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KR101437546B1 - 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법 - Google Patents

고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법 Download PDF

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KR101437546B1
KR101437546B1 KR1020120101280A KR20120101280A KR101437546B1 KR 101437546 B1 KR101437546 B1 KR 101437546B1 KR 1020120101280 A KR1020120101280 A KR 1020120101280A KR 20120101280 A KR20120101280 A KR 20120101280A KR 101437546 B1 KR101437546 B1 KR 101437546B1
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South Korea
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stator
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coil
core unit
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손율규
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현대모비스 주식회사
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Abstract

고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 원주상 결합되어 고정자 코어를 형성하는 복수개의 고정자 코어 유닛; 및 고정자 코어 유닛에 권선되는 코일;을 포함하되, 고정자 코어 유닛은, 복수개의 분할 코어로 분리 형성되며, 복수개의 분할 코어가 결합되어, 고정자 코어 유닛을 형성하는 고정자 어셈블리가 제공될 수 있다.

Description

고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법 {STATOR ASSEMBLY, AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET MOTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING STATOR}
본 발명은 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량 등에 사용되는 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 얻는 장치로서 가정용 전자제품에서 각종 산업용 기기에 이르기까지 광범위한 분야에서 널리 사용되고 있다. 이와 같은 모터는 하우징이나 케이싱에 고정됨과 아울러 전원의 인가에 의해 회전자계를 형성하도록 코일이 권선되는 고정자와, 고정자 내부에 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 회전자를 주요 구성으로 하며, 고정자가 발생시키는 자속이 회전자와 상호 작용을 일으켜 회전 토크를 발생시키도록 형성된다.
한편, 최근에는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 전기자동차에 대한 활발한 연구 개발이 진행되고 있다. 하이브리드 자동차는 기존의 연소식 엔진과 전기 구동식 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 차량을 구동하고, 전기자동차는 전기 구동식 모터로 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 감소와 함께 연비향상이 가능하여 현실대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다. 상기와 같은 하이브리드 자동차나 전기자동체에 있어서 모터는 전체적인 차량 성능을 좌우할만큼 핵심 부품으로 자리잡고 있으며, 고출력, 소형화된 모터의 개발이 하이브리드 자동차 등에 있어 화두로 떠오르고 있다.
통상적으로 모터의 출력을 증대시키기 위하여는 코일에 의한 기자력을 증가시켜야 하는데, 이와 같은 기자력은 코일의 턴수에 비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서 고출력의 모터를 구현하기 위하여는 코일의 턴수를 늘리는 방안이 고려되어야 하나, 이는 다른 측면에서 모터의 크기를 증대시키는 원인이 되므로, 모터의 구조적 변경이나 점적율의 극대화 등과 같이, 고출력을 얻을 수 있으면서도 소형화된 모터를 구현하는 다양한 방안이 모색되고 있다.
본 발명은, 코일 권선에 따른 사공간을 최소화하여 점적율 및 모터의 기자력을 극대화하는 한편, 코일의 권선 작업을 용이하게 하는 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원주상 결합되어 고정자 코어를 형성하는 복수개의 고정자 코어 유닛; 및 상기 고정자 코어 유닛에 권선되는 코일;을 포함하되, 상기 고정자 코어 유닛은, 복수개의 분할 코어로 분리 형성되며, 상기 복수개의 분할 코어가 결합되어, 상기 고정자 코어 유닛을 형성하는 고정자 어셈블리가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자성체를 구비하는 원판 형태의 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 중심축 상에 배치되어 상기 회전자 코어와 함께 회전되는 샤프트를 구비하는 회전자 어셈블리; 및 복수개의 고정자 코어 유닛이 원주상 결합되어 형성된 고정자 코어와, 상기 고정자 코어에 권선되어 상기 회전자 어셈블리의 회전축 방향으로 자속을 발생시키는 코일을 구비하는 고정자 어셈블리;를 포함하되, 상기 고정자 코어 유닛은, 복수개의 분할 코어로 분리 형성된 축방향 자속 모터가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 연자성 분말을 소결 성형하여 고정자 코어 유닛을 제조하되, 상기 고정자 코어 유닛은 슬롯부 상하단의 제 1, 2 단차부가 서로 분리되도록 복수개의 분할 코어로 분리 제작되는 단계; (b) 기 성형된 각형 코일(flat coil)을 상기 분할 코어로 끼움 결합시키는 단계; 및 (c) 상기 복수개의 분할 코어를 결합시키는 단계;를 포함하는 고정자의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법은, 각각의 고정자 코어 유닛을 복수개의 분할 코어로 분리 제작하고, 분리된 분할 코어로 기 성형된 각형 코일을 끼움 결합시키는 구조 및 방법을 채용함으로써, 코일 권선 작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 축방향 자속 모터에 각형 코일의 적용을 가능하게 하여, 점적율을 증대시키고 모터의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 축방향 자속 모터의 구조도이다.
