KR102235654B1 - 슬립링을 이용한 동 축 가이드 권선 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 가이드를 이용한 권선 장치에 관한 것이다. 가이드를 이용한 권선 장치는, 적어도 하나의 상부 가이드 시스템을 포함하고, 회전축을 중심으로 회전 가능한 상부 회전부, 제어부와 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 상부 슬립링, 적어도 하나의 하부 가이드 시스템을 포함하고, 상부 회전부와 동일한 회전축을 중심으로 회전 가능한 하부 회전부 및 제어부와 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 하부 슬립링을 포함할 수 있다. 여기서, 제어부는 상부 회전부와 하부 회전부가 동기화되어 회전하도록 상부 회전 구동부와 하부 회전 구동부를 제어하고, 상부 회전부와 하부 회전부가 동기화되어 회전할 때, 상부 회전부와 하부 회전부 사이에 고정된 보빈에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드하도록 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 한편, 금속 선재는 사각형 단면을 가질 수 있다.

Description

슬립링을 이용한 동 축 가이드 권선 장치{CONCENTRIC AXIS GUIDE WINDING APPARATUS USING SLIP RING}

본 개시는 가이드를 이용하여 보빈에 코일을 권선하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 코일의 권선 위치를 가이드하여 권선 정밀도를 높일 수 있는 권선 장치에 관한 것이다.

최근, 이차전지 기술의 발전 및 정부 보조금 정책 등에 힘입어 전기 자동차의 보급이 가속화되고 있다. 이로 인해, 전기 자동차에 탑재되는 구동 모터의 소형화, 경량화 및 고출력화에 대한 요구가 증가하고 있다. 이를 달성하기 위해, 코일을 권선할 수 있는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

코일의 권선하는 다양한 방법들 중 원형 코일 대신에 사각 코일을 이용하여 권선하는 방법이 있다. 원형 코일의 경우, 그 형상 때문에 코일을 아무리 밀접하게 권선하더라도 빈틈이 생기는 반면, 사각 코일은 구조상 보빈에 빈틈없이 복층으로 권선하는 것이 가능하다. 다만, 사각 코일을 원형 코일과 같은 방식으로 정밀한 가이드 없이 고속으로 권선하는 경우, 코일이 격리되거나, 패턴이 무너지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
[선행기술문헌]
일본 특허 공개특허공보 제2009-055710호(2009.03.12)

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 금속 선재를 보빈에 권선하는 과정에서 상부 가이드 및 하부 가이드를 이용하여 금속 선재를 가이드하여, 금속 선재가 권선되어야 할 위치를 이탈하는 것을 방지하고, 정확한 위치에 금속 선재를 권선할 수 있는 장치를 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 가이드를 이용한 권선 장치는, 적어도 하나의 상부 가이드 시스템을 포함하고, 회전축을 중심으로 회전 가능한 상부 회전부, 제어부와 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 상부 슬립링, 적어도 하나의 하부 가이드 시스템을 포함하고, 상부 회전부와 동일한 회전축을 중심으로 회전 가능한 하부 회전부 및 제어부와 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 하부 슬립링을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 회전부와 하부 회전부가 동기화되어 회전하도록 상부 회전 구동부와 하부 회전 구동부를 제어하고, 제어부는 상부 회전부와 하부 회전부가 동기화되어 회전할 때, 상부 회전부와 하부 회전부 사이에 고정된 보빈에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드하도록 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 한편, 금속 선재는 사각형 단면을 가질 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상부 가이드 및 하부 가이드를 이용하여 금속 선재를 가이드함으로써, 금속 선재를 고정밀, 고속으로 권선하는 것이 가능하다. 또한, 권선 장치에 슬립링을 구비함으로써, 가이드가 보빈과 함께 회전하면서 금속 선재의 권선을 가이드하더라도, 전선이 꼬이거나 끊기는 것을 방지할 수 있다. 슬립링을 사용함으로써, 일반적인 기구 구조로 구성하는 것과 비교하여 권선 장치의 구조를 단순화시킬 수 있으며, 경량화된 권선 장치를 제공할 수 있다. 본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드를 이용한 권선 장치를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 상부 권선부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 하부 권선부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 권선 장치에 보빈이 고정되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 상부 슬립링의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드 시스템의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 보빈의 정면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 보빈의 하면도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 금속 선재의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 권선된 분할 코어의 수직 단면도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 2개의 분할 코어가 결합된 예시를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 분할코어 스테이터의 수직 단면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드부를 이용하여 금속 선재의 권선을 가이드하는 예시를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른 가이드부를 이용하여 금속 선재의 권선을 가이드하는 예시를 나타내는 도면이다.

