KR100528239B1 - 소금 덕트 스페이서 및 이를 사용하여 원주방향냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소금 덕트 스페이서 및 이를 사용하여 원주방향 냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법에 관한 것으로, 그 목적은 소금 덕트 스페이서를 제작하는 것과, 이를 사용하여 다이캐스팅을 완료한 후에 소금으로 제작된 덕트 형상을 용출하여 원주 방향 냉각 통로가 형성된 회전자를 제작하는 방법을 제공하는데 있으며, 그 구성은 소금 덕트 스페이서를 만들고, 이를 사용하여, 다이캐스팅 하부 금형 위에 철심(2)과 일정 간격의 소금 덕트 스페이서(6)를 적층하는 1단계와, 적층 후 상부 금형에 압력을 주어 철심(2)과 소금 덕트 스페이서(6)를 고정함과 동시에 분리형 보호 지그(7)를 소금 덕트 스페이서(6)둘레에 설치하여 지지하는 2단계와, 준비된 용탕을 하부 금형의 밑으로부터 고속 고압으로 밀어넣어(사출)하여 상부와 하부 금형의 공간인 회전자의 팬블레이드(5)와 핀(4)과 상하부엔드링(1,3)을 성형하는 3단계와, 성형이 완료되면 상부 금형을 이격하여 금형 사이로부터 제품을 분리하는 4단계와, 사출이 완료된 회전자의 철심(2) 사이에서 소금 덕트 스페이서(6)를 물을 사용하여 소금 덕트 스페이서를 녹여내어 제거하는 5단계를 더 포함하여 제조되는 것을 요지로 한다.

Description

소금 덕트 스페이서 및 이를 사용하여 원주방향 냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법{Salt duct spacer and manufacturing process of the die casting rotor with separate space by radial direction using duct spacer using salt duct spacer}

본 발명은 소금 덕트 스페이서 및 이를 사용하여 원주방향 냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법에 관한 것으로, 특히 회전자 작동 중 발생되는 열의 발산이 용이하도록 소금으로 덕트스페이서를 만들어 회전자의 원주방향으로 냉각통로를 형성하도록 하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유도전동기는 권선에 교류를 흘려 회전 자계를 형성하는 고정자와 그 자계에 의해 회전하는 회전자로 구성되어 있다.

상기 회전자 생산 방식에 따라 회전자 철심의 슬롯에 동 바를 삽입하고 양 끝단부를 엔드링과 접합하여 제작하는 동 바 타입과 알루미늄 다이캐스팅 방법으로 철심의 슬롯을 채우는 다이캐스팅 타입으로 분류할 수 있다.

알루미늄 다이캐스트 회전자는 동 바 타입 회전자에 비하여 비교적 단시간에 대량 생산이 가능하고 임의의 슬롯 형상을 선정 할 수 있는 등 높은 생산성 때문에 동 바 타입의 회전자의 제조 공정 보다도 유리한 점이 많다.

따라서 범용 농형 회전자의 경우 알루미늄 다이캐스팅으로 구현하여 값싸고 내구성이 강한 제품을 제작하여 경쟁력을 높여가는 추세인데 현재까지는 주로 소형 유도전동기에 적용되었다.

여기에는 대용량 다이캐스팅 생산기술, 회전자의 설계기법 등의 기술적 한계 때문에 소형에만 적용되어 왔으나, 최근에 기술의 진보와 더불어 1000kW 급의 대용량에도 적용되어 상용화 되는 실정이다.

동 바 타입이 알루미늄 다이캐스팅화 함과 동시에 대용량화가 일반적인 추세인데 이에 따라 다이캐스팅 제품의 축 방향 길이가 300mm 이상 길어지는데 이때 생산 공정상 문제가 발생한다.

