KR20140139674A - 전기 회전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 고전압 고전류 환경에 사용되는 전기 회전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 서로 다른 슬롯에 삽입되는 복수 개의 헤어핀 전도체; 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부; 그리고 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 중성점과 전원 연결점을 형성하는 결선부를 포함하여 이루어지는 전기 회전 장치가 제공될 수 있다.

Description

전기 회전 장치{electrical rotating device}

본 발명은 상대적으로 고전압 고전류 환경에 사용되는 전기 회전 장치에 관한 것이다.

전기 회전 장치는 발전기와 모터를 포함한다. 발전기는 로터의 회전을 통해 전기를 발생시키는 장치를 말하며, 모터는 발전기와는 반대로, 전기를 공급하여 로터를 회전시키는 장치를 말한다.

즉, 로터의 회전을 통해 스테이터 코일에서 발생되는 전기를 충전시켜서 사용하는 장치를 발전기라 할 수 있다. 그리고, 전기를 공급하여 로터의 회전을 통해 팬이나 회전체를 구동시키는 장치를 모터라 할 수 있다.

차량용 교류 발전기와 같은 전기 회전 장치에는 발전 성능의 향상이 요구되고 있다. 왜냐하면, 차량에 안전제어장치나 공기조화장치 등으로 인해 전류 소비가 증가되고 있기 때문이다.

차량용 모터, 즉 차량 구동용 모터의 경우에도 마찬가지로 성능의 향상이 요구되고 있다. 왜냐하면, 점차 엔진 구동 차량의 성능(출력 토크, 최대 속력 등)에 근접하는 전기 자동차의 성능이 요구되고 있기 때문이다. 아울러, 안전제어장치나 공기조화장치 등으로 인해 전류 소비가 증가됨과 아울러 배터리 성능 향상에 한계가 있을 수 있다. 따라서, 더욱 효율적인 차량 구동용 모터가 제공될 필요가 있다.

이러한 요구를 반영하기 위하여, 헤어핀 전도체를 포함하는 발전기 또는 모터가 제공되고 있다. 미국 특허 공개 공보 US2006/0006757은 헤어핀 전도체가 구비되는 스테이터의 일례를 개시하고 있다.

헤어핀 전도체가 구비되는 스테이터는, 단면이 원형인 코일이 구비되는 일반적인 스테이터 보다 성능이 우수하다. 왜냐하면, 스테이터의 슬롯 내 전도체 점유율이 상대적으로 매우 높기 때문이다. 즉, 실질적으로 사각형 형상으로 전도체(코일을 형성하는 전선)의 단면을 형성하여, 슬롯 내에서, 슬롯과 전도체 사이 그리고 전도체와 전도체 사이의 공극을 최소화할 수 있기 때문이다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 일반적인 헤어핀 모터나 헤어핀 발전기의 스테이터에 대해서 설명한다.

도 1 내지 도 6을 통해 설명되는 사항들은, 본 발명의 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않은 한, 본 발명의 실시예들에 동일하거나 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(20)는 자성체로 형성되며 자로를 형성하는 백요크(21)와 상기 백요크(21)에서 반경 방향 내측으로 돌출되는 티스(22)를 포함하여 이루어진다. 상기 티스(22)는 원주 방향을 따라 복수 개 형성되며, 도 1에는 일례로 티스(22)의 수가 72 개인 것이 도시되어 있다.

티스(22)와 티스(22) 사이에는 슬롯(23)이 형성되며, 실질적으로 상기 슬롯(23) 내에 전도체가 삽입되어 스테이터 코일을 형성하게 된다. 마찬가지로, 상기 슬롯(23)은 스테이터 코어(22)의 원주 방향을 따라 복수 개 형성된다. 따라서, 상기 슬롯(23) 수는 티스(22) 수와 동일할 수 있고, 도 1에는 일례로 슬롯(23)의 수가 72 개인 것이 도시되어 있다.

도 2에는 스테이터 코일을 형성하기 위한 헤어핀 전도체 한 쌍(30)을 도시하고 있다. 하나의 헤어핀 전도체(31, 35)는 절곡부(32, 36)를 갖는다. 그리고 상기 절곡부(32, 36)에서 각각 연장되는 말단(33, 34, 37, 38)을 갖는다.

구체적으로, 하나의 헤어핀 전도체(31)는 상기 절곡부(32)의 양측에 각각 말단(33, 34)을 갖고 있으며, 상기 말단들(33, 34)이 상기 스테이터의 슬롯(22)에 삽입된다. 상기 말단들(33, 34)은 상기 절곡부(32)를 통해 서로 이격되어 있다. 따라서, 일측 말단(33)이 특정 슬롯에 삽입되면 타측 말단(34)은 한 피치 이격을 갖는 다른 슬롯에 삽입될 수 있다.

상기 슬롯(23)은 반경 방향으로 복수 개의 층(layer)을 가질 수 있다. 일례로 상기 복수 개의 층은 4층 이상 짝수 층으로 형성될 수 있다. 4층이라 함은 반경 방향으로 4 개의 헤어핀 전도체의 말단이 삽입됨을 의미한다. 설명의 편의상 반경 방향 최 내측의 층을 1층이라 할 수 있다.

