KR20180086192A - 고정자 조립체 - Google Patents

Abstract

적어도 2개의 회전자를 수용하기 위한 고정자 조립체(2). 이 조립체는 고정자 세그먼트들(14)로 분할되는 적어도 2개의 개별 고정자(4)를 포함하는데, 여기서 적어도 하나의 세그먼트는 적어도 2개의 인접한 개별 고정자들의 일부를 형성하는 공유 세그먼트(14')이다. 엔진 밸브 액추에이션 조립체는 적어도 2개의 개별 고정자를 포함하는 고정자 조립체를 포함한다. 각각의 개별 고정자는 고정자의 종축 주위에서 연장되는 주변부(10)를 포함하는데, 여기서 각각의 고정자의 주변부의 일부는 인접한 개별 고정자의 주변부의 일부를 형성한다. 고정자 조립체를 조립하는 방법들 또한 설명된다.

Description

고정자 조립체

본 개시는 전기 기계들을 위한 고정자들에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 다수의 회전자를 통합하는 전기 기계들을 위한 고정자들에 관한 것이다.

전기 기계들은 히스테리시스 및 와전류 손실을 감소시키기 위해 일반적으로 페라이트계 강(ferritic steel)과 같은 자기 투과성 물질(magnetically permeable material)이 라미네이트 되어 형성된 고정자들을 갖는다. 고정자 라미네이션들은 일반적으로 얇은 평판 시트들로서, 적층되어 다수의 톱니부(teeth)를 형성하는데, 이들 톱니부는 와이어로 감겨서 고정자 폴(pole)들을 형성한다.

본 개시는 적어도 2개의 회전자를 구비한 전기 기계용 고정자 조립체를 제공한다. 고정자 조립체는 개별 고정자들의 종축을 중심으로 회전 가능한 각자의 회전자들을 수용하기 위해 적어도 2개의 개별 고정자를 포함한다. 각각의 개별 고정자는 고정자의 종축 주위에서 연장되는 주변부; 및 고정자들의 와이어 권선들을 수용하기 위해 주변부로부터 축을 향해 내부로 연장되는 톱니부들을 포함하는데, 여기서 각각의 액추에이터의 개별 고정자는 톱니부들 및 주변부를 구성하는 고정자 세그먼트들에 의해 형성되며, 적어도 하나의 세그먼트는 적어도 2개의 인접한 개별 고정자의 일부를 형성하는 공유 세그먼트이다.

일 세트의 고정자 세그먼트들로부터 각각의 개별 고정자를 형성하는 것은 완전한 고정자 조립체를 형성하기 위해 세그먼트들을 함께 조립하기 전에 고정자의 각각의 톱니부에 와이어가 감기도록 허용한다.

본 명세서에서 "개별 고정자"라는 용어는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 대응 회전자들을 수용하기 위해 적어도 2개의 고정자를 포함하는 고정자 조립체와는 별개의 것으로서 대응 회전자를 수용하기 위한 단일 고정자를 지칭하기 위해 사용된다. 각각의 개별 고정자는 일 세트의 고정자 세그먼트들에 의해 형성될 수 있는데, 이들 세그먼트 중 하나 이상은 인접한 고정자와 공유될 수 있다. 개별 고정자는 인접 고정자와 공유되는 주변부를 포함할 수 있다.

각각의 개별 고정자는 인접한 톱니부들 사이의 주변부를 통해 고정자 세그먼트들로 분할되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 각각의 개별 고정자는 각각의 톱니부와 고정자의 2개의 인접 톱니부 사이의 주변부를 통해 분할될 수 있다.

각각의 세그먼트는 조립체의 임의의 개별 고정자의 단 하나의 톱니부를 포함하는 것이 바람직하지만, 1보다 많은 개별 고정자의 톱니부를 포함할 수도 있다.

전기 기계들의 출력 밀도 및 효율은 고정자의 각 톱니부 주위에 맞춰진 (예를 들어, 구리로 형성된) 와이어의 체적에 의해 크게 영향을 받는다. 각 톱니부 주위의 와이어의 맞춤 용이성 및 달성 가능량은 완전히 둥근 단일 고정자에서 인접한 톱니부들 사이의 슬롯 개구 및 와이어 권선을 위한 각 슬롯의 접근성에 의존한다. 이 접근성은 톱니부의 개수가 증가함에 따라 그리고 모터의 사이즈와 함께 감소한다. 또한, 전자기적 사유들로 인해 종종 슬롯 개구가 축소되는 것이 바람직한데, 예를 들어, 코깅 토크(cogging torque)를 줄이고, 슬롯 개구를 통한 권선을 위한 접근을 불가능하게 만든다.

슬롯 영역(충전율(fill factor))에 대한 와이어의 비는 각각의 폴 주위의 와이어 밀도를 나타낸다. 슬롯 당 와이어가 더 많으면 전기 기계의 출력을 증가시키고 회로 저항을 줄여서 손실 및 관련된 온도 상승을 감소시킨다. 고정자 세그먼트들로부터 고정자 조립체를 형성하는 것(이 경우, 고정자는 각각의 인접 톱니부 쌍 사이의 주변부를 통해 분할됨)은 각 톱니부의 모든 측면에 대한 자유로운 접근을 이용하여 더 쉬운 권선을 허용하고, 조립된 고정자의 각 슬롯의 권선 밀도가 증가될 수 있게 한다.

또한, 적어도 2개의 개별 고정자로 구성된 고정자 조립체에서, 인접한 개별 고정자들 사이에서 적어도 하나의 세그먼트를 공유하는 것은 각자의 고정자를 포함하는 각각의 개별 액추에이터의 자기 성능을 현저히 손상시키지 않으면서도 완전한 조립체의 중량 및 체적이 감소되도록 허용한다.

