KR20230151905A - 영구 여자식 트랙션 모터 로터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20230151905A
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피터 부르슈터
플로리안 브라운베크
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 복수의 톱니(24)를 갖고 이들 톱니 사이에 각각 하나의 축방향으로 이어지는 극 슬롯(26)이 형성된 내측의 별 모양 중앙 적층 철심(20) 및 복수의 극 적층 철심(30)을 포함하는 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10)에 관한 것으로,
각각의 극 슬롯(26) 내에는 각각 하나의 별도의 극 적층 철심(30)이 배치되고,
극 슬롯(26)의 슬롯 벽(46)과 대응 극 적층 철심(30)의 마주하는 대향 벽(46') 사이의 수용 공간(33) 내에 적어도 하나의 매립형 영구 자석(401, 402)이 고정되고,
각각의 극 적층 철심(30)은 외측에서 축방향으로 연장되는 각각 하나의 자석 포켓(34)을 갖고, 이 자석 포켓 내에 외부 영구 자석(50)이 안착되며,
자석 포켓(34)은, 외부 영구 자석(50)을 포함하는 포켓 내용물이 반경방향으로 분실될 수 없게 언더컷 자석 포켓(34) 내에 안착되는 방식으로 언더컷된다.

Description

영구 여자식 트랙션 모터 로터 및 이의 제조 방법{PERMANENTLY EXCITED TRACTION MOTOR ROTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전기 자동차 트랙션 모터용 영구 여자식 트랙션 모터 로터 및 상기 트랙션 모터 로터의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 유형의 영구 여자식 트랙션 모터 로터는 DE 10 2019 127 583 A1호로부터 공지되어 있다. 이 트랙션 모터 로터는 축방향으로 연장되는 복수의 톱니를 가진, 내측의 별 모양 중앙 적층 철심으로 구성되며, 2개의 인접한 톱니 사이에는 역시 축방향으로 연장되는 각각 하나의 극 슬롯(pole slot)이 형성된다. 각각의 극 슬롯 내에는 별도의 극 적층 철심(pole laminated core)이 각각 하나씩 안착된다. 일측으로 극 슬롯의 슬롯 벽과 대응 극 적층 철심의 마주하는 대향 벽 사이에 수용 공간이 형성되며, 이 수용 공간 내에 각각 하나의 매립형 영구 자석이 삽입되거나 클램핑된다. 각각의 극 적층 철심은, 반경방향 외측에 축방향으로 연장되며 반경방향 외측으로 개방되는 자석 포켓을 갖고, 이 자석 포켓 내에 외부 영구 자석이 안착된다. 전체 어셈블리는 원통형 밴드에 의해 함께 고정된다.
트랙션 모터 로터가 회전할 때 높은 속도에서 높은 원심력이 작용하고, 외부 영구 자석은 원통형 밴드에 의해 반경방향으로 고정된다.
트랙션 모터 로터의 제조는 특히, 사출 금형 내로 뜨거운 액체 충전재를 투입하는 단계를 포함하며, 상기 충전재는 경화 후 중앙 적층 철심, 극 적층 철심, 매립형 영구 자석 및 외부 영구 자석의 서로에 대한 공간적 위치를 결정한다. 사출 성형 공정 중에 트랙션 모터 로터의 다양한 부품을 서로 고정하는 작업은 복잡하다. 일측의 영구 자석과, 타측의 적층 철심의 온도 팽창 계수가 서로 부분적으로 매우 차이가 남에 따라, 사출 성형 공정 동안 높은 공정 온도를 허용하지 않는다.
이러한 배경에서 본 발명의 과제는 속도 저항(speed-resistant) 트랙션 모터 로터 및 이의 간단한 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징을 갖는 영구 여자식 트랙션 모터 로터 및 청구항 제8항의 특징을 갖는 그의 제조 방법에 의해 해결된다.