도 2는 축방향 자속 모터의 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 3은 축방향 자속모터의 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 보여주는 분해사시도이다.
도 4는 고정자 코어 유닛 및 고정자 코어 유닛에 코일이 권선된 모습을 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 어셈블리 및 축방향 자속 모터에 있어서, 고정자 코어 유닛이 분할 형성된 모습을 보여주는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자 어셈블리 및 축방향 자속 모터에 있어서, 고정자 코어 유닛이 분할 형성된 모습을 보여주는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자의 제조방법을 보여주는 공정흐름도이다.
이하, 도면을 참고하여, 축방향 자속 모터(Axial Flux Permanent magnet Motor: AFPM)의 전체적인 구성을 설명한다.
도 1은 축방향 자속 모터의 구조도이다.
도 1을 참고하면, 축방향 자속 모터(100)는, 자속(magnetic flux)을 발생시켜 회전자계(rotating field)를 형성하는 고정자 어셈블리(110)와, 회전자계 내에서 상호 작용하는 자성체를 구비하고 회전 구동되는 회전자 어셈블리(120)를 포함할 수 있다. 또한, 축방향 자속 모터(100)는 상기와 같은 고정자 어셈블리(110) 및 회전자 어셈블리(120)를 수용하는 하우징(130)을 포함할 수 있다.
고정자 어셈블리(110)는 고정자 코어(111) 및 코일(112)을 구비할 수 있다.
고정자 코어(111)는 권선된 코일(112)을 고정 또는 지지하며, 고정자 어셈블리(110)와 회전자 어셈블리(120)의 상호 작용에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공한다. 또한, 도 2 및 도 3을 참고하여 후술할 바와 같이, 고정자 코어(111)는 하우징(130) 내측에 배치되어 원형 고리 또는 링(ring) 형태를 이룰 수 있다.
코일(112)은 고정자 코어(111)에 권선(winding) 된다. 코일(112)은 전원부와 연결되어 전류를 제공받을 수 있으며, 이로 인해, 회전자 어셈블리(120)와 상호 작용하는 자속을 발생시킬 수 있다.
한편, 회전자 어셈블리(120)는 샤프트(121), 회전판(122), 회전자 코어(123) 및 자성체(124)를 구비할 수 있다.
샤프트(121)는 하우징(130) 내에 회전 가능하도록 장착된다. 샤프트(121)는 길이방향의 회전축을 중심으로 회전될 수 있으며, 길이방향 전후 측이 베어링에 의해 회전 지지될 수 있다.
회전판(122)은 샤프트(121)에 체결되어 회전자 코어(123) 및 자성체(124)에 의한 회전력을 샤프트(121)로 전달한다. 회전판(122)는 중심부에 샤프트(121)가 체결된 원판 또는 디스크(disk) 형태로 형성될 수 있다. 또한, 회전판(122)은 고정자 어셈블리(110)를 사이에 두고 한 쌍의 회전판(122a, 122b)이 상호 대향하도록 배치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 1에 도시된 바를 기준으로, 좌측에 배치된 회전판(122a)을 '제 1 회전판(122a)', 우측에 배치된 회전판(122b)을 '제 2 회전판(122b)'으로 지칭한다.
