KR101532991B1 - 전기 모터의 로터 내에서 코일 와이어의 배치 - Google Patents

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니덱 모터스 & 엑츄에이터스 (독일) 게엠바하
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Abstract

전기 모터용 전기자로서 복수의 티쓰 및 복수의 공동을 포함하고, 각각 하나의 공동은 복수의 두개의 티쓰 사이에 배치되고, 복수의 공동 중 적어도 하나는 적어도 하나의 공동의 벽부 인접에 코일 권선을 수용하기 위해 구성되고 배치되고, 복수의 공동 중 적어도 하나는 스위칭 와이어 리셉터를 포함한다.

Description

전기 모터의 로터 내에서 코일 와이어의 배치{ARRANGEMENT OF COIL WIRES IN A ROTOR OF AN ELECTRIC MOTOR}
본 개시는 전기 모터에 관한 것이다. 본 개시는 특히 전기 모터용 전기자 및 전기자 상에서 스위칭 와이어와 코일 와이어의 배치에 관한 것이다.
브러쉬형 전기 모터의 전기자는 전기자의 티쓰의 요구되는 자화를 제공하기위해 전기자의 티쓰 주위에 권취된 코일을 포함한다. 티쓰는 코일을 통해 전류를 인가함으로써 자화된다. 코일은 일반적으로 공지된 방식으로 브러쉬와 정류자를 통해 전기적으로 접촉된다. 전기 모터가 적어도 2개의 코일 및 티쓰를 갖는 반면, 최신의 전기 모터는 예를 들면 4개 이상의 티쓰와 같이 복수의 티쓰를 갖는다. 코일은 각각의 티쓰 또는 복수의 티쓰 주위에 권취되고 정류자를 통해 개별적으로 처리된다.
전기자가 샤프트 주위에 배치된 복수의 티쓰를 갖는 바와 같이 보일 수 있는 반면 전기자는 전기자의 티쓰 사이에 배치된 복수의 공동을 갖는 바와 같이 고려될 수도 있다. 코일 와이어 외에 소위 스위칭 와이어는 티쓰 사이의 공동 내에 배치된다. 스위칭 와이어는 정류자와 코일을 연결하고 정류자의 단일 바를 전기적으로 등가로 만드는데 사용된다. 서로에 대한 코일 와이어 및 스위칭 와이어의 배치는 제조 방법 또는 시퀀스에 따른다. 스위칭 와이어 및 코일의 배치는 스위칭 와이어가 코일의 배치 전 또는 후에 위치되는 지에 따라 다르다. 이는 코일 와이어 및 코일의 위치가 정밀하게 결정될 수 없고 제조 시퀀스가 고려되어야만 하는 단점을 가지고 있다. 제조 시퀀스가 고려되지 않으면, 몇몇 공동에서 스위칭 와이어는 코일이 배치되어야 할 위치에 배치되고 따라서 순서대로 티쓰 상에 코일을 권취하는 것이 어려워지고 이는 제어되지 않는 와이어 크로싱, 증가된 엔드 턴(end turn) 높이, 모터의 불균형 및 효율 하락과 같이 몇몇 부정적인 영향을 준다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 극복하는 것이다.
본 발명은 전기 모터용 전기자, 그러한 전기자를 갖는 전기 모터 및 그 제조를 위한 방법을 제안한다. 전기자는 복수의 티쓰 및 복수의 공동 또는 슬롯을 포함한다. 각각 하나의 공동은 외부 원주면에 배치된다. 공동은 복수의 두개의 티쓰 사이에 배치되고 따라서 전기자를 형성한다. 복수의 공동 중 적어도 하나는 적어도 하나의 공동/티쓰의 벽부 인접에 코일 권선을 수용하기 위해 구성되고 배치된다. 벽부는 복수의 티쓰 중 하나의 벽일 수 있다. 복수의 공동 중 적어도 하나는 스위칭 와이어 리셉터를 포함한다. 와이어 리셉터는 스위칭 와이어 또는 복수의 와이어를 수용하기 위한 리세스에 의해 형성된다.
공동 내의 또는 티쓰 사이의 스위칭 와이어 리셉터는 소정 위치 내에 스위칭 와이어를 위치시키고, 안내 및/또는 지지하는 데 사용될 수 있다. 이것은 코일 와이어 뿐만 아니라 스위칭 와이어를 보다 정밀하게 위치시키는 것을 가능하게 함으로써 전기자 매스의 불균형을 감소시키고 코일 및 전기자의 제조를 보다 용이하게 만든다. 또한 스위칭 와이어가 스위칭 와이어 리셉터에 개별적으로 배치되기 때문에 크로싱 와이어 없이 코일 및 전기자를 구성하는 것이 가능하고, 이는 크기, 즉 전기자의 반경을 줄이는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 보다 작고 보다 경량인 모터를 디자인하는데 도움을 준다.
