KR101002607B1

KR101002607B1 - 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치

Info

Publication number: KR101002607B1
Application number: KR1020090045497A
Authority: KR
Inventors: 김형길; 심민석; 김동곤; 박근준
Original assignee: (주)설텍
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-20
Also published as: KR20100127012A

Abstract

본 발명은 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 본체(1) 상부에서 회전하면서 일측에서 연속 공급되는 코일을 감는 권선부와, 상기 권선부에 코일이 감길 때 코일의 형태가 파권형을 이루도록 하는 권선성형부를 형성하며, 본체(1) 하부에는 상기 권선부를 구동수단을 이용해 일정한 회전 각도만큼 회전시키는 회전구동부와, 상기 권선부의 회전을 억제하는 위치고정부를 형성함으로써, 코일의 권선 작업을 자동으로 수행할 수 있게 되어 코일 권선 작업의 생산성 향상과 더불어 고정자 코일의 제조 과정에서 이루어지는 수작업 부분을 축소할 수 있게 되어 노동력과 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 코일을 파권형으로 자동 권선 하는 과정에서 코일의 체적밀도를 향상시켜 권선을 최적화함으로써 코일의 전기적 손실을 최소화하여 효율성이 우수한 고정자 코일 생산이 가능케 되는 효과도 얻을 수 있다.

영구자석형 회전 기기, 고정자, 코일, 권선 장치, 파권

Description

영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치{Apparatus for winding stator coils of permanent magnet type rotation machine}

본 발명은 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 코일을 파권형으로 자동 권선함으로써 코일의 체적밀도를 향상시켜 고효율을 달성함과 동시에 생산성 향상과 제조원가 절감 효과를 동시에 달성할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 영구자석형 회전기기에 사용되는 고정자에는 일정 간격을 두고 슬롯 또는 슬롯레스(Slotless)로 구성되어 전기자 및 계자의 권선을 수용하여 고정자 내에 자계를 형성하며, 전기적 또는 기계적 에너지를 발생시키게 되는 것이다.

그런데 종래의 일반적인 고정자는 슬롯 크기와 영구자석형 회전기기의 체적에 대한 전기자 및 계자 권선의 체적 밀도가 낮은 단점이 있었다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 코일 권선체와 고정자를 분리형으로 제작하 며, 조립시 권선체와 고정자는 결속 또는 결합에 의하여 하나의 고정자로 구성하는 이온레스(Ironless) 또는 코어레스(Coreless)형 고정자의 사용이 증가하고 있는데 이러한 방식의 경우에도 전자기적 손실은 줄일 수 있는 반면에 전기자 및 계자 권선의 체적 밀도가 낮고 생산성도 낮은 문제점이 있었다.

즉, 상기와 같은 이온레스(Ironless) 또는 코어레스(Coreless)형 고정자의 경우에는 고정자 권선 코일 제조시에 보빈를 이용하여 코일을 권선할 때 전기자 상수에 대응되는 일정한 높이의 길이를 모두 수용할 수 있는 고정자 보빈에 코일을 권선하게 된다.

그리하여 보빈에 코일이 권선되면 권선된 권선체를 코일 뭉치에 결속 또는 결합하기 위하여 접착제 또는 테이프 등을 이용한 결합 조치가 필요로 하게 되는데, 이러한 결합 조치 과정에서 정확한 정렬과 배열을 위해서는 정형화된 틀 또는 고정자 형상과 같은 주물이 필요로 하기 때문에 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 결합 조치 과정에서 많은 노동력이 필요로 하기 때문에 생산성이 낮고, 인건비 증가에 따라 제조 원가도 인상되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서 철 또는 코어를 사용하지 않는 영구자석형 회전 기기의 고정자 코일 권선 작업을 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써, 코일 설계의 용이성뿐만 아니라 코일의 생산성 향상과 제조원가 절감 효과 및 고정자 코일의 효율성 향상을 동시에 달성할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본체(1) 상부에서 회전하면서 일측에서 연속 공급되는 코일을 감는 권선부와, 상기 권선부에 코일이 감길 때 코일의 형태가 파권형을 이루도록 하는 권선성형부를 형성하며, 본체(1) 하부에는 상기 권선부를 구동수단을 이용해 일정한 회전 각도만큼 회전시키는 회전구동부와, 상기 권선부의 회전을 억제하는 고정수단을 구비한 위치고정부를 형성한 구성이다.

