KR20120090555A - 비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법 - Google Patents

비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20120090555A
KR20120090555A KR1020110011042A KR20110011042A KR20120090555A KR 20120090555 A KR20120090555 A KR 20120090555A KR 1020110011042 A KR1020110011042 A KR 1020110011042A KR 20110011042 A KR20110011042 A KR 20110011042A KR 20120090555 A KR20120090555 A KR 20120090555A
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Abstract

본 발명은 비정질 금속 스트립을 권선한 후 권선 코어를 직선 컷팅(절단)에 의해 얻어진 단위 코어 부품을 원하는 단위 코어 형상으로 조합하여 절연성 수지로 보빈을 형성함에 의해 단위 분할 코어를 쉽게 상호 연결이 가능하여, 다양한 구조의 모터에 응용 가능한 적층형 비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 전기 모터용 비정질 스테이터는 각각 코일이 권선되며 환형으로 조립되는 다수의 단위 분할 코어를 포함하며, 상기 다수의 단위 분할 코어 각각은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 것을 특징으로 한다.

Description

비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법{Amorphous Stator, Electric Motor Using the Same, and Producing Method thereof}
본 발명은 비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 비정질 금속 스트립을 권선한 후 권선 코어를 직선 컷팅(절단)에 의해 얻어진 단위 코어 부품을 원하는 단위 코어 형상으로 조합하여 절연성 수지로 보빈을 형성함에 의해 단위 분할 코어를 쉽게 상호 연결이 가능하여, 다양한 구조의 모터에 응용 가능한 적층형 비정질 스테이터, 이를 이용한 전기 모터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상용화가 가능한 복잡한 형상의 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립으로 쉽게 성형하면서도, 코어 손실이 낮은 비정질 합금 재료를 코어로 사용하여 구현함에 의해 고효율을 도모할 수 있고, 고주파 대역에서 에디 커런트 로스(Eddy current loss)가 감소하는 비정질 금속 스트립을 사용하여 코어 로스를 극소화할 수 있는 고속 전기 모터용 비정질 스테이터 및 이를 이용한 전기 모터에 관한 것이다.
최근의 고속 공작기계, 항공 모터 및 액츄에이터, 압축기 등 다양한 분야에 사용되는 많은 장치들은 15,000 ~ 20,000rpm을 초과하고 어떤 경우에는 100,000rpm에 이르는 고속에서 작동 가능한 전기 모터를 필요로 한다. 거의 대부분의 고속 전기장치는 낮은 자극계수로 제작되는데, 이는 고주파수에서 작동하는 전기장치 내의 자성체가 지나치게 과도한 코어손실을 갖지 않도록 하기 위함이다. 이것은 대부분의 모터에 사용되는 연자성체가 Si-Fe 합금으로 이루어져 있다는 사실이 주된 원인이다.
현재까지 저-손실 재료의 장점을 잘 이용하면서 제작이 용이한 전기장치를 저렴한 비용으로 제공하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 저-손실 재료를 종래의 장치에 적용하려는 지금까지의 시도는 대부분 실패였는데, 이는 초기의 설계가 전기장치의 자기 코어에 있어서, Si-Fe 등의 종래 합금을 비정질 금속 등의 새로운 연자성체로 단순히 대체시키는 것에 의존하기 때문이다. 이러한 전기장치는 때때로 낮은 손실을 갖는 향상된 효율을 나타내지만, 일반적으로 출력의 저하가 심하고, 비정질 금속의 성형/취급 관련하여 소요되는 비용이 크다는 어려움이 있다. 그 결과, 상업적 성공 또는 시장 진입이 이루어지지 않았다.
한편, 전형적으로 전기 모터는 무방향성 전기 강판으로 된 복수의 적층된 라미네이션(lamination)으로부터 형성된 자기 부재를 포함하고 있다. 각각의 라미네이션은 전형적으로 기계적으로 연한 무방향성 전기 강판을 소망하는 형상으로 스탬핑, 펀칭 또는 컷팅함으로써 형성된다. 상기 형성된 라미네이션은 이어 적층되어, 소망하는 형태를 갖는 로터 또는 스테이터를 형성하게 된다.
무방향성 전기 강판과 비교할 때, 비정질 금속은 우수한 자기 성능을 제공하지만, 특정한 물리적 특성과 가공에 대해 발생하는 장애 때문에 전기 모터용 스테이터와 로터로서 벌크 자기 부재로서의 사용이 적합하지 않다고 오랫동안 고려되고 있다.
예를 들면, 비정질 금속은 무방향성 전기 강판 보다 얇고 경하며, 따라서 가공 툴(fabrication tool)과 다이가 보다 급속하게 마모된다. 상기 툴링과 제조에 따른 비용 증가는 펀칭이나 스탬핑과 같은 통상의 기술과 비교할 때 벌크 비정질 금속 자기 부재를 가공하는 것이 상업적인 경쟁력을 갖지 못하게 한다. 비정질 금속 리본(또는 스트립)은 30-50um의 두께로 제작되므로 이를 성형하여 원하는 두께, 예를 들어, 150mm의 스테이터 코어를 형성하는 것은 수많은 라미네이션을 적층하여야 하며, 이러한 적층공정은 또한 비정질 금속 로터 또는 스테이터의 전체 비용을 상승시킨다.
이러한 점을 고려하여 공개특허 제2002-63604호에는 다면체 형상을 갖고, 다수의 비정질 스트립 층으로 구성되어 고 효율 전기 모터에 사용하기 위한 저-손실 비정질 금속 자기 부품을 제안하고 있다.
상기 공개특허 제2002-63604호는 선정된 길이로 비정질 금속 스트립 재료를 절단하여 절단 스트립을 적층하여 바(bar)를 형성하고, 적층 바를 에폭시 수지로 함침하여 경화시킨 후, 적층 바를 선정된 길이와 형상으로 절단하여 비정질 금속 자기 부품을 얻는다.
이 경우, 상기 공개특허 제2002-63604호는 복잡한 스테이터의 코어 형상을 구현하기 위하여 절단에 의해 얻어지는 자기 부품으로서 호상 표면을 갖는 다수의 4각형 블록과 다수의 프리즘 형상의 5각형 블록을 제조하고, 이들을 조합하여 스테이터용 코어를 제안하고 있다. 그러나, 단순한 직선 절단 공정으로는 원형의 호상 표면을 갖는 4각형 블록을 성형할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 공개특허 제2002-63604호는 직사각형의 티스가 내측 또는 외측으로 돌출된 자기 부품 즉, 스테이터용 코어 또는 로터용 백요크를 제안하고 있다. 그러나, 이러한 티스 형상을 갖는 코어는 단지 직선 절단 공정만으로 제조가 이루어질 수 없고, 비정질 스트립을 스테이터용 코어 형태로 스탬핑(stamping) 또는 에칭 등의 공정을 사용하여 성형한 후 이를 적층시키는 것이 요구된다.
더욱이, 상기 공개특허 제2002-63604호는 와인딩 코아를 절단하여 아크형 블록, 원형 블록 또는 디스크형 블록의 형태의 3차원 형상을 만들 수 있다고 개시하고 있으나, 상기와 같은 곡선 형상을 갖는 블록은 에폭시 수지로 함침/경화된 와인딩 코아의 절단에 의해 제조가 불가능하고 비정질금속 스트립의 스탬핑(stamping) 또는 에칭 등의 고가의 공정을 사용하여야 한다.
또한, 공개특허 제2005-103217호에는 다면체 형상 부분을 형성하기 위하여 복수의 비정질금속 스트립 층을 접착제로 접착하여 라미네이트한 저손실 벌크 비정질금속 자기 부재 및 이를 포함하는 전기 모터를 제안하고 있다.
상기 공개특허 제2005-103217호는 모터의 로터 또는 스테이터용 자기 부품으로서 미리 결정된 형상을 가지는 복수의 라미네이션을 형성하도록 비정질금속 스트립 재료를 절단하여 적층한 후 접착제로 일체화하여 제조하고 있다.
그러나, 상기 공개특허 제2005-103217호는 모터의 로터 또는 스테이터용 자기 부품이 원형의 형상 또는 곡면을 갖는 부품의 조합으로 이루어지거나, 복잡한 형상을 가지고 있어 이를 구현하기 위해 스탬핑 또는 포토 에칭 등의 방법을 적용하고 있다.
따라서, 상기한 공개특허 제2002-63604호나 제2005-103217호에 개시된 모터용 자기 부품은 원형의 형상 또는 곡면을 가지거나, 복잡한 형상을 가지고 있어 이를 구현하기 위해 스탬핑 또는 포토 에칭 등의 가공방법을 적용하는 것이 필요하나, 스탬핑 또는 포토 에칭 공정은 일반적으로 상업적인 경쟁력을 가질 수 없는 문제점이 있다.
