KR102136967B1 - 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면의 공극에 은 나노입자가 함침된 코일을 이용하여 고정자 슬롯에 권선시킴으로써 저비용으로 고효율의 전동기를 제작할 수 있는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기는 내주면을 따라 다수의 슬롯(111)이 형성되고, 상기 슬롯(111)에 코일(112)이 권선되는 고정자(110); 및 상기 고정자(110)와 동심원을 이루도록 설치되며, 중심부에 샤프트(121)가 회전 가능하게 결합되어 상기 고정자(110)의 자기장에 의해 회전되는 회전자(120);를 포함하며, 상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극(112a)이 형성되고, 상기 공극(112a)에 은 나노입자(112b)가 함침되는 것을 특징으로 한다.

Description

은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기{Motor using coil impregnated with silver nano particles}
본 발명은 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면의 공극에 은 나노입자가 함침된 코일을 이용하여 고정자 슬롯에 권선시킴으로써 저비용으로 고효율의 전동기를 제작할 수 있는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 전기 에너지를 입력원으로 하고 회전 운동과 같은 운동 에너지를 출력으로 하는 일종의 에너지 변환장치로서, 회전 운동이나 왕복 운동과 같은 반복 작업이 필요한 산업 현장이나 생활 주변에서 동력원으로 주로 사용되고 있다.
이러한 전동기는 전원의 종류에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류되며, 교류 전동기는 3상 교류용과 단상 교류용으로 구분되되 각각에 유도 전동기와 동기 전동기가 있다.
전동기는 전원 공급에 의해 자기를 발생시키는 여자 코일을 갖는 고정자와, 상기 고정자 주변에 형성된 전자기력에 의해 회전되고 중앙에 샤프트가 고정되는 회전자로 구성된다.
상기 고정자는 전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 자성체의 고정자 철심으로 이루어진다. 이때, 상기 고정자 철심은 내주연에 다수의 고정자 슬롯이 방사형으로 형성되는 원형의 전기강판을 상기 고정자 슬롯이 축방향을 따라 연속되도록 다수개 적층하여 구성되며, 상기 고정자 슬롯을 통해 코일이 다양한 방법으로 권선된다.
상기 회전자는 코일에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토크를 발생시키는 회전자 도체와, 자속의 통로를 형성하는 자성체의 회전자 철심으로 이루어진다. 이때, 상기 회전자 철심은 외주연 측에 다수의 회전자 슬롯이 소정의 간격을 두고 방사형으로 형성되는 원형의 전기강판을 상기 회전자 슬롯이 축방향을 따라 연속되도록 다수개 적층하여 구성되며, 상기 회전자 슬롯에 전도성이 높은 알루미늄이나 구리와 같은 금속이 삽입되어 회전자 도체를 형성하게 된다.
이와 같이 구성된 전동기의 작용을 개략적으로 설명하면, 상기 코일에 교류전원이 인가되면서 회전자계가 발생하여 상기 고정자 철심을 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 공극을 통해 회전자 도체와 쇄교함으로써 상기 회전자 도체에 전류를 유기하게 된다. 이때, 상기 회전자 도체에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생하게 된다.
