KR102641035B1 - 단차형 직경을 갖는 샤프트를 포함하는 회전 전기 기계, 및 이러한 유형의 기계의 조립 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전방 자석 휠(230), 후방 자석 휠(205), 및 축방향으로 분포된 개별의 직경(D1, D2, D3, D4)을 갖는 4개의 섹션(110, 115, 120, 125)을 구비하는 샤프트(100)를 포함하는 회전 전기 기계(10)에 있어서,
- 제 1 섹션(110)은 샤프트(100)와 전방 자석 휠(230) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(130)를 포함하고,
- 제 2 섹션(115)은 전방 및 후방 자석 휠(230, 205)의 인덱싱 및 센터링을 허용하도록 구성되고,
- 제 3 섹션(120)은 샤프트(100)와 후방 자석 휠(205) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(135)를 포함하며,
- 제 4 섹션(125)은 샤프트(100)와 적어도 하나의 자석 휠(205, 230) 사이의 축방향 유지를 보장하도록 구성되는 칼라부(140)를 포함하고, 샤프트(100)의 직경(D1, D2, D3, D4)은 하기의 방정식을 따르는 것을 특징으로 한다.
D1 < D2 < D3 < D4
- 제 1 섹션(110)은 샤프트(100)와 전방 자석 휠(230) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(130)를 포함하고,
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- 제 3 섹션(120)은 샤프트(100)와 후방 자석 휠(205) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(135)를 포함하며,
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D1 < D2 < D3 < D4
Description
본 발명은 회전 전기 기계에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 샤프트와, 2개의 극성 절반 코어를 포함하는 클로 로터(claw rotor)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 샤프트를 끼워 맞추기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 단조 자석(forged magnet)을 갖는 자석 휠에 조립되는 샤프트에 있어서 특히 이로운 응용을 갖는다.
많은 회전 전기 기계에는 클로 로터가 구비된다. 이러한 유형의 기계는 특히, 자동차를 위한 컴팩트한 다상 교류 발전기의 형태로 이하에 설명된다. 이러한 교류 발전기는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 가역적일 수 있다. 이러한 유형의 가역 교류 발전기는 교류 발전기-스타터로 알려져 있고, 다른 작동 모드에 있어서, 이 교류 발전기는 특히 자동차의 열엔진을 시동하기 위해, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환시킬 수 있다.
이 기계는 하우징, 이 하우징의 내측에서 샤프트와 회전 일체화되는 클로 로터, 및 공극이 존재하면서 로터를 둘러싸는 스테이터를 포함하고, 스테이터의 상의 끼워맞춤(fitting)을 위해 노치 절연체가 구비된 노치가 제공된 플레이트 세트의 형태의 바디를 포함하고, 각 상은 스테이터 바디의 양측 상에 시뇽(chignon)을 형성하는 적어도 하나의 권선을 포함한다.
권선은 예를 들면, 에나멜로 덮인 연속 와이어로부터, 또는 예를 들면 용접됨으로써 서로 연결되는 핀과 같은 바의 형태의 전도성 요소로부터 획득된다. 이러한 권선은 예를 들면, 별 또는 삼각형의 형태로 연결된 3-상 권선이고, 이 권선의 출력은 특히, 예를 들면 특허 문헌 제 FR A2745445 호에서 설명되는 바와 같이, 교류 발전기-스타터가 포함될 때, MOSFET형의 다이오드 또는 트랜지스터와 같은 정류기 요소를 포함하는 적어도 하나의 정류기 브릿지(rectifier bridge)에 연결된다.
클로 로터는 환형 형태를 갖는 2개의 축방향으로 병치된 자석 휠을 포함하고, 각각의 자석 휠은 외주부 상에 제공된 횡방향 플랜지를 구비하고, 사다리꼴 형태를 갖는 티스(teeth)는 다른 자석 휠의 플랜지를 향해 축방향으로 대향하여 있고, 하나의 자석 휠의 티스는 다른 자석 휠의 2개의 인접한 티스 사이에 존재하는 공간 내로 침입하고, 그에 따라 자석 휠의 티스는 겹쳐진다.
자석 휠의 플랜지는 환형 형태를 갖고, 이들의 외주부 상에 티스를 포함하는 챔퍼(chamfer)에 의해 연결되는 반경 방향 돌출부를 구비한다. 이러한 돌출부는 티스와 함께 클로를 형성한다. 티스의 수는 응용에 따라, 특히, 스테이터의 상의 수에 따라 달라진다.
원통형 코어는 휠의 플랜지 사이에 축방향으로 개재된다. 이 코어는 외주부 상에서 여기 권선을 지지한다. 권선 지지 코일과 같은 절연체는 코어와 권선 사이에 반경 방향으로 개재된다. 로터 샤프트는 전방 단부 상에, 자동차의 교류 발전기와 열엔진 사이의 적어도 하나의 벨트에 대한 운동의 전달을 위한 장치에 속하는 풀리와 같은 구동 유닛을 지지하고, 축소된 직경을 갖는 후방 단부 상에, 로터의 여기 권선의 단부에 와이어 연결에 의해 연결되는 컬렉터 링을 지지한다.
