KR20150022526A - 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터 - Google Patents

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김학록
고형환
박성철
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명은 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속 분말과 연자성 분말을 혼합한 혼합물을 압축 성형하여 스테이터 코어를 일체형으로 제조함으로써, 코어 로스를 줄여 금형 제조비를 줄일 수 있고 제조공정을 단순화할 수 있는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터를 제공한다.
일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 다수로 분할되고 환형으로 배열되는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 외주면에 감싸지는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 갭을 두고 배치되는 로터를 포함하고, 상기 스테이터 코어는 금속 분말을 성형하여 일체로 형성되는 일체형 코어부와, 복수의 철편이 적층되어 형성되고 일체형 코어부와 결합되는 적층형 연결 코어부를 포함한다.

Description

일체형 스테이터 코어를 갖는 모터{Motor having one-body type stator core}
본 발명은 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속분말과 연자성 분말의 혼합한 합금분말을 압축 성형하여 스테이터 코어를 일체로 성형함으로써, 고출력, 고속, 고토크의 모터를 구현할 수 있는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터에 관한 것이다.
슬롯형 스테이터는 권선이 어렵고 권선에 많은 시간을 필요로 하며 복잡한 고가의 코일 권선 설비를 요구한다. 또한 다수의 티스가 형성된 구조는 자기적인 불연속성을 유발하여 모터의 효율에 영향을 미치고 슬롯의 존재에 따라 코깅 토크(cogging torque)가 발생하게 된다. 전기 강판과 같은 재질의 경우 두께가 두꺼우므로 철손이 커 고속 모터에서의 효율이 낮을 수 밖에 없다.
최근 기술의 고속 공작기계, 항공 모터 및 액츄에이터, 압축기 등 다양한 분야에서 사용되는 많은 장치들은 15,000 ~ 20,000rpm을 초과하고 어떤 경우에는 100,000rpm 에 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. 종래의 Si-Fe계 재료에 있어서, 약 400Hz 이상의 주파수에서 변화하는 자기장으로부터 기인하는 손실은 흔히 재료를 어떤 적절한 냉각수단에 의해서도 냉각시킬 수 없을 때까지 가열시킨다.
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 장치의 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 금속의 두께는 또한 조립된 부재의 라미네이션 수의 증가를 가져오며, 또한 비정질금속 로터 또는 스테이터 자석 조립체의 전체 비용을 상승시킨다.
비정질 금속은 균일한 리본폭을 갖는 얇고 연속적인 리본으로 공급된다. 그러나 비정질 금속은 매우 경한 재료로서, 그것을 쉽게 절단하거나 성형하기가 아주 어렵다. 피크 자기 특성을 확보하기 위해 어닐링처리 되면, 비정질 금속 리본은 큰 취성을 띄게 된다. 이는 벌크 비정질 자기 부재를 구성하기 위해 통상적인 방법을 사용하는 것을 어렵게 하고 값비싸게 한다. 또한 상기 비정질금속 리본의 취성은 전기 모터의 적용에 있어서 벌크 자기 부재의 내구성에 대한 우려를 가져올 수도 있다.
이러한 점을 고려하여 한국 공개특허 제2002-63604호 등에는 다면체 형상을 갖고, 다수의 비정질 스트립 층으로 구성되어 고 효율 전기 모터에 사용하기 위한 저-손실 비정질 금속 자기 부품을 제안하고 있다. 상기 자기 부품은 약 50Hz-20,000Hz의 주파수 범위에서 작동될 수 있고, 동일한 주파수 범위에서 작동되는 규소-강 자기 부품에 비하면 향상된 성능특성을 나타도록 코어 손실을 갖는 것으로, 다면체 형상부를 형성하기 위하여 비정질 금속 스트립을 절단하여 소정의 길이를 갖는 다수의 절단 스트립을 형성한 후 에폭시를 사용하여 적층시킨 구조를 가진다.
