KR101965743B1 - 회전전기기기의 스테이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중권 와인딩으로 2병렬회로 구성 시 순환전류를 제거하기 위해 회전전기기기의 스테이터의 코일 권선패턴에 관한 것으로서, 복수의 슬롯을 구비하는 스테이터코어; 및 상기 복수의 슬롯 각각에 복수의 도체를 삽입하고 통전 가능하게 연결하여 형성되는 스테이터코일을 포함하고, 상기 스테이터코일은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일을 구비하고, 상기 복수의 상코일 각각은 서로 병렬로 연결되는 제1부분상코일 및 제2부분상코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 서로 이격되며 직렬로 연결되는 복수의 도체를 구비하고, 상기 제1 및 제2부분상코일은, 상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 서로 이웃하는 두 도체가 상기 복수의 슬롯 내부 중 상기 스테이터코어의 반경방향을 따라 기설정된 레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 이격 배치되어 슬롯 간 병렬회로를 구성한다.

Description

회전전기기기의 스테이터{STATOR FOR ROTARY ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 슬롯 간 병렬회로 구성 시 순환전류를 제거할 수 있는 회전전기기기의 스테이터에 관한 것이다.

친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 자속을 발생시키는 스테이터와, 스테이터의 내부에 일정 공극을 두고 배치되며 회전운동을 하는 로터와, 로터에 설치되는 영구자석을 구비한다.

스테이터는 스테이터코어의 내주 측에 다수의 슬롯을 형성하고, 슬롯 내에 권선되는 스테이터코일을 구비한다. 이 스테이터코일에 교류 전류가 인가되면, 스테이터에 회전 자기장이 발생하고, 이 회전 자기장에 의해 로터에 회전 토크가 발생한다.

스테이터코일을 권선하는 방법은 코일이 감겨있는 모양에 따라 회로가 병렬 구조로 구성되는 중권(lap winding)과, 회로가 직렬 구조로 구성되는 파권(wave winding)과, 병렬 구조와 직렬 구조가 혼합된 중권-파권 혼합권으로 분류될 수 있다.

파권은 한 슬롯 안에 병렬회로를 구성할 수 있는 장점이 있으나, 병렬회로 구성 시 불필요한 점프 와이어가 필요하여 와이어의 종류 수가 증가하는 단점이 있었다.

중권은 병렬회로 구성 시 와이어의 종류 수가 감소하는 장점이 있으나, 병렬회로 구성 시 다 슬롯을 이용해야 하는데, 이 경우 와인딩 패턴에 따른 순환전류가 발생한다.

순환전류의 발생원인을 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 3상 8극 48슬롯 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이고, 도 2는 도 1에서 2개의 병렬회로를 구성하기 위해 사용되는 2개의 슬롯을 보여주는 일부 확대도 이고, 도 3은 도 1의 회전전기기기에서 중권-파권 혼합 형태로 스테이터코일을 권선시 2병렬회로를 구성하기 위한 권선패턴을 보여주는 개념도이고, 도 4는 도 2의 회전자의 위치에 따라 쇄교 자속량의 차이를 보여주는 개념도이고, 도 5는 도 3의 권선패턴으로 권선 시 순환전류가 발생하는 모습을 보여주는 개념도이다.

도 1에 도시된 회전전기기기는 3상 8극 48 슬롯 모델로서, 스테이터코어(11)의 내부에 48개의 슬롯(12)이 원주방향을 따라 이격 배치되고, 서로 인접한 두 슬롯(12) 사이에 티스(13; TEETH)가 각각 배치된다.

예를 들면, 3상 코일(U상, V상, W상) 각각은 복수의 슬롯(12) 각각에 수용되는 도체를 직렬로 연결하고, 스테이터코어(11)의 원주방향을 따라 4등분할 때 4개의 그룹으로 구성될 수 있다. 이때, 4개의 그룹 각각은 2개의 극, 즉 N극과 S극을 형성하고, 3상 코일 각각은 총 8개의 극을 형성할 수 있다.

48개의 슬롯(12)을 8개의 극으로 나눌 때, 8개의 극 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 6개의 슬롯(12)을 사용하고, 이때 6개의 슬롯(12)은 다시 3상으로 2개의 슬롯(12)씩 나뉘어 사용될 수 있다.

이렇게 중권 또는 중권-파권 혼합 형태로 권선 시 매상 매극은 2개의 슬롯(12)을 사용하여 2개의 병렬회로(16,17)가 구성될 수 있다(도 5 참조).

예를 들어, 서로 인접하는 두 개의 슬롯(12)에 각각 수용되는 도체그룹 A1 및 B1은 서로 병렬로 연결되어2개의 병렬회로(16,17)가 구성할 수 있다. A1 및 B1 도체그룹 각각은 3상 중 U상 전원선과 연결되고, 병렬회로(16,17)를 구성할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 로터(20)는 스테이터코어(11)에 대하여 원주방향을 따라 회전될 수 있다. 로터(20)의 내부에 복수의 영구자석이 로터코어(24)의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 이격 배치되도록 매입 설치될 수 있다.

복수의 영구자석은 3개의 영구자석(21, 22, 23)이 한 조를 이루어 여러 조의 영구자석(21, 22, 23)들이 로터코어(24)의 원주방향을 따라 이격 배치되도록 구성될 수 있다. 3개의 영구자석(21, 22, 23) 각각은 이등변 삼각형의 각 변에 배치될 수 있다.

로터코어(24)의 원주방향을 따라 서로 대칭되게 배치되는 두 영구자석(21, 22) 사이를 로터코어(24)의 반경방향으로 가로지르는 중심선(C)이 스테이터코어(11)의 각 티스(13) 중 어느 하나의 티스(13)로 향하여 위치하는지에 따라 스테이터코어(11)의 각 티스(13)에 발생하는 쇄교자속량은 달라질 수 있다.

예를 들면, 3개의 영구자석(21, 22, 23)이 형성하는 이등변 삼각형의 중심선(C)이 향하는 스테이터(10)의 티스(13)에서 쇄교 자속량이 가장 크고, 삼각형의 중심선에서 멀어질수록 쇄교 자속량이 감소한다.

도 3에 도시된 바와 같이 U상코일은 병렬회로(16,17)를 각각 구성하는A 부분상코일(14)과 B 부분상코일(15)을 구비하고, A 부분상코일(14)과 B 부분 상코일(15) 각각은 중권과 파권이 혼합된 혼합형태로 서로 다른 슬롯(12)에 동일한 슬롯피치(6슬롯피치) 간격으로 권선될 수 있다.

본 명세서에서, 슬롯피치(SLOT PITCH)는 스테이터코어(11)의 슬롯(12) 내부에 각각 수용된 두 도체 사이의 간격을 의미한다.

예를 들어, 1슬롯피치는 두 도체가 서로 연속된 2개의 슬롯(12)에 각각 수용된 두 도체의 간격을 의미한다. 6슬롯피치는 두 도체 중 어느 하나의 도체가 제1슬롯(12)에 삽입되고 다른 도체가 제1슬롯(12)으로부터 6번째 슬롯(12)인 제6슬롯(12)에 수용된 경우를 의미한다.

A 부분상코일(14)은 슬롯 2과 슬롯 4을 사용하여 서로 다른 레이어에 중권 형태로 권선되고, 슬롯 4 내지 8에서는 파권 형태로 권선된다. A 부분상코일(14)은 동일한 슬롯피치로 이격되고 서로 직렬로 연결되는 A1 내지 A4 도체 그룹을 구비할 수 있다. 여기서, A1 내지 A4 도체 그룹 각각은 스테이터코어(11)의 원주방향을 따라 배치되는 4개의 그룹 중 어느 하나의 그룹일 수 있다.

B 부분상코일(15)은 슬롯 1와 슬롯 3을 사용하여 중권 형태로 권선되고, 슬롯 3 내지 7에서는 파권 형태로 권선된다. B 부분상코일(15)은 동일한 슬롯피치로 이격되고 서로 직렬로 연결되는 B1 내지 B4도체 그룹을 구비할 수 있다. 여기서, B1 내지 B4도체 그룹은 스테이터코어(11)의 원주방향을 따라 배치되는 4개의 그룹 중 어느 하나의 그룹일 수 있다.

슬롯 1과 2, 슬롯 3과 4, 슬롯 5와 6, 슬롯 7과 8은 서로 1슬롯피치간격으로 이격되고, 슬롯 2와 3, 슬롯 4와 5, 슬롯 6과 7은 5슬롯피치간격으로 이격된다.

A 1 내지 A4 도체 그룹 각각은 짝수 번째 슬롯, 즉 슬롯 2, 4, 6, 8에 각각 수용되어 서로 직렬로 연결되며A 부분상코일(14)을 형성하고, B1 내지 B4도체 그룹 각각은 홀수 번째 슬롯, 즉 슬롯 1, 3, 5, 7에 각각 수용되어 서로 직렬로 연결되며 B 부분상코일(15)을 형성한다.

A 및 B 부분상코일(14, 15) 각각은 상기와 같은 패턴으로 동일한 슬롯피치로 이격되며, A 부분상코일(14)은 짝수 번째 슬롯끼리, B 부분상코일(15)은 홀수 번째 슬롯끼리 연결되는 패턴으로 2개의 병렬회로(16,17)를 구성할 수 있다.

그런데, 상기 중권 및 파권 혼합 형태로 권선되는 스테이터(10) 코일은 상기한 패턴으로 2 병렬회로(16,17)를 구성할 경우에 다음과 같은 문제가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 매극 매상에서 로터(20)는 스테이터코어(11)에 대하여 원주방향으로 회전함에 스테이터코어(11)의 티스(13; TEETH) 각각에 발생하는 쇄교 자속량이 서로 달라진다.

