KR20210023834A - 회전 전기 기계용 고정자 - Google Patents

Abstract

회전 전기 기계용 고정자로서,
- 치형부들 및 상기 치형부들 사이에 연장되며 외부를 향해 반경방향으로 개방되는 슬롯들을 포함하는 반경방향 내부 링으로서, 재료 브릿지들이 두 인접한 치형부들을 이들의 베이스에서 연결하며 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정하는, 상기 반경방향 내부 링,
- 상기 링과 접촉하게 부착된 반경방향 외부 요크로서, 상기 링 및 상기 요크는 서로 그리고/또는 하나 이상의 인서트들과 협력하는 제 1 릴리프들 및 제 2 릴리프들을 각각 나타내는, 상기 반경방향 외부 요크, 및
- 상기 슬롯들 내에 분포 방식으로 위치된 권선들
을 포함하는, 회전 전기 기계용 고정자.

Description

회전 전기 기계용 고정자

본 발명은 회전 전기 기계, 그리고 더 구체적으로는 그러한 기계의 고정자에 관한 것이다.

공지된 고정자에서, 요크는 권선이 설치될 수 있도록 에어 갭을 향해 완전히 개방된 또는 준개방된 슬롯을 형성한다. 일반적으로, 준개방 슬롯은 느슨하게 위치된 원형 횡단면의 전기 전도체를 수용하는 반면, 완전 개방 슬롯은 배열된 방식으로 위치된 직사각형 횡단면의 전기 전도체를 수용한다.

JP 2 875497 은 라미네이션이 박육 부분을 갖는 치형 링을 포함하는 전기 기계용 고정자에 관한 것으로, 이 부분은 에어 갭의 측면에서 두 연속 치형부 사이에 위치된다. 이러한 박육 부분은 자속 프린징, 동일한 이유로 회전자 표면에서 더 큰 더 철손 (iron loss), 그렇지 않으면 투자도 (permeance) 의 변화가 비교적 날카롭기 때문에 맥동하는 토크 때문에, 사소하지 않은 전자기 방해 (electromagnetic disturbance), 특히 "자기" 에어 갭의 증가를 생성할 수 있는 에어 갭을 향한 개구를 구성한다. 또한, 그 안에 있는 권선은 치형부에 감겨 있다.

JP 2011-097723 은 요크에 부착된 개별 치형부를 개시한다.

특허 출원 FR 3 019 947 은 재료 브릿지에 의해 서로 연결된 치형부들을 포함하는 치형 링을 포함하고 그들 사이에 코일들을 수용하기 위한 슬롯들을 규정하는 고정자를 기술하며, 슬롯들은 외부를 향해 방사상으로 개방되어 있다. 슬롯들의 개구들은 치형 링에 부착된 요크에 의해 폐쇄된다.

조립이 용이하고 슬롯의 효율적인 충전을 허용하는 동시에, 만족스러운 전자기 성능을 제공하는 회전 전기 기계 고정자를 구비하는 것이 필요하다. 또한, 전기 기계의 고정자를 더욱 향상시키고 특히 토크 리플을 줄이는 것이 필요하다.

고정자

본 발명은, 본 발명의 양태들 중 하나에 따르면,

- 치형부들 및 상기 치형부들 사이에 연장되며 외부를 향해 반경방향으로 개방되는 슬롯들을 포함하는 반경방향 내부 링으로서, 재료 브릿지들이 두 인접한 치형부들을 이들의 베이스에서 연결하며 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정하는, 상기 반경방향 내부 링,

- 상기 링과 접촉하게 부착된 반경방향 외부 요크로서, 상기 링 및 상기 요크는 서로 그리고/또는 하나 이상의 인서트들과 협력하는 제 1 릴리프들 및 제 2 릴리프들을 각각 나타내는, 상기 반경방향 외부 요크, 및

- 상기 슬롯들 내에 분포 방식으로 위치된 권선들

을 포함하는 전기 기계용 고정자에 의해, 이러한 필요에 대응하고 이를 달성하려는 것이다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 바람직하게는 그들의 형상들의 보완 특성을 통해 서로 보완하고 협력한다. 이들은 요크가 링에 대해 각도상 고정될 수 있게 하고, 링과 요크가 특히 원주방향으로 그리고 또한 바람직하게는 반경방향으로 서로에 대해 고정될 수 있게 한다.

따라서, 링은 요크에 의해 강화될 수 있으며, 이는 요크가 가느다란 재료 브릿지로 생산될 수 있게 하여, 나중에 자세히 설명하는 것처럼 많은 이점을 제공한다. 이러한 구성은 요크와 링 사이의 기생 에어 갭을 최소화할 수 있다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프의 존재는 또한 링과 요크 사이의 인터페이스의 표면적을 증가시켜서, 요크와 링 사이의 기생 에어 갭을 통해 순환하는 플럭스를 더 잘 분배할 수 있게 한다.

제 1 릴리프와 제 2 릴리프 사이의 그리고/또는 인서트 또는 인서트들과의 협력은 전체적 또는 부분적일 수 있다. 즉, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 이들의 개별 형상이 정확하게 동일하지 않을 수 있다. 제 1 릴리프 및 제 2 릴리프의 형상이 서로를 정확하게 보완하지 않을 수 있다.

인서트 또는 인서트들은 권선과 다르다. 인서트 또는 인서트들은 바람직하게는 자성이고 전기 전도성이 아니다.

두 인접 치형부들을 이들의 베이스에서 연결하며 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정하는 재료 브릿지는 슬롯이 에어 갭의 측에서 폐쇄될 수 있게 한다. 치형부와 재료 브릿지는 링을 구성하는 나머지 라미네이션들과 함께 일 피이스로 형성된다. 에어 갭의 측에서 폐쇄된 슬롯의 존재는, 최소화된 "코깅 토크" 효과가 획득되어, 에어 갭에 개방된 슬롯을 갖는 선행 기술의 고정자에 비해 전자기 방해가 감소되기 때문에, 고정자를 기계적으로 강화하고 진동을 줄일 수 있게 한다.

"부착된 요크" 가 의미하는 것은, 요크가 링과 일 피이스로서 생산되지 않고 고정자의 제조 동안 링에 부착된다는 것이다.

요크-링 인터페이스

링에 속하는 제 1 릴리프는 치형부에, 특히 요크를 향하는 치형부의 단부에 위치될 수 있다. 요크에 속하는 제 2 릴리프는 링의 치형부를 향하고 더 특히 제 1 릴리프를 향하도록 요크의 내부 표면에 위치될 수 있다. 이는 특히 링의 슬롯에 대해 각도상 오프셋된다.

요크는 링의 슬롯을 향하는, 요크의 내부 표면에 위치된 제 3 릴리프를 포함할 수 있다. 이 제 3 릴리프는 특히 링의 치형부에 대해 오프셋된다. 이 제 3 릴리프는 요크가 링과 접촉하게 부착되는 때 링과 협력하도록 구성되지 않는다.

이들은 고정자를 냉각하기 위해 냉각 유체의 흐름, 예를 들어 공기 흐름의 통과에 기여할 수 있다.

변형예에서, 제 3 릴리프는 권선이 슬롯 내로 더 용이하게 도입되게 하는 권선 슬립 슈를 수용하는 데 기여할 수 있다. 이 슈는 원 위치에 남겨지거나 제거될 수 있다. 이러한 슈는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 이는 고정자의 전체 축선방향 치수에 걸쳐 또는 더 짧은 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.

추가 변형예로서, 제 3 릴리프는 하나 이상의 온도 프로브를 수용하는 데 기여할 수 있어서, 온도 프로브를 슬롯에 수용할 필요를 피할 수 있게 하고, 따라서 슬롯을 더 균일하게 충전할 수 있게 한다. 고정자는 예를 들어 3 ~ 6 개의 온도 프로브를 포함한다.

마지막으로, 이 제 3 릴리프는 또한 고정자 내로의 함침 바니시의 침투 및 올바른 분포를 도울 수 있다.

링의 제 1 릴리프는 요크의 제 3 릴리프의 컷아웃으로부터 발생할 수 있다. 링과 요크는 단일 절삭 작업을 이용하여 하나의 동일한 라미네이션으로부터 동시에 컷아웃될 수 있다. 제 1 릴리프 및 제 3 릴리프는 정확하게 보완하는 형상들을 가질 수 있다.

제 3 릴리프는 제 1 릴리프와 제 2 릴리프 사이의 좋은 협력, 그리고 특히 용이한 삽입을 허용하도록 제 2 릴리프와 유사하지만 약간 더 큰 형상을 가질 수 있다.

