KR100362323B1 - 영구자석 매립형 모터 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

특성이 양호하고, 생산성이 높은 자석매립형 모터를 제공한다.

전자강판을 뚫어서 로터코어판을 다수 적층한 로터코어의 반경방향에 각 극당 다수층 설치된 슬릿에 수지중에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 액상의 본드자석을 경화전에 주입하고, 경화시킨후 착자한다.

Description

영구자석 매립형 모터 및 그의 제조방법{A MOTOR EMBEDDED WITH PERMANENT MAGNETS AND A METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 회전자에 영구자석을 매립한 자석매립형 모터와 그 제조방법에 관한 것이다.

영구자석매립형 모터에 소결형의 영구자석을 사용하는 경우, 영구자석을 로터코어에 설치된 슬릿에 삽입한후, 형상오차에 의한 극간을 충전제나 접착재로 매립하는 방법이나, 볼트,넛에 의한 기계적 결합방법등에 의해, 로터코어에 고착하는 방법이 취해져 있고, 영구자석의 성형과 조립공정의 생산성 저해요인이 되어 있다.

또 분말상의 영구자석원료를 주입하고, 인서트법으로 영구자석을 형성하는 경우, 로터를 500℃ 이상의 고온에 장시간 투입할 필요가 있고, 설비비가 커지는 외에 로터자체에 가열에 의한 잔류응력이나 변형이 발생해서 신뢰성이 저하하는 등의 결점이 있었다.

도 14는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본국 특개평 10-112946호 공보가 제안하고 있는 것으로, 영구자석 매립형 부러시리스 DC모터용의 회전자 구성도이다.

로터코어(1)의 4개소에 형성한 슬롯(2)에 하드자성상과 소프트 자성상으로 되는 자석분말을 수지로 결합한 수지결합형 영구자석(3)을 삽입하는 구조로 되어 있고, 영구자석(3)은 슬롯(2)에 삽입후, 로터코어(1)에 접착 또는 볼트넛에 의한 기계적 결합방법으로 고착되어 있다.

그러나, 이런 접합방법에서는 장기간에 걸친 고속 회전에서의 사용중에 영구주석의 박리나 상처가 생겨, 고장의 원인이 된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 이상과 같은 문제를 해결하기 위해 된것으로, 영구자석의 성형시간을 단축하는 동시에 자석매립공정에서의 생산성이 높은 자석매립형 모터를 제공하는 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자석매립형 모터의 로터코어 조립체 사시도.

도 2는 열가소성 매트릭스 폴리머를 사용한 본드 자석의 유동특성과 슬릿로의충전율의 관계를 표시하는 그래프.

도 3은 열경화성 매트릭스 폴리머를 사용한 본드 자석의 유동특성과 슬릿로의 충전율의 관계를 표시하는 그래프.

도 4는 본 발명에 의한 슬릿의 분할방법을 표시하는 로터코어조립체 정면도.

도 5는 본 발명에 의한 본드자석의 주입방법을 설명하기 위한 모터코어 조립체 정면도.

도 6은 본 발명에 의한 영구자석배치의 변형예를 표시하는 로터코어 조립체 정면도.

도 7은 본 발명에 의한 영구자석배치의 다른 변형예를 표시하는 로터코어조립체 정면도.

도 8은 본 발명에 의한 영구자석배치의 또 다른 변형예를 표시하는 로터코어조립체 정면도.

도 9는 본 발명에 의한 영구자석배치의 또 다른 변형예를 표시하는 로터코어 조립체 정면도.

도 10은 본 발명에 의한 코어스큐(skewed core)의 실현방법을 설명하기 위한 로터코어조립체 사시도.

도 11은 본 발명에 의한 코어스큐의 다른 실현방법을 설명하기 위한 로터코어 조립체 사시도.

도 12는 본 발명에 의한 자석매립형 모터의 다른 로터코어조립체 사시도.

도 13은 본 발명에 의한 로터코어 조립체의 코어블록중복면을 표시하는 코어블록사시도.

