KR101855763B1 - 계자권선형 구동모터 - Google Patents

Abstract

계자권선형 구동모터가 개시된다. 개시된 계자권선형 구동모터는 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 것으로서, ⅰ)회전자 몸체의 축 방향 양측에 각각 배치되고, 회전자 코일을 지지하며 그 회전자 코일에 의해 회전자 몸체에 고정되는 보빈과, ⅱ)회전자 몸체의 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 삽입되고, 회전자 몸체의 양단 외측으로 돌출되며, 회전자 코일을 지지하는 웨지부재와, ⅲ)회전자 몸체의 축 방향 양측에서 웨지부재의 돌출 부위를 감싸며 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버를 포함할 수 있다.

Description

계자권선형 구동모터 {WRSM MOTOR}

본 발명의 실시예는 계자권선형 구동모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비몰딩 방식의 계자권선형 회전자 구조에 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 동기모터는에서는 회전자 코일의 저항에 의한 동손실이 발생하게 되고, 이로 인해 회전자 코일의 발열을 유발하며 모터의 성능을 저하시시킬 수 있다. 특히, 계자권선형 동기모터는 엔드 코일 커버 내에 수지를 몰딩함에 따라, 모터의 냉각 성능이 저하될 가능성이 높다.

다른 한편, 종래 기술에서는 계자권선형 동기모터의 손실을 줄이고 효율을 높이기 위해 고정자의 코일 점적률 뿐만 아니라 회전자의 코일 점적률도 높이고 있는데, 회전자의 슬롯 내 높은 코일 점적률로 인해 다른 상 코일간의 절연 확보가 중요 시 되고 있다. 또한, 계자권선형 동기모터는 회전자의 고속 회전 시, 코일에 작용하는 원심력에 의해 코일의 정렬성이 저하되어 고장이 발생할 수 있다.

상기한 바와 같은 코일간 절연을 확보하고, 코일에 작용하는 원심력을 지지하기 위하여 계자권선형 동기모터는 지지 구조물(당 업계에서는 통상 "절연 구조물" 또는 "웨지" 라고도 한다)을 사용하고 있다.

이러한 지지 구조물은 회전자 슬롯 내에 축 방향으로 삽입되며 다른 상 코일을 지지하는데, 종래 기술에서는 회전자 슬롯에 대한 조립 성능 및 코일의 원심력을 지지하는 기계적인 강도를 확보함과 동시에 모터의 풍 손실을 저감할 수 있는 지지 구조물의 개발에 몰두하고 있다.

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 실시예들은 비 몰딩 방식의 개방형 구조로서 외부의 공기의 유동을 통해 회전자 코일에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각할 수 있는 계자권선형 구동모터를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 회전자의 코일을 지지하는 지지 구조물의 조립 성능 및 기계적인 강도를 확보할 수 있고, 모터의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 계자권선형 구동모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 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 웨지부재와, ⅲ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 웨지부재의 돌출 부위를 감싸며 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 엔드 코일 커버는 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 회전자 몸체는 상기 보빈 및 엔드 코일 커버에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어질 수 있다.

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

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

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재의 돌출 부위는 상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측을 지지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 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 삽입되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 웨지부재와, ⅲ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버를 포함하며, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스의 단부에서 상기 고정자의 내경 면과 대면하며 양측으로 돌출된 회전자 슈의 끝단에 결합되며, 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면 측을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며, 그 축 방향을 따라 중공을 형성하는 지지부와, 상기 지지부와 일체로 연결되고, 상기 회전자 슈의 양측 끝단에 결합되며, 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면을 지지하는 결합부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 결합부는 상기 회전자 슈의 양측 끝단과 결합하며 상기 회전자 슈의 양측 면을 지지하는 결합홈을 지닌 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되며, 상기 회전자 슈의 외경 면을 지지하는 제2 부분으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 고정자의 내경 면과 상기 회전자 슈의 외경 면 사이의 공극에 위치할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 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 웨지부재와, ⅲ)상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 웨지부재의 돌출 부위를 감싸며 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버를 포함하며, 상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성하고, 상기 엔드 코일 커버는 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성하며, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스의 단부에서 상기 고정자의 내경 면과 대면하며 양측으로 돌출된 회전자 슈의 끝단에 결합되며, 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면 측을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재는 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로와 연결되는 중공을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재는 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며 상기 중공을 형성하는 지지부와, 상기 지지부와 일체로 연결되고, 상기 회전자 슈의 양측 끝단에 결합되며, 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면을 지지하는 결합부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 있어서, 상기 웨지부재의 돌출 부위는 상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 결합부를 통해 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측을 지지할 수 있다.

