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KR20160038374A - Coil winding machine of BLDC driven by active real-time tension control - Google Patents

Coil winding machine of BLDC driven by active real-time tension control Download PDF

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KR20160038374A
KR20160038374A KR1020140131373A KR20140131373A KR20160038374A KR 20160038374 A KR20160038374 A KR 20160038374A KR 1020140131373 A KR1020140131373 A KR 1020140131373A KR 20140131373 A KR20140131373 A KR 20140131373A KR 20160038374 A KR20160038374 A KR 20160038374A
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KR
South Korea
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tension
wire
main pulley
coil
current
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KR1020140131373A
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Korean (ko)
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KR101627344B1 (en
Inventor
김상봉
민중후
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부경대학교 산학협력단
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

본 발명은 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치는 BLDC모터 고장자의 코일 투스(coil tooth)에 와인딩되는 와이어의 장력이 설정치를 유지하도록 함으로써 겹침없이 와이어가 안정되고 원활하게 와인딩되고, 와이어의 파단이나 손상없이 코일이 형성되어 코일 품질이 향상될 뿐만 아니라, 이를 위한 장치구성 및 제어구성이 단순화되어 제조비용의 절감과 장치운용의 편의성이 향상되며, 특히 와인딩되는 와이어의 장력이 실시간 제어됨으로써 와이어 와인딩 작업의 신뢰성과 효율이 증대되는 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치는 회전가능하게 고정되고, 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 메인풀리와; 메인풀리와 연결되어 메인풀리에 설정크기의 회전모멘트(M)를 전달하게 되는 메인풀리용 구동모터와; 설정지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되고, 메인풀리를 통과하여 나온 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 어큐뮬레이터 롤러와; 어큐뮬레이터 롤러의 위치를 변경시키는 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터와; 설정된 경로를 따라 이동하면서 BLDC모터 고정자를 이루는 코일 투스(coil tooth)에 상기 와이어를 와인딩시키는 와인딩 핀과; 와인딩 핀의 이동을 유도하게 되는 와인딩 핀용 액추에이터와; 와이어의 현재장력을 측정하는 장력측정센서와; 와이어가 이동하는 현재속도를 측정하는 속도계 및; 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 기준장력(Tr)이 설정되도록 하고, 장력측정센서와 속도계로부터 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 현재장력(T)과 현재속도를 실시간으로 입력받게 되며, 와이어의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어의 현재속도에 맞추어 상기 메인풀리용 구동모터와 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터의 작동을 제어하여 와이어의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 구성으로 이루어진다.The present invention provides a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus. In the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the present invention, since the tension of the wire wound on the coil tooth of the BLDC motor breaker is maintained to be a set value, the wire is steadily and smoothly wound without overlapping, The coil configuration is improved and the coil quality is improved. In addition, the device configuration and the control configuration for the device are simplified, thereby reducing the manufacturing cost and improving the convenience of the device operation. Particularly, And has a technical feature that reliability and efficiency of the operation are increased.
A tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the present invention includes: a main pulley rotatably fixed and having a wire wound on one side of an outer circumferential surface and passing therethrough; A drive motor for the main pulley connected to the main pulley to transmit a rotation moment M of a set magnitude to the main pulley; An accumulator roller disposed freely rotatably and movably at a set point and having a wire passed through the main pulley wound around one side of the outer circumferential surface and passing therethrough; An actuator for an accumulator roller for changing the position of the accumulator roller; A winding pin for winding the wire on a coil tooth constituting a BLDC motor stator while moving along a set path; An actuator for a winding pin which induces movement of a winding pin; A tension measuring sensor for measuring a current tension of the wire; A speedometer for measuring the current speed at which the wire travels; The reference tension (T r ) of the wire wound on the coil tooth is set, and the current tension (T) and current speed of the wire wound on the coil tooth from the tension measuring sensor and the speedometer are input in real time. (T r) and to match the current tension (T), according to the current speed of the wire current tension of the wire by controlling the operation of the actuator for the main pulley drive motor and the accumulator rollers (T) a reference tension (T r) And a controller for controlling the controller.

Description

장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치{Coil winding machine of BLDC driven by active real-time tension control}[0001] The present invention relates to a tension control type BLDC motor coil winding device,

본 발명은 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 BLDC모터 고장자의 코일 투스(coil tooth)에 와인딩되는 와이어의 장력이 설정치를 유지하도록 함으로써 겹침없이 와이어가 안정되고 원활하게 와인딩되고, 와이어의 파단이나 손상없이 코일이 형성되어 코일 품질이 향상될 뿐만 아니라, 이를 위한 장치구성 및 제어구성이 단순화되어 제조비용의 절감과 장치운용의 편의성이 향상되며, 특히 와인딩되는 와이어의 장력이 실시간 제어됨으로써 와이어 와인딩 작업의 신뢰성과 효율이 증대되는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus, and more particularly, to a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus in which a tension of a wire wound on a coil tooth of a BLDC motor breaker maintains a set value, The coil is formed without breakage or damage of the wire to improve the coil quality and the device configuration and the control configuration for the device are simplified so that the manufacturing cost is reduced and the convenience of operation of the device is improved. Controlled BLDC motor coil winding apparatus in which the reliability and efficiency of the wire winding operation are increased.

