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WO2013081225A1 - 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량 - Google Patents

전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량 Download PDF

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Publication number
WO2013081225A1
WO2013081225A1 PCT/KR2011/009335 KR2011009335W WO2013081225A1 WO 2013081225 A1 WO2013081225 A1 WO 2013081225A1 KR 2011009335 W KR2011009335 W KR 2011009335W WO 2013081225 A1 WO2013081225 A1 WO 2013081225A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
stator
slots
layer
slot
Prior art date
Application number
PCT/KR2011/009335
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
한승도
송정현
임준영
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
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Priority to EP11869192.2A priority patent/EP2698901B1/en
Priority to KR1020127029016A priority patent/KR101339410B1/ko
Priority to PCT/KR2011/009335 priority patent/WO2013081225A1/ko
Priority to US13/809,389 priority patent/US9166451B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a stator of an electric machine, an electric motor having the motor, and an electric motor having the motor. More particularly, the present invention relates to a stator of an electric machine capable of increasing the number of rotations, An electric motor, and an electric vehicle.
  • generators such as an alternator and / or a generator and motors such as a motor and / or a linear motor (hereinafter referred to as " an electric machine & And a mover that moves relative to the stator.
  • the stator of the electric machine may include a stator core having a plurality of slots (SLOT), and a stator winding wound on the slots.
  • SLOT stator core having a plurality of slots
  • the stator winding may be constituted by a method of winding a relatively thin diameter wire (strand) many times inside the slot or a method of intensively winding a wire on a pole (pole).
  • the operating efficiency may be lowered because the ratio of the occupied area (cross-sectional area) of the conductor (coil) to the cross-sectional area of the slot is relatively small.
  • the conventional stator winding method using such a thin diameter wire there is a limitation in increasing the cross-sectional area ratio of the conductor to the slot, which limits the power density and efficiency.
  • the number of turns is not easy to adjust and there is a limit to high-speed operation (for example, 7000 rpm (revolution per minute) or more).
  • the present invention provides a stator comprising: a stator core having a plurality of slots; And a stator winding in which a winding having a rectangular cross section or a circular cross section is wound in a line in the slot, wherein the stator winding has a plurality of winding sections connected to each other in parallel, And a segment conductor inserted in at least three slots.
  • each of the segment conductors may have a rectangular cross-section.
  • the segment conductors may include first to fourth layers radially spaced apart from each other in the respective slots.
  • Each of the segment conductors comprising: a first conductor having a pair of inserting portions inserted into different slots, a connecting portion connecting the inserting portions, and an extending portion extending each of the inserting portions; And a second conductor having an insertion portion inserted into the slot and a plurality of extension portions extending from both ends of the insertion portion.
  • the stator winding may include a plurality of lead wires connecting the power source of each phase and the winding portion.
  • the stator winding includes a first winding portion and a second winding portion which are connected in parallel to each other, and each of the lead wires has a power connection portion connected to a power source, and a power connection portion branched from the power connection portion, And a first branch portion and a second branch portion, respectively, connected to one end.
  • the stator winding may include a neutral wire connecting the other ends of the first and second winding portions.
  • the neutral line may include first to sixth branch portions connected to respective phases of the first and second winding portions.
  • the first winding portion and the second winding portion may be arranged such that the same phase pole is spaced one slot or two slots in the circumferential direction of the stator core.
  • a stator comprising: a stator core having a plurality of slots; And a stator winding in which a winding having a rectangular cross-section or a circular cross-section is wound in a line in the slot, wherein the stator winding has a plurality of winding portions connected to each other in parallel with each other, wherein each of the winding sections has a first layer to a fourth layer and has a plurality of segment conductors inserted in the slots so that the number of slots corresponding to the number of poles is equal to or more than 3,
  • the first layer and the second layer of the first slot of the four slots are in the same phase along the circumferential direction of the stator core, the third layer and the fourth layer are the same phase, Wherein the three layers are provided with different phases.
  • the first layer to the fourth layer of the second slot and the third slot of the four poles of the one pole may have the same phase.
  • a stator comprising: a stator core having a plurality of slots; And a stator winding in which a winding having a rectangular cross-section or a circular cross-section is wound in a line in the slot, wherein the stator winding has a plurality of winding portions connected to each other in parallel with each other, wherein each of the winding sections has a first layer to a fourth layer and has a plurality of segment conductors inserted in the slots so that the number of slots corresponding to the number of poles is equal to or greater than 3,
  • the first layer and the second layer of the first, second, fourth and fifth slots along the circumferential direction of the stator core have the same phase, And the fourth layer have the same phase, and the second and third layers have different phases.
  • the first layer to the fourth layer of the third slot among the five slots of the one pole may have the same phase.
  • a stator comprising: a stator core having a plurality of slots; And a stator winding in which a winding having a rectangular cross-section or a circular cross-section is wound in a line in the slot, wherein the stator winding has a plurality of winding portions connected to each other in parallel with each other, wherein each of the plurality of segment conductors has a first layer to a fourth layer and has a plurality of segment conductors inserted in the slots so that the number of slots corresponding to the number of poles is not less than 3, Wherein the first layer to the fourth layer of the three slots of the one pole have the same phase when arranged in the slot.
  • a stator of the electric machine And a rotor rotatably disposed with respect to the stator, wherein the stator and the rotor are configured to rotate at 12000 rpm to 24000 rpm.
  • the stator may include eight poles and 72 slots.
  • a vehicle body comprising: a vehicle body; A battery provided in the vehicle body; And an electric motor provided in the vehicle body to provide a driving force to the vehicle body.
  • the inverter may further include an inverter unit provided in the vehicle body and connected to the battery and the motor to provide driving power for the motor.
  • the inverter device may be configured to provide an AC power source having a frequency of 500 Hz to 1000 Hz to the electric motor.
  • the vehicle body may further include a plurality of wheels and a speed reducer provided between the motor and the wheel.
  • the speed reducer may be configured to have a reduction ratio of 5.5: 1 to 10: 1.
  • a stator comprising: a stator having a stator core having a plurality of slots; and a stator winding having a slot in which a winding having a rectangular cross section or a circular cross section is wound in a line; And a rotor rotatably disposed with respect to the stator, wherein the stator core has 36 slots to 72 slots, and the stator windings are divided into a plurality of Wherein the stator winding has 3 to 10 poles, 500 to 1000 Hz alternating current power is applied to the stator winding, and the rotor is rotatable at 10000 to 24000 rpm.
  • An electric motor is provided.
  • a vehicle body comprising: a vehicle body; A battery provided in the vehicle body; And an electric motor provided in the vehicle body to provide a driving force to the vehicle body.
  • the electric vehicle may further include a speed reducer having a reduction ratio of 5.5: 1 to 10: 1.
  • the stator windings are provided with a plurality of winding portions connected in parallel for each phase, and each winding portion includes the segment conductors disposed in three or more slots, So that the output of the electric motor can be improved.
  • each segment conductor can be reduced, thereby making it possible to suppress the increase in alternating current resistance due to the skin effect and to improve the efficiency.
  • the size of the electric motor that is, the stator and the rotor, can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a sectional view of the motor of Fig. 1,
  • FIG. 3 is a schematic structural view of the stator of the motor of Fig. 2,
  • Fig. 4 is a view showing the lead line of Fig. 3,
  • Figure 5 is a view showing the neutral line of Figure 3
  • Figure 6 shows a first conductor of the segment conductor of Figure 2
  • Figure 7 illustrates a second of the segment conductors of Figure 2
  • FIG. 8 is a view schematically showing a connection state of a stator winding of the motor of Fig. 2,
  • FIG. 9 is an enlarged view of the main part of Fig. 3,
  • Figs. 10A to 10C are wiring diagrams of the stator winding of Fig. 2,
  • Figs. 11 to 13 are views for explaining the arrangement of the segment conductors of Fig. 3,
  • Fig. 14 is a diagram showing the relationship between the number of revolutions of the stator winding of Fig. 2, the torque, and the cross-sectional area of the segment conductors.
  • an electric vehicle having an electric motor includes a vehicle body 110, a battery 125 provided in the vehicle body 110, And an electric motor 140 provided in the vehicle body 110 to provide a driving force to the vehicle body 110.
  • a passenger space (not shown) may be provided in an upper area of the vehicle body 110.
  • the vehicle body 110 may be provided with a plurality of wheels 115 for driving.
  • the wheels 115 may be disposed on both sides of the front and rear regions of the vehicle body 110, respectively.
  • a suspension 120 may be provided between the vehicle body 110 and the wheel 115 to mitigate vibrations and shocks that occur during traveling.
  • the vehicle body 110 may be provided with a battery 125 to supply power.
  • the battery 125 may be a rechargeable battery.
  • the vehicle body 110 may be provided with the vehicle body 110, more specifically, an electric motor 140 that provides a driving force to the wheel 115.
