KR20240035891A - 증가된 열 전달 효율성을 위한 스테이터 모터렛 및 압축 스페이서로부터 형성된 스테이터를 갖는 모터 - Google Patents

증가된 열 전달 효율성을 위한 스테이터 모터렛 및 압축 스페이서로부터 형성된 스테이터를 갖는 모터 Download PDF

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에릭 우벨하트
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

스테이터 및 스테이터에 회전식으로 장착된 로터를 구비한 전기 모터가 제공된다. 스테이터는 각각이 철 금속 코어 세그먼트 및 코어 세그먼트 상의 전도성 와인딩을 구비하는 복수의 모터렛을 포함한다. 복수의 모터렛은 원형 배열로 배열되고, 복수의 웨지가 제공되고, 웨지 중 하나는 철 금속 코어 세그먼트의 각각의 것들을 향해 모터렛 중 인접한 것들의 전도성 와인딩을 누르는 모터렛 중 인접한 것들의 전도성 와인딩 사이에 각각의 인터페이스에 위치된다, 이는 전도성 와인딩과 코어 세그먼트, 또는 코어 세그먼트의 각각 상의 전기 절연체 사이에 최소 공극을 갖는 배열 또는 공극이 없는 배열을 제공한다.

Description

증가된 열 전달 효율성을 위한 스테이터 모터렛 및 압축 스페이서로부터 형성된 스테이터를 갖는 모터
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2021년 8월 26일에 출원된 미국 정규출원 제17/412,411호에 대한 우선권을 주장하고, 그 전체 개시 내용이 여기 참조에 의해 병합된다.
본 개시는 전기 또는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 이모터(전기 모터)에 관한 것이고, 보다 구체적으로 이모터의 스테이터를 형성하는 전도성 와인딩을 가진 코어 세그먼트로부터 만들어진 모터렛으로부터 형성된 스테이터에 관한 것이다.
물질 전도도는 기계적 힘을 생성하기 위해 이모터에 필요한 자기장을 생성하는 데 필요한 물질의 양에 열적으로 영향을 미친다. 자동차 응용 분야에 있어서, 차량 범위를 증가시키기 위해 성능을 최적화해야 한다. 따라서, 이모터 패키징 누적의 열 저항을 감소시키는 것은 출력 밀도를 높여 무게를 줄이거나 성능을 향상시킬 수 있다.
사전 와인딩 코어 세그먼트(모터렛)에서 조립된 집중 와인딩 이모터 스테이터의 스테이터 코어 세그먼트의 와인딩 동안, 전류 텐셔닝 방법은 잠재적으로 구리와 코어 세그먼트의 플라스틱 보빈 오버몰드 사이에 작은 공극을 남길 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 공극은 조립된 스테이터의 물질 간 열 전달에 기반한 이모터 성능에 관한 문제이다.
일 측면에서, 본 개시는 열전달 효율을 높이기 위해 최소 공극으로 또는 공극 없이 코일이 감기는 스테이터 코일 및 스테이터 코어 세그먼트/보빈의 타이트한 피팅을 제공하기 위해 이러한 공극을 줄이거나 제거하는 것에 관한 것이다.
본 개시에 따라서, 스테이터 및 스테이터에 회전식으로 장착된 로터를 구비한 전기 모터가 제공된다. 스테이터는 각각이 철 금속 코어 세그먼트 및 코어 세그먼트 상의 전도성 와인딩을 구비하는 복수의 모터렛을 포함한다. 복수의 모터렛은 원형 배열로 배열되고, 복수의 웨지가 제공되고, 웨지 중 하나는 철 금속 코어 세그먼트의 각각의 것들을 향해 모터렛 중 인접한 것들의 전도성 와인딩을 누르는 모터렛 중 인접한 것들의 전도성 와인딩 사이에 각각의 인터페이스에 위치된다, 이는 전도성 와인딩과 코어 세그먼트, 또는 코어 세그먼트의 각각 상의 전기 절연체 사이에 최소 공극을 갖는 배열 또는 공극이 없는 배열을 제공한다.
일 구현예에서, 웨지는 각각 일정한 테이퍼를 가진다.
