KR20030081495A - 전기 기계의 조립체 및 전기 기계 - Google Patents

전기 기계의 조립체 및 전기 기계 Download PDF

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KR20030081495A
KR20030081495A KR10-2003-7011614A KR20037011614A KR20030081495A KR 20030081495 A KR20030081495 A KR 20030081495A KR 20037011614 A KR20037011614 A KR 20037011614A KR 20030081495 A KR20030081495 A KR 20030081495A
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컴팩트 다이나믹스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 기계의 조립체에 관한 것으로, 서로에 인접하게 배치되고 원-환형 또는 원형 디스크 형상을 갖는 적어도 2개의 시트 금속층을 포함한다. 각각의 시트 금속층은 중심축 둘레에 원심원적으로 배치된 몇 개의 원-환형 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속 세그먼트로 이루어져 있고, 상기 세그먼트중의 2개는 접속 조인트를 형성하기 위해 함께 각각 인접하고 반경 방향으로의 소정의 최소 단면적을 각각 갖는다. 인접하게 배치된 시트 금속층의 시트 금속 세그먼트는 부분적으로 서로 중첩되어 주위 표면을 따라 배치된 용접 조인트의 도움으로 접속된다. 시트 금속층의 2개의 시트 금속 세그먼트의 접속 조인트와 인접한 시트 금속층의 2개의 시트 금속 세그먼트의 접속 조인트 사이의 용접 조인트는 용접 조인트의 효율적인 표면의 합이 시트 금속 세그먼트의 소정의 최소 단면적과 적어도 대략 동일하게 선택된다.

Description

전기 기계의 조립체 및 전기 기계{SUBASSEMBLY OF AN ELECTRICAL MACHINE AND ELECTRICAL MACHINE WITH ONE SUCH SUBASSEMBLY}
본 명세서에서 사용된 용어 "전기 기계의 조립체"는 내부 또는 외부 회전자 기계의 형태로 전기 기계의 고정자 및 회전자 양자를 언급한다. 본 명세서의 전기 기계는 전기 모터뿐만 아니라 발전기일 수 있다. 본 발명은 특히 모든 유형의 회전식 기계(동기식, 비동기식, 자기 저항식, 영구 장 기계 등)에 적용된다.
기술의 상황에 있어서, 다른 상태로 발생하는 와전류(eddy current) 때문에, 적층물의 기계(특히, 교류전류 기계)의 자기식의 도전성 부품을 구성하는 것이 공지되어 있다. 코어 조립체에 대하여, 전형적으로 발전기 시트 금속(열간 압연 전기 우수성 시트)의 0.35mm 내지 1.5mm 사이의 두께를 갖는 단면 또는 양면 절연된 시트 패널은 대응적으로 형성된 스트립으로 절단된다. 이러한 스트립으로부터, 각각의 리세스를 갖는 고정자 및 회전자 적층물이 천공되어, 이에 의해 가능한 한 작은 스트립으로 제조하는데 목적이 있다. 이러한 방식으로 제조된 고정자 및 회전자 적층물은 서로 적층되어 적층된 코어에 압력하에서 결합되며, 이 내에 별개의 적층물의 리세스가 이후에 설치될 고정자 또는 회전자 권선용 요홈부를 형성한다.
회전자 또는 고정자의 별개의 시트 금속층이 일체식 부품(소위, 둥근 플레이트)으로 제조된 경우에는, 천공 스크랩이 많다. 천공 스크랩을 감소시키기 위해, 환형 세그먼트(예컨대, 30°)만이 제조되어 8 내지 10mm 높이로 패킷(packet)을 이루며, 환형으로 측방향으로 중첩되도록 서로상에 적층된다. 이러한 적층된 코어의 별개의 시트 금속층 또는 중첩식 코어가 서로 분리되는 것을 방지하기 위해, 관통 조인트, 합성 수지, 리벳 등에 의하여 고정될 수 있다. 그러나, 이러한 방식으로 제조된 회전자는 반경 방향으로의 강도가 매우 높지 않기 때문에 제한된 최대의 속도를 갖는다. 관련적으로, 이러한 방식으로 제조된 고정자의 고유 진동수는 비교적 낮아 감쇠 경비를 증가시킨다.
