KR101860933B1 - 모터의 로터 제조를 위한 원심 주조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 모터의 로터 제조를 위한 원심 주조 장치는 로터 코어(110)가 거치되고, 상기 로터 코어의 하부에 형성되는 하부 엔드링을 성형하기 위한 하부 엔드링 성형부(11)를 갖는 하부 금형(10); 상기 하부 본체(10)의 상부에 위치하고 중공부(21)를 갖는 상부 금형(20); 및 상기 로터 코어(110)의 상부 중심부에 결합되는 더미 핀(30)을 포함하고, 상기 더미 핀(30)의 상부에는 용탕 주입 채널(34)이 형성되어, 상기 상부 금형(20)의 중공부(21) 주변의 내측 상부면(23)과 함께 용탕이 공급되는 통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 로터 제조를 위한 원심 주조 장치{Centrifugal Casting Apparatus for Manufacturing Rotor of Motor}

본 발명은 모터의 로터 제조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 로터 코어에 동 재질의 엔드링(end ring) 등을 성형할 때, 불필요한 공정 수를 줄이고 원재료 비용을 낮추어 생산성을 향상시키고 생산 비용을 줄일 수 있는 원심 주조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원심 주조법은 주형을 회전시키면서 고온의 용해된 탕(용탕)을 주입하고, 원심력에 의하여 중공(中空) 형태의 물건을 주조하는 방법이다. 이러한 원심 주조법은 다양한 제품에 응용되고 있는데, 모터의 회전자(로터: rotor)의 제조에도 응용되고 있다.

도 1은 모터의 로터 코어(110)를 도시하고 있다. 로터 코어(110)는 얇은 규소 강판으로 이루어지는 코어 낱장(111)을 수직으로 다수 개를 적층하여 이루어진다. 로터 코어(110)에는 방사상으로 형성된 다수 개의 슬롯(112)이 축방향으로 관통되어 형성되며, 로터 코어(110)의 중심에는 회전축이 결합되는 샤프트홀(115)이 형성되어 있다. 이러한 로터 코어(110)를 원심 주조 장치의 금형에 거치시키고, 원심 주조법에 의하여 구리 또는 알루미늄 용탕을 슬롯(112)에 주입하여 도 2에서와 같이 상부 엔드링(120)과 하부 엔드링(130)이 형성된 로터를 제조한다.

이와 같이, 로터를 제조하기 위한 원심 주조법은 크게 가로형(horizontal) 방식과 세로형(vertical) 방식이 적용되고 있다. 가로형 방식은 회전축이 수평으로 놓여진 상태로 수평 회전축을 중심으로 회전시켜 주물을 얻는 방식인데, 로터의 제조 시에도 적용되고 있다. 그런데, 가로형 방식은 주물 내부의 균질성이 낮거나 공극율이 증가하는 문제점이 있어 제품의 신뢰성이 다소 낮은 것이 단점이다.

이에 세로형 방식이 로터의 제조에 널리 적용되고 있는데, 대한민국 특허 제10-1220890호, 대한민국 공개특허 제10-2015-0028517호 및 제10-2016-0082087호에서는 세로형 방식의 로터 제조 장치에 대하여 개시하고 있다. 그런데, 이러한 선행기술문헌에서 제시된 로터 제조 장치는 용탕의 주입이 상부 엔드링의 상부 쪽에서 주입되기 때문에, 도 3에서와 같이 원심 주조에 의해 제조된 로터(100')에는 상부 엔드링(120)의 상측에 상당한 크기의 비스킷(biscuit, 140)이 형성된다. 따라서, 이러한 비스킷(140)을 제거하는 공정이 반드시 후행되어야 하며, 비스킷 형성에 따른 재료의 낭비를 막을 수 없는 실정이다. 나아가, 원심 주조 금형의 크기가 다소 작은 경우에는 비스킷(140)이 형성된 로터(100')를 금형에서 꺼내기 어려우므로, 비스킷(140)을 절단한 다음에 금형에서 로터(100')를 제거한 다음, 다시 남은 비스킷(140)을 제거하는 공정이 추가된다. 또한, 비스킷(140)을 제거하는 공정에서 상부 엔드링(120)이 손상되는 경우도 있어 이는 제품의 불량 발생으로 인한 생산성이 저하되는 문제점을 가져온다.

