KR100209379B1 - 모터로터의 쇼트 서큐이트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 금형내에 로터코어를 위치시키고 약 1000의 용융동을 주입하여 용탕단조공법으로 모터로터의 쇼튜 서큐이트를 제조한다.

본 발명에 사용되는 금형은 용융동과 접촉하는 부분에 세라믹 재질을 사용하였다.

본 발명에 의하면 용융동에 의해서 로터모터의 규소강판 특성이 변하지 않고, 또한 금형이 고온의 용융동에 의해서 침식되지 않는 효과가 있다.

그리고, 로터리형 금형기를 사용하면 연속적으로 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Description

모터로터의 쇼트 서큐이트 제조방법

제1a도는 쇼튜 서큐이트가 형성되기전의 로터코어를 나타내는 사시도.

제1b도는 본 발명의 방법에 따라서 로터코어에 쇼트 서큐이트가 형성된 로터를 나타내는 사시도.

제2도는 본 발명의 방법에 따라서 용탕단조공법으로 쇼튜 서큐이트를 제조하는 장치의 개략도.

제3도는 본 발명의 방법에 따라서 용탕단조공법으로 쇼튜 서큐이트를 연속적으로 제조할 수 있는 로터리형 금형기의 개략평면도.

제4도는 제3도의 A-A선 단면도.

제5도는 용탕주입에 따른 로터코어의 규소강판 열변화를 보인 실험도표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 금형다이 2, 21, 22 : 세라믹금형

3 : 용탕단조펀치 4, 12 : 단조부

5 : 용탕주입구 6, 20 : 로터코어

11 : 삽입부 13 : 취출부

14 : 축 15 : 회전원판

16 : 고정원판 17 : 취출구

18 : 모터 19 : 가샤프트

본 발명은 온수순환펌프등에 사용되는 모터로터의 쇼트 서큐이트(Short-Circuit)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명은 상기 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조함에 있어서 용탕단조공법에 따라서 쇼튜 서큐이트를 일체로 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래에 사용되고 있었던 교류 유도 모터의 핵심부품인 로터의 쇼트 서큐이트를 제조하는 방법은 금형을 이용하여 알루미늄(Al)을 다이케스팅(Die Casting)하는 방법과 로터코어의 상하 양편에 앤드링(End Ring)을 용접하여 부착시키고 이어서 동바를 앤드링 둘레에서 로터코어를 관통하여 박는 방법이 있다.

상기 방법중 알루미늄 다이케스팅법을 이용하는 경우는 알루미늄의 용융온도가 낮기 때문에 다이케스팅 작업시 로터코어의 구성성분인 규소강판의 특성을 해치지 않고, 금형에서 다량의 쇼트 서큐이트를 동시에 성형작업할 수가 있기 때문에 제조원가가 저렴하며 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.

그러나 알루미늄의 전기전도도가 동에 비하여 비교적 낮기 때문에 고성능 모터에 사용되는 로터의 제조에 본 방법을 이용하기에는 적합하지 않은 단점이 있다.

구체적으로는 알루미늄은 동과 비교해서 전기전도도가 60% 밖에 되지 않기 때문에 후술하는 동바작업을 이용하는 방법에 의해서 제조된 로터보다 40%만큼 성능이 저하된다고 할 수 있다.

반면 동바작업에 의한 쇼트 서큐이트 제조방법은 동의 전기전도도가 알루미늄에 비해서 우수하기 때문에 성능이 우수한 로터를 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 작업상 앤드링의 용접작업 및 동바를 박는 작업이 별개로 이루어져야 하기 때문에 시간이 많이 소요되고 대량생산이 곤란하기 때문에 제조비용이 높다는 단점이 있다.