독일 특허 공개 공보 제 36 09 368 A1 호로부터, 천공된 자기 시트 금속으로부터 코어를 형성함으로써 전기 기계의 자기 회로를 제조하는 것이 공지되어 있다. 코어는 시트를 중첩함으로써 형성된다. 별개의 코어를 접속시키기 위해, 제 1 실시예에 있어서는 서로를 향해 대면하는 그 영역에서 커넥터 러그(connector lug) 및 대응적으로 형성된 커넥터 리세스(connector recess)를 포함한다. 커넥터 러그 및 커넥터 리세스는 서로의 내로 단순히 미끄럼운동을 함으로써 코어를 결합하도록 설계된다. 별개의 코어의 중첩된 자기 시트는 수직방향 라인을 따라 용접됨으로써 결합된다. 이러한 용접은 콤팩트한 배치에 있어서 함께 별개의 코어를 고정하는기능을 한다. 제 2 실시예에 있어서, 서로상에 놓인 자기 시트는 수직방향 라인을 따라 인접한 코어의 자기 시트에 용접되어 고정자의 자기 회로를 형성한다.
독일 특허 공개 공보 제 11 40 638 호로부터, 시트 금속 세그먼트의 몇 개의 시트 금속층이 층을 이루고, 몇 개의 층이 회전자의 코어 높이를 이루는 전기 기계의 회전자를 접속하는 것이 공지되어 있다. 시트 금속 세그먼트내의 구멍을 통해 삽입된 볼트에 의해 연결부가 제조된다. 시트 금속 세그먼트의 접합 영역은 시트 금속층으로부터 하나의 구멍 거리 또는 이러한 거리의 일체형 다단자에 의해 시트 금속층으로 엇갈리게 배치된다. 본 공개 공보는 시트 금속 세그먼트를 중첩하는 구멍내의 볼트의 사용으로부터 생기는 상세한 강도 문제를 논의하고 있다.
독일 특허 제 974 711 호로부터, 원심력에 의해 야기된 접선력(tangential force)의 전달을 위한 중첩 위치에서 요구된 체인식 볼트 대신에 접착 조인트를 이용하는 것이 공지되어 있다.
독일 특허 공개 공보 제 692 04 322 T2 호(독일 특허 제 0500 457 호)로부터, 한 스택의 층으로서, 적어도 2개의 부분적 원형-호형의 시트 금속 요소로 이루어진 각각의 층을 제조하는 것이 공지되어 있다. 이러한 시트 금속 요소는 3개의 교대로 배향된 열장이음에 의해 인접한 측부에서 서로 결합된다. 별개의 층은 시트 금속 요소가 부분적으로 중첩되도록 적층된다.
독일 특허 제 1 961 941 B 호로부터, 엇갈리게 배치된 링 세그먼트를 갖는 발전기 기계가 공지되어 있으며, 별개의 세그먼트는 다수의 동일 이격된 열장이음식 톱니를 갖는 반경 방향으로의 외주 영역에 제공된다. 이러한 반경 방향으로의외측 열장이음식 톱니에 자계 극(field pole)이 배치된다. 부수적으로, 이러한 배치의 링 세그먼트가 또한 구조체를 함께 유지하는 관통 볼트용 구멍을 구비한다.
독일 특허 공개 공보 제 100 28 097 A1 호는 바아(bar) 및 링과 함께 캐스트 합성체를 형성하는 전기자를 포함하는 전기 모터용 회전자를 개시하고 있다. 회전자의 제조에 있어서, 시트 금속 적층물은 적층된 코어에 결합되고, 적층된 코어내의 인접한 적층물은 스폿 용접(spot welding)에 의해 결합된다. 이러한 방식으로, 축방향으로 연장되는 스폿 용접점이 생긴다. 그 다음, 전기자의 2개의 직경으로 대향된 외측부에서 하나의 밴디지(bandage)가 각각 적용된다. 시트 금속 적층물은 원형을 갖는다.
