KR102476318B1 - 직류 모터의 아마추어 권선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 직류 모터의 아마추어 권선 방법은, 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 아마추어 권선 방법으로서, 환상으로 배열된 10개의 정류자편과 이에 대응되는 위치에 배치된 아마추어 코어의 치(tooth)가 구비되며, 상기 아마추어의 회전축의 둘레 방향을 따라 배치된 각각의 상기 정류자편을 A1~A10으로 정의하고, 각각의 상기 정류자편에 대응하는 위치에 배치된 각각의 상기 코어의 치를 C1~C10으로 정의할 때, 상기 코일을 A1과 A6에 순차적으로 연결한 후 C7과 C6을 묶어서 미리 정해진 감김수(turns) 만큼 감은 후 연이어 C2와 C1을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A2에 연결하는 제1권선 단계; 상기 제1권선 단계 후에 수행되며, 상기 A2에 연결된 코일을 A7에 연결한 후 C8과 C7을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C3와 C2를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A3에 연결하는 제2권선 단계; 상기 제2권선 단계 후에 수행되며, A3에 연결된 코일을 A8에 연결한 후 C9 C8을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C4와 C3을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A4에 연결하는 제3권선 단계; 상기 제3권선 단계 후에 수행되며, A4에 연결된 코일을 A9에 연결한 후 C10 C9을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C5와 C4을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A5에 연결하는 제4권선 단계; 및 상기 제4권선 단계 후에 수행되며, A5에 연결된 코일을 A10에 연결한 후 C1 C10을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C6와 C5을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A6에 연결하는 제5권선 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 직류 모터의 아마추어 권선 방법.

Description

직류 모터의 아마추어 권선 방법{Armature coil winding method of DC motor}

본 발명은 직류 모터의 아마추어 권선 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 중권(Lap Winding) 방식의 권선 방법에 관한 것이다.

직류 모터 장치는 플레밍의 왼손 법칙에 따라 상호작용하는 전기장과 자기장의 상호작용에 의해 전기 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 장치다. 직류 모터는 일반적으로 고정자와 회전자(전기자, 아마추어)를 포함한다. 고정자로는 영구자석을 사용하며, 회전자로는 연자성체 코어에 코일이 권선된 구조를 사용한다. 코일에 전기를 공급하기 위해 정류자와 브러시가 채용된다. 상기 정류자는 서로 물리적으로 분리된 다수의 정류자편으로 구성된다. 상기 코어는 코일이 권선될 수 있도록 다수의 치와 슬롯으로 구성된다. 상기 코어에 코일을 권선하는 방법으로 환상권(ring winding)과 고상권(drum winding)이 있다. 환상권(ring winding)은 고리 형태로 감는 것으로서 코어의 위아래로 감는 형태로 전류가 들고 나는 자리가 동일한 위상에 위치한다. 환상권은 효율이 나쁘고 만들기도 어렵기 때문에 현재는 거의 사용하지 않는 방식이다. 고상권(drum winding)은 코어의 겉으로만 도선을 배열한 방식이다. 현재의 권선 방법은 대부분 고상권이 채용된다. 고상권은 파권(Wave Winding) 방식과 중권(Lap Winding) 방식으로 구분된다. 파권은 회로의 형태가 직렬 형태로 이루어지고, 중권은 회로 형태가 병렬 형태로 이루어지는 점에서 차이가 있다. 일반적으로 파권은 고전압을 사용하는 모터에 유리하고, 중권은 저전압을 사용하는 모터에 유리하다. 본 발명은 차량용 모터에 관한 것으로서, 저전압(12V)을 사용하는 형태인 바 중권 방식의 권선법에 관한 것이다.

도 1은 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 주요 구성을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 직류 모터의 내부 구조를 모터의 회전축의 길이 방향에서 본 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 회전자에 코일을 권선하는 방법을 도식적으로 보여주는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 회전자는 회전축(1)을 중심으로 정류자(2)와 아마추어 코어(3)가 환상의 배치된다. 또한 고정자는 아마추어 코어(3)의 외측에 배치된 모터 하우징(5)의 내주면에 원형으로 이격되도록 배치된 영구자석(4)를 포함한다. 상기 아마추어 코어(3)에 코일(미도시)이 권선된다. 코일은 일정 감김수 만큼 권선된 후 정류자(2)에 전기적으로 연결된다. 브러시(6)는 정류자(2)에 전기를 공급하도록 90°간격을 두고 2개가 배치된다.

