KR20020051902A

KR20020051902A - 슬롯리스 모터의 제작 방법

Info

Publication number: KR20020051902A
Application number: KR1020020023543A
Authority: KR
Inventors: 김양선; 성남제
Original assignee: 넥스 디 주식회사
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2002-06-29

Abstract

본 발명은 고속 스핀들용 슬롯리스 브러시리스 모터에 관한 것으로서, 제시된 3상 권선의 배치 및 제작 방법은 기존 방법에 비해 고밀도로 코일을 감을 수 있다. 따라서 고정자 철심(14)과 영구자석(24) 사이의 자기적 공극을 줄여 공극 자속밀도를 보다 높고 용이하게 확보할 있으며, 그 결과로 인하여 영구자석의 두께와 모터의 축방향 길이를 감소할 수 있다.

상기한 목적을 실현하고자 A, B, C 3상의 각 코일은 플라스틱 권선틀을 이용하여 코일 타래(38)로 제작되고, 성형된 코일 타래는 고정자의 철심 안쪽에 4극의 회전자계가 형성되도록 단층으로 부착된다. 이 때 고정자 내경원주에 각 상의 권선 분포를 정확히 등분하기 위해 비자성, 비도전성 슬롯형 절연체(15)를 만들어 코일 타래(38)를 부착한다. 그리고 코일 점적율을 높여 자기적 공극을 줄이기 위해 슬롯형 쇄기(41)를 이용하여 코일 두께를 줄이고, 코일 끝단의 두께를 줄이고자 도면 4와 같은 권선 전개를 하였다.

한편, 기존에는 고정자 철심 제작을 위해 규소강판(44)을 적층한 후 외경표면을 용접한다. 그러나 이러한 방법은 영구자석 회전자의 고속 회전시 적층된 철심을 따라 단락회로가 구성되어 와전류가 흐르므로 손실이 발생한다.

따라서 고정자 철심에서의 와전류손을 줄이고자 규소강판(44) 적층 후 에폭시를 이용하여 성형화시킨다.

결과적으로 본 발명에서 제시한 슬롯리스 모터의 고정자 철심의 제작방법, 3상 권선의 배치와 제작방법으로 보다 경제적이면서도 출력 효율도 높은 슬롯리스 모터를 제작할 수 있다.

Description

슬롯리스 모터의 제작 방법{Manufacture method of slotless motor}

본 발명은 스핀들용 초고속 슬롯리스 브러시리스 모터의 고정자 권선 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권선 시행 공간에 의한 자기적 공극을 감소시켜 공극자속밀도와 그에 따른 출력 효율을 증가시키기 위해 간결한 권선 시행과 제작공정의 단순화시키는 발명이다. 기존에는 도면 1에서처럼 슬롯리스 모터의 3상 권선(3-6, 4-7, 5-8)을 제작하기 위해 육각형의 권선틀(1)을 만들어 연속적으로 감아 분포 권선을 제작하였다. 그러나 이는 제작 방법이 까다롭고 육각면(2)에 접한 권선 도체가 하나만 겹쳐도 전체 코일은 불량이 된다. 따라서 이를 해결하기 위한 기존의 방법으로는 도면 2에서처럼 코일을 권선틀에 감아 코일 타래(10)를 만들고 이를 고정자에 2층권(9)으로 분포시키는 것이다. 즉, 제작된 코일 타래(10)를 원통캔(11)의 외경에 2 층권(9)과 중권(9)으로 분포 및 부착시키고 이를 고정자 철심(12) 내경에 절연지(13)를 끼우고 캔(11)과 함께 부착시킨다.

