KR20180059349A - 로터 코어의 제조 방법 및 모터 코어의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

모터의 로터에 포함되는 로터 코어의 제조 방법은: 전자기 강판으로부터 로터 코어(10)용의 복수의 판재(1)를 펀칭 가공하는 것; 해당 로터 코어(10)용의 상기 판재(1)를 적층함으로써 로터 코어 전구체(10')를 제조하는 것; 해당 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역을 제1 소정 온도(T1)에서, 해당 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역을 제2 소정 온도(T2)에서 어닐링하여 로터 코어(10)를 제조하는 것을 포함하며, 상기 제1 소정 온도(T1)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도이고; 상기 제2 소정 온도(T2)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도이다.

Description

로터 코어의 제조 방법 및 모터 코어의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD FOR ROTOR CORE AND MANUFACTURING METHOD FOR MOTOR CORE}
본 발명은 모터에 포함되는 로터 코어의 제조 방법과, 모터에 포함되는 로터 코어 및 스테이터 코어를 포함하는 모터 코어의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에 있어서는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 한층 더한 주행 성능의 향상을 목표로 하여, 구동용 모터의 고출력화, 경량화, 소형화에 대한 개발이 나날이 진행되고 있다. 또한, 가전 제품 메이커에 있어서도, 각종 가전 제품에 내장되는 모터의 한층 더한 소형화, 고성능화에 대한 개발에 여념이 없다.
모터의 성능을 향상시키기 위해서는, 모터 내부에서 발생하는 각종 손실을 어떻게 저감할 수 있을지가 과제이다. 예를 들어, 전기 입력 후에 있어서는, 모터를 구성하는 코일에 있어서 도체 저항 손실에 기인하는 동손이 발생하고, 로터나 스테이터에는 와전류 손실이나 히스테리시스 손실에 기인하는 철손(또는 고주파 철손)이 발생하여, 이들 손실에 따라 모터 효율이나 토크 성능이 저하하게 된다.
스테이터 코어와 로터 코어의 제조 시에는, 전자기 강판으로부터 로터 코어용 판재와 스테이터 코어용 판재를 펀칭 가공하고, 복수의 로터 코어용 판재를 적층하여, 코오킹이나 용접으로 로터 코어가 제조되고, 복수의 스테이터 코어용 판재를 적층하여, 코오킹이나 용접으로 스테이터 코어가 제조되고 있다.
스테이터 코어나 로터 코어로부터 상기 철손을 저감하여 자기 특성을 향상시키기 위해, 스테이터 코어와 로터 코어의 양쪽을 소정 온도에서 어닐링하여, 프레스 등의 가공 변형의 제거를 행하거나, 또한 세미 프로세스재 등 어닐링을 전제로 한 재료와 같이 양쪽의 코어를 형성하는 결정을 입성장시키는 방책을 적용할 수 있다.
그러나, 어닐링으로 스테이터 코어와 로터 코어의 양쪽의 결정을 입성장시킴으로써 자기 특성이 향상되는 한편, 결정이 입성장함으로써 코어의 강도(인장 강도)가 저하되는 등의 배반이 있다는 것이 알려져 있다.
스테이터 코어의 철손이 낮음으로써, 모터의 소형화와 에너지 절약화가 도모된다. 한편, 로터 코어는 고속으로 회전하고, 회전 시에 강한 원심력이 작용하는 부재라는 점에서, 이 강한 외력에 저항할 수 있을 높은 강도가 요구된다. 따라서, 로터 코어에 어닐링을 실시하는 것은 강도 저하의 요인이 된다는 점에서 바람직한 방책이라고는 하기 어려우며, 따라서, 스테이터 코어에만 어닐링을 실시하고, 로터 코어에는 어닐링을 실시하지 않는 제조 방법이 적용되는 경우도 있다. 단, 이 제조 방법으로 제조된 로터 코어에는, 이미 설명한 자기 특성의 향상을 기대할 수 없다.
여기서, 일본 특허 공개 제2004-270011호에는, 동일한 강판으로부터 로터재 및 스테이터재를 동시 채취하면서, 로터재에 있어서는 높은 자속 밀도 및 고강도를, 스테이터재에 있어서는 높은 자속 밀도 및 저철손을 달성할 수 있는 고자속 밀도 무방향성 전자기 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 강판 조성이 소정의 질량비로 규정된 고자속 밀도 무방향성 전자기 강판의 제조에 있어서, 결정립 직경이 50㎛ 이상 500㎛ 이하가 되도록 열연판 어닐링을 실행하는 방법이다.
일본 특허 공개 제2004-270011호에 개시된 제조 방법에서는, 고자속 밀도 무방향성 전자기 강판에 대하여 열연판 어닐링을 행한다는 점에서, 스테이터 코어용 강판과 로터 코어용 강판의 양쪽에 어닐링이 행해지게 된다. 그 때문에, 로터 코어용 강판에 있어서는, 상기한 바와 같이 자기 특성의 향상을 기대할 수 있는 한편 강도의 저하가 우려된다.
본 발명은 자기 특성이 우수하며, 또한 강도가 높은 로터 코어를 제조할 수 있는 로터 코어의 제조 방법과, 이러한 로터 코어에 추가하여 자기 특성이 우수한 스테이터 코어를 제조할 수 있는 모터 코어의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 로터 코어의 제조 방법은, 모터의 로터에 포함되는 로터 코어의 제조 방법이며, 전자기 강판으로부터 복수의 로터 코어용 판재를 펀칭 가공하는 것, 해당 로터 코어용 판재를 적층함으로써 로터 코어 전구체를 제조하는 것, 상기 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역에서 어닐링 시의 온도차를 설정하여, 해당 로터 코어 전구체의 외주측 영역을 제1 소정 온도에서, 해당 로터 코어 전구체의 내주측 영역을 제2 소정 온도에서 어닐링하여 로터 코어를 제조하는 것을 포함하며, 상기 제1 소정 온도는 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도이고, 상기 제2 소정 온도는 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도이다.