한편, 상기 권선부는 본체(1) 상판에 설치된 베어링(101)에 의해 지지되는 회전축(2) 상단부에 회전판(3)을 설치하고, 그 회전판(3) 상부에는 치형돌부(301)와 요입홈부(302)를 번갈아가며 방사형으로 형성하는 것을 포함한다.

또한, 상기 권선성형부는 본체(1) 상부에 2개의 에어실린더를 설치하여 제1 실린더(4)의 로드에는 상기 권선부의 치형돌부(301)와 맞물리는 고정판(401)을 설치하며, 제2실린더(5)의 로드에는 상기 권선부의 요입홈부(302)와 맞물리는 압입판(501)을 설치하는 것을 포함한다.

또한, 상기 회전구동부는 상기 권선부의 회전축(2) 하부에 일방향베어링(701)을 설치하고, 그 일방향베어링(701) 외부에는 회전체(7)를 설치하여 상기 회전체(7)의 일측과 본체(1) 일측에 설치된 제3실린더(6)의 로드를 볼조인트(601)로 연결하여 제3실린더(6)를 이용해 회전체(7)를 밀어서 일정한 각도로 간헐 회전시킬 수 있게 하는 것을 포함한다.

또한, 상기 위치고정부는 상기 권선부의 회전축(2) 하단부에 고정공(801)을 방사형으로 형성한 고정휠(8)을 설치하여 본체(1)의 하부에 설치된 제4실린더(9)의 로드가 상기 고정휠(8)의 고정공(801)에 투입되어 회전축(2)의 회전을 억제하는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 코일의 권선 작업을 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써 코일 권선 작업의 생산성 향상과 더불어 고정자 코일의 제조 과정에서 이루어지는 수작업 부분을 축소할 수 있게 되어 노동력과 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 평면 예시도이고, 첨부도면 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 측면 부분 단면 예시도로서 도면에서 도시한 바와 같이 본 발명은 책상형으로 된 본체(1) 상부에서 회전하면서 일측에서 연속 공급되는 코일을 감는 권선부와, 상기 권선부에 코일이 감길 때 코일의 형태가 파권형을 이루도록 하는 권선성형부를 형성하며, 본체(1) 하부에는 상기 권선부를 구동수단을 이용해 일정한 회전 각도만큼 회전시키는 회전구동부와, 상기 권선부의 회전을 억제하는 고정수단을 구비한 위치고정부를 형성하게 된다.

이때, 상기 권선부는 본체(1) 상판에 베어링(101)을 설치하여 그 베어링(101)에 의해 회전 가능케 지지되는 회전축(2) 상단부에 회전판(3)을 설치하고, 그 회전판(3) 상부에는 치형돌부(301)와 요입홈부(302)를 번갈아가며 방사형으로 형성함으로써, 상기 회전판(3)이 회전하게 되면 회전판(3) 상부에 형성된 치형돌부(301)의 둘레를 따라서 환상으로 코일이 감기게 된다.

한편, 본체(1) 상판에 형성된 권선부 일측에는 권선성형부를 형성하게 되는데, 권선성형부는 본체(1) 상부에 2개의 에어실린더를 설치하여 제1실린더(4)의 로드에는 상기 권선부의 치형돌부(301)와 맞물리는 고정판(401)을 설치하며, 제2실린더(5)의 로드에는 상기 권선부의 요입홈부(302)와 맞물리는 압입판(501)을 설치하게 된다.

따라서 연속 공급되는 코일이 상기 권선부를 구성하는 회전판(3)의 상부에 형성된 치형돌부(301)의 둘레에 감기는 과정에서 상기 권선성형부의 제1실린더(4)에 의해 작동하는 고정판(401)이 상기 권선부의 치형돌부(301) 외주면에 밀착하면서 치형돌부(301)의 둘레를 따라서 환상으로 감기는 코일의 일부분을 치형돌부(301)의 외주면에 강하게 밀착시켜 고정하게 된다.

