KR20030094089A - 회전전기장치의 고정자권선 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 권선(31) 제조방법은, U자형 전도체 세그먼트(33)(331)(332)를 트위스트하는 단계와, 고정자코어(32)의 슬롯(35)에 트위스트된 도체 세그먼트의 직선부(33a)(33c)(331a)(332a)(332b)를 삽입하는 단계와, 상기 고정자코어의 주연방향으로 상기 직선부의 단부를 절곡하는 단계 및 상기 단부들을 접합하는 단계를 포함한다. 상기 권선제조방법은, 상기 턴부의 폭이 방사상(반경방향)으로 감소되도록 턴부 트위스트장치(100)에 의하여 상기 U자형 전도체 세그먼트의 턴부(33b))(331c)(332c)를 가압하는 단계를 더 포함한다. 상기 가압단계는 상기 트위스트 단계와 동시에 실행되거나, 상기 트위스트 단계 이전에 실행된다.

Description

회전전기장치의 고정자권선 제조방법{Method of manufacturing stator winding of rotary electric machine}
본 발명은 자동차 또는 트럭에 탑재되는 차량 교류발전기와 같은 회전전기장치의 고정자권선 제조방법, 권선구조 및 권선의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 안전제어장치에 의한 전류소비의 증가에 따라 차량 교류발전기의 발전성능의 향상이 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위하여, U자형 전기도체를 슬롯에 규칙적으로 배열시킴으로써 고정자의 슬롯내 전기도체의 점유율을 증가시켜 고정자의 출력을 향상시키도록 제안되었다. 이러한 종류의 고정자는 예를 들면 일본국 특허공보 제2001-45721호(미국특허 제6,314,780호) 및 일본국 특허 제3118837호(미국특허 제6,249,956호)에 제안되어 있다.
일본특허 제3118837호에 제안된 방법에 따르면, 과도한 응력집중으로 인한 U자형 전기도체의 턴부(turn portion)에서의 절연피막의 파손은, 그들 사이에 갭(gap)을 포함하는 U자형 전기도체의 직선부의 전체폭이 작게 되더라도, 내경 또는 턴부의 직경을 소량 증가시킴으로써 감소된다.
그러나, 상기 절연피막의 파손을 감소시키기 위하여 상기 턴부의 내경을 증가시킬 경우, 상기 턴부의 외측폭은 그 양만큼 증가하게 된다. 따라서, U자형 전기도체로 구성된 고정자권선에서, 상기 턴부는 고정자코어의 외주연 및 내주연으로부터 방사상(반경방향)으로의 돌출량이 커지게 된다. 그 결과, 상기 턴부는 고정자의 외주연에 위치된 하우징 및 고정자의 내측에 방사상으로 위치된 회전자와 같은 다른 구성품들과의 간섭이 쉽게 일어나는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은, 고정자권선의 턴부 치수를 고정코어의 방사상으로, 즉 반경방향으로 감소시킬 수 있는 회전전기장치의 고정자권선 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 소정방향으로 권선의 치수를 감소시킬 수 있는 권선구조 및 권선제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 교류발전기를 도시한 개략적인 단면도.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 고정자의 일부분을 도시한 단면도.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 고정자코어에 장착된 때의 개략적인 구성을 도시한 도체 세그먼트의 사시도.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 세그먼트 형성단계에 의하여 제조된 작은 세그먼트를 도시한 개략도.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 세그먼트 형성단계에 의하여 제조된 큰 세그먼트를 도시한 개략도.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 삽입단계를 설명하기 위한 개략도.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 고정자권선의 접합부를 나타내기 위한 고정자의 일부분을 도시한 사시도.
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 전도체 세그먼트의 턴부를 트위스트하기 위한 턴부 스위스트장치의 개략도.
도9는 본 발명의 일실시예에 따른 턴부 트위스트장치의 주요부를 도시한 사시도.
도10은 본 발명의 일실시예에 따른 세그먼트 가압부를 도시한 단면도.
도11은 본 발명의 일실시예에 따른 고정자권선의 제조방법의 개념을 설명하기위한 설명도.
도12는 본 발명의 일실시예에 따른 고정자권선의 제조방법의 개념을 설명하기 위한 설명도.
도13은 턴부 트위스트장치의 변형예를 도시한 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
2: 고정자31: 고정자권선
32: 고정자코어33: 전도체 세그먼트
35: 슬롯100: 턴부 트위스트장치
111: 내측지그112: 외측지그
113, 114: 회전구동메커니즘115: 제어기
116, 116A: 가압기117: 세그먼트 가압장치
118: 승강구동메커니즘141, 142: 가압부재
143, 144: 엑츄에이터
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 첫번째 관점에 따르면, 회전전기장치의 고정자권선 제조방법은 U자형 전도체 세그먼트를 트위스트하는 단계와, 고정자코어의 슬롯으로 상기 세그먼트의 제1 및 제2직선부를 삽입하는 단계와, 상기 고정자코어의 주연방향으로 상기 직선부들의 단부를 절곡하는 단계와, 상기 직선부의 단부들을 접합하는 단계를 포함한다. 상기 트위스트 단계에서, 상기 제1직선부와 제2직선부는 주연방향으로 상대적으로 이동된다. 또한, 상기 권선제조방법은 상기 턴부의 치수가 그의 방사상(반경방향)으로 감소되도록 턴부를 가압하는 단계를 포함한다.
