KR101745127B1

KR101745127B1 - 회전 전기기기의 전기자

Info

Publication number: KR101745127B1
Application number: KR1020150120269A
Authority: KR
Inventors: 양홍석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-06-08
Also published as: CN106487141B; US10033239B2; CN106487141A; US20170063189A1; KR20170024795A

Abstract

본 발명은 코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 상기 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고, 상기 웨지는 상기 슬롯 내부에 삽입되고, V자 형상을 가지며 양단부가 코어의 이웃한 걸림 홈에 걸림 위치되는 본체부 및 상기 본체부의 양단부에서 절곡 영역을 형성하며 일체형으로 연결되고, 상기 슬롯의 내부에서 서로 마주보게 배치되어 상기 본체부를 지지하는 이탈 방지부를 포함한다.

Description

회전 전기기기의 전기자{Armature of rotating electric machine}

본 발명은 회전 전기기기의 전기자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립성이 개선된 웨지를 포함하는 회전 전기기기의 전자기에 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, 이러한 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.

여기서, 웨지는 코일의 고정 및 지지, 이탈 방지를 위해 전지자 코어에서 코일이 권선된 슬롯 내부 또는 슬롯의 개구부(opening)에 설치되는 것으로, 이와 관련된 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 웨지가 설치된 예를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 코어(10)의 슬롯(12) 내에 조립된 웨지는 슬롯의 개구부(12a)를 폐쇄하면서 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일(14)을 지지하고 고정하여 코일의 이탈을 방지한다.

이러한 형태의 웨지는 통상 플라스틱 재질로 성형 제작하며, 회전자 코어(10)의 슬롯(12)에 코일(14)이 권선되고 나면, 웨지를 코어의 축 방향으로 슬롯 내에 삽입하여 조립한다.

또한, 웨지는 재질의 특성 상 강성 및 내구성 측면에서 불리하기 때문에, 이러한 문제를 해소하기 위하여 본체 플레이트(1) 내측에 지지 플레이트(2)를 설치함으로써, 본체 플레이트(1)를 벌어지는 방향으로 지지할 수 있다.

하지만, 이러한 경우 좁은 슬롯의 개구부(12a) 상에서 지지 플레이트(2)를 본체 플레이트(1)의 내측에 삽입하여 조립하여야 하기 때문에, 삽입 시 큰 힘이 들고, 그에 따라 조립성 측면에서 효율적이지 못한 문제점이 발생될 수 있다.

일본 공개특허 제2005-184994호(2005.07.07.) 미국특허 제6054790호(2000.04.25.)

본 발명의 목적은, 탄성력만으로 슬롯 내 코일의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있는 웨지를 포함하는 회전 전기기기의 전기자를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 회전 전기기기의 전기자는 코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 상기 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고, 상기 웨지는 상기 슬롯 내부에 삽입되고, V자 형상을 가지며 양단부가 코어의 이웃한 걸림 홈에 걸림 위치되는 본체부 및 상기 본체부의 양단부에서 절곡 영역을 형성하며 일체형으로 연결되고, 상기 슬롯의 내부에서 서로 마주보게 배치되어 상기 본체부를 지지하는 이탈 방지부를 포함한다.

이러한 상기 웨지는 'V'자 형상으로 절곡된 상기 절곡 영역의 형상에 의해 상기 걸림 홈에 삽입되고, 상기 걸림 홈은 상기 절곡 영역의 형상에 대응되는 형상으로 형성된다.

그리고, 상기 웨지는 탄성을 가진 금속 소재로 형성된다.

여기서, 상기 이탈 방지부는 상기 슬롯의 내부에서 서로 마주하는 단부가 라운드지도록 형성되며, 탄성에 의해 본체부를 벌어지는 방향으로 지지하여 상기 웨지의 형상을 유지시킨다.

한편, 상기 웨지는 상기 슬롯 내 코일과 접촉하는 부분의 표면이 절연 물질로 코팅되거나, 상기 표면과 코일 사이에 절연수단이 개재되어 상기 코일과 절연상태를 유지한다.

