KR20070021315A - 미니 캡을 갖는 기계-전기 변환기 고정자 코어 - Google Patents

미니 캡을 갖는 기계-전기 변환기 고정자 코어 Download PDF

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KR20070021315A
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Abstract

본 발명에 따른 기계-전기 변환기를 위한 고정자 조립체는 그 내부 표면을 따라 형성되고 반경 방향 깊이에 의해 형성되고 그 내에 고정자 코일이 배치되는 복수개의 코어 슬롯을 갖는 대체로 원통형의 고정자 코어를 포함한다. 복수개의 코어 슬롯은 고정자 코어의 내부 표면을 따라 캡을 갖고 요크 부분에 의해 고정자 코어에 연결되는 복수개의 치형부를 그 사이에 형성한다. 복수개의 코어 슬롯은 복수개의 절연 슬롯 라이너에 의해 각각의 내부 표면을 따라 라이닝 처리된다. 치형부 캡은 복수개의 코어 슬롯의 내경부를 따라 돌출부를 포함한다. 슬롯 개구는 고정자 내경부를 따라 돌출부에 의해 형성된다. 이들 돌출부는 슬롯 라이너의 폭과 실질적으로 동일하고, 형성된 슬롯 개구가 라이닝 처리된 코어 슬롯 내로 삽입될 도체 와이어의 폭과 실질적으로 동일하도록 되어 있다. 고정자 권취부는 적어도 1개의 열의 슬롯 와이어 세그먼트로 형성될 수 있는 슬롯 라이너에 의해 수용되는 슬롯 와이어 세그먼트를 포함한다.
고정자 조립체, 고정자 코어, 고정자 권취부, 기계-전기 변환기, 코어 치형부, 코어 슬롯, 슬롯 개구, 돌출부, 슬롯 와이어 세그먼트, 절연 부재

Description

미니 캡을 갖는 기계-전기 변환기 고정자 코어 {DYNAMOELECTRIC MACHINE STATOR CORE WITH MINI CAPS}
본 발명은 일반적으로 차량용 기계-전기 변환기를 위한 고정자에 관한 것으로, 특히 고정자 권취부(stator winding)를 위한 직사각형 와이어의 반경 방향 삽입을 수용하는 작은 슬롯 개구 또는 미니 캡을 갖는 기계-전기 변환기를 위한 고정자 조립체에 관한 것이다.
전기 모터 또는 교류 발전기(electric motor or alternator) 등의 기계-전기 변환기는 주지되어 있다. 교류 발전기 일반적으로 자동차용 교류 발전기는 전형적으로 교류 발전기 하우징에 의해 견고하게 지지되는 고정자 조립체(stator assembly) 그리고 고정자 조립체 내에서 동축으로 지지되는 회전자 조립체(rotor assembly)를 포함한다. 고정자 조립체는 그 내부 표면을 따라 형성되는 복수개의 코어 슬롯 그리고 코어 슬롯 내에 배치되는 고정자 코일을 갖는 대체로 원통형의 고정자 코어를 포함한다. 코어 슬롯은 그 사이에 복수개의 치형부를 형성한다. 치형부는 요크 부분(yoke portion)에 의해 코어에 연결된다.
고정자 코일은 그 상에 권취되는 복수개의 와이어를 연결함으로써 형성되고, 그에 의해 고정자 권취부를 형성한다. 고정자 권취부는 복수개의 반경 방향으로 연장하는 층으로 복수개의 코어 슬롯에서 수용되고, 코어 슬롯 내에 위치되는 슬롯 와이어 세그먼트(slot wire segment) 그리고 어떤 위상의 2개의 인접한 슬롯 와이어 세그먼트를 연결하고 고정자 코어의 코어 슬롯 내에 소정의 다중-위상(예컨대, 3개 또는 6개) 권취 패턴으로 형성되는 단부 루프 세그먼트(end loop segment)로 형성된다.