BLDC모터(BrushLess DC motor)(1)는 도 1에서와 같이 회전자(2) 측에 영구자석(3)을 가지며, 고정자(4) 측에 코일(5)을 갖는 구조로서, 영구자석이 회전하는 구조임에 따라 관성이 작게 되어 빠른 가감속에 유리하고, 코일이 고정자 측에 있어 방열이 용이하므로 온도에 따른 영구자석의 감자(demagnetization)를 피하기 위해 최대 전기자 전류에 제약이 있는 일반 DC모터보다 최대 출력 토크 발생 측면에서 유리하며, 일반 DC모터에서와 같은 정류자와 브러시의 기계적인 접촉문제와 정류기능의 문제가 없어 고속 운전이 가능한 이점이 있음에 따라, 현재 다양한 분야에 적용되어 활용되고 있다.
The brushless DC motor 1 has a permanent magnet 3 on the side of the rotor 2 and a coil 5 on the side of the stator 4 as shown in Fig. , It is advantageous for fast acceleration and deceleration due to its small inertia. Therefore, to avoid demagnetization of permanent magnets due to temperature, the coils are located on the stator side. It is advantageous in terms of output torque generation, and has advantages such as mechanical contact between a commutator and a brush as in the case of a general DC motor, and high speed operation because there is no problem of rectification function.

한편 모터에 사용되는 코일은 와이어가 코일 투스(coil tooth)에 와인딩되면서 형성되는데, 이를 위한 코일 와인딩장치가 개발되어 사용되고 있다. 이와 관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1237626호 "모터 코어의 코일 와인딩 장치", 등록번호 제10-0912667호 "전기모터용 코일 권취장치" 등이 안출되어 있다.
On the other hand, a coil used in a motor is formed by winding a wire on a coil tooth, and a coil winding device for this purpose has been developed and used. A related art is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1237626 entitled "Motor Core Coil Winding Device ", Registration No. 10-0912667" Electric Motor Coil Winding Device "and the like.

여기서 코일 투스가 회전구동되면서 와이어가 와인딩되는 일반적인 코일 와인딩장치와 달리 BLDC모터의 코일 와인딩장치는 코일 투스 외측에 배치되는 와인딩 핀이 설정경로를 따라 이동하면서 와이어를 와인딩시키게 되는데, 이와 같은 와인딩 조건에서는 와이어의 장력 크기가 불규칙하게 변동되는 현상이 발생되었다. 이에 따라 와이어의 장력이 감소되어 느슨해지면서 와이어가 서로 겹쳐지거나, 와이어의 장력이 증대되면서 와이어의 파단이나 손상이 발생되어 코일 품질이 저하되고, 와이어 와인딩 작업의 안정성과 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
Unlike a conventional coil winding apparatus in which a wire is wound while rotating a coil tooth, a winding pin of a BLDC motor winds a wire while moving a winding pin disposed outside the coil tooth in a set path. In such a winding condition A phenomenon that the tension magnitude of the wire fluctuates irregularly occurs. As a result, the tension of the wire is reduced and loosened, so that the wires overlap each other or the tension of the wire is increased. As a result, the wire is broken or damaged, resulting in deterioration of coil quality and inferior stability and reliability of the wire winding operation.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1237626호 "모터 코어의 코일 와인딩 장치"(Patent Document 1) Korean Registered Patent Publication No. 10-1237626 entitled "Coil Winding Device of Motor Core"

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0912667호 "전기모터용 코일 권취장치"
(Patent Document 2) Korean Registered Patent Publication No. 10-0912667 entitled "Coil winding device for electric motor"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 장력측정센서와 속도계에 의해 와이어의 현재장력과 현재속도가 실시간으로 검출되고, 와이어가 권취된 메인풀리용 구동모터의 구동과 와이어가 통과하는 어큐뮬레이터 롤러의 위치 변동이 컨트롤러에 의해 제어되면서 와이어의 현재장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 피드백 제어되는 장치구성과 제어구성이 제공되어 겹침없이 와이어가 안정되고 원활하게 와인딩되고, 와이어의 파단이나 손상없이 코일이 형성되어 코일 품질이 향상될 뿐만 아니라, 와인딩되는 와이어의 장력이 실시간 제어됨으로써 와이어 와인딩 작업의 신뢰성과 효율이 증대되는 새로운 형태의 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a tension measuring device and a speedometer that can detect a current tension and a current speed of a wire in real time, The positional variation of the accumulator rollers is controlled by the controller to provide a feedback controlled device configuration and control configuration to match the current tension of the wire to the set reference tension to ensure stable and smooth winding of the wire without overlapping, Controlled type BLDC motor coil winding apparatus in which not only the coil is formed to improve the coil quality but also the tension of the wound wire is controlled in real time to increase the reliability and efficiency of the wire winding operation.

