KR19980079793A - 회전자 바아와 단부링을 주조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 실시예에서 압력 블럭과 압축성 주조 슬리브를 포함하는 주조 장치에 관한 것이다. 한 실시예에서, 대체로 원통형인 구멍은 압력 블럭을 통해서 연장되고 압축성 주조 슬리브는 압력 블럭 구멍 내에 배치된다. 주조 슬리브는 그 내부에 배치된 회전자 구멍을 구비할 수 있도록 크기가 설정된 구멍을 포함하며, 압력 블럭 및 슬리브 사이의 유압력이 슬리브가 회전자 코어 외면에 대해 압축되거나 또는 압착되게 실행하도록 구성된다. 또한 본 발명은 회전자 바아 및 단부링을 주조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

회전자 바아와 단부링을 주조하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 역학적 에너지와 전기 에너지의 변환 장치, 특히, 주조 회전자 바아(bar)와 회전자의 단부링에 관한 것이다.

공지된 AC 유도 모터와 같은, 역학적 에너지와 전기 에너지의 변환 장치는 통상적으로 복수의 적층물로 구성된 회전자 코어를 포함한다. 이 공지된 구조에서, 각 적층물은 강철 시트로부터 스탬프되며 적층물의 외부 주변부에 인접하며 일정간격으로 이격되어 반경 방향으로 배열된 복수의 개방부를 포함한다. 적층물은 위치선정 핀(locating pin) 상에 스택(stack)으로 배열되거나, 함께 결합 또는 용접되어서 회전자 코어를 형성한다.

상기 기술된 회전자 코어는 대체로 평면인 단부면과 대체로 원통형이면서 종방향으로 연장된 몸체 부분을 대향하게 배치한다. 또한, 회전자 코어는 회전자 샤프트 구멍과 복수의 회전자 바아 슬롯을 구비한다. 회전자 바아 슬롯은 종종 제 2 도체 슬롯으로 기술된다. 회전자 코어의 제조 방법에 대한 상세한 부가 설명은 본 양수인에게 양도된 미국 특허 공보 제 4,400,872 호에 기재되어 있다.

일단, 회전자 코어가 조립되면, 회전자 바아는 슬롯에서 주조되고 단부링은, 예를 들어, 알루미늄 주조법을 사용함으로써 코어의 대향 단부에서 주조된다. 회전자 바아는 회전자 코어의 단부에서 통상적으로 슬롯과 단부링을 통하여 짧은 바아와 함께 연장되며, 이러한 회전자는 당기술에서 종종 농형(squirrel cage) 타입의 회전자로 기술된다.

회전자 바아와 단부링을 주조하기 위해, 다이 파트를 포함하는 주조 장치를 사용하는 방법이 공지되어 있으며, 이 다이 파트는 대향 단부와 다이 파트를 관통하여 연장되는 원통형 캐비티를 갖는다. 다이 파트에 있는 원통형 캐비티의 직경은 코어가 캐비티 내에 용이하게 배치될 수 있도록 회전자 코어의 외부 직경 보다 크다. 또한, 다이 파트에는 수냉 포트와 채널도 제공된다.

제 1 및 제 2 단부링 공구는 다이 파트와 함께 사용되어서 회전자 바아와 단부링을 일체로 주조한다. 양 단부링 공구는 원형의 횡단면 형태를 갖는 삽입부를 가지며, 각 삽입부가 캐비티의 한 단부 내에서 적어도 부분적으로 배치될 수 있도록 이 삽입부는 다이 파트 캐비티의 직경 보다 작게 구성된다. 제 1 단부링 공구는 용융 알루미늄 포트와 유동 채널을 가진다. 또한, 제 1 및 제 2 단부링 공구는 단부링 캐비티와 복수의 팬 포켓을 가지며, 양 단부링 모두는 회전자 코어의 회전자 샤프트 구멍의 각 단부 내에 삽입되는 크기의 정렬 핀을 구비한다.

상기 기술된 주조 장치로 회전자 바아와 단부링을 주조하기 위해, 회전자 코어는 회전자 코어 샤프트 구멍이 캐비티의 중심축과 대체로 동축이 되도록 다이 파트 캐비티 내에 배치된다. 다이 파트 캐비티는 회전자 코어의 직경 보다 큰 직경을 갖기 때문에, 회전자 코어와 다이 파트 사이에서 틈새 공간이 있다. 제 1 및 제 2 단부링 공구는 이때 다이 파트 캐비티의 각 단부 안으로 삽입되어서 회전자 코어의 대체로 평면인 외부 단부면에 대해 가압된다. 회전자 코어와 주조 장치가 상기 기술된 방식대로 조립될 때, 단부링 캐비티와 양 단부링 공구의 팬 포켓과 회전자 코어의 회전자 바아 슬롯은 제 1 단부링 공구에 있는 용융 알루미늄 포트 및 채널과 유체가 교통한다.

용융 알루미늄은 그때 제 1 단부링 공구에 있는 용융 알루미늄 포트 안으로 높은 압력으로 사출된다. 용융 알루미늄은 제 1 단부링 공구의 포트와, 채널과, 팬 포켓 및 단부링 캐비티를 통해서 회전자 코어의 회전자 바아 슬롯 안으로 흐른다. 용융 알루미늄은 또한 회전자 바아 슬롯으로부터 제 2 단부링 공구의 단부링 캐비티와 팬 포켓 안으로 흐른다. 일단, 알루미늄이 단부링 공구 안으로 충분히 사출되면, 사출된 알루미늄은 냉각되어 경화되도록 허용된다. 수냉 포트 안으로 사출되어 다이 파트의 냉각 채널을 통과하는 냉각수는 알루미늄의 냉각율을 증가시켜서 다이 표면이 과열되는 것을 방지한다. 회전자 코어의 회전자 슬롯에서 경화된 알루미늄은 회전자 바아를 형성하고, 제 1 및 제 2 의 단부링 공구의 단부링 캐비티와 팬 포켓에서 경화된 알루미늄은 단부링과 팬 날개를 형성한다.

