WO2013018949A1 - 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 - Google Patents

초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 Download PDF

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WO2013018949A1
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functional resin
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molding mold
induction motor
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홍승수
양성우
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(주) 지이엠
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Definitions

  • the present invention relates to a stator manufacturing apparatus for an ultra high speed induction motor and a manufacturing method using the same. More specifically, after the winding is completed, the stator is mounted in the molding mold, the functional resin is injected, and vacuum and pressurization steps are removed in the chamber to remove bubbles in the functional resin and the surface of the molding mold. Maximize the thermal conductivity and insulation by preventing the filling, and improve the performance and durability of the high speed induction motor by preventing deterioration of the stator, and by heating the molding mold in the vacuum and pressurization stages, By lowering the flowability, the degassing work inside the stator can be carried out smoothly, the solidification time of the functional resin can be shortened, and the working time can be shortened.
  • the winding part of the stator is completely Stator manufacturing of ultra-high speed induction motor to adjust the height of the receiving part of the molding mold and the height of the central axis so as to be impregnated, and to provide the vacuum tube and the pressurizing tube in the chamber so that the injection of the functional resin and the vacuum and the pressurization step can be performed smoothly. It relates to an apparatus and a manufacturing method using the same.
  • An electric motor is a machine that obtains rotational power by converting electrical energy into mechanical energy.
  • Motors are largely classified into AC motors and DC motors, and induction motors are a kind of AC motors.
  • Induction motor is a kind of representative AC motor which induces electric current in the secondary winding by the electromagnetic induction of the primary winding connected to the power source, and obtains the rotation torque by the interaction of the current induced in the secondary winding with the rotor magnetic field.
  • the induction motor is largely composed of a stator, a rotor which forms a concentric circle with the stator, and maintains a predetermined gap in the inner circumference of the stator, and a shaft that is pressed into the center of the rotor and transmits the rotational force of the rotor to the driven shaft.
  • the stator is composed of a coil that receives an AC power source to form a rotating magnetic field and an iron core that forms a passage for the magnetic flux generated by the rotating magnetic field.
  • the stator iron core is formed by stacking a plurality of circular electrical steel sheets in which a plurality of stator slots are radially formed on an inner circumferential surface, and coils are wound in various ways through the stator slots.
  • the stator of the induction motor is manufactured by winding a coil, which is a conductive wire, on an iron core due to its structural characteristics, which is an essential element for rotating the rotor by forming a rotating magnetic field by an alternating current.
  • Various cooling methods are applied to dissipate heat generated from stator of induction motor. For example, a method in which a forced circulating liquid is introduced into a stator and cooled by heat exchange is used. In addition, the insulation and the cooling efficiency are increased by filling a space between the iron core and the coil constituting the stator for excellent heat dissipation and excellent thermal conductivity.
  • the present invention has been made to solve the above problems, in particular, to remove the bubbles in the functional resin and the surface and to ensure that the functional resin is completely filled between the stator and the molding mold inner peripheral surface to maximize the thermal conductivity and insulation and to deteriorate the stator This prevents the performance and durability of the high speed induction motor, improves the degassing of the stator, and shortens the solidification time of the functional resin.
  • An object of the present invention is to provide a stator manufacturing apparatus for a high speed induction motor and a manufacturing method using the same.
  • Stator manufacturing apparatus of the ultra-high speed induction motor devised to achieve the above object is a cylindrical can-shaped accommodating portion formed higher than the winding portion of the stator to completely accommodate the stator winding the coil to the iron core, the accommodation A molding mold connected to the center of the bottom surface of the part and including a cylindrical central axis formed higher than the receiving part;
  • the molding mold is accommodated therein, characterized in that it comprises a chamber having a heating unit for heating the molding mold and a vacuum tube for providing a vacuum state to the molding mold.
  • the chamber may further include a pressure tube for removing residual bubbles inside and on the surface of the functional resin injected into the molding mold.
  • Method for manufacturing a stator of an ultra-high speed induction motor comprises the steps of: (a) mounting the stator, the winding of the coil is completed in the iron core to the molding mold; (b) injecting a functional resin into the molding mold to immerse the winding part of the stator; (c) inserting a molding mold into which the functional resin is injected, into a closed chamber; (d) removing the air bubbles so that the functional resin is filled between the entire stator including the iron core and the coil and the stator and the inner circumferential surface of the molding mold by vacuuming the inside through a vacuum tube provided in the chamber; ; And (e) increasing the air pressure inside the chamber through a pressure tube provided in the chamber to form bubbles by filling the functional resin with the entire stator including the iron core and the coil and between the stator and the inner circumferential surface of the molding mold. Characterized in that it comprises a step of removing.
