KR102255327B1 - 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리 - Google Patents

헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리 Download PDF

Info

Publication number
KR102255327B1
KR102255327B1 KR1020140116774A KR20140116774A KR102255327B1 KR 102255327 B1 KR102255327 B1 KR 102255327B1 KR 1020140116774 A KR1020140116774 A KR 1020140116774A KR 20140116774 A KR20140116774 A KR 20140116774A KR 102255327 B1 KR102255327 B1 KR 102255327B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hairpin
slot
stator core
stator
winding motor
Prior art date
Application number
KR1020140116774A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160028548A (ko
Inventor
이재민
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020140116774A priority Critical patent/KR102255327B1/ko
Priority to CN201520602909.4U priority patent/CN205160226U/zh
Publication of KR20160028548A publication Critical patent/KR20160028548A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102255327B1 publication Critical patent/KR102255327B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리가 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 둘레방향을 따라 복수개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯은 반경방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하며, 상기 각각의 헤어핀은, 상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 한 쌍의 레그부와, 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고, 상기 고정자 코어의 일측부에는, 상기 복수개의 헤어핀이 상기 각 슬롯에 체결되어, 상기 고정자 코어의 반경 방향으로 복수개의 헤드부가 배치되되, 상기 헤드부를 중심으로 한 쌍의 레그부의 길이는 비대칭이 되도록 형성될 수 있다.

Description

헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리 {STATOR ASSEMBLY FOR HAIRPIN WINDING MOTOR}
본 발명은 고정자 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수개의 헤어핀이 고정자 코어의 슬롯에 체결 및 순차적 접속되어 고정자의 코일 권선을 형성하는 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리에 관한 것이다.
유가 급증 및 환경 문제의 대두로 차량의 연비를 증대시키기 위한 다양한 방안이 모색되고 있다. 일 예로, 최근에는 전기식 4륜 구동 시스템(electric 4 wheel drive: e-4WD)이 제안된 바 있다. 알려진 바와 같이, 기계식 4륜 구동 시스템은 전륜을 엔진을 통해 구동시키고, 프로펠러 샤프트 및 커플링을 통해 엔진의 구동력을 후륜으로 전달하여 후륜을 구동시키게 된다. 전기식 4륜 구동 시스템은 상기와 같은 전통적인 기계식 4륜 구동 시스템을 모터를 통해 보완한 방식으로, 전륜은 엔진을 통해 구동되되, 후륜은 모터를 통해 구동되게 된다. 따라서 전기식 4륜 구동 시스템은 엔진의 구동력 전달을 위한 프로펠러 샤프트나 커플링의 제거가 가능하게 되며, 회생 제동 시스템 등과 조합되어 차량의 연비를 향상시키는 효과 또한 있는 것으로 알려져 있다.
상기와 같은 전기식 4륜 구동 시스템의 효과적인 활용이나 충분한 연비 증대 효과를 위하여는, 고출력 소형화된 모터의 개발이 요구된다. 이는 전기를 주동력으로 사용하는 전기자동차(electric vehicle)나, 다양한 타입의 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)에서도 마찬가지이다.
일반적으로, 모터의 출력은 고정자 코어에 권선되는 코일의 턴(turn) 수에 비례하는 것으로 알려져 있다. 그러나 코일의 턴 수를 늘리게 되면 필연적으로 고정자 코어나 모터의 사이즈가 커지게 되며, 이는 모터의 소형화를 곤란하게 한다. 따라서 모터의 사이즈를 늘리지 않고 모터의 출력을 향상시키기 위하여, 고정자 코어에 권선되는 코일의 점적율을 증가시키는 방안이 고려될 수 있다. 다시 말하면, 고정자 코어와 권선되는 코일 간의 사공간이나 각 코일 간의 사공간을 최소화시켜 코일의 점적율을 높이는 방안이 고려될 수 있다. 이와 같은 맥락에서, 최근에는 코일 권선에 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용하는 대신, 사각 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)을 사용하는 방안이 활발히 모색되고 있다. 각형 코일의 경우 단면 형태로 인해 환형 코일에 비해 사공간을 줄이고 점적율을 향상시킬 수 있게 된다.
