KR20180044115A - 고효율 모터 고정자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 고효율 모터 고정자 제조방법은 연자성분말의 표면에 절연층을 코팅하여 충전분말을 제조하는 준비단계; 요크부 및 복수의 티스를 포함하여, 중공과 내부공간으로 구획된 고정자 코어를 마련하는 고정자 코어 제조단계; 상기 내부공간에 위치된 각각의 상기 티스에 코일을 권취하는 코일링 단계; 및 상기 내부공간에 상기 충전분말과 접착제가 혼합된 혼합물을 충전하고 경화시키는 충전단계;를 포함한다.

Description

고효율 모터 고정자 및 그 제조방법{STATOR FOR HIGH EFFICIENCY MOTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터의 고정자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일이 권선된 티스 사이에서 자속누설 및 철손이 발생되는 것을 최소화하여 모터의 성능을 향상시킬 수 있는 고효율 모터 고정자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기 자동차, 연료전지 자동차 등 친환경 자동차에는 차량을 움직이는 동력원으로 전기 에너지를 회전력으로 변환시키는 모터가 장착된다.
이러한 모터는 모터 고정자와 모터 회전자로 이루어지며, 모터 고정자는 모터 하우징 내에 결합되고, 모터 회전자는 모터 고정자의 안쪽으로 배치된다.
도 1은 종래 일반적인 일체형 고정자를 보여주는 도면이고, 도 2는 종래 분할 코어를 이용하여 제조된 고정자를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 모터 고정자는 요크부(110)와 복수의 티스(112)로 구성되어 중공(101)과 내부공간(102)이 형성하도록 일체형 고정자로 마련되거나, 복수의 분할코어(100a)가 링(Ring) 형상으로 배치되어 형성되며, 각각의 분할코어(100a)는 외주부 방향의 백 요크(111)와 백 요크(111)로부터 모터 고정자의 중심방향으로 돌출되는 티스(112)로 이루어지며, 티스(112)에 구리 재질의 코일(200)이 권선된다.
도 3은 종래 코일이 감긴 모터 고정자를 보여주는 도면이며, 도 4는 종래 모터 고정자의 자속밀도 및 철손을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 모터 고정자는 티스(112)에 코일(200)이 감긴 부위의 자속밀도 및 철손은 높지만, 인접하는 티스(112)에 권취된 코일(200) 사이에 빈 공간이 발생되는데 이러한 공간은 자속이 누설됨에 따라 철손이 높음을 알 수 있습니다.
상기와 같은 자속누설 및 철손이 증가될 수록 교류모터의 성능을 저하되는 바, 교류모터의 성능을 향상시키기 위해서는 자속누설 및 철손을 최소화하기 위한 기술개발이 시급한 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
공개특허공보 제10-2005-0096723호(2005. 10. 06.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고정자에서 코일이 권취된 티스 사이 빈공간을 최소화하여 자속누설 및 철손 발생을 방지하여 모터의 성능을 향상시킬 수 있는 고효율 모터 고정자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 고효율 모터 고정자 제조방법은 연자성분말의 표면에 절연층을 코팅하여 충전분말을 제조하는 준비단계; 요크부 및 복수의 티스를 포함하여, 중공과 내부공간으로 구획된 고정자 코어를 마련하는 고정자 코어 제조단계; 상기 내부공간에 위치된 각각의 상기 티스에 코일을 권취하는 코일링 단계; 및 상기 내부공간에 상기 충전분말과 접착제가 혼합된 혼합물을 충전하고 경화시키는 충전단계;를 포함한다.
상기 준비단계는, 연자성분말과 절연분말 및 반응촉진제를 혼합하여 제1 혼합분말을 마련하는 혼합과정; 상기 연자성분말의 표면에 상기 절연분말이 부착될 수 있도록 상기 제1 혼합분말을 밀링하여 제2 혼합분말을 마련하는 밀링과정; 및 상기 제2 혼합분말을 열처리하여 상기 연자성분말의 표면에 상기 절연층을 형성시켜 상기 충전분말을 마련하는 열처리과정;을 포함할 수 있다.
상기 혼합과정에서, 상기 절연분말은 알루미나(Al2O3) 분말이고, 상기 반응촉진제는 염화암모늄(NH4Cl)인 것이 바람직하다.
