KR20100063282A - 자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심 및 그 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판을 사용한 모터의 철심 및 그 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 철심에 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화에 의한 저철손 모터의 철심 및 그 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 외주면에 일정 간격의 치들이 형성되고 치와 치 사이에 슬롯이 형성되어 그 일측이 개방된 구조로 된 치부와, 상기 치부의 외측에 연결되어 원통형으로 이루어진 요크부로 구성되는 모터의 철심에 있어서, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심과, 무방향성 전기강판을 타발하여 모터의 철심을 가공하는 방법에 있어서, 코일상태의 무방향성 전기강판을 일정한 크기로 제단하는 슬리팅 단계와; 소정의 형상으로 타발하기 전 또는 후에, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 열적 또는 기계적 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 단계와; 각 낱장을 회전없이 동일하게 적층하는 적층 단계의 순서로 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공방법에 관한 것이다.

본 발명은 무방향성 전기강판을 사용하여 모터의 철심을 제조함에 있어서, 타발의 전 또는 후에 열적 또는 기계적 방법에 의하여 표면에 자속경로와 수직방향 으로 압축잔류응력을 형성시켜 자속밀도 감소를 최소화하면서 철손이 개선되는 효과를 제공한다.

모터, 철심, 무방향성, 전기강판, 자구미세화, 타발, 요크, 치부

Description

자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심 및 그 가공방법{IRON CORE OF MOTOR WITH IRON LOSS DECREASED BY MAGNETIC DOMAIN REFINEMENT AND PROCESSING METHOD THEREOF}

본 발명은 무방향성 전기강판으로 제조된 모터의 철심 및 그 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자구미세화 처리에 의한 철손을 감소시킨 모터의 철심 및 그 가공방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서 철손이 적고 자속밀도가 높은 자기적 특성을 지닌 강판이 요구된다. 일반적으로 방향성 전기강판은 열연 및 냉연과 소둔공정을 통하여 압연방향으로 (110)[001] 방향이 배향된 집합조직(일명 '고스집합조직'이라고도 함)을 갖고 있는 재료를 말한다. 이러한 방향성 전기강판에 있어서 (110)[001] 방향은 철의 자화가 용이한 방향으로 그 배향된 정도가 높을수록 자기적 특성이 우수하게 된다.

방향성 전기강판의 자기적 특성 개선방법으로는 일본 특허공개공보 평5-302122호에 개시된 바와 같이 강판의 두께를 얇게 하거나, 일본 특허공개공보 평1- 283324호에 개시된 바와 같이 성분에 B, Se 등의 원소를 다양하게 첨가하거나, 일본 특허공개공보 2000-109961호 및 한국 특허공개공보 2002-63515호에 개시된 바와 같이 열적 또는 기계적 방법에 의하여 자구를 미세하게 하는 것 등이 있다.

자구미세화 기술로는 강판 표면을 레이저(Laser), 플라즈마 제트(Plasma jet) 또는 기계적인 방법으로 압연방향과 수직방향으로 조사하거나 흠집을 내어 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키는 방법 등이 알려져 있는데, 레이저를 이용하여 자구를 미세화시키는 방법은 일본특허공보 (소)58-26405호 및 미국특허 제4203784호 등에 기재되어 있고, 플라즈마 제트를 이용하여 자구를 미세화시키는 방법은 일본특허공보 (소)62-96617호에 기재되어 있으며, 기계적인 방법은 일본특허공보 (소)58-5968호에 기재되어 있다.

한편, 무방향성 전기강판으로 제조되는 모터는 자기장 속에 도체를 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에 직각방향으로 전자기적인 힘이 발생하는 전자유도현상을 응용한 것이다. 이러한 모터(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임 내부에 원통형으로 고정 설치되고 코일을 감아 권선(22)시킨 고정자 조립체와, 이 고정자 조립체의 안쪽 또는 바깥쪽에 위치하여 회전자 표면에 작용하는 힘에 의해 회전하면서 동력을 전달하는 회전자 조립체로 크게 구분할 수 있다.

이 중 산업용 및 고속 전동기에서 일반적으로 널리 사용되는 고정자 조립체의 철심(1)은 도 2에 도시된 바와 같이 그 슬롯(5)이 반폐형 슬롯 형상을 갖고 있다. 즉, 철심(1)에서 요크부(2)의 내경측으로 고정자 코일이 삽입되는 슬롯(5)이 형성되어 있고, 여기서 각 슬롯(5)은 일부가 개방된 형태의 반폐형으로 되어 있는 것이다.

