KR20100007613A - 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이 및 이를 채용한 적층코아 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 스트립의 에어 갭 영역을 타발하는 에어 갭 펀치가 삽입되도록 중공부가 형성된 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이에 있어서, 상기 중공부의 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈이 형성되어 있는 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이에 관한 것이다.
적층 코아, 에어 갭
Description
본 발명은 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코아 제조 공정시에 타발된 에어 갭 칩(chip)이 상승하는 것을 방지할 수 있도록 구조가 개선된 에어 갭 다이에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그러한 에어 갭 다이를 구비하는 적층 코아 제조 장치에 관한 것이기도 하다.
일반적으로, 적층 코아는 금속 스트립을 프레스 금형에 의해 순차적을 타발하여 라미나 부재를 만들고, 이렇게 만들어진 라미나 부재를 적층함으로써 제조되는데, 주로 발전기나 모터의 회전자 및 고정자로 사용된다.
도 1에는 모터의 회전자로 사용되는 적층 코아(10)가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 회전자용 적층 코아(10)는 복수의 라미나 부재(11)가 적층되어 이루어지며, 라미나 부재(11)의 중심에는 샤프트 홀(12)이 형성되어 있다. 상기 샤프트 홀(12)의 외곽으로는 방사상으로 다수의 슬롯(13)이 형성된다.
또한, 상기 샤프트 홀(12)을 중심으로 그 외측에는 복수의 인터록 탭(14)이 형성되는데, 상기 인터록 탭(14)은 라미나 부재(11)의 하면으로 엠보싱된 오목부로서 상기 라미나 부재(11)가 적층될 때 상하부 라미나 부재의 인터록 탭(14)이 상호 끼워맞춤 결합되어 적층 코아가 결속된다.
도 2는 모터의 고정자로 사용되는 적층 코아(20)를 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 고정자용 적층 코아(20) 역시 복수개의 라미나 부재(21)가 적층되어 형성되며, 중심 개구부(22)와 상기 개구부(22)의 경계를 따라 형성된 다수의 슬롯(23)을 포함한다.
상기 고정자용 적층 코아(20)에도 인터록 탭(24)이 형성되어 있어서 적층되는 상하부의 라미나 부재(21)가 상호 결속될 수 있다.
상기 개구부(22)에는 회전자용 적층 코아(10)가 삽입되며, 전기적 상호 작용에 의해 회전자는 고정자에 대해서 상대적인 회전을 하게 된다.
상기 회전자용 적층 코아(10)와 고정자용 적층 코아(20) 사이에는 소정의 간극이 존재하게 되는데, 이것을 소위 '에어 갭(air gap)'이라 한다.
상기 회전자용 적층 코아(10)와 고정자용 적층 코아(20)는 금속 스트립을 타발하는 일련의 공정에 의해 연속적으로 제조될 수 있다. 이러한 제조 공정에 있어서, 회전자용 적층 코아(10)와 고정자용 적층 코아(20)의 경계에 해당하는 상기 에어 갭 부분을 프레스 금형에 의해 타발하게 된다.
그런데, 종래의 적층 코아 제조 장치에 있어서는 타발된 에어 갭 칩(chip)이 계속적으로 쌓이면서 하부로 원활하게 배출되지 못하고 오히려 위로 상승하여 금속 스트립의 타발을 저해하는 문제가 발생하였다. 특히, 에어 갭 칩의 두께와 폭은 매우 작기 때문에 상승된 에어 갭 칩이 라미나 부재 사이에 끼여서 적층됨으로써 제품 불량으로 이어지는 사례도 초래된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 타발된 에어 갭 칩의 일부가 다이로부터 빠져나와 상부로 재상승되는 것을 방지하도록 구조가 개선된 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 에어 갭 다이를 구비함으로써 금속 스트립을 원활하게 타발하여 적층 코아를 제조할 수 있는 적층 코아 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속 스트립의 에어 갭 영역을 타발하는 에어 갭 펀치가 삽입되도록 중공부가 형성된 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이에 있어서, 상기 중공부의 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈이 형성되도록 구성된다.
바람직하게, 상기 리테인 홈은 상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때 고정자용 슬롯이 형성된 영역과 일부가 중첩되도록 형성된다.
