KR20110037893A

KR20110037893A - 로터 및 전기 기계

Info

Publication number: KR20110037893A
Application number: KR1020100096828A
Authority: KR
Inventors: 리차드 닐스 도슨; 제임스 마이클 포가티; 블레이크 웰던 윌슨
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-04-13
Also published as: GB2474341A; JP2011083183A; US20110080068A1; GB201016526D0; DE102010037693A1

Abstract

적층된 제너레이터 로터(120) 구조체와, 적층된 로터(120) 구조체를 이용하여 로터(120)를 수리하기 위한 관련 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 로터 본체(300)는, 단부 플랜지 부재(420, 425)에 접해 있고, 적층된 스택(410)을 통해 통과하고 적어도 하나의 패스너(445)에 의해 고정된 적어도 하나의 스터드 부재(440)에 의해 압축되어 위치되는 적층된 플레이트의 스택(410)을 포함한다.

Description

로터 및 전기 기계{LAMINATED GENERATOR ROTOR STRUCTURE AND RELATED METHOD}

개시된 본 발명은 일반적으로 제너레이터와 같은 전기 기계의 로터 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 적층된 로터 구조체를 갖는 전기 기계와, 적층된 구조체를 이용하여 로터를 수리하기 위한 관련 방법에 관한 것이다.

전형적으로, 종래의 대형의 고속 제너레이터는 스테이터 및 로터를 포함하며, 상기 로터는 기계적 에너지를 전기 에너지를 변환하기 위해 스테이터내에서 종축을 중심으로 회전한다. 전형적으로, 스테이터는 권선을 포함하며, 전력은 권선으로부터 출력된다.

전형적으로, 로터는 로터 본체를 따라 길이방향으로 연장되는 로터 본체의 원주 둘레에 반경방향 절취 슬롯을 포함한다. 이들 슬롯은 코일을 포함하며, 이 코일은 전류를 전달하는 로터 계자 권선을 형성한다. 로터 계자 권선은 예를 들면 슬롯 표면에 대해 지지되는 코일 웨지를 포함한 다수의 상이한 시스템중 하나를 이용함으로써 원심력에 대해서 제 위치에 지지된다. 로터 본체의 단부를 지나서 연장되는 코일의 영역은 단부 권선이라고 하고, 링을 지지함으로써 원심력에 대해서 지지된다. 로터 단부 권선 아래에 위치된 로터 샤프트 단조품의 부분은 스핀들이라고 한다.

전형적으로, 로터는, 로터를 정적으로 그리고 동적으로 지지하기 위해 필요한 굽힘 강도를 갖는 로터를 제공하기 위해 그리고 대형의 고속 제너레이터의 성공적인 작동을 위해 토크를 로터로부터 제너레이터의 구동 플랜지까지 전달하기 위한 그들 재료 성능으로 인해 고강도 철 또는 강철의 중실 단일 단조품으로 형성된다. 이들 중실 단일 단조품 로터는 제조하는데 비용이 많이 들고, 제한된 제조 능력은 주문 및 제조를 위해 매우 긴 리드 시간이 걸린다.

적층된 로터 본체는 중실 강철 로터와 관련된 비용 및 리드 시간을 경감시키기 위해서 제너레이터 및 모터와 같은 소형 전기 기계에서 사용되고 있다. 이들 적층된 로터 본체는 단일 강철 샤프트상에 위치되거나 단일 강철 샤프트에 부착된 적층체를 포함하며, 샤프트는 로터를 위한 필요한 굽힘 강도를 제공한다. 적층체는 샤프트 굽힘 하중의 충분한 부분을 지지하지 못하기 때문에, 이러한 형태의 로터 본체가 사용될 수 있는 제너레이터 또는 모터의 사이즈는 제한된다.

적층된 로터 본체는 또한 전기 기계에서 사용되었으며, 이러한 전기 기계에서 적층체의 스택은 적층체의 주변의 구멍을 통해 통과하는 일련의 로드에 의해 압축되어 유지된다. 로드 압축 적층된 스택은 로터 굽힘 하중의 일부분을 지지하지만, 로드는 단지 적층된 스택의 제한된 압축만을 제공할 수 있으며, 그에 따라 대형의 고속 제너레이터와 같은 전기 기계에서 사용하기에 부적절한 로드 압축형 스택 로터를 제공한다.

