KR101452236B1 - 자동차용 교류발전기의 고정자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 교류발전기(alternator)에 이용되는 고정자(stator) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 고정자에서는 점적율의 향상에 따라 각각의 레이어에 있는 와이어들이 거의 붙어 있는 상태가 되고, 이러한 상태에서 벤딩 지그(bending jig)가 회전하게 되면 회전시 절연 코팅의 소손이나 비정상적인 벤딩(bending)이 이루어지는 것과 같은 와이어의 손상을 초래할 우려가 있으며, 또한, 와이어 사이의 간격이 거의 없으므로 각 레이어의 벤딩 지그의 작동이 방해되는 문제가 발생할 수 있었던 문제점들을 해소하기 위해, 본 발명에 따르면, 유도전압이 유기되는 고정자의 점적율을 향상하기 위하여 사용되는 직사각형 와이어(rectangular wire)를 벤딩시 와이어의 손상을 방지하고 벤딩 지그의 원활한 회전을 가능하게 하는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

자동차용 교류발전기의 고정자 및 그 제조방법{A stator asm for an alternator and a manufacturing method thereof}

본 발명은 자동차용 교류발전기(alternator)에 이용되는 고정자(stator) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 유도전압이 유기되는 고정자의 점적율을 향상하기 위하여 사용되는 직사각형 와이어(rectangular wire)를 벤딩(bending)시, 와이어의 손상을 방지하고 벤딩 지그(bending jig)의 원활한 회전을 가능하게 하는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래, 도 1에 나타낸 바와 같은 차량용 교류발전기(10)를 구성하는 부품 중 하나로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발전기에서 발생된 유도전압이 유기되는 고정자(stator)(20)에 사용되는 와이어(wire)가 있고, 이러한 와이어는 대부분 라운드형 와이어(round wire)가 사용되어 왔다.

또한, 이러한 고정자(20)에 사용되는 와이어(wire)의 점적율을 높이기 위해, 기존의 라운드형 와이어 대신에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 직사각형 와이어(rectangular wire)(31)를 사용하는 것이 제안되었고, 널리 사용되게 되었다.

상기한 바와 같은 직사각형 와이어는, 3상, 또는, 6상의 구성을 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 라미네이션 코어(32)에 와이어(31)를 삽입(insert)한 후에 벤딩(bending)을 통하여 각각의 와이어가 서로 크로스(cross) 되면서 결선되도록 하기 위한 사전단계를 통해 제작된다.

여기서, 와이어의 벤딩은 각 레이어의 와이어들이 크로스 되도록 벤딩되는 것이며, 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 와이어의 벤딩을 위하여 제 1 회전(51)과 제 2 회전(52)으로 각각 움직이도록 되어 있다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같은 평면도를 통하여 보면, 내측으로부터 제 1 레이어(61)로부터 제 4 레이어(64)까지 제 1 내지 제 4 벤딩 지그(53~56)가 각각 대응되어 있고, 이들이 서로 엇갈리게 회전하면서(제 1 회전(51) 및 제 2 회전(52)) 상기한 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 형성하는 것이다.

그런데, 실제로는, 도 7에 나타낸 바와 같은 실제의 고정자의 단면에서 보는 바와 같이, 점적율의 향상에 따라 각각의 레이어(61~64)에 있는 와이어들이 거의 붙어 있는 상태가 된다.

이러한 상태에서, 도 6에 나타낸 바와 같이 벤딩 지그(53~56)가 회전하게 되면, 회전시 절연 코팅의 소손이나 비정상적인 벤딩이 이루어지는 것과 같은 와이어의 손상을 초래할 우려가 있으며, 또한, 와이어 사이의 간격이 거의 없으므로 각 레이어의 벤딩 지그(53~56)의 작동이 방해되는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 문제점들을 모두 해소할 수 있는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 방법이나 장치는 제공되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 종래의 고정자는 점적율의 향상에 따라 각각의 레이어에 있는 와이어들이 거의 붙어 있는 상태가 되므로 벤딩 지그가 회전시 절연 코팅의 소손이나 비정상적인 벤딩이 이루어지는 것과 같은 문제점을 해결하여, 와이어의 손상을 초래할 우려가 없는 새로운 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 종래의 고정자는 와이어 사이의 간격이 거의 없어 각 레이어의 벤딩 지그의 작동이 방해될 우려가 있었던 문제점을 해결하여, 생산 품질의 개선 및 와이어의 손상을 방지하는 동시에 서지(surge) 내량도 개선할 수 있는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 라미네이션 코어(lamination core)에 와이어를 삽입(insert)한 후에 벤딩 지그(bending jig)를 통하여 각각의 와이어가 서로 크로스(cross) 되면서 결선되도록 하여 형성되는 자동차용 교류발전기(alternator)의 고정자(stator)에 있어서, 상기 고정자는, 상기 와이어의 폭이 상기 벤딩 지그의 폭보다 항상 더 크도록, 즉, 상기 와이어의 폭을 W1이라 하고, 상기 벤딩 지그의 폭을 W2라 하면, 항상 W1 > W2의 조건을 만족하도록 구성되고, 그것에 의해, 벤딩 과정 중에 상기 와이어가 손상을 입지 않고 벤딩이 이루어지는 동시에 상기 벤딩 지그의 회전이 방해받지 않고 원활하게 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자가 제공된다.