이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

본 개시의 실시예들을 상술하기에 앞서, 도면의 위쪽은 그 도면에 도시된 구성의 "상부" 또는 "상측", 그 아래쪽은 "하부" 또는 "하측"이라고 지칭할 수 있다. 또한, 도면에 있어서 도시된 구성의 상부와 하부의 사이 또는 상부와 하부를 제외한 나머지 부분은 "측부" 또는 "측면"이라고 지칭할 수 있다.

첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다. 이러한 "상부", "상측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드를 이용한 권선 장치(100)를 개략적으로 나타내는 개략도이다. 권선 장치(100)는 상부 권선부(110) 및 하부 권선부(120)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 권선부(110)는 상부 회전부(112), 상부 회전 구동부(172) 및 상부 하우징(162)을 포함할 수 있으며, 상부 하우징(162)은 상부 슬립링(미도시)을 포함할 수 있다.

상부 회전부(112)는 상부 회전 구동부(172)의 구동에 의해 회전축(180)을 중심으로 전체가 회전할 수 있다. 예를 들어, 상부 회전 구동부(172)는 타이밍 풀리(미도시) 등을 이용하여 상부 회전부(112)에 회전 동력을 전달할 수 있다. 상부 회전부(112)는 제1 상부 가이드 시스템(132), 제2 상부 가이드 시스템(134), 그리고 보빈(190)을 고정하기 위해 수직 방향(z축 방향)으로 이동 가능한 고정부(142)를 포함할 수 있다. 제1 상부 가이드 시스템(132) 및 제2 상부 가이드 시스템(134)은 상부 슬립링(미도시)을 통해 전달되는 제어부(미도시)로부터의 제어 신호에 기초하여 x축 및 z축 방향으로 구동될 수 있으며, 보빈(190)에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드 할 수 있다.

하부 권선부(120)는 하부 회전부(122), 하부 회전 구동부(174) 및 하부 하우징(164)을 포함할 수 있으며, 하부 하우징(164)은 하부 슬립링(미도시)을 포함할 수 있다. 하부 회전부(122)는 하부 회전 구동부(174)의 구동에 의해 회전축(180)을 중심으로 전체가 회전할 수 있다. 예를 들어, 하부 회전 구동부(174)는 타이밍 풀리(미도시) 등을 이용하여 하부 회전부(122)에 회전 동력을 전달할 수 있다.

하부 회전부(122)는 제1 하부 가이드 시스템(136), 제2 하부 가이드 시스템(138), 그리고 보빈(190)을 안착하고 고정하기 위한 스테이지(140)를 포함할 수 있다. 제1 하부 가이드 시스템(136) 및 제2 하부 가이드 시스템(138)은 하부 슬립링(미도시)을 통해 전달되는 제어부(미도시)로부터의 제어 신호에 기초하여 x축 및 z축 방향으로 구동될 수 있으며, 보빈(190)에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드할 수 있다.

상부 권선부(110) 및 하부 권선부(120)는 지지 프레임(150)에 의해 견고히 고정 지지될 수 있다. 상부 회전 구동부(172) 및 하부 회전 구동부(174)는 제어부(미도시)로부터의 제어신호에 기초하여 상부 회전부(112) 및 하부 회전부(122)를 회전시킬 수 있다. 여기서, 상부 회전부(112)와 하부 회전부(122)는 제어부에 의해 동기화되어 동일한 방향 및 동일한 속도로 회전될 수 있다. 상부 권선부(110) 및 하부 권선부(120)의 상세 구성은 아래에서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

보빈(190)에 금속 선재를 권선하기 위해 우선 보빈(190)을 스테이지(140) 상에 고정할 수 있다. 여기서, 금속 선재는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 그 후, 클램프(미도시) 등을 이용하여 보빈(190)을 스테이지(140)에 고정하고, 고정부(142)를 z축을 따라 아래 방향으로 이동시킴으로써, 보빈(190)을 스테이지(140)와 고정부(142) 사이에 견고하게 고정시킬 수 있다.

상부 회전부(112) 및 하부 회전부(122)가 동기화되어 회전함에 따라, 스테이지(140)와 고정부(142) 사이에 배치된 보빈(190) 또한, 회전하여 금속 선재 공급부(160)에서 공급되는 금속 선재가 보빈(190)에 권선될 수 있다. 금속 선재가 보빈(190)에 권선되는 위치는 금속 선재 공급부(160)를 z축 방향으로 이동시킴으로써 제어할 수 있다. 여기서, 금속 선재 공급부(160)의 이동 방향은 z축 방향에 한정되지 않으며, z축 방향뿐만 아니라 x축 및 y축 방향으로도 이동 가능하다.

