KR102290141B1 - 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법 - Google Patents

절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법에 관한 것으로, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성하고, 그 위에 절연성 수지피막을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법으로 얻어지는 각형 권선은 단면이 사각형인 금속권선을 이용함으로써 드론이나 전기차 등과 같은 고효율 방진/방수 모터에 사용가능한 것으로, 상기 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시키고 각형 권선의 모서리부에도 절연성 수지피막을 균일한 두께로 형성시킬 수 있으며, 또한 상기 산화금속피막 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 적용함으로써 각형 권선의 표면에 도포된 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월하고 절연성 및 방열성이 양호한 효과가 있다.

Description

절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법{Producing method of rectangular winding coil with electrically insulated and heat radiation}
본 발명은 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론이나 전기차 등의 고효율 방진/방수 모터에 사용되는 각형 권선의 표면에 절연성이 우수한 산화금속피막을 형성하고, 그 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 형성함으로써 절연성 및 방열성은 물론 각형 권선 표면에 적용된 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월한 각형 권선의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 플랜트 및 발전소의 발전기나 전동기의 내부에는 금속 코일이 감긴 형태의 권선이 포함되어 있다. 이 권선을 이루는 금속 코일에는 절연제와 절연유 등이 코팅되어 있으나, 권선을 코팅하는 방청유의 역할이 권선의 표면에 기름 보호막을 만들어 권선에 녹이 스는 것을 방지하기 위한 것에 불과하므로 그 지속성에 한계가 있을 뿐만 아니라 권선의 절연효과가 떨어지는 문제를 해결하기 위해서는 절연 코팅공정을 추가로 진행해야 하는 단점이 있었다.
한편, 에나멜선은 절연전선으로서 전기기기 내부에서 코일의 형태로 감겨져 자기 에너지 변환과정을 통하여 전기적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환시키는 역할을 한다. 이러한 에나멜선은 일반적으로 구리 등의 도체선과 이를 둘러싸는 절연 코팅층으로 구성된다. 또한, 에나멜선의 절연 코팅층은 유기용매와 고분자 수지로 이루어진 절연 바니시를 도체 표면에 코팅하여 고온에서 건조, 경화를 진행시켜 형성한다.
상기 에나멜선은 중전기 제품, 자동차 부품, 가전제품, 의료기기, 항공우주산업 등의 핵심 소재로 다양한 분야에 사용되고 있으나, 고전압 환경의 모터에 적용되어 내코로나 특성 등이 불충분한 경우에는 절연 코팅층을 형성하는 절연 피막들 사이 또는 절연 피막 내부에 미세한 빈틈이 생겨 그 부분에 전계가 집중되는 코로나 현상으로 부분방전이 일어나게 된다.
상기 코로나 방전에 의해 생성된 하전 입자들의 충돌은 발열 및 절연 코팅층의 분해를 유발하고 결과적으로 절연 파괴가 일어나게 되는데, 최근 에너지 절약을 위한 인버터 모터(inverter motor) 등을 적용한 시스템에서 인버터 서지(inverter serge)에 의한 절연 파괴가 일어나는 사례들이 많아지고 있다. 이러한 인버터 서지에 의한 절연 파괴 역시 인버터 서지에 의한 과전압이 코로나 방전을 일으키기 때문인 것으로 판명되고 있다.
이러한 에나멜선에 충분한 내코로나 특성을 부여하기 위하여는 절연 코팅층을 형성하는 수지에 실리카, 이산화티타늄 등의 무기 절연입자를 첨가한 에나멜선이 공지되어 있다. 상기 무기 절연입자는 에나멜선에 내코로나성을 부여하는 것 이외에 열전도도의 향상, 열팽창의 감소 및 강도 향상에 기여하지만 상기 무기 절연입자의 함량이 증가할수록 도체와 절연 코팅층 간의 밀착성, 절연 코팅층의 유연성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 절연 코팅층에 다량의 무기 절연입자를 함유하는 에나멜선을 전기기기의 코일에 적용할 경우는 절연 코팅층에 다수의 균열이 발생하고 결과적으로 본래의 목적인 내코로나성 효과를 발휘할 수 없게 된다.
