KR100819223B1

KR100819223B1 - 전자 정류식 전기 기계, 특히 전동기

Info

Publication number: KR100819223B1
Application number: KR1020027003849A
Authority: KR
Inventors: 블라스꼬레마차까를로스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: TW552763B; DE10036289A1; WO2002009257A1; JP4488479B2; JP2004505589A; KR20020033196A; EP1201019B1; DE50105291D1; US6674207B2; US20020153797A1; EP1201019A1; ES2236269T3

Abstract

본 발명은 전자 정류식 전기 기계, 특히 전동기에 관한 것이다. 상기 전기 기계는 그루브(33)에 의해 분리되는 주요 치부(34)를 구비한 하나의 고정자(30) 그리고 절연된 권선 와이어(38)로 제조된 하나의 고정자 권선을 포함하고 있다. 상기 고정자 권선(37)은, 직렬로 접속되면서 그루브(33) 내에 삽입되고 주요 치부(34)를 중심으로 감겨지는 m 개의 코일(40)을 구비한 k 개의 권선 위상과 각각 하나의 권선 위상(41 내지 44)의 l 개의 병렬 분기와 연결되는 접속 후크(39)를 포함하며, 상기 접속 후크는 각각 하나의 권선 위상(41 내지 44)의 위상 단자(B1, B2, A2, A1)와 성형점(SB, SA)을 형성한다. 상기의 전기 기계의 경우 권선 지지부를 중심으로 한 권선 와이어 경로를 최적화하기 위해 하나의 권선 위상(41 내지 44)에 속하는 l개의 병렬 분기(45)의 일 부분이 또 다른 하나의 권선 위상(44 내지 41)의 성형점(SA, SB) 상에 접촉되어 있다(도 2).

후크, 그루브, 성형점, 권선 위상, 권선 와이어, 전동기, 고정자.

Description

전자 정류식 전기 기계, 특히 전동기{ELECTRONICALLY COMMUTATED MACHINE, IN PARTICULAR A MOTOR}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 전자 정류식 전기 기계, 특히 전동기에 관한 것이다.

공지된 상기 유형(독일 특허 제197 25 525호)의 전자 정류식 전동기(또한 무 브러시식 전동기(brushless motor))의 경우, 고정자 권선 자신의 코일을 포함하면서 2상으로 설계된 고정자 권선의 각각 하나의 권선 위상의 코일은 매 두 번째 치부(tooth)를 중심으로 감겨져 있으며, 동시에 연속적인 코일의 권선 감응(sense)은 항상 변화한다. 전체적으로 8개의 치부가 감싸져 있다. (K > 2)개의 다상권선의 경우 치부의 수(n)는 n = k·v이며, 이때 v는 짝수의 배수이다. 4상권선, 다시 말해 4상을 가지는 고정자 권선의 경우 배수 v = 2인 경우, 마찬가지로 8개의 치부가 생성된다.

공지된 전동기의 경우 고정자 권선의 권선 개략도는 도1에서 4개의 병렬 분기(l = 4)와 각 분기 당 직렬로 접속된 2개의 코일(m = 2)을 구비한 4상의 실시예로 도시되어 있다. 각각 하나의 권선 위상의 모든 코일(20)을 포함하고 있는 4개의 권선 위상(21, 22, 23, 24)의 경우, 각각 한편에서는 2개의 위상(21, 22)과 다른 한편에서는 2개의 위상(23, 24)이 동일한 그루브에 걸쳐 동일한 치부 상에 감겨져 있다. 위상 단자용 접속 후크(contact hooks)는 B1, B2, A2, A1로 부호 표시되어 있으며, 성형점(star point)에 대한 접점은 SB와 SA로 표시되어 있다. 상기 성형점들 중 각각 권선 위상(21, 22) 내지 권선 위상(23, 24)에 속하는 2개의 성형점은 한 곳에 묶여 있다. 모든 접속 후크는 고정자의 접속 후크 자신의 측면 상에서 환상 고정자의 내부 에지 상에 배치되어 있다. 접속 후크로부터 코일로 그리고 코일로부터 코일로 안내되는 권선의 권선 와이어의 와이어 섹션은 마찬가지로 와이어 섹션 자체의 전단면 상에서 고정자의 하부 에지를 따라 원주방향으로 안내되어 있다. 도1에서 직사각형은 치부 상에 감겨진 몇몇 코일(20)을 나타낸다. 직사각형 옆에 제시된 숫자(1 내지 16)는 한편에서는 치부와 다른 한편에서는 종속 치부 사이에서 원주방향으로 연속하는 그루브의 순번이다. "후크(hooks)"를 이용하여 위상 단자에 대한 접속 후크가 B1, B2, A2, A1로 표시되어 있으며, 그리고 성형점에 대한 접속 후크는 SB와 SA로 표시되어 있다. 상기 접속 후크는 권선 위상(21 내지 24)의 각각 4개의 병렬 분기를 직렬로 접속된 각각 2개의 코일(20)과 상호간에 전기 및 기계적으로 연결시킨다. 코일(20) 사이의 권선 와이어 섹션 내에 기입된 화살표 첨두부는 권선 와이어의 전파 방향(propagation direction)을 나타낸다. 치부의 권선은 그루브 순서로부터 인용된다. 다시 말해 그루브(1)와 그루브(2) 사이에 위치하는 치부는 우선 그루브(1)에서부터 그루브(2)의 방향으로 수회 감겨지며, 이러한 점은 "그루브/그루브 1 내지 2"로 표현된다.

