KR20130096191A

KR20130096191A - 자성 요소들을 영구 자석 전기 기계에 부착하기 위한 시스템

Info

Publication number: KR20130096191A
Application number: KR1020130017941A
Authority: KR
Inventors: 기욤 바트; 리나 뒤크; 글렌 헨리 아들리; 레 세바스티앙 르; 에완 부아벵
Original assignee: 알스톰 하이드로 프랑스
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2013-08-29
Also published as: FR2987185A1; JP2013172642A; EP2632025A1; CA2806972A1; FR2987185B1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 고정자 및 복수의 자성 요소들(12, 38)이 끼워맞춰지는 적어도 하나의 회전자(10, 36)를 포함하는 영구 자석 전기 기계에 적어도 하나의 자성 요소(28)를 포함하는 자성 요소들(12, 38)을 부착하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이 부착 시스템은 자성 요소(12, 38)를 회전자(10, 36)에 부착하기 위해, 기계적 부착 요소(24, 46)가 회전자(10, 36)와 결합될 때 자성 요소(12, 38)를 회전자(10, 36)에 부착하도록, 자성 요소(12, 38)의 일부와 접촉하여 위치되고 적어도 하나의 기계적 부착 요소(24, 46)에 의해 회전자에 부착되기 적합한 부착 장치(14, 42)를 포함한다.

Description

자성 요소들을 영구 자석 전기 기계에 부착하기 위한 시스템{SYSTEM FOR ATTACHING MAGNETIC ELEMENTS IN A PERMANENT-MAGNET ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은 적어도 하나의 고정자, 및 복수의 자성 요소들이 끼워맞춰지는 적어도 하나의 회전자를 포함하는 적어도 하나의 자성 요소를 포함하는 자성 요소들을 영구 자석 전기 기계에 부착하기 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 더 일반적으로 영구 자석 회전 전기 기계들에 의한 에너지 변환 분야에 적용한다. 그것은 특히 해양 전류 에너지 및 풍력 에너지 분야에 적용 가능하다.

이와 같은 영구 자석 전기 기계는 예를 들어 발전기 또는 모터이다.

이러한 종류의 응용에 있어서, 매우 큰 전기 기계들이 빈번하게 요구된다.

2가지 종류의 영구 자석 전기 기계들, 즉 축류(axial flow) 기계들 및 반경류(radial flow) 기계들이 알려져 있다. 횡류(transverse flow) 기계 토폴로지와 같은 다른 기술들이 이용 가능하지만 산업적으로 널리 이용되고 있지 않다.

축류 영구 자석 기계는 하나 또는 복수의 원형 고정자들을 포함한다. 2개의 고정자들 및 하나의 중앙 회전자를 가지는 디자인의 경우에, 디스크 형상의 회전자는 고정자들 사이에 위치되고, 회전자 위에 반경방향으로 위치된, 보호 캡슐로 선택적으로 캡슐화된 하이-파워 자석들(high-power magnets)을 포함하는 다수의 자성 요소들을 포함한다.

반경류 영구 자석 기계는 통상적으로 원통형 회전자의 외부 또는 내부에 동심으로 장착되는 원통형 고정자를 포함한다. 보호용 캡슐 위에 선택적으로 놓이는 영구 자석들은 특별히 제공된 위치들에서 회전자 위에 위치된다.

양 축류 및 반경류 기계들의 경우에, 자성 요소들은 전기 기계의 동작 중 회전 및 토크 전달, 마모 및 부식(수중 응용들의 경우에)에 의해 유도되는 피로 응력을 받을 수 있다. 적절한 동작을 보장하고, 회전자 회전 중의 피로 응력 및 진동들로 인한 중요한 마모 또는 요소들의 헐거워짐을 방지하기 위해 각각의 자성 요소를 가능한 한 확실하게 부착하는 것이 중요하다.

알려진 통상의 시스템은 에폭시 수지들을 이용하는, 본딩에 의해 전기 기계, 예를 들어 회전자에 각각의 자성 요소를 부착하는 것으로 구성된다. 그러나, 이와 같은 부착 시스템은, 특히 수중 동작에서 수지 강도(resin strength)에 대한 해수의 영향(impact)으로 인해 상당한 분리 위험(detachment risk)을 포함한다.

