KR20190072092A - 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조에 관한 것으로서, 원주방향으로 배치된 복수개의 슬롯을 구비하며, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; U자 형상으로 형성되며, 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하되, 상기 고정자 코어에 삽입되는 헤어핀의 반대방향에 돌출되는 코일 말단부는 코일쌍으로 형성하고, 상기 코일쌍의 사이에는 절연체가 장착된다.
본 발명에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조는 헤어핀 고정자의 용접부 코일쌍 사이의 절연을 확보하면서도 모터 냉각 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 모터의 크기를 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조{Stator coil insulation structure of hairpin winding motor}

본 발명은 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 헤어핀 고정자의 용접부 코일쌍 사이의 절연을 확보하면서도 모터 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 한 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조에 관한 것이다.

일반적으로 산업용, 특수장비용, 견인용 등의 전동기 또는 발전기에 사용되는 환선 분포권 고정자는 가장 일반적으로 사용하는 전동기의 고정자 형태이다.

그리고 상기 전동기의 고정자는 한정된 사이즈에서 전동기의 토크, 출력을 높여야 하는 필요성에 의해 고정자의 코일 점적율을 높이기 위한 방법들이 연구되었다. 여기서, 코일 점적율이란 고정자의 슬롯 면적 대비 감겨진 코일의 면적의 비율로써, 점적율이 높을수록 전동기의 크기가 작게 만들거나 에너지 효율을 높일 수 있다.

일 예로, 각선 코일 고정자는 코일 점적율을 높이는 효과적인 방법으로써, 환선에 비해 사공간이 줄어들고 굵은 각선을 사용할 있기 때문에 코일 피복의 양을 줄일 수 있게되어 점적율을 높일 수 있다.

다음으로, 헤어핀 코일 고정자는 도시된 도 1과 같이 U자형으로 성형된 헤어핀 코일(20)을 고정자 코어(30)에 삽입하고 삽입된 방향의 반대방향에 돌출되는 U자형 코일 말단부(22)를 용접하여 전기적으로 연결하게 된다. 이때, 상기 코일 말단부(22)는 용접을 위하여 피복이 탈피된다.

그러나 상기와 같은 헤어핀 코일 고정자는 도시된 도 2와 같이 코일 말단부(22) 용접시 용접열에 의해 탈피되지 않은 근처의 피복을 손상시킬 수 있으며, 코일이 탈피/용접 부분과 용접열에 의해 손상된 피복 부분이 절연(Insulation)에 취약해지는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 여러 가지 방안이 제시되었다.

먼저, 도시된 도 3은 코일쌍 사이에 원형 띠 형상의 절연지를 끼워 넣는 방안이 제안되었으나, 코일쌍 사이에 절연지를 삽입하면 오일 집적 냉각 방식에서 냉각 성능 저하가 발생하게 되는 단점이 있었다.

좀 더 보충설명하면, 오일 직접 냉각 방식에서는 고정자 코일 양쪽 말단부에 오일을 분사하여 고정자에서 발생하는 열을 냉각시키는데, 코일쌍 사이의 절연지가 냉각 오일이 코일 내경방향 안쪽까지 도달하지 않도록 오일의 경로를 방해하는 역할을 하기 때문에 냉각 성능이 저하된다.

또한, 도시된 도 4는 코일쌍 사이의 거리를 절연이 확보될 만큼 벌리는 방안이 제안되었으나, 코일쌍 사이의 거리를 벌리기 위해서는 별도의 제작 지그가 만들어져야 하며, 벌리는 과정에서 코일 손상 가능성이 있다는 단점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-095667호 대한민국 실용신안공개공보 제20-1999-031411호

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 헤어핀 고정자의 용접부 코일쌍 사이의 절연을 확보하면서도 모터 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 코일쌍에 절연체를 끼움 결합구조로 구성하여 작업효율을 향상시킬 수 있는 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조는 원주방향으로 배치된 복수개의 슬롯을 구비하며, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어; U자 형상으로 형성되며, 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하되, 상기 고정자 코어에 삽입되는 헤어핀의 반대방향에 돌출되는 코일 말단부는 코일쌍으로 형성하고, 상기 코일쌍의 사이에는 절연체가 장착된다.

그리고 상기 절연체는 상하방향으로 개방된 큐브 형상으로 형성되어 상기 코일쌍에 끼움 결합될 수 있다.

