KR100925916B1 - 브러쉬리스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러쉬리스 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 브러쉬리스 모터의 출력 밀도 향상에 의해 필요한 출력을 확보하면서 소형화를 실현함으로써, 최종 제품 내에서 모터의 레이아웃을 용이하게 하고, 원가를 절감할 수 있도록 한 브러쉬리스 모터에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 절연 피막을 갖는 평판형태의 도선을 α감기 방법을 이용하여 스테이터 코어에 부착된 보빈에 복수의 단으로 감되, 상기 도선의 양단부가 코일 표면에 노출되도록 스테이터 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터를 제공한다.

브러쉬리스 모터, 스테이터 코일, 평각선

Description

브러쉬리스 모터{Brushless motor}

본 발명은 브러쉬리스 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평각선을 이용한 스테이터 코일 및 버스바를 갖는 브러쉬리스 모터에 관한 것이다.

모터 성능을 나타내는 지표의 하나로서 출력 밀도가 있는데, 출력 밀도의 향상에는 코일 점적률(구리선 단면적/구리선을 수납하는 공간으로 표시되는 수치)의 향상이 중요하다.

통상, 스테이터 코어는 일체 부품으로 구성되고, 각 상의 코일을 코어에 감아 가는 방법이 채용되는데, 코일을 감기 위한 도구 등이 통과할 스페이스를 남겨두어야 하므로 점적률의 향상에는 한계가 있었다.

이를 회피하기 위한 선행 기술의 예로서, 일본 특허공개 제2001-25198호에는 분할된 스테이터 코어에 구리선을 둘러 감음으로써 점적률을 향상시킨 복수의 스테이터 코일을 제조하고, 또한 링 형상으로 배열하여 구성하는 스테이터, 및 스테이 터 코일끼리를 서로 접속하는 복수의 버스바를 별도로 준비해 접속하여 구성하는 구조가 개시되어 있다.

그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 둥근 선(1)을 이용하여 형성하는 코일에서 선끼리의 사이에는 반드시 극간(2)이 생기기 때문에, 점적률 향상에는 역시 한계가 있었다.

또한, 둥근 단면선과 각 단면선의 접속에 있어서, 중간 단자를 배치할 필요가 있기 때문에 부품 개수가 증가하고, 중간 단자가 존재하는 만큼 접속부가 커지기 때문에 주변 공간의 활용효율이 저하되는 구조로 되어 있었다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해, 일본 특허공개 2005-20807에는 평각선(3)을 이용한 α감기 코일을 겹쳐 스테이터 코일을 형성하는 구조가 개시되어 있다.

그러나, 도 2에 도시한 바와 같이 2단의 α감기 코일을 여러 개 이용하는 구조로 되어 있으므로, 하나의 스테이터 코일을 형성하는데 있어 구리선의 접속과 관련된 단말 처리가 번잡해지고 작업성이 악화되어, 양산성이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 브러쉬리스 모터의 출력 밀도 향상에 의해 필요한 출력을 확보하면서 소형화를 실현함으로써, 최종 제품(주로 자동차) 내에서 모터의 레이아웃을 용이하게 하고, 원가를 절감할 수 있도록 한 브러쉬리스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 평판형태의 도선을 이용한 스테이터 코일 및 버스바를 갖는 브러쉬리스 모터에 있어서,

절연 피막을 갖는 평판형태의 도선을 α감기 방법을 이용하여 스테이터 코어에 부착된 보빈에 복수의 단으로 감되, 상기 도선의 양단부가 코일 표면에 노출되도록 스테이터 코일을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 보빈의 제1단에 권취될 도선을 미리 별도의 스톡보빈에 나선형태로 권취한 다음, 상기 나선형태를 유지하면서 도선을 스톡보빈에서 빼내어 스테이터 코어의 보빈으로 삽입하고, 상기 제1단의 권취도선의 안쪽 끝단을 하방향으로 빼내어 제2단의 안쪽면으로부터 다음단으로 감고, 다시 마지막단에서 제2단으로 여러겹으로 권취시 도선을 순차적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 제2단 이후의 단 전환시에 도선끼리가 겹쳐 발생하는 융기의 위치를 모터의 축방향의 면에 배치함으로써, 복수의 코일을 환형 으로 인접 배치하여 스테이터 코일을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 병렬 접속되어 있는 스테이터 코일에 급전하기 위하여 이용되는 버스바는 절연피막을 갖는 평각선인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평각선을 이용한 다수의 버스바를 그 평각선의 절연피복을 활용하여 인접한 상태로 적층 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 버스바에 이용되는 평각선의 일정한 폭을 갖는 평면 부분을 활용하여, 스테이터 코일의 끝단부의 평면 부분과 접촉시켜 버스바와 코일을 접속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보빈에는 버스바를 지지하기 위한 지지부가 일체로 형성되고, 상기 지지부의 단면을 서로 마주 보는 고리형상의 클립구조인 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.