  • a reduction gear or a reduction gear 135 may be provided on one side of the electric motor 140 (more specifically, on the output side) for transmitting the rotational force of the electric motor 140 to the wheel 115 at a predetermined reduction ratio.
  • the speed reducer 135 may be configured to have a reduction ratio of, for example, 5.5: 1 to 10: 1.
  • the speed reducer 135 may preferably have a reduction ratio of, for example, 8.5: 1.
  • the vehicle body 110 may be provided with an inverter unit 130 connected to the battery 125 and the motor 140.
  • the inverter device 130 may convert the DC power provided from the battery 125 into driving power suitable for driving the motor 140 and provide the converted driving power to the motor 140.
  • the inverter device 130 may be configured to provide an AC power source having a frequency range of, for example, 500 Hz to 1000 Hz to the electric motor 140 as driving power.
  • the inverter device 130 may be configured to provide the motor 140 with AC power of 800 Hz as driving power.
  • the electric motor 140 includes a stator 150 and a rotor 190 rotatably arranged with respect to the stator 150.
  • the stator 150 and the rotor 150 (190) can be configured to be rotatable at 12000 rpm to 24000 rpm.
  • the electric motor 140 may include an enclosure 141 which forms an accommodation space therein.
  • the enclosure 141 may have a cylindrical shape, for example.
  • the enclosure 141 may be configured to have a cylindrical shape with both sides open.
  • bracket 145 At both ends of the enclosure 141, a cover or bracket 145 (hereinafter referred to as " bracket 145 ”) may be provided.
  • the bracket 145 may be detachably coupled to both ends of the enclosure 141.
  • the bracket 145 may be provided with a bearing 147 for rotatably supporting the rotor 190.
  • the rotor 190 may include a rotor core 191 and a magnet 195 disposed on the rotor core 191.
  • the rotor core 191 may be provided with a rotating shaft 197.
  • a shaft hole 193 through which the rotary shaft 197 is inserted may be formed in the rotor core 191.
  • the rotary shaft 197 can be rotatably supported on both sides by the bearing 147.
  • the rotor core 191 may be provided with a magnet insertion portion 194 to allow the magnet 195 to be inserted along the axial direction.
  • the rotor 190 is made up of a so-called IPM (Interior Permnent Magnet) type rotor 190 having a plurality of magnets 195 that are inserted into the rotor core 191 in the axial direction
  • IPM Interior Permnent Magnet
  • SPM surface permanent magnet
  • It may also be constituted by a so-called induction rotor type rotor (not shown) having a rotor core 191 and a plurality of conductor bars and end rings.
  • the magnet 195 may be, for example, a rectangular plate.
  • the magnets 195 may be spaced equidistantly along the circumferential direction of the rotor core 191.
  • the magnet 195 is composed of eight pieces, and different magnetic poles (N poles, S poles) may alternately be arranged along the circumferential direction of the rotor core 191.
  • the stator 150 includes a stator core 151 having a plurality of slots 155 and a stator winding 161 wound on the slot 155.
  • the stator winding 161 is connected to the ground
  • a plurality of winding portions 163 and 164 connected in parallel to each phase of the phase AC power source (for example, the u phase 162a, the v phase 162b, and the w phase 162c) 164 may be configured with segment conductors 170 inserted into three or more slots 155 per pole.
  • the stator core 151 may have a receiving space 153 therein in which the rotor 190 is rotatably received.
  • the stator core 151 may be formed by insulating a plurality of electrical steel plates 152.
  • Each of the electrical steel plates 152 may have a disk shape in which the accommodation space 153 is formed.
  • the stator core 151 may include a plurality of slots 155 and teeth 156 formed around the accommodation space 153.
  • the slot 155 and the teeth 156 may be alternately arranged along the circumferential direction of the stator core 151.
  • the slot 155 may be configured to have a length in the radial direction.
  • the stator windings 161 may include a plurality of windings 163 and 164 connected to each other in parallel.
  • stator winding 161 is divided into a first winding portion (first winding portion) 162a for each phase (u phase 162a, v phase 162b, w phase 162c) 163, and a second winding section 164.
  • stator windings 161 are arranged in parallel with the first winding portion 163 and the second winding portion 164, which are connected in parallel to each other. However, .
  • the stator winding 161 has a lead wire or lead wire 180 connecting the first winding portion 163 and the second winding portion 164 of each phase to the inverter device 130 so that driving power can be applied to each phase, (Hereinafter referred to as " lead wire 180 ").
  • the lead wire 180 may be composed of three pieces. More specifically, the lead wire 180 may include a lead wire 181a on the u-phase, a lead wire 181b on the v-phase, and a lead wire 181c on the w-phase.
  • the lead wire 180 includes an inverter connection portion 182 connected to the inverter device 130, and an inverter connection portion 182 connected to the inverter connection portion 182, And a first branching part 183 and a second branching part 184 connected to the first winding part 163 and the second winding part 164, respectively.
  • the lead wire 180 may be formed of, for example, a rectangular copper wire having a rectangular cross section.
  • the stator winding 161 is connected to a neutral wire 185 or a neutral wire 185 which connects the ends of the first winding section 163 and the second winding section 164 of each phase ) &Apos;) < / RTI >
  • the neutral wire 185 is formed in the form of a wire for connecting the respective winding sections 163 and 164, but may be a so-called Y-connection neutral point.
  • the neutral line 185 is connected to one end of each of the first winding section 163 and the second winding section 164 for each phase, A connecting portion 186 connecting the branch portion 187, and a connection portion 186 connecting the branch portion 187.
  • the branching unit 187 may include a first branching unit 188a to a sixth branching unit 188f so as to be connected to the respective winding units 163 and 164 of each phase.
  • the neutral line 185 may be disposed along the circumferential direction of the stator core 151. 5 illustrates a case in which the branch portions 187 and the connecting portions 186 are linearly formed. However, the connecting portion 186 may be bent appropriately corresponding to the circumference of the stator core 151. In this case, as shown in FIG. In addition, the interval between the branched portions 187 and the length of the branched portion 187 can be appropriately adjusted.
  • the stator winding 161 has a plurality of poles and the first winding part 163 and the second winding part 164 of each phase have a number of slots corresponding to the number of poles of three or more, And may include segment conductors 170 inserted therein.
  • the first winding portion 163 and the second winding portion 164 may be formed by inserting 12 or more segment conductors 170 into three to five slots when inserting four segment conductors 170 per slot, . ≪ / RTI >
  • the stator winding 161 may be configured to have, for example, four poles, six poles or eight poles.
  • the stator 150 includes three slots 155 or four slots 155 for each phase (for example, u phase 162a, v phase 162b, and w phase 162c) of one pole Lt; / RTI >
  • the stator 150 has an outer diameter of the stator core 151 of 200 mm to 300 mm, a number of rotations of the rotor 190 is 10,000 rpm to 24,000 rpm, and the speed reducer 135 is 5.5 : 1 to 10: 1, and that the interferometer 130 has a frequency control interval of 500 Hz to 1000 Hz,
  • the stator 150 has the stator winding 161 of four poles and the stator core 151 has 36 slots and the number of slots corresponding to the poles is three and the number of parallel stator windings 161 is two and four , And 8, respectively.
  • the stator 150 has the stator winding 161 having four poles, the stator core 151 having 48 slots, and the number of poles per slot equal to four, the number of parallel stator windings 161 is 2, and 4, respectively.
  • the stator 150 has the number of parallel stator windings 161 when the stator winding 161 has six poles and the stator core 151 has 54 slots and the number of slots corresponding to the poles is three 2 < / RTI >
  • the stator 150 has the number of parallel stator windings 161 when the stator winding 161 has six poles and the stator core 151 has 72 slots and the number of slots corresponding to the poles is four 2, and 4, respectively.
  • the stator 150 has the number of parallel stator windings 161 when the stator winding 161 has eight poles and the stator core 151 has 72 slots and the number of slots corresponding to the poles is three 2 < / RTI >
  • the stator winding 151 has eight poles, the number of slots corresponding to the number of poles is three, the stator core 151 has 72 slots in total, and the stator winding 161 has two poles Will be described as an example.
  • the motor 140 of the present embodiment may be provided with a driving power source (AC power source) having a frequency of 800 Hz from the inverter device 130, and the rotor 190 may be rotated at 12000 rpm.
  • AC power source AC power source
  • a plurality of segment conductors 170 may be inserted into each slot 155 of the stator core 151. Segment conductors 170 within the slots 155 may be spaced apart from one another in the radial direction.
  • segment conductors 170 may be inserted in the respective slots 155 so as to be spaced along the radial direction.
  • Four segment conductors 170 disposed along the radial direction in the respective slots 155 of the stator core 151 are arranged on the same circumference from the inner side to the outer side along the radial direction, 4 layers can be formed.
  • the segment conductors 170 closest to the accommodation space 153 may be referred to as a first layer and the segment conductors 170 near the outer circumference of the stator core 151 may be referred to as a fourth layer.
