KR20050057433A - 고정자 및 전기 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 기계의 고정자에 관한 것으로, 적어도 하나의 고정자 세그먼트(14)를 연결하는 용접시임(20)을 포함하는 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어진 링형 고정자 코어(13)를 갖는다. 상기 고정자는 용접시임의 용접시임 깊이(T_S)가 요오크 높이(H_Joch)의 값 및 공차값(ΔT_S )에 의존하며 함수 T_S = 0.5 mm * (H_Joch /mm -1)±ΔT_S 로 표시되는 것을 특징으로 한다.

Description

고정자 및 전기 기계{Stator and electrical machine}

본 발명은 고정자 및 전기 기계에 관한 것이다.

일본 공개 공보 제 9 - 103052 호에 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고정자 및 전기 기계가 공지되어 있다.

상기 고정자의 제조를 위해 먼저 개별 박판이 펀칭되고 일정 수의 상기 박판이 서로 커버 되면서 소정의 코어의 축방향 폭까지 적층된다. 상기 적층된 박판은 고정자 코어를 형성하고, 상기 고정자 코어의 한 측면은 고정자에 대해 통상적인, 서로 평행한 톱니 및 홈을 갖는다. 먼저 감겨진 코어 권선은 예컨대 대략 완만한 형태로 구현되고 후속하여 예컨대 평평한 코어의 홈 내로 삽입된다. 코어 및 코어 권선으로 이루어진 유닛은 중공 실린더형 고정자가 형성될 수 있도록 후속하여 원형으로 벤딩된다. 고정자 철심 및 권선으로 이루어진 유닛을 원형으로 벤딩한 후 양 단부는 용접에 의해 서로 결합된다. 양 단부 사이의 용접 결합부는 다양하게 하중을 받는 결합 연결부이고, 상기 연결부의 특수한 구현을 위해 선행기술로부터 어떠한 기술적 이론은 공지되어 있지 않다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 고정자.

도 2는 결합된 고정자 코어에 있는 용접시임의 제 2 실시예의 정면도.

도 3은 상이한 파라미터에 대한 용접시임 깊이(T_S) 함수의 그래프.

도 4 및 도 5는 결합된 고정자 코어에 있는 용접시임의 제 2 실시예의 정면도.

도 6은 특히 요오크의 구조에서 요오크 높이를 측정하는 도면.

독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 고정자는 유효 요오크 높이 및 용접시임 깊이에 대한 공차값에 의존하여 용접시임 깊이를 지정함으로써 규정이 제시되고, 상기 규정에 의해 전기 기계의 고정자에 영향을 주는 다양한 파라미터가 확실하게 제어될 수 있으며, 따라서 한편으로는 용접 후 결합 위치에서의 용접시임의 균열이 확실히 방지되고, 다른 한편으로는 예컨대 결합 위치에서 고정자 철심의 전자기 특성이 그렇게 불리한 영향을 받지 않는다는 장점을 갖는다. 요오크 높이(H_Joch) 및 공차값( ΔT_S) 에 의존하는 하기 함수, 즉

T_S = 0.5 mm * (H_Joch /mm -1)±ΔT_S

으로 나타나는 용접시임 깊이(T_S)의 결정을 위한 제시된 규정에 의해 용접시임은, 한편으로는 일정한 요오크 높이에서 용접시임에서 발생하는 인장력을 흡수하기에 충분한 두께를 갖고, 다른 한편으로 용접시임이 너무 깊지 않기 때문에 요오크에 발생하는 구조 변형에 의해 용접 위치에서의 자성에 네가티브한 영향을 주지 않는다. 상기 영향으로는 예컨대 발생하는 바람직하지 않은 와류 손실의 크기가 있다.

변수(ΔT_S)가 1 mm 이면, 주어지는 최소값에 대해 확실한 용접 결합이 이루어지고, 최댓값에 인접한 너무 깊은 용접시임이 나타나지 않는다.

ΔT_S 값이 0.5 mm 이면, 용접시임의 품질은 매우 확실하게 재현 가능하다.

용접시임 깊이(T_S )가 요오크 높이(H_Joch) 에 의존하는 최소값(T_Sin)에 미달하지 않고, 요오크 높이(H_Joch)에 비례하는 최소값(T_Sin)에 팩터(3/40)를 곱하면, 다양한 요오크 높이(H_Joch)에 대한 용접시임의 최소 강도가 얻어진다.