하나 이상의 공유 세그먼트는 2개의 인접한 개별 고정자 각각의 톱니부를 포함할 수 있다.

본 개시는 또한 공통 고정자 조립체 내에 적어도 2개의 액추에이터를 포함하는 엔진 밸브 액추에이션 조립체를 제공한다. 액추에이터 회전자들은 고정자들의 종축을 중심으로 회전하도록 장착되는데, 여기서 각각의 회전자는 회전자를 엔진 밸브 스템(engine valve stem)에 결합하기 위한 각자의 링크 연결을 갖고, 개별 고정자들 각각은 고정자의 종축 주위에서 연장되는 주변부를 포함하고, 각각의 개별 고정자의 주변부의 일부는 인접한 개별 고정자의 주변부의 일부를 형성한다.

원통형 밸브마다 독립적인 액추에이터들을 갖는 엔진에서, 이러한 구성은 각 밸브와 관련된 전기 기계들의 고정자들로 하여금 더 작고 가벼운 구성으로 형성되도록 할 수 있다.

각각의 고정자는 각자의 회전자를 수용하는 개구를 정의한다. 적어도 2개의 액추에이터를 포함하는 조립체에서, 하나의 액추에이터/모터가 다른 액추에이터/모터보다 큰 토크를 가할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 적어도 2개의 개별 고정자는 직경이 상이한 각자의 개구들을 가질 수 있다. 적어도 2개의 개별 고정자는 직경이 상이한 주변부들을 가질 수 있다. 대체 전기 기계들은 상이한 토크들(예를 들어, 제1 토크 특성 및 제2 토크 특성)을 가하도록 구성될 수 있다.

본 개시에 따른 고정자 조립체는 종축들을 갖는 적어도 3개의 회전자를 포함할 수 있는데, 이들 종축은 그 종축들에 수직하게 연장되는 공통 평면에 놓인다. 또한, 조립체는 서로 이격된 종축을 갖는 적어도 4개의 회전자를 포함할 수 있는데, 여기서 회전자들의 제1 세트는 제1 공통 평면에 놓인 종축들을 갖고, 회전자들의 제2 세트는 제1 공통 평면과 이격된 제2 공통 평면에 놓인 종축들을 갖는다. 예를 들어, 제2 세트는 각각의 대체 회전자를 포함할 수 있다.

고정자 조립체는 종축들을 갖는 적어도 3개의 회전자를 위한 대책을 가질 수 있으며, 이들 종축 중 적어도 하나는 이들 축 중 2개의 축을 통해 연장되는 공통 평면 외부에 놓인다. 적어도 4개의 회전자는 종축들을 가질 수 있는데, 이들 종축은 그 종축에 수직인 평면에서 연장되는 원 안에 놓인다.

일부 구현 예들에서, 하나의 개별 고정자의 톱니부들은 인접한 개별 고정자의 톱니부들보다 축 방향으로 더 짧다.

2개의 인접한 개별 고정자는 상이한 개수의 톱니부를 가질 수 있다.

다른 고정자에 비해 고정자의 톱니부들의 축 길이 및/또는 톱니부들의 개수를 변경하는 것은 하나의 고정자의 토크 특성들이 다른 고정자에 대해 조정될 수 있는 방식들이다. 이는 상이한 고정자들로 하여금 각각의 액추에이터에 의해 구동된 각자의 기구들에 대해 상이한 토크 출력들을 제공할 수 있게 한다. 예를 들어, 본 발명을 구체화한 고정자 조립체는 4-밸브 연소 챔버들이 장착된 엔진에 이용하도록 구성될 수 있는데, 각각의 챔버는 2개의 흡기 밸브 및 2개의 배기 밸브를 포함한다. 각각의 흡기 밸브와 배기 밸브의 쌍 중에 하나의 밸브는 1차 밸브로 지정될 수 있고, 다른 하나의 밸브는 2차 밸브로 지정될 수 있는데, 여기서 1차 밸브와 2차 밸브는 상이한 토크 출력 능력을 갖는 액추에이터들을 요구한다.

개별 고정자를 위해 선택된 톱니부들의 개수는 예를 들어, 4, 6, 8, 또는 12일 수 있다.

각각의 개별 고정자의 각각의 인접 톱니부 쌍은 고정자 권선들을 수용하기 위한 슬롯을 정의할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 슬롯의 윤곽(profile)은 고정자의 종축과 교차하고 각자의 톱니부 쌍 사이의 중간에 놓인 평면에 대해 비대칭이다. 각 슬롯의 단면적은 자신의 "풋프린트(footprint)" 내의 고정자 조립체를 위한 가용 공간을 더 잘 활용함으로써 증가할 수 있다. 슬롯의 영역에 의해 차지되는 전체 고정자 조립체 영역의 비율의 증가는 토크 출력 및 효율을 개선하고 전체 조립체 사이즈를 줄이는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 증가한 슬롯 사이즈는 각각의 톱니부 주위에서 더 많은 수의 와이어 턴(turn)을 수용하는데 사용될 수 있는데, 이는 동일한 전체 고정자 조립체 패키지 엔벨로프를 사용하여 관련 액추에이터로부터 더 큰 토크를 유발한다. 다른 방법으로, 증가된 슬롯 영역은 큰 직경의 와이어가 사용되도록 허용할 수 있는데, 이는 더 낮은 전기 저항 및 이로 인한 더 큰 효율을 유발한다. 더 큰 슬롯 영역의 존재로 인해 용이해진 또 다른 가능성은 각 톱니부 주위에서 더 적은 턴수에 더 큰 직경의 와이어를 사용하는 것인데, 이로 인해 동일한 성능을 제공하면서도 인덕턴스가 낮아서 동적 제어 응답이 개선된다. 이들 각각의 변수는 주어진 응용분야에 가장 적합한 성능을 제공하도록 적절하게 결정될 수 있다.