본 발명의 로터 코어의 제조 방법은, 전자기 강판으로 이루어지는 복수의 로터 코어용 판재가 적층된 로터 코어 전구체에 대하여, 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역에서 어닐링 시의 온도차를 설정하여 어닐링하여 로터 코어를 제조하는 데 특징을 갖고 있다. 구체적으로는, 외주측 영역은 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도에서 어닐링하고, 내주측 영역은 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도에서 어닐링하는 것이다.
여기서, 「외주측 영역」이란, 예를 들어 평면으로 보아 원형인 로터 코어에 있어서, 원형의 외주 윤곽선에서부터 소정 길이 내측까지의 범위의 외주의 환상 영역 등을 의미하고, 「내주측 영역」이란, 외주측 영역 이외의 로터 코어의 중앙측의 영역 등을 의미한다.
외주측 영역은, 철손이 비교적 큰, 예를 들어 스테이터 코어의 원형의 외주 윤곽선에서부터 5mm 정도까지의 범위를 규정할 수 있다. 그래서, 이 외주측 영역의 결정을 입성장시켜, 자기 특성을 향상시킴으로써, 로터 코어의 철손을 효과적으로 저감할 수 있다.
한편, 로터 코어의 내주측 영역은, 결정이 입성장하지 않는다는 점에서, 강도(인장 강도)가 높은 영역으로 되고, 이 내주측 영역을 구비하고 있음으로써 로터 코어의 높은 강도를 보증할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로터 코어의 제조 방법의 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 소정 온도는 상기 로터 코어를 위한 상기 판재를 펀칭 가공할 때의 가공 변형을 제거하는 온도여도 된다.
전자기 강판의 펀칭 가공 시에는 가공되는 로터 코어용 판재에 가공 변형이 도입된다는 점에서, 내주측 영역에 있어서는, 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도이며, 또한 펀칭 가공 시의 가공 변형을 제거하는 온도에서 어닐링함으로써, 펀칭 가공에 의한 내주측 영역의 자기 특성의 저하를 해소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로터 코어의 제조 방법의 다른 실시 형태에 있어서, 상기 로터 코어의 제조 방법은 적어도 상기 로터 코어 전구체의 상면과 하면에 단열재를 배치하는 것, 해당 로터 코어 전구체의 원주 방향으로 연장되는 해당 로터 코어 전구체의 측면을 노출시킨 상태에서 해당 로터 코어 전구체를 어닐링로에 적재하여 어닐링하는 것을 더 포함해도 된다.
로터 코어 전구체의 상면과 하면에 단열재를 배치하고, 로터 코어 전구체의 원주 방향으로 연장되는 측면을 노출시킨 상태에서는, 예를 들어 이 로터 코어의 측면만이 외부로 노출된다. 이 상태에서 어닐링을 행하면, 로터 코어의 상하면은 단열재로 방호되어 있다는 점에서, 로터 코어의 측면만이 직접 가열되어 승온하고, 측면으로부터 서서히 로터 코어의 내측으로 전열되어 간다.
로터 코어 전구체의 외주측 영역이 소정 온도까지 승온하여 어닐링된 단계에서 어닐링을 종료함으로써, 외주측 영역의 전자기 강판의 결정을 원하는 대로 입성장시킬 수 있음과 함께, 로터 코어 전구체의 내주측 영역의 전자기 강판의 결정의 입성장을 억제할 수 있다.
또한, 로터 코어 전구체의 상하면에 있어서의 단열재에 의한 커버 범위는, 로터 코어 전구체의 상하면의 전체면을 단열재로 커버하는 것 외에도, 로터 코어 전구체의 내주측 영역에 상당하는 상하면만을 단열재로 커버하는 형태여도 된다.
또한, 본 발명에 따른 로터 코어의 제조 방법의 다른 실시 형태에 있어서, 상기 로터 코어의 제조 방법은 내부 이동형 어닐링로를 사용하는 것을 더 포함하고 있어도 된다. 상기 내부 이동형 어닐링로는 상기 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 이동 공간을 가져도 된다. 상기 내부 이동형 어닐링로는 해당 이동 공간의 주위에 배치된 가열 장치를 포함하고 있어도 된다. 상기 로터 코어의 제조 방법은 해당 가열 장치의 작동 하에서 상기 이동 공간을 상기 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 동안에 해당 로터 코어 전구체의 측면으로부터 가열하여 어닐링하는 것을 포함하고 있어도 된다.
원기둥상의 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 이동 공간을 구비한 내부 이동형 어닐링로를 사용하여, 로터 코어 전구체를 구름 이동시키면서 측면으로부터 가열 장치에서 가열하여 어닐링함으로써, 로터 코어 전구체의 외주측 영역의 어닐링을 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다. 로터 코어 전구체를 구름 이동시키는 방법으로서는, 예를 들어 로터 코어 전구체에 환상의 기어를 설치하고, 이동 공간 내에 있어서 해당 이동 공간의 긴 변 방향으로 연장하여 해당 이동 공간 내를 슬라이드하는 긴 기어를 로터 코어 전구체에 설치된 환상의 기어에 맞물리게 하여, 긴 기어를 슬라이드시킴으로써 로터 코어 전구체를 이동 공간 내로 구름 이동시킬 수 있다.
