KR20140143830A

KR20140143830A - 전기 기계

Info

Publication number: KR20140143830A
Application number: KR1020147031168A
Authority: KR
Inventors: 아리 바르티아이넨; 페카 칸니넨; 페트리 매키-온토
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 아게
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2014-12-17
Also published as: US20150061427A1; EP2660955A1; CN103384099A; CN103384099B; EP2660955B1; JP5897206B2; ES2742265T3; US9859762B2; BR112014027211A8; BR112014027211B1; JP2015516135A; DK2660955T3; CN203056718U; WO2013164298A1; BR112014027211A2; KR101632933B1

Abstract

본 발명은 고정자, 로터 프레임(10), 및 로터 프레임(10) 상의 극 배열부를 포함하는 전기 기계를 개시한다. 상기 극 배열부는 로터 프레임(10) 주위에 원주 방향으로 배치되고 또한 제1 볼트(30)에 의해 로터 프레임(10)에 고정된 다수의 세그먼트 단편(20), 각각의 세그먼트 단편(20)의 측면 모서리(23, 24)의 경사부(23a, 24a) 상에 위치한 영구자석 단편(41, 42), 로터 프레임(10) 주위에 원주 방향으로 배치되고, 상기 세그먼트 단편(20)과 교호적으로 배치된 다수의 극 단편(50)을 포함한다. 상기 영구자석 단편(41, 42)은 세그먼트 단편(20)이 제2 볼트(60)에 의해 로터 프레임(10)에 고정될 때, 극 단편(50)의 경사진 측면 모서리(53, 54)와 세그먼트 단편(20)의 측면 모서리(23, 24)의 경사부(23a, 24a) 사이에서 가압된다. 세그먼트 단편(20), 영구자석 단편(41, 42) 및 극 단편(50)은 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에서 폐쇄형 링을 형성하고, 상기 전기 기계는 축 방향으로 서로 뒤를 이어서 다수의 상기 링들을 포함한다. 적어도 하나의 축 방향 공기 채널(A1, A2)은 상기 링들을 통과하고, 적어도 하나의 방사 방향 공기 덕트(R1, R2)는 또한 상기 링들 사이를 통과한다.

Description

전기 기계{AN ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 전기 기계에 관한 것이다.

일본 특허 공보 제10-336929호는 전기 기계를 개시한다. 다수의 시트 플레이트들이 원주 방향으로 간격을 두고 요크(yoke)의 원주 상에 배열되고, 제1 볼트들에 의해 상기 요크에 고정된다. 상기 시트 플레이트 상에는 자석 단편들이 배치되고, 강철 박판을 적층하여 얻은 적층체(laminate)가 그 자석 단편들 위에 압착 부재로서 배치된다. 상기 자석 단편들은 제2 볼트들의 고정력을 통해서, 상기 적층체와 시트 플레이트들 사이에서 클램프로 고정된다. 자석 단편들, 적층체, 시트 플레이트들 및 제2 볼트들은 하나의 자기 블록을 포함한다.

미국 특허 제6,879,075호는 영구자석 동기장치를 개시하고 있다. 원주 방향으로 배열된 로터 조립체에는 교류형 영구자석 및 자극 편들이 제공된다. 로터에서 누설 플럭스의 양을 줄이고, 또한 영구자석의 유효 길이를 증가시키기 위하여, 사다리꼴 형태 또는 이와는 달리 끝이 점점 가늘어지는 형태(tapered)의 영구자석 구조가 이용된다. 사다리꼴 형태의 영구자석과 자극 편들을 교호적으로 배치함으로써, 통상적인 장치들에 비하여 모터의 중량이나 체적을 변경하지 않고도 모터에서 동일한 방사상 공간을 활용하면서 더 큰 강도의 자기장이 공기 갭에서 생성된다.

