KR20130021088A - 트랙션 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가림커버(11)를 더 크게 형성한 U-V 상간절연지(10)로 U상 코일(4)의 이격 구간과 이를 감싼 V상 코일(5)사이에 접촉을 확실히 차단하고, 가림커버(21)를 더 크게 형성한 V-W 상간절연지(20)로 V상 코일(5)의 이격 구간과 이를 감싼 W상 코일(6)사이에 접촉을 확실히 차단함으로써, U상 코일(4)과 V상 코일(5) 및 W상 코일(6)을 겹쳐서 권선하는 고정자(3)의 절연성능을 크게 향상할 수 있고, 이로 인해 고전압 3상 트랙션 모터의 품질과 상품성을 크게 높일 수 있는 특징을 갖는다.

Description

트랙션 모터{Traction Motor}

본 발명은 트랙션 모터에 관한 것으로, 특히 고정자의 엔드코일부 상간 절연을 극대화할 수 있는 절연구조로 이루어진 고전압 삼상 트랙션 모터에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량은 엔진과 함께 후륜을 구동하는 고전압 3상 트랙션 모터(Traction Motor)를 구비하게 된다.

상기와 같은 트랙션모터는 엔진 -> 엔진에 의해 발전되어 배터리를 충전시키는 발전기 -> 발전기에 연결된 추진축과 같은 동력전달경로를 거쳐 후륜을 구동하게 되고, 이러한 운전모드를 통상 노말모드(Normal Mode)라 칭하여 준다.

상기 트랙션 모터는 엔진 출력의 일부를 담당하거나 엔진자체를 대체하는 내구성을 필요로 하는 핵심 부품으로서, 모터의 고정자(스테이터) 측면에서는 절연수명이 곧 모터의 수명과 동일한 개념으로 취급되어진다.

도 5는 종래에 따른 고정자 절연구조를 채택한 고전압 3상 트랙션 모터의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고전압 3상 트랙션 모터는 하우징(1)의 내부로 로터 축을 갖춘 회전자(2)를 구비하고, 회전자(2)를 고정자(3)로 감싼 구성을 포함한다.

상기 고정자(3)는 겹쳐서 권선된 U상 코일(4)과 V상 코일(5) 및 W상 코일(6)로 이루어지고, 통상 슬롯절연지와 상간절연지 및 슬롯웨지의 3종을 이용한 절연구조로 이루어진다.

상기와 같은 절연구조중 상간절연지는 엔드코일부의 상코일들을 기계적으로 분리시켜 주는 역할을 함으로써 전위차에 의해 발생되는 절연의 공간거리와 연면거리를 확보할 수 있게 되며, 이를 위해 상기 상간절연지는 U상 코일(4)과 V상 코일(5)사이로는 끼워지는 U-V 상간절연지(100)와, V상 코일(5) 및 W상 코일(6)사이로는 끼워지는 V-W 상간절연지(200)로 이루어진다.

통상, 고정자(3)의 U-V 상간절연지(100)와 V-W 상간절연지(200)를 이용한 상간 절연 순서는 U상 코일(4)삽입 → 중간 포밍 → U-V 상간절연지(100)삽입 → V상 코일(5)삽입 → 중간포밍 → V-W 상간절연지(200)삽입 → W상 코일(6)삽입 → 중간포밍 → 최종포밍을 거치는 방식으로 이루어진다.

도 6은 상기와 같은 상간 절연시 U-V 상간절연지(100)와 V-W 상간절연지(200)의 위치를 나타낸다.

도시된 바와 같이, U-V 상간절연지(100)는 직사각형 모양을 이루어 고정자(3)의 내주면에서 권선된 U상 코일(4)에 덧대어지고, V-W 상간절연지(200)는 직사각형 모양을 이루어 고정자(3)의 내주면에서 권선된 V상 코일(5)에 덧대어진다.

하지만, U-V 상간절연지(100)는 고정자(3)의 내주면에서 서로 간격을 두고 권선된 U상 코일(4)들이 인접되고 이에 덧대어지는 V상 코일(5)들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 미절연구간(Wa)을 형성하고, 또한 V-W 상간절연지(200)는 고정자(3)의 내주면에서 서로 간격을 두고 권선된 V상 코일(5)들이 인접되고 이에 덧대어지는 W상 코일(6)들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 또 다른 미절연구간(Wb)을 형성할 수밖에 없는 취약함을 갖게 된다.