공지된 전기 기계용 조립체에 대한 처음에 기술된 한정 사항 및 결점으로부터, 두드러지게 보다 경제적이고 고속 또는 낮은 고유 진동수를 갖는 전기 기계에서 사용되게 하기 위하여, 본 발명은 그 제조의 점에서 보면 이러한 조립체를 기초적으로 변경하는 문제점에 근거한다.
발명의 요약
이러한 문제점의 고안적인 해결책은, 적어도 2개의 인접하는 원형 링 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속층을 갖는 전기 기계의 조립체로서, 각각의 상기 시트 금속층은 몇 개의 원형 링 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속 세그먼트에 의해 형성되며, 상기 시트 금속 세그먼트는 중심축을 중심으로 동심원으로 배치되고, 이 세그먼트중 2개 각각은 접속 조인트의 형성하에서 접하며, 상기 세그먼트는 반경방향으로 소정의 최소 단면적을 포함하며, 상기 인접하는 시트 금속층의 시트 금속세그먼트는 원주방향으로 부분적으로 서로 중첩되며, 상기 인접하는 시트 금속층의 시트 금속 세그먼트는 원주 영역을 따라서 배치된 용접점에 의해 결합되며, 상기 시트 금속층의 2개 시트 금속 세그먼트의 접속 조인트와, 이웃하는 시트 금속층의 2개 시트 금속 세그먼트의 이웃하는 접속 조인트 사이의 용접점의 개수는, 이러한 용접점의 유효 영역의 합이 상기 시트 금속 세그먼트의 소정의 최소 단면적과 적어도 대략 동일하게 되는 방식으로 계산되는, 상기 전기 기계의 조립체에 있다.
이러한 완전히 신규의 디자인인 전기 기계 또는 그의 조립체는, 25% 정도의 천공 스크랩 및 제조 비용의 감소가 본 발명에 의해 실현될 수 있지만, 실질적으로 일체식 둥근 플레이트로 제조된 조립체(회전자)에 관한 최대 속도 또는 일체식 둥근 플레이트로 제조된 조립체(고정자)에 관한 동등한 고유 진동수가 성취될 수 있다는 점에서 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 원형 링 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속 세그먼트의 접속 조인트가 본질적으로 반경 방향으로 배향된다. 그러나, 시트 금속 세그먼트가 함께 연결 또는 고정될 수 있는 구조체를 갖는 접속 조인트를 함께 형성하는 시트 금속 세그먼트의 에지를 제공함도 가능하다. 이것도 안정성을 제공한다.
용접점은 시트 금속 세그먼트의 외주 및 내주 영역 양자에서 배치될 수 있다.
그러나, 외주 영역에서 몇 개의 용접점 그리고 시트 금속 세그먼트의 내주 영역에서 몇 개의 용접점을 또한 배치 가능하다. 시트 금속 세그먼트의 최소 단면적이 또한 비교적 크도록 내경이 비교적 작고 외경이 비교적 큰 조립체에 특히 적용된다. 이러한 구성체의 별개의 세그먼트가 비교적 작은 경우(예컨대, 30°), 내주 및 외주 양자상의 용접점을 배치함이 필요할 수 있다.
용접점은 본질적으로 원형 또는 타원형으로 제조되는 것이 바람직하며, 레이저 용접에 의해 제조된다.
인접한 시트 금속층의 용접점에 의해 결합된 시트 금속 세그먼트는 20 내지 70%, 바람직하게는 50% 만큼 원주 방향으로 서로 중첩된다. 그러나, 중첩도는 변경 가능하여, 접속 조인트가 원주를 따라 하나의 시트 금속층으로부터 다음으로 엇갈리게 배치되도록 중첩도를 선택 가능하다.
