KR102023012B1 - 스테이터 및 이를 포함하는 전기 회전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 고전압 고전류 환경에 사용되는 전기 회전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 각각 특정 슬롯과 상기 특정 슬롯에서 한 자극 피치만큼 이격된 슬롯에 삽입된 후, 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 원주 방향으로 비틀어진 복수 개의 헤어핀 전도체; 그리고 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체의 말단들이 삽입되고, 피씨비 패턴을 통해 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 서로 전기적으로 연결하는 피씨비:를 포함하여 이루어지는 전기 회전 장치가 제공될 수 있다.

Description

스테이터 및 이를 포함하는 전기 회전 장치{stator and a electrical rotating device including the same}

본 발명은 상대적으로 고전압 고전류 환경에 사용되는 전기 회전 장치에 관한 것이다.

전기 회전 장치는 발전기와 모터를 포함한다. 발전기는 로터의 회전을 통해 전기를 발생시키는 장치를 말하며, 모터는 발전기와는 반대로, 전기를 공급하여 로터를 회전시키는 장치를 말한다.

즉, 로터의 회전을 통해 스테이터 코일에서 발생되는 전기를 충전시켜서 사용하는 장치를 발전기라 할 수 있다. 그리고, 전기를 공급하여 로터의 회전을 통해 팬이나 회전체를 구동시키는 장치를 모터라 할 수 있다.

차량용 교류 발전기와 같은 전기 회전 장치에는 발전 성능의 향상이 요구되고 있다. 왜냐하면, 차량에 안전제어장치나 공기조화장치 등으로 인해 전류 소비가 증가되고 있기 때문이다.

차량용 모터, 즉 차량 구동용 모터의 경우에도 마찬가지로 성능의 향상이 요구되고 있다. 왜냐하면, 점차 엔진 구동 차량의 성능(출력 토크, 최대 속력 등)에 근접하는 전기 자동차의 성능이 요구되고 있기 때문이다.

이러한 요구를 반영하기 위하여, 헤어핀 전도체를 포함하는 발전기 또는 모터가 제공되고 있다. 미국 특허 공개 공보 US2006/0006757은 헤어핀 전도체가 구비되는 스테이터의 일례를 개시하고 있다.

헤어핀 전도체가 구비되는 스테이터는, 단면이 원형인 코일이 구비되는 일반적인 스테이터 보다 성능이 우수하다. 왜냐하면, 스테이터의 슬롯 내 전도체 점유율이 상대적으로 매우 높기 때문이다. 즉, 실질적으로 사각형 형상으로 전도체(코일을 형성하는 전선)의 단면을 형성하여, 슬롯 내에서, 슬롯과 전도체 사이 그리고 전도체와 전도체 사이의 공극을 최소화할 수 있기 때문이다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 일반적인 헤어핀 모터나 헤어핀 발전기의 스테이터에 대해서 설명한다.

도 1 내지 도 6을 통해 설명되는 사항들은 본 발명의 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않은 한, 본 발명의 실시예들에 동일하거나 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(20)는 자성체로 형성되며 자로를 형성하는 백요크(21)와 상기 백요크(21)에서 반경 방향 내측으로 돌출되는 티스(22)를 포함하여 이루어진다. 상기 티스(22)는 원주 방향을 따라 복수 개 형성되며, 도 1에는 일례로 티스(22)의 수가 72 개인 것이 도시되어 있다.

티스(22)와 티스(22) 사이에는 슬롯(23)이 형성되며, 실질적으로 상기 슬롯(23) 내에 전도체가 삽입되어 스테이터 코일을 형성하게 된다. 마찬가지로, 상기 슬롯(23)은 스테이터 코어(22)의 원주 방향을 따라 복수 개 형성된다. 따라서, 상기 슬롯(23) 수는 티스(22) 수와 동일할 수 있고, 도 1에는 일례로 슬롯(23)의 수가 72 개인 것이 도시되어 있다.

도 2에는 스테이터 코일을 형성하기 위한 한 쌍의 헤어핀 전도체 한 쌍(30)을 도시하고 있다. 하나의 헤어핀 전도체(31, 35)는 절곡부(32, 36)를 갖는다. 그리고 상기 절곡부(32, 36)에서 각각 연장되는 말단(33, 34, 37, 38)을 갖는다.

구체적으로, 하나의 헤어핀 전도체(31)는 상기 절곡부(32)의 양측에 각각 말단(33, 34)을 갖고 있으며, 상기 말단들(33, 34)이 상기 스테이터의 슬롯(22)에 삽입된다. 상기 말단들(33, 34)은 상기 절곡부(32)를 통해 서로 이격되어 있다. 따라서, 일측 말단(33)이 특정 슬롯에 삽입되면 타측 말단(34)은 한 자극 피치 이격을 갖는 다른 슬롯에 삽입될 수 있다.

