KR102618459B1 - 회전전기기계의 스테이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전전기기계의 스테이터에 관한 것으로서, 티스 및 슬롯을 구비한 스테이터코어; 및 상기 슬롯의 내부에 삽입되는 복수의 헤어핀을 미리 설정된 패턴으로 연결하여 형성되는 스테이터코일;을 포함하고, 상기 헤어핀은, 도체 및 상기 도체의 외면을 감싸게 형성되는 피막을 구비하고, 상기 스테이터코일은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간에 배치되는 제1헤어핀 및 상기 제1구간 이후의 구간에 배치되는 제2헤어핀을 포함하고, 상기 제1헤어핀은 상기 제2헤어핀에 비해 우수한 절연성능을 구비하게 구성된다. 이에 의해, 절연성능을 확보하여 부분방전 발생을 억제할 수 있다.

Description

회전전기기계의 스테이터{STATOR FOR ELECTRIC ROTATING MACHINE}
본 발명은, 회전전기기계의 스테이터에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 회전전기기계는, 스테이터 및 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 구비되는 로터를 구비하는 기계를 의미한다.
상기 회전전기기계 중 일부는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기로 구성되고, 다른 일부는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 전동기로 구성된다. 상기 회전전기기계 중 또 다른 일부는 선택적으로 전동기 또는 발전기로 각각 기능할 수 있게 구성되기도 한다.
상기 회전전기기계의 스테이터는, 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어 및 상기 슬롯을 경유하여 권선되는 스테이터코일을 구비한다.
상기 회전전기기계의 스테이터는 상기 슬롯의 내부의 면적에 대한 스테이터코일의 도체의 단면적의 비율(fill factor, 충전율, 점유율)이 높을수록 출력 증대에 유리하다.
이러한 점을 고려하여, 일부 스테이터에는, 상대적으로 도체의 단면적이 큰 평각 동선을 "U" 형상으로 절곡하여 형성된 도체 세그먼트 또는 헤어핀 마그넷 와이어(이하, "헤어핀"이라 표기함)를 미리 설정된 패턴으로 연결한 스테이터코일이 이용된다.
상기 헤어핀은 통상 사각 단면의 도체 및 상기 도체의 외면을 감싸는 절연재질로 형성되는 피막을 구비한다.
상기 헤어핀은, 스테이터코어의 서로 다른 슬롯의 내부에 각각 삽입되는 한 쌍의 삽입부 및 상기 한 쌍의 삽입부의 단부를 연결하는 연결부를 구비한다.
상기 헤어핀의 한 쌍의 삽입부는 통상 미리 설정된 간격(슬롯피치간격)을 두고 이격되어 나란하게 형성되고, 상기 연결부는 대략 역 "V"형으로 절곡 형성된다.
상기 헤어핀의 한 쌍의 삽입부는 상기 스테이터코어의 서로 다른 슬롯의 내부에 각각 삽입되며, 상기 스테이터코어의 슬롯의 내부에는 상기 헤어핀의 삽입부가 반경방향을 따라 이격배치되어 레이어를 형성한다.
그런데, 이러한 종래의 회전전기기계의 스테이터에 있어서는, 전기차 구동 시스템의 고전압화에 따라, 상기 스테이터코일에 인가되는 전압이 증가되어 고전압이 인가면 고전압 서지(surge)에 기인한 부분방전이 발생될 수 있으며, 이를 고려하여 스테이터코일의 절연성능을 높이기 위해 헤어핀의 피막의 두께를 증가시킬 경우, 슬롯의 단면적에 대한 도체의 점유률(fill factor) 또는 도체의 점적률(space factor)이 작아져 회전전기기계의 출력이 저하된다고 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 일부 회전전기기계의 스테이터에 있어서는, 도체의 점적률을 증대시키기 위해 헤어핀의 피막 두께를 전체적으로 얇게하고, 상간 전위차가 발생되는 상기 헤어핀의 교차영역에만 국부적으로 피막의 두께를 증가시켜 절연성능을 확보하는 방법이 알려져 있다.
그런데, 이러한 종래의 회전전기기계의 스테이터에 있어서는, 피막의 두께를 증가하지 아니한 영역에서 고전압 서지(surge)에 기인한 부분 방전이 발생될 수 있다고 하는 문제점이 있다.
또한, 일부 회전전기기계의 스테이터에 있어서는, 헤어핀의 벤딩부(굽힘부)의 외측과 내측에 각각 다르게 작용하는 압축력 및 인장력에 대해 각각 내구성을 가질 수 있게 상기 헤어핀의 외측 및 내측에 상호 다른 절연재질로 각각 코팅하는 방법이 알려져 있다.
