨
율리아 알렉산드로바
마리아 폴리카르포바
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라펜란타 기술 대학
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Abstract

본원 발명에 따른 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 전자기적 커플링 요소를 지지하기 위한 세그먼트는 라미네이션 적층체를 형성하도록 제1 방향으로 적층되는 복수의 긴 라미네이션을 포함하고, 라미네이션의 긴 에지는 라미네이션 적층체의 대향하는 제1 및 제2 주면을 형성한다. 상기 세그먼트는 제1 방향으로 라미네이션 적층체의 내부를 통과하고 라미네이션 적층체 내의 라미네이션들을 함께 압착하도록 배열되는 복수의 긴 압착 디바이스를 포함한다.

Description

전기 기계{ELECTRICAL MACHINE}
본원의 개시는 전기 기계에 관한 것이다.
지난 수십 년 동안, 풍력 터빈은 예컨대, 국가 전력망에 전기를 제공하기 위한 에너지 변환기로서 점점 더 많이 사용되어 왔다. 이러한 풍력 터빈은 화석 연료와는 다른 신재생 에너지 소스를 활용하기 위해 고려된다. 화석 연료는 미래에는 점점 더 비싸지고 얻기 어려워질 수 있기 때문에, 풍력 터빈이 신재생 에너지에 대해 점점 더 중요한 역할을 수행할 수 있을 것으로 예상된다.
풍력 터빈은 소위 "바람 농장(wind farms)"에 종종 배치되는데, 이 바람 농장에는 복수의 풍력 터빈이 특정 영역, 예컨대 풍력 터빈을 작동하기 유리한 바람 조건을 제공하는 영역 내에 위치된다. 바람 농장은 지역 주민의 불편함을 최소화하기 위해 그리고 풍력 터빈의 효과적인 작동을 증진시키는 바람 조건을 제공하도록 시도하기 위해, 외딴 위치에 위치되거나 또는 해양에 설치된다.
풍력 터빈은 통상적으로 전기를 발전하기 위해 터빈 블레이드 및 발전기를 포함한다. 풍력 터빈의 일부 일반적인 설계에서, 풍력 터빈은 발전기를 효율적으로 구동할 수 있도록 회전 속도를 충분히 증가시키기 위해 터빈 블레이드와 발전기 사이에 위치된 기어 박스를 포함한다. 하지만, 기어 박스의 신뢰성은 특히, 흔히 20년을 초과하는 풍력 터빈의 예상 작동 수명 동안 문제가 되는 것으로 밝혀졌다. 풍력 터빈은 종종 외딴 위치에 위치되고 접근하기 어렵다는 점을 감안하면, 이는 풍력 터빈의 신뢰성을 유지하고 제공하는데 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 최근에는 소위 "직접 구동" 풍력 터빈이 주목되고 있는데, 이는 발전기의 회전자가 터빈 블레이드와 동일한 회전 속도로 회전하도록 터빈 블레이드가 발전기에 직접 연결된다. 따라서, 기어 박스는 제외될 수 있어서, 중량을 줄이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 기어 박스가 제외되면 요구되는 토크가 기어 박스를 구비한 발전기에 대해 요구되는 것보다 증가되어, 전기 기계의 크기가 커질 필요가 있다. 하지만, 발전기의 직경이 증가되면, 발전기의 전체 중량도 증가될 것이다. 하지만, 대부분의 수평축 풍력 터빈에서, 발전기는 지지 타워의 상부의 나셀(nacelle) 내에 위치되고 통상적으로 적절한 크레인에 의해 설치 위치로 견인된다. 이로 인해, 발전기의 중량에 대한 실제 상한은 약 100 미터톤이 된다. 그 결과, 중량이 감소되고 효율이 향상된, 예컨대 회전자의 직경은 증가되지만 그에 대응한 중량의 큰 증가가 없는 발전기를 제공하는 것이 요구된다. 이는 풍력 터빈이 상대적으로 접근하기 어려운 위치, 예컨대 근해 바람 농장에 위치되는 경우에 특히 요구될 수 있다.
제1 양태에 있어서, 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 전자기 커플링 요소를 지지하기 위한 세그먼트가 제공되는데, 이는 라미네이션 적층체를 형성하도록 제1 방향으로 적층되는 복수의 긴 라미네이션으로서, 상기 라미네이션의 긴 에지가 라미네이션 적층체의 대향하는 제1 및 제2 주면을 형성하는, 복수의 긴 라미네이션과, 제1 방향으로 라미네이션 적층체의 내부를 통과하며 라미네이션 적층체 내의 라미네이션들을 함께 압착하도록 배열되는 복수의 긴 압착 디바이스를 포함한다.
제2 양태에 있어서, 압착 디바이스가 제공되며, 이는 제1 및 제2 단부를 갖는 중심 로드 부분과, 중심 로드 부분의 제1 및 제2 단부 중 개별적인 단부들에 제1 및 제2 앵커 부분을 포하며, 각각의 앵커 부분은 중심 로드 부분의 인접 부분보다 큰 직경을 갖는다.
제3 양태에 있어서, 압착 디바이스를 설치하는 방법이 제공되는데, 이는 제1 방향에서 종방향으로 연장하는 슬롯 및 제1 방향으로 적층된 라미네이션을 갖는 라미네이션 적층체를 제공하는 단계와, 중심 로드 부분을 포함하는 압착 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 중심 로드 부분은 상기 중심 로드 부분의 개별적인 제1 및 제2 단부에서 제1 및 제2 앵커 부분을 갖는, 압착 디바이스를 제공하는 단계와, 상기 슬롯 내로 압착 디바이스를 삽입하는 단계와, 중심 로드 부분을 길이 확장하도록 압착 디바이스에 인장을 가하는 단계와, 제1 및 제2 앵커 부분에 대해 개별적으로 제1 및 제2 칼라를 끼워맞춤하는 단계와, 칼라가 라미네이션 적층체에 압착력을 가하도록 가해진 인장을 해제하는 단계를 포함한다.
상기 세그먼트에 대해 실질적으로 내부에 있는 압착 디바이스를 제공함으로써, 상기 세그먼트의 전체 중량 및 크기가 감소될 수 있다. 또한, 압착 디바이스는 전기 기계의 사용수명 동안 더욱 쉽게 관리될 수 있는 라미네이션 상에 압착력을 제공하는 것을 도울 수 있다.
제4 양태에 있어서, 전기 기계의 고정자 또는 회전자를 위한 자석 장착 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 자석 장착부로서, 자석을 장착하기 위한 장착 표면과 장착 표면상에 자석을 고정하기 위해 대응하는 자석 고정 유닛과 맞물리도록 배열되는 장착 립을 포함하는 유닛 맞물림 부분을 포함하는, 자석 장착부; 장착 표면상에 장착되는 자석; 장착 표면상에 자석을 고정하기 위한 자석 고정 유닛으로서, 장착 립과 맞물리도록 형성되는 고정 립 부분과, 자석 장착부 상에 자석을 유지하기 위해 자석과 맞물리도록 형성된 자석 유지 표면을 포함하는 자석 유지 부분과, 고정 립 부분과 자석 유지 부분을 연결하기 위한 연결 부분을 포함하는 자석 고정 유닛을 포함하고, 자석 고정 유닛은 고정 립 부분이 장착 립과 맞물릴 때 자석 장착부로부터 멀어지는 자석의 움직임을 제한하도록 배열된다.
제5 양태에 있어서, 전기 기계의 고정자 또는 회전자 상에 하나 이상의 자석을 장착하기 위한 자석 장착부가 제공되며, 상기 자석 장착부는 하나 이상의 자석을 장착하기 위한 장착 표면과, 장착 표면상에 하나 이상의 자석을 고정하기 위해 대응하는 자석 고정 유닛과 맞물리도록 배열되는 장착 립을 포함하는 유닛 맞물림 부분을 포함한다.
제6 양태에 있어서, 복수의 라미네이션의 자석 장착부를 형성하기 위한 라미네이션이 제공되며, 상기 자석 장착부는 전기 기계의 고정자 또는 회전자 상에 하나 이상의 자석을 장착하기 위한 것으로, 상기 라미네이션은 하나 이상의 자석을 장착하기 위한 장착 표면과, 장착 표면상에 하나 이상의 자석을 고정하기 위해 대응하는 자석 고정 유닛과 맞물리도록 배열되는 장착 립을 포함하는 유닛 맞물림 부분을 포함한다.
제7 양태에 있어서, 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 자석 장착부 상에 하나 이상의 자석을 고정하기 위한 자석 고정 유닛이 제공되며, 상기 자석 고정 유닛은 자석 장착부의 대응 부분과 맞물리도록 형성되는 고정 립 부분과, 자석 장착부 상에 하나 이상의 자석을 유지하기 위해 하나 이상의 자석과 맞물리도록 형성되는 자석 유지 표면을 포함하는 자석 유지 부분과, 상기 고정 립 부분과 자석 유지 부분을 연결하기 위한 연결 부분을 포함하고, 자석 고정 유닛은 고정 립 부분이 자석 장착부의 대응 부분과 결합될 때 자석 장착부로부터 멀어지는 자석 장착부 상에 장착된 하나 이상의 자석의 움직임을 제한하도록 형성된다.
그 결과, 전기 기계의 자석은 전기 기계의 중량을 감소시키면서 더욱 안정적으로 보유될 수 있다.
제8 양태에 있어서, 전기 기계를 위한 유체 매니폴드가 제공되며, 상기 전기 기계는 유체 채널을 포함하는 복수의 전기 권선을 포함하고, 상기 유체 채널을 통해 유체와 전기 권선 사이에서 열을 전달하기 위해 열전달 유체가 통과할 수 있으며, 상기 유체 매니폴드는 유체 챔버를 포함하는 본체와, 본체에 커플링된 전기 절연 요소를 포함하고, 상기 절연 요소는 유체 챔버 및 유체 커넥터와 유체 소통하는 복수의 전기 절연 유체 채널 및 전기 권선의 유체 채널과 유체 소통하기 위한 복수의 유체 포트를 포함한다.
예컨대, 전기 절연 요소의 사용은 전기적으로 전기 기계의 전기 권선과 전기 기계의 다른 부분 사이의 전기적 격리를 개선하는 것을 도울 수 있으며, 이로 인해 전기 기계의 크기 및 중량을 감소시킬 수 있다. 또한, 열전달 유체는 전기 권선을 냉각하는데 사용될 수 있으며, 이는 전기 기계를 더욱 작고 더욱 효율적이게 만든다.
제9 양태에 있어서, 전기 기계를 위한 회전자가 제공되며, 상기 회전자는 회전자가 회전 축을 중심으로 전기 기계의 고정자에 대해 회전할 수 있도록 배열된 허브와, 전기 기계의 고정자와의 전자기적 커플링을 위한 복수의 전자기 커플링 요소를 포함하는 림과, 림과 허브를 기계적으로 커플링하기 위해 허브와 림 사이에 배열되는 복수의 스포크를 포함한다.
제10 양태에 있어서, 전기 기계를 위한 고정자가 제공되며, 상기 고정자는 전기 기계의 회전자가 회전 축을 중심으로 고정자에 대해 회전할 수 있도록 배열되는 허브와, 전기 기계의 회전자와의 전자기적 커플링을 위해 복수의 전자기 커플링 요소를 포함하는 림과, 림과 허브를 기계적으로 커플링 하기 위해 허브와 림 사이에 배열되는 복수의 스포크를 포함한다.
복수의 스포크를 이용함으로써, 회전자 또는 고정자의 중량이 감소될 수 있다.
제11 양태에 있어서, 유체 채널을 포함하는 전기 권선을 포함하는 전기 기계를 포함하는 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 유체 채널과 유체 소통하는 온도 제어식 유체 소스를 더 포함하고, 온도 제어식 유체 소스는 주변 온도보다 높게 권선의 온도를 증가시키도록 권선에 유체를 제공하게 작동될 수 있다.
주변 온도보다 높게 권선의 온도를 증가시키도록 권선에 유체를 제공하도록 작동될 수 있는 온도 제어식 유체 소스를 이용함으로써, 전기 기계가 작동될 수 있는 온도 범위가 향상될 수 있다. 예컨대, 주변 온도가 빙점 미만이면, 주변 온도보다 높게 권선의 온도를 증가시키는 것은 전기 기계가 비작동 상태일 때 어는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 이는 서비스 제공 또는 문제 해결이 수행되기 어려운 상대적으로 접근이 어려운 위치에 전기 기계가 위치되는 경우에 중요할 수 있다.
제12 양태에 있어서, 하나 이상의 전기 권선을 포함하는 고정자와, 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 회전자를 포함하는 전기 발전기가 제공되며, 상기 회전자는 회전축을 중심으로 고정자에 대해 회전할 수 있도록 배열되고, 회전자는 고정자보다 회전축으로부터 더 멀리 위치된다.
예컨대, 고정자보다 회전축으로부터 더 멀리 위치되도록 회전자를 위치 설정함으로써, 토크가 발전기의 전체 외부 직경을 증가시키지 않고 증가될 수 있다. 그 결과, 발전기를 더 작고 더 경량으로 제조하는 것이 가능할 수 있다.
다양한 다른 개별적 양태 및 특징이 첨부된 청구범위에 규정된다.
이제, 본원의 개시의 예가 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 직접 구동 영구 자석 동기 발전기의 개략적 도면이다.
도 2a는 상기 발전기의 개략적 입면도이고, 도 2b는 상기 발전기의 개략적 측면도이다.
도 3은 회전자의 개략적 도면이다.
도 4는 회전자 세그먼트의 개략적 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 복수의 회전자 라미네이션의 개략적 도면이다.
도 6a는 회전자 라미네이션을 개략적으로 도시하며, 도 6b는 도 6a에 도시된 회전자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다.
도 6c는 회전자 라미네이션을 개략적으로 도시하며, 도 6d는 도 6c에 도시된 회전자 라미네이션의 일부(160)를 개략적으로 도시한다.
도 7은 회전자 라미네이션 및 회전자 결속 로드에 대한 측면 플레이트의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 결속 로드를 개략적으로 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 결속 로드를 개략적으로 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 결속 로드를 개략적으로 도시한다.
도 11은 자석 고정 클립을 이용한 회전자 라미네이션에 대한 자석의 부착을 개략적으로 도시한다.
도 12a는 자석 고정 클립의 측면도를 개략적으로 도시하며, 도 12b는 자석 고정 클립의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 13은 회전자 라미네이션 상에 장착되는 자석을 개략적으로 도시한다.
도 14는 회전자 라미네이션에 자석을 고정하기위한 다른 배열을 개략적으로 도시한다.
도 15는 회전자의 전체 배열을 개략적으로 도시한다.
도 16은 고정자를 개략적으로 도시한다.
도 17은 고정자의 고정자 링을 개략적으로 도시한다.
도 18은 고정자의 확대 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 19는 고정자 세그먼트를 개략적으로 도시한다.
도 20a는 고정자 라미네이션을 개략적으로 도시하고, 도 20b는 도 20a에 도시된 고정자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다.
도 21a은 고정자 라미네이션을 개략적으로 도시하고, 도 21b는 도 21a에 도시된 고정자 라미네이션의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 22는 고정자 라미네이션의 적층을 개략적으로 도시한다.
도 23a 및 도 23b는 고정자 라미네이션의 코일 치형 부분 위에 장착되는 고정자 코일의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 24는 고정자 코일을 개략적으로 도시한다.
도 25는 고정자 코일의 일 단부의 확대 도면을 개략적으로 도시하고, 도 26은 고정자 코일의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 27은 고정자 코일의 권선 수준을 개략적으로 도시한다.
도 28은 고정자 림에 대한 고정자 코일의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 29는 코일 치형부 주위에 고정자 코일을 보유하기 위한 배열을 개략적으로 도시한다.
도 30은 격리 커넥터를 개략적으로 도시하다.
도 31은 격리 커넥터를 개략적으로 도시한다.
도 32a는 고정자 코일에 대한 매니폴드의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 32b는 매니폴드를 개략적으로 도시한다.
도 33은 회전자 굴대를 개략적으로 도시한다.
도 34는 회전자 굴대 및 회전자 베어링의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 35는 회전자 굴대, 회전자 베어링 및 고정자 베어링의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 36은 고정자 허브를 개략적으로 도시한다.
도 37a는 고정자 허브를 개략적으로 도시하고, 도 37b는 고정자 허브의 분해도를 개략적으로 도시한다.
도 38은 회전자의 섹션을 개략적으로 도시한다.
도 39는 고정자의 섹션을 개략적으로 도시한다.
도 40은 스포크 링 커넥터를 이용한 회전자 링에 대한 스포크의 부착을 개략적으로 도시한다.
도 41은 스포크 장착 플랜지에 대한 스포크의 커플링을 개략적으로 도시한다.
도 42는 플랜지 상에 장착된 스포크와 스포크 단부 부착의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 43은 복수의 세그먼트 장착 부착부와 함께 회전자 세그먼트의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 44a 및 도 44b는 세그먼트 장착 부착부를 개략적으로 도시한다.
도 45는 고정자 링 사에 장착된 고정자 세그먼트를 개략적으로 도시한다.
도 46a는 스포크 구조의 등각 투영도를 개략적으로 도시하고, 도 46b는 스포크 구조의 측면을 개략적으로 도시한다.
도 47은 직접 구동 영구 자석 동기 발전기의 개략적 도면이다.
도 48a는 도 47의 발전기의 개략적 입면도이고, 도 48b는 도 47의 발전기의 개략적 측면도이다.
도 49는 도 47의 발전기의 회전자를 개략적으로 도시한다.
도 50은 도 47의 발전기의 스포크 배열을 개략적으로 도시한다.
도 51은 도 47의 발전기의 고정자를 개략적으로 도시한다.
도 52는 도 51의 고정자의 스포크 배열을 개략적으로 도시한다.
도 53은 매니폴드 및 고정자의 고정자 세그먼트의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 54는 고정자 세그먼트를 개략적으로 도시한다.
도 55는 고정자 코일을 개략적으로 도시한다.
도 56은 매니폴드에 대한 고정자 코일의 커플링을 개략적으로 도시한다.
도 57은 매니폴드의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 58은 유입구 및 유출구 커넥터가 없는 매니폴드를 개략적으로 도시한다.
도 59는 절연 플레이트와 함께 매니폴드의 본체를 개략적으로 도시한다.
도 60은 매니폴드의 본체를 개략적으로 도시한다.
도 61은 상기 본체를 통과하는 단면을 개략적으로 도시한다.
도 62는 클램핑 칼라를 포함하는 지지 튜브 조립체의 개략적 도면이다.
도 63은 이격 튜브를 포함하는 지지 튜브 조립체의 개략적 도면이다.
도 64는 측면 플레이트 및 회전자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다.
도 65는 측면 플레이트 및 고정자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다.
도 66은 고정자 측면 플레이트 내에 형성된 리세스에 대한 결속 로드의 위치 설정을 개략적으로 도시한다.
도 67a 내지 도 67d는 여러 각도에서 본 자석 고정 유닛의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 68a 내지 도 68c는 여러 각도에서 본 자석 고정 유닛의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 69는 유체 순환 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 70은 발전기를 포함하는 유체 순환 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 다양한 변형예 및 대안 형태가 될 수 있지만, 특정한 실시예가 도면에 예로서 도시되어 상세하게 설명된다. 하지만, 본원에 첨부된 도면 및 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태에 제한하려는 의도가 아니며 본 발명은 청구된 발명의 사상 및 범주 내에 있는 모든 변형예, 균등물 및 대안예를 커버한다.
발전기
도 1은 본원의 개시의 예에 따른 직접 구동 영구 자석 동기 발전기(direct drive permanent magnet synchronous generator)(1)(DD-PMSG)의 개략적 도면이다. 발전기(1)는 회전자(100), 고정자(200) 및 굴대(axle)(300)를 포함한다. 회전자(100)는 고정자(200)에 대해 회전하도록 배열된다. 도 1과 관련하여 설명된 예에서, 회전자(100)는 굴대(300)가 발전기의 하우징에 대해 회전자와 함께 회전하도록 고정자(200)에 대해 회전하도록 배열된다. 하지만, 다른 예에서 회전자는 고정자의 외측에 위치된다. 일부 실시예에서, 굴대(300)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 하우징에 대한 이동을 제한하도록 고정된다.
예에서, 회전자(100)는 복수의 영구 자석 극을 포함하고, 고정자(200)는 복수의 고정자 코일을 포함한다. 고정자(200)에 대한 회전자(100)의 회전은 고정자(200)에 대한 영구 자석의 이동에 기인한 자속 변화를 유발하여, 전압이 고정자 코일 내에 유도되게 한다. 예에서, 회전자는 고정자(200)에 대한 회전자(100)의 회전을 유발하기 위해 복수의 풍력 터빈 블레이드에 커플링된다. 즉, 풍력 터빈 블레이드는 발전기(1)를 구동하기 위한 구동 요소(원동기)로 간주될 수 있다. 하지만, 다른 유형의 터빈 블레이드, 내연 기관, 전기 모터, 수력발전 터빈 등과 같은 회전 운동을 발생시키는 다른 원동기가 사용될 수도 있다.
도 2a는 발전기(1)의 개략적 입면도이며, 도 2b는 발전기(1)의 개략적 측면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 회전자(100)는 회전자 스포크(102a, 102b)와 같은 복수의 회전자 스포크, 회전자 림(104) 및 회전자 허브(106)(도 2a에 도시되지 않음)를 포함한다. 회전자 스포크는 회전자 허브(106)를 회전자 림과 커플링시킨다. 마찬가지로, 고정자(200)는 고정자 스포크(202a, 202b)와 같은 복수의 고정자 스포크, 고정자 림(204) 및 고정자 허브(206)(도 2a에 도시되지 않음)를 포함한다. 복수의 고정자 스포크는 고정자 허브를 고정자 림과 커플링시킨다. 회전자 림(104)은 고정자 림(204)과 동심을 이룬다. 도 2b를 참조하면, 고정자 림(204)은 고정자 이격 튜브(210a, 210b)와 같은 고정자 이격 튜브에 의해 축방향으로 서로로부터 이격된 복수의 고정자 링(208)을 포함한다. 즉, 예컨대, 고정자 링은 고정자 지지 링으로 간주될 수 있다.
도 2b에 도시된 예에서, 고정자 림은 6개의 고정자 링을 포함하지만, 임의의 적절한 수의 고정자 링이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 회전자 림(104)은 고정자 링과 유사한 방식으로 배열된 복수의 회전자 링을 포함한다. 회전자(100) 및 고정자(200)의 스포크 배열은 발전기(1)의 질량을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 회전자(100) 및 고정자(200)의 구조는 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
회전자
본원 개시의 예에 따른 회전자(100)의 구조가 이제 설명될 것이다.
도 3은 회전자(100)의 개략적 도면이다. 회전자(100)는 회전자 세그먼트(116)와 같은 (예컨대, 회전자 활성 세그먼트로 작용하는) 복수의 회전자 세그먼트를 포함하며, 상기 복수의 회전자 세그먼트는 발전기를 위한 필수 자기 경로 및 여기를 제공한다. 회전자 세그먼트는 회전자 림(104) 주위에 원주방향으로 배열된다. 도 3에서, 하나의 회전자 세그먼트(회전자 세그먼트(116))가 도면의 이해를 돕기 위해 도시되었지만, 회전자(100)는 통상적으로 복수의 회전자 세그먼트를 포함한다는 것이 이해될 것이다. 일 예에서, 회전자(100)는 12개의 회전자 세그먼트를 포함하지만, 12개, 18개, 24개와 같은 임의의 다른 수의 회전자 세그먼트가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일 예에서, 사용된 회전자 세그먼트의 수는 360의 정수 제수(integer divisor)로서, 각 회전자 세그먼트는 동일한 원주 길이를 갖지만, 회전자 세그먼트는 서로 다른 원주 길이를 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
회전자 림
회전자 림(104)은 스포크(예컨대, 스포크(102a, 102b))에 의해 회전자 허브(105)에 커플링된다. 예에서, 회전자는 고정자(200)과 유사한 스포크식 구조를 갖는다. 회전자(100) 및 고정자(200)의 스포크식 구조는 상세하게 후술될 것이다.
상술된 바와 같이, 회전자 림(104)은 서로 축방향으로 이격된 복수의 회전자 링을 포함한다. 회전자 링은 예컨대, 회전자 지지 링으로 간주될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, (도2에 도시된 예에서 도시된 바와 같이) 회전자 림(104)은 제1 회전자 링(120), 제2 회전자 링(122), 제3 회전자 링(124) 및 제4 회전자 링(126)을 포함한다. 즉, 도 2의 예의 회전자 림(104)은 (도 3에 도시된 바와 같이) 4개의 회전자 링을 포함하지만, 임의의 적절한 수의 회전자 링이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
회전자 림(104)은 복수의 회전자 링 지지 튜브 조립체를 포함한다. 예에서, 각각의 회전자 링 지지 튜브 조립체는 지지 튜브 및 하나 이상의 이격 요소를 포함한다. 일부 예에서, 이격 요소는 튜브 주위를 클램핑하는 클램핑 칼라(collar)이다. 다른 예에서, 이격 요소는 지지 튜브의 직경보다 큰 직경을 갖는 이격 튜브이며, 그로 인해 지지 튜브는 이격 튜브 내에 위치될 수 있다. 하지만, 다른 유형의 이격 요소가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이격 요소는 상세하게 후술될 것이다.
예에서, 복수의 원주방향으로 배열된 구멍이 각각의 회전자 링 내에 형성되는데, 이를 통해 각각의 지지 튜브가 통과한다. r 이격 요소는 회전자 링이 서로 이격된 관계가 되도록 회전자 링들 사이에 배열된다.
도 3을 참조하면, 제1 회전자 링 지지 튜브 조립체(점선(127a) 내에 도시됨) 및 제2 회전자 링 지지 튜브 조립체(점선(127b) 내에 도시됨)이 회전자 링 지지 튜브 조립체의 세트의 예로 도시된다.
상술된 바와 같이, 예에서, 각각의 회전자 링 지지 튜브 조립체는 하나 이상의 이격 요소를 포함한다. 도 3에 도시된 예에서, 이격 요소는 이격 튜브이다. 예컨대, 제2 회전자 링 지지 튜브 조립체(점선(127b)에 의해 지시됨)는 3개의 이격 튜브(128a, 128b, 128c)를 포함한다. 예컨대, 제2 회전자 링 지지 튜브 조립체의 지지 로드는 회전자 링 내의 대응하는 구멍을 통과하고, 이격 튜브(128a)는 제1 회전자 링(120)과 제2 회전자 링(122) 사이에 위치되며, 이격 튜브(128b)는 제2 회전자 링(122)과 제3 회전자 링(124) 사이에 위치되고, 이격 튜브(128c)는 제3 회전자 링(124)과 제4 회전자 링(126) 사이에 위치되어, 회전자 링들은 서로 이격된 관계로 유지된다. 예에서, 지지 튜브는 외부 회전자 링과 나란히(예컨대, 회전자 링(120, 126)과 나란히) 지지 튜브의 양 단부에 위치된 칼라를 보유함으로써 축방향으로 회전자 링의 구멍 내에 유지된다. 즉, 예컨대 회전자 링 지지 튜브 조립체는 회전자 링 상의 비틀림 및 반경방향 힘에 저항하기 위해 축방향으로 회전자 링들을 함께 기계적으로 커플링한다.