미국 특허 제3,567,974호는 영구자석 전기 기계를 개시한다. 도 4는 웨지형 극심들(wedge-shaped pole cores)과 접합 부재들 사이에 고정된 영구자석 블록들을 도시하고 있다. 상기 접합 부재들은 로터의 강철 구조와 결합하여 별모양의 지지 구조를 형성하는데, 그 안쪽으로 영구자석들과 극심들이 배치된다. 상기 극심들은 비강자성체 나사에 의해 로터에 고정된다.

본 발명의 목적은 개선된 극 배열부(pole arrangement)를 갖는 전기 기계를 달성하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 전기 기계는 후술하는 독립 청구항 제1항에 기재된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 몇몇 실시예들은 후술하는 종속 청구항들에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 전기 기계는 실린더형 고정자(stator); 외면과 축 방향을 갖는, 상기 고정자 내의 실린더형 회전 로터 프레임; 및 상기 로터 프레임의 외면 상에 배치된 극 배열부를 포함하는 것으로서, 상기 극 배열부는 상기 로터 프레임의 외면 주위에 원주 방향으로 배치된 다수의 세그먼트 단편들(segment pieces)과, 상기 로터 프레임의 외면 주위에 원주 방향으로 배치되고 또한 상기 세그먼트 단편들과 교호적으로 배치된 다수의 극 단편(pole pieces)과, 상기 세그먼트 단편들과 상기 극 단편 사이에 배치된 영구자석 단편을 포함하고, 상기 세그먼트 단편들, 상기 영구자석 단편 및 상기 극 단편은 상기 로터 프레임 주위에서 연속적인 링을 형성하고, 상기 전기 기계는 상기한 축 방향으로 서로 뒤를 잇는 다수의 상기 링을 포함하도록 구성된다.

본 발명에 따른 전기 기계는

- 각각의 세그먼트 단편은, 상기 로터 프레임의 외면에 대해 설치된 제1 내측 모서리, 상기 고정자를 향해 대면하는 제2의 반대쪽 외측 모서리, 및 상기 제1 내측 모서리와 제2 외측 모서리 사이의 측면 모서리들을 포함하고, 상기 측면 모서리들은 영구자석 단편을 수용하는 경사부를 상기 제2 외측 모서리에 포함하고, 각각의 세그먼트 단편은 제1 볼트에 의해 상기 로터 프레임에 고정되며,

- 각각의 극 단편은, 상기 로터 프레임의 외면과 대면하는 제1 내측 모서리, 상기 고정자와 대면하는 제2 외측 모서리, 및 상기 제1 내측 모서리와 제2 외측 모서리 사이의 경사진 측면 모서리를 포함하고, 각각의 극 단편은 제2 볼트에 의해 상기 로터 프레임에 고정되며, 이로써 상기 영구자석 단편은 상기 제2 볼트가 단단히 조여질 때 상기 극 단편의 경사진 측면 모서리와 상기 세그먼트 단편들의 측면 모서리들의 경사부 사이에서 가압되며,

- 적어도 하나의 축 방향 공기 채널은 상기 링들을 통과하고, 적어도 하나의 방사 방향 공기 덕트는 상기 링들 사이를 통과하도록

구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 극 배열부는 세그먼트 단편들, 극 단편 및 영구자석들을 로터 프레임에 고정하는데에 있어 높은 신뢰성을 제공한다.

본 발명에 따른 극 배열부는 또한 영구자석들의 상단부 및 하단부에서 누설 플럭스의 최소화를 달성한다.

본 발명에 따른 극 배열부는 또한 전기 기계를 통과하는 축 방향 공기 채널들과 전기 기계의 효율적인 냉각을 가능하게 하는 방사 방향 공기 덕트들을 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시형태들을 통해서 본 발명을 더 상세하게 기술한다.
도 1은 전기 기계의 축 방향 단면도를 도시한다.
도 2는 전기 기계에 있어서 극 배열부의 일부분에 대한 부등각 투영도를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 극 배열부의 방사 방향 단면도를 도시한다.
도 4는 전기 기계에 있어서의 제1 냉각 구조의 축 방향 단면을 도시한다.
도 5는 전기 기계에 있어서의 제2 냉각 구조의 축 방향 단면을 도시한다.