교류 발전기의 출력 및 효율을 증가시키기 위해 각각의 코어 슬롯 내에 반경 방향 열로 정렬되는 슬롯 와이어 세그먼트를 갖고 임의의 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭부가 임의의 절연부를 포함한 코어 슬롯의 주요 부분의 폭부에 밀착하여 끼워지는 직사각형 단면의 고정자 권취 도체를 갖는 것이 바람직하다고 당업계에서 공지되어 있다. 임의의 절연부를 포함한 코어 슬롯의 주요 부분의 폭에 대한 임의의 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭의 비율이 0.6을 초과하면, 슬롯 와이어 세그먼트 폭부가 코어 슬롯의 주요 부분의 폭부에 밀착하여 끼워지는 것으로서 형성된다. 이것은 더 큰 도체 폭이 고정자 권취부의 전기 저항을 감소시키고 그에 따라 고정자 도체 전력 손실을 감소시키기 때문에 유리하다. 교류 발전기 출력을 증가시키기 위해 코어의 내경부에서 작은 슬롯 개구를 갖는 고정자 코어를 제공하고 그에 의해 유효 공기 간극을 감소시키는 것이 또한 당업계에서 공지되어 있다. 더 작은 슬롯 개구가 또한 회전자 전극 표면 상에서의 자속의 변동을 감소시키고 그에 의해 회전자 전극 상에서의 맴돌이 전류 손실(eddy current loss)을 감소시키고 그에 따라 교류 발전기 효율을 감소시킨다. 코어 슬롯 내에 축 방향으로 삽입되는 개별의 U자형 도체를 연결할 것이 요구되는 임의의 용접 작 업을 제거하기 위해 연속형 직사각형의 도체를 가짐으로써 고정자 조립체의 제조를 용이화하는 것이 또한 바람직하다. 여기에서 사용되는 용어 "연속형(continuous)"은 고정자 코어 주위에서 1개의 원주 방향 통로의 적어도 대부분에 대해 연속인 도체를 말한다. 그러나, 이들 바람직한 특징은 도체가 전기 저항을 저하시키기 위해 커야 하고 또한 코어 슬롯의 폭부에 밀착하여 끼워져야 하고 연속형 도체이어야 하고 반경 방향으로의 내향 위치로부터 코어 슬롯 내로 삽입되어야 하고 작은 코어 슬롯 개구를 가져야 한다는 점에서 설계 모순을 야기한다.
종래 기술의 해결책은 전형적으로 슬롯 개구 내로 진입할 정도로 충분히 작지만 코어 슬롯의 폭부과 밀착하여 끼워지지 않는 연속형 도체를 이용함으로써 이러한 설계 모순을 해결하려고 시도하였다. 이들 종래 기술의 해결책은 큰 공간(large void) 그리고 낮은 슬롯 충전비(low fill factor)를 초래하며, 이것은 낮은 출력 및 효율을 갖는 교류 발전기를 가져온다. 다른 종래 기술의 해결책은 코어 슬롯 내로 축 방향으로 삽입되고 그 다음에 최종의 고정자 권취부를 형성하기 위해 함께 용접되는 U자형 도체를 이용한다. 이들 다른 종래 기술의 해결책은 높은 슬롯 충전비 그리고 그에 따른 낮은 저항을 성취하기는 하지만, 다중 삽입 및 용접의 조립에서 어려움에 직면한다. 다른 종래 기술의 해결책은 평탄한 고정자 코어 내로 삽입되며 그 다음에 고정자 코어 및 도체 조립체가 바람직한 환형으로 코일이 권취되는 도체를 이용한다. 이들 다른 종래 기술의 해결책은 높은 슬롯 충전비 그리고 그에 따른 낮은 저항을 성취하기는 하지만, 고정자 코어 및 도체 조립체의 코일 권취 공정에서 어려움에 직면한다.
전술된 문제점에 비추어, 도체가 반경 방향으로의 내향 위치로부터 삽입되게 하고 동시에 또한 더 작은 코어 개구를 제공하며 그 결과 삽입된 도체의 폭부가 코어 슬롯의 내부 표면을 라이닝 처리하는(lining) 절연 슬롯 라이너에 의해 생성되는 폭부에 밀착하여 끼워지는 코어 슬롯을 갖는 고정자를 제공하는 것이 유리하다. 결과적으로, 높은 저-rpm 성능 및 높은 효율을 갖고 동시에 또한 조립 및 제조하기 용이한 교류 발전기가 실현된다.
본 발명의 원리를 실시하는 교류 발전기를 위한 고정자 조립체는 그 내부 표면을 따라 형성되고 반경 방향 깊이에 의해 형성되고 그 내에 고정자 코일이 배치되는 복수개의 코어 슬롯을 갖는 대체로 원통형의 고정자 코어를 포함한다. 코어 슬롯은 함께 그 사이에 복수개의 치형부를 형성한다. 치형부는 고정자 코어의 내부 표면을 따라 캡을 포함하고 요크 부분에 의해 함께 연결된다. 코어 슬롯은 그 후방 단부로부터 치형부 캡의 반경 방향 외부 모서리까지의 단면이 실질적으로 직사각형일 수 있고 고정자 코어의 제1 및 제2 단부들 사이에서 축 방향으로 연장할 수 있다. 당업자에 대해, 용어 "직사각형(rectangular)"은 도체 또는 코어 슬롯의 단면을 언급할 때 임의의 인접한 모서리들 사이에서 반경을 갖는 직사각형 형상을 포함한다고 알려져 있다.
