WO2021210704A1 - 스테이터 및 이를 구비한 회전전기기기 - Google Patents

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WO2021210704A1
WO2021210704A1 PCT/KR2020/005069 KR2020005069W WO2021210704A1 WO 2021210704 A1 WO2021210704 A1 WO 2021210704A1 KR 2020005069 W KR2020005069 W KR 2020005069W WO 2021210704 A1 WO2021210704 A1 WO 2021210704A1
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conductor
slot
conductors
layer
stator
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PCT/KR2020/005069
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송정현
안동균
유용선
공영필
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엘지전자 주식회사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a stator capable of allowing current to flow in a balanced way in a parallel circuit and a rotating electric machine having the same.
  • a driving motor used as a power source for an eco-friendly vehicle includes a stator that generates magnetic flux, a rotor that is disposed with a predetermined gap inside the stator and rotates, and a permanent magnet installed in the rotor.
  • the stator forms a plurality of slots on the inner peripheral side of the stator core, and includes a stator coil wound in the slots.
  • a rotating magnetic field is generated in the stator, and a rotating torque is generated in the rotor by the rotating magnetic field.
  • the hairpin type motor winding method consists of a lap winding in which the circuit is configured in a parallel structure depending on the shape in which the coil is wound, a wave winding in which the circuit is configured in a series structure, and a mixture of parallel and series structures. It can be classified as a mid-volume and a sub-volume mix.
  • the coils of each phase can be divided into parallel circuits.
  • the coil of the parallel circuit may be configured by dividing the same number of conductors for each slot or for each layer.
  • the conventional motor winding has the following problems when the current flowing in each parallel circuit is configured to be unbalanced.
  • the amount of magnetic flux linkage in the coils of each parallel circuit is different.
  • motor control can be controlled only when the current flows equally in the parallel circuit of each phase, but when an unbalanced current flows, it is difficult to control. Such a problem occurs conspicuously in the high-speed region.
  • the magnitude of the current is related to the torque, and when an unbalanced current flows, the torque is also unbalanced, resulting in electromagnetic noise and vibration.
  • the object of the present invention is to provide a stator for a rotating electric machine that has a simple wiring structure even when the number of parallel circuits increases and allows current to flow in a balanced way in each parallel circuit, thereby solving problems such as heat generation in a specific coil. have.
  • the first conductor and the second conductor are connected in parallel as a pair with an interval of one slot pitch from each other in the circumferential direction, and the first conductor has both sides of a predetermined first conductor.
  • the second conductor is connected to be spaced apart by alternating the interval between the slot pitch and the second slot pitch, which is two slot pitches shorter than the first slot pitch. It can be connected to be spaced apart by alternating the spacing of the pitches.
  • the first slot pitch may be a 7-slot pitch
  • the second slot pitch may be a 5-slot pitch
  • each of the first conductor and the second conductor is provided in plurality and connected in series, and the plurality of the first conductor or the plurality of the second conductors are spaced apart from each other at an interval of 6 slot pitches. may be spaced apart.
  • the first conductor and the second conductor may be wound through two slots for each pole.
  • each of the plurality of conductors may be connected to each other by receiving both sides of the plurality of conductors in different slots and different layers.
  • each of the plurality of conductors may be respectively accommodated and connected to two different layers having a difference of one layer from each other in slots having different sides.
  • the stator core may be composed of 8 poles, 48 slots, and 8 layers.
  • the parallel circuit may be composed of an even number.
  • the parallel circuit is composed of four parallel circuits, and a first parallel circuit and a second parallel circuit that are paired with each other among the four parallel circuits are drawn in from the outermost Nth layer. to be drawn out to the innermost first layer, and a third parallel circuit and a fourth parallel circuit that are paired with each other among the four parallel circuits may be drawn in from the first layer and drawn out to the N-th layer. .
  • two parallel circuits forming a pair among the plurality of parallel circuits are respectively wound in the same layer in different slots, and each of the first conductor and the second conductor are uniform in a circumferential direction. spaced apart from each other at a slot pitch, both sides of each of the first conductor and the second conductor are respectively accommodated in two layers adjacent to each other in the radial direction of each of two different slots, and a diagonal line between the circumferential direction and the radial direction direction, and can be connected by moving two layers in the radial direction for every one rotation in the circumferential direction.
  • each of the plurality of conductors may be formed so as to be insertable into the two slots having opposite sides thereof, and may be configured as a hairpin type having the same shape for each layer.
  • each of the crossing portions of the first conductor and the second conductor may extend in a diagonal direction between the circumferential direction and the radial direction.
  • the bending portions of the first conductor and the second conductor may be bent in a direction crossing each other.
  • the plurality of parallel circuits are introduced into the outermost N-th layer of the slot, are drawn out from the innermost first layer of the slot, and form a pair in the first circumferential direction.
  • a first parallel circuit and a second parallel circuit wound; and a third parallel circuit introduced into the first innermost layer of the slot, drawn out from the outermost Nth ray of the slot, and wound in a second circumferential direction opposite to the first circumferential direction, forming a different pair.
  • a fourth parallel circuit is introduced into the outermost N-th layer of the slot, are drawn out from the innermost first layer of the slot, and form a pair in the first circumferential direction.
  • a rotating electric machine comprises: a housing; a stator accommodated in the housing; and a rotor mounted inside the stator to be rotatably rotatable with respect to the stator, wherein the stator includes: a stator core in which a plurality of slots each pole are formed to penetrate in the axial direction; a stator coil wound around the stator core by connecting a plurality of conductors accommodated in the plurality of slots; and a first layer to an N-th layer extending in a radial direction from the innermost side to the outermost side of the slot, respectively accommodating the plurality of conductors, wherein the stator coil is composed of a plurality of parallel circuits with each pole, Each of the plurality of parallel circuits includes a plurality of conductors connected in series with each other, and the plurality of conductors constitute one of the two parallel circuits that are paired with each other, and both sides of the plurality of parallel circuits are formed in the circumferential direction of the stator core.
  • the plurality of conductors constituting each of the plurality of parallel circuits are formed in two types of haypin types having different slot pitches, that is, a long slot pitch and a short slot pitch, and the two types of hairpin type conductors are formed in all layers.
  • a plurality of conductors constituting each parallel circuit are equally distributed in all slots and layers to form a balanced parallel circuit.
  • the flux linkage of each parallel circuit is the same, and current can flow in a balanced way along a plurality of parallel circuits.
  • the impedance of each parallel circuit can be formed uniformly.
  • two types of hairpin-type coils having a long slot pitch and a short slot pitch can be applied to all layers, thereby improving productivity and reducing manufacturing costs by reducing the types of hairpin types.
  • the lead wire (lead wire) from which the current is drawn, the neutral wire (neutral wire) from which the current is drawn, and the jump wire connecting the two conductors located in different layers are divided into 4 quarters of the circumference along the circumferential direction of the stator. It may be intensively arranged in any one of the sections.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a rotating electric machine of an 8-pole, 48-slot, 8-layer model according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the rotating electric machine of FIG. 1 as viewed from above.
  • FIG. 3 is a bottom view showing the rotating electric machine of FIG. 1 as viewed from below.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a state in which the hairpin type of the stator coil is identically formed for each layer in FIG. 1 ;
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a state in which the hairpin type of the stator coil is identically formed for each layer in FIG. 1 ;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of conductors are accommodated in 2 slots for each electrode in FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a wiring structure of a U-phase 4 parallel circuit according to the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a connection structure of a plurality of parallel circuits for each layer according to the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a connection diagram of the first and second parallel circuits in the U phase according to the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a connection diagram of the third and fourth parallel circuits in the U phase according to the present invention.
  • FIG. 10 is a graph of waveforms showing the amount of flux linkage of a conventional unbalanced parallel circuit.
  • FIG. 11 is a graph of waveforms showing the amount of flux linkage in a balanced parallel circuit of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a rotating electric machine of an 8-pole, 48-slot 113, 8-layer model according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the rotating electric machine of FIG. 1 as viewed from above.
  • FIG. 3 is a bottom view showing the rotating electric machine of FIG. 1 as viewed from below.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the shape of the conductors 124a and 124b that are identically formed for each layer without distinction of hairpin types of the stator coil 120 in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of conductors 124 are accommodated in each electrode sales 2 slots 113 in FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a wiring structure of a U-phase 4 parallel circuit according to the present invention.
  • the rotating electric machine includes a stator 100 and a rotor 10 .
  • the stator 100 includes a stator core 110 and a stator coil 120 .
  • the stator core 110 may be formed in a cylindrical shape by stacking a plurality of thinly formed electrical steel sheets in a circular shape and combining them in the axial direction (thickness direction).
  • the stator core 110 includes a base 111 , a rotor receiving hole, a plurality of teeth 112 (teeth), and a plurality of slots 113 (slot).
  • the base 111 forms the exterior of the stator core 110 .
  • a rotor receiving hole may be formed inside the base 111 .
  • the plurality of teeth 112 are formed to protrude radially from the inside of the base 111 toward the center of the rotor receiving hole.
  • the plurality of slots 113 are disposed between the plurality of teeth 112 and are formed to penetrate along the axial direction of the base 111 .
  • a plurality of teeth 112 are alternately disposed along the circumferential direction.
  • Each of the plurality of slots 113 may be formed to extend radially from the inside of the base 111 toward the rotor receiving hole.
  • Each of the plurality of slots 113 is configured to receive a conductor 124 having a rectangular cross-sectional shape.
  • Each of the plurality of slots 113 may be formed in a rectangular shape.
  • the plurality of conductors 124 may be disposed to be radially stacked in one slot 113 .
  • the width of the slot 113 may be the same as or similar to the horizontal length of one conductor 124 , and the length of the slot 113 may be formed to be equal to or similar to the sum of the vertical lengths of the plurality of conductors 124 . .
  • the plurality of conductors 124 may be disposed to be stacked in a row in one slot 113 .
  • a pole shoe may be formed to protrude in the circumferential direction at the inner end of the tooth 112 .
  • the pole shoe may prevent the conductor 124 from being separated into the rotor receiving hole.
  • Each of the plurality of slots 113 is disposed to extend from the inside in the radial direction of the stator core 110 to the outside, and may be configured by having a first layer to an N-th layer.
  • N is a natural number greater than or equal to 2.
  • the plurality of layers shows a state composed of first to eighth layers.
  • One conductor 124 may be accommodated in each layer.
  • the plurality of slots 113 are disposed to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the stator core 110 , and may include a first slot 113 to an M-th slot 113 .
  • the plurality of slots 113 is configured with first to forty-eighth slots 113 .
  • a rotor accommodating hole 117 is formed in the inner center of the stator 100 in the axial direction to accommodate the rotor 10, and the rotor 10 has a certain gap with respect to the stator core 110 and rotates around the axis of rotation. rotatably arranged.
  • the rotor 10 may include a rotor core 11 and a plurality of permanent magnets 12 .
  • a plurality of permanent magnet accommodating holes 13 may be formed in the rotor core 11 .
  • a plurality of permanent magnets 12 are accommodated in the plurality of permanent magnet accommodating holes 13 .
  • the plurality of permanent magnets 12 may be formed in a flat plate shape.
  • the plurality of permanent magnets 12 may be symmetrically disposed on both left and right sides based on a radial center line passing in a radial direction through the center of the rotor core 11 .
  • the plurality of permanent magnets 12 may be disposed to be inclined at different angles with respect to the radial center line.
  • the plurality of permanent magnets 12 may be disposed to be spaced apart from each other in the radial direction.
  • the rotor 10 may be configured to have a plurality of polarities in the circumferential direction by having a plurality of permanent magnets 12 .
  • the plurality of polarities may include an N pole and an S pole, and the N pole and the S pole may be alternately arranged in the circumferential direction.
  • the plurality of permanent magnets 12 may be configured to form one polarity.
  • the rotor 10 may be composed of 8 poles.
  • the stator coil 120 may be wound around the stator core 110 by connecting the plurality of conductors 124 to each other so as to be energized.
  • Each of the plurality of conductors 124 may be insulated from each other by being wrapped with an insulating paper or an insulating coating agent.
  • the stator coil 120 may be formed by connecting a plurality of hairpin-type conductors 124 .
  • the hairpin-type conductor 124 may have a rectangular cross-sectional shape and may be formed to have a longer length compared to the horizontal and vertical lengths of the cross-section.