도 14는 종래의 자석매립형 모터에서의 로터의 구성도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 로터코어,

11. 슬릿 또는 자석용 공극, 14. 코어블록상의 마크

2. 본드자석,

21,21a,21b. 간극편.

본 발명에 의한 영구자석 매립형모터는 로터코어의 각 극마다에 설치한 슬릿로 수지에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 본드자석을 직접 주입해서 경화시킴으로써 일체화시키고 접착제나 충전제에 의한 고착 또는 볼트-넛 등의 기계적 구속수단을 사용해서 영구자석을 고정할 필요가 없도록 한 것이다.또 본드자석을 형성하는 수지를 열가소성수지로 한 것이다.또, 본드자석을 형성하는 수지를 열경화성 수지로 한 것이다.또 로터를 로터코어파늘 다수 적층한 여러개의 로터블록을 축방향으로 겹쳐서 구성한 것이다.또 로터블록의 축바향의 양단면에 본드자석의 박층으로 요철()의 형상이 서로 상보적인 형상의 스페이서를 형성하고, 서로 인접하는 로터블록의 스페이서의 요철()이 서로 맞물리도록 로터블록을 올려쌓은 것이다.또, 본 발명의 한 영구자석 매립형 모터의 제조방법은 로터코어의 각 극마다에 설치한 슬릿중에 열가소성 수지중에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 멜트플로레이트(JISK 7210 의 규정에 준해 시험조건은 온도 300℃ , 하중 20kg-f, 다이의 내경 1.0mm , 다이의 두께 1.0mm)가 0.3이상의 본드자석을 가열해서 유동화시켜서 주입해 경화시키도록 한 것이다.또 본 발명에 의한 영구자석매립형 모터의 제조방법은, 로터코어의 각 극마다에 설치된 슬릿중에 열경화성수지에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 점도 1000내지 10000cP 의 본드자석을 주입해서 경화시키도록 한 것이다.실시의 형태 1

이하, 본 발명을 실시의 형태를 표시하는 도면을 사용해서 구체적으로 설명한다.

또 상술한 종래의 자석매립형 모터와 동일하거나, 상당하는 부분에는 같은 부호를 붙여서 중복된 설명은 생략한다.

마찬가지로, 각 실시의 형태의 설명에서는 선행하는 실시의 형태의 설명과 중복되는 부분에 대해서도 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시의 형태를 표시하는 4극의 지적 매립형 모터에서의 로터코어 조립체의 사시도이다.

도면에서, 1은 전자강판으로 형성한 로터코어이고, 그 중심축을 향해 철()상태로 형성한 다수의 슬릿(11)과 자로(maghetic paths)(12)를 설치하고 있다.

도면은 슬릿(11)이 9층, 자로(12)가 8층의 경우를 표시하고 있다.

이 슬릿(11)에는 매트릭스폴리머에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 자석(이하, 본드자석 이라함)(2)을 매립하고 있다.

각극에 설치하는 영구자석의 층수는 매립에 사용되는 본드자석의 특성이나 에어갭에서의 자속분포에 영향을 주기때문에 슬릿(11)과 자로(12)의 개수는 사용하는 본드자석의 특성이나 희망하는 자석매립형 모터의 성능에 따라 적의 선택할 필요가 있고, 도면이 그 일예인 것은 말할 필요가 없다.

로터코어(1)는 직경 60mm 이고, 두께 0.35mm 의 규소강판을 일정한 형상으로 뚫은 로터코어판을 30매 적층한 것으로 폭이 0.5mm 로 간격이 0.5mm 의 슬릿 9개를 극수만큼(4조)등간격으로 형성하고 있다.

본드자석(2)는, 로터코어(1)를 사출성형기에 부착한 금형내에 세트하고, 170℃ 가열해서 유동화시킨 본드자석(여기서는 매트릭스폴리머로서 나일론 12, 영구자석 재료의 분말로서 페라이트분말을 사용하였다)을 압력 1000kg-f/cm², 매초 35cm³의 속도로 충전하였다.