본 발명은 제너레이터와 같은 전기 기계에서 사용하기 위한 적층된 로터 구조체와, 적층체를 이용하여 로터를 수리하기 위한 관련 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제 1 실시형태에서, 로터가 제공되며, 이 로터는 적층체 스택(lamination stack)을 포함하는 로터 본체로서, 상기 스택은 복수의 적층된 적층체를 포함하며, 각 적층체는 제 1 두께를 가지며, 각 적층체는 복수의 적층체의 각각의 원주 둘레에 배치된 복수의 반경방향으로 연장되는 슬롯을 더 구비하는, 상기 로터 본체와; 상기 적층체 스택의 제 1 단부에 위치된 제 1 단부 플랜지 부재와; 상기 적층체 스택의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 플랜지 부재와; 상기 적층체 스택, 상기 제 1 단부 플랜지 부재 및 상기 제 2 단부 플랜지 부재내의 적어도 하나의 구멍을 통해 종방향으로 통과하는 적어도 하나의 스터드 부재와; 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 1 단부에 고정된 제 1 패스너와; 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 2 단부에 고정된 제 2 패스너와; 상기 복수의 슬롯내에 위치된 복수의 코일을 포함하며; 상기 제 1 패스너 및 상기 제 2 패스너는 상기 적층된 스택에 압축력을 제공한다.

제 2 실시형태에서, 전기 기계가 제공되며, 이 전기 기계는 로터와, 상기 로터를 둘러싸는 스테이터를 포함하며; 상기 로터는 적층체 스택을 포함하는 로터 본체로서, 상기 스택은 복수의 적층된 적층체를 포함하며, 각 적층체는 제 1 두께를 가지며, 각 적층체는 복수의 적층체의 각각의 원주 둘레에 배치된 복수의 반경방향으로 연장되는 슬롯을 더 구비하는, 상기 로터 본체와; 상기 적층체 스택의 제 1 단부에 위치된 제 1 단부 플랜지 부재와; 상기 적층체 스택의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 플랜지 부재와; 상기 적층체 스택, 상기 제 1 단부 플랜지 부재 및 상기 제 2 단부 플랜지 부재내의 적어도 하나의 구멍을 통해 종방향으로 통과하는 적어도 하나의 스터드 부재와; 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 1 단부에 고정된 제 1 패스너와; 상기 적어도 하나의 스터드 부재의 각각의 제 2 단부에 고정된 제 2 패스너와; 상기 복수의 슬롯내에 위치된 복수의 코일을 포함하며; 상기 제 1 패스너 및 상기 제 2 패스너는 상기 적층된 스택에 압축력을 제공한다.

제 3 실시형태에서, 방법이 제공되며, 이 방법은 로터 본체의 제 1 단부 부분을 제거하는 단계와; 로터 본체의 제 1 단부에 적어도 하나의 스터드 부재를 고정하는 단계와; 복수의 적층체를 제공하는 단계로서, 각 적층체는 적층체내에 적어도 하나의 구멍을 구비하는, 상기 적층체 제공 단계와; 로터 본체의 제 1 단부에 적층체를 적층시키는 단계로서, 복수의 적층체내의 적어도 하나의 구멍을 통해 적어도 하나의 스터드 부재를 통과시키는 것을 포함하며, 로터의 제 1 부분의 길이와 동일한 길이를 갖는 적층된 스택을 형성하는 것을 포함하는, 상기 적층 단계와; 적층된 스택에 인접하게 단부 플랜지 부재를 위치시키는 단계로서, 단부 플랜지 부재내의 적어도 하나의 구멍을 통해 적어도 하나의 스터드 부재를 통과시키는 것을 포함하는, 상기 위치 단계와; 단부 플랜지 부재에 인접하게 스페이서 부재를 위치시키는 단계로서, 스페이서 부재내의 적어도 하나의 구멍을 통해 적어도 하나의 스터드 부재를 통과시키는 단계와; 적층체, 단부 플랜지 부재 및 스페이서 부재를 적어도 하나의 패스너로 적어도 하나의 스터드 부재상에 체결시키는 단계와; 적층된 스택을 압축시키는 단계로서, 적어도 하나의 패스너를 조이는 것을 포함하는 상기 압축 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 로터의 일부분의 3차원도,
도 2는 3상 로터 권선을 갖는 비동기 제너레이터 로터의 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터 및 스테이터를 구비하는 제너레이터의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터 계자 권선을 포함하는 제너레이터 로터의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 로터의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 로터의 다양한 부품의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로터 본체 적층체의 정면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 본체 적층체의 정면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로터 본체 적층체내의 슬롯의 상세도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 로터의 단면도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 본체 적층체의 3차원도,
도 12는 로터 본체에 손상을 당한 단조형 제너레이터 로터의 단면도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 로터의 단면도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제너레이터 로터의 단면도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 본체 적층체의 정면도.