그런데, 이러한 종래의 회전전기기계의 스테이터에 있어서는, 헤어핀의 외측 및 내측을 서로 다른 절연재질로 코팅할 경우 상기 헤어핀의 제작에 많은 시간 및 비용이 소요된다고 하는 문제점이 있다. 또한, 서로 다른 절연재질의 경계영역의 절연 성능이 미흡하게 될 수 있다고 하는 문제점이 있다.
JP 2014-003498 A JP 2014-204300 A
따라서, 본 발명은, 절연성능을 확보하여 부분방전 발생을 억제할 수 있는 회전전기기계의 스테이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 슬롯에 대한 도체의 점적률을 증대시켜 출력을 제고할 수 있는 회전전기기계의 스테이터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 고가의 절연재질의 사용을 억제하여 제조비용을 저감할 수 있는 회전전기기계의 스테이터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 티스의 폭을 증대시켜 자속포화발생을 억제할 수 있는 회전전기기계의 스테이터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 티스 및 슬롯을 구비한 스테이터코어; 및 상기 슬롯의 내부에 삽입되는 복수의 헤어핀을 미리 설정된 패턴으로 연결하여 형성되는 스테이터코일;을 포함하고, 상기 헤어핀은, 도체 및 상기 도체의 외면을 감싸게 형성되는 피막을 구비하고, 상기 스테이터코일은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간에 배치되는 제1헤어핀 및 상기 제1구간 이후의 제2구간에 배치되는 제2헤어핀을 포함하고, 상기 제1헤어핀은 상기 제2헤어핀에 비해 우수한 절연성능을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전전기기계의 스테이터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 비유전율이 낮은 재질로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 도체의 단면적은 상기 제2헤어핀의 도체의 단면적과 동일하게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막과 동일한 두께를 구비하게 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 두껍게 형성된다.
상기 제1헤어핀의 도체의 단면적은 상기 제2헤어핀의 도체의 단면적에 비해 작게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 도체의 단면적은 상기 제2헤어핀의 도체의 단면적과 동일하게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 단면적은 상기 제2헤어핀의 단면적에 비해 크게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이터코어의 슬롯에는 상기 제1헤어핀을 수용할 수 있게 확장된 폭을 가지는 확장부가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확장부는 상기 스테이터코어의 반경방향을 따라 상기 스테이터의 외주에 근접하게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 피막은 제2헤어핀의 피막과 동일한 비유전율을 구비한 재질로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1헤어핀의 폭 및 두께는 상기 제2헤어핀의 폭 및 두께와 동일하게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고, 상기 제1코일부는 상기 제1헤어핀을 구비하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고, 상기 제1코일부 및 상기 제1코일부에 연결되는 제2코일부는 상기 제1헤어핀을 각각 구비하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고, 상기 제1구간은 전압분담율이 60%이상으로 형성되는 상기 제1코일부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고, 상기 제1구간은 전압분담율이 50%이상으로 형성되는 상기 제1코일부 및 상기 제1코일부에 연결되는 제2코일부를 포함하여 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터코일은 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간에 제1헤어핀을 배치하고, 상기 제1구간 이후에 제2헤어핀을 배치하되, 상기 제1헤어핀이 상기 제2헤어핀에 비해 우수한 절연성능을 구비하게 구성함으로써, 고전압 서지에 기인한 부분방전 발생 가능성이 상대적으로 높은 전원 입력 측(제1구간)의 절연성능을 확보하여 부분방전 발생을 억제할 수 있다.
또한, 고전압 서지에 기인한 부분방전 발생 가능성이 상대적으로 낮은 상기 제1구간 이후에는 상대적으로 절연 성능이 낮은 제2헤어핀을 배치하고, 상기 제2헤어핀은 피막의 두께를 상대적으로 얇게 구성함으로써, 상기 도체의 점적률을 증대시킬 수 있고, 이에 의해 회전전기기계의 출력이 제고될 수 있다.
