KR20040035061A - 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법 및 상기 방법에의하여 와인딩된 코일조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법 및 상기 방법에 의하여 와인딩된 코일조립체에 관한 것으로서, 스테이터 코일을 손쉽게 와인딩하여 코일조립체를 만들 수 있음과 아울러 코일조립체를 자동화공정을 통해 스테이터 코어에 손쉽게 인서팅할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법은, 스테이터 코일(110)을 동일방향으로 수회 와인딩하여 루프부(120)를 형성함과 아울러 상기 루프부로부터 소정 길이만큼 선형 연결부(130)를 인출시키는 와인딩 과정을 연속적으로 반복하여, 상기 루프부 및 선형 연결부를 스테이터 코일의 일단부로부터 타단부로 가면서 교대로 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기한 바와 같이 와인딩되어 이루어지는 코일조립체는, 스트리퍼와 무빙블레이드들의 상승에 의하여 코일조립체를 스테이터 코어에 인서팅하는 통상적인 코일 인서팅 머신과 같은 설비에 의해서도 스테이터 코어에 순차적으로 또는 한 번의 공정으로 자동적으로 인서팅될 수 있다.

Description

발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법 및 상기 방법에 의하여 와인딩된 코일조립체{METHOD FOR WINDING STATOR COIL OF ALTERNATOR AND THE COIL ASSEMBLY WINDED THEREBY}

본 발명은 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법 및 상기 방법에 의하여 와인딩된 코일조립체에 관한 것으로서, 특히 발전기의 스테이터 코일을 손쉽게 와인딩하여 코일조립체를 만들 수 있고, 권선밀도가 균일하여 코일조립체의 전기적 밸런스를 양호하게 할 수 있음과 동시에 스테이터 코일의 사용량을 줄일 수 있으며, 또한 상기 코일조립체를 자동화공정을 통해 예컨대 자동차용 교류발전기 등의 스테이터에 손쉽게 인서팅할 수 있는 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법 및 상기 방법에 의하여 와인딩된 코일조립체에 관한 것이다.

예컨대 자동차용 교류발전기는, 다수의 규소강판이 적층되어 형성되고 내주면을 따라 축방향으로 다수의 슬롯이 형성된 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 인서팅되는 3상의 코일조립체를 구비하는 스테이터와, 상기 스테이터의 중심에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 구비하는 로터를 포함하여 이루어진다. 따라서, 외부의 구동원, 예컨대 자동차 엔진의 회전력에 의해 로터가 회전하면, 로터의 영구자석에 의해 발생하는 자계의 영향으로 스테이터에 인서팅된 코일조립체로 전류가 유기되어 전류가 발생한다.

따라서, 고효율의 전류를 수득하기 위해서는 여러가지 인자를 고려하여야 하는데, 그 인자로는 스테이터에 인서팅된 코일조립체를 구성하는 스테이터 코일의 코일권수, 코일직경 등을 들 수 있으며, 특히 양호한 발전기 출력을 얻기 위해서는 코일조립체의 권선밀도가 전체적으로 균일하여야 한다. 이러한 권선밀도는 스테이터 코일의 와인딩 방법에 따라 큰 차이를 나타내므로, 코일의 와인딩 방법은 교류발전기의 출력과 전류특성에 있어서 무엇보다도 가장 중요하다.

종래 알려진 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법으로, 도 8에 도시된 바와 같이 다수 가닥의 스테이터 코일들을 웨이브형(파형)으로 와인딩하여 각 상의 코일조립체를 조립하는 방법을 들 수 있는데, 그 대표적인 예가 한국 공개특허 제2002-13696호에 개시되어 있다.

