KR20110069797A - 전기 기계를 위한 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전기 기계, 가령, 일체형 시동기/발전기(ISG)를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 이중 고온 낙하 작업을 포함하며, 이중 고온 낙하 작업에 의해, 강철 슬리브(6)가 가열된 후, 스테이터 조립체(8)가 강철 슬리브(6)로 삽입되고, 스테이터 조립체(8)와 슬리브(6)가 냉각된 후 가열된 하우징(4)으로 삽입된다.

Description

전기 기계를 위한 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND MANUFACTURING PROCESS FOR AN ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은 전기 기계의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기 기계(가령, 시동기 모터 모드에서 교류발전기 또는 발전기 모드로 전환될 수 있는 일체형 시동기/발전기(ISG: integrated starter generator))를 위한 장치와 제조 프로세스에 관한 것이다.

전기 기계 부품의 알려진 조립 방법으로 저온 압착이 있다. 그러나 부품들을 다 함께 저온 압착하는 것은 부품에 손상, 가령, 심한 마모(heavy scuffing)를 초래하는 것이 일반적이며, 특히 부품들 간 심한 억지 끼워 맞춤(interference fit)이 요구되는 경우에 더 그렇다. 부품의 전자기 속성과 적층 밀도(stack density)가 저온 압착 공정에 의해 바람직하지 않게 변할 수 있다. 덧붙이자면, 심한 억지 끼워 맞춤이 요구될 때, 저온 압착에 의해 부품들을 조립하기 위해 매우 큰 힘이 요구된다.

본 발명의 목적은, 고온에서, 부품들을 손상시키지 않으면서, 부품들의 분리를 방지하기에 충분한, 조립되는 부품들 간 억지 끼워 맞춤을 제공하며, 부품들의 특정 적층 밀도(stack density)는 유지되는 전기 기계를 제작하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

따라서 본 발명의 하나의 양태에서, 전기 기계를 제작하기 위한 방법이 제공되며, 상기 전기 기계는 스테이터 조립체(stator assembly)와, 슬리브(sleeve)와, 하우징(housing)을 포함하며, 상기 방법은 복수의 고온 낙하 단계를 포함한다.

상기 방법은, 스테이터 조립체가 슬리브로 삽입되기 전에 슬리브가 가열되는 제 1 고온 낙하 단계와, 스테이터 조립체와 슬리브가 하우징으로 삽입되기 전에 상기 하우징이 가열되는 제 1 고온 낙하 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 슬리브는 스테인리스 강, 또는 도금된 중탄소/고탄소 강으로 형성될 수 있다. 상기 하우징은 알루미늄으로 형성된 다이 캐스팅 주물을 포함할 수 있다. 전기 기계는 일체형 시동기/발전기(ISG: integrated starter generator)이거나, 고온 적용예에서 사용되는 그 밖의 다른 임의의 스위치드 릴럭턴스 기계(SRM: switched reluctance machine)일 수 있다.

본 발명은 또한, 또 하나의 양태에서, 스테이터 조립체, 슬리브 및 하우징을 포함하는 전기 기계를 제공한다. 상기 전기 기계는 하우징과 슬리브 사이에 배치된 냉각 자켓(cooling jacket)을 포함하고, 전기 기계는 일체형 시동기/발전기일 수 있다.

이하에서, 본 발명의 하나의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여, 예로서 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 방법에 의해 제조된 ISG를 포함하는 전기 기계의 정면도이다.
도 2는 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 취해진, 도 1의 ISG의 단면도이다.
도 3은 도 2의 ISG의 상세한 단면도이다.

도 2와 3이 강철 슬리브(6)와, 스테이터 조립체(8)와, 메인 모터 하우징(main motor housing)을 포함하는 ISG(2)를 도시한다. 상기 메인 모터 하우징은 알루미늄 다이 캐스팅 주물(aluminium die casting, 4)을 포함한다. 상기 스테이터 조립체(8)는 복수의 박판(24)으로 형성되며, 상기 박판(24)은 투자성(magnetically permeable) 물질로 형성되며, 비-전기 전도성 코팅(가령, 래커(lacquer))으로 코팅된다. 상기 박판(24)은, 스택 배열로, 어느 하나 위에 다른 하나가 적층되며, 각각의 층 사이에는 작은 틈(gap)이 존재한다.

