JP2013135602A - 積層コア及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】コアの強度及び効率を向上させ、コアロスを低減することができる積層コア及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の積層コア10は、軟磁性複合体で形成される少なくとも一つ以上が積層された単位積層体11を含み、軟磁性複合体をなすそれぞれの粉末粒子が、絶縁コーティングされたものである。
【選択図】図1A
【解決手段】本発明の積層コア10は、軟磁性複合体で形成される少なくとも一つ以上が積層された単位積層体11を含み、軟磁性複合体をなすそれぞれの粉末粒子が、絶縁コーティングされたものである。
【選択図】図1A
Description
本発明は、積層コア及びその製造方法に関する。
一般的に、発電機または電動機などのようなモータは、外箱内に回転子コア及び固定子コアに巻線を挿入した構造に形成される。
この際、回転子コア及び固定子コアは、薄板のケイ素鋼板を打ち抜いてコアを形成した後に積層して構成され、このような各コアを積層する際には、互いの間に一定距離を有する空隙が形成されるように構成される。
しかし、ケイ素鋼板を積層して用いる場合、渦電流損失が大きく、効率性が劣るという問題点があり、銅の使用量が増加するという問題点があった。
このような問題点を解決するために、コアを製作するにあたり粉末磁性材料を用いる方案が提示されている。特許文献1には、コアを軟磁性金属系粉末の成形品で構成することにより、コア間の磁路の磁気抵抗を低減して効率の改善を図る方法が開示されている。
しかし、このような粉末磁性材料による成形品などで一体にコアを構成する場合、機械的強度が低下するという致命的な問題点が発生する。また、軟磁性複合体をそのまま用いる場合、軟磁性複合体をなす粉末粒子間の電気的性質によるコアロス(Core Loss)が発生するという問題点があった。
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、軟磁性複合体でコアを製作するにあたり、軟磁性複合体を積層する方式を利用してコアを製作することにより、コアの強度及び効率を向上させ、軟磁性複合体をなす粉末粒子をそれぞれ絶縁コーティングすることにより、コアロスを低減することができる積層コア及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一実施例による積層コアは、電動機などのモータに用いられるコアであって、前記コアは、軟磁性複合体で形成される少なくとも一つ以上が積層された単位積層体を含み、前記軟磁性複合体をなすそれぞれの粉末粒子は絶縁コーティングされたことを特徴とする。
ここで、前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする。
本発明の第1実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスピンコーティング法により支持台上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。
ここで、前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする。
本発明の第2実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスクリーン印刷法により対象基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。
ここで、前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする。
本発明の第3実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスロットダイコーティング法により全面基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。
ここで、前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする。
本発明の第4実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をグラビアロール印刷法によりベース基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。
ここで、前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする。
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に従って本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
本発明によれば、電動機などのようなモータのコアを軟磁性複合体を用いて形成することにより、渦電流損失を防止して効率を向上させる効果がある。
また、本発明によれば、軟磁性複合体の積層方式でコアを製作することにより、軟磁性複合体で形成されたコアの機械的強度を向上させる効果がある。
更に、本発明によれば、軟磁性複合体を用いてコアを形成することにより、コアの設計自由度を高める効果がある。
そして、本発明によれば、軟磁性複合体を用いてコアを形成することにより、銅の使用量を低減することができる効果がある。
また、本発明によれば、軟磁性複合体をなす粉末粒子を個別に絶縁コーティング処理することにより、粉末粒子の間に発生するコアロス(Core Loss)を低減することができる効果がある。
更に、本発明によれば、軟磁性複合体をなす粉末粒子を個別にコーティング処理することにより、軟磁性複合体で形成されたコアが適用される電動機の効率を向上させる効果がある。
更にまた、本発明によれば、軟磁性複合体をなす粉末粒子を個別にコーティング処理することにより、単位積層体の間に別の絶縁層を備える必要がないため、製作の信頼性及び生産性を向上させる効果がある。
