KR101836297B1

KR101836297B1 - 구동모터

Info

Publication number: KR101836297B1
Application number: KR1020160134609A
Authority: KR
Inventors: 박상진; 채웅찬; 이정우
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2018-03-08
Also published as: CN107959364B; CN107959364A; US20180109170A1; US10033255B2; DE102017218111A1

Abstract

구동모터가 개시된다. 개시된 구동모터는 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 것으로서, ⅰ)회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되며, 회전자 코일을 지지하는 다수 개의 웨지부재와, ⅱ)회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 장착되며, 웨지부재와 연결되는 엔드 코일 커버를 포함하며, 웨지부재는 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 엔드 코일 커버와 연결되는 웨지 몸체를 포함하고, 웨지 몸체는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연막을 형성하고, 엔드 코일 커버는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 웨지 몸체의 양단과 연결될 수 있다.

Description

구동모터 {DRIVING MOTOR}

본 발명의 실시 예는 구동모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계자권선형 동기모터(Wound Rotor Synchronous Motor)와 유도모터(Induction motor)로서 구동이 가능한 구동모터에 관한 것이다.

일반적으로, 친환경 자동차로 불리는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동 모터" 라고 한다)에 의해 구동력을 발생시킬 수 있다.

예를 들면, 하이브리드 차량은 구동 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동 모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동 모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.

이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)를 사용한다. 이러한 영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화시킬 필요가 있다.

상기한 영구자석에서 네오디뮴(Nd) 성분은 영구자석의 세기를 개선하며, 디스프로슘(Dy) 성분은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다. 그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속 성분은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.

이를 개선하기 위해 최근에는 유도 전동기의 적용을 검토하고 있으나, 동일한 모터 성능을 발휘하기 위해서 부피, 중량 등의 사이즈 증대 량이 과다한 제약이 있다.

한편, 최근에 들어서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 수 있는 계자권선형 동기모터(Wound Rotor Synchronous Motor: WRSM)의 개발이 진행되고 있다.

계자권선형 동기모터는 고정자 뿐만 아니라 회전자에도 코일을 권선하여 전류인가 시 회전자를 전자석화시킴으로써 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.

이러한 계자권선형 동기모터는 회전자가 고정자 내측에 일정 공극을 두고 배치되며, 고정자와 회전자의 코일에 전원이 인가되면 자계가 형성되고, 이들 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전자의 회전이 이루어진다.

한편, 상기와 같은 계자권선형 동기모터는 영구자석형 동기모터와 달리 회전자에 코일을 권선하므로, 회전자의 고속 회전 시(보통 EV의 경우 최대 10,000rpm 이상), 원심력에 의해 회전자 코일이 이탈될 수 있다.

이를 방지하기 위해 종래 기술에서는 일 예로서, 회전자의 양 끝단에 엔드 코일 커버를 장착하고, 그 엔드 코일 커버 내에 수지를 몰딩함으로써 회전자 코일을 고정하고 있다.

한편, 계자권선형 동기모터는 회전자 코일의 저항에 의한 동손실이 발생하게 되고, 이로 인해 회전자 코일의 발열을 유발하며 모터의 성능을 저하시킬 수 있다. 특히, 계자권선형 동기모터는 엔드 코일 커버 내에 수지를 몰딩함에 따라, 모터의 냉각 성능이 저하될 가능성이 높다.

더 나아가, 이와 같은 계자권선형 동기모터는 전기 자동차에 채용되는 경우, 회전자 코일이 단선되거나 회전자 코일의 절연 불량 등과 같은 갑작스런 고장이 발생하게 되면, 권선 전류 및 발생 토크의 난조를 일으키게 되어 자동차의 동작 불능 상태를 유발하게 된다.

