KR20120096231A - 모터용 전기자 및 그 제조방법 - Google Patents

모터용 전기자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

제조공정을 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법이 개시된다. 모터용 전기자의 제조방법은, 티스가 형성된 코어 및 티스에 권선되는 코일을 금형에 배치하는 단계, 금형 내부에 수지를 주입하는 단계, 코일에 전원을 인가하는 단계, 및 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 티스 및 코일을 감싸도록 몰딩체를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

모터용 전기자 및 그 제조방법{AMATURE FOR MOTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터용 전기자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 제조공정을 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
모터는 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치를 의미한다. 일반적으로 모터는 전원의 종류에 따라 크게 직류모터와 교류모터로 분류될 수 있으며, 회전형의 운동력을 발생시키는 회전형 모터와, 직선 방향으로 추력을 발생시키는 리니어 모터로 구분될 수 있다.
그 중, 리니어 모터는 직선 구동력을 직접 발생시킬 수 있기 때문에 별도의 기계적인 변환장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정숙 운전을 할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하다는 장점으로 인해 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리니어모터는 극성이 교번되게 영구자석이 배치된 고정자, 코어에 코일이 권선된 가동자를 포함하여 구성되며, 상기 코일에 전류가 인가됨에 따라 코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.
아울러, 상기 가동자는 코어에 권선된 코일의 권선 상태를 안정적으로 유지하고, 구조적 강성을 향상시키기 위한 몰딩체를 포함한다. 상기 몰딩체는 코일 및 코일의 둘레를 감싸도록 사출 성형될 수 있다.
그런데, 종래에는 몰딩체를 형성하기 위한 수지를 경화시키기 위해 별도의 가열기에서 금형 전체를 가열시켜야 하기 때문에, 제작이 번거롭고 불편한 문제점이 있으며, 제작 비용 및 시간이 과다하게 소모되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 몰딩체의 사출 성형시, 몰딩체가 열경화되는 과정에서 코일 내부의 틈새, 코어와 코일 사이의 틈새, 및 코일과 절연지 사이의 틈새 등에 의한 수축에 의해 몰딩체가 특정 방향으로 휘어지고, 이와 같은 몰딩체의 휘어짐에 의해 코어가 변형되는 문제점이 있다. 특히, 이와 같은 변형은 가동자의 하부(가동자의 티스 하부)를 덮도록 형성되는 하부몰딩부, 및 가동자의 상부를 덮도록 형성되는 상부몰딩부에 가장 두르러지게 나타나며, 가동자의 길이가 길어질수록 변형량이 더욱 커지는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 가동자에 변형이 발생되면, 가동자와 고정자 간의 이격 간극을 일정하게 유지하기 어려워 모터의 성능이 저하되고, 안정성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
아울러, 기존에는 가동자에 변형이 발생되면, 연마 가공과 같은 별도의 후가공 처리에 의해 가동자의 변형부를 제거 또는 보정해야 하기 때문에, 생산적인 측면에서 효율적이지 못하고, 제작이 번거롭고 불편한 문제점이 있으며, 제작 비용 및 시간이 과다하게 소모되는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 연마 가공이 추가됨에 따라 제조비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 최근에는 몰딩체의 제작 과정을 간소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키기 위한 일부 대책들이 제안되고 있으나 아직 미흡한 실정이다.
본 발명은 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법을 제공한다.