도1에 따르는 권선 개략도 내에 도시된, 고정자 권선을 제조하기 위한 권선 와이어 경로는, 권선 와이어가 해당 성형점(SA 또는 SB)의 후크 내에 걸릴 시에 고정자의 전단면 상의 긴 구간에 걸쳐 안내되어야 하며, 그럼으로써 상기 영역 내 많은 수의 도체가 제공된다는 점에 한해서, 최적의 상태가 아니다.

본 발명에 따르면, 청구항 제1항의 특징을 갖는 전자 정류식 또는 무 브러시식 전기 기계, 특히 전동기는 제조 기술 상 간단하면서도 최적화된 고정자 권선의 구조의 장점을 갖는다. 본 발명에 따라 각각 하나의 권선 위상의 몇몇 분기를 또 다른 하나의 권선 위상의 성형점에 접촉시킴으로써 코일에서부터 코일로 안내되는 와이어 섹션은 보다 개선되는 방식으로 고정자 주변에 분배되며, 그리고 회전하는 와이어의 수는 최소화된다. 코일을 연결하는 와이어 섹션은 그 자체의 길이와 관련하여 최적화될 수 있으며, 그럼으로써 대략 동일한 저항에 근거하여 위상 대칭성의 개선이 달성되며, 그로 인해 전동기의 경우 개선된 전류 공급이 가능하게 된다.

추가의 청구항 내에 개시되는 조치를 통해 청구항 제1항에 제시된 전기 기계, 특히 전동기의 바람직한 개량 및 개선이 가능하게 된다.

본 발명의 선호되는 실시예에 따라서 4상(k=4)의 고정자 권선은 권선 위상 당 4개의 병렬 분기(l=4)를 구비하여 설계되어 있으며, 동시에 고정자 권선의 코일이 동일한 치부 상에 감겨져 있는 그러한 고정자 권선의 권선 위상은 항상 공통의 성형점에 접촉되어 있다. 이때 권선 위상 당 각각 2개의 분기는 권선 위상에 속하는 하나의 공통의 성형점쪽으로 안내되어 그 곳에 접촉되어 있으며, 권선 위상 당 각각 2개의 분기는 또 다른 성형점쪽으로 안내되어 그 곳에 접촉되어 있다. 성형 점은 임의의 위치에서 상하로 놓여 전기적으로 연결된다.

본 발명은 도면 내에 도시된 실시예에 따라서 다음의 명세서 내에서 보다 상세하게 설명되어 있다.

도1은 전자 정류식 전동기용으로 최초 기술한 공지된 고정자 권선의 권선 개략도이다.

도2는 전자 정류식 전동기용으로 본 발명에 따른 고정자 권선의 동일한 권선 개략도이다.

도3은 도2에 따라 단면의 방식으로 도시된 고정자 권선을 구비한 전자 정류식 전동기의 전단면도에 대한 개략도이다.

