KR20090025299A

KR20090025299A - 회전 전기 기계의 고정자 구조 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090025299A
Application number: KR1020087031932A
Authority: KR
Inventors: 겐지 하라다; 신고 후부끼
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-03-10
Also published as: US20090072653A1; WO2008050610A1; CN101485066A; JP2008109829A; EP2027639A1

Abstract

회전 전기 기계의 고정자(1)는 2개의 도선(A, B)이 열을 지어서 감긴 집중권 형태의 복수의 권선체(7)를 포함한다. 각 권선체(7)에 공급되는 도선의 수를 P, 고정자(1) 전체의 슬롯(권선체)의 수를 T, 중성점의 수(스타의 수)를 S라고 하면, 권선체(7) 사이에서 연장하는 권선은 T=3×S×P×N의 관계(N은 자연수)를 만족하도록 결정된 N개 권선체 걸러서 비틀어져 있다. 각 권선체(7)는 제1 도선(A, B)이 내측에 감기고 제2 도선(B, A)이 상기 제1 도선에 중첩되도록 외측에 감기고 내측 및 외측 도선이 동일 턴으로 감기도록 평행 권선으로서 열을 지어서 감긴다.

집중권 코일, 권선체, 고정자 구조, 회전 전기 기계, 자동차

Description

회전 전기 기계의 고정자 구조 및 그 제조 방법 {STATOR STRUCTURE OF ROTARY ELECTRIC MACHINE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전기 자동차 등에 사용되는 회전 전기 기계에 관한 것으로, 특히 회전 전기 기계에 포함되는 고정자 구조 및 그 고정자 구조의 제조 방법에 관한 것이다.

이러한 종류의 고정자 구조는, 예를 들어 일본특허공개공보 제2000-197294호에 개시된 것과 같은 집중권 코일이 있다. 집중권 코일은 직사각형 단면을 갖는 코일 와이어(도선)가 복수의 층을 형성하도록 감기고, 각 층에서 도선이 열을 지어서 감긴다. 이 코일에서, 도선이 하나의 열에서 다른 열로 이동하는 열 변경부 및 도선이 하나의 층에서 인접하는 층으로 이동하는 층 변경부는 원형 단면을 갖는다.

일본특허공개공보 제2000-197294호에 개시된 것과 같은 집중권 코일에서는, 복수의 도선이 각 상에서 1개의 슬롯 둘레에 감긴다. 평행 와이어와 같은 복수의 도선이 열을 지어서 감길 때, 감는 방법에 따라서, 슬롯 내의 각 도선에 유도되는 누설 자속의 언밸런스 또는 동일 턴 내에서 각 도선의 둘레 길이의 차에 기인한 인덕턴스의 차가 발생할 수도 있다. 이는 순환 전류 등의 손실을 일으켜서, 절연성의 문제를 발생시킬 수도 있다. 이러한 문제에 대처하기 위하여, 하나의 코일의 권선 동안 2개의 와이어가 몇 번 비틀어져 코일 단부에서 권선의 위치를 바꾸는 것이 제안된다. 그러나, 권선의 이 비틈은 권선의 붕괴, 부피가 큰 코일 단부 등의 문제를 일으킬 수도 있다.

본 발명은 앞선 문제를 감안하여 행해진 것이며, 권선이 붕괴되거나 부피가 커지는 것을 방지할 수 있고 또한 순환 전류 등의 손실을 감소시킬 수 있는 회전 전기 기계의 고정자 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 독립 청구항에서 설명된 특징의 조합에 의해서 달성되고, 종속 청구항은 본 발명의 더욱 유리한 실시예를 제공한다.

특히, 본 발명의 제1 태양은, 복수의 도선이 열을 지어서 감긴 집중권 형태의 복수의 권선체를 포함하며, 각 권선체에 공급되는 도선의 수를 P, 고정자 전체의 슬롯의 수(권선체의 수)를 T, 중성점의 수(스타의 수)를 S라고 하면, 상기 권선체 사이에서 연장하는 권선이 T=3×S×P×N의 관계(N은 자연수)를 만족하도록 결정된 N개 권선체 걸러서 비틀어진 회전 전기 기계의 고정자 구조를 제공한다.

본 발명의 상술된 구조에 따르면, 복수의 도선이 열을 지어서 감긴 집중권 형태의 권선체에서, 도선은 각 상에서 하나의 슬롯 둘레에 감긴다. 그러나, 슬롯 내에서 각 도선에 유도된 누설 자속의 언밸런스, 또는 동일 턴에서 각 도선의 둘레 길이의 차에 기인한 인덕턴스의 차에 따른 영향이 있을 수도 있다. 이는 순환 전류 등의 손실을 발생시킬 수도 있다. 본 발명의 상술된 구조에 따르면, 권선체 사이에서 연장하는 권선은 미리 정해진 조건을 만족시키는 N개 권선체 걸러서 비틀어진다. 따라서, 하나의 권선체 내에서 유발될 수 있는 도선 사이의 누설 자속의 차에 기인한 인덕턴스의 차가 동일 상에서 비틀림 위치 전후의 권선체 사이에서 상쇄된다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 용어 권선의 "비틀어짐"은 예를 들어 2개의 도선이 평행함을 유지하면서 180°만큼 회전되어 이들 두 도선의 위치를 바꾸는 것을 의미한다.

따라서, 회전 전기 기계의 이 고정자는 순환 전류 등의 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 고정자는 권선의 권선 붕괴(winding disorder)를 감소시키고 권선을 소형화할 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 도선은 제1 도선 및 제2 도선의 2개의 도선이며, 상기 2개의 도선은 제1 도선이 내측에 감기고 제2 도선이 상기 제1 도선에 중첩되도록 외측에 감기고 상기 제1 및 제2 도선이 내측 및 외측에서 동일 턴으로 감기도록 평행 권선으로서 열을 지어서 감긴다.

