KR102064759B1 - 코일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터 및 스테이터에 조립되었을 때 동일한 구조 대비 상대적으로 높은 점적율을 갖도록, 각 턴에 해당되는 부분영역마다 두께와 너비가 모두 다른 특수한 형상의 코일을 연속적으로 가공하는 코일의 제조방법에 관한 것으로서, 사각형의 수직단면을 갖는 각코일의 네 개의 측면 중 어느 한 면인 제1면과 상기 제1면에 인접하는 제2면을 지그에 맞닿게 고정시키는 고정단계와, 상기 지그에 고정된 상기 각코일의 제1면의 반대 측면인 제3면과 나머지 측면이자 상기 제2면의 반대 측면인 제4면을 롤러를 이용해 압연시키는 압연단계와, 상기 각코일이 로터 또는 스테이터에 조립될 수 있도록, 상기 각코일을 감아올려 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성시키는 와인딩단계를 포함하며, 상기 복수의 코일층은 상기 압연단계를 통해 수직단면적이 모두 동일하게 형성되되, 각 턴에 해당하는 부분코일층 각각의 두께와 너비는 모두 다르게 형성되는 코일의 제조방법이 개시된다.

Description

코일의 제조방법 {MANUFACTURING METHODES OF COIL}

본 발명은 코일의 제조방법에 관한 것으로서, 로터 및 스테이터에 조립되었을 때 동일한 구조 대비 상대적으로 높은 점적율을 갖도록, 각 턴에 해당되는 부분영역마다 두께와 너비가 모두 다른 특수한 형상의 코일을 연속적으로 가공하는 코일의 제조방법에 관한 것이다.

전동기의 효율 증대를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 오늘날, 전기자동차 및 발전설비에 사용되는 전동기 및 발전기의 효율 개선은 매우 큰 경제적 효과를 유발할 수 있기에 그 주목도가 남다르다 할 수 있다.

이에 따라, 전동기 및 발전기의 효율을 향상시키기 위한 방법의 일환으로서, 로터 또는 스테이터에 감기는 코일의 점적율(占積率, coil space factor 또는 conductor occupying ratio)을 향상시키기 위한 코일의 형상 연구는 종래에도 꾸준하게 지속되어 왔다.

코일의 점적율을 높이기 위한 일반적인 방법 중 하나는 코일을 테이퍼 형상으로 가공하여 코일이 로터 및 스테이터에 조립되었을 때 낭비되는 공간을 최소화시키는 것이다.

그러나 테이퍼 형상의 코일은 그 특수한 형상으로 인해 코일을 제조함에 있어 방전가공 및 기계가공을 이용하는 것이 통상적이었으며, 방전가공 및 기계가공을 이용할 경우 제조 시간이 오래 걸리고 작업단가가 높아 생산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

또한 방전가공 및 기계가공을 거친 코일은 재료의 절삭으로 인해 낭비되는 시간과 재료에 대한 기회비용을 무시할 수 없을뿐더러, 절연체를 코팅해야 하는 별도의 공정을 한 번 더 거쳐야 했다.

따라서, 종래와 같은 코일의 제조방법이 갖는 문제점을 해결할 수 있는 새로운 코일의 제조방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 로터 및 스테이터에 조립되었을 때 동일한 구조 대비 상대적으로 높은 점적율을 갖도록, 각 턴에 해당되는 부분영역마다 두께와 너비가 모두 다른 특수한 형상의 코일을 연속적으로 가공하는 코일의 제조방법을 제공함에 있다.