상기 슬롯(23)은 반경 방향으로 복수 개의 층(layer)을 가질 수 있다. 일례로 상기 복수 개의 층은 4층 또는 8층일 수 있다. 4층이라 함은 반경 방향으로 4 개의 헤어핀 전도체의 말단이 삽입됨을 의미한다. 설명의 편의상 반경 방향 최 내측의 층을 1층이라 할 수 있다.

한 쌍의 헤어핀 전도체(30) 중 특정 헤어핀 전도체(31)의 일측 말단(33)은 특정 슬롯(예를 들어 1번 슬롯)의 1층을 형성하고 타측 말단(34)은 한 자극 피치 이격된 슬롯(예를 들어 7번 슬롯)의 4층을 형성할 수 있다. 이때, 다른 헤어핀 전도체(35)의 일측 말단(37)은 특정 슬롯(1번 슬롯)의 2층을 형성하고 타측 말단(38)은 한 자극 피치 이격된 슬롯(7번 슬롯)의 3층을 형성할 수 있다.

따라서, 한 쌍의 헤어핀 전도체(30) 중에서 특정 헤어핀 전도체(31)의 절곡부(32) 길이가 다른 헤어핀 전도체(35)의 절곡부(36)의 길이보다 길게 된다. 즉, 어느 하나의 헤어핀 전도체(30)에서 절곡부(32)에 의해서 서로 이격되는 말단들 사이의 거리는 서로 다를 수 있다. 이러한 이격 거리가 긴 헤어핀 전도체를 긴 헤어핀 전도체라 하고, 이격 거리가 짧은 헤어핀 전도체를 짧은 헤어핀 전도체라 할 수 있다.

한편, 한 쌍의 헤어핀 전도체(30) 모두가 긴 헤어핀 전도체이거나 짧은 헤어핀 전도체일 수도 있다. 그러나, 이러한 전도체들은 전체적으로 스테이터 코일을 이루며, 절곡부의 형상이 서로 동일하거나 유사하다. 따라서, 이러한 헤어핀 전도체(30)를 일반 헤어핀 전도체라 할 수 있다.

도 3은 헤어핀 전도체(30)들이 모두 스테이터의 슬롯(23)에 삽입된 후의 헤어핀 전도체(30)들만을 도시한 것이다. 즉, 스테이터 코일(40)만을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 스테이터 코일(40)을 형성하기 위해서는 일반 헤어핀 전도체(30)뿐만 아니라 특수 헤어핀 전도체(41, 42, 43, 44)가 구비될 수 있다. 상기 특수 헤어핀 전도체들은 상기 일반 헤어핀 전도체들과 삽입 패턴은 동일할 수 있다. 그러나, 절곡부의 형상이 서로 상이할 수 있다. 또한, 특수 헤어핀 전도체(41, 42, 43, 44)들 사이에도 절곡부의 형상이 서로 상이할 수 있다.

여기서, 특수 헤어핀 전도체(41, 42, 43)는 3상의 전원과 각각 연결되기 위한 것일 수 있으며, 다른 특수 헤어핀 전도체(44)는 중성점 형성을 위한 것일 수 있다. 각각의 절곡부 형상의 차이로 인해, 스테이터 코일(40) 형성 후, 혼동 없이 필요한 전원 연결과 중성점 형성과 같은 결선이 이루어질 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 스테이터 코일(40)은 헤어핀 전도체의 말단들이 서로 결선되지 않았기 때문에 아직 미완성이라 할 수 있다.

먼저, 결선을 위해서 도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(20)의 상면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 절곡부들과 스테이터 코어(20)의 하면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 말단들이 원주 방향으로 비틀어질 수 있다. 이러한 비틀림을 통해, 스테이터(10)의 전체 높이를 줄이고 서로 연결되어야 하는 헤어핀 전도체의 말단들이 서로 이웃하게 된다. 즉, 결선을 위한 헤어핀 전도체의 말단들이 정렬될 수 있다.

도 5는 도 4의 스테이터(10)를 뒤집은 모습을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 스테이터 코어(20)의 하면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 말단들에 대한 비틀림 방향은 슬롯 층마다 다를 수 있다.

예를 들어, 슬롯 1층에 구비되는 헤어핀 전도체의 말단들은 시계 방향, 슬롯 2층은 반시계 방향, 슬롯 3층은 시계 방향 그리고 슬롯 4층은 반시계 방향으로 비틀릴 수 있다. 이렇게 비틀린 헤어핀 전도체의 말단들은 슬롯의 층과 유사하게 반경 방향으로 복수 개의 층을 형성하게 된다. 즉, 슬롯이 4층을 갖는 경우, 헤어핀 전도체의 말단들은 반경 방향으로 4층을 이룬다. 그리고, 이러한 패턴은 원주 방향을 따라 슬롯 수와 동일하게 형성될 수 있다.