여기서, 상기 절연체의 내면에는 간격을 두고 수직방향으로 오일 안내홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연체는 Aramid paper, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 또는 조합하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연체의 내부에는 수직방향으로 간격을 두고 관통공이 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연체의 내부에는 고무 또는 실리콘으로 제조되는 간격 유지 조절구가 착·탈 가능하게 장착될 수 있다.

본 발명에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조는 헤어핀 고정자의 용접부 코일쌍 사이의 절연을 확보하면서도 모터 냉각 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 모터의 크기를 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조는 코일쌍에 절연체를 끼움 결합구조로 구성하여 작업효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 작업시간과 비용을 절감하면서도 교체 작업이 용이한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 헤어핀 코일 고정자의 구조를 나타낸 도면.
도 2 내지 4는 종래 헤어핀 코일 고정자의 문제점을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 실시 예를 나타낸 요부 확대도.
도 7(a) 내지 8(c)은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 다른 실시 예를 나타낸 요부 확대도.
도 8은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 구성하는 절연체를 나타낸 사시도.
도 9 내지 11은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 구성하는 절연체의 다른 실시 예를 나타낸 단면도.

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 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 실시 예를 나타낸 요부 확대도이며, 도 7(a) 내지 8(c)은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 다른 실시 예를 나타낸 요부 확대도이고, 도 8은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 구성하는 절연체를 나타낸 사시도이며, 도 9 내지 11은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조를 구성하는 절연체의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

본원발명인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조(100)는 고정자 코어(200), 헤어핀(300), 절연체(400)를 포함한다.

여기서, 상기 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조(100)를 구성하는 고정자 코어(200)와 헤어핀(300)은 도시된 도면에 한정되지 않으며 공지된 고정자 코어(200)와 헤어핀(300)이 적용될 수 있다.

상기 고정자 코어(200)는 전체적으로 원형 고리 또는 링 형태로 형성된다.

그리고 상기 고정자 코어(200)의 내측에는 회전자 어셈블리(미도시)(rotor assembly)가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 회전자 어셈블리는 회전축을 구비하고 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 공지된 바와 같이, 상기 고정자 코어(200)에 권선된 코일과 전자기적 간섭을 일으켜 회전되게 된다.

또한, 상기 고정자 코어(200)는 복수개의 슬롯(220)을 구비되고, 각 슬롯(220)은 고정자 코어(200)의 내주에서 외주 측을 향해 연장 형성되거나 또는 각 슬롯(220)은 고정자 코어(200)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다.

여기서, 상기 고정자 코어(200)에 형성되는 각 슬롯(220)의 단부는 코일 권선을 위해 개방된다.

이때, 상기 복수개의 슬롯(220)은 고정자 코어(200)의 둘레 방향을 따라 방사형으로 배치되되, 상기 고정자 코어(200)에 마련된 슬롯(220)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다.

상기 헤어핀(300)은 다수개수로 구성되며 고정자 코어(200)에 코일 권선을 형성하게 된다.

즉, 복수개의 헤어핀(300)은 벤딩 과정을 거칠 필요 없이 직선 형태로 구성되고, 상호 순차적으로 상기 슬롯(220)에 삽입되어, 양단이 제 1 및 제 2 브리지 유닛(미도시)와 접촉됨으로써 코일 권선을 형성하게 된다.

그리고 상기 헤어핀(300)은 U자 형상으로 형성되고, 코일 권선을 형성하기 위하여 구리 등의 전기적 도체로 형성되며, 외면은 절연 코팅된다.

보충 설명하면, 상기 헤어핀(300)은 U자 형상으로 형성되고, 상기 고정자 코어(200)에 삽입되며, 삽입된 방향의 반대방향에 돌출되는 U자형 코일 말단부(320)는 전기적인 연결을 위해 용접된다.

이때, 상기 코일 말단부(320)는 용접을 위하여 피복이 탈피되고, 두 개의 코일 말단부(320)를 결합하여 적어도 두 개 이상의 코일쌍(340)을 형성하게 된다.

상기 절연체(400)는 코일쌍(340)의 사이에 장착된다.

즉, 상기 절연체(400)는 코일쌍(340)이 두 개로 형성된 경우에는 어느 하나의 코일쌍(340)에 장착되고, 코일쌍(340)이 세 개로 구성된 경우에는 중앙에 위치하는 코일쌍(340)에 장착되며, 코일쌍(340)이 네 개로 구성된 경우에는 간격을 두고 절연체(400)가 장착되어 절연하게 된다.

그리고 상기 절연체(400)는 상하방향으로 개방된 큐브 형상으로 형성되되, 상기 절연체(400)의 형상은 도시된 도면에 한정되지 않으며 환경 및 목적 등에 따라 변형된다.

