KR20200016088A - 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법 - Google Patents

헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고정자 제조방법은, 고정자 코어를 준비하고, 코일 권선을 형성하는 복수의 헤어핀들을 상기 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결하는 제1단계와; 복수의 헤어핀들의 접속단부가 제1삽입홀을 관통하도록 제1원판형 지그를 배치하는 제2단계와; 제2삽입홀 각각에 수평방향으로 돌출되는 적어도 하나의 정렬돌기가 구비되는 제2원판형 지그를 구비하여, 복수의 헤어핀들의 접속단부가 상기 제2삽입홀을 관통하도록 상기 제2원판형 지그를 배치하는 제3단계와; 정렬돌기가 복수의 헤어핀들의 접속단부들 사이에 수평방향으로 삽입되도록 하여, 복수의 헤어핀들의 접속단부들 각각을 용접대상 접속단부와는 밀착시키고 용접비대상 접속단부와는 이격시켜 정렬 및 가압하는 제4단계와; 상기 복수의 헤어핀들 각각의 용접대상 접속단부들 간을 용접하는 제5단계를 구비한다.

Description

헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법{STATOR FABRICATING METHOD FOR HAIRPIN WINDING MOTOR}
본 발명은 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 헤어핀(코일)의 정렬을 통해 용접성능을 높이고 용접 신뢰성을 높일 수 있는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법에 관한 것이다.
온실가스 저감 규제 시행과 자동차의 연비 향상에 대한 국제적인 요구에 맞춰, 자동차 산업 분야에서는 친환경자동차 관련 부품의 연구 개발 및 실용화가 활발히 진행되고 있으며, 기존 내연 기관의 한계를 극복하기 위한 연구 개발도 활발히 진행되고 있다.
자동차의 연비 향상을 위해서는 기존 내연 기관의 효율 향상도 중요하지만, 자동차의 무게를 줄이는 것이 효과적이다.
종래에는 통상의 내연 기관보다 높은 효율의 구동 모터를 적용하여, 내연 기관의 출력을 일부 또는 전부 부담하는 기술이 제안되었으나, 구동 모터를 동작시키기 위해서는 인버터, 배터리, LDC 등 많은 부가 장치가 필요하며, 이러한 부속품은 상당한 중량을 가질 뿐 아니라, 많은 부피를 차지하는 문제점이 있다.
따라서, 완성차 업체 및 친환경 부품 제조사는 친환경차의 중량 감소 및 내부 공간의 확보를 위하여, 친환경 부품의 중량 및 부피를 줄이기 위한 기술을 개발하고 있으며, 구동 모터의 중량 및 부피를 줄이기 위하여 권선의 점적율을 극대화할 수 있는 헤어핀 권선 방식을 제안한 바 있다.
일반적으로, 모터의 출력은 고정자 코어에 권선되는 코일의 턴(turn) 수에 비례하는 것으로 알려져 있다. 그러나 코일의 턴 수를 늘리게 되면 필연적으로 고정자 코어나 모터의 사이즈가 커지게 되며, 이는 모터의 소형화를 곤란하게 한다. 따라서 모터의 사이즈를 늘리지 않고 모터의 출력을 향상시키기 위하여, 고정자 코어에 권선되는 코일의 점적율을 증가시키는 방안이 고려될 수 있다. 다시 말하면, 고정자 코어와 권선되는 코일 간의 사공간이나 각 코일 간의 사공간을 최소화시켜 코일의 점적율을 높이는 방안이 고려될 수 있다. 이와 같은 맥락에서, 최근에는 코일 권선에 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용하는 대신, 사각 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)을 사용하는 방안이 활발히 모색되고 있다. 각형 코일의 경우 단면 형태로 인해 환형 코일에 비해 사공간을 줄이고 점적율을 향상시킬 수 있게 된다.