그리고 본 발명은 장력측정센서, 메인풀리용 구동모터, 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터를 통해 와이어의 장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 함에 따라, 장치구성 및 제어구성이 단순화되어 제조비용의 절감과 장치운용의 편의성이 향상되는 새로운 형태의 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Further, according to the present invention, the tension of the wire is made to coincide with the preset reference tension through the tension measuring sensor, the driving motor for the main pulley, and the actuator for the accumulator roller, so that the device configuration and control configuration are simplified, In which the tension of the coil winding device is increased.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 BLDC모터 고정자에 코일을 와인딩하는 BLDC모터 코일 와인딩장치에 있어서, 회전가능하게 고정되고, 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 메인풀리와; 상기 메인풀리와 연결되어 상기 메인풀리에 설정크기의 회전모멘트(M)를 전달하게 되는 메인풀리용 구동모터와; 설정지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되고, 상기 메인풀리를 통과하여 나온 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 어큐뮬레이터 롤러와; 상기 어큐뮬레이터 롤러의 위치를 변경시키는 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터와; 설정된 경로를 따라 이동하면서 상기 BLDC모터 고정자를 이루는 코일 투스(coil tooth)에 상기 와이어를 와인딩시키는 와인딩 핀과; 상기 와인딩 핀의 이동을 유도하게 되는 와인딩 핀용 액추에이터와; 상기 와이어의 현재장력을 측정하는 장력측정센서와; 상기 와이어가 이동하는 현재속도를 측정하는 속도계 및; 상기 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 기준장력(Tr)이 설정되도록 하고, 상기 장력측정센서와 속도계로부터 상기 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 현재장력(T)과 현재속도를 실시간으로 입력받게 되며, 와이어의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어의 현재속도에 맞추어 상기 메인풀리용 구동모터와 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터의 작동을 제어하여 와이어의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a BLDC motor coil winding apparatus for winding a coil on a stator of a BLDC motor, the apparatus comprising: A main pulley; A main pulley drive motor connected to the main pulley to transmit a rotation moment M of a predetermined magnitude to the main pulley; An accumulator roller disposed freely rotatably and movably at a set point, the accumulator roller having a wire passing through the main pulley wound around one side of an outer circumferential surface and passing therethrough; An actuator for an accumulator roller for changing the position of the accumulator roller; A winding pin for winding the wire on a coil tooth constituting the BLDC motor stator while moving along a predetermined path; An actuator for a winding pin that induces movement of the winding pin; A tension measuring sensor for measuring a current tension of the wire; A speed meter for measuring a current speed at which the wire moves; (T r ) of the wire wound on the coil tooth is set, and the current tension (T) and current speed of the wire wound on the coil tooth from the tension measuring sensor and the speedometer are input in real time, of the reference tension (T r) with the current tension (T), according to the current speed of the wire by controlling the operation of the drive actuator for a motor and an accumulator roller for the main pulley current tension (T) is based on the tension of the wire (T r) And a controller for controlling the tension of the motor to coincide with the tension of the motor.

이와 같은 본 발명에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치에서 상기 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터는 상기 어큐뮬레이터 롤러에 일단부가 고정되는 스프링과; 설정위치에 고정되고, 상기 스프링의 타단부에 로드가 결합되며, 상기 로드의 전후진 동작에 따른 상기 스프링의 길이 변위(X)에 의해 변동되는 상기 스프링의 탄성력(FX)을 조절하게 되는 공압실린더를 포함하는 구성으로 이루어지고, 상기 컨트롤러는 와이어의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어의 현재속도에 맞추어 상기 메인풀리용 구동모터의 회전모멘트(M), 상기 공압실린더의 로드 구동력(FC), 상기 공압실린더의 로드 이동길이(Xb)를 제어하여 와이어의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 하는 와이어 장력제어 알고리즘을 구비하게 된다.
In the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the present invention, the actuator for the accumulator roller includes: a spring having one end fixed to the accumulator roller; A pneumatic pressure (PX) which is fixed at a setting position, a rod is coupled to the other end of the spring, and an elastic force (F X ) of the spring varies depending on a length displacement (X) Wherein the controller is configured to calculate a rotation moment (M) of the driving motor for the main pulley in accordance with a reference tension (T r ) of a wire, a current tension (T) The wire tension control algorithm is provided to control the load driving force F C and the rod moving length X b of the pneumatic cylinder so that the current tension T of the wire matches the reference tension T r .

이와 같은 본 발명에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치에서 상기 장력측정센서는 로드셀로 이루어진다.
In the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the present invention, the tension measuring sensor comprises a load cell.

이와 같은 본 발명에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치는 설정지점에 자유회전 가능하게 고정되고, 상기 메인 풀리로부터 이동되는 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하도록 하는 입구측 자유롤러와; 상기 입구측 자유롤러로부터 이격된 설정 지점에 자유회전 가능하게 고정되고, 상기 입구측 자유롤러를 통과한 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하도록 하는 출구측 자유롤러를 포함하여, 상기 어큐뮬레이터 롤러는 상기 입구측 자유롤러와 출구측 자유롤러 사이의 설정 지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되고, 상기 입구측 자유롤러를 통과한 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하여 상기 출구측 자유롤러로 안내되도록 한다.
The tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the present invention includes an inlet-side free roller fixed to a set point so as to freely rotate and allowing a wire moved from the main pulley to pass through one side of an outer circumferential surface; And an outlet side free roller which is fixed freely rotatably at a set point spaced apart from the inlet side free roller and which allows the wire passed through the inlet side free roller to pass through one side of the outer circumferential surface, The free rollers are freely rotatable and movable at a set point between the free rollers and the outlet side free rollers so that the wire passed through the inlet side free rollers passes through one side of the outer circumferential surface and is guided to the outlet side free rollers.

