KR102547963B1 - 전기모터의 스테이터에서 헤어핀에 바니시를 함침하는 장치 - Google Patents

전기모터의 스테이터에서 헤어핀에 바니시를 함침하는 장치 Download PDF

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김수련
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Abstract

이 발명은 전기 모터의 스테이터에 장착된 헤어핀에서 스테이터의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 함침하는 것인 이 발명에 따른 함침 장치에 관한 것으로서, 이 발명의 함침 장치는, 스테이터의 코어의 외측 표면 둘레에 맞닿아 스테이터를 지지하는 제1 지지 기구, 제1 지지 기구가 스테이터의 축선을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 제2 지지 기구, 제1 지지 기구를 스테이터 코어의 축선을 중심으로 회전시키는 제1 회전 기구, 스테이터 코어를 관통하여 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동되고 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 놓여 이 헤어핀 부분을 가열하는 가열 기구, 가열 기구를 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동하는 가동기구, 및 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 도포하는 도포 기구를 포함하여 구성된다.

Description

전기모터의 스테이터에서 헤어핀에 바니시를 함침하는 장치{Apparatus for Immersing Varnish to Hairpin of Stator of Electric Motor}
이 발명은 전기 모터의 스테이터에서 헤어핀에 바니시를 함침하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 코일 권선을 대신하여 헤어핀을 갖춘 전기 모터의 스테이터에서 스테이터의 코어로부터 양단으로 노출된 헤어핀 부분들에 바니시를 도포하고 겔화함으로써 절연 도막이 형성되게 하는 장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 모터을 회전력을 구동력으로 하여 가동하는 차량이다. 이러한 차량에 사용되는 전기 모터는 작은 중량과 부피로 큰 회전력을 발생시키기 위해 스테이터의 권선으로서 사각형 단면의 헤어핀을 스테이터의 코어에 삽입하여 사용한다.
'U'자형으로 형성되고 절연 코팅된 헤어핀을 스테이터의 코어에 삽입하고 돌출된 헤어핀의 선단을 비틀림 성형하여 서로 통전되어야 하는 헤어핀이 맞닿게 하고 코팅을 제거한 후에 용접한다. 헤어핀 선단을 서로 용접한 후에는 그 용접된 부위에 에폭시와 같은 절연 수지를 코팅하여 절연되도록 한다.
그러나, 이러한 절연 코팅은 전기 모터에 인가되는 외력이나 진동 등에 의해 기계적인 강성이 취약한 용접 부위를 포함하여 스테이터 코어의 외부로 노출된 부분에서 박리되거나 스크래치 등에 의해 제거되는 등의 문제가 있다.
따라서, 스테이터에서 코어의 양단으로부터 외부로 노출되는 헤어핀 부분에서 절연 코팅 외측에 바니시를 함침하여 절연 코팅을 보호하는 방법이 시행되고 있다.
그러한 바니시 함침 장치의 일례로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2022-0040088호(문헌 1)에서는 '헤어핀 권선 타입 고정자의 바니시 함침 장치'라는 명칭의 발명을 개시한다.
문헌 1의 발명에서는 틸팅 및 회전 구동되는 브라켓의 선단에 스테이터 코어를 고정하여 틸팅 및 회전하면서 바니시를 도포하며, 스테이터 코어의 볼트 결합 홀에 척킹 로드를 삽입하여 스테이터 코어를 브라켓에 결합한다.
그러나, 이러한 구성에서는 중량물인 스테이터 코어가 브라켓의 선단에 고정된 상태에서 브라켓이 회전 및 틸팅되므로 브라켓이 상당한 강성과 강도를 가져야 하여 높은 중량을 가지게 되고, 브라켓과 스테이터 코어의 회전 관성 모멘트가 크게 되어 구동 모터가 높은 구동력을 갖춘 것이어야 한다.
따라서, 이러한 문헌 1 발명의 함침 장치는 고사양의 높은 가격의 구동 모터를 사용하게 되어 제조 원가가 높아지고 회전 각도 제어가 어렵다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2022-0040088호
이 발명은 코일 권선을 대신하여 헤어핀을 갖춘 전기 모터의 스테이터에서 스테이터의 코어로부터 양단으로 노출된 헤어핀의 선단들에 바니시를 함침하는 함침 장치를 제공하려는 것이다.
구체적으로, 이 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 바니시 함침을 위한 스테이터 코어의 고정과 가동이 용이하여 제조 원가가 절감되며 작동 제어가 용이하게 이루어질 수 있는 구성의 함침 장치를 제공하려는 것이다.
전술한 이 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기 모터의 스테이터에 장착된 헤어핀에서 스테이터의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 함침하는 것인 이 발명에 따른 함침 장치에 의해 달성된다.
이 발명의 함침 장치는,
스테이터의 코어의 외측 표면 둘레에 맞닿아 스테이터를 지지하는 제1 지지 기구, 제1 지지 기구가 스테이터의 축선을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 제2 지지 기구, 제1 지지 기구를 스테이터 코어의 축선을 중심으로 회전시키는 제1 회전 기구, 스테이터 코어를 관통하여 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동되고 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 놓여 이 헤어핀 부분을 가열하는 가열 기구, 가열 기구를 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동하는 가동기구, 및 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 도포하는 도포 기구를 포함하여 구성된다.
