KR20210092259A - 회전 전기 기계를 위한 다중-재료 분할 스테이터를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 스테이터 - Google Patents
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Abstract
높은 포화 유도 재료로부터의 톱니 세그먼트와 규소강 재료로부터의 요크 세그먼트를 구비하는, 회전 전기 기계를 위한 스테이터를 제조하는 방법이, 제공된다. 톱니 세그먼트는, 그로 인해 적어도 2가지 자기 포화를 동반하는 스테이터를 생성하도록, 요크 세그먼트에 접합된다.
Description
본 발명은, 개괄적으로, 회전 전기 기계를 위한 스테이터들에 관한 것으로, 특히 복수의 연자성 재료를 사용하여 그러한 부품들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
회전 전기 기계들을 위한 공지의 스테이터들은, 전형적으로, 연자성 재료의 복수의 적층된 층판으로 이루어진다. 공지의 스테이터 구조물은, 링 형상인 요크 및 요크로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 복수의 톱니로 구성된다. 상이한 유형들의 회전 전기 기계들을 위해, 톱니들 및 요크는, 전기 기계가 작동 중일 때, 상이한 자속 밀도들을 경험한다는 것이, 인식되어 왔다. 더욱 구체적으로, 톱니들은 통상적으로, 요크 부분보다 상당히 더 높은 자속 밀도에 종속된다. 그러한 현상 때문에, 회전 전기 기계의 효율을 개선하기 위해 상이한 자성 재료들로 그러한 구성요소들을 제조하는 것이, 제안된 바 있다. 예를 들어 US 6,960,862 B2; US 2017/0237303 A1; WO 02/49190; 및 WO 2015/062884를 참조한다.
비록 다중-재료 개념이 인식되지만, 당해 기술 분야는, 그러한 구성요소들을 제조하는 실행 가능한 방법을 제공하지 못했다. 당해 기술 분야는, 현재 사용 중인 표준 연자성 재료와 비교하여, 성능을 위해 효과적이며 그리고 상당한 비용적 이득을 위해 경제적이도록, 복수의 연자성 재료의 사용을 위한, 그러한 구성요소들의 기하학적 형상에 관한 어떠한 물리적 한계들을 인지하지 못했다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 뒤따르는 단계들을 포함하는 회전 전기 기계를 위한 스테이터를 제조하는 방법이, 제공된다:
a. 높은 포화 유도 시트/스트립 재료로부터 스테이터의 톱니 세그먼트들을 위한 층판들을 스탬핑 또는 절단하는 단계;
b. 규소강 시트/스트립 재료로부터 요크 세그먼트(들)를 위한 층판들을 스탬핑 또는 절단하는 단계;
c. 톱니 세그먼트 적층체를 형성하기 위해 톱니 세그먼트 층판들을 적층하는 단계;
d. 요구되는 자기적 속성 및 기계적 속성의 조합을 획득하기 위해 톱니 세그먼트 적층체를 열처리하는 단계;
e. 요크 세그먼트 적층체를 형성하기 위해 요크 세그먼트 층판들을 적층하는 단계;
f. 접착성 재료로 톱니 세그먼트 층판들을 함께 접합하며 그리고 접착성 재료를 경화하는 단계;
g. 접착성 재료로 요크 링 세그먼트 층판들을 함께 접합하며 그리고 접착성 재료를 경화하는 단계;
h. 스테이터를 형성하도록 접착성 재료로 톱니 세그먼트 적층체를 요크 세그먼트 적층체에 조립 및 접합하는 단계, 그리고 이어지는,
i. 접착성 재료를 경화하기 위해 조립된 스테이터를 열처리하는 단계.