즉, 30-50um 두께의 비정질금속 스트립 재료를 스탬핑 공정으로 스테이터용 코어 또는 로터용 백요크 형상을 갖는 다수의 라미네이션을 형성한 후, 이들을 적층하는 데 따른 스탬핑 설비는 내구성이 없고, 다수의 라미네이션을 적층하여 함침하는 설비와 공정 또한 대량생산성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 상개 공개특허에는 원론적인 코어 구조를 제안할 뿐 상용화가 가능한 싱글 로터 방식 또는 더블로터 방식의 모터에 적용 가능한 분할 코어 또는 일체형 코어 구조를 제안하지 못하였다.
한편, 전기 자동차용 구동모터와 같이 100kW의 고출력에 50,000rpm의 고속 모터를 규소 강판을 사용하여 구현하는 경우, 고속 회전에 기인하여 에디 커런트(Eddy Current)가 증가함에 따라 열 발생이 문제가 되며, 또한 대형 사이즈로 제작됨에 따라 인휠 모터 구조의 구동 방식에 적용이 불가능하고 자동차의 중량을 증가시킨다는 측면에서 바람직하지 못하다.
상기한 바와 같이, 비정질 스트립은 에디 커런트 로스(Eddy Current Loss)가 낮아 무방향성 전기 강판과 비교하여 우수한 자기 성능을 제공하나, 비정질 스트립을 권선 또는 성형 및 적층하여 제작되는 모터용 코어는 제조공정의 어려움으로 실용화가 어렵거나 상업적인 경쟁력을 갖고 있지 못하여, 전기 모터용 스테이터와 로터로서 벌크 자기 부재로서의 사용이 이루어지 못하였다.
더욱이, 고속, 고효율 전기 기구를 위해 필요한 우수한 자기적 및 물리적 특성의 조합을 나타내는 개선된 비정질금속 모터 부재들에 대한 필요성이 대두되고 있다. 비정질 금속을 효율적으로 사용하고, 여러 유형의 모터와 이에 사용된 자기부재들의 대량 생산을 위해 실행될 수 있는 제조방법의 개발이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 그 목적은 비정질 금속 스트립을 권선한 후 이를 단위 분할 코어의 형상으로 성형하거나 컷팅한 후 이들을 원하는 형상으로 조합하여 절연성 수지로 보빈을 형성함에 의해 단위 분할 코어의 상호 연결 구조를 갖는 비정질 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단지 비정질 금속 스트립을 권선한 후, 권선된 코어를 직선 컷팅(절단)만을 실시함에 의해 성형장치의 내구성을 보장할 수 있어 상업적인 경쟁력을 가질 수 있는 비정질 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상용화가 가능한 복잡한 형상의 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립으로 쉽게 성형하면서도, 코어 손실이 낮은 비정질 재료를 코어로 사용하여 구현함에 의해 고효율을 도모할 수 있는 비정질 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고주파 대역에서 에디 커런트 로스(Eddy current loss)가 감소하는 비정질 금속 스트립을 사용하여 코어 로스를 극소화할 수 있는 고출력, 고속 전기 모터용 비정질 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단일 스테이터-단일 로터, 분할 코어형 단일 스테이터-더블 로터 및 일체형 코어 구조의 스테이터-더블 로터에 적합한 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립을 적층한 적층형 코어로 구현한 전기 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 적층형 비정질 단위 분할 코어를 고정링을 사용하여 조립함에 의해 자기저항을 증가시키지 않으면서 단위 분할 코어간 결합이 가능하여 단일 스테이터-단일 로터 구조에서 코일 권선의 효율성을 도모할 수 있으며 사이즈와 무게를 최소화할 수 있는 전기 모터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법에 있어서, 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 무한 루프 형상의 적어도 하나의 권선 코어를 준비하는 단계; 및 상기 권선 코어를 성형하여 단위 분할 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법을 제공한다.
이 경우, 상기 단위 분할 코어는 "I", "H", "E", "C", "U" 중 어느 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단위 분할 코어가 "I", "H" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 사용하는 경우, 상기 단위 분할 코어를 형성하는 단계는 상기 권선 코어를 직선 컷팅하여 "C" 또는 "U"자 형상으로 성형하는 단계; 및 성형된 한쌍의 "C" 또는 "U"자 코어를 조합하여 "I", "H" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 단위 분할 코어를 환형으로 다수개 조합하여 일체형 코어를 형성하는 단계; 및 상기 환형 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 일체형 스테이터 코어는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 형성하는 단계; 및 상기 보빈에 구비된 결합 구조를 이용하여 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립하여 환형의 스테이터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 단위 분할 코어의 내측 플랜지 또는 외측 플랜지가 상호 밀착되며, 상기 환형의 스테이터는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 간격을 두고 배치되며, 상기 환형의 스테이터는 더블 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 이용하여 조립될 수 있다.
상기 환형의 스테이터가 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용되는 경우, 상기 환형의 스테이터 코어는 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 이용하여 조립될 수 있다.
본 발명은, 상기 권선 코어를 접착제를 사용하여 고정시키는 단계; 및 상기 권선 코어를 고정시키기 전 또는 이후에 권선 코어의 자기적 특성을 구현하도록 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비정질 합금은 Fe계, Co계, Ni계 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 권선 코어를 성형하는 단계는 권선 코어를 절곡 성형하거나 1/2로 절단할 수 있으며, 상기 권선 코어를 절단 성형한 후, 절단면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 무한 루프 형상의 적어도 하나의 권선 코어를 준비하는 단계; 상기 권선 코어를 접착제를 사용하여 고정시키는 단계; 상기 권선 코어를 절단하여 "C" 또는 "U"자 형상의 코어를 형성하는 단계; 상기 "C" 또는 "U"자 형상의 코어를 조합하여 "I" 또는 "H"자 형상의 다수의 단위 분할 코어를 형성하는 단계; 상기 다수의 단위 분할 코어 각각의 외주에 보빈을 형성하는 단계; 각 상별로 단위 분할 코어의 보빈에 코일을 권선하는 단계; 및 상기 보빈에 구비된 결합 구조를 이용하여 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 권선 코어의 절단은 직선 컷팅에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 둘러싸는 환형의 스테이터 지지체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 고정링을 사용하여 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 전기 모터용 비정질 스테이터는 각각 코일이 권선되며 환형으로 조립되는 다수의 단위 분할 코어를 포함하며, 상기 다수의 단위 분할 코어 각각은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 것을 특징으로 한다.
상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 보빈간 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며, 상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 간격을 두고 배치되며, 상기 환형의 스테이터는 더블 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
이 경우, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 얻어진 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 형성되는 "I"자 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며, 상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 단위 분할 코어의 내측 플랜지 또는 외측 플랜지가 상호 밀착되며, 상기 환형의 스테이터는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
이 경우, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 얻어진 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 구비하며, 인너 로터와 조합하여 사용되는 경우 상기 보빈의 외측 플랜지에는 양단부에 각각 인접한 단위 분할 코어의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기와 결합 요홈을 구비하고, 상기 보빈의 외측 플랜지는 단위 분할 코어의 외측 플랜지 내주부에 배치될 수 있다.
본 발명의 비정질 스테이터는, 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 둘러싸는 스테이터 지지체를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 비정질 스테이터는, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 고정시키기 위한 적어도 한쌍의 고정 브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 단위 분할 코어는 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어로 이루어지며, 상기 스테이터는 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 조합하여 형성되며, 환형 요크와 요크로부터 외측 또는 내측으로 돌출된 다수의 티스를 구비하는 환형의 일체형 스테이터 코어; 및 상기 환형의 일체형 스테이터 코어의 티스에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 전기 모터는 각각 코일이 권선되는 다수의 단위 분할 코어를 구비하는 스테이터; 및 상기 스테이터와 간격을 두고 대향하여 배치되고 N극 및 S극 영구자석이 교대로 백요크에 장착되며 상기 스테이터와의 상호 작용에 의해 회전되는 로터를 포함하며, 상기 다수의 단위 분할 코어 각각은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터는 다수의 "U"자 형 단위 분할 코어의 양 측면을 각각 접합하여 환형 요크로부터 다수의 티스가 내측 또는 외측으로 돌출된 일체형 스테이터 코어; 상기 다수의 티스 각각의 선단부를 제외하고 스테이터 코어를 피복함과 동시에 코일 권선에 필요한 플랜지를 구비하는 보빈; 및 상기 보빈의 외주에 권선되는 코일을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스테이터는 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 다수의 단위 분할 코어; 상기 다수의 단위 분할 코어 각각의 외측에 형성되며, 환형으로 상호 결합이 이루어지도록 내측 또는 외측 플랜지의 양측 단부에 결합구조를 구비하는 보빈; 및 상기 보빈의 외주에 권선되는 코일을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 보빈의 내측 또는 외측 플랜지의 양측 단부에 구비된 결합구조는 결합 돌기와 결합 요홈으로 이루어지거나, 결합 돌기와 결합 링으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 비정질 금속 스트립을 권선한 후 이를 단위 분할 코어의 형상으로 성형하거나 컷팅한 후 이들을 원하는 형상으로 조합하여 절연성 수지로 보빈을 형성함에 의해 상호 연결이 가능하며, 단지 권선된 코어를 직선 컷팅(절단)만을 실시함에 의해 성형장치의 내구성을 보장할 수 있어 상업적인 경쟁력을 가질 수 있다.