또한, 내부 이동형 어닐링로에, 예열 존, 고온 가열 존을 연속적으로 설정하고, 비교적 저온으로 유지된 예열 존을 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 과정에서 당해 로터 코어 전구체의 전체를 소정 온도까지 예열하고, 이어서, 고온 가열 존을 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 과정에서 로터 코어 전구체의 측면으로부터 어닐링을 적극적으로 행하여, 외주측 영역의 결정의 입성장을 촉진시키는 제조 방법이어도 된다.
또한, 본 발명은 모터의 로터에 포함되는 로터 코어와 스테이터에 포함되는 스테이터 코어로 이루어지는 모터 코어의 제조 방법을 포함한다. 상기 모터 코어의 제조 방법은, 전자기 강판으로부터 복수의 로터 코어용 판재와 복수의 스테이터 코어용 판재를 펀칭 가공하는 것, 해당 로터 코어용 판재를 적층하여 로터 코어 전구체를 제조하는 것, 해당 스테이터 코어용 판재를 적층하여 스테이터 코어 전구체를 제조하는 것, 상기 로터 코어 전구체의 외주측 영역을 제1 소정 온도에서, 상기 로터 코어 전구체의 내주측 영역을 제2 소정 온도에서 어닐링함으로써 로터 코어를 제조하는 것, 상기 스테이터 코어용 전구체를 어닐링하여 스테이터 코어를 제조하는 것을 포함하며, 상기 제1 소정 온도는 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도이고, 상기 제2 소정 온도는 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도이다.
본 발명의 모터 코어의 제조 방법은, 모터에 포함되는 로터 코어와 스테이터 코어의 양쪽(양쪽을 통합하여 모터 코어라고 칭함)을 제조하는 방법이며, 상기하는 로터 코어의 제조 방법과 공통되는 방법으로 로터 코어를 제조한다는 점에 특징이 있다.
공통된 전자기 강판으로부터 로터 코어용 판재와 스테이터 코어용 판재를 펀칭 가공함으로써 전자기 강판의 폐기 부분을 가급적 저감할 수 있어, 재료 수율을 높일 수 있다.
제2 스텝에 있어서, 스테이터 코어 전구체는 그 전체를 결정이 입성장하는 온도에서 어닐링하여 자기 특성의 향상을 도모한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 로터 코어는 우수한 자기 특성과 높은 강도를 갖고 있으며, 제조된 스테이터 코어도 우수한 자기 특성을 갖고 있다는 점에서, 이들 모터 코어는 성능이 우수한 모터의 제조에 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 모터 코어의 제조 방법에 있어서도, 제조 방법의 다른 실시 형태로서, 상기 제2 소정 온도는 상기 로터 코어용 판재와 스테이터 코어에 사용되는 판재를 펀칭 가공할 때의 가공 변형을 제거하는 온도여도 된다.
또한, 본 발명에 따른 모터 코어의 제조 방법의 다른 실시 형태에 있어서, 상기 모터 코어의 제조 방법은 적어도 상기 로터 코어 전구체의 상면과 하면에 단열재를 배치하는 것, 해당 로터 코어 전구체의 원주 방향으로 연장되는 해당 로터 코어 전구체의 측면을 노출시킨 상태에서 해당 로터 코어 전구체와 상기 스테이터 코어 전구체도 해당 어닐링로에 적재하고, 해당 로터 코어 전구체 및 상기 스테이터 코어 전구체를 어닐링하는 것을 더 포함하고 있어도 된다.
예를 들어, 스테이터 코어 전구체의 내부에 로터 코어 전구체를 배치하여 공통된 어닐링로에 양쪽의 코어 전구체를 적재하고, 양쪽의 코어 전구체의 어닐링을 동시에 행함으로써, 가급적 작은 어닐링로를 사용하면서 효율적으로 어닐링을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 코어의 제조 방법의 다른 실시 형태에 있어서, 상기 모터 코어의 제조 방법은 내부 이동형 어닐링로를 사용하는 것을 더 포함하고 있어도 된다. 상기 내부 이동형 어닐링로는 상기 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 이동 공간을 가져도 된다. 상기 내부 이동형 어닐링로는 해당 이동 공간의 주위에 배치된 가열 장치를 포함하고 있어도 된다. 상기 모터 코어의 제조 방법은 해당 가열 장치의 작동 하에서 상기 이동 공간을 상기 로터 코어 전구체가 구름 이동하는 동안에 해당 로터 코어 전구체의 측면으로부터 가열하여 어닐링하는 것, 상기 스테이터 코어 전구체는 별도의 어닐링로에 적재하여 어닐링하는 것을 더 포함하고 있어도 된다.
내부 이동형 어닐링로의 이동 공간에 로터 코어 전구체를 구름 이동시키면서 이동 공간의 주위에 있는 가열 장치에서 연속적으로 로터 코어 전구체의 측면을 직접 가열함으로써, 로터 코어 전구체의 측면(외주측 영역)으로부터의 어닐링을 효율적으로 행할 수 있다. 한편, 스테이터 코어 전구체는, 별도의 어닐링로에 적재하여 전체적으로 결정이 입성장하도록 어닐링함으로써, 자기 특성이 우수한 스테이터 코어가 제조된다.
이상의 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 로터 코어의 제조 방법 및 모터 코어의 제조 방법에 따르면, 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역에서 어닐링 시의 온도차를 설정하여, 외주측 영역은 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도에서 어닐링하고, 내주측 영역은 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도에서 어닐링함으로써, 자기 특성이 우수하고, 또한 강도가 높은 로터 코어를 제조할 수 있고, 나아가 이러한 로터 코어를 구비한 모터 코어를 제조할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는 첨부 된 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 로터 코어의 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이다.
