KR20190101647A - 헤어핀 권선모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤어핀 권선모터에 관한 것으로서, 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 각선 코일 고정자 코어; 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하고, 상기 각선 코일 고정자 코어로부터 노출된 코일용접부와 코일헤드부가 둘레 방향을 따라 경사지게 형성되는 다수개의 헤어핀; 및 다수개의 헤어핀이 구비된 각선 코일 고정자 코어가 내부에 수용되는 하우징;을 포함하고, 상기 각선 코일 고정자 코어와 근접하게 위치하는 헤어핀의 코어 코일용접부와 상기 하우징과 근접하게 위치하는 헤어핀의 하우징 코일용접부는 서로 다른 간격을 두고 배치된다.
본 발명에 의한 헤어핀 권선모터는 절연성능 악화 또는 감소 없이 헤어핀 코일용접부 간의 거리를 최소화하여, 하우징과 헤어핀 코일용접부 간의 절연거리를 확보하고, 전동기의 크기를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 하우징 크기의 축소에 따른 원가절감의 효과도 얻을 수 있다.

Description

헤어핀 권선모터{HAIRPIN WINDING MOTOR}

본 발명은 헤어핀 권선모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 헤어핀 코일용접부 간의 절연거리를 확보하고 전동기의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 헤어핀 권선모터에 관한 것이다.

일반적으로 산업용, 특수장비용, 견인용 등의 전동기(또는 발전기)에 있어서 환선 분포권 고정자는 가장 일반적으로 사용되는 전동기의 고정자 형태이고, 한정된 사이즈에서 전동기의 토크, 출력을 높여야 하는 필요성에 의해 고정자의 코일 점적율을 높이기 위한 방법들이 연구되고 있다.

여기서, 상기 코일 점적율이란 고정자의 슬롯 면적 대비 감겨진 코일의 면적의 비율로써, 점적율이 높을수록 전동기의 크기가 작게 만들거나 에너지 효율을 높일 수 있다.

그리고 각선 헤어핀(세그먼트) 코일 고정자는 코일 점적율을 높이는 효과적인 방법으로 다수의 헤어핀 모양의 각선 코일들을 고정자 코어에 삽입하고, 삽입된 방향과 반대의 코일 엔드 쪽에서 용접을 통해 원하는 권선을 만드는 방법이다.

여기서, 상기 각선은 환선에 비해 사공간이 줄어들어 점적율이 높아지며, 굵은 각선을 사용할 수 있기 때문에 코일 피복의 양을 줄일 수 있게 되어 이 또한 점적율을 높일 수 있다.

한편, 헤어핀 코일 고정자 제작은 다수의 코일 쌍을 용접해야 함에 따라, 피복의 탈피, 용접, 코일용접부에 별도의 절연 코팅, 절연 코팅의 경화 등의 공정들이 필요하게 된다.

그리고 상기 헤어핀 코일 고정자는 파권(wave winding)으로 권선을 하게 되며, 동일한 슬롯 안에 들어있는 코일 쌍들 간에는 절연을 하게 된다.

이와 관련하여 공지된 미국등록특허공보 US6841913호 에는 코일 쌍들 간의 간격을 뛰어서 절연되도록 하는 헤어핀 코일 고정자의 형상과 공정을 제안되었다.

그러나 종래의 미국등록특허공보 제6841913호는 절연에 효과적이지만, 헤어핀 코일용접부가 반경 방향으로 커지기 때문에 몇 가지의 단점들을 수반한다.

구체적으로, 헤어핀 코일용접부가 바깥 방향으로 커지는 경우 코일과 하우징과의 절연거리 확보를 위해 하우징의 내경이 커지게 되어 전동기의 크기가 반경방향으로 커져야 하고, 반대로 헤어핀 코일용접부가 안쪽 방향으로 커지는 경우 로터와의 절연거리 확보에 어려움이 있을 뿐만 아니라 로터와 간섭을 일으킬 수 있는 문제가 있다.

