KR20110092155A - 리니어 모터의 가동자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 가동자 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 의하면, 영구자석 고정홀, 벤트홀 및 피스톤 체결홀이 형성된 코어부재를 제조하는 단계; 상기 영구자석 고정홀의 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 어느 일측에 부착하는 단계; 상기 영구자석 고정홀 내부에 영구자석을 삽입하는 단계; 상기 영구자석 고정홀의 나머지 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 나머지 일측에 부착하는 단계; 및 상기 코어부재를 압축 성형하는 단계;를 포함하는 리니어 모터의 가동자 제조방법이 제공된다.

Description

리니어 모터의 가동자 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR MOVING PART OF A LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터의 가동자 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 모터의 내부에 설치되어 고정자에 의해 왕복 직선운동을 하게 되는 가동자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.

최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.

이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 종래의 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 실린더(2), 피스톤(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 모터 커버(6), 서포터(7), 본체 커버(8), 메인 스프링들(S1,S2), 머플러 어셈블리(9), 리니어 모터(10)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.

실린더(2)가 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브(5a), 토출캡(5b), 토출밸브 스프링(5c)으로 이루어진 토출밸브 어셈블리(5)가 실린더(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 반면, 피스톤(3)이 실린더(2) 내측에 삽입되고, 박형의 흡입밸브(4)가 피스톤(2)의 흡입구(3a)를 개폐시키도록 설치된다.

리니어 모터(10)는 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(13)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 상기 영구자석(13)은 가동자(14)에 의해 피스톤(3)과 연결되도록 설치되어, 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 및 영구자석(13) 사이에 상호 전자기력에 의해 상기 가동자(14)에 고정된 영구자석(13)이 왕복 직선 운동하면서 피스톤(3)을 작동시킨다.

도 2는 상기 가동자(14)를 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 가동자(14)는 하단면이 개방된 원통형의 구조를 가지고 있으며, 상부면의 테두리와 인접하여 상술한 피스톤(3)과의 결합을 위한 체결홀(14a)이 형성되어 있고, 외주면에는 피스톤의 왕복이동과정에서 생길 수 있는 유동 저항을 줄이기 위한 벤트홀(14b)이 형성되어 있다. 아울러, 상기 벤트홀(14b)의 하부로 복수 개의 영구자석(13)이 삽입되어 있다.

리니어 모터의 작동에 있어서, 상기 이너스테이터와 아우터스테이터 사이의 간극이 좁을수록 작동 효율이 좋아질 뿐만 아니라, 동력 손실을 줄이기 위해서는 상기 가동자(14)는 가능한 한 가벼워야 한다. 아울러, 가동자는 상기 영구자석 및 피스톤을 안정적으로 지지하기 위한 충분한 강성을 가져야 한다. 이러한 요건을 만족하기 위해서 종래부터 다양한 재질 및 제조공법으로 상기 가동자를 제조하여 왔으며, 도 3a 내지 도 3f에 도시된 SMC(Sheet Molding Compound) 공법은 그러한 예의 하나이다.

도 3a 내지 도 3f를 참조하여 상기 공법을 설명하면, 우선 시트(20)를 원통형으로 와인딩한 후(도 3a), 그 하단부에 링(22)을 삽입한다(도 3b). 이렇게 삽입된 링(22)의 상부에 복수 개의 영구자석(13)을 일정 간격으로 부착한 후(도 3c), 상부 캡(24)을 부착한다(도 3d). 그 후, 외주면을 다시 시트(20)로 와인딩한 상태에서(도 3e), 성형기를 이용하여 고온 고압으로 압축 성형을 실시한다. 이렇게 압축 성형이 완료된 반제품의 측면 및 상부면에 상술한 볼트공 및 벤트홀을 가공하여 가동자의 제조가 완료되게 된다(도 3f).

이러한 SMC 공법을 이용하면 가볍고 얇으면서도 충분한 정도의 강성을 갖는 가동자를 제조할 수 있지만, 도시된 바와 같이 다수의 공정을 거쳐야 하므로 제조 과정이 번거로울 뿐만 아니라, 단계 c에서 복수 개의 영구자석을 균일한 간격으로 부착하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다. 아울러, 압축 성형된 반제품을 재차 가공하여야 하므로 가공 과정에서 불량이 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 제조 공정을 보다 단순화할 수 있는 리니어 모터의 가동자의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 영구자석 고정홀, 벤트홀 및 피스톤 체결홀이 형성된 코어부재를 제조하는 단계; 상기 영구자석 고정홀의 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 어느 일측에 부착하는 단계; 상기 영구자석 고정홀 내부에 영구자석을 삽입하는 단계; 상기 영구자석 고정홀의 나머지 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 나머지 일측에 부착하는 단계; 및 상기 코어부재를 압축 성형하는 단계;를 포함하는 리니어 모터의 가동자 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 코어부재를 미리 제조한 후 상기 코어부재 내에 형성되는 영구자석 고정홀의 내부에 영구자석을 고정하게 되므로 영구자석을 보다 용이하고 정확하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 벤트홀 및 피스톤 체결홀을 가공하는 과정에서 생길 수 있는 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다. 아울러, 상기 영구자석의 전후면에 각각 수지 시트에 의한 압축성형층이 생성되므로 충분한 정도의 강성도 확보할 수 있게 된다.

