KR102192763B1 - 적층분할형 영구자석 제조방법 및 이로 제조된 영구자석 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 와전류의 발생이 현저히 감소되고, 우수한 기계적 강도, 내열성 및 외관품질을 갖는 적층분할형 영구자석 제조방법 및 이로 제조된 영구자석에 관한 것이다.

Description

적층분할형 영구자석 제조방법 및 이로 제조된 영구자석{Method for manufacturing laminated divided permanent magnet, and permanent magnet manufactured therefrom}

본 발명은 영구자석에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 와전류의 발생이 현저히 감소되고, 우수한 기계적 강도, 내열성 및 외관품질을 갖는 적층분할형 영구자석 제조방법 및 이로 제조된 영구자석에 관한 것이다.

고정자와 회전자를 구비하는 영구자석 회전기(또는 전동기)는 영구자석을 회전자 코어 내에 매립, 구체적으로는 회전자 코어 둘레 방향에 등간격으로 복수의 위치에 형성된 슬롯에 영구 자석이 삽입되어 구현된다. 또는 종래에 알려진 것들 중에는 회전자 코어의 표면에 원통 형상(링 형상이라고도 한다)의 영구 자석이 배치된, 표면 자석형(SPM) 회전기도 알려져 있다.

일반적으로 이러한 회전기가 회전할 때, 코일에서 발생된 자속이 영구자석을 관통하면서 영구자석에 와전류가 발생하게 되는데, 이 때 발생한 와전류는 영구자석을 발열시켜 영구자석의 성능(자력의 크기)을 크게 떨어뜨려 전기의 손실(더 많은 전기를 가해야 동일한 힘이 발생)을 일으키는 문제가 있다.

이러한 영구자석 내의 와전류를 감소시키기 위한 방법으로 영구자석을 여러 개로 분할하여 분할된 영구자석 간에 절연층을 구비시켜 와전류 손실을 감소시키는 방법들이 많이 사용되고 있는데, 이는 와전류가 발생하더라도 각각의 분할된 영구자석 내부에 가둠으로써 영구자석의 와전류량을 감소시키고, 이 결과로 영구자석의 온도를 낮춰 영구자석의 자력을 효율적으로 사용하는 방법으로 많은 연구개발이 지속되고 있다.

한편, 영구자석을 목적하는 소정의 크기로 구현시키기 위해서 분할된 영구자석 사이에는 절연층과 접착층의 기능을 수행할 수 있는 절연접착층을 개재하여 사용할 수 있는데, 절연접착층은 기계적 강도가 충분하지 못한 문제가 있고, 적용처 예를 들어 200℃를 초과하는 온도에서 열화되어 접착성능이 감소됨에 따른 분할된 영구자석의 분리가 발생하거나, 절연접착층의 수축이 발생해 영구자석의 외관이 초도 설계된 것과 다른 공차가 발생하는 등의 품질이 저하되는 문제가 있다. 또한, 수지로 이루어진 절연 접착층은 층 두께를 균일하게 구현하기 어렵고, 이로 인해 외관의 공차 발생, 절연특성의 비균일성 등의 문제가 있다.

공개특허공보 제10-1990-0006704호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 와전류 발생을 감소시키기 위해서 분할된 영구자석 간에 충분한 부착강도와 절연특성을 달성하며, 제조 시 우수한 외관품질 및 균일한 부착강도/절연특성을 갖도록 제조할 수 있고, 200℃ 이상의 사용온도에 노출되거나 와전류 발생에 의해서 높은 온도로 발열이 발생하더라도 부착강도, 외관품질에 이상이 발생하지 않는 우수한 내열성을 갖는 적층분할형 영구자석을 제공하는 것에 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 접착성분 및 지지부재를 포함하는 절연부재를 개재시켜 다수 개의 영구자석 블록을 적층시키는 단계, 적층된 영구자석 블록에 열을 가해 상기 접착성분을 경화시키는 단계, 및 경화시킨 적층된 영구자석 블록을 적층방향에 수직하게 소정의 크기로 절단한 영구자석 적층체를 제조하는 단계를 포함하는 적층분할형 영구자석 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적층체의 모서리를 연마하는 단계 및 적층체의 외부면에 내식성을 위한 코팅층을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지부재는 섬유가 격자형으로 배치된 메쉬시트이며, 상기 접착성분은 상기 메쉬시트에 함침된 것일 수 있다.