이와 같이 자동차의 운행 도중에 회전자의 갑작스런 고장으로 인하여 자동차의 동작 불능 상태가 되면, 자동차가 놓여 있는 위치에 따라서 운전자에게 위험한 상황이 전개될 가능성이 존재한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 회전자의 고장 시 자동차의 임시 운행이 가능한 구동력을 발생시킬 수 있도록 한 구동모터를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 비 몰딩 방식의 개방형 구조로서 외부의 공기의 유동을 통해 회전자 코일에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있는 구동모터를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 구동모터는, 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 것으로서, ⅰ)상기 회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 다수 개의 웨지부재와, ⅱ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 장착되며, 상기 웨지부재와 연결되는 엔드 코일 커버를 포함하며, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 상기 엔드 코일 커버와 연결되는 웨지 몸체를 포함하고, 상기 웨지 몸체는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연막을 형성하고, 상기 엔드 코일 커버는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 상기 웨지 몸체의 양단과 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터는, 상기 회전자의 고장 시, 상기 웨지부재 및 엔드 코일 커버에 의해 유도모터(induction motor)로서 구동할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재의 웨지 몸체는 상기 회전자 몸체에 삽입되는 컨덕터 바(conductor bar)로 구비되고, 상기 엔드 코일 커버는 상기 웨지 몸체와 연결되는 엔드 링(end ring)으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 접합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 암수 식으로 결합될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 구비된 끼움홈에 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 끼움홈은 상기 웨지 몸체의 단면에 대응하는 형상으로 엔드 코일 커버에 돌출된 끼움 돌기에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지 몸체는 철, 구리 및 알루미늄을 포함하는 도전성 금속 소재 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터는, 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 것으로서, ⅰ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 배치되고, 상기 회전자 코일을 지지하며 그 회전자 코일에 의해 상기 회전자 몸체에 고정되는 보빈과, ⅱ)상기 회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되고, 상기 회전자 몸체의 양단 외측으로 돌출되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 다수 개의 웨지부재와, ⅲ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 웨지부재의 돌출 부위와 연결되며, 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버를 포함하며, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 상기 엔드 코일 커버와 연결되는 웨지 몸체를 포함하고, 상기 웨지 몸체는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연막을 형성하고, 상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성하고, 상기 엔드 코일 커버는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 회전자는 상기 보빈 및 엔드 코일 커버에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결 통로는 상기 회전자 몸체에서 상기 회전자 코일이 감긴 회전자 티스 사이와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 보빈은 상기 회전자 티스를 지지하며 복수의 상기 제1 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하는 복수 개의 코일 지지부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 엔드 코일 커버는 상기 제2 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하는 복수 개의 리브들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재의 돌출 부위는 상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 웨지 몸체는 상기 회전자 몸체의 축 방향을 따라 중공을 형성하며, 상기 웨지 몸체의 양단은 상기 리브 사이에서 상기 제2 연결 통로 외측에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터에 있어서, 상기 제2 연결 통로는 상기 웨지 몸체의 중공과 연결될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예는 고정자 코일이 권선되어 있는 고정자와, 상기 고정자와 일정 공극을 두고 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자를 포함하는 상술한 바와 같은 구동모터의 제어방법으로서, 상기 고정자 코일 및 회전자 코일에 전류를 인가하며, 상기 회전자의 고장을 진단하고, 상기 회전자가 고장이 아닌 것으로 판단되면, 상기 구동모터를 계자권선형 동기모터로 구동하고, 상기 회전자가 고장인 것으로 판단되면, 상기 회전자 코일에 인가되는 전류를 차단하며, 상기 회전자의 도전성을 지닌 웨지부재 및 도전성을 지니고 상기 웨지부재의 양단과 연결되는 엔드 코일 커버를 통해 상기 구동모터를 유도모터로 구동할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터의 제어방법에 있어서, 상기 회전자의 고장 진단은 상기 회전자 코일의 단선 및 절연 불량을 감지할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 평상 시 계자권선형 동기모터로 구동하고, 회전자의 고장 시 유도모터로 구동할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예들에서는 회전자 코일이 단선되거나 회전자 코일의 절연 불량 등과 같은 갑작스런 고장이 발생하는 경우, 유도모터로서 구동할 수 있기 때문에 그 구동력으로서 자동차를 안전한 곳으로 임시 운행하며, 운전자를 위험한 상황에서 벗어나게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서는 비 몰딩 방식의 개방형 회전자 구조로서 웨지부재의 열 전달 특성 및 공기의 유동을 통해 회전자 코일의 냉각 성능을 극대화시킬 수 있으며, 모터의 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자의 보빈 및 웨지부재를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자의 웨지부재 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자에서 웨지부재와 엔드 코일 커버의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자를 도시한 일부 분해 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(100)는 친환경 자동차에서 전기 에너지로 구동력을 얻는 전동장치에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 구동모터(100)는 고정자 코일(도면에 도시되지 않음)이 권선된 고정자(2)와, 회전자 코일(1)이 권선되며 고정자(2)의 내측으로 배치되는 회전자(5)를 포함하는 계자권선형 구동모터로 구성될 수 있다.