한 쌍의 헤어핀 전도체(30) 중 특정 헤어핀 전도체(31)의 일측 말단(33)은 특정 슬롯(예를 들어 1번 슬롯)의 1층을 형성하고 타측 말단(34)은 한 자극 피치 이격된 슬롯(예를 들어 7번 슬롯)의 4층을 형성할 수 있다. 이때, 다른 헤어핀 전도체(35)의 일측 말단(37)은 특정 슬롯(1번 슬롯)의 2층을 형성하고 타측 말단(38)은 한 자극 피치 이격된 슬롯(7번 슬롯)의 3층을 형성할 수 있다.

따라서, 한 쌍의 헤어핀 전도체(30) 중에서 특정 헤어핀 전도체(31)의 절곡부(32) 길이가 다른 헤어핀 전도체(35)의 절곡부(36)의 길이보다 길게 된다. 즉, 어느 하나의 헤어핀 전도체(30)에서 상기 절곡부(32)에 의해 말단들 사이의 이격 거리는 서로 다를 수 있다. 이러한 이격 거리가 긴 헤어핀 전도체를 긴 헤어핀 전도체라 하고, 이격 거리가 짧은 헤어핀 전도체를 짧은 헤어핀 전도체라 할 수 있다.

한편, 상기 헤어핀 전도체(30) 모두가 긴 헤어핀 전도체이거나 짧은 헤어핀 전도체일 수도 있다. 왜냐하면, 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체(30)가 삽입되는 패턴이 다양하게 변형될 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 전도체들은 전체적으로 스테이터 코일을 이루며, 절곡부의 형상이 서로 동일하거나 유사하다. 따라서, 이러한 헤어핀 전도체(30)를 일반 헤어핀 전도체라 할 수 있다.

도 3은 헤어핀 전도체(30)들이 모두 스테이터의 슬롯(23)에 삽입된 후의 헤어핀 전도체(30)들만을 도시한 것이다. 즉, 스테이터 코일(40)만을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 스테이터 코일(40)을 형성하기 위해서는 일반 헤어핀 전도체(30)뿐만 아니라 특수 헤어핀 전도체(41 내지 47)가 구비될 수 있다. 상기 특수 헤어핀 전도체들은 상기 일반 헤어핀 전도체(30)들과 삽입 패턴은 동일할 수 있다. 그러나, 절곡부의 형상이 서로 상이할 수 있다. 또한, 특수 헤어핀 전도체(41 내지 47)들 사이에도 절곡부의 형상이 서로 상이할 수 있다.

여기서, 특수 헤어핀 전도체(45, 46, 47)는 3상의 전원과 각각 연결되기 위한 것일 수 있다. 즉, 인출선 형성을 위한 헤어핀 전도체일 수 있다. 특수 헤어핀 전도체(44)는 중성점 형성을 위한 헤어핀 전도체일 수 있다. 그리고, 특수 헤어핀 전도체(42, 43, 44)는 각 상의 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 헤어핀 전도체일 수 있다. 즉, 특수 헤어핀 전도체(42, 43, 44)는 상 연결을 위한 헤어핀 전도체일 수 있다.

상기 특수 헤어핀 전도체와 일반 헤어핀 전도체 사이의 절곡부 형상 차이로 인해, 스테이터 코일(40) 형성 후, 혼동 없이 필요한 전원 연결과 중성점 형성과 같은 결선이 이루어질 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 스테이터 코일(40)은 헤어핀 전도체의 말단들이 서로 결선되지 않았기 때문에 아직 미완성이라 할 수 있다.

먼저, 결선을 위해서 도 3에 도시된 스테이터 코일(40)이 도 1에 도시된 스테이터 코어(20)에 모두 삽입되어야 한다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(20)의 상면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 절곡부들과 스테이터 코어(20)의 하면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 말단들이 원주 방향으로 비틀어질 수 있다. 물론, 헤어핀 전도체의 말단들만 원주 방향으로 비틀어질 수 있다. 이러한 비틀림을 통해, 스테이터(20)의 전체 높이를 줄이고, 서로 연결되어야 하는 헤어핀 전도체의 말단들이 반경 방향으로 서로 이웃하게 된다. 즉, 결선을 위한 헤어핀 전도체의 말단들이 정렬될 수 있다.

도 5는 도 4의 스테이터(10)를 뒤집은 모습을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 스테이터 코어(20)의 하면 상에 위치되는 헤어핀 전도체의 말단들에 대한 비틀림 방향은 슬롯 층마다 다를 수 있다.

예를 들어, 슬롯 1층에 구비되는 헤어핀 전도체의 말단들은 시계 방향, 슬롯 2층은 반시계 방향, 슬롯 3층은 시계 방향 그리고 슬롯 4층은 반시계 방향으로 비틀릴 수 있다. 이렇게 비틀린 헤어핀 전도체의 말단들은 슬롯의 층과 유사하게 반경 방향으로 복수 개의 층을 형성하게 된다. 즉, 슬롯이 4층을 갖는 경우, 헤어핀 전도체의 말단들은 반경 방향으로 4층을 이룬다. 그리고, 이러한 패턴은 원주 방향을 따라 슬롯 수와 동일하게 형성될 수 있다.