상기 에나멜선은 단면의 형상에 따라 환형 에나멜선과 각형 에나멜선으로 구분되며, 각형 에나멜선은 환형 에나멜선에 비해 권취되었을 때 빈 공간을 줄일 수 있고 정렬 권취가 가능하여 전기 변화 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 작동 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점으로 최근 각형 에나멜선의 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다.
그러나 상기 각형 에나멜선은 구조적으로 도체의 모서리 부분에 전계가 집중되고 도체의 외주에 절연 코팅층을 형성할 때 모서리 부분의 절연 코팅층이 평면 부분의 절연 코팅층에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성되고 평면 부분도 길이가 길수록 코팅층의 두께가 얇게 형성되는 등 절연 코팅층의 균일한 두께 제어가 곤란하기 때문에 이로 인하여 내코로나성이 크게 저하될 우려가 있어 절연 코팅층의 두께에 대한 설계가 어려운 문제가 있으며, 나아가 상기 절연 코팅층은 점도, 표면장력 등이 상이한 2종 이상의 코팅층으로 적층하여 형성하는 경우에는 문제가 더욱 심각하게 된다.
이에 따라 절연 코팅층의 정밀한 두께 설계를 통해 점도, 표면장력 등이 상이한 2종 이상의 코팅층이 적층되게 형성하는 경우에도 내코로나성이 우수하고 밀착성 및 유연성이 우수한 절연 코팅층을 갖는 각형 권선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 에나멜 권선은 통상적으로 구리(Cu) 등의 도체와 폴리머 코팅으로 이루어져 있는데, 에나멜 권선산업에서는 가공을 위해 구리와의 피막 밀착성, 유연성 및 내마모성이 높으면서도 고전류에서도 고절연성을 확보할 수 있는 고내구성/고절연성 피막 재료를 필요로 한다. 또 모터/알터네이터의 출력이 높아지고 경량화되는 추세에 따라 고온에서도 손상됨이 없이 잘 견딜 수 있는 고내열성 에나멜 권선기술이 요구되고 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0034983호(한국전기연구원)에서는 길이 방향으로 길게 형성되는 금속 도체의 표면을 고함량의 세라믹을 가지는 변성 폴리아미드이미드(PAI) 절연 바니쉬가 다층구조로 코팅되도록 하는 고윤활-셀프 본딩 코팅제로 코팅 처리하여 각형 코일을 제작하는 단계; 하나의 권선치에 대응하는 전동기용 분할형 슬롯의 표면에 세라믹 절연 코팅을 수행하는 단계; 상기 분할형 슬롯에 상기 각형 코일을 기설정된 범위의 장력이 가해지도록 기설정된 횟수로 권선하는 단계; 권선된 상기 분할형 슬롯에 대한 1차 열처리를 수행하는 단계; 복수 개의 상기 분할형 슬롯을 환형으로 배열하여 하나의 고정자 모듈로 조립하는 단계; 및 조립된 고정자 모듈에 대한 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 각형 코일의 고밀도 권선방법을 개시하고 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1665910호(엘에스전선 주식회사)는 평각부와 굴곡부를 구비한 단면 형상을 가지는 도체선 및 상기 도체선을 감싸는 절연 코팅층을 포함하고, 상기 절연 코팅층은 고분자 수지 및 나노 무기입자를 포함하는 하나 이상의 내써지 바니시층과 고분자 수지를 포함하는 하나 이상의 절연 바니시층을 포함하고, 수학식 1로 정의되는 상기 내써지 바니시층의 두께 증가율이 수학식 1로 정의되는 상기 절연 바니시층의 두께 증가율에 비해 크고, 상기 내써지 바니시층의 두께 증가율이 10 내지 50%인 것을 특징으로 하는 내코로나성 평각 권선을 제시하였다[수학식 1 : 두께 증가율(%) = {(굴곡부에서의 층두께-평각부에서의 층두께)/평각부에서의 층두께}×100].
그리고 등록특허공보 제10-1235327호(김갑동)에서는 동선에 폴리이미드(polyimide) 계열의 내열수지를 가열 경화시켜 일차 코팅을 실시하는 단계; 상기 일차 코팅된 내열수지의 외층에 유리섬유(glass fiber)로 직조된 내열섬유에 의해 직조코팅을 실시하는 단계; 상기 직조코팅의 외층에 상기 폴리이미드 계열의 내열수지를 가열 경화시켜 이차 코팅을 실시하는 단계; 및 상기 이차 코팅된 내열수지의 외층에 무기물에 의해 무기물 코팅을 실시하는 단계를 포함하는 450℃ 이상의 초고온의 환경에 사용될 수 있는 모터 권선용 전선의 제조방법을 기술하고 있다.
