KR20120088249A - 절연 필름 캐리어 방식의 스테이터 코어 절연 필름 삽입 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치는 본체(1)에 절연 필름(150)이 감겨져 있는 공급릴(11)이 설치된 공급부(10)로부터 공급된 상기 절연 필름(150) 상에 벤딩 라인을 형성하기 위한 벤딩 라인 형성부(20), 제1 스텝 모터(31)와 롤러(32)에 사이에 상기 절연 필름(150)을 삽입시켜 이송시키기 위해 상기 벤딩 라인 형성부(20)의 일측에 설치된 이송부(30), 상기 모서리부를 갖는 절연 필름을 가열하기 위한 제2 가열부(51)와 상기 절연 필름의 양단을 접기 위한 폴딩 유닛(52)이 설치된 엔드 폴딩부(50), 및 상기 절연 필름의 절단선을 절단하여 만든 단위 절연 필름(100)을 스테이터 코어의 슬롯 내에 삽입시키기 위한 필름 삽입부(60)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

절연 필름 캐리어 방식의 스테이터 코어 절연 필름 삽입 장치 및 방법{Apparatus and Method for Inserting Insulation Film into Stator Core using Film Carrier}

본 발명은 스테이터 코어를 제조하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 절연 필름을 자동으로 공급하면서 각 단계의 공정에서 절연 필름을 가공하는 동시에 스테이터 코어의 슬롯에 삽입할 수 있는 장치 및 이와 관련된 공정에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 회전자(로터)와 고정자(스테이터)로 이루어진다. 여기서 고정자는 티스와 이 티스가 이루는 공간인 슬롯을 갖는 스테이터 코어를 포함하며, 티스에는 코일이 감겨져 있어서 전자기적인 특성에 의해 로터가 회전할 수 있도록 하는 구조를 가지고 있다.

통상 코일과 코어는 서로 절연되어야 하는데 절연 방식에는 코어에 절연성 도포물질을 바르거나 별도의 인슐레이터를 적용하는 방식 등이 있다. 또한 소형 모터의 경우 슬롯의 크기가 작아지기 때문에 공간을 보다 덜 차지하면서 절연 성능이 좋은 절연 필름 방식이 최근 많이 사용되고 있다. 이러한 절연 필름 방식은 슬롯의 내주면을 얇은 절연 필름으로 밀착시켜 절연하는 방식으로 특히 크기가 작고 높은 효율을 요구하는 소형 모터나 BLDC 집중권식 모터에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.

그런데, 소형 모터일 수록 슬롯의 크기가 작은 관계로 슬롯에 절연 필름을 슬롯 모양으로 구부려 삽입하기가 용이하지 않다. 게다가, 절연 필름은 절연성 고분자 수지를 사용하는데 이러한 고분자 수지는 통상적으로 원상 회복력이 강하여 슬롯의 형상으로 구부려서 슬롯 내주면을 전부 감싸기가 매우 어려운 작업이어서 수작업에 의존하기에는 제조 비용이 증가하고 생산 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 절연 필름 삽입 장치는 수직 방향으로 절연지를 공급하는데 이러한 형태의 구성으로는 모서리 부분과 양 끝단이 접혀져 있는 형태의 절연 필름을 삽입하기가 용이하지 않다. 따라서, 절연 필름을 삽입하기 위한 종래의 자동화 설비도 절연 필름을 어떻게 가공하여야 효율적으로 삽입할 수 있는 지에 대한 문제점이 늘 존재해왔다.

이에 본 발명자는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 절연 필름을 이송, 가공및 삽입하는 각 공정을 효율적으로 도입 및 배치함으로써, 생산 효율이 우수한 절연 필름 삽입 장치 및 그 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 스테이터 코어의 슬롯에 절연 필름을 자동으로 삽입하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생산 효율이 우수한 절연 필름 삽입 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 하는 절연 필름 삽입 장치는

본체(1)에 절연 필름(150)이 감겨져 있는 공급릴(11)이 설치된 공급부(10)로부터 공급된 상기 절연 필름(150) 상에 벤딩 라인을 형성하기 위한 벤딩 라인 형성부(20);

제1 스텝 모터(31)와 롤러(32)에 사이에 상기 절연 필름(150)을 삽입시켜 이송시키기 위해 상기 벤딩 라인 형성부(20)의 일측에 설치된 이송부(30);

