KR20140087365A

KR20140087365A - 구동 모터의 고정자 보빈

Info

Publication number: KR20140087365A
Application number: KR1020120157471A
Authority: KR
Inventors: 김정식; 정명규; 서영진; 한동연; 조형준; 김경범; 문상훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-09
Also published as: US20140184014A1

Abstract

구동 모터의 고정자 보빈이 개시된다. 개시된 구동 모터의 고정자 보빈은 고정자의 전 영역에서 일정 구간으로 분할한 고정자 코어에 보빈 본체가 결합되며, 그 보빈 본체에 코일이 권선되는 것으로서, 보빈 본체에 감긴 코일의 끝 부분이 보빈 본체의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈으로 고정될 수 있다.

Description

구동 모터의 고정자 보빈 {STATOR BOBBIN FOR MOTOR}

본 발명의 실시예는 구동 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코일의 권선 점적률을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 구동 모터의 고정자 보빈 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 대개 친환경 자동차로 불리우는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동 모터" 라고 한다)에 의해 구동된다.

하이브리드 차량은 구동 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동 모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동 모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.

이와 같이 차량의 동력원으로 이용되는 구동 모터는 고정자와 회전자로 이루어지는데, 고정자는 모터 하우징 내에 결합되며, 회전자는 고정자의 안쪽으로 배치된다.

하이브리드 차량에 채용되는 구동 모터로는 출력 밀도와 토크 밀도를 증대시켜 고출력화를 도모하기 위하여 고정자 코어를 둘레 방향의 복수 지점에서 분할하고, 그 분할된 고정자 코어에 환선형 코일을 집중적으로 감은 환선형 집중권 구동 모터를 예로 들 수 있다.

이러한 환선형 집중권 구동 모터는 고정자 전체의 전 구간을 일정 영역으로 분할한 고정자 코어를 둘레 방향을 따라 결합함으로써 그 고정자를 구성할 수 있다. 여기서 고정자 코어에는 절연 소재의 보빈이 결합되고, 그 보빈에는 코일의 텐션이 큰 집중권 타입으로 코일이 권선된다.

한편, 하이브리드 차량용 구동모터는 공간상에 제약이 심하여 최대한 박형으로 모터를 설계하고 있다. 이를 위해 고정자 코어에 코일을 감을 때 동일한 공간에 최대한 점적률(구리선 단면적과 구리선을 수납하는 공간으로 표시되는 수치)을 높여서 최대한 많이 감는 것이 중요하다.

구동 모터의 성능은 토크/출력밀도와 효율에 의해 결정되는데, 이를 위해 고정자의 권선 점적률을 높이는 기술이 연구되고 있다. 이러한 권선 점적률의 증가는 토크/출력밀도를 유지하면서 효율을 증대시키는 효과가 있다. 이에 당 업계에서는 코일의 절연피막 두께를 감소시키고 편각선 권선 장비를 도입하는 등 코일의 점적률을 증대시키는데 역점을 두고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 환선형 집중권 구동 모터의 고정자 보빈 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 환선형 집중권 구동 모터의 고정자 보빈 구조(200)에서는 고정자 코어(1)에 보빈(3)이 결합되고, 그 보빈(3)에는 집중권 타입으로 코일(5)이 권선된다.

여기서, 코일(5)은 보빈(3)에 감기면서 그 끝 부분이 보빈(3)의 상단 중앙 측에 하측으로 형성된 메인 고정홈(7)을 통과하여 그 메인 고정홈(7)에 인접한 서브 고정홈(9)으로 고정된다.

즉, 종래 기술에서는 코일(5)을 보빈(3)에 감은 상태로 그 코일(5)의 끝 단부를 권선의 상단부 측에서 메인 고정홈(7) 및 서브 고정홈(9)에 고정시킨다.

그러나, 종래 기술에서는 차량의 패키지 공간이 협소함으로 보빈(3)의 외경과 내경이 제한된 상태에서, 코일(5)의 끝 부분을 보빈(3) 상단의 메인 고정홈(7) 및 서브 고정홈(9)에 고정시키므로, 그 보빈(3) 상단부의 메인 고정홈(7) 높이 만큼 코일(5)을 감지 못하게 되고, 이로 인해 코일(5)의 권선 점적률은 감소하게 된다.

