KR20130005576A - 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량 - Google Patents

전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기기계의 고정자는, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어와, 고정자권선을 구비하되, 고정자권선은 고정자코어의 일 측에서 슬롯에 축방향으로 삽입되는 복수의 세그먼트도체와, 고정자코어의 타 측에서 서로 다른 두 세그먼트도체의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 고정자의 축방향 길이를 단축시킬 수 있다.

Description

전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량{STATOR FOR ELECTRIC MACHINE AND ELECTRIC MOTOR HAVING THEREOF, ELECTRIC VECHILE HAVING ELECTRIC MOTOR}
본 발명은, 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 축방향 길이를 줄일 수 있도록 한 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 알터네이터(ALTERNATOR) 및/또는 제너레이터(GENERATOR)등 발전기와, 모터(MOTOR) 및/또는 리니어 모터(LINER MOTOR) 등 전동기(이하, "전기기계"라고 표기함)는, 고정자 및 이 고정자에 대해 상대 운동하는 가동자를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 전기기계의 고정자는, 복수의 슬롯(SLOT)을 구비한 고정자코어와, 상기 슬롯에 권선되는 고정자권선을 구비할 수 있다.
상기 고정자권선은 통상 비교적 얇은 직경의 와이어(코일)을 상기 고정자코어의 슬롯의 내부에 다수 회 권선하는 방법에 의해 구성될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 고정자 권선 방법은, 슬롯에 대한 도체(코일)의 점유 면적(단면적)의 비율이 상대적으로 작아지기 때문에 운전 효율이 저하될 수 있다.
이러한 점을 고려한 것으로, 대략 "U"형상을 가지는 소위 헤어핀(HAIR PIN)이라고 하는 세그먼트도체(SEGMENT CONDUCTOR)를 고정자코어의 축방향을 따라 일 측에서 슬롯에 삽입하고, 상기 고정자코어의 타 측으로 돌출된 상기 세그먼트도체의 단부를 미리 설정된 방식(패턴;PATTERN)으로 연결하는 "자동차용 알터네이터(ALTERNATOR FOR AN AUTOMOTIVE VEHICLE)"가 미국 특허 공보 특허번호 US 6,198,190(공고일: 2001.03.06)에 개시되어 있다.
그런데, 상기 "자동차용 알터네이터"를 포함한 종래의 고정자권선방법에 있어서는, 고정자코어의 일 측에서 타 측으로 상기 세그먼트도체들을 차례로 삽입하고, 고정자코어의 타 측으로 돌출된 세그먼트도체의 레그의 단부를 고정자코어의 축방향으로 연장되게 절곡하여 서로 연결하도록 되어 있어, 상기 고정자의 길이가 축방향으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 고정자코어의 타 측으로 돌출된 세그먼트도체의 각 레그를 일정 방향으로 경사지게 절곡하도록 되어 있어, 각 레그 사이의 간격이 조밀하게 되어 냉각 성능이 저하될 수 있다. 이에 기인하여, 고정자권선의 코일엔드 영역의 온도가 국부적으로 상승하여 효율을 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 고정자의 축방향 길이를 단축시킬 수 있는 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 고정자권선의 국부 온도 상승을 억제할 수 있는 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및 상기 슬롯에 권선되는 고정자권선;을 구비하되, 상기 고정자권선은, 상기 고정자코어의 일 측에서 상기 슬롯에 축방향으로 삽입되는 복수의 세그먼트도체; 및 상기 고정자코어의 타 측에서 서로 다른 두 세그먼트도체의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자를 제공한다.
여기서, 상기 각 세그먼트도체 및 상기 연결도체는, 서로 일정 간격 이격 배치되는 2개의 레그와, 상기 2개의 레그를 연결하는 연결부를 각각 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체의 2개의 레그는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 서로 다른 원주 상에 각각 배치되게 구성될 수 있다.
