KR20010022966A - 로터 코어 - Google Patents
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Abstract
로터 코어는 적층판의 적층체로 형성된다. 코어는 하나가 서로의 상부상에 적층된 형태의 다수의 일반적으로 원형인 적층판을 포함한다. 각 적층판은 적층된 형태에 서로의 적층판의 축선과 동일선인 축선을 규정한다. 각 적층판은 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하며, 상기 적층체는 그것의 제 1 측면 및 제 2 측면 모두에 인접한 적층판을 구비한 적어도 하나의 내부 적층판과, 제 1 측면 및 제 2 측면의 단지 하나에 인접한 적층판을 구비한 외부 적층판을 규정하도록 구성된다. 각 적층판은 도체 수용 영역을 규정하는, 원주방향으로 등간격으로 이격된 소정 개수의 슬롯을 구비한다. 각 내부 적층판은 적층판 축선으로부터 소정의 반경방향의 거리에 제 1 표면 및 제 2 표면중의 하나로부터 연장된 적어도 하나의 인터로킹 돌출부를 포함한다. 각 적층판은 인접한 적층판으로부터 돌출부를 수용하기 위하여 그내에 형성된 적어도 하나의 돌출부 수용 영역을 더 규정한다. 상기 적층판 적층체를 축선에 평행하게 볼 경우, 적층판 적층체를 관통하는 돌출부와 수용 영역의 맞물림부의 엇갈린 경로를 규정하기 위하여 돌출부는 각각의 돌출부 수용 영역에서 맞물려 진다. 이런 엇갈린 경로 형태는 적층체를 관통하는 와전류 경로의 임피던스를 증대시키기 위해 적층판 적층체를 통과하는 와전류를 위한 적층체의 높이보다 긴 길이를 갖는 긴 비틀린 경로를 규정한다.
Description
전기 모터는 광범위하게 사용되며, 산업, 상업 및 가정 생활의 모든 면에 영향을 미친다. 이런 모터는 예를 들면, 세탁기 및 냉장고에 사용되는 것으로 알고 있는 작은 소형 분수 모터(fractional motors)에서부터 제조 장비 및 팬(fan) 등을 구동하기 위한 대형 산업용까지 다양할 수 있다. 모터는 전기 에너지를 회전 에너지 또는 회전력으로 변화시키는데 흔히 사용된다.
전형적으로, 모터는 로터(rotor)라고 불리우는 회전 중심 부분과, 스테이터(stator)로 불리우는 고정 외부 부분을 포함한다. 스테이터 및 로터는 모터를 포함하는 하우징에 내장된다. 로터 및 스테이터 모두는 전기 전도 요소(element)를 포함한다. 로터 및 스테이터 코어는 다양한 개수의 슬롯(slots)이 형성될 수 있으며, 상기 슬롯은 전기 전도 요소를 수용하는 개구부이다.
로터 코어는 전도 요소를 포함하는 로터의 중심 부분이다. 로터 코어에서 바아(bars)의 개수는 상당히 다양할 수 있다. 보다 작은 소형의 다람쥐 집 모양의 선풍기(squirrel-cage) 모터, 예를 들면, 약 2 인치의 로터 직경을 갖는 모터에서 바아의 개수는 일반적으로는 8개 내지 25개이다.
코어 구조체는 다수의 적층된 플레이트 또는 적층판으로 형성되는 것이 전형적이다. 금속일 수 있는 적층판은 프레스에서 펀칭(punching)되며, 다음에 코어를 형성하기 위하여 하나가 다른 것의 상부상에 적층될 수 있다. 몇몇 코어에서, 적층판은 적층판 재료에서 가능한 비대칭을 조절하기 위해 서로에 대해 회전된다. 다른 비회전 코어에 있어서는, 적층판이 단지 하나가 다른 것의 상부상에 적층되고 서로 인터로킹 되어, 강한 코어 구조체를 형성하고 적층판이 서로에 대해 움직이는 것을 방지한다.