외측면 상에서 두 개의 부분 톱니가 결합 위치에 배치되도록 결합 위치에 요오크가 형성되면, 한편으로는 용접 위치가 요오크로부터 멀리 떨어져 있고, 다른 한편으로는 용접 과정시 비교적 많은 열이 상기 외부 톱니로부터 방출될 수 있는 긍정적인 효과가 나타난다. 따라서 열의 일부는 요오크에 도달하지 않는다. 요오크의 전자기 특성이 심하게 영향을 받지 않는다.

용접시임이 요오크의 방사방향 내측에 배치되고, 따라서 톱니 헤드에 결합 위치가 배치되면, 상기 톱니 절반의 진동이 확실하게 방지된다.

또한, 용접시임이 고정자의 적어도 하나의 축방향 측면에 배치된다. 따라서 상기 위치에서 자기 소음이 감소된다.

용접시임이 레이저 용접시임인 경우, 용접을 실시함으로써 특히 용접시임의 제조를 위한 방법이 확실하게 실행된다. 용접 파라미터가 확실하게 조절될 수 있고, 용접 재료의 추가 공급이 이루어지지 않고, 용접 열은 예컨대 덧붙이 용접(build up weld)과 같은 방법에 비하여 현저히 감소한다. 또한, 고정자 코어는 0.1 % 미만의 탄소함량(중량부)을 갖는 재료로 이루어진다.

탄소함량은 용접시임의 취성 및 예컨대 진동 부하 하에서 내구성에 영향을 미친다.

본 발명에 따른 고정자 및 전기 기계의 실시예가 도면에 도시된다.

도 1에 전기 기계의 고정자(10)가 도시된다. 고정자(10)는 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어진 링형 고정자 코어(13)를 포함한다. 이러한 경우에 상기 고정자 코어(13)는 재차 다수의 개별 고정자 박판(15)으로 제조된 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어진다. 고정자 코어(13)는 선행기술에서와 같이 방사방향 내부로 향하는 홈(18)을 구비하고, 상기 홈 내로 고정자 권선(17)이 삽입된다. 상기 고정자(10)는 하기에서 설명되는 바와 같이 제조된다. 일반적인 스트립형의 개별 고정자 박판(15)이 제조되고, 상기 고정자 박판은 아치형 또는 직선으로 연장될 수 있다. 개별 고정자 박판(15)은 차후에 고정자 권선(17)이 삽입되는 홈(18)을 가진 측면이 생기도록 패킷화된다. 고정자 권선(17)의 삽입 후 고정자 코어(13) 및 고정자 권선(17)으로 이루어진 유닛이 형성되고, 상기 유닛은 실린더형 중공 챔버를 형성하도록 원형으로 벤딩되고, 상기 중공 챔버에서 상기 홈(18)이 끝난다. 이러한 상태를 고정하기 위해 원형으로 벤딩 후 고정자 코어(13)의 적어도 두 개의 마주보는 단부는 용접시임(20)에 의해 고정된다. 그렇지 않으면 고정자(10)는 결합 위치에서 벌어진다. 하우징의 실린더형 보어 내로 조립은 거의 이루어질 수 없다.

도 2에는 결합 위치(22)가 도시된다. 결합 위치(22)의 양 측면으로 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트(14)의 각 단부(23)가 보인다. 양 단부(23)는 하나의 부분 톱니(24)가 반대편 부분 톱니(24)에 접하도록 형성된다. 결합 위치(22)에 용접시임(20)의 횡단면이 보인다. 용접시임(20)은 방사방향으로, 즉 결합 위치 또는 부분 톱니(24)가 접하는 면을 따라 용접시임 깊이(T_S)를 갖는다. 톱니 사이의, 예컨대 부분 톱니(24)와 부분 톱니(25) 사이의 요오크(26), 즉 고정자 코어(13) 또는 고정자 코어 세그먼트(14)의 일부는 요오크 높이(H_Joch)를 갖는다.

용접시임 깊이(T_S)는 요오크 높이(H_Joch)에 의존해서 하기 함수식을 따른다:

T_S = 0.5 mm * (H_Joch /mm -1)±ΔT_S ,

따라서 용접시임 깊이(T_S)는 요오크 높이(H_Joch) 및 공차값(ΔT_S) 에 의존한다다. 따라서 용접시임 깊이(T_S)를 결정하기 위한 함수는 요오크 높이(H_Joch) 및 추가 공차값(ΔT_S )에 의존해서 하기 기본 함수(f_B)로 이루어진다.

f_B = 0.5 mm * (H_Joch /mm -1)

변수(H_Joch, ΔT_S )들은 밀리미터(mm) 단위로 기술되고, (H_Joch /mm -1)은 단위가 없다. 제 1 근사값에서 ΔT_S 은 1.0 mm 인 ΔT_S1 에 상응한다. 제 2 근사값에서 ΔT_S 은 0.5 mm 인 ΔT_S2 에 상응한다.