그러나 각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있게 된다. 각형 코일의 경우 점적율을 극대화하기 위해 환형 코일에 비해 넓은 단면적으로 제작되며, 이로 인해, 강성이 증대되어 권선기 등의 사용이 어렵기 때문이다. 이와 같은 맥락에서, 각형 코일의 코일 권선을 용이하게 하는 방법으로, 다수의 분리된 헤어핀을 고정자 코어에 각각 삽입 체결한 후, 각 헤어핀을 순차적으로 용접 접합시켜 코일 권선을 형성하는 방법이 제안된 바 있다. 상기와 같은 방법으로 코일 권선이 형성된 모터(이하, '헤어핀 권선모터'로 지칭함)는, 대략 U자 또는 V자 형태로 형성된 다수의 헤어핀을 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결한 후, 각 슬롯에 배치된 헤어핀 간을 순차적으로 용접 접합시킴으로써, 고정자 코어의 코일 권선을 형성하게 된다. 따라서 헤어핀 권선모터의 경우, 권선기로 인한 장치적 한계를 극복하고 각형 코일의 경우에도 비교적 용이하게 코일 권선 작업이 가능한 한편, 코일의 점적율을 높여 고출력 소형화된 모터의 구현을 가능하게 한다.
또한, 각형 코일을 사용한 모터의 경우 스큐(skew) 구조로 제작할 경우, 헤어핀의 시편 밴딩 각도가 커질 수 있다. 코일은 많이 구부러지면, 절연성능이 저하되는 단점이 있다. 모터는 고전압을 사용하기 때문에 절연성능이 매우 중요함으로 이는 문제의 소지가 있다.
선행문헌 1 : WO 2011/069243 A1 (2011.06.16 공개) 선행문헌 2 : KR 10-2014-0083722 A (2014.07.04 공개) 선행문헌 3 : JP 2009-44901 A (2009.02.26 공개)
본 발명의 실시예들은, 헤어핀 권선모터에 있어서, 모터에 스큐를 적용할 경우, 헤어핀 시편 밴딩부의 사선 길이를 비대칭 구조로 제작하여 절연성능의 하락을 최소화할 수 있는 고정자 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 둘레방향을 따라 복수개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯은 반경방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하며, 상기 각각의 헤어핀은, 상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 한 쌍의 레그부와, 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고, 상기 고정자 코어의 일측부에는, 상기 복수개의 헤어핀이 상기 각 슬롯에 체결되어, 상기 고정자 코어의 반경 방향으로 복수개의 헤드부가 배치되되, 상기 헤드부를 중심으로 한 쌍의 레그부의 길이는 비대칭이 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 레그부의 밴딩 각도는 다음 수식과 같이 마련된 비대칭 비율에 의해 결정될 수 있다.
비대칭 비율 = 1: tan2(α-θ)
여기서, α는 레그부의 초기 각도, θ는 skew 각도 이다.
또한, 상기 고정자 코어의 외주 또는 내주 측으로 갈수록, 상기 헤드부의 벤딩 각도가 증가할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 헤드부 중, 상기 고정자 코어의 내주 측에 가장 인접하게 배치된 헤드부는, 일부가 상기 고정자 코어의 내주 측 단부 안쪽으로 침범되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 90도로 절곡 형성될 수 있다.
이때, 상기 헤드부와 연결되는 한 쌍의 레그부의 밴딩 각도는 각각 35도 및 55도일 수 있다.
또한, 6극 36슬롯 영구자석모터 고정자에 1슬롯만큼 스큐를 적용한 경우, 1슬롯의 각도는 10도일 수 있다.
