KR100706193B1 - 모터 고정자용 인슐레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 고정자용 인슐레이터에 관한 것으로서, 토크리플을 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감하도록, 코일이 삽입되는 개슬롯들이 경사진 구조를 가지는 모터 고정자 양쪽에 각각 결합되어, 상기 개슬롯에 삽입된 단부들이 서로 결합되도록 함으로써, 상기 개슬롯을 일체적으로 절연할 수 있고, 또한 상기 토크리플을 저감하기 위한 목적을 달성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 모터 고정자용 인슐레이터는, 소정의 각도로 경사진 구조로 형성된 개슬롯(Open Slot, 15)들을 구비하는 고정자(10)의 양단에 각각 결합되어, 상기 고정자에 삽입된 부분이 서로 결합됨으로써, 상기 개슬롯들을 일체적으로 절연하도록 이루어지며, 상기 고정자에 삽입되는 것을 제한하는 스토퍼 링(Stopper Ring, 110)과; 상기 스토퍼 링의 일측면에 상기 고정자의 개슬롯과 대응하여 경사진 구조로 형성되고, 상기 개슬롯에 삽입되어 상기 개슬롯을 절연하는 다수의 절연권선부(120);를 구비한다.

모터, 전동기, 고정자, 스테이터, 슬롯, 권선, 코일, 절연, 인슐레이터

Description

모터 고정자용 인슐레이터 {INSULATOR FOR MOTOR STATOR}

도 1은 종래 인슐레이터가 모터 고정자에 결합되는 구조를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터를 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터를 나타내는 정면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터의 다른 예를 나타내는 정면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터의 또 다른 예를 나타내는 정면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 인슐레이터들이 모터 고정자에 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고정자, 15 : 개슬롯(Open Slot),

100 : 인슐레이터(Insulator), 110 : 스토퍼 링(Stopper Ring),

120 : 절연권선부, 121 : 삽입홈,

122 : 돌출부, 130 : 내측 칼라,

140 : 외측 칼라.

본 발명은 모터 고정자용 인슐레이터에 관한 것으로서, 특히 토크리플(Torque Ripple)을 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감하도록, 코일이 권선되는 개슬롯(Open Slot)들이 경사진 구조(Skew 구조)를 가지는 모터 고정자 양쪽에 각각 결합되어, 상기 개슬롯에 삽입된 단부들이 서로 결합되도록 함으로써, 상기 개슬롯을 일체적으로 절연할 수 있고, 또한 상기 토크리플을 저감하기 위한 목적을 달성할 수 있는 모터 고정자용 인슐레이터에 관한 것이다.

비엘디씨 모터(Brushless DC Motor)는 브러시와 정류자가 없이 전자적인 정류기구를 설치한 직류모터로서, 기계적인 노이즈뿐만 아니라 전기적인 노이즈도 발생하지 않는 장점을 가지고 있고, 넓은 가변속범위에 걸쳐 효율이 높으므로, 냉장고, 공조용 압축기, 세탁기 등 각종 장치의 가변속 운전을 구현하기 위하여 현재 가장 많이 사용되고 있다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 비엘디씨 모터의 고정자(Stator, 10)는 코일에 전류를 흘려 회전 자계를 형성하는 전기자를 구성하는 것으로서, 내부에 방사상으로 배열되는 다수의 개슬롯(Open Slot, 11)을 구비하고 있고, 상기 개슬롯(11) 사이의 슬롯 티스(Slot Teeth, 12)에 의해 고정자(10)의 중앙에는 로터(미도 시)가 회전가능하게 삽입되는 중공(13)이 형성된다. 상기 로터로는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. 코일은 상기 개슬롯(11)들에 걸쳐 소정의 피치로 권선되는데, 고정자(10)가 다수의 규소강판이 적층되어 형성되는 관계로, 상기 코일이 개슬롯(11)의 내주면에 접촉하지 않도록 고정자(10)를 절연시켜야 한다.

고정자를 절연시키는 기술로서, 개슬롯과 대응하는 구조로 형성된 절연지를 개슬롯에 삽입하는 것이 일반적이지만, 이러한 경우, 코일 권선시의 절연지 이탈 문제 등 조립작업이 번거롭고, 생산성이 떨어지기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같은 인슐레이터(20)가 제안되었다.