특히, 본 발명은 코일을 감싸도록 형성되는 몰딩체의 제작 과정을 간소화할 수 있으며, 제작 시간을 단축할 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 몰딩체의 성형시 몰딩체가 형성되는 전기자의 변형을 방지할 수 있으며, 변형에 따른 성능 및 안정성 저하를 방지할 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 연마공정과 같은 별도의 후가공을 배제할 수 있는 모터용 전기자 및 그 제조방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모터용 전기자의 제조방법은, 티스가 형성된 코어 및 티스에 권선되는 코일을 금형에 배치하는 단계, 금형 내부에 수지를 주입하는 단계, 코일에 전원을 인가하는 단계, 및 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 티스 및 코일을 감싸도록 몰딩체를 형성하는 단계를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 모터용 전기자라 함은 통상의 리니어 모터에 사용되는 전기자(가동자) 또는 통상의 회전형 모터에 사용되는 전기자(고정자)를 모두 포함할 수 있다. 아울러, 회전형 모터의 전기자라 함은 코어 및 코일을 포함하는 통상의 서보모터 및 DD(Direct Driver)모터의 전기자 등을 포함할 수 있으며, 회전형 모터의 전기자의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
코어 및 코일이 금형에 배치되는 방식 및 수지의 주입량은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경 가능하다. 일 예로, 리니어 모터용 전기자의 경우, 티스는 코어의 하부에 형성될 수 있고, 수지를 주입하는 단계에서 수지는 코어의 상단 및 하단이 노출되도록 주입될 수 있으며, 코어의 상단 및 하단은 몰딩체의 외부로 직접 노출될 수 있다. 바람직하게, 코어는 티스의 단부가 금형의 밑바닥에 밀착되도록 배치될 수 있으며, 수지를 주입하는 단계에서 수지는 코어의 상단에 대해 동일 또는 낮은 높이로 주입될 수 있다. 따라서, 티스의 단부에 대응되는 몰딩체의 일면은 티스의 단부와 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있고, 코어의 상단에 대응되는 몰딩체의 다른 일면은 코어의 상단에 대해 동일 또는 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
경우에 따라서는, 코어를 반대로 뒤집어 배치하는 것도 가능하다. 즉, 코어는 상단이 금형의 밑바닥에 밀착되도록 배치될 수 있으며, 수지를 주입하는 단계에서 수지는 티스의 단부에 대해 동일 또는 낮은 높이로 주입될 수 있다. 따라서, 코어의 상단에 대응되는 몰딩체의 일면은 코어의 상단과 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있고, 티스의 단부에 대응되는 몰딩체의 다른 일면은 티스의 단부에 대해 동일 또는 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 다르게는 코어를 금형 내부에 수직으로 배치시켜 금형의 내벽에 코어의 상단 및 하단이 동시에 밀착되도록 하는 것도 가능하다.
여기서, 코어의 상단 또는 하단(티스의 단부)가 금형에 밀착된다 함은, 코어의 상단 또는 하단과 금형 사이에 공간 또는 간격이 발생하지 않는 것으로 이해될 수 있으며, 밀착된 코어의 상단 또는 하단과 금형의 사이에는 수지가 주입되지 않기 때문에 몰딩부가 형성되지 않는다.
또한, 코어의 상면에는 요철부가 형성될 수 있는 바, 금형 내부에 수지를 주입하는 단계에서, 수지는 요철부가 외부로 노출되도록 주입될 수 있으며, 몰딩체는 요철부의 단부가 외부로 직접 노출되도록 형성될 수 있다. 일 예로, 티스의 단부가 금형의 밑바닥에 밀착되도록 배치된 경우, 수지는 요철부의 상면에 대해 동일한 높이로 주입되거나, 요철부보다 낮은 높이로 주입될 수 있으며, 수지가 경화되어 형성되는 몰딩체의 상면은 요철부의 상면에 대해 동일 또는 낮은 높이로 형성될 수 있다.
한편, 회전형 모터용 전기자의 경우, 티스는 코어의 내주면 또는 외주면에 형성될 수 있다. 즉, 전기자가 가동자(미도시)의 외측에 배치되는 구조의 경우에는 코어의 내주면에 티스가 형성될 수 있고, 전기자가 가동자의 내측에 배치되는 구조의 경우에는 코어의 외주면에 티스가 형성될 수 있다.
또한, 회전형 모터용 전기자의 경우, 몰딩체는 티스의 단부와 동일한 내주면 또는 동일한 외주면을 이루도록 형성되거나, 티스의 단부를 덮도록 형성될 수 있으다. 아울러, 몰딩체가 티스의 단부와 동일한 내주면 또는 외주면을 이루도록 형성될 경우, 티스의 단부는 몰딩체의 외부로 직접 노출될 수 있고, 몰딩체가 티스의 단부를 덮도록 형성되는 경우, 금형과 티스의 단부 간의 이격 간격(티스의 단부를 덮는 몰딩체의 두께)은 유도전류가 유도 가능한 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.
몰딩체는 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 형성될 수 있는 바, 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열이라 함은, 금속재질의 금형에 유도전류가 유도되어 금형이 유도가열됨에 따라 발생하는 열을 포함할 수 있으며, 코일에 전원이 인가됨에 따라 티스가 유도가열되어 발생하는 열, 및 코일에 전원이 인가됨에 따라 코일 자체에서 발생하는 열을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 금형 외측에 부착되는 히터(미도시)에 발생되는 열을 함께 이용하여 수지를 경화시키는 것도 가능하다.
