KR100367941B1 - 자심용 금속 박판 적층물을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자심용 금속 박판 적층물을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명을 이용해 원형 또는 타원형 횡단면의 철심을 이루는 금속 박판 적층물을 제조하기 위해 소위 펀칭 번들 어셈블링 기술을 이용하는 방법이 제공될 수 있다. 이를 위해 스트립으로부터 박판이 펀칭 가공되고 그것은 한 쪽에서 홈을 가지며 다른 한쪽에서 상기 홈에 일치하면서 그것에 마주하는 돌출부를 가지며, 이 경우 적어도 2개의 원형 돌기의 형상인 상기 돌출부가 적층물로의 조립 때마다 상기 홈 안에 프레스된다. 적층물 마다 분리용 박판으로서 이용되는 한 박판에 홈 대신에 원형 호울이 제공되고, 그 안에 이웃 박판의 돌기가 끼워진다. 이 때 상기 스트립으로부터 펀칭 가공되는 박판이 다양한 외측 윤곽부를 가지며 특히 다양한 폭을 가지며, 및 상기 박판들은 하나의 적층물로 결합되므로 적어도 부분적으로는 원형 횡단면을 가지는 적층물 철심을 형성한다. 또한 상기 철 박판 적층물은 스텝형 에지를 갖는다.

Description

자심용 금속 박판 적층물을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING BUNDLES OF SHEET METAL LAMINATES FOR MAGNETIC CORES}

EP-B 0 133 858에 공지된 그런 금속 박판 적층물의 제조 방법에 있어서 스트립으로부터 박판이 펀칭 가공되고 그 한 쪽에 홈을 가지며 다른 쪽에는 상기 홈에 일치하면서 그에 마주하는 돌출부를 갖는다. 적어도 2개의 원형 돌기(wart)의 형태인 상기 돌출부들은 적층물의 조립 때마다 상기 홈 안에 프레스된다. 이 때 금속 박판 적층물마다 개별 박판(separation laminate)으로서 이용되는 박판 안에는 상기 홈 대신에 원형의 호울이 제공된다. 상기 이웃 박판의 돌기는 상기 원형의 호울 안에 끼워진다. 본 출원에서 상기 EP-B 0 133 858의 대상은 분명하게 그 안에 포함된다.

이런 종류의 금속 박판 적층물은 특히 스로틀, 변압기, 액추에이팅 드라이브, 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터처럼 여러 가지의 전자(電磁) 장치에 이용된다.

자기 회로들에서 이용하는 금속 박판 적층물의 적용예들은 수년 전부터 나온 종래 기술이며 또한 예를 들어 변압기에서는 손실을 높이며 솔레노이드 밸브에서는 스위칭 시간을 연장시키는 와전류의 감소에 이용된다. 금속 박판 적층물 대신에 환형 테입 코어(tape core)가 이용되기도 하지만, 상기 코어가 상기 금속 박판 적층물에 비해 가지는 단점으로는, 트리거에 필요한 코일들이 상기 자기 회로를 닫기 전에 이동되어야 한다는 점이다.

금속 박판 적층물에서는 철심이 직사각형 횡단면을 가지는 핸디캡을 가지기 때문에 지금까지 상기 금속 박판 적층물의 이용이 여러 경우에서 최적화되지 못했다. 즉, 많은 경우들에 있어서 원형 또는 타원형 홈에 금속 박판 적층물이 제공되어야 한다.그런 원형 또는 타원형 홈 안에 직사각형 횡단면 철심을 가지는 금속 박판 적층물이 제공되면, 상기 홈의 직경을 기준으로 할 때 비교적 작은 횡단면 철심만이 상기 원형 또는 타원형 홈 안에 제공될 수 있다는 단점을 가진다. 이런 단점은 특히 내연 기관에서처럼 소자들의 최소화를 필요로 하는 경우 더 심해진다.

본 발명은 결합에 사용되는 금속 박판들로 이루어진 자심용 적층물, 소위 금속 박판 적층물의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 도면을 이용해 예를 들어 하기에서 상술된다.

본 발명의 목적은, 원형 또는 타원형 횡단면 철심을 가지는 금속 박판 적층물을 이용한다는 점에서 전술한 제조 방법을 개선하는데 있다.

