KR100626608B1 - 레이저 용접에 의한 분할코어 철편 적층방법, 이에 사용되는 용접 시스템 및 용접용 지그, 및 이에 의해 형성되는 분할코어 블록, 스테이터 코어 및 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적층하고자 하는 분할코어 철편의 크기 및 개수에 따른 분할코어 용접용 지그에 상기 적층하고자 하는 분할코어 철편들을 고정하는 단계; 및 상기 크기 및 개수에 따라 세팅된 프로그램에 의하여 그 출력 및 이동이 제어되는 레이저 용접기 건을 포함하는 레이저 용접기를 사용하여 상기 분할코어 용접용 지그에 고정된 상기 분할코어 철편들을 적층방향으로 국부적으로 그리고 연속적으로 용접하여 분할코어 블록을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할코어 철편 적층방법을 개시한다. 또한 본 발명은 이러한 방법에 사용되는 레이저 용접 시스템 및 용접용 지그를 개시한다.

본 발명에 의하면 분할 코어 블록의 변형이 거의 없음과 동시에 레이저 설비의 간단한 프로그램 변경으로 적층길이의 변경이 매우 용이하여 다양한 품종의 모터 개발을 위한 요구사항에 대한 빠른 대응을 할 수 있으며 작업 공정이 간단하며 자동화되어 있어 공정 단순화 및 수율 향상을 달성할 수 있다.

분할 코어 철편, 레이저 용접 시스템, 용접용 지그

Description

레이저 용접에 의한 분할코어 철편 적층방법, 이에 사용되는 용접 시스템 및 용접용 지그, 및 이에 의해 형성되는 분할코어 블록, 스테이터 코어 및 모터{Split Core Sheet Stacking Method, and Welding System and Welding Jig used therein, and Split Core Block, Stator Core and Motor manufactured thereby}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 모터의 스테이터 코어를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접을 이용한 분할코어 철편의 적층 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 시스템을 도시한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 분할코어 철편 적층에 사용되는 분할코어 용접용 지그 및 분할코어 철편들이 상기 용접용 지그에 고정되는 과정을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의하여 완성된 분할코어 블록의 사시도 및 정면도를 도시한 도면이다.

본 발명은 스테이터 코어나 모터에 사용되는 분할 코어 블록을 형성하기 위한 분할코어 철편 적층 방법, 특히 레이저 용접을 이용하여 분할 코어 철편을 적층하는 방법과, 이에 사용되는 용접 시스템 및 용접용 지그에 관한 것이다.

스테이터 코어에 권선 코일을 장착한 형태의 스테이터를 포함하는 모터를 조립하는 방법에 있어서, 종래에는 그 조립 공정수 및 비용을 저감시키는 등의 관점으로부터, 스테이터 코어를 일체적으로 성형하는 방법 대신에 도 1a에 도시된 바와 같이 원형의 요크부(11a) 및 요크부의 반경방향 내측으로 돌출된 복수의 돌출극(11b)을 일체적으로 가지도록 강판을 프레스 장치 등에 의해 절단하여 형성된 코어 플레이트(11)를 적층하여 스테이터 코어(12)를 조립하였다.

그러나 상기와 같은 방법으로 조립된 스테이터는 코어의 돌출극(11b)이 반경방향 바깥쪽의 요크부(11a)의 내측으로 돌출되어 있기 때문에 코일을 감거나 권선 코일을 장착하는 작업이 스테이터 코어(12)의 내측에서 행해질 필요가 있으나, 이 경우 스테이터 코어의 내측의 공간은 좁기 때문에 코일을 감는 작업이나 권선코일의 장착 작업이 용이하지 않아서 많은 작업 공정이 필요함과 동시에 권선의 점적률이 작아지는 문제점이 있었다.

따라서, 종래에는 도 1b에 도시된 바와 같은 방법을 사용하여 스테이터를 조립하였다. 이 방법을 상세히 살펴보면, 도 1a의 코어 플레이트(11)를 각각 요크부(13a)와 돌출부(13b)를 갖는 분할코어 철편(13)으로 분할하고, 이 분할코어 철편(13)을 원하는 갯수만큼 적층하여 일체화된 분할코어 블록(14)을 얻는다. 그 후 분할 코어 블록(14)의 적층 돌출부(14b)에 코일을 감거나 권선코일의 장착을 행한다. 그리고 나서 분할 코어 블록(14)들이 원형이 되도록 적층 돌출부(14b)들을 인접하 도록 배치한 후에, 분할 코어 블록(14)의 적층 요크부(14a)들 사이를 용접함으로써 일체화된 스테이터를 조립한다.