스위칭 와이어 리셉터는 공동의 벽부 내에서 리세스 또는 홈 형상을 가질 수 있다. 리세스는 방사상 최내측 표면 또는 공동의 바닥에 형성될 수 있다. 리세스는 하나 또는 복수의 스위칭 와이어를 수용하고 스위칭 와이어를 제위치에 유지할만큼 충분히 클 수 있다. 따라서 리세스 또는 홈의 단면은 스위칭 와이어 또는 복수의 스위칭 와이어의 직경과 대략 동일한 크기일 수 있다.
스위칭 와이어 리셉터는 예를 들면 공동 내에 위치된 클램프 또는 와이어 보유기와 같이 다른 형상을 가질 수도 있다.
스위칭 와이어 리셉터는 원주 방향으로 스위칭 와이어를 유지하고 지지하기 위한 안내면을 가질 수 있다. 1개 또는 2개의 리세스가 제공될 수 있고 2개의 스위칭 와이어가 1개의 스위칭 와이어 리셉터 내에 함께 배치되거나 또는 개별적인 스위칭 와이어 리셉터가 각각의 스위칭 와이어를 위해 제공될 수 있다.
또한 본 개시는 전기 모터용 로터 또는 전기자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 전기 모터의 전기자 상에 전기 와이어를 배치하는 스텝을 포함한다. 방법은 전기자의 공동 내에 배치된 스위칭 와이어 리셉터 내에 적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝을 포함한다. 공동은 전기자의 2개의 티쓰 사이에 형성된다. 방법은 적어도 하나의 공동의 코일 안내면 상에 코일 와이어를 권취하는 스텝을 더 포함한다. 코일 안내면은 공동의 벽부일 수 있고 복수의 티쓰 중 하나에 의해 형성될 수 있다.
전기자의 공동 내에 배치된 스위칭 와이어 리셉터 내에 적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝은 적어도 하나의 공동의 코일 안내면 상에 코일 와이어를 권취하기 전 또는 후에 수행될 수 있다. 코일 와이어의 최종 위치는 두 경우 모두 동일하게 유지되고 즉, 제조 순서가 티쓰 상의 및 공동 내의 코일 와이어의 위치에 영향을 주지 않음으로써 코일 와이어로 형성되는 코일이 티쓰 상에 순서대로 권취되게 만든다. 그리고 순서대로 권취된 코일 와이어는 코일의 저항을 감소시킴으로써 모터의 효율을 개선할 수 있다.
적어도 하나의 스위칭 와이어 및 권선을 위치시키는 스텝은 결과의 변화 없이 임의의 시퀀스로 행해질 수 있다. 적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝은 제 1 공동 내에 코일 와이어의 코일을 권취하기 전에 행해질 수 있고 적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝은 제 1 공동 내에 코일 와이어의 코일을 실질적으로 권취하기 전 또는 이후에 행해질 수 있다.
본 발명은 도면에 대해 주어진 다음의 상세한 설명을 참조하면 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 전기자를 갖는 종래 전기 모터의 단면을 도시한다.
도 2는 종래 전기자의 단면의 일부를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 전기자의 단면의 동일한 부분을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 전기자의 단면의 동일한 부분을 도시한다.
본 개시의 예가 지금부터 보다 상세하게 설명된다. 이러한 예의 모든 특징은 반드시 본 발명을 구현하도록 실행될 필요는 없고 당업자는 전기자 및 전기 모터의 적용예에 따라 특징을 변경, 부가, 생략할 수 있다는 점에 유념해야 한다.
도 1은 본 발명이 구현될 수 있는 전기 모터(2)를 도시한다. 전기 모터는 종래의 전기 모터일 수 있고 회전 샤프트(8) 상에 배치된 전기자(10)를 갖는 로터(3)를 포함한다. 또한 복수의 접촉 요소를 갖는 정류자(6)가 통상의 방식으로 회전 샤프트(8) 상에 위치된다. 전기자(10)는 샤프트(8)의 회전축 주위에 배치된 복수의 티쓰(12)를 포함한다. 티쓰(12)는 버섯과 유사한 형상을 가질 수 있고 종래 기술 분야에서 공지된 바와 같은 자화 가능한 재료로 만들어질 수 있다. 본원에서 특별히 언급하지 않은 전기 모터의 모든 부분은 종래 기술 분야에서 공지된 임의의 전기 모터에서와 같을 수 있다.