  • the hairpin-type conductor 124 is formed so that both sides can be inserted into different slots 113 .
  • the hairpin-type conductor 124 may be formed by bending a bar (BAR, ROD: rod) having a rectangular cross-sectional shape and formed to be elongated in a “U” shape.
  • the hairpin-type conductor 124 may include an insertion part 1241 , a crossing part 1242 , a bending part 1243 , and an energizing part 1244 .
  • the insertion part 1241 is a portion of the conductor 124 , is formed to extend in a straight line along the slot 113 , and may be inserted into the slot 113 .
  • the insertion part 1241 may be configured in plurality.
  • the plurality of insertion units 1241 may be accommodated in two different slots 113 with a predetermined interval of the slot pitch.
  • the slot pitch means an interval (distance) between the plurality of slots 113 .
  • the 1-slot pitch means that the interval between the two slots 113 is 1.
  • the one-slot pitch means the distance between the two slots 113 by the width of one tooth 112 .
  • the m slot pitch is the distance between the first slot 113 and the (m+1)th slot 113, and the m teeth 112 and (m-1) slots 113 are in the circumferential direction. It means that they are placed repeatedly in alternating order.
  • the length of the insertion portion 1241 is equal to or similar to the stacked length or the axial length of the stator core 110 .
  • the cross section 1242 is made to connect one end of each of the plurality of insertion sections 1241 .
  • the length of the crossover portion 1242 is formed to correspond to the spacing between the plurality of insertion portions 1241 respectively inserted into different slots 113 , that is, the slot pitch of the two insertion portions 1241 .
  • One end of the cross section 1242 is connected to one end of the insertion section 1241 of the two insertion sections 1241 , and the other end of the cross section 1242 is connected to the insertion section of the other of the two insertion sections 1241 ( 1241) is connected to one end.
  • Both ends of the cross section 1242 may be disposed adjacent to one end of the slot 113 , and the central portion of the cross section 1242 may be axially spaced apart from one end of the slot 113 .
  • Both sides of the crossover portion 1242 may be formed to be inclined toward one end of the slot 113 from the central portion of the crossover portion 1242 .
  • Both sides of the crossed section 1242 may be formed symmetrically left and right about an axial center line that passes through the central portion of the crossed section 1242 in the axial direction.
  • the bending part 1243 may extend from the other end of the insertion part 1241 and may be first bent to be inclined at a predetermined angle.
  • a plurality of bending portions 1243 may be formed by extending from the two insertion portions 1241 of one conductor 124 , respectively.
  • Each of the plurality of bending parts 1243 may extend to have the same length as each other.
  • Each of the plurality of bending parts 1243 may be inclinedly bent in opposite directions.
  • the bending part 1243 is configured to connect two different conductors 124 to each other.
  • the bending portion 1243 may extend to a half distance (1/2) of the interval between the two different conductors 124 .
  • the conducting portion 1244 is secondarily bent to extend in the stacking direction or the axial direction of the stator core 110 in the bending portion 1243 .
  • the energizing portion 1244 is a portion from which the insulating coating of the conductor 124 is removed, and is configured to connect the plurality of conductors 124 to be energized.
  • the conductive parts 1244 extend from the two bending parts 1243 of one conductor 124, respectively, and are configured in plurality.
  • Each of the plurality of energizing portions 1244 may be connected to be in contact with the energizing portions 1244 of the two different conductors 124 to conduct electricity through the two conductors 124 .
  • the two conductors 124 are spaced apart from each other at a predetermined distance in the circumferential direction of the stator core 110 , and the conducting portion 1244 of one conductor 124 and the other conductor of the two conductors 124 .
  • the conductive parts 1244 of 124 may be disposed to overlap in the radial direction of the stator core 110 and electrically connected to each other by welding.
  • the plurality of conductors 124 include a long slot pitch conductor 124a having a long slot pitch interval (eg, 7 slot pitch) and a short slot pitch (eg, 5 slot pitch) having a short slot pitch interval. ) can be divided into short slot pitch conductors 124b having a spacing (see FIG. 4 ).
  • the stator coil 120 may include a plurality of phase coils respectively connected to the phases of the power source.
  • Each of the plurality of phase coils may include a first phase coil, a second phase coil, and a third phase coil.
  • the first-phase coil may be a U-phase coil
  • the second-phase coil may be a V-phase coil
  • the third-phase coil may be a W-phase coil.
  • the double U-phase coil 121 will be described as an example.
  • the stator coil 120 may be configured by having a plurality of parallel circuits in each pole selling two slots 113 or more slots 113 .
  • the stator coil 120 shows a state in which a plurality of parallel circuits are configured in two slots 113 for each pole.
  • the rotating electric machine is a 3-phase, 8-pole, 48-slot, 113, 8-layer model.
  • Two or more parallel circuits in parallel can be configured in each electrode sales two slots 113 .
  • the plurality of parallel circuits may be configured in an even number.
  • Two parallel circuits may be configured as a pair.
  • stator coil 120 may be composed of four parallel circuits.
  • each of the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil may be configured with first to fourth parallel circuits a1, a2, a3, and a4.
  • a plurality of conductors 124 constituting each parallel circuit may be connected in series with each other.
  • a plurality of parallel circuits may be wound in pairs by two.
  • the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 may be wound to form a pair and cross each other.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 may be wound to form a pair and cross each other.
  • the pair of first and second parallel circuits a1 and a2 and the other pair of third and fourth parallel circuits a3 and a4 may be wound to cross each other.
  • winding to cross each other may be understood to mean that the plurality of conductors 124 constituting each parallel circuit are connected to each other while changing the slots 113 and layers to cross each other.
  • a plurality of conductors 124 constituting each parallel circuit include a lead wire 125 (lead wire), a neutral wire (126; Neutral wire), a standard wire, and a jump wire 127 (Jump wire). can be configured.
  • the lead wire 125 is a conductor 124 through which current is drawn.
  • the neutral wire 126 is the conductor 124 from which the current is drawn.
  • the standard wire is provided between the lead wire 125 and the neutral wire 126 and is a conductor 124 connecting them.
  • the jump wire 127 is a conductor 124 connecting a plurality of conductors 124 positioned in different layers.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a connection structure of a plurality of parallel circuits for each layer according to the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a connection diagram of the first and second parallel circuits a1 and a2 in the U phase according to the present invention.
  • Each of the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 may include a first conductor 124 to a Kth conductor 124 .
  • K is a natural number greater than or equal to 2.
  • a current is drawn into the first conductor 124 based on the direction in which the current flows, and a current is drawn out at the Kth.
  • the current moves from the first conductor 124 to the Kth conductor 124 in the order.
  • Each of the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 may form a pair and may be wound in a wave wound shape.
  • Winding in the form of wave winding means that the winding proceeds in one direction (circumferential, clockwise or counterclockwise) in the form of a wave.
  • the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 may be disposed with an interval of one slot pitch from each other.
  • a current may be introduced into the eighth layer which is the outermost layer, and may be drawn out from the first layer which is the innermost layer.
  • the first conductors 124 to K-th conductors 124 constituting the first parallel circuit a1 may be spaced apart from each other at a predetermined slot pitch in the circumferential direction and may be connected in series.
  • the preset slot pitch may be a 6 slot pitch.
  • the preset slot pitch may also be referred to as a regular pitch.
  • first conductor 124 and the second conductor 124 may be spaced apart from each other with an interval of 6 slot pitches.
  • the first insertion portions 1241 and the second insertion portions 1241 on both sides have different slot pitches in the circumferential direction. can be connected in series by alternating
  • the different slot pitches may be the first slot pitch and the second slot pitch.
  • the first slot pitch may be a long pitch that is one slot pitch larger than a regular pitch of 6 slot pitches.
  • the first slot pitch may be a 7 slot pitch.
  • the second slot pitch may be a short pitch that is one slot pitch smaller than the regular pitch 6 slot pitch.
  • the second slot pitch may be a 5-slot pitch.
  • the first parallel circuit a1 may have the following wiring structure.
  • the first conductor 124 may be connected to the lead wire 125 , and current may be introduced into the first conductor 124 .
  • the first insertion portion 1241 of the first conductor 124 is inserted into the eighth layer of the first slot 113 , and the second insertion portion 1241 of the first conductor 124 is inserted in the first circumferential direction. It is inserted into the seventh layer of the 44 slot 113 .
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the first conductor 124b are spaced apart from each other with an interval of 5 slot pitches, which is a short pitch.
  • the first circumferential direction is a direction in which the number of the slots 113 decreases.
  • the slot 113 number is assigned to each slot 113 for convenience of description.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the first conductor 124b are accommodated in the eighth layer and the seventh layer, respectively, with an interval of 5 slot pitches (short pitch).
  • the cross section 1242 of the first conductor 124 may extend by a distance of 5 slot pitches.
  • the second conductor 124a is connected in series with the first conductor 124b with an interval of 6 slot pitches (regular pitch).
  • the bending portion 1243 of the first conductor 124b and the bending portion 1243 of the second conductor 124a extend in opposite directions toward each other by a distance of 3 slot pitches, respectively, and the tube of the first conductor 124b
  • the front portion 1244 and the conducting portion 1244 of the second conductor 124a may be connected to each other by welding.
  • the first insertion portion 1241 of the second conductor 124a is inserted into the eighth layer of the 38th slot 113 , and the second insertion portion 1241 of the second conductor 124a is inserted into the 31st slot 113 . is inserted into the 7th layer of The first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the second conductor 124a are spaced apart from each other with a distance of 7 slot pitches, which is a long pitch.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the second conductor 124a are accommodated in the eighth layer and the seventh layer, respectively, with an interval of 7 slot pitches (long pitch).
  • the cross section 1242 of the second conductor 124a may extend by a distance of 7 slot pitches.
  • the third conductor 124b is connected in series with the second conductor 124a with an interval of 6 slot pitch (regular pitch).
  • the bending portion 1243 of the second conductor 124a and the bending portion 1243 of the third conductor 124b each extend in opposite directions by a distance of 3 slot pitches, and the tube of the second conductor 124a
  • the front portion 1244 and the conducting portion 1244 of the third conductor 124b may be connected to each other by welding.
  • the first insertion portion 1241 of the third conductor 124b is inserted into the eighth layer of the 25th slot 113 , and the second insertion portion 1241 of the third conductor 124b is inserted into the 20th slot 113 . is inserted into the 7th layer of The first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the third conductor 124b are spaced apart from each other with a spacing of 5 slot pitches, which is a short pitch.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the third conductor 124b are accommodated in the eighth layer and the seventh layer, respectively, with an interval of 5 slot pitches (short pitches).
  • the cross section 1242 of the third conductor 124b may extend by a distance of 5 slot pitches.
  • the fourth conductor 124a is connected in series with the third conductor 124b with an interval of 6 slot pitch (regular pitch).
  • the bending portion 1243 of the third conductor 124b and the bending portion 1243 of the fourth conductor 124a extend in opposite directions toward each other by a distance of 3 slot pitches, respectively, and the tube of the third conductor 124b
  • the front portion 1244 and the conducting portion 1244 of the fourth conductor 124a may be connected to each other by welding.
  • the first insertion portion 1241 of the fourth conductor 124a is inserted into the eighth layer of the 14th slot 113 , and the second insertion portion 1241 of the fourth conductor 124a is inserted into the seventh slot 113 . is inserted into the 7th layer of The first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the fourth conductor 124a are spaced apart from each other at a distance of 7 slot pitches, which is a long pitch.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the fourth conductor 124a are accommodated in the eighth layer and the seventh layer, respectively, with an interval of 7 slot pitches (long pitch).
  • the cross section 1242 of the fourth conductor 124a may extend by a distance of 7 slot pitches.
  • the fifth conductor 124b is connected in series with the fourth conductor 124a with an interval of 6 slot pitch (regular pitch).
  • the bending portion 1243 of the fourth conductor 124a and the bending portion 1243 of the fifth conductor 124b extend in opposite directions toward each other by a distance of 3 slot pitches, respectively, and the tube of the fourth conductor 124a
  • the front portion 1244 and the conducting portion 1244 of the fifth conductor 124b may be connected to each other by welding.
