KR20190048744A - 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리에 관한 것으로서, 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하고, 상기 각각의 헤어핀은 상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입하고 코일 끝단을 트위스트 및 용접하여 연속된 상코일 다발을 구성하며, 상기 상코일 다발들은 연결 코일을 통해 직렬로 연결되되, 상기 고정자 코어의 상부에 위치하는 상코일 다발과 연결 코일은 전체가 고정자 코어의 반경 방향 외경쪽으로 절곡될 수 있다.
본 발명에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 헤어핀 권선시 사용되는 연결 코일 및 주변 코일을 개선하여 상코일 다발의 높이가 높아지거나 회전자의 조립시 연결 코일이 방해하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 헤어핀 권선모터의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리{STATOR ASSEMBLY FOR HAIRPIN WINDING MOTOR}

본 발명은 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 헤어핀 권선시 사용되는 연결 코일 및 주변 코일을 개선한 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리에 관한 것이다.

최근 하이브리드 차량 등의 성능 향상을 위하여 모터의 출력 향상을 위한 방안이 활발히 연구 개발되고 있다.

일반적으로, 모터의 출력은 고정자 코어에 권선되는 코일의 턴수에 비례하는 것으로 알려져 있는 바, 모터의 사이즈를 늘리지 않고 모터의 출력을 향상시키기 위하여는 고정자 코어에 권선되는 코일의 점적율을 증가시키는 방안이 고려될 수 있다.

상기와 같은 방안의 일환으로, 최근에는 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용 대신, 대략 사각 단면 형태를 가지는 각형 코일(flat coil)을 사용하여 권선하는 방법이 연구되고 있다.

그러나 각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있게 된다. 따라서 각형 코일에 있어서 코일 권선을 용이하게 하는 방안으로, 다수의 분리된 헤어핀을 고정자 코일에 삽입 체결한 후, 각 헤어핀을 용접 접합시켜 코일 권선부를 형성하는 방식의 모터(이하, 설명의 편의상 '헤어핀 권선모터'로 지칭함)가 제안된 바 있다.

상기와 같은 헤어핀 권선모터는 대략 U자 또는 V자 형태로 형성된 헤어핀을 고정자 코어의 각 슬롯에 체결한 후, 각 슬롯의 각 층에 배치된 헤어핀 간을 용접 접합시킴으로써, 고정자 코어의 코일 권선을 형성하게 된다. 따라서 헤어핀 권선모터의 경우 권선기로 인한 장치적 한계를 극복하고, 각형 코일의 경우에도 용이하게 코일 권선 작업이 가능하게 된다.

한편, 헤어핀 권선이 적용된 권선모터의 경우에는 직렬 연결된 코일 다발들을 연결하기 위하여 연결 코일이 사용된다.

그러나 상기 연결 코일은 특성상 기본 코일의 형상과 달라 구조적으로 돌출됨으로써 하기와 같은 문제점이 발생하게 된다.

먼저, 상기 연결 코일을 엔드 코일의 상부로 돌출한 경우에는 엔드 코일의 높이가 과대해지고 제작성이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 연결 코일을 엔드 코일의 내측으로 돌출한 경우에는 도시된 도 1과 같이 제작성은 상기 연결 코일을 엔드 코일의 상부로 돌출한 경우보다 좋아지나 고정자 코어보다 내측으로 돌출됨으로써 회전자 조립이 어려워지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0014148호(2016.02.11) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0064230호(2014.05.28)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 헤어핀 권선시 사용되는 연결 코일 및 주변 코일을 반경 방향으로 절곡하여 상코일 다발의 높이가 높아지거나 회전자의 조립시 연결 코일이 방해하는 것을 방지할 수 있는 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하고, 상기 각각의 헤어핀은 상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입하고 코일 끝단을 트위스트 및 용접하여 연속된 상코일 다발을 구성하며, 상기 상코일 다발들은 연결 코일을 통해 직렬로 연결되되, 상기 고정자 코어의 상부에 위치하는 상코일 다발과 연결 코일은 전체가 고정자 코어의 반경 방향 외경쪽으로 절곡될 수 있다.

그리고 상기 고정자 코어에 장착되는 상코일 다발들은 간격을 두고 장착될 수 있다.

또한, 상기 고정자 코어에 장착되는 각각의 상코일 다발들은 하부 수직면과 경사면 및 상부 수직면으로 절곡될 수 있다.

여기서, 상기 상코일 다발을 구성하는 하부 수직면은 상기 고정자 코어의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 짧아지고, 상기 상코일 다발을 구성하는 상부 수직면은 상기 고정자 코어의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 길어질 수 있다.