영구 여자식 트랙션 모터 로터는 복수의 톱니, 바람직하게는 4개 내지 50개의 톱니를 갖는 내측의 별 모양 중앙 적층 철심을 갖는다. 톱니는 축방향으로 연장된다. 2개의 인접한 톱니 사이에는 축방향으로 연장되는 극 슬롯이 각각 하나씩 형성되고, 이 극 슬롯은 바람직하게 바깥쪽으로 확장되도록 형성되며, 특히 바람직하게는 V자형 단면으로 형성된다. 중앙 적층 철심은 적층된 복수의 동일한 강자성 박판으로 형성된다. 각각의 극 슬롯 내에는, 바람직하게 중앙 적층 철심과 직접 접촉하지 않는 극 적층 철심이 각각 하나씩 안착된다. 각각의 극 적층 철심은 적층된 다수의 동일한 강자성 박판으로 형성된다.
극 슬롯의 슬롯 벽과 대응 극 적층 철심의 마주하는 대향 벽 사이에 수용 공간이 형성되며, 이 수용 공간 내에 적어도 하나의 매립형 영구 자석이 고정된다. 특히 바람직하게는 수용 공간의 단면이 V자 형태로 형성되고, V자형 수용 공간의 각각의 레그에 각각 하나의 매립형 영구 자석이 배치된다.
각각의 극 적층 철심은 외측에, 축방향으로 연장되고 반경방향 바깥쪽으로 개방되는 각각 하나의 자석 포켓을 가지며, 이 자석 포켓 내에 외부 영구 자석이 안착된다.
본 발명에 따라, 자석 포켓은, 외부 영구 자석을 포함하는 포켓 내용물이 각각의 언더컷 자석 포켓 내에 반경방향으로 분실되지 않게 안착되는 방식으로, 그 단면이 언더컷된다. 이러한 방식으로, 상대적으로 크고 상대적으로 무거운 영구 자석의 경우에도, 그리고 높은 속도 및 이로 인한 높은 원심력에서도 외부 영구 자석이 해당 자석 포켓으로부터 반경방향으로 이동할 수 없는 점이 보장된다.
바람직하게, 외부 영구 자석은, 자석 포켓 내에 분실될 수 없게 안착되는 방식으로 언더컷 자석 포켓과 상보적이도록 형성된다.
또한, 바람직하게, 각각의 자석 포켓의 포켓 내용물이 관련 외부 영구 자석 및 조립 충전물에 의해 형성되고, 특히 적합한 조립 충전 플라스틱에 의해 형성된다. 조립 충전물은 자석 포켓 내의 외부 영구 자석을 정의된 공간 위치 내에서 움직이지 않게 고정한다.
바람직하게는 언더컷 자석 포켓은 그 단면이 각각 사다리꼴로 형성된다. 특히 바람직하게는 외부 영구 자석의 단면도 사다리꼴로 형성된다. 그러나 외부 영구 자석의 반경방향 외벽은 볼록한 원통형으로 만곡될 수도 있다. 외부 영구 자석은 자석 포켓과 함께 도브테일 유형의 어셈블리를 형성한다.
바람직하게는, 수용 공간 내에서 각각 하나의 공간 충전물이 일측의 각각의 매립형 영구 자석과 타측의 슬롯 벽 및 대향 벽 사이의 틈을 채운다. 공간 충전물은 축방향으로 연장되고 충전물이 없는 복수의 종방향 홈에 의해 여러 번 중단된다. 이들 종방향 홈은, 작동 중에 트랙션 모터 로터에서의 높은 기계 응력을 방지하기 위해, 공간 충전물에 소정의 유연성을 허용한다.
바람직하게, 중앙 적층 철심, 극 적층 철심 및 외부 영구 자석에 의해 형성되는 외주면이 원통형 밴드로 둘러싸이며, 이 밴드는 접선 주연 방향으로 인장 강도가 특히 강하고, 이러한 방식으로 높은 로터 속도 및 이와 상응하는 높은 원심력에서도 트랙션 모터 로터를 함께 고정한다. 이를 통해 모터 로터와 모터 스테이터 사이의 원통형 틈이 작게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 독립 방법 청구항에 따라, 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 제조 방법에서 다음의 방법 단계가 제공된다:
먼저, 각각의 극 적층 철심을 위해, 각각 그 단면이 언더컷 자석 포켓에 대해 상보적이도록 형성된 포켓 홀더를 내측에 갖는 중공 원통형 사출 금형 내로 중앙 적층 철심 및 극 적층 철심이 삽입된다. 즉, 포켓 홀더는 자석 포켓에 맞물리고, 이러한 방식으로 극 적층 철심을 원하는 공간 위치에 정확하게 고정한다. 또한, 추후에 삽입될 매립형 영구 자석을 위한 공동을 비워두기 위해, 수용 공간 내에 중공 스페이서가 삽입된다.