하나의 공지된 인터로킹 배열에 있어서, 각 적층판은 표면내에 펀칭된 딤플(dimple) 또는 리세스(recess)를 갖고, 이것은 적층판의 대향 측면상에 대응하는 돌출부를 형성시킨다. 다음에, 적층판은 하나가 다른 것의 상부상에 적층되며, 하나의 적층판으로부터의 돌출부는 다음 인접한 적층판의 리세스에 맞물려 놓이게 된다. 이러한 포개진 배열에 있어서, 적층판은 돌출부 및 리세스의 맞물림에 의해 서로 정렬된 상태가 유지된다. 이것은 적층판을 인터로킹하는 통상적인 적용 방법이다.
이러한 공지된 방법들이 통상 실시되지만, 이러한 방법들은 결점을 갖고 있다. 우선, 이런 직접 포개진 배열은 상대적으로 짧은 경로를 제공하며, 그에 따라 와전류(eddy current)용 낮은 임피던스 전류 경로를 제공한다. 본 기술 분야에 숙련된 자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 이것은 코어를 통과하는 전자기적 손실을 증대시키게 될 수 있다. 이런 배열은 스테이터 코어로 구성된 모터의 효율을 감소시킨다.
따라서, 로터를 통과하는 전자기적 손실을 감소시키기 위하여 와전류용 높은 임피던스 전류 경로를 형성시키는 인터로킹 배열로부터 적층판 및 로터 코어의 제조가 용이한 로터 코어 적층판 인터로킹 배열에 대한 요구가 계속되고 있다.
발명의 요약
회전 전동 기계(dynamoelectric machine)에 사용하기 위한 로터 코어는 적층판의 적층체(stack)로 구성된다. 코어는 하나가 다른 것의 상부상에 적층된 형태내에 다수의 일반적으로 원형인 적층판을 포함한다. 각 적층판은 적층체에서 서로의 적층판의 축선(axis)과 동일선상에 있는 축선을 규정한다. 각 적층판은 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하며, 적층체는 제 1 측면 및 제 2 측면 모두에 인접한 적층판을 구비한 적어도 하나의 내부 적층판과, 제 1 측면 및 제 2 측면의 단지 하나에 인접한 적층판을 구비한 외부 적층판을 규정한다.
각 적층판은 그내에 형성된 원주방향으로 등간격으로 이격된 슬롯(slots)이 소정 개수 형성되어 있다. 슬롯은 도체 수용 영역을 규정하기 위하여 인접한 슬롯으로부터 이격되어 있다. 각 내부 적층판은 제 1 측면 및 제 2 측면 중의 하나에 형성된 적어도 하나의 인터로킹 돌출부를 포함하며, 그 돌출부는 상기 적층판의 축선으로부터 반경방향의 소정의 거리에 형성된다. 각 돌출부는 제 1 측면 및 제 2 측면중 하나의 평면의 외측으로 연장되도록 형성된다. 더나아가, 적층판은 인접한 적층판으로부터의 돌출부를 수용하기 위한 그내에 형성된 적어도 하나의 돌출부 수용 영역 또는 섀도우(shadow)를 포함한다.
적층판 적층체를 축선에 평행하게 보는 경우, 돌출부는 적층판 적층체를 통하여 돌출부와 섀도우의 맞물림부의 엇갈린 경로를 규정하도록 대응하는 섀도우에 맞물려진다. 이런 돌출부와 섀도우의 맞물림부의 엇갈린 경로는 적층체의 높이보다 긴 길이를 갖는 긴 비틀린 경로를 형성하는데, 그 이유는 적층판 적층체를 통과하는 와전류가 그것을 관통하는 맴돌이 경로의 임피던스를 증대시키기 위함이다.
바람직한 코어에서는, 각 적층판은 다수의 돌출부 수용 영역 및 다수의 돌출부를 포함한다. 바람직하게, 적층체는 각 수용 영역이 인접한 적층판으로부터 돌출부의 일부를 수용할 수 있도록 구성된다.