본 발명의 적어도 하나의 실시예를 전기 기계의 작동과 관련된 출원을 참조하여 후술한다. 본 발명의 실시예는 2극 동기 제너레이터의 형태의 전기 기계에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 요지는 4개 또는 그 이상의 극을 갖는 제너레이터 및 3상 로터 권선을 갖는 비동기 제너레이터와 같은 다른 형태의 제너레이터와; 모터를 포함하는 다른 전기 기계에 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해해야 하며, 이것으로만 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 한 세트의 공칭 치수를 포함한 공칭 사이즈를 참조하여 후술한다. 그러나, 본 기술 분야에 숙련된 자들은 본 발명이 모든 적당한 제너레이터 및/또는 엔진에 마찬가지로 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 기술 분야에 숙련된 자들은 본 발명이 다양한 스케일의 공칭 사이즈 및/또는 공칭 치수에 마찬가지로 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 적층형 로터 본체 구조체 및 이것을 제조하는 방법을 제공한다. 도 1 내지 도 15는 제너레이터의 상이한 실시형태를 도시하는 것이며, 특히 적층형 로터(120)를 제공하는 구성을 도시하는 것이다. 도 1은 로터(120)의 일부분의 3차원 사시도이며, 일 실시예에서 로터(120)는 2극 동기 제너레이터와 같은 전기 기계내에 포함될 수 있다. 로터(120)는 스핀들(100)과, 스핀들(100) 둘레에 배치된 코일(130)의 그룹을 포함할 수 있다. 코일(130)의 각 그룹은 복수의 슬롯(140)내에 포함될 수 있다. 또한, 코일(130)의 각 그룹은 코일(130)을 냉각시키는데 도움을 주기 위한 복수의 덕트(110)를 포함할 수 있다. 도 2는 로터(120)가 비동기 제너레이터내에서 3상 로터 권선을 형성하도록 배치될 수 있는 코일(130)을 포함하는 다른 실시예의 부분 절단한 도면이다. 제너레이터 및 로터(120)의 다른 실시형태 뿐만 아니라 로터(120)를 수리하는 방법을 도 3 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

도 3은 스테이터(240)와, 스테이터(240)내에 위치된 로터(120)를 포함하는 제너레이터(200)의 개략적인 단면도이다. 스테이터(240)는 코일(245)의 그룹을 포함하며, 모든 공지되거나 후에 개발되는 스테이터 구조체를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 로터(120)는 스핀들(100)과, 스핀들(100) 둘레에 배치된 코일(130)의 그룹을 구비할 수 있다. 스핀들(100)은 예를 들면 철 또는 강철로 형성될 수 있다. 로터(120)는 스테이터(240)내에서 종방향 축(250)을 중심으로 회전한다. 또한, 로터(120)는 다극 자기 코어를 포함하는 로터 본체(300)를 포함한다. 도 3에 도시된 로터(120)에서, 자기 코어는 2개의 극을 포함한다.

로터 본체(300)는 로터 계자 권선을 형성하는 코일(130)을 포함하는 복수의 슬롯(140)을 더 포함한다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 코일(130)은 코일 웨지(150)에 의해 슬롯(140)내에서 제 위치에 유지될 수 있다. 또한, 코일은(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 로터 본체(300)의 각 단부상에 유지 링(320)에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 코일(130)은 카본 섬유 링(135)(도 2) 또는 유리섬유 밴딩(도시하지 않음)에 의해 제 위치에 유지될 수 있으며, 여기에서 비경화된 유리섬유 밴딩 재료는 로터(120) 및 코일(130)상에 직접 텐션하에서 권취되고, 다음에 경화된다.

도 4를 참조하면, 구동 커플링(340)은 제너레이터(200)와 터빈 또는 엔진을 포함할 수 있는 기계적 에너지원 사이에 배치되며, 스테이터(240)에 대해서 로터(120)를 회전시키도록 구성되어 있다. 로터(120)의 회전은 스테이터(240)(도 3)에 고정된 코일(245)의 그룹에서 생성된 전류로 되어, 전기를 생성한다. 다음에, 전류는 예를 들면 가정 및/또는 빌딩에 전력을 공급하는 것을 포함해서 다양한 분야에서 사용하기 위해서 제너레이터(200)로부터 전달된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터(120)를 도시한 것이며, 여기에서 로터 본체(300)는 복수의 적층된 플레이트 또는 적층체(415)의 스택(410)을 포함한다. 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 각 적층체(415)는 각 적층체(415)의 원주의 적어도 일부분을 중심으로 원주방향으로 배치된 복수의 반경방향으로 연장되는 슬롯(140)을 포함한다. 도 7은 2극 동기 제너레이터에 위치된 슬롯 장치의 실시예를 도시한 것이다. 도 8은 3상 권선을 갖는 비동기 제너레이터에 위치된 슬롯 장치의 실시예를 도시한 것이다. 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 각 적층체(415)는 적층체를 관통하는 구멍(510)을 더 포함한다.