이러한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 축중심을 따라 중공부를 가지는 모터 프레임; 상기 모터 프레임의 일단에 동축 상으로 회전 가능하게 설치되는 회전축; 상기 모터 프레임을 중심으로 환형으로 형성되며 회전축과 평행한 면으로 절단한 단면이 원형이고 모터 프레임에 고정 결합되는 고정자 코어와, 이 고정자 코어의 외주면에 구비되며 그 코일 엔드가 상기 모터 프레임의 중공부를 통해 인출되는 고정자 코일로 구성되는 고정자; 상기 고정자의 원형 단면을 감싸는 원형 단면을 가지며 상기 회전축에 연결 부재로 연결되어 회전하는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 내주면에 구비되는 영구자석으로 구성되는 회전자;로 구성되며, 상기 고정자의 고정자 코어 외주면에는 일정 간격 이격되어 고정자 코어를 지지하기 위한 복수개의 지지 부재가 방사형으로 형성되며, 복수개의 지지 부재가 형성된 부분을 제외한 고정자 코어의 외주면에는 고정자 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 전동기에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 전동기 출력을 높이기 위해 구리 재질의 코일 권선량을 늘림에 따라 저항이 증가하고, 이로 인해 전력 소비가 크게 증가되는 문제점이 있다. 또한, 구리 재질은 일반적으로 단가가 비싸며, 이에 따라 전동기의 가격이 상승되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0340321호(2002.05.29. 등록)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 표면의 공극에 은 나노입자가 함침된 코일을 이용하여 고정자 슬롯에 권선시킴으로써, 코일 권선량을 늘리지 않아 제조공정 단가를 절감할 수 있고, 소비전력을 절감할 수 있는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 전기전도성, 내산성 및 내구성이 우수한 코일을 이용함으로써 저항 손실이 적고, 전동기의 수명을 연장시킬 수 있는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기는 내주면을 따라 다수의 슬롯(111)이 형성되고, 상기 슬롯(111)에 코일(112)이 권선되는 고정자(110); 및 상기 고정자(110)와 동심원을 이루도록 설치되며, 중심부에 샤프트(121)가 회전 가능하게 결합되어 상기 고정자(110)의 자기장에 의해 회전되는 회전자(120);를 포함하며, 상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극(112a)이 형성되고, 상기 공극(112a)에 은 나노입자(112b)가 함침되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일(112)은 구리 또는 구리합금 100 중량부를 기준으로 은 나노입자 0.4~1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공극(112a)의 크기는 1㎚~3㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 은 나노입자(112b)의 크기는 1~800㎚인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계; 상기 코일에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및 상기 페이스트가 도포된 코일을 가열하는 단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일(112)의 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계는 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리 및 물리적 처리 중에서 선택된 하나의 방법에 의해 코일의 표면을 에칭(etching)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일(112)의 가열은 25~100℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기는 고정자의 코일 권선량을 늘리지 않아 권선 작업시간 및 제조공정 단가를 절감하고, 소비전력을 절감하여 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 저항 손실이 적고, 전동기의 수명을 연장시켜 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기를 일부 절개하여 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 따른 코일을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일의 제조방법을 도시한 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일의 표면을 식각하는 단계를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일의 표면 저항을 도시한 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 도 1은 유도 전동기를 예를 들어 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 직류 전동기 또는 교류 전동기 등 다른 종류의 전동기들도 모두 적용될 수 있으며, 본 발명의 은 나노입자가 함침된 코일 또한 모든 종류의 전동기에 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기는 프레임(100), 고정자(110) 및 회전자(120)를 포함한다.
상기 프레임(100)은 전동기의 몸체를 형성하는 것으로, 고정자(110) 및 회전자(120)를 수용할 수 있도록 구성된다. 상기 프레임(100)의 외부에는 각종 단자가 마련된 단자함(130)이 구비된다.
또한, 상기 프레임(100)에는 외부 공기가 프레임(100) 내부로 유입되도록 공기유입구(미도시)가 형성될 수 있다.
이 밖에, 상기 프레임(100)의 일측에는 회전에 의해 공기유동을 발생시켜 프레임(100)의 내부로 외부 공기를 유입시키는 냉각팬(140)이 구비될 수 있고, 외부로 공기를 배출시킬 수 있도록 유도하는 팬커버(150)가 결합될 수 있다. 또한, 상기 프레임(100)의 양측에는 베어링 브라켓(160)이 각각 결합될 수 있다.
상기 고정자(110)는 교류전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일(112)과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 고정자 철심(113)을 포함한다.
상기 고정자(110)는 상기 고정자 철심(113)의 내주면을 따라 다수의 슬롯(111)이 형성되고, 상기 슬롯(111)에 코일(112)이 권선된다.