일 실시형태에서, 제 3 릴리프는 제 2 릴리프의 반경방향 치수보다 더 큰, 예를 들어 0.1 내지 20 % 더 큰, 더 양호하게는 0.2 내지 10 % 더 큰, 또는 심지어 0.3 내지 5 % 더 큰 반경방향 치수를 갖는다.

일 실시형태에서, 제 3 릴리프는 제 2 릴리프의 원주방향 치수보다 더 큰, 예를 들어 0.1 내지 20 % 더 큰, 더 양호하게는 0.2 내지 10 % 더 큰, 또는 심지어 0.3 내지 5 % 더 큰 원주방향 치수를 갖는다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프가 원의 일부에 의해 적어도 부분적으로 규정된 하나의 에지를 갖는 경우, 제 1 및 제 2 릴리프의 개별 에지를 규정하는 원 부분의 반경들 간의 차이는 1 밀리미터의 10 분의 2 내지 20, 더 양호하게는 3 내지 15, 또는 심지어 4 내지 10 일 수 있다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 각각 개별적으로 곡률 중심을 가질 수 있다. 제 1 릴리프의 곡률 중심은, 적용 가능한 경우, 제 2 릴리프의 곡률 중심에 대해 기계의 회전축선을 향해 오프셋될 수 있다. 이러한 구성은, 요크가 링에 조립되는 때, 제 1 릴리프가 바깥쪽으로 당겨지는 것을 가능하게 하여, 링과 요크 사이에 간격의 부존재를 보장한다. 또한 이러한 방식으로 치형부들을 연결하는 재료 브릿지에 장력이 가해지게 할 수 있다.

링의 슬롯은 요크 근처에 둥근 코너를 가질 수 있다.

요크는 요크 근처에서 링의 슬롯의 단부 레벨에 절삭부를 가질 수 있다. 이러한 절삭부는, 깨끗하게 절삭되고 버가 없는 컷아웃으로, 요크 근처에서 링의 슬롯에 둥근 모서리를 생성할 수 있게 한다.

제 1 릴리프 및/또는 제 2 릴리프는, 특히 약 180°의 각도 범위에 걸쳐, 또는 180°초과, 더 양호하게는 210°초과, 또는 심지어 240°초과의 각도 범위에 걸쳐 연장될 수 있는 디스크의 일부의 형상을 채택할 수 있다. 그리고, 제 1 및/또는 제 2 릴리프 중 다른 하나는 대응 형상의, 디스크의 일부의 형상으로 만입부의 형태를 채택한다.

일 실시형태에서, 제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 각각 기계의 회전축선 주위에 잇달아 디스크의 일부의 형상으로 만입부 또는 디스크의 일부의 형상을 교대로 채택할 수 있다. 상기 디스크 부분 또는 대응 만입부는 약 180°의 각도 범위에 걸쳐, 또는 180°초과, 더 양호하게는 210°초과, 또는 심지어 240°초과의 각도 범위에 걸쳐 연장될 수 있다.

변형예에서, 모든 제 1 릴리프는 제 2 릴리프의 만입부 내로 돌출한다. 이러한 실시형태에서, 제 1 릴리프는 디스크의 일부의 형상을 갖고, 제 2 릴리프는 디스크의 일부의 형상에서 만입부의 형태를 갖는다.

제 2 릴리프는 치형부의 단부들이 위치되는 만입부의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 치형부의 단부들은 링의 제 1 릴리프를 구성한다. 만입부는 치형부의 자유 단부에서의 폭과 실질적으로 동일한, 특히 그보다 약간 더 큰 폭을 가질 수 있다. 치형부의 자유 단부는 요크의 만입부에 용이하게 들어갈 수 있도록 약간 모따기될 수 있다. 치형부의 자유 단부에서, 치형부의 에지는 기계의 회전축선으로부터의 거리가 증가하는 방향으로 약간 수렴할 수 있다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 링과 요크 사이의 인터페이스가 물결형 형상을 갖도록 구성될 수 있다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 더브테일 및 모티스 (mortise) 형상을 가질 수 있다. 더브테일은 둥근 코너를 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 링의 제 1 릴리프는 더브테일 형상을 가질 수 있다.

제 1 릴리프 및 제 2 릴리프는 케이지에 삽입된 키의 형상을 가질 수 있다. 제 2 릴리프는 제 1 릴리프의 둥근 케이지에 꼭 맞는 둥근 돌출부를 포함할 수 있다. 케이지는 제 2 릴리프가 삽입되므로 분리되거나 분리되지 않을 수 있는 2 개의 브랜치에 의해 한정될 수 있다. 제 1 릴리프는 특히 둥근 케이지의 양측에 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 이 개구는 전술한 브랜치의 중간에 생성될 수 있다. 변형예로서, 브랜치들을 서로 분리하고 요크와 링 사이의 어셈블리를 잠그기 위해, 고정자의 단부에서 원뿔형인 공구를 상기한 케이지들의 하나, 여럿 또는 전부에 삽입하는 것이 가능하다.

구멍은 링과 요크 사이의 인터페이스에 생성될 수 있다. 이 구멍은 고정자를 냉각하기 위해 냉각 유체의 흐름, 예를 들어 공기의 흐름의 통과에 기여할 수 있다. 변형예에서, 이는 고정자를 유지하기 위한 관통 볼트의 통과에 기여할 수 있다.

재료 브릿지

슬롯들 사이에 형성된 치형부들은 재료 브릿지에 의해 에어 갭 측에서 함께 연결된다. 따라서, 각 슬롯은 고정자 매스의 두 연속 치형부들을 함께 연결하는 재료 브릿지에 의해 에어 갭 측에서 폐쇄된다. 재료 브릿지는 각각 에어 갭 측에서 두 인접 치형부들을 그들의 베이스에서 연결하고, 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정한다.

재료 브릿지는 인접 치형부들과 일 피이스이다.

에어 갭을 향한 슬롯 개방의 부존재는 자속 프린징, 동일한 이유로 회전자 표면에서 더 큰 더 철손, 그렇지 않으면 맥동하는 토크 때문에, 전자기 방해, 특히 "자기" 에어 갭의 증가를 피할 수 있게 한다. 이로써 기계의 전자기 성능이 향상된다.

변형 가능한 구역

이러한 재료 브릿지의 적어도 일부는 요크가 링에 장착될 때 그리고/또는 권선이 슬롯에 삽입될 때 변형될 수 있는 적어도 하나의 변형 가능한 구역을 나타낼 수 있다.

"변형 가능한 구역" 이 의미하는 것은 선호의 문제로서 재료 브릿지가 연결하는 치형부들의 상대 운동 시에 변형되는 재료 브릿지의 구역이다. 재료 브릿지의 변형은 재료 브릿지의 원주방향 치수의 연장 또는 단축을 초래할 수 있으며, 이는 링의 원주방향 치수의 연장 또는 단축으로 이어진다. 우선적인 변형은 브릿지에 주어진 특정 형상의 결과일 수 있다.

변형 가능한 구역은 링이 요크와 조립될 때 링이 경험하는 기계적 응력에 대응할 수 있게 한다. 또한, 원한다면, 요크의 장착 전에 더 넓게 개방된 슬롯을 구비하여, 권선이 삽입될 때 권선과 슬롯 벽 사이에 더 큰 간격을 구비할 수 있고, 이는 권선 삽입을 더 용이하게 하고 절연 손상 위험을 감소시킨다.

요크는 링의 슬롯을 폐쇄할 수 있고 권선이 삽입된 후 슬롯에서 권선을 유지할 수 있다. 고정자의 제조 동안, 요크는 여러 방식으로 링과 조립될 수 있다. 재료 브릿지의 변형 가능한 구역은 링에 어느 정도의 유연성을 부여하여 이 조립을 용이하게 하고, 이는 링의 장착 동안 요크의 형상에 적응할 수 있게 하며, 더 강성인 요크는 그 형상을 도입한다.

간격을 두고 링과 요크를 조립한 다음, 이 간격을 줄이기 위해 변형 가능한 구역 덕분에 링을 변형시킴으로써 링의 직경을 증가시키는 것도 또한 가능하다.

게다가, 재료 브릿지의 존재는 완전한 고정자가 래커로 함침될 때 에어 갭에서 래커 손실 위험을 줄인다. 이는 청소 필요성을 줄일 수 있게 한다.

또한, 고정자가 장착된 기계의 작동 중에 에어 갭으로의 래커 누출을 줄일 수 있게 한다. 이는 기계의 유지 보수를 단순화한다.

