KR101407886B1 - 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체 및 이에 의해 제작된 전동기 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조는, 금속 재질로 이루어지고 중심에 직선형 축방향을 따라 관통공이 형성되어 있으며, 외주면과 상기 관통공을 한정하는 내주면 사이에 원주방향을 따라 배열된 다수의 축방향 관통채널들이 형성되어 있는 코어와, 상기 코어가 회전되는 도중에 그 코어의 관통채널에 용탕이 채워진 후 냉각됨으로써 형성되는 케이지를 포함하여 이루어지는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것으로, 상기 코어가 놓여지는 하부 금형과, 상기 하부 금형과 함께 상기 케이지를 형성시키는 상부 금형을 구비하되, 상기 하부 금형은, 중심에 상기 코어가 놓여진 상태에서 상기 코어의 관통공과 소통하는 하측 구멍을 구비하고, 상기 코어의 관통공에 상단이 그 코어의 외부로 노출되게 끼워지는 헤드핀을 구비하되, 그 하단이 상기 하측 구멍에 위치되고, 상단부터 하단까지 일체로 형성됨으로써, 하나의 헤드핀으로 상기 코어의 상단부터 하단 사이의 내경의 변화를 방지할 수 있게 되고, 상기 헤드핀의 상단에 마련된 헤드부에 의해 상기 케이지의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체 및 이에 의해 제작된 전동기 회전자{Mold structure for centrifugal casting of electric motor rotor and Electric motor rotor manufactured by the mold structure}

본 발명은 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기 회전자를 회전시키면서 주조하는 원심 주조 설비에 사용되는 금형 구조체에 있어서 주조에 의한 성형 후 수행되는 기계가공 공정을 축소하여 제품의 양산성을 향상시킬 수 있게 하고, 주조 성형시 초래되는 부품의 내경 축소를 방지하여 제품의 정밀한 성형을 가능하게 하도록, 구조가 개선된 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것이다.

전동기 회전자(rotator)는, 정지되어 있는 고정자(stator)에 대해 상대회전하면서 회전동력을 전달하는 것으로, 여러 가지 성형 방법에 의해 제작되나, 그 성형 방법 중 금속 재질의 코어에 알루미늄 용탕을 원심 분리에 의해 주입시키면서 성형하는 원심 주조 방법이 널리 알려져 있다.

도 1은 종래기술에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조의 단면도이다. 이 도면에 도시된 금형 구조는, 등록특허공보 등록번호 제10- 0934964호에 개시된 발명으로서, 스틸 재질로 이루어지고 관통채널(12)이 형성되어 있는 코어(10)와 상기 코어(10)의 관통채널(12)에 원심 주조 방식으로 채워지는 알루미늄 케이지(36)를 포함하여 이루어지는 전동기 회전자를 성형하기 위한 것으로, 하부 금형(21)과 상부 금형(20)과 하부핀(25)과 상부핀(41)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 하부핀(25)은 상기 하부 금형(21)에 놓여지는 코어(10)를 그 하부 금형(21)에 견고히 위치고정시키기 위한 것으로, 상기 상부핀(41)과는 별개로 제작되어 상기 하부 금형(21)에 결속된다.

상기 상부핀(41)은, 위 등록특허공보 등록번호 제10-0934964호에 잘 설명되어 있는 바와 같이, 전동기 회전자의 성형시에 요구되는 기계가공 공정을 축소시키기 위하여 상기 코어(10)의 상측에 결속되는 것으로, 상기 코어(10)의 중심에 위치한 관통공(11)에 삽입되되 그 하단부가 상기 하부핀(25)의 마주하는 단부와 이격되게 삽입된다.

상기 상부핀(41)과 하부핀(25)은, 알루미늄 용탕이 상기 코어(10)의 관통채널(12)에 주입된 후 냉각되면서 상기 코어(10)의 관통공(11)의 내경을 축소시키는 것을 방지하는 역할을 한다.

