KR20220133479A - 품질 균일성과 전자기적 성능이 향상된 적층코아, 및 그 제조 방법 - Google Patents

품질 균일성과 전자기적 성능이 향상된 적층코아, 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 적층코아는 낱장이 적층되어 만들어진 적층체가 적층배럴의 외부로 배출된 후 가열 및 가압되어 낱장이 서로 결합되므로, 프레스 금형이 작동 중단되더라도 균일한 품질을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 적층코아는 전기모터가 작동될 때 슬롯 부분의 진동이나 비틀림을 방지할 수 있다.

Description

품질 균일성과 전자기적 성능이 향상된 적층코아, 및 그 제조 방법 {Laminated core having improved quality uniformity and electromagnetic performance, and manufacturing method thereof}
본 발명은 적층코아에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 제품 제조시 공정이 중단되는 경우에도 균일한 품질을 갖도록 제조될 수 있고, 전기모터 작동시 슬롯 부분의 진동과 비틀림을 방지할 수 있는 적층코아에 대한 것이다.
아울러, 본 발명은 이러한 적층코아의 제조방법에 대한 것이기도 하다.
일반적으로, 낱장(라미나 부재)을 적층하여 제조되는 적층 코아는 발전기나 전기 모터의 회전자 및 고정자로 사용되며, 이를 제조하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다.
회전자(20)와 고정자의 상,하층 낱장을 결합하는 방법으로는 엠보싱(인터록 탭)을 이용하는 엠보싱 결합법(탭 고정법)과, 용접 예를 들어 레이저 용접을 이용한 웰딩 고정법과, 리벳 고정법과, 접착제를 이용하여 결합하는 방법 등이 알려져 있다.
상기 방법 중 엠보싱 결합법은 각각의 낱장을 엠보싱 핀으로 가압하여 엠보싱을 형성한 후, 이 엠보싱을 이용하여 상,하층의 낱장을 서로 결합시킨다. 낱장을 엠보싱 핀으로 가압하면 낱장의 윗면에는 엠보싱 홈이 형성되고 이와 대응되는 아랫면에는 엠보싱 돌기가 형성되는데, 상층 낱장의 엠보싱 돌기를 하층 낱장의 엠보싱 홈에 억지끼움으로 결합시킴으로써 상,하층의 낱장(10)을 서로 결합시킨다.
그런데, 엠보싱 결합법으로 만든 적층코아는 철손(iron loss)이 크다는 문제점이 있다. 즉, 엠보싱 결합법은 각 낱장마다 엠보싱을 형성하고 상,하층 낱장을 억지끼움으로 결합시켜야 하므로 응력(stress)과 변형(strain)이 발생하게 되고 이에 따라 적층 코아의 자기 특성(magnetic property) 품질이 떨어지는 문제점(hysteresis loss)이 있고, 아울러, 적층된 낱장은 엠보싱에서 단락이 발생할 가능성이 크고 이에 따라 와전류손(eddy current loss)이 크다는 문제점이 있다.
나아가, 엠보싱 결합으로 만들어진 적층 코아는 강성(rigidity)이 작아서 충격과 진동에 대해 취약하고 낱장이 소정 두께 이상이어야 하며 낱장이 아주 얇은 경우에는 엠보싱 결합을 이용할 수 없다는 제한도 있다.
이에 비해, 접착제 결합 방법은 엠보싱을 형성하지 않으므로 히스테리시스 손실(hysteresis loss)이 작고 와전류손 문제도 작다는 장점을 갖고 있다. 아울러, 접착제 결합으로 만들어진 적층코아는 엠보싱 결합법으로 만들어진 적층코아 보다 강성이 크므로 충격과 진동에 강하다. 나아가, 접착제 결합 방법은 각 낱장의 두께 제한이 없으므로 아주 얇은 낱장을 적층할 수도 있다.
