KR20160057769A - 계자권선형 구동모터의 회전자 - Google Patents

Abstract

계자권선형 구동모터의 회전자가 개시된다. 개시된 계자권선형 구동모터의 회전자는 ⅰ)회전자 몸체의 외주 면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되며, 회전자 코일이 권선되는 다수 개의 회전자 티스와, ⅱ)회전자 몸체의 양단 측에 배치되며, 회전자 티스에 감기는 회전자 코일을 지지하는 보빈을 포함하며, 보빈은 회전자 티스에 대응하는 지지부를 포함하며, 코일 지지부에는 회전자 코일을 정렬하는 코일 정렬홈이 형성될 수 있다.

Description

계자권선형 구동모터의 회전자 {ROTOR STRUCTURE OF WRSM MOTOR}

본 발명의 실시예는 계자권선형 구동 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보빈의 구조를 개선하여 회전자 코일의 정렬성을 확보할 수 있는 계자권선형 구동모터의 회전자에 관한 것이다.

일반적으로, 친환경 자동차로 불리는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동 모터" 라고 한다)에 의해 구동력을 발생시킬 수 있다.

예를 들면, 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 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)를 사용한다. 이러한 영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화시킬 필요가 있다.

상기한 영구자석에서 네오디뮴(Nd) 성분은 영구자석의 세기를 개선하며, 디스프로슘(Dy) 성분은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다. 그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속 성분은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.

이를 개선하기 위해 최근에는 유도 전동기의 적용을 검토하고 있으나, 동일한 모터 성능을 발휘하기 위해서 부피, 중량 등의 사이즈 증대 량이 과다한 제약이 있다.

한편, 최근에 들어서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 수 있는 계자권선형 동기모터(Wound Rotor Synchronous Motor: WRSM)의 개발이 진행되고 있다.

계자권선형 동기모터는 고정자 뿐만 아니라 회전자에도 코일을 권선하여 전류인가 시 회전자를 전자석화시킴으로써 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.

이러한 계자권선형 동기모터는 회전자가 고정자 내측에 일정 공극을 두고 배치되며, 고정자와 회전자의 코일에 전원이 인가되면 자계가 형성되고, 이들 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전자의 회전이 이루어진다.

상기와 같은 계자권선형 동기모터에서는 영구자석형 동기모터와 달리 회전자에 코일을 권선하게 되므로, 회전자의 고속 회전 시(보통 EV의 경우 최대 10,000rpm 이상), 회전자 코일에 작용하는 원심력이 상당히 크게 발생한다.

따라서, 계자권선형 동기모터는 회전자의 고속 회전 시, 회전자 코일에 작용하는 원심력에 의해 그 회전자 코일의 정렬성이 저하되며 고장이 발생할 수 있다. 이에 회전자 코일의 원심력에 의한 기계적 강도 안정성 확보를 위해서는 회전자에 회전자 코일을 정렬성 있게 권선하는 것이 무엇보다 중요하다.

한편, 계자권선형 동기모터는 회전자에 감긴 회전자 코일을 지지하며 그 회전자 코일의 권선 정렬을 도모하기 위한 보빈이 설치되는데, 예를 들면 회전자의 양 단부 측에 설치된다.

이와 같은 계자권선형 동기모터는 회전자 아웃터 오픈 타입의 회전자 코일 권선 시 회전자 코일의 권선 정렬성을 확보하기 위해 보빈과 회전자 코일 간의 마찰력을 증대시켜 그 보빈이 회전자 코일을 지지하는 역할에 충실해야 된다.

