KR20230159472A - 링 원통형 케이싱 및 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱을 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
링 원통형 케이싱 (11), 및 회전 전기기계 장치 (1) 의 링 원통형 케이싱 (11) 을 제조하기 위한 방법, 및 링 원통형 케이싱 (11) 을 포함하는 회전 전기기계 장치 (1) 로서, 링 원통형 케이싱 (11) 은 실질적으로 원통형 내부 표면 (111) 및/또는 실질적으로 원통형 외부 표면 (112) 을 갖고, 링 원통형 케이싱 (11) 은 다수의 턴들을 갖는 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립 (115) 의 나선형 적층 스택 (114) 을 포함하고, 스트립 (115) 은 2 개의 메인 표면들 (116) 및 2 개의 측면 표면들 (117) 을 포함하며, 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나는 절연 코팅 (118) 을 포함한다.
Description
본 개시는 링 원통형 케이싱 및 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 링 원통형 케이싱, 링 원통형 케이싱을 갖는 회전 전기기계 장치, 및 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 모터 및 전기 발전기와 같은 회전 전기기계 장치는 잘 알려져 있고, 많은 가정용, 산업용 및 자동차용 분야에서 사용되며, 의도된 용도에 따라 많은 크기 및 유형으로 이용가능하다. 많은 전기기계 장치들에서, 고정자의 전기 권선에 인가되는 교류 전류는 회전 전자기장을 생성하고, 이는 회전자에 토크를 유도한다. 회전자는, 예를 들어 회전 전자기장과 상호작용하는 영구 자석들의 세트, 회전자 코일들 또는 회전자 권선들, 유도 전류가 전자기장을 생성하는 회전자 전도체들, 또는 회전자의 비영구 자극들이 유도되는 연자성 재료들을 가진다.
전기 모터 또는 발전기는 통상적으로 고정자 철 및 고정자 권선을 갖는 고정자를 가지며, 고정자 권선은 고정자 철의 슬롯들 내에 배열된다. 고정자 권선은 고정자 철의 슬롯들 내의 고정자 내부에 권취되는 리츠 와이어 (Litz wire), 또는 고정자 철의 슬롯들 내에 삽입된 후 예를 들어 레이저 용접을 사용하여 전기적으로 함께 결합되는 단일 헤어핀 와이어 세그먼트들과 같은 많은 형태의 전도체들을 포함한다.
그러나, 무철 (ironless) 모터들은 권선 영역 내에 또는 권선 영역 내로 연장되는 높은 투자율의 재료가 없다. 무철 모터들은, 바람직하게는 자속을 유도하기 위한 고정자 철을 또한 포함한다. 이 고정자 철은 링 원통형 형태이고, 회전자에 대향하는 권선들의 반경방향 외측에 놓이거나, 비동기 모터의 회전자의 일부일 수 있다.
종래의 전기기계 장치는 금속 적층물들의 번들 또는 금속 시트들의 스택을 더 포함한다. 시트들 사이의 전기 절연체는 와전류를 감소시킨다. 적층물들의 번들 또는 시트들의 스택은 고정자에 배열되거나 고정자를 적어도 부분적으로 형성한다. 적층물들의 번들은 자속을 유도하기 위한 매체이며 고정자 권선을 위한 구조적 지지부로서 작용한다. 고정자 권선들은 적층물들의 번들 또는 시트들의 스택의 구멍들 또는 홈들을 통해 배열될 수 있다. 종래의 적층물들의 번들 또는 종래의 시트의 스택은 금속의 큰 시트로부터 원하는 형상을 펀칭 또는 스탬핑 또는 레이저 절단함으로써 제조된다. 이들 펀칭된 개별 적층물들은 그 후에 함께 그룹화되어 전기기계 장치 내로 삽입되는 금속-시트 적층 스택을 형성한다. 펀칭된 개별 적층물들을 함께 유지하기 위해, 핀들은, 예를 들어, 개별 적층물들의 구멍들 내로 삽입된다. 따라서, 시트들의 적층 스택들 또는 번들들을 제조하는 것은 먼저 큰 금속 시트를 펀칭 기계에 배치하고, 큰 금속 시트로부터 원하는 형상을 펀칭하고, 개별 시트들을 원하는 종래의 시트들의 스택으로 그룹화하고, 개별 적층들의 구멍들에 핀들을 삽입하는 것을 요구한다. 그 후, 적층물들의 번들 또는 시트들의 스택이 전기기계 장치의 고정자 내로 삽입된다. 즉, 적층물 스택의 제조는 많은 상이한 제조 단계들 및 거대한 펀칭, 스탬핑 또는 레이저 절단 기계와 같은 일부 매우 비싼 기계를 포함하는 상이한 기계류를 필요로 한다.
또한, 적층물들의 번들 또는 시트 스택은, 생성된 토크를 고정자로부터 접지로 안내 또는 전달하고 고정자 권선에서 생성된 열을 외부로 안내하기 위해, 전기기계 장치의 외부 또는 내부 하우징에 예를 들어 기계적 및/또는 열적으로 연결된다.
국제출원번호 PCT/EP2021/057125 를 갖는 동일한 출원인의 "회전 전기 기계 장치 및 고정자 권선의 제조 방법" 이라는 명칭의 국제 우선 특허 출원이 그 전문을 참고로 본원에 포함된다.
본 개시의 목적은 회전 전기기계 장치용 또는 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱, 회전 전기기계 장치 및 회전 전기기계 장치용 또는 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 개시의 목적은, 선행 기술의 단점들 중 적어도 일부를 갖지 않는, 링 원통형 케이싱 및 링 원통형 케이싱을 갖는 전기기계 장치를 제공하는 것이다.
본 개시에 따라, 이러한 목적들은 독립 청구항들의 특징들에 의해 대처된다. 또한, 추가의 유리한 실시형태들은 종속 청구항들, 청구항 조합들 및 상세한 설명에 따른다.