상기 기술된 방식으로 흐르는 용융 알루미늄은 또한, 통상적으로 다이 파트와 회전자 코어 몸체 부분의 외면 사이의 공간으로 흐른다. 또한, 회전자 적층물은 통상적으로 완전하게 정렬되어 있지 않기 때문에, 회전자 코어 몸체 부분의 외면은 완벽하게 매끄럽지 못하며, 이러한 미소한 적층물의 정렬의 차이로 인하여 회전자 코어와 다이 파트 사이에는 또 다른 공간이 발생한다.

이러한 공간으로 흐르는 용융 알루미늄은 경화되어서 회전자 코어의 외면에 고착되며, 이와 같이, 회전자 코어의 외면 상에 형성되어 경화된 알루미늄은 통상적으로 플래쉬로 귀착된다. 특히, 슬롯 회전자 코어를 개방시켜서, 통상적으로 충분한 양의 플래쉬가 형성된다.

또한, 용융 알루미늄이 회전자 코어 안으로 사출될 때, 회전자 코어는 가열되어 다이 파트 보다 신속하게 팽창하며, 이와 같은 회전자 코어의 팽창 과정 및 알루미늄 플래쉬로 인하여 회전자 코어와 다이 파트는 함께 굳어진다. 따라서, 일단 알루미늄이 냉각되어 경화되면, 회전자 코어는 통상적으로 유압 푸셔(hydraulic pushers)를 사용하여 다이 파트 캐비티로부터 분리된다.

회전자 코어와 다이 파트 사이의 마찰로 인하여, 블럭으로부터 코어를 뽑을 때 다이 파트 표면을 마모시키고, 이러한 마모로 인하여 용융 알루미늄이 흘러서 차후 사출 과정에서 플래쉬를 생성할 수 있는 다른 공간이 발생된다. 다이 파트는 이 다이 파트를 사용하여 형성된 플래쉬의 양이 허용할 수 있는 양을 초과하면 통상적으로 대체된다.

회전자 코어를 다이 파트로부터 분리한 후, 플래쉬는 통상적으로 가공하거나 또는 브러쉬를 사용하여 회전자 표면으로부터 제거된다. 예를 들어, 플래쉬를 제거하기 위해 선반 또는 강철 브러쉬를 사용한다. 이와 같은 기계 가공 또는 브러쉬 과정으로 인하여 회전자 제조 과정에 일련의 또 다른 과정의 단계가 부가되며 회전자에 결함이 발생할 수 있다. 다이 파트가 마모됨에 따라, 플래쉬는 점차 무거워지고 회전자로부터 제거하기가 더욱 어려워진다.

상기 기술된 방식의 공지된 가공으로, 회전자 코어와 다이 파트 사이를 억지끼워맞춤으로써 플래쉬의 양을 줄일 수 있으나, 이러한 억지 끼워맞춤은 다이 파트로부터 회전자 코어를 제거하는데 어려움을 증가시키므로 결과적으로 다이 파트의 마모량을 증가시킨다. 회전자 코어를 다이 파트에서 제거하는 것을 용이하게 하기 위해 코어와 다이 파트 사이에 더욱 많은 틈새 공간을 제공할 수 있지만, 이렇게 지나친 틈새 공간은 또한 플래쉬의 양을 증가시킨다.

본 발명의 목적은 특히, 개방 슬롯 회전자를 위한 회전자 바아와 단부링의 주조 과정 동안 회전자의 외면 상에 형성된 플래쉬를 제거할 수 없다면 플래쉬의 양을 감소시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주조 장치의 마모량을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전자 바아와 단부링의 주조 과정을 실행하는데 필요한 시간을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전자 상에 형성된 플래쉬를 제거하기 위한 기계 가공 및 브러쉬 과정을 사실상 생략하는 것이다.

한 실시예에서, 회전자 코어의 외면으로 용융 알루미늄이 흐르는 것을 실질적으로 방지하고 회전자 바아 및 단부링이 주조되는 동안 코어 상에서 플래쉬가 형성되는 것을 예방하기 위해, 압력 블럭에 배치되고 회전자 코어로 압축되거나 촘촘한 설치물로 변형되도록 구성된 압축성 주조 슬리브를 포함하는 주조 장치 또는 주조 기구에 의해서 본 발명의 상기 및 다른 목적을 성취할 수 있다. 특히, 한 실시예에서, 대체로 원통 형태의 구멍은 압력 블럭을 통해서 연장되고, 구멍은 두 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 구비한다. 구멍의 중간부는 구멍 단부의 직경 보다 큰 직경을 가진다. 유압 포트 및 채널은 압력 블럭에 배치되며, 이 채널은 포트로부터 구멍 중간부의 위치에서 원통형 구멍 안으로 개방된 개방부까지 연장된다.

압축성 주조 슬리브는 대체로 원통 형상을 가지며 주조 슬리브 구멍을 형성한다. 압축성 슬리브는 또한 두 대향 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 가진다. 각 단부는 슬리브 중간부의 외경 보다 큰 외경을 가진다. 주조 슬리브는 압력 블럭의 원통형 구멍 내에서 제거가능하게 배치된다. 주조 슬리브는 본원에서 종종 회전자 슬리브로 기술된다.

또한, 주조 장치는 제 1 및 제 2 단부링 도구를 포함한다. 단부링 도구의 삽입부는 주조 슬리브 구멍의 직경 보다 약간 작은 직경을 갖는 원형의 횡단면 형태를 구비한다. 각 삽입부의 평면은 회전자 코어의 대체로 평면인 단부면에 대해서 강하게 가압될 수 있다. 각 도구는 단부링 캐비티와 팬 포켓을 부가로 포함한다. 제 1 도구는 또한 용융 알루미늄 포트 및 채널을 구비한다.