그런데, 종래 기술에서는 보빈의 높이를 증대하여 회전자 코일과 보빈의 접촉 면적을 증대하여 설계하였으나, 보빈의 높이 증대 시 엔드 코일의 높이가 증대되어 전기적인 손실이 추가로 발생하고, 전장의 길이도 증대되어 패키지 면에서도 불리하다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 회전자 코일이 보빈에 대해 선 접촉이 아닌 면 접촉되도록 함으로써 보빈의 전장 길이를 증대시키지 않고서도 보빈에 대한 회전자 코일의 접촉 면적을 증대시키며 회전자 코일의 정렬성을 확보할 수 있도록 한 계자권선형 구동모터의 회전자를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자는, ⅰ)회전자 몸체의 외주 면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되며, 회전자 코일이 권선되는 다수 개의 회전자 티스와, ⅱ)상기 회전자 몸체의 양단 측에 배치되며, 상기 회전자 티스에 감기는 회전자 코일을 지지하는 보빈을 포함하며, 상기 보빈은 상기 회전자 티스에 대응하는 코일 지지부를 포함하며, 상기 코일 지지부에는 상기 회전자 코일을 정렬하는 코일 정렬홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자에 있어서, 상기 보빈은 상기 코일 지지부와 일체로 연결되며 상기 회전자 몸체의 양단을 지지하는 원형의 몸체 지지부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자에 있어서, 상기 회전자 티스에 대응하여 상기 몸체 지지부의 외주에 방사 상으로 일정 간격 이격되게 돌출 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자에 있어서, 상기 코일 지지부는 상기 몸체 지지부에 일체로 연결되며 상기 회전자 코일을 회전자 몸체의 중심 방향을 따라 지지하는 제1 코일 지지체와, 상기 제1 코일 지지체의 자유단에 일체로 형성되며, 상기 회전자 코일을 상기 회전자 티스의 외주 방향을 따라 지지하는 제2 코일 지지체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자에 있어서, 상기 코일 정렬홈은 상기 제1 코일 지지체의 코일 지지면에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자에 있어서, 상기 코일 정렬홈은 상기 회전자 코일이 면 접촉되도록 라운드 단면의 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예는 보빈의 코일 지지부에 회전자 코일을 정렬하는 코일 정렬홈을 구성하므로, 코일 정렬홈을 통해 회전자 코일이 보빈에 대해 선 접촉이 아닌 면 접촉되며 안정적으로 안착됨에 따라 보빈의 전장 길이를 증대시키지 않고서도 보빈에 대한 회전자 코일의 접촉 면적을 증대시키며 회전자 코일의 정렬성을 확보할 수 있고, 회전자의 기계적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 회전자 코일의 위치가 보빈의 형상에 따라 정해짐을 감안할 때 코일 지지부의 코일 정렬홈에 의해 일정한 패턴의 코일 권선 형상을 얻을 수 있기 때문에 회전자 코일의 점적률도 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 보빈에 코일 정렬홈을 형성하므로, 보빈의 기계적인 전장 길이의 증대 없이 회전자 코일의 엔드 코일부 동손을 저감하여 모터의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자에 적용되는 보빈을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자에 적용되는 보빈을 도시한 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자에 적용되는 보빈을 도시한 도 3의 A-A선에 따른 단면 구성도이다.

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 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 계자권선형 구동모터에 적용되는데, 계자권선형 구동모터는 친환경 자동차에서 전기 에너지로 구동력을 얻는 하이브리드 차량용 구동모터에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 계자권선형 동기모터는 기본적으로, 고정자 코일(도면에 도시되지 않음)이 권선된 고정자(도면에 도시되지 않음)와, 회전자 코일(1)이 권선되며 고정자의 내측으로 배치되는 본 발명의 실시예에 따른 회전자(100)를 포함하고 있다.

상기에서 회전자(100)는 중심부 측에 회전 샤프트(도면에 도시되지 않음)가 결합되며, 그 회전자(100)의 외측 면은 고정자의 내경 면과 소정의 공극을 두고 그 고정자의 내측에 배치된다.