이때, 제2실린더(5)에 의해 작동하는 압입판(501)이 권선부의 요입홈부(302) 내부로 투입되면서 치형돌부(301)의 둘레를 따라서 환상으로 감기는 코일의 일부분을 권선부의 요입홈부(302) 내부로 압입하게 된다.

그리하여 코일의 일부분이 권선부의 요입홈부(302) 내부로 압입되면 제1실린더(4)와 제2실린더(5)에 의해 각각 작동하는 고정판(401)과 압입판(501)이 권선부에서 각각 이탈한 후 권선부의 회전판(3)이 일정한 각도로 회전한 후에 다시 위와 같이 코일의 일부분을 고정한 후 압입하는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 코일의 파권이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 코일을 파권형으로 권선하기 위해서는 회전판(3)이 일정한 각도로 간헐 회전해야 하는데, 이를 위해서 본체(1) 하부에는 상기 권선부를 일정한 회전 각도만큼 회전시키는 구동수단을 구비한 회전구동부를 구성하게 된다.

즉, 상기 회전구동부는 상기 권선부의 회전축(2) 하부에 일방향베어링(701)을 설치하고, 그 일방향베어링(701) 외부에는 회전체(7)를 설치하여 상기 회전체(7)의 일측에는 본체(1) 일측에 설치된 제3실린더(6)의 로드의 직선 운동을 상기 회전체(7)에 회전운동 전환하여 전달할 수 있는 볼조인트(601)로 연결함으로써, 제3실린더(6)의 로드가 배출되면 그로인해 회전체(7)가 일정한 각도만큼 회전하게 된다.

이때, 그 회전체(7) 내부에는 일방향베어링(701)이 설치되고, 그 일방향베어링(701)에는 권선부의 회전축(2)이 끼워져 있기 때문에 회전체(7)가 회전할 때 권선부의 회전축(2)도 같이 회전하면서 권선부의 간헐 회전이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 권선부가 간헐 회전한 후 권선부의 회전축(2)이 역회전하지 않도록 함과 동시에 제3실린더(6)의 로드를 원래 위치로 복귀시키기 위해서 권선부의 회전을 억제하기 위한 위치고정부를 형성하게 된다.

즉, 상기 위치고정부는 상기 권선부의 회전축(2) 하단부에 고정공(801)을 방사형으로 형성한 고정휠(8)을 설치하고, 본체(1)의 하부에는 제4실린더(9)를 설치하여 회전구동부에 의해 회전축(2)이 일정 각도만큼 회전하게 되면 상기 제4실린 더(9)의 로드가 돌출되면서 상기 회전축(2) 하단부에 설치된 고정휠(8)의 고정공(801)에 투입되어 회전축(2)의 회전을 억제하게 된다.

그리하여 회전축(2)의 회전이 억제되면, 상기 회전구동부의 제3실린더(6)의 로드가 다시 투입되면서 회전체(7)도 원래 위치로 회동하게 되는데, 이때는 회전체(7) 내부에 설치된 일방향베어링(701)에 끼워진 회전축(2)은 상기와 같이 위치고정부에 의해 그 회전이 억제됨으로써, 회전구동부에 의한 회전축(2)의 간헐 회전을 위한 준비가 완료됨과 동시에 회전축(2)을 정확한 각도만큼 간헐 회전시키는 것이 가능케 되는 것이다.

한편, 본 발명의 회전구동부는 회전축(2)을 회전시키기 위한 구동수단으로서 회전체(7)와 그 회전체를 회전시키는 제3실린더(6)로 구성하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 회전축(2)을 일정한 각도만큼만 회전시키기 위한 수단으로서는 모터의 구동축과 상기 회전축(2)을 기어 또는 벨트나 체인과 같은 동력전달수단으로 연결함으로써 회전축(2)의 간헐 회전이 가능함을 미리 밝혀두는 바이다.