(도 3에 도시된 배열과 유사한) 다른 예에서, 각각의 회전자 링 지지 튜브 조립체는 4쌍의 클램핑 칼라를 포함하며, 각 쌍의 클램핑 칼라는 개별 회전자 링의 각 측부에 위치된다.
일 예에서, 회전자 링 지지 튜브 조립체는 원주 방향으로 회전자 링 주위에 분포된다. 도 3의 예에서, 회전자 링 지지 튜브 조립체는 원주 방향으로 균일하게 분포되었지만(즉, 원주 방향으로 각 로드 사이의 거리가 동일하지만), 회전자 링 지지 튜브 조립체는 불규일하게 분포될 수도 있다(즉, 원주 방향으로 회전자 링 지지 튜브 조립체 사이가 상이하게 이격될 수도 있다)는 것이 이해될 것이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 이격 튜브들은 (3개 이상의 회전자 링이 존재하는 경우) 회전자 링들이 축방향으로 그들 사이에서 동일한 거리를 갖도록 서로 동일한 길이를 갖지만, 이격 튜브들이 서로 상이한 길이를 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 제1 회전자 링(120)과 제2 회전자 링(122) 사이의 이격 튜브의 길이는 제2 회전자 링(122)과 제3 회전자 링(124) 사이의 r 이격 튜브의 길이와 다를 수 있다.
예에서, 하나의 회전자 이격 링과 다른 회전자 이격 링 사이의 간격의 길이들은 서로 동일하다. 즉, 예에서 회전자 링들은 회전자의 회전의 축에 수직한 평면에서 서로에게 평행하게 배열된다. 이는 구조를 단순하게 할 뿐만 아니라 축방향으로의 강도(stiffness)를 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 하지만, 회전자 링은 서로 평행할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다.
도 3의 예에서, 회전자 링 지지 튜브 조립체의 지지 튜브는 회전자 링의 평면에 수직하지만, 즉 상기 지지 튜브의 주 길이가 회전 축에 평행하지만, 다른 배열도 가능하다는 것이 이해될 것이다. 도 3의 예에서, 지지 튜브와 이격 튜브는 원형 단면을 가지만, 정사각형, 타원형, 직사각형 등과 같은 다른 단면이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 회전자 링 지지 조립체의 단면은 서로 상이할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
회전자 세그먼트
본 개시의 예에 따른 회전자 세그먼트가 도 4 내지 도 15를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 4는 본 개시의 예에 따른 회전자 세그먼트(116)의 개략적 도면이다. 회전자 세그먼트(116)는 복수의 회전자 라미네이션(lamination)(130), 제1 회전자 세그먼트 측면 플레이트(134), 제2 회전자 세그먼트 측면 플레이트(136), 복수의 회전자 결속 로드(binding rod)(예컨대, 회전자 결속 로드(138), 복수의 영구 자석(예컨대, 영구 자석(140)) 및 복수의 자석 고정 클립(예컨대, 자석 고정 클립(142))을 포함한다.
결속 로드는 라미네이션이 회전자 측면 플레이트에 의해 함께 압착되도록 회전자 세그먼트 측면 플레이트를 축방향으로 그리고 회전자 라미네이션을 (즉, 회전자의 회전축에 평행하게) 관통한다. 즉, 예컨대, 결속 로드가 압착 디바이스의 일 예로 간주될 수 있다. 예에서, 결속 로드는 회전자의 자기 경로와 결속 로드 사이의 상호 작용을 감소시키기 위해 영구 자석 극의 중간에 위치된다. 회전자 라미네이션, 회전자 측면 플레이트 및 회전자 결속 로드의 배열이 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
예에서, 자석 고정 클립은 이하 상세하게 설명되는 바와 같이 회전자 라미네이션에 영구 자석을 기계적으로 커플링한다. 즉, 자석 클립은 회전자 라미네이션 상에 영구 자석을 고정한다. 예에서, 영구 자석은 통상적으로 네오디뮴 자석으로 지칭되는 NdFeB(네오디뮴 철 붕소(Neodymium Iron Boron)) 자석이지만, 다른 희토류 자석 또는 전이 금속 자석과 같은 다른 적절한 영구 자석이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
회전자 라미네이션
이제, 회전자 라미네이션(130)이 도 5a, 도 5b 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명될 것이다.
전기 모터 및 전기 발전기와 같은 전기 기계는 통상적으로 주변에 고정자 또는 회전자 코일이 개별적으로 위치되는 적층식 코어를 사용하지만, 중실 코어가 종종 사용될 수도 있다. 코어(적층식 또는 중실)는 자기장을 생성하는데 요구되는 전류를 감소시키는 것을 돕기 위해 상대적으로 높은 도자성(magnetic permeability)을 갖는 것이 바람직하다. 코어 내에 맴돌이 전류를 감소시키기 위해, 중실 코어가 배제되고 적층식 코어가 사용된다. 적층식 코어는 통상적으로 라미네이션 적층체 내에서 함께 적층되지만 적절한 절연 코팅을 이용하여 서로 절연되는 복수의 금속성 라미네이션을 포함한다. 라미네이션은 통상적으로 라미네이션의 평면이 회전 축에 수직하도록 배열된다. 즉, 라미네이션은 통상적으로 그들의 주 길이(가장 긴 길이)가 전기 기계의 원주 방향으로 배열되도록 배열된다. 또한, 라미네이션은 영구 자석이 전기 기계의 특정 설계에 사용되는 경우 영구 자석을 고정하는데 종종 사용된다.
작동 중, 라미네이션에는 이동 자기장(travelling magnetic field)에 의해 유발되는 요동 피로 응력(fluctuating fatigue stress)이 가해진다. 라미네이션의 피로 응력, 노이즈, 진동 및 마모를 감소시키는 것을 돕기 위해, 라미네이션들은 통상적으로 사전 결정된 힘으로 함께 압착된다. 이는 라미네이션 사이의 열전달을 향상시키는 것도 도울 수 있다.
라미네이션들을 압착하기 위해, 라미네이션들은 통상적으로 제조 중 예컨대 기계식 또는 수압식 프레스를 이용하여 함께 압착된 후, 외부 강성 구조에 의해 압착 상태로 유지된다. 하지만, 사용 중, 전기 기계의 온도의 반복적 변화는 라미네이션을 팽창 및 수축시킨다. 또한, 대부분의 전기 기계의 설계가 작동 중 진동 감소를 추구하지만, 진동을 제거하는 것은 어려운 일이며, 따라서 라미네이션은 서로에 대해 이동할 수 있다. 이로 인해, 라미네이션 사이의 절연 코팅이 마모될 수 있으며, 그로 인해 라미네이션 스택의 전체 폭이 감소될 수 있다. 그 결과, 라미네이션을 함께 압착하는 외부 구조가 고정되기 때문에, 라미네이션 상의 압착력이 감소되어, 라미네이션은 이 더 많이 이동할 수 있으며, 그로 인해 절연 코팅이 더욱 마모될 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 일부 제조사들은 사용 도중 라미네이션 상의 압착력을 유지하는 것을 돕기 위해 외부 스프링 시스템을 사용한다. 하지만, 이러한 시스템들은 통상적으로 부피가 크고 많은 금속성 부품을 사용하는데, 이는 바람직하지 못한 손상에 민감할 수 있다. 그 결과, 전기 기계가 작동 상태일 때 금속성 부품 내에 유도되는 맴돌이 전류는 예컨대, 가열을 증가시키고 및 그로 인해 효율을 감소시키는 문제가 될 수 있다. 이러한 스프링 시스템의 크기 및 이러한 스프링 시스템의 증가된 질량은 또한 특히 근해 풍력 터빈 용도(offshore wind turbine application)로 사용될 때 제조 및 설치 비용을 증가시킬 수 있다.
본원의 개시의 예는 상술된 문제의 해결을 모색한다.
도 5a 및 도 5b는 본원의 개시의 예에 따른 복수의 회전자 라미네이션의 개략적 도면이다.
도 5a는 복수의 회전자 라미네이션을 개략적으로 도시한다. 회전자 라미네이션들은 축방향으로 함께 적층된다. 도 5a의 예에서, 회전자 라미네이션은 제1 회전자 라미네이션(144) 및 제2 회전자 라미네이션(146)을 포함한다. 제2 회전자 라미네이션(146)은 축방향으로 제1 회전자 라미네이션(144)들 사이에 위치된다. 복수의 회전자 결속 로드 슬롯(예컨대, 회전자 결속 로드 슬롯(148))이 제1 및 제2 회전자 라미네이션 내에 형성되어, 회전자 결속 로드는 상기 회전자 라미네이션들을 관통할 수 있다. 상술된 바와 같이, 예에서 상기 결속 로드는 개별적인 자석 극들의 중간(중심)(예컨대, 자기장이 최소인 곳)에 위치된다. 일부 예에서, 각각의 결속 로드는 개별 자석 극의 중심의 역치 거리(threshold distance) 내에 위치된다. 예에서, 상기 역치 거리는 결속 로드로 인한 자기장의 왜곡이 소정의 왜곡 역치보다 작도록 선택된다.
회전자 장착 구멍(150)과 같은 하나 이상의 회전자 장착 구멍이 회전자(100) 상에 회전자 라미네이션을 장착하기 위해 제1 라미네이션(144) 내에 형성된다. 회전자 결속 로드 슬롯 및 회전자 장착 구멍은 본원의 개시의 예에 따른 복수의 제1 회전자 라미네이션을 개략적으로 도시하는 도 5b에 더욱 상세하게 도시된다.
도 6a는 본원의 개시의 예에 따른 제2 회전자 라미네이션 중 하나를 개략적으로 도시한다. 도 6b는 도 6a에 도시된 제2 회전자 라미네이션의 부분(152)의 확대도를 개략적으로 도시한다. 제2 회전자 라미네이션은 원주 방향으로 자석 고정 구역들 사이에 위치되는 자석 장착 표면(자석 맞물림 표면)을 포함한다. 예컨대, 도 6b를 참조하면, 부분(152)은 자석 장착 표면(154a, 154b) 및 자석 고정 구역(156a, 156b, 156c)을 포함한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 예에서, 각각의 자석 고정 구역은 한 쌍의 자석 클립 고정 립(lip)을 포함한다. 예컨대, 자석 고정 구역(156a)은 자석 클립 고정 립(158a) 및 자석 클립 고정 립(158b)을 포함한다. 하지만, 자석 고정 구역은 하나 이상의 자석 클립 고정 립을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 원주 방향으로 회전자 라미네이션의 에지에서의 자석 고정 구역은 하나의 자석 클립 고정 립을 포함할 것이다.
예컨대, 자석 클립 고정 립은 자석 맞물림 표면상에 자석을 고정하도록 자석 고정 클립의 대응하는 부분과 맞물린다. 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 제2 회전자 라미네이션은 실질적으로 도 6a에 도시된 제2 회전자 라미네이션과 동일한 프로파일을 갖는다. 일부 예에서, 자석은 자석 고정 클립으로 고정될 뿐만 아니라 적절한 글루를 이용하여 자석 맞물림 표면상에 접착되지만, 다른 예에서는 글루가 생략될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 자석 장착 시스템이 예컨대, 하나 이상의 자석 클립, 하나 이상의 자석 장착부(각각의 자석 장착부는 적어도 하나의 라미네이션 및/또는 임의의 다른 적절한 자석 장착부를 포함할 수 있다) 및 자석 장착부의 장착 표면상에 장착되는 하나 이상의 자석과 함께 형성될 수 있다.
도 6c는 제1 회전자 라미네이션 중 하나를 개략적으로 도시하며, 도 6d는 도 6c에 도시된 제1 회전자 라미네이션의 부분(160)을 개략적으로 도시한다. 도 6c에 도시된 실시예에서, 제1 회전자 라미네이션은 3개의 회전자 장착 구멍(150a, 150b, 150c)을 포함하지만, 제1 회전자 라미네이션은 임의의 적절한 수의 회전자 장착 구멍을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 장착 구멍은 자속에 대한 영향을 감소시기키 위해 자석 극의 중심(중간)에 위치된다. 일부 예에서, 장착 구멍은 개별 자석 극의 중심으로부터 장착 구멍 역치 거리 내에 위치된다.
제2 회전자 라미네이션과 유사한 방식으로, 제1 회전자 라미네이션은 원주 방향으로 자석 고정 구역들 사이에 위치된 복수의 자석 맞물림 표면을 포함한다. 예컨대, 도 6d를 참조하면, 제2 회전자 라미네이션은 자석 장착 표면(162a, 162b) 및 자석 고정 구역(164a, 164b, 164c)을 포함한다. 각각의 자석 고정 구역은 한 쌍의 자석 클립 고정 립을 포함한다. 예컨대, 자석 고정 구역(164a)은 자석 클립 고정 립(166a) 및 자석 클립 고정 립(166b)을 포함한다. 자석 클립 고정 립은 자석 맞물림 표면 상에 자석을 고정하기 위해 자석 고정 클립의 대응하는 부분과 맞물린다. 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
예에서, 제1 회전자 라미네이션은 각각 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 예에서, 제1 부분은 제1 회전자 라미네이션의 외부 부분에 대응하고, 제2 부분은 제1 회전자 라미네이션의 내부 부분에 대응한다. 즉, 제1 부분은 제2 부분보다 회전 축으로부터 더 멀리 위치된다. 도 6d를 참조하면, 제1 회전자 라미네이션은 제1(외부) 부분(168a) 제2(내부) 부분(168b)을 포함한다. 예에서, 제1 회전자 라미네이션의 제1 부분의 프로파일은 제2 회전자 라미네이션의 프로파일과 대응한다. 예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 회전자 라미네이션이 함께 적층될 때, 제2 회전자 라미네이션들이 축방향으로 제1 회전자 라미네이션들 사이에 위치되도록, 회전자 라미네이션들의 외부 표면은 사실상 회전축에 평행한 방향으로 동일한 프로파일(단면)을 갖는다. 여기서, "외부 표면"은, 자석 장착 표면을 포함하고 회전자(100)의 외측을 향해 위치된, 즉 허브(300)로부터 이격된 회전자 라미네이션의 표면을 의미한다.
제1 및/또는 제2 라미네이션의 다른 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 제1 라미네이션의 3개의 세트는 제1 라미네이션들 사이에 개별적으로 위치되는 제2 라미네이션의 2개의 세트와 함께 사용될 수 있거나, 제1 라미네이션의 4개의 세트가 제1 라미네이션들 사이에 개별적으로 위치되는 제2 라미네이션의 3개의 세트와 함께 사용될 수 있지만, 임의의 다른 적절한 조합이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예에서, 제2 라미네이션의 세트의 수는 제1 라미네이션의 세트의 수보다 하나 작다. 이러한 라미네이션의 상이한 조합들이 고정자에 대해서도 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 7은 측면 플레이트가 회전자 결속 로드 및 회전자 라미네이션에 대해 어떻게 배열되는가를 개략적으로 도시한다. 도면의 이해를 돕기 위해, 도 7은 하나의 측면 플레이트, 회전자 측면 플레이트(134)를 도시하지만, 회전자 측면 플레이트(136)는 도 7에 도시된 것과 유사한 방식으로 구성될 것이라는 것이 이해될 것이다.
도 7은 결속 로드(예컨대, 결속 로드(138), 제1 회전자 라미네이션(144) 및 제2 회전자 라미네이션(146)을 개략적으로 도시한다. 회전자 결속 로드는 회전자 라미네이션이 함께 압착되도록 회전자 라미네이션에 대해 회전자 측면 플레이트를 압착한다. 예컨대, 축방향으로 회전자 라미네이션의 길이는 상기 측면 플레이트에서의 손실을 감소시기키 위해 축방향으로 고정자 라미네이션의 길이보다 더 길다.
회전자 결속 로드
회전자 결속 로드의 더 상세한 사항들이 도 8a 내지 도 8c, 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 이제 설명될 것이다.
예에서, 결속 로드는 탄성 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 탄성 스프링 상수(스프링 계수)를 갖는 전기적으로 비전도성인 비자석 로드이다. 하지만, 전기적으로 전도성인 재료 및/또는 자석 재료가 결속 로드를 형성하는데 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 전기적으로 전도성인 재료가 사용되는 예에서, 결속 로드는 회전자 또는 고정자 세그먼트로부터 갈바니 전기에 의해(galvanically) 절연될 수 있다.
예에서, 결속 로드는 결속 로드의 자연 길이에 대한 사전 결정된 길이 변화의 길이 변화에 결처 일정한 탄성 스프링 상수를 갖지만, 결속 로드가 다른 적절한 변형률 범위에 걸쳐 일정한 스프링 계수(스프링 상수)를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 결속 로드의 탄성 거동은 실질적으로 사전 결정된 변형률 범위 내에서 후크의 법칙을 따른다. 예예서, 결속 로드가 일정한 탄성 스프링 상수를 갖는 사전 결정된 변형률 범위는 결속 로드의 재료에 따라 결정된다. 예에서, 각각의 결속 로드의 자연 길이(연장되지 않은 길이)는 축방향으로의 측면 플레이트 및 적층된 회전자 라미네이션의 조합 길이보다 작다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본원의 개시에 따른 결속 로드의 일 예를 개략적으로 도시한다. 도 8a는 결속 로드(138)를 개략적으로 도시한다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 예에서, 결속 로드(138)는 각 단부에서 앵커(170a, 170b)를 포함하는 단축 방향으로 배향된 유리섬유 복합재 인발성형식 로드(uniaxially oriented glass-fibre composite pultruded rod)(169)로부터 형성된다.
도 8b는 앵커(170a)를 개략적으로 도시한다. 앵커(170a)는 제1 권선 가이드(172a), 제2 권선 가이드(172b) 및 인발성형식 로드(169) 주위에 권선되는 유리섬유 로빙(roving)(174)을 포함한다. 로빙(174)을 접착하는 것을 돕기 위해, 인발성형식 로드(169)는 로빙(174)이 인발성형식 로드(169) 주위에 권선되기 전에 연마된다. 유리섬유 로빙(174)은 로빙(174)을 제1 권선 가이드(172a)와 제2 권선 가이드(172b) 사이의 인발성형식 로드 주위에 권선하면서 폴리에스테르 또는 에폭시 수지로 포화되지만, 에폭시 접착제와 같은 다른 적절한 접착제 또는 수지가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 로빙을 권선하는 이러한 공정이 결속 로드(138)의 양 단부에 대해 수행된 후, 상기 로드는 공지된 기술을 이용하여 경화된다. 유리섬유 로빙(174)의 원형 배향은 상기 로드가 회전자 라미네이션을 유지하도록 위치될 때 반경방향 힘에 저항하는 것을 도울 수 있으며, 인발성형식 로드 내의 상기 섬유의 단축방향 배향은 축방향으로의 인장력에 저항하는 것을 도울 수 있다. 도 8a 내지 도 8c의 예에서, 앵커는 원통형이지만, 다른 구성이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 유리섬유 리본, 탄소 섬유 로빙, 탄소 섬유 리본 등과 같은 다른 재료가 유리섬유 대신에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 회전자 라미네이션을 압착하도록 결속 로드를 유지하기 위해, 이격 칼라가 앵커와 측면 플레이트 사이에 위치된다. 도 8b의 예에서, 이격 컬라는 앵커를 측면 플레이트로부터 이격 유지하도록 앵커와 맞물리는 제1 반부(176a) 및 제2 반부(176b)를 포함한다. 이격 칼라의 제1 반부(176a) 및 제2 반부(176b) 각각은 개별적으로 견부(178a, 178b)를 포함한다(견부(178b)는 도 8b에 도시되지 않는다). 결속 로드를 인장상태로 유지하기 위해, 회전자 세그먼트가 조립된 형태일 때, 이격 칼라의 각 반부의 견부는 결속 로드의 길이가 결속 로드의 자연(연장되지 않은) 길이보다 크도록 앵커와 측면 플레이트 사이에 위치된다. 예에서, 결속 로드의 축방향으로의 견부의 깊이(d)는 결속 로드의 소정의 인장을 달성하기 위해 선택될 수 있다.
도 8c는 앵커 주위에 위치된 이격 칼라를 개략적으로 도시한다. 예에서, 이격 칼라는 원형 단면을 갖지만, 앵커로서 적절한 다른 단면이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본원 개시의 다른 예에 따른 결속 로드를 개략적으로 도시한다.
도 9a는 시트 몰딩 화합물(SMC) 유리섬유로부터 형성되는 결속 로드(180)를 개략적으로 도시한다. 결속 로드(180)는 결속 로드와 일체로 몰딩되는 각 단부에서의 앵커 부분을 포함한다. 도 9b를 참조하면, 결속 로드(180)는 앵커 부분(181)을 포함한다. 이격 칼라(182)는 제1 반부(182a) 및 제2 반부(182b)를 포함한다. 앵커 부분(181)은 앵커 부분 견부(183)를 포함하고, 이격 칼라(182)는 이격 칼라 견부(184a, 184b)를 포함한다(견부(184a)는 도 9b에 도시되지 않는다). 축방향으로 라미네이션을 압착하도록 결속 로드(180)를 인장 상태로 유지하기 위해, 이격 칼라(182)는 이격 칼라 견부(184)가 측면 플레이트와 앵커 부분(181) 사이에서 앵커 부분 견부(183)와 결합하도록 앵커 부분(181) 주위에 위치되며, 이때 앵커 부분은 측면 플레이트로부터 이격되어 유지된다. 즉, 앵커 부분(181)은 도 8a 내지 도 8c의 앵커(170a, 170b)와 유사한 방식으로 앵커로 간주될 수 있다.
예에서, 앵커 부분(181)은 원형 단면을 가지며, 이격 칼라(182)는 앵커 부분(181)의 외부 프로파일에 대응하는 내부 프로파일을 갖는다. 하지만, 앵커 부분(181)은 사각형, 육각형 등과 같은 다른 단면을 필요에 따라 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 결속 로드(180)의 축방향으로의 견부(184)의 깊이(d)가 결속 로드(180) 내의 원하는 인장을 얻기 위해 선택될 수 있다.
도 8 및 도 9의 예는 2개의 반부를 포함하는 이격 칼라를 도시하지만, 이격 칼라는 3개, 4개 또는 임의의 다른 수의 조각 및/또는 조각의 크기 등으로 다른 적절한 방식으로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본원의 개시의 다른 예에 따른 결속 로드를 개략적으로 도시한다.
도 10a는 시트 몰딩 화합물(SMC) 유리섬유로부터 형성된 결속 로드(185)를 개략적으로 도시한다. 결속 로드(185)는 결속 로드와 일체로 몰딩된 각 단부에 있는 앵커 부분을 포함한다. 제1 이격 칼라(186a) 및 제2 이격 칼라(186b)는 결속 로드(185)의 각 단부에 위치된다.
도 10b를 참조하면, 결속 로드(185)는 앵커 부분(187)을 포함한다. 앵커 부분(187)의 외경은 나사가 형성된다. 나사식 구멍(189)이 제1 이격 칼라(186a) 내에 형성되고 이격 칼라가 결속 로드(185)의 종방향 축을 중심으로 앵커 부분(187)에 대해 회전할 때 나사 결합 방식으로 앵커 부분과 맞물리도록 치수가 결정된다. 이격 칼라(186a)는 스패너 육각형 소켓 드라이버와 같은 적절한 공구를 이용하여 앵커 부분(187)에 대해 이격 칼라를 회전시키기 위해 6각형 너트 부분(188)을 포함한다. 하지만, 너트 부분(188)은 결속 로드(185)의 종방향 축에 평행한 평면에 배열되는 한 쌍의 기계 가공된 평행한 편평부(flat)와 같은 다른 적절한 구성을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 나사식 구멍(189)은 블라인드 구멍이며 너트 부분(188)은 앨런 키(allen key), 슬롯 헤드 스크루 드라이버, 포시드라이브 스크루드라이버 등과 같은 적절한 공구와 함께 맞물리는 형상을 갖는 리세스를 갖는다.
예에서, 축방향으로 라미네이션을 압착하도록 결속 로드(180)를 인장상태로 유지하기 위해, 이격 칼라의 면(190)이 회전자 세그먼트의 측면 플레이트와 접촉하고, 이격 칼라(186a, 186b)는 측면 플레이트에 대해 이격 칼라를 조이고 결속 로드(185)에 인장을 가하기 위해 앵커 부분(187)에 대해 회전된다. 이러한 예에서, 결속 로드(185) 내의 인장은 앵커 부분(187)에 대해 이격 칼라(186a)(186b)를 회전시킴으로써 원하는 인장으로 조절될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명되는 예에서, 결속 로드는 인발성형식 유리섬유로부터 형성되며 도 9a, 9b, 10a 및 10b의 예에서는 결속 로드가 시트 몰딩 화합물(SMC) 유리섬유로부터 형성된다. 하지만, 티타늄 등급 5, 스틸 등의 다른 적절한 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 7을 다시 참조하여, 회전자 세그먼트를 위한 라미네이션의 조립체가 이제 설명될 것이다.
상술된 바와 같이, 제1 회전자 라미네이션(144) 및 제2 회전자 라미네이션(146)은 축방향으로 함께 적층된다. 회전자 세그먼트 측면 플레이트(134)는 슬롯(148)과 같은 회전자 라미네이션 내의 슬롯과 대응하도록 위치되는 복수의 슬롯(예컨대, 슬롯(135))을 포함한다. 예에서, 제1 회전자 라미네이션 내의 슬롯은 열쇠 구멍 형상이다. 즉, 도 6d의 예를 참조하면, 제1 회전자 라미네이션 내의 슬롯은 슬롯의 측면들이 서로 평행한 선형 부분(165a) 및 원형 부분(165b)을 포함한다. 예에서, 선형 부분(165a)은 원형 부분(165b)보다 허브(300)로부터 더 멀어지도록 위치되지만, 반대의 배열이 사용될 수도 있으며, 다른 슬롯 형상이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
원형 부분(165b)의 직경은 원형 부분(165b)을 통해 결속 로드의 앵커(들)이 통과할 수 있도록 치수가 결정된다. 원주 방향으로의 선형 부분의 폭은 실질적으로 대응하는 결속 로드의 직경과 동일하다. 예에서, 선형 부분(165a)의 폭은 대응하는 결속 로드의 직경보다 큰 제1 사전 결정된 틈새 거리이며, 원형 부분(165b)의 직경은 결속 로드의 앵커의 직경보다 큰 제2 사전 결정된 틈새 거리이다.
일 예에서, 회전자 측면 플레이트와 라미네이션을 조립하기 위해, 회전자 라미네이션은 원하는 배열로 함께 적층되며, 회전자 측면 플레이트는 회전자 라미네이션들의 양측에 위치된다. 결속 로드는 슬롯(148)의 원형 부분(165b)에 통과되고, 결속 로드의 앵커(앵커 부분)이 회전자 측면 플레이트의 양측면에 위치되도록 적절한 방식으로 결속 로드에 인장이 가해진다. 즉, 앵커는 개별적인 회전자 측면 플레이트로부터 이격되도록 위치된다. 결속 로드는 결속 로드가 원형 부분(165b)으로부터 가장 먼 위치에 있는 선형 부분(165a) 내의 슬롯의 단부와 접촉하도록 원형 부분(165b)으로부터 선형 부분(165a)으로 이동된다. 이후, 이격 칼라는, 앵커가 개별적인 측면 플레이트로부터 멀리 유지되고 결속 로드가 소정의 인장으로 유지되어 라미네이션을 압착하도록 앵커에 적용된다. 이 공정은 적절하게 각 결속 로드 및 각 앵커에 대해 반복된다.
