KR101255938B1 - 적층코어 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 적층코어는 전동기 등 모터에 사용되는 코어에 있어서, 상기 코어는 연자성 복합체로 형성되며, 적어도 하나 이상의 단위적층체가 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 연자성 복합체의 적층방식을 통해 코어를 제작함으로써, 연자성 복합체로 형성된 코어의 기계적 강도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

적층코어 및 그 제조방법{Laminated Core and Manufacturing method thereof}

본 발명은 적층코어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전기 혹은, 전동기 등과 같은 모터는 외함내에 회전자 코어 및 고정자 코어에 권선을 삽입한 구조로 형성된다.

이때, 회전자 코어 및 고정자 코어는 박판의 규소강판을 타공하여 코어를 형성한 후, 적층하여 구성되며, 이러한 각 코어의 적층시에는 서로 간의 일정한 거리를 갖는 공극이 형성되도록 구성된다.

그러나, 규소강판을 적층하여 사용하는 경우에는 와전류손실이 높고, 효율성이 떨어지는 문제점이 있으며, 구리 사용량이 증가하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 코어를 제작함에 있어서, 분말자성재료를 사용하는 방안이 제시되었다. 일본공개공보 제1994-245456호에서도 연자성 금속계 분말의 성형품으로 하여 코어를 형성함으로써 코어간의 자로의 자기저항을 감소시키고 효율을 개선하는 방안이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 분말자성재료에 의한 성형품 등 일체로 코어를 형성하는 경우에는 기계적 강도가 떨어지는 치명적인 문제점이 발생된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연자성 복합체로 코어를 제작함에 있어서, 연자성 복합체를 적층하는 방식을 통해 코어를 제작함으로써 연자성 복합체의 특성을 살릴뿐만 아니라 기계적 강도를 증가시키기 위한 적층코어 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 적층코어는 전동기 등 모터에 사용되는 코어에 있어서, 상기 코어는 연자성 복합체로 형성되며, 적어도 하나 이상의 단위적층체가 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연자성 복합체 적층구조는 단위적층체 사이에 절연층이 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연자성 복합체 적층구조의 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 적층코어의 제조방법은 연자성 복합체를 스핀코팅법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및 상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 적층코어의 제조방법은 상기 연자성 복합체를 슬롯다이코팅법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및 상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 적층코어의 제조방법은 상기 연자성 복합체를 스크린프린팅 방법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및 상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 전동기 등과 같은 모터의 코어를 연자성 복합체를 사용함으로써 와전류손실을 방지하여 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 연자성 복합체의 적층방식을 통해 코어를 제작함으로써, 연자성 복합체로 형성된 코어의 기계적 강도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 연자성 복합체를 이용한 코어를 형성함으로써, 코어의 설계자유도를 증가시키는 효과가 있다.

또한, 연자성 복합체를 이용한 코어를 형성함으로써, 구리사용량을 경감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 적층코어를 적용한 스테이터 코어를 도시한 도면;
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층코어를 적용한 스테이터 코어를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제1 실시예의 모식도;
도 3은 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제2 실시예의 모식도;
도 4는 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제3 실시예의 모식도; 및
도 5는 본 발명의 적층코어를 형성하기 위한 제4 실시예로서, 그라비아 롤 프린팅(Gravure Roll Printing)을 이용한 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 적층코어를 적용한 스테이터 코어를 도시한 도면, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층코어를 적용한 스테이터 코어를 도시한 도면이다.

또한, 도 2는 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제1 실시예의 모식도이고, 도 3은 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제2 실시예의 모식도이며 도 4는 본 발명의 적층코어를 형성하는 방법의 제3 실시예의 모식도이다.

본 발명에 따른 적층코어는 전동기 등 모터에 사용되는 코어에 있어서, 상기 코어는 분말자성재료로 형성되며, 적어도 하나 이상의 단위적층체가 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 적층코어에 사용되는 분말자성재 즉, 연자성 복합체는 전기기기를 위한 인덕터(inductors), 스테이터(stators) 및 로터(rotors), 구동기(actuator), 센서, 및 변합기 코어(core)의 코어재료와 같은 용도로 사용된다. 일반적으로 전기 기기에서의 로터와 스테이터와 같은 연자성 코어는 스택드 강 라미네이트(stacked steel lanimates)로 만들어진다. 연자성 복합체(Soft Magnetic Composite,: SMC) 재료는 연자성 입자에 기초하여 만들어지는데, 보통 각 입자에 전기 절연코팅이 입혀진 철계입자에 기초한다. 분말금속공정을 사용하여 절연된 입자를 선택적으로 윤활제 또는 바인더와 함께 압축함에 의해, 연자성 복합 부품이 만들어진다. 이러한 분말금속 기술을 사용하여, 연자성 복합 재료가 3차원 자속(magnetic flux)을 수용할 수 있고 압축공정에 의해 3차원 형태가 얻어질 수 있기 때문에 연자성 복합 부품의 제작에서 더 높은 자유도를 갖는 SMC 부품을 생산하는 것이 가능하다.