  • a second layer and a third layer may be disposed between the first layer and the fourth layer, respectively.
  • An insulating member 178 may be provided between each of the segment conductors 170 and the stator core 151 so as to be mutually insulated.
  • segment conductor 170 may be inserted from one side of the stator core 151 along the axial direction and protrude to the other side, for example.
  • the segment conductor 170 includes a pair of inserting portions 172a inserted into different slots 155, and a pair of inserting portions 172a connecting the inserting portions 172a, And a first conductor 171 having a connecting portion 172b and an extending portion 173 extending from the inserting portion 172a.
  • the first conductor 171 may have a 9-slot pitch between the two inserting portions 172a.
  • the inserting portion 172a on one side when the inserting portion 172a on one side is inserted into one slot, the inserting portion 172a on the other side of the first conductor 171, And may be inserted into the slot 10, which is the ninth slot, along one side of the core 151 in the circumferential direction.
  • the two inserting portions 172a of the first conductor 171 may be inserted into different slots 155 in different layers.
  • the inserting portion 172a of one side of the first conductor 171 is inserted into three layers of the first slot and the inserting portion 172a of the other side is inserted into the fourth layer of the tenth slot. Lt; / RTI >
  • the first conductor 171 may be twisted approximately 180 degrees at the connecting portion 172b so that the two inserting portions 172a may be arranged such that the inner and outer surfaces thereof are disposed opposite to each other.
  • Each of the extending portions 173 may be configured to extend upwardly outward from the end of each of the insertion portions 172a.
  • Each of the extension portions 173 may be connected to another extension portion 173 so as to be energized.
  • the end of the extension 173 can be connected to be energizable by, for example, welding.
  • the ends of the extended portions 173 may be bent to be arranged along the vertical direction. As a result, the side surfaces of the two extending portions 173 to be welded to each other can be easily contacted with each other, so that the welding work can be facilitated.
  • the extending portion 173 extending upward from the inserting portion 172a inserted into the three layers of the first slot is in contact with the extending portion 173 extending upward from the fourth layer, Lt; / RTI >
  • the end of the extension 173 of the first conductor 171 inserted in the first slot and the end of the extension 173 of the first conductor 171 inserted in the slot 64 are formed in the approximately 68th slot and 69th slot
  • a welded portion 179 welded so as to be conductive in a state in which the side faces are in contact with each other can be disposed.
  • the interval between the two inserting portions 172a may be an 8-slot pitch.
  • the insertion portion 172a on one side may be inserted into slot 14 and the insertion portion 172a on the other side may be inserted into slot 22, which is the eighth slot.
  • the segment conductor 170 includes an insertion portion 176a inserted into the slot 155 and a plurality of extension portions 176b extending from both ends of the insertion portion 176a, And a second conductor 175 having a first conductor 176b.
  • the second conductor 175 may be formed in a substantially half shape of the first conductor 171 cut from the center of the first conductor 171.
  • the second conductor 175 may be connected to the neutral line 185 or the lead line 180 at one end.
  • the lead wire 181a of the u phase 162a may be connected to the end of the lower extension 176b of the second conductor 175 inserted into the four layers of the 24th slot .
  • a neutral line 185 may be connected to the end of the lower extension 176b of the second conductor 175 inserted in the fourth layer of the 33rd slot.
  • connection conductor 177 may be a copper wire having a rectangular cross section. The length of the connecting conductor 177 can be appropriately adjusted.
  • stator winding 161 may include a first winding portion 163 and a second winding portion 164 for each phase, as shown in FIGS. 3 and 10A to 10C.
  • the first winding part 163 for each phase may be formed by connecting the segment conductors 170 forming the first layer and the second layer.
  • the first winding portion 163 may be formed by serially connecting the segment conductors 170 disposed in the first layer and the second layer.
  • the second winding part 164 for each phase may be formed by connecting the segment conductors 170 forming the third layer and the fourth layer.
  • the second winding part 164 may be formed by serially connecting the segment conductors 170 disposed in the third layer and the fourth layer.
  • the first winding part 163 of each phase may be formed by connecting the first layer and the third layer
  • the second winding part 164 may be formed by connecting the second layer and the fourth layer.
  • Each of the stator windings 161 has eight poles for each of the first winding section 163 and the second winding section 164, and each of the stator windings 161 may have six turns per pole. That is, the first winding portion 163 and the second winding portion 164 are formed by inserting six inserting portions (first inserting portion 172a of the first conductor 171 and / or inserting the second conductor 175) (A portion 176b).
  • stator winding 161 may be configured such that one pole of each phase (u phase 162a, v phase 162b, w phase 162c) is distributed over three slots. As a result, the cross-sectional area of the segment conductor 170 inserted into each slot 155 can be reduced.
  • the torque of the electric motor 140 is maintained at a relatively high level without a large change at a relatively low number of revolutions (frequency), as shown by the first curve L1, It can be seen that the torque decreases sharply.
  • each segment conductor 170 gradually decreases as the number of revolutions (frequency) of the electric motor 140 increases as shown by the second curve L2 have.
  • the cross-sectional area of each segment conductor 170 can be reduced to suppress the increase in resistance due to the skin effect, thereby improving the efficiency.
  • the number of revolutions can be increased by increasing the number of turns per pole and connecting them in parallel. Whereby the output can be improved.
  • the number of rotations can be increased and the size of the motor (the stator 150 and the rotor 190) can be reduced accordingly.
  • the stator winding 161 has the same phase (u phase 162a, v phase 162b, w phase 162c)
  • a conductor or coil (actually, the insertion portion 172a of the first conductor 171 and / or the insertion portion 176a of the second conductor 175, hereinafter simply referred to as " insertion portion & Can be distributed.
  • the torque ripple can be reduced and vibration and noise can be reduced. This makes it possible to implement and / or provide a motor that is relatively small in size and can rotate at high speed while maintaining the same output, and has low vibration and noise.
  • the six inserting portions inserted into the first layer and the second layer of the 12th slot to the 14th slot can constitute one pole of the first winding portion 163 of the u phase 162a
  • the six insertion portions arranged in the three layers and the four layers in the slots to the fifteenth slot can constitute one pole of the second winding portion 164. That is, one pole of the first winding section 163 and one pole of the second winding section 164 may be spaced apart from each other by a pitch of one slot along the circumferential direction.
  • the stator winding 161 may be configured such that the inserting portions having the same phase and the same current direction are disposed in five slots. Thereby, the torque ripple can be reduced, and vibration and noise can be reduced.
  • one pole of the first winding section 163 and one pole of the second winding section 164 may be spaced apart by a pitch of two slots mutually along the circumferential direction.
  • the three poles of the second winding portion 164 may be arranged at a pitch of two slots mutually along the circumferential direction.
  • stator winding 161 may be configured such that the inserting portions having the same phase and the same current direction are disposed in three slots as shown in Fig. According to such a configuration, the torque ripple can be increased and the vibration and noise can be increased compared to the configuration described above with reference to Figs.
  • the increased segment conductors 170 may be separated in an appropriate number and connected in parallel with each other, thereby increasing the rotational speed and enabling high-speed rotation.
  • the segment conductor 170 of this embodiment has a rectangular cross section, and at least one side of the cross section of the segment conductor 170 may be constituted by 1.7 mm or more.
  • the operation efficiency can be improved.
  • the segment conductor 170 may be configured to have a rectangular cross section with a small side of 1.7 mm.
  • stator winding 161 of the present embodiment will be described by exemplifying a case where the inserter having the same phase and the same current direction is arranged in four slots as shown in Figs. 3 and 10A to 10C .
  • Segment conductors 170 may be inserted into the slots 155 of the stator core 151, respectively. Four inserts may be inserted into each slot 155 so as to be spaced along the radial direction.
  • Each phase of the stator winding 161 has a first winding portion 163 and a second winding portion 164 which are connected in parallel to each other and the first winding portion 163 and the second winding portion 164 of each phase And may include a first coil portion 165a and a second coil portion 165b which are connected in series with each other.
  • one end of the first coil portion 165a of the first winding portion 163 of the u-phase 162a is disposed at the second layer of the 23rd slot
  • the lower end thereof is connected to the lead wire 181a of the u-phase 162a and the other end of the first coil part 165a can be disposed in the three layers of the 25th slot.
  • One end of the second coil portion 165b of the first coil portion 163 of the u phase 162a is disposed in one layer of the 21st slot and the lower end of the second coil portion 165b is connected to the first coil portion 165a And the other end of the second coil portion 165b may be disposed in the two layers of the 32nd slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • one end of the first coil portion 165a of the second winding portion 164 of the u phase 162a may be disposed in four layers of the 24th slot and the lower end thereof may be connected to the lead wire 180 of the u phase 162a have. And the other end of the first coil portion 165a may be disposed in three layers of the thirteenth slot.
  • one end of the second coil portion 165b of the second coil portion 164 of the u phase 162a is disposed in three layers of the twenty second slot and the lower end of the second coil portion 165b is connected to the first coil portion of the second coil portion 164 165a and a connection conductor 177.
