KR100680417B1

KR100680417B1 - 모터용 마그넷 로터

Info

Publication number: KR100680417B1
Application number: KR1020057007099A
Authority: KR
Inventors: 히데키 나카시마; 코수케 하라가
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2007-02-08
Also published as: KR20050065627A

Abstract

본 발명의 모터용 마그넷 로터는, 모터의 사용 온도인 -40℃∼140℃의 범위에 있어서의 접착제의 탄성률, 전단 접착 강도를 소정의 범위 내로 정하고, 또 접착제의 경화 수축률을 소정의 범위로 정하는 것으로, 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리 및 영구자석의 균열을 방지하고, 또 원하는 접착 강도를 갖는다.

Description

모터용 마그넷 로터 {MAGNET ROTOR FOR A MOTOR}

본 발명은, 예를 들면 엘리베이터의 권상기에 사용되는 모터용 마그넷 로터에 관한 것이다.

종래, 자성체인 원통 형상의 요크의 외주면에, 1극당 축선 방향으로 연결된 복수개의 영구자석을 가열 경화형 접착제로 고정하고, 이 일련의 영구자석을 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 배열하여 다극의 자극을 구성한 모터용 마그넷 로터가 알려져 있다(예를 들면, 특개평 07-79537호 공보 참조).

상기 접착제로 구성되며 요크와 영구자석의 사이에 있는 접착층은, 설치 환경이나 운전시의 모터의 발열에 의해 통상 -40℃∼＋100℃ 정도의 범위 내를 온도 변화하며, 또 고속, 대용량의 모터에서는 상한 온도가 +140℃까지도 이른다. 또한, 자석의 이방향성(異方向性)은 접착면과 수직인 방향이며, 이방향성과 수직인 방향(요크의 둘레면 방향)은 부(-)의 선팽창 계수를 취한다.

상기 마그넷 로터에서는, 접착제는 혹독한 온도 환경하에서 탄성률이 저하하는 것으로, 전단 접착 강도나 인장 접착 강도가 저하되어, 접착제의 신뢰성이 저하된다고 하는 문제점이 있었다.

또, 회전시의 토크나 원심력에 의해 접착층이 미소한 변형을 일으키기 쉬워 지고, 모터의 특성이 불안정하게 된다고 하는 문제점도 있었다.

또, 영구자석, 접착층 및 요크 각각의 선팽창 계수는 다르기 때문에, 온도 변화에 의해 각각에는 열응력이 발생하지만, 접착층의 탄성률이 높아지면 접착층에 있어서의 열응력이 커지며, 접착층과 영구자석과의 계면에서의 접착 박리, 영구자석의 균열 등이 생긴다고 하는 문제점이 있었다.

또, 접착층의 탄성률이 높아지면 그 만큼 모터의 외부로부터의 내충격성이 저하되고 만다고 하는 문제점도 있었다.

또, 접착제가 경화할 때에는 액체로부터 고체로 변화하는 과정에서 체적 수축이 발생하지만, 접착제가 경화 수축을 일으키면 영구자석의 접착면에는 압축 방향의 힘이 가해지며, 접착제에는 인장 방향의 힘을 영구자석으로부터 받게 되고, 경화 수축 응력은 접착제의 탄성률이 동일한 경우에는, 경화 수축률이 클수록 영구자석의 접착면에는 압축 방향으로 큰 힘이 가해지고 만다. 또, 접착제가 경화한 후에는, 모터의 온도 변화에 의해 접착제도 신축하기 때문에, 온도의 상승에 수반하여 영구자석의 접착면에 가해지고 있던 압축 응력은 감소하고, 결국은 인장력이 영구자석에 대하여 작용하며, 온도가 저하하는 경우에는 반대로 영구자석에 대한 압축력이 증대한다. 그리고, 경화 수축률이 너무 커진 경우에는, 모터의 사용 온도 범위에 있어서, 인장력 혹은 압축력이 커지고, 접착층과 영구자석과의 계면에서의 접착 박리, 영구자석의 균열이 생긴다고 하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 모터의 사용 온도인 -40℃∼140℃의 범위에 있어서의 접착제의 탄성률, 전단 접착 강도를 소정의 범위 내로 설정하고, 또 접착제의 경화 수축률을 소정의 범위로 설정하는 것으로, 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리 및 영구자석의 균열을 방지하고, 또 원하는 접착 강도를 얻는다.