접착제를 이용한 접착식 적층코아와 그 제조방법은 대한민국 특허등록 제10-1811266호 등에 개시되어 있다. 상기 제조 방법에 따르면, 접착제가 도포되거나 코팅된 금속 스트립이 블랭킹되어 낱장이 만들어지고, 이 낱장은 적층배럴 내부에서 가열 및 가압되어 아래층의 낱장과 접착된다. 즉, 금속 스트립이 블랭킹되어 만들어진 낱장은 연이어서 블랭킹되어 만들어진 낱장에 의해 적층배럴의 내부에서 아래쪽으로 밀려 내려가면서 가열 및 가압되어 아래층의 낱장과 접착된다.
그런데, 프레스 금형의 작동이 중단된 경우, 예를 들어, 금속 스트립을 새로 공급해야 하는 경우나 프레스 금형이 고장난 경우 등에는 낱장이 적층배럴 내부에서 오랜 시간 동안 가열 및 가압되거나 냉각된 후 재가열되므로 접착제가 변질되는 등의 문제가 생겨서 제품(적층코아)의 품질에 문제가 생길 수 있다.
한편, 도 1은 접착식 적층코아(고정자)의 일 예를 보여준다. 상기 고정자(3)는 다수 개의 슬롯(3a)이 중앙을 향해 연장된 구조를 갖는다. 슬롯(3a)에는 동선(도면에 미도시)이 권취된다. 그런데, 전기 모터가 작동할 때 슬롯(3a)의 단부(동선이 권취되지 않는 부분, 3b)에는 비틀림과 진동이 발생한다는 문제점이 있다. 그리고, 이러한 문제점은 회전자의 경우에도 발생할 수 있다.
아울러, 엠보싱 결합법으로 회전자와 고정자를 제조할 때 엠보싱은 자속 밀도가 낮은 부분에 주로 형성되므로, 이러한 문제점은 엠보싱 결합법으로 제조된 회전자와 고정자에도 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 제품 제조시 공정이 중단되는 경우에도 균일한 품질을 갖도록 제조되는 적층코아를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기모터 작동시 슬롯 부분의 진동과 비틀림을 해결한 적층코아에 대한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 적층코아의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층코아 제조방법은, (a) 금속 스트립(1)이 이동과 정지를 반복하면서 이동되는 동안에 금속 스트립(1)을 가압하여 메인 엠보싱(113)(163)을 형성하는 단계; (b) 메인 엠보싱(113)(163)이 형성된 금속 스트립(1)을 블랭킹하여 낱장(110)(160)을 만들고 블랭킹된 낱장(110)(160)을 아래 층의 낱장(110)(160)에 적층하는 것을 소정 회수 반복하여 적층체를 만드는 단계; 및, (c) 적층체를 가압 및 가열하여 접착제에 의해 낱장(110)(160)이 서로 결합되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계의 적층은 적층 배럴(80b)의 내부에서 윗층 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱(113)(163)이 아래층 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱(113)(163)에 억지끼움 결합되는 것에 의해 이루어지고 접착제에 의한 결합은 이루어지지 않는다.
그리고, 상기 (c) 단계의 가압 및 가열은 적층체를 적층 배럴(80b)의 외부로 인출한 후 이루어진다.
상기 적층코아가 회전자(100)인 경우, 메인 엠보싱(113)은 아래 식으로 정해지는 1, 2구역 중 1구역에만 형성될 수 있다.
[식]
Figure pat00001
위 식에서,
R1 : 낱장(110)의 외부 반경
R2 : 사프트 홀(111)의 반경
S : 사프트 홀(111)의 중심부터의 거리
또한, 상기 적층코아가 회전자(100)이고 영구 자석이 회전자(100)의 바깥 부분에 설치될 경우, 메인 엠보싱(113)은 샤프트홀(111)과 영구자석 사이에만 형성될 수 있다.
상기 적층코아가 고정자(150)인 경우, 역요크(167)의 끝단과 낱장(160)의 외곽 사이의 거리(G)를 3등분할 때 메인 엠보싱(163)은 3등분 중 가장 바깥쪽 부분에만 위치하고 다른 부분에는 없는 것이 바람직하다.
아울러, 자기특성 곡선(BH 곡선)에서 비선형 영역으로 들어가는 점의 투자율(permeability : μ0)이 최대가 되었다가 떨어지기 시작하는 점까지는 엠보싱을 배치하여도 자기적인 손실이 크지 않은 점을 고려하여, 메인 엠보싱을 잔류자속밀도(Br)가 1.0 T 미만인 구간에만 배치하고 1.0 T 이상인 구간에는 배치하지 않는 것이 바람직하다.
