KR20110071074A - 동기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본체(20) 및 본체(20) 상에 고정되어 복수 개의 영구자석(40)을 지지하는 복수 개의 지지체(30a, 30b)를 포함하는 전기기계용 로터(10)에 관한 것이다. 이 로터는, 서로 일정 간격을 두고 위치되는 2개의 제1 지지체(30a)가 제2 지지체(30b)를 위한 수용구역을 형성함으로써, 제1 지지체(30a)가 제2 지지체(30b)에 확실하게 연결되게 한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 본체와 본체 상에 고정되어 복수 개의 영구자석을 지지하는 복수 개의 지지체를 포함하는, 전기기계, 예를 들면 발전기 또는 전동기용 로터에 관한 것이다.
이러한 로터의 구조는 오랫동안 알려져 왔다. 마찬가지로 오랜 기간 동안, 대체로 로터의 본체 상의 복수 개의 지지체에 접합되는 복수 개의 영구자석의 체결에 대하여 많은 문제가 있었다. 조립 작업을 위해, 작업자들에게 특수 안전 대책을 강구하여, 특히 복수 개의 영구자석에 의해 생성되는 상당한 자기장을 고려하여 작업실 내에 비자기 재료(non-magnetic materials)만을 도입하고 특히 비자기 도구(non-magnetic tools)만을 이용하는 것을 확실하게 할 필요가 있다. 또한, 그 설치작업은 조립될 전기기계의 작동에 악영향을 끼칠 수 있는 어떠한 오염물도 제거하기 위해 복수 개의 쿨린룸(clean room)에서 실시된다.
로터의 본체의 외주변에 복수 개의 영구자석을 조립할 때, 특히 인접한 지지체들 상에 배치된 자석들이 서로 강한 인력과 반발력을 작용한다는 문제가 있고, 이에 따라 조립 작업이 상당히 곤란하게 된다. 전기기계의 작동 중에, 자기력 이외에 지지체들에 작용하는 원심력이 있으므로, 영구자석들 및/또는 로터의 지지체들과 본체 사이에 극도의 안전성 및 내구성 상관관계를 제시할 필요가 있다.
로터의 본체와 지지체 사이의 연결은 대체로 확실한 록킹 연결(locking connection)에 의해 이루어지는데, 이는 로터의 본체에 다브테일(dovetail) 형상의 홈(groove)을 가공하여 그 홈 안에 본체들 상에 형성되는 다브테일 형상의 핀을 삽입함으로써 이루어진다. 이러한 설계구조는 예를 들면, EP 1 439 626 A1 및 DE 197 05 432 A1으로부터 알려져 있다.
이러한 설계구조는, 지지체들과 그 상부에 끼워 맞춰지는 영구자석들이 로터의 본체 상의 홈 안으로 밀어냄으로써 연속적으로 장착될 수 있도록 보장하지만, 이들은 각각의 경우에 로딩(loading)될 수 있다. 그러나, 이러한 연결의 실행은 노동을 극도로 소비하게 되고 필요한 제조공차를 유지하기 위해 높은 정밀도를 필요로 한다. 따라서 로터의 제조 또한 극도의 비용 집약적이다.
따라서 본 발명은 더 용이하면서도 안전성 있게 조립될 수 있는 전기기계용 로터를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 로터에 의해 달성된다. 종속청구항들은 본 발명의 유리한 실시형태들을 구체화한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 로터의 사시도.
도 2는 도 1에서 특히 바람직한 대표적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
도 3은 도 1에서 로터의 조립 단계 중의 축방향의 상세도.
도 4는 다른 조립 단계 중의 로터의 반경방향 도면.
도 5는 도 2에 도시한 실시형태의 대안적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
도 6은 도 2에 도시한 실시형태의 다른 대안적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
도 2는 도 1에서 특히 바람직한 대표적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
도 3은 도 1에서 로터의 조립 단계 중의 축방향의 상세도.