A 부분상코일(14)과 B 부분상코일(15)은 서로 동일한 슬롯피치 간격을 두고 짝수 번째 슬롯(12)과 홀수 번째 슬롯(12)으로 각각 권선되어(도 1, 3 참조), 로터의 회전 위치에 따라 스테이터코어(11)의 각 티스(13)의 쇄교 자속량이 달라짐으로(도 4 참조) A 부분상코일(14)의 권선으로 구성되는 제1병렬회로(16)와 B 부분상코일(15)의 권선으로 구성되는 제2병렬회로(17) 사이에 전압 위상차가 발생하고, 상기 전압 위상차로 인해 2개의 병렬회로(16,17) 사이에 순환전류가 발생하여(도 5 참조) 모터에 악영향을 미친다.

이러한 순환전류는 부하 기동 시에는 회로 내에서 역방향 전류를 흐르게 하여 역토크를 발생시켜 모터 손실을 초래하고, 모터 효율을 저하시키고, 무부하 기동 시에도 스테이터(10)코일의 온도를 상승시키는 문제가 있다.

또한, 순환전류의 발생으로 인해 모터의 소음 및 진동이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 중권 와인딩 시 매상 매극에서 2병렬회로를 구성하는 경우 순환전류를 제거할 수 있는 새로운 권선패턴을 구비하는 회전전기기기의 스테이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 회전전기기기의 스테이터는 스테이터코어와 스테이터코일을 포함한다. 상기 스테이터코어는 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 슬롯을 구비한다. 상기 스테이터코일은 상기 복수의 슬롯 각각에 복수의 도체를 삽입하고 통전 가능하게 연결하여 형성된다.

상기 스테이터코일은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일을 구비하고, 상기 복수의 상코일 각각은 제1부분상코일 및 제2부분상코일을 서로 연결하여 2개 이상의 병렬회로를 구성할 수 있다.

상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 서로 이격되며 직렬로 연결되는 복수의 도체를 구비할 수 있다.

상기 제1 및 제2부분상코일은, 상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 서로 이웃하는 두 도체가 상기 복수의 슬롯 내부 중 상기 스테이터코어의 반경방향을 따라 기설정된 레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 이격 배치되어 슬롯 간 병렬회로를 구성할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 기설정된 레이어는 상기 복수의 슬롯 내부의 최외측인 제n레이어 또는 최내측인 제1레이어일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 서로 다른 슬롯 피치는 롱 피치인 제1슬롯 피치와 숏 피치인 제2슬롯 피치로 구성되고, 상기 제2슬롯 피치로 이격된 두 도체는 상기 제1슬롯 피치로 이격된 두 도체 사이에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1슬롯 피치는 7 슬롯 피치이고, 상기 제2슬롯 피치는 5 슬롯 피치일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 상기 기설정된 레이어 이외의 다른 레이어에 배치되는 복수의 도체는 서로 동일한 슬롯 피치로 이격될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 동일한 슬롯 피치는 상기 복수의 슬롯 수를 극수로 나눈 값의 슬롯 피치일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1부분상코일 및 제2부분상코일은 상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 1슬롯 피치로 이격 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 슬롯 간 병렬회로의 수는 2개 이상이고, 매극 매상 슬롯의 수는 2이상일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 상기 제n레이어의 도체는 서로 다른 슬롯의 제n레이어의 도체와 연결되고, 상기 제1레이어의 도체는 다른 슬롯의 제1레이어의 도체와 연결되고, 제2레이어의 도체 내지 제n-1레이어의 도체는 서로 다른 슬롯의 서로 다른 레이어의 도체와 각각 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 상코일 각각은, 전원선에 연결되는 제1도체는 상기 복수의 슬롯 중 어느 하나의 슬롯의 내부 최외측인 제n레이어에 배치되고, 중성선에 연결되는 N번째 도체인 제N도체는 상기 제1도체와 원주방향을 따라 이격된 슬롯의 내부 제n-1레이어에 각각 배치되고, 상기 전원선과 중성선은 스테이터의 원주방향을 따라 원주의 4등분으로 구획된 4개의 구간 중 어느 하나의 구간 내에 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은,

상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 서로 이격 배치되고 서로 직렬로 연결되는 복수의 단위패턴을 구비하고, 상기 복수의 단위패턴 각각은, 서로 이격 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제1도체 내지 제M도체를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 슬롯 내부의 최외측인 제n레이어에서 서로 이웃하는 상기 제1부분상코일의 두 도체는 제1슬롯 피치로 이격되고, 상기 제2부분상코일의 두 도체는 상기 제1슬롯 피치보다 작은 제2슬롯 피치로 상기 제1슬롯 피치 내측에 이격되고, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 상기 복수의 단위패턴을 따라 서로 이웃한 두 도체가 상기 제1슬롯 피치와 제2슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 복수의 슬롯 내부의 최내측인 제1레이어에서 서로 이웃하는 상기 제1부분상코일의 두 도체는 제1슬롯 피치로 이격되고, 상기 제2부분상코일의 두 도체는 상기 제1슬롯 피치보다 작은 제2슬롯 피치로 상기 제1슬롯 피치 내측에 이격되고, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 복수의 단위패턴을 순차적으로 바꾸면서 서로 이웃한 두 도체가 상기 제1슬롯 피치와 제2슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 단위패턴 각각은, 서로 직렬로 연결되고, 상기 제n레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 이격 배치되는 제1도체 및 제2도체; 및 서로 직렬로 연결되고, 상기 복수의 슬롯 내부의 최내측인 제1레이어 내지 제n-1레이어에서 서로 동일한 슬롯 피치로 이격 배치되는 제3도체 내지 12도체를 구비하고, 상기 제3도체 내지 제6도체는 상기 스테이터코어의 원주방향 중 기설정된 제1방향을 따라 6 슬롯 피치로 서로 이격되며 각각 제5, 3, 4, 2레이어 순서로 배치되고, 상기 제6도체와 연결되는 제7도체는 상기 제1방향과 반대인 제2방향을 따라 6슬롯 피치로 제1레이어에 배치되고, 상기 제7도체와 연결되는 제8도체는 제1방향을 따라 6 슬롯 피치로 제1레이어에 배치되고, 상기 제8도체와 연결되는 제9도체 내지 제12도체는 상기 제2방향을 따라 6 슬롯 피치로 이격되며 각각 제2, 4, 3, 5레이어 순서로 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 슬롯은 48개로 구성되고, 상기 복수의 단위패턴은 4개로 형성되고, 상기 복수의 슬롯 내부에는 제1레이어 내지 제6레이어가 각각 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 동일한 슬롯 피치는 6 슬롯 피치일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1부분상코일과 제2부분상코일은 상기 복수의 단위패턴에 따라 두 도체 간의 슬롯 피치가 서로 교대로 바뀔 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 상코일 각각은, 상기 복수의 슬롯 중 기설정된 슬롯 피치로 이격된 두 슬롯의 내부에 각각 수용되는 삽입부; 및 상기 삽입부의 일측을 각각 서로 통전 가능하게 연결하는 건넘부; 상기 삽입부의 타측에서 각각 연장되는 연장부를 구비한 복수의 세그먼트 도체를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 상코일 각각은, 상기 슬롯의 반경방향을 따라 최 내측 제1레이어 및 제2레이어와 최외측인 제n레이어 및 제n-1레이어에서 중권 형태로 권선되고, 제3레이어 내지 제n-2레이어에서는 파권 형태로 권선될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 단위패턴 각각은 한 쌍의 극, N극과 S극을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 회전전기기의 스테이터의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

첫째, 스테이터코일을 중권 및 파권의 혼합 형태로 권선 시, 매상 매극에서 2병렬회로를 구성하는 제1 및 제2부분상코일이 특정 레이어에서 서로 다른 슬롯 피치를 갖도록 권선함으로써, 슬롯 간 전압 위상차의 발생에 따른 순환전류의 발생을 방지할 수 있다.

둘째, 순환전류의 발생을 방지함으로 무부하 기동 시 코일의 온도 상승을 억제하고, 부하 기동 시 역토크의 발생을 억제하여 모터의 손실 발생을 방지하고, 모터 효율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 순환전류의 발생을 방지함으로 모터의 소음 및 진동을 제거할 수 있다.

도 1은 종래의 3상 8극 48슬롯 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에서 2개의 병렬회로를 구성하기 위해 사용되는 2개의 슬롯을 보여주는 일부 확대도이다.
도 3은 도 1의 회전전기기기에서 중권-파권 혼합 형태로 스테이터코일을 권선시 2병렬회로를 구성하기 위한 권선패턴을 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 2의 회전자의 위치에 따라 쇄교 자속량의 차이를 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 3의 권선패턴으로 권선 시 순환전류가 발생하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 3상 8극 48슬롯 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 6의 회전전기기기에서 중권-파권 혼합 형태로 스테이터코일을 권선시 2병렬회로를 구성하는 경우에 순환전류를 제거하기 위한 권선패턴을 보여주는 개념도이다.
도 8은 도 6에서 각 상별로 8극의 도체 그룹(A1 내지 A4, B1 내지 B4)이 서로 지그재그 형태로 섞인 모습을 보여주는 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 권선패턴이 최외측 레이어에 적용된 회전전기기기의 스테이터를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 9의 측면도이다.
도 11은 도 9의 평면도이다.
도 12는 도 9의 저면도이다.
도 13은 세그먼트도체의 사시도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 9의 회전전기기기의 스테이터에 적용되는 코일권선패턴을 설명하기 위한 개념도이다.
도 15는 본 발명에 따른 권선패턴이 최내측 레이어에 적용된 회전전기기기의 스테이터를 보여주는 사시도이다.
도 16은 도 15의 측면도이다.
도 17은 도 15의 평면도이다.
도 18은 도 15의 저면도이다.
도 19a 및 도 19b는 도 15의 회전전기기기의 스테이터에 적용되는 코일권선패턴을 설명하기 위한 개념도이다.
도 20은 기존의 병렬회로와 본 발명의 병렬회로를 구성하여 실험한 예를 비교하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 6은 본 발명에 따른 3상 8극 48슬롯(111) 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이고, 도 7은 도 6의 회전전기기기에서 중권-파권 혼합 형태로 스테이터코일(120)을 권선시 2병렬회로를 구성하는 경우에 순환전류를 제거하기 위한 권선패턴을 보여주는 개념도이고, 도 8은 도 6에서 각 상별로 8극의 도체 그룹(A1 내지 A4, B1내지 B4)이 서로 지그재그 형태로 섞인 모습을 보여주는 개념도이다.

