KR20140083730A

KR20140083730A - 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조

Info

Publication number: KR20140083730A
Application number: KR1020120153798A
Authority: KR
Inventors: 정대성
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-04

Abstract

헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 둘레 방향으로 복수개의 슬롯이 배치되되, 상기 각각의 슬롯은 반경 방향을 따라 복수개의 층을 구비하도록 형성된 고정자 코어; 및 한 쌍의 레그부와 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고, 상기 각각의 레그부가 상기 고정자 코어의 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 복수개의 헤어핀;을 포함하고, 상기 복수개의 헤어핀은 상호 전기적으로 접합되어 상기 고정자 코어에 다상(multi-phase)의 코일 권선을 형성하되, 상기 각 슬롯 내 각 층에는, 동일한 상 전류(phase current)가 배치된 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조가 제공될 수 있다.

Description

헤어핀 권선모터의 상 배치 구조 {PHASE CURRENT ARRANGEMENT FOR HAIRPIN WINDING MOTOR}

본 발명은 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수개의 헤어핀이 고정자 코어의 각 슬롯에 체결 및 순차적 접속되어 고정자의 코일 권선을 이루는 헤어핀 권선모터에 있어서, 각 슬롯 내의 전류 상 배치에 관한 것이다.

유가 급증 및 환경 문제의 대두로 차량의 연비를 증대시키기 위한 다양한 방안이 모색되고 있다. 일 예로, 최근에는 전기식 4륜 구동 시스템(electric 4 wheel drive: e-4WD)이 제안된 바 있다. 알려진 바와 같이, 기계식 4륜 구동 시스템은 전륜을 엔진을 통해 구동시키고, 프로펠러 샤프트 및 커플링을 통해 엔진의 구동력을 후륜으로 전달하여 후륜을 구동시키게 된다. 전기식 4륜 구동 시스템은 상기와 같은 전통적인 기계식 4륜 구동 시스템을 모터를 통해 보완한 방식으로, 전륜은 엔진을 통해 구동되되, 후륜은 모터를 통해 구동되게 된다. 따라서 전기식 4륜 구동 시스템은 엔진의 구동력 전달을 위한 프로펠러 샤프트나 커플링의 제거가 가능하게 되며, 회생 제동 시스템 등과 조합되어 차량의 연비를 향상시키는 효과 또한 있는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 전기식 4륜 구동 시스템의 효과적인 활용이나 충분한 연비 증대 효과를 위하여는, 고출력 소형화된 모터의 개발이 요구된다. 이는 전기를 주동력으로 사용하는 전기자동차(electric vehicle)나, 다양한 타입의 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)에서도 마찬가지이다.

일반적으로, 모터의 출력은 고정자 코어에 권선되는 코일의 턴(turn) 수에 비례하는 것으로 알려져 있다. 그러나 코일의 턴 수를 늘리게 되면 필연적으로 고정자 코어나 모터의 사이즈가 커지게 되며, 이는 모터의 소형화를 곤란하게 한다. 따라서 모터의 사이즈를 늘리지 않고 모터의 출력을 향상시키기 위하여, 고정자 코어에 권선되는 코일의 점적율을 증가시키는 방안이 고려될 수 있다. 다시 말하면, 고정자 코어와 권선되는 코일 간의 사공간이나 각 코일 간의 사공간을 최소화시켜 코일의 점적율을 높이는 방안이 고려될 수 있다. 이와 같은 맥락에서, 최근에는 코일 권선에 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용하는 대신, 사각 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)을 사용하는 방안이 활발히 모색되고 있다. 각형 코일의 경우 단면 형태로 인해 환형 코일에 비해 사공간을 줄이고 점적율을 향상시킬 수 있게 된다.