또한, 상기 상코일 다발들은 하부 수직면과 하부 수직면의 폭보다 상부 수직면과 상부 수직면의 폭이 넓게 형성되면서 등간격으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 상코일 다발들은 상기 상코일 다발들은 하부 수직면과 하부 수직면의 폭보다 상부 수직면과 상부 수직면의 폭이 넓게 형성되면서 고정자 코어의 내경에서 외경으로 향하면서 폭이 넓게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 헤어핀 권선시 사용되는 연결 코일 및 주변 코일을 반경 방향으로 절곡하여 상코일 다발의 높이가 높아지거나 회전자의 조립시 연결 코일이 방해하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 헤어핀 권선모터의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 구성하는 연결 코일에 따른 문제점을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 나타낸 부분확대도.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 나타낸 부분확대 평면도 및 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 구성하는 고정자 코어와 헤어핀의 결합상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 요부를 나타낸 확대도.
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 요부를 나타낸 개념 실시예.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 2는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 나타낸 부분확대도이고, 도 3 및 4는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 나타낸 부분확대 평면도 및 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리를 구성하는 고정자 코어와 헤어핀의 결합상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 요부를 나타낸 확대도이며, 도 7 내지 9는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리의 요부를 나타낸 개념 실시예이다.

본원발명인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리(100)는 고정자 코어(200), 다수개의 헤어핀(300)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 상기 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리(100)의 구성에 대해서 설명하면 하기와 같다.

상기 고정자 코어(200)는 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(210)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(210)은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하게 된다.

여기서, 상기 고정자 코어(200)는 도시된 도면에 한정되지 않으며 공지된 고정자 코어도 적용될 수 있다.

상기 헤어핀(300)은 각 슬롯(210)에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하게 된다.

즉, 상기 헤어핀(300)은 U자 형상 또는 V자 형상으로 형성되고, 양쪽에 형성되는 레그부(310)가 각각 고정자 코어(200)의 슬롯(210)에 삽입 및 체결된다.

이때, 상기 헤어핀(300)의 양쪽 레그부(310)는 소정 슬롯에 간격을 두고 체결된다.

예를 들면, 상기 헤어핀(300)의 한 쪽 레그부(310)가 1번 슬롯으로 체결되면, 다른 쪽 레그부(310)는 상기 1번 슬롯에서 6개 슬롯 이격된 7번 슬롯으로 체결될 수 있다. 이때, 상기 헤어핀(300)의 양쪽 레그부(310)가 이격된 슬롯 개수는 권선설계방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 헤어핀(300)의 각 레그부(310)는 각 슬롯(210)에 하나의 층을 채우게 된다. 다시 말하면, 각 슬롯(210)의 각 층에는 각각 레그부(310)가 삽입 체결되게 된다.

이후, 상기 고정자 코어(200)의 각 슬롯에 복수개의 헤어핀(300)이 체결되면, 각 헤어핀(300)은 슬롯(210)의 밖으로 노출된 코일의 끝단 부분을 트위스트 및 용접하여 상코일 다발(320)을 형성하게 된다.

즉, 상기 고정자 코어(200)의 일 측으로는 헤어핀(300)의 코일의 끝단 부분이 원형 고리 또는 링 형태로 연속 배치되고, 반대 측으로 상기 헤어핀(300)의 헤드부가 원형 고리 또는 링 형태로 배치되게 된다.

상기 연결 코일(400)은 소정의 길이와 직경을 가지고 형성된다.

즉, 상기 연결 코일(400)은 다수개의 상코일 다발(320)을 직렬로 연결하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 연결 코일(400)의 길이와 직경 등은 환경 및 목적 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리(100)를 구성하는 헤어핀(300)의 권선시 사용되는 연결 코일(400)로 인한 상코일 다발(320)의 높이가 높아지거나 상기 연결 코일(400)로 인한 회전자의 조립시 내경 간섭을 회피하고자 할 경우에는 하기와 같다.

먼저, 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(210)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(210)은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어(200)를 형성한다.

그리고 상기 고정자 코어(200)의 슬롯(210)에 U자 형상 또는 V자 형상으로 형성되고, 양쪽에 형성되는 레그부(310)를 각각 고정자 코어(200)의 슬롯(210)에 삽입 및 체결한다.

