KR20080051815A - Turning drum apparatus and manufacturing method thereof for motor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 고속 모터용의 회전자 장치의 구조를 나타내는 도면1 is a view showing the structure of a rotor device for a high speed motor according to the present invention
도 2는 동상 회전자 장치의 제작 조립 방법을 공정별로 나타낸 도면2 is a view showing the fabrication and assembly method of the in-phase rotor device for each process
도 3은 종래기술 3 is a prior art
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of codes for main parts of drawing
1 : 회전자 장치 2 : 회전축1: Rotor Device 2: Rotating Shaft
3 : 마그네틱스코어 4 : 회전자3: magnetic score 4: rotor
5 : 보호링부재 6 : 스풀5: protective ring member 6: spool
7 : 탄소섬유 8 : 수지조7: carbon fiber 8: resin tank
9 : 맨드렐 10 : 탄소섬유몸체 9: mandrel 10: carbon fiber body
본 발명은 하이브리드 전기 자동차나 또는 연료 전지 자동차에 사용되는 고속 모터용의 회전자 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rotor device for a high speed motor used in a hybrid electric vehicle or a fuel cell vehicle, and a manufacturing method thereof.
하이브리드 전기 자동차나 연료 전지 자동차의 구동원으로 사용하는 모 터(20)는 도 3에 도시하는 것과 같이 마그네틱스코어(21)가 장착된 회전자(22), 코일이 감겨진 고정자(23), 냉각 시스템을 갖춘 하우징(24), 그리고 고속 회전하는 회전축(25)을 지지하는 베어링(26)등으로 구성되는데, 모터(20)를 엔진룸에 설치시 공간적 제약으로 인해 모터(20)의 소형화가 필요하고, 또 동력 성능을 개선하고 중량을 저감하기 위하여 모터의 고출력화가 요구되고 있다.The motor 20 used as a driving source of a hybrid electric vehicle or a fuel cell vehicle includes a
모터의 부품 중 고속 회전하는 회전자(22)는 스틸 계열의 재료에 착자(자성을 가지도록 형성)된 마그네틱스코어(21)가 삽입되어 있는데, 모터의 회전자(22)가 수만 rpm으로 회전하게 되면 원심력에 의해 반경 방향 및 원주 방향으로 인장 응력이 발생되며, 이러한 인장 응력이 재료의 인장 강도를 초과할 경우 마그네틱스코어(21)를 감싸고 있는 회전자(22) 재료는 파손에 이르게 된다. 더우기 회전자(22) 내부에 삽입된 마그네틱스코어(21)는 취성재료이기 때문에 인장력 작용에 매우 취약하며, 고속 회전시 인장력을 못이겨 마그네틱스코어(21)가 파손되면 그 마그네틱스코어(21)의 외주를 감싸고 있는 회전자 재료에 인장 응력을 가중시켜 회전자의 파손을 가속화 시키는 문제를 유발하고 있다.The
이와같이 고속 회전시 마그네틱스 코어의 이탈 및 회전자의 파손 위험성 때문에 모터의 최대 회전 속도를 높이는데 제한이 따르고 있어 모터 성능 향상에 회전자의 취약성이 걸림돌이 되고 있다.In this way, the limit of increasing the maximum rotation speed of the motor due to the risk of separation of the magnetic core and damage of the rotor during high speed rotation is a vulnerability of the rotor to improve the motor performance.
이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 고속 회전시 발생하는 인장 응력을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 구조의 고속 모터용 회전자 장치 및 그 제작 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described objects, and an object thereof is to provide a rotor apparatus for a high speed motor having a structure capable of effectively canceling tensile stress generated during high speed rotation, and a method of manufacturing the same.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고속 모터용 회전자 장치는 회전축의 외주에 착자된 마그네틱스코어를 가진 회전자로 이루어진 고속 모터용 회전자 장치에 있어서, 상기 회전자의 외주에 회전자에 압축력을 가하도록 보호링 부재가 억지 끼워 맞춤된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a rotor device for a high speed motor of the present invention is a rotor device for a high speed motor comprising a rotor having a magnetic score magnetized on an outer circumference of a rotating shaft, the compressive force of the rotor on the outer circumference of the rotor. It is characterized in that the protective ring member is forcibly fitted to apply.
그리고 본 발명에 의하면 상기 보호링 부재는 탄소 섬유 복합재인 것을 특징으로 한다.And according to the present invention, the protective ring member is characterized in that the carbon fiber composite material.
또 본 발명에 의하면 상기 보호링 부재는 탄소 섬유를 맨드릴 외주에 감아 경화시킨 후 내외경을 절삭하여 형성한 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the protective ring member is formed by cutting the inner and outer diameters after curing the carbon fiber around the mandrel outer circumference.
또 본 발명에 의하면 상기 탄소 섬유는 레진에 합침된 후 맨드렐의 외주에 감아붙여 경화시킨 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the carbon fiber is bonded to the resin and then wound around the outer periphery of the mandrel, characterized in that the cured.