상기 턴부는 가압 형성되기 때문에, 상기 턴부는 그 턴부의 내주연에 응력집중없이 권선에서 고정자코어의 방사상(반경방향)으로 돌출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 가압단계는 상기 트위스트 단계와 동시에 실행되거나, 트위스트 단계 이전에 실행된다.
본 발명의 두번째 관점에 따르면, 권선구조는 직선부와 곡선부를 포함한다. 상기 곡선부는 상기 직선부의 길이방향에 직교하게 돌출하는 곡선을 포함한다. 또한, 상기 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 때, 곡선 이외 곡선부의 길이방향에 대하여 경사진다.
상기 곡선부는 권선의 턴부를 구성한다. 상기 곡선은 경사지기 때문에, 상기 턴부에서의 응력집중의 증가없이, 상기 곡선이 권선에서 소정방향으로 돌출되는 것이 방지된다.
본 발명의 세번째 관점에 따르면, 권선제조방법은, 전기도체가 제1직선부와, 제2직선부 및 상기 직선부들의 길이방향을 따라 바라볼 때 상기 직선부들의 길이방향에 직교하는 방향으로 돌출하는 곡선을 구비하는 곡선부를 포함하도록, 긴 와어이를 절곡시켜 실질적으로 U자형 전기도체를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 권선제조방법은, 상기 직선부들의 길이방향을 따라 바라볼 때, 상기 곡선 이외 곡선부의 길이방향에 대하여 곡선을 경사지게 하는 단계를 더 포함한다.
상기 곡선부는 권선의 턴부를 구성한다. 상기 곡선부는 경사지기 때문에, 상기 권선이 소정방향으로 돌출하는 것을 방지한다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 회전전기장치의 고정자권선의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예의 차량 교류발전기(1)는 고정자(2)와, 회전자(3)와, 하우징(4) 및 정류기(5) 등을 포함한다.
자계(field magnet)로서 기능하는 상기 회전자(3)는 샤프트(6)와 함께 회전하고, 런델형(Lundell-type) 폴코어(pole core)(7)와, 계자코일(8)과, 슬립링(9)(10)과, 혼합류식팬(사류팬)(mixded flow fan)(11) 및 공기송풍장치인 원심식팬(12)을 포함한다. 상기 샤프트(6)는 풀리(20)에 연결되고, 차량을 구동시키기 위하여 탑재된 엔진(미도시)에 의하여 회전된다.
상기 런델형 폴코어(7)는 한 쌍의 폴 코어로 구성된다. 상기 런델형 폴코어(7)는 상기 샤프트(6)에 고정된 보스부(boss portion)(71)와, 상기 보스부(71)의 단부로부터 방사상으로, 즉 반경방향으로 연장하는 디스크부(disc portion)(72) 및 12개의 크로우자극(claw pole)(73)을 포함한다.
상기 풀리(20)에 인접한 혼합류식팬(11)은 예각(acute angle)으로 배열된 블레이드와, 용접 등에 의하여 상기 폴 코어(7)의 단면에 고정된 베이스 플레이트(11a)에 직각으로 배열된 블레이드를 포함한다. 상기 혼합류식팬(11)은 회전자(3)와 함께 회전된다. 상기 풀리(20)에 대향하는 측의 원심식팬(12)은 용접 등에 의하여 상기 폴 코어(7)의 단면에 고정된 베이스 플레이트(12a)에 직각으로 배열된 블레이드만을 포함한다.
상기 하우징(4)은 전방하우징(4a)과 후방하우징(4b)을 포함한다. 상기 하우징(4)은 그의 축단면에 공기 흡입공(41)을 형성한다. 또한, 상기 하우징(4)은 고정자(2)의 제1코일단부(31a)와 제2코일단부(31b)의 방사상, 반경방향 외주연에 대응하는 숄더부(shoulder portion)에 냉각공기 배출공(42)을 형성한다. 상기 전방하우징(4a) 및 후방하우징(4b)은 예를 들면 볼트(4c)로 서로 고정된다.
상기 정류기(5)는 고정자(2)로부터 출력된 교류전압을 직류전압으로 정류한다. 상기 정류기(5)는 차량 교류발전기(1)의 풀리에 대향하는 측 단부에 고정된다.
다음으로, 상기 고정자(2)를 좀 더 상세히 설명한다. 상기 고정자(2)는 아마추어(armature)로서 기능하고, 고정자권선(31)과, 고정자코어(32) 및 절연체(34)를 포함한다. 상기 고정자권선(31)은 고정자코어(32)의 슬롯(35)에 배열된 복수개의 전기도체인 전도체 세그먼트로 이루어진다. 상기 절연체(34)는 고정자코어(32)와 고정자권선(31) 사이의 전기적 절연을 제공한다.
