KR20200056742A - 각동선 모터 - Google Patents

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KR20200056742A
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wire pattern
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송명근
조규원
설병호
심창용
유승오
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주식회사 코렌스글로벌
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Abstract

본 발명은 각동선 모터에 관한 것으로, 고정자 코어의 다수의 슬롯들에 교차 적층되는 각동선 패턴들에 의한 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지할 수 있어 모터 소형화에 유리하도록 한 것이다.

Description

각동선 모터{Motor with flat wire}
본 발명은 점적률(slot fill factor) 향상을 위한 각동선 모터에 관련한 것으로 특히, 각동선 패턴들의 공간적인 충돌을 방지하여 소형화에 유리한 각동선 모터에 관한 것이다.
모터(Motor)는 전류를 흘려주기 위한 코일(coil) 권선 공정의 용이성과 정형화된 권선 장비의 지속적인 장비 활용성을 이유로 원형 동선의 사용이 보편화 되어있다.
그러나, 원형 동선의 경우 고정자의 슬롯(slot) 면적 대비 구리(코일) 면적 비율인 점적률(slot fill factor)이 45~50% 정도가 한계 수준이며, 이것은 모터 총 체적에서 빈 공간(dead space)이 차지하는 면적을 키워 토크 밀도를 떨어뜨리고 모터 사이즈를 키우는 요인이 되고 있다.
최근 들어 원형 동선을 대신해서 각동선(Flat wire)을 사용하여 모터의 성능을 최대화하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 자동차와 같이 무게와 배터리 전압이 제한적인 곳에 사용되는 모터의 출력밀도와 전류확보를 위해서는 평각 동선의 활용성이 매우 높다.
미국 등록특허 US 8,745,847(2014.06.10) 등에서 고정자에 각동선이 권선되는 것을 기재하고 있다. 각동선은 원형 동선과는 달리 다수의 각동선 패턴들이 고정자 코어 내연에 형성되는 복수의 슬롯들에 서로 교차되도록 삽입되어 적층된다.
그런데, 각동선 패턴들은 서로 교차되면서 전기적으로 끊김 없이 결선(winding connection) 되어야 하므로, 각동선 패턴 적층이 시작되는 부분과 이와 만나는 각동선 패턴 부분에서 수평방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이가 증대하게 된다.
또한, 각동선 패턴들이 서로 교차하는 엔드-코일(end-coil) 부분에서 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이 및 높이가 증대하게 된다.
또한, 고정자 코어 내연에 형성되는 복수의 슬롯들에 각동선 패턴들이 적층될 때, 전원 입력단 또는 전원 출력단과 같은 예외적인 부분에서 수평방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이가 증대하게 된다.
따라서, 각동선을 활용한 고성능의 모터 개발을 위해서는 교차 적층되는 각동선 패턴들에 의한 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 해결할 수 있는 각동선 패턴 적층 구조 설계가 매우 중요하다.
미국 등록특허 US 8,745,847(2014.06.10)
본 발명은 고정자 코어의 슬롯들에 교차 적층되는 각동선 패턴들에 의한 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지할 수 있는 각동선 모터를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 각동선 모터가 내연에 다수의 치(tooth)와 슬롯(slot)들이 형성되는 고정자 코어(Stator Core)와; 고정자 코어 내부의 중심을 축으로 회전하되, 외연에 다수의 자석이 부착되는 회전자(Rotor)와; 고정자 코어 내연에 형성되는 복수의 슬롯들에 서로 교차되도록 삽입되어 적층되되, 일정한 피치(Pitch) 간격을 가지는 기본 각동선 패턴들과, 기본 각동선 패턴들과는 상이한 피치 간격을 가지는 변형 각동선 패턴들을 구비하여, 각동선 패턴 적층 시작 위치와 만나는 위치에서 수평방향의 공간적인 충돌을 방지하는 각동선 코일(flat wire)을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴이 고정자 코어 내연에 형성되는 슬롯들에 각각 삽입되되, n 피치 간격을 가지는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트와; 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 되는 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트와; 일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변형 각동선 패턴이 고정자 코어 내연에 형성되는 슬롯들에 각각 삽입되되, n-1 피치 또는 n+1 피치 간격을 가지는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트와; 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 되는 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트와; 일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트 양단이 각각 교차하는 각동선 패턴들과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 트위스트(Twist) 된다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 두개의 웰딩 엘리먼트가 서로 반대 방향으로 형성되어 순방향 또는 역방향 적층시 사용된다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 두개의 웰딩 엘리먼트가 동일 방향으로 형성되어 순방향에서 역방향으로 적층 방향이 반대로 바뀌는 부분에서 사용된다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 각동선 코일이 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되어 수평방향의 공간적인 충돌을 방지하여 슬롯 적층 레이어 수를 감소시키는 예외 각동선 패턴들을 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 예외 각동선 패턴이 전원 입력단에 연결되는 전원 입력단 각동선 패턴과, 전원 출력단에 연결되는 전원 출력단 각동선 패턴을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 전원 입력단 각동선 패턴이 기본 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단이 전원 입력단에 연결되는 일자형 각동선 엘리먼트와; 일단은 일자형 각동선 엘리먼트 하단에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 하나의 웰딩 엘리먼트를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 전원 출력단 각동선 패턴이 기본 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단은 전원 출력단에 연결되고, 하단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결되는 일자형 각동선 엘리먼트를 포함한다.