도 4는 다른 조립 단계 중의 로터의 반경방향 도면.
도 5는 도 2에 도시한 실시형태의 대안적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
도 6은 도 2에 도시한 실시형태의 다른 대안적인 실시형태에 따른 로터의 축방향 상세도.
이하, 본 발명을 도면에 예시한 바람직한 대표적인 실시형태들을 참조하여 더 상세히 설명한다.
로터(10)의 본체에 밀링(milling)되는 홈 대신에, 본 발명의 기본적인 개념은, 간격을 두고 배치된 2개의 제1 지지체(30a)의 서로 대향하는 플랜지(flange)들이 그 플랜지들에 대한 상보적인 디자인(complementary design)을 갖는 제2 지지체(30b)를 밀어 넣을 수 있는 수용구역(receiving region)을 형성함으로써, 제1 지지체(30a)들과 제2 지지체(30b) 사이의 확실한 연결(positive connection)이 반경방향으로 이루어지도록 하는 방식으로 영구자석(40)들의 지지체(30a, 30b)를 형상화한 것이다.
초기에 비교적 멀리 이격되어 있는 2개의 제1 지지체(30a)를 로터(10)의 본체(20)에 장착하는 이점은, 영구자석(40)들 사이에 작용하는 인력과 반발력이 작업 거리가 더 큰 경우에 최소화되어 지지체(30a)들의 취급(handling)이 더 쉬워진다는 것이다. 동시에 작업 안전성이 증가된다.
도 1은 본 발명에 따른 특히 바람직한 디자인을 갖는 로터를 도시한 것이다. 로터(10)는 영구자석(40)들을 지지하는 지지체(30a, 30b)가 장착되는 본체(20)를 제공한다. 도 1에 상세히 도시된 바와 같이, 제1 지지체(30a)들은 제2 지지체(30b)와 번갈아 가도록 로터(10)의 본체(20)의 주변에 배치되어 있다.
제1 지지체(30a)들에 의해 형성되는 수용구역은 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직하게는 다브테일 디자인을 가지며, 제2 지지체(30b) 자체는 다브테일 형상으로 되어 있다. 교대적으로 또는 부가적으로, 제1 지지체(30a)와 제2 지지체(30b)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 혀형상 연결부(tongue connection)를 가질 수 있다. 제조과정에 있어서 혀형상 연결부는 혀형상과 홈 형태의 연결부처럼 설계될 수도 있는데, (거의) 동일한 지지체(30a, 30b)에 마련되는 복수 개의 홈 내에 구성부재(element)(70)가 삽입된다. 특히 바람직하게는, 이 구성부재(70)는 제1 지지체(30a) 또는 제2 지지체(30b) 중 어느 한쪽에 견고하게 연결된다.
제1 및 제2 지지체(30a, 30b)는 바람직하게는, 같은 중첩영역(overlapping area)으로 형상화되어 있고, 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)는 특히 바람직하게는, 동일한 디자인으로 되어 있으며 영구자석(40)들은 제1 및 제2 지지체(30a, 30b) 상에 대향하는 측면에 장착되어 있다.
이를 위해, 제1 지지체(30a)는 또한 단면으로 부채꼴 모양의 디자인(sector shaped design)을 가질 수 있고 제2 지지체(30b)는 제1 지지체(30a)에 상보적인 디자인으로 이루어질 수 있다.
제2 지지체(30b)는 제1 지지체(30a)들에 의해 형성되는 수용구역들 내로 밀어 넣어짐으로써, 제2 지지체(30b)는 그 수용구역 내에 확실하게 지지되고, 이에 의해 수용구역이 제1 지지체(30a)의 인력에 굴하는 것을 방지할 수 있다.
제2 지지체(3b)들이 축방향으로 로터(10)의 본체(20) 상에 부착되는 제1 지지체(30a)들 사이에 밀어 넣어짐으로써 반경방향으로 변위되지 않게 확실한 연결에 의해 확보된 후에, 그 제2 지지체(3b)들이 본체(20) 상에 더 고정된다.
