KR102597378B1 - 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법 및 이에 의한 적층식회전자 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법'을 살펴보면 다음과 같다.
띠 형상의 철심(110)을 길이 방향으로 규정된 피치로 홀(115)을 펀칭하는 펀칭단계(S1)와, 상기 펀칭단계(S1)를 거치면서 배출되는 철심(110)을 원형으로 와인딩하는 와인딩단계(S2)와, 상기 와인딩단계(S2)를 거친 철심(110)을 용접하여 풀리지 않도록 하고, 중앙에 허브(120)를 삽입하여 상기 철심(110)에 용접시키는 용접단계(S3)와, 상기 용접단계(S3)를 거친 상기 철심(110)의 일측면(상하면 중 어느 한 면)을 절삭하여, 상기 홀(115)의 일측(상하부 중 어느 한 쪽)이 개방되고 상기 철심(110)의 중심에서 외측방으로 개방되고 원주 방향을 따라 배열되는 슬릿(117)이 형성되도록 하는 절삭과정과, 상기 철심(110)의 허브(120)에 코어(C)를 끼우고 상기 슬릿(117)이 상방을 향하도록 주형(M)에 넣은 후, 용융된 알루미늄(140)을 주입하므로 상기 알루미늄(140)이 상기 철심(110)의 일측면을 덮고 테두리(F)를 형성시키는 몰딩과정이 이루어지고, 상기 허브(120)에 코어(C)를 삽입한 상태로 상기 철심(110)의 상대측면에 상기 절삭과정과 몰딩과정을 동일하게 실행한 후 상기 코어(C)를 제거하는 절삭몰딩단계(S4)와, 상기 절삭몰딩단계(S5)를 거친 상기 철심(110)의 상하면과 테두리(F)를 절삭하여 상기 철심(110)의 상면과 하면이 노출되도록 하고 상기 테두리(F)가 규정된 치수대로 형성시키는 절삭단계(S5)와, 상기 절삭단계(S5)를 거친 상기 허브(120)에 샤프트(130)를 삽입하여 고정시키는 삽입단계(S6)를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층회전자'는 상기 제조방법에 의해서 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서, 축방향유도발전기의 특성 상, 축방향에 평행하게 철심(110)을 적층한 구조가 가능하므로 철손에 의한 전력 손실을 해결할 수 있다.
띠 형상의 철심(110)을 길이 방향으로 규정된 피치로 홀(115)을 펀칭하는 펀칭단계(S1)와, 상기 펀칭단계(S1)를 거치면서 배출되는 철심(110)을 원형으로 와인딩하는 와인딩단계(S2)와, 상기 와인딩단계(S2)를 거친 철심(110)을 용접하여 풀리지 않도록 하고, 중앙에 허브(120)를 삽입하여 상기 철심(110)에 용접시키는 용접단계(S3)와, 상기 용접단계(S3)를 거친 상기 철심(110)의 일측면(상하면 중 어느 한 면)을 절삭하여, 상기 홀(115)의 일측(상하부 중 어느 한 쪽)이 개방되고 상기 철심(110)의 중심에서 외측방으로 개방되고 원주 방향을 따라 배열되는 슬릿(117)이 형성되도록 하는 절삭과정과, 상기 철심(110)의 허브(120)에 코어(C)를 끼우고 상기 슬릿(117)이 상방을 향하도록 주형(M)에 넣은 후, 용융된 알루미늄(140)을 주입하므로 상기 알루미늄(140)이 상기 철심(110)의 일측면을 덮고 테두리(F)를 형성시키는 몰딩과정이 이루어지고, 상기 허브(120)에 코어(C)를 삽입한 상태로 상기 철심(110)의 상대측면에 상기 절삭과정과 몰딩과정을 동일하게 실행한 후 상기 코어(C)를 제거하는 절삭몰딩단계(S4)와, 상기 절삭몰딩단계(S5)를 거친 상기 철심(110)의 상하면과 테두리(F)를 절삭하여 상기 철심(110)의 상면과 하면이 노출되도록 하고 상기 테두리(F)가 규정된 치수대로 형성시키는 절삭단계(S5)와, 상기 절삭단계(S5)를 거친 상기 허브(120)에 샤프트(130)를 삽입하여 고정시키는 삽입단계(S6)를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층회전자'는 상기 제조방법에 의해서 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서, 축방향유도발전기의 특성 상, 축방향에 평행하게 철심(110)을 적층한 구조가 가능하므로 철손에 의한 전력 손실을 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법 및 이에 의한 적층식회전자'에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 철심을 감은 후 상기 철심이 주물 과정에 의해서 알루미늄과 함께 성형되며, 이후 절삭과정에 의해서 완성되므로 히스테리손 및 와전류에 의한 철손을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법 및 이에 의한 적층식회전자'에 관한 것이다.
