KR20180057949A - 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자 - Google Patents

구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자 Download PDF

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Abstract

구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자가 개시된다. 개시된 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자는, 구동모터에서 회전자와 일정 공극을 두고 배치되는 것으로서, ⅰ)둘레방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 슬롯이 구비되며, 각 슬롯에 반경방향으로 복수 개의 층을 형성하는 고정자 코어와, ⅱ)각 슬롯의 층들에 삽입 및 상호 접속되며 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀 타입 컨덕터를 포함하고, 회전자와 인접한 적어도 하나의 층에 삽입된 제1 컨덕터는 나머지 층들에 삽입된 제2 컨덕터 보다 작은 단면적을 지닌 것으로 구비될 수 있다.

Description

구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자 {HAIRPIN WINDING TYPE STATOR OF DRIVING MOTOR}
본 발명의 실시 예는 친환경 차량용 구동모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤어핀 권선 타입의 고정자 코일을 가진 고정자에 관한 것이다.
일반적으로, 친환경 자동차로 불리우는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동모터" 라고 한다)에 의해 구동력을 발생시킬 수 있다.
하이브리드 차량은 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.
예를 들면, 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(permanent magnet synchronous motor: PMSM)를 사용한다.
이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 영구자석형 동기모터로서의 구동모터는 기본적으로, 자속을 발생시키는 고정자와, 그 고정자와 일정 공극을 두고 배치되며 회전 운동을 하는 회전자와, 그 회전자에 설치되는 영구자석으로 구성된다.
여기서, 고정자는 고정자 코어의 내주 측에 다수의 슬롯들을 형성하고 있으며, 그 슬롯 내에는 고정자 코일이 권선되어 있다. 이에 고정자 코일에 교류 전류를 인가하게 되면, 고정자에서는 회전 자기장을 발생시키고, 그 회전 자기장에 의하여 회전자에 회전 토크를 발생시킬 수 있다.
한편, 구동모터는 고정자 코일의 권선 방식에 따라 분포 권선형 구동모터와 집중 권선형 구동모터로 구분할 수 있으며, 이 중에서 분포 권선형 구동모터의 고정자는 코일의 권선 방식에 따라 세그먼트 코일 고정자 및 분포권선 코일 고정자로 구분할 수 있다.
세그먼트 코일 고정자는 코일을 사전에 일정한 형상으로 1차 성형한 후 고정자 코어의 슬롯에 삽입하는 방식의 고정자이며, 분포권선 코일 고정자는 코일 뭉치를 고정자 코어의 슬롯에 삽입하는 방식의 고정자이다.
다른 한편, 구동모터의 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 권선 코일 간의 사 공간(dead space)이나 각 코일 간의 사공간을 최소화시켜 코일의 점적율을 높이는 방안이 고려될 수 있다.
이와 같은 맥락에서, 최근에는 코일 권선으로 원형 단면을 가지는 환형 코일(당 업계에서는 "환선" 이라고도 한다)을 사용하는 대신, 사각 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)(당 업계에서는 "평각선" 이라고도 한다)을 사용하는 방안이 활발히 모색되고 있다. 각형 코일의 경우는 단면 형태로 인해 환형 코일에 비해 사 공간을 줄이고 점적율을 향상시킬 수 있게 된다.
그러나 각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있게 된다. 이는 각형 코일의 경우 점적율을 극대화하기 위해 환형 코일에 비해 넓은 단면적으로 제작됨으로 인해 강성이 증대되어 권선기 등의 사용이 어렵기 때문이다.
이에 분포 권선형 구동모터의 세그먼트 코일 고정자에서 각형 코일의 코일 권선 작업을 용이하게 하는 방법으로, 다수의 분리된 헤어핀 타입(대략 U자 또는 V자 형태)의 컨덕터를 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결한 후, 각 슬롯에 배치된 컨덕터 간을 순차적으로 용접 접합시킴으로써 고정자 코어의 연속적인 코일 권선을 형성하는 방법이 제안된 바 있다.
