KR20100010493A - 전기 기계용 스풀 조립체 - Google Patents

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KR20100010493A
KR20100010493A KR1020090066703A KR20090066703A KR20100010493A KR 20100010493 A KR20100010493 A KR 20100010493A KR 1020090066703 A KR1020090066703 A KR 1020090066703A KR 20090066703 A KR20090066703 A KR 20090066703A KR 20100010493 A KR20100010493 A KR 20100010493A
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레미 인터내셔널, 인코포레이티드
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

본 발명의 전기 기계는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치된 스테이터와, 스풀 조립체를 포함하는 로터를 포함한다. 상기 스풀 조립체는 중간 부분을 통해 제2 말단 부분으로 실질적으로 연속되게 연장하는 제1 말단 부분을 갖는 메인 몸체 부분을 갖는 스풀을 포함한다. 상기 스풀은 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제1 설치 엘리멘트들과, 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제2 설치 엘리멘트들을 더 포함한다. 스타 부재는 상기 스풀의 상기 제1 말단 부분에 고정된다.
전기 기계, 스풀, 스풀 조립체

Description

전기 기계용 스풀 조립체 {SPOOL ASSEMBLY FOR AN ELECTRIC MACHINE}
본 발명의 예시적인 실시예들은 전기 기계 기술, 더 상세하게, 전기 기계용 스풀 조립체에 관한 것이다.
클로-폴 교류발전기(claw-pole alternator)와 같은 특정 전기 기계들은 복수의 스틸 세그먼트(steel segment)로 이루어진 로터, 스틸 코어(core), 마그넷 와이어(magnet wire), 및 스풀 조립체(spool assembly)를 포함한다. 스풀 조립체는 스틸 코어로부터 마그넷 와이어를 절연하도록 형성된 스풀과, 상기 스틸 세그먼트들로부터 마그넷 와이어를 절연하도록 형성된 플랩들(flaps)을 포함한다. 종래 기술의 스풀은 완전히 플라스틱으로 이루어졌다. 플라스틱 스풀은 부피가 커서 마그넷 와이어의 적재량(carrying capacity)을 제한한다.
새로운 스풀 조립체들은, 일반적으로 도 1에서 참조부호 2로 지시되는 플라스틱 스풀과, 스타(star) 내에 형성된 라미네이트(laminate) 플랩들(미도시)을 사용한다. 라미네이트 플랩들 또는 스타들은 종래 기술의 플라스틱 스풀 조립체들에 비해 스풀 조립체를 더 얇게 할 수 있다. 더 얇은 디자인은 마그넷 와이어의 적재량과, 스풀 조립체로부터의 열 전달을 증가시킨다. 새로운 스풀 조립체들이 기존의 완전한 플라스틱 디자인보다 다양한 장점들을 가지나, 라미네이트 플랩들이 음파 용접에 의해 스풀(2)에 부착된다는 점에서 단점이 있다. 음파 용접은 힘들고 고가의 공정일 뿐만 아니라, 음파 용접은 스풀(2)이, 그 중 하나는 참조부호 8로 지시되는, 용접 지지 표면들을 구비하는 대향하는 두꺼운 플랜지들(4 및 5) 형태의 두꺼운 플라스틱 부분들을 포함할 것을 요구한다. 두꺼운 플라스틱 부분들 또는 두꺼운 플랜지들(4 및 5)은 새로운 디자인의 목적에 어긋난다. 즉, 스풀(2)에 두꺼운 플랜지들(4 및 5)를 부가하는 것에 의해, 마그넷 와이어 적재량은 감소된다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 전기 기계는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치된 스테이터(stator)와, 스풀 조립체를 갖는 로터를 포함한다. 상기 스풀 조립체는 메인 몸체 부분(main body portion)을 갖는 스풀을 포함한다. 상기 메인 몸체 부분은, 중간 부분을 통해 제2 말단 부분으로 실질적으로 연속되게 연장하는 제1 말단 부분을 포함한다. 상기 스풀은, 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제1 설치 엘리멘트들(elements)과, 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제2 설치 엘리멘트들을 포함한다. 스타 부재(star member)는 상기 스풀의 상기 제1 말단 부분에 고정된다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기 기계용 스풀은, 중간 부분을 통해 제2 말단 부분으로 실질적으로 연속되게 연장하는 제1 말단 부분을 갖는 메인 몸체 부분을 포함한다. 상기 스풀은 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 설치 엘리멘트들을 더 포함한다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기 기계용 스타 부재는, 집합적으로 중앙 개구를 형성하는 복수의 플랩 부재들과, 상기 중앙 개구 내로 연장하는 복수의 설치 부재들을 포함한다. 복수의 설치 부재들은, 스풀 조립체를 형성하도록, 스풀에 구비된 복수의 설치 엘리멘트들의 대응하는 것들에 결합하는데 적합하다.