또 본 발명에 의하면 상기 보호링 부재는 그의 내경이 상기 회전자의 외경 보다 작게 가공되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the protective ring member is characterized in that its inner diameter is processed smaller than the outer diameter of the rotor.
또 본 발명에 의하면 상기 멘드렐의 외주에 감긴 탄소섬유 몸체는 오토클레이브 내부에서 열을 가해 경화 처리되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention is characterized in that the carbon fiber body wound around the outer periphery of the mandrel is hardened by applying heat inside the autoclave.
또 본 발명에 의하면 상기 보호링 부재는 극저온의 액화 질소속에서 냉각시켜 내경이 팽창되고 외경은 축소된 후 회전자 외주에 끼워져 상온 상태에서 내경이 축소하여 회전자와 일정한 간섭량을 가지면서 억지 끼워 맞춤 상태를 유지토록 조립되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the protective ring member is cooled in cryogenic liquefied nitrogen and the inner diameter is expanded and the outer diameter is reduced and then fitted to the outer circumference of the rotor, the inner diameter is reduced at room temperature, and has a constant interference amount with the rotor for interference fit. It is characterized in that it is assembled to maintain the state.
또 본 발명에 의하면 상기 냉각에 사용되는 액체 질소의 온도는 -190℃이하인 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the temperature of the liquid nitrogen used for the cooling is -190 ° C or less.
그리고 상기한 회전자 장치를 제작하는 방법은 모터의 회전자를 제작하는 방법에 있어서, 탄소 섬유를 수지에 함침시켜 멘드렐에 감아붙이는 공정과;The above method of manufacturing the rotor device comprises the steps of: manufacturing a rotor of a motor, comprising: impregnating carbon fibers with a resin and winding the mandrel;
상기 와인딩된 탄소섬유 몸체를 열을 가해 경화 처리하는 공정과;Hardening the wound carbon fiber body by applying heat;
상기 경화 처리된 탄소 섬유 몸체를 회전자의 외경 보다 작은 내경을 가지도록 절삭 가공하여 보호링 부재를 형성하는 절삭 가공 공정과;Cutting the hardened carbon fiber body to have an inner diameter smaller than the outer diameter of the rotor to form a protection ring member;
상기 보호링 부재를 회전자의 외주에 억지 끼워 맞춤하여 조립하는 조립공정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.And an assembling process of forcing the protective ring member to fit the outer circumference of the rotor and assembling the protective ring member.
또 상기한 보호링 부재는 극저온의 액체질소 속에서 냉각시킨 후 상기 회전자의 외주에 끼워 조립하는 것을 특징으로 한다.In addition, the protective ring member is cooled in cryogenic liquid nitrogen and then assembled into the outer periphery of the rotor.
또 상기한 경화 처리는 오토클레이브속에서 열처리되는 것을 특징으로 한다.In addition, the above-mentioned curing treatment is characterized in that the heat treatment in the autoclave.
이하에 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 고속 모터용 회전자 장치를 나타내는 측면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 고속 모터용 회전자 장치를 제작하는 방법을 공정별로 나타낸 도면이다.1 is a side view showing a rotor device for a high speed motor according to the present invention, Figure 2 is a view showing a method for manufacturing a rotor device for a high speed motor according to the present invention for each step.
하이브리드 자동차 등에 사용하기 위한 고속 모터용의 회자 장치는 부호 1로 나타내었다.A rotor device for a high speed motor for use in a hybrid vehicle or the like is indicated by
상기한 회전자 장치(1)는 중심에 회전축(2)이 위치하고, 그의 외주로 형성되는 마그네틱스코어(3)와 회전자(4)를 포함하며, 다시 이들의 외주에는 보호링부 재(5)가 감싸고 있다. 상기한 보호링부재(5)는 스틸과 같은 무거운 등방성(isotropic) 재질 보다는 그보다 훨씬 가볍고 강도가 크며 이방성(an-isotropic)을 가진 탄소 섬유 복합재 링을 사용하는 것이 보다 바람직하다.The
그리고 상기 보호링부재(5)는 제작된 상온 상태에서 그의 내경이 회전자(4)의 외경보다 작아서 억지 끼워 맞춤되며, 조립된 상태에서 그 직경 차이만큼의 간섭량(δ)을 가지게 되므로, 보호링부재(5)가 회전축(2)의 중심 방향으로 회전자(4)를 강하게 압박하게 된다.In addition, the
상기한 회전자 장치(1)의 제작 과정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process of the
스풀(6)에 감겨 있는 탄소섬유(7)를 풀어내면서 수지조(8) 속에 침지시켜 수지(resin)를 탄소섬유(7)에 코팅 시킨 후 맨드렐(9)의 외주에 수지 복합재가 된 탄소섬유(7)를 일정하게 감아붙이는 와인딩 공정을 실시한다.The carbon fiber (7) wound around the spool (6) is immersed in the resin tank (8), the resin is coated on the carbon fiber (7), and the carbon becomes a resin composite on the outer circumference of the mandrel (9). The winding process which winds up the
다음에 맨드렐(9) 외주에 일정 두께로 감겨진 탄소섬유몸체(10, 이하 탄소섬유가 큰 두께로 감겨진 덩어리를 몸체라고 표현한다)를 오토클레이브(Auto clave)속에서 열을 가하여 경화 처리하는 공정을 실시한다.Next, a carbon fiber body (10 (hereinafter, referred to as a body in which a large amount of carbon fiber is wound) is wound on the outer periphery of the mandrel (9) is expressed as a body) by applying heat in an autoclave and curing treatment. To carry out the process.