상기에서 회전자(5)는 중심부 측에 회전 샤프트(3)가 결합되며, 그 회전자(5)의 외경 면은 고정자(2)의 내경 면과 일정 공극을 두고 그 고정자(2)의 내측에 위치한다.

따라서, 상기 구동모터(100)는 고정자(2) 뿐만 아니라 회전자(5)에 회전자 코일(1)을 권선하여 전류인가 시, 회전자(5)를 전자석화시키며 그 회전자(5)의 전자석과 고정자(2)의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(100)는 전기 자동차에 채용되는 경우, 회전자(5)의 고장 시 자동차의 임시 운행이 가능한 구동력을 발생시킬 수 있는 구조로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시 예는 회전자(5)의 고장 시, 유도모터(induction motor)로서 구동할 수 있는 구동모터(100)를 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 일부 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(100)에서 회전자(5)는 기본적으로, 회전자 몸체(10), 보빈(30), 웨지부재(50) 및 엔드 코일 커버(70)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 회전자 몸체(10)는 다수 매의 강판이 적층된 회전자 코어로 구비되며, 고정자(2)의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치된다. 상기 회전자 몸체(10)의 중심부에는 위에서 언급한 바 있는 회전 샤프트(3)가 결합된다.

여기서, 상기 회전자 몸체(10)는 리테이너를 통해 중심부 측의 회전 샤프트(3)에 축 방향으로 고정될 수 있다. 이러한 리테이너는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 회전자 몸체(10)는 회전자 코일(1)이 감기는 다수 개의 회전자 티스들(11: 이하 도 5 참조)을 포함하고 있다. 상기 회전자 티스들(11)은 회전자 몸체(10)의 반경 방향으로 돌출되게 형성되며, 회전자 몸체(10)의 원주 방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치된다. 상기 회전자 티스들(11) 사이에는 회전자 코일(1)을 그 회전자 티스(11)에 권선하기 위한 슬롯(13: 이하 도 5 참조)이 형성된다.

그리고, 상기 회전자 몸체(10)는 고정자(2)의 내경 면과 대면하는 단부에서 원주 방향을 따라 양측으로 돌출되며 그 고정자(2)의 내경 면과 대향하는 곡면으로서의 외경 면을 가진 회전자 슈(15: 이하 도 5 참조)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 회전자 슈(15)의 양측 끝단은 이웃하는 회전자 슈(15)의 양측 끝단과 일정 간격을 두고 배치된다. 그리고 상기 회전자 슈(15)는 공극 대향 면으로서 회전자(5)의 회전 중심점을 기준으로 편심을 가지는 곡면(외경 면)을 형성하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 보빈(30)은 회전자 몸체(10)의 회전자 티스(11)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하기 위한 것이다. 상기 보빈(30)은 회전자 몸체(10)의 고속 회전 시(보통 EV의 경우 최대 10,000rpm 이상), 원심력에 의해 회전자 코일(1)이 회전자 티스(11)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 보빈(30)은 합성수지와 같은 절연 소재로 이루어지며, 회전자 몸체(10)의 축 방향 양측에 각각 배치된다. 상기 보빈(30)은 회전자 티스(11)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하며 그 회전자 코일(1)에 의해 회전자 몸체(10)에 고정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자의 보빈 및 웨지부재를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 보빈(30)은 회전자 몸체(10)의 양측 단부에서 회전자 티스들(11)을 사이에 두고 회전자 코일(1)을 지지하기 위한 복수 개의 코일 지지부들(31)을 형성하고 있다.