각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있게 된다. 각형 코일의 경우 점적율을 극대화하기 위해 환형 코일에 비해 넓은 단면적으로 제작되며, 이로 인해, 강성이 증대되어 권선기 등의 사용이 어렵기 때문이다. 각형 코일의 코일 권선을 용이하게 하는 방법으로, 다수의 분리된 헤어핀을 고정자 코어에 각각 삽입 체결한 후, 각 헤어핀을 순차적으로 용접 접합시켜 코일 권선을 형성하는 방법이 제안된 바 있다. 상기와 같은 방법으로 코일 권선이 형성된 모터(이하, '헤어핀 권선모터'라 함.)는, 대략 U자 또는 V자 형태로 형성된 다수의 헤어핀을 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결한 후, 각 슬롯에 배치된 헤어핀 간을 순차적으로 용접 접합시킴으로써, 고정자 코어의 코일 권선을 형성하게 된다. 따라서 헤어핀 권선모터의 경우, 권선기로 인한 장치적 한계를 극복하고 각형 코일의 경우에도 비교적 용이하게 코일 권선 작업이 가능한 한편, 코일의 점적율을 높여 고출력 소형화된 모터의 구현을 가능하게 한다.
그러나 고정자 제조를 위해 헤어핀 간을 용접할 때, 헤어핀간의 밀착도가 떨어지고 움직임이 용이하여 용접부위에 대한 정확한 용접이 어렵고, 용접이후에도 용접부위가 쉽게 떨어지는 등의 코일의 신뢰성 문제가 제기된다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0029956(2017.03.16.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용접의 효율성 및 코일의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 견고한 용접을 이룰 수 있는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 고정자 제조방법은, 원주방향을 따라 배치되는 복수의 슬롯을 가지는 고정자 코어를 준비하고, 코일 권선을 형성하는 복수의 헤어핀들을 상기 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결하되, 상기 헤어핀들의 접속단부가 상기 고정자 코어의 상부방향으로 돌출되는 구조를 가지도록 하는 제1단계와; 원주방향을 따라 배치되는 복수의 제1삽입홀을 가지는 제1원판형 지그를 구비하여, 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부가 상기 제1삽입홀을 관통하도록 상기 제1원판형 지그를 배치하는 제2단계와; 원주방향을 따라 배치되며 상기 제1삽입홀과는 중첩되는 복수의 제2삽입홀을 가지고, 상기 제2삽입홀 각각에 수평방향으로 돌출되는 적어도 하나의 정렬돌기가 구비되는 제2원판형 지그를 구비하여, 상기 제1삽입홀을 관통한 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부가 상기 제2삽입홀을 관통하도록 상기 제2원판형 지그를 배치하는 제3단계와; 상기 제1원판형 지그와 상기 제2원판형 지그를 서로 반대방향으로 미세하게 회전시키면서 정렬하되, 상기 정렬돌기가 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부들 사이에 수평방향으로 삽입되도록 하여, 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부들 각각을 용접대상 접속단부와는 밀착시키고 용접비대상 접속단부와는 이격시켜 정렬 및 가압하는 제4단계와; 상기 복수의 헤어핀들 각각의 용접대상 접속단부들 간을 용접하는 제5단계를 구비한다.
상기 제4단계에서, 상기 제1원판형 지그와 상기 제2원판형 지그를 이용하여 상기 제1삽입홀의 내주면 일측에 상기 헤어핀들의 접속단부의 일측이 접촉되고, 상기 헤어핀들의 접속단부의 타측이 상기 정렬돌기에 인접되도록 하여 좌우방향 정렬을 수행하고, 용접 비대상 접속단부와는 이격되고 용접대상 접속단부와는 서로 밀착접촉되도록 되도록 상기 정렬돌기를 통해 가압하여 전후방향 정렬을 수행할 수 있다.
상기 제5단계에서 용접은 TIG용접 또는 레이저 용접이 수행될 수 있다.
상기 헤어핀은 U자형 또는 V자형구조로, 한 쌍의 레그부 및 헤드부를 구비하고, 상기 한 쌍의 레그부 각각은, 상기 고정자 코어의 슬롯에 수용되는 부분인 수용부와, 상기 고정자 코어의 슬롯 밖으로 노출되는 부분인 노출부와, 다른 헤어핀의 레그부와 접속되는 부분인 접속단부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 개의 원판형 지그를 이용하여 헤어핀을 전후좌우 정렬한 상태로 용접을 수행함에 따라, 용접 불량을 방지하고, 정확하고 견고한 용접을 수행하는 것이 가능하여, 코일 권선의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터에서의 고정자 코어를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터에서의 헤어핀을 도시한 것이고,
도 3은 도 1의 고정자 코어에 도 2의 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도이고,
도 4는 제1원판형 지그의 개략도이고,
도 5는 제2원판형 지그의 개략도이고,
도 6 내지 도 11은 고정자를 제조하는 과정을 순서대로 도시한 개략도들이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터에서의 고정자 코어를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 권선모터에서의 헤어핀을 도시한 것이다.
