KR100369228B1 - 향상된교류발전기극편의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 향상된 방법은 교류기 극편 제조에서 소음 감소, 출력, 자기 투과성, 물질의 강도와 무게 중심의 최적화 사이에 절충을 가장 잘 처리하고자 하는데 있다. 발명 단계는 열간 단조로, 숏 블라스트, 파커라이제이션, 냉간 압인, 압착 하위-단계와 굽힘 하위-단계를 포함하는 두 단계 완전 마무리 단계, 그리고 어닐링 단계를 포함한다. 발명 단계들은 높은 교류 전력 출력 뿐 아니라 소음없는 작동을 조장하는 교류기 극편을 제조하게 된다.

Description

향상된 교류 발전기 극편의 제조 방법

제 1 도는 본 발명에 따라 제조된 극편을 포함하는 교류 발전기(alternator)의 분해 사시도.

제 2 도는 또 다른 형태의 교류 발전기를 조립 상태에서 도시한 단면도.

제 3 도는 냉각 전단에 의해 형성된 긴 강봉의 일부를 도시하는 도면.

제 4 도, 제 5 도, 및 제 6 도는 제 4도에 예시된 긴 강봉 부분에 대해 열간 단조 처리를 수행하기 위해 사용되는 공구의 단면도.

제 7 도, 제 8 도, 제 9 도, 및 제 10 도는 각각 본 발명 방법의 냉간 압인 공정을 예시하는 것으로서, 공구와 이 공구 내에 수용된 극편의 단면도.

제 11 도는 본 발명의 완전 마무리 공정의 첫 단계의 첫 번째 과정에서의 공구와 이 공구 내에 수용되어 있는 극편의 단면도.

제 12 도는 본 발명의 완전 마무리 공정의 첫 단계의 두 번째 과정에서의 공구 및 이 공구 내에 수용되어 있는 극편의 단면도.

제 13 도는 본 발명의 완전 마무리 공정의 두 번째 단계의 첫 번째 과정에서 의 공구 및 이 공구 내에 수용된 극편의 단면도.

제 14 도는 본 발명의 완전 마무리 공정의 두 번째 단계의 두 번째 과정에서 의 공구 및 이 공구 내에 수용된 극편의 단면도.

제 15 도는 본 발명 방법의 어닐링 단계에 간한 시간 대 온도의 그래프.

제 16 도는 본 발명에 따라 제조된 극편의 전기 측정을 하기 위해 사용된 링 형상부의 단면도.

제 17 도는 결정 구조가 분석되는 특정 영역을 확인시켜주고 있는 극편의 일부에 대한 단면도.

제 18 도, 제 19 도, 제 20 도는, 극편이 아직 어닐링되지 않은 제 17 도에 도시된 각 영역에서의 결정 구조를 보여주는 현미경 사진.

제 21 도, 제 22 도, 제 23 도는, 각각 제 18 도, 제 19 도, 제 20 도에 대응하지만, 극편은 본 발명에 따라서 이미 어닐링된 상태에서의 현미경 사진,

제 24 도는, 본 발명에 따라 제조된 극편과 경쟁사에 의해 제조된 극편을 비교하는 것으로서, 밀리미터 당 암페어 수에 대한 테슬러(Tesla) 단위의 유도를 가지고 나타낸 그래프.

제 25 도는, 제 24 도에서와 같은 극편들을 비교하는 것으로, 암페어 단위의 전류에 대한 자기 투과성을 가지고 나타낸 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

17 : 극편 18: 돌출 부재

40 : 공구 41: 밀봉 부재

43 : 고정 공구 45: 작은 구멍

47 : 챔버 49: 왕복 운동 기구

51: 중앙 구멍 53: 왕복 운동 포스트

60: 공구 61: 밀봉 부재

63: 하부 공구 65: 열린 구멍

67: 구멍 69: 이동 공구

70: 바깥 외면 73: 실린더 포스트

80: 제조된 고리

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 향상된 교류 발전기 극편의 제조 방법에 관한 것이다. 자동차에서는, 교류 발전기가 일반적으로 사용되는데, 이는 그 교류 발전기와 자동차 엔진 사이에 연결된 벨트를 경유하여 구동된다. 교류 발전기의 회전자가 회전하게 되면 전력이 생산되는데, 이러한 전력은 주로 자동차에 장착된 축전지를 재충전하는 데 사용되고, 그에 따라 자동차 엔진을 필요 시에 편리하게 시동시킬 수 있다. 현재 수송 수단에 사용되는 교류 발전기에 있어서, 회전자는 15,000 내지 22,000 rpm의 속도로 회전한다. 현재, 자동차 산업에 있어서, 여러 교류 발전기 제조자들 간에는 최저의 가격으로 최상의 교류 발전기를 제공하기 위한 경쟁이 치열하다. 그러나, 교류 발전기와 관련하여 언급되는 "최상"이라는 용어의 정의를 이해하기에는 항상 쉽지만은 않다.

최적의 교류 발전기는 소형 크기를 가지면서도 무게가 가벼우며 동시에 고출력과 저소음을 제공하는 것이다. 교류 발전기의 중심부에는 두 개의 극편이 있는데, 이들은 회전자 축 상에서 서로 마주보도록 장착되어서 이들 사이의 회전자 코일을 둘러싼다. 극편의 설계는 교류 발전기의 전력 출력 향상에 중대한 역할을 하며, 이와 동시에 극편은 교류 발전기에 의해 발생되는 최대 소음원 중의 하나이다.

불행히도, 극편의 구조에 의해 야기되는 소음 출력을 줄이기 위해 취해지는 조치들은 종종 전력 출력에는 악영향을 미친다. 또한, 극편의 돌출 부재(finger)의 무게 중심 위치는 회전자와 고정자 사이의 틈이 특이한 형상을 취하도록 하는데 큰 영향을 미친다. 이와 관련하여, 극편의 무게 중심을 최적화하여서 극편을 적절한 방식으로 제조하게 되면, 극편의 돌출 부재는 회전자가 고속으로 회전하는 동안에 바깥쪽으로 덜 구부러질 것이다. 이렇게 해서, 무게 중심의 최적 위치는 회전자와 고장자 사이의 틈 좁히기를 용이하게 할 수 있고, 그에 따라 교류 발전기의 전력 출력을 용이하게 향상시킬 수 있다. 그러나, 극편의 돌출 부재의 무게 중심의 위치를 최적화하기가 불가능 한 경우, 상기와 같은 틈은, 고속 회전 중에는 극편의 돌출 부재들이 바깥쪽으로 휘게 될 것이고 그에 따라 고정자에 닿아서 그 고정자를 손상시키게 되어서 결국은 교류 발전기 자체를 손상시킬 가능성이 있기 때문에, 증가시켜야만 한다. 이와 관련하여, 압인 가공 작업에서 돌출 부재들이 압인 면으로부터 순차적으로 구부러지게 하여서 극편을 제조하는 경우, 돌출 부재들 중 일부의 결정 입자 방향은 극편의 기부와 비교할 때 돌출 부재와 기부 사이의 각도에 대응하는 예각으로 향한다. 그런 상황 하에서, 고속 회전 중 돌출 부재의 굽힘 저항 능력은 줄어들게 된다. 따라서, 극편이 압인 공정에서 제조되는 경우, 회전자와 고정자 사이의 틈은, 고속 회전 중에 돌출 부재들이 바깥쪽으로 휘게 될 가능성이 있기때문에, 증가되어야 한다.