금형에는 배향용 마그넷을 배치해서 본드자석의 성형과 동시에 착자(nagnetize)하였다.

도 2는 점도가 다른 복수의 열가소성 매트릭스폴리머에 의한 본드자석을 사용하고 도 1을 사용해서 설명한것과 같이 로터코어조립체를 제작했을때의 본드자석의 유동특성을 표시하는 멜트플로레이트와 슬릿(11)의 내부공간에 대한 본드자석의 충전율의 관계를 표시하는 그래프이다.

본드자석의 슬릿중으로의 충전특성은 벨트플로레이트(JISK 7210 의 규정에 따라, 시험조건은 온도 300℃ , 하중 20kg-f , 다이(die)의 내경 1.0mm , 다이의 두께 1.0mm , 이하 MFR라 칭한다)에 의해 평가하였다.

본드자석의 MFR이 0.3cc/sec 이상이면 슬릿내부의 본드자석 충전율은 대략 100%가 되나, MFR가 이를 하회하면 급격히 저하하고 잇다.

MFR과 본드자석 충전율의 관계는 매트릭스 폴리머 및 영구자석재료의 분말의 종류나 함유율에 거의 의존하지 않는 것이 확인되었다.

이로써, 슬릿에 충전하는 본드자석의 MFR은 0.3cc/sec 이상인것이 바람직하다.

매트릭스 폴리머로서 열경화성수지를 사용하는 것도 가능하다.

도 3은 점도가 다른 여러개의 열경화성 매트릭스폴리머를 사용한 본드자석에 관한 도 2에 상당하는 그래프이다.

슬릿내부로의 본드자석충전율은, 점도가 10000cP 이하이면 대략 100%이나, 이를 상회하면 급격하게 저하하고 있다.

영구자석재료 분말입자의 매트릭스 폴리머내에서의 분산상태의 안정성 및 슬릿중으로의 충전시, 금형으로부터의 누출의 점에서 점도의 하한은 1000cP 정도이다.

이 때문에, 본드자석의 25℃ 에서의 점도는 1000cP 내지 10000cP의 범위로 하는 것이 바람직하다.

영구자석재료의 분말로는, 페라이트외에 네오디움계나 사마디움 코발트계의 영구자석재료분말이라도 된다.

또 매트릭스 폴리머는 모터의 내열온도에 따라 적당한 것을 선택하면 되고, 열가소성수지에서는 상술한 나일론외에, 폴리페닐렌설파이드(PPS)에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA)등이, 또 열경화성수지에서는 에폭시나 폴리이미드등이 사용될수 있다.

영구자석재료분말 및 매트릭스 폴리머를 적당히 선택함으로써 극히 광범한 특성을 갖는 본드자석을 자석매립형 몬터의 로터코어에 매립할수가 있다.

도 1에 표시한 로터코어 조립체에서는 인접하는 극간을 연속된 슬릿(11)으로 연결해서 본드자석(2)을 매립하는 것으로서 설명하였으나, 로터코어 조립체의 기계적 강도의 향상이나 슬릿(11)에 본드자석(2)을 높은 압력으로 주입할때, 각 슬릿(11)사이에 생기는 본드자석의 입력차에 의해 슬릿(11)사이에 격벽을 이루고 있는 자로(12)에 변형이 생기지 않도록, 도 4에 표시하는바와같이 브리지부(13)을 설치해서 각 슬릿(11)을 적당히 분할해도 된다.

또, 로터코어외주근방에서의 누설자로의 형성을 방지하는 의미에서 슬릿을 로터코어 외주면에 개구하는 형태로 해도 된다.

도 4는 슬릿의 분할방법의 한예를 표시하는 것으로, 슬릿의 분할방법이 도 4 의 형태에 한정되는 것은 아니다.