상기 혼합과정은, 연자성분말과 알루미나 분말 및 염화암모늄 분말을 60 ~ 90 : 9 ~ 39: 1의 질량비로 혼합하여 상기 제1 혼합분말을 마련하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 열처리과정은, 상기 750 ~ 1,300℃의 온도에서 10 ~ 24hr 동안 열처리하여 상기 연자성분말의 표면에 상기 절연층이 형성시키는 것이 바람직하다,
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자 제조방법은 상기 충전단계 이후에, 상기 혼합물이 충전된 상기 고정자 코어의 평면과 저면에 상기 혼합물을 도포하고 경화시켜 코어커버를 형성하는 마무리 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 고정자 코어 제조단계는, 상기 중공과 내부공간이 형성될 수 있도록, 백 요크와 티스가 형성된 복수의 분할코어를 방사상으로 배치하여 상기 고정자 코어를 마련한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 고효율 모터 고정자는 요크부 및 복수의 티스를 포함하여, 중공과 내부공간으로 구획된 고정자 코어; 각각의 상기 티스에 권취되는 코일; 및 상기 티스에 권취된 코일 사이 자속 누설을 방지할 수 있도록, 상기 내부공간에 충전된 충전부;를 포함한다.
상기 고정자 코어는, 상기 중공과 내부공간이 형성될 수 있도록, 백 요크와 티스가 형성된 복수의 분할코어를 방사상으로 배치되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분할코어는, 백 요크와 티스로 형성된 복수의 분할코어가 방사상으로 배치되되, 상기 백 요크는 일측에 결합돌기가 형성되고 타측에 결합홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자는 상기 고정자 코어의 평면 및 저면에 결합된 한 쌍의 코어커버;를 더 포함할 수 있다.
상기 충전부 및 코어커버는, 연자성분말의 표면에 알루미나(Al2O3) 재질의 절연층이 코팅된 충전분말로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코일이 권선되어 방사상으로 배치된 복수의 티스 사이에 연자성 복합체를 충진하여 자속누설 및 철손 발생을 최소화하고, 나아가 제조되는 모터의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 고정자의 상 하부면으로 자속누설 및 철손 발생을 방지하면서 자속을 집중시킴으로써 모터의 효율 및 토크를 향상시킬 수 있어 모터의 크기 및 중량을 감소시킬 수 있어, 이를 이용한 자동차의 중량을 감소시켜 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 자속 누설을 방지하고 자속을 집속시켜 생산되는 고효율 모터 고정자의 성능을 향상시킴과 동시에 그 크기를 축소시킬 수 있으며, 나아가 차량을 경량화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 일체형 고정자를 보여주는 도면이고,
도 2는 종래 분할 코어를 이용하여 제조된 고정자를 보여주는 도면이며,
도 3은 종래 코일이 감긴 모터 고정자를 보여주는 도면이고,
도 4는 종래 모터 고정자의 자속밀도 및 철손을 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자 제조방법을 보여주는 순서도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전분말을 설명하기 위한 도면이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자를 보여주는 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자의 측면도이며,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자의 자속밀도 및 철손을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자 제조방법은 충전분말(10)을 제조하는 준비단계와 요크부(110)와 복수의 티스(112)가 형성되어 내부공간(102)과 중공(101)이 구획된 고정자 코어(100)를 제조하는 고정자 코어 제조단계와 분할코어(100a)의 티스(112)에 코일(200)을 권취하는 코일링 단계 및 내부공간(102)에 충전분말(10)과 접착제가 혼합된 혼합물을 충전하는 충전단계를 포함한다.
준비단계는 연자성분말(11)의 표면에 절연층(12)이 코팅된 충전분말(10)을 제조하는 단계로 혼합과정과 밀링과정 및 열처리과정으로 구성된다.
혼합과정은 연자성분말(11)과 절연분말 및 반응촉진제를 혼합하여 제1 혼합물을 제조한다.
본 발명에서 연자성분말(11)은 Fe, Fe-Si, Fe-Co, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Si-Al, Ni-Fe-Mo, Fe-Si-Cr, Fe-Si-Cr-Al, Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite 와 같은 고자속 밀도의 연자성 소재가 사용될 수 있다.
또한, 절연분말은 각각의 티스(112)에 권취되어 고정자 코어(100)의 내부공간(102)에 수용된 코일(200) 간 통전을 방지하는 기능을 하는 것으로 본 발명에서는 알루미나(Al2O3) 분말을 사용하였다.
이때, 절연분말은 알루미나 분말에 한정하지 않고, 인접하는 코일(200) 간 통전을 방지할 수 있는 절연기능이 갖는 규산화물 등 무기 산화물, 인산염(Phosphate)계, 수지(Resin)계 및 유리(Glass)계 등 다양한 재질이 선택적으로 적용될 수 있다.