또한, 본 발명의 위치고정부에 구성되는 고정수단은 고정공(801)을 방사형으로 형성한 고정휠(8)과 제4실린더(9)로 구성하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 권선부의 회전축(2)의 회전을 강제로 억제할 수 있는 수단이라면 어떠한 것이든 적용 가능함은 당연하다 할 것이다.

한편, 위와 같이 구성된 본 발명을 통해 권선이 이루어진 코일은 첨부도면 도 4와 같이 권선부의 치형돌부(301)와 같은 형상을 방사형으로 형성한 형태의 파권형 권선체가 되는데 이와 같이 된 권선체를 전기적인 방향과 기계적인 전류 또는 기전력을 같게 하기 위하여 각 상의 권선을 위, 중간, 아래 세 부분으로 준비하여 이를 서로 지그재그로 엮어서 권선을 서로 결속하게 되면 별도의 테이핑 작업이 없이도 영구자석형 회전기기의 고정자에 사용하는 코일이 완성되는 것이다.

또한 상기와 같이 3개의 권선을 서로 엮어서 결속하는 과정에서 각 권선의 색을 달리함으로써 각 상의 기전력의 위상 도는 전류의 방향에 따른 권선의 결속을 보다 정확하게 신속하게 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 평면 예시도

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 측면 부분 단면 예시도

도 3은 본 발명의 사용 상태를 나타낸 평면 예시도

도 4는 본 발명에 의해 파권형으로 권선된 코일을 나타낸 예시도

도 5는 종래의 집중권형으로 권선된 코일을 나타낸 예시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 본체 101: 베어링

2: 회전축 3: 회전판

301: 치형돌부 302: 요입홈부

4: 제1실린더 401: 고정판

5: 제2실린더 501: 압입판

6: 제3실린더 601: 볼조인트

7: 회전체 701: 일방향베어링

8: 고정휠 801: 고정공

9: 제4실린더

Claims

본체(1) 상부에서 회전하면서 일측에서 연속 공급되는 코일을 감는 권선부와, 상기 권선부에 코일이 감길 때 코일의 형태가 파권형을 이루도록 하는 권선성형부를 형성하며, 본체(1) 하부에는 상기 권선부를 구동수단을 이용해 일정한 회전 각도만큼 회전시키는 회전구동부와, 상기 권선부의 회전을 억제하는 고정수단을 구비한 위치고정부를 형성한 구성으로 된 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 권선부는 본체(1) 상판에 설치된 베어링(101)에 의해 지지되는 회전축(2) 상단부에 회전판(3)을 설치하고, 그 회전판(3) 상부에는 치형돌부(301)와 요입홈부(302)를 번갈아가며 방사형으로 형성하는 것을 포함하는 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 권선성형부는 본체(1) 상부에 2개의 에어실린더를 설치하여 제1실린더(4)의 로드에는 상기 권선부의 치형돌부(301)와 맞물리는 고정판(401)을 설치하며, 제2실린더(5)의 로드에는 상기 권선부의 요입홈부(302)와 맞물리는 압입판(501)을 설치하는 것을 포함하는 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전구동부는 상기 권선부의 회전축(2) 하부에 일방향베어링(701)을 설치하고, 그 일방향베어링(701) 외부에는 회전체(7)를 설치하여 상기 회전체(7)의 일측과 본체(1) 일측에 설치된 제3실린더(6)의 로드를 볼조인트(601)로 연결하여 제3실린더(6)를 이용해 회전체(7)를 밀어서 일정한 각도로 간헐 회전시킬 수 있게 하는 것을 포함하는 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 위치고정부는 상기 권선부의 회전축(2) 하단부에 고정공(801)을 방사형으로 형성한 고정휠(8)을 설치하여 본체(1)의 하부에 설치된 제4실린더(9)의 로드가 상기 고정휠(8)의 고정공(801)에 투입되어 회전축(2)의 회전을 억제하는 것을 포함하는 영구자석형 회전기기의 고정자 코일 권선 장치.