KR101074939B1 - 매그메이트를 갖는 권선 프레임 및 이를 포함하는 고정자 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고정자 코어는, 양단에 결합홈(111)과 결합돌기(112)를 갖는 티스(110)를 포함하는 단위코어(11)로 이루어지고 상기 단위코어가 상기 티스(110)의 일측 끝부분의 연결부(12)를 통해 최소한 2개 이상이 연결되어 있는 코어 연속체를 포함하며, 상기 코어 연속체 한 쪽 끝의 결합홈과 다른 한 쪽 끝의 결합돌기를 통해 최소한 2개 이상의 코어 연속체가 연결되어 원형을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

매그메이트를 갖는 권선 프레임 및 이를 포함하는 고정자 코어{Magmate Winding Frame and Stator Core with the Same}

본 발명은 모터에 사용되는 고정자 코어에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 고정자 코어 연속체를 이용하여 제조 공정 및 제조 비용을 절감할 수 있고 나아가 권선 프레임의 구조를 개선함으로써 코일의 정리 및 결선이 보다 용이한 스테이터 코어에 관한 것이다.

일반적으로 에어컨 실외기 등에 사용되는 모터는 고정자와 회전자를 포함하고 있다. 여기서 고정자(stator)는 다수의 티스를 갖는 코어(core)(이하 '고정자 코어(stator core)라' 함)에 코일을 권선하여 회전자가 회전할 수 있도록 자속의 변화를 줄 수 있는 구조를 갖고 있다.

이러한 종래의 고정자 코어는 도 1에 도시된 바와 같이, 강판을 T자 형태로 타발한 것을 적층하여 제작된 분할코어(100)에 절연체이면서 코일이 와인딩되는 권선 프레임(200)을 결합한 다음, 도 2에서와 같이 분할코어(100)의 결합홈(111)과 결합돌기(112)를 인접하는 분할코어의 결합돌기와 결합홈에 결합한다. 분할코어를 연속적으로 결합하면 도 3에 도시된 바와 같이 원형의 고정자 코어가 완성된다. 도 2 및 도 3에는 권선 프레임(200)에 코일(가이드돌기)이 권선된 상태를 도시하고 있다.

이와 같은 종래의 고정자 코어는 개별적인 분할코어에 권선 프레임을 각각 결합한 다음, 인접하는 분할코어를 결합하여 제작되므로 고정자 코어의 제작이 어려워 제작 비용 및 시간이 많이 소요된다.

또한, 종래의 고정자 코어의 경우, 각 권선 프레임에 권선되는 각 코일의 단부를 결선하기 위해 고정자 코어의 윗부분에서 수개의 코일 가닥을 각 상에 일치하도록 찾아서 일일이 결선해야 하므로 결선 작업이 매우 어렵고 복잡하며 결선 후에도 코일 결선이 정리되지 않아 매우 불편하다.

이에 본 발명자들은 고정자 코어를 제작할 때, 분할코어 방식을 사용하지 않고 코어 연속체를 제작하여 이들을 말아서 결합하는 방식을 도입하고, 아울러 권선 프레임도 연속체로 제작하여 코어 연속체와 결합시킴으로써 제조 공정 및 시간을 절감하고 코일 결선으로 인한 상술한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 권선 프레임과 고정자 코어의 구조를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 고정자 코어를 보다 용이하게 제작할 수 있는 구조의 코어 연속체를 포함하는 고정자 코어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 코일의 결선 작업이 쉽고 고정자 코어의 제작 비용 및 시간을 절감할 수 있는 권선 프레임 및 이를 포함하는 고정자 코어를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 아래 설명되는 본 발명에 의하여 용이하게 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 고정자 코어는, 양단에 결합홈(111)과 결합돌기(112)를 갖는 티스(110)를 포함하는 단위코어(11)로 이루어지고 상기 단위코어가 상기 티스(110)의 일측 끝부분의 연결부(12)를 통해 최소한 2개 이상이 연결되어 있는 코어 연속체를 포함하며, 상기 코어 연속체 한 쪽 끝의 결합홈과 다른 한 쪽 끝의 결합돌기를 통해 최소한 2개 이상의 코어 연속체가 연결되어 원형을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 코어 연속체의 상부에는 외주부(21), 권선부(22) 및 내주부(23)로 이루어지는 권선 프레임(20)이 결합될 수 있다. 이 권선 프레임(20)의 외주부(21)에 코일이 상기 권선부(22)로 들어오거나 나가기 위한 코일도입부(212)가 형성되어도 좋다. 또한, 상기 권선 프레임(20)의 외주부(21)에 코일이 다른 코일과 접촉되지 않도록 하기 위한 코일가이드(213), PCB 결합을 안내하는 PCB 가이드돌기(214), PCB 결합돌기(215)를 더 포함하여도 좋다.

