KR20140124318A - 회전 전기 기계 및 로터의 제조 방법 - Google Patents

회전 전기 기계 및 로터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

회전 전기 기계는 스테이터 및 로터를 포함한다. 로터는 영구 자석이 배치되는 로터 철심을 구비한다. 로터 철심은 연결부와, 복수의 자극부와, 제 1 공극과, 접착제 주입용의 제 2 공극을 포함한다. 연결부는 회전축을 둘러싸도록 구성된다. 복수의 자극부는 연결부보다 반경 방향 외측부에 마련된다. 제 1 공극은 연결부보다 반경 방향 외측부에 있어서의 자극부 사이에 축방향을 따라 관통하도록 구성되고, 제 1 공극에서는 영구 자석이 접착제에 의해 고정된다. 제 2 공극중 적어도 하나는 제 1 공극과 연통하여 각각의 제 1 공극에 마련된다.

Description

회전 전기 기계 및 로터의 제조 방법{ROTATING ELECTRICAL MACHINE AND MANUFACTURING METHOD OF ROTOR}
개시되는 실시예는 회전 전기 기계 및 로터의 제조 방법에 관한 것이다.
인접하는 자극(magnetic pole) 사이에 반경 방향으로 마련된 공극에, 영구 자석을 삽입하여 배치하는 회전 전기 기계의 로터가 알려져 있다.
본 개시의 실시예는 접착제의 돌출을 초래하는 일없이 영구 자석을 공극에 고정할 수 있는 회전 전기 기계 및 로터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 관점에 의하면, 스테이터 및 로터를 포함하는 회전 전기 기계가 제공된다. 로터는 영구 자석이 배치되는 로터 철심을 구비한다. 로터 철심은 연결부와, 복수의 자극부와, 제 1 공극과, 접착제 주입용의 제 2 공극을 포함한다. 연결부는 회전축을 둘러싸도록 구성된다. 복수의 자극부는 연결부보다 반경 방향 외측부에 마련된다. 제 1 공극은 연결부보다 반경 방향 외측부에 있어서의 자극부 사이에 축방향을 따라 관통하도록 구성되고, 제 1 공극에서는 영구 자석이 접착제에 의해 고정된다. 제 2 공극중 적어도 하나는 제 1 공극과 연통하여 각각의 제 1 공극에 마련된다.
본 개시의 다른 관점에 의하면, 스테이터 및 로터를 포함하는 회전 전기 기계가 제공된다. 로터는 영구 자석이 배치되는 로터 철심을 구비한다. 로터 철심은 연결부와, 복수의 자극부와, 제 1 공극과, 접착제 주입용의 제 2 공극과, 누설 자속 방지용의 제 3 공극을 포함한다. 연결부는 회전축을 둘러싸도록 구성된다. 복수의 자극부는 연결부보다 반경 방향 외측부에 마련된다. 제 1 공극은 연결부보다 반경 방향 외측부에 있어서의 자극부 사이에 축방향을 따라 관통하도록 구성되고, 제 1 공극에서는 영구 자석이 접착제에 의해 고정된다. 제 2 공극의 적어도 하나는 제 1 공극과 연통하여 각각의 제 1 공극에 마련된다. 제 3 공극은 자극부보다 반경 방향 내측부에서 제 1 공극 사이에 마련된다.
본 개시의 다른 관점에 의하면, 로터 철심을 포함하는 로터의 제조 방법이 제공된다. 로터 철심은 복수의 자극부와, 자극부 사이에 마련된 제 1 공극을 포함한다. 제조 방법은 삽입 단계 및 고정 단계를 포함한다. 삽입 단계에서는, 제 1 공극에 영구 자석이 삽입된다. 고정 단계에서는, 제 1 공극에 연통하는 제 2 공극을 거쳐서 제 1 공극 내에 접착제를 주입함으로써, 영구 자석을 고정한다.
도 1은 일 실시예의 회전 전기 기계의 전체 개략 구성을 도시하는 축방향 단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면을 따른 횡단면도,
도 3은 본 실시예의 로터 철심의 측면도,
도 4는 영구 자석 삽입용 구멍의 둘레 방향 양측에 접착제 주입 홈을 형성하는 변형예에 있어서의 로터 철심의 일례를 도시하는 측면도,
도 5는 영구 자석 삽입용 구멍의 둘레 방향 양측에 접착제 주입 홈을 형성하는 변형예에 있어서의 로터 철심의 다른 예를 도시하는 측면도,
도 6은 누설 자속 방지용 구멍의 반경 방향 내측에 접착제 주입 홈을 형성하는 변형예에 있어서의 로터 철심의 일례를 도시하는 측면도,
도 7은 누설 자속 방지용 구멍의 반경 방향 내측에 접착제 주입 홈을 형성하는 변형예에 있어서의 로터 철심의 다른 예를 도시하는 측면도.