다른 알려진 통상의 부착 시스템은 자성 요소를 회전자 또는 고정자 위에 부착하기 위해, 자성 요소 위에 직접 하나 또는 복수의 부착 요소들을, 예를 들어 나사들을 조립하는 것으로 구성된다. 만약 자성 요소가 단지 보호용 캡슐을 갖지 않는 자석이면, 이와 같은 해결방법은 자성 재료에 대해 직접 기계가공하는 것을 포함하고, 재료의 손상 위험이 높다. 더욱이, 기계적 부착 요소를 통한 각각의 자성 요소의 직접 부착의 경우에, 자성 요소는 약화(weakening) 및 장기간 손상 위험 또는 헐거워짐을 초래하는 부착 응력을 회복(recover)시키는 데, 그 이유는 자성 재료가 매우 부숴지기 쉽기 때문이다. 만약 자성 요소가 보호용 캡슐에 넣어지는 하나 또는 복수의 자석들로 구성되면, 이와 같은 캡슐은 중요한 유극(significant play) 없이 만족스러운 부착을 보장하기 위해 매우 정밀한 제조 제한들에 따라 제조되어야 한다.

위에서 언급한 문제점들을 제거하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 고정자, 및 복수의 자성 요소들이 끼워맞춰진 적어도 하나의 회전자를 포함하는 영구 자석 전기 기계에 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템에 관한 것이다.

이 부착 시스템은 자성 요소를 회전자에 부착하기 위해, 기계적 부착 요소가 회전자와 결합될 때 자성 요소를 회전자에 부착하도록, 자성 요소의 일부와 접촉하여 위치되고 적어도 하나의 기계적 부착 요소에 의해 회전자에 부착되기 적합한 부착 장치를 포함한다.

유리하게는, 부착 장치는 부착 응력을 유지하고(sustain), 영구 자석 자성 요소가 보호되는 데, 그 이유는 그것이 회전자에 직접 연결되지 않기 때문이다. 단지 부착 장치는 회전자와 정확한 기계적 인터페이스, 즉 정확한 공차들(precise tolerances)을 갖는 접촉 영역들을 가질 필요가 있다.

본 발명에 따른 영구 자석 전기 기계에 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템은 또한 따로따로 또는 조합하여 취해지는 다음의 특징들 중 하나 이상을 가질 수 있다:

- 상기 부착 장치는 수용하기 적합한 적어도 하나의 구멍 또는 상기 기계적 부착 요소를 포함하고,

- 상기 기계적 부착 요소는 회전자와 결합되는 상기 부착 장치 내로 삽입되기 적합한 나사 또는 핀이고,

- 상기 자성 요소는 적어도 하나의 자성 요소가 배열되는 보호용 캡슐을 포함하고,

- 상기 보호용 캡슐은 영구 자석(들)을 부착하기 적합한 충전 재료를 더 포함하고,

- 만약 상기 전기 기계가 축류 기계이면, 상기 자성 요소는 상기 보호용 캡슐을 밀봉하기 적합한 밀봉 요소를 더 포함하고,

- 상기 부착 장치는 상기 밀봉 요소의 표면과 접촉하여 위치되고, 상기 부착 요소는 또한 적어도 하나의 다른 기계적 부착 요소에 의해 상기 밀봉 요소에 부착되고,

- 상기 부착 장치는 이들의 면들 중 하나가 자성 요소의 면의 적어도 일부분과 접촉하여 위치되기 적합한 방식으로 형성되고,

- 그것은 자성 요소의 다른 면에 부착되고 회전자와 결합되는 위치에 있기 적합한 추가의 기계적 부착 요소를 더 포함하고,

- 상기 부착 장치는 기계가공된 금속 부품이고,

- 상기 부착 장치는 비자성 금속 또는 복합 재료로 만들어진다.

본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여, 비제한 증거(non-limiting indication)로서, 이하에 주어진 설명으로부터 나올 것이다.

