KR102551110B1 - 코일 자켓을 포함하는 축방향 자속형 모터의 스테이터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테이터 어셈블리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 축방향 자속형 모터에 적용 가능한 스테이터 어셈블리로서, 수평 방향으로 배치되어 각 고정자 코어를 지지하는 고정자 플레이트를 구비하고 고정자 플레이트 내부에 냉각 유로를 형성함으로써 조립의 편이성, 기구적 강건성 및 냉각 성능을 동시에 만족할 수 있는 스테이터 어셈블리에 관한 것이다.

Description

코일 자켓을 포함하는 축방향 자속형 모터의 스테이터 어셈블리{Stator assembly for axial flux type motor including coil jacket}

본 발명은 스테이터 어셈블리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 축방향 자속형 모터에 적용 가능한 스테이터 어셈블리로서, 수평 방향으로 배치되어 각 고정자 코어를 지지하는 고정자 플레이트를 구비하고 고정자 플레이트 내부에 냉각 유로를 형성함으로써 조립의 편이성, 기구적 강건성 및 냉각 성능을 동시에 만족할 수 있는 스테이터 어셈블리에 관한 것이다.

축방향 자속형 모터(Axial flux type motor, AFM)는 고정자의 자극과 회전자의 영구자석을 회전축에 대하여 평행한 방향으로 대향 배치한 모터로서, 이와 같은 축방향 자속형 모터는 소형화가 가능함과 동시에 고출력화도 가능한 장점이 있어 여러 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 축방향 자속형 모터의 개략도로서, 도시된 바와 같이 축방향 자속형 모터(3)는 회전축(4)에 대해 서로 대향되게 배치되는 평판형의 로터 코어(5)와 스테이터 코어(6)를 포함하여 구성된다. 로터 코어(5)는 영구자석과 자성체로 구성된 영구자석을 갖는 평판형 로터 코어가 주로 사용되고 있으며, 스테이터 코어(6)는 원판형의 자성체 플레이트에 돌출 코어(7)가 원주방향을 따라 이격되게 다수개 형성된 형태로 구성되며, 돌출코어의 사이 공간으로 전자기력을 유도하는 코일이 권선된다.

한편, 모터 구동 시에는 코일이나 스테이터 코어가 발열하기 때문에 냉각이 필요하다. 예를 들면 하기 특허문헌 1에는 고정자 코어를 냉각하기 위한 냉매가 유통하는 냉매 유동통로를 고정자 코어의 상방에 구비해 고정자 코어의 외주면에 대해서 상방에서 냉매를 공급함으로써, 고정자 코어를 냉각하는 기술이 개시되어 있고, 하기 특허문헌 2에는 분할 코어로 구성된 고정자 코어의 내부에 냉매 유로를 형성함으로써, 고정자 코어를 냉각하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 구성을 코어 홀더에 의해 외주면이 덮인 고정자 코어의 냉각에 적용할 경우, 고정자 코어의 외주면에 직접 냉매를 공급하지 못하며, 고정자 코어의 방열성이 저하할 우려가 있다. 또한 특허문헌 2에 개시된 구성에서는 냉매를 고정자 코어의 내부에 형성된 냉매 유로에 공급하기 위한 유로나 냉매를 압송하기 위한 펌프 등이 필요므로, 고정자 코어를 냉각하기 위한 냉각 구조가 복잡하게 되어 냉각 구조에 의해 점유되는 공간의 증대나 냉각 구조의 제조 비용 증대를 초래할 우려가 있다.

일본 공개특허공보 제2008-178243호(2008.07.31.) 일본 등록특허공보 제5221902호(2013.03.15.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 조립의 편이성, 기구적 안정성, 냉각 성능을 동시에 만족할 수 있는 구조를 가진 축방향 자속형 모터에 적용 가능한 스테이터 어셈블리를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예에 따른 스테이터 어셈블리는, 회전축을 중심으로 원주방향을 따라 서로 소정간격 이격되도록 배열되는 복수의 고정자 코어; 상기 복수의 고정자 코어 각각에 권선되는 코일; 및 상기 코일의 외면 중 적어도 일부를 감싸는 코일 자켓;을 포함할 수 있다.

상기 코일 자켓은, 상기 코일의 일 측면과 타 측면 중 적어도 하나를 감싸는 측면 자켓부와, 상기 코일의 외주면을 감싸는 외주면 자켓부로 이루어지고, 상기 측면 자켓부는 인접한 코일들 사이에 삽입 배치될 수 있다.

상기 외주면 자켓부의 내측에는 내부에 냉각유로가 형성된 자켓 냉각유로부가 구비될 수 있다.