본 발명은 고정자 코어의 슬롯들에 교차 적층되는 각동선 패턴들에 의한 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지할 수 있어 모터 소형화에 유리한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 각동선 모터의 기본 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 변형 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 각동선 모터의 각동선 패턴 적층 방향이 반대로 바뀌는 것을 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 각동선 모터의 예외 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6 은 고정자 코어의 슬롯 1,2 레이어에 U상 각동선 패턴을 적층한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7 은 고정자 코어의 슬롯 1,2 및 4,5 레이어에 U상 각동선 패턴을 적층한 일 예를 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 각동선 패턴들의 적층 모양의 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 일 실시예를 도시한 사시도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 각동선 모터(100)는 내연에 다수의 치(tooth)(111)와 슬롯(slot)(112)들이 형성되는 고정자 코어(Stator Core)(110)와, 고정자 코어 내부의 중심을 축으로 회전하되, 외연에 다수의 자석(도면 도시 생략)이 부착되는 회전자(Rotor)(도면 도시 생략)와, 각동선 코일(flat wire)(130)을 포함한다.
고정자 코어(110) 내연에 형성되는 복수의 슬롯(112)들에는 서로 교차되도록 각동선 코일(flat wire)(130)이 삽입되어 적층된다. 각동선 코일(flat wire)(130)은 일정한 피치(Pitch) 간격을 가지는 기본 각동선 패턴(131)들과, 기본 각동선 패턴들과는 상이한 피치 간격을 가지는 변형 각동선 패턴(132)들을 구비한다.
도 2 는 본 발명에 따른 각동선 모터의 기본 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 기본 각동선 패턴(131)은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)와, 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트(131-2)와, 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트(131-3)를 포함한다.
두개의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)는 고정자 코어(110) 내연에 형성되는 슬롯(112)들에 각각 삽입되되, n 피치 간격을 가진다. n 피치 간격은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)간이 n 피치 간격 만큼 이격되어 형성되는 것을 말한다. 이 때, n은 짝수인 것이 바람직하다.
하나의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트(131-2)는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 된다.
헤어핀 엘리먼트(131-2)의 중앙 부위는 다른 각동선 패턴과 서로 교차하는 부분이므로, 헤어핀 엘리먼트(131-2)의 중앙 부위에서 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이 및 높이가 증대하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 헤어핀 엘리먼트(131-2)의 중앙 부위 일부를 트위스트 시키고, 이 트위스트 된 부분을 다른 각동선 패턴의 헤어핀 엘리먼트의 중앙 부위 일부의 트위스트 된 부분에 삽입함으로써 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지한다.
두개의 웰딩 엘리먼트(131-3)는 일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가진다. 이 때, 두개의 웰딩 엘리먼트(131-3)의 타단 각각은 이웃하는 두 각동선 패턴의 웰딩 엘리먼트와 각각 용접된다. 이 용접 부분은 절연지나 절연 물질 등을 사용하여 절연시키는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 변형 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 변형 각동선 패턴(132)은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(132-1)와, 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트(132-2)와, 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트(132-3)를 포함한다.