또한, 고전압 서지에 기인한 부분방전 발생 가능성이 상대적으로 높은 상기 제1구간의 제1헤어핀의 피막을 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 비유전율이 낮은 고가의 절연재질로 구성함으로써, 비유전율이 낮은 고가의 절연재질의 사용을 저감할 수 있어 상기 스테이터코일의 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 고전압 서지에 기인한 부분방전 발생 가능성이 상대적으로 높은 상기 제1구간의 제1헤어핀의 피막을 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 비유전율이 낮은 고가의 절연재질로 구성함으로써, 절연성능 확보를 위해 피막의 두께를 증가시키지 아니하므로 슬롯의 크기를 상대적으로 작게 구성할 수 있어 티스의 폭이 상대적으로 증가되어 자속포화 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 사시도,
도 2는 도 1의 스테이터의 정면도,
도 3은 도 2의 스테이터의 저면도,
도 4는 도 1의 스테이터의 헤어핀의 사시도,
도 5는 도 4의 헤어핀의 단면도,
도 6은 도 1의 스테이터코일의 개략적인 결선도,
도 7은 도 6의 각 코일부의 전압분담률을 도시한 도면,
도 8은 도 1의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면,
도 9는 도 8의 스테이터코일의 변형례,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면,
도 11은 도 10의 스테이터코일의 변형례,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면,
도 13은 도 12의 스테이터코일의 변형례이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 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 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 스테이터의 정면도이며, 도 3은 도 2의 스테이터의 저면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계의 스테이터는, 스테이터코어(110) 및 스테이터코일(150)을 구비한다.
상기 스테이터코어(110)는, 복수의 슬롯(114) 및 티스(116)를 구비하여 구성된다. 상기 스테이터코어(110)는 내부에 로터(미도시)가 회전가능하게 수용될 수 있게 로터수용공(118)이 관통 형성된다. 상기 스테이터코어(110)는, 예를 들면, 상기 슬롯(114) 및 티스(116)가 형성된 전기강판(112)을 절연 적층하여 형성된다. 상기 전기강판(112)은, 예를 들면, 원형으로 형성되고, 중앙에 상기 로터수용공(118)이 관통 형성된다. 상기 로터수용공(118)의 둘레에는 치 형상을 가지는 티스(116)가 미리 설정된 피치 간격으로 이격 형성되고, 상기 티스(116)의 사이에 상기 슬롯(114)이 관통 형성된다. 상기 슬롯(114) 및 티스(116)는 원주방향을 따라 서로 교호적으로 형성된다.
상기 스테이터코일(150)은 상기 슬롯(114)의 내부에 삽입되는 복수의 헤어핀(210)을 구비하여 구성된다. 상기 스테이터코일(150)은 전원의 각 상에 연결되는 복수의 상별코일부(152)를 구비한다. 상기 복수의 상별코일부(152)는, 예를 들면, 전원의 u상에 연결되는 u상코일부(152U), 전원의 v상에 연결되는 v상코일부(152V) 및 전원의 w상에 연결되는 w상코일부(152W)를 구비한다. 상기 각 상별코일부(152)는, 예를 들면, 서로 병렬로 연결되는 제1상별코일부 및 제2상별코일부를 구비한다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 u상코일부(152U)는, 서로 병렬로 연결되는 제1u상 코일부(152U1) 및 제2u상 코일부(152U2)를 구비한다. 상기 v상코일부(152V)는, 서로 병렬로 연결되는 제1v상 코일부(152V1) 및 제2v상 코일부(152V2)를 구비한다. 상기 w상코일부(152W)는, 서로 병렬로 연결되는 제1w상 코일부(152W1) 및 제2w상 코일부(152W2)를 구비한다.
도 4는 도 1의 스테이터의 헤어핀의 사시도이고, 도 5는 도 4의 헤어핀의 단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 헤어핀(210)은, 미리 설정된 길이의 도체를 대략 "U"형상으로 절곡하여 형성된다. 상기 헤어핀(210)은, 통전이 가능한 도체(212) 및 상기 도체(212)의 표면을 감싸게 절연재질로 형성되는 피막(214)을 구비한다.
상기 헤어핀(210)은, 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입부(220) 및 상기 한 쌍의 삽입부(220)의 일 단부를 연결하는 연결부(230)를 구비한다. 상기 한 쌍의 삽입부(220)는 미리 설정된 간격을 두고 서로 이격되어 나란하게 배치되는 제1삽입부(221) 및 제2삽입부(222)를 구비한다. 상기 한 쌍의 삽입부(220)는, 예를 들면, 6슬롯피치 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제1삽입부(221)가 제1슬롯에 삽입되면 제2삽입부(222)는 상기 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 상기 제1슬롯으로부터 6번째 슬롯인 제7슬롯에 삽입된다.
상기 한 쌍의 삽입부(220)는 상기 스테이터코어(110)의 적층두께에 비해 긴 길이를 구비하게 각각 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 한 쌍의 삽입부(220)는 상기 스테이터코어(110)의 일 단부에서 상기 슬롯(114)의 내부에 삽입된 후, 상기 스테이터코어(110)의 타 단부로 돌출된다. 상기 스테이터코어(110)의 타 단으로 ㄷ되돌출된 삽입부의 나머지 구간(영역)은, 상기 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 경사지게 절곡된 후, 미리 설정된 패턴에 따라 다른 헤어핀(210)과 상호 통전 가능하게 연결된다. 상기 한 쌍의 삽입부(220)는, 상기 스테이터코어(110)의 원주방향을 따라 경사지게 절곡되는 경사연장부(225) 및 상기 경사연장부(225)의 단부에 축방향으로 절곡되어 다른 도체(212)와 연결되는 연결단부(227)를 각각 구비한다.