상기 복수의 고정자 코어는 고리 형태의 고정자 플레이트에 의해 지지되며, 상기 복수의 고정자 코어 각각은 상기 고정자 플레이트로부터 상부와 하부로 각각 돌출되어 형성될 수 있다.

상기 고정자 플레이트의 내부에는 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 단위 냉각유로로 이루어지는 냉각유로가 형성될 수 있다.

상기 각 단위 냉각유로는 상기 고정자 플레이트의 내측으로부터 상기 각 고정자 코어의 일 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 일측면 유로와, 상기 고정자 플레이트의 내측으로부터 상기 각 고정자 코어의 타 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 타측면 유로로 이루어질 수 있다.

상기 일측면 유로와 상기 타측면 유로는, 상기 코일 자켓의 외주면 자켓부의 내측에 형성되는 냉각유로와 서로 연통될 수 있다.

상기 코일 자켓은 한 쌍의 상부 코일 자켓과 하부 코일 자켓으로 이루어지고, 상기 상부 코일 자켓과 하부 코일 자켓 사이에 상기 고정자 플레이트가 위치할 수 있다.

상기 스테이터 어셈블리는, 상기 고정자 코어, 코일 및 방열 자켓 중 적어도 하나를 구조적으로 고정하기 위한 고정 브라켓;을 더 포함하고, 상기 고정 브라켓은 상기 코일의 내주면, 상부면 및 하부면의 적어도 일부를 감싸도록 구성될 수 있다.

상기 고정 브라켓은 한 쌍의 상부 고정 브라켓과 하부 고정 브라켓으로 이루어지고, 상기 상부 고정 브라켓과 하부 고정 브라켓 사이에 상기 고정자 플레이트가 위치할 수 있다.

상기 각 고정자 코어의 상부와 하부에는 각각, 상기 각 고정자 코어의 상부와 하부 각각으로부터 수평방향으로 연장되는 고정자 코어 캡부가 구비될 수 있다.

상기 고정 브라켓의 상부와 하부에는 각각, 상기 고정자 코어 캡부와 대응되는 형태로 관통된 중공부가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 스테이터 어셈블리에 있어서 수평하게 배치되는 고정자 플레이트가 구비됨으로써 각 고정자 코어가 안정적으로 지지될 수 있고, 고정자 플레이트 내부에 냉각 유로가 형성됨으로써 조립의 편이성, 기구적 강건성 및 냉각 성능을 동시에 만족시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 축방향 자속형 모터의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 모터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 스테이터 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 도 4의 단면도이다.
도 6은 고정자 코어, 코일, 코일 자켓의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 고정자 코어의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 고정자 허브의 사시도이다.
도 9는 고정자 코어와 고정자 허브 간 결합 구조의 일 예를 나타낸 것이다.
도 10은 고정자 코어와 고정자 허브 간 결합 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 11은 도 6의 코일 자켓을 분리하여 나타낸 것이다.
도 12는 고정자 코어, 코일, 코일 자켓의 단위구성을 분리하여 나타낸 것이다.
도 13은 코일을 상부에서 바라본 상면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 예에 따른 코일 자켓을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 예에 따른 냉각유로의 전체 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각유로 중 고정자 플레이트의 냉각유로를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각유로 중 고정자 플레이트의 냉각유로와 방열 자켓의 냉각유로를 함께 나타낸 것이다.
도 18, 19는 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 공통적으로 적용되는 고정자 허브의 냉각유로를 나타낸 것이다.
도 20은 냉각유로의 수평방향 단면도를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각유로의 연결구조를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정자 코어와 코일의 결합된 구조를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각유로의 연결구조를 나타낸다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일 자켓과 고정자 코어와 코일의 결합된 구조를 나타낸다.
도 25는 본 발명의 일 예에 따른 고정 브라켓을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 축방향 자속형 모터의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 결합도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 모터(1)는 크게 스테이터 어셈블리(10)와 로터(20)를 포함한다.

스테이터 어셈블리(10)는 모터에서 회전하지 않는 부분으로서 코일을 통해 자기장을 형성하며, 로터(20)는 스테이터 어셈블리와 축방향(Z)으로 소정 간격 이격되어 로터 어셈블리에 대하여 회전 가능하게 배치된다.