본 발명은 상용화가 가능한 복잡한 형상의 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립으로 쉽게 성형하면서도, 코어 손실이 낮은 비정질 재료를 코어로 사용하여 구현함에 의해 고효율을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고주파 대역에서 에디 커런트 로스(Eddy current loss)가 감소하는 비정질 금속 스트립을 사용하여 코어 로스를 극소화할 수 있다.
일반적으로 규소 강판을 적층한 구조에서는 단위 분할 코어 사이에 자기저항을 증가시키지 않으면서 상호 연결하는 것이 어려워 단일 스테이터-단일 로터 구조의 모터를 구현하기 어려웠으나, 본 발명에서는 적층형 비정질 단위 분할 코어를 고정링을 사용하여 조립함에 의해 자기저항을 증가시키지 않으면서 단위 분할 코어간 결합이 가능하여 단일 스테이터-단일 로터 구조에서 코일 권선의 효율성을 도모할 수 있으며 사이즈와 무게를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 단일 스테이터-단일 로터, 분할 코어형 단일 스테이터-더블 로터 및 일체형 코어 구조의 스테이터-더블 로터에 적합한 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립을 적층한 적층형 코어로 구현함에 의해 다양한 용도로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 단위 분할 코어로 이루어진 스테이터로서, 아웃터 로터와 조합되어 사용될 수 있는 구조를 나타낸 개략 구성도,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체의 제조방법을 나타내는 공정도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 분할 코어 조립체로 이루어진 스테이터와 더블 로터가 조합된 전기 모터를 나타내는 직경방향 단면도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체의 제조방법을 나타내는 개략 공정도,
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 아웃터 로터가 조합된 전기 모터를 나타내는 직경방향 단면도,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어의 제조방법을 나타내는 개략 공정도,
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 인너 로터가 조합된 전기 모터를 나타내는 직경방향 단면도,
도 9a 내지 도 9f는 제5실시예에 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어의 제조방법을 나타내는 개략 공정도,
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체를 조합하여 가조립한 스테이터와 인너 로터가 조합된 전기 모터를 나타내는 직경방향 단면도,
도 11a 내지 도 11c는 도 10에 도시된 분할 코어 조립체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도,
도 12는 도 10에 도시된 다수의 분할 코어 조립체를 조립/고정하는 데 사용되는 고정링을 나타낸 평면도,
도 13은 가조립한 분할 코어 조립체를 도 12의 고정링을 사용하여 고정시킨 구조를 설명하기 위한 부분도,
도 14는 본 발명의 제7실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합하여 형성된 일체형 코어 구조의 스테이터와 더블 로터가 조합된 전기 모터를 나타내는 직경방향 단면도,
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제7실시예에 따른 일체형 코어 구조의 스테이터를 구성하는 데 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 나타낸다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
후술하는 설명에서 편의상 도면에 보빈이 형성되지 않은 코어만으로 스테이터를 나타낼 수 있으며, 또한, 보빈이 형성된 단위 분할 코어 또는 일체형 코어에 코일이 권선된 것을 생략하여 나타낼 수 있으며, 더욱이, 단위 분할 코어 또는 일체형 코어에 인서트 몰딩에 의해 수지로 다수의 단위 분할 코어 또는 일체형 코어를 둘러쌓음에 의해 환형으로 일체화된 형상을 생략하여 나타낼 수 있다.
또한, 후술하는 설명에서 분할 코어 조립체는 단위 분할 코어에 보빈이 형성된 후 코일이 권선된 것을 의미하고, 단위 분할 코어는 비정질 금속 스트립으로 성형된 후 보빈이 형성되지 않은 것을 지칭한다. 그러나, 도면에 설명의 편의를 위해 단위 분할 코어가 도시되어 있을지라도 설명에서는 이를 분할 코어 조립체로서 지칭하는 경우도 발생하며, 필요에 따라 분할 코어 조립체를 약칭하여 단위 분할 코어로 지칭할 수 있으며 이는 발명의 전체적인 내용으로부터 당업자에게 쉽게 이해 가능할 것이다.
비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어는 후술하는 바와 같이, 단위 분할 코어에 일체로 형성되는 보빈의 형상에 따라 분할 코어형 또는 일체형 코어 구조의 스테이터를 구성하여 더블 로터 또는 단일 로터(인너 로터 또는 아웃터 로터)와 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 보빈의 형태에 따라 코일이 권선된 분할 코어 조립체를 고정링으로 고정시켜서 일체화하거나, 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어 조립체를 일체화할 수 있다.
따라서, 하기에 도면을 참고하여 설명되는 실시예 설명은 단지 하나의 응용예를 나타내는 것일 뿐 다른 타입으로 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해하여야 할 것이다.
첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 단위 분할 코어로 이루어진 스테이터로서, 아웃터 로터와 조합되어 사용될 수 있는 구조를 나타낸 개략 구성도, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 2a 내지 도 2e를 참고하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 2a 및 도 2b와 같이 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 직경으로 권취한다. 이 경우, 권선기의 보빈은 보빈에 권선된 권선 코어가 후속 공정에서 절곡 성형되는 것을 고려하여 사각형 또는 원형으로 이루어진 것을 사용한다. 비정질 금속 스트립은 비정질 합금의 용융합금을 액체급냉법으로 제조되며, 10~50㎛의 두께와 25mm~300mm 폭으로 제조된다. 본 발명에서는 하나의 단위 분할 코어를 위해 원하는 분할 코어의 높이를 고려하여 1 또는 다수개의 권선 코어(11:11a-11c)를 준비한다. 상기 권선 코어(11:11a-11c)는 무한 루프 형상을 이룬다.
사용 가능한 비정질 자성 합금은 특별히 제한되지 않으나 비용 및 자기 코어로서의 특성을 고려할 때 Fe계 또는 Co계 합금이 바람직하며, 보다 상세히, 사용 가능한 비정질 합금은 Fe계로는 Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si-B, Fe-Si-N, 및 Fe-Si-B-C를 들 수 있으며, Co계로는 Co-Fe-Si-B, Co-Fe-Ni-Si-B를 들 수 있다. 더욱 바람직한 비정질 합금 재료는 Fe80B11Si3로 정의되는 조성을 갖는 합금이다.
이 경우, 상기 권선 코어(11-11c)는 예를 들어, 에폭시 계열 수지, 아크릴 계열 수지, 실리콘 또는 니스와 같은 접착제를 사용하여 고정시키는 것이 필요하다. 이를 위해 예를 들어, 에폭시 수지를 바람직하게는 진공 함침시킨 후 경화시킨다.
또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정이 이루어지기 전에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 예를 들어, 380 내지 450℃ 사이에서 열처리(어닐링)가 이루어질 수 있다. 열처리는 원하는 투자율을 얻기 위한 것으로서, 투자율이 높아지는 경우, 코어 손실(Core loss)이 줄어들고, 포화자속밀도(Bs)가 커지며, 보자력(Hc)이 작아지고, 또한 각형비가 증가하게 된다.
에폭시계 접착제는 예를 들어, 400℃에서 타버리게 되므로 접착제 함침 공정 이전에 열처리가 이루어지는 것이 바람직하나, 접착제의 종류에 따라 열처리 이전에 접착제 함침공정이 실시될 수도 있다.
단위 분할 코어는 일반적으로 "I"자 또는 "H"자 형상으로 이루어지며, 이를 위해 권선 코어(11-11c)는 도 2c와 같이 적절한 지그(13)를 이용하여 절곡시킴에 의해 도 2d에 도시된 "I"자 또는 "H"자 형상으로 절곡 성형된 단위 분할 코어(15)를 얻는다. 상기 절곡 성형된 단위 분할 코어(15)는 내측 및 외측 플랜지(15a,15b)를 구비하고 내측 플랜지와 외측 플랜지 사이에 코일이 권선된다.
또한, 상기 "I"자 또는 "H"자 형상으로 절곡 성형된 단위 분할 코어(15)는 후술하는 제2 내지 제7 실시예에 따른 단위 분할 코어를 제조하기 위한 "C"자 또는 "U"자 형상의 부분품 형상을 이루도록 적절한 지그(13)나 금형을 이용하여 절곡 성형될 수 있다.
얻어진 단위 분할 코어(15)는 도 2e와 같이 코일 권선에 필요한 절연체로서 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 단위 분할 코어(15)의 외주에 보빈(17)을 일체로 형성한다.