본 발명의 상기 구조에 따르면, 2개의 도선은 내측 및 외측에서 동일 턴을 갖는 평행 권선으로 감긴다. 따라서, 이들 도선은 동일 턴의 조합에서 서로 접촉하게 된다. 따라서, 턴들 사이에서 요구되는 전압은 대략 턴당 내전압이고, 구체적으로는 종래 기술의 것과 같거나 또는 절반 미만인 막 내전압(film withstand voltage)이다. 또한, 2개의 도선이 평행 권선으로 감기고, 이는 도선이 감길 때 가해지는 부하를 감소시킬 수 있다.

따라서, 턴들 사이의 전위의 차가 감소될 수 있다.

바람직하게는, 상기 권선체 사이의 권선은 비틀림부를 갖는 버스 바아를 통해 서로 접속된다.

본 발명의 상기 구조에 따르면, 권선체 사이의 권선은 비틀림부를 갖는 버스 바아를 통해 서로 접속된다. 따라서, 권선체 사이에서 연장하는 권선은 비틀어질 필요가 없고, 따라서 비틀기 위한 장비가 요구되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 용어 "비틀림부를 갖는 버스 바아"는 예를 들어 2개의 도선을 위해 사용될 때 버스 바아의 일단부와 타단부 사이에서 2개의 접속 단말의 위치가 바뀌는 것을 의미한다.

따라서, 복수의 보빈 둘레에 도선을 감기 위한 권선 장치가 구조면에서 간소화될 수 있다.

바람직하게는, 상기 도선은 원형 단면을 갖고, 외측에 감긴 도선은 내측에 감긴 도선의 열 사이에 배치된다.

상기 구성에 따르면, 일반적으로 사용되는 둥근 단면을 갖는 도선이 도선으로서 사용될 수 있다.

따라서, 고정자는 비교적 낮은 비용으로 제조될 수 있다.

바람직하게는, 상기 도선은 동일한 재료로 만들어진 절연막으로 코팅된다.

상기 구성에 따르면, 2개의 도선은 동일 재료로 만들어진 절연막으로 코팅되어, 2개의 도선은 절연막으로 서로 접합된다.

따라서, 권선은 붕괴되는 것이 방지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 도선은 제1 도선과 제2 도선의 2개의 도선이며, 상기 2개의 도선은 평행 권선이 내측으로부터 순차적으로 감기고 외측의 평행 권선이 내측에 감긴 평행 권선에 중첩되도록 감기도록 평행 권선으로서 열을 지어서 감긴다.

상기 구성에 따르면, 감긴 도선은 개별 층으로 통합될 수 있다.

따라서, 권선은 붕괴되는 것이 방지될 수 있다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 상술된 회전 전기 기계의 고정자 구조 중 어느 하나를 위한 권선 장치이며, 상기 권선 장치는 내측에 놓일 도선이 1턴만큼 완전하게 감기기 전에 외측에 놓일 도선을 공급하는 방식으로 개별적으로 도선을 공급하기 위한 도선 공급 장치를 포함하는 권선 장치를 제공한다.

본 발명의 상기 구조에 따르면, 외측 도선이 내측 도선 위에 감길 때, 외측 도선의 장력뿐만 아니라, 내측 도선의 장력도 조정될 수 있다. 내측 도선 및 외측 도선은 개별적으로 감기지 않고, 이는 필요한 감는 수를 감소시킬 수 있다.

이는 감는 작업에 기인한 도선의 손상을 감소시킬 수 있고, 도선을 감는 데 필요한 시간을 감소시킨다.

또한, 다른 태양에 따르면, 본 발명은 전술된 회전 전기 기계의 고정자 구조를 제조하는 방법이며, 상기 방법은 동일 회전축 상에서 동일 상을 위한 권선체를 구성하는 복수의 보빈을 유지하는 유지 장치를 이용하고, 상기 방법은, 상기 유지 장치의 단부 위치에서 하나의 보빈 둘레에 도선을 감는 단계와, 보빈 둘레에 도선을 감는 권선 단계 후에 고정자의 형성을 위하여 크로스오버 길이만큼 도선을 인출하는 단계와, 도선을 크로스오버 길이만큼 인출한 후 미리 정해진 위치로 회전축을 따라 보빈을 이동시키고 유지 장치의 단부 위치에 다른 보빈을 유지하는 단계를 포함하는 일련의 단계를 갖고, 상기 일련의 단계가 반복되어 동일 상에 대하여 권선체를 구성하는 복수의 보빈 둘레에 도선을 감는, 회전 전기 기계의 고정자 구조의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 구조에 따르면, 하나의 보빈이 유지되고 상기 보빈 둘레에 도선이 감긴다. 도선을 감은 후에, 각 도선은 크로스오버 길이만큼 인출된다. 도선이 그 둘레에 감긴 보빈은 미리 정해진 위치로 이동되고, 그런 후 다른 보빈이 그 둘레에 도선이 감기도록 유지된다. 이러한 일련의 공정이 연속적으로 반복된다. 따라서, 적어도 하나의 상을 구성하는 복수의 권선체가 연속적으로 형성되고, 따라서 권선은 모든 권선체 사이에서 개별적으로 접속될 필요가 없다.

이런 식으로, 권선이 모든 권선체 사이마다 개별적으로 접속되지 않기 때문에, 고정자의 제조 공정이 간소화될 수 있다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 분할된 고정자 코어로부터 보빈을 형성하는 단계와, 전술된 제조 방법에 따라 제조된 상이한 상을 위한 복수 세트의 권선체를 상이한 상의 권선체가 인접하게 배치되고 서로로부터 1상만큼 어긋나게 배치하는 단계와, 일체식 환형 형상을 형성하도록 상기 권선체를 위치설정하는 단계를 포함하는 고정자의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 구조에 따르면, 보빈은 분할된 고정자 코어로 구성되고, 보빈의 사용은 적어도 하나의 상을 구성하는 복수의 권선체를 연속적으로 형성한다. 더욱이, 인접하는 상의 개별 연속적인 권선체는 하나의 상의 권선체가 인접하는 상의 것들로부터 1상만큼 어긋나 서로 중첩되도록 배치된다. 최종적으로, 이들 권선체는 환형 형상으로 위치설정되어 고정자로서 일체로 형성된다. 따라서, 각 권선체는 코어 몸체에 개별적으로 고정될 필요가 없고, 권선은 권선체 사이에서 개별적으로 접속될 필요가 없다.