본 개시에 따르면, 실질적으로 원통형 내부 표면 및/또는 실질적으로 원통형 외부 표면을 포함하는 회전 전기기계 장치의 링 원통형 케이싱이 개시된다. 실질적으로 원통형 내부 표면은 반경방향으로 배열된 내부 표면을 형성하고, 실질적으로 원통형 외부 표면은 링 원통형 케이싱의 반경방향으로 배열된 외부 표면을 형성한다. 본 개시에 따르면, 링 원통형 케이싱은 나선형 적층 스택을 추가로 포함한다. 나선형 적층 스택은 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립으로 형성된다. 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립은 다수의 턴들을 갖는다. 다른 말로, 자기 투과성 재료의 스트립은 나선형 형상으로 배열되며, 이로써 나선형 적층 스택이 형성된다. 스트립은 2 개의 메인 표면들 및 2 개의 측면 표면들을 포함하며, 2 개의 메인 표면들 중 적어도 하나는 절연 코팅을 포함한다. 즉, 스트립은 연장된 직사각형 직육면체의 형상을 가지며, 나선형으로 형성되며, 2 개의 메인 표면들, 2 개의 측면 표면들 (통상적으로 메인 표면들보다 작음) 및 2 개의 단부 표면들, 팁들을 가진다. 본 개시에 따르면, 연장된 직육면체의 2 개의 메인 표면 중 적어도 하나는 절연 코팅을 포함한다. 즉, 2 개의 메인 표면들 중 하나가 절연 코팅을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상부 메인 표면 또는 하부 메인 표면을 포함하거나, 메인 표면들 둘 다가 절연 코팅을 포함할 수 있다. 나선형 형상에서, 나선형으로 감긴 스트립의 제 1 턴 또는 권선의 메인 표면은 나선형 스트립의 바로 이웃하는 또는 다음 턴 또는 권선의 메인 표면과 대면한다. 측면 표면 중 하나는 반경방향으로 내부로, 즉 나선형으로 감긴 스트립의 회전축을 향해 대면하고, 다른 측면 표면은 반경방향으로 외부로, 즉 나선형으로 감긴 스트립의 회전축으로부터 멀리 대면한다. 이러한 방식으로, 나선형으로 감긴 스트립의 각각의 권선 또는 턴은, 만약 가능하다면, 각각의 코팅된 메인 표면을 통해 이웃하는 권선들 또는 턴들과 단지 접촉한다. 따라서, 절연 코팅은 하나의 권선으로부터 다음 권선으로 직접 유도 전류의 안내를 회피하는 효과를 가지며, 이는 원하는 대로 작동하는 동안 전기기계 장치의 고정자 권선에 의해 생성된 와전류를 감소시킨다. 링 원통형 시트들의 종래의 적층 스택에 비해, 하나의 권선으로부터 다음 권선으로 흐르는 유도 전류가 여전히 존재한다. 그러나, 다음 권선 (예를 들어, 0.3 mm) 으로 축방향으로 직접 흐르는 대신에, 유도 전류는 전체 원주 (예를 들어, 300 mm) 를 흘러야 하고, 따라서 전기기계 장치의 성능에 상당한 영향을 미치지 않는다.
자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립은 다수의 턴들을 갖는 나선형 적층 스택을 형성하기 위해 나선의 형상을 따른다. 종래의 전기기계 장치의 종래의 시트 적층 스택의 임무를 수행하는 링 원통형 케이싱은, 본 명세서에서 나선형 형상으로 감긴 자기 투과성 재료의 적어도 하나의 단일 스트립을 포함한다. 나선형 스택 권선은 유리하게는 종래의 전기기계 장치들을 위한 종래의 시트 적층 스택을 제조하는 것에 비해 또는 전기기계 장치들의 종래의 링 원통형 케이싱에 비해 자기 투과성 재료의 낭비를 크게 감소시킬 수 있게 한다. 나아가, 본 개시에 따른 나선형 적층 스택을 제조하는 것은, 상기와 같이 제조되는 종래의 시트 적층 스택들에 비해 훨씬 적은 제조 단계들을 요구한다.
일 실시형태에서, 스트립의 자기 투과성 재료는 철 합금이다. 철 합금은, 예를 들어, 규소 철 합금, 바람직하게는 1.5 중량% 내지 6 중량% 의 규소 함량을 포함하는 규소 철 합금, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 내지 3.5 중량% 의 규소 함량을 포함하는 규소 철 합금이다. 다른 실시형태에서, 철 합금은, 코발트 철 합금, 바람직하게는 1.5 중량% 내지 6 중량% 의 코발트 함량을 포함하는 코발트 철 합금, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 내지 3.5 중량% 의 코발트 함량을 포함하는 코발트 철 합금이다. 이들 재료는 전기기계 장치의 작동 중에 와전류를 유리하게 감소시키기 위해 나선형 적층 스택에 필요한 전자기 특성들을 제공한다.
일 실시형태에서, 코팅된 자기 투과성 재료의 스트립은 일정한 두께 및 폭을 가진다. 즉, 코팅된 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립은 그의 전체 축방향 연장부에 걸쳐 일정한 두께 및 폭을 가진다. 이는, 형성된 나선형 적층 스택이 그 전체 축방향 연장부에 걸쳐 동일한 치수를 가지는 이점을 생성한다. 그리하여, 나선형으로 감긴 스트립의 유리한 균일한 내부 및 외부 원통형 표면을 생성할 수 있다. 또한, 이웃하는 메인 표면들은 서로 돌출하지 않으며, 이는 유리하게는 표면 평활도 (surface smoothness) 를 증가시키고, 따라서 나선형 적층 스택의 전자기적 특성을 증가시킨다.
실시형태들에서, 자기 투과성 재료의 스트립의 치수들, 특히 스트립의 두께 및 폭은, 제조 동안 스트립의 충분한 형태-안정성이 달성될 수 있고 동시에 나선형 적층 스택에서 충분한 와전류 억제가 달성될 수 있도록 선택된다.
일 실시형태에서, 자기 투과성 재료의 스트립은 0.1 mm 내지 0.5 mm 두께, 바람직하게는 0.19 mm 내지 0.36 mm 두께이고, 그리고/또는 코팅된 투과성 재료의 스트립은 2 mm 내지 10 mm 폭, 바람직하게는 3.4 mm 내지 5.1 mm 이다. 예를 들어, 스트립은 0.1 mm 의 최소 두께 및 2 mm 의 최소 폭을 가진다. 다른 실시형태에서, 스트립은 0.35 mm 의 중간 두께 및 5 mm 의 중간 폭을 가진다. 상기 언급된 치수의 두께 및 폭을 가짐으로써 스트립을 나선형으로 권선하기 위해 스트립 및 결과적인 나선형 적층 스택의 원하는 형태-안정성을 생성하고, 이는 제조 공정 동안 스트립 및 나선형 적층 스택의 관리가능성을 증가시킨다. 한편, 나선형 적층 스택의 주요 임무는 와전류를 감소시키고 이에 의해 전기기계 장치의 작동 효율을 증가시키는 것이다. 이는, 유리하게는 자기 투과성 재료들의 얇은 층들 및 그 사이의 얇은 절연체를 제공함으로써 달성된다. 이에 의해, 길고 좁은 (나선형) 전류 경로가 제공되며, 이는 와전류들의 형성 및 전파를 감소시킨다. 나선형으로 감긴 스트립의, 축방향 범위 당 많은 수의 권선들 또는 턴들을 갖는, 즉 높은 밀도의 권선들 또는 턴들을 갖는 상기 언급된 치수를 가진 스트립을 갖는 나선형 적층 스택은 전기기계 장치의 작동 동안 와전류의 유리한 감소를 위한 원하는 높은 스태킹 인자를 생성한다. 전술한 두께 및 폭을 갖는 스트립은 나선형 적층 스택의 제조 동안 및 제조 후에 유리한 관리가능성을 위해 필요한 형태-안정성과 조합하여 제조 후에 나선형 적층 스택에서 원하는 와전류 감소를 제공한다.