또한, 상기 메쉬시트는 두께가 50 ~ 200㎛이며, 망목면적이 메쉬시트 전체 면적의 40 ~ 75%일 수 있고, 보다 바람직하게는 50 ~ 60%일 수 있다.

또한, 상기 메쉬시트는 직경이 30 ~ 120㎛인 섬유로 구현된 것일 수 있다.

또한, 상기 섬유는 폴리에스테르계 성분, 폴리아미드계 성분, 폴리올레핀계 성분, 폴리이미드계 성분 및 폴리아미드이미드계 성분으로 이루어진 군에서 선택된 고분자화합물, 이들의 혼합물 또는 이들의 공중합체, 또는 유리 성분을 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 섬유는 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르 성분으로 형성된 코어부 및 융점이 120 ~ 190℃인 폴리에스테르 성분으로 형성된 쉬스부를 포함하는 쉬스-코어형 단면구조를 가지며, 상기 메쉬쉬트는 200 ~ 230℃ 온도로 1 ~ 5분 동안 열을 가해 전처리된 것일 수 있다.

또한, 상기 접착성분은 에폭시 성분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 코팅층은 인산염 성분 또는 에폭시 성분을 포함하여 형성된 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 일 방향으로 적층된 다수 개의 영구자석 블록, 및 인접하는 상기 영구자석 블록 사이에 배치되며 영구자석 블록 간을 부착시키는 경화된 접착성분과 메쉬시트를 구비하는 절연부재를 포함하는 적층분할형 영구자석을 제공한다.

본 발명에 의한 적층분할형 영구자석은 우수한 외관품질 및 균일한 부착강도/절연특성을 갖는 영구자석을 용이하게 제조할 수 있도록 하며, 이를 통해 제조된 영구자석은 와전류 발생을 감소시키기 위해서 분할된 영구자석 간에 충분한 부착강도와 절연특성을 달성하며, 200℃ 이상의 사용온도에 노출되거나 와전류 발생에 의해서 높은 온도로 발열이 발생하더라도 부착강도, 외관품질에 이상이 발생하지 않음에 따라서 모터와 같은 회전기에 널리 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층분할형 영구자석을 제조하는데 지지부재로써 사용된 메쉬시트의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층분할형 영구자석에 대한 절연특성 평가 시 프로브를 접촉시키는 지점에 대한 사진이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적층분할형 영구자석은 접착성분 및 지지부재를 포함하는 절연부재를 개재시켜 다수 개의 영구자석 블록을 적층시키는 단계, 적층된 영구자석 블록에 열을 가해 상기 접착성분을 경화시키는 단계, 및 경화시킨 적층된 영구자석 블록을 적층방향에 수직하게 소정의 크기로 절단한 영구자석 적층체를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

먼저, 본 발명의 1단계로써, 절연부재를 개재시켜 다수 개의 영구자석 블록을 적층시키는 단계를 수행한다.

1단계는 와전류 발생을 최소화하기 위해서 절연부재를 영구자석 블록 간 사이에 개재시켜 일방향으로 적층시키는 단계이다.

