WO2023008734A1 - 토로이달 모터 - Google Patents

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WO2023008734A1
WO2023008734A1 PCT/KR2022/008290 KR2022008290W WO2023008734A1 WO 2023008734 A1 WO2023008734 A1 WO 2023008734A1 KR 2022008290 W KR2022008290 W KR 2022008290W WO 2023008734 A1 WO2023008734 A1 WO 2023008734A1
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yoke
coil
motor
toroidal motor
assembly body
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PCT/KR2022/008290
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박건웅
박민규
박치용
성열우
이종성
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a toroidal motor in which a coil is wound around a yoke, and more specifically, by starting the winding of the coil from the inside of the yoke, it is possible to secure a sufficient insulation distance from the housing on the rotor side, and a bus bar assembly is installed around the yoke. It relates to a toroidal motor that is arranged on the upper side to facilitate wiring between the bus bar and the coil, and is configured so that the bus bar does not cover the slot through which cooling air flows, thereby securing cooling performance and simplifying the overall structure of the motor.
  • An electric motor winds a coil on a stator and supplies electricity to the coil to induce electromagnetic energy. It is divided into concentrated winding, distributed winding, toroidal winding method, etc. according to the winding method.
  • the concentrated winding method is a method in which coils are wound on the teeth of the stator. Since the number of slots per phase of one pole is one, coil winding is easy and mass production is excellent. Electromagnetic force) is also concentrated in a specific part, resulting in low efficiency and high heat loss.
  • the distributed winding method divides one coil into two or more slots and winds it. Compared to the concentrated winding method, it has the advantage of excellent efficiency and heat loss as it has a more subdivided magnetic flux distribution, but the winding is difficult due to the narrow slot entrance. It is not easy and the wiring is difficult, so there is a disadvantage that mass production is low.
  • the toroidal method was developed to compensate for the disadvantages of the above methods, and is a method of winding a coil on the circular yoke of the stator. It is easier to wind than a distributed winding, so it has excellent mass productivity, and a more detailed magnetic flux distribution than a concentrated winding. As it has, it has the advantage of excellent efficiency or heat loss.
  • the toroidal motor 2 includes a cylindrical housing 3; Cylindrical yoke part (4), tooth part (5) protruding at a certain distance along the outer circumferential direction of the inner surface of the yoke part (4), and protruding at a certain distance from the outer circumference of the yoke part (4) along the outer circumferential direction a stator (7) including a housing support (6); and a coil 8 wound around the yoke part 4 .
  • a wiring process for supplying electricity to the coil must be performed after winding is completed, and a bus bar may be used for this purpose.
  • a bus bar may be used for this purpose.
  • the packaging of the entire motor is unnecessarily increased, and the front and end of the coil must be brought to the bus bar according to the position of the bus bar.
  • it is difficult to assemble the bus bar because the portion where the front and rear ends of the coil and the bus bar are connected is not easily exposed, and there is a disadvantage in compressing or welding them after assembly.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-286687 discloses a toroidal motor in which a bus bar is placed directly on the yoke portion and the tip and end of the coil are directly connected to the bus bar exposed on the surface of each tooth, which simplifies the package. There are benefits you can do.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and more specifically, it is possible to secure a sufficient insulation distance from the rotor side housing by starting the winding of the coil from the inside of the yoke, and the bus bar assembly is installed on the upper part of the yoke.
  • a toroidal motor includes an annular yoke; a plurality of teeth protruding in a radial direction from the yoke and spaced apart from each other along the circumferential direction of the yoke; and coils that are between two adjacent teeth among the plurality of teeth and are respectively wound around the yoke, wherein each of the coils has a front end at which winding of each coil starts on a radially inner side of the yoke. can be located
  • a distal end at which winding of each coil ends may be located outside the yoke in a radial direction.
  • a front end and a distal end of each coil may be formed to extend in one side of the yoke in an axial direction, respectively.
  • a front end of each coil may be positioned adjacent to an inner surface in a radial direction of the yoke, and a distal end of each coil may be positioned spaced apart from an outer surface in a radial direction of the yoke.
  • each coil may be positioned adjacent to one of two teeth located on both sides of each coil.
  • each coil may be positioned adjacent to the other one of the two teeth.
  • a bus bar assembly electrically connected to the coils may be further included, and the bus bar assembly may include an annular assembly body and a plurality of bus bars protruding radially from the assembly body.
  • a radial width of the assembly body may be smaller than or equal to a radial width of the yoke.
  • the assembly body may be disposed parallel to the yoke in an axial direction.
  • Each of the plurality of bus bars is formed in a hook shape, and may be coupled to any one of a front end and a distal end of each coil.
  • a part of the plurality of bus bars may protrude radially inside the assembly body, and the remaining part may protrude radially outside the assembly body.
  • the bus bar assembly may further include a connection terminal connected to an external power source, and the connection terminal may protrude from the assembly body in a radial direction.
  • a through hole penetrating the connection terminal may be formed at a central portion of the connection terminal.
  • a protruding portion may be provided that protrudes more in an axial direction than a yoke portion around which each coil is wound.
  • a lower surface of the assembly body which is a surface facing the yoke, may be flat.
  • the present invention it is possible to secure a sufficient insulation distance from the rotor side housing by starting the winding of the coil from the inside of the yoke, and by arranging the bus bar assembly on the upper part of the yoke, the connection between the bus bar and the coil is easy, and the bus bar Since the slot through which the cooling air flows is not blocked, cooling performance may be secured and the overall structure of the motor may be simplified.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional toroidal motor.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a toroidal motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view from the top of the coupling of the bus bar assembly and the stator.