상기 모서리부를 갖는 절연 필름을 가열하기 위한 제2 가열부(51)와 상기 절연 필름의 양단을 접기 위한 폴딩 유닛(52)이 설치된 엔드 폴딩부(50);

상기 절연 필름의 절단선을 절단하여 만든 단위 절연 필름(100)을 스테이터 코어의 슬롯 내에 삽입시키기 위한 필름 삽입부(60);

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연 필름 삽입 장치.로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 생산 효율이 우수한 절연 필름 삽입 장치 및 그 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치에 적용되는 스테이터 코어의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치의 전체 레이아웃을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치에 사용되는 단위 절연 필름을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 절연 필름이 가공되는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 A-A'선을 절단하여 바라본 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 B-B'선을 절단하여 바라본 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 C-C'선을 절단하여 바라본 단면도이다.
이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치에 적용되는 스테이터 코어(200)의 정면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치는 티스(201)와 슬롯(202)를 갖는 스테이터 코어(200)의 슬롯(202)에 절연 필름(100)을 삽입하기 위한 장치이다. 슬롯(202)의 형상은 도 1에 도시된 것과 같으므로, 단위 절연 필름(100)은 네 모퉁이 부분이 대략 90도 정도로 구부려 진 상태로 삽입되어야 한다. 그런데, 단위 절연 필름(100)은 통상 폴리에스테르계 또는 기타 절연성을 갖는 고분자 수지로 이루어지며, 이러한 고분자 수지는 탄성 복원력이 있기 때문에, 슬롯(202)과 같은 형상으로 구부리기가 용이하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 단위 절연 필름(100)의 제조 공정에서 각 공정별로 절연 필름에 열처리를 함으로써 단위 절연 필름(100)을 슬롯(202)에 삽입하는 공정을 보다 용이하게 달성할 수 있도록 한다. 이러한 공정을 달성하기 위한 절연 필름 삽입 장치의 상세한 구성에 대하여 이하에서 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치의 전체 레이아웃을 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치의 측면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치는 본체(1) 에 배치되어 있는 공급부(10), 벤딩 라인 형성부(20), 이송부(30), 펀칭부(40), 엔드 폴딩부(50), 필름 삽입부(60) 및 코어부(70)로 이루어진다. 또한, 절연 필름(150)은 이송라인(L) 상에서 이송되어 가공되며 또한 스테이터 코어의 각 슬롯에 결합된다.

공급부(10)는 가공 전의 절연 필름(150)이 공급되는 부분이다. 절연 필름(150)은 공급릴(11)에 감겨져 있는데, 공급릴(11)이 회전하면서 감겨져 있는 절연 필름(150)이 버퍼(12)를 지나서 공급된다. 버퍼(12)는 장치에 공급되는 절연 필름(150)이 일정한 양으로 원활하게 공급되도록 하는 부분이다. 버퍼(12)에는 센서(121)가 있어, 일정한 양의 절연 필름(150)이 도 1에서와 같이 U자 형태로 유지될 수 있도록 한다. 즉, 절연 필름(150)이 공급 가이드(122)를 지나 장치로 공급되면 센서(121) 위쪽으로 U자 형태가 작아지는데, 이 때에는 공급릴(11)을 풀어주어 버퍼(12) 내에 일정한 양의 절연 필름(150)이 위치해 있도록 한다.

공급 가이드(122)를 지나 공급되는 절연 필름(150)은 가이드부(13)을 지나는데, 가이드부(13)에는 2 이상의 가이드 휠(131)이 설치되어 있다. 절연 필름(150)이 가이드 휠(131) 사이를 지나도록 설치하여 절연 필름(150)이 뒤틀리거나 꼬이는 것을 방지한다.

이렇게 공급된 절연 필름은 벤딩 라인 형성부(20)로 공급된다. 벤딩 라인 형성부(20)는 절연 필름(150)이 스테이터 코어의 슬롯에 삽입될 때, 잘 구부려 지면서 동시에 원형으로 회복되려는 성질을 작게 하기 위하여 절연 필름 상에 벤딩 라인을 형성하기 위한 장치이다. 벤딩 라인은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치에 사용되는 단위 절연 필름(100)을 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 절연 필름(150)이 가공되는 과정을 나타낸 개념도이다. 도 4 및 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 단위 절연 필름(100) 상에 다수의 벤딩 라인(101, 102)을 새김으로써 단위 절연 필름이 원활하게 구부려 질 수 있도록 한다.