회전자 코어(123)는 회전판(122)에 장착된다. 회전자 코어(123)는 전술한 고정자 코어(111)에 대응되는 것으로, 회전력을 일으키는 자성체(124)를 고정 또는 지지하고, 고정자 어셈블리(110)와 회전자 어셈블리(120)의 상호 작용에 의해 발생되는 자속의 경로를 제공한다. 또한, 도 2 및 도 3을 참고하여 후술할 바와 같이, 회전자 코어(123)는 원판 또는 디스크 형태로 형성될 수 있다. 이는 원형 고리 또는 링 형태로 배치된 고정자 코어(111)에 대응된다. 또한, 회전자 코어(123)는 고정자 어셈블리(110)를 사이에 두고 한 쌍의 회전자 코어(123a, 123b)가 상호 대향하도록 배치될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 회전판(122a)과 제 2 회전판(122b)에는 각각 회전자 코어(123a, 123b)가 장착될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 회전판(122a)에 장착된 회전자 코어(123a)를 '제 1 회전자 코어(123a)', 제 2 회전판(122b)에 장착된 회전자 코어(123b)를 '제 2 회전자 코어(123b)'로 지칭한다.
자성체(124)는 회전자 코어(123)에 장착된다. 자성체(124)는 영구자석으로 형성될 수 있으며, 코일(112)을 통해 형성된 회전자계와 상호 작용하여 회전력을 발생시킨다. 상기와 같은 회전력은 회전판(122)을 통해 샤프트(121)로 전달되어 샤프트(121)를 회전시키게 된다.
한편, 하우징(130)은 내부에 소정정도의 장착공간이 마련되어 상기와 같은 고정자 어셈블리(110) 및 회전자 어셈블리(120)를 수용한다.
하우징(130)은 고정자 어셈블리(110)를 하우징(130) 내 고정 지지하는 고정자 하우징(131)과, 회전자 어셈블리(120)의 샤프트(121)를 회전 가능하도록 지지하는 회전자 하우징(132)을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 하우징(130)은 복수개로 분할 형성되어 조립되거나, 일체로 형성될 수 있다.
한편, 필요에 따라, 축방향 자속 모터(100)는 센싱부(140)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(140)는 회전자 어셈블리(120)의 회전 속도, 회전 위치 등을 검출하기 위한 것으로, 레졸버 스테이터(resolver stator, 141) 및 레졸버 로터(resolver rotor, 142)를 포함할 수 있다. 레졸버 스테이터(141)는 하우징(130)의 일측에 고정 설치되며, 레졸버 로터(142)는 샤프트(121) 등의 회전자 어셈블리(120)에 장착되어 회전자 어셈블리(120)와 함께 회전된다. 레졸버 스테이터(141) 및 레졸버 로터(142)는 각각 2 상(phase)의 권선을 가지고, 출력 전압값의 변화를 통해 회전자 어셈블리(120)의 회전 속도, 회전 위치 등을 검출하게 된다.
도 2는 축방향 자속 모터의 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 보여주는 사시도이다. 도 3은 축방향 자속모터의 고정자 어셈블리 및 회전자 어셈블리를 보여주는 분해사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 고정자 어셈블리(110)는 고정자 코어(111)에 코일(112)이 권선되어 하우징(130) 내에 원형 고리 또는 링 형태로 배치될 수 있다. 또한, 고정자 어셈블리(110)의 양 측에는 각각 제 1, 2 회전자 코어(123a, 123b)가 배치되며, 제 1, 2 회전자 코어(123a, 123b)는 원형 고리 또는 링 형태로 배치된 고정자 어셈블리(110)에 대응되도록 각각 원판 또는 디스크 형태로 형성되게 된다. 또한, 제 1, 2 회전자 코어(123a, 123b)에는 각각 회전력을 발생시키기 위한 자성체(124)가 장착될 수 있으며, 도 2 및 도 3에는 도시되지 않았으나, 전술한 바와 같이 제 1, 2 회전자 코어(123a, 123b)는 각각 제 1, 2 회전판(122a, 122b)에 장착되어 고정 지지되게 된다 (도 1 참고).