  • the other end of the second coil portion 165b of the second winding portion 164 may be disposed in four layers of the 33rd slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • one end of the first coil portion 165a of the first winding portion 163 of the v-phase 162b may be disposed in two layers of the thirty-fifth slot and the lower end thereof may be connected to the lead wire 180 of the v- have.
  • the other end of the first coil portion 165a may be disposed on one layer of the 24th slot.
  • One end of the second coil portion 165b of the first winding portion 163 of the v-phase 162b is disposed in one layer of the 33rd slot and the lower end thereof is connected to the first coil portion 165a ).
  • the other end of the second coil portion 165b may be disposed on the four layers of the 44th slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • one end of the first coil portion 165a of the second winding portion 164 of the v-phase 162b may be disposed in the four layers of the thirty-sixth slot and the lower end thereof may be connected to the lead wire 181b of the v- have. And the other end of the first coil portion 165a may be disposed in three layers of the twenty-fifth slot.
  • One end of the second coil portion 165b of the second winding portion 164 of the v-phase 162b is disposed in three layers of the 34th slot and the lower end thereof is connected to the first coil portion 165a ).
  • the other end of the second coil portion 165b may be disposed on the four layers of the 45th slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • one end of the first coil portion 165a of the first coil portion 163 of the w phase 162c is disposed in two layers of the 29th slot and the lower end thereof is connected to the lead wire 181c of the w phase 162c .
  • the other end of the first coil portion 165a may be disposed on one layer of the eighteenth slot.
  • One end of the second coil part 165b of the first coil part 163 of the w phase 162c is disposed in one layer of the 27th slot and the lower end thereof is connected to the first coil part 165a.
  • the other end of the second coil portion 165b may be disposed in two layers of the 38th slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • one end of the first coil portion 165a of the second winding portion 164 of the w phase 162c is disposed in the four layers of the thirtieth slot and the lower end thereof is connected to the lead wire 181c of the w phase 162c .
  • the other end of the first coil portion 165a may be disposed on one layer of the eighteenth slot.
  • One end of the second coil part 165b of the second winding part 164 of the w phase 162c is disposed in three layers of the 28th slot and the lower end of the second coil part 165b is connected to the first coil part 165a.
  • the other end of the second coil portion 165b may be disposed in the four layers of the 39th slot and the lower end thereof may be connected to the neutral line 185.
  • the lead wires 181a, 181b, and 181c of the respective phases may be connected to the inverter device 130, respectively.
  • the driving power converted by the inverter device 130 can be provided on each phase.
  • the inverter device 130 converts the DC power supplied from the battery 125 into a driving power having a predetermined frequency (for example, 800 Hz) and supplies the driving power to the motor 140.
  • a predetermined frequency for example, 800 Hz
  • stator winding 161 When the driving power provided from the inverter device 130 is applied to the stator winding 161, the stator winding 161 may form a rotating system. Accordingly, the rotor 190 can rotate around the rotation shaft 197 by the interaction between the magnet 195 and the rotor system.
  • the rotational force of the rotor 190 may be reduced to a predetermined reduction ratio (for example, 8.5: 1) through the reduction gear 135 connected to the rotation shaft 197 and transmitted to the wheel 115.
  • a predetermined reduction ratio for example, 8.5: 1

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Abstract

본 발명은 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것이다. 본 발명의 전기기계의 고정자는, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어 및 슬롯에 권선되는 고정자권선을 포함하고, 이 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되, 각 권선부는 1극당 3개 이상의 슬롯에 삽입되는 세그먼트도체를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 회전수를 증가시킬 수 있고, 동일한 출력을 유지하면서 외관 크기를 줄일 수 있다.

Description

전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량
본 발명은, 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전수를 증대시킬 수 있고 크기를 줄일 수 있도록 한 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 알터네이터(ALTERNATOR) 및/또는 제너레이터(GENERATOR)등 발전기와, 모터(MOTOR) 및/또는 리니어 모터(LINER MOTOR) 등 전동기(이하, "전기기계"라고 표기함)는, 고정자 및 이 고정자에 대해 상대 운동하는 가동자를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 전기기계의 고정자는, 복수의 슬롯(SLOT)을 구비한 고정자코어와, 상기 슬롯에 권선되는 고정자권선을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자권선은 통상 비교적 얇은 직경의 와이어(연선)를 슬롯의 내부에 다수 회 권선하는 방법 또는 티스(폴)에 와이어를 집중적으로 권선하는 방법에 의해 구성될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 고정자 권선 방법에 있어서는, 슬롯의 단면적에 대한 도체(코일)의 점유면적(단면적)의 비율이 상대적으로 작기 때문에 운전 효율이 저하될 수 있다. 그리고, 이러한 얇은 직경의 와이어를 이용한 종래의 고정자 권선 방법으로는 상기 슬롯에 대한 상기 도체의 단면적 비율을 증가시키는데에는 한계가 있어 출력 밀도 및 효율 증대에는 한계가 있다.
한편, 고출력밀도 및 고효율이 특히 요구되는 전기차량용 전동기에 있어서는 슬롯에 대한 도체의 단면적의 비율을 높이는 것이 매우 중요할 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 상대적으로 폭(직경)이 큰 사각 동선을 슬롯의 내부에 삽입하여 고정자 권선을 형성하는 방법(예를 들면 미국 특허 공개 공보 공개번호 USP 2003-438429(2003.05.15))이 알려져 있다.
그런데, 이러한 사각 동선을 이용한 종래의 고정자 권선 방법에 있어서는, 전동기의 출력을 제고시키기 위해서는 전동기의 고정자 및 회전자의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
한편, 이러한 사각 동선을 이용한 종래의 고정자 권선 방법에 있어서는, 턴수 조정이 용이하지 아니하여 고속 운전(예를 들면 7000 rpm(revolution per minute) 이상)에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은, 회전수를 증가시킬 수 있는 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 동일한 출력을 유지하면서 외관 크기를 줄일 수 있는 전기기계의 고정자 및 이를 구비한 전동기, 전동기를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고, 상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되, 상기 각 권선부는 1극당 3개 이상의 슬롯에 삽입되는 세그먼트도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자를 제공한다.
여기서, 상기 각 세그먼트도체는 사각 단면을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 세그먼트도체는 상기 각 슬롯의 내부에 반경 방향으로 이격된 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체는, 서로 다른 슬롯의 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입부와, 상기 삽입부를 연결하는 연결부와, 상기 삽입부에서 각각 연장된 연장부를 구비한 제1도체; 및 상기 슬롯의 내부에 삽입되는 삽입부와, 상기 삽입부의 양 단부에서 각각 연장된 복수의 연장부를 구비한 제2도체;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정자권선은 각 상의 전원과 권선부를 연결하는 복수의 리드선을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자권선은 상호 병렬로 연결되는 제1권선부 및 제2권선부를 구비하고, 상기 각 리드선은, 전원과 연결되는 전원연결부 및 상기 전원연결부에서 분기되어 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 일단에 각각 연결되는 제1분기부 및 제2분기부를 각각 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자권선은 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 타단을 연결하는 중성선을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 중성선은 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 상에 연결되는 제1분기부 내지 제6분기부를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1권선부 및 제2권선부는 동일 상의 극이 상기 고정자코어의 원주방향으로 1슬롯 또는 2슬롯 이격되게 배치되게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고, 상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되, 상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며, 상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고, 극당 상당 슬롯 수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하고, 상기 복수의 극중 하나의 극이 4개의 슬롯에 배치될 때, 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 상기 4개의 슬롯 중 첫번째 슬롯의 제1레이어 및 제2레이어는 동일한 상이고, 제3레이어 및 제4레이어는 동일한 상이고, 제2레이어 및 제3레이어는 서로 다른 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자가 제공된다.
여기서, 상기 하나의 극의 4개의 슬롯 중 두번째 슬롯 및 세번째 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 동일한 상을 구비하게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고, 상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되, 상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며, 상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고, 극당 상당 슬롯수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하며, 상기 극 중 하나의 극이 5개의 슬롯에 배치될 때, 상기 하나의 극의 5개의 슬롯 중 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 첫번째, 두번째, 네번째 및 다섯번째 슬롯의 제1레이어 및 제2레이어는 동일한 상을 구비하고, 제3레이어 및 제4레이어는 동일한 상을 구비하며, 두번째 및 세번째 레이어는 서로 다른 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자가 제공된다.
여기서, 상기 하나의 극의 5개의 슬롯 중 세번째 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 동일한 상을 구비하게 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고, 상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되, 상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며, 상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고 극당 상당 슬롯 수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하고, 상기 복수의 극중 하나의 극이 3개의 슬롯에 배치될 때, 상기 하나의 극의 3개의 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 모두 동일한 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자를 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 상기 전기기계의 고정자; 및 상기 고정자에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자;를 포함하고, 상기 고정자 및 회전자는 12000rpm 내지 24000rpm을 회전되게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기가 제공된다.
