KR20180011014A - 전기 모터용 용접 고정자 프레임 및 관련 제조 방법 - Google Patents

전기 모터용 용접 고정자 프레임 및 관련 제조 방법 Download PDF

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KR20180011014A
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브루노 라갱
장-피에르 롬바르드
가에탕 트리말르
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알스톰 트랜스포트 테크놀로지스
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Abstract

본 발명은 모터 고정자 프레임(10)에 관한 것으로:
- 주철로 된 2개의 판들(12);
- 상기 판들(12) 양측을 연결하는 적어도 하나의 강봉(14) - 상기 강봉(14)은 각각이 판들(12) 중 하나에 부착되는 2개의 단부(28)를 가짐 -
을 포함하되, 주철로 된 각각의 판(12)은 강으로 된 인서트(22)를 수용하는 적어도 하나의 구멍(20)을 가지며, 상기 판(12)에 부착된 상기 강봉(14)의 단부는 상기 인서트(22)에 용접되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 모터용 용접 고정자 프레임 및 관련 제조 방법{Welded stator frame for an electric motor and associated manufacturing process}
본 발명은 모터의 용접 고정자 프레임으로서:
- 주철로 된 2개의 판;
- 판 양측을 연결하는 적어도 하나의 강봉 - 상기 봉은 2개의 단부를 가지고, 각각은 판들 중 하나에 부착됨 - 을 포함한다.
이러한 고정자 프레임은 전기 모터, 특히 철도 차량의 추진에 관여하는 전기 모터의 회전자를 수용하도록 되어 있다
철도 차량은 일반적으로 보기(bogies) 상에 위치되고 바퀴를 구동하는 이러한 유형의 수개의 모터를 포함한다. 이 목적을 위하여, 전기 모터는 차량의 제너레이터에 의해 생성되거나 또는 전원 케이블로부터 직접 제공되는 전력을 회전 운동으로 변환한다.
이러한 모터는 일반적으로 회전 부분인 회전자, 및 모터를 보호 및 절연하는 역할을 하고 모터를 냉각시키기 위한 회로를 수용하는 고정자 프레임 내에 부착되는 고정된 부분인 고정자로 구성된다.
프레임은 금속 케이싱으로, 일반적으로 최대 기계적 강도를 내기 위한 철 합금, 예를 들면 주철 또는 강이다. 그러한 모터 프레임을 제조하기 위한 수개의 방법이 공지되어 있다.
제1 방법은 일반적으로 주철의 단일 부분으로 프레임을 성형하는 것으로 구성되며, 이는 비용 측면에서 현저히 유리하다. 또한, 단일 조각의 프레임은 보다 강하고 단단하다. 그러나, 이렇게 얻어진 프레임은 무겁고 부피가 크다.
프레임의 질량을 줄이기 위하여, 수개 부분이 함께 용접된, 특히 평행 바(bar)와 연결된 2개의 단부 판을 포함하는 구조를 이용하는 방법이 공지된다. 그러한 구조의 낮은 내성을 보강하기 위하여, 전체 부분들에 강이 일반적으로 사용되는데, 이는 부분들 서로를 용접할 가능성을 제공하나, 프레임의 제조의 비용을 상당히 증가시킨다. 또한, 수개의 용접된 부분으로 구성되는 프레임은 용접 영역을 냉각함에 의해 생성되는 내부 응력의 영향으로 왜곡될 수 있다. 이러한 왜곡은 고정자에 반영이 될 수 있고, 이는 핫 스팟(hot spot) 또는 자기적 불균형을 초래하여, 전기 모터의 적절한 동작에 손상을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 부피를 줄이면서도 왜곡에 보다 내성을 가지고 저렴한 모터 고정자 프레임을 제공하는 것이다.
이 목적을 위하여, 본 발명은 상술한 유형의 모터 프레임에 관한 것으로, 주철로 된 각 판이 강으로 된 인서트를 수용하는 적어도 하나의 구멍을 가지며, 판에 부착된 봉의 단부는 상기 인서트에 용접된다.
그러한 프레임은 성형된 주철 프레임에 비해 부피 측면에서 유리하며, 단일 조각으로 만들어지지 않아서 덜 거대한 구조를 가진다. 또한 판과 같은 대부분의 거대한 부품이 주철로 만들어지므로, 그런 프레임은 강으로 만들어지고 부분들이 함께 용접된 프레임 보다 고가이다.