여기서 "래커" 라는 용어는 임의의 타입의 함침 재료, 특히 중합체를 포함하는 넓은 의미로 이해되어야 한다.

변형 가능한 구역은 바람직하게는 재료 브릿지와 해당 권선 사이에 간격을 형성하며, 이는 고정자를 함침할 때 래커가 더 용이하게 침투하게 할 수 있다.

요크가 조립된 후 슬롯이 폐쇄되기 때문에, 에어 갭으로의 함침 래커의 누출 위험이 제거된다. 고정자는 단지 고정자의 단부에 실링을 제공함으로써 폐쇄 함침 챔버로서 사용될 수 있다. 따라서, 툴링이 단순화된다. 이는 또한 청소 작업 및 손실된 래커의 양을 감소시킨다.

감소된 투자율 (magnetic permeability) 의 구역

재료 브릿지는 기계의 작동 동안에 자기적으로 포화되는 구역을 나타낼 수 있다. 그리고 이는 회전자에서 고정자로의 플럭스의 통과를 어떤 식으로도 막지 않으면서 한 슬롯에서 다른 슬롯으로의 플럭스의 통과를 제한한다.

포화를 얻기 위해, 예를 들어 적어도 하나의 그루브에 의해 형성된 적어도 하나의 국부적인 제한부를 제공함으로써, 플럭스의 통과에 이용 가능한 재료 브릿지의 단면을 국부적으로 감소시키는 것이 가능하다.

적어도 일부, 그리고 더 양호하게는 모든, 재료 브릿지들은 각각 다음 형태 중 하나 이상을 취하는 적어도 하나의 감소된 투자율의 구역을 나타낼 수 있다:

- 재료 브릿지의 두께에서 고정자의 길이방향 축선을 따라 연장되는 적어도 하나의 그루브에 의해 형성된 적어도 하나의 국부적인 제한부 또는 재료 브릿지의 폭에서 재료의 적어도 하나의 국부적인 분쇄부, 및/또는

- 재료 브릿지의 폭에서 적어도 하나의 개구, 및/또는

- 재료 브릿지의 투자율을 국부적으로 감소시키는, 특히 재료 브릿지의 폭 내에 위치되는, 적어도 하나의 처리부.

국부적인 제한부, 국부적인 분쇄부, 개구 또는 재료 브릿지의 국부적인 처리부에 의해 형성된 감소된 투자율의 구역은 기계가 작동 중일 때 재료 브릿지의 상기 구역이 자기적으로 포화될 수 있게 하여서, 플럭스의 통과를 제한하고 기계의 효율을 증가시킨다.

이 감소된 투자율의 구역은 바람직하게는 링의 전체 두께에 걸쳐 연장된다. 변형예에서, 감소된 투자율의 구역은 링의 두께 이하의 길이에 걸쳐 연장된다.

각 재료 브릿지의 감소된 투자율의 구역은 바람직하게는 링의 두께에서 연속적이며, 직선형일 수도 있고 직선형이 아닐 수도 있다.

변형예에서, 감소된 투자율의 구역은 링의 두께에서 불연속적이다.

예를 들어, 링은 라미네이션들의 스택 형태를 가지며, 각각의 라미네이션은 재료 브릿지에 의해 에어 갭 측에서 베이스에서 함께 연결된 치형부를 가지며, 재료 브릿지들의 적어도 일부 그리고 더 양호하게는 전부는 각각 적어도 하나의 감소된 투자율의 구역을 나타낸다. 각각의 라미네이션의 재료 브릿지의 감소된 투자율의 구역은 중심 맞춤될 필요가 없다. 라미네이션들의 스택의 각 라미네이션은 모노블록 (monobloc) 일 수 있다.

적어도 2 개의 인접한 라미네이션들은 서로에 대해 엇갈린 오프셋 방식으로 배열된 적어도 2 개의 감소된 투자율의 구역을 나타낼 수 있고, 서로 부분적으로 교차하거나 교차하지 않을 수도 있다. 엇갈린 오프셋 구성은 링을 구성하는 라미네이션들의 스택의 특정 라미네이션, 특히 하나 걸러 하나의 라미네이션을 뒤집거나 또는 라미네이션들을 비스듬히 절삭하거나 또는 상이한 라미네이션들을 사용하여 달성될 수 있다.

각각의 라미네이션은 예를 들어, 예컨대 0.1 내지 1.5 mm 두께의 강과 같은, 자성 강 시트로부터 절삭된다. 라미네이션들은 스택에 조립되기 전에 양면에 전기 절연 래커로 코팅될 수 있다. 전기 절연은 대안적으로는, 적용 가능한 경우, 라미네이션들의 열처리에 의해 얻어질 수 있다.

바람직하게는, 슬롯의 바닥이 적어도 하나의 그루브를 갖는 경우, 그루브는 슬롯을 향해 개방된다. 슬롯의 바닥은 바람직하게는 횡방향으로 배향된 베어링 표면, 더 양호하게는 적어도 2 개의 베어링 표면을 나타내고, 그루브의 바닥은 이 표면 또는 이 표면들에 대해 뒤로 설정된다. 베어링 표면 또는 표면들은 대응 슬롯의 반경방향 축선에 대해 비스듬하게 배향될 수 있거나, 바람직하게는 이 축선에 수직하게 배향될 수 있다. 그루브는 베어링 표면 또는 표면들에 대해 경사 중단 (break in slope) 을 형성한다. 대응 슬롯에 삽입된 바람직하게는 단면이 실질적으로 직사각형인 권선은 바람직하게는 베어링 표면에 기대고 그루브의 바닥에 대해 뒤로 설정된다. 바람직하게는, 권선은 그루브와 접촉하지 않는다. 베어링 표면 또는 표면들은 바람직하게는 평면이다. 슬롯의 바닥은 그루브를 제외하면 평평할 수 있다. 이는 직사각형 횡단면의 권선의 경우, 권선이 슬롯의 바닥에 평평하게 놓일 수 있게 함으로써, 권선에 의한 슬롯의 양호한 충전을 허용한다.

슬롯의 바닥에 있는 그루브는 바람직하게는 재료 브릿지와 대응 권선 사이에 간격을 형성하여, 고정자를 함침할 때 래커가 침투하는 것을 더 용이하게 할 수 있다.

재료 브릿지는 전술한 바와 같은 적어도 2 개의 그루브를 포함할 수 있다. 그루브 또는 그루브들은 슬롯에 대해 중심 맞춤되거나 중심 맞춤되지 않을 수도 있다.

고정자의 내부 표면은 바람직하게는 회전 실린더 (cylinder of revolution) 이다.

변형예에서, 그루브는 고정자의 내부 표면에서 연장될 수 있다.

바람직하게는, 그루브들은 고정자의 축선에 수직인 평면에서의 단면에서 만곡된, 특히 실질적으로 반원인 프로파일을 각각 갖는다.

국부적인 분쇄부는 재료 브릿지의 두께에서, 즉 고정자의 반경방향 축선을 따라 수행될 수 있으며, 감소된 투자율을 갖는 국부적인 제한부를 구성한다. 분쇄는 바람직하게는 슬롯의 바닥에 그루브를 형성한다. 그 경우, 국부적인 분쇄부는 그루브와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다.

변형예로서, 국부적인 분쇄부는 고정자의 두께에서, 즉 고정자의 길이방향 축선에 평행한 축선을 따라 수행되고, 감소된 투자율을 나타낸다.

상기한 개구는 바람직하게는 고정자 매스의 전체 두께에 걸쳐 고정자의 길이방향 축선을 따라 연장된다. 개구는 단면 형상이 타원형, 원형 또는 다각형일 수 있고, 예를 들어 둥근 에지를 갖고, 특히 직사각형이다. 재료 브릿지는 그 폭에서 단 하나의 개구를 가질 수 있다. 개구는 재료 브릿지의 중앙에 있을 수 있다. 개구는 양측에 하나씩 두 개의 더 얇은 구역을 나타낼 수 있으며, 더 얇은 구역은 기계가 작동 중일 때 자기적으로 포화된다.

변형예에서, 재료 브릿지는 그 폭에 걸쳐 복수의 미세천공을 나타낸다. 미세천공은 라미네이션의 단면을 줄이고, 재료 브릿지가 더 낮은 자속에 의해 자기적으로 포화될 수 있게 한다.