따라서, 복수 개의 헤어핀 전도체(30)의 절곡부는 스테이터 코어(20)의 축방향 상부에 위치된다. 즉, 스테이터 코어(20)의 상면 상에 절곡부들이 위치된다. 그리고, 복수 개의 헤어핀 전도체(30)의 양측 말단들(33, 34, 37, 38)은 스테이터 코어(20)의 축방향 하부에 위치된다. 즉, 스테이터 코어(20)의 하면 상에 말단들이 위치된다. 상기 말단들은 일반 헤어핀 전도체의 말단들뿐만 아니라 전술한 특수 헤어핀 전도체의 말단들도 포함할 수 있다.

도 6은 용접을 통해 헤어핀 전도체의 말단들을 서로 전기적으로 연결하여 접합부(50)를 형성한 모습이다. 예를 들어, 반경 방향 1층과 2층의 말단들이 용접되고, 반경 방향 3층과 4층의 말단들이 용접되어 접합부를 형성할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 접합부(50)는 원주 방향을 따라 일정하게 형성될 수 있다. 즉, 동일 패턴이 일정하게 반복되도록 형성될 수 있다. 이는, 3상의 스테이터 코일 형성을 위한 특수점들이 상기 접합부(50)가 아닌 절곡부들에서 형성되기 때문이다.

상기 특수점은 전원 연결이나 전원 인출을 위한 전원 연결점을 포함할 수 있다. 상기 특수점은 중성점 형성을 위한 특수점을 포함할 수 있으며, 상 연결을 위한 상 연결점을 포함할 수 있다.

그리고, 용접이 완료되면 헤어핀 전도체 말단들 사이의 절연을 위하여 절연 피막을 형성한다. 일례로 분체 도장을 통해 이러한 절연 피막이 형성될 수 있다.

한편, 스테이터 코어(20)의 상면 상에 위치되는 절곡부들을 통해 외부 전원이 인가되거나 전원이 인출될 수 있다. 아울러, 중성점 형성이나 상 연결도 상기 절곡부들을 통해 수행된다. 이는, 3상의 스테이터 코일을 위한 결선 패턴이 상기 스테이터 코어(20)의 상면에서 수행됨을 의미한다. 즉, 절곡부들을 통해 특수점들이 형성됨을 의미한다.

따라서, 스테이터 코일을 형성하기 위하여 일반 헤어핀 전도체(30)뿐만 아니라 다양한 형태의 특수 헤어핀 전도체(41 내지 47)가 필요하게 된다. 즉, 절곡부의 형상이 서로 상이한 특수 헤어핀 전도체들이 필요하게 된다. 이러한 형상의 차이로 인해 제작하고 관리해야 하는 헤어핀 전도체의 종류가 매우 많아지는 문제가 있다. 아울러, 도시되지는 않았지만 슬롯의 반경 방향 2층과 3층 사이를 결선하기 위한 점프 헤어핀 전도체와 같은 특수 헤어핀 전도체가 필요할 수 있다.

이러한 다양한 형태의 헤어핀 전도체로 인해, 각각의 헤어핀 전도체 차이의 형상적 차이가 발생할 수밖에 없다. 특히, 절곡부 형상의 통일성이 떨어져, 각각의 헤어핀 전도체 사이의 거리 유지가 어려운 문제가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일반 헤어핀 전도체는 다른 일반 헤어핀 전도체와 균일한 거리가 유지될 수 있다. 즉, 절곡부와 인근 절곡부 사이에 균일한 거리가 형성될 수 있다. 그러나, 특수 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 매우 다양하기 때문에, 특수 헤어핀 전도체들 사이 또는 특수 헤어핀 전도체와 일반 헤어핀 전도체 사이에 일정 거리를 형성하는 것이 매우 어려운 문제가 있다.

한편, 헤어핀 전도체를 슬롯에 삽입은 삽입 장치(미도시)를 이용하는 데, 삽입 장치의 제작이 어렵고 다양한 가이드 및 지그(jig)가 필요한 문제가 있다.

구체적으로, 헤어핀 전도체의 말단들은 특정 슬롯에 가(假)삽입된 후, 상기 가이드 및 지그를 통해 상기 헤어핀 전도체의 절곡부가 고정된 상태에서, 상기 절곡부를 가압함으로써 상기 헤어핀 전도체의 삽입이 종료된다. 따라서, 절곡부들 사이에 일정 거리를 확보하기 위해, 절곡부들의 형상을 감안하여 여러 종류의 가이드 및 지그가 필요하게 된다. 마찬가지로, 상기 헤어핀 전도체의 말단들을 비트는 과정에서, 상기 헤어핀 전도체의 절곡부를 고정시켜야 한다.

이러한 과정들에서 특수 헤어핀 전도체와 일반 헤어핀 전도체 사이의 간섭이 발생되어, 피막이 손상되는 문제도 발생될 수 있다.