따라서, 복수 개의 헤어핀 전도체(30)의 절곡부는 스테이터 코어(20)의 축방향 상부에 위치된다. 즉, 스테이터 코어(20)의 상면 상에 절곡부들이 위치된다. 그리고, 복수 개의 헤어핀 전도체(30)의 양측 말단들은 스테이터 코어(20)의 축방향 하부에 위치된다. 즉, 스테이터 코어(20)의 하면 상에 말단들이 위치된다.

도 6은 용접을 통해 헤어핀 전도체의 말단들을 서로 전기적으로 연결한 모습이다. 즉, 반경 방향 1층과 2층의 말단들이 용접되고, 반경 방향 3층과 4층의 말단들이 용접되어, 스테이터 코일(40)을 형성하게 된다. 그리고, 용접이 완료되면 헤어핀 전도체 말단들 사이의 절연을 위하여 절연 피막을 형성한다. 일례로 분체 도장을 통해 이러한 절연 피막이 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 이러한 결선 구조를 통해서 용접 개소(50)가 대단히 많아져 제작이 용이하지 않고, 불량률이 높아지는 문제가 있다.

구체적으로, 슬롯 수가 54이며 슬롯 층수가 8인 경우, 용접 개소(50)가 216 개가 되며, 슬롯 수가 72이며 슬롯 층수가 4인 경우, 용접 개소가 144 개가 된다. 왜냐하면, 헤어핀 전도체의 말단 두 개에 하나의 용접 개소가 형성되기 때문이다. 따라서, 용접에 많은 수고와 비용이 발생하게 된다.

또한, 용접 개소(50)가 많기 때문에 용접 과정에서 인근 용접 개소와 절연 거리 확보가 매우 어려운 문제가 있다. 왜냐하면, 용접 과정에서 헤어핀 전도체의 말단 위치가 변경될 수 있기 때문이다. 즉, 가벼운 충격에 의해 헤어핀 전도체가 변형될 수 있기 때문이다.

따라서, 제작이 용이하고 불량률을 낮출 수 있는 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터 그리고 이를 포함하는 전기 회전 장치를 제공할 필요가 있다.

본 발명은, 기본적으로 전술한 종래의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 용접 개소를 현저히 줄일 수 있어 제작이 용이하고 제조 비용을 절감할 수 있는 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 헤어핀 전도체들 사이의 용접을 배제하고 보다 용이한 구성이나 수단을 통해 결선이 가능하도록 하여, 제작이 용이하고 제조 비용을 절감시킬 수 있는 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 고전압과 고전류를 사용하는 경우 보다 신뢰성이 확보되고 절연 성능이 우수한 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 말단들을 피씨비에 삽입함으로써 서로 결선되도록 하여, 용접에 의한 결선을 배제할 수 있어 매우 효율적인 제조가 가능한 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 각각 특정 슬롯과 상기 특정 슬롯에서 한 자극 피치만큼 이격된 슬롯에 삽입된 후, 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 원주 방향으로 비틀어진 복수 개의 헤어핀 전도체; 그리고 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체의 말단들이 삽입되고, 피씨비 패턴을 통해 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 서로 전기적으로 연결하는 피씨비:를 포함하여 이루어지는 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 헤어핀 전도체는 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되는 절곡부를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 헤어핀 전도체는 절곡부의 양측에 각각 형성되는 말단을 포함할 수 있다.

상기 양측 말단은 각각 특정 슬롯과 상기 특정 슬롯에서 한 자극 피치만큼 이격된 슬롯에 삽입될 수 있으며, 삽입 후 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치될 수 있다. 삽입이 완료되면, 상기 말단들은 스테이터 코일 형성을 위한 결선을 위해 원주 방향으로 비틀어질 수 있다. 이러한 비틀림에 의해 상기 말단들이 결선을 위해 정렬될 수 있다.

상기 슬롯은 반경 방향을 따라 4 또는 8 개의 층을 갖고, 상기 피씨비에는 상기 슬롯의 층 수에 대응하여, 반경 방향을 따라 상기 헤어핀 전도체 말단들이 삽입되는 랜드가 4 또는 8 개 형성될 수 있다.

상기 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 피씨비의 랜드는, 삽입 방향으로 폭이 좁아지도록 테이퍼진 것이 바람직하다. 따라서, 삽입이 용이함과 동시에 삽입 후 결합이 견고해질 수 있다.