여기서, 상기 고정자는, 각각의 상기 벤딩 지그 사이의 간격(gap)을 g 라고 했을 때, g ≥ (W1-W2)인 조건을 항상 만족하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤딩 지그는, 상기 와이어의 단면의 폭을 a라 하고, 상기 벤딩 지그에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 폭을 b라 했을 때, (b-a) > (a/2)의 조건을 항상 만족하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 벤딩 지그는, 상기 벤딩 지그에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 시작 부분의 형상이 곡면 형태의 라운드(round)를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤딩 지그의 내면에 완충제와 같은 부드러운(soft) 재질을 도포하여 상기 와이어의 손상을 방지할 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 라미네이션 코어에 와이어를 삽입한 후에 벤딩 지그를 통하여 각각의 와이어가 서로 크로스 되면서 결선되도록 하는 벤딩 공정을 포함하여 구성되는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법에 있어서, 상기 벤딩 공정은, 상기 와이어를 고정시킨 상태에서, 상기 와이어의 벤딩 후의 이동 변위에 대응하여 상기 라미네이션 코어를 회전시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 벤딩 공정은, 상기 와이어의 벤딩 후의 회전 방향으로의 이동 변위를 m이라 하고, 상기 와이어가 벤딩에 의해 축방향으로 낮아지는 변위를 n이라 할 때, 회전 후의 상기 와이어의 위치가 상기 변위 m과 상기 변위 n에 대응하도록 상기 라미네이션 코어를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤딩 공정은, 벤딩하고자 하는 와이어만을 상기 벤딩 지그에 고정하여 홀딩(holding)하고 나머지는 상기 벤딩 지그로부터 분리하여 릴리즈(release)한 상태에서 상기 라미네이션 코어를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 벤딩 공정은, 릴리즈 상태의 상기 벤딩 지그와 상기 와이어 사이의 간격이 축방향의 상기 변위 n보다 항상 크도록, 즉, 릴리즈 상태의 상기 벤딩 지그와 상기 와이어 사이의 간격을 x라 하면, x > n의 조건을 항상 만족하도록 구성되고, 그것에 의해 벤딩 공정중과 공정 후에도 각 벤딩 지그 사이의 간섭을 회피하여 상기 와이어의 손상을 방지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 벤딩 지그는, 상기 벤딩 지그에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 시작 부분의 형상이 곡면 형태의 라운드(round)를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 벤딩 지그의 내면에 완충제와 같은 부드러운(soft) 재질을 도포하여 상기 와이어의 손상을 방지할 수 있도록 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 부드러운 재질은, 우레탄이나 실리콘 계열의 보조재료로 코팅을 행하도록 구성되며, 또는, 상기 코팅을 행하는 대신에, 상기 보조재료로 형성된 부드러운 재질의 완충부재를 삽입하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 차량용 발전기의 고정자는 점적율의 향상에 따라 각각의 레이어에 있는 와이어들이 거의 붙어 있는 상태가 되므로 벤딩 지그가 회전시 절연 코팅의 소손이나 비정상적인 벤딩이 이루어지는 것과 같은 문제점을 해결하여, 와이어의 손상을 초래할 우려가 없는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 차량용 발전기의 고정자는 와이어 사이의 간격이 거의 없어 각 레이어의 벤딩 지그의 작동이 방해될 우려가 있었던 문제점을 해결하여, 와이어의 손상을 방지하는 동시에 생산 품질의 개선 및 서지 내량도 개선할 수 있는 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 교류발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하기 전의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 벤딩 지그의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 3에 나타낸 바와 같은 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 벤딩 지그의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 벤딩 지그의 상세한 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 벤딩 지그의 상세한 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 14에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기에 사용되는 고정자의 와이어를 벤딩하는 과정의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 벤딩 지그의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 발전기의 고정자 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명한다.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니다.