각각의 슬롯은 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 다각형 형상을 정의할 수 있다. 이 다각형 형상의 일부는 고정자의 주변부에 의해 정의될 수 있고, 실질적으로 단일 직선 변에 의해 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 주변부에 의해 정의된 변은 실질적으로 2개의 차단하는 직선 변으로 이루어질 수 있다. 슬롯 영역의 최대화를 추구하는 실시예들에서는 2개의 변이 고정자 조립체의 외부면에 평행한 긴 변 및 짧은 변의 형태일 수 있다.

본 개시의 실시예들에서, 각각의 톱니부 주위에 권선이 제공되고, 각각의 권선은 각각의 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 이 평면에 놓여 있고 개별 고정자의 종축과 교차하는 선에 대해서 실질적으로 대칭이다.

각각의 개별 고정자의 각각의 권선은 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 그 고정자의 다른 권선들과 실질적으로 동일한 영역을 점유하는 것이 바람직하다. 이는 전자기적 측면에서 그리고 부드러운 토크 전달을 위해 바람직하다.

일부 예시들에서, 각각의 개별 고정자의 주변부는 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 실질적으로 정사각형 형상이다. 이러한 구성은 고정자 조립체를 위한 가용 영역의 이용을 최적화할 수 있다. 특히, (개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서) 슬롯들에 의해 정의되는 영역을 증가시킬 수 있고 이에 따라 고정자 권선들에 의해 채워질 가용 체적을 증가시킬 수 있다.

주변부의 내면들은 정다각형 형상에 비해 슬롯들에 의해 정의된 영역을 증가시키기 위해 높이와 폭의 동일한 상호 수직 치수들 내에서 맞춰진 6개 이상의 변을 갖는 정다각형 형상보다 고정자의 중심 종축으로부터의 방사상 거리(radial distance)가 더 큰 부분들을 갖는 형상을 정의할 수 있다.

주변부의 내면들은 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 팔각형, 육각형, 또는 정사각형과 같은 정다각형 형상을 실질적으로 정의할 수 있는데, 이로부터 톱니부들이 내측으로 돌출된다. 다른 예시들에서, 이들 표면은 동일한 개수의 변을 갖는 정다각형에 비해 슬롯들에 의해 정의되는 영역을 증가시키기 위해 엇갈리는 변(alternate side)들이 상이한 길이를 가질 수 있는 불규칙 팔각형과 같은 불규칙 다각형을 실질적으로 정의할 수 있다.

고정자 세그먼트는 톱니부 및 톱니부로부터 측방으로 멀리 연장되어 각자의 고정자의 주변부의 일부에 의해 정의되는 한 쌍의 표면을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이들 각각의 표면이 실질적으로 90°보다 작지 않은, 톱니부의 돌출 방향에 대한 각도를 정의한다. 이는 톱니부 주위에 와이어를 감는 공정 중에 톱니부의 기저에 대한 접근을 용이하게 한다. 바람직한 실시예들에서, 이들 표면은 톱니부의 돌출 방향에 실질적으로 수직이다.

일부 구현 예들에서, 고정자 세그먼트들 중 적어도 일부의 와이어 권선들의 외부 윤곽(profile)은 톱니부가 일부를 형성하는 고정자 세그먼트의 인접한 내향면들보다 톱니부의 돌출 방향으로부터 측방으로 더 멀리 연장될 수 있다. 이러한 구성은 인접한 표면들이 권선 공정 중에 각자의 톱니부의 기저에 대한 접근을 허용하기 위해 상대적으로 좁은 경우 고정자의 각 권선으로 하여금 고정자의 종축에 수직인 평면에서 실질적으로 동일한 단면적을 갖도록 할 수 있다.

주변부는 각각의 인접 톱니부 쌍 사이의 중간 위치 또는 각각의 인접 톱니부 쌍 중 하나의 톱니부가 다른 톱니부보다 가까운 위치에 있는 고정자의 종축에 수직인 평면에서 고정자 세그먼트로 분할될 수 있고, 주변부를 통한 인접 세그먼트들 사이의 분할부들은 주변부의 외면에 실질적으로 수직이거나 그에 대해 다른 각도를 정의할 수 있다. 이들 분할부의 위치 또는 배향은 제조 및/또는 조립 공정들에 가장 적합하도록 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 분할부들은 (고정자의 종축에 수직인 평면에서) 주변부의 내면에 의해 정의되는 직선 변들의 교차점들과 일치하도록 선택될 수 있다.

고정자 조립체는 고정자들의 종축에 대해 횡 방향으로 연장되는 대향 외측면들을 정의할 수 있다. 고정자 조립체는 외측면들 중 하나에 체결되는 리테이너 및 리테이너에 결합되고, 고정자 조립체를 향하도록 리테이너를 강제함으로써 고정자 조립체를 조립체의 반대측의 지지면에 대해 제 위치에 유지시키는 결합 설비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 리테이너는 조임판(clamping plate)의 형태일 수 있다. 리테이너는 세그먼트화된 고정자 조립체의 구조적 완결성 및/또는 정확한 위치를 보장할 수 있다. 리테이너는 고정자 조립체를 구성하는 주변부들 너머로 연장될 수 있다. 리테이너는 각각의 고정자 조립체를 조립체의 맞은편의 지지면에 대해 조이도록 작용할 수 있다. 리테이너는 (리테이너를 지지면에 고정하는) 패스너들로부터의 조임력(clamping force)을 고정자 세그먼트들 각각으로 전달할 수 있다. 고정자 조립체의 횡측면(transverse side surface)과 체결된 리테이너를 제공하는 것은 다수의 세그먼트화된 개별 고정자를 포함하는 조립체의 제공을 용이하게 한다. 리테이너는 임의의 소정의 횡 방향 연장 구성 또는 액추에이터 개수에 맞게 구성될 수 있다.

