KR20140088268A

KR20140088268A - 슬롯 레스용 전동기 고정자

Info

Publication number: KR20140088268A
Application number: KR1020120157645A
Authority: KR
Inventors: 오승태; 최진우
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10
Also published as: KR101426170B1

Abstract

본 발명은 슬롯 레스용 전동기 고정자에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 단위고정자모듈과; 상기 단위고정자모듈의 하부가 서로 맞대어지게 원주방향으로 배열되어 링형태를 갖도록 결합된 고정자몸체와; 상기 고정자몸체의 단위고정자모듈 사이의 외부에 삽입된 권선모듈; 및 상기 권선모듈이 삽입된 고정자몸체의 양측단에 결합된 엔드캡으로 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 유지 보수시 부분적인 교체가 신속하게 이루어질 수 있도록 하여 비용과 시간을 줄일 수 있도록 하는 가운데 동일한 크기에 비해 고출력을 얻을 수 있도록 하고, 원주방향 및 축 방향으로 고정자의 강성이 증가되도록 하여 고속회전시 발생되는 진동과 소음을 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

슬롯 레스용 전동기 고정자{Motor stator slotless}

본 발명은 슬롯 레스용 전동기 고정자에 관한 것으로서, 특히 링형태를 갖는 고정자몸체의 단위고정자모듈 사이에 권선모듈이 삽입되고, 권선모듈이 삽입된 고정자몸체의 양측단에 엔드캡이 결합되도록 한 것이다.

일반적으로 전기모터는 고정자의 내부 원주에 일정한 간격이면서 축 길이 방향으로 돌기와 슬롯이 구성되고, 슬롯의 내부에 코일을 권선하여 자기장을 유도하도록 구성하고 있는데, 슬롯의 내부에 코일을 권선하는 것은 많은 힘과 시간 및 복잡한 장치가 소요됨은 물론이고 돌기의 존재로 인하여 불연속 자기가 만들어짐과 아울러 권선의 수를 제한하게 되므로 모터의 효율에 영향을 초래하는 단점이 있었다.

이에 따라서 고정자의 전체 면적을 코일로 채워넣음으로써, 모터가 필요로 하는 유효 도체수를 확보함으로 인해 효율증대를 도모하고, 히스테리시스에 의한 손실을 줄이고자 하는 방법에 제시된 바 있는데, 두 개 변의 길이가 다른 변의 길이보다 좀더 긴 육각 단면 형태의 말대를 구비하여 그 외면에 3가닥의 코일을 권선한 후 말대를 제거한다.

말대를 제거한 다음 말대의 형태와 같이 성형된 코일을 비스듬한 방향으로 눌러줌으로써, 코일이 납작하게 이중으로 중첩되는 형태가 되도록 만들어 준다. 그 후 양쪽 끝을 중첩되게 하면서 원형으로 말고 모터의 내부에 삽입될 수 있으면서 내부에 회전자가 삽입될 수 있도록 내면과 외면의 직경을 성형해 줌으로써, 고정자용 코일권선체를 제조된다.

이러한 방법은 고정자에 돌기와 슬롯이 구성되지 않고 전체가 코일로 구성됨에 의한 모터의 효율향상 등의 목적을 달성할 수는 있지만, 불량의 발생이 많고 이를 방지하기 위해서 정밀하고 특수한 장치들이 필요하게 된다. 즉, 말대에 코일을 권선한 후 납작하게 눌러주는 과정에서 잘못하면 코일이 균일하고 정렬된 권회 상태를 유지하지 못하고 엉키는 등의 폐단이 발생할 수 있고 이러한 결과는 모터의 성능에 치명적인 영향을 초래하는 것이며, 이를 다시 원형관체 형태로 성형하는 과정에서는 성형 후 내경과 외경이 균일하지 못하므로 모터로서의 완제품을 조립하기 전에 내 외경을 필요한 치수로 확정하여 주는 별도의 장치와 공정이 필요한 문제가 있었다.