본 발명에서 알루미나 재질의 절연분말의 반응성을 향상시키기 위해 염화암모늄(NH4Cl) 재질의 반응촉진제를 사용하였다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합과정은 연자성분말(11)과 절연분말 및 반응촉진제는 60 ~ 90 : 9 ~ 39 : 1의 질량비를 갖도록 혼합하여 제1 혼합분말을 마련할 수 있다.
이때, 상기 범위를 벗어나는 경우, 절연층(12) 형성이 부족하여 자속 누설이 증가되거나, 연자성의 부족으로 자기성능이 저하되는 문제점이 있어 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
제1 혼합분말이 마련되면, 밀링과정에서 볼밀을 이용하여 제1 혼합물을 10 ~ 24hr 밀링하여 연자성분말(11)의 표면에 절연분말을 부착시켜 제2 혼합분말을 제조한다.
이때 10시간 미만으로 밀링하는 경우 연자성분말(11)과 절연분말이 고르게 혼합되지 못하고 밀집되거나 연자성분말(11)의 표면에 절연분말이 충분히 부착되지 못하며, 24시간을 초과하는 경우 생산비를 증가시키기 때문에 상기 범위로 제한한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 분말을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 혼합분말이 마련되면, 750 ~ 1,300℃의 온도로 10 ~ 24hr 열처리하여 연자성분말(11)의 표면에 부착된 절연분말을 확산시켜 절연층(12)을 형성하여 충전분말(10)을 제조한다.
이때, 750℃ 미만 또는 10시간 미만 열처리하는 경우 알루미나 재질의 절연분말이 충분히 확산되지 못하여 절연층(12)이 원활하게 형성되지 않으며, 1,300℃ 또는 24시간을 초과하여 열처리하는 경우 제조원가를 증가시키는 문제점이 있어 상기 범위로 제한한다.
충전분말이 마련되면, 고정자 코어 제조단계에서 중공(101)과 내부공간(102)으로 구획되도록 요크부(110) 및 복수의 티스(112)를 갖는 고정자 코어(100)를 일체로 성형하거나, 백 요크(111)와 티스(112)가 형성된 분할코어(100a)를 성형한 후, 복수의 분할코어(100a)를 방사상으로 배치하여 인접하는 백 요크(111)가 결합되면서 요크부(110)를 형성하여 내부공간(102)과 중공(101)이 형성된 고정자 코어(100)를 마련한다.
상기와 같이, 고정자 코어(100)가 마련되면, 코일링 단계에서 내부공간(102)에 위치된 분할코어(100a)의 티스(112)에 코일(200)을 권취한다.
상기와 같이 티스(112)에 코일(200)이 권취된 고정자 코어(100)가 마련되면, 충전단계에서 고정자 코어(100)의 내부공간(102)에 준비단계에서 마련된 충전분말(10)과 접착제를 혼합하여 마련된 혼합물을 충전하고 경화시켜 고효율 모터 고정자를 제조한다.
이에, 내부공간(102)에 충전된 충전분말(10)은 연자성분말(11)이 자속 누설을 방지하는 효과가 있으며, 그 표면에 코팅된 절연층(12)은 내부공간(102)에 서로 인접하여 배치된 코일(200) 간 통전을 방지하는 효과가 있다.
즉, 충전분말(10)은 자속 누설을 방지하면서 자속을 집속시키는 기능을 수행함으로써, 고효율 모터 고정자의 성능을 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자 제조방법은 충전단계 이후에, 상기와 같이 마련된 혼합물을 고정자 코어(100)의 평면과 저면에 도포한 뒤 경화시켜 코어커버(400)를 형성하는 마무리 단계를 더 포함할 수 있다.
이에, 고정자 코어(100)의 개방된 평면 및 저면으로 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 자속을 가이드 하여 자속을 집속시키는 효과가 있어 생산된 고효율 모터 고정자의 성능을 향상시키고 그 크기를 축소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자를 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자를 보여주는 평면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자의 측면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자는 고정자 코어(100)와 코일(200) 및 충전부(300)로 이루어진다.
고정자 코어(100)는 요크부(110)과 복수의 티스(112)를 포함하여 중공(101)과 내부공간(102)을 형성하는 일체형으로 마련되거나, 백 요크(111)와 티스(112)로 형성된 복수의 분할코어(100a)를 방사상으로 배치하여 형성된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 분할코어(100a)는 백 요크(111)의 일측에 결합돌기(111a)가 형성되고 그 타측에 결합돌기(111a)에 대응되는 결합홈(111b)이 형성될 수 있다.