다양한 실시예에 있어서, 구멍(510)의 개수는 하나 또는 하나 이상일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 적층체(415)는 강철로 제조되며, 레이저로 컷팅, 워터 젯으로 펀칭 또는 다이로 펀칭과 같은 모든 공지된 방법을 이용하여 절단될 수 있으며, 이들 방법으로만 제한되지 않는다. 또 다른 실시예에 있어서, 적층체는 인접한 적층체(415) 사이의 전기적인 분리를 제공하기 위해서 ASTM C-5 전기 강철 절연에 따른 인산염 기제 비유기 코팅과 같은 절연 층 또는 코팅으로 각 적층체의 표면을 코팅하는 추가 처리를 실시할 수 있다. 절연 층은 두께가 약 0.0015㎜와 약 0.0035㎜ 사이일 수 있다. 도 7 내지 도 9는 로터 코일(130)이 코일 웨지(150)에 의해 슬롯(140)내에 제 위치에 유지되는 실시예를 도시하고 있지만, 다른 실시예는 슬롯(140)내에 코일(130)을 유지하기 위해서 예를 들면 카본 섬유 링 또는 유리섬유 밴딩을 포함할 수 있다.

각 적층체(415)의 두께는 제너레이터(200)의 사이즈에 따라 다양하다. 일 실시예에서, 각 적층체(415)는 두께가 약 2㎜(약 0.07인치)와 약 25㎜(약 1.0인치) 사이, 또는 보다 정확하게 약 6㎜(약 0.25인치)와 약 10㎜(약 0.375인치) 사이, 및 이들 치수 사이의 모든 치수를 나타내는 제 1 두께를 갖고 있다. 그러나, 적층체(415)의 제 1 두께의 이들 범위는 단지 설명을 위한 것이며, 필요에 따라 상술한 범위보다 얇거나 또는 두꺼운 적층체를 사용하는 것을 배제하는 것이 아니며, 및/또는 적층체(415)의 최적의 두께는 이들이 사용되는 전기 기계의 사이즈 및 속도와 적층체를 절단하는데 사용된 제조 방법에 따라 다양하다.

다시 도 5를 참조하면, 적층체 스택(410)은 적층체 스택(410)의 제 1 단부에 위치된 제 1 단부 플랜지 부재(420)와, 적층체 스택(410)의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 플랜지 부재(425)에 접해 있다. 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420, 425)는 로터 본체(300)를 포함하는 로터(120)의 자기적으로 활성 부분의 일부분일 수 있지만 반드시 일부분일 필요는 없다. 도 10에 도시된 바와 같이, 적층체 스택(410)은 로터를 균형맞추기 위한 복수의 두꺼운 균형맞춤 적층체(615)를 더 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 균형맞춤 적층체(615)는 적층된 적층체(415)의 제 1 두께보다 큰 제 2 두께를 갖고 있다. 균형맞춤 적층체(615)는 슬롯(140) 사이에서 적층체(615)의 외부 원주 둘레에 위치된 테이퍼 구멍(620)(도 11)을 더 포함할 수 있다. 균형맞춤 적층체(615)의 개수 및 두께와 균형맞춤 적층체(615)내의 구멍(620)의 개수는 로터가 서비스시에 사용되는 전체 속도 범위에 걸쳐서 적당한 균형맞춤 능력을 제공하도록 선택된다. 다양한 실시예에서, 대략 20개의 20㎜-30㎜ 직경의 테이퍼진 구멍(620)을 갖는 약 25㎜와 약 40㎜ 두께를 나타내는 대략 4개와 대략 8개 사이의 균형맞춤 적층체(615)가 사용될 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 일 실시예에서, 적층체 스택(410), 및 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420, 425)는 또한 제 1 단부 플랜지 부재(420)에 인접하여 위치된 제 1 스페이서 부재(430)와, 제 2 단부 플랜지 부재(425)에 인접하여 위치된 제 2 스페이서 부재(435)에 접해 있다. 다른 실시예에서, 단부 플랜지 부재(420, 425)는 단부 플랜지 부재(420, 425)의 구조체의 각 구성 부분으로서 스페이서 부재(430, 435)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 별개의 스페이서 부재(430, 435)는 사용되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 스페이서 부재(430, 435) 및 단부 플랜지 부재(420, 425)는 각각 복수의 서브-부품을 포함할 수 있으며, 이 서브-부품과 함께 도 6에 도시된 바와 같이 스페이서 부재 또는 단부 플랜지 부재 구조체를 형성한다.

다시 도 5를 참조하면, 스터드 부재(440)는 적층체 스택(410)을 포함하는 적층된 적층체(415)의 각각내의 구멍(510)을 통해서 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 단부 플랜지 부재(420, 4254)의 각각, 및 제 1 및 제 2 스페이서 부재(430, 435)(존재한다면)의 구멍을 통해 통과한다. 스터드 부재(440)는 예를 들면 강철과 같은 매우 높은 압축을 유지할 수 있는 고강도 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스터드 부재(440)는 스터드 부재(440)의 단부의 각각상에만 나사형성될 수 있다.