본 발명의 실시예는 비 몰딩 방식의 개방형 회전자 구조로서 회전자 코일의 냉각 성능을 극대화시킬 수 있으며, 웨지부재의 결합 구조를 개선하여 모터의 풍 손실 저감하며 모터의 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자를 도시한 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자의 보빈 및 웨지부재를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자의 웨지부재 결합 구조를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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 실시예에 따른 계자권선형 구동모터를 개략적으로 도시한 도면이다.

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

예를 들면, 상기 계자권선형 구동모터(100)는 기본적으로, 고정자 코일(도면에 도시되지 않음)이 권선된 고정자(2)와, 회전자 코일(1)이 권선되며 고정자(2)의 내측으로 배치되는 회전자(200)를 포함하고 있다.

상기에서 회전자(200)는 중심부 측에 회전 샤프트(3)가 결합되며, 그 회전자(200)의 외경 면은 고정자(2)의 내경 면과 일정 공극을 두고 그 고정자(2)의 내측에 배치된다.

따라서, 상기 계자권선형 구동모터(100)는 고정자(2) 뿐만 아니라 회전자(200)에 회전자 코일(1)을 권선하여 전류인가 시, 회전자(200)를 전자석화시키며 그 회전자(200)의 전자석과 고정자(2)의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터(100)는 비 몰딩 방식의 개방형 구조로서 외부의 공기의 유동을 통해 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예는 회전자의 코일(1)을 지지하는 지지 구조물(이하에서는 "웨지부재" 라고 한다)의 조립 성능 및 기계적인 강도를 확보할 수 있고, 모터 효율을 향상시킬 수 있는 계자권선형 구동모터(100)의 회전자(200)를 제공한다.

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

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터(100)의 회전자(200)는 기본적으로, 회전자 몸체(10), 보빈(30), 웨지부재(50) 및 엔드 코일 커버(70)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 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(200)의 회전 중심점을 기준으로 편심을 가지는 곡면(외경 면)을 형성하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 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 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자의 보빈 및 웨지부재를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 보빈(30)은 회전 샤프트(3)를 통해 회전자 몸체(10)의 양측 단부 측에 배치된다. 상기 보빈(30)은 회전자 몸체(10)의 양측 단부 측에서 회전자 티스들(11: 이하 도 5 참조)을 사이에 두고 그 회전자 티스들(11)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하기 위한 복수 개의 코일 지지부들(31)을 형성하고 있다.

상기에서 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 몸체(10)의 축 방향 양측에서 회전자 티스(11)를 사이에 두고 그 회전자 티스(11)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지한다. 즉, 상기 회전자 코일(1)은 보빈(30)이 회전자 티스(11)를 사이에 두고 회전자 몸체(10)의 축 방향 양측에 배치된 상태에서, 그 회전자 티스(11) 및 보빈(30)의 코일 지지부들(31)에 감긴다. 그리고 상기 코일 지지부들(31)의 코일 지지 면에는 회전자 코일(1)을 지지하는 지지홈들(32)을 형성하고 있다. 이러한 코일 지지부들(31)은 회전 샤프트(3)의 양단에 끼워지는 구멍(32a)를 중심에 두고 그 중심을 향해 방사 상으로 일정 간격 이격되게 배치된다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 의한 상기 보빈(30)은 코일 지지부들(31) 사이에 제1 연결 통로(33)를 형성하고 있다. 상기 제1 연결 통로(33)는 코일 지지부들(31)에 의해 보빈(30)의 중심을 기준으로 방사 상으로 구획 형성된다.