한편, 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로 슬롯리스 모터가 제안되었고, 제안된 슬롯리스 모터(70)는 도1에 도시된 바와 같이, 고정자(71)와 영구자석인 회전자(72)로 구성된 것으로 이러한 고정자(71)는 링형철심(711)에 각각의 코일(712)이 구비되고, 링형철심(711)과 코일(712) 사이에는 절연과 균일한 권선분포를 위한 절열체(713)가 삽입되어 있다. 절연체(713)는 균일한 상코일 분포를 위해 30°간격(3상 4극의 경우)마다 분리벽(714)이 형성되고, 코일(712)의 내경에는 회전자(72)로부터 보호하기 위한 아우터캔(715)이 커버링 되도록 구성되어 있다.

회전자(72)는 축(721)과 영구자석(722) 및 고속에서 영구자석(722)의 이탈을 막기 위한 인너캔(723)으로 구성되어 고정자(71)와 영구자석(722) 사이의 자기적 공극을 줄여 공극자속밀도를 보다 높고 용이하게 확보할 수 있도록 하여 영구자석(722)의 두께와 모터의 축방향 길이를 줄일 수 있도록 하였으나, 회전자가 고속으로 회전되는 과정에서 상당한 진동과 소음이 발생되는 또 다른 문제점이 있었다.

또한, 정비시 고정자 전체를 교체해야 됨에 따라 시간과 비용이 추가적으로 지출되는 또 다른 문제점이 있었다.

그리고 코일이 단층으로 구비되어 있음으로써, 결선의 점적율이 낮아지며 이로 인해 출력이 낮아지는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 고정자의 강성이 증가되도록 하여 고속회전시 발생되는 진동과 소음을 줄일 수 있도록 하는 가운데 유지보수시 부분적인 교체가 신속하게 이루어질 수 있도록 하여 비용과 시간을 줄일 수 있도록 하고, 아울러 코일이 단층 또는 복층으로 구비되도록 하여 동일한 크기에 비해 고출력을 얻을 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 단위고정자모듈(10)과; 상기 단위고정자모듈(10)의 하부가 서로 맞대어지게 원주방향으로 배열되어 링형태를 갖도록 결합된 고정자몸체(20)와; 상기 고정자몸체(20)의 단위고정자모듈(10) 사이의 외부에 삽입된 권선모듈(30); 및 상기 권선모듈(30)이 삽입된 고정자몸체(20)의 양측단에 결합된 엔드캡(40)으로 구성됨을 한다.

또한, 상기 단위고정자모듈(10)은 만곡형태를 갖는 인너플랜지부재(11)와; 상기 인너플랜지부재(11)의 상부에 수직되게 형성된 웹부재(12)와; 상기 웹부재(12)의 상부에 인너플랜지(11)와 평행하게 형성된 아우터플랜지부재(13); 및 상기 인너플랜지부재(11)의 상부면과 웹부재(12)의 측면 및 아우터플랜지부재(13)의 하부면 사이로 권선모듈 삽입공간부(14)가 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 인너플랜지부재(11)는 일측면에 결합홈부(111)가 형성되며, 타측면에 결합돌부(112)가 일체로 형성되어 원주방향으로 맞물리게 결합됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 웹부재(12)는 상부에서 하부로 좁아지는 역삼각형태를 갖도록 형성되고, 상기 아우터플랜지부재(13)는 상부 중앙에 돌출되게 형성된 위치결정돌기(131)의 양측에 반원형태의 안착걸림홈(132)이 형성되고, 상기 아우터플랜지부재(13)의 양끝단은 윗면이 하향되게 테이퍼진 연장편(133)이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 안착걸림홈(132)은 권선삽입부재(31)의 고정부재(32) 양측단에 형성된 안착편(33)이 안착되되, 상기 안착걸림홈(132)과 안착편(33) 사이에 강성개선을 위한 내열성 에폭수지 코팅층(34)이 도포되고, 상기 고정부재(32)는 하측 내부의 양측에 각각 가운데를 향하여 윗면이 하향되게 테이퍼진 연장홈(321)이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 권선모듈(30)은 권선삽입공간부(311)를 갖는 중공형 권선삽입부재(31)와; 상기 권선삽입부재(31)의 상부에 형성된 T형태를 갖는 고정부재(32)가 일체로 형성되되, 상기 고정부재(32)의 양측단에 각각 원기둥형태를 갖는 안착편(33)이 형성됨을 특징으로 한다.