또 다른 구현예에서, 웨지는 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 방사상으로 외부 단부는 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 와인딩 접촉측은 볼록한 형상을 가진다. 이는 볼록한 형상이 연장되거나 바깥쪽으로 활을 띄는 영역의 전도성 와인딩 상에 웨지에 의해 더 많은 힘이 가해지게 한다.
또 다른 구현예에서, 웨지는 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 방사상으로 외부 단부는 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 와인딩 접촉측은 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이의 영역에 전도성 와인딩 중 인접한 것들 상에 더 큰 원주 압축력을 가하도록 구성되는 프로파일을 구비한다. 이러한 배열에서, 프로파일은 특정 응용 또는 모터렛 배열에 맞춰질 수 있다.
일 측면에서, 웨지는 폴리머 물질로 형성된다.
또 다른 측면에서, 웨지는 열전도성 물질로 형성된다. 이는 폴리머로 된 열 전도성 물질일 수 있다.
또 다른 측면에서, 바람직하게 또한 열 전도성인 절연 포팅 물질이 전도성 와인딩을 둘러싸도록 주입된다.
또 다른 구현예에서, 이모터의 스테이터를 조립하는 방법이 제공되며, 다음을 포함한다: (a) 모터렛을 형성하기 위해 철 금속 코어 세그먼트 주위에 전도성 와인딩을 감는 것; (b) 원형 배열로 복수의 모터렛을 배열하는 것, 웨지는 모터렛의 인접한 것 중 전도성 와인딩 사이의 각 인터페이스에 위치되고; 그리고 (c) 모터렛을 함께 압축하는 것, 그러한 웨지가 철 금속 코어 세그먼트의 각각의 것들을 향해 모터렛의 인접한 것들의 전도성 와인딩을 눌러서 스테이터를 형성한다.
방법은 철 금속 코어 세그먼트가 폴리머 물질로 형성된 전기 절연체로 오버몰딩되는 것을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 종이 절연체와 같은 다른 유형의 절연체가 사용될 수 있다.
방법은 또한 전도성 와인딩 및 웨지 주위로 포팅 물질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
웨지의 형상 및 구조는 또한 열전달 효율을 증가시키고 이모터의 전반적인 효율을 개선하기 위해 전도성 와인딩과 코어 세그먼트 사이의 공극을 최소화 또는 제거하기 위해 여기에 개시된 다양한 배열로부터 선택될 수 있다.
위에서 언급한 특징들 중 다양한 것들이 단독으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다는 점이 언급된다.
전술한 발명의 내용 및 다음의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 구현예를 도시하는 첨부된 도면과 연관해서 읽을 때 보다 잘 이해될 것이다. 도면에서,
도 1은 본 개시의 구현예에 따른 전기 모터의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 모터의 스테이터를 조립하는 데 사용되는 모터렛의 사시도이다.
도 3a는 스테이터를 조립하기 위해 사용되는 웨지의 제1 구현예의 측면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 웨지의 상부도이다.
도 4a는 스테이터를 조립하기 위해 사용되는 웨지의 제2 구현예의 측면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 웨지의 상부도이다.
도 5a는 스테이터를 조립하기 위해 사용되는 웨지의 제3 구현예의 측면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 웨지의 상부도이다.
도 6은 모터렛과 웨지가 조립되는 것을 포함하는, 스테이터의 구성요소를 도시하는 도면이다.
도 7은 케이싱에 둘러싸인 조립된 스테이터를 통한 횡단면도이다.
도 8은 스테이터를 통한 횡단면의 확대된 세부도로서, 와인딩이 와인딩과 웨지를 둘러싼 포팅 물질은 물론 모터렛 사이에 위치한 웨지에 의해 압축되는 것을 도시한다.
