KR20190012606A

KR20190012606A - 고정자

Info

Publication number: KR20190012606A
Application number: KR1020170095856A
Authority: KR
Inventors: 최지환
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-02-11
Also published as: KR102486353B1; CN208479293U

Abstract

고정자에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 고정자는: 권선된 코일부; 코일부에 장착되는 슬롯부; 및 코일부에서 노출된 슬롯부의 단부에 장착되는 슈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고정자{STATOR}

본 발명은 고정자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선된 코일부에 분할된 슬롯부와 슈부를 조립하면서 모터 성능 저하를 방지하는 고정자에 관한 것이다.

산업용, 특수장비용, 견인용 등의 전동기(또는 발전기)에 있어서, 환선 분포권 고정자는 일반적으로 사용하는 전동기의 고정자 형태이다. 최근 들어 한정된 사이즈에서 전동기의 토크, 출력을 높여야 하는 필요성에 의해 고정자의 코일 점적율을 높이기 위한 방안들이 연구되고 있다.

코일 점적율은 고정자의 슬롯 면적 대비 감겨진 코일의 면적을 비율을 의미하는 것으로, 점적율이 높을수록 전동기의 크기를 작게 만들면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

각선 헤어핀(세그먼트) 코일 고정자는 코일 점적율을 높이는 효과적인 방안으로, 다수의 헤어핀 모양의 각선 코일에 고정자 코어를 삽입하고, 삽입된 방향과 반대의 코일 엔드 쪽에서 용접을 통해 원하는 권선을 만드는 방법이다. 각선은 환선에 비해 사공간이 줄어들어 점적율이 높아지며, 굵은 각선을 사용할 수 있기 때문에 코일 피복의 양을 줄일 수 있게 되어 점적율을 높일 수 있다. 그러나 제작 공정 상에서 다수의 코일 쌍을 용접해야 함에 따라, 피복의 탈피, 용접, 용접부에 별도의 절연 코팅, 절연 코팅의 경화 등의 공정들을 필요로 하게 된다. 용접 공정을 최소화하기 위해, 각선 코일을 파권(wave winding) 또는 중권(lap winding)으로 연속적으로 별도의 지그에 권선하고, 지그를 탈착한 후에 분할된 고정자 코어를 권선에 조립하여 고정자를 제작하는 방안 등이 개발되었다. 이러한 방안은 코일 용접 포인트를 줄일 수 있기 때문에 용접 관련 공정들이 간소화되어 제품가격을 절감하는데 큰 효과가 있다. 그러나 권선된 각선 코일과 분할 코어를 조립하기 위해서는 코일 피치가 큰 코일 바깥쪽으로 분할 코어가 조립될 수 밖에 없기 때문에, 코어의 치 끝단의 슈(shoe)가 없는 개방형 슬롯(open slot)으로 제작되어야 한다.

개방형 슬롯을 적용한 모터는 슈가 있는 모터에 비해 공극에서 누설자속이 증가되고 자속의 경로가 길어지기 때문에 토크 리플이 크고, 역기전력의 고조파를 줄이기 어려운 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0012358호(2015.02.04 공개, 발명의 명칭: 고정자의 코일 권선 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 권선된 코일부에 분할된 슬롯부와 슈부를 조립하면서 모터 성능 저하를 방지하는 고정자를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 고정자는: 권선된 코일부; 상기 코일부에 장착되는 슬롯부; 및 상기 코일부에서 노출된 상기 슬롯부의 단부에 장착되는 슈부를 포함한다.

본 발명에서 상기 슬롯부는, 상기 슬롯부는, 상기 코일부에 장착되는 슬롯 몸체부; 상기 슬롯 몸체부의 일단에서 원주 방향 양측으로 연장 형성되는 연장부; 및 상기 슬롯 몸체부의 타단에서 내측으로 오목하게 형성되고, 상기 슈부의 단부가 수용되는 수용홈부를 포함한다.

본 발명에서 상기 슈부는, 상기 슬롯 몸체부와 접촉되고, 상기 슬롯 몸체부의 폭보다 더 크게 형성되는 슈 몸체부; 및 상기 슈 몸체부에서 연장되고, 상기 수용홈부에 수용되도록 상기 수용홈부에 대응되는 형상으로 형성되는 슈 돌기부를 포함한다.