국부적인 처리부는 자속에 대한 재료 브릿지의 투과성을 국부적으로 수정할 수 있게 한다. 국부적인 처리부는 재료 브릿지의 전체 폭 또는 그 일부에 걸쳐 확장될 수 있다. 이 처리는, 금속 그레인의 배향을 국부적으로 수정하고 원주방향으로 투자율을 저하시키는 열처리일 수 있다.

일 대안에서, 열처리는 재료 브릿지의 레이저 절단 동안 재료의 열화와 관련된 열 응력이다.

재료 브릿지는 변형 불가능할 수 있다. 이는 고정자의 강성을 증가시키고 전기 기계의 수명을 향상시킨다.

슬롯

슬롯이 외부를 향해 반경방향으로 개방되어 있다는 것은 슬롯 내부를 향한 반경방향 이동에 의해 권선이 슬롯에 삽입될 수 있게 한다. 이는 한편으로는, 내부를 향해서라기 보다는 외부를 향해 완전히 개방되어 있는 슬롯의 내부에의 접근이 더 용이하므로, 그리고 다른 한편으로는, 필요한 툴링 또는 심지어 권취기에 있어 링 주위에서 이용 가능한 공간이 고정자의 보어에서 이용 가능한 공간보다 훨씬 더 크므로, 권선의 설치를 더 용이하게 한다.

더욱이, 이러한 고정자는 에어 갭을 향해 개방된 슬롯을 갖는 고정자와 비교하여 전자기적 관점에서 많은 이점을 제공한다. 이는 선행 기술에서 에어 갭으로 개방되는 슬롯의 존재와 관련된 전자기 방해의 상당한 감소를 허용한다. 더욱이, 슬롯의 충전이 더 용이하기 때문에, 충진 정도가 향상될 수 있어서, 기계의 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다. 단위 부피당 토크가 증가될 수 있다.

에어 갭을 향한 슬롯의 개구의 부존재는 슬롯 맥동을 줄일 수 있게 한다. 이로써 기계의 전자기 성능이 향상된다.

적어도 하나의 슬롯, 그리고 더 양호하게는 모든 슬롯들이 상호 평행한 대향 에지들을 가질 수 있다. 그러면 슬롯의 더 양호한 충전 정도가 얻어진다. 슬롯의 폭은 바람직하게는 전체 슬롯 높이에 걸쳐 실질적으로 일정하다.

적어도 하나의 치형부, 그리고 더 양호하게는 모든 치형부들이 고정자의 축선에 수직인 평면에서의 단면에서 보았을 때 사다리꼴 전체 형상일 수 있다. 적어도 하나의 치형부, 그리고 더 양호하게는 모든 치형부들은 기계의 회전축선에서 멀어지는 방향으로 분기하는 분기 에지들을 가질 수 있다. 이러한 구성은 자속의 통과에 대한 장애를 보상할 수 있게 하며, 이 장애는 서로 그리고/또는 인서트와 협력하는 제 1 릴리프 및 제 2 릴리프의 존재, 가능한 개구, 또는 요크와 링 사이의 인터페이스에의 기생 에어 갭의 존재와 연결될 수 있다. 치형부의 가장 짧은 폭은 밀접 접촉이 존재하는, 즉, 서로 그리고/또는 인서트와 협력하는 제 1 릴리프와 제 2 릴리프 또는 존재할 수 있는 임의의 오리피스의 외부의 요크와 링 사이의 인터페이스의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다.

바람직하게는, 모든 재료 브릿지들은 각각 적어도 하나의 변형 가능한 구역을 갖는다. 이로써 더 넓은 범위의 값에 걸쳐 링의 직경을 변경할 수 있고 더 균일한 자기 특성을 얻을 수 있다.

바람직하게는, 각 재료 브릿지는 단일 변형 가능한 구역을 갖는다.

변형 가능한 구역은 대응 재료 브릿지 내에 중심 맞춤될 수도 있고 중심 맞춤되지 않을 수도 있다.

바람직하게는, 각각의 변형 가능한 구역은 재료 브릿지의 측들 중 하나, 예를 들어 에어 갭을 향하는 측에서 적어도 하나의 채널 및 반대 측으로부터 돌출하는 릴리프를 규정하는 폴드 (fold) 의 형태를 갖는다. 바람직하게는, 채널은 에어 갭을 향해 개방되고, 돌출 릴리프는 슬롯의 바닥으로 연장된다.

바람직하게는, 돌출 릴리프는 대응 슬롯의 바닥에 있는 리세스 내로 연장되고, 돌출 릴리프는 특히 높이가 상기 리세스의 깊이 이하이다. 이로써 릴리프가 슬롯의 바닥을 넘어 연장되는 것을 방지할 수 있어서, 슬롯을 권선으로 더 용이하게 충전할 수 있다. 바람직하게는, 재료 브릿지가 변형된 후, 돌출 릴리프의 높이는 상기 리세스의 깊이 이하로 남는다.

변형 가능한 구역을 갖는 재료 브릿지는 고정자가 회전 축선을 따라 관찰될 때, 곡선형이거나 파선 형태, 특히 아치형 또는 V 형인 중앙 축선을 가질 수 있다.

변형예에서, 변형 가능한 구역은 링이 요크에 장착될 때 그리고/또는 권선이 슬롯에 삽입될 때 죄기 (striction) 를 형성하기 위해 스트레칭에 의해 스트레칭되고 변형될 수 있는 재료 브릿지의 구역이다.

바람직하게는, 변형 가능한 구역은 기계의 작동 동안에 자기적으로 포화되는 재료 브릿지의 구역이다. 이는 슬롯과 에어 갭 사이의 전자기 플럭스의 통과를 향상시켜서, 고조파 (harmonics) 를 최소화하고 치형부와 요크의 불포화를 통해 더 많은 토크를 얻을 수 있게 한다.

바람직하게는, 슬롯의 바닥은 바람직하게는 실질적으로 직사각형 단면의 권선이 기대는 적어도 하나의 평면 부분을 각각 갖는다. 평면 부분 또는 부분들은 슬롯의 반경방향 축선에 실질적으로 수직이다.

슬롯의 바닥은 그루브를 제외하면 평평할 수 있다. 이는 직사각형 횡단면의 권선의 경우, 권선이 슬롯의 바닥에 평평하게 놓일 수 있게 함으로써, 권선에 의한 슬롯의 양호한 충전을 허용한다.

변형예에서, 슬롯의 바닥은 완전히 평평할 수 있고, 재료 브릿지는 위에서 언급한 바와 같이 죄기를 형성하도록 스트레칭에 의해 변형될 수 있다.

변형 가능한 구역 또는 리세스는 바람직하게는 재료 브릿지와 해당 권선 사이에 간격을 형성하며, 이는 고정자를 함침할 때 래커가 더 용이하게 침투하게 할 수 있다.

링은 재료 브릿지에 의해 연결된 치형부들을 포함하는 판금 스트립을 나선형으로 감음으로써 생성될 수 있으며, 각 슬롯의 대향 에지들은 바람직하게는 스트립이 링을 형성하도록 자체로 감겨질 때 실질적으로 서로 평행하게 된다.

변형예에서, 스트립은 여러 치형부들을 각각 포함하는 섹터들로 형성될 수 있으며, 섹터들은 링크들에 의해 연결되며, 이 섹터들은 판금 스트립으로부터 절단된다. 링크들은 특히 링이 요크에 의해 압축 상태로 유지될 때 섹터들을 서로 및/또는 예컨대 더브테일 및 모티스 타입의 상보적인 형상들의 부분들, 또는 서로 기대게 되는 상보적인 릴리프들을 연결하는 가요성 브릿지들일 수 있다. 상보적인 형상들은 다양한 섹터들이 재료 브릿지의 레벨에서 조립되도록 재료 브릿지에 있을 수 있다. 바람직하게는, 다양한 섹터들의 상보적인 형상들의 조립은 재료 브릿지의 변형 가능한 구역에서 멀리 수행된다. 이는 특히 매우 큰 기계의 경우에, 조립을 더 용이하게 만든다.

예를 들어, 오목한 형상을 나타내는 섹터는 인접한 섹터에 속하는 상보적인 돌출 형상과 협력한다.

변형예에서, 링은 미리 절단된 자기 라미네이션들의 스택을 포함한다.

추가 변형예에서, 링은 적층 가공 (additive manufacturing) 을 사용하여, 예를 들어 분말 소결을 사용하여 제조된다.

요크는 폭이 허용한다면 감음을 용이하게 하도록 컷아웃 시에 판금 스트립에의 적절한 슬롯 형성을 동반하면서 또는 가능하게는 동반하지 않으면서 판금 스트립을 나선형으로 직접 감음으로써 또는 적층 가공에 의해, 예컨대 분말 소결에 의해 얻어진 미리 절단된 자기 라미네이션들 또는 슬라이스들을 적층함으로써 생성될 수 있다.