각 권선체가 코어 몸체에 고정되지 않고 권선이 권선체 사이에서 접속되지 않기 때문에, 고정자의 제조가 간소화될 수 있다.

도1은 회전 전기 기계의 고정자의 개략적인 구성의 정면도 및 그 부분 확대도이다.

도2는 1개의 권선체의 정면도이다.

도3은 고정자의 전기적 구성을 도시하는 전기 회로도이다.

도4는 일련의 6개의 권선체의 정면도이다.

도5는 식 (1)의 파라미터의 수치의 조합을 도시하는 일람표이다.

도6은 식 (1)의 파라미터의 수치의 조합을 도시하는 일람표이다.

도7은 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.

도8은 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도9는 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도10은 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도11은 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도12는 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도13은 공정의 일 단계를 도시하는 설명도이다.

도14는 1개의 권선체의 정면도이다.

도15는 1개의 권선체의 정면도이다.

도16은 1개의 권선체의 정면도이다.

도17은 1개의 권선체의 정면도이다.

도18은 회전 전기 기계의 고정자의 개략적인 구성의 정면도 및 그 부분 확대도이다.

<제1 실시예>

회전 전기 기계의 고정자 구조 및 그 제조 방법을 구체화한 본 발명의 제1 실시예를 첨부 도면을 참조해서 아래에서 상세하게 설명한다.

도1은 회전 전기 기계의 고정자(1)의 개략적인 구성을 도시하는 정면도 및 그 부분 확대도이다. 고정자(1)는 U, V, W의 3상, 12극 및 18코일을 갖는 싱글 스타(star) 구성(1개의 중성점)으로 만들어진 집중권 형태의 것이다. 고정자(1)는 환형 고정자 코어(2)를 갖는다. 권선(4)은 코어(2)의 슬롯(3) 내에 제공된다. 고정자(1)의 내부 공간(5)에 회전자(도시 생략)가 조립되어, 회전 전기 기계를 제조한다.

이 실시예에서, 고정자 코어(2)는 별도로 미리 형성된 합계 18개의 분할 코어(6)로 구성된다. 도2는 1개의 분할 코어(6)로 만들어진 1개의 권선체(7)를 도시하는 정면도이다. 도2에는, 편의상, 권선(4)의 감긴 상태를 설명하기 위한 단면이 도시된다. 각 분할 코어(6)는 고정자 코어(2)의 외주를 구성하는 요크부(6a)와, 코어(2)의 중심에 향해서 돌출되는 치형부(6b)를 포함하고, 본 발명의 보빈을 구성한다. 각 분할 코어(6)의 슬롯(3)[치형부(6b) 둘레]에는 2개의 도선(A, B)이 열을 지어서 감겨서 권선(4)을 제공한다(도2에 있어서, 도선(A, B)은 "1A 내지 4A", 및 "1B 내지 4B"로 각각 기재됨). 이 실시예에서, 각 도선(A, B)은 직사각형 형상을 갖는다. 이렇게, 하나의 분할 코어(6)와, 분할 코어(6) 둘레에 제공된 권선(4)은 1개의 권선체(7)를 구성한다. 이 실시예에서, 도1에 도시한 것과 같이, 고정자(1)는 상 당 6개의 권선체(7)를 포함하고, 구체적으로 U상을 구성하는 6개의 권선체(7)(U1 내지 U6), V상을 구성하는 6개의 권선체(7)(V1 내지 V6) 및 W상을 구성하는 6개의 권선체(7)(W1 내지 W6)를 포함한다. 분할 코어(6)는 각각 도1에 도시한 것와 같이 환형 고정자 코어(2)의 일부를 구성할 수 있는 동일 형상을 갖는다. 각 분할 코어(6)는 절연 처리된 표면을 갖는다. 환형 형상으로 형성된 고정자 코어(6)는 모든 분할 코어(6), 즉 모든 권선체(7)를 일체식으로 고정하기 위한 고정자 코어(2)의 외주에 부착된 고정 링(8)에 의해서 체결된다.

이 실시예에서, 도2에 도시된 권선체(7)는 2개의 도선(A, B)을 4턴함으로써 형성된 권선(4)을 갖는다. 즉, 권선체(7)는 평행 권선으로서 열을 지어서 감긴 제1 도선(A) 및 제2 도선(B)을 포함한다. 도2에 도시된 권선체(7)에서, 구체적으로, 제1 도선(A)이 내측에 감기고, 제2 도선(B)이 외측에 감기어 제1 도선(A) 상에 위치되어, 내측 도선 및 외측 도선이 동일 턴의 평행 권선으로서 감긴다. 즉, 편의상 권선(A, B)에 주어진 참조부호 "1 내지 4"가 개별 턴의 수를 나타내는(다른 도면도 마찬가지임) 도2를 참조하면, 제1 턴에서, 제1 도선(1A)이 내측에 감기고, 그 외측에 제2 도선(1B)이 감긴다. 제2 턴에서, 제1 도선(2A)이 내측에 감기고, 그 외측에 제2 도선(2B)이 감긴다. 마찬가지로, 제3 턴에서의 도선(3A, 3B) 및 제4 턴에서의 도선(4A, 4B)이 연속하여 감긴다.

도1을 참조하면, 각각의 U, V, W상의 권선체(7)는 다른 상이 서로 인접하도록 연속적으로 배치된다. 즉, "U1, V1, W1" 상의 권선체(7)는 이 순서로 평행하게 배치된다. 이어서, "U2, V2, W2" 상의 권선체(7)는 이 순서로 평행하게 배치된다. 나머지 권선체(7)도 상술한 것과 동일한 방식으로 연속하여 배치된다. 6개의 권선체(7)가 동일 상을 구성하고, 예를 들면 U1 내지 U6의 인접하는 권선체(7)는 각 권선(4)으로부터 연속되는 부분인 2개의 도선(A, B)에 의해서 서로 각각 접속된다.

