KR20170062612A - 연자성 합금분말을 이용한 bldc 모터용 스테이터 코어 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연자성 분말 재료로 제조된 모터용 스테이터 코어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 현재 상용화되는 연자기 특성이 우수한 연자성 합금분말을 이용하여 최적의 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제 등의 선택, 압축성형 및 열처리 조건을 확보하여 연자기 특성이 우수한 고성능 고속모터용 스테이터 코어를 제조하는 것이다.
이러한, 본 발명은 연자성 합금분말(Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말 등)을 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제와 혼합하는 복합 분말화 단계를 수행하고, 혼합된 복합분말을 고압프레스로 분할코어로 압축 성형하는 분할코어 성형단계를 수행하며, 분할코어를 적층하여 경화제로 함축하여 고정시키는 적층단계를 수행하고, 적층된 분할코어를 열처리(안정화)하고 코팅하는 마무리 단계를 수행함으로써 이루어지는 것으로, BLDC모터 스테이터 코어 성형체의 고밀도화에 의한 연자기적 특성이 우수하고, 생산성 향상에 의한 비용절감 효과가 있다.
이러한, 본 발명은 연자성 합금분말(Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말 등)을 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제와 혼합하는 복합 분말화 단계를 수행하고, 혼합된 복합분말을 고압프레스로 분할코어로 압축 성형하는 분할코어 성형단계를 수행하며, 분할코어를 적층하여 경화제로 함축하여 고정시키는 적층단계를 수행하고, 적층된 분할코어를 열처리(안정화)하고 코팅하는 마무리 단계를 수행함으로써 이루어지는 것으로, BLDC모터 스테이터 코어 성형체의 고밀도화에 의한 연자기적 특성이 우수하고, 생산성 향상에 의한 비용절감 효과가 있다.
Description
본 발명은 각종 산업용, 가정용, 국방용, 의료기기용, 완구용 등에서 사용되는 BLDC 모터의 스테이터 코어에 관한 것으로, 각종 연자성 합금분말(Permalloy, Sendust, FE-Si, High flux, 비정질 합금분말 등)을 이용하여 분말야금법으로 1~10㎜ 두께의 원형 디스크 형태를 갖는 분할코어를 제조한 후 분할코어의 원주방향에 직각방향으로 2개 이상을 적층하여 스테이터 코어를 제조하는 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 전기모터에 사용되는 스테이터 코어소재는 대부분 0.2~0.3㎜범위의 비교적 얇은 두께의 전기강판(Fe-Si합금)을 일정 형상으로 절단한 후 원주방향에 직각 방향으로 적층한 후 코일을 권선하여 사용하지만, 수백 kHz이상의 고주파 전원에 의한 1,500rpm 이상의 고속모터에 적용시킬 경우 고주파에 의한 코어손실 중 에디 커런트(eddy current)가 크기 때문에 적절한 냉각수단의 도움 없이는 사용이 어렵다.
이 같이, 각종 산업용으로 사용되는 고속모터의 철손을 저하시키기 위한 방법으로 20~30㎛ 범위의 비정질 합금스트립을 절단 및 적층하여 코어손실이 적은 모터용 코어 제조를 시도하고 있지만, 기술적 문제와 제조비용 상승 등으로 제한된 제품에만 적용되고 있는 실정이다.
그러한 일예로, PCT/KR2011/009578의 경우, 비정질 합금분말과 연자성 분말(Sendust, MPP, Hi flux, Fe 분말)을 5:5에서 9:1 범위의 중량비로 혼합된 연자성 합금분말을 이용한 스테이터 코어를 제조하여 투자율 향상 및 압축 성형시의 충진밀도를 향상시켜 10kHz이상의 주파수에서 작동이 가능한 고출력, 고속 전기모터용 코어 제조기술이 기재되어 있다.
그리고, 대한 민국특허 등록 10-1092320는 연자성 합금분말을 이용하여 스테이터 코어를 제조하되 상기 스테이터 코어의 투스(tooth)와 코일간의 갭을 감소시켜 모터성능 저하 방지, 코일 사용량 감소에 의한 원가절감 효과가 있음이 기재되어 있다.
이상과 같이 각종 다양한 전기전자 및 기계 부품용으로 사용되는 연자성 합금재료의 특성은 합금소재의 원료, 가공형태 및 제조방법 등의 공정조건에 의해 결정되며, 최종 제품의 성능에도 큰 영향을 줄 뿐만 아니라, 경박 단소 및 경제적 측면에서도 매우 중요한 것으로, 특히, 종래 전기강판 및 비정질 합금스트립 등을 절단하여 적층하거나, 각종 연자성 합금분말을 이용하여 스테이터 코어를 제조하는 것은 각종 연자성 합금분말 형태로 압축성형이 어려워 고밀도화에 어려움이 있다.