이때, 상기 레그부의 밴딩 각도는 비대칭 비율에 의해 결정되고, 이때, 상기 비대칭 비율은 0.49일 수 있다.
또한, 6극 36슬롯 영구자석모터 고정자에 1슬롯만큼 스큐를 적용한 경우, 1슬롯의 각도는 10도이고, 이때, 헤드부 각도가 90도일 수 있다. 이 경우, 상기 레그부의 밴딩 각도는 비대칭 비율에 의해 결정되고, 이때, 상기 비대칭 비율은 0.49일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 고정자 코어의 헤드측으로 돌출되는 각 헤드부의 밴딩 각도를 비대칭이 되도록 형성함으로써, 밴딩 각도가 증가함에 따른 절연성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 헤어핀 권선모터의 고정자 코어를 보여주는 사시도,
도 2는 헤어핀 권선모터의 헤어핀을 보여주는 사시도,
도 3은 고정자 코어에 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 일부를 도시한 단면도, 그리고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 비대칭 밴딩각도를 계산하기 위하여 헤어핀 헤드부를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 헤어핀 권선모터의 고정자 코어를 보여주는 사시도, 도 2는 헤어핀 권선모터의 헤어핀을 보여주는 사시도, 도 3은 고정자 코어에 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 일부를 도시한 단면도, 그리고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 비대칭 밴딩각도를 계산하기 위하여 헤어핀 헤드부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 헤어핀 권선모터의 고정자 코어를 보여주는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 헤어핀 권선모터는 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 구비할 수 있으며, 고정자 어셈블리는 고정자 코어(100)를 포함할 수 있다. 고정자 코어(100)는 전체적으로 원형 고리 또는 링 형태로 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 고정자 코어(100)의 내측에는 회전자 어셈블리(rotor assembly)가 배치될 수 있다. 회전자 어셈블리는 회전축을 구비하고 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 알려진 바와 같이, 고정자 코어(100)에 권선된 코일과 전자기적 간섭을 일으켜 회전되게 된다.
한편, 고정자 코어(100)는 복수개의 슬롯(110)을 구비할 수 있다. 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 내주에서 외주 측을 향해 연장 형성될 수 있다. 또는, 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 고정자 코어(100)의 내주측을 향한 각 슬롯(110)의 단부는, 코일 권선을 위해 개방되어 있을 수 있다.
도 1의 확대도를 참고하면, 각 슬롯(110)은 다층(multi-layer) 구조로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 각 슬롯(110)에는 고정자 코어(100)의 반경 방향을 따라 복수개의 층(111)이 마련될 수 있다. 도 1의 경우, 하나의 슬롯(110)에 4개의 층(111)이 형성된 경우를 예시하였다. 다만, 각 슬롯(110)에 형성되는 층(111)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 필요에 따라, 하나의 슬롯(110)에 마련된 층(111)의 개수는, 2개, 8개 등으로 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 도 1에 도시된 바를 중심으로 설명하기로 하며, 고정자 코어(100)의 내주 측에 배치된 순으로, 각 층(111)을 제 1 내지 4 층(111a, 111b, 111c, 111d)으로 지칭하도록 한다.
고정자 코어(100)에는 복수개의 슬롯(110)이 구비될 수 있다. 복수개의 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 둘레 방향을 따라 방사형으로 배치될 수 있다. 고정자 코어(100)에 마련된 슬롯(110)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 필요에 따라, 고정자 코어(100)에는 둘레 방향을 따라 60개 또는 72개의 슬롯(110)이 형성될 수 있다.
도 2는 헤어핀 권선모터의 헤어핀을 보여주는 사시도이다.
도 2의 (a)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되기 전의 형태를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되어 벤딩(bending)된 후의 형태를 도시한 것임을 알려둔다.