  • FIG. 4 is a view showing through the bus bar assembly in FIG. 3;
  • FIG. 5 schematically illustrates a cross-sectional side view of the motor of FIG. 2 .
  • FIG. 6 and 7 show the connection structure between the bus bar assembly and the coil in FIG. 5 in more detail.
  • FIG. 8 schematically illustrates a side surface of a motor according to an example of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing FIG. 5 again.
  • FIG. 10 is a diagram of a motor having a structure different from that of the motor of the present invention.
  • the motor 10 of the present invention includes a stator 100 including yokes 110 and teeth 120 and , The coil 200 and the rotor 20 may be formed.
  • the rotor 20 is disposed inside the stator 100 and rotates in the motor, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the yoke 110 of the stator 100 is formed in an annular shape, and more specifically, may have a cylindrical shape having a predetermined width in the radial direction and a predetermined thickness in the axial direction.
  • each tooth 120 includes an inner tooth 120A and an outer tooth 120B protruding radially inward and outward at one point of the yoke 110, respectively, and the inner tooth 120A and the outer It may be made of a structure extending from each other through a portion of the yoke 110 located between the teeth 120B, and by forming a slot 130 corresponding to an empty space between two adjacent teeth 120 spaced apart along the circumferential direction, A space in which the coil 200 is accommodated may be provided.
  • the slot 130 may be composed of an inner slot 130A located radially inside of the yoke 110 with respect to the yoke 110 and an outer slot 130B located radially outside the yoke 110,
  • the motor 10 of the present invention may have a total of 12 slots as shown.
  • 'radial inner side' and 'radial outer side' are simply referred to as 'inner side' and 'outer side', respectively.
  • the coils 200 may be wound between two adjacent teeth 120 among the plurality of teeth 120 and around the yoke 110 , respectively. That is, the motor 10 of the present invention is a toroidal motor in which a coil is wound around a yoke, and each coil 200 may be wound around the yoke 110 located in each slot 130 .
  • the front end portion 200A at which winding of each coil 200 starts may be located inside the yoke 110.
  • the present invention can start the winding of the coil 200 from the inside of the yoke 110 in the radial direction, and accordingly, the front end of the coil 200A is positioned inside the yoke 110, that is, inside the slot 130A. can be done
  • the end portion 200B at which winding of each coil 200 ends may be located outside the yoke 110 .
  • the present invention starts the winding of the coil 200 from the inner side of the yoke 110 in the radial direction, and after winding the coil 200 in one direction, the outer side of the coil 200 in the radial direction of the yoke 110 The winding may come to an end, and accordingly, the distal end 200B of the coil may be positioned on the outside of the yoke 110, that is, in the outer slot 130B.
  • the front end portion 200A of the coil is positioned adjacent to the inner surface 110A in the radial direction of the yoke 110, and the yoke ( As the winding of the coil 200 ends at the outer side of the 110, the distal end 200B of the coil can be spaced apart from the outer surface 100B in the radial direction of the yoke 110.
  • the front end 200A of each coil may be positioned adjacent to one of the two teeth 120 located on both sides of each coil, and the distal end 200B of each coil ) may be located adjacent to the other tooth 120 of the two teeth 120. That is, referring to the drawing, as shown, the front end 200A of the coil may be positioned adjacent to the tooth 120 located on the right side of the two teeth 120 on both sides forming the slot 130, The distal end 200B of the coil may be positioned adjacent to the tooth 120 located on the left side of the two teeth 120 .
  • the front end and the end of the coil can be spaced apart as much as possible, which is advantageous in terms of securing space when connecting a bus bar and a coil, which will be described later.
  • FIG. 3 is a view from above of the bus bar assembly and the stator coupled
  • FIG. 4 is a view showing through the bus bar assembly in FIG. 3, as shown, the motor 10 of the present invention is a bus bar assembly ( 300) may be further included.
  • the bus bar assembly 300 is a component electrically connected to the coils 200 to supply electricity to the coils 200, and the bus bar assembly 300 largely includes an assembly body 310 and a plurality of bus bars 320. ) can be made including.
  • the assembly body 310 is formed in an annular shape and, like the yoke 110, may have a cylindrical shape having a predetermined width in the radial direction and a predetermined thickness in the axial direction.
  • a power line 301 may be installed inside the assembly body 310, and the power line may consist of A, B, C, and N lines, for example, in a three-phase, four-wire type as shown.
  • one or more connection terminals 330 connected to an external power source may be provided on each of the lines A, B, and C, and each connection terminal 330 is configured to protrude outward in the radial direction of the bus bar body 310.
  • each connection terminal 330 has a through hole 335 through which a nut can pass through the central portion of each connection terminal 330 to facilitate connection between each connection terminal 330 and an external terminal through a nut. There may be.
  • the connection terminal 330 not only facilitates coupling between external terminals, but also facilitates coupling between the assembly body and the stator, and the connection terminal performs a bracket function for coupling between the assembly body, the stator, and the external terminal.
  • the radial width L_310 of the assembly body 310 may be smaller than or equal to the radial width L_110 of the yoke 110 .
  • the assembly body 310 may be disposed parallel to the yoke 110 in the axial direction.
  • the assembly body 310 and the yoke 110 may be concentric, and the assembly body 310 is arranged axially with the yoke 110 so that the assembly body 310 is viewed based on the drawings.
  • the body 310 may be disposed on the top or upper surface of the yoke 110 . That is, the assembly body 310 may have substantially the same size and shape as the yoke 110 and may be disposed on the upper portion of the yoke 110 and coupled to the yoke 110 in parallel.