본 발명은 상기 권선 프레임이 최소한 하나 이상 연결되어 있는 권선 프레임 연속체를 코어 연속체에 결합하여 제조하는데, 이 권선 프레임 중 최소한 하나 이상의 외주부(21)에 코일 결선을 위한 매그메이트가 형성되어 있어도 좋다.

본 발명에 따른 고정자 코어의 제조 방법은, 전기 강판을 타발하여 최소한 2개 이상의 단위코어가 연결된 형상을 갖는 박형의 코어 연속체를 제조하고;

상기 박형의 코어 연속체를 적층하여 코어 연속체를 제조하고;

상기 코어 연속체에 권선 프레임 연속체를 결합하고; 그리고

상기 코어 연속체를 구부려 반원의 형태를 만드는;

단계에 의하여 제조된 코어 연속체를 한 쌍으로 결합하여 원형의 고정자 코어를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고정자 코어는 다음과 같은 효과를 갖는다.

(1) 종래의 분할코어 방식을 사용하지 않고 코어 연속체를 구부려 결합시킴으로써 타발되어 버려지는 강판의 양을 줄일 수 있다.

(2) 코어 연속체에 권선 프레임 연속체를 결합시킬 수 있어 고정자 코어의 제작이 신속 및 용이해진다.

(3) 권선 프레임에 메그메이트를 도입하여 코일의 결선 및 정리가 쉽다.

(4) 권선 프레임에 PCB를 결합하기 때문에 결합이 쉽고 견고해진다.

상술한 효과 및 본 발명에 내재된 효과는 아래 설명되는 본 발명에 의하여 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 이해될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 아래에 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 고정자 코어에 사용되는 코어 연속체(10)를 나타낸 평면도이고, 도 5는 사시도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정자 코어는 새로운 코어 연속체(10)의 개념을 도입하고 있다. 본 발명의 코어 연속체(10)는 단위코어(11)의 티스(110) 상단 끝 부분의 연결부(12)을 통해 인접하는 단위코어와 연결되어 있다. 즉 전기강판을 타발할 때 인접하는 단위코어와 연결되어 있는 상태로 타발하는 것이다.

이렇게 연결된 단위코어 형태로 타발하여 복수층으로 적층하면 도 5와 같이 코어 연속체(10)가 완성된다. 도 4 및 5에서는 6개의 단위코어가 연결된 코어 연속체(10)를 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 단위코어의 개수는 모터의 상이나 극수에 따라 적절하게 채택할 수 있다. 이러한 코어 연속체(10)의 각 연결부를 안쪽으로 구부리면 인접하는 단위코어의 결합돌기(112)와 결합홈(111) 이 결합하게 되고 전체적인 형상은 도 6에 도시된 바와 같이, 반원형태로 된다.

도 6은 본 발명에 따른 고정자 코어의 코어 연속체를 구부려 원형으로 만든 형태를 보여주고 있고, 도 7에서는 본 발명에 따른 고정자 코어의 코어 연속체 2개를 결합하여 원형의 고정자 코어를 형성하는 개념도를 나타내고 있다.

종래의 고정자 코어는 분할코어 12개를 각각 결합하여 고정자 코어를 제작하지만, 본 발명의 경우 6개의 단위코어가 연결된 코어 연속체를 하나의 쌍으로 하여, 서로의 연결부에 연결함으로써 원형의 고정자 코어를 형성한다. 이러한 개념은 도 7에 잘 나타나 있다.

도 4에서 연결부(12)는 코어 연속체(10)의 티스(110) 끝부분에 형성된 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 코어 연속체 구부려 원형으로 만들수만 있다면 연결부의 위치 다양하게 변형 설계할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 종래의 분할코어를 개별적으로 결합하는 방식이 아닌 코어 연속체를 결합하는 방식으로 고정자 코어를 제작하기 때문에 코어의 제작 공정이 간단하고 용이하게 된다. 또한, 도 4에서와 같이 연속적인 직선 형태로 타발하기 때문에 버려지는 강판의 양을 줄일 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 권선 프레임(20)을 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 권선 프레임을 외주부 쪽에서 바라본 측면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 권선 프레임(20)은 크게 외주부(21), 권선부(22), 내주부(23)로 이루어진다. 외주부(21)와 권선부(22)는 코어의 티스부분에 결합되는 부분으로, 권선부(22)에는 코일이 와인딩되는 부분이다.