요크 및 링의 판금 스트립은 가능하게는 하나 이상의 공통 절삭부를 갖는 하나의 동일한 판금 스트립으로부터 개별적으로 또는 동시에 절단될 수 있다.

판금 스트립 또는 스트립들은 직선형으로 절단된 다음, 굽혀질 수 있다.

요크는 권선이 슬롯에 끼워진 후 링에 부착된다.

권선

권선은 집중 또는 분산 방식으로 슬롯 내에 위치될 수 있다.

"집중" 이 의미하는 것은 권선들이 단일 치형부 주위에 각각 감긴다는 것이다.

"분산" 이 의미하는 것은 권선들 중 적어도 하나가 두 비인접 슬롯들을 연속적으로 통과한다는 것이다.

바람직하게는, 권선들은 특히 회전자 극의 수가 8 이하인 때 분산 권선들로서 슬롯들 내에 위치된다.

권선들은 횡단면에서 원형 형상이거나 둥근 코너를 갖는 다각형, 바람직하게는 직사각형 형상일 수 있는 적어도 하나의 전기 전도체를 각각 포함하며, 이 목록은 완전하지 않다.

전도체의 횡단면이 원형인 경우, 전도체는 육각형 스택으로 슬롯 내에 위치될 수 있다. 전도체의 횡단면이 다각형인 경우, 전도체는 반경방향으로 배향된 하나 이상의 열로 슬롯 내에 위치될 수 있다. 적층을 최적화하는 것은 더 많은 양의 전기 전도체가 슬롯 내에 위치되는 것을 허용할 수 있고, 따라서 동일한 체적에 대해 더 높은 전력의 회전자를 얻는 것을 가능하게 한다.

전기 전도체는 슬롯 내에 무작위로 위치되거나 그 안에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도체는 슬롯 내에 배열된다. "배열된다" 는 것은 전도체들이 슬롯 내에 느슨하게 배치되지 않고 정돈된 방식으로 그 안에 위치된다는 것이다. 전도체들은 비-무작위로 슬롯들 내에 적층되고, 예컨대 정렬된 전기 전도체들의 하나 이상의 열로, 특히 하나 또는 두 개의 열, 바람직하게는 단일 열로 배치된다.

절연체

전기 전도체는 바람직하게는 절연 코팅, 특히 에나멜에 의해 외부로부터 전기 절연된다.

권선은 절연체, 특히 적어도 하나의 절연체 시트에 의해 슬롯의 벽으로부터 분리된다. 이러한 절연체 시트는 슬롯에 대한 권선의 더 양호한 절연을 허용한다.

권선이 슬롯에 삽입됨 (축선방향보다는 반경방향으로 수행됨) 에 따라, 전도체는 기껏해야 슬롯의 깊이에 해당하는 고정자 매스의 길이와 접촉하여 이동한다. 이는 축선방향 삽입의 경우보다 낮은 기계적 응력을 초래하며, 여기서 전도체는 축선방향 치수와 동일한 길이에 걸쳐 고정자 매스와 접촉하는 이동에 노출된다. 바람직하게는, 각각의 슬롯은 적어도 두 개의 권선, 특히 다른 위상의 적어도 두 개의 권선을 수용한다. 이 두 권선은 반경방향으로 중첩될 수 있다. 두 권선은 적어도 하나의 절연체 시트에 의해, 바람직하게는 적어도 2 개의 절연체 시트에 의해 서로 분리될 수 있다.

각 권선은 여러 턴으로 형성될 수 있다.

변형예에서 권선은 핀, 특히 U자형 핀 ("U-핀" 으로 알려짐) 또는 직선형, I자형 핀 ("I-핀" 으로 알려짐) 의 형태이며, 그 경우 I 또는 U 의 형상에서 단부가 해당 슬롯의 외부의 전도체에 용접된 부분을 포함한다.

고정자는 꼬여 있을 수 있다 ("스큐잉된 (skewed)" 으로 알려짐). 이러한 스큐잉은, 슬롯 내 권선을 조이고 슬롯 고조파를 줄이는 데 기여한다.

기계 및 회전자

본 발명의 또 다른 주제는 위에서 규정된 바와 같은 고정자를 포함하는, 동기 모터 또는 동기 발전기와 같은 회전 전기 기계이다. 기계는 동기식 또는 비동기식일 수 있다. 기계는 자기저항 (reluctance) 기계일 수 있다. 이는 동기 모터를 구성할 수 있다.

회전 전기 기계는 회전자를 포함할 수 있다. 회전자는 권선형 회전자 또는 영구 자석 회전자일 수 있다. 기계가 교류 발전기로서 작동하도록 의도된 경우, 회전자는 권선형 회전자일 수 있다. 기계가 모터로서 작동하도록 의도된 경우, 회전자는 영구 자석 회전자일 수 있다.

기계의 제조 동안, 회전자는, 특히 감는 동안에 고정자의 링을 더 단단하게 만드는 재료 링크에 의해, 고정자의 링에 연결될 수 있다. 감은 후, 아니면 고정자 요크가 끼워진 후, 회전자가 고정자에 대해 회전할 수 있도록 그리고 기계를 사용할 수 있도록 하기 위해 이 재료 링크는 절단된다. 절단은 전자 빔을 이용하여 수행될 수 있다.

재료 링크는 고정자 치형부들의 높이에, 예를 들어 하나 걸러 하나의 치형부에 위치될 수 있다.

기계는 비교적 큰 크기를 가질 수 있다. 회전자의 직경은 50 mm 보다 클 수 있고, 더 양호하게는 80 mm 보다 크고, 예를 들어 80 내지 500 mm 이다.

회전자는, 회전 축선을 따라 연장되며 샤프트 주위에 위치되는 회전자 매스를 포함할 수 있다. 샤프트는 회전자 매스의 회전을 구동하기 위한 토크를 전달하는 수단을 포함할 수 있다.

회전자는 오버행 (overhang) 을 가지면서 또는 오버행 없이 장착될 수 있다.

회전자는 축선 방향으로 정렬된 여러 회전자 섹션들, 예컨대 3 개의 섹션들로 생산될 수 있다. 각 섹션은 인접 섹션들에 대해 각도상 오프셋될 수 있다 ("스텝 스큐 (step skew)" 로서 알려져 있음). 회전자는 스큐잉될 수 있다.

제조 방법 및 기계

본 발명의 또 다른 주제는 위에서 규정된 바와 같은 고정자의 제조 방법으로, 이 방법에서는, 단일 컷아웃 작업으로 동일한 금속 시트로부터 링 및 요크를 동시에 컷아웃하고, 그 다음, 제 1 릴리프들 및 제 2 릴리프들이 협력하게 하기 위해 요크와 링을 서로에 대해 오프셋시킨 후에 링 및 요크를 조립한다.

고정자 링의 슬롯에 권선을 삽입하는 단계가 시행될 수 있다. 이 단계 동안, 적어도 하나의 권선이 고정자의 링의 두 개의 상이한 비연속 슬롯들 내에 위치될 수 있다.

상기 방법은 요크가 링에 장착될 때 그리고/또는 권선이 슬롯에 삽입될 때 변형 가능한 구역 또는 구역들을 변형하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 변형은 링의 직경과 슬롯의 폭을 변경할 수 있다.

권선을 슬롯에 삽입하는 단계는 재료 브릿지를 확장함으로써 슬롯을 넓히는 방식으로 시행될 수 있다. 이는 또한 링의 외경의 증가를 초래한다. 이는 권선의 삽입을 더 용이하게 만든다.

권선은 바람직하게는 내향 반경방향 이동에 의해 슬롯에 삽입되고, 슬롯은 외부를 향해 반경방향으로 개방된다.

링에 요크를 장착하는 단계는 재료 브릿지의 폐쇄를 통한 링의 내경 감소를 초래할 수 있다. 이는 자극 (magnetic pole) 의 에어 갭들의 합을 줄여서 전기적 성능을 향상시키기 위해 요크와 링 사이의 최소 간격을 유지하면서 요크와 링이 조립될 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 방법은 하나 이상의 공통 절삭, 특히 단일 절삭으로 동일한 금속 시트로부터 링과 요크를 동시에 컷아웃하는 단계를 포함한다. 그 경우, 링에 요크를 장착하면, 재료 브릿지의 폐쇄를 통해 링의 외경이 감소할 수도 있다. 이는, 프레스를 사용하여 링과 요크를 컷아웃할 때, 응력이 생성되고 절삭된 재료가 이완되어서 재료가 절삭 선을 넘어 연장되어 그러한 브릿지의 부존재에서 두 부분이 공통 절삭부를 따라 조립되기 어렵기 때문이다.