위 논의로부터 이해하게 된 바와 같이, 교류 발전기의 회전자동 극편의 설계에 있어서는 절충안을 포함시키는 것이 필연적이다. 자동차 제조자들이 소음을 줄이기 위해 취할 조치들에 관심을 현재 집중하기 시작하고 있는 현재 수준의 기술 상태에서, 교류 발전기는 그 크기와 무게에 비해서 충분한 전력 출력을 제공하고 있다. 극편의 돌출 부재들의 형상과 구조는, 소음을 발생시키는 난류(turbulence)를 야기함이 없이 그를 통과하는 공기의 흐름을 향상시키도록 변형된다. 전력 출력을 향상시키기보다는 소음 감소를 더 향상시킬 수 있도록 극편 돌출 부재들이 설계되어 있는 교류 발전기의 전력 출력을 최적화하고 그에 따라 위와 같은 변수들 사이의 절충안을 찾아낸 제조 공정에 대한 개발이 크게 요구되고 있다. 이와 같은 문제를 주안점으로 하여 본 발명 방법이 개발되었다.

또 다른 관점에서 보면, 교류 발전기의 회전자의 전기 코일과 고정자를 가능한 한 낮은 온도로 유지시키는 것이 중요하다. 따라서, 과거에는, 회전자 하우징 외부에서 적어도 하나의 환기 팬을 장착시킨 회전자 축을 제공하는 것이 알려져 있다 환기 팬은 회전자 하우징에 형성된 일련의 홈을 거쳐서 회전자 하우징의 내부와 연통한다. 여기서, 특히 제 1 도에 도시된 바와 같은 구성은, 환기 팬과 회전자 간의 분리로 인하여 비효과적이다. 또한, 회전자 하우징에 다수의 홈을 사용하게 되면, 자동차 산업에 있어서 좋지 않은 소음 발생의 증가를 야기한다. 구리의 저항은 온도가 증가함에 따라 증가하므로, 교류 발전기의 효과적인 환기는 구리 저항을 비교적 낮게 유지시킬 것이다. 구리의 저항은 전류 강도에 반비례하기 때문에, 온도가 증가함에 따라서 교류 발전기의 코일의 전류 강도는 반드시 감소한다. 자속은 전류 강도에 비례하므로, 교류 발전기의 발전 출력은 온도와 직접적으로 관련된다. 따라서, 교류 발전기의 냉각을 위한 효과적인 시스템이면서 교류 발전기의 소음 발생을 다소 억제하는 시스템에 대한 요구가 나타났다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 교류 발전기의 극편을 제조하는 향상된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 다음과 같은 서로 관련된 목적, 태양, 및 특징들을 포함한다.

(A) 우선, 본 발명의 교시 내용에 따라서 교류 발전기의 극편을 제조할 때, 강봉을 냉간 전단 단계에서 작은 단편으로 분할한다. 분할된 강봉의 단편 각각의 크기는, 초기 열간 단조된 상태에서의 극편에 의해 그 한계가 정해지는 소정의 부피를 기준하여 결정된다.

(B) 그 후, 분할된 강봉의 단편 각각은 유연해지도록 강의 융점 온도 바로 아래까지 가열된다. 그 후, 단편 각각은 열간 단조 프레스에서 최종 극편과 대체로 유사한 초기 형상으로 성형된다. 이 열간 단조 단계는 세 개의 하위 단계를 포함하는데, 그 첫 단계는 극편의 초기의 최초 형상을 성형하기 위해 함께 압착되는 연속하는 2 세트 공구의 절반부들 사이에 후속하여 배치된 단편을 편평하게 하는 것을 포함한다.

(C) 그 후, 초기 성형 단편은 스케일 및 산화철과 같은 표면 불균일체를 제거하기 위해서 쇼트 블라스트 처리되며, 그 후 일련의 인산염 욕에서 화학적으로 처리된다. 이 인산염 처리 단계는 파커라이제이션(parkerization)이라고 알려져 있다. 파커라이제이션 단계에서는 극편의 표면에 후속하는 냉간 압인 공정의 효율성을 향상시키는 윤활제가 제공된다.

(D) 그 후, 초기에 성형된 단편은, 그 두께를 감소시키기 위해 높은 압력으로 압착시키고 이와 동시에 강의 결정 구조를 편평하게 함으로써 제2 형상을 형성 하게 되는 냉간 압인 단계를 거친다. 초기 성형 단편의 구조 측면에서의 두께의 감소는 10% 정도가 될 것이다. 또 다른 면에서, 본 발명 출원자는 초기 성형 단편에 냉간 압인 공정을 행하는 방법을 발명했는데, 이 방법은 다른 부분은 말고 단편의 일부 영역에만 보다 큰 힘이 작용하도록 하고 이로써 그 일부 영역에서의 단편의 결정 입자 성질이 다른 영역에서와는 다르게 하는 영향이 미치게 된다. 또한, 본 발명의 극편은 저탄소강으로 제조되기 때문에, 직선 열의 편평한 결정 입자들이 냉간 압인 공정 중에 형성된다. 냉간 압인 단계를 행하는 또 다른 이유는 초기 성형 극편으로부터 그 표면 곡률을 없애는 것인데, 이는 열간 단조 프레스로부터 초기 성형 극편을 용이하게 제거하는 데 필요한 것이다. 이러한 점에서, 마무리 극편에서는, 일부 표면은 서로 수직되어야 하지만, 이런 수직 표면들이 열간 단조 프레스 기계에서 형성되는 경우에는, 초기 성형 극편은 제조 공정 수행 시에 그 열간 단조 프레스 기계로부터 용이하게 제거할 수 없을 것이다. 사정이 이러하므로, 열간 단조 프레스 기계로부터 초기 성형 극편을 용이하게 제거할 수 있도록 하기 위해서는 열간 단조 프레스 기계에 수직 상태로부터의 약간의 편향을 제공하는 것이 필요하다. 냉간 압인 단계 중에, 요구되는 수직성은 금속이 압착됨에 따라 제공된다. 냉간 압인 단계 중에는, 열간 단조 단계 중에 사용되는 열간 단조 기재의 면들의 접한부에서 형성되는 스크랩(scrap)의 주위 조각들을 초기 성형 극편으로부터 제거하는 트리밍(trimming) 단계가 수행된다.

(E) 냉간 압인하고 이어서 냉간 압인 단편의 주변부로부터 스크랩을 트리밍 한 후, 그 냉간 압인 단편은, 본 출원인이 소위 냉간 압인 단편의 "완전 마무리 가공" 이라고 설명하고 있는 두 단계의 공정을 거치게 된다. 이 두 단계의 완전 마무리 공정은, 가공 경화 단계와, 또한 교류 발전기의 회전자 축을 수용하게 되는 극편의 중앙을 관통하는 구멍을 형성하는 두 단계의 공정과, 그리고 또한 가공 경화 단계 및 굽힘 단계를 포함하는 두 단계의 공정을 포함한다. 또한, 완전 마무리 공정은, 극편 내의 구멍이 정확히 실린더 형상으로 형성되도록 하며 그 중앙에 위치되게 형성되도록 작동하는 특이한 압출 단계를 포함한다. 이것은 최종 교류 발전기의 회전자의 회전 불균형을 피하는 데 있어 필수적인 것이다. 완전 마무리 가공은 극핀의 제3 형상 및 최종 형상을 형성한다.