환선형 집중권 구동 모터의 경우, 코일(5)을 보빈(3)에 감을 때 배부름 현상으로 권선의 상,하단부 높이가 측면부의 높이 보다 큼과 아울러 보빈(3) 상단부 측의 메인 고정홈(7) 높이 만큼 코일(5)을 감지 못하게 되므로, 코일 권선의 점적률은 감소하게 된다.

따라서, 종래 기술에서는 보빈(3)의 상단부 측에서 메인 고정홈(7)을 통해 코일(5)의 끝단부를 고정함에 따라 코일의 권선 점적률이 감소하게 되므로, 이로 인해 구동 모터의 토크/출력밀도 및 효율이 저하될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 보빈의 상단 측에 코일의 끝 부분을 고정하는 구조에서 코일의 끝 부분을 권선 상단부 측의 보빈 측면부에 고정하는 구조로 변경하여 코일의 권선 점적률을 향상시킬 수 있도록 한 구동 모터의 고정자 보빈을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈은, 고정자의 전 영역에서 일정 구간으로 분할한 고정자 코어에 보빈 본체가 결합되며, 그 보빈 본체에 코일이 권선되는 것으로서, 상기 보빈 본체에 감긴 상기 코일의 끝 부분이 상기 보빈 본체의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈으로 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 보빈 본체에는 상측부의 한 쪽 측면에 상기 고정홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 보빈 본체에는 다른 한 쪽 측면에 상기 코일이 통과하는 통과홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 보빈 본체에는 상기 고정홈과 통과홈 사이에 네크부가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 코일의 시작 부분은 상기 고정홈에서 상기 네크부를 통해 상기 통과홈으로 통과할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 코일의 끝 부분은 상기 통과홈에서 상기 네크부를 통해 상기 고정홈으로 통과할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 고정홈은 상기 보빈 본체의 내경부와 외경부의 경계 지점에서 상기 보빈 본체의 한 쪽 사이드부에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 통과홈은 상기 보빈 본체의 내경부와 외경부의 경계 지점에서 상기 보빈 본체의 다른 한 쪽 사이드부에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서, 상기 고정홈은 상기 보빈 본체에서 한 쪽 사이드부의 폭 길이에 상응하는 길이로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 보빈 본체에 감긴 코일의 끝 부분이 그 보빈 본체의 상측부 한 쪽 측면에 형성된 고정홈으로 고정됨에 따라, 종래 기술 대비 보빈 본체에 코일을 더 감을 수 있으므로, 코일의 점적률을 증대시킬 수 있고, 이로 인해 구동 모터의 토크/출력밀도 및 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 구동 모터를 재 설계할 경우, 그 효율의 상승분 만큼 구동 모터의 사이즈 감소 및 영구자석의 저감 설계가 가능해진다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 보빈 본체에 대한 코일의 권선 측면부의 높이가 포화되어 점적률을 증가시킬 수 없는 상황일지라도, 코일의 끝 부분을 보빈 본체 상측부 한 쪽 측면의 고정홈에 고정함에 따라 결과적으로 보빈 본체의 높이를 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 전체 구동 모터의 부피를 감소시킴으로써 제한된 차량 패키지 공간에서의 모터 설치 자유도를 향상시킬 수 있고, 구동 모터의 토크 밀도 및 출력 밀도의 증대를 도모할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 환선형 집중권 구동 모터의 고정자 보빈 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈 구조를 도시한 정면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈에 대한 코일 권선 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈의 작용 효과를 설명하기 위해 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈 구조를 도시한 정면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈에 대한 코일 권선 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈(100)은 모터의 토크/출력밀도 증대 및 고출력화를 도모하기 위하여 고정자 코어(11)를 둘레 방향의 복수 지점에서 분할하고, 그 분할된 고정자 코어(11)에 환선형 코일(13)을 집중적으로 감은 이른 바 환선형 집중권 구동 모터에 적용될 수 있다.