아울러, 코일에 전원이 인가됨에 따라 티스에는 전자기력이 발생될 수 있는 바, 금형은 금속재질로 형성되기 때문에, 티스의 단부와 금형 간의 밀착 상태는 티스에서 발생된 전자기력에 의해 견고하게 유지될 수 있다. 경우에 따라서는 수지가 주입 및 경화되는 동안, 코어의 상부는 통상의 가압수단(미도시)에 의해 가압될 수 있으며, 가압수단의 가압력에 의해 티스의 단부와 금형 간의 밀착 상태가 유지되도록 구성할 수 있다. 다르게는 전자기력과 가압수단에 의한 가압력이 동시에 작용하도록 구성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 다른 실시예에 따르면, 전기자를 구성하는 코어는 동일한 형상 및 크기를 갖도록 규격화(standardization)된 적어도 하나 이상의 단위코어블록을 이용하여 제공될 수 있다. 일 예로, 코어는 길이 방향을 따라 연속적으로 조립되는 복수개의 단위코어블록을 포함하여 구성될 수 있다.
단위코어블록 간의 조립구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 단위코어블록의 일단에는 결합돌기가 형성될 수 있고, 단위코어블록의 타단에는 돌기수용부가 형성될 수 있으며, 결합돌기는 인접한 다른 단위코어블록의 돌기수용부에 결합됨에 따라 서로 이웃하는 단위코어블록이 상호 조립될 수 있다. 경우에 따라서는, 결합돌기 및 돌기수용부 대신 여타 다른 통상의 조립구조가 적용될 수 있다.
아울러, 몰딩체는 각 단위코어블록이 조립된 상태에서 형성될 수 있으며, 몰딩체는 전원 공급을 위해 코일에 연결되는 배선부를 내부에 수용하도록 형성될 수 있다.
한편, 경우에 따라서는, 코어, 코일 및 몰딩체를 포함하는 중간성형체를 감싸도록 적어도 하나 이상의 보조몰딩체가 형성하는 것도 가능하다. 보조몰딩체는 몰딩체와 마찬가지로 코일에 전원 인가됨에 따라 금형이 유도가열됨으로써 수지가 경화되어 형성될 수 있으며, 코어의 상단 및 하단은 보조몰딩체의 외부로 직접 노출될 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 전기자 및 그 제조방법에 의하면, 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 몰딩체를 형성하기 위한 수지를 경화시키기 위해, 별도의 가열기에서 금형 전체를 가열시켜야 하는 번거로움 없이, 간단히 코일에 전원을 인가함에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시킬 수 있기 때문에, 수지를 경화시키기 위한 공정을 보다 간소화할 수 있으며, 제작 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 코어에서 발생되는 열, 및 금형에서 발생되는 열을 이용하여 수지의 내부 및 외부를 동시에 가열하여 경화시킬 수 있기 때문에, 수지가 경화되는 동안 수지의 온도 불균일에 의한 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 코일에 인접한 부위에 잔류될 수 있는 기포를 효과적으로 제거할 수 있으며, 수지가 경화되는 동안 기포에 의한 수축에 따른 몰딩체의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 리니어 모터용 전기자의 경우, 몰딩체가 형성될 시, 코어의 상단 및 하단이 몰딩체의 내부에 배치되지 않고, 몰딩체의 외부로 직접 노출될 수 있기 때문에, 사출 성형시 수축 등에 의한 전기자의 변형을 최소화할 수 있다. 즉, 기존과 같이 몰딩체의 사출 성형시 코어의 상단 및 하단을 덮도록 수지가 배치될 경우에는, 코어의 상단 및 하단을 덮도록 배치된 수지가 경화되는 동안 수축이 발생되어 코어가 변형되는 문제점이 있다. 또한, 코어에 변형이 발생되면, 연마 가공과 같은 별도의 후가공 처리에 의해 코어의 변형부를 제거 또는 보정해야 하는 복잡한 작업을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 코어의 상단 및 하단이 몰딩체의 외부로 직접 노출되도록 형성되기 때문에, 수지가 경화되는 동안 수축에 의한 코어의 변형을 방지할 수 있으며, 연마 가공과 같은 별도의 후가공 처리에 의해 전기자의 변형부를 제거 또는 보정해야 하는 번거로운 작업을 배제할 수 있어, 제작 공정을 간소화할 수 있으며, 제작 시간을 단축하고 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 요구되는 조건에 따라 일일이 전기자를 제작해야 하는 번거로움 없이, 규격화된 단위코어블록을 이용하여 요구되는 조건에 따라 다양한 길이를 갖는 전기자를 제공할 수 있다. 따라서, 제작 및 조립 공정을 간소화할 수 있으며, 제작 시간을 단축하고 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전기자를 형성하기 위한 코어블록이 비교적 짧은 길이를 갖도록 제공될 수 있기 때문에, 운송 및 적재의 용이함을 제공할 수 있으며, 운송 및 적재에 필요한 시간, 인력 등을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터용 전기자의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 모터용 전기자의 제조 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 모터용 전기자의 구조를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조 및 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조 및 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터용 전기자의 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 모터용 전기자의 제조 단계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 모터용 전기자의 구조를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터용 전기자(200)는 티스(212)가 형성된 코어 및 티스(212)에 권선되는 코일(220)을 금형(10)에 배치하는 단계(S10), 상기 금형(10) 내부에 수지를 주입하는 단계(S20), 상기 코일(220)에 전원을 인가하는 단계(S30), 및 상기 코일(220)에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 티스(212) 및 상기 코일(220)을 감싸도록 몰딩체(230)를 형성하는 단계(S40)에 의해 제조될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 전기자라 함은 통상의 리니어 모터에 사용되는 전기자(가동자) 또는 통상의 회전형 모터에 사용되는 전기자(고정자)를 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 리니어 모터용 전기자가 제조된 예를 들어 설명하기로 한다.