즉, 상기 절연체(400)는 큐브 형상으로 형성되면서 수직방향으로 관통형성되어, 상기 코일쌍(340)에 끼움 결합하게 된다.

또한, 상기 절연체(400)는 절연 기능을 수행할 수 있도록 Aramid paper, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 또는 조합하여 형성되고, 내면에는 간격을 두고 수직방향으로 오일 안내홈(420)이 형성된다.

즉, 상기 절연체(400)는 절연재질로 형성되면서 내면에 간격을 두고 오일 안내홈(420)을 형성하여, 상기 코일쌍(340)을 절연하면서도 오일 안내홈(420)을 통해 오일을 공급하여 모터를 냉각하게 된다.

또한, 상기 절연체(400)의 내부에는 수직방향으로 간격을 두고 관통공(440)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 절연체(400)는 내부에 간격을 두고 형성되는 관통공(440)을 통해 상기 코일쌍(340)과 결합시 신축작용을 하면서도 내부의 열을 외부로 배출할 수 있게 된다.

또한, 상기 절연체(400)의 내부에는 고무 또는 실리콘으로 제조되는 간격 유지 조절구(460)가 착·탈 가능하게 장착될 수 있다.

즉, 상기 간격 유지 조절구(460)는 절연체(400)의 내부에 공지된 체결구를 통해 일체로 구성되어, 상기 코일쌍(340)과 억지 끼움 상태를 유지하게 된다.

더불어, 상기 코일쌍(340)은 간격 유지 조절구(460)를 통해 외부 진동에도 위치가 변경되는 것을 방지하게 된다.

상기와 같이 구성되는 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전체적으로 원형 고리 또는 링 형태로 형성되고, 둘레 방향을 따라 방사형으로 슬롯(220)이 배치되는 고정자 코어(200)를 형성한다.

그리고 상기 고정자 코어(200)를 구성하는 복수개의 슬롯(220)으로 U자 형상으로 형성되고, 코일 권선을 형성하기 위하여 구리 등의 전기적 도체로 형성되며, 외면은 절연 코팅되는 복수개의 헤어핀(300)을 장착한다.

이때, 상기 헤어핀(300)은 고정자 코어(200)에 삽입되며, 삽입된 방향의 반대방향에 돌출되는 U자형 코일 말단부(320)는 용접결합되어, 적어도 두 개 이상의 코일쌍(340)을 형성하게 된다.

다음으로, 상기 코일쌍(340)이 두 개로 형성된 경우에는 어느 하나의 코일쌍(340)에 절연체(400)가 장착되고, 상기 코일쌍(340)이 세 개로 구성된 경우에는 중앙에 위치하는 코일쌍(340)에 절연체(400)가 장착되며, 코일쌍(340)이 네 개로 구성된 경우에는 간격을 두고 코일쌍(340)에 절연체(400)가 장착되면, 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조(100)의 조립은 완료된다.

이때, 상기 절연체(400)는 상하방향으로 개방된 큐브 형상으로 형성되고, Aramid paper, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 또는 조합하여 형성되며, 내면에는 간격을 두고 수직방향으로 오일 안내홈(420)이 형성된다.

여기서, 상기 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.

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 코일 절연구조
200 : 고정자 코어 220 : 슬롯
300 : 헤어핀 320 : 코일 말단부
340 : 코일쌍 400 : 절연체
420 : 오일 안내홈 440 : 관통공
460 : 간격 유지 조절구

Claims (6)

1. 원주방향으로 배치된 복수개의 슬롯을 구비하며, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 고정자 코어;
   U자 형상으로 형성되며, 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하는 복수개의 헤어핀;을 포함하되,
   상기 고정자 코어에 삽입되는 헤어핀의 반대방향에 돌출되는 코일 말단부는 코일쌍으로 형성하고,
   상기 코일쌍의 사이에는 절연체가 장착되는 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 절연체는 상하방향으로 개방된 큐브 형상으로 형성되어 상기 코일쌍에 끼움 결합되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 절연체의 내면에는 간격을 두고 수직방향으로 오일 안내홈이 형성되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 절연체는 Aramid paper, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 또는 조합하여 형성되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 절연체의 내부에는 수직방향으로 간격을 두고 관통공이 형성되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 절연체의 내부에는 고무 또는 실리콘으로 제조되는 간격 유지 조절구가 착·탈 가능하게 장착되는 것인 헤어핀 권선모터의 고정자 코일 절연구조.

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