이 발명에 따른 함침 장치에서는 이송 로봇 또는 작업자에 의해 스테이터가 제1 지지 기구에 도입되어 지지된다.
스테이터의 코어에는 슬롯이 형성되어 있고 이 슬롯들에 헤어핀이 삽입되고 헤어핀의 선단은 슬롯으로부터 노출된 상태에서 절연 코팅이 제거되고 쌍을 이루어 서로 용접이 된 후에 다시 절연 코팅이 이루어지며, 선단은 반대쪽의 스테이터 코터에는 헤어핀의 연결부가 노출되어 있다.
스테이터가 제1 지지 기구에 지지되면 제1 회전 기구에 의해 제1 지지 기구가 회전하여 스테이터가 그 축선을 중심으로 회전하게 되고, 이러한 회전 상태에서도포 기구에 의해 스테이터 코어의 길이 방향 어느 일측으로 노출되는 헤어핀 부분에 바니시가 도포된다.
바니시가 도포된 후에는 가열 기구가 바니시가 도포된 헤어핀 부분으로 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동되어 바니시를 가열하여 경화한다. 가열 기구는 가열 기구가 배치된 쪽에 놓인 헤어핀 부분을 가열할 수 있고, 스테이터에 대하여 가열 기구의 반대쪽에 놓인 헤어핀 부분은 스테이터를 관통하여 가동되어 가열하여 경화할 수 있다.
이러한 함침 장치의 특징으로서, 이 발명의 함침 장치에 있어서,
제1 지지 기구는 스테이터 코어의 축선을 중심으로 하는 링 형태의 본체를 포함하고, 본체의 내측으로는 스테이터 코어가 배치되는 관통홀이 형성되고, 관통홀에는 스테이터 코어의 외측 표면을 향하여 직경 방향으로 가동되는 복수 개의 지지 패드가 원주 방향으로 서로 이격되어 배치된다.
이러한 구성에서, 지지 패드가 직경 방향 외측으로 후퇴한 상태에서 스테이터가 이송 로봇 등에 의해 지지 패드 사이에 놓이고 지지 패드가 가동되어 스테이터 코어의 외측 표면에 맞닿아 지지된다
이 발명의 함침 장치의 부가적 특징으로서, 제1 지지 기구의 외측 표면은 원형의 둘레면으로 형성되며, 제2 지지 기구에는 제1 지지 기구의 제1 링 및 제2 링의 둘레면에 맞닿아 구름 운동하고 폭방향 양측이 돌출되어 제1 링 및 제2 링의 이탈을 방지하여 제1 지지 기구의 회전 운동을 지지하는 복수 개의 베어링 수단이 원주 방향으로 이격되어 마련되는 것으로 구성할 수 있다.
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제1 지지 기구의 둘레에는 제2 지지 기구의 베어링 수단이 제1 지지 기구를 제2 지지 기구에 지지하여 유지될 수 있도록 하면서 제1 지지 기구가 제2 지지 기구에 대하여 회전 운동하는 것을 허용하게 된다.
이러한 구성의 함침 장치의 특징으로서, 이 발명의 함침 장치에 있어서,
제1 지지 기구는 본체를 이루는 제1 링 및 제1 링과 축선 방향으로 나란히 배치되고 스테이터 코어의 축선을 중심으로 하는 링 형태로 형성되고 스테이터 코어의 축선을 중심으로 제1 링에 대하여 회전 가능하게 마련되는 제2 링을 포함하고,
제2 링을 제1 링에 대하여 회전시키는 제2 회전 기구가 마련되며,
지지 패드는 제1 링에 직경 방향으로 가동 가능하게 결합되어 배치되고 제1 링에 마련되는 탄성 부재에 의해 스테이터 코어의 외측 표면에 맞닿도록 가압되고,
제2 링에는 제2 링의 제1 링에 대한 회전에 의해 지지 패드가 스테이터 코어로부터 이격되도록 지지 패드를 직경 방향 외측으로 가압하게 가동되는 경사진 캠 홈이 마련되며, 각각의 지지 패드에는 캠 홈에 삽입되어 제1 링에 대한 제2 링의 회전에 따라 캠 홈을 따라 직경 방향으로 이동하는 가이드 부재가 마련되는 것으로 구성된다.
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이 발명의 추가의 특징으로서, 이 발명의 함침 장치에 있어서,
제2 지지 기구는 지면에 대하여 스테이터의 축선이 기울어질 수 있도록 회전 가능하게 구성되고, 지면에 대하여 스테이터 코어의 축선이 기울어질 수 있도록 제2 지지 기구를 회전시키는 제3 회전 기구를 더 포함할 수 있다.
이러한 추가의 특징적 구성에 따르면,
제1 지지 기구에 스테이터 코어가 지지된 상태에서 제2 회전 기구가 제2 지지 기구를 회전시켜 바니시를 도포할 헤어핀 부분이 상향으로 놓이도록 스테이터 코어의 축선이 지면에 대해 기울어지게 가동되고, 제1 지지 기구가 제1 회전 기구에 의해 스테이터 코어의 축선을 중심으로 회전하면서 도포 기구에 의해 스테이터 코어로부터 상향으로 놓인 헤어핀 부분에 바니시가 도포될 수 있다.