도 1은 전기 기계의 축 방향 단면도를 도시하고 있다. 상기 전기 기계는 실린더형 고정자(100) 및 상기 고정자(100) 내의 실린더형 회전 로터 프레임(10)을 포함하고, 상기 실린더형 로터 프레임(10)은 외면(10a) 및 축 방향(A-A)을 갖는다. 상기 전기 기계는 로터 프레임(10)의 외면(10a) 상에 극 배열부(pole arrangement)(200)를 또한 구비한다. 고정자(100)의 내면과 극 배열부의 외면 사이에는 공기 갭(G)이 존재한다. 실린더형 로터 프레임(10)은 그 실린더의 축 방향(A-A)으로 중간부에 방사 방향 파티션 벽(partition wall)(9)을 포함한다. 로터 샤프트(8)는 방사 방향 파티션 벽(9)에 고정되며, 상기 로터 샤프트(8)는 각각의 단부에서 베어링들(7a, 7b)에 의해 전기 기계의 프레임 구조부(F)에 지지된다. 로터 프레임(10)은 비자성체 재료로 이루어진다.

도 2는 전기 기계에 있어서 극 배열부의 일부분에 대한 부등각 투영도를 도시하며, 도 3은 도 1에 도시된 극 배열부의 방사 방향 단면도를 도시한다.

극 배열부(200)는 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에 원주 방향으로 배치된 다수의 세그먼트 단편들(20)을 포함하고 있다. 상기 세그먼트 단편들(20)의 각각은 로터 프레임(10)의 외면(10a)에 대하여 설치된 제1 내부 모서리(21), 고정자(100) 쪽을 향하는 제2의 반대쪽 외측 모서리(22), 및 상기 제1 내측 모서리(21)와 제2 외측 모서리(22) 사이에 배치된 두 개의 측면 모서리들(23, 24)을 포함한다. 상기 측면 모서리들(23, 24)은 제2 외측 모서리(22)에서 경사부(23a, 24a)를 포함한다. 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a)는, 바람직하게는 V자 형태를 취함으로써 그러한 V자 형태의 정상부가 고정자(100) 쪽을 향하도록 한다. 상기 세그먼트 단편들(20)의 각각은 제1의, 바람직하게는 비자성체 볼트(30)에 의해 로터 프레임(10)에 고정된다. 각각의 세그먼트 단편(20)의 제1 모서리(21)는 도브테일 조인트(dovetail joint)(25)를 포함한다. 제1 볼트(30)의 상단에는 상응하는 도브테일형 잠금부(locking piece)(31)가 존재한다. 제1 볼트(30)의 자유단은 로터 프레임(10)에 있는 구멍을 통해서 로터 프레임(10)의 내부로 연장된다. 제1 볼트(30)의 자유단에는 너트(32)를 나사식으로 결합할 수 있다. 세그먼트 단편(20)은 로터 프레임(10)의 내면에 대해 너트(32)를 단단히 죔으로써 로터 프레임(10)에 고정될 수 있다.

극 배열부(200)는 각각의 세그먼트 단편(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a) 상에 배치된 영구자석 단편(41, 42)을 또한 포함하고 있다. 상기 영구자석 단편(41, 42)은 직사각형의 형태를 갖는다. 세그먼트 단편(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a)는 영구자석 단편(41, 42)의 측면들과 맞물리는 작은 돌출부들을 갖는다. 그럼으로써 영구자석들(41, 42)은 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a) 표면을 따라서 슬라이딩 이동에 대항하도록 고정된다. 따라서 영구자석 단편(41, 42)의 축 방향의 폭은 극 단편(50)의 상응하는 폭보다는 조금 더 작다.