여기서, 상기 고정자는 8극 72슬롯을 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 상기 전동기;를 포함하는 전기차량이 제공된다.
여기서, 상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리 및 상기 전동기에 연결되어 상기 전동기의 구동전원을 제공하는 인버터장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 인버터장치는 500㎐ 내지 1000㎐의 주파수의 교류 전원을 상기 전동기에 제공하게 구성될 수 있다.
상기 차량바디는 복수의 휠을 구비하고, 상기 전동기와 상기 휠 사이에 구비되는 감속기를 더 포함하며, 상기 감속기는 5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비하게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 구비한 고정자; 및 상기 고정자에 대해 회전가능하게 배치되는 회전자;를 포함하고, 상기 고정자코어는 36슬롯 내지 72슬롯을 구비하고, 상기 고정자권선은 각 상별로 2 내지 8의 병렬수로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하고, 상기 고정자권선은 3극 내지 10극을 구비하며, 상기 고정자권선에는 500㎐ 내지 1000㎐ 교류 전원이 인가되며, 상기 회전자는 10000rpm 내지 24000rpm으로 회전 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기가 제공된다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 상기 전동기;를 포함하는 전기차량이 제공된다.
여기서, 상기 전기차량은 5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비한 감속기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자권선이 각 상별로 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하고, 각 권선부는 3개 이상의 슬롯에 배치되는 세그먼트도체를 구비하도록 함으로써 회전수를 증가시킬 수 있고 이에 의해 전동기의 출력이 제고될 수 있다.
또한, 각 세그먼트도체의 단면적이 감소될 수 있고 이에 의해 표피효과(skin effect)에 의한 교류 저항 증가를 억제할 수 있고 효율을 제고시킬 수 있다.
또한, 동일한 출력을 유지할 경우 전동기, 즉 고정자 및 회전자의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 복수의 권선부에 동시에 연결되는 리드선 및/또는 중성선을 구비하도록 함으로써 고정자 권선 및 연결 작업을 신속하고 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 전동기의 단면도,
도 3은 도 2의 전동기의 고정자의 개략적 구성도,
도 4는 도 3의 리드선을 도시한 도면,
도 5는 도 3의 중성선을 도시한 도면,
도 6은 도 2의 세그먼트도체 중 제1도체를 도시한 도면,
도 7은 도 2의 세그먼트도체 중 제2도체를 도시한 도면,
도 8은 도 2의 전동기의 고정자 권선의 결선 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 9는 도 3의 요부확대도,
도 10a 내지 10c는 도 2의 고정자권선의 결선도,
도 11 내지 도 13은 도 3의 세그먼트도체의 배치를 설명하기 위한 도면,
도 14는 도 2의 고정자권선의 회전수와 토크 및 세그먼트도체의 단면적의 관계를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(125)와, 상기 차량바디(110)에 구비되어 상기 차량바디(110)에 구동력을 제공하는 전동기(140)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)의 상부영역에는 탑승공간(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 주행이 가능하게 복수의 휠(115)이 마련될 수 있다.
상기 휠(115)은 상기 차량바디(110)의 전, 후 영역의 양 측에 각각 배치될 수 있다.
상기 차량바디(110)와 상기 휠(115) 사이에는 주행시 발생하는 진동 및 충격을 완화할 수 있게 현가장치(120)가 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 전원을 공급할 수 있게 배터리(125)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(125)는 충전이 가능하게 2차 전지로 구성될 수 있다.
한편, 상기 차량바디(110)에는 상기 차량바디(110), 보다 구체적으로 상기 휠(115)에 구동력을 제공하는 전동기(140)가 구비될 수 있다.
상기 전동기(140)의 일 측(보다 구체적으로 출력측)에는 소정의 감속비를 가지고 상기 전동기(140)의 회전력을 상기 휠(115)에 전달하는 감속장치 또는 감속기(135)가 구비될 수 있다.
상기 감속기(135)는 예를 들면, 5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 감속기(135)는, 예를 들면, 8.5:1의 감속비를 구비하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 상기 배터리(125) 및 상기 전동기(140)에 연결되는 인버터장치(130)가 마련될 수 있다.
상기 인버터장치(130)는 상기 배터리(125)에서 제공된 직류 전원을 상기 전동기(140)의 구동에 적합한 구동전원으로 변환하여 상기 전동기(140)에 제공하게 구성될 수 있다.
상기 인버터장치(130)는, 예를 들면, 500㎐ 내지 1000㎐의 주파수 범위를 가지는 교류 전원을 구동전원으로 상기 전동기(140)에 제공할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 인버터장치(130)는 상기 전동기(140)에 800㎐의 교류 전원을 구동전원으로 제공하게 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전동기(140)는, 고정자(150)와, 상기 고정자(150)에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자(190)를 포함하고, 상기 고정자(150) 및 회전자(190)는 12000rpm 내지 24000rpm으로 회전가능하게 구성될 수 있다.
상기 전동기(140)는 내부에 수용공간을 형성하는 외함(141)을 구비할 수 있다.
상기 외함(141)은 예를 들면, 원통 형상으로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 외함(141)은 양 측이 개방된 원통 형상을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 외함(141)의 양 단부에는 커버 또는 브래킷(145)(이하, "브래킷(145)"으로 표기함)이 구비될 수 있다.
상기 브래킷(145)은 상기 외함(141)의 양 단부에 분리가능하게 결합될 수 있다.
상기 브래킷(145)에는 상기 회전자(190)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(147)이 구비될 수 있다.
상기 회전자(190)는, 회전자코어(191)와, 상기 회전자코어(191)에 구비되는 마그넷(195)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전자코어(191)에는 회전축(197)이 구비될 수 있다. 상기 회전자코어(191)에는 상기 회전축(197)이 삽입되는 축공(193)이 관통 형성될 수 있다. 상기 회전축(197)은 상기 베어링(147)에 의해 양 측이 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 회전자코어(191)에는 축방향을 따라 상기 마그넷(195)이 삽입될 수 있게 마그넷삽입부(194)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 회전자(190)가 회전자코어(191)에 축방향으로 삽입되는 복수의 마그넷(195)을 구비한 소위 아이피엠(IPM:Interior Permnent Magnet) 타입 회전자(190)로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 회전자코어(191)의 외면에 마그넷(미도시)이 구비되는 소위 에스피엠(SPM: Surface Permanent Magnet) 타입 회전자(미도시)로 구성될 수도 있다. 또한, 회전자코어(191)와 복수의 도체바 및 엔드링을 구비한 소위 인덕션 로터 타입의 회전자(미도시)로 구성될 수도 있다.
상기 마그넷(195)은 예를 들면 직사각형 판상으로 구성될 수 있다.
상기 마그넷(195)은 상기 회전자코어(191)의 원주방향을 따라 등간격으로 이격 설치될 수 있다. 상기 마그넷(195)은 8개로 구성되고, 상기 회전자코어(191)의 원주방향을 따라 서로 다른 자극(N극,S극)이 교호적으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 고정자(150)는, 복수의 슬롯(155)을 구비한 고정자코어(151)와, 상기 슬롯(155)에 권선되는 고정자권선(161)을 포함하고, 상기 고정자권선(161)은 3상 교류 전원의 각 상(예를 들면, u상(162a), v상(162b), w상(162c)) 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부(163,164)를 구비하되, 상기 각 권선부(163,164)는 1극당 3개 이상의 슬롯(155)에 삽입되는 세그먼트도체(170)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)는 내부에 상기 회전자(190)가 회전 가능하게 수용되는 수용공간(153)이 형성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)는 복수의 전기강판(152)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 각 전기강판(152)은 내부에 상기 수용공간(153)이 형성된 원반(판)형상을 구비할 수 있다.
상기 고정자코어(151)는 상기 수용공간(153)의 둘레에 형성되는 복수의 슬롯(155) 및 티스(156)를 구비할 수 있다.
상기 슬롯(155) 및 티스(156)는 상기 고정자코어(151)의 원주방향을 따라 서로 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 슬롯(155)은 반경 방향으로 긴 길이를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 고정자권선(161)은 각 상 별로 상호 병렬로 연결된 복수의 권선부(163,164)를 각각 구비할 수 있다.
예를 들면, 상기 고정자권선(161)은, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 각 상(u상(162a),v상(162b),w상(162c)) 별로 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)를 구비하게 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 고정자권선(161)이 상호 병렬로 연결되는 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)를 구비하게 2병렬 구성된 경우를 예시하고 있으나, 4병렬 또는 8병렬로 구성될 수도 있다.
상기 고정자권선(161)은 각 상에 구동전원이 인가될 수 있게 각 상의 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)와 인버터장치(130)를 연결하는 리드와이어 또는 리드선(180)(이하, '리드선(180)'이라 표기함)을 각각 구비할 수 있다.
