KR20090027153A

KR20090027153A - 고정자 권선 조립체 및 방법

Info

Publication number: KR20090027153A
Application number: KR1020080088563A
Authority: KR
Inventors: 커크 니트
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2009-03-16
Also published as: US7808148B2; US20090066182A1; KR101532782B1; DE102008046043A1

Abstract

본 명세서는 전기 장치 고정자(electric machine stator)를 개시한다. 상기 전기 장치 고정자는 원주 방향 표면 안으로 형성된 반경 방향의 복수의 슬롯이 구비되고, 각각의 상기 복수의 슬롯은 상기 슬롯의 반경 방향 깊이의 적어도 한 부분에 따라 변화되는 폭을 가지고, 상기 슬롯 폭은 상기 원주 방향 표면으로부터 멀리 있는 슬롯 폭보다 상기 원주 방향 표면 근처에서 더 좁아지는 튜브형 몸체를 포함한다. 상기 고정자는 또한 각각의 상기 복수의 슬롯 안에 위치하고, 하나 이상의 권선의 적어도 하나의 지름이 가장 좁은 슬롯 폭 지름보다 커지도록 상기 하나 이상의 권선 중 적어도 하나가 변형되어서 상기 슬롯 안에 상기 권선을 유지시키는 하나 이상의 권선을 포함한다.

고정자, 권선, 지지, 슬롯

Description

고정자 권선 조립체 및 방법{STATOR WINDING ASSEMBLY AND METHOD}

본 발명은 고정자 권선 조립체에 관한 것이다.

교류 발전기(alternator)와 같은 전기 장치는 일반적으로 그 사이에 도체 권선(conductive windings)이 위치되는 복수의 슬롯을 구비한 고정자를 이용한다. 상기 장치가 작동되는 동안에 상기 권선을 통해 흐르는 전류는 상기 장치의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환 또는 그 반대로의 전환을 용이하게 해주는 자기장을 발생시킨다. 상기 슬롯에 상기 권선을 고정하는 것은 상기 교류 발전기의 신뢰성 있는 작동을 위해 중요한 요소이다. 한번 굳으면 상기 고정자에 상기 권선을 끈끈하게 접착시키는 니스(vanishes)가 상기 권선 또는 상기 슬롯에 일반적으로 이용된다. 상기 니스를 이용하는 것은 상기 권선이 상기 스테이터에 적절하게 묶여 있는지에 대한 확실한 관리가 필요한 어려운 공정이다. 상기 니스가 적절히 이용되지 않으면, 상기 권선이 충분히 지지되지 못하여 상기 전기 장치가 조기에 고장날 수 있다.

그리하여, 산업계는 상기 고정자에 권선을 지지하는 더 튼튼한 구조와 공정을 필요로 한다.

본 발명은 고정자에 권선을 지지하는 더 튼튼한 구조와 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 명세서는 고정자 권선 유지 방법을 개시한다. 본 방법은 슬롯 폭이 원주 방향 표면 근처에서 가장 좁게 되도록 고정자의 원주 방향 표면 안쪽에 형성된 복수의 슬롯의 폭을 상기 원주 방향 표면으로부터 각각의 상기 복수의 슬롯의 반경 방향 깊이를 따라 변화시키는 단계, 각각의 상기 복수의 슬롯 사이에 하나 이상의 권선을 위치시키는 단계, 적어도 하나 이상의 변형된 부분이 상기 가장 좁은 폭보다 큰 지름을 갖도록 상기 하나 이상의 권선의 적어도 한 부분을 변형시키는 단계, 상기 하나 이상의 변형된 부분과 상기 가장 좁은 폭의 간섭을 통해 상기 슬롯 사이에 위치된 상기 하나 이상의 권선을 유지시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 고정자에 권선을 지지하는 더 튼튼한 구조와 공정을 제공한다.

이하의 기재는 어떤 방식으로 제한하고자 하는 것으로 여겨져서는 안된다. 첨부하는 도면을 참고하면, 유사한 구성 요소는 유사한 부재 번호가 부여된다.

