KR20040063178A - 전동기 회전자의 사출 성형 방법 - Google Patents

전동기 회전자의 사출 성형 방법 Download PDF

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KR20040063178A KR10-2004-7010092A KR20047010092A KR20040063178A KR 20040063178 A KR20040063178 A KR 20040063178A KR 20047010092 A KR20047010092 A KR 20047010092A KR 20040063178 A KR20040063178 A KR 20040063178A
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Abstract

본 발명은 전동기 회전자의 사출 성형 방법에 관한 것으로, 상기 회전자는 중앙 축방향 보어(11)와 복수 개의 축방향 채널(12)을 구비한 적층체 더미(10)와, 상기 축방향 채널(12) 내에서 용융된 복수 개의 바(33)에 의해 상호 연결된 상부 링(31)과 하부 링(32)에 의해 형성되는 알루미늄으로 이루어진 케이지(30)를 포함한다. 본 발명의 방법은, 상기 적층체 더미(10)의 상단 적층체에 맞대어 안착되는 확장형 헤드(41)를 구비하는 스탬핑 핀(40)을 상기 중앙 축방향 보어(11)의 상단에 장착하는 단계와, 상기 적층체 더미, 그리고 주형(20)의 상부 공동(21)과 하부 공동(22)을 가열하는 단계와, 주형(20)의 내측에 적층체 더미(10)를 배치하는 단계와, 상기 주형(20)을 회전시키면서 알루미늄을 유입 채널(23)을 통해 주형 내부로 주입하는 단계와, 스탬핑 핀(40)을 덮고 있는 상부 플레이트(35)로 이루어진 사전 성형된 케이지(30)를 포함하는 회전자(R)를 주형(20)으로부터 제거하는 단계, 그리고 상부 플레이트(35)의 중앙이 파열되어 케이지(30)의 상부 링(31)을 형성하도록 스탬핑 핀(40)을 축방향으로 제거하는 단계를 포함한다.

Description

전동기 회전자의 사출 성형 방법{PROCESS FOR THE INJECTION OF AN ELECTRIC MOTOR ROTOR}
회전자의 알루미늄 케이지의 원심 사출 성형에 대해서는 종래 기술에 이미 공지되어 있다. 이러한 케이지는 개구가 제공되어 있는 서로 중첩된 환형의 동일한 강제 적층체들로 이루어진 더미(stack)에 의해 형성되며, 이 경우 그 각각의 적층체의 개구는 더미의 양 끝 적층체의 외면을 상호 연결하는 복수 개의 축방향 채널을 획정하기 위하여 더미의 다른 적층체의 개구와 종방향으로 정렬되고, 또한, 원형으로 일렬로 서로 각을 이루며 이격 배치되는데, 그러한 원형 정렬 패턴은 적층체 더미의 종축선과는 동심을 이루지만 적층체 더미의 일 측면에 대해서는 반경 방향으로 보다 후방으로 이격되어 있다.
대표적인 종래 기술을 도시한 도 1 내지 도 5를 참조하면, 적층체 더미(10)가 그 종축선이 수직 방향으로 배향되는 상태로 주형(20)의 내부에 배치되어 있다.이 주형(20)에는 하단 적층체의 외면에 근접하여 환형의 하부 공동(22)이, 그리고 상단 적층체의 외면에 근접하여 상부 공동(21)이 형성되어 있다. 상부 공동(2)은 거의 원통형 또는 절두 원추형으로, 주형(20) 내로의 알루미늄 주입을 위한 유입 채널(23)에 개방되어 있다.
알루미늄 또는 소정의 기타 다른 합금의 주입 동안, 적층체 더미(10)에 마련된, 이후에 전동기의 샤프트가 그 내부에 장착될 중앙 축방향 보어(11)에는 코어(25)가 끼워지는데, 이 코어는 그 상단은 적층체 더미(10)의 상단 적층체와 거의 동일한 높이로 형성되고, 또한 적층체 더미(10)의 중앙 축방향 보어(11)의 하단 확장부(11a) 내에, 주형의 상기 하부 공동(22)을 형성하고 있는 부분에 맞대어 안착되는 확장형의 하부를 구비하고 있다.
