KR20030044747A

KR20030044747A - 전동기

Info

Publication number: KR20030044747A
Application number: KR1020020010242A
Authority: KR
Inventors: 에노모토유지; 모테기야스아키; 기타무라마사시; 다카가이유지; 아부카와도시미; 안도다카시
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼; 니혼 서보 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-06-09
Also published as: US6794786B2; US20030098628A1; JP2003169431A; TW552761B; US20040070304A1; CN1319247C; CN1421980A

Abstract

본 발명의 목적은 분할 코어블록으로 형성한 고정자 코어를 구비한 전동기에 있어서, 고정자 코어가 전동기 토오크의 반력에 충분히 견디어 전동기의 성능이 현저하게 손상하지 않는 것을 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 회전자와, 고정자와, 이 고정자를 구성하는 고정자 코어와, 이 고정자 코어를 구성하는 코어부와, 이 코어부를 구성하는 복수의 분할 코어블록과 상기 분할 코어블록을 더브테일결합에 의해 결합하여 하나의 연결된 코어부가 되게 하는 금속성의 연결 하우징을 가지는 전동기에 있어서, 상기 분할 코어블록은 적층강판으로 형성하고, 상기 연결 하우징은 상기 적층강판보다 유연한 재료로 형성하고, 상기 더브테일결합한 곳에 존재하는 결합갭이 메워져 없어지도록 상기 연결 하우징측의 상기 더브테일결합부분을 소성변형시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기{ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 소형이고, 또한 높은 토오크의 출력이 얻어지는 전동기에 관한 것으로, 특히 정보기기용 구동모터, 팬용 모터, 디스크구동용 모터 등의 소형, 높은 토오크의 외전형(外轉型) 전동기의 고정자 코어에 관한 것이다.

내전형(內傳型) 모터의 고정자구조로서는, 권선 점적율을 향상하기 위한 시책으로서 코어를 그 극별로 분할하고, 그 코어끼리를 바깥 둘레부의 레이저용접에 의해 체결하거나, 또는 안 둘레측이 원통형상의 하우징에 압입, 수축끼워맞춤을 행한 방법이 주류이었다.

그러나 외전형 전동기의 고정자에 대해서는 그 자극이 안 둘레측으로부터 바깥 둘레를 향하는 방향으로 방사상으로 배치되고, 바깥 둘레부분에서 자석회전자와의 자기적인 갭을 구성하는 구조이기 때문에, 바깥 둘레부분으로부터 코어끼리의 체결을 행하는 것은 곤란하다. 또 하우징과 같은 부재를 바깥 둘레부로부터 수축끼워맞춤, 압입할 수도 없다. 따라서 외전형의 전동기의 고정자나, 권선형 직류전동기의 회전자 등에서는 코어를 분할하여 조립하는 분할 코어공법의 채용이 곤란하였다.

이 외전형 전동기의 고정자 코어를 분할한 구조에 관한 종래기술로서는, 일본국 특개평10-94230호 공보, 특개평11-252844호 공보 등이 있다.

이 공보의 고정자구조는 고정자 코어의 요크부분과 티스부분을 분할하여 서로 더브테일홈형상의 요철부분을 가지고, 그 더브테일홈끼리를 조합시키는 구조를 가진다. 그러나 이 방법은 양자 모두 요크와 티스의 체결방법은 압입만으로 되어 버려 제품으로서의 기계적 강도가 약하고, 전동기로서 티스 선단에 토오크의 반력을 받는 것을 생각하면 토오크가 큰 전동기에는 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

또 비슷한 구조의 종래기술로서는, 일본국 특개평7-203644호 공보가 있다. 이것은 권선되는 고정자가 아니라, 내전형 전동기의 회전자구조에 관한 것으로, 회전자의 내부에 배치되는 자석을 유지하는 더브테일홈형상을 가지는 자극편과 비자성체의 지지부로 구성하는 방법이다. 이 방법도 단순한 압입에 의할 뿐의 고정자 코어의 고정으로 되어 있어 접착제의 사용도 하지 않는다고 명기되어 있다. 이는자석에 원심력을 받기 때문에 고회전에 대응할 수 없는 것이나, 상기한 예와 같이 높은 토오크에도 대응할 수 없다.

또한 다른 예로서, 일본국 특개2000-152528호 공보에 나타내는 바와 같이 연결코어를 사용하는 방법이 있다. 이 방법은 티스의 선단을 가늘게 이어 두고, 연결하여 직선형상으로 펀칭된 코어를 권선 후에 원형으로 조립한다는 것으로, 최종적으로는 끝부 1개소를 무엇인가의 방법으로 체결할 필요가 있다. 이 예에서는 접속 핀으로 고정하는 방법이 기재되어 있고, 용접 등으로도 고정된다.

그러나, 이 방법에서는 자극 사이가 자성체에 의해서 접속되어 있기 때문에 자극 사이에 누설 자속이 발생하여 전동기의 효율을 현저하게 저하시킨다. 또 접속되어 있는 부분의 폭도 기계적으로 충분한 폭을 취할 수 없으므로, 기계적으로도 강도부족을 일으켜 토오크가 높은 전동기로서는 불충분하다.

또 일본국 특개2000-184636호 공보에 나타낸 내전형 전동기는 분할 코어의 요크부를 요철부의 끼워넣음에 의해 결합하고, 또한 볼록부에 펀치로 박아 넣어 바깥쪽으로 밀어 넓히는 소성변형에 의하여 요철부 사이의 갭를 없애어 강고한 결합이 형성되도록 하고 있다.

그러나 요크부 자체를 소성변형시켜 분할 코어의 결합을 행하면, 분할 코어의 자기특성에 영향을 초래하여 전동기의 성능을 현저하게 손상시킨다.

이상과 같이 외전형 내지 외전형의 전동기에 있어서, 고정자 코어를 분할하여 재조립하는 구조의 것으로 높은 토오크, 고회전에 견딜 수 있는 코어 체결구조를 가지는 것은, 제품 및 공지의 문헌 등에 예를 볼 수 없다.