다른 예에서, 회전자 측면 플레이트와 라미네이션을 조립하기 위해, 회전자 라미네이션들은 소정의 배열로 함께 적층되고 회전자 측면 플레이트는 회전자 라미네이션들의 양측에 위치된다. 이격 칼라는 결속 로드의 각 단부에 적용되고 적절한 결속 로드 장착 공구에 의해 결속 로드 상에 유지된다. 일 예에서, 결속 로드 장착 공구는 칼라 상의 플랜지와 맞물리는데, 이는 결속 로드로부터 이격된 칼라의 단부에 (예컨대, 도 9b의 견부(184a, 184b) 및 도 8b의 견부(178a, 178b)에 대응하는 단부로부터 칼라의 다른 단부에) 위치된다. 인장은 결속 로드 장착 공구에 의해 결속 로드에 가해지며 결속 로드는 제 위치로 이동된다. 이후, 결속 로드 장착 공구에 의해 가해진 결속 로드 상의 인장이 해제되어, 이격 칼라는 외부 라미네이션과 접촉하고 결속 로드는 라미네이션을 압착하도록 소정의 인장으로 유지된다. 이 공정은 적절하게 각 결속 로드 및 각 앵커에 대해 반복된다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 설명되는 일부 예에서, 결속 로드의 제1 세트가 회전자 라미네이션을 압착하도록 위치될 때 허브(300)로부터 제1 거리에 위치되고 결속 로드의 제2 세트가 회전자 라미네이션을 압착하도록 위치될 때 허브(300)로부터 제2 거리에 위치되도록 배열된다. 예에서, 제1 거리는 제2 거리보다 길다. 일부 예에서, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 슬롯은 2개의 결속 로드를 포함한다. 이는 반경 방향으로 라미네이션을 가로질러 결속 로드에 의해 제공되는 압착력을 균일하게 분배한다. 하지만, 슬롯은 임의의 적절한 수의 결속 로드를 수용할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 예에서, 각 슬롯은 하나의 결속 로드를 수용하고, 결속 로드의 제1 세트의 결속 로드는 원주 방향으로 교호식 슬롯 내의 제2 세트의 결속 로드와 교호식으로 배열되지만, 다른 배열도 가능하다는 것이 이해될 것이다.
자석 클립
영구 자석을 사용하는 많은 전기 기계에 있어서, 자석은 통상적으로 적절한 접착제를 이용하여 회전자에 고정된다. 하지만, 시간이 경과함에 따라 접착제는 파손되고 자석은 회전자로부터 탈착된다. 이는 수리하기 어려울 수 있으며, 전기 기계가 작동 중일 때 하나 이상의 자석이 회전자로부터 떨어져 나가는 경우 전기 기계에 손상을 초래할 수 있다. 본원의 개시의 예는 이러한 문제의 해결을 모색한다.
본원 개시의 예에 따른 회전자 세그먼트 상에 자석을 유지하기 위해 회전자 라미네이션에 대한 자석 고정 유닛, 예컨대 자석 클립의 배열이 도 11 내지 도 14를 참조로 이제 설명될 것이다.
도 11은 자석 고정 클립(142a, 142b)(자석 고정 유닛의 예)을 이용하는 회전자 라미네이션(130)(자석 장착부의 일 예)에 자석(140a)의 부착을 개략적으로 도시한다. 상술된 바와 같이, 회전자 라미네이션은 복수의 자석 고정 구역(유닛 맞물림 부분으로도 지칭됨)을 포함한다. 각 자석 고정 구역은 적어도 하나의 장착 립 또는 자석 클립 고정 립을 포함한다. 예컨대, 도 11을 참조하면, 회전자 라미네이션은 자석 클립 고정 립(191a) 및 자석 클립 고정 립(191b)을 포함한다. 자석 클립 고정 클립(142a, 142b)은 자석 맞물림 표면상에 자석을 고정하도록 자석 고정 클립의 대응 부분과 맞물린다. 자석 클립 고정 립 또는 장착 립은 예컨대, 회전자 세그먼트로부터 멀어지는 자석 클립의 이동을 제한하기 위해 자석 고정 클립의 대응 부분과 맞물리도록 목 형상을 갖는 부분 및/또는 일 방향으로의 돌출부를 포함한다.
이제, 본원 개시의 예를 따르는 자석 고정 유닛이 예컨대, 자석 고정 클립은 도 12a 및 도 12b를 참조로 설명될 것이다.
도 12a는 자석 고정 클립(142)의 측면도를 개략적으로 도시하며, 도 12b는 자석 고정 클립(142)의 평면도를 개략적으로 도시한다.
자석 고정 클립(142)은 (예컨대, 도 12a에 도시된 바와 같이) 측면으로부터 조망할 때 실질적으로 c-형상이지만, 다른 실시예에서는 L-형상일 수도 있다. 자석 고정 클립(142)은 고정 립 부분(192) 및 자석 유지 부분(193)을 포함한다. 고정 립 부분(192)은 원주 방향으로 그리고 반경 방향으로 고정 클립의 이동을 제한하기 위해 회전자 라미네이션의 자석 클립 고정 립과 맞물리도록 형성된다. 일부 실시예에서, 회전자 라미네이션의 자석 클립 고정 립 및 고정 클립의 고정 립 부분은 상기 클립이 회전자 라미네이션에 대해 축방향으로 활주할 수 있도록 형성된다. 이는 회전자 라미네이션 상에 고정 클립을 조립하는 것을 도울 수 있다.
자석 고정 클립의 자석 유지 부분은 반경 방향으로 자석의 이동을 제한하기 위해 자석(140a)의 표면과 맞물리기 위한 자석 유지 표면(194)을 포함한다. 즉, 자석 유지 표면은 회전자 라미네이션의 자석 맞물림 표면상에 자석을 유지하도록 형성된다. 도 12a에 도시된 예에서, 자석 유지 표면(194)은 반경 방향으로 평면에 대해 45도 경사진 평면을 형성하지만, 임의의 다른 적절한 각도가 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 자석(140a)은 자석 유지 표면의 평면에 팽행하게 놓이는 면을 형성하는 코너 부분(196a, 196b)을 포함한다. 자석의 코너 부분은 고정 클립의 자석 유지 표면과 맞물린다. 자석 유지 부분은 예컨대, 원주 방향 및/또는 축방향으로 돌출하거나 연장하는 그리고/또는 연결 부분을 이용하여 자석 고정 유닛의 고정 립 부분에 연결되는 요소와 같은 돌출부 내에 제공될 수 있으며, 아암, T-형상 요소, 초승달-형상 요소, 반원통 요소, 플레이트 및 천공 플레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 예에서, 자석 유지 부분(193)은 서로 이격되는 2개의 아암(193a, 193b)을 포함하는데, 상기 2개의 아암의 사이에 간극이 존재하고, 아암은 연장부 예컨대, 실질적으로 직사각형(예컨대, 실질적으로 정사각형) 단면을 갖는 긴 요소일 수 있다. 이로 인해, 회전자(100)가 회전할 때 공기가 자석(140a)과 자석 고정 클립(142) 사이에서 유동할 수 있다. 회전자(100)가 회전함에 따라, 공기는 고정 클립과 자석 사이에서 유동할 수 있으며, 그로 인해, 회전자(100) 주위에 난류가 유발된다. 이는 회전자 자석 및 고정자 코일의 냉각을 향상시키는데 도움이 될 수 있다. 아암들 사이의 간극 또는 아암의 간격은 따라서 사용 시에 자석의 냉각을 촉진하는 난류 유발 요소를 형성할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 리세스 및/또는 하나 이상의 천공과 같은 난류 유발 요소의 다른 유형이 자석 고정 클립에 제공될 수 있다. 공기가 난류 유발 요소에 대해 유동할 때(예컨대, 자석 고정 클립이 현재 회전하고 있는 회전자 상에 장착되고 그리고/또는 바람이 자석 고정 클립 상에 현재 불고 있을 때), 기류 내의 난류가 난류 유발 요소에 의해 유발된다. 공기 유동 및 자석 고정 유닛이 서로에 대해 이동함에 따라, 난류의 적어도 일부가 자석과 함께 소정 영역 내에 도달하기 쉽고, 이로 인해 자석에 도달하거나 자석과 접촉하게 되는 공기의 양을 증가시킴으로써 자석의 냉각을 증가시킨다.
도 13은 고정 클립(142)을 사용하여 회전자 라미네이션(130)에 고정되고 회전자 라미네이션(130) 상에 장착된 자석(140)을 개략적으로 도시한다. 일부 예에서, 자석은 도 11 및 도 12와 관련하여 상술된 바와 같은 자석의 이동을 제한하도록 위치된 고정 클립 및 에폭시 접착제와 같은 적절한 접착제를 이용하여 회전자 라미네이션에 고정된다. 이는 발전기가 사용 중일 때 자석이 회전자(100)로부터 탈착될 가능성을 감소시키는데 도움이 될 것이다. 다른 예에서, 접착제는 생략된다.
예에서, 고정 클립은 압출된 알루미늄으로부터 형성되지만, 다른 적절한 금속성 재료(예컨대, 알루미늄, 스틸, 금속 합금) 또는 SMC 유리섬유, 유리 섬유, 플라스틱 재료, 중합체, 나일론, 유리 충진식 나일론 또는 다른 재료와 같은 비금속 재료 및 제조 방법이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 고정 클립이 금속성 재료 또는 전기 전도성 재료로부터 형성되는 예에서, 약간의 맴돌이 전류가 발전기의 작동 시 상기 클립 내에 존재할 것이다. 그 결과, 일부 예에서 고정 클립은 맴돌이 전류의 유동 방향에 수직한 방향으로 클립의 단면을 최소화하도록 형성된다. 즉, 예에서, 고정 클립은 소정의 역치 전기 저항보다 큰 전기 저항을 제공하도록 형성된다.
도 11 내지 도 13을 참조로 상술된 예에서, 복수의 고정 클립이 회전자 라미네이션에 자석을 고정하도록 축방향으로 배열된다. 즉, 이 예에서, 축방향으로의 고정 클립의 길이는 축방향으로의 회전자 라미네이션의 길이보다 작다.
하지만, 다른 예에서, 축방향으로의 고정 클립의 길이는 축방향으로의 회전자 라미네이션의 길이에 대응한다. 즉, 이 예에서, 고정 클립은 축방향으로 연속적이다. 이 예에서, 고정 클립은 자석과 고정 클립 사이의 간극을 형성하도록 배열되는 복수의 아암을 포함한다. 일부 예에서, 고정 클립은 복수의 고정 클립(예컨대, 도 12a 및 도 12b를 참조로 설명된 고정 클립(142))에 대응하도록 일 편으로부터 형성된다.
도 14는 본원의 개시의 예에 따른 회전자 라미네이션에 자석을 고정하기 위한 배열의 다른 예를 도시한다.
도 14의 예에서, 회전자는 복수의 회전자 라미네이션(195), 회전자 라미네이션(195) 상에 장착되는 복수의 자석(196) 및 고정 클립(197)을 포함한다. 고정 클립(197)은 고정 클립의 길이를 따라 연장하는 긴 편의 요소(198)(이 예에서 엘라스토머 코드)를 포함한다. 도 14의 예에서, 축방향으로의 고정 클립(197)의 길이는 축방향으로의 적층된 회전자 라미네이션(195)의 길이에 대응한다. 회전자 라미네이션(195)은 축방향으로의 고정 클립(197)의 이동을 제한하기 위해, 예컨대 회전자 라미네이션으로부터 멀어지는 이동을 제한하기 위해 고정 클립(197)과 맞물리기 위한 제1 고정 립(199a) 및 제2 고정 립(199b)을 포함한다. 이 예에서, 라미네이션(195)의 유닛 맞물림 부분은 자석 고정 클립(197)의 대응 부분과 맞물리기 위해 실질적으로 안장머리(pommel) 형상인데, 상기 대응 부분은 실질적으로 둥근 단면을 갖는다.
고정 클립(197)은 제1 자석 맞물림 부분(191a) 및 제2 자석 맞물림 부분(191b)을 포함하고, 긴 편의 요소를 수용하기 위한 중공의 긴 부분을 형성하는 가요성 부분을 포함한다. 엘라스토머 코드(198)와 같은 긴 편의 요소가 제1 자석 맞물림 부분(191a)과 제2 자석 맞물림 부분(191b) 사이에 위치되어, 자석 맞물림 부분을 자석을 향해 그리고 코드로부터 멀어지게 편의시킨다. 자석(196)은 회전자 라미네이션(195)으로부터 멀어지는 자석(196)의 이동을 제한하기 위해 고정 클립(197)의 자석 맞물림 부분(191a, 191b)과 정합하는 고정 클립 맞물림 부분을 포함한다. 예에서, 고정 클립 맞물림 부분은 초승달 형상이며, 자석 맞물림 부분(191a, 191b)은 고정 클립 맞물림 부분의 형상과 대응하는 형상을 갖지만, 다른 형상이 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 회전자 상에 자석을 조립하기 위해, 자석(196)은 적절한 접착제를 이용하는 회전자 라미네이션(195)에 고정되고 고정 클립(197)은 자석의 고정 클립 맞물림 부분 및 고정 립(199a, 199b)과 맞물리도록 축방향으로 자석들 사이에서 활주한다. 이후, 엘라스토머 코드(198)는 자석(196)을 향해 자석 맞물림 부분(191a, 191b)을 편의시키기 위해 고정 클립(197) 내로 삽입된다. 그 결과, 고정 클립(197)은 접착제가 파손된 경우에도 회전자 라미네이션(195)으로부터 멀어지는 자석의 이동을 제한할 수 있다. 일부 실시예에서, 접착제는 생략될 수도 있다.
예에서, 고정 클립(197)은 압출된 나일론으로부터 형성되지만, 다른 플라스틱 재료, 플라스틱 복합재 또는 다른 재료가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 도 14의 예는 엘라스토머 코드(198)를 사용하지만, 하나 이상의 스프링과 같은 자석을 향해 자석 맞물림 부분을 편의시키기 위한 다른 요소가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 상기 코드는 고정 클립(197)의 길이를 따라 연속적일 필요는 없으며, 복수의 엘라스토머 코드와 같은 복수의 편의 요소가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 고정 클립(197)은 축방향으로 회전자 라미네이션의 길이를 따라 연속적일 필요가 없으며 각각의 길이가 축방향으로의 적층된 라미네이션의 길이보다 짧은 하나 이상의 고정 클립이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 13 및 도 14의 예에서, 장착 표면은 장착 표면상의 자석의 이동을 제한하기 위한 장착 제한 수단을 포함한다. 예컨대, 도 13에는 장착 표면이 예컨대, 자석의 측면과 협력하여 자석의 원주 방향 움직임을 제한하는데 도움이 될 수 있는 벽으로 작용하는 측면 돌기부를 구비하는 일 예가 도시된다. 도 14에 도시된 예에서, 장착 표면은 자석의 대응하는 리세스와 협력할 수 있어, 장착 표면상에서의 자석의 원주 방향 움직임을 제한할 수 있는 보스(boss) 형상의 돌기부를 포함한다.
도 15는 회전자(100)의 전체 배열을 개략적으로 도시한다. 상술된 바와 같이, 회전자는 회전자 세그먼트(116)와 같은 복수의 회전자 세그먼트를 포함한다. 상기 회전자 세그먼트들은 서로 연속적이도록 회전자 림의 원주 주위에 배열된다. 예에서, 회전자는 12개의 회전자 세그먼트를 포함하고, 자석은 120개 회전자 자석 극을 형성하도록 배열된다. 하지만, 임의의 다른 수의 회전자 세그먼트 및 회전자 자석 극이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
자석을 장착하기 위한 본원의 개시의 교시는 라미네이션, 예컨대 실질적으로 복수의 라미네이션과 동일한 외부 구성을 갖는 일체식으로 형성된 자석 장착부를 포함하지 않는 자석 장착부에 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
회전자 링에 대한 회전자 세그먼트의 부착이 이제 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
고정자
본원의 개시의 예에 따른 고정자(200)가 이제 도 16 내지 도 32b를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 16은 본원의 개시의 예를 따른 고정자(200)를 개략적으로 도시한다.
고정자(200)는 고정자 세그먼트(212)와 같은 복수의 고정자 세그먼트를 포함한다. 고정자 세그먼트는 고정자 림(204) 주위에 원주 방향으로 배열된다. 고정자(200)는 통상적으로 복수의 고정자 세그먼트를 포함한다. 일 예에서, 고정자(200)는 12개의 고정자 세그먼트를 포함하지만, 12개, 18개, 24개와 같은 임의의 다른 수의 고정자 세그먼트가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일 예에서, 사용된 고정자 세그먼트의 수는 360의 정수 제수인데, 각각의 고정자 세그먼트는 동일한 원주 방향 길이를 갖지만, 고정자 세그먼트는 서로 상이한 원주 방향 길이를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
고정자(200)는 스포크(202a, 202b)와 같은 복수의 스포크를 통해 고정자 림(204)에 커플링되는 고정자 허브(214)를 포함한다. 예에서, 고정자(200)는 회전자(100)와 유사한 스포크식 구조를 갖는다. 스포크식 구조는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
고정자 림
고정자 림(204)은 서로 축방향으로 이격된 복수의 고정자 링을 포함한다. 이제 고정자 림이 도 17을 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 17은 본원 개시의 예에 따른 고정자(200)의 고정자 링을 개략적으로 도시한다. 예에서, 고정자 링은 고정자 지지 링으로 간주될 수 있다. 도 17에 도시된 예에서, 고정자 림(204)은 제1 고정자 링(220), 제2 고정자 링(222), 제3 고정자 링(224), 제4 고정자 링(226), 제5 고정자 링(229) 및 제6 고정자 링(230)을 포함한다. 즉, 도 17의 예의 고정자 림(204)은 6개의 고정자 링을 포함하지만, 임의의 적절한 수의 고정자 링이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 제2 고정자 링(222), 제3 고정자 링(224), 제4 고정자 링(226) 및 제5 고정자 링(229) 사이의 축방향으로의 간격은 제1 회전자 링(120), 제2 회전자 링(122), 제3 회전자 링(124) 및 제4 회전자 링(126) 사이의 축방향 간격에 대응하지만, 고정자 링들 사이의 간격은 회전자 링들 사이의 간격과 다를 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 제1 고정자 링(220)과 제2 고정자 링(222) 사이의 축방향 간격은 제5 고정자 링(229)과 제6 고정자 링(230) 사이의 간격과 동일하다. 일부 예에서, 제1 고정자 링(220)과 제2 고정자 링(222) 사이의 축방향 간격 및 제5 고정자 링(229)과 제6 고정자 링(230) 사이의 축방향 간격은 제2 고정자 링(222), 제3 고정자 링(224), 제4 고정자 링(226) 및 제5 고정자 링(229) 각각의 사이의 축방향 간격보다 작다. 하지만, 고정자 링들 사이의 임의의 적절한 간격이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
고정자 림(204)은 복수의 고정자 링 지지 튜브 조립체를 포함한다. 예에서, 각각의 고정자 링 지지 튜브 조립체는 지지 튜브 및 하나 이상의 이격 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, 이격 요소는 상기 튜브 주위를 클램핑하는 클램핑 칼라이다. 다른 예에서, 이격 요소는 지지 튜브의 직경보다 큰 직경을 갖는 이격 튜브이며, 그 결과 지지 튜브는 이격 튜브 내에 위치될 수 있다. 하지만, 여러 이격 요소의 유형이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이격 요소는 더 상세하게 후술될 것이다. 일부 예에서, 고정자 링 지지 튜브 조립체는 회전자 링 지지 튜브 조립체와 동일하지만, 이들은 서로 다를 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 복수의 원주 방향으로 배열된 구멍이 각각의 고정자 링 내에 형성되며, 이를 통해 각각의 지지 튜브가 통과한다. 이격 요소는 고정자 링(예컨대, 고정자 링들(220, 222, 224, 226, 229, 230) 사이에 배열되어, 고정자 링들은 서로 이격된 관계이다.
도 17을 참조하면, 제1 고정자 링 지지 튜브 조립체(점선(227a)으로 도시됨) 및 제2 고정자 링 지지 튜브 조립체(점선(227b)으로 도시됨)가 고정자 링 지지 튜브 조립체의 예로서 도시된다.
상술된 바와 같이, 예에서 각각의 고정자 링 지지 튜브 조립체는 하나 이상의 이격 요소를 포함한다. 도 17에 도시된 예에서, 이격 요소는 이격 튜브이다. 예컨대, 제2 고정자 링 지지 튜브 조립체(점선(227b)에 의해 지시됨)는 5개의 이격 튜브(228a, 228b, 228c, 228d, 228e)를 포함한다.
예컨대, 제2 고정자 링 지지 튜브 조립체의 지지 로드는 고정자 링(즉 고정자 링(220, 222, 224, 226, 229, 230)) 내의 대응 구멍을 통과하고, 이격 튜브(228a)는 제1 고정자 링(220)과 제2 고정자 링(222) 사이에 위치되고, 이격 튜브(228b)는 제2 고정자 링(222)와 제3 고정자 링(224) 사이에 위치되고, 이격 튜브(228c)는 제3 고정자 링(224)과 제4 고정자 링(226) 사이에 위치되고, 이격 튜브(228d)는 제4 고정자 링(226)과 제5 고정자 링(228) 사이에 위치되고, 이격 튜브(228e)는 제5 고정자 링(228)과 제6 고정자 링(230) 사이에 위치된다. 즉, 예컨대 고정자 링 지지 튜브 조립체는 고정자 링 상의 반경방향 힘 및 비틀림을 저항하도록 축방향으로 고정자 링들을 함께 기계적으로 커플링한다.
(도 17에 도시된 배열과 유사한) 다른 예에서, 각 고정자 링 지지 튜브 조립체는 6쌍의 클램핑 칼라를 포함하는데, 각 쌍의 클램핑 칼라는 각각의 고정자 링의 각 측면에 위치된다.
일 예에서, 고정자 링 지지 튜브 조립체는 원주 방향으로 고정자 링 주위에 분포된다. 도 17의 예에서, 고정자 이격 로드의 세트들이 원주 방향으로 균일하게 분포되지만(즉, 원주 방향으로의 각 고정자 로드 사이의 거리가 동일하지만), 고정자 이격 로드의 세트들은 불균일하게 분포될 수 있다(즉, 원주 방향으로 고정자 링 지지 튜브 조립체들 사이의 간격이 상이할 수 있다)는 것이 이해될 것이다. 예에서, 고정자 링은 고정자의 회전 축에 수직인 평면 내에 서로 평행하게 배열된다. 이는 구조를 간결하게 할 뿐만 아니라 축 방향으로 강성을 제공하는 것을 돕는다. 하지만, 고정자 링은 서로 평행할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 도 17의 예에서, 고정자 링 지지 튜브 조립체의 지지 튜브는 고정자 이격 링의 평면에 수직인데, 즉 각 지지 튜브의 고정자의 주 길이는 회전 축에 평행하지만, 다른 구성도 가능하다는 것이 이해될 것이다. 도 17의 예에서, 지지 튜브 및 이격 튜브는 원형 단면을 갖지만, 정사각형, 타원형, 직사각형 등과 같은 다른 단면이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 고정자 링 지지 튜브 조립체들의 단면은 서로 상이할 수 있으며 지지 튜브 및 이격 튜브의 단면은 서로 상이할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 예에서, 회전자 링 지지 튜브 조립체 및/또는 고정자 링 지지 튜브 조립체의 지지 튜브는 중공이지만, 이들은 중실일 수 있거나 또는 지지 튜브의 재료와는 다른 재료로 충진될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 고정자 링 지지 튜브 조립체의 이격 튜브는 이격 튜브의 제1 하위 세트 및 제2 하위 세트를 포함한다. 예에서, 제2 하위 세트의 이격 튜브는 축방향으로 제1 하위 세트의 이격 튜브들 사이에 위치된다. 즉, 제1 하위 세트의 이격 튜브는 외부 이격 튜브로 간주될 수 있으며, 제2 하위 세트의 이격 튜브는 내부 이격 튜브로 간주될 수 있다. 예컨대, 도 17을 참조하면 고정자 링 지지 튜브 조립체(227b)는 이격 튜브(228a, 228e)를 포함하는 제1 하위 세트 및 이격 튜브(228b, 228c, 228d)를 포함하는 제2 하위 세트를 포함한다.
예에서, 제1 하위 세트 내의 이격 튜브는 제1 길이를 가지며, 제2 하위 세트 내의 이격 튜브는 제2 길이를 갖는다. 예에서, 제1 길이는 제2 길이보다 작다. 예컨대, 상술된 바와 같이 제1 고정자 링(220)과 제2 고정자 링(222) 사이의 축방향 간격이 제5 고정자 링(229)과 제6 고정자 링(230) 사이의 간격과 동일하고, 제1 고정자 링(220)과 제2 고정자 링(222) 사이의 축방향 간격 및 제5 고정자 링(229)과 제6 고정자 링(230) 사이의 축방향 간격은 제2 고정자 링(222), 제3 고정자 링(224), 제4 고정자 링(226) 및 제5 고정자 링(229) 각각의 사이의 축방향 간격보다 작다. 제1 및 제2 하위 세트 내의 이격 튜브의 길이는 고정자 링들 사이의 소정의 간격을 얻도록 선택될 수 있다. 클램핑 칼라가 사용되는 다른 예에서, 클램핑 칼라는 고정자 링들 사이의 소정의 간격을 얻도록 위치된다.
하지만, (3개 이상의 고정자 링이 존재하는 경우) 고정자 링들이 축방향으로 그들 사이에 동일한 길이를 갖도록 클램핑 칼라들이 배열될 수 있거나 또는 이격 튜브들이 서로 동일한 길이를 가질 수 있지만, 이격 튜브는 서로 다른 길이를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 18은 고정자(200)의 확대 평면도를 개략적으로 도시한다. 도 18은 예컨대, 도 7을 참조하여 상술된 바와 같이 고정자 링 및 고정자 이격 로드와 함께 고정자 세그먼트(212)의 일 예를 개략적으로 도시한다. 이제 고정자 세그먼트가 도 19 내지 도 32b를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
고정자 세그먼트
도 19는 고정자 세그먼트(212)를 개략적으로 도시한다. 고정자 세그먼트(212)는 복수의 고정자 라미네이션(235), 복수의 고정자 결속 로드(예컨대, 결속 로드(236)), 복수의 고정자 코일(예컨대, 고정자 코일(238)), 축방향으로 고정자 라미네이션(235)의 양측에 위치되는 한 쌍의 고정자 라미네이션 측면 플레이트(240a, 240b) 및 열전달 매니폴드(도시 생략)를 포함한다. 열전달 매니폴드는 상세하게 후술될 것이다. 예에서, 고정자 세그먼트(212)는 12개의 고정자 코일을 포함하지만, 고정자 세그먼트는 임의의 적절한 수의 고정자 코일을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 19를 참조하면, 고정자 라미네이션(235)은 제1 고정자 라미네이션(242) 및 제2 고정자 라미네이션(244)를 포함한다. 하나 이상의 장착 구멍(예컨대, 장착 구멍(246))이 고정자 링 상에 고정자 라미네이션(135)을 장착하기 위해 제1 고정자 라미네이션 내에 형성된다. 이제, 고정자 라미네이션(235)이 도 20a, 도 20b, 도 21a, 도 21b 도 22를 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
고정자 라미네이션
도 20a는 본원 개시의 예에 다른 제2 고정자 라미네이션 중 하나를 개략적으로 도시한다. 도 20b는 도 20a에 도시된 제2 고정자 라미네이션의 부분(248)의 확대 도면을 개략적으로 도시한다. 제2 고정자 라미네이션은 원주 방향으로 배열된 복수의 코일 치형 부분을 포함한다. 예컨대, 도 20b를 참조하면, 부분(248)은 치형 부분(250a, 250b, 250c, 250d)을 포함한다. 예컨대, 치형부는, 주위에 코일이 배치될 수 있는 코일 치형부 또는 자석 회로 치형부로 간주될 수 있다.