고정자 조립체는 적어도 2개의 이격된 위치에서 지지면에 대한 고정자 조립체의 측방 이동을 저지하기 위한 제1 위치 설정 설비들을 포함할 수 있다. 다른 방법으로 또는 추가적으로, 고정자 조립체는 적어도 2개의 이격된 위치에서 리테이너에 대한 조립체의 측방 이동을 저지하기 위한 제2 위치 설정 설비들을 포함할 수 있다.

제1 위치 설정 설비들은 고정자 조립체의 위치가 지지면에 대해 정밀하게 정렬되고 유지되도록 보장한다. 이는 고정자 조립체 내에서 회전하도록 장착된 관련 회전자와 정렬되도록 고정자 조립체를 계속 유지시킨다. 제1 위치 설정 설비들은 고정자 조립체의 대향 단부들을 향해 2개의 이격 위치에서 제공될 수 있다. 제1 위치 설정 설비들은 가열시 팽창으로 인한 지지면의 치수들의 임의의 변화들이 고정자 조립체에 전달되도록 보장할 수 있다.

리테이너는 지지면과 유사한 열 팽창 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 리테이너와 지지면은 예를 들어 알루미늄과 같은 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 그 결과, 제2 위치 설정 설비들과 함께 리테이너는 지지면과 고정자 조립체의 정렬 유지를 보조할 수 있다.

제1 위치 설정 설비들은 고정자 조립체 및 지지면에 있는 대응 홀들에 수용되는 다월(dowel)들을 포함할 수 있다. 제2 위치 설정 설비들은 리테이너 및 고정자 조립체에 있는 대응 홀들에 수용되는 다월들을 포함할 수 있다. 결합 설비는 지지면을 향하도록 리테이너를 강제하기 위한 적어도 2개의 패스너를 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 패스너는 제1 위치 설정 설비들과 제2 위치 설정 설비들의 중공형 다월들을 통해 연장된다. 중공형 다월은 제1 위치 설정 설비의 일부 및 제2 위치 설정 설비의 일부를 형성할 수 있다.

각각의 패스너는 지지면을 제공하는 구조체에 고정될 수 있다.

본 개시는 또한 본 명세서에 설명된 바와 같은 고정자 조립체를 조립하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 고정자 세그먼트들에 대해 와이어 권선들을 제공하는 단계; 고정자 조립체를 형성하기 위해 지그에서 고정자 세그먼트들을 조립하는 단계; 및 고정자 조립체를 포팅하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 또 다른 방법에서, 고정자 조립체는 개별 고정자들의 종축에 대해 횡 방향으로 연장되는 대향 외측면들을 정의하며, 조립체는 외측면들 중 하나에 체결되는 리테이너 및 리테이너에 결합되고, 고정자들을 조립체의 반대측의 지지면에 대해 제 위치에 유지시키는 결합 설비를 포함하는데, 이 방법은 지그로부터 포팅된 고정자 조립체를 제거하는 단계; 및 리테이너와 결합 설비를 이용하여 지지면에 대해 고정자 조립체를 고정시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 개시의 실시예들은 첨부된 계략적 도면들을 참조하여 예로서 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 개시에 따른 세그먼트화된 고정자 조립체의 평면도, 정면도, 단면도 및 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 지지 단부 하우징의 일부와 함께 고정자 조립체의 분해 사시도이다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 조립체의 부분 사시도, 평면도, 정면도, 및 단면도를 조립된 형태로 도시한다.
도 10은 도 8에 표기된 A 방향의 종단면도이다.
도 11 내지 도 15는 도 5에 도시된 리테이너(retainer)의 평면도, 정면도, 단면도, 배면도 및 사시도를 도시한다.
도 16 내지 도 19는 도 5에 도시된 부분 단부 하우징의 평면도, 정면도, 단면도, 및 배면 사시도를 도시한다.
도 20은 본 개시에 따른 추가 세그먼트화된 고정자 조립체의 정면도를 도시한다.
도 21은 상이한 축 방향 길이를 갖는 톱니부를 포함하는 고정자 세그먼트의 사시도이다.
도 22 내지 도 24는 2개의 개별 고정자를 각각 포함하는 고정자 조립체들의 정면도를 도시하며, 여기서 각각의 조립체의 하나의 고정자는 다른 고정자와 상이한 개수의 톱니부를 갖는다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 3가지 실시예에 따른 3개의 고정자 조립체들의 정면도로서 여기서 각각의 조립체의 개별 고정자들은 동일한 조립체에서 다른 나머지 개별 고정자들과 동일한 슬롯 구성을 가지며, 각각의 조립체는 다른 나머지 조립체들과 상이한 슬롯 구성을 갖는다.

도 1 내지 도 4는 본 개시에 따른 고정자 조립체(2)를 도시한다. 도면들에 설명된 예시에서, 조립체는 8개의 개별 고정자(4)를 포함한다. 각각의 개별 고정자는 각각의 개별 고정자의 내면들에 의해 정의되는 원통형 개구(8)의 중심을 통과하는 종축(6)을 갖는다.

각각의 개별 고정자는 자신의 종축 주위에서 원주 방향으로 연장되는 주변부(10)를 갖는다. 8개의 톱니부(12)는 각자의 와이어 권선들을 수용하기 위해 주변부로부터 축을 향해 내부로 연장된다. 톱니부들의 최내측 단면(end surface)들은 개별 고정자의 원통형 개구(8)를 정의한다. 8개의 톱니부가 개별 고정자마다 도면들에 도시되어 있지만, 상이한 개수의 톱니부가 특정 요건들에 맞게 선택될 수 있음은 물론이다.

각각의 개별 고정자는 주변부(10)를 함께 형성하는 복수의 고정자 세그먼트(14)로부터 형성된다. 각각의 세그먼트(14)는 톱니부(12)를 포함한다.