이러한 제1 연결 통로(33)는 회전자 몸체(10)의 축 방향으로 개방되는 홀이며, 회전자 티스(11) 사이의 슬롯(13)과 연결된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터에 적용되는 회전자의 웨지부재 결합 구조를 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 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 티스(11)에 감긴 회전자 코일(1) 간의 절연을 위해 절연 소재로 이루어진다.

더 나아가, 상기 웨지부재(50)는 회전자 티스들(11) 사이의 슬롯(13)에 축 방향을 따라 삽입되며, 위에서 언급한 바 있는 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 결합된다. 그리고 상기 웨지부재(50)는 서로 이웃하는 회전자 슈(15)의 양측 끝단 사이에서 그 회전자 슈(15)의 양측 면 및 외경 면 측을 지지한다.

이러한 웨지부재(50)는 지지부(51)와 결합부(61)를 포함하고 있다. 상기 지지부(51)는 회전자 티스들(11) 사이의 슬롯(13)에서 회전자 코일(1)을 실질적으로 지지하기 위한 것이다.

상기 지지부(51)는 회전자 티스(11) 사이의 슬롯(13)에 축 방향을 따라 슬라이딩 식으로 삽입되며 그 슬롯(13)에 배치된다. 상기 지지부(51)는 탄성 변형 가능한 삼각 단면 형상으로 구비되며, 슬롯(13)에서 회전자 코일(1)을 지지하는 양측 면을 형성하고 있다. 그리고 상기 지지부(51)는 내측으로 축 방향을 따라 소정의 중공(53)을 형성하고 있다.

그리고 상기 결합부(61)는 웨지부재(50)를 회전자 몸체(10)에 축 방향으로 고정하기 위한 것이다. 상기 결합부(61)는 지지부(51)의 회전자 코일(1)을 지지하는 면을 제외한 나머지 부분에 일체로 연결되게 형성된다. 상기 결합부(61)는 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 슬라이딩 식으로 결합되며 그 회전자 슈(15)의 양측 면 및 외경 면을 지지한다.

더 나아가, 상기 결합부(61)는 지지부(51)의 회전자 코일(1)을 지지하는 면을 제외한 나머지 부분에 일체로 연결되고, 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 결합되며 회전자 슈(15)의 양측 면을 지지하는 제1 부분(63)과, 제1 부분(63)과 일체로 연결되며 회전자 슈(15)의 외경 면을 지지하는 제2 부분(65)을 포함하고 있다.

여기서, 상기 제1 부분(63)은 회전자 슈(15)의 이웃하는 양측 끝단과 결합하는 결합홈(67)을 형성하며, 회전자 슈(15)의 양측 면을 지지한다. 상기 제1 부분(63)은 결합홈(67)에 의해 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 슬라이딩 식으로 끼워지며, 회전자 몸체(10)의 축 방향을 따라 결합될 수 있다.

그리고, 상기 제2 부분(65)은 회전자 몸체(10)의 슬롯(13) 외측에서 회전자 슈(15)의 외경 면을 지지하는 것으로, 고정자(2)의 내경 면과 회전자 슈(15)의 외경 면 사이의 공극에 위치한다.

한편, 상기에서와 같은 웨지부재(50)는 회전자 티스(11) 사이의 슬롯(13)에 결합된 상태로 회전자 몸체(10)의 양단 외측으로 일부 돌출된다. 상기 웨지부재(50)의 양측 돌출 부위는 보빈(30)의 제1 연결 통로(33)를 관통하며, 뒤에서 더욱 설명될 엔드 코일 커버(70)를 지지한다.

본 발명의 실시예에서, 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.