상기 고정자 철심(113)에 권선되는 코일(112)은 슬롯(111)을 따라 원주방향으로 권선되기 때문에 교류전원 인가 시 샤프트에 평행한 방향으로 자계를 형성하게 된다.
상기 회전자(120)는 상기 고정자(110)와 동심원을 이루도록 설치되며, 중심부에 샤프트(121)가 회전 가능하게 결합되어 상기 고정자(110)의 자기장에 의해 회전된다.
상기 회전자(120)는 코일(112)에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토크를 발생시키는 회전자 도체(122)와, 자속의 통로를 형성하는 자성체의 회전자 철심(123)을 포함한다.
상기 샤프트(121)는 전동기의 회전력을 외부로 전달할 수 있도록 구성되며, 상기 프레임(100)의 양측에 구비된 베어링(170)에 회전 가능하게 지지된다. 특히, 상기 샤프트(121)는 일단이 프레임(100)의 외측으로 노출되도록 연장되어 회전력을 외부 장치에 전달할 수 있다.
상기 회전자 도체(122)는 알루미늄 다이캐스팅으로 제작되어 회전자 철심(123)에 형성된다. 이와 같이 구성된 회전자 도체(122)는 코일(112)과의 전기적 작용을 통해 샤프트(121)의 회전에 필요한 기전력을 생성할 수 있다.
상기 회전자 철심(123)은 샤프트(121)와 결합되며, 상기 샤프트(121)의 둘레를 감싸는 형태로 배치되어 샤프트(121)와 함께 회전한다.
이러한 구성을 통해 상기 코일(112)에 교류전원이 인가되면서 회전자계가 발생하여 상기 고정자 철심(113)을 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 회전자 도체(122)와 쇄교(자기력선이 코일과 교차)함으로써 상기 회전자 도체(122)에 전류를 유기하게 된다. 이때, 상기 회전자 도체(122)에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생하게 된다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극(112a)이 형성되고, 상기 공극(112a)에 은 나노입자(112b)가 함침된다.
상기 코일(112)은 원형, 사각형 등의 형태로 형성되며, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 코일(112)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다. 상기 코일(112)에 형성된 공극(112a)에 은 나노입자(112b)가 함침됨으로써 기존의 코일에 비해 전기전도성, 내구성 및 내산성이 우수하다.
상기 코일(112)은 구리 또는 구리합금 100 중량부를 기준으로 은 나노입자 0.4~1 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 은 나노입자(112b)가 0.4 중량부 미만인 경우에는 코일(112)의 전기전도성 향상과 산화방지에 제한적일 수 있으며, 1 중량부를 초과하는 경우에는 은의 함량이 증가하여 제조공정의 단가가 증가되는 문제가 있다.
상기 공극(112a)의 크기는 1㎚~3㎛이며, 상기 공극(112a)의 크기가 1㎚ 미만인 경우에는 공극(112a)의 크기가 너무 작아 일반적인 코일의 표면 거칠기와 큰 차이가 나지 않고, 3㎛를 초과하는 경우에는 공극(112a)의 크기가 너무 커서 은 나노입자(112b)가 충분히 함침되지 않고 분리되는 문제가 있다.
상기 은 나노입자(112b)의 크기는 1~800㎚이며, 상기 은 나노입자(112b)의 크기가 1㎚ 미만인 경우에는 너무 작은 입자를 제조하기 위해 추가 공정이 요구되어 제조공정의 단가가 상승되는 문제가 있고, 800㎚를 초과하는 경우에는 상기 공극(112a) 내의 함침이 용이하지 않다.
이러한 코일(112)은 도 4에 도시된 바와 같이, 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계; 상기 코일에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및 상기 페이스트가 도포된 코일을 가열하는 단계를 거쳐 제조된다.
먼저, 코일(112)의 표면에 공극(112a)을 형성한다(S100).