그러나, 상기 한국 공개특허 제2002-63604호 등은 여전히 취성이 큰 비정질금속 리본을 절단 등의 성형 공정을 거쳐서 제조가 이루어지는 것이므로 실용화가 어려운 문제가 있고, 50Hz-20,000Hz의 주파수 범위에서 작동되어 고속 주파수용으로의 응용은 제안하지 못하고 있다.
한편, 한국 공개특허 제2005-15563호에는 Fe계 비결정질 합금을 사용하여 급속응고방법으로 제조된 비정질 금속 리본을 예비 열처리하는 단계, 상기 비정질 금속 리본을 분쇄하여 비정질 금속 분말을 얻는 단계, 상기 비정질 금속 분말을 분급한 후 최적의 조성 균일성을 갖는 분말 입도 분포로 혼합하는 단계, 상기 혼합된 비정질 금속 분말에 바인더를 혼합한 후, 코어를 성형하는 단계, 및 상기 성형된 코아를 소둔 처리 한 후 코아를 절연수지로 코팅하는 단계를 포함하는 비정질 연자성 코어의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 코어는 스위칭모드 전원공급장치(SMPS)의 평활 초크 코어 등에 사용되어 전원장치의 교류 입력을 직류로 변환하는 과정에서 발생하는 미약한 교류에 직류가 중첩된 파형에 대한 자성 코아의 직류중첩특성을 개선하는 목적으로 사용된다.
또한, 한국 등록특허 제721501호에는 비정질 합금 리본을 예비 열처리하는 단계, 상기 예비 열처리된 비정질 합금리본을 분쇄하여 얻어진 비정질 합금 분말을 분쇄하여 얻은 분말을 분급하는 단계, 상기 분급된 분말중 소정의 입도를 가진 분말을 폴리이미드계 수지의 바인더와 혼합하는 단계, 상기 혼합된 분말을 가압하는 단계, 및 상기 가압 된 분말 코어의 나노결정화를 위하여 열처리하는 단계를 포함하는 나노 결정립 연자성 합금 분말 코어의 제조 방법이 제안되어 있다.
상기 분말 코어는 대전력 용도인 변류기, 누전차단기, 평활 초크 등에 적용된다.
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.
일반적으로 비정질 스트립은 에디 커런트 로스(Eddy Current Loss)가 낮으나, 비정질 스트립을 권선 또는 성형 및 적층하여 제작되는 종래의 모터용 코어는 상기한 종래기술에서 지적하는 바와 같이 제조공정의 어려움으로 실용화가 어렵다.
상기한 바와 같이, 종래에는 무방향성 전기 강판과 비교하여 우수한 자기 성능을 제공하나, 제조를 위한 가공시에 발생하는 장애 때문에 전기 모터용 스테이터와 로터로서 벌크 자기 부재로서의 사용이 이루어지 못하였다.
또한, 상기 종래의 비정질 연자성 코어의 제조방법에서는 고출력, 고속, 고토크, 고주파수 특성을 갖는 전기 모터 분야에 최적인 자기 코어의 설계방안을 제시하고 있지 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.
한국 공개특허 제2002-63604호 한국 공개특허 제2005-15563호 한국 등록특허 제721501호
본 발명의 목적은 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속 분말과 연자성 분말을 혼합한 합금분말을 압축 성형하여 스테이터 코어를 일체형으로 제조함으로써, 코어 로스를 줄여 금형 제조비를 줄일 수 있고 제조공정을 단순화할 수 있는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스테이터 코어를 일체로 성형하여 축방향 스테이터 코어의 높이를 줄일 수 있어 슬림화가 가능한 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 로터의 마그넷과 스테이터 코어의 높이를 동일하게 설계 가능하여 모터 효율을 향상시킬 수 있는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코일이 감기는 부분은 일체형 코어부로 형성하고, 형상이 복잡한 스테이터 코어들 사이를 연결하는 연결부는 적층형 연결 코어부로 형성하여, 일체형 코어부와 적층형 연결 코어부를 상호 결합하여 제조하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 다수로 분할되고 환형으로 배열되는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 외주면에 감싸지는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 갭을 두고 배치되는 로터를 포함하고, 상기 스테이터 코어는 금속 분말을 성형하여 일체로 형성되는 일체형 코어부와, 복수의 철편이 적층되어 형성되고 일체형 코어부와 결합되는 적층형 연결 코어부를 포함할 수 있다.