도2에 도시한 바와 같이, 상기 고정자코어(32)는 다상 고정자권선(31)을 수용하기 위하여 내경측에 개구부를 갖는 복수개의 슬롯(35)이 형성된다. 본 실시예에서, 상기 회전자(3)의 폴 개수에 대응하는 36개의 슬롯(35)은 3상 고정자권선(31)을 수용하기 위하여 일정 간격으로 배열된다.
상기 고정자코어(32)의 슬롯(35)에 수용된 고정자권선(31)은 전기도체 군(group)으로서 파악될 수 있고, 도2에 도시한 바와 같이 동일 개수의 전기도체(본 실시예에서는 4개)가 각 슬롯(35)에 수용된다. 상기 슬롯(35)내 4개의 전기도체는 고정자코어(32)의 반경을 따른 방향으로 내경측으로부터 최내층, 내측중간층, 외측중간층 및 최외층의 순서로 일직선으로 배열된다. 상기 전기도체는 폴리아미드-이미드(polyamide-imide)수지 필름과 같은 절연필름으로 피복된다.
상기 전기도체는 소정패턴으로 연결되어, 고정자권선(31)을 구성한다. 본 실시예에서, 상기 슬롯(35)내에 수용된 전기도체는 제1코일단부(31a)측에서 연속적인 턴부(turn portion)를 통해 연결되고, 제2코일단부(31b)측에서 연속적인 턴부에 대향하는 접합단부에 의하여 연결된다.
각 슬롯(35)내 전기도체 중 하나는 소정 자극피치(pole-pitch) 떨어진 다른 슬롯(35)내 다른 전기도체와 한 쌍을 이룬다. 특히, 상기 슬롯(35)내 소정층의 전기도체는, 코일단부의 복수개의 전기도체와 그들 직선상 사이의 갭(gap)을 유지하기 위하여, 소정 자극피치 떨어진 다른 슬롯(35)내 다른 층의 전기도체와 한 쌍을 이룬다.
예를 들면, 하나의 슬롯(35)의 최내층의 전기도체(331a)는 고정자코어(32)의 시계방향으로 1자극피치 떨어진 다른 슬롯(35)의 최외층의 전기도체와 한 쌍을 이룬다. 유사하게, 하나의 슬롯(35)의 내부중간층의 전기도체(332a)는 고정자코어(32)의 시계방향으로 1자극피치 떨어진 다른 슬롯(35)의 외측중간층의 다른 전기도체(332b)와 한 쌍을 이룬다.
상기 한 쌍의 전기도체는 연속적인 와이어를 이용하여 고정자코어(32)의 일측 축단부에서 턴부(331c)(332c)를 통해 연결된다. 따라서, 외측중간층의 전기도체와 내측중간층의 전기도체를 연결하는 상기 연속 와이어는, 고정자코어(32)의 일측 축단부에서 최외층의 전기도체와 최내층의 전기도체를 연결하는 연속선에 의해 둘러 싸인다.
이러한 방식으로, 한 쌍의 전기도체를 연결하기 위한 부분은 고정자코어(32)의 축단부에서 동일 슬롯 내에 수용된 다른 한 쌍의 전기도체를 연결하기 위한 부분에 의해 둘러싸인다. 외측중간층의 전기도체와 내측중간층의 전기도체를 연결함으로써, 중간층 코일단부가 형성된다. 상기 최외층의 전기도체와 최내층의 전기도체를 연결함으로써, 외측층 코일단부가 형성된다.
한편, 상기 슬롯(35)내 내측중간층의 전기도체(332a)는 고정자코어(32)의 시계방향으로 1자극피치 떨어진 다른 슬롯(35)내 최내층의 전기도체(331a')와 한 쌍을 이룬다. 유사하게, 상기 슬롯(35)내 최외층의 전기도체(331b')는 고정자코어(32)의 시계방향으로 1자극피치 떨어진 다른 슬롯(35) 내 외측중간층의 전기도체(332b)와 한 쌍을 이룬다. 이들 전기도체는 용접에 의하여 고정자코어(32)의 대향 축단부에서 서로 연결된다.
따라서, 상기 고정자코어(32)의 대향 축단부에서, 최외층의 전기도체와 외측중간층의 전기도체를 연결하는 접합부와, 최내층의 전기도체와 내측중간층의 전기도체를 연결하는 연결부는 고정자코어(32)의 방사상으로 배열된다.
인접층의 코일단부들은 최외층의 전기도체와 외측중간층의 전기도체를 연결하고, 최내층의 전기도체와 내측중간층의 전기도체를 연결함으로써 형성된다. 이러한 방식으로, 상기 고정자코어(32)의 대향 축단부에서, 한 쌍의 전기도체의 접합부는 겹치지 않고 배열된다.
또한, 상기 전기도체는 U자형 전도체 세그먼트(segment)로 제공된다. 상기 U자형 전도체 세그먼트는 실질적으로 사각형상의 단면과 일정 두께를 갖는 전선(이하, 편평 와이어(flat wire))을 소정형상으로 형성시킴으로써 제공된다.
도3에 도시한 바와 같이, 상기 최내층 및 최외층의 전기도체는 큰(large) 세그먼트(331)로 제공된다. 상기 내측중간층 및 외측중간층의 전기도체는 작은(small) 세그먼트(332)로 제공된다. 상기 큰 세그먼트(331)와 작은 세그먼트(332)는 와이어를 실질적으로 U자형으로 형성시킴으로써 제공된다.