일반적으로 차량이나 이륜차 등의 협소한 공간에 장착하기 위해서 축방향유도발전기가 사용된다. 상기 축방향유도발전기는 하우징 내부에 디스크 형상의 회전자(1)가 회전 가능하도록 구성되고, 상기 하우징 내부에서 상기 회전자(1)의 양측면에 대응되는 고정자가 구성된다. 상기 고정자에는 마그넷이 부착되어 자속이 축방향으로 발생하도록 구성된 것이다.
상기 회전자(1)의 일반적인 제조방법을 첨부되는 도면과 함께 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 배경기술에 의한 축방향유도발전기용 회전자로서, (a)는 주물에 의해 제조된 철심의 평면도이고, (b)는 주물에 의해 제조된 철심의 정면도로서 먼저 다음 과정이 선행한다.
도 1에서처럼 디스크 형상의 철심(10)을 주물에 의해서 제조한다. 이때, 도 1의 (a)에서 샤프트(30)가 끼워지지 않은 상태로 몰딩된 것으로 이해해야 한다. 상기 철심(10)은 중앙에 샤프트홀(11)이 형성되고, 상하방 및 측방으로 개방된 슬릿(15)이 원주 방향으로 배열된다.
도 2는 도 1에서처럼 몰딩된 철심이 알루미늄과 함께 몰딩된 것을 도시한 평면도로서 다음 과정을 설명한다.
몰딩된 상기 철심(10)을 주형에 넣고 용융된 알루미늄을 주입하여 상기 슬릿(15)에 알루미늄(20)이 충전되고, 철심(10)의 상하면에 알루미늄(20)이 덮이고, 철심(10)의 둘레를 따라 링 형상의 테두리(F)가 성형되도록 한다.
도 3은 도 2의 과정을 거친 철심을 절삭하여 축방향유도발전기용 회전자로 완성한 것을 도시한 사시도로서 다음 과정을 설명한다.
알루미늄(20)과 함께 몰딩된 상기 철심(10)의 상면과 하면 및 테두리(F)를 절삭하여 설계된 치수대로 제작되도록 한다. 그리고 샤프트홀(11)에 샤프트(30)가 삽입되어 고정되므로 제조가 완료된다.
이상, 살펴본 본 발명에 의하면 다음과 같은 문제점이 있었다.
일반적으로 레이디얼 유도발전기에 사용되는 회전자는 샤프트가 다수 개의 적층된 철심을 통과한다. 그리고 다수의 상기 철심에는 공통된 홈이 형성되고 상기 홈은 주물에 의해서 알루미늄이 채워진다. 따라서, 상기 회전자를 레이디얼 유도발전기에 적용하게 되면 상기 철심의 둘레에 장착된 고정자에 의해서 자속이 샤프트에 대해서 직각 방향으로 발생한다. 즉, 자속이 각 철심의 외측 단부를 통해서 상기 철심을 통과하게 된다. 이처럼, 상기 철심을 단일 개의 형상으로 사용하지 않고 다수 개의 적층된 철심으로 사용하므로 철손(iron loss) 즉, 히스테리 손(hysteresis loss)과 와전류 손(eddy-current loss)으로 인한 전력손실을 줄일 수 있다.
