KR101637676B1 - 개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 전기기기의 전기자에 관한 것으로서, 조립성과 강도 등의 내구성 측면에서 개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고, 상기 웨지는, V자 형상으로 절곡된 단면 형상을 가지면서 슬롯 내부에 삽입되어 양 끝단부가 코어의 이웃한 두 치(齒)에 결합되는 본체 플레이트; 및 상기 본체 플레이트 내측에 결합되어 본체 플레이트를 벌어지는 방향으로 지지하여 형상을 유지하는 지지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자가 개시된다.

Description

개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자{ARMATURE OF ROTATING ELECTRIC MACHINE WITH IMPROVED WEDGES}
본 발명은 회전 전기기기의 전기자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립성 및 내구성 측면에서 개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자에 관한 것이다.
일반적으로 전기기기는 전기에너지를 역학적 에너지로 또는 역학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환기기를 의미하는 것으로, 그 중에서 회전 전기기기의 예로 모터와 발전기를 들 수 있다.
오늘날 회전 전기기기는 효율 및 파워밀도를 증진시키기 위해 다양한 형태로 개발되고 있으며, 차량에서도 다수의 모터와 발전기가 탑재되어 사용되고 있다.
예를 들면, 친환경자동차인 전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차에서 차량 주행을 위한 구동원으로 구동모터가 장착되고 있으며, 그 밖에 차량에는 각종 장치의 액추에이터로 여러 종류의 모터들이 사용되고 있음은 주지의 사실이다.
알려진 바와 같이, 회전 전기기기는 고정자(stator)와 회전자(rotor)를 가지며, 상기 고정자는 코어와 코어에 부착 또는 매입된 영구자석을 포함하고, 회전자는 코어와 코어의 슬롯에 권선된 코일을 포함한다.
이는 구성의 일 예이므로 코일이 회전자 대신 고정자에 위치될 수도 있고, 영구자석 또한 고정자 대신 회전자에 위치될 수도 있다.
또한, 계자 권선형 회전자 동기 모터(WRSM:Wound Rotor Synchronous Motor)와 같이 회전자와 고정자가 모두 코일 권선을 가질 수 있다.
모터 및 발전기와 같은 회전 전기기기에서 코일이 권선된 회전자 또는 고정자 부분을 전기자(armature)라 칭하고 있으므로, 이하의 설명에서 슬롯을 통해 코일이 권선되는 회전자 코어 또는 고정자 코어를 전기자 코어라 통칭하기로 한다.
한편, 회전 전기기기의 전기자에서는 슬롯에 권선된 코일의 위치를 고정 및 지지하고 코일의 이탈을 방지하는 웨지(wedge)가 사용되고 있다.
상기 웨지는 코일의 고정 및 지지, 이탈 방지를 위해 전지자 코어에서 코일이 권선된 슬롯 내부 또는 슬롯의 개구부(opening)에 설치되는 것으로, 이러한 웨지에 대해 기재하고 있는 선행기술문헌으로는 일본 공개특허 제2005-184994호(2005.7.7)(특허문헌 1), 미국특허 제6054790호(2000.4.25)(특허문헌 2) 등을 들 수 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 웨지의 경우 모터의 고정자 슬롯에 코일을 권선한 후 개구부를 통해 웨지를 축 방향으로 삽입하여 조립하므로 웨지의 조립성 측면에서 불리하다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 웨지(V-block)의 경우 내구성 및 강성이 우수하다는 이점을 가지지만, 구성과 조립 과정이 복잡하고 중량 및 제작비용이 크다는 단점을 가지고 있다.
도 1은 간단한 구조를 가지는 또 다른 형태의 웨지가 설치된 전기자를 예시하고 있는 단면도로서, 하이브리드 자동차의 구동모터(WRSM)에서 회전자 코어(10)의 슬롯(12)에 웨지(15)가 설치된 예를 나타내고 있다.