상기 리드선(180)은 3개로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리드선(180)은 u상의 리드선(181a), v상의 리드선(181b), 및 w상의 리드선(181c)를 구비할 수 있다.
상기 리드선(180)은, u상 리드선(181a)을 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 인버터장치(130)와 연결되는 인버터연결부(182)와, 상기 인버터연결부(182)에서 분기되어 상기 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)와 각각 연결되는 제1분기부(183) 및 제2분기부(184)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 리드선(180)은 예를 들면, 사각 단면을 구비한 사각 동선으로 구성될 수 있다.
상기 고정자권선(161)은 각 상의 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)의 각 끝단을 연결하는 중성(뉴트럴)와이어(185) 또는 중성선(185)(이하, '중성선(185)'이라 표기함)을 구비할 수 있다. 상기 중성선(185)은 상기 각 상별 권선부(163,164)를 연결하기 위해 선의 형태로 구성되어 있으나 소위 Y결선 방식의 중성점일 수 있다.
상기 중성선(185)은, 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 각 상별 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)의 각 일 단에 각각 연결될 수 있게 분기된 분기부(187)와, 상기 분기부(187)를 연결하는 연결부(186)를 구비할 수 있다. 상기 분기부(187)는 각 상의 각 권선부(163,164)에 연결될 수 있게 제1분기부(188a) 내지 제6분기부(188f)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 중성선(185)은 상기 고정자코어(151)의 원주방향을 따라 배치될 수 있다. 도 5에는 각 분기부(187)와 연결부(186)가 직선 형으로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 상기 연결부(186)는 상기 고정자코어(151)의 원주에 대응되게 적절히 만곡될 수 있다. 또한, 상기 각 분기부(187) 간의 간격 및 분기부(187)의 길이는 적절히 조절될 수 있다.
한편, 상기 고정자권선(161)은 복수의 극을 구비하며, 상기 각 상 별 상기 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)는 극당 상당 슬롯수가 3이상이 되도록 슬롯(155)의 내부에 삽입되는 세그먼트도체(170)를 구비하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)는 슬롯당 4개의 세그먼트도체(170)의 삽입시 3 내지 5개의 슬롯에 12개 이상의 세그먼트도체(170)가 각각 삽입되게 구성될 수 있다.
상기 고정자권선(161)은, 예를 들면, 4극, 6극 또는 8극을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 고정자(150)는 1극 당 각 상(예를 들면 u상(162a), v상(162b), w상(162c))별로 3개의 슬롯(155) 또는 4개의 슬롯(155)을 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고정자(150)는 상기 고정자코어(151)의 외경이 200㎜ 내지 300㎜이고, 상기 회전자(190)의 회전수는 10000rpm 내지 24000rpm으로 구성되고, 상기 감속기(135)는 5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비하고, 상기 인터터장치(130)는 500㎐ 내지 1000㎐의 주파수 제어구간을 구비하는 것을 전제로,
상기 고정자(150)는, 고정자권선(161)이 4극을 구비하고 고정자코어(151)는 36슬롯을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수는 3이고, 고정자권선(161)의 병렬 수는 2, 4, 8 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 고정자(150)는, 고정자권선(161)이 4극을 구비하고, 고정자코어(151)는 48슬롯을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수는 4일 때, 고정자권선(161)의 병렬 수는 2 또는 4 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 고정자(150)는, 고정자권선(161)이 6극을 구비하고, 고정자코어(151)는 54슬롯을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수는 3일 때, 고정자권선(161)의 병렬 수는 2로 구성될 수 있다.
또한, 고정자(150)는, 고정자권선(161)이 6극을 구비하고, 고정자코어(151)는 72슬롯을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수는 4일 때, 고정자권선(161)의 병렬 수는 2 또는 4 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 고정자(150)는, 고정자권선(161)이 8극을 구비하고, 고정자코어(151)는 72슬롯을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수는 3일 때, 고정자권선(161)의 병렬 수는 2로 구성될 수 있다.
이하, 본 실시예의 전동기(140)는, 고정자권선(161)이 8극을 구비하고, 극당 상당 슬롯 수가 3이고, 고정자코어(151)는 총 72슬롯을 구비하고 고정자권선(161)은 2병렬로 구성된 경우를 예를 들어 설명한다. 또한, 본 실시예의 전동기(140)는 상기 인버터장치(130)로부터 800㎐의 주파수의 구동전원(교류전원)을 제공받고, 상기 회전자(190)는 12000 rpm으로 회전되게 구성될 수 있다.
상기 고정자코어(151)의 각 슬롯(155)의 내부에는 복수의 세그먼트도체(170)가 삽입될 수 있다. 상기 슬롯(155)의 내부의 세그먼트도체(170)는 반경방향으로 서로 이격 배치될 수 있다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 각 슬롯(155)의 내부에는 반경방향을 따라 이격되게 4개의 세그먼트도체(170)가 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 고정자코어(151)의 각 슬롯(155)의 내부에 반경방향을 따라 배치되는 4개의 세그먼트도체(170)는 반경방향을 따라 내측에서 외측으로 동일 원주상에 배치되어 제1레이어 내지 제4레이어를 형성할 수 있다. 이하, 상기 수용공간(153)측에 가장 가까운 세그먼트도체(170)들은 제1레이어라 칭하고 상기 고정자코어(151)의 외주에 가까운 세그먼트도체(170)들은 제4레이어라 칭해질 수 있다. 상기 제1레이어와 제4레이어 사이에 제2레이어 및 제3레이어가 각각 배치될 수 있다.
상기 각 세그먼트도체(170)와 상기 고정자코어(151) 사이에는 상호 절연이 가능하게 절연부재(178)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 세그먼트도체(170)는, 예를 들면, 축방향을 따라 상기 고정자코어(151)의 일 측에서 삽입되어 타 측으로 돌출되게 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 세그먼트도체(170)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 슬롯(155)의 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입부(172a)와, 상기 삽입부(172a)를 연결하는 연결부(172b)와, 상기 삽입부(172a)에서 각각 연장된 연장부(173)를 구비한 제1도체(171)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1도체(171)는 예를 들면, 상기 두 삽입부(172a) 사이의 간격이 9슬롯 피치로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1도체(171)는, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 일 측의 삽입부(172a)가 1슬롯에 삽입된 경우 타 측의 삽입부(172a)는 상기 고정자코어(151)의 원주방향을 따라 일 측으로 9번째 슬롯인 10슬롯에 삽입되게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1도체(171)의 두 삽입부(172a)는 서로 다른 슬롯(155)의 내부에 서로 다른 레이어에 배치되게 삽입될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1도체(171)의 일 측의 삽입부(172a)는 제1슬롯의 3레이어에 삽입되고 타 측의 삽입부(172a)는 제10슬롯의 제4레이어에 삽입되는 방식으로 삽입될 수 있다.
상기 제1도체(171)는 상기 연결부(172b)에서 대략 180도로 비틀려져서 상기 두 삽입부(172a)는 내,외면이 서로 반대로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 각 연장부(173)는 상기 각 삽입부(172a)의 단부에서 외측으로 상향 경사지게 연장되게 구성될 수 있다. 상기 각 연장부(173)는 다른 연장부(173)와 상호 접촉되어 통전 가능하게 연결될 수 있다. 상기 연장부(173)의 단부는 예를 들면, 용접에 의해 통전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 각 연장부(173)의 단부는 상하방향을 따라 배치되게 절곡될 수 있다. 이에 의해, 상호 용접될 두 연장부(173)의 측면이 상호 용이하게 접촉될 수 있어 용접 작업이 용이하게 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1슬롯의 3레이어에 삽입된 삽입부(172a)에서 상향 연장된 연장부(173)는 제64슬롯이 4레이어에서 상향 연장된 연장부(173)와 상호 접촉되어 통전 가능하게 연결될 수 있다. 상기 제1슬롯에 삽입된 제1도체(171)의 연장부(173)의 단부와 제64슬롯에 삽입된 제1도체(171)의 연장부(173)의 단부는 대략 제68슬롯 및 69슬롯의 상측에서 측면이 서로 접촉된 상태로 통전 가능하게 용접된 용접부(179)가 배치될 수 있다.
한편, 제1도체(171) 중 일부는 두 삽입부(172a) 사이의 간격이 8슬롯 피치로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 10a에 도시된 바와 같이, 일 측의 삽입부(172a)가 14슬롯에 삽입되고 타 측의 삽입부(172a)가 이후 8번째 슬롯인 22슬롯에 삽입되게 구성될 수 있다.
상기 세그먼트도체(170)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(155)의 내부에 삽입되는 삽입부(176a)와, 상기 삽입부(176a)의 양 단부에서 각각 연장된 복수의 연장부(176b)를 구비한 제2도체(175)를 구비하여 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2도체(175)는 상기 제1도체(171)의 중심부를 절취한 제1도체(171)의 대략 절반 형상으로 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 제2도체(175)는 상기 중성선(185) 또는 상기 리드선(180)에 일 단부가 연결될 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 제24슬롯의 4레이어에 삽입된 제2도체(175)의 도면상 하측의 연장부(176b)의 단부에는 u상(162a)의 리드선(181a)이 연결될 수 있다.