  • the first insertion portion 1241 of the fifth conductor 124b is inserted into the sixth layer of the first slot 113
  • the second insertion portion 1241 of the fifth conductor 124b is inserted into the 44th slot 113 .
  • the first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the fifth conductor 124b are spaced apart from each other with a spacing of 5 slot pitches, which is a short pitch.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the fifth conductor 124b are accommodated in the sixth and fifth layers, respectively, with an interval of 5 slot pitches (short pitches).
  • the cross section 1242 of the fifth conductor 124b may extend by a distance of 5 slot pitches.
  • the sixth conductors 124a to 8th conductors 124a, respectively, are the second conductors 124a to the fourth conductors (124a) to the fourth conductors ( 124a).
  • the first and second insertion portions 1241 are arranged to be spaced apart by alternating the distance between the long pitch and the short pitch, and are connected in series with each other. Since it is the same as the second conductor 124a to the fourth conductor 124a in , a detailed description thereof will be omitted.
  • the ninth conductors 124b to twelfth conductors 124a respectively, have the first conductors 124b to the fourth conductors ( 124a).
  • the first and second insertion portions 1241 are arranged to be spaced apart by alternating short pitch and long pitch intervals, and are connected in series with each other. Since it is the same as the first conductor 124 to the fourth conductor 124 in , a detailed description thereof will be omitted.
  • the thirteenth conductors 124b to the sixteenth conductors 124a are the first conductors 124 to the fourth conductors 124 in that the first and second insertion portions 1241 are respectively inserted into the second layer and the first layer. ) is different from
  • the first and second insertion portions 1241 are arranged to be spaced apart by alternating short pitch and long pitch intervals, and are connected in series with each other. Since it is the same as the first conductor 124b to the fourth conductor 124a in , a detailed description thereof will be omitted.
  • the sixteenth conductor 124a is connected to the neutral wire 126 , and current may be drawn from the sixteenth conductor 124 .
  • the fourth conductor 124a and the fifth conductor 124b, the eighth conductor 124a and the ninth conductor 124b, and the twelfth conductor 124a and the thirteenth conductor 124b are respectively connected to each other by the jump wire 127. can be connected by
  • 1st conductor 124b to 4th conductor 124a group, 5th conductor 124b to 8th conductor 124a group, 9th conductor 124b to 12th conductor 124a group, 13th conductor 124b ) to 16th conductors 124a groups are connected in series in the same pattern for each layer, that is, in layers 7-8, 5-6, 3-4, and 1-2, respectively.
  • the second parallel circuit a2 is different from the first parallel circuit a1 in that it is disposed to be spaced apart from the first parallel circuit a1 at an interval of one slot pitch in the circumferential direction on the same layer.
  • the first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 on both sides are different from each other in the circumferential direction. Since they are the same in that they are connected in series while alternately changing the slot pitch, duplicate descriptions of other components will be omitted.
  • a total of 16 standard-type conductors 124 constituting each of the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 may be provided.
  • the total number of conductors 124 of the first and second parallel circuits a1 and a2 is 32.
  • the standard-type conductor 124 constituting the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2, respectively, has the same layer, that is, the 8-7 , 6-5, 4-3, and 2-1 are connected in series by 4 in one layer, and are connected in series in the first circumferential direction by changing 2 layers from the outermost layer to the innermost layer for each rotation.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a connection diagram of the third and fourth parallel circuits a3 and a4 in the U phase according to the present invention.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 which are a pair of each other, have the first parallel circuit in that the direction of current flow is opposite to that of the first and second parallel circuits a1 and a2. It is different from the circuit a1 and the second parallel circuit a2.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 are configured such that the current flows from the innermost to the outermost in the second circumferential direction (in the direction in which the number of the slot 113 increases, counterclockwise) and in the radial direction. .
  • the first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the first conductor 124 are respectively the first layer of the first slot 113 and the eighth slot 113. is inserted into the second layer of
  • the current flows in the second circumferential direction (first slot 113 -> eighth slot 113) and radially outward (first layer -> second layer) along the first conductor 124 .
  • Each of the first conductors 124a to 124b is spaced apart from each other at a regular pitch in the second circumferential direction in the same layer, that is, the first ⁇ 2 layers, and is connected in series.
  • the first and second insertion portions 1241 of each of the first conductors 124a to 124b have a different first slot pitch (long pitch) and a different first slot pitch (long pitch) toward the second circumferential direction in the first and second layers.
  • the second slot pitch (short pitch) is alternately formed to be spaced apart.
  • Each of the fifth conductors 124a to 8th conductors 124b is spaced apart from each other at a regular pitch in the second circumferential direction in the third ⁇ 4 layer and connected in series.
  • the first and second insertion portions 1241 of each of the fifth conductors 124a to 124b have a different first slot pitch (long pitch) and a different first slot pitch (long pitch) toward the second circumferential direction in the third and fourth layers.
  • the second slot pitch (short pitch) is alternately formed to be spaced apart.
  • Each of the ninth conductors 124a to twelfth conductors 124b are spaced apart from each other at a regular pitch in the second circumferential direction in the fifth -6 layer and are connected in series.
  • the first and second insertion portions 1241 of each of the ninth conductors 124a to twelfth conductors 124b have a different first slot pitch (long pitch) and a different first slot pitch (long pitch) from the fifth to sixth layers toward the second circumferential direction.
  • the second slot pitch (short pitch) is alternately formed to be spaced apart.
  • Each of the 13th conductors 124a to 16th conductors 124b is spaced apart from each other at a regular pitch in the second circumferential direction in the 7th - 8th layer and connected in series.
  • the first and second insertion portions 1241 of each of the 13th conductors 124a to 16th conductors 124b have a different first slot pitch (long pitch) and a different first slot pitch (long pitch) toward the second circumferential direction in the 7th-8th layers.
  • the second slot pitch (short pitch) is alternately formed to be spaced apart.
  • the fourth parallel circuit a4 is different from the third parallel circuit a3 in that it is spaced apart from the third parallel circuit a3 by one slot pitch.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 form a pair and are connected in the same pattern.
  • the first insertion portion 1241 of the first conductor 124 is inserted into the first layer of the second slot 113 , and the current is introduced into the first conductor 124 .
  • the third parallel circuit (a3) draws a current from the eighth layer of the 43rd slot (113), and the fourth parallel circuit (a4) draws a current from the eighth layer of the 44th slot (113).
  • the neutral wire 126 drawn out from each of the first and second parallel circuits a1 and a2 may be connected in parallel with the neutral wire 126 drawn out from the third and fourth parallel circuits a3 and a4.
  • the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 form a pair and are connected in parallel.
  • the first parallel circuit a1 and the second parallel circuit a2 are spaced apart from each other by one slot pitch.
  • the first conductors 124 to Kth conductors 124 constituting the first parallel circuit a1 are spaced apart from each other with a regular slot pitch (6-slot pitch) and are connected in series.
  • the first, third, sa, and 2k-1 conductors 124b, which are the odd-numbered conductors 124b, and the second, fourth, sa, and 2k conductors 124a, which are the even-numbered conductors 124a, have different slot pitch intervals. .
  • Both sides of the odd-numbered conductor 124b are accommodated in different layers with a short slot pitch (5-slot pitch) interval in the first circumferential direction.
  • the first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the odd-numbered conductor 124b are in the N-th layer of the M-th slot 113 and the N-th layer in the M-5th slot 113, respectively. It is accommodated and spaced apart with an interval of 5 slot pitches.
  • Both sides of the even-numbered conductor 124a are accommodated in different layers with a long slot pitch (7 slot pitch) spacing in the first circumferential direction.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124a are the N-th layer of the M-11th slot 113 and the N-1th layer of the M-18th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart from each other with an interval of 7 slot pitches.
  • the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124b accommodated in the N-1th layer of the M-5th slot 113 is the even-numbered conductor accommodated in the Nth layer of the M-11th slot 113 . It is connected to the first insertion portion 1241 of the (124a).
  • the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124b is formed from the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a toward the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b. It is first bent and extended outwardly in one circumferential direction and a radial direction.
  • the first bending portion 1243 of the even-numbered conductor 124a has a second circumferential direction from the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124a toward the odd-numbered second insertion portion 1241 and It extends by first bending inward in the radial direction.
  • the second conducting portion 1244 that is secondarily bent at the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124b is a first secondly bent portion 1243 of the even-numbered conductor 124a. It is energably connected to the energizing part 1244 .
  • the first conductors 124a to L-th conductors 124 constituting the second parallel circuit a2 are spaced apart from each other at regular slot pitches (6 slot pitches) and are connected in series.
  • the odd-numbered conductors 124a, the 1st, 3rd, st, and 2l-1 conductors 124a and the even-numbered conductors 124b, the 2nd, 4th, st, and 2l conductors 124b have different slot pitch intervals. .
  • Both sides of the odd-numbered conductor 124a are accommodated in different layers with a long slot pitch (7 slot pitch) distance in the first circumferential direction.
  • the first insertion part 1241 and the second insertion part 1241 of the odd-numbered conductor 124a are the N-th layer of the M+1th slot 113 and the N-1th layer of the M-6th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart from each other with an interval of 7 slot pitches.
  • Both sides of the even-numbered conductor 124b are accommodated in different layers with a short slot pitch (5-slot pitch) interval in the first circumferential direction.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b are the N-th layer of the M-12th slot 113 and the N-1th layer of the M-17th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart with an interval of 5 slot pitches.
  • the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a accommodated in the N-1th layer of the M-6th slot 113 is the even-numbered conductor accommodated in the Nth layer of the M-12th slot 113 . It is connected to the first insertion portion 1241 of (124b).
  • the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124a moves from the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a toward the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b. It is first bent and extended outwardly in one circumferential direction and a radial direction.
  • the first bending portion 1243 of the even-numbered conductor 124b has a second circumferential direction from the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b toward the odd-numbered second insertion portion 1241 . It extends by first bending inward in the radial direction.
  • the second conducting portion 1244 that is secondarily bent at the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124a is a first secondly bent portion 1243 of the even-numbered conductor 124b. It is energably connected to the energizing part 1244 .
  • the extension direction of 1244 is a bending part ( 1243) and the extending direction of the energizing portion 1244 intersect.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 form a pair and are connected in parallel.
  • the third parallel circuit a3 and the fourth parallel circuit a4 are spaced apart from each other with an interval of one slot pitch.
  • the first conductors 124 to Pth conductors 124 constituting the third parallel circuit a3 are spaced apart from each other with a regular slot pitch (6 slot pitch) and are connected in series.
  • the odd-numbered conductors 124a, the 1st, 3rd, and 2p-1 conductors 124a, and the even-numbered conductors 124b, the 2nd, 4th, st, and 2p conductors 124b have different slot pitch intervals. .
  • Both sides of the odd-numbered conductor 124a are accommodated in different layers with a long slot pitch (7 slot pitch) spacing in the second circumferential direction.
  • the first inserting part 1241 and the second inserting part 1241 of the odd-numbered conductor 124a are in the Nth layer of the Mth slot 113 and the N+1th layer of the M+7th slot 113, respectively. It is accommodated, and is spaced apart with an interval of 7 slot pitches.
  • Each of M and N is a natural number of 1 or more.
  • Both sides of the even-numbered conductor 124b are accommodated in different layers with a short slot pitch (5-slot pitch) interval in the second circumferential direction.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b are the N-th layer of the M+13th slot 113 and the N+1th layer of the M+18th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart with an interval of 5 slot pitches.
  • the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a accommodated in the N+1th layer of the M+7th slot 113 is the even-numbered conductor accommodated in the Nth layer of the M+13th slot 113 . It is connected to the first insertion portion 1241 of (124b).
  • the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124a moves from the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a toward the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b. It is extended by first bending in the circumferential direction and the radial direction.
  • the first bending portion 1243 of the even-numbered conductor 124b is formed from the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b toward the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a. 2 It is first bent and extended in the circumferential direction and radially outward.
  • the second conducting portion 1244 that is secondarily bent at the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124a is a first second-bending portion 1243 of the even-numbered conductor 124 that is secondarily bent. It is energably connected to the energizing part 1244 .
  • the first conductors 124 to Q-th conductors 124 constituting the fourth parallel circuit a4 are spaced apart from each other at regular slot pitches (6 slot pitches) and are connected in series.