도시된 바와 같이, 코어(10)의 슬롯(12) 내에 조립된 웨지(15)는 슬롯의 개구부(12a)를 폐쇄하면서 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일(14)을 지지하고 고정하여 코일의 이탈을 방지한다.
이러한 형태의 웨지(15)는 통상 플라스틱 재질로 성형 제작하며, 회전자 코어(10)의 슬롯(12)에 코일(14)이 권선되고 나면, 웨지(15)를 코어의 축 방향으로 슬롯 내에 삽입하여 조립한다.
그러나, 도시된 바와 같은 종래의 웨지(15)는 플라스틱을 재질로 하기 때문에 강성 및 내구성 측면에서 불리하고, 코어(10)의 축 방향으로 슬롯(12) 내에 삽입하여 조립하므로 조립성 측면에서도 좋지 못하다.
즉, 슬롯(12)에 코일(14)이 권선된 상태에서, 웨지(15)가 삽입되어 위치해야 할 공간을 향해 슬롯 내 권선된 코일의 배부름 현상이 있거나 권선된 코일이 슬롯 내에서 상기 공간을 향해 돌출되어 있을 때, 웨지를 코어 축 방향으로 슬롯 내부에 삽입하면 웨지가 코일에 걸리면서(코일에 의한 간섭 발생) 삽입이 잘 되지 않거나 삽입시 큰 힘이 들고, 축 방향 삽입시 좁은 슬롯 내부공간 내에 웨지가 코일에 걸리지 않도록 주의해서 삽입해야 하는 어려움이 있다.
일본 공개특허 제2005-184994호(2005.7.7) 미국특허 제6054790호(2000.4.25)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 조립성과 강도 등의 내구성 측면에서 개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고, 상기 웨지는, V자 형상으로 절곡된 단면 형상을 가지면서 슬롯 내부에 삽입되어 양 끝단부가 코어의 이웃한 두 치(齒)에 결합되는 본체 플레이트; 및 상기 본체 플레이트 내측에 결합되어 본체 플레이트를 벌어지는 방향으로 지지하여 형상을 유지하는 지지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 본체 플레이트는 탄성을 가지는 금속판으로 제작되어 상기 V자 형상의 절곡 부위를 중심으로 오므라진 상태에서 양 측면부가 탄성에 의해 벌어질 수 있는 탄성체로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체 플레이트는, 전체 표면 또는 적어도 슬롯 내 코일과 접촉하는 부분의 표면이 절연 물질로 코팅되거나, 상기 표면과 코일 사이에 절연수단이 개재되어 상기 코일과 절연상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체 플레이트의 양 끝단부가 홈 형상부를 형성하도록 절곡되어 있고, 상기 지지 플레이트는 양 측단부가 상기 본체 플레이트의 홈 형상부에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체 플레이트는 바깥쪽으로 구부러진 양 끝단 부위인 끼움단이 이웃한 두 치의 끝단부에 형성된 홈에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 회전 전기기기의 전기자에 의하면, 웨지가 금속 소재로 제작되므로 내구성 측면에서 유리한 이점이 있고, 웨지의 본체 플레이트를 슬롯 내에 축 방향이 아닌 반경 방향으로 삽입하여 조립할 수 있으므로 조립시 코일에 의한 간섭이 방지되어 조립성이 개선되는 이점이 있다.
도 1은 종래의 웨지가 설치된 전기자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에서 슬롯 내부에 웨지가 설치된 상태를 나타내는 전기자의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 조립성과 강도 등의 내구성 측면에서 개선된 웨지를 가지는 회전 전기기기의 전기자를 제공하고자 하는 것으로, 웨지를 탄성 재질의 금속판으로 제작하여 슬롯의 개구부를 통해 전기자 코어의 반경 방향으로도 삽입 가능하도록 한 점에 주된 특징을 가진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨지의 설치상태를 나타내는 단면도로서, 본 발명에 따른 회전 전기기기의 전기자에서 슬롯(12) 내부에 웨지(15)가 설치된 상태를 예시하고 있다.