(F) 그 후, 완전 마무리 가공된 극편은, 그 표면으로부터 아연 스테아린산염을 제거하기 위해 pH 14 욕에서 처리되고, 그 후에는, 이하에서 보다 상세히 설명 하겠지만, 조절된 분위기 내에서 가열과 냉각 사이클을 거치면서 어닐링된다. 금속 표면에 아연 스테아린산염이 존재하게 되면 효과적인 용접이 방해된다고 밝혀졌다. 위와 같은 방식으로 아연 스테아린산염을 제거하게 되면, 환기 팬을 각 극편의 후면에 용접할 수 있게 된다. 상기 어닐링 단계는 극편 내의 결정 구조가 확장되도록 하는 작용을 하여서, 자기 투과성을 향상시키고 이에 따라 교류 발전기의 회전자의 극편과 고정자 사이에 형성된 자기 회로 내에서 극편을 통과하는 자기의 유동이 보다 더 자유로워진다. 본 출원인은 결정 구조의 확장이 최적도로 향상되게 하는 어닐링 단계에서의 온도 범위를 발견하였다. 더욱이, 냉각 시간은, 강 내의 탄화물과 퍼얼라이트가 결정 구조 안으로 들어갈 수 있게 하는 정도를 제어할 수 있도록 특별히 창안되었다. 최적으로, 저탄소강 내에서 발견된 퍼얼라이트는 결정 구조 내로 분산되고, 이에 의해 투과성이 최적화된다. 더욱이, 냉각 시간은, 최종 마무리 극편의 기계 가공성을 향상시키기 위해 결정 입자의 접합점에 탄화물이 가장 잘 석출될 수 있도록 제공된다. 만약 냉각이 너무 빨리 완료되면, 탄화물은 결정의 접합점에 분산되지 않고, 이에 따라 극편의 기계 가공이 어려워진다.

사용된 불활성 분위기는, 질소와 수소의 조합으로 이루어지는데, 이는 어닐링 공정 중 극편의 표면이 산화되는 것을 방지한다.

(G) 본 발명의 개시 내용에 따라 극편을 제조함에 있어서, 재료의 자기 투과성은, 다른 경쟁사에 의해 제조된 극편과 비교할 때 최적도가 향상되었다. 이와 같이 해서, 본 발명에 따르면 소음 저감 효과를 향상시키도록 창안된 극편 돌출 부재를 구비하는 극편이 제조되고, 이와 동시에 본 발명의 개시 내용에 따라 제조된 극편을 내장하는 교류 발전기의 전력 출력은 최적화된다. 본 발명의 개시 내용에 따라 제조된 극편은, 극편의 나머지의 결정 구조와 평행한 결정 구조를 구비하는 극편의 돌출 부재를 형성하기 위하여 열간 단조공정을 이용하여 제조되기 때문에, 돌출 부재들은 회전자가 예를 들어 15,000 내지 20,000 rpm의 고속으로 회전할 때에도 아주 강하며 그 돌출 부재 상에 가해지는 굽힘력에 대해서도 큰 저항성을 갖는다. 이것은, 극편 돌출 부재들이 그 최종 형상으로 순차적으로 굽혀지게 되는 스탬핑 공정에서 극편이 제조되었을 때에 얻어지는 결과와 대비되는 것이다. 바로 앞에서 설명한 바와 같이, 그와 같은 구조는 고속으로 회전하는 동안에 가해진 굽힘력에 대한 저항성이 없고, 이렇기 때문에 그 교류 발전기는, 본 발명의 개시 내용에 따라 제조되고 그에 따라 발전 출력이 향상되게 하는 극편을 이용하는 본 발명의 교류 발전기의 경우보다 회전자와 고정자 사이에 더 큰 틈을 제공하도록 설계되어야만 한다.

이처럼, 본 발명의 첫 번째 목적은, 교류 발전기의 극편 제조하는 향상된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 마무리 가공된 극편의 결정 구조를 향상시키고 이에 의해 자기 투과성을 향상시킬 수 있도록 특별히 창안된 여러 가지 단계들을 포함하는 향상된 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 비용을 줄이기 위해 펀칭, 굽힘, 기계 가공의 단계들을 두 부분 일 단계(one two-part step)로 결합시킨 완전 마무리 공정을 이용 하여 제조되는 극편을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 불활성 분위기 내에서 수행되는 어닐링 단계를 포함하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적, 태양, 및 특징은 첨부된 도면과 관련하여 이하에서 설명하는 양호한 방법에 대한 설명으로부터 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.

[발명의 구성]

먼저, 본 발명의 개시 내용에 따라 제조된 극편이 안에 결합되어 있는 2개의다른 교류 발전기 각각의 분해 사시도와 단면도를 나타낸 제 1 도와 제 2 도를 참고한다.

제 1도에서, 교류 발전기는 일반적으로 도면 부호 10으로 나타내는 데, 내부 챔버에 견고하게 장착된 고정자(13)를 수용하는 하우징 절반부(half)(11, 27)들을 갖추고 있다.

회전자(15)는 원주 방향으로 이격된 다수의 돌출 부재(finger)들을 구비하는 극편(17)을 포함한다.

그리고 극편(17)들은 제 1도와 제 2도에서 보여진 것처럼 마주보는 관계로 설치된다.

제 2 도의 교류 발전기에서 잘 나타나 있는 바와 같이, 코일(21)은 극편(17')의 돌출 부재(19')들 내의 회전자(15') 안에 수용된다. 회전자(15')는 고정자(13') 내에서의 회전을 위해 베어링(25)에 장착된 샤프트(23)를 갖는다. 또한, 각 극편(17')은 샤프트(23)를 수용하도록 하는 크기로 된 중앙 구멍(20)을 갖는다.

하우징(11')과 하우징(27')(제 2도 참조)은 고정자(13')와 회전자(15')가 중앙에 오도록 제공되며, 회전자는 극편(17')에 단단히 용접되고 교류 발전기 통풍을 위해 극편과 함께 운동하도록 구속되어 있는 환기 팬(29)을 갖는다. 제 1도는 하우징(11, 27) 밖에 설치된 환기 팬(29)의 또 다른 실시예를 보여준다. 제 2도는 환기팬(29')이 각 극편(17')에 직접 용접되고 그와 함께 회전하는 또 다른 실시예를 보인다.

제 1도 및 제 2도에 대한 상기 설명에 의하면, 본 발명의 개시 내용에 따라제조된 극편(17, 17')을 사용하는 특히 바람직한 환경이 이해될 것이다.

본 발명 방법을 실시함에 있어서, 본 출원인은 저 탄소강 사용을 사용하게 되면 결정 입자 구조의 작용 때문에 마무리된 극편의 자기 투과성이 증진된다는 것을 발견하였다. 탄소 외에도, 출원자에 의해 사용된 저 탄소강에서 일반적으로 발견되는 또 다른 잔여 요소는 크롬, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 구리, 니오브, 티타늄, 바나듐, 텅스텐, 납, 붕소, 비소, 셀레늄을 포함한다. 나중에 더 상세히 설명될 것이지만 이런 영향 요소들은 어닐링 공정 동안에 결정 구조 형성에 중요한 역할을 한다.