상기 종래기술에 있어서는, 외전형 전동기의 분할 코어구조는 낮은 토오크 모터로서는 성립되나, 토오크가 높을 때의 기계적인 강도, 장기 신뢰성을 고려하면 제품에 채용할 수 있는 것은 아니었다. 그러나 내전형 전동기에서 행하여지고 있는 바와 같은 권선 점적율의 향상을 달성하기 위해서는 외전형 전동기의 고정자 코어에서도 분할한 코어에 권선하는 것이 바람직하다. 따라서 외전형 전동기에 있어서, 분할된 고정자 코어를 일체로 펀칭한 코어와 동등한 기계적 강도를 유지하여 조립하는 것이 과제가 된다.

분할한 코어를 조립하는 경우, 일체 코어의 경우와 달리, 하나하나의 자극을 각각 권선할 수 있으므로, 권선 점적율의 향상이 가능하다. 일체 코어의 경우에는 슬롯구멍으로부터 권선을 실시하기 때문에, 어쨌든 전선지름보다도 큰 폭을 가지는 슬롯구멍이 필요하고, 이것은 전동기의 코깅토오크를 증대시킨다. 토오크를 저하시키는 등의 문제가 있었다. 또한 권선 점적율이 낮기 때문에 코일저항이 높게 발열하는 방열성도 나쁜 등의 문제가 있었다. 이들 문제를 해결하는 방법의 하나로서 분할 코어를 생각할 수 있으나, 상기한 바와 같이 기계적인 체결에 문제가 있어 그 문제를 해결할 필요가 있다.

내전형 전동기에서 채용된 방법을 외전형 전동기에 적용하면, 수축끼워맞춤을뒤집어 생각하면 하우징을 안 둘레부에 배치하고, 그 하우징을 코어측을 향하여 응력을 인가하는 것으로 생각된다. 이것은 즉, 하우징의 냉각 수축끼워맞춤을 의미하고, 액체질소 등으로 상온으로부터 마이너스의 온도차를 부여한 하우징을 코어의 안 둘레부에 배치하고, 그 하우징이 상온으로 되돌아감으로써 팽창하여 코어를 향하여 응력을 주는 것이다. 그러나 이것은 둘레방향으로 분할된 코어에 바깥 둘레를 향하는 방향으로 응력을 가하여도 지름방향으로 넓어질 뿐으로 체결될 수 없다. 또 안 둘레부에 수축끼워맞춤을 행하여도 하우징이 수축할 뿐으로 코어의 체결로 되지 않는다. 또한 바깥 둘레부에 매우 얇은 비자성의 하우징을 수축끼워맞추는 것은 자기적 갭을 넓히는 것을 의미하고, 전동기의 성능을 현저하게 저하시킨다.

본 발명은 상기 문제내지 과제에 대처하여 분할 코어블록으로 형성한 고정자 코어를 구비한 전동기로서, 고정자 코어가 전동기토오크의 반력에 충분히 견디어 전동기의 성능이 현저하게 손상하지 않는 것을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 외전형 전동기의 고정자 코어를 정면에서 나타낸 도 및 그 일부 확대도,

도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 고정자 코어에 연결 하우징을 삽입한 상태를 나타내는 조립도 및 펀치하는 곳을 나타내는 도,

도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 고정자 코어의 펀칭으로부터 조립 및 코일감기까지의 일련의 공정을 나타내는 도,

도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 콜릿홀더 및 콜릿척을 사용하여 고정자 코어의 진원도를 갖추어야 할 곳을 나타내는 도.

도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 더브테일결합부를 펀치로 밀어 넣어 체결하는 곳을 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로, 각종 형상의 연결 하우징을 나타내는 도,

도 7은 각종 펀치 및 펀치에 의한 밀어 넣음 체결을 나타낸 도,

도 8은 본 발명의 실시형태에 관한 다른 실시예를 나타내는 것으로, 내전형 (內轉型) 전동기를 나타내는 도,

도 9는 본 발명의 실시형태에 관한 다른 실시예를 나타내는 것으로, 다른 내전형 전동기를 나타내는 도,

도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 실시예를 나타내는 것으로 본 발명을 채용한 외전형 전동기의 전체도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 2 : 고정자 코어

2a : 코어 끼워맞춤부 2b : 코어 코킹부

도 3a, 도 3b : 절연보빈 4 : 전선(코일)

5 : 권선기 플라이어 6 : 권선기 코어유지부

7 : 조립지그 8 : 콜릿홀더

9 : 콜릿척 10 : 소성변형용 펀치

11 : 소성변형 가공구멍

본 발명은 복수로 분할되어 있는 분할 코어블록을 더브테일결합에 의해 결합하여 하나의 연결된 코어부에 형성시키는 금속성의 연결 하우징을 가지는 전동기로서, 상기 더브테일결합의 곳에 존재하는 결합 갭이 없어지도록 상기 연결 하우징측의 상기 더브테일결합부분을 소성변형시키는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외전형 전동기의 고정자 코어를 원주방향으로 복수로 분할하는 구조를 가지고, 그 분할된 코어의 각각에 안 둘레측에 더브테일형상의 오목부 또는 볼록부를 설치하고, 또 그 코어의 안 둘레부에 배치되는 하우징에 코어측과 끼워맞춤 가능한 볼록부 또는 오목부를 설치한다. 그 하우징은 간극 끼움에 의하여 용이하게 조립할 수 있는 것으로 하고, 끼워맞춤부의 치수관계는 끼워맞춤부에 조립을 위한 간극을 가지는 치수관계로 한다. 즉, 하우징이 코어의 끼워맞춤부의 오목부의 폭보다도 볼록부의 폭이 작고, 물론 끼워맞춤부의 높이 치수도 코어의 끼워맞춤부의 오목부의 높이보다도 하우징의 볼록부의 높이가 작고, 또한 코어의 내경보다도 하우징의 외경치수가 작다는 치수관계를 가진다. 이에 의하여 조립을 위하여 필요한 간극이 확보되게 되어 조립성이 향상한다.