  • the odd-numbered conductors 124b, the 1st, 3rd, J, 2q-1 conductors 124b, and the even-numbered conductors 124a, the 2nd, 4th, J, and 2q conductors 124a have different slot pitch intervals. .
  • Both sides of the odd-numbered conductor 124b are accommodated in different layers with a short slot pitch (5-slot pitch) spacing in the second circumferential direction.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124b are the N-th layer of the M+1-th slot 113 and the N+1-th layer of the M+6th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart with an interval of 5 slot pitches.
  • Both sides of the even-numbered conductor 124a are accommodated in different layers with a long slot pitch (7 slot pitch) spacing in the second circumferential direction.
  • the first insertion portion 1241 and the second insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124a are the N-th layer of the M+12th slot 113 and the N+1th layer of the M+19th slot 113 . They are accommodated in each and are spaced apart from each other with an interval of 7 slot pitches.
  • the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124b accommodated in the N+1th layer of the M+6th slot 113 is the even-numbered conductor accommodated in the Nth layer of the M+12th slot 113 . It is connected to the first insertion portion 1241 of the (124a).
  • the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124b is formed from the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124b toward the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124a. It is extended by first bending in the circumferential direction and radial direction.
  • the first bending portion 1243 of the even-numbered conductor 124a has a first circumferential direction from the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124a toward the odd-numbered second insertion portion 1241. It is first bent and extended radially outward.
  • the second conducting portion 1244 that is secondarily bent at the second bending portion 1243 of the odd-numbered conductor 124b is a first secondly bent portion 1243 of the even-numbered conductor 124a. It is energably connected to the energizing part 1244 .
  • the bending portion 1243 connecting the second insertion portion 1241 of the odd-numbered conductor 124a and the first insertion portion 1241 of the even-numbered conductor 124b of the third parallel circuit a3 and the welding portion The extending direction of the bending part 1243 connecting the second insertion part 1241 of the odd-numbered conductor 124b and the first insertion part of the even-numbered conductor 124a of the fourth parallel circuit a4 and the extending direction of the welding part is crossed with
  • each of the first and second parallel circuits a1 and a2 is a direction in which the number of the slots 113 decreases in the outermost layer of the first slot 113 and the second slot 113 (first circumferential direction). is wound toward the innermost layer, and each of the third and fourth parallel circuits a3 and a4 increases the number of slots 113 in the innermost layer of the first slot 113 and the second slot 113. direction (second circumferential direction) toward the outermost layer.
  • the plurality of conductors 124 constituting each of the plurality of parallel circuits are formed of two types of haypin-type conductors 124 having different slot pitches, that is, a long slot pitch and a short slot pitch, Two types of hairpin-type conductors 124 are alternately arranged along the circumferential direction in all layers and are connected in a direction crossing each other, so that a plurality of conductors 124 constituting each parallel circuit are connected to all slots 113 and It is evenly distributed in the layers to form a balanced parallel circuit.
  • the flux linkage of each parallel circuit is the same, and current can flow in a balanced way along a plurality of parallel circuits.
  • the impedance of each parallel circuit may be uniformly formed.
  • two types of hairpin type coils including a conductor 124a having a long slot pitch and a conductor 124a having a short slot pitch can be applied to all layers, thereby improving productivity and manufacturing cost by reducing the type of hairpin type. can save
  • the structure of the coil can be simplified.
  • the lead wire 125 (lead wire) from which the current is drawn
  • the neutral wire 126 neutral wire
  • the jump wire 127 connecting the two conductors 124 located in different layers are the stator 100 It may be intensively arranged in any one of the four sections divided into quarters of the circumference along the circumferential direction of .
  • FIG. 10 is a graph of waveforms showing the amount of flux linkage of a conventional unbalanced parallel circuit.
  • FIG. 11 is a graph of waveforms showing the amount of flux linkage in a balanced parallel circuit of the present invention.
  • the X-axis is an angle (degree)
  • the Y-axis is Relative Back-EMF (relative back electromotive force; %).

Abstract

본 발명은 스테이터 및 이를 구비한 회전전기기기에 관한 것으로서, 복수의 병렬회로 각각을 구성하는 복수의 도체는 서로 다른 슬롯피치, 즉 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치를 갖는 2종의 헤이핀 타입으로 형성되고, 2종의 헤어핀 타입의 도체가 모든 레이어에서 원주방향을 따라 교대로 배치되고, 서로 교차하는 방향으로 결선됨으로써, 각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체가 모든 슬롯 및 레이어에서 균등하게 분포되어 균형적인 병렬회로를 형성함으로써, 균형된 병렬회로는 각 병렬회로의 쇄교 자속량이 동일하고, 전류가 복수이 병렬회로를 따라 균형적으로 흐를 수 있다.

Description

스테이터 및 이를 구비한 회전전기기기
본 발명은 병렬회로에 전류가 균형적으로 흐르게 할 수 있는 스테이터 및 이를 구비한 회전전기기기에 관한 것이다.
친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 자속을 발생시키는 스테이터와, 스테이터의 내부에 일정 공극을 두고 배치되며 회전운동을 하는 로터와, 로터에 설치되는 영구자석을 구비한다.
스테이터는 스테이터 코어의 내주 측에 다수의 슬롯을 형성하고, 슬롯 내에 권선되는 스테이터 코일을 구비한다. 이 스테이터 코일에 교류 전류가 인가되면, 스테이터에 회전 자기장이 발생하고, 이 회전 자기장에 의해 로터에 회전 토크가 발생한다.
헤어핀 타입의 모터 권선 방법은 코일이 감겨있는 모양에 따라 회로가 병렬 구조로 구성되는 중권(lap winding)과, 회로가 직렬 구조로 구성되는 파권(wave winding)과, 병렬 구조와 직렬 구조가 혼합된 중권-파권 혼합권으로 분류될 수 있다.
한편, 모터의 손실을 최소화하기 위해 각 상의 코일을 병렬회로로 나누어 구성할 수 있다.
병렬회로의 코일은 슬롯별 혹은 레이별로 동일한 도체수로 나뉘어 구성될 수 있다.
그러나, 종래에는 병렬회로의 개수가 많아질수록 결선이 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 모터 권선은 각 병렬회로에 흐르는 전류가 불균형하게 구성된 경우에 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 각 병렬회로의 코일에 쇄교하는 자속량이 달라진다.
둘째, 각 병렬회로의 코일마다 임피던스의 차이가 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제는 고속으로 갈수록 두드러지게 나타난다.
셋째, 전류가 한쪽 병렬회로로 치우쳐 흐름으로 인해 코일에 발열 현상이 발생하여 코일이 손상되는 문제가 있다.
넷째, 모터 제어는 각 상의 병렬회로에 전류가 동일하게 흘러야 제어할 수 있으나, 불균형한 전류가 흐르면 제어하기가 곤란한 문제가 발생한다. 이러한 문제는 고속 영역에서 두드러지게 발생한다.
다섯째, 전류의 크기는 토크와 관련이 있어서, 불균형한 전류가 흐르게 되면, 토크도 불균형적으로 발생하여 전자기적 소음 및 진동이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 병렬회로의 수가 많아져도 결선 구조가 단순하고 각 병렬회로에 전류가 균형적으로 흐르게 하여, 특정 코일의 발열 현상 등의 문제를 해소할 수 있는 회전전기기기의 스테이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스테이터는 매극 매상 복수의 슬롯이 축방향으로 관통되게 형성되는 스테이터 코어; 상기 복수의 슬롯에 수용되는 복수의 도체를 연결하여, 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일; 상기 슬롯의 최내측에서 최외측까지 반경방향으로 연장되어, 상기 복수의 도체를 각각 수용하는 제1레이어 내지 제N레이어를 포함하고, 상기 스테이터 코일은, 매극 매상 복수의 병렬회로로 구성되고, 상기 복수의 병렬회로는, 서로 쌍을 이루는 두 개의 병렬회로 중 하나의 병렬회로를 구성하고, 상기 복수의 병렬회로 각각은 서로 직렬로 연결되는 복수의 도체를 포함하고, 상기 복수의 도체는, 양측이 상기 스테이터 코어의 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치를 두고 이격되도록 두 슬롯에 각각 수용되어 연결되는 복수의 제1도체; 및 상기 두 개의 병렬회로 중 다른 하나의 병렬회로를 구성하고, 양측이 상기 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치의 간격을 두고 두 슬롯 각각에 수용되어 연결되는 복수의 제2도체를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1도체와 상기 제2도체는 원주방향으로 서로 1슬롯피치의 간격을 두고 한 쌍을 이루어 병렬로 연결되고, 상기 제1도체는 양측이 기설정된 제1슬롯피치의 간격과 상기 제1슬롯피치보다 2슬롯피치가 짧은 제2슬롯피치의 간격을 교대로 하며 이격되게 연결되고, 상기 제2도체는 양측이 상기 제2슬롯피치의 간격과 상기 제1슬롯피치의 간격을 교대로 하며 이격되게 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1슬롯피치는 7슬롯피치이고, 상기 제2슬롯피치는 5슬롯피치일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1도체와 상기 제2도체는 각각 복수 개로 구비되어 직렬로 연결되고, 복수 개의 상기 제1도체 또는 복수 개의 상기 제2도체는 서로 6슬롯피치의 간격으로 이격 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1도체 및 상기 제2도체는 매극 매상 2슬롯을 통해 권선될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 도체 각각은 양측이 서로 다른 슬롯과 서로 다른 레이어에 수용되어 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 도체 각각은 양측이 서로 다른 슬롯에서 서로 1레이어의 차이를 갖는 다른 두 레이어에 각각 수용되어 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 스테이터 코어는 8극, 48슬롯, 8레이어로 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 병렬회로는 짝수 개로 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 병렬회로는 4개의 병렬회로로 구성되고, 상기 4개의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 제1병렬회로와 제2병렬회로는 최외측의 상기 제N레이어로부터 인입되어, 최내측의 상기 제1레이어로 인출되고, 상기 4개의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 제3병렬회로와 제4병렬회로는 상기 제1레이어로부터 인입되어, 상기 제N레이어로 인출될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 두 병렬회로는 서로 다른 슬롯에서 동일 레이어로 각각 권선되고, 상기 제1도체와 상기 제2도체 각각은 원주방향을 따라 일정한 슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치되고, 상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 양측은 서로 다른 두 슬롯 각각의 반경방향으로 인접하는 두 레이어에 각각 수용되며 상기 원주방향과 상기 반경방향 사이의 대각선 방향으로 연장되고, 원주방향으로 1회전할 때마다 상기 반경방향으로 2레이어씩 이동하며 연결될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 도체 각각은, 양측이 서로 다른 상기 두 슬롯에 삽입 가능하게 형성되고, 레이어별로 동일한 형태의 헤어핀 타입으로 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 도체 각각은, 상기 두 슬롯에 각각 삽입되는 복수의 삽입부; 상기 복수의 삽입부 각각의 일단을 연결하는 건넘부; 상기 복수의 삽입부 각각의 타단에서 상기 슬롯의 외측으로 돌출되게 연장되고, 1차 벤딩되는 복수의 벤딩부; 및 상기 복수의 벤딩부 각각에서 2차 벤딩되어, 상기 도체의 양측 단부를 통전 가능하게 연결하는 통전부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 건넘부는 상기 원주방향과 상기 반경방향 사이의 대각선 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 벤딩부는 서로 교차하는 방향으로 벤딩될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 병렬회로는, 상기 슬롯의 최외측 제N레이어로 인입되고, 상기 슬롯의 최내측 제1레이어에서 인출되고, 서로 한 쌍을 이루며 제1원주방향으로 권선되는 제1병렬회로와 제2병렬회로; 및 상기 슬롯의 최내측 제1레이어로 인입되고, 상기 슬롯의 최외측 제N레이에서 인출되고, 서로 다른 한 쌍을 이루며 상기 제1원주방향과 반대인 제2원주방향으로 권선되는 제3병렬회로와 제4병렬회로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 회전전기기기는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터; 및 상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 상기 스테이터의 내측에 장착되는 로터를 포함하고, 상기 스테이터는, 매극 매상 복수의 슬롯이 축방향으로 관통되게 형성되는 스테이터 코어; 상기 복수의 슬롯에 수용되는 복수의 도체를 연결하여, 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일; 및 상기 슬롯의 최내측에서 최외측까지 반경방향으로 연장되어, 상기 복수의 도체를 각각 수용하는 제1레이어 내지 제N레이어를 포함하고, 상기 스테이터 코일은, 매극 매상 복수의 병렬회로로 구성되고, 상기 복수의 병렬회로 각각은 서로 직렬로 연결되는 복수의 도체를 포함하고, 상기 복수의 도체는, 서로 쌍을 이루는 두 개의 병렬회로 중 하나의 병렬회로를 구성하고, 양측이 상기 스테이터 코어의 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치를 두고 이격되도록 두 슬롯에 각각 수용되어 연결되는 복수의 제1도체; 및 상기 두 개의 병렬회로 중 다른 하나의 병렬회로를 구성하고, 양측이 상기 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치의 간격을 두고 두 슬롯 각각에 수용되어 연결되는 복수의 제2도체를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 스테이터 및 이를 구비한 회전전기기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 복수의 병렬회로 각각을 구성하는 복수의 도체는 서로 다른 슬롯피치, 즉 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치를 갖는 2종의 헤이핀 타입으로 형성되고, 2종의 헤어핀 타입의 도체가 모든 레이어에서 원주방향을 따라 교대로 배치되고, 서로 교차하는 방향으로 결선됨으로써, 각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체가 모든 슬롯 및 레이어에서 균등하게 분포되어 균형적인 병렬회로를 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 균형된 병렬회로는 각 병렬회로의 쇄교 자속량이 동일하고, 전류가 복수이 병렬회로를 따라 균형적으로 흐를 수 있다.