본 출원인은, 열간 단조용 강철편을 제조하는 최적의 방법은, 긴 강봉을 취하여서 이 강봉을 열간 단조 후 의 극편의 체적에 대략 일치하는 강의 체적을 제공하는 길이로 냉간 단조하는 것으로 구성하는 것임을 밝혀냈다. 강봉이 당해 기술 분야의 숙련된 자들에게 알려진 방법으로 전단된 후, 강의 각 전단 단편은 강이 약간 유연해지도록 융점 바로 아래의 온도로 가열된다. 그 후 각 단편은 3단계 열간 단조 기계에 각각 공급된다.

강철편은 일반적으로 원형 둘레와 긴 세로축을 갖는 형태의 원통형이다. 열간 단조 단계의 첫 단계에서(제 4도), 강철편은 이 강철편의 세로축이 지지대 면에 수직이 되게 하여 지지대에 배치된다. 그 후 강철편은 편평하게 하는 왕복 압력을 받는데, 이로 인해 강철편은 그 주위에서는 극적으로 넓어지되 세로축 방향에서는 수직 방향으로 짧아진다. 상기 강철편의 극적인 확장은 나중에 사용될 공구의 전 표면을 재료가 덮을 수 있도록 실행된다. 또 다른 면에서, 제 4도에 예시된 단계는이 단계에 선행하는 가열 공정 동안에 형성되는 표면 박편을 강철편으로부터 제거하는 과정이다. 열간 단조 단계(제 5도와 제 6도)의 두 번째와 세 번째 단계에서 편평해진 강철편은, 하나가 고정된 절반부이고 이에 대해서 다른 절반부가 왕복 운동하도록 장착되어 있는 공구의 2개 절반부들 사이에 즉시 배치되고, 그에 따라 가동형의 공구 절반부는 강한 힘으로 왕복 운동하여 제1의 공구 절반부와 맞물리게 되어 그들 사이에 있는 강철편이 편평해지고, 이에 따라 일반적으로 강철편을 극편의 형상으로 성형하게 되는 단조 단계가 실행된다. 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 열간 단조 기계의 내부 벽은 이 단조 기계로부터 단조편 제거를 용이하게 하기 위해 약간 둔각으로 형성된다. 마무리된 극편에 있어서의 대응하는 벽들은 서로 수직이 되겠지만, 그러나 만일 열간 단조 기계에 있는 대응하는 벽들이 서로에 수직하게 만들어지게 되면 열간 단조된 초기 성형 극편을 단조 기계로부터 제거하는 것이 어려워지는 결과가 초래된다. 단조 기계의 수직, 수평 표면들 사이에 약간 자연스러운 둔각은 다음 공정을 위해 공구로부터 단조편 제거를 용이하게 한다. 특히 제 5도를 참고하면, 편평해진 강철편은 제 5도에서 도시된 공구 절반부들 사이에서 압착되어서 제 6도에 예시된 공구를 사용 단계를 실행한 후의 소망하는 체적과 실제적으로 동일한 체적을 갖는 단편을 형성한다. 제 5도의 공구를 사용하는 단계를 실행한 후와 극편은 그 형상이 세공되지 않은 상태인데, 그 반경은 재료가 가능한한 최소의 인가력과 최소의 마찰로 좀 더 쉽게 유동할 수 있도록 하기 위해 소망하는 최종 반경보다 좀 더 크게 되어 있다. 이러한 방식으로 하면, 공구 마멸이 줄어들 뿐만 아니라 공구 파열 기회도 줄어든다. 극편이 제 5도의 가공을 거친 후에는,냉간 압인에 앞서 제1 형상을 한정하는 치수로 극편을 정확하게 형성하기 위해 제 6도의 공구를 사용한다.

열간 단조 공정 단계가 끝난 후 각 극편은 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리된다. 이해하고 있는 바와 같이, 강철편은 열간 단조를 용이하게 하기 위해 강철의 융점 바로 아래의 온도에서 열처리되기 때문에 강철은 열간 단조 공정이 완료된후 냉각되었을 때 약간의 박편과 다른 표면 요철이 초기 형성된 극편의 표면에 나타난다. 이 샌드 블라스팅 단계는 초기 형성된 단편으로부터의 거친 표면 요철과 금속 박편 제거를 용이하게 한다. 초기 형성된 각 단편들이 샌드 블라스팅 처리된 후 각 단편은 다수의 욕조를 거치는 파커라이제이션 공정 단계로 넘겨진다. 샌드 블라스팅 처리와 파커라이제이션(인산염 처리) 단계는 강 구성 부재의 제조 분야에서 잘 알려져 있고 여기 수행된 단계들은 종래의 것이다. 파커라이제이션 단계에서는 극편의 표면에 후속 냉간 압인 공정의 효율성을 증진시키는 윤활제를 제공한다.

그 후, 각 단편은 제 7도 내지 제 10도에 예시된 냉간 압인 공정으로 넘겨진다. 냉간 압인 공정에서, 단편은 공구 내에 배치되고, 이에 대하여 두 번째 공구가 50,000 내지 70,000 psi의 압력으로 압착되고, 이에 의해 감속이 압착되어 그 부피가 10%까지 줄어들게 된다. 동시에, 냉간 압인에 사용된 공구의 외면은 열간 단조 공구로부터 초기 형성된 극편 제거를 용이하게 하기 위해 필요했던 둔각을 제거할 수 있도록 특별한 형상으로 성형된다. 냉간 압인 공정이 끝난 후 상기한 바와 같은 표면들은 마무리된 극편에서 요구되는 바와 같이 서로 수직이다. 냉간 압인 공정은 제2의 중간 형상을 형성한다.

여러 도면들에 도시된 바와 같이, 극편은 "하프 코어(half-core)"라고 하는 중앙 돌출부를 갖는다. 냉간 압인 공정에서 금속 결정구조는 부피를 줄이기 위해 금속이 함께 압착되었을 때 편평해진다. 여러 도면에서 도시된 것처럼 하프 코어의 부피와 제 7도 내지 제 10도에서 보여진 공구의 특정한 부피에 기인하는 큰 면적은 냉간 압인 동안 좀 더 큰 응력을 받게 된다. 따라서 압착 응력은 극편의 다른 지역에서 보다 더 크다. 실제, 극편의 하프 코어는 극편의 바깥 둘레로서 두 배의 압착 응력을 받는다. 본 출원인은 하프 코어에 증가된 압착 응력을 제공하는 냉간 압인 기계를 고안함으로써 하프-코어에서의 결정들은 어닐링 공정 중에 가열될 때 훨씬 더 커지게 된다. 하프 코어는 교류 발전기 코일로부터 나오는 자속의 근원이므로 하프 코어에 있는 좀 더 큰 결정들의 존재는 자기(硫氣)의 좀 더 자유로운 유동이 이루어지게 한다. 즉 좀 더 높은 자기 투과성이 존재한다.