  • the vacuum tube is opened and the pressurized tube is closed.
  • the pressurized tube is opened and the vacuum tube is preferably closed.
  • the stator is mounted in the molding mold, and after the functional resin is injected, vacuum and pressurization steps are removed in the chamber to remove bubbles from the inside and the surface of the functional resin. It is possible to improve the performance and durability of the ultra-high speed induction motor by maximizing thermal conductivity and insulation and preventing deterioration of the stator by being completely filled in between.
  • the vacuum tube and the pressure tube are provided in the chamber to smoothly inject the functional resin and vacuum and pressurization step It has the effect of making it work.
  • FIG. 1 is a partial cutaway perspective view of a stator manufacturing apparatus of an ultra-high speed induction motor according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a front view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a process of mounting a stator to a molding mold
  • FIG. 4 is a perspective view transparently showing a state in which the molding mold is located in the chamber
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the molding mold is located in the chamber with a hidden line
  • FIG. 6 is a partial cutaway perspective view illustrating a state in which a molding mold is positioned in a chamber
  • FIG. 7 is a front view of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a partial cutaway perspective view of a vacuum chamber
  • FIG. 9 is a front view of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a partial cutaway perspective view of the chamber under pressure
  • FIG. 11 is a front view of FIG. 10.
  • Stator manufacturing method of the ultra-high speed induction motor comprises the steps of: (a) mounting the stator, the winding of the coil to the iron core to the molding mold; (b) injecting a functional resin into the molding mold to immerse the winding part of the stator; (c) inserting a molding mold into which the functional resin is injected, into a closed chamber; (d) removing the air bubbles so that the functional resin is filled between the entire stator including the iron core and the coil and the stator and the inner circumferential surface of the molding mold by vacuuming the inside through a vacuum tube provided in the chamber; ; And (e) increasing the air pressure inside the chamber through a pressure tube provided in the chamber to form bubbles by filling the functional resin with the entire stator including the iron core and the coil and between the stator and the inner circumferential surface of the molding mold. Removing.
  • FIG. 1 is a partial cutaway perspective view of a stator manufacturing apparatus of an ultra-high speed induction motor according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a front view of FIG.
  • Stator manufacturing apparatus of the ultra-high speed induction motor according to a preferred embodiment of the present invention, referring to Figures 1 and 2, comprises a molding mold 20 and the chamber 30.
  • the molding mold 20 is a part for accommodating the stator 10 to fill a functional resin between the iron core 12 and the coil 14 and to mold the stator 10 into a cylindrical shape having hollows. Molding mold 20 is preferably formed of a metal material excellent in the heat generating function.
  • the molding mold 20 includes a receiving portion 22 and a central axis 24.
  • the accommodating part 22 is a part accommodating the stator 10, and serves as a mold for filling the functional resin between the stator 10 and the inner circumferential surface of the accommodating part 22.
  • the upper end of the receiving portion 22 is open to form the upper opening, the lower end is closed to the bottom surface is formed in a cylindrical can shape as a whole.
  • an iron core 12 is positioned at the center, and end portions of the coil 14 are positioned at both ends of the iron core 12.
  • the coil located at the bottom of the iron core 12 faces the bottom surface of the accommodating part 22, and the coil located at the top of the iron core 12 is disposed to face the upper opening of the accommodating part 22 to accommodate the accommodating part 22. ) Is inserted. Therefore, in order for the stator 10 to which the winding of the coil 14 is completed to the iron core 12 to be completely accommodated in the accommodating part, the height of the accommodating part 22 is the winding part of the stator 10 (coils located at both sides of the iron core). It is preferably formed higher than the end of).
  • the central axis 24 is connected to the center of the bottom surface of the receiving portion 22, and is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the hollow of the stator 10 is inserted into the central axis 24 to serve to fix the stator 10 to the molding mold 20.
  • the central axis 24 is formed higher than the receiving portion 22 to facilitate the insertion of the stator 10, it is preferable that the upper end of the central axis 24 is not buried in the functional resin.
  • the chamber 30 accommodates the molding mold 20 to perform processes such as vacuum, pressurization, and heating.
  • the chamber 30 includes a heating part 32 for heating the molding mold 20, a vacuum tube 34 for providing a vacuum state to the molding mold 20, and a functional resin injected into the molding mold 20. Pressurizing tube 36 for removing residual bubbles of the.
  • the heating unit 32 serves to reduce the viscosity of the functional resin and shorten the solidification time by heating the molding mold 20 placed in a vacuum atmosphere or a pressurized atmosphere. 1 and 2, the heating unit 32 is shown as being located at the lower portion of the chamber 30 for convenience, but this is only an example and may be provided in other positions.