복수개의 코어 슬롯의 각각의 코어 슬롯은 절연 슬롯 라이너에 의해 그 각각의 내부 표면을 따라 라이닝 처리된다. 각각의 절연 슬롯 라이너는 코어 슬롯의 후방 단부로부터 대응하는 캡의 반경 방향 외부 모서리에 바로 외향으로 인접한 어떤 위치까지 연장하는 한 쌍의 다리 부재(leg member)를 갖는다. 고정자의 내경부에서, 치형부 캡은 원주 방향으로 연장하는 돌출부를 포함한다. 이들 캡 돌출부는 코어 슬롯의 주요 부분보다 폭이 작은 슬롯 개구를 고정자의 내경부를 따라 형성한다. 형성된 슬롯 개구는 코어 슬롯 내로 삽입될 도체 와이어의 폭과 실질적으로 동일하거나 그보다 약간 큰 폭을 갖는다. 코어 슬롯 내에서, 고정자 권취부는 슬롯 라이너에 의해 수용되고 적어도 1개의 열로 제공될 수 있는 슬롯 와이어 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 추가의 태양 및 장점은 본 실시예와 연계하여 아래에서 설명된다. 이러한 설명은 본 실시예의 일부의 태양을 요약하고, 청구의 범위를 제한하기 위해 사용되지 않아야 한다.
본 발명은 그 장점과 함께 본 발명의 일부의 실시예를 도시하는 첨부 도면과 연계하여 다음의 설명을 참조하면 이해될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 고정자 코어의 실시예의 부분 단면도이다.
도2는 도1의 고정자로부터의 코어 슬롯의 실시예의 부분 단면도이다.
도3은 종래 기술의 고정자 코어를 도시하는 부분 단면도이다.
도4a 및 도4b는 종래 기술과 관련된 장착 시의 단점을 도시하는 다중-단계 조립을 도시하고 있다.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 고정자 코어 슬롯의 장착을 도시하는 다중-단계 조립을 도시하고 있다.
본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있지만, 예시적이지만 비제한적인 의미를 갖는 일부의 실시예가 도면에 도시되어 있고 이후에서 설명될 것이며, 이 때 본 개시 내용은 본 발명의 전형적인 예시인 것이라고 생각되어야 하고 예시된 특정 실시예에 본 발명을 제한하도록 해석되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본원에서, 이접적 접속사(disjunctive)의 사용은 접속사(conjunctive)를 포함하도록 해석된다. 정관사 또는 부정관사의 사용은 숫자를 지시하도록 해석되지 않는다. 특히, "그(the)" 객체 또는 "어떤(a)" 객체에 대한 인용은 가능한 복수개의 이러한 객체 중 1개를 또한 표시하도록 해석된다.
전형적으로, 교류 발전기는 고정자, 회전자, 프레임, 브러시 유닛, 정류기 유닛 및 후방 커버를 포함한다. 고정자는 복수개의 코어 슬롯, 코어 슬롯 내에 수용되는 고정자 권취부 그리고 고정자 권취부를 절연하는 복수개의 절연 부재를 갖는 고정자 코어를 포함한다. 프레임은 고정자 및 회전자를 수용하고, 회전자가 회전 샤프트 상에서 회전하도록 지지한다. 전형적으로, 프레임은 고정자의 내주연이 적절한 간극으로 회전자의 전극 코어의 외주연과 대면하도록 회전자 주위에서 고정자를 지지한다. 일부의 적용예에서, 프레임은 역으로 고정자 주위에서 회전자를 지지한다.
이제 도1을 참조하면, 연속형 와이어의 반경 방향 삽입을 위해 적절한 본 발명에 따른 고정자 코어(100)의 실시예가 그 내에 도시되어 있다. 고정자 코어(100)는 그 내부 표면(120) 주위에서 형성되고 반경 방향 깊이(130)를 형성하는 복수개의 반경 방향으로 배향된 코어 슬롯(110)을 갖는 상태로 대체로 원통형이다. 코어 슬롯(110)은 바람직하게는 고정자 코어(100)의 내부 표면(120)을 따라 균등하게 이격된다. 코어 슬롯(110)은 따라서 요크 부분(150)에 의해 그 반경 방향 외부 단부에서 연결되는 복수개의 치형부(140)를 형성한다. 코어 슬롯(110)은 그 후방 단부로부터 치형부 캡의 반경 방향 외부 모서리까지의 단면이 실질적으로 직사각형이고 고정자 코어(100)의 제1 및 제2 단부들 사이에서 축 방향으로 연장한다. 대체예에서, 코어 슬롯(110)은 실질적으로 정사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있으며, 이것은 각각의 코어 슬롯이 대응하는 형상의 와이어 세그먼트(160)와 밀착하여 끼워지게 한다.
치형부(140)는 요크 부분(150)으로부터 실질적으로 고정자 코어(100)의 축 방향 길이부 내에 위치되는 회전자(도시되지 않음)를 향해 반경 방향으로 내향으로 연장한다. 대체예에서, 고정자 코어(100)가 내부에 위치되고 회전자에 의해 둘러싸인 경우에, 코어 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 외부 표면 내에 형성된다.