본 발명에서 상기 슈 돌기부는, 상기 슈 몸체부에서 연장되는 슈 연장부; 및 상기 슈 연장부의 폭보다 더 크게 형성되어 상기 수용홈부에서 이탈되는 것이 방지되는 스톱퍼부를 포함한다.

본 발명에서 상기 스톱퍼부는 상기 수용홈부에 접촉되는 단부의 형상이 곡형으로 형성된다.

본 발명에서 상기 슬롯부는, 상기 코일부에 장착되는 슬롯 몸체부; 상기 슬롯 몸체부의 일단에서 원주 방향 양측으로 연장 형성되는 연장부; 상기 슬롯 몸체부의 타단에 이격 배치되는 슬롯 이격부; 및 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부를 연결하며, 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이에 상기 슈부의 단부가 장착되는 수용 공간을 형성하는 브릿지부를 포함한다.

본 발명에서 상기 슈부는, 상기 브릿지부와 접촉되고, 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 대응되는 형상으로 형성되는 슈 돌기부; 및 상기 슈 돌기부의 외측으로 돌출되는 슈 돌출연장부를 포함한다.

본 발명에서 상기 슈 돌기부는, 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 장착되고, 상기 슈 돌출연장부를 향해 점점 폭이 좁게 형성된다.

본 발명에서 상기 슈 돌기부는, 상기 슈 돌출연장부와 상기 스톱퍼부를 연결하고, 상기 스톱퍼부에서 상기 돌출연장부를 향해 점점 폭이 넓게 형성된다.

본 발명에서 상기 스톱퍼부는 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 접촉되는 단부의 형상이 곡형으로 형성된다.

본 발명에 따른 고정자는 분할된 슬롯부와 슈부를 권선된 코일부에 조립함으로써, 슬롯부를 통한 누설자속이 감소되어 모터 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 모터의 토크가 증가되고, 토크 리플이 저감되면서 역기전력 정현성이 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 개략적으로 나타내는 조립 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 부분 확대 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 조립을 개략적으로 나타내는 조립 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 부분 확대 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 조립을 개략적으로 나타내는 조립 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고정자의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 개략적으로 나타내는 조립 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 부분 확대 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 조립을 개략적으로 나타내는 조립 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자는 코일부(10), 슬롯부(20), 슈부(30)를 포함한다. 코일부(10)는 권선된 각선 코일 뭉치로 이루어진다. 코일부(10)는 각선으로 이루어져, 환선으로 이루어지는 경우에 비해, 사공간이 줄어들고, 굵은 각선을 사용할 수 있기 때문에 슬롯부(20)를 감싸는 코일 피복의 양을 줄일 수 있게 되어 코일 점적율이 향상될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 코일부(10)는 일부가 도시된 것으로, 전체적으로 환형으로 형성된다.

슬롯부(20)는 코일부(10)에 장착되고, 코일부(10)의 원주방향을 따라 복수 개가 설치된다. 슈부(30)는 코일부(10)에 장착되고, 코일부(10)에서 노출된 슬롯부(20)의 단부(도 1 기준 하단부)에 장착된다. 즉, 슈부(30)는 코일부(10)에서 노출된 슬롯 몸체부(21)의 단부에 형성된 수용홈부(25)에 장착된다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 슬롯부(20)는 슬롯 몸체부(21), 연장부(23), 수용홈부(25)를 포함한다. 슬롯 몸체부(21)는 코일부(10)에 삽입 장착된다. 연장부(23)는 슬롯 몸체부(21)의 일단(도 3 기준 상단)에서 원주 방향 양측(도 3 기준 좌우측)으로 연장 형성된다.

수용홈부(25)는 슬롯 몸체부(21)의 타단(도 3 기준 하단)에서 내측으로 오목하게 함입(陷入) 형성되고, 슈부(30)이 단부(도 3 기준 상단부)를 수용한다. 즉, 수용홈부(25)는 슈부(30)의 슈 돌기부(33)의 단부(도 3 기준 상단부)를 수용하여, 수용홈부(25)와 슈 돌기부(33)는 체결되어, 코일부(10)에 장착된 슬롯부(20)는 슈부(30)와 일체가 된다. 수용홈부(25)는 슈부(30)의 슈 돌기부(33)의 형상에 대응되게 형성된다.