인접한 시트 금속층의 시트 금속 세그먼트의 원주를 따라 용접점의 합이 충분하지 않은 경우, 원주 영역의 영역내에 적어도 부분적으로 용접점에 의하여 시트 금속층의 2개의 인접한 시트 금속 세그먼트의 접속 조인트를 추가적으로 폐쇄하는 것이 가능하다. 이것은 또한 내주 및 외주 영역 양자에서 실행될 수 있다.
도면은 상이한 실시예에서의 본 발명의 세부 사항을 도시하고 있다.
본 발명은 전기 기계의 조립체 뿐만 아니라 이러한 조립체를 갖는 전기 기계에 관한 것이다.
도 1은 제 1 실시예의 평면도에 있어서 인접한 시트 금속층의 시트 금속 세그먼트의 개략도,
도 2는 제 2 실시예의 본 발명에 따른 조립체의 평면도,
도 3은 용접점이 외주상에 배치된 고안적인 조립체를 도시한 도면.
본 발명의 조립체의 도 1에 도시된 섹션은 외부 회전자 기계의 회전자이며, 그러나 명확함을 위해 전기적 세부 사항[다람쥐장(squirrel-cage) 형상의 권선 등]이 생략되어 있다. 조립체는 시트 금속 세그먼트로 형성되어 있다. 하나의 시트 금속층(12)의 형성을 위해, 몇 개의 원형 링 세그먼트 형상의 시트 금속 세그먼트(10)가 서로 인접하게 배치되며, 2개의 시트 금속 세그먼트(10) 각각은 접속 조인트(14)에 인접한다. 요망된 높이로 적층된 다수의 이러한 시트 금속층(12)이 조립체를 이룬다.
시트 금속 세그먼트(10)는 중심축(M)(도 2 참조) 둘레에 동심원적으로 배치되고 원심력에 대해 저항을 주는 각각 반경 방향으로의 소정의 최소 단면적(A)(도 1 참조)을 갖는다. 중첩된 시트 금속층(12)의 시트 금속 세그먼트(10)는 도시된 예에 있어서 약 25% 만큼 원주 방향으로 서로 중첩되고 원주 영역을 따라 분포된 용접점(20)에 의하여 서로 결합된다. 하나의 시트 금속층(12)의 2개의 시트 금속 세그먼트(10)의 하나의 접속 조인트(14')[예에 있어서, 도 1에서의 상부 시트 금속층(12)의 좌측 에지상의 접속 조인트(14)]와 이웃하는 시트 금속층(12)의 2개의 시트 금속 세그먼트(10)의 이웃하는 접속 조인트(14")[예에 있어서, 도 1에서의 하부 시트 금속층(12) 중간의 접속 조인트(14")] 사이의 용접점(20)의 개수는, 이러한 본질적으로 원형의 용접점(20)의 효율적인 면적의 합이 시트 금속 세그먼트의 단면적(A)과 거의 동일하도록 계산된다. 도 1의 중간 상부 접속 조인트(14)에 있어서,상부 시트 금속층(12)의 이웃하는 시트 금속 세그먼트(10)는 또한 내주 영역(16)의 영역내에 용접점(20)에 의하여 폐쇄된다.
도 1에 도시된 예에 있어서, 시트 금속 세그먼트(10)의 접속 조인트(14)는 직선형이고 본질적으로 반경 방향으로 배향된다. 변형예로서, 도 2가 도시되어 있으며, 시트 금속 세그먼트(10)의 반경 방향으로 배향된 접속 조인트(14)는 치형부(14a, 14b)에 의하여 연결될 수 있어서 조립체의 안정성을 또한 증가시킨다.
도 1에 따른 실시예에 있어서, 용접점(20)은 시트 금속 세그먼트(10)의 내주 영역에 배치되고 레이저 용접에 의하여 제조된다.
이하에서, 표 형태로 제공된 계산 예에서 회전자의 실시예를 위한 관련 치수가 취해질 수 있다.