도 2는, 도 1에 이어서 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이다.
도 3은, 로터 코어의 제조 방법의 제2 스텝의 실시 형태 1을 설명한 모식도이다.
도 4는, 어닐링 시에 있어서의, 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 설명한 도면이다.
도 5는, 로터 코어의 제조 방법의 제2 스텝의 실시 형태 2를 설명한 모식도이다.
도 6은, 제조된 로터 코어의 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 모터 코어의 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이다.
도 8은, 도 7에 이어서 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이다.
도 9는, 모터 코어의 제조 방법의 제2 스텝을 설명한 모식도이다.
도 10은, 어닐링 시에 있어서의, 스테이터 코어 전구체, 로터 코어 전구체의 외주측 영역 및 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 설명한 도면이다.
도 11은, 제조된 모터 코어의 사시도이다.
도 12는, 어닐링 온도와 어닐링 후의 로터 코어의 강도의 관계를 특정하는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 13은, 어닐링 온도와 어닐링 후의 로터 코어의 철손의 관계를 특정하는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 14는, 실시예 및 비교예의 철손과 강도에 관한 실험 결과를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 로터 코어의 제조 방법 및 모터 코어의 제조 방법의 실시 형태를 설명한다.
도 1, 2는 순서대로 본 발명의 로터 코어의 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이고, 도 3은 로터 코어의 제조 방법의 제2 스텝의 실시 형태 1을 설명한 모식도이고, 도 4는 어닐링 시에 있어서의, 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 설명한 도면이다. 또한, 도 5는 로터 코어의 제조 방법의 제2 스텝의 실시 형태 2를 설명한 모식도이다.
우선, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 광범위한 전자기 강판(S)을 도시하지 않은 프레스기 등으로 소정 직경의 원반상으로 펀칭 가공함으로써, 복수의 로터 코어용 판재(1)를 제조한다. 또한, 이 전자기 강판(S)으로서는, 해당 전자기 강판을 형성하는 결정의 평균 입경이 20 내지 30㎛ 정도의 범위인, 소위 세립재라고 칭해지는 전자기 강판 외에, 결정의 평균 입경이 50㎛ 이상인, 소위 통상 입경재를 적용할 수 있다.
이어서, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 제조된 복수의 로터 코어용 판재(1)를 적층하고, 코오킹이나 용접 등에 의해 로터 코어 전구체(10')를 제조한다.
여기서, 로터 코어 전구체(10')는 원기둥상을 나타내고 있으며, 둘레 방향으로 연장되는 측면(10'd), 상면(10'e), 하면(10'f)을 갖고 있다. 또한, 자극수에 따른 자석용 슬롯을 구비하고 있으며, 도시하는 예는 도시하지 않은 3개의 영구 자석으로 1개의 자극이 형성되는 형태이며, 평면으로 보아 ハ자상의 2개의 자석용 슬롯(10'a)과, 그것들 사이에 둘레 방향으로 긴 변 방향이 배치된 1개의 자석용 슬롯(10'b)이 개설되어 있다. 단, 자석용 슬롯의 형태는 다양하며, 1개의 자극이 1개의 자석용 슬롯(10'b)에 배치된 영구 자석으로 구성되는 형태나, 1개의 자극이 ハ자상의 2개의 자석용 슬롯(10'a)에 배치된 영구 자석으로 구성되는 형태 등이어도 된다. 또한, 로터 코어 전구체(10')의 중앙 위치에는 샤프트용 슬롯(10'c)이 개설되어 있다. 또한, 이들 자석용 슬롯(10'a, 10'b)이나 샤프트용 슬롯(10'c)은, 적층 전의 각 로터 코어용 판재(1)에 대하여 개설되어도 되고, 각 로터 코어용 판재(1)가 적층된 후에 상면(10'e)으로부터 하면(10'f)에 걸쳐 개설되어도 된다(이상, 제1 스텝).
제1 스텝에서 제조된 로터 코어 전구체(10')에 대하여, 제2 스텝에서는 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역과 내주측 영역에서 어닐링 시의 온도차를 설정하여 어닐링하고, 로터 코어를 제조한다. 이 제2 스텝을 도 3, 4, 5를 참조하여 설명한다.
우선, 제2 스텝의 실시 형태 1을 도 3, 4를 참조하여 설명한다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 로터 코어 전구체(10')의 상면(10'e)과 하면(10'f)에 단열재(I)를 배치하고, 로터 코어 전구체(10')의 원주 방향으로 연장되는 측면(10'd)을 외부로 노출시킨 상태로 하고, 이것을 가열 장치(H)가 내장된 어닐링로(K1)에 적재한다.
가열 장치(H)를 작동시킴으로써, 어닐링로(K1) 내에 있어서, 로터 코어 전구체(10')의 측면(10'd)으로부터 가열을 행한다(X 방향).
즉, 어닐링로(K1) 내에 있어서는, 로터 코어 전구체(10')의 상면(10'e)과 하면(10'f)으로부터의 입열은 단열재(I)에 의해 억제되는 한편, 외부로 노출된 측면(10'd)으로부터의 입열은 왕성하게 행해진다. 그 때문에, 로터 코어 전구체(10')에 있어서는, 측면(10'd)으로부터의 어닐링이 진행되게 된다.
이 어닐링 가공에서는, 도 4에서 도시하는 로터 코어 전구체의 외주측 영역과 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 실행한다.