각각의 치형 부분은 제2 고정자 라미네이션 상에 고정자 코일을 유지하기 위한 하나 이상의 코일 보유 슬롯을 포함한다. 예컨대, 치형 부분(250b)은 제1 코일 보유 슬롯(252a) 및 제2 코일 보유 슬롯(252b)를 포함하고, 치형 부분(250c)은 제1 코일 보유 슬롯(254a) 및 제2 코일 보유 슬롯(254b)을 포함한다. 예에서, 코일 보유 플레이트는 고정자 라미네이션에 대해 코일을 보유하기 위해 인접한 코일 치형 부분(예컨대, 코일 치형 부분(250c))의 코일 보유 슬롯(예컨대, 코일 장착 슬롯(254a)) 및 제1 코일 치형 부분(예컨대, 코일 치형 부분(250b))의 코일 보유 슬롯(예컨대, 코일 보유 슬롯(252b))과 맞물린다. 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
예에서, 모든 제2 고정자 라미네이션은 실질적으로 도 20a에 도시된 제2 고정자 라미네이션과 동일한 프로파일을 갖지만, 제2 고정자 라미네이션의 프로파일은 서로 다를 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 20b를 참조하면, 제2 고정자 라미네이션은 결속 로드 맞물림 슬롯(256a, 256b, 256c, 256d)과 같은 복수의 고정자 결속 로드 맞물림 슬롯을 포함한다. 예에서, 각각의 치형 부분은 결속 로드 맞물림 슬롯을 포함한다. 예컨대, 치형 부분(250c)은 결속 로드 맞물림 슬롯(256c)을 포함하고 치형 부분(250d)은 결속 로드 맞물림 슬롯(256d)을 포함한다. 예에서, 제2 고정자 라미네이션의 외부 에지는 코일 치형 부분의 결속 로드 맞물림 슬롯, 예컨대 결속 로드 맞물림 슬롯(256a) 및 결속 로드 맞물림 슬롯(256c) 반대편에 각각 위치되는 결속 로드 맞물림 슬롯을 포함한다.
즉, 고정자 세그먼트가 고정자 상에 장착될 때 코일 치형 부분보다 회전 축으로부터 더 먼 제2 고정자 라미네이션의 에지는 결속 로드 맞물림 슬롯를 포함하는데, 이 결속 로드 맞물림 슬롯은 회전 축 및 코일 치형 부분의 각각의 결속 로드 맞물림 슬롯을 통과하는 반경방향 라인 상에 놓인다. 하지만, 외부 에지의 결속 로드 맞물림 슬롯은 코일 치형 부분의 결속 로드 맞물림 슬롯으로부터 원주 방향으로 오프셋되어 설정될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 21a는 제1 고정자 라미네이션 중 하나를 개략적으로 도시하며, 도 21b는 도 21a에 도시된 제1 고정자 라미네이션의 부분(260)을 개략적으로 도시한다. 도 21a에 도시된 예에서, 제1 고정자 라미네이션은 4개의 고정자 장착 구멍(262a, 262b, 262c, 262d)을 포함하지만, 제1 고정자 라미네이션은 임의 수의 고정자 장착 구멍을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 고정자 장착 구멍은 제1 고정자 라미네이션 내에 형성된다.
제2 고정자 라미네이션과 유사한 방식으로, 제1 고정자 라미네이션은 원주 방향으로 배열된 복수의 코일 치형 부분을 포함한다. 예컨대, 도 21b를 참조하면, 부분(260)은 코일 치형 부분(264a, 264b, 264c, 264d)을 포함한다. 각각의 코일 치형 부분은 제1 고정자 라미네이션 상에 고정자 코일을 유지하기 위한 하나 이상의 코일 장착 슬롯을 포함한다. 예컨대, 코일 치형 부분(264b)은 제1 코일 장착 슬롯(252a) 및 제2 코일 장착 슬롯(252b)을 포함하고, 코일 치형 부분(264c)은 제1 코일 장착 슬롯(254a) 및 제2 코일 장착 슬롯(254b)을 포함한다. 상술된 바와 같이, 코일 보유 플레이트가 고정자 라미네이션에 대해 코일을 보유하기 위해 인접한 코일 치형 부분(250c)의 코일 장착 슬롯(예컨대, 코일 장착 슬롯(254a) 및 제1 코일 치형 부분(예컨대, 코일 치형 부분(250b))의 코일 장착 슬롯(예컨대, 코일 장착 슬롯(252b))과 맞물린다. 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
예에서, 제1 고정자 라미네이션의 일부분이 제2 고정자 라미네이션의 프로파일과 대응하는 프로파일을 갖는다. 예에서, 제1 고정자 라미네이션 각각은 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 예에서, 고정자 세그먼트가 고정자 상에 장착될 때 제1 부분은 제1 고정자 라미네이션의 내부 부분에 대응하고 제2 부분은 제1 고정자 라미네이션의 외부 부분에 대응한다. 즉, 제1 부분은 제2 부분보다 회전축에 더 근접하게 위치된다.
도 21b를 참조하면, 제1 고정자 라미네이션은 제1(내부) 부분(266a) 및 제2(외부) 부분(266b)을 포함한다. 예에서, 제1 고정자 라미네이션의 제1 부분의 프로파일은 제2 고정자 라미네이션의 프로파일에 대응한다. 예컨대, 도 19에 도시된 바와 같이 제2 고정자 라미네이션이 축방향으로 제1 고정자 라미네이션들 사이에 위치되도록 제1 및 제2 고정자 라미네이션이 서로 적층될 때, 고정자 라미네이션의 내부 표면은 실질적으로 회전 축에 평행한 방향으로 모든 고정자 라미네이션을 가로질려 동일한 프로파일(단면)을 갖는다. 여기서 "내부 표면"은 회전축을 향하는 고정자(200)의 내측을 향해 위치된 고정자 라미네이션의 표면을 의미한다.
예에서, 회전자 라미네이션 및/또는 고정자 라미네이션은 스틸 시트와 같은 금속성 시트 재료로부터 적절한 프로파일을 스탬핑하여 형성되지만, 회전자 라미네이션 및/또는 고정자 라미네이션은 금속성 시트 금속으로부터 레이저 절삭 또는 다이 절삭될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 하지만, 라미네이션을 제조하기 위한 다른 방법이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 제1 고정자 라미네이션(242) 및 제2 고정자 라미네이션(244)은 치형 코일이 장착되는 고정자 라미네이션을 형성하도록 축방향으로 함께 적층된다. 예예서, 제1 고정자 라미네이션은 내부(제1) 세트의 결속 로드 슬롯 및 외부(제2) 세트의 결속 로드 슬롯을 포함한다. 예컨대, 도 21b를 참조하면, 제1 고정자 라미네이션의 코일 치형 부분 각각은 상기 내부 세트의 고정자 결속 로드 슬롯을 포함한다. 예컨대, 내부 세트의 고정자 결속 로드 슬롯은 결속 로드 슬롯(268a, 268b, 268c)을 포함한다.
일부 예에서, 예로서 고정자 라미네이션이 연속 원을 형성하는 분할되지 않은 고정자가 사용될 수 있다. 이 예에서는 단지 외부 결속 로드만이 사용될 수 있지만, 내부 및 외부 결속 로드 모두가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
라미네이션이 분할되는(즉, 연속 원이 형성되지 않는) 예에서, 내부 및 외부 결속 로드 모두가 사용될 수 있는데, 이때 내부 결속 로드는 자기 특성에 과도하게 영향을 미치지 않는다. 하지만, 이 예에서, 결속 로드는 자기 특성에 대한 결속 로드의 임의의 영향을 감소시키기 위해 비전도성 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
도 21b의 예를 참조하면, 제1 고정자 라미네이션 내의 외부(제2) 세트의 결속 로드 슬롯은 열쇠 구멍 형상이다. 예컨대, 고정자 결속 로드 슬롯의 외부 세트는 결속 로드 슬롯(267a, 267b, 267c)을 포함한다. 즉, 도 21b의 예를 참조하면, 결속 로드 슬롯의 제2 세트 내의 슬롯은 슬롯의 측면들이 서로 평행한 선형 부분(270a) 및 원형 부분(270b)을 포함한다. 예에서, 선형 부분(270a)은 원형 부분(270b)보다 허브(214)에 근접하게 위치되지만, 반대의 배열이 사용될 수 있으며, 다른 슬롯 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 제1 고정자 라미네이션은 제2 고정자 라미네이션과 적층될 때, 고정자 결속 로드 슬롯의 제2 세트의 선형 부분의 적어도 일부가 제2 고정자 라미네이션의 외부 결속 로드 슬롯의 위치와 대응한다.
도 22는 제2 고정자 라미네이션과 함께 제1 고정자 라미네이션의 일부를 적층하는 것을 개략적으로 도시한다. 예컨대, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 고정자 라미네이션(242)의 결속 로드 슬롯(268)의 내부 세트의 위치는 실질적으로 제2 고정자 라미네이션(244)의 결속 로드 슬롯(256)의 위치와 대응한다. 또한, 예컨대 제1 고정자 라미네이션(242)의 결속 로드 슬롯(267)의 외부 세트의 적어도 일부는 제2 고정자 라미네이션의 외부 에지 상의 결속 로드 슬롯(256)의 위치와 대응한다.
예에서, 고정자 라미네이션은 회전자 라미네이션에 대해 상술된 것과 유사한 방식으로 결속 로드를 이용하여 함께 압착된다.
예컨대, 도 21b를 다시 참조하면, 원형 부분(270b)의 직경은 원형 부분(270b)을 통해 결속 로드의 앵커(들)이 통과할 수 있도록 치수가 결정된다. 원주 방향으로의 선형 부분의 폭은 대응하는 결속 로드의 직경과 실질적으로 동일하다. 예에서, 원주 방향으로의 선형 부분(270a)의 폭은 대응하는 결속 로드의 직경보다 큰 제1의 사전 결정된 틈새 거리이며, 원형 부분(165b)의 직경은 결속 로드의 앵커의 직경보다 큰 제2의 사전 결정된 틈새 거리이다.
고정자 세그먼트 측면 플레이트(240a, 240b) 각각은 슬롯(256a, 256c)과 같은 고정자 라미네이션 내의 결속 로드 맞물림 슬롯과 대응하도록 위치되는 복수의 결속 로드 슬롯을 포함한다. 고정자 라미네이션 및 고정자 측면 플레이트는 회전자 라미네이션에 대해 상술된 것과 유사한 방식으로 함께 유지되도록 조립된다. 예에서, 고정자 측면 플레이트는 요동 자속의 영역 내에 위치된다. 따라서, 예에서 측면 플레이트 내에서 맴돌이 전류 손실을 감소시키기 위해, 측면 플레이트는 알루미늄, 오스테나이트 스테인리스 스틸 또는 다른 비자성 금속 또는 비금속과 같은 비자성 금속으로부터 형성된다.
도 23a 및 도 23b는 본원의 개시의 예에 따른 고정자 라미네이션의 코일 치형 부분 위에 장착되는 고정자 코일의 측면도를 개략적으로 도시한다. 예컨대, 도 23a에 도시된 바와 같이, 결속 로드(236)는 축방향으로 고정자 라미네이션을 포함하고, 고정자 코일은 상기 코일이 고정자 라미네이션의 각각의 코일 치형 부분 주위에 위치되도록 장착된다. 이제, 고정자 코일이 도 24 내지 도 29를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
고정자 코일
이제, 고정자 코일이 도 24 내지 도 29를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 24는 본원의 개시의 예에 따른 고정자 코일(238)을 개략적으로 도시한다. 고정자 코일(238)은 복수의 선형 권선 부분(예컨대, 선형 권선 부분(272)) 및 상기 선형 권선 부분의 각 단부에 위치된 복수의 단부 권선 부분(예컨대, 단부 권선 부분(274a, 274b))을 포함한다. 즉, 코일(238)은 선형 권선 부분 및 단부 권선 부분에 의해 형성되는 복수의 권선을 포함한다.
코일(238)은 코일(238)을 가열 또는 냉각하도록 유체가 통과될 수 있는 유체 채널을 포함한다. 예에서, 유체는 액체이지만, 가스가 사용될 수도 있다. 코일(238)은 유체 유입구(276) 및 유체 유출구(278)를 포함한다. 코일(238)은 권선 부분이 코일 치형부 주위에 위치되도록 고정자 라미네이션의 코일 치형부에 대해 끼워질 수 있도록 치수가 결정된다. 즉, 예에서, 코일(238)은 고정자 라미네이션의 코일 치형부들 사이에서 고정자 슬롯 내에 위치될 수 있다. 예컨대, 유체 채널은 스테인리스 스틸을 포함하고 권선 부분은 구리를 포함하지만, 다른 적절한 재료가 유체 채널 및 권선을 위해 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 권선은 구리와 같은 연속적 전도체로부터 형성되는데, 이 전도체 내에서 유체 채널이 통과한다. 권선은 수지 또는 래커 코팅에 의해 서로 전기적으로 절연되지만, 권선을 서로 절연시키는 다른 기술이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 도 24에 도시된 예에서, 코일(238)은 제1 전기 커넥터(280) 및 제2 전기 커넥터(282)를 포함한다. 제1 전기 커넥터(280)는 권선의 일단부에 전기적으로 연결되고, 제2 전기 커넥터(282)는 권선의 타단부에 연결되어, 코일(238) 내에 생성된 전류가 상기 전기 커넥터들 사이에서 권선 주위를 흐른다. 전기 커넥터(280, 282)는 소정의 전류 또는 전압과 같은 소정의 출력을 달성하기 위해 다른 고정자 코일의 다른 전기 커넥터 또는 외부 회로망(circuitry)에 전기적으로 연결된다.
도 25는 본원의 개시의 예에 따른 코일(238)의 일 단부의 확대 도면을 개략적으로 도시한다. 유체 유입구(276)는 유입구 커넥터(284)를 포함하고, 유체 유출구(278)는 유출구 커넥터(286)를 포함한다. 유입구 및 유출구 커넥터는 유체 채널이 매니폴드와 유체 소통하도록 매니폴드에 연결되게 구성된다. 유입구 커넥터(284) 및 유출구 커넥터(286)는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 25를 참조하면, 코일(238)은 코일(238)의 선형 권선 부분을 둘러싸는 전기적 절연 슬리브를 포함하지만, 절연 슬리브의 다른 구성이 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 전기 절연 슬리브는 고정자 라미네이션으로부터 코일을 갈바니 전기에 의해 격리하는 것을 돕는다. 일부 실시예에서, 전기적 격리 슬리브는 라미네이션으로부터의 기계적 마모로부터 권선의 절연 코팅을 보호하는 것을 돕는다.
도 26은 도 24에서 화살표(289)의 방향으로 조망된 코일(238)의 단면도를 개략적으로 도시하며, 도 27은 도 24에서 화살표(290)의 방향으로 조망된 코일(238)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 상술된 바와 같이, 코일은 예컨대, 도 26에 도시된 바와 같이 유체 채널(291)을 포함한다.
예에서, 코일(238)의 권선을 형성하는데 사용되는 전도체의 단면은 직사각형이다. 따라서, 예에서 단부 권선 부분(274a) 내의 권선은 일 권선 수준으로부터 다음 권선 수준으로의 단차를 수용하기 위해 선형 부분에 대해 경사진다.
도 27은 본원의 개시의 실시예에 따른 고정자 코일의 권선 선회부(turns)(수준)을 도시한다. 도 27을 참조하면, 예에서 코일(238)은 전도체 및 유체 채널을 코일 형상으로 만곡시킴으로써 형성되는 12개의 권선 선회부를 포함한다. 도 27에 도시된 예에서, 1 내지 6으로 라벨 표시된 6개의 권선 선회부가 서로의 상부에 존재한다(각 권선 수준은 2개의 권선을 포함한다). 이 예에서, 슬롯 내에 4 x 6의 전도체가 존재한다. 하지만, 권선은 코일 슬롯 내에 장착되는 임의의 적절한 수의 권선 선회부를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 도 27에 도시된 전도체가 직사각형 단면을 갖지만, 전도체의 단면은 정사각형, 육각형 또는 원형이나 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 28은 본원의 개시의 예에 따른 고정자 림에 대해 고정자 코일의 배열을 개략적으로 도시한다. 도 29는 본원의 개시의 예에 따른 고정자 코일 및 고정자 라미네이션의 단면을 도시한다.
특히, 도 29는 코일 치형부 주위에 고정자 코일을 보유하기 위한 배열을 개략적으로 도시한다. 코일 보유 플레이트(293)(슬롯 키로도 지칭됨)는 고정자 라미네이션에 대해 코일을 보유하기 위해 인접한 코일 치형 부분(예컨대, 코일 치형 부분(250c))의 코일 장착 슬롯 및 제1 코일 치형 부분(예컨대, 코일 치형 부분(250b))의 코일 장착 슬롯과 맞물린다. 즉, 코일 보유 플레이트는 고정자 라미네이션으로부터 멀어지는 코일의 이동을 제한하는 것을 돕는다. 예에서, 각각의 코일 보유 플레이트는 2개의 코일의 권선을 보유하도록 배열되지만, 코일은 다른 적절한 배열을 이용하여 고정자 슬롯 내에(즉 고정자 라미네이션의 코일 치형부들 사이에) 보유될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
유입구 및 유출구 커넥터
이제, 유입구 및 유출구 커넥터가 도 30 및 도 31을 참조하여 설명될 것이다. 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터는 본원의 기재의 예에 따른 격리 커넥터의 예이다.
도 30은 유입구 커넥터(280) 및 유출구 커넥터(282)와 같은 격리 커넥터(292)를 개략적으로 도시한다. 예에서, 유출구 커넥터는 입구 커넥터와 유사하거나 동일한 구성을 갖는다.
격리 커넥터(292)는 유체 시스템으로부터 코일을 전기적으로 격리(절연)하도록 설계된다. 격리 커넥터(292)는 전기적 격리 디스크(293) 및 커플링 디스크(294)를 포함한다. 예에서, 격리 디스크(293)의 두께는 절연에 있어서 전기장 세기를 기초로 적절한 두께가 되도록 선택된다. 격리 디스크는 디스크의 일 측면 상에 제1 면(293a) 및 디스크의 타측면 상에 제2 면(293b)을 포함한다.
유체 절연 채널(295)이 격리 디스크(293) 내에 형성되고, 유체 채널(296)은 커플링 디스크(294) 내에 형성된다. 커플링 디스크(294)는 매니폴드 또는 전도체의 유체 채널에 격리 커넥터(292)를 커플링하기 위한 커플링 요소(297)를 포함한다. 격리 디스크(293)는 유체 채널(295)이 유체 채널(296)과 유체 소통하게 배열되도록 상기 디스크 내의 동위치 관통 구멍 및 나사식 구멍을 통해 커플링 디스크(294)에 볼트 결합된다. 예에서, 유체 절연 채널(295)의 길이는 유체 절연 채널(295)을 통해 유동하는 전류에 요구되는 저항을 제공하도록 선택된다.
격리 커넥터(292)는 절연 디스크(293)와 커플링 디스크(294) 사이에 위치된 시일을 포함하여, 이들 디스크 사이에 유체 시일을 형성한다. 예에서, 시일은 유체 채널에 평행한 평면 내에 유체 채널(296) 및 유체 채널(295)과 동심으로 위치된 한 쌍의 동심 엘라스토머 o-링을 포함한다. 즉, 시일은 복수의 밀봉 요소(예컨대, o-링)를 포함한다. 따라서, 복수의 시일은 시일들 중 하나가 파손될 경우 백업 시일로 작용할 수 있는 여분의 시일로 간주될 수 있다. 이는 누설이 발생할 가능성을 감소시키는데 도움이된다. 하지만, 다른 적절한 시일이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 제1 면(293a)은 커넥터를 유체 시스템, 예컨대, 매니폴드, 코일 전도체의 유체 채널 또는 커플링 디스크(294)와 같은 커플링 디스크의 커플링 요소에 대해 밀봉하기 위한 제1 시일(298a)을 포함한다. 제2 면(293b)은 격리 디스크(293)와 커플링 디스크(294) 사이의 밀봉을 위한 제2 시일(298b)을 포함한다. 예에서, 제1 시일(298a) 및 제2 시일(298b)은 대응하는 o-링 홈 내에 위치되는 한 쌍의 동심 o-링을 각각 포함하지만, 다른 유형의 유체 시일이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 31은 격리 커넥터(301)의 일 예를 개략적으로 도시한다. 절연 커넥터(301)는 격리 커넥터(292)와 유사한 요소를 포함한다. 격리 커넥터(301)는 격리 디스크(293) 및 격리 디스크의 양측에 위치되는 한 쌍의 커플링 디스크(294)를 포함한다. 격리 디스크(293) 및 커플링 디스크(294)의 구성은 도 31을 참조하여 상술된 것과 동일하다. 격리 커넥터(301)는 상기 디스크들을 함께 유지하기 위한 커넥터 프레임(302)을 포함한다. 커넥터 프레임은 볼트(304)에 의해 링크되고 커플링 디스크(294)의 양측에 위치되는 한 쌍의 프레임 디스크를 포함하여, 상기 커넥터 프레임은 상기 디스크의 평면에 수직한 방향으로 격리 디스크(293)에 커플링 디스크(294)를 압착할 수 있다. 예에서, 커넥터 프레임(302)은 커넥터 프레임(302)으로부터 커플링 디스크(294)를 전기적으로 격리하기 위해 프레임 디스크와 커플링 디스크(294) 사이에 위치되는 한 쌍의 프레임 격리 디스크(299a, 299b)를 포함한다.
예에서, 격리 커넥터(292)는 커플링 요소(297)를 통해 매니폴드 또는 커넥터 유체 채널에 커플링된다. 예에서, 커플링 요소는 격리 커넥터의 유체 채널이 매니폴드 또는 코일 전도체의 유체 채널과 유체 소통하도록 코일 전도체 유체 채널 또는 매니폴드에 납땜되지만, 이러한 연결은 예컨대 접착제를 이용하거나 용접에 의한 다른 적절한 방식으로 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 격리 디스크(293) 및 프레임 격리 디스크(299a, 299b)는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 페놀 플라스틱과 같은 플라스틱 재료를 포함하지만, 임의의 적절한 전기적 절연 재료가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 도 30 및 도 31의 격리 커넥터는 디스크들을 포함하는데, 임의의 다른 단면을 갖는 요소가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 격리 커넥터는 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다.
매니폴드
본원의 개시의 예에 따른 매니폴드가 이제 도 32a 및 도 32b를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 32a는 본원의 개시의 예에 따른 고정자 코일에 대한 매니폴드의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 32a의 예에서, 고정자 세그먼트는 제1 매니폴드(306) 및 제2 매니폴드(308)를 포함한다. 제1 매니폴드(306) 및 제2 매니폴드(308)는 고정자 코일(예컨대, 고정자 코일(238))의 유체 채널에 연결되도록 배열되어, 상기 매니폴드들은 고정자 코일의 유체 채널과 유체 소통된다. 예에서, 매니폴드는 고정자 코일을 통해 가열 및/또는 냉각 유체를 통과시키기 위한 유체 열전달 시스템(유체 순환 시스템)과 유체 소통하도록 배열된다.
예컨대, 발전기(1)가 전력을 생성하기 위해 작동 중일 때, 냉각 유체는 고정자 코일을 냉각하기 위해 매니폴드를 통해 고정자 코일의 유체 채널을 통과할 수 있다. 이는 접선 토크(tangential torque)가 소정의 회전자/고정자 직경에 대해 증가되는 것을 가능하게 하여, 소정 크기의 발전기에 대한 전력 출력을 증가시킬 수 있다.
다른 예에서, 발전기가 예컨대 대기 상태인 경우, 원동기는 전력을 생성하도록 발전기를 구동하지 않으며, 따라서 고정자 코일을 가열하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 주위 온도가 적어도 몇 년 동안 빙점 미만(즉, 0℃ 미만)일 가능성이 큰 근해 풍력 터빈 용도 또는 연안 풍력 터빈 용도에서, 발전기는 얼 수 있으며 발전기가 작동하지 않을 때 발전기에 얼음이 형성될 수 있는 위험이 존재한다. 그 결과, 일부 예에서 발전기가 어는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 가열 유체가 고정자 코일의 유체 채널을 통과한다.
예에서, 열전달 유체는 탈이온수(deionised water)와 같은 비전도성 유체를 포함하지만, 다른 열전달 유체가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 32b는 본원의 개시의 예에 따른 매니폴드를 개략적으로 도시한다.
도 32b는 매니폴드(308)를 도시한다. 매니폴드(308)는 제1 부분(310) 및 제2 부분(312)을 포함한다. 제1 부분(310)은 제1 부분(310)과 제2 부분(312) 사이에서 매니폴드 내에 제1 유체 챔버(314)와 제2 유체 챔버(316)를 형성하도록 제2 부분(312)에 결합된다. 매니폴드(308)는 제1 유체 챔버(314) 및 제2 유체 챔버(316)를 분리하는 챔버 분할부(318)를 포함하여, 유체 챔버가 매니폴드(308) 내에서 서로 유체 격리시킨다. 예에서, 제1 부분(310)은 용접에 의해 제2 부분(312)에 결합된다. 하지만, 제1 부분(310)은 결합부들 사이에 제공된 엘라스토머 시일과 함께 볼트에 의해 제2 부분(312)에 결합될 수도 있으며, 접착제 접합, 초음파 용접 등과 같은 다른 기술이 (단독 또는 조합으로) 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
매니폴드(308)는 제1 챔버(314)와 유체 소통하는 복수의 제1 포트(예컨대, 포트(320)) 및 제2 챔버(316)와 유체 소통하는 복수의 제2 포트(예컨대, 포트(322))를 포함한다. 예에서, 제1 포트는 고정자 코일의 유체 유입구에 연결되도록 구성되고, 제2 포트는 고정자 코일의 유체 유출구에 연결되도록 구성된다. 하지만, 제1 포트가 고정자 코일의 유체 유출구에 연결되도록 구성되고 제2 포트가 고정자 코일의 유체 유입구에 연결되도록 구성되거나 또는 다른 연결 구성이 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 발전기의 회전 평면에 있어서 매니폴드(308)의 단면은 절두식 원형 섹터이다. 즉, 반경 방향으로 매니폴드의 외부 및 내부 에지가 동심 원의 호에 대응한다. 하지만, 매니폴드는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 제1 포트(320) 및 제2 포트(322)는 회전축에 중심이 위치된 원호를 따라 원주 방향으로 배열된다. 즉, 포트들은 고정자 림의 원주를 따르는 만곡된 선 상에 놓인다. 이 예에서, 챔버 분할부(318)는 원주 방향으로 파형 프로파일을 갖는다. 예에서, 고정자 코일의 각각의 유체 유입구 및 유체 유출구는 각각의 제1 포트 및 제2 포트(포트의 쌍)에 대응한다. 챔버 분할기는 각 포트 쌍(제1 포트와 제2 포트) 사이에 위치된다. 예컨대, 챔버 분할부(318)의 일 부분(318a)은 제1 포트(320a)와 제2 포트(322a) 사이에 위치된다.