또한, 연자성 분말(혹은 메탈파우더)입자들은 3차원 형상(예를 들어, 직육면체 등의 다면체형, 구형 등의 타원형, 실린더형, 도넛모양 등)과 2차원 박막형상(예를 들어, 얇은 슬라이스 칩(slice chip)형상, 플레이크(flake)형상 등) 등의 다양한 형태를 가지며, 연자성 분말 입자들 사이에는 폴리아미드(polyamide)계 수지 등이 바인더(binder)역할을 함으로써 구조적 강도와 형상의 유지가 가능하다.

특히, 비결정질 연자성 분말 입자의 경우, 임의의 3차원 형상, 그리고 2차원 박막 형상의 분말 입자 사이에는 폴리아미드(polyamide)계 수지 등이 바인더 역할을 함으로써 구조적 강도와 형상유지가 가능하다.

그러나, 이러한 연자성 복합체에 의한 코어를 형성하는 경우에는 기존의 코어제작에 비해 강도가 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 연자성 복합체를 사용한 적층구조의 코어를 제작하는 것을 특징으로 한다.

연자성 복합체를 이용하여 단위적층체를 형성하고, 제작된 단위적층체를 두께방향으로 적층함으로써 코어를 제작한다. 단위적층체의 두께를 1mm이하로 형성함으로써 얇은 단위적층체가 복수개 적층되어 기계적 강도가 더욱 향상될 수 있다.

도 1a에는 본 발명에 따른 연자성 복합체를 사용하여 적층구조로 형성된 스테이터코어(10)의 사시도를 나타낸 도면이다. 연자성 복합체를 이용하여 코어(10)를 형성함으로써 와전류손실이나 효율의 향상 등의 효과를 갖는 동시에, 적층구조로 형성함으로써 기계적 강도의 문제점도 해결할 수 있는 것이다. 특히, 적층구조의 코어(10)를 형성함에 있어서, 단위적층체(11)의 두께는 0.1mm 이하로 형성될 수 있다. 0.1mm이하의 단위적층체(11)를 적층하여 코어(10)를 제작함으로써, 기계적 강도를 더욱 향상시키고 연자성 복합체를 통한 와전류손실을 방지하여 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 연자성 복합체를 이용한 적층구조의 코어(20)는 단위적층체(21)가 적층됨으로써 형성되며, 단위적층체(21) 사이에 절연층(22)이 각각 형성될 수 있다.

또한, 자성재료는 변동 자기장에 노출될 때, 히스테리시스 손실(hysteresis loss) 및 와전류 손실(eddy current loss)때문에 에너지 손실이 발생한다. 히스테리시스 손실은 교번자계(alternating magnetic field)의 주파수에 비례하는 반면, 와전류 손실은 주파수의 제곱에 비례한다. 따라서, 대개 와전류 손실이 중요하여 와전류손실을 감소시키면서 히스테리시스 손실을 낮은 수준으로 유지하기 위해 저항을 증가시키는 것이 바람직하다. 상기 저항을 개선시키기 위해서 분말입자상에 절연코팅 또는 박막을 입히는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 연자성 복합체의 재료로는 니켈계 합금중에서 몰리 퍼멀로이 분말(Moly-Permalloy Powerder, MPP, 81%Ni-17%Fe-2%Mo)과 철계 합금으로 샌더스트(SENDUST, 85%Fe-9.5%/si-5,5%Al)를 사용할 수 있으나, 여기에 특별히 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의해 선택될 수 있는 다양한 물질의 연자성 복합체의 재료를 사용할 수 있음은 물론이다.

도 2 내지 4는 적층코어를 형성하기 위한 방법을 각각 도시한 모식도이다. 이하에서는, 상기 도면을 참고하여 본 발명의 적층구조의 코어를 제조하는 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 적층코어를 형성하기 위한 제2 실시예로서, 스핀코팅을 이용한 방법을 도시한 도면이다.

스핀코팅을 이용한 방법은, 연자성 복합체를 포함한 도포액의 스핀-코팅에 있어서, 일반적으로 사용되는 스핀-코팅 장치는 도 2에 도시된 기본 구조를 가진다. 도 2를 참조하면, 스핀-코팅 장치는 연자성 복합체를 포함한 도포액을 제공하기 위한 노즐(31), 컵(35)상에 부착되어 지지대(33)을 처킹하는 처크(chuck; 32), 및 지지대(33)와 함께 처크(32)를 회전시키는 모터(36)를 포함한다. 상기 스핀코팅 방법은 특히, 단위적층체의 두께를 균일하게 하는 것을 목적한다. 상기 스핀코팅 방법은 균일화(homogenization) 단계 및 후속하는 건조 단계로 구성된다. 균일화 단계에서, 연자성 복합체를 포함한 도포액을 원하는 단위적층체(34)의 두께에 대응하는 설정 회전 속도, 소정의 회전 시간, 그리고 상기 설정 회전 속도 및 소정 회전 시간의 곱을 선택함으로써 회전된다. 건조 단계에서, 지지대(33)는 균일화 단계 동안의 설정회전 속도 보다는 낮은 회전 속도로 회전되며, 이에 의해서 연자성 복합체에 의한 단위적층체(34)가 형성된다. 이러한 단위적층체(34)를 두께방향으로 복수개 적층함으로써 적층구조의 코어를 제작할 수 있다.