도3은 이 실시예에서의 고정자(1)의 전기적인 구성을 도시하는 전기 회로도이다. U상을 구성하는 U1 내지 U6의 6개의 권선(4), V상을 구성하는 V1 내지 V6의6개의 권선(4) 및 W상을 구성하는 W1 내지 W6의 6개의 권선(4)은 각각 직렬로 접속된다. U 내지 W의 각 상의 일단부에 위치된 U6, V6 및 W6의 3개의 권선(4)에서, 이들 권선(4)의 도선(A, B)의 단부는 중성점(MP)에서 함께 접속된다. 이 실시예에서, 예를 들어, 평행 권선, 즉 2개의 도선(A, B)은 중성점(MP)으로부터 3개의 권선(4)의 길이만큼 이격된 위치에서, 즉 U4상의 권선(4)과 U3상의 권선(4) 사이의 비틀림 위치(TP)에서 비틀어져 있다. 따라서, 도1에 점선에 의해 둘러싸인 2개의 원의 확대부에서 도시된 것과 같이, U3상과 U4상의 권선체(7)는 2개의 도선(A, B)의 내측 및 외측 위치가 바뀐 점에서 상이하다. 도4는 U상 당 일련의 6개의 권선체(7)를 도시하는 정면도이다. 도4에서 볼 수 있는 것과 같이, 평행 권선인 2개의 도선(A, B)은 U3상의 권선체(7)와 U4상의 권선체(7) 사이에서 비틀어진다. 이는 2개의 도선(A, B)의 외측 위치와 내측 위치가 U1 내지 U3상의 3개의 권선체(7)와 U4 내지 U6상의 3개의 권선체(7) 사이에서 서로 다르다는 것을 나타낸다. 마찬가지로, V 및 W 상의 각각의 6개의 권선체(7)에서도 또한 평행 권선[도선(A, B)]이 상술된 것과 같은 방식으로 비틀어져 있다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이 용어 "비틀어져"는 2개의 도선(A, B)이 180°만큼 평행하게 회전되어, 2개의 도선(A, B)의 위치가 바뀐 것을 의미한다.

각 상의 일련의 6개의 권선체(7)의 2개의 도선(A, B)이 상술된 것과 같이 비틀어진 이유는 평행 권선 사이에서의 전류의 비정상적인 손실을 방지하기 위해서다. 도3 및 도4에 도시된 것과 같이, 이 실시예에서, 비틀림 위치(TP)는 U4상의 권선체(7)와 U3상의 권선체(7) 사이에 위치설정된다. 즉, 권선체(7) 사이에서 연장하는 평행 권선[2개의 도선(A, B)]은 다음의 식 (1)을 만족시키도록 N개 권선체 걸러서 비틀어져 있다.

T=3×S×P×N ...(1)

여기서, "P"는 각 권선체(7)에 공급되는 도선의 수를 의미하고, 예를 들어 이 실시예에서는 "2"이고, "T"는 고정자(1)의 전체 슬롯의 수(권선체의 수)를 의미하고, 이 실시예에서는 "18"이고, "S"는 중성점의 수(스타의 수)를 의미하고, 이 실시예에서는 "1"이고, "N"은 무차원수이고 자연수이다.

상기 식 (1)에 따르면, "18=3×1×2×N"이 얻어지고, "N=3"이 된다. 따라서, 도4에 도시된 것과 같이, 권선체(7) 사이의 평행 권선(2개의 도선(A, B))은 3 개 권선체 걸러서 비틀어진다.

도5는 상기 식 (1)에 의해서 지시된 관계와 관련된 수치 "T, S, P, N"의 조합을 도시하는 일람표이다. 이 표는 이 실시예와 같이 모터 극의 수가 "12"로 특정되고 슬롯의 수(권선체의 수)가 "T=18"로서 특정된다. 이 표에서, 상기 식 (1)이 만족되는 경우는 원으로 표시되고, 상기 식 (1)이 만족되지 않을 경우 X로 표시된다. 표의 밑에서 5번째 행의 수치의 조합은 이 실시예의 고정자(1)에 대응한다. 다른 경우, 도5의 표는 "T=18, S=3 및 P=2"일 때 "N=1"의 결과가 얻어져서, 권선체 사이에서 연장하는 평형 권선이 1개 권선체 걸러서 비틀어짐을 나타낸다. 마찬가지로, "T=18, S=2, P=3"일 때 "N=1"의 결과가 얻어지고, 따라서 권선체 사이에서 연장하는 평행 권선은 1개 권선체 걸러서 비틀어진다. 또한, "T=18, S=1, P=3"일 때, "N=2"의 결과가 얻어지고, 따라서 권선체 사이에서 연장하는 평행 권선은 2개 권선체 걸러서 비틀어진다. "T=18, S=1, P=6"일 때 "N=1"의 결과가 얻어지고, 따라서, 권선체 사이에서 연장하는 평행 권선은 1개 권선체 걸러서 비틀어진다.

도6은 다른 경우에서 상기 식 (1)을 만족시키는 조건 하에서 "T, S, P, N" 수치의 조합을 도시하는 일람표이다. 도6은 다양한 조건 하에서 식 (1)에 의해서 표시되는 관계를 만족하는 수많은 경우가 존재한다는 것을 명백하게 도시한다.

도4를 참조하여, 각 상에 대해 일련의 6개의 권선체(7)의 제조 방법을 이하에서 설명한다. 도7은 제조 방법의 흐름도를 도시한다. 도8 내지 도13은 방법에서의 단계들의 설명도이다.

우선, 단계(이하 "S") 1에서, 각 분할 코어(6)의 표면에 절연 재료를 사용하 여 절연 처리를 한다.