본 발명에 따른 회전전기기기는 스테이터(100)와 로터(미도시)를 포함한다.

스테이터(100)는 스테이터코어(110)와 스테이터코일(120)을 구비한다.

스테이터코어(110)는 복수의 슬롯(111)을 구비한다. 스테이터코어(110)의 내측에 복수의 슬롯(111; slot)과 복수의 티스(112; teeth)가 원주방향을 따라 서로 번갈아 가면서 배치된다. 복수의 슬롯(111) 각각은 축방향을 따라 관통 형성된다.

복수의 슬롯(111) 각각은 기설정된 폭과 스테이터코어(110)의 반경방향을 따라 기설정된 깊이로 오목하게 형성된다. 여기서, 기설정된 슬롯(111)의 폭은 스테이터코일(120) 한 가닥의 두께와 대응되고, 기설정된 깊이는 스테이터코어(110)의 반경방향을 따라 스테이터코일(120)의 도체를 여러 층(layer)으로 수용할 수 있을 정도로 형성된다.

도 6은 스테이터코어(110)에 48개의 슬롯(111)이 형성된 모습을 보여준다.

스테이터(100)의 내부 중앙에 로터수용공(117)이 로터를 수용하도록 축방향을 따라 관통 형성되고, 로터는 스테이터코어(110)에 대하여 일정한 공극을 두고 로터수용공(117)에 회전 가능하게 배치된다.

스테이터코일(120)은 복수의 슬롯(111) 각각에 복수의 도체를 삽입하고 서로 통전 가능하게 연결함으로 스테이터코어(110)에 권선될 수 있다. 복수의 도체 각각은 절연부재로 감싸져서 스테이터코어(110)에 대하여 절연될 수 있다.

스테이터코일(120)은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일을 구비할 수 있다.

복수의 상 코일 각각은 제1상 코일, 제2상 코일, 제3상 코일을 구비할 수 있다. 제1상 코일은 U상 코일, 제2상 코일은 V상 코일, 제3상 코일은 W상 코일일 수 있다.

복수의 상 코일 각각은 제1부분상코일및 제2부분상코일을 구비하여 2 병렬회로(115a,115b)를 구성할 수 있다. 제1 및 제2부분상코일은 서로 병렬로 연결된다.

제1부분상코일과 제2부분상코일은 스테이터코어(110)의 원주방향 중 제1방향을 따라 서로 1슬롯피치간격을 두고 이격 배치될 수 있다.

본 명세서에서, 제1방향은 도면상 우측방향 또는 스테이터코어(110)의 원주방향 중 반시계방향이고, 제2방향은 제1방향과 반대방향으로 도면상 좌측방향 또는 스테이터코어(110)의 원주방향 중 시계방향을 의미한다.

제1 및 제2부분상코일 각각은 복수의 슬롯(111)에 삽입되며 서로 이격 배치되고 통전 가능하게 직렬로 연결되는 복수의 도체를 구비할 수 있다.

제1 및 제2부분상코일 각각은 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 서로 이격되는 복수의 그룹을 구비하고, 복수의 그룹 각각은 2개의 N극과 S극을 형성할 수 있다.

복수의 그룹은 스테이터코어(110)의 원주를 4등분으로 구획할 때 4분면에 각각 배치되어, 4개의 그룹으로 구성될 수 있다.

제1 및 제2부분상코일 각각은 복수의 그룹마다 2개 극씩, 총 8극으로 구성될 수 있다.

제1부분상코일은 2개의 병렬회로(115a,115b) 중 한 개의 병렬회로(115a)를 구성하도록 복수의 A 도체그룹, 즉 A1 내지 An 도체그룹을 구비할 수 있다. n은 2보다 큰 자연수이다. 본 실시예에서는 제1부분상코일은 A1 내지 A4 도체그룹을 형성할 수 있다.

A1 내지 A4 도체그룹은 U상, V상, W상 코일 각각의 제1부분상코일을 구성하는 도체들을 포함한다.

제2부분상코일은 2개의 병렬회로(115a,115b) 중 다른 한 개의 병렬회로(115b)를 구성하도록 복수의 B 도체그룹, 즉 B1 내지 Bn 도체그룹을 구비할 수 있다. n은 2보다 큰 자연수이다. 본 실시예에서는 제2부분상코일은 B1 내지 B4 도체그룹을 형성할 수 있다.

B1 내지 B4 도체그룹은 U상, V상, W상 코일 각각의 제2부분상코일을 구성하는 도체들을 포함한다.

A1 내지 A4 도체그룹은 각 도체그룹 내에서 중권 형태로 권선되고, 각 도체그룹 간에는 파권 형태로 권선될 수 있다.

예를 들어, U상 코일의 제1부분상코일은 A1 도체그룹에서는 1번슬롯(111)의 2레이어(외측레이어)로 들어가서(ⓧ) 시계방향을 따라 7번슬롯(111)의 2레이어로 나오고(⊙), 다시 반시계방향을 따라 1번슬롯(111)의 1레이어(내측레이어)로 들어가서(ⓧ) 7번슬롯(111)의 1레이어로 나온다(⊙). 이와 같이 중권은 코일이 1번슬롯(111)과 7번 슬롯(111)을 중복해서 갔다가 되돌아 오는 방식으로 두 슬롯(111) 사이를 한 바퀴이상 감는다.

그리고, 7번슬롯(111)의 1레이어로 나온 U상 코일의 제1부분상코일은 그 다음 A2 도체그룹의 12번슬롯(111)의 1레이어로 들어간다(ⓧ). A1도체그룹에서 A2도체그룹으로 넘어갈 때는 파권 형태로 권선된다. 이와 같이 파권은 코일이 한 슬롯(111)에서 일방향을 따라 다른 슬롯(111)으로 파도 형태로 넘어가는 방식으로 권선된다.

그 다음, 12번슬롯 1 레이어로 들어간 U상 코일의 제1부분상코일은 A2 도체그룹 내에서 중권 형태로 권선되고, 다음 A3도체그룹으로 넘어갈 때는 파권 형태로 권선된다.

이와 같이 U상 코일의 제1부분상코일은 A1 도체그룹에서 6 슬롯피치 간격을 두고 중권 형태로 권선되고, A2 도체그룹으로 넘어갈 때 5슬롯피치 간격을 두고 파권 형태로 권선되고, A2 도체그룹 내에서 6슬롯피치 간격을 두고 중권 형태로 권선되고, A3 도체그룹으로 넘어갈 때 7슬롯피치 간격을 두고 파권형태로 권선되고, A3 도체그룹 내에서 6슬롯피치 간격을 두고 중권 형태로 권선되고, A4 도체그룹으로 넘어갈 때 5슬롯피치 간격을 두고 파권 형태로 권선되고, A4 도체그룹 내에서 6슬롯피치 간격을 두고 중권 형태로 권선되고, 다시 A1 도체그룹으로 넘어갈 때 7 슬롯피치 간격을 두고 파권 형태로 권선되며, 1회전을 한다.

B1 내지 B4 도체그룹은 A 도체그룹과 마찬가지로 각 도체그룹 내에서 중권 형태로 권선되고, 각 도체그룹 간에는 파권 형태로 권선될 수 있다.

다만, B 도체그룹은 A 도체그룹에 대하여 1슬롯피치로 이격 배치되고, 각 도체그룹을 넘어갈 때마다 A 도체그룹에 대하여 다른 슬롯피치로 이격 배치된다.

예를 들면, A1 도체그룹과 A2 도체그룹의 간격이 5슬롯피치일 때, B1 도체그룹과 B2 도체그룹의 간격이 7슬롯피치다이다. 그 다음, A2 도체그룹과 A3 도체그룹의 간격이 7 슬롯피치일 때, B2 도체그룹과 B3 도체그룹의 간격이 5 슬롯피치다이다.

이러한 권선패턴에 의하면, 8극 3상 48슬롯(111) 모델의 스테이터(100)는 매극 매상에서 두 개의 슬롯(111)을 사용하여 2 병렬회로(115a,115b)를 구성하고, 2 병렬회로(115a,115b) 각각은 그룹별로 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 서로 다른 슬롯피치(롱 피치와 숏 피치)로 번갈아 가면서 이격 배치됨으로써, A1 내지 A4 도체그룹(제1병렬회로(115a))과 B1 내지 B4 도체그룹(제2병렬회로(115b))이 서로 다른 슬롯(111)으로 섞일 수 있다.

도 1의 기존 권선패턴과 도 6의 본 발명의 권선패턴을 비교하면 다음과 같다.