단계 a.에서, 높은 포화 유도 재료는, 절연층으로 코팅될 수도 있으며, 또는 코팅되지 않을 수도 있을 것이다. 단계 d.에서, 높은 포화 유도 재료는, 스트립들로서 또는 적층된 상태에서, 열처리될 수 있을 것이다. 스테이터 요크
본 발명의 제2 양태에 따르면, 뒤따르는 단계들을 포함하는 회전 전기 기계를 위한 스테이터를 제조하는 제2 방법이, 제공된다:
A. 높은 포화 유도 시트/스트립 재료로부터, 톱니 부분 및 요크 부분을 포함하는, 스테이터를 위한 층판들을 스탬핑 또는 절단하는 단계;
b. 규소강 스테이터 시트/스트립 재료로부터 스테이터를 위한 층판들을 스탬핑 또는 절단하는 단계;
c. 스테이터를 형성하기 위해 높은 포화 유도 재료의 층판 및 전형적인 스테이터 재료의 층판을 교호반복시킴에 의해 층판들을 적층하는 단계;
d. 접착성 재료로 층판들을 접합하며 그리고 접착성 재료를 경화하는 단계; 그리고 이어서
e. 요구되는 자기적 속성 및 기계적 속성의 조합을 획득하기 위해 조립된 층판들을 열처리하는 단계.
이러한 제2 프로세스의 다른 실시예에서, 교호반복되는 층판들의 두께는, 요구되는 자기적 속성 및 기계적 속성에 의존하여 변화될 수 있다. 이 점에 있어서, 적층체 내의 자성 재료들 중의 하나의 층판들은, 다른 자성 재료의 층판들보다 더 두꺼울 수 있다. 제2 프로세스의 대안적인 실시예에서, 적층체 내의 양자 모두의 자성 재료의 층판들은, 동일한 두께일 수 있으며, 그리고 자성 재료들 중의 하나의 층의 두께는, 하나의 자성 재료의 2개 이상의 층판을 함께 적층함에 의해 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 링-형상 요크 및 요크로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 복수의 톱니를 포함하는, 회전 전기 기계를 위한 스테이터로서, 톱니의 폭(t) 및 링-형상 요크의 링 폭(d)은, t가 d보다 작도록(t < d) 관계되며, 그리고 스테이터 재료의, 최대 75 체적 퍼센트, 바람직하게 20 내지 75 체적 퍼센트가, 높은 포화 유도 재료이며, 그리고 스테이터 재료의 나머지는, 톱니 재료의 포화 유도보다 낮은 포화 유도를 갖는, 규소강 또는 다른 연자성 합금과 같은, 연자성 재료인 것인, 회전 전기 기계를 위한 스테이터가, 제공된다. 톱니에서의 높은 유도 재료의 각 층판 두께는, 0.05 mm 내지 0.5 mm의 범위일 수 있는 가운데, 요크 재료 층판 두께는, 0.15 mm 내지 0.5 mm의 두께일 수 있다.
본 발명의 이러한 양태의 다른 실시예에서, 스테이터는, 링-형상 세그먼트 및 링-형상 세그먼트로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 복수의 톱니 세그먼트를 포함할 수 있을 것이다. 톱니 세그먼트들은, 전체 톱니, 톱니의 일부분, 또는 하나의 톱니와 요크의 일부분을 포함할 수 있을 것이다.
여기서 그리고 본 출원의 전체에 걸쳐, 용어 "높은 포화 유도"는, 철-코발트 합금을 사용함에 의해 제공될 수 있는, 약 2 내지 2.4 테슬라(T)의 포화 자기 유도(Bsat)를 의미한다. 용어 "요크 재료"는, 2 내지 4 중량%의 규소 함유 강철 또는 철-코발트 합금 재료를 사용함에 의해 제공될 수 있는, 약 1.7 내지 2.1 테슬라(T)의 포화 자기 유도를 갖는 것에 의해 특징지어지는 재료를 의미한다.
