KR102460109B1

KR102460109B1 - 헤어핀 권선 모터의 고정자구조

Info

Publication number: KR102460109B1
Application number: KR1020200093768A
Authority: KR
Inventors: 이재민
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-10-31
Also published as: KR20200092929A

Abstract

본 발명은 헤어핀 권선 모터의 고정자구조에 관한 것으로서, 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 레이어(layer)를 구비하는 고정자 코어; 및 U자 또는 V자 형상으로 형성되고, 각 레그(leg)가 상기 각 슬롯의 레이어에 배치되어, 회전자계 발생을 위한 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하되, 상기 슬롯의 내부는 고정자 코어의 외경에 위치하는 상단부와 고정자 코어의 내경에 위치하는 하단부로 구성되고, 상기 헤어핀의 레이어 변경 구간에 위치한 상단부는 하단부 방향으로 또는 하단부는 상단부 방향으로 연장형성된다.
본 발명에 의한 헤어핀 권선 모터의 고정자구조는 헤어핀 권선이 적용된 모터에서 슬롯 치의 사공간을 활용하여 단면적이 넓은 코일을 적용함에 있어 서로 다른 레이어에 위치하는 헤어핀 코일이 슬롯 내에서 위치가 고정되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 모터의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

헤어핀 권선 모터의 고정자구조{Stator structure of hairpin winding motor}

본 발명은 헤어핀 권선 모터의 고정자구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 서로 다른 층에 위치하는 헤어핀 코일이 슬롯 내에서 위치가 고정되도록 한 헤어핀 권선 모터의 고정자구조에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 자동차나 전기 자동차에는 구동모터가 적용되고, 구동모터의 효율을 높임으로써 하이브리드 자동차는 연비(리터당 주행거리)를 개선할 수 있고, 전기 자동차는 주행거리(충전당 주행거리)를 개선할 수 있게 된다.

이와 같은 종래의 차량용 구동모터는 고정자와 회전자로 이루어지고, 상기 고정자는 하우징에 장착되며, 내부에는 코어티스에 의한 복수의 코어가 형성되는 원통형 고정자 코어를 포함한다.

그리고 상기 고정자 코어의 코어에는 절연지가 개재된 헤어핀(hairpin)들이 다수로 삽입된다.

그런데 종래의 헤어핀 권선 모터의 고정자구조는 헤어핀이 삽입되는 코어의 공간이 상단부에서 하단부를 향할수록 폭이 상이하게 형성되어 모터 토크의 발생시 많은 손실을 가져오는 문제점이 있었다.

즉, 상기 코어에 장착되는 헤어핀의 단면적은 동일한 반면, 상기 코어의 단면적은 상단부에서 하단부를 향할수록 좁게 형성됨으로써, 모터 토크의 발생시 많은 손실을 가져오는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0066839호(2016.06.13) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0026001호(2010.03.10)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 헤어핀 권선이 적용된 모터에서 슬롯 치의 사공간을 활용하여 단면적이 넓은 코일을 적용함에 있어 서로 다른 레이어에 위치하는 헤어핀 코일이 슬롯 내에서 위치가 고정되도록 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 헤어핀 권선 모터의 고정자구조는 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 레이어(layer)를 구비하는 고정자 코어; 및 U자 또는 V자 형상으로 형성되고, 각 레그(leg)가 상기 각 슬롯의 레이어에 배치되어, 회전자계 발생을 위한 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하되, 상기 슬롯의 내부는 고정자 코어의 외경에 위치하는 상단부와 고정자 코어의 내경에 위치하는 하단부로 구성되고, 상기 헤어핀의 레이어 변경 구간에 위치한 상단부는 하단부 방향으로 또는 하단부는 상단부 방향으로 연장형성된다.

그리고 연장형성되는 상단부 또는 연장형성되는 하단부는 상기 헤어핀의 레이어 변경 구간에 위치한 코일의 크기만큼 형성되어 상기 코일을 고정할 수 있다.

또한, 상기 슬롯과 슬롯의 사이에 형성되는 슬롯 치는 연장형성되는 상단부 또는 하단부와 대응되게 형성될 수 있다.

*여기서, 상기 슬롯의 레이어를 구성하는 상단부와 하단부는 슬롯당 코일수가 6개인 경우 2곳만 변형될 수 있다.

또한, 상기 슬롯의 레이어를 구성하는 상단부와 하단부는 슬롯당 코일수가 8개인 경우 3곳만 변형될 수 있다.