이러한 구성과 작용에 따라, 헤어핀에 도포된 바니시는 스테이터의 기울어짐에 따라 헤어핀이 삽입된 스테이터 코어의 슬롯으로 유동하여 헤어핀과 슬롯 사이의 빈공간을 채울 수 있게 된다.
이러한 추가적 특징에 관한 실시 양태로서,
이 발명의 함침 장치는 지면에 배치되는 지지 프레임을 더 포함하고,
제2 지지 기구는 지면에 평행하고 스테이터 코어의 축선에 수직하게 배치되는 회전축을 갖추어 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지 프레임에 배치되고 회전축과 함께 회전하는 회동 아암을 갖추며, 제3 회전 기구는 지지 프레임에 대하여 회동 아암을 밀거나 당겨서 제2 지지 기구를 회전시키도록 구성되는 것으로 구성될 수 있다.
도 1은 이 발명의 일 실시예의 함침 장치로 바니시를 함침하려는 스테이터의 사시도이다.
도 2와 도 3은 각각 이 발명의 일 실시예에 따른 함침 장치를 정면측과 후면측에서 바라 본 사시도이다.
도 4와 도 5는 각각 제2 링과 베어링 플레이트의 일부를 절개하여 제1 지지 기구와 제2 지지 기구의 일부를 도시한 사시도 및 이면도이다.
도 6 내지 도 15는 이 발명의 일 실시예의 함침 장치로 스테이터의 헤어핀에 바니시를 함침하는 공정을 단계 별로 나타내는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 이 발명에 따른 실시예의 바니시 함침 장치의 구성과 작동을 설명한다.
이하의 설명 및 이 명세서 전반에서 달리 정의하지 않는 한, 축선 방향, 직경 방향, 원주 방향과 같은 방향을 의미하는 용어들은 모두 이 발명의 함침 장치에 의해 바니시가 함침되는 전기 모터의 스테이터를 기준으로 하는 것이다.
먼저, 도 1을 참조하여 이 실시예의 바니시 함침 장치로 바니시를 함침하려는 스테이터(1)의 구성을 설명한다.
잘 알려진 바와 같이, 헤어핀 타입의 권선을 채용한 스테이터(1)는 강철제의 코어(2)에 헤어핀(3)이 삽입되는 복수 개의 슬롯이 직경 방향과 원주 방향으로 열과 행을 맞추어 형성되어 있고, 'U'자형으로 가공되고 절연 코팅된 헤어핀(3)이 각각의 슬롯에 삽입된 후에, 일측으로 돌출된 선단에서 코팅을 제거하고 선단을 굴곡하여 한쌍씩의 헤어핀의 선단을 맞닿게 하여 용접하여 헤어핀 사이에 통전이 되게 한다.
용접 후에는 용접을 위해 코팅을 제거한 헤어핀의 선단(4)에 절연 코팅을 하고, 이 실시예의 함침 장치에서 용접이 이루어고 코어(2)로부터 돌출된 선단(4) 및 코어(2)의 길이 방향 반대측으로 돌출되어 있는 U자형의 연결부(5)에 바니시를 도포하고 고주파에 의해 가열하여 겔화함으로써 바니시가 헤어핀의 노출 단부에 코팅되도록 하는 것이다.
헤어핀 선단(4)의 용접이 완료된 스테이터(1)는 이송 로봇(미도시) 또는 작업자에 의해 이 실시예의 함침 장치로 이송되어 바니시 함침을 위해 장착된다.
다음으로, 이 발명의 일 실시예에 따른 바니시 함침 장치를 정면측과 후면측에서 바라 본 사시도인 도 2와 도 3을 참조하여 이 실시예의 바니시 함침 장치의 전체적인 구성을 설명한다.
이 실시예의 함침 장치는 대별하여,
스테이터의 코어(2)의 외측 표면 둘레에 맞닿아 코어를 지지하는 제1 지지 기구(10), 제1 지지 기구가 코어의 축선(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착되고 지면에 대하여 코어의 축선(A)이 기울어질 수 있도록 회전 가능하게 구성되는 제2 지지 기구(20), 제2 지지 기구에 장착되어 제1 지지 기구(10)를 코어(2)의 축선(A)을 중심으로 회전시키는 제1 회전 기구(30), 코어(2)의 외측면에 맞닿아 스테이터(1)가 제1 지지 기구(10)에 고정 지지되도록 제1 지지 기구에 마련되는 복수 개의 지지 패드(14)를 직경 방향으로 가동하도록 작동하는 제2 회전 기구로서의 제1 공압 실린더(40), 지면에 대하여 코어(2)의 축선(A)이 기울어질 수 있게 제2 지지 기구(20)를 회전시키는 제3 회전 기구로서의 제2 공압 실린더(50), 코어(20)를 관통하여 코어의 축선 방향으로 가동되고 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 선단(3)과 연결부(4)에 놓여 도포된 바니시를 고주파로 가열하는 가열 기구(60), 가열 기구(60)를 코어(2)의 축선 방향으로 가동하는 가동 기구(70), 헤어핀의 선단(4)과 연결부(5)에 바니시를 도포하는 도포 기구(80) 및 이상의 기구들이 장착되어 지면에 놓이게 하는 프레임을 이루는 요소들(90 ~ 95)을 포함하고 있다.