  • the vacuum tube 34 is provided at one side of the chamber 30 and may be formed at the upper edge of the chamber 30 as shown in FIG. 1. At this time, one side (the lower direction in FIG. 1) of the vacuum tube 34 communicates with the inside of the chamber 30, and the other side (the upper direction in FIG. 1) is in communication with the outside of the chamber 30.
  • the vacuum tube 34 makes the inside of the chamber 30 in a vacuum state, and the functional resin injected into the receiving portion 22 of the molding mold 20 includes a stator 10 including an iron core 12 and a coil 14. Bubbles are removed to fill the entirety and the entire inner circumferential surface of the stator 10 and the receiving portion 22.
  • a vacuum device is connected to the vacuum tube 34.
  • the pressure tube 36 is provided on the other side of the chamber 30, and may be formed at the upper edge of the chamber 30 to be spaced apart from the vacuum tube 34 by a predetermined interval as shown in FIG. 1. At this time, one side (the lower direction in FIG. 1) of the pressure tube 36 is in communication with the interior of the chamber 30, the other side (the upper direction in FIG. 1) is in communication with the outside of the chamber 30.
  • the pressure pipe 36 pressurizes the inside of the chamber 30 with a gas so that the air pressure inside the chamber 30 is equal to or greater than a specific air pressure, thereby removing residual bubbles in the functional resin and the surface injected into the molding mold 20. .
  • the gas pressure device is connected to the pressure pipe 36.
  • the vacuum tube 34 and the pressure tube 36 are generally provided separately as shown in FIG. 1, but may be formed by changing only one inlet to one tube such as a Y-shape or a T-shape.
  • the functional resin By removing the residual bubbles formed on the inside and the surface of the functional resin as described above, the functional resin can be infiltrated tightly between the molding mold and the stator, and the functional resin can be filled in the entire stator including the iron core and the coil. This maximizes thermal conductivity and insulation when the stator is applied to an ultrafast induction motor.
  • 3 to 11 illustrate each step in the stator manufacturing method of an ultra-high speed induction motor according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a process of mounting a stator on a molding mold.
  • the stator 10 having the winding of the coil completed on the iron core is mounted on the molding mold 20 having excellent heat generating function.
  • the functional resin is injected into the molding mold 20 so that the winding part of the stator 10 is immersed.
  • the functional resin is a coagulating resin for forming the stator molded body, and it is preferable that the functional resin is excellent in insulation and thermal conductivity.
  • a thermosetting resin was used as the functional resin, but is not limited thereto.
  • thermosetting resin is solidified by self-heating when the main material and the curing agent are mixed at an appropriate ratio, and the curing time can be controlled by controlling the ambient temperature.
  • a method of solidifying by applying heat to a single material is also possible, and a functional resin that is self-solidifying without heat curing is also applicable.
  • FIG. 4 is a perspective view transparently showing a state in which the molding mold is located in the chamber
  • Figure 5 is a perspective view showing a state in which the molding mold is located in the chamber with a hidden line.
  • FIG. 6 is a partial cutaway perspective view illustrating a molding mold positioned in a chamber
  • FIG. 7 is a front view of FIG. 6. 4 to 7 illustrate the state of the molding mold before the functional resin is injected for convenience, but it is clear that the functional resin is already in the injected state.
  • the molding mold 20 into which the functional resin is injected is inserted into the sealed chamber 30. At this time, since the chamber 30 is to be kept in a closed state, both the vacuum tube 34 and the pressure tube 36 are closed.
  • FIG. 8 is a partial cutaway perspective view of a vacuum chamber
  • FIG. 9 is a front view of FIG. 8. 8 and 9 show the state of the molding mold after the functional resin is injected.
  • the inside of the chamber is vacuumed through the vacuum tube 34 provided in the chamber 30, and the bubbles are removed so that the functional resin injected into the molding mold 20 fills the entire stator 10 including the iron core and the coil. .
  • the internal gas is removed to allow the functional resin to be sufficiently filled to the inside of the stator 10 mounted in the molding mold 20 and every corner of the winding part.
  • the vacuum step is performed with the vacuum tube 34 being open and the pressurizing tube 36 closed.
  • the degree of vacuum is approximately 1 to 10 torr so that bubbles generated on the resin surface disappear completely.
  • FIG. 10 is a partial cutaway perspective view of the chamber under pressure
  • FIG. 11 is a front view of FIG. 10. 10 and 11 also show a molding mold state after the functional resin is injected.