다음으로, S2에서, U, V, W의 3상의 각각에 대하여 도선을 연속적으로 감아서 6개의 권선체(7)를 형성한다. 이 연속 권선 처리는 도8에 도시된 연속 권선 기계(21)를 사용하여 수행된다. 도8은 연속 권선 기계(21)를 개략적으로 도시한다. 이 기계(21)는 권선체(7) 및 분할 코어(6)를 유지하기 위한 유지 장치(22)와, 유지 장치(22)에 분할 코어(6)를 공급하기 위한 코어 공급 장치(23)와, 유지 장치(22)에 의해서 유지된 분할 코어(6)에 2개의 도선(A, B)을 각각 공급하기 위한 한 쌍의 도선 공급 장치(24A, 24B)를 포함한다.

도8에 도시된 것과 같이, 유지 장치(22)는 유지 장치의 축선(L1)에 대하여 대칭으로 형성된 한 쌍의 닙핑 프레임(25A, 25B)과, 양 닙핑 프레임(25A, 25B)의 일단부에서 축선(L1)에 대하여 동축으로 배치된 회전축(26)을 포함한다. 닙핑 프레임(25A, 25B)은 내측에 축선(L1)을 따라 균일한 간격으로 일렬로 배치된 전체 6개의 분할 코어(6)를 집도록 된 형상을 갖는 닙핑형(25a)을 갖는다. 양 닙핑 프레임(25A, 25B)은 분할 코어(6)를 유지하고 해제하도록 개폐되는 것이 허용된다. 이들 닙핑 프레임(25A, 25B)은 분할 코어(6) 등을 유지한 상태에서 회전축(26)을 중심으로 회전될 수 있다. 코어 공급 장치(23)는 분할 코어(6)를 일렬에 유지하면서 유지 장치(22)에 대하여 분할 코어(6)를 하나씩 공급하도록 구성된다.

도9는 도선 공급 장치(24A, 24B)의 개략도이다. 도8 및 도9에 도시된 것과 같이, 도선 공급 장치(24A , 24B)는 유지 장치(22)의 일 단부에 의해 유지된 상태에서, 회전되는 각 분할 코어(6)에 대하여 2개의 도선(A, B)을 각각 공급하도록 구 성된다. 도9에 도시된 것과 같이, 도선 공급 장치(24A, 24B)는, 분할 코어(6)의 내측에 도선(A 또는 B)이 1턴만큼 감기기 전에 외측에 적층될 도선(B 또는 A)이 공급되도록 구성된다. 구체적으로, 도선(A, B)에 대응하여 독립적으로 배치된 도선 공급 장치(24A, 24B)는 유지 장치(22)에 의해 분할 코어(6)가 1턴하기 전에(도9에 도시된 것과 같이 내측의 도선(A)이 완전하게 1턴만큼 감기기 전에), 외측의 도선(B)이 감겨서 도선(A) 상에 놓이도록 각 도선(A, B)을 공급한다. 반대로, 도선(B)이 내측에 감기는 경우, 분할 코어(6)의 회전축 및 회전 방향에 대한 도선 공급 장치(24A, 24B)의 상대 위치가 상하 반대로 바뀐다. 이 실시예에서, 2개의 도선 공급 장치(24A, 24B) 및 유지 장치(22)는 본 발명의 권선 장치를 구성한다.

이 단계 S2는 권선 단계, 인출 단계 및 유지 단계를 포함한다. 권선 단계에서, 하나의 분할 코어(6)가 유지 장치(22)의 단부 위치(EP)에 유지되고 도선(A, B)이 연속 권선 장치(21)를 사용하여 분할 코어(6) 둘레에 감긴다. 그 후에, 인출 공정에서, 분할 코어(6) 둘레에 도선(A, B)을 감은 후, 도선(A, B)은 고정자의 형성을 위해 크로스오버 길이(crossover length)만큼 인출된다. 도4에 도시된 것과 같이, 인접하는 권선체(7)를 연결하기 위한 도선(A, B)의 길이가 크로스오버 길이에 대응한다. 그런 후, 유지 공정에서, 도선(A, B)이 크로스오버 길이만큼 인출된 후, 유지 장치(22)의 양 닙핑 프레임(25A, 25B)이 일단 개방되어, 분할 코어(6)를 회전축(26)의 방향에 이동시킨다. 그런 후, 다시 양 닙핑 프레임(25A, 25B)을 닫음으로써, 분할 코어(6)를 유지 장치(22)에 의해 다시 유지하는 동시에, 다음의 분할 코어(6)를 유지 장치(22)의 단부 위치(EP)에 유지한다. 이런 식으로, S2에서 권선 단계, 인출 단계 및 유지 단계를 포함하는 일련의 단계가 반복적으로 수행되어, 도선(A, B)이 U, V, W상 중 동일한 상에 속하는 권선체(7)를 구성하는 6개의 분할 코어(6) 둘레에 감긴다.

S3에서, 연속적으로, 일련의 권선체(7)가 도10에서 도시된 것과 같이 U, V, W의 3상의 각각에 대해 일렬로 전개된다. 도10은, 예를 들어, U상의 일련의 권선체(7)를 도시한다.

그 후, S4에서, 도11에 도시된 것과 같이, U, V, W 3상의 일련의 권선체(7)는, 다른 상의 권선체(7)가 인접하게 배치되고 서로로부터 1상씩 어긋나게 배치된다. 도11에서, 우측 단부가 중성점(MP)에 대응된다.

S5에서, 다른 상의 권선체(7)가 서로로부터 1상씩 어긋나게 상기와 같이 배치된 3상의 권선체(7)의 3개의 세트는 둥근 형상으로 성형되어, 도12에 도시된 것과 같이, 고정자 코어(2)를 형성한다.

