KR100373303B1 - 모터용 고정자 코일의 권선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러쉬 없는(brushless) 모타에서 고정자를 이루는 코일을 권선하는 방법을 개선하여 종래에 비하여 좀더 간편하고 능률적으로 권선을 하면서 조립성 등을 향상시킬 수 있는 방법과 그에 의한 코일 권선체를 제공하려는 것이다.

종래의 방법에 의하면 말대(1)에 코일(2)을 권선한 후 이를 납작하게 만들고 다시 원형으로 말아주는 과정에서 여러가지 문제점이 있어서, 불량의 발생이 많고 이를 방지하기 위해서 정밀하고 특수한 장치들이 필요하였던 것이다.

방법을 보면,출몰이 가능한 다수개의 걸이핀이 균일한 각도로 양단에 구성되고 회전자가 회전이 가능한 고정자 내경 만큼의 직경을 갖는 원통형의 권선드럼 외면에 3가닥의 코일을 권선하되, 권선드럼의 길이방향 중심선의 직각방향 임의의 위치에서 권선드럼의 길이 방향으로 길이가 긴 직사각형으로 궤도를 이루면서 권취를 하고, 한가닥의 코일을 권선할 때 상기한 방법으로 한곳의 위치에서 권선을 완료한 후 일정각도 회전이동한 위치에서 반대방향의 권선을 계속하며, 다른 코일을 권선할 때는 일정각도의 위상차를 갖고 권선을 시작하여 다른 코일과 중첩되게 권선함을 특징으로 하는 것이다.

따라서 본 발명은 브러쉬레스 모터용 고정자를 구성하는 코일을 권선함에 있어서, 매우 신속하고 간단한 공정으로 권선작업을 이룰 수 있게되므로 권선에 따르는 인력과 시간 및 장치 등을 절감하면서도 작용이 안정적인 고정자용 코일 권선체를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

모터용 고정자 코일의 권선방법{A winding method of stator coil in motor}

본 발명은 전기의 힘을 이용하여 회전력을 얻는 전동기(motor 또는 발전기)를 구성하는데 관련하는 것으로, 특히 브러쉬 없는(brushless) 모타에서 고정자를 이루는 코일을 권선하는 방법을 개선하여 종래에 비하여 좀더 간편하고 능률적으로 권선을 하면서 조립성 등을 향상시킬 수 있는 방법과 그러한 방법에 의한 코일 권선체를 제공하려는 것이다.

주지된 바와 같이 교류(AC) 및 직류(DC) 브러쉬레스 모타에는 내부 중앙에 회전자(ROTOR)가 구성되고 이를 감싸는 형태로 고정자(STATOR)가 구성되어 회전자는 고정자 내에서 회전하도록 구성된다.

일반적인 전기모타는 고정자의 내부 원주에 일정한 간격이면서 축길이 방향으로 돌기와 슬롯(SLOT)을 구성하고 있고 슬롯의 내부에 코일을 권선하여 자기장을 유도하도록 구성하고 있는데, 슬롯의 내부에 코일을 권선하는 것은 많은 힘과 시간 및 복잡한 장치가 소요됨은 물론이고 돌기의 존재로 인하여 불연속 자기가 만들어짐과 아울러 권선의 수를 제한하게 되므로 모타의 효율에 영향을 초래하는 단점이 있었다.

이에 따라서 고정자의 전체 면적을 코일로 채워넣음으로써 모타가 필요로 하는 유효도체수를 확보함으로 인해 효율증대를 도모하고 히스테리시스(HYSTERESIS)에 의한 손실을 줄이고자 하는 방법에 제시된바 있는데, 그것의 한가지 예는 미국특허 제5197180호이다.

상기 미국특허의 내용을 도 1에 도시된 것을 참조하여 간략하게 살펴보면,첫번째 그림과 같이 마주보는 두개 변의 길이가 다른 변의 길이보다 좀더 긴 육각단면 형태의 말대(1)를 구비하여 그 외면에 3가닥의 코일(2)을 권선한 후 말대(1)를 제거한다.

말대(1)를 제거한 다음 말대(1)의 형태와 같이 성형된 코일(2')을 비스듬한 방향으로 눌러줌으로써 측면에서 바라본 두번째 그림과 같이 코일(2')이 납작하게 이중으로 중첩되는 형태가 되도록 만들어 준다.