본 발명에 의한 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치에 의하면, 장력측정센서와 속도계에 의해 와이어의 현재장력과 현재속도가 실시간으로 검출되고, 와이어가 권취된 메인풀리용 구동모터의 구동과 와이어가 통과하는 어큐뮬레이터 롤러의 위치 변동이 컨트롤러에 의해 제어되면서 와이어의 현재장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 피드백 제어되는 장치구성과 제어구성이 제공되어 겹침없이 와이어가 안정되고 원활하게 와인딩되고, 와이어의 파단이나 손상없이 코일이 형성되어 코일 품질이 향상될 뿐만 아니라, 와인딩되는 와이어의 장력이 실시간 제어됨으로써 와이어 와인딩 작업의 신뢰성과 효율이 증대되는 효과가 있다.According to the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus of the present invention, the current tension and the current speed of the wire are detected in real time by the tension measuring sensor and the speed meter, and the driving of the driving motor for the main- The positional variation of the accumulator rollers is controlled by the controller to provide a feedback controlled device configuration and control configuration to match the current tension of the wire to the set reference tension to ensure stable and smooth winding of the wire without overlapping, Not only the coil is formed to improve the coil quality, but also the tension of the wire to be wound is controlled in real time, thereby increasing the reliability and efficiency of the wire winding operation.

또한 본 발명은 장력측정센서, 메인풀리용 구동모터, 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터를 통해 와이어의 장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 함에 따라, 장치구성 및 제어구성이 단순화되어 제조비용의 절감과 장치운용의 편의성이 향상되는 효과가 있다.
Further, according to the present invention, the tension of the wire is made to coincide with the preset reference tension through the tension sensor, the driving motor for the main pulley, and the actuator for the accumulator roller, so that the device configuration and control configuration are simplified, Is improved.

도 1은 BLDC모터의 기본 구조를 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치의 구성과 배치를 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치의 개념도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치의 와인딩 핀에 의한 와이어 와인딩 동작을 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치의 주요부 FBD(free body diagram)를 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러의 제어구성을 보여주기 위한 블록도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a basic structure of a BLDC motor;
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a view showing the configuration and arrangement of a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 is a conceptual view of a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to an embodiment of the present invention;
5 is a view illustrating a wire winding operation by a winding pin of a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a view showing a main part FBD (free body diagram) of a tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
7 is a block diagram showing a control configuration of a controller according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 BLDC모터, 모터 코일, 코일 투스(coil tooth), 코일 와인딩, 롤러, 공압실린더, 모터, 스프링, PID 제어기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 2 to 7. In the drawings and the detailed description, it is to be understood that those skilled in the art can easily understand the configuration and operation of a BLDC motor, a motor coil, a coil tooth, a coil winding, a roller, a pneumatic cylinder, a motor, Are omitted or simplified. In the drawings and specification, there are shown in the drawings and will not be described in detail, and only the technical features related to the present invention are shown or described only briefly. Respectively.

본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)는 BLDC모터(1)의 고정자(4)에 코일(5)을 와인딩하는 장치로서, 도 2에서와 같이 메인풀리(10), 메인풀리용 구동모터(11), 입구측 자유롤러(20), 출구측 자유롤러(21), 어큐뮬레이터 롤러(30), 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터(31), 와인딩 핀(60), 와인딩 핀용 액추에이터(61), 장력측정센서(40), 속도계(50), 컨트롤러(70)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
A tension controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is an apparatus for winding a coil 5 on a stator 4 of a BLDC motor 1 and includes a main pulley 10, The driving motor 11 for the main pulley, the free roller 20 on the inlet side, the free roller 21 on the outlet side, the accumulator roller 30, the actuator 31 for the accumulator roller, the winding pin 60, A tension measuring sensor 40, a speed meter 50,

메인풀리(10)는 설정지점에 회전가능하게 고정되어 와이어(7)가 통과하게 되는 것으로, 도 3에서와 같이 와이어 스풀(80)로부터 풀려나오는 와이어(7)는 메인풀리(10)의 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 된다.
The main pulley 10 is rotatably fixed at a set point so that the wire 7 is allowed to pass so that the wire 7 released from the wire spool 80 as shown in Fig. And pass through the area.

메인풀리용 구동모터(11)는 메인풀리(10)와 연결되어 메인풀리(10)에 설정크기의 회전모멘트(M)를 전달하게 된다. 메인풀리용 구동모터(11)로부터 메인풀리(10)로 전달되는 회전모멘트(M)에 의해 메인풀리(10)를 통과하는 와이어(7)에 풀림력(push force)과 당김력(pull force)이 작용하면서 와이어(7)의 장력 조절이 유도된다.
The driving motor 11 for the main pulley is connected to the main pulley 10 to transmit a rotation moment M of a set magnitude to the main pulley 10. A pushing force and a pulling force are applied to the wire 7 passing through the main pulley 10 by the rotation moment M transmitted from the main motor drive motor 11 to the main pulley 10, The tension of the wire 7 is controlled.