스테이터 조립체(8) 내 박판(24)의 개수는, 지정된 적층 밀도(즉, 단위 길이 당 최적의 개수의 박판)를 제공하도록 선택된다.

스테이터 조립체(8)의 외측 직경은, 슬리브(6)의 내측 직경보다 커서, 이들 부품의 조립 후, 이들 간에 억지 끼워 맞춤(interference fit)이 제공될 수 있다. 마찬가지로 슬리브(6)의 최대 외측 직경은 다이 캐스팅 주물(4)의 내측 직경보다 커서, 이들 부품의 조립 후, 이들 간에 억지 끼워 맞춤이 제공될 수 있다.

ISG의 제조 과정은 스테이터 조립체(8)의 형성과, 슬리브(6)의 형성과, 다이 캐스팅 주물(4)의 형성을 포함한다. 그 후, 스테이터 조립체(8)를 슬리브(6)로 삽입하여, 서브-조립체(22)를 형성하기 위한 제 1 고온 낙하(hot drop) 작업과, 상기 서브-조립체(22)를 다이 캐스팅 주물(4)으로 삽입하기 위한 제 2 고온 낙하 작업에 의해 부품들이 조립된다.

제 1 고온 낙하 작업은 슬리브(6)를 200℃까지로 가열하기 위한 가열 수단을 이용하는 과정을 포함한다. 상기 가열 수단은, 슬리브(6)가 놓이는 유도성 가열 요소(도면에 도시되지 않음)를 포함한다. 그 후, 스테이터 조립체(8)의 외측 직경 영역에 접착제가 도포되며, 상기 스테이터 조립체(8)는, 조립 후, 슬리브(6)와 접촉될 것이다. 그 후, 스테이터 조립체(8)가 가열된 슬리브(6)로 삽입된다. 가열의 결과로서 슬리브(6)가 팽창됨으로써, 슬리브(6)의 내측 직경이, 대기 온도에서의 값에 비교할 때 증가된다. 따라서 스테이터 조립체(8)를 슬리브(6)로 삽입하기 위해 필요한 힘이, 부품이 가열되지 않았을 경우에서 보다 훨씬 더 작다.

제 2 고온 낙하 작업 전에, (스테이터 조립체(8)와 슬리브(6)를 포함하는) 서브-조립체(22)는 냉각될 수 있다. 그 후, 가열 요소를 이용하여 다이 캐스팅 주물(4)을 200℃의 온도까지 가열함으로써, 제 2 고온 낙하 작업이 이뤄진다. 다시, 가열 요소는 유도성 가열 요소(도면에 도시되지 않음)를 포함하며, 그 후, 서브-조립체(22)를 다이 캐스팅 주물(4)으로 삽입한다. 스테이터 조립체(8) 상에 제공되는 상 권선(12)이 다이 캐스팅 주물(4)의 베이스(16) 내 대응하는 개구부(14)로 올바르게 삽입됨을 보장하기 위해, 조립체(22)는 지정 배향으로 다이 캐스팅 주물(4)으로 삽입된다.

스테이터 조립체(8)와 슬리브(6)를 포함하는 서브-조립체(22)를 다이 캐스팅 주물(4)으로 삽입하기 위한 압착 툴(press tool)이 사용된다. 삽입을 완료하기 위해, 3000N의 힘이 필요하다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 이 힘은 가열과 냉각을 부품이 겪지 않았을 경우에 필요할 힘보다, 훨씬 낮은 것이다. 상기 가열과 냉각에 의해, 슬리브(6)의 최대 외측 직경과 다이 캐스팅 주물(4)의 내측 직경 간 차이가, 부품이 대기 온도에 있을 때의 차이에 비교할 때, 감소될 수 있다.

서브-조립체(22)가 다이 캐스팅 주물(4)에 삽입된 후, 조립된 ISG는 냉각되도록 놔둔다.