우선 로터(20)에 대해 설명하면, 로터(20)는 스테이터 어셈블리(10)와 축방향으로 나란히 배치되고, 로터 코어(21)와 복수의 영구자석(22)을 포함하며, 로터 코어(21)의 내측에 복수의 영구자석(22)이 구비되어 스테이터 어셈블리(10)에서 발생하는 자기장과 영구자석(22) 간 상호작용에 의해 회전 가능하게 구비될 수 있다. 이때 로터(20)는 스테이터 어셈블리(10)의 축방향 상부와 하부 각각에 구비될 수 있으며, 또는 상부와 하부 중 일측에만 구비될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 스테이터 어셈블리(10)에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 스테이터 어셈블리의 사시도이고, 도 5는 도 4의 단면 사시도이고, 도 6은 고정자 코어, 코일, 코일 자켓의 분해 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 스테이터 어셈블리(10)는 크게 고정자 코어(100)와 고정자 코일에 권선되는 코일(200)을 포함하고, 고정자 허브(300)를 더 포함할 수 있으며, 나아가 코일 자켓(400)을 더 포함할 수 있다.

고정자 코어(100)는 회전축을 중심으로 원주방향을 따라 소정간격 이격되도록 복수개가 배열될 수 있다. 이때, 본 발명은 고정자 코어(100)가 고정자 플레이트(150)와 서로 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 고정자 코어의 사시도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 고정자 플레이트(150)가 고리 형태의 원판형으로 형성되고, 각 고정자 코어(100)가 고정자 플레이트(150)에 의해 지지되는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 고정자 플레이트(150)는 고리 형태로 형성되어 내측에 중앙 관통홀(170)이 형성될 수 있다. 일반적으로 축방향 자속형 모터에서 고정자 코어는 고정자 티스라고 불리기도 하며, 본 명세서에서는 고정자 코어라 부르기로 한다.

이때, 본 발명은, 도 7과 같이 각 고정자 코어(100)가 고정자 플레이트로(150)부터 상부와 하부로 각각 돌출되어 형성된다. 즉, 고정자 코어(100) 각각은 고정자 플레이트(150)에 의해 서로 연결되어 고정자 플레이트(150)에 의해 지지되는 구조를 가지며, 고정자 플레이트(150)는 인접한 두 고정자 코어(100)의 중심 부분을 서로 연결함과 동시에 각 고정자 코어(100)를 고정자 플레이트(150)를 기준으로 상부 부분과 하부 부분으로 나누어 고정자 코어(100)가 2층 구조로 형성되도록 한다. 이에 따라 고정자 코어(100)는 상부 고정자 코어(100-1)과 하부 고정자 코어(100-2)로 이루어질 수 있다.

각 고정자 코어(100)에는 코일(200)이 권선되는데, 본 발명은 상술한 바와 같이 고정자 코어(100)가 고정자 플레이트(150)에 의해 상부와 하부 2층 구조로 이루어지므로, 도 10과 같이 코일(200)이 각 고정자 코어(100) 중 고정자 플레이트(150)의 상부로 돌출된 부분 즉 상부 고정자 코어(100-1)와, 고정자 플레이트(150)의 하부로 돌출된 부분 즉 하부 고정자 코어(100-2)에 각각 권선될 수 있으며, 이에 따라 코일(200)은 상부 코일(200-1)과 하부 코일(200-2)로 나누어질 수 있다.

고정자 플레이트(150)는 각 고정자 코어(100)의 높이방향(Z) 중앙에 배치될 수 있다. 즉, 도 6을 다시 참조하면, 고정자 플레이트(150)가 각 고정자 코어(100)의 높이방향 중앙 부분에 배치됨으로써, 고정자 플레이트(150)에서 상부로 돌출된 상부 고정자 코어(100-1)의 높이와, 고정자 플레이트(150)에서 하부로 돌출된 하부 고정자 코어(100-2)의 높이가 서로 동일하게 형성될 수 있다.

한편, 각 고정자 코어(100)의 상부와 하부에는 각각, 고정자 코어의 상부와 하부 각각으로부터 수평방향(XY)으로 연장되는 고정자 코어 캡부(190)가 구비될 수 있다. 이러한 고정자 코어 캡부(190)는 고정자 코어에 권선되는 코일을 고정하여 코일의 이탈을 방지할 수 있다.