먼저, 티스(212)가 형성된 코어(210)를 마련하고, 상기 티스(212)에 코일(220)을 권선한다.
상기 코어(210)는 규소 강판과 같은 통상의 라미네이션 시트를 적층하여 형성될 수 있으며, 코어(210)를 형성하기 위한 라미네이션 시트의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 티스(212)의 개수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 상기 코어(210)의 하면에 3×n(n=1,2,3...)개의 티스(212)가 형성되고, 상기 티스(212)에 권선되는 코일(220)이 3상(U, V, W)의 전류를 공급하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 코일(220)은 통상의 권선장치를 이용하여 코어(210)의 티스(212)에 권선될 수 있으며, 코일(220)의 권선 구조 및 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 코어(210)의 상면에는 소정 간격을 두고 이격되게 복수개의 요철부(214)가 형성될 수 있으며, 상기 요철부(214)에는 이동 대상체가 장착되기 위한 장착플레이트(미도시)가 통상의 방법에 의해 결합 또는 고정될 수 있다. 아울러, 상기 요철부(214)의 크기, 형상 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
다음, 도 2와 같이, 상기 코일(220)이 권선된 코어(210)를 금형(10) 내부에 배치한다. 이때 상기 코어(210)는 티스(212)의 단부가 금형(10)의 밑바닥에 밀착되게 배치될 수 있다.
상기 금형(10)으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 재질 및 구조를 갖는 금형이 사용될 수 있다. 이하에서는 상부가 개방된 금속재질의 금형(10)이 사용된 예를 들어 설명하기로 한다.
다음, 도 3과 같이, 상기 금형(10) 내부에 수지를 주입한다. 상기 수지는 몰딩체(230)를 형성하기 위한 것으로서, 소정 온도로 가열되면 경화되는 통상의 열경화성 수지가 사용될 수 있다.
아울러, 상기 금형(10) 내부에 수지를 주입하는 단계에서, 상기 수지는 코어(210)의 상면에 대해 동일한 높이로 주입되거나, 코어(210)의 상면보다 낮은 높이로 주입될 수 있다. 따라서, 상기 수지가 경화되어 형성되는 몰딩체(230)의 상면은 코어(210)의 상면에 대해 동일 또는 낮은 높이로 형성될 수 있다.
이하에서는 상기 금형(10) 내부에 수지를 주입하는 단계에서, 상기 수지가 코어(210)의 상면에 형성된 요철부(214)의 상면보다 낮은 높이로 주입된 예를 들어 설명하기로 한다. 마찬가지로, 상기 수지가 경화되어 형성되는 몰딩체(230)의 상면은 요철부(214)의 상면보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 요철부의 상면에 동일한 높이까지 수지가 주입되도록 구성할 수도 있으며, 수지가 경화되어 형성되는 몰딩체의 상면은 요철부의 상면은 동일한 높이로 형성될 수 있다.
다음, 도 4와 같이, 상기 코일(220)에 전원을 인가하고, 상기 코일(220)에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 티스(212) 및 코일(220)을 감싸도록 몰딩체(230)를 형성한다.
