KR101475521B1 - 전기자 적층체 - Google Patents

Abstract

DC 모터는, 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징; 고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트, 샤프트에 끼워맞추어지고 비대칭 적층체를 가진 회전자 코어, 회전자 코어의 일 단부에 인접한 샤프트에 끼워맞추어진 정류기, 및 회전자 코어의 자극 둘레로 감기고 정류기상에서 끝나는 권선을 구비하는 회전자; 및 권선에 전력을 전달하기 위해 정류기와 미끄럼 접촉하는 브러시를 포함하는 브러시 기어를 구비하며, 여기서 모터의 코깅 토크 오더(cogging torque order)는 20보다 더 크다. 바람직하게는, 코깅 토크 오더는 28, 36 또는 44이다.

Description

전기자 적층체{ARMATURE LAMINATIONS}

본 발명은 정류자를 가진 권선형 회전자(wound rotor)를 가지는 전기 모터에 관한 것으로, 특히 회전자용 적층체에 관한 것이다.

정류자를 가진 권선형 회전자는 흔히 DC, 영구 자석 모터에, 그리고 또한 AC 또는 DC 전원의 어느 하나로 모터를 구동시키는 것을 허용하는 권선형 회전자 및 권선형 고정자(wound stator)를 가진 유니버설 모터에서 사용된다.

이러한 형태의 회전자는 다수의 돌출 폴(salient pole)을 가지며, 이 돌출 폴 둘레로 전기자(armature)의 권선이 감긴다. 권선은 폴 둘레에 코일을 형성하며, 회전자는 코일이 통과하여 연장하는 권선 터널을 형성하는 다수의 슬롯을 가진다. 따라서, 코일은 슬롯 내에 놓인 2개의 축 방향으로 연장하는 부분과, 회전자 코어의 어느 한쪽의 축 방향 단부의 축 방향에 대해 가로로 연장하는, 헤드(head)로서 알려진, 두 개의 단부 부분을 가진다. 헤드는 어떠한 힘도 제공하지 않고, 코일의 축 방향으로 연장하는 부분들 사이에 전기적인 접속을 제공하는 역할만을 한다. 대부분의 회전자에서, 헤드의 일부는 코일의 배열 및 권선 기법(winding technique)으로 인해 다른 헤드를 덮거나 또는 그 위로 가로지른다. 따라서, 일부 헤드는 하 나, 둘, 또는 그 이상의 권선형 헤드(wound head)를 가로지르기 위해 회전자 코어로부터 축 방향으로 상당한 거리를 연장해야 한다. 이 거리는 모터의 성능에는 아무것도 추가하지 않지만, 모터의 축 방향 길이에, 물론 코일 형성에 사용된 와이어의 총량에 추가된다.

회전자 폴은 회전자 코어에 슬롯을 형성하는 것만으로 제작되며, 회전자 폴 수는 종종 회전자 슬롯 수라고 언급되거나 또는 나중에 단순히 슬롯 수라고 언급되는, 고정자 폴 수와의 혼동을 감소시키기 위해 단순히 슬롯 수라고 언급된다. 따라서, 4 고정자 폴 및 18 회전자 폴을 갖는 모터는 4 폴 18 슬롯 모터라고 언급된다. 이러한 관례는 회전자 폴의 수가 회전자에서 권선 슬롯의 수와 같기 때문에 본 명세서에서 적절히 사용될 것이다.

따라서, 모터의 축 방향 길이를 감소시켜 모터를 더욱 콤팩트하게 하고, 사용된 와이어의 양을 감소시켜 재료비를 절감하기 위해 권선 헤드의 교차(cross over)를 감소시키는 것이 바람직하다.

이를 수행하는 한가지 방법은 권선 슬롯(winding slots)이 적층체에 비대칭 구조를 주는 다양한 형상을 갖는 설계를 가지는 20 슬롯 회전자용의 적층체 설계를 개시하는 유럽 특허 제EP1093208호에 기술되어 있다. 이러한 구조에 의해 권선 헤드는 미리 감긴 헤드와 교차하지 않고 같은 반경 방향 평면에서 인접한 헤드들을 나란히 배치되도록 해준다. 그러나, 이것이 권선 헤드의 축 방향 크기를 감소시키는 문제를 해결했지만, 20 슬롯 비대칭 적층체 설계는 특히 이행하기가 매우 어렵고 특히 4 폴 고정자와 한 팀이 되었을 때 현저한 코깅 토크(cogging torque)를 가 지는 것으로 입증되었다.

본 발명의 목적은 20 슬롯 비대칭 적층체가 갖는 문제점을 감소시키는 것이다. 특히, 코깅 토크는 보다 높은 코깅 토크 오더를 갖는 모터를 형성하도록 회전자 폴의 수를 선택함으로써 감소될 수 있다. 코깅 토크 오더가 보다 높을수록 더욱 낮은 효과적인 코깅 토크를 초래한다. 우리가 코깅 토크 오더를 참조한다고 할 때, 우리는 어떤 모터든지 보다 높은 고조파 진동수(harmonic frequency), 가능하다면 다소 더 낮은 고조파에서 코깅(cogging)을 보여주는 주된 또는 기본적인 코깅 토크 오더를 사실상 참조하는 것이다. 모터가 단일의 또는 순수한 코깅 토크 진동수를 가지는 것은 예외적이지만 일반적으로 고조파는 더 낮은 절대값을 가질 것이다.