도 1의 기존 권선패턴은 스테이터의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격 배치되어A1 내지 A4 도체그룹의 각 도체그룹 간 슬롯피치 간격이 6슬롯피치로 일정하다. B1 내지 B4 도체그룹도 A 도체그룹에 대하여 시계방향으로 1슬롯피치 간격을 두고 배치될 뿐 A 도체그룹과 마찬가지이다. 이에 따라, A 도체그룹과 B 도체그룹 각각은 스테이터의 원주방향을 따라 서로 이격되되, 일부가 서로 중첩되면서 A 도체그룹은 오른쪽에, B 도체그룹은 왼쪽에 각각 일정하게 배치된다.

하지만, 도 6의 본 발명의 권선패턴은 스테이터(100)의 원주방향을 따라 다른 간격으로 이격 배치되어, A1 내지 A4 도체그룹의 각 도체그룹 간 슬롯피치 간격이 5슬롯피치와 7슬롯피치를 번갈아 가면서 서로 다르다. B 1 내지 B4 도체그룹은 서로 다른 슬롯피치로 번갈아 가면서 이격되고, A 도체그룹에 대하여 서로 다른 슬롯피치로 7 슬롯피치와 5슬롯피치를 번갈아 가면서 이격 배치된다. 이에 따라, A 도체그룹과 B 도체그룹 각각은 스테이터(100)의 원주방향을 따라 서로 이격되되, 일부가 서로 중첩되고 A 도체그룹과 B 도체그룹은 서로 오른쪽과 왼쪽으로 지그재그 형태로 번갈아 가면서 배치된다.

기존의 권선패턴에 의하면, 로터의 회전 위치에 따라 스테이터코어의 각 티스의 쇄교자속량이 서로 달라질 때, 2 병렬회로를 구성하는 A 도체그룹과 B 도체그룹은 스테이터코어의 원주방향을 따라 서로 동일한 위상차를 갖고 일정 간격으로 이격 배치되어, A 도체그룹의 전위차의 총합과 B 도체그룹의 전위차의 총합은 서로 다르게 되므로, 2 병렬회로 간의 전위차도 달라져서 순환전류가 발생한다.

반면에 본 발명에 의하면, 로터의 회전 위치에 따라 스테이터코어(110)의 각 티스(112)의 쇄교자속량이 서로 달라지더라도, 2병렬회로(115a,115b)를 구성하는 A 도체그룹과 B도체그룹이 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 서로 지그재그 형태로 섞임으로써, A 도체그룹의 전위차의 총합과 B 도체그룹의 전위차의 총합은 서로 같으므로, 2 병렬회로(115a,115b) 간의 전위차도 같아서 순환전류의 발생을 방지할 수 있다.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 중권 및 파권 혼합 형태로 권선된 모습을 보여준다.

이하, U 상을 예로 들어 설명하지만, V 상, W상에도 동일하게 적용될 수 있다.

A 부분상코일(113)은 슬롯 2와 4를 사용하여 대략 원을 그리며 시계방향으로 슬롯 2에서 슬롯 4로 갔다가 다시 슬롯 2로 되돌아 오는 방식(중권)으로 1번 이상 중복해서 감는다. 슬롯 2와 4 사이에서 중권으로 권선되는 A 부분상코일(113)은 동일한 슬롯(111)에서 여러 겹으로 권선될 때 반경방향을 따라 서로 다른 레이어로 권선될 수 있다.

이어서, A 부분상코일(113)은 스테이터코어(110)의 원주방향 중 제1방향을 따라 슬롯 4에서 슬롯 6으로 그리고 슬롯 6에서 슬롯 7로 파도 형태(파권)로 권선된다.

B 부분상코일(114)은 슬롯 1과 3을 사용하여 대략 원을 그리며 시계방향으로 슬롯 1에서 슬롯 3으로 갔다가 다시 슬롯 1로 되돌아 오는 방식으로 1번 이상 중복해서 감는다. 슬롯 1과 3 사이에서 중권으로 권선되는 B 부분상코일(114)은 동일한 슬롯(111)에서 여러 겹으로 권선될 때 반경방향을 따라 서로 다른 레이어로 권선될 수 있다.

이어서, B 부분상코일(114)은 스테이터코어(110)의 원주방향 중 제1방향을 따라 슬롯 3에서 슬롯 5로 그리고 슬롯 5에서 슬롯 8로 건너서 파도 형태(파권)로 권선된다.

여기서, 복수의 슬롯(111)은 슬롯 1 내지 슬롯(111) N을 구비할 수 있다.

슬롯 1과 2, 슬롯 3과 4, 슬롯 5와 6, 슬롯 7과 8등은 서로 1슬롯피치로 이격 배치될 수 있다. 슬롯 2와 3, 슬롯 4와 5, 슬롯 6과 7 등은 서로 5슬롯피치로 이격 배치될 수 있다.

A 부분상코일(113)과 B 부분상코일(114) 각각은 도체그룹 간을 넘어갈 때마다 5 슬롯피치와 7 슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격되고, A 부분상코일(113)은 B 부분상코일(114)에 대하여 서로 다른 슬롯피치로 이격될 수 있다.

예를 들면, A 부분상코일(113)의 일부는 5슬롯피치(숏 피치)로 이격되고, B 부분상코일(114)의 일부는 7 슬롯피치(롱 피치)로 이격되어, B 부분상코일(114)의 일부가 A 부분상코일(113)의 일부에 대하여 서로 교차되지 않고 넘어가는 형태로 권선될 수 있다.

보다 구체적으로, A 부분상코일(113)의 일부 두 도체는 5 슬롯피치 간격으로 이격된 슬롯 6과 슬롯 7에 각각 수용되고, B 부분상코일(114)의 일부 두 도체는 7슬롯피치 간격으로 이격된 슬롯 5와 슬롯 8에 각각 수용될 수 있다.

즉, 숏 피치로 이격된A 부분상코일(113)의 일부 두 도체는 롱 피치로 이격된 B 부분상코일(114)의 일부 두 도체 사이에 배치될 수 있다.

이러한 권선패턴에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 A 부분상코일(113)과 B 부분상코일(114)은 도체그룹 별로 스테이터(100)의 원주방향을 따라 서로 다른 슬롯피치의 간격을 두고 2 병렬회로(115a,115b) 간에 지그재그로 섞임으로, 두 병렬회로(115a,115b) 각각의 전위차의 총합은 같아져서 순환전류가 흐르는 것을 막을 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 권선패턴이 최외측 레이어에 적용된 회전전기기기의 스테이터(100)를 보여주는 사시도이고, 도 10은 도 9의 측면도이고, 도 11은 도 9의 평면도이고, 도 12는 도 9의 저면도이고, 도 13은 세그먼트도체(130)의 사시도이다.

본 발명은 슬롯(111) 간 병렬회로의 수가 2개 이상이고, 매극 매상 슬롯(111)의 수가 2이상인 경우에 적용될 수 있다.

본 실시예에서 3상 48슬롯 8극이고, 이 경우 매극 매상 슬롯(111) 수는 48/(3*8)=2 개 일 수 있다.

스테이터(100)는 복수의 슬롯(111)을 구비하는 스테이터코어(110), 복수의 슬롯(111) 각각에 복수의 도체를 삽입하고 통전 가능하게 연결하여 형성되는 스테이터코일(120)을 포함한다.

스테이터코어(110)는 하우징(미도시)의 내부에 고정되게 설치된다.

스테이터코어(110)는 복수의 강판을 회전축의 축방향을 따라 적층하고 적층된 강판을 두께방향을 따라 용접 접합함으로써 조립될 수 있다.

스테이터코일(120)은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일(121,122,123)을 구비하고, 복수의 상코일(121,122,123) 각각은 서로 병렬로 연결되는 제1부분상코일(121a,122a,123a) 및 제2부분상코일(121b,122b,123b)을 포함한다.

제1 및 제2부분상코일(121a,122a,123a,121b,122b,123b) 각각은 복수의 도체를 구비하고, 복수의 도체는 서로 이격되며 직렬로 연결된다.

복수의 도체는 복수의 슬롯(111) 중 어느 하나의 슬롯(111) 내부의 반경방향을 따라 각각 포개어지게 배치될 수 있다. 슬롯(111) 내부는 복수의 레이어로 나뉠 수 있다. 슬롯(111)의 반경방향을 따라 최내측은 제1레이어이고, 최외측은 제n레이어일 수 있다. 한 개의 슬롯(111) 내부는 제1 내지 제n레이어로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 한 개의 슬롯(111) 내부에 제1레이어 내지 제6레이어가 형성될 수 있다.

제1및 제2부분상코일(121a,122a,123a,121b,122b,123b)은 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 1슬롯피치로 이격 배치될 수 있다. 제1부분상코일(121a,122a,123a)은 제1부분U상코일(121a), 제1부분V상코일(122a) 및 제1부분W상코일(123a)을 구비할 수 있다.

제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제2부분U상코일(121b), 제2부분V상코일(122b) 및 제2부분W상코일(123b)을 구비할 수 있다.

복수의 상코일(121,122,123) 각각은 코일의 점적율을 높이기 위해 사각 단면을 가지는 각형 코일로 구성될 수 있다.

각형 코일의 권선 작업을 용이하게 하기 위해, 다수의 분리된 헤어핀(세그먼트 도체)을 스테이터코어(110)의 각 슬롯(111)에 삽입 체결한 후, 각 슬롯(111)에 배치되는 헤어핀 간을 순차적으로 용접 접합함으로 스테이터코어(110)의 연속적인 코일 권선을 형성할 수 있다.

세그먼트 도체는 예를 들면 2선 일체형으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 형상 크기가 실질적으로 동일한 2개의 세그먼트 도체를 서로 포개어 접촉되게 배치하고, 2개의 세그먼트 도체의 벤딩, 삽입, 트위스팅 및 용접이 동시에 이루어지는 경우를 의미한다.