일 예로, 상기 코일(220)에 교류 전원이 인가됨에 따라 금형(10)에는 유도전류가 유도될 수 있고, 금형(10)은 유도된 유도전류에 의해 유도가열(induction heating)됨으로써, 수지를 신속하게 경화시킬 수 있다.
아울러, 상기 코일(220)에 전원이 인가됨에 따라 티스(212)에는 전자기력이 발생될 수 있는 바, 상기 금형(10)은 금속재질로 형성되기 때문에, 상기 티스(212)의 단부와 금형(10) 간의 밀착 상태는 티스(212)에서 발생된 전자기력에 의해 견고하게 유지될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 수지가 주입 및 경화되는 동안, 상기 코어의 상부는 통상의 가압수단(미도시)에 의해 가압될 수 있으며, 가압수단의 가압력에 의해 티스의 단부와 금형 간의 밀착 상태가 유지되도록 구성할 수 있다. 다르게는 전술한 전자기력과 가압수단에 의한 가압력이 동시에 작용하도록 구성할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 금형(10) 내부에 주입된 수지는 티스(212) 및 코일(220)의 주변을 감싸도록 배치될 뿐만 아니라, 권선된 코일(220) 내부의 틈새, 코어(210)와 코일(220) 사이의 틈새, 및 코일(220)과 절연지 사이의 틈새로 주입될 수 있다. 따라서, 수지가 경화되어 형성되는 몰딩체(230)는 권선된 코일(220) 내부의 틈새, 코어(210)와 코일(220) 사이의 틈새, 및 코일(220)과 절연지 사이의 틈새 등에 형성되는 틈새몰딩부(232)와, 티스(212) 및 코일(220)의 주변을 감싸도록 형성되는 주변몰딩부(234)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 코일(220)에 교류 전원을 인가하여 수지를 경화시키는 방식은 수지 내부에서 코일(220)에 인접한 부위에 형성될 수 있는 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 특히, 권선된 코일(220) 내부의 틈새, 코어(210)와 코일(220) 사이의 틈새, 및 코일(220)과 절연지 사이의 틈새 등에는 다른 부위에 비해 상대적으로 많은 기포가 잔류될 수 있으나, 본 발명에서는 코일(220)에 교류 전원이 인가됨에 따라 유도가열되는 티스(212)에서 발열된 열에 의해 수지의 경화가 이루어질 수 있기 때문에, 코일(220)에 인접한 부위의 기포가 먼저 빠져나갈 수 있으며, 결과적으로 코일(220)에 인접한 부위에 형성될 수 있는 기포를 효과적으로 제거할 수 있다.
상기와 같이 코일(220)에 인접한 부위의 기포 형성을 최대한 억제할 수 있기 때문에, 몰딩체(230)에 의한 코일(220)의 권선 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있으며, 수지가 경화되는 동안 기포에 의한 수축에 따른 몰딩체(230)의 변형을 효과적으로 억제시킬 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 상기 코일에 교류 전원이 인가됨에 따라, 단순히 금형이 유도가열됨으로써 수지가 경화되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 코일에 교류 전원이 인가됨에 따라 코일 자체에서 발생되는 열을 함께 이용하여 수지를 경화시키는 것도 가능하다. 다르게는 금형이 유도가열됨과 동시에 금형 외측에 부착되는 히터(미도시)에 발생되는 열을 함께 이용하여 수지를 경화시키는 것도 가능하다.
한편, 이와 같이 제작된 전기자는 도 5 및 도 6를 통해 확인할 수 있다. 도 5와 같이, 상기 몰딩체(230)는 티스(212)의 단부가 금형(10)에 밀착된 상태에서 수지가 주입 및 경화되어 형성되는 바, 서로 밀착된 티스(212)의 단부 및 금형(10)의 사이에는 수지에 의한 몰딩부가 형성되지 않기 때문에, 티스(212)의 단부 및 금형(10)의 사이에 몰딩부가 형성됨에 따른 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 몰딩체(230)의 하면은 연마공정과 같은 별도의 후가공 없이도 티스(212)의 단부와 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 전기자(200)의 몰딩체(230)는 코어(210)의 하면(티스 하부)뿐만 아니라, 코어(210)의 상면을 덮지 않도록 형성되기 때문에, 기존과 같이 코어(210)의 상면 및 하면에 상/하부 몰딩부가 형성됨에 따른 변형을 효과적으로 억제시킬 수 있다.