상기 영구자석은 전동기에 구비되는 공지된 영구자석의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 영구자석은 일예로 Nd-Fe-B 계열이나, Sm-Co계열의 자석일 수 있다. 상기 영구자석 블록은 소결된 상태의 자석블록일 수 있고, 소정의 크기를 갖도록 제조되거나, 절단된 것일 수 있다. 상기 영구자석 블록은 일예로 가로 31.5㎜, 세로 51.5㎜, 높이 6.5㎜로 절단된 것일 수 있다. 또한, 각 면을 0.3 ~ 1.0㎜ 연마한 것을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 영구자석 블록은 적층 전 유분제거를 위한 세정공정을 더 수행한 것일 수 있다. 상기 세정공정은 소결된 영구자석의 표면에 묻어나는 기름성분과 같은 유지 등의 이물질 및 부분적으로 발생하는 표면 녹을 제거하여 표면을 청결하게 유지하기 위한 공정이다. 상기 세정단계는 자석 표면의 유지를 제거하는 통상적인 세정단계를 거칠 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 상기 세정단계는 일예로 영구자석 블록을 알칼리 탈지제 용액에 침적한 후, 파이 5~10 크기의 세라믹볼과 함께 문질러줌으로써 자석 표면에 묻어있는 유분을 제거할 수 있다. 유분이 제거된 후 영구자석 블록을 증류수로 수 차례 깨끗이 세정함으로써 잔존하는 탈지제를 완전히 제거할 수 있다. 이후 탈지된 영구자석 블록을 1 ~ 10중량%의 질산희석 용액에 침적하여 1 ~ 5분 산세함으로써 가공 시 발생된 녹을 완전히 제거할 수 있고, 산세 후에는 다시 영구자석 블록을 알코올이나 증류수에 옮겨 담고 초음파세척기를 이용하여 영구자석 블록 표면에 잔존하는 질산을 제거하는 것이 바람직하다.

준비된 다수개의 영구자석 블록은 절연부재를 영구자석 블록 간 사이에 개재시켜 일방향으로 적층되는데, 상기 절연부재는 어느 일 영구자석 블록에서 발생하는 와전류를 다른 영구자석 블록으로 전달시키지 않고, 발생된 영구자석 블록 내 가두는 역할과 함께, 다수 개의 영구자석 블록을 결합시켜 일체화 시키는 기능을 수행한다.

상기 절연부재는 접착성분 및 지지부재를 포함하며, 더 구체적으로는 상기 접착성분을 포함하는 접착조성물이 지지부재와 함께 포함될 수 있다.

접착조성물에 구비된 접착성분은 절연성, 접착성을 갖는 공지의 접착성분인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 내열성을 갖는 접착성분이 바람직하다. 상기 접착성분은 일예로 경화를 통해 접착특성을 발현하는 성분일 수 있고, 구체적으로 에폭시계 성분일 수 있다. 상기 에폭시계 성분은 높은 온도에서도 우수한 접착성능과 절연특성을 발현하기에 다른 종류의 접착성분 보다 유리할 수 있다. 상기 에폭시계 성분은 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형(linear Aliphatic) 에폭시 수지, 지환족형(cyclo Aliphatic) 에폭시 수지, 복소환 함유 에폭시 수지, 치환형 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시수지 및 이들의 유도체를 포함하며, 2관능성 또는 다관능성 수지일 수 있고 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

더 구체적으로 상기 글리시딜에테르형 에폭시 수지는 페놀류의 글리시딜에테르와 알코올류의 글리시딜에테르를 포함하며, 상기 페놀류의 글리시딜 에테르로 비스페놀 A형, 비스페놀 B형, 비스페놀AD형, 비스페놀 S형, 비스페놀 F형 및 레조르시놀 등과 같은 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac) 에폭시, 아르알킬페놀 노볼락, 테르펜페놀 노볼락과 같은 페놀계 노볼락 및 o-크레졸 노볼락(Cresolnovolac) 에폭시와 같은 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 등이 있고, 이들을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 글리시딜 아민형 에폭시 수지로 디글리시딜아닐린, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실릴렌디아민, 1,3-비스(디글리시딜아미노메틸)시클로헥산, 글리시딜에테르와 글리시딜아민의 양구조를 겸비한 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜-p-아미노페놀 등이 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 글리시딜에스테르형 에폭시수지로 p-하이드록시벤조산, β-하이드록시나프토에산과 같은 하이드록시카본산과 프탈산, 테레프탈산과 같은 폴리카본산 등에 의한 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다. 상기 선형 지방족형 에폭시 수지로 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올, 글리세린, 트리메틸올에탄, 티리메틸올프로판, 펜타에리트리롤, 도데카히드로 비스페놀 A, 도데카히드로 비스페놀 F, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등에 의한 글리시딜 에테르일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

상기 지환족형 에폭시 수지로 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3',4'-에폭시시클로헥산카르복실레이트 등이 있다.