또한, 제33슬롯의 4레이어에 삽입된 제2도체(175)의 하측 연장부(176b)의 단부에는 중성선(185)이 연결될 수 있다.
또한, 제13슬롯의 3레이어에 삽입된 제2도체(175)의 하측 연장부(176b)의 단부에는 일 단이 제22슬롯의 3레이어에 삽입된 제2도체(175)의 하단 연장부(176b)의 하단에 연결된 연결도체(177)의 타 단이 연결될 수 있다. 여기서, 상기 연결도체(177)는 사각 단면의 동선으로 구성될 수 있다. 상기 연결도체(177)의 길이는 적절히 조절될 수 있다.
한편, 상기 고정자권선(161)은 도 3 및 도 10a 내지 10c에 도시된 바와 같이, 각 상별로 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)를 구비할 수 있다.
예를 들면, 각 상 별 제1권선부(163)는 제1레이어 및 제2레이어를 형성하는 세그먼트도체(170)들을 연결하여 구성될 수 있다. 상기 제1권선부(163)는 제1레이어 및 제2레이어에 배치된 세그먼트도체(170)들을 상호 직렬 연결하여 구성될 수 있다.
또, 각 상 별 제2권선부(164)는 제3레이어 및 제4레이어를 형성하는 세그먼트도체(170)를 연결하여 구성될 수 있다. 상기 제2권선부(164)는 상기 제3레이어 및 제4레이어에 배치된 세그먼트도체(170)를 상호 직렬 연결하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 각 상 별 제1권선부(163)는 제1레이어와 제3레이어를 연결하여 형성하고, 제2권선부(164)는 제2레이어와 제4레이어를 연결하여 구성될 수도 있다.
상기 각 고정자권선(161)은 각 상별 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)는 각각 8극을 구비하며, 각 1극당 6턴으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)는 각 1극당 6개의 삽입부(제1도체(171)의 삽입부(172a) 및/또는 제2도체(175)의 삽입부(176b))를 구비하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 고정자권선(161)은 각 상(u상(162a), v상(162b),w상(162c))별 1극이 3슬롯 이상에 걸쳐 분포되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 각 슬롯(155)의 내부에 삽입되는 세그먼트도체(170)의 단면적을 줄일 수 있다.
각 세그먼트도체(170)에 일정 주파수 이상의 높은 주파수의 교류 전원을 인가하게 되면 소위 표피 효과(skin effect)에 의해 각 세그먼트도체(170)의 중심부의 저항(실효 저항)이 급격히 증가할 수 있다. 이에 의해, 효율이 급격히 저하될 수 있다.
도 14를 참조하면, 전동기(140)의 토크는, 제1곡선(L1)으로 도시된 바와 같이, 상대적으로 낮은 회전수(주파수)에서는 큰 변화없이 상대적으로 높은 수준을 유지하고, 대략 6000rpm 이상에서 토크가 급격하게 저하됨을 알 수 있다.
또한, 각 세그먼트도체(170)의 표피 깊이(skin depth)는, 제2곡선(L2)으로 도시된 바와 같이, 전동기(140)의 회전수(주파수)가 증가함에 따라 점진적으로 감소함을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 극당 턴수를 증가시킴으로써 각 세그먼트도체(170)의 단면적을 줄여 표피효과에 기인한 저항 증가를 억제하여 효율을 제고시킬 수 있다.
또한, 각 극 당 턴수를 증가시키고 상호 병렬로 연결되도록 함으로써 회전수를 증가시킬 수 있다. 이에 의해 출력이 제고될 수 있다.
또한, 동일한 출력을 유지할 경우 회전수를 증대시킬 수 있어 그만큼 전동기(고정자(150) 및 회전자(190))의 크기를 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고정자권선(161)은, 도 10a 내지 도 10c 및 도 11에 도시된 바와 같이, 동일 상(u상(162a), v상(162b), w상(162c))이면서 전류 방향이 같은 도체 또는 코일(실제로는 제1도체(171)의 삽입부(172a) 및/또는 제2도체(175)의 삽입부(176a), 이하 간략히 "삽입부"로 표기함)가 4슬롯에 분포되게 구성될 수 있다. 이에 의하면, 토크리플이 저감되고 진동 및 소음이 저감될 수 있다. 이에 의해, 상대적으로 크기가 작게 구성되고 동일한 출력을 유지하면서 고속으로 회전할 수 있고 진동 및 소음이 작은 전동기가 구현 및/또는 제공될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, u상(162a)의 경우를 일 예를 들면, 제12슬롯 내지 제14슬롯의 제1레이어 및 제2레이어에 삽입된 6개의 삽입부 및 제13슬롯 내지 제15슬롯의 3레이어 및 4레이어에 배치된 6개의 삽입부가 배치되게 구성될 수 있다.
여기서, 제12슬롯 내지 제14슬롯의 제1레이어 및 제2레이어에 삽입된 6개의 삽입부는 상기 u상(162a)의 제1권선부(163)의 1극을 구성할 수 있고, 상기 제13슬롯 내지 제15슬롯의 3레이어 및 4레이어에 배치된 6개의 삽입부는 제2권선부(164)의 1극을 구성할 수 있다. 즉 제1권선부(163)의 1극과 제2권선부(164)의 1극은 원주방향을 따라 상호 1슬롯 피치 간격을 두고 이격 배치되게 구성될 수 있다.
상기 고정자권선(161)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 동일 상이면서 동일한 전류방향을 가지는 삽입부가 5개 슬롯에 배치되게 구성될 수도 있다. 이에 의해, 토크리플이 저감되고 진동 및 소음이 저감될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1권선부(163)의 1극과 제2권선부(164)의 1극은 원주방향을 따라 상호 2슬롯 피치 간격을 두고 이격되게 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1레이어 및 제2레이어에 각각 3개의 삽입부가 연속으로 배치된 제1권선부(163)의 1극에 비해 제3레이어 및 제4레이어에 각각 3개씩 삽입된 제2권선부(164)의 1극은 원주방향을 따라 상호 2슬롯 피치 간격을 두고 배치될 수 있다.
또한, 상기 고정자권선(161)은, 도 13에 도시된 바와 같이, 동일 상이면서 동일한 전류방향을 가지는 삽입부가 3개 슬롯에 배치되게 구성될 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 도 11 및 도 12와 관련하여 전술한 구성에 비해 토크리플이 상승하고 진동 및 소음이 상승할 수 있다. 그러나, 종래에 비해 세그먼트도체(170)의 수를 증가시킬 수 있고 각 세그먼트도체(170)의 단면적을 줄일 수 있어 효율을 제고시킬 수 있다. 또한, 증가된 세그먼트도체(170)를 적절한 수로 분리하여 상호 병렬로 연결함으로써 회전 속도를 증가시킬 수 있어 고속 회전이 가능할 수 있다.
본 실시예의 세그먼트도체(170)는 사각 단면을 구비하고, 세그먼트도체(170)의 단면의 적어도 1변이 1.7㎜ 이상으로 구성될 수 있다. 이에 의해, 운전 효율이 제고될 수 있다. 예를 들면, 상기 세그먼트도체(170)는 작은 변이 1.7㎜인 직사각형 단면을 구비하게 구성될 수 있다.
이하, 본 실시예의 고정자권선(161)은 도 3 및 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 동일한 상이면서 동일한 전류방향을 구비한 삽입부가 4개 슬롯에 배치되게 구성된 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 고정자코어(151)의 각 슬롯(155)에 세그먼트도체(170)(제1도체(171) 및/또는 제2도체(175))가 각각 삽입될 수 있다. 각 슬롯(155)에는 반경방향을 따라 이격되게 4개의 삽입부가 각각 삽입될 수 있다.