이러한 엔드 코일 커버(70)는 외부 공기를 회전자 몸체(10)의 양측으로 유동시키기 위한 적어도 하나의 제2 연결 통로(71)를 형성하고 있다. 예를 들면, 상기 제2 연결 통로(71)는 복수 개로 구비되며, 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(71)는 회전자 티스(11) 사이와 연결된다. 여기서, 상기 제1 연결 통로(33)를 관통한 웨지부재(50)의 돌출 부위는 엔드 코일 커버(70)의 제2 연결 통로(71) 측을 지지한다.

상기 웨지부재(50)의 양측 돌출 끝단에서, 지지부(51)는 제2 연결 통로(71)로 노출되고, 그 지지부(51)의 중공(53)은 제2 연결 통로(71)와 연결되며, 결합부(61)는 제2 연결 통로(71)의 가장자리 측을 지지하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터(100)의 회전자(200)는 상기에서와 같은 보빈(30) 및 엔드 코일 커버(70)에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어질 수 있다.

부연 설명하면, 본 발명의 실시예에 의한 회전자(200)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 실시예에 의한 회전자(200)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 실시예에 따른 계자권선형 구동모터(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 고정자(2)의 고정자 코일 및 회전자 몸체(10)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 동손실이 발생하게 되고, 이로 인해 회전자 코일(1)에서는 열이 발생하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 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 급격히 유동시키며 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.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 외부 공기의 유동으로서 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 외부로 방출하며, 그 회전자 코일(1)을 신속하게 냉각할 수 있다. 더 나아가, 상기 엔드 코일 커버(70) 외부의 공기는 웨지부재(50)의 중공(53)을 통해 회전자 몸체(10)의 축 방향을 따라 유동하며 회전자 코일(1)을 냉각할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 비 몰딩 방식의 개방형 회전자 구조로서 외부의 공기를 유동시키며 회전자 코일(1)에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있으므로, 회전자 코일(1)의 저항에 의한 동손실을 저감할 수 있으며, 모터의 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 몰딩 수지의 삭제에 따른 제조원가의 절감을 도모할 수 있고, 회전자 코일(1)에 대한 외부 공기의 직접적인 냉각으로 회전자(200)의 냉각 성능을 더욱 증대시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 웨지부재(50)는 결합부(61)의 결합홈(67)에 의해 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 축 방향을 따라 슬라이딩 식으로 끼워진 상태에 있다. 그리고, 상기 웨지부재(50)의 결합부(61)는 회전자 슈(15)의 양측 면 및 외경 면을 지지하며, 고정자(2)의 내경 면과 회전자 슈(15)의 외경 면 사이의 공극에 위치하고 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 결합부(61)에 의해 웨지부재(50)를 회전자 슈(15)의 양측 끝단에 견고히 결합할 수 있으므로, 회전자(200)의 고속 회전 시, 회전자 코일(1)에 작용하는 원심력을 지지하며 회전자 코일(1)의 정렬성을 확보할 수 있고, 회전자 코일(1)의 고정 강도를 확보할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시예에서는 웨지부재(50)의 조립 성능 및 기계적인 강도를 향상시킬 수 있고, 회전자(200)의 고속회전 안정성을 개선할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 웨지부재(50)의 결합부(61)가 고정자(2)의 내경 면과 회전자 슈(15)의 외경 면 사이의 공극에서 회전자 슈(15)의 외경 면을 지지하므로, 회전자 몸체(10)의 돌극 구조 및 편심 구조로 인해 발생하는 공극에서의 난류 유동을 저감할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시예에서는 모터의 돌극성을 감소시켜 풍 손실을 저감할 수 있기 때문에 모터의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

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

1... 회전자 코일 2... 고정자
3... 회전 샤프트 10... 회전자 몸체
11... 회전자 티스 13... 슬롯
15... 회전자 슈 30... 보빈
31... 코일 지지부 33... 제1 연결 통로
50... 웨지부재 51... 지지부
53... 중공 61... 결합부
63... 제1 부분 65... 제2 부분
67... 결합홈 70... 엔드 코일 커버
71... 제2 연결 통로 73... 리브
100... 구동모터 200... 회전자