상술한 고정자 코어(100)와 코일(200) 이외에, 본 발명의 스테이터 어셈블리(10)는 고정자 허브(300)를 더 포함할 수 있다. 고정자 허브(300)는 고정자 코어(100)의 반경방향 내측에 배치될 수 있다. 즉, 도 5를 다시 참조하면, 스테이터 어셈블리(10)는 고리 형태로 형성된 고정자 플레이트(150)의 내측에 형성된 중앙 관통홀(170)과, 고정자 플레이트(150)를 따라 배열되는 고정자 코어(100)들 내측에 고정자 허브(300)가 더 구비되는 구조로 이루어질 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 예에 따른 고정자 허브의 사시도로서, 고정자 허브(300)는 전체적으로 원통 형태로 형성되며, 원통 내부에 샤프트(30)가 삽입되어 결합되는 구조를 가진다. 여기서, 도시된 바와 같이 고정자 허브(300)는 높이방향(Z) 중간 부분이 다른 부분에 비해 외주면까지의 반경이 크게 형성되어 고리 형태로 돌출된 고리부(380)가 형성될 수 있고, 높이방향(Z) 일측 단부에 고리 형태의 캡부(390)가 구비될 수 있으며, 캡부(390)에는 캡부(390)를 높이방향(Z)으로 관통하는 다수개의 에어홀(391)이 구비될 수 있다. 그리고, 캡부(390)에는 에어홀(391)이 아닌 후술하는 고정자 허브 냉각유로(300P)와 연통되기 위한 홀들(392)이 형성될 수 있다.

고정자 허브(300)는 고정자 코어(100)의 내측에 배치되어, 고정자 코어(100)와 결합 고정될 수 있다. 도 9, 10은 고정자 코어와 고정자 허브의 결합 구조를 나타내기 위한 도면으로서, 이를 참조하여 보다 구체적으로 두 구성 간의 결합 구조를 설명하도록 한다.

도 9는 고정자 코어와 고정자 허브 간 결합 구조의 일 예를 나타낸 것으로, 본 예에 의하면 고정자 플레이트(150)의 내측면이 고정자 코어(100)의 내측면보다 내측으로 돌출되어 형성되고, 이와 같이 돌출된 고정자 플레이트(150)의 내측면이 고정자 허브(300)의 외측면과 맞닿는 구조로 이루어질 수 있다. 이때 고정자 허브(300)에서 고정자 플레이트(150)의 내측면과 맞닿는 부분은 고정자 허브(300)의 고리부(380)에 해당할 수 있다.

도 10은 고정자 코어와 고정자 허브 간 결합 구조의 다른 예를 나타낸 것으로, 본 예는 앞의 예와 달리 고정자 플레이트(150)의 내측면에 플렌지부(155)가 더 형성될 수 있다. 즉, 본 예에 의하면 고정자 플레이트(150)의 내측면이 고정자 코어(100)의 내측면보다 내측으로 더 돌출되어 형성됨과 동시에 고정자 플레이트(150)의 내측면 단부에 고정자 플레이트(150)의 내측면 단부로부터 상하로 연장형성되는 플렌지부(155)가 더 형성되며, 플렌지부(155)의 내측면이 고정자 허브(300)의 외측면과 맞닿는 구조로 이루어질 수 있다. 본 예에서도 마찬가지로 고정자 허브(300)에서 플렌지부(155)의 내측면과 맞닿는 부분은 고정자 허브(300)의 고리부(380)에 해당할 수 있다.

나아가, 본 발명의 스테이터 어셈블리(10)는 도 6과 같이 코일 자켓(400)을 더 포함할 수 있다. 도 11은 도 6의 코일 자켓을 분리하여 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 코일 자켓(400)은 코일(200)의 외면 중 적어도 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 코일 자켓(400)은 방열 소재(예를 들어, 고분자, 세라믹 또는 금속 소재 중 하나 또는 두 가지 이상의 소재를 사용하여 열을 전도할 수 있는 소재)로 이루어져 코일(200)의 방열을 극대화할 수 있다. 코일 자켓(400)은 각 코일(200)을 감싸는 단위 코일 자켓(400U)들로 이루어질 수 있으며, 이때 단위 코일 자켓(400U)들은 서로 연결되어 코일 자켓(400) 전체가 일체로 형성되거나, 단위 코일 자켓(400U)들 각각이 서로 분리되어 코일(200) 각각에 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.

도 12는 고정자 코어, 코일, 코일 자켓의 단위구성을 분리하여 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 고정자 코어(100)에 코일(200)이 권선되고, 고정자 코어(100)에 권선된 코일(200)의 외면 중 적어도 일부를 감싸도록 코일 자켓(400)이 구비될 수 있다.