예를 들면, 4 폴 고정자를 갖는 20 폴 회전자는 20의 코깅 토크 오더를 가지며 4 폴 고정자를 갖는 16 폴 회전자는 16의 코깅 토크 오더를 가지는 반면, 4 폴 고정자를 갖는 14 폴 회전자는 28의 코깅 토크 오더를 가지고, 4 폴 고정자를 갖는 18 폴 회전자는 36의 코깅 토크 오더를 가지며 4 폴 고정자를 갖는 22 폴 회전자는 44의 코깅 토크 오더를 가진다. 코깅 토크 오더는 고정자 폴과 회전자 폴의 수의 가장 낮은 공배수로서 정의될 수 있다.

따라서, 본 발명은 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징; 고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트, 샤프트에 고정된 회전자 코어, 회전자 코어의 일 단부에 인접한 샤프트에 고정된 정류기, 회전자 코어의 폴을 중심으로 감기고 정류기상에서 끝나는 권선을 구비하는 회전자; 및 권선에 전력을 전달하기 위해 정류기와 미끄럼 접촉하는 브러시를 구비하는 브러시 기어를 구비하며, 여기서 회전자 코어는 함께 쌓아 올려지고 비대칭으로 이루어진 다수의 적층체를 구비하고, 모터용 코깅 토크 오더는 20보다 더 큰 DC 모터를 제공한다.

바람직하게는, 코깅 토크 오더는 28, 36 또는 44이다.

바람직하게는, 모터는 4 고정자 폴 및 14, 18 또는 22 회전자 폴을 가진다.

바람직하게는, 적층체는 그 사이에 랜드를 형성하는 반경 외측 방향의 주변에 형성된 다수의 슬롯을 가지며, 랜드는 권선이 수용되는 권선 터널을 형성하는 슬롯과 회전자 코어의 폴을 형성하며, 슬롯과 폴은 슬롯과 폴의 하나 또는 그 이상의 세트로 배열되며, 각 세트는 동일하고 각 세트의 적어도 일부 슬롯은 전적으로 반경 방향이 아닌 방향으로 연장하며, 각 세트의 적어도 하나의 슬롯은 다른 슬롯의 적어도 하나의 반경 방향 깊이보다 더 작은 반경 방향 깊이를 가진다.

바람직하게는, 각 폴은 회전자 코어의 반경 외측 방향 표면에 의해 형성된 폴 면을 가지며, 폴 면은 실제로 같은 원주방향 크기를 가지며, 각 세트의 첫 번째 회전자 폴의 폴 면은 첫 번째 권선의 감겨질 위치를 확인하기 위해 축 방향으로 연장하는 홈을 가진다.

바람직하게는, 홈은 홈에 의해 발생된 코깅 토크의 위상과 제1 폴에 의해 발생된 코깅 토크의 위상에 있어서의 차이를 형성하기 위해 소정의 거리만큼 폴 면의 원주방향 중심으로부터 옮겨진다.

바람직하게는, 위상차는 90도와 270도 사이에 있다.

바람직하게는, 위상차는 실질적으로 180도이다.

바람직하게는, 모터는 4개의 폴 고정자를 가지며 소정의 거리는 각도 형식의 이 거리는 타당한 허용오차 내에서 22 슬롯 회전자에 대해 4.1도, 18 슬롯 회전자에 대해 5.0도, 및 14 슬롯 회전자에 대해서는 6.4도이다.

바람직하게는, 타당한 허용오차는 플러스 또는 마이너스 1도이다.

바람직하게는, 모터는 4개의 폴 고정자 및 18개의 폴 회전자를 가지며, 홈은 4도와 6도 사이의 거리만큼 제1 폴의 폴 면의 중심으로부터 변위된다.

바람직하게는, 회전자는 한 쌍의 스파이더의 형태로 회전자 코어 단부 보호부를 가지며, 각 스파이더는 적어도 회전자 코어의 축 방향 단부의 영역에서 권선 터널의 벽에 대해 설치하기에 적합한 매달림 벽(depending wall)과 적층체의 형상에 대응하는 형상을 갖는 평평한 베이스를 가지는 성형된 부품이다.

바람직하게는, 매달림 벽의 적어도 일부는 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 가지며, 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부에 인접한 폴 면은 그렇지 않다면 노출될 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 덮는 오버행(overhang)을 형성하는 립(lip)을 가진다.

또 달리, 각각의 회전자 폴은 회전자 코어의 반경 방향 외측 표면에 의해 형성되고 실제로 같은 원주 방향 크기를 가지는 폴 면을 가지며, 적어도 하나의 폴 면은 첫 번째 권선의 감겨질 위치를 확인하기 위해 축 방향으로 연장하는 홈을 가진다.