상기 각 연결부는, 상기 각 레그의 단부에서 서로 접근되는 방향으로 연장된 제1연결부; 및 상기 두 제1연결부가 반경방향으로 이격되게 연결하는 제2연결부;를 각각 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체는, 서로 이격된 2개의 레그와, 상기 2개의 레그를 연결하는 연결부를 구비하며, 상기 각 레그는 상기 스테이터코어의 단부로부터 축방향에 대해 경사지게 연장된 경사연장부를 각각 구비하여 구성될 수 있다.
상기 연결도체는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 서로 이격된 서로 다른 세그먼트도체의 두 레그 사이에 개재될 수 있다.
상기 연결도체는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 연결도체는 상기 두 레그에 각각 용접되고, 상기 연결도체의 두 용접부는 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 이격 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 외함; 상기 외함의 내부에 배치되는 상기 전기기계의 고정자; 및 상기 전기기계의 고정자에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자;를 포함하는 전동기가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리에 연결되어 상기 차량바디에 구도력을 제공하는 상기 전동기;를 포함하는 전기차량이 제공된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 세그먼트도체와, 서로 다른 두 세그먼트도체의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체를 구비하도록 함으로써, 세그먼트도체의 용접부가 축방향으로 연장되는 것을 방지할 수 있어 고정자의 축방향 길이를 단축할 수 있다.
또한, 세그먼트도체 및 연결도체의 간격이 일정하게 유지되어 냉각이 원활하게 될 수 있다. 이에 의해, 고정자권선의 코일엔드의 국부 온도 상승을 억제할 수 있어 효율이 제고될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 전동기의 단면도,
도 3은 도 2의 전동기의 고정자의 요부사시도,
도 4는 도 2의 세그먼트도체의 사시도,
도 5는 도 5의 세그먼트도체의 평면도,
도 6은 도 2의 연결도체의 사시도,
도 7은 도 6의 연결도체의 평면도,
도 8은 도 2의 세그먼트도체 및 연결도체의 연결상태를 설명하기 위한 단면도,
도 9는 도 3의 전동기의 고정자권선의 연결상태를 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 1의 전기차량의 냉각유체순환유닛의 구성도,
도 11은 도 1의 전기차량의 제어블록도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 단면도,
도 13은 도 12의 전동기의 고정자의 요부사시도,
도 14는 도 12의 세그먼트도체의 사시도,
도 15는 도 14의 세그먼트도체의 평면도,
도 16은 도 13의 연결도체의 사시도,
도 17은 도 12의 세그먼트도체 및 연결도체의 연결상태를 설명하기 위한 평면도,
도 18은 도 17의 ⅩⅧ-ⅩⅧ선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)의 상부영역에는 탑승공간(미도시)이 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 주행이 가능하게 복수의 휠(115)이 구비될 수 있다.
상기 휠(115)은 상기 차량바디(110)의 전, 후 영역의 양 측에 각각 배치될 수 있다.
상기 차량바디(110)와 상기 휠(115) 사이에는 주행시 발생하는 진동 및 충격을 완화할 수 있게 현가장치(120)가 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 전원을 공급할 수 있게 배터리(125)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(125)는 충전이 가능하게 2차 전지로 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 휠(115)에 구동력을 제공하는 전동기(140)가 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 배터리(125) 및 상기 전동기(140)에 각각 연결되는 인버터장치(130)가 마련될 수 있다. 상기 인버터장치(130)는 상기 배터리(125)에서 제공된 직류 전원을 상기 전동기(140)의 구동에 적합한 구동 전원으로 변환한 후 상기 구동 전원을 상기 전동기(140)에 제공할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전동기(140)는, 내부에 수용공간을 형성하는 외함(141)과, 상기 외함(141)의 내부에 배치되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기계의 고정자(160)와, 상기 고정자(160)에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)은 예를 들면 양 측이 개방된 원통 형상으로 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 커버 또는 브래킷(145)(이하, "브래킷(145)"으로 표기함)이 구비될 수 있다. 상기 브래킷(145)은 상기 외함(141)의 단부에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 브래킷(145)에는 상기 회전자(150)의 회전축(157)을 회전가능하게 지지하는 베어링(147)이 구비될 수 있다.
