KR100518801B1 - 모터용 정류자 제조방법 - Google Patents

Abstract

모터용 정류자의 제조방법이 개시된다. 본 발명은, 봉을 편 형상으로 인발가공하는 단계; 상기 각 편을 규격별로 절단하여 정류자편을 형성하는 단계; 상기 각 정류자편을 액화질소 열처리하는 단계; 상기 열처리된 정류자편을 몰딩금형 내에 삽입하고 상기 각 정류자편 사이에 절연수지 간격이 형성되도록 원형으로 셋팅하며 그 중심에 부시를 삽입하는 단계; 상기 몰딩금형내로 절연수지를 압출 또는 사출하여 절연수지층을 형성하는 단계; 상기 성형된 정류자의 내경 및 외경을 가공하는 단계;를 포함한다. 특히, 정류자편을 액화질소에 약 20분 정도 열처리함으로써, 정류자의 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있고, 정류자 수명을 연장시키는 효과가 있다.

Description

모터용 정류자 제조방법{METHOD OF A COMMUTATOR FOR MOTOR}

본 발명은 모터용 정류자 제조방법에 관한 것으로써, 특히 모터에 사용되는 정류자가 마찰 브러시에 의해 심하게 마모되는 것을 방지할 수 있고, 내마모성이 향상된 모터용 정류자 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 모터용 정류자는, 환상으로 형성된 각각의 정류자편 및 상기 각각의 정류자편을 절연하는 절연수지, 부시(bush)를 포함한다. 상기 정류자편은 100% 구리(Cu) 재질인 것이 보통이며, 부시는 회전자의 축이 삽입될 수 있도록 절연수지의 중앙에 위치되어 있다.

이와 같이 모터 정류자는 일반적으로 다수의 정류자편을 원형으로 배열하고, 상기 각 정류자편 사이에는 절연재를 몰딩하는 세그먼트식(Segment type) 모터 정류자 제조방법이 널이 사용되고 있다. 상기 세그먼트식 모터 정류자 제조방법은 절연재의 설치 및 제조방법에 따라 운모를 사용하여 클램핑하는 운모 클램핑 식과 수지를 사출 또는 압출하는 수지 몰딩식으로 분류할 수 있다.

그러나, 상기 운모클램핑식은 각 정류자편과 부싱 사이에 일일이 운모를 삽입하고 클램핑하는 방법으로써, 그 제조공정이 매우 복잡하고 번거롭기 때문에 초대형 모터를 제조하는 경우 이외에는 사용이 제한되고 있는 실정이다.

수지몰딩식 제조방법은, 상기 운모클램핑식의 단점을 보완하고 제조공정을 보다 단순화하기 위하여 고안된 제조방법으로써, 봉을 인발 및 절단가공하여 만들어진 다수의 정류자편을 몰딩금형내에 삽입하여 각 정류자편 사이에 절연수지가 몰딩될 수 있는 간격을 형성하도록 원형으로 셋팅을 한 후, 그 중심에 부시를 삽입한다. 그런다음, 페놀수지 등 절연수지를 압출 또는 사출하여 각 정류자편 사이의 간극과 부시와의 사이에 절연수지층을 형성하고, 그 외주면을 선반등에 의해 선삭 및 연마하며, 필요에 따라서는 일단부에 미절삭부를 잔존시켜 이 미절삭부를 슬롯팅하여 코일 접속편을 형성하는 것이다.

이와 같은 종래기술의 정류자 제조방법을 보다 구체적으로 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저 둥근 원형의 동선을 편 형상으로 인발가공하는 단계와, 상기 편으로 성형된 각 정류자편을 규격별로 절단하는 단계, 상기 정류자를 세척재, 물 및 유산이 혼합된 세척용액에 세척하는 단계, 상기 절단된 각각의 정류자편을 몰딩하기 위하여 환형상으로 지그에 설치하는 단계, 각 정류자편의 중심에 회전자의 축이 설치되는 공간을 확보하기 위한 부시가 삽입되는 단계, 상기 정류자편과 부시가 설치된 지그에 페놀수지와 같은 합성수지제를 용융시켜 절연부재가 형성되도록 몰딩하는 단계, 상기 원통형 정류자의 부시 내경을 회전자의 축이 결합되도록 선반가공하는 단계, 정류자의 외경을 최종치수에 맞게 가공하는 단계를 포함한다.

이와 같은 방법에 의해 제조되는 정류자는 모터에 설치되어 작동할 경우, 카본 브러시와 정류자와의 마찰로 인한 편 마모에 의해 카본 브러시가 급속하게 마모되고 이로인한 열로 인해 정류자편 입자가 이탈되는 경우가 많다.

