KR20060054226A - 전동기 모터용 정류자 및 제조방법. - Google Patents

전동기 모터용 정류자 및 제조방법. Download PDF

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KR20060054226A
KR20060054226A KR1020060027299A KR20060027299A KR20060054226A KR 20060054226 A KR20060054226 A KR 20060054226A KR 1020060027299 A KR1020060027299 A KR 1020060027299A KR 20060027299 A KR20060027299 A KR 20060027299A KR 20060054226 A KR20060054226 A KR 20060054226A
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홍재경
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Abstract

본 발명은 전동기(Starter motor)용 모터에 사용되는 정류자는 코일과의 접합 특성상 "ㄱ"자형(Riser type)의 형상을 요구하며, 이러한 정류자 편을 생산하는 방법으로는 인발과 프레스를 이용하여 형상화하는 방법과, 단조방식의 열간 및 냉간 단조의 프레스를 이용한 방법이 있으며, 인발방식의 작업은 [도 3] 에서와 같이 여러 가지의 인발 다이스를 이용하여 순차적으로 동선을 인발하여 일정한 형상을 만들어낸 다음 프레스를 이용하여 일정한 크기와 모양으로 형상화하며, 단조방식은 프레스를 사용하여 [도 4] 와 같이 일정한 모형으로 형상화하는 방법으로 인발 생산방법은 고가의 원재료 동선의 낭비가 많은 단점이 있고, 원자재의 손실이 커 제조 원가상승에 큰 부담요인을 안고 있으며 [도 5] 의 그림 중 점선으로 표기한 부분이 인발과 프레스를 이용하여 작업할 경우 스크랩으로 처리되는 원자재의 손실부분을 표기 했고 , 또한 단조 방식의 경우 공정이 복잡하고 재료의 변형으로 인발방식보다 내구성이 떨어짐으로 소비자로부터 외면을 받고 있으며 인발방식과 동일하게 편을 제작하고 절연체와 교번하며 조립하는 번거로움이 많았다, 그러나 본 발명은 동선을 이용한 정류자의 생산방식에서 탈피하여 서로 다른 크기의 속이 빈 중공동봉을 이용해 절단하고, 용접하여 일정한 형상을 만들고 내부에 보강 링이 들어가는 형식의 정류자는 열간 단조의 방법으로 정류자를 생산하는 방법과, 또 다른 방법으로는 프로파일이라고 하는 일정한 형상의 동판을 만들어 생산하는 방법이다, 이런 발명은 공정개선과 생산성 향상 및 원가절감에 주안점을 두고 개발하였으며, 기존의 생산 방식과는 전혀 다른 생산 방법으로 공정은 다음과 같다.
기존의 인발형식의 작업공정 [도 3] 을 예를 들면
동선의 구입 / 압연S / 열처리 / 인발7,6 / 열처리 / 인발5,4 / 열처리 / 인발3,2,1,F / 절단 / 세척 / 건조 / 조립 / 성형 / 열처리 / 기계가공 / 검사 / 포장의 과정으로 공정이 전개된다.
기존의 단조형식의 작업공정 [도 4] 을 예를 들면
동선의 구입 / 열처리 / 절단 / 가열 / 단조 / 세척 / 건조 / 조립 / 성형 / 열처리 / 기계가공 / 검사 / 포장의 과정으로 공정이 전개된다.
새로운 정류자 보강 링이 없는 작업공정 [도 2] 의 예를 들면
속이 빈 동봉의 구입 절단 / 가열 / 단조 / 용접 / 성형 / 열처리 / 기계가공 / 검사 / 포장으로 구성되며, 보강 링을 쓰는 경우 성형공정 앞에서 보강 링을 삽입하여 성형하도록 되어 있다.
본 발명의 분리 용접형식 정류자는 인발방식보다, 최대 35-43％의 동선의 원자재를 절감할 수 있고, 단조방식에 비하여 공정이 극히 단순하여 생산 효율을 극대화 할 수 있었고 종전의 두 작업방법에 비하여 본 발명품은 조립과정이 없이도 제품을 생산할 수 있는 장점이 있었다.
이런 정류자를 고안 개발한 목적은 고가인 동이 스크랩으로 잘려나가는 량이 많아 이를 줄이고 공정을 개선하고자 착안한 것이 조립이 필요 없는 일체형의 정류자를 고안하고 개선하여 속이 빈 동봉의 소재를 이용하여 용접형식의 정류자를 발명하게 되었다.
기존의 봉을 사용하여 생산하는 정류자는 소형 후크(연결고리 형식)타입의 용으로 사용하고 있으며, 이보다 큰 "ㄱ"자형 라이자를 형상의 정류자는 인발다이스를 통과한 동선을 프레스를 이용해 일정한 모양으로 편을 제작하는 인발방식과 동선을 열간 또는 냉간 단조기를 통해 핀을 제작하는 단조방식으로 정류자를 제작해왔으며, 두 가지 방법 모두 제조 공정이 길고 스크랩의 발생이 많아 원가 상승요인이 있었고, 특히 냉간 단조방식은 소재의 변형과 크랙으로 내구성에 취약함이 있었다, 또한 종전의 분리형 [도 6] 정류자는 인발하고 열처리한 동선을 프레스를 이용하여 절단하고 세척과 건조과정을 거친 다음 편마다 침봉 구멍을 가공해 동선을 조립하고 또다시 세그먼트 조립품에 절연 판을 조립하고 연장침봉을 절곡하는 번거로움이 있었고 몸통과 라이자의 정확한 치수를 제어하기 힘들었으며, 절연판과 연장침봉의 크기와 두께 및 조립의 직각도역시 제어하기 힘들었고 이는 회전자의 밸런스에 지대한 영향을 주었으며, 신선(동선을 압입 / 휴징 이라고도 함)하기 힘들었다.
그러나 새로 개발된 정류자의 생산방법은 "ㄱ"를 두 개의 봉을 절단하여 용접하고 절개하여 성형하는 방법으로 절연체 및 조립 공정이 필요 없어 공정이 단순하며 스크랩의 량이 최소화되며 공정개선 효과와 원가 경쟁력을 동시에 확보할 수 있다.
Figure 112006502510227-PAT00001
분리용접형식 정류자, 조립이 필요 없는 정류자, 절연체가 필요 없는 정류자.