일 실시형태에서, 자기 투과성 재료의 스트립의 절연 코팅은 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 7.5 ㎛, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 내지 7 ㎛ 이다. 절연 코팅은, 예를 들어 3 ㎛ 의 두께를 갖는다. 나선형 적층 스택의 2 개의 이웃하는 권선들 사이에 추가 거리가 존재하지 않고 따라서 스태킹 인자에 영향을 미치지 않는 경우, 절연 코팅의 두께는 나선형 적층 스택에서 차례대로 2 개의 권선들 또는 턴들의 자기 투과성 재료 사이의 간극을 규정한다. 절연 코팅은 하나의 권선으로부터 다음 이웃하는 권선으로의 유도 전류의 흐름을 회피하기 위해 전기 절연체를 제공한다. 절연 코팅의 두께는 필요한 전기 절연체를 제공하기에 충분히 커야 하고 동시에 가능한 한 적은 공간을 차지하기에 충분히 작아야 한다. 절연 코팅의 전술한 치수들은 절연 코팅의 필요한 두께와 가능한 한 적은 공간을 차지하는 것 사이에 최적의 선택을 제공한다.
일 실시형태에서, 절연 코팅은 절연 바니시 (insulating varnish) 이다. 절연 바니시는 예를 들어 백락 (backlack) - 코팅 또는 바니시이다. 스트립의 적어도 하나의 메인 표면 상의 절연 바니시는, 나선형 적층 스택의 형성 후에, 중실 (solid) 자립형 링 원통형 케이싱을 형성하기 위해 열적 공정에 의해 스트립들의 전체 접촉 표면 상에 접착될 수 있다. 즉, 열적 공정은 하나의 권선의 스트립의 하나의 메인 표면과 다음 권선의 이웃하는 메인 표면 사이에 영구적인 연결을 형성하여, 이에 의해 나선형 적층 스택의 중실 형태를 생성한다. 이러한 중실 형태는 나선형 스트립의 의도하지 않은 변위를 회피하고, 나선형 적층 스택을 링 원통형 케이싱의 지지 원통 내로 또는 그 상에 삽입 또는 배열하는 공정을 용이하게 한다. 나선형 적층 스택의 이러한 중실 형태는 또한 상이한 코팅을 통해 달성될 수 있다.
일 실시형태에서, 절연 코팅은 나선형 적층 스택의 2 개의 이웃하는 메인 표면들 사이에 위치되는 절연 층이다.
일 실시형태에서, 나선형 적층 스택은 본 명세서에 개시된 바와 같은 절연 코팅, 특히 적어도 하나의 메인 표면 상의 절연 코팅을 갖는 자기 투과성 재료의 복수의 스트립들을 포함하고, 각각의 스트립은 다수의 턴들로 나선형으로 감겨지며, 자기 투과성 재료의 복수의 스트립들은 서로 평행하게 그리고 동축으로 배열되어, 다중-기어식 나선형 적층 스택을 형성한다. 이 실시형태에 따르면, 하나 초과의 나선형 권취된 스트립이 나선형 적층 스택 내에 배열된다. 이는 나선형 적층 스택의 제조 시간을 유리하게 감소시킨다. 이 실시형태에 따르면, 나선형 적층 스택에서 상이한 자기 투과성 재료 또는 상이한 절연 코팅을 갖는 것이 또한 가능하며, 이는 나선형 적층 스택의 전자기적 특성을 더 증가시킬 수 있다. 일 실시형태에서, 자기 투과성 재료의 상이한 스트립들은 또한 상이한 치수들, 특히 상이한 두께를 가질 수 있고, 이에 의해 나선형 적층 스택에 대한 유리한 적층 특성들 및 전자기적 특성들을 생성한다. 이 실시형태에 따르면, 스트립들 중 하나의 메인 표면은 스트립들 중 다른 하나의 메인 표면, 특히 (다음 또는 바로) 이웃하는 스트립의 메인 표면 옆에 배열된다.
일 실시형태에서, 스트립 또는 복수의 스트립들의 이웃하는 메인 표면들은 자기 투과성 재료의 전체 표면 중공 원통이 형성되도록 서로 무시할 수 있는 간극들을 갖고 배열된다. 다시 말해서, 하나의 권선의 절연 코팅 표면은 이웃하는 권선의 메인 표면 또는 이웃하는 권선의 대향 절연 코팅과 접촉한다. 이웃하는 권선들 사이에는 공기 또는 다른 재료가 거의 없다. 이 실시형태에 따르면, 전자기적 특성, 특히 스태킹 인자는 공간의 높은 효율적인 사용으로 인해 나선형 적층 스택에 대해 유리하게 증가된다.
일 실시형태에서, 나선형 적층 스택은 다수의 턴들을 갖는 자기 투과성 재료의 연속적인 나선형으로 감긴 스트립을 포함한다. 즉, 나선형 적층 스택은 2 개의 메인 표면들 중 적어도 하나 상에 절연 코팅을 갖는 자기 투과성 재료의 단지 하나의 스트립으로 형성된다. 이에 의해, 제조 공정 동안 관리가능성이 증가된다.
일 실시형태에서, 링 원통형 케이싱은 서로 동축으로 차례대로 배열되는 복수의 나선형 적층 스택을 포함한다. 즉, 링 원통형 케이싱은 링 원통형 케이싱의 원통축을 따라 상이한 축방향 위치에 배열된, 특히 적층된, 여러 개의, 바람직하게는 동일한 나선형 적층 스택들의 세그먼트들을 포함한다. 일 실시형태에서, 복수의 나선형 적층 스택들은 무시할만한 축방향 간극을 서로 옆에 두고 배열되거나 적층된다. 다른 실시형태에서, 복수의 나선형 적층 스택들은 결정된 축방향 간극을 서로 옆에 두고 배열된다. 이들 실시형태들에 따르면, 여러 개의 나선형 적층 스택들을 동시에 제조하고, 이들을 이후에 함께 배치하여 링 원통형 케이싱에 포함되거나 이를 형성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 생산 시간을 줄일 수 있다.