그런 다음 적합한 충전재가 사출 금형 내에 투입된다. 충전재는 적합한 플라스틱이다. 충전재의 투입은 예를 들어 트랜스퍼 성형(transfer pressing), 사출 성형 또는 바람직하게 진공 주조에 의해 수행될 수 있다. 일반적인 공정 온도는 30℃ 내지 180℃의 범위이다. 영구 자석과 적층 철심의 온도 팽창 계수가 크게 차이가 나므로, 원칙적으로 충전재가 경화된 후에만 영구 자석을 사용할 수 있다.
충전재가 냉각되고 경화된 후에는 먼저 축방향으로 탈형되며, 즉, 포켓 홀더를 포함하는 중공 원통형 사출 금형과 모든 중공 스페이서가 미가공 로터로부터 축방향으로 당겨진다. 이어서 매립형 영구 자석과 외부 영구 자석이 축방향으로, 경화된 조립 충전물에 의해 형성된 공동 내로 삽입된다.
바람직하게, 중공 스페이서는 축방향으로 배향된 복수의 종방향 웨브를 가지며, 이들 종방향 웨브에 의해 슬롯 벽과 수용 공간의 대향 벽에 인접한다. 이러한 방식으로, 매립형 영구 자석을 수용하기 위한 공동이 공간적으로 정확하게 정의되고 조정된다.
바람직하게, 중공 스페이서는 적층 철심의 팽창 계수보다 적어도 30% 더 큰 온도 팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다. 이러한 방식으로, 충전재의 냉각 후 중공 스페이서는 대응 공동 내에 소정의 유격을 두고 안착되고, 그에 따라 간단히 축방향으로 탈형될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 포켓 홀더 및/또는 중공 스페이서는 예를 들어 액체 냉각과 같이 능동 냉각될 수 있다. 포켓 홀더와 중공 스페이서의 냉각을 통해 탈형성이 개선되고 간소화된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영구 여자식 트랙션 모터 로터 및 본 발명에 따른 방법의 주요 방법 단계의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 트랙션 모터 로터의 일 섹션의 단면도이다.
도 3은 충전재의 투입 후 사출 금형 내에 있는 미가공 트랙션 모터 로터의 도면이다.
도 1 및 도 2는 자동차의 전기 트랙션 모터용으로 완성된 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10)를 도시한다. 트랙션 모터 로터(10)는 축방향(A)으로 회전할 수 있는 로터 샤프트(80)에 안착되며, 실질적으로, 여기서는 6개의 톱니(24)를 가진 하나의 내측 별 모양 중앙 적층 철심(20), 6개의 별도의 극 적층 철심(30), 총 18개의 영구 자석(401, 402, 50), 및 섬유 강화 플라스틱 몸체(71)로 구성된 원통형 밴드(70)를 갖는다.
중앙 적층 철심(20)은 복수의 적층된 강자성 박판(22)으로 구성된다. 6개의 극 적층 철심(30)도 각각 복수의 적층된 강자성 박판(32)으로 구성된다. 중앙 적층 철심(20)의 인접한 2개의 톱니(24) 사이에는, 축방향으로 연장되고 단면이 V자 형태인 극 슬롯(26)이 형성되며, 이 극 슬롯 내에는 단면이 대략 쐐기 형태인 극 적층 철심(30)이 각각 하나씩 배치된다.
극 슬롯(26)의 평평한 두 슬롯 벽(46)과 대응 극 적층 철심(30)의 마주하는 대향 벽(46') 사이에는 단면이 대략 V자 형태인 수용 공간(33)이 형성된다. V자형 수용 공간(33)의 두 레그에 각각 하나의 매립형 영구 자석(401, 402)이 배치된다. 영구 자석(401, 402)은 길게 뻗은 직육면체 형상을 가지며 영구 자석체(41)로 형성된다.