다시 도 2 및 도 3으로 돌아가서, 벤딩 라인 형성부(20)는 크게 제1 가열부(21) 및 롤 벤딩부(22)를 포함한다.

제1 가열부(21)는 절연 필름(150)을 가열하는 부분이고, 롤 벤딩부(22)는 다수의 롤러를 지나는 절연 필름(150) 상에 벤딩 라인이 새겨지도록 하는 부분이다. 제1 가열부(150)는 절연 필름(150)의 가열을 위하여, 가열봉(211)이 설치되어 있다. 물론, 가열하는 방식은 가열봉(211)에 의하여 가열할 수도 있지만 반드시 이에 한정되지는 않으며, 본 발명의 기술분야에서 평균적인 기술자가 생각할 수 있는 고온 송풍식 가열 등 다양한 가열 수단을 적용하여도 좋다.

롤 벤딩부(22)는 최소한 하나 이상의 롤러로 이루어진다. 도 2 및 도 3에는 3개의 롤러(221, 222, 223)가 설치된 것을 도시하고 있다. 각 롤러의 표면에는 블레이드가 형성되어 있기 때문에, 가열된 절연 필름(150) 상에 도 4에 도시된 제1 및 제2 벤딩 라인(101, 102)을 형성한다. 이러한 롤러의 개수는 절연 필름(150)의 물리적 특성이나 벤딩 라인 사이의 간격 등에 따라 결정된다.

롤 벤딩부(22)를 지난 절연 필름(150)은 이송부(30)를 지나가도록 도시되어 있다. 이 이송부(30)는 절연 필름(150)이 이송라인(T)를 따라 이송되도록 하는 구동력을 부여하는 부분이다. 따라서, 이송부(30)의 위치는 반드시 벤딩 라인 형성부(20) 다음 위치에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다른 부분에 설치하여도 무방하다. 이송부(30)는 제1 스텝 모터(31)와 이송 롤러(32)를 포함한다. 제1 스텝 모터(31)의 작동에 의하여 이송 롤러(32)가 함께 회전하여 절연 필름(150)을 이송시킨다. 제1 스텝 모터(31)는 절연 필름(150)을 하나의 단위 절연 필름(100)의 길이 만큼씩(1 피치) 이송시킬 수 있다. 본 명세서에서 '스텝 모터'는 특정한 형태의 모터에 한정되는 것이 아니고 일정 간격 만큼 제어하여 이송할 수 있는 형태의 모든 수단을 말한다. 따라서, 스테핑 모터나 서보 모터, 인덱스 뿐만 아니라 다른 형태의 구동 수단을 모두 포함한다.

이 후, 절연 필름(150) 상에 벤딩 라인이 형성된 상태로 펀칭부(40)에 절연 필름(150)이 유입된다. 펀칭부(40)는 도 4의 단위 절연 필름(100) 상에 모서리부(103)를 형성하기 위한 공정이다. 펀칭부(40)는 펀칭 프레스(41)와 펀칭 다이(42)를 포함하며, 펀칭 다이(42) 위에 놓인 절연 필름(150)에 펀칭 프레스(41)가 작동하면, 도 5의 (b)에서와 같이 절연 필름에 모서리부(103)가 형성된다.

펀칭부(40)를 지난 절연 필름(150)은 엔드 폴딩부(50)로 진행한다. 엔드 폴딩부(150)는 절연 필름의 양 끝단을 벤딩하기 위하여 설치된다. 이를 위하여, 엔드 폴딩부(150)는 제2 가열부(51)와 폴딩 유닛(52)을 포함한다.