제 7도 내지 제 10도를 참고하면, 제 7도는 압력의 적용 전, 냉간 압인 기계의 공구 절반부들 사이에 위치한 극편을 보여준다. 제 8도는 극편과 함께 맛물려 왕복 운동하는 냉간 압인 기계의 상부 절반부 또는 펀치부와 극편이 아래쪽으로 움직이는 것을 보여주며 이것은 펀치의 외면 가장자리가 극편의 외면으로부터 넘치는 것을 차단하기 위해 하부 공구의 구석 구멍에 맞물리도록 하기 위함이다. 냉간 압인 방법에선 어떠한 작은 압력도 극편의 표면에 적용되지 않는다. 제 8도와 제 7도를 비교한다면, 제 7도와 제 8도 사이의 하향 움직임은 극편의 외면으로부터의 넘침을 없앴고 하부 공구에 형성된 구석 내에 극편을 삽입했다. 그 후 제 9도에서 보여진 것처럼 상부 이동 공구 또는 펀치는 돌출 부재 형상을 변형시킴에 의해 극편의 상향 표면뿐 아니라 하프 코어의 외부 표면과도 맞물려 왕복 운동한다. 제 10도에서, 펀치의 왕복 운동은 극편의 전제 표면에 가해지는 압력을 야기시킨다. 제 10 도로부터 이해될 수 있는 것처럼 돌출 부재들의 끝과 하프 코어의 외면은 극편의 다른 부분보다 압력을 더 받게 된다. 이런 부분들은 추후 더 상세히 설명하는 바와 같이 제 17도에서 도면 부호 2로 나타낸다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 좀 더 큰 압력의 영향은 제 17도에 상기한 것처럼 표면들을 딱딱하게 만드는 부분(2)에 미친다.

이 점에서, 본 발명의 개시 내용에 따른 극편의 제조에 사용된 방법에 있어서의 종래 기술의 방법과 대비할 때의 현저한 장점을 주지하는 것이 중요하다. 종래 기술의 방법에서, 극편은 별 형상의 편평한 형상으로 단조되는데, 그 극편의 돌출 부재들은 굽힘 공정에서 별의 뽀족한 부분을 굽힘으로써 형성되고, 따라서 그 뾰족한 부분들은 중앙부와 수직을 이루고 이에 따라 여기에서 개시하고 있는 것과 유사한 현상의 극편이 성형된다. 그러나 굽힘 작업을 할 때 극편의 결정은 서로 정렬되지 않는다. 즉 극편 돌출 부재들의 결정은 중심부 결정에 수직으로 놓여진다.

이에 비하여, 본 발명에서는, 돌출 부재와 중심부가 돌출 부재의 유의적인 후속 굽힘이 없이도 단조 공정에서 형성되기 때문에 모든 극편의 모든 결정은 일반적으로 같은 방향으로 서로 정렬되며 동시에 자기 투과성이 향상된다. 열간 단조 공정을 이용하여 극편을 형성하게 되면, 일반적으로 적어도 최종 형상에 있어서는 처음으로 몇 가지의 종래 기술보다 중요한 진전을 보인다. 또 다른 면에서, 극편이 전술한 바와 같이 제조되었을 때, 별 형상의 뾰족한 점들을 굽힘 공정에서 굽힘으로써 형성된 극편 돌출 부재들을 갖는 별을 닮은 편평한 형상으로 단조된 마무리 극편은, 본 발명의 교시 내용에 따라 제조된 극편에 일체로 형성된 하프 코어를 포함하여 비교할 때, 하프 코어를 포함하지 않는다. 교류 발전기의 회전자가 종래 기술에서 알려진 것과 같은 극편을 사용하여 제조되었을 때, 분리 코어는 극편의 쌍들 사이에 삽입되어야만 한다. 코어의 각 반대 면들과 극편의 마주하는 면들 사이의 본래 틈은 교류 발전기의 전력 출력을 감소시키는 두 개의 기생적인 공기 틈을 만든다. 이 문제와는 반대로, 극편이 본 발명의 교시 내용에 따라 만들어졌을 때, 각 하프 코어의 마주하는 면들은 서로 맞닿게 되어 한 개의 잠재적 기생 공기 틈을 만들고, 이에 따라 기생 틈으로부터의 전력 출력 손실이 반쯤 정도 줄어든다.

극편이 본 발명의 교시 내용에 따라 만들어졌을 때 결정 방향의 거의 완전한 대칭은 교류 발전기의 회전자가 높은 속도로 회전하는 동안에 극편 돌출 부재들에 부여된 굽힘력에 대한 저항을 높인다는 것을 강조하는 것은 중요하다. 게다가, 본 발명의 교시 내용에 따라 만들어진 극편은 완전한 하프 코어를 포함하기 때문에 극편은 굽힘력에 대해 더 큰 저항을 제공하기 위해 두께를 증가시켜도 된다.

또 다른 면에서, 본 출원인은 저 탄소강이 냉간 압인 공정에서 압착될 때, 편평한 결정을 갖는 직선 열들이 형성된다는 것을 발견하였다. 극편의 제조 단계에서 자기 투과성을 측정한 결과, 낮은 자기 투과성은 낮게 나타났다. 냉간 압인 공정에 후속하여, 자기 투과성을 향상시키기 위해서는 결정 구조를 재결정화 하거나 결정 크기를 충분한 수준으로까지 회복시켜야 한다는 점을 이해하는 것은 중요하다.

냉간 압인 공정 동안, 제 7도와 8도에 잘 도시되어 있는 것처럼, 극편의 주위 면은 초기 열간 단조 공정 동안 형성된 파편을 제거하기 위해 트리밍된다. 예리한 외면 가장자리를 갖는 상부 공구 절반부가 움직이게 되면 극편의 외면이 절단되어서 버려지거나 재생 이용되는 파편이 제거된다. 그 후 극편은 4단계의 완전 마무리 공정 2단계를 거친다.

완전 마무리 공정의 처리들과 단계들의 각 단면도들을 보여주는 제 11 도, 제 12 도, 제 13 도, 제 14 도를 참고한다. 제 11 도와 제 12도를 참고하면, 완전 마무리 공정 첫 공구(40)는 작은 구멍(45)을 갖는, 형상이 실린더형, 그리고 확대된 챔버(47)를 늘인 직경 X를 갖는, 고정 공구(43)를 둘러싼 봉입부(41)를 포함한다. 왕복 운동 공구(49)는 왕복 운동 포스트(53)를 활주 가능하게 수용하는 중앙구멍(51)을 포함한다. 포스트(53)는 일반적으로 형태에서는 실린더형이고 직경 X보다는 좀 더 큰 직경 Y를 갖는다. 제 11 도에 보여진 것처럼 완전 마무리 공정의 첫단계에서, 첫 공구(49)는 극편의 특정 표면이 가공 경화되도록 하는 방식으로 극편(17)의 상부 표면과 맞물려 왕복 운동하게 된다. 이와 관련하여, 제 17 도를 주목하면, 여기에는 도면 부호 2로 나타낸 표면이 공구(49)의 맞물림을 통하여 적당히 가공 경화된다는 점이 주목된다.

제 12도를 참고하면, 극편(17)의 상부 표면과 단단히 맞물린 상태로 유지된 공구(49)와 함께 포스트(53)는 이동 공구(43)의 구멍(45)을 통하여 그리고 부분적으론 챔버(47)로 극편(17)이 하프 코어에 힘을 가하는 왕복 운동을 한다. 이 작동은 압출(extruding)로서 알려져 있는데, 구멍(45)의 직경 X와 비교할 때포스트(53)의 좀 더 큰 직경 Y에 주목하는 것은 중요하다. 이 직경들의 차이는 구멍(45)이 유동처리 기술에 알려진 용어인 "제한기(restrictor)"로서 작용하게 한다. 본 출원인은 포스트(53)의 직경보다 좀 더 작은 구멍(45)의 직경을 형성시킴으로써 포스트(53)에 의해 극편(17)에 형성된 구멍이 정확히 실린더형을 유지하게 한다는 점을 발견했다. 게다가, 구멍(45)의 제한적 효과는 이 작업이 끝나기 전에 포스트(53)에 의해 밀려나간 재료의 파손을 막는다.