상기 기술된 주조 장치로써 회전자 바아 및 단부링을 주조하기 위한 예시적인 처리 방법에 있어서, 회전자 코어는 회전자 코어의 중심축이 슬리브 구멍의 중심축과 대체로 동축이 되도록 주조 슬리브 구멍 내에 배치된다. 단부링 도구의 각 삽입부는 그때 주조 슬리브 구멍의 각 대향하는 단부 안으로 삽입된다. 각 삽입부의 대체로 평면인 단부면은 회전자 코어의 각 단부면에 대해서 강하게 가압된다.

그때, 유압 유체는 압력 블럭에 있는 유압 포트를 통해서 고압 상태에서 펌프되어서 압력 블럭의 유압 채널을 통해서 원통형 구멍 안으로 열린 개방부까지 흐른다. 유압 유체는 그때 압력 블럭 구멍의 중간부와 주조 슬리브의 중간부 사이에 있는 압력 블럭 구멍 안으로 흐른다. 유압 유체의 고압 상태로 인하여 압축성 슬리브 중간부의 내면은 회전자 코어 몸체 부분의 대체로 원통 형태의 외면과 단부링 도구의 삽입부에 대해서 압축되거나 변형된다. 주조 슬리브의 중간부가 압축된 이후에는 주조 슬리브와 회전자 코어 및 삽입부의 어떠한 공간도 실질적으로 제거된다.

용융 알루미늄은 그때 고압 상태에서 제 1 도구에 있는 용융 알루미늄 포트 안으로 사출된다. 용융 알루미늄은 포트 및 채널과 제 1 도구의 팬 포켓 및 단부링을 통해서 흐른다. 그때, 용융 알루미늄은 회전자 코어의 회전자 바아 슬롯을 통해서 제 2 도구의 단부링 캐비티와 팬 포켓 안으로 흐른다. 주조 슬리브의 중간부는 상기 사출과정 동안 유압력에 의해서 회전자 코어 및 삽입부에 대해 압축되므로 용융 알루미늄은 주조 슬리브 및 회전자 코어 사이를 거의 흐르지 않는다. 따라서, 플래쉬도 거의 형성될 수 없으며, 이러한 결과는 개방형 슬롯 회전자에 대해서는 특히 중요하다.

일단, 사출된 알루미늄이 실제로 냉각되어 경화되면, 유압 압력은 제거되어서 주조 슬리브가 느슨해지고(relaxes) 그리고 틈새 공간이 주조 슬리브와 회전자 코어 및 삽입부 사이에 발생한다. 단부링 도구는 그때 주조 슬리브 구멍으로부터 후퇴하며, 플래쉬가 거의 형성되지 않기 때문에 회전자 코어는 슬리브 구멍으로부터 쉽게 분리될 수 있다.

플래쉬를 완전히는 아니지만 충분히 제거한다면, 플래쉬를 제거하기 위해 상기 기술된 주조 과정 이후에 각 회전자를 기계가공하거나 브러쉬할 필요성이 없어진다. 실제로 기계가공 및 브러쉬 과정을 생략한다면 회전자 코어의 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 회전자 코어를 주조 슬리브 구멍으로부터 분리하는 과정은 과도한 힘을 요구하지 않으며 진행될 수 있으므로, 도구의 마모를 감소시켜서 사용 수명을 연장시킨다. 따라서, 상기 기술된 주조 장치는 플래쉬를 감소시키고 도구의 마모량을 줄일 수 있다.

도 1은 회전자 적층물을 도시한 평면도.

도 2는 회전자 코어를 도시한 투시도.

도 3은 종래기술의 주조 장치를 도시한 도면.

도 4는 압축성 주조 슬리브를 포함하는 주조 장치의 부분 단면도.

도 5a는 도 4에 도시된 압력 블럭의 평면도.

도 5b는 도 4에 도시된 압력 블럭의 측면도.

도 6a는 도 4의 압축성 주조 슬리브의 평면도.

도 6b는 압축성 주조 슬리브의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 코어 22 : 구멍

50 : 주조 도구 52 : 다이 파트

56 : 캐비티 60 : 단부링 도구

68A, 68B 포트 70A, 70B 채널

100 : 장치 102 : 압력 블럭

104 : 슬리브

도 1은 회전자 적층물(10)의 평면도이다. 적층물(10)은 강철 시트(도시 생략)로부터 스탬프되며 통상의 원형 형태를 가진다. 적층물(10)은 중심 회전자 샤프트 개방부(12)와, 적층물(10)의 외부 주변부(16)에 인접하면서 일정간격으로 이격되어 반경방향으로 배열된 복수의 개방부(14)를 포함한다.

도 2는 복수의 적층물(10)을, 예를 들어, 2.54㎝ 내지 15.24㎝ 사이의 높이까지 쌓아올림으로써 형성된 회전자 코어(20)의 투시도이다. 각 적층물(10)의 각 회전자 샤프트 개방부(12)는 회전자 샤프트 구멍(22)을 형성하기 위해 코어(20)의 모든 다른 적층물(10)의 모든 다른 회전자 샤프트 개방부(12)와 동축으로 정렬된다. 각 적층물(10)의 반경방향으로 배열된 개방부(14)는 정렬되지만, 약간 비스듬하게 기울어져 회전자 바아 슬롯(24)을 형성한다. 적층물(10)은 핀 상에 퇴적되거나 연결 또는 용접되어 회전자 코어(20)를 형성한다.

회전자 코어(20)는 대체로 평면인 단부면(26,28)을 대향하게 배치한다. 코어(20)는 대체로 원통형이면서 종방향으로 연장된 몸체 부분(30)을 가진다. 적층물(10)은 완벽하게 정렬될 필요가 없기 때문에, 몸체 부분(30)의 외면은 완전하게 매끄럽지 못하다.

회전자 코어(20)는 슬롯(24)이 적층물(10)의 외부 주변부(16)에서 개방되지 않기 때문에 폐쇄 슬롯 타입의 회전자 코어이다. 개방 슬롯 타입의 회전자 코어에 대해서, 슬롯(24)은 적층물(10)의 외부 주변부(16)에서 개방된다.