그러나, 축방향 유도발전기의 경우에는 회전자(1)에 대해서 축방향으로 자속이 발생하게 된다. 따라서, 철손을 감소시키기 위해서 상기 레이디얼 유도발전기처럼 철심(10)을 자속 방향에 대해서 평행하게 적층시켜야 할 필요성이 있다. 즉, 샤프트에 대해서 박판 형상의 철심 다수 개가 평행하게 적층되어야 한다. 이를 위해서 원형의 서로 상이한 동심원 형상의 철심을 서로 포개어서 조합시켜야 하지만 이러한 각각의 철심을 서로 밀접하도록 일일이 제조하는 공정이 현실적으로 불가능하다. 따라서, 도 1에서처럼 단일 개의 철심(10)으로 주조에 의해서 제조할 수밖에 없었다. 따라서, 철손으로 인한 전력 손실을 저감시킬 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법 및 이에 의한 적층식회전자'를 통해서 다음 사항을 해결하고자 한다.
축방향 유도발전기의 경우에는 회전자에 대해서 축방향으로 자속이 발생하게 된다. 따라서, 철손을 감소시키기 위해서 상기 레이디얼 유도발전기처럼 철심을 자속 방향에 대해서 평행하게 적층시켜야 할 필요성이 있다. 이를 위해서 원형의 서로 상이한 동심원 형상의 철심을 서로 포개어서 조합시켜야 하지만 이러한 각각의 철심을 서로 밀접하도록 일일이 제조하는 공정이 현실적으로 불가능하다. 따라서, 단일 개의 철심으로 주조에 의해서 제조할 수밖에 없었다. 따라서, 철손으로 인한 전력 손실을 저감시킬 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법'은 상기 과제를 해결하기 위해서 다음 과정을 포함한다.
띠 형상의 철심을 길이 방향으로 규정된 피치로 홀을 펀칭하는 펀칭단계와, 상기 펀칭단계를 거치면서 배출되는 철심을 원형으로 와인딩하는 와인딩단계와, 상기 와인딩단계를 거친 철심을 용접하여 풀리지 않도록 하고, 중앙에 허브를 삽입하여 상기 철심에 용접시키는 용접단계와, 상기 용접단계를 거친 상기 철심의 일측면(상하면 중 어느 한 면)을 절삭하여, 상기 홀의 일측(상하부 중 어느 한 쪽)이 개방되고 상기 철심의 중심에서 외측방으로 개방되고 원주 방향을 따라 배열되는 슬릿이 형성되도록 하는 절삭과정과, 상기 철심의 허브에 코어를 끼우고 상기 슬릿이 상방을 향하도록 주형에 넣은 후, 용융된 알루미늄을 주입하므로 상기 알루미늄이 상기 철심의 일측면을 덮고 테두리를 형성시키는 몰딩과정이 이루어지고, 상기 허브에 코어를 삽입한 상태로 상기 철심의 상대측면에 상기 절삭과정과 몰딩과정을 동일하게 실행한 후 상기 코어를 제거하는 절삭몰딩단계와, 상기 절삭몰딩단계를 거친 상기 철심의 상하면과 테두리를 절삭하여 상기 철심의 상면과 하면이 노출되도록 하고 상기 테두리가 규정된 치수대로 형성시키는 절삭단계와, 상기 절삭단계를 거친 상기 허브에 샤프트를 삽입하여 고정시키는 삽입단계를 포함한다.
또한, 상기 와인딩단계에서 상기 홀이 방사상으로 겹치도록 와인딩하는 과정을 더 포함한다.
또한, 상기 펀칭단계에서 주입하는 상기 철심의 상하면에 선택적으로 절연재가 부착된 것일 수도 있다.
다음으로 본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층식회전자'는 상기 과정에 의해서 제조된 것이다.
본 발명에 의한 '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법'은 상기 해결수단에 의해서 다음과 같은 효과가 있다.
축방향유도발전기의 특성 상 자속이 축방향으로 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 축방향과 평행하게 철심이 적층된 형상이 가능하기 때문에 배경기술처럼 단일의 철심으로 형성된 것보다 철손을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 즉, 히스테리 손과 와전류 손에 의한 전력 손실을 줄일 수 있다. 특히, 상기 철심의 둘께를 얇게 할수록 철손은 더욱 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 도 6에서처럼, 철심 사이에 절연체를 개재시킬 경우 철손은 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 배경기술에 의한 축방향유도발전기용 회전자로서, (a)는 주물에 의해 제조된 철심의 평면도이고, (b)는 주물에 의해 제조된 철심의 정면도.
