분할 고정자는 권선 영역에 개방적으로 접근할 수 있어 집중 권선 설계의 유연성을 높입니다. 완전히 닫힌 고정자에 권선하는 것과 비교하면 개방 구조는 굵은 선재, 여러 가닥 동시 권선 및 복잡한 코일 형상을 다루기 더 쉽습니다. 고정자와 코일을 적절히 설계하면 슬롯 점적률을 높이고 코일 엔드를 줄일 수도 있습니다.
그러나 분할 고정자 권선은 하나의 고정된 공정이 아닙니다.
적합한 권선 방식은 고정자 구조, 코일의 전기적 연결 방식, 선재 사양, 사용 가능한 권선 공간, 필요한 코일 치수 및 후속 고정자 조립 공정에 따라 달라집니다. 이러한 조건에 따라 스핀들 권선, 적층 권선, 롤링 권선, 니들 권선 또는 플라이어 권선을 사용할 수 있습니다.
이러한 제품 조건을 파악하기 전에 장비를 선택하면 부적합한 권선 경로, 과도한 코일 간 연결 배선, 불안정한 코일 치수 또는 고정자 원형 폐합 및 조립의 어려움이 발생할 수 있습니다. 따라서 신뢰할 수 있는 솔루션은 표준 장비 구성이 아니라 제품 및 공정 요구사항에서 시작합니다.
분할 고정자를 사용하는 이유
분할 고정자는 최종 원형으로 조립되기 전에 권선 영역이 개방되어 있습니다. 이를 통해 다음과 같은 제조상의 이점을 얻을 수 있습니다:
- 권선 영역에 대한 접근성 향상
- 집중 권선의 설계 유연성 향상
- 굵은 선재 또는 여러 가닥 동시 권선의 취급 용이성
- 코일 폭 및 코일 엔드 치수 제어의 선택 폭 확대
- 최종 고정자 조립 전 개별 치형 권선 가능
- 권선, 검사, 원형 폐합, 용접 및 시험 통합 옵션 확대
이러한 이점이 자동으로 실현되는 것은 아닙니다. 개방 구조에는 다음과 같은 공정 과제도 있습니다:
- 권선 중 각 세그먼트 또는 치형의 위치를 정확히 결정해야 합니다.
- 권선 시작선, 끝선 및 코일 간 연결선을 제어해야 합니다.
- 코일 폭과 높이는 원형 폐합 후 사용 가능한 공간 안에 있어야 합니다.
- 고정자 조립 시 인접 코일 간 간섭이 없어야 합니다.
- 권선 방향과 전기적 연결은 권선도에 따라야 합니다.
- 최종 진원도와 세그먼트 위치는 원형 폐합 및 조립 방식에 따라 달라집니다.
이러한 이유로 분할 고정자 권선은 전체 제조 순서와 함께 검토해야 합니다.
두 가지 기본 고정자 구조
첫 번째 공정 결정은 제품이 완전히 독립된 세그먼트를 사용하는지, 펼친 고정자 구조를 사용하는지 확인하는 것입니다.
개별 고정자 세그먼트
각 고정자 치형은 별도 부품입니다. 먼저 세그먼트를 권선한 다음 배열하고 조립하여 원형 고정자를 만듭니다.
권선 전략은 두 가지 주요 방식으로 나뉩니다:
- 독립 권선: 각 세그먼트를 별도로 권선하고 절단하여 각각의 시작 및 끝 리드선을 갖는 개별 코일을 만듭니다.
- 다중 세그먼트 연속 권선: 하나의 선재로 두 개, 세 개, 네 개 이상의 별도 세그먼트를 연속 권선하며 코일 사이의 연결선 길이를 제어합니다.
독립 권선은 세그먼트 취급과 권선 방향의 유연성을 제공하지만 일반적으로 후속 전기적 접속이 더 많이 필요합니다. 연속 권선은 단자, 용접 또는 수동 연결 작업을 줄일 수 있으나, 코일 간 연결선은 세그먼트 배열과 최종 고정자 조립에 맞게 설계해야 합니다.
펼친 고정자
펼친 고정자에서는 권선 중 여러 고정자 치형이 기계적으로 연결된 상태를 유지합니다. 권선 툴이 치형에 접근할 수 있도록 코어를 직선 또는 개방 형태로 고정합니다. 권선 후 고정자를 원형으로 성형하고 제품 설계에 따라 폐합, 접합 또는 용접합니다.