일 실시형태에서, 링 원통형 케이싱은 나선형 적층 스택과 동축으로 배열된 지지 원통을 더 포함하고, 지지 원통과 나선형 적층 스택 사이에 영구적인 연결이 형성된다. 지지 원통은 나선형 적층 스택을 제자리에 유지하고 전기기계 장치로부터 오는 토크를 지면으로 안내하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 지지 원통은 나선형 적층 스택의 외부 반경방향 표면 옆에 배열된다. 다른 실시형태에서, 지지 원통은 나선형 적층 스택의 내부 반경방향 표면 옆에 배열된다. 지지 원통 및 나선형 적층 스택은 영구적인 연결을 통해 연결되고, 이에 의해 전술한 요건들을 달성하기 위한 원하는 기계적 연결을 생성한다. 영구적인 연결은, 예를 들어, 나선형 적층 스택으로부터 지지 원통으로 기계적 힘 및 열을 전달하는 영구적인 기계적 및 열적 연결이다. 이러한 연결은 형상-맞춤 (form-fit), 힘-맞춤 또는 화학적 맞춤 연결을 통해 형성될 수 있다. 나선형 적층 스택은, 예를 들어, 지지 원통 내로 또는 그 위에 압입, 나사결합, 수축, 주조 및/또는 접착된다. 이 실시형태에서, 링 원통형 케이싱은 지지 원통 및 나선형 적층 스택에 의해 형성된다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 회전 전기기계 장치는 본 명세서에 설명된 실시형태들 중 어느 하나에 따른 링 원통형 케이싱을 포함한다.
일 실시형태에서, 회전 전기기계 장치의 링-원통형 고정자, 특히 무철 고정자는 링 원통형 케이싱을 포함하고 그리고/또는 회전 전기기계 장치의 회전자는 링 원통형 케이싱을 포함한다. 즉, 고정자는 링 원통형 케이싱을 포함하거나, 회전자는 링 원통형 케이싱을 포함한다.
링 원통형 케이싱은 링-원통형 무철 고정장의 고정자 권선들을 위한 지지 구조체로서 기능한다. 고정자 권선은, 권선의 와이어들을 정위치에 고정시키고, 권선으로부터의 토크를 케이싱에 전달하며 권선으로부터의 열을 외부로 전달하기 위해 예를 들어 포팅 재료 (potting material) 에 의해 링 원통형 케이싱에 결합된다. 회전자는 내부 회전자의 경우에 고정자의 내부에 또는 외부 회전자의 경우에 고정자의 외부에 무철 고정자와 동축으로 배열된다.
회전 전기기계 장치는 고정 배치된 고정자 및 회전가능한 회전자를 포함하고, 예를 들어 전기 모터 또는 전기 발전기, 특히 링-형상 전기 모터 또는 링-형상 전기 발전기, 및/또는 특히 반경방향 플럭스 전기 모터 또는 반경방향 플럭스 전기 발전기이다.
실시형태들에서, 링 원통형 케이싱의 원통형 내부 및/또는 외부 표면은 상당한 돌출부들이 없는 실질적으로 원통형이다. 특히, 링 원통형 케이싱의 내부 표면 및/또는 외부 표면은 고정자의 임의의 권선을 수용하도록 구성된 임의의 슬롯들을 갖지 않는다. 링 원통형 케이싱이 고정자 권선들의 영역 내로 연장되지 않기 때문에, 고정자는 일반적으로 무철 고정자로 지칭되며, 이는 권선들의 영역 내로 연장되거나 그 내부에 높은 자기 투과성의 재료를 갖지 않는다.
무철 고정자를 갖는 이점은, 전기기계 장치가 더 높은 전기 효율을 갖고, 반경방향 치수에서 더 적은 공간을 필요로 하며, 특히 감소된 반경방향 치수의 링-원통형 형상으로 제조될 수 있다는 것이다. 또한, 무철 고정자를 갖는 전기기계 장치는 현저한 코깅 효과를 갖지 않는다. 그러나, 현재까지 무철 모터들은 통상적으로 작은 크기 및 동력의 전기 모터들에 주로 적용되고 있다. 본 개시에 따른 링 원통형 케이싱은, 또한 고전력 산업 또는 자동차 적용을 위한 무철 고정자들의 사용을 위해 나선형 적층 스택에 필요한 전자기적 특성들을 제공한다.
일 실시형태에서, 링-원통형 무철 고정자는 적어도 2 개의 층들을 갖는 연속적인 헤어핀 권선을 포함하거나 적어도 2 개의 층들을 갖는 연속적인 파형 권선을 포함한다. 연속적인 헤어핀 권선은, 헤어핀 형상이고 연속적인 헤어핀 권선의 원통축에 평행하게 진행하는 직선 와이어 세그먼트들을 제공하는 와이어들을 포함하며, 원통축은 회전자의 회전축과 동축이다. 제 1 직선 세그먼트 다음에, 이 직선 세그먼트의 하나 또는 양 단부 상에서, 와이어는 후속의 제 2 직선 세그먼트가 제 1 직선 세그먼트에 대하여 거리를 두고 역평행하게 진행하도록 접히고 굴곡된다. 헤어핀 권선은 하나 또는 둘 또는 몇 개의 직선 세그먼트들을 포함함으로써 규정되는 각각의 헤어핀 와이어 섹션이 다음 헤어핀 와이어 섹션과 연속적이라는 점에서 연속적이다. 특히, 헤어핀 와이어 섹션들 사이에 용접, 납땜, 또는 유사한 기법에 의해 생성된 전기적 접합에 대한 필요성이 없다. 그러나, 연속적인 헤어핀 권선의 와이어들은, 궁극적으로 예를 들어, 연속적인 헤어핀 권선의 상이한 위상들을 스타-접지 (star-grounding) 또는 델타-연결 (delta-connecting) 하기 위해, 와이어들의 단부들에서 일부 용접 또는 유사한 기법에 의해 접합될 수 있다. 연속적인 헤어핀 권선은 반경방향으로 볼 때 적층된 헤어핀 와이어의 2 개의 층들을 갖는다. 주어진 와이어는, 예를 들어 제 1 직선 세그먼트가 제 1 층에 배열되도록 연속적인 고정자 권선 주위에서 볼 때 제 1 층으로부터 제 2 층으로 또는 그 반대로 위치를 변경한 후, 제 2 또는 후속 또는 다음 직선 세그먼트가 제 2 층에 배열되도록 접히고 굴곡된다.
본 개시의 추가 양태에서, 회전 전기기계 장치의 실질적으로 원통형 내부 표면 및/또는 실질적으로 원통형 외부 표면을 갖는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 링 원통형 케이싱을 제조하기 위한 방법이 설명된다. 상기 방법은 2 개의 메인 표면들 및 2 개의 측면 표면들을 포함하는 자기 투과성 재료의 스트립을 굴곡하는 단계를 포함하고, 상기 메인 표면들 중 하나 또는 2 개는 나선형 적층 스택을 형성하기 위해 회전축 주위에 절연 코팅을 여러 번 포함한다. 다시 말해서, 자기 투과성 재료의 스트립은 스트립을 여러 번 굴곡함으로써 나선형 적층 스택으로 형성되며, 이에 의해 회전축 주위에 다수의 권선들 또는 턴들을 생성한다. 일 실시형태에서, 굴곡은 스트립을 원하는 나선형 형상으로 만들기 위해 특정 위치들에 배열된 복수의 롤러들을 사용하여 수행된다. 스트립의 굴곡은 원하는 나선형 적층 스택을 생성하기 위해 특히 간단하고 신속하다.