이 공정을 거치면 수지가 본딩재 및 경화제의 역활을 하여 탄소섬유몸체(10)는 단단한 한덩어리 물체가 된다.Through this process, the resin serves as a bonding material and a curing agent, and the
이와같이 경화 처리된 탄소섬유몸체(10)는 CNC 선반에서의 선삭 절삭 가공을 통해 외경을 다듬어 필요한 치수로 만들고, 그의 내경이 회전자(4)의 외경보다 작은 크기로 선삭 가공한다.The
다음에 선삭 절삭 가공을 통해 제작된 보호링 부재(5)를 액체 질소를 이용하여 -190℃ 이하의 극저온 상태에서 냉각시키는 냉각 공정을 실시하게 된다.Next, a cooling step is performed in which the
이 액체 질소 속에서 탄소섬유로 된 보호링 부재(5)를 냉각시키면 그의 내경은 확대되고, 외경은 축소되는 현상이 일어나게 되는데, 금속과 같은 등방성(isotropic) 재질로 형성된 링은 냉각시 내외경 모두가 수축하게 되는 반면, 탄소섬유와 같은 이방성(an-isotropic) 재질로 만들어진 링은 재료의 열팽창 계수 역시 이방성 특성을 갖게 되어 냉각시 외경은 수축하고 반대로 내경은 팽창을 하게 되며, 탄소섬유의 이러한 팽창 및 수축 특성을 이용하여 보호링부재(5)의 내경을 회전자(4)의 외경 보다 커지도록 팽창시켜 손쉽게 회전자(4)외주에 끼워 붙이는 조립 공정을 실시할 수 있게 되며, 그후 보호링부재(5)가 상온상태로 복귀하게 되면 그의 내경이 수축하게 되면서 회전자(4)의 표면을 강하게 조여 붙이게 된다. 본래 보호링 부재의 내경(d1)이 회전자(4)의 외경(d2) 보다 작기 때문에 그 직경 차이(d2=d1=δ)가 간섭량이 되므로서 강한 억지 끼워 맞춤 상태가 되는 것이다.When the
이와같이 하여 완성된 회전자 장치(1)가 모터에 사용되면 필드에서 모터의 회전자가 고속 회전하게 될 때 강한 원심력에 의하여 원주 방향 응력 및 반경 방향의 내부 응력이 각각 발생하게 되는데, 이러한 응력이 인장 강도를 초과할 경우 종래 구조의 회전자라면 파단이 발생할 수 있다.In this way, when the completed
본 발명은 탄소섬유와 수지의 복합재로 된 보호링부재(5)가 회전자 외주에 억지 끼워 맞춤에 의해 조립되므로써 모터가 구동되지 않는 초기 상태(원주 속도 ω=0)에서는 회전자(4)에 대해 중심 방향으로 압축 응력이 작용하는 프리스트레스(pre-stress) 상태에 있게 된다. 그러다가 모터가 구동되기 시작하면서 회전 속도가 증가함에 따라 회전자 내부에는 원심력에 의한 인장 응력이 발생하기 시작하는데, 이 인장 응력은 정지시 프리스트레스 상태의 압축 응력과 상쇄되어 전체적인 응력이 감소되게 되는 것이다.According to the present invention, since the
상기한 압축 응력은 탄소섬유의 종류에 따른 탄성모듈(Elastic modulus)의 선택이나 간섭량(δ)의 크기를 조절함으로써 초기 응력 값의 크기를 제어할 수 있으며, 이를 통해 모터 회전자의 한계 회전수를 결정할 수 있다.The compressive stress can control the magnitude of the initial stress value by selecting the elastic modulus according to the type of carbon fiber or by adjusting the magnitude of the interference amount (δ), thereby limiting the number of revolutions of the motor rotor. You can decide.
이와같은 본 발명은 탄소섬유와 수지의 복합재로 된 보호링 부재를 회전자 외주에 끼워 장착하여 모터의 고속 회전 구동시 발생하는 회전자의 인장 응력을 효과적으로 감쇄시켜 모터의 소형화 및 고출력화를 이루는데 큰 역활을 할 수 있다.The present invention is fitted with a protective ring member made of a composite of carbon fiber and resin to the outer periphery of the rotor to effectively attenuate the tensile stress of the rotor generated during the high-speed rotation of the motor to achieve a miniaturization and high output of the motor It can play a big role.
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- 2006-12-07 KR KR1020060123525A patent/KR20080051815A/en not_active Application Discontinuation
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