여기서, 상기 수지 시트는 유리 에폭시 수지시트일 수 있다.

또한, 상기 수지 시트는 상기 코어부재의 내부에 먼저 부착된 후 외주면에 부착할 수 있다.

여기서, 상기 수지 시트를 상기 코어부재의 내부에 부착하는 단계는 수지 시트를 링 형태로 가공하는 단계; 및 링 형태로 가공된 수지 시트를 상기 코어부재의 내부에 삽입하는 단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 링 형태로 가공된 수지 시트의 표면에 접착제를 도포하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부에 부착하는 단계는 상기 영구자석 고정홀에 삽입된 영구자석의 상부면이 덮이도록 상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부면에 감는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 시트는 상기 코어부재의 상하방향을 기준으로 하여 일부만을 덮도록 부착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 외주면에 영구자석 고정홀 및 벤트홀이 원주방향으로 형성되고 폐단부에 체결공이 형성되는 코어부재를 사출 성형하여 제조하는 단계; 상기 영구자석 고정홀의 일측면이 덮이도록 상기 코어부재의 내측면에 수지 시트를 부착하는 단계; 상기 영구자석 고정홀에 영구자석을 삽입하는 단계; 상기 삽입된 영구자석이 덮이도록 상기 코어부재의 외측면에 수지 시트를 부착하는 단계; 및 상기 수지 시트가 부착된 코어부재를 압축 성형하는 단계;를 포함하며, 상기 수지 시트는 상기 벤트홀 및 체결공을 제외하고 영구자석 고정홀 만을 덮도록 부착되는 리니어 모터의 가동자 제조방법이 제공된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 코어부재를 미리 제조한 후 상기 코어부재 내에 형성되는 영구자석 고정홀의 내부에 영구자석을 고정하게 되므로 영구자석을 보다 용이하고 정확하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 벤트홀 및 피스톤 체결홀을 가공하는 과정에서 생길 수 있는 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 리니어 모터의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리니어 모터의 가동자를 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2에 도시된 가동자의 제조 공정을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 가동자 제조방법의 일 실시예에 의해 제조된 가동자를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 4에 도시된 가동자의 제조 공정을 도시한 사시도이다.

이제 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 리니어 모터의 가동자 제조방법의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 가동자 제조방법의 일 실시예에 의해 제조된 가동자를 도시한 사시도이고, 도 5는 상기 실시예의 단면도로서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 가동자(100)는 전체적으로 하단부가 개방된 원통형의 형태를 가지고 있는 코어 부재(102)를 포함하고 있으며, 상기 코어 부재(102)의 상단부에는 복수의 체결홀(104)이 형성되어 피스톤과 결합될 수 있도록 구성된다.

아울러, 상기 코어 부재(102)의 외주면 중에서 상측에는 복수 개의 벤트홀(106)이 형성되어 있어, 가동자(100)의 왕복 운동시에 공기의 흐름을 원활하게 하여 저항을 최소화할 수 있도록 구성된다. 상기 실시예에서 상기 코어 부재(102)는 합성 수지를 사출하여 제조된다. 즉, 금형의 내부에 합성 수지재를 충전한 후 고온고압에서 성형하여 상기 체결홀(104) 및 벤트홀(106)이 별도의 기계가공을 행할 필요없이 한 번의 성형으로 형성되도록 한 것이다.

한편, 상기 코어 부재(102)의 하측 내부에는 영구자석(13)이 삽입되어 있고, 상기 영구자석(13)의 전후면을 수지시트를 압축성형하여 형성된 외측 커버(108) 및 내측 커버(109)가 덮고 있다. 여기서, 상기 수지시트로는 유리 에폭시 시트를 사용하고 있으며, 고온고압의 분위기에서 성형되는 소위 RRIM(Reinforcement Reaction Injection Molding) 공법에 의해 상기 외측 커버 및 내측 커버가 성형된다.

따라서, 얇은 두께로도 충분한 정도의 강성을 얻을 수 있어 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이너스테이터와 아우터스테이터 사이의 갭을 효과적으로 줄일 수 있어 효율 향상에도 기여할 수 있게 된다.

이제 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 상기 실시예의 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 6a를 참조하면, 우선 사출 성형 공법을 통해서 상기 체결홀(104) 및 벤트홀(106)을 갖는 코어 부재(102)를 제조한다. 여기서, 상기 코어 부재(102)의 하부에는 코어 부재(102)의 외주면을 따라서 방사상으로 배열되는 복수 개의 영구자석 고정홀(105)이 형성된다. 상기 영구자석 고정홀(105) 역시 사출 성형을 통해서 별도의 기계 가공없이 형성될 수 있다.