상기와 같은 미절연구간(Wa,Wb)은 U-V 상간절연지(100)와 V-W 상간절연지(200)가 모두 단순한 직사각형 모양을 이룸에 기인되어진다.

전술한 바와 같이 트랙션 모터는 고정자(3)측면에서 절연수명이 곧 모터의 수명과 동일한 개념으로 취급되므로, 상간절연이 이루어졌음에도 불구하고 상기와 같은 미절연구간(Wa,Wb)이 형성됨은 엔진 출력의 일부를 담당하거나 엔진자체를 대체하는 트랙션 모터의 내구성에 치명적일 수밖에 없게 된다.

국내특허공개 10-2009-0110491(2009.10.22)는 모터의 고정자용 절연지에 관한 것이며, 이는 도 3내지 도 4 및 3쪽 식별번호25내지 4쪽 식별번호35 참조.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 상간절연지인 U-V 상간절연지와 V-W 상간절연지를 입체 형상으로 만들어줌으로써, U상 코일과 V상 코일들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 미절연구간과 V상 코일과 W상 코일들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 또 다른 미절연구간의 형성을 막아 우수한 절연수명 유지로 높은 내구성이 유지될 수 있는 트랙션 모터를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트랙션 모터는 권선된 U상 코일간의 이격 구간을 지나면서 권선되는 V상 코일이 상기 U상 코일과 접촉되는 미절연구간의 형성을 방지하고, 상기 V상 코일의 이격 구간을 지나면서 권선되는 W상 코일이 상기 V상 코일과 접촉되는 또 다른 미절연구간도 방지되는 절연구조가 적용되어진 고정자

를 포함해 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연구조는 슬롯절연지와 슬롯웨지와 함께 구현되는 상간절연지를 이용해 이루어지고, 상기 상간절연지는 상기 U상 코일과 상기 V상 코일사이에 위치되고 전체 폭에 비해 더 크게 형성된 가림커버를 갖춘 U-V 상간절연지와, 상기 V상 코일과 상기 W상 코일사이에 위치되고 전체 폭에 비해 더 크게 형성된 가림커버를 갖춘 V-W 상간절연지로 구성되어진다.

상기 U-V 상간절연지의 가림커버는 전체 길이에서 한쪽으로 치우친 위치로 형성되고, 상기 V-W 상간절연지의 가림커버는 전체 길이의 중간 위치로 형성되어진다.

상기 V-W 상간절연지의 가림커버와 상기 U-V 상간절연지의 가림커버는 수용공간을 형성하도록 좌우양쪽을 중간 부위에 대해 접어줄 수 있도록 마름모꼴형상으로 이루어진다.

상기 V-W 상간절연지의 가림커버는 상기 U-V 상간절연지의 가림커버에 비해 더 큰 폭 크기로 형성되어진다.

이러한 본 발명은 입체 형상으로 U상 코일과 V상 코일 및 V상 코일과 W상 코일들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 미절연구간의 형성을 막는 U-V 상간절연지와 V-W 상간절연지를 이용함으로써, 고정자의 절연수명 유지정도를 크게 높이고 트랙션 모터의 내구성도 크게 높여 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 고정자 절연구조를 채택한 고전압 3상 트랙션 모터의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고정자의 상간 절연지 구성도이며, 도 3과 도4는 본 발명에 따른 상간 절연지를 적용하여 고정자에 겹쳐서 권선된 U상 코일과 V상 코일 및 W상 코일의 절연 작업도이며, 도 5는 종래에 따른 고정자 절연구조를 채택한 고전압 3상 트랙션 모터의 구성도이며, 도 6은 종래에 따른 고정자의 상간 절연지 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 고정자 절연구조를 채택한 고전압 3상 구동모터의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고전압 3상 트랙션 모터는 하우징(1)의 내부로 로터 축을 갖춘 회전자(2)가 구비되고, 겹쳐서 권선된 U상 코일(4)과 V상 코일(5) 및 W상 코일(6)로 이루어져 회전자(2)를 감싼 고정자(3)가 구비되며, 고정자(3)를 절연하기 위한 슬롯절연지 및 슬롯웨지와 더불어 상간절연지로 이루어진 절연구조가 포함되어진다.