브러쉬(brush)는 브러쉬-홀더에 속하고, 컬렉터 링 상에 맞닿도록 배치된다. 브러쉬-홀더는 전압 조정기에 연결된다. 여기 권선이 브러쉬로부터 전기적으로 공급될 때, 강자성재로 제조된 로터는 자화되고, 자석 휠의 티스에서 자극의 구성으로 인덕터 로터가 된다.
이 인덕터 로터는 샤프트가 회전할 때, 유도된 스테이터 내에서 유도된 교류 전류를 생성하고, 정류 브릿지(들)는, 특히 자동차의 내장 네트워크의 부하 및 소비부(consumer)를 제공할 뿐만 아니라, 상기 자동차의 배터리를 재충전하기 위해서, 유도된 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다.
회전 전기 기계의 성능 레벨, 즉, 동력 및 출력은 로터의 축에 대해 대칭적으로 배열된, 그리고 스테이터의 내주부 상의 2개의 인접한 티스 사이에 개재된 특정 수의 영구 자석, 예를 들면, 12개 또는 16개의 영구 자석을 사용함으로써 더 증가될 수 있다.
영구 자석은 크림핑(crimping) 또는 단조(forging)에 의해 자석 휠 내에 삽입될 수 있다. 크림핑은 로터 상에의 샤프트의 조립을 길게 하는 긴 시간의 작업이라는 단점을 갖는다. 사실상, 크림핑 사이클 시간은 상당하고, 생산 라인에서의 보틀넥(bottleneck)이 될 수 있다. 자석 휠의 부품을 위한 단조에 의한 삽입은 조립 작업의 속도를 올리지만, 샤프트의 정확한 센터링을 필요로 한다.
특허 문헌 제 FR 2905806 호에 설명된 바와 같이, 축방향 스톱을 위한 홈 및 회전 스톱을 위한 직선형 널링부(knurling)를 포함하는 샤프트를 사용하는 것이 종래 기술에서 알려져 있다. 이러한 유형의 샤프트는 단조 자석을 갖는 자석 휠과 호환가능한 샤프트에 대한 자석 휠의 센터링을 보장하지 못한다는 단점을 갖는다.
센터링 영역을 포함하지만, 자석 휠의 회전 유지의 목적을 위한 널링부, 및 지지부 또는 칼라부를 갖지 않는 샤프트를 사용하는 것이 종래 기술에서 알려져 있다. 이러한 시스템은 자석 휠의 만족스러운 축방향 유지를 보장하지 못한다는 단점을 갖는다.
현재 시스템 중 어느 것도 모든 필요조건, 즉, 정확한 센터링을 필요로 하는 단조 슬롯을 갖는 자석 휠의 사용, 및 자석 휠의 반경 방향 유지를 허용하는 보강된 클램핑 적용과 조합된 자석 휠의 축방향 유지를 허용하는 모든 필요조건을 동시에 충족시킬 수 없다.
본 발명의 목적은 일부 또는 모든 이러한 단점을 제거하는 것이다.
제 1 관점에 따른 이러한 목적을 위해서, 본 발명은 전방 자석 휠, 후방 자석 휠, 및 축방향으로 분포된 개별의 직경(D1, D2, D3, D4)을 갖는 4개의 섹션(110, 115, 120, 125)을 구비하는 샤프트를 포함하는 회전 전기 기계에 관한 것에 있어서,
- 제 1 섹션은 샤프트와 전방 자석 휠 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부를 포함하고,
- 제 2 섹션은 전방 및 후방 자석 휠의 인덱싱(indexing) 및 센터링을 허용하도록 구성되고,
- 제 3 섹션은 샤프트와 후방 자석 휠 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부를 포함하고,
- 제 4 섹션은 샤프트와 적어도 하나의 자석 휠 사이의 축방향 유지를 보장하도록 구성되는 칼라부를 포함하며,
샤프트의 직경은 이하의 방정식에 따른다:
D1 < D2 < D3 < D4
이러한 배열에 의해, 샤프트는 센터링에 전용되는 영역, 반경 방향 차단에 전용되는 영역, 및 샤프트에 대한 자석 휠의 축방향 차단을 허용하는 칼라부를 구비한다. 즉, 직경(D1)을 갖는 제 1 섹션은 제 1 자석 휠에 대한 클램핑 및 회전 스톱의 기능을 가능하게 하고, 직경(D2)을 갖는 제 2 섹션은 적어도 하나의 자석 휠에 대한 센터링의 기능을 가능하게 하고, 직경(D3)을 갖는 제 3 섹션은 제 2 자석 휠에 대한 클램핑의 기능을 가능하게 하며, 직경(D4)을 갖는 제 4 섹션은 축방향 스톱 기능을 가능하게 한다.