이 치수관계를 유지하면, 그 조립 간극부분의 갭 체적은 조립간극 ×끼워맞춤부 둘레길이 ×코어쌓음 두께분이 된다. 코어와 하우징을 조립한 상태를 유지하여 코어 바깥 둘레부, 적층 두께방향을 구속한 상태로 하우징의 끼워맞춤부에 외부로부터 펀치 등의 금형, 또는 가압부재를 사용하여 하우징을 소성변형시킨다. 이 때 금형, 부재의 압입량은 앞서 나타낸 갭 체적보다도 큰 체적이 되는 관계로 한다. 이에 의하여 금형을 압입한 부분의 금속은 코어와 하우징의 간극부분으로 흐르고, 또한 남은 부분이 흐르려고 하는 응력은 금속 내부의 잔류응력으로서 남는다. 코어는 상기한 바와 같이 바깥 둘레부, 적층 두께방향 모두 구속된 상태를 유지하기 때문에, 하우징와 코어 사이의 잔류응력에 의해 코어 사이, 하우징과 코어 사이는 체결된다. 이 때 인접하는 코어 사이의 기계적 갭도 없어지기 때문에 자기적으로 보아도 결합되어 전동기로서의 특성향상을 기대할 수 있다.

또한 소성변형을 가하는 방법, 즉 압입하는 펀치 등의 금형형상에 따라서는 코어의 적층 두께방향의 고정도 동시에 행할 수 있다. 끼워맞춤부에 넣은 펀치를 단부착형상으로 하여 하우징의 끝면을 넓힘으로써 코어의 적층 두께방향의 고정을 행할 수 있다.

상기한 체결이 가능하게 됨으로써, 분할된 코어를 조립하는 구조가 가능하게 되어 코어형상의 자유도가 커진다. 과제에서 설명한 슬롯구멍은 권선하는 전선의 지름에 관계없이 가늘게 할 수 있어, 권선 점적율의 향상도 할 수 있다. 또 점적율을 향상할 수 있기 때문에 코일저항을 작게 할 수 있고, 또한 전선 사이의 열전도율도 향상하기 때문에 전동기의 온도특성도 향상할 수 있다. 이것으로부터 전동기설계는 한계설계가 가능하게 되어 소형화, 고효율화가 가능하게 된다. 이 때 권선에의한 자속밀도가 향상하기 때문에, 티스 선단부에서 자기포화가 발생하는 회전자 자석의 감자가 발생하는 등의 폐해도 발생한다. 그러나 지금까지의 제작법에 의하면 발생하지 않았던 폐해에 대해서도 코어형상의 설계 자유도가 크기 때문에 대응이 가능하게 된다.

본 발명의 실시형태에 관한 실시예에 대하여 도면을 인용하여 설명한다.

본 발명은 외전형 전동기, 내전형 전동기에 관한 것이나, 도면에 나타내는 주된 전동기는 외전형이기 때문에, 주된 설명은 외전형 전동기에 관하여 설명한다.

도 1은 외전형 전동기의 고정자 코어구조를 나타내고, (a)는 고정자 코어를 정면에서 본 바를 나타내고 있다. (b)는 (a)의 확대도로서, 펀치에 의한 소성변형을 행하기 전의 상태를 나타낸다. (c)는 (a)의 확대도로서, 펀치에 의한 소성변형을 행한 후의 상태를 나타낸다.

고정자 코어의 코어부는 복수로 분할되어 있는 분할 코어블록 (2)(자극치부 내지 티스)를 하나로 정리하도록 조합시켜 형성한다. 이 자기치부(2)는 코일이 감기는 호이스팅드럼부(捲胴部)와, 이 호이스팅드럼부의 바깥 둘레 선단측에 설치되고, 또 둘레방향으로 넓어지는 바깥 둘레 자극부와, 상기 호이스팅드럼부의 안 둘레측 선단측에 설치되는 지지부를 가진다.

분할되어 있는 자극치(2)는 바깥 둘레 자극부가 바깥 둘레측에 위치하고, 또한 상기 호이스팅드럼부가 방사상으로 놓여지도록 배치된다. 이와 같이 배치된 상기 자극치부에는 상기 지지부의 안 둘레측에 위치하는 연결 하우징(1)에 의해 하나로서 연결되도록 결합된다. 고정자 코어는 방사상으로 늘어선 자극치부(2)에 의해 형성되는 코어부와, 코어부를 형성하는 자극치부(2)를 하나로 연결하는 연결 하우징 (1)에 의해 형성되는 것이다. 연결 하우징(1)은 코어부의 금속보다도 유연한 금속재료를 사용하고 있다.

자극치부(2)와 연결 하우징(1)의 결합은 더브테일결합에 의해 결합된다. 자극치부(2)의 지지부의 안 둘레측 부위에는 더브테일결합용 걸어맞춤 오목부 (2a)를 설치한다. 연결 하우징(1)의 바깥 둘레부위에는 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 (1a)를 바깥 둘레측으로 돌출하도록 설치한다.

걸어맞춤 오목부를 연결 하우징(1)측에, 걸어맞춤 볼록부를 자극치부(2)측에 설치하도록 하는 것도 가능하나, 여기서는 도면에 나타내는 실시예의 구조에 따라 설명을 계속한다.

자극치부(2)의 지지부에 설치되어 있는 걸어맞춤 오목부(2a)에 연결 하우징 (1)의 걸어맞춤 볼록부(h)를 삽입함으로써, 자극치부(2)가 연결 하우징(1)에 결합되어 하나하나의 자극치부(2)는 연결 하우징(1)을 거쳐 하나로 연결된다.

이와 같이 하여 분할되어 있는 복수의 자극치부(2)가 하나의 코어부로서 조립되는 것이나, 이 조립이 용이하게 행하여지도록 걸어맞춤 오목부(2a)에 걸어맞춤 볼록부(1a)의 끼워맞춤이 느슨해지도록 하고 있다.