도 4에 있어서, 온도 T1(제1 소정 온도)은 전자기 강판을 형성하는 결정이 입성장하는 온도 범위의 상한값을 나타내고 있고, 온도 T2(제2 소정 온도)는 결정이 입성장하지 않는 온도 범위의 상한값을 나타내고 있고, 온도 T3은 전자기 강판(S)으로부터의 펀칭 가공 시에 로터 코어용 판재(1)에 도입되는 가공 변형을 제거 가능한 온도 범위의 하한값을 나타내고 있다.
어닐링 가공에서는, 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역은, 시각 t1에서 온도 T1까지 승온하고, 온도 T1에서 시각 t2까지의 소정 시간 어닐링하는 가열 제어를 실행한다. 한편, 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역은, 시각 t2에서 온도 T2로 되도록 온도를 점증시키면서 어닐링하는 가열 제어를 실행한다. 그리고, 시각 t2의 단계에서 가열을 종료하고, 어닐링로(K1)를 냉각하는 제어를 실행한다(이상, 제2 스텝의 실시 형태 1).
여기서, 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역이란, 최종적으로 제조되는 로터 코어에 있어서 철손에 의한 자기 특성의 저하가 현저한 범위이며, 예를 들어 측면(10'd)으로부터 5mm 내측으로 들어간 환상 범위를 외주측 영역으로 규정할 수 있다. 한편, 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역은, 로터 코어 전구체(10')에 있어서의 외주측 영역을 제외한 내측의 영역으로 된다.
이어서, 제2 스텝의 실시 형태 2를 도 5를 참조하여 설명한다. 이 실시 형태에서는, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 로터 코어 전구체(10')가 구름 이동하는 이동 공간(MS)을 구비하고, 이동 공간(MS)의 좌우에 가열 장치(H)가 배치된 내부 이동형 어닐링로(K2)를 사용한다.
내부 이동형 어닐링로(K2)에서는, 예열 존(YZ), 고온 가열 존(HZ), 냉각 존(CZ)이 연속적으로 설정되어 있고, 또한 이동 공간(MS) 내에서 슬라이드하는 긴 기어(G2)가 배치되어 있다. 로터 코어 전구체(10')의 상하면에 단열재(I)를 설치하고, 또한 한쪽의 단열재(I)에는 환상의 기어(G1)를 설치하여, 기어(G1, G2)를 서로 맞물리게 한다. 도시하지 않은 구동부에서 긴 기어(G2)를 슬라이드시킴으로써(Z 방향), 기어(G1)를 통하여 로터 코어 전구체(10')는 회전하면서(Y1 방향) 이동 공간(MS) 내를 예열 존(YZ)으로부터 고온 가열 존(HZ), 나아가 냉각 존(CZ)으로 전진할 수 있다(Y2 방향). 우선, 비교적 저온으로 유지된 예열 존(YZ)을 로터 코어 전구체(10')가 구르면서(Y1 방향) 이동하는(Y2 방향) 과정에서, 로터 코어 전구체(10')의 전체를 소정 온도까지 예열한다. 로터 코어 전구체(10')는 원기둥상을 나타내고 있고, 그 측면(10'd)만이 가열 장치(H)에 대하여 노출되어 있다는 점에서, 로터 코어 전구체(10')의 측면(10'd)이 직접 가열되고(X 방향), 따라서 로터 코어 전구체(10')의 측면(10'd)으로부터 입열이 진행된다.
이어서, 예열된 로터 코어 전구체(10')가 고온 가열 존(HZ)으로 들어간다. 이 고온 가열 존(HZ)에 있는 가열 장치(H)에는 예를 들어 할로겐 히터를 적용할 수 있으며, 예열 존(YZ)보다 고온 가열이 실행된다. 고온 가열 존(HZ)에서는 예열 존(YZ)보다 고온의 열이 회전하는 로터 코어 전구체(10')의 측면(10'd)으로부터 입열됨으로써, 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역의 어닐링이 진행된다. 로터 코어 전구체(10')가 고온 가열 존(HZ)에서 어닐링된 후, 로터 코어 전구체(10')는 냉각 존(CZ)으로 이동하고, 여기서 냉각이 행해진다. 또한, 도 5에서 도시하는 제2 스텝에 있어서도, 도 4에서 도시하는 가열 제어가 실행된다(이상, 제2 스텝의 실시 형태 2).
이상, 제1 스텝과 제2 스텝의 실시 형태 1 혹은 실시 형태 2에 의한 제조 방법에 의해, 도 6에서 도시하는 로터 코어(10)가 제조된다. 여기서, 로터 코어(10)는, 자석용 슬롯(10a, 10b)과 샤프트용 슬롯(10c)을 구비하며, 측면(10d)으로부터 소정 폭(w) 범위에서 결정이 입성장하고 있는 외주측 영역(10A)과 그 내측에서 결정이 입성장하고 있지 않은 내주측 영역(10B)을 구비하고 있다.
외주측 영역(10A)에 있어서는, 결정이 입성장하고 있는 것에 기인하여 자기 특성이 높게 되어 있고, 철손을 효과적으로 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 내주측 영역(10B)에 있어서는, 결정이 입성장하고 있지 않다는 점에서 강도(인장 강도)가 높은 영역으로 된다. 따라서, 로터 코어(10)는, 자기 특성이 우수하고, 또한 강도가 높은 코어로 된다.