따라서, 상기 계자권선형 동기모터는 고정자 뿐만 아니라 회전자(100)에 회전자 코일(1)을 권선하여 전류인가 시 회전자(100)를 전자석화시키며 그 회전자(100)의 전자석과 고정자의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 상기 회전자(100)는 다수 매의 전기 강판이 적층된 회전자 코어로서, 회전 샤프트가 결합되는 회전자 몸체(11)와, 회전자 몸체(11)의 외주 면에 이의 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되는 다수 개의 회전자 티스(13)들을 포함한다.

상기 회전자 티스(13)에는 회전자 코일(1)이 감기는데, 그 회전자 티스(13)들 사이에는 회전자 코일(1)를 권선하기 위한 슬롯(15)이 형성된다. 즉 상기 회전자 티스(13)들은 슬롯(15)을 사이에 두고 회전자 몸체(11)에 이의 원주 방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치된다.

여기서, 상기 회전자 티스(13)들 사이의 슬롯(15)에는 그 회전자 티스(13)에 권선된 회전자 코일(1)을 절연하기 위한 절연수지(도면에 도시되지 않음)가 몰딩될 수도 있다. 그리고, 상기 회전자 티스(13)에는 회전자 코일(1)을 지지하는 회전자 슈(17)를 형성하고 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자(100)는 회전자 몸체(11)의 양단 측에 배치되며 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하는 보빈(30)을 더 포함하고 있다. 상기 보빈(30)은 절연 소재로 이루어지며 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지한다. 본 발명의 실시예 따른 상기 보빈(30)의 구조는 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자(100)는 회전자 코일(1)이 보빈(30)에 대해 선 접촉이 아닌 면 접촉되도록 함으로써 보빈(30)의 전장 길이를 증대시키지 않고서도 그 보빈(30)에 대한 회전자 코일(1)의 접촉 면적을 증대시키며 회전자 코일(1)의 정렬성을 확보할 수 있는 구조로 이루어진다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 회전자(100)에 적용되는 보빈의 구조를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자에 적용되는 보빈을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면 구성도이고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면 구성도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 보빈(30)은 기본적으로 몸체 지지부(41)와 코일 지지부(51)를 포함하고 있다.

상기 몸체 지지부(41)는 회전자 코어의 양측에서 회전자 몸체(11)의 양단 측을 지지하는 것으로, 원형의 링 형상으로 이루어진다.

상기 코일 지지부(51)는 회전자 코어의 양측에서 회전자 티스들(13)을 지지함과 동시에 그 회전자 티스(13)들에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하는 것으로, 몸체 지지부(41)에 일체로 형성된다. 즉 상기 코일 지지부(51)는 회전자 티스들(13)에 대응하여 몸체 지지부(41)의 외주에 방사 상으로 일정 간격 이격되게 돌출 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 코일 지지부(51)는 제1 코일 지지체(71)와 제2 코일 지지체(72)를 포함한다.

상기 제1 코일 지지체(71)는 몸체 지지부(41)에 일체로 연결되며 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 회전자 몸체(11)의 중심 방향을 따라 지지한다. 상기 제1 코일 지지체(71)에는 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하기 위한 코일 지지면(도 2를 기준할 때의 상면)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 제2 코일 지지체(72)는 몸체 지지부(41)에 연결되는 제1 코일 지지체(71)의 연결 단에 대응하는 자유 단에 일체로 형성된다. 상기 제2 코일 지지체(72)는 위에서 언급한 바 있는 회전자 슈(17)에 대응하여 도 2를 기준으로 제1 코일 지지체(71)의 자유 단에 높이 방향으로 형성된다. 이러한 제2 코일 지지체(72)는 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 그 회전자 티스(13)의 외주 방향을 따라 지지한다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 코일 지지부(51)의 제1 코일 지지체(71)에는 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 정렬하기 위한 코일 정렬홈(81)이 형성된다.