상기 헤어핀 전도체 말단들이 상기 피씨비에 모두 결합된 후, 상기 피씨비에 상기 헤어핀 전도체 말단들을 고정시키기 위하여, 상기 피씨비 패턴 상에 적어도 1회의 솔더링이 수행될 수 있다.

상기 피씨비는, 상기 스테이터 코어의 형상에 대응하여, 환형으로 형성될 수 있다. 복수 개의 서브 피씨비를 원주 방향으로 배열함으로써 전체적으로 환형을 형성할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 서브 피씨비 개수만큼 적어도 솔더링 횟수가 결정될 수 있을 것이다.

상기 피씨비는, 반경 방향 내측에 구비되는 내측 피씨비와 반경 방향 외측에 구비되는 외측 피씨비를 할 수 있다. 마찬가지로, 내측 피씨비와 외측 피씨비도 원주 방향을 따라 배열되는 복수 개의 서브 피씨비를 포함할 수 있다.

상기 내측 피씨비와 상기 외측 피씨비의 상기 스테이터 코어에 대한 높이는 서로 다른 것이 바람직하다. 내측 피씨비의 높이가 외측 피씨비의 높이보다 높을 수 있고, 그 반대일 수도 있다.

상기 내측 피씨비의 외경은 상기 외측 피씨비의 내경보다 클 수 있다. 또는 상기 내측 피씨비의 외경은 상기 외측 피씨비의 내경보다 작을 수 있다. 이러한 내측 피씨비의 외경과 외측 피씨지의 내경 차이로 인해 반경 방향으로 피씨비들 사이에 중첩되는 부분이 발생될 수 있다.

상기 중첩 부분으로 인한 내측 피씨비와 외측 피씨비의 간섭은 내측 피씨비와 외측 피씨비의 높이를 달리함으로써 해소할 수 있다. 예를 들어, 외측 피씨비보다 내측 피씨비의 높이(스테이터 코어에 대한 높이)를 더욱 높게 함으로써 해소될 수 있다. 이 경우, 외측 피씨비가 말단들과 결합된 후 내측 피씨비가 다른 말단들과 결합될 수 있다.

내측 피씨비와 외측 피씨비의 반경 방향으로 형성되는 중첩 부분은 내측 피씨비와 외측 피씨비의 반경 방향 폭을 더욱 증가시킬 수 있음을 의미한다. 이러한 반경 방향 폭의 증가는 피씨비 패턴의 반경 방향 폭을 더욱 증가시킬 수 있음을 의미한다. 이를 통해, 피씨비 랜드 주위에 형성되는 패턴의 표면적 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 안정적이고 안전하게 고전압 및 고전류를 이용할 수 있다.

상기 헤어핀 전도체의 양측 말단들의 길이는 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 슬롯의 반경 방향 내측 층에 삽입되는 상기 헤어핀 전도체의 일측 말단은, 상기 슬롯의 반경 방향 외측 층에 삽입되는 상기 헤어핀 전도체의 타측 말단보다 길 수 있다. 이 경우에는, 내측 피씨비의 스테이터 코어에 대한 높이가 외측 피씨비의 스테이터 코어에 대한 높이보다 높을 것이다. 물론, 그 반대도 가능할 것이다.

상기 헤어핀 전도체 말단들이 상기 피씨비에 모두 결합된 후, 피씨비에 상기 헤어핀 말단들을 고정시키기 위하여, 상기 상기 내측 피씨비와 외측 피씨비의 패턴 상에 각각 적어도 1회의 솔더링이 수행될 수 있다.

상기 솔더링 후, 상기 피씨비와 상기 헤어핀 전도체 말단들 사이의 절연을 위하여 분체 도장을 통해 절연 피막이 형성될 수 있다. 이러한 절연 피막은 절연뿐만 아니라 피씨비와 헤어핀 전도체들을 서로 결합시키는 기능 또한 수행할 수 있다. 따라서, 상기 솔더링은 절연 피막 형성 시 양자 간의 분리를 방지하기 위한 가결합 수단일 수 있다. 그러므로, 솔더링 횟수를 최소로 수행하는 것이 가능하게 된다.

전술한 목적으로 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 스테이터 코일을 형성하기 위한 일반 헤어핀 전도체와 특수 헤어핀 전도체; 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 복수 개의 상기 일반 헤어핀 전도체와 특수 헤어핀 전도체들의 말단들이 삽입되고, 피씨비 패턴을 통해 상기 헤어핀 전도체 말단들을 서로 전기적으로 연결하는 피씨비; 그리고 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에서 상기 특수 헤어핀 전도체의 절곡부와 연결되어 중성점과 전원 연결선을 형성하는 전원 터미널을 포함하는 전기 회전 장치의 스테이터를 제공할 수 있다. 상기 전기 회전 장치는 모터 또는 발전기일 수 있으며, 특히 전기 차량용 발전기 또는 전기 차량 구동용 모터일 수 있다.