또한, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 바와 같은 종래기술에 대하여 설명한 내용과 중복되거나 동일한 내용은, 그 상세한 설명을 생략하고 다른 점만을 설명한다.

먼저, 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명에 따른 자동차용 발전기의 고정자를 제작하기 위해 와이어를 벤딩하는 방법에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 핵심은 라미네이션 코어(82)에 삽입된 와이어(81)가 아무리 가까이 인접해 있는 경우라도 와이어(81)의 폭(W1)보다 벤딩 지그(83~86)의 폭(W2)이 작게(즉, W1 > W2) 하는 것이다.

즉, 더 상세하게는, 도 9의 평면도 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 각각의 벤딩 지그(83~86)는, 벤딩 지그(83~86) 사이의 간격(gap)을 g 라고 했을 때, g ≥ (W1-W2)인 조건을 만족하도록 구성된다.

또한, 도 11의 단면도에 나타낸 바와 같이, 와이어(81)의 단면의 폭을 a라 하고 와이어(81)가 삽입되는 홈의 폭을 b라 했을 때, (b-a) > (a/2)의 조건을 만족하도록 벤딩 지그(83~86)를 구성하면 벤딩 과정에서 와이어(81)가 손상을 입지 않고 벤딩이 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로, 도 12를 참조하면, 도 12는 본 발명을 실시하기 위한 제 2 실시예로서, 라미네이션 코어를 고정한 상태에서 와이어를 회전 방향으로 벤딩하던 종래의 방식과 달리, 회전 그립(grip)(121)을 이용하여 라미네이션 코어를 회전하는 방법을 나타내고 있다.

더 상세하게는, 도 13의 개념도에 나타낸 바와 같이, 와이어(81)의 회전 방향으로 이동한 변위를 m이라 하고, 와이어(81)가 벤딩에 의해 축방향으로 낮아지는 변위를 n이라 하면, 라미네이션 코어(82)를 회전시킬 때, 도 14에 나타낸 바와 같이 상기한 변위 m과 n을 적용하여 라미네이션 코어(82)를 회전시키면 된다.

이때, 와이어가 삽입된 레이어가 서로 크로스 되므로, 벤딩하고자 하는 와이어만 홀딩(holding)한 상태에서 라미네이션 코어(82)를 회전시킨다.

즉, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 벤딩하고자 하는 와이어만을 홀딩하고 나머지는 릴리즈(release)한 상태에서 상기한 바와 같이 하여 라미네이션 코어(82)를 회전시킨다.

여기서, 릴리즈 되어 있는 벤딩 지그와 와이어 사이의 간격을 x라 하면, 이 간격(x)을 축방향의 변위(n)보다 항상 크도록 구성하면(즉, x > n) 벤딩 공정중과 공정 후에도 간섭을 피할 수 있다.

따라서 상기한 바와 같이, 필요한 와이어의 부분만 홀딩하고 나머지는 릴리즈 상태로 빠져 있도록 함으로써, 종래 복수의 레이어를 벤딩하기 위한 지그가 인접해 있어 와이어에 손상을 입힐 우려가 있었던 문제점을 해결하여, 상호 간섭에 의한 손상을 방지할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따르면, 자동차용 발전기의 생산품질 개선 및 와이어 손상을 저감하는 동시에 서지 내량 개선에도 기여할 수 있다.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은, 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니다.

즉, 예를 들면, 상기한 실시예에서는, 벤딩 지그(83~86)에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 시작 부분이 직사각형 형태인 것으로 나타내었으나, 본 발명은, 이러한 구성 외에도, 도 17a에 나타낸 바와 같이, 벤딩 지그(83~86)의 시작부에 라운드(round)(R)를 구비하여 와이어의 벤딩에 의한 손상을 방지할 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 도 17b 및 도 17c에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 라운드(R)를 구비하는 동시에, 벤딩 지그(83~86)의 내면에 완충제와 같은 부드러운(soft) 재질을 도포하여 와이어의 손상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있도록 구성할 수도 있는 등, 본 발명은 필요에 따라 적절한 형태로 구성할 수 있는 것이다.