상기 목적도 본 발명에 따라, 결합에 사용되는 금속 박판으로 이루어지는 자심용 적층물의 제조 방법을 통해 달성되며, 상기 방법에서는 스트립으로부터 박판이 펀칭 가공되고 그것은 한 쪽에서 홈을 가지며 다른 한쪽에서 상기 홈에 일치하면서 그것에 마주하는 돌출부를 가지며, 이 경우 적어도 2개의 원형 돌기 형상인 상기 돌출부가 적층물의 조립 때마다 상기 홈 안에 프레스되고, 적층물 마다 개별 박판으로서 이용되는 한 박판에서는 홈 대신에 원형 호울이 제공되고, 그 안에 이웃 박판의 돌출부가 끼워진다. 이 때 펀칭 가공된 상기 스트립으로부터 박판이 다양한 외측 윤곽부(contour)를 가지며 하나의 적층물로 결합되고 이 적층물은 적어도 부분적으로 거의 원형 횡단면 철심을 갖는다. 상기 금속 박판 적층물은 그에 따라 스텝 형상 에지를 갖는다.

이런 조치를 통해 금속 박판 적층물이 제조되고, 상기 적층물의 외측 윤곽부는 원형에 가깝고 그의 횡단면 철심은 이상적인 원형에 대해 95% 이상 일치한다.

이 때 상기 스트립으로부터 다양한 폭을 가지는 박판이 펀칭 가공되는 것이 전형적이다. 그런 경우 다양한 폭의 박판이 하나의 적층물로 결합되고, 상기 적층물은 거의 원형의 횡단면 철심을 갖는다.

본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시예에서 상기 스트립으로부터 E-형상의 박판이 펀칭 가공되고, 그의 외측- 및/또는 중앙 레그들은 다양한 폭을 갖는다. 상기 중앙 레그 박판의 폭의 변화를 통해 중앙 레그들이 제조되고, 그의 횡단면 철심은 이상적인 원형에 거의 일치한다. 그 때문에 상기 중앙 레그 쪽으로 원형의 코일을 이동시킬 수 있다. 상기 외측 레그 박판의 폭의 변화를 통해, 만들어진 금속 박판 적층물이 다시 원형 또는 타원형 내장 조건(built-in conditions)에 부합될 수 있다.

각 박판의 상기 홈들과 상기 돌출부들은 상대 펀치(counter punch)의 반작용력 하에서 펀치를 이용해 플로우 펀칭(flow-punching) 가공되고, 이 경우 상기 돌출부 직경은 대응하는 홈의 직경보다 더 크며 그 돌출부 높이는 상기 박판 두께의 적어도 50%에 달하는 홈의 깊이보다 작게 형성된다.

상대 펀치가 그의 끝 지점에 도달한 후, 상기 홈들 및 돌출부들은 상기 펀치를 통해 기껏해야 10ms동안 플로우 펀칭 가공된다.

본 발명의 다른 구성에서 상기 돌출부 직경은 그에 대응하는 홈의 직경보다 기껏해야 20㎛정도 더 크며, 그 돌출부 높이는 그에 대응하는 홈의 깊이보다 기껏해야 0.1mm 만큼 더 작다.

또한 상기 박판은 상기 홈들 및 상기 돌출부들의 목표 지점들에서 예비 펀칭 또는 예비 퍼포레이팅 가공된다.

상기 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치에서는, 상기 홈과 돌출부의 펀칭 스테이션에 적어도 2개의 펀치와 매트릭스에서 높이 조절되는 2개의 상대 펀치가 제공되며, 매트릭스의 베이스에서 끝 위치에 고정하기 위해 각각의 상대 펀치가 칼라(collar)를 가지며, 완성된 박판의 클리핑 스테이션에서 매트릭스 아래에 브레이크 엘리먼트가 내장되고, 상기 브레이크 엘리먼트는 상기 상대 펀치 축에 대해 횡 방향으로 연장해 있으며 완성된 개별 박판의 결합 시에 서로에 필요 저항을 발휘하는 것을 특징으로 한다. 이것은 일정한 단계들에서 서로 벌어지거나 또는 모아질 수 있는 클리핑 펀치가 상기 클리핑 스테이션에 위치한다. 절단하려는 박판의 상이한 폭에 맞춰 클리핑 펀치가 자동적으로 액추에이팅 드라이브를 통해 조정된다.