외주부(21)의 양 끝단에는 연결부(211)가 형성되어 있는데, 이는 인접하는 권선 프레임과 연결되는 부분으로서 앞서 설명한 코어 연속체와 유사하게 권선 프레임 연속체를 형성하기 위하여 형성된 것이다. 도 10에 권선 프레임 연속체(30)를 도시하고 있다.

코일 도입부(212)는 외주부(21)에 한 쌍으로 형성된다. 한 쪽으로는 외주부(21) 바깥쪽으로부터 권선부(22) 측으로 코일이 도입되고 다른 한 쪽으로는 다시 권선부로부터 외주부(21) 바깥쪽으로 안내된다. 상세하게 설명하면, 고정자 코어에 와인딩되는 코일은 각 코어의 티스 부분에 결합되어 있는 권선 프레임에 와인딩되기 위하여 먼저 코일 도입부(212)를 통해 권선부(22) 측으로 도입된다. 권선부 측으로 도입된 코일은 소정의 횟수만큼 와인딩된 다음, 다시 다른 한 쪽의 코일도입부(212)를 통해 외주부(21) 바깥쪽으로 안내되는 것이다.

한편 외주부(21)의 바깥쪽에는 최소한 하나 이상의 코일 가이드(213)이 돌출되어 형성되어 있다. 이 코일 가이드(213)는 수개의 코일이 지나갈 때 서로 접촉하지 않도록 가이드하는 역할을 한다. 도 11을 참조하면 이러한 개념을 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 외주부(21)의 상부에는 PCB 가이드돌기(214)가 형성되어 있어, 코일 배선을 위한 PCB가 용이하고 견고하게 결합하도록 도움을 준다.

권선부(22)는 코일이 권선되는 부분으로 코어의 티스 부분과 절연하는 역할을 한다. 따라서, 권선 프레임(20)은 절연체로 제작되며 바람직하게는 플라스틱 몰딩을 통해 제작된다. 내주부(23)는 완성된 고정자 코어의 내주면을 형성하는데, 본 발명의 특징 중 하나로서, 내주부(23)의 상부에 돌출되어 형성된 PCB 결합돌 기(215)는 PCB가 결합될 때, PCB에 형성된 구멍에 결합됨으로써 PCB의 결합을 견고하게 해준다.

도 10은 본 발명에 따른 권선 프레임을 다수개 연결한 권선 프레임 연속체(30)에 대한 평면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 복수개의 권선 프레임(20)을 인접하는 권선 프레임의 연결부(211)가 연결된 상태로 만든 것이 권선 프레임 연속체(30)이다. 이 권선 프레임 연속체(30)는 도 10에 도시된 것과 같이 반드시 6개의 권선 프레임이 연결되어야 하는 것은 아니며, 앞서 설명한 코어 연속체와 마찬가지로 전동기의 극, 상, 용량 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 앞서 코어 연속체를 단위코어 6개를 연결한 것으로 설명하였기 때문에 여기서도 동일하게 6개의 권선 프레임이 연결되어 있는 권선 프레임 연속체에 대하여 예시하고 있다.

도 10의 권선 프레임 연속체(30)는 도시된 바와 같이 6개의 권선 프레임이 연결된 상태로 제작된다. 즉, 플라스틱 몰딩을 위한 금형을 제작할 때 6개의 권선 프레임이 연결된 상태로 금형을 제작하여 권선 프레임 연속체(30)는 하나의 단품으로 제작되는 것이다. 이렇게 제작된 권선 프레임 연속체(30)는 도 4 및 도 5에 도시된 코어 연속체(10)의 상부 및 하부에 결합된다. 결합되는 방식은 도 1의 종래기술과 유사하게 상부와 하부에 결합된다.

본 발명에 따른 고정자 코어를 제작하는 공정을 상세하게 정리하면 다음과 같다.

먼저, 전기강판을 도 4와 같이 연속된 형태로 타발한다. 타발된 박형의 연속 체를 다수개 적층하여 도 5와 같은 코어 연속체를 제작한다. 여기에, 권선 프레임 연속체를 코어 연속체의 상부 및 하부에 결합한다. 이와 같은 작업을 2번 반복하여 한 쌍의 코어 연속체를 제작한다. 이 제작된 코어 연속체는 권선 프레임이 결합되어 있다.