게다가, 감소하는 직경을 갖는 연속적인 섹션은 종래 기술에 따른 시스템과 비교해 볼 때 끼워맞춰지는 동안에 보다 소수의 제한 및 변형을 발생시킬 수 있다.
특히, 이러한 배열은 단조 슬롯 내의 자석을 갖는 자석 휠의 사용과 호환될 수 있는 센터링을 허용한다.
사실상, 자석이 단조에 의해 일체화된 로터가 오늘날 사용되고 있다. 이러한 유형의 로터를 사용하기 위해서, 자석 휠이 수용되는 직경이 샤프트와 완벽하게 동축이 되는 것이 필수적이다. 센터링 부분 없이는, 로터를 정렬하는 것이 복잡해지고, 이것은 불규칙한 자석 유지 및 토크에 대한 불충분한 저항이 생기게 한다.
본 발명의 대상인 샤프트의 사용은 단조 슬롯을 갖는 자석 휠을 사용하고, 따라서 크림핑 작업을 제거하여, 그 결과, 보다 간단하고, 신속하며, 비용이 덜 드는 조립 공정을 획득할 수 있게 할 것이다.
또한, 이러한 배열은 제 4 섹션 상에 존재하는 칼라부 때문에, 로터의 보강된 클램핑을 허용한다. 조립 작업 동안에, 후방 및 전방 자석 휠뿐만 아니라, 특히, 풀리, 베어링의 내부 링 및 링과 같은 로터의 다른 요소는 재료의 국부 변형으로 강제로 삽입된다. 칼라부는 보다 큰 클램핑력을 적용하고, 따라서, 샤프트 내에서 보다 큰 장력을 획득하는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예에 따르면, 전방 자석 휠은,
- 제 1 섹션의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역, 및
- 제 2 섹션의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역을 포함하고,
후방 자석 휠은,
- 제 2 섹션의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역, 및
- 제 3 섹션의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역을 포함한다.
이러한 배열에 의해, 각 섹션이 적어도 하나의 치수, 특히, 길이 또는 직경은 적어도 하나의 자석 휠의 영역 내에 있다. 이러한 배열은 샤프트 및 자석 휠의 조립을 용이하게 한다.
일부 실시예에 따르면, 후방 자석 휠의 센터링 영역 및 전방 자석 휠의 센터링 영역은 상이한 길이를 갖는다.
이러한 배열에 의해, 자석 휠 내의 샤프트의 조립의 공정은 간략화된다. 사실상, 샤프트가 끼워맞춰질 때, 샤프트의 평활 부분에 의해 센터링된 휠을 구비한 후에, 이러한 배열은 샤프트의 널링 부분이 자석 휠의 재료에 들어가는 것을 가능하게 한다. 2개의 널링 부분 중 적어도 하나가 긴 길이를 갖는 경우에, 이러한 배열은 특히 유리하다.
일부 실시예에 따르면, 후방 자석 휠의 길이는 전방 및 후방 자석 휠의 센터링 영역의 길이의 합보다 짧다.
일부 실시예에 따르면, 제 1 섹션의 널링부의 일부분만이 전방 자석 휠로 커버된다.
이러한 배열에 의해, 샤프트와 자석 휠의 조립 후에 제 1 섹션의 널링부는 부분적으로 가시적이다. 널링부의 가시적인 부분 상에, 강제 끼워맞춤(force fitting)에 의해 링을 고정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 배열은 제 1 섹션의 널링부가 전방 자석 휠 및 링을 회전 차단하게 한다. 링은 베어링이 지지되는 삽입 링이다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 대상인 회전 전기 기계는 널링부를 형성하는 연속적인 돌기부의 베이스가 다른 하나와 접촉하는 적어도 하나의 소위 포인트-투-포인트(point-to-point) 널링 부분을 포함한다.
이러한 배열에 의해, 자석 휠 내의 샤프트의 조립을 위한 방법은 보다 쉽게 수행된다. 사실상, 이러한 유형의 널링부는 조립 동안에 보다 적은 힘을 적용하는 것을 필요하게 한다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 대상인 회전 전기 기계는 적어도 하나의 소위 이격 포인트(spaced point) 널링 부분을 포함하고, 널링부를 형성하는 2개의 연속적인 돌기부의 베이스는 실질적인 편평면에 의해 다른 하나로부터 분리된다.
이러한 배열에 의해, 2개의 연속적인 티스 사이의 편평면은 자석 휠 내의 끼워맞춰지는 동안에 자석 휠의 보다 정확한 센터링을 수행 가능하게 한다.