그러나 각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있게 된다. 각형 코일의 경우 점적율을 극대화하기 위해 환형 코일에 비해 넓은 단면적으로 제작되며, 이로 인해, 강성이 증대되어 권선기 등의 사용이 어렵기 때문이다. 이와 같은 맥락에서, 각형 코일의 코일 권선을 용이하게 하는 방법으로, 다수의 분리된 헤어핀을 고정자 코어에 각각 삽입 체결한 후, 각 헤어핀을 순차적으로 용접 접합시켜 코일 권선을 형성하는 방법이 제안된 바 있다. 상기와 같은 방법으로 코일 권선이 형성된 모터(이하, '헤어핀 권선모터'로 지칭함)는, 대략 U자 또는 V자 형태로 형성된 다수의 헤어핀을 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결한 후, 각 슬롯에 배치된 헤어핀 간을 순차적으로 용접 접합시킴으로써, 고정자 코어의 코일 권선을 형성하게 된다. 따라서 헤어핀 권선모터의 경우, 권선기로 인한 장치적 한계를 극복하고 각형 코일의 경우에도 비교적 용이하게 코일 권선 작업이 가능한 한편, 코일의 점적율을 높여 고출력 소형화된 모터의 구현을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예들은, 헤어핀 권선모터의 출력을 증대시키는 한편, 점프선의 결선 작업을 단순화할 수 있는, 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 둘레 방향으로 복수개의 슬롯이 배치되되, 상기 각각의 슬롯은 반경 방향을 따라 복수개의 층을 구비하도록 형성된 고정자 코어; 및 한 쌍의 레그부와 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고, 상기 각각의 레그부가 상기 고정자 코어의 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 복수개의 헤어핀;을 포함하고, 상기 복수개의 헤어핀은 상호 전기적으로 접합되어 상기 고정자 코어에 다상(multi-phase)의 코일 권선을 형성하되, 상기 각 슬롯 내 각 층에는, 동일한 상 전류(phase current)가 배치된 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조는, 한 슬롯 내 각 층에 모두 동일한 상 전류가 배치되도록 함으로써, 헤어핀 권선 모터의 출력 밀도를 향상시킬 수 있으며, 점프선의 단순화를 통해 작업 효율성이나 생산성을 증대시키고, 우수한 절연품질의 헤어핀 권선 모터를 구현 가능하게 한다.

도 1은 헤어핀 권선모터의 고정자 코어를 보여주는 사시도이다.
도 2는 헤어핀 권선모터의 헤어핀을 보여주는 사시도이다.
도 3은 고정자 코어에 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는 종래 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조를 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조를 보여주는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.

도 1은 헤어핀 권선모터의 고정자 코어를 보여주는 사시도이다.

도 1을 참고하면, 헤어핀 권선모터는 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 구비할 수 있으며, 고정자 어셈블리는 고정자 코어(100)를 포함할 수 있다. 고정자 코어(100)는 전체적으로 원형 고리 또는 링 형태로 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 고정자 코어(100)의 내측에는 회전자 어셈블리(rotor assembly)가 배치될 수 있다. 회전자 어셈블리는 회전축을 구비하고 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 알려진 바와 같이, 고정자 코어(100)에 권선된 코일과 전자기적 간섭을 일으켜 회전되게 된다.

한편, 고정자 코어(100)는 복수개의 슬롯(110)을 구비할 수 있다. 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 내주에서 외주 측을 향해 연장 형성될 수 있다. 또는, 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 고정자 코어(100)의 내주측을 향한 각 슬롯(110)의 단부는, 코일 권선을 위해 개방되어 있을 수 있다.

도 1의 확대도를 참고하면, 각 슬롯(110)은 다층(multi-layer) 구조로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 각 슬롯(110)에는 고정자 코어(100)의 반경 방향을 따라 복수개의 층(111)이 마련될 수 있다. 도 1의 경우, 하나의 슬롯(110)에 4개의 층(111)이 형성된 경우를 예시하였다. 다만, 각 슬롯(110)에 형성되는 층(111)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 필요에 따라, 하나의 슬롯(110)에 마련된 층(111)의 개수는, 2개, 8개 등으로 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 도 1에 도시된 바를 중심으로 설명하기로 하며, 고정자 코어(100)의 내주 측에 배치된 순으로, 각 층(111)을 제 1 내지 4 층(111a, 111b, 111c, 111d)으로 지칭하도록 한다.

고정자 코어(100)에는 복수개의 슬롯(110)이 구비될 수 있다. 복수개의 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 둘레 방향을 따라 방사형으로 배치될 수 있다. 고정자 코어(100)에 마련된 슬롯(110)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 필요에 따라, 고정자 코어(100)에는 둘레 방향을 따라 60개 또는 72개의 슬롯(110)이 형성될 수 있다.

도 2는 헤어핀 권선모터의 헤어핀을 보여주는 사시도이다.

도 2의 (a)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되기 전의 형태를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되어 벤딩(bending)된 후의 형태를 도시한 것임을 알려둔다.

도 2를 참고하면, 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 고정자 코어(100)에 코일 권선을 형성하기 위한 복수개의 헤어핀(200)을 포함할 수 있다. 후술할 바와 같이, 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에는 다수의 헤어핀(200)이 삽입 체결되게 되며, 슬롯(110)에 체결된 다수의 헤어핀(200)은 벤딩 과정을 거쳐 상호 순차적으로 접속됨으로써, 코일 권선을 형성하게 된다.