상기 큰 세그먼트(331)와 작은 세그먼트(332)는 기본 전도체 세그먼트(33)를 구성한다. 상기 기본 전도체 세그먼트(33)는 고정자코어(32)의 주위에서 2회 턴(turn)되는 코일을 구성하도록 상기 슬롯(35)내 규칙적으로 배열된다. 그러나, 상기 고정자권선의 인출선과 제1 및 제2랩(lap)을 연결하는 턴부를 포함하는 전도체 세그먼트는 기본 전도체 세그먼트(33)의 형상과 다른 소정 형상의 전도체 세그먼트를 구성한다.
본 실시예에서, 3개의 특정형상의 전도체 세그먼트를 제공한다. 제1 및 제2랩(lap) 사이의 연결은 단부층과 중간층의 전기도체 사이에서 이루어진다. 이러한 연결에 의하여, 특정 형상의 코일단부가 형성된다.
다음으로, 상기 고정자권선(31)의 제조과정을 설명한다.
(세그먼트 형성단계)
길고 연속적인 와이어를 코어부재를 따라 부분적으로 절곡하고 컷팅하여, U자형 큰 세그먼트(331)와 U자형 작은 세그먼트(332)를 제공한다. 도4는 작은 세그먼트(332)의 개략도이고, 도5는 큰 세그먼트(331)의 개략도이다.
상기 작은 세그먼트(332)는 소정반경을 갖는 코어부재를 따라 와이어를 절곡시켜 형성되기 때문에, 턴부(332c)의 내경 또는 치수는 코어부재의 외경과 일치한다. 상기 턴부(332c)의 내경은 턴부(332c) 주위의 절연피막(37)의 크랙과 같은 파손을 방지하기 위하여 어느정도 크게 설정된다. 그러므로, 직선부(332a)(332b)의 길이방향과 직교하는 턴부(332c)의 최대폭(W2)은 그들 사이의 갭을 포함하는 직선부(332a)(332b)의 전체폭(W1)보다 크다.
도5에 도시한 바와 같이, 상기 큰 세그먼트(331)는 작은 세그먼트(332)의 턴부(332c)의 최대폭(W2)보다 약간 큰 외경을 갖는 코어부재를 따라 와이어를 절곡함으로써 제공된다. 상기 큰 세그먼트(331)는 작은 세그먼트(32)를 전체적으로 둘러싸도록 형성된다.
(트위스트(twisting) 단계, 형상형성(shaping) 단계)
상기 작은 세그먼트(332) 및 큰 세그먼트(331)는 작은 세그먼트(332)의 턴부(332c)가 큰 세그먼트(331)의 턴부(331c)에 의하여 둘러싸이도록 배열된다. 이러한 상태에서, 상기 작은 세그먼트(331) 및 큰 세그먼트(331)의 직선부(331a)(331b)(332a)(332b)는 턴부트위스트장치(100)의 지그(jig)(111)(112)(후술됨)로 삽입된다. 그런 다음, 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 대향하는 방향으로 상기 지그(111)(112)를 회전시킴으로써 소정형상으로 트위스트된다. 상기 각 세그먼트(331)(332)에서, 상기 직선부는 중심점에 대하여 대향 주연방향으로 서로 상대적으로 이동된다. 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 동시에 트위스트된다. 즉, 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 서로 평행하게 평면상에 놓인 직선부들을 각 평면상에서 서로 180도 방향으로 이동시켜 트위스트한다.
또한, 상기 트위시트 단계와 동시에, 형상형성 가압단계가 행해진다. 이 형상형성 단계에서, 상기 턴부(331c)(332c)는 턴부(331c)(332c)의 치수를 방사상으로, 즉 반경방향으로 감소시키도록 가압 형성된다. 상기 트위스트 단계 및 형상형성 단계는 이후에 상세히 설명한다.
(삽입 단계)
상기 트위스트 단계 이후, 상기 큰 세그먼트(331)와 작은 세그먼트(332)는 작은 세그먼트(332)가 큰 세그먼트(331)에 의해 둘러싸이도록 배열된 상태에서, 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 도6에 도시한 바와 같이 고정자코어(32)의 일측 축단부에서 두 개의 다른 슬롯(35)으로 삽입된다.
이 때, 직선부(331a)는 고정자코어(32)의 슬롯(35)내 최내층으로 삽입된다. 직선부(332a)는 동일 슬롯(35)의 내측중간층(32)으로 삽입된다. 상기 큰 세그먼트(331)의 직선부(331b)는 고정자코어(32)의 시계방향으로 1자극피치 떨어진 다른 슬롯(35)의 최외층에 삽입된다. 상기 작은 세그먼트(332)의 직선부(332b)는 다른 슬롯(35)의 외측중간층에 삽입된다.