따라서 상술한 알루미늄 다이케스팅 방법과 동바작업을 이용하는 방법의 장점만을 취하여 저렴하게 대량생산하는 것이 가능하고 또한 성능이 우수한 로터를 제조하기 위해서 알루미늄보다 전기전도도가 우수한 동을 다이케스팅하는 방법이 시도되었으나, 동은 용융온도가 약 100(1083) 정도가 되기 때문에 용융시킨 동을 로터코어에 가압 주입시켜서 주조할 때 로터코어의 주성분인 규소강판의 자성특성을 변질시키게 된다. (일반적으로 로터코어의 규소강판은 800이상의 온도에서 자성특성이 변하는 것으로 알려져 있다)

그리고 동의 높은 열전도 특성으로 인해서 용융동의 고온이 주변금형으로 전달되어 금형의 침식이 발생할 우려가 있고, 또한 다이케스팅 작업후 동표면에 균열 및 크랙이 발생하여 동의 전기전도도에 심각한 영향을 초래하는 문제점등이 제기되고 있다.

따라서 동을 다이케스팅하는 방법은 동자체의 전지전도도가 우수하고 또한 저렴한 가격으로 대량생산할 수 있다는 이점에도 불구하고 상술한 문제점들로 인해서 아직 실용화되지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하여 로터코어의 규소강판 특성에 변질을 주지 않으면서 로터의 쇼트 서큐이트를 대량으로 저렴하게 제조할 수 있는 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 고온용융의 동에 의해서 주변금형이 침식되거나 동표면의 균열 및 크랙현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 첫번째 목적을 달성하기 위해서 동을 겔상태인 약 1000온도로 용융하여 이 용탕을 빠른 속력의 헤머를 이용하여 용탕을 가압하는 용탕단조공법으로 로터코어에 쇼트 서큐이트를 성형시키는 방법을 채택하고 있다.

또한 본 발명은 상술한 두번째 목적을 달성하기 위해서 금형다이의 내측면에 세라믹 재질의 금형을 삽입설치하고 있다.

즉, 본 발명은 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조함에 있어서 금형내에 로터코어를 위치시킨 후 약 1000온도의 용융동을 주입하여 용탕단조공법으로 성형 제조하는 것이고, 또한 상기 금형의 내측면, 보다 바람직하게는 고온의 용융동이 접촉하는 부분은 세라믹재질의 금형을 사용하는 것이다.

본 발명의 구체적인 방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 이하와 같다.

제1a도는 쇼트 서큐이트가 형성되기전의 규소강판으로 이루어진 로터코어를 나타내는 사시도이고, 제1b도는 본 발명의 제조방법에 따라서 로터코어에 쇼트 서큐이트가 형성된 로터를 나타내는 사시도이다.

제2도는 본 발명의 제조방법에 의해서 용탕단조공법을 이용하여 쇼트 서큐이트를 제조하는 장치를 나타내고 있다.

도면중 도면부호 1은 금속금형다이 2는 금형다이, 내측면에 삽입 설치된 세라믹 금형, 3은 용탕단조펀치, 4는 단조부, 5는 용탕주입구 그리고 6은 로터코어를 나타낸다.

우선 로터코어(6)를 단조부(4)내에 위치시키고 용탕주입구(5)를 통해서 용융동을 적당량 주입시킨 후 용탕단조펀치(3)에 의해서 성형을 한다.

이때 용융동의 온도는 약 1000로 조절하여 겔 상태가 되도록 하여 단조부(4)에 주입한다.

상기예에 있어서 용융동과 접촉하게 되는 용탕단조펀치의 하면도 세라믹재질을 사용하는 것이 바람직하다.

세라믹은 열전도율이 낮기 때문에 용융동의 고온이 금형(1)에 전달되는 것을 방지하여 금형(1)이 침식되는 것이 방지될 수가 있고, 성형후 냉각속도차에 의해 쇼트 서큐이트의 동표면이 균열되거나 크랙이 발생되는 것이 방지될 수 있다.

그리고 온도가 겔상태의 약 1000로 조절되어서 주입되는 용탕은 약 200mm/sec의 매우 빠른 속도로 로터코어(6)의 슬롯사이로 침투하게 되므로, 로터코어(6)의 규소강판 특성을 해치지 않으면서 용이하게 용탕단조를 할 수 있는 것이다.