도 2는 종래 전기자의 단면의 일부를 도시한다. 적어도 하나의 코일 와이어(30)의 코일이 티쓰(12)의 자화 가능한 재료를 자화하기 위해 각각의 티쓰(12)에 권취된다. 코일은 코팅된 티쓰(12) 상에 직접 권취될 수 있고 또는 코일은 티쓰(12)의 표면 상에 배치되는 절연체 상에 권취될 수 있다. 각각의 티쓰(12)는 코일 와이어를 권취하기 위한 2개의 실질적으로 평행한 안내 벽부(13)를 갖는다(도 2에 도시된 바와 같음). 또한 이러한 안내 벽부(13)는 원주 방향으로 티쓰(12)의 양쪽 측면 상에 배치된 공동의 벽부를 형성한다. 공동은 안내 벽부(13) 사이에 배치되고 원주 방향으로 연장되는 방사상 최내측 벽부(14)를 더 포함한다. 코일 와이어(30)는 로터(3)의 회전 중 소정의 방식으로 상응하는 티쓰를 자화하도록 정류자의 선택된 접촉부에 스위칭 와이어(41, 42)에 의해 연결된다.
스위칭 와이어(41, 42)는 코일 와이어(30)의 터미널 단부일 수 있고 코일 와이어와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 스위칭 와이어(41, 42)는 코일 와이어(30)와 비교하여 동일하거나 다른 단면의 직경을 가질 수 있다.
또한 스위칭 와이어(41, 42)는 도 2에 도시한 바와 같이 2개의 티쓰(12) 사이의 공동(20) 내에 임의의 위치에 배치된다. 공동 내에 스위칭 와이어(41, 42)의 위치는 제조 스텝의 순서 또는 시퀀스에 따른다. 코일 와이어(30)가 스위칭 와이어(41)를 위치시키기 전에 티쓰(12) 둘레에 권취되면 스위칭 와이어(41)는 도 2에서 좌측면에 도시된 바와 같이 코일 와이어의 상단에 배치된다. 스위칭 와이어(42)가 코일 와이어(30)를 권취하기 전에 공동 내에 위치되면 스위칭 와이어(42)는 다르게 위치된다. 이러한 경우에 스위칭 와이어(42)는 공동(20)의 안내 벽부(13)에 직접 배치되고 코일 와이어(30)가 스위칭 와이어(42)의 상단에 권취된다(도시 생략). 스위칭 와이어(42)의 이러한 배치는 도 2에서 공동(20)의 우측면 상에 도시된다.
스위칭 와이어(41, 42)의 위치 및 결과적으로 코일 와이어(30)의 위치는 제조시의 시퀀스 즉, 스위칭 와이어(41, 42)가 코일 와이어를 권취하기 전 또는 후에 위치되는 지에 따른다. 제조 시퀀스는 전기자 복합체의 제조 공정을 행하는 제조 시에 고려되어야만 한다. 제조 시퀀스가 고려되지 않으면, 몇몇 공동(20)에서 스위칭 와이어(42)가 코일이 배치되어야 할 위치에 배치되고 따라서 순서대로 티쓰(12) 상에 코일을 권취하는 것이 어려워지고, 이는 제어되지 않는 와이어 크로싱, 증가된 엔드 턴 높이, 모터의 불균형 및 효율 하락과 같은 몇몇 부정적 영향을 준다. 그리고, 제조 시퀀스가 고려되었다 해도, 스위칭 와이어(41, 42)가 쉽게 이동할 수 있기 때문에 특히 로터(3)가 회전할 때 순서대로 티쓰(12) 상에 코일을 권취하는 것도 어렵다. 그리고, 무질서하게 권취된 코일 와이어(30)는 코일의 저항을 증가시키고 모터의 효율을 감소시킨다.