본 발명의 도 4에 도시된 일체형 스테이터 코어(25)는 본 발명에서 제시하고 있는 분할코어를 사용하지 않고, 연자성 합금분말을 이용하여 일체형으로 제조한 일체형 스테이터 코어(25)에 관한 것으로, 본 발명에서 제시하고 있는 분할코어를 적층하여 제조한 스테이터 코어에 비하여 제조공정은 단축되고 생산단가는 절감할 수 있지만, 완성된 일체형 스테이터 코어(25)의 성형밀도가 현저하게 낮아 연자기적 특성이 저하하기 때문에 적용이 불가능한 것으로 알려져 있다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 전기모터의 스테이터 코어에 관한 사항을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 각종 연자성 합금분말에 절연제 및 윤활제를 혼합하여 최적으로 설계된 금형에 주입하여 압축함으로써 1~10㎜범위 두께의 원형 디스크 형태의 분할코어를 제조한 후 분할코어의 원주방향에 직각방향으로 2개 이상 적층하여 스테이터 코어를 제조하는 것으로, 분할코어 성형체의 고밀도화에 의한 연자기적 특성 향상은 물론, 생산성 향상에 의한 비용 절감효과를 가져올 수 있는 연자성 합금분말 스테이터 코어 제조방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 연자성 분말 재료로 제조된 모터용 스테이터 코어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 현재 상용화되는 연자기 특성이 우수한 연자성 합금분말을 이용하여 최적의 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제 등의 선택, 압축성형 및 열처리 조건을 확보하여 연자기 특성이 우수한 고성능 고속모터용 스테이터 코어를 제조하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연자성 합금분말을 이용한 BLDC모터의 스테이터 코어 제조방법에 관한 실시는 평균입경(D50)이 50㎛정도의 연자성 합금분말(Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말 등)을 적절한 량의 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제와 혼합하여 복합 분말화 하는 단계, 혼합된 복합분말을 10-20ton/㎠ 이상의 고압프레스를 이용하여 최적으로 설계된 금형을 이용하여 1~10㎜범위 두께의 원형 디스크 형태의 분할코어로 압축 성형하는 단계, 압축 성형된 단위 분할코어를 2개 이상 적층하여 경화제로 함축 및 열처리(안정화)하는 단계 및 코팅 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 연자성 합금분말을 이용한 스테이터 코어 제조방법에 의하면, 평균입경(D50)이 50㎛의 연자성 합금분말을 열경화성 절연제 및 윤활제와 혼합하여 복합 분말화 하는 단계, 혼합된 복합분말을 20ton/㎠ 이상의 프레스를 이용하여 최적으로 설계된 금형을 이용하여 1~10㎜범위 두께의 원형 디스크 형태의 분할코어로 압축 성형하는 단계, 압축 성형된 단위 분할코어를 2개 이상 적층하여 경화제로 함축 및 열처리(안정화)함으로써 성형밀도를 증가시켜 스테이터 코어의 연자기 특성을 향상시켜 연자기 특성이 우수한 고성능 고속모터용 스테이터 코어를 제조하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연자성 합금분말로 제조한 BLDC 모터용 스테이터의 분할코어의 제조공정도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연자성 합금분말로 제조한 BLDC 모터용 스테이터의 분할코어의 사시도.
도 3은 본 발명의 도 1에 나타낸 분할코어를 5개 적층하여 제조한 스테이터 코어의 사시도.
도 4는 본 발명의 도 1에 나타난 분할코어를 사용하지 않고 일체형으로 제작한 일체형 스테이터 코어의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연자성 합금분말로 제조한 BLDC 모터용 스테이터의 분할코어의 사시도.
도 3은 본 발명의 도 1에 나타낸 분할코어를 5개 적층하여 제조한 스테이터 코어의 사시도.
도 4는 본 발명의 도 1에 나타난 분할코어를 사용하지 않고 일체형으로 제작한 일체형 스테이터 코어의 사시도.