예를 들면, 이러한 환선형 집중권 구동 모터는 고정자 코어(11)에 결합되는 보빈 본체(21)를 포함하고 있다. 보빈 본체(21)에는 환선형 코일(13)(이하에서는 편의 상 "코일" 이라고 한다)이 집중적으로 감긴다.

여기서, 보빈 본체(21)는 절연 소재로 이루어지며, 도 3에서와 같이 고정자 코어(11)의 높이에 상응하는 내경부(h1)와, 그 내경부(h1)의 높이보다 큰 외경부(h2)를 지니며 고정자 코어(11)에 결합될 수 있다.

이하에서 보빈 본체(21)의 상측부는 도 3을 기준으로 내경부(h1)와 외경부(h2)의 상측 경계 지점 위 부분으로 정의할 수 있으며, 하측부는 내경부(h1)와 외경부(h2)의 하측 경계 지점 아래 부분으로 정의할 수 있다.

또한, 이하에서 언급되는 보빈 본체(21)의 사이드부는 상측부와 하측부 사이에서 고정자 코어(11)의 양측에 위치하는 양측 부분으로 정의할 수 있다.

그러나 이와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 도면을 기준으로 하는 고정자 코어(11)의 위치에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 구동 모터의 고정자 보빈(100)은 보빈 본체(21)의 상단 측에 코일(13)의 끝 부분을 고정하는 기존 구조에서, 권선 상단부 측의 보빈 본체(21) 측면부에 코일(13)의 끝 부분을 고정하는 구조로 변경하여 코일(13)의 권선 점적률을 실질적으로 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈(100)은 고정자의 전 영역에서 일정 구간으로 분할한 고정자 코어(11)에 보빈 본체(21)가 결합되며, 그 보빈 본체(21)에 코일(13)이 권선된 구조를 기본으로 하고 있다.

상기와 같은 기본 구조에서, 본 발명의 실시예에서는 보빈 본체(21)에 감긴 코일(13)의 끝 부분이 그 보빈 본체(21)의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈(31)으로 고정될 수 있다.

즉, 보빈 본체(21)는 상측부의 한 쪽 측면에 상기한 고정홈(31)이 형성되어 있다. 이 경우, 상기 고정홈(31)에 대응하는 보빈 본체(21) 상측부의 다른 한 쪽 측면에는 코일(13)이 통과하는 통과홈(41)이 형성되어 있다.

상기와 같이 보빈 본체(21)의 상측부 한 쪽 측면에 고정홈(31)이 형성되고, 그 상측부의 다른 한 쪽 측면에 통과홈(41)이 형성되므로, 이들 고정홈(31)과 통과홈(41) 사이에는 코일(13)이 감기며 지나가는 네크부(51)가 구비되어 있다.

이에, 코일(13)의 시작 부분은 고정홈(31)에서 네크부(51)를 통해 통과홈(41)으로 통과하며, 그 코일(13)의 끝 부분은 통과홈(41)에서 네크부(51)를 통해 고정홈(31)으로 통과하게 된다.

이 경우, 고정홈(31)은 보빈 본체(21)의 내경부(h1)와 외경부(h2)의 상측 경계 지점에서 그 보빈 본체(21)의 한 쪽 사이드부에 형성될 수 있다. 그리고, 통과홈(41)은 보빈 본체(21)의 내경부(h1)와 외경부(h2)의 상측 경계 지점에서 그 보빈 본체(21)의 다른 한 쪽 사이드부에 형성될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 고정홈(31)은 보빈 본체(21)에서 한 쪽 사이드부의 폭 길이에 상응하는 길이로서 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 고정자 보빈(100)에 의하면, 도 4에서와 같이 보빈 본체(21)에 감긴 코일(13)의 끝 부분이 그 보빈 본체(21)의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈(31)으로 고정될 수 있다.