이때. 제어부는 제1 상부 가이드 시스템(132), 제2 상부 가이드 시스템(134), 제1 하부 가이드 시스템(136), 제2 하부 가이드 시스템(138) 중 적어도 하나의 가이드 시스템을 제어하여 금속 선재가 보빈(190)에 권선되는 위치를 정밀하게 가이드하면서 권선할 수 있다. 도 1에는 상부 가이드 시스템 및 하부 가이드 시스템이 각각 2개인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 상부 가이드 시스템과 하부 가이드 시스템의 숫자는 필요에 따라 변경 가능하다.

또한, 제어부는 적어도 하나의 가이드 시스템의 개입 여부에 기초하여 상부 회전부(112) 및 하부 회전부(122)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 가이드 시스템의 가이드부가 금속 선재 공급부(160)로부터 공급되는 금속 선재를 원하는 패턴으로 권선하기 위해 개입하는 경우, 제어부는 상부 회전부(112) 및 하부 회전부(122)의 회전 속도를 동일하게 낮출 수 있다. 이로 인해, 가이드 시스템이 금속 선재를 더욱 안정적으로 가이드하여 높은 정확도로 권선할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 상부 권선부(110)의 상세 구성을 나타내는 도면이다. 상부 권선부(110)는 상부 회전부(112), 상부 회전 구동부(172) 및 상부 슬립링(미도시)을 포함할 수 있으며, 상부 슬립링은 상부 하우징(162) 내에 배치될 수 있다. 상부 회전부(112)는 제1 상부 가이드부(210), 제2 상부 가이드부(220) 및 보빈을 고정하기 위한 고정부(142)를 포함할 수 있다.

고정부(142)는 수직 방향(z축 방향)으로 이동 가능하도록 구성되어, 보빈에 금속 선재를 권선할 때, 고정부(142)가 z축을 따라 하방 이동하여 하부 권선부에 결합된 보빈을 고정하여 권선 시 보빈이 원심력에 의해 권선장치에서 분리되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 고정부(142)는 보빈과 결합되도록 구성된 결합부 및 결합부가 수직으로 이동 가능하게 하는 로드로 구성될 수 있다. 여기서, 결합부는 도시된 바와 같이, 보빈의 상부와 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상부 회전부(112)는 상부 회전 구동부(172)의 구동에 의해 회전축(180)을 중심으로 전체가 회전할 수 있다. 따라서, 고정부(142)에 의해 고정된 보빈 또한, 회전하여 금속 선재 공급부에서 공급되는 금속 선재가 보빈에 권선될 수 있다. 이때, 제1 상부 가이드부(210) 및 제2 상부 가이드부(220)는 제어부(미도시)로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 작동할 수 있으며 보빈과 함께 회전하면서 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드 할 수 있다.

이를 위해, 상부 회전부(112)는 제1 상부 가이드부(210)를 x축으로 이동시키기 위한 제1 상부 x축 구동부(212)와 z축으로 이동시키기 위한 제1 상부 z축 구동부(214), 그리고 제2 상부 가이드부(220)를 x축으로 이동시키기 위한 제2 상부 x축 구동부(222)와 z축으로 이동시키기 위한 제2 상부 z축 구동부(224)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 상부 가이드부(210)와 제2 상부 가이드부(220)는 고정부(142)의 양측면에 대향 배치되어, 금속 선재가 보빈에 권선되는 위치를 가이드하도록 각각 제어될 수 있다. 도 2에서는 상부 가이드부가 2개인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 변경 가능하다.

제1 상부 x축 구동부(212)와 제1 상부 z축 구동부(214)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 제1 상부 가이드부(210)를 x축 및 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 상부 x축 구동부(222)와 제2 상부 z축 구동부(224)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 제2 상부 가이드부(220)를 x축 및 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 제어부와 제1 상부 x축 구동부(212), 제1 상부 z축 구동부(214), 제2 상부 x축 구동부(222)와 제2 상부 z축 구동부(224)는 제어 신호 전달을 위해 전기적으로 연결된다.

제어부와 x축 및 z축 구동부(212, 214, 222, 224) 사이가 전선으로 연결되는 경우, 상부 회전 구동부(172)가 상부 회전부(112)를 회전시키게 되면 해당 전선이 꼬이거나 끊기는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상부 하우징(162) 내에 회전축(180) 상에 상부 슬립링(미도시)을 배치할 수 있다. 상부 슬립링은 상부 회전부(112)가 회전하더라도 제어부와 x축 및 z축 구동부(212, 214, 222, 224) 사이의 전선이 꼬이거나 끊기지 않으면서도, 전기적 연결을 유지하도록 하여 제어 신호가 회전 중에도 x축 및 z축 구동부(212, 214, 222, 224)에 전달될 수 있도록 한다. 슬립링의 상세 구성은 아래에서 도 5를 참조하여 설명된다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 하부 권선부(120)의 상세 구성을 나타내는 도면이다. 하부 권선부(120)는 하부 회전부(122), 하부 회전 구동부(174) 및 하부 슬립링(미도시)을 포함할 수 있으며, 하부 슬립링은 하부 하우징(164) 내에 배치될 수 있다. 하부 회전부(122)는 제1 하부 가이드부(310), 제2 하부 가이드부(320), 보빈이 안착되고 고정되는 스테이지(340), 그리고 보빈을 스테이지(340) 상에 고정하기 위한 클램프(330)를 포함할 수 있다. 여기서, 클램프(330)는 수평 방향으로(x축 방향)으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.