예에서, 챔버 분할부(318), 및/또는 제1 부분(310) 및/또는 제2 부분(312)의 벽은 제2 유체 챔버(316) 내의 유체로부터 제1 유체 챔버(314) 내의 유체를 연적으로 절연하기 위한 절연 재료를 포함한다. 일 예에서, 챔버 분할부(318) 및/또는 제1 부분(310) 및/또는 제2 부분(312)은 샌드위치 구조(즉, 이중벽 구조)를 갖는데, 상기 이중벽들 사이에 절연 재료가 개재된다. 다른 예에서, 챔버 분할부(318) 및/또는 제1 부분(310) 및/또는 제2 부분(312)은 중공 구조를 갖는다.
제1 부분(310)은 제1 챔버 유체 포트(324), 제2 챔버 유체 포트(326), 제3 챔버 유체 포트(328) 및 제4 챔버 유체 포트(330)를 포함한다. 제1 챔버 유체 포트(324) 및 제2 챔버 유체 포트(326)는 제1 챔버(314)와 유체 소통하도록 배열되고, 제3 챔버 유체 포트(328) 및 제4 챔버 유체 포트(330)는 제2 챔버(316)와 유체 소통하도록 배열된다. 예에서, 유체는 코일의 유체 유입구 내로 유동하기 위해 제1 및 제2 챔버 유체 포트(324, 326)를 통해 제1 챔버 내로 통과될 수 있으며, 코일의 유체 채널을 통과할 수 있으며, 제2 챔버 내로 코일의 유출구 포트를 통해 빠져나갈 수 있다. 따라서, 유체는 제3 및 제4 챔버 유체 포트(328, 330)를 통해 매니폴드(308)로부터 유출된다. 하지만, 다른 유체 포트 구성이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
본원의 개시에 따른 매니폴드의 다른 예는 이하에서 설명될 것이다.
회전자/고정자 세그먼트
회전자 세그먼트(116) 및 고정자 세그먼트(212)는 위에서 개별적으로 설명되었다. 하지만, 이러한 기술은 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 전자기 커플링 요소(예컨대, 자석 극 또는 고정자 코일)를 지지하기 위한 세그먼트에 대해 포괄적으로 적용될 수 있다.
예에서, 이러한 세그먼트는, 라미네이션 적층체를 형성하도록 제1 방향으로 적층되는 복수의 긴 라미네이션으로서, 상기 라미네이션의 긴 에지가 라미네이션 적층체의 대향하는 제1 및 제2 주면을 형성하는, 복수의 긴 라미네이션과, 라미네이션 적층체 내에 라미네이션들을 함께 압착하도록 배열되고 제1 방향으로 라미네이션 적층체의 내부를 통과하는 복수의 긴 압착 디바이스를 포함한다.
압착 디바이스가 (주로) 내장되기 때문에, 상기 세그먼트는 상기 적층체 자체의 크기에 비해 (크게) 확대되지 않는다.
예에서, 제1 방향은 사용시 상기 세그먼트가 부분을 형성하는 고정자 또는 회전자의 축방향이다.
예에서, 라미네이션 적층체는 슬래브형 몸체의 형태를 갖는 것으로 고려될 수 있다.
예에서, 라미네이션 적층체의 몸체가 예컨대 상기 세그먼트가 부분을 형성하는 고정자 또는 회전자의 원주 방향으로 만곡될 수 있다. 예에서, 상기 몸체는 균일한 또는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 예컨대, 곡률 반경은 긴 라미네이션의 종방향 단부에 대응하는 라미네이션 적층체의 대향하는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 일정하다.
도면에 도시된 예에서 압착 디바이스 각각은 중심 결속 로드 부분(결속 로드), 결속 로드 부분의 단부의 앵커 부분(앵커) 및 앵커 부분에 끼워맞춤되기 위한 칼라(이격 칼라)를 갖는 결속 로드 조립체의 형태이다.
예에서, 압착 디바이스의 로드 부분은 전기적으로 비전도성이며 비자성이다. 이는 맴돌이 전류를 감소시키는데 도움이 된다.
예에서, 압착 디바이스는 예컨대, 상기 로드 부분의 자연(연장되지 않은) 길이를 포함하는 범위와 같은 탄성 범위에 걸처 실질적으로 일정한 탄성 스프링 상수(스프링 계수)을 갖는다.
예에서, 각각의 긴 압착 디바이스가 탄성적으로 연장된 상태에 있어서, 라미네이션 적층체에 가해지는 압착력을 발생시키는 경우, 긴 압착 디바이스는 고정자 또는 회전자 내에서 상기 세그먼트가 장기간 사용 중에 진동이 라미네이션 적층체의 크기 감소 및 마모를 유발하는 경우에도 라미네이션 적층체의 압착을 계속할 수 있다.
예에서, 압착 디바이스의 로드 부분의 탄성 연장은 라미네이션 적층체의 진동적 마모가 발생함에 따라 감소되지만, 초기 탄성 연장의 양은 라미네이션 적층체의 사용중 마모를 수용하도록 배열될 수 있다.
예에서, 라미네이션 적층체는 제1 방향에서 종방향으로 연장하는 슬롯을 가지며, 긴 압착 디바이스 중 적어도 일부는 슬롯 내에 위치된다.
도면에 도시된 예에서, 라미네이션 적층체의 이러한 슬롯은 결속 로드 슬롯의 형태이다.
예에서, 라미네이션은 제1 유형의 라미네이션 및 제2 유형의 라미네이션을 포함하며, 제1 유형의 라미네이션은 각각 제2 유형의 라미네이션의 프로파일에 대체로 대응하는(그리고 그에 정렬되는) 제1 부분과, 제2 유형의 라미네이션의 프로파일을 넘어 돌출하는 제2 부분을 갖는다. 예에서, 세그먼트를 사용할 때, 제1 유형의 라미네이션의 제1 및 제2 부분은 상기 세그먼트가 부분을 형성하는 고정자 또는 회전자의 반경 방향에서 반경방향으로 이격된다. 제2 유형을 갖는 제1 유형의 제1 부분은 (라미네이션 적층체의 2개의 주면 중 하나에서) 제1 및 제2 유형의 라미네이션의 라미네이션의 긴 에지들이 실질적으로 동일 평면을 이루게 할 수 있으며, 그 결과 상기 주면은 라미네이션 적층체의 제1 방향으로 실질적으로 균일한 프로파일을 갖는다. 이 주면은 사용 중 전자기 커플링 요소(예컨대, 자석 또는 코일)가 장착되는 라미네이션 적층체의 주면일 수 있다.
예에서, 라미네이션 적층체는 긴 플레이트들 사이에 개재되고 각각의 긴 압착 디바이스는 상기 플레이트들 사이에서 라미네이션 적층체를 압착하도록 상기 플레이트들과 맞물리도록 각각 배열되는 제1 및 제2 단부를 갖는다. 따라서, 긴 압착 디바이스는 상기 플레이트를 통해 라미네이션 적층체 상에 간접적으로 작용한다. 상기 플레이트가 제외되면, 긴 압착 디바이스는 상기 적층체에 직접적으로 작용할 수 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 플레이트는 고정자 또는 회전자 측면 플레이트의 형태이다.
예에서, 라미네이션은 자기 투과 가능하며(예컨대, 금속성), 라미네이션 사이에 전기 절연부(예컨대, 상기 적층체에 포함된 별개 절연층 또는 라미네이션 상의 절연 코팅)를 갖는다.
회전자 세그먼트(116) 및 고정자 세그먼트(212)에 관한 기술은 또한 압착 디바이스에 포괄적으로 적용될 수 있다. 예에서, 압착 디바이스가 제1 및 제2 단부를 갖는 중심 로드 부분과, 중심 로드 부분의 제1 및 제2 단부의 각각의 단부에 제1 및 제2 앵커 부분을 포함하며, 각각의 앵커 부분은 중심 로드 부분의 인접한 부분보다 더 큰 직경을 갖는다.
또한, 회전자 세그먼트(116) 및 고정자 세그먼트(212)에 관한 기술은 압착 디바이스를 설치하는 방법에 포괄적으로 적용될 수도 있는데, 이 방법은 제1 방향으로 적층된 라미네이션 및 제1 방향에서 종방향으로 연장하는 슬롯을 갖는 라미네이션 적층체를 제공하는 단계와, 중심 로드를 포함하는 압착 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 중심 로드는 중심 로드 부분의 각각의 제1 및 제2 단부에 제1 및 제2 앵커 부분을 갖는 압착 디바이스 제공 단계와, 슬롯 내로 압착 디바이스를 삽입하는 단계와, 중심 로드 부분을 길이 연장하도록 압착 디바이스에 인장을 가하는 단계와, 제1 및 제2 칼라를 제1 및 제2 앵커 부분에 각각 끼워맞추는 단계와, 칼라가 라미네이션 적층체에 압착력을 가하도록 가해진 인장을 해제하는 단계를 포함한다.
회전자 및 고정자 굴대/허브
본원의 개시의 예에 따른 회전자 굴대/허브 및 고정자 굴대/허브가 도 33 내지 도 37을 참조하여 이제 설명될 것이다. 도 33 내지 도 37을 참조하여 설명되는 굴대/허브 배열의 예는, 굴대(300)가 발전기의 하우징에 대해 회전자와 함께 회전하도록 회전자(100)가 고정자(200)에 대해 회전하도록 배열되는 배열에 관한 것이다. 굴대가 하우징에 대한 회전을 제한하도록 고정된 배열에 관한 다른 예는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 33은 회전자 굴대(330)를 도시한다. 회전자 굴대(330)는 제1 스포크 장착 플랜지(332a) 및 축방향으로 제1 스포크 장착 플랜지(332a)로부터 이격된 제2 스포크 장착 플랜지(332b)를 포함한다. 스포크(예컨대, 스포크(102a, 102b))를 부착하기 위한 복수의 스포크 부착 구멍(예컨대, 구멍(336))는 각 스포크 장착 플랜지(332a, 332b) 내에 형성되고 각 플랜지(332a, 332b) 주위에 원주 방향으로 배열된다. 스포크 장착 플랜지에 대한 스포크의 부착은 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
회전자 굴대(330)는 회전자 베어링을 장착하기 위한 한 쌍의 회전자 베어링 장착 표면(338a, 338b)과, 고정자 베어링을 장착하기 위한 한 쌍의 고정자 베어링 장착 표면(340a, 340b)과, 굴대 상에서 회전자 베어링을 보유하기 위한 보유 링을 위한 한 쌍의 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b)과, 굴대 상에서 고정자 베어링을 보유하기 위한 보유 링을 위한 한 쌍의 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b)과, 한 쌍의 회전자 베어링 보유 링 견부 부분(346a, 346b)과, 한 쌍의 고정자 베어링 보유 링 견부 부분(348a, 348b)과, 한 쌍의 회전자 베어링 견부 부분(350a, 350b)과, 한 쌍의 고정자 베어링 견부 부분(352a, 352b)을 포함한다. 회전자 베어링 장착 표면 및 고정자 베어링 장착 표면은 후술되는 바와 같이 개별적인 회전자 허브 및 고정자 허브의 베어링과 맞물리도록 회전자 굴대(330)의 외측 주위에서 원주 방향으로 개별적으로 형성된다.
도 33에 도시된 예에서, 회전자 베어링 장착 표면(338a, 338b)의 쌍은 회전자 굴대(330)의 단부를 향해 위치되고, 고정자 베어링 장착 표면(340)의 쌍은 각각의 플랜지와 각각의 회전자 베어링 장착 표면 사이에서 플랜지(332a, 332b)를 향해 위치된다. 예컨대, 고정자 베어링 장착 표면(340a)은 축방향으로 회전자 베어링 장착 표면(338a)과 제1 스포크 장착 플랜지(332a) 사이에 위치되고, 고정자 베어링 장착 표면(340b)은 축방향으로 회전자 베어링 장착 표면(338b)과 제1 스포크 장착 플랜지(332b) 사이에 위치된다.
예에서, 고정자 베어링 장착 표면(342a, 342b)의 직경은 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b)의 직경보다 크다. 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b)의 직경은 회전자 베어링 장착 표면(338a, 338b)의 직경보다 크다. 회전자 베어링 장착 표면(338a, 338b)은 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b)의 직경보다 크다. 즉, 예에서, 회전자 굴대의 각 단부는 고정자 및 회전자 베어링 및 보유 링을 장착하기 위한 표면을 포함하는 단차 형태를 갖는다.
도 34는 회전자 굴대(330) 및 회전자 베어링의 배열을 개략적으로 도시한다. 도 34는 회전자 굴대(330) 상에 장착된 제1 회전자 베어링(352a) 및 제2 회전자 베어링(352b)을 도시한다. 회전자 베어링(352a, 352b)은 개별적인 회전자 베어링 장착 표면(338a, 338b) 상에 장착되고, 회전자 베어링 견부 부분(350a, 350b)에 인접한다. 회전자 베어링(352a, 352b)은 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b) 상에 장착되고 개별적인 회전자 베어링 보유 링 견부 부분(346a, 346b)에 인접하는 개별적인 회전자 베어링 보유 링(354a, 354b)에 의해 회전자 굴대(330) 상에 보유된다. 상기 보유 링은 (예컨대, 굴대(330)의 단부를 향한 회전축의 방향으로의) 회전자 베어링의 축방향 이동을 제한하도록 굴대에 고정된다.
예에서, 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b)은 나사가 형성되고 보유 링(354a, 354b)은 대응하는 나사를 포함하여, 보유 링은 굴대(330) 상에 회전자 베어링(352a, 352b)을 유지(보유)하기 위해 굴대(330) 상에 나사 결합될 수 있다. 이예에서, 보유 링(354a, 354b)은 노치(예컨대, 노치(356))를 구비하며, 적절한 공구가 보유링을 각각의 견부 부분에 대해 조이거나 느슨하게 하기 위해 굴대 주위에 보유 링을 회전시키도록 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b)은 매끄러우며 보유 링(354a, 354b)은 스플릿 링 및 볼트(들)과 같은 적절한 클램핑 배열을 이용하여 회전자 베어링 보유 링 표면(342a, 342b) 상에 클램핑된다. 하지만, 보유 링을 굴대에 고정하기 위한 다른 적절한 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
견부 부분(346a, 346b)은 보유 링(354a, 354b)이 접촉 위치될 수 있는(인접할 수 있는) 표면을 제공하여, 회전자 플랜지로부터의 설정 거리에 보유 링을 위치시킨다. 회전자 베어링(352a, 352b)은 따라서 개별적인 보유 링(354a, 354b) 및 개별적인 견부 부분(350a, 350b) 사이에서 유지(보유)되어, (회전 축에 평행한) 축방향 이동이 제한된다.
도 35는 회전자 굴대(330), 회전자 베어링 및 고정자 베어링의 배열을 개략적으로 도시한다.
회전자 베어링(352a, 352b)은 도 35와 관련하여 상술된 바와 같이 굴대 상에 장착된다. 고정자 베어링(358a, 358b)은 후술되는 바와 같이 회전자 베어링(352a, 352b)과 유사한 방식으로 굴대(330) 상에 장착된다.
고정자 베어링(352a, 352b)은 개별적인 고정자 베어링 장착 표면(340a, 340b) 상에 장착되고 고정자 베어링 견부 부분(352a, 352b)에 인접한다. 고정자 베어링(358a, 358b)은 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b) 상에 장착되고 개별적인 고정자 베어링 보유 링 견부 부분(352a, 352b)과 인접하는 개별적인 고정자 베어링 보유 링(360a, 360b)에 의해 회전자 굴대(330) 상에 보유된다. 보유 링은 (회전축 방향으로의 예컨대, 굴대(330)의 단부를 향하는) 회전자 베어링의 축방향 움직임을 제한하도록 굴대에 고정된다.
예에서, 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b)은 나사가 형성되고 상기 보유 링(360a, 360b)은 대응하는 나사를 포함하여, 상기 보유 링은 굴대(330) 상에 고정자 베어링(358a, 358b)을 유지(보유)하도록 굴대(330) 상에 나사 결합될 수 있다. 이 예에서, 보유 링(360a, 360b)은 노치(예컨대, 노치(362))를 구비하며, 보유 링을 개별적인 견부 부분에 대해 조이거나 또는 느슨하게 하기 위해 적절한 공구가 굴대 주위에 보유 링(360a, 360b)을 회전하도록 위치될 수 있다.
다른 예에서, 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b)은 매끄러우며 보유 링(360a, 360b)은 스플릿 링 및 볼트(들)과 같은 적절한 클램핑 배열을 이용하여 고정자 베어링 보유 링 표면(344a, 344b) 상에 클램핑한다. 하지만, 굴대에 보유 링을 고정하기 위한 다른 적절한 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 견부 부분(352a, 352b)은 보유 링(360a, 360b)이 접촉 위치되는(인접하는) 표면을 제공하여, 회전자 플랜지로부터 설정 거리에 보유 링을 위치시킨다. 따라서, 회전자 베어링(358a, 358b)은 개별적인 보유 링(360a, 360b)과 개별적인 견부 부분(352a, 352b) 사이에서 유지(보유)되고, 그 결과 (회전축에 평행한) 축방향 이동이 제한된다.
예에서, 회전자 및/또는 고정자 베어링은 그들의 높은 부하 베어링 용량(load bearing capacity)으로 인해 원통형 롤러 베어링이지만, 볼 베어링, 테이퍼진 롤러 베어링 또는 다른 기계적 베어링과 같은 다른 베어링이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 용도에 있어서, 유체 베어링 또는 자석 베어링과 같은 다른 유형의 베어링이 필요에 따라 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
이제, 고정자 허브가 도 36 및 도 37을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 36은 고정자 허브(364a) 및 고정자 허브(364b)를 개략적으로 도시한다. 각각의 고정자 허브(364a, 364b)는 고정자 베어링(예컨대, 각각 고정자 베어링(358a, 358b))을 포함한다. 각각의 고정자 허브(364a, 364b)는 개별적인 스포크 장착 플랜지(368a, 368b)를 포함한다. 스포크(예컨대, 스포크(202a, 202b))를 부착하기 위한 복수의 스포크 장착 구멍(예컨대, 구멍(366))이 각 스포크 장착 플랜지(368a, 368b) 내에 형성되어 각 플랜지(368a, 368b) 주위에 원주 방향으로 배열된다. 스포크 장착 플랜지에 스포크를 부착하는 것은 상세하게 후술될 것이다.
예에서, 고정자 허브(364a, 364b)는 굴대 및 회전자로부터 고정자를 전기적으로 격리하기 위해 고정자 베어링(358a, 358b)으로부터 절연된다. 고정자 허브는 도 37a 및 도 37b를 참조로 상세하게 후술될 것이다.
도 37a는 고정자 허브(364a)를 개략적으로 도시한다. 고정자 허브(364a)는 플랜지(368a)를 포함하는 고정자 허브 하우징(370) 및 상기 하우징(370) 내에 위치되는 절연 칼라(372)를 포함한다. 절연 칼라(372)는 고정자 베어링으로부터 고정자 허브 하우징을 전기적으로 절연하기 위해 고정자 베어링에 대해 끼워맞춤되도록 형성된다. 예에서, 절연 칼라(372)는 압착 저항 중합체(compression resistant polymer) 또는 세라믹 절연 재료를 포함하지만, 다른 적절한 절연 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 절연 칼라의 전기 저항은 역치 저항, 예컨대 1 기가 오옴보다 크지만, 전기 저항은 임의의 다른 적절한 값일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 상기 하우징은 플랜지(368a)를 따라 2개의 부분으로 분할된다. 이는 도 37b를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 37b는 고정자 허브(364a)의 분해도를 개략적으로 도시한다. 고정자 허브 하우징(370)은 제1 부분(374a) 및 제2 부분(374b)을 포함한다. 제1 부분(374a) 및 제2 부분(374b)은 예컨대, 글루, 용접을 이용하거나 또는 스포크 부착 구멍을 통과하는 볼트에 의해 플랜지(368a)에서 함께 결합되지만, 제1 부분(374a) 및 제2 부분(374b)은 임의의 다른 적절한 방식으로 함께 결합될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 고정자 허브 하우징(370)은 스플릿 설계를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 이 스플릿 설계는 굴대(330) 상에서 고정자 베어링 및 고정자 허브의 조립을 촉진할 수 있다.
예에서, 굴대(330) 상에서 고정자 베어링 및 고정자 허브를 조립하기 위해, 제1 부분(374a) 및 제2 부분(374b)은 고정자 베어링 장착 표면(340a) 주위에 위치되도록 굴대(330) 위에 위치된다. 절연 칼라(372)가 고정자 베어링(358a) 주위에 배치되고, 이후 고정자 베어링(358a) 및 절연 칼라(372)는 고정자 허브 하우징(370)의 제2 부분(374b) 내에서 견부 부분(352a)과 인접하도록 굴대(330)에 대해 이동된다. 이후, 고정자 허브 하우징(370)의 제1 부분(374a)은 굴대(330) 주위의 절연 칼러(372) 및 고정자 베어링(358a) 위에 배치되고 예컨대 접착, 용접, 볼트 결합 또는 임의의 다른 적절한 배열에 의해 제2 부분(374b)에 결합된다. 이후, 보유 링(360a)은 견부 부분(348a)에 인접하도록 굴대(330) 위로 이동되고 축방향으로의 고정자 허브(364a) 및 고정자 베어링(358a)의 이동을 제한하기 위해 굴대(330)에 고정된다.
예에서, 회전자 베어링(352a, 352b)은, 굴대(330)가 전기 기계의 하우징으로부터 전기적으로 절연되도록 고정자 허브(364a)와 같은 고정자 허브와 유사한 배열을 이용하여 전기 기계의 하우징에 장착된다. 하지만, 회전자가 항상 하우징으로부터 전기적으로 전열될 필요가 없기 때문에, 다른 예에서 굴대는 공지된 배열을 이용하여 전기 기계의 하우징에 장착된다.
스포크 배열
회전자 및/또는 고정자 링 및 회전자 굴대 및 고정자 허브에 대한 스포크의 부착이 이제 도 38 내지 도 45를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 38은 회전자(100)의 일 섹션을 개략적으로 도시한다. 예에서, 스포크는 개별적인 스포크 링 커넥터를 이용하여 회전자 링에 연결된다. 예컨대, 도 38에 도시된 바와 같이, 스포크(102a, 102b)는 스포크 링 커넥터(376)를 이용하여 회전자 링(120)에 연결된다. 도 38에 도시된 예에서, 회전자 세그먼트(116)는 세그먼트 장착 부착부(373)와 같은 복수의 세그먼트 장착 부착부를 이용하여 회전자 링 상에 장착된다. 즉, 예에서 더욱 일반적으로는 스포크는 복수의 스포크 쌍으로 배열되는 것으로 간주될 수 있다. 예컨대, 스포크(102a, 102b)는 한 쌍의 스포크의 예이다.
도 39는 고정자(200)의 일 섹션을 개략적으로 도시한다. 예에서, 스포크는 개별적인 스포크 링 커넥터를 이용하여 고정자 링에 연결된다. 예컨대, 도 39에 도시된 바와 같이, 스포크(202a, 202b)는 스포크 링 커넥터(376)를 이용하여 고정자 링(230)에 연결된다. 도 39에 도시된 예에서, 고정자 세그먼트(212)는 세그먼트 장착 부착부(373)와 같은 복수의 세그먼트 장착 부착부를 이용하여 고정자 링 상에 장착된다. 더욱 일반적으로는, 예에서 한 쌍의 스포크의 각각의 스포크는 실질적으로 림의 동일 위치에서 (예컨대 고정자 링에서) 림에 커플링되고, 한 쌍의 스포크의 각각의 스포크는 허브 상의 다른 위치에서 허브에 커플링된다.
도 17을 다시 참조하면, 예에서 각 스포크의 주축은 림의 두 지점을 통과하는 할선(secant line)과 대응한다. 즉, 예에서 각 스포크 쌍은 사실상 동일한 위치에서 림에 커플링되고 상이한 위치에서 상기 허브에 커플링되어, 상기 쌍 내의 각각의 스포크는 림(예컨대, 고정자 또는 회전자 링)과 함께 할선을 형성한다.
스포크 링 커넥터는 도 40을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 40은 스포크 링 커넥터를 이용하여 회전자 링에 스포크를 부착하는 것을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 40은 회전자 링(120)의 일부, 스포크 커넥터(376) 및 스포크(102a, 102b)를 개략적으로 도시한다. 도 40에 도시된 예에서, 스포크 커넥터(376)는 2개의 측면 플레이트(377a, 377b)를 포함하는데, 이 플레이트를 통해 복수의 부착 구멍이 형성된다(이 예에서는 4개의 구멍이 형성되지만, 임의의 적절한 수가 형성될 수도 있다).
스포크 링 커넥터는 회전자 링(120)의 내부 원주 상에 측면 플레이트(377a, 377b)를 링크하는 회전자 링(120)의 내부 원주 상에 위치되는 스포크 부착 요소(378)와, 회전자 링(120)의 외부 원주 상에 측면 플레이트(377a, 377b)를 링크하는 이격기(379)를 포함한다. 스포크 링 커넥터(376)의 측면 플레이트(377a, 377b)는 상기 부착 구멍을 통해 그리고 회전자 링(120) 내의 대응 구멍을 통해 통과하는 4개의 볼트(378)에 의해 회전자 링(120)에 부착된다. 하지만, 임의의 다른 적절한 수의 볼트가 사용될 수 잇으며 스포크 링 커넥터(376)는 용접, 접착 등과 같은 다른 적절한 기술을 이용하여 회전자 링(120)에 기계적으로 연결될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 스포크 링 커넥터는 림(예컨대, 고정자 또는 회전자 링(들))에 각 스포크를 커플링하기 위한 커플링 수단의 일 예로서 간주될 수 있다.
예에서, 회전자 링 및 고정자 링은 함께 결합될 때 함께 원을 형성하는 궁형 요소인 회전자(고정자) 링 세그먼트로부터 형성된다. 예에서, 스포크 커넥터는 볼트(378)를 이용하여 측면 플레이트(377a, 377b) 사이에서 2개의 회전자(고정자) 링 세그먼트를 함께 결합한다. 또한, 예에서 스포크 커넥터는 회전자(고정자) 세그먼트들 사이의 교차점에서 회전자(고정자) 세그먼트들을 결합하는데 사용되는데, 여기서 스포크는 (예컨대, 도 38의 스포크 커넥터(379)에 의해 도시된 바와 같이) 스포크 커넥터에 연결되지 않는다.
예에서, 각 스포크는 고정자 허브 또는 회전자 굴대의 플랜지 및 스포크 부착 요소에 스포크를 부착하기 위해 각 스포크의 단부에 한 쌍의 스포크 단부 부착부를 포함한다. 도 40에 도시된 예에서, 스포크(102a, 102b)의 일 단부가 그들의 개별적인 스포크 단부 부착부(380a, 380b)를 갖는 것으로 도시된다. 고정 핀(382a, 382b)이 회전자 링(120)에 스포크(102a, 102b)를 기계적으로 커플링하기 위해 개별적인 스포크 단부 부착부(380a, 380b) 및 스포크 부착 요소(378) 내에 형성된 구멍을 통과한다. 하지만, 스포크를 회전자 링에 커플링하기 위한 다른 배열이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 세그먼트 장착 부착 구멍이 회전자(고정자) 링에 세그먼트 장착 부착부를 커플링하기 위해 각 회전자(고정자) 링 내에 형성된다. 예컨대, 도 40은 세그먼트 장착 부착 구멍(371)을 도시한다.