즉, 끼워맞춤이 느슨해지도록 함으로써, 걸어맞춤 오목부(2a)에 걸어맞춤 볼록부(1a)가 용이하게 삽입되고, 조립이 매우 편하게 행하여져 조립성이 향상한다. 이는 걸어맞춤 볼록부(1)의 폭 및 높이의 치수를 걸어맞춤 오목부(2a)의 폭 및 높이의 치수보다도 작게 함으로써 달성된다.

상기와 같은 치수관계로 되어 있기 때문에 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 끼워맞춘 걸어맞춤 오목부(2a)와 걸어맞춤 볼록부(1a) 사이에는 결합 갭이 존재한다. 이 결합 갭은 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이 걸어맞춤 볼록부(1a)에 금형공구의 펀치를 박아 넣어 소성변형의 가공구멍(11)을 형성함으로써, 걸어맞춤 볼록부 (1a)가 바깥쪽으로 압출되어 매립되도록 하여 없어진다. 이와 같이 하여 결합 갭이 없어짐으로써, 결합 오목부(2a)와 결합 볼록부(1a)의 끼워맞춤에 의한 더브테일결합이 느슨함없이 강고한 체결이 되는 것이다.

걸어맞춤 오목부를 연결 하우징(1)에 걸어맞춤 볼록부를 자극치부(2)에 설치한 경우에는 걸어맞춤 오목부의 바깥쪽 근방에 금형공구의 펀치를 박아 넣음으로써 체결을 행한다. 어쨌든 연결 하우징측의 더브테일결합부분을 소성변형시킴 으로써 더브테일결합의 체결을 행하는 것이다.

도 2를 따라 외전형 전동기의 고정자의 코어부와 연결 하우징의 조립에 대하여 설명한다.

도 2는 조립공정을 나타내는 사시도이다. (a) 도면에 나타내는 바와 같이코어부의 적층 두께방향을 따르도록 연결 하우징(1)을 삽입한다. 그 방향을 따르도록 걸어맞춤 오목부 및 걸어맞춤 볼록부가 형성되어 있기 때문에 코어부에 연결 하우징(1)은 용이하게 조립된다. 삽입된 연결 하우징(1)에 의하여 (b) 도면에 나타내는 바와 같이 코어부를 구성하는 자극치부(2)(분할 코어블록)는 가볍게 위치 결정된 상태가 된다.

상기한 상태하에서 연결 하우징(1)의 걸어맞춤 볼록부(1a)[더브테일결합부분 내지 걸어맞춤 오목부(2a)의 끼워맞춤부 부근을 포함함]에 예를 들면 도 2(c)에 나타내는 바와 같은 펀치(10)(금형공구)를 밀어 넣어 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같은 위치에 구멍형상의 소성변형을 가한다.

이에 의하여 펀치에 의해 압출된 연결 하우징(1)의 금속재료 알루미늄재료는 그때까지 존재하고 있던 결합간극(결합 갭)의 사이로 흘러 그 이상으로 눌린 재료에 의해 연결 하우징의 내부 잔류응력이 되어 자극치부(2)(분할 코어블록)의 상호간 및자극치부(2)와 연결 하우징 사이의 체결을 실현할 수 있다. 이에 의하여 더브테일결합은 느슨함이 없고, 강고한 것이 된다.

이 예에서는 연결 하우징의 재료를 연질 금속재료의 알루미늄으로 하고 있다. 연결 하우징의 재료는 인장강도, 내력이 비교적 작은 것이 바람직하고, 예를 들면 알루미늄합금, 아연합금, 구리합금, 마그네슘 등이 적합하다고 생각되나, 이 에 한정되는 것은 아니다. 자극치부를 형성하는 재료보다도 유연한 조합 금속이면 좋다.

다음에 분할 코어블록, 코일의 권장, 고정자로서의 조립에 걸쳐 도 3을 따라설명한다.

먼저, 규소강판 등의 전동기 코어소재로부터 도 3의 (a)도에 나타내는 바와 같이 코어로서의 자극치부(2)를 펀칭하고, (b)도에 나타내는 바와 같이 적층한다. 이 적층된 자극치부가 흩어지지 않도록 고정한다. 일반적으로 코킹(2b)을 사용하여 적층되는 자극치부(2)의 판체가 서로 결합되도록 고정한다. 자극치부(2)의 바깥 둘레나 안 둘레의 측단부를 레이저 등의 수단에 의해 용접하여 고정하는 방법도 있다.

각각의 자극치부(2)를 분할하여 펀칭함으로써, 일체의 자극치부를 재료로부터 펀칭하기 보다도 높은 수율로 펀칭할 수 있다. 버리는 나머지 재료가 적어지므로 수율이 향상한다.

본 실시예의 전동기에 있어서의 시산(試算)에서는 일체물의 펀칭의 경우, 수율이 30% 정도인 데 대하여, 분할한 경우에는 60% 정도로 약 2배의 수율로 펀칭할 수 있었다.

다음에 자극치부(2)와 감아 설치하는 코일의 절연을 확보하기 위하여 도 3의 (c)에 나타내는 형상의 절연보빈을 설치한다. 이 재질은 일반적으로 수지재료가 사용되고, 나이론, PBT, PET, PPS, LCP 등이 많이 사용된다. 테이프형상의 절연지를 감아 붙이거나, 잘라붙이는 것도 가능하다.

또 이 절연은 수지와 코어의 인서트성형에 의한 것이나, 코어에 에폭시 등을 코팅하는 방법을 사용하여도 좋다. 자극치부(2)가 분할되어 만들어져 있기 때문에 권선하는 부분이 바깥쪽이 되므로, 상기한 방법을 자유롭게 선택하여 처리하는 것이 가능하게 된다.

절연처리된 자극치부(2)는 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이 권선기에 세트되어 코일의 권장이 자극치부(2)의 호이스팅드럼부에 행하여진다. 이 예에서는 자극치부(2)의 지지부의 걸어맞춤 오목부를 권선기의 코어유지부(6)에 세트시켜 자극치부(2)를 유지한다. 자극치부(2)를 十자 형상으로 세트하고, 권선기의 플라이어아암 (5)의 작업공간이 넓게 취해지도록 하여 정렬권선을 실시한다. 이에 의하여 자극치부(2)의 호이스팅드럼부에 대한 코일의 감기는 자극치부의 슬롯면적에 대하여 극한까지 전선을 채워 넣은 높은 점적율 권선이 가능하게 된다.