바람직하게는, 홈은 홈에 의해 발생된 코깅 토크의 위상과 관련된 폴(P1)에 의해 발생된 코깅 토크의 위상에 있어서의 차이를 형성하기 위해 소정의 거리만큼 폴 면의 원주방향 중심으로부터 옮겨진다.

바람직하게는, 모터는 4 폴 14 슬롯 모터, 4 폴 18 슬롯 모터 또는 4 폴 22 슬롯 모터이다.

도 1은 자동차의 라디에이터를 냉각시키기 위해 실시예로서 사용된 냉각 팬 모듈(10)을 도시한다. 모듈은 팬 카울링(fan cowling)을 형성하고, 라디에이터 등과 결합하기에 적합한 하우징(11)을 가진다. 하우징은 냉각 공기의 흐름을 발생시키기 위한 팬(13)을 구동하는 전기 모터(12)를 지지한다.

도 2는 모터(12)의 분해도이다. 모터는 제1 말단 캡(14), 회전자(15), 고정자 하우징(16), 브러시 카드(17) 및 모터를 모듈 하우징에 고정시키기 위한 장착 돌출부(19)를 가지는 제2 말단 캡(18)을 가진다. 고정자 하우징(16)은 이 경우에 4개의 영구 자석(20)을 구비하는 영구 자석 고정자를 지지한다. 고정자 하우징은 두 개의 말단 캡(14, 18)에 의해 폐쇄되는 개방 단부를 가진다. 회전자(15)는 샤프트(21), 샤프트(21)에 설치된 회전자 코어(22), 코어의 일 단부에 인접한 샤프트 상에 설치된 정류기(23) 및 코어의 폴을 중심으로 감겨져서 정류기상에서 끝나는 권선(24)을 가진다. 회전자는 고정자와 마주보는 코어를 갖는 하우징 내에 장착되고 샤프트는 단부 캡(14, 18)에 의해 지지된 베어링(25)에 회전가능하게 지지된다. 샤프트(21)는 팬이 설치되도록 제1 단부 캡(14)을 통해 연장한다. 브러시 카드(17)는 제2 단부 캡(18)에 인접하게 위치되고 바람직하게는 제2 단부 캡(18)에 의해 지지된다. 브러시 카드(17)는 정류기(23)와 미끄럼 접촉을 하기 위해 브러시 케이지에 미끄럼 가능하게 수용된 브러시를 지지한다. 이 실시예에서는 정류기에 맞물리는 4개의 고정자 폴과 4개의 브러시를 제공하는 4개의 영구 자석이 제공된다.

회전자(15)는 도 3에 더욱 명료하게 도시되어 있는데, 여기서 회전자의 권선은 회전자 코어(22)의 구조를 보여주기 위해 도시되지 않았다. 특히, 와이어의 코일인 권선은 코어의 폴의 주위에 감겨진다. 각 코일은 두 개의 축 방향 부분과 두 개의 횡방향 부분을 가진다. 축 방향 부분은 회전자 코어를 통해 축 방향으로 연장하며 회전자를 회전시키기 위해 전자기력을 발생시키는 코일의 부분이다. 다른 말로 하면, 이들은 코일의 작동 부분이다. 횡 방향 부분은 회전자의 축에 대해 횡 방향으로 연장하여 단순히 축 방향 부분들을 연결한다. 이와 같이, 이들은 어떠한 유용한 작업도 행하지 않으며, 와이어를 보호하고 코일의 저항을 감소시키기 위해 횡 방향 부분을 가능한 한 짧게 만드는 것이 바람직하다. 횡 방향 부분은 또한 권선 헤드(winding heads)로서 알려져 있다. 권선 헤드가 서로의 상부에 배치되면, 축 방향의 크기가 상당히 커질 수 있고, 따라서 권선 헤드를 수용하기 위해 모터 내에 큰 공간을 필요로 할 수 있다. 이것은 재료의 비용은 물론 모터의 무게를 증가시킨다. 따라서, 오버랩(overlap)을 최소화시킴으로써 헤드를 가능한 한 평평하게 하는 것이 바람직하다. 회전자 코어(22)는 다수의 슬롯(26)을 가진다. 슬롯(26)들 사이에 제공된 랜드(lands)를 통해 회전자의 폴(27)이 형성된다. 각각의 폴은 고정자와 대면하는, 폴 면(30)으로 알려진 반경 외측 방향의 표면을 가진다. 권선의 축 방향 부분은 슬롯(26) 내에 수용되거나 또는 배치된다. 회전자 코어(22)는 연강(mild steel), 실리콘 강(silicon steel) 및 스테인리스 강과 같은 그러한 시트 금속 재료로부터 스탬프된 다수의 적층체를 함께 쌓아 올림으로써 형성된다. 스파이더(28)로서 알려진 절연 층은 적층체의 스택(stack)의 축 방향 양 단부 상에 위치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 각각의 스파이더(28)는 절연재료로 만들어지며 바람직하게는 사출 성형된 플라스틱 부품이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각 스파이더는 적어도 회전자 코어(22)의 축 방향 단부의 영역에서 슬롯(26)의 내측 표면의 안에 삽입되는 매달림 벽(depending wall)(29)을 갖는 평평한 베이스(34)를 가진다. 스파이더의 매달림 벽(29)은 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다. 코일이 조립중에 감겨질 때 사용시 진동으로 인하여 가장자리가 보호되지 않는다면 와이어의 비교적 유연한 에나멜 절연 코팅에 쉽게 손상을 줄 수 있기 때문에, 스파이더의 목적은 회전자 코어의 금속과 권선의 와이어 사이에, 특히 단부 적층체의 슬롯의 가장자리 상에 절연층을 제공하는 것이다.