또, 본드자석(2)을 주입할때의 각 슬릿(11)사이의 격벽을 이루고 있는 자로의 변형을 방지하기 위해, 도 5에 표시한바와같이 슬릿의 길이방향으로 적당한 간격으로 핀(3)을 삽입한 상태에서 본드자석을 주입해도 된다.

이 핀(3)은 본드자석성형용의 금형에 고정하던가, 또는 슬릿(11)의 핀고정위치에 적당한 돌기 또는 오목한 거을 설치해서 고정하면 된다.

또, 핀(3)은 본드자석의 경화 후 이를 제거해도 되고, 그대로 놔두어도 된다.

핀(3)을 제거하지 않고 그대로 둘때는 비자성체를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 취하면 먼저 설명한 슬릿을 분할하는 방법으로 브리지부(13)가 형성하는 누설자로가 존재하지 않으므로 자기특성이 향상된다.

물론 슬릿을 분할하는 방법과 이 핀을 삽입하는 방법을 조합해도 된다.

이상과 같이 구상함으로써, 종래의 자석매립형 모터에 비해 영구자석의 형상을 임의로 선택할 수가 있다.

특히 자석의 박층화가 용이하다.

본드자석(2)의 착자는 주입후의 경화시에 금형에 배치한 배향용 마그넷에 의해 착차하고, 경화후 일단 탈자한후, 다시 재착해도 된다.

물론 배향용 마그넷에 의한 착자를 하지 않고 경화후에 착자해도 된다.

착자에는 펄스자계를 사용하는 착자장치를 사용하면 된다.

이상의 설명은, 슬릿(11)이 9층과 자로(12)가 8층인 경우에 대해 기술하였으나, 본드자석(2)의 성형은 극히 자유도가 높기때문에, 영구자석의 형상을 임의로 선택할수가 있다.

도 6에서 도 9는 영구자석배치의 변형예를 표시하는 거이다.

도면에 표시한 영구자석배치의 패턴은 예시이고, 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.

영구자석은 경화에 있어서, 로터코어의 견고하게 밀착하므로 접착제나 충전제에 의한 고착, 또는 볼트넛 등의 기계적 구속수단을 사용해서 영구자석을 고정할 필요가 없다.

또 로터코어판은 규소강판을 뚫어서 성형한 것이라고 설명하였으나, 이에 한하는 것은 아니다.

예를들면 자성재로부터 에칭등의 수단에 의해 일체로 성형한 블록상의 것도무방하다.

실시의 형태 2

도 10은 본 발명의 제2의 실시형태를 표시하는 자석매립형 모터에서의 로터코어 조립체의 사시도이다.

도면에서, 14는 슬릿군의 중간위치를 표시하는 마크이고, 적층하는 각 코어판에 공통되는 위치를 표시하고 있다.

이 도면은, 스테이터 조립체의 내경에 설치하는 코일슬롯의 간격과 로터코어 조립체 외주에서의 자극간격의 조합여하에 의해 생기는 출력토크의 맥동이나 고조파 전류에 의한 소음발생등을 방지하는 목적으로 시행되는 코어스큐의 실현방법을 설명하는 것이다.

로터코어 조립체를 구성하는 각 코어판의 마크(14)를 적층하는데 따라 회전방향으로 순차 어긋나게 하고 있다.

각 코어판을 회전방향으로 순차 어긋나게 해서 적층한 로터코어(1)에 도 1을 사용해서 설명한것과 같이, 그 슬릿부에 본드자석(2)를 매립하고 있다.

본드자석의 각 슬릿에의 주입이 균등하게 되도록 하기 위해 각 코어판간에서의 어긋나게 하는 량 δ는 슬릿(11)의 폭의 1/2이하로 하는 거이 바람직하다.

이상의 설명에 사용한 마크(14)는 설명의 편의상 붙인것으로, 코어판에 필수의 것은 아니다.

물론, 예를들면 코어판의 위치맞춤등의 목적으로 코어판 외주에 설치하는 노치상의 절결등을 마크(14)대신에 사용해도 된다.

도 11은, 코어스큐의 다른 실현방법을 설명하는 것이다.