본 명세서에 개시된 장치 및 방법의 실시예에 대한 자세한 설명은 도면을 참고하여 예시의 방식으로 설명되었고, 그 설명에 의해 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 및 권선 조립체(10)가 도시되어 있다. 상기 조립체(10)는, 원주방향 폭(perimetrical width)과 축방향 깊이(radial depth)를 구비하는 복수의 슬롯(18)이 형성되어 있는 튜브형 몸체를 구비하는 고정자(14)와, 본 실시예에서는 사각형의 단면을 가지고 있으며, 복수의 슬롯(18)의 각각에 위치하는 복수의 권선(22)을 구비한다. 상기 고정자(14)는 예를 들어 적층되어 붙여진 복수의 적층 구조물 또는 고형화된 분말 금속 몸체(solid powedered metal body)로 구성된다. 또한, 권선(22)의 도체를 코팅하는 절연체(insulation)(미도시)에 더하여, 고정자(14)와 권선(22)이 전기적으로 단락(shorting)될 가능성을 최소화하기 위해서 선택적인 절연체(26)가 권선(22)와 슬롯(18)의 벽면(30)에 사용될 수 있다. 사용되는 절연체(26)로서는 종이나 플라스틱과 같은 얇은 비전도성 물질이 좋다. 어떠한 절연체 물질이 사용되는지와 관계 없 이, 전기 장치의 적절한 작동을 위해 권선(22)를 슬롯(18) 안에 유지시키는 것이 중요하다.

도 2를 참조하면, 슬롯(18)의 원주방향 폭(34)은 슬롯(18)의 반경 방향 깊이에 따라 변화한다. 더 구체적으로, 일 실시예에서, 슬롯(18)은 제 1 폭(34A)을 가지는 제 1 부분(42)과 제 2 폭(34B)을 가지는 제 2 부분(46)으로 나누어진다. 제 1 부분(42)은 슬롯(18)이 시작되는 곳으로부터 원주방향 표면(50)에서 가장 멀리 떨어진 슬롯(18)의 폐쇄 단부(closed end)(48)를 향해 위치한다. 반면에, 제 2 부분(46)은 제 1 부분(42)과 원주방향 표면(50)의 사이에 위치한다. 제 1 폭(34A)이 일정한 폭을 갖도록 하고 제 2 폭(34B)은 점진적으로 변하여 원주방향 표면(50) 근처에서 가장 좁은 폭을 갖도록 함으로써, 상기 권선과 제 2 폭(34B) 사이에 마찰력에 의한 맞물림이 형성될 수 있다. 이러한 슬롯(18)에 대한 권선(22)의 마찰력에 의한 맞물림이 슬롯(18) 안에서 권선(22)이 유지되도록 하는데 이용될 수 있다. 슬롯 안에 선택적인 절연체(26)가 사용되는 경우에, 슬롯(18)의 각각 측면에 위치하는 절연체(26)의 두 층의 추가적인 두께가 계산되어 만들어져야 한다. 또한 슬롯(18)에 권선(22)을 장착하는 동안에 절연체(26)의 두 층(그리고 권선 자체의 절연체)의 파손이, 그것에 의해 제공되는 전기적 절연 기능을 손상시키지 않도록 추가적인 주의가 요구될 것이다. 본 실시예에서는 점진적으로 변화하는 슬롯 폭(34)을 기재하였지만, 다른 실시예에서는 일단이나 심지어 다단식과 같이 갑자기 변화하는 슬롯 폭을 가질 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 권선(22)과 벽면(30) 사이의 마찰력에 의한 맞물 림이 슬롯(18) 안에서 권선(22)의 추가적인 지지가 이루어질 수 있도록 한다. 본 실시예에서 권선(22)의 특정 와이어(54) 폭의 증가가 상기 마찰력에 의한 맞물림을 증가시킨다. 도 3 및 도 4에 각각 도시된 바와 같이, 본 실시예에서의 이러한 점은 와이어 폭이 초기 장착 폭(60)에서 확대된 폭(62)으로 증가됨에 따라 이루어진다. 따라서, 확대된 폭(62)이 제 2 폭(34B) 보다 크도록 하는 원하는 지름으로 세팅됨으로써, 와이어(54)와 슬롯(28)의 제 2 부분(46) 사이의 간섭이 조정될 수 있다. 또한, 상기 간섭의 수준이 조정됨으로써, 와이어(54)와 슬롯(18) 사이의 마찰력이 상기 전기 장치가 작동되는 동안에 권선(22)이 슬롯(18)으로부터 빠져나가는 것을 막는데 필요한 수준으로 조정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 와이어(54)를 확대하는 동작 과정은 와이어(54)가 슬롯(18) 안에 장착된 후에 수행될 수 있다. 상기와 같이 하는 것이 와이어(54)가 폭(60)을 가지는 동안에 장착될 수 있도록 해주고, 슬롯(18) 사이에 더 쉽게 장착될 수 있도록 해준다. 모든 와이어(54)가 슬롯(18) 사이에 위치된 후, 하나 이상의 압인 가공 돌기(coinig nub)(70)를 구비한 압인 가공 도구(coining tool)(66)가 권선(22)의 (도시된 실시예에서) 반경 방향으로 가장 안쪽에 위치한 와이어(54)에 대해 외측 반경 방향으로 눌려질 수 있고, 그것에 의해 만곡부(74)(도 1 및 도 3)를 만드는 과정으로 와이어(54)가 가공될 수 있다. 만곡부(74)는 와이어(54)의 공간 폭이 확대된 폭(62)가 되도록 한다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었으나, 당업자에 의해 다양하게 변형될 수도 있고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 균등물이 구성요 소로 대신될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 그 근본적인 범위를 벗어나지 않는 발명을 지시하는 특별한 상황이나 물질을 채택하는 많은 변경이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명을 실시하기 위해 최선의 형태로 고려되어 개시된 특별한 실시예에 의해 본 발명이 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 청구항의 범위에 들어가는 모든 실시예를 포함할 것이 의도되었다.