스파이더에 대한 다른 대안으로서 코일을 감기 전에 코어에 에폭시 코팅을 적용하는 것이다. 그러나, 에폭시 코팅은 적용하는데 비용이 많이 들고 시간을 많이 소모한다.

도 4는 도 3의 회전자 코어의 디자인을 도시하기 위해 권선이 제거된 고정자와 회전자를 보여주는 모터의 횡단면 개략도이다. 회전자 코어(22)는, 상술한 바와 같이, 주의깊게 정렬된 예정된 수의 적층체를 함께 적층 함으로써 형성되고, 따라서 적층체 내의 슬롯(26)이 권선에 대한 터널을 형성하게 된다. 이 회전자(15)는 회전자 코어(22)에 대해 18개의 폴(27)을 형성하는 18개의 슬롯(26)을 가지는 18- 슬롯 비대칭 적층체로서 알려진 적층체를 가지며, 슬롯은 비록 적층체가 동일한 두 개의 반쪽 부분으로 나누어질 수 있다고 해도 적층체가 비대칭이 되도록 배열되어 형성된다. 슬롯(26)은 권선 헤드의 레이 오버(lay over) 또는 교차(crossing)가 최소화되도록, 바람직하게는 어떤 위치에서도 권선 헤드가 최대 2개가 되도록 배열된다. 이것은 권선 헤드의 축 방향 높이를 감소시킨다. 회전자가 많은 폴을 가지므로, 권선은 이후에 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 폴, 예를 들면 둘, 셋 또는 4개의 폴의 둘레에 각각 감겨진다. 집중된 권선(concentrated windings)으로서 알려진 단일의 폴의 둘레에 권선이 감겨지기 때문에, 권선 헤드가 교차하는 문제는 일어나지 않는다. 그러나, 전기자가 많은 폴을 가지므로, 집중된 권선은 스팬 폴(spanned pole)의 표면에 의해 결정되는 바와 같이, 고정자 폴의 원주방향 폭에 비해 개개의 코일(예를 들면, 코일의 축 방향 부분의 원주방향 간격)의 스팬(span)이 작기 때문에 항상 선택할 수 있는 것은 아니다. 이것은 고정자 폴과 회전자 폴이 작은 에어 갭(air gap)을 가로질러 대면하는 것으로 도시된 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 권선은 각각의 권선이 4개의 폴에 걸쳐져서 권선 헤드의 부정기적인 오버랩(overlap)을 초래하는 4-폴 피치 효과를 가진다.

도 5는 적층체의 이미지상에 코일이 겹쳐지는 것을 나타내기 위해 라인 W1 내지 W9를 사용함으로써 권선 패턴 또는 구조를 도시한다. 권선은 바람직하게는 두 개의 정반대로 대향한 코일이 동시에 감겨지는 것을 의미하는 두 개의 플라이 와인더(fly winder)에 의해 행해진다. 코일 W1은 제일 먼저 감기며 가장 짧고 반경방향 으로 가장 안쪽의 코일이다. 코일 W2는 다음으로 감기며 코일 W1을 약간 오버랩하는 것으로 도시되어 있다. 그 다음에 코일 W3가 감기며 코일 W2를 약간 오버랩하는 것으로 도시되어 있다. 그 다음에 코일 W4가 감기며 어떤 다른 코일도 오버랩하지 않는 것으로 도시되어 있다. 코일 W5와, 다음에 W6과, 다음에 W7이 다음으로 감기며 어떤 다른 코일도 오버랩하지 않는다. 다음에 코일 W8이 감기며 코일 W7을 오버랩하는 것으로 도시되어 있다. 코일 W9는 마지막으로 감기며 코일 W7과 W8을 오버랩하지만, W8이 W7과 교차하는 지점에서는 오버랩하지 않는 것을 도시하며, 어떤 지점에서도, 코일 W9가 다른 하나의 코일을 단순히 오버랩하고, 따라서 권선 헤드의 축 방향 높이가 작게 유지된다.

도 5의 적층체를 가까이서 보면, 정반대방향의 두 개의 폴 면에 작은 절결부(31)가 형성된 것을 볼 수 있다. 이 절결부(31)는 조립된 회전자 코어에서 홈(32)을 형성한다. 이 절결부는 적층체를 스택(stack)내에 정렬하고 감는 동안 첫번째 폴을 확인하기 위한 가이드로서 사용된다. 그러나, 이 절결부의 위치는 이후에 설명되는 바와 같이 중요하다.