Description

전동기 모터용 정류자 및 제조방법.{Starter motor Commutators and it's producing method.}
도 1은 완성된 전동기 모터용 정류자의 외관 사시도.
도 2은 용접형식 정류자 공정의 개략도.
도 3은 인발 정류자 편 제조 공정.
도 4은 단조 정류자 편 제조 공정.
모터에 사용되는 정류자(Commutators)를 생산하는 방법으로는 압연과 인발다이스를 통과시키고 프레스를 이용하여 일정한 형상으로 제작하는 인발방식과 열간 및 냉간 단조방식을 이용한 두 가지 방법으로 정류자를 생산하고 있으며, 인발방식은 [도 1] 처럼 "ㄱ"자형 라이자를 형성하기 프레스를 이용하여 절단하여 형상화하는데 이 과정에서 발생하는 스크랩이 약 원재료의 35％-43％를 차지하며 이는 원가상승요인에 직접적인 원인이 되고, 동편을 만드는 과정에서 압연과 인발, 열처리를 실시하게 되며 전력 사용량도 구성 원가에 8％-10％이상 차지하며 전형적인 3D공정으로 인력난이 심하고 인건비도 많이 발생하여 더더욱 원가경쟁력이 떨어지게 된 다, 또한 단조방식은 조직이 치밀하지 못하여 고객이 요구하는 시험조건을 만족시키지 못하여 열처리를 실시하며 작업해야한다, 그러나 새로운 생산방식의 정류자는 단조방식과 프로파일의 장류자의 장점을 최대한 살리며, 공정을 최소화하며, 스크랩이 발생하지 않도록 하는 각기 다른 두 개의 동 봉을 용접하는 생산방식으로 "ㄱ"자형 라이자를 형성하여 제작하는 방법으로 종래의 공정과 상호 비교하면 아래와 같다.
인발방식의 생산방식 [도 3]
동선의 구입 / 압연 / 열처리 / 인발 / 열처리 / 인발 / 열처리 / 인발 / 절단 / 세척 / 건조 / 조립 / 성형 / 열처리 / 가공 / 검사 / 포장.
단조방식의 생산방식 [도 4]
동선의 구입 / 절단 / 열처리 / 단조 / 열처리 / 세척 / 건조 / 조립 / 성형 / 열처리 / 가공 / 검사 / 포장.
용접형식의 생산방식 중 보강 링이 없는 형식의 공정전개 [도 2]
중공 동봉의 구입 절단 / 용접 / 성형 / 열처리 / 기계가공 / 검사 / 포장.
용접형식의 생산방식 중 보강 링이 있는 형식의 공정전개 [도 2]
중공 동봉의 구입 프로파일절단 / 열간 단조 / 용접 / 링 삽입 / 성형 / 열처리 / 기계가공 / 검사 / 포장으로 공정이 전개된다.
보강 링이 삽입되는 정류자는 프레스를 이용하여 가열한 동봉에 앞뒤로 링 자리를 만들어주고 링을 삽입하여 성형공정을 통하여 가공하는 방법으로 구성된다.
본 발명은 전동기용 정류자(이하 정류자)에 사용되는 생산하는 방법으로는 압연과 인발다이스를 통과시키고 프레스를 이용하여 일정한 형상으로 제작하는 인발방식과 열간 및 냉간 단조방식을 이용한 두 가지 방법으로 정류자를 생산하고 있으며, 인발방식은 [도 1] 처럼 "ㄱ"자형 라이자를 형성하기 프레스를 이용하여 절단하여 형상화하는데 이 과정에서 발생하는 스크랩이 약 원재료의 35％-43％를 차지하며 이는 원가상승요인에 직접적인 원인이 되고, 동편을 만드는 과정에서 압연과 인발, 열처리를 실시하게 되며 전력 사용량도 구성 원가에 8％-10％이상 차지하며 전형적인 3D공정으로 인력난이 심하고 인건비도 많이 발생하여 더더욱 원가경쟁력이 떨어지게 된다, 또한 단조방식은 조직이 치밀하지 못하여 고객이 요구하는 시험조건을 만족시키지 못하여 열처리를 실시하며 작업해야한다, 그러나 새로운 생산방식의 정류자는 단조방식과 프로파일의 장류자의 장점을 최대한 살리며, 공정을 최소화하며, 스크랩이 발생하지 않도록 하는 각기 다른 두 개의 동 봉을 용접하는 생산방식으로 "ㄱ"자형 라이자를 형성한다.