한편, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 코일의 제조방법은, 사각형의 수직단면을 갖는 각코일의 네 개의 측면 중 어느 한 면인 제1면과 상기 제1면에 인접하는 제2면을 지그에 맞닿게 고정시키는 고정단계; 상기 지그에 고정된 상기 각코일의 제1면의 반대 측면인 제3면과 나머지 측면이자 상기 제2면의 반대 측면인 제4면을 롤러를 이용해 압연시키는 압연단계; 및 상기 각코일이 로터 또는 스테이터에 조립될 수 있도록, 상기 각코일을 감아올려 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성시키는 와인딩단계를 포함하며, 상기 복수의 코일층은 상기 압연단계를 통해 수직단면적이 모두 동일하게 형성되되, 각 턴에 해당하는 부분코일층 각각의 두께와 너비는 모두 다르게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 압연단계는, 상기 제3면에 압력을 가하는 제1롤러와 상기 제4면에 압력을 가하는 제2롤러가 상기 각코일의 길이방향을 따라 이송하며 상기 각코일을 압연시키고, 상기 제1롤러는, 상기 각코일이 압연되었을 때, 상기 복수의 코일층의 n번째 턴(여기서, n은 자연수)에 해당되는 부분코일층보다 n+1번째 턴에 해당되는 부분코일층의 두께가 더 두껍게 형성되도록, 상기 제3면에 가하는 압력을 이송방향에 따라 다르게 적용하며, 상기 제2롤러는, 상기 각코일이 압연되었을 때, 상기 복수의 코일층의 n번째 턴에 해당되는 부분코일층보다 n+1번째 턴에 해당되는 부분 코일층의 너비가 더 좁게 형성되도록, 상기 제4면에 가하는 압력을 이송방향에 따라 다르게 적용할 수 있다.

또한, 상기 압연단계는, 상기 제4면이 상기 각코일의 길이방향과 연직을 이루는 방향으로 미리 설정된 각도만큼 기울기를 갖고 압연될 수 있도록, 상기 제2롤러의 회전축의 각도를 조절할 수 있다.

이때, 상기 코일블록은, 상기 복수의 코일층이 상하 높이방향을 따라 연속적으로 적층되며, 상부에서 하부로 갈수록 상기 부분코일층의 너비가 감소하여 외측면이 기울기를 갖는 테이퍼(taper) 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 코일블록은, 상부에서 하부로 갈수록 상기 부분코일층의 너비는 감소하되 두께는 증가하여, 상기 복수의 코일층의 상하 높이방향에 따른 수직단면적이 모두 동일하게 형성될 수 있다.

아울러, 상기 각코일은, 상기 네 개의 측면 모두에 절연체가 코팅 또는 도포된 상태로 마련되며, 상기 압연단계를 통해 압연되었을 때 상기 절연체는 코팅 또는 도포된 상태를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 코일의 제조방법은 사각형의 수직단면을 갖는 각코일을 길이방향에 따른 일 방향으로 이송시키는 이송단계; 이송방향에 따라 진입되는 상기 각코일의 네 개의 측면 중 아랫면인 제1면과 각각 인접하는 제2면과 제4면, 그리고 상기 제1면의 반대 측면이자 윗면인 제3면으로 이루어진 세 개의 면을 몰드로 가압하여 소성 가공시키는 프레싱단계; 및 상기 각코일이 로터 또는 스테이터에 조립될 수 있도록, 상기 각코일을 감아올려 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성시키는 와인딩단계를 포함하며, 상기 복수의 코일층은 상기 프레싱단계를 통해 수직단면적이 모두 동일하게 형성되되, 각 턴에 해당되는 부분코일층 각각의 두께와 너비는 모두 다르게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 프레싱단계는, 상기 각코일의 이송방향에 따라 상기 몰드를 향해 n번째(여기서, n은 자연수) 순서로 진입하는 상기 각코일의 n차 영역에 해당하는 상기 제2면, 상기 제3면, 상기 제4면을 n차 몰드가 가압하여, 상기 각코일이 상기 와인딩단계를 통해 상기 코일블록으로 형성되었을 때, 상기 n차 영역이 상기 복수의 코일층 중 n번째 턴에 해당되는 부분코일층이 되게 할 수 있다.

또한, 상기 프레싱단계는, 상기 n차 몰드에 의해 소성 가공된 상기 각코일의 n차 영역의 상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께보다 n+1차 몰드에 의해 소성 가공된 n+1차 영역의 상기 제1면과 상기 제3면 사이의 두께가 더 두껍게 형성되게 하며, 상기 n차 몰드에 의해 소성 가공된 상기 각코일의 n차 영역의 상기 제2면과 상기 제4면 사이의 너비보다 상기 n+1차 몰드에 의해 소성 가공된 상기 n+1차 영역의 상기 제2면과 상기 제4면 사이의 너비가 더 좁게 형성되게 할 수 있다.