일반적으로 헤어핀 권선모터는 고정자와 회전자를 구비할 수 있고, 고정자 코어의 내측에는 회전자(rotor)가 배치되어 회전가능하도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(100)는 전체적으로 원형 고리 또는 링 형태로 형성될 수 있다.
상기 고정자 코어(100)는 복수개의 슬롯(110)을 구비할 수 있다. 복수개의 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 원주방향을 따라 방사형으로 배치되며, 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 내주에서 외주 측을 향해 연장 형성되는 구조 또는 각 슬롯(110)은 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 고정자 코어(100)의 내주측을 향한 각 슬롯(110)의 단부는, 코일 권선을 위해 개방되어 있을 수 있다.
고정자 코어(100)에 마련된 슬롯(110)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 필요에 따라, 고정자 코어(100)에는 둘레 방향을 따라 60개 또는 72개의 슬롯(110)이 형성될 수 있다.
상기 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)은 다층(multi-layer) 구조로 형성될 수 있다, 구체적으로, 각 슬롯(110)에는 고정자 코어(100)의 반경 방향을 따라 복수개의 층(112)이 마련될 수 있다. 도 1의 경우, 하나의 슬롯(110)에 6개의 층(112)이 형성된 경우를 예시하였으나, 각 슬롯(110)에 형성되는 층(112)의 개수는 모터출력, 권선설계방법 등에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 필요에 따라, 하나의 슬롯(110)에 마련된 층(112)의 개수는, 2개, 4개, 6개, 8개 등으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여, 하나의 슬롯(110)에 6개의 층(112)이 형성된 경우를 예시하여 설명하기로 하며, 고정자 코어(100)의 내주 측에 배치된 순으로, 각 층(112)을 구분하는 경우 제1층 내지 제6층(112a,112b,112c,112d,112e,112f)으로 구분하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 헤어핀(200)은 직선 형태로 마련될 수 있으며, 복수 개가 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결될 수 있다. 예를 들어, 한 슬롯에는 6개 또는 그 이상 또는 그 이하의 헤어핀(200)들이 삽입될 수 있는데, 이는 모터의 형태 및 스펙에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이해를 돕기 위해 본 실시예에서는 한 슬롯(110)에 6개의 헤어핀(200)이 삽입된 것을 기준으로 설명한다. 상기 헤어핀(200은 상기 슬롯(110)에 삽입되는 경우 고정자 코어(100)와의 절연을 위해 상기 슬롯(110)에 삽입된 절연지(미도시)에 수용되는 구조를 가지며, 본 발명에서는 슬롯(110)에 절연지가 삽입되어 있는 것으로 가정한다.
도 2의 (a)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되기 전의 형태를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 헤어핀(200)이 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 내로 삽입 체결되어 밴딩(bending)된 후의 형태를 도시한 것이다.
상기 헤어핀(200)은 전체적으로 U자형 또는 V자형으로 형성될 수 있다. 상기 헤어핀(200)은 복수개가 접합되어 코일 권선부를 이루게 되며, 이를 위해, 전기적 도전성이 있는 도체로 형성될 수 있다.
상기 헤어핀(200)은 한 쌍의 레그부(210) 및 헤드부(220)를 구비할 수 있으며, 한 쌍의 레그부(210)는 각각 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 삽입 체결되게 된다. 또한, 각각의 레그부(210)는 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 수용되며, 일부는 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 밖으로 노출되게 된다. 또한, 각 레그부(210)의 단부는 다른 헤어핀의 레그부와 접속되게 된다. 설명의 편의를 위하여, 각각의 레그부(210)에서 고정자 코어(100)의 슬롯(110)에 수용되는 부분을 수용부(211)로 지칭하고, 고정자 코어(100)의 슬롯(110) 밖으로 노출되는 부분을 노출부(212)로 지칭하며, 다른 헤어핀의 레그부와 접속되는 부분을 접속단부(213)로 지칭하기로 한다.