상기 (a) 단계에서 고정자와 회전자의 슬롯(165)의 단부와 대응되는 부분에는 보조 엠보싱(166)이 형성될 수 있다. 상기 (c) 단계에서 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)은 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 삽입되되 상기 삽입에 의해 적층코아의 슬롯 부분의 비틀림 또는 진동이 방지되지만 위, 아래층 낱장 사이의 결합력은 발생하지 않는다.
낱장(110)(160)의 아랫면에서 보조 엠보싱(166)이 돌출되는 높이(h)는 낱장 두께(t)의 10% ~ 80%인 것이 바람직하다.
상기 삽입에 의해 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)이 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 라인-투-라인 결합(일대일 결합)될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 제품 제조시 공정이 중단되는 경우, 예를 들어 금속스트립을 새로 공급하는 경우, 프레스 금형의 부품을 교체하거나 고장난 경우 등에도 적층코아의 품질을 균일하게 유지할 수 있다.
둘째, 전기모터 작동시 슬롯 부분에 발생하는 진동과 비틀림을 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 접착식 적층코아(고정자)의 일 예를 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층코아 제조방법의 각 공정을 보여주는 단면 구성도.
도 3은 도 2의 제조장치에서 만들어진 적층체를 가열 및 가압하는 유닛(가열 및 가압유닛)을 보여주는 단면 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 회전자와 고정자의 일 예를 보여주는 분해 사시도.
도 5는 도 4의 회전자를 보여주는 평면도.
도 6은 도 4의 고정자를 보여주는 평면도.
도 7은 회전자가 고정자의 내부에 설치된 구조를 일부 확대하여 보여주는 평면도.
도 8은 도 7의 회전자에 영구자석이 설치되고 고정자에 3상 권선이 설치된 것을 보여주는 평면도.
도 9는 도 6의 IX-IX' 단면을 확대한 도면.
도 10은 메인 엠보싱과 보조 엠보싱이 형성된 회전자를 보여주는 사시도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[적층코아의 제조방법]
본 발명에 따른 적층코아는 낱장 사이의 결합을 위해 접착제를 주로 이용하지만 접착제에 의한 낱장 사이의 결합이 이루어지기 전까지는 엠보싱에 의한 결합력을 이용한다는 점에서 기존의 접착식 적층코아 및 엠보싱 적층코아와 다르다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층코아 제조방법의 각 공정을 보여주는 단면 구성도이며, 도 3은 도 2의 공정으로 만들어진 적층체를 가열 및 가압하는 공정을 보여주는 단면 구성도이다. 아래에서는 상기 각 공정을 순차적으로 설명하기로 한다.
먼저, 접착제가 코팅된 금속 스트립(1)을 하부 금형(82)의 윗면으로 공급한다. 상기 접착제는 금속 스트립(1)의 윗면과 아래면 중 적어도 어느 한 면에 미리 코팅된 것으로서, 고온 고압이 소정 시간 동안 작용하면 접착력이 발생한다. 예를 들어, 시중에서 판매되고 용이하게 구입 가능한 접착제 'Remisol EB 549 RAPID E09100'은 100N/cm2 이상의 압력이 작용하는 상태에서 240℃의 열이 20초 동안 작용하면 접착력이 발생한다.
본 발명에서 접착제는 낱장의 윗면 전체 및/또는 아랫면의 전체에 코팅되는 것이 바람직하지만, 낱장의 윗면의 일부 또는 아랫면의 일부에만 코팅될 수도 있다.
금속 스트립(1)은 소정의 이송 수단(미도시)에 의하여 주기적으로 이동과 정지를 반복하면서 이송되는데, 공정 I에서는 펀칭부(30)가 금속 스트립(1)을 천공하여 슬롯(도 4, 9의 165), 영구자석 설치부(도 4, 5, 7의 115), 역요크(도 4, 6, 7의 167) 등을 형성한다. 공정 I은 이러한 가공들이 이루어지는 포괄적인 공정을 의미하는 것으로서 특정한 가공만을 의미하는 것은 아니다.