로터코어의 적층높이를 일정수로 분할한 코어블록마다 적층하고 그 각 코어 블록부분(1a)에는 도 1을 사용해서 설명한것과 같이 각각의 슬릿(11)에 본드자석(2)을 매립하고, 각 코어블록(1a)의 마크(14)를 회전방향으로 순차 어긋나게 해서 쌓아올리고 로터코어 조립체를 구성하고 있다.

이와같이 로터코어 조립체를 구성함으로써 코어스큐의 크기를 슬릿간격에 좌우되지 않고 실현할수가 있다.

또 로터코어의 적층높이를 분할해서 본드자석(2)의 매립이 가능하므로, 슬릿(11)로의 본드자석(2)를 주입할때의 압력이 작아도 되고 슬릿(11)간의 격벽을 이루고 있는 자로(12)가 변형되는 일도 적다.

실시의 형태 3

도 12는 본 발명의 제3의 실시형태를 표시하는 자석매립형 모터에서의 로터코어 조립체의 사시도, 도 13은, 로터코어의 각 코어블록(1a)에서의 겹쳐진 면을 표시하는 사시도이다.도면에서, 21은 각 코어블록(1a)의 겹쳐진 면에 형성한 간격편, (21a) 및(21b)는 서로 겹쳐지는 2개의 면의 각각에 형성한 간격편이고 간격편 (21a)및(21b)는 같은 두께로 그 요철부가 서로 반전한 상보적인 형상으로 되어 있다.

간격편(21a)와 (21b)사이의 요철()부를 끼워맞추었을때, 슬릿(11)이 로터코어 조립체의 적층높이 전장에서 직선상에 나열되도록, 또는 도 9를 사용해서 설명했을때와 같은 코어스큐가 성립되도록, 슬릿(11)과 간격편(21a) 및 (21b)의 위치관계를 설정하고 있다.

슬릿(11)에 본드자석(2)을 주입해서 충전하기 위해서는 도 1을 사용해서 설명한데서 기술한바와같이 사출성형법등의 수단이 필요하다.

슬릿(11)에 본드자석(2)을 주입하기 위해서는 본드자석 성형용 금형의 코어블록이 겹치는 면과 대향하는 부분에는 본드자석(2)의 유로가 필요하다.

이 유로의 형상을 간격편(21a)및(21b)이 반전한 형상으로 형성함으로써, 슬릿(11)로의 본드자석(2)의 성형과 동시에 간격편(21a)및(21b)가 완성된다.

간격편(21)의 두께는 로터코어 조립체의 적층높이에 점하는 코어판의 두께의 층계가 이루는 비율(점적율)을 저하시키지 않을정도로 작게하는 것이 필요하다.이상과 같이 구성함으로써 본드자석 성형후의 겹쳐지는 면에 대해서는 거친 부분(burr)의 제거작업을 생략할 수 있고, 또 코어블록의 겹치기 작업에서 회전방향의 위치맞춤이 쉬워지므로 생산성이 향상된다.

본 발명에 의한 영구자석 매립형 모터는 로터코어의 각 극마다에 설치한 슬릿중에 영구자석을 매립하고 각 영구자석은, 수지중에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 본드자석에 의해 형성하였으므로, 극히 자유도가 높은 형상의 영구자석을 로터코어에 매립한 영구자석매립형 모터를 실현할 수 있고, 또 영구자석은 경화에 있어서 로터코어에 견고하게 밀착하므로 접착제나 충진제에 의한 고착 또는 볼트·넛 등의 기계적 구속수단을 사용해서 영구자석을 고정할 필요가 없다.

또, 본드자석을 형성하는 수지를 열가소성 수지로 하였으므로, 극히 광범위한 특성을 갖는 본드자석을 자석매립형 모터의 로터코어에 매립할수가 있다.

또, 본드자석을 형성하는 수지를 열경화성 수지로 하였으므로, 극히 광범위한 특성을 갖는 본드자석을 자석매립형 모터의 로터코어에 매립할수가 있다.