예컨대, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터에서 종래의 아마추어 권선 방법은 레프트 플라이어(left flyer)와 라이트 플라이어(right flyer)를 이용하여 정류자(2)의 180°대칭면을 코일로 연결해서 사용함에 따라 권선을 위한 기계가 움직이는 시간인 인덱스가 길어지며, 권선 방법이 복잡한 문제점이 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 듀얼 플라이어로 권선시 아마추어 코어(3)에 일정 감김수 만큼 권선 후 정류자(2)에 전기적으로 연결되는 횟수가 싱글 플라이어로 권선시 아마추어 코어(3)에 일정 감김수 만큼 권선 후 정류자(2)에 전기적으로 연결되는 횟수가 많다. 따라서, 듀얼 플라이어 권선시 정류자(2)를 통해 권선된 코일을 흐르는 전류(I)의 길이 또는 거리가 싱글 플라이어 권선시 보다 짧아지게 된다. 그 결과, 모터에서 동일한 출력(Torque, RPM)을 유지하기 위해서 권선시 감기는 코일의 외경과 권선수는 듀어 플라이어 방식을 적용하는 경우와 싱글 플라이어 방식을 적용하는 경우에 달라져야 한다. 입력 전압(Voltage)이 일정하게 인가되는 경우, 모터의 출력 토크(Torque)는 전류(I)가 흐르는 코일의 단면적에 비례하고, 모터의 회전수(RPM)는 전류(I)가 흐르는 코일의 감김수에 반비례 한다. 따라서 동일한 모터의 출력을 위해 듀얼 플라이어의 권선은 선경이 얇아지고 감김수(권선수)가 많아져야 한다. 그 결과 도 3 및 도 4와 같은 종래 권선 방법은 코일의 선경(wire diameter)이 얇아지고 감김수(turn)도 증가하여 권선 공정에서 불량률이 증가하며 생산성이 저하하는 역효과가 발생한다.

001 KR 10-1851205 (2018.04.17)

본 발명의 목적은 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 아마추어 권선 방법을 개선함으로써, 코일의 두께를 종래보다 두껍게 하고 감김수를 줄이면서도 종래와 동일한 모터 성능을 가질 수 있는 권선 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 모터의 권선 방법은, 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 아마추어 권선 방법으로서,

환상으로 배열된 10개의 정류자편과 이에 대응되는 위치에 배치된 아마추어 코어의 치(tooth)가 구비되며,

상기 아마추어의 회전축의 둘레 방향을 따라 배치된 각각의 상기 정류자편을 A1~A10으로 정의하고,

각각의 상기 정류자편에 대응하는 위치에 배치된 각각의 상기 코어의 치를 C1~C10으로 정의할 때,

코일을 A1과 A6에 순차적으로 연결한 후 C7과 C6을 묶어서 미리 정해진 감김수(turns) 만큼 감은 후 연이어 C2와 C1을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A2에 연결하는 제1권선 단계;

상기 제1권선 단계 후에 수행되며, 상기 A2에 연결된 코일을 A7에 연결한 후 C8과 C7을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C3와 C2를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A3에 연결하는 제2권선 단계;

상기 제2권선 단계 후에 수행되며, A3에 연결된 코일을 A8에 연결한 후 C9와 C8을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C4와 C3을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A4에 연결하는 제3권선 단계;

상기 제3권선 단계 후에 수행되며, A4에 연결된 코일을 A9에 연결한 후 C10과 C9을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C5와 C4을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A5에 연결하는 제4권선 단계; 및

상기 제4권선 단계 후에 수행되며, A5에 연결된 코일을 A10에 연결한 후 C1과 C10을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C6와 C5을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A6에 연결하는 제5권선 단계;를 포함한 점에 특징이 있다.

상기 코일의 두께는 0.30mm 내지 0.35mm인 것이 바람직하다.