상기 보빈(17)은 단위 분할 코어(15)의 형상에 대응한 형상을 가지며, 대략 "I"자 또는 "H"자 형상을 가진다. 이 경우, 내측 또는 외측 플랜지(17c,17d)에는 인접한 단위 분할 코어(15)의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기(17a)와 결합 요홈(17b)을 각각 형성하는 것이 바람직하다.
상기 보빈(17)이 일체로 형성된 단위 분할 코어(15)는 그 후 보빈의 중간부분에 코일이 권선되어 분할 코어 조립체(10)를 형성한 후, 보빈(17)에 형성된 결합 돌기(17a)와 결합 요홈(17b)을 이용하여 환형으로 가조립이 이루어진다.
그 후, 환형으로 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(10a-10r)는 벌크 몰딩 콤파운드(BMC)와 같은 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화할 수 있다.
이 경우, 다수의 분할 코어 조립체(10a-10r)의 단위 분할 코어(15)와 코어 사이가 상호 연결되지 않는 구조의 분할 코어형 스테이터를 형성하는 경우 스테이터의 내측 및 외측에 각각 배치되는 더블 로터와 조합하여 사용될 수 있다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 도 2d에 도시된 다수의 단위 분할 코어(15)를 사용하여 단위 분할 코어(15)의 내측 플랜지(15a)가 상호 연결된 구조를 갖도록 하여 상호 연결된 내측 플랜지(15a)가 자속이 통과하는 자기회로 경로를 형성하는 분할 코어형 스테이터(3)는 아웃터 로터와 조합되어 사용될 수 있는 구조이다.
이하에 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 분할 코어 조립체로 이루어진 스테이터를 더블 로터와 조합한 모터 구조에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 분할 코어 조립체로 이루어진 스테이터와 더블 로터가 조합된 모터를 나타내는 직경방향 단면도, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어의 제조방법을 나타내는 개략 공정도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 모터는 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식으로서, 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)로 이루어진 스테이터(3)와 더블 로터(50)가 조합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 모터(1)는 크게 각 상(U, V, W)별로 다수의 단위 분할 코어(32)에 일체로 형성된 보빈(33)의 외주에 코일(34)이 연속 권선된 후 보빈(33)에 일체로 형성된 상호 결합 구조를 이용하여 환형으로 조립이 이루어지는 스테이터(3); 상기 스테이터(3)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)을 갖고 환형으로 배치되며, 다수의 자석(4a)이 링 형상의 내부 요크(4b)에 배치되어 있는 내부로터(4)와, 다수의 자석(5a)이 링 형상의 외부 요크(5b)에 배치되어 있는 외부로터(5)와, 상기 내부로터(4)와 외부로터(5)를 상호 연결함과 동시에 중심부로 연장된 로터 지지프레임(6)을 포함하는 더블로터(50); 및 일단이 로터 지지프레임(6)의 중심부에 예를 들어, 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱을 통하여 연결되는 회전축(7)을 포함하고 있다.
도 3에 도시된 상기 더블로터(50)는 내부로터(4)와 외부로터(5)가 백 요크의 외주에 N극 및 S극의 영구자석이 교대로 장착된 구조를 나타내고 있으나, N극 및 S극이 분할 착자된 링 형태의 영구자석이 결합된 SPM 타입의 로터를 사용하는 것도 가능하다.
상기 스테이터(3)를 구성하는 다수의 분할 코어 조립체(30)는 도 4a 내지 도 4d의 제조공정에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 분할 코어 조립체의 제조방법은 먼저, 도 4a와 같이 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 직경으로 권취한다. 이 경우, 권선기의 보빈은 사각형 또는 원형으로 이루어진 것을 사용한다. 본 발명에서는 하나의 단위 분할 코어를 위해 원하는 분할 코어의 높이를 고려하여 1 또는 다수개의 권선 코어(31)를 준비한다. 이 경우, 권선 코어(31)는 직사각형을 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 권선 코어(31)는 제1실시예와 동일하게 접착제를 진공 함침에 의해 스트립 사이에 함침시키고 경화시켜서 고정한다.
또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정이 이루어지기 전에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 예를 들어, 380 내지 450℃ 사이에서 열처리(어닐링)가 이루어질 수 있다. 에폭시계 접착제는 예를 들어, 400℃에서 타버리게 되므로 접착제 함침 공정 이전에 열처리가 이루어지는 것이 바람직하나, 접착제의 종류에 따라 열처리 이후에 접착제 함침공정이 실시될 수도 있다.
단위 분할 코어는 일반적으로 "I"자 또는 "H"자 형상으로 이루어지며, 이를 위해 권선 코어(31)는 도 4b와 같이 1/2로 절단(cutting)하여 2개의 "C"자형 코어(32a,32b)를 준비한다. 상기 절단공정은 예를 들어, 연마훨, 와이어 컷팅, 방전가공, 워터제트 등과 같은 방법으로 수행하며, 바람직하게는 "C"자형 코어(32a,32b)의 절단면은 에디커런트 로스를 최소화하기 위해 폴리싱 공정을 수행하는 것이 좋다.
이어서, 도 4c와 같이 분할된 2개의 "C"자형 코어(32a,32b)의 절단 반대면을 접착시킴에 의해 "I"자 또는 "H"자 형상으로 조합한다. 상기 조합 성형된 단위 분할 코어(32)는 내측 및 외측 플랜지를 구비하고 내측 플랜지와 외측 플랜지 사이에 코일이 권선된다.
얻어진 단위 분할 코어(32)는 도 4d와 같이 코일 권선에 필요한 절연체로서 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 단위 분할 코어(32)의 외주에 보빈(33)을 일체로 형성한다.
상기 보빈(33)은 단위 분할 코어(32)의 형상에 대응한 형상을 가지며, 대략 "I"자 또는 "H"자 형상을 가진다. 이 경우, 내측 또는 외측 플랜지(33c,33d)에는 인접한 단위 분할 코어(32)의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기(33a)와 결합 요홈(33b)을 각각 형성하는 것이 바람직하다. 도시된 예에서는 외측 플랜지(33d)에 결합 돌기(33a)와 결합 요홈(33b)이 형성된 것을 예시하고 있으나, 내측 플랜지(33c)에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도 4d에 도시된 실시예에서는 보빈의 외측 플랜지(33d)에 결합 돌기(33a)와 결합 요홈(33b)이 각각 형성된 것을 예시하고 있으나, 도 3의 분할 코어 조립체(30c,30r)와 같이 하나의 보빈에는 플랜지의 양단부에 모두 결합 돌기(33a)를 형성하고, 다른 하나의 보빈에는 플랜지의 양단부에 모두 결합 요홈(33b)을 형성하는 것도 가능하다.
상기 보빈(33)이 일체로 형성된 단위 분할 코어(32)는 그 후 보빈의 중간부분에 코일(34)이 권선되면 분할 코어 조립체(30)가 얻어진다. 얻어진 분할 코어 조립체(30)는 보빈(33)에 형성된 결합 돌기(33a)와 결합 요홈(33b)을 이용하여 환형으로 가조립이 이루어진다.
이 경우, 코일(34)의 권선은 각 상(U, V, W)별로 다수의 단위 분할 코어(32)에 일체로 형성된 보빈(33)의 외주에 연속 권선되어 얻어진 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)는 그 후 각 상별로 하나씩 순차적으로 조합되어 도 3과 같이 가조립이 이루어지는 것이 바람직하다.
그 후, 환형으로 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)는 벌크 몰딩 콤파운드(BMC)와 같은 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형으로 일체화하여 일체형 스테이터를 형성한다.
이 경우, 제2실시예에 따른 분할 코어형 스테이터는 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)의 코어와 코어 사이가 상호 연결되지 않는 구조로서, 스테이터의 내측 및 외측에 각각 내부로터(4)와 외부로터(5)가 배치되는 더블 로터(50)와 조합하여 사용될 수 있다.
한편, 환형으로 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)는 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화하는 대신에 도 12에 도시된 한쌍 또는 2쌍의 고정링 또는 고정브라켓(35)을 분할 코어 조립체(30a-30r)의 전/후면에 조립한 후 볼트/너트를 체결하여 고정하거나 또는 보빈(33)에 일체로 형성된 결합돌기를 한쌍의 고정링 또는 고정브라켓의 결합구멍에 결합한 후 초음파 융착 또는 열 융착시킴에 의해 고정하는 것도 가능하다.
이와 같이, 다수의 분할 코어 조립체(30a-30r)가 고정링 또는 고정브라켓(35)을 이용하여 BMC 몰딩 없이 환형으로 조립/고정되는 경우 스테이터의 경량화는 물론 분할 코어 조립체(30a-30r) 사이의 틈새는 공기순환경로를 이루게 된다.