일 형태에 있어서, 돌출부는 긴 아치형 형상을 갖고, 돌출부 수용 영역은 인접한 적층판으로부터 돌출부를 충분히 수용하기 위하여 상보적인 긴 아치형 형상을 갖는다. 수용 영역은 대응하는 돌출부의 길이보다 긴 길이를 갖을 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 잇점 및 장점은 하기의 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명은 일반적으로는 전기 모터에 관한 것이며, 특히 비회전 적층판 코어(lamination cores)의 적층을 위한 쌍으로 된 인터로크(interlocks) 및 이러한 코어의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 로터를 도시하고, 본 발명의 원리에 따라 형성된 코어를 구비한 예시적인 모터의 분해 사시도,
도 2는 쌍으로 된 인터로킹 시스템의 일 실시예를 포함한 적층된 다수의 적층판으로 형성된 로터 코어의 사시도,
도 3은 도 2의 코어의 적층판 중의 하나의 평면 사시도,
도 4는 도 3의 적층판의 저면 사시도,
도 5는 인터로킹 돌출부를 도시한 도 4의 적층판의 확대도,
도 6은 도 2의 선 6-6을 따라 취한 적층판 적층체의 부분 단면도,
도 7은 도 5의 선 7-7을 따라 취한 부분 사시도,
도 8은 쌍으로 된 인터로킹 시스템의 다른 실시예를 포함하는 적층판의 부분 사시도,
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 인터로킹 시스템을 위한 다양한 다른 돌출부 형상도.
본 발명은 다양한 형태로 실시할 수 있는 반면, 본 명세서는 본 발명의 예시로 간주되고 설명된 방법 및 도시된 특정 실시예에 의해 본 발명이 국한되지 않는 것으로 이해되는 현재로 바람직한 실시예 및 방법이 도면에 도시되고, 후술된다.
이제 도면, 특히 도 1을 참고하면, 도 1은 모터[일괄적으로 참조부호(10)로 표시됨]를 도시한다. 모터(10)는 하우징(12)내에 내장되며, 로터(14)와 스테이터(16)를 포함한다. 스테이터(16)는 하우징(12) 및 그내에 장착되는 모터(10)의 고정 부분이다. 스테이터(16)는 그것을 관통하는 종축선(longitudinal axis)(참조부호 18)을 규정한다. 로터(14)는 스테이터(16)내에 배치된 것으로 모터(10)의 회전 부분이다. 또한, 로터(14)는 로터(14) 및 스테이터(16)의 축선(18 및 20)이 동일선상에 있도록 스테이터(16)와 일직선으로 정렬된 종축선(참조부호 20)을 규정한다.
로터(14)는 공기 간극(air gap)으로 불리는 간극(gap)(참조부호 22)을 그 사이에 규정하면서 스테이터(16)내에 배치된다. 간극(22)은 로터(14) 및 스테이터(16)가 서로 우연히 접촉되지 않으면서 로터(14)가 스테이터(16)내에서 자유롭게 회전하도록 허용한다. 전형적인 작은 소형 분수 모터, 예를 들면 1 마력 미만의 모터에서, 간극(22)은 약 100분의 1 인치(10 밀)이다.
로터(14)는 하나가 다른 것의 상부상에 함께 적층되는 다수의 플레이트 또는 적층판(24)으로 형성된다. 적층판(24)은 인터로킹 시스템[일괄적으로 참조부호(26)로 표시됨]에 의해 서로에 대한 위치에서 고정된다. 인터로킹 시스템(26)은 적층판(24)이 서로에 대해 회전 및 움직이는 것 및 서로로부터 분리되는 것을 방지하고, 그에 따라 제조 동안에 단일 부재로 코어(28)를 유지시킨다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코어(28)는 각 적층판(24)의 에지(edge) 또는 외주면(32)에 형성된 소정 개수의 슬롯(30)을 포함한다. 슬롯(30)은 이것을 서로로부터 분리시키는 치형부(teeth)(34)에 의해 규정된다. 전형적인 로터 적층판(24)에서, 치형부(34)는 적층판의 중심 부분(36)과 일체이다. 치형부 사이의 공간은, 즉 슬롯(30)은 그내에 전도 요소[예시가 도 2에 참조부호(38)로 표시됨]를 수용 및 지지하도록 구성된다. 예시적인 소형 분수 모터에서, 도체(38)는 예를 들면, 슬롯(30)내에 용융된 형태로 사출되는 알루미늄으로 단일 매스(mass)로 각각 형성된다. 이런 타입의 로터 제품은 통상적으로 다람쥐 집 모양의 선풍기(squirrel-cage) 모터로 불리운다.