이어서, 금속 스트립(1)은 공정 Ⅱ에서 대기 상태가 될 수 있다.
다음으로, 금속 스트립(1)은 공정 Ⅲ으로 이동되어 카운터 공정을 거치게 된다. 상기 카운터 공정은 적층 코아를 소정 매수로 적층한 다음 분리시키기 위해 메인 엠보싱(인터록 탭, 113, 163)과 보조 엠보싱(166)이 형성될 지점에 카운터 홀(도 9의 169)을 형성하기 위한 공정이다. 카운터 홀(169)은 금속 스트립(1)을 관통하도록 형성된 구멍이다. 이러한 카운터 공정은 모든 낱장(110)(160)에 대해서 수행되는 것이 아니며, 정해진 적층 코아의 두께에 따라, 예를 들어 20회에 1번 등으로 수행된다. 카운터 공정이 수행될 경우에는 메인 엠보싱(인터록 탭, 113, 163)과 보조 엠보싱(166)이 형성될 위치가 펀치핀(40a)에 의해 천공되며, 공정이 수행되지 않을 경우에는 아이들(idle) 공정으로서 그냥 지나치게 된다.
다음으로, 공정 Ⅳ에서는 중심부의 샤프트 홀(111) 또는 삽입부(도 4의 161)가 천공된다. 회전자(100)의 경우에는 샤프트 홀(111)에 회전축이 설치되고 고정자(150)의 경우에는 상기 삽입부(161)에 회전자(100)가 삽입되어 설치될 수 있다.
이어서, 1피치 더 전진한 금속 스트립(1)은, 공정 Ⅴ의 엠보싱 공정에서, 엠보싱핀(60a)에 의해 아래로 가압되어 메인 엠보싱(113)(163)이 형성되고 슬롯(165) 단부가 가압되어 보조 엠보싱(166)이 형성된다.
메인 엠보싱(113)(163)과 보조 엠보싱(166)이 형성되면 낱장(110)(160)의 윗면에는 아래로 오목한 엠보싱 홈이 형성되고 낱장의 아랫면에는 아래로 볼록한 엠보싱 돌기가 형성된다. 즉, 엠보싱 홈과 엠보싱 돌기는 동일한 지점에 형성된 것으로서, 엠보싱 홈이 낱장(110)(160)의 윗면에서 아래로 오목하게 형성된 것에 의해 낱장(110)(160)의 아랫면에는 엠보싱 돌기가 형성된다.
본 발명에서 메인 엠보싱(113)(163)은 추후 낱장(110)(160)이 적층될 때 및, 적층체를 적층 배럴(80b)의 외부로 인출하여 가압 및 가열유닛(90)에 설치할 때 낱장(110)(160) 사이의 결합을 유지하고 낱장(110)(160)이 회전되는 것을 방지하기 위한 최소한의 결합력만을 갖도록 하기 위한 것으로서 그 개수도 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명될 것이다.
한편, 보조 엠보싱(163)은 전기 모터를 사용할 때 슬롯(165) 부분의 진동과 비틀림을 방지하기 위한 것이다. 이에 대해서도 아래에서 상세히 설명될 것이다.
공정 Ⅴ 이후에는 금속 스트립(1)에 아무런 가공이 이루어지지 않는 상태로 대기하는 공정 VI가 될 수 있다.
이어서, 공정 VII에서 금속 스트립(1)이 블랭킹되어 낱장(110)(160)이 만들어지고, 낱장(110)(160)은 블랭킹 블록(80a)에 의해 적층배럴(80b) 속으로 밀려 들어가면서 이미 적층되어 있는 낱장(110)(160)의 윗면에 적층된다. 이 때, 상부 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱 돌기가 하부 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱 홈에 삽입되어 억지끼움 결합되기 때문에 낱장(110)(160)들이 서로 적층될 수 있다. 소정 매수 예컨대, 20장의 낱장(110)(160)이 동일한 과정에 의해 적층된 뒤에, 상기 카운터 공정에서 메인 엠보싱(113)(163) 대신에 카운터 홀(169)이 형성된 낱장(110)(160)이 블랭킹 되어 그 위에 위치되면, 상기 낱장(110)(160)에는 메인 엠보싱(113)(163)이 없으므로 낱장(110)(160)이 더 이상 적층되지 않고 분리되게 된다. 이렇게 제조된 적층체는 연속적으로 블랭킹된 낱장이 적층배럴(80b) 속으로 계속 밀려 들어옴에 따라 아래로 밀려서 배출구를 통해 외부로 배출된다.