특히, 원가가 높은 동을 사용하는 경우에, 비스킷의 양을 줄이는 것은 생산원가에 매우 도움이 되며, 동은 응고되는 속도가 빠르기 때문에 비스킷 제거 공정을 줄일 수 있다면 생산성 측면에서도 유리하다. 나아가, 최근 전기자동차 등에 적용되는 고출력 모터는 모터의 크기가 중대형화 되고 있는데, 이러한 중대형 크기의 모터에 동으로 엔드링을 성형하고자 하는 경우, 종래기술은 상술한 문제점으로 인하여 부적합한 측면이 있다.

이에 본 발명자는 용탕이 주입되는 경로를 변경할 수 있는 구조를 통해 비스킷의 형성을 방지하여 공정수를 줄여 생산성을 증대시키고, 제조 원가를 절감할 수 있는 새로운 구조의 원심 주조 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 비스킷의 형성을 방지하여 제조 원가를 낮출 수 있는 모터의 로터를 제조하기 위한 원심 주조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조 공정 수를 줄여 생산 공정 및 생산 비용을 낮출 수 있는 모터의 로터를 제조하기 위한 원심 주조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 동 재질의 용탕을 원심 주조법에 적용하기에 적합한 모터의 로터를 제조하기 위한 원심 주조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 주물 내부에 유입되는 공기의 양을 최소화할 수 있는 모터의 로터를 제조하기 위한 원심 주조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 원심 주조 장치는

로터 코어(110)가 거치되고, 상기 로터 코어의 하부에 형성되는 하부 엔드링을 성형하기 위한 하부 엔드링 성형부(11)를 갖는 하부 금형(10);

상기 하부 금형(10)의 상부에 위치하고 중공부(21)를 갖는 상부 금형(20); 및

상기 로터 코어(110)의 상부 중심부에 결합되는 더미 핀(30);

을 포함하고,

상기 더미 핀(30)의 상부에는 용탕 주입 채널(34)이 형성되어, 상기 상부 금형(20)의 중공부(21) 주변의 내측 상부면(23)과 함께 용탕이 공급되는 통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 더미 핀(30)의 중앙부에는 상부로 개방된 형상의 용탕 보유부(33)가 형성되어 있이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 하부 금형(10)의 중앙에는 상기 로터 코어(110)의 하부 중앙에 결합되는 콜렛이 위치하도록 하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 용탕 주입 채널(34)은 6 개가 방사상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 더미 핀에 형성된 용탕 주입 채널(34)은 상기 로터 코어(110)의 상부에 형성되는 상부 엔드링(120)의 내측면 쪽으로만 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

(1) 비스킷의 형성을 방지하여 제품 제조에 따른 제조비용을 줄일 수 있다.

(2) 비스킷의 제거 공정이 필요 없으므로, 제조 공정 수가 줄기 때문에 생산 비용을 낮출 수 있다.

(3) 동 재질의 엔드링을 로터 코어에 성형하기에 적합한 원심 주조 장치를 제공한다.

(4) 주물의 공극율을 최소화하고, 균질성이 높은 제품을 얻을 수 있다.

도 1은 로터 코어를 도시한 사시도이다.
도 2는 상부 및 하부 엔드링이 로터 코어에 성형된 로터를 도시하고 있는 사시도이다.
도 3은 종래의 원심 주조 장치에 의해 성형된 로터를 나타낸 것으로 비스킷이 성형된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원심 주조 장치의 하부 금형과 상부 금형을 분리하여 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원심 주조 장치의 하부 금형이 상부 금형 쪽에 위치한 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 원심 주조 장치의 더미 핀의 구조를 나타낸 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 원심 주조 장치(1)의 하부 금형(10)과 상부 금형(20)을 분리하여 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 원심 주조 장치의 하부 금형(10)이 상승하여 상부 금형(20) 쪽에 위치한 상태를 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원심 주조 장치(1)는 크게 하부 금형(10), 상부 금형(20), 하부 금형에 거치된 로터 코어(110), 및 로터 코어(110)의 중심부 상부에 결합되는 더미 핀(30)을 포함하여 이루어진다.

하부 금형(10)은 로터 코어(110)를 거치한 상태로 상하로 이동이 가능하며, 하부 금형(10)이 상부로 이동하면 도 5에서와 같이 하부 금형(10)에 거치된 로터 코어(110)가 상부 금형(20)과 맞물린 상태로 위치한다. 이 상태에서 하부 금형(10)과 상부 금형(20)은 로터 코어(110)의 중심축을 기준으로 하여 함께 회전하고, 동시에 상부 금형(20)의 상부에 위치하고 있는 용탕 공급부(도시되지 않음)로부터 용해된 동이나 알루미늄과 같은 고온의 용탕이 용탕 주입 노즐(40)을 통해 더미 핀(30)의 상부로 쏟아진다. 더미 핀(30)의 용탕 주입 채널(34)을 통해 용탕이 로터 코어(110)의 슬롯(112)을 통해 주입된다. 주입된 용탕은 각 슬롯(112)을 통해 하부 엔드링(130) 쪽에 채워지고 상부 엔드링(120)의 형상을 성형한다.