제2 가열부(51)는 제1 가열부(20)와 마찬가지로 절연 필름이 잘 구부려 지도록 가열하는 역할을 한다. 가열을 위하여 가열봉(511)과 같은 가열 수단을 포함할 수 있다. 가열된 절연 필름은 폴딩 유닛(52) 내로 유입된다. 폴딩 유닛(52)의 자세한 구성은 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 A-A'선을 절단하여 바라본 단면도로서, 폴딩 유닛(52)의 정면을 나타내고 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 폴딩 유닛(52)은 폴딩 다이(521)와 폴딩 프레스(522)로 이루어진다. 폴딩 프레스(522)의 하단 양 끝쪽에 돌부(523)가 형성되어 있어, 폴딩 프레스(522)가 작동하면, 절연 필름(520)의 양단은 아래 쪽으로 구부려 진다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 이와 같이 양단이 구부려진 상태로, 절연 필름(150)은 필름 삽입부(60)로 한 피치씩 진행한다. 필름 삽입부(60)의 입구에는 커터(61)가 설치되어 있는데, 이 커터(61)의 작동에 의하여 절연 필름(60)이 각 단위 절연 필름(100)으로 절단된다. 즉, 도 5를 참조하면 (b)에 도시된 C선이 커터(61)에 의해 잘리어 지면, (c)에서와 같이 단위 절연 필름(100)의 형태가 된다. 이 단위 절연 필름(100)은 스테이터 코어의 각 슬롯에 삽입되는데, 이를 위한 필름 삽입부(60)의 자세한 구성은 도 7을 참조로 하여 설명한다.

도 7은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 B-B'선을 절단하여 바라본 단면도로서, 필름 삽입부(60)의 정면도를 나타내고 있다.

필름 삽입부(60)는 앞서 설명한 커터(61)를 포함하여, 슬롯 형상 다이(62), 제3 가열부(63), 상부 프레스(64), 측부 프레스(65) 및 푸셔(도 3의 66)를 더 포함한다.

슬롯 형상 다이(62)는 스테이터 코어의 슬롯에 삽입될 수 있는 동일한 형상을 가지며, 그 주변으로 단위 절연 필름(100)이 상부 프레스(64) 및 양측으로부터의 한 쌍의 측부 프레스(65)의 작동에 의해 슬롯에 삽입될 수 있는 형상으로 구부려진다.

제3 가열부(63)는 단위 절연 필름(100)이 잘 구부려 지고 또한 구부려진 형상을 유지할 수 있도록 하기 위하여 단위 절연 필름(100)에 열을 가하기 위한 장치이다. 이 제3 가열부(63)는 제1 및 제2 가열부와 유사하게 가열봉(631) 등과 같은 가열 수단에 의하여 가열이 되며, 슬롯 형상 다이((62)와 열전도가 가능하도록 연결되어 있어, 이 슬롯 형상 다이(62)를 가열할 수 있도록 설치된다.

상부 프레스(64)는 슬롯 형상 다이(62) 위에 위치하고 있는 단위 절연 필름(100)의 상부를 고정시키는 역할을 한다. 이를 위하여 상부 프레스(64)는 슬롯 형상 다이(62)와 대응하는 형상을 갖는 상부 프레스 헤드(641)를 가지고 있다. 또한 한 쌍의 측부 프레스(65)는 단위 절연 필름(100)의 양 측면을 슬롯 형상 다이(62)의 양 측면에 고정시키기 위하여, 그 대응하는 형상을 갖는 측부 프레스 헤드(651)를 갖는다.

이와 같이, 상부 프레스(64) 및 측부 프레스(65)가 작동하여 슬롯 형상 다이(62)에 단위 절연 필름(100)이 고정되어 있는 상태에서, 도 3에 도시된 푸셔(66)가 단위 절연 필름(100)을 밀어주게 되면, 단위 절연 필름(100)은 코어부(70)의 스테이터 코어의 슬롯에 삽입된다. 이를 위한 코어부(70)의 자세한 구성을 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8은 도 1에 도시된 절연 필름 삽입 장치의 C-C'선을 절단하여 바라본 단면도로서, 코어부(70)를 정면에서 바라본 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 코어부(70)는 회전 지그(71)와 이 회전 지그를 하나의 슬롯 크기(1 스텝) 만큼 회전시키기 위한 제2 스텝 모터(72)로 이루어진다. 회전 지그(71)에는 스테이터 코어(200)가 설치되어 있으며, 이송라인(T) 상에 위치하고 또한 동시에 슬롯 형상 다이(62)와 같은 높이의 위치에 있는 슬롯(200) 내에 단위 절연 필름(100)이 푸셔(66)의 작동에 의하여 삽입된다. 하나의 단위 절연 필름(100)이 삽입되면, 회전 지그(71)는 제2 스텝 모터(72)의 작동에 의해 한 스텝 만큼 회전하며, 다음 위치의 슬롯에 절연 필름(100)이 푸셔(66)에 의하여 삽입된다.