상기 인슐레이터(20)는, 고정자(10)의 양쪽에 각각 결합되어, 상기 고정자(10)에 삽입된 부분이 서로 결합됨으로써, 고정자(10)의 절연구조를 일체화시킬 수 있도록 이루어진 것으로서, 합성수지로 성형된다. 이 인슐레이터(20)는, 고정자(10)에 삽입되는 것을 제한하는 스토퍼 링(Stopper Ring, 21)과, 상기 스토퍼 링(21)의 일측면에 고정자(10)의 개슬롯(11)과 대응하는 구조로 형성되고, 상기 개슬롯(11)에 삽입되어 상기 개슬롯(11)을 절연하는 다수의 절연권선부(22)와, 그리고 고정자(10)에 코일을 권선하는 경우에 상기 인슐레이터(20) 외부로 돌출되는 코일 부분의 위치를 잡아주도록, 상기 스토퍼 링(21)의 타측면에 형성되는 다수의 내측 칼라(Collar, 25) 및 다수의 외측 칼라(26)를 포함하여 이루어진다.

예컨대, 상기 고정자(10)의 일측에 결합되는 인슐레이터(20)의 절연권선부(22)의 끝단부 내주면에 삽입홈(23)을 형성하고, 상기 고정자(10)의 타측에 결합되는 인슐레이터(20)의 절연권선부(22)의 끝단부를 상기 삽입홈(23)에 삽입될 수 있 도록 돌출부(24)로 형성하면, 고정자(10)의 양쪽에 결합되는 인슐레이터(20)들의 서로 대응하는 절연권선부(22)들이 개슬롯(11) 내부에서 서로 결합될 수 있다.

그런데, 상기한 바와 같이 구성된 인슐레이터(20)의 경우, 절연권선부(22)들이 스토퍼 링(21)의 중심축과 나란하게 형성되어 있기 때문에, 개슬롯(11)이 고정자(10)의 축방향과 나란하게 형성된 고정자(10)에만 적용할 수 있는 문제점이 있다.

일반적으로, 모터의 소형, 경량화 및 고성능화를 위해 제어기술의 발전, 고 에너지 영구자석의 개발 및 전기자 권선방법의 개선 등 많은 기술들이 제안되고 있으나, 영구자석과 개슬롯의 개구 폭의 존재로 인하여 코깅 토크(Cogging Torque)가 존재한다. 특히, 모터의 출력밀도를 높이기 위하여 고 에너지 영구자석을 사용하거나, 공극 자속 밀도를 극대화하는 경우에는 코깅 토크의 영향이 더 증가한다. 이러한 코깅 토크는 영구자석에 의한 기자력의 고조파와 개슬롯의 존재로 인하여 발생하는 공극 퍼미언스 고조파의 상호작용에 의해 발생하는데, 토크가 맥동하여 속도 리플(Ripple)과 진동이 발생하게 되어 모터의 성능을 저하시키는 결과를 낳게 된다.

이와 같은 코깅 토크를 저감하는 방법으로, 개슬롯을 경사지게 형성하는 방법, 보조 슬롯을 사용하는 방법, 개슬롯의 개구폭을 최소화시키는 방법 등을 들 수 있다.

이것들 중에서, 가장 일반적으로 채용되는 방법이, 스큐를 사용하는 방법, 즉 개슬롯을 경사지게 형성하는 방법이다. 이러한 기술로 대표적인 것이 한국 등록 특허 제257820호에 개시되어 있는데, 이 기술에서는, 선행기술의 모터에서는, 로터의 자석편들에 대하여 반대 방향으로 고정자의 개슬롯이 스큐된 것이 예시되어 있다. 스큐각은 고정자와 개슬롯의 폭에 따라 다양하게 설계될 수 있다.