그런 후, S6에서, 둥근 형상의 고정자 코어(2)의 외주에 분할 고정 링(8)이 부착되어, 권선체(7)가 고정되고 따라서 위치설정되어 일체식 환형 형상을 형성한다. 이들 요소는 수축 끼움(shrink fitting)을 거쳐서 고정자(1)의 기본 구성의 제작을 완료한다.

그런 후, S7에서, 수축 끼움을 거친 고정자(1)의 단말이 처리된다. S8에서, 제품의 품질 관리의 일부로서 종합 검사가 수행된다. 이런 식으로, 고정자(1)의 제조가 완료된다.

이 실시예에서의 회전 전기 기계의 고정자 구조 및 이의 제조 방법에 따르 면, 다음의 이점이 얻어진다. 2개의 도선(A, B)이 열을 지어서 감기는 집중권 형태의 권선체(7)에서, 이들 2개의 와이어(A, B)는 각 상에서 하나의 슬롯(3) 둘레에 감긴다. 그러나, 슬롯(3) 내에서 각 도선(A, B)에서 유도되는 누설 자속의 언밸런스, 또는 동일 턴에서의 도선(A, B) 사이의 둘레 길이의 차이에 기인한 인덕턴스의 차이에 기인하여 악영향이 발생할 수도 있다. 이는 순환 전류 등의 손실을 유발할 수도 있다. 이 문제에 대처하기 위하여, 본 실시예의 고정자(1)의 구조에 따르면, 권선체(7) 사이에서 연장하는 평행 권선[2개의 도선(A, B)]이 상술된 식 (1)을 만족하는 조건 하에서 N개 권선체 걸러서 비틀어진다. 하나의 권선체(7)에서 유발될 수도 있는 도선(A, B) 사이의 누설 자속의 차에 기인한 인덕턴스의 차가, 동일 상에서 평행 권선[2개의 도선(A, B)]이 비틀어지는 비틀림 위치 전후의 권선체(7) 사이에서 상쇄된다. 본 실시예에서, 예를 들어, U3의 권선체(7)에서 발생한 인덕턴스의 차가 다음 U4의 권선체(7)에서 상쇄된다. 따라서, 회전 전기 기계의 고정자(1)는 순환 전류 등의 손실을 감소시킬 수 있다.

하나의 권선체(7)의 대응하는 권선(4) 내에서 2개의 도선(A, B)이 비틀려서 바뀔 필요가 없다. 이는 권선 단부(코일 단부)의 부피를 크게 하지 않고 권선(4)의 권선 붕괴를 감소시킬 수 있어, 권선(4)을 소형화할 수 있다.

본 실시예에서, 2개의 도선(A, B)이 내측 및 외측에서 동일 턴으로 평형 권선으로 감긴다. 따라서, 이들 2개의 도선(A, B)은 동일 턴에서 서로 접촉하게 된다. 따라서, 턴들 사이에 필요한 전압이 대략 턴 당의 내전압(withstand voltage)이다. 이는 종래 기술의 것과 같거나 또는 절반 미만인 막 내전압이다. 이는 턴 들 사이의 전위차를 감소시킬 수 있다. 또한, 2개의 도선(A, B)이 평행 권선으로 독립적으로 감기고, 이는 도선(A, B)이 분할 코어(6) 둘레에 감길 때 분할 코어(6)에 가해지는 부하를 감소시킨다. 구체적으로는, 이 실시예의 평행 권선에서, 분할 코어(6)에 가해지는 부하는 일체식으로 형성된 2개의 도선으로 구성된 직사각형 도선의 것의 대략 1/4까지 감소된다. 분할 코어(6)의 강성이 가해지는 부하의 감소에 대응하는 정도로 감소될 수 있어, 분할 코어(6)는 저 비용으로 제조될 수 있다.

본 실시예에서, 하나의 분할 코어(6)는 코어 공급 장치(23)로부터 공급되어 연속 권선 장치(21)의 유지 장치(22)에 의해 유지되고, 그런 후 2개의 도선(A, B)이 유지 장치(22)에 의해서 유지된 분할 코어(6) 둘레에 감긴다. 2개의 도선(A, B)을 감은 후, 도선(A, B)은 각각 크로스오버 길이만큼 인출된다. 2개의 도선(A, B)이 둘레에 감긴 분할 코어(6)는 유지 장치(22) 내부의 축선(L1)을 따라 이동되고, 그런 후 다음 분할 코어(6)와 함께 유지 장치(22)에 의해서 유지된다. 그런 후, 도선(A, B)은 다음 분할 코어(6) 둘레에 새롭게 감긴다. 이런 식으로, 일련의 공정이 연속적으로 반복된다. 각 상을 구성하는 일련의 6개의 권선체(7)가 연속적으로 형성되어, 권선체(7) 사이에서 평행 권선[2개의 도선(A, B)]을 개별적으로 접속할 필요성을 없앤다. 이는 고정자(1)의 제조 공정을 간소화할 수 있다.

본 실시예에서, 2개의 도선(A, B)을 각각 공급하는 2개의 도선 공급 장치(24A, 24B)가 제공된다. 공급 장치는, 도선(A, B)이 1턴만큼 내측에 감기기 전에 내측 도선의 외측에 놓일 도선(B, A)이 공급되는 방식으로 구성된다. 따라서, 외측 도선(B, A)이 내측 도선(A, B) 상에 감길 때, 외측 도선(B, A)의 장력뿐만 아 니라 내측 도선(A, B)의 장력도 조정될 수 있다. 내측 도선(A, B) 및 외측 도선(B, A)는 개별적으로 감기지 않고, 이는 감기 횟수를 감소시킬 수 있다. 이는 감는 작업에 기인한 도선(A, B)의 손상을 감소시킬 수 있어, 도선(A, B)을 감는 데 필요한 시간을 감소시킨다.