이에, 복수의 분할코어(100a)를 방사상으로 배치하여 고정자 코어(100) 제조시 인접하는 결합돌기(111a)가 결합홈(111b)에 삽입되어 고정자 코어(100)를 형성함으로써 고정자 코어(100)의 조립을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자는 고정자 코어(100)의 평면과 저면에 결합되는 한 쌍의 코어커버(400)를 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전부(300)와 코어커버(400)는 연자성분말(11)의 표면에 절연층(12)이 코팅된 충전분말(10)로 제조될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 모터 고정자의 자속밀도 및 철손을 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고효율 모터 고정자는 티스(112)에 권취된 코일 사이 빈 공간에 충전분말(10)을 충진하여 충전부(300)를 형성하여 자속을 집속하고 자속 누설을 방지하여 종래에 비하여 철손이 감소됨을 알 수 있다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 자속을 집속하고 자속 누설을 방지함으로써, 고효율 모터 고정자의 철손을 최소화하고 그 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 나아가, 본 발명의 실시예에 다른 고효율 모터 고정자를 이용하여 제조되는 모터의 크기를 축소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 충전분말 11: 연자성분말
12: 절연층 100: 고정자 코어
101: 중공 102: 내부공간
110: 요크부 100a: 분할코어
111: 백 요크 111a: 결합돌기
111b: 결합홈 112: 티스
200: 코일 300: 충전부
400: 코어커버

Claims (12)

  1. 연자성분말의 표면에 절연층을 코팅하여 충전분말을 제조하는 준비단계;
    요크부 및 복수의 티스를 포함하여, 중공과 내부공간으로 구획된 고정자 코어를 마련하는 고정자 코어 제조단계;
    상기 내부공간에 위치된 각각의 상기 티스에 코일을 권취하는 코일링 단계; 및
    상기 내부공간에 상기 충전분말과 접착제가 혼합된 혼합물을 충전하고 경화시키는 충전단계;를 포함하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 준비단계는,
    연자성분말과 절연분말 및 반응촉진제를 혼합하여 제1 혼합분말을 마련하는 혼합과정;
    상기 연자성분말의 표면에 상기 절연분말이 부착될 수 있도록 상기 제1 혼합분말을 밀링하여 제2 혼합분말을 마련하는 밀링과정; 및
    상기 제2 혼합분말을 열처리하여 상기 연자성분말의 표면에 상기 절연층을 형성시켜 상기 충전분말을 마련하는 열처리과정;을 포함하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 혼합과정에서,
    상기 절연분말은 알루미나(Al2O3) 분말이고, 상기 반응촉진제는 염화암모늄(NH4Cl)인 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 혼합과정은,
    연자성분말과 알루미나(Al2O3) 분말 및 염화암모늄 분말을 60 ~ 90 : 9 ~ 39: 1의 질량비로 혼합하여 상기 제1 혼합분말을 마련하는 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 열처리과정은,
    상기 750 ~ 1,300℃의 온도에서 10 ~ 24hr 동안 열처리하여 상기 연자성분말의 표면에 상기 절연층이 형성시키는 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전단계 이후에,
    상기 혼합물이 충전된 상기 고정자 코어의 평면과 저면에 상기 혼합물을 도포하고 경화시켜 코어커버를 형성하는 마무리 단계;를 포함하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정자 코어 제조단계는,
    상기 중공과 내부공간이 형성될 수 있도록, 백 요크와 티스가 형성된 복수의 분할코어를 방사상으로 배치하여 상기 고정자 코어를 마련한 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자 제조방법.
  8. 요크부 및 복수의 티스를 포함하여, 중공과 내부공간으로 구획된 고정자 코어;
    각각의 상기 티스에 권취되는 코일; 및
    상기 티스에 권취된 코일 사이 자속 누설을 방지할 수 있도록, 상기 내부공간에 충전된 충전부;를 포함하는, 고효율 모터 고정자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고정자 코어는,
    상기 중공과 내부공간이 형성될 수 있도록, 백 요크와 티스가 형성된 복수의 분할코어를 방사상으로 배치되어 형성된 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분할코어는,
    백 요크와 티스로 형성된 복수의 분할코어가 방사상으로 배치되되, 상기 백 요크는 일측에 결합돌기가 형성되고 타측에 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 고정자 코어의 평면 및 저면에 결합된 한 쌍의 코어커버;를 더 포함하는, 고효율 모터 고정자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 충전부 및 코어커버는,
    연자성분말의 표면에 알루미나(Al2O3) 재질의 절연층이 코팅된 충전분말로 형성된 것을 특징으로 하는, 고효율 모터 고정자.
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