적층체는 18개의 폴을 형성하는 18개의 슬롯을 가진다. 각 폴은 실제로 같은 원주방향 크기를 가지는 폴 면을 가진다. 그러나, 슬롯(26)은 모두 동일하지 않다. 슬롯은 두 세트의 9개 슬롯으로 나누어 질 수 있고, 각 세트는 동일하다. 코일 W1이 시작하는 슬롯(1)은 최대의 반경 방향 깊이를 가진다. 다음 3개의 슬롯(2, 3, 4)은 점진적으로 감소하는 반경 방향 깊이를 가지며, 나머지 슬롯(5 내지 9)은 최대의 반경 방향 깊이 및 유사한 형상을 가진다. 그러나, 슬롯의 각각은 각 슬롯이 두 개의 다른 코일들의 축 방향 부분을 수용하기 때문에 코일에 대해 두 개의 다른 위치를 갖기에 적합하다. 이것은 코일의 원하는 배치를 이루기 위해 슬롯 내의 원하는 반경 방향 깊이에 코일을 위치 설정할 수 있게 한다.

절결부(31)는 코일을 감을 때 제1 폴을 확인하기 위해 필요하다. 그러나, 폴 면상의 절결부의 위치는 제1 폴에 의해 형성된 코깅 토크(cogging torque)에 영향을 준다. 절결부가 폴 면의 중심에 위치되면, 절결부에 의해 그리고 폴 자신에 의해 형성된 코깅 토크가 동조하며, 두 개의 코깅 토크가 함께 추가되고 그 결과 크기가 증대된 코깅 토크가 제공된다.

그러나, 절결부의 위치가 바뀌면, 코깅 토크는 동조하지 않게 되고 그 결과 코깅 토크의 크기는 더 이상 단순히 두 개의 코깅 토크의 크기를 추가하지 않는다. 절결부로 인한 코깅 토크가 폴의 코깅 토크와 180°위상이 다르도록 절결부의 위치를 바꿈으로써, 절결부의 코깅 토크는 폴의 코깅 토크를 부분적으로 상쇄시키거나 또는 감소시킬 수 있고, 그 결과 회전자에 대한 코깅 토크에서 전반적인 감소를 초래할 수 있다.

그러므로, 도시된 바와 같이 4 폴(4 고정자 폴), 18 슬롯(18 회전자 폴) 모터에 대해, 180°위상차는 폴 면의 중심으로 부터 5.0°까지 절결부를 이동시킴으로써 성취된다. 허용오차는 ±1°이내의 변화를 허용한다. 그러나, 90°와 270°사이의 위상차는 그것을 증대시키지 않고 코깅 토크에 유리한 영향을 미칠 수 있다.

도 5의 슬롯을 보면, 슬롯 S4만 반경 방향으로 모아 지게 도시되어 있는 것을 볼 수 있다. 그러나, 각 그룹에서 다른 슬롯들은 슬롯 S4의 반경 방향 라인을 향해 기울어져 있다. 그의 반경 방향 라인을 중심으로 대칭한 슬롯 S1도 슬롯 S4의 반경 방향 라인을 향해 내측 방향으로 연장하는 것으로 도시되어 있다. 슬롯의 이러한 성향은 반경 방향으로 집중하는 슬롯을 가지는 코어에 비해 코일의 두께를 감소시킨다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 모터는 4 폴(4 고정자 폴) 14 슬롯(14 회전자 폴)의 모터이다. 이것은 28의 코깅 토크를 준다. 절결부(31)에 대한 180°의 위상 변화는 폴 면의 중심으로부터 6.4 ± 1도의 변화에 의해 성취된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 코일이 감겨 질 코일 W1은 제2 코일이 감겨 질 코일 W2에 의해 가볍게 오버랩된다. 또한, 코일 W7은 코일 W6을 오버랩한다. 나머지 코일들은 실제로 자유롭게 오버랩되며, 그 결과 매우 낮은 권선 헤드 프로필을 초래한다. 이 실시예에서 코일에 의한 폴 스팬(pole span)은 3개의 폴이다. 다시, 슬롯과 코일은 두 개의 동일한 세트의 7개로 배열된다. 슬롯 S1은 가장 큰 반경 방향 깊이를 가지며 슬롯 S3는 가장 작은 반경 방향 깊이를 가지고 슬롯 S2는 그 사이에 반경 방향 깊이를 가진다. 슬롯 S4 내지 S7은 실제로 동일하며 슬롯 S1의 것과 유사한 반경 방향 깊이를 가진다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 모터는 4 폴(4 고정자 폴) 22 슬롯(22 회전자 폴)의 모터이다. 이것은 44의 코깅 토크 오더를 준다. 홈(32)의 코깅 토크에 대한 180°의 위상 변화는 폴 면의 중심으로 부터 4.1 ± 1도의 변화에 의해 성취된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 다시 두 세트의 슬롯과 코일(1 내지 11)이 제공된다. 코일 W1은 먼저 슬롯 S1로 부터 슬롯 S6까지 연장하여 감긴다. 따라서, 코일은 5개의 폴(P1 내지 P5)에 걸쳐져 있다. 나머지 코일들은 W2로 부터 W11까지 차례 차례 감긴다. 폴 스팬(pole span)이 이러한 5개의 폴 스팬 배열까지 증가하고, 권선 헤드의 축 방향 높이가 작고 코일의 교차가 어떤 한 위치에서도 최대 3개의 코일까지 제한되었기 때문에 오버랩이 더욱 문제로 된다.