상기한 개요 뿐만 아니라, 뒤따르는 상세한 설명은, 도면들과 관련하여 읽을 때 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 공지의 기하학적 형상을 갖는 스테이터 적층체를 위한 단일 층판의 평면도이고;
도 2는 제2의 공지의 기하학적 형상을 갖는 스테이터 적층체를 위한 분할된 층판의 평면도이며;
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작되는, 스테이터 적층체를 위한 분할된 층판의 개략적 도면이고;
도 4는, 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작되는, 스테이터 적층체를 위한 단일 층판의 개략적 도면이며;
도 5a는, 본 발명에 따른 제1 프로세스에 따른, 층판들의 접합 및 층판 적층체들의 결합 이전의, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 5b는, 용접에 의한 적층체들의 결합 및 층판들의 접합 이후의, 도 5a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 6a는, 본 발명에 따른 제2 프로세스에 따른, 층판들이 층판 적층체들의 결합 이전에 접합되는, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 6b는, 용접에 의한 적층체들의 결합 이후의, 도 6a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 7a는, 본 발명에 따른 제2 프로세스에 따른, 층판들이 층판 적층체들의 결합 이전에 접합되는, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 7b는, 열 전도성 접착제와 함께하는 적층체들의 결합 이후의, 도 7a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 8은, 본 발명의 다른 양태에 따른, 상이한 연자성 재료들의 적층된 적층체의 제1 실시예의 개략적 도면이고;
도 9는, 본 발명에 따른, 상이한 연자성 재료들의 적층된 적층체의 제2 실시예의 개략적 도면이며;
도 10은, 회전 전기 기계를 위한 스테이터의, 톱니 및 요크 세그먼트의 개략적 도면이고;
도 11a는, 톱니 부분 세그먼트들 및 요크 부분 세그먼트들 사이에 상호 잠금고정 메커니즘을 구비하는, 본 발명에 따른 스테이터 조립체의 개략적 도면이며; 그리고
도 11b는, 톱니 부분 세그먼트들 및 요크 부분 세그먼트들 사이에 대안적인 상호 잠금고정 메커니즘을 구비하는, 본 발명에 따른 스테이터 조립체의 일부분에 대한 개략적 도면이다.
도 1은 공지의 기하학적 형상을 갖는 스테이터 적층체를 위한 단일 층판의 평면도이고;
도 2는 제2의 공지의 기하학적 형상을 갖는 스테이터 적층체를 위한 분할된 층판의 평면도이며;
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작되는, 스테이터 적층체를 위한 분할된 층판의 개략적 도면이고;
도 4는, 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작되는, 스테이터 적층체를 위한 단일 층판의 개략적 도면이며;
도 5a는, 본 발명에 따른 제1 프로세스에 따른, 층판들의 접합 및 층판 적층체들의 결합 이전의, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 5b는, 용접에 의한 적층체들의 결합 및 층판들의 접합 이후의, 도 5a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 6a는, 본 발명에 따른 제2 프로세스에 따른, 층판들이 층판 적층체들의 결합 이전에 접합되는, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 6b는, 용접에 의한 적층체들의 결합 이후의, 도 6a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 7a는, 본 발명에 따른 제2 프로세스에 따른, 층판들이 층판 적층체들의 결합 이전에 접합되는, 본 발명에 따라 제작되는 스테이터를 위한 층판 적층체들의 개략적 도면이고;
도 7b는, 열 전도성 접착제와 함께하는 적층체들의 결합 이후의, 도 7a의 층판 적층체들의 개략적 도면이며;
도 8은, 본 발명의 다른 양태에 따른, 상이한 연자성 재료들의 적층된 적층체의 제1 실시예의 개략적 도면이고;
도 9는, 본 발명에 따른, 상이한 연자성 재료들의 적층된 적층체의 제2 실시예의 개략적 도면이며;
도 10은, 회전 전기 기계를 위한 스테이터의, 톱니 및 요크 세그먼트의 개략적 도면이고;
도 11a는, 톱니 부분 세그먼트들 및 요크 부분 세그먼트들 사이에 상호 잠금고정 메커니즘을 구비하는, 본 발명에 따른 스테이터 조립체의 개략적 도면이며; 그리고
도 11b는, 톱니 부분 세그먼트들 및 요크 부분 세그먼트들 사이에 대안적인 상호 잠금고정 메커니즘을 구비하는, 본 발명에 따른 스테이터 조립체의 일부분에 대한 개략적 도면이다.
본 발명에 따른 프로세스는, 전기 기계의 스테이터 부분을 제작하기 위해 2가지 상이한 연자성 재료를 활용함에 의해, 전기 모터 또는 발전기와 같은 회전 전기 기계의 작동 성능을 개선하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 양태에 관련하여, 프로세스를 구성하는 단계들이, 스테이터의 기하학적 형상에 기초하여 선택된다.