이에 의해, 고속 운전 시, 세트먼트 도체의 표피효과에 기인한 전기저항이 증가되는 것을 억제할 수 있어 출력밀도를 향상시킬 수 있다.

세그먼트 도체는 2개의 삽입부(131a,131b), 건넘부(132), 2개의 연장부(133a,133b)를 포함한다. 2개의 삽입부(131a,131b)는 복수의 슬롯(111) 중 기설정된 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치된 두 슬롯(111)에 수용될 수 있다. 건넘부(132)의 양측은 2개의 삽입부(131a,131b)의 일 단을 통전 가능하게 각각 연결한다.

2개의 연장부(133a,133b)는 2개의 삽입부(131a,131b)의 타단에 3슬롯피치 간격에 대응되는 길이로 각각 연장될 수 있다.

세그먼트 도체는 2개의 삽입부(131a,131b), 건넘부(132) 및 2개의 연장부(133a,133b)를 형성할 수 있는 길이의 사각 단면의 도체(예, 동선, 알루미늄선)를 대략 “U” 형상으로 벤딩하여 형성될 수 있다.

건넘부(132)에는 복수의 벤딩부(132a,132b,132c)가 형성될 수 있다. 벤딩부(132a,132b,132c)는 건넘부(132)의 중앙영역과 양단부에 각각 형성될 수 있다. 이에 의해, 2개의 삽입부(131a,131b) 간의 상대 위치를 조절할 수 있다.

삽입부(131a,131b)는 스테이터코어(110)의 길이(적층두께)방향을 따라 양측으로 각각 돌출될 수 있는 길이로 연장되게 형성될 수 있다.

한 개의 삽입부(131a,131b)는 일단부가 건넘부(132)에 의해 다른 한 개의 삽입부(131a,131b)에 통전 가능하게 연결되고, 2개의 삽입부(131a,131b) 각각의 타단부는 연장부(133a,133b)를 구비하여 스테이터코어(110)의 해당 슬롯(111)의 내부에 삽입된 후 연장부(133a,133b)는 미리 정해진 방향으로 벤딩(트위스팅)되어 경사지게 배치될 수 있다.

연장부(133a,133b)의 단부는 축방향으로 배치될 수 있게 벤딩된 벤딩단부를 구비할 수 있다. 벤딩단부는 삽입부(131a,131b)의 삽입 후 트위스팅되어 삽입부(131a,131b)로부터 3슬롯피치로 이격된 슬롯(111)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

벤딩단부에는 상술한 바와 같이, 다른 벤딩단부와 통전 가능하게 연결될 수 있도록 절연층의 일부를 절취한 절취부가 형성될 수 있다.

예를 들어, 6슬롯피치로 이격된 두 도체의 벤딩단부는 절취부를 통전 가능하게 용접한 용접부에 의해 직렬로 연결될 수 있다.

복수의 상코일(121,122,123) 각각의 일단부는 전원선에 연결될 수 있다.

전원선은 상용전원에 연결되어 스테이터코일(120)에 상용전원(교류전원)이 공급될 수 있다.

복수의 상코일(121,122,123) 각각의 타단부는 중성선에 연결될 수 있다.

전원선이 연결되는 제1도체와 중성선이 연결되는 마지막 제N도체는 동일한 슬롯(111)에 배치되게 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전원선과 중성선이 스테이터(100)의 원주방향을 따라 스테이터(100)의 원주를 4등분한 4개의 구획구간 중 어느 하나의 구획구간 이내에 집중적으로 배치될 수 있다 (도 12 참조).

따라서, 본 발명의 회전전기기기의 스테이터(100)는 상코일(121,122,123)의 연결도체가 서로 멀리 이격되어 이격된 연결도체를 연결하기 위한 커넥션 링 등과 같은 별도의 연결부품을 사용할 필요가 없다.

도 14a 및 도 14b는 도 9의 회전전기기기의 스테이터(100)에 적용되는 코일권선패턴을 설명하기 위한 개념도이다.

본 실시예에서는 3상 8극 48 슬롯(111) 모델의 회전전기기기 일 수 있다. 복수의 슬롯(111) 각각은 6개의 레이어로 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 슬롯(111)은 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 제1슬롯(111) 내지 제48슬롯(111)으로 구성될 수 있다.

제1슬롯(111) 내지 제48슬롯(111)은 도면 14에서 왼쪽에서 오른쪽으로 수평방향을 따라 순서대로 이격 배치되어 있다.

6개의 레이어, 즉 제1레이어 내지 제6레이어는 도면에서 아래쪽에서 위쪽으로 수직방향을 따라 배치된다.

스테이터코일(120)은 복수의 상코일(121,122,123)을 구비할 수 있다.

복수의 상코일(121,122,123)은 U상 코일, V상 코일, W상 코일을 구비할 수 있다. 복수의 상코일(121,122,123) 각각은 제1부분상코일(121a,122a,123a) 및 제2부분상코일(121b,122b,123b)을 구비한다.

복수의 상코일(121,122,123) 각각은 3 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.

복수의 상코일(121,122,123) 각각의 제1부분상코일(121a,122a,123a)은 4 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 복수의 상코일(121,122,123) 각각의 제2부분상코일(121b,122b,123b)은 4 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.

U상 코일, V상 코일, W상 코일 각각은 서로 동일한 패턴으로 권선되므로, 이하에서는 U상 코일을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1및 제2부분상코일(121a,121b)은 서로 병렬로 연결될 수 있다.

제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 제1도체 내지 제N도체를 구비할 수 있다. 본 실시예에서 제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 제1 도체 내지 제48도체를 구비할 수 있다.

제1도체는 전원선과 연결되고, 제N도체는 중성선과 연결될 수 있다. 제1도체(1U) 내지 제N도체(NU)는 서로 직렬로 통전 가능하게 연결될 수 있다.

제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 중권과 파권이 혼합된 형태로 권선될 수 있다. 본 실시예에서 제1 및 제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제1(최내측), 2, 5, 6(최외측) 레이어에서 중권 형태로 권선되고, 제3, 4 레이어에서는 파권 형태로 권선될 수 있다.

직렬로 연결되는 복수의 도체 중 제n레이어에 수용되는 도체는 서로 다른 슬롯(111)의 제n레이어에 수용되는 도체와 연결될 수 있다.

직렬로 연결되는 복수의 도체 중 제1레이어에 수용되는 도체는 서로 다른 슬롯(111)의 제1레이어에 수용되는 도체와 연결될 수 있다.

직렬로 연결되는 복수의 도체 중 제2레이어에 수용되는 도체 내지 제n-1레이어에 수용되는 도체는 서로 다른 슬롯(111)의 서로 다른 레이어에 수용되는 도체와 각각 연결될 수 있다.

제1및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 전류의 흐름방향을 따라 이웃하는 두 도체가 기설정된 레이어에서 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격되게 권선될 수 있다.

도 14에 도시된 제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 일부가 최외측 레이어인 제6레이어에서 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격되게 권선될 수 있다.

서로 다른 슬롯피치는 롱 피치인 제1슬롯피치와 숏 피치인 제2슬롯피치로 구성될 수 있다.

여기서, 제2슬롯피치로 이격된 두 도체는 제1슬롯피치로 이격된 두 도체 사이에 배치될 수 있다.

최외측 레이어에 수용되는 두 도체는 제1슬롯피치로 이격되어 제2슬롯피치로 이격된 두 도체의 외측에 배치될 수 있다.

슬롯피치는 7슬롯피치일 수 있다. 제2슬롯피치는 5슬롯피치일 수 있다.

제6레이어에서 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 수용되는 제1부분상코일(121a)의 도체는 제1, 2도체, 제13, 14도체, 제25, 26도체, 제37, 38도체일 수 있다.

제1도체는 제1슬롯에 수용되고, 제2도체는 제8슬롯에 수용된다. 제1, 2도체는 제1방향을 따라 서로 7슬롯피치로 이격 배치된다.

제13도체는 제14슬롯에 수용되고, 제14도체는 제19슬롯에 수용된다. 제13, 14도체는 제1방향을 따라 서로 5슬롯피치로 이격 배치된다.

제25도체는 제25슬롯에 수용되고, 제26도체는 제32슬롯에 수용된다. 제25, 26도체는 제1방향을 따라 서로 7슬롯피치로 이격 배치된다.

제37도체는 제38슬롯에 수용되고, 제38도체는 제43슬롯에 수용된다. 제37, 38도체는 제1방향을 따라 서로 5슬롯피치로 이격 배치된다.

제6레이어에서 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 수용되는 제2부분상코일(121b)의 도체는 제1, 2도체, 제13, 14도체, 제25, 26도체, 제37, 38도체일 수 있다.

제1도체는 제2슬롯에 수용되고, 제2도체는 제7슬롯에 수용된다. 제1, 2도체는 제1방향을 따라 서로 5 슬롯피치로 이격 배치된다.

제13도체는 제13슬롯에 수용되고, 제14도체는 제20슬롯에 수용된다. 제13, 14도체는 제1방향을 따라 서로 7슬롯피치로 이격 배치된다.

제25도체는 제26슬롯에 수용되고, 제26도체는 제31슬롯에 수용된다. 제25, 26도체는 제1방향을 따라 서로 5 슬롯피치로 이격 배치된다.

제37도체는 제37슬롯에 수용되고, 제38도체는 제44슬롯에 수용된다. 제37, 38도체는 제1방향을 따라 서로 7슬롯피치로 이격 배치된다.

제6레이어에 수용되는 제1부분상코일(121a)과 제2부분상코일(121b)의 도체들은 48슬롯을 4등분 했을 때 4개의 제1 내지 제4슬롯구간 각각에 서로 두 개씩 짝을 지어 배치될 수 있다. 제1슬롯구간은 제1 내지 제12슬롯이고, 제2슬롯구간은 제13 내지 제24슬롯이고, 제3슬롯구간은 제25 내지 제36슬롯이고, 제4슬롯구간은 제37 내지 제48슬롯이다.