상기 일체형 코어부는 코일이 감기는 요크부와, 상기 요크부의 일단에 일체로 형성되고 로터와 마주보게 배치되는 플랜지부를 포함하고, 상기 스테이터 코어의 높이를 줄일 수 있도록 상기 요크부의 상면 및 하면은 상기 플랜지부의 상면 및 하면에 비해 높이가 낮게 형성되는 코일 감김홈이 형성될 수 있다.
상기 코일 감김홈은 요크부의 상면에 형성되고 플랜지부의 상면에 비해 깊이(H2)만큼 내측으로 들어간 제1코일 감김홈과, 상기 요크부의 하면에 형성되고 플랜지부의 하면에 비해 깊이(H3)만큼 내측으로 들어간 제2코일 감김홈을 포함할 수 있다.
상기 적층형 연결 코어부는 상기 요크부의 타단에 압입되는 압입홈이 형성되는 연결부와, 상기 연결부의 일측면에 구 형태로 형성되는 걸림돌기와, 상기 연결부의 타측면에 상기 걸림돌기가 끼움 결합되도록 구형 홈 형태로 형성되는 걸림홈을 포함할 수 있다.
상기 로터는 플랜지부와 일정 갭을 두고 배치되는 마그넷과, 상기 마그넷의 배면에 배치되는 백요크와, 상기 마그넷 및 백요크가 고정되고 회전축에 연결되는 로터 지지체를 포함하고, 상기 마그넷의 높이는 상기 플랜지부의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속 분말과 연자성 분말을 혼합한 혼합물을 압축 성형하여 스테이터 코어를 일체형으로 제조함으로써, 코어 로스를 줄여 금형 제조비를 줄일 수 있고 제조공정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 스테이터 코어를 일체로 성형하여 축방향 스테이터 코어의 높이를 줄일 수 있어 모터의 슬림화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 로터의 마그넷과 스테이터 코어의 높이를 동일하게 설계 가능하여 모터 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터는 코일이 감기는 부분은 일체형 코어부로 형성하고, 형상이 복잡한 스테이터 코어들 사이를 연결하는 연결부는 적층형 연결 코어부로 형성하여, 일체형 코어부와 적층형 연결 코어부를 상호 결합하여 제조함으로써, 형상이 복잡한 스테이터 코어를 일체형으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 스테이터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터 코어의 분해된 평면도이다.
도 7은 본 발명이 일 실시예에 따른 스테이터 제조공정을 나타낸 공정 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 모터는 스테이터(10)와, 스테이터(10)의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되고 회전축(40)에 연결되는 로터(20)를 포함한다.
스테이터(10)는 환형으로 배열되는 다수의 스테이터 코어(12)와, 스테이터 코어(12)의 외주면에 감싸지는 절연성 재질의 보빈(14)과, 보빈(14)의 외주면에 권선되는 코일(16)을 포함한다.
스테이터 코어(12)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 비정질 금속 분말로 압축 성형하여 금형에 의해 일체로 형성되는 일체형 코어부(30)와, 복수의 철편이 적층되어 형성되고 일체형 코어부(30)와 결합되는 적층형 연결 코어부(40)를 포함한다.
일체형 코어부(30)는 코일이 감겨지는 요크부(32)와, 요크부(32)의 일단에 형성되고 로터(20)와 마주보게 배치되는 플랜지부(34)를 포함한다.