지금부터 도 3을 참조하면, 스테이터(10)가, 톱니(12) 및 백 아이언(요크) 섹션(14)을 포함한다. 여러 요크 섹션들(14)이, 스테이터(10)를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 대안적으로, 스테이터(10)는, 단 하나의 요크 섹션(미도시)으로 구성될 수 있을 것이다. 톱니(12)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 요크 섹션(14) 상의 중간에 위치될 수 있거나, 또는 하나 이상의 톱니(12)가, 요구되는 구성에 의존하여, 요크(14) 상의 어느 곳에 든 위치될 수 있다.
톱니(12)는 바람직하게, 약 2 내지 2.4 테슬라(T)의 높은 포화 유도(Bsat)에 의해 특징지어지는, 연자성 합금으로 이루어진다. 적합한 자성 합금들의 예들이, 탄소, 니켈, 망간, 규소, 코발트, 바나듐, 크롬, 구리, 알루미늄 및 철의 일부 조합들을 포함할 수 있을 것이다. 상업적으로 이용 가능한 자성 합금들이, CARTECH® HIPERCO® 50A 합금, CARTECH® HIPERCO® 50 합금, CARTECH® HIPERCO® 27 합금, 및 CARTECH® HYPOCORE® 합금을 포함한다. 요크 섹션(14)은, 바람직하게, 약 1.7 내지 2.1 테슬라(T)의 포화 자기 유도를 갖는 것에 의해 특징지어지는, 자성 합금으로 이루어진다. 요크 섹션(14)을 위한 적합한 재료들은, M19와 같은 규소철들을 포함한다.
일 실시예에서, 조립된 스테이터(10)의 톱니(12)는, 스테이터(10)의 체적의 적어도 약 20%를 구성할 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, 높은 포화 유도 자성 합금은, 단지 스테이터(10)의 톱니(12)에만 사용된다. 다른 실시예에서, 톱니(12)는, 스테이터의 체적의 50% 이상을, 예를 들어 최대 75%를, 구성할 수 있을 것이다. 후자의 배열에서, 톱니(12)는, 요크 섹션(14)의 부분들을 포함할 수 있을 것이다. 달리 표현하면, 높은 포화 유도 자성 합금은, 톱니(12) 근처의 규소철 재료를 대체할 것이다.
스테이터(40)가 요크 부분(44)으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 톱니 부분(42)을 구비하는, 대안적인 배열이, 도 4에 예시된다. 톱니 부분(42)은, 또한 요크(44)로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 줄기(43) 및 줄기(43)와 맞물리며 줄기(43) 근처에 놓이는 캡 부분(45)으로 구성된다. 캡 부분(45)은 바람직하게, 도 3을 참조하여 이상에 설명된 바와 같이, 약 2 내지 2.4 테슬라(T)의 포화 유도(Bsat)에 의해 특징지어지는, 연자성 합금으로 이루어진다. 반면에 요크 부분(44) 및 줄기(43)는, 1.7 내지 2 테슬라의 범위 내의 포화 유도를 갖는 재료로 이루어진다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 스테이터(40)의 분할된 구조는, 스테이터 톱니의 폭(t)이, 요크의 링 폭(d)보다 적을 때, 즉, t < d 일 때, 효과적이다(예를 들어, 도 10 참조).
일 실시예에서, 본 발명의 스테이터(10)가 바람직하게, 뒤따르는 프로세스 단계들에 따라 제조된다. 제1 단계에서, 톱니(12) 세그먼트들을 위한 층판들이, 높은 포화 유도를 갖는 시트 또는 스트립 형태의 연자성 합금으로부터 스탬핑되거나 절단된다. 이어서, 요크 섹션(14)을 위한 층판들이, 저 포화 유도를 갖는 시트/스트립 재료로부터 스탬핑되거나 절단된다. 요크 섹션(14) 층판들은, 완전한 링들로서 또는 링 세그먼트들로서 형성될 수 있을 것이다. 요크 섹션(14) 층판들은 이어서, 요크 부분을 형성하기 위해 적층된다. 적층된 요크 섹션(14)을 포함하는 요크 부분은, 도 3에 도시된 바와 같이, 링 세그먼트로서 형성될 수 있을 것이다.