도 3은 폐쇄 슬롯과 개방 슬롯 타입의 회전자 모두에 대해서 회전자 바아와 단부링을 주조하는데 사용된 종래 기술의 주조 장치(50)를 도시한다. 주조 장치(50)는 다이 파트(52)를 포함하고, 이 다이 파트(52)는 두 단부(54A,54B)와 다이 파트를 통해서 연장되는 원통형 캐비티(56)를 구비한다. 다이 파트(52)에 있는 원통형 캐비티(56)의 직경(D1)은 회전자 코어가 캐비티(56) 내에서 용이하게 배치될 수 있도록 장치(50)에 의해서 제조되는 회전자 코어의 외경 보다 크다. 다이 파트(52)에는 수냉 포트(58)와 채널(도시 생략)도 역시 제공된다.

또한, 주조 장치(50)는 종종 단부링 공구 또는 캐비티 가공(cavity tooling)으로 기술되는, 제거가능한 제 1 및 제 2 주조 다이(60,62)를 포함한다. 공구(60,62)는 각각 원형 횡단면을 갖는 삽입부(64,66)를 구비한다. 공구(60,62)의 직경(D2)은 각 삽입부(64,66)가 적어도 캐비티(56) 내에 부분적으로 배치되도록 다이 파트 캐비티의 직경(D1) 보다 작다. 제 1 공구(60)는 용융 알루미늄 포트(68A,68B)와 유동 채널(70A,70B)을 각각 구비한다. 제 1 공구(60)가 다이 파트 캐비티(56) 내에서 적절히 배치될 때, 유동 채널(70A,70B)은 다이 파트(52)의 원통형 캐비티(56)와 유체가 교통한다.

또한, 단부링 공구(60,62)는 단부링 캐비티(72,74)와 팬 포켓(76,78)을 각각 구비하고, 단부링 캐비티(72,74)와 팬 포켓(76,78)은 다이 파트(52)의 원통형 캐비티(56)와 유체가 교통한다. 공구(60,62)는 캐비티(56) 내에 배치된 회전자 코어의 회전자 샤프트 구멍의 각 단부에 삽입되는 크기의 정렬 핀(80,82)을 각각 구비한다. 또한, 공구(60,62)는 수냉 포트와 냉각 채널(도시 생략)을 구비할 수 있다.

주조 공구(50)를 사용하여 회전자 바아와 단부링을 주조하기 위해, 회전자 코어(84)는 회전자 샤프트 구멍(86)의 중심축이 캐비티(56)의 중심축과 대체로 동축이 되도록 다이 파트(52)의 캐비티(56) 내에 배치된다. 비록, 공구(50)는 도 3에서 수직으로 방향 설정되도록 도시되었지만, 통상적으로 수평으로 방향 설정되게 배치될 수 있다. 회전자 코어(84)는 복수의 슬롯(88)을 구비하며 슬롯(88)이 코어(84)의 외부 주변부(90)에서 개방된다는 점에서 개방 슬롯 타입의 회전자 코어이다.

회전자 코어(84)는 원통형 캐비티(56)의 직경(D1) 보다 작은 직경(D3)을 가진다. 캐비티(56)의 직경(D1)은 회전자 코어(84)의 직경(D3) 보다 크기 때문에, 회전자 코어(84)와 블럭(52) 사이에서 틈새 공간이 있다. 비록, 틈새 공간(92)은 캐비티(56) 내에 코어(84)를 삽입하기에 필요하지만, 이러한 틈새 공간(92)은 하기에 기술된 바와 같이, 플래쉬의 형성에 관해 결점이 된다.

회전자 코어(84)를 원통형 캐비티(56) 내에 배치한 상태에서, 공구(60,62)의 삽입부(64,66)는 각각 다이 파트(52)의 각 단부(54A,54B)에 있는 캐비티(56) 안으로 삽입된다. 삽입부(64,66)의 대체로 평면형태의 표면(94,96)은 회전자 코어(84)의 실제 평면인 외부 단부면(98,100)에 대해서 가압된다. 공구(60,62)의 단부링 캐비티(72,74)와 팬 포켓(76,78) 및 회전자 코어(84)의 회전자 바아 슬롯(88)은 제 1 공구(60)에 있는 용융 알루미늄 포트(68A,68B) 및 채널(70A,70B)과 유체가 교통한다.

회전자 바아와, 단부링 및 팬을 주조하기 위해, 용융 알루미늄은 고압 상태에서 제 1 공구(60)에 있는 용융 알루미늄 포트(68A,68B) 안으로 사출된다. 용융 알루미늄은 제 1 공구의 포트(68A,68B)와, 채널(70A,70B)과, 팬 포켓(76) 및 단부링 캐비티(72)를 통해서 회전자 코어(84)의 회전자 바아 슬롯(88) 안으로 흐른다. 용융 알루미늄은 또한 회전자 바아 슬롯(88)으로부터 제 2 공구(62)의 단부링 캐비티(74)와 팬 포켓(78) 안으로 흐른다.

일단, 알루미늄이 공구(50) 안으로 충분히 사출되면, 사출된 알루미늄은 냉각되어 경화되도록 허용된다. 냉각수는 수냉 포트(58) 안으로 사출되어 다이 파트(52)의 냉각 채널을 통해 흘러서 용융 알루미늄의 냉각 비율의 증가를 촉진시킨다. 냉각수는 또한 공구(60,62)의 냉각 채널을 통해서 흐를 수 있다. 회전자 코어(84)의 회전자 슬롯(88)에 있는 경화된 알루미늄은 회전자 바아를 형성한다. 공구(60,62)의 단부링 캐비티(72,74)와 팬 포켓(76,78)에서 경화된 알루미늄은 단부링과 팬 날개를 각각 형성한다.

상기 기술된 방식으로 흐르는 용융 알루미늄은 또한 다이 파트(52)와 회전자 코어 외부면(90) 사이의 틈새 공간(92)으로 흐른다. 이러한 알루미늄은 그때 경화되어 상기 기술된 바와 같이 플래쉬로 귀착된다. 특히 개방형 슬롯 타입의 회전자(84)에서는 플래쉬의 실질적인 양이 증가할 수 있다.