이와 같은 방법으로 헤어핀 권선 타입의 고정자를 가진 구동모터를 당 업계에서는 "헤어핀 구동모터" 라고도 한다. 상기한 헤어핀 구동모터의 고정자 코일 권선 구조는 권선기로 인한 장치적 한계를 극복하고 각형 코일의 경우에도 비교적 용이하게 코일 권선 작업이 가능한 한편, 코일의 점적율을 높여 고출력 및 소형화 모터의 구현을 가능하게 한다.
상기와 같은 헤어핀 구동모터는 고정자 코어의 슬롯에 헤어핀 타입의 컨덕터를 삽입하고, 그 슬롯 내 반경 방향으로 인접한 컨덕터를 용접하여 연속 권선을 구성하므로, 다른 상의 컨덕터가 인접하는 구간이 발생하게 되는데, 이러한 구간에서는 절연이 취약하여 별도의 절연 구조를 필요로 한다.
그런데, 헤어핀 권선 타입의 고정자를 적용한 종래 기술에서의 구동모터는 동손 외에 표피효과와 근접효과에 의해서 교류(AC)손실이 추가적으로 발생하게 된다.
여기서 표피효과라 함은 도체에 교류전류가 인가될 경우, 전류가 도체의 표면에 집중하여 흐르며 패러데이 법칙에 의해 와전류가 발생하는 현상을 의미하고, 근접효과라 함은 도체가 여러 개 존재할 때 근접한 도체 사이에서 먼 쪽으로 전류가 집중하며 그 근접 도체에 의해 추가 와전류가 발생하는 현상을 의미한다.
이와 같은 표피효과와 근접효과에 의한 교류손실은 컨덕터 사이즈가 클수록 그리고 주파수가 커질수록 기하급수적으로 증가하게 되는 바, 이에 대한 교류손실의 저감이 필요한 실정이다.
특히, 논문자료(2016 SAE)의 Honda Accord 2세대 헤어핀 내용을 보면, 교류손실이 회전자와 인접하는 고정자의 컨덕터 쪽에 집중하여 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 회전자와 인접한 컨덕터의 구성을 변경하여 표피효과와 근접효과에 의한 교류손실을 최소화 할 수 있도록 한 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자는, 구동모터에서 회전자와 일정 공극을 두고 배치되는 것으로서, ⅰ)둘레방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯에 반경방향으로 복수 개의 층을 형성하는 고정자 코어와, ⅱ)상기 각 슬롯의 층들에 삽입 및 상호 접속되며 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀 타입 컨덕터를 포함하고, 상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층에 삽입된 제1 컨덕터는 나머지 층들에 삽입된 제2 컨덕터 보다 작은 단면적을 지닌 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 복수 개 층들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 상기 제1 및 제2 컨덕터에는 절연소재의 피막이 형성되되, 상기 제1 컨덕터의 피막은 제2 컨덕터의 피막보다 더 두껍게 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 복수 개 층들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 상기 제1 컨덕터는 적어도 두 개로 분할된 분할체를 포함하되, 상기 분할체 사이에 절연재가 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층은 나머지 층들의 단면적 보다 작게 형성되며, 상기 제1 컨덕터는 제2 컨덕터 보다 작은 단면적을 지닌 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 고정자 코어에서 상기 슬롯들 사이의 너비는 상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층 사이가 나머지 층들 사이 보다 더 크게 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자는, 구동모터에서 회전자와 일정 공극을 두고 배치되는 것으로서, ⅰ)둘레방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯에 반경방향으로 복수 개의 층을 형성하는 고정자 코어와, ⅱ)상기 각 슬롯의 층들에 삽입 및 상호 접속되며 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀 타입 컨덕터를 포함하며, 상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층에 삽입된 제1 컨덕터는 나머지 층들에 삽입된 제2 컨덕터 보다 작은 전기 전도도를 지닌 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 복수 개 층들의 단면적이 동일하고, 상기 제1 및 제2 컨덕터의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 상기 제2 컨덕터는 구리소재로 이루어지며, 상기 제1 컨덕터는 구리소재 보다 전기 전도도가 작은 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 있어서, 상기 제1 컨덕터는 금(Au), 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(pd), 주석(Sn) 그리고 납(Pb)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 회전자와 인접한 