나프탈렌계 에폭시 수지는 1,2-디글리시딜나프탈렌, 1,5-디글리시딜나프탈렌, 1,6-디글리시딜나프탈렌, 1,7-디글리시딜나프탈렌, 2,7-디글리시딜나프탈렌, 트리글리시딜나프탈렌, 1,2,5,6-테트라글리시딜나프탈렌 등의 나프탈렌골격을 갖는 에폭시 수지일 수 있으며, 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

바람직하게는 상기 에폭시 성분은 25℃에서 성상이 고상인 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 나프탈렌계 에폭시 수지일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 1 및/또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 이들 두 화합물을 모두 사용할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물은 바람직하게는 1: 2.2 ~ 2.6 중량비로 포함될 수 있고 이를 통해 적층분할형 영구자석을 제조하는 공정에서 치수안정성이 우수하고, 제조 후 고온의 조건에 노출되어도 크랙 등 손상되거나, 가교부분이 변형, 수축되어 초도 설계된 외관이 변형되는 것이 현저히 방지되는 이점이 있다.

또한, 상기 접착조성물에는 접착성분을 경화시킬 수 있는 경화제가 더 포함될 수 있다. 상기 경화제는 에폭수 수지를 경화시킬 수 있는 공지의 경화제의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적이 예로써, 상기 경화제는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등의 지방족 아민류, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, 아조메틸페놀 등의 방향족 아민류, 페놀노볼락수지, 오르토크레졸노볼락 수지, 나프톨노볼락수지, 페놀아랄킬수지 등의 다가 히드록시화합물, 및 이들의 변성물, 무수 프탈산, 무수 말레산, 무수 헥사히드로프탈산, 무수 피로멜리트산 등의 산무수물계 경화제, 디시안디아미드, 이미다졸, BF3-아민착체, 구아니딘 유도체 등의 잠재성 경화제를 들 수 있고 이들이 단독 또는 2 종 이상 병용하여 사용될 수 있다.

또한, 상술한 경화제 중에서도 바람직하게는 25℃에서 성상이 고상이 경화제를 포함할 수 있다. 성상이 액상인 경화제를 사용하는 경우 후술하는 지지부재가 메쉬시트일 경우 메쉬시트와 영구자석 블록 간 근접위치나, 메쉬시트 망목 내에 보이드가 발생할 수 있고, 이로 인해 접착력이 현저히 저하될 우려가 있다. 이에 따라서 경화제는 25℃에서 성상이 고상인 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 경화제는 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 100 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 선택되는 에폭시 성분 및 경화성분의 종류에 따라 변경될 수 있다.

또한, 상기 접착조성물은 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제는 경화 속도나 경화물의 물성 등을 조정하기 위한 역할을 한다. 상기 경화 촉진제에 대한 비제한적인 예로써, 이미다졸계 경화 촉진제, 3급 아민계 경화 촉진제 등을 들 수 있고, 그 중에서도 경화 속도나 경화물의 물성 등의 조정이 용이한 이미다졸계 경화 촉진제가 바람직하게 이용된다. 이들 경화 촉진제는, 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 경화촉진제는 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 50 중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 선택되는 에폭시 수지, 경화제 및 경화촉진제의 종류에 따라 변경될 수 있다.

한편, 상술한 접착조성물은 절연부재에 접착성분이 미경화된 A-stage 또는 접착성분이 부분 경화된 B-stage 상태로 구비될 수 있다.

다음으로 상술한 접착조성물과 함께 절연부재에 구비되는 지지부재에 대해서 설명한다.

상기 지지부재는 접착조성물로만 이루어진 층이 영구자석 블록 간에 배치되었을 때 발생하는 접착조성물의 두께 불균일을 방지하고, 지지부재 두께를 통한 영구자석 블록 간 물리적인 최소한의 간격을 유지하기 위해 구비된다. 상기 지지부재는 바람직하게는 메쉬시트일 수 있다. 메쉬시트는 영구자석 블록 간의 물리적 간격을 필름과 유사하게 균일하게 유지시킬 수 있으면서도 영구자석 블록 간 접착력의 강도를 현격히 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 지지부재가 필름 타입일 경우 상술한 접착조성물 두께의 불균일을 방지하기 어려울 수 있고, 접착력 강도 향상이 어렵고, 필름과 접착조성물을 통해 구현된 접착층 사이 계면에서 박리가 발생할 우려가 있다. 또한, 상기 지지부재가 부직포일 경우 상하 방향으로의 압력에 의해 압착되는 두께 감소가 가능하므로 충분한 물리적 간격을 확보하기 어려울 수 있고, 불균일 압착에 따른 영구자석 블록 간 두께가 불균일할 수 있으며, 동일한 접착 조성물을 사용한 경우에도 메쉬시트를 사용한 경우에 대비해 충분한 접착강도를 달성하기 어려울 수 있다.