모터의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 와전류발생을 억제하여 전력손실을 최소화하기 위해 그 표면에 절연피막을 형성한 다음 수요자에게 제공된다. 수요자에게 제공되는 코일상태의 무방향성 전기강판은 슬리팅(Sliting) 연속작업후 금형 등에 의해 소정의 형상으로 타발가공된 다음 적층되어 사용되는데, 자구미세화 기술은 적용사례가 없다.

이는 자구미세화 기술이 방향성 전기강판에 국한된 기술이고, 모터 제조사에 따라 모터의 철심 형상이 다양하기 때문에 모터의 철심 내부의 자속경로가 상이하므로, 전기강판의 제조사에서 일률적으로 자구미세화 처리를 실시하는 것이 곤란하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 무방향성 전기강판을 사용한 모터의 철심 및 그 가공방법에 있어서, 모터의 철심에 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화에 의한 저철손 모터의 철심 및 그 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 외주면에 일정 간격의 치들이 돌출되어 형성되고 상기 치와 치 사이에 일측이 개방된 구조로 된 슬롯이 형성되어 이루어진 치부와, 상기 치부의 외측에 연결되어 원통형으로 이루어진 요크부로 구성되는 모터의 철심에 있어서, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심을 제공한다.

또한, 본 발명은 무방향성 전기강판을 타발하여 모터의 철심을 가공하는 방법에 있어서, 코일상태의 무방향성 전기강판을 일정한 크기로 제단하는 슬리팅 단계와; 소정의 형상으로 타발하기 전 또는 후에, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 열적 또는 기계적 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 단계와; 각 낱장을 회전없이 동일하게 적층하는 적층 단계의 순서로 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 자구미세화 단계는 상기 치부에서는 철심의 원주방향으로, 상기 요크부에서는 모터의 중심방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시켜 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 자구미세화 단계의 상기 열적 또는 기계적인 방법은 볼스크래치, 레이저, 플라즈마 방법에 의해 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공 방법을 제공한다.

본 발명은 무방향성 전기강판을 사용하여 모터의 철심을 제조함에 있어서, 타발의 전 또는 후에 열적 또는 기계적 방법에 의하여 표면에 자속경로와 수직방향으로 잔류응력을 형성시켜 자속밀도 감소를 최소화하면서 철손이 개선되는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의해 자구미세화를 실시한 모터 철심의 단면도, 도 4는 본 발명에 의한 모터의 철심 가공방법의 플로우 차트, 도 5는 타발 전에 자구미세화를 실시한 개략도이다.

본 발명은 외주면에 일정 간격의 치(4)들이 돌출되어 형성되고 상기 치(4)와 치(4) 사이에 일측이 개방된 구조로 된 슬롯(5)이 형성되어 이루어진 치부(3)와, 상기 치부(3)의 외측에 연결되어 원통형으로 이루어진 요크부(2)로 구성되는 모터 의 철심에 있어서, 상기 치부(3) 및 요크부(2)로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 자속경로(6)의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심을 제공한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 모터의 철심에서의 자속경로(6)는 치부(3)에서는 모터의 중심방향이고, 요크부(2)에서는 원주방향인데, 본 발명은 상기 치부(3) 및 요크부(2)로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 열적 또는 기계적인 방법에 의하여 자속경로(6)의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시킴에 의해 자구미세화(7)를 실시한다. 즉, 치부(3)에서는 철심의 원주방향으로, 요크부(2)에서는 모터의 중심방향으로 자구미세화(7) 처리를 하게 된다. 이러한 자구미세화 처리에 의해 철손이 감소하게 된다.

도 4의 플로우 차트에 도시된 바와 같이, 본 발명은 무방향성 전기강판을 타발하여 모터의 철심을 가공하는 방법에 있어서, 코일상태의 무방향성 전기강판을 일정한 크기로 제단하는 슬리팅 단계(S10)와; 소정의 형상으로 타발(S20)하기 전 또는 후에, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 열적 또는 기계적 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 단계(S30)와; 각 낱장을 회전없이 동일하게 적층하는 적층 단계(S40)의 순서로 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공방법을 제공한다.

먼저 슬리팅 단계(S10)를 수행하는데, 열연 및 냉연과 소둔 공정을 거친 코일 상태의 무방향성 전기강판을 필요한 크기로 제단하게 된다.