둘째, 각 병렬회로의 임피던스가 균일하게 형성될 수 있다.
셋째, 전류가 각 병렬회로로 균등하게 흐름으로써 전류의 치우침에 의한 특정 코일의 발열 현상이 발생하는 문제를 해소할 수 있다.
넷째, 전류가 각 병렬회로에 균등하게 흘러서 고속 운전 시 제어하기가 용이하다.
다섯째, 전류가 각 병렬회로에 균형적으로 흐름으로써, 토크가 각 병렬회로에 균등하게 발생하여 전자기적 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.
여섯째, 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치를 갖는 2종의 헤어핀 타입의 코일이 모든 레이어에 적용 가능하여, 헤어핀 타입의 종류를 감소시킴으로 생산성 향상 및 제조원가를 절감할 수 있다.
일곱째, 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치, 2종의 헤어핀 타입의 도체가 레이어 별로 동일하게 사용됨으로, 코일의 구조가 단순화될 수 있다.
여덟째, 전류가 인입되는 리드 와이어(리드선), 전류가 인출되는 뉴트럴 와이어(중성선), 서로 다른 레이어에 위치하는 두 도체를 연결하는 점프 와이어는 스테이터의 원주방향을 따라 원주의 4등분으로 구획된 4개의 구간 중 어느 하나의 구간 내에 집중적으로 배치될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 8극 48슬롯 8레이어 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1의 회전전기기기를 위에서 바라본 모습을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 회전전기기기를 밑에서 바라본 모습을 보여주는 저면도이다.
도 4는 도 1에서 스테이터 코일의 헤어핀 타입의 구분없이 레이어별로 동일하게 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 1에서 매극 매상 2슬롯에 복수의 도체가 수용된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 U상에서 4병렬회로의 결선 구조를 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이어별 복수의 병렬회로의 결선 구조를 보여주는 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 U상에서 제1 및 제2병렬회로의 결선도를 보여주는 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 U상에서 제3 및 제4병렬회로의 결선도를 보여주는 개념도이다.
도 10은 종래의 불균형한 병렬회로의 쇄교자속량을 보여주는 파형의 그래프이다.
도 11은 본 발명의 균형된 병렬회로의 쇄교자속량을 보여주는 파형의 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 8극 48슬롯(113) 8레이어 모델의 회전전기기기를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1의 회전전기기기를 위에서 바라본 모습을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 회전전기기기를 밑에서 바라본 모습을 보여주는 저면도이다.
도 4는 도 1에서 스테이터 코일(120)의 헤어핀 타입의 구분없이 레이어별로 동일하게 형성된 도체(124a,124b)의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 1에서 매극 매상 2슬롯(113)에 복수의 도체(124)가 수용된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 U상에서 4병렬회로의 결선 구조를 보여주는 개념도이다.
본 발명에 따른 회전전기기기는 스테이터(100)와 로터(10)를 포함한다.
스테이터(100)는 스테이터 코어(110)와 스테이터 코일(120)을 구비한다.
스테이터 코어(110)는 원형으로 얇게 형성된 복수의 전기강판을 적층시켜 축방향(두께방향)으로 결합함으로 원통형으로 형성될 수 있다.
스테이터 코어(110)는 베이스(111), 로터수용공, 복수의 티스(112)(teeth), 복수의 슬롯(113)(slot)을 구비한다.
베이스(111)는 스테이터 코어(110)의 외관을 형성한다. 베이스(111)의 내측에 로터수용공이 형성될 수 있다.
복수의 티스(112)는 베이스(111)의 내측에서 로터수용공의 중심을 향해 반경방향으로 돌출되게 형성된다.
복수의 슬롯(113)은 복수의 티스(112) 사이에 배치되고, 베이스(111)의 축방향을 따라 관통되게 형성된다. 복수의 티스(112)가 원주방향을 따라 서로 번갈아 가면서 배치된다.
복수의 슬롯(113) 각각은 베이스(111)의 내측에서 로터수용공을 향해 반경방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
복수의 슬롯(113) 각각은 직사각형의 단면형상을 갖는 도체(124)를 수용하도록 이루어진다.
복수의 슬롯(113) 각각은 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체(124)는 한 개의 슬롯(113)에 반경방향으로 적층되게 배치될 수 있다.
슬롯(113)의 폭은 한 개의 도체(124)의 가로길이와 동일 내지 유사하고, 슬롯(113)의 길이는 복수의 도체(124)의 세로길이를 합친 길이와 동일 내지 유사하게 형성될 수 있다.
이에 의하면, 복수의 도체(124)가 한 개의 슬롯(113)에 일렬로 적층되게 배치될 수 있다.
티스(112)의 내측 단부에 폴슈가 원주방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 폴슈는 도체(124)가 로터수용공의 내측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
복수의 슬롯(113) 각각은 스테이터 코어(110)의 반경방향 내측에서 외측방향으로 연장되게 배치되며 제1레이어 내지 제N레이어를 구비하여 구성될 수 있다. N은 2이상의 자연수이다. 본 실시예에서 복수의 레이어는 제1레이어 내지 제8레이어로 구성된 모습을 보여준다.
각 레이어 마다 한 개의 도체(124)가 수용될 수 있다.
복수의 슬롯(113)은 스테이터 코어(110)의 원주방향으로 이격되게 배치되며 제1슬롯(113) 내지 제M슬롯(113)으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 슬롯(113)은 제1 내지 제48슬롯(113)으로 구성된 모습을 보여준다.
스테이터(100)의 내부 중앙에 로터수용공(117)이 로터(10)를 수용하도록 축방향을 따라 관통 형성되고, 로터(10)는 스테이터 코어(110)에 대하여 일정한 공극을 두고 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다.
로터(10)는 로터 코어(11)와 복수의 영구자석(12)을 포함하여 구성될 수 있다. 로터 코어(11)의 내부에 복수의 영구자석 수용공(13)이 형성될 수 있다. 복수의 영구자석 수용공(13)에 복수의 영구자석(12)이 수용된다.
복수의 영구자석(12)은 납작한 판 형태로 형성될 수 있다. 복수의 영구자석(12)은 로터 코어(11)의 중심을 반경방향으로 지나는 반경방향 중심선을 기준으로 좌우 양측으로 대칭되게 배치될 수 있다.
복수의 영구자석(12)은 반경방향 중심선에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 복수의 영구자석(12)은 반경방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
로터(10)는 복수의 영구자석(12)을 구비하여 원주방향으로 복수의 극성을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 극성은 N극과 S극으로 구성되며, N극과 S극이 원주방향으로 교대로 배치될 수 있다.
복수의 영구자석(12)은 하나의 극성을 형성하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서 로터(10)는 8극으로 구성될 수 있다.
스테이터 코일(120)은 복수의 도체(124)를 서로 통전 가능하게 연결함으로 스테이터 코어(110)에 권선될 수 있다. 복수의 도체(124) 각각은 절연지 또는 절연코팅제으로 감싸져서 서로 절연될 수 있다.
스테이터 코일(120)은 헤어핀 타입의 도체(124)를 복수 개로 연결하여 형성될 수 있다.
헤어핀 타입의 도체(124)는 단면 형상이 사각형이며 단면의 가로 및 세로 길이 대비 길이가 길게 형성될 수 있다.
헤어핀 타입의 도체(124)는 양측이 서로 다른 슬롯(113)에 삽입 가능하도록 형성된다.
헤어핀 타입의 도체(124)는 사각형 단면 형상을 갖고 가늘고 길게 형성된 바(BAR, ROD: 막대)를 "U"자 형태로 벤딩하여 형성될 수 있다.
헤어핀 타입의 도체(124)는 삽입부(1241), 건넘부(1242), 벤딩부(1243) 및 통전부(1244)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입부(1241)는 도체(124)의 일 부분으로, 슬롯(113)을 따라 일직선 형태로 연장되게 형성되어 슬롯(113)에 삽입될 수 있다. 삽입부(1241)는 복수 개로 구성될 수 있다.
복수의 삽입부(1241)는 기설정된 슬롯피치의 간격을 두고 서로 다른 두 슬롯(113)에 수용될 수 있다.
슬롯피치란 복수의 슬롯(113) 사이의 간격(거리)을 의미한다. 예를 들면, 1슬롯피치란 두 슬롯(113) 간의 간격이 1이라는 것을 의미한다. 보다 상세하게는, 1슬롯피치는 두 슬롯(113) 사이의 간격이 하나의 티스(112) 폭만큼의 거리를 의미한다.
또한, m슬롯피치라함은 제1슬롯(113)으로부터 제(m+1)슬롯(113) 사이의 거리로서, m 개의 티스(112)와 (m-1)개의 슬롯(113)이 원주방향을 따라 번갈아 가면서 반복적으로 배치됨을 의미한다.
삽입부(1241)의 길이는 스테이터 코어(110)의 적층 길이 혹은 축방향 길이와 동일 내지 유사하다.
건넘부(1242)는 복수의 삽입부(1241) 각각의 일단을 연결하도록 이루어진다.
건넘부(1242)의 길이는 서로 다른 슬롯(113)에 각각 삽입된 복수의 삽입부(1241)의 간격, 즉, 두 삽입부(1241)의 슬롯피치에 대응되게 형성된다.
건넘부(1242)의 일단부는 두 삽입부(1241) 중 하나의 삽입부(1241)의 일단과 연결되고, 건넘부(1242)의 타단부는 두 삽입부(1241) 중 다른 하나의 삽입부(1241)의 일단과 연결된다.
건넘부(1242)의 양단부는 슬롯(113)의 일단부에 인접하게 배치되고, 건넘부(1242)의 중앙부는 상기 슬롯(113)의 일단부로부터 축방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
건넘부(1242)의 양측은 건넘부(1242)의 중앙부으로부터 상기 슬롯(113)의 일단부를 향해 경사지게 형성될 수 있다. 건넘부(1242)의 양측은 상기 건넘부(1242)의 중앙부를 축방향으로 지나는 축방향 중심선을 중심으로 좌우 대칭되게 형성될 수 있다.
벤딩부(1243)는 삽입부(1241)의 타단에서 연장되며 일정한 각도로 경사지게 1차 벤딩될 수 있다.
벤딩부(1243)는 하나의 도체(124)의 두 삽입부(1241)에서 각각 연장되어 복수 개로 구성될 수 있다.
복수의 벤딩부(1243) 각각은 서로 동일한 길이로 연장될 수 있다.
복수의 벤딩부(1243) 각각은 서로 반대방향으로 경사지게 벤딩될 수 있다.
벤딩부(1243)는 서로 다른 두 도체(124)를 연결하도록 이루어진다. 벤딩부(1243)는 서로 다른 두 도체(124) 사이의 간격의 절반거리(1/2)로 연장될 수 있다.