상기 코일(112)의 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계는 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리 및 물리적 처리 중에서 선택된 하나의 방법에 의해 코일의 표면을 에칭(etching)하는 단계를 포함한다.
산 처리의 경우, 산은 염산, 황산, 질산, 불산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 염기 처리의 경우, 염기는 알칼리 금속 및 아민류를 포함하는 것 일 수 있다.
여기서, 알칼리 금속은 Li, Na, K 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 염기는 NaOH, KOH, LiOH 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 아민류는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 메틸렌디아민, 에틸아민, 1,2-디메톡시에탄, 헥사메틸렌이민, 디이소프로필아미드, 디에탄올아민, 올리에틸렌아민및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 액체 암모늄계 물질, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디에틸렌트리아민펜타아세트 산, 디아미노하이드록시프로판테트라아세트산, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것, 또는 테르라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드, 헥사메틸포스포러아마이드, 디에틸아민, 트리에틸아민, 디에틸렌트리아민, 톨루엔 디아민, m-페닐렌디아민, 디페닐메탄디아민, 헥사메틸렌디아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 헥사메틸렌테트라아민, 에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리의 경우, 플라즈마에 의한 코일(112)의 표면 에칭 시 500~1000℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마의 온도가 500℃ 미만인 경우에는 상기 코일(112)의 표면에 공극(112a)이 충분히 생성되지 않으며, 1000℃를 초과하는 경우에는 플라즈마 장치 내에 열손상이 발생할 수 있다.
상기 플라즈마는 500~900W의 전력 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마의 전력이 500W 미만인 경우에는 상기 코일(112)의 표면에 공극(112a)이 충분히 생성되지 않을 수 있으며, 900W를 초과하는 경우에는 플라즈마로 인해 코일(112)의 플라즈마 이온이 사방으로 튀어 챔버의 내부가 오염될 수 있다.
플라즈마 처리는 10-1~700 Torr의 압력 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 물리적 처리의 경우, 상기 코일(112)과 3~5㎛ 크기의 다이아몬드 파우더를 용매 내에 침지한 후 15분~1시간 동안 초음파 처리를 할 수 있다.
이어서, 상기 코일(112)의 표면에 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트를 도포한다(S200).
상기 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트는 톨루엔, 젖산 에틸, 아크릴 수지 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 코일(112)에 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트를 도포하는 방법은 스핀 코팅법, 캐스트법, 량뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett, LB)법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 슬롯 다이 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 스크린 프린팅법, 딥 코팅법, 그래비어 프린팅법, 리버스 오프센 프린팅법, 스프레이 코팅법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트의 농도 및 양을 조절함으로써 상기 코일(112)에 도포되는 은 나노입자(112b)의 양을 조절할 수 있다.
상기 은 나노입자(112b)의 크기를 조절하기 위해 비즈밀(beads mill), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 코일(112)의 제조단계에서 상기 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트가 도포된 코일(112)의 표면을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트는 상기 코일(112)의 공극(112a) 내에 채워질 뿐만 아니라 코일(112)의 표면에 막 형태로 형성될 수도 있다. 특히, 상기 코일(112)의 표면을 식각함으로써, 코일(112)의 표면에 막 형태로 형성된 은 나노입자(112b)를 제거하여 상기 은 나노입자(112b)가 상기 공극(112a) 내에서만 위치할 수 있다.
상기 식각은 물리적인 방법(예를 들면, 다른 물건을 이용하여 긁는 방법), 초음파 처리 방법 등에 의해 수행될 수도 있다.
이어서, 은 나노입자(112b)를 포함하는 페이스트가 도포된 코일(112)을 가열한다(S300).