극 배열부(200)는 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에 원주 방향으로 배치되고, 상기 세그먼트 단편들(20) 내에 교호적으로 배치된 다수의 극 단편(50)을 또한 포함한다. 상기 극 단편(50) 각각은 로터 프레임(10)의 외면(10a)을 향해 대면하는 제1 내측 모서리(51), 고정자(100)를 향해 대면하는 제2 외측 모서리(52) 및 상기 제1 내측 모서리(51)와 제2 외측 모서리(52) 사이의 두 개의 경사진 측면 모서리(53, 54)를 포함한다. 상기 제1 내부 모서리(51)는 로터 프레임(10)의 외면(10a)으로부터 방사 방향으로 일정 거리에 존재한다. 상기 제2 외측 모서리(52)는 고정자(100)에 대해 공기 갭(G)을 형성한다. 경사진 측면 모서리(53, 54)는 V자 형태를 형성함으로써 그 V자 형태의 정상부가 로터 프레임(10) 쪽을 향하고 있도록 한다. 상기 각각의 극 단편(50)은 제2의, 바람직하게는 비자성 볼트(60)에 의해 로터 프레임(10)에 고정되며, 이렇게 함으로써 자석 단편들(41, 42)은 제2 볼트(60)가 단단히 죄어질 때 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a)와 극 단편(50)의 경사진 측면 모서리(53, 54) 사이에 가압된다. 극 단편(50)에 삽입되는 고정 부재(61)가 존재한다. 제2 볼트(60)는 제2 볼트(60)를 고정 부재(61)에, 그리하여 극 단편(50)에 대해 단단히 고정시키기 위하여, 상기 고정 부재(61)의 나사산 안에 나사식으로 결합될 수가 있다. 제2 볼트(60)의 자유단 상의 나사산에는 너트(62)가 나사식으로 결합될 수 있다. 로터 프레임(10)의 내면에 대해서 너트(62)를 단단히 죔으로써 극 단편(50)이 로터 프레임(10)에 단단히 고정될 수가 있다. 극 단편(50)의 경사진 측면 모서리(53, 54)는 너트(62)가 죄어질 때 세그먼트 단편(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사진 상부들(23a, 23b)에 대해 영구자석들(41, 42)을 압착할 것이다.

세그먼트 단편들(20), 영구자석 단편(41, 42) 및 극 단편(50)은 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에 연속적인 링 구조를 형성한다. 전기 기계는 축 방향(A-A)으로 서로 뒤를 잇는 다수의 상기 링들을 포함하고 있다. 도 2는 두 개의 축 방향으로 인접한 링 구조들을 보여주고 있지만, 상기 전기 기계는 임의의 수의 링들을 포함할 수도 있다.

세그먼트 단편들(20)은 다수의 얇은 전기 강판(electrical steel plate)들로 이루어진다. 전기 강은 0 내지 6.5%의 실리콘 함량을 갖는 철 합금이다. 세그먼트 단편들(20)에서의 전기 강판들은 축 방향으로 전기 강판의 패킷을 통해 연장되는 리벳들(71)에 의해 함께 가압된다. 세그먼트 단편들(20)의 축 방향 측 표면들에는 블라인드 보어들(blind bores)(72)이 또한 존재한다. 모든 제2 세그먼트 단편(20)은 180도 회전됨으로써 블라인드 보어들(72)은 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편(20)의 리벳들(71)의 노브들을 수용하게 된다. 이것은 세그먼트 단편들(20)이 서로 부착된 측 표면들과 함께 놓일 수 있다는 것을 의미한다. 금속판의 패키지에서 최외곽 금속판은 상기 리벳들(71)이 패키지를 단단히 죌 때 곧은 측 표면을 형성하기에 충분히 강성이 있도록 하기 위하여 조금 더 두껍게 한다. 축 방향으로 세그먼트 단편(20)의 두께는 극 단편(50)의 해당하는 두께보다 조금 더 크다.