다음에 이 권선을 실시한 자극치부(2)를 조립지그에 세트하는 공정을 도 3 (e)에 나타낸다. 12는 슬롯 전동기에 있어서 3상의 권선을 실시하는 경우, 4개의 코일로 1상분이 된다. 이들 코일(4u1, 4u2, 4u3, 4u4, 4v1, 4w1)이 장착된 자극치부(2)를 전동기의 극수에 맞춘 배치로 조립지그(7)에 세트한다. 도 3(e)에 나타내는 배치는 10극 전동기의 경우의 배치를 나타내는 것으로, 배치방법에 따라 8극 등, 다른 극수에도 대응이 가능하다. 이 경우도 권선기에서의 유지와 마찬가지로 자극치부(2)의 걸어맞춤 오목부를 유지하고 있다. 3상분의 코일이 장착된 자극치부 (2)를 조립지그(7)로 유지하고 있는 상태가 도 3(f)이다. 이와 같이 유지한 상태에서 도 3(g)에 나타내는 바와 같이 연결 하우징(1)을 삽입하고, 삽입과 동시에 조립지그를 뽑아 내는 방법에 의하여 조립을 행한다.

다음에 고정자 코어의 진원도 및 위치 정밀도의 향상에 대하여 도 4를 따라 설명한다.

코일이 장착된 자극치부(2)를 조립지그(7)로부터 연결 하우징(1)에 삽입시키 도록 옮긴 상기한 도 3에 나타내는 바와 같은 단계에서는 고정자 코어의 진원도 및 위치 정밀도가 잘 나와 있지 않다. 연결 하우징(1)을 거쳐 하나로 연결되는 자극치부(2)는 걸어맞춤 오목부(2a)와 걸어맞춤 볼록부(1a)의 결합부에 결합 갭이 존재하고, 인접하는 자극치부(2)의 지지부 사이에도 인접 갭이 존재하기 때문에 자극치부 (2)의 위치가 정해지지 않아, 진원도 및 위치 정밀도가 좋지 않은 것이다.

그런데, 도 4(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이 연결 하우징이 삽입되어 있는 상태에서 고정자 코어의 바깥 둘레부를 테이퍼가 붙은 콜릿척(9)에 의해 구속한다. 이 콜릿척(9)의 바깥쪽에 다시 안 둘레부가 콜릿척(9)의 테이퍼와 동일 각도의 테이퍼를 가지는 콜릿척 홀더(8)를 씌운다. 그리고 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 콜릿척 홀더(8)를 밀어 넣음으로써 콜릿척(9)에 의하여 고정자 코어는 수축과 동시에 지름방향의 구속, 즉 중심을 향하도록 가압되는 것이다.

고쳐 말하면, 콜릿척 홀더를 씌워 가압함으로써, 안 둘레방향으로 균등하게 응력이 걸려 연결 하우징을 높은 정밀도로 구속한 상태에서 하우징에 소성변형을 가한다. 이에 의하여 고정자 코어 외경의 진원도, 위치관계의 치수 정밀도가 양호하게 보정되고, 그 상태가 유지되면서 조립을 행할 수 있다.

상기는 연결 하우징이 삽입되어 있는 고정자 코어에 대한 설명이었으나, 연결 하우징을 삽입하기 전에 콜릿척 홀더를 사용하여 진원도를 내도록 하여도 좋다.

다음에 진원도, 위치관계의 치수 정밀도 보정에 관하여, 결합 갭 및 인접 갭의 치수에 관한 언급을 덧붙여 도 5에 따라 상세하게 설명한다.

더브테일 홈결합인 걸어맞춤 오목부(2a)와 걸어맞춤 볼록부(1a)의 결합부에 존재하는 결합 갭은, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 결합 갭(g1)이 폭(W1)의 길이를 가진다. 결합 갭(g2)이 폭(W2)의 길이를 가진다. 인접하는 지지부 사이에 인접 갭(gk)이 있다. 이 상태는 고정자 코어가 콜릿척 홀더로 가압하기 전이다.

콜릿척 홀더의 가압으로 고정자 코어가 전체적으로 중심을 향하도록 가압되고, 인접하는 지지부의 양쪽 끝이 접합하여 인접 갭(gk)이 없어지는 상태에서 고정자 코어의 진원도가 정밀도 좋게 나오는 것이다. 인접 갭(gk 및 gk)은 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 제로(gk1', gk2')가 된다.

이 진원도가 나온 상태에서는 결합 갭(92)이 존재한다. 결합 갭(g1)은 좁아지게 되나, 갭이 남도록 미리 치수를 크게 하고 있다. 이는 콜릿척 홀더로 고정자 코어의 진원도를 낸 후에 연결 하우징을 삽입하는 조립순서를 취하는 것에 대응할 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같이 고정자 코어의 진원도를 정밀도 좋게 낸 상태를 콜릿척 홀더로 유지한 채, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 걸어맞춤 볼록부(1a)에 펀치(10)에 의한 소성변형 가공구멍(11)을 형성하고, 상기 구멍(11)의 형성으로 주위로 압출된 재료에 의해 결합 갭(g1) 및 결합 갭(g2)이 없어(g1', g2')지도록 메워진다. 이에 의하여 더브테일결합의 체결을 실현할 수 있다. 이에 의하여 더브테일결합은 느슨함이 없고, 강고한 체결이 되는 것이다.

도 5(c)는 펀치를 치기 전의 형상을, 도 5(d)는 펀치를 친 후의 형상을 나타내고 있다.