상기 코일(112)의 가열은 25~100℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
일반적으로 금속을 가공하기 위해서는 높은 온도가 요구된다. 반면, 본 발명의 은 나노입자가 함침된 코일(112)은 100℃ 미만의 낮은 온도에서 열처리하여 코일(112)의 전기전도성 및 내산성을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다. 더욱이, 높은 온도 조건을 만들기 위해서는 많은 에너지 및 비용이 소모된다. 그러나, 본 발명의 은 나노입자가 함침된 코일(112)은 100℃ 미만의 낮은 온도에서 열처리함으로써 제조공정의 단가를 절감하고, 상용화가 용이하다.
한편, 상기 코일(112)의 가열 온도에 따라 가열 시간이 조절될 수 있으며, 예를 들어, 25℃의 낮은 온도에서는 1시간, 100℃의 높은 온도에서는 5분 동안 가열하는 것이 바람직하다.
상기 가열 과정에서 은 나노입자를 포함하는 페이스트에 포함되는 은 이외의 용매와 같은 물질이 제거될 수도 있다.
이와 같이, 상기 은 나노입자가 함침된 코일(112)은 전기전도성 및 내산성이 향상된다. 이에 따라, 코일(112)은 인가될 수 있는 전류가 증가하여 유도 자기장의 크기가 증가할 수 있다. 또한, 내산성이 향상되어 코일(112)의 내구성이 증가한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
먼저, 15㎜ 길이의 코일을 비커(beaker) 내부에 투입한 후, 비커에 증류수와 3㎛ 크기의 다이아몬드 파우더를 추가로 투입하였다. 상기 비커를 30분 동안 초음파 처리하여 코일의 표면에 공극을 형성하였다. 공극이 형성된 코일을 비커에서 꺼낸 후, 공극이 형성된 코일에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 코일의 표면을 사포를 이용하여 은 나노입자가 공극 내에만 형성될 수 있도록 하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 코일을 90℃의 온도에서 30분 동안 가열하여 은 나노입자가 0.41% 함침된 코일을 제조하였다.
[실시예 2]
은 나노입자의 양이 0.49%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[실시예 3]
은 나노입자의 양이 0.60%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[실시예 4]
은 나노입자의 양이 0.67%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[실시예 5]
은 나노입자의 양이 0.72%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[실시예 6]
은 나노입자의 양이 0.78%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[비교예 1]
은 나노입자의 양이 0.27%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 함침된 코일을 제조하였다.
[비교예 2]
먼저, 15㎜ 길이의 코일에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 코일을 90℃의 온도에서 30분 동안 가열하여 은 나노입자가 1.21% 코팅된 코일을 제조하였다.
[실험예 1]
은의 함량에 따른 표면 저항
상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 은 나노입자가 함침된 코일의 전기적 특성을 관찰하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 6에서 제조한 은 나노입자가 함침된 코일의 표면 저항은 초기의 코일의 표면 저항인 8Ω/□ 보다 낮아진 것을 확인할 수 있다. 반면에, 은 나노입자의 양이 0.27%인 비교예 1의 경우, 표면 저항이 9.3Ω/□로 초기의 코일의 표면 저항보다 증가된 것을 확인할 수 있다. 이는 가열 과정에서 코일의 표면에 산화 반응이 일어나며, 상기 은 나노입자의 양이 산화 반응을 막을 수 있을 정도로 충분하지 않다는 것을 의미한다.
은 나노입자의 함량이 1.21%인 비교예 2의 경우, 표면 저항이 가장 낮은 1.31Ω/□로 나타났다. 하지만, 은 나노입자의 함량이 증가하면 제조공정의 단가가 증가하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
[실험예 2]
가열 온도에 따른 표면 저항
상기 실시예 6의 은 나노입자가 함침된 코일의 가열 온도에 따른 표면 저항을 측정하였다.
하기 표 1은 가열 온도에 따른 은 나노입자가 함침된 코일과 은 나노입자가 미함침된 코일의 표면 저항을 나타낸 것이다.