상기 일반 헤어핀 전도체와 특수 헤어핀 전도체는 각각 절곡부와 말단부를 포함하여 이루어질 수 있다. 말단부는 상기 절곡부의 양측에서 각각 연장되어 두 개 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 절곡부는 두 개의 말단부를 서로 연결하며 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치될 수 있다. 그리고, 상기 두 개의 말단부는 상기 스테이터의 축방향을 따라 각각 특정 슬롯과 상기 특정 슬롯에서 한 자극 피치만큼 이격된 슬롯에 삽입될 수 있다. 삽입 후, 상기 두 개의 말단부는 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 원주 방향으로 비틀어질 수 있다.

따라서, 상기 일반 헤어핀 전도체와 특수 헤어핀 전도체의 슬롯 삽입 패턴은 서로 동일할 수 있다. 그리고, 양자의 비틀림 패턴도 서로 동일할 수 있다. 그러나, 양자는 절곡부의 형상을 달리함으로써 서로 구분될 수 있다.

상기 복수 개의 일반 헤어핀 전도체와 복수 개의 특수 헤어핀 전도체의 말단들 사이의 전기적 연결은, 상기 피씨비를 통해 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 수행되고, 상기 중성점과 전원 연결선은 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에서 수행될 수 있다.

구체적으로, 전체적인 스테이터 코일 형성은 헤어핀 전도체들의 말단 또는 말단부의 전기적 그리고 기계적 연결을 통해 수행될 수 있다. 그리고, 중성점 형성과 인가되거나 발생되는 3상의 전원 연결을 위한 전원 연결선은, 헤어핀 전도체들의 절곡부를 통해 수행될 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 상면 상에 위치되고, 상기 절곡부 양측에서 각각 상기 스테이터 코어의 축방향으로 연장되어 형성되는 말단들이, 한 자극 피치만큼 이격된 두 개의 슬롯에 각각 삽입되는 복수 개의 헤어핀 전도체; 상기 스테이터 코어 상면 상에 위치된 절곡부와 연결되어 중성점과 전원 연결선을 형성하는 전원 터미널; 그리고 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 스테이터 코어 하면 상에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체들의 말단들이 삽입되어, 피씨비 패턴을 통해 상기 헤어핀 전도체 말단들이 서로 전기적으로 연결되는 피씨비를 갖는 스테이터를 포함하는 모터가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 용접 개소를 현저히 줄일 수 있어 제작이 용이하고 제조 비용을 절감할 수 있는 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 헤어핀 전도체들 사이의 용접을 배제하고 보다 용이한 구성이나 수단을 통해 결선이 가능하도록 하여, 제작이 용이하고 제조 비용을 절감시킬 수 있는 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 고전압과 고전류를 사용하는 경우 보다 신뢰성이 확보되고 절연 성능이 우수한 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 말단들을 피씨비에 삽입함으로써 서로 결선되도록 하여, 용접에 의한 결선을 배제할 수 있어 매우 효율적인 제조가 가능한 스테이터, 발전기 그리고 모터를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 스테이터 코어에 대한 사시도;
도 2는 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체에 대한 사시도;
도 3은 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체들이 모두 스테이터 코어에 삽입된 후, 헤어핀 전도체들만 도시한 사시도;
도 4는 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체들이 모두 스테이터 코어에 삽입된 후, 헤어핀 전도체들을 원주 방향으로 비튼 모습을 도시한 사시도;
도 5는 도 4를 뒤집은 모습은 도시한 사시도;
도 6은 도 5에서 종래에서와 같이 용접을 통해 헤어핀 전도체들이 결선된 모습을 도시한 사시도;
도 7은 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 피씨비를 도시한 평면도;
도 8은 도 7에 도시된 피씨비의 부분 확대 사시도;
도 9는 도 7에 도시된 피씨비의 팬드를 도시한 확대 저면도;
도 10은 내측 피씨비와 외측 피씨비의 스테이터 코어에 대한 상대 위치를 도시한 간략 단면도;
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이터를 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해서 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터는, 본 실시예들과 모순되거나 본 실시예와 배타적이지 않은 한, 본 실시예에서 동일하거나 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

본 실시예에서는, 헤어핀 전도체 말단들을 결선하는 방법이나 구조 또는 이를 위한 구성들이 종래의 스테이터와는 상이할 수 있다.