상기 코일 지지부들(31)은 회전자 몸체(10)의 축 방향 양측에서 회전자 티스(11)를 지지함과 동시에 그 회전자 티스(11)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지한다. 상기 코일 지지부들(31)은 회전자 티스(11)에 대응하여 중심을 향해 방사 상으로 일정 간격 이격되게 배치된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터에 적용되는 회전자의 웨지부재 결합 구조를 도시한 도면이다.

도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 웨지부재(50)는 회전자 티스(11)에 감긴 회전자 코일(1)을 지지하는 지지 구조물로서, 회전자 티스들(11) 사이의 슬롯(13)에 설치된다.

상기 웨지부재(50)는 회전자 몸체(10)의 고속 회전 시, 회전자 코일(1)에 작용하는 원심력을 지지하며 회전자 코일(1)의 정렬성을 확보함과 동시에, 슬롯(13) 내 다른 상 회전자 코일(1) 간의 절연을 확보하기 위한 것이다.

상기 웨지부재(50)는 회전자 티스들(11) 사이의 슬롯(13)에 축 방향을 따라 삽입되며, 회전자 코일(1)을 지지함과 아울러 위에서 언급한 바 있는 회전자 슈(15)의 양측 끝단을 지지한다. 그리고 상기 웨지부재(50)는 회전자 티스(11) 사이의 슬롯(13)에 결합된 상태로 회전자 몸체(10)의 양단 외측으로 일부 돌출된다.

이러한 웨지부재(50)는 회전자 티스(11) 사이에 축 방향을 따라 배치되는 웨지 몸체(51)를 포함한다. 상기 웨지 몸체(51)는 회전자 몸체(10)의 축 방향을 따라 중공(53)을 형성하고 있다. 상기 웨지 몸체(51)는 탄성 변형 가능한 삼각 단면 형상으로 구비되며, 슬롯(13)에서 회전자 코일(1)을 지지하는 양측 면을 형성하고 있다. 상기에서 중공(53)은 웨지 몸체(51)의 양측 면 내측으로 축 방향을 따라 형성된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 웨지 몸체(51)는 도전성 및 열 전도성을 지닌 금속 소재로 이루어진다. 예를 들면, 상기 웨지 몸체(51)는 철, 구리 및 알루미늄을 포함하는 도전성 금속 소재 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 웨지 몸체(51)는 회전자 티스들(11) 사이의 슬롯(13) 내 다른 상 회전자 코일(1) 간의 절연을 확보하기 위해, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연 소재의 절연막(55)을 형성하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 엔드 코일 커버(70)는 도 2 및 도 3에서와 같이, 회전자 몸체(10)의 고속 회전 시(보통 EV의 경우 최대 10,000rpm 이상), 원심력에 의해 회전자 코일(1)이 회전자 티스(11)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 엔드 코일 커버(70)는 회전자 몸체(10)의 축 방향 양측에 각각 장착되는 바, 웨지부재(50)의 돌출 부위를 감싸며 보빈(30)에 고정되게 결합될 수 있다. 상기 엔드 코일 커버(70)는 웨지 몸체(51)와 같은 도전성 및 열 전도성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 웨지 몸체(51)의 양단과 연결된다.