제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은 제6레이어에서 제1방향을 따라 제1슬롯구간에 배치되는 제1, 2도체, 제2슬롯구간에 배치되는 제13, 14도체, 제3슬롯구간에 배치되는 제25, 26도체, 제4슬롯구간에 배치되는 제37, 38도체를 구비할 수 있다.

여기서, 각 슬롯구간에 배치된 제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각의 두 도체는 한 조를 이루어 서로 직렬로 연결될 수 있다.

제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각의 두 도체는 슬롯구간 별로 서로 다른 슬롯피치로 이격 배치되고, 두 도체의 슬롯피치간격이 제1슬롯구간에서 제4슬롯구간으로 감에 따라 롱 피치와 숏 피치를 서로 번갈아 가면서 바뀐다.

제1부분상코일(121a,122a,123a)은 제1슬롯구간에서 7 슬롯피치, 제2슬롯구간에서 5슬롯피치, 제3슬롯구간에서 7슬롯피치, 제4슬롯구간에서 5슬롯피치로 번갈아 가면서 배치된다.

제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제1슬롯구간에서 5 슬롯피치, 제2슬롯구간에서 7슬롯피치, 제3슬롯구간에서 5슬롯피치, 제4슬롯구간에서 7슬롯피치로 번갈아 가면서 배치된다.

제1 및 제2부분상코일(121a,122a,123a,121b,122b,123b)은, 제1, 2, 5, 6레이어에서 중권 형태로 권선되고, 제3, 4레이어에서 파권 형태로 권선 시, 상기와 같이 제6레이어에서 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격되게 권선될 수 있다.

이러한 권선패턴에 따르면, 2 병렬회로 각각을 구성하는 제1 및 제2부분상코일(121a,121b) 각각은, 복수의 각 슬롯구간을 따라 제1병렬회로(115a)를 구성하는 도체가 수용되는 슬롯(111)과 제2병렬회로(115b)를 구성하는 도체가 수용되는 슬롯(111)의 위치가 서로 바뀜으로써, 각 슬롯구간 별로 매상 매극에서 제1병렬회로(115a)를 구성하는 제1부분상코일(121a,122a,123a)의 도체와 제2병렬회로(115b)를 구성하는 제2부분상코일(121b,122b,123b)의 도체가 두 슬롯(111)으로 서로 균등한 개수로 분배되며 두 슬롯(111)에 서로 섞이도록 권선될 수 있다.

여기서, 제1레이어 내지 제5레이어에 수용되는 제1및 제2부분상코일(121b,122b,123b) 각각의 도체들은 동일한 슬롯피치로 이격되게 배치될 수 있다.

동일한 슬롯피치란 정 피치로서 슬롯(111) 수를 극 수로 나눈 값으로 정해질 수 있다. 본 실시예에서는 48슬롯(111)/8극이므로, 6 슬롯피치가 정 피치일 수 있다.

제1부분상코일(121a,122a,123a)의 권선패턴을 먼저 살펴보면 다음과 같다.

제1부분상코일(121a,122a,123a)은 복수의 슬롯구간을 따라 복수의 단위패턴을 구비할 수 있다. 복수의 단위패턴은 제1 내지 제4단위패턴으로 구성될 수 있다. 복수의 단위패턴 각각은 서로 6슬롯피치 간격을 두고 이격 배치되고 직렬로 통전 가능하게 연결될 수 있다.

복수의 단위패턴 각각은 서로 이격 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제1도체 내지 제M도체를 구비할 수 있다.

복수의 단위패턴 각각은 한 쌍의 극, N극과 S극을 형성할 수 있다.

본 실시예에서, 복수의 단위패턴 각각은 제1도체 내지 제12도체를 구비할 수 있다.

제1단위패턴에 따르면, 제1도체는 전원선과 연결되고 제1슬롯에 수용된다. 제1도체와 연결되는 제2도체는 제1방향을 따라 7슬롯피치 간격을 두고 제8슬롯에 수용된다.

제2도체와 연결되는 제3도체는 제1방향에서 제2방향으로 바꿔 6슬롯피치 간격을 두고 제2슬롯의 제5레이어에 수용된다(중권 형태). 제3도체는 제2부분상코일(121b,122b,123b)의 제1도체의 내측에 배치된다.

제3도체와 연결되는 제4도체는 제2방향에서 제1방향으로 바꿔 6슬롯피치 간격을 두고 제8슬롯의 제3레이어에 수용된다(파권 형태). 제4도체와 연결되는 제5도체는 제1방향을 따라 6 슬롯피치 간격을 두고 제14슬롯의 제4레이어에 수용된다(파권).

제5도체와 연결되는 제6도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제20슬롯의 제2레이어에 수용된다(파권). 제6도체와 연결되는 제7도체는 방향을 바꿔 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제14슬롯의 제1레이어에 수용된다(중권).

제7도체와 연결되는 제8도체는 제1방향을 따라 6 슬롯피치 간격을 두고 제20슬롯의 제1레이어에 수용된다. 제8도체와 연결되는 제9도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제26슬롯의 제2레이어에 수용된다.

제9도체와 연결되는 제10도체는 방향을 바꿔 제2방향으로 6 슬롯피치 간격을 두고 제20슬롯의 제4레이어에 수용된다. 제10도체와 연결되는 제11도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제14슬롯의 제3레이어에 수용된다.

제11도체와 연결되는 제12도체는 제2방향을 따라 6 슬롯피치 간격을 두고 제8슬롯의 제5레이어에 수용된다.

제2단위패턴에 따르면, 제12도체와 연결되는 제13도체는 방향을 바꿔 제1방향을 따라 제14슬롯의 제6레이어에 수용된다. 제13도체와 연결되는 제14도체는 5슬롯피치 간격을 두고 제19슬롯의 제6레이어에 수용된다.

제14도체와 연결되는 제15도체는 제2방향을 따라 제13슬롯의 제5레이어에 수용된다. 제15도체와 연결되는 제 16도체는 방향을 바꿔 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제19슬롯의 제3레이어에 수용된다.

제16도체와 연결되는 제17도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제25슬롯의 제4레이어에 수용된다. 제17도체와 연결되는 제18도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제31슬롯의 제2레이어에 수용된다.

제18도체와 연결되는 제19도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제25슬롯의 제1레이어에 수용된다. 제19도체와 연결되는 제20도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제31슬롯의 제1레이어에 수용된다.

제20도체와 연결되는 제21도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제37슬롯의 제2레이어에 수용된다. 제21도체와 연결되는 제22도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제31슬롯의 제4레이어에 수용된다.

제22도체와 연결되는 제23도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제25슬롯의 제3레이어에 수용된다. 제23도체와 연결되는 제24도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제19슬롯(111)의 제5레이어에 수용된다.

제24도체와 연결되는 제25도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제25슬롯의 제6레이어에 수용된다.

제3단위패턴에 따르면, 제25도체와 연결되는 제26도체는 제1방향을 따라 7슬롯피치 간격을 두고 제32슬롯의 제6레이어에 수용된다. 제26도체와 연결되는 제27도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제26슬롯의 제5레이어에 수용된다.

제27도체와 연결되는 제28도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제32슬롯의 제3레이어에 수용된다. 제28도체와 연결되는 제29도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제38슬롯의 제4레이어에 수용된다.

제29도체와 연결되는 제30도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제44슬롯의 제2레이어에 수용된다. 제30도체와 연결되는 제31도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제38슬롯의 제1레이어에 수용된다.

제31도체와 연결되는 제32도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제44슬롯의 제1레이어에 수용된다. 제32도체와 연결되는 제33도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제2슬롯의 제2레이어에 수용된다.

제33도체와 연결되는 제34도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제44슬롯의 제4레이어에 수용된다. 제34도체와 연결되는 제35도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제38슬롯의 제3레이어에 수용된다.

제35도체와 연결되는 제36도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제32슬롯의 제5레이어에 수용된다. 제36도체와 연결되는 제37도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제38슬롯의 제6레이어에 수용된다.

제4단위패턴에 따르면, 제37도체와 연결되는 제38도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제43슬롯의 제6레이어에 수용된다. 제38도체와 연결되는 제39도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제37슬롯의 제5레이어에 수용된다.

제39도체와 연결되는 제40도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제43슬롯의 제3레이어에 수용된다. 제40도체와 연결되는 제41도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제1슬롯의 제4레이어에 수용된다.

제41도체와 연결되는 제42도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제7슬롯의 제2레이어에 수용된다. 제42도체와 연결되는 제43도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제1슬롯의 제1레이어에 수용된다.

제43도체와 연결되는 제44도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제7슬롯의 제1레이어에 수용된다. 제44도체와 연결되는 제45도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제13슬롯의 제2레이어에 수용된다.

제45도체와 연결되는 제46도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제7슬롯의 제4레이어에 수용된다. 제46도체와 연결되는 제47도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제1슬롯의 제3레이어에 수용된다.

제47도체와 연결되는 제48도체는 제2방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제43슬롯의 제5레이어에 수용된다. 제1부분상코일(121a,122a,123a)의 마지막 도체인 제48도체는 중성선과 연결되며, 제1부분상코일(121a,122a,123a)의 권선이 완료된다.

제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제1부분상코일(121a,122a,123a)과 마찬가지로 복수의 제1 내지 제48도체를 구비할 수 있다.

제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제1부분상코일(121a,122a,123a)과 동일한 패턴으로 권선된다.