상기 회전자(150)는, 회전자코어(151)와, 상기 회전자코어(151)에 구비되는 마그넷(155)을 구비할 수 있다.
상기 회전자코어(151)에는 상기 회전축(157)이 결합될 수 있게 축공(154)이 형성될 수 있다.
상기 회전자코어(151)는 예를 들면, 상기 축공(154)이 형성된 복수의 전기강판(152)을 절연 적층하여 구성될 수 있다.
상기 회전자코어(151)의 외면에는 상기 마그넷(155)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 회전자(150)는 상기 회전자코어(151)에 축방향으로 마그넷(미도시)이 삽입되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 전기기계의 고정자(160)(이하, "고정자(160)"라고 표기함)는, 복수의 슬롯(165)을 구비한 고정자코어(161)와, 상기 슬롯(165)에 권선되는 고정자권선(170)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)에는 상기 회전자(150)가 회전 가능하게 수용될 수 있게 회전자수용공간(164)이 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)에는 상기 회전자수용공간(164)의 원주방향을 따라 복수의 슬롯(165) 및 티스(166)가 구비될 수 있다.
상기 슬롯(165) 및 티스(166)는 상호 교호적으로 배치될 수 있다.
상기 고정자코어(161)는, 예를 들면, 상기 회전자수용공간(164), 상기 슬롯(165) 및 티스(166)가 형성된 전기강판(162)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 고정자권선(170)은, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정자코어(161)의 일 측에서 상기 슬롯(165)에 축방향으로 삽입되는 복수의 세그먼트도체(171)와, 상기 고정자코어(161)의 타 측에서 서로 다른 두 세그먼트도체(171)의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체(181)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 세그먼트도체(171) 및 연결도체(181)는 사각형 단면의 도체로 각각 형성될 수 있다.
상기 세그먼트도체(171)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 일정 간격 이격 배치되는 2개의 레그(173)와, 상기 2개의 레그(173)를 연결하는 연결부(175)를 구비할 수 있다.
상기 세그먼트도체(171)의 두 레그(173)는 상기 고정자코어(161)의 축방향(또는 회전축(157)의 길이방향)을 따라 일 측에서 삽입되어 타 측으로 돌출될 수 있는 길이로 형성될 수 있다.
상기 세그먼트도체(171)의 두 레그(173)는 미리 설정된 간격으로 서로 이격되게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 세그먼트도체(171)의 두 레그 사이의 간격은 상기 고정자코어(161)의 3 슬롯 간격(피치)로 구성될 수 있다. 즉, 상기 세그먼트도체(171)의 일 측의 레그(173)가 제1슬롯에 삽입될 경우 타 측의 레그(173)는 세번째 슬롯인 제4슬롯에 삽입 결합될 수 있다. 여기서, 상기 세그먼트도체(171)의 두 레그(173) 사이의 간격은 적절히 조절될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(171)는 상기 고정자코어(161)의 동일한 슬롯(165)의 내부에 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 이격되게 수용될 수 있다.
본 실시예의 전기기계의 고정자(160)는 슬롯(165)의 내부에 짝수의 세그먼트도체(171)가 삽입되게 구성된 경우를 예시하고 있다.