알루미늄이 상부 공동(21)에 주입되어, 적층체 더미(10)의 축방향 채널(12)을 관통하여 하부 공동(22)으로 유동하여, 하부 공동(22), 축방향 채널(12) 및 상부 공동(21)의 순서로 충전된다. 그 후, 주형(20)이 그 수직 축선을 중심으로 회전하고 금속이 냉각됨에 따라, 알루미늄이 반경방향 내측으로 위쪽으로 응고되어 간다.
알루미늄의 주입과 응고가 완료되고 나면, 주형(20)이 개방되고 그 완성 회전자가 방출되어, 회전자의 일련의 기계 가공 작업이 이루어지는데, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 유입 채널(23)(도 4) 내에서 응고된 돌출부(36) 및 적층체 더미(10)의 상단 적층체에 맞대어 용융된 알루미늄 플레이트를 제거하기 위해, 적층체 더미(10)의 중앙 축방향 보어(11)의 인접 단부가 막히는 것을 방지하기 위해,그리고 알루미늄 케이지의 상부 링(31)의 정확한 내부 윤곽을 획정하기 위해 필요하다. 알루미늄 케이지는 상기 상부 링 외에도, 주형(20)에 의해 사전 성형된 하부 링(32)과, 적층체 더미(10)의 축방향 채널(12) 내측에 성형되는 복수 개의 바(33)를 추가로 포함하며, 이들 구성 요소는 모두 일체형으로 형성되어 있다.
회전자의 이러한 원심 사출 성형에 있어서는, 알루미늄의 응고 없이 용융 알루미늄이 상부 공동(21)과 적층체 더미(10)의 축방향 채널(12)을 관통하여 중력의 작용 하에 하부 공동(22)에 도달하여 그 역순으로 충전된 후, 바깥쪽에서부터 안쪽으로 바닥에서 시작하여 위쪽으로 응고되도록, 주형(20)의 상부 공동(21) 및 하부 공동(22)과 적층체 더미(10)가 가열된다. 따라서, 상부 공동(21)과 적층체 더미(10)는 보통 알루미늄의 용융 온도보다 상당히 낮은 온도로 가열되고, 하부 공동(22)은 이보다도 낮은 온도로 가열되어, 알루미늄이 주형(20)의 가장 뜨거운 상부 영역에서 제일 마지막으로 응고되도록 되어 있다. 상부 공동(21)과 하부 공동(22), 그리고 축방향 채널(12) 내의 기존의 공기가 주형에 알루미늄이 공급됨에 따라 주형으로부터 외측으로 보내지도록 하기 위하여, 하부 공동(22)에는 적절한 형태의 공기 유출구(도시하지 않음)가 제공되어 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 알루미늄은 주형(20) 내로, 즉 그 유입 채널(23)을 통과하여 상부 공동(21) 내로 주입된다. 이 상부 공동은 적층체 더미(10)의 상단 적층체와, 적층체 더미(10)의 중앙 축방향 보어(11) 내로 삽입된 봉 형상의 코어(25)의 상단에 의해 그 하측이 획정되고 있다.
그러나, 상부 공동(21) 내로 주입된 액체 알루미늄은 적층체 더미(10)의 상단 적층체의 내부 경계 영역과 직접 접촉하게 되어, 이 영역에서 적층체 더미의 변형을 야기하는 한편, 적층체 더미(10)의 상측 적층체들 사이를 통과하게 된다.
상부 링(31)의 성형에 필요한 광범위한 기계 가공 작업 외에도, 전술한 종래 기술의 사출 성형 공정은, 상부 링(31)의 노출 중앙 영역에서의 상단 적층체의 변형으로 인해, 압축기의 오일 펌프에 적합해지도록 하기 위해서는 특히 상부 링(31)의 중앙 영역에 있어서 다소 까다로운 기계 가공 작업을 수행하여야 한다. 이와 같은 기계 가공 작업은 생산성을 떨어트리는 한편, 회전자, 특히 양산되고 있는 소형 회전자의 제조비 상승을 초래하며, 또한, 알루미늄이 중앙 축방향 보어(11)의 상단 영역으로부터 외측으로 반경 방향으로 적층체들 사이를 통과하도록 되어 회전자의 전자기 효율 저하를 야기한다.
본 발명은 전동기 회전자, 특히 소형 냉장 시스템의 밀폐형 압축기에 사용되는 바와 같은 소형 전동기의 회전자의 강제 적층체 더미 내의, 알루미늄 또는 기타 다른 적당한 금속으로 이루어진 케이지(cage)의 원심 사출 성형 방법에 관한 것이다.