여기서, 상기 코일 정렬홈(81)은 위에서 언급한 바 있는 제1 코일 지지체(71)의 코일 지지면에 형성된다. 상기 코일 정렬홈(81)은 몸체 지지부(41)에서 제2 코일 지지체(72) 측을 향해 제1 코일 지지체(71)의 코일 지지면에 연속적으로 배열되며, 회전자 코일(1)의 권선 방향(코일 지지면의 폭 방향)으로 형성된다.

이러한 코일 정렬홈(81)은 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 안착시키는 것으로서, 제1 코일 지지체(71)의 코일 지지면에 회전자 코일(1)이 선 접촉이 아닌 면 접촉되게 하여 그 코일 지지면에 대한 회전자 코일(1)의 접촉 면적을 증대시킬 수 있도록 라운드의 단면 형상으로 이루어진다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 회전자(100)에 의하면, 보빈(30)의 코일 지지부(51)에서 회전자 티스(13)에 감기는 회전자 코일(1)을 지지하는 제1 코일 지지체(71)의 코일 지지면에 회전자 코일(1)을 안정적으로 안착시키는 코일 정렬홈(81)을 형성하므로, 회전자 코일(1)의 권선 정렬성을 확보할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 보빈(30)의 코일 지지부(51)에 회전자 코일(1)을 정렬하는 코일 정렬홈(81)을 구성하므로, 코일 정렬홈(81)을 통해 회전자 코일(1)이 보빈(30)에 대해 선 접촉이 아닌 면 접촉되며 안정적으로 안착됨으로써 보빈(30)의 전장 길이를 증대시키지 않고서도 그 보빈(30)에 대한 회전자 코일(1)의 접촉 면적을 증대시키며 회전자 코일(1)의 정렬성을 확보할 수 있고, 회전자(100)의 기계적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 회전자 코일(1)의 위치가 보빈(30)의 형상에 따라 정해지는 것을 감안할 때 코일 지지부(51)의 코일 정렬홈(81)에 의해 일정한 패턴의 코일 권선 형상을 얻을 수 있기 때문에 회전자 코일(1)의 점적률도 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 보빈(30)에 코일 정렬홈(81)을 형성하므로, 보빈(30)의 기계적인 전장 길이의 증대 없이 회전자 코일(1)의 엔드 코일부 동손을 저감하여 모터의 성능을 더욱 향상시킬 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.

1... 회전자 코일 11... 회전자 몸체
13... 회전자 티스 15... 슬롯
17... 회전자 슈 30... 보빈
41... 몸체 지지부 51... 코일 지지부
71... 제1 코일 지지체 72... 제2 코일 지지체
81... 코일 정렬홈

Claims (6)

1. 회전자 몸체의 외주 면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되며, 회전자 코일이 권선되는 다수 개의 회전자 티스; 및
   상기 회전자 몸체의 양단 측에 배치되며, 상기 회전자 티스에 감기는 회전자 코일을 지지하는 보빈;
   을 포함하며,
   상기 보빈은 상기 회전자 티스에 대응하는 코일 지지부를 포함하며, 상기 코일 지지부에는 상기 회전자 코일을 정렬하는 코일 정렬홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 보빈은,
   상기 코일 지지부와 일체로 연결되며, 상기 회전자 몸체의 양단을 지지하는 원형의 몸체 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 코일 지지부는,
   상기 회전자 티스에 대응하여 상기 몸체 지지부의 외주에 방사 상으로 일정 간격 이격되게 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 코일 지지부는,
   상기 몸체 지지부에 일체로 연결되며 상기 회전자 코일을 회전자 몸체의 중심 방향을 따라 지지하는 제1 코일 지지체와,
   상기 제1 코일 지지체의 자유단에 일체로 형성되며, 상기 회전자 코일을 상기 회전자 티스의 외주 방향을 따라 지지하는 제2 코일 지지체
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 코일 정렬홈은,
   상기 제1 코일 지지체의 코일 지지면에 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.
6. 제1 항 내지 제5 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
   상기 코일 정렬홈은,
   상기 회전자 코일이 면 접촉되도록 라운드 단면의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 회전자.

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