그 결과, 전기도체인 직선부(331a)(332a)(332b')(331b')는 도2에 도시한 바와 같이 최내층으로부터 방사상으로,즉 반경방향으로 순서대로 슬롯(35)에 일직선으로 배열된다. 여기에서, 상기 직선부(332b')(331b')는 작은 세그먼트와 큰 세그먼트의 직선부이고, 각각 1자극피치 떨어진 다른 슬롯에 삽입되는 직선부와 한 쌍을 이룬다.
(절곡 단계)
상기 삽입단계 이후, 제2코일단부에서, 최내외층의 직선부(331a)(331b)는큰 세그먼트(331)가 개방하는 방향으로 접합부(331d)(331e)가 1/2자극피치(본 실시예에서는 1과 1/2 슬롯)로 경사지도록 절곡된다. 또한, 중간층의 직선부(332a)(332b)는 작은 세그먼트(332)가 폐쇄된 방향으로 접합부가 1/2자극피치 경사지도록 절곡된다.
그 결과, 제2코일단부에서, 방사상으로 인접한 전기도체는 고정자코어(32)의 주연을 따라 서로 대향하는 방향으로 경사지게 된다. 상기 절곡단계는 슬롯(35)내 수용된 모든 전도체 세그먼트(33)에 대하여 반복된다.
(접합 단계)
상기 절곡 단계 이후, 제2코일단부(31b)에서, 최외층의 접속부(331e') 및 외측중간층의 접합부(332e)는 전기적 연속성을 갖도록 초음파용접, 아크용접 및 납땜과 같은 용접 및 다른 방법에 의하여 서로 접속된다. 상기 내측중간층의 접합부(332d) 및 최내층의 접합부(331d')도 유사한 방법으로 서로 접합된다. 이러한 방식으로, 도7에 도시한 고정자(2)가 제공된다.
이후, 상기 트위스트 단계와 형상형상 단계를 좀 더 상세히 설명한다.
도8에 도시한 바와 같이, 턴부 트위스트장치(100)는 내측지그(111)와, 외측지그(112)와, 상기 내측지그(111)와 외측지그(112)를 각각 회전시키기 위한 회전구동메커니즘(113)(114)과, 제어기(115)와, 환형세그먼트 가압기(116)와, 세그먼트가압장치(117)와, 승강구동장치(118) 등을 포함한다.
도9에 도시한 바와 같이, 상기 내측지그(111)는 큰 세그먼트(331)와 작은 세그먼트(332)의 직선부(331a)(332a)가 삽입되고 수용되는 세그먼트삽입공(121)(122)이 형성된다. 상기 세그먼트 삽입공(121)(122)은 내측지그(111)의 방사상으로, 즉 반경방향으로 서로 연속되게 이루어진다. 상기 각 세그먼트 삽입공(121)(122)의 개수는 고정자코어(2)의 슬롯(35)의 개수(본 실시예에서는 36개)에 대응한다. 상기 삽입공(121)(122)은 동일간격으로 내측지그(111)의 주연방향으로 배열된다. 본 실시예에서, 36개의 삽입공(121) 및 36개의 삽입공(122)은 각각 동심으로 형성된다.
상기 내측지그(111)와 유사하게, 상기 외측지그(112)는 그의 주연방향으로 동일 간격으로 동심으로 배열된 36개의 세그먼트 삽입공(131) 및 36개의 세그먼트 삽입공(132)이 형성된다. 그 결과, 상기 내측지그(111) 및 외측지그(112)에서, 4개의 세그먼트 삽입공(121)(122)(131)(132)은 내측지그(111)의 내경측으로부터 외측지그(112)의 외경측으로 일직선으로 형성된다.
도9에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 지그(111)(112)의 주연방향으로 배열되고, 세그먼트 삽입공(121)(122)(131)(132)에 배치된다.
모든 큰 세그먼트(331)와 작은 세그먼트(332)가 세그먼트 삽입공(121)(122)(131)(132)으로 삽입된 후, 세그먼트 가압기(116)는 내측지그(111)와 외측지그(112)의 상부로부터 하방향으로 이동하고, 상기 큰 세그먼트(331)의 턴부(331c)와 접촉하게 된다. 따라서, 트위스트 단계에서, 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)는 세그먼트 삽입공(121)(122)(131)(132)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.
도10에 도시한 바와 같이, 상기 세그먼트 가압기(116)는 바닥측으로(상부에서) 좁아지는 테이퍼진 단면 개구부를 갖는다. 상기 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)가 이탈되는 것을 방지하는 기능과 더불어, 상기 세그먼트 가압기(116)는 형상형상 단계를 수행하는 형상형성 다이(제1가압부재)로서 기능한다. 즉, 상기 트위스트 단계동안, 상기 세그먼트 가압기(116)가 승강구동 메커니즘(118)의 동작에 의하여 하방향으로 이동할 경우, 상기 턴부(331c)(332c)는 상부로부터 비스듬하게 가압되고, 곡선 중심측으로 변경된다.