톱니(12) 세그먼트 층판들은, 톱니 부분을 형성하기 위해 적층되며, 그리고 이어서, 자기적 속성 및 기계적 속성의 요구되는 조합을 획득하기 위해 열처리된다. 톱니(12) 세그먼트 층판들은, 이후에 접착성 재료에 대해 규정된 방식으로 경화되는, 에폭시와 같은, 접착성 재료로 함께 접합된다. 예를 들어, 일부 접착제를 경화하는 것은, 히터 내에서 경화되도록 장치를 가열하는 것 또는 접착제를 특정 파장의 광에 노출시키는 것과 더불어 달성될 수 있다.
레미솔(Remisol) Eb-548이, 스테이터들에서 사용되는 적층 층판들을 접합하기 위한 접착제의 예이다. 접착제 및/또는 접합 재료의 선택은, 적어도 그의, 접착 강도, 열적 안정성, 내수성 및 화학적 저항성, 전기 절연 속성, 자기적 속성, 진동 제어, 및 내충격성을 포함하는, 많은 인자들에 기초하게 된다. 요크 부분 층판들은, 에폭시와 같은, 적절한 접착성 재료로 함께 접합된다. 대안적인 배열에서, 요크 부분 층판들은, 상호 잠금고정된다. 톱니 세그먼트들 및 요크 세그먼트 또는 세그먼트들은, 조립되며, 그리고 함께, 접합되거나, 용접되거나, 압입되거나, 리벳팅되거나, 또는 확산될 수 있다.
임의의 적절한 접착성 재료가, 스테이터 조립체를 형성하기 위해 활용될 수 있을 것이다. 대안적으로, 연자성 입자 충진 에폭시 또는 접착제가, 톱니(12) 세그먼트와 요크 세그먼트 사이의 자속 흐름을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 연자성 입자 충진 에폭시는, 20 내지 70 체적%의 구 형상, 회전 타원체 형상, 편상 연자성 입자들을 함유할 수 있다. 부가적으로, 접착성 재료는, 0.5 내지 5 W/mK 범위 내의 열 전도성을 동반하는, 열적으로 전도성이지만, 전기적으로 절연성일 수 있다. 톱니 세그먼트 및 요크 세그먼트가 접착성 재료를 사용하여 조립된 이후에, 조립된 세그먼트들은, 접착성 재료를 경화하기 위해 규정된 방식으로 열처리된다.
톱니 세그먼트를 요크 링 또는 요크 링 세그먼트에 조립 및 접합하기 위한 하나의 기법이, 지금부터, 도 5a 및 5b를 참조하여 설명될 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같은 제1 단계에서, 톱니 세그먼트 층판들(51) 및 요크 링 층판들(52)이, 적층된다. 대안적인 실시예에서, 톱니 세그먼트 층판들(51) 및 요크 링 층판들(52)은, 개별적으로 톱니 적층체(53) 및 요크 링 적층체(54)를 형성하기 위해 상호 잠금고정될 수 있다. 톱니 적층체(53)는, 바람직하게 용접 또는 임의의 다른 적절한 결합 방법에 의해, 도 5a에 타원(55)에 의해 지시되는 2개의 적층체의 외측 대향 에지들을 따라, 요크 링 적층체(54)에 결합된다. 결합된 적층체들(53 및 54)은, 자기적 속성들 및 기계적 속성들의 요구되는 조합을 발현시키기 위해 열처리된다. 톱니 세그먼트 층판들(51)은, 적층체들이 조립 이전에 코팅되지 않은 경우, 전기적 절연층으로, 예를 들어 산화물 막으로, 코팅될 수 있다. 마지막으로, 각 적층체 내의 층판들은, 모세관 또는 진공 함침에 의해 적용되는 임의의 적절한 접착성 재료를 사용하여, 함께 접합된다.