도 1은 이와 같은 종래기술의 제조방법에 의해 제조된 정류자를 시험하여 얻은 브러시 마모량의 분포를 나타내는 그래프이다.

도면에서 보는 바와 같이, 종래의 정류자에 접촉되어 통전시키는 브러시의 마모량을 보면 2mm부터 16mm까지 산포가 넓게 분포(표준편차:2.54로 나타남)되어 있을 뿐 아니라 평균 마모량(a1) 역시 8.4mm로 상당히 심하게 마모되는 것을 실험을 통하여 알 수 있다.

또한, 장시간 모터를 구동하는 경우, 정류자편과 절연재로 몰딩된 합성수지에 크랙(crack)이 발생하여 모터 전체의 기계적 성능을 저하시키뿐 만 아니라 카본 브러시와 정류자편 간에 불꽃(ring fire)이 발생되어 코일의 피막을 손상시키고 소손불량을 발생시키는 문제점이 있다.

더욱이, 불꽃이 불안정하게 발생함으로써 정류자편이 탄화되고 정류자를 사용할 수 없게 되는 경우가 발생할 수 있다.

도 2는, 종래기술에 의해 제조된 정류자의 내구수명을 시험한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 정류자의 평균수명이 적게는 100시간에서 많게는 650시간까지 넓게 분포(표준편차:101)되어 있으며, 평균수명(a2)은 341시간으로 나타났다.

이와 같이 종래기술의 정류자 제조방법에 의한 정류자는, 브러시의 마모 및 불꽃현상으로 인하여 정류자의 수명이 짧고, 소손불량이 발생하는 경우가 많다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 착안된 본 발명의 목적은, 정류자의 내구성 및 내마모성을 향상시키고, 장시간 모터를 사용하더라도 정류자편이 탄화되는 것을 방지할 수 있으며, 정류자 수명이 향상된 모터용 정류자의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적은, 봉을 편 형상으로 인발가공하는 단계; 상기 각 편을 규격별로 절단하여 정류자편을 형성하는 단계; 상기 각 정류자편을 액화질소 열처리하는 단계; 상기 열처리된 정류자편을 몰딩금형 내에 삽입하고 상기 각 정류자편 사이에 절연수지 간격이 형성되도록 원형으로 셋팅하며 그 중심에 부시를 삽입하는 단계; 상기 몰딩금형내로 절연수지를 압출 또는 사출하여 절연수지층을 형성하는 단계; 상기 성형된 정류자의 내경 및 외경을 가공하는 단계;를 포함하는 모터용 정류자 제조방법에 의해 달성된다.

이에 의하면, 정류자편으로 절단한 후 각 정류자편을 환형상으로 몰딩금형 내에 삽입하고 절연부재를 몰딩하기 전에 저온의 액화질소에 담궈 열처리함으로써, 각 정류자편의 외형에 피막을 형성하여 내구성과 내마모성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 정류자편의 열처리는, 상기 정류자를 액화질소에 15분 내지 25분 동안 집어 넣어 열처리하는 것이 바람직하다. 액화질소는 통상 -190℃ 이하의 온도이기 때문에 15분 미만이나 25분 이상으로 열처리 할 수도 있으나 약 20분 정도 열처리하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 인발가공단계는, 구리(Cu)에 은(Ag)이 0.01% 내지 2.0% 함유된 봉을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이로인하여, 불꽃현상이 발생될 확률을 줄일 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은, 본 발명의 모터용 정류자 제조방법을 순서대로 나타내는 블록도이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조방법을 상기 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원형 형상의 구리 봉재를 검사(S1)한다. 상기 봉재는 구리(Cu) 100%인 동선을 사용할 수도 있지만, 내구성 및 내마모성을 고려해 은(Ag)이 적개는 0.01% 많게는 2% 정도 포함된 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

그런 후, 상기 원형 형상의 봉재를 인발가공(S2)하여 원하는 두께의 편을 완성한다.

그런 후, 인발가공으로 완성된 편을 각 규격별 크기로 절단(S3)하여 정류자편을 만든다.

그런 다음, 세제, 유산 및 물이 혼합된 혼합액에 상기 정류자편을 세척(S4)한다.

그런 후, 상기 세척이 끝난 정류자편을 액화질소에 약 15분 내지 25분 정도 담궈 놓는다(S5). 이때 액화질소의 온도는 통상 -198℃이고, 상기 세척된 정류자편은 급속히 냉각되면서 표면에 질소 피막이 형성되고 상기 정류자편 조직은 열처리된다. 바람직하게는 상기 열처리 시간은 약 20분 정도가 좋다.