이와는 별도로, 상술한 유리 에폭시 수지시트를 링 형태로 가공하여 내부 커버(109)를 제조한다. 이때, 상기 링의 외측 직경은 상기 코어 부재(102)의 하부측 내측 직경과 같거나 약간 크게 설정된다. 그리고, 유리 에폭시 수지시트는 띠 형태의 것을 양단부가 서로 접착되도록 하여 상술한 바와 같은 링 형태의 내부 커버(109)로서 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 링 형태의 내부 커버(109)는 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 코어 부재(102)의 내측에 삽입되어 일시적으로 고정된다. 이렇게 삽입된 내부 커버(109)는 상기 영구자석 고정홀(105)의 일측면을 막게 되고, 후술할 영구자석 고정 공정에서 영구자석이 상기 고정홀(105)을 통과하여 이탈되는 것을 막는 역할을 하게 된다. 경우에 따라서는, 상기 내부 커버(109)의 표면에 접착제를 도포하여 가공 과정에서 상기 코어 부재와의 접착 강도를 향상시키고 영구자석이 보다 안정적으로 고정될 수 있도록 할 수도 있다.

여기서, 상기 접착제는 상기 가동자를 제조하는 과정 중에서 도포될 수도 있고, 별도의 장소 또는 별도의 공정을 통해서 접착제가 기 도포된 수지 시트를 사용할 수도 있다.

그 후, 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 영구자석 고정홀(105)의 내부에 영구자석(13)을 삽입한다. 상기 영구자석은 상기 영구자석 고정홀(105)의 내부에 억지끼워맞춤되거나 상기와 같은 접착제에 의해서 가공 과정 중에 상기 영구자석 고정홀(105)의 내부에 삽입된 상태를 유지할 수 있게 된다. 이렇게 영구자석(13)을 삽입한 후 그 외측 표면에 상기 외부 커버(108)를 배치한다.

상기 외부 커버(108) 역시 유리 에폭시 수지시트를 사전에 링 형태로 가공하거나, 접착제가 도포된 수지시트 밴드를 상기 영구자석(13)이 완전히 덮히도록 상기 코어 부재(102)에 접착하는 과정을 통해서 부착될 수 있다.

이렇게 외부 커버(108)의 부착이 완료되면 이를 고온고압의 분위기에서 압축 성형하면, 도 6d에 도시된 바와 같은 가동자 완제품을 얻게 된다. 따라서, 종래와 달리 가공 과정에서 홀 등을 가공하기 위한 기계가공 공정이 불필요해지고, 영구자석과 같은 외부 부착물이 합성수지로 이루어지는 코어 부재에 안정적으로 장착된 상태에서 가공이 이루어지므로 기계가공 과정에서의 문제로 인한 불량이나 영구자석 위치가 어긋나는 등의 불량률을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 영구자석 고정홀, 벤트홀 및 피스톤 체결홀이 형성된 코어부재를 제조하는 단계;
   상기 영구자석 고정홀의 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 어느 일측에 부착하는 단계;
   상기 영구자석 고정홀 내부에 영구자석을 삽입하는 단계;
   상기 영구자석 고정홀의 나머지 일측면을 덮도록 수지 시트를 상기 코어부재의 내부 또는 외부 중 나머지 일측에 부착하는 단계; 및
   상기 코어부재를 압축 성형하는 단계;를 포함하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수지 시트는 유리 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수지 시트는 상기 코어부재의 내부에 먼저 부착되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수지 시트를 상기 코어부재의 내부에 부착하는 단계는
   수지 시트를 링 형태로 가공하는 단계; 및
   링 형태로 가공된 수지 시트를 상기 코어부재의 내부에 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부에 부착하는 단계는
   상기 영구자석 고정홀에 삽입된 영구자석의 상부면이 덮이도록 상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부면에 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 수지 시트는 상기 코어부재의 상하방향을 기준으로 하여 일부만을 덮도록 부착되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
7. 제4항에 있어서,
   상기 링 형태로 가공된 수지 시트의 표면에 접착제를 도포하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
8. 외주면에 영구자석 고정홀 및 벤트홀이 원주방향으로 형성되고 폐단부에 체결공이 형성되는 코어부재를 사출 성형하여 제조하는 단계;
   상기 영구자석 고정홀의 일측면이 덮이도록 상기 코어부재의 내측면에 수지 시트를 부착하는 단계;
   상기 영구자석 고정홀에 영구자석을 삽입하는 단계;
   상기 삽입된 영구자석이 덮이도록 상기 코어부재의 외측면에 수지 시트를 부착하는 단계; 및
   상기 수지 시트가 부착된 코어부재를 압축 성형하는 단계;를 포함하며,
   상기 수지 시트는 상기 벤트홀 및 체결공을 제외하고 영구자석 고정홀 만을 덮도록 부착되는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 코어부재의 내측면에 수지 시트를 부착하는 단계는
   수지 시트를 링 형태로 가공하는 단계; 및
   가공된 수지 시트를 코어부재의 내측면에 삽입하여 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부에 부착하는 단계는
    상기 영구자석 고정홀에 삽입된 영구자석의 상부면이 덮이도록 상기 수지 시트를 상기 코어부재의 외부면에 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 가동자 제조방법.

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