그밖에도, 공개특허공보 제10-2002-0029548호(엘지전자주식회사)에는 모터 등의 권선으로 사용되는 와이어에 절연물을 코팅하는 방법에 있어서, 와이어를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 냉각시켜 경화된 내부 조직의 균열을 없애고 연성을 높이는 풀림 단계와 상기 와이어에 절연물을 코팅하는 코팅단계 사이에, 상기 풀림 단계를 거친 와이어를 플라즈마 처리실에서 플라즈마로 표면 처리하여 절연물과의 부착력을 향상시키는 플라즈마 처리 단계를 포함함으로써 상기 와이어와 절연물 사이에 부착력을 강화시켜 절연물의 두께를 박막화할 수 있는 플라즈마 처리에 의한 와이어의 절연물 코팅방법이 기재되어 있다.
한편, 본 발명에서는 기존 구리와 알루미늄 등의 도체선에 절연 바니시를 코팅하여 이루어지는 에나멜 권선에 관한 문제점을 예의 분석한 결과, 고효율 방진/방수 모터에 사용하기 위해서는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시킴과 동시에 각형 권선의 모서리부에 절연성 수지피막을 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 또한 상기 산화금속피막 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 형성함으로써 각형 권선 표면에 적용된 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월하고 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법을 개발하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0034983호(공개일자 2018년04월05일) 대한민국 등록특허공보 제10-1665910호(공고일자 2016년10월12일) 대한민국 등록특허공보 제10-1235327호(공고일자 2013년02월19일) 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0029548호(공개일자 2002년04월19일)
본 발명의 목적은 드론이나 전기차 등의 고효율 방진/방수 모터에 사용되는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시키고 각형 권선의 모서리부에도 절연성 수지피막을 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 또한 상기 산화금속피막 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 형성함으로써 각형 권선의 표면에 적용된 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월하고 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법은, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성하고, 그 위에 절연성 수지피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 산화금속피막은 각형 권선을 아노다이징(anodizing) 가공 또는 80 ~ 150℃의 오븐에서 산화 처리하여 10 ~ 60㎛ 두께로 형성하며, 상기 절연성 수지피막은 각형 권선을 50 ~ 200℃로 예열한 후 30 ~ 50℃의 액상 절연성 수지에 1 ~ 5분 동안 침지시킨 다음, 100 ~ 250℃의 건조기에서 10 ~ 60분 동안 경화시켜 5 ~ 300㎛ 두께로 형성한다.
상기 절연성 수지피막은 폴리이미드(PI, Polyimide), 에폭시수지(EP, Epoxy resin), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 실리콘수지(Silicon resin) 중에서 선택되는 어느 1종을 사용하며, 여기에 방열특성을 향상시키기 위해 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소, 산화티타늄, 산화철, 실리콘카바이드, 산화마그네슘 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 열전도성 필러를 5 ~ 80중량% 함유하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제조방법으로 얻어지는 각형 권선은 단면이 사각형인 금속권선을 이용함으로써 드론이나 전기차 등과 같은 고효율 방진/방수 모터에 사용가능한 것으로, 상기 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시키고 각형 권선의 모서리부에도 절연성 수지피막을 균일한 두께로 형성시킬 수 있으며, 또한 상기 산화금속피막 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 적용함으로써 각형 권선의 표면에 도포된 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월하고 절연성 및 방열성이 양호한 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
일반적으로, 변압기나 발전기, 전동기 등의 권선으로 사용되는 절연전선은 연동선으로서 단면이 원형인 것, 사각형인 것 등이 있다. 이러한 에나멜 권선은 도체와 수지피막으로 이루어져 있으며, 에나멜 권선가공을 위해서는 도체와의 피막 밀착력, 유연성 및 내마모성이 높으면서도 고전류에서도 고절연성을 확보할 수 있는 고내구성/고절연성 코팅 피막재료를 필요로 한다. 또한, 모터/알터네이터의 출력이 높아지고 경량화되는 추세에 따라 고온에서도 손상됨이 없이 잘 견딜 수 있는 고내열성과 더불어 양호한 방열성을 갖는 에나멜 권선기술이 요구되고 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성하고, 그 위에 절연성 수지피막을 형성하게 된다. 이와 같이, 본 발명은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시키고, 아울러 각형 권선의 모서리부에도 절연성 수지피막을 균일한 두께로 형성할 수 있음을 확인하였다.