제 2 관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 조립을 위한 방법에 관한 것이고, 이 방법은,
- 전방 및 후방 자석 휠 상에 샤프트를 끼워맞추는 단계,
- 샤프트의 제 2 섹션 상에 전방 및 후방 자석 휠의 센터링 영역을 인덱싱하는 단계,
- 샤프트의 제 1 섹션 상에 후방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계,
- 샤프트의 제 3 섹션 상에 전방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계, 및
- 제 4 섹션의 칼라부 상에 후방 자석 휠을 인접시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 대상인 이러한 방법의 목적, 이점 및 특정한 특징이 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 것과 유사하기 때문에, 회전 전기 기계의 것은 본 명세서에 다시 설명되지 않을 것이다.
본 발명의 다른 이점, 목적 및 특정한 특징은 첨부된 도면과 관련하여, 본 발명의 대상인 장치 및 방법의 적어도 하나의 특정 실시예의 이하의 비한정 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 회전 전기 기계의 샤프트의 특정 실시예의 개략 단면도,
도 2는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 2개의 자석 휠의 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 3은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 자석 휠 및 샤프트의 특정 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 4는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 자석 휠 및 샤프트의 특정 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 5는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 샤프트의 적어도 하나의 널링 부분의 소위 포인트-투-포인트 실시예의 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 샤프트의 적어도 하나의 널링 부분의 소위 이격 포인트 실시예의 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명이 목적인 회전 전기 기계의 조립을 위한 방법의 특정 실시예의 논리 다이어그램의 형태를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 2개의 자석 휠의 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 3은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 자석 휠 및 샤프트의 특정 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 4는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 자석 휠 및 샤프트의 특정 실시예의 개략적인 단면 사시도,
도 5는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 샤프트의 적어도 하나의 널링 부분의 소위 포인트-투-포인트 실시예의 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 샤프트의 적어도 하나의 널링 부분의 소위 이격 포인트 실시예의 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명이 목적인 회전 전기 기계의 조립을 위한 방법의 특정 실시예의 논리 다이어그램의 형태를 도시하는 도면.
본 발명은 비한정 예시로서 제공되고, 하나의 실시예의 각 특징은 임의의 다른 실시예의 임의의 다른 특징과 유리하게 조합될 수 있다.
이 시점에서 도면이 일정한 비율이 아니라는 것이 유의될 것이다.
도 1은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)의 샤프트(100)의 특정 실시예를 도시한다.
일부 실시예에 따르면, 회전 전기 기계(10)는 전방 자석 휠(230), 후방 자석 휠(205) 및 개별의 축방향으로 분포된 직경(D1, D2, D3, D4)을 갖는 4개의 섹션(110, 115, 120, 125)을 구비하는 샤프트(100)를 포함하고,
- 제 1 섹션(110)은 샤프트(100)와 전방 자석 휠(230) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링 부분(130)을 포함하고,
- 제 2 섹션(115)은 전방 및 후방 자석 휠의 인덱싱 및 센터링을 허용하도록 구성되고,
- 제 3 섹션(120)은 샤프트(100)와 후방 자석 휠(115) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링 부분(135)을 포함하고,
- 제 4 섹션(125)은 샤프트(100)와 적어도 하나의 자석 휠(205, 230) 사이의 축방향 유지를 보장하도록 구성되는 칼라부(140)를 포함하며,
샤프트(100)의 직경(D1, D2, D3 및 D4)은 이하의 방정식에 따른다:
D1 < D2 < D3 < D4
샤프트(100)는 예를 들면, 전방 및 후방 자석 휠(230 및 205), 풀리(도시되지 않음), 베어링의 내부 링(도시되지 않음) 및 도 4에 도면부호 145로 나타낸 링과 같은 로터의 다른 부분과 조립되도록 구성되는 원형 단면을 갖는 기다란 부분이다. 샤프트(100)는 전방 및 후방 자석 휠과 회전 일체화되는 로터의 중심 부분을 구성한다.
일부 실시예에 따르면, 샤프트(100)는 강제 끼워맞추는 것에 의해 로터의 다른 요소와 조립된다.
바람직한 실시예에 따르면, 로터의 다른 부분과의 샤프트(100)의 끼워맞춤력에 의한 삽입의 순서는 이하와 같다: 베어링의 내부 링은 링(145) 상에 지지되고, 링은 전방 자석 휠(230) 상에 지지되고, 전방 자석 휠은 후방 자석 휠(205) 상에 지지되며, 후방 자석 휠은 샤프트(100)의 칼라부(140) 상에 지지된다.
바람직한 실시예에 따르면, 샤프트(100)와 전방 및 후방 자석 휠은 강철로 제조된 부분이다. 바람직하게, 샤프트(100)는 이 샤프트(100)의 끼워맞춤을 용이하게 하기 위해, 전방 및 후방 자석 휠(230 및 205)의 강철보다 단단한 강철을 포함하는 부분이다. 바람직하게, 전방 및 후방 자석 휠(230 및 205)은 저탄소 함량을 갖는 연강을 포함한다.
