KR102666492B1 - 구동모터 회전자 및 구동모터 회전자 물성 강화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구동모터 회전자에 관한 것으로, 코일이 감겨 있는 회전본체, 상기 회전본체의 외부 둘레를 감고 있는 보강부재 및 상기 보강부재와 상기 회전본체 사이의 틈새에 배치된 채움제를 포함하며, 상기 채움제는 상기 보강부재와 상기 회전본체를 결합하고, 상기 틈새가 발생하지 않도록 한다.
따라서, 회전본체와 보강부재 사이에 발생한 틈새에 채움제가 배치되면서 보강되어 충격흡수 및 높은 강도를 발휘할 수 있다. 따라서 고속 회전 시 회전본체에 감긴 코일의 이탈 및 코일의 압력에 의한 회전본체의 슈 손상을 예방하는 효과가 있다.
따라서, 회전본체와 보강부재 사이에 발생한 틈새에 채움제가 배치되면서 보강되어 충격흡수 및 높은 강도를 발휘할 수 있다. 따라서 고속 회전 시 회전본체에 감긴 코일의 이탈 및 코일의 압력에 의한 회전본체의 슈 손상을 예방하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 구동모터 회전자 및 구동모터 회전자 물성 강화 방법에 관한 것이다.
자동차는 오랫동안 가솔린, 디젤, 가스 등의 연료로 주행해왔다. 연료 연소에 의한 이산화탄소의 배출량은 여전히 증가하고 있어서 대기오염 문제가 있다.
대기오염 문제로 인한 환경의 악영향과 화석연료의 고갈로 인하여 전기모터를 사용하는 전기자동차가 주목받고 있으며, 이 중 엔진을 주 동력원으로 하고 전기모터를 보조 동력원으로 하는 하이브리드 자동차나 더 나 아가 전기모터만을 주 동력원으로 이용하는 전기 자동차가 개발되어 상용화되고 있음에 따라 전기모터에 대한 활용도가 높아지고 있다.
도면 도 1을 참고하여, 전기모터의 회전자(10)를 살펴보면, 회전 샤프트가 결합되는 회전자 몸체(11), 회전자 몸체(11)의 둘레에서 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치된 티스(13)들을 포함한다. 티스(13)들에는 각각 코일(12)이 감긴다. 티스(13)에는 코일(12)을 지지하는 슈(17)가 형성되어 있다. 그리고 이웃한 티스(13)의 사이에는 이웃한 코일(12)간 절연을 확보함과 아울러 그 코일(12)에 작용하는 원심력을 지지하기 위한 커버(19)가 배치되어 있다.
그러나 전기 자동차의 고속 주행으로 회전자가 19,000rpm 이상의 빠른 속도로 회전하면 코일(12)이 원심력에 의해 티스(13)에서 슈(17) 부분으로 밀려나면서 커버(19) 사이의 슈(17) 부분에 크랙(17a)이 발생하게 되었다.
본 발명은 구동모터의 회전자가 19,000rpm 이상의 빠른 속도로 회전 시 코일의 이탈에 의한 구동모터 회전자의 파손을 예방하는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자는 코일이 감겨 있는 회전본체, 상기 회전본체의 외부 둘레를 감고 있는 보강부재 및 상기 보강부재와 상기 회전본체 사이의 틈새에 배치된 채움제를 포함한다.
상기 채움제는 상기 보강부재와 상기 회전본체를 결합하고, 상기 틈새가 발생하지 않도록 한다.
상기 채움제는 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 섬유 0 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
상기 섬유는 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)를 포함할 수 있다.
상기 섬유는 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성될 수 있다.
상기 열경화성 수지는 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지 중 선택된 어느 하나로 만들어질 수 있다.
상기 보강부재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic; CFRP)으로 만들어질 수 있다.
상기 회전본체는 회전 샤프트가 결합되는 회전자 몸체, 상기 회전자 몸체의 외부 둘레를 따라 배열된 복수의 티스, 상기 티스에 배치된 코일, 상기 티스에서 돌출되어 상기 코일을 지지하는 슈 및 이웃한 상기 티스의 사이에 배치되어 상기 슈와 결합되어 있는 복수의 커버를 포함할 수 있다.