나아가, 프레싱단계는, 상기 몰드에 의해 상기 각코일의 제4면이 상기 각코일의 길이방향과 연직을 이루는 방향으로 미리 설정된 각도만큼 기울기를 갖고 소성 가공될 수 있도록, 상기 제4면을 가압하는 상기 몰드의 내측면은 경사면으로 형성될 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 코일의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 종래 방전가공 및 기계가공 방식 대비 저렴한 생산비용과 높은 생산속도로 점적율 극대화를 위해 특수한 형상을 갖는 코일을 제조할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 절삭으로 인한 재료의 손실이 없을뿐더러 절연체의 코팅과 같은 후속 공정을 요하지 않아 생산과정을 간소화시킬 수 있다는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 각동선을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정단계를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압연단계를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압연단계를 통해 소성 가공된 각코일의 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압연단계의 변형을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 와이딩단계를 통해 제조된 코일블록을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 프레싱단계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프레싱단계의 변형을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한 본 실시예를 설명함에 있어서 도면에 도시된 구성은 상세한 설명에 대한 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음을 명시한다.

먼저, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에 따른 코일의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 고정단계(S1), 압연단계(S2), 와인딩단계(S3)를 포함할 수 있다.

고정단계(S1)는 각코일(10)을 지그(100)에 고정시키는 과정으로서, 도 2와 같이 사각형의 수직단면을 갖는 각코일(10)의 네 개의 측면 중 어느 한 면인 제1면(11)과 제1면(11)에 수직하게 인접하는 제2면(12)을 도 3과 같이 지그(100)에 맞닿게 고정시킬 수 있다.

여기서 각코일(10)은 별도의 공정을 거쳐 1차적으로 가공된 코일의 원재료이며, 도면으로 도시되지는 않았으나 길이방향에 따른 양단에는 전기적 연결을 위한 커넥터가 선 가공된 상태로 마련될 수 있다.

이에 따라 추후 압연단계(S2)와 와인딩단계(S3)를 거쳐 블록화되거나, 로터 또는 스테이터에 직접 감겼을 때, 전기적 연결을 위한 후속공정이 요구되지 않아 전체 공정의 간소화를 꾀할 수 있음은 물론, 블록화 또는 와이딩된 상태에서 커넥터를 가공할 때 대비 쉽고 빠른 가공이 가능할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 각코일(10)의 경우 네 개의 측면 모두에 절연체(20)가 코팅 또는 도포된 상태로 마련되어, 이후 압연단계(S2)를 통해 압연되었을 때 절연체(20)는 코팅 또는 도포된 상태를 유지할 수 있다.

후술하겠지만 본 실시예에 따른 압연단계(S2)의 경우 재료의 절삭이 수행되지 않는 소성 가공 방법을 이용하기 때문에, 압연단계(S2)를 통한 각코일(10)의 소성 가공 시에 절연체(20)는 코팅 또는 도포된 상태를 유지하며 각코일(10)과 함께 압연될 수 있다.

이로 인해 본 실시예에 따른 코일의 제조방법에 의하면 코일 제작 시 필수적으로 수행되는 후속공정 중 하나인 절연체(20)의 코팅 또는 도포 작업을 생략할 수 있어 공정의 간소화가 가능해진다.

아울러 점적율을 높이기 위해 각코일(10)을 테이퍼 형상으로 블록화 또는 와인딩할 경우에도 코일의 특수한 형상으로 인해 절연체(20)의 균일한 도포가 어려워짐을 염려할 필요가 없게 된다.

압연단계(S2)는 지그(100)에 고정된 각코일(10)을 롤러(200)를 이용해 소성 가공시키는 과정으로서, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 고정단계(S1)를 통해 지그(100)에 고정된 각코일(10)의 제1면(11)의 반대 측면인 제3면(13)과 나머지 측면이자 제2면(12)의 반대 측면인 제4면(14)을 롤러(200)를 이용해 압연시킬 수 있다.