다이캐스팅 용탕의 용적이 커질수록 다이캐스팅 후에 발생하는 내부 기공, 크랙 등의 결함으로 전기적으로 회전자 바저항의 이상, 질량 불균일로 인한 기계적, 자기적, 전기적 불평등 상태가 발생하므로 이의 제어가 필수적이다. 또 하나의 중요한 문제점은 동선에 주울열에 의한 동손의 최소화를 위한 냉각 시스템의 구현인데 종전의 동 바 타입 중 대형 농형 유도전동기는 동바를 택하여 엔드링과 용접을 통하여 단락환을 구현하였고 철심의 길이가 길어지면 축 방향으로 냉각 홀, 냉각 파이프 등의 통로를 만들어 주었고, 반경 방향으로 냉각 통로를 약 100 mm 당 10 mm 씩 구현하여 회전자가 균일하게 효율적으로 냉각되게 하였다.

이로 인한 효과는 냉각에 따른 효율 향상 및 시스템 안정화, 기계적으로는 국부과열로 인한 불균일 팽창을 줄여 제품의 내구성 및 사고율 감소를 꾀할 수 있다.

그러나 알루미늄 다이캐스트 회전자는 철심을 적층하고 철심내의 슬롯을 통해 고온 고압의 알루미늄 용탕을 사출해야하는 제조기술상의 난점 때문에 기존의 동 바 타입에서 적용하던 반경 방향의 냉각 통로를 구현 할 수 있는 공정이 없었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 운전 중 회전자의 온도 상승을 억제하고 온도 분포를 균일하게 하여 궁극적으로 효율을 향상시킬 수 있는 원주 방향의 냉각 통로가 실현된 중ㆍ대형 타입 회전자를 제작하기 위하여, 소금 덕트 스페이서를 제작하는 것과, 이를 사용하여 원주 방향의 냉각 통로 형상을 제작하고 이것으로 용탕 사출시 용탕이 누출되지 않도록 하고 다이캐스팅을 완료한 후에 소금으로 제작된 덕트 형상을 용출하여 원주 방향 냉각 통로가 형성된 회전자를 제작하는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 소금을 사용한 덕트 스페이서는 소금에 소금성형체의 강도를 강화시키기 위한 MgO를 3wt% 첨가하여 혼합한 후 금형에 장입한 후 프레스로 가압하여 원주방향으로 배열되고 각각 수직방향으로 관통하여 형성된 다수의 슬롯부가 형성된 디스크타입 성형체를 700Kg/㎠ 이상의 강도를 갖도록 소결한 덕트 스페이서이다.

상기 MgO입자는 소금입자 사이를 채워서 소결체의 밀도를 높임으로써 향상시킨다.

상기 소금 덕트 스페이서를 이용한 다이캐스트 회전자 제조방법은 다음과 같다.

통상의 다이캐스트 회전자 제작공정에, 소금을 사용한 덕트 스페이서를 이용하여 다이캐스팅 회전자에 원주방향으로 냉각통로를 형성시키는 제조방법은,

다이캐스팅 하부 금형 위에 철심(2)과 일정 간격의 소금 덕트 스페이서(6)를 적층하는 1단계와,

적층 후 상부 금형에 압력을 주어 철심(2)과 소금 덕트 스페이서(6)를 고정함과 동시에 보호 지그(7)를 소금 덕트 스페이서(6)둘레에 설치하여 지지하는 2단계와,

준비된 용탕을 하부 금형의 밑으로부터 고속 고압으로 밀어넣어(사출)하여 상부와 하부 금형의 공간인 회전자의 팬블레이드(5)와 핀(4)과 상하부엔드링(1,3)을 성형하는 3단계와,

성형이 완료되면 상부 금형을 이격하여 금형 사이로부터 제품을 분리하는 4단계와,

사출이 완료된 회전자의 철심(2) 사이에서 소금 덕트 스페이서(6)를 물을 사용하여 소금 덕트 스페이서를 녹여내어 제거하는 5단계를 더 포함하여 제조되는 방법을 특징으로 한다.