이와 같이 제작된 전기자는 도 6과 같이 리니어 모터의 고정자의 상부에 배치될 수 있다. 리니어 모터의 고정자(100)는 고정자 플레이트(110) 및 고정자 플레이트(110)의 상면에 극성이 교번되게 배치되는 영구자석(120)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 코일(220)에 전류가 인가됨에 따라 코일(220)에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조 및 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 미리 결정된 소정 길이를 갖는 코어가 사용된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 규격화된 길이를 갖는 적어도 하나 이상의 단위코어블록을 이용하여 전기자를 구성할 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자는 코어(1210), 코일(1220) 및 몰딩체(1230)를 포함하여 구성되되, 상기 코어(1210)는 길이 방향을 따라 연속적으로 조립되는 복수개의 단위코어블록(1201)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 단위코어블록(1201)의 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 이하에서는 코어(1210)가 직렬로 연결되는 2개의 단위코어블록(1201)으로 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 단위코어블록(1201)은 동일한 형상 및 크기를 갖도록 규격화(standardization)되어 제공된다. 상기 각 단위코어블록(1201)의 하면에는 각각 복수개의 티스(1212)가 형성되며, 각 단위코어블록(1201)의 티스(1212)에는 코일(1220)이 권선된다.
상기 단위코어블록(1201) 간의 조립구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 암수 형태의 결합돌기(1201a) 및 돌기수용부(1201b)에 의해 서로 이웃하는 단위코어블록(1201)이 상호 조립될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
즉, 상기 단위코어블록(1201)의 일단에는 결합돌기(1201a)가 형성될 수 있고, 단위코어블록(1201)의 타단에는 돌기수용부(1201b)가 형성될 수 있다. 상기 결합돌기(1201a)는 인접한 다른 단위코어블록(1201)의 돌기수용부(1201b)에 결합됨에 따라 서로 이웃하는 단위코어블록(1201)이 상호 조립될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 결합돌기 및 돌기수용부 대신 여타 다른 통상의 조립구조가 적용될 수 있다.
상기 몰딩체(1230)는 각 단위코어블록(1201)이 조립된 상태에서 형성될 수 있다. 즉, 각 단위코어블록(1201)은 결합돌기(1201a) 및 돌기수용부(1201b)를 이용하여 직렬로 조립될 수 있으며, 상기 몰딩체(1230)는 조립된 각 단위코어블록(1201)의 티스(1212) 및 코일(1220)을 감싸도록 성형될 수 있다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 상기 몰딩체(1230)는 코일(1220)에 교류 전원을 인가하여 금형(10)을 유도가열시킴으로써 수지를 경화시켜 형성될 수 있다. 아울러, 상기 몰딩체(1230)는 단위코어블록(1201)의 티스(1212)의 단부가 금형(10)에 밀착된 상태로 수지를 주입 및 경화시켜 형성되기 때문에, 변형이 발생하지 않으며, 몰딩체(1230)의 하면은 연마공정과 같은 별도의 후가공 없이도 티스(1212)의 단부와 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 코일(1220)에는 전원 공급을 위한 배선부(1250)가 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 몰딩체(1230)는 배선부(1250)를 내부에 수용하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기와 같이 몰딩체(1230)는 배선부(1250)를 내부에 수용하도록 형성될 수 있는 바, 상기 몰딩체(1230)에 의해 코일(1220)의 배치 상태가 유지될 수 있음은 물론 배선부(1250)의 배치 상태 역시 안정적으로 유지될 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 코어가 연속적으로 조립되는 복수개의 단위코어블록으로 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 코어로서 단 하나의 단위코어블록만이 사용될 수도 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 몰딩체가 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 코어, 코일 및 몰딩체를 포함하는 중간성형체를 감싸도록 적어도 하나 이상의 보조몰딩체(미도시)가 형성될 수 있다. 보조몰딩체는 전술한 몰딩체와 마찬가지로 코일에 전원 인가됨에 따라 금형이 유도가열됨으로써 수지가 경화되어 형성될 수 있으며, 코어의 상단 및 하단은 보조몰딩체의 외부로 직접 노출될 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 리니어 모터용 전기자가 제작된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 회전형 모터의 전기자가 제작될 수도 있다. 참고로, 회전형 모터라 함은 통상의 서보모터 및 DD(Direct Driver)모터를 포함할 수 있으며, 회전형 모터의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조 및 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터용 전기자의 구조를 도시한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전형 모터용 전기자는 티스(2212)가 형성된 코어(2210) 및 티스(2212)에 권선되는 코일(2220)을 금형(10')에 배치하는 단계, 상기 금형(10') 내부에 수지를 주입하는 단계, 상기 코일(2220)에 전원을 인가하는 단계, 및 상기 코일(2220)에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 티스(2212) 및 상기 코일(2220)을 감싸도록 몰딩체(2230)를 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
먼저, 티스(2212)가 형성된 코어를 마련하고, 상기 티스(2212)에 코일(2220)을 권선한다.