도3에 개략적으로 도시된 전자 정류식 전동기는, 일반적인 무 브러시식 전기 기계에 대한 실시예로서 하나의 고정자(30)를 포함하고 있다. 상기 고정자는 회전자(31)에 의해 중심에 위치되어 둘러싸여 있다. 상기 회전자(31)는 자신의 내부 원주 상에 교대로 영구 자석 세그먼트(32)에 형성되어 있는 북극(N)과 남극(S)을 운반한다. 상기 영구 자석 세그먼트는 오목한 극 표면과 더불어 고정자(30)와 인접하여 있다. 상기 고정자(30)는 그루브(33)에 의해 분리되어 있으며, 상기 그루브는 T자 모양의 주요 치부(34)와 T자 모양의 종속 치부(35)로 분리한다. 각각의 고정자 컨셉에 따라 상기 종속 치부(35)는 또한 생략될 수 있다. 주요 치부(34)와 종속 치부(35)는 볼록한 극 표면과 더불어 회전자(31)에 인접하여 있으며, 동시에 회전자(31)와 고정자(30)의 극 표면 사이에서는 공기 갭(36)이 형성되어 있다. 공기 갭 측면의 주요 치부(34)의 표면은 대략 영구 자석 세그먼트(32)와 동일한 각도 영역에 걸쳐 연장되어 있으며, 반면에 공기 갭 측면의 폭이 좁은 종속 치부(35)의 표면은 대략 단지 절반의 크기를 갖는다.

주요 치부(34)는 하나의 고정자 권선(37)을 지지하며, 상기 고정자 권선은 절연된 권선 와이어(38)를 이용하여 주요 치부(34)를 감음으로써 제조되며, 동시에 상기 권선 와이어(38)는 각각 하나의 주요 치부(34)에 인접하는 두 그루브(33)를 커버하면서, 하나의 그루브(33) 내로 삽입되어 다른 하나의 그루브(33)로부터 배출되어 있다. 그루브(33)의 순번은 도3에 (1 내지 16)으로 표시되어 있다. 고정자 권선(37)은 k 개의 권선 위상을 구비하여 설계되어 있으며, 상기 권선 위상은 각각 직렬로 연결되면서 그루브(33) 내로 삽입되어, 치부(34)를 중심으로 감겨진 m 개의 코일을 포함하는 각각 l개의 병렬 분기를 포함하고 있다(k, l 및 m은 각각 일(1)보다 큰 정수이다). 상기 k 개 권선 위상들 중 각각 하나의 권선 위상의 l 개의 병렬 분기는 접속 후크(39)를 통해 상호간에 연결되어 있으며, 상기 접속 후크는 각각 하나의 권선 위상의 위상 단자와 성형점을 형성한다.

도2의 권선 개략도로부터 알 수 있듯이, 기술한 실시예에 있어서 고정자 권선(37)은 4상의 유형으로 설계되어 있으며, 또한 4개의 권선 위상(41 내지 44)을 구비하고 있으며, 동시에 각각의 위상은 각각 직렬로 접속된 2개의 코일(40)로 이루어진 4개의 병렬 분기(45)를 구비하여 설계되어 있다. 권선 위상(41)의 4개의 분기(45)는 위상 단자(B1)를 형성하는 접속 후크(39) 상에 그리고 권선 위상(42)의 분기(45)는 위상 단자(B2)를 형성하는 접속 후크(39) 상에 접촉되어 있다. 상기 두 권선 위상(41, 42)에는 공동의 성형점(SB)이 할당되어 있으며, 상기 성형점은 마찬가지로 접속 후크(49) 상에 위치해 있다. 권선 위상(43)의 분기(45)는 위상 단자(A2)를 형성하는 접속 후크(39) 상에 그리고 권선 위상(44)의 4개의 분기(45)는 위상 단자(A1)를 형성하는 접속 후크(39) 상에 접촉되어있다. 상기 두 권선 위상(43, 44)의 경우 하나의 성형점(SA)이 제공되어 있으며, 상기 성형점은 마찬가지로 접속 후크(39)에 의해 형성되어 있다.

권선 개략도는 도2에의 상부 부분에 코일(40), 위상 단자(B1, B2, A2, A1), 성형점(SB, SA) 및 권선 와이어 경로를 포함한 블록 선도로서 도시되어 있다. 권선 와이어 내에 표시된 화살표는 권선 와이어의 전파 방향을 나타내고 있다. 각 주요 치부(34)(도 3)를 중심으로는 권선 와이어가 z 회 감겨 있으면서, 각각 하나의 코일(40)을 형성한다. 도2의 하부 부분에는 권선 개략도가 흐름도로 다시 숫자로 도시되어 있다. "후크"와 "그루브/그루브" 사이에 표시된 화살표는 그루브(그루브의 오름차순 순번 1 내지 16)의 수치 가산 방향(counting direction)으로 회전하는 권선 와이어의 방향을 표시하고 있으며, 우측으로 향하는 화살표는 수치 가산 방향으로 권선 와이어의 전파 방향을 그리고 좌측으로 향하는 화살표는 숫자의 반대방향으로 권선 와이어의 전파 방향을 표시하고 있다.

