KR20240058718A - 2극 6슬롯 2피치 권선을 적용한 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본발명은 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법에 관한 것으로, 슬롯 피치가 2 이상, 2슬롯 이상 피치 권선으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 회전수는 10만 rpm 이상인 것으로
본 발명은 고속회전이 가능하며, 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적이며, NdFeB 재질의 자석 및 SUS 재질(스테인레스 스틸 재질)의 슬리브 사용에 따른 제작단가가 저렴한 현저한 효과가 있다. 또한,
모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기,가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을
변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 현저한 효과가 있다.
또한, 상기 모터 회전수는 10만 rpm 이상인 것으로
본 발명은 고속회전이 가능하며, 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적이며, NdFeB 재질의 자석 및 SUS 재질(스테인레스 스틸 재질)의 슬리브 사용에 따른 제작단가가 저렴한 현저한 효과가 있다. 또한,
모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기,가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을
변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기,가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을 변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기에 브러시리스모터가 널리 사용되고 있으며, 종래특허기술의 일례로서, 공개번호 10-2008-0075396호에는 브러시리스 직류모터에 있어서, 영구자석을 갖는 회전자와;
상기 영구자석에서 발생되는 자장과의 상호 작용에 의해 토크를 발생시키기 위한 전기장을 형성하는 복수 상의 코일을 구비하는 고정자와;
상기 고정자 내에 배치되며 온도 변화에 따라 상기 복수 상의 코일을 전기적으로 연결 및 연결 해제 가능하게 마련된 부하방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터가 공개되어 있다.
또한, 등록번호 10-0695581호에는 브러쉬리스 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서, 전압원의 출력 전압을 구동 전압으로 변환해서 상기 브러쉬리스 모터에 출력하는 인버터 회로와, 상기 브러쉬리스 모터의 로터 위치를 추정하는 로터 위치 추정부와, 상기 추정된 로터 위치에 근거한 전류에 의해 상기 브러쉬리스 모터가 구동되도록 상기 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어부를 구비하되, 상기 인버터 제어부는, 상기 브러쉬리스 모터의 실회전수의 제어, 및 상기 추정된 로터 위치와, 상기 브러쉬리스 모터에 공급하는 전류와의 위상차를, 전회의 위상차의 조정에 의해 발생한 브러쉬리스 모터의 회전수의 변화에 따라 상기 브러쉬리스 모터의 실회전수가 그 목표값인 지령 회전수에 일치하도록 반복해서 조정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치가 공개되어 있다.
그러나 도 1에서 보는 종래의 집중권(권선을 한 개의 티스에 감거나 삽입하는 방법)에 의한 수소차 공기압축기용 Brushless 모터는 고속회전의 경우 발열이 심하게 발생하여 효율적인 모터 구동이 어려운 단점이 있었다. 그리고 도 2에서 보는 분포권(권선을 최소 2개 이상의 티스에 걸쳐서 감거나 삽입하는 방법)에 의한 일반 Brushless 모터는 수소차 공기압축기용 Brushless 모터에 적용하기에는 회전수와 토크 및 크기 제원 및 티스수, 권선의 개수 등의 최적설계가 이루어지지 않아 사용되지 못한 문제점이 있었다.
또한, 모터의 권선 방법을 집중권으로 하여 모터 스테이터 코어에 코일을 감아서 조립하게 되는 데 공기압축기의 최대 출력으로 운전시 코일의 온도가 설계 요구치를 초과하여 품질 문제가 발생할 수 있는 가능성이 커진다 이에 모터 냉각 공기홀을 증대하여 냉각을 추가했으나 효율이 떨어지고 설계 요구치를 불만족했다.
그리고 종래의 슬롯 피치는 주로 1, 6 슬롯 원형코어였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 고속회전이 가능하며, 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적인 구동이 가능한 NdFeB 재질의 자석이 설치되는 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 또한 모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기, 가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을 변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본발명은 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법에 관한 것으로, 슬롯 피치가 2 이상, 2슬롯 이상 피치 권선으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 회전수는 10만 rpm 이상인 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 고속회전이 가능하며, 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적이며, NdFeB 재질의 자석 및 SUS 재질(스테인레스 스틸 재질)의 슬리브 사용에 따른 제작단가가 저렴한 현저한 효과가 있다. 또한,
모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기,가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을
변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 현저한 효과가 있다.