플레이트 또는 적층판(24)은 일반적으로 적층판(24)의 형태로 스탬핑되는 강재 시트와 같은 시트 재료로 형성된다. 다음에, 개별 적층판(24)은 하나가 다른 하나에 적층되어 코어(28)를 형성한다. 몇몇 코어(28)는 각 적층판(24)을 다음 인접한 적층판(24)에 대해 소정의 각도로 회전되도록 하는 회전 공정을 사용하여 형성되지만, 특정 코어(28)는 이러한 회전이 필요치 않다. 전형적으로, 이들 비회전된 코어(28)는 재료 두께의 허용공차가 제어되는 재료로부터 형성될 수 있거나, 코어(28) 자체는 코어(28)가 대칭적인 방법에서 형성되도록 보장하기 위하여 후제조 회전(turning) 조작이 가해질 수 있다. 일부 예에서, 코어(28)의 매스가 적층판(24)을 회전시키기에 너무 크거나, 간단히 코어(28)의 치수를 제어할 어떤 필요도 없을 수 있다. 그렇지만, 이러한 코어(28)는 여전히 적층판(24)이 서로에 대해 고정되어 유지되는 것을 보장하기 위하여 인터로킹 배열(26)이 필요하다.
본 발명은 적층판(24)의 표면(46)에 형성된 융기된 돌출부(raised projection) 또는 태브(tab)(44)와, 돌출부 또는 태브(44)가 그내에 귀속하는 다음 인접한 적층판(24)에서 대응하는 돌출부 수용 영역, 개구부 또는 섀도우(48)를 포함하는 인터로킹 시스템(26)을 사용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 돌출부(50)는 전연부(50) 및 후연부(52)를 구비한다. 전연부(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 단차형일 수 있다. 기본적으로, 전연부(50)는 적층판(24)의 표면(46)에서부터 상부로 가장 높게 융기된 부분이다. 후연부(52)는 전연부(50)로부터 아래방향으로 적층판(24)의 표면(46)을 향하여 경사지도록 차차 가늘어지거나 경사면을 이룰 수 있다. 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 돌출부(44)는 중심선[참조부호(54)로 표시함]이 적층판의 축선, 즉 로터 축선(20)으로부터 일정한 반경방향의 거리(dP)를 유지하도록 그것의 원주의 일정 길이[참조부호( P)로 표시함]를 따라 아치형 형상을 규정할 수 있다.
일정한 관계 및 일정한 위치에 서로내에서 잠기거나 포개어진 일련의 돌출부를 사용하는 공지된 인터로크와는 달리, 본 발명의 돌출부(44)는 또한 적층판(24)에 형성된 섀도우 또는 개구부(48)에 수용된다. 섀도우(48)는 개방 영역의 길이를 따라 돌출부(44)를 수용하며, 그에 따라 섀도우(48)내에 돌출부(44)가 충분히 귀속하게 허용하도록 신장될 수 있다. 상기 돌출부(44)와 유사하게, 섀도우(48)는 섀도우의 중심선[참조부호(56)로 표시함]이 축선(20)으로부터 돌출부(44)의 반경방향의 거리(dP)와 동일한 적층판의 축선[로터 축선(20)]으로부터 일정한 반경방향의 거리(dS)에 있는 바람직하게는 아치형이다. 바람직하게는, 돌출부(44) 및 섀도우(48)는 서로 쌍으로 되며, 각 섀도우(48)는 그것에 대응하는 돌출부(44)의 길이( P)보다 다소 긴 원주의 일정 길이( S)를 갖는다.
