KR20010024581A - 고정자, 전기 모터 및 고정자를 모터 하우징내에 조립하는방법 - Google Patents

고정자, 전기 모터 및 고정자를 모터 하우징내에 조립하는방법 Download PDF

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KR20010024581A
KR20010024581A KR1020007004864A KR20007004864A KR20010024581A KR 20010024581 A KR20010024581 A KR 20010024581A KR 1020007004864 A KR1020007004864 A KR 1020007004864A KR 20007004864 A KR20007004864 A KR 20007004864A KR 20010024581 A KR20010024581 A KR 20010024581A
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케리티모시윌버
캠벨엘자리
딜스제임스찰스
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제이 엘. 차스킨
제너럴 일렉트릭 캄파니
버나드 스나이더
아더엠. 킹
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Abstract

고정자(126)는 다수의 고정자 박층(148)의 외측 에지(154)로부터 연장하는 돌출부(132)를 포함한다. 돌출부(132)는 포인트(158)를 형성한다. 고정자가 모터 하우징(102)내로 삽입될 때, 돌출부는 하우징(102)의 내면을 따라 긁게된다. 돌출부와 하우징(102) 사이의 접촉은 고정자(126)와 하우징(102) 사이의 결합부를 이룬다.

Description

고정자, 전기 모터 및 고정자를 모터 하우징내에 조립하는 방법{STATOR BONDING NIB}
전기 모터 또는 발전기와 같은 발전 전동 기계는 대체로 하우징, 고정자 및 회전자 조립체를 포함한다. 하우징은 보호 피복재 및 2개의 단부 차폐체를 갖는 셀을 포함하며, 회전자 조립체의 적어도 일부를 수납한다. 회전자는 대체로 회전자 조립체를 수납하기 위해 축방향으로 연장하는 보어를 갖는 자성재(magnetic material)의 코어를 포함한다. 로터 조립체는 회전자 코어 및 회전자 코어를 통해 연장하는 회전자 샤프트를 포함한다. 회전자 조립체는 고정자 개구 및 2개의 단부 차폐체를 통해 연장한다.
고정자 코어는 대체로 절연재로 피복되고, 정렬되며, 클립 또는 상호체결 탭에 의해 서로 고정된 적층으로 배열된 다수의 동일한 박층으로 형성된다. 각각의 박층은 보어내로 반경방향으로 연장하는 다수의 치형을 포함한다. 각 치형 사이의 슬롯은 보어로부터 반경방향 외측으로 연장한다. 치형의 단부 및 슬롯의 개방 단부는 보어의 주변부를 형성한다.
절연된 도전선(conductive wire)으로 형성된 다수의 코일은 코어의 단부에서 코어의 일부가 엔드 턴 영역(end turn regions)을 형성한 채 선택된 코어 슬롯내로 삽입된다. 코일은 상호연결되어 코일 그룹 또는 폴(poles)을 형성한다. 코일을 형성하는 도전선은 때때로 고정자 권선(windings)으로 불리운다. 예를 들면, 단속도 모터(single speed motor)는 대체로 적어도 하나의 메인 권선 및 보조 또는 스타트 권선(start winding)을 이루는 코일 그룹을 포함한다.
대체로 고정자는 고정자와 하우징 셀 사이에 결합부를 달성할 시 하우징의 셀내로 강제로 간섭 끼워맞춤된다. 고정자와 하우징 셀 사이의 적절한 결합은 고정자와 하우징 셀을 적절히 접지시켜 고정자가 아크가 일어나는 것을 방지한다. 그러나, 셀 피복재 및 공정이 향상되어 소망의 내부식성을 달성됨에 따라, 피복된 고정자와 피복된 셀 사이의 결합은 더욱 문제된다.
따라서, 하우징 셀에 적절히 결합되고 셀내의 간섭 끼워맞춤에 대한 충분한 내구성을 갖는 고정자를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 고정자는 비용 효과성이 있으며 제조가 용이한 것이 바람직하다.