도 1은 일실시예에 따른 축류 전기 기계의 회전자의 상면도.
도 2는 일실시예에 따른 자성 요소 위에 위치된 부착 장치의 사시도.
도 3은 도 2의 자성 요소 위에 위치된 부착 장치의 길이방향 단면도.
도 4는 반경류 전기 기계의 전개도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 요소들을 부착하기 위한 장치의 사시도.

축류 전기 기계 회전자(10)가 도 1에 개략적으로 표현된다. 위에 기재한 것과 같이, 축류 전기 기계는 회전 축선을 중심으로 회전시키기 적합한 적어도 하나의 디스크형 회전자, 및 이 실시예에서, 도면에 나타내지 않은 회전자와 동심의 2개의 원형 고정자들로 구성된다.

축류 전기 기계의 동작에 있어서, 회전자(10)에는 자성 요소들(12)의 세트가 끼워맞춰지고, 자성 요소들 각각은 회전자(10)의 반경들에 따라, 회전자의 반경방향 평면에서 규칙적인 간격들로 배열된 하나 또는 복수의 영구 자석들을 포함한다.

도 1에 나타낸 회전자에는 예를 들어 특별히 제공된 위치들에 규칙적인 간격들로 반경방향 평면에서 삽입하여, 미리 장착된 자성 요소들(12)이 끼워맞춰져 있다.

일실시예에 있어서, 각각의 자성 요소(12)는 보호 하우징 또는 캡슐에 넣어지고, 충전 재료 예를 들어 수지를 이용하여 보호용 캡슐 내부에 부착되는 영구 자석을 포함한다.

하나의 대안의 실시예에 있어서, 자성 요소(12)는 단지 영구 자석으로 구성된다.

자성 요소들(12)은 회전자(10)에 직접 부착되지 않지만, 도 2 및 도 3에 더 상세히 나타낸 부착 장치(14)를 통해 부착된다.

도 2는 자성 요소(12)에 견고하게 연결되는 부착 장치(14)의 사시도를 나타낸다.

이 실시예에서의 자성 요소(12)는, 자석들을 어떤 부식으로부터도 보호하기 위해, 하나 또는 복수의 영구 자석들을 수용하기 적합한 사다리꼴 보호용 캡슐(16), 캡슐(16) 내부에 영구 자석(들)을 밀봉하기 적합한 밀봉 요소(18)를 포함한다.

캡슐(16)은 영구 자석(들)을 부식으로부터 보호하기 위해 바람직하게는 스테인레스강으로 만들어진다. 스테인레스강, 글라스 파이버들 또는 다른 복합물들과 같은 복수의 재료들이 이용될 수 있다.

부착 장치(14)는 캡슐(16)과 접촉하는 면 반대쪽의 면을 덮도록 밀봉 요소(18)와 접촉하여 위치된다. 이러한 방식으로, 부착 장치(14)는 자성 요소(12)를 회전자(10)에 부착하도록 위치된다. 부착 장치(14)는 미리 뚫어 놓은 구멍들(20)을 포함하고, 각각의 구멍은 부착 장치를 회전자(10)에 확실하게 부착하기 적합한, 나사 또는 핀과 같은 기계적 부착 요소를 삽입하기 적합하다.

선택적으로, 부착 장치(14)는 또한 부착 장치(14)를 자성 요소(12)에 견고하게 연결하기 적합한 구멍(22)을 포함한다.

대안으로, 복수의 구멍들(22)이 부착 장치(14)를 자성 요소(12)에 견고하게 연결하기 위해 제공된다.

이러한 방식으로, 도 3의 길이방향 단면도에 나타낸 것과 같이, 회전자(10)의 부분들과 결합하기 위해 구멍들(20)을 관통하는 나사들(24)은 부착 장치(14)를 회전자(10)에 부착하고, 자성 요소(12)에 부착 장치(14)를 위치시켜, 자성 요소(12)를 회전자(10)에 부착한다. 부착 장치(14)가 회전자에 대해 확실하게 자성 요소(12)를 위치시키도록 기계적 부착 요소들(24)은 자석들을 삽입하기 위한 방향인 캡슐(16)의 반경 방향으로 조립된다. 실제로, 부착 장치(14)의 적어도 일부분 위에서, 자성 요소(12)는, 자성 요소(12)를 부착 장치(14)의 부착을 통해 회전자에 부착하기 위해, 부착 장치(14)와 회전자(10) 사이에 확실하게 위치된다.