본 발명은 기본적으로 전술한 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 특수 헤어핀 전도체의 종류와 수를 현저히 줄이거나 생략하여 제조가 용이한 전기 회전 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체 삽입이나 비트는 과정에 필요한 가이드 및 지그 구조를 단순하게 하여, 제조가 용이하고 제조 장치를 간단하게 구현할 수 있는 전기 회전 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 삽입 과정에서 헤어핀 전도체들 사이의 간섭을 최소화하여, 피막 손상을 최소화할 수 있는 전기 회전 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 말단들이 위치하는 부분, 즉 스테이터 코어의 축방향 하측에서 3 상의 스테이터 코일 형성을 위한 패턴을 형성하도록 하여, 제조가 용이한 전기 회전 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 절곡부의 형상이 모두 동일한 헤어핀 전도체를 사용하여, 헤어핀 전도체들 사이의 절연 거리 확보가 용이한 전기 회전 장치를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 서로 다른 슬롯에 삽입되는 복수 개의 헤어핀 전도체; 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부; 그리고 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 중성점과 전원 연결점을 형성하는 결선부를 포함하여 이루어지는 전기 회전 장치가 제공될 수 있다.

상기 슬롯은 반경 방향을 따라 4 이상 짝수 개의 층을 가질 수 있다.

상기 헤어핀 전도체는 일반 헤어핀 전도체와 중성점과 인출선을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다.

상기 접합부는 상기 일반 헤어핀 전도체 말단들 사이에 형성되며, 상기 결선부는 상기 특수 헤어핀 전도체 말단들의 전기적 연결을 위해 형성될 수 있다. 상기 접합부는 용접을 통해 형성될 수 있으며, 상기 결선부는 솔더링을 통해 형성될 수 있다.

상기 3 상의 각 상은 각각 서브 코일들을 포함하고, 상기 특수 헤어핀 전도체는 상기 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다.

상기 3 상의 각 상은 병렬로 형성될 수 있다.

상기 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 모두 동일함이 바람직하다. 따라서, 절곡부의 형상에 통일성이 부여되기 때문에, 삽입과 비트는 과정을 수행하기 위한 가이드와 지그 형상과 종류가 단순하게 구현될 수 있다.

상기 특수 헤어핀 전도체 말단의 길이는 상기 일반 헤어핀 전도체의 말단의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 따라서, 일반 헤어핀 전도체의 말단들을 통한 접합부와 상기 특후 헤어핀 전도체 말단들을 통한 결선부의 위치가 상이하게 된다.

즉, 접합부보다 수직 방향 하부에 상기 결선부가 위치될 수 있다. 이는 절곡부가 스테이터 코어의 상부에 위치되는 것을 전제로 하는 것이라 할 수 있다. 따라서, 접합부와 결선부는 모두 스테이터 코어의 하부에 위치된다고 할 수 있다. 다시 말하면, 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위한 접합이나 결선은 모두 스테이터 코어의 하부에서 수행된다고 할 수 있다.

상기 결선부는, 상기 접합부 상에서 상기 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 회로기판를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 회로기판에는 중성점 형성을 위한 패턴과 전원 연결점 형성을 위한 패턴이 형성될 수 있다. 아울러, 상기 회로기판에는 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 상 연결 패턴이 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 회로기판에는 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 복수 개의 랜드가 형성될 수 있다. 그리고, 랜드와 랜드 사이에 패턴이 형성되어 랜드와 랜드 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 특수 헤어핀 전도체의 말단들이 랜드에 각각 삽입되면, 상기 패턴들로 인해 중성점, 전원 연결점 그리고 상 연결점이 형성될 수 있다.

상기 결선부는, 전원 연결 또는 전원 인출을 위하여 상기 전원 연결점과 결선되는 전원 연결선을 포함할 수 있다.

상기 결선부는, 상기 회로기판에 구비되어 상기 전원 연결선을 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.

상기 전원 연결선의 일단은 상기 전원 연결점과 결선이 되며, 타단은 전원 터미널을 형성하게 된다. 따라서, 상기 고정부를 통해 전원 연결선뿐만 아니라 전원 터미널이 고정될 수 있다.

따라서, 상기 결선부는 상기 회로기판, 고정부, 전원 연결선 그리고 전원 터미널이 하나의 어셈블리를 이루도록 형성됨이 바람직하다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어; 절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 서로 다른 슬롯에 삽입되어 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되는 복수 개의 헤어핀 전도체; 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부; 그리고 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 중성점과 전원 연결점을 형성하는 결선부를 포함하여 이루어져, 3 상의 스테이터 코일 형성을 위한 모든 전기적 접합 또는 결선이 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 수행됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치가 제공될 수 있다.

상기 전기 회전 장치는 모터일 수 있다.

상기 헤어핀 전도체는, 일반 헤어핀 전도체와 중성점, 전원 연결점 그리고 각 상의 서브 코일들을 직렬로 연결하는 상 연결점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다.

상기 특수 헤어핀 전도체 말단의 길이는 상기 일반 헤어핀 전도체의 말단의 길이보다 긴 것이 바람직하다.