종래 기술에 따르면 다수의 작업 스테이션들을 가지는 다단 작업 다이에서 펀칭 스트립으로부터 박판 1이 펀칭 가공되고 적층되어 적층물을 형성할 수 있다. 이 때 종래 기술에 따르면 다단 작업 다이에서 동일한 박판 1들이 한 쪽에서는 홈(2)을 가지며 다른 쪽에서는 그 홈(2)에 일치하면서 그것에 마주하는 돌기(wart)(3)를 갖는다. 적층물을 조립할 때마다 적어도 2개의 둥근 돌기(3)들이 그에 대응하는 홈(2)에 프레스된다. 적층물 마다 개별 박판 1'으로서 이용되는 각각의 박판이 홈 대신에 원통형 호울(4)을 갖게된다. 그런 경우, 이웃 박판의 돌기(3)가 이 호울(4) 안에 결합된다. 이는 도 1에 도시되어 있다. 도 2에는 개별 박판 1'의 횡단면이 도시되어 있다.

도 3과 도 4에서 파악할 수 있는 것처럼, 본 발명에 따르면 동일한 다단 작업 다이에서 박판이 더 이상 동일하게 펀칭 가공되는 것이 아니라 돌기의 제공 후에 박판의 폭이 가변적이 된다. 다단 복합 바이트를 조정하여 각각의 펀칭 단계 후에 상기 펀칭 가공된 금속 박판의 폭이 클리핑 펀치의 가로 방향 이동을 통해 새롭게 조정된다. 도 3에 도시된 실시예에서 첫 번째 박판은 상기 적층물의 목적 직경의 약 30%가 되는 폭을 가지는 협소한 박판이 펀칭 가공된다. 이 협소한 박판은 개별 박판 1로서 이용되며 2개의 원통형 호울(4)을 갖는다. 상기 2개의 호울들이 중앙에서 펀칭 가공되며 이의 직경은 상기 적층물 직경의 약 10%가 된다. 이 원통형 호울들 안에 상기 이웃 박판 2의 돌기들이 프레스된다. 상기 다이의 그 다음 펀칭 행정 전에 상기 클리핑 펀치가 그 다음 박판의 폭에 맞춰 모터에 의해 이동된다. 그 다음 박판 2는 상기 코일 코어(coil core)의 폭의 약 50%를 갖는다. 이 박판 2 안에 상기 동일한 다단 작업 다이에서 한쪽에서는 홈이 그리고 다른 쪽에서는 상기 홈(2)에 일치하면서 그것에 마주하는 돌기(3)가 제공될 수 있다. 그 결과 박판 3 내지 11은 폭이 점점 커지면서 유사한 방식으로 결합된다.

그 다음에 오는 박판 10' 내지 1'을 위해 측면에 있는 클리핑 펀치가 다시 연속적으로 작동 개시함으로써, 도 3과 도 4에 도시된 적층물이 완성품으로서 상기 다단 복합 바이트로부터 빼내질 수 있다.

이와 같이하여, 원형 점화 코일용의 예를 들어 원형 횡단면의 상당 부분을 채우는 원통형 코일 코어를 제조할 수 있다.

하기의 표(1)에서는, 30mm의 직경을 가지는 바아 코어(bar core)가 본 발명에 따른 방법에 따라 상이한 두께를 가지는 박판으로부터 제조된 실시예들이 서술된다. 이 때 상기 횡단면 철심은 직사각형 횡단면 철심을 가지는 금속 박판 적층물과 비교하여 측정되었다.

표 1:

스트립 두께[mm]	원형 금속 박판 적층물의 횡단면 철심(%)	직사각형 금속 박판 적층물의 횡단면 철심(%)
1.5	93	63
1.0	95	64
0.7	97	64
0.5	98	64
0.3	99	64

본 발명에 따른 방법을 이용해 원통형 코일 코어가 0.5mm 두께의 그레인 오리엔트형(grain oriented) 실리콘 철심으로 제조되며, 상기 코어의 직경은 5mm 내지 20mm에서 가변적이다.