도 7, 8은 순서대로 본 발명의 모터 코어의 제조 방법의 제1 스텝을 설명한 모식도이고, 도 9는 모터 코어의 제조 방법의 제2 스텝을 설명한 모식도이고, 도 10은 어닐링 시에 있어서의, 스테이터 코어 전구체, 로터 코어 전구체의 외주측 영역 및 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 설명한 도면이다.
우선, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 전자기 강판(S)으로부터 스테이터 코어용 판재(2)와 그 내측의 영역으로부터 로터 코어용 판재(1)를 1조로 하여 복수조 펀칭 가공함으로써, 소정 조의 스테이터 코어용 판재(2)와 로터 코어용 판재(1)를 제조한다. 이와 같이, 스테이터 코어용 판재(2)와 그 내측의 영역으로부터 로터 코어용 판재(1)를 펀칭 가공함으로써, 전자기 강판(S)의 폐기 부분을 가급적 저감할 수 있어, 재료 수율을 높일 수 있다.
이어서, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 제조된 복수의 로터 코어용 판재(1)를 적층하여, 코오킹이나 용접 등에 의해 로터 코어 전구체(10')를 제조하고, 마찬가지로 제조된 복수의 스테이터 코어용 판재(2)를 적층하여, 코오킹이나 용접 등에 의해 스테이터 코어 전구체(20')를 제조한다(이상, 제1 스텝).
이어서, 도 9에서 도시하는 바와 같이, 로터 코어 전구체(10')에 관해서는, 도 3과 마찬가지로, 로터 코어 전구체(10')의 상면(10'e)과 하면(10'f)에 단열재(I)를 배치하고, 이것을 스테이터 코어 전구체(20')의 내측에 배치한 상태에서 가열 장치(H)가 내장된 어닐링로(K1)에 적재한다. 이와 같이, 스테이터 코어 전구체(20')의 내측에 로터 코어 전구체(10')를 배치하여 양쪽을 동시에 어닐링한다는 점에서, 어닐링로(K1)를 가급적 작게 할 수 있고, 또한 효율적으로 어닐링을 행할 수 있다.
여기서, 스테이터 코어 전구체(20')에는 그 전체의 어닐링을 촉진시키기 위해, 단열재를 배치하지 않는다. 로터 코어 전구체(10')와 스테이터 코어 전구체(20')의 높이를 조절하기 위해, 스테이터 코어 전구체(20')는 받침대(D) 상에 적재한다.
가열 장치(H)를 작동시킴으로써, 어닐링로(K1) 내에 있어서, 스테이터 코어 전구체(20')는 그 상면 및 측면으로부터 가열되고(X 방향), 로터 코어 전구체(10')는 스테이터 코어 전구체(20')와의 사이의 공간을 통하여 측면(10'd)으로부터 가열된다(X 방향).
따라서, 어닐링로(K1) 내에 있어서는, 로터 코어 전구체(10')의 상면(10'e)과 하면(10'f)으로부터의 입열은 단열재(I)에 의해 억제되는 한편, 외부로 노출된 측면(10'd)으로부터의 입열이 왕성하게 행해지고, 스테이터 코어 전구체(20')는 외부로 노출된 측면 및 상면으로부터의 입열이 왕성하게 행해져, 각각 어닐링이 진행되게 된다.
이 어닐링 가공에서는, 도 10에서 도시하는 스테이터 코어 전구체, 로터 코어 전구체의 외주측 영역 및 내주측 영역의 가열 제어 플로우를 실행한다.
도 10에 있어서, 온도 T1은 전자기 강판을 형성하는 결정이 입성장하는 온도 범위의 상한값을 나타내고 있고, 온도 T2는 결정이 입성장하지 않는 온도 범위의 상한값을 나타내고 있고, 온도 T3은 전자기 강판(S)으로부터의 펀칭 가공 시에 로터 코어용 판재(1)에 도입되는 가공 변형을 제거 가능한 온도 범위의 하한값을 나타내고 있다.
어닐링 가공에서는, 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역은, 시각 t1에서 온도 T1까지 승온하고, 온도 T1에서 시각 t2까지의 소정 시간 어닐링하는 가열 제어를 실행하고, 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역은, 시각 t2에서 온도 T2로 되도록 온도를 점증시키면서 어닐링하는 가열 제어를 실행한다. 또한, 스테이터 코어 전구체(20')는 시각 t1보다 빠른 시각 t3에서 온도 T1까지 승온하고, 온도 T1에서 시각 t2까지의 소정 시간 어닐링하는 가열 제어를 실행한다. 그리고, 시각 t2의 단계에서 가열을 종료하고, 어닐링로(K1)를 냉각하는 제어를 실행한다(이상, 제2 스텝).
이상, 제1 스텝과 제2 스텝에 의한 제조 방법에 의해, 도 11에서 도시하는 바와 같이, 로터 코어(10)와 스테이터 코어(20)로 이루어지는 모터 코어(30)가 제조된다.
여기서, 로터 코어(10)는, 도 6에 도시하는 바와 같이 자석용 슬롯(10a, 10b)과 샤프트용 슬롯(10c)을 구비하고, 측면(10d)으로부터 소정 폭(w) 범위에서 결정이 입성장하고 있는 외주측 영역(10A)과 그 내측에서 결정이 입성장하고 있지 않은 내주측 영역(10B)을 구비하고 있다. 이 외주측 영역(10A)에 의해 높은 자기 특성이 부여되고, 내주측 영역(10B)에 의해 높은 강도가 보증된다.
한편, 스테이터 코어(20)는 그 전체의 결정이 입성장하고 있는 것에 기인하여 자기 특성이 높게 되어 있고, 철손이 저감된 코어로 된다.