본 발명은 스핀들용 초고속 슬롯리스 브러시리스 모터의 고정자 권선 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권선 시행 공간에 의한 자기적 공극을 감소시켜 공극자속밀도와 그에 따른 출력 효율을 증가시키기 위해 간결한 권선 시행과 제작공정의 단순화시키는 발명이다. 따라서 이러한 발명을 위해 고정자 극당 상당 코일을 권선틀(32, 33)에 감고 이 코일타래(38)를 고정자 철심(14) 내경에 단층권으로 분포시킴으로써 해결한다. 더욱이 고정자 권선분포의 불균일로 인한 토크 맥동을 줄이기 위해 비자성, 비도전성 물질(15)로 슬롯과 치(40)을 제작하여 코일 도체를 균일하게 분포시킨다. 또한 코일타래(38)를 철심(14) 내경에 분포시킨 후 권선 시행 공간을 최소화시키기 위해 코일부를 압박할 수 있는 슬롯형 쇄기(41)를 이용한다.

한편, 영구자석 회전자의 고속 회전시 적층된 철심을 따라 단락회로가 구성되어 와전류가 흐르는데, 이에 따른 손실 발생을 최소화하기 위해 규소강판(44) 적층 후에 철심 외경 홈(45)을 에폭시로 몰딩한다.

도 1은 기존 슬롯리스 모터의 고정자 권선 제작법(US5l97l80)

도 2은 기존 슬롯리스 모터의 고정자 권선 제작법(US53l3l3l)

도 3은 본 발명에 따른 초고속 구동용 슬롯리스 모터의 단면도

도 4는 본 발명에 따른 초고속 구동용 슬롯리스 모터의 3차원 단면도

도 5는 3상 코일의 전개도

도 6은 코일을 감기 위한 권선틀과 코일 타래

도 7은 권선 도체의 고밀도 제작을 위한 압박법과 그 쇄기

도 8은 프레스로 가공된 규소 강판과 고정자 성충 철심

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 육각형 권선틀 2 : 권선틀 옆면

3, 4, 5 : A, B, C 상 각각의 시작 리드선

6, 7, 8 : A, B, C 상 각각의 끝 리드선

9 : 2층권 권선 분포 10 : 코일 타래

11 : 코일 타래를 부착용 캔 12 : 고정자 철심

13 : 고정자 철심(12)과 코일 사이의 절연체

14 : 고정자 철심

15 : 고정자 철심(14)과 코일 사이의 절연체(슬롯기능을 가짐)

16, 17, 18 : A, B, C상 각각의 1번째 코일

19, 20, 21 : A, B, C상 각각의 2번째 코일

22 : 고정자 코일을 보호하기 위한 원통캔

23 : 고속에서 영구자석(24)의 이탈을 방지하기 위한 캔

24 : 영구자석 25 : 회전자 철심

26 : 회전축 27 : 고정자 코일의 끝단

28 : 3상 권선의 Y-결선 접점

29, 30, 31 : A, B, C상 각각 입력 리드선

32, 33 : 코일 타래 제작을 위한 권선틀의 윗덮개와 아래덮개

34, 35 : 코일 타래의 두께를 결정하기 위한 돌출부

36 : 권선틀을 회전시키기 위한 축을 끼우는 구멍

37 : 코일 타래를 감은 후 도체를 묶기 위한 구멍

38 : 코일 타래 39 : 코일 타래의 끝단

40 : 균일한 권선분포를 위한 절연체의 치부분

41 : 도체의 고밀도화를 위한 압박 쇄기

42 : 절연체 치(40)와 맞물려지는 쇄기의 슬롯

43 : 압박 쇄기의 경사부분

44 : 금형에 의해 프레스 가공된 규소 강판

45 : 에폭시 몰딩을 위한 규소 강판의 홈

본 발명의 슬롯리스 모터는 고정자와 영구자석 회전자로 구성된다. 고정자는 링형 성층 철심(14)과 각 상의 코일(16∼21)로 구성되는데, 성층 철심(14)과 코일 사이에는 절연과 균일한 권선분포를 위해 비자성, 비도전성 물질(15)이 삽입되어 있다. 이 절연체(15)는 균일한 상코일 분포를 위해 30°간격(3상 4극의 경우)마다 분리벽인 치(40)를 둔다. 코일 내경에는 회전자로부터 권선을 보호하기 위한 캔(22)이 있다. 회전자는 축(26)과 영구자석(24), 그리고 고속에서의 영구자석 이탈을 막기 위한 캔(23)으로 구성된다.