  • the assembly body 310 As the assembly body 310 is arranged side by side on the upper part of the yoke 110 as described above, the assembly body does not cover the inner and outer cooling passages for cooling the coil, that is, the rest of the slot except for the portion occupied by the coil, so that the empty slot is not covered. The flow of the cooling air flowing between the spaces is not disturbed, and thus the cooling efficiency of the coils in the motor by the cooling air can be increased.
  • a plurality of bus bars 320 may protrude from the assembly body 310 in a radial direction.
  • the bus bar 320 may be configured to be connected to any one of the aforementioned power lines 301, and some of the plurality of bus bars 320 protrude radially inward of the assembly body 310. And, the rest may be configured to protrude outward in the radial direction of the assembly body 310. More specifically, taking FIG. 4 as an example, in the case of lines A, B, and C, bus bars 320 may be provided at both ends of lines A, B, and C, respectively.
  • N The protruding direction of the bus bar 320 provided on the line may be configured such that an inner direction and an outer direction alternate with each other along line N.
  • the bus bar 320 has a hook shape and may be coupled to either the front end 200A or the end 200B of each coil 200 . More specifically, the bus bar 320 may be formed of a hook structure in the form of a memory, and after placing the front end 200A or the rear end 200B of the coil between the bent hooks, the hook is pressed or the hook and the coil are separated. The hook and the coil may be fastened to each other by welding.
  • FIG. 5 schematically shows a side cross-section of the motor of FIG. 2.
  • the left part of the above figure shows a cross section including the front end of the coil
  • the right part of the above figure in FIG. 5 shows the end part of the coil.
  • the front end (200A) of the coil is located on the inside of the yoke 110 adjacent to the inner surface in the radial direction of the yoke 110
  • the distal end (200B) of the coil is of the yoke 110. It may be located on the outside of the yoke 110 adjacent to and spaced apart from the radially outer surface.
  • connection structure between the bus bar assembly and the coil in FIG. shows in detail the connection structure between the bus bar assembly and the coil in FIG. ) or a connection structure between the rear end portions 200B.
  • a protrusion 115 is provided between two adjacent coils 200 among coils 200.
  • the protruding portion 115 protrudes in the axial direction from the yoke 110 located between the inner and outer teeth 120A and 120B of each tooth 120, and the protruding part protrudes from at least one of the inner and outer sides in the radial direction. It may be extended to form a more protruding shape from the inner tooth 120A or the outer tooth 120B, and may be provided on the top and bottom of the yoke 110, respectively, or provided only on one side of the top and bottom.
  • protrusions 115 may protrude more in the axial direction than the portion of the yoke 110 around which each coil 200 is wound.
  • the protrusion 115 extends directly from the stator 100, that is, the yoke 110 and the coil 200, and is integrally formed with the yoke 110 to the coil 200, or the yoke 110 to the coil 200. ) and may be made of a separate structure.
  • the protruding portion 115 is provided between the two adjacent coils 200 as described above, even if the coil is wound many times and becomes thick, it is possible to prevent the coil from falling out to the outside of each slot, and to securely separate the two adjacent coils from each other. can make it.
  • the upper surface 110U of the wound coil and the upper surface 115U of the protrusion can be formed on substantially the same side, and thus the lower surface of the assembly body 310, that is, the assembly body 310 ) Of the yoke 110 and the opposite side can be formed flat. This simplifies the structure of the assembly body 310 and further increases the convenience of manufacturing the motor.
  • FIG. 9 is a view showing FIG. 5 again.
  • the winding of the coil 200 starts from the inside of the yoke 110 so that the front end portion 200A of the coil is located inside the yoke 110 and at the same time
  • each bus bar 320 protrudes from the assembly body 310 in the radial direction so that each bus bar 320 is combined with the front end 200A of each coil or the end 200B of the coil.
  • this motor can be mounted in the housing 30, for example, the housing 30 is composed of an outer housing 31 surrounding the outside of the stator and a rotor side housing 32 covering the inside of the stator or the outside of the rotor. It can be done.
  • the front end 200A of the coil is located inside the yoke 110, so that sufficient space is secured between the rotor 20 and the front end 200A of the coil when the motor is mounted in the housing 30.
  • the coil 200 more specifically, there is an advantage in securing an insulation distance between the front end portion 200A corresponding to one end of the coil and the rotor side housing 32.
  • FIG. 10 is a view of a motor having a structure different from that of the motor of the present invention.
  • the coil 200' starts winding from the outside of the yoke 110', 110 '
  • the front end portion 200A' of the coil is located outside the yoke 110'
  • the distal end portion 200B' of the coil is located inside the yoke 110'.
  • the insulation housing 30' is mounted on the motor
  • the rotor 20' and the distal end 200B' of the coil are configured close together, causing interference with the rotor side housing 32' or making it difficult to secure the insulation distance.
  • the problem is that it's practically impossible.
  • the distal end 200A of the coil is positioned outside the yoke 110 so that the distal end 200A of the coil and the rotor 20 are maximally spaced apart, thereby providing sufficient contact with the rotor side housing 32. Insulation distance can be secured.
  • the bus bar is installed in a structure that covers both the inner slot and the outer slot, whereas in the present invention, the bus bar is disposed on the upper part of the yoke part and the front end and end part of the coil are installed on one side of the axial direction of the yoke. That is, by extending to the upper part of the yoke and fastening the bus bar and the coil to each other, it is easy to fasten the coil and the bus bar, the space occupied by the end of the coil and the bus bar inside the motor room can be reduced, and the bus bar blocks the slot for cooling air. can be prevented from interfering with the flow of
  • the winding equipment can be simplified and the process time can be shortened. Since the bar assembly is configured compactly, the total length of the motor can be shortened, and the overall structure of the motor can be greatly simplified.