치형 사이의 연결은 순서를 유지하는 데 도움이 되지만 권선 공정에서는 다음을 제어해야 합니다:
- 한 치형에서 다음 치형으로의 선재 이송
- 각 코일의 권선 방향
- 코일 간 연결선 위치 및 길이
- 고정자 원형 폐합 전 코일 치수
- 원형 폐합 후 인접 코일 사이의 여유 간격
- 성형 중 선재에 가해지는 기계적 응력
개별 고정자 세그먼트의 권선 방식
개별 고정자 세그먼트는 다양한 기구와 공작물 이동 경로를 사용하여 권선할 수 있습니다. 아래 방식들은 서로 대체 가능한 장비를 의미하지 않습니다. 각각 제품 배열, 선재 경로 및 기계적 운동의 서로 다른 조합을 나타냅니다.
1. 개별 세그먼트 스핀들 권선
스핀들 권선에서는 하나의 고정자 세그먼트를 스핀들에 장착합니다. 스핀들이 공작물을 회전시키는 동안 와이어 가이드가 권선 영역에 선재를 배치합니다.
여러 스핀들을 구성하여 다수의 세그먼트를 동시에 권선할 수 있습니다. 예를 들어 4축 스핀들 장비는 한 번의 권선 사이클에 권선된 별도 세그먼트 네 개를 생산할 수 있습니다.
일반적인 특성은 다음과 같습니다:
- 스핀들당 하나의 독립 세그먼트
- 각 코일의 독립적인 시작 및 끝 리드선
- 생산능력 향상을 위한 다축 스핀들 생산
- 프로그래밍된 스핀들 속도 및 와이어 가이드 위치
- 맞춤형 지그와 권선 프로그램을 통한 품종 전환
다음 두 가지를 구분하는 것이 중요합니다: 다축 스핀들 생산 및 다중 세그먼트 연속 권선. 네 개의 스핀들로 네 개의 별도 코일을 동시에 권선하는 것은 4세그먼트 연속 권선이 아닙니다. 연속 권선은 끊기지 않은 하나의 선재로 여러 세그먼트 코일을 연결하는 것을 의미합니다.
2.적층 권선
적층 권선에서는 여러 개별 세그먼트를 동일한 권선 축을 따라 배치합니다. 하나의 선재를 한 세그먼트에서 다음 세그먼트로 안내하여 코일 사이에서 절단하지 않고 순차적으로 권선할 수 있습니다.
세그먼트는 가공을 위해 적층되지만 여전히 별도의 부품입니다. 따라서 ‘적층 권선’은 공작물의 배열을 뜻하며 세그먼트가 기계적으로 연결되어 있거나 여러 선재가 함께 적층된다는 의미는 아닙니다.
기대할 수 있는 이점은 다음과 같습니다:
- 여러 별도 세그먼트의 연속 권선
- 후속 전기적 접속 지점 감소
- 인접 세그먼트 코일 사이의 연결선 길이 제어
- 콤팩트한 툴링 배열
- 세그먼트 그룹 생산을 위한 정해진 순서
기술적 과제는 절연층을 손상시키거나 연결선 경로의 제어를 잃지 않고 적층 위치 사이에서 선재를 이송하는 것입니다. 필요한 연결선 길이는 조립 후 최종 세그먼트 위치에도 맞아야 합니다.
3.롤링 권선
롤링 권선에서는 개별 세그먼트를 회전형, 다면형 또는 롤링 지그에 배열합니다. 지그가 회전, 롤링 또는 인덱싱하여 각 세그먼트를 권선 경로에 통과시킵니다.
지그가 세그먼트 간 전환을 제어하는 동안 하나의 선재로 여러 세그먼트를 연속 권선할 수 있습니다. 순수한 축방향 적층 배열과 비교하면 롤링 기구는 공작물 방향과 선재 이송을 관리하는 또 다른 방법을 제공합니다. 다음과 같은 요구사항이 있는 제품에 이 방식을 검토할 수 있습니다:
- 다수의 독립 세그먼트 연속 권선
- 권선 중 각 세그먼트 방향 제어
- 세그먼트 코일 사이의 정해진 연결선 경로
- 비교적 강성이 높거나 굵은 선재 취급
- 후속 수동 연결 작업 감소
적용 가능성은 세그먼트 형상, 굽힘 공간, 선재 강성, 연결 세그먼트 수 및 툴링 여유 간격에 따라 달라집니다.