샤프트(100)는 널링 부분(130)을 포함하는 제 1 섹션(110)을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 널링 부분(130)은 소위 포인트-투-포인트 널링부 또는 소위 이격 포인트 널링부로 구성된다. 제 1 섹션(110)은 섹션(115, 120 및 125)보다 작은 직경을 갖는다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 섹션(110)의 적어도 하나의 치수는 전방 자석 휠(230)의 적어도 하나의 치수에 대응한다. 제 1 섹션(110)은 자석 휠 내로 강제되도록 구성된다. 조립 시에, 제 1 섹션은 샤프트(100)에 대해 회전하여 전방 자석 휠(230)을 유지하는 것을 가능하게 한다.
샤프트(100)는 전방 및 후방 자석 휠의 인덱싱 및 센터링을 허용하도록 구성되는 제 2 섹션(115)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)은 원형 단면 및 평활면을 갖는 부분이다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)의 적어도 하나의 치수는 자석 휠(205, 230) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 치수에 상보적이다. 일부 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)의 길이는 전방 및 후방 자석 휠의 가이드 영역(215 및 220) 각각의 길이의 합과 동일하다. 제 2 섹션(115)은 섹션(120 및 125)보다 작은 직경을 갖는다.
일부 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)은 전체 길이를 따르는 일정한 직경(D2)을 갖는다.
나타내지 않은 일부 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)은 D2보다 큰 직경을 갖는 단축부(short part)에 의해 분리되는 직경(D2)을 갖는 2개의 장축부를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 단축부는 D1보다 큰 0.01㎜(밀리미터의 약어)인 직경을 갖는다.
나타내지 않은 일부 실시예에 따르면, 제 2 섹션(115)은 2개의 별개의 부분, 즉, 2개의 자석 휠 중 하나에 상보적인 직경(D2)을 갖는 제 1 부분, 및 다른 자석 휠에 상보적인 직경(D2')을 갖는 제 2 부분을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 샤프트(100)의 직경(D1, D2, D2', D3 및 D4)은 이하의 방정식에 따른다:
D1 < D2 < D2' < D3 < D4
샤프트(100)는 널링 부분(135)을 포함하는 제 3 섹션(120)을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 널링 부분(135)은 소위 포인트-투-포인트 널링부 또는 소위 이격 포인트 널링부를 구비한다. 제 3 섹션(120)은 섹션(125)보다 작은 직경을 갖는다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 3 섹션(120)의 적어도 하나의 치수는 후방 자석 휠(205)의 적어도 하나의 치수에 대응한다. 제 3 섹션(120)은 자석 휠 내에 강제 끼워맞춰지도록 구성된다. 조립 시에, 샤프트(100)에 대한 후방 자석 휠(205)의 회전 유지를 허용한다.
샤프트(100)는 이 샤프트(100)와 적어도 하나의 자석 휠(205, 230) 사이의 축방향 유지를 보장하도록 구성된 칼라부(140)를 포함하는 제 4 섹션(125)을 포함한다. 칼라부(140)는 샤프트(100)의 직경 내에서 급증하여, 샤프트(100) 상에 강제 끼워맞춰지는 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성되는 숄더부를 구성한다.
도 2는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)의 2개의 자석 휠(205 및 230)의 실시예를 도시한다. 게다가, 전기 기계는 샤프트(100) 상에 끼워맞춰진 2개의 자석 휠을 둘러싸는 스테이터를 갖는 도 2에 도시된 요소를 포함한다. 게다가, 예를 들어, 회전 전기 기계는 링(145), 베어링 및 풀리를 포함한다. 또한, 기계는 상기 스테이터 및 상기 베어링을 지지하는 하우징을 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 전방 자석 휠(230)은,
- 제 1 섹션(110)의 적어도 일부분을 클램핑하기 위한 상보적 영역(210), 및
- 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분을 센터링하기 위한 상보적 영역(215)을 포함하고,
후방 자석 휠(205)은,
- 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분을 센터링하기 위한 상보적 영역(220), 및
- 제 3 섹션(120)의 적어도 일부분을 클램핑하기 위한 상보적 영역(225)을 포함한다.
회전 전기 기계(10)는 축방향으로 병치되고, 환형 형태를 갖는 2개의 자석 휠(205 및 230)을 포함하고, 각각의 자석 휠은 외주부 상에 제공된 횡방향 플랜지를 구비하고, 사다리꼴 형태를 갖는 티스는 다른 자석 휠의 플랜지를 향해 축방향으로 대향하여 있고, 하나의 자석 휠의 티스는 다른 자석 휠의 2개의 인접한 티스 사이에 존재하는 공간 내로 침입하고, 그에 따라 자석 휠의 티스는 겹쳐진다.
회전 기계의 중심에서, 세트(200)로 또한 알려져 있는 2개의 자석 휠의 조립은 축(X-X)을 따라 세트를 일 측부로부터 타 측부로 통과하고, 샤프트(100)를 수용하도록 구성되는 튜브형 공동을 포함한다.