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Abstract

본 발명은 요크에 코일이 권선되는 토로이달 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 요크의 내측에서부터 코일의 권선을 시작하여 로터측 하우징과의 충분한 절연거리를 확보할 수 있고, 버스바 어셈블리를 요크의 상부에 배치하여 버스바와 코일 간 결선이 용이하며, 버스바가 냉각 공기가 유동되는 슬롯을 가리지 않도록 구성됨으로써 냉각 성능을 확보함과 동시에, 모터의 전체 구조를 간소화할 수 있는 토로이달 모터에 관한 것이다.

Description

토로이달 모터
본 발명은 요크에 코일이 권선되는 토로이달 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 요크의 내측에서부터 코일의 권선을 시작하여 로터측 하우징과의 충분한 절연거리를 확보할 수 있고, 버스바 어셈블리를 요크의 상부에 배치하여 버스바와 코일 간 결선이 용이하며, 버스바가 냉각 공기가 유동되는 슬롯을 가리지 않도록 구성됨으로써 냉각 성능을 확보함과 동시에, 모터의 전체 구조를 간소화할 수 있는 토로이달 모터에 관한 것이다.
전기 모터는 고정자에 코일을 권선하고, 코일에 전기를 공급하여 전자기를 유도하게 되는데, 권선하는 방식에 따라 집중권, 분포권, 토로이달 방식 등으로 나뉜다.
집중권 방식은 고정자의 티스에 코일을 권선하는 방식으로, 1극 1상의 슬롯수가 1개이기 때문에 코일의 권선이 용이하여 양산성이 우수한 장점이 있으나, 코일이 특정 부분에 집중되어 권선됨으로써 자속(전자기력) 또한 특정 부분에 집중되게 되어 효율이 떨어지고 발열 손실이 높은 단점이 있다.
분포권은 방식은 1상대의 코일을 2개 이상의 슬롯으로 나누어 권선하는 방식으로, 집중권에 비해 보다 세분화된 자속 분포를 가짐에 따라 효율과 발열 손실이 우수한 장점이 있으나, 좁은 슬롯 입구로 인해 권선이 용이하지 않고 결선이 까다로워 양산성이 떨어지는 단점이 있다.
토로이달 방식은 위 방식들의 단점을 보완하기 위해 개발된 것으로서, 고정자의 원형 요크에 코일을 권선하는 방식으로, 분포권에 비해 권선이 용이하여 양산성이 우수하고, 집중권에 비해 세분화된 자속 분포를 가짐에 따라 효율이나 발열 손실이 우수한 장점을 갖는다.
도 1에는 종래의 토로이달 모터(2)의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 토로이달 모터(2)는 원통형상의 하우징(3); 원통형상의 요크부(4)와, 요크부(4) 내면의 외주방향을 따라 일정거리 이격되어 돌출되는 티스부(5)와, 요크부(4) 외주면으로부터 외주방향을 따라 일정거리 이격되어 돌출되는 하우징지지부(6)를 포함하는 고정자(7); 및 상기 요크부(4)의 둘레에 권선되는 코일(8)을 포함한다.
이와 같은 토로이달 모터의 경우, 권선이 완료된 후 코일에 전기를 공급하기 위한 결선 공정을 수행해야 하며, 이를 위해 버스바가 사용될 수 있다. 이때 버스바의 위치에 따라 하우징 또는 회전체와의 간섭이 발생하게 되어 이를 회피하기 위해 모터 전체의 패키징이 불필요하게 증가시키고, 버스바의 위치에 따라 코일의 선단과 말단을 버스바까지 가져와야 하는 번거로움이 있어 공정시간 및 설비 복잡성을 증가시키는 문제가 있다. 또한, 코일의 선단 및 후단과 버스바가 연결되는 부분이 쉽게 노출되지 않아 버스바를 조립하기 어렵고, 조립 후 이들을 압착하거나 용접하는 것에 불리한 문제가 있다.
일본 공개특허공보 제2004-286687호는 버스바를 요크부 위에 바로 위치시켜 코일의 선단과 말단을 각각의 티스 표면에 노출된 버스바에 바로 결선하는 방식의 토로이달 모터를 개시하고 있으며, 이는 패키지를 간소화할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 해당 발명의 경우, 전류 용량이 큰 모터에서는 버스바의 단면적이 충분히 커야 하기 때문에 요크부의 폭만을 가지고는 버스바 구성이 불가능하고, 모든 버스바와 권선간의 거리가 매우 가깝기 때문에 전압이 높은 모터의 경우 충분한 절연 성능을 얻는 것에 한계가 있으며, 요크부 표면에 위치한 버스바와 인슐레이터로 인해 코일이 불필요하게 와인딩되어 권선의 총길이가 불필요하게 증가하고, 이로 인해 코일의 저항 증가로 인한 코일 손실이 증가하게 되는 문제가 있다.