제 13 도와 제 14도를 참고하여, 완전 마무리 공정의 두 번째 단계를 설명한다. 제 12도에 도시된 것처럼 처리된 극편(17)은 공구(40)로부터 제거되며 제 13도에 보여진 것처럼 공구(60) 내에 위치된다. 공구(60)는 봉입부(61)와 공동(cavity)(67) 쪽으로 열린 구멍(65)을 포함하는 하부 공구(63)를 포함한다. 구멍(65)은 직경 Z를 갖는 실린더형이다. 공구(60)는 또한 가늘고 긴 실린더 포스트(73)를 활주 가능하게 수용하는 중앙 구멍(71)을 갖는 유동하는 이동 공구(69)를 포함한다. 포스트(73)는 제 11도와 제 12도에 보여진 포스트(53)의 직경 Y에 일치하는 직경 Y를 갖는다. 게다가, 구멍(65)의 직경 Z는 구멍(65)이 포스트(73)의 왕복 운동에 대한 어떠한 저항도 나타내지 않도록 직경 Y보다 약간 더 크다. 완전 마무리 공정의 두 번째 공정 단계의 첫 단계에서, 제13도에 예시된 바와 같이, 이동공구(63)에 위치한 극편(17)을 갖춘 이동 공구(69)는 상부 표면과 맞물려 왕복 운동된다. 이동 공구(69)는 바람직한 마무리형에 일치하는 형태로 돌출 부재(19)를 구부릴 수 있도록 특정한 형상을 한 바깥 주위면(70)을 제공한다.

이동 공구(69)가 제 13도에서 보여진 위치로 왕복 운동했을 때 포스트(73)는단편(6)을 잘라내기 위해 왕복운동하며 극편(17)을 통하여 구멍(20)을 완성한다. 구멍(65)의 직경은 포스트(73)가 벽에 의해 방해받지 않게 미끄러지도록 한다.

제 11 도 내지 제 14 도의 상기 방법을 이해하기 위해서는, 제 11도와 제 12도에 보여진 공구(49)가 극편에 약 40 Kg/mm²의 응력을 가한다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 포스트(53)는 구멍(20) 형성을 용이하게 하기 위해 극편(17)에 대략 130 Kg/mm²의 응력을 가한다. 완전 마무리 공정의 종료로, 극편은 세 번째와 마지막 형상을 갖는다. 제 11도 내지 제 14도의 상기 완전 마무리 공정이 끝난 후, 극편은 표면으로부터 아연 스테아린산염을 제거하기 위해 pH 14 욕조로 보내진다. 아연 스테아린산염은 효과적 용접을 방해한다. 각 극편의 포스트 표면에 용접된 환기 팬을 갖는 교류 발전기의 효과적 환풍은 종래 기술 고안들에서 가능했던 것보다 좀 더 큰 소음 경감을 가능하게 한다. 효과적인 환기가 이루어지면, 교류 발전기의 온도는, 특히 구리 코일일 경우, 비교적 낮은 수준으로 유지되고, 이에 따라 상술한 바와 같이 코일의 구리 저항도가 비교적 낮은 수준으로 유지되어서 자속이 향상된다. 그 후 어닐링 공정이 극편에 행해진다. 어닐링 공정 후, 극편은 표면 산화를 막는 불활성 분위기 내에 넣어진다. 바람직한 공정으로서, 불활성 분위기는 약 95% 질소와 5%수소로 구성된다. 종래 기술에서는, 용접 표면을 준비하기 위해 기계 가공과 브러쉬 연마 작업이 일반적으로 사용된다. 본 출원인은 pH 14 욕의 사용이 표면으로부터 아연 스테아린산염을 제거하는 가장 효과적인 방법임을 발견했으며 기계 가공 또는 브러쉬 가공 작업보다 더 경제적이라는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명공정의 제조 비용은 반드시 줄어들게 된다. 어닐링 공정을 설명하는 온도 대 시간의 그래프를 보이는 제 15도를 참조한다면 어닐링 단계가 좀 더 잘 이해될 수 있을것이다. 완전 마무리된 극편은 1시간 10분 내지 1시간 30분의 시간 내에서 실온에서부터 800-950℃까지 가열된다. 그 후 극편은 그 최대 온도에서 20분 내지 30분 동안 유지된다. 그 후 극편은 270 내지 310분 범위의 시간 동안 대략 실온까지 점진적으로 다시 냉각된다.

본 출원인은 냉간 압인 공정 중에 두께를 좀 더 높은 비율로 감소시키고 최대 온도를 낮게 할수록 어닐링에 보다 효과적이라는 것을 발견하였다.

본 출원인은, 상술한 바와 같은 영향 원소들이 결정이 팽창하는 어닐링 공정의 가열 단계 동안에 확산을 통하여 결정 구조에 혼입된다는 점을 발견하였다. 만약 어닐링 공정의 냉각 단계가 너무 느리게 일어난다면, 철탄화물이 결정들 사이의 접합점에 응결될 것이다. 어닐링 공정의 냉각 단계가 너무 빨리 완료되면, 결정에 있는 탄소와 철의 조합물로서 정의되는 퍼얼라이트는 결정 전체를 통하여 분산된다. 그런 상황하에서 철 탄화물 소량이 결정 사이의 접합점에 있게 된다. 최적 결과를 위한 냉각 시간은, 퍼얼라이트가 결정 구조 전체로 분산되고 칠 탄화물이 접합점에 위치할 수 있도록 정해진다.

본 출원인은 만약 어닐링 공정의 냉각부가 너무 빠르게 작동한다면, 결과물인 극편은 기계 가공하기 어려울 것이다. 더욱이 그런 상황하에서, 재료를 절단하기가 쉽지 않으므로 마무리 극편은 심미적이지 않게 된다. 이와 같이, 이러한 것은 어닐링 공정의 냉각부가 표면 상에서의 비틀림(wrenching)으로 인해 너무 빨리 발생했을 때에 쉽게 확인할 수 있다.

본 출원인은 어닐링 공정의 냉각부가 최적 시간 범위에서 행해질 때 퍼얼라이트는 최적 자기 투과성에 의해 금속의 결정 내부 전체로 분산된다. 더욱이 냉각 시간이 270 내지 310분 범위 내로 최적화 되었을 때 철의 탄화물은 결정 입자들 사이의 접합점에 주로 위치되어서 극편을 훨씬 더 용이하게 기계 가공할 수 있게 한다.

제 17 도 내지 제 23 도를 참고하면, 본 발명의 공정을 실시함에 있어서 발생하는 특정 결과들을 좀 더 잘 이해하게 될 것이다. 우선 제 17도는 돌출 부재(19)를 포함하는 극편(17)의 한 쪽 절반부를 관통하는 단면을 도시하는 것이다. 제 17도는 이후 좀 더 상세하게 설명할, 제 21도, 제 22도, 제 23도 뿐만 아니라 제 18도, 제 19도, 제 20도에 관계된 극편의 세 부분(1, 2, 3)을 보여준다.