각각의 극 적층 철심(30)은 반경방향 외부에, 축방향으로 연장되고 바깥쪽으로 개방된 자석 포켓(34)을 가지며, 이 자석 포켓 내에 각각 하나의 외부 영구 자석(50)이 안착된다. 자석 포켓(34)은 그 단면이 사다리꼴로 언더컷된다. 외부 영구 자석(50)은 이에 대해 거의 상보적이도록 그리고 그 단면이 사다리꼴로 형성되며, 영구 자석체(51)에 의해 형성된다.
영구 자석(401, 402, 50)은 중앙 적층 철심(20) 또는 극 적층 철심(30)에 직접 인접하지 않고 약간 이격되어 배치된다. 일측의 영구 자석(401, 402, 50)과, 타측의 중앙 적층 철심(20) 및 극 적층 철심(30)에 의해 형성된 벽 사이의 모든 유격과 공간은 각각 일체형으로 결합된 플라스틱 조립체(60)로 채워지고, 이 플라스틱 조립체는 또한, 원통형 밴드(70)가 안착되는 원통형 플라스틱 외피(64)를 형성한다. 이 외피(64)는 외경의 표면 품질을 향상시킴으로서 중앙 적층 철심(20)과 극 적층 철심(30)의 외주연에 날카로운 모서리가 침투하지 않도록 밴드(70)를 보호한다.
플라스틱 조립체(60)는 자석 포켓(34) 내에서 조립 충전물(63)로서 특히 조립 포켓 벽(35, 361, 362)과 그에 마주하는 외부 영구 자석(50)의 외벽(521,522) 사이의 공간을 채운다. 또한, 플라스틱 조립체(60)는 극 슬롯(26)의 슬롯 벽(46)과, 일측으로 극 적층 철심(30)의 대향 벽(46') 사이 그리고 타측의 매립형 영구 자석(401, 402)의 자석체 벽(47) 사이에서 수용 공간을 공간 충전물(61, 62)로 채운다. 일측의 매립형 영구 자석(401, 402)과, 타측의 슬롯 벽(46) 및 대향 벽(46') 사이의 유격에서는 각각의 공간 충전물(61, 62)이, 각각 축방향으로 연장되며 충전물이 없는 2개의 종방향 홈(44)에 의해 두 번 중단된다.
도 3에는 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10)의 제조를 위한 제조 방법의 주요 조립 단계가 도시되어 있다. 중앙 적층 철심(20)과 6개의 극 적층 철심(30)은 중공 원통형 사출 금형(105)에 의해 공간적으로 서로 상대적으로 위치되고 고정된다. 사출 금형(105)은 그 내주연에 6개의 사다리꼴 언더컷 포켓 홀더(110)를 가지며, 이 포켓 홀더 각각은 극 적층 철심(30)의 자석 포켓(34)에 맞물리며, 이러한 방식으로 상기 극 적층 철심을 정의된 위치에 고정한다. 또한, 수용 공간(33)에는 각각 직육면체형 중공 스페이서(120)가 삽입되고, 이 중공 스페이서는 외부에 각각 면적이 넓은 측벽에 각각 위치설정 리브를 형성하는 2개의 종방향 웨브(144)를 가지며, 이들 종방향 웨브를 통해 중공 스페이서가 슬롯 벽(46)과 수용 공간(33)의 대향 벽(46')에 직접 인접한다. 이러한 방식으로 중공 스페이서(120)의 본체가 슬롯 벽(46)과 대향 벽(46')에 대해 각각 이격되어 유지된다.
포켓 홀더(110)를 포함하는 사출 금형(105)과 중공 스페이서(120)는, 중앙 적층 철심(20) 및 극 적층 철심(30)보다 온도 팽창 계수가 50% 더 높은 재료로 구성된다.
플라스틱 조립체(60)의 사출 성형은 트랜스퍼 성형, 종래의 사출 성형, 또는 바람직하게 액화를 위해 120℃ 내지 180℃로 가열되는 적합한 플라스틱을 이용한 진공 주조에 의해 수행된다. 냉각 시, 특히 포켓 홀더(110)를 포함하는 사출 금형(105)과 중공 스페이서(120)는 적층 철심(120, 30)과 플라스틱보다 더 강하게 수착되고, 그럼으로써 사출 금형(105)과 중공 스페이서(120)는 냉각 후 간단한 방식으로 축방향으로 제거될 수 있다. 그런 다음 영구 자석(401, 402, 50)은 이러한 방식으로 형성된 공동 내로 축방향으로 삽입되고, 거기에 예를 들어 접착된다. 마지막으로 외부에 밴드(70)가 부착된다.

