KR20020086831A - 전기 기계의 냉각 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227—Heat sinks

Abstract

전기 기계용 냉각 시스템은 열을 고정자에 있는 권선의 적어도 일 부분으로부터 히트 싱크로 전달하도록 배치되는 한 세트 이상의 전열(傳熱) 인서트를 포함한다. 히트 싱크는 전기 기계의 프레임 자체일 수도 있으나, 고정자의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 설치되는 냉각제 파이프일 수도 있다. 한 가지 형태의 인서트가 권선 사이에 배열되어 열을 자극 측면으로부터 멀리 인출한다. 다른 형태의 인서트가 자극 단부에 배열되어 열을 그 영역으로부터 인출한다.

Description

전기 기계의 냉각{COOLING OF ELECTRICAL MACHINES}
본 발명은 전기 기계의 냉각에 관한 것이다.
전기 기계는 절연된 도체로 제조되는 권선을 구비하는 것이 전형적인데, 전류가 흐르는 이 권선은 만일 이 도체 물질이 초전도성이 아니라면 저항 손실을 갖는다. 이 저항 손실(소위 I2R 손실)은 도체를 가열시킨다. 전기 기계의 연속 정격은 일반적으로 권선의 절연 물질의 온도 한계에 따라 결정된다. 대개 이 온도 한계는, 예컨대 F 등급(145℃), H 등급(180℃) 등의 국제적으로 인정된 값과 일치하며, 전문 설계자는 선택된 한계 미만으로 권선의 온도를 유지하도록 I2R 손실을 제거하는 문제에 전념하게 된다.
양호한 전기 절연과 양호한 전열을 제공하는 요건은 일반적으로 상충하기 때문에, 상기 문제는 더욱 곤란해진다. 일반적으로, 권선 도체는 절연 에나멜로 피복되며, 완성된 권선 조립체에는 대개 밀봉 바니시(varnish)를 함침시킨다. 이러한 조치는 권선의 전기 절연이 고품질인 것을 보증하는 데 기여한다. 그러나, 대부분의 양호한 전기 절연체는 또한 양호한 열 절연체이므로, 이러한 물질을 사용하면 대개 I2R 손실 때문에 권선으로부터 상기 I2R 손실이 소산되는 히트 싱크까지 열전도성이 높은 통로를 제공하는 것이 더욱 곤란해진다.
열을 제거하는 문제는 단일 치형부에 코일이 걸쳐있는 권선을 구비하는 전기 기계, 예컨대 무브러쉬형 DC 기계, 스위치드 릴럭턴스 기계에서 더욱 심하다. 통상의 분포 권선의 코일은 대개 비교적 많은 수의 슬롯에 걸쳐 분산되어 있으며 고정자 라미네이션의 철과 보다 밀접하게 접촉하지만, 돌극기(salient pole machine)의 쇼트 피치 권선(short-pitched windings)은 대개 코일의 2개의 측면에서만 고정자와 접촉하여 더 작은 단면적의 열제거 통로로 이어진다.
권선 내의 열소산 통로의 효율을 향상시키는 여러 가지 방법들이 공지되어 있다. 예컨대, 밀봉 바니시의 피복을 때때로 매우 두껍게 형성하여, 권선 둘레의 에어 포킷을 사실상 모두 제거하며 상기 바니시를 통과하는 열 통로를 제공한다. 이는 열전달을 향상시키지만, 건강 및 안전의 위해 요인이 되는 합성물의 사용을 포함하는, 대체로 지저분하고 시간이 많이 걸리는 공정이다.