더욱 바람직하게, 상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때, 상기 고정자용 슬롯의 선단부가 상기 리테인 홈 위에 중첩되도록 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 리테인 홈은 고정자용 슬롯의 수만큼 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상면으로 금속 스트립이 공급되는 하부 다이 몸체; 상기 하부 다이 몸체 상부에 설치되어 상하로 승강 운동하는 프레스 몸체; 상기 프레스 몸체에 설치되어 상기 금속 스트립의 에어 갭 영역을 타발하는 에어 갭 펀치; 및 상기 하부 다이 몸체에 구비되며, 상기 에어 갭 펀치가 삽입되도록 중공부가 형성되고, 상기 중공부의 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈이 형성되어 있는 에어 갭 다이;를 포함하는 적층 코아 제조 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이는 타발된 에어 갭 칩이 에어 갭 다이로부터 이탈되어 상부로 재상승하는 것이 방지되므로 금속 스트립의 타발을 원활하게 수행할 수 있으며, 에어 갭 칩의 일부가 라미나 부재 사이에 개재되어 발생하는 제품 불량을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
그 외 본 발명의 특징적인 효과는 이하에서 설명하는 발명의 바람직한 실시예를 통해서 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층 코아 제조 장치의 로테이션 다이 조립체를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 갭 다이가 채용된 적층 코아 제조 장치의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 적층 코아 제조 장치는 금속 스트립(100)이 그 위로 공급되는 하부 다이 몸체(110)와 상기 하부 다이 몸체(110) 상부에 설치되어 상하로 승강 운동하는 프레스 몸체(120)를 포함한다.
상기 프레스 몸체(120)는 이미 잘 알려진 프레스 구동수단에 의해 빠른 속도로 상하로 스트로크 운동하도록 설계되며, 상기 하부 다이 몸체(110) 위로 공급되는 금속 스트립(100) 소재를 천공하거나 블랭킹하는 다양한 형상과 기능을 가진 상 부 펀치들이 장착되어 있다. 또한, 상기 하부 다이 몸체(110)에는 상기 상부 펀치에 상응하는 다양한 구성의 펀치홀 또는 다이들이 구비된다.
도 4는 상기 적층 코아 제조 장치에 의해 적층 코아를 제조하는 공정을 설명하기 위하여 금속 스트립(100)이 천공되는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다. 도면에서, 해칭으로 표시된 부분은 해당 공정에서 펀치에 의해 펀칭되는 영역을 가리킨다.
그러면 상기 도 3 및 도 4를 함께 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층 코아 제조 과정을 살펴보기로 한다.
라미나 부재(11)(21)는 도 4에 도시된 길다란 형상의 금속 스트립(100)을 간헐적으로 공급하고 순차적으로 천공 및 블랭킹함으로써 얻어진다.
제 I 공정에서는, 하부 다이 몸체(110) 위로 금속 스트립(100)이 공급되면, 프레스 몸체(120)에 결합된 홀 펀치(121)가 하강하면서 금속 스트립(100)에 펀치홀(12)을 천공한다. 상기 펀치홀(12)은 회전자용 적층 코아(10)의 샤프트 홀(12)에 해당하는 것이다.
이 과정에서, 인터록 탭 펀치(122)에 의해 인터록 탭(14)도 형성된다. 상기 인터록 탭(14)이 형성된 라미나 부재(11)는 상하로 적층된 상태에서 서로 결속될 수 있다.
만약, 소정 매수의 라미나 부재를 적층한 후에 적층 코아를 분리시키고자 할 경우에는 인터록 탭 펀치(122)에 의해 인터록 탭(14)을 형성하는 것이 아니라 카운터 홀을 형성시킴으로써 적층된 라미나 부재가 서로 결합되지 못하도록 한다.
이어서, 금속 스트립(100)은 미도시된 이송수단에 의해 슬롯 다이(111) 상부로 전진하여 제 II 공정을 수행하게 된다.