본 발명에 관련되는 모터용 마그넷 로터는, 접착제의 온도가 -40℃일 때에는 상기 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위이고, 140℃일 때에는 상기 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼2×10⁹ Pa의 범위이며, -40℃∼140℃의 범위에서는 상기 접착제의 탄성률이 -40℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa와 140℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa를 연결하는 직선과, -40℃에 있어서의 상한치인 7×10⁹ Pa와 140℃에 있어서의 상한치인 2×10⁹ Pa를 연결하는 직선과의 사이의 영역 내이며, 또 상기 접착제는, 23℃∼25℃의 온도로 경화했을 때의 경화 수축률이 8%∼15%이고, 또 상기 접착제의 탄성률 E(Pa)가 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위에 있어서, 상기 접착제의 전단 접착 강도 T(MPa)의 값은, 식 (1)과 식 (2)의 사이이다.

log τ=0.477 log E-2.816············(1)

log τ=0.477 log E-3.339············(2)

도 1은 본 발명에 관련되는 모터용 마그넷 로터의 사시도이다.

도 2는 도 1의 접착층을 구성하는 접착제의 온도-탄성률의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 3은 도 1의 접착층을 구성하는 접착제의 탄성률-전단 접착 강도의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 4는 도 1의 접착층을 구성하는 접착제의 온도-내부 응력의 관계를 나타내는 특성도이다.

이하, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명하나, 실시 형태에 있어서 동일 부재, 부위, 또는 상당 부재, 부위에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 모터용 마그넷 로터의 사시도이며, 이 모터용 마그넷 로터는 엘리베이터의 권상기의 모터에 편입되어 있는 것이다.

이 모터용 마그넷 로터는, 원통 형상을 한 자성체로 이루어지는 요크(1)와, 이 요크(1)의 외주면에 축선 방향으로, 또한 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 복수개의 영구자석(2)과, 이 영구자석(2)을 요크(1)에 접착한 실온 경화형 접착제로 구성된 접착층(3)을 구비하고 있다. 이 영구자석(2)은, 세그먼트 형상의 네오디뮴 소결 자석(Nd-Fe-B)이다.

이 모터용 마그넷 로터에 있어서의 접착층(3)은, 모터의 토크로부터 -40℃∼140℃의 전 온도 영역에 있어서, 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 필요로 한다.

본원 발명자는 접착층(3)을 구성하는 실온 경화형 접착제에 대해, 히트 사이 클 시험 등을 행하여 그 특성을 조사하였다.

이하, 본 발명의 각 실시예에 대해 설명한다.

실시예 1.

본 발명에 관련되는 접착제는 2액형(2液型) 변성 아크릴계 접착제(이후, 발명 접착제라 칭한다.)이고, 표 1에 그 조성 성분을 나타낸다. 또한, 이 표 1에는 나타내고 있지 않으나, 경화 촉매로서 A제에는 큐멘 하이드로퍼옥사이드(cumene hydroperoxide)를, B제에는 바나딜아세틸 아세트네이트(vanadylacetyl acetonate)를 필요량 첨가하였다.

성분의 명칭	A제	B제
니트릴 고무 메타크릴산 메틸-부타디엔-스티렌 공중합체	15%	15%
메타크릴산 메틸	40%	40%
메타크릴산2-히드록시에틸	15%	15%
디시클로펜테닐 옥시에틸 메타크릴레이트	10%	10%
메타크릴산	15%	15%
아크릴 올리고머	5%	5%

2액인, A제 및 B제의 2액의 배합비는 1:1이다.

세그먼트 형상의 네오디뮴 소결 자석(Nd-Fe-B)으로 이루어지며, 폭 22㎜, 길이 50㎜, 두께 6㎜의 시험편을, 두께 30㎜의 철제의 블록에 그 길이 방향으로 10개 배열하고(전체 길이 500㎜), 발명 접착제를 사용하여 실온(23℃∼25℃)의 온도 조건하에서 24시간 걸려서 경화, 접착시켰다.