그러나, 상기 상부핀(41)과 하부핀(25)이 별개로 제작된 후 상기 코어(10)의 관통공(11)에 삽입되기 때문에, 상기 상부핀(41)과 하부핀(25) 사이의 틈새에 위치한 상기 코어(10)의 내경이 그 틈새를 통해 축소되는 경우가 발생하게 됨에 따라 제품의 정밀성이 현저히 떨어지게 된다.

물론, 상기 상부핀(41)은 한번 사용하고 나면, 추후 알루미늄 케이지(36)의 일부와 함께 일회용으로 버려지는 부품이기 때문에, 상부핀(41)과 하부핀(25)을 일체로 성형한다면 버려지는 부분이 많기 때문에 원가의 상승은 초래할 것이다.

그러나, 이러한 원가 상승은, 제품의 정밀성이 떨어져 제품 품질에 대한 불신을 초래하는 것을 고려할 때, 제품개발에 있어서 크게 중요한 요소로 작용하지 못할 것이다.

또한, 상기 상부핀(41)의 외주면은 상단에서 하단을 잇는 선이 일직선이 되도록 형성되어 있기 때문에, 상기 상부핀(41)이 제거된 이후 그 상부핀(41)과 함께 제거되는 알루미늄의 일부분의 내경이 일직선 형으로 형성됨에 따라, 추후 그 내경에 안내되어 동력축(미도시)이 상기 코어의 중심에 삽입되는 경우에, 그 동력축의 삽입이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 있어서 성형시 발생하는 제품의 내경 축소를 방지할 수 있게 됨에 따라 제품의 정밀한 성형을 가능하게 함은 물론, 제품의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 동력축이 중심에 삽입되는 경우에 그 동력축의 삽입을 원활하게 가이드할 수 있게 하는 제품을, 후처리 기계가공 공정을 최소화시키면서 성형할 수 있게 하는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체는, 금속 재질로 이루어지고 중심에 직선형 축방향을 따라 관통공이 형성되어 있으며, 외주면과 상기 관통공을 한정하는 내주면 사이에 원주방향을 따라 배열된 다수의 축방향 관통채널들이 형성되어 있는 코어와, 상기 코어가 회전되는 도중에 그 코어의 관통채널에 용탕이 채워진 후 냉각됨으로써 형성되는 케이지를 포함하여 이루어지는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것으로, 상기 코어가 놓여지는 하부 금형과, 상기 하부 금형과 함께 상기 케이지를 형성시키는 상부 금형을 구비하되, 상기 하부 금형은, 중심에 상기 코어가 놓여진 상태에서 상기 코어의 관통공과 소통하는 하측 구멍을 구비하고, 상기 코어의 관통공에 상단이 그 코어의 외부로 노출되게 끼워지는 헤드핀을 구비하되, 그 하단이 상기 하측 구멍에 위치되고, 상단부터 하단까지 일체로 형성됨으로써, 하나의 헤드핀으로 상기 코어의 상단부터 하단 사이의 내경의 변화를 방지할 수 있게 되고, 상기 헤드핀의 상단에 마련된 헤드부에 의해 상기 케이지의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 헤드핀의 헤드부는 하측에서 상측으로 갈수록 외경이 커지는 테이퍼면을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 하부 금형과 상부 금형으로 상기 케이지를 형성하는 도중에 상기 헤드핀과 함께 제거되어야 할 프로토 케이지의 제거대상을 용이하게 제거시킬 수 있도록, 상기 상부 금형은, 상기 헤드핀의 헤드부와 근접한 위치에 그 헤드부의 상단 측 방향으로 패인 홈부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 홈부의 경사면은, 상기 테이퍼면의 상단과 하단을 잇는 선과 동일축선 상에 동일한 각도로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 하부 금형에는, 상기 코어의 관통채널을 통해 유입된 용탕이 수용되는 하부 공동이 형성되어 있으며, 상기 하부 공동에는, 상기 케이지를 성형하는 도중에 상기 하부 금형과 그 금형 내에서 냉각되는 용탕 간의 결속력을 강화시킬 