상기 각 상별코일부(152)는 복수의 헤어핀(210)을 각각 구비하여 구성된다. 상기 각 상별코일부(152)의 일 단부에는 외부 전원(예를 들면, 인버터)과 연결되는 전원입력부(155)가 연결된다. 상기 전원입력부(155)는, 상기 제1u상 코일부(152U1) 및 상기 제2u상 코일부(152U2)에 연결되는 u상전원입력부(155U), 상기 제1v상 코일부(152V1) 및 상기 제2v상 코일부(152V2)가 연결되는 v상전원입력부(155V) 및 상기 제1w상 코일부(152W1) 및 상기 제2w상 코일부(152W2)가 연결되는 w상전원입력부(155W)를 구비한다. 상기 각 상별코일부(152)의 첫번째 헤어핀(210)에는 상기 스테이터코어(110)의 단부로부터 축방향으로 돌출되게 연결와이어(158)가 각각 연결된다. 상기 각 전원입력부(155)는 상기 연결와이어(158)에 각각 통전 가능하게 연결된다.
도 6은 도 1의 스테이터코일의 개략적인 결선도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각 상별코일부(152)(u상코일부(152U), v상코일부(152V), w상코일부(152W))는, 예를 들면, 크기가 같고 위상이 120도씩 다른 3개의 전원을 삼각 형상으로 결선하는 소위 삼각 결선 또는 델타 결선(delta connection) 방법으로 연결될 수 있다. 상기 스테이터코일(150)은, 예를 들면, 기동시 델타 결선으로 기동하고, 운전시 와이 결선으로 운전될 수 있게 구성될 수 있다.
도 7은 도 6의 각 코일부의 전압분담률을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코일(150)은 복수의 상별코일부(152)를 구비하고, 상기 복수의 상별코일부(152)는, 서로 직렬로 연결된 복수의 부분코일부를 각각 구비한다. 상기 부분코일부는, 상기 u상코일부(152U)를 예를 들어 설명하면, 제1코일부(153U1), 제2코일부(153U2), 제3코일부(153U3) 및 제4코일부(153U4)를 각각 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제1코일부(153U1), 제2코일부(153U2), 제3코일부(153U3) 및 제4코일부(153U4)는, 각각 미리 설정된 개수의 헤어핀(210)을 각각 구비하여 구성될 수 있다. 상기 스테이터코일(150)에 전원 인가 시 상기 제1코일부(153U1), 제2코일부(153U2), 제3코일부(153U3) 및 제4코일부(153U4)에는 분담전압이 서로 다르게 각각 인가된다.
보다 구체적으로, 상기 스테이터코일(150)의 전원 인가 시 시간에 따른 입력전압의 변화를 오실로스코프(oscilloscope)로 검출하면, 상기 각 상별코일부(152)의 전원입력부(155)와 연결되는 제1코일부(153U1)의 전압분담률이 60%이상으로 가장높고, 상기 제1코일부(153U1)에 연결되는 제2코일부(153U2)의 전압분담율이 50%이상에서 60%미만으로 출력되고, 상기 제2코일부(153U2)에 연결되는 제3코일부(153U3) 및 상기 제3코일부(153U3)에 연결되는 제4코일부(153U4)의 전압분담율은 대략 40%이상에서 50%미만으로 출력됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터코일(150)은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(210a) 및 상기 제1구간(160a) 이후의 구간(제2구간(160b))에 배치되는 제2헤어핀(210b)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제1헤어핀(210a)은 상기 제2헤어핀(210b)에 비해 우수한 절연성능을 구비하게 구성된다.
도 8은 도 1의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 내부에는 복수의 헤어핀(삽입부)이 반경방향을 따라 이격되게 삽입되어 있다. 상기 슬롯(114)의 내부의 헤어핀(210)은 상기 스테이터코어(110)의 반경방향을 따라 가장 내측에 배치되는 제1레이어(121a), 상기 제1레이어(121a)의 외측에 제2레이어(121b) 내지 제5레이어(121e)가 배치되고, 상기 제5레이어(121e)의 외측에 제6레이어(121f)가 배치된다.
본 실시예의 스테이터코일(150)은, 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(210a) 및 상기 제1구간(160a)의 이후의 제2구간(160b)에 배치되는 제2헤어핀(210b)을 포함하여 구성된다.