그 후, 시험편을 각각 -40℃의 환경하에서 2시간 방치한 후, 2시간 걸려서 환경 온도를 140℃까지 상승시키고, 계속하여 140℃의 환경하에서 2시간 방치하였다. 그 후, 2시간 걸려서 환경 온도를 140℃로부터 다시 -40℃의 온도까지 강하시켰다. 이것을 1사이클로 하여 총 300사이클 행하고, 발명 접착제를 사용한 시험편에 대하여 관찰을 행하였다.

이 히트 사이클 시험에서는, 시험편의 균열, 접착층과 시험편과의 계면에서의 접착 박리는 발생하지 않았다.

또한, 본원 발명자는, 상기 발명 접착제에 대하여, 온도와, 그 온도에 있어서의 탄성률과의 관계를 측정하였다. 도 2는 그 때의 특성도이다.

이 도면으로부터, 모터의 사용 하한 온도인 -40℃에서는, 발명 접착제의 탄성률 E는 4×10⁹ Pa, 모터의 사용 상한 온도인 140℃에서는 발명 접착제의 탄성률 E는 3.8×10⁸ Pa이며, 온도의 상승과 함께 탄성률 E가 저하하는 것을 알 수 있었다. 또, 본 발명 접착제의 23℃∼25℃에서의 경화 수축률은 13%이었다.

그리고 또, 본원 발명자는 상기 발명 접착제에 대하여, 탄성률 E와, 그 탄성률 E에 있어서의 전단 접착 강도 τ와의 관계를 측정하였다. 이 측정에 있어서는, 발명 접착제를 실온(23℃∼25℃)의 온도 조건하에서 24시간 걸려서 시험편을 블록 상에 접착시켰다. 그리고, 암슬러(Amsler)형 만능 시험기를 사용하여 블록에 접착된 시험편에 하중을 가하고, 접착제의 전단 접착 강도의 측정을 행하였다.

도 3은 그 때의 특성도이다. 이 도 3에 있어서, 발명 접착제의 탄성률 E의 증대와 함께 전단 접착 강도 τ는 증대하며, 탄성률 E가 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위에서는, 전단 접착 강도 τ는 logτ=0.477 log E - 2.816의 관계식(도면 중 식 (1)의 선)과, logτ=0.477 log E - 3.339의 관계식(도면 중 식 (2)의 선)과의 사이에 있었다.

그런데, 모터의 토크로부터 -40℃∼140℃의 전 온도 영역에 있어서, 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 필요로 하는 것을 알고 있으므로, 전단 접착 강도의 하한치를 나타내는, 그 온도 영역의 상한치인 140℃에 있어서, 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 확보할 필요성이 있다.

본 발명 접착제의 경우, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 그 온도의 탄성률 E는 3.8×10⁸ Pa이며, 또 도 3으로부터 이 탄성률 E에 상당하는 전단 접착 강도는 3MPa 이상이므로, 모터의 사용 온도 범위의 전 온도 영역(-40℃∼140℃)에 있어서 충분한 전단 접착 강도가 확보되고 있는 것을 알았다.

이와 같이, 본 발명 접착제를 사용한 경우, 모터의 사용 온도 영역에 있어서, 시험편의 균열, 접착층과 시험편과의 계면에서의 접착 박리는 생기지 않고, 또 사용에 견디기에 충분한 전단 접착 강도를 확보하고 있는 것을 알았다.

실시예 2.

제1의 접착제로서, 접착제의 온도가 -40℃일 때에는 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위, 140℃일 때에는 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼2×10⁹ Pa의 범위, -40℃∼140℃의 범위에서는, 상기 접착제의 탄성률이 -40℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa와 140℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa를 연결하는 직선과, -40℃에 있어서의 상한치인 7×10⁹ Pa와 140℃에 있어서의 상한치인 2×10⁹ Pa를 연결하는 직선과의 사이의 영역 내로 되도록 표 1에 나타낸 발명 접착제 성분의 메타크릴산의 양을 5%∼25%의 범위에서 조정하여 접착제를 제작하였다. 이 때의 이 제1의 접착제의 23℃∼25℃에서의 경화 수축률은 8%∼15%의 범위였다.