인접한 개별 고정자들은 공유 세그먼트들(14')을 포함한다. 각각의 공유 세그먼트(14')는 인접한 개별 고정자 양자 모두의 일부를 형성하고 각 개별 고정자의 톱니부를 포함한다.

고정자 조립체는 대향하는 외부 전면(16) 및 후면(18)을 정의한다.

각각의 고정자 세그먼트(14)는 각각의 인접한 고정자 세그먼트의 상보적 체결면과의 체결을 위해 성형된 체결면들을 갖는다. 도면들에 도시된 구성에서, 각각의 상보적 체결면 쌍은 타측의 대응되는 암형(female) 홈(22)과 체결된 수형(male) 탭(20)을 포함한다.

4개의 축 방향 연장 U자형 홈(24)이 고정자 조립체의 하면에 등 간격으로 형성된다. 이들 홈은 (일례로 비록 리브(rib)들이 생략되어 있지만 도 5에 도시되어 있는) 단부 하우징(40)으로부터 연장되는 구조적 리브들 주위에 클리어런스(clearance)를 제공한다. 3개의 유사한 홈(26)은 고정자 조립체의 상면에 등 간격으로 형성된다. 이는 적절한 경우에는 상면을 따라 동일한 세그먼트 형상들을 이용함으로써 고정자 세그먼트 형상들의 개수를 최소화하는 것에서 비롯된다. 홈들(26)의 존재는 또한 고정자 조립체의 전체 질량을 줄이는 역할을 한다.

고정자 세그먼트들은 예를 들어, 도 5 및 도 6에 표기된 바와 같이 얇은 페라이트계 강 라미네이션들로 형성될 수 있다.

고정자를 형성하기 위해 조립되는 경우, 각각의 톱니부(12) 주위에 와이어 권선이 제공된다. 도면들에는 권선들이 생략되어 있다. 각각의 고정자 세그먼트는 완전히 둥근 단일 고정자에 비해 쉬운 접근을 제공하고 와이어의 조밀한 패킹을 허용하기 위해 나머지 고정자 세그먼트들로부터 분해될 때 감긴다.

고정자 조립체(2)를 지지체에 부착하기 위한 배치가 도 5의 분해도에 표기되어 있다. 조임판(30) 형태의 리테이너가 고정자 조립체의 전면(16)과 체결되도록 제공된다. 고정자 조립체는 지지체(40)에 장착된다. 도시된 예시에서, 지지체는 엔진 밸브 액추에이터 조립체의 단부 하우징이다. 명확성을 위해 도면들에는 단부 하우징의 일부만이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 컴포넌트들의 다른 도면들이 조립된 형태로 도 6 내지 도 10에 도시되어 있다. 또한, 조임판(30)만의 다른 도면들이 도 11 및 도 15에 도시되어 있고, 단부 하우징(40)만의 다른 도면들이 도 16 내지 도 19에 도시되어 있다.

고정자 조립체(2)는 볼트들(50)에 의해 단부 하우징(40)에 고정된다. 각 볼트는 조임판(30)에 있는 홀(52) 및 고정자 조립체(2)에 있는 홀(54)을 관통하여 단부 하우징에 있는 각자의 홀(56)에 수용된다. 각각의 볼트는 홀(56)에 형성된 상보적 나사산과 짝을 이루는 외부 나사산을 갖는다.

이들 볼트 중 2개의 볼트는 중공형 다월들(58과 62 및 60과 64)을 각각 관통한다. 다월들(58 및 60)은 각각 조임판(30)의 홀들(66 및 68)로부터 고정자 조립체(2)의 대응 홀들(70 및 72)로 관통한다. 다월들(62 및 64)은 고정자 조립체의 홀들(70 및 72)로부터 단부 하우징의 대응 홀들(74 및 76)로 관통한다. 단부 하우징은 각자의 볼트들(50)을 수용하기 위해 나사산 홀 부위들을 형성하는 돌출부들(78 및 80)을 다월들 너머에 포함한다.

다월 쌍들(58과 62 및 60과 64)은 각각 단일 중공형 다월들로 대체될 수 있다. 다월들(62 및 64)은 고정자 조립체를 단부 하우징과 정밀하게 정렬시키기 위해 구비된다. 이는 조립체의 고정자들이 단부 하우징에 의해 지지되는 각자의 회전자들과 정확히 정렬되도록 보장하기 위한 것이다.

또한, 다월들(58, 60, 62, 및 64)은 단부 하우징 및 고정자 조립체의 상이한 팽창 특성에도 불구하고 고정자들을 이들의 회전자와 올바르게 정렬되도록 유지시키는 역할을 한다. 이들 다월은 상이한 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 단부 하우징은 알루미늄 주조(aluminum casting)이고 고정자 조립체는 페라이트계 강으로 형성된다. 조임판(30)은 단부 하우징과 동일한 팽창 특성을 갖도록 동일한 물질로 형성될 수 있다. 단부 하우징 및 조임판은 가열되는 경우 고정자 조립체의 물질보다 더 팽창될 수 있다. 그 경우, 다월들(50, 60, 62, 및 64)은 그로 인한 전단력(shear force)을 견디고, 단부 하우징과의 정렬 상태를 유지하려는 경향이 있는 고정자 조립체에 측방력(lateral forces)을 가하기에 충분한 강도를 갖는다.

조임판은 8개의 라운딩(rounding)된 팔각형 개구(32)를 정의한다. 도 6의 조립된 구조에서 알 수 있듯이, 각각의 개구(32)는 대응하는 개별 고정자(4)와 정렬되도록 위치한다. 조임판은 각각의 고정자의 주변부 너머로 연장되고 각각의 세그먼트에 대한 조임력을 제공하기 위해 각 고정자의 각 세그먼트와 체결된다. 조임판은 볼트들(50)에 의해 가해지는 조임력을 주변부들의 전면에 걸쳐 확산시킨다.

