KR20200084221A - 헤어핀 제조방법 - Google Patents

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insulating
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성원정
이양수
신호준
김경환
박경재
안준호
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Abstract

본 발명은, 헤어핀의 밴딩부에 절연액으로 추가적인 코팅을 함으로써, 헤어핀의 밴딩과정에서 밴딩부의 손상된 피막을 보완하여, 헤어핀의 절연성능이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

헤어핀 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING HAIRPIN}
본 발명은 헤어핀 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연성능이 향상되게 하는 헤어핀 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 온실가스 저감 규제 시행과 자동차의 연비 향상에 대한 국제적인 요구에 맞춰, 자동차 산업 분야에서는 친환경 자동차 관련 부품의 연구 개발 및 실용화가 활발히 진행되고 있다.
친환경 자동차 관련 부품의 일종으로 전기 모터를 이용하여 구동력을 발휘하는 기술이 개발 중이며, 특히 이를 위해서는 모터의 작동 효율을 비롯하여 모터의 생산성 기술도 요구된다.
완성차 업체 및 친환경 부품 제조사는 친환경차의 중량 감소 및 내부 공간의 확보를 위하여, 친환경 부품의 중량 및 부피를 줄이기 위한 기술 개발의 일환으로 헤어핀을 구동 모터에 적용하고 있다.
헤어핀 적용 구동 모터는 일반적인 코일 또는 환선을 스테이터 코어에 권선하지 않고, 미리 스테이터 코어의 슬롯에 끼워질 수 있도록 성형되어 있고, 기존의 환선을 이용한 권선 방식 대비 헤어핀 권선은 낱개의 헤어핀 컨덕터 또는 헤어핀 코일을 스테이터 코어의 슬롯에 끼운 후 용접하여 구동 모터의 스테이터, 즉 고정자를 구성하게 된다.
상기와 같은 종래의 모터에 구비되는 헤어핀은, 코일 코팅, 코일 절단, 밴딩(Bending) 등의 성형과정을 거친 다음, 헤어핀에 코팅된 피막 일부를 탈피하여 헤어핀의 용접부를 구성하고, 챔퍼 가공하여 헤어핀을 완성하는 과정으로 진행된다.
이러한 헤어핀과 관련하여, 도 1에는 종래의 헤어핀을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 헤어핀(10)은, 헤어핀(10)의 U 밴딩(Bending) 공정시 절연코팅된 피막이 손상되는 밴딩부위에 대한 추가적인 가공공정이 없어, 밴딩부위의 피막 사이에 형성된 파손부위로 인해 헤어핀(10)의 절연성능이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 헤어핀(10)을 스테이터 코어(미도시)의 슬롯(미도시)에 끼워넣게 되면, 헤어핀(10)에 형성된 밴딩부위가 상호 교차되도록 위치하기 때문에, 밴딩부위의 피막 사이에 형성된 파손부위로 인해 도체간 이격거리가 충분히 확보되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 도체간 이격거리가 충분히 확보되지 못하기 때문에, 부분방전 개시전압이 낮아져 헤어핀(10)의 상간 인접부 중 낮은 전압의 상에서 부분방전이 쉽게 일어나는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절연성능이 향상되게 하는 헤어핀 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 헤어핀의 밴딩부를 절연액으로 코팅하여 헤어핀의 절연성능이 향상되게 하는 헤어핀 제조방법을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 권선을 절단하는 단계; 상기 권선을 밴딩부가 구비된 헤어핀으로 성형하는 단계; 및 상기 밴딩부를 절연액이 담긴 피복조에 넣어 코팅하는 단계를 포함하는 헤어핀 제조방법을 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 피복조에 담긴 상기 절연액의 높이는, 상기 밴딩부가 상기 절연액에 담겨졌을 때, 상기 밴딩부 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피복조에 담긴 상기 절연액의 높이는, 스테이터 코어의 축 방향으로의 엔드코일 길이 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연액은 연질 합성수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 권선은 마그넷 와이어인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연질 합성수지는, 에폭시 수지, 테프론 수지, 플루오로 수지, 폴리 에틸렌 수지, 폴리 프로필렌 수지, 나일론 수지 및 염화비닐 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명인 헤어핀 제조방법은, 헤어핀의 밴딩부에 절연액으로 추가적인 코팅을 함으로써, 헤어핀의 밴딩과정에서 발생된 밴딩부의 손상된 피막을 보완하여, 헤어핀의 절연성능이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 헤어핀의 밴딩부에 추가적으로 코팅을 하기 때문에, 밴딩부의 피막의 두께가 두꺼워져, 헤어핀 간의 이격거리가 확보됨으로써, 부분방전 개시전압이 낮아지는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 피복조에 담긴 절연액의 높이가 밴딩부 이상이 되도록 함으로써, 밴딩부 전체가 절연액으로 충분히 코팅되게 하는 효과가 있다.
또한, 피복조에 담긴 절연액의 높이가 엔드코일의 길이 이하가 되도록 함으로써, 헤어핀에 추가적인 피막을 입혀 피막의 두께가 두꺼워지더라도 헤어핀이 스테이터 코어의 슬롯에 끼워질 때, 피막의 두께로 인해 결합이 방해받는 것을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 모터에 구비되는 헤어핀을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 구비되는 모터를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 끼워진 상태의 스테이터를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 끼워진 상태의 스테이터를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그넷 와이어가 절단된 상태를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5의 마그넷 와이어가 헤어핀으로 성형된 상태를 나타내는 사시도.
도 7은 도 6의 헤어핀이 절연액에 담궈져 코팅되는 상태를 나타내는 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀의 제조과정을 나타내는 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 헤어핀이 구비되는 모터를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 구비되는 모터를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 끼워진 상태의 스테이터를 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀이 끼워진 상태의 스테이터를 나타내는 측면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀(230)이 구비되는 모터(100)는, 하우징(110), 스테이터(200), 로터(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(110)은, 상기 스테이터(210)와, 상기 로터를 수납하기 위한 수납공간을 제공할 수 있고, 열전도성이 우수한 알루미늄 등으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(110)에는 하우징 커버(120)가 결합될 수 있다.
상기 하우징 커버(120)는, 하면이 개구된 원통형상으로 형성되고, 하면이 상기 하우징(110)의 개구된 상면과 결합될 수 있다.
상기 스테이터(200)는, 상기 하우징(110)의 내주면에 구비되고, 자계가 형성될 수 있다.
상기 스테이터(200)는, 스테이터 코어(210)와 코일(230)을 포함할 수 있다.
상기 스테이터 코어(210)는, 상기 하우징(110)의 내주면에 구비되고, 평면상으로 보았을 때, "H"자 형상을 갖도록 구성되며, 얇은 두께를 갖는 "H"자 형상의 철편들이 복수개 적층되어 형성될 수 있다.
상기 코일(230)은, 상기 헤어핀(230)이 상기 스테어터 코어(210)에 형성된 슬롯(211)에 끼워져 형성될 수 있다.
상기 로터는, 상기 스테이터(200)의 중심부에 위치하고, 상기 스테이터(200)에 형성된 자계와 상호작용하면서 회전될 수 있다.
한편, 상기 스테이터 코어(210)에는 다수개의 슬롯(211)이 형성될 수 있다.
상기 슬롯(211)은, 상기 스테이터 코어(210)에 방사상으로 형성되고, 후술할 다수개의 헤어핀(230)이 교차되게 끼워지며, 상기 헤어핀(230)이 상기 슬롯(211)에 끼워지면, 상기 헤어핀(230)의 양측은 상기 스테이터(200)의 양측에 돌출되어 엔드코일(250)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 헤어핀(230)은 권선(220)이 동일하거나 서로 다른 크기로 절단되어 U 밴딩(Bending) 성형과정을 거쳐 제조되는데, 위상을 갖도록 상기 스테이터 코어(210)의 상기 슬롯(211)에 축 방향으로 삽입될 수 있고, 상기 스테이터 코어(210)의 외부로 돌출된 상기 헤어핀(230)의 엔드는 서로 결선된 다음 용접을 통해 상호 연결될 수 있다.
여기서, 상기 헤어핀(230)에는 U 밴딩 성형과정에서 굴곡진 밴딩부(231)가 형성되는데, 상기 슬롯(211)에 다수개의 상기 헤어핀(230)이 교차되게 끼워지면, 상기 밴딩부(231)가 상호 인접하게 위치하게 된다.
종래의 경우, 상기 밴딩부(231)는 상기 헤어핀(230)의 U 밴딩 성형과정에서, 절연피막이 파손되어 파손부위, 즉 크랙(Crack)이 발생하게 되고, 이로 인해 상기 헤어핀(230)의 절연성능이 저하되고, 부분방전 개시전압이 낮아져 낮은 전압에도 부분방전이 발생하였다.
이러한 부분방전 개시전압은, 상기 헤어핀(230)의 성형과정과, 차량의 주행과정을 통해 주로 낮아지는데, 상기 헤어핀(230)과 같은 코일의 성형 가공시에 밴딩과 프레스 공정등을 거치면서 종래대비 약 35% 정도의 부분방전 개시전압의 낮아짐이 발생하게 된다.
하지만, 본 발명은 부분방전 개시전압이 낮아지게 하는 주 원인이 되는 U 밴딩 성형과정에서 파손부위가 발생된 상기 밴딩부(231)를 합성수지등의 절연액(310)으로 추가적으로 코팅함으로써, 상기 헤어핀(230)의 성형과정에서 발생된 파손부위를 보완하여 절연성능이 저하되는 것을 방지하고, 낮은 전압에서 부분방전이 발생하는 것을 방지한다.
본 실시예에서는, 상기 밴딩부(231)를 합성수지등의 절연액(310)으로 코팅하여 절연성능을 향상시키는 구성을 예시하고 있지만. 이는 일 예시이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 다수개의 상기 헤어핀(230)이 상기 슬롯(211)에 끼워졌을 때, 상호 인접하게 위치하는 상기 밴딩부(231) 사이에 절연체(미도시)를 끼워넣어 추가적으로 상기 헤어핀(230)의 절연성능이 향성되게 할 수 있고, 코팅으로 형성된 피막의 두께를 조절하여 상기 헤어핀(230)의 절연성능을 조절할 수도 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 제조과정을 상세히 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 보빈 등에 감겨진 권선(220)을 풀어 미리 정한 길이로 절단한다(S101).
여기서, 상기 권선(220)은 마그넷 와이어로 형성될 수 있다.
상기 권선(220)은 단면형상이 각형으로 형성될 수 있고, 상기 권선(220)의 단면이 각형으로 형성되게 함으로써, 상기 권선(220)의 점적률(SPACE FACTOR)을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 권선(220)의 단면이 각형으로 형성되는 구성을 예시하고 있지만, 이는 일 예시이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 권선(220)의 단면이 원형으로 형성될 수 있고, 상기 권선(220)의 직경을 조절하여 점적률을 조절할 수도 있다.
또한, 상기 권선(220)을 구성하는 구리나 알루미늄에 코팅되는 피막의 두께를 얇게 하여 점적률을 조절할 수도 있다.
이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 권선(220)을 지그 금형을 이용하여 U 밴딩 성형을 하고, U 밴딩 성형과정을 거쳐 상기 스테이터 코어(210)의 상기 슬롯(211)에 끼워질 수 있는 상기 헤어핀(230)으로 성형한다(S103).
여기서, 상기 권선(220)이 U 밴딩 성형과정을 거치게 되면, 상기 헤어핀(230)에 굴곡진 밴딩부(231)가 형성되게 되는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 헤어핀(230)에 형성된 상기 밴딩부(231)를 절연액(310)이 담긴 상기 피복조(300)에 넣어 추가적으로 코팅한다(S105).
상기 밴딩부(231)는 상기 권선(220)을 상기 헤어핀(230)으로 성형하는 과정에서 절연피막이 파손되는 파손부위가 발생하게 되고, 파손부위의 절연성능이 저하되지만, 상기 밴딩부(231)를 절연액(310)으로 재차 코팅하여 파손부위가 정상회도록 보완한다.
여기서, 상기 헤어핀(230)의 상기 밴딩부(231)는 딥 코팅(Dip Coating)법을 통해 코팅될 수 있는데, 딥 코팅법은 절연액(310)에 상기 밴딩부(231)를 넣었다 빼는 방법으로 코팅하는 방법을 의미한다.
아울러, 상기 절연액(310)은 합성수지로 형성될 수 있고, 특히 연질 합성수지로 형성될 수 있다.
상기 연질 합성수지는, 에폭시 수지(Epoxy resin), 테프론 수지(Teflon resin), 플루오로 수지(Fluoro resin), 폴리 에틸렌 수지(Polyethylene resin), 폴리 프로필렌 수지(Polypropylene resin), 나일론 수지(Nylon resin), PVC 수지(Polyvinyl chloride resin) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
한편, 상기 피복조(300) 내에서의 절연액(310)의 높이(L2)는 상기 밴딩부(231)의 길이(L1) 이상이 되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 밴딩부(231)가 상기 피복조(300)에 차 있는 상기 절연액(310)에 담궈졌을 때, 상기 밴딩부(231)의 길이(L1)가 상기 피복조(300) 내에서의 상기 절연액(310)의 높이(L2) 이상이 되게 되면, 상기 밴딩부(231) 중 상기 절연액(310)을 통해 추가적으로 코팅되지 않은 부분이 존재하게 되고, 코팅되지 않은 부분에 피막의 파손부위가 존재하게 되면, 상기 헤어핀(230)의 절연성능을 향상시키지 못하게 된다.
이와 반대로, 상기 밴딩부(231)의 길이(L1)가 상기 피복조(300)내에서의 상기 절연액(310)의 높이 이하가 되면, 상기 밴딩부(231)가 상기 절연액(310)에 담궈졌을 때, 상기 밴딩부(231) 전체가 상기 절연액(310)에 담궈지게 되어, 상기 밴딩부(231) 전체가 상기 절연액(310)을 통해 충분히 코팅될 수 있게 되고, 이를 통해 상기 헤어핀(230)의 절연성능을 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 상기 절연액(310)의 높이(L2)는 상기 엔드코일(250)의 길이(L3) 이하로 형성될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 다수개의 상기 헤어핀(230)이 상기 스테이터 코어(210)에 형성된 상기 슬롯(211)에 끼워지면, 상기 헤어핀(230)의 일부는 상기 스테이터 코어(210)로부터 외부로 돌출된 상태로 위치하면서 상기 엔드코일(250)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 헤어핀(230) 중 굴곡진 상기 밴딩부(231)가 상기 엔드코일(250)의 일부를 이룬다.
여기서, 만일, 상기 절연액(310)의 높이(L2)가 상기 엔드코일(250)의 길이(L3)보다 길게 형성된다면, 상기 헤어핀(230)은 상기 절연액(310)을 통해 상기 밴딩부(231)와 다른 일부분이 코팅되고, 상기 절연액(310)을 통해 코팅된 상기 헤어핀(230)의 코팅부위(L4)의 길이는 상기 엔드코일(250)의 길이(L3)보다 길어지게 된다.
따라서, 상기 헤어핀(230)이 상기 스테이터 코어(210)에 형성된 상기 슬롯(211)에 끼워지게 되면, 상기 코팅부위(L4) 중 상기 밴딩부(231)는 상기 엔드코일(250)을 형성하도록 상기 스테이터 코어(210)의 외부로 돌출되고, 코팅된 다른 일부분은 상기 슬롯(211)의 내부에 끼워지게 된다.
이때, 상기 슬롯(211)에 끼워지는 상기 코팅부위(L4)는 피막의 두께가 두꺼운 상태로 존재하기 때문에, 상기 슬롯(211)에 끼워지기가 어렵게 되고, 이로 인해 상기 헤어핀(230)이 상기 슬롯(211)에 끼워지거나 상기 슬롯(211)으로부터 분리하기가 어렵게 된다.
이와 반대로, 상기 절연액(310)의 높이(L2)가 상기 엔드코일(250의 길이(L3)이하로 형성된다면, 상기 절연액(310)을 통해 코팅된 상기 코팅부위(L4)는 상기 엔드코일(250)의 길이(L3)보다 짧아지게 된다.
이때, 상기 헤어핀(230)이 상기 스테이터 코어(210)에 형성된 상기 슬롯(211)에 끼워지면, 상기 코팅부위(L4)는 전체가 상기 스테이터 코어(210)의 외부로 노출되어 상기 엔드코일(250)을 형성하게 되고, 상기 슬롯(211)에 끼워지는 상기 코팅부위(L4)는 존재하기 않게 된다.
따라서, 상기 헤어핀(230)이 상기 슬롯(211)에 끼워질 때 상기 코팅부위(L4)의 두꺼운 절연피막으로 인해 상기 슬롯(211)으로의 결합이 방해받지 않게 되고, 이를 통해 상기 헤어핀(230)이 상기 슬롯(211)에 끼워지거나 상기 슬롯(211)으로부터 분리되는 것이 용이해지게 된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제조되는 본 발명의 경우, 헤어핀(230)의 밴딩부(231)에 합성수지등의 절연액(310)으로 추가적인 코팅을 함으로써, 헤어핀(230)의 성형시 밴딩과정에서 손상된 피막을 보완하여 헤어핀(230)의 절연성능이 저하되는 것을 방지한다.
또한, 헤어핀(230)이 슬롯(211)에 결합될 때, 상호 교차되는 지점인 밴딩부(231)에 추가적인 절연코팅을 하기 때문에, 상간 절연이 필요한 교차지점에서의 절연성능이 크게 향상되게 한다.
또한, 헤어핀(230)의 밴딩부(231)에 절연액(310)으로 추가적인 코팅을 하기 때문에, 밴딩부(231)의 피막의 두께가 두꺼워져, 헤어핀(230)이 스테이터(200)의 슬롯(211)에 끼워졌을 때, 상호 인접하게 위치하는 헤어핀(230) 간의 이격거리가 충분히 확보됨으로써, 부분방전 개시전압이 저하되는 것을 방지한다.
또한, 피복조(300)에 담긴 절연액(310)의 높이(L2)가 밴딩부(231)가 절연액(310)에 담궈졌을 때, 밴딩부(231) 이상이 되도록 함으로써, 밴딩부(231) 전체가 절연액(310)으로 충분히 코팅되게 한다.
또한, 피복조(300)에 담긴 절연액(310)의 높이(L2)가 엔드코일의 길이(L3) 이하가 되도록 함으로써, 헤어핀(230)에 추가적인 코팅을 하여 피막의 두께가 두꺼워지더라도, 헤어핀(230)이 스테이터(200)의 슬롯(211)에 끼워졌을 때, 추가적으로 코팅된 코팅부위(L4)가 스테이터(200)의 외부로 모두 노출되게 함으로써, 코팅부위(L4)가 슬롯(211)에 끼워지지 않게 하여, 코팅부위(L4)의 두꺼워진 피막으로 인해 헤어핀(230)이 슬롯(211)에 결합되는 것이 방해받는 것을 방지한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 헤어핀 100: 모터
110: 하우징 120: 하우징 커버
200: 스테이터 210: 스테이터 코어
211: 슬롯 220: 권선
230: 헤어핀 231: 밴딩부
250: 엔드코일 300: 피복조
310: 절연액 L1: 밴딩부의 길이
L2: 절연액의 높이 L3: 엔드코일 길이
L4: 코팅부위

Claims (6)

  1. 권선을 절단하는 단계;
    상기 권선을 밴딩부가 구비된 헤어핀으로 성형하는 단계; 및
    상기 밴딩부를 절연액이 담긴 피복조에 넣어 코팅하는 단계를 포함하는 헤어핀 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피복조에 담긴 상기 절연액의 높이는, 상기 밴딩부가 상기 절연액에 담겨졌을 때, 상기 밴딩부 이상인 것을 특징으로 하는 헤어핀 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피복조에 담긴 상기 절연액의 높이는, 스테이터 코어의 축 방향으로의 엔드코일 길이 이하인 것을 특징으로 하는 헤어핀 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연액은 연질 합성수지인 것을 특징으로 하는 헤어핀 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 권선은 마그넷 와이어인 것을 특징으로 하는 헤어핀 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 연질 합성수지는,
    에폭시 수지, 테프론 수지, 플루오로 수지, 폴리 에틸렌 수지, 폴리 프로필렌 수지, 나일론 수지 및 염화비닐 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 헤어핀 제조방법.
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