수 있도록, 환 형상의 결속홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체는, 일체로 형성된 하나의 헤드핀이 코어의 관통공을 관통하여 삽입됨으로써 그 코어의 상단부터 하단 사이의 내경의 변화를 방지할 수 있게 되고, 나아가 헤드핀의 상단에 마련된 헤드부에 의해 완전한 케이지 형상을 갖추기 전인 프로토 케이지의 제거부를 제거할 수 있게 됨에 따라 제품의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 헤드핀의 헤드부가 하측에서 상측으로 갈수록 외경이 커지는 테이퍼면을 구비하고 헤드부가 수용되는 상부 금형에 형성된 홈부의 경사면은, 헤드부의 테이퍼면의 상단과 하단을 잇는 선과 동일축선 상에 동일한 각도로 형성됨으로써, 하부 금형과 상부 금형으로 케이지를 형성하는 도중에 헤드핀과 함께 제거되어야 할 프로토 케이지의 제거부를 더욱 용이하게 제거시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 종래기술에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 채택된 상부 금형과 하부 금형을 분리하여 보인 분리 단면도.
도 3은 본 발명 일실시예에 채택된 상부 금형과 하부 금형이 서로 접근되어 있는 상태를 보인 단면도.
도 4는 본 발명 일실시예에 채택된 상부 금형과 하부 금형이 서로 접근되어 있는 상태에서 용탕이 원심 분리에 의해 주입된 상태를 보인 단면도.
도 5는 원심분리에 의해 성형된 프로토 제품과 상부 금형과 하부 금형을 서로 분리하여 보인 분리 단면도.
도 6은 원심분리에 의해 성형된 프로토 제품을 보인 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 채용된 헤드핀이 프로토 제품의 일부와 함께 제거되는 과정을 보인 단면도.
도 8은 본 발명 일실시예에 의해 제조된 제품의 단면도.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 채택된 상부 금형과 하부 금형을 분리하여 보인 분리 단면도이고, 도 3은 본 발명 일실시예에 채택된 상부 금형과 하부 금형이 서로 접근되어 있는 상태를 보인 단면도이며, 도 4는 본 발명 일실시예에 채택된 상부 금형과 하부 금형이 서로 접근되어 있는 상태에서 용탕이 원심 분리에 의해 주입된 상태를 보인 단면도이며, 도 5는 원심분리에 의해 성형된 프로토 제품과 상부 금형과 하부 금형을 서로 분리하여 보인 분리 단면도이며, 도 6은 원심분리에 의해 성형된 프로토 제품을 보인 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 채용된 헤드핀이 프로토 제품의 일부와 함께 제거되는 과정을 보인 단면도이며, 도 8은 본 발명 일실시예에 의해 제조된 제품의 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체는, 정지되어 있는 고정자(stator)에 대해 상대회전하면서 회전동력을 전달하는 전동기 회전자를, 금속 재질의 코어(140)에 알루미늄 용탕을 원심 분리에 의해 주입시키면서 성형하기 위한 것으로, 하부 금형(110)과 상부 금형(120)과 헤드핀(130)을 포함하여 이루어진다.

상기 코어(140)는, 스틸과 같은 금속 재질로 이루어지고 중심에 직선형 축방향을 따라 관통공(144)이 형성되어 있으며, 외주면과 상기 관통공(144)을 한정하는 내주면 사이에 원주방향을 따라 배열된 다수의 축방향 관통채널(142)들이 형성되어 있다.

상기 케이지(160)는, 상기 코어(140)가 회전되는 도중에 그 코어(140)의 관통채널(142)에 용탕이 채워진 후 냉각됨으로써 형성되는데, 본 발명에서는 원심 분리에 의한 성형 과정 중에 만들어지는 프로토 케이지(150)(도 6 참조)를, 도 7과 같이 상기 헤드핀(130)과 함께 프로토 케이지(150)의 일부를 제거함으로써, 도 8과 같은 형상으로 제작된다.