미국등록특허공보 제6841913호

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 절연성능 악화 또는 감소 없이 헤어핀 코일용접부 간의 거리를 최소화하여, 하우징과 헤어핀 코일용접부 간의 절연거리를 확보하고, 전동기의 크기를 감소시킬 수 있는 헤어핀 권선모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 헤어핀 권선모터는 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 각선 코일 고정자 코어; 상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하고, 상기 각선 코일 고정자 코어로부터 노출된 코일용접부와 코일헤드부가 둘레 방향을 따라 경사지게 형성되는 다수개의 헤어핀; 및 다수개의 헤어핀이 구비된 각선 코일 고정자 코어가 내부에 수용되는 하우징;을 포함하고,

상기 각선 코일 고정자 코어와 근접하게 위치하는 헤어핀의 코어 코일용접부와 상기 하우징과 근접하게 위치하는 헤어핀의 하우징 코일용접부는 서로 다른 간격을 두고 배치된다.

그리고 상기 헤어핀은 4층 헤어핀으로 구성되고, 상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 3 및 4층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 헤어핀은 6층 헤어핀으로 구성되고, 상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 5 및 7층으로 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치되며, 상기 코어 코일용접부와 하우징 코일용접부의 사이에 형성되는 3 및 4층으로 이루어지는 중앙 코일용접부는 상기 하우징 코일용접부와 근접하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 헤어핀은 8층 헤어핀으로 구성되고, 상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치되며, 상기 코어 코일용접부와 하우징 코일용접부의 사이에 형성되는 3 및 4층과 5 및 6층으로 이루어지는 두 개의 제1, 2 중앙 코일용접부는 상기 하우징 코일용접부와 근접하게 배치될 수 있다.

여기서, 상기 3 및 4층으로 이루어지는 제1 중앙 코일용접부와 5 및 6층으로 이루어지는 제2 중앙 코일용접부와 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 사이 간격은 동일하게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 헤어핀 권선모터는 절연성능 악화 또는 감소 없이 헤어핀 코일용접부 간의 거리를 최소화하여, 하우징과 헤어핀 코일용접부 간의 절연거리를 확보하고, 전동기의 크기를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 하우징 크기의 축소에 따른 원가절감의 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 고정자 권선의 간략화된 등가회로
도 2는 임펄스 상승시간에 대한 random-wound 고정자의 턴간 전열에 가해지는 최대크기의 전압 스트레스.
도 3은 헤어핀 코일의 최대 전압 발생 지점을 나타낸 개략 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터를 나타낸 개략 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 요부를 나타낸 부분확대 평면도.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 요부의 다른 실시 예를 나타낸 부분확대 평면도.

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 4는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터를 나타낸 개략 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 권선모터의 요부를 나타낸 부분확대 평면도이다.

먼저, 본원발명인 헤어핀 권선모터(100)는 헤어핀을 구성하는 코일용접부에서 전압 차이가 크게 발생하는 코일 쌍 간의 거리를 유지하면서 전압 차이가 작게 발생하는 코일 쌍 들 간의 거리를 작게 하여 헤어핀 코일용접부가 반경 방향으로 커지는 것을 최소화할 수 있다.

보충설명하면, 인버터로 구동되는 전동기는 임펄스 전압이 전동기의 권선에 인가되는데, 짧은 임펄스 상승 시간은 상 권선의 상 인출부와 가까운 코일에 더 많은 전압을 발생시킨다.

이와 마찬가지로 헤어핀 코일 권선에서도 상 인출부 부근에 위치한 코일 쌍과 그 코일 쌍과 가까운 코일 쌍 사이에 전압이 크게 발생하게 되고, 파권이 갖는 특성상 코일 쌍과 코일 쌍 간의 전기적인 이동경로가 길어지기 때문에 전압 차이는 일반 분포권 대비 더 클 수 있다.

본원발명인 헤어핀 권선모터(100)는 도시된 도 3과 같이 각선 코일 고정자 코어(200), 헤어핀(300), 하우징(400)을 포함한다.