권선 개략도가 설명된다. 단지 시작 부분에 대해서만 권선 진행의 한 부분만이 다음에서 설명된다.

권선 와이어는 수치 가산 방향의 반대 방향으로 후크(B1)에서 그루브(6)쪽으 로 진행하면서, 여러 차례(z 회) 그루브(6)와 그루브(5) 사이의 주요 치부를 휘감으며, 그루브(2)를 걸쳐 주요 치부 상에 여러 차례 감겨질 수 있도록 그루브(5)로부터 수치 가산 방향으로 그루브(1)쪽으로 안내된다. 그루브(2)로부터 와이어는 수치 가산 방향으로 후크(B2)쪽으로 안내되며, 수치 가산 방향으로 그루브(6)쪽으로 진행하면서 그루브(6)와 그루브(5) 사이의 주요 치부를 휘감으며 그루브(5)로부터 수치 가산 방향으로 그루브(1)쪽으로 안내되고, 그루브(2)를 걸쳐 또한 여러 차례 주요 치부 상에 감겨진다. 그루브(2)로부터 배출되는 권선 와이어는 후크(B2)쪽으로 안내된다.

상기의 권선 개략도의 부분은 도3에서 고정자(30)에 대한 고정자 권선(37)의 공간상 할당을 분명히 도시하기 위해 개략적으로 표시되어 있다. 도3에서 알 수 있듯이, 그루브(5/1)와 그루브(2/6)(SB 상부) 사이의 와이어 섹션은 고정자(30)의 상기 와이어 섹션 자체의 전단면 상에서 고정자(30)의 하부 에지에 안내되며, 상기 와이어 섹션 상에는 또한 접속 후크(39)가 배치되어 있다. 도3에는 추가로 도시되어 있지 않는 것과 같이, 와이어 섹션은 플라스틱으로 이루어진 하나의 환형 권선 지지부 내에 수용되며, 상기 권선 지지부는 고정자(30)의 내부 중공(hollow) 내에 삽입되어 있으면서 고정자(30)의 내부 환형 케이싱부(annular casing)에 예컨대 포지티브하게 고정되어 있다.

도2에 따른 권선 개략도를 계속해서 살펴보면, 후크(B2)로부터 출발하여 권선 와이어는 수치 가산 방향으로 그루브(13)쪽으로 안내되고, 그루브(14)를 걸쳐 주요 치부를 중심으로 여러 차례 감겨지고, 그루브(9)를 걸쳐 여러 차례 주요 치부를 중심으로 감겨지도록 하기 위해, 그루브(14)로부터 수치 가산 방향으로 그루브(10)쪽으로 안내된다. 그루브(9)로부터 권선 와이어는(지금까지 통상적인 방법과 같이(도1 비교)) 성형점(SB)쪽으로 진행하는 것이 아니라, 수치 가산 방향의 반대 방향으로 또 다른 성형점(SA)쪽으로 안내되고, 그리고 그 곳에서 수치 가산 방향의 반대 방향으로 그루브(13)쪽으로 진행한다. 그루브(13)로부터 와이어는 그루브(14)를 걸쳐 여러 차례 주요 치부를 중심으로 감겨지며 그루브(14)로부터 수치 가산 방향의 반대 방향으로 그루브(10)쪽으로 안내되며, 다시금 그루브(9)를 걸쳐 주요 치부를 중심으로 감겨져서 수치 가산방향으로 후크(B1)쪽으로 안내된다. 추가의 권선 진행은 이제부터 권선 개략도에 따라 용이하게 실행된다. 권선 와이어의 전파 방향에 대한 원호 모양의 두 화살표는, 교차 위치를 회피하기 위해, 권선 와이어가 일회에 걸쳐 완전하게 권선 지지부를 중심으로 휘감겨져야함을 의미한다. 권선 와이어는 α-루프(loop)의 형태로 후크(39) 내에 걸려진다. 상기와 같이 권선 와이어가 걸려지지 않는 곳이라면, 상기의 사항을 각각의 후크에서 생각해 볼 수 있다.