극 단편(50)은 또한 다수의 얇은 전기 강판들로 이루어진다. 극 단편(50)에서의 전기 강판들은 축 방향으로 전기 강판의 패키지를 통해 연장되는 리벳들(73)에 의해 함께 가압된다. 전기 강판들의 패키지에서 최외곽의 전기 강판은 상기 리벳들(73)이 패키지를 단단히 죌 때 곧은 측 표면을 형성하기에 충분히 강성이 있게 하기 위하여 조금 더 두껍게 한다.

제1 축 방향 공기 채널(A1)이 두 개의 원주 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 하부들(23b, 24b), 로터 프레임(10)의 외면(10a) 및 극 단편(50)의 제1 모서리(51)에 의해 제한된 공간에 형성된다. 제1 축 방향 공기채널(A1)은 극 배열부(200) 전체를 통하여 축 방향(A-A)으로 연장된다.

제1 방사상 공기 덕트(R1)가 두 개의 축 방향으로 인접한 극 단편(50) 사이에 형성된다. 이것은 세그먼트 단편들(20)이 극 단편(50)에 비하여 축 방향(A-A)으로 조금더 두껍다는 사실에 기인한다. 제1 방사 방향 공기 덕트(R1)는 극 단편(50)의 제2 모서리(52)에서 제1 축 방향 공기 채널(A1) 안으로 연장된다. 제1 방사 방향 공기 덕트(R1)는 영구자석 단편(41, 42)의 축 방향으로 인접한 측 표면들 사이에서 또한 연장된다.

제2 축 방향 공기 채널(A2)은 각각의 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편(20)을 통해 축 방향(A-A)으로 연장된다. 제2 축 방향 공기 채널(A2)은, 예를 들면, 세그먼트 단편(20)을 형성하는 각각의 전기 금속 박판의 중간부 안으로 예정된 단면적을 갖는 개구를 천공함으로써 형성할 수 있다. 제2 축 방향 공기 채널(A2)은 따라서 극 배열부(200) 전체를 통해서 축 방향(A-A)으로 연장될 것이다.

제2 방사상 공기 덕트(R2)는 두 개의 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20) 사이에 형성된다. 세그먼트 단편들(20)에서 최외곽의 금속판들은 제2 방사방향 공기 덕트(R2)가 두 개의 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20) 사이에 형성되도록 구성되었다. 제2 방사 방향 공기 덕트(R2)는 세그먼트 단편(20)의 제2 모서리(22)에서부터 제2 축 방향 공기 채널(A2) 안으로 연장된다.

제1 축 방향 공기 채널(A1) 및 제2 축 방향 공기 채널(A2)의 방사 방향 단면의 면적은 세그먼트 단편(20)의 방사 방향 단면적의 약 20% 내지 35% 정도일 것이다. 축방향(A-A)에서의 방사 방향 공기 덕트들(R1, R2)의 폭은 축 방향(A-A)에서의 세그먼트 단편(20)의 폭의 약 10% 내지 20% 정도일 것이다.

도 1에서 로터 프레임은 소위 H-형 로터 프레임이다. 본 발명에 따른 극 배열구조는 세그먼트 단편들과 극 단편이 고정될 수 있는 실린더형 표면을 갖는 어떤 로터 프레임에서도 사용될 수 있다. 파티션 벽(9)에서의 로터 프레임(10) 상에 배치된 극 단편(50) 및 세그먼트 단편들(20)의 링은 로터 프레임(10) 내부에 위치한 너트들(32, 62)에 의해 로터 프레임(10)에 고정될 수는 없다. 세그먼트 단편들(20)에는 그 세그먼트 단편(20)의 제2 표면(22)으로부터 세그먼트 단편의 내부에 있는 시트로 연장되는 하나의 구멍과, 그리고 상기 시트로부터 세그먼트 단편(20)의 제1 표면(21)으로 연장되는 더 작은 구멍이 제공될 수 있다. 세그먼트 단편(20)은 파티션 벽(9)에 있는 나사산 안으로 상기한 더 작은 구멍 속에서 연장되는 제1 볼트(30)에 의해 고정될 수 있다. 제1 볼트(30)는 세그먼트 단편(20)의 제2 표면(22)에서부터 더 큰 구멍을 통해서 시트로 연장되는 부싱(bushing)과 상기 시트 상의 제1 볼트(30)의 너트에 의해 단단하게 고정될 수 있다. 상기한 링에 있는 극 단편(50)은 상응하는 방식으로 고정될 수 있다. 세그먼트 단편(20)의 외면(22) 및 극 단편(50)의 외면으로 연장되는 이들 구멍들은 상기한 세그먼트 단편(20)과 극 단편(50)의 자기 용량을 어느 정도 감소시킬 것이다. 이것은 다른 링들에서는 이러한 고정 배열을 사용하지 않는 것에 대한 이유이다.