코일 자켓(400)은 보다 구체적으로, 코일(200)의 일 측면과 타 측면 중 적어도 하나를 감싸는 측면 자켓부(410)와, 코일(200)의 외주면을 감싸는 외주면 자켓부(420)로 이루어지며, 이때 측면 자켓부(410)는 인접한 코일들 사이에 삽입 배치될 수 있다. 도 13은 코일을 상부에서 바라본 상면도로서, 코일의 일 측면(S1), 타 측면(S2), 외주면(S3), 외주면(S4)을 나타낸다. 한편, 일 예에 따른 코일 자켓(400)의 경우, 도 11, 12에 도시된 바와 같이, 코일(200)이 상부 코일(200-1)과 하부 코일(200-2)로 분리되는 것에 대응하여 각 코일 자켓(400) 또한 상부 자켓(400-1)과 하부 자켓(400-2)으로 분리될 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 예에 따른 코일 자켓을 도시한 것으로, 본 예에 따른 코일 자켓(400)은 코일 자켓(400)이 측면 자켓부(410)와 외주면 자켓부(420)로 이루어지되, 앞의 예와 달리 상부 자켓(400-1)과 하부 자켓(400-2)이 완전히 분리되지 않고 외주면 자켓부(420)가 서로 연결되어, 단위 코일 자켓(400U)이 일체인 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 본 예에 따른 코일 자켓(400)의 경우, 외주면 자켓(420)의 내측에 냉각유로가 형성된 자켓 냉각유로부(450)가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 14와 같이 냉각유로부(450)는 외주면 자켓부(420)의 내측 즉 코일(200)과 대향하는 외주면 자켓부(420)의 내측면에 구비되되, 외주면 자켓부(420)의 높이방향(Z) 중간에 배치되어 원주방향을 따라 구비될 수 있다. 냉각유로부(450)가 배치되는 높이는 후술하는 바와 같이 고정자 플레이트(150)가 배치되는 높이와 대응될 수 있다. 또한, 냉각유로부(450)는 도시된 바와 같이 외주면 자켓부(420)보다 내측으로 더 돌출되도록 구성될 수 있다. 단 이와 같이 냉각유로부(450)가 별도로 돌출된 구조로 이루어지지 않고, 외주면 자켓부(420) 자체의 내부에 냉각유로가 형성될 수도 있다.

한편, 이러한 코일 자켓(400)의 구조상 차이는 후술하는 바와 같이 스테이터 어셈블리(10)의 냉각유로의 설계상 차이로부터 발생할 수 있다. 이하에서는 상술한 스테이터 어셈블리의 각 구성들에 대한 설명을 바탕으로 본 발명에 따른 스테이터 어셈블리의 냉각유로 구조에 대하여 살펴보도록 한다.

도 15는 본 발명의 일 예에 따른 냉각유로의 전체 사시도로서, 도시된 바와 같은 냉각유로(10P)가 스테이터 어셈블리(10)의 내부에 형성될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각유로(10P)는 고정자 플레이트(150)에 형성되는 고정자 플레이트 냉각유로(150P)와, 고정자 허브(300)에 형성되는 고정자 허브 냉각유로(300P)로 이루어질 수 있고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각유로(10P)는 플레이트 냉각유로(150P), 고정자 허브 냉각유로(300P) 이외에 방열 자켓(400)에 형성되는 방열 자켓 냉각유로(400P)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각유로 중 고정자 플레이트의 냉각유로를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 전체 냉각유로(10P) 중 일부가 고정자 코어(100)의 고정자 플레이트(150) 내부에 형성될 수 있다. 고정자 플레이트(150)가 수평방향(XY)으로 형성되므로 고정자 플레이트(150) 내부에 형성되는 냉각유로(150P) 또한 수평방향(XY)으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 16에 도시된 바와 같이 고정자 플레이트의 냉각유로(150P)는 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 단위 냉각유로(150PU)로 이루어지며, 이때 복수의 단위 냉각유로(150PU) 각각은 각 고정자 코어를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 단위 냉각유로(150PU)는 고리 형태로 형성될 수 있으며, 고리 형태로 폐쇄되는 공간 사이에 하나의 고정자 코어(100)가 배치되는 구조로 이루어질 수 있다.

단위 냉각유로(150PU)를 보다 상세히 살펴보면, 단위 냉각유로(150PU)는 고정자 플레이트(150)의 내측으로부터 고정자 코어(100)의 일 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 일측면 유로(150PU-1)와, 일측면 유로(150PU-1)의 일단으로부터 연장되어 고정자 코어(100)의 외주면을 따라 원주방향으로 형성되는 외주면 유로(150PU-2)와, 외주면 유로(150PU-2)의 일단으로부터 연장되어 고정자 코어(100)의 타 측면을 따라 내부 방사방향으로 형성되어 고정자 플레이트(150)의 내측으로 되돌아오는 타측면 유로(150PU-3)로 이루어질 수 있다.

이와 같이 단위 냉각유로(150PU)는 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 둘레와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 이에 따라 단위 냉각유로(150PU)가 고정자 코어(100)에 권선되는 코일(200)의 수평방향(XY) 단면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다.