추가적인 특징들 및 장점들은 본 발명의 예시적인 실시예들의 기술들을 통해 구체화된다. 본 발명의 다른 실시예들 및 태양들은 여기에 상세히 설명되며, 청구 된 발명의 일부로 간주된다. 본 발명의 장점들 및 특징들과 더불어 본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 상세한 설명 및 도면들을 참조한다.
우선 도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 구성되어, 자동차용 교류발전기의 형태로 도시된 전기 기계가 일반적으로 참조부호 20으로 지시된다. 전기 기계(20)는 제1 표면(23)과, 반대편의 제2 표면(24)을 갖는 하우징(22)을 포함한다. 복수의 전기 부품들(25)이 제2 표면(24)에 설치되며, 커버(26)가 제공된다. 또한, 전기 기계(20)는 복수의 스틸 세그먼트들(별도로 표시되지 않음)을 갖는 스테이터(stator)(29)와, 로터(32)를 포함한다. 로터(32)는 풀리(pulley)(36)에 작동가능하게 결합한 샤프트(34)와, 스풀 조립체(38)를 포함한다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 스풀 조립체(38)는 와이어(42)로 감싸진 스풀(40)을 포함하며, 제1 및 제2 스타 부재들(48 및 50)에 의해 보호된다. 예시적인 실시예의 일 태양에 따르면, 스풀(40)은 나일론과 같이, 비전도성 재료로 이루어지며, 각각의 스타 부재는 절연 재료의 비전도성 시트 또는 라미네이트로 이루어진다. 일반적으로, 각 스타 부재(48 및 50)는 비전도성 시트 또는 라미네이트로부터 타출(stamp out) 또는 압연(roll out)되어 성형된다. 작동 시, 로터(32)는 하우징(22) 내에서 스테이터(29)에 인접하여 회전한다. 로터(32)의 동작은 와이어(42) 내에 발생하는 전기 전류를 일으킨다. 전기 전류는 처리를 위해 전기 부품들(25)을 통과한다. 다음으로, 처리된 전기 전류는 다양한 전기 장치들에 전원을 공급하도록 사용된다.
도 3 내지 6을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 구성된 스풀 조립체(38)를 설명한다. 도시된 바와 같이, 스타 부재들(48 및 50)은 스풀(40)에 설치되며, 밑에 있는 와이어(미도시)를 보호하도록 조작된다(접힌다). 예시적인 실시예의 일 태양에 따르면, 제한됨이 없이, 스풀(40)은, 플라스틱과 같은, 쉽게 성형할 수 있으며 전기 절연성인 재료로 이루어진다. 말단에 대해, 스풀(40)은, 실질적으로 연속되는 중간 부분(65)을 통해 제2 주변 말단 부분(63)으로 연장하는 제1 주변 말단 부분(62)을 갖는 메인 몸체 부분(60)을 포함한다. 즉, 스풀(40)은 스풀 조립체(38)의 와이어 적재량을 극대화하도록 두꺼운 플랜지들 없이 구성된다. 또한, 스풀(40)은, 스타 부재(48)를 유지하기 위해, 그 중 하나가 참조부호 74로 지시되는, 복수의 제1 설치 엘리멘트들(elements)과, 그 중 하나가 참조부호 76으로 지시되는, 복수의 제2 설치 엘리멘트들 뿐만 아니라, 와이어 결속 기둥(wire tie off post)(67)을 포함한다. 또한, 스풀(40)은, 스타 부재(50)를 유지하기 위해, 그 중 하나가 참조부호 80으로 지시되는, 복수의 제3 설치 엘리멘트들과, 그 중 하나가 참조부호 82로 지시되는, 복수의 제4 설치 엘리멘트들을 포함한다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 제1 및 제3 설치 엘리멘트들(74 및 80) 각각은, 제1 설치 엘리멘트들(74)과 관련하여 참조부호 84로 도시되며, 제3 설치 엘리멘트들(80)과 관련하여 참조부호 85로 도시된 바와 같이, 돌출부의 형태를 가진다. 