제 1 패스너(445) 및 제 2 패스너(450)는 스터드 부재(440)의 단부의 각각을 고정하며, 스터드 부재(440)와 함께, 적층된 스택(410)에 압축력을 제공한다. 너트, 토크 너트 또는 Superbolt(등록상표) 텐셔너를 포함한 토크 볼트, 또는 다른 나사형성 패스너를 포함할 수 있는 패스너(445, 450)는 유압 장력 기구, 열 조임 등등을 사용하는 것을 포함해 모든 공지된 수단을 이용하여 체결될 수 있으며, 이들로만 제한되지 않는다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 제 1 단부 플랜지 부재(420) 및 제 2 단부 플랜지 부재(425)는 적층체 스택(410)의 단면의 전체에 걸쳐서 거의 균일한 압력을 제공하도록 형성되며, 제 1 및 제 2 플랜지 부재(420, 425)는, 각 플랜지(420, 425)의 외경이 적층체 스택(410)의 외경과 최초에 접촉하는 두께로 테이퍼져 있다. 압축 하중이 패스너(445, 450)의 체결시에 증가될 때, 각 단부 플랜지(420, 425)는, 플랜지(420, 425)의 전체 면이 적층체 스택(410)의 단부의 전체 면과 접촉되도록 변형된다.

추가 실시예에서, 적층체(415, 615)는 하나 이상의 구멍(511)을 포함할 수 있으며, 하나의 스터드 부재(441)는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 구멍(511)을 통해 통과할 수 있다. 도 15는 7개의 구멍을 갖는 적층체를 도시하고 있지만, 스터드 부재 및 구멍의 개수는 1과 약 12 사이의 모든 개수일 수 있다. 스터드 부재(441)의 개수가 하나 이상일 경우, 스터드 부재(441)의 각각은 복수의 패스너(445, 450)중 하나에 의해 고정된다. 또한, 단부 플랜지 부재(420, 425), 스페이서 부재(430, 435) 및 적층체(415, 615)는 로터가 적어도 스터드 부재를 포함하는 만큼 많은 구멍을 포함한다.

패스너(445, 450)를 체결시키면, 로터 본체(300)에 필요한 굽힘 강도를 제공하고 그리고 토크 하중을 로터 본체(300)로부터 구동 샤프트까지 전달할 수 있는 충분한 마찰 능력을 제공하기에 충분한 압력으로 적층된 스택(410)의 압축을 야기시킨다. 이것을 성취하기 위해 필요한 압력은 제너레이터(200)의 사이즈, 그리고 그에 따라 로터(120)의 사이즈에 따라 다양하다. 보다 큰 기계는 고용 강철 로터의 것에 근접하는 증가된 로터 강도를 요구한다. 일 실시예에서, 스터드 부재(440) 및 패스너(445, 450)는 약 7,000kPa(약 1,000psi)와 약 50,000kPa(약 7,250psi) 사이의 압력으로 적층된 스택(410)을 압축하지만, 이러한 수치는 단순히 설명을 위한 것이다. 성취된 압력은 로터의 사이즈, 제조되는 재료, 패스너(445, 450)가 체결되는 정도 등등을 포함한 다양한 변수에 따라 크게 좌우되며, 이러한 변수는 상술한 것으로만 제한되지 않는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비구동 단부 샤프트 스핀들(455)은 제 1 스페이서 부재(430)에 고정될 수 있으며, 구동 단부 샤프트 스핀들(460)은 제 2 스페이서 부재(435)에 고정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 스페이서 부재(430, 435)는 각각 플랜지(465, 470)를 포함하며, 스핀들(455, 460)은 각각 상기 플랜지(465, 470)에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 스핀들(455, 460)은 복수의 볼트(475)에 의해 스페이서 부재(430, 435)에 고정될 수 있지만, 용접과 같은 모든 공지된 접착 방법도 또한 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동 단부 스핀들(460)은 구동 커플링(340)을 포함하며, 예를 들면 로터(120)를 회전시키게 하는 터빈과 같은 기계적인 에너지원에 로터(120)를 작동 가능하게 연결하도록 구성되어 있다. 특정 실시예에서, 로터(120)에 연결된 2개의 기계적 에너지원을 구비하는 것이 바람직하며, 하나의 기계적 에너지원은 로터의 각 단부에 연결된다. 이러한 경우에, 스핀들(455)은 또한 로터(120)에 작동 가능하게 연결된 보조 구동 커플링(360)(도 4)을 구비하도록 구성될 수 있다. 비구동 단부 스핀들(455)은 스핀들(455)(도 4) 둘레에 배치된 코일 콜렉터 링(350)과, 또는 로터 코일(130)에 여자 전류를 제공하기 위한 브러시리스 여자기(도시하지 않음)와 코일(130)을 작동 가능하게 연결하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 손상입은 손상부(810)를 갖는 로터(120)를 교체 또는 수리하기 위한 방법이 제공된다. 로터 본체(300)의 손상부(810)는 통상적으로 긴 기간 사이클 임무의 과정에서 또는 모든 다른 환경하에서 서비스 동안에 발생될 수 있다. 또한, 손상부(810)는 중실 단조품(820)으로 제조된 로터상에서 발생할 수 있다. 설명의 명확함을 위해서, 손상부(810)를 포함하는 로터 본체(300)의 단부는 제 1 단부 부분(910)이라고 할 수 있으며, 로터 본체(300)의 비손상된 단부는 제 2 단부 부분(920)이라고 할 수 있다. 그러나, 이러한 합법명은 단지 설명의 명료함을 위한 것이며, 어떠한 방법으로도 제한하도록 구성되는 것이 아니다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 손상부(810)를 포함하는 로터 본체(300)의 제 1 단부 부분(910)은 중실 단조품(820)의 제 2 단부 부분(920)을 잔류시킨 상태로 로터 본체(300)로부터 제거된다. 일 실시예에서, 강철로 제조될 수 있는 스터드 부재(440)는 로터 본체(300)의 제 1 단부(930)에 고정된다. 일 실시예에서, 고정하는 것은 로터 본체(300)의 제 1 단부(930)내에 나사형성 구멍(935)에 암나사의 골을 파고, 스터드 부재(440)의 제 1 단부(940)를 나사형성하고 그리고 스터드 부재(440)의 제 1 단부(940)를 구멍(935)내에 나사식으로 체결하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 예를 들면 스터드 부재(440)를 제 1 단부(930)에 용접하는데 본 기술 분야에 공지된 모든 다른 공지 수단이 사용될 수 있다.