상기 방법은 링에 요크를 장착하는 단계 후에 링과 요크 사이에 있을 수 있는 임의의 간격을 감소시키도록 링의 직경을 증가시키기 위해 변형 가능한 구역을 변형하는 단계를 포함할 수 있다.

특히 재료 브릿지가 변형 가능한 구역을 갖지 않는 경우, 변형예에서 가열에 의해 요크를 확장시키거나 또는 냉각에 의해 링을 수축시켜서, 링에 요크를 조립하는 것을 더 용이하게 만드는 것이 가능하다.

본 발명은 본 발명의 비제한적인 예시적인 실시형태의 다음의 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 검토하는 것으로부터 더 잘 이해될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따라 생산된 고정자의 부분 개략 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 고정자의 링의 부분 개략 사시도이다.
도 3 은 그의 상세도이다.
도 4 는 도 1 의 고정자를 포함하는 기계의 횡단면의 부분 개략도이다.
도 5 는 이 고정자의 링의 일부를 개략적으로 보여준다.
도 6 은 기계의 변형 실시형태를 개략적으로 보여준다.
도 7 은 그의 상세도이다.
도 8 내지 도 12 는 고정자의 다른 변형 실시형태들을 도시한다.
도 13 및 도 14 는 각각 변형 실시형태의 요크 및 링의 부분 개략 사시도이다.
도 15 는 변형 실시형태의 부분 개략 횡단면도이다.
도 16 내지 도 18 은 고정자의 변형 실시형태를 도시한다.
도 19 는 도 18 의 고정자의 부분 개략 횡단면도이다.
도 20 은 도 19 의 요크의 부분 개략 횡단면도이다.
도 21 은 고정자의 다른 변형 실시형태를 도시한다.
도 22 는 그의 상세도이다.

도 1 내지 도 5 는 회전자 (1) 및 고정자 (2) 를 포함하는 회전 전기 기계 (10) 를 도시한다. 고정자 (2) 는 동기 모터의 맥락에서 회전자 (1) 의 회전을 구동하는 회전 자기장을 생성하는 것을 가능하게 하고, 교류 발전기의 경우, 회전자의 회전은 고정자 권선에서 기전력을 유도한다.

아래에 보여진 예는 개략적이며 반드시 일정 비율로 묘사된 것은 아니다.

고정자 (2) 는 반경방향 내부 치형 링 (25) 의 치형부들 (23) 사이에 형성된 슬롯 (21) 내에 위치되는 권선 (22) 을 포함한다. 슬롯들은 외부를 향해 반경방향으로 개방되고, 각각 링 (25) 의 두 연속 치형부들을 함께 연결하고 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정하는 재료 브릿지들 (27) 에 의해 에어 갭의 측면에서 폐쇄된다.

설명된 예에서 슬롯들 (21) 은 서로 평행한 반경방향 에지들 (33) 을 가지며, 기계의 회전축선 (X) 에 수직 인 평면에서의 단면에서 형상이 실질적으로 직사각형이다.

고정자 (2) 는 링 (25) 과 접촉하게 부착된 반경방향 외부 요크 (29) 를 포함한다. 링 (25) 및 요크 (29) 는 각각 축선 (X) 을 따라 적층된 자기 라미네이션들의 팩으로 형성되고, 라미네이션들은 예를 들어 동일하고 정확하게 중첩된다. 이들은 클립핑, 리벳, 타이 로드, 용접 및/또는 임의의 다른 기술에 의해 함께 유지될 수 있다. 자기 라미네이션들은 바람직하게는 자성 강으로 제조된다.

예시된 예에서, 링 (25) 의 치형부들 (23) 은 표면에 보완 릴리프들 (56) 을 구비하여, 도 5 에서 볼 수 있듯이, 링 (25) 을 구성하는 다양한 라미네이션들이 함께 클립핑될 수 있다.

링 및/또는 요크는 대안적으로는 컷아웃되어 그 자체로 권취된 판금 스트립으로 형성될 수 있다.

요크 (29) 는 형상의 협동에 의해 링 (25) 에 장착된다. 링 (25) 및 요크 (29) 는 링 (25) 에 대해 요크 (29) 를 고정시키기 위해 협력하는 제 1 릴리프 (40) 및 제 2 릴리프 (50) 를 각각 갖는다. 제 1 릴리프 (40) 및 제 2 릴리프 (50) 는 각도방향 및 반경방향 고정을 제공할 수 있다.

제 1 릴리프 (40) 는 링 (25) 의 외부 표면에 위치되며, 그 단부가 요크를 향하도록 치형부에 위치된다.

제 2 릴리프 (50) 는 요크 (29) 의 내부 표면에 위치되며, 링의 치형부를 향하고, 그리고 특히 제 1 릴리프를 향한다. 이는 링의 슬롯에 대해 각도상 오프셋되어 있다.

제 1 릴리프 (40) 및 제 2 릴리프 (50) 는 서로를 보완하고, 보완 형상을 통해 협력하여, 링과 요크를 서로에 대해 제자리에 유지한다.

권선 (22) 은 집중 또는 분산 방식, 바람직하게는 분산 방식으로 슬롯 (21) 내에 위치될 수 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 권선 (22) 의 전기 전도체 (34) 는 배열 방식으로 슬롯 내에 위치된다. 전기 전도체 (34) 는 바람직하게는 직사각형의 납작한 횡단면을 가지며, 예를 들어 단일 열 (single row) 로 반경방향으로 중첩된다. 전기 전도체 (34) 는 에나멜 처리되거나 임의의 적절한 절연 코팅으로 코팅된다.

각각의 슬롯 (21) 은 상이한 위상을 갖는 2 개의 적층 권선 (22) 을 수용할 수 있다. 각각의 권선 (22) 은 횡단면에서 형상이 실질적으로 직사각형일 수 있다.

각각의 권선 (22) 은 슬롯의 벽 (33, 36) 과 상이한 위상의 권선 (22) 으로부터 권선을 절연하는 절연 시트 (37) 에 의해 둘러싸인다.

전기 전도체 (22) 는 슬롯 (21) 외부에서 권선 (22) 으로 조립되고, 절연 시트 (27) 로 둘러싸이고, 그 다음 절연 시트 (37) 와 함께 권선 (22) 이 슬롯 (21) 에 삽입된다. 이 작업은 슬롯이 외부를 향해 반경방향으로 완전히 개방되어 있기 때문에 더 용이해진다.

도 4 에 도시된 회전자 (1) 는 샤프트 장착용 중심 개구 (5) 를 포함하고, 회전자의 회전축선 (X) 을 따라 축선방향으로 연장되는 자기 회전자 매스 (3) 를 포함하며, 이 회전자 매스는 예를 들어 축선 (X) 을 따라 적층된 자기 라미네이션들의 팩에 의해 형성되고, 라미네이션들은 예를 들어 동일하고 정확하게 중첩된다. 회전자 (1) 는 예를 들어 자기 회전자 매스 (3) 의 하우징 (8) 내에 위치된 복수의 영구 자석 (7) 을 포함한다. 대안으로서, 회전자는 권선형 회전자이다.

고정자는 이제 설명되는 제조 방법을 이용하여 수득될 수 있다. 먼저, 권선 (22) 을 슬롯 (21) 의 내부를 향해 반경방향으로 이동시킴으로써 권선 (22) 은 링 (25) 의 슬롯 (21) 에 삽입된다. 다음 단계에서, 요크 (29) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 하나의 다른 하나에 대한 축선방향 이동에 의해 링 (27) 에 강제로 부착된다.

변형 실시형태에서, 요크는 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 링의 슬롯을 향하도록 요크의 내부 표면에 위치된 제 3 릴리프 (60) 를 포함할 수 있다. 이 제 3 릴리프는 링의 치형부에 대해 오프셋되며, 요크가 링과 접촉하게 부착되는 때 링과 협력하지 않는다.

이는 고정자를 냉각하기 위한 냉각 유체의 흐름, 예컨대 공기 흐름의 통과에 도움이 될 수 있다.