  • the functional resin is the entire stator 10 including the iron core and the coil, and the stator 10 And bubbles are removed so as to be completely filled between the molding mold 20 and the inner circumferential surface thereof.
  • the vacuum tube 34 is blocked and the pressure tube 36 is opened to gradually increase the internal pressure, the vacuum degree inside the chamber 30 is lowered to an atmospheric pressure level, and then the air pressure gradually increases. Since the pressure medium for increasing the pressure through the pressure tube 36 is a gas, the pressure medium can be stably performed because it is insoluble in the molded body and does not react with the functional resin.
  • the functional resin is not yet completely solidified, and is subjected to a high compressive force by the gas forcedly injected through the pressurizing pipe 36 to remove residual pores in the molding mold 20 and to completely remove the functional resin to the unmolded part. It will soak in.
  • the pressurization step is performed with the vacuum tube 34 closed and the pressurizing tube 36 open.
  • the pressing force is approximately 10 ⁇ 100 MPa level it is preferable that the remaining pores in the molded body is collapsed so that it can be fully densified.
  • the molding mold 20 continues to be heated while performing the pressing step, so that the compact under compression can reach complete solidification.
  • the main factor arises from the structure of the pores and the gases inside the pores.
  • the unmolded part and the pores inside the molded body collapse and reach full densification.
  • the fine residual pores are removed by pressure sintering, the surface of the stator finished product is smoothed, and thermal conductivity and insulation are improved.

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Abstract

본 발명은 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 권선이 완료된 고정자를 성형몰드 내에 장착하고 기능성 수지를 주입한 후 챔버 내에서 진공 단계와 가압 단계를 거침으로써 기능성 수지 내부와 표면의 기포를 제거하고，기능성 수지가 고정자와 성형몰드 내주면 사이에 완전히 충진되도록 하여 열전도도와 절연성을 극대화하고 고정자의 열화를 방지함으로써 초고속 유도전동기의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.

Description

초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법
본 발명은 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 권선이 완료된 고정자를 성형몰드 내에 장착하고 기능성 수지를 주입한 후 챔버 내에서 진공 단계와 가압 단계를 거침으로써 기능성 수지 내부와 표면의 기포를 제거하고, 기능성 수지가 고정자와 성형몰드 내주면 사이에 완전히 충진되도록 하여 열전도도와 절연성을 극대화하고 고정자의 열화를 방지함으로써 초고속 유도전동기의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있으며, 진공 단계와 가압 단계에서 성형 몰드를 가열함으로써 진공 단계에서는 기능성 수지의 점성을 낮추어 유동성을 증가시켜 고정자 내부의 기체제거작업이 원활히 수행될 수 있도록 함과 더불어 기능성 수지의 응고시간을 단축시켜 작업시간을 줄일 수 있도록 하고 가압 단계에서는 압축력을 받고 있는 성형체가 완전응고에 이르도록 하며, 고정자의 권선부가 완전히 함침되도록 성형몰드의 수용부 높이와 중심축 높이를 조절하고 챔버에 진공용 관과 가압용 관을 구비함으로써 기능성 수지의 주입과 진공 및 가압단계를 원활하게 수행할 수 있도록 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.
전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻는 기계이다. 전동기는 크게 교류전동기와 직류전동기로 대별되며, 그 중에서도 유도전동기는 교류전동기의 일종이다.
유도전동기는 전원에 접속된 1차 권선의 전자기유도로 2차 권선에 전류가 유기되며, 2차 권선에 유기된 전류와 회전자계의 상호작용으로 회전 토크를 얻는 대표적인 교류전동기의 일종이다.
유도 전동기는 고정자와, 고정자와 동심원을 이루며 고정자의 내주연에 소정의 공극을 유지하는 회전자와, 회전자의 중심부에 압입되어 회전자의 회전력을 종동축에 전달하는 샤프트로 크게 구성된다.
고정자는 교류전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 철심으로 이루어진다. 고정자 철심은 내주면에 다수의 고정자 슬롯이 방사형으로 형성되는 원형의 전기강판을 다수개 적층하여 구성되며, 고정자 슬롯을 통해 코일이 다양한 방법으로 권선된다.
코일에 교류전원이 인가되면서 회전자계가 발생하여 고정자 철심을 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 공극을 통해 회전자 도체와 쇄교함으로써 회전자 도체에 전류를 유기하게 된다. 이때, 회전자 도체에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생시키게 된다.
이와 같이 유도전동기의 고정자는 구조적 특성상 철심에 전도성 와이어인 코일을 감아서 제작되며, 이는 교번전류에 의한 회전자계를 형성하여 회전자를 회전시키기 위한 필수요소이다.