1. α감기를 이용하여 절연피막을 갖는 평각선을 보빈에 감아 스테이터 코일을 형성함으로써, 스테이터 코일의 점적률을 향상시키고 코일 체적을 저감할 수 있으면서, 동시에 코일 저항치도 저감되기 때문에, 통전시의 줄 손실이 저감하여 출력이 향상된다.

2. 대체로 출력 밀도가 향상하기 때문에, 필요한 출력을 보다 소형의 모터로 공급하는 것이 가능해져, 최종 제품(주로 자동차) 내에서의 모터의 레이아웃이 용 이해진다.

3. 코일의 양단부가 코일 표면에 노출되기 때문에, 버스바와의 접속이 용이하게 되어 모터의 제조 공정을 간략화할 수 있고, 소형화에 따른 재료의 삭감 및 모터 제조원가를 절감할 수 있다.

4. 모터의 구성 부품인 버스바의 점유 체적을 삭감할 수 있기 때문에, 모터 전체의 소형화로 이어져, 모터의 출력 밀도를 향상시킬 수 있으므로, 필요한 출력을 보다 소형의 모터로 공급할 수 있게 되어, 최종 제품(주로 자동차) 내에서의 모터의 레이아웃이 용이해진다.

5. 버스바 제조 방법의 간소화 및 구성 부품 갯수의 저감에 의해 모터 제조 원가의 절감이 가능해진다.

6. 부품 개수(구성 요소)의 삭감에 의해 심플한 구성을 실현하며, 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평각선 코일을 이용한 브러쉬리스 모터의 스테이터를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 스테이터 코일의 일부발췌도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 α 감기 코일 권선방법을 설명하기 위한 사시도 및 단면도이다.

본 발명에서는 도선을 도 5a에 도시한 바와 같이 나선형태로 감는 "α감기" 라는 권선 방법을 응용하여 스테이터 코일(10)을 형성한다.

스테이터 코일(10)을 제1단과 그 이후의 단으로 분할하여 생각한다. 먼저 제1단에 감는 도선을 미리 별도의 스톡 보빈에 감아 보존한 상태에서, 제2단 이후의 도선을 도 5b에 나타내는 바와 같은 순서로 스테이터 코어(13)의 보빈(12)에 감아 형성한다. 그 후, 스톡 보빈에 저장해 둔 도선을 이용하여 제1단을 둘러 감음으로써, 극간 없이 권선을 감으면서 도선의 양단을 코일 표면에 노출시킴으로써, 버스바(도 5b에는 도시하지 않음, 도 7 및 도 8의 도면부호 11임)에 용이하게 접속하는 것이 가능하게 된다.
이때, 상기 보빈(12)의 제1단에 권취될 도선을 미리 별도의 스톡 보빈에 나선형태로 권취한 다음, 상기 나선형태를 유지하면서 도선을 스톡 보빈에서 빼내어 스테이터 코어의 보빈으로 삽입하고, 상기 제1단의 권취 도선의 안쪽 끝단을 하방향으로 빼내어 제2단의 안쪽면으로부터 다음 단으로 감고, 다시 마지막 단에서 제2단으로 여러 겹으로 권취시 도선을 순차적으로 증가시킨다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 코일배치방법을 나타내는 사시도 및 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 버스바의 형성 및 배치방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 상기 α감기 방법을 이용한 경우에, 도 6과 같이 제2단 이후의 단 전환시에 도선끼리가 겹쳐 발생하는 융기(14)의 위치를 모터의 축방향의 면에 배치함으로써 복수 코일을 환형으로 인접 배치 가능하게 하여, 스테이터 코일(10)을 형성한다.

보다 상세하게 설명하면, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 융기(14)가 "단 전환"시에 발생하는 이유는 깔끔하게 나란히 서는 평각선을 다음 단을 향해서 경사지게 이어지도록 할 필요가 있기 때문이다.

또한, 1열만 나란히 놓는 것이라면 "융기(14)"가 생길 필요가 없지만 이번에는 마지막 단까지 전환이 끝난 시점에서 온 방향으로 되돌아가 복수열을 형성할 필요가 있으므로, 경사진 평각선이 서로 겹침으로써 평각선이 서서히 외측으로 돌출 되어 팽창하게 되는 부분이 발생하게 된다.

이 융기(14)(단 전환면)를 코일이 나란히 서서 인접하는 면에 배치해 버리면 코일을 깔끔하게 나란히 놓을 수가 없게 되므로, 융기(14)가 발생하는 면을 "축방향 면(도 6b의 우측면)"에 배치함으로써 코일을 깔끔하게 밀접하게 놓는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 소재 상태로 절연 피막을 갖는 평각선을 버스바(11)로 이용한다.