특정 용어가 단지 편의를 위해 다음의 설명에서 사용되고, 제한하는 것은 아니다. "안으로" 및 "밖으로"라는 단어는 도면에서 참조된 부품을 향하는 그리고 그로부터 멀어지는 방향을 지칭한다. 예를 들어, "a 또는 b 중 적어도 하나"(여기에서 a 및 b는 항목이 열거되는 것을 나타냄)로 인용된 항목의 목록에 대한 참조는 항목 a 또는 b 중 임의의 단일한 하나, 또는 a 및 b의 조합을 의미한다. 항목 중 개별적인 항목 또는 그 조합이 포함되도록 이는 유사한 방식으로 3개 이상의 항목의 목록에도 적용될 수 있다. 용어 "약" 및 "대략적으로"는 달리 언급되지 않는 한 지시된 값의 + 또는 - 10%를 포함한다. 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이들의 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함한다. 공극이 최소화되는 맥락에서, 이것은 그들이 0.030 인치 이하임을 의미한다.
도 1을 참조하여, 전기 모터(이모터)(10)가 본 개시에 따라 개략적으로 도시된다. 이모터(10)는 스테이터(20)는 물론 스테이터(20)에 회전식으로 장착된 로터(40)를 포함하고, 샤프트(42)는 로터(40)로부터 연장한다. 스테이터(20)는 하우징 또는 케이싱(21)에 의해 둘러싸인다. 엔드 커버(미도시)는 또한 다른 마운팅 및 전자 부품에도 적용될 수 있다.
도 2 및 도 8을 참조하여, 스테이터(20)는 복수의 모터렛(22)을 포함하고, 각각 모터렛은 철 금속 코어 세그먼트(24) 및 코어 세그먼트(24) 상의 전도성 와인딩(26)을 포함한다. 단일 모터렛이 도 2에 도시되고, 전도성 와인딩(26)이 코어 세그먼트(24) 주위에 감긴다. 도 8에 상세히 도시된 바와 같이, 철 금속 코어 세그먼트(24)의 각각은 바람직하게 전도성 와인딩(26)의 영역에서 전기 절연체(28)(보빈으로도 언급됨)로 코팅되거나 커버되고 전도성 와인딩(26)은 전기 절연체(28) 상에 감긴다. 절연체는 바람직하게 예를 들어, PA46-유리 충전 혼합 나일론, 전기 절연 종이 또는 PET 필름일 수 있는 열 전도성 폴리머와 같은 열 전도성 물질로 만들어진다. 전도성 와인딩(26)은 바람직하게 코팅된 구리 와이어로 만들어진다. 그러나 다른 전도성 물질이 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 모터렛(22)은 원형 배열로 배열되고, 복수의 웨지(30)가 제공되고, 웨지(30) 중 하나는 철 금속 코어 세그먼트(24)의 각각의 것들을 향해 모터렛(22) 중 인접한 것들의 전도성 와인딩(26)을 누르는 모터렛(22) 중 인접한 것들의 전도성 와인딩 사이에 각각의 인터페이스에 위치된다.
도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 웨지(30)는 일정한 테이퍼를 가질 수 있다. 웨지(30A)에 관한 제1 대안적인 형태가 도 4a 및 도 4b에 도시된다. 웨지(30A)는 웨지(30A)의 방사상으로 외부 단부(34)와 방사상으로 내부 단부(35) 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉 측면(32, 33)을 포함하고, 방사상으로 외부 단부(34)는 방사상으로 내부 단부(35)보다 넓고 와인딩 접촉 측면(32, 33)은 각각 볼록한 형상(36)을 가진다. 이는 더 많은 힘의 타겟팅이 전도성 와인딩(26)의 안쪽 영역에 적용되게 한다. 대안적으로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 웨지(30B)는 방사상으로 외부 단부(32) 및 방사상으로 내부 단부(33) 사이의 영역에서 전도성 와인딩(26) 중 인접한 것 상에 더 큰 원주 힘을 가하도록 구성되는 프로파일(37)을 포함할 수 있다. 도 8에 점선-파선으로 지시된-타켓 영역에서 전도성 와인딩(26)과 각각의 스테이터 코어 세그먼트(24) 또는 전기 절연체(28) 사이의 공극을 줄이거나 제거하기 위해 전도성 와인딩에 추가 힘이 가해져야 하는 위치에 따라, 이러한 프로파일(37)은 단순한 직사각형 프로파일 또는 더 복잡한 계단식 프로파일일 수 있다. 동일한 또는 다른 유형의 웨지(30, 30A, 30B)가 단일 스테이터(20)에서 사용될 수 있다. 공극을 줄이거나 제거하면 작동 중 전도성 와인딩(26)으로부터 열을 전달하는데 있어서 열 효율이 더 향상되어 이모터(10)의 전체 성능과 효율을 개선한다.