두개의 일자형 각동선 엘리먼트(132-1)는 고정자 코어(110) 내연에 형성되는 슬롯(112)들에 각각 삽입되되, n-1 피치 또는 n+1 피치 간격을 가진다. n-1 피치 또는 n+1 피치 간격은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(132-1)간이 n-1 피치 간격 또는 n+1 피치 간격 만큼 이격되어 형성되는 것을 말한다. 이 때, n은 짝수인 것이 바람직하다.
하나의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트(132-2)는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(132-1)들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 된다.
헤어핀 엘리먼트(132-2)의 중앙 부위는 다른 각동선 패턴과 서로 교차하는 부분이므로, 헤어핀 엘리먼트(132-2)의 중앙 부위에서 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이 및 높이가 증대하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 헤어핀 엘리먼트(132-2)의 중앙 부위 일부를 트위스트 시키고, 이 트위스트 된 부분을 다른 각동선 패턴의 헤어핀 엘리먼트의 중앙 부위 일부의 트위스트 된 부분에 삽입함으로써 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지한다.
두개의 웰딩 엘리먼트(132-3)는 일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(132-1)들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가진다. 이 때, 두개의 웰딩 엘리먼트(132-3)의 타단 각각은 이웃하는 두 각동선 패턴의 웰딩 엘리먼트와 각각 용접된다. 이 용접 부분은 절연지나 절연 물질 등을 사용하여 절연시키는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3 에서 알 수 있듯이, 변형 각동선 패턴(132)은 기본 각동선 패턴(131)과는 형상이 거의 유사하고, 단지 두개의 일자형 각동선 구성요소들 간의 피치 간격만 차이가 있다. 변형 각동선 패턴(132)은 각동선 패턴 적층 시작 위치와 만나는 위치 바로 전에 적층된다.
변형 각동선 패턴(132)은 기본 각동선 패턴(131) 보다 피치 간격이 하나 작거나 또는 하나 커서, 각동선 패턴 적층 시작 위치와 변형 각동선 패턴(132)이 만나는 부분에서 수평방향의 공간적인 충돌을 방지한다. 여기서 수평방향의 공간적인 충돌이라 함은 고정자 코어(110)의 슬롯(112)에서 수평 방향으로 두 각동선 패턴들이 만나는 부분이 서로 겹치는 것을 말한다.
예를 들면, 48 피치를 가지는 고정자 코어에 두개의 일자형 각동선 구성요소들 간의 간격이 6피치이고, 두개의 웰딩 엘리먼트들 각각의 간격이 3인 기본 각동선 패턴(131)들을 서로의 웰딩 엘리먼트들을 결선하면서 적층한다고 하면, 적층 시작 슬롯 위치와 적층이 한바퀴 돌아 다시 만나는 슬롯 위치가 동일하게 되므로, 이 부분에서 수평 방향의 충돌이 발생하게 된다.
따라서, 기본 각동선 패턴(131)들이 적층되는 시작 부분과 만나는 구간에는 기본 각동선 패턴(131) 대신 기본 각동선 패턴(131) 보다 피치 간격이 하나 작거나 또는 하나 큰 변형 각동선 패턴(132)을 적층하면, 적층 시작 부분과 만나는 구간에서의 수평 방향의 충돌을 방지할 수 있게 된다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트(131-2)(132-2) 양단이 각각 교차하는 각동선 패턴들과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 트위스트(Twist) 되도록 구현될 수 있다.
고정자 코어(110)의 슬롯(112)들에 U상, V상, W상의 각동선 코일(130)들의 각동선 패턴들이 서로 교차되면서 적층되기 때문에, 각 상의 각동선 패턴들은 이웃하는 다른 상의 각동선 패턴들과 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트(131-2)(132-2) 양단에서 서로 겹치게 되고, 이 겹치는 부분에서 수평방향의 공간적인 충돌이 발생하고, 이로 인해 모터 넓이가 증대하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트(131-2)(132-2) 양단 부위 일부를 트위스트 시키고, 이 트위스트 된 부분을 다른 상의 각동선 패턴의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트 양단의 트위스트 된 부분에 삽입함으로써 수평방향의 공간적인 충돌을 방지한다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)의 두개의 웰딩 엘리먼트(131-3)(132-3)가 순방향 웰딩 엘리먼트 또는 역방향 웰딩 엘리먼트로 구현될 수 있다.