전술한 바와 같이, 상기 상간절연지는 엔드코일부의 상코일들을 기계적으로 분리시켜 주는 역할을 함으로써 전위차에 의해 발생되는 절연의 공간거리와 연면거리를 확보할 수 있게 되며, 이를 위해 상기 상간절연지는 U상 코일(4)과 V상 코일(5)사이로는 끼워지는 U-V 상간절연지(10)와, V상 코일(5) 및 W상 코일(6)사이로는 끼워지는 V-W 상간절연지(20)로 이루어진다.

상기 U-V 상간절연지(10)로 인해 U상 코일(4)들이 인접되고 이에 덧대어지는 V상 코일(5)들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 미절연구간이 형성되지 않고, 동시에 상기 V-W 상간절연지(20)로 인해 V상 코일(5)들이 인접되고 이에 덧대어지는 W상 코일(6)들이 기계적인 분리없이 접촉하게 되는 또 다른 미절연구간이 형성되지 않게 된다.

이에 따라, 상기 U-V 상간절연지(10)와 상기 V-W 상간절연지(20)를 이용해 절연된 고정자(3)는 U상 코일(4)과 V상 코일(5) 및 W상 코일(6)에 대한 공간적 접촉 차단을 완벽하게 구현할 수 있게 된다.

도 2는 상기와 같은 U-V 상간절연지(10)와 V-W 상간절연지(20)의 구조와 이로 인한 공간적 가림 상태를 나타낸다.

도 2(가)는 U상 코일(4)의 미절연구간(Wa)을 공간적으로 가려주는 U-V 상간절연지(10)를 나타내는데, 상기 U-V 상간절연지(10)는 대략 직사각형으로 이루어지고 전체 길이중 한쪽으로 치우친 위치에서 전체 폭 크기에 비해 가림커버(11)를 더 크게 형성시켜줌으로써 전체적으로 "편중된 ㅜ"형상을 이루게 된다.

상기 U-V 상간절연지(10)의 전체길이는 한쪽 U상 코일(4)에서 인접된 이웃한 U상 코일(4)의 일부를 가려줄 수 있는 정도의 길이로 형성되어진다.

일례로, U상 코일(4)을 가려줄 수 있는 길이를 가림길이(B)로 할 때 인접된 이웃한 U상 코일(4)의 일부를 가려줄 수 있는 중첩길이(A)는 상기 가림길이(B)로부터 이어짐으로써, 상기 U-V 상간절연지(10)의 전체길이는 중첩길이(A) + 가림길이(B)로 이루어진다.

이때, U-V 상간절연지(10)는 전체길이에서 중첩길이(A)가 가림길이(B)에 비해 상대적으로 더 길게 형성되고, 상기 가림길이(B)와 중첩길이(A)사이에 가림커버(11)가 형성되어진다.

이로 인해, 상기 U-V 상간절연지(10)는 가림커버(11)가 한쪽으로 치우쳐 형성되어진 "편중된 ㅜ"형상을 이루게 된다.

상기 가림커버(11)는 수용공간을 형성하도록 좌우양쪽을 중간 부위에 대해 접어줄 수 있도록 마름모꼴형상으로 이루어진다.

그러므로, U-V 상간절연지(10)가 고정자(3)의 권선구조상 서로 이격되어진 U상 코일(4)의 구간사이로 위치되면, 한쪽의 U상 코일(4)은 U-V 상간절연지(10)의 가림길이(B)로 가려지고 인접된 이웃한 U상 코일(4)은 U-V 상간절연지(10)의 중첩길이(A)로 일부가 가려지며, U상 코일(4)간 이격된 구간은 U-V 상간절연지(10)의 가림커버(11)로 감싸이면서 가려지게 된다.