이하에, 일 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
<회전 전기 기계의 구성>
먼저, 도 1 및 도 2를 사용하여 본 실시예에 따른 회전 전기 기계(1)의 구성에 대해 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 전기 기계(1)는 스테이터(2)와 로터(3)를 구비하고, 스테이터(2) 내측에 로터(3)를 구비한 인너 로터형(inner-rotor type) 모터이다. 스테이터(2)는 로터(3)와 반경 방향으로 대향하도록 프레임(4)의 내주면에 마련된다. 스테이터(2)와 프레임(4) 사이에, 고리 형상을 갖는 적층 철심 링(30)이 배치된다. 이러한 스테이터(2)는 스테이터 철심(5)과, 스테이터 철심(5)에 장착된 보빈(6)과, 보빈(6)에 권회된 코일선(7)을 구비하고 있다. 보빈(6)은 스테이터 철심(5)과 코일선(7)을 전기적으로 절연하기 위해, 절연성 재료로 구성된다. 보빈(6)의 축방향 일방측(도 1의 좌측)에는 기판(8)이 마련되어 있다. 이 기판(8)에 마련된 회로와 보빈(6)에 권회된 코일선(7)이 사각봉 형상을 각각 갖는 2개의 핀 단자(pin terminal)(9)를 거쳐서 전기적으로 접속된다. 코일선(7)의 권회 개시 및 권회 종료의 단부(7a)는, 대응하는 핀 단자(9)에 권회되고 도시를 생략하는 땜납 등에 의해 핀 단자(9)에 고정된다.
로터(3)는 회전축(10)의 외주면에 마련되어 있다. 회전축(10)은 부하측 베어링(12) 및 반부하측 베어링(14)에 의해, 회전 가능하게 지지된다. 부하측 베어링(12)의 외륜은 프레임(4)의 부하측(도 1에서 우측) 상에 마련된 부하측 브래킷(11)에 끼워맞춤된다. 반부하측 베어링(14)의 외륜은, 프레임(4)의 반부하측(부하측의 반대측, 도 1에서 좌측) 상에 제공된 반부하측 브래킷(13)에 끼워맞춤된다. 회전축(10)의 반부하측 단부에는 인코더(15)가 마련된다. 인코더(15)는 인코더 커버(16)에 의해 덮인다. 또한, 로터(3)는 로터 철심(20)과, 로터 철심(20)에 마련되어 회전축(10)을 중심으로 하여 반경 방향으로 배치된 복수개의 영구 자석(21)을 구비하고 있다.
스테이터 철심(5)은 반경 방향 외측으로 돌출한 반경 방향의 돌출부(18)를 복수개(예를 들면, 도 2에서 12개) 구비한다. 코일선(7)이 권회된 보빈(6)은 외측으로부터 각각의 돌출부(18)에 장착된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 인접하는 2개의 돌출부(18) 사이의 오목부(19)에는, 각각의 돌출부에 장착된 보빈(6)의 코일선(7)에 있어서의 권회층의 측부는 간극을 두고 서로 배향하여 배치된다. 스테이터(2)는, 코일선(7)이 권회된 보빈(6)을 스테이터 철심(5)에 장착한 후, 스테이터 철심(5)을 고리 형상의 적층 철심 링(30)의 내주에 고정함으로써 조립된다. 조립된 스테이터(2)는 프레임(4)의 내주면에 장착된다. 그 후, 오목부(19) 내에 수지가 압입되고, 보빈(6)이나 코일선(7) 등이 수지로 성형된다.
<로터 철심의 구성>
도 3에 도시하는 바와 같이, 로터 철심(20)은 회전축(10)을 둘러싼 연결부(20A)와, 연결부(20A)의 반경 방향 외측에 마련된 복수개(이 예에서는 10개)의 자극부(20B)와, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)과, 접착제 주입 홈(20c)과, 누설 자속 방지용 구멍(20d)을 갖고 있다. 회전축(10)을 관통하는 중심 구멍(20a)은 연결부(20A)의 내주측에 마련된다.