상기 보강부재는 상기 복수의 티스와 상기 복수의 커버의 둘레를 감싸고 있으며, 상기 틈새는 상기 보강부재와 상기 슈의 사이에 형성되어 상기 채움제가 배치될 수 있다.
상기 구동모터 회전자는 상기 슈에서 돌출되어 갈고리 형태로 형성되어 있고 상기 채움제에 걸려 있는 걸림고리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자 물성 강화 방법은 코일이 감겨 있는 회전본체의 외부 둘레에 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지 중 선택된 어느 하나로 만들어진 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)로 이루어지고 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성된 섬유 0 내지 50 중량부를 포함하는 채움제를 도포하고 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 보강부재를 감싸며, 상기 채움제는 상기 회전본체와 상기 보강부재 사이 틈새에 위치한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 슈와 보강부재 사이에 발생한 틈새에 채움제가 배치되면서 슈 부분은 보강되어 충격흡수 및 높은 강도를 발휘할 수 있다. 따라서 고속 회전 시 코일의 이탈 및 코일의 압력에 의한 슈의 손상을 예방하는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 보강부재가 채움제를 통해 티스 외측면 및 슈의 외측면과 결합되어 보강부재의 결합력이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 슈에서 갈고리 형태로 돌출된 걸림고리가 채움제에 묻히면서 섬유에 걸린다. 이에 슈와 채움제의 결합력이 증진되는 효과가 있으며 구동모터 회전자 고속 회전 시 채움제가 슈에서 떨어지는 않아 내구성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 구동모터 회전자를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도.
도 4는 도 3의 슈 부분에 걸림고리가 형성된 상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도.
도 4는 도 3의 슈 부분에 걸림고리가 형성된 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자 물성 강화 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 구동모터 회전자 물성 강화 방법은 코일이 감겨 있는 회전본체의 외부 둘레에 채움제를 도포한다. 그리고 보강부재로 감싼다. 채움제는 회전본체와 상기 보강부재 사이 틈새에 위치한다.
채움제는 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지 중 선택된 어느 하나로 만들어진 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)로 이루어져 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성된 섬유 0 내지 50 중량부를 포함한다.
보강부재는 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
상기 채움제는 상기 회전본체와 상기 보강부재 사이 틈새에 위치하여 회전본체에 감긴 코일이 이탈하는 것을 방지한다.
다음으로 본 발명의 한 실시예에 따른 구동모터 회전자에 대하여 도 3 및 도 4를 참고하여 설명한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 구동모터 회전자(100)는 회전자 몸체(110), 티스(130), 코일(120), 슈(170) 및 커버(190)를 포함하는 회전본체, 보강부재(200) 및 채움제(300)를 포함하며 회전자 몸체(110)가 고속으로 회전 시 코일(120)에 의해 슈(170) 부분이 손상되지 않도록 한다.
회전자 몸체(110)는 내부가 길이 방향을 따라 관통되어 있다. 회전자 몸체(110)의 내부에는 회전 샤프트(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 회전 샤프트는 회전자 몸체(110)의 양측으로 돌출되어 있다. 회전자 몸체(110)의 길이 방향 양측에는 엔드커버(도시하지 않음)가 결합되어 있다.
회전자 몸체(110)는 고정자(도시하지 않음)의 내측에 위치하여 회전 가능하게 설치된다.
티스(130)는 회전자 몸체(110)의 외부 둘레에서 수직하게 돌출되어 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 티스(130)는 회전자 몸체(110)의 원주 방향을 따라 배열되어 있다. 이웃한 티스(130)의 사이에는 공간(S)이 형성된다. 회전자 몸체(110)가 고정자의 내측에 위치할 때 티스(130)의 끝은 고정자의 내부 둘레와 간격을 두고 있다. 이에 구동모터 회전자(100)는 고정자의 내부에서 회전할 때 고정자와 간섭되지 않는다.