설명된 예에서, 링의 제 1 릴리프 (40) 는 요크의 제 3 릴리프 (60) 가 컷아웃된 결과이다. 링과 요크는 단일 절삭 작업을 사용하여 하나의 동일한 라미네이션으로부터 동시에 컷아웃될 수 있다. 컷아웃 후, 결과적인 2 개의 판금 스트립은 제 1 릴리프가 제 2 릴리프와 협력하게 하도록 오프셋된다. 설명된 예에서, 제 1 릴리프와 제 3 릴리프는 정확하게 보완하는 형상을 갖는다. 제 3 릴리프는 제 1 릴리프와 제 2 릴리프 사이의 좋은 협력, 그리고 특히 그 안에의 용이한 삽입을 허용하도록 제 2 릴리프와 유사하지만 약간 더 큰 형상을 갖는다.

마지막으로, 요크는 요크 근처에서 링의 슬롯의 단부 레벨에 절삭부 (70) 를 갖는다. 이 절삭부 (70) 는, 깨끗하게 절삭되고 버가 없는 컷아웃으로, 요크 근처에서 링의 슬롯에 둥근 모서리를 생성할 수 있게 한다.

또한, 요크는 고정자를 냉각하기 위해 냉각 유체 흐름, 예를 들어 공기 흐름의 순환을 또한 허용하는 외부 덕트 (80) 를 포함한다.

이 예는 또한 회전자 (1) 의 형태와 관련하여 전술한 것과 상이하며, 이 예에서 회전자는 도시되지 않은 코일을 수용하도록 의도된 돌극 (salient pole; 1a) 을 포함한다.

도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명된 예에서, 슬롯 (21) 의 바닥 (35) 은 평면인 권선 (22) 의 바닥을 다소 보완하는 형상을 갖는다.

변형예에서, 슬롯의 바닥 (35) 은 도 8 에 도시된 바와 같이 리세스 (40) 를 포함할 수 있다. 이 예에서, 슬롯 (21) 의 바닥 (35) 은 리세스 (40) 의 각 측에 하나씩 그리고 직사각형 권선 (22) 이 기대는 2 개의 평면 부분 (30) 을 갖는다. 슬롯 (21) 의 바닥 (35) 은 필렛 (36) 에 의해 반경방향 에지 (33) 에 연결된다. 리세스 (40) 는, 기계의 회전축선 (X) 을 따라 연장되며 슬롯 (21) 의 바닥에 중심에 있는 길이방향 그루브의 형태를 취한다.

리세스 (40) 는 바람직하게는 0.4 mm 내지 1 mm, 예컨대 0.6 mm 의 깊이 (p) 를 갖는다.

재료 브릿지 (27) 는 바람직하게는 슬롯 (21) 의 폭에 대응하는 둘레 치수 (e) 를 변경할 수 있게 하여서 링 (25) 의 평균 내경 (2R) 을 변경할 수 있게 하는 변형 가능한 구역 (32) 을 각각 갖는다.

예시된 예에서, 변형 가능한 구역 (32) 은 폴드의 형태를 갖는다.

재료 브릿지 (27) 는 가변 폭을 가지며, 변형 가능한 구역 (32) 은 가장 작은 폭의 구역이다. 재료 브릿지 (27) 의 가장 작은 폭은 바람직하게는 0.3 mm 내지 0.6 mm, 예컨대 0.4 mm 이다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 각각의 폴드는 슬롯의 바닥 (35) 의 일 측에서 리세스 (40) 내로 연장되는 돌출 릴리프 (42) 를 규정하고 에어 갭 (46) 의 측에서 채널 (48) 을 규정한다.

각각의 돌출 릴리프 (42) 는 정점에서 둥근 리브의 형태를 갖는다. 이는 리세스를 넘어 돌출하지 않도록 리세스 (40) 의 깊이 (p) 보다 작은 높이 (h) 를 갖는다.

채널 (48) 은 단면이 축선 (X) 에 수직인 평면에서 그라운드된 그루브의 형태를 갖는다.

변형 가능한 구역 (32) 이 펴질 때, 채널 (48) 및 돌출 릴리프 (42) 는 평평해져서 재료 브릿지를 길어지게 하고 따라서 슬롯 (21) 을 넓힌다.

링 (25) 이 압축될 때, 채널 (48) 및 돌출 릴리프 (42) 가 접힌다. 돌출 릴리프 (42) 는 변형되지 않은 높이 (h) 보다 큰 높이 (h_max) 를 갖고, 리세스 (40) 는 리세스의 변형되지 않은 깊이 (p) 보다 큰 깊이 (p_max) 를 가지며, 높이 h_max 는 대응 리세스 (40) 의 깊이 p_max 보다 여전히 작다.

이 고정자는 이제 설명될 제조 방법을 이용하여 수득될 수 있다. 권선 (22) 은 권선 (22) 을 슬롯 (21) 의 내부를 향해 반경방향으로 이동시킴으로써 링 (25) 의 슬롯 (21) 에 삽입된다. 권선 (22) 이 삽입됨에 따라, 슬롯 (21) 은 재료 브릿지 (27) 의 변형 가능한 구역의 변형을 통해 넓어질 수 있다. 따라서, 링 (25) 의 외경은 감기 전보다 더 클 수 있다. 다음 단계에서, 요크 (29) 는 링 (25) 에 강제로 부착된다. 이 어셈블리는 변형 가능한 구역 (32) 의 변형에 의해 링 (25) 의 확대된 외경의 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 링과 요크 사이의 간격이 최소이다.

다른 변형 실시형태에서, 슬롯 (21) 의 바닥은 리세스를 갖지 않을 수 있다. 그러면, 돌출 릴리프는 축선 (X) 에 수직인 평면에서 단면이 둥근 형상일 수 있다.

추가 변형예에서, 슬롯 (21) 의 바닥은 리세스를 갖지 않을 수 있고, 폴드는 슬롯 (21) 의 이 바닥을 향하는 채널로 각각 형성될 수 있고, 돌출 릴리프가 에어 갭 (46) 내로 연장될 수 있다.

채널 (48) 및 돌출 릴리프 (42) 는 V자형 파선 형태의 프로파일을 가질 수 있으며, 슬롯 (21) 의 바닥은 슬롯 (21) 의 반경방향 에지 (33) 로부터 시작하여 돌출 릴리프를 향해 감소하는 폭을 갖는다.

변형 가능한 구역은 죄기를 형성하기 위해 스트레칭에 의해 스트레칭 및 변형될 수 있는 구역이다. 스트레칭되는 때, 변형 가능한 구역 (32) 은 국부적으로 더 얇아질 수 있다. 요크의 장착 전에, 재료 브릿지 (27) 는 일정한 두께를 가질 수 있다.

슬롯의 바닥은 전술한 바와 같이 2 개의 변형 가능한 구역 (32) 을 가질 수 있다.

방금 설명된 예에서, 요크와 링 사이의 인터페이스는 둥근 코너를 갖는 더브테일의 전체 형상을 갖는 제 1 릴리프 및 제 2 릴리프로부터 떨어져, 실질적으로 원통형 형상이다.

도 9 의 실시형태는 링의 슬롯이 요크 부근에 둥근 코너 (92) 를 갖는다는 점에서 도 1 내지 도 5 의 실시형태와 다르다. 인터페이스는 또한 요크와 링 사이의 각도 위치결정의 설정을 더욱 향상시키는 주름부 (94) 를 형성한다.

도 10 에 도시된 다른 변형 실시형태에서, 제 1 릴리프 (40) 제 2 릴리프 (50) 는 이 예에서 예각을 갖는 더브테일 및 모티스 형상을 갖는다.

제 1 릴리프 (40) 및 제 2 릴리프 (50) 는 도 11 에 도시된 바와 같이 케이지에 삽입된 키의 형상을 채택할 수 있다. 이 예에서, 제 2 릴리프 (50) 는 제 1 릴리프 (40) 의 둥근 케이지 (96) 에 꼭 맞는 둥근 돌출부 (95) 를 포함한다. 케이지 (96) 는, 제 2 릴리프 (50) 의 둥근 돌출부 (95) 가 삽입되므로 분리되거나 분리되지 않을 수 있는 2 개의 브랜치 (97) 에 의해 한정될 수 있다.

변형예에서, 2 개의 브랜치 (97) 는 도 11a 에 도시된 바와 같이 반경방향으로 도입된 인서트 (110) 의 작용 하에 분리될 수 있다.

도 11b 의 예에서, 제 1 릴리프 (40) 의 2 개의 브랜치 (97) 는 중심이 비어 있는 디스크의 일부의 형상을 갖는다.

제 1 릴리프는 둥근 케이지 (96) 의 양측에, 도 12 의 변형예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 개구 (98) 를 포함할 수 있다. 이 개구 (98) 는 전술한 브랜치의 중간에 생성될 수 있다.