이하, 본 실시예에서는 상기 고정자코어(161)의 각 슬롯(165)의 내부에 짝수, 보다 구체적으로 4개의 세그먼트도체(171)가 각각 삽입되어 반경방향을 따라 서로 이격 배치된 제1레이어(layer) 내지 제4레이어를 형성하는 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 각 세그먼트도체(171)의 두 레그(173)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 다른 원주상에 배치되게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 세그먼트도체(171)의 일 측의 레그(173)가 상기 제1슬롯의 제1레이어에 배치되고, 타 측의 레그(173)는 상기 제4슬롯의 제2레이어에 배치될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(171)의 두 레그(173)의 단부에는 연결도체(181)와 접촉될 수 있게 연결도체접촉부(174)가 형성될 수 있다. 상기 연결도체접촉부(174)는 상기 고정자코어(161)의 단부면과 나란하게 배치된 평탄면으로 형성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(171)의 연결부(175)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트도체(171)의 두 레그(173)가 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 이격되어 배치된 상태로 연결할 수 있게 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 세그먼트도체(171)의 연결부(175)는, 상기 두 레그(173)의 단부에서 서로 접근되는 방향으로 연장되는 제1연결부(176)와, 상기 두 제1연결부(176)가 반경방향으로 서로 이격된 상태로 연결하는 제2연결부(177)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 제1연결부(176)는 상기 각 레그(173)로부터 경사지게 연장될 수 있다.
한편, 상기 연결도체(181)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 이격된 2개의 레그(183)와, 상기 2개의 레그(183)를 연결하는 연결부(175)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 연결도체(181)의 연결부(185)는 상기 연결도체(181)의 두 레그(183)가 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있게 상기 두 레그(183)를 연결할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 연결도체(181)의 두 레그의 단부에는 상기 세그먼트도체(171)와 접촉될 수 있게 세그먼트도체접촉부(184)가 각각 형성될 수 있다. 여기서, 상기 세그먼트도체접촉부(184)는 상기 고정자코어(161)의 단부면과 나란하게 배치된 평탄면으로 구성될 수 있다.
상기 연결도체(181)의 2 개의 레그(183)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 다른 원주상에 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결도체(181)는 서로 다른 레이어를 형성하는 서로 다른 두 세그먼트도체(171)의 레그(173)를 서로 통전 가능하게 연결할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 연결도체(181)의 연결부(185)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 두 레그(183)의 각 단부에서 서로 접근되는 방향으로 각각 절곡된 2개의 제1연결부(186)와, 상기 제1연결부(186)의 두 단부를 반경방향으로 이격되게 연결하는 제2연결부(187)를 구비할 수 있다.
상기 각 제1연결부(186)는 해당 레그(183)의 단부로부터 각각 경사지게 연장될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 고정자코어(161)의 축방향(또는 적층방향)을 따라 어느 일 측(도면상 하측)에서 상기 세그먼트도체(171)가 삽입될 수 있다. 상기 고정자코어(161)의 타 측에는 상기 세그먼트도체(171)의 레그(173)의 단부가 돌출될 수 있다. 상기 고정자코어(161)의 타 측으로 돌출된 서로 다른 두 세그먼트도체(171)의 레그(173)의 단부는 상기 고정자코어(161)의 상측에서 연결도체(181)에 의해 서로 연결될 수 있다.
상기 세그먼트도체(171)의 레그(173)와 상기 연결도체(181)의 레그(183)는 상기 고정자코어(161)의 축방향으로 서로 대면 접촉되어 결합될 수 있다.
상기 세그먼트도체(171)의 레그(173)와 상기 연결도체(181)의 레그(183)는 서로 용접결합될 수 있다. 상기 세그먼트도체(171)의 레그(173)의 단부와 상기 연결도체(181)의 레그(183)의 단부 사이에는 용접부(188)가 각각 형성될 수 있다.
여기서, 상기 연결도체(181)에 의해 서로 통전가능하게 연결된 두 세그먼트도체(171)의 두 용접부(188)는 상기 고정자코어(161)의 원주방향(또는 축방향에 수직)으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자(160)의 길이가 축방향(또는 상기 회전축(157)의 길이방향)으로 연장되는 것이 방지될 수 있다. 즉, 상기 고정자(160)의 축방향 길이가 단축될 수 있다. 또한, 상기 세그먼트도체(171) 및 연결도체(181)는 일정한 형상을 구비하므로 결합후 서로 간에 일정한 간격이 유지됨으로써 구동 전원 인가시 세그먼트도체(171) 및 연결도체(181)의 방열(또는 냉각)이 원활하게 될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 고정자권선(170)은 전원의 상(예를 들면, 3상)에 대응되게 3상(예를 들면, R상, S상, T상)을 구비할 수 있다.