도시된 바와 같이, 각 헤어핀(200)은 전체적으로 U자형 또는 V자형으로 형성될 수 있다. 헤어핀(200)은 코일 권선을 형성하기 위한 것인바, 구리 등의 전기적 도체로 형성될 수 있으며, 외면은 절연 코팅될 수 있다.

한편, 헤어핀(200)은 한 쌍의 레그부(210) 및 헤드부(220)를 구비할 수 있다. 한 쌍의 레그부(210)는 각각 길이방향으로 연장 형성될 수 있으며 서로 소정간격 이격 배치되게 된다. 한 쌍의 레그부(210)는 일단부가 헤드부(220)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 헤드부(220)는 소정정도 비틀린(twisting) 형태로 형성될 수 있다. 이는 각 레그부(210)가 각각 슬롯(110) 내 상이한 층(111)으로 삽입 체결될 수 있도록 헤어핀(200)의 가공시 각 레그부(210)를 소정정도 트위스팅 가공하기 때문이다.

보다 구체적으로, 도 2의 (a)와 같은 형태로 헤어핀(200)을 가공하는 과정을 설명하면, 먼저 직선형의 각형 코일(flat coil)을 적당한 길이로 컷팅(cutting) 가공하게 되며, 컷팅된 각형 코일을 U자형 또는 V자형으로 굽힘 가공하게 된다. 굽힘 가공을 통해 헤드부(220) 및 한 쌍의 레그부(210)가 형성된다 (다만, 도 2의 (a)와 같이 트위스팅되기 전 단계임). 이때, 헤드부(220)와 한 쌍의 레그부(210)는 동일 평면상에 배치되게 된다. 이와 같은 상태에서, 트위스팅 지그 등을 통해 각 레그부(210)를 서로 반대 방향으로 소정정도 당겨 변형시키게 되면, 헤드부(220)에 꼬임 또는 비틀림이 발생되어, 결과적으로, 도 2의 (a)와 같은 형태로 헤어핀(200)이 가공되게 된다.

한편, 각각의 레그부(210)는 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 삽입 체결되어 슬롯(110) 내 일부가 수용되며, 끝단부는 일부 슬롯(110) 밖으로 노출되게 된다. 또한, 후술할 바와 같이, 각 레그부(210)에서 슬롯(110) 밖으로 노출된 부위는 벤딩 가공 및 용접 접합이 이뤄지게 된다. 즉, 도 2의 (b)를 참고하면, 각 레그부(210)에서 헤드부(220) 측에 인접한 부위(211)는 직선 형태로 슬롯(110) 내 수용되게 되며, 슬롯(110) 밖으로 노출된 부위(212)는 벤딩 가공되며, 벤딩 가동된 끝단부(213)은 용접 접합을 통해 다른 헤어핀과 접속되게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 각 레그부(210)에서 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 수용되는 부분을 수용부(211)로 지칭하고, 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 밖으로 노출되는 부분을 노출부(212)로 지칭하며, 다른 헤어핀의 레그부와 접속되는 부분을 접속단부(213)로 지칭하기로 한다.

한편, 헤어핀(200)은 대략 사각 형태의 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)로 형성될 수 있다. 상기와 같은 각형 코일은 슬롯(110) 내 코일의 점적율을 높여 고출력, 소형화된 모터를 구현할 수 있도록 한다.

도 3은 고정자 코어에 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.

도 3을 참고하면, 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 상기 도 1에서 설명한 고정자 코어(100)에 상기 도 2에서 설명한 헤어핀(200)을 복수개 체결하고, 각 헤어핀(200)을 순차적으로 용접 접합시켜 코일 권선을 형성하게 된다.

보다 구체적으로, 헤어핀(200)은 양쪽 레그부(210)가 각각 고정자 코어(100)에 형성된 슬롯(110)으로 삽입 체결될 수 있다. 이때, 헤어핀(200)의 양쪽 레그부(210)는 소정 슬롯 이격되도록 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)에 체결될 수 있다. 예컨대, 헤어핀(200)의 한 쪽 레그부(210)가 1번 슬롯으로 체결되면, 다른 쪽 레그부(210)는 상기 1번 슬롯에서 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 6개 슬롯 이격된 7번 슬롯으로 체결될 수 있다. 다만, 헤어핀(200)의 양쪽 레그부(210)가 이격된 슬롯 개수는 권선설계방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 헤어핀(200)의 각 레그부(210)는 각 슬롯(110)에 하나의 층(111)을 채우게 된다. 다시 말하면, 각 슬롯(110)의 각 층(111)에는 각각 레그부(210)가 삽입 체결되게 된다. 도 1에 예시된 바를 참고하여 부연 설명하면, 제 1 내지 4 층(111a, 111b, 111c, 111d)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 되며, 따라서 하나의 슬롯(110)에는 반경 방향을 따라 4개의 레그부(210)가 배치될 수 있다.