여전히 도1을 참조하면, 전형적으로 형성된 교류 발전기 고정자는 코어 슬롯(110)의 주요 부분보다 폭이 훨씬 작은 슬롯 개구를 생성시키기 위해 고정자 코어 치형부 상에 캡을 포함한다. 이러한 더 작은 슬롯 개구의 목적은 유효 공기 간극 면적을 감소시킴으로써 더 큰 전력을 발생시키고 회전자 전극 상에서의 변동성 자속을 감소시킴으로써 교류 발전기 효율을 증가시키고 그에 의해 맴돌이 전류 손실을 감소시키는 것이다. 그러나, 환형 고정자 코어(100)의 코어 슬롯(110)의 슬롯 개구를 통해 반경 방향으로 삽입되는 연속형 도체를 이용하는 높은 슬롯 충전 교류 발전기의 발전에 있어서, 슬롯 개구는 도체의 폭보다 작게 제작될 수 없다. 이것은 낮은 출력 및 낮은 효율을 야기한다. 치형부(140)는 고정자 코어(100)의 내부 표면을 따라 캡(170)을 포함한다. 이와 같이, 캡(170)은 교류 발전기 성능 및 효율을 증가시킬 약간 더 작은 슬롯 개구를 생성시키기 위해 치형부 상에 제공된다.
이제 도2를 참조하면, 고정자 코어(200)는 서로 사이에 슬롯 개구(220)를 생성시키는 캡(170)이 코어 슬롯(110)의 주요 부분보다 폭이 작은 상태에 있는 치형부(140)를 갖는 코어 슬롯(110)을 포함한다. 슬롯 개구(220)는 코어의 내경부에서 인접한 치형부(140)들 사이의 개구로서 형성된다. 캡(170)은 고정자 코어(200)의 내경부(120)를 따라 돌출부(240)를 포함한다. 이와 같이, 도2에 도시된 슬롯 개구(220)는 인접한 원주 방향 돌출부(240)에 의해 고정자 코어(200)의 내부 표면을 따라 형성된다. 이와 같이, 슬롯 개구(220)는 이들 돌출부(240) 사이에 삽입될 도체 와이어(160)의 폭과 실질적으로 동일하거나 그보다 단지 약간 크다.
코어 슬롯(110)은 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 삽입 전에 코어 슬롯(110)에 의해 견고하게 수용될 수 있는 절연 슬롯 라이너 또는 절연 부재(250)에 의해 내부 표면을 따라 라이닝 처리된다. 절연 슬롯 라이너(250)는 후방 단부(262)로부터 대응하는 돌출부(240)의 반경 방향 외부 모서리까지 연장하는 한 쌍의 다리 부재(260)를 갖는다. 이와 같이, 슬롯 라이너(250)는 고정자 코어(200)의 내경부(120)까지 연장하지 않는 실질적으로 동일한 다리 부재(260)를 가질 수 있다. 연장하는 다리 부재(260)는 따라서 자유 단부(280)에서 종료한다. 각각의 자유 단 부(280)의 내향 모서리는 바람직하게는 후방 단부(262)로부터 실질적으로 동일한 거리에 있다.
여전히 도2를 참조하면, 대향 돌출부(240)는 슬롯 라이너(250)의 폭과 실질적으로 동일한 폭(220)을 형성하고, 그 각각 형성된 슬롯 개구(220)가 라이닝 처리된 고정자 코어 슬롯(110) 내로 삽입될 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭과 실질적으로 동일하거나 그보다 약간 크도록 되어 있다. 그러므로, 자유 단부(280)는 슬롯 라이너(250)가 설치 위치에 있을 때 또한 도체 와이어(160)의 폭과 실질적으로 동일하거나 그보다 약간 큰 간극을 그 사이에 형성한다. 각각의 대향 돌출부(240)의 폭은 슬롯 라이너(250)의 폭과 실질적으로 동일하다. 종이, 종이 복합 재료의 형태 또는 전기 절연성을 갖는 절연체의 임의의 다른 형태일 수 있는 절연 슬롯 라이너(250)는 고정자 권취부를 장착하기 전에 코어 슬롯(110)의 내부측에 접착될 수 있다. 나아가, 절연 슬롯 라이너(250)는 코어 슬롯(110)의 내부 표면에 도포되는 코팅일 수 있다. 절연 슬롯 라이너(250)는 돌출부(240)들 사이의 슬롯 개구(220)를 잇는 연장부를 포함하지 않을 수 있다.