회전자 내경: 150mm
회전자 외경: 180mm
회전자의 시트 금속 두께: 0.35mm
회전자 단면적: 10.5mm2
용접점 반경: 0.17mm
용접점 면적: 0.1mm2
세그먼트 개수: 12
중첩도: 0.5
용접점 개수: 105
용접점 길이: 35.7mm
세그먼트 외측 길이: 94.2mm
세그먼트 내측 길이: 78.5mm
세그먼트 내측 길이 또는 세그먼트 외측 길이와 관련된 이러한 예에서의 용접점(서로 인접하게 배치됨)의 길이에서 알 수 있는 바와 같이 너무 짧아 선택된 중첩도[즉, 시트 금속 세그먼트가 다음 (또는 이전의) 층의 시트 금속 세그먼트를 중첩하는 치수]의 경우 용접점은 내주 및 외주 양자에 배치될 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 별개의 용접점이 본질적으로 원형이고 서로 중첩하지 않음을 가정한다. 그러나, 용접점이 중첩하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 용접점의 효율적인 합은 중첩도의 함수로서 결정된다.
도 3은 외주에 배치된 용접점을 갖는 조립체를 도시한 것이다. 더욱이, 동일 참조 부호는 대응하는 구성 요소를 동일하게 간주한다. 명확성을 위해, 용접점(20)은 몇몇의 장소에서만 도시되어 있다.
더욱이, 도면은 단지 개략적인 도시만을 제공하며, 본 발명의 기능적인 실시예의 실제 치수 및 비율은 그와 상이할 수 있다.

Claims (9)

  1. 적어도 2개의 인접하는 원형 링 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속층(12)을 갖는 전기 기계의 조립체로서, 각각의 상기 시트 금속층(12)은 몇 개의 원형 링 또는 원형 디스크 형상의 시트 금속 세그먼트(10)에 의해 형성되며, 상기 시트 금속 세그먼트(10)는 중심축(M)을 중심으로 동심원으로 배치되고, 이 세그먼트(10)중 2개 각각은 접속 조인트(14)의 형성하에서 접하며, 상기 세그먼트(10)는 반경방향으로 소정의 최소 단면적(A)을 갖고, 상기 인접하는 시트 금속층(12)의 시트 금속 세그먼트(10)는 원주방향으로 부분적으로 서로 중첩되는, 상기 전기 기계의 조립체에 있어서,
    상기 인접하는 시트 금속층(12)의 시트 금속 세그먼트(10)는 원주 영역을 따라서 배치된 용접점(20)에 의해 결합되며, 상기 시트 금속층(12)의 2개 시트 금속 세그먼트(10)의 접속 조인트(14)와, 이웃하는 시트 금속층(12)의 2개 시트 금속 세그먼트(10)의 이웃하는 접속 조인트(14) 사이의 용접점(20)의 개수는, 이러한 용접점(20)의 유효 면적의 합이 상기 시트 금속 세그먼트(10)의 소정의 최소 단면적(A)과 적어도 대략 동일하도록 계산되는
    전기 기계의 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 링 또는 원형상의 시트 금속 세그먼트(10)의 접속 조인트(14)는본질적으로 반경 방향으로 배향된
    전기 기계의 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접점(20)은 상기 시트 금속 세그먼트(10)의 외주 또는 내주 영역(16, 18)에 배치된
    전기 기계의 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접점(20)중의 몇 개는 상기 외주 영역(18)에 배치되고, 몇 개는 상기 시트 금속 세그먼트(10)의 내주 영역(16)에 배치되는
    전기 기계의 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접점(20)은 본질적으로 원형 또는 타원형인
    전기 기계의 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접점(20)은 레이저 용접에 의하여 제조된
    전기 기계의 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    인접하는 시트 금속층의 상기 시트 금속 세그먼트(10)는 원주 방향으로 20 내지 70% 만큼 중첩된
    전기 기계의 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하나의 시트 금속층(12)의 2개의 시트 금속 세그먼트(10)의 상기 접속 조인트(14)는 원주 영역의 위치내에서 적어도 부분적으로 폐쇄된
    전기 기계의 조립체.
  9. 전기 기계에 있어서,
    고정자 및/또는 회전자가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 조립체로서 구성된
    전기 기계.
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