일체형 코어부(30)는 비정질 금속 분말과 바인더를 혼합하여 성형하거나, 또한 비정질 금속 분말, 연자성 특성이 우수한 결정질 금속 분말 및 바인더를 소정 비율로 혼합하여 성형할 수 있다. 이 경우, 비정질 금속 분말을 100% 사용하는 경우에 비하여 금속 분말을 소정 비율 혼합하는 경우가 고압 소결의 어려움을 해소할 수 있으며, 투자율을 높일 수 있다.
그리고, 일체형 코어부(30)는 연자성 분말만으로 압축 성형하여 제조하는 것도 가능하다. 이러한 일체형 코어부(30)는 압축 성형 이외에 압출 성형에 의해 제조되는 것도 가능하다.
요크부(32)의 외주면에 코일(16)이 감겨지는데, 이때 요크부(32)의 상면과 하면에는 코일 감김홈(50,52)이 형성된다. 즉, 요크부(32)의 높이(H1)를 작게 하고, 요크부(32)의 상면 및 하면이 플랜지부(34)에 비해 높이가 낮아지도록 오목하게 패인 형태로 형성하여 코일 감김홈(50,52)을 형성한다.
코일 감김홈(50,52)은 요크부(32)의 상면에 형성되어 플랜지부(34)의 상면보다 높이(H2)만큼 내측으로 오목하게 들어간 형태로 형성되는 제1코일 감김홈(50)과, 요크부(32)의 하면에 형성되어 플랜지부(34)의 하면보다 높이(H3)만큼 내측으로 오목하게 들어간 형태로 형성되는 제2코일 감김홈(52)으로 구성된다.
이와 같이, 축방향 스테이터 코어(10)의 높이를 줄이게 되면 모터의 전체 높이를 줄일 수 있어 모터의 슬림화가 가능하고, 요크부(32)의 둘레면적을 줄일 수 있어 동일한 성능을 발휘할 경우 코일 감김량을 줄일 수 있고 동손을 감소시킬 수 있다.
여기에서, 일체형 코어부(30)는 도 6에 도시된 바와 같이, 요크부(32)와 플랜지부(34)가 압축 성형 또는 압출 성형에 의해 각각 별도로 성형되고, 이후 공정에서 상호 조립하는 구조도 적용이 가능하다.
즉, 플랜지부(34)에는 압입홈(35)이 형성되어 요크부(32)의 일단이 압입홈(35)에 압입하여 제조될 수 있다. 그리고, 플랜지부(34)와 요크부(32)는 본딩에 의해 상호 조립되는 것도 가능하다.
적층형 연결 코어부(40)는 요크부(30)의 타단이 압입되는 압입홈(44)이 형성되는 연결부(42)와, 연결부(42)의 일측면에 구형태로 돌출되게 형성되는 걸림돌기(46)와, 연결부(42)의 타측면에 구형 홈 형태로 형성되어 걸림돌기(46)가 끼움 결합되는 걸림홈(48)을 포함한다.
적층형 연결 코어부(40)의 압입홈(44)에 일체형 코어부(30)의 요크부(30)가 압입되어 조립될 수 있고, 조립 강도를 보강하기 위해 적층형 연결 코어부(40)와 일체형 코어부(30) 사이를 본딩하여 제조하는 것도 가능하다.
그리고, 적층형 연결 코어부(40)는 일체형 코어부(30)와 같이, 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속 분말과 구형 연자성 분말을 혼합한 합금분말로 압축 성형 또는 압출 성형에 의해 일체로 성형되는 것도 가능하다.
이러한 적층형 연결 코어부(40)는 방사상으로 배열되는 스테이터 코어들 사이를 직접 연결하여 분할된 형태의 스테이터 코어들(12) 사이가 상호 통전되어 자기회로를 형성할 수 있도록 한다.
그리고, 적층형 연결 코어부(40)는 이러한 연결 구조 이외에, 연결부(42)의 양쪽 끝부분에 핀 홀을 형성하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 핀 부재를 두 스테이터 코어의 핀 홀 사이에 끼움 결합하여 스테이터 코어들 사이를 연결하는 구조도 적용이 가능하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 코킹부재를 이용하여 코킹하는 방법도 적용이 가능하다.