또한, 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 각 슬롯(110) 내에서 서로 다른 층(111)에 삽입 체결될 수 있다. 예컨대, 일측 레그부(210)가 1번 슬롯의 제 1 층(111a)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 7번 슬롯의 제 2 층(111b)에 체결될 수 있다. 또는 일측 레그부(210)가 1번 슬롯의 제 3 층(111c)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 6번 슬롯의 제 4 층(111d)에 체결될 수 있다. 복수개의 헤어핀(200)은 권선설계방법에 따라 상기와 같은 방식으로 각 슬롯(110) 내 각 층(111)에 채워지게 된다.

한편, 상기와 같이 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)에 복수개의 헤어핀(200)이 체결되면, 각 헤어핀(200)은 슬롯(110) 밖으로 노출된 노출부(212)가 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 벤딩 가공되게 된다. 이때, 각 헤어핀(200)의 레그부(210) 또는 노출부(212)가 벤딩되는 방향이나 정도는 권선설계방법에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 각 헤어핀(200)의 노출부(212)는 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 3개 슬롯만큼 벤딩될 수 있다. 또한, 각 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 서로 동일한 방향으로 벤딩되거나, 서로 반대 방향으로 벤딩될 수 있다. 전술한 도 2의 (b)에서는 헤어핀(200)의 각 레그부(210)가 서로 반대 방향으로 벤딩된 경우를 예시한 바 있다.

권선설계방법 등에 따라 각 헤어핀(200)의 벤딩이 완료되면, 결과적으로 도 3과 같은 형태를 이루게 된다. 즉, 고정자 코어(100)의 일측으로는 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 연속 배치되며, 반대측으로는 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 배치되게 된다. 설명의 편의를 위하여, 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 배치된 쪽을 '레그측'으로 지칭하고, 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 배치된 쪽을 '헤드측'으로 지칭하기로 한다.

한편, 레그측에서 헤어핀(200)의 접속단부(213)는 슬롯(110)에 형성된 층(111)의 개수에 따라 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 복수개 배치될 수 있다. 다시 말하면, 슬롯(110)에 형성된 제 1 내지 4 층(111)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 되므로, 레그측에서는 접속단부(213)가 반경 방향으로 4개씩 배치된 형태를 이루게 된다. 설명의 편의를 위하여, 고정자 코어(100)의 내주측에 배치된 순으로, 각 접속단부(213)를 제 1 내지 4 접속단부(213a, 213b, 213c, 213d)로 지칭하기로 한다.

헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는, 상기와 같은 접속단부(213)를 접속시켜 코일 권선을 형성하게 된다. 예컨대, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b)를 접속하고, 제 3, 4 접속단부(213c, 213d)를 접속시켜 각각의 헤어핀(200)을 전기적으로 연결하고, 하나의 코일 권선부를 이루게 된다. 통상적으로, 상기와 같은 접속단부(213) 간은 용접을 통해 연결되고 있다. 즉, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b)와 제 3, 4 접속단부(213c, 213d) 사이에 절연지를 넣고, 제 1, 2 접속단부(213a, 213b) 간 또는 제 3, 4 접속단부(213c, 213d) 간 용접 접합하여 각 헤어핀(200) 간의 전기적 연결이 이뤄지게 된다.

이때, 각 헤어핀(200) 간의 전기적 연결은 기 설계된 권선설계방식에 따라 이뤄지게 된다. 예컨대, 고정자 어셈블리의 코일 권선은 다상(multi-phase) 코일 권선으로 이뤄질 수 있으며, 이러한 경우, 헤어핀(200)의 용접 접합은 각각 동일한 상 전류(phase current)가 흐르는 헤어핀(200)끼리 이루어져, 각각 상 전류가 상이한 복수개의 코일 권선 세트를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 각 헤어핀(200)은 상호 전기적 연결되어 A상 코일, B상 코일 및 C상 코일로 구성된 3상 코일 권선을 형성할 수 있으며, 동상의 전류가 흐르도록 설정된 헤어핀(200)간 전기적 연결이나 용접 접합이 이뤄질 수 있다. 이와 같은 경우, 결과적으로 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110) 내 각 층(111)에는 수용된 헤어핀(200)의 전기적 연결 형태에 따라 특정 상 전류가 배치되게 된다.