상기 결선부는 상기 특수 헤어핀 전도체의 말단들이 삽입되어 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함할 수 있다.

상기 회로기판에는 상기 중성점, 상기 전원 연결점 그리고 상기 상 연결점 형성을 위한 패턴들이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 특수 헤어핀 전도체 말단이 상기 회로기판에 연결됨에 따라, 중성점과 전원 연결점이 형성될 수 있다. 그리고, 마찬가지로 상 연결점들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 결선부는, 전원 연결 또는 전원 인출을 위하여 상기 전원 연결점과 결선되는 전원 연결선을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 결선부는, 상기 회로기판에 구비되어 상기 전원 연결선을 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.

상기 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 모두 동일함이 바람직하다. 즉, 일반 헤어핀 전도체의 절곡부 형상과 특수 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 모두 동일함이 바람직하다.

본 발명의 실시예를 통해, 특수 헤어핀 전도체의 종류와 수를 현저히 줄이거나 생략하여 제조가 용이한 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체 삽입이나 비트는 과정에 필요한 가이드 및 지그 구조를 단순하게 하여, 제조가 용이하고 제조 장치를 간단하게 구현할 수 있는 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 삽입 과정에서 헤어핀 전도체들 사이의 간섭을 최소화하여, 피막 손상을 최소화할 수 있는 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 헤어핀 전도체의 말단들이 위치하는 부분, 즉 스테이터 코어의 축방향 하측에서 3 상의 스테이터 코일 형성을 위한 패턴을 형성하도록 하여, 제조가 용이한 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 절곡부의 형상이 모두 동일한 헤어핀 전도체를 사용하여, 헤어핀 전도체들 사이의 절연 거리 확보가 용이한 전기 회전 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 스테이터 코어에 대한 사시도;
도 2는 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체에 대한 사시도;
도 3은 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체들이 모두 스테이터 코어에 삽입된 후, 헤어핀 전도체들만 도시한 사시도;
도 4는 종래 또는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 헤어핀 전도체들이 모두 스테이터 코어에 삽입된 후, 헤어핀 전도체들을 원주 방향으로 비튼 모습을 도시한 사시도;
도 5는 도 4를 뒤집은 모습은 도시한 사시도;
도 6은 도 5에서 종래에서와 같이 용접을 통해 헤어핀 전도체들이 결선된 모습을 도시한 사시도;
도 7은 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 3 상 스테이터 코일의 결선도;
도 8은 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 결선부가 접합부와 분리된 사시도; 그리고
도 9는 도 8에 도시된 결선부의 회로기판을 간략하게 도시한 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해서 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 헤어핀 전도체를 갖는 스테이터는, 본 실시예들과 모순되거나 본 실시예와 배타적이지 않은 한, 본 실시예에서 동일하거나 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

그러나, 본 실시예에서는, 헤어핀 전도체 말단들을 결선하는 방법이나 구조 또는 이를 위한 구성들이 종래의 스테이터와는 상이할 수 있다.

먼저, 도 7을 참조하여, 본 실시예에 적용될 수 있는 3 상의 스테이터 코일 결선도를 설명한다.

u 상의 전원 인가 또는 인출을 위해, 서브 코일들이 직렬로 연결될 수 있다. 즉, u1a로부터 u1d까지 복수 개의 서브 코일들이 직렬로 연결될 수 있다. 이를 위해서, 상 연결점 u1b와 u1c가 서로 결선될 수 있다. 상기 u1a는 u 상의 전원 인가 또는 인출을 위한 전원 연결점이라 할 수 있으며, u1d는 중성점(N)을 형성하게 된다.

한편, u 상의 전원 인가 또는 인출은 병렬로 수행될 수 있다. 즉, u1a로부터 u1d까지 연결되는 코일들과 병렬로 u2a로부터 u2d까지의 코일들이 형성될 수 있다. 따라서, u 상의 전원 인가 또는 인출은, 전원 연결점(u1a, u2a)를 통해 수행되며, 중성점은 u1d와 u2d에 의해 형성될 수 있다. 물론, 상 연결점 u2b와 u2c도 형성될 수 있다.

이러한 u 상의 코일들과 마찬가지로 v 상과 w 상의 코일들도 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 코일들의 패턴은 스테이터 코어의 원주 방향을 따라 대칭적으로 형성될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 중성점(N)은 각 상의 코일 말단들(u1d, u2d, v1d, v2d, w1d, w2d)이 서로 결선되어 형성될 수 있다. 즉, 6 개의 말단들이 서로 결선되어 중성점(N)을 형성할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 6 개의 말단들이 각각 전원 연결선과 연결되어 전원 인가 또는 인출이 수행될 수 있다.

그러나, 이러한 3 상 코일 형성은 다양하게 변형될 수 있을 것이다. 기본적으로 3 개의 말단들이 각각 전원 연결선과 연결되고, 3 개의 말단들이 중성점(N)을 형성하는 것도 가능할 것이다.