적층형 연결 코어부(40)는 다수의 철편을 적층하여 형성하기 때문에 철편의 강도가 강하므로 걸림돌기가 연결부에서 분리되지 않는다.
하지만, 적층형 연결 코어부(40)를 일체형 코어부(30)와 같이 비정질 금속 분말로 압축 성형하여 제조할 경우 금형의 구조가 복잡해지고, 강도가 약하기 때문에 걸림돌기(46) 부분이 떨어져 나갈 우려가 있다.
따라서, 본 실시예에서는 다수의 스테이터 코어들 사이를 상호 연결하는 부분은 강도가 강한 다수의 철편을 적층하여 제조하고, 코일이 감기는 부분은 비정질 금속 분말로 압축 성형하여 제조함으로써, 비용을 줄이면서 모터 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
적층형 연결 코어부(40)의 적층높이(H4)는 일체형 코어부(30)의 요크부(32)의 높이(H1)과 동일하게 형성하여 적층형 연결 코어부의 적층높이를 줄일 수 있게 되고 이에 따라 제조비용을 줄일 수 있다.
로터(20)는 스테이터(10)의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되는 마그넷(22)과, 마그넷(22)의 배면에 배치되는 백요크(24)와, 마그넷(22)과 백요크(24)가 고정되고 회전축(60)에 연결되는 로터 지지체(26)를 포함한다.
여기에서, 마그넷(22)의 높이(H5)는 플랜지부(34)의 높이(H6)와 동일한 높이로 설계가 가능하므로 모터의 높이를 낮추면서 모터 효율을 증대시킬 수 있게 된다.
다음에서 상기한 본 발명에 따른 스테이터의 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 비정질 금속 분말을 압축 성형하여 일체형 코어부(30)를 형성한다(S10).
일체형 코어부(30)는 비정질 금속 분말과 바인더를 혼합하여 성형하거나, 또한 비정질 금속 분말, 연자성 특성이 우수한 결정질 금속 분말 및 바인더를 소정 비율로 혼합하여 성형할 수 있고, 연자성 특성이 우수한 결정질 금속 분말과 바인더를 혼합하여 성형할 수 있다.
그리고, 적층형 연결 코어부(40)를 일체형 코어부(30)와 별도로 제조한다(S20).
즉, 철판을 절단하여 압입홈(44), 걸림돌기(46) 및 걸림홈(48)을 일체로 형성한다. 그리고, 복수의 철판을 적층한다. 이때, 적층형 연결 코어부(40)의 적층 높이는 일체형 코어부(30)의 요크부(32)의 높이와 동일하게 한다.
그리고, 적층형 연결 코어부(40)에 형성되는 압입홈(44)에 일체형 코어부(30)를 압입한다(S30). 즉, 일체형 코어부(30)의 요크부(32)의 끝부분을 압입홈(44)에 강제 압입하는 방식으로 고정시킨다.
그리고, 일체형 코어부(30) 및 적층형 연결 코어부(40)의 외면에 절연재질의 수지를 인서트 몰딩하여 보빈(14)을 형성한다. 여기에서, 일체형 코어부(30)의 플랜지부(34)의 외측면 및 적층형 연결 코어부(40)의 걸림돌기(46) 및 걸림홈(48) 부분은 절연재질의 수지가 감싸지지 않고 외부로 노출된 상태로 된다.
그리고, 보빈(14)의 외면에 코일(16)을 연속 권선한다(S40). 그리고, 스테이터 코어(12)의 걸림돌기(46)에 이웃하여 배치되는 스테이터 코어(12)의 걸림홈(48)을 끼움 결합하여 스테이터 코어(12)를 방사상으로 배열하면 스테이터의 조립이 완료된다(S50).
다음에서, 일체형 코어부(30)의 제조방법은 상세하게 살명한다. 일 예로, 비정질 금속 분말을 사용할 경우에 대해 설명한다.
