KR20190113937A - 하프 쉘 디자인의 전기 기계용 하우징 및 그 제조 방법 - Google Patents

하프 쉘 디자인의 전기 기계용 하우징 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20190113937A
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로타르 파트베르크
파비안 숀겐
안드레아스 발터
필립 그룬덴
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티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
티센크룹 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 전기 기계용 하우징, 그리고 적어도 2개의 쉘 부분(4.1, 4.2)으로 전기 기계용 하우징을 제조하는 방법에 관한 것이며, 각각의 쉘 부분이 주연부의 적어도 일 부분을 덮는다. 쉘 부분들(4.1, 4.2) 중 적어도 하나는 판금(5)으로부터 하나 이상의 성형 프로세스에 의해 제조되고, 판금(5)에는 성형 프로세스 전에 적어도 부분적으로 플라스틱 층(6)이 제공된다.

Description

하프 쉘 디자인의 전기 기계용 하우징 및 그 제조 방법
전기 기계, 특히, 예를 들어 차량의 구동 장치 또는 기계 구동 장치를 위한 전기 모터의 분야에서는 일반적으로 금속 하우징이 사용된다. 이 경우, 알루미늄 주조 하우징이 통상적이다.
WO 2007/051684 A1호로부터, 서로 겹쳐지는 2개의 컵형 하우징을 가진 전기 모터가 공지되어 있으며, 여기서는 하우징들 사이에 냉각 채널들을 형성하기 위한 슬리브가 삽입된다. 이 경우, 높은 조립 복잡성이 필요하고, 하우징은 전기 모터의 중량 중 높은 비율을 차지한다.
따라서, 본 발명의 과제는 유리한 방식으로 제조될 수 있고 용이한 조립을 가능하게 하며 중량이 감소된, 전기 기계 또는 전기 모터의 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 전자기 차폐의 개선 및 소위 NVH 특성(Noise, Vibration, Harshness)의 감소, 즉, 음향 특성 및 구조 전달음 진동의 감소이다.
상기 과제는 특허 청구범위 제1항의 특징에 따른 방법으로 제조된, 제8항의 특징에 따른, 전기 모터, 발전기 등과 같은 전기 기계용 하우징에 의해 해결된다.
본 발명에 따라, 주연부의 적어도 일부를 각각 덮는 2개 이상의 쉘 부분으로 전기 기계용 하우징을 제조하는 방법은, 쉘 부분들 중 적어도 하나가 판금으로부터 하나 이상의 성형 프로세스에 의해 제조되고, 판금에는 성형 프로세스 이전, 도중 또는 이후에 적어도 부분적으로 플라스틱 층이 제공되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 쉘 부분들은, 모터 하우징의 주연부의 적어도 일부를 형성함으로써 전기 모터의 스테이터의 적어도 일부를 덮는 방식으로 제조된다. 이를 위해, 적어도 한쪽 면에 적어도 부분적으로 플라스틱 층이 제공된 판금, 특히, 강판이 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 판금, 특히, 강판은 플라스틱 층으로 부분적으로 코팅되는 대신 완전히 코팅될 수도 있다. 코팅된 판금은 이어서 특히 딥드로잉(deep drawing), 압착(pressing), 펀칭 및/또는 벤딩 과정에 의해 쉘 부분들의 형태로 성형되고, 이들은 후속 모터 하우징의 주연면의 적어도 일부 및 바람직하게는 모터 하우징의 적어도 하나의 단부면의 적어도 일부를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 쉘 부분들은 주연부의 균등한 영역, 특히, 각각 120° 또는 180°를 커버하며, 그 결과 대칭성이 이용될 수 있고, 부분들의 수 및 변형체 수, 즉, 상이한 부분들의 수는 적게 유지될 수 있다.
대안적인 바람직한 실시예에서, 개구의 나머지 간극 폭이 스테이터의 직경에 상응하거나 스테이터가 쉘 부분의 순수 탄성 변형을 통해 삽입될 수 있는 한, 180°보다 큰 주연 영역의 적어도 부분적인 커버링이 바람직하다. 이로써, 스테이터의 조립 및 위치 설정이 간단해질 수 있다.