그런데, 도 1에 도시된 바와 같은 인슐레이터(20)의 경우, 절연권선부(22)들이 스토퍼 링(21)의 중심축과 나란하게 형성되어 있기 때문에, 스큐 기술이 적용된 고정자에는 적용할 수 없고, 이에 따라 스큐 기술이 적용된 고정자를 절연할 경우에는, 대부분 일반적인 절연방법과 마찬가지로 경사진 개슬롯에 각각 절연지 등을 삽입하여 절연하는 방법을 적용할 수밖에 없는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 토크리플을 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감하도록, 코일이 삽입되는 개슬롯들이 경사진 구조를 가지는 모터 고정자 양쪽에 각각 결합되어, 상기 개슬롯에 삽입된 단부들이 서로 결합되도록 함으로써, 상기 개슬롯을 일체적으로 절연할 수 있고, 또한 상기 토크리플을 저감하기 위한 목적을 달성할 수 있는 모터 고정자용 인슐레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정의 각도로 경사진 구조로 형성된 개슬롯들을 구비하는 고정자의 양단에 각각 결합되어, 상기 고정자에 삽입된 부분이 서로 결합됨으로써, 상기 개슬롯들을 일체적으로 절연하는 모터 고정자용 인슐레이터로서: 상기 고정자에 삽입되는 것을 제한하는 스토퍼 링과; 상기 스토퍼 링의 일측면에 고정자의 개슬롯과 대응하여 경사진 구조로 형성되고, 상기 개슬롯에 삽입되어 상기 개슬롯을 절연하는 다수의 절연권선부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 스토퍼 링중 상기 절연권선부들이 형성된 면과는 반대쪽 면에, 상기 고정자에 코일을 권선하는 경우에 상기 고정자 및 인슐레이터 외부로 돌출되는 코일 부분의 위치를 잡아주는 다수의 내측 칼라 및 다수의 외측 칼라가 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연권선부들의 끝단부들에는 교대로 서로 대응하는 삽입홈 및 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 고정자의 일단에 결합되는 인슐레이터의 각 절연권선부의 끝단부에는 삽입홈이 형성되고, 상기 고정자의 타단에 결합되는 인슐레이터의 각 절연권선부의 끝단부에는 상기 삽입홈에 삽입되어 결합되는 돌출부가 형성될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2에는, 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터(100)는, 토크리플을 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감하도록, 코일이 권선되는 개슬롯(15)(도 6 참조)들이 경사진 구조(Skew 구조)로 형성된 모터 고정자(10)(도 6 참조) 양쪽에 각각 결합되어, 상기 개슬롯(15)들에 삽입된 단부들이 서로 결합되도록 함으로써, 상기 개슬롯(15)을 일체적으로 절연하도록 이루어지는 것으로서, 합성수지로 이루어지며, 스토퍼 링(110)과, 절연권선부(120)를 구비한다.

상기 스토퍼 링(110)은 고정자(10)의 중공(13)(도 1 참조)과 대응하는 중공(111)을 가진 것으로서, 인슐레이터(100)를 고정자(10)의 끝단에 결합할 때, 고정자(10)의 끝단에 접촉함으로써, 인슐레이터(100)가 더 이상 고정자(10)에 삽입되지 않도록 제한하는 기능을 하게 된다.

상기 절연권선부(120)는, 상기 스토퍼 링(110)의 일측면에 고정자(10)의 개슬롯(15)과 대응하여 경사진 구조로 형성되는 것으로서, 상기 개슬롯(15)에 삽입되어 상기 개슬롯(15)을 절연하게 된다. 상기 절연권선부(120)의 경사각은 고정자(10)와 개슬롯(15)의 폭에 따라 다양하게 적용될 수 있는데, 예컨대 13°가 적용될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연권선부(120)들의 끝단부들에는 교대로 서로 대응하는 삽입홈(121) 및 돌출부(122)가 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 절연권선부(120)의 끝단부 내주면의 직경을 다른 부분보다 확대시켜 삽입홈(121)을 형성할 수 있다. 또한, 이것과 대응하여, 상기 삽입홈(121)이 형성된 절연권선부(120)와 이웃하는 절연권선부(120)의 끝단부 외주면의 직경을 축소시킴으로써, 상기 삽입홈(121)에 삽입되어 결합될 수 있는 돌출부(122)가 형성될 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 인슐레이터(100, 100)를 고정자 (10)의 양쪽에 결합할 때, 삽입홈(121)이 형성된 절연권선부(120)와 돌출부(122)가 형성된 절연권선부(120)가 서로 대응하도록 2개의 인슐레이터(100)를 고정자(10)의 양쪽에 배치하여 결합하면, 당해 개슬롯(15) 내에서 일측 인슐레이터(100)의 절연권선부(120)에 형성된 삽입홈(121)에 타측 인슐레이터(100)의 절연권선부(120)에 형성된 돌출부(122)가 삽입되어 결합될 수 있으므로, 2개의 인슐레이터(100, 100)에 의하여 고정자(10)가 일체적으로 절연될 수 있다.

한편, 고정자(10)의 양단에 본 발명의 인슐레이터(100)가 각각 결합된다는 점을 고려하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정자(10)의 일단에 결합되는 인슐레이터(100)의 각 절연권선부(120)의 끝단부에는 삽입홈(121)이 형성되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고정자(10)의 타단에 결합되는 인슐레이터(100)의 각 절연권선부(120)의 끝단부에는 상기 삽입홈(121)에 삽입되어 결합되는 돌출부(122)가 형성될 수 있으며, 그 반대가 되어도 마찬가지이다.