도 3은 본 발명의 적층코어를 형성하기 위한 제1 실시예로서, 스크린프린팅을 이용한 방법을 도시한 도면이다.

스크린프린팅은 스크린(43)을 이용해 연자성 복합체를 포함하는 도포액(41)을 스크린(43)에 스퀴지(42)로 밀착시켜 단위적층체를 형성할 수 있다. 이때, 스크린(43)의 패턴형상을 조절하여 코어제작에 적합한 단위적층체를 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 코어형상의 패턴을 스크린(43)을 통해 제작할 수 있는 이점이 있다.

도 4는 본 발명의 적층코어를 형성하기 위한 제3 실시예로서, 슬롯다이코팅을 이용한 방법을 도시한 도면이다.

슬롯다이코팅이란 유동을 가지고 있는 액상의 유체(슬러리, 점착제, Hard Coating제, 세라믹 기타)를 무맥동 펌프 또는 피스톤 펌프에 의해 슬롯 다이[Slot Die] 라고 하는 리올로지(Rheology)에 의해 금형 내부 설계되고, 가공 되어진 상,하의 금형 판 사이로 공급하여, 액공급 파이프로부터 공급받은 유체를 원단, 필름, 글래스(glass)판, 시트(Sheet) 진행방향의 폭방향으로 일정하고 균일한 두께로 코팅하는 방법이다. 도 4에서와 같이, 연자성 복합체를 포함하는 도포액(51)을 슬롯다이(52)의 노즐(53)을 통해 전면기판(55)에 도포함으로써 단위적층체층(54)을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 단위적층체층(54)를 복수개 두께방향으로 적층함으로써 적층구조의 코어를 제작할 수 있다.

도 5는 본 발명의 적층코어를 형성하기 위한 제4 실시예로서, 그라비아 롤 프린팅(Gravure Roll Printing)을 이용한 방법을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 동판 롤러인 하부 롤러(63)표면에 패턴부(63a)을 구현하여 연자성 복합체를 포함하는 도포액(64)을 블레이드(65)를 사용하여 하부에 배치된 하부 롤러(63)를 통해 주입하여 상부에 배치된 상부 롤러(61)와 하부 롤러(63) 사이의 베이스기판(62)상에 적층함으로써 원하는 패턴의 연자성 코어 형상을 2차원으로 구현한 후, 별도의 적층기를 사용하여 3차원 적층함으로써 3차원 형상의 연자성 코어를 제작할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 적층코어 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10, 20: 적층코어 11, 21: 단위적층체
22: 절연층 30: 스핀-코팅장치
31: 노즐 32: 처크
33: 지지대 34: 단위적층체
35: 컵 36: 모터
40: 스크린프린팅장치 41: 도포액
42: 스퀴즈 43: 스크린
50: 슬롯다이코팅장치 51: 도포액
52: 슬롯다이 53: 노즐
54: 단위적층체층 55: 전면기판
60: 그라비아 롤로 프린팅 장치
61: 상부롤러 62: 베이스기판
63: 하부롤러 63a: 패턴부
64: 도포액 65: 블레이드

Claims (12)

1. 전동기 등 모터에 사용되는 코어에 있어서,
   상기 코어는 연자성 복합체로 형성되며, 적어도 하나 이상의 단위적층체가 적층된 구조로 형성되며, 상기 연자성 복합체는 니켈계 합금 또는 철계합금으로 이루어지고, 상기 연자성 복합체를 이루는 분말입자 사이에는 폴리아미드계 수지가 더 포함되는 적층코어.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연자성 복합체 적층구조는 단위적층체 사이에 절연층이 적층되는 것을 특징으로 하는 적층코어.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연자성 복합체 적층구조의 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 적층코어.
   
4. 연자성 복합체를 스핀코팅법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및
   상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함하는 적층코어의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.
   
7. 연자성 복합체를 슬롯다이코팅법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및
   상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함하는 적층코어의 제조방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.
   
10. 연자성 복합체를 스크린프린팅 방법에 의해 단위적층체를 형성하는 단계; 및
    상기 단위적층체를 두께방향으로 복수개를 적층하는 단계;를 포함하는 적층코어의 제조방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 단위적층체가 적층되는 사이에 절연층이 각각 더 적층되는 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 단위적층체는 적층방향의 두께가 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 적층코어의 제조방법.

Images