상기 슬리팅 단계 다음에는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 자구미세화 단계(S20) 이후에 타발 단계(S30)를 거치거나, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 타발 단계(S30) 이후에 자구미세화 단계(S20)을 거치게 된다.

도 4(a)의 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이 일정 크기로 슬리팅 된 루프(10)에 타발 위치를 미리 정해 놓고 열적 또는 기계적인 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 처리 후에, 금형 등에 의해 모터의 철심 형상으로 타발하게 된다.

도 4(b)의 경우에는, 슬리팅 된 코일을 금형 등에 의해 모터의 철심 형상으로 타발하고, 열적 또는 기계적인 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 처리를 하게 된다.

결국, 이러한 자구미세화 처리를 통해 자벽 간격이 좁게 되어 자화시 자벽의 이동거리가 단축되므로 열로 소실되는 에너지가 줄어들어 철손이 감소하게 된다.

상기 자구미세화 단계(S30) 이후에는 적층 단계(S40)를 거치게 된다. 상기 적층은 코킹, 인터라킹, 클립, 용접, 볼팅 등이 가능하며, 자기특성을 최대한 활용하기 위해서는 낱장 적층시 회전적층보다는 회전없는 적층방식이 바람직하다.

본 발명에서 무방향성 전기강판에 압축잔류응력을 형성시키는 방법은 기존의 방향성 전기강판에서의 볼스크래치(Ball Scratch)에 의해 축방향의 압축잔류응력 형성법과, 레이저 또는 플라즈마 제트에 의한 급격한 승온과 냉각과정에서 발생하는 압축잔류응력 형성법을 모두 이용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이 들 예로만 한정되는 것은 아니다.

중량%로 C : 0.005 %, Si : 2.7%, Mn : 0.15%, Al : 0.5%, S : 0.0015%, P : 0.001%를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강 슬라브를 제조하고, 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 재결정소둔한 0.2 mm 의 박물재를 일정한 크기로 슬리팅 후, 타발하여 자속밀도를 0.1 ~ 0.5로 변화시키면서, 레이저로 자구미세화 처리를 한 후, 자구미세화 처리 전과 비교하여 자장에 따른 철손의 개선률을 도 6에 도시하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, 무방향성 전기강판의 저자장에 해당할수록 철손의 개선율이 높음을 알 수 있고, 0.1T(테슬라)에서 12% 이상의 철손의 개선율을 확인할 수 있었다.

도 1은 종래의 무방향성 전기강판으로 제조된 모터의 개략도.

도 2는 종래의 모터의 철심의 구조를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의해 자구미세화를 실시한 모터 철심의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 모터의 철심 가공방법의 플로우 차트.

도 5는 타발 전에 자구미세화를 실시한 개략도.

도 6은 자구미세화 처리한 전후의 자장에 따른 철손개선율을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1. 모터의 철심 2. 요크부

3. 치부 4. 치

5. 슬롯 6. 자속경로

7. 자구미세화 10. 루프

20. 모터 21. 회전축

22. 권선

Claims (4)

1. 외주면에 일정 간격의 치들이 돌출되어 형성되고 상기 치와 치 사이에 일측이 개방된 구조로 된 슬롯이 형성되어 이루어진 치부와, 상기 치부의 외측에 연결되어 원통형으로 이루어진 요크부로 구성되는 모터의 철심에 있어서,

   상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 자구미세화에 의해 철손을 감소시킨 모터의 철심.
2. 무방향성 전기강판을 타발하여 모터의 철심을 가공하는 방법에 있어서,

   코일상태의 무방향성 전기강판을 일정한 크기로 제단하는 슬리팅 단계와;

   소정의 형상으로 타발하기 전 또는 후에, 상기 치부 및 요크부로부터 선택되는 한 곳 또는 두 곳에 열적 또는 기계적 방법에 의해 자속경로의 수직방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시키는 자구미세화 단계와;

   각 낱장을 회전없이 동일하게 적층하는 적층 단계의 순서로 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 자구미세화 단계는 상기 치부에서는 철심의 원주방향으로, 상기 요크부에서는 모터의 중심방향으로 홈을 만들어 압축잔류응력을 형성시켜 가공하는 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 자구미세화 단계의 상기 열적 또는 기계적인 방법은 볼스크래치, 레이저, 플라즈마 방법에 의해 압축잔류응력을 형성시킨 것을 특징으로 하는 철손을 감소시키는 모터의 철심 가공 방법.

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