발명의 요약
이러한 및 다른 목적은 다수의 고정자 박층의 외측 에지로부터 연장하는 돌출부를 포함하는 고정자에 의해 달성될 수 있다. 고정자 박층은 외측 직경부를 포함하며, 돌출부는 외측 직경부를 지나 연장하는 팁을 형성한다. 고정자 박층은, 적층되어 고정자 코어를 형성하며, 고정자를 워터 데미지(water damage)로부터 보호하는 절연재의 피복재를 포함한다.
고정자는 보호 피복층을 갖는 내면을 포함하는 모터 하우징 셀내로 삽입된다. 고정자가 셀내로 삽입될 때 돌출부는 하우징 셀의 내면을 따라 긁는다. 돌출부와 셀 사이의 접촉은 돌출부로부터 피복재를 제거하고, 하우징 셀의 일부로부터 피복재를 제거한다. 이러한 접촉은 고정자와 하우징 사이를 결합시켜 고정자와 하우징 사이에서 발생하는 아크 발생 가능성을 감소시킨다.
돌출부는 하우징 셀과 접촉하고 고정자를 하우징에 접지시킨다. 하우징에 고정자를 접지시키는 것은 아크 발생을 감소시킨다. 박층은 변형된 다이(dies)에 의한 공지된 스탬핑(stamping) 방법으로 제조된다. 다이는 돌출부에 대응하는 노치를 포함하도록 변형된다.
본 발명은 발전 전동 기계(dynamo electric machines), 특히 발전 전동 기계의 고정자로부터 연장하는 결합 닙(bonding nib)에 관한 것이다.
도 1은 전기 모터의 개략도,
도 2는 돌출부를 포함하는 고정자 박층의 개략도,
도 3은 도 2에 도시된 고정자 박층의 일부 개략도.
도 1은 2개의 단부(106, 108)를 갖는 셀(104)을 구비하는 하우징(102)을 포함하는 예시적인 모터(100)의 개략도이다. 본 고정자 박층이 전기 모터와 관련하여 본원에 상술되었지만, 본 발명은 특정한 모터에 한정되지 않음을 알 수 있다. 본 발명은 다른 발전 전동 기계(dynamo electric machines)와 관련하여 사용될 수 있다.
셀(104)은 셀(104) 부식 가능성을 감소시키는 보호 피복재를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 보호 피복재는 셀(104)의 전체 표면을 실질적으로 덮는 페인트(paint)이다. 예시적인 페인트는 미국 펜실바니아주 15144 스프링데일 피.오. 박스 127 소재의 피피지 인더스트리(PPG Industries)로부터 입수가능한 #CR-648 파워크론(Powercron) 수지와 #CP-583 파워크론 페이스트의 혼합물이다. 제 1 단부 차폐체(110)는 단부(106)에 연결되고, 제 2 단부 차폐체는 단부(108)에 연결된다. 제 1 단부 차폐체(110)와 제 2 단부 차폐체(112)는 베어링 조립체(118, 120)용 지지체(114, 116)를 포함한다. 회전자 샤프트(S)는 베어링 조립체(118, 120)와 동축으로 정렬되고, 단부 차폐체(110, 112)에 형성된 개구(122, 124)를 통해 연장한다.