단부 하우징은 고정자 조립체(2)의 측면 윤곽의 특징들에 대응하는 윤곽을 갖는 지지면(90)을 정의한다.

조립 공정에서, 고정자 세그먼트들(14)은 이들 각자의 권선으로 개별적으로 감겨진다. 그 다음, 이들 세그먼트는 세그먼트들의 외부 윤곽과 체결되는 지그에 배치되며, 세그먼트들의 정확한 상대적 위치를 보장하기 위해 각각의 고정자의 원통형 중심 개구와 체결될 밀착 맞춤(tight-fitting) 맨드릴(mandrel)을 포함한다. 그 다음, 고정자 조립체는 열가소성 수지를 이용한 오버 몰딩 또는 에폭시를 이용한 함침(impregnation)과 같은 적절한 공정과 물질을 이용하여 포팅(potting)된다. 일단 포팅 화합물이 완전히 경화되면, 고정자 조립체 전체가 지그로부터 제거될 수 있다. 그 다음, 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이 단부 하우징에 고정된다.

도 20에는 본 개시에 따른 또 다른 고정자 조립체(100)가 도시되어 있다. 이 조립체는 8개의 개별 고정자를 포함하는데, 개별 고정자들(102)은 제1 세트를 형성하고, 개별 고정자들(104)은 제2 세트를 형성한다. 제1 세트의 고정자들(102)의 종축들(6)은 도 20에서 점선(106)으로 표시된 제1 공통 평면에 놓여 있다. 제2 세트의 고정자들(104)의 종축들(6)은 도 20에서 점선(108)으로 표시된 제2 공통 평면에 놓여 있다. 제1 세트 및 제2 세트에는 그룹의 길이에 따라 다른 고정자들이 속한다. 제2 공통 평면(108)은 종축들(6)에 수직한 방향으로 제1 공통 평면(106)으로부터 이격되어 있다.

개별 고정자들 각각은 일반적으로 원형의 주변부(110 및 112)를 갖는다. 각각의 개별 고정자는 자신의 종축(6)과 동축인 원통형 중심 개구(114 및 116)를 갖는다. 제1 세트의 개별 고정자들의 주변부들의 외경들은 제2 세트의 개별 고정자들의 대응하는 치수들보다 작다. 제1 세트의 중심 개구들(114)은 제2 세트의 중심 개구들(116)보다 작다. 이는 제2 세트의 고정자들로 하여금 더 큰 회전자들을 수용하고 더 큰 권선 체적을 수용할 수 있도록 허용하여 이들 고정자가 일부를 형성하는 전기 기계들이 제1 세트의 고정자들(102)을 포함하는 전기 기계들보다 큰 토크를 생성할 수 있다. 상이한 토크 특성을 갖는 전기 기계 쌍들을 제공하는 것은 일부 응용분야에서 유익할 수 있다. 일례는 한 쌍의 전기 기계가 내연 기관의 한 쌍의 흡기 또는 배기 밸브를 제어하는데 사용되는 경우일 수 있다.

다른 구성들에서, 2개 세트의 개별 고정자들은 외경이 상이한 주변부들을 가질 수 있지만, 직경이 동일한 회전자들과 함께 이용하기 위해 사이즈가 상이한 고정자들을 제공하도록 실질적으로 직경이 동일한 중심 개구들을 가질 수 있다.

도 21은 공유 고정자 세그먼트(14')의 사시도를 도시한다. 공유 고정자 세그먼트(14')는 2개의 톱니부(12 및 100)를 포함하는데, 이들 각각은 완전한 고정자 조립체 내에 각자의 개별 고정자와 관련되어 있다. 세그먼트는 중심 본체(102)를 포함하는데, 그 중심 본체(102)의 양쪽에서 톱니부들이 연장된다. 본체(102)는 톱니부들과 관련된 고정자들 양자 모두의 주변부 일부를 형성한다. 세그먼트 본체(102)는 완전한 고정자 조립체 내의 2개의 고정자의 종축과 평행한 중심축(104)을 갖는다. 톱니부(12)는 본체(102)와 축 방향으로 동일한 길이를 갖고, 톱니부(100)는 축 방향으로 톱니부(12) 및 본체(102)보다 짧다. 톱니부들(12 및 100)이 관련된 개별 고정자들의 다른 톱니부들은 각자의 톱니부(12 또는 100)와 동일한 축 길이를 갖는다.

도 22 내지 도 24는 상이한 개수의 톱니부를 갖는 인접한 개별 고정자들의 제공을 예시한다. 각각의 고정자 조립체는 공유 세그먼트(14')를 포함한다. 도 22에서, 4개의 톱니부를 갖는 고정자가 8개의 톱니부를 갖는 고정자와 인접해 있다. 도 23에서 이들 고정자는 각각 6개의 톱니부와 8개의 톱니부를 갖고, 도 24에서 이들 고정자는 각각 12개의 톱니부 및 8개의 톱니부를 갖는다. 각각의 고정자에서, 톱니부들은 도면들의 평면과 수직하게 연장되는 중심 종축을 중심으로 동일하게 이격되어 있다. 각각의 고정자에서, 주변부는 실질적으로 정다각형 형태이다.