입구측 자유롤러(20)는 설정지점에 자유회전 가능하게 고정되는 것으로, 메인풀리(10)로부터 이동되는 와이어(7)는 입구측 자유롤러(20)의 외주면 일측 부위를 통과하여 어큐뮬레이터 롤러(30)로 안내된다.
The inlet side free roller 20 is fixed freely rotatably at a set point so that the wire 7 moved from the main pulley 10 passes through one side portion of the outer circumferential surface of the inlet side free roller 20 and passes through the accumulator roller 30 .

한편 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)는 메인풀리(10)와 입구측 자유롤러(20) 사이에 와이어 클리너(90)를 설치하여 와이어(7)가 와이어 클리너(90)를 통과하면서 표면의 이물질이 제외될 수 있도록 한다.
The tension controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is provided with a wire cleaner 90 between the main pulley 10 and the inlet side free roller 20 so that the wire 7 is wound around the wire cleaner 90 so that foreign matter on the surface can be excluded.

출구측 자유롤러(21)는 입구측 자유롤러(20)로부터 이격된 설정 지점에 자유회전 가능하게 고정되는 것으로, 입구측 자유롤러(20)와 어큐뮬레이터 롤러(30)를 통과한 와이어(7)는 출구측 자유롤러(21)의 외주면 일측 부위를 통과하여 와인딩 핀(60)으로 안내된다. 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)에서는 도 4에서와 같이 장력측정센서 설치용 자유롤러(22)와 출구측 보조 자유롤러(23)가 출구측 자유롤러(21)에 이웃되게 배치되어 와이어(7)가 지그재그로 감기면서 통과하도록 한다.
The outlet side free roller 21 is freely rotatably fixed at a set point spaced from the inlet side free roller 20 so that the wire 7 passing through the inlet side free roller 20 and the accumulator roller 30 And is guided to the winding pin 60 through the one side portion of the outer circumferential surface of the outlet side free roller 21. In the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the free roller 22 for mounting the tension measurement sensor and the outlet side auxiliary free roller 23 are connected to the outlet side free roller 21 So that the wires 7 are wound in a zigzag fashion.

어큐뮬레이터 롤러(30)는 입구측 자유롤러(20)와 출구측 자유롤러(21) 사이의 설정지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되는 것으로, 입구측 자유롤러(20)를 통과하여 나온 와이어(7)가 어큐뮬외주면 일측 부위에 감기면서 통과하여 출구측 자유롤러(21)로 안내된다. The accumulator roller 30 is freely rotatably and movably disposed at a set point between the inlet-side free roller 20 and the outlet-side free roller 21 so that the wire 7 Is guided to the free roller (21) on the outlet side while passing through the one side of the outer peripheral surface of the outer cup.

어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터(31)는 어큐뮬레이터 롤러(30)와 연결되어 어큐뮬레이터 롤러(30)의 위치를 변경시키면서 와이어(7)의 장력 조절을 유도하는 것으로, 어큐뮬레이터 롤러(30)의 변위, 어큐뮬레이터 롤러(30)의 변위 속도가 제어되면서 와이어(7)의 장력 조절이 유도된다.The actuator 31 for the accumulator roller is connected to the accumulator roller 30 to change the position of the accumulator roller 30 to induce the adjustment of the tension of the wire 7. The displacement of the accumulator roller 30, The tension control of the wire 7 is induced.

본 발명의 실시예에 따른 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터(31)는 도 4에서와 같이 스프링(311)과 공압실린더(312)를 포함하는 구성으로 이루어진다.The actuator 31 for the accumulator roller according to the embodiment of the present invention is configured to include the spring 311 and the pneumatic cylinder 312 as shown in FIG.

스프링(311)은 어큐뮬레이터 롤러(30)에 일단부가 고정되고, 공압실린더(312)에 타단부가 고정되는 것으로, 어큐뮬레이터 롤러(30)에 설정크기의 탄성력을 부여하게 된다.One end of the spring 311 is fixed to the accumulator roller 30 and the other end of the spring 311 is fixed to the pneumatic cylinder 312 to give the accumulator roller 30 an elastic force of a predetermined magnitude.

공압실린더(312)는 설정위치에 고정되는 것으로, 스프링(311)의 타단부에 로드(3121)가 결합된다. 이와 같은 공압실린더(312)는 로드(3121)의 전후진 동작에 따른 스프링(311)의 길이 변위(X)에 의해 변동되는 스프링(311)의 탄성력(FX)을 조절하게 된다. 또한 공압실린더(312)는 로드(3121)의 전후진 가속도 조절를 통해 와이어(7)의 장력 조절을 유도하게 된다.
The pneumatic cylinder 312 is fixed at a set position, and the rod 3121 is coupled to the other end of the spring 311. The pneumatic cylinder 312 controls the elastic force F x of the spring 311 which is varied by the length displacement X of the spring 311 in accordance with the forward and backward movement of the rod 3121. The pneumatic cylinder 312 also induces tension adjustment of the wire 7 by adjusting the longitudinal acceleration of the rod 3121.