또한, 모터(100)는 고정자 코어(128)와 고정자 권선(130)을 갖는 고정자(126)를 포함한다. 고정자 권선(130)은 스타트 권선 및 적어도 하나의 메인 권선을 포함한다. 메인 권선은 다수의 폴을 형성하도록 권선된다. 스타트 권선은 메인 권선의 다수의 폴과 동일한 다수의 폴을 형성하도록 권선된다. 고정자 코일(128)은 다수의 적층된 고정자 박층(도시되지 않음)으로 형성된다. 일 실시예에 있어서, 박층은 각 박층으로부터 절단되고 인접한 박층상의 슬롯내로 가압된 상호체결 탭(도시되지 않음)에 의해 서로 고정된다. 박층을 서로 고정하는 다른 형태는 스택에 부착된 클립 또는 박층의 외측 에지에 용접된 스트립을 포함한다. 고정자 박층은 하기에 자세히 상술되는 바와 같이 반경방향 외측으로 연장하는 적어도 하나의 돌출부(132)(예를 들면, 닙)를 포함한다. 고정자 코어(128)는 내면(134)과 외면(136)을 포함한다. 내면(134)은 회전자 보어(138)를 형성한다. 회전자 샤프트(S)는 고정자 코어(128)와 동심형으로 배열되고, 회전자 코어(rotor core : RC)는 회전자 샤프트(S)와 동심형으로 위치된다.
스위치 장치(140)(일점쇄선으로 도시됨)는 단부 차폐체(112)에 장착된다. 일 형태에 있어서, 스위치 장치(140)는 가동형 기계적 아암(142)을 포함한다. 또한, 일점쇄선으로 도시된 원심력 반응 조립체(144)는, 회전자 샤프트(S)에 장착되며, 기계적 아암(142)과 맞물리는 푸시 칼라(push collar)(146)를 포함한다. 푸시 칼라(146)는 회전자 샤프트(S)에 활주식으로 장착된다. 또한 조립체(144)는 회전자 샤프트(S)에 고정된 중량 아암(weighted arm) 및 스프링(자세히 도시되지 않음)을 포함한다. 회전자 속도가 소정 속도를 초과할 때 중량 아암은 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동하도록 수정된다. 중량 아암이 제 2 위치로 이동할 때, 푸시 칼라(146) 또한 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동한다. 결과적으로, 스위치 장치(140)의 기계적 아암(142)은 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동하며, 이는 스위치 장치(140)가 제 1 회로 구성 위치(first circuit-making position)에서 제 2 회로 구성 위치(second circuit-making position)로 절환되도록 한다. 스위치 장치(140)는 몇몇 응용[아암(142)이 없음]에서 분리되어 사용되며, 스위치 장치(140)와 조립체(144)는 다른 응용에서 조합되어 사용된다. 변형 실시예에 있어서, 스위치 장치는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 축전기(도시되지 않음)일 수 있다.
작동시, 및 모터 시동시, 고정자 스타트 권선 및 메인 권선에 전압이 가해진다. 이러한 권선에 의해 형성된 자기장은 모터 회전자(R)의 도체(C)내에 전류를 유도하며, 그러한 권선과 도체(C)의 자기장은 연결되어, 회전자(R)를 회전시킨다. 일단 회전자(R)가 충분한 속도를 갖을 경우, 스타트 권선은 전압이 해제된다. 회전자 속도가 동기 속도(synchronous speed)와 동일할 때, 회전자 영구 자석(M)의 자기장은 메인 권선에 의해 발생된 자기장과 연결 및 고정된다. 그런 후 회전자(R)는 실질적으로 동기 속도로 회전한다.
도 2 및 도 3은 돌출부(132)를 포함하는 회전자 박층(148)의 개략도이다. 또한 고정자 박층(148)은 상면(150), 저면(도시되지 않음), 내측 에지(152), 외측 에지(154) 및 센터(156)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 보호 피복재는 내습성(moisture resistance)을 향상시킨다. 예시적인 절연 피복재는 미국 인디애나주 46808 포트 와이니 웨스트 제이콥스 애비뉴 202 소재의 발스퍼 코포레이션(Valspar Corporation)으로부터 입수가능한 니스(varnish) #413C123와 같은 니스이다.