슈(170)는 티스(130)의 폭 방향 양측에서 기설정된 길이로 돌출되어 티스(130)의 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 티스(130)와 슈(170)를 정면에서 보면 'T' 모양으로 형성되어 있다. 슈(170)는 티스(130)에서 돌출될수록 그 두께가 점진적으로 얇아진다. 슈(170)의 하면은 티스(130)의 측면과 직각을 이루고 있다. 슈(170)의 상면은 하면을 기준으로 티스(130)에서 멀어질수록 점진적으로 낮아지는 형상을 갖는다. 슈(170)의 형상은 구동모터 회전자(100)의 설계에 따라 달라질 수 있다.
코일(120)은 티스(130)들 각각 감고 있다. 코일(120)은 티스(130)를 길이 방향을 따라 다수회 감고 있다. 코일(120)은 슈(170)에 의해 티스(130)에서 벗어나지 않는다. 코일(120)에 전류가 인가되면 구동모터 회전자(100)를 전자석화시키며 그 구동모터 회전자(100)의 전자석과 고정자의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.
커버(190)는 공간(S)에 위치하여 티스(130)의 길이 방향을 따라 배치되어 있다. 커버(190)는 양단이 슈(170)와 결합되어 있는 결합부(191) 그리고 결합부(191)에서 회전자 몸체(110)의 방향으로 돌출되어 이웃한 코일(120)의 사이에 위치한 절연부(192)를 포함한다.
결합부(191)의 양단에는 슈(170)의 단부가 삽입되어 걸리는 걸림홈(191a)이 형성되어 있다. 결합부(191)의 외측면은 평면으로 형성되어 있다. 슈(170)의 형상에 의해 결합부(191)의 외측면과 슈(170)의 외측면은 단차를 이루고 있다.
절연부(192)는 이웃한 코일(120)이 서로 접하지 않도록 하며 결합부(191)에서 회전자 몸체(110)의 방향으로 갈수록 단면적이 협소해진다.
이와 같은 커버(190)는 절연재로 만들어질 수 있다. 커버(190)는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
회전본체를 회전자 몸체(110), 티스(130), 코일(120), 슈(170) 및 커버(190)로 한정하지 않는다. 회전본체의 구조는 구동모터 회전자(100)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
보강부재(200)는 티스(130)들과 커버(190)의 외측 둘레를 감싸고 있다. 즉, 보강부재(200)는 구동모터 회전자(100)의 외부 둘레를 전체적으로 감싸고 있다. 보강부재(200)는 티스(130)의 외측면 및 커버(190)의 외측면과 접하고 있다. 그러나 보강부재(200)는 슈(170)와 커버(190)의 단차에 의해 슈(170)의 외측면은 보강부재(200)의 내측면과 떨어져 있다. 이에 슈(170)와 보강부재(200)의 사이에는 틈새(g)가 형성된다. 여기서 틈새(g)의 형상은 슈(170)의 외측면 형상에 따라 선형,삼각형, 반원형, 사각형 따위로 다양하게 형성될 수 있다.
보강부재(200)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic; CFRP)으로 만들어질 수 있다.
채움제(300)는 틈새(g)를 채워 슈(170)와 보강부재(200)의 사이에 틈새(g)가 발생하지 않도록 한다. 또한 채움제(300)는 보강부재(200)와 티스(130)의 외측면 및 슈(170)를 결합한다. 채움제(300)는 보강부재(200)를 티스(130)들과 커버(190)의 외측 둘레를 감싸기 전에 슈(170) 부분에 도포된다. 채움제(300)는 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 섬유 0 내지 50 중량부를 포함한다.
섬유가 50 중량부를 초과하여 형성하면, 섬유와 열경화성 수지간의 기포(Void)가 생겨 물성 강도 저하가 발생할 수 있으며, 보강부재와 회전본체 간의 갈바닉 부식이 발생할 수 있다.
한편, 공극을 열경화성 수지로만 채웠을 시, 회전자 몸체(110)의 내부 하중(원심력)이 수지를 통해 보강부재(200)로 전달되어 보강부재(200)가 변형 없이 충분한 강도를 지닐 때 섬유는 생략될 수 있다.
섬유는 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)일 수 있다. 탄소섬유가 인장강도, 중량 등의 물성이 유리섬유보다 우수하다. 이에 탄소섬유 단독으로 사용할 수 있다. 그러나 비용을 고려했을 때 탄소섬유 대신 유리섬유만 사용할 수 있다.