본 발명에서 회전 전기기기는 모터(예, WRSM) 또는 발전기가 될 수 있고, 또한 코일(14)이 권선된 전기자는 모터 또는 발전기의 종류에 따라 코일이 권선된 회전자를 포함하는 것이거나 고정자는 포함하는 것일 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 전기기기의 전기자에서 코어(10)의 슬롯(12)에 코일(14)이 권선되며, 슬롯의 개구부(12a)를 폐쇄하면서 좌, 우측으로 위치되는 코일(14)을 지지하고 고정하여 코일의 이탈을 방지하도록 웨지(15)가 전기자 코어(10)의 슬롯(12) 내부에 조립된다.
또한, 본 발명에 따른 웨지(15)는 도시된 바와 같이 대략 V자 형상으로 절곡된 단면 형상을 가지면서 전기자 코어(10)의 슬롯(12) 내부에 삽입되어 양 끝단부가 코어의 이웃한 두 치(11)의 끝단부에 결합되는 본체 플레이트(15a)와, 상기 본체 플레이트(15a)의 내측에 결합되어 본체 플레이트를 벌어지는 방향으로 지지하여 형상을 유지하는 지지 플레이트(15c)를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 웨지(15)에서 본체 플레이트(15a)는 탄성을 가지는 금속판으로 제작되며, 탄성의 스틸 재질로 제작될 수 있다.
또한, 상기 본체 플레이트(15a)는 대략 V자 형상으로 절곡된 단면 형상을 가지도록 제작되는데, 상기 V자 형상의 절곡 부위(15d)를 중심으로 오므라진 상태에서 양 측면부가 탄성에 의해 바깥쪽 방향으로 벌어질 수 있는 탄성체로 제작된다.
더불어, 본체 플레이트(15a)는 전체 표면 또는 적어도 슬롯(12) 내 코일(14)과 접촉하는 부분의 표면이 절연 물질로 코팅되거나, 또는 상기 표면과 코일 사이에 절연지 등의 절연수단이 개재되어 코일과의 사이에 절연상태가 유지될 수 있도록 되어 있다.
도 2에서 도면부호 15b는 절연 코팅 또는 절연지에 의해 형성되는 절연층을 나타낸다.
또한, 본체 플레이트(15a)의 양 끝단부는 지지 플레이트(15c)의 측단부가 삽입되어 고정될 수 있는 홈 형상부(15e)를 형성하도록 절곡되어 있고, 홈 형상부(15e)와는 반대방향으로, 즉 바깥쪽으로 구부러진 양 끝단 부위, 즉 본체 플레이트의 끼움단(15f)이 상기 코어(10)의 치 끝단부에 형성된 홈(11a)에 삽입되어 결합된다.
이때, 본체 플레이트(15a)가 탄성으로 벌어지려는 힘에 의해 본체 플레이트의 끼움단(15f)이 치 끝단부의 홈(11a)에 끼워져 있는 상태를 유지하게 된다.
또한, 지지 플레이트(15c)는 양 측단부가 본체 플레이트(15a)의 홈 형상부(15e)에 끼워져 결합된 상태로 본체 플레이트(15a)를 지지하며, 지지 플레이트(15c)에 의해 본체 플레이트(15a)의 양측 끼움단(15f)이 코어의 홈(11a)에 삽입된 상태에서 견고히 고정된 상태를 유지하게 된다.
이러한 지지 플레이트(15c)는 금속이나 플라스틱을 재질로 하여 판 형상으로 제작될 수 있으며, 조립 후 본체 플레이트(15a)의 끼움단(15f)보다 안쪽 위치에서 개구부(12a)를 막고 있는 상태로 있게 된다.