여기서, 상기한 부드러운 재질은, 예를 들면, 우레탄이나 실리콘 계열의 코팅을 이용할 수 있으며, 또한, 코팅을 행하는 대신에, 상기한 바와 같은 보조 재료로 형성된 부드러운 재질의 완충부재를 삽입하도록 구성할 수도 있다.

이상, 상기한 바와 같이, 본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

10. 차량용 발전기 20. 고정자
31. 와이어 32. 라미네이션 코어
51. 제 1 회전 52. 제 2 회전
53. 제 1 벤딩 지그 54. 제 2 벤딩 지그
55. 제 3 벤딩 지그 56. 제 4 벤딩 지그
61. 제 1 레이어 62. 제 2 레이어
63. 제 3 레이어 64. 제 4 레이어
81. 와이어 82. 라미네이션 코어
83. 제 1 벤딩 지그 84. 제 2 벤딩 지그
85. 제 3 벤딩 지그 86. 제 4 벤딩 지그
91. 제 1 레이어 92. 제 2 레이어
93. 제 3 레이어 94. 제 4 레이어
121. 회전 그립

Claims (12)

1. 라미네이션 코어(lamination core)에 와이어를 삽입(insert)한 후에 벤딩 지그(bending jig)를 통하여 각각의 와이어가 서로 크로스(cross) 되면서 결선되도록 하여 형성되는 자동차용 교류발전기(alternator)의 고정자(stator)에 있어서,
   상기 와이어는 상기 벤딩 지그에 밀착되는 면의 폭이 상기 벤딩 지그의 폭보다 더 크게 설정된 조건에서 벤딩되고,
   상기 벤딩 지그는 상기 와이어가 삽입되는 홈의 시작 부분의 형상이 곡면 형태의 라운드(round)를 가지고, 내면에는 완충제와 같은 부드러운(soft) 재질이 도포된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자.
2. 제 1항에 있어서,
   각각의 상기 벤딩 지그 사이의 간격(gap)을 g 라고 했을 때, g ≥ (W1-W2)인 조건을 항상 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 벤딩 지그는,
   상기 와이어의 단면의 폭을 a라 하고, 상기 벤딩 지그에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 폭을 b라 했을 때, (b-a) > (a/2)의 조건을 항상 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자.
4. 삭제
5. 삭제
6. 라미네이션 코어에 와이어를 삽입한 후에 벤딩 지그를 통하여 각각의 와이어가 서로 크로스 되면서 결선되도록 하는 벤딩 공정을 포함하여 구성되는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법에 있어서,
   상기 벤딩 공정은 벤딩하고자 하는 와이어만을 상기 벤딩 지그에 고정하여 홀딩(holding)하고 나머지는 상기 벤딩 지그로부터 분리하여 릴리즈(release)한 상태에서 상기 라미네이션 코어를 회전시키되,
   상기 와이어는 상기 밴딩 지그에 밀착되는 면의 폭이 상기 밴딩 지그의 폭보다 더 크게 설정된 조건에서 벤딩되는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 6항에 있어서,
   상기 벤딩 공정은,
   릴리즈 상태의 상기 벤딩 지그와 상기 와이어 사이의 간격이, 와이어가 벤딩에 의해 축방향으로 낮아지는 변위 n보다 항상 크도록, 즉, 릴리즈 상태의 상기 벤딩 지그와 상기 와이어 사이의 간격을 x라 하면, x > n의 조건을 항상 만족하도록 구성되고,
   그것에 의해 벤딩 공정중과 공정 후에도 각 벤딩 지그 사이의 간섭을 회피하여 상기 와이어의 손상을 방지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 벤딩 지그에 상기 와이어가 삽입되는 홈의 시작 부분의 형상이 곡면 형태의 라운드(round)를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법.
11. 제 6항에 있어서,
    상기 벤딩 지그의 내면에 완충제와 같은 부드러운(soft) 재질을 도포하여 상기 와이어의 손상을 방지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 부드러운 재질은, 우레탄이나 실리콘 계열의 보조재료로 코팅을 행하도록 구성되며,
    또는, 상기 코팅을 행하는 대신에, 상기 보조재료로 형성된 부드러운 재질의 완충부재를 삽입하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 고정자의 제조방법.

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