4.개별 세그먼트용 니들 권선
니들 권선은 완전히 독립된 고정자 세그먼트에도 사용할 수 있습니다. 니들 또는 노즐이 권선 영역 주위로 선재를 안내하며 지그가 필요한 회전, 요동 또는 인덱싱 동작을 제공합니다.
세그먼트를 원형 인덱싱 지그에 개별적으로 로딩할 수 있습니다. 하나의 세그먼트 권선이 끝나면 지그가 다음 세그먼트로 인덱싱하고 동일한 선재로 다음 코일을 연속 제작합니다. 이를 통해 연속 연결된 2세그먼트, 3세그먼트 또는 다중 세그먼트 그룹을 생산할 수 있습니다.
니들 권선은 선재 안내의 유연성을 제공하며, 특히 각 치형 주위의 외부 경로를 제어해야 하는 공정에 유리합니다. 다만 니들과 선재를 위한 여유 간격은 세그먼트 형상 및 코일 권선 두께와 비교하여 면밀히 확인해야 합니다.
펼친 고정자의 권선 방식
펼친 고정자도 다양한 기구를 사용하여 권선할 수 있습니다. 니들 권선과 플라이어 권선은 두 가지 중요한 옵션이며, 니들 권선 내에서도 제품을 여러 방향으로 배치할 수 있습니다.
1. 수직 니들 권선
수직 니들 권선에서는 펼친 고정자를 수직 방향으로 고정합니다. 니들이 권선 영역을 통과하고 그 주위를 이동하는 동안 장비는 치형 양 끝에서 필요한 횡방향 이동을 연동합니다.
하나의 치형 권선이 완료되면 권선 기구 또는 지그가 다음 치형으로 이동합니다. 권선도에 따라 치형 사이의 선재를 연속 상태로 유지할 수 있습니다.
여기서 ‘수직 권선’은 고정자 방향과 주요 니들 이동 방향을 뜻합니다. 평각선의 에지와이즈 권선을 의미하지 않습니다.
2. 수평 니들 권선
수평 니들 권선에서는 펼친 고정자를 지그에 평평하게 놓습니다. 니들이 치형 주위에서 왕복 경로를 따르고 기구가 펼친 코어를 따라 이동하며 필요한 순서대로 권선합니다.
수직 및 수평 니들 권선은 니들이 각 치형 주위의 제어된 경로를 따라 선재를 안내한다는 동일한 기본 원리를 따릅니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다:
- 고정자 방향
- 지그 지지 방식
- 니들과 치형 사이의 상대 운동
- 사용 가능한 선재 안내 공간
- 인접 치형 사이의 이송 경로
하나의 방향이 항상 더 좋다고 판단하기보다 제품 형상과 공정 안정성을 기준으로 선택해야 합니다.
3.펼친 고정자용 플라이어 권선
플라이어 권선에서는 펼친 고정자 치형에 외부에서 접근할 수 있습니다. 회전하는 플라이어가 치형 주위로 선재를 안내하며 공작물은 권선 위치에서 거의 움직이지 않습니다.
이후 기구가 다음 치형으로 이동하거나 지그가 필요한 권선 순서에 따라 제품을 인덱싱합니다.
치형 구조가 회전 플라이어를 위한 충분한 외부 공간을 제공하면 플라이어 권선으로 높은 권선 속도를 확보할 수 있습니다. 적용 가능성은 다음에 따라 달라집니다:
- 치형 주위 공간
- 선경 및 강성
- 필요한 코일 폭 및 높이
- 플라이어 여유 간격
- 치형 사이의 선재 이송
- 시작 및 끝 리드선 요구사항
주요 권선 방식 비교
| 권선 방식 | 일반적인 고정자 구조 | 코일 간 관계 | 주요 공작물/툴 동작 | 주요 특성 |
|---|---|---|---|---|
| 스핀들 권선 | 개별 세그먼트 | 일반적으로 독립적 | 세그먼트가 스핀들에서 회전 | 다축 스핀들 생산 가능 |
| 적층 권선 | 개별 세그먼트들 | 연속 권선 가능 | 한 축을 따라 세그먼트 배열 | 콤팩트한 다중 세그먼트 선재 이송 |
| 롤링 권선 | 개별 세그먼트들 | 연속 권선 가능 | 지그의 롤링, 회전 및 인덱싱 | 연결 중 유연한 세그먼트 방향 제어 |
| 니들 권선 | 개별형 또는 펼친 구조 | 독립형 또는 연속형 | 니들 왕복 운동 및 지그 연동 동작 | 제어 가능하고 유연한 선재 경로 |
| 플라이어 권선 | 일반적으로 펼친/개방 치형 | 연속 권선 가능 | 치형 주위로 플라이어 회전 | 충분한 여유 간격에서 고속 권선 |
이 표는 일반적인 공정 개요이며 최종 선택 지침이 아닙니다. 외관이 비슷한 두 고정자도 서로 다른 장비 구성이 필요할 수 있으므로 제품 도면과 권선 사양이 반드시 필요합니다.