온도(℃) 85 90 95 100 110 120 130 140
은 나노입자가 함침된 코일(Ω/□) 2.3 2.1 1.4 1.8 2.3 2 2.8 1.4
은 나노입자가 미함침된 코일(Ω/□) 6.3 7.1 8.4 7.5 13.5 16.2 18.6 22.4
표 1에서와 같이, 100℃의 온도까지는 은 나노입자가 함침된 코일의 표면 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 110℃ 내지 130℃의 온도에서는 은 나노입자가 함침된 코일의 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 140℃의 온도에서는 은 나노입자가 함친된 코일의 표면 저항이 1.4Ω/□로 감소하였으나, 은 나노입자가 미함침된 코일의 표면 저항이 22.4Ω/□로 증가한 것을 확인할 수 있다. 140℃의 온도에서는 은 나노입자가 미함침된 코일의 산화 반응이 촉진되어 표면 저항이 증가한 것으로 볼 수 있다.
즉, 본 발명은 100℃ 미만의 온도에서 코일을 가열처리 함으로써 코일의 전기전도성을 향상시키는 효과가 있다.
[실험예 3]
은의 분리도 확인
상기 실시예 6의 은 나노입자가 함침된 코일과 상기 비교예 2의 은 나노입자가 코팅된 코일을 초음파 처리한 시간에 따른 은 나노입자의 함량을 확인하였다.
하기 표 2는 초음파 처리 시간에 따른 은 나노입자의 함량을 나타낸 것이다.
20분 40분 60분 80분 100분
실시예 6(%) 0.77 0.75 0.70 0.69 0.67
비교예 2(%) 1.01 0.92 0.78 0.63 0.60
상기 표 2에서와 같이, 초음파 처리를 진행할수록 실시예 6 및 비교예 2의 은 나노입자의 함량은 감소한다. 다만, 초음파 처리를 100분 동안 진행한 후, 실시예 6은 처음 은 나노입자의 함량에서 12.98% 감소한 0.67%인 반면, 비교예 2는 처음 은 나노입자의 함량에서 40.59% 감소한 0.60%인 것으로 나타났다. 더욱이, 초음파 처리를 100분 진행 후 실시예 6의 은 나노입자의 함량이 비교예 2의 은 나노입자의 함량보다 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 코일의 표면에 형성된 공극에 상기 은 나노입자가 함침되면서 은 나노입자와 코일 간의 접합력이 우수해진 것으로 볼 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
100 : 프레임 110 : 고정자
111 : 슬롯 112 : 코일
112a : 공극 112b : 은 나노입자
113 : 고정자 철심 120 : 회전자
121 : 샤프트 122 : 회전자 도체
123 : 회전자 철심 130 : 단자함
140 : 냉각팬 150 : 팬커버
160 : 베어링 브라켓 170 : 베어링

Claims (7)

  1. 내주면을 따라 다수의 슬롯(111)이 형성되고, 상기 슬롯(111)에 코일(112)이 권선되는 고정자(110); 및 상기 고정자(110)와 동심원을 이루도록 설치되며, 중심부에 샤프트(121)가 회전 가능하게 결합되어 상기 고정자(110)의 자기장에 의해 회전되는 회전자(120);를 포함하며,
    상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극(112a)이 형성되고, 상기 공극(112a)에 은 나노입자(112b)가 함침되며,
    상기 코일(112)은 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계; 상기 코일에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및 상기 페이스트가 도포된 코일을 가열하는 단계를 거쳐 제조되며,
    상기 코일(112)의 표면에 다수의 공극을 형성하는 단계는 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리 및 물리적 처리 중에서 선택된 하나의 방법에 의해 코일의 표면을 에칭(etching)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일(112)은 구리 또는 구리합금 100 중량부를 기준으로 은 나노입자 0.4~1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공극(112a)의 크기는 1㎚~3㎛인 것을 특징으로 하는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 은 나노입자(112b)의 크기는 1~800㎚인 것을 특징으로 하는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일(112)의 가열은 25~100℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 은 나노입자가 함침된 코일을 이용한 전동기.
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