도 2를 참고하면, 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 고정자 코어(100)에 코일 권선을 형성하기 위한 복수개의 헤어핀(200)을 포함할 수 있다. 후술할 바와 같이, 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에는 다수의 헤어핀(200)이 삽입 체결되게 되며, 슬롯(110)에 체결된 다수의 헤어핀(200)은 벤딩 과정을 거쳐 상호 순차적으로 접속됨으로써, 코일 권선을 형성하게 된다.
도시된 바와 같이, 각 헤어핀(200)은 전체적으로 U자형 또는 V자형으로 형성될 수 있다. 헤어핀(200)은 코일 권선을 형성하기 위한 것인바, 구리 등의 전기적 도체로 형성될 수 있으며, 외면은 절연 코팅될 수 있다.
한편, 헤어핀(200)은 한 쌍의 레그부(210) 및 헤드부(220)를 구비할 수 있다. 한 쌍의 레그부(210)는 각각 길이방향으로 연장 형성될 수 있으며 서로 소정간격 이격 배치되게 된다. 한 쌍의 레그부(210)는 일단부가 헤드부(220)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 헤드부(220)는 소정정도 비틀린(twisting) 형태로 형성될 수 있다. 이는 각 레그부(210)가 각각 슬롯(110) 내 상이한 층(111)으로 삽입 체결될 수 있도록 헤어핀(200)의 가공시 각 레그부(210)를 소정정도 트위스팅 가공하기 때문이다.
보다 구체적으로, 도 2의 (a)와 같은 형태로 헤어핀(200)을 가공하는 과정을 설명하면, 먼저 직선형의 각형 코일(flat coil)을 적당한 길이로 컷팅(cutting) 가공하게 되며, 컷팅된 각형 코일을 U자형 또는 V자형으로 굽힘 가공하게 된다. 굽힘 가공을 통해 헤드부(220) 및 한 쌍의 레그부(210)가 형성된다 (다만, 도 2의 (a)와 같이 트위스팅되기 전 단계임). 이때, 헤드부(220)와 한 쌍의 레그부(210)는 동일 평면상에 배치되게 된다. 이와 같은 상태에서, 트위스팅 지그 등을 통해 각 레그부(210)를 서로 반대 방향으로 소정정도 당겨 변형시키게 되면, 헤드부(220)에 꼬임 또는 비틀림이 발생되어, 결과적으로, 도 2의 (a)와 같은 형태로 헤어핀(200)이 가공되게 된다.
한편, 각각의 레그부(210)는 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 삽입 체결되어 슬롯(110) 내 일부가 수용되며, 끝단부는 일부 슬롯(110) 밖으로 노출되게 된다. 또한, 후술할 바와 같이, 각 레그부(210)에서 슬롯(110) 밖으로 노출된 부위는 벤딩 가공 및 용접 접합이 이뤄지게 된다. 즉, 도 2의 (b)를 참고하면, 각 레그부(210)에서 헤드부(220) 측에 인접한 부위(211)는 직선 형태로 슬롯(110) 내 수용되게 되며, 슬롯(110) 밖으로 노출부(212)는 벤딩 가공되며, 벤딩 가공된 접속단부(213)는 용접 접합을 통해 다른 헤어핀과 접속되게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 각 레그부(210)에서 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 수용되는 부분을 수용부(211)로 지칭하고, 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 밖으로 노출되는 부분을 노출부(212)로 지칭하며, 다른 헤어핀의 레그부와 접속되는 부분을 접속단부(213)로 지칭하기로 한다.
한편, 헤어핀(200)은 대략 사각 형태의 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)로 형성될 수 있다. 상기와 같은 각형 코일은 슬롯(110) 내 코일의 점적율을 높여 고출력, 소형화된 모터를 구현할 수 있도록 한다.
도 3은 고정자 코어에 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3을 참고하면, 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 상기 도 1에서 설명한 고정자 코어(100)에 상기 도 2에서 설명한 헤어핀(200)을 복수개 체결하고, 각 헤어핀(200)을 순차적으로 용접 접합시켜 코일 권선을 형성하게 된다.