돌출부(132)는 외측 에지(154)로부터 연장하고 적어도 하나의 포인트(158)를 형성한다. 고정자 박층(148)은 내경부(도시하지 않음)를 갖는 모터 하우징 셀(도시하지 않음)내에 끼워지도록 크기가 정해진 외경부(160)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 고정자 박층(148)은 실질적으로 원형이며, 적어도 하나의 평편한 영역(162)을 포함한다. 물론, 박층(148)은 평편한 영역을 갖지 않는 실질적인 원형일 수 있거나, 또는 둥근 모서리를 갖는 사각형일 수 있다. 또한, 박층(148)은 다른 형상을 가질 수 있다. 돌출부(132)는 다른 평편한 영역(162)으로부터 연장할 수 있거나, 또는 외측 에지(154)의 둥근 영역으로부터 연장할 수 있다. 또한, 외경부(160)는 하우징 셀의 내경부보다 작으며, 포인트(158)는 외경부(160)를 지나 연장하는 고정자 박층(148)의 센터(156)로부터 실질적으로 반경방향으로 이격되어 돌출한다. 고정자 박층(148)이 하우징 셀내로 삽입될 때, 돌출부(132)는 하우징 셀의 내면과 접촉한다. 이러한 접촉은 접촉점에서 하우징 셀 피복재 뿐만 아니라 고정자 박층 피복재를 제거해 금속과 금속이 접촉하도록 한다. 하우징 셀과 고정자 박층(148)으로부터 피복재를 제거함으로써 고정자 박층(148)은 하우징 셀과 적절히 결합하며 고정자 박층(148)과 하우징 셀 사이의 아크 발생 가능성을 줄인다.
작동시, 고정자 박층(148)은 적층되고 서로 고정되어 고정자 코어(도시되지 않음)를 형성한다. 외측 에지(154)는 실질적으로 연속적인 스택의 외면(도시되지 않음)을 형성하도록 정렬된다. 외면은 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 돌출부를 포함한다. 내측 에지(152)는 센터(156)로부터 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 슬롯(164)을 포함한다. 내측 에지는 고정자 코어를 통해 연장하는 보어(도시하지 않음)를 형성하도록 정렬된다. 보어는 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 축방향 슬롯(도시하지 않음)을 포함한다. 절연된 도전선으로 이루어진 다수의 코일은 슬롯내로 삽입된다. 코일의 일부는 엔드 턴 영역(end turn regions)을 형성한다. 보호 피복재는 고정자 코어 및 권선에 가해져 코어 및 권선에 내습성을 부여하며, 또한 코일이 제 위치에 유지되도록 한다.
고정자의 제조 및 조립(도시되지 않음)에 대해서, 박층(148)은 다이(도시되지 않음)로 강철을 스탬프 가공하여 얻어진다. 다이는 돌출부(132)를 형성하는 도치를 포함한다. 공지된 바와 같이, 각각의 박층은 담금질 되거나 또는 달리 처리되고 피복재가 그 위에 형성된다. 그런 후 박층(148)은 소망의 높이로 적층되어 고정자 코어(도시되지 않음)를 형성한다. 고정자 박층(148)은 슬롯(164)이 축방향으로 정렬되어 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 슬롯을 형성할 수 있도록 적층된다. 절연된 도전선으로 형성된 다수의 코일은 고정자 박층(148)의 적층 형태로 슬롯내로 삽입된다. 보호 피복층은 고정자 코어 및 권선에 가해진다. 일 실시예에 있어서, 보호 피복재는 코어 및 권선에 내습성을 제공하며 또한 코일을 제 위치에 유지시킨다.
고정자는 돌출부(132)가 하우징의 내면과 접촉하도록 모터 하우징내에 삽입된다. 일 실시예에 있어서, 고정자는 하우징내로 강제 간섭 끼워맞춤된다. 이 접촉은 양 돌출부 및 하우징의 적어도 일부의 보호 피복재를 제거한다. 일 실시예에 있어서, 이 접촉은 하우징 내면상의 페인트를 파내고 돌출부의 포인트상의 니스를 긁어낸다. 피복재가 제거된 후, 하우징 및 돌출부(132)는 금속대 금속으로 접촉한다.