한편, 보조 엠보싱 돌기는 아래 층의 보조 엠보싱 홈에 삽입된다. 상기 삽입은, 억지끼움 결합이 아니라, 일대일 결합(line to line 결합)이므로 보조 엠보싱(166)은 낱장 사이의 결합력(낱장의 분리를 방지하는 결합력)을 발생시키지 않고, 전기 모터가 작동할 때 발생하는 슬롯 부분의 좌우, 상하 방향(도 9의 화살표 참조)의 진동과 비틀림을 방지한다.
공정 VIII에서는 외부로 배출된 적층체를 가압 및 가열유닛(90)에 설치하고 가열 및 가압한다. 가압 및 가열유닛(90)은 지지대(91)와, 지지대(91)에 설치되고 내부 공간(93)을 형성하는 가열부(92)와, 내부 공간(93)의 상측에 설치되고 적층체에 대해 상하 왕복이동을 하면서 적층체를 가압하는 가압부(95)를 포함할 수 있다.
가열부(92)는 내부 공간을 고온으로 가열한다. 유도 가열이 가능한 히터 등이 가열부(92)로서 이용될 수 있다.
적층체가 내부 공간(93)에 배치되면 고온으로 가열되고, 이 상태에서 가압부(95)가 하강하여 적층체를 가압하면 위층과 아래층의 낱장이 접착제에 의해 서로 결합하게 된다.
[메인 엠보싱의 위치와 개수]
도 4는 상기 제조방법에 따라 제조된 회전자와 고정자의 일 예를 보여주는 분해 사시도이고, 도 5는 상기 회전자를 보여주는 평면도이며, 도 6은 상기 고정자를 보여주는 평면도이다. 도 4~6에 도시된 회전자와 고정자는 본 발명에 따라 제조될 수 있는 회전자와 고정자의 일 예일 뿐이고 다양한 구조의 회전자와 고정자가 제조될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 메인 엠보싱(113)(163)은 적층 배럴(80b)의 내부에서 낱장(110)(160)이 적층될 때 및, 적층체를 적층 배럴(80b)의 외부로 인출하여 가압 및 가열유닛(90)에 설치할 때 낱장(110)(160) 사이의 결합을 유지하고 낱장(110)(160)이 회전되는 것을 방지하기 위한 최소한의 결합력만을 갖도록 하기 위한 것으로서 그 개수도 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 메인 엠보싱(113)(163)은 전기 모터의 전자기적 성능에 영향을 미치지 않는 곳에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 아래에서는 이 점에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 4 ~ 5에 나타난 바와 같이, 회전자(100)에서 자속밀도가 상대적으로 낮은 곳(도 4~5에서는 샤프트 홀의 주위 부분)에만 메인 엠보싱(113)을 형성하고 자속밀도가 상대적으로 높은 곳(회전자의 외곽 부분)에는 메인 엠보싱(113)을 형성하지 않는다. 그리고, 낱장(110)이 상대적으로 회전되는 것을 방지하기 위해 적어도 두 개 이상의 메인 엠보싱(113)이 상호 이격되도록 형성된 것이 바람직하다. 하지만, 보조 엠보싱이 형성되는 경우에는 1개의 메인 엠보싱(113)이 보조 엠보싱과 협력하여 낱장(110)의 회전을 방지할 수 있으므로 메인 엠보싱(113)이 1개만 형성될 수도 있다.