하부 회전부(122)는 하부 회전 구동부(174)의 구동에 의해 상부 회전부와 동일한 회전축(180)을 중심으로 전체가 회전하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 회전부(122)는 제어부에 입력되는 제어신호에 의해 상부 회전부와 동기화되어 동일한 방향 및 동일한 속도로 회전할 수 있다.

금속 선재를 권선할 보빈은 스테이지(340) 상에 안착되어 고정되고, 스테이지(340)에서 보빈이 분리되는 것을 방지하기 위해 클램프(330)를 이용하여 보빈을 스테이지(340)에 고정할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 클램프(330)는 보빈의 하부와 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 보빈의 크기에 따라 x축을 따라 좌우 방향으로 이동하여 보빈을 견고하게 고정할 수 있다.

따라서, 하부 회전부(122)가 회전함에 따라, 스테이지(340)에 고정된 보빈이 함께 회전하여 금속 선재가 보빈에 권선될 수 있다. 이때, 제1 하부 가이드부(310) 및 제2 하부 가이드부(320)는 제어부(미도시)로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 작동할 수 있으며 보빈과 함께 회전하면서 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드 할 수 있다.

이를 위해, 하부 회전부(122)는 제1 하부 가이드부(310)를 x축으로 이동시키기 위한 제1 하부 x축 구동부(312)와 z축으로 이동시키기 위한 제1 하부 z축 구동부(314), 그리고 제2 하부 가이드부(320)를 x축으로 이동시키기 위한 제2 하부 x축 구동부(322)와 z축으로 이동시키기 위한 제2 하부 z축 구동부(324)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 가이드부(310)와 제2 하부 가이드부(320)는 스테이지(340)의 양측면에 대향 배치되어, 금속 선재가 보빈에 권선되는 위치를 가이드하도록 각각 제어될 수 있다. 도 3에서는 하부 가이드부가 2개인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 변경 가능하다.

제1 하부 x축 구동부(312)와 제1 하부 z축 구동부(314)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 제1 하부 가이드부(310)를 x축 및 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 하부 x축 구동부(322)와 제2 하부 z축 구동부(324)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 제2 하부 가이드부(320)를 x축 및 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 제어부와 제1 하부 x축 구동부(312), 제1 하부 z축 구동부(314), 제2 하부 x축 구동부(322)와 제2 하부 z축 구동부(324)는 제어 신호의 전달을 위해 전기적으로 연결될 수 있다.

제어부와 x축 및 z축 구동부(312, 314, 322, 324) 사이가 전선으로 연결되는 경우, 하부 회전 구동부(174)가 하부 회전부(122)를 회전시키게 되면 해당 전선이 꼬이거나 끊기는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 하부 하우징(164) 내에 회전축(180) 상에 하부 슬립링(미도시)을 배치할 수 있다. 하부 슬립링은 하부 회전부(122)가 회전하더라도 제어부와 x축 및 z축 구동부(312, 314, 322, 324) 사이의 전선이 꼬이거나 끊기지 않으면서도, 전기적 연결을 유지하도록 하여 제어 신호가 회전 중에도 x축 및 z축 구동부(312, 314, 322, 324)에 전달될 수 있도록 한다. 슬립링의 상세 구성은 아래에서 도 5를 참조하여 설명된다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 권선 장치에 보빈(410)이 고정되는 예시를 나타내는 도면이다. 보빈(410)은 스테이지(340) 상에 안착되고 고정되어 상부 회전부의 고정부(142) 및 하부 회전부의 클램프(330)에 의해 견고하게 고정될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 스테이지(340) 상에 보빈(410)이 고정된 후에, 클램프(330)가 수평 방향(x축 방향)으로 이동하여 보빈(410)의 하측을 고정하고, 고정부(142)가 z축을 따라 아래 방향으로 이동하여 보빈(410)의 상측을 고정할 수 있다. 따라서, 권선 장치를 이용하여 보빈을 회전시키면서 금속 선재를 권선하는 도중, 원심력에 의해 권선 장치와 보빈이 분리되거나 보빈이 제위치를 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 상부 가이드 시스템 및 하부 가이드 시스템에 의해 금속 선재를 가이드하여 정확한 위치에 금속선재를 권선함으로써, 높은 정밀도의 분할 코어 권선을 생산할 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 상부 슬립링(500)의 상세 구성을 나타내는 도면이다. 상부 슬립링(500)은 슬립링 고정부(510) 및 슬립링 회전부(520)를 포함할 수 있으며, 상부 회전부와 하부 회전부가 회전하는 회전축(180) 상에 배치될 수 있다. 상부 슬립링(500)은 제어부(미도시)와 상부 가이드부를 전기적으로 연결할 수 있다.