웨지(30, 30A, 30B)는 바람직하게 유리 충전 나일론 믹스, 또는 세라믹 물질, 또는 기타 열 전도성 물질과 같은 폴리머 물질로 형성된다. 웨지(30, 30A, 30B)는 바람직하게 열 전도성 물질로도 형성된다.
도 8에 상세히 도시된 바와 같이, 바람직하게 열전도성 및 전기 절연성인 포팅 물질(38)이 전도성 와인딩(26)을 둘러싸고 있다. 이는 모터렛(22) 및 웨지(30, 30A, 30B)가 조립된 후에 주입될 수 있고, 그 조립 과정은 아래에 더 자세히 설명된다.
이제 도 6을 참조하여, 이모터(10)의 스테이터(20)를 조립하는 방법이 설명된다. 모터렛(22)이 철 금속 코어 세그먼트(24) 주위의 전도성 와인딩(26)을 감싸서 형성된 후, 복수의 모터렛(22)은 원형 배열로 배열되고, 웨지(30, 30A, 30B)는 모터렛(22)의 인접한 것의 전도성 와인딩(26) 사이의 각각의 인터페이스에 위치된다. 도 6에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 배열은 클램핑 조립체(50)(클램핑 링으로 표시) 내에 제공되고, 모터렛(22) 및 웨지(30, 30A, 30B)를 제자리에 배열한 후, 그들은 클램핑 링(50)에 의해 함께 압축되어, 웨지(30, 30A, 30B)가 철 금속 코어 세그먼트(24) 또는 전기 절연체(28)에서 각각의 것들을 향해 모터렛(22) 중 인접한 것의 전도성 와인딩(26)을 눌러서 스테이터(20)를 형성한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 클램핑 링(50)은 최종 조립체의 영구적인 부분일 수 있거나, 압축된 배열은 하우징 또는 케이싱(21)으로 이송될 수 있으며, 이는 압축 모터렛(22) 및 웨지(30, 30A, 30B)를 제 위치에 유지하고, 전도성 와인딩(26)은 철 금속 코어 세그먼트(24) 또는 절연체(28)에 대하여 가압되어, 임의의 공극을 감소시키거나 제거한다.
전기 절연체(28)는 바람직하게 폴리머 물질로 형성되고 철 금속 코어 세그먼트(24) 상에 오버몰딩된다.
또한, 포팅 물질(38)은 보다 효율적인 열 전달을 위해서는 물론 진동으로 인한 구성요소의 임의의 움직임을 줄이도록 일단 조립되면, 전도성 와인딩(26) 및 웨지(30, 30A, 30B) 주위에 주입될 수 있다.
따라서, 현재 바람직한 구현예를 구체적으로 설명하였지만, 많은 물리적 변경(그 중 일부만이 본 발명의 상세한 설명에 구현됨)이 그 안에 구현된 발명의 개념 및 원리를 변경하지 않고 이루어질 수 있음이 해당 기술 분야의 당업자에게 인정되어야 하고 명백할 것이다. 또한, 바람직한 구현예의 일부만을 병합하는 많은 구현예가 가능하며, 이는, 그 부분과 관련하여, 본원에서 구현된 발명의 개념 및 원리를 변경하지 않는다는 것이 인정되어야만 한다. 그러므로, 본 구현예 및 선택적인 구성은 모든 측면에서 예시적인 및/또는 설명적인 것으로 그리고 한정하지 않는 것으로 간주되어야만 하고, 본 개시의 범위는 전술한 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구범위에 의해서 지시되고, 따라서 모든 대안적인 구현예 및 청구범위의 등가성의 의미 및 범위 내에 해당하는 구현예에 대한 변화가 그 안에 포함되어야만 한다.