상기 각형 권선은 권취되었을 때 빈 공간을 줄일 수 있고 정렬 권취가 가능하여 전기 변화 효율을 증대시킬 수 있고 작동 소음을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 구조적으로 도체의 모서리 부분에 전계가 집중되고 도체의 외주에 절연 코팅층을 형성할 때 모서리 부분의 절연 코팅층이 평면 부분의 절연 코팅층에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성되고 균일한 두께 제어가 곤란하기 때문에 이로 인하여 내코로나성이 저하됨에 따라 절연 코팅층의 두께에 대한 설계가 어려운 문제가 있다.
본 발명자는 각형 권선의 표면 가공을 통해 상기 문제점을 해소하기 위한 수많은 시행착오를 거듭한 결과, 아노다이징(anodizing) 가공 또는 80 ~ 150℃의 오븐에서 산화 처리하여 10 ~ 60㎛ 두께의 산화금속피막을 형성함으로써 그 위에 균일한 두께의 절연성 수지피막을 형성할 수 있게 되었다.
상기 아노다이징(anodizing) 가공은 금속의 표면 처리방법으로서 주로 Al, Ti, Mg 등과 같이 산소와 반응하는 정도가 매우 커서 스스로 표면에 산화금속피막을 만드는 금속에 적용하는 것으로, 특정 용액, 예를 들어 황산, 인산, 크롬산, 붕산 등의 용액에서 그 금속이 양극으로 작용되도록 하여 금속 표면의 산화작용을 촉진시켜서 균일한 두께의 산화금속피막을 인위적으로 생성시키는 방법이다.
아래에서는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선에 대하여 살펴보면, 아노다이징(anodizing)은 양극(anode)과 산화(oxidizing)의 합성어로서 각형 권선을 양극에 걸고 희석-산의 액에서 전해하면 양극에서 발생하는 산소에 의해서 금속과 밀착력이 좋은 산화금속피막(산화알루미늄, Al2O3)이 형성되고 이를 ‘알루-마이트(Alu-mite)’라고도 한다. 상기 양극 산화금속피막은 대기 조건이나 염수분위기 하에서 내식성능이 대단히 우수하며, 전기도금에서 부품을 음극에 걸고 도금하는 것과는 형성되는 피막의 재질 및 특성에 상당한 차이가 있다.
이러한 아노다이징 가공에 의한 산화금속피막은 두께가 100㎛ 이상까지 두껍게 피막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 내마모성이 매우 우수하며, 차후의 페인트 시스템에서 화학적으로 활성 표면을 제공할 수 있다. 이에 따라 황산욕에서 처리한 양극 피막은 무색으로 투명한 표면처리에서의 하지로 적당하며, 인산법이나 크롬산법에 의한 양극 피막은 본딩성과 내구성능을 개선할 수 있어 항공기의 기체구조에 이용될 수 있다. 또한, 축전지(콘덴서)용으로는 기공(pore)이 없는 확산층의 양극 피막으로는 붕산법을 적용하는 것이 좋다.
그런데, 본 발명과 같이 알루미늄(Al)의 특성에 따른 H2SO4 용액의 양극 전해법에 의한 산화금속피막은 통상적인 양극 산화금속피막보다 내식성. 내마모성. 절연성이 좋은 견고한 피막을 형성하여 알루미늄 금속의 표면을 전기화학적 방법을 이용하여 알루미나 세라믹으로 변화시켜 주는 공법이다. 이 공법을 적용하여 알루미나 세라믹으로 변화된 산화금속피막은 표면의 성질이 철강보다 강하고 경질 크롬도금보다 내마모성이 우수하며, 도금이나 도장(코팅)처럼 박리되지 않으면서 전기절연성(1500Volt)이 뛰어날 뿐만 아니라 그 안쪽은 전기가 잘 흐른다. 이 공법은 구리(Cu)로 이루어지는 각형 권선의 표면에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이고 이 산화금속피막은 10 ~ 60㎛ 두께로 형성함으로써 각형 권선에 대한 전체 절연 코팅층의 두께를 적합하게 유지할 수 있게 되어 도체와의 밀착력이 저하되거나 절연파괴전압(BDV)의 저하가 거의 일어나지 않게 된다.