상기 결합 갭(g1) 및 결합 갭(g2)의 공간체적은,

D1 = (W2 ×g2 + 2 ×W1 ×g1) ×T

가 된다. 하우징의 끼워맞춤부 주변에 밀어 넣는 펀치지름을 φd라 하면, 그 펀치 밀어넣음에 의하여 압출되는 재료의 체적은,

D2 = L ×π×d ×d ×1/4

이 된다. 이 때 D1과 D2의 관계가

D1 < D2

로 한다. 즉, 결합 갭(g1) 및 결합 갭(g2)을 메우는 공간체적 이상으로 재료가 압출되기 때문에 재료내에 스프링백으로 해방된 응력의 나머지가 잔류응력이 되어 남고, 인접하는 자극치부(2)가 서로 밀려 맞추어져 자극치부(와)연결 하우징의 더브테일홈 합이 강고하게 체결된다.

고정자 코어는 진원도의 정밀도가 좋게 조립됨으로써, 인접 갭(gk 및 gk)이 제로(gk1', gk2')가 되어 인접하는 지지부의 양쪽 끝이 접합한다. 이 접합은 방사방향의 전체 길이에 걸치기 때문에 일체형성의 고정자 코어와 동일한 자기적 특성이 유지되어 전동기로서의 특성이 저하하는 일이 없다.

또 도 5(b)의 단면도에 나타내는 바와 같이 고정자 코어의 적층 두께방향에 대해서도 소성변형을 생기게 하여 고정자 코어의 적층 두께방향도 고정할 수 있다.즉 도시하는 바와 같이 하단부는 연결 하우징의 단부착부로 지지되고, 상단부는 소성변형부로 눌려 고정자 코어를 구성하는 자극치부가 상하에서 끼워 유지되게 되는 것이다.

도 6은 연결 하우징의 형상을 설명하는 도면이다.

연결 하우징의 형상으로서는, (a)에 나타내는 바와 같은 적층 두께방향(축방향)에 동일단면을 가지는 하우징형상이 있다. 이 형상은 동일 단면형상을 가지기 때문에 알루미늄이나 구리 등의 재질의 경우에 냉간단조, 냉간 인발성형, 열간 인발, 압출, 다이캐스트 등의 방법으로 제작할 수 있다. 또 (b)에 나타내는 바와 같은 고정자 코어와의 끼워맞춤부를 가지는 단면형상과 원통과의 조합된 구조의 연결 하우징이나, (c)에 나타내는 바와 같은 내경부에도 다른 지름을 가지는 연결 하우징이 실제의 전동기에 적용된다. 이 구조는 다이캐스트 및 냉간단조에 의해 제작이 가능하다.

도 7은 더브테일결합부의 형상 및 소성변형용 펀치의 형상을 나타낸다. 도 (a)는 연결 하우징측에 반원형상의 노치를 가진 형상이고, 그 부분에 선단이 테이퍼형상이 된 소성변형용 펀치(10)를 삽입하여 타원형의 소성변형을 일으켜 고정자 코어의 체결을 행하는 방법이다. 또 다른 형상으로서, 도 (b)에 나타내는 바와 같이 고정자 코어측에 반원형상 등의 노치를 미리 설치하여 두고, 선단이 테이퍼가 된 단면형상이 원형의 펀치를 밀어 넣는 방법이다. 이 방법도 고정자 코어측의 노치를 가이드로하면서 알루미늄 등의 재료를 소성변형시키기 때문에, 반원부분의 재료의 흐름을 일으켜 체결할 수 있다. (c)의 형상도 마찬가지로 펀치구멍 등의 위치결정 표식을 연결 하우징에 설치하여 두고, 선단(先端)이 볼형상의 펀치로 원통형상의 구멍의 소성가공을 실시함으로써 체결시키는 방법이다.

도 8은 본 발명의 소성변형에 의한 고정자 코어체결을 내전형 전동기에 적용하는 예를 나타낸다.

도 8의 (a), (c)에 나타내는 내전형 전동기는, 고정자 코어(41)의 바깥 둘레에 연결 하우징(40)을 끼운 것이다. 연결 하우징(40)은 알루미늄제나 규소강판보다도 유연한 강판제이다.

연결 하우징(40)의 내경을 고정자 코어(41)의 외경보다도 조금 크게 하여 둠 으로써 용이하게 조립할 수 있다. 조립후에 도 8(c)에 나타내는 바와 같이 고정자 코어(41)의 바깥 둘레에 설치되는 노치(42)에 가까운 곳의 연결 하우징(40)의 부위에 펀치 등으로 펀치구멍(43)을 형성함을써, 연결 하우징(41)의 형성재가 소성변형하여 노치(42)에 끼워 들어가 연결 하우징(4)은 고정자 코어(41)의 바깥 둘레에 확실하게 고정된다.

고정자 코어(41)의 안쪽에는 회전자 요크(44) 및 회전자 자석(45)을 가지는 회전자가 구비된다.

도 8(b), (d)에 내전형 전동기는 분할되어 있는 복수의 자극치부(46)를 조합시켜 형성한 고정자 코어(41)의 바깥 둘레에 연결 하우징(40)을 끼운 것이다. 연결 하우징(40)은 알루미늄제나 규소강판보다도 유연한 강판제이다.

연결 하우징(40)의 내경을 고정자 코어(41)의 외경보다도 조금 크게 하여 둠으로써 용이하게 조립할 수 있다. 조립후에 도 8(d)에 나타내는 바와 같이 자극치부(46)의 바깥 둘레에 형성한 노치(47)에 가까운 곳의 연결 하우징(40)의 부위에 펀치 등으로 펀치구멍(43)을 형성함으로써, 연결 하우징(40)의 형성재가 소성변형하여 노치(47)에 끼워 들어가 연결 하우징(40)과 자극치부(46)가 확실하게 고정되어 복수의 자극치부(46)가 하나로 견고하게 연결된다.

도 9는 내전형 전동기의 소성변형 체결의 다른방법을 나타낸다.

내전형 전동기의 연결 하우징(40)의 바깥 둘레는 개방되어 있다. 도 9(a)에 나타내는 바와 같이 연결 하우징(40)을 고정자 코어(50)의 바깥 둘레에 끼운다.