상기 고정자권선(161)의 각 상은 상호 병렬로 연결된 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)를 구비하되, 각 상의 제1권선부(163) 및 제2권선부(164)는 상호 직렬로 연결된 제1코일부(165a) 및 제2코일부(165b)를 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, u상(162a)의 제1권선부(163)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제23슬롯의 제2레이어에 배치되어 그 하단이 u상(162a)의 리드선(181a)에 연결되고, 제1코일부(165a)의 타 단은 제25슬롯의 3레이어에 배치될 수 있다.
u상(162a)의 제1권선부(163)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제21슬롯의 1레이어에 배치되어 그 하단이 연결도체(177)에 의해 제1코일부(165a)와 연결되고, 제2코일부(165b)의 타 단부는 제32슬롯의 2레이어에 배치되어 그 하단이 중성선(185)에 연결될 수 있다.
u상(162a)의 제2권선부(164)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제24슬롯의 4레이어에 배치되고 그 하단이 u상(162a)의 리드선(180)에 연결될 수 있다. 제1코일부(165a)의 타 단부는 제13슬롯의 3레이어에 배치될 수 있다.
u상(162a)의 제2권선부(164)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제22슬롯의 3레이어에 배치되고 그 하단부가 제2권선부(164)의 제1코일부(165a)와 연결도체(177)에 의해 연결될 수 있다. 상기 제2권선부(164)의 제2코일부(165b)의 타 단부는 제33슬롯의 4레이어에 배치되고 그 하단부가 중성선(185)에 연결될 수 있다.
v상(162b)의 제1권선부(163)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제35슬롯의 2레이어에 배치되어 그 하단부가 v상(162b)의 리드선(180)에 연결될 수 있다. 제1코일부(165a)의 타 단부는 제24슬롯의 1레이어에 배치될 수 있다.
v상(162b)의 제1권선부(163)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제33슬롯의 1레이어에 배치되고 그 하단부는 연결도체(177)에 의해 제1코일부(165a)와 연결될 수 있다. 제2코일부(165b)의 타 단부는 제44슬롯의 4레이어에 배치되고 그 하단부는 중성선(185)에 연결될 수 있다.
v상(162b)의 제2권선부(164)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제36슬롯의 4레이어에 배치되고 그 하단부는 v상(162b)의 리드선(181b)에 연결될 수 있다. 제1코일부(165a)의 타 단부는 제25슬롯의 3레이어에 배치될 수 있다.
v상(162b)의 제2권선부(164)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제34슬롯의 3레이어에 배치되고 그 하단부는 연결도체(177)에 의해 제1코일부(165a)와 연결될 수 있다. 제2코일부(165b)의 타 단부는 제45슬롯의 4레이어에 배치되고, 그 하단부가 중성선(185)에 연결될 수 있다.
w상(162c)의 제1권선부(163)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제29슬롯의 2레이어에 배치되고, 그 하단부가 w상(162c)의 리드선(181c)에 연결될 수 있다. 제1코일부(165a)의 타 단부는 제18슬롯의 1레이어에 배치될 수 있다.
w상(162c)의 제1권선부(163)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제27슬롯의 1레이어에 배치되고, 그 하단부는 연결도체(177)에 의해 제1코일부(165a)와 연결될 수 있다. 제2코일부(165b)의 타단부는 제38슬롯의 2레이어에 배치되고 그 하단부가 중성선(185)에 연결될 수 있다.
w상(162c)의 제2권선부(164)의 제1코일부(165a)의 일 단부는 제30슬롯의 4레이어에 배치되고, 그 하단부는 w상(162c)의 리드선(181c)에 연결될 수 있다. 제1코일부(165a)의 타 단부는 제18슬롯의 1레이어에 배치될 수 있다.
w상(162c)의 제2권선부(164)의 제2코일부(165b)의 일 단부는 제28슬롯의 3레이어에 배치되고, 그 하단부는 연결도체(177)에 의해 제1코일부(165a)와 연결될 수 있다. 제2코일부(165b)의 타 단부는 제39슬롯의 4레이어에 배치되고 그 하단부는 중성선(185)에 연결될 수 있다.
상기 각 상의 리드선(181a,181b,181c)은 상기 인버터장치(130)에 각각 연결될 수 있다. 이에 의해, 각 상에 상기 인버터장치(130)에서 변환된 구동전원이 각각 제공될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 인버터장치(130)는 상기 배터리(125)에서 제공된 직류 전원을 소정 주파수(예를 들면 800㎐)의 구동전원으로 변환하여 상기 전동기(140)에 제공할 수 있다.
상기 인버터장치(130)로부터 제공된 구동전원이 상기 고정자권선(161)에 인가되면 상기 고정자권선(161)은 회전자계를 형성할 수 있다. 이에 의해, 상기 회전자(190)는 상기 마그넷(195)과 상기 회전자계의 상호 작용에 의해 상기 회전축(197)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 회전자(190)의 회전력은 상기 회전축(197)에 연결된 감속기(135)를 통해 소정의 감속비(예를 들면 8.5:1)로 감속되어 상기 휠(115)에 전달될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및
    상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고,
    상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되,
    상기 각 권선부는 1극당 3개 이상의 슬롯에 삽입되는 세그먼트도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 세그먼트도체는 사각 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세그먼트도체는 상기 각 슬롯의 내부에 반경 방향으로 이격된 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 세그먼트도체는, 서로 다른 슬롯의 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입부와, 상기 삽입부를 연결하는 연결부와, 상기 삽입부에서 각각 연장된 연장부를 구비한 제1도체; 및
    상기 슬롯의 내부에 삽입되는 삽입부와, 상기 삽입부의 양 단부에서 각각 연장된 복수의 연장부를 구비한 제2도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정자권선은 각 상의 전원과 권선부를 연결하는 복수의 리드선을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정자권선은 상호 병렬로 연결되는 제1권선부 및 제2권선부를 구비하고,
    상기 각 리드선은, 전원과 연결되는 전원연결부 및 상기 전원연결부에서 분기되어 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 일단에 각각 연결되는 제1분기부 및 제2분기부를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정자권선은 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 타단을 연결하는 중성선을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중성선은 상기 제1권선부 및 제2권선부의 각 상에 연결되는 제1분기부 내지 제6분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1권선부 및 제2권선부는 동일 상의 극이 상기 고정자코어의 원주방향으로 1슬롯 또는 2슬롯 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  10. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및
    상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고,
    상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되,
    상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며,
    상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고, 극당 상당 슬롯 수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하고,
    상기 복수의 극중 하나의 극이 4개의 슬롯에 배치될 때, 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 상기 4개의 슬롯 중 첫번째 슬롯의 제1레이어 및 제2레이어는 동일한 상이고, 제3레이어 및 제4레이어는 동일한 상이고, 제2레이어 및 제3레이어는 서로 다른 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나의 극의 4개의 슬롯 중 두번째 슬롯 및 세번째 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 동일한 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  12. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및
    상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고,
    상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되,
    상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며,
    상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고, 극당 상당 슬롯수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하며,
    상기 극 중 하나의 극이 5개의 슬롯에 배치될 때, 상기 하나의 극의 5개의 슬롯 중 상기 고정자코어의 원주방향을 따라 첫번째, 두번째, 네번째 및 다섯번째 슬롯의 제1레이어 및 제2레이어는 동일한 상을 구비하고, 제3레이어 및 제4레이어는 동일한 상을 구비하며, 두번째 및 세번째 레이어는 서로 다른 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나의 극의 5개의 슬롯 중 세번째 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 동일한 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  14. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어; 및
    상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 포함하고,
    상기 고정자권선은 각 상 별로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하되,
    상기 각 권선부는 복수의 극을 구비하며,
    상기 각 권선부는 제1레이어 내지 제4레이어를 구비하고 극당 상당 슬롯 수가 3 이상이 되게 상기 슬롯에 삽입되는 복수의 세그먼트도체를 구비하고,
    상기 복수의 극중 하나의 극이 3개의 슬롯에 배치될 때, 상기 하나의 극의 3개의 슬롯의 제1레이어 내지 제4레이어는 모두 동일한 상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기계의 고정자.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 고정자; 및
    상기 고정자에 대해 회전 가능하게 배치되는 회전자;를 포함하고,
    상기 고정자 및 회전자는 12000rpm 내지 24000rpm을 회전되게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고정자는 8극 72슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  17. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 제15항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 차량바디에 구비되고 상기 배터리 및 상기 전동기에 연결되어 상기 전동기의 구동전원을 제공하는 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 인버터는 500㎐ 내지 1000㎐의 주파수의 교류 전원을 상기 전동기에 제공하는 것을 특징으로 하는 전기차량.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 차량바디는 복수의 휠을 구비하고,
    상기 전동기와 상기 휠 사이에 구비되는 감속기를 더 포함하며,
    상기 감속기는 5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차량.
  21. 복수의 슬롯을 구비한 고정자코어 및 상기 슬롯에 사각 형상 단면 또는 원형 형상 단면을 갖는 권선이 일렬로 권선되는 고정자권선을 구비한 고정자; 및
    상기 고정자에 대해 회전가능하게 배치되는 회전자;를 포함하고,
    상기 고정자코어는 36슬롯 내지 72슬롯을 구비하고,
    상기 고정자권선은 각 상별로 2 내지 8의 병렬수로 상호 병렬로 연결되는 복수의 권선부를 구비하고,
    상기 고정자권선은 3극 내지 10극을 구비하며,
    상기 고정자권선에는 500㎐ 내지 1000㎐ 교류 전원이 인가되며,
    상기 회전자는 10000rpm 내지 24000rpm으로 회전 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  22. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 차량바디에 구비되어 상기 차량바디에 구동력을 제공하는 제21항의 전동기;
    를 포함하는 전기차량.
  23. 제22항에 있어서,
    5.5:1 내지 10:1의 감속비를 구비한 감속기를 더 포함하는 전기차량.
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