상기 고정자코어(161)의 각 슬롯(165)에는 4개의 세그먼트도체(171)가 반경방향으로 이격되게 삽입되어 제1레이어 내지 제4레이어가 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)의 동일한 슬롯(165)의 내부에 삽입된 4개의 세그먼트도체(171)는 동일한 상을 형성할 수 있다.
상기 고정자코어(161)의 각 슬롯(165)에 삽입된 4개의 세그먼트도체(171)들은 상기 고정자코어(161)의 원주방향을 따라 각각 R상, S상, T상을 구성하도록 서로 연결도체(181)에 의해 연결될 수 있다.
상기 복수의 세그먼트도체(171)를 복수의 연결도체(181)를 이용하여 연결된 상기 각 상의 일 단부는 상기 인버터장치(130)의 해당 단자(미도시)에 각각 연결될 수 있으며, 상기 각 상의 타 단부는 중성점(미도시)에 함께 연결될 수 있다.
한편, 상기 전동기(140)는 냉각유체를 이용하여 상기 고정자(160)를 냉각시키는 냉각유닛(190)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(190)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고정자코어(161)에 결합되는 냉각관(191)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각관(191)은, 상기 고정자코어(161)에 축방향으로 삽입되는 복수의 직관부(192)와, 상기 직관부(192)를 상호 연통되게 연결하는 복수의 연결관부(194)를 구비할 수 있다.
상기 직관부(192)는 상기 고정자코어(161)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 고정자코어(161)에는 상기 직관부(192)가 축방향으로 삽입될 수 있게 축방향으로 관통된 냉각관결합부(167)가 구비될 수 있다.
상기 냉각관결합부(167)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 상기 슬롯(165)의 외측에 형성될 수 있다.
상기 연결관부(194)는 서로 인접배치된 두 직관부(192)의 단부를 상호 연통되게 연결할 수 있게 예를 들면, 대략 "U"형상으로 구성될 수 있다.
상기 냉각유닛(190)은 상기 냉각관(191)에 냉각유체가 유입될 수 있게 연결되는 냉각유체유입부(195) 및 상기 냉각관(191)을 경유한 냉각유체가 유출되는 냉각유체유출부(196)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 전기차량은, 냉각유체가 상기 전동기(140)를 경유하여 순환되게 하는 냉각유체순환유닛(210)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛(210)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 냉각유체의 유로를 형성하는 유체관(212)과, 상기 냉각유체의 유동을 촉진하는 펌프(214)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 펌프(214)의 일 측에는 냉각유체가 일시 저장되는 탱크가 구비될 수 있다.
상기 냉각유체순환유닛은 상기 냉각유체가 공기와 열교환되어 냉각되는 라디에이터(216)를 구비할 수 있다.
상기 라디에이터(216)의 일 측에는 상기 라디에이터(216)와 열교환하는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(217)이 구비될 수 있다.
본 실시예의 전기차량은 제어프로그램을 구비한 제어부(220)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(220)는 냉각유체의 온도를 감지하여 상기 냉각유체의 유동속도를 제어하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(220)는 상기 냉각유체의 온도가 설정온도를 초과할 경우 상기 냉각유체의 유동속도를 증가시키게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체의 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지될 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 펌프(214)의 회전수를 증가시켜 상기 냉각유체의 유동속도를 증가시킬 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(220)에는 냉각유체의 온도를 감지하는 온도감지부(225)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(220)에는 상기 펌프(214) 및 냉각팬(217)이 제어 가능하게 각각 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 전동기(140)의 구동신호가 입력되면 상기 고정자권선(170)에 전원이 인가될 수 있다. 상기 고정자권선(170)에 전원이 공급되면 회전자계가 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 회전자(150)는 회전축(157)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 고정자권선(170)에 전원이 공급되면 발열에 의해 온도가 상승할 수 있다.