상기 슬롯(114)의 상기 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)에는 상기 제1헤어핀(210a)이 구비될 수 있다. 상기 슬롯(114)의 제6레이어(121f) 및 상기 제5레이어(121e)는 상기 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 제4레이어(121d), 제3레이어(121c), 제2레이어(121b) 및 제1레이어(121a)에는 상기 제2헤어핀(210b)이 구비될 수 있다. 상기 제4레이어(121d), 제3레이어(121c), 제2레이어(121b) 및 제1레이어(121a)는 상기 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 제1헤어핀(210a)은, 통전이 가능한 제1도체(212a) 및 상기 제1도체(212a)의 외면을 감싸게 형성되는 제1피막(214a)을 구비한다.
상기 제2헤어핀(210b)은, 통전이 가능한 제2도체(212b) 및 상기 제2도체(212b)의 외면을 감싸게 형성되는 제2피막(214b)을 구비한다.
상기 제1헤어핀(210a) 및 제2헤어핀(210b)의 도체(제1도체(212a), 제2도체(212b))는 동일한 단면적을 구비하게 형성된다. 상기 제1도체(212a) 및 제2도체(212b)는 동일한 폭 및 두께를 구비하게 구성된다.
한편, 상기 제1헤어핀(210a)의 피막(제1피막(214a))은 상기 제2헤어핀(210b)의 피막(제2피막(214b))에 비해 비유전율(specific inductive capacity,比誘電率)이 낮은 절연재질로 형성된다. 이에 의해, 상기 제1헤어핀(210a)이 상기 제2헤어핀(210b)에 비해 더 우수한 절연성능을 구비할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제1피막(214a)은 비유전율이 3 내지 3.4인 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1피막(214a)은, 예를 들면, 폴리이미드(PI) 또는 피이이케이(PEEK:Poly Ether Ether Ketron)로 형성될 수 있다.
상기 제2피막(214b)은 비유전율이 4.1 이상인 재질로 형성될 수 있다. 상기 제2피막(214b)은, 예를 들면, 폴리아미드이미드(PAI)로 형성될 수 있다.
상기 제1피막(214a)의 두께는 상기 제2피막(214b)의 두께와 동일한 두께로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1헤어핀(210a) 및 제2헤어핀(210b)은 단면적이 동일하게 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 상기 제1헤어핀(210a)은 상기 제2헤어핀(210b)은 동일한 내폭을 구비한 슬롯(114)의 내부에 동시에 삽입될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1구간(160a)의 절연성능이 확보되면서도 상기 제1헤어핀(210a)의 단면적이 증가하지 아니하므로, 상기 슬롯(114)의 크기를 종전과 동일하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 티스(116)의 폭이 감소되지 아니하므로, 상기 티스(116)의 폭의 감소에 기인한 자속 포화 발생이 억제될 수 있다.
상기 스테이터코일(150)의 복수의 코일부 중, 전압분담율이 상대적으로 높은 제1코일부 및 제2코일부는 상대적으로 절연특성이 우수한 제1헤어핀(210a)으로 구성되는 상기 제1구간(160a)을 형성한다. 여기서, 상기 제1헤어핀(210a)이 사용되는 제1코일부 및 제2코일부(상기 제1구간(160a))의 전압분담율은, 예를 들면, 50%이상으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 스테이터코일(150)의 복수의 코일부 중 전압분담율이 상대적으로 낮은 제3코일부 및 제4코일부는 상기 제2헤어핀(210b)으로 구성되는 제2구간(160b)일 수 있다. 여기서, 상기 제3코일부 및 제4코일부, 즉 상기 제2구간(160b)의 전압분담율은, 예를 들면, 50%미만으로 설정될 수 있다.
이에 의해, 전압분담율이 상대적으로 높은 제1구간(160a)(제1코일부 및 제2코일부)은 제1헤어핀(210a)으로 구성하고, 전압분담율이 상대적으로 낮은 제2구간(160b)(제3코일부 및 제4코일부)는 상대적으로 가격이 저렴한 제2헤어핀(210b)으로 구성함으로써, 고전압 서지에 기인한 부분방전 가능성을 저감할 수 있고, 상기 헤어핀의 제조 비용이 현저하게 저감될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코어(110)의 내부에 로터(미도시)가 배치되고, 상기 스테이터코일(150)에 전원이 인가되면 상기 로터가 상기 스테이터에 대해 회전될 수 있다. 이때, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에는 상대적으로 절연성능이 우수한 제1헤어핀(210a)이 구비됨으로써, 고전압 서지에 의한 부분방전 가능성이 현저하게 저감될 수 있다.