도 2는 도 1에서처럼 몰딩된 철심이 알루미늄과 함께 몰딩된 것을 도시한 평면도.
도 3은 도 2의 과정을 거친 철심을 절삭하여 축방향유도발전기용 회전자로 완성한 것을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법을 도시한 플로차트.
도 5는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 펀칭단계와 와인딩단계를 도시한 것으로서, (a)는 상부에서 본 것을 도시한 것이고, (b)는 측방에서 본 것을 도시한 공정도.
도 6은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법의 다른 실시예로서 펀칭단계와 와인딩단계에서 철심의 하면 또는 상면에 절연재가 부착된 것을 도시한 공정도.
도 7은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 허브삽입단계, 용접단계, 절삭몰딩단계를 도시한 공정도.
도 8은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계를 도시한 공정도.
도 9는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계 이후의 삽입단계를 도시한 공정도.
도 10은 시험에 의해서 구동 30분 후의 축방향유도발전기의 내부 온도를 측정한 온도계의 화면으로서 (a)는 배경기술에 의한 것이고, (b)는 본 발명에 의한 것을 도시한 예시도.
도 2는 도 1에서처럼 몰딩된 철심이 알루미늄과 함께 몰딩된 것을 도시한 평면도.
도 3은 도 2의 과정을 거친 철심을 절삭하여 축방향유도발전기용 회전자로 완성한 것을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법을 도시한 플로차트.
도 5는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 펀칭단계와 와인딩단계를 도시한 것으로서, (a)는 상부에서 본 것을 도시한 것이고, (b)는 측방에서 본 것을 도시한 공정도.
도 6은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법의 다른 실시예로서 펀칭단계와 와인딩단계에서 철심의 하면 또는 상면에 절연재가 부착된 것을 도시한 공정도.
도 7은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 허브삽입단계, 용접단계, 절삭몰딩단계를 도시한 공정도.
도 8은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계를 도시한 공정도.
도 9는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계 이후의 삽입단계를 도시한 공정도.
도 10은 시험에 의해서 구동 30분 후의 축방향유도발전기의 내부 온도를 측정한 온도계의 화면으로서 (a)는 배경기술에 의한 것이고, (b)는 본 발명에 의한 것을 도시한 예시도.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하, 첨부되는 도면과 함께 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명, '축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법'에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법을 도시한 플로차트이고, 도 5는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 펀칭단계와 와인딩단계를 도시한 것으로서, (a)는 상부에서 본 것을 도시한 것이고, (b)는 측방에서 본 것을 도시한 공정도이다. 그리고 도 6은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법의 다른 실시예로서 펀칭단계와 와인딩단계에서 철심의 하면 또는 상면에 절연재가 부착된 것을 도시한 공정도이고, 도 7은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 허브삽입단계, 용접단계, 절삭몰딩단계를 도시한 공정도이다. 그리고 도 8은 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계를 도시한 공정도이고, 도 9는 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 있어서 절삭단계 이후의 삽입단계를 도시한 공정도이다.
1. 펀칭단계(S1)
도 5에서처럼, 띠 형상의 철심(110)을 길이 방향으로 규정된 피치로 홀(115)을 펀칭하는 펀칭단계(S1)가 이루어진다. 이때의 철심(110)은 철손을 저감시키는 재료인 규소강판을 사용하며 두께는 0.8mm∼1.2mm이고 폭은 20mm∼30mm의 것을 사용할 수 있다. 상기 치수의 철심(110)을 사용할 경우 펀칭 및 이후 진행되는 와인딩단계(S2)에서 형상이 가변되는 현상을 방지할 수 있다. 이때 펀칭은 통상적인 펀칭기(P)를 사용하여 진행된다. 펀칭기(P)는 상하왕복하는 금형에 의해서 천공되는 일반적인 것이다.