그런 후, 상기 열처리가 완료된 정류자편을 몰딩금형 내에 환형상으로 각 정류자편이 일정한 간격으로 배치되고, 상기 환형상으로 배치된 정류자편의 중심에는 회전자의 축이 끼워질 수 있도록 부시를 삽입한다(S6).

그런 다음, 상기와 같이 부시가 삽입된 상태에서 합성수지의 절연재를 상기 각 정류자편의 사이 및 상기 각 정류자편과 상기 부시 사이에 몰딩한다(S7).이에 의하여 상기 각 정류자편은 서로서로 절연된다.

그런 후, 회전자의 축이 상기 정류자의 내부에 끼워질 수 있도록 부시의 내경을 가동(S8)하고, 상기 정류자의 외경을 최종치수에 맞게 가공(S9)하여 정류자를 완성한다.

이와 같이 완성된 모터용 정류자는 품질검사(S10)를 통해 불량이 발생한 경우에는 폐기처분하고, 상기 검사에 통과된 것만 신뢰성시험(S11)을 한 후, 다시 검사를 하여 통과된 정류자만을 포장 및 출하(S13)한다.

이와 같은 단계로 구성된 본 발명의 모터용 정류자 제조방법은 정류자의 내마모성 및 내구성을 향상시키고, 정류자의 사용년한을 향상시킨다. 또한, 정류자편의 탄화를 방지하는 효과가 있다.

도4 및 도 5는 본 발명의 제조방법에 의하여 생산된 정류자를 시험하여 얻은 데이타를 그래프로 나타낸 도면이다.

도 4는 브러시의 마모량을 나타내는 도면으로써, 본 발명의 제조방법을 이용하여 정류자를 제조한 후 이를 모터에 적용하여 브러시의 마모량을 측정하여 그래프화 하였다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래기술의 마모량 및 분포도(도 1참조)와는 달리 표준편차가 0.87로 나타났으며, 평균 브러시 마모량 역시 6.8mm(a3)로 종래기술 보다 상당히 줄어든 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 의한 정류자의 내구수명을 실험하여 얻은 그래프로써, 산표가 협소하게 중심에 몰려있는 것을 알 수 있으며, 표준편차는 50으로 나타났다. 평균 내구수명은 398시간으로 종래기술의 내구수명(도 2참조) 보다 훨씬 높게 나타났다.

상술한 바와 같은 실시예에 의한 본 발명은, 정류자편에 액화질소 열처리과정을 거침으로써, 정류자의 내구성 및 내마모성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 회전하는 정류자와 브러시의 접촉으로 인한 브러시의 마모량을 줄이고, 불꽃을 안정적으로 유지시킨다.

또한, 본 발명의 제조방법은, 정류자편의 탄화를 방지하고, 정류자의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 제조방법에 의해 제조된 정류자를 시험하여 얻은 브러시 마모량의 분포를 나타내는 도면,

도 2는 종래기술에 의해 제조된 정류자의 내구수명을 시험한 결과를 그래프로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 모터용 정류자 제조방법을 순서대로 나타낸 블록도,

도4 및 도 5는 본 발명의 제조방법에 의하여 생산된 정류자를 시험하여 얻은 데이타를 그래프로 나타낸 도면으로써, 도 4는 브러시의 마모량을, 도 5는 내구수명을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

a3:브러시 평균마모량 a4:정류자의 평균 내구수명

S1 내지 S13; 본 발명의 모터용 정류자의 제조단계

Claims (3)

1. 봉을 편 형상으로 가공하는 단계;

   상기 각 편을 규격별로 절단하여 정류자편을 형성하는 단계;

   상기 각 정류자편을 액화질소 열처리하는 단계;

   상기 열처리된 정류자편을 몰딩금형 내에 삽입하고 상기 각 정류자편 사이에 절연수지 간격이 형성되도록 원형으로 셋팅하며 그 중심에 부시를 삽입하는 단계;

   상기 몰딩금형내로 절연수지를 압출 또는 사출하여 절연수지층을 형성하는 단계;

   상기 성형된 정류자의 내경 및 외경을 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 정류자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정류자편의 열처리는, 상기 정류자를 액화질소에 15분 내지 25분 동안 집어 넣어 열처리하는 것을 특징으로 하는 모터용 정류자 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 인발가공단계는, 구리(Cu)에 은(Ag)이 0.01% 내지 2.0% 함유된 봉을 사용하는 것을 특징으로 하는 모터용 정류자 제조방법.