도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각유로 중 고정자 플레이트의 냉각유로와 방열 자켓의 냉각유로를 함께 나타낸 것으로, 제1 실시예에서는 고정자 플레이트의 단위 냉각유로(150PU) 중 일측면 유로(150PU-1), 외주면 유로(150PU-2), 타측면 유로(150PU-3) 모두가 고정자 플레이트(150)에 형성되는 것과 달리, 본 예에서는 고정자 플레이트(150)에는 일측면 유로(150PU-1)와 타측면 유로(150PU-3)가 형성되고, 외주면 유로(150PU-3)에 해당하는 유로는 코일 자켓(400)의 외주면 자켓부(420) 내측에 구비된 냉각유로부(425)의 냉각유로(420P)로 대체되어 코일 자켓에 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 예에서는, 고정자 플레이트의 냉각유로(150P)가 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 단위 냉각유로(150P)를 포함하고, 복수의 단위냉각유로(150P) 각각은 고정자 플레이트(150)의 내측으로부터 고정자 코어(100)의 일 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 일측면 유로(150PU-1)와, 고정자 플레이트(150)의 내측으로부터 각 고정자 코어(100)의 타 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 타측면 유로(150PU-3)로 이루어지며, 코일 자켓(400)의 외주면 자켓부(420) 내측에 구비되는 냉각유로부(425)의 냉각유로(400P)가 일측면 유로(150PU-1)와 타측면 유로(150PU-3)와 서로 연통되는 구조로 이루어질 수 있다.

도 18, 19는 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 공통적으로 적용되는 고정자 허브의 냉각유로를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 고정자 허브(300)의 내부에는 냉각유로(300P)가 형성되되, 고정자 허브의 냉각유로(300P)는 고리 형태의 제1 고리형 냉각유로(311P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)로 이루어지며, 제2 고리형 냉각유로(312P)는 제1 고리형 냉각유로(311P)보다 작은 반경을 가져 제1 고리형 냉각유로(311P)의 내측에 배치될 수 있다. 제1 고리형 냉각유로(311P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)는 동심원으로서 동일 평면상에 배치될 수 있으며, 이에 따라 제1 고리형 냉각유로(311P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)가 서로 분리되어 수평방향(XY)으로 나란히 배치될 수 있다.

여기서, 고정자 허브(300)의 내부에는 제1 고리형 냉각유로(311P)를 방사방향으로 관통하는 다수개의 연통유로(320P)가 형성되고, 다수개의 연통유로(320P) 각각은 제2 고리형 냉각유로(312P)와 연통될 수 있다. 도 20은 냉각유로의 수평방향 단면도를 나타낸 것으로, 상술한 고정자 플레이트 냉각유로(150P)와 제1 고리형 냉각유로(311P)의 결합관계, 고정자 플레이트 냉각유로(150P)와 연통유로(320P)와의 결합관계, 그리고 연통유로(320P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)의 결합관계를 파악할 수 있다.

나아가, 도 18, 19를 다시 참조하면, 본 발명의 고정자 허브(300)에는 수직방향(Z)으로 형성되는 제1 수직 유로(331P)와 제2 수직 유로(332P)가 형성되고, 제1 수직 유로(331P)는 제1 고리형 냉각유로(311P)와 연통되고, 제2 수직 유로(332P)는 제2 고리형 냉각유로(312P)와 연통될 수 있다. 그리고, 제1 수직 유로(331P)와 제2 수직 유로(332P)에는 각각 제1, 제2 파이프(Pipe)가 삽입되어 파이프를 통해 수직 유로(331P, 332P)와 고리형 냉각유로(311P,312P)가 서로 연통될 수 있다. 이때, 제1, 제2 파이프 중 어느 하나는 외부 칠러로부터 냉각유체를 투입시키는 인렛 파이프의 기능을 수행하고, 나머지 하나는 제1 파이프를 통해 스테이터 어셈블리의 냉각유로(10P)로 투입되어 냉각유로(10P)를 순환한 냉각유체를 외부 칠러로 배출시키는 아웃렛 파이프의 기능을 수행할 수 있다.