도 5에는 종래 기술에 따른 직사각형 횡단면 철심을 가지는 EK-코어(20)가 도시되어 있다. 그러한 EK-코어는 디젤 분사 밸브용 액추에이터에서 이용된다. 여기에서의 과제는, 나사를 이용해 제한된 체적 안에 고정될 수 있고 높은 파워 레벨에 도달할 수 있는 EK-코어를 제조하는데 있다. 이 때 도 5에 도시된 상기 EK-코어(20)는 불충분한 결과만을 갖는데, 그 이유는 상기 횡단면 철심을 위한 원형 외측 윤곽부(21)의 표면 활용이 단지 31%이기 때문이다.

도 6에 도시된 둥근 EK-코어(30)는 본 발명에 따른 방법을 이용해 둥근 외측 윤곽부(31)에 맞추어 조절되었다. 상기 다단 복합 바이트의 설계는 상기 클립핑 펀치의 이동에 의해서 도 3과 도 4에 도시된 원통형 코일 코어를 제작하기 위한 방식과 유사하게 이루어졌다. 하기의 발명의 도 6에 도시된 원형 EK-코어(30)는 도 5의 EK-코어(20)와 비교하여 훨씬 더 큰 표면 활용도를 갖는다. 이 때 표면 활용도는 20% 만큼 더 높았다.

상기 박판 적층물은 재차 실리콘 철심으로 제작되고 종래 기술에 따른 금속 박판 적층물과 비교되었다. 디젤 분사 밸브를 위한 액추에이터에서 상기 자기 회로의 파워 레벨이 20% 상승되었다.

도 7에는 DE-U 2951 4508에서 파악되는 것처럼 중앙 레그에 관통구를 가지는 본 발명에 따른 EK-코어(4)가 도시되어 있다. 그럼으로써 상기 DE-U 2951 4508의 대상은 본 명세서에 참조로써 통합되었다. 상기 중앙의 박판 41, 42을 위해 중앙에 하나의 홈(43)이 제공되므로, 그 적용예에서 (도시되지 않은) 밸브 로드(valve rod)가 중앙에서 가이드될 수 있다. 이 적용예에서도 파워 레벨은 직사각형 횡단면 철심을 가지는 비교될 수 있는 금속 박판 적층물에 비해 19% 만큼 상승될 수 있었다. 또한 도시된 EK-코어(40)는 그레인 오리엔트형 실리콘 철심으로 이루어진다.

라운딩된 외부 윤곽부를 가지는 도 7에 도시된 EK-코어(40)를 최적화 할 때에는, 외측 박판층들의 폭에 의해서 원형 표면의 활용의 제한이 결정된다. 코어의 제조에 필요한 다단 복합 바이트의 내측 클리핑 펀치가 또한 모터를 이용해 이동됨으로써, 본 발명에 따라 다른 최적화가 이루어질 수 있다. 따라서 상기 금속 박판 적층물의 중앙 레그는 둥글게 되고, 그 결과 외부 층을 위한 충분한 자리가 제공되므로, 다이에서 펀칭 기술을 이용한 결합이 가능해진다.

도 8에는 둥근 형상에 맞춰진 금속 박판 적층물(50)이 도시되어 있으며, 이 경우에는 직사각형 횡단면 철심을 가지는 도 6의 금속 박판 적층물과 비교하여 44% 더 큰 횡단면 철심이 얻어진다.

1mm 두께의 실리콘 철심의 박판으로 이루어진 20mm의 내장 공간 안에 있는 금속 박판 적층물(50)은, 직사각형 횡단면 철심을 갖는 금속 박판 적층물(40)과 비교하여 54N 대신에 78N의 파워에 도달했다.