영구 자석 삽입용 구멍(20b)은, 연결부(20A)의 반경 방향 외측에 있어서 인접한 2개의 자극부(20B) 사이에 축방향을 따라 관통하여 마련된다. 영구 자석(21)은 영구 자석 삽입용 구멍(20b) 내에 축방향으로 삽입되고, 접착제에 의해 고정된다. 영구 자석 삽입용 구멍(20b)은 중심 구멍(20a)의 중심으로부터 반경 방향으로 연장된다. 영구 자석 삽입용 구멍(20b)은, 영구 자석(21)의 크기(횡단면의 단면적)와 대략 동일한 크기(횡단면의 단면적)를 갖지만, 상세하게는, 약간의 간극에 해당(삽입 오차에 해당)하는 크기만큼 영구 자석(21)보다 큰 크기를 갖는다. 여기에서, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)은 제 1 공극의 일례이다.
접착제 주입 홈(20c)은 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 연통하여 각 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 마련된 접착제 주입용 공극이다. 접착제 주입 홈(20c)은 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 대해 둘레 방향의 일방측으로 축방향으로 관통하여 마련된다. 이러한 접착제 주입 홈(20c)은, 영구 자석(21)이 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 삽입되어 영구 자석 삽입용 구멍(20b)이 메워질 경우에, 로터 철심(20)과 영구 자석(21) 사이의 약간의 간극을 제외하고 남은 공간이 된다. 따라서, 남은 공간이 되는 접착제 주입 홈(20c)에 접착제를 주입함으로써, 영구 자석(21)을 로터 철심(20)에 고정하는 것이 가능하다. 여기에서, 접착제 주입 홈(20c)은 제 2 공극의 일례이다.
누설 자속 방지용 구멍(20d)은, 자극부(20B)중 반경 방향 내측의 부분에 있어서 인접하는 2개의 영구 자석 삽입용 구멍(20b) 사이에 마련된 누설 자속 방지용의 공극이다. 누설 자속 방지용 구멍(20d)은, 영구 자석(21)으로부터의 자속이 누설 자속 방지용 구멍(20d)의 반경 방향 내측으로 누설되는 것을 억제하며, 회전 토크의 발생에 기여하는 자속의 감소를 방지한다. 여기에서, 누설 자속 방지용 구멍(20d)은 제 3 공극의 일례이다.
또한, 누설 자속 방지용 구멍(20d)은 반경 방향 외측으로 돌출한 횡단면 형상을 갖는다. 이와 같은 형상으로 하는 것에 의해, 누설 자속 방지용 구멍(20d)의 둘레 방향 양측에 위치한 2개의 영구 자석(21)으로부터의 각각의 자속을, 반경 방향 외측으로 돌출한 형상을 따라 로터 철심(20)의 외주측으로 원활하게 안내할 수 있다. 본 실시예에서는, 누설 자속 방지용 구멍(20d)을 대략 오각형상으로 하는 것에 의해 상기 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 효과와 함께, 자속이 발생되는 영구 자석(21)의 측면과 이 측면에 대향하는 누설 자속 방지용 구멍(20d)의 면 사이의 간극을 좁히고, 내주측으로의 누설 자속의 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
<로터의 제조 방법>
상술한 구성을 갖는 로터(3)의 제조에 있어서, 먼저, 로터 철심(20)의 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 영구 자석(21)을 삽입한다(삽입 단계에 해당). 그 후에, 영구 자석(21)이 삽입된 영구 자석 삽입용 구멍(20b) 내에, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 연통하는 접착제 주입 홈(20c)을 거쳐서 접착제를 주입하고, 영구 자석(21)을 고정한다(고정 단계에 해당).
<실시예의 효과>
상술한 바와 같이, 본 실시예의 회전 전기 기계(1)에서는, 영구 자석(21)이 고정되는 영구 자석 삽입용 구멍(20b)과 별개로, 이 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 연통하는 접착제 주입 홈(20c)이 로터 철심(20)에 마련된다. 그리고 나서, 접착제를 도포하지 않은 상태에서 영구 자석(21)을 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 삽입한 후, 접착제 주입 홈(20c)을 거쳐서 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 접착제를 주입한다. 이것에 의해, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 삽입된 영구 자석(21)의 둘레 방향 일방측의 면을, 이 면에 대향하는 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 벽면에 접착하여, 영구 자석(21)을 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 고정할 수 있다. 그 결과, 영구 자석(21)에 접착제를 도포하고, 이 영구 자석(21)을 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 삽입하는 경우와 같이, 접착제의 돌출을 방지할 수 있다. 따라서, 접착제가 로터 철심(20)의 단부면으로 돌출하지 않으므로, 돌출된 접착제를 제거하는 단계를 실행할 필요가 없다.