그러나, 초고속 유도전동기는 고출력일수록, 그리고 장시간 사용할수록 발열에 의해 내구성이 저하되므로 효율적인 냉각이 필수적이다. 발열량이 많아지면 유도전동기의 내구성이 저하될뿐만 아니라, 절연에 있어서도 비가역적인 열화가 발생하게 된다.
유도전동기의 고정자에서 발생한 열을 발산시키기 위해 다양한 냉각방식들이 적용되고 있다. 일례로 강제 순환 액체를 고정자 내에 유입시켜 열교환에 의해 냉각시키는 방식이 사용되고 있다. 또한, 효과적인 방열을 위해 고정자를 구성하는 철심과 코일 사이에 존재하는 빈 공간에 절연성과 열전도성이 우수한 물질을 채워넣음으로써 절연성과 냉각효율을 높이고 있다.
이와 같이 철심과 코일 사이의 빈 공간에 열전도성 물질을 채워 넣는 경우, 열전도성 물질 내, 열전도성 물질과 철심 사이, 그리고 열전도성 물질과 코일 사이에 다수의 기포가 발생하여 열전도도를 저하시키고 그 결과 국부적인 온도 상승을 유발하여 열적 파괴 현상을 일으키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 기능성 수지 내부와 표면의 기포를 제거하고 기능성 수지가 고정자와 성형몰드 내주면 사이에 완전히 충진되도록 하여 열전도도와 절연성을 극대화하고 고정자의 열화를 방지함으로써 초고속 유도전동기의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있고, 고정자 내부의 기체제거작업이 원활히 수행될 수 있도록 함과 더불어 기능성 수지의 응고시간을 단축시켜 작업시간을 줄일 수 있도록 하고 성형체가 완전응고에 이르도록 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치는 철심에 코일의 권선이 완료된 고정자가 완전히 수용되도록 상기 고정자의 권선부보다 높게 형성되는 원통형 캔 형상의 수용부, 상기 수용부의 바닥면 중앙에 연결되며 상기 수용부보다 높게 형성되는 원통형상의 중심축을 포함하는 성형몰드; 상기 성형몰드가 내부에 수용되며, 상기 성형몰드를 가열하기 위한 가열부와 상기 성형몰드에 진공상태를 제공하기 위한 진공용 관을 구비하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는 상기 성형몰드에 주입된 기능성 수지 내부와 표면의 잔류기포를 제거하기 위한 가압용 관을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법은 (a) 철심에 코일의 권선이 완료된 고정자를 성형몰드에 장착하는 단계; (b) 상기 고정자의 권선부가 침지되도록 기능성 수지를 상기 성형몰드에 주입하는 단계; (c) 상기 기능성 수지가 주입된 성형몰드를 밀폐된 챔버 내에 삽입하는 단계; (d) 상기 챔버에 구비된 진공용 관을 통해 내부를 진공상태로 만들어 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계; 및 (e) 상기 챔버에 구비된 가압용 관을 통해 상기 챔버 내부의 기압을 증가시켜 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계 및 상기 (e)단계에서 상기 성형몰드를 가열하여 상기 기능성 수지의 점성을 낮추고 응고시간을 단축시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d)단계에서 상기 진공용 관은 개방되고 상기 가압용 관은 폐쇄되며, 상기 (e)단계에서 상기 가압용 관은 개방되고 상기 진공용 관은 폐쇄되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 권선이 완료된 고정자를 성형몰드 내에 장착하고 기능성 수지를 주입한 후 챔버 내에서 진공 단계와 가압 단계를 거침으로써 기능성 수지 내부와 표면의 기포를 제거하고, 기능성 수지가 고정자와 성형몰드 내주면 사이에 완전히 충진되도록 하여 열전도도와 절연성을 극대화하고 고정자의 열화를 방지함으로써 초고속 유도전동기의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 진공 단계와 가압 단계에서 성형 몰드를 가열함으로써 진공 단계에서는 기능성 수지의 점성을 낮추어 유동성을 증가시켜 고정자 내부의 기체제거작업이 원활히 수행될 수 있도록 함과 더불어 기능성 수지의 응고시간을 단축시켜 작업시간을 줄일 수 있도록 하고, 가압 단계에서는 압축력을 받고 있는 성형체가 완전응고에 이르도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고정자의 권선부가 완전히 함침되도록 성형몰드의 수용부 높이와 중심축 높이를 조절하고 챔버에 진공용 관과 가압용 관을 구비함으로써 기능성 수지의 주입과 진공 및 가압단계를 원활하게 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치의 부분절개 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 고정자를 성형몰드에 장착하는 과정을 도시한 사시도,
도 4는 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 투명하게 도시한 사시도,
도 5는 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 은선으로 도시한 사시도,
도 6은 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 도시한 부분절개 사시도,
도 7은 도 6의 정면도,
도 8은 진공상태의 챔버를 도시한 부분절개 사시도,
도 9는 도 8의 정면도,
도 10은 가압상태의 챔버를 도시한 부분절개 사시도,
도 11은 도 10의 정면도이다.