프레임의 일부로서 지면에는 편평한 패널 형태의 베드(90)가 마련되어 놓이고, 베드(90) 위에는 제2 지지 기구(20)가 회전 가능하게 지지되어 장착될 수 있는 2개의 제1 프레임(91)이 베드(90)로부터 수직으로 연장되어 서로 나란히 배치되어 있다.
제2 지지 기구(20)는 패널 형태로 형성되고 대체로 지면에 대하여 수직으로 배치되어 있고, 중심에는 제1 지지 지구(10)의 둘레와 정합하는 원형의 관통홀이 마련되어 있다.
제2 지지 기구(20)에는 폭방향 양단에는 폭방향 외측으로 돌출되는 힌지축(22)이 마련되어 있고, 제1 프레임(91)에는 힌지축(22)이 지지되는 베어링(911)이 마련되어 있어서, 힌지축(22)이 베어링(911)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
이에 따라, 제2 지지 기구(20)는 힌지축(22)을 중심으로 회전하여 지면에 대하여 기울어진 상태와 수직 상태 사이에서 회동 가능하게 되어 있다.
측의 힌지축(22)의 선단에는 회동 아암(23)이 결합되어 있다. 제1 프레임(91)의 후방으로는 제2 프레임(92)이 베드(90)로부터 수직으로 직립하여 배치되어 있고, 제2 프레임(93)과 회동 아암(23) 사이에는 제2 공압 실린더(50)가 제3 회전 기구로서 마련되어 있다.
제2 공압 실린더(50)의 단부가 제2 프레임(92)에 회동 가능하게 결합되어 있고, 제2 공압 실린더의 피스톤 선단이 회동 아암(23)의 선단에 회동 가능하게 결합되어 있다.
이에 따라 제2 공압 실린더(50)가 확장 또는 수축함에 따라 피스톤이 회동 아암(23)을 밀거나 당겨서 힌지축(22)이 회전하여 제2 지지 기구(20)가 지면에 대하여 스테이터의 축선(A)이 기울어진 상태와 수평인 상태 사이에서 회전하게 된다.
제2 링(22)과 베어링 플레이트(23)의 일부를 절개하여 제1 지지 기구(10)와 제2 지지 기구(20)의 일부를 도시한 사시도인 도 4와 이면도인 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
제1 지지 기구(10)에는 스테이터(1)의 축선(A)을 중심으로 하는 링 형태로 형성되는 본체로서의 제1 링(11)이 마련되고, 마찬가지로 동일 직경의 링 형태로 형성되어 베어링 플레이트(13)를 사이에 두고 제1 링(21)과 동축으로 나란히 배치되고 제1 링(21)에 대해 상대 회전 가능한 제2 링(22)이 마련되어 있다. 또한, 제1 링(21)에서 제2 링(22)의 반대편 측에는 피동 풀리(24)가 제1 링(21)에 동심으로 배치되어 고정 결합되어 있다.
제1 링(21), 제2 링(22) 및 베어링 플레이트(23)의 중심에는 스테이터(1)가 관통하여 배치될 수 있는 원형의 홀(17)이 형성되어 있어서, 이송 로봇 또는 작업자에 의해 헤어핀(3)이 조립된 스테이터(1)가 이송되어 홀(17)을 관통하여 제1 지지 기구(10)의 내측에 놓이게 된다.
제1 링(21)에는 원주 방향으로 120도의 등간격으로 3개의 지지 패드(14)가 직경 방향으로 가동 가능하게 배치되어 있다. 지지 패드(14)는 제1 링(21), 제2 링(22) 및 베어링 플레이트(23)의 중심의 홀에 놓여 직경 방향으로 가동되어 스테이터 코어(2)의 외측 표면에 맞닿아 스테이터(1)를 제1 지지 기구(10) 내에 고정하여 배치되게 해준다.
각각의 지지 패드(14)는 블록 형태로 구성되고 직경 방향 내측으로 놓이는 표면이 코어(2)에 높은 마찰력을 가지고 접촉하여 코어(2)가 움직이지 않게 고정하는 것이다.
지지 패드(14)의 직경 방향 외측으로는 슬라이딩 블록(141)이 고정 결합되어 있고, 제1 링(21)에는 각각의 슬라이딩 블록(141)이 안착되어 슬라이딩이 안내되는 슬라이딩 홈(111)이 직경 방향으로 형성되어 있다.
슬라이딩 블록(141)에는 직경 방향 외측으로 연장되는 2개의 스프링 홈(142)이 형성되어 있고, 여기에 각각 압축 코일 스프링(16)이 배치되어 있다. 압축 코일 스프링(16)의 일측 단부는 제1 링(11)의 슬라이딩 홈(111)의 직경 방향 외측 단부에 맞닿아 있고, 타측 단부는 슬라이딩 블록(141)의 슬라이딩 홈(142)의 직경 방향 내측 단부면에 맞닿아 있어서, 슬라이딩 블록(141)을 직경 방향 내측을 향하여, 즉 스테이터(1)를 향하여 슬라이딩 블록(141)과 지지 패드(14)를 가압하게 배치되어 있다.