상기 메쉬시트는 섬유가 격자형으로 배치되어 망목을 형성하는 통상적인 메쉬시트 형태일 수 있다. 상기 섬유는 통상적인 메쉬시트를 구성하는 섬유의 재질의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로 폴리에스테르계 성분, 폴리아미드계 성분, 폴리올레핀계 성분, 폴리이미드계 성분 및 폴리아미드이미드계 성분으로 이루어진 군에서 선택된 고분자화합물, 이들의 혼합물 또는 이들의 공중합체, 또는 유리 성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 섬유는 폴리에스테르계 성분을 포함하여 형성된 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르 성분으로 형성된 코어부 및 융점이 120 ~ 190℃인 폴리에스테르 성분으로 형성된 쉬스부를 포함하는 쉬스-코어형 단면구조를 가지는 섬유를 사용할 수 있다. 상기 코어부는 융점이 250℃ 이상으로서 영구자석이 고온의 환경에 노출되는 경우에도 지지부재의 형상과 두께 등 구조적 스펙의 변동을 최소화할 수 있다. 또한, 융점이 120 ~ 190℃인 저융점의 폴리에스테르가 상기 코어부의 외주를 둘러싸도록 배치된 섬유를 사용함을 통해서 섬유의 교차지점에서의 융착 및 이로 인한 메쉬시트의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 지지부재인 메쉬시트와 접착성분 간 계면 들뜸이나 이격을 방지할 수 있어서 영구자석 블록 간 부착강도를 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 한편, 메쉬시트는 200℃ 이상, 바람직하게는 200 ~ 230℃ 온도로 1 ~ 5분간 열을 가해 전처리된 것을 사용할 수 있으며, 이를 통해 영구자석이 200℃ 이상의 고온의 사용환경에 노출된 경우에도 메쉬시트의 수축 발생을 최소화해 외관품질, 영구자석 간 접착강도 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다. 만일 위의 조건으로 열처리되지 않은 메쉬시트를 사용할 경우 영구자석이 고온의 사용환경에 노출되었을 때 저융점의 쉬스부의 수축이 유발됨에 따라서 접착성분이 경화된 접착부가 깨지거나 메쉬시트와 접착부 간 이격이 발생할 수 있어서 영구자석 간 접착강도가 현저하게 저하될 우려가 있다.

상기 메쉬시트는 바람직하게는 두께가 50 ~ 200㎛이며, 망목면적이 메쉬시트 전체 면적의 40 ~ 75%일 수 있고, 보다 바람직하게는 40 ~ 70%, 보다 더 바람직하게는 50 ~ 60%를 차지할 수 있다. 이때, 망목면적이란, 메쉬시트의 기공으로 인해 열린 부분의 면적을 의미한다. 메쉬시트의 두께가 50㎛ 미만일 경우 목적하는 수준으로 충분한 절연특성을 발현하기 어려울 수 있고, 이로 인해 와전류에 의한 발열증가, 영구자석의 성능저하 및 전기 손실의 우려가 있다. 또한, 만일 메쉬시트 두께가 200㎛를 초과할 경우 접착강도가 오히려 저하될 수 있고, 특히 영구자석 블록의 측면에서 가해는 외력에 의한 접착강도가 현저히 저하될 우려가 있다. 또한, 망목 내 위치하는 접착조성물의 양이 증가하는데, 이로 인해 경화시간이 증가하거나, 경화공정을 거쳐도 망목 내 위치하는 접착조성물의 경화가 원활히 이루어지지 않을 우려가 있다. 또한, 상기 망목면적은 메쉬시트 일면의 면적의 40 ~ 70%를 차지할 수 있는데, 만일 40% 미만일 경우 접착강도가 현저히 저하될 우려가 있고, 70%를 초과할 경우에 메쉬시트를 통한 강도보강 효과가 미미하여 접착강도가 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 메쉬시트는 직경이 30 ~ 120㎛인 섬유로 구현된 것일 수 있으며, 이를 통해 적절한 망목크기 구현, 기계적 강도 부가, 열에 의한 변형이 최소화되기에 보다 유리할 수 있다.