한편, 고정자 코어(111)는 판(plate) 상의 자성 강판이 복수개 적층되어 형성되거나, 복수개의 고정자 코어 유닛(111a)이 원형 고리 또는 링 형태로 배치되어 형성될 수 있다. 고정자 코어(111)가 복수개의 고정자 코어 유닛(111a)으로 형성된 경우, 각각의 고정자 코어 유닛(111a)에는 각각의 코일 유닛(112a)이 권선될 수 있다. 또한, 각각의 고정자 코어 유닛(111a)은 인접한 고정자 코어 유닛(111a)과 연속적으로 체결되어 하나의 원형 고리 또는 링 형태를 이룰 수 있다.
상기와 같은 축방향 자속 모터(100)는 반경방향 자속 모터(Radial Flux Permanent magnet Motor: RFPM)와 달리 고정자 어셈블리(110)가 발생시키는 자속의 방향이 회전자 어셈블리(120)의 회전축 방향으로 형성되게 된다. 다시 말하면, 반경방향 자속 모터의 경우, 고정자(stator)가 발생시키는 자속의 방향이 회전자(rotor)의 회전축과 직교하는 방향(즉, 반경 방향)으로 형성되는데 반해, 축방향 자속 모터(100)는 고정자가 발생시키는 자속의 방향이 회전자의 회전축과 동일한 방향(즉, 축 방향)으로 형성되게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 부연 설명하면, 도 1 및 도 2에 도시된 화살표는 고정자 어셈블리(110)에 의해 발생되는 자속의 방향을 개념적으로 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 축방향 자속 모터(100)의 경우, 코일(112)이 샤프트(121)의 길이방향과 대응되는 방향으로 자속을 발생시킴을 알 수 있다. 상기와 같이 샤프트(121)의 길이방향(즉, 회전자 어셈블리(120)의 회전축 방향)으로 형성된 자속은, 고정자 어셈블리(110)의 양 측에 각각 배치된 제 1, 2 회전자 코어(123a, 123b) 및 자성체(124)와 상호 작용되어 회전력을 발생시키며, 이로 인해 제 1, 2 회전판(122a, 122b) 및 샤프트(121)가 회전 구동되게 된다.
상기와 같은 구조의 축방향 자속 모터(100)는 동일 체적 및 중량의 반경방향 자속 모터에 비해 큰 토크(torque)를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 축방향 자속 모터(100)는 단위 체적 또는 단위 중량당 토크에 있어 반경방향 자속 모터에 비해 우수한 성능을 나타낸다. 따라서 축방향 자속 모터(100)의 경우, 반경방향 자속 모터에 비해 요구되는 토크 대비 장치의 크기나 중량을 줄일 수 있으며, 소형의 고출력화된 구동수단을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 고정자 어셈블리의 코일 권선에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여, 후술할 도 4에서는 상기 도 1 내지 3과는 상이한 도면부호를 부여하였음을 알려둔다.
도 4는 고정자 코어 유닛 및 고정자 코어 유닛에 코일이 권선된 모습을 보여주는 개략도이다.
도 1 내지 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 고정자 코어는 복수개의 고정자 코어 유닛이 조립되어 하나의 원형 고리 또는 링 형태를 이룰 수 있다. 또한, 각각의 고정자 코어 유닛에는 회전자 어셈블리의 회전축 방향으로 자속을 형성할 수 있도록 코일이 권선되게 된다.
덧붙여, 각각의 고정자 코어 유닛은 연자성 분말을 성형하여 제작될 수 있다. 연자성 분말의 소결 성형을 통한 고정자 코어(stator core)를 제작은 공개특허공보 제10-2010-0037289호 (발명의 명칭: 연자성 분말로 제조된 고정자 코어를 구비한 차량용 모터 어셈블리) 등에 의해 개시된 바 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정자 코어 유닛(210)에는, 코일이 권선되는 슬롯부(211)와, 권선된 코일이 이탈되지 않도록 슬롯부(211) 상하단에 형성된 단차부(212, 213)가 마련될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 슬롯부(211) 상단에 형성된 단차부(212)를 '제 1 단차부(212)'로 지칭하고, 슬롯부(211) 하단에 형성된 단차부(213)를 '제 2 단차부(213)'로 지칭하기로 한다.