따라서, 자기 특성이 우수하고, 또한 강도가 높은 로터 코어(10)를 제조할 수 있으며, 나아가 자기 특성이 우수한 스테이터 코어(20)를 제조할 수 있다.
또한, 이 모터 코어의 제조 방법의 제2 스텝에 있어서도, 로터 코어 전구체(10')의 어닐링에 있어서는 도 5에서 도시하는 내부 이동형 어닐링로(K2)를 사용하고, 스테이터 코어 전구체(20')의 어닐링에 있어서는 도 9에서 도시하는 어닐링로(K1)를 사용하는 방법도 있다.
본 발명자들은 로터 코어를 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한 시험체(실시예), 어닐링을 하지 않은 로터 코어의 시험체(비교예 1), 로터 코어의 전체에 750℃에서 어닐링한 시험체(비교예 2) 및 로터 코어의 전체를 850℃에서 어닐링한 시험체(비교예 3)의 특성을 추정하기 위해, 소재의 강판으로부터 시험편을 잘라내고, 로터 코어와 마찬가지의 열처리를 가하여 시험을 행하였다. 실시예의 시험체는, 평면으로 보아 직경이 150mm인 로터 코어에 있어서, 그 외주로부터 5mm의 환상 범위를 외주측 영역, 그 내측을 내주측 영역으로 하여, 외주측 영역은 800 내지 850℃에서 어닐링하고, 내주측 영역은 650 내지 750℃에서 어닐링한 것을 모의하였다. 또한, 어느 시험체든, 전자기 강판을 펀칭 가공한 로터 코어용 판재이며, 평균 입경이 50㎛ 미만인 세립재를 사용하고 있다. 여기서, 750℃ 이하의 온도 범위에서는 전자기 강판의 결정의 입성장이 이루어지지 않는다는 것, 650℃ 이상의 온도 범위에 있어서 펀칭 가공 시의 가공 변형이 제거된다는 것을 알 수 있다. 본 실험에 있어서, 시험체의 강도에 관해서는, 어닐링 온도가 상이한 세립재로부터 인장 시험편을 제작하고, 인장 시험기에 의한 인장 시험을 실시하였을 때의 항복 강도를 측정하고 있다. 또한, 철손의 시험은, 마찬가지로 어닐링 온도가 상이한 세립재로부터 잘라낸 측정용 시험편으로 측정하고 있다.
본 실험에서는, 상기 실시예 및 비교예 1 내지 3의 강도와 철손의 검증을 행함과 함께, 로터 코어 전구체를 제작하고, 이 로터 코어 전구체에 어닐링을 행함에 있어서, 어닐링 온도를 여러 가지 변화시키고, 각 어닐링 온도에 있어서의 어닐링 후의 재료의 항복 강도와 철손을 측정하는 실험을 행하였다. 어닐링 온도와 재료의 항복 강도(Yp)에 관한 실험 결과를 도 12에 도시하고, 어닐링 온도와 로터 코어의 철손에 관한 실험 결과를 도 13에 도시한다. 또한, 도 12의 종축의 수치는, 세립재에 의한 어닐링 전의 로터 코어의 항복 강도로부터, 어닐링 후의 항복 강도의 저하량을 나타내고 있다. 도 12 중의 점선으로 표시된 강도는, 통상 입경재의 항복 강도를 나타내고 있다. 또한, 도 13의 종축의 수치는, 세립재에 의한 로터 코어의 어닐링 전의 철손의 결과를 100으로 하여, 세립재에 의한 로터 코어의 어닐링 후의 철손을 이 100에 대한 비율로 나타내고 있다.
도 12로부터, 어닐링 온도 750℃를 경계로 하여 어닐링 후의 강도가 크게 변화하는 것, 보다 구체적으로는, 어닐링 온도 750℃ 이상의 범위에서 로터 코어의 강도가 크게 저하됨이 실증되어 있다. 따라서, 로터 코어의 강도에만 착안한 경우에는, 어닐링 온도를 750℃보다 낮은 온도로 조정하는 것이 좋다.
여기서, 도면 중에는 실시예가 적용되는 범위를 도시하고 있다. 실시예에 관한 로터 코어는, 외주측 영역이 800 내지 850℃에서 어닐링되고, 내주측 영역은 650 내지 750℃에서 어닐링된다. 실시예에 관한 로터 코어는, 외주측 영역과 내주측 영역에서 온도차를 설정하여, 내주측 영역을 750℃보다 낮은 온도에서 어닐링함으로써, 로터 코어의 높은 강도를 보증할 수 있다.
또한, 도 13으로부터, 어닐링 후의 철손도, 어닐링 온도 750℃를 경계로 하여 어닐링 후의 철손이 크게 변화하는 것, 보다 구체적으로는, 어닐링 온도 750℃ 이상의 범위에서 로터 코어의 철손이 크게 저하됨이 실증되어 있다. 따라서, 로터 코어의 철손에만 착안한 경우에는, 어닐링 온도를 750℃보다 높은 온도로 조정하는 것이 좋다.
실시예에 관한 로터 코어는, 외주측 영역과 내주측 영역에서 온도차를 설정하여, 외주측 영역을 750℃보다 높은 온도에서 어닐링함으로써, 철손 저감 효과가 높은, 우수한 자기 특성을 보증할 수 있다.
도 14는, 실시예, 비교예 1 내지 3의 로터 철손과 강도에 관한 실험 결과를 도시한 도면이다. 도면 중, 강도 A는 도 12의 어닐링 전부터의 항복 강도의 저하량이 0MPa 내지 20MPa 정도임을 나타내고 있고, 강도 B는 20MPa 내지 40MPa 정도를 나타내고 있고, 강도 C는 40MPa을 초과하는 항복 강도 저하량을 나타내고 있다.