전방 자석 휠(230)은 제 1 섹션(110)의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역(210)을 포함한다. 바람직하게, 클램핑 영역(210) 및 제 1 섹션(110)은 실질적으로 동일한 길이 및 직경을 갖는다. 길이(L4)는 축(X-X)을 따르는 클램핑 영역(210)의 길이로서 규정된다.
일부 실시예에 따르면, 길이(L4)는 널링부(130)의 축방향 길이보다 짧다.
전방 자석 휠(230)은 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역(215)을 포함한다. 바람직하게, 센터링 영역(215) 및 제 2 섹션(115)은 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 길이(L3)는 축(X-X)을 따르는 센터링 영역(215)의 길이로서 규정된다. 바람직한 실시예에 따르면, 길이(L3)는 5㎜보다 절대적으로 크다.
L6는 전방 자석 휠(230)의 길이로서 규정된다.
일부 실시예에 따르면, 길이(L6)는 길이(L4 및 L3)의 합과 동일하다.
대안적으로, 길이(L6)는 길이(L4 및 L3)의 합보다 약간 크다. 이는 도 2에서 알 수 있는 세트백(setback)(240) 때문이다.
바람직한 실시예에 따르면, 길이(L4)는 L6의 길이의 5% 내지 95% 사이이다.
후방 자석 휠(205)은 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역(220)을 포함한다. 바람직하게, 센터링 영역(220) 및 제 2 섹션(115)은 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 길이(L2)는 축(X-X)을 따르는 센터링 영역(220)의 길이로서 규정된다. 바람직한 실시예에 따르면, 길이(L2)는 5㎜보다 절대적으로 크다.
바람직하게, 제 2 섹션(115)의 길이는 센터링 영역(215 및 220)의 길이(L3 및 L2)의 합과 동일하다.
후방 자석 휠(205)은 제 3 섹션(120)의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역(225)을 포함한다. 바람직하게, 클램핑 영역(225) 및 제 3 섹션(120)은 실질적으로 동일한 길이 및 직경을 갖는다. 길이(L1)는 축(X-X)을 따르는 클램핑 영역(225)의 길이로서 규정된다.
L5는 후방 자석 휠(205)의 길이로서 규정된다. 일부 실시예에 따르면, 길이(L5)는 길이(L2 및 L1)의 합과 동일하다.
대안적으로, 길이(L5)는 길이(L2 및 L1)의 합보다 약간 클 수 있다. 이는 특히 후방 자석 휠이 세트백을 구비할 때의 경우이다.
바람직한 실시예에 따르면, 길이(L1)는 L5의 길이의 5% 내지 95% 사이이다.
일부 실시예에 따르면, 후방 자석 휠(205)의 센터링 영역(220) 및 전방 자석 휠(230)의 센터링 영역(215)은 상이한 길이를 갖는다. 즉, 전방 자석 휠 및 후방 자석 휠(230 및 205)은 비대칭이다.
일부 실시예에 따르면, 후방 자석 휠(205)의 길이는 후방 및 전방 자석 휠(215 및 220)의 센터링 영역의 길이의 합보다 적어도 짧다.
즉, 세트(200)의 치수는 이하의 방정식에 따른다:
L5 < L2 + L3
본 실시예는 전방 및 후방 자석 휠(230 및 205)이 비대칭인 경우에 특히 유리하고, L5 + L6의 2개의 자석 휠의 최소의 축방향 길이를 획득하는 것을 가능하게 할 수 있다.
사실상, L6의 축방향 길이의 선택은 보다 제한된다. 길이(L5)를 조정하는 것이 보다 간단하다. 이는 특히 D2가 먼저 축방향 길이(L5)를 갖는 부분 내로 끼워맞춰지지만, 길이(L6)는 L3가 L4보다 더 길도록 해야한다. 그러나, 전방 자석 휠 내로의 도입 동안에, 길이(L3)를 갖는 부분과 부분(115)을 접촉시키는 일 없이, 널링 부분(130)이 접촉되기 시작한다.
L7은 후방 자석 휠(205)의 플랜지의 베이스의 치수로서 규정된다.
일부 실시예에 따르면, 치수(L7)는 후방 자석 휠(205)의 길이인 L5와 동일하고, 플랜지의 베이스는 자석 휠의 전체 치수를 차지한다. 이러한 실시예는 특히, 후방 자석 휠의 코어의 길이가 실질적으로 제로인 경우에 대응한다. 이 경우에, 코어는 전방 자석 휠에 의해 전체로서 생성되다. 이러한 실시예에 있어서, 센터링 영역(220)의 길이(L2)는 바람직하게 클램핑 영역(225)의 길이(L1)보다 길다.
L8은 전방 자석 휠(230)의 플랜지의 베이스의 치수로서 규정된다.