도 1은 본 명세서에 개시된 고정자 조립체(stator assembly)의 부분 사시도이다.

도 2는 도 1의 고정자 조립체를 이용한 고정자 코어(stator core)의 부분 평면도이다.

도 3은 권선의 확장 전에 본 명세서에 개시된 고정자와 권선의 연결부(interface)의 확대도이다.

도 4는 권선의 확장 후에 도 3의 고정자와 권선의 연결부(interface)의 확대도이다.

도 5는 본 명세서에 개시된 권선 확대 도구를 도시한다.

Claims

원주 방향 표면 안으로 형성된 반경 방향의 복수의 슬롯이 구비되고, 각각의 상기 복수의 슬롯은 상기 슬롯의 반경 방향 깊이의 적어도 한 부분에 따라 변화되는 폭을 가지고, 상기 슬롯 폭은 상기 원주 방향 표면으로부터 멀리 있는 슬롯 폭보다 상기 원주 방향 표면 근처에서 더 좁아지는 튜브형 몸체; 및

각각의 상기 복수의 슬롯 안에 위치하고, 하나 이상의 권선의 적어도 하나의 지름이 가장 좁은 슬롯 폭의 지름보다 커지도록 상기 하나 이상의 권선 중 적어도 하나가 변형되어서 상기 슬롯 안에 상기 권선을 유지시키는 하나 이상의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 권선은 사각형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 원주 방향 표면은 상기 튜브형 몸체의 내측 반경 방향에 위치한 표면인 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 원주 방향 표면은 원통 모양인 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 튜브형 몸체는 적층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 튜브형 몸체는 분말 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 슬롯 폭은 상기 슬롯의 깊이의 부분에 걸쳐 점진적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 슬롯 폭은 상기 슬롯의 깊이의 부분에 걸쳐 하나 이상의 계단식(step)으로 변화하는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 권선은 적어도 두 위치에서 변형되는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제1항에 있어서,

하나 이상의 절연체 층을 더 포함하고,

상기 하나 이상의 절연체 층은 각각의 상기 복수의 슬롯의 내측 표면에 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 전기 장치 고정자.
제10항에 있어서,

상기 슬롯 폭은 상기 하나 이상의 절연체 층과 관련하여 측정되는 것을 전기 장치 고정자.
슬롯 폭이 원주 방향 표면 근처에서 가장 좁게 되도록 고정자의 원주 방향 표면 안쪽에 형성된 복수의 슬롯의 폭을 상기 원주 방향 표면으로부터 각각의 상기 복수의 슬롯의 반경 방향 깊이를 따라 변화시키는 단계,

각각의 상기 복수의 슬롯 사이에 하나 이상의 권선을 위치시키는 단계,

적어도 하나 이상의 변형된 부분이 상기 가장 좁은 폭보다 큰 지름을 갖도록상기 하나 이상의 권선의 적어도 한 부분을 변형시키는 단계, 및

상기 하나 이상의 변형된 부분과 상기 가장 좁은 폭의 간섭을 통해 상기 슬롯 사이에 위치된 상기 하나 이상의 권선을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 폭을 변화시키는 단계는 상기 폭을 단층 처리(stepping)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제13항에 있어서,

상기 단층 처리하는 단계는 상기 폭을 다단식으로 단층 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 폭을 변화시키는 단계는 상기 폭을 점진적으로 좁히는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 위치시키는 단계는 각각의 상기 복수의 슬롯 안으로 상기 하나 이상의 권선을 반경 방향으로 확장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 권선을 변형시키는 단계는 하나 이상의 오목부(dimple)를 형성하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 권선을 변형시키는 단계는 각각의 상기 복수의 슬롯 사이의 상기 하나 이상의 권선을 위치시키는데 이용된 것과 같은 도구로 상기 하나 이상의 권선을 외측 반경 방향으로 누르는 단계를 더 포함하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

상기 권선을 변형시키는 단계는 압인 가공(coining)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.
제12항에 있어서,

하나 이상의 절연체 층으로 상기 고정자로부터 상기 하나 이상의 권선부를 보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 권선 유지 방법.