그리고, 도 8에 나타난 바와 같이, 영구자석이 회전자(100)의 바깥부분에 설치된 경우, 메인 엠보싱(113)은 샤프트 홀(111)과 영구자석 사이에만 형성되고 영구자석과 회전자(100)의 외주면 사이에는 형성되지 않을 수 있다. 이것은 메인 엠보싱(113)이 자속밀도가 높은 곳에 형성되면 철손이 크게 발생할 가능성이 있기 때문이다.
참고로, 도 8은 전기 자동차의 견인력을 발생시키기 위한 PMSM(Permanent Magnet Synchronous motor)의 일부를 보여준다. 도 8에서 영구자석은 회전자(100)의 영구자석 설치부(도 5, 7의 115)에 설치되고 고정자(150)는 역요크(또는 백요크, 167)에 설치된 3상 권선을 갖는다. 고정자(150)에서 붉은 색은 A phase winding을 나타내고, 초록색은 B phase winding을 나타내며, 파란색은 C phase winding을 나타낸다. 회전자(100)에서 붉은 색은 N극의 영구자석을 나타내고 파란색은 S극의 영구자석을 나타낸다. 그리고, 메인 엠보싱(113)은 고정자(150)와 회전자(100)에서 짙은 노란색으로 도시되었고, 접착제 도포는 도시되지 않았다.
한편, 위와 같은 배치에 대한 대안으로서, 회전자(100)의 경우 아래 수학식 1을 이용하여 낱장(110)을 1, 2 구역으로 구획하고 메인 엠보싱(113)을 1 구역에만 형성할 수 있다. 도 7에서 붉은 색 점선의 좌측(샤프트홀 쪽)은 1구역이고 붉은 색 점선의 우측은 2구역이다.
[수학식 1]
Figure pat00002
위 식에서,
R1 : 낱장(110)의 외부 반경
R2 : 사프트 홀(111)의 반경
S : 사프트 홀(111)의 중심부터의 거리
한편, 고정자(160)의 경우도 회전자와 마찬가지로, 자속밀도가 상대적으로 낮은 곳에만 메인 엠보싱(163)을 형성되고 자속밀도가 상대적으로 높은 곳에는 메인 엠보싱(163)을 형성하고 않는다.
바람직하게, 고정자(150)의 경우, 도 6~8에 나타난 바와 같이, 역요크(백요크, 167)의 끝단과 낱장(160)의 외곽 사이의 거리(G)를 3등분할 때 메인 엠보싱(163)은 3등분 중 가장 바깥쪽 부분에만 위치하고 안쪽 부분과 중간 부분에는 메인 엠보싱(163)이 형성되지 않는다. 이것은 상기 가장 바깥쪽 부분에는 자속 밀도가 상대적으로 낮으므로 철손이 작거나 없기 때문이다.
한편, 상기 배치에 대한 또 다른 대안으로서, 잔류자속밀도(Br)를 고려할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
자성철판의 일반적인 자기특성 곡선(BH 곡선)에서 투자율은 기자력(H)이 증가함에 따라 자속밀도(B)가 선형적으로 증가하는 영역과 그렇지 못한 구간으로 구분할 수 있다. H와 B간에 비선형적 특성이 발생하기 시작하는 점이 자기포화가 일어나는 구간으로 진입하기 시작하는 것으로서, 자화전류를 증가시켜도 자속량의 증가가 비례하지 않는 특성을 갖는다. 따라서, 비선형 영역으로 들어가는 점의 투자율(permeability : μ0)이 최대가 되었다가 떨어지기 시작하는 점까지는 메인 엠보싱을 배치하여도 자기적인 손실이 크지 않게 된다. 이와 같은 최대 투자율을 갖는 자속밀도 값은 자성철판 재질에 따라 상이하게 되지만 일반적으로 잔류자속밀도(Br) 값이 1.0 ~ 1.2 T 구간에 위치하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 성능상의 열화를 안정적으로 보장할 수 있는 Br < 1.0 T 구간에 메인 엠보싱을 배치할 수 있다. 즉, 잔류자속밀도(Br)가 1.0 T 미만인 구간에만 메인 엠보싱을 형성하고 1.0 T 이상인 구간에는 메인 엠보싱을 형성하지 않을 수 있다.