톱니 세그먼트를 요크 링 또는 요크 링 세그먼트에 조립 및 접합하기 위한 다른 기법이, 도 6a 및 6b를 참조하여 설명될 것이다. 이러한 기법에서, 톱니 층판들 및 요크 층판들은, 적층 이전에, 열처리되며 그리고 절연 코팅된다. 톱니 층판들(61)은, 톱니 세그먼트(62)를 형성하기 위해 함께 적층되고 접합된다. 요크 층판들(63)은, 요크 세그먼트(64)를 형성하기 위해 함께 적층되고 접합된다. 톱니 층판들(61) 및 요크 층판들(63)은, 층판들의 대향 표면들에 접착성 재료를 적용함에 의해 함께 접합된다. 용접 또는 임의의 다른 적절한 결합 방법이, 도 6b에 타원(65)에 의해 지시되는 2개의 적층체의 외측 대향 에지들을 따라, 사용될 수 있을 것이다. 접착성 재료는, 분무에 의해, 롤러 코팅에 의해, 또는 적층된 층판들을 침지시킴에 의해 그리고 접착제가 모세관 작용에 의해 침투하는 것을 허용함에 의해, 적용될 수 있다. 접착제는 이어서, 접착제 제조업체에 의해 규정되는 바와 같은, 공지의 방식으로 경화된다. 톱니 세그먼트 적층체(62)는, 바람직하게 제1 기법에서 논의되는 용접 또는 다른 방법들에 의해, 요크 적층체(64)에 결합된다.
결합 단계에 대한 제1 대안예에서, 톱니 세그먼트 적층체(62)는, 각 적층체 내의 개별적인 층판들을 접합하기 위한 것과 동일한 접착제를 사용하여, 요크 적층체(64)에 접합된다. 도 7a 및 7b에 도시된 다른 대안예와 같이, 톱니 적층체(72)는, 열 전도성 전기 절연성 에폭시로 구성될 수 있는 접착제(75)와 더불어, 요크 적층체(74)에 접합된다. 더 나아가, 톱니 세그먼트 적층체들(72)은, 자성 입자 충진 열 전도성 에폭시 접착제와 더불어, 요크 세그먼트 적층체(들)(74)에 접합될 수 있다.
부가적인 실시예에서, 톱니 세그먼트 및 요크 세그먼트는, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 적층 및 접합 이후에, 수형 래치(male latch) 및 암형 래치를 형성하는 연장된 섹션들을 형성하기 위해, 스탬핑 또는 절단될 수 있을 것이다. 그러한 섹션들은, 다중-재료 스테이터에 추가적인 기계적 무결성을 제공한다. 지금부터 도 11a를 참조하면, 본 발명에 따른 스테이터 조립체(110)가 도시된다. 스테이터 조립체(110)는, 복수의 톱니 세그먼트(112) 및, 톱니 세그먼트들에 인접하며 그리고 톱니 세그먼트를 둘러싸는, 복수의 요크 링 세그먼트(114)를 포함한다. 톱니 세그먼트들(112)은, 높은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성되며, 그리고 요크 링 세그먼트들은, 이상에 설명된 바와 같이, 톱니 세그먼트들보다 낮은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성된다. 도 11a의 이러한 실시예에서, 4개의 톱니 세그먼트(112) 및 4개의 요크 링 세그먼트(114)가, 존재한다. 그러나, 더 많거나 더 적은 톱니 세그먼트들 및/또는 요크 링 세그먼트들이, 스테이터의 크기 및 스테이터를 위한 설계 요건에 의존하여, 사용될 수 있다. 각각의 톱니 세그먼트(112)는, 자체 상에 형성되며 그리고 요크 링 세그먼트들(114)을 향해 반경 방향 외향으로 연장되는, 키(key) 또는 리브(rib)(116)를 구비한다. 키 홈 또는 리브 슬롯(118)이, 인접한 요크 링 세그먼트들(114) 사이에 형성된다. 톱니 링 세그먼트(112)의 키/리브(116)는, 톱니 세그먼트들이 요크 링 세그먼트들과 조립될 때, 대응하는 키 홈/슬롯(118)과 맞물린다. 이러한 구조는, 톱니 세그먼트들(112)과 요크 링 세그먼트들(114) 사이의 상대적인 회전 운동을 방지하는, 래칭 배열을 제공한다.