도 9는 도 8의 변형례이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스테이터코일(150a)은, 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(210a) 및 상기 제1구간(160a)의 이후의 구간(제2구간(160b))에 배치되는 제2헤어핀(210b)을 포함하여 구성된다.
상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 내부 제6레이어(121f)는 상기 제1헤어핀(210a)이 구비되는 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 슬롯(114)의 내부 제1레이어(121a), 제2레이어(121b), 제3레이어(121c), 제4레이어(121d) 및 제5레이어(121e)는 상기 제2헤어핀(210b)이 구비되는 제2구간(160b)을 형성한다. 여기서, 상기 제1구간(160a)은 전압분담율이 60%이상으로 설정될 수 있다.
이에 의해, 전압분담율이 상대적으로 높은 제1구간(160a)은 상대적으로 고가인 상기 제1헤어핀(210a)으로 구성하고, 전압분담율이 상대적으로 낮은 제2구간(160b)은 상대적으로 비용이 저렴한 상기 제2헤어핀(210b)으로 구성함으로써, 상기 제1구간(160a)의 절연성능이 확보되어 상기 제1구간(160a)의 부분방전 가능성을 현저하게 저감할 수 있고, 상기 스테이터코일(헤어핀)의 제조비용이 현저하게 저감될 수 있다.
전술 및 도시한 실시예에서, 상기 제1헤어핀(210a)이 배치되는 제1구간(160a)이 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 제5레이어(121e) 및 제6레이어(121f)로 설정되거나, 상기 슬롯(114)의 제6레이어(121f)로 설정된 경우를 각각 예를 들고 있으나, 이는 예시일 뿐이고 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1헤어핀(210a)이 구비되는 상기 제1구간(160a)은 상기 헤어핀의 개수로 정해질 수 있으며, 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 원주방향을 따라 일부 슬롯(114)은 제5레이어(121e) 및 제6레이어(121f)에 상기 제1헤어핀(210a)이 구비되고, 다른 슬롯(114)은 제6레이어(121f)에 상기 헤어핀이 구비되게 구성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계의 스테이터의 스테이터코일(150b)은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(310a) 및 상기 제1구간(160a) 이후의 구간에 배치되는 제2헤어핀(310b)을 포함하여 구성된다.
상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 내부의 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)에는 상기 제1헤어핀(310a)이 구비되는 상기 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 슬롯(114)의 내부의 제4레이어(121d), 제3레이어(121c), 제2레이어(121b) 및 제1레이어(121a)에는 상기 제2헤어핀(310b)이 구비되는 상기 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 제1헤어핀(310a)은, 제1도체(312a) 및 상기 제1도체(312a)의 외면을 감싸게 형성되는 제1피막(314a)을 구비한다. 상기 제1헤어핀(310a)은, 예를 들면, 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)의 내부 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)에 구비될 수 있다. 상기 슬롯(114)의 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)는 상기 제1구간(160a)을 형성한다.
상기 제2헤어핀(310b)은, 제2도체(312b) 및 상기 제2도체(312b)의 외면을 감싸게 형성되는 제2피막(314b)을 구비한다. 상기 제2헤어핀(310b)은 상기 슬롯(114)의 제1레이어(121a), 제2레이어(121b), 제3레이어(121c) 및 제4레이어(121d)에 구비될 수 있다. 상기 슬롯(114)의 제1레이어(121a), 제2레이어(121b), 제3레이어(121c) 및 제4레이어(121d)는 상기 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 제1도체(312a) 및 제2도체(312b)는 동일한 단면적을 구비할 수 있다. 상기 제1도체(312a)의 폭 및 두께는 상기 제2도체(312b)의 폭 및 두께와 동일하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 제1피막(314a)의 두께는 상기 제2피막(314b)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1헤어핀(310a)은 상기 제2헤어핀(310b)에 비해 더 우수한 절연성능을 구비할 수 있다. 상기 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)은 서로 동일한 비유전율을 구비하는 절연재질로 형성된다. 상기 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)의 비유전율은 4.1이상으로 형성된다. 상기 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)은 전술한 폴리아미드이미드(PAI)로 구현될 수 있다. 이에 의해, 상대적으로 저렴한 절연재질로 제1헤어핀(310a) 및 제2헤어핀(310b)의 피막을 각각 형성함으로써, 상기 헤어핀의 제조비용을 현저하게 저감할 수 있다. 또한, 전압분담율이 높은 상기 제1구간(160a)의 절연성능을 확보할 수 있어 고전압 서지에 의한 부분방전 가능성을 현저하게 저감할 수 있다. 여기서, 상기 제1구간(160a)의 전압분담율은 50%이상으로 설정될 수 있다.