통전부(1244)는 벤딩부(1243)에서 스테이터 코어(110)의 적층방향 또는 축방향으로 연장되게 2차 벤딩된다. 통전부(1244)는 도체(124)의 절연코팅이 제거된 부분으로서, 복수의 도체(124)를 통전 가능하게 연결하도록 이루어진다.
통전부(1244)는 하나의 도체(124)의 두 벤딩부(1243)에서 각각 연장되며, 복수 개로 구성된다.
복수의 통전부(1244) 각각은 서로 다른 두 도체(124)의 통전부(1244)와 접촉되게 연결되어, 상기 두 도체(124)를 통전시킬 수 있다.
예를 들면, 두 도체(124)가 스테이터 코어(110)의 원주방향으로 서로 일정 간격을 두고 이격되고, 두 도체(124) 중 하나의 도체(124)의 통전부(1244)와 다른 하나의 도체(124)의 통전부(1244)는 스테이터 코어(110)의 반경방향으로 중첩되게 배치되어 용접됨으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 도체(124)는 슬롯피치의 간격이 긴 롱 슬롯피치(예, 7슬롯피치)의 간격을 갖는 롱 슬롯피치 도체(124a)와 슬롯피치의 간격이 짧은 숏 슬롯피치(예, 5슬롯피치)의 간격을 갖는 숏 슬롯피치 도체(124b)로 구분될 수 있다(도 4 참조).
스테이터 코일(120)은 전원의 상에 각각 연결되는 복수의 상코일을 구비할 수 있다.
복수의 상 코일 각각은 제1상 코일, 제2상 코일, 제3상 코일을 구비할 수 있다. 제1상 코일은 U상 코일, 제2상 코일은 V상 코일, 제3상 코일은 W상 코일일 수 있다.
다만, U상코일(121), V상코일(122), W상코일(123) 각각은 모두 동일한 권선 패턴을 갖고 결선되므로, 이중 U상코일(121)을 예로 들어 설명하기로 한다.
스테이터 코일(120)은 매극 매상 2슬롯(113) 또는 그 이상의 슬롯(113)에서 복수의 병렬회로를 구비하여 구성할 수 있다. 본 실시예에서 스테이터 코일(120)은 매극 매상 2슬롯(113)에서 복수의 병렬회로를 구성하는 모습을 보여준다.
본 실시예에서 회전전기기기는 3상 8극 48슬롯(113) 8레이어의 모델이다.
8극이므로, 매극(하나의 극)의 슬롯(113) 개수는 6개(48슬롯(113)/8극=6슬롯(113)/1극)이다.
3상이므로, 매극 매상(하나의 상)의 슬롯(113) 개수는 2개(6슬롯(113)/3상=2슬롯(113)/1상)이다.
매극 매상 2슬롯(113)에서 2병렬 이상의 병렬회로가 구성될 수 있다.
복수의 병렬회로는 짝수개로 구성될 수 있다.
두 개의 병렬회로가 한 쌍을 이루어 구성될 수 있다.
본 실시예에서 스테이터 코일(120)은 매상 4개의 병렬회로로 구성될 수 있다.
예를 들면, U 상 코일, V상 코일, W상 코일 각각은 제1 내지 제4병렬회로(a1,a2,a3,a4)로 구성될 수 있다.
각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체(124)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
복수의 병렬회로는 2개씩 한 쌍을 이루며 권선될 수 있다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2)는 서로 한 쌍을 이루며 교차되게 권선될 수 있다.
제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 서로 한 쌍을 이루며 교차되게 권선될 수 있다.
한 쌍의 제1 및 제2병렬회로(a1,a2)와 다른 한 쌍의 제3 및 제4병렬회로(a3,a4)는 서로 교차되게 권선될 수 있다.
여기서, 서로 교차되게 권선된다라고 함은 각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체(124)가 슬롯(113)과 레이어를 서로 바꾸어 가면서 연결되어 서로 교차된다는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체(124)는 리드 와이어(125; lead wire), 뉴트럴 와이어(126; Neutral wire), 스텐더드 와이어(standard wire), 점프 와이어(127; Jump wire)를 포함하여 구성될 수 있다.
리드 와이어(125)는 전류가 인입되는 도체(124)이다. 뉴트럴 와이어(126)는 전류가 인출되는 도체(124)이다. 스텐더드 와이어는 리드 와이어(125)와 뉴트럴 와이어(126) 사이에 구비되어 이들을 연결하는 도체(124)이다.
점프 와이어(127)는 서로 다른 레이어에 위치하는 복수의 도체(124)를 연결하는 도체(124)이다.
이하, 본 발명에 따른 매상 제1 내지 제4병렬회로(a1,a2,a3,a4)를 구비한 스테이터 코일(120)의 결선 구조를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 레이어별 복수의 병렬회로의 결선 구조를 보여주는 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 U상에서 제1 및 제2병렬회로(a1,a2)의 결선도를 보여주는 개념도이다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2) 각각은 제1도체(124) 내지 제K도체(124)를 구비하여 구성될 수 있다. K은 2이상의 자연수이다.
전류가 흐르는 방향을 기준으로 제1도체(124)로 전류가 인입되고, 제K에서 전류가 인출된다. 전류는 제1도체(124)에서 제K도체(124) 순서로 이동한다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2) 각각은 한 쌍을 이루며 파권 형태로 권선될 수 있다.
파권(WAVE WINDING) 형태로 권선된다고 함은 권선이 물결파 형태로 일방향(원주방향, 시계방향 또는 반시계방향)으로 진행됨을 의미한다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2)는 서로 1슬롯피치의 간격을 두고 배치될 수 있다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2) 각각은 전류가 최외측 레이어인 제8레이어로 인입되고, 최내측 레이어인 제1레이어에서 인출될 수 있다.
제1병렬회로(a1)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제K도체(124)는 원주방향으로 기설정된 슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치되며 직렬로 연결될 수 있다. 상기 기설정된 슬롯피치는 6슬롯피치일 수 있다.
상기 기설정된 슬롯피치는 전체 슬롯수/극수=48슬롯/8극=6슬롯/극일 수 있다. 상기 기설정된 슬롯피치는 레귤러 피치라고도 명명할 수 있다.
예를 들면, 제1도체(124)와 제2도체(124)는 6슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.
제1병렬회로(a1)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제K도체(124) 각각은 양측의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)가 원주방향으로 서로 다른 슬롯피치를 교대로 바꾸면서 직렬로 연결될 수 있다.
서로 다른 슬롯피치는 제1슬롯피치와 제2슬롯피치일 수 있다. 제1슬롯피치는 레귤러 피치인 6슬롯피치보다 1슬롯피치 더 큰 롱 피치(Long pitch)일 수 있다. 제1슬롯피치는 7슬롯피치일 수 있다.
제2슬롯피치는 레귤러 피치 6슬롯피치보다 1슬롯피치 더 작은 숏 피치(short pitch)일 수 있다. 제2슬롯피치는 5슬롯피치일 수 있다.
예를 들면, 제1병렬회로(a1)는 다음과 같은 결선구조로 구성될 수 있다.
제1도체(124)는 리드 와이어(125)에 연결되어, 전류가 제1도체(124)로 인입될 수 있다.
제1도체(124)의 제1삽입부(1241)는 제1슬롯(113)의 제8레이어에 삽입되고, 제1도체(124)의 제2삽입부(1241)는 제1원주방향으로 제44슬롯(113)의 제7레이어에 삽입된다. 제1도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 숏 피치인 5슬롯피치의 간격으로 두고 이격 배치된다. 제1원주방향은 슬롯(113)번호가 감소하는 방향이다.
슬롯(113)번호는 설명의 편의를 위해 각 슬롯(113)에 부여된 것이다.
제1도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 5슬롯피치(숏 피치)의 간격을 두고 제8레이어와 제7레이어에 각각 수용된다. 제1도체(124)의 건넘부(1242)는 5슬롯피치의 거리만큼 연장될 수 있다.
제2도체(124a)는 제1도체(124b)와 6슬롯피치(레귤러 피치)의 간격을 두고 직렬로 연결된다. 제1도체(124b)의 벤딩부(1243)와 제2도체(124a)의 벤딩부(1243)가 각각 3슬롯피치의 거리만큼 서로를 향해 반대방향으로 연장되고, 제1도체(124b)의 통전부(1244)와 제2도체(124a)의 통전부(1244)가 서로 용접에 의해 연결될 수 있다.
제2도체(124a)의 제1삽입부(1241)는 제38슬롯(113)의 제8레이어에 삽입되고, 제2도체(124a)의 제2삽입부(1241)는 제31슬롯(113)의 제7레이어에 삽입된다. 제2도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 롱 피치인 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제2도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 7슬롯피치(롱 피치)의 간격을 두고 제8레이어와 제7레이어에 각각 수용된다. 제2도체(124a)의 건넘부(1242)는 7슬롯피치의 거리만큼 연장될 수 있다.
제3도체(124b)는 제2도체(124a)와 6슬롯피치(레귤러 피치)의 간격을 두고 직렬로 연결된다. 제2도체(124a)의 벤딩부(1243)와 제3도체(124b)의 벤딩부(1243)가 각각 3슬롯피치의 거리만큼 서로를 향해 반대방향으로 연장되고, 제2도체(124a)의 통전부(1244)와 제3도체(124b)의 통전부(1244)가 서로 용접에 의해 연결될 수 있다.
제3도체(124b)의 제1삽입부(1241)는 제25슬롯(113)의 제8레이어에 삽입되고, 제3도체(124b)의 제2삽입부(1241)는 제20슬롯(113)의 제7레이어에 삽입된다. 제3도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 숏 피치인 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제3도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 5슬롯피치(숏 피치)의 간격을 두고 제8레이어와 제7레이어에 각각 수용된다. 제3도체(124b)의 건넘부(1242)는 5슬롯피치의 거리만큼 연장될 수 있다.
제4도체(124a)는 제3도체(124b)와 6슬롯피치(레귤러 피치)의 간격을 두고 직렬로 연결된다. 제3도체(124b)의 벤딩부(1243)와 제4도체(124a)의 벤딩부(1243)가 각각 3슬롯피치의 거리만큼 서로를 향해 반대방향으로 연장되고, 제3도체(124b)의 통전부(1244)와 제4도체(124a)의 통전부(1244)가 서로 용접에 의해 연결될 수 있다.
제4도체(124a)의 제1삽입부(1241)는 제14슬롯(113)의 제8레이어에 삽입되고, 제4도체(124a)의 제2삽입부(1241)는 제7슬롯(113)의 제7레이어에 삽입된다. 제4도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 롱 피치인 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제4도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 7슬롯피치(롱 피치)의 간격을 두고 제8레이어와 제7레이어에 각각 수용된다. 제4도체(124a)의 건넘부(1242)는 7슬롯피치의 거리만큼 연장될 수 있다.
제5도체(124b)는 제4도체(124a)와 6슬롯피치(레귤러 피치)의 간격을 두고 직렬로 연결된다. 제4도체(124a)의 벤딩부(1243)와 제5도체(124b)의 벤딩부(1243)가 각각 3슬롯피치의 거리만큼 서로를 향해 반대방향으로 연장되고, 제4도체(124a)의 통전부(1244)와 제5도체(124b)의 통전부(1244)가 서로 용접에 의해 연결될 수 있다.
제5도체(124b)의 제1삽입부(1241)는 제1슬롯(113)의 제6레이어에 삽입되고, 제5도체(124b)의 제2삽입부(1241)는 제44슬롯(113)의 제5레이어에 삽입된다. 제5도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 숏 피치인 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제5도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 5슬롯피치(숏 피치)의 간격을 두고 제6레이어와 제5레이어에 각각 수용된다. 제5도체(124b)의 건넘부(1242)는 5슬롯피치의 거리만큼 연장될 수 있다.
제6도체(124a) 내지 제8도체(124a) 각각은 제1 및 제2삽입부(1241)가 제6레이어와 제5레이어에 각각 삽입된다는 점에서 제2도체(124a) 내지 제4도체(124a)와 다르다.