구체적으로, 상부 슬립링(500)은 제어부로부터 제어 신호를 전달받는 상부 모터 앰프(미도시)와 상부 가이드부의 x축 구동부와 z축 구동부를 전기적으로 연결시켜, 상부 회전부가 회전 중에도 제어부로부터의 제어 신호가 상부 가이드부의 x축 구동부와 z축 구동부에 전달되도록 한다. 일 실시예에서, 하나의 모터 앰프는 4개의 구동부와 연결될 수 있다. 이 때, 제어부/모터 앰프와 상부 가이드부의 x축 구동부 및 z축 구동부 사이의 통신 방식은 펄스(pulse) 방식 대신에 직렬(serial) 통신 방식을 사용할 수 있다. 펄스 방식은 노이즈에 취약하여 슬립링과 결선시 가이드부의 위치 제어에 문제가 생길 수 있는 반면, 직렬 통신 방식은 결선 수가 적으며 노이즈에 강하기 때문에 가이드부의 위치를 보다 정확하게 제어할 수 있기 때문이다.

도시된 바와 같이, 슬립링 고정부(510)는 제1 배선(530)을 통해 제어부/모터 앰프와 전기적으로 연결되며, 슬립링 회전부(520)는 제2 배선(540)을 통해 상부 가이드부의 x축 구동부와 z축 구동부와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성으로 인해, 슬립링 고정부(510)가 고정된 상태에서 상부 회전부가 회전하게 되면, 슬립링 회전부(520)가 함께 회전하면서 제어부와 상부 가이드부의 x축 구동부와 z축 구동부 사이의 전기적으로 연결을 유지할 수 있다. 도 5는 상부 슬립링(500)을 도시하고 있지만, 하부 슬립링도 상부 슬립링(500)과 유사한 구조로 구성될 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드 시스템(600)의 상세 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 가이드 시스템(600)은 가이드부(610), x축 구동부(620), x축 구동부 단자(630), z축 구동부(640) 및 z축 구동부 단자(650)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서. x축 구동부(620)를 제어하기 위한 배선은 x축 구동부 단자(630)에 연결되고, z축 구동부(640)를 제어하기 위한 배선은 z축 구동부 단자(650)로 연결될 수 있다. x축 구동부(620)와 z축 구동부(640)는 슬립링을 통해 제어부로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 가이드부(610)를 각각 x축 방향(보빈의 수평 방향)과 z축 방향(보빈의 수직 방향)으로 이동시킬 수 있다.

필요에 따라, 가이드부(610)를 y축으로 이동시키기 위한 y축 구동부를 사용할 수 있으나, 가이드부(610)의 y축 폭이 보빈의 장변보다 넓은 경우, 가이드부(610)의 y축 이동이 불필요하므로, y축 구동부를 생략할 수 있다. 따라서, 하나의 가이드부는 2개의 구동부에 의해 제어되어 2개의 축에 대해 자유도(x축 및 z축)를 가질 수 있다.

가이드부(610)의 개입이 필요하지 않은 경우, x축 구동부(620)가 가이드부(610)를 보빈으로부터 멀리 이동시키고, 가이드부(610)의 개입이 필요한 경우, x축 구동부(620)가 권선 가이드가 필요한 위치에 맞게 가이드부(610)를 보빈 가까이로 이동시킬 수 있다. 또한, 가이드부(610)의 개입이 필요한 경우, z축 구동부(640)가 권선 가이드가 필요한 높이에 맞춰 가이드부(610)를 z축으로 이동시킬 수 있다. 이와 같이 가이드부(610)를 활용함으로써 원하는 패턴 및/또는 원하는 위치로 금속 선재를 가이드하여 보빈에 권선할 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 보빈(700)의 정면도이다. 도시된 바와 같이 보빈(700)은 금속 선재가 권선되는 권선부(720), 상부 회전부와 결합되는 상부 플랜지(710) 및 하부 회전부와 결합되는 하부 플랜지(730)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상부 플랜지(710)와 하부 플랜지(730)는 권선부(720)에 권선되는 금속 선재의 이탈을 방지하기 위해 권선부(720)의 너비보다 더 크게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 보빈(700)은 권선부(720)에 권선되는 금속 선재가 상부 플랜지(710)에서 하부 플랜지(730) 방향으로 갈수록 다층으로 적층되는 피라미드 구조로 권선 가능하도록 하부 플랜지(730)의 너비가 상부 플랜지(710)의 너비보다 넓게 구성될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상부 플랜지(710)는 상부 회전부의 고정부와 고정 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 플랜지(710)는 상부 회전부의 고정부와 대응되는 형상일 수 있으며, 고정부와 견고하게 고정 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 플랜지(730)는 하부 회전부의 스테이지에 고정 결합 가능하도록 구성될 수 있다.