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第1」、「第2」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図1Aは、本発明の一実施例による積層コアを適用したステータコアを図示した図面であり、図1Bは、本発明の一実施例による単位積層体の部分拡大断面図である。
本発明の一実施例による積層コア10は、電動機などのモータに用いられるコア10であって、前記コア10は、軟磁性複合体で形成される少なくとも一つ以上が積層された単位積層体11を含み、前記軟磁性複合体をなすそれぞれの粉末粒子11aは、絶縁コーティング11bされることを特徴とする。
本発明による積層コア10は、電動機などのモータに用いられるコア10であって、前記コア10は、粉末磁性材料で形成され、少なくとも一つ以上の単位積層体11が積層された構造に形成されたことを特徴とする。
本発明において、積層コア10に用いられる粉末磁性材料、即ち、粉末粒子11aを含む軟磁性複合体は、電気機器のためのインダクタ(inductors)、ステータ(stators)及びロータ(rotors)、駆動器(actuator)、センサ、及び変圧器コア(core)のコア材料などの用途に用いられる。一般的に、電気機器におけるロータとステータなどの軟磁性コアは、スタックド鋼ラミネート(stacked steel laminates)で作られる。軟磁性複合体(Soft Magnetic Composite:SMC)材料は、軟磁性粒子を基に作られるが、通常、各粒子に電気絶縁コーティングがなされた鉄系粒子を基にする。粉末金属工程により絶縁された粒子を選択的に潤滑剤またはバインダとともに圧縮することにより、軟磁性複合部品が作られる。このような粉末金属技術を利用して軟磁性複合材料が3次元磁束(magnetic flux)を収容することができ、圧縮工程により3次元形態が得られるため、軟磁性複合部品を製作するにあたり、より高い自由度を有するSMC部品を生産することが可能である。
また、軟磁性粉末(または金属粉末)の粉末粒子11aは、絶縁物質でコーティングされており、粉末粒子11aの形状は、3次元形状(例えば、直方体などの多面体状、球形などの楕円状、シリンダー状、ドーナツ状など)及び2次元薄膜形状(例えば、薄いスライスチップ(slice chip)状、フレーク(flake)状など)などの多様な形態を有することができる。軟磁性の粉末粒子11aの間で、ポリアミド(polyamide)系樹脂などがバインダ(binder)の役割をすることにより、構造的強度及び形状を維持することができる。
特に、非結晶質の軟磁性の粉末粒子11aの場合、任意の3次元形状及び2次元薄膜形状の粉末粒子11aが絶縁コーティング11bされており、軟磁性の粉末粒子11aの間で、ポリアミド(polyamide)系樹脂などがバインダの役割をすることにより、構造的強度及び形状を維持することができる。
本発明では、上述したように、軟磁性複合体をなす軟磁性の粉末粒子11aを個別に絶縁コーティング11bし、これを含む単位積層体11を複数個積層することにより、積層コア10の剛性を向上させ、粉末粒子11aの間に発生するコアロスを防止することができる利点がある。
軟磁性複合体を用いて単位積層体11を形成し、この単位積層体11を厚さ方向に積層することにより、コアを製作する。単位積層体11の厚さを0.1mm以下に形成することにより、薄い単位積層体11が複数個積層されて、機械的強度をより向上させることができる。
図1Aは、本発明による軟磁性複合体を用いて積層構造に形成したステータコア(積層コア)10の斜視図である。
軟磁性複合体を用いてコア10を形成することにより、渦電流損失を防止し、効率を向上させるなどの効果を有するとともに、積層構造に形成することにより、機械的強度の問題点も解決することができる。特に、積層構造のコア10を形成するにあたり、単位積層体11の厚さは、0.1mm以下に形成させることが好ましい。0.1mm以下の単位積層体11を積層してコア10を製作することにより、機械的強度をさらに向上させ、軟磁性複合体を用いることにより、渦電流損失を防止し、効率を向上させることができる。
図1Bに図示されたように、軟磁性複合体をなす軟磁性の粉末粒子11aをそれぞれ個別に絶縁コーティング11bすることにより、粉末粒子11aの間に発生するコアロスを防止することができるという利点がある。
また、磁性材料は、変動磁場に露出されると、ヒステリシス損失(hysteresis loss)及び渦電流損失(eddy current loss)のためエネルギー損失が発生する。ヒステリシス損失は、交番磁界(alternating magnetic field)の周波数に比例する反面、渦電流損失は、周波数の二乗に比例する。従って、渦電流損失が重要であり、渦電流損失を低減しながら、ヒステリシス損失を低い水準に維持するために、抵抗を増加させることが好ましい。前記抵抗を改善させるために、粉末粒子11a上に、絶縁コーティング11bまたは薄膜を加えることが好ましい。
本発明による軟磁性複合体の材料としては、ニッケル系合金のうちモリパーマロイ粉末(Moly−Permalloy Powder;MPP、81%Ni−17%Fe−2%Mo)と、鉄系合金としてセンダスト(SENDUST、85%Fe−9.5%/si−5,5%Al)を用いることができるが、特に、これに限定されるものではなく、当業者により、選択可能な多様な物質の軟磁性複合体の材料を用いることができるということは勿論である。
図2から図5は、本発明による積層コアの製造方法の多様な実施例を示したものである。
具体的には、図2は、本発明の第1実施例による積層コアの形成方法を示す模式図であり、図3は、本発明の第2実施例による積層コアの形成方法を示す模式図であり、図4は、本発明の第3実施例による積層コアの形成方法を示す模式図であり、図5は、本発明の第4実施例による積層コアの形成方法であって、グラビアロール印刷(Gravure Roll Printing)を利用する方法を図示した図面である。
図2は、本発明の第1実施例による積層コアの形成方法として、スピンコーティング装置30を利用する方法を図示した図面である。