복수의 적층체(415)가 제공되며, 각 적층체(415)는 이를 관통하는 구멍(510)을 갖고 있다. 적층체(415)는 로터 본체(300)의 제 1 단부(930)상에 적층되며, 스터드 부재(440)는 복수의 적층체(415)의 각각내의 구멍(510)을 관통한다. 일 실시예에서 강철을 포함할 수 있는 적층체(415)는 로터 본체(300)의 제거된 제 1 단부 부분(910)의 길이와 동일한 길이를 갖는 적층된 스택(410)을 형성하기에 충분한 개수로 적층된다. 또한, 적층체 스택(410)은 필요에 따라 로터를 균형맞추기 위한 복수의 보다 두꺼운 균형맞춤 적층체(615)(도 10)를 포함할 수 있다.

각 적층체(415)의 두께는 로터(120)의 사이즈에 따라 다양하다. 일 실시예에서, 각 적층체(415)는 두께가 약 2㎜(약 0.072인치)와 약 25㎜(약 1.0인치) 사이, 또는 보다 정확하게 약 6㎜(약 0.25인치)와 약 10㎜(약 0.375인치) 사이, 및 이들 치수 사이의 모든 서브범위를 나타낼 수 있다. 균형맞춤 적층체(615)는 적층된 적층체(415)의 제 1 두께보다 큰 제 2 두께를 갖고 있다. 상술한 바와 같이, 균형맞춤 적층체(615)는 슬롯(140) 사이에서 적층체(615)의 외부 원주 둘레에 위치된 테이퍼진 구멍(620)을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 후자 관점 증명이 이용될 수 있으며, 제공된 적층체(415)는 적층될 수 있으며, 이후에 수신된 사양에서 인용된 모든 제너레이터 디자인의 특정 치수 요구조건으로 절단 및 적층된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 단부 플랜지 부재(420)는 적층된 스택(410)에 인접하여 위치된다. 단부 플랜지 부재(420)는 플랜지 부재의 중앙을 관통하는 구멍을 더 포함하며, 스터드 부재(440)는 상기 구멍을 통과한다. 스페이서(430)는 단부 플랜지 부재(420)에 인접하여 위치될 수 있으며, 스터드 부재(440)는 스페이서 부재(430)를 통해 통과한다. 다른 실시예에서, 단부 플랜지 부재(420)는 단부 플랜지 부재(420)는 단부 플랜지 부재(420)의 구조체의 구성 부분으로서 스페이서 부재(430)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 별개의 스페이서 부재(430)는 사용되지 않을 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 스페이서 부재(430) 및 단부 플랜지 부재(420)는 각각 복수의 서브 부품을 포함하며, 이들 서브 부품은 함께 도 6에 도시된 바와 같이 스페이서 부재 또는 단부 플랜지 부재 구조체를 형성한다.

스터드 부재(440)는 적층체 스택(410)을 포함하는 적층된 적층체(415)의 각각내의 구멍(510)을 통해서 뿐만 아니라 단부 플랜지 부재(420) 및 스페이서 부재(430)의 각각내의 구멍을 통해서 통과한다. 일 실시예에 있어서, 스터드 부재(440)는 스터드 부재(440)의 단부의 각각에만 나사형성될 수 있다.