제2부분상코일(121b,122b,123b)은 제6레이어에서 슬롯구간에 따라 두 도체가 서로 다른 슬롯피치, 즉 제1 및 제2슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격되게 배치되되, 상기 두 도체가 제1부분상코일(121a,122a,123a)에 대하여 서로 다른 슬롯피치로 이격 배치되도록 권선된다.

전술한 바와 같이, V상, W상코일(122,123)도 U상코일(121)과 동일한 패턴으로 권선될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 매극 매상 2병렬회로를 구성하는 회전전기기기의 스테이터(100)에 있어서, 제1부분상코일(121a,122a,123a)과 제2부분상코일(121b,122b,123b) 각각은 2병렬회로 구성 시 특정 레이어에서 슬롯구간 별로 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 권선됨으로써, 두 슬롯(111) 각각에 채워지는 제1및 제2부분상코일(121a,122a,123a,121b,122b,123b)은 서로 슬롯(111) 위치를 지그재그 형태로 바꾸면서 권선되어, 스테이터코어(110)의 각 티스(112)의 쇄교자속량의 총합은 같아짐에 따라, 병렬회로 간 전위차가 발생하지 않고 순환전류의 발생을 방지할 수 있다.

도 15는 본 발명에 따른 권선패턴이 최내측 레이어에 적용된 회전전기기기의 스테이터(200)를 보여주는 사시도이고, 도 16은 도 15의 측면도이고, 도 17은 도 15의 평면도이고, 도 18은 도 15의 저면도이고, 도 19는 도 15의 회전전기기기의 스테이터(200)에 적용되는 코일권선패턴을 설명하기 위한 개념도이다.

도 15내지 도 18의 회전전기기기의 스테이터(200)는, 제1 및 제2부분상코일(221a,122a,123a,221b,222b,223b)의 일부가 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 권선된다는 점에서, 도 9 내지 도 14의 실시예에 따른 회전전기기기의 스테이터(100)와 유사하나, 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 권선되는 제1 및 제2부분상코일(221a,122a,123a,221b,222b,223b) 각각의 일부가 최내측 레이어인 제1레이어에 적용된다는 점에서 도 9 내지 도 14의 실시예에 따른 회전전기기기의 스테이터(100)와 다르다.

본 실시예는 도 9 내지 도 14의 실시예와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명은 생략하기로 하고, 차이점 위주로 설명하기로 한다.

도 19를 참고하여 본 실시예의 차이점을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따르면 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 수용되는 제1부분상코일(221a,222a,223a)의 도체들은 제1레이어에서 제7, 8도체, 제31, 32도체, 제19, 20도체, 제43, 44도체이다.

제7, 8도체는 제2슬롯구간에 배치되고, 제19, 20도체는 제3슬롯구간에 배치되고, 제 31, 32도체는 제4슬롯구간에 배치되고, 제43, 44도체는 제1슬롯구간에 배치된다.

제1부분상코일(221a,222a,223a)은 제1슬롯구간에 7슬롯피치로 이격되는 제43, 44도체, 제2슬롯구간에 5슬롯피치로 이격되는 제7, 8도체, 제3슬롯구간에 7슬롯피치로 이격되는 제19, 20도체, 제4슬롯구간에 5슬롯피치로 이격되는 제31, 32도체를 포함한다.

제2부분상코일(221b,222b,223b)은 제1슬롯구간에 5슬롯피치로 이격되는 제43, 44도체, 제2슬롯구간에 7슬롯피치로 이격되는 제7, 8도체, 제3슬롯구간에 5슬롯피치로 이격되는 제19, 20도체, 제4슬롯구간에 7슬롯피치로 이격되는 제31, 32도체를 포함한다.

제7, 8도체, 제31, 32도체, 제19, 20도체, 제43, 44도체를 제외한 나머지 제1 및 제2부분상코일(221a,221b) 각각의 도체들은 서로 다른 슬롯(111)에 제2레이어 내지 제6레이어 중 서로 다른 레이어에 동일한 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치된다.

제6레이어에 동일 슬롯피치로 이격되게 배치되는 제1 및 제2부분상코일(221a,222a,223a,221b,222b,223b)의 도체들은 제1, 2도체, 제13, 14도체, 제25, 26도체, 제37, 38도체이다.

제1부분상코일(221a,222a,223a)의 권선패턴에 따르면, 제1도체는 제1슬롯(111)에 수용되며 전원선과 연결된다. 제1슬롯구간에서 제1도체와 연결되는 제2도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제7슬롯(111)에 수용된다.

제2슬롯구간에서 제13도체는 제2도체로부터 제1방향을 따라 7슬롯피치 간격을 두고 제14슬롯(111)에 수용되고, 제13도체와 연결되는 제14도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제20슬롯(111)에 수용된다.

제3슬롯구간에서 제25도체는 제13도체로부터 제1방향을 따라 5슬롯피치 간격을 두고 제25슬롯(111)에 수용되고, 제25도체와 연결되는 제26도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제31슬롯(111)에 수용된다.

제4슬롯구간에서 제37도체는 제25도체로부터 7슬롯피치 간격을 두고 제38슬롯(111)에 수용되고, 제37도체와 연결되는 제38도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제44슬롯(111)에 수용된다.

제2부분상코일(221b,222b,223b)의 권선패턴에 따르면, 제1도체는 제2슬롯(111)에 수용되며 전원선과 연결된다. 제1슬롯구간에서 제1도체와 연결되는 제2도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제8슬롯(111)에 수용된다.

제2슬롯구간에서 제13도체는 제2도체로부터 제1방향을 따라 5슬롯피치 간격을 두고 제13슬롯(111)에 수용되고, 제13도체와 연결되는 제14도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제19슬롯(111)에 수용된다.

제3슬롯구간에서 제25도체는 제13도체로부터 제1방향을 따라 7슬롯피치 간격을 두고 제26슬롯(111)에 수용되고, 제25도체와 연결되는 제26도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제32슬롯(111)에 수용된다.

제4슬롯구간에서 제37도체는 제25도체로부터 5슬롯피치 간격을 두고 제37슬롯(111)에 수용되고, 제37도체와 연결되는 제38도체는 제1방향을 따라 6슬롯피치 간격을 두고 제43슬롯(111)에 수용된다.

제1 및 제2부분상코일(221a,221b) 각각은 두 도체가 제1레이어에서 동일한 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치되고, 복수의 슬롯구간을 따라 이동하면서 두 도체는 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치되도록 권선될 수 있다.

여기서, 제1레이어에 수용되는 제1부분상코일(221a,222a,223a)의 인접한 두 도체는 제1슬롯구간에서 제2슬롯구간으로 넘어갈 때 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치된다.

제1 및 제2슬롯구간 사이에서 제2도체와 13도체는 7슬롯피치 간격을 두고 이격되고, 제2 및 제3슬롯구간 사이에서 제14도체와 제25도체는 5슬롯피치 간격을 두고 이격되고, 제3 및 제4슬롯구간 사이에서 제26도체와 제37도체는 7슬롯피치 간격을 두고 이격된다.

제1레이어에 수용되는 제2부분상코일(221b,222b,223b)의 인접한 두 도체는 제1부분상코일(221a,222a,223a)과 마찬가지로 제1슬롯구간에서 제2슬롯구간으로 넘어갈 때 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.

다만, 제1레이어에 수용되는 제2부분상코일(221b,222b,223b)의 인접한 두 도체는 제1부분상코일(221a,222a,223a)에 대하여 슬롯구간 사이의 간격이 서로 다르게 이격 배치된다.

제2부분상코일(221b,222b,223b)의 경우, 제1 및 제2슬롯구간 사이에서 제2도체와 13도체는 5슬롯피치 간격을 두고 이격되고, 제2 및 제3슬롯구간 사이에서 제14도체와 제25도체는 7슬롯피치 간격을 두고 이격되고, 제3 및 제4슬롯구간 사이에서 제26도체와 제37도체는 5슬롯피치 간격을 두고 이격될 수 있다.

복수의 슬롯(111) 내부의 제1레이어에서 서로 이웃하는 제1부분상코일(221a,222a,223a)의 두 도체는 제1슬롯피치로 이격되고, 제2부분상코일(221b,222b,223b)의 두 도체는 제2슬롯피치로 제1슬롯피치 내측에 이격될 수 있다.

제1 및 제2부분상코일(221a,221b) 각각은 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 복수의 단위패턴을 순차적으로 바꿔가며 서로 이웃한 두 도체가 제1슬롯피치와 제2슬롯피치를 서로 번갈아가면서 이격되게 권선될 수 있다.

제1부분상코일(221a,222a,223a)과 제2부분상코일(221b,222b,223b)은 각 슬롯구간 사이에서 두 도체의 간격이 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 서로 지그재그 형태로 배치됨으로써, 2 병렬회로 구성 시 2 병렬회로 간의 전위차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 제1 및 제2부분상코일(221a,221b) 각각은 제1레이어에서 서로 인접한 두 도체가 복수의 슬롯구간을 따라 서로 다른 슬롯피치 간격을 두고 이격되게 권선되고, 제1부분상코일(221a,222a,223a)은 제2부분상코일(221b,222b,223b)에 대하여 복수의 슬롯구간을 따라 서로 다른 슬롯피치 간격을 번갈아 가면서 바꿈으로써, 2 병렬회로 각각의 전위차의 총합이 서로 같아져서 상기 2 병렬회로 사이에 순환전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

도 20은 기존의 병렬회로와 본 발명의 병렬회로를 구성하여 실험한 예를 비교하기 위한 그래프이다.

본 실험예에서는 기존의 병렬회로와 본 발명에 따른 지그재그형 병렬회로를 각각 구성하여 FEM 해석을 진행하였다.