본 발명이 첨부 도면을 참조하여 후술된다.
도 1은 종래 기술의 방법에 따른, 알루미늄 또는 기타 금속의 연속적인 원심 사출 성형을 위해, 주형의 내측에 장착된 적층체 더미를 개략적으로 도시한 종단면도.
도 2는 도 1과 유사하지만, 주형의 두개의 공동 및 적층체 더미의 축방향 채널 내에 케이지가 사전 성형된 적층체 더미를 도시한 종단면도.
도 3은 도 2에 도시된 주형으로부터 분리된 후의, 종래 기술의 방법에 의해 얻어진 회전자를, 적층체 더미의 상단 적층체에서 보통 발생하는 변형과 함께 도시한 종단면도.
도 4 및 도 5는 도 3과 유사하지만, 종래 기술의 케이지의 상부 링 성형에 필요한 두 종류의 기계 가공 작업을 도시한 종단면도.
도 6은 도 2와 유사하지만, 본 발명의 방법에 따른, 적층체 더미 내에 사출 성형된 케이지를 도시한 종단면도.
도 7은 도 3과 유사하지만, 본 발명의 방법의 추가 단계에 따른, 주형으로부터 방출되고 하부 코어가 제거된 상태의 회전자를 도시한 종단면도.
도 8은 도 7과 유사하지만, 케이지의 상부 링의 중앙 개구를 형성하기 위한 스탬핑 핀의 제거 단계를 도시한 종단면도.
본 발명은 종래 기술의 이러한 회전자의 원심 사출 성형 공정과 관련한 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 회전자의 알루미늄 또는 그외 다른 전도성 재료로 제조된 케이지의 상부 링의 성형에 필요한 기계 가공 작업을 상당 수준 축소시키는 한편, 상단 적층체의 변형 문제, 궁극적으로는 적층체 더미의 상부 적층체들 사이로의 알루미늄의 통과 문제를 해결할 수 있는, 그 개개의 구성 부품의 원심 사출 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 사출 성형 방법은, 중앙 축방향 보어와 복수 개의 축방향 채널이 제공되어 있는 적층체 더미; 그리고 이 적층체 더미의 상하단 적층체에 맞대어 각기 안착되는 한편 상기 축방향 채널 내에서 용융된 복수 개의 바에 의해 단일체형으로 상호 연결되어 있는 상부 링과 하부 링에 의해 형성되는 용융 금속으로 이루어진 케이지를 포함하는 회전자의 성형에 적용된다.
본 발명에 따르면, 상기 케이지의 사출 성형 방법은,
- 상기 중앙 축방향 보어의 하단에 코어를 끼우는 단계와;
- 상기 적층체 더미의 상단 적층체에 맞대어 안착되는 확장형 헤드를 구비하고 또한 상기 케이지의 상부 링의 중앙 개구의 직경 방향 단면적의 높이 일부를 획정하는 직경 방향 단면적을 갖는 원형의 스탬핑 핀을 상기 중앙 축방향 보어의 상단에 장착하는 단계와;
- 사출 성형될 금속의 용융 온도보다 낮은 제1 온도로 상기 적층체 더미를 가열하는 단계와;
- 상기 적층체 더미의 상단 적층체에 근접하게 배치되는 주형의 상부 공동을 상기 제1 온도로 가열하고, 적층체 더미의 하단 적층체에 근접하게 배치되는 주형의 하부 공동을 상기 제1 온도보다 실질적으로 낮은 제2 온도로 가열하는 단계와;
- 상기 주형의 내부에, 그 종축선이 수직 방향으로 배치되는 상태로 적층체 더미를 배치하는 단계와;
- 상기 주형을 회전시키면서 금속을 유입 채널을 통해 주형 내부로 주입하여, 하부 공동, 축방향 채널, 그리고 상부 공동의 순서로 충전되도록 하는 단계와;
- 상기 금속이 응고되도록 한 다음 주형의 회전을 정지하고, 주형을 개방하여 그 내부로부터 하부 링, 바, 그리고 스탬핑 핀을 덮고 있는 상부 플레이트로 이루어진 사전 성형된 케이지를 포함하는 회전자와 코어를 제거하는 단계; 그리고
- 상부 플레이트의 중앙이 파열되어 케이지의 상부 링을 형성하도록 하기 위하여 스탬핑 핀을 축방향으로 제거하는 단계를 포함한다.