이하에 도 5 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 다수의 분할 코어 조립체로 이루어진 스테이터를 아웃터 로터와 조합한 모터 구조에 대하여 설명한다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 아웃터 로터가 조합된 모터를 나타내는 직경방향 단면도, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어의 제조방법을 나타내는 개략 공정도이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 모터(1a)는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3a)와 아웃터 로터(50a)가 조합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 모터(1a)는 크게 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3a)와 아웃터 로터(50a)를 포함하며, 상기 아웃터 로터(50a)는 제2실시예에 따른 외부로터(5)와 동일한 구조를 가진다. 즉, 아웃터 로터(50a)는 다수의 자석(5a)이 링 형상의 외부 요크(백요크)(5b)에 배치되어 있는 SPM 타입의 로터를 예시하고 있으나, 백요크의 내주에 N극 및 S극이 분할 착자된 링 형태의 영구자석이 결합된 구조도 가능하다.
이하에 제3실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3a)의 제조방법을 도 7a 내지 도 7c를 참고하여 설명한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 단위 분할 코어의 제조방법은 먼저, 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 형상으로 권취하여 도 7a에 도시된 6각형으로 이루어진 권선 코어(41)를 준비한다. 이 경우, 권선기의 보빈은 도 7a의 권선 코어(41)와 같이 대향하는 양변이 평행하고 나머지 4변은 각각 대각선 방향의 두변이 평행하게 이루어진 6각형으로 이루어진 것을 사용하거나, 또는 직사각형으로 이루어진 보빈을 사용할 수 있다. 직사각형 보빈을 사용한 경우 직사각형으로 권선한 후 6각형으로 성형하여 사용한다.
이 경우, 상기 권선 코어(41)는 제1실시예와 동일하게 접착제를 진공 함침에 의해 스트립 사이에 함침시키고 경화시켜서 고정한다.
또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정 전 또는 이후에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 열처리(어닐링)를 실시한다.
아웃터 로터와 조합될 일체형 코어를 갖는 스테이터(3a)의 티스(40)는 방사상으로 배향되어야 하므로 각각의 "U"자형 코어(42a,42b)는 선단부가 90°보다 더 큰 각도로 절곡된 "U"자형 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이를 위해 권선 코어(41)는 도 7b와 같이 1/2로 절단(cutting)하여 2개의 "U"자형 코어(42a,42b)를 준비한 후, 바람직하게는 "U"자형 코어(42a,42b)의 절단면은 에디커런트 로스를 최소화하기 위해 폴리싱 공정을 수행하는 것이 좋다.
이어서, 도 7c와 같이 분할된 2개의 "U"자형 코어(42a,42b)의 측면을 접착시킴에 의해 "E"자 형상으로 조합된 단위 분할 코어(42)를 준비한다.
동일한 방법으로 준비된 18개의 단위 분할 코어(42)의 측면을 접착제로 접착시키면 환형 구조의 일체형 코어가 얻어진다. 환형의 일체형 코어는 상호 접착되는 18개의 단위 분할 코어의 측면이 방사상으로 돌출되는 18개의 티스(40a-40r)를 구비하며, 단위 분할 코어의 내측은 상호 연결되어 환형 요크(44)를 형성하고 있다. 상기 환형 요크(44)는 자기회로 경로를 형성한다.
그 후, 각 티스(40a-40r)에 코일(34)을 권선할 때 필요한 절연용 보빈(43b)과 환형 요크(44)를 둘러싸는 환형 몸체(43a)를 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성하여 스테이터 지지체(43)를 형성하면 도 5에 도시된 일체형 코어를 갖는 스테이터(3a)가 얻어진다. 보빈(43b)은 성형시에 코일(34)이 권선되는 영역을 한정하도록 선단부에 외측 플랜지를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 스테이터(3a)에 대한 코일(34)의 권선은 티스(40a-40r) 사이의 슬롯을 통하여 주지된 방법으로 각 상별로 교대로 이루어진다.
그 후, 코일(34)이 권선된 스테이터(3a)는 증강된 실링 성능이 요구되는 경우, 벌크 몰딩 콤파운드(BMC)와 같은 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 티스(40a-40r)와 환형 몸체(43a)를 포함하여 환형으로 둘러싸는 일체형 스테이터를 형성할 수 있다.
이 경우, 제3실시예에 따른 일체형 코어를 갖는 스테이터(3a)는 환형 요크(44)를 따른 자기회로 경로가 형성되므로 아웃터 로터와 조합되어 사용된다.
한편, 도 6은 각각 본 발명의 제4 실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 아웃터 로터가 조합된 모터를 나타내는 것으로, 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터는 BMC 몰딩을 생략한 구조를 제안하고 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 모터(1b)는 제3실시예와 유사하게 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3b)와 아웃터 로터(50a)가 조합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 모터(1b)에서 상기 아웃터 로터(50a)는 제2 및 제3 실시예에 따른 외부로터(5)와 동일한 구조를 가진다.
이하에 본 발명의 제4실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3b)에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 상기 도 7a 내지 도 7c의 공정을 통하여 "E"자 형상으로 조합된 단위 분할 코어(42)를 다수 개, 예를 들어, 18개 준비한다.
그 후, 준비된 18개의 단위 분할 코어(42)의 측면을 접착제로 접착시키면 환형 구조의 일체형 코어가 얻어진다. 환형의 일체형 코어는 상호 접착되는 18개의 단위 분할 코어의 측면이 방사상으로 돌출되는 18개의 티스(40a-40r)를 구비하며, 단위 분할 코어의 내측은 상호 연결되어 환형의 몸체(44)를 형성하고 있다. 상기 일체형 코어는 아웃터 로터(50a)의 자석(5a) 및 내부 요크(백요크)(5b)와 함께 자기회로 경로를 형성한다.
그 후, 각 티스(40a-40r)에 코일(34)을 권선할 때 필요한 18개의 절연용 보빈(43b)을 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성한 후, 보빈(43b)에 주지된 방법으로 각 상별로 교대로 코일(34)을 권선한다. 보빈(43b)은 성형시에 코일(34)이 권선되는 영역을 한정하도록 각 티스(40a-40r)의 선단부 및 내측부에 외측 및 내측 플랜지를 형성하는 것이 바람직하다.
그 후, 제3실시예의 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화하는 대신에 한쌍 또는 두쌍의 고정링 또는 고정브라켓(45)을 코일(34)이 권선된 보빈(43b)의 선단부와 환형 몸체(44)의 내주부에 조립한 후 볼트/너트를 체결하여 고정하거나 또는 보빈(43b)에 일체로 형성된 결합돌기를 한쌍의 고정링 또는 고정브라켓의 결합구멍에 결합한 후 초음파 융착 또는 열 융착시킴에 의해 고정하는 것도 가능하다.
이하에 도 8 및 도 9a 내지 도 9f를 참고하여 본 발명의 제5실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터를 인너 로터와 조합한 모터 구조에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 인너 로터가 조합된 모터를 나타내는 직경방향 단면도, 도 9a 내지 도 9f는 제5실시예에 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어의 제조방법을 나타내는 개략 공정도이다.
본 발명의 제5실시예에 따른 모터(1c)는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3c)와 인너 로터(50b)가 조합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제5실시예에 따른 모터(1c)는 레이디얼 타입으로서, 크게 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3c)와 인너 로터(50b)를 포함하며, 상기 인너 로터(50b)는 제2실시예에 따른 내부로터(4)와 동일한 구조를 가진다. 즉, 인너 로터(50b)는 다수의 자석(4a)이 링 형상의 내부 요크(백요크)(4b)의 외부면에 배치되어 있는 SPM 타입의 로터를 예시하고 있으나, 또한 백요크의 내부에 N극 및 S극의 영구자석이 교대로 삽입되어 있는 IPM 타입의 로터도 적용될 수 있다.
이하에 제5실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3c)의 제조방법을 도 9를 참고하여 설명한다.
본 발명의 제5실시예에 따른 단위 분할 코어의 제조방법은 먼저, 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 형상으로 권취하여 도 9(a)에 도시된 직사각형으로 이루어진 권선 코어(61)를 준비한다.
상기 권선 코어(41)는 제1실시예와 동일하게 접착제를 진공 함침에 의해 스트립 사이에 함침시키고 경화시켜서 고정한다. 또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정 전 또는 이후에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 열처리(어닐링)를 실시한다.
인너 로터와 조합될 일체형 코어를 갖는 스테이터(3c)의 티스(60a-60r)는 도 8과 같이 중심방향으로 배향되어야 하므로 각각의 단위 분할 코어(62a,62b)는 2 선단부가 90°보다 더 작은 각도로 절곡된 "U"자형 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이를 위해 권선 코어(61)는 도 9(b)와 같이 1/2로 절단(cutting)하여 2개의 "U"자형 단위 분할 코어(62a,62b)를 준비한 후, 단위 분할 코어(62a,62b)의 2 선단부를 내측으로 절곡하여 절곡된 단위 분할 코어(62c)를 형성한다. 그 후, 바람직하게는 절곡된 단위 분할 코어(62c)의 절단면에 대한 폴리싱 공정을 수행한다.