도 1은 종래의 집중권 모터 설명도
도 2는 종래의 집중권 모터 사진
도 3은 종래의 분포권 모터 설명도
도 4는 종래의 분포권 모터 사진
도 5는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 제조공정도
도 6은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 결합도
도 7은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 분포권 온도 측정 그래프
도 8은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 재료 대비도
도 9는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 슬리브 재료 대비도
도 10은 본 발명의 2극6슬롯2 슬로트 피치의 모터 개략도
도 11은 본 발명의 모터 권선도
도 12는 본 발명의 효과 해석결과도
도 13은 종래 모터 개략도
도 14는 본발명의 코일권선 사진
도 15는 본발명의 권선후 정면사진
도 16은 본발명의 권선후 측면사진
도 2는 종래의 집중권 모터 사진
도 3은 종래의 분포권 모터 설명도
도 4는 종래의 분포권 모터 사진
도 5는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 제조공정도
도 6은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 결합도
도 7은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 분포권 온도 측정 그래프
도 8은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 재료 대비도
도 9는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 슬리브 재료 대비도
도 10은 본 발명의 2극6슬롯2 슬로트 피치의 모터 개략도
도 11은 본 발명의 모터 권선도
도 12는 본 발명의 효과 해석결과도
도 13은 종래 모터 개략도
도 14는 본발명의 코일권선 사진
도 15는 본발명의 권선후 정면사진
도 16은 본발명의 권선후 측면사진
본발명은 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 스테이터 권선 제조 방법에 관한 것으로, 슬롯 피치가 2 이상, 2슬롯 이상 피치 권선으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터는 3상 Brushless 모터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 회전수는 10만 rpm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기, 가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을 변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하도록 구현할 수 있다
해석조건에 대해 설명하면, 해석 기준은 점적율 60% 유지, 코일 2 슬롯 / 3 슬롯 피치, 적층 높이+엔드코일 : 110mm 이하이며, 해석 결과로서 2 슬롯 피치 적용시 탑재 및 손실 최적화로 효율이 최대화된다.
본발명은 수소 연료전지용 공기압축기 3상 모터로서 회전수10만 rpm 이상이며 소선가닥수 증대에 따른 권선 제조 방식 변경으로 성능이 개선된다.
곧 도면과 같이 권선의 개수는 스테이터 포함된 티스 2개 이상에 걸쳐서 조립하는 것을 특징으로 한다
또한 Brushless 모터의 극수는 2극, 티스수는 6개, 스테이터 코어의 지름은 80~130mm, 스테이터 코어의 길이는 40~80mm, 코일의 크기는 F0.6~1.4,
코일의 가닥은 2~11가닥 및 2 슬롯 이상의 피치를 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는 수소차 공기압축기용 Brushless 모터를 특징으로 한다.
상기 실시로 고속회전이 가능하며 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적인 모터 구동에 현저한 효과가 있다.
본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 집중권 모터 설명도, 도 2는 종래의 집중권 모터 사진, 도 3은 종래의 분포권 모터 설명도, 도 4는 종래의 분포권 모터 사진, 도 5는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 제조공정도, 도 6은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 결합도, 도 7은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 분포권 온도 측정 그래프, 도 8은 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 자석 재질 대비도, 도 9는 본 발명의 수소차 공기압축기용 Brushless 모터의 슬리브 재질 대비도, 도 10은 본 발명의 2극6슬롯2 슬로트 피치의 모터 개략도, 도 11은 본 발명의 모터 권선도, 도 12는 본 발명의 효과 해석결과도, 도 13은 종래 모터 개략도, 도 14는 본발명의 코일권선 사진, 도 15는 본발명의 권선후 정면사진, 도 16은 본발명의 권선후 측면사진이다.