또한, 액체 냉각이 제안되었다. 액체의 유량은 이 액체를 권선에 비해 비교적 낮은 온도로 유지하도록 설정될 수 있으며, 이에 따른 열 구배(heat gradient)로 인하여 권선으로부터의 열전달율이 높아진다. 고정자 코어를 둘러싸는 워터 재킷(water jacket)에 의한 냉각은 공지되어 있다. 이는 대개 기계가 그 직경에 비해 비교적 긴 경우 유용한데, 다시 말해서 길이/직경의 비가 줄어들수록 이 방법은 점점 더 불만족스럽게 되어, 대안적인 시스템 예컨대 코어 및/또는 권선의 영역으로 도입되는 냉각제 파이프가 사용된다. 이를 구현하기 위한 다양한 시도가 행해져 왔는데, 예컨대 권선의 돌출부 둘레에 또는 코어 자체를 관통하여 냉각제 파이프를 설치하는 것이 그것이다. 도 1은 각각 코일(16)에 둘러싸인 6개의 자극(14)을 구비하는 돌극 타입의 종래의 적층 고정자의 배열을 보여준다. 고정자 내에서 회전하도록 설치된 회전자(15)는 4개의 돌극(11)을 구비한다. 고정자의 코일은 돌출 영역(17)과 코일 측면(19)을 구비한다. 고정자 코어(12)의 단부와, 라미네이션의 평면, 그리고 권선의 돌출부(17) 부근에, 그리고 이 돌출부를 포위하여 냉각제 파이프(10)가 배치된다. 일반적으로, 이들 파이프는 권선의 돌출부로 포위되지만, 이러한 경우에도 고정자의 권선 및 슬롯 부분과 냉각제 사이에 양호한 열 통로가 존재하지 않는데, 그 이유는 최상의 밀봉 수지라 할지라도 비교적 높은 열 저항을 갖기 때문이다.
다른 제안된 방법은 권선 도체 자체를 통과하는 액체 냉각제를 사용하는 것이다. 이 기술은 수 메가와트 범위의 대형 기계에 더욱 적당하며, 이 기계에서 개개의 도체를 유체 밀봉과 전기 절연시키는 데 필요한 고비용의 복잡한 장치는 기계의 작동비가 크게 절감되는 것으로 상쇄된다. 예컨대, 페레이라(Ferreira)에게 허여된 미국 특허 제5,489,810호에 설명된 바와 같은 매우 특수한 용례에서 보다 작은 기계용으로도 상기 기술이 제안되었지만, 그 복잡성을 정당화시킬 정도로 비용을 줄이는 데는 실패했다.
권선 도체가 놓이는 슬롯을 따라 있는 통로를 통해 냉각제를 통과시키는 것이 명백히 더 간단한 방법일 것이다. 이는 소베르그(Sjoberg)의 국제 출원 공개 공보 제WO 00/01053호에서 논의되어 있다. 이 방법은 권선으로부터 냉각제까지 열 통로가 짧다는 잇점이 있지만, 냉각제 파이프(대체로 전열성도 낮음)가 전기적으로 비전도성인 것을 필요로 하고 복수 개의 파이프를 한정된 구역에서 확실히 누설되지 않게 냉각제 매니폴드에 연결해야 한다. 도 2는 삼각형 냉각 파이프(18)를 구비한 종래의 구조를 간략하게 보여준다.
도 1은 종래의 액체 냉각식 고정자를 보여주고,
도 2는 냉각 핀을 구비한 종래의 스위치드 릴럭턴스 기계를 보여주며,
도 3은 본 발명에 따라 부분적으로 조립된 고정자를 보여주고,
도 4는 도 3에 도시된 고정자의 완전히 조립된 모습을 보여주며,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 3 및 도 4에 도시된 고정자의 전열(傳熱) 인서트를 보여주고,
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 도 3 및 도 4에 도시된 고정자의 다른 전열 인서트를 보여주며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 기계용 엔드 실드(end shield)를 보여주고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기 기계용 고정자 조립체를 보여주며,
도 9는 본 발명에 따른 전열 인서트의 다른 실시예를 보여준다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 고정자 본체
22 : 외측 철부
24 : 고정자 자극
26 : 권선
28 : 권선 인서트
30 : 자극 인서트
28, 38 : 리세스
36 : 가로편
42 : 권선 돌출부
10, 56 : 냉각 파이프
70 : 엔드 실드
본 발명에 따르면 기계의 소정의 부재에 설치되는 권선과, 이 권선에 전열 접촉을 하는 제1 부분과 상기 부재의 열소산부와 접촉하는 제2 부분을 구비하는 하나 이상의 예비 형성된 전열 인서트를 포함하는 전기 기계가 마련된다.
상기 부재는 전기 기계의 고정자일 수 있으며, 이 고정자에는 권선(들)이 권취되어 고정자 자극을 여자(勵磁)시킨다. 선택적으로, 상기 부재는 회전식 기계의 회전자 등과 같은 전기 기계의 가동부일 수 있으며, 이 가동부에는 권선(들)이 설치된다.