슬롯의 내측 층에 삽입된 컨덕터의 단면적을 나머지 층들에 삽입된 컨덕터의 단면적 보다 작게하고, 내측 층에 삽입된 컨덕터의 전기 전도도를 나머지 층들에 삽입된 컨덕터 보다 작게 구성함에 따라, 회전자와 인접한 내측 인턱터에서 표피효과와 근접효과에 의해 발생하는 와전류를 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 회전자와 인접한 내측 인턱터에서 표피효과와 근접효과에 의해 발생되는 교류손실을 최소화할 수 있으므로, 모터의 효율을 개선할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 적용되는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제1 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제2 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제3 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자의 작용 효과를 설명하기 위한 그래프와 표이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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 실시 예들에 적용되는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(100)는 친환경 자동차에서 전기 에너지로 구동력을 얻는 하이브리드 차량 및/또는 전기 자동차용 구동모터에 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 구동모터는 영구자석형 동기모터(permanent magnet synchronous motor: PMSM)에 적용될 수 있다. 이러한 구동모터는 본 발명의 실시 예에 따른 고정자(100)와, 그 고정자(100)와 일정 공극을 두고 배치되는 회전자(도면에 도시되지 않음)와, 그 회전자에 설치되는 다수 개의 영구자석(도면에 도시되지 않음)을 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 고정자(100)는 다수 매의 전기강판들이 적층된 고정자 코어(11)를 포함하며 그 고정자 코어(11)에는 헤어핀 권선 타입의 고정자 코일이 권선되어 있다.
그리고 상기한 회전자는 다수 매의 전기강판들이 축 방향으로 적층된 회전자 코어를 포함하고 있다. 상기 영구자석은 회전자 코어에 구비된 삽입홀들에 매입 식으로 삽입 설치된다.
여기서, 본 발명의 실시 예가 적용되는 구동모터는 고정자(100)의 내측에 회전자를 배치한 내전형 타입의 동기모터에 적용될 수 있고, 고정자(100)의 외측에 회전자를 배치한 외전형 타입의 동기모터에 적용될 수도 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예에서는 원통형의 고정자(100)가 외측에 구비되고, 그 고정자(100)의 내측에서 회전자가 회전하는 내전형 동기모터에 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(100)에서 고정자 코어(11)에는 둘레 방향(원주 방향)을 따라 다수 개의 슬롯(13)들이 중심 축을 향하여 형성되어 있다. 상기 슬롯(13)은 자극의 수 곱하기 상의 수의 배수 개로 형성될 수 있다. 그리고 상기 각 슬롯(13)은 반경방향(중심 축 방향)으로 복수 개의 층(15), 예를 들면 8개의 레이어를 형성하고 있다.
상기 고정자 코어(11)의 각 슬롯(13)에는 고정자 코일이 권선되는 바, 본 발명의 실시 예에서 상기 고정자 코일은 헤어핀 타입의 평각선 코일(이하에서는 "컨덕터" 라고 한다)을 포함한다.
상기 컨덕터(21, 22)는 예를 들면, 헤어핀 타입으로서 한 쌍의 레그를 지니며 전체적으로 U자형 또는 V자형으로 형성되고, 사각 단면의 각형 코일로 구비될 수 있다.
이와 같은 컨덕터(21, 22)를 포함하는 헤어핀 타입 고정자 코일은 고정자 코어(11)에서 각 슬롯(13)의 각 층(15)에 삽입되며, 한 쌍의 레그 끝단부가 슬롯(13) 외부로 돌출되고 그 돌출 부위가 밴딩 가공 및 용접 접합되며 전기적으로 접속됨으로써 코일 권선을 형성할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예는 다수의 분리된 헤어핀 타입의 고정자 코일을 고정자 코어(11)의 슬롯(13)들에 각각 삽입 체결한 후, 그 고정자 코일을 순차적으로 용접 접합시키며 고정자의 코일 권선을 형성한 헤어핀 구동모터에 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예가 친환경 자동차에 채용되는 구동모터로서 영구 자석형의 헤어핀 구동모터에 적용되는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 헤어핀 구동모터라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
이하에서는 고정자 코어(11)의 각 슬롯(13)에 삽입되는 고정자 코일의 컨덕터(21, 22)로서, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입되는 컨덕터를 제1 컨덕터(21)라고 하며, 그 내측 층을 제외한 나머지 층(15)들에 삽입되는 컨덕터를 제2 컨덕터(22)라고 한다.