상기 내측지그(111) 및 외측지그(112)는 각각 제어기(115)에 의하여 제어되는 회전구동 메커니즘(113)(114)에 의하여 회전된다. 본 실시예에서, 턴부 트위스트장치(100)의 상부로부터 바라볼 경우, 상기 내측지그(111) 및 외측지그(112)는 각각 시계방향 및 반시계방향으로 1/2자극피치(본 실시예에서는 1과 1/2 슬롯) 회전된다. 상기 지그(111)(112)의 회전과 동시에, 상기 세그먼트 가압기(116)는 제어기(115)에 의하여 제어되는 승강구동 메커니즘(118)에 의하여 하방향으로 이동되어, 상기 턴부(331c) 및 턴부(332c)는 가압되어 형성된다.
이러한 방식으로, 본 실시예에서, 상기 턴부(331c)(332c)는 트위스트 단계와 동시에 가압형상 형성 단계에 의하여 형성된다. 따라서, 고정자권선(31)이 큰 턴부(331c)(332c)를 갖는 전도체 세그먼트(33)에 의하여 형성된다하더라도, 상기 턴부(331c)(332c)의 고정자코어(32)의 방사상으로의 돌출량은 감소될 수 있다. 그러므로, 권선(31)의 외경 및 내경은 감소될 수 있다. 또한, 상기 형상형성 단계는 트위스트 단계와 동시에 실행되고, 상기 턴부(331c)(332c)로의 응력은 감소된다.
또한, 트위스트 전에 상기 턴부(332c)의 내측 갭 또는 치수는 소정량 크게 설정될 수 있다. 즉. 상기 턴부(332c)의 최대폭(W2)이 도4에 도시한 바와 같이 직선부(332a)(332b)의 전체폭(W1)보다 크다. 따라서, 상기 턴부(332c)의 내연으로의 응력은 감소될 수 있다. 그 결과, 상기 턴부(332c) 주위의 절연피막(37)의 파손은 감소된다.
상기 형상형성 단계에서, 상기 세그먼트 가압기(116)는 가압부재로서 이용된다. 상기 턴부(331c)와 접촉하게 되는 세그먼트 가압기(116)의 접촉면은 가압방향, 즉 세그먼트 가압기(116)의 이동방향에 대하여 경사진다. 따라서, 상기 턴부(331c)(332c)는 턴부(331c)(332c)에 대하여 세그먼트 가압기(116)를 이동시킴으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 형상형성 단계의 작업내용은 단순화된다.
또한, 상기 세그먼트 가압기(116)는 트위스트 단계에서 내측지그(111)와 외측지그(112)로부터 상기 턴부(331c)(332c)가 이탈되는 것을 방지하는 제한부재로서 이용된다. 따라서, 구성부품수는 감소되고, 턴부 트위스트장치는 간단한 구조를 갖는다. 제조비용도 감소된다. 또한, 상기 턴부(331c)(332c)는 트위스트와 동시에 세그먼트 가압기(116)에 의하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 권선(31)의 제조공정은 단순화될 수 있다.
도11 및 도12는 본 실시예의 고정자권선(31)의 제조방법의 개념을 설명하기 위한 설명도이다. 도11은 상기 고정자코어(32)에 삽입될 전도체 세그먼트(33)의 구성을 도시한 것이다. 도12는 상기 고정자코어(32)의 축단부로부터 바라본 전도체 세그먼트(33)를 도시한 것이다.
도11에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 전도체 세그먼트(33)는 고정자코어(32)의 방사상으로 다른 위치에서 두 개의 다른 슬롯(35)에 수용된 직선부(33a)(33c) 및 상기 직선부(33a)(33c) 사이를 연결하는 곡선부(33b)를 포함한다. 상기 곡선부(33b)는 상기 직선부(33a)(33c)로부터 직선부(33a)(33c)의 길이방향에 대체로 직교하는 방향으로 각각 돌출된 제1곡선부(33b1)와 제2곡선부(33b2)를 포함한다.
특히, 상기 직선부(33a)는 슬롯(35)내에서 고정자코어(32)의 내경에 인접하게 수용되고, 직선부(33c)는 슬롯(35)내에서 고정자코어(32)의 외경에 인접하게 수용된다. 상기 제1곡선부(33b1) 및 제2곡선부(33b2)는, 고정자코어(32)의 축단부로부터 바라볼 경우, 고정자코어(32)의 주연방향으로 슬롯(35)으로부터 떨어진 방향으로 직선부(33a)(33c)로부터 각각 돌출하도록 배치된다.
도12에 도시한 바와 같이, 상기 제1곡선부(33b1) 및 제2곡선부(33b2)는 제1곡선부(33b1)와 제2곡선부(33b2) 이외의 곡선부(33b)의 길이방향 L1에 대하여 서로 대향되게 경사진다. 그러므로, 상기 제1곡선부(33b1) 및 제2곡선부(33b2)는 고정자코어(32)의 주연방향에 가깝도록 또는 주연방향을 따라 경사진다.
따라서, 상기 제1코일단부(31a)를 구성하는 고정자권선(31)의 턴부는 제1곡선부(33b1)와 제2곡선부(33b2)를 갖는 곡선부(33b)를 형성한다. 또한, 상기 제1곡선부(33b1) 및 제2곡선부(33b2)는 도12에 도시한 바와 같이 경사진다. 따라서, 상기 고정자코어(32)의 방사상으로의 제1 및 제2곡선부(33b1)(33b2)의 돌출량은 곡선부(33b)의 내연부에서 응력집중의 증가없이 감소될 수 있다.