또한, 용융 알루미늄이 회전자 코어(84) 안으로 사출될 때, 회전자 코어(84)는 가열되어 다이 파트(52) 보다 신속하게 팽창한다. 이러한 회전자 코어의 팽창과 알루미늄 플래쉬로 인하여 회전자 코어(84)와 다이 파트(52)는 함께 결합된다. 따라서, 일단 알루미늄이 냉각되어 경화되면, 회전자 코어(84)를 다이 파트 캐비티(56)로부터 제거하기 위해, 회전자 코어(84)는 일반적으로 유압 푸셔를 사용하여 캐비티(56)로부터 강제로 분리해야 한다. 따라서, 다이 파트의 표면은 마모되며 용융 알루미늄이 차후의 사출과정에서 흐를 수 있는 또 다른 공간이 발생한다.

결국, 다이 파트(52)는 블럭(52)을 사용하여 형성된 플래쉬의 양이 허용치를 초과하면 대체되어야 한다.

개방형과 폐쇄형 슬롯 타입의 양 회전자 상에 있는 플래쉬를 제거할 수 없다면, 실질적으로 플래쉬 양을 감소시킬 수 있는 주조 장치(100)의 한 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 장치(100)는 압력 블럭(102)과 압축성 또는 가변성 주조 슬리브(104)를 포함한다. 슬리브(104)는 종종 본원에서 회전자 슬리브(104)로 기술되며 도 4에서 비압축 상태로 도시되어 있다. 압력 블럭(102)은 제 1 및 제 2 단부(106A,106B)와 이 압력 블럭을 관통하는 원통형 구멍(108)을 구비한다. 이 구멍(108)은 두 단부 부분(110A,110B)과 이 단부 부분(110A,110B) 사이를 연장하는 중간부(112)를 구비한다. 구멍의 중간부(112)의 직경은 양 단부 부분(110A,110B)의 직경 보다 크다.

압력 블럭(102)의 각각의 평면도와 측면도인 도 5a 및 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 유압 포트(114)와 채널(116)은 압력 블럭(102)에 형성되어 있다. 채널(116)은 포트(114)에서 구멍의 중간부(112)에서 원통형 구멍(108) 안으로 개방된 개방부(118)까지 연장된다.

구멍(108) 내에서 슬리브(104)를 용이하게 유지하기 위해, 제 1 및 제 2 볼트 개방부(120A,120B)는 압력 블럭(102)에 형성된다. 볼트 개방부(120A,120B)는 테이퍼되며, 구멍 중간부(112)까지 연장되어 구멍(108) 내에서 슬리브(104)를 용이하게 고정하기 위해 슬리브(104)와 접촉하는 안전 볼트(도시 생략)를 수용할 수 있는 크기로 설정된다. 레일 구멍(122,124)은 압력 블럭(102)이 다이 주조 장치의 슬라이드 레일(도시 생략) 상에서 일반적인 수평 방향으로 설치될 수 있도록 제공된다. 다른 방안으로, 블럭(102)은 일반적인 수직 방향으로 설치될 수 있다.

압축성 슬리브(104)의 각각 평면도, 측면도인 도 6a 및 도 6b에 있어서, 슬리브(104)는 두 단부 부분(132A,132B)과 이 단부 부분 사이를 연장하는 중간부(134)를 구비한다. 각 단부 부분(132A,132B)은 슬리브 중간부(134)의 외경(D11) 보다 큰 외경(D10)을 가진다. 테이퍼부(138A,138B)가 제공되어 슬리브 구멍(136) 안으로 회전자 코어의 삽입 및 분리를 용이하게 한다. 각 슬리브 단부 부분(132A,132B)은 O링 홈(140A,140B)을 포함한다.

도 4에 있어서, 회전자 슬리브(104)는 슬리브 구멍(136)의 중심축이 압력 블럭 구멍(108)의 중심축과 대체로 동축이 되도록 압력 블럭 구멍(108) 내에 제거가능하게 배치된다. O링(142A,142B)은 회전자 슬리브(104)의 각각의 O링 홈(140A,140B) 내에 배치된 것으로 도시되어 있다. 슬리브(104)의 중간부(134)와 압력 블럭(102)의 중간부(112)는 유체 챔버(144)를 한정한다. O링(142A,142B)은 구멍(108)의 단부(110A,110B)에서 유체가 벗어나는 것을 유효하게 방지하도록 압력 블럭(102)의 표면으로 유효하게 유체 밀봉부를 구성한다. 백-업 링(도시 생략)은 홈(140A,140B)에서 O링(142A,142B)을 용이하게 유지하기 위하여 O링(142A,142B)에 인접한 홈(140A,140B)에 배치될 수 있다.

비록, 도 4에는 도시되지 않았지만, 폐쇄 루프 냉각 시스템의 요소를 구성하는 냉각 튜브는 유체 챔버(144) 안으로 연장될 수 있다는 사실이 고려된다. 이러한 구조에서, 냉각 튜브의 각 단부는 압력 블럭(102)에 형성된 냉각 유체 채널(도시 생략)과 유체가 교통한다. 냉각 유체 채널은 외부 열 교환기(도시 생략)와 유체가 교통한다. 상기 폐쇄 루프 냉각 시스템은 사출된 용융 알루미늄에 대한 냉각 비율을 용이하게 증가시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 주조 장치(100)는 또한 제거가능한 제 1 및 제 2 단부링 도구(60,62)를 포함한다. 도구(60,62)의 삽입부(64,66)는 주조 슬리브 구멍(136)의 내경(D12) 보다 약간 작은 직경(D2)을 가진다. 도 4에 도시된 도구(60,62)는 도 4에서 정렬핀(80,82)을 생략한 것을 제외하고는 도 3에 도시된 도구(60,62)와 유사하다. 이러한 정렬핀은 하기 기술된 바와 같이, 유압력이 슬리브(104)의 코어에 축으로 집중되기 때문에 장치(100)에서는 불필요하다. 물론, 바람직하다면, 정렬핀을 사용할 수 있다.