와인딩 핀(60)은 도 5에서와 같이 설정된 경로를 따라 이동하면서 BLDC모터(1)의 고정자(4)를 이루는 코일 투스(coil tooth)(6)에 와이어(7)를 와인딩시키는 것이다.
The winding pin 60 winds the wire 7 on the coil tooth 6 constituting the stator 4 of the BLDC motor 1 while moving along the set path as shown in Fig.

와인딩 핀용 액추에이터(61)는 와인딩 핀(60)의 이동을 유도하게 되는 것이다.
The actuator 61 for the winding pin induces the movement of the winding pin 60.

장력측정센서(40)는 와이어(7)의 현재장력을 측정하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 장력측정센서(40)는 도 4에서와 같이 장력측정센서 설치용 자유롤러(22)에 설치되는 로드셀(40a)로 이루어진다.
The tension measuring sensor 40 measures the current tension of the wire 7 and the tension measuring sensor 40 according to the embodiment of the present invention is installed on the tension roller mounting free roller 22 as shown in FIG. And a load cell 40a.

속도계(50)는 와이어(7)가 이동하는 현재속도를 측정하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 속도계(50)는 도 4에서와 같이 타코미터(50a)로 이루어진다.
The speedometer 50 measures the current speed at which the wire 7 moves. The speedometer 50 according to the embodiment of the present invention is composed of the tachometer 50a as shown in FIG.

컨트롤러(70)는 코일 투스(6)에 와인딩되는 와이어(7)의 기준장력(Tr)이 작업 관리자에 의해 미리 입력되어 설정 및 저장되도록 한다. 또한 컨트롤러(70)는 장력측정센서(40)와 속도계(50)로부터 코일 투스(6)에 와인딩되는 와이어(7)의 현재장력(T)과 현재속도를 실시간으로 입력받게 되는데, 상기와 같은 와이어(7)의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어(7)의 현재속도에 맞추어 메인풀리용 구동모터(11)와 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터(31)의 작동을 제어하여 와이어(7)의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 와이어 장력제어 알고리즘을 구비하여 와이어(7)의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어(7)의 현재속도에 맞추어 메인풀리용 구동모터(11)의 회전모멘트(M), 공압실린더(312)의 로드 구동력(FC), 공압실린더(312)의 로드 이동길이(Xb)를 실시간 피드백 제어하여 와이어(7)의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 한다.
The controller 70 allows the reference tension T r of the wire 7 wound on the coil tooth 6 to be inputted and set and stored in advance by the operation manager. The controller 70 receives the current tension T and current speed of the wire 7 wound on the coil tooth 6 from the tension measuring sensor 40 and the speedometer 50 in real time. 7, the reference tension (T r) with the current tension (T), to control the operation of the wire 7 according to the current rate, the main pulley drive motor 11 for the accumulator roller actuator (31) of the wire (7 So that the present tension (T) of the belt (1) coincides with the reference tension (T r ). Particularly, the controller 70 according to the embodiment of the present invention is provided with a wire tension control algorithm so as to control the wire tension of the main pulley 7 in accordance with the reference tension T r of the wire 7, the current tension T, The feedback control of the rotational moment M of the driving motor 11, the rod driving force F C of the pneumatic cylinder 312 and the rod moving length X b of the pneumatic cylinder 312 real- (T) coincides with the reference tension (T r ).

여기서 와이어(7)의 현재장력(T)은 아래의 [수학식 1]에 의해 산출된다.Here, the present tension T of the wire 7 is calculated by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

이와 같은 [수학식 1]은 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)의 주요부 FBD 역학해석으로부터 아래의 [수학식 2] 내지 [수학식 17]을 통해 도출된다.
Equation (1) can be expressed by the following equations (2) to (17) from the FBD dynamic analysis of the main part of the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. Lt; / RTI >

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

(Vd는 메인풀리에서 와이어의 통과속도)(V d is the passing speed of the wire in the main pulley)

Figure pat00007
Figure pat00007

(Vw는 와인딩 핀에서 와이어의 통과속도)(V w is the passing speed of the wire at the winding pin)

Figure pat00008
Figure pat00008

(Vt는 어큐뮬레이터 롤러에서 와이어의 통과속도)(V t is the passing speed of the wire in the accumulator roller)

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

그리고, [수학식 1]을 [수학식 18]에 대입하여 식을 다시 정리하면 다음의 [수학식 17]과 [수학식 18]과 같다.Substituting Equation (1) into Equation (18) and rearranging the equations, Equation (17) and Equation (18) are obtained.

Figure pat00017
Figure pat00017

Figure pat00018
Figure pat00018

[수학식 18]에서 사용된 변수를 아래의 [수학식 19]에서와 같이 다시 정의하여 상태 공간 표현으로 나타낼 수 있다.
The variable used in Equation (18) can be redefined as shown in Equation (19) below to be expressed as a state space expression.