도 3은 도 2의 전기자(10)의 것과 동일한 전기자(100) 부분을 도시한다. 도 2의 전기자(10)와 대조적으로 도 3의 전기자(100)는 공동 또는 슬롯(200)의 방사상 최내측 벽부(140)에 홈 또는 리세스(240)를 제공한다. 홈 또는 리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)가 위치되고, 안내되고, 제위치에 유지되는 채널 형상을 가질 수 있다. 리세스(240)가 방사상 최내측 벽부(140)에 배치되어 코일(30)을 권취하는 공간은 영향을 받지 않는다. 따라서 스위칭 와이어(410, 420)는 코일 와이어(30)로부터 보다 양호하게 분리되고, 티쓰(12) 주위에 코일(30)을 권취하기 전 또는 후에 홈 또는 리세스(240) 내에 위치될 수 있다. 스위칭 와이어(410, 420) 및 코일 와이어(30)는 제조 시퀀스와 관계없이 항상 동일한 위치에 위치된다. 이는 코일 와이어(30) 및 스위칭 와이어(410, 420)의 보다 정확한 배치를 가능하게 하고 제조 프로세스가 보다 유연해질 수 있다. 전기자(100)는 보다 콤팩트하게 디자인될 수 있고 보다 작은 직경의 전기자가 구현될 수도 있어서 보다 작고 보다 경량의 모터를 가능하게 한다. 티쓰(12) 내의 자기장은 보다 정밀하게 생성될 수 있고 전기자(10)의 불균형한 매스 플라이웨이트(mass flyweight)가 감소될 수 있다. 또한 코일 와이어는 순서대로 티쓰 주위에 권취될 수 있고 이는 코일의 저항을 감소시키고 모터의 효율을 개선한다.
리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)의 직경에 상응하는 깊이를 갖는다. 리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)의 직경보다 크거나 또는 적어도 스위칭 와이어(410, 420)의 직경의 반보다 큰 깊이를 가질 수 있다. 스위칭 와이어(410, 420)의 직경에 상응하거나 또는 그보다 큰 깊이를 갖는 리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)를 리세스(240) 내에 유지할 수 있게 만든다. 적어도 하나의 스위칭 와이어(410, 420)의 배치 위치를 가이드하기 위한 안내면인 리세스의 단면 형상은 바닥부(244), 제 1 벽부(241), 및 제 2 벽부(242)를 포함할 수 있다. 제 1 벽부(241) 및 제 2 벽부(242)는 전기자의 원주 방향으로 각각 스위칭 와이어(410, 420)를 위한 지지부를 제공할 수 있다. 이는 제 1 벽부(241)에 대해 제 1 스위칭 와이어(410) 및 제 2 벽부(242)에 대해 제 2 스위칭 와이어(420)의 정밀하고 안정적인 위치 설정을 가능하게 한다. 리세스(240)는 제 1 벽부(241)와 제 2 벽부(242) 사이에 2개의 스위칭 와이어(410, 420)를 충분히 수용하는 폭을 가질 수 있다.
제 1 벽(241) 및 제 2 벽(242)은 바닥부(244)에 대해 실질적으로 수직으로 배치될 수 있고 결과적으로 직사각형 단면의 리세스(240)가 된다. 도 3에 도시된 바와 같이 테이퍼진 단면의 리세스(240)를 제공하는 것은 이점을 갖는다. 리세스의 폭은 바닥부와 비교하여 공동 쪽으로 개방된 상단 측면에서 보다 작을 수 있다. 이는 바닥부(244)와 개별적인 벽(241, 242)에 의해 형성된 코너에서 스위칭 와이어(410, 420)를 클램핑하고 보다 양호하게 지지하는 것을 허용한다.
도 3에 도시된 예에서 하나의 리세스(240)가 스위칭 와이어(410, 420) 모두에 대해 사용되지만 각각의 스위칭 와이어에 대해 분리된 리세스를 제공하거나 또는 이것이 필요하다면 리세스 내에 2개 이상의 스위칭 와이어를 위치시키는 것도 가능하다.
방사상으로 최내측 표면 내에 있는 공동(200) 내의 다른 위치에 리세스를 위치시키는 것도 가능하다.
상술한 공동(200) 및 리세스(240)는 임의의 기존 전기자(10)에서 구현될 수 있고 기존 전기자는 변형될 수 있다.
본 개시는 특정한 전기자(10)에 대한 리세스(240)를 도시하지만 다른 전기자가 사용될 수 있고 본 개시가 특정한 기하학적 형상의 전기자에 있어서 특정한 수의 티쓰(12) 또는 공동에 제한되지 않는다는 것이 당업자에게 명백하다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 전기자의 부분적 확대 단면도를 도시한다. 제 2 실시형태에서 리세스(250)는 제 1 실시형태와 비교하여 다른 형상을 갖는 단면을 갖는다.