한편, 각각의 슬라이딩 블록(141)에는 캠 로울러(15)가 자유 회전 가능하게 축선 방향으로 돌출되어 부착되어 있고, 제2 링(12)에는 캠 로울러(15)가 삽입되어 구름 접촉하는 캠 홈(121)이 마련되어 있다.
캠 홈(121)은 직경 방향에 대하여 경사져서 연장되어 있어서, 제2 링(12)이 제1 링(11)에 대하여 회전하면 캠 홈(121) 내에서 구름 운동하는 캠 로울러(15)가 직경 방향 외측 또는 내측으로 이동하게 되고, 이에 따라 슬라이딩 블록(141)도 직경 방향으로 이동하게 된다.
제2 지지 기구(20)의 후면에는 제2 회전 기구로서의 제1 공압 실린더(40)가 배치되어 있고, 제2 링(12)의 후면에는 제1 공압 실린더의 피스톤(41)이 확장되었을 때에 피스톤(41)에 의해 밀쳐지는 가압 블록(122)이 부착되어 있다.
제1 공압 실린더(40)가 확장되어 피스톤(41)이 가압 블록(122)을 밀면 제2 링(12)이 제1 링(11)에 대해 회전하고, 캠 홈(121) 내의 캠 로울러(15)는 직경 방향 외측으로 가압된다.
이에 따라, 슬라이딩 블록(141) 및 지지 패드(14)는 압축 코일 스프링(16)을 압축하면서 직경 방향 외측으로 이동하고, 지지 패드(14)가 스테이터 코어(2)의 외측 표면으로부터 이격되어 스테이터(1)를 제1 지지 기구(10)로부터 분리하여 이송할 수 있게 된다.
제1 공압 실린더(40)가 수축하여 피스톤(41)이 가압 블록(122)으로 이격되면, 압축 코일 스프링(16)의 복원력에 의해 캠 로울러(15)가 장착된 슬라이딩 블록(141)이 직경 방향 내측으로 이동하고, 이에 따라 제2 링(12)은 제1 링(11)에 대해 원위치, 즉 제1 공압 실린더(40)에 의해 회전된 위치로부터 이전의 위치로 복귀한다.
이와 같이, 가압 패드(14)가 스테이터(1)를 지지하여 장치 내에 고정하는 작용은 압축 코일 스프링(16)이 가압 패드(14)를 직경 방향 내측으로 가압하는 데 따른 것이고, 스테이터(1)를 장치내로 반입하거나 반출하도록 가압 패드(14)가 스테이터(1)로부터 이격되는 작용은 제1 공압 실린더(40)의 확장에 따른 캠 구동에 따른 것이다.
다시 도 2 내지 도 3을 참조하여, 제1 지지 기구(10)가 전체로서 제2 지지 기구(20)에 지지되고 제2 지지 지구(20)에 대하여 회전하는 구성에 대해 설명한다.
스테이터의 코어(2)의 단부에는 헤어핀(3)의 선단(4)과 연결부(5)가 노출되어 있고, 노출된 부분들은 전체로서 원형을 이루고 있다. 이들에 바니시를 도포하기 위해서는 바니시를 도포하는 노즐 복수개를 원형으로 배치하거나 노즐이 원형으로 이동하거나 스테이터를 회전시킬 수 있다.
이 실시예의 함침 장치에서는 스테이터(1)가 고정된 제1 지지 기구(10)를 제2 지지 기구(20)에 대하여 회전시킨다.
제2 지지 기구(20)에서 제1 지지 기구(10)의 외측 둘레 부근에는 베어링 수단으로서 4개의 지지 로울러(25)가 원주 방향으로 등간격으로 이격되어 배치되어 있고, 제1 지지 기구를 이루는 제1 링(11), 제2 링(12)과 이들 사이의 베어링 플레이트(13)의 반경 방향 둘레면은 지지 로울러(25)에 구름 접촉하고 있다.
각각의 지지 로울러(25)는 제1 지지 기구의 제1 링(11), 베어링 플레이트(13) 및 제2 링(12)과 접촉하는 직경 방향 외측 둘레면의 폭방향 양측이 직경 방향 외측으로 돌출되어 있어서, 제1 지지 기구(10)가 지지 로울러(25)로부터 이탈되지 않는다.
제1 링(11)에서 제2 링(12)의 반대쪽에는 제1 링(11)과 동축으로 원형의 피동 풀리(18)가 제1 링에 고정 부착되어 있다. 또한, 제2 지지 기구(20)에는 제1 회전 기구(30)를 이루는 구동 모터(31)가 배치되어 있고, 구동 모터의 구동 풀리(311)와 제1 지지 기구의 피동 풀리(18) 사이에는 타이밍 벨트(32)가 권취되어 있다.
이에 따라, 도포 기구의 노즐(81, 82)로 바나시를 도포할 때에 구동 모터(31)가 회전하여 제1 지지 기구(10)를 회전시킴으로써 여기에 장착된 스테이터(1)가 회전하여 제1 및 제2 노즐(81, 82)의 고정 상태에서도 스테이터 양 단의 헤어핀 선단(4) 또는 연결부(5)에 골고루 바니시가 도포될 수 있다.
2개의 수직으로 직립 배치된 제4 프레임(94)에는 바니시의 도포 장치(80)가 배치되어 있다.