일 실시형태에서, 서로 나란히 배열된 자기 투과성 재료의 복수의 스트립들은 나선형 적층 스택을 형성하기 위해 회전축 주위에서 굴곡된다. 본 실시형태에 따르면, 다중-기어 나선형 적층 스택이 형성되고, 즉, 나선형 적층 스택은 다중-기어 나선의 형상을 따른다. 스트립들의 메인 표면들은, 예를 들어, 회전축 주위에서 굴곡되기 전에 서로 나란히 배열된다.
일 실시형태에서, 상기 방법은 나선형 적층 스택과 지지 원통 사이에 영구적인 연결을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 지지 원통은 나선형 적층 스택과 동축으로 배열되고, 이에 의해 링 원통형 케이싱을 형성한다. 이 실시형태에서, 링 원통형 케이싱은 나선형 적층 스택 및 지지 원통에 의해 형성되거나 이를 포함한다. 이 실시형태에 따르면, 나선형 적층 스택 또는 복수의 나선형 적층 스택은 지지 원통에 또는 지지 원통 내에 배열되고 원하는 영구적인 연결을 형성하도록 지지 원통에 연결된다. 이러한 연결은, 예를 들어, 형상-맞춤, 압입, 힘-맞춤 또는 화학적 연결을 통해 형성된다. 나선형 적층 스택은, 예를 들어, 지지 원통 내로 또는 그 위에 압입, 나사결합, 수축 및/또는 접착된다. 이 실시형태에서, 링 원통형 케이싱은 지지 원통 및 나선형 적층 스택에 의해 형성된다.
일 실시형태에서, 상기 방법은 스트립의 2 의 메인 표면들이 제조 회전축에 대해 수직으로 배열되도록 스트립을 위치시키는 준비 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 스트립이 코팅된 자기 투과성 재료의 큰 롤로부터 절단되는 경우, 스트립의 2 개의 메인 표면들을 회전축에 대해 수직으로 배치하여, 굴곡 단계 후에, 나선형 적층 스택의 상이한 권선들 또는 턴들의 메인 표면들이 이웃하는 권선들의 다른 (코팅된) 메인 표면들과 대면하도록 하는 것이 필요할 수 있다. 추가 실시형태에서, 스트립은 회전축 주위로 굴곡되고, 이에 의해 나선형으로 감겨진 스트립의 원하는 일정한 피치 각도를 추가로 생성하며, 이는 나선형으로 감겨진 스트립의 경사를 규정한다. 이는, 예를 들어 상이한 롤러들을 통해 달성된다.
일 실시형태에서, 방법은 자기 투과성 재료의 롤로부터 자기 투과성 재료의 스트립을 절단하는 준비 단계를 더 포함한다. 절연 코팅은, 일 실시형태에서, 롤부터 스트립을 절단하는 준비 단계 이전에 롤링된 자기 투과성 재료의 표면 상에 배열된다.
일 실시형태에서, 코팅된 자기 투과성 재료의 스트립은, 나선형으로 감겨진 스트립을 형성하기 위해 회전축에 대해 동축으로 배열되는 원통형 장착 지지부 주위에 나선형으로 감긴다. 원통형 장착 지지부는, 일 실시형태에서, 지지 원통에 대응한다. 원통형 장착 지지부는, 예를 들어, 나선형 적층 스택을 생성하기 위해 원하는 곡률 반경 및 원하는 피치 각도로 스트립을 굴곡하기 위한 지지부이다. 다른 실시형태들에서, 원통형 장착 지지부는 스트립을 나선형 적층 스택 내로 권취한 후에 또는 나선형 적층 스택을 링 원통형 케이싱 또는 그의 원통형 지지부에 고정한 후에 제거된다.
일 실시형태에서, 스트립의 굴곡 동안, 원통형 지지부의 회전 속도는 결과적인 권선 속도가 코팅된 자기 투과성 재료의 스트립의 공급 속도와 일치하도록 제어된다.
일 실시형태에서, 자기 투과성 재료의 스트립의 팁은 원통형 지지부와 결합하고, 스트립은 원통형 지지부를 동시에 회전시킴으로써 그리고 원통형 지지부로 공급될 스트립을 축방향으로 변위시킴으로써 또는 원통형 지지부를 축방향으로 변위시킴으로써 원통형 지지부 주위로 굴곡된다.
본 발명은 도면들을 참조하여 예시로 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 장치의 내부를 나타내기 위해 절취 섹션들을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 전기기계 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 나선형 적층 스택을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 제 1 예시적인 실시형태에 따른 나선형 적층 스택을 제조하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 원통형 연속적인 헤어핀 권선을 개략적으로 도시한다.
도 1 은 장치의 내부를 나타내기 위해 절취 섹션들을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 전기기계 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 나선형 적층 스택을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 제 1 예시적인 실시형태에 따른 나선형 적층 스택을 제조하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 원통형 연속적인 헤어핀 권선을 개략적으로 도시한다.
도 1 은 그 내부를 나타내기 위해 절취부를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기기계 장치 (1) 의 매우 개략적인 사시도를 도시한다. 전기기계 장치 (1) 는 내부 표면 (111) 및 외부 표면 (112) 을 갖는 링 원통형 케이싱 (11) 을 포함한다. 링 원통형 케이싱 (11) 은 나선형 적층 스택 (114) 및 지지 원통 (120) 을 포함하며, 이들 모두는 링 원통형 케이싱 (11) 을 형성하고 고정자 (12) 의 일부이다. 나선형 적층 스택 (114) 은 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립 (115) 으로 형성된다. 나선형으로 감긴 스트립 (115) 은 2 개의 메인 표면들 (116) 및 2 개의 측면 표면들 (117) 을 포함한다 (도 2 및 도 3 에 도시됨). 적어도 고정자 권선 (2) 을 대면하거나 둘러싸는 축방향 영역에서, 지지 원통 (120) 의 외부 표면은 링 원통형 케이싱 (11) 의 외부 표면 (112) 을 형성하고, 나선형 적층 스택 (114) 의 내부 표면은 링 원통형 케이싱 (11) 의 내부 표면 (111) 을 형성한다. 도 1 은 또한 지지 원통 (120) 이 나선형 적층 스택 (114) 의 축방향 단부와 접촉하고 그에 의해 지지 원통 (120) 내에 나선형 적층 스택 (114) 을 위한 축방향 정지부 (122) 를 형성하는 반경방향 단차부를 포함하는 것을 도시한다. 스트립 (115) 은 스트립 (115) 의 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나 상에 배열되는 절연 코팅 (118) (도 2 및 도 3 에 도시됨) 을 더 포함한다.