또, 로터를 로터코어판을 여러개 적층한 다수의 로터블록을 축방향으로 쌓아올려서 구성하였으므로, 로터코어의 적층높이를 분할해서 본드자석의 매립이 가능한 슬릿로의 본드자석을 주입할때의 압력이 작아도 되고 슬릿간의 격벽을 이루고 있는 자로가 변형되는 일도 적다.

또 로터블록을 축방향으로 쌓아올릴때에 회전방향의 위상을 순차 어긋나게 함으로써 임의의 량의 코어스큐를 실현할 수 있다.

또, 로터블럭의 축방향의 양단면에 본드자석의 박층이고 요철()형상이 서로 상보적인 형상의 스페이서를 형성하고 서로 인접하는 로터블록의 스페이서의 요철()이 서로 맞물리도록 로터블록을 쌓아 올렸으므로, 본드자석 성형후의 버르(Burr)제거작업을 생략할 수 있고 또 코어블록의 겹치기 작업에서 회전방향의 위치맞춤이 쉬워지므로 생산성이 향상된다.

또 본 발명에 의한 영구자석 매립형 모터의 제조방법은, 로터코어의 각 극마다에 설치된 슬릿중에 열가소성 수지중에 영구자석 재료의 분말을 분산시킨 멜트플로레이트(TISK 7210 의 규정에 따라, 시험조건은 온도 300℃ , 하중 20kg-f), 다이의 내경 1.0mm, 다이의 두께 1.0mm)가 0.3이상의 본드자석을 가열해서 유동화시켜서 주입하고 경화시키도록 하였으므로, 극히 광범한 특성을 갖는 본드자석을 자석매립형 모터의 로터코어에 매립할수가 있다.

또, 본 발명에 의한 영구자석 매립형 모터의 제조방법은, 로터코어의 각 극마다 설치한 슬릿중에 열경화성 수지에 영구자석재료의 분말을 분산시킨 점도 1000 내지 10000cP의 본드자석을 주입해서 경화시키도록 하였으므로 극히 광범위한 특성을 갖는 본드자석을 자석매립형 모터의 로터코어에 매립할수가 있다.

Claims (4)

1. 로터내부에 영구자석을 매립하는 구조를 구비한 영구자석 매립형 모터에 있어서, 상기 로터는 자성체로 되는 로터코어(1)와, 이 로터코어(1)의 각 극마다에 설치한 슬릿(11)에 수지중으로 영구자석 재료의 분말을 분산시킨 본드자석(2)을 경화전에 주입하여 성형한 영구자석으로 되며, 상기 로터코어는 축방향으로 복수의 자성재를 성형한 로터코어판을 복수개 적층한 로터블록을 여러겹으로 쌓서되고, 상기 로터블록의 각각에 단독으로 상기 영구자석을 매립하여 되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매립형 모터.
2. 로터내부에 영구자석을 매립하는 구조를 구비한 영구자석매립형 모터의 제조방법에 있어서, 로터코어(1)의 각 극마다 설치한 슬릿(11)로 열가소성 수지중에 영구자석 재료의 분말을 분산시킨 멜트플로레이트(TISK 7210 의 규정에 따라, 시험 조건은 온도 300℃ , 하중 20kg-f , 다이의 내경 1.0mm , 다이의 두께 1.0mm)가 0.3이상의 본드자석(2)를 가열하고 유동화시켜서 주입해 경화시키는 것을 특징으로 하는 영구자석 매립형 모터의 제조방법.
3. 로터내부에 영구자석을 매립하는 구조를 구비한 영구자석 매립형 모터의 제조방법에서, 로터코어(1)의 각 극마다 설치한 슬릿(11)로 열경화성 수지중에 영구자석 재료의 분말을 분산시킨 온도 25℃ 에서의 점도 1000내지 10000cP 의 본드자석(2)을 주입해서 경화시키는 것을 특징으로 하는 영구자석 매립형 모터의 제조방법.
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