본 실시예의 제조 방법에 따르면, 분할 코어(6)는 분할된 고정자 코어(2)로 구성된다. U, V, W의 각 상에 대해서 일련의 6개의 권선체(7)가 이들 분할 코어(6)를 사용하여 연속적으로 형성된다. 그리고, 인접하는 U, V, W의 3상의 연속 권선체(7)는, 다른 상의 권선체(7)가 서로로부터 1상씩 어긋나게 배치된다. 그런 후 이들 권선체는 환형 고정자(1)로서 일체식으로 형성되도록 환형 형상으로 위치설정된다. 따라서, 각 권선체(7)는 코어 몸체에 개별적으로 고정될 필요가 없고, 평행 권선[도선(A, B)]은 권선체(7) 사이마다 개별적으로 접속될 필요가 없고, 이는 고정자(1)의 제조 공정을 간소화한다.

<제2 실시예>

다음으로, 회전 전기 기계의 고정자 구조를 구체화한 본 발명의 제2 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

이하에서 설명될 각 실시예(제2 실시예 포함)에서, 제1 실시예의 것과 동등한 구성은 동일한 참조부호를 붙이고, 이의 설명을 이하에서 생략한다. 이하에서는 제1 실시예와 다른 점을 주로 설명한다.

도14는 도2에 기초한 권선체(7)를 도시하는 정면도이다. 도14에 도시한 것과 같이, 본 실시예는, 2개의 도선(A, B)이 동일한 재료로 만들어진 절연막(11)으 로 코팅된 점에서 제1 실시예와 다르다. 2개의 도선(A, B)이 이러한 절연막(11)에 의해서 코팅되어 있기 때문에, 이들 2개의 도선(A, B)은 절연막(11)에 의해서 서로 접합되어, 2개의 도선(A, B)은 묶음으로서 용이하게 취급될 수 있다. 이는 권선(4)의 권선 붕괴를 방지할 수 있다. 다른 작용 및 이점은 제1 실시예의 것과 동일하다.

<제3 실시예>

다음으로, 회전 전기 기계의 고정자 구조를 구체화한 본 발명의 제3 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

본 실시예는, 분할 코어(6) 둘레에 평행 권선으로서 2개의 도선(A, B)을 감는 방법에서 상술된 각각의 실시예와 상이하다. 도15 및 도16은 도2에 대응하는 U상을 구성하는 권선체(7)를 도시하는 정면도이다. 도15는 U3의 권선체(7)를 도시하고, 도16은 U4의 권선체를 도시한다. U3 및 U4의 이들 권선체(7)는 도4에 대응하는 일련의 6개의 권선체(7)에 담겨 있다.

2개의 도선(A, B)은 열을 지어서 감긴 평행 권선을 형성한다. 이들 평행 권선은 턴 내에서 내측으로부터 분할 코어(6) 둘레에 일체식으로 감기고, 외측 상의 평행 권선[2개의 도선(A, B)]은 감겨서 내측에 감긴 평행 권선[2개의 도선(A, B)]을 중첩한다. 구체적으로, 도15에 도시된 것과 같이, 제1 턴을 위한 2개의 평행 권선[도선(1A, 1B)]이 내측의 분할 코어(6) 상에 일체식으로 감긴다. 그런 후, 제2 턴을 위한 2개의 평행 권선[도선(2A, 2B)]이 내측에 일체식으로 감긴다. 다음으로, 외측에 제3 턴을 위한 평행 권선[2개의 도선(3A, 3B)]이 제2 턴에서 내측에 감 긴 평행 도선[도선(2A, 2B)]에 중첩되도록 감긴다. 최종적으로, 외측에서 제4 턴을 위한 평행 권선[도선(4A, 4B)]이 제1 턴에서 내측에 감긴 평행 권선[도선(1A, 1B)]에 중첩되도록 감긴다. 이런 식으로 U3의 권선체(7)가 제조된다.

U3의 권선체(7)를 제조한 후, 2개의 도선(A, B)으로 형성된 다음의 평행 권선이 부분적으로 비틀어지고, 그런 후 상술된 것과 같은 식으로 다른 분할 코어(6) 둘레에 감긴다. 즉, 도16에 도시된 것과 같이, 제1 턴을 위한 2개의 평행 권선[도선(1A, 1B)]이 내측에서 분할 코어(6) 상에 일체식으로 감긴다. 그런 후, 제2 턴을 위한 2개의 평행 권선[도선(2A, 2B)]이 내측에 일체식으로 감긴다. 다음으로, 외측에서 제3 턴을 위한 평행 권선[도선(3A, 3B)]이 제2 턴에서 내측에 감긴 평행 권선[도선(2A, 2B)]에 중첩되도록 감긴다. 그 후, 외측에서 제4 턴을 위한 평행 권선[도선(4A, 4B)]이 제1 턴에서 내측에 감긴 평행 권선[도선(1A, 1B)]에 중첩되도록 감긴다. 이런 식으로, U4의 권선체(7)가 제조된다.

본 실시예에서는, 2개의 도선(A, B)으로 형성된 평행 권선이 차례로 내측으로부터 감기고 외측 평행 권선은 내측 평행 권선과 중첩되도록 감긴다. 따라서, 권선(4)에서, 와이어는 개별 층으로 통합될 수 있다. 이는 권선(4)의 권선 붕괴를 방지하는 것을 가능하게 한다.

<제4 실시예>

다음으로, 회전 전기 기계의 고정자 구조를 구체화한 본 발명의 제4 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는, 평행 권선을 구성하는 2개의 도선(A, B)의 형상과, 분할 코어(6) 둘레에 이들 권선을 감는 방법을 포함하는 구조에서 제1 실시예와 상이하다. 도17은 도2에 대응하는 권선체(7)를 도시하는 정면도이다.

본 실시예에서, 평행 권선을 구성하는 2개의 도선(A, B)은 각각 직사각형 단면이 아닌 원형 단면을 갖는다. 외측에 감긴 도선(B)은 이동되어 내측에 감긴 도선(A)의 열 사이에 배치된다. 본 실시예에서, 도선(B)의 감는 위치는 내측에 감긴 도선(A)에 대하여 마이너스 1턴의 방향으로 이동되고, 그런 후 도선(B)이 감긴다.