순방향 웰딩 엘리먼트는 두개의 웰딩 엘리먼트(131-3)(132-3)가 서로 반대 방향으로 형성되어 순방향 또는 역방향 적층시 사용된다. 역방향 웰딩 엘리먼트는 두개의 웰딩 엘리먼트(131-3)(132-3)가 동일 방향으로 형성되어 순방향에서 역방향으로 적층 방향이 반대로 바뀌는 부분에서 사용된다.
도 2 및 도 3 의 (a)는 두개의 웰딩 엘리먼트가 서로 반대 방향으로 형성되는 순방향 웰딩 엘리먼트를, (b)는 두개의 웰딩 엘리먼트가 동일 방향으로 형성되는 역방향 웰딩 엘리먼트를 도시한 것이다.
도 4 에 도시한 바와 같이, 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)은 순방향 또는 역방향으로 적층되다가 필요에 따라 각동선 패턴 적층 방향을 반대로 바꾸어 적층될 수 있다.
적층 방향이 반대로 바뀌는 부분에서는 두개의 웰딩 엘리먼트가 동일 방향으로 형성된 역방향 웰딩 엘리먼트를 가진 기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴을 사용하여 적층 방향을 반대로 바꾸어 각동선 패턴을 적층하고, 나머지 부분에서는 두개의 웰딩 엘리먼트가 서로 반대 방향으로 형성되는 순방향 웰딩 엘리먼트를 가진 기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴을 사용하여 적층한다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 각동선 코일(130)이 예외 각동선 패턴(133)들을 더 포함한다. 예외 각동선 패턴(133)은 기본 각동선 패턴(131)들과, 변형 각동선 패턴(132)들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되어 수평방향의 공간적인 충돌을 방지하여 슬롯 적층 레이어 수를 감소시킨다.
이 때, 예외 각동선 패턴(133)이 전원 입력단에 연결되는 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과, 전원 출력단에 연결되는 전원 출력단 각동선 패턴(133b)을 포함한다. 도 5 는 본 발명에 따른 각동선 모터의 예외 각동선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 의 (a)는 전원 입력단 각동선 패턴을 도시한 것으로, 전원 입력단 각동선 패턴(133a)은 일자형 각동선 엘리먼트(133a-1)와, 하나의 웰딩 엘리먼트(133a-2)를 포함한다.
일자형 각동선 엘리먼트(133a-1)는 기본 각동선 패턴(131)들과, 변형 각동선 패턴(132)들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단이 전원 입력단에 연결된다. 이 때, 일자형 각동선 엘리먼트(133a-1)의 상단은 필요에 따라 트위스트 될 수도 있다.
하나의 웰딩 엘리먼트(133a-2)는 일단은 일자형 각동선 엘리먼트(133a-1) 하단에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가진다.
도 5 의 (b)는 전원 출력단 각동선 패턴을 도시한 것으로, 전원 출력단 각동선 패턴(133b)이 일자형 각동선 엘리먼트(133b-1)만 포함한다.
일자형 각동선 엘리먼트(133b-1)는 기본 각동선 패턴(131)들과, 변형 각동선 패턴(132)들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단은 전원 출력단에 연결되고, 하단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결된다. 이 때, 일자형 각동선 엘리먼트(133b-1)의 상단은 필요에 따라 트위스트 될 수도 있다.
예외 각동선 패턴(133)들이 별도의 레이어에 위치하지 않고, 다른 적층 레이어에 위치한다면, 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)들과의 수평방향의 공간적인 충돌이 일어나는데, 고정자 코어(110)의 슬롯(112)의 별도의 레이어에 예외 각동선 패턴들만 별도로 적층할 경우, 기본 각동선 패턴(131) 또는 변형 각동선 패턴(132)들과의 수평방향의 공간적인 충돌이 발생하지 않아, 수평방향의 공간적인 충돌이 방지되므로, 슬롯 적층 레이어 수가 감소된다.
한편, 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과, 전원 출력단 각동선 패턴(133b)의 형상은 위에 설명한 형상에만 한정되지 않고, 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과, 전원 출력단 각동선 패턴(133b)에 결선되는 부스바(Bus bar)의 터미널 구조에 따라 적정하게 변형될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 각동선 모터의 각동선 패턴 적층 동작을 도 6 및 도 7 을 통해 알아본다. 도 6 은 고정자 코어의 슬롯 1,2 레이어에 U상 각동선 패턴을 적층한 일 예를 도시한 도면, 도 7 은 고정자 코어의 슬롯 1,2 및 4,5 레이어에 U상 각동선 패턴을 적층한 일 예를 도시한 도면이다.