예컨대, 고정자는 외측 철부(back iron)를 형성하는 고정자 본체의 외주부둘레에 배열된 하나 이상의 냉각 파이프를 사용하면, 고정자를 적극적으로 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 인서트의 제2 부분은 파이프(들)와 전열 접촉하도록 형성된다. 선택적으로, 상기 제2 부분은 인서트에 의해 권선으로부터 인출되는 열을 소산시키도록 고정자 본체 자체와 접촉할 수도 있다.
인서트의 한 가지 형태는 권선의 인접한 코일 사이의 공간을 채우도록 형성된 제1 부분을 구비한다. 상기 공간이 테이퍼져 있는 기계에서는, 제1 부분은 상기 테이퍼부에 끼워 맞춰지도록 쐐기형인 것이 바람직하다.
다른 형태에서, 인서트는 고정자 자극의 축선 방향 단부에 놓이도록 형성된 제1 부분을 구비하고, 권선과 자극 자체 모두로부터 전열시키기 위한 밀접한 접촉이 존재하도록 상기 제1 부분 위에 권선이 배치된다. 고정자에서, 외측 철부의 표면은 대개 자극 단부의 표면과 접해 있다. 따라서, 이러한 타입의 인서트는 자극 단부 및 외측 철부와 인접 접촉하는 평탄한 표면을 구비한다.
냉각 파이프가 사용될 때, 인서트의 제2 부분은 이 파이프 섹션과 일치하는 리세스를 형성하도록 성형될 수 있다. 복수 개의 인서트가 존재하는 경우, 이들은 제2 부분에 의해 연결되거나 또는 실질적으로 연속인 파이프용 채널을 형성하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 한 가지 특정한 형태에서는 외측 철부와; 이 외측 철부로부터 연장하는 복수 개의 자극으로서, 서로 인접한 자극 측면과, 이들 자극 측면 사이의 자극 전면 및 자극 단부를 구비하는 복수 개의 자극과; 상기 자극 단부에서 권선 돌출부를 형성하도록 상기 자극 둘레에서 연장하는 권선과; 이 권선 돌출부와 전열접촉을 하는 상태로 끼워 맞춰지도록 형성된 제1 부분과, 열소산부와 전열 접촉을 하며 상기 제1 부분에 대해 가로편(cross-piece)으로서 배열되는 제2 부분을 구비하는 예비 형성된 전열 인서트가 형성되어 있는 전기 기계용 고정자가 제공된다.
본 발명의 다른 특정한 형태에서는 외측 철부와; 이 외측 철부로부터 연장하는 복수 개의 자극과; 이들 자극 사이에 공간을 형성하도록 자극과 관련하여 배열된 권선과; 상기 공간에서 권선과 전열 접촉을 하는 상태로 끼워 맞춰지도록 형성된 제1 부분과, 열소산부와 전열 접촉을 하며 상기 제1 부분에 대해 가로편으로서 배열되는 제2 부분을 구비하는 예비 형성된 전열 인서트가 형성되어 있는 전기 기계용 고정자가 제공된다.
본 발명은 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 그 중 일부를 첨부 도면을 참조로 하여 설명하겠다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 릴럭턴스 기계용 고정자는 적절하게 자화될 수 있는 강철 라미네이션 더미로 제조된 고정자 본체(20)를 포함한다. 이 고정자 본체는 외측 철부(22)와 반경 방향 내측으로 돌출하는 한 세트의 고정자 자극(24)을 포함한다. 각 별개의 자극(24) 둘레에는 여자 권선(26)이 배열된다. 이들 권선을 여자 가능한 그룹으로 연결시킴으로써, 그룹의 수에 따라 복수 개의 위상을 갖는 고정자가 형성된다. 상기 권선을 그룹으로 연결하는 것은 구성되는 모터의 타입에 따라 결정될 것이다. 다양한 위상의 수와 관련하여 사용될 수 있는 회전자의 선택사항 및 타입은 당업자에게 잘 공지되어 있으며 본원에서는 상세히 설명하지 않겠다.