한편, 1 단계에서 적층되는 영구자석 블록은 2 ~ 10개가 적층될 수 있으며, 사용되는 적용처의 요구 사항에 맞춰서 적층되는 영구자석 블록의 개수는 적절히 조절될 수 있다. 일 예로 적층되는 영구자석 블록은 3개 일수 있고, 절연부재는 2개가 사용될 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 2 단계로써, 적층된 영구자석 블록에 열을 가해 상기 접착성분을 경화시키는 단계를 수행한다. 상기 경화는 110 ~ 150℃ 의 온도로 적층방향으로 일정한 하중을 가하면서 1 ~ 5시간 동안 수행될 수 있으며, 이를 통해 보다 향상된 접착강도를 발현하기에 유리할 수 있다. 다만, 사용되는 접착성분의 구체적인 종류에 따라서 경화조건은 적절히 선택될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 2단계 후 적층된 영구자석 블록의 측면 4면에 대한 연마공정을 더 수행할 수 있다. 이때 연마는 영구자석 소결체에 대해 수행하는 통상적인 연마공정을 적절히 채용할 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

다음으로 본 발명에 따른 3단계로써, 경화시킨 적층된 영구자석 블록을 적층방향에 수직하게 소정의 크기로 절단한 영구자석 적층체를 제조하는 단계를 수행한다.

상기 절단은 통상적인 절단기를 사용해서 수행될 수 있으며, 일예로 가로, 세로, 두께 각각 31㎜, 51㎜, 6㎜인 영구자석 블록을 3개 적층시켰을 경우 적층된 영구자석블록을 길이방향 즉, 세로방향으로 9등분이 되도록 절단할 수 있다.

또한, 절단된 영구자석 적층체의 절단면이나 모서리를 다시 연마시키는 연마공정을 더 수행할 수 있다. 이때 연마는 영구자석 소결체에 대해 수행하는 통상적인 연마공정을 적절히 채용할 수 있고, 일예로 진동연마나 회전연마를 통해 수행할 수 있으며, 각각의 연마방법은 공지된 방법과 장치를 사용하여 수행될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

또한, 절단된 영구자석 적층체는 적층체의 측면에 번지거나 흘러내린 접착조성물을 제거하기 위하여 50 ~ 100℃ 알칼리 용액에 1 ~ 3시간 동안 처리하는 세정공정을 더 거칠 수 있으며, 이때 상기 알칼리 용액은 일예로 수산화나트륨 용액일 수 있다.

또한, 절단된 영구자석 적층체의 외부면에 내식성을 부여하기 위한 코팅층을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다.

상기 코팅층은 영구자석에 내식성을 부여하기 위해서 구비시키는 코팅층의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 일예로 인산염 성분 또는 에폭시 성분을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 이때, 상기 인산염 성분은 인산-철, 인산-아연, 인산-망간 등을 포함할 수 있다.

상술한 제조방법으로 구현된 본 발명의 일실시예에 따른 적층분할형 영구자석은 일 방향으로 적층된 다수 개의 영구자석 블록, 및 인접하는 상기 영구자석 블록 사이에 배치되며 영구자석 블록 간을 부착시키는 경화된 접착성분과 메쉬시트를 구비하는 절연부재를 포함하여 구현된다.