회전자 바아와 단부링을 주조하기 위한 특수한 하나의 과정과 한 작동 형식에 있어서, 회전자 코어(84)는 회전자 코어(84)의 중심축이 슬리브 구멍(136)의 중심축과 대체로 동축이 되도록 주조 슬리브 구멍(136) 내에 배치된다. 도구(60,62)의 삽입부(94,96)는 그때 주조 슬리브 구멍(136)의 대향하는 각 단부 안으로 삽입된다. 각 삽입부(64,66)의 대체로 평면인 단부면(94,96)은 회전자 코어(84)의 각각 대체로 평면인 단부면(98,100)에 대해 강하게 가압된다.

유압 유체(hydraulic fluid)는 그때 압력 블럭(102)의 유압 포트(114)를 통해서 고압, 즉, 5000psi로 펌프되어 유압 채널(116)을 통해서 개방부(118)로 흐른다. 그때, 유압 유체는 유체 챔버(144) 안으로 흐르고 유체의 높은 압력으로 인하여 주조 슬리브 중간부(134)는 회전자 코어(84)와 삽입부(64,66)에 대해서 압축되거나 변형된다. 따라서, 회전자 슬리브(104)와, 회전자 코어(84) 및 삽입부(64,66) 사이의 초기 공간은 유효하게 제거된다. 또한, 회전자 코어가 개방형 슬롯 타입의 회전자 코어라면, 주조 슬리브(104)는 슬롯(88)의 개방 단부에서 유동 경로를 실질적으로 차단한다.

용융 알루미늄은 그때 고압 상태에서 제 1 도구(60)에 있는 용융 알루미늄 포트(68A,68B) 안으로 사출된다. 용융 알루미늄은 제 1 도구(60)의 포트(68A,68B) 및 채널(70A,70B)과 팬 포켓(76) 및 단부링 캐비티(72)를 통해서 흐른다. 또한, 용융 알루미늄은 회전자 코어(84)의 회전자 바아 슬롯(88)을 통해서 제 2 도구(62)의 단부링 캐비티(74) 및 팬 포켓(78) 안으로 흐른다.

주조 슬리브 중간부(134)는 회전자 코어에 대해서 압축되거나 압착되기 때문에, 용융 알루미늄이 장치(100) 안으로 사출될 때, 회전자 코어와 회전자 슬리브(104) 사이의 공간은 거의 없어진다. 따라서, 알루미늄은 코어(84)와 슬리브(104) 사이를 거의 흐를 수 없으며, 결과적으로 플래쉬는 거의 형성될 수 없다.

일단, 사출된 알루미늄이 충분히 냉각되어 경화되면, 회전자 슬리브(104)가 완화되어 회전자 코어(84) 및 삽입부(64,66)에 대해 압축되지 않도록 유압은 제거된다. 회전자 슬리브(104)가 느슨해지면, 삽입부(64,66)는 주조 슬리브 구멍(136)으로부터 제거되며, 플래쉬는 거의 형성되지 않기 때문에 회전자 코어는 구멍(136)으로부터 쉽게 분리된다.

대체로, 완전히는 아니지만 플래쉬를 양호하게 제거하면, 대체로 차후의 회전자 브러쉬 단계 또는 기계 가공 단계를 생략할 수 있으며, 이것은 회전자 코어 제조 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 과도한 힘을 사용하지 않고 회전자 슬리브(104)로부터 회전자 코어를 뽑아냄으로써, 슬리브 마모와 유지의 필요사항은 다이 파트(52)(도 3)에서 요구되는 마모 및 유지 사항에 비교하여 감소될 수 있다.

또한, 주조 슬리브 중간부(134)는 유압 유체에 의해서 회전자 코어에 대하여 압축되기 때문에, 회전자 코어(84)로부터 회전자 슬리브(104)로 열전달이 발생할 수 있다는 점에서, 예상치 못했던 상이한 결과를 얻을 수 있다. 이 열은 유체 챔버(144)에 있는 유압 유체로 전달될 수 있으며, 유압 유체를 냉각시키기 위해 폐쇄 루프 냉각 튜브를 유체 챔버(144) 내에 배치함으로써, 상기 열전달은 알루미늄이 경화되어 회전자 제조 시간을 부가적으로 감소시키는데 필요한 시간을 용이하게 줄일 수 있다. 또한, 알루미늄에 대한 신속한 냉각 시간은 알루미늄과 적층물의 고착상태(sticking)를 감소시킬 수 있으며, 이것은 바람직한 현상이다.

다양한 회전자 슬리브(104)는 특수한 압력 블럭(102)과 함께 사용되도록 제조될 수 있으며, 이러한 슬리브(104)는 장치(100)에 의해 가공되는 다양한 회전자 코어의 직경에 따라 다른 직경의 구멍을 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 슬리브(104)는 강철과 같은 금속 재료로 제조되므로, 슬리브 중간부(134)는 약 5 내지 10 밀(mils)까지 압축될 수 있다. 또한, 압력 블럭(102)과 제 1 및 제 2 도구(60,62)는 인코넬(Inconel)(718)과 같은 고강도의 강철로 제조될 수 있다.

상기 기술로부터 본 발명의 목적을 얻을 수 있음은 명백한 사실이다. 비록, 본 발명의 실시예는 상세히 설명 및 도시되어 있지만, 이러한 실시예는 단지 보기로써 예시적으로 기술되었으며 본 발명을 국한하는 것으로 의도되지 않았음은 자명한 사실이다. 예를 들어, 유압 유체는 외부 열교환기를 통해서 고압으로 회전될 수 있으며, 이러한 회전은 회전자 코어 및 회전자 슬리브로부터 신속하게 열을 이동시켜서 알루미늄이 냉각되는데 필요한 시간을 부가적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범주는 단지 청구 범위의 관점에서 제한될 수 있다.