Claims (14)

1. 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 계자권선형 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 삽입되며, 상기 회전자 코일을 지지하는 웨지부재; 및
   상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버;를 포함하며,
   상기 웨지부재는, 상기 회전자 티스의 단부에서 상기 고정자의 내경 면과 대면하며 양측으로 돌출된 회전자 슈의 끝단에 결합되되, 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며 그 축 방향을 따라 중공을 형성하는 지지부와, 상기 지지부와 일체로 연결되고 상기 회전자 슈의 양측 끝단에 결합되며 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면을 지지하는 결합부를 포함하고,
   상기 결합부는 상기 회전자 슈의 양측 끝단과 결합하며 상기 회전자 슈의 양측 면을 지지하는 결합홈을 지닌 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되며 상기 회전자 몸체의 슬롯 외측에서 상기 회전자 슈의 외경 면을 지지하는 제2 부분으로 이루어지고,
   상기 제2 부분은 상기 고정자의 내경 면과 상기 회전자 슈의 외경 면 사이의 공극에 위치하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 회전자 몸체는,
   상기 보빈 및 엔드 코일 커버에 의해 비 몰딩 방식의 개방형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성하고,
   상기 엔드 코일 커버는 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성하며,
   상기 제1 및 제2 연결 통로는 상기 회전자 몸체에서 상기 회전자 코일이 감긴 회전자 티스 사이와 연결되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 보빈은,
   상기 회전자 티스를 지지하며 복수의 상기 제1 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하고, 상기 회전자 코일을 지지하는 코일 지지 면에 지지홈들을 형성하면서, 회전 샤프트의 양단에 끼워지는 구멍을 중심에 두고 그 중심을 향해 방사 상으로 이격되게 배치되는 복수 개의 코일 지지부들
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 엔드 코일 커버는,
   상기 제2 연결 통로를 방사 상으로 구획 형성하는 복수 개의 리브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 웨지부재의 돌출 부위는,
   상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측을 지지하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 고정자의 내측에 일정 공극을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수 개의 회전자 티스에 회전자 코일이 권선되어 있는 회전자 몸체를 포함하는 계자권선형 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 웨지부재; 및
    상기 회전자 몸체의 축 방향 양측에서 상기 웨지부재의 돌출 부위를 감싸며 상기 보빈에 각각 장착되는 엔드 코일 커버;를 포함하며,
    상기 보빈은 상기 회전자 몸체의 축 방향으로 개방되는 복수의 제1 연결 통로를 형성하고,
    상기 엔드 코일 커버는 상기 제1 연결 통로와 연결되는 적어도 하나의 제2 연결 통로를 형성하며,
    상기 웨지부재는, 상기 회전자 티스의 단부에서 상기 고정자의 내경 면과 대면하며 양측으로 돌출된 회전자 슈의 끝단에 결합되되, 상기 회전자 티스 사이에 축 방향을 따라 배치되며 그 축 방향을 따라 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로와 연결되는 중공을 형성하는 지지부와, 상기 지지부와 일체로 연결되고 상기 회전자 슈의 양측 끝단에 결합되며 상기 회전자 슈의 양측 면 및 외경 면을 지지하는 결합부를 포함하고,
    상기 결합부는, 상기 회전자 슈의 양측 끝단과 결합하며 상기 회전자 슈의 양측 면을 지지하는 결합홈을 지닌 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되며 상기 회전자 몸체의 슬롯 외측에서 상기 회전자 슈의 외경 면을 지지하는 제2 부분으로 이루어지고,
    상기 제2 부분은 상기 고정자의 내경 면과 상기 회전자 슈의 외경 면 사이의 공극에 위치하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11 항에 있어서,
    상기 웨지부재의 돌출 부위는,
    상기 보빈의 제1 연결 통로를 관통하며, 상기 결합부를 통해 상기 엔드 코일 커버의 제2 연결 통로 측을 지지하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터.

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