도 4는 종래 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조를 보여주는 개략도이다.

도 4는 3상 코일 권선시 헤어핀 권선모터의 각 슬롯(110) 내 상 전류의 배치를 보여주는 일 예로, 전술한 도 1의 고정자 코어(100)를 슬롯(110)을 중심으로 평면적 도시한 것임을 알려둔다. 또한, 편의상 도 4에서는 고정자 코어(100)의 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯(110) 중 일부 슬롯(110)에 대하여만 도시하였으며, 도 1과 같이 각 슬롯(110)이 제 1 내지 4 층(111a 내지 111d))을 구비한 경우를 예시하였다.

도 4를 참고하면, 고정자 코어(100)는 둘레 방향을 따라 복수개의 슬롯(110)을 구비할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 도 4의 좌측단에 배치된 순으로 각 슬롯(110)을 1번 내지 6번 슬롯(110)으로 지칭하기로 한다. 전술한 바와 같이, 각 슬롯(110) 내에는 제 1 내지 4 층(111a 내지 111d)가 구비될 수 있다. 또한, 각 슬롯(110) 내 각 층(111a 내지 111d)에는 하나의 헤어핀(200) 레그부(210)가 삽입되어 하나의 상 전류가 배치되게 된다(도 3 참고). 도 4에 도시된 A, B, C는 각각 상 전류의 종류를 의미하며, 편의상 A상, B상, C상으로 지칭하기로 한다.

각 슬롯(110) 내에는 4개의 층(111a 내지 111d)이 존재하는 바, 각 슬롯(110) 내에는 4개의 상 전류가 배치될 수 있다. 예컨대, 1번 슬롯(110)의 경우, 제 1, 2 층(111a, 111b)에는 A상 전류가 배치되고, 제 3, 4 층(111c, 111d)에는 C상 전류가 배치될 수 있다. 또한, 1번 슬롯(110) 우측의 2번 슬롯(110)에는 제 1 내지 4 층(111a 내지 111d)에 모두 A상 전류가 배치될 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 상 배치 구조는, 한 슬롯(110) 내에 복수개의 상 전류가 배치되어 역기전력(counter electromotive force) 및 출력이 저하되는 문제점이 존재한다. 즉, 도 4의 1번, 3번, 5번 슬롯(110)을 참고하면, 각 슬롯(110) 내 두 종류의 상 전류가 배치되게 됨을 알 수 있다. 이와 같은 상 배치는 공간 고조파 등을 줄이기 위한 것이나, 두 개의 슬롯(110)에 존재해야 할 하나의 상이 틀어졌기 때문에, 쇄교해야 할 영구자석 자속량이 작아져서 역기전력 및 출력이 저하된다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 상 배치 구조는, 한 슬롯(110) 내 복수개의 상 전류가 배치되어 점프선이 복잡해지는 단점이 있다. 점프선은 헤어핀(200)의 접속단부(213) 간 용접 접합에 의해 각 헤어핀(200)의 전기적 연결이 곤란한 경우, 각 층(111a 내지 111d)의 헤어핀(200) 간을 연결시키기 위해 사용되게 되는데(도 2 및 도 3 참고), 상기와 같이 한 슬롯(110) 내 두 개의 상 전류가 배치되면 다양한 종류의 점프선이 요구되어, 결선이나 접합 작업이 어려워지게 된다. 예컨대, 점프선은 파권(wave winding) 방식으로 각 헤어핀(200)의 결선이 시계방향 이뤄지다가, 방향을 바꿔 반시계방향으로 각 헤어핀(200) 간을 결선시키는 경우나, 제 1, 2 층(111a, 111b)에 배치된 헤어핀(200)에서 제 3, 4 층(111c, 111d)에 배치된 헤어핀(200)으로 결선이 넘어가는 경우 요구되게 되는데, 상기와 같이 한 슬롯(110)에 복수개의 상이 배치되면, 이러한 점프선의 연결이 복잡해지고, 점프선의 피치 길이 등이 상이한 다양한 종류의 점프선이 필요하게 되어, 권선작업의 효율성을 저하시키는 문제점이 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조를 보여주는 개략도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 헤어핀 권선모터의 상 배치 구조는, 전술한 바와 같은 문제점을 해소하고자, 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110) 내 각 층(111a 내지 111d)에 동일한 상 전류가 배치되도록 하고 있다. 즉, 본 실시예에 따른 상 배치 구조는, 1번 슬롯(110)의 제 1 내지 4 층(111a 내지 111d)이 모두 동일한 상 전류인 A상으로 배치되게 되며, 2번 슬롯(110)에도 제 1 내지 4 층(111a 내지 111d)에 모두 동일한 상 전류인 A상이 배치되게 된다. 또한, 3번 슬롯(110) 등의 경우에도 각 층(111a 내지 111d) 간에는 모두 B상 또는 C상 등 동일한 상 전류가 배치되게 된다.