이제 도3을 참조하면, 연속형 와이어의 반경 방향 삽입을 위해 설계되는 종래 기술에 따른 고정자 코어(300)의 실시예의 부분 단면도가 도시되어 있다. 고정자 코어(300)는 그 내부 표면(320)에 대해 반경 방향으로 외향으로 연장하고 반경 방향 깊이(330)에 의해 형성되는 복수개의 코어 슬롯(310)을 갖는 상태로 도시되어 있다. 코어 슬롯(310)은 요크 부분(350)에 의해 서로에 연결되는 복수개의 치형부(340)를 그 사이에 형성한다. 코어 슬롯(310)은 실질적으로 직사각형이고, 고정 자 코어(300)의 축 방향 길이만큼 연장하고, 권취부의 대응하는 와이어 세그먼트(370)를 수용한다. 이와 같이, 치형부(340)는 실질적으로 고정자 코어(300)의 축 방향 길이부 내에 위치되는 회전자(도시되지 않음)에 인접한 요크 부분(350)으로부터 반경 방향으로 전방으로 연장한다. 치형부(340)는 그 사이에 코어 슬롯(310)을 형성하는 실질적으로 직선형의 벽을 가질 수 있다. 슬롯 라이너(360)는 후방 단부(365)로부터 고정자 코어(300)의 내경부(320)를 향해 연장한다.
도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 코어 슬롯(310) 내로의 도체 와이어 세그먼트(370)의 삽입 과정 동안에, 와이어 세그먼트(370)는 슬롯 라이너(360)의 자유 단부(380)에 걸릴 수 있으며, 그에 의해 종래 기술의 하나의 단점을 두드러지게 한다.
도5a 및 도5b를 참조하면, 본 발명에 따른 절연 라이너(250)로 라이닝 처리된 코어 슬롯(110) 내로 슬롯 와이어 세그먼트(160)를 장착하는 다중-단계 조립이 도시되어 있다. 고정자 코어(200)의 일부를 형성하는 코어 슬롯(110)이 그에 의해 요크 부분(150)에 의해 서로에 연결되는 한 쌍의 치형부(140) 사이에 개재된다. 전형적으로 직사각형 단면을 갖는 복수개의 슬롯 와이어 세그먼트(160)가 일렬로 정렬되며, 여기에서 각각의 열은 코어 슬롯(110) 내로 삽입되도록 설계된다. 당업자라면, 직사각형 단면을 갖는 와이어가 정사각형 단면을 갖는 와이어를 포함하며 반경이 직사각형 단면의 코너 상에 존재할 수 있다는 것이 일반적으로 이해된다.
도5b를 참조하면, 슬롯 와이어 세그먼트(160)가 코어 슬롯(110) 내로 진입하는 상태로 도시되어 있다. 전술된 바와 같이, 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭부 는 인접한 캡(170)의 대향 돌출부(240)에 의해 생성된 슬롯 개구(220)에 밀착하여 끼워진다. 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭부는 또한 슬롯 라이너(250)에 의해 이미 라이닝 처리된 코어 슬롯(110)에 대해 내부적으로 이용 가능한 폭에 밀착하여 끼워진다. 캡(170)들 사이에서의 삽입 동안에 대향 돌출부(240)에 의해 보호되기 때문에, 슬롯 와이어 세그먼트(160)는 슬롯 라이너(250)의 자유 단부(280) 상에 걸리지 않는다.
다시 도2를 참조하면, 코어 슬롯(110)에는 그 사이에 각각의 복수개의 슬롯 와이어 세그먼트(160) 그리고 대응하는 절연 슬롯 라이너(250)가 충전된 상태로 도시되어 있다. 복수개의 슬롯 와이어 세그먼트(160)는 적층된 열 또는 열들로 정렬될 수 있다. 고정자 권취 패턴이 복수개(n개) 보통 3개 또는 6개의 위상으로 구성될 수 있으며, 여기에서 각각의 위상의 슬롯 와이어 세그먼트는 소정 개수의 슬롯만큼 이동되고 이들은 적층된 열로 정렬될 수 있다.
삽입되어 설치 위치에 있으면, 소정 개수의 슬롯 와이어 세그먼트(160)가 돌출부(240) 뒤에 그리고 슬롯 라이너(250)와 접촉 상태로 실질적으로 반경 방향으로 위치된다. 이와 같이, 높은 슬롯 충전이 성취된다. 절연 슬롯 라이너(250)는 그 외부 표면과 코어 슬롯(110)의 내부 표면을 결합시키는 일종의 접착제 등을 사용하여 각각의 코어 슬롯(110) 내에 견고하게 접착되도록 되어 있을 수 있다. 나아가, 고정자 권취 조립체가 고정자 코어(200)의 내부 표면을 통해 그리고 그 내경부(120) 내로 물러나는 것을 방지하기 위해, 슬롯 와이어 세그먼트(160)는 고정자 코어(200)에 결합하도록 바니시 처리(varnished)될 수 있다. 전형적으로, 슬롯 와 이어 세그먼트(160)는 n개의 상이한 위상의 고정자 권취부를 절연하도록 바니시 처리될 수 있다. 고정자 코어 슬롯(110) 내로 삽입되면, 바니시 처리는 슬롯 와이어 세그먼트(160)를 함께 결합시키고 절연 슬롯 라이너(250)와 더불어 추가의 절연을 제공한다. 대체예에서, 슬롯 와이어 세그먼트(160)는 그 각각의 고정자 코어 슬롯(110) 내로 압입될 수 있다.