이와 같은 압연단계(S2)에서는 각코일(10)의 제3면(13)에 압력을 가하는 제1롤러(210)와 제4면(14)에 압력을 가하는 제2롤러(220)가 각코일(10)의 길이방향(y)을 따라 이송하며 각코일(10)을 압연시킬 수 있다.
상기 제1롤러(210)는 상기 각코일(10)의 제3면(13)의 연직 방향의 길이에 대응되는 길이를 가지도록 형성되고, 상기 제2롤러(220)는 상기 각코일(10)의 제4면(14)의 연직 방향의 길이에 대응되는 길이를 가지도록 형성되어, 상기 압연단계(S2)는 서로 인접한 상기 제3면(13) 및 상기 제4면(14)의 서로 대응되는 위치를 동시 가공할 수 있도록 형성된다.

이때 제1롤러(210)는 도 6에 도시된 바와 같이 각코일(10)이 압연된 후 후술할 와인딩단계(S3)를 거쳐 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성되었을 때, 상기 복수의 코일층 중 n번째 턴의 부분코일층에 해당되는 n차 영역보다 n+1번째 턴의 부분코일층에 해당되는 n+1차 영역의 두께가 더 두껍게 형성되도록, 제3면(13)에 가하는 압력을 이송방향(y)에 따라 다르게 적용하여 각코일(10)을 압연시킬 수 있다.

즉, 제1롤러(210)의 이송방향(y)에 따라 가장 우선적으로 가공되는 영역이자 후속 공정을 통해 각코일(10)이 코일블록으로 형성되었을 때, 첫 번째 턴의 부분코일층을 이루게 되는 각코일(10)의 1차 영역(10a)의 두께(t1)보다 1차 영역(10a)에 이어 다음으로 가공되며 코일블록으로 형성되었을 때 두 번째 턴의 부분코일층에 해당되는 2차 영역(10b)이 두께(t2)가 더 두껍게 형성될 수 있다.

그리고 제2롤러(220)는 도 7에 도시된 바와 같이 각코일(10)이 압연된 후 와인딩단계(S3)를 거쳐 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성되었을 때, 복수의 코일층 중 n번째 턴의 부분코일층에 해당되는 n차 영역보다 n+1번째 턴의 부분코일층에 해당되는 n+1차 영역의 너비가 더 좁게 형성되도록, 제4면(14)에 가하는 압력을 이송방향(y)에 따라 다르게 적용하여 각코일(10)을 압연시킬 수 있다.

즉, 제2롤러(220)의 이송방향(y)에 따라 가장 우선적으로 가공되는 영역이자 후속 공정을 통해 각코일(10)이 코일블록으로 형성되었을 때, 첫 번째 턴의 부분코일층을 이루게 되는 각코일(10)의 1차 영역(10a)의 너비(w1)보다 1차 영역(10a)에 이어 다음으로 가공되며 코일블록으로 형성되었을 때 두 번째 턴의 부분코일층에 해당되는 2차 영역(10b)의 너비(w2)가 더 좁게 형성될 수 있다.

종합하자면, 압연단계(S2)를 거친 각코일(10)의 제1 영역(10a)의 두께(t1)와 너비(w1)보다 제2 영역(10b)의 두께(t2)와 너비(w2)가 각각 더 두껍고 좁게 형성되고, 제2 영역(10b)의 두께(t2)와 너비(w2)보다 제3 영역(10c)의 두께(t3)와 너비(w3)가 각각 더 두껍고 좁게 형성되며, 전체 길이에 걸쳐 이러한 패턴이 반복되도록 가공될 수 있다.

이에 따라 압연단계(S2)를 통해 압연된 각코일(10)은 와인딩단계(S3)를 통해 블록화되었을 때 코일층의 각 턴에 해당되는 부분코일층 각각의 두께와 너비가 모두 다르게 형성될 수 있다.

아울러 본 실시예에 따른 압연단계(S2)를 거친 각코일(10)의 1차 영역(10a), 2차 영역(10b) 및 3차 영역(10c)을 포함하는 전체 길이에 따른 모든 영역의 수직단면적은 모두 동일하도록 형성될 수 있다.

이는 각코일(10)이 후속 공정을 통해 로터 또는 스테이터에 장착되었을 때, 상대적으로 높은 점적율을 가질 뿐만 아니라 코일층을 형성하는 각 턴 당 전기저항을 균일하게 가져가기 위함이다.