권선 공정 선택의 주요 요소
코어 구조
장비는 먼저 완전히 독립된 세그먼트인지 연결된 펼친 코어인지를 기준으로 설계해야 합니다. 이 결정은 클램핑, 인덱싱, 선재 이송 및 언로딩에 영향을 줍니다.
독립 권선 또는 연속 권선
권선도에는 각 세그먼트에 별도 리드선이 필요한지, 하나의 선재로 여러 코일을 연속 연결해야 하는지를 표시해야 합니다. 2세그먼트, 3세그먼트 또는 4세그먼트 권선과 같은 연결 세그먼트 수도 확인해야 합니다.
선재 사양
필요한 정보는 다음과 같습니다:
- 도체 직경 또는 단면적
- 절연층 두께
- 동시 권선 가닥 수
- 재질 및 절연 유형
- 최소 허용 굽힘 반경
- 필요한 권선 장력
굵은 선재와 여러 가닥 동시 권선은 굽힘력과 스프링백을 증가시킵니다. 또한 가이드 기구 크기, 가능한 권선 속도 및 최종 코일 형상에 영향을 줍니다.
턴 수 및 권선 방향
턴 수, 권선 방향 및 코일 순서는 전기 권선도에 따라야 합니다. 다중 세그먼트 연속 권선에서는 권선 방향과 리드선 접속의 관계를 함께 검토해야 합니다.
코일 치수
코일 폭, 코일 높이 및 코일 엔드 치수는 최종 원형 고정자와 호환되어야 합니다. 세그먼트가 권선 직후에는 적합해 보여도 인접한 권선 세그먼트와 나란히 배치했을 때 간섭이 발생할 수 있습니다.
따라서 슬롯 점적률만을 유일한 품질 목표로 삼아서는 안 됩니다. 공정은 코일의 최종 외형 범위도 제어해야 합니다.
시작선, 끝선 및 코일 간 연결선
리드선과 코일 간 연결선 위치는 다음에 영향을 줍니다:
- 세그먼트 언로딩
- 세그먼트 취급
- 고정자 조립
- 단자 접속
- 용접 또는 납땜
- 전기 절연 및 여유 간격
연속 권선의 연결선 길이는 조립에 충분해야 하지만, 제어되지 않은 루프나 간섭이 생길 만큼 길어서는 안 됩니다.
생산능력
필요한 사이클 시간과 연간 생산량에 따라 장비에 다음을 적용할지 결정합니다:
- 단일 스핀들 또는 다축 스핀들
- 하나의 권선 스테이션 또는 여러 동기화 스테이션
- 원형 인덱싱 지그
- 자동 로딩 및 언로딩
- 통합 검사 및 후속 조립
고도화된 자동화는 외형만을 위해 추가하는 것이 아니라 안정적인 공정 요구사항에 따라 선택해야 합니다.
후속 고정자 조립
권선과 고정자 조립은 직접 연결됩니다. 권선 솔루션은 제품에 다음 작업을 어떻게 수행할지 고려해야 합니다:
- 권선 후 이송
- 올바른 순서로 배열
- 원형으로 폐합 또는 조립
- 클램핑 및 위치 결정
- 용접 또는 기계적 접합
- 전기적 접속
- 검사 및 시험. 후속 조립 방식이 변경되면 최적의 권선 경로도 달라질 수 있습니다.
코일 형상 및 공정 제어
안정적인 분할 고정자 권선 공정은 턴 수 외에도 다양한 요소를 제어해야 합니다. 주요 제어 항목은 다음과 같습니다:
- 각 단계의 권선 장력
- 선재 위치 및 분포
- 코일 폭 및 높이
- 코일 엔드 치수
- 코일 간 연결선 위치
- 시작선 및 끝선의 일관성
- 절연층 보호
- 세그먼트 및 스테이션 간 반복 정밀도
권선 시작, 정상 권선, 층 또는 위치 전환 및 권선 마무리 단계에서 장력을 변경해야 할 수 있습니다. 목표는 단순히 가능한 최대 장력을 적용하는 것이 아닙니다. 과도한 장력은 절연층을 손상시키거나 선재를 변형시키거나 세그먼트와 지그에 불필요한 부하를 가할 수 있습니다.
