KR20190120242A - 전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비하는 고정자 어셈블리 - Google Patents

전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비하는 고정자 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 개시 내용은 전기 머신을 위한 고정자에 관한 것이며, 상기 고정자는 복수의 적층된 라미네이션들을 포함하고, 적층된 라미네이션들 각각은 자신상으로 미리 감긴 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들을 정의하는 내부로 향하는 슬롯들을 포함한다.
각각의 슬롯은 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형 돌출부를 포함한다.

Description

전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비하는 고정자 어셈블리
본 개시 내용은 일반적으로 전기 머신들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 개시 내용은 전기 머신을 위한 열 회수 기능을 구비하는 고정자 어셈블리에 관한 것이다.
전기 모터들 및 발전기들과 같은 전기 머신들은 해당 기술분야에 잘 알려져있다. 이들로는, 통상적으로 둘다 공동 축방향으로 하우징에 장착된 고정자 및 회전자가 제공된다.
통상적으로, 고정자 어셈블리들은 자신내에 코일들이 형성될 수 있도록 허용하는 내부로 향하는 슬롯들이 제공되는 라미네이션들의 적층(stack)으로 만들어진다. 사각형 와이어가 코일들을 형성하기 위해 사용되면, 코일들은 일반적으로 고정자 슬롯들에 삽입되기 전에 형성된다. 와이어의 사각형 구성은 코일들에 의해 고정자 슬롯들에 완전히 채워지지 않도록하여, 인접한 코일들 사이에 공극(void)을 남기고, 이는 전기 머신이 이용될 때 코일들에서 생성된 열의 불충분한 회수를 초래한다.
예시된 실시예를 따르면, 자신상으로 미리감긴(prewound) 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들(inwardly facing teeth)을 정의하는 내부로 향하는 슬롯들(slots)을 포함하는 복수의 적층된(stacked) 라미네이션(lamination)들을 포함하는 전기 머신을 위한 고정자가 제공되며, 각각 슬롯은 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형(triangular) 돌출부를 포함한다.
다른 양상에 따르면, 외측 표면 및 내측 표면이 제공되는 일반적으로 원통형 몸체를 갖는 전기 머신을 위한 고정자가 제공되며, 내측 표면은 자신상으로 미리감긴 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들을 정의하는 슬롯들을 포함하며, 각각의 슬롯은 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형 돌출부를 포함한다.
첨부된 도면들에서:
도 1은 예시적인 제1 실시예에 따른 고정자의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 고정자를 형성하는 라미네이션의 일 부분을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 3-3라인을 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 도 3과 유사한 단면도이나, 제2 실시예를 예시한 도면이다.
도 5는 도3과 유사한 단면도이나, 제3 실시예를 예시한 도면이다.
청구항들 및/또는 명세서에서 "포함하는(comprising)"이라는 용어와 함께 사용될 때 "부정관사"("a" 또는 "an")의 사용은 "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 또는 그 이상", "적어도 하나" 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미와도 양립된다. 이와 유사하게, "또 다른"은 적어도 2번째 또는 그 이상을 의미할 수 있다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용되는 바와 같이, 단어들 "포함하는(comprising)"(및 "포함하다(comprise)" 및 "포함하다(comprise)"와 같은 "포함하는"의 임의의 형태), "가지는(having)"(및 "가지다(have)" 및 "가지다(has)"와 같은 "가지는"의 임의의 형태), "포함하는(including)"(및 "포함하다(include)" 및 "포함하다(includes)"와 같은 "포함하는"의 임의의 형태) 또는 "포함하는(containing)"(및 "포함하다(contain)" 및 "포함하다(contains)와 같은 "포함하는"의 임의의 형태)"은 포괄적이거나 개방형이며 언급되지 않은 추가 엘리먼트들 또는 프로세스 단계들을 배제하지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서, "길이방향(longitudial)", "수평방향(horizontal)", "전방(front)", "후방(rear)", "윗방향으로(upwardly)","아래방향으로(downwardly)"등과 같은 본질적으로 방향성, 기하학적, 및/또는 공간적인 다양한 용어가 사용된다. 이러한 용어는 설명의 용이함을 위해 그리고 단지 상대적인 관점에서 사용되고 본 개시된 내용의 범위를 제한하는 것으로서 임의의 방식으로 취해지지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서, "축방향(axial direction)", "축방향으로", "축방향의" 등의 용어는 회전자의 회전축의 방향, 원통형의 고정자의 중심축의 방향, 및 이들에 대응하는 방향들을 지칭하고, "방사방향(radial direction)", "방사방향으로", "방사방향의" 등의 용어는 이러한 축방향들에 수직인 방향들을 의미하고, "원주방향(circumferential direction)" "원주방향으로", "원주방향의" 등의 용어는 회전축에 수직인 평면에서 회전축의 주어진 포인트 주위로 그려진 원의 원주를 따르는 각각의 방향을 지칭한다.
"연결된(connected)"이란 표현은 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 기계 부품들 또는 컴포넌트들 사이에 임의의 협동적 또는 수동적 연관성을 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다. 예를 들어, 이러한 부품들은 직접적인 커플링에 의해 또는 추가적인 부품들을 사용하여 간접적으로 커플링되어 함께 조립될 수 있다. 또한, 이러한 커플링은 예를 들어 자기장 또는 다른 것들을 사용함으로써 원격으로 이루어질 수 있다.