예를 들면 풍력 터빈의 동기 발전기(synchronous generator)에 대해 본 발명의 로터(10)를 조립할 때, 그 조립은 도 3 및 도 4에 예로서 도시한 바와 같이 다음처럼 진행할 수 있다.
먼저, 적어도 2개의 제1 지지체(30a)가 도구(100)를 이용하여 로터(10)의 본체(20)의 근방에 오게 하고 나서 서로에 대해 일정 간격으로 그 본체(20)에 장착됨으로써 제2 지지체(30b)가 제1 지지체(30a)들 사이에 수용될 수 있다. 서로를 향하여 배향되는 제1 지지체(30a)들의 플랜지에 의해, 제1 지지체(30a)는 제2 지지체(30b)를 위한 수용구역을 형성한다.
다음으로, 제2 지지체(30b)는 제1 지지체(30a)들에 의해 형성되는 수용구역으로 밀어 넣어지고, 제2 지지체(30b)의 플랜지들이 제1 지지체(30a)들의 플랜지들에 상보적인 디자인을 가지므로, 이와 같은 방식으로 반경방향의 확실한 록킹 연결이 제2 지지체(30b)의 반경방향 리프트 오프(radial lifting-off)에 반작용하는 제1 및 제2 지지체(30a, 30b) 사이에서 이루어진다.
제2 지지체(30b)는 예를 들면 스크류에 의해 본체(20) 상에 직접 체결되는 것이 바람직하다.
지지체(30a, 30b)가 스크류 연결부(50)에 의해 본체(20)와 함께 체결될 때, 본체(20) 상에, 예를 들면 지지체(30a) 상에 설치되는 스터드 스크류(도시하지 않음)를 나타내는 제1 지지체(30a)를 조립 중에 완전히 조이지 못할 가능성이 있으므로, 간극(clearance)이 초기 그대로 있게 되고 이에 따라 지지체(30a, 30b)의 제조시에 제조공차가 가능한 한 크게 이루어지게 된다. 제2 지지체(30b)가 제1 지지체(30a)에 의해 형성된 수용구역으로 이동되고 나서야 비로서 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)가 작업 안전성을 위태롭게 함이 없이 스크류 연결부(50)를 조임으로써 그 최종 위치로 오게 된다.
다음으로, 위에 설명한 모든 단계를, 제1 및 제2 지지체(30a, 30b) 모두가 로터(10)의 본체(20)에 장착될 때까지 반복한다.
대안적으로는, 무엇보다 먼저 로터(10)에 필요한 제1 지지체(30a)들을 로터(10)의 본체에 장착할 수 있고, 이어서 그 제1 지지체(30a)들 사이에서 제2 지지체(30b)들을 밀어 넣어 고정시킨다.
또한 제시될 수 있는 것은, 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)가 바람직하게는 다르게 배치되는 (나사)구멍들로서 설계되는 체결수단을 가짐으로써, 제1 지지체(30a)가 상이한 "구멍 패턴(hole pattern)" 때문에 제2 지지체(30b)와 다르게 된다는 것이다. 이어서, 이 구멍들(도시하지 않음)에 체결수단(50)을 삽입할 수 있다. 이러한 디자인은 마찬가지로, 개선된 구조를 갖는 작업 순서(work sequence) 때문에 증가되는 작업 안전성에 기여한다.