이를 위해, 하부 금형(10)에는 하부 엔드링(130)의 형상에 대응하는 하부 엔드링 성형부(11)가 형성되어 있다. 로터 코어(110)의 하부 외측을 지지하기 위해서 하부 금형(10)에는 상측으로 하부 측벽부(12)가 형성되며, 하부 측벽부(12)의 상부 말단은 원심 주조 시에 도 5에서와 같이 상부 금형(20)의 상부 측벽부(22)의 말단과 접촉하는 것이 바람직하나, 반드시 하부 및 상부 측벽부(12, 22)가 접촉하도록 높이를 가질 필요는 없고 서로 어느 정도 간격을 두도록 위치하고 있어도 좋다. 한편, 하부 금형(10)의 로터 코어(110)가 안착되는 중심 부분에는 콜렛(15)이 형성되어 있다. 콜렛(15)은 로터 코어(110)의 샤프트홀(115)의 하부에 압입되어 로터 코어(110)를 하부 금형(10)에 고정시키는 역할을 한다.

상부 금형(20)은 그 중심부에 중공부(21)가 관통되어 있다. 중공부(21)에 용탕 주입 노즐(40)이 위치하여, 용탕을 하부 금형(10) 및 상부 금형(20) 내부에 위치한 로터 코어(110)에 공급하도록 하는 구조를 갖는다. 상부 금형(20)의 하부 둘레에는 아래로 돌출된 상부 측벽부(22)를 갖는다. 상부 측벽부(22)의 내측의 중공부(21) 주변의 면은 내측 상부면(23)으로, 이 내측 상부면(23)은 후술하는 더미 핀(30)의 상부와 접촉하여 용탕이 흐를 수 있는 통로를 형성하는 동시에 상부 엔드링의 상부면 형상을 제공한다. 상부 측벽부(22)의 내측 상부 쪽 벽은 상부 엔드링 외측벽 성형부(24)로, 상부 엔드링(120)의 외측벽(122)의 형상과 대응하는 형상을 갖는다.

더미 핀(30)은 로터 코어(110)의 상부 중심부에 결합되는 동시에, 도 5에서와 같이, 상부 금형(20)의 중공부(21)에 결합되는 구조를 갖는다. 즉, 더미 핀(30)의 본체부(32)의 하부에는 그 중심부로부터 하부로 돌출되고, 로터 코어(110)의 샤프트홀(115)의 상부에 압입되는 하부 돌출부(31)가 형성되어 있다. 또한, 더미 핀(30)의 본체부(32)의 상부에는 그 중심부로부터 상부로 돌출되고, 상부 금형(20)의 중공부(21)에 압입되는 상부 돌출부(35)가 형성되어 있다. 본체부(32)의 외주면은 상부 엔드링(120)의 내측벽(121)에 대응하는 형상을 갖는 상부 엔드링 내측벽 성형부(32a)를 갖는다.

한편, 본체부(32)의 중심부에는 상측으로 개방된 용탕 보유부(33)가 형성되어 있다. 용탕 보유부(33)의 상부 측면에서 본체부(32)이 상부에 형성된 용탕 주입 채널(34)과 관통되어 연결되고 있다. 따라서, 용탕 주입 노즐(40)에서 공급되는 요탕이 용탕 보유부(33)에 일정 높이로 채워지면, 용탕 주입 채널(34)로 용탕이 공급된다. 용탕 보유부(33)에 먼저 용탕을 채우는 이유는, 용탕을 바로 용탕 주입 채널(34)로 공급할 때 발생할 수 있는 기포를 줄일 수 있기 때문이다.

용탕 주입 채널(34)의 상부에는 상부 금형(20)의 내측 상부면(23)의 일부가 위치하므로, 이들이 이루는 공간으로 용탕이 안정적으로 흐르게 된다. 물론, 이 과정에서 하부 금형(10), 상부 금형(20), 로터 코어(110) 및 더미 핀(30)은 모두 같은 속도로 회전하고 있는 상태에서 용탕의 공급이 이루어진다. 여기서, 용탕의 공급은 상부 엔드링(120)의 내측면 쪽으로 이루어지는 것이 중요하다. 즉, 종래기술에서는 상부 엔드링(120)의 상부면 쪽으로 용탕의 공급이 이루어지기 때문에, 용탕이 채워진 다음에 비스킷이 형성될 수 밖에 없다. 본 발명은, 용탕의 공급이 상부 엔드링(120)의 상부면 쪽이 아닌 내측면 쪽으로만 이루어지도록 함으로써 비스킷이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