그리고, 상기 스토퍼 링(110)중 상기 절연권선부(120)들이 형성된 면과는 반대쪽 면에는, 상기 고정자(10)에 코일을 권선하는 경우에 상기 고정자(10) 및 인슐레이터(100) 외부로 돌출되는 코일 부분의 위치를 잡아주는 다수의 내측 칼라(130) 및 다수의 외측 칼라(140)가 더 형성될 수 있다. 상기 내측 칼라(130)는 상기 스토퍼 링(110)의 중공 가장자리를 따라 소정의 간격으로 형성되며, 상기 외측 칼라(140)는 상기 스토퍼 링(110)의 외측 가장자리를 따라 형성되는 것이 바람직하다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터의 조립방법과 작용에 대하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 고정자(10)의 일단으로 노출되는 경사진 개슬롯(15)들에 절연권선부(120)들을 끼운 상태에서 고정자(10)의 일단에 스토퍼 링(110)이 접촉할 때까지 인슐레이터(100)를 밀어넣는다.

이 상태에서, 다른 인슐레이터(100)를 고정자(10)의 타단으로 노출되는 경사진 개슬롯(15)들에 절연권선부(120)들을 끼운 상태에서 인슐레이터(100)를 밀어넣으면, 각 개슬롯(15) 내부에서 양쪽 인슐레이터(100)의 당해 절연권선부(120)들의 끝단부들이 서로 결합됨으로써, 양쪽 인슐레이터(100)가 결합될 수 있다. 이 경우에, 나중에 결합하는 인슐레이터(100)의 경우, 그 절연권선부(120)들의 끝단부에 형성된 삽입홈(121) 또는 돌출부(122)가 미리 결합된 인슐레이터(100)의 절연권선부(120)의 끝단부에 형성된 돌출부(122) 또는 삽입홈(121)과 대응하도록 조립하여야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 인슐레이터(100)들이 고정자(10)의 양단에 결합되어, 서로 결합되면, 고정자(10)의 개슬롯(15)들이 전체적으로 절연될 수 있으므로, 고정자(10)의 절연작업이 손쉽게 이루어질 수 있다.

이와 같이, 고정자(10)가 절연된 상태에서, 예컨대 권선기 등을 통하여 모터의 사용 목적에 따라 코일을 권선하면, 코일이 절연권선부(120)의 내부에 배치되어 고정자(10)에 접촉하지 않게 되므로, 코일과 고정자(10)와의 절연이 안정적으로 유지될 수 있다.

상기한 바와 같이 코일을 권선하게 되면, 절연권선부(120)를 통해 코일이 스토퍼 링(110)의 외면 쪽으로 인출되는데, 이 인출되는 코일 부분은 내측 칼라(130) 및 외측 칼라(140)에 의하여 위치가 잡히게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 모터 고정자용 인슐레이터에 의하면, 경사진 개슬롯(15)들을 가진 고정자(10) 양단에 본 발명의 인슐레이터(100)를 각각 끼워 밀어넣기만 하면, 2개의 인슐레이터(100, 100)가 서로 결합되어 상기 개슬롯(15)들을 일체적으로 절연할 수 있으므로, 토크리플을 저감하기 위한 목적을 달성할 수 있고, 또한 절연작업이 용이함에 따라 모터의 조립 생산성과 원가절감을 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 소정의 각도로 경사진 구조로 형성된 개슬롯(Open Slot, 15)들을 구비하는 고정자(10)의 양단에 각각 결합되어, 상기 고정자에 삽입된 부분이 서로 결합됨으로써, 상기 개슬롯들을 일체적으로 절연하는 모터 고정자용 인슐레이터로서:

   상기 고정자에 삽입되는 것을 제한하는 스토퍼 링(Stopper Ring, 110)과;

   상기 스토퍼 링의 일측면에 상기 고정자의 개슬롯과 대응하여 경사진 구조로 형성되고, 상기 개슬롯에 삽입되어 상기 개슬롯을 절연하는 다수의 절연권선부(120);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터 고정자용 인슐레이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼 링(110)중 상기 절연권선부(120)들이 형성된 면과는 반대쪽 면에, 상기 고정자(10)에 코일을 권선하는 경우에 상기 고정자 및 인슐레이터 외부로 돌출되는 코일 부분의 위치를 잡아주는 다수의 내측 칼라(130) 및 다수의 외측 칼라(140)가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 고정자용 인슐레이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 절연권선부(120)들의 끝단부들에는, 교대로 서로 대응하는 삽입홈(121) 및 돌출부(122)가 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 고정자용 인슐레이터.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고정자(10)의 일단에 결합되는 인슐레이터의 각 절연권선부(120)의 끝단부에는 삽입홈(121)이 형성되고, 상기 고정자의 타단에 결합되는 다른 인슐레이터의 각 절연권선부(120)의 끝단부에는 상기 삽입홈에 삽입되어 결합되는 돌출부(122)가 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 고정자용 인슐레이터.

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