또한, 상기 제1곡선부(33b1) 및 제2곡선부(33b2)는 고정자코어(32)의 주연방향에 가깝게 되도록 또는 주연방향을 따라 경사지기 때문에, 상기 권선(31)의 내경 및 외경은 감소된다. 따라서, 상기 권선(31)은 하우징(4) 및 회전자(3)와 같이 상기 권선(31)의 방사상 내측 및 방사상 외측에 배열된 다른 구성품과 거의 간섭이 일어나지 않게 된다.
상기 전도체 세그먼트(31)가 편평 와이어로 제조되는 경우, 응력은 곡선부(33b)의 내연측에 쉽게 집중된다. 본 실시예에서, 상기 곡선부(33b)는 형상형성 단계에서 부분적으로 경사지기 때문에, 상기 형상형성 단계 이전의 곡선부(33b)의 폭 또는 치수는 크게 설정될 수 있다. 두껍고 넓은 편평 와이어가 이용된다하더라도, 상기 곡선부(33b)에서의 응력집중은 곡선부(33b)의 치수가 크게 설정됨으로써 감소될 수 있다. 또한, 상기 턴부는 고정자코어의 방사상으로 부분적으로 돌출되는 것을 방지된다.
도11 및 도12의 예에서, 상기 곡선부(33b)는 각각 내경측 및 외경측에 제1곡선부(33b1)와 제2곡선부(33b2)를 포함한다. 그러나, 양측에 곡선부를 항상 구비할 필요는 없다. 내경측 및 외경측 중 하나에 직선부를 구비할 수 있다.
또한, 도11 및 도12의 예에서, 사각형 단면을 갖는 편평 와이어로 제조된 전도체 세그먼트(33)가 이용된다. 직선부(33a)(33c) 및 곡선부(33b)가 연속적인 와이어로 부분적으로 경사지도록 이루어질 수 있다.
형상형성 단계에서, 상기 턴부(331c)(332c)는 세그먼트 가압기(116)의 경사진 접촉면(가압면)에 의하여 방사상으로, 즉 반경방향으로 양측에서 가압된다. 그러나, 상기 턴부(331c)(332c)는 예를 들면 돌출부가 감소되는 측에서만 가압될 수 있다. 또한, 상기 가압면의 경사각은 변경될 수 있어, 가압방향 및 형상형성량(변형)은 제어될 수 있다.
도13은 턴부 트위스트장치(100)의 변형예의 개략도이다. 도13에 도시한 턴부 트위스트장치는 가압부재(제2가압부재)로서 세그먼트 가압기(116A) 및 다이(141)(142)를 포함한다.
상기 다이(141)(142)는 각각 엑츄에이터(143)(144)에 의하여 방사상으로, 즉 반경방향으로 동작한다. 상기 다이(141)는 지그(111)의 방사상에 대하여 방사상 내측에서 방사상 외측으로 턴부(331c)(332c)를 가압한다. 상기 다이(142)는 지그(111)(112)의 방사상에 대하여 방사상 외측에서 방사상 내측으로 상기 턴부(331c)(332c)를 가압한다.
상기 턴부(331c)(332c)의 내경측 및 외경측이 분리된 다이(141)(142)에 의하여 방사상으로 가압되는 경우에, 요구된 바와 같이 부분적으로 턴부(331c)(332c)를 형성할 수 있다. 따라서, 설계적인 융통성이 증가된다. 상기 다이(141)(142)는 모두 제공할 필요는 없다. 예를 들면, 상기 턴부(331c)(332c)의 방사상 내측 및 방사상 외측 중 한 곳만이 가압될 필요가 있을 경우, 상기 다이(141)(142) 중 하나만이 제공된다.
본 실시예에서, 상기 고정자권선(31)은 층으로 이루어진 큰 세그먼트(331) 및 작은 세그먼트(332)에 의하여 제공된다. 그러나, 본 발명은 고정자권선이 층을 이루지 않는 (단일) U자형 전도체 세그먼트 및 3층으로 이루어진 U자형 전도체 세그먼트에 의하여 제공되는 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 상기 트위스트 단계는 형상형성 및 가압 단계와 동시에 실행된다. 그러나, 상기 형상형성 단계는 트위스트 단계가 완료된 이후에 실행되거나, 트위스트 단계 이전에 실행될 수 있다. 또한, 상기 형상형성 단계는 삽입단계 이후에 실행될 수 있다.