도시된 바와 같이, 하부 플랜지(730)는 오목부(736)를 포함할 수 있고, 스테이지는 하부 플랜지(730)와 대응되는 형상의 볼록부를 포함할 수 있다. 따라서, 오목부(736)와 스테이지의 볼록부가 맞물리도록 하여 보빈(700)을 스테이지에 고정할 수 있다. 또한, 하부 플랜지(730)는 금속 선재가 권선된 다른 분할 코어의 돌출부와 결합 가능하도록 좌측부에는 수용부(734)가 구성될 수 있으며, 우측부에는 다른 분할 코어의 수용부와 결합하도록 구성된 돌출부(732)를 포함할 수 있다. 상술한 수용부(734)와 돌출부(732)는 보빈이 하부 회전부의 클램프에 의해 고정되는데도 이용될 수 있으며, 하부 회전부의 클램프는 수용부(734) 및 돌출부(732)와 대응되는 형상을 할 수 있다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 보빈(810)의 하면도이다. 도시된 바와 같이, 보빈(810)은 일측면의 길이(d2)가 타측면의 길이(d1)보다 긴 직사각형 구조일 수 있다. 가이드부(820)는 보빈(810)의 장변(d2)측에 배치되어 금속 선재를 가이드 할 수 있으며, 가이드부(820)의 너비는 보빈의 장변(d2)보다 넓도록 구성될 수 있다. 따라서, 보빈(810)에 금속 선재를 권선하는 경우, 가이드부(820)는 보빈의 장변(d2)보다 넓기 때문에 Y축 방향으로 이동이 불필요하며, 2개의 자유도(x축 및 z축 방향)로만 이동하면서 금속 선재의 권선을 가이드할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 보빈의 형태는 하나의 예시일 뿐이며, 필요에 따라 다양한 형태의 보빈이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 권선 장치는 다양한 형태의 보빈에 금속 선재를 가이드하면서 권선하는 것이 가능하다.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 금속 선재(900)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 보빈에 권선되는 금속 선재(900)의 단면은 직사각형일 수 있다. 통상적으로 권선 장치를 이용하여 보빈을 권선하는 경우, 권선 장치가 고속으로 회전하는 동안 금속 선재 공급부를 z축 방향으로 이동시키면서 금속 선재를 권선하기 때문에 금속 선재가 권선되어야 하는 위치보다 더 올라가거나 내려간 지점에 권선되는 경우가 발생한다. 이로 인해, 원하는 패턴의 분할 코어를 생산하는데 어려움이 있다. 금속 선재 공급부가 z축 방향으로 이동되어 금속 선재를 권선한다고 설명하였으나, z축 방향뿐만 아니라 x축 및 y축 방향으로도 이동 가능하다.

단면이 원형인 금속 선재의 경우, 원형 금속 선재의 모양과 대응되는 형상의 홈이 보빈에 형성되어 있어, 금속 선재의 권선 위치에 약간의 오차가 발생하더라도 금속 선재가 자연스럽게 제위치를 찾아가는 경향이 있다. 반면, 도시된 바와 같이, 단면이 직사각형인 금속 선재(900)의 경우 보빈에 여러 층으로 금속 선재를 적층하는 경우, 구조상 금속 선재의 권선 위치에 오차가 발생하는 경우가 많을 수 있다. 따라서, 금속 선재의 단면이 직사각형인 경우, 금속 선재(900)의 권선 위치를 물리적으로 가이드 할 수 있는 메커니즘이 필요하다. 이와 같은 금속 선재(900)는 장변이 보빈의 권선부에 접촉되도록 권선될 수 있다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 권선된 분할 코어(1000)의 수직 단면도이다. 일 실시예에서, 분할 코어(1000)는 상부 플랜지(1010)에서 하부 플랜지(1020) 방향으로 갈수록 금속 선재(1030)가 다층으로 적층된 피라미드 형태로 권선될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 보빈의 상부에서 하부 방향으로 갈수록 금속 선재(1030)가 2층, 3층, 4층 및 5층으로 적층되어 피라미드 형태로 권선될 수 있다.