그런데, 웨이브형으로 와인딩된 코일조립체들은 스테이터 코어에 슬롯들의 위상에 따라 순차적으로 인서팅되며, 이 경우 슬롯에 삽입되지 않는 부분, 즉 스테이터 코어의 상부로 돌출되는 부분을 산부라 하고 스테이터 코어의 하부로 돌출되는 부분을 골부라 칭할 때, 상기 산부와 골부는 실질적으로 불필요한 부분이지만 웨이브형 코일조립체의 경우 그 산부와 골부가 교대로 배치됨으로써 코일의 사용량을 줄일 수 있는 이점이 있다. 그러나, 이 웨이브형 코일조립체에 있어서는 산부에서 골부로 흐르는 전류에 대응하는 자계는 S, 골부에서 산부로 흐르는 전류에 대응하는 자계는 N이 되므로 교대로 배치되는 산부와 골부에 의해 전기적 밸런스가 좋지 못한 문제점이 있다. 또한, 웨이브형 코일조립체에 있어서는 코일조립체의 웨이브 형상을 유지하기가 어렵다. 더욱이, 이 웨이브형 코일조립체를 스테이터 코어에 인서팅할 경우에는 다수 상의 웨이브형 코일조립체를 한꺼번에 인서팅할 수 없다. 또한, 개별적으로 각 상의 코일조립체를 인서팅할 경우에도 각 코일조립체를 자동적으로 인서팅할 수 있는 자동화된 설비를 만들기 어려워 현실적으로 각 코일조립체를 작업자에 의한 수작업으로 슬로트들을 따라 스테이터 코어에 인서팅할 수밖에 없음에 따라 스테이터의 생산성이 현저하게 저하된다. 또한, 웨이브형 코일조립체를 자동공정에 의해 인서팅할 수 있는 설비를 적용한다 하더라도 그 구조가 대단히 복잡하고 고가일 수밖에 없는 문제점이 있다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 2조의 웨이브형 코일조립체를 코일조립체군으로 하고 각 코일조립체의 산부와 골부를 서로 반대되는 위상으로 배치하여 스테이터 코어에 인서팅하는 기술도 제안되고 있는데, 이러한 기술에서는 전기적 밸런스는 해결할 수는 있을지 몰라도 권선의 사용량이 증가함은 물론 스테이터 코어에 대한 인서팅 작업 및 인서팅 설비의 난이도 측면에서는 전술한 것보다 더욱 불리하다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 발전기의 스테이터 코일을 손쉽게 와인딩하여 코일조립체를 만들 수 있음과 아울러 코일조립체를 자동화공정을 통해 스테이터 코어에 손쉽게 인서팅할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 발전기의 스테이터 코일조립체의 권선밀도가 균일하도록 함으로써 코일조립체의 양호한 전기적 밸런스 및 코일 사용량의 감소를 도모하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 코일조립체가 스테이터 코어에 인서팅되는 상태를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 코일조립체의 개략적인 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 코일조립체가 스테이터 코어에 인서팅되기 전에 코일 인서팅 머신에 설치되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 코일조립체를 스테이터 코어에 인서팅하기 위한 코일 인서팅 머신에 스테이터 코어가 설치된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 코일조립체가 스테이터 코어에 인서팅되는 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 코일조립체가 스테이터 코어에 인서팅된 상태를 나타내는 평면사진이다.

도 8 및 도 9는 각각 종래 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법의 일 예를나타나는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 코일조립체, 110 : 스테이터 코일,

120 : 루프부, 130 : 선형 연결부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법은, 스테이터 코일을 동일방향으로 수회 와인딩하여 루프부를 형성함과 아울러 상기 루프부로부터 소정 길이만큼 선형 연결부를 인출시키는 와인딩 과정을 연속적으로 반복하여, 상기 루프부 및 선형 연결부를 스테이터 코일의 일단부로부터 타단부로 가면서 교대로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 발전기의 스테이터 코일조립체는, 스테이터 코일이 일단부로부터 타단부로 가면서 동일방향으로 수회 와인딩되어 형성되는 폐곡선형의 루프부들이 소정간격으로 배치되고, 상기 루프부들은 소정 길이의 선형 연결부에 의하여 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 구성된 코일조립체를 스테이터 코어에 인서팅할 경우 예컨대 각 루프부에 의한 자계는 N이 되고, 루프부들 사이의 자계는 S가 되므로, 2조의 코일조립체에 의해 코일조립체군을 형성할 때보다 상대적으로 코일의 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 웨이브형 코일조립체에 비하여 상대적으로 양호한 전기적 밸런스를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 루프부와 선형 연결부가 교대로 형성되어 있기 때문에 예컨대 무빙 블레이드 및 스트리퍼의 상승에 의하여 코일을 삽입하는 통상적인 코일 인서팅 머신과 같거나 유사한 설비를 이용하여 상기 설비에 그 블레이드들을 따라 루프부에 의해 코일조립체를 각 상별로 순차적으로 또는 다수 상(예컨대 3상)을한꺼번에 걸어 배치하여, 코일조립체를 순차적으로 또는 한꺼번에 스테이터 코어에 자동적으로 인서팅할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기의 스테이터 코일조립체(100)는, 스테이터 코일(110)이 일단부로부터 타단부로 가면서 동일방향으로 수회 와인딩되어 형성되는 폐곡선형(예컨대 원형 또는 타원형)의 루프부(120)들과, 상기 루프부(120)들을 연결하는 소정 길이의 선형 연결부(130)들을 구비한다.