상기와 같은 상 배치 구조는, 한 슬롯(110) 내에 모두 동일한 상 전류가 배치됨으로 인해, 쇄교 자속량을 증가시킬 수 있으며, 이로 인해, 보다 높은 출력밀도를 가지는 헤어핀 권선모터의 구현을 가능하게 한다.

또한, 본 실시예에 따른 상 배치 구조는, 하나의 슬롯(110)에 모두 동일한 상 전류를 배치하되, 같은 상 전류를 가지는 슬롯(110)을 고정자 코어(110)의 둘레 방향을 따라 짝수개 반복 배치하게 된다. 즉, 1번 및 2번 슬롯(110)은 모두 A상이, 3번 및 4번 슬롯(110)에는 모두 B상이, 5번 및 6번 슬롯(110)에는 모두 C상이 배치되며, 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 배치된 복수개의 슬롯(110)에 상기와 같은 패턴이 반복될 수 있다.

이와 같은 형태의 상 배치 구조는, 각 상 전류가 배치되는 슬롯(110)을 분리하여 점프선의 단순화를 가져오게 된다. 즉, 한 슬롯(110) 내 복수개의 상 전류가 배치되는 상기 도 4의 경우에 비해, 점프선의 종류가 줄여들게 되며, 각 상 전류가 각 슬롯(110) 내 분리 배치됨으로 인해, 점프선의 연결 또한 간편해지게 된다. 이와 같은 점프선의 단순화는 작업 속도의 향상이나 불량률 저하에 기여할 수 있으며, 상대적으로 코일 권선 작업이 까다로운 헤어핀 권선모터의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 나아가, 비교적 단순한 형태의 점프선만으로 결선이 이뤄질 수 있어, 점프선 연결시 과도한 비틀림이나 꼬임이 요구되지 않으며, 이로 인해, 절연성능의 측면에서도 우수한 품질을 기대할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조는, 한 슬롯 내 각 층에 모두 동일한 상 전류가 배치되도록 함으로써, 헤어핀 권선 모터의 출력 밀도를 향상시킬 수 있으며, 점프선의 단순화를 통해 작업 효율성이나 생산성을 증대시키고, 우수한 절연품질의 헤어핀 권선 모터를 구현 가능하게 한다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 고정자 코어 110: 슬롯
200: 헤어핀 210: 레그부
222: 헤드부

Claims

둘레 방향으로 복수개의 슬롯이 배치되되, 상기 각각의 슬롯은 반경 방향을 따라 복수개의 층을 구비하도록 형성된 고정자 코어; 및
한 쌍의 레그부와 상기 한 쌍의 레그부를 연결하는 헤드부를 구비하고, 상기 각각의 레그부가 상기 고정자 코어의 각 슬롯 내 각 층으로 삽입 체결되는 복수개의 헤어핀;을 포함하고,
상기 복수개의 헤어핀은 상호 전기적으로 접합되어 상기 고정자 코어에 다상(multi-phase)의 코일 권선을 형성하되,
상기 각 슬롯 내 각 층에는, 동일한 상 전류(phase current)가 배치된 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 슬롯 중 어느 하나의 슬롯에 있어서,
상기 슬롯에 배치된 상 전류는, 상기 슬롯의 일측에 인접된 다른 슬롯의 상 전류와 동일하게 형성되며, 상기 슬롯의 타측에 인접된 또 다른 슬롯의 상 전류와는 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 각각의 슬롯은, 상기 고정자 코어의 반경 방향을 따라 제 1 내지 4 층을 구비하도록 형성되고,
상기 복수개의 헤어핀은, A상, B상 및 C상을 구비하는 3상의 코일 권선을 형성하는 헤어핀 권선 모터의 상 배치 구조.