본 발명은 평균입경(D50)이 50㎛ 정도의 연자성 합금분말(Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말 등)을 0.5-2.5wt%의 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 0.5-2.0wt%의 윤활제와 혼합하는 복합 분말화 단계를 수행하고, 혼합된 복합분말을 10-20ton/㎠ 이상의 고압프레스를 이용하여 최적으로 설계된 금형을 이용하여 1~10㎜ 두께의 원형 디스크 형태의 분할코어로 압축 성형하는 분할코어 성형단계를 수행하며, 압축 성형된 단위 분할코어를 2개 이상 적층하여 경화제로 함축하여 고정시키는 적층단계를 수행하고, 적층된 분할코어를 열처리(안정화)하고 코팅하는 마무리 단계를 순차적으로 수행함으로써 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어의 제조방법이 이루어지게 되고, 상기 제조방법에 의하여 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어가 이루어지게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 연자성 합금분말을 열경화성 절연제 및 윤활제와 혼합하는 복합 분말화 단계를 수행하여 복합 분말을 만들고, 복합 분말화 단계에서 만들어진 복합분말은 분할코어 형태의 금형에 채운 후 고압 프레스로 압착하는 분할코어 성형단계를 수행함으로써 원하는 형상의 분할코어를 성형하고, 이렇게 압축 성형된 분할코어는 적층하되 경화제를 함축하는 적층단계를 수행하여 분할코어가 적층된 상태로 고정되게 하고, 이렇게 적층되어 고정된 분할코어는 마무리 단계에서 열처리하여 안정화시킴으로써 연자기 특성이 우수한 고속모터용 스테이터 코어를 제조하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연자성 합금분말로 제조한 BLDC 모터용 스테이터의 분할코어(13)의 제조 공정도를 나타낸 것으로서, 상기한 분할코어(13)는 평균입경(D50)이 50㎛를 갖는 Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말의 연자성 합금분말(1)을 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리 등) 및 윤활제와 혼합하여 복합분말(3)로 혼합하는 복합 분말화 단계를 수행하고, 상기 복합 분말화단계에서 혼합된 복합분말(3)을 프레스 및 금형을 이용하여 분할코어(13)로 압축 및 성형(5)하는 분할코어 성형단계를 수행하며, 상기 분할코어 성형단계에서 압축 및 성형(5)한 분할코어(13)를 최종 스테이터 코어(23)의 두께로 적층 및 경화(7)하는 적층단계를 수행하며, 상기 적층 및 경화(7)된 스테이터 코어(23)를 열처리(안정화)(9)하고 코팅(11)하여 완성하는 마무리 단계를 수행함으로써 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어를 제조하게 된다.
본 발명의 연자성 합금분말(1)은 각종 연자성 재료로 상용화된 Sendust, Fe-Si, pure Fe, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말 등을 사용하되, 상기 연자성 합금분말(1)은 언급된 연자성 재료 중 1종류 또는 2개 이상을 사용할 수 있으며, 2개 이상을 사용할 경우, 그 비율을 적절하게 혼합하여 사용하되, 상기 연자성 합금분말(1)의 물리적 특성(입도 및 형상)과 분할코어(13)의 자기적 특성을 고려하여 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 상기 연자성 합금분말(1)의 입도는 평균입경(D50)이 50㎛정도로 분급하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 연자성 합금분말(1)에 열경화성 절연제 및 윤활제를 혼합하여 복합분말(3)을 만들되 상기 연자성 합금분말(1)은 평균입경(D50)이 50㎛정도로 분급하여 사용하는 한편 절연제 및 윤활제를 첨가하는 것으로, 열경화성 절연제 및 윤활제의 첨가량은 연자성 합금분말(1)의 입도 및 형상과, 절연제 및 윤활제 종류에 따라 달라 질수 있으며, 열경화성 절연제의 경우 연자성 합금분말(1)의 0.5-2.5wt% 범위로 제한하되 성형체의 밀도를 보다 높이기 위해서는 1wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 또한, 윤활제의 경우에도 0.5-2wt% 범위로 제한하되 1wt% 이하로 하는 것이 분할코어(13)의 성형밀도를 높일 수 있다.
압축 및 성형(5)은 열처리(안정화)(9) 단계에서 성형된 분할코어(13)의 수축률과 스웰링을 고려하여 최적으로 수치로 설계된 금형과 기계식(혹은 유압식) 프레스를 사용하여 성형하되, 상기 프레스의 압력은 10-20ton/㎠ 범위의 압력으로 가압하여 제작이 가능하지만, 상기 연자성 합금분말(1)과 분할코어(13)의 크기에 따라 조절이 가능하며, 비정질 합금분말과 같이 경도가 클 경우에는 20ton/㎠ 이상의 고압으로 가압하는 것이 바람직하다.
본 발명의 분할코어(13)는 상기 혼합된 복합분말(3)을 압축 및 성형(5)하여 제조하되, 상기 분할코어(13)의 두께(15)는 1~10㎜ 두께로 제작하는 것이 바람직하지만, 그 두께(13)는 분할코어(13)의 직경(17)과 투스(19)의 수에 따라 다를 수 있으며, 직경(17)이 크고 투스(19)의 수가 적을 경우는 10㎜ 이상으로 제조할 수 있다.