그리고 상기 엔드캡(40)은 관통홀(411)이 형성된 맞대기면(412)을 갖는 맞대기링부재(41)와; 상기 맞대기링부재(41)의 외주연부에 직각되도록 절곡된 감쌈링부재(42)가 일체로 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 링형태를 갖는 고정자몸체의 단위고정자모듈 사이에 권선모듈이 삽입되도록 함으로써, 유지 보수시 부분적인 교체가 신속하게 이루어질 수 있도록 하여 비용과 시간을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 권선모듈이 단층 또는 복층으로 구비되어질 수 있도록 함으로써, 동일한 크기에 비해 고출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고 권선모듈이 삽입된 고정자몸체의 양측단에 엔드캡이 결합되도록 함으로써, 원주방향 및 축방향으로 고정자의 강성이 증가되도록 하여 고속회전시 발생되는 진동과 소음을 줄일 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.

도1은 종래 기술에 따른 전동기 고정자를 도시한 측면도 및 종단면도.
도2는 본 발명에 따른 전동기 고정자를 도시한 사시도 및 내, 외부를 절개하여 도시한 사시도.
도3은 본 발명에 따른 전동기 고정자를 도시한 분해 사시도.
도4는 본 발명에 따른 전동기 고정자를 도시한 종단면도.
도5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 전동기 고정자를 도시한 종단면도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 슬롯 레스용 전동기 고정자는 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 단위고정자모듈(10), 고정자몸체(20), 권선모듈(30) 및 엔드캡(40)으로 구성되어 있다.

여기에서, 상기 단위고정자모듈(10)은 다수개가 원주방향으로 결합되어 링형태를 갖는 하나의 고정자몸체(20)가 이루어지도록 하는 기능을 갖는 것으로 만곡형태를 갖는 인너플랜지부재(11)의 상부에 수직되게 형성된 웹부재(12)가 수직되게 형성되고, 상기 웹부재(12)의 상부에 인너플랜지(11)와 평행한 아우터플랜지부재(13)가 일체로 형성되어 있다.

상기 인너플랜지부재(11)의 상부면과 웹부재(12)의 측면 및 아우터플랜지부재(13)의 하부면 사이로 권선모듈(30)이 삽입되는 권선모듈 삽입공간부(14)가 형성되어 있다. 이때, 상기 권선모듈 삽입공간부(14)는 삽입되는 권선모듈(30)의 절반인 길이를 갖도록 하여 일측과 타측에 단위고정자모듈(10)이 맞대어진 상태에서는 하나의 권선모듈(30)이 삽입되는 하나의 공간이 제공될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 인너플랜지부재(11)는 일점쇄선으로 도시된 회전자(50)의 외주연부에 일정 간격이 유지될 수 있도록 하는 가운데 길이 방향 즉, 원주방향으로 반복되게 결합될 수 있도록 하기 위한 방안으로 일측면에 결합홈부(111)가 형성되며, 타측면에 결합돌부(112)가 일체로 형성되어 원주방향을 따라 서로 맞물릴 수 있도록 형성되어 강성이 증가될 수 있게 형성되어 있다.

상기 웹부재(12)는 상부에서 하부로 좁아지는 역삼각형태를 갖도록 형성되어직사각형태를 갖는 권선삽입부재(31)가 삽입된 상태에서 빈공간이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 아우터플랜지부재(13)는 상부 중앙에 돌출되게 위치결정돌기(131)가 형성되어 강도가 한층 더 보강되어 비틀림 등에 충분하게 저항할 수 있도록 하고, 이러한 위치결정돌기(131)의 양측에 반원형태의 안착걸림홈(132)이 형성되어 후술하는 권선모듈(30)의 안착편(33)이 안착된 상태로 결합될 수 있게 구성되어 있다.

상기 아우터플랜지부재(13)의 양끝단은 윗면은 하향되게 테이퍼진 연장편(133)이 일체로 형성되어 후술하는 권선모듈(30)의 권선삽입부재(31) 및 고정부재(32)가 항상 일정한 위치에 삽입될 수 있게 구성되어 있다.