본 발명의 일체형 코어부(30)는 비정질 합금을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 30um 이하의 극박형 비정질 합금 리본 또는 스트립을 제조한 후, 이를 분쇄하여 비정질 금속 분말을 얻는다. 이 때 얻어지는 분쇄된 비정질 금속 분말은 1 ~ 150um의 범위의 크기를 가진다.
이 경우, 상기 비정질 합금 리본은 높은 투자율을 도모할 수 있는 나노 결정립 미세조직을 갖도록 질소 분위기에서 400-600℃에서 열처리가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 비정질 합금 리본은 분쇄 효율을 높이도록 100-400℃, 대기분위기에서 열처리가 이루어질 수 있다.
상기 비정질 합금 분말은 비정질 합금 리본의 분쇄방법 이외에 아토마이즈법에 의해 얻어진 구형 분말을 사용하는 것도 물론 가능하다.
상기 비정질 합금은 예를 들어, Fe계, Co계, Ni계 중 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Fe계 비정질 합금이 저렴하다. 상기 Fe계 비정질 합금은 Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si-B, 또는 Fe-Si-N 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 또한, 상기 Co계 비정질 합금은 Co-Fe-Si-B, 또는 Co-Fe-Ni-Si-B 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그 후, 분쇄된 비정질 금속 분말은 크기에 따라 분급한 후, 최적의 조성 균일성을 갖는 분말 입도 분포로 혼합된다. 이 경우, 바람직하게는 상기 분쇄된 비정질 금속 분말은 판상으로 이루어져 있기 때문에 바인더와 혼합하여 부품 형상으로 성형할 때 충진 밀도가 최적 조건을 갖지 못하게 된다. 이에 따라 본 발명에서는 분말의 입자가 구형상으로 이루어지면서 자기적 특성, 즉 투자율 향상을 도모할 수 있는 구형상의 연자성 분말을 소정량 혼합하여 성형 밀도를 높인다.
상기 투자율 향상과 충진 밀도의 향상을 도모할 수 있는 구형 연자성 분말은 예를 들어, MPP 분말, HighFlux 분말, Sendust 분말, 철 분말 중에서 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 혼합된 비정질 금속 분말에 혼합되는 바인더는 예를 들어, 물유리, 세라믹 실리케이트, 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지 또는 폴리이미드 등의 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 이 경우, 바인더의 최대 혼합 비율은 20wt%인 것이 바람직하다.
상기한 혼합된 비정질 금속 분말은 바인더 및 윤활제가 첨가된 상태에서 프레스와 금형을 이용하여 원하는 코어 또는 백요크 형상으로 압착 성형이 이루어진다. 프레스에 의한 압착 성형이 이루어질 때 성형압력은 15-20ton/㎠로 설정되는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 성형된 코어 또는 백요크는 자기적 특성을 구현하도록 300-600℃ 범위에서 10-600min 범위로 소둔 열처리가 이루어진다.
열처리 온도가 300℃ 미만인 경우 열처리 시간이 증가하여 생산성이 떨어지게 되며, 600℃를 초과하게 되는 경우 비정질 자기적 특성의 열화가 발생하게 된다.
또한, 본 발명은 비정질 금속 분말 이외에, 연자성 분말만을 압축 성형하여 제조하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 비정질 금속 분말 또는 연자성 분말을 압축 성형함에 의해 복잡한 형상의 일체형 코어부의 성형이 쉽게 이루어지면서도, 연자성 특성이 우수한 결정질 금속 분말을 비정질 합금 분말에 함유함에 의해 자기적 투자율 향상과 압축 성형시의 성형 밀도 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 본 발명은 일체형 코어부 제작시, 비정질 금속 분말 또는 연자성 분말을 이용하여 성형하거나, 비정질 금속 분말에 결정질 금속 분말을 혼합하여 성형함으로써 에디 커런트 로스(코어 로스)를 최소화할 수 있어, 50,000rpm 이상의 고속회전 모터로 사용하기에 적합하다.