본원 방법의 또 다른 실시예들은, 성형 프로세스 이전, 도중 또는 이후에 기능 요소들이 플라스틱 층에 제공되는 것을 특징으로 한다. 기능 요소들도 마찬가지로 플라스틱, 바람직하게는 플라스틱 층과 동일하거나 유사한 플라스틱, 특히, 열가소성 수지, 바람직하게는 예를 들어, PA, PA6, PA66, PA610과 같은 폴리아미드 또는 대안적으로 PES, PEI, PPSU 및 PPS, 그리고 섬유 보강 플라스틱으로 제조되며, 이로써 플라스틱 층과의 연결이 간단해지고 필요한 온도 저항성이 실현된다. 기능 요소의 제공은 예를 들어 사출 성형, 라미네이션, 압축 성형, 테이프 적층(tape laying), 또는 접착되거나 용접되는 조립식 성형품에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 정지부, 로킹 요소 또는 위치설정 보조 수단과 같이, 성형되지 않거나 약간만 성형될 판금 영역에 놓인 기능 요소의 경우, 특히 이들이 내측에 놓일 때, 바람직하게 성형 전에 제공되는데, 그 이유는 그럼으로써 제조가 간소화되기 때문이다. 예를 들어, 그 형상이 성형 프로세스 이후에 완성되거나, 쉘 부분을 보강하는 데 이용되는 보강재, 베어링 또는 지지 요소와 같은 기능 요소는 성형 프로세스 이후에 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 방법은, 기능 요소가 성형 프로세스 이전, 도중 또는 이후에 하나의 방법 단계에서 플라스틱 층과 함께 단일편으로 제공되는 것을 특징으로 한다. 동시 제공으로 인해, 필요한 제작 단계가 감소되고, 기능 요소의 안전한 결합이 보장된다.
본원 방법의 바람직한 실시예들은, 기능 요소가 온도 조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 온도 조절 유닛은 냉각 채널; 입자, 열 파이프 등과 같은 열 전도 요소; 또는 냉각 핀;으로서 구현될 수 있다. 전기 기계의 충분한 냉각을 보장하기 위해, 모터 하우징의 쉘 부분들은 예를 들어 기능 요소로서 냉각 채널을 구비한다. 냉각 채널은 플라스틱 층 상에 또는 플라스틱 층과 함께 쉘 부분의 내측 및/또는 외측에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 본원 방법은 쉘 부분들 상에서 이들 쉘 부분을 서로 연결하기 위한 플랜지형 연결 영역이 성형 및/또는 판금에의 부착에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. 개별 쉘 부분들을 연결하여 하우징을 형성하기 위해, 쉘 부분들 사이의 연결은 바람직하게 플랜지 연결부에 의해 형성되고, 이 플랜지 연결부를 통해 부분들이 서로 연결되며, 특히 나사 결합된다. 바람직한 실시예들에서, 연결 시 서로 접촉하게 되는 쉘 부분들의 하나 이상의 면이 플라스틱 층을 포함하거나 플라스틱으로 형성된다. 달리 표현하면, 플랜지 영역은, 형성될 플랜지 연결부 내에 플라스틱 층이 놓이도록, 또는 플랜지가 판금 상에 제공될 기능 요소를 형성하도록 성형된다. 플랜지 연결부에 플라스틱을 배치함으로써, 쉘 부분의 금속 구성요소들이 서로 분리되고, 그 결과 기계 진동과 관련하여 더 나은 분리 또는 감쇠가 실시되어 음향 특성이 개선된다.
또 다른 실시예에서, 본원 방법은 적어도 국소적으로 추가 금속 구성요소가 플라스틱 층의 측에 제공되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 추가 금속 구성요소는 온도 조절 또는 차폐를 위한 국소 보강에 이용될 수 있거나, 예를 들어 전기 기계의 단락 링으로서도 제공될 수 있다.