본 발명의 최선의 실시예에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법은 (a) 철심에 코일의 권선이 완료된 고정자를 성형몰드에 장착하는 단계; (b) 상기 고정자의 권선부가 침지되도록 기능성 수지를 상기 성형몰드에 주입하는 단계; (c) 상기 기능성 수지가 주입된 성형몰드를 밀폐된 챔버 내에 삽입하는 단계; (d) 상기 챔버에 구비된 진공용 관을 통해 내부를 진공상태로 만들어 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계; 및 (e) 상기 챔버에 구비된 가압용 관을 통해 상기 챔버 내부의 기압을 증가시켜 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치의 부분절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 성형몰드(20)와 챔버(30)를 포함하여 이루어진다.
성형몰드(20)는 고정자(10)를 수용하여 철심(12)과 코일(14) 사이에 기능성 수지를 충진하고, 고정자(10)를 중공이 형성된 원통 형상으로 성형하는 부분이다. 성형몰드(20)는 발열기능이 우수한 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
성형몰드(20)는 수용부(22)와 중심축(24)을 포함한다.
수용부(22)는 고정자(10)를 수용하는 부분으로, 고정자(10)와 수용부(22)의 내주면 사이에 기능성 수지를 충진하기 위한 형틀 역할을 수행한다. 구체적으로, 수용부(22)의 상단은 개구되어 상단 개구부를 이루고, 하단은 바닥면으로 폐쇄되어 전체적으로 원통형 캔 형상으로 형성된다.
고정자(10)는 중앙에 철심(12)이 위치하고, 철심(12)의 양측 단부에는 코일(14)의 단부가 위치한다. 철심(12)의 하부에 위치한 코일은 수용부(22)의 바닥면을 향하도록 하고, 철심(12)의 상부에 위치한 코일은 수용부(22)의 상단 개구부를 향하도록 배치되어 수용부(22)에 삽입된다. 따라서, 철심(12)에 코일(14)의 권선이 완료된 고정자(10)가 수용부에 완전히 수용되기 위해서는 수용부(22)의 높이가 고정자(10)의 권선부(철심의 양측에 위치하는 코일의 단부)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.
중심축(24)은 수용부(22)의 바닥면 중앙에 연결되며, 대략 원통형으로 형성된다. 중심축(24)에는 고정자(10)의 중공이 삽입되어 고정자(10)를 성형몰드(20)에 고정시키는 역할을 수행한다. 이때, 중심축(24)은 수용부(22)보다 높게 형성됨으로써 고정자(10)의 삽입이 용이하도록 하고, 중심축(24)의 상단에는 기능성 수지가 묻지 않도록 하는 것이 바람직하다.
챔버(30)는 성형몰드(20)를 수용하여 진공, 가압, 가열 등의 공정을 수행한다. 챔버(30)는 성형몰드(20)를 가열하기 위한 가열부(32), 성형몰드(20)에 진공상태를 제공하기 위한 진공용 관(34), 성형몰드(20)에 주입된 기능성 수지 내부의 잔류기포를 제거하기 위한 가압용 관(36)을 포함한다.
가열부(32)는 진공 분위기 또는 가압 분위기에 놓여진 성형몰드(20)를 가열하여 기능성 수지의 점성을 낮추고 응고시간을 단축시키는 역할을 수행한다. 편의상 도 1 및 도 2에는 가열부(32)가 챔버(30)의 하부에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과하며 다른 위치에 구비될 수도 있음은 물론이다.
진공용 관(34)은 챔버(30)의 일측에 구비되며, 도 1과 같이 챔버(30)의 상부 가장자리에 형성될 수 있다. 이때, 진공용 관(34)의 일측(도 1에서 하부 방향)은 챔버(30)의 내부와 연통되고, 타측(도 1에서 상부 방향)은 챔버(30)의 외부와 연통된다.
진공용 관(34)은 챔버(30) 내부를 진공상태로 만들어, 성형몰드(20)의 수용부(22)에 주입된 기능성 수지가 철심(12)과 코일(14)을 포함한 고정자(10) 전체, 및 고정자(10)와 수용부(22) 내주면 전체에 충진되도록 기포를 제거한다. 이를 위해 진공용 관(34)에는 진공장치가 연결된다.