[선행기술문헌]
일본 공개특허공보 제2006-101656호(2006.04.13. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 구체적으로는 요크의 내측에서부터 코일의 권선을 시작하여 로터측 하우징과의 충분한 절연거리를 확보할 수 있고, 버스바 어셈블리를 요크의 상부에 배치하여 버스바와 코일 간 결선이 용이하며, 버스바가 냉각 공기가 유동되는 슬롯을 가리지 않도록 구성됨으로써 냉각 성능을 확보함과 동시에, 모터의 전체 구조를 간소화할 수 있는 토로이달 모터를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 토로이달 모터는, 환형의 요크; 상기 요크에서 반경방향으로 돌출되며, 상기 요크의 원주방향을 따라 서로 이격되어 구비되는 복수개의 티스; 및 상기 복수개의 티스 중 인접한 두 티스 사이이자, 상기 요크의 둘레에 각각 권선되는 코일들;을 포함하고, 상기 코일들 각각은, 상기 각 코일의 권선이 시작되는 선단부가 상기 요크의 반경방향 내측에 위치할 수 있다.
상기 코일들 각각은, 상기 각 코일의 권선이 끝나는 말단부가 상기 요크의 반경방향 외측에 위치할 수 있다.
상기 각 코일의 선단부와 말단부는, 각각 상기 요크의 축방향 일측으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 각 코일의 선단부는 상기 요크의 반경방향 내측면에 인접하여 위치되고, 상기 각 코일의 말단부는 상기 요크의 반경방향 외측면으로부터 이격되어 위치될 수 있다.
상기 각 코일의 선단부는 상기 각 코일의 양측에 위치한 두 티스 중 어느 하나의 티스와 인접하여 위치될 수 있다.
상기 각 코일의 말단부는 상기 두 티스 중 다른 하나의 티스에 인접하여 위치될 수 있다.
상기 코일들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리;를 더 포함하고, 상기 버스바 어셈블리는 환형의 어셈블리 몸체와, 상기 어셈블리 몸체에서 반경방향으로 돌출되는 복수의 버스바를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 어셈블리 몸체의 반경방향 폭은 상기 요크의 반경방향 폭에 비해 작거나 같을 수 있다.
상기 어셈블리 몸체는 상기 요크와 축방향으로 나란하게 배치될 수 있다.
상기 복수의 버스바 각각은 후크 형태로 이루어져, 상기 각 코일의 선단부와 말단부 중 어느 하나와 결합될 수 있다.
상기 복수의 버스바는, 일부가 상기 어셈블리 몸체의 반경방향 내측으로 돌출되고, 나머지 일부가 상기 어셈블리 몸체의 반경방향 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리는 외부의 전원과 연결되는 연결단자를 더 포함하고, 상기 연결단자는 상기 어셈블리 몸체에서 반경방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
상기 연결단자의 중앙 부분에는 상기 연결단자를 관통하는 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.
상기 코일들 중 인접한 두 코일 사이에는, 상기 각 코일이 권선되는 요크 부분에 비해 축방향으로 더 돌출된 돌출부가 마련될 수 있다.
상기 어셈블리 몸체는, 상기 요크와 대향하는 면인 상기 어셈블리 몸체의 하부면이 편평할 수 있다.
본 발명에 의하면, 요크의 내측에서부터 코일의 권선을 시작하여 로터측 하우징과의 충분한 절연거리를 확보할 수 있고, 버스바 어셈블리를 요크의 상부에 배치하여 버스바와 코일 간 결선이 용이하며, 버스바가 냉각 공기가 유동되는 슬롯을 가리지 않도록 구성됨으로써 냉각 성능을 확보함과 동시에, 모터의 전체 구조를 간소화할 수 있다.
도 1은 종래의 토로이달 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 토로이달 모터의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 버스바 어셈블리와 고정자가 결합된 것을 상부에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 3에서 버스바 어셈블리를 투과하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 모터의 측단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6, 7은 도 5에서 버스바 어셈블리와 코일 간의 연결구조를 보다 상세히 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 모터의 측면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 도 5를 다시 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 모터와 다른 구조를 가지는 모터의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 토로이달 모터의 단면을 나타낸 도면로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 모터(10)는 크게 요크(110)와 티스(120)를 포함하는 고정자(100)와, 코일(200)과, 로터(20)로 이루어질 수 있다. 로터(20)는 고정자(100) 내측에 배치되어 모터에서 회전하는 부분으로서, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
고정자(100)의 요크(110)는 환형으로 이루어지며, 보다 구체적으로 반경방향으로 소정의 폭을 가지고 축방향으로 소정의 두께를 가지는 원통 형태일 수 있다.
고정자(100)의 티스(120)는 요크(110)에서 반경방향으로 돌출되며, 요크(110)의 원주방향을 따라 서로 이격되어 복수개가 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각 티스(120)는 요크(110)의 일 지점에서 반경방향 내측과 외측으로 각각 돌출된 내측 티스(120A)와 외측 티스(120B)를 포함하고, 내측 티스(120A)와 외측 티스(120B) 사이에 위치한 요크(110) 부분을 통해 서로 연장된 구조로 이루어질 수 있으며, 원주방향을 따라 인접한 두 티스(120)의 이격된 사이에 빈 공간에 해당하는 슬롯(130)을 형성하여 코일(200)이 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 슬롯(130)은 요크(110)를 기준으로 요크(110)의 반경방향 내측에 위치하는 내측 슬롯(130A)과 요크(110)의 반경방향 외측에 위치하는 외측 슬롯(130B)으로 이루어질 수 있으며, 예를들어 본 발명의 모터(10)는 도시된 바와 같이 총 12개의 슬롯을 가질 수 있다. 이하 본 발명에서'반경방향 내측'과 '반경방향 외측'을 각각, 단순히 '내측'과 '외측'이라 하기도 한다.