도 41은 스포크 장착 플랜지에 스포크를 커플링하는 것을 개략적으로 도시한다. 도 41에 도시된 예에서, 스포크(102a)는 스포크 단부 부착부(380a)를 이용하여 회전자 굴대(330)의 스포크 장착 플랜지(332a)에 커플링된다. 이 예에서, 스포크 단부 부착부(380a)는 플랜지(332a)의 스포크 부착 구멍(366) 및 스포크 단부 부착부(380a) 내에 형성된 구멍을 통과하는 고정 핀(382a)을 이용하여 플렌지(332a)에 기계적으로 커플링된다. 예에서, 회전자 또는 고정자의 스포크는 유사한 방식으로 각각의 플랜지에 기계적으로 커플링(고정)된다. 스포크 단부 부착부는 (예컨대, 플랜지(332a)에서의) 허브 및 림(예컨대, 고정자 또는 회전자 링) 중 적어도 하나에 각각의 스포크를 커플링하기 위한 커플링 수단의 일 예로 간주될 수 있다.
도 42는 플랜지 상에 장착된 스포크 및 스포크 단부 부착부의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 42에 도시된 예에서는, 스포크 단부 부착부(380a)를 이용하여 회전자 굴대(330)의 플랜지(332a)에 커플링된 스포크(102a)가 도시된다. 각 스포크는 스포크의 양 단부에 나사가 형성된 부분(예컨대, 나사가 형성된 부분(384))을 포함한다.
스포크 단부 부착부(380a)는 너트(386) 및 스포크 부착 몸체(388)를 포함한다. 너트(386)는 스포크 부착 몸체(388)로부터 멀어지는 너트(386)의 이동을 제한하기 위해 스포크 부착 몸체(388) 상에 장착된다. 예에서, 스포크 부착 몸체(388)는 제1 아암(390a), 제2 아암(390b) 및 아암 연결 부분(392)을 포함하는데, 제1 아암(390a) 및 제2 아암(390b)은 플랜지(332a) 위에 위치되도록 서로로부터 이격된다. 예에서, 너트(386)는 상기 몸체(388)로부터 멀어지는 너트(386)의 이동을 제한하기 위해 상기 몸체(388) 내에서 너트의 회전 축으로부터 멀어지게 상기 아암(390a, 390b) 사이의 확개부 및 아암 연결 부분(392) 내의 구멍을 통과하는 긴 부분을 포함한다. 나사가 형성된 부분(384)은 스포크(102a)에 대한 너트(386)의 회전이 스포크(102a) 내의 인장의 변화를 유발하도록 너트(386)와 맞물린다. 따라서, 스포크 내의 인장은 각 스포크 단부 부착부의 너트를 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 더욱 일반적으로는, 스포크 단부 부착부는 하나 이상의 스포크 내에서 인장을 조절하기 위한 조절 수단의 일 예로 간주될 수 있다. 예에서, 상기 조절 수단은 허브 또는 림 중 적어도 하나를 갖는 (예컨대, 너트(386) 및 나사가 형성된 부분(384)을 이용하여) 나사식으로 맞물린 하나 이상의 스포크를 포함한다. 이로 인해 회전자 또는 고정자 링의 교정이 수행될 수 있다(예컨대, 축방향으로의 측방향 교정 및 반경방향 교정). 하지만, 스포크 내의 인장을 조절하기 위한 다른 배열이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 스포크는 실질적으로 원형인 단면을 갖는 복수의 로드를 포함한다. 즉, 예에서 각 스포크는 실질적으로 원형인 단면을 갖지만, 정사각형, 직사각형, 타원형 또는 기타 단면과 같은 다른 단면을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, (후술되는 바와 같이) 일부 실시예에서 스포크는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 복수의 종방향 바아를 포함한다.
예에서, 서로 교차하는 스포크는 스포크 만곡의 가능성을 감소시키기 위해 그리고 인장력이 스포크를 따라 실질적으로 반경방향으로 유도되도록 서로 오프셋된다. 예에서, 이를 달성하기 위해, 너트(386)는 스포크의 주축을 따라 중심 선(394)가 상기 몸체(388)의 중심선(396)으로부터 축방향으로 오프셋되도록 상기 몸체(388)에 장착된다. 예에서, 아암 중 하나(이 예에서는 아암(390b))가 플랜지(332a)와 아암(390b) 사이에 와셔(340)가 위치된 상태에서 플랜지(332a)로부터 이격되며, 그 결과 상기 몸체(388)의 중심선(396)은 플랜지(332a)의 중심선(398)으로부터 축방향으로 오프셋된다. 즉, 예컨대 커플링 수단(예컨대 스포크 단부 부착부(380a))는 한 쌍의 스포크의 각 스포크에 커플링되도록 배열되는데, 상기 쌍의 스포크는 회전 축을 따라 일 방향으로 서로로부터 오프셋된다.
예에서, 회전자 및/또는 고정자의 스포크의 각각은도 38 내지 도 42와 관련하여 상술된 것과 유사한 방식으로 스포크 단부 부착 및 스포크 커넥터를 이용하여 회전자 및/또는 고정자 링에 기계적으로 커플링된다.
세그먼트 장착 부착부
이제 세그먼트 장착 부착부가 상세하게 설명될 것이다.
도 43은 복수의 세그먼트 장착 부착부(373a, 373b, 373c)와 함께 회전자 세그먼트(116)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 라미네이션 장착 구멍이 각 세그먼트 장착 부착부의 일 단부를 향해 형성되고, 각각의 볼트(400a, 400b, 400c)는 회전자 라미네이션(130)에 대해 세그먼트 장착 부착부(373a, 373b, 373c)를 기계적으로 커플링하기 위해 회전자 세그먼트(116)의 회전자 라미네이션의 개별적인 회전자 장착 구멍(150a, 150b, 150c)을 통과한다.
도 44a 및 도 44b는 세그먼트 장착 부착부를 개략적으로 도시한다.
도 44a는 세그먼트 장착 부착부(373)의 등각 투영도를 개략적으로 도시하고, 도 44b는 세그먼트 장착 부착부의 단면도를 개략적으로 도시한다. 세그먼트 장착 부착부(373)는 한 쌍의 측면 플레이트(402a, 402b)를 포함하고, 상기 측면 플레이트는 측면 플레이트(402a, 402b) 사이에 위치된 일 단부편(404)에 의해 결합된다. 예에서, 측면 플레이트(402a, 402b)는 실질적으로 직사각형이고, 단부편(404)은 측면 플레이트(402a, 402b)의 주축의 방향으로 측면 플레이트(402a, 402b)의 일 단부를 향해 위치된다. 예에서, 한 쌍의 긴 슬롯(406a, 406b)은 각 측면 플레이트 내에 형성되는데, 이를 통해 고정 볼트가 고정자 링의 회전자에 세그먼트 장착 부착부를 고정하기 위해 통과될 수 있다. 세그먼트 장착 부착부(373)는 조절 볼트(408)를 포함하는데, 이 조절 볼트는 후술되는 바와 같이 볼트(408)가 단부편(404)을 통과하고 회전자(또는 고정자) 링의 표면과 맞물리도록 작업편(404) 내에 나사식 구멍과 협력한다. 세그먼트 장착 부착부(373)는 볼트(408) 상에 나사 결합된 로크 너트(410)를 포함하는데, 이는 단부편(404)에 대해 조여질 때 세그먼트 장착 부착부(373)에 대한 볼트(408)의 회전을 제한(금지)한다.
도 38을 다시 참조하면, 세그먼트 장착 부착부(373)를 이용하여 회전자 링(120, 122, 124, 126) 상에 장착된 회전자 세그먼트(116)가 도시된다. 측면 플레이트(402a, 402b)는 회전자 링(예컨대, 회전자 링(120))의 양측에 위치되고, 조절 볼트는 회전자 세그먼트(116)가 위치되는 회전자 링(120)의 측면 반대편의 회전자 링의 측면과 맞물린다. 조절 볼트는, 조절 볼트가 회전자 링과 접촉하는 위치에서 회전자 링(120, 122, 124, 126)과 회전자 세그먼트(116) 사이의 거리를 조절하기 위해 세그먼트 장착 부착부에 대해 회전될 수 있다. 이는 균일한 간극을 얻기 위해 시도하는 고정자 세그먼트와 회전자 세그먼트 사이의 간극의 보조 조절을 돕는다(통상적으로, 6mm이지만 임의의 다른 적절한 간극이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다). 세그먼트 장착 부착부(373)는 세그먼트 장착 부착 구멍(371) 및 슬롯(406a 406b)을 통과하는 볼트에 의해 회전자(고정자) 링에 커플링(고정)된다. 즉, 조여졌을 때, 이러한 볼트는 회전자(고정자) 링에 대한 회전자(고정자) 세그먼트의 이동을 제한한다.
예에서, 고정자 세그먼트는 회전자에 대해 상술된 것과 유사한 방식으로 고정자 링 상에 장착된다. 예컨대, 도 45는 고정자 링 상에 장착된 고정자 세그먼트(212)를 개략적으로 도시한다.
대안적 스포크 배열
상기 예가 나사가 형성된 부분을 갖는 스포크를 사용하였지만, 다른 배열도 가능하다는 것이 이해될 것이다. 대안적 예가 도 46a 및 도 46b를 참조하여 설명된다.
도 46a는 스포크 구조의 등각 투영도를 개략적으로 도시하고, 도 46b는 스포크 구조의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 46a 및 도 46b의 예에서, 스포크 구조(500)가 도시된다. 스포크 구저(500)는 제1 측면 요소(502a) 및 제2 측면 요소(502b)를 포함한다. 각 측면 요소(502a, 502b)는 실질적으로 원형이다. 스포크 구조는 측면 요소(502a, 502b)의 원주 주위에서 제1 측면 요소(502a)와 제2 측면 요소(502b) 사이에 위치되는 복수의 이격 로드(예컨대, 이격 로드(504))를 포함하는데, 이는 서로 이격된 관계로 측면 요소(502a, 502b)를 유지한다.
도 46b는 스포크 구조(500)의 측면도를 개략적으로 도시한다. 특히, 측면 요소(502a)는 도 46b에 도시된다. 측면 요소(502a)는 림(506), 복수의 스포크 부분(예컨대, 스포크 부분(508)) 및 중심 부분(510)을 포함한다. 구멍(512)이 (예컨대, 상술된 바와 같이) 회전자 또는 고정자 허브와 맞물리도록 중심 부분(510) 내에 형성된다. 예에서, 스포크 부분은 구멍에 대해 접선식으로 배열되고 중심 부분(510)과 림(506) 사이에서 반경방향으로 연장한다. 도 46a 및 도 46b에 도시된 예에서, 스포크는 시계 방향으로 접선식으로(tangentially) 배열된다.
도 46a 및 도 46b에 도시된 예에서, 시계 방향 토크는 외향하는 반경방향 힘에 의해 가해져서 유발되는 림의 외향하는 반경방향 왜곡의 감소를 유발한다. 유사하게, 반시계 방향 토크는 가해진 내향하는 반경방향 힘에 기인한 림의 내향하는 반경방향 왜곡의 감소를 유발한다. 스포크의 배향은 관련된 힘에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예에서, 고정자의 스포크의 배향은 상세하게 후술되는 바와 같이 회전자와 반대이다.
예에서, 스포크 구조는 상술된 바와 같은 회전자 또는 고정자 링을 지지하도록 채용된다. 예에서, 이격 로드(504)는 상술된 바와 유사한 방식으로 복수의 회전자 링 또는 고정자 링에 커플링되는데, 나머지 요소들은 상술된 바와 동일하다. 즉, 예에서, 스포크 구조(500)가 (예컨대, 스포크(102a, 102b, 202a, 202b)와 관련하여) 상술된 스포크 배열 대신에 사용된다.
발전기-외부 회전자
상술된 예에서, 회전자는 고정자 내에서 고정자에 대해 회전한다. 즉, 상술된 예에서, 회전자는 고정자의 내부에 존재한다. 하지만, 다른 예에서, 회전자는 회전자가 고정자의 외측 주위를 회전하도록 고정자 외측에 위치된다.
본원 개시의 예에 따른 DD-PMSG의 일 예가 이제 도 47 내지 도 66을 참조하여 설명될 것이다. 도 47은 본원의 개시에 따른 직접 구동 영구 자석 동기 발전기(600)(DD-PMSG)의 개략적 도면이다. 발전기(600)는 회전자(650), 고정자(700) 및 굴대(750)를 포함한다. 회전자(650)는 고정자의 외측 상에서 굴대(750)를 중심으로 고정자(700)에 대해 회전하도록 배열된다. 예에서, 회전자(650)는 복수의 영구 자석을 포함하고, 고정자(700)는 복수의 고정자 코일을 포함한다. 고정자(700)에 대한 회전자(650)의 회전은 고정자(700)에 대한 영구 자석의 이동에 기인한 자속의 변화를 유발하여, 고정자 코일 내에 전류를 유도한다. 더욱 일반적으로, 예컨대 발전기는 하나 이상의 전기 권선을 포함하는 고정자와 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 회전자를 포함하는데, 상기 회전자는 회전 축을 중심으로 고정자에 대해 회전 가능하도록 배열된다. 예에서, 회전자는 고정자보다 회전축으로부터 더 멀리 위치된다. 즉, 상술된 바와 같이 예에서 회전자는 고정자의 외측 주위를 회전하도록 배열된다.
도 48a는 발전기(600)의 개략적 입면도이며, 도 48b는 발전기(600)의 개략적 측면이다. 도 48a에 도시된 바와 같이, 회전자(650)는 회전자 스포크(660)와 같은 복수의 회전자 스포크를 포함한다. 예에서, 회전자(650)는 도 45와 관련하여 상술된 것과 유사한 스포크 배열을 갖는데, 접선식으로 배열된 스포크가 회전자(650)가 회전할 때 허브에 대해 스포크를 따라 인장력을 전달하도록 배열된다. 이 예에서, 스포크는 중심 부분 및 림에 용접되지만, 스포크가 볼트식 커플링, 글루와 같은 다른 적절한 방식으로 중심 부분 및 림에 커플링될 수 있거나 또는 중심 부분 및 림과 일체로 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 림 및 중심 부분(예컨대, 허브)에 스포크를 커플링하기 위한 용접 조인트가 림 및 허브(예컨대, 중심 부분) 중 적어도 하나에 각 스포크를 커플링하기 위한 커플링 수단의 일 예로 간주될 수 있다. 즉, 예에서, 커플링 수단은 용접된 조인트를 포함한다. 일부 예에서, 허브, 스포크 및 림은 (예컨대, 금속과 같은 플레이트 재료로부터 기계 가공 또는 스탬핑에 의해) 서로 일체로 형성된다. 이는 회전자 및/또는 고정자의 구조를 간단하게 하는 것을 도울 수 있다.
유사하게는, 고정자(700)는 고정자 스포크(710)와 같은 복수의 고정자 스포크를 포함한다. 복수의 고정자 스포크는 고정자 림과 고정자 허브를 커플링한다. 예에서, 고정자의 스포크 배열은 회전자(650)의 회전에 기인한 고정자(700)에 유도된 힘을 저항하기 위해 회전자(650)와 반대 방향으로 접선방향으로 연장하는 것을 제외하면 회전자(650)와 유사한다.
도 48b를 참조하면, 회전자 림은 상술된 것과 유사한 구성을 가지며 서로 이격된 복수의 회전자 링(670)을 포함한다. 도 48b의 예에서, 회전자는 5개의 회전자 링을 포함하지만, 회전자 링의 임의의 다른 적절한 수가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 고정자 림은 회전자 링과 유사한 방식으로 배열된 복수의 고정자 링을 포함한다.
도 49는 회전자(650)를 개략적으로 도시한다. 이 예에서, 자석(652)은 발전기(1)에 대해 상술된 바와 유사한 방식으로 중간의 3개의 회전자 링(670b, 670c, 670d) 상에 장착된 라미네이션 상에 장착된다. 회전자(650)는 발전기(1)에 대해 상술된 고정자 허브의 구조와 유사한 구조를 갖는 회전자 허브(680)를 포함한다.
도 50은 발전기(500)의 스포크 배열을 도시한다. 스포크 배열은 회전자(650) 및 고정자(700) 양자 모두에 대해 사용될 수 있다. 도 50에 도시된 예에서, 스포크는 회전 방향 토크에 대해 림이 외향하는 반경방향 힘을 저항하도록 반시게 방향으로 접선식으로 배열된다. 즉, 예에서 스포크는 허브의 원주에 대해 접선식으로 배열된다.
도 50의 예에서, 회전자(650)의 스포크 배열이 도시된다. 회전자는 스포크(예컨대, 스포크(660))에 의해 함께 커플링되는 림(662) 및 허브(664)를 포함한다. 이 예에서, 원동기는 도면을 봤을 때 시계 방향(화살표로 표시됨)으로 회전자(650)를 회전하도록 배열된다. 스포크(예컨대, 스포크(660))는 림(662)으로 허브(664)의 토크를 전달하도록 배열된다. 자석은, 자석이 회전자의 외측이 아니라 회전자의 내측에 위치되는 것을 제외하면 발전기(1)와 관련하여 상술된 것과 유사한 방식으로 회전자(650)의 내측에 장착된다.
예에서, 회전자보다 반경방향으로 회전축으로부터 더 멀리 위치되는 전기 발전기의 다른 요소와 회전자 사이에서 작용하는 전자기력은 실질적으로 영(제로)이다. 이를 달성하기 위해, 예에서 회전자는 할바흐 어레이(Halbach array)와 같이 배열된 복수의 자석을 포함하지만, 다른 기술이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 51은 고정자(700)를 개략적으로 도시한다. 고정자(700)는 발전기(1)와 관련하여 상술된 고정자 코일과 같은 복수의 고정자 코일(예컨대, 고정자 코일(712))을 포함한다. 고정자(700) 및 회전자(650)는 발전기 하우징에 고정된 굴대(750) 상에 장착된다. 이 예에서, 굴대(750)는 중공이며, 유체 냉각/가열 시스템에 매니폴드를 연결하기 위한 유체 라인이 유체 냉각/가열 시스템에 대한 연결을 위해 굴대(750)의 벽을 통과하고 굴대(750)의 내부를 통과하고 굴대의 단부를 통과하도록 매니폴드는 고정자(700)와 회전자(650) 사이에 장착된다. 즉, 예에서, 하나 이상의 파이프 구멍이 굴대에 형성되고 유입구 파이프 및 유출구 파이프 중 적어도 하나는 하나 이상의 파이프 구멍을 통과한다.
이 예에서, 고정자 코일은 적절한 유체 소통 라인을 통해 매니폴드와 유체 소통한다. 예에서, 고정자 코일을 위한 배선이 발전기의 외부 배선에 대한 연결을 위해 고정자(700)와 회전자(650) 사이에서 굴대(750)의 벽을 통과하고, 굴대(750)의 내부를 통과하고 굴대의 단부를 통과한다. 즉, 예컨대, 하나 이상의 배선 구멍이 굴대에 형성되고 하나 이상의 전기 권선을 위한 전기 배선이 굴대 내의 하나 이상의 구멍을 통과한다. 본원 개시의 예는 배선 및/또는 유체 라인(예컨대, 유입구 파이프 및/또는 유출구 파이프)가 굴대의 내부를 따라 통과하고 유체 순환 시스템 및/또는 전력 관리 시스템과 같은 발전기 관리 시스템에 적합한 전기 및/또는 유체 소통을 위한 중앙집중식 연결 위치를 제공하기 때문에 발전기의 구성을 간단하게 하는 것을 도울 수 있다.
더욱 일반적으로, 예에서 발전기는 열전달 채널과 유체 소통하는 하나 이상의 유체 매니폴드를 포함하고, 각각의 매니폴드는 유체 순환 시스템과 유체 소통하기 위한 유입구 포트 및 유출구 포트를 포함한다. 예에서, 발전기는 개별적인 유입구 포트 및 유체 순환 시스템과 각각 유체 소통하는 하나 이상의 유체 유입구 파이프와, 개별적인 유출구 포트 및 유체 순환 시스템과 각각 유체 소통하는 하나 이상의 유체 유출구 파이프를 포함한다.
그 결과, 고정자 코일은 예컨대, 상세하게 후술되는 바와 같이 발전기의 작동 조건에 따라 요구에 맞춰 가열 또는 냉각될 수 있다.
도 52는 고정자(700)의 스포크 배열을 개략적으로 도시한다. 고정자(700)는 스포크(예컨대, 스포크(710)에 의해 커플링되는 허브(724) 및 림(722)을 포함한다. 고정자(700)는 발전기 하우징에 대한 고정자의 이동을 금지(제한)하기 위해 굴대(750) 상에 장착된다. 스포크(예컨대, 스포크(710))는 허브(724)에 대한 회전자(650)의 회전의 역기전력에 의해 생성되는 토크를 전달하도록 배열된다. 일부 예에서, 고정자 코일은 발전기(1)와 관련하여 상술된 것과 실질적으로 동일하지만, 발전기(1)와 관련하여 상술된 것과 유사한 방식으로 회전자(700)의 외측에 장착될 수 있도록 형성된다.
예에서, 발전기는 회전자 및 고정자가 내부에 로킹된 하우징과, 고정자 및 회전자가 동축으로 장착되는 굴대를 포함한다. 일부 예에서, 굴대는 하우징에 대한 굴대의 회전을 제한하도록 하우징에 대해 장착되고, 회전자는 회전자가 굴대를 중심으로 회전할 수 있도록 굴대에 대해 배열되는 회전자 베어링을 포함한다. 즉, 예컨대 굴대는 하우징에 고정될 수 있으며 회전자는 굴대를 중심으로 회전할 수 있다. 예컨대, 회전자 및 고정자는 상술된 바와 같이 굴대 상에 장착될 수 있는데, 굴대는 굴대의 회전을 제한(금지)하도록 하우징 내에 장착된다. 이는 회전자가 고정자와 동심으로 정렬되는 것을 보장하는데 도움이 될 수 있어서, 회전자의 전체 원주 주위에 전자기 커플링을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 또한, 예에서, 회전자 베어링은 예컨대 상술된 바와 같은 절연 칼라 및 허브 배열을 이용하여 고정자로부터 회전자를 전기적으로 격리시킨다. 더욱 일반적으로, 예에서 회전자는 예컨대, 회전자 베어링에 의해 고정자로부터 전기적으로 격리되어, 전류가 의도되지 않은 전류 경로를 따라 고정자와 회전자 사이에서 흐르는 가능성을 감소시킨다.
본원의 개시의 예에 따른 다른 매니폴드 설계 및 고정자 코일 설계가 도 53 내지 도 60을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 53은 매니폴드 및 고정자의 고정자 세그먼트의 배열을 개략적으로 도시한다.
특히, 도 53은 고정자 세그먼트(800), 매니폴드(820), 복수의 고정자 링 지지 튜브 조립체(예컨대, 고정자 링 지지 튜브 조립체(830)), 고정자 링(840), 복수의 스포크(예컨대, 스포크(850a, 850b, 854a, 854b)), 매니폴드 유입구 파이프(860) 및 매니폴드 유출구 파이프(862)를 개략적으로 도시한다.
도 53의 예의 고정자는 고정자 링 지지 튜브 조립체의 양 단부에 위치되는 2개의 고정자 링을 포함한다. 하지만, 도면의 이해를 돕기 위해, 하나의 고정자 링(고정자 링(840)만이 도면의 이해를 돕기 위해 도시된다. 또한, 하나의 고정자 세그먼트가 도시되었지만, 고정자(700)는 정자의 원주 주위에서 연속되도록 원주 방향으로 장착되는 복수의 고정자 세그먼트를 통상적으로 포함되는데, 복수의 고정자 세그먼트는 반드시 연속될 필요는 없다는 것도 이해될 것이다.
고정자 세그먼트(800)는 상세하게 후술되는 바와 같이 복수의 고정자 링 지지 튜브 조립체 상에 장착된다. 도 53에 도시된 바와 같이, 고정자 세그먼트(800)는 13개의 고정자 링 지지 튜브 조립체 상에 장착되지만, 임의의 다른 수의 고정자 링 지지 튜브 조립체 상에 장착될 수 있다는 것도 이해될 것이다.
복수의 구멍이 허브(724) 내에 형성되고, 개별적인 매니폴드의 유입구 및 유출구 파이프는 이 허브를 통과하여, 유체 열전달 시스템으로부터의 유체가 허브(724)를 통해 고정자 코일에 대해 유체 소통될 수 있게 한다. 예컨대, 매니폴드 유입구 파이프(860), 매니폴드 유출구 파이프(862)는 허브(724) 내의 구멍(864)을 통과한다. 예에서, 스포크는 축방향으로 고정자 링의 양측에 쌍으로 배열된다. 예컨대, 스포크(850a)는 고정자 링(840)의 일측(예컨대, 내부측) 상에 배열되고 스포크(850b)는 고정자 링(840)의 타측 상에 배열되는데, 회전자의 회전축에 수직한 평면에서 스포크(850a, 850b) 각각의 프로파일이 실질적으로 일치한다. 예에서, 한 쌍의 스포크 내의 각각의 스포크는 실질적으로 림의 동일한 위치에서 림에 커플링되고 스포크 쌍 내의 각 스포크는 허브 상의 실질적으로 동일한 위치에서 허브에 커플링된다.
예에서, 스포크는 허브(724) 및 고정자 링 내의 개별적인 위치에서 그리고 스포크 내에 형성된 구멍을 통과하는 각 스포크의 양 단부에 위치된 관통 핀을 이용하여 허브(724) 및 고정자 링에 커플링된다. 예컨대, 도 53을 참조하면, 스포크(850a, 850b)는 관통 핀(851a)을 이용하여 고정자 링(840)에 커플링되고, 관통 핀(851b)을 이용하여 허브(724)에 커플링된다. 관통 핀(851a) 및 관통 핀(851b)은 이들이 통과하는 구멍과 함께 eh 림 및/또는 허브에 스포크를 커플링하기 위한 커플링 수단의 일 예로 간주될 수 있다.
다른 예에서, 스포크는 용접에 의해 고정자 링 및 흐브(724)에 커플링될 수 있디만, 볼트와 같은 다른 배열이 사용될 수도 있거나, 접착제가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 회전자의 스포크는 고정자와 유사한 방식으로 회전자 링 및 회전자 허브에 커플링되지만, 다른 커플링 배열이 고정자 및 회전자 각각에 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 54는 본원의 개시의 예에 따른 고정자 세그먼트(800)를 개략적으로 도시한다. 고정자 세그먼트(800)는 복수의 고정자 라미네이션, 복수의 고정자 결속 로드(예컨대, 결속 로드(870), 복수의 고정자 코일(예컨대, 고정자 코일(880)), 축방향으로 고정자 라미네이션의 양측에 위치되는 한 쌍의 고정자 라미네이션 측면 플레이트(890a, 890b) 및 매니폴드(820)를 포함한다. 매니폴드(820)는 상세하게 후술될 것이다. 예에서, 고정자 세그먼트(800)는 12개의 고정자 코일을 포함하지만, 고정자 세그먼트가 임의의 적절한 수의 고정자 코일을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 고정자 결속 로드는 상술된 바와 동일하다.