도면에서 미 설명된 참조 부호 19는 고정자 코어(11)의 슬롯(13) 내에 끼워지며 각 슬롯(13)에 복수 개의 층(15)들을 구획 형성하고, 그 층(15)에 삽입된 제1 및 제2 컨덕터(21, 22)를 절연하는 절연지를 나타낸다. 상기 절연지(19)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 절연유닛으로 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(100)는 고정자 코일의 표피효과와 근접효과에 의해 발생되는 교류손실을 최소화할 수 있는 고정자 코일 구조를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(100)는 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(21)의 단면적이 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(22)의 단면적 보다 작은 고정자 코일을 제공한다. 상기에서 제1 및 제2 컨덕터(21, 22)는 설정된 전기 전도도를 지닌 구리소재로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제1 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기한 바와 같은 복수 개 층(15: 이하 도 1 참조)들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 상기 제1 및 제2 컨덕터(21, 22)에는 절연소재의 피막(23, 25)이 형성되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 컨덕터(21)의 피막(23)은 제2 컨덕터(22)의 피막(25)보다 더 두껍게 구비될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 복수 개 층(15)들의 단면적이 동일할 때, 제1 컨덕터(21)의 피막(23)이 제2 컨덕터(22)의 피막(25)보다 더 두껍기 때문에, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(21)는 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(22) 보다 작은 단면적을 지닐 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제2 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기한 바와 같은 복수 개 층(15)들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 컨덕터(21)는 두 개로 분할된 분할체(21a, 21b)를 포함하는데, 그 분할체(21a, 21b) 사이에는 절연재(29)가 개재된다.
여기서, 상기 절연재(29)는 설정된 두께를 가지며 분할체(21a, 21b) 사이에 끼워지는 절연지일 수 있고, 분할체(21a, 21b) 사이에 도포되어 그 분할체(21a, 21b)들을 접착하는 절연물질일 수도 있으며, 분할체(21a, 21b)들 중 어느 하나에 코팅된 절연물질일 수도 있다.
따라서, 상기와 같이 복수 개 층(15)들의 단면적이 동일할 때, 제1 컨덕터(21)를 두 개의 분할체(21a, 21b)로 분할하고 그 분할체(21a, 21b) 사이에 절연재(29)를 개재함으로써, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(21)는 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(22) 보다 작은 단면적을 지닐 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자에 적용되는 고정자 코일의 제3 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 고정자 코일의 제3 예는 제1 및 제2 예와 달리, 각 슬롯(13)의 복수 개 층(15)들에서 회전자와 인접한 내측 층(15)의 단면적과 나머지 층(15)들의 단면적이 상이함을 기준으로 한다.
더 나아가, 상기 제3 예에서는 회전자와 인접한 내측 층(15)의 단면적이 나머지 층(15)들의 단면적 보다 작게 구비됨을 기준으로 한다. 이를 기준으로 할 때, 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 컨덕터(21)는 제2 컨덕터(22) 보다 작은 단면적을 지닌 것으로 구비될 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이 회전자와 인접한 내측 층(15)의 단면적이 나머지 층(15)들의 단면적 보다 작기 때문에, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(21)는 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(22) 보다 작은 단면적을 지닐 수 있다.