그리고 상기 슬롯의 레이어를 구성하는 상단부와 하단부의 연결부분에는 경사부가 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 헤어핀 권선 모터의 고정자구조는 헤어핀 권선이 적용된 모터에서 슬롯 치의 사공간을 활용하여 단면적이 넓은 코일을 적용함에 있어 서로 다른 레이어에 위치하는 헤어핀 코일이 슬롯 내에서 위치가 고정되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 모터의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 결합구조를 나타낸 부분확대도.
도 2는 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 구성하는 고정자 코어의 실시 예를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 구성하는 고정자 코어의 요부를 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 구성하는 경사부를 나타낸 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 적용 후 역기전력을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 적용 후 토크를 나타낸 그래프.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 결합구조를 나타낸 부분확대도이고, 도 2는 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 구성하는 고정자 코어의 실시 예를 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 헤어핀 권선 모터의 고정자구조를 구성하는 고정자 코어의 요부를 나타낸 확대도이다.

본원발명인 헤어핀 권선 모터의 고정자구조(100)는 고정자 코어(200)와 헤어핀(300)을 포함한다.

상기 고정자 코어(200)는 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(210)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(210)은 반경 방향으로 복수개의 레이어(220)를 구비하게 된다.

그리고 상기 슬롯의 내부는 고정자 코어(200)의 외경에 위치하는 상단부(222)와 고정자 코어(200)의 내경에 위치하는 하단부(224)로 구성되고, 상기 헤어핀(300)의 레이어 변경 구간에 위치한 상단부(222)는 하단부(224) 방향으로 또는 하단부(224)는 상단부(222) 방향으로 연장형성될 수 있다.

즉, 상기 고정자 코어(200)의 슬롯(210)을 구성하는 레이어(220)는 헤어핀(300)이 삽입되는 상단부(222)와 상기 상단부(222)에 삽입되는 헤어핀(300)의 직경보다 작게 형성되는 하단부(224)로 구성되고, 상기 헤어핀(300)의 레이어가 변경되는 부분에 위치한 상단부(222)와 하단부(224)가 맞닿는 부분에는 헤어핀(300)의 직경에 따라 상단부(222) 또는 하단부(224)가 연장된다.

여기서, 연장형성되는 상단부(222) 또는 연장형성되는 하단부(224)는 상기 헤어핀(300)의 레이어 변경 구간에 위치한 코일의 크기만큼 형성되어 내부에 위치하는 헤어핀(300)의 코일을 고정하게 된다.

이때, 상기 슬롯(210)과 슬롯(210)의 사이에 형성되는 슬롯 치는 연장형성되는 상단부(222) 또는 하단부(224)와 대응되게 형성된다.

본원발명에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 헤어핀(300)의 레이어가 변경되는 부분에 위치한 하단부(224)가 상단부(222) 방향으로 연장형성되고 상기 슬롯 치도 상단부(222)의 방향으로 연장형성되는 예를 든다.

또한, 상기 슬롯(210)의 레이어(220)를 구성하는 상단부(222)와 하단부(224)의 크기 변경은 서로 다른 슬롯 레이어(220)에 삽입되는 헤어핀(300)의 코일을 기준으로 소정구간 변경된다.

일 예로, 상기 슬롯의 레이어(220)는 슬롯당 헤어핀(300)의 헤어핀 코일수가 6개 삽입되는 경우 두 곳에서만 크기 변화가 이루어진다.

즉, 상기 슬롯당 헤어핀(300)의 헤어핀 코일의 코일수가 6개인 경우, 헤어핀(300)은 레이어 변경 코일은 2-3 레이어 코일, 4-5 레이어 코일만 변형하면 된다.

또 다른 일 예로, 상기 슬롯의 레이어(220)는 슬롯당 헤어핀(300)의 헤어핀 코일수가 8개 삽입되는 경우 세 곳에서만 크기 변화가 이루어진다.

즉, 상기 슬롯당 헤어핀(300)의 헤어핀 코일의 코일수가 8개인 경우, 헤어핀(300)은 레이어 변경 코일은 2-3 레이어 코일, 4-5 레이어 코일, 6-7 레이어 코일만 변형하면 된다.

또한, 상기 슬롯의 레이어(220)를 구성하는 상단부(222)와 하단부(224)의 연결부분에는 경사부(226)가 형성된다.

즉, 상기 슬롯의 레이어(220)는 상단부(222)와 하단부(224)의 연결부분에 경사부(226)를 형성하여 헤어핀(300)의 외부에 위치하는 절연지가 손상되는 것을 방지하게 된다.

상기 헤어핀(300)는 U자 또는 V자 형상으로 형성되고, 한 쌍의 레그(leg)는 슬롯의 레이어(220)에 배치되어 회전자계 발생을 위한 코일 권선을 형성하게 된다.

즉, 상기 헤어핀(300)은 중앙을 중심으로 절곡하여 양측에 레그를 형성하게 된다.

그리고 상기 헤어핀(300)은 양측 코일이 동일 슬롯의 레이어(220)에 삽입되는 레이어 코일(320)과 서로 다른 슬롯의 층(220)에 삽입되는 레이어 변경 코일(340)로 이루어진다.

즉, 상기 헤어핀(300)은 최초 동일 슬롯의 레이어(220)에 레이어 코일(320)이 삽입되고, 서로 다른 슬롯의 레이어(220)에는 일 측에 원 슬롯의 층(220)에 삽입되고 타 측이 또 다른 슬롯의 레이어(220)에 결합되는 레이어 변경 코일(340)이 삽입된다.

이때, 상기 슬롯의 레이어(220)의 상단부(222)에만 삽입되는 레이어 코일(320)은 하단부(224)에만 삽입되는 레이어 코일(320)의 직경보다 크게 형성되고, 서로 다른 슬롯의 레이어(220)에 결합되는 레이어 코일(320)은 하단부(240)에 삽입되는 레이어 코일(320)의 직경으로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(210)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(210)은 반경 방향으로 복수개의 레이어(220)를 구비하는 고정자 코어(200)를 형성한다.

이때, 상기 슬롯의 레이어(220)는 상단부(222)와 하단부(224)로 구성되고, 상기 헤어핀(300)의 레이어가 변경되는 부분에 위치한 상단부(222)의 형상의 하단부(224)와 같이 형성된다.

*즉, 상기 슬롯의 레이어(220)는 슬롯의 레이어(220)당 헤어핀(300)의 코일수가 6개 인경우, 슬롯의 레이어(220)의 두 곳을 연속해서 하단부(224)를 연장형성하고, 이후부터는 상기 상단부(222)와 하단부(224)을 동일하게 형성하게 된다.

다음으로, 상기 고정자 코어(200)의 슬롯의 레이어(220)에 U자 또는 V자 형상으로 형성되는 헤어핀(300)의 한 쌍의 레그를 삽입하여 장착하면 된다.

즉, 상기 헤어핀(300)은 최초 동일 슬롯의 레이어(220)에 레이어 코일(320)을 삽입하고, 서로 다른 슬롯의 레이어(220)에는 레이어 변경 코일(340)의 일 측을 원 슬롯의 레이어(220)에 삽입하고 타 측을 또 다른 슬롯의 레이어(220)에 삽입하며, 이후, 동일 슬롯의 레이어(220)에는 레이어 코일(320)을 결합하게 된다.

여기서, 상기 헤어핀 권선 모터의 고정자구조의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.

이와 같이, 본원발명인 헤어핀 권선 모터의 고정자구조는 다수개의 헤어핀이 삽입 및 고정되는 고정자 코어의 구조를 개선하여 서로 다른 레이어에 위치하는 헤어핀의 유동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 토크가 절감되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 헤어핀 권선 모터의 고정자구조
200 : 고정자 코어 210 : 슬롯
220 : 슬롯의 층 222 : 상단부
224 : 하단부 226 : 경사부
300 : 헤어핀 320 : 레이어 코일
340 : 레이어 변경 코일

Claims

다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 레이어(layer)를 구비하는 고정자 코어; 및
U자 또는 V자 형상으로 형성되고, 각 레그(leg)가 상기 각 슬롯의 레이어에 배치되어, 회전자계 발생을 위한 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하되,
상기 슬롯의 내부는 헤어핀이 삽입되는 상단부와 상기 상단부에 삽입되는 헤어핀의 직경보다 작게 형성되는 하단부로 구성되고,
상기 슬롯의 레이어 변경 구간에 위치한 코일의 크기만큼 상단부가 하단부 방향으로 연장형성되거나, 또는 하단부가 상단부 방향으로 연장형성되되,
상기 슬롯의 레이어를 구성하는 상단부와 하단부의 크기 변경은 서로 다른 슬롯의 레이어에 삽입되는 헤어핀의 코일을 기준으로 소정구간에서 변경되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 슬롯의 레이어 변경 구간에 위치한 상단부의 형상은 하단부와 같이 형성되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조.
청구항 1에 있어서,
상기 슬롯의 레이어를 구성하는 상단부와 하단부의 연결부분에는 경사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조.
청구항 4에 있어서,
상기 경사부는 하단부에서 상단부에 인접하는 방향으로 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조.
청구항 1에 있어서,
상기 슬롯의 레이어 중 상단부에만 삽입되는 헤어핀의 직경은 하단부에만 삽입되는 헤어핀의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 고정자구조.