특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터의 프레임은 개별적으로 또는 임의의 가능한 기술적 조합으로 취해진 하나 또는 수개의 이하 특징들을 갖는다:
- 판을 통과하는 인서트를 수용하는 구멍 - 상기 인서트는 봉을 수용할 수 있는 중앙 관통 콘딧을 가짐 - ;
- 각각의 봉의 각각의 단부는 모따기된 에지를 가지며, 각각의 인서트의 각각의 중앙 콘딧은 적어도 하나의 모따기된 에지를 가지며;
- 각각의 인서트의 각각의 중앙 콘딧의 모따기된 에지는 판의 외부면 측 상에 위치되고, 봉의 단부의 모따기된 에지와 함께 노치를 형성하되, 상기 노치에는 각각의 강봉의 각각의 단부를 이를 수용하는 인서트에 연결하는 용접부가 만들어지며;
- 각각의 봉의 단부를 인서트에 연결하는 용접부는 대체로 평면이며, 인서트 및 봉의 단부는 판의 외부면과 동일 평면이며; 또한
- 각각의 봉의 단부는 단부 플랜지를 판에 부착하기 위한 스크류를 수용할 수 있는 나사산 어퍼츄어를 갖는다.
본 발명은 또한 모터 고정자 프레임을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 이하 단계들을 포함한다:
- 주철로 되고, 내부면과 외부면을 가지며, 강으로 된 인서트를 수용하는 관통 구멍을 갖는 2개의 판을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 강봉을 제공하는 단계; 및
각각의 봉의 단부를 각각의 판의 인서트 중 하나에 용접하는 단계.
특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 개별적 또는 임의의 가능한 기술적 조합을 취한 이하의 특징들을 포함한다:
- 인서트는 중앙 관통-콘딧을 가지며, 상기 방법은 판의 외부면으로부터 돌출된 단부 없이, 인서트의 중앙 콘딧에 봉의 단부를 삽입하는 단계를 포함하며;
- 봉의 단부는 모따기된 에지를 가지며, 인서트의 중앙 콘딧은 판의 외부면 측에 위치된 모따기된 에지를 가지며, 모따기된 에지 및 모따기된 에지는 V-섹션을 갖는 노치를 형성하며, 용접부는 각각의 봉의 각각의 단부를 이를 수용하는 인서트에 접합시키며, 상기 노치 내에서 만들어지며; 또한
- 상기 방법은 각각의 봉의 각각의 단부 내에 나사산 어퍼츄어를 천공하는 단계 및 판으로부터 돌출된 잉여 재료를 제거함에 의해 판의 외부면에서 용접부를 평탄화하는 단계를 포함한다.
본 발명은 예로서 배타적으로 제공된 및 첨부된 도면을 참조로 한 아래의 상세한 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 프레임의 사시도이다.
도 2는 도 1의 모터 프레임의 제1 인서트를 도시한다.
도 3은 모터 프레임의 제2 인서트를 도시한다.
도 4는 모터 프레임의 판을 연결하는 봉의 단면도이다.
도 5는 인서트로의 봉의 용접물의 단면도이다.
도 6은 평탄화 이후에 용접물의 단면도이다.
도 1에 도시된 모터 고정자 프레임(10)은 대체로 평행한 2개의 판(12) 및 양 판(12)을 연결하는 적어도 하나의 봉(14)을 포함한다.
양 판(12)은 예를 들면 원형의 중앙 어퍼츄어(15)를 더 가져, 회전자가 프레임(10)에 삽입되도록 한다.
유리하게는, 프레임(10)은 양 판(12) 사이를 클램핑(clamping)함에 의해 조립되는 측벽(16)을 포함하며, 전기 모터 고정자(18)를 보관하고 보호할 수 있다.
판(12)은 주철로 성형되고, 대체로 평면이며, 내부면(19B) 및 외부면(19A)을 갖는다. 양 판(12)은 판(12) 내에 천공된 적어도 하나의 관통 구멍(20)을 더 포함한다.
관통 구멍에 의해, 단부의 양측에 구멍(20)가 개방되어 있고, 판(12)의 내부면(19B)으로 및 외부면(19A)으로 개방된다는 것을 의미한다.
제1 실시예에 따르면, 구멍(20)는 구멍(20)에 의해 수용되는 봉(14)과 동일한 단면인 내부 세그먼트(21A) 및 세그먼트(21A) 보다 더 큰 단면을 갖는 외부 세그먼트(21B)를 포함한다. 내부 세그먼트(21A) 및 외부 세그먼트(21B)는 구멍(20)의 축에 수직인 횡방향 면(21C)을 통해 연결된다.