상기 하부 금형(110)은, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 상기 코어(140)의 관통공(144)에 상기 헤드핀(130)이 삽입된 상태에서 상기 코어(140)가 놓여지는 부분으로, 상기 코어(140)의 관통채널(142)들을 통해 주입되는 용탕이 수용되는 하부 공동(114)이 형성되어 있다.

상기 하부 공동(114)에는, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 환 형상의 결속홈(114a)이 형성됨으로써, 원심 분리에 의하여 제품을 성형하는 도중에 상기 하부 금형(110)과 그 금형 내에서 냉각되는 용탕 간의 결속력을 강화시킬 수 있게 된다.

즉, 상기 하부 금형(110)과 상부 금형(120)은, 도 3 및 도 4와 같이 서로 접근되어 있는 상태에서 용탕이 주입되고, 도 5와 같이 상부 금형(120)이 하부 금형(110)에 대해 이격되어 있는 상태에서 성형된 프로토 제품의 취출을 가능하게 한다. 상기 상부 금형(120)이 하부 금형(110)에 대해 이격되는 과정에서 상기 상부 금형(120)은 용탕 주입 후 성형된 프로토 케이지(150)와 일정한 결합력을 갖게 되는데, 이 결합력을 해제하는 힘이 상기 상부 금형(120)에 가해지게 된다.

따라서, 상기 상부 금형(120)에 가해지는 힘에 의해 도 5에 도시된 프로토 제품이 하부 금형(110)으로부터 원하지 않게 분리될 수 있게 되는데, 본 실시예에서는 이러한 분리를 억제시킬 수 있도록 상기 하부 금형(110)에 결속홈(114a)이 형성되어 있는 것이다.

상기 상부 금형(120)은, 상기 하부 금형(110)과 함께 케이지(160)를 형성시키기 위한 것으로, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 외부로부터 공급되는 용탕을 상기 코어(140)의 관통채널(142)에 안내하기 위한 상부 공동(122)이 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 상부 금형(120)에는, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 헤드핀(130)의 헤드부(132)와 근접한 위치에 그 헤드부(132)의 상단 측 방향으로 패인 홈부(122a)가 형성되어 있다.

상기 헤드핀(130)의 헤드부(132)는, 하측에서 상측으로 갈수록 외경이 커지는 테이퍼면(132a)을 구비하고, 상기 홈부(122a)의 경사면은, 상기 테이퍼면(132a)의 상단과 하단을 잇는 선과 동일축선 상에 동일한 각도로 형성됨으로써, 상기 하부 금형(110)과 상부 금형(120)으로 상기 케이지(160)를 형성하는 도중에 상기 헤드핀(130)과 함께 제거되어야 할 프로토 케이지(150)의 제거대상(152)을 용이하게 제거시킬 수 있게 한다.

또한, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 헤드핀(130)과 프로토 케이지(150)의 제거대상(152)이 함께 제거되고 나면, 그 제거 후 형성되는 프로토 케이지(150)의 내경이 테이퍼지게 형성됨에 따라, 종래기술과 같이 프로토 케이지(150)의 내경이 일직선형인 경우에 추후 테이퍼진 면의 형성을 위해 기계가공이 요구되는 것과는 달리, 도 7과 같은 헤드핀(130) 제거과정에서 프로토 케이지(150)의 테이퍼면(132a)의 형성이 가능하게 됨으로써, 제품의 제조효율의 향상이 가능하게 된다.