상기 헤어핀(200)은 대략 사각 형태의 단면을 가지는 각형 코일(flat coil)로 형성될 수 있다. 상기와 같은 각형 코일은 슬롯(110) 내 코일의 점적율을 높여 모터 출력을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 고정자 코어에 도 2의 헤어핀이 체결된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤어핀 권선모터는 상기 도 1에서 설명한 고정자 코어(100)에 상기 도 2에서 설명한 헤어핀을 복수개 체결하여 코일 권선부를 형성하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 헤어핀(200)은 양쪽 레그부(210)가 각각 고정자 코어(100)에 형성된 슬롯(110)으로 삽입 체결될 수 있다. 이때, 헤어핀(200)의 양쪽 레그부(210)는 소정 슬롯 이격되도록 체결될 수 있다. 예를 들면, 헤어핀(200)의 한 쪽 레그부(210)가 첫번째 슬롯으로 체결되면, 다른 쪽 레그부(210)는 상기 첫번째 슬롯에서 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 일정개수(예를 들면 6개)의 슬롯만큼 이격된 슬롯(예를 들면 7번째 슬롯)으로 체결될 수 있다. 여기서 이격된 슬롯 개수는 권선설계방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 헤어핀(200)은 체결되는 경우 각 레그부(210)는 각 슬롯(110)에 하나의 층(112)을 채우게 된다. 구체적으로, 각 슬롯(110)의 각 층(112)에는 각각 레그부(210)가 삽입 체결되게 됨에 따라, 제1층 내지 제6층(112a,112b,112c,112d,112e,112f)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 된다. 결국 하나의 슬롯(110)에는 반경 방향을 따라 6개의 레그부(210)가 배치될 수 있다.
그리고, 상기 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 각 슬롯(110) 내에서 서로 다른 층(112)에 삽입 체결될 수 있다. 예를 들어, 일측 레그부(210)가 첫번째 슬롯의 제 1 층(112a)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 7번째 슬롯의 제2층(112b)에 체결될 수 있다. 또는 일측 레그부(210)가 첫번째 슬롯의 제 3 층(112c)에 체결되면, 타측 레그부(210)는 7번 슬롯의 제 4 층(112d)에 체결될 수 있다. 복수개의 헤어핀(200)은 통상의 기술자에게 알려진 다양한 권선설계방법에 따라 상기와 같은 방식으로 각 슬롯(110) 내 각 층(112)에 채워지게 된다.
한편, 상기와 같이 고정자 코어(100)의 각 슬롯(110)에 복수개의 헤어핀(200)이 체결되면, 각 헤어핀(200)은 슬롯(110) 밖으로 노출된 노출부(212)가 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 벤딩 또는 트위스팅 가공되게 된다. 이때, 각 헤어핀(200)의 레그부(210) 또는 노출부(212)가 벤딩되는 방향이나 정도는 권선설계방법에 따라 변경될 수 있다. 예를들어, 각 헤어핀(200)의 노출부(212)는 고정자 코어(100)의 둘레 방향으로 3개 슬롯만큼 벤딩될 수 있다. 또한, 각 헤어핀(200)에 구비된 한 쌍의 레그부(210)는 서로 동일한 방향으로 벤딩되거나, 서로 반대방향으로 벤딩될 수 있다. 도 2의 (b)에서는 헤어핀(200)의 각 레그부(210)가 서로 반대 방향으로 벤딩된 경우를 예시한 바 있다.
권선설계방법 등에 따라 각 헤어핀(200)의 벤딩이 완료되면, 결과적으로 도 3과 같은 형태를 이루게 된다. 즉, 고정자 코어(100)의 일측으로는 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 고정자 코어(100)의 둘레(원주)를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 연속 배치되며, 반대측으로는 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형고리 또는 링 형태로 배치되게 된다. 설명의 편의를 위하여, 헤어핀(200)의 접속단부(213)가 배치된 쪽을 '상부측'으로 지칭하고, 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 배치된 쪽을 '하부측'으로 지칭하기로 한다.