본 실시예에서는, 접착제 주입 홈(20c)에 주입된 접착제에 의해 영구 자석(21)을 고정하므로, 영구 자석(21)의 둘레 방향 일방측의 표면의 반경 방향 일부만이 접착되게 된다. 그러나, 회전 전기 기계(1)는 매설 자석형[영구 자석(21)의 위치는 반경 방향으로 어긋나지 않음]이고, 영구 자석(21)의 축방향으로의 위치 어긋남만을 방지하는데 충분하다. 따라서, 접착제 주입 홈(20c)에 주입된 접착제에 의해 영구 자석(21)을 충분히 견고하게 고정할 수 있다.
<변형예>
개시되는 실시예는 상술한 관점에 한정되는 것이 아니라, 그 취지 및 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 이하에, 이러한 변형예를 순차적으로 설명한다.
(1) 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 둘레 방향 양측에 접착제 주입 홈을 형성하는 경우
본 실시예에서는, 접착제 주입 홈(20c)이 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 둘레 방향 일방측에만 마련되지만, 본 실시예는 이러한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 접착제 주입 홈(20c, 20e)(본 변형예에서 제 2 공극의 일례에 해당)은 각 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 둘레 방향 양측에 마련될 수도 있다. 이러한 예에서는, 접착제 주입 홈(20c)과 접착제 주입 홈(20e)은, 둘레 방향으로 서로 대향하도록(반경 방향으로 동일한 위치를 갖도록) 마련된다.
대안적으로, 도 5에 도시하는 바와 같이, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 둘레 방향 양측에, 반경 방향으로 서로 다른 위치를 갖도록 2개의 접착제 주입 홈(20c, 20f)(본 변형예에서 제 2 공극의 일례에 해당)이 각각 마련될 수도 있다. 이러한 예에서는, 접착제 주입 홈(2f)은 둘레 방향으로 접착제 주입 홈(20c)에 대향하는 측에 마련되고, 또한 접착제 주입 홈(2c)보다 중심에 가깝게 마련된다.
본 변형예에 의하면, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 삽입된 영구 자석(21)의 둘레 방향 양측의 측면은, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 각각 대향하는 벽면에 접착된다. 이것에 의해, 영구 자석(21)을 보다 견고하게 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 고정할 수 있다.
(2) 누설 자속 방지용 구멍의 반경 방향 내측에 접착제 주입 홈을 형성하는 경우
본 실시예에서는, 접착제 주입 홈(20c)이 누설 자속 방지용 구멍(20d)의 반경 방향 외측에 마련되므로, 영구 자석(21)로부터의 회전 토크 발생에 기여하는 자속이 감소되는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 누설 자속 방지용 구멍(20d')(본 변형예에서는 제 3 공극의 일례에 해당)의 반경 방향 내측에 접착제 주입 홈(20g)(본 변형예에서는 제 2 공극의 일례에 해당)을 마련할 수도 있다.
본 변형예의 각 접착제 주입 홈(20g)은, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 내주측의 단부에, 둘레 방향 양측으로 돌출하도록 마련된다. 하나의 접착제 주입 홈(20g)은 둘레 방향 일방측에만 돌출하도록 마련될 수도 있다.
또한, 누설 자속 방지용 구멍(20d')은, 둘레 방향으로 인접하는 각각의 영구 자석 삽입용 구멍(20b)보다 돌출하여 마련된 접착제 주입 홈(20g)의 반경 방향 외측에 마련된다. 상술한 바와 같이, 누설 자속 방지용 구멍(20d')은 반경 방향 외측으로 돌출한 횡단면 형상을 갖는 것이 바람직하고, 본 변형예에서는 대략 삼각형상을 갖도록 형성된다. 누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 중심측에 위치하는 벽면(삼각형의 밑변에 해당하는 면)은, 둘레 방향으로 서로 인접하는 각각의 영구 자석 삽입용 구멍(20b)으로부터 돌출한 접착제 주입 홈(20g)과 반경 방향에 있어서 미세한 간극을 거쳐서 대향한다. 이것에 의해, 내주측으로의 누설 자속의 경로를 좁힐 수 있다. 또한, 둘레 방향으로 돌출한 접착제 주입 홈(20g)을 우회하는 길이 만큼, 상기 실시예보다 누설 자속의 경로를 길게 하는 것이 가능하므로, 내주측으로의 누설 자속의 저감 효과를 보다 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 접착제 주입 홈(20g)을 누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 내측에 마련함으로써, 회전 토크의 발생에 기여하는 자속의 감소를 방지하면서, 접착제 주입로를 확보할 수 있다. 특히, 본 변형예에서, 누설 자속 방지용 구멍(20d')은 대략 삼각형상을 갖도록 구성된다. 이것에 의해, 회전 토크의 발생에 기여하는 자속의 감소를 최소화하면서, 둘레 방향으로 서로 인접하는 각 영구 자석(21)으로부터의 자속을, 삼각형의 횡단면 형상의 두 변을 따라 원활하게 로터 철심(20)의 외주측으로 안내할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는, 영구 자석(21)이 삽입된 영구 자석 삽입용 구멍(20b) 내에, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 둘레 방향 양측으로 돌출하는 2개의 접착제 주입 홈(20g)을 거쳐서 접착제가 주입된다. 이러한 경우에, 이러한 2개의 접착제 주입 홈(20g)은, 접착제 주입 홈(20g)과 영구 자석(21)의 반경 방향 내측의 면 사이의 미세한 간극을 거쳐서 서로 연통된다. 이것에 의해, 접착제를 영구 자석(21)의 둘레 방향 양측의 측면뿐만 아니라, 반경 방향 내측의 면으로도 주입할 수 있다. 그 결과, 접착 면적이 증대될 수 있으므로, 영구 자석(21)을 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 견고하게 고정할 수 있다.