상기한 구성의 웨지(15)를 전기자 코어(10)의 슬롯(12) 내에 결합하는 과정에 대해 설명하면, 전기자 코어(10)의 슬롯(12)에 코일(14)을 권선하고, 탄성을 갖는 본체 플레이트(15a)를 그 절곡 부위(15d)를 중심으로 오므린 뒤, 개구부(12a)를 통해 반경 방향으로 슬롯(12) 내에 삽입한다.
이때, 본체 플레이트(15a)의 양측 끼움단(15f)이 코어의 치 끝단부에 형성된 홈(11a)에 끼어지도록 하여 본체 플레이트를 고정한다.
또한, 코어(10)의 슬롯(12) 내벽 면은 통상적인 회전 전기기기의 전기자 코어에서와 마찬가지로 코일(14)과의 사이에 절연지(113)나 절연필름 등으로 절연된다.
또한, 상기 본체 플레이트(15a)를 슬롯(12) 내에 삽입하여 조립할 때, 반경 방향이 아닌 축 방향으로 삽입하여 조립하는 것도 가능하며, 이 경우에도 본체 플레이트(15a)의 양측 끼움단(15f)이 치 끝단부의 홈(11a)에 끼워지도록 하여 본체 플레이트를 축 방향으로 슬라이드 시킨다.
상기 본체 플레이트(15a)의 고정 후에는 지지 플레이트(15c)를 슬롯(12) 내에 축 방향으로 삽입하여 조립하는데, 지지 플레이트(15c)의 양 측단부가 본체 플레이트(15a)의 홈 형상부(15e)에 끼워지도록 하여 축 방향으로 슬라이드 시킨다.
상기와 같이 본체 플레이트(15a)와 지지 플레이트(15c)를 슬롯(12) 내부에 조립하고 나면, 슬롯 내에서 본체 플레이트가 좌, 우 양측으로 위치되는 코일(14)을 지지하면서 고정하는 것은 물론 슬롯의 개구부(12a)를 폐쇄하여 코일의 이탈을 방지하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전기자에서는 웨지가 금속 소재로 제작되므로 종래의 플라스틱 재질에 비해 파손이 적어 내구성 측면에서 유리한 이점이 있고, 또한 웨지의 본체 플레이트를 슬롯 내에 축 방향이 아닌 반경 방향으로 삽입하여 조립할 수 있으므로 조립시 코일에 의한 간섭이 방지되어 종래에 비해 조립성이 개선되는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 전기자 코어(회전자 코어) 11 : 치
11a : 홈 12 : 슬롯
13 : 절연지 14 : 코일
15 : 웨지 15a : 본체 플레이트
15b : 절연층 15c : 지지 플레이트
15d : 절곡 부위 15e : 홈 형상부
15f : 끼움단

Claims (5)

  1. 코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고,
    상기 웨지는,
    V자 형상으로 절곡된 단면 형상을 가지면서 슬롯 내부에 삽입되어 양 끝단부가 코어의 이웃한 두 치(齒)에 결합되는 본체 플레이트; 및
    상기 본체 플레이트 내측에 결합되어 본체 플레이트를 벌어지는 방향으로 지지하여 형상을 유지하는 지지 플레이트를 포함하며,
    상기 본체 플레이트의 양 끝단부가 홈 형상부를 형성하도록 절곡되어 있고, 상기 지지 플레이트는 양 측단부가 상기 본체 플레이트의 홈 형상부에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체 플레이트는 탄성을 가지는 금속판으로 제작되어 상기 V자 형상의 절곡 부위를 중심으로 오므라진 상태에서 양 측면부가 탄성에 의해 벌어질 수 있는 탄성체로 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체 플레이트는,
    전체 표면 또는 적어도 슬롯 내 코일과 접촉하는 부분의 표면이 절연 물질로 코팅되거나, 상기 표면과 코일 사이에 절연수단이 개재되어 상기 코일과 절연상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체 플레이트는 바깥쪽으로 구부러진 양 끝단 부위인 끼움단이 이웃한 두 치의 끝단부에 형성된 홈에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
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