고정자 코어 치형부(140) 및 그 각각의 캡(270)에 의해 형성되는 고정자 코어(200)의 내부 표면은 고정자 코어(200)와 회전자(도시되지 않음) 사이의 유효 공기 간극을 감소시키고 그에 의해 교류 발전기 출력을 증가시키는 실질적으로 증가된 표면적을 제공한다. 나아가, 더 작은 슬롯 개구는 맴돌이 전류 손실을 감소시키고 그에 따라 교류 발전기 효율을 증가시키는 회전자 전극 표면 상에서의 자속의 변동을 감소시킨다. 실질적으로 직사각형의 단면을 갖고 슬롯 라이너(250)에 의해 이용 가능하게 제작된 폭부에 밀착하여 끼워지는 폭부를 갖는 슬롯 와이어 세그먼트(160)는 전기 저항의 바람직한 감소를 제공하며, 이것은 고정자 권취 전력 손실을 감소시킨다. 추가로, 치형부 캡(170), 슬롯 라이너(250) 및 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 제공은 고정자 조립체의 제조의 바람직한 용이화 및 감소된 시간을 가져온다.
높은 슬롯 충전 고정자가 도2에 도시된 바와 같이 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 최대의 단면적 그리고 코어 슬롯(110) 내에 수납되는 비-전기성 재료의 최소의 단면적을 갖는 고정자로서 형성된다. 비-전기성 재료는 절연 부재(250), 슬롯 와이어 세그먼트(160)들 사이의 공기 그리고 도체 상의 절연부(도시되지 않 음)를 포함하지만, 그에 제한되지 않는다. 전형적으로, 절연 부재(250)는 비교적 얇은 전형적으로 0.18 ㎜ 미만의 폭을 가질 수 있다. 6개의 위상을 가질 수 있는 전형적인 높은 슬롯 충전 고정자에 대해, 돌출부(240)를 제외한 내경부(120)의 표면의 근처에서의 코어 치형부의 폭이 대략 2.0 ㎜일 수 있다. 각각의 돌출부(240)의 폭이 절연 부재(250)의 폭과 실질적으로 동일할 수 있으며, 결국 또한 0.18 ㎜ 미만일 수 있다. 그러므로, 돌출부(240)를 포함한 내경부(120)의 표면에서의 코어 치형부(140)의 폭은 2.36 ㎜ 이하의 폭을 가질 수 있다[1개의 돌출부(240)가 코어 치형부(140)의 양쪽 측면 상에 위치됨]. 이와 같이, 내경부(120)에서의 돌출부(240)로 인한 증가된 표면적이 18% 이하이다.
큰 내경부(120)를 갖는 대체예의 더 큰 고정자 코어(200)에 대해, 슬롯 개구(220)의 폭은 2.0 ㎜ 이하이며 임의의 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭이 대략 1.65 ㎜이다. 그러므로, 이러한 설계에 대해, 임의의 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭에 대한 슬롯 개구(220)의 폭의 비율은 1.21 미만이다. 더 작은 내경부(120)를 갖는 대체예의 더 작은 고정자 코어(200)에 대해, 슬롯 개구(220)의 폭은 1.6 ㎜ 이하이며 임의의 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭은 대략 1.2 ㎜일 수 있다. 이와 같이, 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트(160)의 폭에 대한 슬롯 개구(220)의 폭의 비율은 1.33 미만일 수 있다.
전술된 바와 같이, 고정자 권취부는 이와 같이 슬롯 내에 위치되는 슬롯 부 분 그리고 각각의 위상의 2개의 인접한 슬롯 부분을 연결하는 단부 루프 섹션으로 형성되고, 고정자 코어의 슬롯 내에 소정의 다중-위상(예컨대, 3개 또는 6개)의 권취 패턴으로 형성된다. 전형적인 단부 루프 섹션 권취부는 캐스케이드형 권취 패턴(cascade winding pattern), 인터레이스형 권취 공정(interlace winding process) 또는 헤어핀형 도체 패턴(hairpin conductor pattern) 중 하나일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고정자 권취부는 또한 양쪽 단부 중 어느 하나에서 그리고 인접한 코어 슬롯들(도시되지 않음) 사이에서 캐스케이드형 패턴을 가질 수 있다. 이러한 캐스케이드형 권취부는 슬롯 개구를 통해 그리고 코어의 코어 슬롯 내로 복수개의 위상을 갖는 권취부의 슬롯 와이어 세그먼트를 반경 방향으로 삽입하는 작업을 크게 용이화할 수 있다. 캐스케이드형 권취부는 각각의 단부 루프 세그먼트가 고정자 코어의 중심 축에 대해 동일한 실질적인 반경 방향 위치에서 코어 슬롯 내에 수납되는 2개의 슬롯 세그먼트를 연결하도록 된 실질적으로 큰 서브-세트(대부분)의 단부 루프 세그먼트를 포함하는 각각의 위상의 도체, 반경 방향으로 정렬되고 그에 따라 층들의 순차적인 반경 방향 삽입을 가능케 하는 도체의 층 그리고 위상부를 형성하기 위해 소정의 개수의 슬롯에 의해 이동 및 조정되고 각각의 반경 방향 층을 위한 도체의 순차적인 반경 방향 삽입을 가능케 하도록 반경 방향으로 정렬되는 대응하는 층을 위한 복수개의 도체를 갖는 것으로서 형성된다. 여기에서 사용되는 용어 "반경 방향 층(radial layer)"은 고정자 코어의 중심 축 방향 축에 대해 동일한 반경 방향 위치에서 수납되는 슬롯 세그먼트를 갖는 1개의 원주부의 대부분에 대해 코어 주위에서 원주 방향으로 연장하는 도체의 일부로서 정 의된다.