한편, 상기와 같은 슬롯부(211)에 권선되는 코일로는, 원형 단면 형상을 가지는 환형 코일(220a)이나, 각형 단면 형상을 가지는 각형 코일(flat coil, 220b)이 고려될 수 있다.
도 4의 (a)는 고정자 코어 유닛(210)에 환형 코일(220a)이 권선된 모습을 보여주는 개략도이다. 도 4의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 환형 코일(220a)의 적용시에는, 원형 단면 형상으로 인해 각 턴(turn)을 구성하는 환형 코일(220a) 간에 사공간(S1)이 발생됨을 알 수 있다. 일반적으로 모터의 기자력(magnetomotive force)은 코일 권선의 턴수에 비례하므로, 소형화된 고출력 모터를 구현하기 위하여는 상기와 같은 사공간(S1)을 줄이고 코일의 턴수를 늘려야 한다. 따라서 단면 형상에 의해 불가피하게 사공간(S1)을 발생시키는 환형 코일(220a)의 경우 모터의 출력 증대나 소형화에 한계가 있게 된다.
도 4의 (b)는 고정자 코어 유닛(210)에 각형 코일(220b)이 권선된 모습을 보여주는 개략도이다. 환형 코일(220a)에서와 같은 사공간(S1)을 줄이기 위한 방안으로, 각형 코일(220b)을 권선하는 방법이 고려될 수 있다. 도 4의 (b)에서 볼 수 있듯이, 각형 코일(220b)의 경우 각형 단면으로 인해 코일 간 사공간을 최소화시킬 수 있으며, 이는 코일의 슬롯 내 점유율 증가 및 모터의 출력 증대를 가능하게 한다. 또한, 요구되는 토크 대비 모터의 크기를 작게 형성할 수 있게 된다. 따라서 각형 코일(220b)의 권선은 환형 코일(220a)에 비해 고출력, 소형화된 모터를 구현 가능하게 한다.
그러나 각형 코일(220b)의 경우 환형 코일(220a)에 비해 상대적으로 코일 권선 작업이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 권선기 등을 통해 고정자 코어 유닛(210)에 각형 코일(220b)을 권선하게 되면, 슬롯부(211) 상하단에 사공간(S2)이 형성되는 문제가 있다. 다시 말하면, 슬롯부(211) 상하단에 제 1, 2 단차부(212, 213)가 형성된 고정자 코어 유닛(210)의 형태로 인해, 슬롯부(211)의 최상단이나 최하단부에는 각형 코일(220b)이 완전히 권선되지 못하고 사공간(S2)이 발생되게 된다. 상기와 같은 권선 작업상의 어려움 및 사공간(S2)의 발생은, 각형 코일(220b)이 가지는 다양한 기술적 이점에도 불구하고, 각형 코일(220b)의 적용을 곤란하게 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조 방법은, 각각의 고정자 코어 유닛을 분할 형성하는 한편, 기 성형된 각형 코일을 분할된 고정자 코어 유닛으로 끼움 조립하도록 함으로써, 상기와 같은 권선 작업상의 어려움을 해소하고, 슬롯부 상하단의 사공간을 줄일 수 있게 된다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여, 후술할 도 5 및 도 6에서는 상기 도 1 내지 3과는 상이한 도면부호를 부여하였음을 알려둔다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 어셈블리 및 축방향 자속 모터에 있어서, 고정자 코어 유닛이 분할 형성된 모습을 보여주는 개략도이다.