고정자 코어는, 고정자 박층의 외경부를 지나 연장하는 돌출부를 포함하며, 고정자와 하우징 셀 사이에 결합부를 제공한다. 이 결합부는 고정자를 하우징 셀에 접지시켜 고정자에 의한 아크 발생을 방지한다. 고정자 박층은 공지된 방법으로 변형된 다이에 의해 제조될 수 있기 때문에 제조에 대해 비용 효과적이다.
본 발명의 전술된 다양한 실시예에 의해 본 발명의 목적이 달성될 수 있다. 비록 본 발명이 상세히 상술되고 도시되었지만, 이는 단지 도시 및 실시예로서만 의도되었으며 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (20)

  1. 모터 하우징(102)내에 장착하기 위한 고정자(126)에 있어서,
    보어, 내측 에지(152) 및 외측 에지(154)를 구비하는 적어도 하나의 고정자 박층(148)을 포함하며, 상기 외측 에지는 외경부(160)를 가지며, 상기 고정자는 상기 외경부를 지나 연장하는 적어도 하나의 돌출부(132)를 포함하는
    고정자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자 박층(148)은 다수의 적층된 고정자 박층을 포함하며, 상기 외측 에지(154)는 실질적인 연속 표면을 형성하도록 정렬되며, 상기 내측 에지(152)는 보어 및 상기 보어로부터 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 슬롯(164)을 형성하도록 정렬되며, 상기 외측 에지는 적어도 하나의 평편한 영역(162)을 포함하는
    고정자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(132)는 상기 외경부(160)를 지나 연장하는 포인트(158)를 형성하며, 상기 돌출부는 닙(nib)인
    고정자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯(164)내로 삽입되는 절연된 도전선(conductive wire)으로 형성된 다수의 코일을 더 포함하며, 상기 코일은 엔드 턴 영역(end turn regions)을 형성하는
    고정자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 적층된 박층(148)은, 상기 고정자가 상기 하우징(102)내로 삽입될 때 상기 돌출부(132)의 적어도 일부로부터 제거된 보호 피복재를 포함하는
    고정자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징(102)은 피복재를 포함하며, 상기 고정자가 상기 하우징내로 삽입될 때 상기 돌출부(132)는 상기 하우징의 적어도 일부로부터 피복재를 제거하도록 구성되는
    고정자.
  7. 모터 하우징(102)내에 삽입되도록 구성된 고정자(126)에 있어서,
    다수의 적층된 박층(148)을 포함하며, 상기 박층은 다수의 슬롯(164)을 갖는 내측 에지(152)와, 상기 모터 하우징을 연결하기 위한 적어도 하나의 돌출부(132)를 갖는 외측 에지(154)를 포함하는
    고정자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내측 에지(152)가 정렬되어 형성된 보어와,
    상기 슬롯(164)내로 삽입되는 절연된 도전선으로 형성된 다수의 코일을 더 포함하는
    고정자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 돌출부(132)는 상기 모터 하우징(102)을 연결하도록 구성된 포인트(158)를 포함하는 닙인
    고정자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정자가 상기 하우징(102)내로 삽입될 때 상기 고정자는 상기 닙(132)의 적어도 일부로부터 제거되도록 구성된 보호 피복재를 포함하며, 상기 하우징은 피복재를 포함하며, 상기 고정자가 상기 하우징내로 삽입될 때 상기 닙은 상기 하우징의 적어도 일부로부터 상기 피복재가 제거되도록 구성되는
    고정자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정자 박층(148)은 실질적으로 원형인
    고정자.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정자 박층(148)은 둥근 모서리를 갖는 실질적으로 사각형인
    고정자.