일부 실시예에 따르면, 치수(L8)는 전방 자석 휠(230)의 길이인 L6와 동일하고, 플랜지의 베이스는 자석 휠의 전체 치수를 차지한다. 이러한 실시예는 특히, 전방 자석 휠의 코어의 길이가 실질적으로 제로인 경우에 대응한다. 이 경우에, 코어는 후방 자석 휠에 의해 전체로서 생성된다. 이러한 실시예에 있어서, 센터링 영역(215)의 길이(L3)는 바람직하게 클램핑 영역(210)의 길이(L4)보다 길다.
다른 실시예에 따르면, 2개의 자석 휠(205 및 230)은 대칭적이다. 즉, 길이(L6 및 L5)는 동일하고, 클램핑 영역(210 및 225)의 길이는 동일하며, 센터링 영역의 길이(L2 및 L3)는 동일하다.
L9는 2개의 자석 휠로 구성되는 세트(200)의 축방향 길이를 규정한다. 그러므로, 이는 길이의 합(L5 + L6)과 동일하다.
도 3은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)의 샤프트(100) 및 자석 휠(205 및 230)의 특정 실시예를 도시한다.
일부 실시예에 따르면, 제 1 섹션(110)의 널링부(130)의 일부분만이 전방 자석 휠(230)로 커버된다. 즉, 널링부(130)의 일부분은 자석 휠(205 및 230)이 샤프트(100)에 끼워맞춰진 후에도 여전히 볼 수 있다. 돌출하는 널링부(130)의 부분은 도 4에 도면부호 145로 나타낸 링에 의해 클램핑되도록 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 링(145)은 세트백(240)에서 축방향으로 부분적으로 수용된다. 이는 도 4에 도시된 것에 대응한다.
도 4는 본 발명의 대상인 회전 전기 기계의 자석 휠 및 샤프트의 특정 실시예를 도시한다.
도 5 및 도 6은 널링 부분(130 및 135)의 2개의 실시예를 도시한다. 널링 부분(130 및 135)은 널링에 의해 차지된 표면 전체에 걸쳐서 고르게 분포되는 줄무늬를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 널링 부분은 직선이다. 직선의 널링 부분은 서로 평행하고 축(X-X)을 따라 배향된 줄무늬를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 널링 부분은 십자형이다. 십자형 널링 부분은 2열의 줄무늬를 포함한다. 이러한 열의 줄무늬는 서로 수직이다.
제 1 열의 줄무늬는 제 2 열의 줄무늬에 대해 비제로각(non-zero angle)을 갖고, 그에 따라 2열의 줄무늬는 교차점을 형성한다. 일부 실시예에 따르면, 제 1 열의 줄무늬와 제 2 열의 줄무늬 사이의 각도는 90°이다.
일부 실시예에 따르면, 클램핑 영역(210, 225) 각각을 널링 부분(130, 135) 상에 클램핑하는 것은 150뉴턴미터(Newton-meter)의 후방 자석 휠(205) 또는 전방 자석 휠(230)의 토크에 대한 저항을 보장하도록 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 클램핑 영역(225 또는 210)의 재료 내로의 널링 부분(130, 135)의 침입은 0.1㎜ 내지 0.6㎜ 사이이다. 이러한 침입 값은 널링 부분의 길이에 따라 조정되고, 그에 따라 널링부는 토크에 대한 소정 저항을 보장하도록 구성된다. 토크에 대한 동등한 저항을 보장하기 위해서, 보다 작은 침입이 널링부(130 또는 135)의 보다 짧은 길이에 필요할 것이다.
바람직한 실시예에 따르면, 클램핑 영역(210, 225)의 재료 내의 적어도 하나의 널링 부분(130, 135)의 침입은 0.4㎜이다.
일부 실시예에 따르면, 클램핑 영역(210, 225) 각각을 널링 부분(130, 135) 상에 클램핑하는 것은 150뉴턴미터의 후방 자석 휠(205)의 토크에 대한 저항을 보장하도록 구성된다. 일부 실시예에 따르면, 널링 부분(130, 135)의 침입은 0.4㎜이다. 일부 실시예에 따르면, 널링 부분(130, 135)의 침입은 0.29㎜이다.
도 5는 복수의 돌기 형성된 줄무늬를 포함하는 소위 포인트-투-포인트 널링 부분을 도시한다. 각 줄무늬는 삼각 형태를 갖고, 각 줄무늬의 베이스는 2개의 최근접 줄무늬의 베이스와 접촉하여 있다. 일부 실시예에 따르면, 줄무늬의 돌출된 상부에 의해 형성되는 포인트는 90°의 각도를 갖는다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)는 적어도 하나의 소위 포인트-투-포인트 널링 부분(130, 135)을 포함하고, 널링 부분을 형성하는 연속적인 돌기부(405)의 베이스는 서로 접촉하여 있다.