그 후 세번째 그림과 같이 양쪽 끝을 중첩되게 하면서 원형으로 말고 모타의 내부에 삽입될 수 있으면서 내부에 회전자가 삽입될 수 있도록 내면과 외면의 직경을 성형해 줌으로써 고정자용 코일 권선체를 만드는 것이다.

이러한 방법은 고정자에 돌기와 슬롯이 구성되지 않고 전체가 코일로 구성됨에 의한 모타의 효율향상 등의 목적을 달성할 수는 있지만, 말대(1)에 코일(2)을 권선한 후 이를 납작하게 만들고 다시 원형으로 말아주는 과정에서 여러가지 문제점이 있어서, 불량의 발생이 많고 이를 방지하기 위해서 정밀하고 특수한 장치들이 필요하였던 것이다.

즉, 말대(1)에 코일(2)을 권선한 후 납작하게 눌러주는 과정에서 잘못하면 코일(2)이 균일하고 정렬된 권회상태를 유지하지 못하고 엉키는 등의 폐단이 발생할 수 있고 이러한 결과는 모타의 성능에 치명적인 영향을 초래하는 것이며, 이를 다시 원형관체 형태로 성형하는 과정에서는 성형후 내경과 외경이 균일하지 못하므로 모타로서의 완제품을 조립하기 전에 내외경을 필요한 치수로 확정하여 주는 별도의 장치와 공정이 필요한 문제가 있다는 것이다.

이러한 문제점으로 인해 앞서 설명한 미국특허는 모타로서의 성능이 향상되는 장점에도 불구하고 시간, 인력, 장치 등의 낭비성에 따른 생산효율이 불량한 문제로 인하여 제조와 사용이 활성화되지 못하였던 것이다.

상기한 문제점에 의해 안출된 본 발명은 고정자로서 돌기나 슬롯을 구성하지 않고 전체면적에 코일이 권선되는 고정자를 제공하되, 코일을 권선시 곧바로 원통형의 고정자용 코일 권선체가 이루어지도록 권회하는 방법을 제공하려는 것으로, 슬롯이 없는 구조에 의한 효율적인 모타를 제공함과 아울러 간단한 방법과 장치에 의한 저렴한 생산비용과 불량률이 낮고 성능이 뛰어난 신뢰성있는 제품을 구현함에 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 권선방법을 도시한 간략 공정도

도 2는 본 발명에 의한 권선드럼의 사시도

도 3은 도 2의 단면도

도 4는 도 3의 작용상태도

도 5는 본 발명에 의한 권선방법을 도시한 전개도

도 6은 본 발명에 의한 코일 권선체의 사시도

도 7은 도 6의 일 측면도

***도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10:권선드럼

11:절개홈

12:걸이핀

20:코일 권선체

C1, C2, C3:코일

본 발명은 회전자의 외경과 같은 크기의 원형단면을 가진 권선드럼을 이용하여 그 외경에 코일을 권선하는 것으로, 권선드럼의 외면원주를 따라 권취하는 것이 아니라 권선드럼의 길이방향 중심선의 직각방향 임의의 위치에서 권선드럼의 길이 방향으로 길이가 긴 직사각형으로 궤도를 이루면서 권취를 하는 것이고, 이러한 권취가 한방향에서 완료되면 권선드럼을 일정각도 회전시킨 다음, 반대방향의 권취를 계속하는 것이다.

이러한 권취가 가능하기 위해서는 권선드럼의 양단에 코일의 걸이기능을 하도록 걸이핀을 균일한 각도로 돌출 구성함이 바람직 할 것이다.

상기 걸이핀의 숫자는 3상모터로서 4극을 가진다면 12개가 필요하고, 8극을가진다면 24개, 12극을 가진다면 36개를 구성하여야 함이 당연하며, 본 발명에서는 3상 4극에 따른 권선방법을 기준으로 설명을 하고자 한다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 방법에 의한 권선이 이루어지기 위하여 권선을 하기 위한 장치의 구성 예를 다음에서 상세히 살펴본다.