여기서, 회전자와 인접한 내측 층(15)의 단면적이 나머지 층(15)들의 단면적 보다 작기 때문에, 본 발명의 실시 예에서는 고정자 코어(11)에서 슬롯(13)들 사이의 너비에서 회전자와 인접한 내측 층(15) 사이의 너비(b1)를 나머지 층(15)들 사이의 너비(b2) 보다 더 크게 구성할 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 고정자 코어(11)에서 회전자와 인접한 부분의 너비를 증대시킴에 따라, 자속의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(100)에 의하면, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(21)의 단면적을 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(22)의 단면적 보다 작게 구성함으로써, 회전자와 인접한 내측 인턱터에서 표피효과와 근접효과에 의해 발생하는 와전류를 줄일 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 회전자와 인접한 내측 인턱터에서 표피효과와 근접효과에 의해 발생되는 교류(AC)손실을 최소화할 수 있으므로, 모터의 효율을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자의 작용 효과를 설명하기 위한 그래프와 표를 나타낸 것으로, 본 발명의 실시 예는 상술한 바와 같은 제3 예의 구조를 적용한 것이며, 비교 예는 컨덕터들의 단면적이 동일한 구조를 적용한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예와 비교 예에서는 모터의 속도가 증가할수록 교류손실이 점차 증가함을 알 수 있고, 본 발명의 실시 예는 모터의 매 속도 조건에서 비교 예에 비해 교류손실이 저감함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(200)는 전기 실시 예와 달리, 고정자 코어(11)의 슬롯(13)에서 복수 개 층(15)들의 단면적이 동일하고, 제1 및 제2 컨덕터(121, 122)의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때, 제1 컨덕터(121)는 제2 컨덕터(122) 보다 작은 전기 전도도를 지닌 것으로 구비될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에서 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(121)는 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(122) 보다 작은 전기 전도도를 지닌 것으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제2 컨덕터(122)는 구리소재로 이루어지며, 제1 컨덕터(121)는 구리소재 보다 전기 전도도가 작은 소재로 이루어진다.
예를 들면, 상기 제1 컨덕터(121)는 금(Au), 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(pd), 주석(Sn) 그리고 납(Pb)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자(200)에 의하면, 회전자와 인접한 슬롯(13)의 내측 층(15)에 삽입된 제1 컨덕터(121)가 나머지 층(15)들에 삽입된 제2 컨덕터(122) 보다 작은 전기 전도도를 지니므로, 회전자와 인접한 내측 인턱터에서 표피효과와 근접효과에 의해 발생되는 교류(AC)손실을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
11... 고정자 코어 13... 슬롯
15... 층 19... 절연지
21, 121... 제1 컨덕터 21a, 21b... 분할체
22, 122... 제2 컨덕터 23, 25... 피막
29... 절연재 b1, b2... 너비
100, 200... 고정자

Claims (8)

  1. 구동모터에서 회전자와 일정 공극을 두고 배치되는 헤어핀 권선 타입의 고정자로서,
    둘레방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯에 반경방향으로 복수 개의 층을 형성하는 고정자 코어; 및
    상기 각 슬롯의 층들에 삽입 및 상호 접속되며 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀 타입 컨덕터;
    를 포함하고,
    상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층에 삽입된 제1 컨덕터는 나머지 층들에 삽입된 제2 컨덕터 보다 작은 단면적을 지닌 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개 층들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때,
    상기 제1 및 제2 컨덕터에는 절연소재의 피막이 형성되되, 상기 제1 컨덕터의 피막은 제2 컨덕터의 피막보다 더 두껍게 구비되는 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개 층들의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때,
    상기 제1 컨덕터는 적어도 두 개로 분할된 분할체를 포함하되, 상기 분할체 사이에 절연재가 개재되는 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층은 나머지 층들의 단면적 보다 작게 형성되며,
    상기 제1 컨덕터는 제2 컨덕터 보다 작은 단면적을 지닌 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 고정자 코어에서 상기 슬롯들 사이의 너비는,
    상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층 사이가 나머지 층들 사이 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  6. 구동모터에서 회전자와 일정 공극을 두고 배치되는 헤어핀 권선 타입의 고정자로서,
    둘레방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 슬롯이 구비되며, 상기 각 슬롯에 반경방향으로 복수 개의 층을 형성하는 고정자 코어; 및
    상기 각 슬롯의 층들에 삽입 및 상호 접속되며 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀 타입 컨덕터;
    를 포함하며,
    상기 회전자와 인접한 적어도 하나의 층에 삽입된 제1 컨덕터는 나머지 층들에 삽입된 제2 컨덕터 보다 작은 전기 전도도를 지닌 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수 개 층들의 단면적이 동일하고, 상기 제1 및 제2 컨덕터의 단면적이 동일함을 기준으로 할 때,
    상기 제2 컨덕터는 구리소재로 이루어지며, 상기 제1 컨덕터는 구리소재 보다 전기 전도도가 작은 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 컨덕터는,
    금(Au), 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(pd), 주석(Sn) 그리고 납(Pb)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동모터의 헤어핀 권선 타입 고정자.
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