스테이터 코일(110)을 그 일단부로부터 타단부쪽으로 가면서 예컨대 시계방향으로 중첩하여 수회 와인딩하면 소정 코일권수의 폐곡선형 루프부(120)를 형성할 수 있고, 이 루프부(120)로부터 스테이터 코일(110)을 인출시켜 소정 길이의 선형 연결부(130)를 형성한 후 다시 상기한 와인딩 방향과 동일하게 와인딩된 루프부(120) 및 선형 연결부(130)를 교대로 형성함으로써 본 발명에 따른 코일조립체(100)가 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 코일조립체(100)를 형성할 경우 1가닥의 스테이터 코일(110)을 사용하여 상기 루프부(120)들 및 선형 연결부(130)들이 교대로 형성되도록 와인딩하여도 좋고, 다수 가닥을 집속하여 상기 루프부(120)들 및 선형 연결부(130)들이 교대로 형성되도록 와인딩하여도 좋다. 1가닥의 스테이터 코일(110)을 사용하여 코일조립체(100)를 형성할 경우 선형 연결부(130)를 점유하는 스테이터 코일(110)의 사용량이 줄어드는 이점은 있으나 동일한 코일권수에 대하여 후자에 비해 루프부(120)를 형성하기 위한 와인딩 횟수가 증가한다. 한편, 후자의 경우에는 선형 연결부(130)를 점유하는 스테이터 코일(110)의 사용량이 증가하는 반면에 동일한 코일권수에 대하여 전자에 비해 루프부(120)를 형성하기 위한 와인딩 횟수가 줄어드는 이점이 있으므로, 스테이터 코일(110)의 사용 가닥수를 적절히 선택한다.

상기한 바와 같이 와인딩되어 이루어진 코일조립체(100)를 도 2에 도시된 바와 같이 스테이터 코어(210)에 인서팅하여 스테이터(200)를 구성하고, 이것을 이용하여 발전기를 조립한 경우 도 1에 도시된 화살표와 같이 전류가 흐른다고 가정할 때, 예컨대 각 루프부(120)에 의한 자계는 N이 되고, 루프부(120)들 사이의 자계는 S가 된다. 그러므로, 종래와 같이 2조의 코일조립체에 의해 코일조립체을 형성할 때보다 상대적으로 스테이터 코일의 사용량을 줄일 수 있고, 또한 종래 웨이브형 코일조립체에 비해서는 상대적으로 양호한 전기적 밸런스를 얻을 수 있다. 따라서, 종래 2가지 경우에 비하여 본 발명에 따라 이루어지는 코일조립체(100)가 더욱 우수한 이점을 가진다는 것을 잘 이해할 수 있을 것이다.

한편, 상기한 코일조립체(100)들을 스테이터 코어(210)에 인서팅할 경우에 본 발명에서는 코일조립체(100)에 루프부(120)와 선형 연결부(130)가 교대로 형성되어 있기 때문에, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 예컨대 스트리퍼(320) 및 무빙블레이드(340)의 상승에 의하여 코일조립체를 삽입하는 통상적인 코일 인서팅 머신(300)과 같거나 이와 유사한 설비를 이용하여 코일조립체(100)들을 스테이터 코어(210)에 자동적으로 손쉽게 인서팅할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 예컨대 코일 인서팅 머신(300)은, 가이드틀(310)과, 상기 가이드틀(310)의 중앙에 미도시된 승강장치에 의하여 승강가능하게 설치되는 스트리퍼(320)와, 상기 가이드틀(310)의 중공부 둘레로 수직으로 고정설치되어 위로 돌출된 다수의 웨지가이드(330)와, 상기 웨지가이드(330)들의 안쪽면에 승강가능하게 결합되어 웨지가이드(330)들 상부로 돌출되는 다수의 무빙블레이드(340)와, 그리고 상기 무빙블레이드(340)들 사이 위치의 웨지가이드(330)들의 안쪽면에 고정되어 웨지가이드(330)들의 위로 돌출되는 다수의 고정블레이드(350)를 구비할 수 있다.

따라서, 코일조립체(100)의 인서팅을 위하여 스테이터 코어(210)를 코일 인서팅 머신(300)에 설치할 경우 웨지가이드(330)들의 상단은 도 4에 도시된 바와 같이 코일조립체(100)의 삽입을 위하여 재치되는 스테이터 코어(210)의 각 슬롯 티스(230)의 하단을 지지하는 지지턱의 기능을 하게 된다. 또한, 무빙블레이드(340)들 및 고정블레이드(350)들은 도 5에 도시된 바와 같이 스테이터 코어(210)의 각 슬롯 티스(230)의 선단면에 접촉하여 코일조립체(100)가 각 슬롯(220)에 삽입되도록 안내함과 아울러 코일조립체(100)의 삽입시 날카로운 슬롯 티스(230)에 의하여 코일조립체(100)가 손상되는 것을 방지하는 기능을 한다.