본 발명에 따라 작은 슬롯 개구를 거쳐 정사각형 와이어의 반경 방향 삽입을 가능케 하는 교류 발전기 고정자를 조립하는 공정의 특정 실시예는 본 발명이 사용되는 방식을 설명할 목적을 위해 설명되었다. 본 발명의 다른 변화 및 변형의 실시 그리고 그 다양한 태양은 당업자에게 명확할 것이며 본 발명은 설명된 특정 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명은 여기에 개시 및 청구된 기본 원리의 진정한 사상 및 범주 내에 속하는 임의의 그리고 모든 변형예, 변화예 또는 등가예를 포함하도록 고려되어야 한다.

Claims (20)

  1. 기계-전기 변환기를 위한 고정자 조립체이며,
    복수개의 원주 방향으로 이격된 반경 방향으로-연장하는 코어 치형부를 가지는 대체로 원통형의 고정자 코어로서, 인접한 코어 치형부가 그 표면 내에 있고 각각이 각각의 반경 방향 깊이 및 축 방향 길이를 갖는 코어 슬롯을 형성하며, 코어 슬롯은 고정자 코어의 제1 축방향 단부와 제2 축 방향 단부 사이에서 연장하는, 고정자 코어와;
    코어 슬롯에 의해 수용되는 슬롯 와이어 세그먼트를 가지는 고정자 권치부로서, 고정자 권취부의 슬롯 와이어 세그먼트와 코어 슬롯은 절연 부재에 의해 서로로부터 전기적으로 절연되는, 고정자 권취부를 포함하며,
    복수개의 코어 치형부는 인접한 코어 치형부 사이에 슬롯 개구를 형성하는 돌출부를 가지며,
    코어 슬롯 개구는 슬롯 와이어 세그먼트의 반경 방향 삽입을 허용하는 폭을 가지며, 슬롯 개구의 폭은 코어 슬롯의 주요 부분의 폭보다 작으며,
    슬롯 와이어 세그먼트는 복수개의 코어 슬롯 내에 반경 방향 열로 정렬되며, 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭부는 대응하는 코어 슬롯의 절연 부재보다 작은 코어 슬롯의 주요 부분의 폭부에 밀착하여 끼워지는 고정자 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 돌출부의 폭이 절연 부재의 폭과 실질적으로 동일한 고정자 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 슬롯 와이어 세그먼트는 실질적으로 직사각형의 단면을 갖는 고정자 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 절연 부재는 종이, 종이 복합 재료 등으로 제작되며, 각각의 재료는 전기 절연성을 갖는 고정자 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 절연 부재는 코어 슬롯의 내부 표면에 도포되는 코팅인 고정자 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 고정자 권취부는 코어 슬롯에 견고하게 또는 끈끈하게 결합되도록 바니시 처리되는 고정자 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 코어 슬롯은 그 후방 단부로부터 돌출부의 반경 방향 외부 모서리까지의 단면이 직사각형인 고정자 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 돌출부를 포함한 코어 치형부의 내경부에서의 표면적이 돌출부를 제외한 코어 치형부의 내경부에서의 표면적보다 대략 20% 이하인 고정자 조 립체.
  9. 제1항에 있어서, 돌출부 중 1개의 폭이 절연 부재의 폭보다 작은 고정자 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭에 대한 슬롯 개구의 폭의 비율이 대략 1.33 이하인 고정자 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 슬롯 와이어 세그먼트는 코어 슬롯의 슬롯 개구를 통해 실질적으로 반경 방향으로 삽입되는 고정자 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 고정자 권취 패턴이 n개의 위상 도체로 구성되며, n개의 위상부 중 적어도 1개가 코어 슬롯 내에 위치되는 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 그리고 n개의 위상부 중 적어도 1개에 속하는 2개의 인접한 슬롯 와이어 세그먼트를 연결하는 단부 루프 세그먼트를 갖는 연속형 도체로부터 형성되는 고정자 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 실질적으로 큰 서브-세트의 단부 루프 세그먼트가 캐스케이드형 권취부를 형성하기 위해 단부 루프 세그먼트마다 적어도 1개의 반경 방향 이동 조정부를 형성하는 고정자 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 절연 부재의 폭은 대략 0.18 ㎜ 이하인 고정자 조립체.