보다 구체적으로, 헤어핀(200)은 양쪽 레그부(210)가 각각 고정자 코어(100)에 형성된 슬롯(110)으로 삽입 체결될 수 있다. 이때, 헤어핀(200)의 양쪽 레그부(210)는 소정 슬롯 이격되도록 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)에 체결될 수 있다. 예컨대, 헤어핀(200)의 한 쪽 레그부(210)가 1번 슬롯으로 체결되면, 다른 쪽 레그부(210)는 상기 1번 슬롯에서 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 6개 슬롯 이격된 7번 슬롯으로 체결될 수 있다. 다만, 헤어핀(200)의 양쪽 레그부(210)가 이격된 슬롯 개수는 권선설계방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 헤어핀(200)의 각 레그부(210)는 각 슬롯(110)에 하나의 층(111)을 채우게 된다. 다시 말하면, 각 슬롯(110)의 각 층(111)에는 각각 레그부(210)가 삽입 체결되게 된다. 도 1에 예시된 바를 참고하여 부연 설명하면, 제 1 내지 4 층(111a, 111b, 111c, 111d)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 되며, 따라서 하나의 슬롯(110)에는 반경 방향을 따라 4개의 레그부(210)가 배치될 수 있다.
또한, 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 각 슬롯(110) 내에서 서로 다른 층(111)에 삽입 체결될 수 있다. 예컨대, 일측 레그부(210)가 1번 슬롯의 제 1 층(111a)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 7번 슬롯의 제 2 층(111b)에 체결될 수 있다. 또는 일측 레그부(210)가 1번 슬롯의 제 3 층(111c)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 6번 슬롯의 제 4 층(111d)에 체결될 수 있다. 복수개의 헤어핀(200)은 권선설계방법에 따라 상기와 같은 방식으로 각 슬롯(110) 내 각 층(111)에 채워지게 된다.
한편, 상기와 같이 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)에 복수개의 헤어핀(200)이 체결되면, 각 헤어핀(200)은 슬롯(110) 밖으로 노출된 노출부(212)가 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 벤딩 가공되게 된다. 이때, 각 헤어핀(200)의 레그부(210) 또는 노출부(212)가 벤딩되는 방향이나 정도는 권선설계방법에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 각 헤어핀(200)의 노출부(212)는 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 3개 슬롯만큼 벤딩될 수 있다. 또한, 각 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 서로 동일한 방향으로 벤딩되거나, 서로 반대 방향으로 벤딩될 수 있다. 전술한 도 2의 (b)에서는 헤어핀(200)의 각 레그부(210)가 서로 반대 방향으로 벤딩된 경우를 예시한 바 있다.
권선설계방법 등에 따라 각 헤어핀(200)의 벤딩이 완료되면, 결과적으로 도 3과 같은 형태를 이루게 된다. 즉, 고정자 코어(100)의 일측으로는 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 연속 배치되며, 반대측으로는 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 배치되게 된다. 설명의 편의를 위하여, 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 배치된 쪽을 '레그측'으로 지칭하고, 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 배치된 쪽을 '헤드측'으로 지칭하기로 한다.
한편, 레그측에서 헤어핀(200)의 접속단부(213)는 슬롯(110)에 형성된 층(111)의 개수에 따라 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 복수개 배치될 수 있다. 다시 말하면, 슬롯(110)에 형성된 제 1 내지 4 층(111)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 되므로, 레그측에서는 접속단부(213)가 반경 방향으로 4개씩 배치된 형태를 이루게 된다. 설명의 편의를 위하여, 고정자 코어(100)의 내주측에 배치된 순으로, 각 접속단부(213)를 제 1 내지 제 4 접속단부(213a, 213b, 213c, 213d)로 지칭하기로 한다.
헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 상기와 같은 접속단부(213)를 접속시켜 코일 권선을 형성하게 된다. 예컨대, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b)를 접속하고, 제 3, 4 접속단부(213c, 213d)를 접속시켜 각각의 헤어핀(200)을 전기적으로 연결하고, 하나의 코일 권선부를 이루게 된다. 통상적으로, 상기와 같은 접속단부(213) 간은 용접을 통해 연결되고 있다. 즉, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b)와 제 3, 4 접속단부(213c, 213d) 사이에 절연지를 넣고, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b) 간 또는 제 3, 4 접속단부(213c, 213d) 간 용접 접합하여 각 헤어핀(200) 간의 전기적 연결이 이뤄지게 된다.
한편, 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 배치된 레그측의 반대측, 즉, 헤드측에서는 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 배치되게 된다. 또한, 헤드측에서 각 헤어핀(200)의 헤드부(220)는 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 복수개가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 예시한 바와 같이 각 슬롯(110)이 제 1 내지 4 층(111)을 구비하는 경우, 헤드측에서는 각 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 반경 방향을 따라 2개씩 배치될 수 있다. 전술한 레그측의 경우 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 4개의 접속단부(213)가 배치되는데 반해, 헤드측에서는 2개의 헤드부(220)만이 배치되는 것은, 하나의 헤어핀(200)이 두 개의 레그부(210)와 하나의 헤드부(220)로 형성되기 때문이다.
결과적으로, 헤드측 또한 도 3에 도시된 레그측과 유사하게 다수의 헤어핀(200) 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레 방향을 따라 다층 구조로 조밀하게 배치되게 된다. 그런데, 이와 같은 헤드측에서는 각 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 조밀하게 배치됨으로 인해, 인접한 헤드부(220) 간 접촉이 일어날 수 있으며, 이로 인해, 모터의 절연 성능이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 특히, 헤드부(220)의 경우, 헤어핀(200)의 제작과정에서 트위스팅 가공을 통해 꼬임 또는 비틀림이 발생되기 때문에, 직선형의 레그부(210)에 비해 절연코팅이 벗겨지거나 약해질 가능성이 높다. 따라서 상대적으로 절연 코팅의 손상 가능성이 높은 헤드부(220) 간의 접촉은 모터의 절연 성능을 저하시키는 주요 요인이 될 수 있다. 나아가, 상기 도 1 내지 3에서는 각 슬롯(110)에 4개의 층(111)만이 형성된 경우를 예시하여 설명하였으나, 각 슬롯(110)에 보다 많은 수의 층(111)이 형성되는 경우에는 헤드측에서 보다 많은 수의 헤드부(220)가 보다 조밀하게 배치될 수 있으며, 이러한 경우, 각 헤드부(220) 간의 접촉 및 절연 성능 저하가 보다 문제될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 일부 단면을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같이 구성된 슬롯(110)은 일정 각도 기울어진 상태로 형성하여 스큐 형태의 모터를 구성할 수 있다. 이때, 한 쌍의 레그부(210)들은 헤드부(220)를 중심으로 비대칭으로 절곡 형성될 수 있다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레그부의 밴딩 각도는 다음 수식과 같이 마련된 비대칭 비율에 의해 결정될 수 있다.
비대칭 비율 = 1: tan2(α-θ)
여기서, α는 레그부의 초기 각도, θ는 skew 각도 이다.