다만, 제6도체(124a) 내지 제8도체(124a)는 제1 및 제2삽입부(1241)가 롱 피치와 숏 피치의 간격을 교대로 바꾸어 가며 이격되게 배치되고, 서로 직렬로 연결된다는 점에서 제2도체(124a) 내지 제4도체(124a)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제9도체(124b) 내지 제12도체(124a) 각각은 제1 및 제2삽입부(1241)가 제4레이어와 제3레이어에 각각 삽입된다는 점에서 제1도체(124b) 내지 제4도체(124a)와 다르다.
다만, 제9도체(124b) 내지 제12도체(124a)는 제1 및 제2삽입부(1241)가 숏 피치와 롱 피치의 간격을 교대로 바꾸어 가며 이격되게 배치되고, 서로 직렬로 연결된다는 점에서 제1도체(124) 내지 제4도체(124)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제13도체(124b) 내지 제16도체(124a)는 제1 및 제2삽입부(1241)가 제2레이어와 제1레이어에 각각 삽입된다는 점에서 제1도체(124) 내지 제4도체(124)와 다르다.
다만, 제13도체(124b) 내지 제16도체(124a)는 제1 및 제2삽입부(1241)가 숏 피치와 롱 피치의 간격을 교대로 바꾸어 가며 이격되게 배치되고, 서로 직렬로 연결된다는 점에서 제1도체(124b) 내지 제4도체(124a)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제16도체(124a)는 뉴트럴 와이어(126)에 연결되어, 전류가 제16도체(124)에서 인출될 수 있다.
제4도체(124a)와 제5도체(124b), 제8도체(124a)와 제9도체(124b), 제12도체(124a)와 제13도체(124b) 각각은 서로 점프 와이어(127)에 의해 연결될 수 있다.
제1도체(124b) 내지 제4도체(124a) 그룹, 제5도체(124b) 내지 제8도체(124a) 그룹, 제9도체(124b) 내지 제12도체(124a) 그룹, 제13도체(124b) 내지 제16도체(124a) 그룹 각각은 레이어별로, 즉 제7-8레이어, 제5-6레이어, 제3-4레이어, 제1-2레이어에서 각각 동일한 패턴으로 직렬로 결선된다.
제2병렬회로(a2)는 제1병렬회로(a1)와 동일 레이어에서 원주방향으로 1슬롯피치의 간격을 두고 이격되게 배치된다는 점에서 제1병렬회로(a1)와 다르다.
다만, 제2병렬회로(a2)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제L도체(124) 각각은 양측의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)가 원주방향으로 서로 다른 슬롯피치를 교대로 바꾸면서 직렬로 연결된다는 점에서 동일하므로, 기타 구성의 중복된 설명은 생략하기로 한다.
3상 8극 48슬롯(113) 모델의 경우 제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2) 각각을 구성하는 스텐더드 타입의 도체(124)는 총 16개일 수 있다. 제1 및 제2병렬회로(a1,a2)의 도체(124)의 수를 합치면 총 32개이다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2)를 각각 구성하는 스텐더드 타입의 도체(124)는 제1원주방향으로 1회전(360도 회전)하는 동안 동일 레이어, 즉 제8-7, 6-5, 4-3, 2-1레이어 중 하나의 레이어에서 4개씩 직렬로 연결되며, 1회전할 때마다 최외측 레이어에서 최내측 레이어로 2레이어씩 바꾸며 제1원주방향으로 직렬로 연결될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 U상에서 제3 및 제4병렬회로(a3,a4)의 결선도를 보여주는 개념도이다.
본 실시예에서 서로 한 쌍을 이루는 제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 제1 및 제2병렬회로(a1,a2) 대비 전류의 흐름방향이 반대라는 점에서 제1병렬회로(a1) 및 제2병렬회로(a2)와 다르다.
제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 전류가 제2원주방향(슬롯(113)번호가 증가하는 방향, 반시계방향)과 반경방향 최내측에서 최외측으로 흐르도록 구성된다.
제3병렬회로(a3)의 경우 제1도체(124)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241) 각각은 제1슬롯(113)의 제1레이어와 제8슬롯(113)의 제2레이어에 삽입된다.
전류는 제1도체(124)를 따라 제2원주방향(제1슬롯(113)->제8슬롯(113))과 반경방향 외측(제1레이어->제2레이어)로 흐른다.
제1도체(124a) 내지 제4도체(124b) 각각은 동일 레이어, 즉 제1 -2레이어에서 제2원주방향으로 레귤러 피치로 이격 배치되며 직렬로 연결된다.
제1 도체(124a) 내지 제4도체(124b) 각각의 제1 및 제2삽입부(1241)는 제1-2레이어에서 제2원주방향을 향해 갈수록 서로 다른 제1슬롯피치(롱 피치)와 제2슬롯피치(숏 피치)를 교대로 바꾸면서 이격되게 형성된다.
제5도체(124a) 내지 제8도체(124b) 각각은 제3 -4레이어에서 제2원주방향으로 레귤러 피치로 이격 배치되며 직렬로 연결된다.
제5 도체(124a) 내지 제8도체(124b) 각각의 제1 및 제2삽입부(1241)는 제3-4레이어에서 제2원주방향을 향해 갈수록 서로 다른 제1슬롯피치(롱 피치)와 제2슬롯피치(숏 피치)를 교대로 바꾸면서 이격되게 형성된다.
제9도체(124a) 내지 제12도체(124b) 각각은 제5 -6레이어에서 제2원주방향으로 레귤러 피치로 이격 배치되며 직렬로 연결된다.
제9 도체(124a) 내지 제12도체(124b) 각각의 제1 및 제2삽입부(1241)는 제5-6레이어에서 제2원주방향을 향해 갈수록 서로 다른 제1슬롯피치(롱 피치)와 제2슬롯피치(숏 피치)를 교대로 바꾸면서 이격되게 형성된다.
제13도체(124a) 내지 제16도체(124b) 각각은 제7 -8레이어에서 제2원주방향으로 레귤러 피치로 이격 배치되며 직렬로 연결된다.
제13 도체(124a) 내지 제16도체(124b) 각각의 제1 및 제2삽입부(1241)는 제7-8레이어에서 제2원주방향을 향해 갈수록 서로 다른 제1슬롯피치(롱 피치)와 제2슬롯피치(숏 피치)를 교대로 바꾸면서 이격되게 형성된다.
제4병렬회로(a4)는 제3병렬회로(a3)와 1슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다는 점에서 제3병렬회로(a3)와 다르다.
다만, 제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 서로 한 쌍을 이루어 동일한 패턴으로 결선된다.
제4병렬회로(a4)의 경우 제1도체(124)의 제1삽입부(1241)가 제2슬롯(113)의 제1레이어로 삽입되고, 전류는 제1도체(124) 인입된다.
제3병렬회로(a3)는 제43슬롯(113)의 제8레이어에서 전류가 인출되고, 제4병렬회로(a4)는 제44슬롯(113)의 제8레이어에서 전류가 인출된다.
제1 및 제2병렬회로(a1,a2) 각각에서 인출되는 뉴트럴 와이어(126)는 제3 및 제4병렬회로(a3,a4)에서 인출되는 뉴트럴 와이어(126)와 병렬로 연결될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 각 상코일에서 복수의 병렬회로의 결선 구조의 작용 및 효과를 설명하기로 한다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2)는 서로 한 쌍을 이루며 병렬로 연결된다.
제1병렬회로(a1)와 제2병렬회로(a2)는 서로 1슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제1병렬회로(a1)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제K도체(124)는 레귤러 슬롯피치(6슬롯피치)의 간격을 두고 서로 이격되게 배치되며 직렬로 연결된다.
홀수 번째 도체(124b)인 제1, 3, 쪋, 2k-1도체(124b)와 짝수 번째 도체(124a)인 제2, 4, 쪋, 2k도체(124a)는 서로 다른 슬롯피치의 간격을 갖는다.
홀수 번째 도체(124b)의 양측은 제1원주방향으로 숏 슬롯피치(5슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
홀수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M슬롯(113)의 제N레이어와 제M-5슬롯(113)의 제N-1레이어에 각각 수용되며, 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
짝수 번째 도체(124a)의 양측은 제1원주방향으로 롱 슬롯피치(7슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M-11슬롯(113)의 제N레이어와 제M-18슬롯(113)의 제N-1레이어에 각각 수용되며, 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제M-5슬롯(113)의 제N-1레이어에 수용되는 홀수 번째 도체(124b)의 제2삽입부(1241)는 제M-11슬롯(113)의 제N레이어에 수용되는 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)에 연결된다.
상기 홀수 번째 도체(124b)의 제2벤딩부(1243)는 상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)에서 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)를 향해 제1원주방향과 반경방향 외측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1벤딩부(1243)는 상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)에서 상기 홀수 번째의 제2삽입부(1241)를 향해 제2원주방향과 반경방향 내측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 홀수 번째 도체(124b)의 제2벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제2통전부(1244)는 상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제1통전부(1244)에 통전 가능하게 연결된다.
제2병렬회로(a2)를 구성하는 제1도체(124a) 내지 제L도체(124)는 레귤러 슬롯피치(6슬롯피치)의 간격을 두고 서로 이격되게 배치되며 직렬로 연결된다.
홀수 번째 도체(124a)인 제1, 3, 쪋, 2l-1도체(124a)와 짝수 번째 도체(124b)인 제2, 4, 쪋, 2l도체(124b)는 서로 다른 슬롯피치의 간격을 갖는다.
홀수 번째 도체(124a)의 양측은 제1원주방향으로 롱 슬롯피치(7슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
홀수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M+1슬롯(113)의 제N레이어와 제M-6슬롯(113)의 제N-1레이어에 각각 수용되며, 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
짝수 번째 도체(124b)의 양측은 제1원주방향으로 숏 슬롯피치(5슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M-12슬롯(113)의 제N레이어와 제M-17슬롯(113)의 제N-1레이어에 각각 수용되며, 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제M-6슬롯(113)의 제N-1레이어에 수용되는 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)는 제M-12슬롯(113)의 제N레이어에 수용되는 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)에 연결된다.
상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2벤딩부(1243)는 상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)에서 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)를 향해 제1원주방향과 반경방향 외측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1벤딩부(1243)는 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)에서 상기 홀수 번째의 제2삽입부(1241)를 향해 제2원주방향과 반경방향 내측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제2통전부(1244)는 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제1통전부(1244)에 통전 가능하게 연결된다.
여기서, 제1병렬회로(a1)의 홀수 번째 도체(124)의 제2삽입부(1241)와 짝수 번째 도체(124)의 제1삽입부(1241)를 연결하는 벤딩부(1243)와 통전부(1244)의 연장방향은 제2병렬회로(a2)의 홀수 번째 도체(124)의 제2삽입부(1241)와 짝수 번째 도체(124)의 제1삽입부(1241)를 연결하는 벤딩부(1243)와 통전부(1244)의 연장방향과 교차된다.
제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 서로 한 쌍을 이루며 병렬로 연결된다.
제3병렬회로(a3)와 제4병렬회로(a4)는 서로 1슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제3병렬회로(a3)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제P도체(124)는 레귤러 슬롯피치(6슬롯피치)의 간격을 두고 서로 이격되게 배치되며 직렬로 연결된다.
홀수 번째 도체(124a)인 제1, 3, 쪋, 2p-1도체(124a)와 짝수 번째 도체(124b)인 제2, 4, 쪋, 2p도체(124b)는 서로 다른 슬롯피치의 간격을 갖는다.
홀수 번째 도체(124a)의 양측은 제2원주방향으로 롱 슬롯피치(7슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
홀수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M슬롯(113)의 제N레이어와 제M+7슬롯(113)의 제N+1레이어에 각각 수용되며, 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다. 상기 M, N각각은 1이상의 자연수이다.
짝수 번째 도체(124b)의 양측은 제2원주방향으로 숏 슬롯피치(5슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M+13슬롯(113)의 제N레이어와 제M+18슬롯(113)의 제N+1레이어에 각각 수용되며, 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제M+7슬롯(113)의 제N+1레이어에 수용되는 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)는 제M+13슬롯(113)의 제N레이어에 수용되는 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)에 연결된다.
상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2벤딩부(1243)는 상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)에서 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)를 향해 제2원주방향과 반경방향 내측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1벤딩부(1243)는 상기 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)에서 상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)를 향해 제2원주방향과 반경방향 외측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 홀수 번째 도체(124a)의 제2벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제2통전부(1244)는 상기 짝수 번째 도체(124)의 제1벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제1통전부(1244)에 통전 가능하게 연결된다.