도 54를 참조하면, 고정자 라미네이션은 제1 고정자 라미네이션(884) 및 제2 고정자 라미네이션(886)을 포함한다. 하나 이상의 장착 구멍(예컨대, 장착 구멍(888))이 고정자 링 상에 고정자 라미네이션을 장착하기 위해 측면 플레이트(890a, 890b) 및 제1 고정자 라미네이션(884) 내에 형성된다. 예에서, 제2 고정자 라미네이션(886)은 도 20a 및 도 20b와 관련하여 상술된 제2 고정자 라미네이션(244)과 동일하다. 예에서, 제1 고정자 라미네이션(884)은 도 21a 도 21b와 관련하여 상술된 제1 고정자 라미네이션(242)과 실질적으로 동일하다. 하지만, 도 47 내지 도 66와 관련하여 개시된 예에서, 장착 구멍(예컨대, 장착 구멍(888))은 고정자 링 지지 튜브 조립체(예컨대, 고정자 링 지지 튜브 조립체(830))의 단면과 대응하도록 형성되는데, 상기 지지 튜브 조립체의 지지 튜브는 장착 구멍을 통과할 수 있다. 예에서, 측면 플레이트(890a, 890b)의 프로파일은 제1 고정자 라미네이션(884)의 프로파일과 실질적으로 대응하거나 그와 동일하다.
도 55는 고정자 코일(880)을 개략적으로 도시한다. 예에서, 고정자 코일(880)은 도 24 내지 도 27과 관련하여 상술된 것과 실질적으로 동일하다. 하지만, 도 54 내지 도 66의 예에서 코일 권선과 유입구 및 유출구 커넥터(284, 286) 사이의 유체 채널의 길이는 도 24 내지 도 27과 관련하여 상술된 예에서 보다 크다. 또한, 코일 권선과 유입구 커넥터(284) 및 유출구 커넥터(286) 사이의 유체 채널은 코일 권선이 고정자 라미네이션 상에 장착될 때 상기 커넥터(284, 286)가 코일 권선보다 회전축에 더 근접하게 위치되도록 배열된다.
도 56은 매니폴드(820)에 대한 고정자 코일(880)의 커플링을 개략적으로 도시한다. 도 56에 도시된 예에서 고정자 코일(880)은 도 55와 관련하여 상술된 것과 실질적으로 동일하다. 하지만, 도 56의 예에서, 유입구 및 유출구 커넥터는 유입구 커넥터(284) 및 유출구 커넥터(286)과 다르다. 특히, 고정자 코일(880)은 유입구 커넥터(892) 및 유출구 커넥터(894)를 포함한다.
예에서, 유입구 커넥터(892)는 유출구 커넥터(894)와 동일하다. 그 결과, 간결함을 위해 유입구 커넥터(892)가 후술될 것이지만, 유출구 커넥터(892)의 설명은 유출구 커넥터(894)에도 적용된다는 것이 이해될 것이다.
이 예에 따른 유입구 커넥터(892)는 고정자 코일(880)의 코일 권선과 유입구 커넥터(892) 사이에서 유체를 반송하는 유체 채널(898)과 유체 소통한다. 예에서, 유입구 커넥터는 유체 채널(898)에 용접되지만, 액밀 방식으로 유입구 커넥터(892)를 유체 채널(898)에 접합하기 위한 임의의 다른 적절한 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 유입구 커넥터(892)는 4개의 구멍(899)이 매니폴드(820)에 대해 유입구 커넥터(892)를 커플링하기 위한 유입구 커넥터(892)의 개별적인 코너를 향해 형성되는 실질적으로 직사각형인 플레이트이다. 예에서, 유입구 커넥터(892)는 매니 폴드 상에 장착되고, 구멍(899)을 통과하며 매니 폴드 내에 대응하는 나사가 형성된 구멍과 맞물리는 볼트에 의해 유지된다. 하지만, 매니폴드(820)에 유입구 커넥터(892)를 커플링하기 위한 다른 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
유입구 커넥터(892)와 매니폴드(820) 사이의 액밀 연결을 보존하는 것을 돕기 위해, 유입구 커넥터(892)는 매니폴드와 대면하는 유입구 커넥터(892)의 면에 형성된 대응하는 o-링 홈 내에 장착되는 한 쌍의 동심 o-링을 포함한다. 예에서, o-링 및 o-링 홈은 실질적으로 도 30과 관련하여 상술된 바와 동일한 방식으로 유체 채널에 대해 동심으로 배열되지만, 다른 o-링 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 예에서는, 하나의 o-링만이 각 커넥터에 대해 사용되지만, 임의의 누설 가능성을 줄이기 위해 한 쌍의 동심 o-링의 사용이 바람직하다. 대안적으로 또는 o-링에 추가하여, 유입구 커넥터(892)는 누설 가능성을 감소시키는 것을 돕기 위해 적절한 접착제를 사용하여 매니폴드에 접착식으로 접합될 수도 있다. 예에서, 유입구 커넥터(892)의 배향은 유입구 커넥터(892)의 플레이트의 평면 내에 유츨구 커넥터(894)에 대해 180도 회전되는데, 유입구 커넥터(892)의 유체 채널은 코일 권선의 개별 단부와 실질적으로 정렬하도록 우너주 방향으로 유출구 커넥터(894)의 유체 채널로부터 오프셋된다. 예에서, 고정자 코일은 서로 동일한 구성 및 구조를 갖지만, 서로 다른 구성 및 구조(예컨대, 상술된 고정자 코일의 예의 조합)를 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
절연 채널을 구비한 매니폴드
상술된 바와 같이, 고정자 코일은 고정자 코일 내의 유체 채널을 통해 적절한 유체를 통과시킴으로써 적절하게 냉각 또는 가열될 수 있다. 또한, 고정자 코일을 서로로부터 그리고 발전기의 본체로부터 전기적으로 격리시키기 위해, 예에서 절연 유입구 및 유출구 커넥터가 매니폴드로부터 고정자 코일을 전기적으로 격리시키는데 사용된다. 예에서, 비-전도성 유체(즉, 유체 저항률 역치보다 큰, 통상적으로 등급 1 ISO 3696(10 메가 오옴 센티미터(MΩcm)의 저항률)보다 큰 저항률을 갖는 유체)가 사용된다. 하지만, 등급 2 ISO 3696(1 메가 오옴 센티미터(MΩcm)의 저항률) 및 등급 3 ISO 3696(0.2 메가 오옴 센티미터(MΩcm)의 저항률)과 같은 다른 유체 저항률 역치가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 하지만, 시간이 경과함에 따라 유체는 오염될 수 있어, 저항률이 감소된다. 예컨대, 유체가 액체인 경우, 액체는 유체 순환 시스템에 의한 반복적인 순환에 의해 오염될 수 있어, 전도성 염(conductive salt)이 액체 내에 용해된다. 그 결과, 유체의 오염은 원하지 않는 전류가 고정자 코일과 매니폴드 사이에서 유체를 통해 흐를 수 있는 가능성을 증가시킨다. 즉, 유체는 특히 유체가 오염된 경우에 고정자 코일과 매니폴드 사이의 전도성 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 원하지 전류가 고정자 코일과 매니폴드 사이에서 흐를 수 있는 가능성을 감소시키기 위해, 예에서 매니폴드와 고정자 코일의 개별 유입구 및 유출구 사이의 절연 채널의 길이는 소정의 오염 수준에 대해 절연 채널에 걸친 유체의 전기 저항이 유체 경로 저항 역치보다 크도록 배열된다. 이제 이러한 사항이 더 상세하게 후술될 것이다.
도 57은 본원의 개시의 예에 따른 매니폴드의 측면도를 개략적으로 도시한다. 특히, 매니폴드(820)는 본체(1000) 및 전기 절연 요소(1010)를 포함한다. 본체(1000)는 (점선으로 지시된) 내부 분할 벽(1002)을 포함하며, 이는 상세하게 후술될 것이다.
전기 절연 요소(1010)는 제1 절연 플레이트(1010a) 및 제2 절연 플레이트(1010b)를 포함한다. 예에서, 제1 절연 플레이트(1010a) 및 제2 절연 플레이트(1010b)는 서로 접착식으로 접합되지만, 이들을 함께 커플링하기 위한 다른 기술이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 절연 요소(1010)는 매니폴드(820)로부터 유입구 및 유출구 커넥터를 전기적으로 격리시키며 이는 상세하게 후술될 것이다.
도 58은 유입구 및 유출구 커넥터가 없는 매니폴드를 개략적으로 도시한다. 예에서, 유입구 및 유출구 커넥터를 매니폴드에 커플링하기 위한 복수의 나사가 형성된 구멍(예컨대, 나사가 형성된 구멍(1020))이 절연 요소(1010) 내에 형성된다. 예에서, 나사가 형성된 구멍은 개별 유입구 및 유출구 커넥터 내에 형성된 구멍의 위치와 대응하는 4개의 구멍의 그룹으로 배열된다. 예컨대, 나사가 형성된 구멍(1020)의 위치는 유입구 커넥터(892) 내에 형성된 구멍(899)의 위치에 대응한다. 하지만, 나사가 형성된 구멍의 임의의 다른 배열이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 복수의 유치 유입구 구멍(예컨대, 유체 유입구 구멍(1022)) 및 복수의 유체 유출구 구멍(예컨대, 유체 유출구 구멍(1024))은 제1 절연 플레이트(1010a) 내에 형성된다. 유체 유입구 및 유출구 구멍은 개별 유입구 및 유출구 커넥터의 유체 채널과 대응하도록 위치되는데, 유체 채널은 매니폴드와 유체 소통될 수 있다. 예컨대, 유체 유입구 구멍(1022)은 유입구 커넥터(892)의 유체 채널(898)과 대응하도록 위치된다.
즉, 더욱 일반적으로 예에서 매니폴드는 본체(예컨대, 본체(1000))를 포함하는데, 상기 본체는 유체 챔버 및 본체에 커플링된 전기 절연 요소(예컨대, 절연 요소(1010))를 포함하며, 상기 절연 요소는 전기 권선(예컨대, 고정자 권선)의 유체 채널과 유체 소통하기 위한 복수의 유체 포트와, 유체 챔버 및 유체 커넥터와 유체 소통하는 복수의 전기 절연 유체 채널을 포함한다.
도 59는 제2 절연 플레이트(1010b)와 함께 매니폴드의 본체(1000)를 개략적으로 도시한다. 예에서, 제2 절연 플레이트(1010b)는 유체를 위한 유동 경로로서 작용하는 제2 절연 플레이트의 표면 내에 형성된 복수의 절연 채널(예컨대, 절연 채널(1030))을 포함한다. 예에서, 절연 채널은 실질적으로 u-형상이지만, s-형상과 같은 다른 형상이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱 일반적으로, 예에서 절연 채널은 1보다 큰 곡률도(sinuousity index)를 갖는다. 즉, 절연 채널의 가장 짧은 가능 부분 길이에 대한 실제 경로 길이의 비는 1보다 크다(곡률도 = 실제 경로 길이 / 가장 짧은 경로 길이). 예에서, 절연 채널의 각각의 길이는 100mm이지만, 임의의 다른 적절한 길이가 이용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
더욱 일반적으로는, 상술된 바와 같이 예에서 유체 포트와 유체 챔버 사이에 배열된 전기 절연 유체 채널의 길이는 유체 포트와 본체 사이의 전기 절연 채널을 통과하는 유체의 전기 저항이 역치 저항(유체 경로 저항 역치)보다 크게 되도록 된다. 제1 절연 플레이트(1010a)는 제1 요소의 일 예로서 간주될 수 잇으며, 제2 절연 플레이트(1010b)는 제2 요소의 일 예로 간주될 수 있는데, 전기 절연 요소(예컨대, 전기 절연 요소(1010))는 제1 요소 및 제2 요소를 포함하고, 제2 요소는 제1 요소에 커플링된다. 예에서, 절연 채널은 제1 요소와 제2 요소 사이, 예컨대 제1 절연 플레이트(1010a)와 제2 절연 플레이트(1010b) 사이에 형성된다. 예에서, 유체 포트는 제1 요소 내에 형성된 복수의 관통 구멍(예컨대, 유체 유입구 구멍 및/또는 유체 유출구 구멍)의 개별 구멍에 대응한다.
다시 도 59를 참조하면, 절연 채널(1032)이 제1 단부(1034a) 및 제2 단부(1034b)를 포함한다. 제1 단부(1034a)의 위치는 유체 채널(898)이 절연 채널(1032)과 유체 소통될 수 있도록 유체 유입구 구멍(1022)의 위치에 대응하도록 배열된다.
관통 구멍은 절연 채널(1032)이 매니폴드(820)의 본체(1000)와 유체 소통될 수 있도록 제2 단부(1034b)에 대응하는 위치에서 제2 절연 플레이트(1010b) 내에 형성된다. 즉, 예에서 각 절연 채널은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부의 위치는 제1 절연 플레이트의 유체 유입구 구멍의 위치에 대응하도록 배열된다. 예에서, 관통 구멍이 제2 단부에서 제2 절연 플레이트 내에 형성된다. 예에서, 각 제1 단부는 개별 유체 포트의 위치와 대응되도록 위치된다.
예에서, 제1 절연 플레이트(1010a)는 유체가 절연 채널을 따라 제1 절연 플레이트(1010a)와 제2 절연 플레이트(1010b) 사이에서 유동할 수 있도록 제2 절연 플레이트(1010b)에 접착식으로 접합된다. 즉, 예컨대 절연 채널은 소정의 유체 전기 저항을 얻도록 그 길이가 배열될 수 있는 유체 절연 채널로 간주될 수 있다. 예에서, 제1 및 제2 절연 플레이트는 함께 접착식으로 접합되지만, 임의의 다른 적절한 방식으로 함께 결합될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 제1 및 제2 절연 플레이트는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 페놀 플라스틱과 같은 전기 절연 플라스틱으로부터 형성되지만, 복합재 재료, 세라믹 재료 또는 다른 적절한 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 60은 매니폴드(820)의 본체(1000)를 개략적으로 도시한다. 복수의 본체 유체 구멍(예컨대, 유체 구멍(1038a, 1038b)은 제2 절연 플레이트(1010b)에 커플링되는 본체의 면(전방 벽)에 형성된다. 본체 유체 구멍은 제2 절연 플레이트 내에 형성된 개별 관통 구멍의 위치에 대응하도록 위치되어, 본체가 절연 채널(유체 절연 채널)과 유체 소통할 수 있다.
예컨대, 본체 유체 구멍(1040)은 제2 절연 플레이트(1010b)가 본체(1000) 상에 장착될 때 절연 채널(1032)의 제2 단부(1034b)에 형성되는 관통 구멍의 위치에 대응하도록 본체 내의 위치에 배열된다. 즉, 더욱 일반적으로 예에서, 복수의 유체 채널 구멍(예컨대, 본체 유체 구멍)이 유체 챔버와 절연 채널 사이에 유체 소통을 위해 본체 내에 형성되고 복수의 구멍(예컨대, 제2 단부(1034b)에 형성된 관통 구멍)이 개별 유체 챔버 구멍에 대응하는 위치의 유체 채널의 제2 단부에서 제2 요소 내에 형성된다.
예에서, 본체(1000)는 도 32a 및 도 32b를 참조하여 상술된 것과 유사한 방식으로 제1 부분 및 제2 부분으로부터 형성되지만, 본체를 형성하기 위한 다른 기술이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 본체는 스테인리스 스틸을 포함하지만, 다른 금속, 복합재, 플라스틱 재료 등이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 제2 절연 플레이트(1010b)는 관통 구멍이 본체(1000)의 전방벽과 제2 절연 플레이트(1010b) 사이에 액밀 기일을 생성하도록 본체 유체 구멍과 대응하도록(정합하도록) 본체에 접착식으로 접합되지만, 다른 기술이 액밀 결합을 생성하도록 제2 절연 플레이트(1010b)를 본체(1000)에 결합하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 절연 채널은 제1 요소와 제2 요소 사이에서(예컨대, 제1 및 제2 절연 요소 플레이트(1010a, 1010b) 사이에서) 제1 요소 및 제2 요소 중 적어도 하나의 표면에 형성된다. 예컨대, 절연 채널은 제2 절연 플레이트(1010b)로부터 기계 가공될 수 있으며, 이후에 제2 절연 플레이트(1010b)는 제1 절연 플레이트(1010a)에 접착식으로 접합될 수 있다. 하지만, 몰딩, 에칭 또는 기타 적절한 기술과 같은 다른 기술이 절연 채널을 형성하는데 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 61은 본체를 통과하는 단면을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 61은 본체(1000) 및 내부 분할 벽(1002)을 개략적으로 도시한다. 본체(1000)는 제1 유체 챔버(1040) 및 제2 유체 챔버(1042)를 포함한다. 내부 분할 벽(1002)은 제2 유체 챔버(1042)로부터 제1 유체 챔버(1040)를 분리하여, 상기 유체 챔버들이 본체(1000) 내에서 서로 유체 격리된다. 즉, 예에서 내부 분할 벽(1002)은 챔버 분할부로 작용한다. 예에서, 내부 분할 벽 및/또는 본체의 벽은 도 32a 및 도 32b와 관련하여 상술된 매니폴드와 유사한 방식으로 열 절연 재료를 포함한다.
매니폴드는 하나의 유체 챔버 또는 하나보다 많은 유체 챔버를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상술된 바와 같이, 예에서 본체는 유체 챔버를 포함한다. 더욱 일반적으로, 유체 챔버는 제1 유체 챔버(예컨대, 제1 유체 챔버(314) 또는 제1 유체 챔버(1040)) 및 제1 유체 챔버로부터 유체 격리된 제2 유체 챔버(예컨대, 제2 유체 챔버(316) 또는 제2 유체 챔버(1042))를 포함하는데, 여기서 제1 세트의 유체 포트(예컨대, 유체 유입구 구멍)가 제1 유체 챔버와 유체 소통하고 제2 세트의 유체 포트(예컨대, 유체 유출구 구멍)가 제2 챔버와 유체 소통한다.
상술된 바와 같이, 예에서 본체(1000)는 내부 분할 벽(1002)을 포함한다. 챔버 분할부(318) 및 내부 분할 벽(1002)은 제2 유체 챔버로부터 제1 유체 챔버 내의 유체를 격리시키도록 배열되는 챔버 분할부의 일 예로서 간주될 수 있다. 예에서, 내부 분할부(예컨대, 내부 분할 벽)은 열 절연 재료를 포함한다. 이는 매니폴드의 열효율을 향상시키는 것을 도울 수 있는데, 이는 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이의 열 유동이 감소될 수 있으며 그로 인해 두 챔버 내의 유체 사이의 온도 차이가 열이 유체 순환 시스템의 적절한 부분에서 원하는 위치로(예컨대, 해수 내로) 전달될 수 있을 때가지 더욱 용이하게 유지될 수 있기 때문이다.
예에서, 발전기의 회전의 평면 내의 매니폴드 본체(1000)의 단면은 절두식 원형 섹터이다. 즉, 반경 방향으로 매니폴드 본체(1000)의 외부 및 내부 에지는 동신 원의 호에 대응한다. 하지만, 매니폴드 본체(1000)는 임의의 다른 적절한 형상일 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 도 57 내지 도 61의 예와 관련하여 설명된 매니폴드의 특징 중 임의의 특징은 도 32a 및 도 32b와 관련하여 상술된 매니폴드의 특징 중 임의의 특징과 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예에서, 제1 세트의 유체 포트의 유체 포트는 유체 챔버 내의 선을 따라 제2 세트의 유체 포트의 유체 포트와 교호식으로 배열되며, 챔버 분할부는 예컨대, 도 32a 및 도 32b와 관련하여 상술된 챔버 분할부(318)의 파형 형상으로 제1 유체 포트의 유체 포트와 제2 유체 포트의 유체 포트 사이에 배열된다.
제1 유체 챔버(1040)는 본체의 후방벽(즉, 제2 절연 플레이트(1010b)으로부터 이격되어 위치되는 본체의 면)에 형성되는 구멍(1044)을 통해 매니폴드 유입구 파이프(860)와 유체 소통된다. 제2 유체 챔버(1042)는 본체(1000)의 후방벽 내에 형성된 구멍(1046)을 통해 매니폴드 유출구 파이프(862)와 유체 소통된다.
예컨대, 고정자 코일을 가열 또는 냉각하기 위해 고정자 코일을 통해 유체를 통과시키기 위해, 유체는 제1 및 제2 절연 플레이트들 사이에서 개별 절연 채널을 통해 그리고 매니폴드 유입구 파이프(860)로부터 제1 유체 챔버(1040) 내로 통과된다. 이후, 유체는 고정자 코일의 개별 유입구 커넥터 내로 제1 절연 플레이트(1010a) 외부로 유동한다. 유체는 고정자 코일을 통과하고 유출구 커넥터를 빠져나와 제1 절연 플레이트(1010a) 내로 다시 유동하는데, 이후 유체는 제1 및 제2 절연 플레이트(1010a, 1010b) 사이에서 절연 채널을 통해 유동한다. 유체는 제2 유체 챔버 내로 그리고 매니폴드(820) 외부로 매니폴드 유출구 파이프(862)를 통해 유체 순환 시스템으로 유동한다. 그 결과, 고정자 코일은 필요에 따라 가열 또는 냉각될 수 있으며, 동시에 유체를 통한 매니폴드와 유입구 및 유출구 커넥터 사이의 전류 흐름을 감소시키는 것을 돕는다.
일부 예에서, 코일 권선과 유입구 및 유출구 커넥터 사이의 유체 채널은 플라스틱 튜브와 같은 전기 절연 재료로 형성된다. 이 예에서, 코일 권선과 유입구 및 유출구 커넥터 사이의 유체 채널의 길이는 유체의 저항률을 기초로 원하는 전기 저항을 제공하도록 선택된다. 금속과 플라스틱 튜브 사이의 액밀 조인트를 형성하는 기술은 (예컨대, 건물용 온수 가열로부터) 본 기술 분야에 공지되어 있어서 본원에서는 상세하게 설명되지 않을 것이다.
지지 튜브 조립체
본원의 개시의 예에 따른 지지 튜브 조립체가 이제 도 62 및 도 63을 참조하여 설명될 것이다.
도 62는 본원의 개시의 예에 따른 클램핑 칼라를 포함하는 지지 튜브 조립체의 개략적 도면이다. 특히, 도 62는 지지 튜브 조립체(1100)를 개략적으로 도시한다. 지지 튜브 조립체(1100)는 지지 튜브(105), 제1 쌍의 클램핑 칼라(1108a, 1108b), 제2 쌍의 클램핑 칼라(1110a, 1110b), 제3 쌍의 클램핑 칼라(1112a, 1112b) 및 제4 쌍의 클램핑 칼라(1114a, 1114b)를 포함한다. 각 클램핑 칼라는 그 내부에 형성된 스플릿을 갖는 링을 포함하는데, 이 스플릿을 가로질러 볼트가 위치되는데, 이 볼트의 조임에 의해 스플릿에서의 링의 단부가 함께 견인된다. 예컨대, 스플릿(1116)은 클램핑 칼라(1112b) 내에 형성되고 볼트(1118)는 스플릿을 가로질러 위치되어, 클램핑 칼라가 지지 튜브(1105) 주위에서 조여질 수 있다. 하지만, 지지 튜브 주위에 클램핑 칼라를 조이는 다른 배열이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상술된 바와 같이, 예에서 한 쌍의 클램핑 칼라 내의 각 클램핑 칼라는 개별 회전자 링 또는 고정자 링의 양측에 위치된다. 예컨대, 클램핑 칼라는 회전자 또는 고정자 링 사이의 소정의 간격을 제공하도록 지지 튜브 주위에 위치된다. 예에서, 지지 튜브 및 클램핑 칼라는 금속으로부터 형성되지만, 복합재 재료(예컨대, 유리섬유, 탄소 섬유), 플라스틱 재료 또는 기타 재료와 같은 다른 적절한 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 63은 본원의 개시의 예에 따른 이격 튜브를 포함하는 지지 튜브 조립체의 개략적 도면이다. 특히, 도 63은 (도 53과 관련하여 상술된 바와 같은) 지지 튜브 조립체(830)의 일 예를 도시한다. 지지 튜브 조립체(830)는 지지 튜브(1121)와, 제1 이격 튜브(1122) 및 제2 이격 튜브(1124)와, 제1 장착 칼라(1126)와 제2 장착 칼라(1128)를 포함한다. 도 53을 참조하면, 예컨대 이격 튜브(1122, 1124)의 길이는 고정자 세그먼트(예컨대, 고정자 세그먼트(800))가 고정자 링들 사이(예컨대, 고정자 링(840)과 도 53에 도시되지 않은 다른 고정자 링 사이)에서 축방향으로 유지되도록 선택된다. 장착 링은 축방향으로의 지지 튜브 조립체의 이동을 제한한다. 예컨대, 이격 튜브(1124) 및 장착 칼라(1128)는 고정자 링(840)의 양측에 위치된다. 예에서, 지지 튜브, 이격 튜브 및 장착 칼라는 금속으로부터 형성되고 장착 칼라 및/또는 이격 튜브는 (예컨대, 스폿 용접을 이용하여) 지지 튜브에 용접된다. 하지만, 지지 튜브, 장착 칼라 및 이격 튜브는 복합재 재료(예컨대, 유리 섬유, 탄소 섬유), 플라스틱 재료 또는 기타 재료와 같은 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예에서, 장착 칼라는 상술된 클램핑 칼라와 실질적으로 동일하다. 이는 지지 튜브가 고정자 또는 회전자의 조립을 용이하게 하는데, 이는 지지 튜브가 고정자(또는 회전자) 링(예컨대, 고정자 링(840)) 내의 적절한 구멍을 통과하고, 이격 튜브(예컨대, 이격 튜브(1124))를 통과하고, 고정자(또는 회전자) 라미네이션을 통과하고, 이격 튜브(예컨대, 이격 튜브(1122))를 통과하고, 다른 고정자(또는 회전자) 링을 통과한 후에, 상기 칼라 상에서의 볼트의 조임(장착 칼라가 클램핑 칼라와 동일한 예일 경우) 또는 용접에 의해 장착 칼라(예컨대, 장착 칼라(1128, 1126))와 함께 적소에 고정될 수 있기 때문이다. 하지만, 회전자 링 상에 고정자 세그먼트를 조립하는 다른 방법이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 일부 예에서, 지지 튜브는 지지 튜브 상에 라미네이션을 장착하고 회전자 링 또는 고정자 링에 라미네이션을 기계적으로 커플링하도록 라미네이션 내에 형성된 구멍을 통과한다.
결속 로드 및 라미네이션
결속 로드, 회전자 라미네이션, 고정자 라미네이션 및 결속 로드의 다른 예가 이제 설명될 것이다.
도 64는 측면 플레이트 및 회전자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다. 특히, 도 64는 제1 회전자 라미네이션(1130) 및 제2 회전자 라미네이션(1132)과, 회전자 세그먼트 측면 플레이트(1134)와, 결속 로드(1136a, 1136b)를 포함하는 회전자 라미네이션의 일 예의 일부를 개략적으로 도시한다. 예에서, 결속 로드(1136a, 1136b)는 상술된 임의의 결속 로드와 동일하다. 예에서, 제2 회전자 라미네이션(1132)은 상술된 제2 회전자 라미네이션(146)과 동일하고, 제1 회전자 라미네이션(1130)은 자석을 장착하기 위한 제1 회전자 라미네이션(144)와 동일한 구성을 갖는다. 하지만, 도 47과 관련하여 상술된 설명된 예에서, 장착 구멍(예컨대, 지지 튜브 구멍(1138))으로도 지칭되는 복수의 지지 튜브 구멍이 자석 장착 측면으로부터 이격되어 위치된 부분 내에서 제1 회전자 라미네이션 및 회전자 측면 플레이트(예컨대, 회전자 측면 플레이트(1134) 내에 형성되어, 하나 이상의 지지 튜브가 회전자 상에 라미네이션을 장착하는데 사용될 수 있다.