본 발명에서는 전기 모터의 성능 향상을 위해 메인 엠보싱(113)(163)의 개수를 최대한 적게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 메인 엠보싱(113)(163)은 접착제에 의한 결합이 완성되기 전까지 낱장 사이를 결합하기 위해 필요한 개수만큼만 형성되는 것이 바람직하다.
[보조 엠보싱]
상술한 바와 같이, 본 발명에서 보조 엠보싱(166)은 슬롯(165)의 단부에 형성된다. 참고로, 슬롯(165)에는 동선(銅線)이 권취되는데, 슬롯(165)의 단부에는 동선이 권취되지 않고 외부에 노출된다.
보조 엠보싱(166)은 위,아래층의 낱장(160)을 결합시키기 위한 것이 아니라, 전기모터 작동시 슬롯 부분의 좌우, 상하 방향의 진동과 비틀림을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 보조 엠보싱(166)은 기존의 엠보싱과는 그 구조 및 크기가 다를 수 있다.
구체적으로 보조 엠보싱(166)은 아래층의 보조 엠보싱(166)에 억지끼움으로 결합하는 것이 아니라 일대일 결합(line to line 결합, slip 공차로 체결)한다. 이를 위해, 보조 엠보싱 홈의 직경은 보조 엠보싱 돌기의 외경과 동일하다. 이에 비해, 기존의 엠보싱 돌기의 외경은 엠보싱 홈의 직경 보다 크고 이에 따라 억지끼움에 의한 결합이 가능하다.
그리고, 보조 엠보싱(166)은 낱장(160)의 아랫면으로 돌출되는데, 이 돌출되는 높이(h)가 낱장 두께(t)의 10% ~ 80%이고, 바람직하게는 낱장 두께(t)의 10% ~ 70%이다. 이에 비해, 체결력을 위해 형성되는 기존의 통상적인 엠보싱은 낱장 두께(t)의 약 85% ~ 100%되는 높이(h)를 갖는다.
아울러, 엠보싱이 원형인 경우, 기존 엠보싱의 직경은 대략 1~1.2mm임에 비해, 보조 엠보싱(166)의 직경은 대략 0.8mm인 것이 바람직하다. 그리고, 엠보싱이 사각형인 경우, 기존 엠보싱은 대략 폭 0.8mm, 길이 2.5mm임에 비해, 보조 엠보싱(166)은 대략 폭 0.6mm, 길이 2mm일 수 있다.
한편, 위에서는 고정자(150)의 슬롯(165)의 단부에 보조 엠보싱(166)이 형성된 것을 예로 들어 설명을 하였으나, 도 10에 나타난 바와 같이, 회전자(100)에 동선이 권취되는 경우에는 슬롯(165)의 단부에 보조 엠보싱(166)이 형성될 수도 있는데 이 경우에도 보조 엠보싱(166)은 전기모터 작동시 슬롯 부분이 진동되거나 비틀리는 것을 방지한다.
1 : 금속 스트립 3 : 고정자 3a : 슬롯
3b : 슬롯의 단부 30 : 슬롯 등 펀칭부 40 : 카운터홀 형성부
50 : 샤프트홀 형성부 60 : 엠보싱 형성부 80 : 블랭킹부
30a, 40a, 50a, 60a : 핀펀치 30b, 40b, 50b, 60b : 펀치홀
80 : 상부 금형 82 : 하부 금형
80a : 블랭킹 블록 80b : 적층배럴
90 : 가압 및 가열유닛 91 : 지지대 92 : 가열부
93 : 내부공간 95 : 가압부
100 : 회전자 110 : 낱장 111 : 샤프트 홀
113 : 메인 엠보싱 115 : 영구자석 설치부분
150 : 고정자 160 : 낱장 161 : 삽입부
163 : 메인 엠보싱 165 : 슬롯 166 : 보조 엠보싱
167 : 역요크 169 : 카운터 홀

Claims (11)

  1. 접착제가 코팅된 금속 스트립(1)을 이용하여 적층코아를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 금속 스트립(1)이 이동과 정지를 반복하면서 이동되는 동안에 금속 스트립(1)을 가압하여 메인 엠보싱(113)(163)을 형성하는 단계;
    (b) 메인 엠보싱(113)(163)이 형성된 금속 스트립(1)을 블랭킹하여 낱장(110)(160)을 만들고 블랭킹된 낱장(110)(160)을 아래 층의 낱장(110)(160)에 적층하는 것을 소정 회수 반복하여 적층체를 만드는 단계; 및,
    (c) 적층체를 가압 및 가열하여 접착제에 의해 낱장(110)(160)이 서로 결합되도록 하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계의 적층은 적층 배럴(80b)의 내부에서 윗층 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱(113)(163)이 아래층 낱장(110)(160)의 메인 엠보싱(113)(163)에 억지끼움 결합되는 것에 의해 이루어지고 접착제에 의한 결합은 이루어지지 않고, 상기 (c) 단계의 가압 및 가열은 적층체를 적층 배럴(80b)의 외부로 인출한 후 이루어지는 것을 특징으로 하는 접착코아 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층코아는 회전자(100)이고, 각 낱장(110)마다 메인 엠보싱(113)은 아래 식으로 정해지는 1, 2구역 중 1구역에만 형성된 것을 특징으로 하는 접착코아 제조방법.