연결 하우징은 알루미늄제나 규소강판보다도 유연한 강판제이다.

연결 하우징(40)의 내경을 고정자 코어(50)의 외경보다도 조금 크게 하여 둠 으로써 용이하게 조립할 수 있다.

조립후, 연결 하우징(40)의 바깥 둘레로부터 안 둘레를 향하여 직접 소성변형용 펀치 등의 금형을 밀어 넣어 그 소성변형에 의해 고정자 코어(50)의 홈이나 고정자 코어(50)와 연결 하우징(40)의 간극에 연결 하우징(40)의 형성소재를 흘려 분할되어 있는 고정자 코어(50)의 체결 및 고정자 코어(50)와 연결 하우징(40)과의 체결을 실현한다. 연결 하우징(40)의 표면에는 소성형성에 의한 구멍(51)이 형성된다.

도 10은 외전형 전동기의 전체구성을 나타낸 것이다.

고정자 코어(60)는 안 둘레에 연결 하우징(61)이 구비된다. 이 연결 하우징 (61)의 소성변형으로 고정자 코어(60)는 체결된다. 연결 하우징(61)의 안 둘레부에는 베어링(62) 및 칼라(63)가 구비된다. 베어링(62)에는 회전축(64)이 회전 자유롭게 지지되고, 회전축(64)의 한쪽 끝에는 회전자 코어(65)가 지지된다. 회전자 코어(65)는 컵형상의 형상을 가지고, 고정자 코어(60)의 바깥 둘레와 대향하는 안 둘레에는 자석(66)이 설치된다. 자석(66)은 접착재 등으로 설치된다. 연결 하우징(61)은 전동기의 베이스부분(67)에 고정된다. 베이스부분(67)과 고정자 코어 (60) 사이에는 제어기판(68)이 구비된다. 전동기의 베이스부분(67)과 연결 하우징 (61)의 결합은 압입, 나사고정, 수축끼워맞춤, 용접 등에 의하여 고정된다.

이와 같은 구성의 외전형 전동기에 상기한 본 발명을 채용함으로써, 저렴하고 콤팩트하고, 높은 토오크, 저코깅 토오크의 전동기를 얻을 수 있다.

상기한 본 발명의 주된 특징 및 관련에 대하여 이하에 정리하여 설명한다.

(1) 분할 코어블록으로 형성되는 자극치부는, 코일이 감겨지는 호이스팅드럼부와, 이 호이스팅드럼부의 바깥 둘레 선단측에 설치되고, 또한 둘레방향으로 넓어지는 바깥 둘레 자극부와 상기 호이스팅드럼부의 안 둘레측 선단측에 설치되는 지지부를 가지고, 상기 바깥 둘레 자극부가 바깥 둘레측에 위치하고, 또한 상기 호이스팅드럼부가 방사상으로 놓여지는 배치된 상기 자극치부는, 상기 지지부의 안 둘레측에 위치하는 상기 연결 하우징에 더브테일결합에 의해 연결되고, 상기 지지부의 안 둘레측 부위에는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를, 상기 연결 하우징의 바깥 둘레측 부위에는 상기 안 둘레측 부위에 설치된 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부에 결합하도록 끼우는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를 각각 설치하여 끼워맞추는 상기 걸어맞춤 볼록부와 상기 걸어맞춤 오목부 사이에 존재하는 결합 갭이 없어지도록 상기 연결하우징측에 설치되어 있는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를 소성변형시키는 것을 특징으로 한다.

걸어맞춤 볼록부와 걸어맞춤 오목부 사이에는 결합 갭이 있으므로 걸어맞춤 볼록부와 걸어맞춤 오목부와의 끼워맞춤이 편하게 행하여진다. 이 때문에 분할 코어블록으로 형성되는 자극치부를 연결 하우징에 용이하게 조립할 수 있다.

조립한 후에 결합 갭에 가까운 곳을 소성변형시켜 결합 갭이 없어지도록 메꾸어지므로 더브테일결합이 강고하게 체결되어 튼튼한 고정자 코어가 형성된다.

(2) 소성변형에 의해 압출되는 금속재료의 체적량은, 결합 갭의 공간체적 이상이 되기 때문에 압출되는 금속재료내에 스프링백으로 해방된 응력의 나머지가 잔류응력이 되어 남아 인접하는 자극치부가 서로 밀어 자극치부와 연결 하우징의 더브테일결합이 강고하게 체결된다.

(3) 자극치부를 형성하는 고정자 코어는 그것의 상단부측이 연결 하우징의 소성변형한 부분에서, 하단부측이 연결 하우징의 단부착부 등으로 눌려져 전체로서 고정자 코어가 연결 하우징에 의해 적층 두께방향으로 끼워 지지되게 된다. 이 때문에 고정자 코어의 적층 두께방향의 체결이 좋아진다.

이 적층 두께방향의 끼워 지지는, 소성변형에 사용하는 펀치를 단부착형상으로 함 으로써 더욱 끼워 유지하는 힘을 높일 수 있다.

(4) 자극치부를 형성하는 고정자 코어는 진원도의 정밀도가 좋게 조립됨으로써, 인접 갭이 없어져 인접하는 자극치부의 지지부의 양쪽 끝이 접합한다. 이 지지부의 접합은 방사방향의 전체 길이에 걸치므로 일체형성의 고정자 코어와 동일한자기적 특성이 유지되어 전동기로서의 특성은 저하하는 일이 없는 것이다.

(5) 분할상태의 자극치부에 즉시 코일을 감을 수 있으므로 일체물의 고정자 코어에 형성되어 있는 자극치부와 달리 그 전동기의 사양에 따른 자극치부의 형상을 설계할 수 있다.

(6) 일체물의 고정자 코어와 달리, 인접하는 바깥 둘레 자극부 사이의 좁은 홈으로부터 감는 코일의 선을 삽입하지 않고, 코일감기를 할 수 있으므로, 자극치부의 슬롯에 높은 점적율의 권선을 할 수 있다. 슬롯이 메꾸어지도록 감을 수 있으므로 코일전선 사이의 열전도가 좋아져 온도 상승을 억제할 수 있다.