구현 가능한 코일 형상은 선경, 턴 수, 절연 시스템, 세그먼트 형상 및 슬롯 점적률의 영향도 받습니다. 장비 제어는 필수적이지만 최종 결과는 샘플 권선과 공정 검증을 통해 확인해야 합니다.
권선부터 고정자 원형 폐합까지
분할 고정자의 품질은 권선된 개별 치형 검사만으로 평가할 수 없습니다.
원형 폐합 또는 조립 후 완성 고정자는 다음 요구사항을 충족해야 합니다:
- 전체 직경
- 진원도
- 세그먼트 위치
- 코일 간 여유 간격
- 코일 간 연결선 배선 경로
- 절연 거리
- 단자 위치
- 전기적 성능
원형 폐합 전략마다 서로 다른 제어 원리를 사용합니다. 예를 들어 케이지형 지그로 최종 외경을 제어하는 방식은 지그 가공 정밀도에 크게 의존합니다. 다른 방식은 각 세그먼트를 개별적으로 클램핑하고 위치 결정하여 고정자 각 조각의 위치를 더욱 직접적으로 제어할 수 있습니다.
적절한 방식은 요구 공차, 공정 능력, 툴링 비용 및 생산량에 따라 달라집니다. 진원도 또는 공정 능력 값은 제품 구조, 측정 방식, 지그 전략 및 검증 조건을 정의한 후에만 확정해야 합니다.
실무적인 검토 절차
분할 고정자 권선 솔루션을 개발하기 전에 다음 정보를 검토해야 합니다:
- 고정자 및 세그먼트 2D/3D 도면
- 개별 세그먼트 또는 펼친 코어 구조
- 권선도 및 상 연결
- 선재 사양 및 동시 권선 가닥 수
- 턴 수 및 권선 방향
- 독립 권선 또는 다중 세그먼트 연속 권선
- 필요한 연결선 길이 및 리드선 위치
- 최대 코일 폭, 높이 및 코일 엔드 치수
- 최종 고정자 원형 폐합 및 접합 방식
- 목표 사이클 시간 및 연간 생산량
- 검사, 추적성 및 자동화 요구사항
- 공정 검증용 샘플 및 시험 선재
이 정보를 기반으로 권선 기구, 지그 개념, 스테이션 수, 장력 제어 구성 및 후공정 자동화를 검토할 수 있습니다.
맞춤형 분할 고정자 권선 솔루션
JHY는 개별 고정자 세그먼트와 펼친 고정자를 위한 맞춤형 권선 장비 및 자동화 솔루션을 개발합니다. 제품에 따라 다음을 포함할 수 있습니다:
- 스핀들, 니들, 플라이어, 적층 또는 롤링 권선
- 단선 또는 다선 권선
- 독립 권선 또는 다중 세그먼트 연속 권선
- 자동 선재 클램핑 및 절단
- 시작선, 끝선 및 코일 간 연결선의 제어된 처리
- 맞춤형 지그 및 품종 전환 프로그램
- 자동 로딩 및 언로딩
- 비전 또는 치수 검사
- 세그먼트 배열 및 고정자 원형 폐합
- 용접, 전기 검사 및 추적성
당사의 목표는 단순히 권선 작업을 완료하는 데 그치지 않습니다. 다음 요소 간의 관계를 중심으로 공정을 개발합니다:
권선 → 선재 관리 → 코일 형상 제어 → 고정자 조립 → 검사
모든 분할 고정자에 적합한 단일 권선 방식은 없습니다. 올바른 솔루션은 고정자 구조, 권선 기구, 공작물 운동, 전기적 접속 및 최종 조립 요구사항을 결합한 것입니다.
공정 검토 요청. 새로운 분할 고정자를 개발하거나 자동 권선 공정을 검토하고 계신가요?
고정자 도면, 권선도, 선재 사양, 코일 요구사항 및 생산 목표를 보내 주세요. 당사 엔지니어링 팀이 적용 분야에 적합한 권선 경로와 자동화 구성을 검토해 드립니다.