코일(200)들은 복수개의 티스(120) 중 인접한 두 티스(120) 사이이자, 요크(110)의 둘레에 각각 권선될 수 있다. 즉, 본 발명의 모터(10)는 코일이 요크에 권선되는 토로이달 모터로서, 각 코일(200)은 각 슬롯(130)에 위치한 요크(110)의 둘레에 권선될 수 있다.
이때, 본 발명은 각 코일(200)에 있어서 각 코일(200)의 권선이 시작되는 선단부(200A)가 요크(110)의 내측에 위치할 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 요크(110)의 반경방향 내측에서부터 코일(200)의 권선을 시작할 수 있으며, 이에 따라 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 내측, 즉 내측 슬롯(130A)에 위치하게 될 수 있다.
그리고, 각 코일(200)의 권선이 끝나는 말단부(200B)는 요크(110)의 외측에 위치할 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 요크(110)의 반경방향 내측에서부터 코일(200)의 권선을 시작하고, 일 방향으로 코일(200)을 권선한 이후 요크(110)의 반경방향 외측에서 코일(200)의 권선이 끝나게 될 수 있으며, 이에 따라 코일의 말단부(200B)가 요크(110)의 외측, 즉 외측 슬롯(130B)에 위치하게 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 요크(110)의 내측에서부터 코일(200)의 권선을 시작함에 따라 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 반경방향 내측면(110A)에 인접하여 위치되고, 요크(110)의 외측에서 코일(200)의 권선이 끝나게 됨에 따라 코일의 말단부(200B)가 요크(110)의 반경방향 외측면(100B)으로터 이격되어 위치될 수 있게 된다.
또한, 도 2를 다시 참조하면, 각 코일의 선단부(200A)는 각 코일의 양측에 위치한 두 티스(120) 중 어느 하나의 티스(120)와 인접하여 위치될 수 있으며, 각 코일의 말단부(200B)는 상기의 두 티스(120) 중 다른 하나의 티스(120)에 인접하여 위치될 수 있다. 즉, 도면을 기준으로 설명하면, 도시된 바와 같이 코일의 선단부(200A)는 슬롯(130)을 형성하는 양측의 두 티스(120) 중 우측에 위치한 티스(120)에 인접하여 위치될 수 있고, 코일의 말단부(200B)는 상기 두 티스(120) 중 좌측에 위치한 티스(120)에 인접하여 위치될 수 있다. 이와 같이 코일의 선단부와 말단부를 슬롯 내에서 서로 상이한 위치에 배치함으로써 코일의 선단부와 말단부가 최대한 이격될 수 있으며, 이는 후술하는 버스바와 코일 간의 결선 시 공간 확보 측면에서 유리하다.
이하에서는 본 발명의 일 예에 따른 버스바 어셈블리에 대해 살펴보기로 한다. 도 3은 버스바 어셈블리와 고정자가 결합된 것을 상부에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 3에서 버스바 어셈블리를 투과하여 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 모터(10)는 버스바 어셈블리(300)를 더 포함할 수 있다.
버스바 어셈블리(300)는 코일(200)에 전기를 공급하기 위하여 코일(200)들과 전기적으로 연결되는 구성으로서, 버스바 어셈블리(300)는 크게 어셈블리 몸체(310)와 복수의 버스바(320)를 포함하여 이루어질 수 있다.
어셈블리 몸체(310)는 환형으로 이루어지며, 요크(110)와 마찬가지로 반경방향으로 소정의 폭을 가지고 축방향으로 소정의 두께를 가지는 원통 형태일 수 있다. 어셈블리 몸체(310)의 내부에는 전원선(301)이 내설되어 있을 수 있으며, 전원선은 예를 들어 도시된 바와 같이 3상 4선식으로 이루어져 A, B, C, N 선으로 이루어질 수 있다. 이때 A, B, C 선 각각에는 외부의 전원과 연결되는 연결단자(330)가 하나 이상 구비될 수 있고, 각 연결단자(330)는 버스바 몸체(310)의 반경방향 외측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 나아가 각 연결단자(330)에는 각 연결단자(330)와 외부 터미널 간 너트를 통해 서로 연결이 용이하도록 각 연결단자(330)의 중앙 부분에 너트가 통과될 수 있는 관통홀(335)이 형성되어 있을 수 있다. 연결단자(330)는 외부 터미널간의 결합을 용이하게 할 뿐만 아니라, 어셈블리 몸체와 고정자 간의 결합을 용이하게 할 수 있는 것으로서, 연결단자는 어셈블리 몸체, 고정자, 외부 터미널 간의 결합을 위한 브라켓 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 어셈블리 몸체(310)의 반경방향 폭(L_310)은 요크(110)의 반경방향 폭(L_110)에 비해 작거나 같을 수 있다. 그리고, 어셈블리 몸체(310)는 요크(110)와 축방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 어셈블리 몸체(310)와 요크(110)는 동심원일 수 있고, 어셈블리 몸체(310)는 요크(110)와 축방향으로 나란히 배치되어 도면을 기준으로 볼 때 어셈블리 몸체(310)가 요크(110)의 상부 내지 상부면에 배치될 수 있다. 즉, 어셈블리 몸체(310)는 요크(110)와 실질적으로 동일한 크기와 형태를 가져 요크(110)의 상부에 배치되어 요크(110)와 나란하게 결합되도록 구성될 수 있다.