고정자는 권선 인서트(28)와 자극 인서트(30)를 포함한다. 권선 인서트(28)는 도 5에 더 상세히 도시되어 있고, 제1 부분(32)을 구비하며, 이 제1 부분은 고정자 자극(24)들 사이에 있어서 외측 철부(22) 표면의 반경 방향 내측에서 인접한 권선 사이에 있는 삼각형 간극과 일치하는 거의 삼각형인 측방향 기둥 섹션을 구비한다. 권선 인서트(28)의 제2 부분(34)은 제1 부분의 일단부에 형성된 가로편(36)을 포함한다. 이 가로편(36)은 제1 부분(32)의 단부로부터 반경 방향 외측으로 오프셋되어, 고정자(20)의 외측 철부(22)에 면한다. 이 가로편(36)은 인접한 외측 철부(22)의 반경에 있어서의 원호와 일치하는 원호를 그 길이를 따라 나타낸다. 가로편의 측방향 섹션에는 리세스(28)가 형성되며, 특정 실시예에서 이 리세스는 반원형이다. 권선 인서트의 주 기능은 권선의 코일 측면에서 발생된 열을 고정자 자극 사이의 공간으로부터 보다 용이하게 열이 소산될 수 있는 영역으로 인출하는 것이다.
자극 인서트(30)는 도 6에 보다 상세히 도시되어 있고, 제1 설형부(37)를 포함하며, 이 설형부는 자극의 단부면과 권선(26)의 돌출부(42) 사이에 있도록, 고정자 자극(24)의 축선 방향 단부(40)에 안착한다. 이 설형부(37)의 내측 표면(44)은 고정자 자극 단부(40)의 평탄한 표면과 일치하게 평탄하다. 설형부(37)의 다른 외측 표면(46)은 중앙의 평탄한 구역과, 평탄한 내측 표면 및 외측 표면 사이에 있는 둥글게 된 모서리를 구비한다. 권선 인서트(28)와 같이, 자극 인서트(30) 중 설형부(37)의 외측 표면(46)은 권선의 인접한 표면과 일치하게 형성되어, 자극 단부(40)의 표면과 설형부(37)가 평탄하게 결합함으로써 열교환 역시 장려되는 것과 동일한 방식으로 권선으로부터의 열교환이 최대화된다. 또한, 자극 인서트(30)의 제2 부분(48)은 설형부의 내측 표면과 동일 평면 상에 있는 평탄한 표면(50)을 구비하는 가로편으로서 형성되어, 고정자 자극과 고정자 본체 모두를 형성하는 고정자의 외측 라미네이션의 평탄한 표면과 인접 접촉하게 배열된다. 가로편(48)의 외측 표면(52)에는 권선 인서트(28)의 가로편(36)의 리세스(38)에서 설명된 직경과 일치하는 아치형 리세스가 형성된다. 제2 부분 상의 플랜지(53)가 상기 제1 부분(37)과의 접합부에서 연장하여, 돌출부(42)의 인접한 표면과 전열 접촉을 한다. 자극 인서트의 주 기능은 열을 권선 돌출부로부터 인출하고 열이 소산될 다른 영역으로 전달하는 것이다.
먼저 자극 인서트(30)를 고정자에 조립하는 경우, 각 자극 인서트는 자극 단부 상에 배열되고, 그 후 그 둘레에 권선(26)이 견고하게 배치되어, 자극 단부(40)와 설형부(37)와의 사이에 인접한 전열 접촉이 존재하는 것과 또한 권선(26)이 설형부(37)의 외측 형상에 일치하게 되는 것을 보증한다. 이는 통상의 단부품 라미네이션으로 형성된 고정자 코어 상에서 행해질 수도 있다. 그러나, 이는 각각 단 하나의 자극과, 인접한 외측 철부를 형성하는 라미네이션 세그먼트들이 하나의 유닛으로 형성되고, 이들 세그먼트가 상호 연결되어 고정자 조립체를 형성하기 이전에 권취되는 것인 분할형 고정자에서 특히 적당하다. 이러한 구성은, 예컨대 EP-A-0823771호에 개시되어 있다. 자극 인서트를 고정자 세그먼트의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 배치하고 그 위에 코일을 견고하게 권취하여, 냉각제 파이프에 대한 열 전달 통로에서 매우 낮은 열 저항이 달성된다. 고정자의 권선이 완성된 후, 자극 인서트의 가로편에 있는 원형 리세스에 냉각제 파이프(들)(56)가 배열된다. 자극 인서트의 가로편을 배열함으로써 냉각제 파이프와 접촉하는 실질적으로 연속인 채널이 마련된다는 것을 도 3에서 볼 수 있다.