本発明の第1実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液をスピンコーティング法により支持台33上に塗布して単位積層体34を形成する段階と、前記単位積層体34を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。特に、スピンコーティング法により形成された前記単位積層体34は、積層方向の厚さが0.1mm以下に形成されることが好ましい。これにより、より優れた剛性を有する積層形態の軟磁性複合体の積層コア10を製作することができる(図1A参照)。また、軟磁性複合体をなす粉末粒子11aを絶縁コーティング11b処理することにより、コアロスを低減することができる(図1B参照)。
具体的には、スピンコーティング装置30を利用する方法は、絶縁コーティングされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液を、スピンコーティング装置30を用いて支持台33上に塗布して単位積層体34を製作し、これを複数個積層する方式により行われる。
図2に図示されたように、スピンコーティング装置30は、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液を提供するためのノズル31と、カップ35上に付着され、支持台33をチャッキングするチャック(chuck)32と、支持台33とともにチャック32を回転させるモータ36と、を含む。前記スピンコーティング法は、特に、単位積層体34の厚さを均一にすることを目的とする。
前記スピンコーティング法は、均一化(homogenization)段階と後続の乾燥段階とで構成される。均一化段階において、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液を均一に塗布するために、所望の単位積層体34の厚さに対応する設定回転速度、所定の回転時間、及び前記設定回転速度と所定回転時間の積を選択することにより、モータを回転させる。乾燥段階において、支持台33は、均一化段階での設定回転速度よりは、低い回転速度で回転され、これにより、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)で単位積層体を製造することができる。このように製造された単位積層体34を厚さ方向に複数個積層し、コア形状に切断及び加工することにより、積層構造のコア10を製作することができる(図1A参照)。
図3は、本発明の第2実施例による積層コアの形成方法として、スクリーン印刷装置40を利用する方法を図示した図面である。
本発明の第2実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液をスクリーン印刷法により対象基板44上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。特に、スクリーン印刷法により形成された前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下に形成されることが好ましい。これにより、より優れた剛性を有する積層形態の軟磁性複合体の積層コア10を製作することができる(図1A参照)。また、軟磁性複合体をなす粉末粒子11aを絶縁コーティング11b処理することにより、コアロスを低減することができる(図1B参照)。
具体的には、スクリーン印刷法は、スクリーン43を利用して、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液41をスキージ42を用いてスクリーン43に密着させて、対象基板44上に単位積層体を形成することができる。この際、スクリーン43のパターン形状を調節して、コア製作に適した単位積層体が形成されることができるということは勿論である。また、コア形状のパターンをスクリーン43を介して製作することができる利点がある。このように製作された絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)の単位積層体を厚さ方向に複数個積層することにより、積層コア10を製作することができる(図1A参照)。
図4は、本発明の第3実施例による積層コアの形成方法として、スロットダイコーティング装置50を利用する方法を図示した図面である。
本発明の第3実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液をスロットダイコーティング法により全面基板55上に塗布して単位積層体54を形成する段階と、前記単位積層体54を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。
特に、スロットダイコーティング法により形成された前記単位積層体54は、積層方向の厚さが0.1mm以下に形成されることが好ましい。これにより、より優れた剛性を有する積層形態の軟磁性複合体の積層コアを製作することができる。また、軟磁性複合体をなす粉末粒子11aを絶縁コーティング11b処理することにより、コアロスを低減することができる(図1B参照)。
具体的には、スロットダイコーティング法とは、流動を有する液状の流体(スラリー、粘着剤、ハードコーティング剤、セラミックなど)を無脈動ポンプまたはピストンポンプにより、スロットダイ(Slot Die)というレオロジー(Rheology)によって内部が設計されて加工された上、下の金型板の間に供給し、液供給パイプから供給された流体を生地、フィルム、ガラス(glass)板、シート(Sheet)に進行方向の幅方向に一定且つ均一な厚さにコーティングする方法である。
図4に示すように、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液51をスロットダイ52のノズル53を介して全面基板55に塗布することにより、全面基板55上に単位積層体54を形成することができる。このように形成された単位積層体54を厚さ方向に複数個積層することにより、積層構造のコアを製作することができる。絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)で形成された単位積層体54を積層することにより、積層コア10の剛性を確保することができるだけでなく、積層コア10のコアロスを低減することができる利点がある(図1A参照)。