용탕 주입 채널(34)로 공급된 용탕은 로터 코어(110)의 슬롯(112)을 통해 하부 금형(10)의 하부 엔드링 성형부(11)로 주입된다. 계속적으로 용탕이 공급되면 각 슬롯(112)에 용탕이 채워지고, 이후 상부 엔드링(120)의 성형을 위해 용탕은 상부 금형(20) 내측의 상부 엔드링 외측벽 성형부(24)와, 내측 상부면(23)의 일부와, 더미 핀(30)의 본체부(32)의 상부 엔드링 내측벽 성형부(32a)가 이루는 공간에 채워진다. 상부 엔드링(120)의 형상을 다 채운 용탕은 미량이 용탕 주입 채널(34) 쪽으로 넘쳐서 역류할 수 있으나, 이 역류되어 응고된 부분, 즉 버(burr)는 더미 핀(30)을 로터 코어(110)로 부터 제거할 때 함께 자연적으로 제거가 된다. 따라서, 본 발명은 종래기술에서와 같이 비스킷이 형성되지 않으므로 비스킷을 제거하는 공정이 별도로 필요없다.

도 6은 본 발명에 따른 원심 주조 장치(1)의 더미 핀(30)의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 더미 핀(30)은 본체부(32)를 가지며, 그 중심부에 용탕 보유부(33)가 형성되어 있다. 본체부(32)는 그 외주면에 상부 엔드링의 내측벽(121)의 형상에 대응하는 상부 엔드링 내측벽 성형부(32a)를 갖는다. 용탕 주입 채널(34)은 본체부(32)의 상부에 홈 형태로 형성되어 있으며, 상부 돌출부(35) 쪽에 관통되어 용탕 보유부(33)와 연결된다. 용탕 주입 채널(34)의 개수는 특별히 한정되지는 않으나, 도 6에서와 같이, 6개를 일정 각도의 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명의 설명은 본 발명을 이해하기 위한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 보호범위를 정하고자 하는 것이 아님을 유의하여야 한다. 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 본 발명의 단순한 변경이나 변형은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 원심 주조 장치 10: 하부 금형
11: 하부 엔드링 성형부 12: 하부 측벽부
15: 콜렛(collet) 20: 상부 금형
21: 중공부 22: 상부 측벽부
23: 내측 상부면 24: 상부 엔드링 외측벽 성형부
30: 더미 핀 31: 하부 돌출부
32: 본체부 33: 용탕 보유부
34: 용탕 주입 채널 35: 상부 돌출부
40: 용탕 주입 노즐 100: 로터
110: 로터 코어 111: 코어 낱장
112: 슬롯 115: 샤프트홀
120: 상부 엔드링 130: 하부 엔드링
140: 비스킷(biscuit)

Claims (5)

1. 로터 코어(110)가 거치되고, 상기 로터 코어의 하부에 형성되는 하부 엔드링을 성형하기 위한 하부 엔드링 성형부(11)를 갖는 하부 금형(10);
   상기 하부 금형(10)의 상부에 위치하고 중공부(21)를 갖는 상부 금형(20); 및
   상기 로터 코어(110)의 상부 중심부에 결합되는 더미 핀(30);
   을 포함하고,
   상기 더미 핀(30)의 본체부(32)의 상부에는 그 중심부로부터 상부로 돌출되고 상기 상부 금형(20)의 중공부(21)에 압입되는 상부 돌출부(35)가 형성되어 있고,
   상기 더미 핀(30)의 상부에는 용탕 주입 채널(34)이 형성되어, 상기 상부 금형(20)의 중공부(21) 주변의 내측 상부면(23)과 함께 용탕이 공급되도록 하되,
   상기 용탕 주입 채널(34)은 상기 본체부(32)의 상부에 홈 형태로 형성되어 있으며, 상기 상부 돌출부(35) 쪽에 관통되어 상기 더미 핀(30)의 중앙부에 형성되고 상부로 개방된 형상을 갖는 용탕 보유부(33)와 연결되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 하부 금형(10)의 중앙에는 상기 로터 코어(110)의 하부 중앙에 결합되는 콜렛(15)이 위치하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 용탕 주입 채널(34)은 6 개가 방사상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 더미 핀에 형성된 용탕 주입 채널(34)은 상기 로터 코어(110)의 상부에 형성되는 상부 엔드링(120)의 내측면 쪽으로만 연결되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
   

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