본 발명은 공지된 딤플 돌출부의 포개어진 배열 이상의 많은 장점을 제공한다. 특히, 본 발명은 코어(28)를 통과하는 와전류용의 보다 높은 임피던스 전류 경로를 제공한다. 본 기술 분야에 숙련된 자들은 이것이 상기 코어(28)에서 전자기적 손실을 감소시키며, 그것은 또한 보다 효율적인 모터로 귀결된다는 것을 인지할 것이다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 일련의 적층판(24)내에서 각 인터로크(26)의 위치는 그것의 섀도우(48) 위치와 그것의 돌출부(44) 위치가 엇갈린다. 그와 같이, 와전류용 통로(pathway)는 딤플 돌출부의 포개진 배열에서와 같이 코어(28)를 관통하는 직선 경로가 아니라, 코어(28)를 관통하는 직선 경로라기 보다는 지그재그 형태와 유사한 비틀린 경로이다. 이런 증가된 경로 길이 및 와전류에 결과로서 생기는 증대된 저항은 코어를 관통하는 전자기적 손실을 감소시킨다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 그렇게 생성된 경로는 적층판(24) 적층체 또는 코어(28)의 높이보다 길다.
광범위한 돌출부 및 대응하는 섀도우 형상이 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 9a 내지 도 9e에 도시된 바와 같이, 돌출부는 융기된 입체의 원형 또는 타원형 요소(144), 직사각형의 융기된 요소(244), 정사각형의 융기된 요소(344) 뿐만아니라 아치형의 펼친 융기된 요소(444) 및 "나비 넥타이(bow-tie)" 형상 요소(544)의 형상을 취할 수 있다. 상기 도면에서 명백화된 것처럼, 섀도우 형태(148, 248, 348, 448, 548)는 상기 돌출부의 형태(144, 244, 344, 444, 544) 각각에 상보적이다. 예상되는 배열에서, 둘 또는 그 이상의 돌출부(144 내지 544)가 단일 섀도우(148 내지 548)내에 배치될 수도 있다.
이러한 적층판(24)의 로터 코어(28)을 제조하기 위한 바람직한 방법은 소정 개수의 인터로크 쌍[대응하는 돌출부(44) 및 섀도우(48)]의 위치를 갖도록 제 1 적층판(24)을 펀칭하는 것을 포함한다. 각 인터로킹 쌍은 적층판(즉, 로터) 축선(20)으로부터 동일 거리에 배치된 돌출부(44) 및 대응하는 섀도우(48)를 구비한다. 돌출부(44) 및 그것에 대응하는 섀도우(48)는 서로로부터 소정의 반경방향의 거리 또는 축선(20)(도 2)에서 적층판(24a)에 대해 소정의 각도()로 배치된다. 제 2 적층판, 예를 들면, 적층판(24b)은 소정 개수의 돌출부(44) 및 섀도우(48) 쌍을 구비하도록 펀칭된다. 돌출부(44) 및 섀도우(48)는 제 1 적층판(24a)에 형성된 것과는 상반된 관계에 있다. 다음에, 제 1 적층판(24a)으로부터의 돌출부(44)는 제 2 적층판(24b)의 섀도우(48)에 귀속하거나, 제 2 적층판(24b)으로부터의 돌출부(44)는 제 1 적층판(24a)의 섀도우(48)에 귀속하도록 하여 제 2 적층판(24b)은 제 1 적층판(24a)상에 적층된다. 가장 바람직하게는, 코어(28)에서 최종 적층판(24z)은 그내에 단지 섀도우(48)만을 구비하도록 형성되며, 적층판(24z)에 어떤 돌출부도 포함하지 않는다.
코어(28)는 "비회전(non-rotated)" 타입으로서 인터로크 쌍의 개수 또는 대응하는 돌출부(44) 및 섀도우(48)의 일정 간격에 대하여 한정하거나 제한하지 않는다. 이와 같이, 적층판(24)은 대응하는 돌출부(44) 및 섀도우(48)의 어떤 개수로도 형성될 수 있으며, 상기 적층판 축선(20)으로부터 상기 돌출부(44) 및 섀도우(48)의 반경방향의 거리(dP및 dS)의 일치 및 대응하는 돌출부(44)와 섀도우(48) 사이의 원주 거리, 즉 각도()의 일치에 대해서만 단지 제한된다.