즉, 헤드부(220)의 최상단 부분에서 헤어핀(200)의 길이 방향과 평행한 직선을 내릴 경우, 이 직선과 수직한 가상의 선은 도시된 바와 같이 a 및 a*tan2(α-θ)로 정의할 수 있다. 이때, 상기 레그부(210)들의 각각의 밴딩 각도는 α-θ 및 β+θ로 구성될 수 있으며, 이때, 헤드부(220)의 절곡 각도는 α+β일 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 도 6과 같이 6극 36슬롯 영구자석 모터의 고정자에 스큐를 1슬롯 만큼 적용한 경우를 일 예로 설정하여 그 값들을 계산할 때, 1슬롯의 각도가 10도이면 비대칭 비율은 다음과 같이 구할 수 있다.
a: b = a : a*tan2 35도
비대칭 비율 b/a = 0.49
또한, 상기 고정자 코어(100)의 외주 또는 내주 측으로 갈수록, 상기 헤드부(220)의 벤딩 각도가 증가할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 헤드부(220) 중, 상기 고정자 코어(100)의 내주 측에 가장 인접하게 배치된 헤드부는, 일부가 상기 고정자 코어의 내주 측 단부 안쪽으로 침범되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 90도로 절곡 형성될 수 있다. 이때, 상기 헤드부와 연결되는 한 쌍의 레그부의 밴딩 각도는 각각 35도 및 55도일 수 있다. 또한, 6극 36슬롯 영구자석모터 고정자에 1슬롯만큼 스큐를 적용한 경우, 1슬롯의 각도는 10도일 수 있다. 이때, 상기 레그부의 밴딩 각도는 비대칭 비율에 의해 결정되고, 이때, 상기 비대칭 비율은 0.49일 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 실시예에 따른 고정자 어셈블리는, 고정자 코어의 헤드측으로 돌출되는 각 헤드부의 밴딩 각도를 비대칭으로 구성함으로써, 밴딩 각도가 증가함에 따른 절연성능 저하를 방지할 수 있다. 특히, 헤어핀(200) 시편이 가지는 한계점은 코일을 구부리는 과정에서 생기는 밴딩부의 절연성능 감소에 있기 때문에, 상기한 바와 같이 헤드부를 비대칭 구조로 가져갈 경우, 스큐 구조를 적용하더라도 밴딩부 절연성능을 확보하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 고정자 코어 110: 슬롯
200: 헤어핀 210: 레그부
220: 헤드부

Claims (10)

  1. 둘레방향을 따라 복수개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯은 반경방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및
    상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하며,
    상기 각각의 헤어핀은,
    상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 한 쌍의 레그부와, 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고,
    상기 고정자 코어의 일측부에는, 상기 복수개의 헤어핀이 상기 각 슬롯에 체결되어, 상기 고정자 코어의 반경 방향으로 복수개의 헤드부가 배치되되,
    상기 헤드부를 중심으로 한 쌍의 레그부의 벤딩 각도는 비대칭이 되도록 형성되고,
    상기 레그부의 밴딩 각도는 다음 수식과 같이 마련된 비대칭 비율에 의해 결정되는 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
    비대칭 비율 = 1: tan2(α-θ)
    여기서, α는 레그부의 초기 각도, θ는 skew 각도 이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자 코어의 외주 또는 내주 측으로 갈수록, 상기 헤드부의 벤딩 각도가 증가하는 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  4. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 헤드부 중, 상기 고정자 코어의 내주 측에 가장 인접하게 배치된 헤드부는, 일부가 상기 고정자 코어의 내주 측 단부 안쪽으로 침범되도록 형성된 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드부는 90도로 절곡 형성되는 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 헤드부와 연결되는 한 쌍의 레그부의 밴딩 각도는 각각 35도 및 55도인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    6극 36슬롯 영구자석모터 고정자에 1슬롯만큼 스큐를 적용한 경우, 1슬롯의 각도는 10도인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레그부의 밴딩 각도는 비대칭 비율에 의해 결정되고, 이때, 상기 비대칭 비율은 0.49인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  9. 제 5 항에 있어서,
    6극 36슬롯 영구자석모터 고정자에 1슬롯만큼 스큐를 적용한 경우, 1슬롯의 각도는 10도인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
  10. 삭제
KR1020140116774A 2014-09-03 2014-09-03 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리 KR102255327B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140116774A KR102255327B1 (ko) 2014-09-03 2014-09-03 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
CN201520602909.4U CN205160226U (zh) 2014-09-03 2015-08-11 发针式绕组电机的定子总成

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140116774A KR102255327B1 (ko) 2014-09-03 2014-09-03 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160028548A KR20160028548A (ko) 2016-03-14