도 7에 도시된 말단들, 즉 24개의 말단들은 특수점이라 할 수 있다. 즉, 전원 연결, 중성점 연결 그리고 상 연결을 위한 특수점이라 할 수 있다. 헤어핀 전도체를 이용하여 3상의 스테이터 코일을 형성하기 위해서는, 특수점에 대한 결선뿐만 아니라 일반점에 대한 결선도 필요하다.

예를 들어, u1a에서부터 u1b에 이르는 서브 코일 내에서 복수 개의 일반점이 서로 결선될 수 있다. 이러한 복수 개의 일반점들 사이의 결선은 접합부에서 수행될 수 있다. 다시 말하면, 헤어핀 전도체 말단들이 전기적으로 연결되어 접합부를 형성한다고 할 수 있다. 즉, 일반 헤어핀 전도체의 말단들이 전기적으로 서로 연결되어 접합부를 형성한다고 할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면, 상기 접합부와는 개별적으로 구비되는 결선부를 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적으로 일반 헤어핀 전도체의 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부와 특수 헤어핀 전도체의 말단들을 통하여 특수점을 형성하는 결선부가 개별적으로 구비될 수 있다.

이하에서는, 도 8을 참조하여 접합부와 결선부에 대해서 상세히 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(20)의 축방향 하부에는 헤어핀 전도체 말단들이 위치된다. 이러한 헤어핀 전도체 말단들이 전기적으로 연결하여 접합부(50)을 형성하게 된다.

그러나, 본 실시예에서는, 모든 헤어핀 전도체 말단들이 접합부(50)를 형성하지 않는다. 다시 말하면, 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 결선부(60)가 형성될 수 있다.

상기 결선부(60)는 중성점(N)과 전원 연결점을 형성하도록 구비될 수 있다. 즉, 특수점을 형성하도록 구비될 수 있다. 아울러, 상기 결선부(60)는 상 연결점을 형성하도록 구비될 수 있다.

상기 특수 헤어핀 전도체는 전원 연결점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다. 상기 특수 헤어핀 전도체는 중성점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 특수 헤어핀 전도체는 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다. 즉, 상 연결점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 일반점과 특수점을 형성하는 헤어핀 전도체는 상이할 수 있다. 구체적으로는, 절곡부의 형상은 모두 동일할 수 있다. 그러나, 특수점을 형성하는 특수 헤어핀 전도체의 말단 길이는 일반점을 형성하는 일반 헤어핀 전도체의 말단 길이보다 긴 것이 바람직하다.

이러한 특수 헤어핀 전도체와 일반 헤어핀 전도체의 말단 사이의 길이 차이로 인해, 접합부(50)와 결선부(60)가 형성되는 위치가 서로 상이할 수 있다. 그러나, 상기 접합부(50)와 결선부(60) 모두 스테이터 코어(20)를 기준으로 모두 상측 또는 하측에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 헤어핀 전도체의 절곡부가 구비되는 위치가 아닌 헤어핀 전도체의 말단이 구비되는 위치에서 접합부(50)와 결선부(60)가 모두 형성됨이 바람직하다. 이를 통해서, 스테이터를 제작하기 위해 스테이터 코어를 여러 번 뒤집는 과정을 생략할 수 있어 매우 효과적이라 할 수 있다.

구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 접합부(50)보다 상부에 결선부(60)가 형성될 수 있다. 상기 접합부(50)와 결선부(60)는 모두 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치될 수 있다.. 따라서, 결선부(60)가 상기 접합부(50)에 비해 스테이터 코어의 축방향으로 더욱 하부에 위치하게 된다.

결선부(60)는, 상기 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 회로기판(61)을 포함할 수 있다. 상기 회로기판(61)은 도 8에 도시된 바와 같이 상기 접합부(50) 상에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 접합부(50)는 스테이터 코어의 결선부(60) 사이에 형성될 수 있다.

결선부(60)는, 전원 연결 또는 전원 인출을 위하여, 상기 전원 연결점(u1a, u2a, v1a, v2a, w1a, w2a)과 결선되는 전원 연결선(62a, 62b, 63a, 63b, 64a, 64b)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 전원 연결선들의 일단은 각각 상기 전원 연결점과 결선되며, 타단은 전원 연결 또는 전원 인출을 위한 터미널(62c, 63c, 64c)을 형성하게 된다.

상기 전원 연결선(62a, 62b, 63a, 63b, 64a, 64b)은 상기 회로기판(61)과 연결되어 인출된다. 따라서, 상기 전원 연결선은 상기 회로기판(61)과는 공간적으로 이격됨이 바람직하다. 그리고, 전원 연결과 전원 인출은 특정 위치에서 수행되므로, 상기 전원 연결선은 회로기판(61)으로부터 절연됨과 동시에 상기 회로기판(61)에 고정됨이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 결선부(60)는 고정부(65)를 포함함이 바람직하다.

상기 고정부(65)는 복수 개 형성됨이 바람직하고, 상기 회로기판(61)에 구비됨이 바람직하다. 그리고, 상기 고정부(65)는 상기 회로기판(61)과 일체로 형성됨이 바람직하다.