전기 머신들을 위한 열 회수(heat recovery) 기능을 구비하는 고정자 어셈블리의 다른 목적들, 장점들 및 특징들은 다음의 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예로서 제공된 이들의 예시적인 실시예들의 다음의 비-제한적인 설명들을 읽음으로써 더욱 명확해질 것이다.
일반적으로 언급되는, 예시적인 실시예들은 사각형 와이어들로 만들어진 미리감긴 코일들을 사용하는 내부 회전자 전기 머신을 위한 고정자 어셈블리와 관련된 것이다. 고정자의 내부로 향하는 슬롯들 각각은 인접한 코일들 사이의 공간을 채우는 일반적인 삼각형 돌출부를 포함하여, 그에 의해 전기 머신의 동작중에 코일들에서 발생되는 열의 회수를 향상시킬 수 있다.
이제 첨부된 도면들의 도 1 내지 3을 참조하여, 제1 예시적인 실시예에 따라 고정자(10)가 설명될 것이다.
도 1로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 고정자(10)는 복수의 일반적으로 원형인 라미네이션(lamination)(12)들을 포함하며, 라미네이션들 각각에는 내부 방향으로 돌출하는 톱니들이 제공된다.
도 2로부터 보다 양호하게 보여질 수 있는, 톱니들(14)은 웨지-수용 인덴테이션(wedge-receiving indentaion)들(16)을 포함하고 코일-수용 슬롯들(18)을 정의한다. 각각의 슬롯(18)은 라미네이션(12)과 일체인 일반적으로 삼각형 공간 채움 돌출부(filling projection)(20)를 포함한다. 슬롯들(18) 및 돌출부들(20)은 코일들(22) 각각의 절연 페이퍼들(24)과 함께 미리감긴 코일들(22)(도1 참조)을 형성하는 사각형 와이어가 그 안에 꼭 맞게 들어가도록 구성되고 크기가 정해진다.
도 3은 도 1의 라인 3-3을 따라 취해진 도 1의 단면도이다. 이 도면에서 보여질 수 있는 바와 같이, 절연 페이퍼들(24)로 싸여진 코일들(22)은 슬롯들(18)에 삽입되고, 공간 채움 레진(space filling resin)(26)은 코일들(22) 주변에서 경화되고, 웨지들(28)은 슬롯들(18)을 닫기(close) 위해 인덴테이션들(16) 내에 삽입된다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 코일들(22)에 근접한 일반적으로 삼각형 돌출부(20)가 전기 머신(미도시)의 작동중에 코일들에서 발생된 열이 코일들로부터 제거될 수 있게 허용함을 이해할 것이다.
물론, 냉각 전략은 고정자 내에 존재하는 열을 제거하기 위해 이용된다. 예를 들어, 유체 냉각 어셈블리(미도시)는 고정자(10)의 외부표면(30)에 적용될 수 있다.
도 4는 제2 예시적인 실시예에 따른 고정자(100)를 도시한다. 일반적으로 언급되는, 고정자(10)와 고정자(100) 사이에서 주요한 차이점은 톱니들(102)과 같은 높이인 일반적으로 삼각형 공간 채움 돌출부들(104)의 높이와 관련된다. 다시 말하면, 돌출부들(104)과 톱니들(102)는 고정자(100)의 내측 표면을 정의한다. 그에 따라, 돌출부들(104)은 톱니들(102)의 인덴테이션들(108)과 유사한 웨지-수용 인덴테이션(106)을 포함한다.
그러므로, 두 웨지들(110)은 코일 수용 슬롯들을 닫기 위해 인접한 톱니들(102) 사이에서 요구된다.
인덴테이션들(106 및 108)의 형상이 도 3의 인덴테이션(16)과 상이한 반면에, 이는 예시를 위한 목적이고 이러한 인덴테이션들은 동일할 수 있음을 또한 유의해야 할 것이다.
마지막으로 도 5는 제3 예시적인 실시예에 따라 고정자(200)를 도시한다. 고정자(200)는 도 4의 고정자(100)와 유사하다. 이들 사이의 주요한 차이점은 일반적으로 삼각형 공극(204)을 포함하는 일반적으로 삼각형 공간 채움 돌출부(202)와 관련된 것이다.
공극(204)은 돌출부(202)를 통해 흐르는 필드(field)의 양을 감소시킨다. 더욱이, 비-자기(non-magnetic) 냉각 유체가 선택적으로 공극(204)을 통해 유동하도록 이루어질 수 있으며, 그에 의해 고정자(200)의 냉각을 향상시킬 수 있다.
물론, 라미네이션들이 고정자를 만드는 것으로 설명되었지만, 압축된 금속 파우더들과 같은 다른 기술들이 이용될 수 있다.
전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비한 고정자 어셈블리는 그 적용에 있어 여기에서 설명되고 첨부된 도면들에 도시된 부품들과 구성의 세부사항들로 제한되지 않음을 이해해야 할 것이다. 전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비한 고정자 어셈블리는 다양한 방식들로 실시될 수 있고 다른 실시예들이 가능할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 전기 머신들을 위한 열 회수 기능을 구비한 고정자 어셈블리가 그 예시적인 실시예들에 의해 위에서 설명되었지만, 이러한 고정자 어셈블리는 자신의 사상, 범위 및 본질로부터 벗어나지 않고 변형될 수 있다.
다음의 항목들은 보충적인 설명으로서 제공된다:
1. 복수의 적층된 라미네이션들을 포함하며, 적층된 라미네이션들 각각은 자신상으로 미리감긴 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들을 정의하는 내부로 향하는 슬롯들을 포함하며; 각각의 슬롯은 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형 돌출부를 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
2. 제1항에 있어서, 일반적으로 삼각형 돌출부는 공극을 포함하는, 고정자.
3. 선행하는 임의의 항에 있어서, 각각의 슬롯을 닫기(close) 위해 사용되는 적어도 하나의 웨지를 더 포함하는, 고정자.
4. 선행하는 임의의 항에 있어서, 고정자는 일반적으로 원통형 내측 표면을 포함하고 상기 일반적으로 삼각형 돌출부들은 상기 일반적으로 원통형 내측 표면과 일반적으로 수평(level)을 이루는, 고정자.
5. 제4항에 있어서, 각각의 슬롯에 대해 2개의 웨지들을 더 포함하는, 고정자.
6. 외측 표면 및 내측 표면이 제공되는 일반적으로 원통형 몸체를 가지며; 내측 표면은 자신상으로 미리감긴 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들을 정의하는 슬롯들을 포함하며; 각각의 슬롯은 상기 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형 돌출부를 포함하는, 고정자.
7. 제6항에 있어서, 일반적으로 삼각형 돌출부는 공극을 포함하는, 고정자.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 각각의 슬롯을 닫기 위해 사용되는 적어도 하나의 웨지를 더 포함하는, 고정자.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 일반적으로 삼각형 돌출부들은 일반적으로 원통형 몸체의 내측 표면과 일반적으로 수평을 이루는, 고정자.
10. 제9항에 있어서, 각각의 슬롯에 대해 2개의 웨지들을 더 포함하는, 고정자.