상기 코어(2210)는 중공의 원판 형상을 갖는 통상의 라미네이션 시트를 적층하여 형성될 수 있으며, 코어(2210)를 형성하기 위한 라미네이션 시트의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 티스(2212)는 코어(2210)의 내주면 또는 외주면에 형성될 수 있다. 즉, 전기자가 가동자(미도시)의 외측에 배치되는 구조의 경우에는 코어의 내주면에 티스가 형성될 수 있고, 전기자가 가동자의 내측에 배치되는 구조의 경우에는 코어의 외주면에 티스가 형성될 수 있다. 이하에서는 코어(2210)의 내주면에 티스(2212)가 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 아울러, 상기 코일(2220)은 통상의 권선장치를 이용하여 코어(2210)의 티스(2212)에 권선될 수 있다.
한편, 상기 코어(2210)의 외주면에는 하우징(2260)이 결합될 수 있으며, 상기 하우징(2260)은 통상의 열박음 방식에 의해 결합될 수 있다.
다음, 도 9와 같이, 상기 코일(2220)이 권선된 코어(2210)를 금형(10')에 배치한다. 이때 상기 코어(2210)는 내주면에 형성된 티스(2212)의 단부가 금형(10')에 인접하도록 소정 간극을 두고 이격되게 배치될 수 있다. 아울러, 상기 금형(10')과 티스(2212)의 단부 간의 이격 간격은 유도전류가 유도 가능한 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.
상기 금형(10')으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 재질 및 구조를 갖는 금형이 사용될 수 있다. 이하에서는 코어의 내부에 삽입 가능한 금속재질의 금형(10')이 사용된 예를 들어 설명하기로 한다.
다음, 도 10과 같이, 상기 금형(10') 내부에 수지를 주입한다. 상기 수지는 몰딩체(2230)를 형성하기 위한 것으로서, 소정 온도로 가열되면 경화되는 통상의 열경화성 수지가 사용될 수 있다.
아울러, 전술한 리니어 모터의 전기자와 달리, 회전형 모터의 전기자의 경우에는 몰딩체(2230)에 의한 변형이 거의 발생되지 않기 때문에, 상기 금형(10') 내부에 수지를 주입하는 단계에서, 상기 수지는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절한 높이로 주입될 수 있다. 바람직하게 코일(2220)의 권선 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록, 수지는 코일(2220)을 전체적으로 감싸면서 티스(2212)의 상부 및 하부를 덮도록 주입될 수 있다.
다음, 도 11과 같이, 상기 코일(2220)에 전원을 인가하고, 상기 코일(2220)에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 수지를 경화시켜 몰딩체(2230)를 형성한다.
일 예로, 상기 코일(2220)에 교류 전원이 인가됨에 따라 금형(10')에는 유도전류가 유도될 수 있고, 금형(10')은 유도된 유도전류에 의해 유도가열(induction heating)됨으로써, 수지를 신속하게 경화시킬 수 있다.
한편, 이와 같이 제작된 전기자는 도 12를 통해 확인할 수 있다. 도 12와 같이, 코어(2210)는 내주면에 티스(2212)를 갖는 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 몰딩체(2230)는 티스(2212) 및 코일(2220)를 전체적으로 감싸도록 형성될 수 있다.