여기서, 상기 웨지 몸체(51)의 양 단부는 도 6의 (a)에서와 같이 엔드 코일 커버(70)의 내측 면에 용접 식으로 결합될 수 있다. 그리고 상기 웨지 몸체(51)의 양 단부는 도 6의 (b)에서와 같이 엔드 코일 커버(70)의 내측 면에 암수 식으로 결합될 수도 있다.

상기와 같은 결합 방식의 경우, 상기 웨지 몸체(51)의 양 단부는 엔드 코일 커버(70)의 내측 면에 구비된 끼움홈(72)에 억지 끼움 식으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 끼움홈(72)은 웨지 몸체(51)의 단면에 대응하는 형상으로 엔드 코일 커버(70)의 내측 면에 돌출된 끼움 돌기(72a)에 형성되며, 웨지 몸체(51)의 양 단부와 암수 식으로 결합된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(100)의 작용 및 제어방법을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

도 7을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 고정자(2)의 고정자 코일 및 회전자 몸체(10)의 회전자 코일(1)에 전류를 인가한다(S11 단계).

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 회전자(5)의 고장을 진단한다(S12 단계). 예를 들면, 본 발명의 실시 예에서는 회전자 코일(1)의 단선 및 절연 불량을 감지하며 회전자(5)의 고장을 진단할 수 있다.

이와 같은 회전자(5)의 고장 진단은 전기적인 저항을 측정하여 회전자 코일(1)의 단선 및 절연 불량을 감지하는 공지 기술이므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 회전자(5)의 고장을 진단하면서 본 발명의 실시 예에서는 회전자(5)의 고장 여부를 판단한다(S13 단계). 상기 S13 단계에서 회전자(5)의 고장이 아닌 것으로 판단되면, 본 발명의 실시 예에서는 고정자(2)의 고정자 코일 뿐만 아니라 회전자(5)의 회전자 코일(1)에 전류를 인가함으로써, 고정자(2)와 회전자 몸체(10) 사이에서 발생되는 자기적 작용에 의해 그 회전자 몸체(10)의 회전이 이루어지는 계자권선형 동기모터로 구동을 하게 제어한다(S14 단계).

즉, 상기 S14 단계에서는 회전자(5)를 전자석화시키며 그 회전자(5)의 전자석과 고정자(2)의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시키는 계자권선형 동기모터로 구동할 수 있다.

상기에서와 같이 계자권선형 동기모터로 구동하는 과정에, 상기 S13 단계에서 회전자(5)가 고장인 것으로 판단되면, 본 발명의 실시 예에서는 회전자 코일(1)에 인가되는 전류를 차단한다(S15 단계).

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 회전자 코일(1)에 인가되는 전류를 차단함으로써, 회전자(5)의 도전성을 지닌 웨지부재(50) 및 도전성을 지니고 웨지부재(50)의 양단과 연결되는 엔드 코일 커버(70)에 의해 유도모터(induction motor)로 구동을 하게 제어한다(S16 단계).

이러한 경우, 상기 웨지부재(50)의 웨지 몸체(51)는 유도모터의 컨덕터 바(conductor bar)(59)로 구비되며, 엔드 코일 커버(70)는 유도모터의 엔드 링(end ring)(79)으로 구비된다.

상기에서 유도모터는 AC 모터의 일종으로 고정자(2)의 코일에 흐르는 교번 전류에 의해 발생하는 회전 자기장과 회전자(5)에 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 생기는 회전력에 의하여 작동하는 모터이다.

본 발명의 실시 예에 의한 유도모터로서의 구동모터(100)에서 고정자(2)의 코일에 교류 전류가 인가되면, 고정자(2)에는 회전 자기장이 발생되고, 그 고정자(2)의 회전 자기장에 의해 회전자(5)에는 유도 전류가 발생되며, 고정자(2)의 회전 자기장 및 회전자(5)의 유도 전류에 의해 회전자(5)에는 일 방향으로 회전하려는 회전력이 작용된다.