본 실시예에서는 차량 교류발전기의 고정자권선(31) 제조방법을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 다른 회전전기장치의 다양한 형태의 권선을 제조하는데 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고정자권선 제조방법은 고정자코어의 방사상으로의 고정자권선의 턴부 치수를 감소시킬 수 있어 전체 기기의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 권선구조 및 소정 방향으로 권선의 치수를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 턴부와, 제1직선부 및 제2직선부를 구비하고, 상기 제1직선부와 제2직선부를 주연방향으로 서로 상대적으로 이동시킴으로써 U자형 전도체 세그먼트를 트위스트하는 단계;
    상기 턴부의 치수가 그의 반경방향으로 감소되도록 턴부를 가압하는 단계;
    고정자코어에 형성된 슬롯으로 상기 제1직선부와 제2직선부를 삽입하는 단계;
    상기 턴부에 대향되는 복수개의 제1직선부와 복수개의 제2직선부의 단부를 상기 고정자코어의 주연방향으로 절곡하는 단계; 및
    상기 제1직선부와 제2직선부의 단부를 접합하는 단계
    를 포함하는 회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압단계 및 트위스트 단계는 동시에 실행되는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압단계는 트위스트 단계 이후에 실행되는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트위스트 단계 이전에, 상기 턴부는 제1직선부와 제2직선부의 길이방향에 직교하는 최대폭 및 상기 제1직선부와 제2직선부 사이의 갭을 포함하는 제1직선부와 제2직선부의 전체폭보다 큰 최소폭을 구비하는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압단계에서 상기 턴부는 가입부재에 의하여 가압되고,
    상기 가압부재는 상기 턴부와 접촉하는 접촉면을 구비하고, 상기 접촉면은 상기 제1직선부와 제2직선부의 길이방향에 대하여 경사지는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가압부재는 트위시스트 단계에서 상기 턴부의 위치를 제한하는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압단계에서, 상기 턴부는 제1직선부와 제2직선부의 길이방향에 직교하는 방향으로 가압부재에 의하여 가압되는
    회전전기장치의 고정자권선 제조방법.
  8. 직선부 및 상기 직선부의 길이방향에 직교하게 돌출하는 곡선을 포함하는 곡선부를 포함하며, 상기 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 경우, 그 곡선이외 상기 곡선부의 길이방향에 대하여 경사지는
    권선구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 때, 상기 고정자코어의 주연방향으로 슬롯으로부터 돌출하도록 상기 직선부는 고정자코어의 슬롯에 수용되고, 상기 곡선부는 고정자코어의 축단부에 배치되는
    권선구조.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 직선부는, 상기 고정자코어의 반경방향으로 연장하는 슬롯에 수용되고,
    상기 각 곡선부는 방사상 다른 위치에서 다른 슬롯에 수용되는 두 개의 직선부를 연결하도록 상기 고정자코어의 축단부에 배치되며,
    상기 곡선부의 경사진 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 때, 상기 적어도 하나의 직선부로부터 돌출되도록 배치되는
    권선구조.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 직선부는 상기 고정자코어의 반경방향으로 연장하는 고정자코어의 슬롯에 수용되고,
    상기 각 곡선부는, 상기 고정자코어의 축단부에서, 하나는 하나의 슬롯에서 고정자코어의 내경에 인접하게 수용되고, 다른 하나는 다른 하나의 슬롯에서 고정자코어의 외경에 인접하게 수용되는 두 개의 직선부를 연결하며,
    상기 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 때, 상기 직선부로부터 돌출하도록 상기 곡선부에 포함되는
    권선구조.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선은, 상기 직선부의 길이방향을 따라 바라볼 때, 상기 고정자코어의 주연방향으로 경사지는
    권선구조.
  13. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선부 및 직선부는 사각형 단면을 갖는 편평 와이어로 형성되는
    권선구조.
  14. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 직선부는 제1및 제2단부를 구비하고, 상기 각 곡선부는 단부에서 U자형 세그먼트를 구성하도록 상기 직선부의 제1단부를 연결하며,
    상기 세그먼트는 상기 직선부의 제2단부에서 서로 접합되는
    권선구조.
  15. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선부 및 직선부는 연속적인 와이어로 형성되는
    권선구조.
  16. 제1직선부와, 제2직선부 및 상기 제1직선부와 제2직선부의 길이방향에 직교하는 방향으로 돌출하는 곡선부를 포함하는 턴부를 구비하도록 긴 와어어를 절곡시켜 U자형 전기도체를 형성하는 단계; 및
    상기 제1직선부와 제2직선부의 길이방향으로 바라볼 때, 상기 곡선부 이외의 턴부의 길이방향에 대하여 곡선부를 경사지도록 하는 단계
    를 포함하는 권선제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    서로 평행하게 평면상에 놓인 상기 제1직선부 및 제2직선부를 각 평면상에서 서로 180도 방향으로 이동시켜 상기 U자형 전기도체를 트위스트하는 단계를 더 포함하는
    권선제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 경사지도록 하는 단계 및 트위스트 단계는 동시에 실행되는
    권선제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 트위스트 단계는 상기 경사지게 하는 단계 이후에 실행되는
    권선제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 트위스트 단계는 상기 경사지게 하는 단계 이전에 실행되는
    권선제조방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1직선부 및 제2직선부는 다른 슬롯 및 다른 반경방향 위치에서 수용되고, 상기 턴부는 상기 고정자코어의 축단부에서 제1직선부와 제2직선부 사이를 연결하도록, 상기 고정자코어의 반경방향으로 연장하는 슬롯을 구비하는 고정자코어에 상기 전기도체를 설치하는 단계를 더 포함하며;
    상기 턴부의 곡선부는 상기 고정자코어의 주연방향으로 경사지는
    권선제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 곡선부는 가압에 의하여 경사지는
    권선제조방법.
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