상부측에서 헤어핀(200)의 접속단부(213)는 슬롯(110)에 형성된 층(112)의 개수에 따라 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 복수개 배치될 수 있다. 다시 말하면, 슬롯(110)에 형성된 제 1 내지 6 층(112)에는 각각 헤어핀(200)의 레그부(210)가 삽입 체결되게 되므로, 상부측에서는 접속단부(213)가 반경 방향으로 6개씩 배치된 형태를 이루게 된다. 설명의 편의를 위하여, 고정자 코어(100)의 내주측에 배치된 순으로, 각 접속단부(213)를 제 1 내지 6 접속단부(213a,213b,213c,213d,213e,213f)로 지칭한다.
헤어핀 권선모터의 경우, 상기와 같은 접속단부(213)를 접속시켜 서로 용접하여 코일 권선을 형성하게 된다. 예컨대, 제1 및 제2접속단부(213a, 213b)를 접속하고, 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d)를 접속시키고, 제5 및 제6접속단부(213e,213f)를 접속시켜 용접함에 의해 각각의 헤어핀(200)을 전기적으로 연결하고, 하나의 코일 권선부를 이루게 된다. 예를 들어, 제1 및 제2 접속단부(213a, 213b)와 제 3 및 제4 접속단부(213c, 213d) 사이에 절연지를 넣고, 제1 및 제2 접속단부(213a, 213b) 간 또는 제 3 및 제4 접속단부(213c, 213d) 간을 용접 접합하여 각 헤어핀(200) 간의 전기적연결이 이루어지게 된다.
한편 하부측에서는 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(100)의 둘레를 따라 원형 고리 또는 링 형태로 배치되게 된다. 또한, 각 헤어핀(200)의 헤드부(220)는 고정자 코어(100)의 반경 방향으로 복수개가 배치될 수 있다. 예컨대, 각 슬롯(110)이 제 1 내지 6 층(112)을 구비하는 경우, 각 헤어핀(200)의 헤드부(220)가 고정자 코어(110)의 반경 방향을 따라 3개씩 배치될 수 있다. 전술한 상부측의 경우 고정자 코어(110)의 반경 방향으로 6개의 접속단부(213)가 배치되는데 반해, 하부측에서는 3개의 헤드부(220)만이 배치되는 것은, 하나의 헤어핀(200)이 두 개의 레그부(210)와 하나의 헤드부(220)로 형성되기 때문이다.
상술한 상부측의 접속단부(213) 간을 용접하는 경우, 종래의 경우에는 별도의 장비가 없다보니 접속단부가 고정되지 않아 용접이 불편하고 정확한 용접이 불가능하여, 용접 불량 등의 문제점이 발생되었다.
본 발명에서는 제1원판형 지그 및 제2원판형 지그를 구비하여 정렬함에 의해 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고 있다.
도 4는 제1원판형 지그의 개략도이고, 도 5는 제2원판형 지그의 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1원판형 지그(310)는 원판구조를 가지며, 원주방향을 따라 배치되는 복수의 제1삽입홀(312)을 구비한다. 상기 복수의 제1삽입홀(312)은 각각은 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 배치되는 복수의 접속단부(213)들 모두가 삽입될 수 있는 사이즈를 가지게 된다. 도 3을 기준으로 하면, 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 6개의 접속단부(213)들이 배치되므로, 상기 제1삽입홀(312)은 6개의 접속단부(213)들 모두가 삽입될 수 있는 사이즈를 가지게 된다. 이외에 필요에 따라, 중심을 맞추기 위한 홀이나 손잡이(314) 등이 구비될 수 있으며, 상기 고정자(100)와의 안착을 위한 기준핀이 삽입되기 위한 홈 등이 구비될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2원판형 지그(320)는 원주방향을 따라 배치되며 상기 제1삽입홀(312)과는 중첩되는 복수의 제2삽입홀(322)을 가진다. 상기 복수의 제2삽입홀(322) 각각은 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 배치되는 복수의 접속단부(213) 모두가 삽입될 수 있는 사이즈를 가지게 된다. 도 3을 기준으로 하면, 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 6개의 접속단부(213)들이 배치되므로, 상기 제2삽입홀(322)은 6개의 접속단부(213)들 모두가 삽입될 수 있는 사이즈를 가지게 된다.
상기 제2삽입홀(322)에는 상기 제1삽입홀(312)과 달리 적어도 하나의 정렬돌기(325)가 구비된다. 상기 적어도 하나의 정렬돌기(325)는 상기 제2삽입홀(322) 각각에 수평방향으로 돌출되어 형성된다.