각 돌출부(84 및 85)는, 제1 및 제2 말단 부분들(62 및 63) 각각으로부터 외측으로 실질적으로 수직으로 연장하여, 메인 몸체 부분(60)에 대해 이격된 형 태로 배열된다. 또한, 돌출부(84)는 이어(ear) 엘리멘트(87)와 탭(tab) 엘리멘트(88)를 포함한다. 유사하게, 돌출부(85)는 이어 엘리멘트(90)와 탭 엘리멘트(91)를 포함한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 및 제4 설치 엘리멘트들(76 및 82) 각각은, 제2 설치 엘리멘트들(76)과 관련하여 참조부호 93으로 도시되며, 제4 설치 엘리멘트들(82)과 관련하여 참조부호 94로 도시된 바와 같이, 슬롯(slot)의 형태를 가진다. 각 슬롯(93 및 94)은 제1 및 제2 말단 부분들(62 및 63) 각각에 대해 이격되어 배열된다. 더 상세하게, 돌출부들(84) 및 슬롯들(93)은 제1 말단 부분(62)에 대해 엇갈리게 배열되는 반면, 돌출부들(85) 및 슬롯들(94)은 제2 말단 부분(63)에 대해 엇갈리게 배열된다. 엇갈리게 배열된다는 것은, 예를 들어, 돌출부(84) 및 슬롯(93)이 제1 말단 부분(62)의 둘레에 순차적으로 교대하는 패턴으로 배열된다는 것임을 이해해야 한다.
여기서, 각 스타 부재(48 및 50)는 유사하게 형성된다는 것을 이해해야 하며, 스타 부재(50)가 대응하는 구조를 가진다는 것의 이해와 함께 스타 부재(48)를 설명하는 도 5를 참조하여 상세한 설명이 이어질 것이다. 도시된 바와 같이, 스타 부재(48)는, 제한됨이 없이, 폴리에스테르/노멕스®(Nomex®)/폴리에스테르, 또는 폴리이미드/노멕스®(Nomex®)/폴리이미드 등과 같은 라미네이트 재료로 이루어진다. 스타 부재(48)는 중앙 개구(105)를 갖는 메인 몸체(104)를 포함한다. 스타 부재(48)는, 중앙 개구(105)로부터 외측으로 방사하는 복수의 플랩 부재들(110 내지 116)과, 그 중 하나가 참조부호 130으로 지시되는, 복수의 설치 부재들과, 그 중의 하나가 참조부호 132로 지시되는, 복수의 설치 컴포넌트들(components)을 포함한다. 복수의 설치 부재들(130) 각각은 중앙 개구(105)를 향해 반경방향으로 연장하는 돌기(prong)(137)의 형태를 가지는 반면, 복수의 설치 컴포넌트들(132) 각각은 메인 몸체(104) 내에 형성된 홈(recess)(140)의 형태를 가진다.
도 6을 참조하여, 스풀 조립체(38)의 예시적인 구성을 설명한다. 도시된 바와 같이, 각 스타 부재(48 및 50)는 스풀(40)의 제1 및 제2 말단 부분들(62 및 63)의 대응하는 부분들에 설치된다. 스타 부재(48)는, 복수의 돌기들(137) 각각이 복수의 제2 설치 엘리멘트들(76)의 대응하는 부분에 맞춰지도록 방위가 맞춰진다. 이 방법으로, 복수의 홈(140) 각각은 복수의 제1 설치 엘리멘트들(74)의 대응하는 부분과 맞춰진다. 복수의 제1 설치 엘리멘트들(74)은 스타 부재(48)가 제2 말단 부분(63)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 방지하며, 복수의 제2 설치 엘리멘트들(76)은 스타 부재(48)가 제2 말단 부분(63)을 향하는 방향으로 이동하는 것을 방지한다.