축방향 자속 모터는 회전자 어셈블리와 고정자 어셈블리를 포함할 수 있으며, 고정자 어셈블리는 복수개의 고정자 코어 유닛이 원주상 결합된 고정자 코어와 고정자 코일에 권선되는 코일을 포함할 수 있다. 이는 상기 도 1 내지 3을 참고하여 전술한 바와 같으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고정자 어셈블리 및 축방향 자속 모터는 고정자 코어 유닛(210)이 복수개의 분할 코어(210a, 210b)로 분리 형성될 수 있다. 즉, 고정자 코어 유닛(210)은 제 1 분할 코어(210a)와 제 2 분할 코어(210b)로 분리 형성될 수 있으며, 제 1, 2 분할 코어(210a, 210b)가 결합되어 하나의 고정자 코어 유닛(210)을 형성할 수 있다. 이는 코일 권선 작업시 슬롯부(211)를 개방시켜 권선 작업을 용이하게 하기 위함이다. 따라서 제 1, 2 분할 코어(210a, 210b)는 각각 슬롯부(211) 상하단의 제 1, 2 단차부(212, 213)를 분리할 수 있도록 형성됨이 바람직하다. 다시 말하면, 고정자 코어 유닛(210)은 제 1 단차부(212)를 포함하는 제 1 분할 코어(210a)와, 제 2 단차부(213)를 포함하는 제 2 분할 코어(210b)로 분리 제작됨이 바람직하다.
한편, 상기와 같이 고정자 코어 유닛(210)이 제 1, 2 분할 코어(210a, 210b)로 분리 제작되면, 코일이 권선되는 슬롯부(211)가 완전히 노출되어 권선기를 통한 권선 방식 이외에 다양한 방식의 권선 방식이 가능해진다. 즉, 별도로 마련된 성형틀 등을 통해, 각형 코일(220)을 권선되는 형태로 기 성형한 후, 성형된 각형 코일(220)을 제 1, 2 분할 코어(210a, 210b)로 끼움 결합시키는 방식의 권선이 가능해진다.
상기와 같은 경우, 각형 코일(220)은 고정자 코어 유닛(210)과는 분리되어 따로 성형되게 되므로, 완전하게 기 제작된 고정자 코어 유닛(210)에 권선하는 방식에 비해, 각형 코일(220)의 성형이나 제작이 용이해진다. 또한, 각형 코일(220)의 성형 작업과 고정자 코어 유닛(210)의 제작 작업이 서로 분리될 수 있으며, 각형 코일(220)의 권선은 기 성형된 각형 코일(220)을 분리된 제 1, 2 분할코어(210a, 210b)로 끼운 결합시키는 간단한 작업에 의해 이뤄질 수 있어, 작업 효율성 및 생산성이 크게 증대될 수 있다. 나아가, 각형 코일(220)의 성형이 따로 이루어지므로, 권선기가 고정자 코어 유닛(210)에 형성된 제 1, 2 단차부(212, 213)에 영향을 받지 않으며, 슬롯부(211)의 크기나 형태에 따라 자유롭게 각형 코일(220)을 성형하여 슬롯부(211) 상하단에 발생되는 사공간 또한 줄일 수 있게 된다.
한편, 분리 제작된 제 1, 2 분할 코어(210a, 210b)는 기 성형된 각형 코일(220)이 끼워지면, 기계적 결합, 접착, 열가공, 압착 등의 방법을 통해 상호 결합되며, 하나의 고정자 코어 유닛(210)을 형성하게 된다. 이때, 상기의 기계적 결합은 조립 홈 등을 통한 물리적 결합 방법을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자 어셈블리 및 축방향 자속 모터에 있어서, 고정자 코어 유닛이 분할 형성된 모습을 보여주는 개략도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 고정자 코어 유닛(210)은 슬롯부(211) 및 제 1, 2 단차부(212, 213)가 각각 분리될 수 있도록, 제 1 내지 3 분할 코어(210a, 210b, 210c)로 분리 형성될 수 있다. 다시 말하면, 고정자 코어 유닛(210)은 제 1 단차부(212)를 포함하는 제 1 분할 코어(210a), 슬롯부(211)를 포함하는 제 2 분할 코어(210b) 및 제 2 단차부(213)를 포함하는 제 3 분할 코어(210c)로 분리 제작될 수 있다.