각각의 구멍(20)는 봉(14)의 부착을 위하여 강으로 된 인서트(22)를 수용한다.
구멍(20)의 외부 세그먼트(21B)는 횡방향 면(21C)에 대해 접하는 인서트(22)를 위한 시트(seat)로서 이용된다.
인서트(22)는 주철로 된 판(12)의 구멍(20)로의 삽입을 위하여 적합한 형상을 갖는 강으로 된 핀이며, 인서트(22)의 외부 윤곽은 외부 세그먼트(21B)의 내부 윤곽과 정합한다.
그러므로, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 인서트(22)는 도 2에 도시된 것처럼 봉(14)의 원형 섹션(23A)에 대응하는 원형 크라운 섹션을 가지거나 또는 도 3에 도시된 것처럼 봉(14)의 타원형 섹션(23B)에 대응하는 타원형 크라운 섹션을 가진다.
인서트(22)의 길이는 외부 세그먼트(21B)의 길이와 동일하여, 판(12)의 두께 보다 작다 즉, 판(12)의 내부면(19B)과 외부면(19A) 사이의 거리 보다 작다. 예를 들면, 인서트(22)의 길이는 판(12)의 두께의 절반과 같다.
인서트(22)는 강봉(14)을 수용하는 중앙 관통 콘딧(24)을 갖는다. 관통 콘딧(24)은 인서트(22)가 도 2에 도시된 인서트(22)와 같이 원형 섹션을 갖는 구멍(20)에 삽입되는 경우에 원형 섹션(25A)을 가지거나 또는 인서트(22)가 도 3에 도시된 인서트(22)와 같이 타원 섹션을 갖는 구멍(20)에 삽입되는 경우에 타원 섹션을 갖는다.
중앙 콘딧(24)의 내부를 제한하는 적어도 하나의 에지는 모따기된 에지(26)이다. 모따기에 의해, 에지(26)는 내려가게 되고(drawn down), 에지(26)에 인접한 면들 양측을 연결하는 평면을 형성하며, 이들 면 양측과 함께 예를 들면 45°와 같은 0°와 90°사이를 포함하는 여각(complementary angles)을 형성한다. 유리하게는, 모따기된 에지(26)는 인서트(22)가 발견되는 판(12)의 외부면(19A)의 평면에서 연장한다. 도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 모따기된 에지(26)는 인서트(22)를 포함하는 판(12)의 내부면(19B)의 평면에서 연장하거나, 또는 중앙 콘딧(24)을 제한하는 에지 양측이 모따기된다.
봉(14)은 강으로 된 인출형(drawer type)이며, 도 2에 도시된 인서트(22)의 원형 섹션(25A)의 중앙 콘딧(24)과 정합하는 원형 섹션 또는 도 3에 도시된 유사한 섹션(25B)의 중앙 콘딧(24)과 정합하는 타원 섹션을 갖는다.
봉(14)은 에지(30)가 모따기되는 면들을 단부(28)의 양측에 갖는다. 모따기에 의해, 에지(30)는 내려가게 되고(drawn down), 에지(30)에 인접한 면들 양측을 연결하는 평면을 형성하며, 이들 면 양측과 함께 0°와 90°사이를 포함하는 여각을 형성한다.
봉(14)의 각각의 단부(28)는 도 4에 도시된 것처럼 인서트(22)의 중앙 콘딧(24)에 맞물린다. 유리하게는, 봉(14)의 단부(28)는 판(12)의 외부면(19A)의 평면에 있다.
유리한 경우에, 인서트(22)의 중앙 콘딧(24)의 모따기된 에지(26)는 판(12)의 외부면(19A)의 평면 내에 위치되며, 모따기된 에지(26) 및 봉(14)의 모따기된 에지(30)는 도 4에 도시된 것처럼 V-자 형상 섹션을 갖는 노치(31)를 형성하도록 협력한다.
유리하게는, 적어도 하나의 봉(14)의 각각의 단부(28)는 봉(14) 내에서 천공되는 나사산 어퍼츄어(32)를 갖는다. 이러한 나사산 어퍼츄어(32)는 판(12)의 원형 어퍼츄어를 닫는 단부 플랜지를 부착하기 위한 스크류를 수용할 수 있으며, 이에 따라 프레임(10) 내에 포함된 회전자를 보호한다.