제 18도, 제 19도, 제 20도는, 아직 어닐링되지는 않았지만 냉간 압인된 극편에 있어서 제 17도에 보여진 각각의 부분(1, 2, 3)의 현미경 사진으로 구성된다. 제 19 도가 특히 주목되는데, 제 19 도는 부분(2)의 표면에 발생하는 가공 경화의 효과를 보여주고 있는데, 이는 비교적 가공 경화가 덜 되어 있고 부분(2)에 비해서 보다 낮은 정도로 가공 경화된 제 17도에 보여진 부분(3)에 비교해 볼 때에도 보다 극명하게 나타난다.

제 21 도, 제 22 도, 제 23도는 일반적으로 제 18 도, 제 19 도, 제 20 도에 각각 대응하는데, 제 17도에 도시된 바와 같은 부분들 중 부분(1)은 제 21도가 도시하고 있고, 부분(2)는 제 22도가 도시하고 있으며, 부분(3)은 제 23도가 도시하고 있다. 그러나 제 21도, 제 22도, 제 23도에서, 극편은 880℃의 가열 단계를 위한 가열 온도 하에서 어닐링 된다. 제 21도를 제 18도에, 제 22도를 제 19도에, 제 23도를 제 20도와 비교할 때, 어닐링 공정의 열처리 단계에 기인하는 결정 입계가 더 뚜렷할 뿐 아니라 한 도면과 다른 도면을 비교할 때 결정 구조의 팽창을 쉽게 관찰할 수도 있다. 이에 따르면, 본 발명의 교시 내용에 따라 행해진 어닐링 공정은, 결정 구조의 팽창, 입계의 구획, 그리고 어닐링 단계가 생략되었던 경우에서보다 자기 유동에 대한 저항이 훨씬 더 적은 자기 통로의 제공을 통해서 자기 투과성이 향상된다는 것이 명확해진다.

제 16도는 다른 방법을 사용하여 제조된 극편과 비교할 때, 본 발명의 지시대로 만들어진 극편의 여러 가지 자기 및 전자적 특성을 시험하기 위해 본 출원인에 의해 사용된 고리의 단면도를 도시하고 있다. 제 16도에서 고리는 일반적으로 직경 d의 원형 구멍을 갖는 실린더형이다. 고리는 외경 D와, 상부에서 바닥까지의 두께 e를 갖는다. 본 발명의 지시대로 만들어진 극편의 성질 시험에서 제 16도에서 상기와 같은 고리는, 한편으로는 본 명세서에 개시된 공정을 이용하여 만들어지고, 다른 한편으로는 경쟁사의 공정에 의해서도 만들어진다. 경쟁사의 고리를 형성하는 재료를 제조하기 위해 사용한 특정 공정 단계와 본 발명 공정과는 다르다. 고리는 자신들의 공정을 사용하는 경쟁사에 의해 만들어진 극편으로부터 제조된다. 각 경우, 고리에는, 전선의 단부가 전원에 연결되며 권선 수가 동일한 와이어가 제공된다. 각 입력 전류 수준에 대하여 다음과 같은 값들을 판독한다.

DФ : 밀리웨버(mWb) 당 유출 변량

B : 유도(단위: 테슬러(T))

μ : 자기 투과성(단위 없음)

H : 밀리미터 당 암페어 수(Atz/mm)

본 발명의 교시 내용에 따라 제조된 고리(80)는 다음과 같은 치수들을 갖는다.

D = 40.118mm

d = 19.854mm

e = 10.042mm

단면적 = ((D-d)/2)× e = 101.745mm²

자기 회로 길이 = 94.203mm

표 1은 0.25암페어로부터 5암페어까지의 여러 가지 전류의 입력 결과를 나타낸 것이다.

경젱사의 고리(80)는 다음과 같은 치수를 갖는다.

D = 39.996mm

d = 19.938mm

e = 10.15mm

단면적 = ((D-d)/2)× e = 101.794mm²

자기 회로 길이 = 94.166nm

표 2는 0.25암페어로부터 5암페어까지의 전류를 자기 회로에 적용함에 따라수집된 자료를 보이는 것이다.

[표 1]

[표 2]

[발명의 효과]

제 24도는 밀리미터당 테스라스 대 암페어-선회의 유도를 보여주는 그래프로출원자의 고리 대 경쟁자의 고리를 비교한 것이다. 확실히, 본 출원인의 고리가 그래프의 모든 수준에서 경쟁자의 고리보다 더 효과적으로 행해졌다.

제 25도는 암페어에서 자기 투과성 대 전류 입력을 나타낸 것이며 각 수준의 전류 입력 자기 투과성에서 출원자의 고리가 우수함을 보인다. 확실히, 본 특허에 의해 제공된 자기 투과성의 큰 장점은 본 특허의 지시대로 만들어진 극편을 사용할 경우 교류 발전기의 증진을 가져온다. 본 발명의 지시에 따른 극편을 만듦에 있어서, 종래 기술 방법 본래의 절충은 제거되고, 진력 출력과 소음과 무게 사이의 적당한 절충은 향상된 극편이 되도록 할지 모른다. 이 점에 관해선 냉간 압인 하위 공정에 뒤이은 고온의 열간 단조 사용은 매우 정확히 반복되는 형상을 얻도록 한다. 게다가, 본 방법의 어닐링 하위 단계에 따르면 결정 구조의 결과적인 재결정과 동시에 일어나는 확장은 종래 기술과 비교해 볼 때 상당한 정도로 자기 투과성을 향상시킨다.

게다가, 발명 방법은 종래 기술의 방법과 비교할 때, 특히 제조 공정 중에 사용된 적당한 공구 준비에서 지출되는 비용과 요구된 시간에 관해선, 매우 비용 효과적이다. 이 점에 관해선, 출원자의 경험에 기준하여 볼 때 $20,000.00에서 $40,000.00정도의 비용과 약 한달 내에 본 발명의 지시대로 극편을 제조하는 제조 절차와 모든 공구를 준비하는 것이 가능하다. 이것과 비교해 볼 때 종래 기술 방법에선 $250,000.00에서 $500,000.00정도의 비용과 제조 방법과 공구를 준비하는데 6달에서 12달까지 걸린다.

또 다른 실시예에서, 출원자에 대한 경쟁자의 방법은 열간 단조가 사용되지않기 때문에 매우 높은 톤수의 압력이 요구되며, 전체 냉간 작동된다. 경쟁자의 방법은 얻어지게 되는 형상에 있어선 매우 제한적이고 많은 표면처리와 중간 어닐링 단계는 제조 방법동안 파손을 피하기 위해 재료 결정의 재결정을 용이하게 하기 위해 중요한 각 단계 사이에 사용되어야만 한다. 본 발명의 지시와 비교할 때 경쟁자의 방법은 매우 비싸며, 유연성이 부족하다.

이와 같이, 본 발명은 상당한 새로움과 유용성을 갖는 교류 발전기 극편 제조를 위한 새롭고 유용하게 향상된 방법을 제공하며, 이상에서 설명한 발명의 목적 모두를 충족시키는 양호한 실시예의 형태로 개시되어 있다.