권선 인서트(28)의 제1 부분(32)은 고정자의 인접한 권선(26) 사이에 끼워 맞춰지도록 대개 쐐기형이다. 이 실시예에서, 이 권선 인서트의 주 기능은 슬롯의 코일 측면으로부터 열을 인출하여 냉각제 파이프 또는 고정자 본체로 보내는 것이다. 이 권선 인서트(28)는 권선이 완료되고 냉각제 파이프(56)가 단독으로 고정자 본체에 조립되거나 또는 자극 인서트(30)에 마련된 리세스에 조립된 후에 고정자에 조립된다. 일반적으로, 각 권선 인서트의 제1 부분은 인접한 권선 사이에 있는 간극과 일치하게 형성된다. 그러나, 이들 권선 인서트는, 권선과 충분히 전열 접촉을 하는 것을 보장하고, 코일의 측면을 자극 측면에 대해 압박하여 추가적으로 열의 인출을 돕도록 상기 공간에 꼭 끼워 맞추어져야 한다. 도 4에 도시된 일련의 권선 인서트의 가로편은 자극 인서트의 가로편에 있는 연속 채널에 냉각 파이프를 클램핑한다.
고정자의 축선 방향 양쪽 단부에 냉각 파이프가 마련될 수 있다. 이 경우, 권선 인서트는 고정자의 축선 방향 범위의 대략 절반을 따라 코일의 측면과 접촉하는 것이 바람직하다. 단지 하나의 냉각 파이프가 마련된다면, 각 권선 인서트의 제1 부분의 접촉 길이는 고정자의 축선 방향 범위의 비록 전부는 아니더라도 대부분으로 연장하는 것이 바람직하다. 1개 또는 2개의 냉각 파이프를 사용하는 경우, 그 파이프 또는 각각은 종래와 같이 적절한 냉각 수단에 연결된다. 도 4는 가요성호스가 통상의 방식으로 부착되는 연결부(58, 60)에서 종결되는 냉각 파이프(56)를 보여준다.
상응하게 예비 형성된 인서트가 회전자의 권선과 관련하여 배열될 수 있으며, 여기에서 상기 회전자는 전기 기계에 포함된다. 전기 기계의 고정자와 관련하여 전술한 원리들이 준용되어 상기 회전자에 적용된다.
인서트 및 냉각 파이프(존재하는 경우)가 고정자에 조립될 때, 권선에는 통상의 방식으로 수지가 함침될 수 있다. 이러한 최종 함침은 인서트를 권선과 파이프에 더욱 접착시켜 열 전달을 더욱 조장한다.
인서트는 전열성이 높은 통로를 제공하며, 이로써 파이프에 의해 제공되는 냉각 시스템의 효율이 향상되어 열을 권선으로부터 소정 재료의 인서트를 통해 직접 인출한다. 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 자극 인서트는 그 리세스에 의해 연속적인 채널을 형성하는 반면, 권선 인서트의 가로편은 간헐적으로 존재한다. 이들은 가로편의 폭에 따라 연속적이거나 간헐적일 수 있다고 이해될 것이다. 추가의 전열을 위해, 가로편은 클램핑 되거나 또는 그렇지 않다면 고정자에 고정되어 이들 사이를 확실히 밀접하게 접촉시킬 수 있다.
변형예에서, 인서트의 열 교환 작용은 냉각 파이프에 의해 제공되는 추가의 능동 냉각 없이, 권선 및 소정 재료의 고정자 본체와 인서트가 전열 접촉을 함으로써 수행된다. 이 경우, 인서트의 가로편에는 파이프 통로용 리세스가 형성될 필요가 없다.
본 발명은 이전보다 더욱 효율적인 방법으로 권선을 히트 싱크에 열적으로결합시키는 열전도성 부재를 제공한다. 알루미늄, 구리, 마그네슘, 강, 청동 또는 충분한 전열성을 갖는 그 밖의 물질 등과 같은 적절한 금속으로 예비 형성된 인서트를 사용함으로써, 열은 권선으로부터 냉각 파이프 또는 고정자 본체 자체 등과 같은 고정자의 열소산부로 보다 효율적으로 인출된다. 금속 인서트가 개시되어 있지만, 열적으로 적절하게 안정한 타입의 성형된 플라스틱 인서트도 또한 가능하다면 사용되어, 적절한 금속 등과 같은 전열 분말 또는 입자가 함침된다.
열전도성 부재를 형성하는 2가지 형태의 인서트가 함께 또는 개별적으로 사용될 수 있다. 이들이 개별적으로 사용되는 경우, 이들 인서트는 교대로 냉각 파이프용 상부 가이드와 하부 가이드를 제공하도록 배열될 수 있으며, 또는 모두 동일한 방향을 향해 배열된 일련의 리세스에 냉각 파이프가 고정되도록 배열될 수 있다. 그러나, 2개의 상이한 타입의 인서트를 교대로 배열함으로써, 서로 개재하는 중첩 배열에 의해 열소산용 고정자 본체 또는 냉각 파이프와 최대로 접촉하게 된다.