본 명세서에 기술된 고정자 조립체들은 고정자 권선들을 수용하기 위해 각 고정자의 인접 톱니부들 사이에 슬롯들을 정의한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 인접한 톱니부들 사이의 슬롯들은 종축과 교차하는 인접 톱니부들 사이의 중간 선에 대해 고정자들의 종축들에 수직인 평면에서 대칭이라는 것을 알 수 있다. 도 25 내지 도 27은 슬롯들이 고정자들의 종축들에 수직인 평면에 비대칭인 추가 실시예들을 도시한다. 이들 예시에서, 슬롯들(110)은 (종축들에 수직인 평면에서) 대칭 선을 갖지 않는 다각 형상들을 정의한다. 이들 슬롯의 형상들은 고정자 조립체의 최대 전체 치수를 증가시키지 않고 대칭 구성에 비해 슬롯 영역을 증가시키도록 설계되었다. 도 25 내지 도 27의 예시들에서, 주변부들은 주로 팔각형 구성으로부터 본질적으로 정사각형 형상으로 변하고, 도 25 내지 도 27에서, 슬롯들이 4개의 코너를 향해 연장되는 정도가 증가한다.

고정자 권선들에 의해 점유될 영역들의 예들은 도 25 및 도 26에 나와 있다. 도 25에서 톱니부(120)의 어느 한 측의 음영 영역들(112 및 114)은 톱니부(120)와 관련된 권선에 의해 점유될 영역들을 나타낸다. 영역(116)은 인접 톱니부(122)와 관련되고, 영역(118)은 톱니부(120)의 다른 한 측에 있는 인접 톱니부(124)와 관련된 권선에 의해 점유될 영역을 나타낸다. 이들 영역은 영역들(112 및 114)이 톱니부(120)가 고정자의 중심축(6)을 향해 연장되는 방향(126)에 대해 대칭이 되고 동일하도록 결정된다. 또한, 관련된 인접 톱니부 쌍의 권선들에 할당된 각 슬롯의 비율은 관련 영역들이 동일하도록 분할된다. 따라서, 영역(112)은 영역(116)과 면적이 동일하고, 영역(114)은 영역(118)과 면적이 동일하다.

도 26에는 대응 영역들이 도시되어 있다.

도 25 내지 도 27에 도시된 고정자들의 각 톱니부는 고정자 세그먼트의 일부를 형성한다. 각각의 고정자 세그먼트는 또한 각자의 톱니부의 맞은편들에서 내향면들(130 및 132)(도 26 참조)을 정의하는데, 이들 내향면들은 톱니부의 기저로부터 멀리 연장된다. 각각의 표면(130 및 132)은 톱니부가 도 25 및 도 26의 구성들에서 고정자의 중심 종축(6)을 향해 연장되는 방향에 실질적으로 수직이다. 이들 표면(130 및 132)은 고정자 주변부의 내면의 일부를 형성한다. 도 25 및 도 26의 실시예들에서, 인접 세그먼트들 사이의 분할부들(134)은 표면들(130 및 132)이 고정자의 종축에 수직인 평면에서 직선들을 따라 연장되도록 위치한다. 이는 각 톱니부 주위에 와이어를 감는 공정 중에 각 톱니부의 기저에 대한 접근을 보조한다. 도 27의 실시예에서, 이들 분할부는 인접 톱니부들 사이의 대략 중간에 위치한다. 조립 공정을 가장 용이하게 하기 원한다면 이들 분할부의 위치가 조정될 수 있음은 물론이다.

도 25 및 도 26에 도시된 고정자 조립체들은 고정자 조립체를 지지 기판에 고정하는데 사용하기 위해 도면의 평면에 수직으로 연장되는 다수의 고정용 홀들을 포함한다. 도 27의 실시예에는 이러한 홀들이 도시되어 있지 않다. 고정용 홀들을 필요로하지 않고 예를 들어, 둘러싸는 케이싱을 사용하여 고정자 조립체가 속박될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 필요하다면, 도 27에 도시된 구성은 적절한 고정용 홀들을 포함하도록 용이하게 구성될 수 있다.

도 25 내지 도 27에 도시된 실시예들 각각은 고정자들의 종축들(6)이 공통 평면에 놓이도록 구성된다. 고정자들의 주변부들은 종축들을 포함하는 평면에 번갈아 평행한 외부 평행 측면들(140 및 142)을 정의한다. 비대칭 슬롯 구성들은 평행한 평면들(140 및 142) 사이의 소정 간격에 대해 인접 톱니부들 사이의 슬롯들에 의해 점유되는 이들 고정자들의 영역을 증가시키는 역할을 한다.

Claims (24)