Figure pat00019
Figure pat00019

상기와 같이 와이어 장력제어 알고리즘을 구비하는 컨트롤러(70)는 도 7에서와 같이 2개의 PID 제어기를 사용하여 아래의 [수학식 20]에 따라 피드백 제어를 수행하게 된다.
As described above, the controller 70 having the wire tension control algorithm performs feedback control according to the following equation (20) using two PID controllers as shown in FIG.

Figure pat00020
Figure pat00020

(여기서, e=Tr-T이고, Kpj, Kij, Kdj(j=1,2)는 제어기 게인이다.)
(Where e = T r - T and K pj , K ij , K dj (j = 1, 2) is the controller gain.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)는 장력측정센서(40)와 속도계(50)에 의해 와이어(7)의 현재장력과 현재속도가 실시간으로 검출되고, 와이어(7)가 권취된 메인풀리용 구동모터(11)의 구동과 와이어(7)가 통과하는 어큐뮬레이터 롤러(30)의 위치 변동이 컨트롤러(70)에 의해 제어되면서 와이어(7)의 현재장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 피드백 제어되는 장치구성과 제어구성이 제공되어 겹침없이 와이어(7)가 안정되고 원활하게 와인딩되고, 와이어(7)의 파단이나 손상없이 코일(5)이 형성되어 코일 품질이 향상될 뿐만 아니라, 와인딩되는 와이어(7)의 장력이 실시간 제어됨으로써 와이어(7) 와인딩 작업의 신뢰성과 효율이 증대된다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치(100)는 장력측정센서(40), 메인풀리용 구동모터(11), 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터(31)에 의해 와이어(7)의 장력이 설정된 기준장력에 일치되도록 함에 따라, 장치구성 및 제어구성이 단순화되어 제조비용의 절감과 장치운용의 편의성이 향상된다.
In the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to the present invention configured as described above, the current tension and the current speed of the wire 7 are detected in real time by the tension measuring sensor 40 and the speed meter 50 And the positional variation of the accumulator roller 30 through which the wire 7 passes is controlled by the controller 70 while the driving motor 11 for the main pulley in which the wire 7 is wound and the positional variation of the accumulator roller 30 through which the wire 7 passes The apparatus is provided with a device configuration and a control configuration that are feedback-controlled so that the tension is matched with the set reference tension, so that the wire 7 is steadily and smoothly wound without overlapping, and the coil 5 is formed without breakage or damage of the wire 7, Not only the quality is improved but also the reliability of the winding operation of the wire 7 is enhanced by controlling the tension of the wire 7 to be wound in real time. The tension controlled BLDC motor coil winding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is characterized in that the tension of the wire 7 is detected by the tension measuring sensor 40, the driving pulley 11 for the main pulley, and the actuator 31 for the accumulator roller. Is made equal to the set reference tension, the apparatus configuration and the control configuration are simplified, thereby reducing the manufacturing cost and improving the convenience of the apparatus operation.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
Although the tension-controlled BLDC motor coil winding apparatus according to the embodiment of the present invention has been described with reference to the above description and drawings, it should be understood that the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that changes and modifications may be made.

1 : BLDC모터 2 : 회전자
3 : 영구자석 4 : 고정자
5 : 코일 6 : 코일 투스
7 : 와이어 10 : 메인풀리
11 : 메인풀리용 구동모터 20 : 입구측 자유롤러
21 : 출구측 자유롤러 22 : 장력측정센서 설치용 자유롤러
23 : 출구측 보조 자유롤러 30 : 어큐뮬레이터 롤러
31 : 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터
311 : 스프링 312 : 공압실린더
3121 : 로드 40 : 장력측정센서
40a : 로드셀 50 : 속도계
50a : 타코미터 60 : 와인딩 핀
61 : 와인딩 핀용 액추에이터 70 : 컨트롤러
80 : 와이어 스풀 90 : 와이어 클리너
100 : 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치1: BLDC motor 2: rotor
3: permanent magnet 4: stator
5: Coil 6: Coil toot
7: wire 10: main pulley
11: drive motor for main pulley 20: inlet side free roller
21: Free roller at exit side 22: Free roller for tension sensor mounting
23: An exit side auxiliary free roller 30: Accumulator roller
31: Actuator for accumulator roller
311: spring 312: pneumatic cylinder
3121: load 40: tension measuring sensor
40a: load cell 50: speedometer
50a: Tach 60: winding pin
61: Actuator for winding pins 70: Controller
80: wire spool 90: wire cleaner
100: tension controlled type BLDC motor coil winding device

Claims (4)