고정자 권선의 절연이 인서트의 사용에 의해 손상되지 않는 것을 보장하도록, 인서트에는 절연 물질이 피복될 수 있다.
고정자가 분할형이 아닌 경우, 권선 인서트 및/또는 자극 인서트는 그 가로편에 의해 단일 유닛으로서 함께 결합되어 고정자에 동시에 배열된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 권선 인서트는 전기 기계의 하나 이상의 엔드 실드로부터 돌출하는 한 세트의 돌출부로서 형성될 수 있다. 도 7에서, 한 세트의 인서트는 전기 기계의 단부를 폐쇄하고 회전자용 베어링을 설치하는 데 사용되는 성형품의 일체형부품이다. 엔드 실드(70)는 12개의 인서트(76)를 포함하며, 이 인서트는 이미 도 3 및 도 4에서 권선 인서트(28)와 관련하여 보여준 바와 같이 코일의 측면에 하향 끼워 맞춰진다. 이들 인서트는 베이스판(72)으로부터 돌출하며, 이 베이스 판은 또한 베어링 하우징(74)을 구비한다. 이 실시예에서, 베이스 판(72)은 인서트(76)에 의해 권선으로부터 전달된 열을 소산시키는 히트 싱크로서 작용한다.
또 다른 실시예에서, 자극 인서트는 적층 고정자의 코어를 둘러싸는 프레임과 열 접촉하고 있을 수 있다. 이 프레임에는 그 열소산성을 향상시키기 위해 핀(fin)이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 6-극 고정자(80)를 구비한 기계의 부분 단면을 도시하는 도 8에 도시되어 있다. 이 단면은 권선 돌출부 아래에서 그리고 자극 인서트를 관통하여 취한 것이다. 자극 인서트(82)의 외측 단부는 고정자 코어를 둘러싸는 프레임(84)의 내측에 끼워 맞춰지도록 형성된다. 이 실시예에서, 자극 인서트는 열을 권선으로부터 프레임으로 전달하고, 이 프레임에서 열이 소산된다.
인서트와 권선 사이에 양호한 열 접촉이 있는 경우 본 발명의 모든 잇점을 얻게 되지만, 인서트 존재의 전반적인 효과는 보다 낮은 열 임피던스를 제공하는 것이므로 열 접촉이 비교적 취약한 경우에도 약간의 이득이 있을 것이라고 이해될 것이다. 따라서, 차선(次善)의 길이 또는 형상을 갖는 인서트를 사용하는 것도 역시 유익할 것이라는 것을 알게될 것이다.
인서트가 전기 전도성 물질로 제조된다면, 고주파수에서 권선이 여자될 때 인서트에 흐르는 와전류로 인하여 추가의 손실이 인서트에서 유발되는 것이 염려될것이다. 이 와전류는 통상의 전자기적 관행에 따라, 예컨대 도 6에 도시된 슬릿(39)과 같이 슬릿을 인서트의 적당한 구역에 포함시킴으로써 감소될 수 있다.
인서트를 권선으로부터 절연시키는 것에 있어서 임의의 곤란한 점을 피하기 위해 인서트의 외형에 다른 특징부를 추가할 수 있다. 예컨대, 거의 U자형으로 접혀진 절연 시트 재료를 사용하여, 코일을 자극으로부터 절연시키도록 이들 자극 사이의 간극 둘레에 슬롯 라이너(slot liner)를 제공하는 것은 당업계에 잘 공지되어 있다. 이 재료가 2개의 평면으로 구부러지도록 힘을 받을 때 균열이 생길 수 있는 곳인 고정자의 단부에 있는 U자형부의 코너부가 문제의 영역이 된다는 것은 잘 알려져 있다. 이 문제가 악화되는 것을 피하고 정말로 이 문제를 부분적으로 개선하기 위하여, 자극 인서트의 외형에 특징부가 추가될 수 있다. 예컨대, 도 9는 고정자에 권선을 조립하는 중에 슬롯 라이너가 좀 더 쉽게 구부러질 수 있도록 자극 인서트에 추가되는 노치(90)를 보여준다.