1. 적어도 2개의 회전자를 위한 고정자 조립체로서, 적어도 2개의 개별 고정자를 포함하며 상기 개별 고정자들은 상기 개별 고정자들의 종축들을 중심으로 회전 가능한 각자의 회전자들을 수용하는 고정자 조립체에 있어서,
   상기 개별 고정자들은 각각 상기 고정자의 종축 주위에서 연장되는 주변부; 및
   상기 고정자들의 와이어 권선들을 수용하기 위해 상기 주변부로부터 상기 축을 향해 내부로 연장되는 톱니부들을 포함하며,
   상기 고정자들은 각각 고정자 세그먼트들로 분할되고,
   상기 고정자 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 2개의 인접한 개별 고정자들의 일부를 형성하는 공유 세그먼트인, 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정자들 각각은 각각의 인접 톱니부 쌍 사이의 주변부를 통해 분할되어 상기 고정자 세그먼트들을 형성하는, 조립체.
3. 제1항 또는 제2 항에 있어서, 상기 개별 고정자들 각각은 상기 고정자의 종축을 중심으로 회전 가능한 회전자를 수용하기 위해 원형 개구를 정의하고, 2개의 개별 고정자가 직경이 상이한 각자의 개구들을 갖는, 조립체.
4. 적어도 2개의 개별 고정자를 포함하는 고정자 조립체 및 적어도 2개의 액추에이터 회전자를 포함하는 엔진 밸브 액추에이션 조립체로서,
   상기 회전자들은 상기 각자의 개별 고정자들의 종축들을 중심으로 회전하기 위해 장착되며,
   상기 회전자들 각각은 상기 회전자를 엔진 밸브 스템에 결합하기 위한 각자의 링크 연결을 갖고,
   상기 개별 고정자들 각각은 상기 고정자의 종축 주위에서 연장되는 주변부를 포함하고,
   상기 고정자들 각각의 주변부의 일부는 인접한 개별 고정자의 주변부의 일부를 형성하는, 조립체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 개별 고정자들 각각은 상기 개별 고정자의 주변부로부터 종축을 향해 내부로 연장되는 톱니부들을 포함하고,
   상기 개별 고정자들 각각은 각각의 인접 톱니부 쌍 사이의 주변부를 통해 고정자 세그먼트들로 분할되고,
   상기 고정자 세그먼트들 중 적어도 하나는 적어도 2개의 인접한 개별 고정자들의 일부를 형성하는 공유 세그먼트인, 조립체.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 개별 고정자들 각각은 상기 각자의 회전자를 수용하는 원형 개구를 정의하고, 2개의 개별 고정자는 직경이 상이한 각자의 개구들을 갖는, 조립체.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 공통 평면에 놓인 종축들을 갖는 적어도 3개의 개별 고정자를 포함하며, 상기 공통 평면은 상기 종축들과 수직하게 연장되는, 조립체.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 이격된 종축을 갖는 적어도 3개의 개별 고정자를 포함하고, 상기 개별 고정자들의 제1 세트는 제1 공통 평면에 놓인 종축들을 갖고, 상기 개별 고정자들의 제2 세트는 상기 제1 공통 평면과 이격된 제2 공통 평면에 놓인 종축들을 갖는, 조립체.
9. 제8항에 있어서, 상기 개별 고정자들의 제2 세트는 각각의 대체 고정자를 포함하는, 조립체.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 종축들을 갖는 적어도 4개의 개별 고정자를 포함하되, 상기 종축들은 상기 종축들에 수직인 평면에서 연장되는 원에 놓인, 조립체.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별 고정자들 중에 어느 하나의 개별 고정자의 톱니부들은 인접한 개별 고정자의 톱니부들보다 축 방향으로 더 짧은, 조립체.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 인접한 고정자들은 상이한 개수의 톱니부들을 갖는, 조립체.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 권선들을 수용하기 위해 각각의 인접 톱니부 쌍 사이에 슬롯이 정의되고, 상기 슬롯의 윤곽은 각자의 톱니부 쌍 사이의 중간에 놓이고 상기 고정자의 종축과 교차하는 평면에 대해 비대칭인, 조립체.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니부 각각의 주위에 권선이 제공되고, 각각의 권선은 상기 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 상기 개별 고정자의 종축과 교차하고 상기 평면에 놓인 선에 대해 실질적으로 대칭인, 조립체.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별 고정자 각각의 권선은 상기 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 상기 고정자의 다른 권선들과 실질적으로 동일한 면적을 점유하는, 조립체.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별 고정자 각각의 주변부는 상기 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 실질적으로 정사각형 형상인, 조립체.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬롯 각각의 표면은 상기 개별 고정자의 종축에 수직인 평면에서 길이가 상이한 2개의 교차선들을 정의하는 고정자의 주변부의 일부에 의해 정의되는, 조립체.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 조립체는 상기 개별 고정자들의 종축들에 대해 횡 방향으로 연장되는 대향 외측면들을 정의하고, 상기 고정자 조립체는 상기 외측면들 중 하나의 표면에 체결되는 리테이너 및 상기 리테이너와 결합되고, 상기 고정자 조립체를 상기 조립체의 맞은편의 지지면에 대해 제 위치에 유지시키는 결합 설비를 포함하는, 조립체.
19. 제18항에 있어서, 적어도 2개의 이격된 위치에서 상기 지지면에 대해 상기 고정자 조립체의 측방 이동을 저지하기 위한 제1 위치 설정 설비들을 포함하는, 조립체.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 적어도 2개의 이격된 위치에서 상기 리테이너에 대해 상기 고정자 조립체의 측방 이동을 저지하기 위한 제2 위치 설정 설비들을 포함하는, 조립체.
21. 제20항에 있어서(제19항에 종속하는 경우), 상기 제1 위치 설정 설비들은 상기 고정자 조립체 및 상기 지지면에 있는 대응 홀들에 수용되는 중공형 다월들을 포함하고, 상기 제2 위치 설정 설비들은 상기 리테이너 및 상기 고정자 조립체에 있는 대응 홀들에 수용되는 중공형 다월들을 포함하는, 조립체.
22. 제21항에 있어서, 상기 결합 설비는 상기 지지면을 향하도록 상기 리테이너를 강제하기 위한 적어도 2개의 패스너를 포함하며, 상기 패스너 각각은 상기 제1 위치 설정 설비들 및 제2 위치 설정 설비들의 중공형 다월들을 통해 연장되는, 조립체.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 조립체를 조립하는 방법에 있어서,
    상기 고정자 세그먼트들에 와이어 권선들을 제공하는 단계;
    상기 고정자 조립체를 형성하기 위해 상기 고정자 세그먼트들을 지그에서 조립하는 단계; 및
    상기 고정자 조립체를 포팅(potting)하는 단계를 포함하는, 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 고정자 조립체는 상기 개별 고정자들의 종축들에 대해 횡 방향으로 연장되는 대향 외측면들을 정의하고, 상기 고정자 조립체는 상기 외측면들 중 하나의 표면에 체결되는 리테이너 및 상기 리테이너에 결합되고, 상기 고정자 조립체를 상기 고정자 조립체의 맞은편의 지지면에 대해 제 위치에 유지시키는 결합 설비를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 지그로부터 상기 포팅된 고정자 조립체를 제거하는 단계; 및
    상기 리테이너 및 상기 결합 설비를 이용하여 상기 지지면에 대해 상기 고정자 조립체를 고정하는 단계를 포함하는, 방법.

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