예에서, 결속 로드는 상술된 바와 같이 라미네이션을 함께 유지하도록 조립된다. 하지만, 일부 예에서 회전자 측면 플레이트는, 결속 로드가 라미네이션을 유지하도록 장착될 때 이격 칼라(예컨대, 이격 칼라(176))가 위치될 수 있는 하나 이상의 리세스가 형성된 부분을 포함한다. 예컨대, 도 64를 참조하면, 측면 플레이트(1134)는 결속 로드의 이격 칼라와 대응하도록 형성된 제1 리세스가 형성된 부분(1140a) 및 제2 리세스가 형성된 부분(1140b)을 포함한다.
도 65는 측면 플레이트 및 고정자 라미네이션의 일부의 확대도를 개략적으로 도시한다. 특히, 도 65는 제1 고정자 라미네이션(884) 및 제2 회전자 라미네이션(886)과, 고정자 세그먼트 측면 플레이트(890a)와 결속 로드(870a, 870b)을 포함하는 고정자 라미네이션의 일 예의 부분을 개략적으로 도시한다. 예에서, 결속 로드(870a, 870b)는 상술된 임의의 결속 로드와 동일하다.
예에서, 제2 회전자 라미네이션(886)은 상술된 제2 고정자 라미네이션(248)과 동일하고, 제1 회전자 라미네이션(884)은 코일을 장착하기 위한 제1 고정자 라미네이션(260)과 동일한 구성을 갖는다. 하지만, 도 47과 관련하여 상술된 예에서, 지지 튜브 구멍(예컨대, 장착 구멍(888))으로도 지칭되는 복수의 장착 구멍이 고정자 코일 장착 측으로부터 이격된 부분에 고정자 측면 플레이트(예컨대, 고정자 측면 플레이트(890a) 및 제1 고정자 라미네이션(884) 내에 형성되어, 하나 이상의 지지 튜브가 고정자 상에 라미네이션을 장착하는데 사용될 수 있다.
예에서, 결속 로드는 상술된 바와 같이 라미네이션을 함께 유지하도록 조립된다. 하지만, 일부 예에서, 고정자 측면 플레이트는, 결속 로드가 라미네이션을 유지하도록 장착될 때 이격 칼라(예컨대, 이격 칼라(176))가 위치되는 하나 이상의 리세스가 형성된 부분을 포함한다. 예컨대, 도 65를 참조하면, 측면 플레이트(890a)는 결속 로드의 이격 칼라와 대응하도록 형성된 제1 리세스가 형성된 부분(1142a) 및 제2 리세스가 형성된 부분(1142b)을 포함한다.
도 66은 본원의 개시의 예에 따른 고정자 측면 플레이트 내에 형성된 리세스에 대한 결속 로드의 위치 설정을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 66의 예에서, 결속 로드(138)는 측면 플레이트와 접촉하는 이격 칼라(176)의 제1 반부(176a)의 단부가 측면 플레이트(890a) 내에 형성되는 리세스(1142b) 내에 위치되도록 측면 플레이트(890a)에 대해 장착된다.
자석 고정 클립의 예
도 67a 내지 도 67d는 여러 각도에서 본 자석 고정 유닛(자석 고정 클립)의 다른 예를 도시한다. 도 67d는 자석(901) 및 자석 장착부(902)와 함께 사용될 때 자석 고정 클립(910)의 단면을 도시한다. 도 67a는 도 67d의 자석 고정 유닛(910)의 사시도를 도시하고, 도 67b 및 도 67c는 도 67a의 선 A-A 및 선 B-B를 따르를 단면도를 각각 도시한다.
자석 고정 유닛(910)은 자석 장착부(902)의 장착 표면(903) 상에 자석(901)을 고정하기 위한 2개의 아암(912a, 912b)을 포함한다. 특히, 2개의 아암(912a, 912b)은 자석의 반경방향 움직임을 제한하기 위해 자석 고정 클립의 자석 유지 표면 상에서 자석(901)과 접촉한다. 이 예에서, 각각의 아암은 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 단면을 가지며 아암을 따라 실질적으로 동일한 단면을 갖는다. 다른 예에서, 단면은 다른 형상을 가질 수 있으며 길이를 따라 변경될 수 있다.
도 67d에 도시된 바와 같이, 자석 고정 클립(910)은 반경 방향으로 자석(901)보다 높으며 아암(912a, 912b)은 자석(901)을 중첩한다. 하지만, 다른 예에서, 자석(901)은 아암(912a, 912b)을 수용하기 위한 리세스 및/또는 노치를 포함할 수 있다. 이러한 리세스 및/또는 노치는 자석(901)의 코너 상에 장착될 수 있거나 또는 반경방향으로 자석의 측면을 따라 제공될 수 있다. 이러한 리세스 및/또는 노치 배열은 난류를 생성하여, 2개의 아암(912a, 912b) 사이의 간극에 의해 및/또는 자석(901) 및 자석 고정 유닛(910)의 상대적 배열에 의해 제공되는 냉각 효과를 생성하는데 유리할 수 있다.
도 67d에 도시된 예에서, 자석(901)은 고정 립(916)이 자석 장착부(902)의 대응 립과 맞물릴 때 자석 고정 클립(910)의 측면 부분(914)에 의해 적어도 부분적으로 원주 방향으로 고정된다. 따라서, 이 예에서 자석이 수용될 수 있는 자석 장착부의 리세스는 (도 67d에 도시된 바와 같이) 제외될 수 있다. 대안적으로, 리세스는 자석(901)의 원주방향 움직임을 감소시키기 위해 측면 부분(914)과 조합하여 사용될 수 있다. 이 예에서, 측면 부분(914)은 플레이트를 포함하지만, 다른 예에서 측면 부분(914)은 다른 형상을 가질 수 있으며, 고정 립(916)으로부터 더 멀리 이격되고 아암(912a, 912b)에 더 근접하게 배열될 수도 있다. 예컨대, 사용시 측면 부분(914)은 자석 장착부(902)와 접촉하지 않을 수 있다.
도 68a 내지 도 68c는 다른 각도에서 본 자석 고정 유닛의 다른 예를 도시한다. 도 68a는 도 67d의 자석 고정 유닛(920)의 사시도를 도시하고, 도 68b 및 도 68c는 도 68a의 선 A-A 및 선 B-B를 따르는 단면도를 각각 도시한다. 이 예에서, 자석 고정 클립(920)은 플레이트를 포함하는 자석 유지 부분(922)을 포함한다. 플레이트는 하나 이상의 천공부(922a) 및 리세스(922b)를 포함한다. 천공부 및 리세스는 난류 유발 요소로 작용할 수 있으며, 난류를 생성하도록 자석 고정 클립에 대해 유동하며 리세스를 지나 유동하는 유체(예컨대, 공기)에 유동 중단(flow disruption)을 생성하는 것을 도울 수 있다.
다른 예에서, 자석 유지 부분(922)은 하나 이상의 천공부를 포함하지만 리세스를 포함하지 않고, 다른 예에서 자석 유지 부분(922)은 하나 이상의 리세스를 포함하지만 천공부는 포함하지 않는다. 또한, 천공부 및 리세스는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 예컨대, 천공부는 원형 형상, 타원 형상, 직사각형 형상 또는 정사각형 형상 등일 수 있다. 또한, 도 68a 및 도 68b에 도시된 리세스는 삼각형 프리즘 형상의 중공 부분을 형성하지만, 다른 예에서는 평행 육면체 형상의 중공 부분, 원통의 일부, 구 또는 타원체의 일부 등을 형성할 수 있다.
난류 유발 요소의 예는 하나 이상의 간극(예컨대, 아암(912a, 912b) 또는 아암(193a, 193b) 또는 폐쇄 간극), 하나 이상의 리세스, 하나 이상의 천공부 및 하나 이상의 돌출부를 포함한다. 예컨대, 자석 유지 부분(922)은 T 형상을 가질 수 있으며 및/또는 2개 이상의 자석 유지 유닛이 일 열로 배치되는 경우 이웃한 자석 유지 부분 사이의 간극이 존재하게 되어 난류를 유발하도록 배열될 수 있다. 즉, 자석 유지 부분(922)은 유체가 자석 고정 유닛에 대해 이동할 때 자석의 냉각을 향상시키기 위해 하나 이상의 난류 유발 요소의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
자석 고정 유닛(920)은 또한 자석 장착부 상에 하나 이상의 자석의 원자 방향 움직임을 제한하기 위해 측면 부분(924)을 포함한다. 이 예에서, 측면 부분(924)은 T 형상이지만 다른 예에서 측면 부분은 다른 형상을 가질 수 있다.
도 68a 내지 도 68c의 예에서, 고정 립(926)은 세 부분을 포함하는데, 두 부분은 사다리꼴 단면을 갖는 부분에 의해 연결된 직사각형 단면을 갖는다. 다른 예에서, 고정 립(926)은 다른 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 원자 방향으로 돌출부를 갖는 형상은 자석 장착부의 대응 부분과 협력하거나 맞물릴 때 자석의 반경방향 움직임을 제한하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 자석 장착부는 원주 방향으로 다른 돌출부를 포함할 수 있는데, 이러한 다른 돌출부는 고정 립(926)을 수용하기 위한 중공 부분을 형성한다. 예컨대, 고정 립은 플레이트 형상, 반경방향으로 충격부(bump)를 갖는 플레이트, 원통형 부분 등을 가질 수 있다. 예에서, 고정 립(926)은 자석 장착부(902)의 대응 부분 내에 상기 립의 활주를 촉진하도록 형성될 수 있다.
유체 순환 시스템
도 69는 본원의 개시의 예, 예컨대 상술된 발전기의 예에 따른 발전기(1202)를 포함하는 유체 순환 시스템 또는 유체 열전달 시스템(1200)을 개략적으로 도시한다. 발전기(1202)는 발전기의 권선 예컨대 상술된 고정자 코일을 도시하기 위해 전기 전도성 재료(예컨대, 구리)의 코일 또는 권선(1204)을 포함한다. 발전기는 다중 권선 및 다중 유체 채널을 포함할 수 있으며, 이는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 다중 유체 채널이 사용되면, 하나 이상의 제어 가능 밸브를 독립적으로 이용하여 각 유체 채널의 온도를 제어하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 권선(1204)은 예컨대, 스테인리스 스틸로부터 제조된 유체 채널을 포함한다. 코일(1202)의 전기 권선 및 유체 채널은 도면에서 동일한 요소로 도시된다. 예에서, 권선(1204)은 상술된 고정자 권선과 동일하지만, 다른 구성이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 예컨대 더욱 일반적으로는 유체 순환 시스템(1200)(유체 열전달 시스템)은 유체 채널을 포함하는 전기 권선을 포함하는 전기 기계를 포함하는 시스템의 일 예로서 간주될 수 있는데, 상기 시스템은 유체 채널과 유체 소통하는 온도 제어식 유체 소스를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도 제어식 유체 소스는 주변 온도보다 높게 권선의 온도를 상승시키기 위해 권선에 유체를 제공하도록 작동될 수 있다.
예에서, 유체 순환 시스템은 유체에서 이온을 제거하고 유체로부터 가스를 제거하기 위한 탈이온 장치 및 탈기 시스템을 포함한다(도 69에는 도시되지 않음). 예컨대, 구리가 유체 채널로 사용되는 경우, 유체로부터 산소를 제거하는 것이 중요한데, 이는 산소가 구리와 반응하여 시간이 경과함에 따라 유체 채널을 부식시키거나 차단할 수 있기 때문이다.
코일의 유체 채널은 온도 제어식 유체 소스(1206)에 커플링된다. 권선(1204)의 유체 출력이 지점(1208)에서 유체 소스(1206)의 유체 입력에 커플링되고, 권선(1204)의 유체 입력은 지점(1210)에서 유체 소스(1206)의 유체 출력에 커플링된다. 시스템(1200)은 폐쇄 시스템이며, 비전도성의 열전달 유체, 예컨대 탈이온수를 포함한다.
온도 제어식 유체 소스(1206)는 상기 순환 시스템(1200) 주위로 유체를 이동시키기 위해 하나 이상의 전기 펌프(1212)를 포함한다. 상기 소스(1206)는 또한 유체의 유동을 제어하기 위해 하나 이상의 밸브(1214, 1216)를 포함한다. 유체 소스는 열 소스(1218) 및 열 싱크(1220)를 더 포함한다. 도시된 열 소스(1218)는 온도 제어기(1224) 및 전기 코일(1222)를 포함하는 전기 가열기이다. 전기 코일(1222)은 가열 챔버(1226) 주위를 둘러싸서, 전류가 제어기(1224)로부터 코일(1222)을 통과할 때 코일(1222)에서 생성된 열이 가열 챔버(1226) 내에 수용된 유체로 전달된다. 전기 코일(1222) 및 제어기(1224)는 점선을 이용하여 도시되는데, 이 요소들은 전기적이며 실선을 이용하여 도시된 유체 시스템의 일부를 형성하지 않는다. 전기 가열기(1218)는 열 소스(1218)를 통해 유동하는 유체를 제어하기 위해 밸브(1214)에 커플링된다. 이 예에서, 열 싱크(1220)는 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10m2인 큰 표면적을 갖는 열 교환기 또는 라디에이터의 형태이지만, 임의의 다른 표면적이 적절하게 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
이 예에서, 열 싱크(1220)는 공기 통로(도시 생략) 및 전기 냉각 팬(1228)을 포함한다. 팬(1228)은 또한 팬(1228)이 작동될 때 제어하기 위한 온도 센서(도시 생략)를 포함한다. 대안적으로, 팬은 항상 작동상태일 수 있다. 밸브(1216)는 열 싱크(1220)를 통한 유체의 유동을 제어한다.
도시된 예에서, 열 싱크는 공기 중에 있는 것으로 가정되지만, 대안적인 환경 열 싱크(environmental heat sink)를 이용하여 냉각될 수도 있는데, 예컨대 열 싱크(1220)는 해수체(body of sea water) 내에 배치될 수 있다.
시스템(1200)은 일반적인 목적의 컴퓨터에 의해 생성될 수 있는 제어기(1230)에 의해 제어된다. 제어기(1230)와 다양한 다른 요소들 사이의 신호 연결이 점선을 이용하여 도시되어, 전기 연결이 존재한다는 것을 도시한다. 제어기(1230)는 밸브(1214, 1216), 펌프(1212), 가열기 제어기(1224) 및 냉각 팬(1228)의 각각에 전기적으로 연결된다. 제어기는 또한 시스템의 다른 요소를 제어하는 방법을 결정하기 위해 그리고 시스템 내의 유체의 온도를 검출하기 위해 하나 이상의 온도 센서(1232)를 포함할 수도 있다. 온도 센서(1232)는 권선(1204) 상에 또는 시스템(1200)의 유체 회로 내의 임의 위치에 배치될 수 있다. 다른 센서(1234)가 발전기(1202)의 회전 속도를 검출하기 위해 포함된다.
작동시, 유체는 펌프(1212)에 의해 시스템(1200) 주위로 펌핑된다. 시스템 내의(또는 권선(1204)의) 유체 온도는 센서(1232)에 의해 검출된다. 온도가 제1 사전 결정된 역치(예컨대, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50℃, 하지만 다른 적절한 역치가 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다)인 것으로 센서(1232)에 의해 검출되는 경우, 밸브(1214)는 폐쇄되고 밸브(1216)가 개방되어, 유체는 권선(1204) 및 열 싱크(1220)를 통해 펌핑된다. 팬(1228)은 또한 유체의 온도가 제2 사전 결정된 역치(예컨대, 제1 사전 결정된 온도보다 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50℃ 높은 온도, 하지만 다른 역치가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다)보다 높은 것으로 검출되면 작동될 수 있다. 발전기가 센서(1234)에 의해 고정된 상태 또는 비작동 상태로 검출되고 및/또는 센서(1232)에 의해 검출된 온도가 제3 사전 결정된 역치(예컨대, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10℃, 하지만 다른 역치가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다) 이하인 경우, 밸브(1214)가 개방되고 밸브(1216)는 폐쇄되어, 유체는 권선(1204) 및 열 소스(1218)를 통해 펌핑된다. 밸브(1214)가 개방될 때, 열 소스 역시 작동될 것이다. 열 소스(1218)는 통상적으로 5와 15℃ 사이 범위 내의 온도, 예컨대, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15℃로 유체를 가열하도록 작동된다. 권선(1204)을 반드시 냉각 또는 가열할 필요가 없는 온도 범위(예컨대, 5와 25℃ 사이)가 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 개시된 온도는 단지 예이며 다른 온도 범위가 환겅에 따라 고려된다.
도면에서, 열 교환기가 열 싱크로 사용되지만, 열전기 냉각 장치 또는 펠티에 냉각기가 사용될 수도 있다. 도면에 도시된 예는 직접 유체 순환 시스템 또는 유체 열전달 시스템으로 지칭될 수 있는데, 이는 권선(1204)의 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 열 소스(1218) 및 열 싱크(1220)에 의해 직접적으로 가열 또는 냉각되기 때문이다.
도 70은 본원의 개시의 예에 따른 발전기(1202)를 포함하는 유체 순환 시스템 또는 유체 열전달 시스템(1250)을 개략적으로 도시한다. 동일한 요소에 대해 도 69와 동일한 도면 부호가 도 70에서 사용된다.
유체 열전달 시스템(250)은 3개의 별개의 유체 회로를 포함한다. 제1 유체 회로는 권선(1202), 펌프(1252) 및 열 교환기(1258)를 포함한다. 열 교환기는 하나는 열 소스를 위한 것이고 다른 하나는 열 싱크 회로를 위한 것인 2개의 열교환기로 도시되지만, 단일의 열 교환기로 제공될 수도 있다. 제2 유체 회로는 펌프(1254), 열 교환기(1258a) 및 열 소스(1260)를 포함한다. 예에서, 열 소스(1260)는 가스 점화식 온수기(water heater)에 의해 제공된다. 제3 유체 회로는 펌프(1256) 및 유체 유출구(1262) 및 유체 유출구(1264) 형태의 열 싱크를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 유체 회로 각각은 서로에 대해 독립적이다. 즉, 제1, 제2 및 제3 유체 회로의 각각을 통해 유동하는 유체는 독립적이다. 제2 및 제3 유체 회로는 열 교환기(1258)을 통해 제1 유체 회로에 각각 열적으로 커플링된다. 도면에 도시된 예는 간접 유체 열 전달 시스템으로도 지칭될 수 있다.
작동시, 유체는 펌프(1252)에 의해 제1 유체 회로 주위로 펌핑된다. 시스템 내의(또는 권선(1204)의) 유체의 온도는 센서(1232)에 의해 검출된다. 온도가 제1 사전 결정된 역치(예컨대, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50℃, 하지만 다른 역치가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다)보다 높은 것으로 센서(1232)에 의해 검출되면, 펌프(1256)가 작동되고 펌프(1254)는 작동되지 않는다. 제1 유체 회로 내의 유체는 열 교환기(1258b)를 통해 유동하고 열은 열 교환기(1258b)를 통해 제3 유체 회로 내의 유체에 전달되는데, 이는 제3 유체 회로 내의 유체의 온도가 더 낮기 때문이다. 제3 유체 회로의 펌프(1256)는 열 교환기(1258b)를 통해 유입구(1264) 내로 그리고 유체 유출구(1262) 외부로 해수를 펌핑한다. 발전기(1202)가 센서(1234)에 의해 고정 상태 또는 비작동 상태인 것으로 검출되고 및/또는 센서(1232)에 의해 검출된 온도가 제2 사전 결정된 역치(예컨대, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10℃, 하지만 다른 역치가 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다) 이하인 경우, 펌프(1256)는 작동되지 않으며 펌프(1254)가 작동된다. 제1 유체 회로 내의 유체는 열 교환기(1258a)를 통해 유동하고 열은 열 교환기(1258a)를 통해 제2 유체 회로 내의 유체로 전달되는데, 이는 제2 유체 회로 내의 유체의 온도가 더 높기 때문이다.
제2 유체 회로의 펌프(254)는 가열기(1260) 및 열 교환기(1258a)를 통해 유체를 펌핑한다. 제1 및 제2 유체 회로 내의 유체는 동일할 수 있는데, 예컨대, 탈이온수와 같은 비전도성 유체이다. 상술된 바와 같이, 이 예에서 제3 유체 회로에 사용된 유체는 해수이지만, 다른 환경 유체 소스 예컨대 호수 및 강을 포함할 수도 있다. 시스템(1250) 내의 제어 요소는 시스템(1200)에 대해 중앙 제어기에 의해 모두 제어되지만, 제어기 및 제어 라인은 도면에서 제외되었다는 것이 이해될 것이다. 본원 개시의 기술 및 교시는 전기 모터와 같은 전기 기계에 더욱 일반적으로 적용될 수 있다(본원의 교시의 임의 부분이 적절하게 채용될 수도 있지만, 예컨대 스포크 배열 및 자석 장착 배열이 전기 모터 내에 배치될 수 있다). 예컨대, 전류는 회전자가 고정자에 대해 회전하도록 적절한 구성의 고정자 코일에 공급될 수 있다.
또한, 상기 기술은 풍력 터빈에 사용될 수 있는 발전기의 예로서 설명되었지만, 본원의 개시의 기술 및 교시는 다른 용도로 임의의 적절한 크기의 발전기 또는 전기 기계에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 이러한 기술은 휴대용 발전기, 휴대용 풍력 터빈, 전기 모터를 포함하는 휴대용 디바이스 등과 같이 저 중량이 중요한 경우에 적용될 수 있다.
상술된 임의의 상이한 예들 중 하나 이상의 특징은 적절하게 변경되어 적절하게 함께 조합될 수 있으며 이는 본원 개시로부터 일반적인 기술자에게 명확해질 것이라는 것이 이해될 것이다.

Claims (137)

  1. 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 전자기 커플링 요소들을 지지하기 위한 세그먼트로서,
    라미네이션 적층체를 형성하도록 제1 방향으로 적층되는 복수의 긴 라미네이션으로서, 상기 라미네이션들의 긴 에지들이 라미네이션 적층체의 대향하는 제1 및 제2 주면을 형성하는, 복수의 긴 라미네이션과,
    제1 방향으로 상기 라미네이션 적층체의 내부를 통과하며 상기 라미네이션 적층체 내의 라미네이션들을 함께 압착하도록 배열되는 복수의 긴 압착 디바이스
    를 포함하고,
    각각의 긴 압착 디바이스는 탄성적으로 연장된 상태이어서, 상기 라미네이션 적층체에 가해지는 압착력을 생성하고,
    각각의 긴 압착 디바이스는 상기 라미네이션 적층체를 통해 연장하는 긴 압착 디바이스의 부분과 관련하여, 상기 부분의 탄성적으로 연장되지 않은 길이에 대해 적어도 0.5%, 또는 1%, 또는 1.5%, 또는 2%, 또는 2.5 %, 또는 3%, 또는 3.5%, 또는 4% 만큼 탄성적으로 연장되고,
    각각의 긴 압착 디바이스는
    제1 및 제2 단부를 갖는 중심 로드 부분과,
    상기 중심 로드 부분의 제1 및 제2 단부 중 개별적인 단부들에 제1 및 제2 앵커 부분
    을 포함하고, 각각의 앵커 부분은 상기 중심 로드 부분의 인접한 부분보다 더 큰 직경을 갖고,
    각각의 긴 압착 디바이스는 상기 제1 및 제2 앵커 부분의 개별적인 부분들에 끼워맞춤되는 제1 및 제2 칼라(collar)를 더 포함하고,
    각 앵커 부분은 상기 라미네이션 적층체에 압착력을 가하기 위한 견부(shoulder)를 구비하는 세그먼트.
  2. 제1항에 있어서,
    각 칼라는, 개별적인 앵커 부분의 견부와 맞물리고 상기 앵커 부분과 상기 라미네이션 적층체 사이에 개재되는 견부를 구비하는 세그먼트.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 칼라는 개별적인 앵커 부분과 스크루 나사식으로 맞물리고 상기 라미네이션 적층체에 압착력을 가하기 위한 전방 단부를 구비하는 세그먼트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이션 적층체는 상기 긴 라미네이션들의 신장 방향으로 만곡되는 세그먼트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이션 적층체는 제1 방향에서 종방향으로 연장하는 슬롯들을 구비하고, 상기 긴 압착 디바이스들의 적어도 일부는 상기 슬롯들 내에 위치되는 세그먼트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯들은 상기 라미네이션 적층체의 제1 및 제2 주면 중 하나 또는 양자 모두에 제공되는 세그먼트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬롯들은 제1 세트의 슬롯들과 상기 제1 세트의 슬롯들에 대해 상기 라미네이션 적층체의 두께에 있어서 다른 깊이로 상기 라미네이션 적층체 내에 제공되는 제2 세트의 슬롯들을 포함하는 세그먼트.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯들의 적어도 일부는 상기 긴 압착 디바이스들 중 2개 이상을 수용하는 세그먼트.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯들의 적어도 일부는 제1 폭의 제1 부분 및 제2 폭의 제2 부분을 갖는 단면 프로파일을 갖는 세그먼트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯들의 제1 부분의 제1 폭은 상기 중심 로드 부분의 폭보다 넓고 상기 앵커 부분들의 폭보다 좁으며,
    상기 슬롯의 제2 부분의 제2 폭은 상기 앵커 부분들 중 적어도 하나의 폭보다 넓은 세그먼트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 제2 부분의 제2 폭은 상기 칼라들의 폭보다 좁은 세그먼트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이션들은 제1 유형의 라미네이션들 및 제2 유형의 라미네이션들을 포함하고,
    상기 제1 유형의 라미네이션들은 상기 제2 유형의 라미네이션들의 프로파일에 대응하는 제1 부분, 및 상기 제2 유형의 라미네이션들의 프로파일을 넘어 돌출하는 제2 부분을 각각 구비하는 세그먼트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 유형의 라미네이션들의 그룹이 상기 제1 유형의 라미네이션들의 제1 및 제2 그룹 사이에 개재되는 세그먼트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이션 적층체는 긴 플레이트들 사이에 개재되고 각각의 긴 압착 디바이스는 상기 플레이트들 사이에서 상기 라미네이션 적층체를 압착하도록 상기 플레이트들과 맞물리도록 배열되는 제1 및 제2 단부를 갖는 세그먼트.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯들은 상기 플레이트들을 통해 연장하는 세그먼트.
  16. 제1항을 각각 따르는 세그먼트들의 세트로서, 상기 세그먼트들은 환형인 개별 부분들을 포함하는 세그먼트들의 세트.
  17. 전기 기계의 회전자로서,
    회전자 림 및 제16항에 따른 세그먼트들의 세트를 포함하고
    상기 세그먼트들의 세트는 상기 회전자 림에 끼워맞춤되는 회전자.
  18. 전기 기계의 고정자로서,
    고정자 림 및 제16항에 따른 세그먼트들의 세트를 포함하고,
    상기 세그먼트들의 세트는 상기 고정자 림에 끼워맞춤되는 고정자.
  19. 고정자 및 회전자를 포함하는 전기 기계로서,
    상기 고정자는 고정자 림을 구비하고 제16항에 따른 세그먼트들의 세트는 상기 고정자 림에 끼워맞춤되고,
    상기 회전자는 회전자 림을 구비하고 제16항에 따른 세그먼트들의 세트는 상기 회전자 림에 끼워맞춤되는 전기 기계.
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