이 기술의 일부 품목은 용접방법과 단조방식을 병행해야하는 신기술로 조직이 모재와 용접한 부위와의 변형이 없어 소재의 강도나 경도에 문제가 없으며, 보강 링이 투입되는 경우의 정류자는 열간 단조의 금형 개발기술의 확보가 필요하며, 정류자의 규격이 다양해 금형의 호환성을 확보하여 금형개발에 대한 초기 투자비용을 절감하여 원가경쟁력을 갖추는 것이 과제로 남는다, 또한 제품의 내구성을 높이는 방법의 일환으로 정류자 내부에 보강 링을 삽입하여 제품의 내구성을 높이고 있으며, 이런 방법보다 원천적인 문제를 해결하고 투입공수를 줄이며 원가경쟁력을 갖추기 위해서는 몰드용 수지의 개발과 원동의 동선을 생산하는 업체가 프로파일을 생산하여 중소업체에 생산성이나 원가경쟁력을 확보할 수 있도록 상호 노력이 시급하다.
본 발명을 대표하는 [도 1과 2] 에서와 같이 서로 다른 동봉들 열간 단조를 통하여 내/외부형상을 만들고 절단하여 용접하여 성형하고 가공함으로 별도의 절연체와 조립의 공정이 필요 없고, 또 다른 작업방법으로는 한쪽 방향으로 요철이 있는 동판을 이용하여 일정한 형상의 프로파일을 구성하고 이를 절단과 절곡을 통하여 외형을 만들어 용접하는 방법이 있다.
성형하고 열처리된 정류자를 가공하게 되면 몰드용 수지가 요철부위에 스며들어 절연체를 사용하지 않아도 되며 별도의 조립과정도 필요 없게 되는 것이 [도 1] 의 성형품 단면도에서 빗 금친 부위가 수지면이고 흰 부분이 동봉으로 남아있는 것이다.
본 발명은 종전의 작업방법과 확연한 차이가 있으며 종전의 정류자 제작방법으로는 압연과 인발다이스를 통과시켜 일정한 형상의 동선을 만들어 절단 조립하는 인발 방식 [도 3] 과 동선을 절단하여 가압하여 일정한 형상을 만드는 단조방식 [도 4] 으로 제작하는 방법이 일반적인 정류자 제작방법이었다, 하지만이 두 가지 방법 모두 동편을 조립해야하는 공정이 별도로 있으며, 동편을 만드는 과정도 압연과 인발을 통해야하며, 중간에 열처리를 실시하는 필수적이긴 하지만 불합리한 방 법이었다, 하지만 본 발명이 개발되면서 공정을 다음과 같이 최소화 할 수 있었다.
공정순서
Figure 112006502510227-PAT00008
인발방식의 경우 압연과 열처리 인발공정을 세부적으로 살펴보면 다음과 같이 공정이 진행된다.
압연 - 0.8M/SEC
열처리 - 가열 상승2시간 450도 유지5시간
2회 인발 - 0.8M/SEC
열처리 - 가열 상승2시간 450도 유지5시간
2회 인발 - 0.8M/SEC
열처리 - 가열 상승2시간 450도 유지5시간
3회 인발 - 0.8M/SEC
최종인발 - 0.6M/SEC
이런 공정을 최소화 하여 9개의 공정으로 축소되며 전형적인 3D업종인 인발작업공정을 배재하였으며, 투입공수의 단축으로 원가경쟁력을 갖출 수 있었으며, 또한 인발방식의 작업보다는 약35-43％의 초기 원재료 투입비용을 절감할 수 있었고, 전력비도 8-10％이상 줄어들며, 작업은 4일이 단축되는 효과가 있었다, 그리고 단조방식보다는 단조부터 조립까지의 공정이 줄어 2일의 투입공수가 절감되었고, 제품의 내구성이 열간 단조를 이용함으로 인발과 대등하다, 또한 이들 두 방법 모두 절연체를 사용해야 됨으로 자동 조립이 불가하여 사람의 손을 빌어 조립해왔으나, 본 발명을 통하여 동봉을 절개하여 성형하는 방법으로 운모와 같은 절연체를 사용하지 않고 정류자를 생산할 수 있어 자동으로 조립하는 효과에 버금가는 생산성을 확보할 수 있었다.