상기 제1헤어핀(310a)의 단면적은 상기 제2헤어핀(310b)의 단면적에 비해 크게 형성된다. 상기 제1헤어핀(310a)의 폭 및 두께는 상기 제2헤어핀(310b)의 폭 및 두께에 비해 크게 형성된다. 상기 스테이터코어(110)의 슬롯(114)에는 상기 제1헤어핀(310a)이 삽입될 수 있게 확장된 확장부(115)가 구비된다.
도 11은 도 10의 스테이터코일의 변형례이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 회전전기기계의 스테이터의 스테이터코일(150c)은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(310a) 및 상기 제1구간(160a) 이후의 구간에 배치되는 제2헤어핀(310b)을 포함하여 구성된다.
상기 슬롯(114)의 제6레이어(121f)는 상기 제1헤어핀(310a)이 구비되는 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 제1레이어(121a), 제2레이어(121b), 제3레이어(121c), 제4레이어(121d) 및 제5레이어(121e)는 상기 제2헤어핀(310b)이 구비되는 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 슬롯(114)에는 상대적으로 큰 단면적을 가지는 상기 제1헤어핀(310a)이 수용될 수 있게 확장된 확장부(115)가 구비될 수 있다.
상기 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)은, 전술한 바와 같이, 비유전율이 4.1이상으로 구현될 수 있다. 상기 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)은 전술한 폴리아미드이미드(PAI)로 구현될 수 있다. 이에 의해, 상대적으로 저렴한 절연재질로 제1피막(314a) 및 제2피막(314b)을 형성함으로써, 상기 스테이터코일(150)의 절연성능을 확보하면서 상기 스테이터코일(150)의 제조비용을 현저하게 저감할 수 있다.
한편, 상대적으로 전압분담율이 큰 상기 제1구간(160a)의 전압분담율은 60%로 설정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 스테이터의 헤어핀의 슬롯 내 배치상태를 도시한 도면이다. 본 실시예의 회전전기기계의 스테이터의 스테이터코일(150d)은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(410a) 및 상기 제1구간(160a) 이후의 구간에 배치되는 제2헤어핀(410b)을 포함하여 구성된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(114)의 내부 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)는 상기 제1헤어핀(410a)이 구비되는 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 제4레이어(121d), 제3레이어(121c), 제2레이어(121b) 및 제1레이어(121a)는 상기 제2헤어핀(410b)이 구비되는 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 제1헤어핀(410a)은, 제1도체(412a) 및 상기 제1도체(412a)의 외면을 감싸게 형성되는 제1피막(414a)을 구비한다.
상기 제2헤어핀(410b)은, 제2도체(412b) 및 상기 제2도체(412b)의 외면을 감싸게 형성되는 제2피막(414b)을 구비한다.
한편, 상기 제1헤어핀(410a)과 상기 제2헤어핀(410b)은 동일한 단면적을 구비하게 구성된다. 상기 제1도체(412a)는 상기 제2도체(412b)에 비해 작은 단면적을 구비한다. 상기 제1도체(412a)의 폭 및 두께는 상기 제2도체(412b)의 폭 및 두께에 비해 각각 작게 형성된다.
상기 제1피막(414a) 및 제2피막(414b)은 동일한 비유전율을 가지는 절연재질로 형성된다. 상기 제1피막(414a) 및 제2피막(414b)의 비유전율은 4.1 이상으로 구현된다. 상기 제1피막(414a) 및 제2피막(414b)은 전술한 폴리아미드이미드재질로 형성될 수 있다. 상기 제1피막(414a)은 상기 제2피막(414b)에 비해 두껍게 형성된다. 이에 의해, 상기 제1헤어핀(410a)은 상기 제2헤어핀(410b)에 비해 우수한 절연성능이 구비된다. 이러한 구성에 의하면, 전압분담율이 상대적으로 높은 제1구간(160a)에 상대적으로 절연성능이 우수한 제1헤어핀(410a)을 배치하고, 전압분담율이 상대적으로 낮은 제2구간(160b)에 상기 제2헤어핀(410b)을 배치함으로써, 상기 제1구간(160a)의 절연성능을 확보하여 부분방전 가능성을 저감하면서, 상기 스테이터코일(150)의 제조비용을 현저하게 저감할 수 있다.
상기 제1도체(412a)가 배치되는 상기 제6레이어(121f) 및 제5레이어(121e)를 포함하는 상기 제1구간(160a)의 전압분담율은, 예를 들면, 50% 이상으로 설정될 수 있다.