상기 안착걸림홈(132)에는 후술하는 권선삽입부재(31)의 고정부재(32) 양측단에 형성된 안착편(33)이 안착되는 것으로 상기 안착걸림홈(132)과 안착편(33) 사이에 내열성 에폭수지 코팅층(34)이 도포되어 한층 더 결합강도를 높여 진동이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 고정부재(32)는 하측 내부의 양측에 각각 가운데를 향하여 윗면이 하향되게 테이퍼진 연장홈(321)이 일체로 형성되어 상기 단위고정자모듈(10)에 형성된 아우터플랜지(13)의 양끝이 용이하게 삽입될 수 있게 된다.

이러한 구조를 갖는 상기 단위고정자모듈(10)의 하부에 형성된 인너플랜지부재(11)가 일측 또는 양측으로 서로 맞대어지게 원주방향으로 배열됨으로써, 전체적으로 링형태를 갖도록 결합되어 내부로 회전자(50)의 외주연부와 일정한 간격이 유지될 수 있게 구성되어 있다.

상기 권선모듈(30)은 코일(C)이 삽입되는 권선삽입공간부(311)를 갖는 중공형 권선삽입부재(31)의 상부에 T형태를 갖는 고정부재(32)가 일체로 형성된 것으로 상기 고정부재(32)의 양측단에 각각 원기둥형태를 갖는 안착편(33)이 일체로 형성되어 있다.

상기 고정부재(32)의 내측 하부에는 아우터플랜지(13)의 연장편(133)에 대응되는 연장홈(321)이 형성되어 권선모듈(30)이 항상 일정하며 안정된 상태로 삽입된 상태가 유지될 수 있게 된다.

상기 엔드캡(40)은 권선모듈(30)이 삽입된 고정자몸체(20)의 양측단에 결합된 것으로 전동기가 구동되는 과정에서 발생되는 원주방향 및 축방향의 강성을 높게 하여 진동이나 소음발생이 최소화될 수 있도록 구성되어 있다.

이를 위해, 상기 엔드캡(40)은 관통홀(411)이 형성된 맞대기면(412)을 갖는맞대기링부재(41)의 외주연부에 감쌈링부재(42)가 직각 되도록 절곡되게 일체로 형성되어 있다.

이와 같은 슬롯 레스용 전동기 고정자는 먼저, 단위고정자모듈(10)의 인너플랜지부재(11)의 일측으로 형성된 결합홈부(111)에 다른 단위고정자모듈(10)의 인너플랜지부재(11)의 타측에 형성된 결합돌부(112)가 결합되어지도록 하고, 이러한 과정의 반복을 통해 다수개의 단위고정자모듈(10)이 링형태를 갖도록 결합된다.

다음, 각각의 단위고정자모듈(10) 사이로 형성된 권선모듈 삽입공간부(14)에 코일이 삽입된 권선모듈(30)이 삽입된다. 이때, 권선모듈(30)의 고정부재(32) 양측단부에 형성된 안착편(33)이 아우터플랜지(13)의 위치결정돌기(131)의 양측에 형성된 안착걸림홈(132)에 안착된 상태로 결합되고, 안착걸림홈(132)과 안착편(33) 사이에 내열성 에폭수지 코팅층(34)이 형성되어짐으로써, 밀착 결합된 상태가 유지되게 된다.

다음, 단위고정자모듈(10)과 권선모듈(30)이 결합된 양측단부에 엔드캡(40)의 맞대기면(412)이 맞대어지도록 엔드캡(40)의 감쌈부재(42)가 삽입되는 것으로 결합된다.

본 발명에서는 단위고정자모듈(10)이 링형태로 결합된 상태에서 권선모듈(30)이 축방향으로 삽입되게 하였으나, 이러한 형태 이외에 단위고정자모듈(10)과 권선모듈(30)이 교대로 결합되도록 할 수 있다.

이와 같이 결합된 상태에서 전동기의 회전자가 구동될 경우, 진동과 소음이 발생되어지나, 이때 단위고정자모듈(10)과 권선모듈(30)이 결합된 양측단부에 각각 엔드캡(40)이 결합되어져 있어 강도가 증가됨에 따라 진동 및 소음의 발생이 감소되게 된다.