제4 프레임(94) 사이에는 스테이터의 축선(A) 방향으로 배치되는 X축 액츄에이터(84)가 연장되어 배치되어 있고, X축 액츄에이터(84) 위에는 X축에 수직이고 지면에 평행한 Y축 방향으로 연장되는 Y축 액츄에이터(85)가 배치되어 X축 액츄에이터(84)에 의해 X축으로 가동된다.
Y축 액츄에이터(85) 위에는 지면에 수직인 Z축 액츄에이터(86)가 배치되어 Y축 액츄에이터(85)에 의해 Y축으로 가동된다. Z축 액츄에이터(86)에는 가동 플레이트(83)가 배치되어 Z축 액츄에이터(86)에 의해 Z축으로 가동된다.
이와 같이, 가동 플레이트(83)는 X, Y, Z축 액츄에이터(84, 85, 86)에 의해 X, Y, Z축의 세 방향으로 가동된다.
가동 플레이트(83)에는 2개의 노즐(81,82)이 고정 배치되어 있고, 이들 제1 및 제2 노즐(81, 82)에는 각각 외부의 바니시 공급원으로부터 바니시가 공급되고 있다.
제1 노즐(81)은 노즐 선단은 스테이터의 축선 방향에 대하여 전방측으로 경사져 있고, 제2 노즐(82)의 노즐 선단은 스테이터의 축선 방향에 대하여 후방측으로 경사져 있다.
이에 따라, 제1 노즐(81)은 스테이터의 축선 방향 후방측에서 전방측으로 향하여 헤어핀 연결부(5)에 대하여 바니시를 도포하고, 제2 노즐(82)은 스테이터의 축선 방향 전방측에서 후방측으로 향하여 헤어핀 선단(4)에 대하여 바니시를 도포하기에 적합하여 구성되어 있다.
제1 및 제2 노즐(81, 82)이 장착되어 있는 가동 플레이트(83)는 X축, Y축, Z축 액츄에이터(85, 84, 86)이 가동되어 바니시를 도포하기에 적합한 위치로 이동한다.
도포된 바니시를 가열하여 겔화하는 가열 기구(60) 및 가열 기구(60)를 스테이터(1)에 대해 근접 및 이격시키는 가동 기구(70)가 베드(90) 위에 마련된 제3 프레임(93) 위에 배치되어 있다.
가열 기구(60)로서는 전원을 공급받아 고주파를 발생시키고 고주파를 제어하는 고주파 발생기(61)가 가동 기구(70)의 상측에 놓여 있고, 고주파 발생기로부터 고주파 코일(62)이 스테이터(1)를 향하여 돌출되어 있다. 고주파 코일(62)은 헤어핀 연결부(5)와 선단(4)의 내측에 놓일 수 있고 코어(2)의 내측을 통과할 수 있는 직경으로 형성되어 있다.
가동 기구(70)로서는 구동 모터(71)가 제3 프레임(93)의 후방에 배치되어 있고, 제3 프레임(93)을 가로질러 구동 모터(71)의 회전에 의해 고주파 발생기(61)가 스테이터(1)의 축선 방향으로 가동되게 해주는 스크류 기구(73)가 고주파 발생기(61)의 하면에 마련되어 있다. 스크류 기구(73)는 관용의 기구이므로 구체적인 설명을 생략한다.
이에 따라, 고주파 발생기(61)가 스테이터(1)의 축선 방향으로 가동되어 고주파 코일(62)이 헤어핀 연결부(5)의 내측에 놓이거나 코어(2)를 관통하여 헤어핀 선단(4)의 내측 위치에 놓일 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 15를 참조하여 이상 설명한 구성을 갖는 함침 장치의 작동을 설명한다.
도 6에서는 헤어핀(3)이 조립된 스테이터(1)가 이 실시예의 함침 장치에 도입되는 상태를 도시한다.
제1 지지 기구(10)에서는, 제1 공압 실린더(40)의 확장에 의해 지지 패드(14)가 직경 방향 외측으로 후퇴하여 관통홀(17)에 스테이터(1)가 도입될 수 있는 상태로 되고, 작업자 또는 이송 로봇에 의해 스테이터(1)가 관통홀(17)의 중심에 도입된다.
도 7에서는 스테이터(1)가 제1 지지 기구(10)에 놓여 지지된 상태를 도시한다.
제1 지지 기구(10)에서는, 제1 공압 실린더(40)의 수축하고 압축 코일 스프링(16)에 의해 지지 패드(14)가 직경 방향 내측으로 확장되어 스테이터(1)의 코어(2)의 둘레 표면에 맞닿아 스테이터를 지지하여 스테이터(1)가 이 실시예의 함침 장치에 놓여 바니시의 함침이 이루어질 수 있는 상태로 된다.
도 8은 스테이터(1)가 제1 지지 기구(10)에 지지된 상태에서 바니시의 도포 기구(80)가 가동되어 제1 및 제2 노즐(81, 82)이 스테이터(1)의 위치로 이동하는 상태를 나타낸다.
제1 및 제2 노즐(81, 82)은 가동 플레이트(도 2의 83)에 놓여, X축, Y축 및 Z축 액츄에이터(도 2의 84, 85, 86)의 가동에 의해 미리 정해진 바니시의 도포 위치로 이동한다.