도 13은 도 12의 스테이터코일의 변형례이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계의 스테이터의 스테이터코일(150e)은, 상기 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간(160a)에 배치되는 제1헤어핀(410a) 및 상기 제1구간(160a) 이후의 구간에 배치되는 제2헤어핀(410b)을 포함하여 구성된다.
상기 슬롯(114)의 제6레이어(121f)는 상기 제1헤어핀(410a)이 구비되는 제1구간(160a)을 형성한다. 상기 슬롯(114)의 제1레이어(121a), 제2레이어(121b), 제3레이어(121c), 제4레이어(121d) 및 제5레이어(121e)는 상기 제2헤어핀(410b)이 구비되는 제2구간(160b)을 형성한다.
상기 제1헤어핀(410a)이 구비되는 상기 제1구간(160a)의 전압분담율은, 예를 들면, 60%이상으로 설정될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 전압분담율이 상대적으로 높은 상기 제1구간(160a)에 절연성능이 우수한 제1헤어핀(410a)을 배치하고, 전압분담율이 상대적으로 낮은 상기 제2구간(160b)에는 상기 제2헤어핀(410b)이 배치되게 구성함으로써, 상기 제1구간(160a)의 절연성능을 확보하여 부분방전 가능성을 억제하면서 상기 스테이터코일(150)의 전체 제조비용을 현저하게 저감할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 티스 및 슬롯을 구비한 스테이터코어; 및
    상기 슬롯의 내부에 삽입되는 복수의 헤어핀을 미리 설정된 패턴으로 연결하여 형성되는 스테이터코일;을 포함하고,
    상기 헤어핀은, 도체 및 상기 도체의 외면을 감싸게 형성되는 피막을 구비하고,
    상기 스테이터코일은, 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간에 배치되는 제1헤어핀 및 상기 제1구간의 이후의 제2구간에 배치되는 제2헤어핀을 포함하고,
    상기 제1헤어핀은 상기 제2헤어핀에 비해 우수한 절연성능을 구비하며,
    상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고,
    상기 제1코일부는 상기 제1헤어핀을 구비하고,
    상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 비유전율이 낮은 재질로 형성되고,
    상기 제1헤어핀의 도체의 단면적은 상기 제2헤어핀의 도체의 단면적과 동일하게 형성되는 회전전기기계의 스테이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 티스 및 슬롯을 구비한 스테이터코어; 및
    상기 슬롯의 내부에 삽입되는 복수의 헤어핀을 미리 설정된 패턴으로 연결하여 형성되는 스테이터코일;을 포함하고,
    상기 헤어핀은, 도체 및 상기 도체의 외면을 감싸게 형성되는 피막을 구비하고,
    상기 스테이터코일은, 전원이 입력되는 단부로부터 미리 설정된 제1구간에 배치되는 제1헤어핀 및 상기 제1구간의 이후의 제2구간에 배치되는 제2헤어핀을 포함하고,
    상기 제1헤어핀은 상기 제2헤어핀에 비해 우수한 절연성능을 구비하며,
    상기 스테이터코일은 복수의 헤어핀을 각각 구비한 제1코일부 내지 제n코일부를 구비하고,
    상기 제1코일부는 상기 제1헤어핀을 구비하고,
    상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 비유전율이 낮은 재질로 형성되고,
    상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막과 동일한 두께를 구비한 것을 특징으로 하는 회전전기기계의 스테이터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 두껍게 형성되는 회전전기기계의 스테이터.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤어핀의 피막은 상기 제2헤어핀의 피막에 비해 두껍게 형성되고,
    상기 제1헤어핀의 단면적은 상기 제2헤어핀의 단면적에 비해 크게 형성되고,
    상기 스테이터코어의 슬롯에는 상기 제1헤어핀을 수용할 수 있게 확장된 폭을 가지는 확장부가 형성되며,
    상기 확장부는 상기 스테이터코어의 반경방향을 따라 상기 스테이터의 외주에 근접하게 형성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계의 스테이터.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1헤어핀의 폭 및 두께는 상기 제2헤어핀의 폭 및 두께와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계의 스테이터.
  13. 삭제
  14. 제1항, 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1코일부에 연결되는 제2코일부는 상기 제1헤어핀을 구비하여 구성되고,
    상기 제1코일부 및 상기 제2코일부는 전압분담율이 50%이상으로 형성되고,
    상기 제1구간은 상기 제1코일부 및 상기 제2코일부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계의 스테이터.
  15. 제1항, 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1코일부는 전압분담율이 60%이상으로 형성되고,
    상기 제1구간은 상기 제1코일부를 포함하여 구성되는 회전전기기계의 스테이터.
  16. 삭제
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