한편, 상기 헤드핀(130)은, 상기 코어(140)의 관통공(144)에 삽입된 상태에서 상단이 상기 코어(140)의 외부로 노출되고 하단이 상기 하부 금형(110)의 하측 구멍(112)에 위치되도록, 상단부터 하단까지 일체로 형성된다. 여기서 상기 하측 구멍(112)은, 상기 코어(140)의 관통공(144)과 소통가능하게 형성되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 일체로 형성된 하나의 헤드핀(130)이 상기 코어(140)의 관통공(144)을 관통하여 삽입됨으로써 그 코어(140)의 상단부터 하단 사이의 내경의 변화를 방지할 수 있게 되고, 나아가 상기 헤드핀(130)의 상단에 마련된 헤드부(132)에 의해 도 7과 같이 상기 프로토 케이지(150)의 제거대상(152)을 제거할 수 있게 됨에 따라 제품의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 과정을 거쳐 제작된 전동기 회전자는, 내경의 축소가 초래되지 않는 정밀한 제품의 성형을 가능하게 하고, 본 발명에 의한 금형 구조체에 의해 제작됨으로써 원심 분리에 의한 프로토 케이지(150)의 성형 후 완전한 케이지(160)의 성형을 위해 요구되는 제품의 기계가공 공정이 축소됨에 따라 제품의 제조원가를 절감시킬 수 있는 장점을 가진다.

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.

110:하부 금형 112:하측 구멍
114:하부 공동 114a:결속홈
120:상부 금형 122:상부 공동
122a:홈부 130:헤드핀
132:헤드부 132a:테이퍼면
140:코어 142:관통채널
144:관통공 150:프로토 케이지
152:제거대상 160:케이지

Claims (6)

1. 금속 재질로 이루어지고 중심에 직선형 축방향을 따라 관통공이 형성되어 있으며, 외주면과 상기 관통공을 한정하는 내주면 사이에 원주방향을 따라 배열된 다수의 축방향 관통채널들이 형성되어 있는 코어와, 상기 코어가 회전되는 도중에 그 코어의 관통채널에 용탕이 채워진 후 냉각됨으로써 형성되는 케이지를 포함하여 이루어지는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 관한 것으로,
   상기 코어가 놓여지는 하부 금형과, 상기 하부 금형과 함께 상기 케이지를 형성시키는 상부 금형을 구비하되, 상기 하부 금형은, 중심에 상기 코어가 놓여진 상태에서 상기 코어의 관통공과 소통하는 하측 구멍을 구비하고,
   상기 코어의 관통공에 상단이 그 코어의 외부로 노출되게 끼워지는 헤드핀을 구비하되, 그 하단이 상기 하측 구멍에 위치되고, 상단부터 하단까지 일체로 형성되고,
   상기 하부 금형과 상부 금형으로 상기 케이지를 형성하는 도중에 상기 헤드핀과 함께 제거되어야 할 프로토 케이지의 제거대상을 용이하게 제거시킬 수 있도록, 상기 상부 금형은, 상기 헤드핀의 헤드부와 근접한 위치에 그 헤드부의 상단 측 방향으로 패인 홈부를 구비하는 것으로써,
   하나의 헤드핀으로 상기 코어의 상단부터 하단 사이의 내경의 변화를 방지할 수 있게 되고, 상기 헤드핀의 상단에 마련된 헤드부에 의해 상기 케이지의 기계가공 공정을 축소시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 헤드핀의 헤드부는 하측에서 상측으로 갈수록 외경이 커지는 테이퍼면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 홈부의 경사면은, 상기 테이퍼면의 상단과 하단을 잇는 선과 동일축선 상에 동일한 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부 금형에는, 상기 코어의 관통채널을 통해 유입된 용탕이 수용되는 하부 공동이 형성되어 있으며,
   상기 하부 공동에는, 상기 케이지를 성형하는 도중에 상기 하부 금형과 그 금형 내에서 냉각되는 용탕 간의 결속력을 강화시킬 수 있도록, 환 형상의 결속홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체.
6. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전동기 회전자의 원심 주조를 위한 금형 구조체에 의해 제조된 전동기 회전자.

Images