나아가 본 실시예에 따른 압연단계(S2)를 통해 각코일(10)을 가공할 경우, 생산속도 측면에서 매우 우수할 뿐만 아니라 낮은 생산단가로 인해 높은 생산성을 보장받을 수 있고, 각 코일층이 압연 과정에서 높은 압력을 받기 때문에 높은 밀도의 도체가 생산될 수 있다.

와인딩단계(S3)는 앞서 압연단계(S2)를 통해 가공된 각코일(10)이 로터 또는 스테이터에 조립될 수 있도록, 각코일(10)을 감아올려 복수의 코일층을 갖는 코일블록으로 형성시키는 단계이다.

이러한 와인딩단계(S3)는 도면으로 도시되지는 않았으나 코어형태의 지그에 압연이 완료된 각코일(10)을 감아올려 코일블록을 형성시키고, 와이딩단계(S3)를 통해 생성된 코일블록은 별도의 후속 공정에 의해 로터 또는 스테이터의 코어에 조립될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 와인딩단계(S3)의 경우 마찬가지로 도면으로 도시되지는 않았으나, 앞서 언급했던 바와 같이 압연단계(S2)를 통해 가공된 각코일(10) 자체에 이미 절연체(20)가 코팅 또는 도포된 상태를 유지하고 있기 때문에, 곧바로 로터 또는 스테이터의 코어에 직접 감아올리는 방법을 이용해도 무방하다.

이와 같은 와인딩단계(S3)를 통해 형성된 코일블록은 복수의 코일층이 상하 높이방향을 따라 연속적으로 적층된 하나의 블록으로 마련되며, 압연단계(S2)에서 복수의 코일층의 각 턴에 해당되는 각코일(10) 각각의 영역들은 점차적으로 두께는 두꺼워지되 너비는 좁아지게 형성되었기 때문에, 코일블록의 전체적인 너비는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 형상으로 형성될 수 있다.

이처럼 코일블록을 테이퍼 형상으로 형성시키는 이유는 코일블록이 로터 또는 스테이터의 코어에 조립되었을 때, 코어와 코어 사이 공간에 코일이 차지하지 않는 빈 공간인 낭비공간(waste space)을 줄여 코일의 점적율을 향상시키기 위함이다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이 본 실시에에 따른 압연단계(S2)에서는 지그(100)에 고정된 각코일(10)의 제4면(14)이 각코일(10)의 길이방향(y)과 연직을 이루는 방향(z)으로 미리 설정된 각도(θ)만큼 기울기를 갖고 압연될 수 있도록, 제2롤러(220)의 회전축(222)의 각도를 조절하여 각코일(10)을 압연시킬 수 있다.

이에 따라 압연단계(S2)를 통해 압연된 각코일(10)은 도 9에 도시된 바와 같이 와인딩단계(S3)를 통해 블록화되었을 때, 복수의 코일층이 상하 높이방향을 따라 연속적으로 적층되고 상부에서 하부로 갈수록 각 턴에 해당되는 부분코일층의 너비가 감소하여 외측면이 기울기를 갖는 테이퍼 형상으로 마련되되, 코일블록의 외측 경사면이 보다 연속적인 형태를 가질 수 있다.

이로 인해 상부에서 하부로 갈수록 너비가 감소되는 코일블록의 외측 경사면이 계단식으로 형성될 경우와 대비하여 코일블록이 로터 또는 스테이터의 코어에 조립되었을 때 코어와 코어 사이의 낭비공간을 좀 더 감소되기 때문에 코일의 점적율을 보다 향상시킬 수 있다.
즉 본 실시예에 따른 코일의 제조방법에 의해 제조된 코일블록(30)은 상기 각코일(10)의 상기 제2면(12)에 대응되는 내측면이 상기 각코일(10)의 상기 제1면(11) 및 상기 제3면(13)에 대응되는 상면 및 하면에 대해 수직하게 형성된다.

아울러 본 실시예에 따른 코일의 제조방법에 의해 제조된 코일블록(30)은 도 9에 도시된 바와 같이 코일블록(30)의 상부에서 하부로 갈수록 각 턴에 해당되는 부분코일층(32)의 수직단면의 너비는 감소하고 두께는 감소하되, 각각의 부분코일층(32)의 수직단면적이 모두 동일하게 형성되는 것을 전제로 부분코일층(32)의 너비와 두께가 설정될 수 있다.