즉, 상기와 같은 유도모터로 구동하는 본 발명의 실시 예에 의한 구동모터(100)의 회전자(5)에서는 고정자(2)의 회전 자기장에 의해 컨덕터 바(conductor bar)(59)로서의 웨지 몸체(51)와, 엔드 링(end ring)(79)으로서의 엔드 코일 커버(70)에 유도 전류가 발생된다.

따라서, 지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터(100)에 의하면, 평상시에는 계자권선형 동기모터로 구동하고, 회전자(5)의 고장 시에는 유도모터로 구동할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 회전자 코일(1)이 단선되거나 회전자 코일(1)의 절연 불량 등과 같은 갑작스런 고장이 발생하는 경우, 유도모터로서 구동할 수 있기 때문에, 그 구동력으로서 자동차를 안전한 곳으로 임시 운행(당 업계에서는 "림폼 모드" 라고 한다)하며, 운전자를 위험한 상황에서 벗어나게 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자를 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자를 도시한 일부 분해 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터는 비 몰딩 방식의 개방형 구조로서 웨지부재(50)의 열 전도 특성 및 외부의 공기의 유동을 통해 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하며, 모터의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 회전자(105)를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 회전자(105)는 전기 실시 예의 구조를 기본으로 하면서, 도 4에서와 같이 회전자 몸체(10)의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로(33)를 가진 보빈(30)을 포함할 수 있다.

상기 제1 연결 통로(33)는 코일 지지부들(31) 사이에 형성되는 바, 그 코일 지지부들(31)에 의해 보빈(30)의 중심을 기준으로 방사 상으로 구획 형성된다. 즉, 상기 코일 지지부들(31)은 회전자 티스(11: 이하 도 5 참조)를 지지하며 복수의 제1 연결 통로(33)를 방사 상으로 구획 형성할 수 있다. 이러한 제1 연결 통로(33)는 회전자 몸체(10)의 축 방향으로 개방되는 홀이며, 회전자 티스(11) 사이의 슬롯(13: 이하 도 5 참조)과 연결된다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는 외부 공기를 회전자 몸체(10)의 양측으로 유동시키기 위한 제2 연결 통로(71)를 가진 엔드 코일 커버(70)를 포함할 수 있다.

상기 제2 연결 통로(71)는 엔드 코일 커버(70)의 중심을 향하여 방사 상으로 이격되게 형성된다. 이에 상기 엔드 코일 커버(70)에는 제2 연결 통로(71)를 방사 상으로 구획 형성하기 위한 복수 개의 리브들(73)을 형성하고 있다.

이와 같은 제2 연결 통로(71)는 보빈(30)의 제1 연결 통로(33)와 연결되는데, 제1 및 제2 연결 통로(33, 71)는 회전자 몸체(10)에서 회전자 코일(1)이 감긴 회전자 티스(11) 사이와 연결된다.

한편, 전기 실시 예에서와 같은 웨지부재(50)의 양단은 보빈(30)의 제1 연결 통로(33)를 관통하며 엔드 코일 커버(70)의 제2 연결 통로(71) 측에 연결된다. 즉, 상기 웨지 몸체(51)의 양단은 리브들(73) 사이에서 제2 연결 통로(71) 외측에 연결된다.

여기서, 상기 웨지 몸체(51)의 양단은 엔드 코일 커버(70)에서 제2 연결 통로(71) 외측에 전기 실시 예에서와 같이 용접 식으로 접합되거나 암수 식으로 억지 끼움 결합될 수 있다. 그리고, 상기 웨지 몸체(51)의 중공(53)은 엔드 코일 커버(70)의 제2 연결 통로(71)와 연결되는 바, 제2 연결 통로(71)를 통해 노출될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자(105)는 상기에서와 같은 보빈(30) 및 엔드 코일 커버(70)에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어질 수 있다.