복수의 다른 주조 장치 또는 회전자를 유지하는데 있어서, 다른 직경의 구멍을 갖는 슬리브는 다른 직경의 캐비티를 갖는 공지된 종래 기술의 복수의 다이 파트를 유지하는 것 보다 더욱 용이하고 저렴할 것으로 예상된다. 또한, 플래쉬는 상기 주조 슬리브를 사용함으로써 실질적으로 제거될 수 있기 때문에, 이와 같은 주조 슬리브의 사용 수명은 종래의 다이 파트의 사용 수명 보다 연장될 것으로 판단된다.

Claims (30)

1. 전기 모터를 위한 회전자 바아와 회전자 단부링을 주조하기 위한 주조 장치에 있어서, 내부에 구멍을 갖는 압력 블럭과, 이 압력 블럭 구멍 내에 배치되고, 그 외면에 소정의 압력을 가할 때 적어도 일부분이 압축될 수 있는 압축성 회전자 슬리브와, 이 압력 블럭 구멍 내에 배치된 하나 이상의 유압 유체 포트와, 이 유체 포트에 적용된 유체가 상기 회전자 슬리브의 외면으로 전달될 수 있도록 상기 압력 블럭에 배치된 유압 유체 채널을 포함하는 주조 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 슬리브는 제 1 및 제 2 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 포함하며, 상기 회전자 슬리브의 제 1 및 제 2 단부는 이 단부의 외주부에 형성되어 그 주위로 연장되는 홈을 각각 포함하며, 또한 상기 슬리브는 상기 각각의 홈 내에 배치된 O링을 포함하는 주조 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 백-업링은 상기 각 홈 내에 배치되고, 상기 O링은 상기 압력 블럭 및 회전자 슬리브 사이에서 이 블럭 및 슬리브와 함께 실질적으로 유압 유체 밀봉부를 형성하는 주조 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 구멍은 상기 회전자 슬리브를 통해서 연장되고, 상기 주조 장치는 상기 회전자 슬리브 구멍의 제 1 단부 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 구성된 제 1 삽입부를 구비하는 제 1 단부링 도구를 포함하며, 이 제 1 도구에는 하나 이상의 포트가 배치되고, 또한 제 1 도구에 위치한 알루미늄 유동 채널을 통하여 상기 제 1 도구 포트에 제공된 용융 알루미늄이 상기 회전자 슬리브에 배치된 회전자 코어에 전달될 수 있는 주조 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 도구는 제 1 단부링 캐비티와 적어도 제 1 팬 포켓을 포함하는 주조 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 도구의 제 1 단부링 캐비티와 제 1 도구의 제 1 팬 포켓은 유체가 교통하는 주조 장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 삽입부는 회전자 코어의 제 1 단부면의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가지며, 회전자 코어의 제 1 단부면에 대해서 가압되도록 구성된 제 1 면을 포함하는 주조 장치.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 주조 장치는 상기 회전자 슬리브 구멍의 제 2 단부 내에 적어도 부분적으로 삽입되는 구조를 갖는 제 2 삽입부를 구비하는 제 2 단부링 도구를 부가로 포함하며, 상기 제 2 삽입부는 회전자 코어의 제 2 단부면의 직경과 거의 동일한 직경을 가지며 회전자 코어의 제 2 단부면에 대해 가압되는 구조로 형성된 제 2 면을 또한 구비하고, 상기 제 2 도구는 또한 제 2 단부링 캐비티와 적어도 이 제 2 단부링 캐비티와 유체가 교통하는 제 2 팬 포켓을 포함하는 주조 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 블럭은 적어도 하나의 수냉 포트 및 이 수냉 포트와 유체가 교통하는 수냉 채널을 부가로 포함하는 주조 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 유체 포트에 결합된 열교환기를 부가로 포함하는 주조 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 블럭은 대체로 원통 형상이고 대향 단부와 이 대향 단부 사이에서 연장되는 중간부를 구비하며, 상기 압력 블럭 구멍의 중간부의 직경은 압력 블럭 구멍의 단부의 직경 보다 크게 구성된 주조 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 회전자 슬리브와 상기 압력 블럭은 유체 채널을 형성하는 주조 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 회전자 슬리브는 제 1 및 제 2 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 부가로 포함하며, 또한 그 내부에 배치된 회전자 코어의 적어도 한 부분을 구비하도록 크기가 설정된 구멍을 포함하며, 상기 슬리브의 단부는 이 슬리브의 중간부의 외경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 유체 채널은 적어도 일부분이 상기 슬리브의 중간부와 상기 압력 블럭 구멍의 중간부에 의해 형성된 주조 장치.