코어(28)는 "비회전(non-rotated)" 적층판(24)으로 형성된 것으로서, 돌출부(44)는 일부 범위에서 코어(28)에 가능한 비대칭을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 돌출부(44)는 적층판 재료에서 보다 작은 불일치 등을 조절하기 위하여 서로에 대해 적층판(24)을 "시임(shim)"하는데 사용될 수 있다.
상술한 것으로부터, 수 많은 변경 및 변화는 본 발명의 신규 개념의 진정한 정신 및 목적으로부터 벗어남 없이 실시될 수 있다. 목적되거나 추론될 수 있는 것으로서 도시된 특정 실시예 또는 설명된 방법에 관하여 국한하지 않는다는 것은 이해될 것이다. 본 명세서는 청구항의 목적내에 해당하는 이런 모든 변경을 첨부된 청구항에 의해서 포함하고자 한다.
Claims (8)
- 적층판의 적층체로 형성된 로터 코어에 있어서,서로 적층된 형태의 다수의 대체로 원형인 적층판을 포함하며, 상기 각 적층판은 상기 적층된 형태의 상기 각 적층판의 축선과 동일 직선인 축선을 규정하며, 상기 각 적층판은 제 1 표면 및 제 2 표면을 구비하며, 상기 적층체는 상기 제 1 측면 및 제 2 측면 모두에 인접한 적층판을 갖는 적어도 하나의 내부 적층판과, 상기 제 1 측면 및 제 2 측면중의 하나에 인접한 적층판을 갖는 외부 적층판을 규정하도록 구성되며, 상기 각 적층판은 상기 적층판의 대략 에지에서 그내에 형성된 원주방향으로 등간격으로 이격된 소정 개수의 슬롯을 구비하며, 상기 각 슬롯은 도체 수용 영역을 규정하기 위하여 그에 인접한 슬롯으로부터 이격되어 있으며, 상기 각 내부 적층판은 상기 축선으로부터 소정의 반경방향의 거리에 상기 제 1 표면 및 제 2 표면중의 하나에 형성된 적어도 하나의 인터로킹 돌출부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 돌출부는 제 1 표면 및 제 2 표면중의 하나의 평면을 벗어나 연장되도록 형성되며, 상기 각 적층판은 인접한 적층판으로부터 돌출부를 수용하기 위하여 그내에 형성된 적어도 하나의 돌출부 수용 영역을 더 규정하며, 상기 적층판 적층체를 상기 축선에 평행하게 볼 경우 상기 돌출부는 상기 돌출부 수용 영역에 결합되어 상기 적층판 적층체를 통해 돌출부와 수용 영역의 맞물림부의 엇갈린 경로를 형성함으로써, 상기 적층판 적층체를 관통하는 와전류(eddy currents)를 위한 상기 적층체의 높이보다 긴 길이를 갖는 긴 비틀린 경로를 규정하며, 이에 의해 와전류 경로의 임피던스를 증대시키는로터 코어.
- 제 1 항에 있어서,상기 각 적층판이 다수의 돌출부 수용 영역을 포함하는로터 코어.
- 제 2 항에 있어서,상기 각 적층판이 다수의 돌출부를 포함하는로터 코어.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 돌출부가 긴 아치형 형상을 갖고, 상기 적어도 하나의 돌출부 수용 영역이 상기 적어도 하나의 돌출부에 상보적인 긴 아치형 형상을 갖는로터 코어.
- 제 4 항에 있어서,상기 돌출부 수용 영역은 이에 대응하는 돌출부의 길이보다 긴 길이를 갖는로터 코어.
- 제 1 항에 있어서,적어도 두개의 돌출부 및 적어도 두개의 돌출부 수용 영역을 포함하며, 상기 각 돌출부 수용 영역이 상기 각 돌출부를 수용하기에 적합하도록 구성된 상기 각 적층판을 구비한로터 코어.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 돌출부가 적층판 사이에 시임(shim)을 제공하는로터 코어.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 섀도우가 둘 이상의 돌출부를 동시에 수용하는로터 코어.
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