적층체(415), 단부 플랜지 부재(420) 및 스페이서 부재(430)는 패스너(445)에 의해 스터드 부재(440)상에 체결된다. 스터드 부재(440)와 함께 패스너(445)는 적층된 스택(410)에 압축력을 제공한다. 너트, 토크 너트 또는 Superbolt(등록상표) 텐셔너와 같은 토크 볼트, 또는 모든 다른 나사형 패스너를 포함할 수 있는 패스너(445)는 유압 장력 기구, 열 조임 등등을 사용하는 것을 포함해 모든 공지된 수단을 이용하여 체결될 수 있으며, 이들로만 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 단부 플랜지 부재(420)는 적층체 스택(410)의 단면의 전체에 걸쳐서 거의 균일한 압력을 제공하도록 형성되며, 단부 플랜지 부재(420)는, 단부 플랜지(420)의 외경이 적층체 스택(410)의 외경과 최초에 접촉하는 두께로 테이퍼져 있다. 압축 하중이 증가될 때, 플랜지(420)는, 플랜지(420)의 전체 면이 적층체 스택(410)의 단부의 전체 면과 접촉되도록 변형된다.

추가 실시예에서, 적층체(415, 615)는 하나 이상의 구멍(511)을 포함할 수 있으며, 하나의 스터드 부재(441)는 구멍(511)을 통해 통과할 수 있다. 스터드 부재의 개수는 1과 12 사이일 수 있다. 스터드 부재(441)의 개수가 하나 이상일 경우, 스터드 부재(441)의 각각은 복수의 패스너(445)에 의해 고정된다. 또한, 단부 플랜지 부재(420), 스페이서 부재(430) 및 적층체(415, 615)는 로터가 적어도 스터드 부재를 포함하는 만큼 많은 구멍을 포함한다.

적층된 스택(410)은 로터 본체(300)에 필요한 굽힘 강도를 제공하고 그리고 적층된 제 1 단부 부분(910) 및 단조된 제 2 단부 부분(920)을 포함해서 발생된 토크 하중을 로터 본체(300)로부터 구동 샤프트로 전달할 수 있는 충분한 마찰 능력을 제공하기에 충분한 압력으로 압축된다. 이것을 성취하기 위해 필요한 압력은 로터(120)의 사이즈에 따라 다양하다.

본 명세서에서, 용어 "제 1", "제 2" 등은 임의의 순서, 분량 또는 중요도를 가리키는 것이 아니며, 오히려 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는데 사용되는 것이며, 용어 "하나의"는 분량의 한계를 가리키는 것이 아니며, 오히려 기준 항목중 적어도 하나의 존재를 가리킨다. 분량과 관련하여 사용된 수식어구 "대략"은 언급된 값을 포함하며, 명세서에서 언급된 의미를 갖고 있다(예를 들면 특정 분량의 측정과 관련된 에러의 정도를 포함함). 사용된 첨자 "들"은 수식하는 항목의 단수와 복수를 모두 포함하며, 이에 의해 그 항목의 하나 또는 그 이상을 가리킨다(예를 들면 금속(들)은 하나 또는 그 이상의 금속을 포함한다). 사용된 범위는 포괄 및 독립적으로 조합 가능하다(예를 들면 "약 25㎜ 이상" 또는 보다 상세하게 약 5㎜ 내지 약 20㎜"의 범위는 종점을 포함하며, "약 5㎜ 내지 약 25㎜" 등의 범위의 모든 중간 값을 포함한다.

다양한 실시예를 설명하였으며, 요소, 변형 또는 개선의 다양한 실시예는 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 이뤄질 수 있으며, 본 발명의 영역내에 있는 것을 이해해야 한다. 또한, 많은 변형은 본 발명의 기본적인 영역을 벗어남이 없이 본 발명의 요지에 특정 상황 또는 재료를 채용하여 이뤄질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실시하기 위한 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 영역내에 있는 모든 실시예를 포함한다.

120 : 로터 130 : 코일
140 : 슬롯 200 : 전기 기계
300 : 로터 본체 410 : 적층체 스택
415 : 적층체 420 : 제 2 단부 플랜지 부재
425 : 제 2 단부 플랜지 부재 430 : 제 1 스페이서 부재
435 : 제 2 스페이서 부재 440, 441 : 스터드 부재
445 : 제 1 패스너 450 : 제 2 패스너
455 : 비구동 단부 샤프트 스핀들 460 : 구동 단부 샤프트 스핀들
510, 511 : 구멍 615 : 균형맞춤 적층체
620 : 구멍