여기서, 보빈 본체(21)에 코일(13)을 감을 때, 그 코일(13)의 시작 부분은 고정홈(31)에서 네크부(51)를 통해 통과홈(41)으로 통과하며, 그 코일(13)의 끝 부분은 통과홈(41)에서 네크부(51)를 통해 고정홈(31)으로 통과한다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 보빈 구조(100)를 도 4에서와 같이, 종래 기술에 따른 고정자 보빈 구조(200)와 비교해 보면, 종래 기술에서는 보빈(3)에 감긴 코일(5)의 끝 부분이 그 보빈(3) 상단의 중앙 측에 형성된 메인 고정홈(7)으로 고정된다.

그러나, 본 발명의 실시예에서는 보빈 본체(21)에 감긴 코일(13)의 끝 부분이 그 보빈 본체(21)의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈(31)으로 고정됨에 따라, 종래 기술에 따른 메인 고정홈(7)과 본 실시예에 따른 고정홈(31)의 높이 차이(h3) 만큼 보빈 본체(21)에 코일(13)을 더 감을 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 보빈 본체(21)의 내경부(h1)와 외경부(h2)가 제한된 상태에서, 코일(13)의 끝 부분을 보빈 본체(21) 상측부의 고정홈(31)에 고정시키므로, 코일(13)의 점적률을 증대시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술 대비 코일(13)의 점적률을 증가시킬 수 있으므로, 구동 모터의 토크/출력밀도 및 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 실험 및 시뮬레이션 결과를 통하여 코일(13)의 권선 점적률이 5%(45.5%에서 50.5%) 정도 증가하고, 권선 저항이 10% 정도 감소(14.0㏁에서 12.6㏁)하여 그 권선 저항의 감소율만큼 동손이 감소하여 구동 영역에서의 효율이 최대 1%까지 개선됨을 알 수 있었다.

이로 인해 본 발명의 실시예에서는 구동 모터를 재 설계할 경우, 그 효율의 상승분 만큼 구동 모터의 사이즈 감소 및 영구자석의 저감 설계가 가능해진다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 보빈 본체(21)에 대한 코일(13)의 권선 측면부의 높이가 포화되어 점적률을 증가시킬 수 없는 상황일지라도, 종래 기술에 따른 메인 고정홈(7)과 본 실시예에 따른 고정홈(31)의 높이 차이(h3) 만큼 보빈 본체(21)의 높이를 줄일 수 있다.

이는 전체 구동 모터의 부피를 감소시킴으로써 제한된 차량 패키지 공간에서의 모터 설치 자유도를 향상시킬 수 있으며, 더 나아가 구동 모터의 토크 밀도 및 출력 밀도의 증대를 도모할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

11... 고정자 코어
13... 코일
21... 보빈 본체
31... 고정홈
41... 통과홈
51... 네크부
h1... 내경부
h2... 외경부

Claims

고정자의 전 영역에서 일정 구간으로 분할한 고정자 코어에 보빈 본체가 결합되며, 그 보빈 본체에 코일이 권선된 구동 모터의 고정자 보빈에 있어서,
상기 보빈 본체에 감긴 상기 코일의 끝 부분이 상기 보빈 본체의 상측부에서 한 쪽 측면에 형성된 고정홈으로 고정되는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제1 항에 있어서,
상기 보빈 본체는,
상측부의 한 쪽 측면에 상기 고정홈이 형성되고, 다른 한 쪽 측면에 상기 코일이 통과하는 통과홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제2 항에 있어서,
상기 보빈 본체는 상기 고정홈과 통과홈 사이에 네크부가 구비되는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제3 항에 있어서,
상기 코일의 시작 부분은 상기 고정홈에서 상기 네크부를 통해 상기 통과홈으로 통과하며,
상기 코일의 끝 부분은 상기 통과홈에서 상기 네크부를 통해 상기 고정홈으로 통과하는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제1 항에 있어서,
상기 고정홈은,
상기 보빈 본체의 내경부와 외경부의 경계 지점에서 상기 보빈 본체의 한 쪽 사이드부에 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제1 항에 있어서,
상기 통과홈은,
상기 보빈 본체의 내경부와 외경부의 경계 지점에서 상기 보빈 본체의 다른 한 쪽 사이드부에 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.
제5 항에 있어서,
상기 고정홈은,
상기 보빈 본체에서 한 쪽 사이드부의 폭 길이에 상응하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 모터의 고정자 보빈.