상기 정렬돌기(325)는 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부(213)들 사이에 수평방향으로 삽입되는 구조를 가지며, 상기 복수의 헤어핀(200)들의 접속단부(213)들 각각을 용접대상 접속단부(213)와는 밀착시키고 용접비대상 접속단부(213)와는 이격시켜 정렬 및 가압하는 역할을 수행하게 된다.
여기서, 어느 하나의 접속단부를 기준으로 서로 용접되기 위해 접속되는 접속단부를 용접대상 접속단부로 지칭하고 서로 이격되어 용접되지 않는 접속단부는 용접 비대상 접속단부로 지칭하기로 한다. 예를 들어, 도 3에서 제2접속단부(213b)를 기준으로 할때, 제2접속단부(213b)의 용접대상 접속단부는 제1접속단부(213a)이고 용접비대상 접속단부는 제3접속단부(213c)가 된다.
도 3에서 제1 및 제2접속단부(213a, 213b)를 접속하고, 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d)를 접속시키고, 제5 및 제6접속단부(213e,213f)를 접속시켜 용접함에 의해 코일 권선을 형성하는 경우, 상기 정렬돌기(325)는 제2접속단부(213b)와 제3접속단부(213c) 사이, 제4접속단부(213d)와 제5접속단부(213e) 사이에 삽입되어, 상기 제1 및 제2접속단부(213a,213b), 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d), 제5 및 제6접속단부(213e,213f) 등은 서로 접촉시켜 밀착되도록 가압하고, 제2접속단부(213b)와 제3접속단부(213c), 제4접속단부(213d)와 제5접속단부(213e)는 이격되도록 하여 정렬하게 된다.
상기 제2원판형 지그(320)는 이외에 필요에 따라, 중심을 맞추기 위한 홀이나 손잡이(324) 등이 구비될 수 있으며, 상기 고정자(100)와의 안착을 위한 기준핀이 삽입되기 위한 홈 등이 구비될 수 있다.
이하 상기 제1원판형 지그(310) 및 상기 제2원판형 지그(320)를 이용하여 고정자를 제조하는 과정을 도 6 내지 도 11을 통해 설명하면 다음과 같다.
우선 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 헤어핀(200)들이 각 슬롯(110)에 삽입체결된 고정자 코어(100)를 준비한다. 이때 상기 헤어핀(200)들의 접속단부(213)는 상기 고정자 코어(100)의 상부방향으로 돌출되는 구조를 가지게 된다. 상기 고정자 코어(100)에 헤어핀(200)을 삽입 체결하는 과정은 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바 있다. 그리고, 상기 고정자 코어(100)는 용접을 위한 별도의 지그(예를 들면, DD모터의 지그)에 안착되는 구조를 가질 수도 있다.
이후 상기 복수의 헤어핀(200)들의 접속단부(213)가 상기 제1원판형 지그(310)의 제1삽입홀(312)을 관통하도록, 상기 제1원판형지그(310)를 상기 고정자 코어(100)의 상부측에 안착시킨다. 이때, 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 인접 배치되는 복수의 접속단부(213)들 모두는 하나의 제1삽입홀(312)에 삽입되는 구조를 가지게 된다. 본 발명에서는 반경방향으로 인접배치되는 6개의 접속단부(213)들이 하나의 제1삽입홀(312)에 삽입되는 구조를 가지게 된다.
이후 제1원판형 지그(310) 위에 상기 제2원판형 지그(320)를 안착시킨다. 상기 제2원판형 지그(320) 또한 상기 복수의 헤어핀(200)들의 접속단부(213)가 상기 상기 제2삽입홀(322)을 관통하도록, 상기 제1원판형지그(310) 상에 안착시킨다. 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 인접 배치되는 복수의 접속단부(213)들 모두는 하나의 제2삽입홀(322)에 삽입되는 구조를 가지게 된다. 본 발명에서는 반경방향으로 인접배치되는 6개의 접속단부(213)들이 하나의 제2삽입홀(322)에 삽입되는 구조를 가지게 된다.