제2의 접착제로서 표 1에 나타낸 발명 접착제 성분의 메타크릴산의 양을 25 중량% 이상으로 하고, 접착제의 탄성률 E가 -40℃에서 7×10⁹ Pa 이상이고 또한 140℃에서 2×10⁹ Pa 이상인 접착제를 제작하였다. 이 때의 이 제2의 접착제의 23℃∼25℃에서의 경화 수축률은 8%∼15%의 범위였다.

제3의 접착제로서 표 1에 나타낸 발명 접착제 성분의 메타크릴산의 양을 5 중량% 이하로 하고, 접착제의 탄성률 E가 -40℃ 및 140℃일 때에 1×10⁸ Pa 이하인 접착제를 제작하였다. 이 때의 이 제3의 접착제의 23℃∼25℃에서의 경화 수축률은 8%∼15%의 범위였다.

그리고, 제1의 접착제 내지 제3의 접착제에 관하여 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 히트 사이클 시험을 행했다.

또, 제1의 접착제 내지 제3의 접착제에 관하여, 실온(23℃∼25℃)의 온도 조건하에서 24시간 걸려서 시험편을 블록 상에 경화, 접착시킨 후, 140℃의 분위기 온도 하에서, 암슬러형 만능 시험기를 사용하여 블록에 접착된 시험편에 하중을 가하고, 접착제의 전단 접착 강도의 측정을 행하였다.

이 결과, 제1의 접착제에 대해서는 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 생기지 않고, 영구자석의 균열도 생기지 않았다. 또, 140℃ 분위기 하에서의 전단 접착 강도의 측정에서는 3MPa 이상이 확보되고 있었다.

제2의 접착제에 대해서는 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 발생하고 말았다.

제3의 접착제에 대해서는 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 생기지 않고, 또 영구자석의 균열도 생기지 않았다. 그렇지만, 140℃ 분위기 하에서의 전단 접착 강도의 측정에서는 3MPa를 밑돌고 말았다.

상기 실시예로부터, 권상기의 모터의 마그넷 로터에 제1의 접착제가 사용될 수 있으나, 제2의 접착제 및 제3의 접착제에 대해서는 부적절함을 알았다.

실시예 3.

제1의 접착제로서, 실시예 2의 제1의 접착제와 동일한 접착제를 사용하였다.

제2의 접착제로서, 접착제의 탄성률 E가 -40℃에서 4.0×10⁹ Pa, 140℃에서 1.3×10⁹ Pa이며, 또한 23℃에서의 경화 수축률이 3%인 접착제(미츠이 화학(주) 제조, EH455)를 사용하였다.

제3의 접착제로서, 탄성률 E가 -40℃일 때에 4×10⁹ Pa, 140℃일 때에 1.1×10⁸ 이며, 또 표 1에 나타낸 발명 접착제 성분의 메타크릴산 메틸의 양을 증량하여, 23℃의 경화 수축률이 16%인 접착제를 제작하였다.

그리고, 제1의 접착제 내지 제3의 접착제에 관하여 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 히트 사이클 시험을 행하였다.

이 결과, 제1의 접착제에 대해서는 실시예 2에서 설명한 바와 같이, 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 생기지 않고, 영구자석의 균열도 생기지 않았다.

제2의 접착제에 대해서는 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 생겼다. 이 접착제에 대해서는, 실시예 1, 2에서 사용한 접착제와 비교하여, 경화 수축률이 작고, 도 4에 나타내는 경화 수축 응력(도 4 중의 화살표 (가))은 작아진다. 즉 도면 중의 사선은 전체적으로 아래쪽으로 이동한다. 이 때문에, 높은 온도에 있어서 접착제가 팽창했을 때의 접착제에 가해지는 압축 응력은 증대하며, 그 결과 상기 접착 박리가 생긴 것으로 고찰된다.

제3의 접착제에 대해서는 접착제와 영구자석과의 계면에서의 접착 박리가 생겼다. 이 접착제에 대해서는, 실시예 1, 2에서 사용한 접착제와 비교하여 경화 수축률이 크고, 도 4에 나타내는 경화 수축 응력(도 4 중의 화살표 (가))은 커진다. 즉, 도면 중의 사선은 전체적으로 위쪽으로 이동한다. 이 때문에, 낮은 온도에 있어서 접착제가 수축했을 때의 접착제에 가해지는 인장 응력은 증대하며, 그 결과 상기 접착 박리가 생긴 것으로 고찰된다.