제 2 실시형태에서 리세스(250)는 바닥부(254), 제 1 벽부(251) 및 제 2 벽부(252)를 포함한다. 제 1 벽부(251) 및 제 2 벽부(252)는 실질적으로 서로에 대해 평행하게 배치되고, 제 1 벽부(251) 및 제 2 벽부(252)는 모두 실질적으로 바닥부(254)에 대해 수직으로 배치되어 결과적으로 직사각형 단면의 리세스(250)로 된다. 제 1 벽부(251) 및 제 2 벽부(252)는 실질적으로 서로에 대해 평행하게 배치되고 따라서 전기자를 생산하는 캐스팅 다이의 수명이 보다 길어진다.
제 1 벽부(251)와 제 2 벽부(252) 사이의 거리는 스위칭 와이어의 직경보다 2배 길고, 방사상으로 리세스(205)의 깊이는 스위칭 와이어(411)의 직경보다 2배 깊다. 이러한 형상에 있어서 리세스(250)는 적어도 4개의 스위칭 와이어(411)를 보유하기에 충분히 크다. 제 2 실시형태에서 리세스(250)는 3개의 스위칭 와이어(411, 421, 431)를 보유하고 있다. 리세스(250)의 크기는 스위칭 와이어를 보유하는 특정한 모터에 적용하도록 조정될 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 전기자를 변경할 수 있고 다른 로터 및 다른 전기 모터에 그것을 적용할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바람직한 실시형태가 내부 로터 타입 모터의 로터 코어를 설명했지만 본 발명은 외부 로터 타입 모터의 로터 또는 고정자에 채택될 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 청구항에 의해서만 한정된다.

Claims (16)

  1. 전기 모터용 전기자(100)로서,
    복수의 티쓰(12) 및 복수의 공동(20, 200)을 포함하고,
    각각 하나의 공동은 복수의 두개의 티쓰(12) 사이에 배치되고,
    복수의 공동(200) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 공동(200)의 벽부 인접에 코일 와이어(30)를 수용하기 위해 구성되고 배치되고,
    복수의 공동(200) 중 적어도 하나는 스위칭 와이어 리셉터를 포함하며,
    스위칭 와이어 리셉터는 스위칭 와이어(410, 420)를 수용하기 위해 복수의 공동(200) 중 적어도 하나의 벽부 내에 리세스(240)를 포함하는 전기자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)의 직경에 실질적으로 상응하는 깊이를 갖는 전기자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    리세스(240)는 스위칭 와이어(410, 420)의 직경보다 큰 깊이를 갖는 전기자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    스위칭 와이어 리셉터는 적어도 하나의 스위칭 와이어(410, 420)를 위한 안내면을 갖는 전기자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 공동은 코일 와이어(30)를 위한 2개의 실질적으로 대향하는 안내 벽부(13)를 갖는 전기자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    2개의 실질적으로 대향하는 안내 벽부(13)는 방사상 최내측 벽부(140)를 향해 테이퍼진 테이퍼형 공동을 형성하는 전기자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    2개의 실질적으로 대향하는 벽부(241, 242)는 방사상 최내측 벽부(140)를 향해 테이퍼진 테이퍼형 리셉터를 형성하는 전기자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    2개의 실질적으로 대향하는 벽부(241, 242)는 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 전기자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    스위칭 와이어(410, 420)는 코일 와이어(30)의 터미널 단부인 전기자.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 안내면은 제 1 벽부, 제 2 벽부, 바닥부를 구비하는 전기자.
  11. 제 1 항에 기재된 전기자를 포함하는 전기 모터.
  12. 전기 모터의 전기자(100) 상에 전기 와이어를 배치하기 위한 방법으로서,
    a. 전기자(100)의 적어도 하나의 공동(200) 내에 배치된 스위칭 와이어 리셉터 내에 적어도 하나의 스위칭 와이어(410, 420)를 위치시키는 스텝,
    b. 적어도 하나의 공동(200)의 코일 안내 벽부 상에 코일 와이어(30)의 코일을 권취하는 스텝을 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    리세스(240)는 적어도 하나의 공동의 방사상 최내측 벽부 내에 형성되는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝은 제 1 공동 내에 코일 와이어의 코일을 권취하기 전에 행해지고,
    적어도 하나의 스위칭 와이어를 위치시키는 스텝은 제 1 공동과는 다른 제 2 공동 내에 코일 와이어의 코일을 권취한 이후에 행해지는 방법.
  15. 삭제
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