제 II 공정에서는, 프레스 몸체(120)에 구비된 고정자용 슬롯 펀치(123)가 슬롯 다이(111)를 향해 하강하면서 금속 스트립(100)에 고정자용 슬롯(23)을 펀칭한다. 동시에, 전술한 바와 마찬가지로, 인터록 탭 펀치(124)에 의해 라미나 부재(21)의 상면에 인터록 탭(24)이 형성된다.
다음으로, 제 III 공정으로 진행한 금속 스트립(100)에는 회전자용 슬롯(13)이 펀칭된다. 즉, 프레스 몸체(120)에 마련된 회전자용 슬롯 펀치(125)가 슬롯 다이(112)를 향해 하강하여 금속 스트립(100)을 천공함으로써 복수개의 회전자용 슬롯(13)이 형성된다. 물론 여기서, 상기 회전자용 슬롯(13)은 앞서 공정에서 펀칭된 고정자용 슬롯(23)의 안쪽에 형성된다.
다시 금속 스트립(100)이 전진하여 제 IV 공정에 도달하면, 회전자용 라미나 부재(11)를 블랭킹하여 적층시킴으로써 회전자용 적층 코아(10)를 완성한다. 이 공정에서 라미나 부재(11)의 외곽 경계는 블랭킹 펀치(126)에 의해 절단되어 금속 스트립(100)으로부터 분리된다. 분리된 라미나 부재(11)는 하부 다이 몸체(110)에 구비된 로테이션 다이(113) 속으로 밀려 들어가면서 이미 블랭킹되어 있는 다른 라미나 부재의 상부에 적층되면서 가압하게 된다.
이때, 상부에 적층된 라미나 부재(11)의 인터록 탭(14)에 형성된 하면 볼록부가 하부에 있는 라미나 부재(11)의 인터록 탭(14)에 있는 상면 오목부 내에 삽입되어 끼워맞춤 결합됨으로서 라미나 부재들은 서로 결속될 수 있다. 그리고, 소정 매수 예컨대, 20장의 라미나 부재가 동일한 과정에 의해 적층된 뒤에, 상기 인터록 탭 대신에 카운터 홀이 형성된 라미나 부재가 블랭킹되어 그 위에 적층되면 라미나 부재는 더 이상 적층되지 않고 분리되게 된다. 이렇게 제조된 회전자용 적층 코아(10)는 하부로 배출된다.
회전자용 라미나 부재가 블랭킹 된 다음 금속 스트립(100)은 제 V 공정으로 진행하게 되며, 이 공정에서는 에어 갭 영역이 타발된다. 에어 갭 영역을 타발하기 위해서 프레스 몸체(120)에는 원통형의 에어 갭 펀치(130)가 구비되고, 하부 다이 몸체(110)에는 에어 갭 다이(140)가 각각 구비되어 있다.
상기 에어 갭 펀치(130)는 도 4의 제 V 공정에 도시된 환형의 펀칭 영역(P)(즉, 에어 갭 영역)을 펀칭할 수 있도록 원통형으로 형성되거나 또는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
상기 에어 갭 다이(140)의 구성은 도 5 및 도 6에 보다 상세히 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 에어 갭 다이(140)는 에어 갭 펀치(130)가 삽입되는 중공부(142)를 가진다.
상기 중공부(142)의 직경은 상기 에어 갭 펀치(130)의 외경에 상응하는 정도로서, 에어 갭 펀치(130)가 중공부(142)로 삽입되는 과정에서 금속 스트립(100)이 타발될 수 있을 정도로 설정된다.
본 발명에 따르면, 상기 에어 갭 다이(140)의 중공부(142) 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈(150)이 형성되어 있다.
바람직하게, 상기 리테인 홈(150)은 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이 에어 갭 다이(140) 위에 금속 스트립(100)이 공급되었을 때 고정자용 슬롯(23)이 형성된 영역과 적어도 일부가 중첩되도록 형성되는데, 이것은 후술하는 바와 같이 에어 갭 영역을 타발할 때 에어 갭 칩의 단부가 소성 변형하는 공간을 제공하기 위함이다.
따라서, 상기 리테인 홈(150)은 고정자용 슬롯(23)의 수만큼 형성되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고 그 일부의 수만큼만 형성되더라도 무방하다.