이 실시예에서, 슬롯 S1은 가장 큰 반경 방향 깊이를 가지며 슬롯 S5는 가장 작은 반경 방향 깊이를 가진다. 슬롯 S2 내지 S4는 점진적으로 더 짧은 반경 방향 깊이를 가진다. 슬롯 S6 내지 S11은 실제로 동일하며 슬롯 S1과 유사한 반경 방향 깊이를 가진다. 슬롯 S1 내지 S4와 슬롯 S6 내지 S8은 그들의 반경 방향 내측 단부에서, 슬롯 S5의 반경 방향 라인을 향해 기울어진다.

도 10은 스파이더(28)의 하나의 사시도이다. 스파이더(28)는 스파이더가 오버레이(overlay)하는 적층체의 형상과 실제로 유사한 평평한 베이스(34)를 가진다. 스파이더의 중앙 호울은 적층체의 그것보다 더 크다. 매달림 벽(29)은 권선 터널의 벽에 대해 정렬되거나 또는 놓여 지도록 슬롯 영역의 가장자리로부터 연장한다.

도 11은 스파이더(28)와 회전자 코어(22)의 일부분을 더욱 큰 스케일로 개략적으로 도시한다. 매달림 벽(29)은 축 방향으로 연장하는 2개의 단부를 가진다. 이들 단부들의 일부는 반경 방향 바깥쪽으로 향하며 다른 부분들은 원주방향으로 향한다. 여기서 비록 그의 한 측면 상의 각 폴이 폴 면으로부터 직접 연장하는 것처럼 보인다고 해도, 매달림 벽의 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 노출된 단부를 덮는 립(lip)(35)에 의해 작은 오버행(overhang)이 형성되는 것을 볼 수 있다. 폴의 다른 측면은 인접한 매달림 벽의 다른 단부를 덮는 큰 오버행을 가진다. 폴의 배열로 인해, 슬롯 S1의 매달림 벽은 두 개의 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 가지는 반면 슬롯 S4의 매달림 벽은 두 개의 원주방향으로 향하는 단부를 가진다.

립(35)의 목적은 코일을 감는 중에 회전자 코어와 스파이더의 매달림 벽 사이에서 와이어가 코일에 잘못해서 걸리는 것을 방지하는 것이다. 따라서, 이러한 회전자 코어의 디자인은 코어 단부의 보호 및 슬롯의 절연을 위해, 스파이더와 함께 사용하기게 적합하도록 설계된다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구의 범위에서, "구비하다", "포함하다", "가지다"란 각 동사와, 그의 어원이 같은 말들은 이 동사의 목적어가 이들 동사의 주어인 부재, 구성요소, 성분 또는 부품들을 반드시 완전하게 열거해 주는 것은 아니라는 것을 나타내기 위해 사용된다.

비록 본 발명이 양호한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당해 기술분야에 숙련된 자라면 다양한 변경이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구의 범위를 참조함으로써 정해질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터를 내장한 자동차의 라디에이터용 냉각 팬 모듈을 도시한다.

도 2는 도 1의 냉각 팬 모듈의 모터의 분해도이다.

도 3은 도 2의 모터의 회전자의 사시도로서, 권선이 제거된 상태를 보여주는 도면이다.

도 4는 도 2의 모터의 횡단면 개략도이다.

도 5는 도 3의 로터의 권선의 개략도이다.

도 6은 변형된 로터의, 도 4와 유사한 횡단면 개략도이다.

도 7은 도 6의 로터의 권선의 개략도이다.

도 8은 더 변형된 로터의, 도4와 유사한 횡단면 개략도이다.

도 9는 도 8의 로터의 권선의 개략도이다.

도 10은 도 3의 로터에서 사용된 스파이더의 사시도이다.

도 11은 회전자 코어와 스파이드 상의 일부분의 확대된 도면이다.