Claims (11)

  1. 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10)이며, 이 영구 여자식 트랙션 모터 로터는,
    복수의 톱니(24)를 갖고 이들 톱니 사이에 각각 하나의 축방향으로 이어지는 극 슬롯(26)이 형성된 내측의 별 모양 중앙 적층 철심(20)과,
    복수의 별도 극 적층 철심(30)을 포함하고,
    각각의 극 슬롯(26) 내에 각각 하나의 극 적층 철심(30)이 배치되며,
    극 슬롯(26)의 슬롯 벽(46)과 대응 극 적층 철심(30)의 마주하는 대향 벽(46') 사이의 수용 공간(33) 내에 적어도 하나의 매립형 영구 자석(401, 402)이 고정되고,
    각각의 극 적층 철심(30)은 외측에 각각 하나의 축방향으로 연장되는 자석 포켓(34)을 갖고, 이 자석 포켓 내에 외부 영구 자석(50)이 안착되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터에 있어서,
    자석 포켓(34)은, 외부 영구 자석(50)을 포함하는 포켓 내용물이 언더컷 자석 포켓(34) 내에서 반경방향으로 분실되지 않게 안착되는 방식으로 언더컷되는 것을 특징으로 하는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  2. 제1항에 있어서, 외부 영구 자석(50)은, 자석 포켓(34) 내에 분실되지 않게 안착되는 방식으로 언더컷 자석 포켓(34)과 상보적이도록 형성되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포켓 내용물은 각각 조립 충전물(63) 및 외부 영구 자석(50)에 의해 형성되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 언더컷 자석 포켓(34)은 그 단면이 각각 사다리꼴로 형성되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  5. 제4항에 있어서, 외부 영구 자석(50)은 그 단면이 각각 사다리꼴로 형성되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수용 공간(33) 내에서 각각 하나의 공간 충전물(61, 62)이 일측의 매립형 영구 자석(401, 402)과 타측의 슬롯 벽(46) 및 대향 벽(46') 사이의 틈을 채우며, 공간 충전물(61, 62)은, 축방향으로 연장되고 충전물이 없는 복수의 종방향 홈(44)에 의해 여러 번 중단되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 적층 철심(20), 극 적층 철심(30) 및 외부 영구 자석(50)에 의해 형성된 외주연이 원통형 밴드(70)로 둘러싸인, 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 특징을 갖는 영구 여자식 트랙션 모터 로터(10)의 제조 방법이며, 이 방법은 하기의 방법 단계:
    각각의 극 적층 철심(30)을 위해, 각각 그 단면이 언더컷 자석 포켓(34)에 대해 상보적이도록 형성된 포켓 홀더(110)를 내측에 갖는 중공 원통형 사출 금형(105) 내로 중앙 적층 철심(20) 및 극 적층 철심(30)을 삽입하는 단계,
    매립형 영구 자석(401, 402)용 수용 공간(33) 내로 중공 스페이서(120)를 삽입하는 단계,
    사출 금형(105) 내로 충전재를 투입하는 단계,
    충전재의 경화 후: 축방향(A)으로 탈형하는 단계, 및
    영구 자석(401, 402, 50)을 축방향으로 삽입하는 단계
    를 포함하는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 중공 스페이서(120)가 복수의 종방향 웨브(144)를 갖고, 이들 종방향 웨브에 의해 상기 중공 스페이서는 각각 슬롯 벽(46)과 수용 공간(33)의 대향 벽(46')에 인접하는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 포켓 홀더(110) 및/또는 중공 스페이서(120)는 적층 철심(20, 30)의 팽창 계수보다 적어도 30% 더 큰 팽창 계수를 갖는 재료로 구성되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 제조 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 포켓 홀더(110) 및/또는 중공 스페이서(120)는 액체 충전재의 투입 동안 탈형될 때까지 능동적으로 냉각되는, 영구 여자식 트랙션 모터 로터의 제조 방법.
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