가압용 관(36)은 챔버(30)의 타측에 구비되며, 도 1과 같이 진공용 관(34)과 소정간격 이격되어 챔버(30)의 상부 가장자리에 형성될 수 있다. 이때, 가압용 관(36)의 일측(도 1에서 하부방향)은 챔버(30)의 내부와 연통되고, 타측(도 1에서 상부 방향)은 챔버(30)의 외부와 연통된다.
가압용 관(36)은 챔버(30) 내부의 기압이 특정 기압 이상이 되도록 챔버(30) 내부를 기체로 가압하여, 성형몰드(20)에 주입된 기능성 수지 내부와 표면의 잔류 기포를 제거한다. 이를 위해 가압용 관(36)에는 기체가압장치가 연결된다.
진공용 관(34)과 가압용 관(36)은 도 1과 같이 별개로 구비되는 것이 일반적이나, Y자형 또는 T자형과 같이 하나의 관에 입구만 달리하여 형성될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이 기능성 수지 내부와 표면에 형성된 잔류 기포를 제거함으로써, 성형몰드와 고정자 사이에 기능성 수지가 치밀하게 침투할 수 있도록 하고, 철심과 코일을 포함한 고정자 전체에 기능성 수지가 충진될 수 있도록 한다. 이를 통해 고정자가 초고속 유도전동기에 적용되었을 때 열전도도와 절연성이 극대화될 수 있다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법에서 각 단계를 도시한 것이다.
도 3은 고정자를 성형몰드에 장착하는 과정을 도시한 사시도이다.
철심에 코일의 권선이 완료된 고정자(10)를 발열기능이 우수한 성형몰드(20)에 장착한다. 고정자(10)의 장착이 완료되면 고정자(10)의 권선부가 침지되도록 기능성 수지를 성형몰드(20)에 주입한다. 이때, 기능성 수지는 고정자 성형체를 형성할 응고성 수지로, 절연성과 열전도성이 우수한 것이 바람직하다. 일례로, 본 발명에서는 기능성 수지로 열경화성 수지를 사용하였으며, 이에 한정되지 않는다.
열경화성 수지는 주제와 경화제를 적정비율로 혼합하면 자가발열에 의해 응고되며, 주변 온도를 조절함으로써 경화 시간을 조절할 수 있다. 주제와 경화제를 혼합하는 방식 이외에도 단일 재료에 열을 가함으로써 응고되는 방식도 가능하며, 열경화 없이 자가응고되는 기능성 수지도 적용가능하다.
도 4는 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 투명하게 도시한 사시도이고, 도 5는 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 은선으로 도시한 사시도이다. 도 6은 성형몰드가 챔버 내에 위치된 상태를 도시한 부분절개 사시도이고, 도 7은 도 6의 정면도이다. 도 4 내지 도 7에는 편의상 기능성 수지가 주입되기 전의 성형몰드 상태를 도시하고 있으나, 실제로는 기능성 수지가 이미 주입되어 있는 상태임을 밝혀둔다.
기능성 수지가 주입된 성형몰드(20)를 밀폐된 챔버(30) 내에 삽입한다. 이때, 챔버(30)는 밀폐 상태를 유지해야 하므로, 진공용 관(34)과 가압용 관(36)은 모두 폐쇄(Closed)되어 있다.
도 8은 진공상태의 챔버를 도시한 부분절개 사시도이고, 도 9는 도 8의 정면도이다. 도 8 및 도 9는 기능성 수지가 주입된 후의 성형몰드 상태를 도시하고 있다.
챔버(30)에 구비된 진공용 관(34)을 통해 내부를 진공상태로 만들어, 성형몰드(20)에 주입된 기능성 수지가 철심과 코일을 포함한 고정자(10) 전체에 충진되도록 기포를 제거한다. 이와 같이 챔버(30) 내부의 진공도를 높임으로써 성형몰드(20) 내부에 장착된 고정자(10)의 내부와 권선부 구석구석까지 기능성 수지가 충분히 충진될 수 있도록 내부 기체를 제거해 주는 것이다.
진공용 관(34)은 개방(Open)되고 가압용 관(36)은 폐쇄(Closed)된 상태에서 진공 단계가 수행된다. 설비의 규모에 따라 차이가 있으나 진공도는 대략 1 ~ 10 torr로 하여 수지 표면에 발생하는 기포가 완전히 사라지도록 하는 것이 바람직하다.