Claims (15)

1. 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징(16),

   고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트(21), 샤프트에 끼워맞추어진 회전자 코어(22), 회전자 코어(22)의 일 단부에 인접한 샤프트에 끼워맞추어진 정류기(23), 와이어의 코일에 의해 형성되며 회전자 코어(22)의 폴(27) 둘레에 감기고 정류기(23)상에서 끝나는 권선(24)을 구비하는 회전자(15), 및

   권선(24)에 전력을 전달하기 위해 정류기(23)와 미끄럼 접촉하는 브러시를 포함하는 브러시 기어(17)를 구비하고,

   상기 회전자 코어는 함께 쌓아 올려지고, 상기 회전자 코어의 반경 방향으로 연장하는 선들에 대해 비대칭으로 이루어진 복수의 적층체(laminations)를 구비하는, DC 모터에 있어서,

   상기 모터는 20보다 더 큰 기본 코깅 토크 오더(fundamental cogging torque order)를 가지며,

   상기 적층체는 그 사이에 랜드(land)를 형성하는 반경 방향 외측 둘레에 형성된 복수의 슬롯(26)을 가지며, 랜드는 권선(24)이 수용되는 권선 터널을 형성하는 슬롯(26)과 회전자 코어(22)의 폴(27)을 형성하며,

   각 회전자 폴(27)은 회전자 코어(22)의 반경 방향 외측 표면에 의해 형성된 폴 면(30)을 가지며, 폴 면(30)들은 동일한 원주방향 크기를 가지며, 적어도 하나의 폴 면은 감겨질 제1 권선의 위치를 확인하기 위해 축 방향으로 연장하는 홈(32)을 가지며,

   홈(32)은 소정의 거리만큼 폴 면(30)의 원주방향 중심으로부터 변위되어, 홈(32)에 의해 발생된 코깅 토크의 위상과 제1 폴(P1)에 의해 발생된 코깅 토크의 위상에 있어서의 차이인 위상차를 형성하는 것을 특징으로 하는 모터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 기본 코깅 토크 오더는 28, 36, 또는 44인 모터.
3. 청구항 1에 있어서, 각 코일은 상기 회전자 코어를 통해 축방향으로 연장하는 두 개의 축 방향 부분과 상기 회전자의 축에 대해 횡 방향으로 연장하여 단순히 상기 축 방향 부분들을 연결하는 두 개의 권선 헤드를 가지며, 슬롯(26)과 회전자 폴(27)은 하나 이상의 슬롯과 회전자 폴 세트로 배열되며, 각 세트는 동일하고 각 세트의 적어도 일부 슬롯(26)은 전적으로 반경 방향이 아닌 방향으로 연장하며, 각 세트의 적어도 하나의 슬롯은 다른 슬롯들 중 적어도 하나의 반경 방향 깊이보다 작은 반경 방향 깊이를 가지며, 각 세트의 상기 슬롯은 상기 권선 헤드의 최대 레이 오버 또는 교차가 어떤 위치에서도 2개가 되도록 배열되어 있는, 모터.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 위상차는 90도와 270도의 사이에 있는 모터.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 위상차는 180도인 모터.
6. 청구항 1에 있어서,

   모터는 4개의 폴 고정자를 가지며 소정의 거리는 각도 형식의 거리이며, 이 거리는 타당한 허용오차(tolerance) 내에서, 22 슬롯 회전자에 대해 4.1도, 18 슬롯 회전자에 대해 5.0도, 및 14 슬롯 회전자에 대해서는 6.4도인 모터.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 타당한 허용오차는 플러스 또는 마이너스 1도인 모터.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 모터는 4개의 폴 고정자와 18개의 폴 회전자를 가지며, 홈(32)은 4도와 6도 사이의 거리만큼 제1 폴(P1)의 폴 면(30)의 중심으로부터 변위되는 모터.
9. 청구항 1에 있어서,

   회전자(15)는 한 쌍의 스파이더(28)의 형태로 된 회전자 코어 단부 보호부를 가지며, 각 스파이더는 적어도 상기 회전자 코어의 축 방향 단부의 영역에서 권선 터널의 벽에 대해 설치한 매달림 벽(depending wall)(29)과 상기 적층체의 형상에 대응하는 형상을 가진 평평한 베이스(34)를 가지는 성형된 부품인 모터.
10. 청구항 9에 있어서,

    매달림 벽(29)의 적어도 일부는 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 가지며, 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부에 인접한 폴 면(30)은 달리 노출되는 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 덮는 오버행(overhang)을 형성하는 립(lip)(35)을 가지는 모터.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 모터는 4 폴 14 슬롯 모터, 4 폴 18 슬롯 모터 또는 4 폴 22 슬롯 모터인 모터.
12. 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징(16),

    고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트(21), 샤프트에 끼워맞추어진 회전자 코어(22), 회전자 코어(22)의 일 단부에 인접한 샤프트에 끼워맞추어진 정류기(23), 와이어의 코일에 의해 형성되며 회전자 코어(22)의 폴(27) 둘레에 감기고 정류기(23)상에서 끝나는 권선(24)을 구비하는 회전자(15), 및

    권선(24)에 전력을 전달하기 위해 정류기(23)와 미끄럼 접촉하는 브러시를 포함하는 브러시 기어(17)를 구비하고,

    상기 회전자 코어는 함께 쌓아 올려지고, 상기 회전자 코어의 반경 방향으로 연장하는 선들에 대해 비대칭으로 이루어진 복수의 적층체(laminations)를 구비하는, DC 모터에 있어서,