부연 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 회전자(105)는 고속 회전 시, 회전자 코일(1)에 작용하는 원심력을 지지하며 회전자 코일(1)의 정렬성을 확보하기 위해 엔드 코일 커버(70) 내에 수지를 몰딩하지 않고, 보빈(30) 및 웨지부재(50)를 통하여 회전자 코일(1)의 고정 강도를 확보할 수 있는 구조로 이루어진다.

그리고, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 회전자(105)는 보빈(30)의 제1 연결 통로(33) 및 엔드 코일 커버(70)의 제2 연결 통로(71)를 통해 외부 공기를 회전자 몸체(10)의 회전자 코일(1)로 유동시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 다른 실시 예에서는 고정자(2: 이하 도 1 참조)의 고정자 코일 및 회전자(105)의 회전자 코일(1)에 전류를 인가하면, 고정자(2)와 회전자 몸체(10) 사이에서 발생되는 자기적 작용에 의해 그 회전자 몸체(10)의 회전이 이루어진다. 이 때 회전자 코일(1)의 저항에 의한 동 손실이 발생하게 되고, 이로 인해 회전자 코일(1)에서는 열이 발생하게 된다.

본 발명의 다른 실시 예에서는 보빈(30)에 제1 연결 통로(33)를 형성하고, 엔드 코일 커버(70)에 제1 연결 통로(33)와 연결되는 제2 연결 통로(71)를 형성하며, 웨지부재(50)를 회전자 몸체(10)의 양단 외측으로 돌출되게 구성함에 따라, 공기를 회전자 몸체(10)의 회전자 코일(1)로 유동시킬 수 있다.

여기서, 상기 웨지부재(50)의 돌출 부위는 엔드 코일 커버(70)의 내측에서 공기의 유동성을 증대시키며 그 공기를 엔드 코일 커버(70)의 제2 연결 통로(71)와 보빈(30)의 제1 연결 통로(33)를 통해 회전자 코일(1)로 유동시킬 수 있다. 그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 외부의 공기를 웨지부재(50)의 중공(53)을 통해 회전자 몸체(10)의 축 방향을 따라 유동시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기 웨지부재(50)는 도전성 및 열 전도성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 엔드 코일 커버(70)와 연결되는 웨지 몸체(51)를 포함하므로, 그 웨지 몸체(51)를 통해 열을 엔드 코일 커버(70)로 용이하게 전달할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시 예에서는 공기의 유동으로서 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 외부로 방출하고, 웨지부재(50)를 통해 열을 엔드 코일 커버(70)로 용이하게 전달하며, 회전자 코일(1)을 신속하게 냉각할 수 있다.

이로써, 본 발명의 다른 실시 예에서는 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있으므로, 회전자 코일(1)의 저항에 의한 동 손실을 저감할 수 있으며, 모터의 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는 몰딩 수지의 삭제에 따른 제조원가의 절감을 도모할 수 있고, 회전자 코일(1)에 대한 외부 공기의 직접적인 냉각으로 회전자(105)의 냉각 성능을 더욱 증대시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 회전자(105)에 대한 나머지 구성 및 구동모터의 나머지 작용 효과는 전기 실시 예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 회전자 코일 2... 고정자
3... 회전 샤프트 5, 105... 회전자
10... 회전자 몸체 11... 회전자 티스
13... 슬롯 15... 회전자 슈
30... 보빈 31... 코일 지지부
33... 제1 연결 통로 50... 웨지부재
51... 웨지 몸체 53... 중공
55... 절연막 59... 컨덕터 바
70... 엔드 코일 커버 71... 제1 연결 통로
72... 끼움홈 73... 리브
79... 엔드 링