극 단편(50)의 제2 모서리(52)에서의 영구자석들(41, 42)의 상단부 면들은 로터와 고정자(100) 사이의 공기 갭(G)에서 공기에 자유롭게 대면하고 있다. 극 단편(50)의 제1 모서리(51)에서의 영구자석들(41, 42)의 하단부 면들은 제1 축 방향 공기 채널(A1)에서 공기에 자유롭게 대면하고 있다. 두 개의 원주 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 하부들(23b, 24b)은 영구자석들(41, 42)의 하부 면들 아래의 공기 공간을 증가시키기 위하여 영구자석들(41, 42)의 하단부 면들 아래에 공동들을 구비한다. 이러한 배열은 상기 단부 면들에서의 누설 플럭스를 최소화할 것이다. 영구자석들(41, 42)의 하단부 면들에서 공기를 제외하고는 어떤 자기 물질도 없다는 사실은 영구자석들(41, 42)의 하단부 면들에서의 누설 플럭스를 상당히 감소시킬 것이다. 누설 플럭스는 공기 간격을 가로질러 고정자 권선에 연결되지 않는 그러한 자기 플럭스이며, 이것은 어떤 유용한 자장도 제공하지 않는다. 영구자석들(41, 42)과 자기 극 단편(50)의 배열은 전기 기계에서 공간을 활용함에 있어 유리하다. 전기 기계의 중량이나 체적을 변경시키지 않고도 기계에서의 동일한 방사 방향 공간을 활용함으로써 공기 갭에 생성되는 더 높은 강도의 자기장이 존재하는 것이다.

도 4는 전기 기계에 있어서의 제1 냉각 배열구조의 축 방향 단면도를 도시한다. 냉각용 공기(L1)는 고정자(100)의 외면에 부착된 환기 하우징(300)으로부터 로터(200)의 양 단부들을 향해 안내된다. 냉각용 공기(L1)는 로터(100)에서의 축 방향 공기 채널들(A1, A2) 안으로 통과하여 로터(100)의 중간부를 향해 지나간다. 제1 채널(A1) 및 제2 채널(A2)의 축 방향 공기 채널들 안으로 침투하는 공기의 일부는 또한 로터(100)에서의 제1 및 제2의 방사 방향 공기 덕트들(R1, R2) 내부로 들어갈 것이다. 로터(200)에서 방사 방향 공기 덕트들(R1, R2) 내부로 통과하는 공기는 로터(200)와 고정자(100) 사이의 공기 갭(G)을 더 가로질러서 고정자(100)에서의 상응하는 방사 방향 공기 덕트들(R10) 내부를 통과할 것이다. 고정자에서의 방사 방향 공기 덕트들(R10)은 고정자 공동(110) 안으로 개방되고, 상기 고정자 공동(110)은 환기 하우징(300)의 중간부 안으로 개방된다. 냉각용 파이프들(310)은 환기 하우징(300)을 가로질러 통과한다. 냉각용 액체 또는 냉각용 공기(L30)는 냉각 파이프(310)를 통해 안내된다. 고정자로부터 환기 하우징(300)의 중간부로 다시 통과하는 복귀 공기(L10)는 환기 하우징(300)에서의 파티션 벽들(320) 사이의 냉각 파이프들(310)을 가로질러 더 나아가서 환기 하우징(300)의 외면 쪽으로 통과할 것이다. 로터(200)와 고정자(100)에서 가열되었던 복귀 공기(L10)는 냉각 덕트(310)를 가로질러 통과할 때 냉각될 것이다. 복귀 공기(L10)의 방향은 그 복귀 공기(L10)가 다시 한번 냉각 파이프들(310)을 가로질러 흘러가서 거기서 그 공기가 더한층 냉각되도록 환기 하우징(300)의 외면에서 변화된다. 그리하여 상기한 냉각된 공기(L1)는 로터(200)의 단부들을 향해 모터 안으로 다시 안내된다. 따라서, 환기 하우징(300)과 전기 기계 간에는 하나의 폐쇄형 냉각 공기 순환시스템이 존재한다. 이러한 냉각용 공기 배열은 전기 기계의 대칭형 냉각구조를 형성한다.