도 6 을 참조해 보면, 48 슬롯을 가지는 고정자 코어(110)의 슬롯(112)들에 U상의 6 피치 간격의 기본 각동선 패턴(131)들과, 5 피치 및 7 피치 간격의 변형 각동선 패턴(132) 및 예외 각동선 패턴(133)이 적층되어 있음을 볼 수 있다.
도 6 의 (a)의 시작(Start) 지점의 고정자 코어 슬롯의 3 레이어(layer)에 전원 입력단 각동선 패턴(133a)의 일자형 각동선 엘리먼트(133a-1)가 삽입된다. 한편, 전원 입력단 각동선 패턴(133a)의 3피치 간격의 웰딩 엘리먼트(133a-2)에는 기본 각동선 패턴(131)의 3 피치 간격의 웰딩 엘리먼트가 전기적으로 연결되고, 기본 각동선 패턴(131)의 두개의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)중 하나는 고정자 코어 슬롯의 2 레이어에, 다른 하나는 고정자 코어 슬롯의 1 레이어에 삽입된다.
전원 입력단 각동선 패턴(133a)을 시작으로 3 피치 간격의 웰딩 엘리먼트들이 서로 전기적으로 연결되는 상태로 3개의 기본 각동선 패턴(131)들이 차례로 하나의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)는 고정자 코어 슬롯의 2 레이어에, 다른 하나의 일자형 각동선 엘리먼트(131-1)는 고정자 코어 슬롯의 1 레이어에 삽입되는 상태로 적층된다.
3개의 기본 각동선 패턴(131)들 적층 이후 다시 기본 각동선 패턴을 적층하게 되면, 시작(Start) 지점에서 전원 입력단 각동선 패턴(133a)의 일자형 각동선 엘리먼트(133a-1)와 기본 각동선 패턴의 일자형 각동선 엘리먼트가 수평방향으로 겹쳐서 슬롯 적층 레이어 수가 증가하게 된다.
이를 방지하기 위해 한바퀴 돌아서 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과 만나는 부분은 수평 방향의 공간적인 충돌을 방지하여 슬롯 적층 레이어 수를 감소시키기 위해 5 피치 간격의 변형 각동선 패턴(132)을 1 레이어 및 2 레이어에 적층하고 있음을 볼 수 있다.
이후, 기본 각동선 패턴(131)들 적층 도중, 하나 줄어든 피치에 대한 공간적인 동기를 맞추기 위해 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 7피치 간격의 변형 각동선 패턴(132)을 1 레이어 및 2 레이어에 적층하고 있음을 볼 수 있다.
이와 같은 과정을 고정자 코어 슬롯의 4 및 5 레이어에 반복하면, 도 7 의 (a) 및 (b)와 같이 고정자 코어의 슬롯 1,2 및 4,5 레이어에 U상의 기본 각동선 패턴(131)들과 변형 각동선 패턴(132)들이 적층되고, 3 레이어에 예외 각동선 패턴(133)들인 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과 전원 출력단 각동선 패턴(133b)이 적층된다.
이러한 과정을 U, V, W 3상에 대해 적용하면, 도 8 에 도시한 바와 같이 고정자 코어의 슬롯들에 3상 각동선 패턴들이 적층되는 형태가 된다. 도 8 은 본 발명에 따른 각동선 모터의 각동선 패턴들의 적층 모양의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8 을 참조해 보면, 기본 각동선 패턴과 기본 각동선 패턴이 교차하는 부분 및 기본 각동선 패턴과 변형 각동선 패턴이 교차하는 부분들이 트위스트 되어 공간적인 충돌을 방지하고 있음을 볼 수 있다. 또한, 예외 각동선 패턴들을 별도의 레이어에 적층되어 U, V, W 3상 각각에 대해 2개씩 총 6개의 전원 입력단 각동선 패턴(133a)과, U, V, W 3상 각각에 대해 2개씩 총 6개의 전원 출력단 각동선 패턴(133b)이 공간적인 충돌을 피하면서 형성되어 있음을 볼 수 있다.