종래의 버스바는 터프피치 구리 등의 쌓여 있지 않은 구리재(裸銅材)를 성형하여 형성하고 있었기 때문에, 각 상(相)간의 절연 효과를 얻기 위하여 성형 후에 절연 피막을 형성하거나, 다른 상의 버스바와 간격을 두고 배치한 복수의 버스바를 절연성 재료로 인서트 성형하는 등의 필요가 있어, 그 제조 공정은 복잡한 것이었다.

그러나, 본 발명은 평각선을 이용함으로써, 소재가 갖는 절연 피막을 활용하여 제조 공정의 간편화가 가능하게 된다.

상기 각 버스바(11)는 도 7과 같이, 모터축 방향으로 돌출하도록 성형하여 스테이터 코일(10)과의 접속부를 형성하면서, 절연 피막을 활용하여 다른 상(相)용 버스바(11)와 인접시켜 배치된다.

이 구조에 의해, 버스바(11)의 점유 체적을 축소하는 것이 가능하게 된다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이터 코일과 버스바의 접속방법을 나타내는 도면이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 버스바 지지구조를 설명하기 위한 버스바의 삽입 전후를 나타내는 단면도이다.

상기 버스바(11)를 스테이터 코일(10)과 동일한 평각선으로 형성함으로써, 도 8과 같이 그 접속에 있어서 평면부끼리로 접촉시키는 것이 가능하게 되어, 중간 단자(일본 특허공개 제2007-14083호, 도 1의 부품 18）등의 부재를 생략 가능하게 할 수 있다.

본 발명에서는 버스바(11)의 고정에 체결재나 접착재 등을 이용하지 않고, 스테이터 코일(10)의 절연재인 보빈(12)의 일부를 이용하여 버스바(11) 지지 구조를 형성한다(도 7).

버스바(11) 지지 구조는 1쌍의 고리가 1상(相)분의 버스바(11)의 두께보다도 약간 좁은 극간을 가지고 마주 보며, 그 안쪽에 3상분의 버스바(11)를 배치 가능한 공극을 갖도록 형성된다(도 9a, 9b).

그 때문에, 1상분의 버스바(11)를 고리의 극간에 삽입하는 것은 용이하지만, 모든 상의 버스바(11)가 삽입되면 극간이 없어져 용이하게 분리할 수 없게 된다.

각 상의 버스바(11)가 인접하여 배치되는 것을 이용하여 조립을 용이하게 하고, 또한 확실하게 고정할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래의 둥근선을 이용한 스테이터 코일을 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 α 감기 코일 권선방법을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평각선 코일을 이용한 브러쉬리스 모터의 스테이터를 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 3의 스테이터 코일의 일부발췌도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 α 감기 코일 권선방법을 설명하기 위한 사시도 및 단면도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 코일배치방법을 나타내는 사시도 및 평면도이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 버스바의 형성 및 배치방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이터 코일과 버스바의 접속방법을 나타내는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 버스바 지지구조를 설명하기 위한 버스바의 삽입 전후를 나타내는 단면도이다.

삭제

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스테이터 코일 11 : 버스바

12 : 보빈 13 : 스테이터 코어

14 : 융기

Claims (7)

1. 평판형태의 도선을 이용한 스테이터 코일 및 버스바를 갖는 브러쉬리스 모터에 있어서,

   절연 피막을 갖는 평판형태의 도선을 나선형태로 감는 방법인 α감기 방법을 이용하여 스테이터 코어에 부착된 보빈에 복수의 단으로 감되, 상기 도선의 양단부가 코일 표면에 노출되도록 스테이터 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보빈의 제1단에 권취될 도선을 미리 별도의 스톡보빈에 나선형태로 권취한 다음, 상기 나선형태를 유지하면서 도선을 스톡보빈에서 빼내어 스테이터 코어의 보빈으로 삽입하고, 상기 제1단의 권취도선의 안쪽 끝단을 하방향으로 빼내어 제2단의 안쪽면으로부터 다음단으로 감고, 다시 마지막단에서 제2단으로 여러겹으로 권취시 도선을 순차적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제2단 이후의 단 전환시에 도선끼리가 겹쳐 발생하는 융기의 위치를 모터의 축방향의 면에 배치함으로써, 복수의 코일을 환형으로 인접 배치하여 스테이터 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
4. 청구항 3에 있어서,

   병렬 접속되어 있는 스테이터 코일에 급전하기 위하여 이용되는 버스바는 절연피막을 갖는 평각선인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 평각선을 이용한 다수의 버스바를 그 평각선의 절연피복을 활용하여 인접한 상태로 적층 배치하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 버스바에 이용되는 평각선의 일정한 폭을 갖는 평면 부분을 활용하여, 스테이터 코일의 끝단부의 평면 부분과 접촉시켜 버스바와 코일을 접속하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.
7. 청구항 4에 있어서,

   상기 보빈에는 버스바를 지지하기 위한 지지부가 일체로 형성되고, 상기 지지부의 단면을 서로 마주 보는 고리형상의 클립구조인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터.

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