상기 로터 프레임(10) 상의 극 배열부(200)는 그 로터 프레임(10)이 회전할 때 압력을 생성한다. 방사 방향 공기 덕트들(R1, R2)은 방사 방향 팬에서의 날개들과 같은 원리에 따라서 작동한다. 환기 하우징(300)의 중간부 또는 환기 하우징(300)의 단부들에도 또한 그러한 팬들이 장착될 수 있다.

도 5는 전기 기계에 있어서의 제2 냉각 배열구조의 축 방향 단면을 도시한다. 환기 하우징(300)에서의 배열은 도 4에 도시된 것과는 상이하다. 고정자 하우징(110)으로부터 환기 하우징(300)의 중간부 안으로 통과하는 복귀 공기(L10)는 열 변환기(330a, 330b)를 통해 환기 하우징(300)의 어느 한쪽 단부로 통과할 것이다. 복귀 공기(L10)는 환기 하우징(300)의 각 단부에 배치된 방사 방향 팬들(340a, 340b)에 의해 열교환기들(330a, 330b)을 통해서 흡인된다. 방사 방향 팬들(340a, 340b)은 냉각된 공기(L1)를 로터(200)의 단부들을 향해 전기 기계 내부로 다시 불어넣는다. 각각의 방사 방향 팬(340a, 340b)은 모터, 바람직하게는 전기 모터(350a, 350b)에 의해 구동된다. 이러한 냉각 공기의 배열구조는 또한 전기 기계의 대칭형 냉각을 형성한다.

본 발명에 따른 극 배열구조는 중간 크기의 다소 저속 회전형의 전기 기계에 대해 특히 적합하다. 회전속도는, 예를 들면, 400rpm 정도일 수 있다. 로터 프레임의 직경은 1m 정도 또는 그 이상일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 극 배열구조는 로터 샤프트(8)의 일단 또는 양단부에 팬이 장착될 수 있는 경우에 더 빠른 회전의 전기 기계에서도 또한 사용될 수 있다. 따라서 상기한 팬은 환기 하우징(300)으로부터 로터에 있는 축 방향 공기 채널들(A1, A2)로 냉각용 공기를 불어넣을 것이다.

본 발명은 전술한 예들에만 한정되지는 않으며, 후술하는 특허청구범위의 범위 내에서 변경이 가능할 것이다.