본원 방법의 또 다른 실시예는, 판금이 서로 전기 절연된 복수의 금속 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 예를 들어 와전류로 인한 손실이 감소되고, 전자기 차폐 및 기계적/음향적 감쇠가 개선된다.
모든 실시예는, 판금이 바람직하게 강, 특히, (표준 SEW 390에 따른) 저투자율 강재, 바람직하게는 오스테나이트계 고Mn강, X-IP강 및 CrNi강을 포함한다는 공통점이 있다.
본 발명에 따른 방법에 관한 전술한 실시예들은 상기 방법으로 제조된 본 발명에 따른 전기 기계용 하우징에도 유사한 방식으로 적용될 수 있다.
전술한 방법으로 제조된 적어도 하나의 쉘 부분을 포함하는, 본 발명에 따른 전기 기계용 하우징은 쉘 부분이 연결 영역을 포함하고 판금으로 형성되며, 판금이 적어도 부분적으로 플라스틱 층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 모든 쉘 부분이 본 발명에 따른 방법으로 제조될 수 있거나, 또는 본 발명에 따른 쉘 부분들이 다른 방법으로 제조된 하우징 부분 또는 상응하는 기계 부분 또는 설비 부분과 연결되어 본 발명에 따른 모터 하우징을 형성할 수도 있다.
하우징의 실시예들은, 쉘 부분들이 플라스틱 층 상에 제공된 기능 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 기능 요소는 베어링 지점, 정지부, 위치설정 보조 수단, 온도 조절 유닛(예를 들어 냉각 채널) 등일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 모터 하우징은 플라스틱 층과 기능 요소가 단일편으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
하우징의 또 다른 실시예는, 연결 영역이, 각각의 쉘 부분의 플라스틱 층 및/또는 기능 요소가 서로 연결되는 플랜지로서 형성되는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 쉘 부분들 사이의 접촉이 적어도 하나의 플라스틱 층을 통해 또는 플라스틱 플랜지로서 형성된 기능 요소를 통해 이루어진다.
하우징의 실시예는, 기능 요소가 적어도 하나의 온도 조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하우징의 또 다른 실시예는 적어도 부분적으로 추가 금속 구성요소가 플라스틱 층의 측에 제공되는 것을 특징으로 한다.
모터 하우징은 또 다른 실시예에서, 판금이 서로 전기 절연된 복수의 금속 층으로 형성되는 점도 특징으로 할 수 있다.
강판, 특히 저투자성 오스테나이트계 강으로서의 구현을 통해, 추가 금속 부분들에 의해 그리고/또는 서로 전기 절연된 복수의 금속 층을 포함하는 구조에 의해 개선될 수 있는 양호한 전자기 차폐가 제공된다. 상응하게 양호한 차폐로서, 전자 전력 시스템의 부품들이 하우징의 외측에 제공될 수 있는데, 이는 종래 기술에서 전력 밀도가 높은 경우에는 현재 불가능한 경우가 많다.
본 발명은 개략도를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이며, 여기서 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 부여된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 모터의 일 실시예의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 스테이터의 일 단부 영역에서의 쉘 부분의 주연부의 상세도이다.
도 1은 개략적으로 도시된, 전기 모터의 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한다. 전기 모터는 로터(2)에 연결된 모터 샤프트(1)를 포함하고, 로터(2)는 스테이터(3)에 의해 둘러싸인다. 도시된 예에서의 모터 하우징은 3개의 구성요소로 구성되며, 이 경우 본 발명에 따른 2개의 쉘 부분(4.1, 4.2)은 모터의 단부측을 종단하는 베어링 차폐부와 결합된다. 쉘 부분(4.1, 4.2)은 이 실시예에서 동일 유형으로 대칭으로 구현되며, 각각 전기 모터의 180°의 주연 각도를 둘러싸고, 함께 포트형(pot-like) 하우징을 형성한다. 양측 쉘 부분(4.1, 4.2)은 플랜지형 연결 영역(8.1)에 의해 서로 연결된다. 플랜지(8.2)를 통해, 본 도면에 도시되지 않은 베어링 차폐부가 쉘 부분(4.1, 4.2)과 연결된다.