봉(14)은 용접부(34)에 의해 인서트(22)에 맞물림을 유지한다. 용접부(34)는 도 5에 도시된 것처럼 인서트(22)의 중앙 콘딧(24)의 모따기된 에지(26)와 봉(14)의 단부(28)의 모따기된 에지(30) 사이에서 구성되는 노치(31)를 채우는 <<V-자 형상>> 용접부이다.
유리하게는, 도 6에 도시된 것처럼, 용접부(34)는 봉(14)의 단부(28), 인서트(22) 및 판(12)에 의해 형성되는 표면과 동일 평면인 편평한 프로파일을 갖도록 평탄화된다.
노치(31)가 외부면 상에 위치되므로, 용접부(34)는 주철로 된 판(12)의 외부면 상에 위치되며, 이는 냉각 동안 프레임(10)의 왜곡의 위험을 감소시킨다. 이 경우는 또한 외부로부터의 관련 영역으로의 보다 나은 억세스를 허용함에 의해 용접 방법을 간략하게 한다.
도 1의 실시예에 따른 프레임(10)을 제조하는 방법은 이하 설명된다.
이 방법은 예비적으로 이하 단계들을 포함한다:
- 각각이 내부면(19B) 및 외부면(19A)을 갖는, 주철로 된 2개의 판(12)을 성형하는 단계;
- 상기 판(12) 내에 적어도 하나의 구멍(20)을 천공하는 단계 - 상기 구멍(20)는 횡방향 면(21C)를 통해 연결되는 내부 세그먼트(21A) 및 외부 세그먼트(21B)를 포함함 - ;
- 각각의 구멍(20)에 맞춘 형상을 가지며, 적어도 하나의 모따기된 에지(26)를 갖는 중앙 콘딧(24)을 갖는 강으로 된 인서트(22)를 제공하는 단계
- 상기 인서트(22)를 횡방향 면(21C) 상에 지지되는 상기 구멍(20)의 외부 세그먼트(21B)로 도입하는 단계 - 상기 모따기된 에지(26)는 상기 판(22)의 외부면(19A)을 향하여 배향됨 - ; 및
- 모따기된 에지(30)를 갖는 2개의 단부(28)를 갖는 적어도 하나의 강봉(14)을 제공하는 단계.
상기 방법은 다음으로 각각의 봉(14)의 각각의 단부(28)를 상기 인서트(22) 중 하나의 중앙 콘딧(24)으로 도입하는 단계를 포함한다. 각각의 바의 단부(28)는 판(12)의 외부면(19A)과 정렬되어, 프레임(10)은 외부 평탄면을 갖는다.
봉(14)은 다음으로 인서트(22)의 중앙 콘딧(24)의 모따기된 에지(26) 및 봉(14)의 단부(28)의 모따기된 에지(30)에 의해 형성된 <<V-자 형상>> 노치(31)로 만들어진 용접부(34)에 의해 인서트(22)에 부착된다.
판(12)의 외부면(19A)은 다음으로 용접부(34)를 평탄화함에 의해 즉, 편평한 프로파일을 얻기 위하여 잉여 재료를 제거함에 의해 평탄화된다.
상기 방법은 마지막으로 봉(14)의 적어도 하나의 각각의 단부(28) 내에 나사산 어퍼츄어(32)를 천공하는 단계를 포함하며, 여기서 나사산 어퍼츄어(32)는 순차적으로 단부 플랜지의 부착을 위한 스크류를 수용할 수 있다.
프레임(10) 및 상술한 제조 방법은 나머지들을 본 발명에 부합하도록 하면서 개조될 수 있다.
구멍(20), 인서트(22) 및 봉(14)의 형상은 다양할 수 있다.
예를 들면, 다른 실시예에 따르면, 구멍(20)는 일정 섹션을 갖는 단일 세그먼트를 포함할 수 있고, 인서트(22)는 일 단부에, 외부면 상에 위치된, 판(12)의 외부면(19A)에 대해 지지될 수 있는 숄더(shoulder)를 가질 수 있다. 유리하게는, 외부면(19A)은 인서트(22)의 숄더를 보유하도록 되어 있는 카운터 보어(counterbore)를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 프레임은 그 구조의 주요 부분이 비교적 비용이 저렴한 주철로 만들어지기 때문에 비용의 측면에서, 이는 타이에 의해 연결되고 단일 거대한 부분으로 성형되지 않는 2개의 판으로 구성된 구조를 가지므로 경량이라는 측면에서, 그리고 마지막으로 용접의 냉각 왜곡에 대한 저항의 측면에서 주목할 만하다.