그러나, 상기와 같은 분할코어 블록(14)을 원형으로 배치하여 스테이터를 조립하는 경우 코일의 권선 작업이 용이하게 되고 권선의 점적률도 커지게 되는 장점이 있는 반면, 분할코어 철편(13)을 원하는 갯수만큼 적층하여 일체화시키는 데 있어서 분할코어 철편(13)을 만드는 프레스 가공시에 피어싱 및/또는 엠보싱 등의 작업을 거쳐 분할코어 철편(13)의 일면에 볼록부와 다른 면에 오목부를 갖도록 하고 가압하여 일체화시키는 등의 번거로운 작업을 거쳐야 하고, 이러한 작업에 의하면 분할코어 철편에 변형이 생겨 결국 스테이터가 균일한 제품 품질을 갖지 못하게 된다는 문제점이 있었다.

한편, 도 1a에서와 같은 코어 플레이트를 적층하여 스테이터 코어를 조립하는 경우 레이저빔을 사용하는 방법이 공지되었으나, 레이저 용접은 열의 발생이 적고 그에 따른 용접물의 변형이 다른 용접방식에 비하여 매우 적다는 장점이 있는 반면, 용접부위에 대한 레이저 빔의 정밀한 위치 설정이 용이하지 아니함과 동시에 공정 과정이 복잡하여 다양한 품종의 모터를 개발하는데 있어서는 작업자의 숙련도나 경험에 크게 의존하게 되어 레이저 용접을 이용하여 분할 코어 철편을 적층하는 데에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 용접을 이용하여 분할코어 철편을 적층함으로써 분할코어 블록의 변형이 거의 없고 다양한 품종의 모터 개발을 위한 요구사항에 대한 빠른 대응을 할 수 있으며 공정 단순화 및 수율 향상을 달성할 수 있는 분할코어 철편 적층 방법과, 이에 사용되는 용접 시스템 및 용접용 지그, 및 이에 의해 형성되는 분할코어 블록, 스테이터 코어 및 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 분할코어 적층방법은 적층하고자 하는 분할코어 철편의 크기 및 개수에 따른 분할코어 용접용 지그에 상기 적층하고자 하는 분할코어 철편들을 고정하는 단계; 및 상기 크기 및 개수에 따라 세팅된 프로그램에 의하여 그 출력 및 이동이 제어되는 레이저 용접기 건을 포함하는 레이저 용접기를 사용하여 상기 분할코어 용접용 지그에 고정된 상기 분할코어 철편들을 적층방향으로 국부적으로 그리고 연속적으로 용접하여 분할코어 블록을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템은 레이저의 출력 조건 및 결과를 표시하는 표시부; 원점 세팅 및 프로그램 세팅을 위한 다이얼 및 버튼을 구비하는 제어부 판넬; 상기 제어부 판넬의 출력 신호에 따라 레이저 용접 건의 원점을 세팅하는 프로그램을 구동하는 원점세팅 제어부; 상기 제어부 판넬의 출력신호에 따라 각 분할코어 용접용 지그의 기종 및 적층길이에 따른 개별적인 프로그램을 구동하는 프로그램 세팅 제어부; 및 상기 분할코어 용접용 지그를 안착시키기 위한 인덱스를 포함하고, 상기 원점세팅 제어부 및 프로그램 세팅 제어부의 출력 신호에 따라 레이저의 출력 및 상기 인덱스와의 상대적 이동이 제어되는 레이저 용접 건을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 분할코어 용접용 지그는 분할코어 철편의 적층방향으로의 고정을 위한 스토퍼 및 상기 분할코어 철편의 적층을 수용하기 위한 장착홈을 포함하는 베이스; 측면 고정 손잡이 및 상기 측면 고정 손잡이의 작동과 연동하여 상기 장착홈에 수용된 상기 분할코어 철편들을 상기 적층방향에 직각인 방향으로 고정하기 위한 측면 고정 부재; 및 상기 베이스에 착탈가능하며 상기 스토퍼에 대향하여 설치되어 상기 분할코어 철편들을 상기 스토퍼 쪽으로 압착하기 위한, 밀착부재, 스프링 및 조임 손잡이로 이루어진 분할코어 고정지그를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접을 이용한 분할코어 철편의 적층 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저 단계 21에서 분할코어 철편들이 정렬되어 있는 캐리어를 준비한다. 여기서 캐리어란 서로 용접되지 않은 상태로 고무 패킹에 의해 정렬되어 있는 상태의 분할코어 철편들을 일컫는다. 단계 22에서 준비된 캐리어를 초음파 세척기에 안착시키고 세척한다. 세척이 끝난 캐리어를 꺼내어 정렬한 후 에어건(air gun)으로 먼지를 제거한다.