10 전기 모터
20 스테이터
21 케이싱 또는 하우징
22 모터렛
24 철 금속 코어 세그먼트
26 전도성 와인딩
28 전기 절연체
30, 30A, 30B 웨지
32 와인딩 접촉 측면
33 와인딩 접촉 측면
34 방사상으로 외부 단부
35 방사상으로 내부 단부
36 볼록한 형상
37 프로파일
38 포팅
40 로터
42 샤프트
50 클램프 링

Claims (17)

  1. 스테이터;
    상기 스테이터에 회전식으로 장착된 로터;를 포함하고,
    상기 스테이터는:
    각각이 철 금속 코어 세그먼트 및 상기 코어 세그먼트 상의 전도성 와인딩을 포함하는 복수의 모터렛,
    상기 복수의 모터렛은 원형 배열로 배열되고, 및
    복수의 웨지를 포함하고, 상기 웨지 중 하나는 상기 철 금속 코어 세그먼트의 각각의 것들을 향해 상기 모터렛 중 인접한 것들의 상기 전도성 와인딩을 누르는 상기 모터렛 중 상기 인접한 것들의 상기 전도성 와인딩 사이에 각각의 인터페이스에 위치되는, 전기 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철 금속 코어 세그먼트의 각각 상에 전기 절연체를 더 포함하고, 상기 전도성 와인딩은 상기 전기 절연체 상에 감기는, 전기 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웨지 각각은 일정한 테이퍼를 갖는, 전기 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨지는 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 상기 방사상으로 외부 단부는 상기 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 상기 와인딩 접촉측은 볼록한 형상을 갖는, 전기 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨지는 상기 방사상으로 외부 단부 및 상기 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 상기 방사상으로 외부 단부는 상기 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 상기 와인딩 접촉측은 상기 방사상으로 외부 단부 및 상기 방사상으로 내부 단부 사이의 영역에서 상기 전도성 와인딩 중 인접한 것들 상에 더 큰 원주 압축력을 가하도록 구성되는 프로파일을 갖는, 전기 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨지는 폴리머 물질 또는 세라믹 물질로 형성되는, 전기 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨지는 열적으로 전도성 물질로 형성되는, 전기 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 와인딩을 둘러싼 포팅 물질을 더 포함하는, 전기 모터.
  9. 이모터의 스테이터를 조립하는 방법으로서, 상기 방법은:
    철 금속 코어 세그먼트 주위로 전도성 와인딩을 랩핑하여 모터렛을 형성하는 단계;
    원형 배열로 복수의 모터렛을 배열하는 단계, 웨지는 상기 모터렛 중 인접한 것들의 상기 전도성 와인딩 사이의 각각의 인터페이스에 위치되고;
    상기 모터렛을 함께 누르는 단계를 포함하고, 그러한 상기 웨지는 상기 철 금속 코어 세그먼트의 각각의 것들을 향해 상기 모터렛 중 상기 인접한 것들의 상기 전도성 와인딩을 눌러서 상기 스테이터를 형성하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 와인딩을 랩핑하기 전에 상기 철 금속 코어 세그먼트 상에 전기 절연체를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 철 금속 코어 세그먼트는 폴리머 물질로 형성된 전기 절연체로 오버몰딩되는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 와인딩 및 상기 웨지 주위로 포팅 물질을 주입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 웨지 각각은 일정한 테이퍼를 갖는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 웨지는 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 상기 방사상으로 외부 단부는 상기 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 상기 와인딩 접촉측은 볼록한 형상을 갖는, 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 웨지는 방사상으로 외부 단부 및 방사상으로 내부 단부 사이에 연장하는 2개의 와인딩 접촉측을 포함하고, 상기 방사상으로 외부 단부는 상기 방사상으로 내부 단부보다 더 넓고, 상기 와인딩 접촉측은 상기 방사상으로 외부 단부 및 상기 방사상으로 내부 단부 사이의 영역에 상기 전도성 와인딩 중 인접한 것들 상에 더 큰 원주 압축력을 가하도록 구성되는 프로파일을 구비하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 웨지는 폴리머 물질 또는 세라믹 물질로 형성되는, 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 웨지는 열적으로 전도성 물질로 형성되는, 방법.
KR1020247006775A 2021-08-26 2022-08-04 증가된 열 전달 효율성을 위한 스테이터 모터렛 및 압축 스페이서로부터 형성된 스테이터를 갖는 모터 KR20240035891A (ko)

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