이어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 노즐(81)의 선단이 스테이터(1)에서 헤어핀 선단(4)의 직경 방향 내측에 놓이고, 헤어핀 선단(4)의 직경 방향 내측 표면에 바니시를 분사한다.
제1 회전 기구(30)의 구동 모터(31)가 회전하고, 이에 따라 제1 지지 기구(10)는 지지 로울러(25)에 의해 구름 운동이 지지되는 상태에서 제2 지지 기구(20) 내에서 회전한다.
이러한 제1 지지 기구(10)의 회전은 스테이터의 축선(A)을 중심으로 하는 것이므로, 제1 노즐(81)이 고정된 위치에서 바니시를 분사하고 바니시는 전체 헤어핀 선단(4)의 내측 표면에 고르게 분사된다.
헤어핀 선단의 내측 표면에 대한 바니시 분사가 완료되면, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 노즐(81)은 헤어핀 선단(4)의 직경 방향 외측으로 이동하여 헤어핀 선단의 직경 방향 외측에 대한 바니시 분사를 한다. 마찬가지로, 제1 지지 기구(10)는 계속하여 회전하여 헤어핀 선단(4) 전체의 외측 표면에 대한 바니시 도포가 이루어진다.
헤어핀 선단(4)에 대한 바니시 도포가 완료되면, X축, Y축 및 Z축 액츄에이터(도 2의 84, 85, 86)의 가동에 가동 플레이트(83)는 제1 지지 기구(10)의 전방 측, 즉 헤어핀 연결부(5)가 배치된 쪽으로 이동하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(82)의 선단이 헤어핀 연결부(5)에서 직경 방향 내측을 향하게 배치된다.
제1 회전 기구(30)에 의해 제1 지지 기구(10)가 회전하면서 헤어핀 연결부(5)의 직경 방향 내측 표면에 대한 바니시 도포가 이루어진다.
이어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(82)은 선단이 헤어핀 연결부(5)에서 직경 방향 외측을 향하는 위치로 이동하고, 헤어핀 연결부(5)의 직경 방향 외측 표면에 바니시를 도포한다. 마찬가지로, 제1 지지 기구(10)는 회전한다.
이와 같이 하여 선단(4) 및 연결부(5)를 포함한 헤어핀의 노출된 부분에 대한 바니시 도포가 완료된다.
바니시 도포가 완료된 후에는 바니시를 경화하여 겔화하는 공정이 진행되지만, 그러한 겔화 공정에 앞서 도포된 바니시가 헤어핀이 삽입되어 있는 코어(2)의 홀에 입구에 충진되게 할 수 있다.
헤어핀 선단(4)에 대한 바니시 도포가 완료된 후에 도포 기구(80)가 스테이터(1)로부터 후퇴하고, 제3 회전 기구로서의 제2 공압 실린더(50)가 수축한다.
이에 따라, 제2 공압 실린더(50)가 제2 지지 기구(20)의 회동 아암(23)ㅇMF 당겨서 회전축(22)을 회전시킨다. 이에 따라, 제2 지지 기구(20) 및 여기에 결합되어 있는 제1 지지 기구(10)와 제1 지지 기구에 지지되어 있는 스테이터(1)가 기울어진다.
이러한 기울어짐에 따라 헤어핀의 선단(4)이 상측에 놓이게 경사져서 선단(4)에 도포되어 있는 바니시가 하측으로 유동하여 코어의 슬롯에 놓여 헤어핀(3)을 감싸는 절연지(미도시)와 헤어핀 사이의 빈 공간을 채우게 된다.
마찬가지로, 헤어핀 연결부(5)에 대한 바니시의 도포가 완료된 후에는 제2 공압 실린더(50)를 더 확장시켜서 제2 지지 기구(20)가 반대쪽으로 회동하여 헤어핀 연결부(5)가 상측으로 가게 스테이터(1)를 기울어지게 할 수 있다. 이로써 연결부(5)에 도포된 바니시가 코어(2)의 홀과 헤어핀 사이 또는 절연지와 헤어핀 사이의 공간을 채우게 된다.
선단(4) 및 연결부(5)를 포함한 헤어핀 및 빈 공간에 대한 바니시 도포가 완료되면, 도포된 바니시를 경화하여 겔화하는 공정이 진행된다.
도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 가동 기구의 구동 모터(71)가 회전하여 스크류 기구(73)에 의해 고주파 발생기(61)가 스테이터(1)를 향하여 축선 방향(A)으로 전진한다.
고주파 발생기(61)의 이동에 의해 고주파 코일(62)은 헤어핀 선단(4) 또는 헤어핀 연결부(5)에 놓여 고주파를 인가하고 이러한 고주파에 의해 헤어핀에 도포된 바니시가 경화된다.
바니시의 경화가 완료되면, 가열 기구(60)는 후퇴하고 이송 로봇 또는 작업자가 스테이터(1)를 파지한 상태에서 지지 패드(14)가 직경 방향 외측으로 후퇴한다.
이에 따라 스테이터(1)는 제1 지지 기구(10)에 대한 지지 상태가 해제되고 이송 로봇 또는 작업자에 의해 이 실시예의 함침 장치로부터 반출할 수 있게 된다. 이로써 이 실시예의 함침 장치에 의한 바니시의 함침 공정이 완료된다.