Claims (10)

  1. 전기 머신을 위한 고정자로서,
    복수의 적층된(stacked) 라미네이션(lamination)들을 포함하며, 상기 적층된 라미네이션들 각각은 자신상으로 미리감긴(prewound) 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니(inwardly facing teeth)들을 정의하는 내부로 향하는 슬롯들(slots)을 포함하며;
    각각의 슬롯은 상기 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형(triangular) 돌출부를 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일반적으로 삼각형 돌출부는 공극(void)을 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 슬롯을 닫기(close) 위해 사용되는 적어도 하나의 웨지(wedge)를 더 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 일반적으로 원통형 내측 표면을 포함하고 상기 일반적으로 삼각형 돌출부들은 상기 일반적으로 원통형 내측 표면과 일반적으로 수평(level)을 이루는, 전기 머신을 위한 고정자.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 슬롯에 대해 2개의 웨지들을 더 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  6. 전기 머신을 위한 고정자로서,
    외측 표면 및 내측 표면이 제공되는 일반적으로 원통형 몸체를 가지며;
    상기 내측 표면은 자신상으로 미리감긴 코일들을 수용하도록 구성된 내부로 향하는 톱니들을 정의하는 슬롯들을 포함하며;
    각각의 슬롯은 상기 미리감긴 코일들에 근접하도록 구성되고 크기가 정해진 일반적으로 삼각형 돌출부를 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 일반적으로 삼각형 돌출부는 공극을 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  8. 제6항에 있어서,
    각각의 슬롯을 닫기 위해 사용되는 적어도 하나의 웨지를 더 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 일반적으로 삼각형 돌출부들은 상기 일반적으로 원통형 몸체의 내측 표면과 일반적으로 수평을 이루는, 전기 머신을 위한 고정자.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 슬롯에 대해 2개의 웨지들을 더 포함하는, 전기 머신을 위한 고정자.
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