Claims (2)

  1. 중공 동봉을 이용하여 용접형식 정류자를 생산하는 방법에 있어서
    "ㄱ"자형 라이자 형상을 서로 다른 크기의 속이 빈 봉을 이용하여 용접을 통하여 모재와 동일한 재질과 강도/경도 조건의 변형이 없는 정류자를 생산할 수 있었다.
  2. 절연체를 사용하지 않고 정류자를 생산하는 방법에 있어서
    정류자를 제작할 때 인발이나 단조방식으로 동편을 제작하여 조립하는 경우 동편과 동편 중간에 절연체를 교번하여 사용하여 편과 편사이의 절연하고 있어 자동으로 조립이 불가능했으나, 본 발명으로 용접한 동봉이나 동판을 압출 또는 단조를 통하여 봉내부에 일정한 간격과 깊이의 요철을 형성하여 성형할 때 몰딩용 수지가 절개한 틈으로 스며들어 절연을 함으로 별도의 절연체를 사용하지 않아도 작업이 가능하며, 가공하여 몰드용 수지와 동편으로 분리됨으로 자동으로 조립하는 탁월한 효과가 있었고, 코일을 심는 부위도 단조 형태에서 생성되어 최소한의 가공으로 마무리가 가능하다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012141349A1 (ko) * 2011-04-12 2012-10-18 Park Wook-Kyu 정류자 제조 방법

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