또다른 실시예로서, 도 6에서처럼 상기 펀칭단계(S1)에서 상기 철심(110)의 상하면에 선택적으로 절연재(I)가 부착된 것을 사용할 수도 있다. 이때, 절연재(I)의 두께와 폭은 일례로서 철심(110)과 동일한 것을 사용할 수 있다. 이처럼, 절연재(I)가 부착된 철심(110)을 사용함으로써 이후 와인딩단계(S2)에서 적층된 철심(110) 사이에 절연재(I)가 개재된 구성이 가능하기 때문에 철손을 감소시킬 수 있다. 일반적으로 철심(110)의 두께가 얇고 상기 철심(110) 사이에 절연재(I)가 개재될 수록 철손을 감소시킬 수 있다는 것은 당해업자라면 누구나 알 수 있는 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
2. 와인딩단계(S2)
도 5에서처럼, 상기 펀칭단계(S1)를 거치면서 배출되는 철심(110)을 원형으로 와인딩하는 와인딩단계(S2)가 이루어진다. 즉, 와인딩머신(도시하지 않음)에 의해 회전하는 보빈(K)에 철심(110)이 감기도록 한다. 따라서, 철심(110)은 중앙부에 허브홀(H)이 형성된 디스크 형상이 되고, 축방향에 대해서 평행하게 철심(110)이 적층된 상태가 된다. 또한, 이때 철심(110)의 하면에 접착제를 도포하므로 감긴 상태에서 상호 부착되어 풀리지 않도록 한다. 상기 접착제는 일례로서 실리콘 접착제 등이 사용될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 6에서처럼 상기 펀칭단계(S1)에서 상기 철심(110)의 상하면에 선택적으로 절연재(I)가 부착된 경우에는 와인딩된 철심(110)의 사이에 절연재(I)가 개재되므로 철손을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이때 절연재(I)의 하면에 접착제를 도포하므로 감긴 상태에서 상호 부착되어 풀리지 않도록 한다. 상기 접착제는 일례로서 실리콘 접착제 등이 사용될 수 있다.
이때 상기 홀(115)이 방사상으로 겹쳐지도록 와인딩하므로 이후 진행되는 절삭몰딩단계(S4)에 의해서 슬릿(117)이 형성되도록 한다.
3. 용접단계(S3)
도 7에서처럼, 상기 와인딩단계(S2)를 거친 철심(110)을 용접하여 풀리지 않도록 하고, 중앙에 형성된 허브홀(H)에 허브(120)를 삽입하여 상기 철심(110)에 용접시키는 용접단계(S3)가 이루어진다. 이렇게 용접단계(S3)를 거치므로 상기 접착제가 응고되는 동안 감긴 상태가 유지될 수 있도록 한다. 즉, 감겨진 철심(110)의 상면과 하면에 비드(B)를 형성시켜 풀리는 형상이 방지되도록 한다. 또한, 상기 허브(120)는 샤프트홀(125)이 형성된 금속재로서 허브(120)의 둘레를 따라 철심(110)에 용접되어 부착되도록 한다.
4. 절삭몰딩단계(S4)
도 7에서처럼, 상기 용접단계(S3)를 거친 상기 철심(110)의 일측면(상하면 중 어느 한 면)을 밀링 내지는 연삭기 등으로 절삭하는 절삭과정을 거친다. 따라서, 겹쳐진 상기 홀(115)의 일측(상하부 중 어느 한 쪽)이 개방되고 상기 철심(110)의 중심에서 외측방으로 개방되고 원주 방향을 따라 배열되는 슬릿(117)이 형성되도록 한다. 다음으로 상기 철심(110)의 허브(120)에 코어(C)를 끼운다. 그리고, 상기 슬릿(117)이 상방을 향하도록 주형(M)에 넣은 후, 상기 주형(M)에 용융된 알루미늄(140)을 주입하므로 상기 알루미늄(140)이 상기 철심(110)의 일측면을 덮고 테두리(F)를 형성시킨다. 다음으로 알루미늄(140)이 응고된 후. 철심(110)을 주형(M)에서 이탈시키는 몰딩과정을 거친다.
이후에 상기 허브(120)에 코어(C)를 끼운 상태로 상기 절삭과정과 몰딩과정을 상기 철심(110)의 상대측면에 동일하게 실행한다. 즉, 하나의 철심(110)의 양측면에 상기 절삭과정에 의해서 슬릿(117)을 각각 형성시키고, 철심(110)의 양측면을 각각 알루미늄(140)이 덮어서 응고된다. 이때, 양측면에 형성된 테두리(F)는 서로 부착되어 단일 개의 형상이 된다.