누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 내측의 접착제 주입 홈(20g)과 함께, 누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 외측에 다른 접착제 주입 홈이 더 마련될 수도 있다. 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 외측에 있어서, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)의 둘레 방향 양측에 서로 대향하도록 접착제 주입 홈(20c, 20e)을 마련하고, 또한 누설 자속 방지용 구멍(20d')의 반경 방향 내측에 접착제 주입 홈(20g)을 마련할 수도 있다. 이러한 경우에, 영구 자석 삽입용 구멍(20b)에 영구 자석(21)을 보다 견고하게 고정할 수 있다.
(3) 기타
이상에서는, 회전 전기 기계(1)가 로터(3)를 스테이터(2) 내측에 구비한 인너 로터형인 경우를 일례로 설명했지만, 본 실시예는 이 경우에 한정되지 않는다. 즉, 개시된 실시예는 로터(3)를 스테이터(2) 외측에 구비한 아우터 로터형(outer-rotor type)의 회전 전기 기계에 적용될 수 있다. 또한, 개시된 실시예는 회전 전기 기계(1)가 모터 대신에 발전기인 경우에 적용될 수 있다.
또한, 이상에 설명한 것 이외에도, 상기 실시예의 방법은 적절하게 조합하여 이용할 수도 있다.
이 외에, 각 예시가 도시되지 않았지만, 상기 실시예는 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 다양한 변경이 부가되어 실시된 것이다.
1 : 회전 전기 기계 2 : 스테이터
3 : 로터 10 : 회전축
20 : 로터 철심 20A : 연결부
20B : 자극부
20b : 영구 자석 삽입용 구멍(제 1 공극)
20c : 접착제 주입 홈(제 2 공극)
20d : 누설 자속 방지용 구멍(제 3 공극)
21 : 영구 자석

Claims (6)

  1. 회전 전기 기계에 있어서,
    스테이터와,
    영구 자석이 배치되는 로터 철심을 구비한 로터를 포함하며,
    상기 로터 철심은,
    회전축을 둘러싸도록 구성된 연결부와,
    상기 연결부보다 반경 방향 외측부에 마련된 복수의 자극부와,
    상기 연결부보다 반경 방향 외측부에 있어서의 자극부 사이에 축방향을 따라 관통하도록 구성되고, 상기 영구 자석이 접착제에 의해 고정되는 제 1 공극과,
    상기 제 1 공극에 연통하여 각각의 상기 제 1 공극에 적어도 하나 마련된 상기 접착제 주입용의 제 2 공극을 포함하는
    회전 전기 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공극은 각각의 상기 제 1 공극에 적어도 둘레 방향 일방측에 마련되는
    회전 전기 기계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 공극은 각각의 상기 제 1 공극에 둘레 방향 양측에 마련되는
    회전 전기 기계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자극부보다 반경 방향 내측부에서 상기 제 1 공극 사이에 마련된 누설 자극 방지용의 제 3 공극을 더 포함하는
    회전 전기 기계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 공극은 상기 제 3 공극보다 반경 방향 내측부에 마련되는
    회전 전기 기계.
  6. 복수의 자극부와, 상기 자극부 사이에 마련된 제 1 공극을 포함하는, 로터 철심을 구비하는 로터의 제조 방법에 있어서,
    상기 제 1 공극에 영구 자석을 삽입하는 삽입 단계와,
    상기 영구 자석이 삽입된 상기 제 1 공극 내에, 상기 제 1 공극에 연통하는 제 2 공극을 거쳐서 접착제를 주입함으로써, 영구 자석을 고정하는 고정 단계를 포함하는
    로터의 제조 방법.
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