도 3에는 상이한 파라미터에 있어, 즉 요오크 높이 및 공차값(ΔT_S )에 의존하여 T_S 에 대한 함수가 도시된다. 또한, 도 3에는 요오크 높이(H_Joch)에 의존하는 최소 용접시임 깊이(T_Smin)의 함수가 도시된다. 함수는 하기식으로 표현된다.

T_Smin = 3/40 * H_Joch

다른 실시예에 따라 두 개의 부분 톱니(31)로 형성된 톱니에 있는 용접시임(20)은 요오크의 외측(30)에 형성된다(도 4 참조). 다른 실시예에서 용접시임(20)은 고정자 코어 세그먼트(14)의 적어도 하나의 단부(23)의 방사방향 내측에 배치된다(도 2 참조).

자기 소음을 감소시키기 위해 고정자(10) 또는 고정자 코어(13)의 축방향 측면에 용접시임(20)이 배치된다. 상기 용접시임(20)은 축방향 단부면에 추가로 설치될 수 있다(도 5).

결합 위치(22)에 슬롯(35)이 형성되면, 유효 요오크 높이(H_Joch)는 앞에 설명된 요오크 높이와 동일한 의미가 아니다. 여기서, 돌출된 요오크 높이(H_JochP)는 앞에 언급된 식에 따라 필수 용접시임 깊이(T_S)의 결정을 위한 기초로 사용되는 유효 요오크 높이(H_Joch) 로서 결정된다. 이를 위해, 2개의 톱니(25)들 사이의 요오크 높이로부터 슬롯(35)의 방사방향 길이가 감산된다(도 6). 이러한 경우에 돌출된 요오크 높이(H_JochP) 값은 변수(H_Joch)에 대입된다.

용접시임(20)이 상당히 취성이어서 단지 적은 부하에서만 견딜 수 있는 것을 방지하기 위해 철함유 재료로 이루어진 고정자 코어(13) 또는 고정자 박판(15)이 제공되고, 상기 재료는 0.1% 미만의 탄소함량(중량부)을 갖는다. 용접 공정 전에 고정자 코어(13)에서 결합 위치(22)에 고정자 권선(17)이 장착되어 함께 원형으로 벤딩된다.

용접시임(20)은 요오크(26)의 둘레 방향으로 10 kN 내지 44 kN 의 인열강도를 갖는다. 또한, 0.9 mm 내지 2.2 mm 의 깊이에서 용접시임은 20 kN 내지 36 kN 의 인열 강도를 갖는다. 1.1 mm 내지 1.8 mm 의 깊이에서 인열 강도는 22 kN 내지 32 kN 이다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트(14)를 결합하는 용접시임(20)을 포함하는 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트로 이루어진 링형 고정자 코어(13)를 구비한 전기 기계의 고정자에 있어서,

   상기 용접시임의 용접시임 깊이(T_S)는 요오크 높이(H_Joch) 및 공차값(ΔT_S)에 의존하고 함수 T_S = 0.5 mm * (H_Joch /mm -1)±ΔT_S 로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 ΔT_S 는 1.0 mm 의 값을 갖는 값 ΔT_S1 에 상응하는 것을 특징으로 하는 고정자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 ΔT_S 는 0.5 mm 의 값을 갖는 값 ΔT_S2 에 상응하는 것을 특징으로 하는 고정자.
4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접시임의 깊이(T_S)는 상기 요오크 높이(H_Joch)에 의존하는 최소값(T_Smin)에 미달되지 않고 최소값(T_Smin)은 하기 함수

   T_Smin = 3/40 * H_Joch

   로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정자.
5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접시임(20)은 상기 요오크(26)의 방사방향 외측(30)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고정자.
6. 제 5 항에 있어서, 두 개의 부분 톱니(24)로 형성된 톱니에 있는 상기 용접시임(20)은 상기 고정자 코어(13)의 외측(30)에 배치되는 있는 것을 특징으로 하는 고정자.
7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접시임(20)은 상기 고정자 코어(13)의 적어도 하나의 축방향 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 고정자.
8. 제 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접시임(20)은 레이저 용접시임인 것을 특징으로 하는 고정자.
9. 제 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자는 고정자 권선(17)을 지지하는 것을 특징으로 하는 고정자.
10. 제 1 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 고정자(10)를 포함하는 전기 기계, 특히 제너레이터.