다음으로, 상기 코어(C)를 제거한다. 코어(C)는 허브(120)가 용융된 알루미늄에 충전되는 현상을 방지하는 기능을 하게 된다.
다음으로, 상기 코어(C)를 제거한다. 코어(C)는 허브(120)가 용융된 알루미늄에 충전되는 현상을 방지하는 기능을 하게 된다.
이처럼, 철심(110)의 일측면에 절삭과정과 몰딩과정을 거친 후, 상대측면에 동일한 절삭과정과 몰딩과정을 각각 거치는 이유는 감겨진 철심(110)이 해체되지 않은 상태로 몰딩하기 위함이다. 만약에 철심(110)의 양측면을 순차적으로 절삭하게 되면 상기 비드(B)가 사라지면서 철심(110)이 해체되기 때문에 몰딩 과정을 거칠 수 없다.
5. 절삭단계(S5)
도 8 및 도 9에서처럼, 상기 절삭몰딩단계(S4)를 거친 상기 철심(110)의 상하면과 테두리(F)를 절삭하여 상기 철심(110)의 상면과 하면이 노출되어 자속이 통과할 수 있도록 하는 절삭단계(S5)가 이루어진다. 절삭은 밀링머신 내지는 연삭기를 사용하여 밀링커터 및 엔드밀 또는 연삭숫돌을 사용하여 설계된 치수와 형상이 되도록 절삭한다. 이때 상기 테두리(F)가 규정된 치수의 형상이 되도록 하고, 허브(120)도 절삭할 수 있음은 물론이다.
6. 삽입단계(S6)
상기 절삭단계(S5)를 거친 상기 허브(120)에 샤프트(130)를 삽입하여 고정시키는 삽입단계(S6)에 의해서 본 발명의 프로세스가 완료된다.
다음으로, 본 발명에 의한 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층식회전자(100)는 상기 제조 과정을 통해서 구성된 것으로서, 본 발명의 또 하나의 청구 사항이다.
(시험 방법)
이상 살펴본 본 발명에 의한 실시예(절연재(I)가 구성되지 않는 것)와 배경기술에 의한 회전자의 성능을 다음과 같이 시험하였다.
시험일시: 2021년 5월 6일
시험기관: 대구기계부품연구원-다이나모 시험
시험명칭: 기존 발전기 및 규소강판 적층 로터 코어 및 스테이터 권선 수 증가 코어 특성 비교 시험함.
시험내용: 본 발명의 실시예에 의한 회전자가 장착된 발전기를 모터 특성 시험 다이나모에 장착하여 4,000rpm으로 회전시켜 1시간 30분 동안 연속 운전시켜 전기에너지를 출력함. 무부하시 입력 전기량 비교, 8kW, 10kW 연속 시험함.
(다이나모 시험기)
1. 무부하시 입력 전기량
| 배경기술 | 실시예 | 비고 | |
| 입력 전원 | 1.08kW | 0.67kW | 4,000rpm/ 무부하시험 |
| 발전기 출력 | 0kW | 0kW | 4,000rpm/무부하시험 |
실시예는 회전자 경량화 및 정밀 밸런스로 인하여 무부하시 기계적 입력 전원이 작고, 발전기 입력 축에 걸리는 무부하 토크량이 작은 것을 알 수 있다.
2. 8kW 연속 운전
| 배경기술 | 실시예 | 비고 | |
| 입력 전원 | 10.243kW | 0.67kW | 4,000rpm |
| 발전기 출력 | 8.269kW | 8.266kW | 4,000rpm |
| 효율 | 80.7% | 85% | 4.3% 개선 |
3. 10kW 연속 운전
| 배경기술 | 실시예 | 비고 | |
| 입력 전원 | 12.637kW | 12.293kW | 4,000rpm |
| 발전기 출력 | 10.169kW | 10.183kW | 4,000rpm |
| 효율 | 80.5% | 82.9% | 2.4% 개선 |
또한, 상기 시험을 통해서 각각의 유도발전기 내부의 온도를 체크한 결과, 도 10과 같은 결과를 도출할 수 있었다. 즉, 도 10의 (a)는 배경기술의 온도로서 최대 164.0℃까지 온도가 상승하였고, 도 10의 (b)는 실시에의 온도로서 최대 92.8℃까지 온도가 상승한 것을 알 수 있다.