그 후 단계 23에서 레이저 용접기를 세팅한다. 본 실시예에서 사용되는 레이저 용접기는 CO₂ 용접기로서, 이 레이저 용접기의 세팅 단계를 도 3의 레이저 용접 시스템을 참고하여 더욱 자세히 살펴보면, 먼저 제어부 판넬(32)내의 메인 전원 스 위치를 돌려 전원을 켜고, 그 후 레이저 건 원점 세팅용 지그(도시안됨)를 레이저 용접기 내의 인덱스(36)에 장착하고 표시부(31)에 나타나는 신호를 참조하여 원점 세팅을 위한 레이저 출력의 세기, 주파수 및 각 펄스의 지속시간을 세팅한다. 이 경우 원점 세팅에 필요한 레이저 출력, 주파수 및 각 펄스의 지속시간 등은 원점세팅 제어부(33)내의 메모리에 원점세팅 프로그램으로서 미리 저장되어 있고, 이 원점세팅 제어부(33)의 출력에 의하여 레이저의 출력 조건 및 레이저 용접기 건(35)과 인덱스(36)의 상대운동이 제어된다. 따라서 작업자는 표시부(31)의 화면을 참조하여 제어부 판넬(32)내의 건 원점 세팅 다이얼 및 버튼을 조작하는 것만으로도 이러한 작업을 수행할 수 있다. 또한 이 원점 세팅은 최초의 작업시작 전에 한번만 해주어도 된다.

그 후에 용접기의 제어부 판넬(32)내의 다이얼 및 버튼을 조작하여 개별 용접 프로그램을 세팅한다. 이 경우에도 각각의 개별 용접 프로그램은 각 지그(37)의 기종 및 레이저 출력별로 프로그램 세팅 제어부(34)내의 메모리에 미리 저장되어 있으며, 적용될 지그의 기종 및 레이저 출력은 표 1에 나타낸 바와 같이 적층길이에 대해 미리 정해져 있다. 프로그램 세팅 제어부(34)의 출력에 의하여 용접시의 레이저의 출력 조건 및 레이저 용접기 건(35)과 인덱스(36)의 상대운동이 제어된다. 따라서, 작업자는 분할코어 용접용 지그(37)을 인덱스(36)에 안착시키고 표시부(31)의 화면을 참조하여 용접기의 제어부 판넬(32)내의 다이얼 및 버튼을 다이얼만 조작하는 것만으로도 개별 용접 프로그램을 실행할 수 있다.

프로그램 번호	지그의 분류	적용기종	적층길이
01	A	30W	10.0
02		50W	18.0
03		80W	38.0
04		100W	48.0
05	B	100W	15.0
06		200W	27.5
07		400W	57.0
08	C	200W	20.0
09		400W	35.0
10		600W	52.0
11		750W	70.0
12		1KW	88.0

그 후 도 2의 단계 24에서 분할코어 용접용 지그에 캐리어를 안착시킨다. 본 발명의 일실시예에 사용되는 분할코어 용접용 지그 및 이에 분할코어 철편들을 고정하는 과정에 대해서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 자세히 설명한다.

먼저 도 4a에는 분할코어 용접용 지그의 주요 구성을 나타낸다. 분할코어 용접용 지그(40)는 분할코어 철편의 적층방향으로의 고정을 위한 스토퍼(41) 및 상기 분할코어 철편들을 수용하기 위한 장착홈(42)을 포함하는 베이스(43)를 포함하여 이루어진다. 또한 측면 고정 손잡이(44) 및 상기 측면 고정 손잡이의 작동과 연동하여 상기 분할 코어 철편들을 적층방향에 직각인 방향으로 고정하기 위한 측면 고정 부재(45)를 포함한다. 또한 분할코어 용접용 지그(40)는 상기 베이스(43)에 착탈가능하며 상기 스토퍼(41)에 대향하여 설치되어 상기 분할코어 철편들을 상기 스토퍼(41) 쪽으로 압착하기 위한, 밀착 부재(46), 스프링(47) 및 조임 손잡이(48)를 포함한 분할코어 고정지그(49)로 구성된다.