상기 전동기(140)의 구동시 상기 전동기(140)의 냉각유닛(190)에는 냉각유체가 유입될 수 있다.
상기 냉각유체유입부(195)를 통해 상기 냉각관(191)으로 유입된 냉각유체는 상기 냉각관(191)을 따라 유동하면서 주변의 열, 즉 상기 고정자코어(161)로부터 열을 흡수하여 상기 고정자코어(161)를 냉각시킬 수 있다.
상기 냉각관(191)을 따라 유동하면서 상기 고정자코어(161)를 냉각시킨 냉각유체는 상기 냉각유체유출부(196)를 경유해 상기 유체관(212)으로 유입될 수 있다. 상기 전동기(140)를 경유하면서 온도가 상승된 냉각유체는 상기 라디에이터(216)를 경유하면서 냉각되어 온도가 하강하여 일정한 온도로 유지 또는 관리될 수 있다. 이에 의해, 상기 전동기(140)의 냉각작용을 지속적으로 수행할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 18을 참조하여 본 다른 실시예에 따른 전동기에대해 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고, 동일한 참조부호를 인용하여 설명하기로 한다. 또한, 일부 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기(140)는, 외함(141)과, 상기 외함(141)의 내부에 배치되는 고정자(160)와, 상기 고정자(160)에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자(150)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 외함(141)은 양 측이 개방된 원통 형상으로 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 브래킷(145)이 각각 구비될 수 있다.
상기 회전자(150)는, 회전자코어(151)와, 상기 회전자코어(151)에 구비되는 마그넷(155)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전자코어(151)의 중앙에는 회전축(157)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 고정자(160)는, 복수의 슬롯(165)을 구비한 고정자코어(161)와, 상기 슬롯(165)에 권선되는 고정자권선(230)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)의 중앙에는 상기 회전자(150)가 회전 가능하게 수용되는 회전자수용공간(164)이 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)에는 원주방향을 따라 복수의 슬롯(165) 및 티스(166)가 교호적으로 형성될 수 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 고정자권선(230)은, 상기 고정자코어(161)의 일 측에서 상기 슬롯(165)에 축방향으로 삽입되는 복수의 세그먼트도체(231)와, 상기 고정자코어(161)의 타 측에서 서로 다른 두 세그먼트도체(231)의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체(251)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 세그먼트도체(231)는 사각형 단면의 도체를 절곡 성형하여 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트도체(231)는, 서로 이격된 2개의 레그(233)와, 상기 2개의 레그(233)를 연결하는 연결부(245)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(231)의 두 레그(233)는, 예를 들면 3개의 슬롯(165)에 대응되는 간격(3 슬롯 피치)으로 서로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(231)의 레그(233)는 상기 고정자코어(161)의 단부로부터 축방향에 대해 경사지게 연장된 경사연장부(235)를 각각 구비하게 구성될 수 있다.
상기 각 경사연장부(235)는 끝단이 대략 상기 두 레그(233) 사이의 간격의 절반 정도의 거리에 배치되게 절곡 형성될 수 있다.
상기 각 경사연장부(235)의 단부에는 상기 연결도체(251)와 면접촉될 수 있게 연결도체접촉부(236)가 형성될 수 있다. 상기 연결도체접속부(236)는 상기 고정자코어(161)의 축방향(또는 상기 회전축(157)의 길이방향)과 나란하게 배치되는 평탄면으로 구성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(231)의 연결부(245)는, 상기 각 레그(233)의 일 단부로부터 서로 접근되는 방향으로 경사지게 연장되는 제1연결부(246)와, 상기 제1연결부(246)가 상기 고정자코어(161)의 반경방향으로 이격된 상태로 서로 연결되게 하는 제2연결부(247)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제2연결부(247)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향으로 배치될 수 있다.