이렇게 하여, 용융동이 압력에 의해 로터코어(6)의 각 홀로 삽입된 후 자연냉각 또는 강제냉각을 통해 용융동이 침투된 로터코어(6)를 냉각시켜 고화시키게 되면 제1도(b)에 도시된 바와 같은 완성품의 쇼튜 서큐이트를 취출할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 방법에 의해서 모터로터의 쇼트 서큐이트를 연속적으로 제조할 수있는 방법을 도면 제3도를 참조하여 설명한다.

제3도는 본 발명의 용탕단조공법에 의해서 모터로터의 쇼트 서큐이트를 연속적 제조할 수 있는 로터리형 금형기의 개략 평면도를 나타낸다.

제4도는 제3도중의 A-A선 단면도이다.

제3도에 있어서 도면부호 15는 회전원판을 나타내고, 그 회전원판(15)은 로터코어의 삽입구(11), 단조부(12) 및 취출부(13)로 이루어져 있고 축(14)에 고정되어 모터(18)에 의해서 구동된다.

제4도에 있어서 도면부호 16은 고정원판을 나타내고, 그 고정원판(16)위에 사기 회전원판(15)이 회전 가능하게 접촉 설치되며, 본 발명의 방법에 의해서 쇼트 서큐이트가 형성된 로터를 취출시키는 취출구(17)가 형성되어 있다.

상술한 로터리형 금형기에 의한 본 발명의 쇼트 서큐이트 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

가샤프트(19)가 취부된 로터코어(20)를 로터코어 삽입부(11)에서 삽입하고 회전원판(15)을 모터(18)에 의해 시계반대 방향으로 회전시켜서 단조부로 이동시킨다.

이어서 용탕주입구(도시되지 않음)를 통해서 약 1000로 용융된 동을 단조부내에 주입시킨 후 용탕단조펀치(도시되지 않음)로 쇼트 서큐이트를 성형한다.

이어서 다시 회전원판(15)을 모터(18)에 의해 회전시켜서 취출부(13)로 이동시킨 후 고정원판(16)에 설치된 취출구(17)를 통해 쇼트 서큐이트가 성형된 로터를 취출시킨다.

상기에서 회전원판(15)이 삽입부(11)에서 단조부(12)로 위치 이동하면 자동적으로 취출부(13)는 삽입부(11)로 위치이동 되어서 삽입부에 성형시킬 로터코어가 삽입되어 대기상태에 있게 되며, 쇼트 서큐이트의 성형 완료후 회전원판(15)이 다시 시계반대방향으로 회전되면 성형된 로터가 취출부(13)의 취출구(17)를 통해 취출되고 동시에 대기상태에 있던 로터코어(20)가 단조부(12)로 이동하고 취출부(13)의 회전원판(15)은 삽입부(11)로 이동되어서 다시 성형시킬 로터코어(20)가 삽입되는 것이다.

상술한 바와 같이 로터리형 금형기를 응용하면 본 발명의 용탕단조공법에 따라서 모터로터의 쇼트 서큐이트를 연속적으로 성형 제조할 수 있기 때문에 대량생산이 가능한 것이다.

로터리형 금형을 사용할 경우 로터코어의 중심홀에 가샤프트(19)를 취부한 상태에서 쇼트 서큐이트를 성형하고, 성형이 완료된 후 취출부(13)에서 취출하고 나서 가샤프트(19)를 제거하면 완전한 로터가 제조되는 것이다.

상기 로터리형 금형기의 회전원판(15)에 있어서 삽입부(11), 단조부(12) 및 취출부(13)의 내측면은 세라믹 재질의 금형(21)을 삽입 설치하고 또한 용융동이 접촉되는 단조부(12)의 하단면(22) 및 용탕단조편치도 세라믹 재질로 하는 것이 바람직하다.

[실험예]

1. 원형 규소강판 주변의 열전달 관계를 해석하기 위하여 초기 조건을 다음과 같이 설정한다.