이 상태에서, 각 권선 프레임에 와인딩 작업을 한다. 와인딩 작업과 관련된 설명은 아래에서 다시 설명한다. 와인딩 작업이 완료되면, 다음, 코어 연속체를 도 6에서와 같이 구부려서 반원의 형태를 만든 다음, 대응하는 다른 코어 연속체와 결합한다. 결합 후, 각 상에 대응하는 코어의 단부를 매그메이트 포트에 끼워서 결선을 완료하고 배선용 PCB를 권선 프레임의 상부에 결합한다.

이와 같이, 본 발명은 다수개 단위의 코어가 연결된 상태에서 동수의 권선 프레임을 동시에 결합하기 때문에, 개별적으로 결합하여 연결하는 종래의 공법에 비하여 제조 공법이 간단하고 용이하며, 제작 비용을 낮출 수 있다. 또한 권선 프레임의 상부에 PCB를 견고하고 용이하게 결합할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 고정자 코어의 코일 와인딩 상태를 나타낸 개념도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 권선 프레임이 코어 연속체에 결합된 상태에서 코일(가이드돌기)을 와인딩 하는데, 도 11에서는 u, v, w의 3상 결선에 대하여 나타내고 있다.

도 11에서와 같이, u 상을 갖는 코일(가이드돌기)은 첫 번째 권선 프레임으로 도입되어 권선 후(u1), 4 번째 권선 프레임으로 도입되어 권선된다(u2). 마찬가 지로, v 상을 가진 코일은 두 번째 권선 프레임으로부터 시작하여 권선된(v1) 다음, 5 번째 권선 프레임에 권선된다(v2). w 상을 가진 코일도 세 번째 권선 프레임으로부터 권선되고(w1), 6 번째 권선 프레임으로 권선된다(w2). 이렇게 권선되는 세 종류의 코일은 권선 프레임의 외주면 바깥쪽에 형성된 코일 가이드(213)에 의하여 서로 접촉하지 않도록 정리된다.

전체 고정자 코어 중 나머지 절반을 이루는 코어 연속체(여기서의 코어 연속체는 권선 프레임이 결합된 상태임)는 마찬가지로 u, v, w 상으로 권선된다. 도 11에 도시되지는 않았지만 동일한 형태로 권선되며, u3, v3, w3, u4, v4, w4의 순서로 결선된다. 이 두 개의 코어 연속체를 각 상별로 결선하기 위해 매그메이트 포트를 도입한다. 즉, u1, u2의 단부와 u3, u4의 단부를 연결하기 위한 2포트 매그메이트 한 개가 필요하고, 마찬가지로 v상, w상 각각을 연결하기 위한 2포트 매그메이트가 각각 하나씩 필요하다. 즉, 모두 3개의 2포트 매그메이트가 필요하다. 또한, u, v, w 선이 모두 연결된 중성점을 연결하기 위한 3포트 매그메이트가 하나 필요하게 된다. 즉, 총 12개의 권선 프레임이 연결된 구조에서는 3개의 2포트 매그메이트와 1개의 3포트 매그메이트가 필요하다. 자세한 것은 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 고정자 코어의 와인딩 결선 상태를 나타낸 평면도로서 매그메이트 결선 구조 및 PCB 결합 상태를 나타내고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 코어 연속체가 결합되어 전체 고정자 코어를 형성하고 있으며, PCB(40)가 결합되어 있다.

고정자 코어 전체 원 중에서 상부 원 부분에는 1개의 3포트 메그메이트(31)와 3개의 2포트 매그메이트(32)가 결선되어 있다. 3포트 매그메이트(31)는 앞서 설명한 바와 같이, u, v, w 3상의 중성점으로 연결되기 때문에 하나가 필요하며, 2포트 매그메이트는 인접하는 코어 연속체의 u, v, w 각 상의 코일을 연결하여야 하므로 3개가 필요하다. 이러한 2포트 및 3포트 매그메이트는 권선 프레임의 외주부에 형성되어 있다. 바람직하게, 이러한 매그메이트는 별도의 부재가 권선 프레임에 결합되는 것보다는 권선 프레임 연속체와 함께 몰딩되어 일체로 제작되는 것이 좋다. 그래야만 별도의 금형을 쓰지 않고서도 하나의 권선 프레임 연속체의 형태를 가지고 인접하는 코어 연속체에도 결합하여 사용할 수 있기 때문이다. 따라서, 도 12에 도시된 상부 원쪽의 매그메이트들은 결선되어 있지만, 하부 원쪽의 매그메이트들은 결선되지 않고 비어있는 상태로 있게 되는 것이다.