14. 회전자 코어를 위한 주조 회전자 바아와 단부링에서 사용하기 위한 주조 슬리브에 있어서, 제 1 및 제 2 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 포함하며, 또한 그 내부에 배치된 회전자 코어의 적어도 한 부분을 구비하도록 크기가 설정된 주조 슬리브 구멍을 부가로 포함하는 주조 슬리브.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 슬리브 단부는 이 단부의 외주 주변부 둘레로 연장되도록 형성된 홈을 포함하며, 또한 상기 주조 슬리브는 이 각각의 홈 내에 배치된 O링을 부가로 포함하는 주조 슬리브.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 슬리브 단부는 상기 슬리브 중간부의 외경 보다 큰 외경을 갖는 주조 슬리브.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 주조 슬리브는 이 슬리브의 중간부 중에서 적어도 한 부분이 회전자 코어의 적어도 한 부분에 대해 압축되도록 충분한 탄성력을 갖는 재료로 구성되는 주조 슬리브.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 슬리브는 압력 블럭의 원통형 구멍 내에 배치될 수 있는 크기로 구성되고, 상기 압력 블럭은 제 1 및 제 2 단부와 그 외면에 유압 유체 포트를 구비하며, 또한 이 압력 블럭을 통해서 유압 유체 포트로부터 원통형 구멍의 압력 블럭의 표면에 있는 개방부까지 연장된 유압 유체 채널을 부가로 구비하는 주조 슬리브.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 주조 슬리브의 단부는 이 슬리브 중간부의 외경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 주조 슬리브의 제 1 및 제 2 단부는 상기 슬리브 단부의 외주 주변부 둘레로 연장되도록 형성된 홈을 포함하고, 상기 주조 슬리브는 상기 각각의 홈 내에 배치된 O링을 부가로 포함하며, 이 O링은 압력 블럭과 상기 주조 슬리브와 함께 이 블럭 및 슬리브 사이에서 유압 유체 밀봉부를 형성하는 주조 슬리브.
20. 제 1 및 제 2 단부와 그 내부를 관통하며 연장되는 실질적인 원통형 구멍을 갖는 압력 블럭과, 압력 블럭의 원통형 구멍 내에 배치되고 그 내부에 배치된 회전자 코어의 적어도 일부분을 구비할 수 있도록 크기가 설정된 구멍을 갖는 슬리브와, 또한 이 슬리브 구멍 안으로 적어도 부분적으로 삽입되도록 크기가 설정된 제 1 및 제 2 삽입부를 갖는 제 1 및 제 2 단부링 도구를 부가로 포함하는 주조 장치를 사용함으로써, 회전자 코어를 위한 회전자 바아 및 단부링을 형성하기 위한 방법에 있어서, 회전자 코어를 주조 슬리브 구멍 내에 배치하는 단계와, 제 1 및 제 2 삽입부의 표면을 회전자 코어의 실질적으로 평면인 단부면에 대해서 가압하는 단계와, 슬리브의 적어도 일부분을 회전자 코어 외면의 적어도 일부분에 대해 압축하는 단계를 포함하는 회전자 바아 및 단부링을 형성하기 위한 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 유체 채널은 슬리브의 적어도 한 부분과 압력 블럭의 일부분 사이에 형성되며, 슬리브의 적어도 한 부분을 회전자 코어 외면의 적어도 한 부분에 대해서 압축하는 단계는 압력을 가하며 유체를 유체 채널 안으로 추진시키는 단계를 포함하는 회전자 바아 및 단부링을 형성하기 위한 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 제 1 단부링 도구는 그 내부에 하나 이상의 용융 알루미늄 포트와 채널을 구비하며, 여기서 상기 방법은, 제 1 도구의 용융 알루미늄 포트와 채널에 있는 용융 알루미늄을 사출하는 단계와, 알루미늄이 냉각되어서 충분히 경화되도록 허용하는 단계와, 슬리브가 회전자 코어 외면의 일부분에 대해서 압축되지 않도록, 슬리브의 압축 부분을 실질적으로 완화시키는 단계와, 적어도 하나의 삽입부를 슬리브 구멍으로부터 제거하는 단계와, 회전자 코어를 슬리브 구멍으로부터 배출하는 단계를 포함하는 회전자 바아 및 단부링을 형성하기 위한 방법.
23. 구멍의 내부에 배치된 회전자 코어의 적어도 일부분을 구비할 수 있도록 크기가 설정된 구멍을 갖는 슬리브를 포함하며, 이 슬리브는 회전자 코어 외면의 적어도 일부분을 구비하도록 구성된 회전자 코어를 위한 주조 회전자 바아와 단부링을 주조하는데 사용하기 위한 장치.
24. 제 23 항에 있어서, 제 1 및 제 2 단부와 그 내부를 관통하며 연장되는 실질적으로 원통형 구멍을 부가로 포함하며, 이 원통형 구멍은 대체로 내부에 배치된 상기 슬리브를 구비할 수 있도록 크기가 설정되며, 유압 유체 포트는 상기 압력 블럭의 외면에 형성되고, 유압 유체 채널은 상기 압력 블럭을 관통해서 유압 유체 포트로부터 원통형 구멍의 상기 압력 블럭의 표면에 있는 개방부까지 연장되는 장치.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 슬리브는 제 1 및 제 2 단부와 이 단부들 사이에서 연장되는 중간부를 포함하며, 상기 슬리브의 제 1 및 제 2 단부는 상기 단부의 외부 주변부 둘레에서 연장되게 형성된 홈을 포함하고, 상기 슬리브는 상기 각 홈 내에 배치된 O링을 부가로 포함하는 장치.
26. 제 25 항에 있어서, 백-업 링은 상기 각 홈 내에 배치되고, 상기 O링은 실질적으로 상기 압력 블럭과 슬리브 사이에서 이 압력 블럭 및 슬리브와 함께 유압 유체 밀봉부를 형성하는 장치.
27. 제 25 항에 있어서, 상기 슬리브 구멍의 제 1 단부 내에서 적어도 부분적으로 삽입되도록 구성된 제 1 삽입부를 포함하는 제 1 단부링 도구를 부가로 포함하며, 이 제 1 단부링 도구는 그 외면에서 하나 이상의 포트와 상기 제 1 단부링 도구를 적어도 부분적으로 관통하며 상기 포트로부터 연장되는 알루미늄 유동 채널을 부가로 포함하는 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 단부링 도구는 제 1 단부링 캐비티와 적어도 제 1 팬 포켓을 부가로 포함하는 장치.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 단부링 캐비티와 상기 제 1 단부링 도구의 제 1 팬 포켓은 유체가 교통하는 장치.
30. 제 24 항에 있어서, 상기 슬리브 구멍의 제 2 단부 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 구성된 제 2 삽입부를 갖는 제 2 단부링 도구를 부가로 포함하며, 상기 제 2 삽입부는 회전자 코어의 제 2 단부면의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가지며 회전자 코어의 제 2 단부면에 가압되도록 구성된 제 2 면을 부가로 구비하고, 상기 제 2 단부링 도구는 제 2 단부링 캐비티와 적어도 제 2 팬 포켓을 부가로 포함하며, 상기 제 2 단부링 캐비티와 제 2 팬 포켓은 유체가 교통하는 장치.