제 1 내지 3 분할 코어(210a, 210b, 210c)는 기계적 결합, 접착, 열가공, 압착 등의 방법을 통해 상호 결합되어 하나의 고정자 코어 유닛(210)을 이루게 되며, 각형 코일(220)은 고정자 코어 유닛(210)과는 별개로 기 성형되어 슬롯부(211)를 형성하는 제 2 분할 코어(210b)로 끼움 결합되게 된다. 이는 상기 도 5를 참고하여 설명한 실시예와 유사하므로, 상세한 설명을 생략키로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자의 제조방법을 보여주는 공정흐름도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 고정자의 제조방법은, (a) 고정자 코어 유닛을 복수개의 분할 코어로 분리 제작하는 단계, (b) 각형 코일을 결합시키는 단계 및 (c) 복수개의 분할 코어를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서는, 연자성 분말을 소결 성형하여 고정자 코어 유닛을 제조하게 된다. 이때, 고정자 코어 유닛은 복수개의 분할 코어로 분리 제작될 수 있다. 즉, 고정자 코어 유닛은 상기 도 5을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 단차부를 포함하는 제 1 분할 코어와, 제 2 단차부를 포함하는 제 2 분할 코어로 분리 제작될 수 있다. 또는, 고정자 코어 유닛은 상기 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 단차부를 포함하는 제 1 분할 코어와, 슬롯부를 포함하는 제 2 분할 코어와, 제 2 단차부를 포함하는 제 3 분할 코어로 분리 제작될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 고정자 코어 유닛은 셋 이상의 분할 코어로 분리 제작될 수도 있다. 바람직하게는, 고정자 코어 유닛은 제 1, 2 단차부가 서로 분리될 수 있도록 복수개의 분할 코어로 나누어 제작되면 무방하다.
한편, 상기 (b) 단계에서는, 복수개로 분리 제작된 고정자 코어 유닛에 각형 코일을 결합시키게 된다. 이때, 각형 코일은 분할 코어에 끼움 결합될 수 있도록 미리 성형될 수 있다. 성형틀 등을 통해 기 성형된 각형 코일은 분할 코어로 끼움 결합되게 된다.
또한, 상기 (c) 단계에서는, 분리된 복수개의 분할 코어를 서로 결합시켜 하나의 고정자 코어 유닛을 제작하게 된다. 즉, 분할 코어로 각형 코일이 결합되면, 분리된 각 분할 코어를 상호 결합시켜 하나의 고정자 코어 유닛을 제작하게 된다. 이때, 분할 코어 간의 결합은 기계적 결합, 접착, 열가공, 압착 등에 의해 이뤄질 수 있다. 또한, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계와 함께 수행될 수도 있다. 즉, 기 성형된 각형 코일의 끼움 결합과 동시에, 분리된 각 분할 코어를 상호 결합시키는 형태로도 작업이 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 고정자의 제조방법은, 상기 (a) 내지 (c) 단계를 거쳐 제작된 각 고정자 코어 유닛을 원주상 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한 바와 같이, 각 고정자 코어 유닛이 연속적으로 결합되어, 하나의 원형 고리 또는 링 형태의 고정자 코어를 형성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 고정자 어셈블리, 축방향 자속 모터 및 고정자의 제조방법은, 각각의 고정자 코어 유닛을 복수개의 분할 코어로 분리 제작하고, 분리된 분할 코어로 기 성형된 각형 코일을 끼움 결합시키는 구조 및 방법을 채용함으로써, 코일 권선 작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 축방향 자속 모터에 각형 코일의 적용을 가능하게 하여, 점적율을 증대시키고 모터의 출력 성능을 향상시킬 수 있다. 나아가, 종래에는 고정자 코어가 완전히 제작된 후에야 코일 권선이 이뤄질 수 있었던 반면, 본 실시예들은 고정자 코어 유닛의 제작과 각형 코일의 권선이 함께 이뤄질 수 있기 때문에, 작업 효율성이나 생산성 또한 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 축방향 자속 모터 110: 고정자 어셈블리