이 경우 도 7에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(100)의 상부측에 상기 제1원판형 지그(310) 및 상기 제2원판형 지그(320)이 안착됨에 따라, 제1삽입홀(312)과 상기 제2삽입홀(322)이 중첩된 상태를 가지며, 서로 공통되는 삽입홀 부분을 통해 상기 고정자 코어(110)의 반경방향으로 인접 배치되는 복수의 접속단부(213)들 모두가 돌출되는 구조를 가지게 된다.
이 상태에서 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1원판형 지그(310) 및 상기 제2원판형 지그(320)를 서로 반대방향으로 미세하게 회전시켜, 상기 복수의 접속단부(213)들을 전후좌우로 정렬한다. 필요에 따라, 상기 제1원판형 지그(310) 및 상기 제2원판형 지그(320)는 일체형이 아니라 분리 및 결합이 가능한 분할 구조로 구비될 수 있으며, 이 경우는 접속단부(213)들의 정렬상태가 아주 불량한 경우에 이를 개선하기 위해 사용될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 상기 제1원판형 지그(310)와 상기 제2원판형 지그(320)가 안착된 상태에서 상기 제1삽입홀(312)과 상기 제2삽입홀(322)이 중첩된 상태를 가지게되는데, 이 상태에서 접속단부(213)들을 정렬하는 과정을 도시한 것이다.
도 8은 상기 제1원판형 지그(310)와 상기 제2원판형 지그(320)가 안착된 상태로, 이 상태는 상기 제1삽입홀(312)과 상기 제2삽입홀(322)에 상기 접속단부(213)가 삽입된 상태이고, 정렬이 되어 있지 않은 상태이다. 즉 용접대상 접속단부나 용접비대상 접속단부의 구분없이 서로 이격된 상태를 가지고 있다.
이 상태에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1삽입홀(312)을 시계반대방향(도면상에서 우측)으로 미세하게 회전시키고, 상기 제2삽입홀(322)을 시계방향(도면상에서 좌측)으로 미세하게 조금씩 회전시키면서 접속단부(213)들을 정렬시키게 된다.
이 경우 상기 제1삽입홀(312)의 내주면 일측(좌측)에 상기 헤어핀(200)들의 접속단부(213)의 일측이 접촉되고, 상기 헤어핀(200)들의 접속단부(213)의 타측이 상기 정렬돌기(325)를 바라보면서 인접되도록 하여 좌우방향 정렬을 수행한다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 용접 비대상 접속단부와는 이격되고 용접대상 접속단부와는 서로 밀착접촉되도록 되도록 상기 정렬돌기(325)를 통해 가압하여 전후방향 정렬을 수행하게 된다. 여기서 제2접속단부(213b)를 기준으로 할때, 제2접속단부(213b)의 용접대상 접속단부는 제1접속단부(213a)이고 용접비대상 접속단부는 제3접속단부(213c)가 된다. 즉 제1 및 제2접속단부(213a, 213b)를 접속하고, 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d)를 접속시키고, 제5 및 제6접속단부(213e,213f)를 접속시켜 용접함에 의해 코일 권선을 형성하는 경우, 상기 정렬돌기(325)는 제2접속단부(213b)와 제3접속단부(213c) 사이, 제4접속단부(213d)와 제5접속단부(213e) 사이에 삽입되어, 상기 제1 및 제2접속단부(213a,213b), 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d), 제5 및 제6접속단부(213e,213f) 등은 서로 접촉시켜 밀착되도록 가압하고, 제2접속단부(213b)와 제3접속단부(213c), 제4접속단부(213d)와 제5접속단부(213e)는 이격되도록 하여 전후방향 정렬을 수행하게 된다.
도 8 및 도 9의 경우에는 전후 방향 정렬이 수행되지 않기 때문에 용접대상 접속단부(예를 들면, 제1 및 제2접속단부(213a,213b), 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d), 제5 및 제6접속단부(213e,213f))는 서로 이격된 상태를 가지고 있고, 이 상태에서 용접이 진행되는 경우, 정확한 용접을 기대하기 어렵게 된다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 좌우 방향 정렬이 수행되고, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2접속단부(213b)와 제3접속단부(213c) 사이, 제4접속단부(213d)와 제5접속단부(213e) 사이에 상기 정렬돌기(325)가 삽입되어, 상기 제1 및 제2접속단부(213a,213b), 제3 및 제4 접속단부(213c, 213d), 제5 및 제6접속단부(213e,213f) 등은 서로 접촉시켜 밀착되도록 하여 전후 방향 정렬을 수행하고 가압한 상태에서 용접을 수행하게 되면 정확한 용접이 가능해지게 된다.