KR102255327B1 true KR102255327B1 (ko) 2021-05-26

Family

ID=55541357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140116774A KR102255327B1 (ko) 2014-09-03 2014-09-03 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102255327B1 (ko)
CN (1) CN205160226U (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102571261B1 (ko) * 2016-04-14 2023-08-28 엘지이노텍 주식회사 스테이터 및 이를 갖는 모터
CN106787335A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 华中科技大学 一种混合导体绕组结构及具有该结构的电机及其应用
CN107565720A (zh) * 2017-09-20 2018-01-09 中国第汽车股份有限公司 一种交流发电机的定子绕组
CN107482815A (zh) * 2017-09-20 2017-12-15 中国第汽车股份有限公司 一种绕组电机的定子
CN107492959A (zh) * 2017-09-20 2017-12-19 中国第汽车股份有限公司 一种新型绕组电机的定子
KR102437131B1 (ko) * 2017-10-31 2022-08-26 현대모비스 주식회사 헤어핀 권선모터
KR20210117057A (ko) 2020-03-18 2021-09-28 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 전동기의 스테이터
KR20210117056A (ko) 2020-03-18 2021-09-28 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 전동기의 스테이터
KR102655283B1 (ko) 2020-04-20 2024-04-08 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 전동기의 스테이터
KR102482265B1 (ko) 2020-11-04 2022-12-28 주식회사아일 헤어핀 인서트 로더 그리퍼

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044901A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Denso Corp 回転電機のステータコイル巻装方法及び回転電機
WO2011069243A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Tm4 Inc. Rectangular wire coil provided with a shaped head portion and stator made with such coils

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101976213B1 (ko) 2012-12-26 2019-05-07 현대모비스 주식회사 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044901A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Denso Corp 回転電機のステータコイル巻装方法及び回転電機
WO2011069243A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Tm4 Inc. Rectangular wire coil provided with a shaped head portion and stator made with such coils

Also Published As

Publication number Publication date
CN205160226U (zh) 2016-04-13
KR20160028548A (ko) 2016-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102255327B1 (ko) 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
JP5554383B2 (ja) 回転電機の固定子、及びその固定子の製造方法
CN101411040B (zh) 具有固定铁芯槽孔绝缘体的转动电机的定子
KR102497011B1 (ko) 헤어핀 권선 모터의 고정자구조
US10050484B2 (en) Stator for rotating electric machine
WO2012090792A1 (ja) 回転電機
US10056797B2 (en) Stator for rotating electric machine
KR20160014148A (ko) 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
JP4506866B2 (ja) インナーロータ型回転電機のステータ製造方法
JP6159819B2 (ja) 固定子及びこれを備えた回転電機
KR101588758B1 (ko) 구동모터의 절연유닛
KR101998420B1 (ko) 헤어핀 접속기구 및 이를 구비한 헤어핀 권선모터
KR102588529B1 (ko) 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
JP5282153B1 (ja) レゾルバのステータ及びステータ組立体の製造方法
JPWO2018185902A1 (ja) 回転電機
US8225484B2 (en) Method of manufacturing stator for electric rotating machine
JP6194275B2 (ja) 回転電機のステータ
KR101976213B1 (ko) 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
JP2006187164A (ja) 回転電機
KR102460109B1 (ko) 헤어핀 권선 모터의 고정자구조
JP6373494B2 (ja) 回転電機
KR102235575B1 (ko) 고정자의 코일 권선방법
KR20140083730A (ko) 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조
JP2013128363A (ja) 回転電機およびその製造方法
EP4009502A1 (en) A method for manufacturing a stator for an electrical machine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant