KR20230057080A - 고정자 코일의 지그 장치 - Google Patents

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KR20230057080A
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stator
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지영배
박원하
이영국
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(주)글로벌엔지니어링
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Abstract

본 발명의 실시예는 헤어핀 타입의 고정자 코일을 성형하기 위한 다수의 공정에서 헤어핀 단부들을 안정적으로 지지할 수 있는 고정자 코일의 지그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자 코어의 슬롯에 삽입되어 상기 슬롯의 상단으로 돌출된 복수의 헤어핀 단부들을 지지하기 위한 고정자 코일의 지그 장치로서, 상기 고정자 코어의 상단 테두리에 구비되어, 상기 복수의 헤어핀 단부들을 지지하는 복수의 커프 지그; 및 상기 복수의 커프 지그들의 테두리에 구비되어, 상기 복수의 커프 지그들을 상기 고정자 코어의 상면에 고정시키는 링 지그;를 포함하는, 고정자 코일의 지그 장치가 제공된다.

Description

고정자 코일의 지그 장치 {JIG APPARATUS FOR STATOR COIL}
본 발명의 실시예는 헤어핀 타입의 고정자 코일을 성형하기 위한 다수의 공정에서 헤어핀 단부들을 안정적으로 지지할 수 있는 고정자 코일의 지그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 친환경 자동차로 불리우는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터에 의해 구동력을 발생시킬 수 있다.
전기 자동차는 전기모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행하거나 엔진과 구동모터를 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행한다.
전기 자동차의 동력원으로 이용되는 전기 모터는 대부분 영구자석형 동기모터(permanent magnet synchronous motor:PMSM)를 사용한다.
이와 같은 전기 자동차의 동력원으로 이용되는 영구자석형 동기모터로서의 전기 모터는 기본적으로 자속을 발생시키는 고정자와, 상기 고정자와 일정 공극을 두고 배치되고 영구 자석이 구비되는 회전 운동을 하는 회전자로 구성된다.
한편, 전기 모터의 출력은 고정자 코어에 권선되는 코일의 턴(turn) 수에 비례하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 코일의 턴 수를 늘리게 되면 필연적으로 고정자 코어나 이를 포함하는 전기 모터 자체의 사이즈가 커지게 되어 소형화가 곤란하다.
따라서, 전기 모터의 사이즈를 늘리지 않고 출력을 향상시키기 위하여 고정자 코어에 권선되는 코일의 점적율을 증가시킨다. 즉, 고정자 코어와 권선 코일 간의 사 공간(dead space)이나 각 코일 간의 사 공간을 최소화시켜 코일의 점적율을 높일 수 있다.
이에, 최근에는 코일 권선으로 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용하는 대신, 사각 단면 등 각형 코일(당 업계에서는 "세그먼트 코일"이라고 함)을 사용하여 사 공간을 줄이고 점적율을 향상시켜 동일한 사이즈 대비 출력이 높은 전기 모터를 생산하는 추세이다.
상기 각형 코일의 코일 권선 작업을 용이하게 하기 위하여 다수의 분리된 헤어핀 형태(대략 U자 또는 V자 형태)의 고정자 코일을 고정자 코어의 슬롯들에 인서팅하고, 상기 슬롯 내 반경 방향으로 인접한 고정자 코일들의 끝단을 용접하여 개별 고정자 코일이 전체 통전 가능하게 하는 방법이 제안되고 있다.
상기와 같이 전체 통전이 가능한 고정자 코일을 제조하기 위해서는 상기 고정자 코어의 슬롯에 복수의 헤어핀 형태의 고정자 코일을 인서팅한 후 상기 고정자 코일들의 단부들을 용접하기 전에, 상기 슬롯의 외측으로 돌출된 고정자 코일의 단부들을 정렬하는 공정과 고정자 코일이 단부들 간의 간격을 넓히는 공정 및 모터의 집적화와 소형화를 위한 트위스트 공정 등 다양한 공정을 수행한다.
이때, 상기 다양한 공정을 수행하면서 상기 고정자 코일의 단부들을 성형할 경우 상기 고정자 코일의 단부들은 상기 고정자 코어의 슬롯 상단에 인접한 부위에서 스트레스 등이 집중되어 코일이 변형되거나 코일의 절연을 위한 절연지가 손상되는 문제점이 있었다. 이로 인해, 고정자 코일의 작업성 저하 및 공정 불량 등을 유발하고 나아가 제품 불량을 초래하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2023012호 (2019.09.11.)
본 발명의 실시예는 헤어핀 타입의 고정자 코일을 성형하기 위한 다수의 공정에서 고정자 코어의 슬롯 외부로 돌출된 고정자 코일의 단부들을 균일하고 안정적으로 지지하여 고정자 코일의 변형 및 절연지 손상을 방지할 수 있는 고정자 코일의 지그 장치를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예는 고정자 코일을 안정적으로 지지한 상태로 다수의 공정을 수행함으로써 공정에서의 정확성 및 작업성을 향상시켜 제품 불량을 미연에 방지하고 생산성을 향상할 수 있는 고정자 코일의 지그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자 코어의 슬롯에 삽입되어 상기 슬롯의 상단으로 돌출된 복수의 헤어핀 단부들을 지지하기 위한 고정자 코일의 지그 장치로서, 상기 고정자 코어의 상단 테두리에 구비되어, 상기 복수의 헤어핀 단부들을 지지하는 복수의 커프 지그; 및 상기 복수의 커프 지그들의 테두리에 구비되어, 상기 복수의 커프 지그들을 상기 고정자 코어의 상면에 고정시키는 링 지그;를 포함하는, 고정자 코일의 지그 장치가 제공된다.
상기 각 커프 지그는, 상기 고정자 코어의 상단 테두리에 안착되는 핑거바디와, 상기 핑거바디로부터 연장되어 상기 고정자 코어의 반경방향을 따라 배열된 헤어핀 단부로 구성된 헤어핀 단부군들 사이에 삽입되는 적어도 하나의 지지돌기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 지지 돌기는 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는 테이퍼 형태를 가지는 것이 바람직하다.
상기 링 지그는, 상기 복수의 커프 지그들의 테두리 상면 및 외주면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 링 지그는, 일측 회동축을 기준으로 타측이 열리거나 닫히는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 링 지그의 타측에는 닫힘을 유지하거나 닫힘을 해제하는 잠금유닛이 구비될 수 있다.
본 실시예의 고정자 코일의 지그 장치는, 상기 고정자 코어에 상기 링 지그를 분리 가능하게 고정하는 체결유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 고정자 코일의 지그 장치는, 상기 링 지그에 구비되어 상기 링 지그와 함께 상기 고정자 코어를 조작하기 위한 핸들부를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 고정자 코일의 지그 장치는, 상기 고정자 코어의 하단 테두리부에 상기 복수의 커프 지그 및 상기 링 지그의 구조가 추가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 헤어핀 타입의 고정자 코일을 성형하기 위한 다수의 공정과 공정 투입을 위한 이동시 고정자 코일의 단부들을 균일하고 안정적으로 지지함으로써 고정자 코일의 변형 및 절연지 손상을 방지할 수 있고 이에 제품 불량을 방지하고 공정 소요 시간을 줄여 생산성을 향상할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 고정자 코일의 단부들을 안정적으로 지지한 상태에서 다수의 공정을 수행함으로써 각 공정에서의 정확성 및 작업성을 향상하여 제품의 품질을 높일 수 있고 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 코일의 지그 장치가 적용된 고정자를 개략적으로 나타낸 사시도
도 2는 도 1에서 링 지그가 제거된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도
도 3은 고정자 코어의 외측에서 개략적으로 나타낸 도 2의 일부 확대 사시도
도 4는 고정자 코어의 내측에서 개략적으로 나타낸 도 2의 일부 확대 사시도
도 5는 본 실시예의 커프 지그와 고정자 코어에 링 지그가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 일부 확대 단면도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 코일의 지그 장치가 적용된 고정자를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에서 링 지그가 제거된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 3은 고정자 코어의 외측에서 개략적으로 나타낸 도 2의 일부 확대 사시도이고, 도 4는 고정자 코어의 내측에서 개략적으로 나타낸 도 2의 일부 확대 사시도이다. 또한, 도 5는 본 실시예의 커프 지그와 고정자 코어에 링 지그가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 일부 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 코일(12)의 지그 장치(100)는, 고정자 코어(11)의 슬롯(11a)에 삽입된 복수의 헤어핀 단부(12a-1)들을 지지하기 위하여 상기 고정자 코어(11)에 구비되며, 크게 상기 복수의 헤어핀 단부(12a-1)들을 지지하는 복수의 커프 지그(110)와, 상기 복수의 커프 지그(110)들을 상기 고정자 코어(11)에 고정시키는 링 지그(120)를 포함할 수 있다.
상기 각 커프 지그(110)는, 상기 고정자 코어(11)의 상단 테두리에 안착되는 핑거바디(111)와, 상기 핑거바디(111)로부터 연장되어 상기 복수의 헤어핀 단부군(12a) 사이에 삽입되는 제1, 2 지지돌기(112a, 112b)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 고정자 코일(12)은 상기 고정자 코어(11)의 반경방향을 따라 배열된 복수의 헤어핀 단부(12a-1)들로 이루어진 헤어핀 단부군(12a)이 상기 고정자 코어(11)의 원주방향을 따라 원형으로 복수 배열된 구조로서, 복수의 헤어핀 단부군(12a) 사이에 지지돌기가 삽입된 상태에서 이에 대응되는 핑거바디가 인접한 핑거바디와 밀착하여 상기 고정자 코어(11)의 원주방향을 따라 복수로 구비되는 구조 및 작업성을 고려하여 본 실시예에서는 두 개로 구성된 지지돌기를 개시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 하나의 지지돌기를 포함하는 커프 지그로 구성될 수도 있다.
이때, 상기 각 지지돌기(112a, 112b)는 상기 고정자 코어(11)의 반경방향 외측에서 내측으로 삽입되는 구조를 고려하여 돌출 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는 테이퍼 형태를 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각 커프 지그(110)는 제1, 2 지지돌기(112a, 112b)를 통해 복수의 헤어핀 단부군(12a) 사이 중 두 개소에 삽입되기 때문에 복수의 헤어핀 단부군(12a)의 총 개수의 절반 개수로 구비될 수 있다.
이때, 상기 각 커프 지그(110)는 스테인리스와 같은 금속 재질로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 단단한 강성을 갖는 수지 재질로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 링 지그(120)는, 상기 복수의 커프 지그(110)의 테두리에 구비되어 상기 복수의 커프 지그(110)를 상기 고정자 코어(11)의 상면 테두리에 고정시킬 수 있다.
여기서, 상기 링 지그(120)는, 상기 복수의 커프 지그(110)가 상기 복수의 헤어핀 단부군(12a)을 지지한 상태에서 이동이나 공정 수행시 움직이지 않고 고정되도록 상기 복수의 커프 지그(110)의 테두리 상면 및 외주면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
즉, 상기 링 지그(120)가 상기 고정자 코어(11)에 구비될 경우, 상기 링 지그(120)의 내측 내주면이 상기 복수의 커프 지그(110)의 핑거바디(111)의 상면을 압착하고, 상기 내측 내주면으로부터 절곡 형성된 상기 링 지그(120)의 외측 내주면(대략 수직한 내주면)이 상기 복수의 커프 지그(110)의 핑거바디(111)의 외주면을 압착함으로써, 상기 복수의 커프 지그(110)가 상기 복수의 헤어핀 단부군(12a)을 지지한 상태에서 고정될 수 있다.
여기서, 상기 링 지그(120)는, 일측 회동축(121)을 기준으로 타측이 벌어져서 열리거나 다물어져서 닫히는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 링 지그(120)의 타측에는 상기 복수의 커프 지그(110)의 고정된 상태를 유지하기 위하여 닫힘을 유지하거나 상기 고정자 코일(12)의 다수의 성형 공정을 완료한 후 상기 복수의 커프 지그(110)를 제거하기 위하여 닫힘을 해제하는 잠금유닛(122)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서 상기 잠금유닛(122)으로 볼트 및 너트로 이루어진 결합 및 분리 구조를 개시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예의 고정자 코일(12)의 지그 장치(100)는, 상기 고정자 코어(11)에 상기 링 지그(120)를 분리 가능하게 고정하는 체결유닛을 포함할 수 있다.