상술한 스테이터 어셈블리의 각 구성들의 냉각유로는 다음과 같은 연결구조를 가진다. 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각유로의 연결구조를 나타낸 것으로, 제1 실시예의 냉각유로는 도시된 바와 같이, 고정자 허브의 제1 수직 유로(331P)와 제1 고리형 냉각유로(311P)가 서로 연통되고, 고정자 허브의 제1 고리형 냉각유로(311P)와 고정자 플레이트의 단위 냉각유로(150P)의 일측면 유로(150P-1)가 서로 연통되고, 고정자 플레이트의 일측면 유로(150P-1)와 외주면 유로(150P-2)와 타측면 유로(150P-3)가 연통되고, 고정자 플레이트의 타측면 유로(150P-3)와 고정자 허브의 연통유로(320P)가 서로 연결되고, 고정자 허브의 연통유로(320P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)가 서로 연통되고, 고정자 허브의 제2 고리형 냉각유로(312P)와 제2 수직 유로(332P)가 서로 연통되며, 이에 따라 스테이터 어셈블리 내에서 냉각유로(10P) 전체가 폐회로를 구성할 수 있게 된다. 이때, 본 예에 적용되는 코일 자켓(400)은 상술한 코일 자켓 중 상부 자켓(400-1)과 하부 자켓(400-2)이 분리된 구조의 코일 자켓일 수 있으며, 본 코일 자켓과 고정자 코어와 코일이 결합된 구조를 도 22에 나타내었다.

도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각유로의 연결구조를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 고정자 허브의 제1 수직 유로(331P)와 제1 고리형 냉각유로(311P)가 서로 연통되고, 고정자 허브의 제1 고리형 냉각유로(311P)와 고정자 플레이트의 단위 냉각유로(150P)의 일측면 유로(150P-1)가 서로 연통되고, 고정자 플레이트의 일측면 유로(150P-1)와 코일 자켓의 자켓 냉각유로부(425)의 냉각유로(420P)가 서로 연통되고, 자켓 냉각유로부의 냉각유로(420P)와 고정자 플레이트의 타측면 유로(150P-3)가 서로 연통되고, 고정자 플레이트의 타측면 유로(150P-3)와 고정자 허브의 연통유로(320P)가 서로 연통되고, 고정자 허브의 연통유로(320P)와 제2 고리형 냉각유로(312P)가 서로 연통되고, 고정자 허브의 제2 고리형 냉각유로(312P)와 제2 수직 유로(332P)가 서로 연통되며, 이에 따라 스테이터 어셈블리 내에서 냉각유로(10P) 전체가 폐회로를 구성할 수 있게 된다. 이때, 본 예에 적용되는 코일 자켓(400)은 상술한 코일 자켓 중 상부 자켓(400-1)과 하부 자켓(400-2)이 분리되지 않고 외주면 자켓부(420)가 연결되어 단위 코일 자켓(400U)이 일체로 형성된 구조의 코일 자켓일 수 있으며, 본 코일 자켓과 고정자 코어와 코일이 결합된 구조를 도 24에 나타내었다.

한편, 본 발명의 스테이터 어셈블리(10)는, 고정자 코어(100)와, 고정자 코어에 권선되는 코일(200)과, 고정자 코어 내부에 구비되는 고정자 허브(300)와, 코일을 감싸는 방열 자켓(400) 이외에, 고정자 코어(100), 코일(200) 및 방열 자켓(400) 중 적어도 하나를 구조적으로 고정하기 위한 고정 브라켓(500)을 더 포함할 수 있다. 고정 브라켓(500)은 예를 들어 에폭시 재질로 이루어질 수 있다.

도 25는 본 발명의 일 예에 따른 고정 브라켓을 설명하기 위한 도면으로서, 고정 브라켓(500)은 코일(200)의 외면 중 내주면, 상부면 및 하부면의 적어도 일부를 감싸도록 구성될 수 있으며, 고정 브라켓(500)의 상부와 하부에는 각각 상술한 고정자 코어 캡부(190)가 삽입될 수 있도록 고정자 코어 캡부(190)와 대응되는 형태로 관통된 중공부(590)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 고정자 코어와의 기구적 결합력이 증대될 수 있다. 이때 고정 브라켓(500)은, 고정자 코어(100)와 코일(200)과 방열 자켓(400)이 이층 구조로 이루어지는 것과 마찬가지로 한 쌍의 상부 고정 브라켓(500-1)과 하부 고정 브라켓(500-2)의 이층 구조로 이루어질 수 있음은 물론이다.

본 발명은 각 고정자 코어가 고정자 플레이트에 의해 서로 연결되어 지지됨에 따라 각 고정자 코어들이 회전축을 기준으로 원주방향을 따라 안정적으로 위치될 수 있다.

또한, 고정자 플레이트가 고정자 코어의 높이방향 중앙부분에 배치됨에 따라 스테이터 어셈블리의 각 구성요소들을 한 쌍의 상부구조와 하부구조로 이루어진 2층 구조로 형성할 수 있고, 이에 따라 각 구성요소들을 조립하는 데 있어서 편이성이 증대될 수 있다.