이로 인해, U상 코일(4)에 V상 코일(5)을 다시 권선하게 되면, U-V 상간절연지(10)의 가림커버(11)가 U상 코일(4)에 대해 V상 코일(5)을 기계적으로 분리함으로써 접촉을 일으키는 미절연구간(Wa)을 형성하지 않게 된다.

한편, 도 2(나)는 V상 코일(5)의 미절연구간(Wb)을 공간적으로 가려주는 V-W 상간절연지(20)를 나타내다.

상기 V-W 상간절연지(20)는 대략 직사각형으로 이루어지고 전체 길이중 중간부위에서 전체 폭 크기에 비해 가림커버(21)를 더 크게 형성시켜줌으로써 전체적으로 "ㅜ"형상을 이루게 된다.

상기 V-W 상간절연지(20)의 전체길이는 한쪽 V상 코일(5)에서 인접된 이웃한 V상 코일(5)의 일부를 가려줄 수 있는 정도의 길이로 형성되어진다.

일례로, V상 코일(5)을 가려줄 수 있는 길이를 가림길이(b)로 할 때 인접된 이웃한 V상 코일(5)의 일부를 가려줄 수 있는 중첩길이(a)는 상기 가림길이(b)로부터 이어짐으로써, 상기 V-W 상간절연지(20)의 전체길이는 중첩길이(a) + 가림길이(b)로 이루어진다.

이때, V-W 상간절연지(20)는 전체길이에서 중첩길이(a)와 가림길이(b)를 동일한 비율로 형성되고, 상기 가림길이(b)와 중첩길이(a)사이에 가림커버(21)가 형성되어진다.

이로 인해, 상기 V-W 상간절연지(20)는 가림커버(21)가 전체 길이의 중앙위치로 형성되어진 "ㅜ"형상을 이루게 된다.

상기 가림커버(21)는 수용공간을 형성하도록 좌우양쪽을 중간 부위에 대해 접어줄 수 있도록 마름모꼴형상으로 이루어진다.

그러므로, V-W 상간절연지(20)가 고정자(3)의 권선구조상 서로 이격되어진 V상 코일(5)의 구간사이로 위치되면, 한쪽의 V상 코일(5)은 V-W 상간절연지(20)의 가림길이(b)로 가려지고 인접된 이웃한 V상 코일(5)은 V-W 상간절연지(20)의 중첩길이(a)로 일부가 가려지며, V상 코일(5)간 이격된 구간은 V-W 상간절연지(20)의 가림커버(21)로 감싸이면서 가려지게 된다.

이로 인해, V상 코일(5)에 W상 코일(6)을 다시 권선하게 되면, V-W 상간절연지(20)의 가림커버(21)가 V상 코일(5)에 대해 W상 코일(6)을 기계적으로 분리함으로써 접촉을 일으키는 미절연구간(Wb)을 형성하지 않게 된다.

본 실시예에서 V-W 상간절연지(20)의 가림커버(21)는 U-V 상간절연지(10)의 가림커버(11)에 비해 더 큰 폭 크기로 형성되어진다.

도 3과 도4는 본 발명에 따른 상간 절연지를 적용하여 고정자를 절연하는 조립공정을 나타낸다.

도 3은 U-V 상간절연지(10)를 이용한 U상 코일(4)과 V상 코일(5)의 절연구조로서, 도시된 바와 같이 고정자(3)에 U상 코일(4)을 권선하고 나면, U상 코일(4)의 위에 U-V 상간절연지(10)를 덧대어준다.

이때, U-V 상간절연지(10)의 가림커버(11)는 권선되어 서로 인접된 U상 코일(4)간 이격 구간으로 위치시켜 준다.

상기와 같이 U상 코일(4)의 위로 U-V 상간절연지(10)가 덧대어 진 상태에서 V상 코일(5)을 다시 권선하면, V상 코일(5)이 U-V 상간절연지(10)의 가림길이(B)와 중첩길이(A)를 감싸고 가림커버(11)부위를 눌러주면서 권선되어진다.

그러므로 V상 코일(5)이 권선되고 나면, U-V 상간절연지(10)는 U상 코일(4)과 V상 코일(5)사이에 끼워진 채로 위치되어 절연상태를 유지할 수 있고, 특히 가림커버(11)부위는 U상 코일(4)의 이격 구간과 이를 감싼 V상 코일(5)사이로 위치됨으로써 이들 사이에는 접촉이 없는 절연구간(Ka)을 확실하게 형성하게 된다.