물론 본 발명으로부터 여러 가지 변경, 수정와 변형이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 이 기술 분야에서 숙련된 자들에 의해 행해질 수 있다. 본 발명은 단지 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (18)

1. 하프-코어와 원주 방향으로 이격된 다수의 돌출 부재(finger)를 갖는 교류 발전기 극편을 제조하는 방법에 있어서,

   a) 강철편을 열간 단조 기계로 하프-코어와 원주 방향으로 이격된 다수의 돌출 부재를 포함하는 마무리 극편의 최종 형상과 유사한 제1 형상이 되도록 성형하는 단계로서, 강철편을 열간 단조 공정 처리를 하는 단계와;

   b) 상기 제1 형상의 강철편의 외부 표면이 윤활될 수 있도록 그 강철편을 적어도 한 대의 인산염 욕조에 침지시키는 단계와;

   c) 상기 제 1 형상의 결정 구조와 비교했을 때 편평해진 결정 구조를 가지며 하프 코어와 다수의 원주 방향으로 이격된 돌출 부재를 포함하는 제2 형상의 강철편이 형성되도록, 상기 제1 형상의 강철편의 돌출부와 하프 코어를 압착시키기 위해 냉간 압인 기계를 사용하여 상기 제1 형상의 강철편을 냉간 압인하는 단계와;

   d) 상기 제2 형상의 돌출 부재와 하프 코어의 표면을 가공 경화시키는 단계, 상기 제2 형상의 돌출 부재를 관통하는 중앙 구멍을 형성하는 단계로서 상기 제2 형상의 돌출 부재의 재료가 제한된 오리피스를 통하여 압출되게 하는 것을 포함하는 형성 단계, 및 최종의 제3 형상이 성형될 수 있도록 돌출 부재를 그 최종 형상으로 굽히는 단계를 포함하는, 상기 제2 형상 돌출 부재를 완전히 마무리하는 단계와;

   e) 상기 제3 형상의 돌출 부재를 고 염기성 욕조에 침지시키는 단계와;

   f) 상기 제3 형상의 돌출 부재를 800 내지 950℃의 온도까지 20 내지 60분 동안 열처리하고 이어서 270 내지 310분 동안 대기 온도로까지 서서히 냉각시킴으로써 어닐링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열간 단조 공정은, 상기 강철편을 용융 온도보다 약간 낮은 온도로 가열하는 단계와, 상기 강철편을 편평하게 하는 단계와, 상기 강철편을 상기 제1 형상과 유사한 형태로 열간 단조하는 단계와, 상기 제1 형상과 유사한 형태의 강철편을 추가로 열간 단조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉간 압인 단계는, 상기 제1 형상의 주변으로부터 넘쳐 나오는 부분을 트리밍하는 단계와, 상기 하프 코어에 대한 상기 돌출 부재의 수직성이 제공될 수 있도록 상기 돌출 부재를 압착하면서 상기 돌출 부재의 형상을 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 형성 단계는, 원통형 구멍을 형성하고 상기 제2 형상의 파손을 방지하기 위하여 제한된 오리피스를 통하여 상기 제2 형상의 재료를 압출시킴으로써 상기 구멍을 부분적으로 형성하는 단계와; 이어서, 상기 구멍의 형성을 완료하기 위하여, 부분적으로 형성된 구멍 내로 포스트를 왕복 운동시켜서 상기 제2 형상으로부터 나오는 재료가 제한되지 않은 구멍 안으로 보내지도록 함으로써, 원통형 형상을 유지하면서 상기 구멍의 형성을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 최종의 제3 형상을 형성하는 단계는 상기 구멍의 형성을 완료하기 바로 전에 행하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 제1 형상을 침지시키는 단계 이전에 제1 형상을 쇼트 브라스팅 처리하여 표면 불균일성을 제거하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인산염 욕조는 일련의 인산염 욕조를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 높은 염기성 욕조는 pH 14를 가지며 또한 최종의 제3 형상으로부터 아연 스테아린산염을 제거하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 불활성 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 불활성 분위기는 95%의 질소와 5%의 수소의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편 제조 방법.
11. 일체형 하프 코어를 구비하는 교류 발전기 극편을 제조하는 동안에 그 교류 발전기 극편의 자기 투과성을 최대화시키는 방법에 있어서,

    a) 저 탄소강편을 열간 단조하는 단계와,

    b) 강철편이 압착되어서 편평한 결정 입자들의 직선 열들이 형성되도록 강철편을 냉간 압인하는 단계와,

    c) 상기 강철편의 온도를 800℃ 내지 950℃의 온도 범위 내의 온도까지 승온 시켜서 그 온도를 20 내지 60분 동안 유지시키고 이어서 강철편의 온도를 270 내지 310분의 범위에 걸쳐서 대기 온도로까지 점차 냉각시킴으로써 어닐링하는 단계를 포함하고,

    상기 어닐링 단계는 강철편 내의 입자 조직의 팽창을 야기하여 자기 투과성을 최대화시키는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 자기 투과성을 최대화시키는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 어닐링 단계가 상기 하프 코어 내의 입자 조직의 팽창을 야기하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 자기 투과성을 최대화시키는 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 산소를 함유하지 않는 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 자기 투과성을 최대화시키는 방법.
14. 소음 수준과 전력 출력 사이의 절충안을 향상시키는 교류 발전기 극편의 제조 방법에 있어서,

    a) 극편이 회전하는 동안의 소음 수준이 최소화되도록 구성된 외부 형상 및 구조를 가지는 극편을 제조하는 극편 제조 단계와,

    b) 극편의 돌출 부재와 하프 코어 사이의 결정의 정렬이 향상되도록 극편을 열간 단조하는 단계와,

    c) 극편 내의 결정의 배열과 크기를 향상시켜서 자기 투과성을 최대화하고 그에 따라 2개의 대면하는 극편을 보유하는 회전자를 구비하는 교류 발전기의 전력 출력을 최대화하기 위하여, 상기 극편의 어닐링에 이어서 상기 극편을 냉간 압인하는 단계를 포함하고,

    상기 어닐링 단계는, 상기 극편의 온도를 800℃ 내지 950℃의 온도 범위 내의 온도까지 승온시키는 단계와, 그 승온 온도를 20 내지 60분 동안의 유지시키는 단계와, 이어서 극편의 온도를 270 내지 310분의 범위에 걸쳐서 대기 온도로까지 점차 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 극편 제조 단계는, 교류 발전기의 회전자와 고정자 사이의 간극이 아주 작아지고 그 간극의 최소화로 인해 전력 출력이 최대화될 수 있도록, 돌출 부재들 각각의 무게 중심을 교류 발전기 내에서의 돌출 부재들의 외향 굽힘이 최소화될 수 있게 위치시킴으로써 돌출 부재들을 구성하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 제조 방법.
16. 제14항에 있어서, 냉간 압인 단계는 극편을 압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편의 제조 방법.
17. 열간 단조된 교류 발전기 극편을 완전히 마무리하는 방법에 있어서,

    a) 극편의 표면을 가열하지 않고 가공 경화하는 단계와,

    b) 하나의 왕복 포스트를 사용하는 제한된 오리피스를 통하여 극편 재료를 압출함으로써 극편을 가열하지 않고 극편에 구멍을 부분적으로 형성하는 단계와,

    c) 비제한된 구멍을 통해서 상기 재료에 펀칭 가공을 함으로써 상기 극편을 가열하지 않고 극편에 구멍을 형성시키는 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 단조된 교류 발전기 극편을 완전히 마무리하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 극편은 원주 방향으로 이격된 다수의 돌출 부재를 포함하는 것이고, 상기 구멍을 부분적으로 형성하는 단계에 후속하여 돌출 부재들을그 최종 형상으로 굽힘 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 발전기 극편을 완전히 마무리하는 방법.