1) 용탕 주입온도 : 1083

2) 용탕주입구멍 예열온도 : 300(규소강판 예열온도)

3) 용탕이 주입되는 구멍의 형상은 원통으로 설정하고, 원통구멍의 길이 및 직경은 변수임.

2. 규소강판과 용융동의 접촉부위의 경계조건을 다음과 같이 설정한다.

여기서, r은 용융동이 주입되는 구멍으로 임의위치이고, a는 용융동이 주입되는 구멍의 반지름이며, T₁은 용탕온도()이며, T₂는 규소강판 온도()이며, k₁은 동의 연전도도(w/m)이며, k₂는 규소강판의 열전도도(w/m)이며, T는 규소강판의 초기예열온도(300)이다.

3. 이때, 초기조건은 다음과 같다.

여기서, T₀은 초기용탕온도(1083)이고, t는 열전달시간(sec)이다.

4. 따라서, r에 따른 열전달 식을 구하면 다음과 같다.

여기서, K₁, K₂는 열확산 계수(/s)이다.

따라서, 그 결과는 제5도에 도시되는 도표와 같이 나타난다.

즉, 이 도표 결과에서 알 수 있듯이, 용융동과 규소강판이 접촉되는 표면온도는 최고 705이상 상승하지 않으며, 이러한 현상은 짧은 시간동안 열전도계수가 다른 온도가 다른 물질의 열전달에서 발생하는 현상을 이용하여, 고온의 용융금속을 빠른 시간에 주입하여 주위 금속의 특성변화를 발생시키지 않고, 원하는 바람직한 결과물 즉, 쇼트 서큐이트를 형성할 수 있게 된다.

본 발명의 방법에 의해서 제조한 모터로터는 고성능의 각종 모터 특히 온수 순환 펌프용 모터에 이용할 수 있다.

상기 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 일예에 불과한 것으로서 본 발명의 기술사상에서 일탈되지 않는 범위내에서 다른 제조예를 사용할 수 있음은 당연하다.

본 발명은 이상에서 설명한 바와 같이 용탕단조공법을 응용하여 약 1000로 조절된 용융동을 로터코어에 용융 주입하여 매우 빠른 속도로 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조하기 때문에 로터의 주성분인 규소강판의 자성특성을 해치지 않는 이점이 있다.

또한 고온의 용융동이 접촉되는 금형부분은 열전도율이 낮은 세라믹 재질의 금형을 사용하였기 때문에 용융동의 온도가 금형다이에 이전되는 것을 최소화시켜 동에 의해서 금형이 침식되는 것을 줄일 수 있고, 또한 동표면에 균열 및 크랙이 발생하는 것을 줄일 수 있는 이점이 있다.

그리고 종래의 동바작업과 달리 금형을 사용하는 방법을 채택하였기 때문에 대량생산이 가능하다는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 모터로터의 쇼튜 서큐이트를 제조하는 방법에 있어서, 금형내에 로터코어를 위치시킨 후 약 100온도로 용융시킨 겔 상태의 용융동을 주입하여 용탕단조공법으로 쇼트 서큐이트를 성형 제조함을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 로터코어의 삽입부, 단조부 및 성형된 모터로터의 취출부로 구성되고 모터에 의해서 구동되는 회전원판 그리고 상기 회전원판의 하단부에 회전 가능하게 접촉 설치되고 성형된 모터로터의 취출구가 설치된 고정원판으로 이루어져 있는 로터리형 금형기를 사용하여 로터코어를 삽입부에 삽입한 후 회전원판을 모터로 회전시켜서 단조부에서 용융동을 주입하여 쇼트 서큐이트를 성형하고 이어서 회전원판을 모터로 다시 회전시켜서 성형된 모터로터를 취출부에서 취출구를 통해서 취출하여 연속적으로 모터로터의 쇼트 서큐이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금형내에 용융동이 접촉하는 부분은 세라믹 재질의 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.