상기 연결도체(251)는, 도 16에 도시된 바와 같이, 사각형 단면의 도체로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결도체(251)는 대략 직육면체로 형성될 수 있다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 연결도체(251)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향으로 배치될 수 있다.
상기 연결도체(251)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 서로 이격 배치된 서로 다른 두 세그먼트도체(231)의 두 레그(233)의 사이에 배치될 수 있다.
상기 연결도체(251)의 양 측면에는 상기 서로 다른 두 세그먼트도체(231)의 레그(233)의 연결도체접촉부(236)와 각각 면접촉될 수 있다.
상기 연결도체(251)는 상기 서로 다른 두 레그(233)의 연결도체접촉부(236)와 면접촉된 후 용접 결합될 수 있다. 즉, 서로 다른 두 세그먼트도체(231)의 레그(233)의 단부와 상기 연결도체(251)의 사이에는 두 개의 용접부(255)가 형성될 수 있다.
본 실시예의 세그먼트도체(231) 및 연결도체(251)는 상기 고정자코어(161)의 원주방향으로 용접부(255)가 서로 이격되게 형성됨으로써, 상기 고정자권선(230)이 상기 고정자코어(161)의 단부면으로부터 축방향(회전축(157)의 길이방향)으로 돌출되는 정도를 완화할 수 있다. 즉, 고정자권선(230)이 고정자코어(161)의 단부로부터 축방향으로 돌출되는 길이를 단축할 수 있다. 이에 의해 고정자(160)의 축방향 길이를 줄일 수 있다.
본 실시예의 세그먼트도체(231) 및 연결도체(251)는 서로 일정한 간격을 유지할 수 있게 배치되어 구동 전원 인가에 따른 발열 시 방열(또는 냉각)이 용이하게 될 수 있다.
한편, 상기 전동기(140)는 냉각유체에 의해 상기 고정자(160)를 냉각하는 냉각유닛(190)을 구비할 수 있다.
상기 냉각유닛(190)은 상기 고정자코어(161)에 결합되는 냉각관(191)을 구비할 수 있다.
상기 냉각관(191)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 고정자코어(161)에 축방향으로 삽입되는 복수의 직관부(192)와, 상기 직관부(192)를 상호 연통되게 연결하는 복수의 연결관부(194)를 구비할 수 있다. 상기 연결관부(194)는 서로 인접 배치된 두 직관부(192)를 상호 연통되게 연결할 수 있게 대략 "U"형상으로 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(161)에는 상기 냉각관(191)이 결합될 수 있게 냉각관결합부(167)가 구비될 수 있다. 상기 냉각관결합부(167)는 상기 고정자코어(161)를 축방향으로 관통하여 형성될 수 있다. 상기 냉각관결합부(167)는 상기 고정자코어(161)의 반경방향을 따라 상기 슬롯(165)의 외측에 형성될 수 있다.
상기 냉각관(191)의 일 측에는 냉각유체가 유입될 수 있게 냉각유체유입부(195)가 구비될 수 있다. 상기 냉각관(191)의 타 측에는 상기 냉각유체가 유출될 수 있게 냉각유체유출부(196)가 구비될 수 있다. 상기 냉각유체유입부(195) 및 냉각유체유출부(196)는 상기 브래킷(145)에 형성된 인출공(146)을 통해 각각 외부로 인출될 수 있다.
한편, 상기 외함(141)의 내부에는 오일(260)이 수용될 수 있다.
상기 오일(260)은, 저온에서 유동성이 우수하고 내열성 및 내산화성이 각각 우수한 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 상기 오일(260)은 자동차 변속기(미션)의 오일(260)이 이용될 수 있다.
상기 오일(260)은 상기 고정자코어(161)의 일 영역(도면상 하부영역)이 잠길 수 있는 정도(또는 양)로 상기 외함(141)의 내부에 수용될 수 있다. 이에 의해, 상기 고정자코어(161), 고정자권선(230) 및 냉각관(191) 간의 열전달이 촉진될 수 있다.