도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 2개의 분할 코어(1110, 1120)가 결합된 예시를 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 분할 코어는 돌출부 및 수용부를 포함하도록 구성되어 다른 분할 코어와 결합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 분할 코어(1110)의 돌출부와 제2 분할 코어(1120)의 수용부를 끼움 결합하여 제1 분할 코어(1110) 및 제2 분할 코어(1120)를 결합할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 분할 코어 스테이터(1200)의 수직 단면도이다. 보빈에 금속 선재가 권선된 분할 코어는 복수 개의 다른 분할 코어와 결합하여 환형으로 조립되고, 환형의 지지브라켓(1210)에 고정되어 분할 코어 스테이터(1200)를 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 분할 코어들은 금속 선재가 높은 정밀도로 권선되어, 피라미드 형태의 적층 구조가 흐트러짐 없이 생산될 수 있다. 따라서, 복수의 분할 코어를 결합하여 환형의 분할코어 스테이터(1200)를 형성할 때, 낮은 권선 품질로 인해 이웃하는 분할 코어들에 권선된 금속 선재가 서로 접촉하는 일이 없도록 할 수 있다.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 가이드부(1330)를 이용하여 금속 선재의 권선을 가이드하는 예시를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 보빈(1310)에 금속 선재의 제1 층을 권선한 후, 상부 플랜지에 있는 빈 공간에 금속 선재가 들어갈 수 없는 경우, 그 다음 층(제2 층)에 금속 선재를 권선할 수 있다. 그 다음 층을 권선하는 경우, 바로 직전에 권선한 층의 권선 방향과 반대 방향으로 권선할 수 있다.

이때, 권선되는 금속 선재(1320)의 일측면이 상부 플랜지, 하부 플랜지 또는 이미 권선된 다른 금속 선재에 의해 고정 지지되지 않는 경우, 권선 장치의 회전력에 의해 금속 선재(1320)가 권선되어야 하는 위치보다 더 올라가거나 내려간 지점에 권선될 수 있다. 따라서, 가이드부(1330)를 이용하여 희망 권선 위치 위에 벽을 만들어 금속 선재(1320)가 제위치에 권선될 수 있도록 유도할 수 있다. 즉, 가이드부(1330)는 금속 선재(1320)가 보빈(1310) 상에 권선되는 새로운 층의 시작 위치를 가이드할 수 있다.

예를 들어, 도 13a에 도시된 바와 같이, 제1 층을 권선 완료한 후에, 제2 층의 권선을 시작하는 경우, 금속 선재(1320)가 권선되어야 하는 위치의 바로 상부에 가이드부(1330)를 배치하여, 금속 선재(1320)가 희망 위치보다 더 올라가서 권선되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가이드부(1330)를 고정해 놓은 상태로 제2 층의 나머지 부분을 권선할 수 있다. 추가적으로, 도 13b에 도시된 바와 같이, 금속 선재(1350)가 제4 층에서 권선을 시작할 때, 가이드부(1330)가 권선 시작 위치를 가이드하여 금속 선재(1350)가 희망 위치보다 더 올라가서 권선되는 것을 막을 수 있다.

도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른 가이드부(1440, 1450, 1460)를 이용하여 금속 선재의 권선을 가이드하는 예시를 나타내는 도면이다. 일 실시예에서, 가이드부(1440, 1450, 1460)는 금속 선재의 권선 위치가 급격하게 변하는 패턴(비순차 패턴)의 권선을 가이드할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 보빈(1410) 상에 제2 층을 권선한 후에, 금속 선재를 제1 위치(1420)에서 제2 위치(1430)로 급격하게 이동하여 권선할 수 있는데, 이 때, 가이드부를 사용하지 않고, 권선을 진행하는 경우, 제1 위치(1420)의 금속 선재가 권선 도중에 제 위치에서 이탈할 수 있다.

따라서, 이와 같은 경우, 가이드부를 이용하여 금속 선재의 권선을 가이드하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 가이드부(1440)를 제1 위치(1420)의 금속 선재 상부에 배치하고, 제2 가이드부(1450)를 제1 위치(1420)의 금속 선재 하부에 배치하여 제1 위치(1420)의 금속 선재(1420)가 제1 위치(1420)를 벗어나지 못하도록 고정시킬 수 있다. 한편, 제2 위치(1430)의 금속 선재는 하부 플랜지가 그 하부면을 받쳐주고 있으므로, 하나의 가이드부(1460)만을 이용하여 권선되는 금속 선재의 위치를 제2 위치(1430)로 가이드할 수 있다. 예를 들어, 제2 상부 가이드부(1460)가 금속 선재의 상측에 배치되어 금속 선재(1430)를 하방 가압함으로써 금속 선재(1430)가 제2 위치(1430)에 권선되도록 가이드할 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 가이드부를 활용함으로써 원하는 패턴 및/또는 원하는 위치로 금속 선재를 가이드하여 보빈에 권선할 수 있다.