이어서, 도 9(f)와 같이 2개의 절곡된 분할코어(62c)의 측면을 접착시킴에 의해 "E"자 형상으로 조합된 단위 분할 코어(62)를 준비한다.
또한, 상기 절곡된 단위 분할 코어(62c)는 권선기(winder)의 보빈이 사다리꼴 형상으로 이루어진 것을 사용하여 비정질 금속 스트립을 권선함에 의해 도 9(d)에 도시된 사다리꼴 형상으로 이루어진 권선 코어(61a)를 준비한 후, 평행한 2변 중 짧은 길이를 갖는 변을 절단하여 제거하면 도 9(e)에 도시된 바와 같이 절곡된 단위 분할 코어(62c)를 바로 얻는 것도 가능하다.
그 후, 동일한 방법으로 준비된 18개의 "E"자 형상으로 조합된 단위 분할 코어(62)의 측면을 접착제로 접착시키면 환형 구조의 일체형 코어가 얻어진다. 환형의 일체형 코어는 상호 접착되는 18개의 단위 분할 코어(62)의 측면이 중심방향으로 돌출되는 18개의 티스(60a-60r)를 구비하며, 단위 분할 코어의 외측은 상호 연결되어 환형 요크(64)를 형성하고 있다. 상기 일체형 코어는 인너 로터(50b)의 자석(4a) 및 내부 요크(백요크)(4b)와 함께 자기회로 경로를 형성한다.
이어서, 상기 일체형 코어의 각 티스(60a-60r)에는 도 8과 같이 코일(34)을 권선하는 데 필요한 보빈(63)을 일체로 형성한 후 코일(34)을 권선하고, 실링 성능과 내구성 등을 증강시키기 위하여 BMC 인서트 몰딩을 실시하거나, 보빈(63)과 일체형 코어의 환형 요크(64) 모두를 커버하는 스테이터 지지체를 수지로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 일체형 코어의 각 티스(60a-60r)에 도 8과 같이 보빈(63)을 일체로 형성한 후 코일(34)을 권선하고, 한쌍의 고정링 또는 고정브라켓(65)을 스테이터의 전/후면에 조립한 후 볼트/너트를 체결하여 고정하거나 또는 보빈(63)에 일체로 형성된 결합돌기를 한쌍의 고정링 또는 고정브라켓의 결합구멍에 결합한 후 초음파 융착 또는 열 융착시킴에 의해 고정하는 것도 가능하다.
이하에 도 10 내지 도 13을 참고하여 본 발명의 제6실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체를 조합하여 가조립한 스테이터와 인너 로터가 조합된 모터 구조에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체를 조합하여 가조립한 스테이터와 인너 로터가 조합된 모터를 나타내는 직경방향 단면도, 도 11은 도 10에 도시된 분할 코어 조립체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도, 도 12는 도 10에 도시된 다수의 분할 코어 조립체를 조립하는 데 사용되는 고정링을 나타낸 평면도, 도 13은 도 10의 고정링을 사용하여 가조립한 분할 코어 조립체를 고정시킨 구조를 설명하기 위한 부분도이다.
본 발명의 제6실시예에 따른 모터(1d)는 비정질 금속 스트립으로 성형된 분할 코어 조립체를 조합한 후 일체화시킨 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3d)와 인너 로터(50b)가 조합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제6실시예에 따른 모터(1d)는 레이디얼 타입으로서, 크게 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3d)와 인너 로터(50b)를 포함하며, 상기 인너 로터(50b)는 제5실시예에 따른 인너 로터(50b)와 동일한 구조를 가진다.
이하에 제6실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3d)의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 제6실시예에 따른 분할 코어 조립체의 제조방법은 먼저, 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 형상으로 권취하여 도 11(a)에 도시된 직사각형으로 이루어진 권선 코어(310)를 준비한다.
상기 권선 코어(310)는 제1실시예와 동일하게 접착제를 진공 함침에 의해 스트립 사이에 함침시키고 경화시켜서 고정한다. 또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정 전 또는 이후에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 열처리(어닐링)를 실시한다.
인너 로터와 조합되어 함께 사용되는 스테이터를 다수의 분할 코어 조립체를 조합하여 구성하는 경우, 각각의 분할 코어 조립체는 도 10에 도시된 바와 같이, "I"자 형상으로 이루어지되, 코어의 외측 플랜지가 내측 플랜지 보다 길이가 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.
이를 위해 권선 코어(310)는 도 11(a)와 같이 1/2로 절단(cutting)하여 2개의 "C"자형 코어(320a,320b)를 준비한다. 상기 절단공정은 단위 분할 코어(320)의 외측 플랜지(322)가 내측 플랜지(321) 보다 길이가 더 길게 형성되도록 대향하는 변의 중간으로부터 일측과 타측으로 변위된 지점에 설정된 절단선(C1,C2)에서 절단이 이루어지는 것이 바람직하다.
이어서, 도 11(b)와 같이 분할된 2개의 "C"자형 코어(320a,320b)의 절단 반대면을 접착시키되 외측 플랜지(322)가 내측 플랜지(321) 보다 길이가 더 길게 형성되도록 "I"자 형상으로 조합하여 단위 분할 코어(320)를 형성한다.
상기 조합 성형된 단위 분할 코어(320)는 내측 및 외측 플랜지(321,322)를 구비하고 도 11(c)와 같이 내측 플랜지(321)와 외측 플랜지(322) 사이에 코일 권선에 필요한 절연체로서 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 단위 분할 코어(320)의 외주에 보빈(330)을 일체로 형성한다.
상기 보빈(330)은 단위 분할 코어(320)의 형상에 대응한 형상을 가지며, 대략 "I"자 형상을 가진다. 또한, 보빈(330)의 외측 플랜지(330d)에는 인접한 단위 분할 코어(320)의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기(330a)와 결합 요홈(330b)을 각각 형성하는 것이 필요하다.
이 경우, 각각의 단위 분할 코어(320)는 인너 로터와 조합되어 함께 사용되는 스테이터(3d)를 구성하도록 도 10과 같이 보빈(330)의 결합 구조에 의해 환형으로 상호 결합될 때 자속의 경로를 형성하도록 외측 플랜지(322)가 상호 밀착이 이루어지는 것이 필요하다. 이를 위해 보빈(330)의 외측 플랜지(330d)는 단위 분할 코어(320)의 외측 플랜지(322) 내주부에 배치되는 것이 바람직하다.
제6실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터(3d)는 도 11(c)에 도시된 단위 분할 코어(320)를 예를 들어, 3상 구동인 경우 U, V, W 상별로 다수 개씩 지그를 사용하여 연결한 후, 범용 권선기를 사용하여 각 상별로 코일(34)을 연속 권선한다. 각 상별로 코일(34)의 연속 권선을 완료한 후, 얻어진 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)를 조립할 때는 U, V, W 상별로 교대로 1개의 단위 분할 코어를 배치하여 환형으로 형성한다.
본 발명에서는 다수의 단위 분할 코어(320)에 코일을 권선할 때, 상기 권선방법 이외에 다수의 단위 분할 코어(320)를 결합 돌기(330a)와 결합 요홈(330b)을 이용하여 가조립한 후 직선형상으로 배치하고, U, V, W 상별로 2개 걸러서 해당 상의 단위 분할 코어에 코일(34)을 연속 권선하는 방식으로 권선이 이루어질 수 있다.
상기 보빈(330)이 일체로 형성된 단위 분할 코어(320)는 그 후 보빈의 중간부분에 코일(34)이 권선되면 분할 코어 조립체(300)가 얻어진다. 얻어진 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)는 보빈(330)에 형성된 결합 돌기(330a)와 결합 요홈(330b)을 이용하여 도 10과 같이 환형으로 가조립이 이루어진다.
그 후, 환형으로 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)는 벌크 몰딩 콤파운드(BMC)와 같은 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 예를 들어, 코어의 내측 플랜지의 내주면을 제외하고 전면을 둘러싸도록 환형으로 일체화하여 일체형 스테이터(3d)를 형성할 수 있다.
이 경우, 제6실시예에 따른 분할 코어형 스테이터(3d)는 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)의 코어와 코어가 상호 밀착되어 자기회로용 요크를 형성하는 일체형 코어 구조로서, 스테이터의 내측에 내부로터(50b)와 조합하여 모터(1d)를 구성하는 데 사용될 수 있다.