한편, 본 발명에서 스테이터 코어(200)의 슬롯 이외의 부분에 플라스틱 몰딩 형태의 인슐레이터가 미리 결합된 상태에서 회전 지그(71)에 설치한 다음, 절연 필름을 삽입하는 형태의 공정도 가능하다. 이는 적용되는 스테이터 코어이 종류가 도 1의 형태에 한정되지 않는다는 의미이다.

이와 같은 본 발명의 구성을 통하여 절연 필름(150)은 단위 절연 필름(100)으로 가공되어 스테이터 코어의 각 슬롯에 삽입되도록 한다. 본 발명에 따른 절연 필름 삽입 장치의 연속 공정을 설명하면 다음과 같다.

절연 필름(150)은 공급부(10)의 공급 릴(11)로부터 공급이 된다. 공급된 절연 필름(150)은 벤딩 라인 형성부(20)에서 제1 가열부(21)에 의해 가열된 상태로 롤 벤딩부(22)를 지나면서 벤딩 라인이 형성된다. 절연 필름(150)의 이송은 이송부(30)의 제1 스텝모터(31)에 의해 한 피치 단위로 이루어진다. 벤딩 라인이 형성된 절연 필름(150)은 펀칭부(40)의 펀칭 프레스(41)에 의해 모서리부(103)가 형성되며, 이 상태로 엔드 폴딩부(50)의 제2 가열부(51)에서 가열되고 폴딩 유닛(52)에서 양단이 구부려진다. 그 다음 필름 삽입부(60)에서 커터(61)의 작동에 의해 단위 절연 필름(100)으로 절단되고, 슬롯 형상 다이(62) 위에 위치한 상태가 된다. 이 때, 슬롯 형상 다이(62)는 제3 가열부(63)에 의하여 가열되며, 상부 프레스(64)와 측부 프레스(65)가 작동하면 단위 절연 필름(100)은 슬롯 형상 다이(62)에 접하여 그 형상을 유지하게 된다. 이 때, 푸셔(66)가 절연 필름(100)을 스테이터 코어의 슬롯(202)에 밀어 넣어 삽입시킨다. 스테이터 코어(200)는 한 스텝씩 회전 할 수 있도록 회전 다이(71)에 설치되어 있다. 스테이터 코어(200)는 한 스텝 회전하며, 다음 슬롯에 단위 절연 필름이 삽입된다.

아래 특허청구범위에 기재된 본 발명의 균등 범위의 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

1: 본체 10: 공급부
11: 공급릴 13: 가이드부
20: 벤딩 라인 형성부 21: 제1 가열부
211: 가열봉 22: 롤 벤딩부
30: 이송부 31: 제1 스텝 모터
32: 이송 롤러 40: 펀칭부
41: 펀칭 프레스 42: 펀칭 다이
50: 엔드 폴딩부 51: 제2 가열부
52: 폴딩 유닛 60: 필름 삽입부
61: 커터 62; 슬롯 형상 다이
63: 제3 가열부 64: 상부 프레스
65: 측부 프레스 66: 푸셔
70: 코어부 71: 회전 지그
72: 스텝 모터 100: 단위 절연 필름
101: 제1 벤딩 라인 102: 제2 벤딩 라인
103: 모서리부 121: 센서
122: 공급 가이드 131: 가이드 휠
150: 절연 필름 200: 스테이터 코어
201: 티스 202: 슬롯
221, 222, 223: 롤러 631: 가열봉
511: 가열봉 521: 폴딩 다이
522: 폴딩 프레스 523: 돌부
641: 상부 프레스 헤드 651: 측부 프레스 헤드

Claims (1)

1. 본체(1)에 절연 필름(150)이 감겨져 있는 공급릴(11)이 설치된 공급부(10)로부터 공급된 상기 절연 필름(150) 상에 벤딩 라인을 형성하기 위한 벤딩 라인 형성부(20);
   제1 스텝 모터(31)와 롤러(32)에 사이에 상기 절연 필름(150)을 삽입시켜 이송시키기 위해 상기 벤딩 라인 형성부(20)의 일측에 설치된 이송부(30);
   상기 모서리부를 갖는 절연 필름을 가열하기 위한 제2 가열부(51)와 상기 절연 필름의 양단을 접기 위한 폴딩 유닛(52)이 설치된 엔드 폴딩부(50);
   상기 절연 필름의 절단선을 절단하여 만든 단위 절연 필름(100)을 스테이터 코어의 슬롯 내에 삽입시키기 위한 필름 삽입부(60);
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연 필름 삽입 장치.

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