선택적으로, 나사(26)는 또한 자성 요소(12)에 부착 장치(14)를 고정하기 위해 사용된다. 도 3에서 알 수 있는 것과 같이, 나사(26)는 바람직하게는 단지 자성 요소(12)의 캡슐(16)의 밀봉 요소(18)와 결합되고, 따라서, 영구 자석(28)과의 접촉을 피한다. 이러한 방식으로, 기계가공(machining)이 영구 자석에 대해 직접 수행되지 않는다.

선택적으로, 추가의 기계적 부착 요소(30)가 부가되어, 회전자(10)에 대한 캡슐(16)의 더 확실한 연결을 가능하게 한다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 캡슐(16)에 중심이 있는 핀(30)이 부착 장치(14)와 접촉하는 면에 대해 자성 요소(12) 반대쪽 면 위에 부가된다. 이러한 핀(30)은 회전자(10)에 기계가공된 구멍에 삽입되기 적합하다. 일실시예에 있어서, 추가의 기계적 부착 요소(30)는 캡슐(16)에 통합된다.

부착 장치(14)는, 바람직한 실시예에 있어서, 회전자와 양호한 기계적 인터페이스를 갖는 기계가공된 기계적 부품이다.

바람직하게는, 이와 같은 부착 장치(14)를 제조하기 위해 사용되는 재료는 비자성 금속 또는 복합 재료이다.

하나의 대안의 실시예에 있어서, 장치(14)와 유사한 부착 장치가 복수의 자성 요소들(12)을 위해 제공된다. 위에 기재한 원리에 따라, 이후 부착 장치는 장치가 기계적 부착 요소들을 통해 회전자에 고정될 때, 자성 요소들을 회전자에 부착하기 위해 자성 요소들(12)의 외측 부분들 위에 배치된다.

도 4 및 도 5를 참조하여 기재된 제 2 실시예에 따르면, 부착 장치를 이용하는 부착 시스템이 반경류 전기 기계에 사용된다.

도 4는 원형 링 형상의 고정자(34)로 구성되는 반경류 전기 기계(32)를 전개도로 도시하고, 여기서, 회전자(36)는 회전자의 축방향에서 규칙적인 간격들로 위치되는, 전체 원통형 링 위에 영구 자석 자성 요소들(38)이 배치되고, 끼워맞춰진다.

도 5에 도시된 것과 같이, 일실시예에 있어서, 각각의 자성 요소(38)는 하나 또는 복수의 영구 자석들(28)을 캡슐화하는 데 적합한 캡슐 또는 하우징(40)으로 구성된다.

자성 요소들(38)은 회전자(36) 위에 배치되고, 부착 장치들(42)에 의해 그 위에 고정된다.

도 5에 도시된 실시예에 있어서, 부착 장치(42)는 2개의 자성 요소들(38)을 부착하는 데 적합하다. 부착 요소(42)는 자성 요소(38)의 각각의 보호용 캡슐(40)의 외면의 일부 위에 접촉하여 위치되게 하는데 적합한 형상을 가진다. 도시된 실시예에 있어서, 부착 장치(42)는 인접한 보호용 캡슐들(40)의 형상을 성형(mould)하도록 단면 사다리꼴 형상을 가진다.

부착 장치(42)의 일면과 자성 요소(38) 사이의 접촉이 이 실시예에서는 문제의 자성 요소(38)의 면의 전체 표면 위에 제공된다.

대안으로, 접촉이 단지 이러한 면의 일부 위에 제공되고, 그것은 자성 요소(38)를 회전자(36)에 부착하도록, 접촉 면적이 부착 장치(42)를 자성 요소(38)에 고정하는 데 충분한 것으로 이해된다.

명백히, 다른 적합한 기하하적 형상들이 상상될 수 있다.