분할코어 용접용 지그에 분할코어 철편들을 안착시키고 고정하는 단계(도 2의 단계 24 및 단계 25)에서는 먼저 도 4b에 도시된 바와 같이 분할코어 용접용 지그의 지그 고정판(50)에 지그 가이드판(51)을 안착시키는데, 이 경우에 표 1에 나타난 각 기종에 맞는 지그 가이드판을 안착시킨다. 그 후 분할코어 용접용 지그(40)를 지그 고정판(50) 위에 안착시키고, 분할코어 고정지그(49)를 분할코어 용접용 지그로부터 해제시킨후 안내가이드(52)를 장착홈(42)에 정렬시키고, 세척이 완료된 캐리어를 안내 가이드(52)에 올려놓아 고무패킹(분할코어 용접용 지그와 맞닿는 쪽, 미도시됨)을 제거한 후 원하는 개수만큼의 철편을 장착홈(42)에 밀어넣어 안착시킨다. 철편들을 안착시킬 때에는 분할코어 철편의 측면 돌기부(도 5의 도면부호 53 참조)의 방향을 확인하여 동일한 방향을 향하도록 안착시킨다. 이 경우 상기 지그 가이드판(51)및 분할코어 용접용 지그(40)는 기종별로 따로 준비되어 있으므로 비록 작업자가 숙련자가 아니라고 하더라도 손쉽게 이 공정을 행할 수 있다. 그 후 도 4c에 나타난 바와 같이 밀착부재(46), 스프링(47) 및 조임 손잡이(48)를 포함하여 이루어진 분할코어 고정지그(49)를 분할코어 용접용 지그(40)에 장착시킨 후 조임 손잡이(48)를 풀어 스프링(47)의 힘에 의하여 분할 코어 철편들이 정해진 힘으로 스토퍼(41) 방향으로 압착되도록 한다. 분할코어 용접용 지그에 상기와 같은 스프링을 이용하면 균일한 힘으로 분할코어 철편들을 압착한 상태로 용접이 가능하기 때문에 동일한 적층 길이의 제품에 대하여 균일한 제품 품질을 보장할 수 있다.

그 후 정렬 방향이 틀린 코어가 없는지 확인하고 코어의 버어(burr)가 많지는 않은지를 확인한다. 그리고 분할코어 용접용 지그의 양 측면 고정 손잡이(44)를 돌려 측면 고정 가이드(45)를 이동시켜 분할코어 철편들을 적층방향과 직각인 방향으로 더욱 고정시킨다. 그리고나서 상기 철편들의 정렬을 가지런히 하기 위하여 장착홈에 안착된 분할코어 철편들에 정렬 지그(미도시됨)를 댄 상태에서 고무망치 등으로 두드려 분할코어 철편들의 정렬을 고르게 한다. 고무망치 등로 두드린 후에 분할코어 철편들이 정렬된 면을 손가락으로 만져 정렬 상태가 고른지 확인하고 철편들의 삽입 방향이 틀린 것은 없는지 육안으로 확인한다. 이상과 같이 분할코어 철편들을 적층시켜 레이저 용접하고자 하는 경우에 용접 프로그램 뿐만 아니라 가이드판 및 분할코어 용접용 지그는 조립하고자 하는 품종에 맞게 선택하기만 하면 되며, 그 외의 작업에 대해서는 숙련도나 경험을 요구하지 않기 때문에 작업자가 비록 비숙련자라 하더라도 본 발명에 의한 레이저 용접을 손쉽게 행할 수 있다.

도 2의 단계 26에서 레이저 용접을 실시하게 되는데, 정렬이 완료된 분할코어 용접용 지그(37)를 레이저 용접기 내의 인덱스(36)에 분할코어 용접용 지그의 가이드 핀을 맞춰 넣어 도 3에 도시된 바와 같이 안착시킨다. 이 때에도 작업자는 분할코어 용접용 지그의 가이드핀이 레이저 용접기의 인덱스에 안착되었는지 확인하기만 하면 된다.

그 후 레이저 용접이 완료되면 분할코어 용접용 지그를 꺼내고, 철편들을 고정하는 과정의 역순으로 완성된 분할 코어 블록을 빼내어 작업대 위에 정렬한다. 그 후 버니어 캘리퍼스 등의 검사장비를 이용하여 적층길이를 측정하여 적층길이가 기준 값에서 허용오차 내에 있는지 확인한다(도 2의 단계 27).