상기 각선 코일 고정자 코어(200)는 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(220)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(220)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 다수개수로 구성되면서 각선 코일 고정자 코어(200)의 각 슬롯(220)에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하게 된다.

그리고 상기 헤어핀(300)은 U자 형상 또는 V자 형상으로 형성되고, 상기 각선 코일 고정자 코어(200)로부터 노출된 코일용접부(320)와 코일헤드부(340)가 둘레를 따라 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 각선 코일 고정자 코어(200)와 근접하게 위치하는 헤어핀의 코어 코일용접부(331)와 상기 하우징(400)과 근접하게 위치하는 헤어핀의 하우징 코일용접부(332)는 서로 다른 간격을 두고 배치된다.

즉, 상 인출부와 가까운 헤어핀 코일 쌍 간에는 전압이 크게 걸리므로 절연에 필요한 거리를 유지하고, 그 외의 코일 쌍들 간의 거리를 감소시키는 방법으로 헤어핀 코일 용접부가 반경 방향으로 커지는 것을 최소화하게 된다. (도시된 도 2 참조)

다음으로, 상기 헤어핀(300)의 코일용접부(320)는 도시된 도 5 내지 7과 같이 구성될 수 있다.

먼저, 도시된 도 5의 헤어핀(300)은 4층 헤어핀으로 구성된다.

그리고 상기 코일용접부(320)는 상기 각선 코일 고정자 코어(200)와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부(321)의 간격은 상기 하우징(400)과 3 및 4층으로 이루어지는 하우징 코일용접부(322)의 간격보다 좁은 간격으로 배치된다.

즉, 상기 코일용접부(320)는 전압이 크게 걸리는 하우징(400)과 하우징 코일용접부(322)의 사이 간격을 유지하고, 그 외의 각선 코일 고정자코어(200)와 코어 코일용접부(321)의 사이 간격을 좁게 형성하여 코일 용접부(320)의 반경 방향이 커지는 것을 최소화하게 된다.

다음으로, 도시된 도 6의 헤어핀(300)은 6층 헤어핀으로 구성된다.

그리고 상기 코일용접부(320a)는 상기 각선 코일 고정자 코어(200)와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부(321a)의 간격은 상기 하우징과 5 및 7층으로 하우징 코일용접부(322a)의 간격보다 좁은 간격으로 배치된다.

즉, 상기 코일용접부(320a)는 전압이 크게 걸리는 하우징(400)과 하우징 코일용접부(322a)의 사이 간격을 유지하고, 각선 코일 고정자코어(200)와 코어 코일용접부(321a)의 사이 간격을 좁게 형성하며, 상기 코어 코일용접부(321a)와 하우징 코일용접부(322a)의 사이에 장착되는 중앙 코일용접부(323a)를 하우징 코일용접부(322a)와 근접하게 배치하여, 코일 용접부(320a)의 반경 방향이 커지는 것을 최소화하게 된다.

다음으로, 도시된 도 7의 헤어핀(300)은 8층 헤어핀으로 구성된다.

그리고 상기 코일용접부(320b)는 상기 각선 코일 고정자 코어(200)와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부(321b)의 간격은 상기 하우징(400)과 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부(322b)의 간격보다 좁은 간격으로 배치된다.

즉, 상기 코일용접부(320b)는 전압이 크게 걸리는 하우징(400)과 하우징 코일용접부(322b)의 사이 간격을 유지하고, 각선 코일 고정자코어(200)와 코어 코일용접부(321b)의 사이 간격을 좁게 형성하며, 상기 코어 코일용접부(321b)와 하우징 코일용접부(322b)의 사이에 장착되는 두 개의 중앙 코일용접부(323b, 324b)를 하우징 코일용접부(322b)와 근접하게 배치하여, 코일 용접부(320b)의 반경 방향이 커지는 것을 최소화하게 된다.

이때, 상기 3 및 4층으로 이루어지는 제1 중앙 코일용접부(323b)와 5 및 6층으로 이루어지는 제2 중앙 코일용접부(324b)와 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부(322b)의 사이 간격은 동일하게 형성된다.