BLDC모터 고정자에 코일을 와인딩하는 BLDC모터 코일 와인딩장치에 있어서,
회전가능하게 고정되고, 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 메인풀리와;
상기 메인풀리와 연결되어 상기 메인풀리에 설정크기의 회전모멘트(M)를 전달하게 되는 메인풀리용 구동모터와;
설정지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되고, 상기 메인풀리를 통과하여 나온 와이어가 외주면 일측 부위에 감기면서 통과하게 되는 어큐뮬레이터 롤러와;
상기 어큐뮬레이터 롤러의 위치를 변경시키는 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터와;
설정된 경로를 따라 이동하면서 상기 BLDC모터 고정자를 이루는 코일 투스(coil tooth)에 상기 와이어를 와인딩시키는 와인딩 핀과;
상기 와인딩 핀의 이동을 유도하게 되는 와인딩 핀용 액추에이터와;
상기 와이어의 현재장력을 측정하는 장력측정센서와;
상기 와이어가 이동하는 현재속도를 측정하는 속도계 및;
상기 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 기준장력(Tr)이 설정되도록 하고, 상기 장력측정센서와 속도계로부터 상기 코일 투스에 와인딩되는 와이어의 현재장력(T)과 현재속도를 실시간으로 입력받게 되며, 와이어의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어의 현재속도에 맞추어 상기 메인풀리용 구동모터와 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터의 작동을 제어하여 와이어의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치.CLAIMS 1. A BLDC motor coil winding device for winding a coil on a BLDC motor stator,
A main pulley fixed to be rotatable and having a wire wound around one side of the outer circumferential surface and passing therethrough;
A main pulley drive motor connected to the main pulley to transmit a rotation moment M of a predetermined magnitude to the main pulley;
An accumulator roller disposed freely rotatably and movably at a set point, the accumulator roller having a wire passing through the main pulley wound around one side of an outer circumferential surface and passing therethrough;
An actuator for an accumulator roller for changing the position of the accumulator roller;
A winding pin for winding the wire on a coil tooth constituting the BLDC motor stator while moving along a predetermined path;
An actuator for a winding pin that induces movement of the winding pin;
A tension measuring sensor for measuring a current tension of the wire;
A speed meter for measuring a current speed at which the wire moves;
(T r ) of the wire wound on the coil tooth is set, and the current tension (T) and current speed of the wire wound on the coil tooth from the tension measuring sensor and the speedometer are input in real time, of the reference tension (T r) with the current tension (T), according to the current speed of the wire by controlling the operation of the drive actuator for a motor and an accumulator roller for the main pulley current tension (T) is based on the tension of the wire (T r) And a controller for controlling the tension of the motor to coincide with the tension of the motor. 제 1항에 있어서,
상기 어큐뮬레이터 롤러용 액추에이터는 상기 어큐뮬레이터 롤러에 일단부가 고정되는 스프링과;
설정위치에 고정되고, 상기 스프링의 타단부에 로드가 결합되며, 상기 로드의 전후진 동작에 따른 상기 스프링의 길이 변위(X)에 의해 변동되는 상기 스프링의 탄성력(FX)을 조절하게 되는 공압실린더를 포함하는 구성으로 이루어지고,
상기 컨트롤러는 와이어의 기준장력(Tr)과 현재장력(T), 와이어의 현재속도에 맞추어 상기 메인풀리용 구동모터의 회전모멘트(M), 상기 공압실린더의 로드 구동력(FC), 상기 공압실린더의 로드 이동길이(Xb)를 제어하여 와이어의 현재장력(T)이 기준장력(Tr)에 일치되도록 하는 와이어 장력제어 알고리즘을 구비하게 되는 것을 특징으로 하는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치.The method according to claim 1,
The actuator for the accumulator roller includes: a spring having one end fixed to the accumulator roller;
A pneumatic pressure (PX) which is fixed at a setting position, a rod is coupled to the other end of the spring, and an elastic force (F X ) of the spring varies depending on a length displacement (X) And a cylinder,
Said controller is based on the tension of the wire (T r) with the current tension (T), according to the current speed of the wire turning moment of the drive motor for the main pulley (M), the load driving force of the pneumatic cylinder (F C), the pneumatic And a wire tension control algorithm for controlling the rod moving length (X b ) of the cylinder so that the current tension (T) of the wire is equal to the reference tension (T r ). 제 1항에 있어서,
상기 장력측정센서는 로드셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치.The method according to claim 1,
Wherein the tension measuring sensor comprises a load cell. 제 1항에 있어서,
설정지점에 자유회전 가능하게 고정되고, 상기 메인 풀리로부터 이동되는 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하도록 하는 입구측 자유롤러와;
상기 입구측 자유롤러로부터 이격된 설정 지점에 자유회전 가능하게 고정되고, 상기 입구측 자유롤러를 통과한 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하도록 하는 출구측 자유롤러를 포함하여,
상기 어큐뮬레이터 롤러는 상기 입구측 자유롤러와 출구측 자유롤러 사이의 설정 지점에 자유회전 및 이동 가능하게 배치되고, 상기 입구측 자유롤러를 통과한 와이어가 외주면 일측 부위를 통과하여 상기 출구측 자유롤러로 안내되도록 하는 것을 특징으로 하는 장력제어형 BLDC모터 코일 와인딩장치.The method according to claim 1,
An inlet side free roller fixed freely rotatably at a set point and allowing the wire moved from the main pulley to pass through one side of the outer circumferential surface;
And an outlet side free roller which is freely rotatable at a set point spaced from the inlet side free roller and which allows the wire passed through the inlet side free roller to pass through one side of the outer circumferential surface,
Wherein the accumulator roller is freely rotatably and movably disposed at a predetermined point between the inlet side free roller and the outlet side free roller, the wire passing through the inlet side free roller passes through one side portion of the outer circumferential surface, Thereby to guide the tension of the winding of the BLDC motor coil winding device.
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