Claims (10)

  1. 모터 고정자 프레임(10)으로서:
    - 주철로 된 2개의 판들(12);
    - 상기 판들(12) 모두를 연결하는 적어도 하나의 강봉(14) - 상기 강봉(14)은 각각이 판들(12) 중 하나에 부착되는 2개의 단부(28)를 가짐 -
    을 포함하되, 주철로 된 각각의 판(12)은 강으로 된 인서트(22)를 수용하는 적어도 하나의 구멍(20)을 가지며, 상기 판(12)에 부착된 상기 강봉(14)의 단부(28)는 상기 인서트(22)에 용접되는 것을 특징으로 하는, 프레임(10).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인서트(22)를 수용하는 상기 구멍(20)은 상기 판들(12)을 통과하고, 상기 인서트(22)는 상기 강봉(14)을 수용할 수 있는 중앙 관통 콘딧(through-conduit; 24)을 갖는, 프레임(10).
  3. 청구항 2에 있어서, 각각의 강봉(14)의 각각의 단부(28)는 모따기된 에지(30)를 가지며, 각각의 인서트(22)의 각각의 중앙 관통 콘딧(24)은 적어도 하나의 모따기된 에지(26)를 갖는, 프레임(10).
  4. 청구항 3에 있어서, 각각의 인서트(22)의 각각의 중앙 관통 콘딧(24)의 상기 모따기된 에지는 상기 판(12)의 외부면(19A)의 측면 상에 위치되며, 상기 강봉(14)의 단부(28)의 모따기된 에지(30)와 함께 노치(31)를 형성하되, 상기 노치(31)에는 각각의 강봉(14)의 각각의 단부(28)를, 각각의 강봉의 각각의 단부를 수용하는 상기 인서트(22)에 연결하는 용접부(34)가 형성되는, 프레임(10).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 강봉(14)의 단부들(28)을 상기 인서트들(22)에 연결하는 상기 용접부들(34)은 대체로 평면이며, 상기 인서트들(22) 및 상기 강봉들(14)의 단부들(28)은 상기 판들(12)의 외부면들(19A)과 동일 평면인, 프레임(10).
  6. 청구항 5에 있어서, 각각의 강봉(14)의 단부들(28)은 단부 플랜지들을 상기 판들(12)에 부착하기 위한 스크류들을 수용할 수 있는 나사산 어퍼츄어들(32)을 가지는, 프레임(10).
  7. 청구항 1에 기재된 프레임(10)의 제조 방법으로서;
    - 내부면(19B)과 외부면(19A) 및 강으로 된 인서트들(22)을 수용하는 관통-구멍들(20)을 갖는 주철로 된 2개의 판들(12)을 제공하는 단계;
    - 적어도 하나의 강봉(14)을 제공하는 단계;
    - 각각의 판들(12)의 인서트들(22) 중 하나에 각각의 강봉(14)의 단부들(28)을 용접하는 단계
    를 포함하는, 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 인서트들(22)은 중앙 관통 콘딧(24)을 가지며, 상기 방법은 강봉들(14)의 단부들(28)을 인서트들(22)의 중앙 관통 콘딧들(24)에 삽입하는 단계 - 상기 단부(28)는 상기 판(12)의 외부면(19A)으로부터 돌출되지 않음 - 를 포함하는, 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 강봉들(14)의 단부들(28)은 모따기된 에지들(30)을 가지며, 상기 인서트들(22)의 중앙 관통 콘딧들(24)은 상기 판(12)의 외부면(19A)의 측면 상에 위치된 모따기된 에지(26)를 가지며, 상기 모따기된 에지(30) 및 상기 모따기된 에지(26)는 V-자 형상 섹션을 갖는 노치(31)를 형성하며, 각각의 강봉(14)의 각각의 단부(28)를, 각각의 강봉의 각각의 단부를 수용하는 인서트(22)에 연결하는 용접부(34)가 상기 노치(31) 내에 형성되는, 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 각각의 강봉(14)의 각각의 단부(28)에 나사산 어퍼츄어(32)를 천공하는 단계 및 상기 판들(12)로부터 돌출하는 잉여 재료를 제거함에 의해 상기 판들(12)의 외부면들(19A)에서의 용접부들(34)을 평탄하게 하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
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