쉘 부분(4.1, 4.2)에는 본 실시예에서 전체 면에 걸쳐 플라스틱 층(6)이 제공된다. 플랜지형 연결 영역(8.1)에서, 두 쉘 부분(4.1, 4.2)이 상기 플라스틱 층(6)을 통해 서로 접촉된다. 쉘 부분(4.1, 4.2)의 내부 주연면 상에 기능 요소들(7)이 제공된다.
도 2는 스테이터(3)의 일측 단부 영역에서의 본 발명에 따른 전기 모터의 외주연 영역의 확대 상세도이다. 쉘 부분은 판금(5)을 포함한다. 이 실시예에서는, 플라스틱 층과 기능 요소가 단일편으로 구현되어 있다. 스테이터는 기능 요소로서의 냉각 채널들(7.1)에 의해 둘러싸이며, 스테이터의 위치 설정은 추가 기능 요소로서의 정지부(7.2)에 의해 용이해진다.
본 발명의 상이한 특징은 서로 자유롭게 조합될 수 있으며, 설명되거나 도시된 실시예에만 한정되지 않는다. 따라서, 플라스틱 층 및 기능 요소는 예시적 구현과 달리 쉘 부분의 외측에도 또는 양측 모두에도 제공될 수 있다.
1 모터 샤프트
2 로터
3 스테이터
4.1, 4.2 쉘 부분
5 판금
6 플라스틱 층
7 기능 요소
7.1 냉각 채널
7.2 정지부
8.1 플랜지형 연결 영역
8.2 플랜지

Claims (14)

  1. 주연부의 적어도 일부를 각각 덮는 2개 이상의 쉘 부분(4.1, 4.2)으로 전기 기계용 모터 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
    판금(5)으로부터 하나 이상의 성형 프로세스에 의해 적어도 하나의 쉘 부분(4.1, 4.2)이 제조되고, 상기 판금(5)에는 성형 프로세스 전에 적어도 부분적으로 플라스틱 층(6)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 성형 프로세스 전, 도중 또는 이후에 플라스틱 층(6) 상에 기능 요소(7, 7.1, 7.2)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 기능 요소(7, 7.1, 7.2)는 성형 프로세스 전에 하나의 방법 단계에서 플라스틱 층(6)과 함께 단일편으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 기능 요소(7, 7.1, 7.2)에는 온도 조절 유닛(7.1)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘 부분들(4.1, 4.2) 상에는, 쉘 부분들(4.1, 4.2)을 서로 연결하기 위한 플랜지형 연결 영역(8.1)이 성형 및/또는 판금(5) 상으로의 부착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 추가 금속 구성요소가 플라스틱 층(6)의 측에 적용되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 판금(5)은 서로 전기 절연된 복수의 금속 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 모터 하우징 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 적어도 하나의 쉘 부분(4.1, 4.2)을 포함하는 전기 기계용 하우징에 있어서,
    쉘 부분(4.1, 4.2)은 플랜지형 연결 영역(8.1)을 포함하고 판금(5)으로 형성되며, 상기 판금(5)은 적어도 부분적으로 플라스틱 층(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  9. 제8항에 있어서, 쉘 부분(4.1, 4.2)은 플라스틱 층(6) 상에 제공된 기능 요소(7, 7.1, 7.2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  10. 제9항에 있어서, 플라스틱 층(6)과 기능 요소(7, 7.1, 7.2)가 단일편으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜지형 연결 영역(8.1)은, 각각의 쉘 부분(4.1, 4.2)의 플라스틱 층(6) 및/또는 기능 요소(7, 7.1, 7.2)가 서로 연결되는 플랜지로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 기능 요소(7, 7.1, 7.2)는 적어도 하나의 온도 조절 유닛(7.1)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 추가 금속 구성요소가 플라스틱 층(6)의 측에 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 판금(5)은 서로 전기 절연된 복수의 금속 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계용 하우징.
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