도 13 및 도 14 에 도시된 변형 실시형태에서, 제 1 릴리프 (40) 는 곡률 중심 주위에서 대략 260°의 각도 범위에 걸쳐 연장되는 디스크의 일부의 형상을 갖는다. 제 2 릴리프는 대응 형상의 디스크의 일부의 형상으로 만입부의 형태를 갖는다. 디스크 부분의 각도 범위는 180°보다 엄격하게 클 수 있으며, 특히 180°초과 내지 300°이다.

도 15 의 변형예는 3 개의 릴리프가 존재한다는 점에서 도 13 및 도 14 와 다르며, 마찬가지로 디스크의 일부의 형태로 대략 260°의 각도 범위에 걸쳐 연장된다.

도 16 의 실시형태에서, 제 1 릴리프 (40) 및 제 2 릴리프 (50) 는 각각 기계의 회전축선 주위에 잇달아 디스크의 일부의 형상으로 만입부 또는 디스크의 일부의 형상을 교대로 채택한다. 상기 디스크 부분 또는 대응 만입부는 대략 180°의 각도 범위에 걸쳐 연장된다.

제 2 릴리프 (50) 는 도 17 에 도시된 바와 같이 치형부 (23) 의 단부들이 위치되는 만입부의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 치형부의 단부들은 링 (25) 의 제 1 릴리프 (40) 를 구성한다. 만입부는 치형부의 자유 단부에서의 폭보다 약간 더 큰 폭을 갖는다. 치형부의 자유 단부는 요크 (29) 의 만입부 (50) 에 용이하게 들어갈 수 있도록 약간 모따기되어 있다. 치형부의 자유 단부에서, 치형부의 에지는 기계의 회전축선으로부터의 거리가 증가하는 방향으로 약간 수렴할 수 있다.

도 18 내지 도 20 에 도시된 변형 실시형태에서, 요크와 링 사이의 인터페이스는 주름부 (99) 를 형성한다. 이를 위해, 제 1 릴리프 (40) 는 보스의 형태를 갖고, 제 2 릴리프 (50) 는 대응하는 만입부의 형상을 갖는다.

도시된 예에서, 링 (25) 의 치형부 (23) 는 표면에 보완 릴리프 (56) 를 가져서, 링 (25) 을 구성하는 다양한 라미네이션들이 함께 클립핑될 수 있다. 도 18 의 이 예에서, 보완 릴리프 (56) 가 하나 걸러 하나의 치형부에 존재한다. 물론, 모든 치형부가 그러한 보완 릴리프를 포함하거나, 예컨대 두 개 걸러 하나, 또는 세 개 걸러 하나에 존재하는 것이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다. 요크는 또한 도 20 에 도시된 바와 같이 몇몇을 포함 할 수 있다.

이 릴리프 (56) 는 장방형 전체 형상, 예를 들어 직사각형일 수 있고, 반경방향으로 배향된 또는 변형예에서 원주방향으로 배향된 장축을 가질 수 있다.

구멍 (100) 은 도 21 및 도 22 에 도시된 바와 같이 링과 요크 사이의 인터페이스에 생성될 수 있다. 이 구멍 (100) 은 인터페이스에 날카로운 에지가 존재하는 것을 방지할 수 있다. 구멍 (100) 의 각 측에서 직선형 에지들 사이에 최대 접촉이 존재한다.

이 구멍 (100) 은 고정자를 냉각하기 위해 냉각 유체의 흐름, 예를 들어 공기의 흐름의 통과에 기여할 수 있다. 변형예에서는, 고정자를 유지하기 위한 관통 볼트의 통과에 기여할 수 있다.

본 발명은 요크와 링 사이의 인터페이스의 이러한 예로 제한되지 않으며, 이 인터페이스는 또 다른 포맷으로 구현될 수 있다.

"~ 을 포함한다" 는 표현은 "적어도 하나의 ~ 을 포함한다" 와 동의어인 것으로 이해되어야 한다.

Claims (18)

1. 회전 전기 기계 (1) 용 고정자 (2) 로서,
   - 치형부들 (23) 및 상기 치형부들 사이에 연장되며 외부를 향해 반경방향으로 개방되는 슬롯들 (21) 을 포함하는 반경방향 내부 링 (25) 으로서, 재료 브릿지들 (27) 이 두 인접한 치형부들을 이들의 베이스에서 연결하며 이 치형부들 사이의 슬롯의 바닥을 규정하는, 상기 반경방향 내부 링 (25),
   - 상기 링과 접촉하게 부착된 반경방향 외부 요크 (29) 로서, 상기 링 및 상기 요크는 서로 그리고/또는 하나 이상의 인서트들과 협력하는 제 1 릴리프들 (40) 및 제 2 릴리프들 (50) 을 각각 나타내는, 상기 반경방향 외부 요크 (29), 및
   - 상기 슬롯들 내에 분포 방식으로 위치된 권선들 (22)
   을 포함하는, 회전 전기 기계용 고정자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 링에 속한 상기 제 1 릴리프들은 상기 치형부들에, 특히 상기 요크를 향하는 상기 치형부들의 단부에 위치되는, 회전 전기 기계용 고정자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 요크 (29) 는 상기 링의 슬롯들을 향하는, 상기 요크의 내부 표면에 위치되는 제 3 릴리프들 (60) 을 포함하는, 회전 전기 기계용 고정자.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 링의 제 1 릴리프들 (40) 은 상기 요크의 제 3 릴리프들 (60) 의 컷아웃의 결과인, 회전 전기 기계용 고정자.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬롯들은 상기 요크 근처에서 둥근 코너들 (92) 을 갖는, 회전 전기 기계용 고정자.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 릴리프들 및 상기 제 2 릴리프들 각각은 곡률 중심을 각각 갖고, 상기 제 1 릴리프들의 곡률 중심은 상기 제 2 릴리프들의 곡률 중심에 대해 상기 기계의 회전 축선을 향해 오프셋되어 있는, 회전 전기 기계용 고정자.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 릴리프들 및/또는 상기 제 2 릴리프들은, 특히 약 180°의 각도 범위에 걸쳐, 또는 180°초과, 더 양호하게는 210°초과, 또는 심지어 240°초과의 각도 범위에 걸쳐 연장될 수 있는 디스크의 일부의 형상을 채택하는, 회전 전기 기계용 고정자.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 릴리프들은 상기 치형부들의 단부들이 내부에 위치되는 만입부의 형태를 갖는, 회전 전기 기계용 고정자.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 릴리프들 및 상기 제 2 릴리프들은 상기 링과 상기 요크 사이의 인터페이스가 물결형 형상 (99) 을 갖도록 구성되는, 회전 전기 기계용 고정자.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 릴리프들 및 상기 제 2 릴리프들은 더브테일 및 모티스 (mortise) 형상을 갖는, 회전 전기 기계용 고정자.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 릴리프들 및 상기 제 2 릴리프들은 케이지에 삽입된 키의 형상을 갖는, 회전 전기 기계용 고정자.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링과 상기 요크 사이의 인터페이스에 구멍들 (100) 이 생성되는, 회전 전기 기계용 고정자.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 브릿지들 (27) 의 적어도 일부는 상기 요크 (29) 가 상기 링 (25) 에 장착될 때 변형될 수 있는 적어도 하나의 변형 가능한 구역 (32) 을 나타내는, 회전 전기 기계용 고정자.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 브릿지들 (27) 은 상기 기계의 작업 동안 자기 포화되는 (magnetically saturated) 구역들, 특히 더 좁은 폭의 구역들을 나타내는, 회전 전기 기계용 고정자.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯들 (21) 은 바람직하게는 실질적으로 직사각형 단면의 상기 권선들 (22) 이 기대는 적어도 하나의 평면 부분 (30) 을 갖는, 회전 전기 기계용 고정자.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권선들 (22) 은 단면이 직사각형인 적어도 하나의 전기 전도체 (34) 를 각각 포함하는, 회전 전기 기계용 고정자.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 고정자 (2) 및 회전자 (1) 를 포함하는 회전 전기 기계 (10).
18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 고정자의 제조 방법으로서,
    단일 컷아웃 작업으로 동일한 금속 시트로부터 링 및 요크를 동시에 컷아웃하고, 그 다음, 제 1 릴리프들 및 제 2 릴리프들이 협력하게 하기 위해 상기 요크와 상기 링을 서로에 대해 오프셋시킨 후에 상기 링 및 상기 요크를 조립하는, 고정자의 제조 방법.

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