한편, 구조가 간단하고 비용이 저렴한 터미널 방식의 부스바(Bus bar)를 이용해 6개의 전원 출력단 각동선 패턴(133b)은 부스바의 전원 입출단과, 6개의 전원 출력단 각동선 패턴(133b)은 부스바의 중성 터미널 단자에 결선하면, 도 1 에 도시한 바와 같은 각동선 모터가 완성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고정자 코어의 슬롯들에 교차 적층되는 각동선 패턴들에 의한 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지할 수 있어 모터 소형화에 유리하므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 각동선 모터 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 각동선 모터
110 : 고정자 코어
111 : 치
112 : 슬롯
130 : 각동선 코일
131 : 기본 각동선 패턴
132 : 변형 각동선 패턴
133 : 예외 각동선 패턴

Claims (10)

  1. 내연에 다수의 치(tooth)와 슬롯(slot)들이 형성되는 고정자 코어(Stator Core)와;
    고정자 코어 내부의 중심을 축으로 회전하되, 외연에 다수의 자석이 부착되는 회전자(Rotor)와;
    고정자 코어 내연에 형성되는 복수의 슬롯들에 서로 교차되도록 삽입되어 적층되되, 일정한 피치(Pitch) 간격을 가지는 기본 각동선 패턴들과, 기본 각동선 패턴들과는 상이한 피치 간격을 가지는 변형 각동선 패턴들을 구비하여, 각동선 패턴 적층 시작 위치와 만나는 위치에서 수평방향의 공간적인 충돌을 방지하는 각동선 코일(flat wire)을;
    포함하는 각동선 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기본 각동선 패턴이:
    고정자 코어 내연에 형성되는 슬롯들에 각각 삽입되되, n 피치 간격을 가지는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트와;
    두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 되는 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트와;
    일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트를;
    포함하는 각동선 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    변형 각동선 패턴이:
    고정자 코어 내연에 형성되는 슬롯들에 각각 삽입되되, n-1 피치 또는 n+1 피치 간격을 가지는 두개의 일자형 각동선 엘리먼트와;
    두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 상단에 일체로 연결되어 두 일자형 각동선 엘리먼트들간을 전기적으로 연결하되, 교차하는 각동선 패턴과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 중앙 부위 일부가 트위스트(Twist) 되는 하나의 U형 또는 V형 헤어핀(Hair-pin) 엘리먼트와;
    일단은 두개의 일자형 각동선 엘리먼트들 하단 각각에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 두 각동선 패턴과 각각 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 두개의 웰딩(Welding) 엘리먼트를;
    포함하는 각동선 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 U형 또는 V형 헤어핀 엘리먼트 양단이:
    각각 교차하는 각동선 패턴들과의 수평방향 및 수직방향의 공간적인 충돌을 방지하기 위해 트위스트(Twist) 되는 각동선 모터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 두개의 웰딩 엘리먼트가:
    서로 반대 방향으로 형성되어 순방향 또는 역방향 적층시 사용되는 순방향 웰딩 엘리먼트를 포함하는 각동선 모터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    기본 각동선 패턴 또는 변형 각동선 패턴의 두개의 웰딩 엘리먼트가:
    동일 방향으로 형성되어 순방향에서 역방향으로 적층 방향이 반대로 바뀌는 부분에서 사용되는 역방향 웰딩 엘리먼트를 포함하는 각동선 모터.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    각동선 모터가:
    기본 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되어 수평방향의 공간적인 충돌을 방지하여 슬롯 적층 레이어 수를 감소시키는 예외 각동선 패턴들을;
    더 포함하는 각동선 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    예외 각동선 패턴이:
    전원 입력단에 연결되는 전원 입력단 각동선 패턴과, 전원 출력단에 연결되는 전원 출력단 각동선 패턴을 포함하는 각동선 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전원 입력단 각동선 패턴이:
    기본 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단이 전원 입력단에 연결되는 일자형 각동선 엘리먼트와;
    일단은 일자형 각동선 엘리먼트 하단에 일체로 연결되고, 타단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결되되, n/2 피치 간격을 가지는 하나의 웰딩 엘리먼트를;
    포함하는 각동선 모터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    전원 출력단 각동선 패턴이:
    기본 각동선 패턴들과, 변형 각동선 패턴들이 교차 적층되는 적층 레이어들과는 상이한 별도의 레이어에 적층되되, 상단은 전원 출력단에 연결되고, 하단은 이웃하는 각동선 패턴과 전기적으로 연결되는 일자형 각동선 엘리먼트를;
    포함하는 각동선 모터.
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