Claims

고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 구동모터로서,
상기 회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 다수 개의 웨지부재; 및
상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 장착되며, 상기 웨지부재와 연결되는 엔드 코일 커버; 를 포함하며,
상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 상기 엔드 코일 커버와 연결되는 웨지 몸체를 포함하고,
상기 웨지 몸체는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연막을 형성하고,
상기 엔드 코일 커버는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 상기 웨지 몸체의 양단과 연결되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제1 항에 있어서,
상기 구동모터는,
상기 회전자의 고장 시, 상기 웨지부재 및 엔드 코일 커버에 의해 유도모터(induction motor)로서 구동하는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제2 항에 있어서,
상기 웨지부재의 웨지 몸체는 상기 회전자 몸체에 삽입되는 컨덕터 바(conductor bar)로 구비되고,
상기 엔드 코일 커버는 상기 웨지 몸체와 연결되는 엔드 링(end ring)으로 구비되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제1 항에 있어서,
상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 접합되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제1 항에 있어서,
상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 암수 식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제5 항에 있어서,
상기 웨지 몸체의 양 단부는 상기 엔드 코일 커버에 구비된 끼움홈에 결합되되,
상기 끼움홈은 상기 웨지 몸체의 단면에 대응하는 형상으로 엔드 코일 커버에 돌출된 끼움 돌기에 형성되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제1 항에 있어서,
상기 웨지 몸체는 철, 구리 및 알루미늄을 포함하는 도전성 금속 소재 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동모터.
고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 구동모터로서,
상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 배치되고, 상기 회전자 코일을 지지하며 그 회전자 코일에 의해 상기 회전자 몸체에 고정되는 보빈;
상기 회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되고, 상기 회전자 몸체의 양단 외측으로 돌출되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 다수 개의 웨지부재; 및
상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 웨지부재의 돌출 부위와 연결되며, 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버;
를 포함하며,
상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 상기 엔드 코일 커버와 연결되는 웨지 몸체를 포함하고,
상기 웨지 몸체는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 양 단면을 제외한 외 표면에 절연막을 형성하고,
상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성하고,
상기 엔드 코일 커버는 도전성을 지닌 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제8 항에 있어서,
상기 회전자는,
상기 보빈 및 엔드 코일 커버에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제8 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 통로는,
상기 회전자 몸체에서 상기 회전자 코일이 감긴 회전자 티스 사이와 연결되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제8 항에 있어서,
상기 보빈은,
상기 회전자 티스를 지지하며 복수의 상기 제1 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하는 복수 개의 코일 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제11 항에 있어서,
상기 엔드 코일 커버는,
상기 제2 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하는 복수 개의 리브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제12 항에 있어서,
상기 웨지부재의 돌출 부위는,
상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제13 항에 있어서,
상기 웨지 몸체는 상기 회전자 몸체의 축 방향을 따라 중공을 형성하며,
상기 웨지 몸체의 양단은 상기 리브 사이에서 상기 제2 연결 통로 외측에 연결되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
제14 항에 있어서,
상기 제2 연결 통로는 상기 웨지 몸체의 중공과 연결되는 것을 특징으로 하는 구동모터.
고정자 코일이 권선되어 있는 고정자와, 상기 고정자와 일정 공극을 두고 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자를 포함하는 청구항 1 또는 청구항 7의 구동모터 제어방법으로서,
상기 고정자 코일 및 회전자 코일에 전류를 인가하며, 상기 회전자의 고장을 진단하고;
상기 회전자가 고장이 아닌 것으로 판단되면, 상기 구동모터를 계자권선형 동기모터로 구동하고;
상기 회전자가 고장인 것으로 판단되면, 상기 회전자 코일에 인가되는 전류를 차단하며, 상기 회전자의 도전성을 지닌 웨지부재 및 도전성을 지니고 상기 웨지부재의 양단과 연결되는 엔드 코일 커버를 통해 상기 구동모터를 유도모터로 구동하는 구동모터의 제어방법.
제16 항에 있어서,
상기 회전자의 고장 진단은 상기 회전자 코일의 단선 및 절연 불량을 감지하는 것을 특징으로 하는 구동모터의 제어방법.