상기 고정부(65)는 전원 연결점과 상기 전원 연결선을 결선함과 동시에 고정하기 위한 결선 고정부(65a)와 전원 연결선을 회로기판(61)과 절연함과 동시에 고정하기 위한 절연 고정부(65b)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이러한 고정부(65)는 각 상의 전원 연결선에 대응되어 복수 개 형성될 수 있다. 따라서, 결선 고정부(65a)와 절연 고정부(65b)도 각 상의 전원 연결선에 대응되어 복수 개 형성될 수 있다.

한편, 상기 회로기판(61)에는 특수 헤어핀 전도체의 말단들이 삽입되어 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 인근 말단들이 서로 전기적으로 연결될 수도 있으며, 이격된 말단들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 특정 말단은 상기 전원 연결선과 전기적으로 연결될 수 있다.

따라서, 상기 회로기판(61)에는 특수 헤어핀 전도체 말단들이 서로 전기적으로 연결될 수 있는 패턴들이 형성될 수 있다.

이하에서는 도 9를 참조하여 회로기판(61)에 대해서 상세히 설명한다. 설명의 편의상 전원 연결선들이 생략된 형태의 결선부가 도시된 것이라 할 수 있다.

도 9에는 3 상의 전원이 병렬로 인가 또는 인출되는 실시예가 도시되어 있다. 이와는 달리, 3 상의 전원 각각에 대해서 하나의 전원 연결선이 구비된 형태로 변형되는 것도 가능할 것이다.

회로기판(61)에는 복수 개의 랜드(76)가 형성될 수 있다. 상기 랜드(76)는 회로기판(61)에 관통홀 형태로 형성될 수 있으며, 상기 랜드(76)에 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입될 수 있다.

상기 랜드(76) 주위로는 패턴이 형성되며, 특정 랜드와 특정 랜드는 상기 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

먼저, 회로기판(61)에는, 전원 연결점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 복수 개의 랜드(76)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 전원 연결점(u1a, u2a, v1a, v2a, w1a, w2a)이 각각 형성될 수 있는 랜드(76)들이 형성될 수 있다.

상기 전원 연결점 주위로는 전원 연결 또는 전원 인출을 위한 패턴(71)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전원 연결점(71a)에 대응되어 패턴(71a)이 형성되고, 다른 전원 연결점(71b)에 대응되어 다른 패턴(71b)이 형성될 수 있다. 상기 패턴(71a, 71b)은 전술한 u 상의 전원 연결선(62a, 62b)와 각각 결선될 수 있다. 구체적으로는 패턴(71a, 71b)과 일체로 형성되는 결선 고정부(65a) 각각이 전원 연결선(62, 62b) 각각과 결선되어 고정될 수 있다.

상기 결선 고정부(65a)와 전원 연결선 사이의 결선은 용접이나 솔더링을 통해 수행될 수 있다.

회로기판(61)에는 중성점 형성을 위한 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 복수 개의 랜드(76)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 말단들(u1d, u2d, v1d, v2d, w1d, w2d)이 각각 삽입될 수 있는 복수 개의 랜드(76)들이 형성될 수 있다.

상기 중성점 형성을 위한 랜드들의 주위에는, 중성점 형성을 위한 패턴(75)이 형성될 수 있다. 상기 중성점 형성을 위한 패턴(75)은 각각의 중성점 형성을 위한 말단들을 서로 전기적으로 연결하도록 형성될 수 있다.

따라서, 상기 말단들(u1d, u2d, v1d, v2d, w1d, w2d)이 각각 대응되는 랜드(76)에 삽입되면, 상기 중성점 패턴(75)을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 이를 통해, 용이하게 중성점이 형성될 수 있다.

회로기판(61)에는 상 연결을 위한 복수 개의 랜드(76)들이 형성될 수도 있다. 즉, 각 상을 형성하는 서브 코일들이 서로 전기적으로 연결되기 위한 랜드(76)들이 형성될 수 있다.

예를 들어, 말단(u1b)과 말단(u1c)이 삽입되는 랜드(76)가 형성되고, 이들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 패턴(74), 즉 상 연결 패턴(74)이 형성될 수 있다. 또한, 병렬 전원으로 인해, 말단(u2b)과 말단(u2c)이 삽입되는 랜드(76)와 이를 연결하는 상 연결 패턴(74)도 형성될 수 있다. 이러한 상 연결을 위한 랜드(76)와 상 연결 패턴(74)은 각 상에 대응되어 복수 개 형성될 수 있다.

도 9에 도시된 말단들(v1b, v1c, v2b, v2c, w1b, w1c, w2b, w2c) 모두 이러한 상 연결을 위해 각각의 랜드(76)에 삽입될 수 있다. 그리고, 상 연결 패턴(74)을 통해 상 연결이 구현될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 특수점을 형성하는 특수 헤어핀 전도체의 말단들은 회로기판(61)에 구비되는 랜드(76)에 삽입될 수 있다. 즉, 일반 헤어핀 전도체의 말단들보다 이러한 말단들의 길이를 더욱 길게 하여, 랜드(76)에 삽입시킬 수 있다. 이러한 말단들의 삽입은 억지끼움 형태로 수행될 수 있다. 따라서, 말단들이 각각의 랜드(76)에 삽입됨과 동시에 복수 개의 패턴(71, 74, 75)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

그러나, 상기 말단들은 상기 랜드(76)에 삽입된 후 솔더링됨이 바람직하다. 즉, 랜드(76) 주변의 패턴과 솔더링을 통해 결선 및 고정이 수행됨이 바람직하다. 이를 통해, 회로기판(61)이 스테이터 코일 또는 스테이터 코어에 견고히 고정 결합될 수 있을 것이다.