예컨대 복수의 코일층 중 가장 상부에 위치하는 부분코일층(32)을 제1코일층(32a), 그 바로 아래에 위치하는 부분코일층(32)을 제2코일층(32b)라 가정하였을 때, 제2코일층(32b)의 두께(t2)는 제1코일층(32a)의 두께(t1)에 비해 상대적으로 더 두껍고, 제3코일층(32c)의 두께(t3)은 제2코일층(32b)의 두께(t2)에 비해 상대적으로 더 두껍게 형성될 수 있다.

마찬가지로 제2코일층(32b)의 너비(w2)는 제1코일층(32a)의 너비(w1)에 비해 상대적으로 더 좁고, 제3코일층(32c)의 너비(w3)는 제2코일층(32b)의 너비(w2)에 비해 상대적으로 더 좁게 형성될 수 있다.

이때 제1코일층(32a)의 수직단면적 값은 w1*t1이며 제2코일층(32b)의 수직단면적 값인 w2*t2와 같고 제3코일층(32c)의 수직단면적 값인 w3*t3과 같을 수 있다.
이처럼 코일블록(30)을 형성하는 복수의 코일층의 각 턴에 해당되는 부분코일층(32)의 두께와 너비는 모두 다르나 수직단면적은 모두 동일하도록 형성됨으로써, 복수의 코일층의 각 턴에 걸리는 전기저항이 균일한 코일블록(30)의 생산이 가능해진다.

삭제

이는 곧 저발열 및 고효율을 갖는 전동기 및 발전기를 생산할 수 있음을 의미하며, 저속, 고(高)토크 작동 구간에서 상대적으로 우수한 효율을 갖는 전동기 및 발전기를 생산할 수 있다.

특히, 모터의 실용 회전 수가 낮거나 극수가 적은 모터에 적용할 경우 더 나은 효율을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 저속에서 효율특성이 매우 중요한 전기 자동차용 모터 분야에 적용될 경우 종래의 코일 대비 상당한 에너지 효율의 증대를 가져올 수 있다.

다음으로, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일의 제조방법에 대하여 설명하겠다.

본 실시예에 따른 코일의 제조방법은 도 10에 도시된 바와 같이 이송단계(S4), 프레싱단계(S5) 및 와인딩단계(S6)를 포함할 수 있다.

여기서 와인딩단계(S6)는 전술했던 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일의 제조방법의 와인딩단계(S3)와 기술적으로 동일하기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.

본론으로 돌아와, 이송단계(S4)는 도 11에 도시된 바와 같이 사각형의 수직단면을 갖는 각코일(10)을 길이방향에 따른 일 방향(y)으로 이송시킬 수 있다.

이때 각코일(10)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 각코일(10)과 동일한 기술적 특징을 갖기 때문에 이에 대한 설명은 생략한다.

이와 같은 이송단계(S4)는 도면으로 도시되지는 않았지만 각코일(10)의 네 개의 측면 중 아랫면인 제1면(11)을 지지하여 이송시키는 캐리지 또는 컨베이어 등에 의해 수행될 수 있다.

이때 캐리지 및 컨베이어 등 각코일(10)을 지지하고 이송시키는 구성은 프레싱단계(S5)에서 가해지는 압력을 충분히 지탱하여 각코일(10)을 소성 가공시킬 수 있는 재질로 마련될 수 있다.

프레싱단계(S5)는 이송방향(y)에 따라 진입되는 각코일(10)의 네 개의 측면 중 아랫면인 제1면(11)과 각각 인접하는 제2면(12)과 제4면(14), 그리고 제1면의 반대 측면이자 윗면인 제3면(13)으로 이루어진 세 개의 면을 몰드(300)로 가압하여 소성 가공시킬 수 있다.

여기서 몰드(300)는 각코일(10)의 제2면(12), 제3면(13), 제4면(14)을 가압하여 성형시키는 내측면의 틀이 각코일(10)의 각각의 영역에 대응되는 부분마다 단차와 너비차를 갖도록 형성될 수 있다.