図5は、本発明の第4実施例による積層コアの形成方法として、グラビアロール印刷(Gravure Roll Printing)装置60を利用する方法を図示した図面である。
本発明の第4実施例による積層コアの製造方法は、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液をグラビアロール印刷法により、ベース基板62上に塗布して単位積層体を形成する段階と、前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む。特に、グラビアロール印刷法により形成された前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下に形成されることが好ましい。これにより、より優れた剛性を有する積層形態の軟磁性複合体の積層コア10を製作することができる(図1A参照)。また、軟磁性複合体をなす粉末粒子11aを絶縁コーティング11b処理することにより、コアロスを低減することができる(図1B参照)。
図5に図示されたように、銅板ローラー(下部ローラー)63の表面にパターン部63aを具現し、絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)を含む塗布液64を、ブレード65を利用して下部ローラー63を介して注入して、上部ローラー61と下部ローラー63との間のベース基板62上に積層することにより所望のパターンの単位積層体を2次元に具現した後、別の積層機を用いて単位積層体を積層することにより、3次元形状の絶縁コーティング11bされた粉末粒子11aからなる軟磁性複合体(図1B参照)で積層コア10を製作することができる(図1A参照)。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による積層コア及びその製造方法は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更は、いずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
本発明は、コアの強度及び効率を向上させ、コアロスを低減することができる積層コア及びその製造方法に適用可能である。
10 積層コア(コア、ステータコア)
11 単位積層体
11a 粉末粒子
11b 絶縁コーティング
30 スピンコーティング装置
31 ノズル
32 チャック
33 支持台
34 単位積層体
35 カップ
36 モータ
40 スクリーン印刷装置
41 塗布液
42 スキージ
43 スクリーン
44 対象基板
50 スロットダイコーティング装置
51 塗布液
52 スロットダイ
53 ノズル
54 単位積層体層
55 全面基板
60 グラビアロール印刷装置
61 上部ローラー
62 ベース基板
63 下部ローラー(銅板ローラー)
63a パターン部
64 塗布液
65 ブレード
11 単位積層体
11a 粉末粒子
11b 絶縁コーティング
30 スピンコーティング装置
31 ノズル
32 チャック
33 支持台
34 単位積層体
35 カップ
36 モータ
40 スクリーン印刷装置
41 塗布液
42 スキージ
43 スクリーン
44 対象基板
50 スロットダイコーティング装置
51 塗布液
52 スロットダイ
53 ノズル
54 単位積層体層
55 全面基板
60 グラビアロール印刷装置
61 上部ローラー
62 ベース基板
63 下部ローラー(銅板ローラー)
63a パターン部
64 塗布液
65 ブレード
Claims (10)
- 電動機などのモータに用いられるコアであって、
前記コアは、軟磁性複合体で形成される少なくとも一つ以上が積層された単位積層体を含み、
前記軟磁性複合体をなすそれぞれの粉末粒子は、絶縁コーティングされたことを特徴とする積層コア。 - 前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の積層コア。
- 絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスピンコーティング法により支持台上に塗布して単位積層体を形成する段階と、
前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む積層コアの製造方法。 - 前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする請求項3に記載の積層コアの製造方法。
- 絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスクリーン印刷法により対象基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、
前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む積層コアの製造方法。 - 前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする請求項5に記載の積層コアの製造方法。
- 絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をスロットダイコーティング法により全面基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、
前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む積層コアの製造方法。 - 前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする請求項7に記載の積層コアの製造方法。
- 絶縁コーティングされた粉末粒子からなる軟磁性複合体を含む塗布液をグラビアロール印刷法によりベース基板上に塗布して単位積層体を形成する段階と、
前記単位積層体を厚さ方向に複数個積層する段階と、を含む積層コアの製造方法。 - 前記単位積層体は、積層方向の厚さが0.1mm以下であることを特徴とする請求項9に記載の積層コアの製造方法。
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