도 6은 복수의 돌기 형성된 줄무늬를 포함하는 소위 이격 포인트 널링 부분의 일부를 도시한다. 각 줄무늬는 삼각 형태를 갖고, 각 줄무늬의 베이스는 실질적인 편평면에 의해 2개의 최근접 줄무늬의 베이스로부터 분리된다. 일부 실시에에 따르면, 줄무늬의 돌출된 상부에 의해 형성되는 포인트는 90°의 각도를 갖는다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)는 적어도 하나의 소위 이격 포인트 널링 부분(130, 135)을 포함하고, 널링 부분을 형성하는 2개의 연속적인 돌기부(410)의 베이스는 실질적인 편평면에 의해 서로로부터 분리된다.
도 7은 본 발명의 대상인 회전 전기 기계(10)의 조립을 위한 방법(30)을 도시하고, 이 방법은,
- 전방 및 후방 자석 휠 상에 샤프트(100)을 끼워맞추는 단계(305),
- 샤프트의 제 2 섹션 상에 전방 및 후방 자석 휠의 센터링의 영역을 인덱싱하는 단계(310),
- 샤프트의 제 1 섹션 상에 후방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계(315),
- 샤프트의 제 3 섹션 상에 전방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계(320), 및
- 제 4 섹션의 칼라부 상에 후방 자석 휠을 인접시키는 단계(325)를 포함한다.
샤프트는 예를 들면 강제 끼워맞춤된다[단계(305)].
Claims (8)
- 전방 자석 휠(230), 후방 자석 휠(205), 및 축방향으로 분포된 개별의 직경(D1, D2, D3, D4)을 갖는 4개의 섹션(110, 115, 120, 125)을 구비하는 샤프트(100)를 포함하는 회전 전기 기계(10)에 있어서,
- 제 1 섹션(110)은 상기 샤프트(100)와 상기 전방 자석 휠(230) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(130)를 포함하고,
- 제 2 섹션(115)은 상기 전방 및 후방 자석 휠(230, 205)의 인덱싱 및 센터링을 허용하도록 구성되고, 상기 제 2 섹션은 원형 단면 및 평활면을 갖고,
- 제 3 섹션(120)은 상기 샤프트(100)와 상기 후방 자석 휠(205) 사이의 반경 방향 유지를 보장하도록 구성되는 널링부(135)를 포함하며,
- 제 4 섹션(125)은 상기 샤프트(100)와 적어도 하나의 자석 휠(205, 230) 사이의 축방향 유지를 보장하도록 구성되는 칼라부(140)를 포함하고,
상기 샤프트(100)의 직경(D1, D2, D3, D4)은 하기의 방정식:
D1 < D2 < D3 < D4
를 따르고,
상기 전방 자석 휠(230)은,
- 상기 제 1 섹션(110)의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역(210), 및
- 상기 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역(215)을 포함하고,
상기 후방 자석 휠(205)은,
- 상기 제 2 섹션(115)의 적어도 일부분에 상보적인 센터링 영역(220), 및
- 상기 제 3 섹션(120)의 적어도 일부분에 상보적인 클램핑 영역(225)을 포함하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 후방 자석 휠(205)의 센터링 영역(220) 및 상기 전방 자석 휠(230)의 센터링 영역(215)은 상이한 길이를 갖는
회전 전기 기계. - 제 3 항에 있어서,
상기 후방 자석 휠(205)의 길이는 상기 후방 및 전방 자석 휠의 센터링 영역(215 및 220)의 길이의 합보다 짧은
회전 전기 기계. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 섹션(110)의 널링부(130)의 일부분만이 상기 전방 자석 휠(230)로 커버되는
회전 전기 기계. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 소위 포인트-투-포인트 널링 부분(130, 135)을 포함하고, 상기 널링부를 형성하는 연속적인 돌기부(405)의 베이스는 서로 접촉하여 있는
회전 전기 기계. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 소위 이격 포인트 널링 부분(130, 135)을 포함하고, 상기 널링부를 형성하는 2개의 연속적인 돌기부(410)의 베이스는 실질적인 편평면에 의해 서로로부터 분리되는
회전 전기 기계. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 회전 전기 기계(10)의 조립 방법(30)에 있어서,
- 상기 전방 및 후방 자석 휠 상에 상기 샤프트(100)를 끼워맞추는 단계(305),
- 상기 샤프트의 제 2 섹션 상에 상기 전방 및 후방 자석 휠의 센터링 영역을 인덱싱하는 단계(310),
- 상기 샤프트의 제 1 섹션 상에 상기 후방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계(315),
- 상기 샤프트의 제 3 섹션 상에 상기 전방 자석 휠의 클램핑 영역을 클램핑하는 단계(320), 및
- 상기 제 4 섹션의 칼라부 상에 상기 후방 자석 휠을 인접시키는 단계(325)를 포함하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계 조립 방법.
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