고정자(30)를 완전하게 권선한 다음 각각의 주요 치부(34) 상에는 총 4개의 코일(40)이 위치하게 되며, 상기 코일은 2개의 권선 위상(41, 42)과 2개의 권선 위상(43, 44) 중 각각 하나의 권선 위상에 속해 있다. 권선 위상(41과 42)으로부터 이 위상 자체의 코일(40)을 이용하여 그루브(14/13)와 그루브(10/9)를 커버하는(도2의 중심 부분) 두 분기(45)는 성형점(SA)(그리고 다른 분기가 성형점(SB)쪽으로 안내되는 것과는 다르게)쪽으로 안내되며, 권선 위상(43과 44)으 로부터는 이 위상 자체의 코일(40)을 이용하여 그루브(7/8)와 그루브(12/11)를 커버하는(도2의 중심 부분) 두 분기(45)는 성형점(SB)(그리고 다른 분기가 성형점(SA)쪽으로 안내되는 것과는 다르게)쪽으로 안내된다. 그런 다음 상기 코일(40)은 상기 성형점(SA) 내지 성형점(SB)에 접촉하게 된다. 이와 같이 상이한 권선 위상(41 내지 44) 상으로 성형점을 분리함으로써 와이어 경로는 권선 지지부를 중심으로 최적화되며, 대략 동일한 크기의 와이어 섹션이 구현되어 권선 지지부를 중심으로 회전하는 와이어의 수도 최소화된다. 성형점(SA, SB)은 임의의 위치에서 상호 간에 연결된다.

본 발명은 실시예에서 기술한 4상권선에만 제한되는 것이 아니다. 3상의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있으며, 동시에 이러한 경우에도 또 다른 권선 위상에 속하는 성형점들 상에 3개의 권선 위상 중 하나 또는 그 이상의 권선 위상의 분기를 접촉시키는 점이 권선 위상 경로의 최적화를 허용한다.

Claims

그루브(33)에 의해 분리되는 주요 치부(34)를 구비한 하나의 고정자(30)와, 절연된 권선 와이어(38)로 제조되는 하나의 고정자 권선(37)을 포함하고 있으며, 상기 고정자 권선은 직렬로 접속되어 그루브(33) 내로 삽입되며, 주요 치부(34)를 중심으로 감겨지는 m 개의 코일(40)의 각각 l개의 병렬 분기(45)를 구비한 k 개의 권선 위상(41 내지 44) 및 각각 하나의 권선 위상(41 내지 44)의 l 개의 병렬 분기(45)와 연결되는 접속 후크(39)를 포함하며, 상기 접속 후크는 각각 하나의 권선 위상의 위상 단자(B1, B2, A2, A1) 및 성형점(SB, SA)을 형성하며, k, l, m은 일(1) 보다 큰 정수인, 전자 정류식 전기 기계, 특히 전동기에 있어서,

하나의 권선 위상(41 내지 44)에 속하는 l개의 병렬 분기(45)의 일 부분이 또 다른 권선 위상(44 내지 41)의 성형점(SB, SA) 상에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항에 있어서, 권선 위상(41 내지 44)의 위상 단자(B1, B2, A2, A1) 및 성형점(SB, SA)을 형성하는 접속 후크(39)는 고정자의 상기 접속 후크 자체의 측면 상에 있어서 환형 고정자(30)의 내부 에지에 배치되어 있으며, 몇몇 코일(40)을 연결하는 와이어 섹션은 환형 고정자(30)의 내부 에지를 따라 안내되는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 권선 와이어(38)는 고정자(30) 내에서 다음에 이어지는 코일(40)의 위치에 따라, α-루프의 형태로 접속 후크(39) 내에 걸려 있거나 또는 접속 후크(39)에 인접하는 방식으로 통과하여 안내되며, 접속 후크(39)에 인접하는 모든 권선 와이어 섹션은 상기 접속 후크(39)와 전기 및 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 고정자 권선의 4상의 구성의 경우 고정자 권선(37)의 2개의 권선 위상(41, 42) 내지 권선 위상(43, 44)은 각각 하나의 공동의 성형점(SB, SA)상에 접촉되어 있으며, 상기 고정자 권선의 코일(40)은 동일한 주요 치부(34) 상에 감겨져 있고, 권선 위상(41 내지 44) 당 4개의 병렬 분기(45)에 있어서 권선 위상(41 내지 44) 당 2개의 분기는 권선 위상(41 내지 44)에 속하는 공동의 성형점(SB, SA)쪽으로, 그리고 권선 위상(41 내지 44) 당 2개의 분기는 또 다른 성형점(SA, SB)쪽으로 안내되며, 각각 성형점(SA, SB)에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 성형점(SA, SB)은 외부에서 상호간에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.