도 5는 용접이 완료된 후의 완성된 분할 코어 블록의 사시도 및 정면도를 나타낸다. 본 실시예에 의하면 분할 코어 블록의 용접부위(55)는, 도 5에 나타난 바와 같이 완성되는 스테이터의 반경방향 바깥쪽 및 안쪽인 것이 바람직하며, 적층 길이 전체에 걸쳐 연속적인 것이 바람직하다.

이상에서는 스테이터의 코어에 관한 일실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명은 단지 스테이터에 사용되는 코어의 분할코어 블록을 조립하는 것에 한정되는 것이 아니고, 로터나 액추에이터 등을 조립하는데 사용되는 분할코어 블록에 대해서도 적용가능하다.

본 발명에 의하면, 스테이터 코어나 모터에 사용되는 분할 코어 블록의 변형이 거의 없음과 동시에 레이저 설비의 간단한 프로그램 변경으로 적층길이의 변경이 매우 용이하여 다양한 품종의 모터 개발을 위한 요구사항에 대한 빠른 대응을 할 수 있으며 작업 공정이 간단하며 자동화되어 있어 공정 단순화 및 수율 향상을 달성할 수 있는 분할코어 철편 적층 방법과, 이에 사용되는 레이저 시스템 및 용접용 지그를 제공한다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 적층하고자 하는 분할코어 철편의 크기 및 개수에 따른 분할코어 용접용 지그에 상기 적층하고자 하는 분할코어 철편들을 고정하는 단계; 및

   상기 크기 및 개수에 따라 세팅된 프로그램에 의하여 그 출력 및 이동이 제어되는 레이저 용접기 건을 포함하는 레이저 용접기를 사용하여 상기 분할코어 용접용 지그에 고정된 상기 분할코어 철편들을 적층방향으로 국부적으로 그리고 연속적으로 용접하여 분할코어 블록을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 분할코어 철편 적층방법에 있어서,

   상기 고정하는 단계는,

   분할코어 철편의 캐리어로부터 적층하고자 하는 상기 개수의 분할코어 철편을 상기 분할코어 용접용 지그에 안착시키는 단계;

   상기 캐리어를 초음파 세척하는 단계; 및

   안착된 상기 분할코어 철편들을 상기 적층방향 및 상기 적층방향에 수직인 방향으로 압착시키는 단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 방법은, 상기 분할 코어 블록을 검사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할코어 철편 적층방법.
5. 제 4 항에 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 분할 코어 블록.
6. 복수의 제 5 항에 따른 분할 코어 블록에 원하는 권선 작업을 각각 행한 후 상기 레이저 용접기를 사용하여 상기 분할 코어 블록들을 용접함으로써 조립된 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
7. 제 5 항에 따른 분할코어 블록을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
8. 분할코어 철편을 적층하기 위한 레이저 용접시스템에 있어서,

   레이저의 출력 조건 및 결과를 표시하는 표시부(31);

   원점 세팅 및 프로그램 세팅을 위한 다이얼 및 버튼을 구비하는 제어부 판넬(32);

   상기 제어부 판넬(32)의 출력 신호에 따라 레이저 용접 건의 원점을 세팅하 는 프로그램을 구동하는 원점세팅 제어부(33);

   상기 제어부 판넬(32)의 출력신호에 따라 각 분할코어 용접용 지그의 기종 및 적층길이에 따른 개별적인 프로그램을 구동하는 프로그램 세팅 제어부(34); 및

   상기 분할코어 용접용 지그를 안착시키기 위한 인덱스(36)를 포함하고, 상기 원점세팅 제어부 및 프로그램 세팅 제어부의 출력 신호에 따라 레이저의 출력 및 상기 인덱스와의 상대적 이동이 제어되는 레이저 용접 건(35)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접시스템.
9. 분할코어 철편을 적층하기 위한 레이저 용접용 지그에 있어서,

   분할코어 철편의 적층방향으로의 고정을 위한 스토퍼(41) 및 상기 분할코어 철편의 적층을 수용하기 위한 장착홈(42)을 포함하는 베이스(43);

   측면 고정 손잡이(44) 및 상기 측면 고정 손잡이(44)의 작동과 연동하여 상기 장착홈(42)에 수용된 상기 분할코어 철편들을 상기 적층방향에 직각인 방향으로 고정하기 위한 측면 고정 부재(45); 및

   상기 베이스(43)에 착탈가능하며 상기 스토퍼(41)에 대향하여 설치되어 상기 분할코어 철편들을 상기 스토퍼(41) 쪽으로 압착하기 위한, 밀착부재(46), 스프링(47) 및 조임 손잡이(48)로 이루어진 분할코어 고정지그(49)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 지그.

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