슈부(30)는 슈 몸체부(31), 슈 돌기부(33)를 포함한다. 슈 몸체부(31)는 슬롯 몸체부(21)의 단부(도 3 기준 하단부)와 접촉되고, 슬롯 몸체부(21)의 폭(도 3 기준 횡방향 폭)보다 더 크게 형성된다. 슈 몸체부(31)는 슬롯 몸체부(21)의 폭보다 더 크게 형성되어, 슬롯 몸체부(21)를 통한 누설자속을 최소화할 수 있다.

슈 돌기부(33)는 슈 몸체부(31)에서 연장(도 3 기준 상향으로 연장) 되고, 수용홈부(25)에 수용된다. 슈 돌기부(33)가 수용홈부(25)에 수용되어, 슈부(30)와 슬롯부(20)가 일체를 이루게 된다. 슈 돌기부(22)는 수용홈부(25)에 대응되는 형상으로 형성된다.

슈 돌기부(33)는 슈 연장부(35)와 스톱퍼부(36)를 포함한다. 슈 연장부(35)는 슈 몸체부(31)에서 연장(도 4 기준 상향으로 연장) 형성된다. 스톱퍼부(36)는 슈 연장부(35)의 폭보다 더 크게 형성되어 수용홈부(25)에서 이탈되는 것을 방지한다. 스톱퍼부(36)는 수용홈부(25)에 접촉되는 단부(도 4 기준 상단부)의 형상이 곡형(曲形)으로 형성된다. 스톱퍼부(36)의 단부는 곡형으로 형성되어, 수용홈부(25)와의 체결시 수용홈부(25)에 각진 모서리가 형성되는 경우에 비해 충격이 완화되면서 체결될 수 있다.

도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자를 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부가 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 부분 확대 평면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 조립을 개략적으로 나타내는 조립 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯부와 슈부의 체결된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자는 코일부(10), 슬롯부(20a), 슈부(30a)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자는 도 1 내지 도 2에서 도시된 코일부(10)에 슬롯부(20a)와 슈부(30a)가 장착된 예이다.

슬롯부(20a)는 코일부(10)에 장착되고, 코일부(10)의 원주방향을 따라 복수 개가 설치된다. 슈부(30a)는 코일부(10)에 장착되고, 코일부(10)에서 노출된 슬롯부(20a)의 단부(도 7 기준 하단부)에 장착된다. 즉, 슈부(30a)는 코일부(10)에서 노출된 슬롯 몸체부(21a)의 단부에서 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간에 장착된다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 슬롯부(20a)는 슬롯 몸체부(21a), 연장부(23a), 슬롯 이격부(25a), 브릿지부(27a)를 포함한다. 슬롯 몸체부(21a)는 코일부(10)에 삽입 장착된다. 연장부(23a)는 슬롯 몸체부(21a)의 일단(도 7 기준 상단)에서 원주 방향 양측(도 7 기준 좌우측)으로 연장 형성된다.

슬롯 이격부(25a)는 슬롯 몸체부(21a)의 타단(도 7 기준 하단)에 이격 배치된다. 브릿지부(27a)는 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a)를 연결하며, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 슈부(30a)의 단부가 장착되는 수용 공간을 형성한다. 즉, 브릿지부(27a)의 폭(도 7 기준 횡방향 폭)은 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a)의 폭(도 7 기준 횡방향 폭)보다 작게 형성된다.

즉, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간에 슈부(30a)의 단부를 수용한다. 즉, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간으로 슈부(30a)의 슈 돌기부(33a)의 단부를 수용하여, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간에 슈 돌기부(33a)가 체결되어, 코일부(10)에 장착된 슬롯부(20a)는 슈부(30a)와 일체가 된다. 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간은 슈부(30a)의 슈 돌기부(33a)의 형상에 대응되게 형성된다.

슈부(30a)는 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 좌우 양측의 수용 공간에 각각 장착되는 것으로, 돌출연장부(31a)와 슈 돌기부(33a)를 포함한다.

돌출연장부(31a)는 슈 돌기부(33a)의 외측으로 돌출 형성된다. 돌출연장부(31a)는 슬롯 몸체부(21a)의 좌우 양측으로 슬롯 몸체부(21a)의 폭보다 더 크게 연장 형성된다. 돌출연장부(31a)는 슬롯 몸체부(21a)의 폭보다 더 크게 연장 형성되어, 슬롯 몸체부(21a)를 통한 누설자속을 최소화할 수 있다.

슈 돌기부(33a)는 브릿지부(27a)의 단부(도 8 기준 하단부)와 접촉되고, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성되는 수용 공간에 대응되는 형상으로 형성된다.