이 실시형태에서, 나선형 적층 스택 (114) 은 영구적인 연결을 통해 지지 원통 (120) 과 연결된다. 이러한 연결은, 예를 들어, 형상-맞춤, 압입, 힘-맞춤 또는 화학적 연결을 통해 형성된다. 나선형 적층 스택 (114) 은, 예를 들어, 지지 원통 (120) 내로 또는 그 위에 압입, 나사결합, 수축 및/또는 접착된다.
링 원통형 케이싱 (11) 은 원통형 영역을 둘러싼다. 원통형 영역 내에서, 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 케이싱 (11) 의 내부 표면 (111) 에 대해 대면하여 배열된다 (예시적인 목적들을 위해 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 일부만이 도시된다). 회전자 (13) 는 공통축 (A) 을 중심으로 연속적인 헤어핀 권선 (2) 과 동축으로 배열된다. 회전자 (13) 의 영구 자석 극들 (131) 은 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 유도 전자기장과 상호작용하여 회전자 (13) 에 토크를 발생시킨다. 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 2 개의 층들 (21, 22), 내부 층 (21) 및 외부 층 (22) 을 가질 수 있다. 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 2 개의 세트의 3 개의 위상 권선들 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 을 가질 수 있으며, 여기서 제 1 세트의 위상 권선 (U1) 및 제 2 세트의 대응하는 위상 권선 (U2) 은 동일한 전기 위상을 갖는다 (예를 들어, 함께 접합될 수 있고, 도 1 에 도시되지 않음). 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은, 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 전기적 연결이 효율적이고 복잡하지 않도록 회전 전기기계 장치 (1) 의 동일한 영역에서 위상 권선들 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 각각에 대해, 와이어들 (3) 을 포함하는, 입력 리드들 (23) 을 갖는다. 특히, 모든 입력 리드들은 공통의, 바람직하게는 작은 방위 각도 영역 내에 있다. 각각의 위상 권선 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 의 단부는, 예를 들어 스타 접지 (24) 또는 델타 연결을 형성하기 위해, 위상 권선들 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 의 적어도 하나의 다른 위상 권선에 전기적으로 접합된다. 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 축 (A) 에 평행하게 연장하는 직선 세그먼트들 (33), 오프셋 굴곡부를 포함하는 굴곡 세그먼트들 (34), 및 접힌 세그먼트 (35) 를 포함한다. 회전자 (13) 의 극들 (131) 의 종방향 연장부는 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 직선 세그먼트들 (33) 의 영역을 넘어 연장되지 않는다.
도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 링 원통형 케이싱 (11) 은 회전 전기기계 장치 (1) 의 무철 고정자 (12) 의 일부를 형성한다. 구체적으로, 나선형 적층 스택 (114), 지지 원통 (120) 및 헤어핀 권선들 (2) 은 무철 고정자 (12) 에 의해 구성된다. 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 그 전체 축방향 연장부 (즉, 중심축 (A) 에 평행한 그 연장부) 를 따라 나선형 적층 스택 (114) 에 의해 덮인다. 나선형 적층 스택 (114) 의 내부 표면에 의해 형성된 링 원통형 케이싱 (11) 및 특히 링 원통형 케이싱 (11) 의 내부 표면 (111) 은 연속적인 헤어핀 권선들 (2) 에 인접하게 배열되고, 연속적인 헤어핀 권선들 (2) 을 제위치에 유지한다. 링 원통형 케이싱 (11) 내에 전체적으로 배열된 연속적인 헤어핀 권선들 (2) 은 이에 의해 기계적 손상, 충격 및 오염으로부터 링 원통형 케이싱 (11) 에 의해 보호된다.
나선형 적층 스택 (114) 은, 일 실시형태에서, 복수의 세그먼트들 (119) (도 2 에 도시됨) 을 포함하며, 각각의 세그먼트 (119) 는 적어도 하나의 나선형 감긴 스트립 (115) 으로부터 형성된다. 세그먼트들 (119) 은, 예를 들어, 무시할만한 간극들이 서로 접촉하면서 축방향으로 서로 나란히 배열되고 지지 원통 (120) 에 연결되어, 링 원통형 케이싱 (11) 의 나선형 적층 스택 (114) 을 형성한다.
고정자 (12) 의 링 원통형 케이싱 (11) 은 유리한 작은 반경방향 연장부들을 가지고 동시에 높은 효율을 가지며, 대형 산업 또는 자동차 적용에 적합하다.
도 2 는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 나선형 적층 스택 (114) 을 개략적으로 도시한다. 나선형 적층 스택 (114) 은 자기 투과성 재료, 예를 들어 철 합금의 나선형으로 감긴 스트립 (115) 으로부터 형성된다. 스트립 (115) 은 바람직하게는 직사각형 단면을 갖는다. 따라서, 스트립 (115) 은 2 개의 메인 표면들 (116) 및 2 개의 측면 표면들 (117) 을 갖는다. 메인 표면들 (116) 은 서로 평행하게 배열되고 면적 면에서 가장 큰 연장부를 갖는 표면들을 형성한다. 측면 표면들 (117) 은 또한 서로 평행하게 배열된다. 또한, 측면 표면들 (117) 은 메인 표면들 (116) 에 수직하게 배열되어 2 개의 메인 표면들 (116) 을 서로 연결한다. 메인 표면들 (116) 및 측면 표면들 (117) 은 스트립 (115) 의 맨틀을 규정한다. 스트립 (115) 의 두께는 측면 표면들 (117) 의 짧은 연장부이다. 스트립 (115) 의 폭은 메인 표면들 (116) 의 짧은 연장부이다. 메인 표면들 (116) 및 측면 표면들 (117) 의 다른 또는 긴 연장부는 스트립 (115) 의 길이에 의해 규정된다. 스트립은 스트립 (115) 의 팁들을 형성하는 2 개의 단부 표면들에 의해 폐쇄되거나 또는 종결된다. 도 2 는 2 개의 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나 상에 배열되는 절연 코팅 (118) 을 추가로 도시한다. 절연 코팅 (118) 은 나선형 적층 스택 (114) 의 상이한 턴들 또는 권선들의 2 개의 이웃하는 메인 표면들 (116) 을 전기적으로 절연하도록 구성된다. 절연 코팅 (118) 은 다른 실시형태에서 메인 표면들 (116) 둘 모두에 배열된다. 일 실시형태에서, 나선형 적층 스택 (114) 은 예를 들어 링 원통형 케이싱 (11) 내의 다른 세그먼트들과 배열되는 세그먼트 (119) 를 형성한다.