그러나 탄소섬유와 유리섬유가 함께 사용될 수도 있다. 회전자 몸체(110)에 탄소섬유를 감은 후, 탄소섬유에 유리섬유를 한층 더 감는다. 이때 유리섬유는 탄소섬유를 충격, 스크래치 등의 외부 요건으로부터 보호할 수 있다.
섬유는 구동모터 회전자(100)의 냉각 효율을 고려하여 20W/mK 내지 100W/mK 이상의 열전도율을 갖는다. 열전도율이 20W/mK보다 낮아지면 열전도율이 낮아 냉각 효율이 저하될 수 있다.
섬유는 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성되어 있다. 섬유는 슈(170)의 길이 방향을 따라 배열된다.
섬유의 길이를 3㎜ 미만으로 형성하면 틈새에 분산되고 뭉치 사이사이에 끼이는 문제가 발생한다. 그리고 섬유의 길이를 10mm 초과하여 형성하면 촙(Chop) 형태의 섬유가 채워야 할 공극 사이를 벗어나 경화 후 두께 불균형이 발생할 수 있으며, 작업성이 저하된다.
열경화성 수지는 내열성, 내약품성, 안전성 등이 뛰어난 페놀수지(phenol resin), 신장강도가 높고 잘 휘어지며 열에 의한 비틀림 온도가 높은 우레아수지(urea resin), 단단하고 열에 강하며, 스크래치 및 화학 제품에 대한 안정성이 뛰어난 멜라민수지(melamine resin), 내열성, 내식성이 우수한 불포화폴리에스텔수지(unsaturated polyester resin), 금속 재료와 접착성이 우수하며, 내열성, 전기절연성, 금속 접착성 등 경화 후 물성이 우수한 에폭시수지(epoxy resin), 내충격성, 내마모성, 강성 등이 우수하고 단열성을 갖는 폴리우레탄수지(polyurethane resin), 화학적 안정성을 기초로 우수한 기계적 강도, 내화학성, 내후성, 내열성, 절연성, 낮은 유전율과 같은 뛰어난 전기적 특성을 갖는 폴리이미드(Polyimide) 중 선택된 어느 하나로 만들어질 수 있다.
열경화성 수지는 에폭시수지를 주로 사용할 수 있다. 그러나 경우에 따라 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화풀리에스텔수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지가 선택적으로 사용될 수도 있다.
한편, 도면 도 4를 참고하면 슈(170)와 채움제(300)의 결합력을 높이기 위해 슈(170)의 외측면에는 갈고리 형태의 걸림고리(171)가 형성될 수 있다. 걸림고리(171)는 슈(170)의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 걸림고리(171)의 갈고리가 채움제(300)에 묻히고, 채움제의 섬유와 걸리면서 채움제(300)와 슈(170)의 결합력은 높아질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 슈와 보강부재 사이에 발생한 틈새에 채움제가 배치되면서 슈 부분은 보강되어 충격흡수 및 높은 강도를 발휘할 수 있다. 따라서 고속 회전 시 코일의 이탈 및 코일의 압력에 의한 슈의 손상을 예방하는 효과가 있다.
본 실시예에 따르면, 보강부재가 채움제를 통해 티스 외측면 및 슈의 외측면과 결합되어 보강부재의 결합력이 향상되는 효과가 있다.
위 설명과 도면에서 채움제가 슈와 보강부재의 사이 발생한 틈새에 배치되어 틈새를 채우는 것으로 하였으나, 채움제의 위치를 이에 한정하지 않고 채움제는 코일이 감긴 회전자 몸체와 이를 감고 있는 보강부재의 사이에 발생하는 홈, 틈새 등에 위치할 수 있다.
참고로 위 설명과 도면에서 구동모터 회전자를 전기 자동차에 사용되는 것으로 설명하였지만, 구동모터 회전자는 적용분야는 이에 한정되지 않고 일반적으로 전기 에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 전기 오토바이, 전기 자전거, 세탁기, 청소기 등에 얼마든지 적용될 수 있다.