다수 개의 영구자석 블록이 절연부재에 의해서 결합되어 일체로 됨과 동시에 전기적으로 블록 간 절연시킴으로써 어느 일 블록에 발생한 와전류가 다른 블록에 영향을 미치지 않도록 하고, 결과적으로 영구자석에 발생하는 와전류의 총량을 감소시킬 수 있으며, 이를 통한 발열 및 영구자석 성능저하를 최소화할 수 있다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예 1>

각 면이 연마되고, 통상적인 세정공정을 통해서 외부면에 유지가 제거된 가로, 세로, 두께 각각 31㎜, 51㎜, 6㎜인 영구자석 블록을 3개 준비했다. 또한, 직경이 약 50㎛이며, 코어부는 융점이 265℃인 PET이고, 쉬스부는 융점이 180℃인 저융점 폴리에스테르 성분인 쉬스-코어 섬유가 경사, 위사로 가로, 세로 각각 인치당 100개 평직으로 배설되며, 망목 가로, 세로 크기가 약 200㎛이고, 전체 메쉬시트 일면 면적대비 망목면적이 50%이고, 두께가 80㎛인 메쉬시트에 하기 준비예에서 준비된 접착 조성물을 처리한 뒤, 건조시킨 두께가 100㎛인 절연부재를 2장 준비했다.

이때, 상기 메쉬시트는 210℃에서 2분간 열처리 한 것을 사용했다.

이후 영구자석 블록 사이에 영구자석 블록과 동일크기로 절단된 절연부재를 개재시켜 적층시킨 뒤 적층방향으로 일정한 하중을 가하는 상태로 120℃ 온도로 3시간 동안 열처리하여 절연부재 내 접착조성물을 경화시킨 적층된 영구자석 블록을 구현했다. 이후 적층된 영구자석 블록의 세로방향에 수직하게 9등분 절단하여 절단된 영구자석 적층체를 제조하였고, 제조된 영구자석 적층체의 모서리를 연마 시킨 후 절연부재로 인해 적층체의 표면에 번진 접착조성물을 25% 수산화나트륨 용액으로 처리해 제거했다. 이후 영구자석 적층체를 인산염 용액에 함침시킨 뒤 꺼내어 80℃, 20분간 건조시켜 내식성을 갖는 코팅층이 형성된 하기 표 1과 같은 영구자석 적층체를 제조하였다.

* 준비예

하기 화학식 1과 화학식 2를 1: 2.2 중량비로 포함하는 25℃에서 고상인 에폭시 수지 100 중량부에 대해서 용제로서 메틸에틸케톤, 경화제로 산무수물 경화제(DIC사) 40중량부, 경화촉진제로 이미다졸계(Shikoku사) 7 중량부 투입한 후 교반기를 이용해 2시간 동안 상온에서 교반하여 접착조성물을 제조하였다.

[화학식 1]

[화학식 2]

<실시예 2 ~ 실시예 6>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 메쉬시트의 스펙을 변경하여 하기 표 1과 같은 적층분할형 영구자석을 제조하였다.

<비교예 1>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 메쉬시트 없이 접착조성물만으로 두께 A㎛인 절연접착층을 구현하여 하기 표 1과 같은 적층분할형 영구자석을 제조하였다.

<비교예 2>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 메쉬시트 대신에 동일두께의 PET 필름을 사용하여 하기 표 1과 같은 적층분할형 영구자석을 제조하였다.

<실험예 1>

실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 적층분할형 영구자석에 대해서 블록 간 접착강도를 만능재료시험기를 통해, 측정속도 5㎜/분의 조건으로 평가를 하였고, 단위면적당 본딩강도(kgf/㎠)를 하기 표 1에 나타내었다.

		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예1	비교예2
메쉬 시트	두께(㎛)	80	80	80	80	80	80	미포함	80
	망목면적(%)	50	60	75	85	40	30		0
적층 분할형 영구 자석	본딩강도 (kgf/㎠)	247	252	213	130	208	139	108	120

표 1을 통해 확인할 수 있듯이,

메쉬시트를 포함하지 않은 비교예 1이나, 필름형인 지지부재를 구비한 비교예 2의 경우 실시예에 대비해 영구자석 블록 간 본딩강도가 현저히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.

<실험예 2>

실시예 1 ~ 6에 따라 제조된 적층형 영구자석 블록에 대해서 절연저항계(HIOKI-IR4052)를 이용하여 절연특성을 평가하였다. 구체적으로 하기 도 2와 같이 적층형 영구자석 블록에서 인접한 2개의 영구자석 블록에 각각 N, S극 프로브를 접촉시킨 뒤 500V 전압을 인가하여 저항을 측정하였다.

측정결과 모든 실시예에서 절연저항이 2000㏁ 이상으로 측정되었으며, 이를 통해 영구자석 블록 간 절연특성이 우수한 것을 알 수 있다.