권선드럼(10)의 구성 예를 도 2 ~ 도 4를 통해 살펴보면, 회전자가 회전이 가능한 고정자 내경 만큼의 직경을 갖는 원통형으로 권선드럼(10)을 구성하고 양단으로부터 일정한 길이만큼씩 12개의 절개홈(11)을 균등한 각도에 구성하며, 각각의 절개홈(11)에는 걸이핀(12)을 구성하여 전체가 동시에 출몰이 가능토록 구성하였다.

권선드럼(10) 양단의 걸이핀(12)을 이용하여 코일(C1, C2, C3)을 권선하는데, 3가닥의 코일을 권선하여야 하므로 한가닥을 권선드럼(10)의 둘레에 완전히 권선한 후 다른 두가닥을 차례로 권선할 수도 있고 또는 3가닥을 한꺼번에 권선할 수도 있는 것으로, 이러한 방법의 선택은 코일을 자동으로 권선하는 장치의 구성에 따른다.

권선되는 순서와 방향은 도 5와 같이 전개도로서 나타내었는데, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.

우선 같은 각도상에 있는 상하의 걸이핀(12)과 그 다음 각도상에 있는 상하의 걸이핀 사이의 공간을 한칸의 통로로 볼 때, 첫번째 코일(C1)을 아래쪽에서 어느 한 통로(도면에서는 0도에 위치한 상하의 걸이핀과 30도에 위치한 상하의 걸이핀 사이를 시작점으로 도시함)로 진입을 시킨 후 이러한 진입한 통로와 통로 두칸을 건너뛴 세번째의 통로사이를 시계방향으로 몇 바퀴를 권선한다.

그후 진입한 반대쪽의 통로에서부터 다시 두칸의 통로를 건너 세번째의 통로사이를 반시계 방향으로 몇바퀴를 권선하고, 다시 진입한 통로로부터 먼쪽의 통로에서 두칸의 통로를 건너 세번째의 통로사이를 시계 방향으로 몇바퀴를 권선하며, 또 다시 진입한 통로로부터 먼쪽의 통로에서 맨 처음 진입한 통로 사이를 반시계 방향으로 몇바퀴를 권선함으로써 첫번째 코일(C1)의 권선이 완료된다.

상기한 권선위치의 이동은 한위치에서의 권선를 마친 후 권선드럼이 설치되는 자동권선장치를 이용하여 권선드럼(10)을 90도씩 회전을 시켜줌으로써 다음위치의 권선이 이루어지는 것이다.

두번째 코일(C2)과 세번째 코일(C3)도 상기한 코일과 같은 방법으로 권선을 하되, 두번째 코일(C2)은 첫번째 코일(C1)이 시작한 통로의 바로 다음 통로에서부터 권선을 시작하며, 세번째 코일(C3)은 두번째 코일(C2)의 다음 통로로부터 시작을 하는 것이다.

한 위치에서 권선을 하는 바퀴 수는 제조할 모터의 크기나 성능 및 형식에 따라 가감될 수 있다.

권선을 완료한 후에는 권사드럼(10)의 걸이핀(12)을 절개홈(11)의 내부로 인입시키면 권사된 코일 권사체(20)을 권사드럼(10)으로부터 제거할 수 있게 된다.

권선작업을 하기전 권선드럼(10)의 외면에 절연테이프(15)를 감은 그 위에권선이 이루어지게 하고 권선작업을 한 후에도 코일 권선체(20)의 외면에 절연테이프(16)를 감아서 코일 권선체(20)의 내 외면에 공지와 같이 절연테이프(15)(16)가 구성되도록 하여야 한다.

상기와 같은 권선방법은 수작업으로 실시할 수도 있지만 공지된 코일권선장치의 구성을 변경함으로써 자동화 작업이 가능하다.

도 6 및 도7은 본 발명에 의해 권선이 완료된 상태의 코일 권선체(20)를 도시한 것으로, 중심축 방향에서 볼 때 회전자가 설치될 공간, 즉 권선드럼(10) 만큼의 원형공간이 중앙에 있는 상태에서 하나의 코일이 원주를 90도 정도씩 가로지르며 권선되어 있음을 알 수가 있고, 3가닥의 코일(C1, C2, C3)들은 권선위치를 30도씩 달리하는 위치에서 권선되어 있음을 알 수가 있다.