한편, 이 실시예에서는 제1의 접착제에 대해서는, 23℃의 경화 수축률이 8%∼15%인 접착제를 사용하고 있고, 이 때에는 도 4에 나타내는 바와 같이, 사용 온도의 중간 온도인 90℃에서 접착층에 작용하는 응력이 제로의 근방에 있음이 고찰된다. 즉, 도 4에 있어서, 접착제의 경화 수축에 수반하여, 화살표 (가)로 나타내는 바와 같이 접착층에는 응력이 생기며, 그 실온으로부터 온도가 강하했을 때에는 화살표 (다)에 따라 응력은 상승하고, 그 실온으로부터 온도가 상승했을 때에는 화살표 (나)에 따라 응력은 감소하며, 사용 온도의 중간 온도인 90℃에서 접착층에 작용하는 응력이 거의 제로였었기 때문으로 고찰된다.

또한, 탄성률이나 선팽창 계수가 작은 접착제의 경우에는 경화 수축률은 큰 것이 바람직하고, 탄성률이나 선팽창 계수가 큰 접착제의 경우에는 경화 수축률은 작은 것이 바람직하다.

또한, 각 실시예에서 나타낸 2액형 변성 아크릴계 접착제의 배합비에 대해서는, 일례로서 A제, B제의 비율이 1:1의 경우에 대해 설명하였으나, 2:1∼1:2의 범위에서 적용할 수 있다.

또, 영구자석에 대해서는, 네오디뮴 소결 자석에 대해 설명하였으나, 물론 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 네오디뮴-철-붕소계 자석, 사마륨-코발트계 자석, 페라이트계 자석에서도 적용할 수 있다.

또, 본 발명의 접착제는 엘리베이터의 권상기의 모터에 한정되는 것은 아니며, 엘리베이터의 권상기의 모터와 동일한 사용 환경인 모터에도 적용할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 모터의 사용 온도가 -40℃∼140℃의 범위인, 예를 들면 엘리베이터의 권상기에, 접착 박리, 영구자석 균열이 방지되고, 또한 충분한 접착 강도를 갖는 모터용 마그넷 로터로서 이용할 수 있다.

Claims

원통 형상의 자성체로 이루어지는 요크의 외주면에, 복수개의 영구자석이 접착제에 의해 접착된 모터용 마그넷 로터에 있어서,

상기 접착제의 온도가 -40℃일 때에는 상기 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위이고, 140℃일 때에는 상기 접착제의 탄성률이 1×10⁸ Pa∼2×10⁹ Pa의 범위이며, -40℃∼140℃의 범위에서는, 상기 접착제의 탄성률이 -40℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa와 140℃에 있어서의 하한치인 1×10⁸ Pa를 연결하는 직선과, -40℃에 있어서의 상한치인 7×10⁹ Pa와 140℃에 있어서의 상한치인 2×10⁹ Pa를 연결하는 직선과의 사이의 영역 내이며,

또 상기 접착제는 23℃∼25℃의 온도로 경화했을 때의 경화 수축률이 8%∼15%이고,

또 상기 접착제의 탄성률 E(Pa)가 1×10⁸ Pa∼7×10⁹ Pa의 범위에 있어서, 상기 접착제의 전단 접착 강도 τ(MPa)의 값은, 식 (1) 및 식 (2)의 사이인 모터용 마그넷 로터.

log τ=0.477 log E - 2.816············(1)

log τ=0.477 log E - 3.339············(2)
제1항에 있어서,

상기 접착제는, 상기 140℃와 상기 -40℃의 중간 온도인 90℃에 있어서, 접착제의 내부 응력이 제로로 되게 되어 있는 모터용 마그넷 로터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 접착제는 2액형(2液型) 변성 아크릴계 접착제이고, 두 액 모두 메타크릴산을 5중량%∼25중량% 함유하고 있는 모터용 마그넷 로터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

엘리베이터용 권상기의 모터용 마그넷인 모터용 마그넷 로터.