상기 감김수(turns)는 18회 내지 22회 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 직류 모터의 권선 방법은, 싱글 플라이어로 권선이 가능하며, 코일의 두께를 두껍게 하고 감김수를 줄이면서도 종래와 동일한 모터 성능을 제공함으로써, 아마추어 코어 권선시 발생하는 권선 불량을 개선하고 생산성 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 직류 모터의 권선 방법은, 싱글 플라이어로 권선이 가능하므로 설비 투자비 감소와 공정 길이를 축소할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 주요 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 직류 모터의 내부 구조를 모터의 회전축의 길이 방향에서 본 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 회전자에 듀얼 플라이어에 따른 종래 방법으로 레프트 플라이어로 코일을 권선하는 방법을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 회전자에 듀얼 플라이어에 따른 종래 방법으로 라이트 플라이어로 코일을 권선하는 방법을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 듀얼 플라이어와 싱글 플라이어에 의해 권선되는 코일과 정류자의 연결 구조를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 권선 방법의 공정도이다.
도 7은 도 6에 도시된 권선 방법을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 종래 권선 방법과 본 발명에 따른 권선 방법이 적용된 모터의 성능을 비교할 수 있는 실험 데이터를 보여주는 그래프이다.

이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 권선 방법의 공정도이다. 도 7은 도 6에 도시된 권선 방법을 도식적으로 보여주는 도면이다. 도 8은 종래 권선 방법과 본 발명에 따른 권선 방법이 적용된 모터의 성능을 비교할 수 있는 실험 데이터를 보여주는 그래프이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 직류 모터의 아마추어 권선 방법은, 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터에 적용되는 아마추어 권선 방법이다.

상기 직류 모터는 고정자로서 4개의 영구 자석이 환상으로 이격되어 배치된다. 상기 영구 자석은 모터 하우징의 내주면에 고정되도록 설치된다.

상기 직류 모터는 회전자로서 정류자와, 코어와, 코일을 포함한다.

상기 정류자는 환상으로 배열된 10개의 정류자편을 포함한다. 각각의 상기 정류자편에는 코일이 전기적으로 연결되기 위한 걸림부가 구비된다.

상기 코어는 상기 정류자편에 대응되는 위치에 배치된 아마추어 코어의 치(tooth)가 구비된다. 상기 코어는 회전축을 중심으로 그 회전축의 둘레방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 10개의 치(tooth)와 10개의 슬롯(slot)를 포함한다. 인접되는 치와 치 사이의 공간이 슬롯을 구성한다. 실질적으로 코일은 슬롯에 감겨진다.

도 7은 원형으로 배열된 10개의 정류자편과 코어의 치를 권선 방법을 설명하기 위해 평면상에 펼쳐놓은 상태로 도시되며 반복되는 번호는 동일한 구성요소이다. 상기 아마추어의 회전축의 둘레 방향을 따라 배치된 각각의 상기 정류자편을 A1~A10으로 정의한다. 또한, 각각의 상기 정류자편에 대응하는 위치에 배치된 각각의 상기 코어의 치를 C1~C10으로 정의한다.

직류 모터의 아마추어 권선 방법은, 제1권선 단계(S10)와, 제2권선 단계(S20)와, 제3권선 단계(S30)와, 제4권선 단계(S40)와, 제5권선 단계(S50)를 포함한다.

상기 제1권선 단계(S10)에서는 상기 코일을 정류자편 A1과 A6에 순차적으로 연결한 후 코어의 치 C7과 C6을 묶어서 미리 정해진 감김수(turns) 만큼 감고 연이어 C2와 C1을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A2에 연결한다. 상기 감김수는 18회 내지 22회인 것이 바람직하다.

상기 제2권선 단계(S20)는 상기 제1권선 단계(S10) 후에 수행된다. 상기 제2권선 단계(S20)는 상기 제1권선 단계(S10)에 연속하여 수행될 수 있다. 상기 제2권선 단계(S20)에서는, 상기 A2에 연결된 코일을 A7에 연결한 후 C8과 C7을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C3와 C2를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A3에 연결한다.

상기 제3권선 단계(S30)는 상기 제2권선 단계(S20) 후에 수행된다. 상기 제3권선 단계(S30)는 상기 제2권선 단계(S20)에 연속하여 수행될 수 있다. 상기 제3권선 단계(S30)에서는, 상기 A3에 연결된 코일을 A8에 연결한 후 C9와 C8을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C4와 C3를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A4에 연결한다.