이상 살펴본 본 발명에 의하면, 축방향유도발전기의 특성 상 자속이 축방향으로 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 축방향과 평행하게 철심(110)이 적층된 형상이 가능하기 때문에 배경기술처럼 단일의 철심으로 형성된 것보다 철손을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 특히, 상기 철심(110)의 둘께를 얇게 할수록 철손은 더욱 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 도 6에서처럼, 철심(110) 사이에 절연체를 개재시킬 경우 철손은 더욱 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 시험례에서도 알 수 있듯이 입력 대비 출력 효율이 배경기술에 비해서 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 철심(110)에 발생하는 열을 배경기술에 비해서 줄일 수 있기 때문에 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
S1: 펀칭단계 S2: 와인딩단계
S3: 용접단계 S4: 절삭몰딩단계
S5: 절삭단계 S6: 삽입단계
100: 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층식회전자
110: 철심 115: 홀
117: 슬릿 I: 절연재
P: 펀칭기 B: 비드
120: 허브 125: 샤프트홀
C: 코어 130: 샤프트
140: 알루미늄 F: 테두리
M: 주형 K: 보빈
H: 허브홀
S3: 용접단계 S4: 절삭몰딩단계
S5: 절삭단계 S6: 삽입단계
100: 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법에 의한 적층식회전자
110: 철심 115: 홀
117: 슬릿 I: 절연재
P: 펀칭기 B: 비드
120: 허브 125: 샤프트홀
C: 코어 130: 샤프트
140: 알루미늄 F: 테두리
M: 주형 K: 보빈
H: 허브홀
Claims (4)
- 띠 형상의 철심(110)을 길이 방향으로 규정된 피치로 홀(115)을 펀칭하는 펀칭단계(S1)와,
상기 펀칭단계(S1)를 거치면서 배출되는 철심(110)을 원형으로 와인딩하는 와인딩단계(S2)와,
상기 와인딩단계(S2)를 거친 철심(110)을 용접하여 풀리지 않도록 하고, 중앙에 허브(120)를 삽입하여 상기 철심(110)에 용접시키는 용접단계(S3)와,
상기 용접단계(S3)를 거친 상기 철심(110)의 일측면(상하면 중 어느 한 면)을 절삭하여, 상기 홀(115)의 일측(상하부 중 어느 한 쪽)이 개방되고 상기 철심(110)의 중심에서 외측방으로 개방되고 원주 방향을 따라 배열되는 슬릿(117)이 형성되도록 하는 절삭과정과, 상기 철심(110)의 허브(120)에 코어(C)를 끼우고 상기 슬릿(117)이 상방을 향하도록 주형(M)에 넣은 후, 용융된 알루미늄(140)을 주입하므로 상기 알루미늄(140)이 상기 철심(110)의 일측면을 덮고 테두리(F)를 형성시키는 몰딩과정이 이루어지고, 상기 허브(120)에 코어(C)를 삽입한 상태로 상기 철심(110)의 상대측면에 상기 절삭과정과 몰딩과정을 동일하게 실행한 후 상기 코어(C)를 제거하는 절삭몰딩단계(S4)와,
상기 절삭몰딩단계(S4)를 거친 상기 철심(110)의 상하면과 테두리(F)를 절삭하여 상기 철심(110)의 상면과 하면이 노출되도록 하고 상기 테두리(F)를 규정된 치수대로 형성시키는 절삭단계(S5)와,
상기 절삭단계(S5)를 거친 상기 허브(120)에 샤프트(130)를 삽입하여 고정시키는 삽입단계(S6)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 와인딩단계(S2)에서 상기 홀(115)이 방사상으로 겹치도록 와인딩하는 것을 특징으로 하는 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 펀칭단계(S1)에 주입하는 상기 철심(110)의 상하면에 선택적으로 절연재(I)가 부착된 것을 특징으로 하는 축방향유도발전기용 적층식회전자의 제조방법.
- 삭제
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