본 발명은 고정자의 외측에 회전자가 배열되는 역배치된 기계와 선형 기계에 동일하게 적용 가능하다. 모터 또는 발전기로서 작동되는 기계에 대해서도 동일하게 적용된다.
본 발명을 벗어나지 않는 변형예 및 수정예가 만들어질 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예의 설명은 한정을 위한 것이 아니라 예로서 기술된 것이다. 본 발명은 이하의 청구 범위의 정신 및 범위에 의해서만 한정되도록 되어 있다.
본 발명에 따르면 이전보다 더욱 효율적인 방법으로 권선을 히트 싱크에 열적으로 결합시키는 열 전달 부재가 마련되어 열이 권선으로부터 냉각 파이프 또는 고정자의 열소산부로 보다 효율적으로 인출된다.

Claims (20)

  1. 본체와; 이 본체에 설치되는 하나 이상의 전기 권선과; 이 권선과 전열 접촉을 하는 제1 부분과, 상기 본체의 열소산부와 전열 접촉을 하는 제2 부분을 구비하는 하나 이상의 예비 형성된 전열 인서트를 포함하는 전기 기계용 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 고정자 본체의 열소산부의 표면과 일치하는 표면을 구비하는 것인 전기 기계용 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 본체의 열소산부는 냉각 파이프를 포함하는 것인 전기 기계용 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 인서트의 둘레에 냉각 파이프용 리세스를 형성하는 것인 전기 기계용 부재.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체의 열소산부는 외측 철부를 포함하는 것인 전기 기계용 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체의 열소산부는 하나 이상의 전기 권선을 지지하는 라미네이션을 둘러싸는 프레임을 포함하는 것인 전기 기계용 부재.
  7. 제5항에 있어서, 상기 본체는 하나의 전기 권선에 의해 각각 둘러싸이는 자극을 형성하여, 자극 측면을 따라서는 권선의 측면이 형성되고 자극 단부에는 권선 돌출부가 형성되며, 상기 인서트는 하나 이상의 자극 단부와 각각의 돌출부와의 사이에 배열되는 것인 전기 기계용 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인서트에는 상기 권선의 돌출부와 접촉하는 플랜지가 상기 제1 부분과 제2 부분 사이에 형성되는 것인 전기 기계용 부재.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 인서트는 양쪽 자극 단부에 배열되는 것인 전기 기계용 부재.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 인접한 권선의 사이에 본체의 단부로부터 끼워 맞춰지도록 형성되는 것인 전기 기계용 부재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 본체는 원형이며 제1 부분은 쐐기형인 것인 전기 기계용 부재.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 인서트는 양쪽 본체 단부에 배열되는 것인 전기 기계용 부재.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부분이 연결되어 있는 복수 개의 인서트를 포함하는 것인 전기 기계용 부재.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인서트는 금속으로 제조되는 것인 전기 기계용 부재.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자로서 배열되는 것인 전기 기계용 부재.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 회전자로서 배열되는 것인 전기 기계용 부재.
  17. 제15항에서 청구된 바와 같은 고정자를 포함하는 것인 모터.
  18. 제16항에서 청구된 바와 같은 회전자를 포함하는 것인 모터.
  19. 외측 철부와; 이 외측 철부로부터 연장하는 복수 개의 자극과; 이 자극 사이에 공간을 형성하도록 자극과 관련하여 배열되는 권선; 그리고 상기 공간에서 상기 권선과 전열 접촉을 하는 상태로 끼워 맞춰지도록 형성된 제1 부분과, 열소산부와전열 접촉을 하며 제1 부분에 대해 가로편으로서 배열되는 제2 부분을 구비하는 예비 형성된 전열 인서트가 형성되어 있는 전기 기계용 고정자.
  20. 외측 철부와; 이 외측 철부로부터 연장하는 복수 개의 자극으로서, 서로 인접하는 자극 측면과, 이 자극 측면 사이에 있는 자극 전면 및 자극 단부를 구비하는 복수 개의 자극과; 상기 자극 단부에서 권선 돌출부를 형성하도록 상기 자극 둘레에 존재하는 권선과; 상기 권선 돌출부와 전열 접촉을 하는 상태로 끼워 맞춰지도록 형성된 제1 부분과, 열소산부와 전열 접촉을 하며 상기 제1 부분에 대해 가로편으로서 배열되는 제2 부분을 구비하는 예비 형성된 전열 인서트가 형성되어 있는 전기 기계용 고정자.
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