도 11b는, 도 11a에 도시된 것에 대한, 대안적인 래칭 배열을 도시한다. 스테이터 조립체(120)는, 요크 링 세그먼트(124)에 조립되는 톱니 세그먼트들(121 및 122)을 포함한다. 이상에 설명된 바와 같이, 톱니 세그먼트들은, 높은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성되며, 그리고 요크 링 세그먼트들은, 낮은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성된다. 요크 링 세그먼트들은, 요크 링(124)에 가장 가까운 톱니 세그먼트들의 단부들에서 톱니 세그먼트들(121 및 122) 사이에 형성되는 키 홈 또는 노치(128) 내로 반경 방향으로 연장되는, 자체 상에 형성되는 키 또는 리브(126)를 구비한다.
본 발명에 따른 다른 다중-재료 접근법이, 스테이터의 톱니 구역 및 요크 구역 양자 모두에서 높은 유도/자속 밀도를 겪는, 그러한 분할 스테이터 설계들을 위해 유용할 것이다. 이러한 상황은, 톱니 폭이 링 요크 폭 치수와 유사하거나 또는 그보다 클 때(t ≥ d), 발생할 수 있다(도 10 참조). 이러한 실시예는, 교호반복되는 층들 내에 상이한 재료들의 층판들을 접합하는 것을 포함한다. 본 발명의 일 양태에서, 교호반복되는 층들은, 실질적으로 동일한 두께를 갖는 상이한 자성 재료들의 교호반복되는 층판들을, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 높은 포화 유도 연자성 합금의 0.35mm 두께의 층판들(81) 및 규소철의 0.35mm 두께의 층판들(82)을, 포함할 수 있을 것이다. 다른 배열에서, 상이한 자성 합금들은, 상이한 체적 비율들 및/또는 두께들로, 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 규소철의 단일 0.2mm 두께의 시트(92)와 교호반복되는, 높은 포화 유도 연자성 합금의 2개 또는 3개의 0.2mm 두께의 시트(91)로, 적층될 수 있을 것이다. 교호반복되는 층들의 두께들은, 특정 성능 요구를 위해 선택된다. 개별적인 층 두께를 변화시킴에 의해, 모터 성능 및 비용 이익을 최적화하는 것과 함께, 스테이터 유도 및 손실을 제어하는 것이, 가능할 수 있을 것이다.
본 명세서에 사용되는 용어들 및 표현들은, 설명의 용어로서 사용되며 그리고 제한의 용어로서 사용되는 것이 아니다. 그러한 용어들 및 표현의 사용에서, 도시된 그리고 설명된 특징부들의 임의의 균등물 또는 그의 부분들을 배제할 의도는 없다. 다양한 수정들이 본 명세서에서 설명되며 청구되는 본 발명 이내에서 가능하다는 것이, 인식된다.
Claims (15)
- 회전 전기 기계를 위한 스테이터를 제조하는 방법으로서:
높은 포화 유도 재료로부터 톱니 세그먼트를 준비하는 것;
규소강 재료로부터 요크 세그먼트를 준비하는 것;
톱니 세그먼트 적층체를 형성하기 위해 상기 톱니 세그먼트를 적층하는 것;
상기 톱니 세그먼트 적층체가 제1 자기적 속성 및 제2 기계적 속성을 가질 때까지, 상기 톱니 세그먼트 적층체를 가열하는 것;
요크 링 세그먼트 적층체를 형성하기 위해 상기 요크 세그먼트를 적층하는 것;
그로 인해 톱니 세그먼트들의 층판을 형성하도록, 상기 톱니 세그먼트 적층체를 함께 접착성 재료로 접합하는 것;
접착성 재료와 함께 상기 톱니 세그먼트들의 층판을 경화하는 것;
상기 요크 링 세그먼트 적층체를 함께 접착성 재료로 접합하는 것;
접착성 재료와 함께 상기 요크 링 세그먼트를 경화하는 것;
조립된 스테이터를 형성하기 위해 상기 톱니 세그먼트 적층체와 상기 요크 세그먼트 적층체를 조립 및 접합 또는 용접하는 것; 및
조립된 스테이터를 경화하는 것
을 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
톱니 세그먼트 적층체는, 전기 절연층으로 코팅되는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