이와 같이 제작된 전기자의 내부에는 회전형 모터의 가동자(미도시)가 동축적으로 배치될 수 있다. 회전형 모터의 가동자는 가동자몸체 및 가동자몸체에 매입되거나 부착되는 영구자석을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 코일(2220)에 전류가 인가됨에 따라 코일(2220)에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 회전형의 운동력이 발생할 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 코어의 내주면에 형성된 티스가 금형으로부터 소정 간극을 두고 이격되게 배치되고, 몰딩체가 티스의 단부를 전체적으로 덮도록 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는, 코어(2210)의 내주면에 형성된 티스(2212)의 단부가 금형(도 9의 10' 참조)에 밀착되게 배치함으로써, 도 12와 같이, 몰딩체(2230')가 티스(2212)의 단부와 동일한 내주면을 이루도록 형성할 수도 있다. 다시 말해서, 몰딩체(2230')는 티스(2212)의 단부와 동일한 내주면을 이루도록 형성될 수 있기 때문에, 티스(2212)의 단부는 몰딩체(2230')의 외부로 직접 노출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 금형 200 : 전기자
210 : 코어 212 : 티스
220 : 코일 230 : 몰딩체

Claims (18)

  1. 모터용 전기자의 제조방법에 있어서,
    티스가 형성된 코어, 및 상기 티스에 권선되는 코일을 금형에 배치하는 단계;
    상기 금형 내부에 수지를 주입하는 단계;
    상기 코일에 전원을 인가하는 단계; 및
    상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열을 이용하여 상기 수지를 경화시켜 상기 티스 및 상기 코일을 감싸도록 몰딩체를 형성하는 단계;
    를 포함하는 모터용 전기자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금형은 금속재질로 제공되며,
    상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 상기 금형은 상기 금형에 유도되는 유도전류에 의해 유도가열(induction heating)되어 상기 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 티스는 상기 코어의 하부에 형성되고,
    상기 수지를 주입하는 단계에서 상기 수지는 상기 코어의 상단 및 하단이 노출되도록 주입되며,
    상기 코어의 상단 및 하단은 상기 몰딩체의 외부로 직접 노출되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코어는 상기 티스의 단부가 상기 금형에 밀착되도록 배치되고,
    상기 수지를 주입하는 단계에서, 상기 수지는 상기 코어의 상단에 대해 동일 또는 낮은 높이로 주입되며,
    상기 티스의 단부에 대응되는 상기 몰딩체의 일면은 상기 티스의 단부와 동일한 평면을 이루도록 형성되고, 상기 코어의 상단에 대응되는 상기 몰딩체의 다른 일면은 상기 코어의 상단에 대해 동일 또는 낮은 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코어는 상면에 형성되는 요철부를 포함하여 제공되며,
    상기 수지를 주입하는 단계에서, 상기 수지는 상기 요철부가 외부로 노출되도록 주입되고,
    상기 몰딩체는 상기 요철부의 단부가 외부로 직접 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 코어는 동일한 규격을 갖는 적어도 하나 이상의 단위코어블록이 직렬로 연결되어 제공되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단위코어블록의 일단에는 결합돌기가 형성되고, 타단에는 돌기수용부가 형성되며,
    상기 결합돌기는 인접한 다른 단위코어블록의 돌기수용부에 결합되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 티스는 상기 코어의 내주면 또는 외주면에 형성되고,
    상기 티스의 단부는 상기 금형에 밀착 또는 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코일에 전기적으로 연결되는 배선부를 더 포함하며,
    상기 몰딩체는 상기 배선부를 내부에 수용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자의 제조방법.
  10. 모터용 전기자에 있어서,
    복수개의 티스가 형성된 코어;
    상기 티스에 권선되는 코일; 및
    상기 티스 및 상기 코일을 감싸도록 사출 성형되는 몰딩체;를 포함하되,
    상기 몰딩체는 상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 발생하는 열에 의해 수지가 경화되어 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 몰딩체는 상기 코일에 전원 인가시 상기 금형에 유도되는 유도전류에 의해 상기 금형이 유도가열(induction heating)됨에 따라 상기 수지가 경화되어 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 티스는 상기 코어의 하부에 형성되고,
    상기 코어의 상단 및 하단은 상기 몰딩체의 외부로 직접 노출되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 티스의 단부에 대응되는 상기 몰딩체의 일면은 상기 티스의 단부와 동일한 평면을 이루도록 형성되고,
    상기 코어의 상단에 대응되는 상기 몰딩체의 다른 일면은 상기 코어의 상단에 대해 동일 또는 낮은 높이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코어는 상면에 형성되는 요철부를 더 포함하고,
    상기 몰딩체는 상기 요철부의 단부가 외부로 직접 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 코어는 동일한 규격을 갖는 적어도 하나 이상의 단위코어블록이 직렬로 연결되어 제공된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단위코어블록의 일단에는 결합돌기가 형성되고, 타단에는 돌기수용부가 형성되며,
    상기 결합돌기는 인접한 다른 단위코어블록의 돌기수용부에 결합되는 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 티스는 상기 코어의 내주면 또는 외주면에 형성되고,
    상기 몰딩체는 상기 티스의 단부와 동일한 내주면 또는 동일한 외주면을 이루도록 형성되거나, 상기 티스의 단부를 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 코일에 전기적으로 연결되는 배선부를 더 포함하고,
    상기 몰딩체는 상기 배선부를 내부에 수용하도록 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 전기자.
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