<실험예 3>

실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 적층분할형 영구자석에 내식성 코팅층 형성 전에, 총 9개의 시편을 대상으로 블록과 블록간 사이에 총 18개의 절연부재로 형성된 층 두께를 측정했고, 18개의 절연부재로 형성된 층 중 두께가 균일하지 않은 층의 개수를 카운팅하여 하기 표 2에 나타내었다.

	실시예1	비교예1
불균일 절연부재 층 개수	0	11개

표 2를 통해 확인할 수 있듯이, 메쉬시트 없이 접착성분으로만 형성된 절연부재를 구비한 비교예 1의 경우 두께가 불균일한 절연부재가 총 18개 중 11개인 것으로 확인되었고, 두께 불균일로 외관품질이 현저히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.

<실시예 7>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 메쉬시트를 열처리 하는 전처리 공정을 수행하지 않은 메쉬시트를 사용하여 적층분할형 영구자석을 제조하였다.

<실시예 8>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 메쉬시트를 구성하는 섬유를 융점이 265℃인 PET 섬유로 변경된 메쉬시트를 사용하여 적층분할형 영구자석을 제조하였다.

<실험예 4>

실시예 1, 실시예 7 ~ 8에 따라서 제조된 적층분할형 영구자석에 대해서 실험예 1과 동일한 방법으로 본딩강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

이때, 적층분할형 영구자석이 고온의 사용환경에서 본딩강도를 유지하는지 살펴보기 위하여 고온의 사용환경에 노출되기 전 본딩강도를 측정한 뒤, 220℃ 온도에서 50시간 방치(이하, '고온조건'이라고 함)한 뒤 다시 동일방법으로 본딩강도를 측정하였고, 측정된 결과에 대해서 하기 식1의 본딩강도 저하율을 계산하였다.

[식 1]

	실시예1	실시예7	실시예8
메쉬시트 구성섬유	쉬스(융점180℃)-코어 (융점265℃)섬유	쉬스(융점180℃)-코어 (융점265℃)섬유	융점 265℃ PET섬유
메쉬시트 전처리 유무	○	×	○
고온조건 노출 전 본딩강도(kgf/㎠)	247	246	201
고온조건 노출 후 본딩강도 저하율(%)	2.0	12.3	1.6

하기 표 3을 통해서 확인할 수 있듯이,

실시예 3과 같이 섬유가 PET섬유로만 구성된 경우에 대비해 저융점 성분을 포함해 형성된 쉬스-코어형 섬유로 구성된 실시예 1, 7의 본딩강도가 더 우수한 것을 알 수 있다.

한편, 고온조건에 노출된 경우 실시예 7의 경우 본딩강도가 실시예 1, 8에 대비해 큰 폭으로 저하된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (10)

1. 섬유가 격자형으로 배치된 메쉬시트에 접착성분이 함침된 지지부재를 포함하는 절연부재를 개재시켜 다수 개의 영구자석 블록을 적층시키는 단계;
   적층된 영구자석 블록에 열을 가해 상기 접착성분을 경화시키는 단계; 및
   경화시킨 적층된 영구자석 블록을 적층방향에 수직하게 소정의 크기로 절단한 영구자석 적층체를 제조하는 단계;를 포함하고,
   상기 섬유는 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르 성분으로 형성된 코어부 및 융점이 120 ~ 190℃인 폴리에스테르 성분으로 형성된 쉬스부를 포함하는 쉬스-코어형 단면구조를 가지며, 상기 메쉬시트는 200 ~ 230℃ 온도로 1 ~ 5분 동안 열을 가해 전처리된 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적층체의 모서리를 연마하는 단계 및
   적층체의 외부면에 내식성을 위한 코팅층을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 메쉬시트는 두께가 50 ~ 200㎛이며, 망목면적이 메쉬시트 전체 면적의 40 ~ 75%인 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 섬유는 직경이 30 ~ 120㎛인 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 접착성분은 에폭시 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
8. 삭제
9. 제4항에 있어서,
   상기 메쉬시트는 망목면적이 메쉬시트 전체 면적의 50 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 적층분할형 영구자석 제조방법.
10. 삭제

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