따라서, 도 5에 도시된 스테이터에서 본 실시예에 따른 결선 방법이나 구조가 적용될 수 있을 것이다. 즉, 도 5에 도시된 스테이터에서 피씨비를 통해 결선이 이루어질 수 있다.

이하에서는, 도 7 내지 도 9를 참조하여 결선을 위한 피씨비에 대해서 상세히 설명한다.

피씨비(60)는 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 결선하기 위한 구성이라 할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 헤어핀 전도체 말단들의 위치와 대응되도록 피씨비(60)가 형성될 수 있다. 아울러, 피씨비(60)의 외형은 헤어핀 전도체 말단들이 이루는 형상과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 헤어핀 전도체 말단들(33, 34, 37, 38)은 반경 방향으로 복수 개의 층을 형성하고, 다시 원주 방향으로 슬롯 수만큼 배열된다. 따라서, 이러한 헤어핀 전도체 말단들이 삽입될 수 있는 피씨비 랜드(64)가 형성될 수 있다.

즉, 상기 피씨비 랜드(64)는 스테이터 코어(20)의 슬롯(23) 수, 슬롯의 층 수에 대응하여, 반경 방향을 따라 4 개 또는 8개 형성될 수 있다. 그리고, 원주 방향을 따라 슬롯 수 만큼의 피씨비 랜드의 배열이 형성될 수 있다.

아울러, 상기 피씨비(60)에는 패턴(63)이 형성될 수 있다. 상기 패턴(63)은 이웃하는 피씨비 랜드(64)를 서로 전기적으로 연결하기 위해 형성될 수 있다. 따라서, 이웃하는 두 개의 피씨비 랜드(64)에 각각 헤어핀 전도체 말단들이 삽입되면, 상기 패턴(63)에 의해서 헤어핀 전도체 말단들이 서로 결선된다고 할 수 있다.

상기 피씨비(60)는 환형으로 형성될 수 있다. 물론, 복수 개의 서브 피씨비들이 원주 방향을 따라 배열되어 전체적으로 환형을 형성하는 것이 가능하다. 도 7에는 4개의 서브 피씨비를 통해 하나의 환형을 이룬 피씨비가 도시되어 있다.

도 9에는 피씨비 랜드(64)의 형상이 도시되어 있다. 상기 피씨비 랜드(64)에는 헤어핀 전도체의 말단이 삽입된다. 따라서, 상기 피씨비 랜드(64)에는 삽입 방향으로 테이퍼(65)가 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 테이퍼(65)는 헤어핀 전도체 말단들이 삽입되는 방향으로 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 이를 통해서 말단을 삽입시키기 용이하고, 삽입된 말단이 다시 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.

상기 피씨비(60)는 원주 방향으로 서브 피씨비를 가질 수 있고, 반경 방향으로 서브 피씨비를 가질 수 있다. 다시 말하면, 반경 방향으로 복수 개 형성되는 피씨비 랜드(예를 들어, 4개 또는 8개)가 서로 다른 서브 피씨비에 형성될 수 있다.

이를 위해서, 서로 분리되는 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61)가 구비될 수 있다. 상기 외측 피씨비(61)는 상기 내측 피씨비(62)보다 반경 방향 외측에 구비될 수 있다. 따라서, 1층과 2층에 해당되는 헤어핀 전도체 말단들은 내측 피씨비(62)에 결선되고, 3층과 4층에 해당되는 헤어핀 전도체 말단들은 외측 피씨비(61)에 결선될 수 있다.

물론, 8층을 갖는 경우, 내측 피씨비에는 1층에서 4층까지의 말단들이 결선되고, 외측 피씨비에는 5층에서 8층까지의 말단들이 결선될 수 있다. 또한, 반경 방향으로 서로 분리되도록 위치되는 4 개의 피씨비가 형성될 수 있다. 이 경우에는, 두개의 층에 해당되는 말단들이 하나의 피씨비에 결선될 수도 있을 것이다.

내측 피씨비와 외측 피씨비를 개별적으로 형성하는 것은 다음과 같은 효과를 갖는다.

전술한 바와 같이, 고전압과 고전류를 사용하거나 발생시키는 전기 회전 장치에서 말단들을 전기적으로 연결하기 위한 패턴은 매우 두껍고 면적이 넓은 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 패턴(63)을 통해서 고전류가 무리 없이 흘러야 하기 때문이다. 이는, 패턴(63)이 피씨비 표면 상에서 상대적으로 높게 형성되고, 랜드(64) 둘레에 넓은 표면적으로 갖도록 형성되어야 함을 의미한다. 즉, 패턴(63)의 좌우 폭이나 전후 폭이 상대적으로 매우 커야 한다. 그러나, 패턴(63)의 좌우 폭이나 전후 폭의 증가는 인근 패턴(63)과의 절연 거리 확보가 용이하지 않다는 것을 의미한다.