코일조립체(100)를 스테이터 코어(210)에 인서팅하는 과정을 구체적으로 설명하자면, 우선 코일조립체(100)는 도 3에 도시된 보아 같이 전체적으로 환형을 이루도록 형성되는데, 이 때 루프부(120)들이 내측에 배치되도록 하는 것이 바람직하며, 도 4에 도시된 바와 같이 같이 각 루프부(120)들이 소정 거리에 인접해 있는 무빙블레이드(340) 또는 고정블레이드(350)에 걸쳐 걸리도록 하는 방식으로 상기 블레이드(340, 350)들을 따라 코일조립체(100)를 건다. 예컨대 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 3개의 슬롯(220) 간격에 해당하는 블레이드들에 걸쳐 루프부(120)를 거는 방식으로 블레이드(340, 350)들을 따라 코일조립체(100)를 건다. 이 때 다수 상(예컨대 3상)의 코일조립체(100)를 한꺼번에 걸어도 무방하며, 이러한 코일조립체(100)의 공급은 미도시된 로딩수단에 의해 수행될 수 있다.

다음에, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 블레이드(340, 350)들과 슬롯 티스(230)의 선단면이 접촉하도록 스테이터 코어(210)를 웨지가이드(330)의 상단에 지지시키고 미도시된 고정지그에 의하여 스테이터 코어(210)를 고정시킨다. 그리고, 미도시된 승강강치에 의하여 스트리퍼(320) 및 무빙블레이드(340)를 상승시키면 이들의 상승에 따라 코일조립체(100)도 상승하면서 그 루프부(120)가 슬롯(220)에 삽입되기 시작하고, 스트리퍼(320) 및 무빙블레이드(340)가 상사점에 도달하면 도 7에 도시된 바와 같이 코일조립체(100)가 슬롯(220)에 완전히 삽입된다.

각 상별로 순차적으로 코일조립체(100)를 스테이터 코어(210)에 인서팅할 경우에는 위의 과정이 순차적으로 수행됨으로써 수행될 수 있고, 다수 상의 코일조립체(100)를 한꺼번에 블레이드(340, 350)들에 건 경우에는 한 번의 공정으로 코일조립체(100)들을 모두 스테이터 코어(210)에 인서팅할 수 있다. 예컨대, 코일조립체(100)의 루프부(120)의 코일권수가 슬롯(220)의 크기에 비하여 많을 경우에는 각 상의 코일조립체(100)를 순차적으로 인서팅하고, 상기 코일권수가 슬롯(220)의 크기에 비하여 적을 경우에는 모든 상의 코일조립체(100)를 한 번의 공정으로 인서팅할 수 있다.

스테이터 코어(210)에 코일조립체(100)의 삽입이 완료되어 이루어진 스테이터(300)(도 7 참조)는 미도시된 언로딩수단에 의해 코일 인서팅 머신(300)으로부터 자동적으로 이탈될 수 있으며, 상기한 바와 같은 모든 공정은 자동적으로 수행될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 이루어지는 발전기의 스테이터 코일조립체의 경우, 코일의 사용량 절감 및 양호한 전기적 밸런스라는 두 가지의 이점을 모두 달성할 수 있으므로, 재료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 효율좋은 발전기를 제공할 수 있다.

또한, 각 상의 코일조립체 또는 다수 상의 코일조립체를 자동화된 설비에 의해 스테이터 코어에 자동적으로 인서팅할 수 있으므로, 스테이터의 조립생산성을 현저하게 높일 수 있음은 물론 제조원가를 대폭적으로 낮출 수 있다.

Claims (4)

1. 스테이터 코일을 동일방향으로 수회 와인딩하여 루프부를 형성함과 아울러 상기 루프부로부터 소정 길이만큼 선형 연결부를 인출시키는 와인딩 과정을 연속적으로 반복하여, 상기 루프부 및 선형 연결부를 스테이터 코일의 일단부로부터 타단부로 가면서 교대로 형성하는 것을 특징으로 하는 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이터 코일은 1가닥 또는 다수 가닥인 것을 특징으로 하는 발전기의 스테이터 코일 와인딩 방법.
3. 스테이터 코일이 일단부로부터 타단부로 가면서 동일방향으로 수회 와인딩되어 형성되는 폐곡선형의 루프부들이 소정간격으로 배치되고, 상기 루프부들은 소정 길이의 선형 연결부에 의하여 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전기의 스테이터 코일조립체.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스테이터 코일은 1가닥 또는 다수 가닥인 것을 특징으로 하는 발전기의 스테이터 코일조립체.