한편, 일반점을 형성하는 일반 헤어핀 전도체의 말단들은 도 6에 도시된 바와 같이 용접을 통해 접합될 수 있다. 즉, 용접을 통해 접합부(50)를 형성할 수 있다.

상기 실시예에 따르면, 3상의 스테이터 코일을 형성하기 위한 접합이나 결선은 모두 헤어핀 전도체의 말단에서 수행될 수 있다. 따라서, 접합이나 결선을 위해, 스테이터 코어(20)를 여러 번 뒤집는 과정을 생략하는 것이 가능하게 된다.

또한, 헤어핀 전도체의 절곡부 형상을 통일시키는 것이 가능하다. 왜냐하면, 특수점 형성을 절곡부를 통해 수행되지 않기 때문이다. 따라서, 스테이터 제조시 절곡부의 형상적 차이를 작업자가 인지할 필요가 없게 된다.

물론, 절곡부의 형상의 통일로 인해, 헤어핀 전도체들 사이의 절연 거리 확보가 용이하며, 제조 장치의 단순화 등이 가능하게 된다.

10 : 스테이터 20 : 스테이터 코어
30 : (일반) 헤어핀 전도체 40 : 스테이터 코일
50 : 접합부 60 : 결선부
61 : 회로기판 62, 63, 64 : u, v, w 상의 전원 연결선
71, 74, 75 : 패턴 76 : 랜드

Claims (21)

1. 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어;
   절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 서로 다른 슬롯에 삽입되는 복수 개의 헤어핀 전도체;
   상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 3 상의 스테이터 코일을 형성하기 위하여, 상기 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부; 그리고
   상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 중성점과 전원 연결점을 형성하는 결선부를 포함하여 이루어지는 전기 회전 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬롯은 반경 방향을 따라 4 이상 짝수 개의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 헤어핀 전도체는 일반 헤어핀 전도체와 중성점과 인출선을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 접합부는 상기 일반 헤어핀 전도체 말단들 사이에 형성되며, 상기 결선부는 상기 특수 헤어핀 전도체 말단들의 전기적 연결을 위해 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 3 상의 각 상은 각각 서브 코일들을 포함하고, 상기 특수 헤어핀 전도체는 상기 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 헤어핀 전도체를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 3 상의 각 상은 병렬로 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 모두 동일함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
8. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특수 헤어핀 전도체 말단의 길이는 상기 일반 헤어핀 전도체의 말단의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 결선부는, 상기 접합부 상에서 상기 특수 헤어핀 전도체의 말단이 삽입되는 회로기판를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회로기판에는 중성점 형성을 위한 패턴과 전원 연결점 형성을 위한 패턴이 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회로기판에는 서브 코일들을 직렬로 연결하기 위한 상 연결 패턴이 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 결선부는, 전원 연결 또는 전원 인출을 위하여 상기 전원 연결점과 결선되는 전원 연결선을 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 결선부는, 상기 회로기판에 구비되어 상기 전원 연결선을 고정하는 고정부를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
14. 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 스테이터 코어;
    절곡부가 상기 스테이터 코어의 축방향 상부에 위치되고, 양측 말단들이 상기 스테이터의 축방향을 따라 서로 다른 슬롯에 삽입되어 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되는 복수 개의 헤어핀 전도체;
    상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들을 전기적으로 연결하는 접합부; 그리고
    상기 스테이터 코어의 축방향 하부에 위치되고, 상기 헤어핀 전도체 말단들의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 중성점과 전원 연결점을 형성하는 결선부를 포함하여 이루어져,
    3 상의 스테이터 코일 형성을 위한 모든 전기적 접합 또는 결선이 상기 스테이터 코어의 축방향 하부에서 수행됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 헤어핀 전도체는,
    일반 헤어핀 전도체;
    중성점, 전원 연결점 그리고 각 상의 서브 코일들을 직렬로 연결하는 상 연결점을 형성하기 위한 특수 헤어핀 전도체를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 특수 헤어핀 전도체 말단의 길이는 상기 일반 헤어핀 전도체의 말단의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 결선부는 상기 특수 헤어핀 전도체의 말단들이 삽입되어 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회로기판에는 상기 중성점, 상기 전원 연결점 그리고 상기 상 연결점 형성을 위한 패턴들이 형성됨을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 결선부는, 전원 연결 또는 전원 인출을 위하여 상기 전원 연결점과 결선되는 전원 연결선을 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 결선부는, 상기 회로기판에 구비되어 상기 전원 연결선을 고정하는 고정부를 포함함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.
21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤어핀 전도체의 절곡부 형상은 모두 동일함을 특징으로 하는 전기 회전 장치.

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