본 발명은, 별도의 추가 구성 없이 웨지의 양단부에서 서로 마주보도록 절곡 형성된 이탈 방지부의 탄성력 만으로 슬롯 내 코일의 이탈을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 종래의 웨지가 설치된 회전 전기기기의 전기자를 보여주는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전기기기의 전기자의 슬롯 내부에 웨지가 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 회전 전기기기의 전기자에 대한 절곡 영역을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전자기기의 전기자에 대한 웨지의 자유시를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전자기기의 전기자의 장착시를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전기기기의 전기자의 슬롯 내부에 웨지가 설치된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 회전 전기기기의 전기자에 대한 절곡 영역을 확대하여 보여주는 확대도이다.

또한, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전자기기의 전기자에 대한 웨지의 자유시를 보여주는 도면이며, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 회전 전자기기의 전기자의 장착시를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 전기기기의 전기자에서 코어(10)의 슬롯(12)에 코일(14)이 권선되며, 슬롯(12)의 개구부(12a)를 폐쇄하면서 좌, 우측으로 위치되는 코일(14)을 지지하고 고정하여 코일(14)의 이탈을 방지하도록 웨지(15)가 전기자 코어(10)의 슬롯(12) 내부에 조립된다.

이러한 웨지(15)는 본체부(15a)에 이탈 방지부(15b)가 일체형으로 연결되어 소정의 형상을 가지며 형성된다.

여기서, 본체부(15a)는 슬롯(12) 내에 삽입되고, V자 형상을 가지며 양단부가 코어(10)의 이웃한 걸림 홈(11)에 걸림 위치된다.

이탈 방지부(15b)는 본체부(15a)의 양단부에서 절곡 영역(A)을 형성하며 이탈 방지부(15b)와 일체형으로 연결된다.

이탈 방지부(15b)는 슬롯(12)의 내부에서 서로 마주보게 배치되어 본체부(15a)를 지지한다.

이를 위해, 본체부(15a)와 이탈 방지부(15b)로 형성된 웨지(15)는 탄성을 가지는 금속판으로 제작되며, 바람직하게는 탄성의 스틸 재질로 제작된다.

다시 말해, 웨지(15)는 코일(14)과 접촉하는 본체부(15a)를 포함하고, 이러한 본체부(15a)가 절곡부(15d)를 기준으로 오므라진 상태가 되면, 본체부(15a)의 양단부에서 절곡되어 서로 마주보며 라운드지도록 형성된 이탈 방지부(15b)가 탄성에 의해 바깥쪽 방향으로 벌어질 수 있도록 탄성체로 제작된다.

더 자세히 설명하면, 웨지(15)는 탄성의 스틸 재질로 형성되고, 그에 따라 서로 마주하는 이탈 방지부(15b)로 벌어지는 방향의 반력이 작용하게 되며, 이러한 반력을 통해 걸림 홈(11)에 걸림 위치된 본체부(15a)에 가압력을 전달함으로써, 슬롯(12)의 내부에서 웨지(15)가 고정되도록 할 수 있다.

더불어, 웨지(15)는 슬롯(12) 내에서 코일(14)과 접촉하는 부분의 표면이 절연 물질로 코팅되거나, 또는 상기 표면과 코일 사이에 절연지(13) 등의 절연수단이 개재되어 코일과의 사이에 절연상태가 유지될 수 있도록 되어 있다.

이를 위해, 도 2에서 도면부호 15c는 절연 코팅 또는 절연지에 의해 형성되는 절연층이 도시되어 있다.

그리고, 웨지(15)는 걸림 홈(11)의 내부에 절곡 영역(A)이 삽입되어 고정되는데, 이러한 걸림 홈(11)은 도 3에 도시된 바와 같이 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11) 상에서 이탈되는 것을 방지하도록 소정의 깊이를 가지며 내부로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지게 형성되고, 결과적으로는 절곡 영역(A)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 웨지(15)는 이탈 방지부(15b)의 반력에 의해 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11)에 끼워져 있는 상태가 유지되도록 함으로써, 슬롯(12) 내부에서 고정된 상태를 유지하게 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, 도 4에 도시된 바와 같은 상태인 웨지(15)의 본체부(15a)를 절곡부(15d)를 기준으로 V자 형상이 되도록 오므린 뒤, 반경 방향을 따라 웨지(15)를 슬롯(12) 내에 삽입한다.