이하 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 냉각통로가 없는 기존의 다이캐스팅 타입의 회전자의 사출 완료 후의 그림으로, 철심(2) 자체가 금형의 역할을 하기 때문에 알루미늄 용탕 사출기에 용탕의 누출없이 슬롯부로 용탕이 채워지고 상하부의 엔드링(1,3) 금형을 채우게 된다.

그러나 도 2와 같이 철심(2)사이 냉각통로가 형성된 다이캐스트 회전자를 제작하기 위해 용탕의 누출을 방지하는 금형의 역할을 하는 덕트 스페이서라는 보조장치 없이는 용탕의 사출이 불가능한 일이다.

따라서 본 발명에서는 다이캐스트 회전자에서 도 2에서 표시한 것과 같은 철심(2) 사이의 냉각통로를 형성시키기 위하여 다음과 같은 공정을 기존의 다이캐스트 회전자 제작공정에 추가 도입한다.

따라서 본 발명에서는 다이캐스트 회전자에서 원주 방향 냉각 통로를 실현하기 위하여 다음과 같은 공정을 도입한다

첫째, 소금으로 도 4와 같은 덕트 스페이서를 제작한다.

그 제작방법은 소금성형체의 강도를 강화시키기 위하여 소금에 적절한 첨가제인 MgO를 전체혼합물 100wt% 기준으로 3wt% 혼합하고 도 4와 같은 형상을 만들 수 있는 금형에 장입한 후 프레스로 가압하여 성형하고, 이 성형체를 충분한 강도를 갖게 400∼500℃에서 550kg/㎠의 압력으로 가압하는 조건으로 소결한다.

즉, 입자크기가 작은 MgO가 입자크기가 큰 NaCl 사이를 채워 소결체의 밀도를 높여준다.

순수 소금만으로 성형하면 강도가 약 400kg/㎠이지만, MgO가 3wt% 혼합되었을 경우 약 800kg/㎠까지 강도가 향상된다.

이 덕트 스페이서는 기본적으로 도 3의 철심의 슬롯 크기, 형상, 배열이 동일하고 균일한 두께를 갖는다.

그러나 덕트 스페이서의 외경은 철심의 외경보다 작게 제작한다.

둘째, 이것을 철심 사이에 일정한 간격으로 삽입한다.

이때 슬롯은 일치하여야 하고 스페이서를 보호하기 위하여 도 7과 같은 보호 지그로 덕트 스페이서의 외경에 적용하여 장치한다.

셋째, 사출 준비가 완료된 상태에서 사출하면 도 5와 같은 상태의 회전자가 제작된다.

넷째, 덕트 스페이서 보호 지그를 분리한 후 회전자를 물로 소금 스페이서를 녹여내면 도 2와 같은 냉각 통로가 있는 회전자가 제작된다.

도 6은 도 5에 본 발명의 분리형 보호 지그를 장치한 모습을 보인 사시도이고, 도 7은 본 발명의 철심과 덕트 스페이서 적층시 덕트 스페이서를 보호하기 위한 분리형 보호 지그의 사시도인데, 지그는 회전자로부터 분리가 용이하도록 두조각 이상으로 설계하고 양 끝단에 고리와 같은 연결구를 형성하여 두 개의 조각을 클램프나 기타 조임장치로 조임으로써, 소금으로 제조된 덕트스페이서에 용탕 주입시 그 주입압력에 덕트스페이서가 부서지지 않고 지지력을 발휘할 수 있도록 형성한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 종전의 중ㆍ대형 다이캐스트 회전자에 원주 방향의 냉각 통로를 실현함으로서 회전자의 냉각을 극대화하여 회전자 온도 상승을 억제함으로 출력의 입장에서 2차 측 저항을 줄이면서 운전하게 되므로 2차 동손이 줄어들고 아울러 1차 측 권선 저항도 상대적으로 낮은 온도에서 운전하게 됨을 의미한다 대형기기의 특성상 온도상승을 억제함으로서 생기는 부수적 효과 중 효율 및 역율이 향상되고 이는 시스템의 안정적 동작을 도모할 수 있다. 아울러 기계적으로는 회전바의 국부 과열에 따른 불균형적인 열팽창을 줄일 수 있어서, 제품의 내구성 및 기계 요소의 수명 연장, 사고율 감소를 꾀할 수 있다는 등의 장점이 있다.