제4병렬회로(a4)를 구성하는 제1도체(124) 내지 제Q도체(124)는 레귤러 슬롯피치(6슬롯피치)의 간격을 두고 서로 이격되게 배치되며 직렬로 연결된다.
홀수 번째 도체(124b)인 제1, 3, 쪋, 2q-1도체(124b)와 짝수 번째 도체(124a)인 제2, 4, 쪋, 2q도체(124a)는 서로 다른 슬롯피치의 간격을 갖는다.
홀수 번째 도체(124b)의 양측은 제2원주방향으로 숏 슬롯피치(5슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
홀수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M+1슬롯(113)의 제N레이어와 제M+6슬롯(113)의 제N+1레이어에 각각 수용되며, 5슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
짝수 번째 도체(124a)의 양측은 제2원주방향으로 롱 슬롯피치(7슬롯피치)의 간격을 갖고 서로 다른 레이어에 수용된다.
짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)와 제2삽입부(1241)는 제M+12슬롯(113)의 제N레이어와 제M+19슬롯(113)의 제N+1레이어에 각각 수용되며, 7슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치된다.
제M+6슬롯(113)의 제N+1레이어에 수용되는 홀수 번째 도체(124b)의 제2삽입부(1241)는 제M+12슬롯(113)의 제N레이어에 수용되는 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)에 연결된다.
상기 홀수 번째 도체(124b)의 제2벤딩부(1243)는 상기 홀수 번째 도체(124b)의 제2삽입부(1241)에서 상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)를 향해 제2원주방향과 반경방향 내측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1벤딩부(1243)는 상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽입부(1241)에서 상기 홀수 번째의 제2삽입부(1241)를 향해 제1원주방향과 반경방향 외측으로 1차 벤딩되어 연장된다.
상기 홀수 번째 도체(124b)의 제2벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제2통전부(1244)는 상기 짝수 번째 도체(124a)의 제1벤딩부(1243)에서 2차 벤딩되는 제1통전부(1244)에 통전 가능하게 연결된다.
여기서, 제3병렬회로(a3)의 홀수 번째 도체(124a)의 제2삽입부(1241)와 짝수 번째 도체(124b)의 제1삽입부(1241)를 연결하는 벤딩부(1243)와 용접부의 연장방향은 제4병렬회로(a4)의 홀수 번째 도체(124b)의 제2삽입부(1241)와 짝수 번째 도체(124a)의 제1삽이부를 연결하는 벤딩부(1243)와 용접부의 연장방향과 교차된다.
또한, 제1 및 제2병렬회로(a1,a2) 각각은 제1슬롯(113) 및 제2슬롯(113)의 최외측 레이어에서 슬롯(113)의 번호가 감소하는 방향(제1원주방향)으로 최내측 레이어를 향해 권선되고, 제3 및 제4병렬회로(a3,a4) 각각은 제1슬롯(113) 및 제2슬롯(113)의 최내측 레이어에서 슬롯(113)의 번호가 증가하는 방향(제2원주방향)으로 최외측 레이어를 향해 권선된다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 병렬회로 각각을 구성하는 복수의 도체(124)는 서로 다른 슬롯피치, 즉 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치를 갖는 2종의 헤이핀 타입의 도체(124)로 형성되고, 2종의 헤어핀 타입의 도체(124)가 모든 레이어에서 원주방향을 따라 교대로 배치되고, 서로 교차하는 방향으로 결선됨으로써, 각 병렬회로를 구성하는 복수의 도체(124)가 모든 슬롯(113) 및 레이어에서 균등하게 분포되어 균형적인 병렬회로를 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 균형된 병렬회로는 각 병렬회로의 쇄교 자속량이 동일하고, 전류가 복수이 병렬회로를 따라 균형적으로 흐를 수 있다.
또한, 각 병렬회로의 임피던스가 균일하게 형성될 수 있다.
아울러, 전류가 각 병렬회로로 균등하게 흐름으로써 전류의 치우침에 의한 특정 코일의 발열 현상이 발생하는 문제를 해소할 수 있다.
뿐만 아니라, 전류가 각 병렬회로에 균등하게 흘러서 고속 운전 시 제어하기가 용이하다.
게다가, 전류가 각 병렬회로에 균형적으로 흐름으로써, 토크가 각 병렬회로에 균등하게 발생하여 전자기적 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.
더욱이, 롱 슬롯피치를 갖는 도체(124a)와 숏 슬롯피치를 갖는 도체(124a)를 구비하는 2종의 헤어핀 타입의 코일이 모든 레이어에 적용 가능하여, 헤어핀 타입의 종류를 감소시킴으로 생산성 향상 및 제조원가를 절감할 수 있다.
아울러, 롱 슬롯피치와 숏 슬롯피치, 2종의 헤어핀 타입의 도체(124a,124b)가 레이어 별로 동일하게 사용됨으로, 코일의 구조가 단순화될 수 있다.
또한, 전류가 인입되는 리드 와이어(125; 리드선), 전류가 인출되는 뉴트럴 와이어(126; 중성선), 서로 다른 레이어에 위치하는 두 도체(124)를 연결하는 점프 와이어(127)는 스테이터(100)의 원주방향을 따라 원주의 4등분으로 구획된 4개의 구간 중 어느 하나의 구간 내에 집중적으로 배치될 수 있다.
도 10은 종래의 불균형한 병렬회로의 쇄교자속량을 보여주는 파형의 그래프이다.
도 11은 본 발명의 균형된 병렬회로의 쇄교자속량을 보여주는 파형의 그래프이다.
도 10와 도 11에서 X축은 각도(degree)이고, Y축은 Relative Back -EMF(상대 역기전력; %)이다.
도 10(종래)을 참고하면, 불균형한 병렬회로의 쇄교자속량(a1=a3≠a2=a4)이 서로 다르다.
도 11(본 발명)을 참고하면, 균형된 병렬회로의 쇄교자속량(a1=a3=a2=a4)은 서로 동일하다.

Claims (17)

  1. 매극 매상 복수의 슬롯이 축방향으로 관통되게 형성되는 스테이터 코어;
    상기 복수의 슬롯에 수용되는 복수의 도체를 연결하여, 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일;
    상기 슬롯의 최내측에서 최외측까지 반경방향으로 연장되어, 상기 복수의 도체를 각각 수용하는 제1레이어 내지 제N레이어를 포함하고,
    상기 스테이터 코일은,
    매극 매상 복수의 병렬회로로 구성되고,
    상기 복수의 병렬회로는,
    서로 쌍을 이루는 두 개의 병렬회로 중 하나의 병렬회로를 형성하고, 양측이 상기 스테이터 코어의 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치를 두고 이격되도록 두 슬롯에 각각 수용되어 연결되는 복수의 제1도체; 및
    상기 두 개의 병렬회로 중 다른 하나의 병렬회로를 형성하고, 양측이 상기 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치의 간격을 두고 두 슬롯 각각에 수용되어 연결되는 복수의 제2도체를 포함하여 구성되는 스테이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1도체와 상기 제2도체는 원주방향으로 서로 1슬롯피치의 간격을 두고 한 쌍을 이루어 병렬로 연결되고,
    상기 제1도체는 양측이 기설정된 제1슬롯피치의 간격과 상기 제1슬롯피치보다 2슬롯피치가 짧은 제2슬롯피치의 간격을 교대로 하며 이격되게 연결되고,
    상기 제2도체는 양측이 상기 제2슬롯피치의 간격과 상기 제1슬롯피치의 간격을 교대로 하며 이격되게 연결되는 스테이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1슬롯피치는 7슬롯피치이고, 상기 제2슬롯피치는 5슬롯피치인 스테이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1도체와 상기 제2도체는 각각 복수 개로 구비되어 직렬로 연결되고,
    복수 개의 상기 제1도체 또는 복수 개의 상기 제2도체는 서로 6슬롯피치의 간격으로 이격 배치되는 스테이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1도체 및 상기 제2도체는 매극 매상 2슬롯을 통해 권선되는 스테이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도체 각각은 양측이 서로 다른 슬롯과 서로 다른 레이어에 수용되어 연결되는 스테이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도체 각각은 양측이 서로 다른 슬롯에서 서로 1레이어의 차이를 갖는 다른 두 레이어에 각각 수용되어 연결되는 스테이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 8극, 48슬롯, 8레이어로 구성되는 스테이터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 병렬회로는 짝수 개로 구성되는 스테이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 병렬회로는 4개의 병렬회로로 구성되고,
    상기 4개의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 제1병렬회로와 제2병렬회로는 최외측의 상기 제N레이어로부터 인입되어, 최내측의 상기 제1레이어로 인출되고,
    상기 4개의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 제3병렬회로와 제4병렬회로는 상기 제1레이어로부터 인입되어, 상기 제N레이어로 인출되는 스테이터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 병렬회로 중 서로 쌍을 이루는 두 병렬회로는 서로 다른 슬롯에서 동일 레이어로 각각 권선되고,
    상기 제1도체와 상기 제2도체 각각은 원주방향을 따라 일정한 슬롯피치의 간격을 두고 이격 배치되고,
    상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 양측은 서로 다른 두 슬롯 각각의 반경방향으로 인접하는 두 레이어에 각각 수용되며 상기 원주방향과 상기 반경방향 사이의 대각선 방향으로 연장되고, 원주방향으로 1회전할 때마다 상기 반경방향으로 2레이어씩 이동하며 연결되는 스테이터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도체 각각은,
    양측이 서로 다른 상기 두 슬롯에 삽입 가능하게 형성되고, 레이어별로 동일한 형태의 헤어핀 타입으로 구성되는 스테이터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도체 각각은,
    상기 두 슬롯에 각각 삽입되는 복수의 삽입부;
    상기 복수의 삽입부 각각의 일단을 연결하는 건넘부;
    상기 복수의 삽입부 각각의 타단에서 상기 슬롯의 외측으로 돌출되게 연장되고, 1차 벤딩되는 복수의 벤딩부; 및
    상기 복수의 벤딩부 각각에서 2차 벤딩되어, 상기 도체의 양측 단부를 통전 가능하게 연결하는 통전부를 포함하는 스테이터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 건넘부는 상기 원주방향과 상기 반경방향 사이의 대각선 방향으로 연장되는 스테이터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1도체와 상기 제2도체 각각의 벤딩부는 서로 교차하는 방향으로 벤딩되는 스테이터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 병렬회로는,
    상기 슬롯의 최외측 제N레이어로 인입되고, 상기 슬롯의 최내측 제1레이어에서 인출되고, 서로 한 쌍을 이루며 제1원주방향으로 권선되는 제1병렬회로와 제2병렬회로; 및
    상기 슬롯의 최내측 제1레이어로 인입되고, 상기 슬롯의 최외측 제N레이에서 인출되고, 서로 다른 한 쌍을 이루며 상기 제1원주방향과 반대인 제2원주방향으로 권선되는 제3병렬회로와 제4병렬회로를 포함하는 스테이터.
  17. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 대하여 회전 가능하게 상기 스테이터의 내측에 장착되는 로터를 포함하고,
    상기 스테이터는,
    매극 매상 복수의 슬롯이 축방향으로 관통되게 형성되는 스테이터 코어;
    상기 복수의 슬롯에 수용되는 복수의 도체를 연결하여, 상기 스테이터 코어에 권선되는 스테이터 코일; 및
    상기 슬롯의 최내측에서 최외측까지 반경방향으로 연장되어, 상기 복수의 도체를 각각 수용하는 제1레이어 내지 제N레이어를 포함하고,
    상기 스테이터 코일은,
    매극 매상 복수의 병렬회로로 구성되고,
    상기 복수의 병렬회로는,
    서로 쌍을 이루는 두 개의 병렬회로 중 하나의 병렬회로를 형성하고, 양측이 상기 스테이터 코어의 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치를 두고 이격되도록 두 슬롯에 각각 수용되어 연결되는 복수의 제1도체; 및
    상기 두 개의 병렬회로 중 다른 하나의 병렬회로를 형성하고, 양측이 상기 원주방향을 따라 교대로 서로 다른 슬롯피치의 간격을 두고 두 슬롯 각각에 수용되어 연결되는 복수의 제2도체를 포함하여 구성되는 회전전기기기.
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