본 발명에서 제시한 제작 순서와 방법은 다음과 같다.

① 규소강판(44) 적층 후에 철심 외경 홈(45)을 에폭시로 몰딩하여 고정자 철심을 제작한다.

② 원통형 절연체(15)를 성층된 고정자 철심(14) 내경에 부착한다.

③ 권선틀(32, 33)을 이용하여 6개(3상 4극인 경우)의 코일 타래(38)를 감아 놓는다.

④ A, B, C상의 코일 타래(16, 17, 18)를 각각 120° 간격이 되도록 슬롯형 절연체(15)에 각각 분포시킨다. 그리고 남은 A, B, C 3상의 코일 타래(19, 20, 21)는 먼저 분포한 권선(16, 17, 18)과 60°이동시켜 부착한다.

⑤ 절연체(15)의 슬롯에 있는 도체를 압박하여 코일 두께를 줄이기 위해 쇄기(41)의 홈(42)을 절연체의 치(40)에 끼워 밀어 넣는다.

⑥ A, B, C상의 첫 번째 코일(16, 17, 18)과 A, B, C상의 두 번째(19, 20, 21)은 도면 4의 전개도에 따라 결선하고 코일 끝단부(27)는 간결하게 정리한다.

⑦ 코일부에 에폭시를 넣고 굳은 후 쇄기(41)를 빼내고 남은 절연체 치(40)의 끝부분은 잘라낸다.

이상에서 제시한 슬롯리스 브러시리스 영구자석 모터의 권선 및 제작 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

① 극당 상당 코일을 권선틀(32, 33)에 감고 코일타래(38)를 고정자 철심(14) 내경에 단층권으로 분포시킴으로써 기존의 방법(도면 1)에 비해 제작방법이 까다롭지 않아 제작과정이 단순화된다.

② 비자성, 비도전성 물질(15)로 슬롯과 치(40)을 제작하여 코일 도체를 균일하게 분포시킴으로써 토크 리플 저감할 수 있으며, 이로 인해 모터 운전시 소음 및 진동을 저감시킬 수 있다.

③ 고정자 권선 과정이 단순화됨으로써 코일 불량률이 적으며 이로 인한 제작 단가 감소한다.

④ 슬롯형 쇄기(41)를 이용하여 코일 점적율을 높여 영구자석과 철심사이의 자기적 공극을 줄일 수 있기 때문에 공극에서의 자속밀도를 보다 높고 용이하게 확보할 있다. 따라서 영구자석의 모터의 축방향 길이를 감소할 수 있으며, 결과적으로 모터의 체적당 출력을 증가시킬 수 있다.

⑤ 고정자 제작을 위해 규소강판(14)을 적층한 후 철심 외경의 홈(45)을 에폭시로 몰딩함으로써 모터의 고속회전시 증가하는 와전류 손실을 감소시킬 수 있다. 따라서 모터의 운전 효율을 증가시킬 수 있다.

Claims

고정자 극당 상당 코일을 권선틀(32, 33)에 감고 이 코일타래(38)를 고정자 철심의 내경에 단층권으로 분포시키는 방법.
고정자 권선 분포 간격을 균일하게 하고 고정자 철심(14)과의 절연문제를 해결하기 위해 비자성, 비도전성 물질로 슬롯형 절연체(15)를 제작하여 사용하는 방법.
[청구항 2] 에서 슬롯형 절연체 없이 [청구항 1] 과 같이 코일 타래를 고정자 철심 내경에 단층권으로 분포시켜 고정자를 제작하는 방법
코일타래(38)를 고정자 철심(14) 내경에 분포시킨 후 권선 시행 공간을 최소화시키고 도체 점적율을 최소화시키기 위해 코일부를 압박할 수 있는 슬롯형 쇄기(41)를 이용하는 방법.
영구자석 회전자의 고속 회전시 적층된 철심에서의 와전류손을 줄이고자 규소강판(44) 적층 후 철심 홈(45)에 에폭시 몰딩을 함으로써 철심을 제작하는 방법.