Claims (14)

1. 스트립으로부터 박판 1 - 11 및 1' - 10'이 펀칭 가공되고 그것은 한 쪽에서 홈을 가지며 다른 한쪽에서 상기 홈(2)에 일치하면서 그것에 마주하는 돌출부를 가지며, 이 경우 적어도 2개의 돌기(3)의 형상인 상기 돌출부가 적층물을 조립할 때마다 상기 홈(2) 안에 프레스되고, 적층물 마다 개별 박판 1으로서 이용되는 한 박판에서는 홈(2) 대신에 호울(4)이 제공되고, 이 안에 이웃 박판의 돌출부가 끼워지는, 결합되는 금속 박판으로 이루어지는 자심용 적층물의 제조 방법에 있어서,

   상기 스트립으로부터 다양한 외측 윤곽부를 가지는 박판 1 - 11 및 1' - 10'이 펀칭 가공되어 하나의 적층물로 결합되고, 이 적층물은 적어도 부분적으로 거의 원형 횡단면 철심을 가지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   적어도 2개의 원형 돌기(3)의 형상인 상기 돌출부가 적층물을 조립할 때마다 상기 홈(2) 안에 프레스되고, 적층물마다 개별 박판 1로서 이용되는 한 박판에서는 홈(2) 대신에 원형 호울(4)이 제공되고, 이 안에 이웃 박판의 돌출부가 끼워지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   다양한 폭을 가지는 박판 1 - 11 및 1' - 10'이 상기 스트립으로부터 펀칭 가공되고 서로 결합되어 하나의 적층물로 되고, 이 적층물은 거의 원형 횡단면 철심을 가지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   다양한 폭을 가지는 외측 레그 및 중앙 레그, 또는 외측 레그 또는 중앙 레그를 포함하는 E-형상 박판이 상기 스트립으로부터 펀칭 가공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

   각 박판 1 - 11 및 1' - 10'의 홈(2)과 돌출부(3)는 펀치와 상대 펀치의 반작용력 하에서 그와 동시에 상기 펀치를 이용해 플로우 펀칭 가공되고, 돌출부 직경이 그에 대응한 홈(2)의 직경보다 더 크며 그 돌출부 높이는 상기 박판 두께의 최소한 50%에 달하는 그에 대응한 홈(2)의 깊이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 상대 펀치가 그의 끝 위치에 도달한 후, 상기 홈(2)과 돌출부(3)가 상기 펀치를 통해 기껏해야 10ms 동안 플로우 펀칭 가공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 돌출부 직경이 그에 대응한 홈(2)의 직경보다 20㎛정도 더 크며 그 돌출부 두께는 그에 대응한 홈(2)의 깊이 보다 0.1mm 정도 더 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   박판 1 - 11 및 1' - 10'에서 상기 홈과 상기 돌출부의 목표 지점들이 예비 펀칭 가공되거나 또는 예비 퍼포레이트 가공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
9. 가로 방향으로 조정될 수 있는 클리핑 펀치를 가지는 다단 동작 다이로 이루어진 제 1 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치.
10. 패트릭스와 매트릭스를 갖춘 다단 작업 다이 및 다수의 작업 스테이션으로 이루어진 제 9 항에 따른 장치에 있어서,

    상기 홈(2)과 돌출부(3)의 펀칭 스테이션에 적어도 2개의 펀치와 매트릭스에서 높이 조절되는 2개의 상대 펀치가 제공되며, 매트릭스의 베이스에서 끝 위치에 고정하기 위해 각각의 상대 펀치가 칼라를 가지며, 완성된 박판 1 - 11, 1' - 10'의 클리핑 스테이션에서 매트릭스 아래에 브레이크 엘리먼트가 내장되고, 상기 브레이크 엘리먼트는 상기 상대 펀치 축에 대해 횡 방향으로 연장해 있으며 완성된 개별 박판 1 - 11 및 1' - 10'의 결합 시에 서로에 필요 저항을 발휘하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

    결합에 사용되는 금속 박판 1 - 11 및 1' - 10'으로 이루어진 적층물이 솔레노이드 밸브에서 자심으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

    결합에 사용되는 금속 박판 1 - 11 및 1' - 10'으로 이루어진 적층물이 액추에이팅 드라이브에서 자심으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

    결합에 사용되는 금속 박판 1 - 11 및 1' - 10'으로 이루어진 적층물이 변압기에서 자심으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

    결합에 사용되는 금속 박판 1 - 11 및 1' - 10'으로 이루어진 적층물이 액추에이터에서 자심으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.