이와 같이 어셈블리 몸체(310)가 요크(110)의 상부에 나란히 배치됨에 따라, 어셈블리 몸체가 코일을 냉각하는 내외측 냉각 유로, 즉 슬롯 중 코일이 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분을 가리지 않게 됨으로써 슬롯의 빈 공간 사이로 흐르는 냉각 공기의 유동을 방해하지 않으며, 이에 따라 냉각 공기에 의한 모터 내 코일 등의 냉각 효율이 증가될 수 있다.
버스바(320)는 어셈블리 몸체(310)에서 반경방향으로 돌출되어 복수개가 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이 버스바(320)는 상술한 각 전원선(301) 중 어느 하나와 연결되도록 구성될 수 있으며, 복수의 버스바(320) 중 일부는 어셈블리 몸체(310)의 반경방향 내측으로 돌출되고, 나머지는 어셈블리 몸체(310)의 반경방향 외측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 예로 들면, A, B, C 선의 경우에는 A, B, C 선 각각의 양측 단부에 버스바(320)가 각각 구비될 수 있고, 이때 일측 단부의 버스바(320)가 몸체의 내측으로 돌출되면 타측 단부의 버스바(320)는 몸체의 외측으로 돌출되도록 구성될 수 있으며, N선의 경우에는 N선 각각의 양측 단부 뿐만 아니라 중간에도 버스바가 구비될 수 있고, 이때 N선에 구비되는 버스바(320)의 돌출방향은 N선을 따라 내측 방향과 외측 방향이 서로 교번되도록 구성될 수 있다.
나아가, 도 3, 4에 도시된 바와 같이 버스바(320)는 후크 형태로 이루어져, 각 코일(200)의 선단부(200A)와 말단부(200B) 중 어느 하나와 결합될 수 있다. 보다 구체적으로 버스바(320)는 기억자 형태의 후크 구조로 이루어질 수 있고, 후크의 절곡된 사이에 코일의 선단부(200A) 또는 후단부(200B)를 위치시킨 이후 후크를 압착하거나 후크와 코일을 용접하여 후크와 코일이 서로 체결될 수 있다.
도 5는 도 2의 모터의 측단면을 개략적으로 나타낸 것으로서, 도 5에서 위의 도면의 좌측부분은 코일의 선단부를 포함하는 단면을 나타내고, 도 5에서 위의 도면의 우측부분은 코일의 말단부를 포함하는 단면을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 모터는 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 반경방향 내측면에 인접하여 요크(110)의 내측에 위치하고, 코일의 말단부(200B)가 요크(110)의 반경방향 외측면으로부터 이격되어 인접하여 요크(110)의 외측에 위치할 수 있다.
도 6, 도 7은 도 5에서 버스바 어셈블리와 코일 간의 연결 구조를 보다 상세히 나타낸 것으로서, 이를 통해 상술한 각 전원선(301), 즉 A, B, C, N 선들 각각과 코일의 선단부(200A) 또는 후단부(200B) 간의 연결 구조를 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 모터의 측면을 개략적으로 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 모터(10)는, 코일(200)들 중 인접한 두 코일(200) 사이에 돌출부(115)가 마련될 수 있다. 즉, 돌출부(115)는 각 티스(120)의 내측 티스(120A)와 외측 티스(120B) 사이에 위치한 요크(110)에서부터 축방향으로 돌출되고, 돌출된 부분이 반경방향 내측과 외측 중 적어도 일측으로 연장되어 내측 티스(120A) 또는 외측 티스(120B)로부터 더 돌출된 형태로 이루어질 수 있으며, 요크(110)의 상부와 하부로 각각 마련되거나 또는 상부와 하부 중 일측에만 마련될 수 있다. 이러한 돌출부(115)는 각 코일(200)이 권선되는 요크(110) 부분에 비해 축방향으로 더 돌출될 수 있다. 또한, 돌출부(115)는 고정자(100), 즉 요크(110)와 코일(200)로부터 직접 연장되어 요크(110) 내지 코일(200)과 일체로 이루어지거나, 또는 요크(110) 내지 코일(200)과는 별개의 구조물로 이루어질 수 있다.
이와 같이 인접한 두 코일(200) 사이에 돌출부(115)가 마련됨에 따라, 코일이 다수회 권선되어 두꺼워지더라도 코일이 각 슬롯 외측으로 탈락되는 것을 방지할 수 있고, 인접한 두 코일을 서로 확실하게 분리시킬 수 있다. 또한, 돌출부가 마련됨으로써 권선된 코일의 상부면(110U)과 돌출부의 상부면(115U)이 대략 동일 편면상에 형성될 수 있고, 이에 따라 어셈블리 몸체(310)의 하부면, 즉 어셈블리 몸체(310) 중 요크(110)와 대향하는 면을 편평하게 형성할 수 있다. 이는 어셈블리 몸체(310)의 구조를 간단하게 하여 모터의 제작 편이성을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 9는 도 5를 다시 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 코일(200)은 요크(110)의 내측에서부터 권선이 시작되어 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 내측에 위치함과 동시에 요크(110)의 축방향 일측 즉 도면상 요크(110)의 상부로 연장되어 형성되고, 요크(110)의 외측에서 코일(200)의 권선이 끝나게 코일의 말단부(200B)가 요크(110)의 외측에 위치함과 동시에 요크(110)의 축방향 일측 즉 도면상 요크(110)의 상부로 연장되어 형성되며, 어셈블리 몸체(310)가 요크(110)의 축방향으로 나란하게 배치되어 도면상 요크(110)의 상부에 배치되고, 어셈블리 몸체(310)로부터 버스바(320)가 반경방향으로 돌출되어 각 버스바(320)가 각 코일의 선단부(200A) 또는 코일의 말단부(200B)와 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 이러한 모터는 하우징(30) 내에 장착될 수 있으며, 예를들어 하우징(30)은 고정자의 외측을 감싸는 외측 하우징(31)과 고정자의 내측 내지 로터의 외측을 감싸는 로터측 하우징(32)으로 이루어질 수 있다. 이때 본 발명은 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 내측에 위치하게 됨으로써, 모터를 하우징(30) 내에 장착할 시 로터(20)와 코일의 선단부(200A) 사이에 충분한 여유공간이 확보됨에 따라 코일(200) 보다 구체적으로 코일의 일측 단부에 해당하는 선단부(200A)와 로터측 하우징(32)과의 절연 거리 확보에 유리한 이점이 있다.