이러한 문제를 효과적으로 해결하기 위하여, 내측 피씨비와 외측 피씨비를 서로 분리시키는 것이 바람직하다. 이를 통해서, 특히 패턴(63)의 반경 방향 폭(좌우 폭)을 더욱 증가시키는 것이 가능하다.

한편, 패턴(63)의 폭 증가와 함께 패턴(63)과 패턴(63) 사이의 절연 거리 확보를 위해서, 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61)는 서로 높이 차이를 갖고 상기 헤어핀 전도체 말단들과 결선됨이 바람직하다.

도 10에 도시된 바와 같이, 내측 피씨비(62)가 외측 피씨비(61)에 비해 스테이터 코어(20)로부터의 높이가 클 수 있다. 물론, 반대의 경우도 가능할 수 있다. 따라서, 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61) 사이에는 반경 방향으로 서로 간섭되지 않을 수 있다. 이를 통해서, 피씨비(60)에 형성되는 패턴의 반경 방향 폭을 더욱 키울 수 있다. 따라서, 고전압과 고전류를 이용하는 모터의 결선이 안정적이고 효과적으로 수행될 수 있다.

한편, 내측 피씨비(62)의 외경이 외측 피씨비(61)의 내경보다 클 수 있다. 먼저 외측 피씨비(61)에서 결선이 수행된 후 내측 피씨비(62)에서 결선이 수행될 수 있다. 다시 말하면, 외측 피씨비(61)에 먼저 헤어핀 전도체 말단들이 결합된 후, 내측 피씨비(62)에서 헤어핀 전도체 말단들이 결합될 수 있다. 이러한 내경과 외경의 차이는 전술한 바와 같이 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61)의 높이 차이를 달리함으로써 가능할 수 있다.

이러한 내경과 외경의 차이는 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61)의 반경 방향 폭을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 이러한 반경 방향 폭의 증가는 패턴의 반경 방향 폭의 증가를 가능하게 할 수 있다. 따라서, 모터의 결선이 안정적이고 효과적으로 수행될 수 있다.

상기 내측 피씨비(62)와 외측 피씨비(61)의 높이 차이를 발생시키기 위해, 헤어핀 전도체 말단들의 높이가 서로 다른 것이 바람직하다.

예를 들어, 슬롯의 반경 방향 내측 층(예를 들어, 1층과 2층)에 삽입되는 헤어핀 전도체의 일측 말단은, 슬롯의 반경 방향 외측 층(예를 들어, 3층과 4층)에 삽입되는 헤어핀 전도체의 타측 말단보다 길 수 있다. 이 경우, 내측 피씨비(62)가 외측 피씨비(61)보다 스테이터 코어의 하면으로부터 더욱 이격될 수 있다.

헤어핀 전도체의 말단들이 상기 피씨비(60)를 통해 모두 결선된 후, 양자를 서로 결합하는 과정이 수행될 수 있다. 즉, 헤어핀 전도체의 말단들이 피씨비(60)와 서로 분리되지 않도록 결합 과정이 수행될 수 있다.

이를 위해서, 상기 피씨비의 패턴 상에 적어도 1회의 솔더링이 수행될 수 있다. 어느 하나의 패턴에서 솔더링이 수행되면, 솔더링을 통해 헤어핀 전도체 말단이 피씨비(60)와 결합된다. 따라서, 양자가 서로 분리되지 않고 견고히 결합될 수 있다.

물론, 솔더링 횟수는 1회보다 많을 수 있다. 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 솔더링이 복수 회 수행될 수도 있다. 그리고, 내측 피씨비와 외측 피씨비에 각각 적어도 1회의 솔더링이 수행될 수 있다.

솔더링은 헤어핀 전도체 말단들을 서로 용접하는 것보다 작업이 훨씬 용이하고 비용이 적다. 그리고, 전술한 바와 같이 솔더링 횟수를 현저히 줄일 수 있기 때문에 제작이 매우 용이하게 된다.

도 11은 솔더링 전 또는 솔더링 후 스테이터(1)를 도시하고 있다. 즉, 절연 피막을 형성하기 전의 스테이터(1)를 도시하고 있다. 물론, 절연 피막은 필요에 의해 생략될 수도 있을 것이다.

구체적으로, 상기 솔더링 후, 피씨비(60)와 헤어핀 전도체 말단들 사이의 절연을 위하여, 분체 도장을 통해 절연 피막이 형성될 수 있다. 이러한 절연 피막은 절연 기능뿐만 아니라 피씨비(60)와 헤어핀 전도체의 결합을 더욱 견고히 하는 기능 또한 수행될 수 있다.