    상기 모터는 20보다 더 큰 기본 코깅 토크 오더(fundamental cogging torque order)를 가지며,

    회전자(15)는 한 쌍의 스파이더(28)의 형태로 된 회전자 코어 단부 보호부를 가지며, 각 스파이더는 적어도 상기 회전자 코어의 축 방향 단부의 영역에서 권선 터널의 벽에 대해 설치한 매달림 벽(depending wall)(29)과 상기 적층체의 형상에 대응하는 형상을 가진 평평한 베이스(34)를 가지는 성형된 부품이며,

    매달림 벽(29)의 적어도 일부는 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 가지며, 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부에 인접한 폴 면(30)은 달리 노출되는 반경 방향 바깥쪽으로 향하는 단부를 덮는 오버행(overhang)을 형성하는 립(lip)(35)을 가지는 모터.
13. 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징(16),

    고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트(21), 샤프트에 끼워맞추어진 회전자 코어(22), 회전자 코어(22)의 일 단부에 인접한 샤프트에 끼워맞추어진 정류기(23), 와이어의 코일에 의해 형성되며 회전자 코어(22)의 폴(27) 둘레에 감기고 정류기(23)상에서 끝나는 권선(24)을 구비하는 회전자(15), 및

    권선(24)에 전력을 전달하기 위해 정류기(23)와 미끄럼 접촉하는 브러시를 포함하는 브러시 기어(17)를 구비하고,

    상기 회전자 코어는 함께 쌓아 올려지고, 상기 회전자 코어의 반경 방향으로 연장하는 선들에 대해 비대칭으로 이루어진 복수의 적층체(laminations)를 구비하는, DC 모터에 있어서,

    상기 모터는 20보다 더 큰 기본 코깅 토크 오더(fundamental cogging torque order)를 가지며,

    상기 적층체는 그 사이에 랜드(land)를 형성하는 반경 방향 외측 둘레에 형성된 복수의 슬롯(26)을 가지며, 랜드는 권선(24)이 수용되는 권선 터널을 형성하는 슬롯(26)과 회전자 코어(22)의 폴(27)을 형성하며,

    상기 슬롯은 제1 슬롯, 상기 제1 슬롯에 인접한 제2 슬롯, 상기 제2 슬롯에 인접한 제3 슬롯, 및 복수의 제4 슬롯을 포함하고, 상기 제1 슬롯은 최대의 깊이를 가지며, 상기 제2 슬롯 및 상기 제3 슬롯은 점진적으로 감소하는 반경 방향 깊이를 가지며, 상기 제4 슬롯들은 동일한 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
14. 청구항 13에 있어서,

    각 회전자 폴(27)은 회전자 코어(22)의 반경 방향 외측 표면에 의해 형성된 폴 면(30)을 가지며, 슬롯들과 회전자 폴들은 하나 이상의 슬롯과 회전자 폴 세트로 배열되며, 각 세트는 복수의 슬롯과 회전자 폴, 및 감겨질 권선(24) 중 제1 권선의 위치를 확인하기 위해 상기 회전자 폴들의 폴 면들 중 하나의 폴 면 상에 형성되고 축 방향으로 연장하는 오직 하나의 홈(32)을 포함하는 모터.
15. 영구 자석 고정자를 수용하는 고정자 하우징(16),

    고정자와 마주보고 회전가능하게 장착되며, 샤프트(21), 샤프트에 끼워맞추어진 회전자 코어(22), 회전자 코어(22)의 일 단부에 인접한 샤프트에 끼워맞추어진 정류기(23), 와이어의 코일에 의해 형성되며 회전자 코어(22)의 폴(27) 둘레에 감기고 정류기(23)상에서 끝나는 권선(24)을 구비하는 회전자(15), 및

    권선(24)에 전력을 전달하기 위해 정류기(23)와 미끄럼 접촉하는 브러시를 포함하는 브러시 기어(17)를 구비하고,

    상기 회전자 코어는 함께 쌓아 올려지고, 상기 회전자 코어의 반경 방향으로 연장하는 선들에 대해 비대칭으로 이루어진 복수의 적층체(laminations)를 구비하는, DC 모터에 있어서,

    상기 모터는 20보다 더 큰 기본 코깅 토크 오더(fundamental cogging torque order)를 가지며,

    상기 적층체는 그 사이에 랜드(land)를 형성하는 반경 방향 외측 둘레에 형성된 복수의 슬롯(26)을 가지며, 랜드는 권선(24)이 수용되는 권선 터널을 형성하는 슬롯(26)과 회전자 코어(22)의 폴(27)을 형성하며,

    각 회전자 폴(27)은 회전자 코어(22)의 반경 방향 외측 표면에 의해 형성된 폴 면(30)을 가지며, 슬롯들과 회전자 폴들은 하나 이상의 슬롯과 회전자 폴 세트로 배열되며, 각 세트는 복수의 슬롯과 회전자 폴, 및 감겨질 권선(24) 중 제1 권선의 위치를 확인하기 위해 상기 회전자 폴들의 폴 면들 중 하나의 폴 면 상에 형성되고 축 방향으로 연장하는 오직 하나의 홈(32)을 포함하는 모터.

Images