  15. 기계-전기 변환기를 위한 고정자 조립체이며,
    복수개의 원주 방향으로 이격된 반경 방향으로-연장하는 코어 치형부를 가지는 대체로 원통형의 고정자 코어로서, 인접한 코어 치형부가 그 표면 내에 있고 각각이 각각의 반경 방향 깊이, 축 방향 길이 및 코어 슬롯 개구를 갖는 코어 슬롯을 형성하며, 코어 슬롯은 고정자 코어의 제1 축방향 단부와 제2 축 방향 단부 사이에서 연장하는, 고정자 코어와;
    코어 슬롯에 의해 수용되는 슬롯 와이어 세그먼트를 가지는 고정자 권치부로서, 고정자 권취부의 슬롯 와이어 세그먼트와 코어 슬롯은 절연 부재에 의해 서로로부터 전기적으로 절연되는, 고정자 권취부를 포함하며,
    코어 슬롯 개구는 슬롯 와이어 세그먼트의 반경 방향 삽입을 허용하는 폭을 가지며, 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭에 대한 슬롯 개구의 폭의 비율은 대략 1.33 이하이며,
    슬롯 와이어 세그먼트는 복수개의 코어 슬롯 내에 반경 방향 열로 정렬되며, 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭부는 대응하는 코어 슬롯의 절연 부재보다 작은 코어 슬롯의 주요 부분의 폭부에 밀착하여 끼워지는 고정자 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 고정자 권취부는 n개의 위상 도체로 구성되며, 위상 도체는 코어 슬롯 내에 위치되는 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 그리고 n개의 위상부 중 적어도 1개에 속하는 2개의 인접한 슬롯 와이어 세그먼트를 연결하는 단부 루프 세그먼트를 가지며, 실질적으로 큰 서브-세트의 단부 루프 세그먼트가 캐스케이드형 권취부를 형성하기 위해 단부 루프 세그먼트마다 적어도 1개의 반경 방향 이동 조정부를 형성하는 고정자 조립체.
  17. 제15항에 있어서, 절연 부재의 폭은 대략 0.18 ㎜ 이하인 고정자 조립체.
  18. 제15항에 있어서, 슬롯 와이어 세그먼트는 코어 슬롯의 슬롯 개구를 통해 실질적으로 반경 방향으로 삽입되는 고정자 조립체.
  19. 기계-전기 변환기를 위한 고정자 조립체이며,
    복수개의 원주 방향으로 이격된 반경 방향으로-연장하는 코어 치형부를 가지는 대체로 원통형의 고정자 코어로서, 인접한 코어 치형부가 그 표면 내에 있고 각각이 각각의 반경 방향 깊이, 축 방향 길이 및 코어 슬롯 개구를 갖는 코어 슬롯을 형성하며, 코어 슬롯은 고정자 코어의 제1 및 제2 축 방향 단부들 사이에서 연장하는, 고정자 코어와,
    코어 슬롯에 의해 수용되는 슬롯 와이어 세그먼트를 가지는 고정자 권취부로서, 고정자 권취부의 슬롯 와이어 세그먼트와 코어 슬롯은 절연 부재에 의해 서로 로부터 전기적으로 절연되는, 고정자 권취부를 포함하며,
    코어 슬롯 개구는 슬롯 와이어 세그먼트의 반경 방향 삽입을 허용하는 폭을 가지며, 임의의 슬롯 와이어 세그먼트 절연부를 포함한 슬롯 와이어 세그먼트의 폭에 대한 슬롯 개구의 폭의 비율은 1.33 미만이며, 슬롯 와이어 세그먼트는 복수개의 코어 슬롯 내에 반경 방향 열로 정렬되고, 실질적으로 직사각형의 단면을 가지며,
    고정자 권취부는 n개의 위상 도체로 구성되며, 위상 도체는 코어 슬롯 내에 위치되는 대응하는 슬롯 와이어 세그먼트 그리고 n개의 위상부 중 적어도 1개에 속하는 2개의 인접한 슬롯 와이어 세그먼트를 연결하는 단부 루프 세그먼트를 가지며, 실질적으로 큰 서브-세트의 단부 루프 세그먼트가 캐스케이드형 권취부를 형성하기 위해 단부 루프 세그먼트마다 적어도 1개의 반경 방향 이동 조정부를 형성하며,
    절연 부재의 폭은 대략 0.18 ㎜ 이하인 고정자 조립체.
  20. 제15항에 있어서, 슬롯 와이어 세그먼트는 코어 슬롯의 슬롯 개구를 통해 실질적으로 반경 방향으로 삽입되는 고정자 조립체.
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