따라서, 일반적으로 이용되는 원형 단면의 권선이 본 실시예에서 도선(A, B)으로 이용될 수 있어, 고정자(1)는 비교적 낮은 비용으로 제조될 수 있다.

<제5 실시예>

다음으로, 회전 전기 기계의 고정자 구조를 구체화한 본 발명의 제5 실시예에 대해서 도18을 참조해서 상세하게 설명한다.

본 실시예는, U3의 권선체(7)와 U4의 권선체(7) 사이의 평행 권선이 비틀림부(7)를 갖는 버스 바아(12)를 통해 서로 접속되는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 즉, 본 실시예에서, 인접하는 권선체(7)의 권선(4)은, 평행 권선인 2개의 도선(A, B)이 고정자(1)를 구성하는 각 상의 일련의 6개의 권선체에 대해 비틀어질 위치에서 비틀림부를 갖는 버스 바아(12)를 통해 서로 접속된다. 2개의 도선을 위한 비틀림부를 갖는 버스 바아(12)에서, 2개의 접속 단말의 위치는 버스 바아(12)의 일 단부와 다른 단부 사이에서 바뀐다. 따라서, 버스 바아(12)를 사용하는 2개의 도선(A, B)의 접속은 2개의 도선(A, B)이 인접하는 권선체(7) 사이에서 2개의 도선(A, B)을 실제로 비틀어지지 않고도 비틀어지는 것과 같은 동일한 조건을 제공한 다.

본 실시예에서, 결과적으로, 그들 사이에 비틀어짐이 만들어져야 하는 인접하는 권선체(7)는 비틀림부를 갖는 버스 바아(12)를 통해 서로 접속되고 권선체(7) 사이의 도선(A, B)은 비틀어질 필요가 없고, 따라서 비틀기 위한 장비가 요구되지 않는다. 이는 6개의 분할 코어(6)의 각각의 둘레에 도선(A, B)을 순차적으로 감기 위한 권선 기계를 간소화할 수 있다.

본 발명은 이의 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 구현될 수도 있다.

예를 들어, 상술된 실시예에서 평행 권선은 2개의 도선(A, B)으로 형성된다. 다르게는 이들은 3개 이상의 도선으로 구성될 수도 있다.

고정자의 모든 슬롯의 수(T), 중성점의 수(S), 도선의 수(P) 및 무차원수(N)의 수에 대한 수치의 조합은 도5 및 도6에 도시된 것과 같이 식 (1)을 만족시키는 임의의 조합으로 적절하게 정해질 수 있다.

Claims

복수의 도선이 열을 지어서 감긴 집중권 형태의 복수의 권선체를 포함하는 회전 전기 기계의 고정자 구조이며,

각 권선체에 공급되는 도선의 수를 P, 고정자 전체의 슬롯의 수(권선체의 수)를 T, 중성점의 수(스타의 수)를 S라고 하면, 상기 권선체 사이에서 연장하는 권선이 T=3×S×P×N의 관계(N은 자연수)를 만족하도록 결정된 N개 권선체 걸러서 비틀어진 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제1항에 있어서, 상기 복수의 도선은 제1 도선 및 제2 도선의 2개의 도선이며, 상기 2개의 도선은 제1 도선이 내측에 감기고 제2 도선이 상기 제1 도선에 중첩되도록 외측에 감기고 상기 제1 및 제2 도선이 내측 및 외측에서 동일 턴으로 감기도록 평행 권선으로서 열을 지어서 감긴 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제1항에 있어서, 상기 권선체 사이의 권선은 비틀림부를 갖는 버스 바아를 통해 서로 접속되는 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제2항에 있어서, 상기 도선은 원형 단면을 갖고, 외측에 감긴 도선은 내측에 감긴 도선의 열 사이에 배치되는 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제2항에 있어서, 상기 도선은 동일한 재료로 만들어진 절연막으로 코팅된 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제1항에 있어서, 상기 복수의 도선은 제1 도선과 제2 도선의 2개의 도선이며, 상기 2개의 도선은 평행 권선이 내측으로부터 순차적으로 감기고 외측의 평행 권선이 내측에 감긴 평행 권선에 중첩되도록 감기도록 평행 권선으로서 열을 지어서 감기는 회전 전기 기계의 고정자 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 회전 전기 기계의 고정자 구조를 위한 권선 장치이며,

상기 권선 장치는 내측에 놓일 도선이 1턴만큼 완전하게 감기기 전에 외측에 놓일 도선을 공급하는 방식으로 개별적으로 도선을 공급하기 위한 도선 공급 장치를 포함하는 권선 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 회전 전기 기계의 고정자 구조를 제조하는 방법이며,

상기 방법은 동일 회전축 상에서 동일 상을 위한 권선체를 구성하는 복수의 보빈을 유지하는 유지 장치를 이용하고,

상기 방법은,

상기 유지 장치의 단부 위치에서 하나의 보빈 둘레에 도선을 감는 단계와,

보빈 둘레에 도선을 감는 권선 단계 후에 고정자의 형성을 위하여 크로스오버 길이만큼 도선을 인출하는 단계와,

도선을 크로스오버 길이만큼 인출한 후 미리 정해진 위치로 회전축을 따라 보빈을 이동시키고 유지 장치의 단부 위치에 다른 보빈을 유지하는 단계를 포함하는 일련의 단계를 갖고,

상기 일련의 단계가 반복되어 동일 상에 대하여 권선체를 구성하는 복수의 보빈 둘레에 도선을 감는, 회전 전기 기계의 고정자 구조의 제조 방법.
분할된 고정자 코어로부터 보빈을 형성하는 단계와,

제8항에 기재된 제조 방법에 따라 제조된 상이한 상을 위한 복수 세트의 권선체를 상이한 상의 권선체가 인접하게 배치되고 서로로부터 1상만큼 어긋나게 배치하는 단계와,

일체식 환형 형상을 형성하도록 상기 권선체를 위치설정하는 단계를 포함하는 고정자의 제조 방법.