더 상세하게, 스타 부재(48)가 적합하게 위치하면, 복수의 제1 설치 부재들(74)은 대응하는 홈(140) 내에 배치된다. 이 구조에서, 이어 엘리멘트들(87) 과 탭 엘리멘트들(80)은 원하는 방위를 설정하는데 기여할 뿐만 아니라, 스풀(40)의 중심 축(별도로 표시되지 않음)에 대한 스타 부재(48)의 어떠한 축/회전 운동도 방지한다. 유사하게, 스타 부재(50)는, 복수의 제3 설치 엘리멘트들(80) 및 복수의 제4 설치 엘리멘트들(82)에 의해 스풀(40)에 고정된다.
스타 부재들(48 및 50)이 적합하게 위치하면, 스타 부재(50)의 돌기들(137) 은 스풀(40)의 내부 표면(별도로 표시되지 않음)으로 접힌다. 더 상세하게, 돌기들(137)을 슬롯들(93)로 접어 잠그면서, 스틸 링(146)이 스풀(40)로 삽입된다. 돌기들(137)은 스풀(40)에 대한 스타 부재(48)의 회전을 방지한다. 스틸 링(146)은 스풀(40)과의 단단한 결합을 보장하는 스플릿(split)(148)을 포함한다. 스타 부재들(48 및 50)이 잠긴 위치에 있으면, 스풀(40)은 와이어로 감싸진다. 와이어로 감싼 후에, 스풀 조립체(38)는 로터 세그먼트 코어(별도로 표시되지 않음)로 삽입된다. 상기 세그먼트 코어 상의 세그먼트 핑거들(fingers)(미도시)은 각 스타 부재(48 및 50) 상의 플랩들(110 내지 116)을 접히도록 한다. 또한 상기 세그먼트 핑거들은 스타 부재(48) 상의 돌기들(137)이, 도 3에 도시된 바와 같은 스풀 조립체(38)를 완성하도록, 스틸 링(146) 내에 형성된 대응하는 슬롯들(별도로 표시되지 않음)로 접히도록 한다.
여기서, 상기 예시적인 실시예들은, 스풀 조립체 및 개선된 와이어 적재량을 갖는 스풀 조립체의 컴포넌트들을 제공하면서, 동시에 비싸고 힘든 용접 작업들에 대한 요구를 제거한다는 것을 이해해야 한다. 즉, 종래 기술의 스풀들에서 요구되는 크고, 두꺼운 플랜지들을 제거하는 것에 의해, 예시적인 실시예에 따른 스풀은 크기를 증가시키지 않으면서 더 큰 체적의 와이어를 수용한다.
일반적으로, 상기 기술된 설명들은, 최적 모드를 포함하여, 발명을 개시하도록, 또한, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 어떠한 장치들 또는 시스템들을 사용 및 제조하며, 어떠한 병합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여, 본 발명을 실시가능하게 하도록, 예시들을 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구항들 에 의해 정의되며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 생각될 수 있는 다른 예시들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예시들은, 청구항들의 문언상 표현과 다르지 않은 구조적 구성요소들을 포함하거나, 또는 청구항들의 문언상 표현과 비실질적으로 상이한 균등한 구조적 구성요소들을 포함하고 있다면, 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위 내에 있도록 의도된다.
도 1은 종래 기술에 따라 구성된 전기 기계용 스풀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 구성된 스풀 조립체를 포함하는 전기 기계의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스풀 조립체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 스풀 조립체의 스풀 부분의 사시도이다.
도 5는 도 3의 스풀 조립체의 스타 부재의 사시도이다.
도 6은 도 5의 스타 부재가 도 4의 스풀에 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.