ISG의 작업 속도가 22,000rpm까지 도달할 수 있다. ISG의 작업 중에, ISG에 걸린 높은 전기적 부하에 의해, 스테이터 조립체(8)가 가열되고, 이에 따라서, 슬리브(6) 및 다이 캐스팅 주물(4)이 가열되고 팽창될 수 있다. 알루미늄이 강철보다 더 높은 열팽창계수를 갖기 때문에, 알루미늄 다이 캐스팅 주물(4)은 강철 슬리브(6)보다 더 많이 팽창될 것이다. 부품들 간의 억지 끼워 맞춤이, 부품들의 팽창된 상태에서, 다이 캐스팅 주물(4)과 슬리브(6)가 분리되지 않을 것임을 보장할 것이다.

또한 본 발명에 의해, 부품들이 저온 압착 작업에 의해 조립되었다면 발생할 가능성이 높을, 부품들의 전자기 속성에 미치는 잠재적인 악영향을 피할 수 있다. 덧붙이자면, 저온 압착 작업이 부품들을 조립하기 위해 사용된다면, 조립을 완료하기 위해 요구될 상당한 힘에 의해, 스테이터의 박판(24)이 소성 변형할 것이며, 이에 따라서, 스테이터 적층의 밀도, 즉, 적층 밀도의 가능한 변동이 야기되어, 지정된 최적 값이 달라질 것이다.

또한, 본 발명에 의해, 저온 압착 작업이 사용됐을 경우 발생할 수 있는, 스테이터 박판(24)의 코팅에 가해질 잠재적 손상이 피해진다. 상당한 압착력 및/또는 저온 압착 작업과 관련된 소성 변형이 적층을 함께 압착하며, 이에 따라서 각각의 스테이터 박판(24) 사이의 틈이 감소된다. 2개의 이웃한 층 사이의 틈이 충분히 감소하여, 박판(24)이 서로 접촉하게 되는 경우, 각각의 박판(24)의 특정 포인트에서 박판(24)의 코팅이 마모될 수 있다. 따라서 이 포인트에서 박판들(24) 간 전기 전도성 경로가 생성될 수 있다. 이로 인해, 스테이터 조립체(8) 내에 에디 전류(eddy current)가 형성될 것이며, 이는 전기 성능의 저하를 초래할 것이다.

강철 슬리브용으로 적합한 물질은 스테인리스 강, 또는 도금된 중탄소/고탄소 강이다.

하나의 대안적 실시예에서, 슬리브(6)와 다이 캐스팅 주물(4) 사이에 냉각 자켓(cooling jacket)이 배치될 수 있다.

앞서 설명된 실시예가 ISG에 관한 것이지만, 본 발명은 그 밖의 다른 스위치드 릴럭턴스 기계(switched reluctance machine)(가령, 터보 발전기)에도 적용가능하다.

Claims (14)

1. 스테이터 조립체, 슬리브 및 하우징을 포함하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 복수의 고온 낙하(hot drop) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 고온 낙하 단계들 중 하나 이상은 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 고온 낙하 단계에서, 스테이터 조립체가 슬리브로 삽입되기 전에, 상기 슬리브가 가열되는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 고온 낙하 단계에서, 스테이터 조립체와 슬리브가 하우징으로 삽입되기 전에, 상기 하우징이 가열되는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 스테인리스 강으로 형성되며, 슬리브는 도금된 것임을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 중탄소 강 또는 고탄소 강으로 형성되며, 슬리브는 도금된 것임을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄으로 형성된 다이 캐스팅 주물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계는 스위치드 릴럭턴스 기계(switched reluctance machine)인 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계는 일체형 시동기/발전기(ISG: integrated starter generator)인 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 고온 낙하 단계들 중 하나 이상은 유도성 가열 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
11. 상세한 설명에서 기재된 것과 도면에 도시된 것에 따라 전기 기계를 제작하기 위한 방법.
12. 스테이터 조립체, 슬리브 및 하우징을 포함하는 통합형 시동기/발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
13. 제 12 항에 있어서, 하우징과 슬리브 사이에 배치되는 냉각 자켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
14. 상세한 설명에서 기재된 것과 도면에 도시된 것에 따르는 전기 기계.

Images