이렇게 매그메이트의 결선이 완료되면 외부 전원과의 연결 등을 위한 PCB가 결합되는데, PCB에는 PCB 가이드홈(41) 및 PCB 결합홈(42)가 형성되어 있어, 권선 프레임 상부에 형성되어 있는 PCB 가이드돌기(214) 및 PCB 결합돌기(215)와 각각 결합하게 된다. 따라서, 보다 쉽고 견고하게 PCB를 권선 프레임의 상부에 결합시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 명세서의 특허청구범위에 정의된 바에 의하여 그 권리범위가 명확하게 정해질 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서의 특허청구범위에 기재된 발명의 균등한 범위 내의 변경 또는 변형 또한 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 그 권리범위에 속한다고 할 것이다.

도 1은 종래의 분할코어에 권선 프레임이 결합되는 구조를 나타낸 개념도이다.

도 2는 종래의 분할코어 2개가 연결된 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 종래의 분할코어를 결합하여 구성된 고정자 코어를 보여주는 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 고정자 코어에 사용되는 코어 연속체를 나타낸 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 고정자 코어에 사용되는 코어 연속체에 대한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 고정자 코어의 코어 연속체를 구부려 원형으로 만든 형태를 보여주는 개념도이다.

도 7은 본 발명에 따른 고정자 코어의 코어 연속체 2개를 결합하여 원형의 고정자 코어를 형성하는 개념도이다.

도 8은 본 발명에 따른 권선 프레임을 나타내는 평면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 권선 프레임을 외주부 쪽에서 바라본 측면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 권선 프레임을 다수개 연결한 권선 프레임 연속체에 대한 평면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 고정자 코어의 코일 와인딩 상태를 나타낸 개념도이다.

도 12는 본 발명에 따른 고정자 코어의 와인딩 결선 상태를 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *

1: 고정자 코어 10: 코어 연속체

11: 단위코어 12: 연결부

20: 권선 프레임 21: 외주부

22: 권선부 23: 내주부

30: 권선 프레임 연속체 31: 3포트 매그메이트

32: 2포트 매그메이트 40: PCB

41: PCB 가이드홈 42: PCB 결합홈

100: 분할코어 110: 티스

11: 결합홈 112: 결합돌기

200: 권선 프레임 211: 연결부

212: 코일도입부 213: 코일가이드

214: PCB 가이드돌기 215: PCB 결합돌기

300: 코일

Claims (14)

1. 양단에 결합홈(111)과 결합돌기(112)를 갖는 티스(110)를 포함하는 단위코어(11)로 이루어지고 상기 단위코어가 상기 티스(110)의 일측 끝부분의 연결부(12)를 통해 최소한 2개 이상이 연결되어 있는 코어 연속체;

   를 포함하고, 상기 코어 연속체 한 쪽 끝의 결합홈과 다른 한 쪽 끝의 결합돌기를 통해 최소한 2개 이상의 코어 연속체가 연결되어 원형을 이루고,

   상기 코어 연속체의 상부에는 외주부(21), 권선부(22) 및 내주부(23)로 이루어지는 권선 프레임(20)이 결합되어 있으며,

   상기 권선 프레임(20)의 외주부(21)에 코일이 다른 코일과 접촉되지 않도록 하기 위한 코일가이드(213)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고정자 코어.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 권선 프레임(20)의 외주부(21)에 코일이 상기 권선부(22)로 들어오거나 나가기 위한 코일도입부(212)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고정자 코어.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 권선 프레임(20)의 외주부(21)에 형성된 PCB 가이드돌기(214)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 코어.
6. 제1항에 있어서, 상기 권선 프레임(20)의 내주부(23)에 형성된 PCB 결합돌기(215)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자 코어.
7. 외주부(21), 권선부(22) 및 내주부(23)로 이루어지고,

   상기 외주부의 양 끝단에는 연결부(211)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권선 프레임.
8. 제7항에 있어서, 상기 외주부에는 최소한 하나 이상의 코일 도입부(212)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권선 프레임.
9. 제7항에 있어서, 상기 외주부(21)에는 코일이 다른 코일과 접촉되지 않도록 하기 위한 코일가이드(213)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권선 프레임.
10. 제7항에 있어서, 상기 외주부(21)에 형성된 PCB 가이드돌기(214)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권선 프레임.
11. 제7항에 있어서, 상기 내주부(23)에 형성된 PCB 결합돌기(215)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권선 프레임.
12. 제7항 내제 제11항 중 어느 한 항에 따른 권선 프레임이 최소한 하나 이상 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 권선 프레임 연속체.
13. 제12항에 있어서, 상기 권선 프레임 중 최소한 하나 이상의 외주부(21)에 코일 결선을 위한 매그메이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권선 프레임 연속 체.
14. 삭제

Images