KR20160063048A - 차량용 ｈｅｖ／ｅｖ 모터의 영구자석 및 그 제작 방법 - Google Patents

차량용 ｈｅｖ／ｅｖ 모터의 영구자석 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 불가역 감자 현상이 회피된 영구자석 및 그 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석은 제1 두께로 형성된 중앙부; 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 상기 중앙부의 좌측에 형성된 좌측 모서리부; 및 상기 제2 두께로 상기 중앙부의 우측에 형성된 우측 모서리부를 포함하고, 상기 좌측 모서리부 및 상기 우측 모서리부의 입자만 희토류 원소로 코팅된 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 ＨＥＶ／ＥＶ 모터의 영구자석 및 그 제작 방법{Permanent magnet of Motor for HEV/EV and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 불가역 감자 현상이 회피된 영구자석 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터는, 전기에너지로부터 회전력을 얻을 수 있는 기계장치로서, 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 포함할 수 있다.
로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되며, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전할 수 있다.
자계를 발생시키기 위하여 영구자석(Permanent magnet)을 사용하는 영구자석 모터는, 표면 부착형 영구자석 모터(surface mounted permanent magnet motor), 매입형 영구자석 모터(interior type permanent magnet motor), 스포크형 영구자석 모터(spoke type permanent magnet motor) 등으로 구분될 수 있다.
로터가 회전하는 과정에서 스테이터에서 발생하는 자속은 영구자석에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 영구자석이 고온에서 외부 기자력에 노출되면 영구자석의 자속은 세기가 감소한다.
이러한 감자현상을 감소시키기 위해 선행특허(공개번호 10-2014-0060964)는 영구자석의 단면두께가 다르게 제작된 모터에 관한 것이다.
예컨대, 선행특허는 복수의 스테이터 코어(stator core), 복수의 스테이터 코어에 권선된 코일을 포함하는 스테이터, 그리고 스테이터의 내측에 회전 가능하도록 배치되어 복수의 영구자석을 포함하는 로터로 구성된 모터로서, 여기서 영구자석은 영구 자석의 적어도 일 지점의 단면두께가 영구자석의 적어도 다른 지점의 단면두께와 다르게 형성된 것이다.
여기서 영구자석은 복수 개가 나란히 상호 대칭된 형태로 배치될 수 있고, 복수 개의 영구자석은 제1 영구자석과 제2 영구자석을 포함하며, 제1, 2 영구자석이 상호 인접한 측 모서리의 제1 단면두께는 모서리에 대향된 다른 모서리의 제2 단면두께보다 얇을 수 있다.
또한, 제1, 2 단면두께의 차이에 해당하는 부분에 영구자석보다 투자율이 높은 금속강판이 위치할 수 있고, 영구자석의 중앙 측 단면두께는 영구자석의 외측 단면두께보다 얇을 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, 감자현상을 감소시키기 위해 영구 자석의 적어도 일 지점의 단면두께를 영구자석의 적어도 다른 지점의 단면두께와 다르게 형성한다 할지라도, 여전히 입계 확산 공법을 통해 영구자석 내에 존재하는 복수의 입계들을 고가의 희토류 원소로 코팅하기 때문에 영구자석 제작에 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 영구자석의 제작 비용을 절감하면서 영구자석의 감자현상을 좀 더 효율적으로 감소시키기 위한 것으로서, 영구자석의 일 지점의 단면두께가 영구자석의 적어도 다른 지점의 단면두께와 다르게 형성한 후 감자현상이 발생하는 특정 부분의 자석 모서리만 입계 확산 방식으로 코팅함으로써 희토류 원소 사용량을 감소시킴과 동시에 감자 현상까지 감소시킨 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 및 그 제작 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석은 제1 두께로 형성된 중앙부; 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 상기 중앙부의 좌측에 형성된 좌측 모서리부; 및 상기 제2 두께로 상기 중앙부의 우측에 형성된 우측 모서리부를 포함하고, 상기 좌측 모서리부 및 상기 우측 모서리부의 입자만 희토류 원소로 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 중앙부, 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소)중 적어도 하나로 입자가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 입자가 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 입계 확산 공법을 통해 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 입자가 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법은 제1 두께로 중앙부를 형성하는 단계; 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 상기 중앙부의 좌측에 좌측 모서리부를 형성하는 단계; 상기 제2 두께로 상기 중앙부의 우측에 우측 모서리부를 형성하는 단계; 및 상기 좌측 모서리부 및 상기 우측 모서리부의 입자만 희토류 원소로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙부, 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소) 중 적어도 하나로 입자가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 희토류 원소로 코팅하는 단계는, 상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부의 입자만 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 희토류 원소로 코팅하는 단계는, 상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부의 입자만 입계 확산 공법을 통해 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 감자레벨이 낮은 영구자석의 모서리 부분만 희토류 원소로 입자 코팅함으로써 영구자석의 감자레벨을 향상시킬 수 있다.
특히 영구자석 두께를 모두 증가시키지 않고 감자레벨이 낮은 모서리 부분만 두께를 증가시키고, 두께가 증가한 모서리부분만 희토류 원소로 입자 코팅함으로써 감자레벨 향상과 더불어 희토류 원소의 사용량을 감소시킬 수 있다.
더 나아가 영구자석 모터의 재료비 중 70%이상 차지하는 희토류 원소 사용량을 감소시킬 수 있어서 모터의 제작비까지 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석이 포함된 차량용 HEV/EV 모터를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 단면을 나타낸 도면..
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 제조 방법에 대한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석이 포함된 차량용 HEV/EV 모터를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석(100)은 차량용 HEV/EV 모터(10)에 포함된다.
일반적으로 영구자석은 온도의 변화 및 회전하는 스테이터 측으로부터의 자속의 영향에 의하여 불가역 감자될 수 있다. 즉, 영구자석의 자력이 회복 불가능하도록 감소할 수 있다.
특히, 자동차 구동모터의 경우 운전환경이 고온이며, 고속에서 약계자 제어시 d축 방향 전기자 반작용이 커져 영구자석의 감자에 취약해질 수 있다.
이처럼 감자 현상에 의해 영구자석의 자력이 감소하면, 자동차 구동모터의 성능이 저하될 수 있으므로, 영구자석의 감자를 최소화할 필요가 있다.
종래에는 영구자석 자체의 크기를 키워 감자의 영향을 줄이고자 하였으나, 차량용 구동모터의 생산단가 중 영구자석의 비중이 크다는 점을 고려하면, 영구자석 자체의 크기를 키우는 것은 생산비용의 증가를 초래하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석(100)은 형상 및 입자 코팅의 변화로 생산비용의 증가를 최소화하면서 감자 현상이 최소화된 영구자석을 제공하고자 한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석(100)은 전술된 감자현상의 발생을 최소화시킨 영구자석으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 좌측 모서리부(110), 우측 모서리부(120) 및 중앙부(130)를 포함하고, 입자는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소)로 구성된다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석(100)은 감자현상을 최소화하기 위해 좌측 모서리부(110)의 두께(D1) 및 우측 모서리부(120)의 두께(D2)가 중앙 부(130)의 두께(D3)보다 두껍도록 형성된다(D1>D3, D2>D3, D1=D2).
중앙부(130)의 두께(D3)보다 두껍게 형성된 좌측 모서리부(110) 및 우측 모서리부(120)의 입자만 입계 확산 공법을 통해 희토류 원소인 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀)로 코팅된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 감자레벨이 중앙부 보다 낮은 영구자석의 모서리 부분만 희토류 원소를 이용하여 입자 코팅함으로써 영구자석의 감자레벨을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 영구자석 두께를 모두 증가시키지 않고 감자레벨이 낮은 모서리 부분만 두께를 증가시키고, 두께가 증가한 모서리부분만 희토류 원소로 입자 코팅함으로써 감자레벨 향상과 더불어 희토류 원소의 사용량을 감소시킬 수 있다. 더 나아가 영구자석 모터의 재료비 중 70%이상 차지하는 희토류 원소 사용량을 감소시킬 수 있어서 모터의 제작비까지 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 제조 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 영구자석의 중앙부를 두께 D3로 형성한다(S300).
두께 D3로 형성된 중앙부의 좌측에 두께 D1의 좌측 모서리부를 형성하고, 두께 D3로 형성된 중앙부의 우측에 두께 D2의 우측 모서리부를 형성한다(S401).
예컨대, 두께(D1), 두께(D2)가 서로 일치하도록 좌측 모서리부와 우측 모서리부를 형성한다(D1=D2). 또한 두께(D1) 및 두께(D2)가 중앙부의 두께(D3)보다 더 두껍게 좌측 모서리부와 우측 모서리부를 형성한다(D1>D3, D2>D3).
한편, 중앙부, 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소) 중 적어도 하나를 포함하는 입자로 구성된다.
따라서, 두께가 증가한 모서리부분만 희토류 원소로 입자 코팅함으로써 감자레벨 향상과 더불어 희토류 원소의 사용량을 감소시킬 수 있도록 좌측 모서리부 및 우측 모서리부의 입자만 입계 확산 공법을 통해 희토류 원소인 디스프로슘 및 테르븀으로 코팅한다(S402).
이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 영구자석 110 : 좌측 모서리부
120 : 우측 모서리부 130 : 중앙부