이에 따라 각코일(10)은 프레싱단계(S5)를 통해 소성 가공되었을 때 코일블록(30, 도 9 참조)을 이루는 복수의 코일층의 수직단면적이 모두 동일하게 형성되되, 각 턴에 해당되는 부분코일층 각각의 두께와 너비는 모두 다르게 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 프레싱단계(S5)는 도 12에 도시된 바와 같이 하나의 몰드(300)가 아닌 서로 다른 형상을 갖는 복수의 몰드(310 내지 330)을 이용해 각코일(10)의 각 영역을 이송방향(y)에 따라 순차적으로 소성 가공시킬 수 있다.

보다 구체적으로 각코일(10)의 이송방향에 따라 몰드(300)를 향해 n번째(여기서 n은 자연수) 순서로 진입하는 각코일(10)의 n차 영역에 해당하는 제2면(12), 제3면(13), 제4면(14)을 n차 몰드가 가압할 수 있다.

이때 n차 영역은 각코일(10)이 와인딩단계(S6)를 통해 코일블록으로 형성되었을 때, 복수의 코일층 중 n번째 턴에 해당되는 부분코일층이 된다.

그리고 n차 몰드에 의해 소성 가공된 각코일(10)의 n차 영역의 제1면(11)과 제3면(13) 사이의 두께보다 n+1차 몰드에 의해 소성 가공된 n+1차 영역의 제1면(11)과 제3면(13) 사이의 두께가 더 두껍게 형성될 수 있다.

또한 n차 몰드에 의해 소성 가공된 각코일(10)의 n차 영역의 제2면(12)과 제4면(14) 사이의 너비보다 n+1차 몰드에 의해 소성 가공된 n+1차 영역의 제2면(12)과 제4면(4) 사이의 너비가 더 좁게 형성될 수 있다.

예컨대 몰드(300)를 향해 진입하는 각코일(10)의 이송방향에 따라 첫 번째 순서로 진입되는 각코일(10)의 1차 영역(10a)은 1차 몰드(310)에 의해 가압되며, 1차 몰드(310)의 형상에 따라 미리 설정된 두께와 너비를 갖는다.

반면 두 번째 순서로 진입되는 각코일(10)의 2차 영역(10b)은 2차 몰드(320)에 의해 가압되며, 1차 영역(10a)에 비하여 상대적으로 더 두꺼운 두께와 더 좁은 너비를 갖되 수직단면적은 동일하게 형성될 수 있다.

마찬가지로 세 번째 순서로 진입하게되는 각코일(10)의 3차 영역(10c)은 3차 몰드(330)에 의해 가압되며, 2차 영역(10b)에 비하여 상대적으로 더 두꺼운 두께와 더 좁은 너비를 갖되 수직단면적은 역시 동일하게 형성될 수 있다.

이러한 패턴의 반복 과정을 통해 본 실시예에 따른 프레싱단계(S5)에서는 각코일(10)의 1차 영역(10a), 2차 영역(10b), 3차 영역(10c)을 비롯한 전체 길이에 따른 모든 영역의 수직단면적은 동일하되, 각각의 영역의 두께와 너비는 모두 다르게 형성시킬 수 있다.

이때 각각의 n차 몰드(310 내지 330)들은 각코일(10)의 제4면(14)을 가압하게 되는 내측면이 경사면으로 형성되어, 각각의 몰드(310 내지 330)에 의해 소성 가공된 각코일(10)의 제4면(14)이 각코일(10)의 길이방향과 연직을 이루는 방향으로 미리 설정된 각도만큼 기울기를 갖게 할 수 있다.

이를 통하여, 각코일(10)이 와인딩단계(S6)를 통해 블록화되었을 시 코일블록이 연속적인 테이퍼 형상을 갖게 함으로써, 코일블록이 후속 공정을 통해 로터 또는 스테이터의 코어에 장착되었을 때 낭비공간을 줄여 점적율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 코일층을 형성하는 각 턴 당 전기저항을 균일하게 가져가도록 할 수 있다.