전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법은 고온의 액체 금속이 상단 적층체의 노출 중앙부와 접촉함에 따른 폐해 뿐만 아니라 케이지의 상부 링의 중앙 개구의 성형을 위한 다량의 알루미늄의 기계 가공 필요성을 배제시키는 효과가 있으며, 스탬핑 핀의 분리를 통해 상부 금속 플레이트의 파열을 야기하여 케이지의 상부 링의 중앙 개구가 효과적으로 형성되도록 하며, 경우에 따라, 스탬핑 핀의 방출로 인해 발생하는 날카로운 부분을 제거하기 위해 날카로운 가장자리의 마감 처리를 위한 약간의 기계 가공(모따기 가공) 작업만을 필요로 한다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 5에 도시된 원심 사출 성형 방법에 있어서는, 액체 알루미늄 (또는 기타 다른 금속)이 상부 공동 내로 주입되어 적층체 더미(10)의 상단 적층체의 환형의 외면 전체에 직접 맞닿게 됨에 따라, 해당 표면에서의 변형을 야기하였다.
전술한 문제 외에도, 주형(20)의 상부 공동(21)은 플레이트(35)가 용융되어, 응고 동안의 알루미늄의 수축을 보상하기 위해 부분적으로 사용되고 있는, 유입 채널(23) 내측에 형성되는 상측의 축방향 돌출부(36)와 합체되도록 한다.
이와 같은 해결 방안의 경우에는 도 4 및 도 5에 개략적으로 도시된 기계 가공 작업을 필요로 한다.
본 발명의 방법에 따르면, 적층체 더미(10)는 코어(25)가 끼워지는 중앙 축방향 보어(11)의 하단 확장부(11a)를 구비하며, 상기 코어는 또한 적층체 더미(10)의 중앙 축방향 보어(11)의 연장부의 내측에도 끼워지도록 되어 있다.
중앙 축방향 보어(11)의 상단에는 스탬핑 핀(40)이 끼워져 있다. 이 스탬핑 핀은 적층체 더미(10)의 상단 적층체에 안착되는 원형의 확장형 헤드(41)를 구비하고 있다. 스탬핑 핀(40)의 확장형 헤드(41)는 그 직경 방향 단면적이 케이지(30)의 상부 링(31)의 중앙 개구의 직경 방향 단면적과 일치하는 치수로 형성되어 있다.
이와 같이 준비된 적층체 더미(10)는 주형(20)의 내측에 배치된 상태에서 적당한 온도로, 일반적으로 알루미늄의 융점보다 상당히 낮은 온도로 가열된다. 주형(20)의 상부 공동(21)은 일반적으로 적층체 더미(10)와 동일한 온도로 예열되고, 하부 공동(22)은 상부 공동의 예열 온도보다도 낮은 온도로 예열된다.
적층체 더미(10)는 그 종축선이 수직 방향으로 배향되는 상태로 주형(20)의 내측에 장착되며, 그 후 주형(20)이 그 축선을 중심으로 회전하는 동안 용융 알루미늄이 유입 채널(23)을 통해 상하부 공동(21, 22)과 적층체 더미(10)의 축방향 채널(12) 내로 주입된다.
알루미늄이 주형(20)의 상하부 공동(21, 22)과 적층체 더미의 축방향 채널(12)에 충전된 후에는, 주형이 여전히 회전하는 상태에서 알루미늄이 외측에서부터 내측으로 응고되기 시작한다.
알루미늄이 완전히 응고되고 나면, 주형의 회전이 정지되고 고정된 상태에서 개방되어 그 내부로부터 회전자(R)가 분리되며, 코어(25)가 적층체 더미(10)의 내측으로부터 인출될 수 있도록 된다. 이와 같이 사출 성형된 회전자(R)는케이지(30)의 하부 링(32), 사전 성형된 바, 그리고 스탬핑 핀(40)의 확장형 헤드(41)를 덮고 있으면서 도 8에 도시된 바와 같이 상측의 축방향 돌출부(36)와 합체되어 있는 상부 플레이트로 이루어져 있다.
스탬핑 핀(40)의 헤드(41)는, 주형(20)의 상부 공동(21)과 함께, 액체 알루미늄이 축방향 채널(12)을 향해 유동하도록 하면서도 플레이트(35)가 축방향 돌출부(36)와 연결되는 그 주변 영역에 집중되도록 하기에 충분한 정도의 환형 통로를 형성하는 치수로 형성된다.