Claims

실린더형 고정자(100); 외면(10a)과 축 방향(A-A)을 갖는, 상기 고정자(100) 내의 실린더형 회전 로터 프레임(10); 및 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a) 상에 배치된 극 배열부(200)를 포함하는 전기 기계로서, 상기 극 배열부(200)는, 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에 원주 방향으로 배치된 다수의 세그먼트 단편들(20)과, 로터 프레임(10)의 외면 주위에 원주 방향으로 배치되고 또한 상기 세그먼트 단편들(20)과 교호적으로 배치된 다수의 극 단편(50)과, 상기 세그먼트 단편들(20)과 상기 극 단편(50) 사이에 배치된 영구자석 단편(41, 42)을 포함하고, 상기 세그먼트 단편들(20), 상기 영구자석 단편(41, 42), 및 상기 극 단편(50)은 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a) 주위에 연속적인 링을 형성하고, 상기 전기 기계는 상기한 축 방향(A-A)으로 서로 뒤를 이어서 다수의 상기한 링들을 포함하는 전기 기계에 있어서,
- 각각의 세그먼트 단편(20)은, 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a)에 대해 설치된 제1 내측 모서리(21), 상기 고정자(100)를 향해 마주하는 제2의 반대쪽 외측 모서리(22), 및 상기 제1 내측 모서리(21)와 제2 외측 모서리(22) 사이의 측면 모서리들(23, 24)을 포함하고, 상기 측면 모서리들(23, 24)은 상기 영구자석 단편(41, 42)을 수용하는 경사부(23a, 24a)를 상기 제2 외측 모서리(22)에서 포함하며, 각각의 세그먼트 단편(20)은 제1 볼트(30)에 의해 상기 로터 프레임(10)에 고정되며;
- 각각의 극 단편(50)은, 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a)을 향해 대면하는 제1 내측 모서리(51), 상기 고정자(100)와 대면하는 제2 외측 모서리(52), 및 상기 제1 내측 모서리(51)와 제2 외측 모서리(52) 사이의 경사진 측면 모서리(53, 54)를 포함하고, 각각의 극 단편(50)은 제2 볼트(60)에 의해 상기 로터 프레임(10)에 고정되며, 이에 의해서 상기 영구자석 단편(41, 42)은 상기 제2 볼트(60)가 조여질 때 상기 극 단편(50)의 경사진 측면 모서리(53, 54)와 상기 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 경사부(23a, 24a) 사이에서 가압되며;
- 적어도 하나의 축 방향 공기 채널(A1, A2)은 상기 링들을 통과하고, 적어도 하나의 방사 방향 공기 덕트(R1, R2)는 상기 링들 사이를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제1항에 있어서,
상기 세그먼트 단편(20)의 측면들(23, 24)의 상기 경사부(23a,24a)는 V자 형태를 형성함으로써 그 V자 형태의 정상부는 상기 고정자(100)를 향해 마주하고, 반면에 상기 극 단편(50)의 상기 경사진 측면들(53,54)은 V자 형태를 형성함으로써 그 V자 형태의 정상부는 로터 프레임(10)을 향해 마주하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 극 배열부(200)는 두 개의 원주 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20)의 측면 모서리들(23, 24)의 하부(23b, 24b), 상기 로터 프레임(10)의 외면(10a), 및 상기 극 단편(50)의 제1 모서리(51)에 의해 한정되는 한 공간에 형성된 제1 축 방향 공기 채널(A1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제3항에 있어서,
상기 극 배열부(200)는 두 개의 원주 방향으로 인접한 극 단편(50) 사이의 공간에 형성된 제1 방사 방향 공기 덕트(R1)를 포함하고, 상기 제1 방사 방향 공기 덕트(R1)는 상기 극 단편(50)의 제2 모서리(52)로부터 상기 제1 축 방향 공기 채널(A1) 내부로 연장되며, 상기 제1 방사 방향 공기 덕트(R1)는 축 방향의 세그먼트 단편(20)의 폭이 극 단편(50)의 상응하는 폭보다 더 크다는 사실에 기인하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 극 배열부(200)는 각각의 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편(20)을 통해 축 방향(A-A)으로 연장되는 제2 축 방향 공기 채널(A2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
제5항에 있어서,
상기 극 배열부(200)는 두 개의 축 방향으로 인접한 세그먼트 단편들(20)의 외측 측면들 사이에 형성된 제2 방사 방향 공기 덕트(R2)를 포함하고, 상기 제2 방사 방향 공기 덕트(R2)는 세그먼트 단편(20)의 제2 모서리(22)로부터 제2 축 방향 공기 채널(A2) 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.