더욱이, 부착 장치(42)는 각각이 나사 또는 핀과 같은 부착 요소(46)를 수용하기 적합한 미리 뚫어 놓은 구멍들(44)을 포함한다. 각각의 부착 요소(46)는 부착 장치(42)를 회전자에 부착하고, 따라서 회전자(36)에 부착하기 위해 회전자(36)와 결합하여 부착되고, 자성 요소들(38)은 부착 장치(42)와 접촉한다.

이 실시예에 있어서, 부착 장치(42)는 상기 자성 요소들(38)을 회전자에 확실하게 부착하기 위해 자성 요소들(38)의 부분들과 접촉하여 위치되지만, 자성 요소들(38)과 부착 장치(42) 사이에는 직접 부착 요소들이 없다.

대안으로, 이와 같은 직접 부착 요소들이 부가된다.

각각의 자성 요소를 회전자에 확실하게 부착하는 것에 더하여, 본 발명에 따른 부착 장치를 이용하는 것은 부가의 부착 장치 없이 직접 부착에 의해 얻어지는 강성보다 우수한, 양호한 강성을 갖는 영구 자석들이 끼워맞춰지는 회전자를 제공하고, 따라서, 전체 전기 기계의 향상된 동작 및 향상된 내마모성을 보장한다.

10 : 축류 전기 기계 회전자 12 : 자성 요소
14 : 부착 장치 16 : 보호용 캡슐
18 : 밀봉 요소 20, 22 : 구멍
24 : 기계적 부착 요소 26 : 나사
28 : 영구 자석 30 : 기계적 부착 요소
32 : 반경류 전기 기계 34 : 고정자
36 : 회전자 38 : 자성 요소
40 : 캡슐 또는 하우징 42 : 부착 장치
44 : 구멍 46 : 부착 요소

Claims

적어도 하나의 고정자 및 복수의 자성 요소들(12, 38)이 끼워맞춰지는 적어도 하나의 회전자(10, 36)를 포함하는 영구 자석 전기 기계에 적어도 하나의 자성 요소(28)를 포함하는 자성 요소들(12, 38)을 부착하기 위한 시스템에 있어서,
자성 요소(12, 38)를 상기 회전자(10, 36)에 부착하기 위해, 상기 기계적 부착 요소(24, 46)가 상기 회전자(10, 36)와 결합될 때 상기 자성 요소(12, 38)를 상기 회전자(10, 36)에 부착하도록, 상기 자성 요소(12, 38)의 일부와 접촉하여 위치되고 적어도 하나의 기계적 부착 요소(24, 46)에 의해 상기 회전자에 부착되기 적합한 부착 장치(14, 42)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부착 장치(14, 42)는 상기 기계적 부착 요소(24, 46)를 수용하기 적합한 적어도 하나의 구멍(22, 44)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제2항에 있어서,
상기 기계적 부착 요소(24, 46)는 상기 회전자(10, 36)와 결합되는 상기 부착 장치(14, 42) 내에 삽입되기 적합한 나사 또는 핀인 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자성 요소(12, 38)는 적어도 하나의 자성 요소(28)가 배열되는 보호용 캡슐(16, 40)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제4항에 있어서,
상기 보호용 캡슐(12, 38)은 상기 영구 자석(들)(28)을 부착하기 적합한 충전 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 전기 기계는 축류 기계이고, 상기 자성 요소(12)는 상기 보호용 캡슐(16)을 밀봉하기 적합한 밀봉 요소(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제6항에 있어서,
상기 부착 장치(14)는 상기 밀봉 요소(18)의 표면과 접촉하여 위치되고, 상기 밀봉 장치(14)는 또한 적어도 하나의 다른 기계적 부착 요소(26)에 의해 상기 밀봉 요소(18)에 부착되는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부착 장치(14, 42)는 이들의 면들 중 하나가 상기 자성 요소(12, 38)의 면의 적어도 일부분과 접촉하여 위치되기 적합한 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제8항에 있어서,
상기 자성 요소의 다른 면에 부착되고 상기 회전자(10)와 결합되는 위치에 있기 적합한 추가의 기계적 부착 요소(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부착 장치(14, 42)는 기계가공된 금속 부품인 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부착 장치(14, 42)는 비자성 금속 또는 복합 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 자성 요소들을 부착하기 위한 시스템.