여기서, 상기 오일(260)은 상기 회전자(150)의 일 영역이 잠길 수 있는 정도로 상기 외함(141)의 내부에 수용되게 구성될 수도 있다. 이에 의해, 상기 회전자(150)의 냉각이 촉진될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 고정자권선(230)에 구동 전원이 인가되면 회전자계가 형성되고, 이에 의해 상기 회전자(150)는 상기 회전축(157)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 고정자권선(230)에 구동 전원이 인가되면 상기 냉각유닛(190)에 냉각유체가 유입될 수 있다.
상기 냉각유체유입부(195)를 통해 유입된 냉각유체는 상기 냉각관(191)을 따라 유동하면서 주변의 열을 흡수하여 주변을 냉각시킬 수 있다.
이때, 상기 외함(141)의 내부에 수용된 오일(260)은 상기 고정자코어(161), 상기 고정자권선(230), 상기 냉각관(191)과 각각 접촉되어 이들 사이에 존재하는 공기(층)이 감소되도록 함으로써, 상기 고정자권선(230) 및 상기 고정자코어(161)의 열이 상기 냉각관(191)(냉각유체)으로 신속하게 전달되게 하여 상기 고정자권선(230) 및 고정자코어(161)가 신속하게 냉각되게 할 수 있다.
도 12 내지 도 18과 관련하여 전술한 실시예에서는 외함의 내부에 오일이 수용된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 도 1 내지 도 11과 관련하여 전술한 실시예에도 외함의 내부에 오일이 수용되게 구성될 수도 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.
110 : 차량바디 115 : 휠
120 : 현가장치 125 : 배터리
130 : 인버터장치 140 : 전동기
141 : 외함 150 : 회전자
151 : 회전자코어 155 : 마그넷
157 : 회전축 160 : 고정자
161 : 고정자코어 165 : 슬롯
167 : 티스 170 : 고정자권선
171 : 세그먼트도체 173,183 : 레그
175,185 : 연결부 176,186 : 제1연결부
177,187 : 제2연결부 181 : 연결도체
190 : 냉각유닛 191 : 냉각관
192 : 직관부 194 : 연결관부
210 : 냉각유체순환유닛 212 : 유체관
214 : 펌프 217 : 냉각팬
220 : 제어부 225 : 온도감지부

Claims (10)

  1. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및
    상기 슬롯에 권선되는 고정자권선;을 구비하되,
    상기 고정자권선은,
    상기 고정자코어의 일 측에서 상기 슬롯에 축방향으로 삽입되는 복수의 세그먼트도체; 및
    상기 고정자코어의 타 측에서 서로 다른 두 세그먼트도체의 단부 사이에 개재되어 두 단부를 연결하는 연결도체;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 세그먼트도체 및 상기 연결도체는, 서로 일정 간격 이격 배치되는 2개의 레그와, 상기 2개의 레그를 연결하는 연결부를 각각 구비한 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 세그먼트도체의 2개의 레그는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 서로 다른 원주 상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 연결부는, 상기 각 레그의 단부에서 서로 접근되는 방향으로 연장된 제1연결부; 및 상기 두 제1연결부가 반경방향으로 이격되게 연결하는 제2연결부;를 각각 구비한 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 세그먼트도체는, 서로 이격된 2개의 레그와, 상기 2개의 레그를 연결하는 연결부를 구비하며, 상기 각 레그는 상기 스테이터코어의 단부로부터 축방향에 대해 경사지게 연장된 경사연장부를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결도체는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 서로 이격된 서로 다른 세그먼트도체의 두 레그 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결도체는 상기 고정자코어의 반경방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결도체는 상기 두 레그에 각각 용접되고, 상기 연결도체의 두 용접부는 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  9. 외함;
    상기 외함의 내부에 배치되는 제1항의 전기기계의 고정자; 및
    상기 전기기계의 고정자에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자;
    를 포함하는 전동기.
  10. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리에 연결되어 상기 차량바디에 구도력을 제공하는 제9항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
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