나아가 프레싱단계(S5)를 통해 소성 가공된 각코일(10)은 와인딩단계(S6)를 거치기 전에 별도의 트리밍(trimming) 공정을 통해 버(burr)와 같이 불필요한 부분들이 제거될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 프레싱단계(S5)를 통해 각코일(10)을 가공할 경우, 종래 방전가공 및 절삭가공 대비 생산속도 측면에서 매우 우수할 뿐만 아니라 낮은 생산단가로 인해 높은 생산성을 보장받을 수 있고, 각 코일층이 압연 과정에서 높은 압력을 받기 때문에 높은 밀도의 도체가 생산될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 일 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 각동선
20: 절연체
30: 코일블록
100: 지그
200: 롤러
300: 몰드

Claims (12)

1. 길이방향에 따른 양단에 전기적 연결을 위한 커넥터를 선 가공한 각코일의 네 개의 측면 중 어느 한 면인 제1면과 상기 제1면에 수직하게 인접하는 제2면을 지그에 맞닿게 고정시키는 고정단계;
   상기 지그에 고정된 상기 각코일의 제1면의 반대 측면인 제3면과 나머지 측면이자 상기 제2면의 반대 측면이며, 상기 제3면과 인접한 제4면에 대해, 상기 제3면에 압력을 가하는 제1롤러와 상기 제4면에 압력을 가하는 제2롤러가 상기 각코일의 길이방향을 따라 이송하며 압연시키되, 상기 제2롤러는 상기 제4면이 상기 각코일의 길이방향과 연직을 이루는 방향으로 미리 설정된 각도만큼 기울기를 갖고 압연될 수 있도록, 상기 제2롤러의 회전축의 각도를 조절하도록 하는 압연단계; 및
   상기 각코일을 코어의 길이 방향을 따라 복수의 코일층으로 감아올려 코일블록을 형성하는 와인딩단계;
   를 포함하며,
   상기 제1롤러는 상기 각코일의 제3면의 연직 방향의 길이에 대응되는 길이를 가지도록 형성되고, 상기 제2롤러는 상기 각코일의 제4면의 연직 방향의 길이에 대응되는 길이를 가지도록 형성되어, 상기 압연단계는 서로 인접한 상기 제3면 및 상기 제4면의 서로 대응되는 위치를 동시 가공할 수 있도록 형성되며,
   상기 고정단계, 상기 압연단계 및 상기 와인딩단계에 의해 형성된 상기 코일블록은,
   상기 복수의 코일층이 상하 높이방향을 따라 연속적으로 적층되되, 각 턴에 해당하는 부분코일층 각각의 두께와 너비가 모두 다르게 형성되어 서로 인접한 코어 사이의 공간을 채우도록 형성되고,
   상부에서 하부로 갈수록 상기 부분코일층의 너비가 감소하여 상기 각코일의 상기 제4면에 대응되는 외측면이 기울기를 갖는 테이퍼(taper) 형상으로 형성되되, 상기 각코일의 상기 제2면에 대응되는 내측면은 상기 각코일의 상기 제1면 및 상기 제3면에 대응되는 상면 및 하면에 대해 수직하게 형성되는 코일의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1롤러는,
   상기 각코일이 압연되었을 때, 상기 복수의 코일층의 n번째 턴(여기서, n은 자연수)에 해당되는 부분코일층보다 n+1번째 턴에 해당되는 부분코일층의 두께가 더 두껍게 형성되도록, 상기 제3면에 가하는 압력을 이송방향에 따라 다르게 적용하며,
   상기 제2롤러는,
   상기 각코일이 압연되었을 때, 상기 복수의 코일층의 n번째 턴에 해당되는 부분코일층보다 n+1번째 턴에 해당되는 부분 코일층의 너비가 더 좁게 형성되도록, 상기 제4면에 가하는 압력을 이송방향에 따라 다르게 적용하는 코일의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 코일블록은,
   상부에서 하부로 갈수록 상기 부분코일층의 너비는 감소하되 두께는 증가하여, 상기 복수의 코일층의 상하 높이방향에 따른 수직단면적이 모두 동일하게 형성되는 코일의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 각코일은,
   상기 네 개의 측면 모두에 절연체가 코팅 또는 도포된 상태로 마련되며, 상기 압연단계를 통해 압연되었을 때 상기 절연체는 코팅 또는 도포된 상태를 유지하는 코일의 제조방법.
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