Claims (8)

  1. 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석에 있어서,
    제1 두께로 형성된 중앙부;
    상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 상기 중앙부의 좌측에 형성된 좌측 모서리부; 및
    상기 제2 두께로 상기 중앙부의 우측에 형성된 우측 모서리부를 포함하고,
    상기 좌측 모서리부 및 상기 우측 모서리부의 입자만 희토류 원소로 코팅된 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙부, 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소)중 적어도 하나로 입자가 형성된 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 입자가 코팅된 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 입계 확산 공법을 통해 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 입자가 코팅된 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석.
  5. 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법에 있어서,
    제1 두께로 중앙부를 형성하는 단계;
    상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 상기 중앙부의 좌측에 좌측 모서리부를 형성하는 단계;
    상기 제2 두께로 상기 중앙부의 우측에 우측 모서리부를 형성하는 단계; 및
    상기 좌측 모서리부 및 상기 우측 모서리부의 입자만 희토류 원소로 코팅하는 단계
    를 포함하는 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙부, 좌측 모서리부 및 우측 모서리부는 Nd(Neodymium, 네오디뮴), Fe(Ferrum, 철) 및 B(Boron, 붕소) 중 적어도 하나로 입자가 형성된 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 희토류 원소로 코팅하는 단계는,
    상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부의 입자만 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계인 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 희토류 원소로 코팅하는 단계는,
    상기 좌측 모서리부 및 우측 모서리부의 입자만 입계 확산 공법을 통해 Dy(Dysprosium, 디스프로슘) 및 Tb(Terbium, 테르븀) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계인 것
    인 차량용 HEV/EV 모터의 영구자석 제조 방법.


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