또한, 각 레이어에 해당하는 코일을 도체로 구성하여 실제 로터 회전 시 발생하는 전류를 측정하였다.

기존의 병렬회로는 중권 와인딩 시 제1 및 제2부분상코일(121b,122b,123b)을 동일한 슬롯피치로 이격되게 권선하여 2 병렬회로를 구성하는 방식의 권선 패턴을 적용한 것이다.

본 발명의 병렬회로는 중권 와인딩 시 제1 및 제2부분상코일(121b,122b,123b)을 특정 레이어에서 서로 다른 슬롯피치로 이격되게 권선하여 2 병렬회로를 구성하는 방식의 권선 패턴을 적용한 것이다.

도 20에서 위쪽 그래프는 FEM 해석을 진행한 결과 시간이 지남에 따라 생성된 파형(WAVE)을 보여준다.

기존의 병렬회로를 살펴보면, U상, V상, W상 파형 각각은 모두 수직중심선을 기준으로 좌우측이 대칭되지 않고 어느 한 쪽이 찌그러진 형상으로 이루어져 있다. 이러한 찌그러진 형상은 순환전류에 의해 역토크 발생으로 역기전력이 17.5(79%)로 낮아진 것을 확인하였다.

본 발명에 따른 병렬회로를 살펴보면, U상, V상, W상 파형 각각은 모두 수직중심선을 기준으로 좌우측이 대칭되는 형상으로 이루어져 있다. 이러한 대칭형상은 순환전류가 발생하지 않아 역기전력이 본래의 22.1(100%) 임을 확인하였다.

도 20에서 아래쪽 그래프는 로터 회전 시 시간이 지남에 따라 전류를 측정한 결과 생성된 파형(WAVE)을 보여준다.

기존의 병렬회로는 순환전류가 127. 9로 나타났고, 본 발명에 따른 병렬회로는 0.002로 극히 작은 크기의 전류가 발생함을 알 수 있었다.

또한, 토크 리플(TORQUE RIPPLE) 대비 토크를 살펴보면, 기존 병렬회로는 토크 리플이 42% 이고 토크가 대략 170 Nm이었다.

반면에, 본 발명의 병렬회로는 토크 리플이 대략 5%이고 토크가 대략 280 Nm 이었다.

이 실험 결과에 따르면, 본 발명의 권선패턴을 적용하면 순환전류 발생에 따른 모터 손실 발생을 저감하고, 모터 효율을 높일 수 있다.

100,200 : 스테이터 110 : 스테이터코어
120: 스테이터코일 121,122,123 : 상코일
121a,221a, 122a,222a, 123a,223a : 제1부분상코일
121b,221b, 122b,222b, 123b,223b : 제2부분상코일
111 : 슬롯 112 : 티스
113: A 부분상코일 114: B 부분상코일
115a : 제1병렬회로 115b : 제2병렬회로
117 : 로터수용공 130 : 세그먼트도체
131a,131b : 삽입부 132 : 건넘부
132a,132b,132c : 벤딩부 133a,133b : 연장부

Claims (20)

1. 복수의 슬롯을 구비하는 스테이터코어; 및
   상기 복수의 슬롯 각각에 복수의 도체를 삽입하고 통전 가능하게 연결하여 형성되는 스테이터코일을 포함하고,
   상기 스테이터코일은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일을 구비하고,
   상기 복수의 상코일 각각은 서로 병렬로 연결되는 제1부분상코일 및 제2부분상코일을 포함하고,
   상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 서로 이격되며 직렬로 연결되는 복수의 도체를 구비하고,
   상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 상기 복수의 슬롯의 반경방향으로 최외측인 제n레이어와 최내측인 제1레이어에서 중권 형태로 권선되고, 제n-1레이어와 제2레이어 사이의 중간 레이어에서 파권 형태로 권선되고,
   상기 제1 및 제2부분상코일은,
   상기 제1레이어 및 제n레이어 중 어느 한 레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 권선되고, 상기 어느 한 레이어를 제외한 나머지 레이어에서 동일한 슬롯 피치로 권선되며 슬롯 간 병렬회로를 구성하고,
   상기 동일한 슬롯 피치는 상기 복수의 슬롯 수를 극수로 나눈 값이고,
   상기 서로 다른 슬롯 피치는 상기 동일한 슬롯 피치보다 긴 롱 피치와 상기 동일한 슬롯 피치보다 짧은 숏 피치인 회전전기기기의 스테이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 서로 이웃하는 두 도체는 상기 제1레이어 또는 상기 제n레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서로 다른 슬롯 피치는 롱 피치인 제1슬롯 피치와 숏 피치인 제2슬롯 피치로 구성되고, 상기 제2슬롯 피치로 이격된 두 도체는 상기 제1슬롯 피치로 이격된 두 도체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1슬롯 피치는 상기 동일한 슬롯 피치보다 1 슬롯 피치 크고, 상기 제2슬롯 피치는 상기 동일한 슬롯 피치보다 1 슬롯 피치 작은 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1부분상코일 및 제2부분상코일은 상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 1슬롯 피치로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
8. 제1항에 있어서,
   상기 슬롯 간 병렬회로의 수는 2개 이상이고, 매극 매상 슬롯의 수는 2이상인 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
9. 제1항에 있어서,
   상기 직렬로 연결되는 복수의 도체 중 상기 제n레이어의 도체는 서로 다른 슬롯의 제n레이어의 도체와 연결되고, 상기 제1레이어의 도체는 다른 슬롯의 제1레이어의 도체와 연결되고, 제2레이어의 도체 내지 제n-1레이어의 도체는 서로 다른 슬롯의 서로 다른 레이어의 도체와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상코일 각각은,
    전원선에 연결되는 제1도체는 상기 복수의 슬롯 중 어느 하나의 슬롯의 내부 최외측인 제n레이어에 배치되고, 중성선에 연결되는 N번째 도체인 제N도체는 상기 제1도체와 원주방향을 따라 이격된 슬롯의 내부 제n-1레이어에 각각 배치되고, 상기 전원선과 중성선은 스테이터의 원주방향을 따라 원주의 4등분으로 구획된 4개의 구간 중 어느 하나의 구간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2부분상코일 각각은,
    상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 서로 이격 배치되고 서로 직렬로 연결되는 복수의 단위패턴을 구비하고,
    상기 복수의 단위패턴 각각은,
    서로 이격 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제1도체 내지 제M도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯 내부의 최외측인 제n레이어에서 서로 이웃하는 상기 제1부분상코일의 두 도체는 제1슬롯 피치로 이격되고, 상기 제2부분상코일의 두 도체는 상기 제1슬롯 피치보다 작은 제2슬롯 피치로 상기 제1슬롯 피치 내측에 이격되고, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 상기 복수의 단위패턴을 따라 서로 이웃한 두 도체가 상기 제1슬롯 피치와 제2슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯 내부의 최내측인 제1레이어에서 서로 이웃하는 상기 제1부분상코일의 두 도체는 제1슬롯 피치로 이격되고, 상기 제2부분상코일의 두 도체는 상기 제1슬롯 피치보다 작은 제2슬롯 피치로 상기 제1슬롯 피치 내측에 이격되고, 상기 제1 및 제2부분상코일 각각은 상기 스테이터코어의 원주방향을 따라 복수의 단위패턴을 순차적으로 바꾸면서 서로 이웃한 두 도체가 상기 제1슬롯 피치와 제2슬롯피치를 서로 번갈아 가면서 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 단위패턴 각각은,
    서로 직렬로 연결되고, 상기 제n레이어에서 서로 다른 슬롯 피치로 이격 배치되는 제1도체 및 제2도체; 및
    서로 직렬로 연결되고, 상기 복수의 슬롯 내부의 최내측인 제1레이어 내지 제n-1레이어에서 서로 동일한 슬롯 피치로 이격 배치되는 제3도체 내지 12도체를 구비하고,
    상기 제3도체 내지 제6도체는 상기 스테이터코어의 원주방향 중 기설정된 제1방향을 따라 6 슬롯 피치로 서로 이격되며 각각 제5, 3, 4, 2레이어 순서로 배치되고,
    상기 제6도체와 연결되는 제7도체는 상기 제1방향과 반대인 제2방향을 따라 6슬롯 피치로 제1레이어에 배치되고, 상기 제7도체와 연결되는 제8도체는 제1방향을 따라 6 슬롯 피치로 제1레이어에 배치되고,
    상기 제8도체와 연결되는 제9도체 내지 제12도체는 상기 제2방향을 따라 6 슬롯 피치로 이격되며 각각 제2, 4, 3, 5레이어 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯은 48개로 구성되고,
    상기 복수의 단위패턴은 4개로 형성되고,
    상기 복수의 슬롯 내부에는 제1레이어 내지 제6레이어가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
16. 제1항에 있어서,
    상기 동일한 슬롯 피치는 6 슬롯 피치이고, 상기 서로 다른 슬롯 피치는 7 슬롯 피치와 5 슬롯 피치인 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
17. 제11항에 있어서,
    상기 제1부분상코일과 제2부분상코일은 상기 복수의 단위패턴에 따라 두 도체 간의 슬롯 피치가 서로 교대로 바뀌는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
18. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상코일 각각은,
    상기 복수의 슬롯 중 기설정된 슬롯 피치로 이격된 두 슬롯의 내부에 각각 수용되는 삽입부; 및
    상기 삽입부의 일측을 각각 서로 통전 가능하게 연결하는 건넘부;
    상기 삽입부의 타측에서 각각 연장되는 연장부를 구비한 복수의 세그먼트 도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전전기기기의 스테이터.
19. 삭제
20. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 단위패턴 각각은 한 쌍의 극, N극과 S극을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전전기기의 스테이터.

Images