그의, 접착 강도, 열적 안정성, 내수성 및 화학적 저항성, 전기 절연 속성, 전자기적 속성, 진동 제어, 및 내충격성에 의해, 접착성 및 접합 재료를 선택하는 것을 더 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 톱니 세그먼트 적층체를 전기 절연층으로 코팅하는 것을 더 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
적층하는 것 이전에 톱니 층판들 및 요크 층판들을 가열하는 것을 더 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
접착성 재료를 분무하는 것, 롤러로 접착성 재료를 코팅하는 것, 접착성 재료가 모세관 작용에 의해 침투하는 것을 허용하도록 적층된 층판들을 침지시키는 것, 적층된 층판들의 노출된 표면들을 칠하는 것 중의 적어도 하나에 의해, 접착성 재료를 적용하는 것을 더 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
스테이터 톱니의 폭(t)이, 요크 세그먼트의 링 폭(d)보다 작은 것인, 방법. - 회전 전기 기계를 위한 스테이터로서:
높은 포화 유도 재료로부터 선택되는 톱니 세그먼트;
규소강 재료로부터의 요크 세그먼트;
톱니 세그먼트 적층체를 형성하기 위한 복수의 상기 톱니 세그먼트;
상기 톱니 세그먼트를 가열하기 위한 제1 열원;
요크 링 세그먼트 적층체를 형성하기 위한 복수의 상기 요크 세그먼트;
톱니 세그먼트들의 층판을 형성하기 위해 상기 톱니 세그먼트 적층체를 함께 접합하기 위한, 그리고 상기 요크 링 세그먼트 적층체를 함께 접합하기 위한, 접착성 재료;
조립된 스테이터를 형성하기 위해 상기 톱니 세그먼트 적층체와 상기 요크 세그먼트 적층체를 결합하기 위한 용접부; 및
상기 조립된 스테이터를 경화하기 위한 경화 장치
를 포함하는 것인, 스테이터. - 제8항에 있어서,
톱니 세그먼트 적층체는, 전기 절연층으로 코팅되는 것인, 스테이터. - 제8항에 있어서,
상기 접착성 재료는, 그의, 접착 강도, 열적 안정성, 내수성 및 화학적 저항성, 전기 절연 속성, 자기적 속성, 진동 제어, 및 내충격성에 의해, 선택되는 것인, 스테이터. - 제8항에 있어서,
상기 톱니 세그먼트 적층체는, 전기 절연층으로 코팅되는 것인, 스테이터. - 제8항에 있어서,
톱니 부분을 더 포함하고, 상기 톱니 부분은:
요크로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 줄기로서, 규소강 재료인 것인, 줄기; 및
캡 부분으로서, 높은 포화 유도 재료인 것인, 캡 부분
을 더 포함하는 것인, 스테이터. - 제8항에 있어서,
스테이터 톱니의 폭(t)이, 요크 세그먼트의 링 폭(d)보다 작은 것인, 스테이터. - 스테이터 조립체로서:
복수의 톱니 세그먼트로서, 높은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성되는 것인, 복수의 톱니 세그먼트;
상기 톱니 세그먼트들에 인접하며 그리고 상기 톱니 세그먼트들을 둘러싸는 복수의 요크 링 세그먼트로서, 상기 톱니 세그먼트들보다 낮은 포화 유도를 갖는 연자성 합금으로 형성되는 것인, 복수의 요크 링 세그먼트; 및
상기 복수의 톱니 세그먼트 상에 위치되고, 상기 복수의 요크 링 세그먼트를 향해 반경 방향 외향으로 연장되는, 적어도 하나의 키로서, 래치 요크(latch yoke)를 생성하기 위해 상기 복수의 요크 링 세그먼트의 대응하는 키 홈과 맞물리는 것인, 적어도 하나의 키
를 포함하는 것인, 스테이터 조립체. - 제14항에 있어서,
상기 요크 링 세그먼트들은, 상기 톱니 세그먼트들 사이에 그리고 요크 링에 가장 가까운 상기 톱니 세그먼트들의 단부에 형성되는, 키 홈 내로 반경 방향으로 연장되는, 자체 상에 형성되는 키를 구비하는 것인, 스테이터 조립체.
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