본발명의 모터의 극수는 2극이며, 티스수는 10 ~ 14 개이며, 최적의 티스수는 12개 이다. 그리고 스테이터 코어의 지름 80 ~ 130 mm, 스테이터 코어의 길이는 40 ~ 80 mm 이다.
가령 본 발명의 분포권 모터를 사용하는 25kW 공기압축기 경우, 셀온도 24.3(℃) 냉각수 온도(℃) 70, 대기압(kPa) 102.8, 입력전압(V) 520, 습도(%) 40.7의 환경에서 회전속도 10,8000rpm에서 30분간 최대출력에서 작동하여, 유량(kg/hr) 641, 출력(kw) 23.5일 경우, 온도 측정 결과는 인버터온도(℃) 53, 출구온도(℃) 133.5, 출구압력 (kPa) 216, 냉각수 온도(℃)70가 되며, 모터온도는 156.1(℃)에서 포화온도가 된다.
그러므로 본 발명의 분포권에 의한 모터의 발열온도가 180°C 이내 이므로,
2극의 자석은 종래의 약 400°C 까지 견디는 값비싼 SmCo 재질 대신 NdFeB 재질의 사용가능하며, 슬리브는 종래의 값비싼 인코넬 재질 대신 저가의 SUS 재질(스테인레스 스틸 재질)로 제작이 가능해진다.
구체적으로 권선도에 의해 기재하면, 2Pole 6Slot 2Pitch 3상 기준의 BLDC Type 으로 상별 코일 2피로 권선을 진행하여 최종 그라운드를 1곳을 모우며, 각 상별 집중하여 3상 기준으로 나타낸다. 코일성형 : 분포권 권선에 동일한 사항에 있어 선 코일 성형 후 코어 인서트 방식이다. U상 기준 : 1개의 코일 성형부를 2번 세그먼트와 3번 세그먼트, 추가 1개의 코일성형을 5번세그먼트와 6번세그먼트 인서트하여 최종적으로 상 및 그라운드로 집결된다. V상 기준 : 1개의 코일 성형부를 1번 세그먼트와 2번 세그먼트, 추가 1개의 코일성형을 4번세그먼트와 5번세그먼트 인서트하여 최종적으로 상 및 그라운드로 집결된다. W상 기준 : 1개의 코일 성형부를 1번 세그먼트와 6번 세그먼트, 추가 1개의 코일성형을 3번세그먼트와 4번세그먼트 인서트하여 최종적으로 상 및 그라운드로 집결된다최종 집결된 그라운드 , 3상으로 최종 인출부 기준으로 결선된다.
따라서 본 발명은 고속회전이 가능하며, 토크가 크면서도 발열이 적어 효율적이며, 제작단가가 저렴한 현저한 효과가 있다.
또한, 모터 스테이터 코어와 코일 조립방법을 코일의 크기,가닥수 및 슬롯 피치를 변경 및 제조방법을 최적화하여 공기압축기의 냉각 관련 부분을 변경하지 않고 모터 효율을 개선함으로서 코일의 온도를 낮추어 설계치를 만족하게 하는 현저한 효과가 있다.
10 : 스테이터 코어 20 : 티스
30 : 권선
31 : 집중권 권선 32 : 분포권 권선
40 : 절연체
50 : 샤프트 61 : S극 자석
62 : N극 자석 70 : 슬리브
30 : 권선
31 : 집중권 권선 32 : 분포권 권선
40 : 절연체
50 : 샤프트 61 : S극 자석
62 : N극 자석 70 : 슬리브
Claims (3)
- 슬롯 피치가 2 이상, 2슬롯 이상 피치 권선으로 제조되는 것을 특징으로 하는 2극 6슬롯 2피치 권선을 적용한 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 제조 방법
- 제1항에 있어서, 상기 모터는 3상 Brushless 모터인 것을 특징으로 하는 2극 6슬롯 2피치 권선을 적용한 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 제조 방법
- 제1항에 있어서, 상기 모터는 3상 Brushless 모터인 것을 특징으로 하는 2극 6슬롯 2피치 권선을 적용한 수소차 공기압축기용 Brushless 모터 및 제조 방법
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| E902 | Notification of reason for refusal |