일 실시형태에서, 나선형 적층 스택 (114) 은 다중 기어식 적층 스택 (114) (도 2 에 도시되지 않음) 이다. 다중 기어식 적층 스택 (114) 은 동일한 경사 각도 또는 피치 각도를 갖는 복수의 나선형으로 감긴 스트립들 (115) 로부터 형성된다. 상이한 스트립들 (115) 은 상이한 두께들을 가질 수 있고, 상이한 재료들을 포함할 수 있고 그리고/또는 상이한 절연 코팅들을 가질 수 있다.
도 3 은 나선형 적층 스택 (114) 의 제조 방법을 개략적으로 도시한다. 도 3 은 나선형 적층 스택 (114) 을 형성하기 위해 회전축 (B) 주위로 자기 투과성 재료의 스트립 (115) 을 여러 번 굴곡하는 것을 도시한다. 도 3 은 스트립 (115) 이 나선형 방식으로 배열될 수 있는 공급 나선 (132) 을 추가로 도시한다. 스트립 (115) 은 메인 표면들 (116) 및 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나 상의 측면 표면들 (117) 및 절연 코팅 (118) 을 포함한다. 스트립 (115) 은 공급 나선 (132) 으로부터 롤링해제되거나 풀리고 나선형으로 감긴 형태로 회전축 (B) 주위로 롤링되거나 굴곡되어 나선형 적층 스택 (114) 을 형성한다. 굴곡 단계는 일 실시형태에서 스트립 (115) 과 접촉하여 나선형 형태로 스트립 (115) 을 굴곡하는 상이한 롤러들 (도시되지 않음) 을 사용하여 수행된다.
공급 나선 (132) 상에 배열된 도 3 에 도시된 바와 같은 스트립 (115) 은 나선형 적층 스택 (114) 에 대해 계획된 바와 같은 원하는 폭을 이미 갖는다. 다른 실시형태에서, 굴곡 단계 이전에, 스트립 (115) 은 나선형 적층 스택 (114) 의 원하는 폭을 형성하기 위해 공급 나선 (132) 으로부터 롤링해제한 후에 절단된다. 이러한 실시형태에서, 공급 나선 (132) 의 폭은 스트립 (115) 및 나선형 적층 스택 (114) 에 대한 원하는 폭에 대응하지 않는다. 다른 실시형태에서, 선택적으로 절연 코팅 (118) 을 포함하는 자기 투과성 재료의 큰 롤은 스트립 (115) 및 나선형 적층 스택 (114) 에 대해 원하는 폭을 갖는 많은 공급 나선들 (132) 을 생성하도록 절단된다.
도 3 은 공급 나선 (132) 의 축이 나선형 적층 스택 (114) 의 회전축 (B) 에 수직으로 배열되는 것을 도시한다. 그러한 위치설정은 스트립이 굴곡 단계 이전에 90 도 만큼 회전되거나 굴곡될 필요가 없다는 장점을 생성한다. 공급 나선 (132) 의 축이 나선형 적층 스택 (114) 의 축 (B) 에 평행하게 배열된다면, 회전이 필요할 것이다. 이러한 경우, 스트립 (115) 의 2 개의 메인 표면들 (116) 이 나선형 적층 스택 (114) 의 회전축 (B) 에 대해 수직으로 배열되도록, 굴곡 단계 이전에 준비 단계에서 스트립 (115) 을 위치시키는 것이 필요하다.
도 3 에 도시된 바와 같은 스트립 (115) 은 메인 표면들 (116) 중 하나에 이미 절연 코팅 (118) 을 포함한다. 다른 실시형태에서, 절연 코팅 (118) 은 굴곡 단계 이전에 코팅 단계에서 추가되거나 배열된다. 다시 말해서, 금속 시트의 스트립 (115) 은 원하는 절연 재료로 코팅된다. 그 후, 금속 시트가 절단되어 공급 나선 (132) 상으로 롤링되고, 코팅된 스트립 (115) 이 회전축 (B) 주위로 굴곡되어 나선형 적층 스택 (114) 을 형성한다.
도 4 는 연속적인 헤어핀 권선 (2) 이 일단 원통 형상으로 롤링된 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, 모든 위상 권선들 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 은 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 동일한 측면 상에 그리고 동일한 비교적 작은 방위 각도 범위 내에 입력 리드들 (23) 을 가지며, 이는 연속적인 헤어핀 권선 (2) 을, 예를 들어 전원 및/또는 모터 제어기에 전기적으로 연결하는데 유리하다. 또한, 입력 리드들로부터의 와이어들 (3) 의 대향 단부들은 또한 동일한 영역에 있어서, 위상 권선들 (U1, V1, W1, U2, V2, W2) 사이의 스타-접지 또는 델타 연결이 용이하게 형성될 수 있게 한다. 제 1 세트의 각각의 위상 권선 (U1, V1, W1) 및 제 2 세트의 각각의 대응하는 위상 권선 (U2, V2, W2) 은 동일한 위상을 갖는다. 이들은 병렬 또는 직렬로 함께 배선될 수 있다. 도 4 는 복귀 굴곡 구역 (25) 을 추가로 도시한다.
연속적인 헤어핀 권선 (2) 은, 특히 연속적인 헤어핀 권선 (2) 을 최소로 변형시키거나 굴곡할 필요 없이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 용이하고 신속하게 원통형 케이싱 (11) 내로 삽입된다. 이는 연속적인 헤어핀 권선 (2) 이 규칙적으로 이격된 와이어들 (3) 로 최적 형상을 유지하는 것을 보장한다. 이러한 최적으로 형상화된 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은, 특히 연속적인 헤어핀 권선 (2) 과 회전자 (13) 사이에 매우 작은 간극 (1 mm 미만) 을 갖는 전기기계 장치 (1) 에 대해 요구된다. 작은 간극을 갖는 것은 더 높은 전자기 효율을 달성하기 위해 그리고 특히 전기기계 장치 (1) 가 가능한 한 컴팩트하게 유지되는 반경방향 두께를 갖는 링-원통형 (링-원통형 회전자를 가짐) 인 실시형태들에 대해 명백하게 유리하다.
일 실시형태에서, 연속적인 헤어핀 권선 (2) 은 경화성 포팅 재료로 포팅된다. 링 원통형 케이싱 (11) 에 대한 헤어핀 권선 (3) 의 강한 기계적 및 열적 결합은 토크의 신뢰가능한 전달 및 열의 최적 전도에 유리하다. 이는 추가로 구조적 지지부를 제공하고 와이어들 (3) 사이의 전기적 절연을 증가시키고 와이어들 (3) 로부터 멀어지는 열적 운반을 향상시킨다.
일 실시형태에서, 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 포팅 및 링 원통형 케이싱 (11) 에 대한 연속적인 헤어핀 권선 (2) 의 접합은, 연속적인 헤어핀 권선 (2) 이 링 원통형 케이싱 (11) 내로 삽입되고 연속적인 헤어핀 권선 (2) 을 링 원통형 케이싱 (11) 에 추가로 접합시키는 경화성 포팅 재료가 제공되는 단일 단계에서 일어난다.