도 1은 냉각통로가 없는 기존의 다이캐스트 회전자,

도 2는 철심사이 냉각통로가 형성된 다이캐스트 회전자,

도 3은 회전자 철심 낱장,

도 4는 본 발명의 소금으로 제작된 일정 두께의 철심 모양의 덕트 스페이서,

도 5는 본 발명의 덕트 스페이서를 사용하여 사출공정까지 끝낸 상태의 회전자,

도 6은 도 5에 본 발명의 분리형 보호 지그를 장치한 모습을 보인 사시도

도 7은 본 발명의 철심과 덕트스페이서 적층시 덕트 스페이서를 보호하기 위한 지그의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 상부 엔드링 (2) : 철심

(3) : 하부 엔드링 (4) : 핀

(5) : 팬 블레이드 (6) : 덕트 스페이서

(7) : 분리형 보호 지그

Claims (4)

1. 통상의 다이캐스트 회전자 제작공정에, 소금을 사용한 덕트 스페이서를 이용하여 다이캐스팅 회전자에 원주방향으로 냉각통로를 형성시키는 제조방법은,

   다이캐스팅 하부 금형 위에 철심(2)과 일정 간격의 소금 덕트 스페이서(6)를 적층하는 1단계와,

   적층 후 상부 금형에 압력을 주어 철심(2)과 소금 덕트 스페이서(6)를 고정함과 동시에 분리형 보호 지그(7)를 소금 덕트 스페이서(6)둘레에 설치하여 지지하는 2단계와,

   준비된 용탕을 하부 금형의 밑으로부터 고속 고압으로 밀어넣어(사출)하여 상부와 하부 금형의 공간인 회전자의 팬블레이드(5)와 핀(4)과 상하부엔드링(1,3)을 성형하는 3단계와,

   성형이 완료되면 상부 금형을 이격하여 금형 사이로부터 제품을 분리하는 4단계와,

   사출이 완료된 회전자의 철심(2) 사이에서 소금 덕트 스페이서(6)를 물을 사용하여 소금 덕트 스페이서를 녹여내어 제거하는 5단계를 더 포함하여 제조되는 방법을 특징으로 하는 소금 덕트 스페이서를 사용하여 원주방향 냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소금덕트 스페이서의 제작하는 방법은 소금에 첨가제인 MgO를 전체혼합물 100wt% 기준으로 3wt% 혼합하는 단계와,

   금형에 장입한 후 프레스로 가압하여 성형하는 단계와,

   이 성형체를 충분한 강도를 갖게 소결하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소금 덕트 스페이서를 사용하여 원주방향 냉각통로가 구현된 다이캐스트 회전자 제작방법.
3. 냉각통로를 형성하는 덕트 스페이서를 구성함에 있어서,

   소금에 첨가제인 MgO를 전체혼합물 100wt% 기준으로 3wt% 혼합한 후 금형에 장입한 후 프레스로 가압하여 원주방향으로 배열되고 각각 수직방향으로 관통하여 형성된 다수의 슬롯부가 형성된 디스크타입 성형체를 400∼500℃에서 550kg/㎠의 압력으로 가압하는 조건으로 소결하여 제조된 덕트 스페이서를 특징으로 하는 소금 덕트 스페이서.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 소금 덕트 스페이서는 회전자 철심과 슬롯 크기, 형상, 배열이 동일하고 균일한 두께를 갖되, 외경은 철심의 외경보다 작게 제작한 것을 특징으로 하는 소금 덕트 스페이서.