또한, 각형 금속권선에 산화금속피막을 형성하는 방법은 상기 아노다이징(anodizing) 가공뿐만 아니라 80 ~ 150℃의 오븐에서 산화 처리하여 10 ~ 60㎛ 두께의 산화구리(CuO)를 형성할 수 있으며, 이는 특히 구리(Cu)로 이루어지는 각형 권선의 표면에 더욱 효과적으로 형성할 수 있음을 확인하였다. 이로 인하여 도체와의 피막 밀착성, 유연성 및 내마모성이 높으면서도 고전류에서도 고절연성을 확보할 수 있는 고내구성/고절연성 피막을 형성할 수 있으며, 향후 모터/알터네이터의 출력이 높아지고 경량화되는 추세에 따라 고온에서도 손상됨이 없이 잘 견딜 수 있는 고내열성 권선기술을 확보하였다.
다음으로, 상기 각형 권선의 표면에 형성된 산화금속피막(Al2O3, CuO) 위에 절연성 수지피막을 형성하는바, 상기 절연성 수지피막은 폴리이미드(PI, Polyimide), 에폭시수지(EP, Epoxy resin), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 실리콘수지(Silicon resin) 중에서 선택되는 어느 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 절연성 수지피막은 각형 권선을 50 ~ 200℃로 예열한 후 30 ~ 50℃의 액상 절연성 수지에 1 ~ 5분 동안 침지시킨 다음, 100 ~ 250℃의 건조기에서 10 ~ 60분 동안 경화시켜 5 ~ 300㎛ 두께로 형성함으로써 방열특성과 내구성이 우수한 절연성 수지피막을 얻을 수 있다.
상기 절연성 수지피막의 두께는 요구되는 제품의 특성에 따라 5 ~ 300㎛로 조절할 수 있으며, 두께가 5㎛ 미만인 경우에 각형 권선의 절연파괴전압(BDV)이 저하될 수 있는 반면, 300㎛를 초과하는 경우에는 각형 권선을 모터에 적용할 시 뒤틀림이나 구부림에 의해 상기 수지피막이 갈라지고 점적률이 낮아져 모터 등의 기능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 절연성 수지피막은 방열특성을 향상시키기 위해 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소, 산화티타늄, 산화철, 실리콘카바이드, 산화마그네슘 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 열전도성 필러를 5 ~ 80중량% 함유하는데, 상기 열전도성 필러는 5중량% 미만일 경우 그 효과가 미미하며, 80중량%를 초과할 경우 수지와의 호환성이 떨어져서 분산성이 좋지 않고 도체와의 밀착성 저하 및 절연파괴전압의 저하가 발생될 우려가 있다.
상기 열전도성 필러는 입자크기가 1 내지 100㎚인 나노분말을 사용하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 상기 나노분말의 입자 표면을 소수성으로 개질함으로써 대략 100 ~ 500㎚의 평균크기로 형성되는 응집체(aggregate)에 의한 양호한 분산성으로 인하여 밀착성이 좋은 절연성 수지피막을 형성할 수 있으며, 이는 권선의 열전도도 향상 외에도 내코로나성을 부여하고 열팽창 감소로 인한 내구성 향상에 유리하다. 그 이유는 고전압 환경의 모터에 적용되어 내코로나 특성이 불충분한 경우 절연 코팅층을 형성하는 절연 피막들 사이 또는 절연 피막 내부에 미세한 빈틈이 생겨 그 부분에 전계가 집중되는 코로나 현상으로 부분방전이 일어나게 되며, 상기 코로나 방전에 의해 생성된 하전 입자들의 충돌은 발열 및 절연 코팅층의 분해를 유발하고 결과적으로 절연 파괴가 일어나기 때문이다.