또한, 상기 리테인 홈(150)의 깊이(D)는 에어 갭 영역을 타발할 때 소재 단부에서 소성 변형이 일어나서 에어 갭 칩(200)이 상기 리테인 홈(150) 내부에 끼일 정도가 되는 것이 바람직하며, 예를 들어 0.03 ~ 0.08mm가 적당하다. 만약, 리테인 홈(150)의 깊이(D)가 너무 작으면 소재의 소성 변형이 충분히 일어나기 어렵고, 반대로 리테인 홈(150)의 깊이(D)가 너무 크면 소재가 소성 변형이 되더라도 리테인 홈(150)에 끼이지 않을 우려가 있다. 비록 본 실시예에서는 상기 리테인 홈(150)의 깊이(D)를 구체적인 수치로 예시하였지만, 반드시 이러한 수치에 의해 한정되는 것은 아니며, 재료의 특성과 프레스 금형의 운전 조건에 따라서 얼마든지 변형하여 선택될 수 있음은 물론이다.
그러면, 제 V 공정에서 에어 갭 영역을 타발하는 과정에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.
앞서 제 IV 공정에서 회전자용 라미나 부재가 블랭킹 된 다음 금속 스트립(100)은 전진하여 본 발명에 따른 에어 갭 다이(140) 위로 공급된다. 도 7과 도 8에는 에어 갭 다이(140) 위로 공급된 금속 스트립(100)이 확대 도시되어 있다. 도 8에서, 참조번호 LB로 표시된 실선은 회전자용 라미나 부재(11)의 블랭킹 경계선이고, 참조번호 LA로 표시된 실선은 에어 갭 다이(140)의 중공부(142) 내주면을 가리킨다.
도면을 참조하면, 금속 스트립(100)이 에어 갭 다이(140) 상면에 공급된 상태에서, 고정자용 슬롯(23)의 일부, 즉 선단부(23a)가 상기 리테인 홈(150) 위에 중첩되어 있음을 알 수 있다.
이 상태에서, 프레스 몸체(120)에 구비된 에어 갭 펀치(130)가 하강하면서 에어 갭 영역을 타발하게 된다. 도 8에서 점선으로 도시된 선(LP)은 상기 에어 갭 펀치(130)의 타발 경계선을 가리킨다.
따라서 상기 에어 갭 펀치(130)의 타발 경계선(LP)(또는 상기 에어 갭 다이의 중공부 내주면 경계선(LA)과 상기 회전자용 라미나 부재(11)의 블랭킹 경계선(LB) 사이의 영역에 해당하는 에어 갭 칩(200)이 타발되어 분리된다.
상기와 같이, 에어 갭 칩(200)이 타발되는 과정에서, 고정자용 슬롯(23)의 선단부(23a)와 상기 리테인 홈(150) 사이에는 소성 변형 공간(SD)(격자형 해칭으로 표시된 부분)이 형성되게 된다. 따라서 금속 스트립(100)이 타발될 때 인접하는 에어 갭 칩(200)의 일부, 즉, 고정자용 슬롯의 선단부(23a)에 해당하는 일부가 상기 소성 변형 공간을 향해 밀려나면서 도 9에 도시된 바와 같이 소성 변형된다.
본 발명자의 실험에 의하면 이러한 소성 변형은 리테인 홈(150)의 중심보다 는 양측부(원형의 점선으로 표시된 부분)에서 더욱 활발하게 일어나는 것으로 나타났다. 이와 같은 소성 변형은 에어 갭 칩(200)이 타발되어 에어 갭 다이(140)의 중공부(142) 내부로 삽입되는 것과 동시에 일어난다.
따라서, 에어 갭 다이(140)의 중공부(142) 내부로 삽입된 에어 갭 칩(200)은, 상기 소성 변형이 발생한 단부가 리테인 홈(150)에 억지로 끼워짐으로써 상당한 정도의 지지력을 발휘하게 된다. 특히, 소성 변형 부분이 뾰족한 첨단을 형성할 경우에는 이러한 지지력은 더욱 향상된다.