따라서, 상기 솔더링은 절연 피막 형성 시 양자가 서로 분리되지 않도록 가결합을 위해 수행된다고 할 수 있다. 그러므로, 전술한 바와 같이 솔더링이 하나의 서브 피씨비 당 1회만 수행되어도 무리가 없을 것이다.

전술한 결선 과정을 통해, 중성점 연결이나 전원 연결선은 헤어핀 전도체들의 절곡부를 통해 형성될 수 있다. 즉, 절곡부에 전원 연결선(45)가 연결될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전원 연결이나 중성점 연결을 위한 절곡부의 형상은 다른 절곡부의 형상과는 상이하다. 따라서, 적정 절곡부를 작업자가 시각적으로 용이하게 파악할 수 있다. 이를 통해, 결선 시 혼동을 방지할 수 있게 된다.

10 : 스테이터 20 : 스테이터 코어
30 : 헤어핀 전도체 40 : 스테이터 코일
60 : 피씨비 61 : (반경 방향) 외측 피씨비
62 : (반경 방향) 내측 피씨비 63 : 피씨비 패턴
64 : 피씨비 랜드 65 : 피씨비 랜드 테이퍼

Claims (21)

1. 반경 방향을 따라 4개 또는 8개의 층을 갖는 슬롯;
   원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어;
   절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 각각 특정 슬롯과 상기 특정 슬롯에서 한 자극 피치만큼 이격된 슬롯에 삽입된 후, 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 원주 방향으로 비틀어진 복수 개의 헤어핀 전도체; 그리고
   스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체의 말단들이 피씨비 랜드에 삽입되고, 피씨비 패턴을 통해 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 서로 전기적으로 연결하는 피씨비:를 포함하며,
   상기 슬롯의 층 수에 대응하여, 반경방향을 따라 상기 피씨비 랜드는 상기 피씨비에 4개 또는 8개 형성되며, 상기 피씨비는 반경 방향 내측에 구비되는 내측 피씨비와 반경 방향 외측에 구비되는 외측 피씨비를 포함함을 특징으로 하며, 상기 내측 피씨비의 외경은 상기 외측 피씨비의 내경보다 큰 것을 특징으로 하며, 상기 슬롯의 반경 방향 내층에 삽입되는 상기 헤어핀 전도체의 일측 말단은 상기 슬롯의 반경 방향 외측 층에 삽입되는 상기 헤어핀 전도체의 타측 말단보다 긴 것을 특징으로 하며, 상기 내측 피씨비의 상기 스테이터 코어에 대한 높이는 상기 외측 피씨비의 상기 스테이터 코어에 대한 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 피씨비의 랜드는, 삽입 방향으로 폭이 좁아지도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 피씨비는, 상기 스테이터 코어의 형상에 대응하여, 환형으로 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤어핀 전도체의 말단들이 상기 피씨비에 모두 결합된 후, 피씨비에 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 고정시키기 위하여, 상기 상기 내측 피씨비와 외측 피씨비의 패턴 상에 각각 적어도 1회의 솔더링이 수행됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 솔더링 후, 상기 피씨비와 상기 헤어핀 전도체의 말단들 사이의 절연을 위하여 분체 도장을 통해 절연 피막이 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 헤어핀 전도체는 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 원주 방향으로 비틀어진 두개의 말단부를 갖는 일반 헤어핀 전도체와 상기 일반 헤어핀 전도체와 동일한 형태로 상기 슬롯에 삽입되되, 절곡부의 형상이 상기 일반 헤어핀 전도체의 절곡부 형상과 상이한 특수 헤어핀 전도체로 구성된 것을 특징으로 하며,
    3상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 복수 개의 상기 일반 헤어핀 전도체와 특수 헤어핀 전도체들의 말단들이 상기 피씨비에 의해 연결되며,
    상기 스테이터 코어의 축방향 상부에서 상기 특수 헤어핀 전도체의 절곡부와 연결되어 중성점과 전원 연결선을 형성하는 전원 터미널을 포함하는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수 개의 일반 헤어핀 전도체와 복수 개의 특수 헤어핀 전도체의 말단들 사이의 전기적 연결은 상기 피씨비를 통해 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 수행되고, 상기 중성점과 전원 연결선은 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에서 수행됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
15. 삭제
16. 제 14항에 있어서,
    상기 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 피씨비의 랜드는, 삽입 방향으로 폭이 좁아지도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 헤어핀 전도체의 말단들이 상기 피씨비에 모두 결합된 후, 상기 피씨비에 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 고정시키기 위하여, 상기 피씨비 패턴 상에 적어도 1회의 솔더링이 수행됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
    
    
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