한편, 환형으로 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)는 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화하는 대신에 도 12에 도시된 한쌍 또는 2쌍의 고정링 또는 고정브라켓(35)을 분할 코어 조립체(300a-300r)의 전/후면에 조립한 후 볼트/너트를 결합구멍(35a)에 체결하여 고정하거나, 또는 보빈(330)에 일체로 형성된 결합돌기를 한쌍의 고정링 또는 고정브라켓의 결합구멍에 결합한 후 초음파 융착 또는 열 융착시킴에 의해 고정하는 것도 가능하다. 도 13은 도 10에 도시된 가조립된 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)를 고정하기 위하여 고정링 또는 고정브라켓(35)이 결합된 것을 설명하기 위한 개략도를 나타낸다.
이와 같이, 다수의 분할 코어 조립체(300a-300r)가 고정링 또는 고정브라켓(35)을 이용하여 BMC 몰딩 없이 환형으로 조립/고정되는 경우 스테이터의 경량화는 물론 분할 코어 조립체(300a-300r) 사이의 틈새는 공기순환경로를 이루게 된다.
이하에 도 14 및 도 15를 참고하여 본 발명의 제7실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 단위 분할 코어를 조합하여 형성된 일체형 스테이터와 더블 로터가 조합된 모터 구조에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제7실시예에 따른 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합하여 형성된 일체형 스테이터와 더블 로터가 조합된 모터를 나타내는 직경방향 단면도, 도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 일체형 스테이터를 구성하는 데 사용되는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어 제조방법을 나타낸다.
본 발명의 제7실시예에 따른 모터(1e)는 비정질 금속 스트립으로 성형된 단위 분할 코어를 조합하여 일체화시킨 형성된 일체형 스테이터(3e)와 더블 로터(50)가 조합된 구조를 가지고 있다.
도 14에서 미설명 부재번호 6은 더블 로터(50)를 회전축(7)과의 결합을 위해 내부로터(4)와 외부로터(5)를 상호 연결하면서 회전축(7)의 외주로 연장된 로터 지지체를 가리킨다.
본 발명의 제7실시예에 따른 모터(1e)는 레이디얼 타입으로서, 크게 일체형 코어 구조를 갖는 일체형 스테이터(3e)와 더블 로터(50)를 포함하며, 상기 더블 로터(50)는 제2실시예에 따른 더블 로터(50)와 동일한 구조를 가지므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이하에 제7실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 일체형 스테이터(3e)의 제조방법을 도 15를 참고하여 설명한다.
본 발명의 제7실시예에 따른 일체형 스테이터(3e)의 제조방법은 먼저 비정질 금속 스트립을 권선기(winder)를 이용하여 소정의 두께와 형상으로 권취하여 도 15(a)에 도시된 직사각형으로 이루어진 권선 코어(71)를 준비한다.
상기 권선 코어(71)는 제1실시예와 동일하게 접착제를 진공 함침에 의해 스트립 사이에 함침시키고 경화시켜서 고정한다. 또한, 바람직하게는 접착제 함침 공정 전 또는 이후에 자기 코어로서의 특성을 갖도록 열처리(어닐링)를 실시한다.
더블 로터와 조합되어 함께 사용되는 일체형 스테이터를 다수의 단위 분할 코어를 조합하여 구성하는 경우, 각각의 단위 분할 코어는 도 15(b)에 도시된 바와 같이, "H"자 형상으로 이루어지되, 외측에 배치된 코어의 양측 선단부가 이루는 각은 180도 보다 더 크고, 내측에 배치된 코어의 양측 선단부가 이루는 각은 180도 보다 더 작게 설정되는 것이 바람직하다.
이를 위해 권선 코어(71)는 도 15(a)와 같이 1/2로 절단(cutting)하여 2개의 "U"자형 외측 및 내측 코어(72a,72b)를 준비한다.
이어서, 도 15(b)와 같이 분할된 2개의 "U"자형 외측 및 내측 코어(72a,72b)의 절단 반대면을 접착시켜서 "H"자 형상으로 조합하되, 외측에 배치된 외측 코어(72a)의 양측 선단부가 이루는 내향각은 180도 보다 더 크고, 내측에 배치된 내측 코어(72b)의 양측 선단부가 이루는 내향각은 180도 보다 더 작게 성형하여 단위 분할 코어(72)를 형성한다.
상기 단위 분할 코어(72)는 다수 개, 예를 들어, 18개를 환형으로 조합하여 외측 및 내측 코어(72a,72b)의 양 측면을 상호 접착시키면 도 14에 도시된 바와 같이 다수의 돌기가 환형 요크로부터 내외측으로 돌출된 일체형 스테이터 코어(70)가 얻어진다. 환형의 스테이터 코어(70)는 그 후 코일 권선에 필요한 절연체로서 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 스테이터 코어(70)의 외주에 보빈(도시되지 않음)을 일체로 형성한다.
일체형 스테이터 코어(70)에서 코일(34)은 토로이달 방식으로 권선되며, 상호 접착되는 외측 및 내측 코어(72a,72b)의 양 측면은 권선된 코일(34)의 가이드 역할을 하게 된다.
제7실시예에 따른 일체형 코어 구조를 갖는 일체형 스테이터(3e)는 스테이터(3e)의 내측 및 외측에 배치된 내부로터(4) 및 외부로터(5)와 조합하여 2개의 자기회로를 구성한다.
즉, 내부로터(4) 및 외부로터(5)의 대향하는 자석(4a,5a)이 서로 반대극성으로 설정되는 경우 내부로터(4)와 일체형 스테이터(3e)의 내측 코어(72b)를 경유하는 제1자기회로와 외부로터(5)와 일체형 스테이터(3e)의 외측 코어(72a)를 경유하는 제2자기회로를 구비하고, 내부로터(4) 및 외부로터(5)를 포함하는 더블 로터(50)의 회전 구동이 이루어진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 비정질 금속 스트립을 권선한 후 얻어진 권선 코어를 단위 분할 코어의 형상으로 성형하거나 컷팅하고, 얻어진 코어 부분품을 원하는 형상으로 조합하여 절연성 수지로 보빈을 형성함에 의해 단위 분할 코어를 쉽게 상호 연결이 가능하여, 단일 스테이터-단일 로터, 분할 코어형 단일 스테이터-더블 로터 및 일체형 코어 구조의 스테이터-더블 로터에 적합한 스테이터 코어를 제공한다.
이 경우, 본 발명에서는 단지 비정질 금속 스트립을 권선한 후, 권선된 코어를 성형장치의 내구성을 보장할 수 있는 직선 컷팅(절단)만을 실시함에 의해 원하는 단위 분할 코어를 제작할 수 있어 상업적인 경쟁력을 가질 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 상용화가 가능한 복잡한 형상의 스테이터 코어를 비정질 금속 스트립을 적층한 적층형 코어로 쉽게 구현함과 동시에 코어 손실이 낮은 비정질 재료를 코어로 사용하여 구현함에 의해 고효율 모터를 도모할 수 있다.
또한, 규소 강판 적층형 코어에서는 단일 스테이터-단일 로터 구조의 모터를 구현하는 데 스테이터로서 단위 분할 코어를 사용하여 코일 권선의 효율성을 도모하기 어려웠으나, 본 발명에서는 비정질 단위 분할 코어를 고정링을 사용하여 조립함에 의해 자기저항을 증가시키지 않으면서 단위 분할 코어간 결합이 가능하여 단일 스테이터-단일 로터 구조에서 코일 권선의 효율성을 도모함과 동시에 사이즈와 무게를 최소화할 수 있다.