진공 단계를 수행하면서 성형 몰드(20)를 서서히 가열하여 기능성 수지의 점성을 낮추어 유동성을 증가시킴으로써 고정자(10) 내부의 기체제거작업이 원활히 수행될 수 있도록 한다. 더불어, 성형몰드(20)의 가열은 기능성 수지의 응고시간을 단축시켜 작업시간을 줄일 수 있도록 한다.
도 10은 가압상태의 챔버를 도시한 부분절개 사시도이고, 도 11은 도 10의 정면도이다. 도 10 및 도 11에도 기능성 수지가 주입된 후의 성형몰드 상태를 도시하고 있다.
진공작업이 완료되면 챔버(30)에 구비된 가압용 관(36)을 통해 챔버(30) 내부의 기압을 증가시킴으로써, 기능성 수지가 철심과 코일을 포함한 고정자(10) 전체와, 고정자(10)와 성형몰드(20) 내주면 사이에 완전히 충진될 수 있도록 기포를 제거한다. 진공용 관(34)을 막고 가압용 관(36)을 열어서 서서히 내부압력을 증가시키면 챔버(30) 내부의 진공도가 낮아져서 대기압 수준으로 되었다가 서서히 기압이 증가하게 된다. 가압용 관(36)을 통해 압력을 상승시키는 압력 매체는 기체이므로, 성형체에 불용성이며 기능성 수지와도 반응하지 않으므로 안정적으로 가압 과정을 수행할 수 있다.
이때, 기능성 수지는 아직 완전히 응고되지 않은 상태이며, 가압용 관(36)을 통해 강제주입된 기체에 의해 높은 압축력을 받아 성형몰드(20) 속의 잔류기공이 제거되고 기능성 수지가 미성형 부분까지 완전히 스며들게 된다.
진공용 관(34)은 폐쇄(Closed)되고 가압용 관(36)은 개방(Open)된 상태에서 가압 단계가 수행된다. 설비의 규모에 따라 차이가 있으나 가압력은 대략 10 ~ 100 MPa 수준으로 하여 성형체 속의 잔류기공이 붕괴되어 완전치밀화가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
가압 단계를 수행하면서도 성형 몰드(20)는 계속해서 가열함으로써, 압축력을 받고 있는 성형체가 완전응고에 이르도록 한다.
성형체의 최종 밀도를 제한하는 조건들 중에서 주된 인자는 기공의 구조와 기공 내부의 기체들로부터 발생한다. 챔버 내부의 압력이 증가하면서 성형체 내부의 미성형부와 기공은 붕괴되어 완전 치밀화에 도달하게 된다. 또한, 미세한 잔류기공은 가압 소결에 의해 제거되기 때문에 고정자 완성품의 표면이 매끈해지고 열전도도와 절연성이 향상된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 철심에 코일의 권선이 완료된 고정자가 완전히 수용되도록 상기 고정자의 권선부보다 높게 형성되는 원통형 캔 형상의 수용부, 상기 수용부의 바닥면 중앙에 연결되며 상기 수용부보다 높게 형성되는 원통형상의 중심축을 포함하는 성형몰드; 및
    상기 성형몰드가 내부에 수용되며, 상기 성형몰드를 가열하기 위한 가열부와 상기 성형몰드에 진공상태를 제공하기 위한 진공용 관을 구비하는 챔버
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 성형몰드에 주입된 기능성 수지 내부와 표면의 잔류기포를 제거하기 위한 가압용 관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조장치.
  3. (a) 철심에 코일의 권선이 완료된 고정자를 성형몰드에 장착하는 단계;
    (b) 상기 고정자의 권선부가 침지되도록 기능성 수지를 상기 성형몰드에 주입하는 단계;
    (c) 상기 기능성 수지가 주입된 성형몰드를 밀폐된 챔버 내에 삽입하는 단계;
    (d) 상기 챔버에 구비된 진공용 관을 통해 내부를 진공상태로 만들어 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계; 및
    (e) 상기 챔버에 구비된 가압용 관을 통해 상기 챔버 내부의 기압을 증가시켜 상기 기능성 수지가 상기 철심과 상기 코일을 포함한 고정자 전체와, 상기 고정자와 상기 성형몰드 내주면 사이에 충진되도록 기포를 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d)단계 및 상기 (e)단계에서 상기 성형몰드를 가열하여 상기 기능성 수지의 점성을 낮추고 응고시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 상기 진공용 관은 개방되고 상기 가압용 관은 폐쇄되며, 상기 (e)단계에서 상기 가압용 관은 개방되고 상기 진공용 관은 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 초고속 유도전동기의 고정자 제조방법.
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