이때, 상기 각각의 헤어핀(300)은 상기 각 슬롯(210) 내 각 층으로 삽입하고 코일 끝단을 트위스트 및 용접하여 연속된 상코일 다발(320)을 구성한 후 상기 상코일 다발(320)을 연결 코일(400)을 통해 직렬로 연결한다.

다음으로, 상기 고정자 코어(200)의 상부에 위치하는 상코일 다발(320)과 연결 코일(400)의 전체를 고정자 코어(200)의 반경 방향 외경쪽으로 절곡되도록 한다.

즉, 상기 고정자 코어(200)의 상부에 위치하는 상코일 다발(320)과 연결 코일(400)의 전체를 고정자 코어(200)의 내경에서 외경 쪽으로 절곡하여, 상기 상코일 다발(320)의 높이가 높아지거나 회전자의 조립시 연결 코일이 방해하는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 고정자 코어(200)의 최외곽 위치한 상코일 다발(320)과 연결 코일(400)의 절곡 범위는 도시된 도면에 한정되지 않으며 환경 및 목적 등에 따라 달라질 수 있다.

그리고 상기 고정자 코어(200)에 장착되는 상코일 다발(320)들은 원활한 절곡 및 동일 슬롯에서 레이어간 간섭을 피할 수 있도록 간격을 두고 장착된다.

여기서, 상기 고정자 코어(200)에 장착되는 각각의 상코일 다발(320)들은 하부 수직면(322)과 경사면(324) 및 상부 수직면(326)으로 절곡된다.

즉, 상기 상코일 다발(320)은 원활한 절곡 및 동일 슬롯에서 레이어간 간섭을 피할 수 있도록 고정자 코어(200)의 상부에 위치하는 상코일 다발(320)을 절곡지게 형성하게 된다.

보충설명하면, 상기 상코일 다발(320)을 구성하는 하부 수직면(322)은 상기 고정자 코어(200)의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 짧아지고, 상기 상코일 다발(320)을 구성하는 상부 수직면(326)은 상기 고정자 코어(200)의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 길어지도록 구성된다.

이와 함께, 상기 상코일 다발(320)들은 도시된 도 8과 같이 상코일 다발(320)들은 하부 수직면(322)과 하부 수직면(322)의 폭보다 상부 수직면(326)과 상부 수직면(326)의 폭이 넓게 형성되면서 등간격으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 상코일 다발(320)들은 도시된 도 9와 같이 상코일 다발(320)들은 하부 수직면(322)과 하부 수직면(322)의 폭보다 상부 수직면(326)과 상부 수직면(326)의 폭이 넓게 형성되면서 고정자 코어(320)의 내경에서 외경으로 향하면서 폭이 넓게 형성될 수 있다.

이와 같이 본원발명인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리는 헤어핀 권선시 사용되는 연결 코일 및 주변 코일을 개선하여 상코일 다발의 높이가 높아지거나 회전자의 조립시 연결 코일이 방해할 수 있는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리
200 : 고정자 코어 210 : 슬롯
300 : 헤어핀 310 : 레그부
320 : 상코일 다발 322 : 하부 수직면
324 : 경사면 326 : 상부 수직면
400 : 연결 코일

Claims (6)

1. 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; 및
   상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 다수개의 헤어핀을 포함하고,
   상기 각각의 헤어핀은 상기 각 슬롯 내 각 층으로 삽입하고 코일 끝단을 트위스트 및 용접하여 연속된 상코일 다발을 구성하며,
   상기 상코일 다발들은 연결 코일을 통해 직렬로 연결되되,
   상기 고정자 코어의 상부에 위치하는 상코일 다발과 연결 코일은 전체가 고정자 코어의 반경 방향 외경쪽으로 절곡되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정자 코어에 장착되는 상코일 다발들은 간격을 두고 장착되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정자 코어에 장착되는 각각의 상코일 다발들은 하부 수직면과 경사면 및 상부 수직면으로 절곡되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 상코일 다발을 구성하는 하부 수직면은 상기 고정자 코어의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 짧아지고,
   상기 상코일 다발을 구성하는 상부 수직면은 상기 고정자 코어의 내경에서 외경방향으로 향할수록 길이가 길어지는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 상코일 다발들은 하부 수직면과 하부 수직면의 폭보다 상부 수직면과 상부 수직면의 폭이 넓게 형성되면서 등간격으로 배치되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 상코일 다발들은 상기 상코일 다발들은 하부 수직면과 하부 수직면의 폭보다 상부 수직면과 상부 수직면의 폭이 넓게 형성되면서 고정자 코어의 내경에서 외경으로 향하면서 폭이 넓게 형성되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 어셈블리.

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