Claims

로터(120)에 있어서,
적층체 스택(lamination stack)(410)을 포함하는 로터 본체(300)로서, 상기 스택(410)은 복수의 적층된 적층체(415)를 포함하며, 각 적층체(415)는 제 1 두께를 가지며, 각 적층체(415)는 복수의 적층체(415)의 각각의 원주 둘레에 배치된 복수의 반경방향으로 연장되는 슬롯(140)을 더 구비하는, 상기 로터 본체(300)와,
상기 적층체 스택(410)의 제 1 단부에 위치된 제 1 단부 플랜지 부재(420)와,
상기 적층체 스택(410)의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 플랜지 부재(425)와,
상기 적층체 스택(410), 상기 제 1 단부 플랜지 부재(420) 및 상기 제 2 단부 플랜지 부재(425)내의 적어도 하나의 구멍(510, 511)을 통해 종방향으로 통과하는 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)와,
상기 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)의 각각의 제 1 단부에 고정된 제 1 패스너(445)와,
상기 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)의 각각의 제 2 단부에 고정된 제 2 패스너(450)와,
상기 복수의 슬롯(140)내에 위치된 복수의 코일(130)을 포함하며,
상기 제 1 패스너(445) 및 상기 제 2 패스너(450)는 상기 적층된 스택(410)에 압축력을 제공하는
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단부 플랜지 부재(420)에 인접하여 위치된 제 1 스페이서 부재(430)와,
상기 제 2 단부 플랜지 부재(425)에 인접하여 위치된 제 2 스페이서 부재(435)와,
상기 제 1 스페이서 부재(430)에 고정된 비구동 단부 샤프트 스핀들(455)과,
상기 제 2 스페이서 부재(435)에 고정된 구동 단부 샤프트 스핀들(460)을 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)는 상기 제 1 및 제 2 스페이서 부재(430, 435)의 각각내의 적어도 하나의 구멍(510, 511)을 통해 통과하는
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 적층된 적층체(415)는 강철을 포함하며,
상기 적어도 하나의 스터드부재(440, 441)는 강철을 포함하는
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 두께는 약 2㎜와 약 25㎜ 사이인
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 적층체(415)의 각각은 전기적으로 절연 코팅을 더 포함하는
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 압축력은, 상기 로터 본체(300)에 필요한 굽힘 강도를 제공하고 그리고 토크 하중을 상기 로터 본체(300)로부터 구동 샤프트(460)까지 토크 하중을 전달할 수 있는 필요한 마찰 능력을 제공하기에 충분한 압력인
로터.
제 6 항에 있어서,
상기 압축력은 약 7,000kPa와 약 50,000kPa 사이의 압력인
로터.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단부 플랜지 부재(420) 및 상기 제 2 단부 플랜지 부재(425)는 적층체 스택(410)의 단면의 전체에 걸쳐서 거의 균일한 압력을 제공하도록 형성되어 있는
로터.
제 1 항에 있어서,
복수의 균형맞춤 적층체(615)를 더 포함하며,
상기 각 균형맞춤 적층체(615)는 제 1 두께보다 큰 제 2 두께를 갖고 있으며,
상기 각 균형맞춤 적층체(615)는 상기 복수의 슬롯(140) 사이에서 상기 균형맞춤 적층체(615)의 외부 원주에 위치된 복수의 구멍(620)을 더 포함하며,
상기 균형맞춤 적층체(615)는 상기 적층체 스택(410)에서 제 1 두께를 갖는 적층체(415) 사이에 위치되는
로터.
전기 기계(200)에 있어서,
로터(120)와,
상기 로터(120)를 둘러싸는 스테이터(240)를 포함하며;
상기 로터(120)는,
적층체 스택(410)을 포함하는 로터 본체(300)로서, 상기 스택(410)은 복수의 적층된 적층체(415)를 포함하며, 각 적층체(415)는 제 1 두께를 가지며, 각 적층체(415)는 복수의 적층체(415)의 각각의 원주 둘레에 배치된 복수의 반경방향으로 연장되는 슬롯(140)을 더 구비하는, 상기 로터 본체(300)와,
상기 적층체 스택(410)의 제 1 단부에 위치된 제 1 단부 플랜지 부재(420)와,
상기 적층체 스택(410)의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 플랜지 부재(425)와,
상기 적층체 스택(410), 상기 제 1 단부 플랜지 부재(420) 및 상기 제 2 단부 플랜지 부재(425)내의 적어도 하나의 구멍(510, 511)을 통해 종방향으로 통과하는 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)와,
상기 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)의 각각의 제 1 단부에 고정된 제 1 패스너(445)와,
상기 적어도 하나의 스터드 부재(440, 441)의 각각의 제 2 단부에 고정된 제 2 패스너(450)와,
상기 복수의 슬롯(140)내에 위치된 복수의 코일(130)을 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 패스너(445, 450)는 상기 적층된 스택(410)에 압축력을 제공하는
전기 기계.