120: 회전자 어셈블리 130: 하우징
140: 센싱부

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 원주상 결합되어 고정자 코어를 형성하는 복수개의 고정자 코어 유닛; 및
    상기 고정자 코어 유닛에 권선되는 코일;을 포함하되,
    상기 고정자 코어 유닛은, 복수개의 분할 코어로 분리 형성되고, 상기 복수개의 분할 코어가 결합되어, 상기 고정자 코어 유닛을 형성하며,
    상기 고정자 코어 유닛은, 상기 코일이 권선되는 슬롯부와, 각각 상기 슬롯부 상하단에 형성되는 제 1, 2 단차부를 포함하고,
    상기 복수개의 분할 코어는, 상기 제 1 단차부를 포함하는 제 1 분할 코어와, 상기 슬롯부를 포함하는 제 2 분할 코어와, 상기 제 2 단차부를 포함하는 제 3 분할 코어를 포함하는 고정자 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고정자 코어 유닛은, 연자성 분말로 형성된 고정자 어셈블리.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 코일은, 각형 코일(flat coil)을 포함하는 고정자 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각형 코일은, 상기 고정자 코어 유닛에 권선되는 형태로 기 성형되어, 상기 분할 코어로 끼움 결합되는 고정자 어셈블리.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수개의 분할 코어는, 기계적 결합, 접착, 열가공 또는 압착 중 적어도 하나의 방법으로 상호 결합되는 고정자 어셈블리.
  9. 삭제
  10. 자성체를 구비하는 원판 형태의 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 중심축 상에 배치되어 상기 회전자 코어와 함께 회전되는 샤프트를 구비하는 회전자 어셈블리; 및
    복수개의 고정자 코어 유닛이 원주상 결합되어 형성된 고정자 코어와, 상기 고정자 코어에 권선되어 상기 회전자 어셈블리의 회전축 방향으로 자속을 발생시키는 코일을 구비하는 고정자 어셈블리;를 포함하되,
    상기 고정자 코어 유닛은, 복수개의 분할 코어로 분리 형성되며,
    상기 고정자 코어 유닛은, 상기 코일이 권선되는 슬롯부와, 각각 상기 슬롯부 상하단에 형성되는 제 1, 2 단차부를 포함하고,
    상기 복수개의 분할 코어는, 상기 제 1 단차부를 포함하는 제 1 분할 코어와, 상기 슬롯부를 포함하는 제 2 분할 코어와, 상기 제 2 단차부를 포함하는 제 3 분할 코어를 포함하는 축방향 자속 모터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 고정자 코어 유닛은, 연자성 분말로 형성된 축방향 자속 모터.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 코일은, 각형 코일(flat coil)을 포함하며,
    상기 각형 코일은, 상기 고정자 코어 유닛에 권선되는 형태로 기 성형되어, 상기 분할 코어로 끼움 결합되는 축방향 자속 모터.
  13. 삭제
  14. (a) 연자성 분말을 소결 성형하여 고정자 코어 유닛을 제조하되, 상기 고정자 코어 유닛은 슬롯부 상하단의 제 1, 2 단차부가 서로 분리되도록 복수개의 분할 코어로 분리 제작되는 단계;
    (b) 기 성형된 각형 코일(flat coil)을 상기 분할 코어로 끼움 결합시키는 단계; 및
    (c) 상기 복수개의 분할 코어를 결합시키는 단계;를 포함하되,
    상기 (a) 단계는, 상기 고정자 코어 유닛을, 상기 제 1 단차부를 포함하는 제 1 분할 코어와, 상기 슬롯부를 포함하는 제 2 분할 코어와, 상기 제 2 단차부를 포함하는 제 3 분할 코어로 분리 제작하는 것인 고정자의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 14에 있어서,
    각각 상기 (a) 내지 (c) 단계가 완료된 복수개의 고정자 코어 유닛을, 원주상 결합시켜 원형 고리 형태를 형성하는 단계를 더 포함하는 고정자의 제조방법.
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