한편, 상기한 실시예 설명에서 제2 내지 제7 실시예에서는 권선 코어를 절단(컷팅)하여 얻어지는 "C" 또는 "U"자 형상의 코어 부분품을 조합하여 소정의 원하는 형상의 단위 분할 코어를 구성하는 것을 예시하였으나, 제1실시예에 제시된 단위 분할 코어를 "C" 또는 "U"자 형상의 코어 부분품으로 절곡 성형하여 사용하는 것도 물론 가능하다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예 설명에서 주로 레이디얼 타입의 모터를 예를 들어 설명하였으나, 액시얼 타입(axial type)으로 싱글 로터와 싱글 스테이터 또는 더블 로터와 싱글 스테이터가 대향하여 배치되는 경우에도 물론 적용 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
1,1a-1d: 모터 3,3a-3e: 스테이터
4: 내부로터 4a,5a: 자석
5: 외부로터 4b,5b: 요크
6: 지지프레임 7: 회전축
10-10r,30-30r,300-300r: 분할 코어 조립체
11-11c,31,41,61,61a,71,310: 권선 코어
13: 지그 17,33,43b,63,330: 보빈
15,32,42,62-62c,72,320: 단위 분할 코어 15a,321: 내측 플랜지
15b,322: 외측 플랜지 42a,42b: U자형 코어
17a,33a,330a: 결합 돌기 17b,33b,330b: 결합 요홈
17c,33c,330c: 내측 플랜지 17d,33d,330d: 외측 플랜지
32a,32b,320a,320b: C자형 코어 34: 코일
35,45,65: 고정 브라켓 35a: 결합 구멍
40a-40r,60a-60c: 티스 43: 스테이터 지지체
43a: 환형 몸체 44,64: 환형 요크
50: 더블 로터 50a: 아웃터 로터
50b: 인너 로터 70: 스테이터 코어
72a:외측 코어 72b: 내측 코어

Claims (34)

  1. 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법에 있어서,
    비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 무한 루프 형상의 적어도 하나의 권선 코어를 준비하는 단계; 및
    상기 권선 코어를 성형하여 단위 분할 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단위 분할 코어는 "I", "H", "E", "C", "U" 중 어느 하나의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단위 분할 코어가 "I", "H" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 사용하는 경우, 상기 단위 분할 코어를 형성하는 단계는
    상기 권선 코어를 직선 컷팅하여 "C" 또는 "U"자 형상으로 성형하는 단계; 및
    성형된 한쌍의 "C" 또는 "U"자 코어를 조합하여 "I", "H" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단위 분할 코어를 환형으로 다수개 조합하여 일체형 코어를 형성하는 단계; 및
    상기 환형 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 일체형 스테이터 코어는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 형성하는 단계; 및
    상기 보빈에 구비된 결합 구조를 이용하여 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립하여 환형의 스테이터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 단위 분할 코어의 내측 플랜지 또는 외측 플랜지가 상호 밀착되며,
    상기 환형의 스테이터는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 간격을 두고 배치되며,
    상기 환형의 스테이터는 더블 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  9. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 이용하여 조립되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 환형의 스테이터 코어는 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 이용하여 조립되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 권선 코어를 접착제를 사용하여 고정시키는 단계; 및
    상기 권선 코어를 고정시키기 전 또는 이후에 권선 코어의 자기적 특성을 구현하도록 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 비정질 합금은 Fe계, Co계, Ni계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 권선 코어를 성형하는 단계는 권선 코어를 절곡 성형하거나 1/2로 절단하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 권선 코어를 절단 성형한 후, 절단면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  15. 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법에 있어서,
    비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 무한 루프 형상의 적어도 하나의 권선 코어를 준비하는 단계;
    상기 권선 코어를 접착제를 사용하여 고정시키는 단계;
    상기 권선 코어를 절단하여 "C" 또는 "U"자 형상의 코어를 형성하는 단계;
    상기 "C" 또는 "U"자 형상의 코어를 조합하여 "I" 또는 "H"자 형상의 다수의 단위 분할 코어를 형성하는 단계;
    상기 다수의 단위 분할 코어 각각의 외주에 보빈을 형성하는 단계;
    각 상별로 단위 분할 코어의 보빈에 코일을 권선하는 단계; 및
    상기 보빈에 구비된 결합 구조를 이용하여 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 권선 코어의 절단은 직선 컷팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 둘러싸는 환형의 스테이터 지지체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서, 고정링을 사용하여 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터의 제조방법.
  19. 각각 코일이 권선되며 환형으로 조립되는 다수의 단위 분할 코어를 포함하며,
    상기 다수의 단위 분할 코어 각각은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  20. 제19항에 있어서, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 보빈간 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며,
    상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 간격을 두고 배치되며, 상기 환형의 스테이터는 더블 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  21. 제20항에 있어서, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 얻어진 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 형성되는 "I"자 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  22. 제19항에 있어서, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며,
    상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 단위 분할 코어 사이에 단위 분할 코어의 내측 플랜지 또는 외측 플랜지가 상호 밀착되며, 상기 환형의 스테이터는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  23. 제22항에 있어서, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 얻어진 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 구비하며,
    인너 로터와 조합하여 사용되는 경우 상기 보빈의 외측 플랜지에는 양단부에 각각 인접한 단위 분할 코어의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기와 결합 요홈을 구비하고,
    상기 보빈의 외측 플랜지는 단위 분할 코어의 외측 플랜지 내주부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 수지를 사용한 인서트 몰딩에 의해 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 둘러싸는 스테이터 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  25. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어를 고정시키기 위한 적어도 한쌍의 고정 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  26. 제19항에 있어서, 상기 다수의 단위 분할 코어는 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어로 이루어지며,
    상기 스테이터는 "U" 또는 "E"자 형상의 단위 분할 코어를 조합하여 형성되며, 환형 요크와 요크로부터 외측 또는 내측으로 돌출된 다수의 티스를 구비하는 환형의 일체형 스테이터 코어; 및
    상기 환형의 일체형 스테이터 코어의 티스에 권선되는 코일을 코어와 절연하기 위한 보빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 비정질 스테이터.
  27. 각각 코일이 권선되는 다수의 단위 분할 코어를 구비하는 스테이터; 및
    상기 스테이터와 간격을 두고 대향하여 배치되고 N극 및 S극 영구자석이 교대로 백요크에 장착되며 상기 스테이터와의 상호 작용에 의해 회전되는 로터를 포함하며,
    상기 다수의 단위 분할 코어 각각은 비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  28. 제27항에 있어서, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 보빈간 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며,
    상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 간격을 두고 배치되며, 상기 환형의 스테이터는 더블 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  29. 제27항에 있어서, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 얻어진 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  30. 제27항에 있어서, 상기 단위 분할 코어의 외주에 권선되는 코일을 코어와 절연시키며 다수의 단위 분할 코어를 환형으로 조립할 때 사용되는 보빈간 결합구조를 구비하는 보빈을 더 포함하며,
    상기 보빈을 이용하여 환형으로 조립된 다수의 단위 분할 코어는 인접한 단위 분할 코어 사이에 단위 분할 코어의 내측 플랜지 또는 외측 플랜지가 상호 밀착되며, 상기 환형의 스테이터는 아웃터 로터 또는 인너 로터와 조합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  31. 제28항에 있어서, 상기 다수의 단위 분할 코어는 각각 상기 권선 코어를 절단하여 형성된 한쌍의 "C"자 형상의 코어를 조합하여 얻어진 "I"자 형상의 단위 분할 코어를 구비하며,
    인너 로터와 조합하여 사용되는 경우 상기 보빈의 외측 플랜지에는 양단부에 각각 인접한 단위 분할 코어의 보빈과 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합 돌기와 결합 요홈을 구비하고,
    상기 보빈의 외측 플랜지는 단위 분할 코어의 외측 플랜지 내주부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  32. 제27항에 있어서, 상기 스테이터는
    다수의 "U"자 형 단위 분할 코어의 양 측면을 각각 접합하여 환형 요크로부터 다수의 티스가 내측 또는 외측으로 돌출된 일체형 스테이터 코어;
    상기 다수의 티스 각각의 선단부를 제외하고 스테이터 코어를 피복함과 동시에 코일 권선에 필요한 플랜지를 구비하는 보빈; 및
    상기 보빈의 외주에 권선되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  33. 제27항에 있어서, 상기 스테이터는
    비정질 합금 리본 또는 스트립을 권선하여 이루어진 권선 코어를 성형하여 얻어진 다수의 단위 분할 코어;
    상기 다수의 단위 분할 코어 각각의 외측에 형성되며, 환형으로 상호 결합이 이루어지도록 내측 또는 외측 플랜지의 양측 단부에 결합구조를 구비하는 보빈; 및
    상기 보빈의 외주에 권선되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  34. 제33항에 있어서, 상기 보빈의 내측 또는 외측 플랜지의 양측 단부에 구비된 결합구조는 결합 돌기와 결합 요홈으로 이루어지거나, 결합 돌기와 결합 링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015026208A1 (ko) * 2013-08-23 2015-02-26 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
KR20150125825A (ko) * 2014-04-30 2015-11-10 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
KR20150132826A (ko) * 2015-11-16 2015-11-26 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
CN114244037A (zh) * 2021-12-06 2022-03-25 青岛云路先进材料技术股份有限公司 非晶合金电机铁芯的制备方法、铁芯及电机

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101976896A (zh) * 2002-01-30 2011-02-16 拉蒙·A·卡马尼奥 高频电动机或者发电机
US20040251759A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Hirzel Andrew D. Radial airgap, transverse flux motor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015026208A1 (ko) * 2013-08-23 2015-02-26 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
US10050502B2 (en) 2013-08-23 2018-08-14 Amotech Co., Ltd. Double stator and motor comprising same
KR20150125825A (ko) * 2014-04-30 2015-11-10 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
KR20150132826A (ko) * 2015-11-16 2015-11-26 주식회사 아모텍 더블 스테이터 및 이를 구비한 모터
CN114244037A (zh) * 2021-12-06 2022-03-25 青岛云路先进材料技术股份有限公司 非晶合金电机铁芯的制备方法、铁芯及电机
CN114244037B (zh) * 2021-12-06 2023-09-15 青岛云路先进材料技术股份有限公司 非晶合金电机铁芯的制备方法、铁芯及电机

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