    [식]
    Figure pat00003

    위 식에서,
    R1 : 낱장(110)의 외부 반경
    R2 : 사프트 홀(111)의 반경
    S : 사프트 홀(111)의 중심부터의 거리
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층코아는 회전자(100)이고, 회전자(100)에는 영구자석이 설치되되 영구 자석은 회전자(100)의 바깥 부분에 설치되며,
    메인 엠보싱(113)은 샤프트홀(111)과 영구자석 사이에만 형성된 것을 특징으로 하는 접착코아 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적층코아는 고정자(150)이고,
    역요크(167)의 끝단과 낱장(160)의 외곽 사이의 거리(G)를 3등분할 때 메인 엠보싱(163)은 3등분 중 가장 바깥쪽 부분에만 위치하고 다른 부분에는 없는 것을 특징으로 하는 접착코아 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    자기특성 곡선(BH 곡선)에서 비선형 영역으로 들어가는 점의 투자율(permeability : μ0)이 최대가 되었다가 떨어지기 시작하는 점까지는 엠보싱을 배치하여도 자기적인 손실이 크지 않은 점을 고려하여, 메인 엠보싱을 잔류자속밀도(Br)가 1.0 T 미만인 구간에만 배치하고 1.0 T 이상인 구간에는 배치하지 않는 것을 특징으로 하는 적층코아 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 고정자와 회전자의 슬롯(165)의 단부와 대응되는 부분에는 보조 엠보싱(166)이 형성되고,
    상기 (c) 단계에서 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)은 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 삽입되되 상기 삽입에 의해 적층코아의 슬롯 부분의 비틀림 또는 진동이 방지되지만 위, 아래층 낱장 사이의 결합력은 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 적층코아 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    낱장(110)(160)의 아랫면에서 보조 엠보싱(166)이 돌출되는 높이(h)는 낱장 두께(t)의 10% ~ 80%인 것을 특징으로 하는 적층코아 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 삽입에 의해 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)이 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 라인-투-라인 결합(일대일 결합)되는 것을 특징으로 하는 적층코아 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 제조방법으로 만들어진 적층코아.
  10. 고정자 또는 회전자로 사용되고 위,아래의 낱장(110)(160)이 서로 결합되어 만들어지는 적층코아에 있어서,
    고정자의 슬롯(165)의 단부 또는 회전자의 슬롯(165)의 단부에는 보조 엠보싱(166)이 형성되고, 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)은 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 삽입되되 상기 삽입에 의해 적층코아의 슬롯 부분의 비틀림 또는 진동이 방지되지만 위, 아래층 낱장 사이의 결합력은 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 적층코아.
  11. 제10항에 있어서,
    낱장(110)(160)의 아랫면에서 보조 엠보싱(166)이 돌출되는 높이(h)는 낱장 두께(t)의 10% ~ 80%이거나 위층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)이 아래층 낱장(110)(160)의 보조 엠보싱(166)에 라인-투-라인 결합(일대일 결합)된 것을 특징으로 하는 적층코아.
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