도 14로부터, 비교예 1을 100으로 한 경우에 전체를 850℃에서 어닐링한 비교예 3과 실시예는 동일 정도(87 정도)로 철손이 현저하게 저하되어 있음이 실증되어 있고, 또한 강도에 관해서는, 실시예는 어닐링 없는 비교예 1과 동일 정도의 강도를 갖고 있음을 알 수 있다. 즉, 외주측 영역과 내주측 영역에서 온도차를 설정하여 어닐링을 행하는 본 발명의 제조 방법에 의해, 자기 특성이 우수하고, 강도가 높은 로터 코어가 얻어짐이 실증되어 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 상세하게 설명하였지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 설계 변경 등이 있어도, 그것들은 본 발명에 포함되는 것이다.

Claims (8)

  1. 모터의 로터에 포함되는 로터 코어(10)의 제조 방법이며,
    전자기 강판으로부터 로터 코어(10)용의 복수의 판재(1)를 펀칭 가공하는 것;
    해당 로터 코어(10)용의 상기 판재(1)를 적층함으로써 로터 코어 전구체(10')를 제조하는 것;
    해당 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역을 제1 소정 온도(T1)에서, 해당 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역을 제2 소정 온도(T2)에서 어닐링하여 로터 코어(10)를 제조하는 것을 포함하며;
    상기 제1 소정 온도(T1)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도이고;
    상기 제2 소정 온도(T2)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도인, 로터 코어(10)의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 소정 온도(T2)는, 상기 로터 코어를 위한 상기 판재를 펀칭 가공할 때의 가공 변형이 제거되는 온도인, 로터 코어(10)의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 상기 로터 코어 전구체(10')의 상면과 하면에 단열재(I)를 배치하는 것; 및
    해당 로터 코어 전구체(10')의 원주 방향으로 연장되는 해당 로터 코어 전구체(10')의 측면(10d')이 노출된 상태에서 해당 로터 코어 전구체를 어닐링로(K1)에 적재하여 어닐링하는 것을 더 포함하는, 로터 코어(10)의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로터 코어 전구체(10')가 구름 이동하는 이동 공간(MS)을 갖고, 해당 이동 공간(MS)의 주위에 배치된 가열 장치(H)를 포함하는, 내부 이동형 어닐링로(K2)를 사용하는 것; 및
    해당 가열 장치(H)의 작동 하에서 상기 이동 공간(MS)을 상기 로터 코어 전구체(10')가 구름 이동하는 동안에 해당 로터 코어 전구체(10')는 해당 로터 코어 전구체(10')의 측면(10d')으로부터 가열하여 어닐링하는 것을 더 포함하는, 로터 코어(10)의 제조 방법.
  5. 모터의 로터에 포함되는 로터 코어(10)와 스테이터에 포함되는 스테이터 코어(20)를 포함하는 모터 코어(30)의 제조 방법이며,
    전자기 강판으로부터 로터 코어(10)용의 복수의 판재(1)와 스테이터 코어에 사용되는 판재(2)를 펀칭 가공하는 것;
    해당 로터 코어용의 상기 판재(1)를 적층함으로써 로터 코어 전구체(10')를 제조하는 것;
    해당 스테이터 코어용의 상기 판재(2)를 적층함으로써 스테이터 코어 전구체(20')를 제조하는 것;
    상기 로터 코어 전구체(10')의 외주측 영역을 제1 소정 온도(T1)에서, 상기 로터 코어 전구체(10')의 내주측 영역을 제2 소정 온도(T2)에서 어닐링함으로써 로터 코어(10)를 제조하는 것;
    상기 스테이터 코어용 전구체를 어닐링함으로써 스테이터 코어(20)를 제조하는 것을 포함하며,
    상기 제1 소정 온도(T1)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하는 온도이고;
    상기 제2 소정 온도(T2)는, 상기 전자기 강판의 결정이 입성장하지 않는 온도인, 모터 코어(30)의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 소정 온도(T2)는, 상기 로터 코어(10)용의 판재(1)와 스테이터 코어(20)에 사용되는 판재(2)를 펀칭 가공할 때의 가공 변형을 제거하는 온도인, 모터 코어(30)의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 적어도 상기 로터 코어 전구체의 상면과 하면에 단열재(I)가 배치되는 것; 및
    해당 로터 코어 전구체(10')의 원주 방향으로 연장되는 해당 로터 코어 전구체(10')의 측면(10d')을 노출시킨 상태에서 해당 로터 코어 전구체(10')를 어닐링로(K1)에 적재하고, 해당 로터 코어 전구체(10') 및 상기 스테이터 코어 전구체(20')를 어닐링하는 것을 더 포함하는, 모터 코어(30)의 제조 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 로터 코어 전구체(10')가 구름 이동하는 이동 공간(MS)을 갖고, 해당 이동 공간(MS)의 주위에 배치된 가열 장치(H)를 포함하는, 내부 이동형 어닐링로(K2)를 사용하는 것;
    해당 가열 장치(H)의 작동 하에서 상기 이동 공간(MS)을 상기 로터 코어 전구체(10')가 구름 이동하는 동안에 해당 로터 코어 전구체(10')는 해당 로터 코어 전구체(10')의 측면(10d')으로부터 가열하여 어닐링하는 것; 및
    상기 스테이터 코어 전구체(20')는 별도의 어닐링로(K1)에 적재하여 어닐링하는 것을 더 포함하는, 모터 코어(30)의 제조 방법.
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