상기 제4권선 단계(S40)는 상기 제3권선 단계(S30) 후에 수행된다. 상기 제4권선 단계(S40)는 상기 제3권선 단계(S30)에 연속하여 수행될 수 있다. 상기 제4권선 단계(S40)에서는, 상기 A4에 연결된 코일을 A9에 연결한 후 C10과 C9를 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C5와 C4를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A5에 연결한다.

상기 제5권선 단계(S50)는 상기 제4권선 단계(S40) 후에 수행된다. 상기 제5권선 단계(S50)는 상기 제4권선 단계(S40)에 연속하여 수행될 수 있다. 상기 제5권선 단계(S50)에서는, 상기 A5에 연결된 코일을 A10에 연결한 후 C1과 C10을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C6과 C5를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A6에 연결한다.

또한, 상기 코일의 직경의 크기는 0.30mm 내지 0.35mm인 것이 바람직하다.

종래 구조에서 코일의 선경을 0.20mm ~ 0.25mm 사용해야 하는데 비하여, 본 발명에 따른 권선 방법은 코일의 선경(두께)를 0.30mm ~ 0.35mm로 두껍게 할 수 있다. 그 결과 종래 권선 방법에 따른 모터 구조에서 코일의 슬롯당 감김수가 36회 ~ 44회인데, 본 발명에서는 종래 구조 모터와 동일한 출력을 얻기 위해 슬롯당 코일의 감김수를 18회 ~ 23회로 줄여도 되므로 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 효과는 도 8에 도시된 종래 구조의 모터 출력과 비교한 실험 데이터로부터 쉽게 알 수 있다. 도 8을 참조하면 일정 전압이 인가될 때 모터의 회전수(speed)와 토크 및 전류의 변화를 보여주는 실험 데이터 그래프이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직류 모터의 권선 방법은, 싱글 플라이어로 권선이 가능하며, 코일의 두께를 굵게 하고 감김수를 줄이면서도 종래와 동일한 모터 성능을 제공함으로써, 아마추어 코어 권선시 발생하는 권선 불량을 개선하고 생산성 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 직류 모터의 권선 방법은, 싱글 플라이어로 권선이 가능하므로 설비 투자비 감소와 공정 길이를 축소할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

A1~A10 : 정류자편
C1~C10 : 아마추어 코어의 치
S10 : 제1권선 단계
S20 : 제2권선 단계
S30 : 제3권선 단계
S40 : 제4권선 단계
S50 : 제5권선 단계

Claims (1)

1. 4극 2브러시 10슬롯 구조가 채용된 직류 모터의 아마추어 권선 방법으로서,
   환상으로 배열된 10개의 정류자편과 이에 대응되는 위치에 배치된 아마추어 코어의 치(tooth)가 구비되며,
   상기 아마추어의 회전축의 둘레 방향을 따라 배치된 각각의 상기 정류자편을 A1~A10으로 정의하고,
   각각의 상기 정류자편에 대응하는 위치에 배치된 각각의 상기 코어의 치를 C1~C10으로 정의할 때,
   코일을 A1과 A6에 순차적으로 연결한 후 C7과 C6을 묶어서 미리 정해진 감김수(turns) 만큼 감은 후 연이어 C2와 C1을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A2에 연결하는 제1권선 단계;
   상기 제1권선 단계 후에 수행되며, 상기 A2에 연결된 코일을 A7에 연결한 후 C8과 C7을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C3와 C2를 묶에서 상기 감김수 만큼 감은 후 A3에 연결하는 제2권선 단계;
   상기 제2권선 단계 후에 수행되며, A3에 연결된 코일을 A8에 연결한 후 C9 와 C8을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C4와 C3을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A4에 연결하는 제3권선 단계;
   상기 제3권선 단계 후에 수행되며, A4에 연결된 코일을 A9에 연결한 후 C10과 C9을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C5와 C4을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A5에 연결하는 제4권선 단계; 및
   상기 제4권선 단계 후에 수행되며, A5에 연결된 코일을 A10에 연결한 후 C1과 C10을 묶어서 상기 감김수 만큼 감고 연이어 C6와 C5을 묶어서 상기 감김수 만큼 감은 후 A6에 연결하는 제5권선 단계;를 포함하며,
   상기 제1권선 단계 내지 상기 제5권선 단계는 싱글 플라이어 방식으로 수행되며,
   상기 코일의 두께는 0.30mm 내지 0.35mm인 것을 특징으로 하는 직류 모터의 아마추어 권선 방법.

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