상기 하우징(400)은 다수개의 헤어핀(300)이 구비된 각선 코일 고정자 코어(200)를 내부에 수용하게 된다.

여기서, 상기 하우징(400)은 원통 형상으로 형성되고 내부에 형성되는 수용공간(420)으로 다수개의 헤어핀(300)이 구비된 각선 코일 고정자 코어(200)를 수용하게 된다.

상기와 같이 구성되는 헤어핀 권선모터의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 원통 형상으로 내주면에 다수개의 슬롯(220)이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯(220)은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비되는 각선 코일 고정자 코어(200)를 형성한다.

그리고 상기 고정자 코어(200)의 슬롯(220)에 U자 형상 또는 V자 형상으로 형성되고, 상기 각선 코일 고정자 코어(200)로부터 노출된 코일용접부(320)와 코일헤드부(340)가 둘레를 따라 경사지게 형성되는 다수개의 헤어핀(300)을 장착한다.

여기서, 상기 헤어핀(300)은 4층 헤어핀으로 구성되고, 상기 코일용접부(320)는 상기 각선 코일 고정자 코어(200)와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부(321)의 간격은 상기 하우징(400)과 3 및 4층으로 이루어지는 하우징 코일용접부(322)의 간격보다 좁은 간격으로 배치된다.

다음으로, 원통 형상으로 형성되는 하우징(400)의 수용공간(420)에 다수개의 헤어핀(300)이 구비된 각선 코일 고정자 코어(200)를 장착하면, 헤어핀 권선모터(100)의 조립은 완료되고, 상기 헤어핀 권선모터의 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 권선모터
200 : 각선 코일 고정자 코어
300 : 헤어핀
400 : 하우징

Claims (5)

1. 다수개의 슬롯이 원주방향을 따라 관통형성되고, 상기 각 슬롯은 반경 방향으로 복수개의 층을 구비하는 각선 코일 고정자 코어;
   상기 각 슬롯에 체결 및 상호 접속되어 코일 권선을 형성하고, 상기 각선 코일 고정자 코어로부터 노출된 코일용접부와 코일헤드부가 둘레 방향을 따라 경사지게 형성되는 다수개의 헤어핀; 및
   다수개의 헤어핀이 구비된 각선 코일 고정자 코어가 내부에 수용되는 하우징;을 포함하고,
   상기 각선 코일 고정자 코어와 근접하게 위치하는 헤어핀의 코어 코일용접부와 상기 하우징과 근접하게 위치하는 헤어핀의 하우징 코일용접부는 서로 다른 간격을 두고 배치되는 것인 헤어핀 권선모터용 고정자 코일.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 헤어핀은 4층 헤어핀으로 구성되고,
   상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 3 및 4층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치되는 것인 헤어핀 권선모터용 고정자 코일.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 헤어핀은 6층 헤어핀으로 구성되고,
   상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 5 및 7층으로 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치되며,
   상기 코어 코일용접부와 하우징 코일용접부의 사이에 형성되는 3 및 4층으로 이루어지는 중앙 코일용접부는 상기 하우징 코일용접부와 근접하게 배치되는 것인 헤어핀 권선모터용 고정자 코일.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 헤어핀은 8층 헤어핀으로 구성되고,
   상기 각선 코일 고정자 코어와 1 및 2층으로 이루어지는 코어 코일용접부의 간격은 상기 하우징과 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 간격보다 좁은 간격으로 배치되며,
   상기 코어 코일용접부와 하우징 코일용접부의 사이에 형성되는 3 및 4층과 5 및 6층으로 이루어지는 두 개의 중앙 코일용접부는 상기 하우징 코일용접부와 근접하게 배치되는 것인 헤어핀 권선모터용 고정자 코일.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 3 및 4층으로 이루어지는 제1 중앙 코일용접부와 5 및 6층으로 이루어지는 제2 중앙 코일용접부와 7 및 8층으로 이루어지는 하우징 코일용접부의 사이 간격은 동일하게 형성되는 것인 헤어핀 권선모터용 고정자 코일.

Images