상기 체결유닛의 일예로, 상기 고정자 코어(11)의 외측면에 결합홀(11b)을 갖는 돌출부를 형성하고 상기 링 지그(120)의 테두리에 상기 결합홀(11b)과 대응되는 체결홀(120b)을 형성하며 상기 고정자 코어(11)에 상기 링 지그(120)가 구비된 상태에서 나사(130)를 상기 체결홀(120b)과 상기 결합홀(11b)에 체결함으로써 상기 링 지그(120)를 상기 고정자 코어(11)에 견고하게 고정할 수 있다.
한편, 본 실시예의 고정자 코일(12)의 지그 장치(100)는, 상기 링 지그(120)에 구비되어 상기 링 지그(120)와 함께 상기 고정자 코어(11)를 조작하기 위한 핸들부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 핸들부(140)는 상기 링 지그(120)의 테두리 일측에 고정된 복수의 고정부재(141)와 상기 복수의 고정부재(141)에 양단이 고정된 그립부재(142)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 핸들부(140)는 조작의 편의성을 위하여 상기 링 지그(120)의 양측에 한 쌍으로 구비될 수 있다.
한편, 상술한 구조의 고정자 코일(12)의 지그 장치(100)는, 상기 고정자 코어(11)의 상단 테두리부와 함께 하단 테두리부에도 동일한 구조로 이루어진 복수의 커프 지그 및 링 지그의 구조가 추가 적용될 수 있다.
결국, 상기 복수의 커프 지그(110) 및 상기 링 지그(120)로 이루어진 고정자 코일의 지그 장치(100)에 의해 상기 고정자 코일(12)을 구성하는 복수의 헤어핀 단부(12a-1)를 안정적으로 지지한 상태에서 상기 고정자 코어(11)의 조작 및 상기 고정자 코일(12)의 다수의 성형 공정을 수행할 수 있으며, 이에 따라 고정자 코일(12)의 변형 및 절연지(13) 손상을 방지할 수 있어 공정의 정확성과 작업성을 향상할 수 있고 고정자 코일의 불량 방지 및 생산성을 향상할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11 : 고정자 코어
11a : 슬롯
11b : 결합홀
12 : 고정자 코일
12a : 헤어핀 단부군
12a-1 : 헤어핀 단부
13 : 절연지
100 : 고정자 코일의 지그 장치
110 : 커프 지그
111 : 핑거바디
112a, 112b : 제1, 2 지지돌기
120 : 링 지그
120b : 체결홀
130 : 나사
140 : 핸들부
141 : 고정부재
142 : 그립부재

Claims (9)

  1. 고정자 코어의 슬롯에 삽입되어 상기 슬롯의 상단으로 돌출된 복수의 헤어핀 단부들을 지지하기 위한 고정자 코일의 지그 장치로서,
    상기 고정자 코어의 상단 테두리에 구비되어, 상기 복수의 헤어핀 단부들을 지지하는 복수의 커프 지그; 및
    상기 복수의 커프 지그들의 테두리에 구비되어, 상기 복수의 커프 지그들을 상기 고정자 코어의 상면에 고정시키는 링 지그;를 포함하는, 고정자 코일의 지그 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 커프 지그는,
    상기 고정자 코어의 상단 테두리에 안착되는 핑거바디와, 상기 핑거바디로부터 연장되어 상기 고정자 코어의 반경방향을 따라 배열된 헤어핀 단부로 구성된 헤어핀 단부군들 사이에 삽입되는 적어도 하나의 지지돌기를 포함하는, 고정자 코일의 지그 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지 돌기는 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는 테이퍼 형태를 가지는, 고정자 코일의 지그 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 지그는, 상기 복수의 커프 지그들의 테두리 상면 및 외주면을 감싸는 형태로 형성되는, 고정자 코일의 지그 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 링 지그는, 일측 회동축을 기준으로 타측이 열리거나 닫히는 구조로 이루어진, 고정자 코일의 지그 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 링 지그의 타측에는 닫힘을 유지하거나 닫힘을 해제하는 잠금유닛이 구비되는, 고정자 코일의 지그 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 고정자 코어에 상기 링 지그를 분리 가능하게 고정하는 체결유닛을 포함하는, 고정자 코일의 지그 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 지그에 구비되어 상기 링 지그와 함께 상기 고정자 코어를 조작하기 위한 핸들부를 포함하는, 지그 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 커프 지그 및 상기 링 지그의 구조가 상기 고정자 코어의 하단 테두리부에 추가 적용되는, 고정자 코일의 지그 장치.
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