이와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 함침 장치에 의해 스테이터의 헤어핀의 노출 부위 및 헤어핀과 코어 사이의 빈공간에 대한 바니시 도포와 경화에 따른 겔화가 이루어진다.
이상으로 이 발명의 실시예에 따른 함침 장치의 구성과 작동을 설명하였는바, 이러한 실시예는 하나의 예시에 불과하고 이 발명은 청구범위에 기재한 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 구성 요소의 부가가 가능하다.
1: 스테이터 2: 코어
3: 헤어핀 10: 제1 지지 장치
20: 제2 지지 기구 30: 제1 회전 기구
40: 제1 공압 실린더 50: 제2 공압 실린더
60: 가열 기구 70: 가동 기구
80: 도포 기구 90: 베드

Claims (9)

  1. 전기 모터의 스테이터에 장착된 헤어핀에서 스테이터의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 함침하는 함침 장치로서,
    스테이터의 코어의 외측 표면 둘레에 맞닿아 스테이터를 지지하는 제1 지지 기구, 제1 지지 기구가 스테이터의 축선을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 제2 지지 기구, 제1 지지 기구를 스테이터 코어의 축선을 중심으로 회전시키는 제1 회전 기구, 스테이터 코어를 관통하여 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동되고 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 놓여 이 헤어핀 부분을 가열하는 가열 기구, 가열 기구를 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동하는 가동기구, 및 스테이터 코어의 길이 방향 양 단부로부터 노출되는 헤어핀의 부분에 바니시를 도포하는 도포 기구를 포함하여 구성되고,
    스테이터가 제1 지지 기구에 지지된 상태에서 제1 회전 기구에 의해 제1 지지 기구가 회전하여 스테이터가 그 축선을 중심으로 회전하면서 도포 기구에 의해 스테이터 코어의 길이 방향 어느 일측으로 노출되는 헤어핀 부분에 바니시가 도포되며,
    제1 지지 기구는 스테이터 코어의 축선을 중심으로 하는 링 형태의 본체를 포함하고, 본체의 내측으로는 스테이터 코어가 배치되는 관통홀이 형성되고, 관통홀에는 스테이터 코어의 외측 표면을 향하여 직경 방향으로 가동되는 복수 개의 지지 패드가 원주 방향으로 서로 이격되어 배치되고,
    제1 지지 기구는 본체를 이루는 제1 링 및 제1 링과 축선 방향으로 나란히 배치되고 스테이터 코어의 축선을 중심으로 하는 링 형태로 형성되고 스테이터 코어의 축선을 중심으로 제1 링에 대하여 회전 가능하게 마련되는 제2 링을 포함하며
    제2 링을 제1 링에 대하여 회전시키는 제2 회전 기구가 마련되고,
    지지 패드는 제1 링에 직경 방향으로 가동 가능하게 결합되어 배치되고 제1 링에 마련되는 탄성 부재에 의해 스테이터 코어의 외측 표면에 맞닿도록 가압되며,
    제2 링에는 제2 링의 제1 링에 대한 회전에 의해 지지 패드가 스테이터 코어로부터 이격되도록 지지 패드를 직경 방향 외측으로 가압하게 가동되는 경사진 캠 홈이 마련되며, 각각의 지지 패드에는 캠 홈에 삽입되어 제1 링에 대한 제2 링의 회전에 따라 캠 홈을 따라 직경 방향으로 이동하는 가이드 부재가 마련되는 것인, 함침 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 지지 기구의 외측 표면은 원형의 둘레면으로 형성되며, 제2 지지 기구에는 제1 지지 기구의 제1 링 및 제2 링의 둘레면에 맞닿아 구름 운동하고 폭방향 양측이 돌출되어 제1 링 및 제2 링의 이탈을 방지하여 제1 지지 기구의 회전 운동을 지지하는 복수 개의 베어링 수단이 원주 방향으로 이격되어 마련되는 것인, 함침 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    제2 지지 기구는 지면에 대하여 스테이터 코어의 축선이 기울어질 수 있도록 회전 가능하게 구성되고,
    지면에 대하여 스테이터 코어의 축선이 기울어지도록 제2 지지 기구를 회전시키는 제3 회전 기구를 더 포함하는 것인 함침 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    지면에 배치되는 지지 프레임을 더 포함하고,
    제2 지지 기구는 지면에 평행하고 스테이터 코어의 축선에 수직하게 배치되는 회전축 및 이 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지 프레임에 배치되고 회전축과 함께 회전하는 회동 아암을 갖추며,
    제3 회전 기구는 지지 프레임에 대하여 회동 아암을 밀거나 당겨서 제2 지지 기구를 회전시키도록 구성되는 것인, 함침 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 5 또는 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    제1 지지 기구에 스테이터 코어가 지지된 상태에서 제1 지지 기구가 제1 회전 기구에 의해 스테이터 코어의 축선을 중심으로 회전하면서 도포 기구에 의해 스테이터 코어의 길이 방향 어느 일측으로 노출되는 헤어핀 부분에 바니시가 도포된 후에 가열 기구가 바니시가 도포된 헤어핀 부분으로 스테이터 코어의 축선 방향으로 가동되어 바니시를 가열하여 경화하도록 구성되는 것인, 함침 장치.
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