이러한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 본체부(15a)의 양단부에서 절곡되어 서로 마주하는 이탈 방지부(15b) 또한 오므려진 상태가 되는데, 이때 서로 마주하는 이탈 방지부(15b) 사이에는 탄성 복원력에 의한 반력이 작용하기 때문에, 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11)을 가압하게 되고, 결과적으로는 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11)에 삽입된 상태로 웨지(15)가 슬롯(12)의 내부에 고정된다.

여기서, 슬롯(12)의 내부에 웨지(15)가 삽입되기 전의 이탈 방지부(15b)는 절곡 영역(A)과 일단부 사이의 각이 약 140도로 형성되고, 슬롯(12)의 내부에 웨지(15)가 삽입된 후의 이탈 방지부(15b)는 오므려진 상태가 되기 때문에, 절곡 영역(A)과 일단부 사이의 각이 약 125도 정도로 형성되는데, 이러한 오므려진 상태에서 발생되는 반력에 의해 효과적으로 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11) 상에 고정될 수 있다.

이후, 상기와 같은 구조로 형성된 웨지(15)를 슬롯(12) 내부에 조립하고 나면, 슬롯 내(12)에서 본체부(15a)가 좌, 우 양측으로 위치되는 코일(14)을 지지하면서 고정하는 것은 물론 절곡부(15d)를 통해 슬롯의 개구부(12a)를 폐쇄하여 확실하게 코일(14)의 이탈을 방지하게 된다.

여기서, 코어(10)의 슬롯(12) 내벽 면은 통상적인 회전 전기기기의 전기자 코어에서와 마찬가지로 코일(14)과의 사이에 절연지(13)나 절연필름 등으로 절연된다.

또한, 웨지(15)를 슬롯(12) 내에 삽입하여 조립할 때, 반경 방향이 아닌 축 방향으로 삽입하여 조립하는 것도 가능할 수 있는데, 이 경우에도 절곡 영역(A)이 걸림 홈(11)에 끼워지도록 하여 본체부(15a)를 축 방향으로 슬라이드 시킨다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 회전 전기기기의 전기자는 코일의 이탈을 방지하는 웨지(15)를 슬롯(12)의 내부에 설치함에 있어서, 도 1에서 전술된 종래의 회전 전기기기의 전기자와 같이 구조 보강을 위한 별도의 지지 플레이트(2)를 설치하는 것이 아니라, 절곡 영역(A)을 가지는 웨지(15)의 형상에 따른 탄성에 의해서만 웨지(15)가 슬롯(12)의 내부에 고정되도록 할 수 있기 때문에, 효과적으로 웨지(15)의 조립성을 개선시킬 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

1 : 본체 플레이트 2 : 지지 플레이트
10 : 전기자 코어(회전자 코어) 11 : 걸림 홈
12 : 슬롯 12a : 개구부
13 : 절연지 14 : 코일
15 : 웨지 15a : 본체부
15b : 이탈 방지부 15c : 절연층
15d : 절곡부 A : 절곡 영역

Claims

코일이 권선되는 슬롯의 개구부를 폐쇄하면서 상기 슬롯 내에 좌, 우측으로 위치되는 코일을 지지하여 코일의 이탈을 방지하는 웨지를 포함하고,
상기 웨지는,
상기 슬롯 내부에 삽입되고, V자 형상을 가지며 양단부가 코어의 이웃한 걸림 홈에 걸림 위치되는 본체부; 및
상기 본체부의 양단부에서 절곡 영역을 형성하며 일체형으로 연결되고, 상기 슬롯의 내부에서 서로 마주보게 배치되어 상기 본체부를 지지하는 이탈 방지부;를 포함하고,
상기 웨지는,
탄성을 가진 금속 소재로 형성되고,
상기 이탈 방지부는,
상기 슬롯의 내부에서 서로 마주하는 단부가 라운드지도록 형성되며, 탄성에 의해 상기 본체부를 벌어지는 방향으로 지지하여 상기 본체부가 코일을 코어 측으로 밀어내며 고정 지지하도록 하고, 상기 웨지의 형상을 유지시키는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
청구항 1에 있어서,
상기 웨지는,
'V'자 형상으로 절곡된 상기 절곡 영역의 형상에 의해 상기 걸림 홈에 삽입되고,
상기 걸림 홈은, 상기 절곡 영역의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 전기자.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 웨지는,
상기 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.