또한, 전동기의 고장으로 인한 유지보수시 현장에서 즉시 권선모듈(30)이나 단위고정자모듈(10) 만을 교체할 수 있도록 하여 시간과 비용을 더 절감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 권선모듈(30)의 권선삽입부재(31)에 삽입된 코일(C)이 일렬형태로 삽입되어지도록 하였으나, 도6에 도시된 바와 같이, 1열 이상 2열 즉, 복층의 형태를 갖도록 사용할 수 있다. 이러한 경우, 동일한 크기에 비해 고출력을 얻을 수 있게 된다.

10:단위고정자모듈 11:인너플랜지부재
12:웹부재 13:아우터플랜지부재
14:권선모듈 삽입공간부 20:고정자몸체
30:권선모듈 31:권선삽입부재
32:고정부재 33:안착편
34:에폭수지 코팅층 40:엔드캡
41:맞대기링부재 42:감쌈링부재
111:결합홈부 112:결합돌부
131:위치결정돌기 132:안착걸림홈
133:연장편 311:권선삽입공간부
321:연장홈 411:관통홀
412:맞대기면

Claims

단위고정자모듈(10)과;
상기 단위고정자모듈(10)의 하부가 서로 맞대어지게 원주방향으로 배열되어 링형태를 갖도록 결합된 고정자몸체(20)와;
상기 고정자몸체(20)의 단위고정자모듈(10) 사이의 외부에 삽입된 권선모듈(30); 및
상기 권선모듈(30)이 삽입된 고정자몸체(20)의 양측단에 결합된 엔드캡(40)으로 구성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제1항에 있어서,
상기 단위고정자모듈(10)은 만곡형태를 갖는 인너플랜지부재(11)와;
상기 인너플랜지부재(11)의 상부에 수직되게 형성된 웹부재(12)와;
상기 웹부재(12)의 상부에 인너플랜지(11)와 평행하게 형성된 아우터플랜지부재(13); 및
상기 인너플랜지부재(11)의 상부면과 웹부재(12)의 측면 및 아우터플랜지부재(13)의 하부면 사이로 권선모듈 삽입공간부(14)가 형성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제2항에 있어서,
상기 인너플랜지부재(11)는 일측면에 결합홈부(111)가 형성되며, 타측면에 결합돌부(112)가 일체로 형성되어 원주방향으로 맞물리게 결합됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제2항에 있어서,
상기 웹부재(12)는 상부에서 하부로 좁아지는 역삼각형태를 갖도록 형성되고, 상기 아우터플랜지부재(13)는 상부 중앙에 돌출되게 형성된 위치결정돌기(131)의 양측에 반원형태의 안착걸림홈(132)이 형성되고, 상기 아우터플랜지부재(13)의 양끝단은 윗면이 하향되게 테이퍼진 연장편(133)이 일체로 형성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제4항에 있어서,
상기 안착걸림홈(132)은 권선삽입부재(31)의 고정부재(32) 양측단에 형성된 안착편(33)이 안착되되, 상기 안착걸림홈(132)과 안착편(33) 사이에 내열성 에폭수지 코팅층(34)이 도포되고, 상기 고정부재(32)는 하측 내부의 양측에 각각 가운데를 향하여 윗면이 하향되게 테이퍼진 연장홈(321)이 일체로 형성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제1항에 있어서,
상기 권선모듈(30)은 권선삽입공간부(311)를 갖는 중공형 권선삽입부재(31)와;
상기 권선삽입부재(31)의 상부에 형성된 T형태를 갖는 고정부재(32)가 일체로 형성되되, 상기 고정부재(32)의 양측단에 각각 원기둥형태를 갖는 안착편(33)이 형성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.
제1항에 있어서,
상기 엔드캡(40)은 관통홀(411)이 형성된 맞대기면(412)을 갖는 맞대기링부재(41)와;
상기 맞대기링부재(41)의 외주연부에 직각되도록 절곡된 감쌈링부재(42)가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 슬롯 레스용 전동기 고정자.