또한, 2층 구조와 관련하여 특히 고정자 플레이트를 중심으로 코일을 상부와 하부로 나누어 배치시켜 위아래로 나뉘어진 코일 사이에 고정자 플레이트가 배치될 수 있으며, 이때 고정자 플레이트 내부에 냉각유로를 형성함에 따라 발열에 가장 많은 비중을 차지하는 코일과 냉각유로 사이의 접촉 면적이 증대됨으로써 코일의 냉각 성능이 크게 향상될 수 있다.

또한, 일반적으로 스테이터 허브 내 두개의 고리형 냉각유로가 상하로 이격되는 구조와 비교하여, 본 발명의 경우 스테이터 허브 내에서 두개의 고리형 냉각유로가 동일 평면상에 형성될 수 있게 됨으로써 냉각유체가 중력에 의해 하부측으로 편중되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 전체 냉각유로에서 냉각유체가 고르게 분포될 수 있다.

여기서, 본 발명은 스테이터 허브 내에서 외측에 구비되는 고리형 냉각유로를 관통하여 내측에 구비되는 고리형 냉각유로와 연통되는 다수의 연통유로를 구비하는 구조를 채택하며, 이에 따라 위와 같이 두개의 고리형 냉각유로를 동일 평면상에 배치시킬 수 있다.

나아가, 본 발명은 코일을 감싸는 코일 자켓이 더 구비되고, 코일 자켓이 방열 재질로 이루어짐으로써 모터의 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 하나의 단위 코어 구조, 즉 고정자 코어와 코일과 단위 코일 자켓 중 적어도 하나를 고정하기 위한 고정 브라켓이 더 구비됨으로써, 각 단위 코어 구조의 기구적 강건성을 더욱 증대시킬 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

1: 모터
10: 스테이터 어셈블리
100: 고정자 코어
200: 코일
300: 고정자 허브
400: 코일 자켓
500: 고정 브라켓
20: 로터
21: 로터 코어
22: 영구자석
30: 샤프트

Claims (12)

1. 중앙에 관통홀이 형성된 고리 형태의 고정자 플레이트;
   상기 고정자 플레이트에 의해 지지되고, 회전축을 중심으로 원주방향을 따라 서로 소정간격 이격되도록 배열되며, 각각이 상기 고정자 플레이트로부터 상부와 하부로 각각 돌출되어 형성되는, 복수의 고정자 코어;
   상기 복수의 고정자 코어 각각에 권선되는 코일; 및
   상기 코일의 외면 중 적어도 일부를 감싸는 코일 자켓;을 포함하고,
   상기 코일 자켓은, 상기 코일의 일 측면과 타 측면 중 적어도 하나를 감싸는 측면 자켓부와, 상기 코일의 외주면을 감싸는 외주면 자켓부로 이루어지고,
   상기 측면 자켓부는 인접한 코일들 사이에 삽입 배치되고,
   상기 외주면 자켓부의 내측에는 내부에 냉각유로가 형성된 자켓 냉각유로부가 구비되며,
   상기 코일 자켓은 한 쌍의 상부 코일 자켓과 하부 코일 자켓으로 이루어지고, 상기 상부 코일 자켓과 하부 코일 자켓 사이에 상기 고정자 플레이트가 위치하는, 스테이터 어셈블리.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 고정자 플레이트의 내부에는 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 단위 냉각유로로 이루어지는 냉각유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 각 단위 냉각유로는
   상기 고정자 플레이트의 내측으로부터 상기 각 고정자 코어의 일 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 일측면 유로와,
   상기 고정자 플레이트의 내측으로부터 상기 각 고정자 코어의 타 측면을 따라 외부 방사방향으로 형성되는 타측면 유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 일측면 유로와 상기 타측면 유로는, 상기 코일 자켓의 외주면 자켓부의 내측에 형성되는 냉각유로와 서로 연통되는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터 어셈블리는, 상기 고정자 코어, 코일 및 방열 자켓 중 적어도 하나를 구조적으로 고정하기 위한 고정 브라켓;을 더 포함하고,
   상기 고정 브라켓은 상기 코일의 내주면, 상부면 및 하부면의 적어도 일부를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 고정 브라켓은 한 쌍의 상부 고정 브라켓과 하부 고정 브라켓으로 이루어지고, 상기 상부 고정 브라켓과 하부 고정 브라켓 사이에 상기 고정자 플레이트가 위치하는 것을 스테이터 어셈블리.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 각 고정자 코어의 상부와 하부에는 각각, 상기 각 고정자 코어의 상부와 하부 각각으로부터 수평방향으로 연장되는 고정자 코어 캡부가 구비되는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 고정 브라켓의 상부와 하부에는 각각, 상기 고정자 코어 캡부와 대응되는 형태로 관통된 중공부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 스테이터 어셈블리.
    

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