결론적으로, 에어 갭 칩(200)은 소성 변형 단부와 리테인 홈(150)의 상호 결합에 의해서 지지되므로 에어 갭 다이(140)로부터 이탈되어 상승되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 에어 갭 칩(200)을 타발한 후에는, 금속 스트립(100)이 제 VI 공정으로 이송되어 노치부(도 4의 15)가 타발되고 이어서 블랭킹 펀치(도 3의 127)에 의해 고정자용 라미나 부재(21)를 블랭킹한다.
블랭킹된 고정자용 라미나 부재(21)는 하부 다이 몸체(110)에 구비된 로테이션 다이(114) 속으로 밀려 들어가면서 이미 블랭킹되어 있는 다른 라미나 부재의 상부에 적층되고, 이 과정에서 전술한 바와 마찬가지로 인터록 탭(24)에 의해 상하부 라미나 부재(21)들이 상호 결속되게 된다.
그리고, 소정 매수의 라미나 부재가 적층된 뒤에는 카운터 홀이 형성된 라미나 부재를 블랭킹함으로써 고정자용 적층 코아가 분리 배출될 수 있다.
비록 본 실시예에서는, 상기 하부 다이 몸체(110)와 프레스 몸체(120)의 구 성과 각각의 타발 공정을 구체적으로 예시하였으나 본 발명은 이러한 사항에 의해 한정되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 실제로 원하는 적층 코아의 구조에 따라서 상기 장치의 구조와 공정은 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명되지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 회전자용 적층 코아의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 일반적인 고정자용 적층 코아의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 갭 다이가 채용된 적층 코아 제조 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 적층 코아 제조 장치에 의해 금속 스트립이 천공되는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 갭 다이의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 갭 다이의 구성을 보여주는 일부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급된 상태를 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 7의 일부 확대도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 에어 갭 칩이 소성 변형된 상태를 보여주는 평면도이다.
<도면의 주요 참조번호에 대한 설명>
10: 회전자용 적층 코아 11,21: 라미나 부재
12: 샤프트 홀 13,23: 슬롯
14,24: 인터록 탭 20: 고정자용 적층 코아
22: 개구부 100: 금속 스트립
110: 하부 다이 몸체 111,112: 슬롯 다이
113,114: 로테이션 다이 120: 프레스 몸체
121: 홀 펀치 122: 인터록 탭 펀치
123: 고정자용 슬롯 펀치 124: 인터록 탭 펀치
125: 회전자용 슬롯 펀치 126,127: 블랭킹 펀치
130: 에어 갭 펀치 140: 에어 갭 다이
142: 중공부 150: 리테인 홈
Claims (8)
- 금속 스트립의 에어 갭 영역을 타발하는 에어 갭 펀치가 삽입되도록 중공부가 형성된 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이에 있어서,상기 중공부의 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이.
- 제1항에 있어서,상기 리테인 홈은 상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때 고정자용 슬롯이 형성된 영역과 일부가 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이.
- 제2항에 있어서,상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때, 상기 고정자용 슬롯의 선단부가 상기 리테인 홈 위에 중첩되는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이.
- 제1항에 있어서,상기 리테인 홈은 고정자용 슬롯의 수만큼 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치의 에어 갭 다이.
- 상면으로 금속 스트립이 공급되는 하부 다이 몸체;상기 하부 다이 몸체 상부에 설치되어 상하로 승강 운동하는 프레스 몸체;상기 프레스 몸체에 설치되어 상기 금속 스트립의 에어 갭 영역을 타발하는 에어 갭 펀치; 및상기 하부 다이 몸체에 구비되며, 상기 에어 갭 펀치가 삽입되도록 중공부가 형성되고, 상기 중공부의 내주면에는 길이 방향으로 복수개의 리테인 홈이 형성되어 있는 에어 갭 다이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치.
- 제5항에 있어서,상기 리테인 홈은 상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때, 고정자용 슬롯이 형성된 영역과 일부가 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치.
- 제6항에 있어서,상기 에어 갭 다이 위에 금속 스트립이 공급되었을 때, 상기 고정자용 슬롯의 선단부가 상기 리테인 홈 위에 중첩되는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치.
- 제5항에 있어서,상기 리테인 홈은 고정자용 슬롯의 수만큼 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 코아 제조 장치.
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