또 각 코일(C1, C2, C3)들은 한방향에서 권선이 이루어 진 후 90도 이동한 다음의 위치에서는 처음과 반대방향으로 권선이 이루어지고, 그 다음 위치에서는 또 다시 반대방향으로 권선되어져 있다.

이러한 형태로 권선 완료된 코일 권선체(20)는 도 6, 도 7에서 볼 수 있듯이 원형을 이루면서 고정자로 사용될 수 있는 관체형태를 가지므로 종래와 같이 원형관체를 이루기 위한 별도의 공정 없이 곧바로 모타의 조립에 사용될 수가 있는 것이다.

도면중 미 설명된 부호 14는 권선드럼의 걸이핀을 출몰시키기 위한 작용구이다.

이상과 같은 본 발명의 방법과 그에 의한 코일 권선체(20)에 따르면, 앞서설명한 바와 같은 종래 방법상의 공정인 권사후 납작하게 하여주는 공정, 이를 원형의 관체형태로 만들어 주는 공정, 내경과 외경을 수정하는 등의 별도공정이 필요 없고, 또 이러한 공정에 의한 불안정적인 자기장 유도 등의 문제점이 없게 된다.

따라서 권선드럼(20)에 권선을 하기만 하면 곧바로 고정자로 조립될 수 있는 원형관체 형태의 코일 권선체(20)가 완성될 수가 있어서 코일을 권선하는 작업에 따르는 소요시간이 대폭 절감될 수가 있는 것이며, 더 나아가 모터를 제조하는데 따른 생산효율의 향상과 불량률의 억제도 도모할 수가 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 브러쉬레스 모터용 고정자를 구성하는 코일을 권선함에 있어서, 매우 신속하고 간단한 공정으로 권선작업을 이룰 수 있게되므로, 권선에 따르는 인력과 시간 및 장치 등을 절감하면서도 작용이 안정적인 고정자용 코일 권선체를 제공할 수 있게 되는 매우 유용한 고안이라 할 수 있다.

Claims (3)

1. 브러쉬레스 모터에 사용되는 고정자용 코일권선체를 구성하기 위해 코일을 권선함에 있어서,

   출몰이 가능한 다수개의 걸이핀이 균일한 각도로 양단에 구성되고 회전자가 회전이 가능한 고정자 내경 만큼의 직경을 갖는 원통형의 권선드럼 외면에 3가닥의 코일을 권선하되,

   권선드럼의 길이방향 중심선의 직각방향 임의의 위치에서 권선드럼의 길이 방향으로 길이가 긴 직사각형으로 궤도를 이루면서 권취를 하고, 한가닥의 코일을 권선할 때 상기한 방법으로 한곳의 위치에서 권선을 완료한 후 일정각도 회전이동한 위치에서 반대방향의 권선을 계속하며,

   다른 코일을 권선할 때는 일정각도의 위상차를 갖고 권선을 시작하여 다른 코일과 중첩되게 권선함을 특징으로 하는 모터용 고정자 코일의 권선방법.
2. 제 1항에 있어서,

   권선드럼의 걸이핀에 권선을 할 때 우선 같은 각도상에 있는 상하의 걸이핀과 그 다음 각도상에 있는 상하의 걸이핀 사이의 공간을 한칸의 통로로 보고,

   첫번째 코일을 아래쪽에서 어느 한 통로로 진입을 시킨 후 이러한 진입한 통로로부터 통로 두칸을 건너뛴 세번째의 통로사이를 수회 권선하고,

   그 다음의 권선시에는 시작하는 통로로부터 다시 두칸의 통로를 건너 세번째의 통로사이를 몇 바퀴를 권선하는 방법으로 첫번째 코일(C1)이 권선드럼의 원주를 한바퀴 회전토록 하며,

   이때 권선방향은 시계방향과 반시계 방향을 번갈아 가며 권선을 하고,

   두번째 코일(C2)과 세번째 코일(C3)도 상기한 코일과 같은 방법으로 권선을 하되, 각 앞의 코일이 권선을 시작한 다음의 통로로부터 권선을 시작함을 특징으로 하는 모터용 고정자 코일의 권선방법.
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