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.
10: 스테이터 12: 스테이터 코어
14: 보빈 16: 코일
20: 로터 22: 마그넷
24: 백요크 26: 로터 지지체
30: 일체형 코어부 32: 요크부
34: 플랜지부 40: 적층형 연결 코어부
42: 연결부 44: 압입홈
46: 걸림돌기 48: 걸림홈
60: 회전축

Claims (13)

  1. 다수로 분할되고 환형으로 배열되는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 외주면에 감싸지는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 갭을 두고 배치되는 로터를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는 금속 분말을 성형하여 일체로 형성되는 일체형 코어부; 및
    복수의 철편이 적층되어 형성되고 일체형 코어부와 결합되는 적층형 연결 코어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일체형 코어부는 코일이 감기는 요크부와, 상기 요크부의 일단에 일체로 형성되고 로터와 마주보게 배치되는 플랜지부를 포함하고,
    상기 스테이터 코어의 높이를 줄일 수 있도록 상기 요크부의 상면 및 하면은 상기 플랜지부의 상면 및 하면에 비해 높이가 낮게 형성되는 코일 감김홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일 감김홈은 요크부의 상면에 형성되고 플랜지부의 상면에 비해 깊이(H2)만큼 내측으로 들어간 제1코일 감김홈과,
    상기 요크부의 하면에 형성되고 플랜지부의 하면에 비해 깊이(H3)만큼 내측으로 들어간 제2코일 감김홈을 포함하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 일체형 코어부는 비정질 금속 분말과 구형 연자성 분말을 혼합한 합금분말로 성형되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일체형 코어부는 비정질 금속분말 또는 연자성 분말로 성형되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 적층형 연결 코어부는 상기 요크부의 타단에 압입되는 압입홈이 형성되는 연결부와,
    상기 연결부의 일측면에 구 형태로 형성되는 걸림돌기와,
    상기 연결부의 타측면에 상기 걸림돌기가 끼움 결합되도록 구형 홈 형태로 형성되는 걸림홈을 포함하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적층형 연결 코어부의 적층 높이는 상기 요크부의 높이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 로터는 플랜지부와 일정 갭을 두고 배치되는 마그넷과, 상기 마그넷의 배면에 배치되는 백요크와, 상기 마그넷 및 백요크가 고정되고 회전축에 연결되는 로터 지지체를 포함하고,
    상기 마그넷의 높이는 상기 플랜지부의 높이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 일체형 코어부와 적층형 연결 코어부는 본딩에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 일체형 코어부는 비정질 금속 분말, 연자성 분말 또는 비정질 금속 분말과 구형 연자성 분말을 혼합한 합금분말 중 어느 하나에 의해 압축 성형되거나, 압출 성형되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  11. 다수로 분할되고 환형으로 배열되는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 외주면에 감싸지는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 갭을 두고 배치되는 로터를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는 금속 분말을 성형하여 형성되는 일체형 코어부; 및
    복수의 철편이 적층되어 형성되고 일체형 코어부와 결합되는 적층형 연결 코어부;를 포함하며,
    상기 일체형 코어부는 코일이 감기는 요크부와, 상기 요크부와 별도로 제조되어 상기 요크부가 결합되는 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플랜지부에는 압입홈이 형성되어 상기 요크부의 일단이 상기 압입홈에 압입되어 상호 조립되는 것을 특징으로 하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
  13. 다수로 분할되고 환형으로 배열되는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 외주면에 감싸지는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 갭을 두고 배치되는 로터를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는 금속 분말을 성형하여 일체로 형성되고 코일이 감기는 일체형 코어부; 및
    상기 일체형 코어부에 결합되고 금속 분말을 성형하여 일체로 형성되며, 스테이터 코어들 사이를 연결하는 연결 코어부를 포함하는 일체형 스테이터 코어를 갖는 모터.
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