따라서 본 발명의 권리범위는 전기 자동차에 적용되는 것으로 한정되지 않고 전기에너지를 이용하여 동력을 발생키는 구동 장치에 적용된다는 의미로 해석되어야 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 구동모터 회전자 110: 회전자 몸체
120: 코일 130: 티스
170: 슈 171: 걸림고리
190: 커버 191: 결합부
191a: 걸림홈 192: 절연부
200: 보강부재 300: 채움제
120: 코일 130: 티스
170: 슈 171: 걸림고리
190: 커버 191: 결합부
191a: 걸림홈 192: 절연부
200: 보강부재 300: 채움제
Claims (10)
- 코일이 감겨 있는 회전본체,
상기 회전본체의 외부 둘레를 감고 있는 보강부재 및
상기 보강부재와 상기 회전본체 사이의 틈새에 배치된 채움제
를 포함하고,
상기 채움제는 상기 보강부재와 상기 회전본체를 결합하고, 상기 틈새가 발생하지 않도록 하며,
상기 채움제는
열경화성 수지 100 중량부에 대하여,
섬유 0 내지 50 중량부를 포함하고,
상기 섬유는 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성된
구동모터 회전자. - 삭제
- 제1항에서,
상기 섬유는 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)를 포함하는 구동모터 회전자. - 삭제
- 제1항에서,
상기 열경화성 수지는 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지 중 선택된 어느 하나로 만들어진 구동모터 회전자. - 제1항에서,
상기 보강부재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic; CFRP)인 구동모터 회전자. - 제1항에서,
상기 회전본체는
회전 샤프트가 결합되는 회전자 몸체,
상기 회전자 몸체의 외부 둘레를 따라 배열된 복수의 티스,
상기 티스에 배치된 상기 코일,
상기 티스에서 돌출되어 상기 코일을 지지하는 슈 및
이웃한 상기 티스의 사이에 배치되어 상기 슈와 결합되어 있는 복수의 커버
를 포함하며,
상기 보강부재는 상기 복수의 티스와 상기 복수의 커버의 둘레를 감싸고 있으며, 상기 틈새는 상기 보강부재와 상기 슈의 사이에 형성되어 상기 채움제가 배치된
구동모터 회전자. - 코일이 감겨 있는 회전본체,
상기 회전본체의 외부 둘레를 감고 있는 보강부재 및
상기 보강부재와 상기 회전본체 사이의 틈새에 배치된 채움제
를 포함하고,
상기 채움제는 상기 보강부재와 상기 회전본체를 결합하고, 상기 틈새가 발생하지 않도록 하며,
상기 회전본체는
회전 샤프트가 결합되는 회전자 몸체,
상기 회전자 몸체의 외부 둘레를 따라 배열된 복수의 티스,
상기 티스에 배치된 상기 코일,
상기 티스에서 돌출되어 상기 코일을 지지하는 슈,
이웃한 상기 티스의 사이에 배치되어 상기 슈와 결합되어 있는 복수의 커버 및
상기 슈에서 돌출되어 갈고리 형태로 형성되어 있고 상기 채움제에 걸려 있는 걸림고리
를 포함하는 구동모터 회전자. - 코일이 감겨 있는 회전본체의 외부 둘레에 열경화성 수지 100 중량부에 대하여, 섬유 0 내지 50 중량부를 포함하는 채움제를 도포하고 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic; CFRP)으로 이루어진 보강부재를 감싸며, 상기 채움제는 상기 회전본체와 상기 보강부재의 사이 틈새에 위치하고, 상기 섬유는 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성된
구동모터 회전자 물성 강화 방법. - 제9항에서,
상기 열경화성 수지는 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리이미드 수지 중 선택된 어느 하나로 만들어지고,
상기 섬유는 탄소섬유(Carbon fiber) 또는 유리섬유(Glass fiber)를 포함되며, 상기 섬유는 20W/mK 이상의 열전도율을 가지며 3㎜ 내지 10㎜ 길이로 형성된
구동모터 회전자 물성 강화 방법.
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KR1020230102133A KR102666492B1 (ko) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 구동모터 회전자 및 구동모터 회전자 물성 강화 방법 |
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