(7) 인접하는 바깥 둘레 자극부 사이가 좁은 홈으로부터 코일감기를 하지 않으므로 선 지름이 굵은 선을 사용할 수 있어, 코일의 저항을 내림으로써 온도상승을 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고정자 코어가 전동기 토오크의 반력에 충분히 견디어 전동기의 성능이 현저하게 손상되지 않은 것을 제공할 수 있다.

Claims

복수로 분할되어 있는 분할 코어블록이 한데 모여 형성되는 고정자 코어의 코어부와;

하나하나의 상기 분할 코어블록을 더브테일결합에 의하여 결합하여 하나의 연결된 코어부에 형성시키는 금속성의 연결 하우징을 가지는 전동기에 있어서,

상기 더브테일결합한 곳에 존재하는 결합 갭이 없어지도록 상기 연결 하우징측의 상기 더브테일결합의 부분을 소성변형시키는 것을 특징으로 하는 전동기.
회전자와;

고정자와;

상기 고정자를 구성하는 고정자 코어와;

상기 고정자 코어를 구성하는 코어부와;

상기 코어부를 구성하는 복수의 분할 코어블록과;

상기 분할 코어블록을 더브테일결합에 의해 결합하여 하나의 연결된 코어부가 되게 하는 금속성의 연결 하우징을 가지는 전동기에 있어서,

상기 분할 코어블록은 적층강판으로 형성하고,

상기 연결 하우징은, 상기 적층강판보다 유연한 재료로 형성하고,

상기 더브테일결합한 곳에 존재하는 결합 갭이 메워져 없어지도록 상기 연결 하우징측의 상기 더브테일결합의 부분을 소성변형시키는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 연결 하우징은, 상기 코어부보다도 유연한 합금으로 형성한 것을 특징으로 하는 전동기.
고정자와;

상기 고정자의 주위에 회전 자유롭게 배치된 회전자와;

상기 고정자를 구성하는 고정자 코어와;

상기 고정자 코어를 구성하는 코어부와;

상기 코어부를 구성하는 복수의 분할 코어블록과;

상기 분할 코어블록이 하나의 종합된 코어부가 되도록 연결하는 금속성의 연결 하우징을 가지고,

상기 각 분할 코어블록으로 형성되는 자극치부는, 코일이 감기는 호이스팅드럼부와;

상기 호이스팅드럼부의 바깥 둘레 선단측에 설치되고, 또한 둘레방향으로 넓어지는 바깥 둘레 자극부와;

상기 호이스팅드럼부의 안 둘레측 선단측에 설치되는 지지부를 가지고,

상기 바깥 둘레 자극부가 바깥 둘레측에 위치하고, 또한 상기 호이스팅드럼부가 방사상으로 놓여지도록 배치된 상기 자극치부는, 상기 지지부의 안 둘레측에위치하는 상기 연결 하우징에 더브테일결합에 의해 연결되고,

상기 지지부의 안 둘레측 부위에는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를, 상기 연결 하우징의 바깥 둘레측부위에는 상기 안 둘레측부위에 설치된 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부에 결합하도록 끼우는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를 각각 설치하고,

끼워 맞추는 상기 걸어맞춤 볼록부와 상기 걸어맞춤 오목부 사이에 존재하는 결합 갭이 없어지도록 상기 연결 하우징측에 설치되어 있는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부 또는 걸어맞춤 오목부를 소성변형시키는 것을 특징으로 하는 전동기.
고정자와;

상기 고정자의 주위에 회전 자유롭게 배치된 회전자와;

상기 고정자를 구성하는 고정자 코어와;

상기 고정자 코어를 구성하는 코어부와;

상기 코어부를 구성하는 복수의 분할 코어블록과;

상기 분할 코어블록이 하나의 종합된 코어부가 되도록 연결하는 금속성의 연결 하우징을 가지고,

상기 각 분할 코어블록으로 형성되는 자극치부는, 코일이 감기는 호이스팅드럼부와;

상기 호이스팅드럼부의 바깥 둘레 선단측에 설치되고, 또한 둘레방향으로 넓어지는 바깥 둘레 자극부와;

상기 호이스팅드럼부의 안 둘레측 선단측에 설치되는 지지부를 가지고,

상기 바깥 둘레 자극부가 바깥 둘레측에 위치하고, 또한 상기 호이스팅드럼부가 방사상으로 놓여지도록 배치되는 상기 자극치부는, 상기 지지부의 안 둘레측에 위치하는 상기 연결 하우징에 더브테일결합에 의해 연결되고,

상기 지지부의 안 둘레측 부위에는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 오목부를, 상기 연결 하우징의 바깥 둘레측 부위에는 상기 안 둘레측 부위에 설치된 걸어맞춤 오목부에 결합하도록 끼워지는 상기 더브테일결합용 걸어맞춤 볼록부를 연결 하우징의 바깥 둘레면으로부터 돌출하도록 형성하고,

서로 끼우는 상기 걸어맞춤 볼록부와 상기 걸어맞춤 오목부 사이에 존재하는 결합 갭이 없어지도록 상기 연결 하우징측의 상기 걸어맞춤 볼록부를 소성변형시키는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 하우징을 냉간단조 또는 다이캐스트 등으로 형성한 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

결합 갭은, 상기 소성변형으로 압출되는 금속재료의 체적을 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소성변형의 형성에 사용하는 펀치 등의 금형공구가 가압되는 상기 연결 하우징에는 금형공구를 받아내는 안내용 예비구멍, 펀치홈 등의 예비가공을 미리 실시하여 두는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 8항에 있어서,

상기 소성변형에 의해 분할 코어블록을 상기 연결 하우징을 체결시킴과 동시에 상기 적층강판의 적층 두께방향의 체결도 행하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

인접하는 상기 자극치부의 지지부 사이의 인접 갭이 없어지도록 상기 소성변형으로 상기 지지부를 둘레방향으로 눌러 넓히는 것을 특징으로 하는 전동기.