Claims (23)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되는 스테이터; 및
    스풀 조립체를 포함하는 로터를 포함하며,
    상기 스풀 조립체는,
    중간 부분을 통해 제2 말단 부분으로 실질적으로 연속되게 연장하는 제1 말단 부분을 갖는 메인 몸체 부분과, 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제1 설치 엘리멘트들과, 상기 제1 말단 부분에 구비된 복수의 제2 설치 엘리멘트들을 포함하는 스풀; 및
    상기 스풀의 상기 제1 말단 부분에 고정되는 스타 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스타 부재는 중앙 개구를 갖는 메인 몸체와, 상기 중앙 개구로부터 외측으로 방사하는 복수의 플랩 부재들과, 상기 중앙 개구로 연장하는 복수의 설치 부재들을 포함하며,
    상기 복수의 설치 부재들은, 상기 스풀 조립체를 형성하도록, 대응하는 상기 복수의 설치 엘리멘트들에 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 제1 설치 엘리멘트들은 상기 제1 및 제2 말단 부분들 중 하나로부터 반경방향 외측으로 연장하는 복수의 돌출부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부들 각각은 이어 엘리멘트와 탭 엘리멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 제2 설치 엘리멘트들은 상기 스풀의 제1 말단 부분에 형성된 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 스타 부재는 복수의 설치 컴포넌트들을 포함하며, 상기 복수의 설치 컴포넌트들 각각은 상기 복수의 설치 부재들 각각에 인접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀은 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하 는 전기 기계.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스타 부재는 하나 이상의 비전도성 재료의 시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 스타 부재는 비전도성 재료의 라미네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀의 내부 표면에 위치하는 스틸 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 말단 부분에 구비된 복수의 제3 설치 엘리멘트들과, 상기 제2 말단 부분에 구비된 복수의 제4 설치 엘리멘트들과, 상기 스풀의 상기 제2 말단 부분에 고정되는 다른 제2 스타 부재를 더 포함하며,
    상기 제3 설치 엘리멘트들은 상기 복수의 제4 설치 엘리멘트들과 다른 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 제1 설치 엘리멘트들은, 상기 스타 부재가 상기 제2 말단 부분으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 제2 설치 엘리멘트들은, 상기 스타 부재가 상기 제2 말단 부분을 향하는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 제2 설치 엘리멘트들은, 상기 스타 부재가 상기 스풀 조립체의 중심 축에 대해 회전하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  15. 전기 기계용 스풀로서,
    중간 부분을 통해 제2 말단 부분으로 실질적으로 연속되게 연장하는 제1 말단 부분을 포함하는 메인 몸체 부분; 및
    상기 제1 말단 부분에 구비되는 복수의 설치 엘리멘트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 설치 엘리멘트들은 복수의 제1 설치 엘리멘트들과, 복수의 제2 설치 엘리멘트들을 포함하며, 상기 복수의 제1 설치 엘리멘트들은 상기 복수의 제2 설치 엘리멘트들과 다른 것을 특징으로 하는 스풀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 제2 설치 엘리멘트들은, 상기 스풀의 상기 제1 및 제2 말단 부분들 중 하나에 형성된 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 제1 설치 엘리멘트들은 상기 제1 말단 부분으로부터 반경방향 외측으로 연장하는 복수의 돌출부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부들 각각은 이어 엘리멘트와 탭 엘리 멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 설치 엘리멘트들은 복수의 제3 설치 엘리멘트들과, 복수의 제4 설치 엘리멘트들을 포함하며,
    상기 복수의 제3 설치 엘리멘트들과 상기 복수의 제4 설치 엘리멘트들은 다르고, 상기 복수의 제3 및 제4 설치 엘리멘트들 각각은 상기 제2 말단 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는 스풀.
  21. 전기 기계용 스타 부재로서,
    집합적으로 중앙 개구를 형성하는 복수의 플랩 부재들; 및
    상기 중앙 개구로 연장하는 복수의 설치 부재들을 포함하며,
    상기 복수의 설치 부재들은, 스풀 조립체를 형성하도록, 스풀에 구비된 대응하는 복수의 설치 엘리멘트들에 결합하는데 적합한 것을 특징으로 하는 스타 부재.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 스타 부재는 복수의 설치 컴포넌트들을 포함하며, 상기 복수의 설치 컴포넌트들 각각은 상기 복수의 설치 부재들 각각에 인접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 스타 부재.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 스타 부재는 비전도성 재료의 라미네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스타 부재.
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