본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

110: 상부 권선부
112: 상부 회전부
120: 하부 권선부
122: 하부 회전부
132: 제1 상부 가이드 시스템
134: 제2 상부 가이드 시스템
136: 제1 하부 가이드 시스템
138: 제2 하부 가이드 시스템
140: 스테이지
142: 고정부
150: 지지 프레임
160: 금속 선재 공급부
162: 상부 하우징
164: 하부 하우징
172: 상부 회전 구동부
174: 하부 회전 구동부
180: 회전축
190: 보빈

Claims (16)

1. 가이드를 이용한 권선 장치로서,
   금속 선재를 공급하도록 구성된 금속 선재 공급부;
   적어도 하나의 상부 가이드 시스템을 포함하고, 회전축을 중심으로 회전 가능한 상부 회전부;
   제어부와 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 상부 슬립링;
   적어도 하나의 하부 가이드 시스템과 보빈이 안착되는 스테이지를 포함하고, 상기 상부 회전부와 동일한 회전축을 중심으로 회전 가능한 하부 회전부; 및
   상기 제어부와 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 사이의 전기적 접속을 제공하도록 구성된 하부 슬립링
   을 포함하고,
   상기 제어부는 상기 상부 회전부와 상기 하부 회전부가 동기화되어 회전하도록 상부 회전 구동부와 하부 회전 구동부를 제어하고,
   상기 제어부는 상기 상부 회전부와 상기 하부 회전부가 동기화되어 회전할 때, 상기 상부 회전부와 상기 하부 회전부 사이에 고정되어 상기 상부 회전부 및 상기 하부 회전부와 함께 회전하는 상기 보빈에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드하도록 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어하고,
   상기 상부 슬립링 및 상기 하부 슬립링은 상기 상부 회전부와 상기 하부 회전부가 회전하는 회전축 상에 배치되고,
   상기 금속 선재는 사각형 단면을 가지는,
   가이드를 이용한 권선 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템과 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템은, 상기 상부 회전부와 상기 하부 회전부가 동기화되어 회전함에 따라 상기 보빈과 함께 회전하면서 상기 보빈에 권선되는 금속 선재의 위치를 가이드하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부 슬립링은,
   상기 제어부와 전기적으로 연결되는 슬립링 고정부; 및
   상기 상부 회전부가 회전함에 따라 함께 회전하는 슬립링 회전부를 포함하고,
   상기 슬립링 회전부는 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템과 전기적으로 연결되어, 상기 제어부로부터의 제어 신호가 상기 상부 슬립링을 통해 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템에 전달되는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부 회전부는 상기 보빈을 고정하기 위해 수직 방향으로 이동 가능한 고정부를 더 포함하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템의 가이드부는 상기 보빈의 장변측에 배치되어 금속 선재의 권선을 가이드하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템의 가이드부의 너비는 보빈의 장변보다 넓은, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템의 가이드부는 상기 보빈의 단변측에 배치되어 금속 선재의 권선을 가이드하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템은 상부 가이드부 구동부에 의해 2 자유도(x축 구동, z축 구동)로 구동되고,
   상기 상부 가이드부 구동부는 상기 상부 슬립링을 통해 제어부로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템의 가이드부를 이동시키는, 가이드를 이용한 권선 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부로부터 제어 신호를 전달받는 상부 모터 앰프를 더 포함하고,
    상기 상부 모터 앰프는 상기 상부 슬립링을 통해 상기 상부 가이드부 구동부와 전기적으로 연결되고,
    상기 상부 모터 앰프와 상기 상부 가이드부 구동부 사이의 통신 방식은 직렬 통신 방식인, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어하여 상기 보빈 상에 권선되는 같은 층 상의 금속 선재 사이의 공백을 제거하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 보빈 상에 권선되는 새로운 층의 시작 위치를 가이드하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 비순차 패턴의 권선을 가이드하도록 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템 중 적어도 하나를 제어하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템은 제1 상부 가이드부 및 제2 상부 가이드부를 포함하고,
    상기 제1 상부 가이드부 및 제2 상부 가이드부는 서로 대향 배치되고,
    상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템은 하부 가이드부를 포함하고,
    상기 제어부는 금속 선재가 제1 위치에 고정되도록 상기 제1 상부 가이드부와 상기 하부 가이드부를 제어하고, 금속 선재가 제2 위치를 향해 권선되도록 상기 제2 상부 가이드부를 제어하는, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
15. 제1항에 있어서,
    상기 금속 선재의 장변이 상기 보빈의 권선부에 접촉되도록 권선되는, 가이드를 이용한 권선 장치.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 상부 가이드 시스템 및 상기 적어도 하나의 하부 가이드 시스템의 가이드부가 금속 선재의 권선을 가이드할 때, 상기 상부 회전부 및 상기 하부 회전부의 회전 속도가 동일하게 낮추도록 제어하는, 가이드를 이용한 권선 장치.

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