견고하게 상호 연결하는 유닛을 형성하기 위해 로터(10)의 본체(20)에 지지체(30a, 30b)를 견고하게 조이면 작업과정에 대한 상술한 형태들에 덧붙여, 공극 손실(air gap loss)을 최소화할 수 있다는 또 다른 이점이 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명의 방법은, 제2 지지체(30b)를 위한 공간을 자유롭게 할 수 있고 또한 제1 지지체(30a)의 체결 후 및 적어도 하나의 제2 지지체(30b)의 도입 전에 제거되는 적어도 하나의 플레이스 홀더(place holder)(소위, "더미(dummy)" 라고 부름, 도 3 참조)가 로터(10)의 본체(20) 상에 체결되도록 하는 방식으로 실행된다. 이는, 제2 지지체(30b)가 제1 지지체(30a)들 사이에 밀어 넣어질 수 있는 것을 확실하게 하도록 서로 일정 간격으로 체결되는 것을 보장한다. 이를 위해, 플레이스 홀더(60)는 제2 지지체(30b)와 대략 같은 치수를 갖는다. 그러나, 제조공차를 고려하기 위해 플레이스 홀더가 제2 지지체(30b)보다 약간 더 큰 디자인을 갖는 것을 제공할 수도 있다.
Claims (14)
- 본체(20) 및 본체(20) 상에 고정되어 복수 개의 영구자석(40)을 지지하는 복수 개의 지지체(30a, 30b)를 포함하는 전기기계용 로터(10)에 있어서,
제1 지지체(30a)들을 제2 지지체(30b)에 확실하게 연결시킬 수 있도록 서로 일정 간격을 두고 위치되는 2개의 제1 지지체(30a)가 제2 지지체(30b)를 위한 수용구역(receiving region)을 형성한 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항에 있어서,
상기 제1 지지체(30a)들에 의해 형성되는 수용구역은 단면으로 다브테일 형상을 갖는 제2 지지체(30b)를 수용하기 위해 다브테일의 형상으로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지체(30a, 3b)는 혀형상 연결부(tongue connection)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)에 의해 덮여지는 영역은 동일한 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)는 동일한 디자인을 가지며, 상기 영구자석(40)들은 상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)의 대향 측면 상에 체결되는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 지지체(30b)는 체결수단(50)을 이용하여 상기 본체(20)에 체결되는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체(30a, 30b)는 상기 본체(20)의 축에 대해 축방향으로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 지지체(30a)는 부채꼴 모양의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b)는 다르게 배치되는 체결수단(50)를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b) 상에 배치되는 상기 체결수단은 상이한 구멍 패턴을 형성하는 구멍들로서 설계되는 것을 특징으로 하는 전기기계용 로터. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 로터(10)를 갖는 동기 발전기.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 로터(10)를 제조하는 방법으로서,
- 상기 로터(10)의 본체 상에 적어도 2개의 제1 지지체(30a)를 체결하되, 서로를 향하여 배향되는 상기 제1 지지체(30a)들의 플랜지에 의해, 하나의 제2 지지체(30b)가 상기 제1 지지체(30a)들 사이에 체결되는 각 경우에 대한 수용구역을 형성함으로써, 제1 지지체(30a)들이 제2 지지체(30b)에 확실하게 연결되도록 하는 단계,
- 상기 제1 지지체(30a)들에 의해 형성되는 수용구역으로 상기 적어도 하나의 제2 지지체(30b)를 삽입하되, 상기 제2 지지체(30b)의 플랜지들이 상기 제1 지지체(30a)들의 플랜지들에 상보적인 디자인을 가지도록 하는 단계, 및
- 상기 제1 및 제2 지지체(30a, 30b) 모두가 상기 본체(20)에 체결될 때까지 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 수용구역에 삽입한 후에, 상기 제2 지지체(30b)가 상기 본체(20) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 로터의 제조방법. - 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제1 지지체(30a)를 체결하기 전에, 상기 제2 지지체(30b)를 위한 공간을 자유롭게 할 수 있고 또한 상기 제1 지지체(30a)의 체결 후 및 상기 적어도 하나의 제2 지지체(30b)의 도입 전에 제거되는 적어도 플레이스 홀더(place holder)(60)가 상기 로터(10)의 본체(20) 상에 체결되는 것을 특징으로 하는 로터의 제조방법.
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