본 발명에서의 적층 및 경화(7)는 상기 최적의 치수 및 고밀도로 제조된 분할코어(13)를 적층하되, 전기모터의 스테이터 코어의 길이(22)(최종 치수)에 맞도록 개수와 두께를 선택하여 적층 및 접착하여 제조하되, 특히 접착제는 열경화성 접착제를 사용하는 것이 중요하며, 분할코어(13)의 성형강도를 위해서는 열경화성 경화제를 함축하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 열처리(안정화)(9)는 상기 적층 및 경화(7) 공정을 통해 제조된 분할코어(13)의 자기적 특성 및 성형강도를 증가시키기 위해 가열하는 수단으로써, 그 가열온도는 상기 분할코어(13)의 연자성 합금재료의 종류 및 사용된 절연제, 윤활제 및 열경화제의 종류 등에 따라 달라 질 수 있으며, 특히 연자성 합금재료가 나노결정질 합금분말을 사용했을 경우에는 합금분말의 결정화에 필요한 온도를 고려하여 가열도를 조절하는 것이 중요하다.
본 발명의 코팅(11)은 상기 열처리(안정화)(9) 공정까지 완료한 분할코어(13)에 코일 권회가 이루어질 때 코일의 피복이 손상되지 않도록 분할코어(13)의 표면에 절연성 피복제를 사용하여 코팅하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분할코어(13)의 사시도를 나타낸 것으로서, 혼합된 상기 복합분말(3)을 압축 및 성형(5)하여 제조하되, 그 두께(15)는 1~10㎜ 두께로 제작하는 것이 바람직하지만, 그 두께(13)는 분할코어(13)의 직경(17)과 투스(19)의 수에 따라 다를 수 있으며, 직경(17)이 크고 투스(19)의 수가 적을 경우는 10㎜ 이상으로 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명에 있어서 최적으로 제조한 분할코어(13)를 적층 및 경화(7), 열처리(안정화)(9) 및 코팅(11) 공정을 완료하여 모터의 샤프트(21)에 고정한 스테이터 코어(23)의 사시도를 나타낸 것으로서, 전기모터의 스테이터 코어의 길이(22)(최종 치수)에 맞도록 개수와 두께를 선택하여 적층 및 접착하여 제조하되, 특히 접착제는 열경화성 접착제를 사용하는 것이 중요하며, 분할코어(13)의 성형강도를 위해서는 열경화성 경화제를 함축하는 것이 더욱 바람직하다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
13 : 분할코어
15 : 스테이터 분할코어 두께
17 : 스테이터 분할코어 직경
19 : 스테이터 분할코어 투스
21 : 모터 스핀들
22 : 분할코어 길이
23 : 분할코어로 적층된 스테이터
25 : 연자성 합금분말로 압축성형된 일체형 스테이터 코어
17 : 스테이터 분할코어 직경
19 : 스테이터 분할코어 투스
21 : 모터 스핀들
22 : 분할코어 길이
23 : 분할코어로 적층된 스테이터
25 : 연자성 합금분말로 압축성형된 일체형 스테이터 코어
Claims (3)
- 연자성 합금분말을 열경화성 절연제 및 윤활제와 혼합한 복합 분말을 고압 프레스로 압착하여 분할코어를 만들고, 상기 분할코어를 여러 개 적층하여 일정 길이를 갖는 스테이터 코어로 만드는 것을 특징으로 하는 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어.
- 평균입경이 50㎛의 연자성 합금분말(Sendust, Fe-Si, MPP, High flux, 비정질 및 나노결정질 합금분말)을 열경화성 절연제(에폭시 수지, 실리콘 수지, 물유리) 및 윤활제와 혼합하여 복합분말로 만드는 복합 분말화 하는 단계를 수행하고,
상기에서 혼합된 복합분말을 10-20ton/㎠ 이상의 고압프레스를 이용하여 1~10㎜ 두께의 원형 디스크 형태를 갖는 분할코어로 압축 성형하는 분할코어 성형단계를 수행하고,
상기에서 압축 성형된 분할코어를 2개 이상 적층하여 경화제로 함축 고정시키는 적층단계를 수행하고,
상기에서 적층 및 경화된 스테이터 코어를 열처리하고 코팅하는 마무리 단계를 수행하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어 제조방법. - 제2항에 있어서, 복합분말을 만들기 위하여 연자성 합금분말에 혼합되는 열경화성 절연제는 연자성 합금분말의 0.5-2.5wt% 범위로 혼합하는 한편 윤활제도 0.5-2wt% 범위로 혼합하되 상기 열경화성 절연제와 윤활제는 성형밀도를 높이기 위하여 1wt% 이하로 제한하는 것을 특징으로 하는 연자성 합금분말을 이용한 BLDC 모터용 스테이터 코어 제조방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230260685A1 (en) * | 2022-02-14 | 2023-08-17 | Ford Global Technologies, Llc | Adhesive bonding coating with magnetic fillers |
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2015
- 2015-11-27 KR KR1020150167575A patent/KR20170062612A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230260685A1 (en) * | 2022-02-14 | 2023-08-17 | Ford Global Technologies, Llc | Adhesive bonding coating with magnetic fillers |
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