이에 따라, 본 발명은 각형 권선의 표면에 형성되는 피막의 두께가 얇으면서도 전기절연성, 도체 밀착성, 내열특성이 우수하여 모터, 알터네이터, 변압기 등의 부품에 대한 박막 및 고절연 특성을 통해 에나멜 권선의 집적도를 증대시켜 전류밀도의 증가에 따라 부품을 소형화함과 동시에 고출력화가 가능한 특징을 갖는다. 즉, 기존 기술은 두께가 얇아질수록 절연파괴전압이 낮아지는 문제점이 있지만 본 발명에 의한 각형 권선은 절연 코팅층의 전체적인 두께를 줄이면서도 절연파괴전압을 높이고자 하는 기술적 한계를 극복할 수 있다.
그리고 현재까지 개발된 통상의 절연성 수지피막은 내열온도가 350℃ 정도여서 권선의 표면온도가 350℃ 이상이 되면 코일의 특성 저하가 일어나는 문제가 있었으나, 본 발명에 따라 제조된 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선은 내열온도가 450 ~ 550℃까지 견딜 수 있는 것으로 조사되었다.
아래 표 1에서 보는 바와 같이, 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 아노다이징 가공을 거쳐 산화금속피막을 형성하고, 그 위에 폴리이미드로 이루어지는 절연성 수지피막을 적용한 시험품에 대해, 2019년 08월 09일 구미전자정보기술원(경북 구미시 산동면 첨단기업1로 17 소재)에 의뢰하여 시험한 결과, 본 발명에서 요구하는 균일한 두께의 산화금속피막과 절연성 수지피막을 형성할 수 있음을 확인하였다.

Figure 112019106082146-pat00001
Figure 112019106082146-pat00002
- 시험장비 : HR-SEM(모델명 S4800, 제조사 HITACHI)
상기 표 1에 의해 형성된 절연 코팅층에 대한 시험결과는 아래 표 2에 나타낸 바와 같이, 각형 권선의 표면에 아노다이징 가공에 의해 형성되는 산화금속피막의 두께를 용이하게 조절할 수 있으며, 그 위에 균일한 두께의 폴리이미드 절연성 수지피막을 적용함으로써 도체 및 피막간의 밀착성이 양호하고 절연파괴전압의 저하를 방지할 수 있는 절연 코팅층을 얻을 수 있음이 증명되었다.
시험품명 두께 측정결과
코팅층 1 2 평균
알루미늄 아노다이징 아노다이징 45.57㎛ 43.88㎛ 44.73㎛
알루미늄 아노다이징
+폴리이미드		 아노다이징 41.81㎛ 39.56㎛ 40.69㎛
폴이이미드 29.81㎛ 35.25㎛ 32.53㎛
상기 시험결과는 본 발명에 따른 바람직한 일례로서, 그 외에 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다. 그러므로 본 발명의 제조방법으로 얻어지는 각형 권선은 표면에 산화금속피막을 형성함으로써 절연성을 향상시키고, 그 위에 방열특성이 우수한 절연성 수지피막을 형성함으로써 절연 코팅층의 밀착성과 내구성이 탁월하므로, 고효율 방진/방수 모터를 사용하는 드론이나 전기차는 물론 원자력이나 기타 친환경 발전설비, 항공우주산업, 방위산업, 정밀의료기기 등에 수반되는 고전압, 고효율 발전기나 전동기 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 용도와 형태로 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 각형 권선의 표면에 아노다이징(anodizing) 가공 또는 80 ~ 150℃의 오븐에서 산화 처리하여 10 ~ 60㎛ 두께의 산화금속피막을 형성하고, 상기 산화금속피막이 형성된 각형 권선을 50 ~ 200℃로 예열한 후 30 ~ 50℃의 액상 절연성 수지에 1 ~ 5분 동안 침지시킨 다음, 100 ~ 250℃의 건조기에서 10 ~ 60분 동안 경화시켜 5 ~ 300㎛ 두께로 절연성 수지피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 수지피막은 폴리이미드(PI, Polyimide), 에폭시수지(EP, Epoxy resin), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 실리콘수지(Silicon resin) 중에서 선택되는 어느 1종을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연성 수지피막은 방열특성을 향상시키기 위해 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소, 산화티타늄, 산화철, 실리콘카바이드, 산화마그네슘 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 열전도성 필러를 5 ~ 80중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 절연성 및 방열성이 우수한 각형 권선의 제조방법.
  6. 삭제
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