  13. 전기 모터(100)에 있어서,
    제 1 및 제 2 단부(106, 108)를 갖는 셀(104), 상기 제 1 단부에 장착된 제 1 단부 차폐체(110), 상기 제 2 단부에 장착된 제 2 단부 차폐체(112)를 포함하는 모터 하우징(102)으로서, 상기 제 1 및 제 2 단부 차폐체는 그내에 베어링(118, 120)을 갖는 베어링 지지체(114, 116)를 포함하는, 모터 하우징(102)과,
    상기 셀내에 위치된 고정자(126)로서, 상기 고정자는 내측 에지(152), 외측 에지(154) 및 외경부(160)를 포함하는 다수의 적층된 박층(148)을 구비하며, 상기 외측 에지는 상기 외경부를 지나 반경방향으로 연장하고 포인트(158)를 형성하는 돌출부(132)를 포함하며, 고정자 코어(128)를 형성하는 상기 적층된 박층은 상기 고정자 코어를 통해 연장하는 보어(138)를 형성하는 내면(134)과 외면을 포함하는, 고정자(126)와,
    회전자 샤프트(S)를 포함하는 회전자 조립체로서, 상기 회전자 조립체는 상기 고정자 코어내에 위치되며, 상기 회전자 샤프트는 상기 단부 차폐체를 통해 연장하고 상기 베어링에 의해 회전식으로 지지되는, 회전자 조립체를 포함하는
    전기 모터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정자(126)는 상기 박층 내측 에지(152)가 정렬되어 상기 고정자 코어(128)를 통해 연장하는 상기 보어(138)를 형성하도록 상기 다수의 적층된 박층(148)을 서로 고정시키기 위한 수단을 포함하는
    전기 모터.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 에지(154)는 적어도 하나의 평편한 영역(162)을 포함하며, 상기 돌출부(132)는 닙이며, 상기 하우징 셀(104)은 내경부를 포함하며, 상기 고정자 박층 외경부(160)는 상기 하우징 셀 내경부보다 작으며, 상기 닙의 포인트(158)는 상기 외경부를 지나 반경방향으로 연장하는
    전기 모터.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정자 코어 내면(134)은 상기 외면(136)쪽으로 연장하는 다수의 슬롯(164)을 포함하며, 상기 고정자는 상기 슬롯내로 삽입되고 엔드 턴 영역을 형성하는 다수의 와이어 코일을 더 포함하는
    전기 모터.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 고정자 박층(148)은 내습성을 향상시키기 위한 제 1 피복재를 포함하며, 상기 고정자(126)가 상기 하우징 셀(102)내로 삽입될 때 상기 제 1 피복재는 상기 돌출부(132)의 적어도 일부로부터 제거되며, 상기 하우징 셀은 제 2 피복재를 갖는 내면(134)을 포함하며, 상기 고정자가 상기 하우징 셀내로 삽입될 때 상기 제 2 피복재는 상기 하우징 셀의 적어도 일부로부터 제거되는
    전기 모터.
  18. 고정자가 내측 에지(152), 외측 에지(154) 및 외경부(160)를 포함하는 다수의 적층된 박층(148)을 구비하며, 상기 외측 에지는 상기 외경부를 지나 연장하는 포인트(158)를 형성하는 돌출부(132)를 포함하는, 고정자(126)를 모터 하우징(102)내에 조립하는 방법에 있어서,
    제 1 보호재를 상기 고정자 박층의 표면에 가하는 단계와,
    제 2 보호재를 상기 모터 하우징의 표면에 가하는 단계와,
    상기 고정자를 상기 모터 하우징내로 삽입하는 단계를 포함하는
    고정자를 모터 하우징내에 조립하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 고정자(126)를 삽입하는 단계는 상기 고정자를 상기 하우징(102)내로 가압하여 하우징의 내면과 상기 돌출부(132)가 접촉하도록 하는 단계를 더 포함하는
    고정자를 모터 하우징내에 조립하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하우징의 내면을 접촉시키는 단계는
    상기 보호재를 상기 하우징의 일부로부터 제거하는 단계와,
    상기 보호재를 상기 돌출부(132)로부터 제거하여 상기 고정자와 상기 하우징 사이에 금속대 금속의 접촉을 제공하는 단계를 포함하는
    고정자를 모터 하우징내에 조립하는 방법.
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