설명에서는 단계들의 시퀀스가 특정 순서로 제시되었지만, 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서, 단계들 중 적어도 일부의 순서가 변경될 수 있다는 것을 이해할 것임을 유의해야 한다.
1: 회전 전기기계 장치, 전기 모터, 전기 발전기
11: 링 원통형 케이싱
111: (케이싱의) 내부 표면
112: (케이싱의) 외부 표면
114: 나선형 적층 스택
115: 나선형으로 감긴 스트립
116: 메인 표면
117: 측면 표면
118: 절연 코팅
119: 세그먼트
120: 지지 원통
122: 축방향 정지부
12: 링-원통형 무철 고정자
13: 회전자
131: 회전자 자석들
132: 공급 나선
2: 연속적인 헤어핀 권선
21: (연속적인 헤어핀 권선의) 제 1 층
22: (연속적인 헤어핀 권선의) 제 2 층
23: 입력 리드들
24: 스타 접지
25: 복귀 굴곡 영역
3: 와이어들
33: 직선 세그먼트
34: 굴곡 세그먼트, 오프셋 굴곡부
35: 접힌 세그먼트
A, B: 회전축들
11: 링 원통형 케이싱
111: (케이싱의) 내부 표면
112: (케이싱의) 외부 표면
114: 나선형 적층 스택
115: 나선형으로 감긴 스트립
116: 메인 표면
117: 측면 표면
118: 절연 코팅
119: 세그먼트
120: 지지 원통
122: 축방향 정지부
12: 링-원통형 무철 고정자
13: 회전자
131: 회전자 자석들
132: 공급 나선
2: 연속적인 헤어핀 권선
21: (연속적인 헤어핀 권선의) 제 1 층
22: (연속적인 헤어핀 권선의) 제 2 층
23: 입력 리드들
24: 스타 접지
25: 복귀 굴곡 영역
3: 와이어들
33: 직선 세그먼트
34: 굴곡 세그먼트, 오프셋 굴곡부
35: 접힌 세그먼트
A, B: 회전축들
Claims (15)
- 링-원통형 고정자 (12), 특히 무철 (ironless) 고정자 (12) 를 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1) 로서,
상기 링-원통형 고정자 (12) 는, 실질적으로 원통형 내부 표면 (111) 및/또는 실질적으로 원통형 외부 표면 (112) 을 갖는 링 원통형 케이싱 (11) 을 포함하고,
상기 링 원통형 케이싱 (11) 은 다수의 턴들을 갖는, 자기 투과성 재료의 나선형으로 감긴 스트립 (115) 의 나선형 적층 스택 (114) 을 포함하며,
상기 스트립 (115) 은 2 개의 메인 표면들 (116) 및 2 개의 측면 표면들 (117) 을 포함하고,
상기 2 개의 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나는 절연 코팅 (118) 을 포함하고,
상기 링-원통형 고정자 (12) 는 적어도 2 개의 층들 (21, 22) 을 갖는 연속적인 헤어핀 권선 (2) 을 더 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 전기기계 장치는 영구 자석들 (131) 을 포함하는 회전자 (13) 를 추가로 포함하거나, 상기 회전자 (13) 는 적어도 2 개의 층들을 갖는 연속적인 헤어핀 권선 또는 적어도 2 개의 층들을 갖는 연속적인 파형 권선을 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스트립 (115) 의 상기 자기 투과성 재료는 철 합금인, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 투과성 재료의 스트립 (115) 은 일정한 두께 및 폭을 갖는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 4 항에 있어서,
상기 자기 투과성 재료의 스트립 (115) 은 0.1 mm 내지 0.5 mm 두께, 바람직하게는 0.19 mm 내지 0.36 mm 이고, 그리고/또는 상기 자기 투과성 재료의 스트립은 2 mm 내지 10 mm 폭, 바람직하게는 3.4 mm 내지 5.1 mm 인, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 투과성 재료의 스트립 (115) 의 상기 절연 코팅 (118) 은 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 두께, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 7.5 ㎛, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 내지 7 ㎛ 인, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나선형 적층 스택 (114) 은 상기 절연 코팅 (118) 을 갖는 상기 자기 투과성 재료의 복수의 스트립들 (115) 을 포함하고, 각각의 스트립은 다수의 턴들로 나선형으로 감기고, 상기 자기 투과성 재료의 복수의 스트립들 (115) 은 동축으로 배열되어 다중-기어식 나선형 적층 스택 (114) 을 형성하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트립 (115) 또는 복수의 스트립들 (115) 의 이웃하는 메인 표면들 (116) 은 자기 투과성 재료의 전체-표면 중공 원통이 형성되도록 서로 사이에 무시할 수 있는 간극들을 가지고서 배열되는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나선형 적층 스택 (114) 은 다수의 턴들을 갖는 자기 투과성 재료의 연속적인 나선형으로 감긴 스트립 (115) 을 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링 원통형 케이싱 (11) 은 상기 링 원통형 케이싱 (11) 상에 동축으로 서로 나란히 배열된 복수의 나선형 적층 스택들 (114) 을 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링 원통형 케이싱 (11) 은 상기 나선형 적층 스택 (114) 과 동축으로 배열된 지지 원통 (120) 을 더 포함하고, 상기 지지 원통 (120) 과 상기 나선형 적층 스택 (114) 사이에 영구적인 연결이 형성되는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 전기기계 장치 (1) 의 회전자 (13) 가 상기 나선형 적층 스택 (114) 을 포함하는 상기 링 원통형 케이싱 (11) 을 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기 모터 또는 발전기인, 회전 전기기계 장치 (1). - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 회전 전기기계 장치 (1) 의 링 원통형 케이싱 (11) 을 제조하는 방법으로서,
나선형 적층 스택 (114) 을 형성하기 위해 회전축 (B) 주위로 자기 투과성 재료의 스트립 (115) 을 여러 번 굴곡하는 단계를 포함하고,
상기 스트립 (115) 은 2 개의 메인 표면들 (116) 및 2 개의 측면 표면들 (117) 을 포함하고,
상기 2 개의 메인 표면들 (116) 중 적어도 하나는 절연 코팅 (118) 을 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1) 의 링 원통형 케이싱 (11) 을 제조하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 나선형 적층 스택 (114) 과 상기 나선형 적층 스택 (114) 과 동축으로 배열되는 지지 원통 (120) 사이에 영구적인 연결을 형성하여, 상기 링 원통형 케이싱 (11) 을 형성하는 단계를 더 포함하는, 회전 전기기계 장치 (1) 의 링 원통형 케이싱 (11) 을 제조하는 방법.
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