슈 돌기부(33a)는 슈 연장부(35a)와 스톱퍼부(36a)를 포함한다. 스톱퍼부(36a)는 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이의 수용 공간에 장착되고, 슈 돌출연장부(31a)를 향해 점점 폭이 좁게 형성된다. 스톱퍼부(36a)는 슈 연장부(35a)의 단부에서 연장되면서 점점 폭이 크게 형성되어 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이의 수용 공간에서 이탈되는 것을 방지한다. 스톱퍼부(36a)는 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이의 수용 공간에 접촉되는 단부의 형상이 곡형으로 형성되어, 슬롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이에 형성된 수용 공간에 체결된 슈 돌기부(33a)가 수용 공간에 장착시 각진 모서리가 형성되는 경우에 비해 충격이 완화되면서 체결될 수 있다.

슈 연장부(35a)는 슈 돌출연장부(31a)와 스톱퍼부(36a)를 연결하고, 스톱퍼부(36a)에서 돌출연장부(31a)를 향해 점점 폭이 넓게 형성된다. 슈 연장부(35a)가 슈 돌출연장부(31a)와 스톱퍼부(36a)를 연결하고, 슈 돌출연장부(31a)와 스톱퍼부(36a) 사이의 폭을 변화시켜, 슈 돌기부(33a)가 술롯 몸체부(21a)와 슬롯 이격부(25a) 사이의 수용 공간에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 코일부 20, 20a: 슬롯부
21, 21a: 슬롯 몸체부 23, 23a: 연장부
25: 수용홈부 25a: 슬롯 이격부
27a: 브릿지부 30, 30a: 슈부
31, 31a: 슈 몸체부 33, 33a: 슈 돌기부
35, 35a: 슈 연장부 36, 36a: 스톱퍼부

Claims

권선된 코일부;
상기 코일부에 장착되는 슬롯부; 및
상기 코일부에서 노출된 상기 슬롯부의 단부에 장착되는 슈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제1항에 있어서,
상기 슬롯부는,
상기 코일부에 장착되는 슬롯 몸체부;
상기 슬롯 몸체부의 일단에서 원주 방향 양측으로 연장 형성되는 연장부; 및
상기 슬롯 몸체부의 타단에서 내측으로 오목하게 형성되고, 상기 슈부의 단부가 수용되는 수용홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제2항에 있어서,
상기 슈부는,
상기 슬롯 몸체부와 접촉되고, 상기 슬롯 몸체부의 폭보다 더 크게 형성되는 슈 몸체부; 및
상기 슈 몸체부에서 연장되고, 상기 수용홈부에 수용되도록 상기 수용홈부에 대응되는 형상으로 형성되는 슈 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제3항에 있어서,
상기 슈 돌기부는,
상기 슈 몸체부에서 연장되는 슈 연장부; 및
상기 슈 연장부의 폭보다 더 크게 형성되어 상기 수용홈부에서 이탈되는 것이 방지되는 스톱퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제4항에 있어서,
상기 스톱퍼부는 상기 수용홈부에 접촉되는 단부의 형상이 곡형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정자.
제1항에 있어서,
상기 슬롯부는,
상기 코일부에 장착되는 슬롯 몸체부;
상기 슬롯 몸체부의 일단에서 원주 방향 양측으로 연장 형성되는 연장부;
상기 슬롯 몸체부의 타단에 이격 배치되는 슬롯 이격부; 및
상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부를 연결하며, 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이에 상기 슈부의 단부가 장착되는 수용 공간을 형성하는 브릿지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제6항에 있어서,
상기 슈부는,
상기 브릿지부와 접촉되고, 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 대응되는 형상으로 형성되는 슈 돌기부; 및
상기 슈 돌기부의 외측으로 돌출되는 슈 돌출연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제7항에 있어서,
상기 슈 돌기부는,
상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 장착되고, 상기 슈 돌출연장부를 향해 점점 폭이 좁게 형성되는 스톱퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제8항에 있어서,
상기 슈 돌기부는,
상기 슈 돌출연장부와 상기 스톱퍼부를 연결하고, 상기 스톱퍼부에서 상기 돌출연장부를 향해 점점 폭이 넓게 형성되는 슈 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
제8항에 있어서,
상기 스톱퍼부는 상기 슬롯 몸체부와 상기 슬롯 이격부 사이의 수용 공간에 접촉되는 단부의 형상이 곡형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정자.