상기 복수의 헤어핀들 각각의 용접대상 접속단부들 간을 용접하게 되면 코일 권선이 형성되게 된다. 상기 접속단부(213)의 용접은 TIG용접 또는 레이저 용접방법이 적용될 수 있고, 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려진 용접방법이 사용될 수도 있다.
용접이 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1원판형지그(310) 및 상기 제2원판형 지그(320)를 제거한다. 도 11은 접속단부(213)간 용접이 완료되어 코일 권선이 형성된 상태를 도시한 것으로, 용접대상 접속단부들이 서로 밀착된 상태로 용접되어 정확하고 견고한 용접이 되었음을 알 수 있다.
이외에 고정자 제조에 있어 필요한 공정은 통상의 기술자에게 잘 알려진 공정으로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 두 개의 원판형 지그를 이용하여 헤어핀을 전후좌우 정렬한 상태로 용접을 수행함에 따라, 용접 불량을 방지하고, 정확하고 견고한 용접을 수행하는 것이 가능하여, 코일 권선의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
100 : 고정자 코어 110 : 슬롯
200 : 헤어핀 213 : 접속단부
310 : 제1원판형 지그 320 : 제2원판형지그
325 : 정렬돌기

Claims (4)

  1. 원주방향을 따라 배치되는 복수의 슬롯을 가지는 고정자 코어를 준비하고, 코일 권선을 형성하는 복수의 헤어핀들을 상기 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 체결하되, 상기 헤어핀들의 접속단부가 상기 고정자 코어의 상부방향으로 돌출되는 구조를 가지도록 하는 제1단계와;
    원주방향을 따라 배치되는 복수의 제1삽입홀을 가지는 제1원판형 지그를 구비하여, 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부가 상기 제1삽입홀을 관통하도록 상기 제1원판형 지그를 배치하는 제2단계와;
    원주방향을 따라 배치되며 상기 제1삽입홀과는 중첩되는 복수의 제2삽입홀을 가지고, 상기 제2삽입홀 각각에 수평방향으로 돌출되는 적어도 하나의 정렬돌기가 구비되는 제2원판형 지그를 구비하여, 상기 제1삽입홀을 관통한 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부가 상기 제2삽입홀을 관통하도록 상기 제2원판형 지그를 배치하는 제3단계와;
    상기 제1원판형 지그와 상기 제2원판형 지그를 서로 반대방향으로 미세하게 회전시키면서 정렬하되, 상기 정렬돌기가 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부들 사이에 수평방향으로 삽입되도록 하여, 상기 복수의 헤어핀들의 접속단부들 각각을 용접대상 접속단부와는 밀착시키고 용접비대상 접속단부와는 이격시켜 정렬 및 가압하는 제4단계와;
    상기 복수의 헤어핀들 각각의 용접대상 접속단부들 간을 용접하는 제5단계를 구비함을 특징으로 하는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제4단계에서,
    상기 제1원판형 지그와 상기 제2원판형 지그를 이용하여 상기 제1삽입홀의 내주면 일측에 상기 헤어핀들의 접속단부의 일측이 접촉되고, 상기 헤어핀들의 접속단부의 타측이 상기 정렬돌기에 인접되도록 하여 좌우방향 정렬을 수행하고,
    용접 비대상 접속단부와는 이격되고 용접대상 접속단부와는 서로 밀착접촉되도록 되도록 상기 정렬돌기를 통해 가압하여 전후방향 정렬을 수행함을 특징으로 하는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제5단계에서 용접은 TIG용접 또는 레이저 용접이 수행됨을 특징으로 하는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤어핀은 U자형 또는 V자형구조로, 한 쌍의 레그부 및 헤드부를 구비하고, 상기 한 쌍의 레그부 각각은, 상기 고정자 코어의 슬롯에 수용되는 부분인 수용부와, 상기 고정자 코어의 슬롯 밖으로 노출되는 부분인 노출부와, 다른 헤어핀의 레그부와 접속되는 부분인 접속단부를 구비함을 특징으로 하는 헤어핀 권선모터에서의 지그를 이용한 고정자 제조방법.
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