이러한 구성에 의하면, 스탬핑 핀(40)이 축방향으로 외측으로 힘을 받는 경우, 상부 플레이트(35)가 확장형 헤드(41)의 주변 가장자리 둘레에서 파열되도록 된다. 이렇게 해서, 스탬핑 핀(40)을 축방향으로 잡아당겨 빼내게 되면, 다량의 알루미늄을 제거하기 위한 기계 가공 작업을 필요로 하지 않고서도, 케이지(30)의 상부 링(31)의 중앙 개구가 형성된다.
일반적으로, 상부 링(31) 내부의 약간의 기계 가공만이 요구되는데, 이 기계 가공 작업은 핀의 방출 동안 알루미늄의 방출(스탬핑)로 인해 발생하는 날카로운 부분을 제거하기 위한 모따기 작업이다.
주형의 공동 및 적층체 더미의 예열 온도는 본 발명의 방법에 포함된 기타 여러 매개변수에 따라 변할 수 있으며, 하부 공동의 가열 온도가 상부 공동 및 적층체 더미에 부과되는 가열 온도보다 낮음을 이해하여야 한다.

Claims (3)

  1. 중앙 축방향 보어(11)와 복수 개의 축방향 채널(12)이 제공되어 있는 적층체 더미(10); 그리고 이 적층체 더미(10)의 상하단 적층체에 맞대어 각기 안착되는 한편 상기 축방향 채널(12) 내에서 용융된 복수 개의 바(33)에 의해 단일체형으로 상호 연결되어 있는 상부 링(31)과 하부 링(32)에 의해 형성되는 용융 금속으로 이루어진 케이지(30)를 포함하는 전동기 회전자의 사출 성형 방법에 있어서,
    - 상기 중앙 축방향 보어(11)의 하단에 코어(25)를 끼우는 단계와;
    - 상기 적층체 더미(10)의 상단 적층체에 맞대어 안착되는 확장형 헤드(41)를 구비하고 또한 상기 케이지(30)의 상부 링(31)의 중앙 개구의 직경 방향 단면적에 일치하는 직경 방향 단면적을 갖는 원형의 스탬핑 핀(40)을 상기 중앙 축방향 보어(11)의 상단에 장착하는 단계와;
    - 사출 성형될 금속의 용융 온도보다 낮은 제1 온도로 상기 적층체 더미를 가열하는 단계와;
    - 상기 적층체 더미(10)의 상단 적층체에 근접하게 배치되는 주형(20)의 상부 공동(21)을 상기 제1 온도로 가열하고, 적층체 더미(10)의 하단 적층체에 근접하게 배치되는 주형(20)의 하부 공동(22)을 상기 제1 온도보다 실질적으로 낮은 제2 온도로 가열하는 단계와;
    - 상기 주형(20)의 내부에, 그 종축선이 수직 방향으로 배치되는 상태로 적층체 더미(10)를 배치하는 단계와;
    - 상기 주형(20)을 회전시키면서 금속을 유입 채널(23)을 통해 주형 내부로 주입하여, 하부 공동(22), 축방향 채널(12), 그리고 상부 공동(21)의 순서로 충전되도록 하는 단계와;
    - 상기 금속이 응고되도록 한 다음 주형(20)의 회전을 정지하고, 주형을 개방하여, 주형의 내부로부터 하부 링(32), 바(33) 및 스탬핑 핀(40)을 덮고 있는 상부 플레이트(35)로 이루어진 사전 성형된 케이지(30)를 포함하는 회전자와 코어(25)를 제거하는 단계; 그리고
    - 상부 플레이트(35)의 중앙이 파열되어 케이지(30)의 상부 링(31)을 형성하도록 하기 위하여 스탬핑 핀(40)을 축방향으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 사출 성형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 링의 내부를 최종 형태로 기계 가공하기 위한 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 사출 성형 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄이며, 상기 적층체 더미(10)와 상기 주형(20)의 상부 공동(21)을 가열하기 위한 상기 제1 온도는 알루미늄의 용융 온도보다 상당히 낮으며, 상기 주형(20)의 하부 공동(22)을 가열하기 위한 상기 제2 온도는 상부 공동(21)을 가열하기 위한 온도보다도 상당히 낮은 것을 특징으로 하는 전동기 회전자의 사출 성형 방법.
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