도 10은 본 발명의 모터와 다른 구조를 가지는 모터의 도면으로서, 도 10의 모터(10')는 본 발명과 달리 코일(200')이 요크(110')의 외측에서부터 권선이 시작되어 요크(110')의 내측에서 끝나게 됨에 따라, 본 발명과 반대로 코일의 선단부(200A')가 요크(110')의 외측에 위치하고 코일의 말단부(200B')가 요크(110')의 내측에 위치하는 구조를 가진다. 이 경우, 모터에 절연 하우징(30')을 장착할 시 로터(20')와 코일의 말단부(200B')가 근접하게 구성됨으로써 로터측 하우징(32')과의 간섭이 발생하거나 절연거리 확보가 실질적으로 불가능하다는 문제가 있다. 이에 반해 본 발명은 상술한 바와 같이 코일의 선단부(200A)가 요크(110)의 외측에 위치함으로써 코일의 선단부(200A)와 로터(20)가 최대한 이격됨으로써, 로터측 하우징(32)과의 충분한 절연 거리를 확보할 수 있다.
또한, 종래 코일과 버스바간의 체결 방식은 버스바가 내측 슬롯과 외측 슬롯을 모두 가리는 구조로 설치되던 것에 반해, 본 발명은 버스바를 요크부 상부에 배치시키고 코일의 선단부와 말단부를 요크의 축방향 일측 즉 요크의 상부로 연장형성하여 버스바와 코일을 서로 체결시킴으로써, 코일과 버스바 간의 체결이 용이하고, 코일의 단부와 버스바가 모터실 내부에서 차지하는 공간을 줄일 수 있으며, 버스바가 슬롯을 막아 냉각 공기의 유동에 방해가 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 모든 코일의 선단부의 위치가 내측 슬롯으로 통일됨으로써 권선 설비를 단순화하고 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 어셈블리 몸체를 환형으로 형성하여 요크와 나란히 배치시킴으로써 냉각 공기 유동을 더욱 원활히 함과 동시에, 버스바 어셈블리가 컴팩트하게 구성됨으로써 모터의 전장길이의 단축이 가능하며, 모터의 전체적인 구조를 매우 간소화할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
[부호의 설명]
10: 토로이달 모터
100: 고정자
110: 요크
115: 돌출부
120: 티스
130: 슬롯
200: 코일
200A: 코일의 선단부
200B: 코일의 말단부
300: 버스바 어셈블리
310: 어셈블리 몸체
320: 버스바
330: 연결단자
20: 로터
30: 하우징

Claims (15)

  1. 환형의 요크;
    상기 요크에서 반경방향으로 돌출되며, 상기 요크의 원주방향을 따라 서로 이격되어 구비되는 복수개의 티스; 및
    상기 복수개의 티스 중 인접한 두 티스 사이이자, 상기 요크의 둘레에 각각 권선되는 코일들;을 포함하고,
    상기 코일들 각각은,
    상기 각 코일의 권선이 시작되는 선단부가 상기 요크의 반경방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일들 각각은,
    상기 각 코일의 권선이 끝나는 말단부가 상기 요크의 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 코일의 선단부와 말단부는, 각각 상기 요크의 축방향 일측으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 각 코일의 선단부는 상기 요크의 반경방향 내측면에 인접하여 위치되고,
    상기 각 코일의 말단부는 상기 요크의 반경방향 외측면으로부터 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 코일의 선단부는 상기 각 코일의 양측에 위치한 두 티스 중 어느 하나의 티스와 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 코일의 말단부는 상기 두 티스 중 다른 하나의 티스에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리;를 더 포함하고,
    상기 버스바 어셈블리는
    환형의 어셈블리 몸체와, 상기 어셈블리 몸체에서 반경방향으로 돌출되는 복수의 버스바를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 어셈블리 몸체의 반경방향 폭은
    상기 요크의 반경방향 폭에 비해 작거나 같은 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 어셈블리 몸체는 상기 요크와 축방향으로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 버스바 각각은 후크 형태로 이루어져, 상기 각 코일의 선단부와 말단부 중 어느 하나와 결합되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 버스바는, 일부가 상기 어셈블리 몸체의 반경방향 내측으로 돌출되고, 나머지 일부가 상기 어셈블리 몸체의 반경방향 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는 외부의 전원과 연결되는 연결단자를 더 포함하고,
    상기 연결단자는 상기 어셈블리 몸체에서 반경방향으로 돌출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연결단자의 중앙 부분에는 상기 연결단자를 관통하는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 코일들 중 인접한 두 코일 사이에는,
    상기 각 코일이 권선되는 요크 부분에 비해 축방향으로 더 돌출된 돌출부가 마련되는 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 어셈블리 몸체는, 상기 요크와 대향하는 면인 상기 어셈블리 몸체의 하부면이 편평한 것을 특징으로 하는, 토로이달 모터.
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