도 4는 U-V 상간절연지(10)로 U상 코일(4)과 V상 코일(5)이 절연된 후, V-W 상간절연지(20)로 V상 코일(5)과 W상 코일(6)을 절연해주는 구조로서, 도시된 바와 같이 고정자(3)에 권선된 V상 코일(5)의 위에 V-W 상간절연지(20)를 덧대어준다.

이때, V-W 상간절연지(20)의 가림커버(21)는 권선되어 서로 인접된 V상 코일(5)간 이격 구간으로 위치시켜 준다.

상기와 같이 V상 코일(5)의 위로 V-W 상간절연지(20)가 덧대어 진 상태에서 W상 코일(6)을 다시 권선하면, W상 코일(5)이 V-W 상간절연지(20)의 가림길이(b)와 중첩길이(a)를 감싸고 가림커버(21)부위를 눌러주면서 권선되어진다.

그러므로 W상 코일(6)이 권선되고 나면, V-W 상간절연지(20)는 V상 코일(5)과 W상 코일(6)사이에 끼워진 채로 위치되어 절연상태를 유지할 수 있고, 특히 가림커버(21)부위는 V상 코일(5)의 이격 구간과 이를 감싼 W상 코일(6)사이로 위치됨으로써 이들 사이에는 접촉이 없는 또 다른 절연구간(Kb)을 확실하게 형성하게 된다.

상기와 같이 본 실시예에서는 가림커버(11)를 더 크게 형성한 U-V 상간절연지(10)로 U상 코일(4)의 이격 구간과 이를 감싼 V상 코일(5)사이에 접촉을 확실히 차단하고, 가림커버(21)를 더 크게 형성한 V-W 상간절연지(20)로 V상 코일(5)의 이격 구간과 이를 감싼 W상 코일(6)사이에 접촉을 확실히 차단함으로써, U상 코일(4)과 V상 코일(5) 및 W상 코일(6)을 겹쳐서 권선하는 고정자(3)의 절연성능을 크게 향상할 수 있고, 이로 인해 고전압 3상 트랙션 모터의 품질과 상품성을 크게 높일 수 있게 된다.

1 : 하우징 2 : 회전자
3 : 고정자 4 : U상 코일
5 : V상 코일 6 : W상 코일
10 : U-V 상간절연지 11,21 : 가림커버
20 : V-W 상간절연지

Claims (6)

1. 권선된 U상 코일간의 이격 구간을 지나면서 권선되는 V상 코일이 상기 U상 코일과 접촉되는 미절연구간의 형성을 방지하고, 상기 V상 코일의 이격 구간을 지나면서 권선되는 W상 코일이 상기 V상 코일과 접촉되는 또 다른 미절연구간도 방지되는 절연구조가 적용되어진 고정자
   를 포함해 구성되는 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연구조는 슬롯절연지와 슬롯웨지와 함께 구현되는 상간절연지를 이용해 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 상간절연지는 상기 U상 코일과 상기 V상 코일사이에 위치되고 전체 폭에 비해 더 크게 형성된 가림커버를 갖춘 U-V 상간절연지와,
   상기 V상 코일과 상기 W상 코일사이에 위치되고 전체 폭에 비해 더 크게 형성된 가림커버를 갖춘 V-W 상간절연지로 구성되어진 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 U-V 상간절연지의 가림커버는 전체 길이에서 한쪽으로 치우친 위치로 형성되고, 상기 V-W 상간절연지의 가림커버는 전체 길이의 중간 위치로 형성되어진 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 V-W 상간절연지의 가림커버와 상기 U-V 상간절연지의 가림커버는 수용공간을 형성하도록 좌우양쪽을 중간 부위에 대해 접어줄 수 있도록 마름모꼴형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 V-W 상간절연지의 가림커버는 상기 U-V 상간절연지의 가림커버에 비해 더 큰 폭 크기로 형성되어진 것을 특징으로 하는 트랙션 모터.
   

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