KR20130068260A - 마찰교반접합에 의한 모터케이스의 용접 방법 및 그에 의해 형성된 모터케이스 - Google Patents

마찰교반접합에 의한 모터케이스의 용접 방법 및 그에 의해 형성된 모터케이스 Download PDF

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Abstract

모터케이스의 용접 방법이 개시된다. 본 방법은, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 프로브를 가진 용접공구를 이용하여 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스의 양 단부를 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 그에 의해 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

마찰교반접합에 의한 모터케이스의 용접 방법 및 그에 의해 형성된 모터케이스{A METHOD FOR WELDING A MOTOR CASE BY FRICTION STIR WELDING, AND A MOTOR CASE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 모터케이스의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 수냉을 위해 내부에 관로를 형성하도록 다이케스팅 공법에 의해 형성된 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립한 후 그 양 단부를 용접하는 모터케이스의 용접 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차 등에 적용되는 모터케이스는 다이캐스팅 공법에 의해 형성된다. 특히, 최근 경량화를 위하여 알루미늄 모터케이스가 개발되고 있는데, 모터 동작시 발생하는 열을 냉각시키기 위해서 케이스 내부를 수냉 방식으로 냉각하기 위한 수냉용 관로가 형성된 모터케이스가 개발되고 있다. 수냉 방식의 모터케이스를 제작하기 위한 방법으로, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로가 형성되는 내부 케이스 및 외부 케이스를 별도로 다이캐스팅하여 제작한 후, 이를 서로 조립한 다음 그 양 단부를 아크 용접에 의해 용접하는 방법이 사용되고 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에서 보듯이, 모터케이스(100)는 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 서로 조립하여 형성된다. 여기서, 내부 케이스(110)의 외면 및 외부 케이스(120)의 내면에는 각각 관로홈(131, 132)이 형성되어 있으며, 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 조립하게 되면, 이 관로홈들(131, 132)이 관로(130)를 형성하게 된다. 이렇게 형성된 관로(130)는 외부 케이스(120)에 형성된 인렛(121; Inlet) 및 아웃렛(122; Outlet)에 연결되며, 모터 동작시 인렛(121)을 통해 주입된 냉각수가 관로(130)를 거쳐 아웃렛(122)으로 배출됨으로써, 냉각수의 순환에 의해 모터 동작시 발생하는 열을 냉각시키게 된다.
한편, 냉각을 위해 순환되는 냉각수가 유출되지 않도록 모터케이스(100)의 단부(A)를 밀봉해야 하는데, 종래에는 이를 위해 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 양 단부를 아크 용접을 통해 밀봉하였다. 그러나, 종래의 아크 용접 방식은 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 재질 내부에 다량의 기공을 형성하기 때문에, 냉각수의 효과적인 밀봉이 어렵다. 즉, 아크 용접된 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 용접부에 기공이 형성되면, 냉각수의 수압을 견디기 어려워 모터 동작시 냉각수의 누수가 발생하는 문제를 야기한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있도록 고상 접합 방식인 마찰교반용접을 이용한 모터케이스의 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 모터케이스를 마찰교반 접합할 때 접합부의 변형으로 인한 후가공을 요하지 않는 마찰교반접합을 이용한 모터케이스의 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 모터케이스의 용접 방법은, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와, 마찰교반접합용 공구에 형성된 프로브를 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 경계부에 삽입한 후 고속 회전시킴으로써 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스의 양 단부를 용접하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스 각각의 단부에 경사단면이 형성되고, 상기 모터케이스는 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 조립에 의해 테이퍼 형상의 단부를 가지며, 상기 테이퍼 형상의 단부가 상기 용접공구에 의해 마찰교반 접합되는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 모터케이스는, 상술한 방법에 의해 용접된 모터케이스로서, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 포함하고, 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스를 조립한 후 양 단부를 마찰교반접합에 의해 용접한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 모터케이스를 마찰교반 접합할 때 접합부의 변형으로 인한 후가공을 요하지 않으므로, 모터케이스 제조 공정이 더 간편해진다.
도 1은 일반적인 다이캐스팅 공법에 의해 제조된 모터케이스의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 모터케이스의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마찰교반접합에 의해 모터케이스의 단부를 용접하는 공정을 설명하는 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마찰교반접합에서 사용하는 용접 공구의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마찰교반접합에 의해 용접된 모터케이스의 단부를 도시한 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 모터케이스의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 마찰교반접합에 의한 모터케이스의 용접 방법 및 그에 의해 제조된 모터케이스의 바람직한 실시예에 대해 자세히 설명한다.
먼저, 도 3에는 마찰교반접합을 이용하여 모터케이스의 단부를 용접하는 공정을 도시하였다. 여기서, 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)이란, 프로브(Probe)를 가진 비소모성 공구(Tool)를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 삽입하면 공구와 피접합재와의 상호 마찰에 의해 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 공구 주변의 재료가 연화되어 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 피접합재의 용접이 이루어지는 용접 방법을 말한다. 이러한 접합법은 기존 용융 접합에 비해 기계적 특성 향상 및 우수한 접합부를 형성하며, 접합용 공구와 시편의 마찰열을 이용하여 기존의 용융 용접에 비해 낮은 입열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등의 장점을 가진다.
도 3에서 보듯이, 마찰교반접합용 공구(200)를 회전시키면서 모터케이스(100)의 원주 단면을 따라 마찰개질 프로세스를 진행하게 되는데, 여기서 공구(200)는 도 4에 도시한 바와 같이 그립(230), 숄더(220) 및 프로브(210)를 포함한다. 프로브(210)는, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 다이캐스팅된 내부 케이스와 외부 케이스의 경계부에 삽입된 후 고속 회전에 의해 마찰열을 발생시켜, 내부 케이스의 단부 및 외부 케이스의 단부를 소성 접합하게 된다.
도 5에는 본 발명에 따른 마찰교반접합에 의한 모터케이스의 용접 방법에 의해 내부 케이스 및 외부 케이스의 경계부를 용접한 예를 도시하였다. 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 조립한 후 그 접촉 단부를 마찰교반접합에 의해 용접한 결과, 도 7에서 보듯이, 매우 치밀한 구조를 갖는 용접부(B)가 형성됨을 볼 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120) 각각의 단부에 경사단면(110a, 120a)이 형성될 수 있다. 이렇게 경사단면(110a, 120a)이 각각 형성된 내부 및 외부 케이스(110, 120)를 조립하여 모터케이스 본체를 형성하면, 모터케이스의 단부는 테이퍼 형상의 단부(C)를 갖게 된다. 즉, 테이퍼 형상의 단부(C)는 그 선단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖게 된다. 모터케이스의 단부를 테이퍼 형상의 단부(C)로 형성하는 이유는, 마찰교반접합에 의해 모터케이스의 단부를 용접하는 경우, 케이스 단부의 소성 변형으로 인해 양 가장자리로 비드(Bead)가 형성될 수 있기 때문이다. 용접 가공후 케이스 단부에 형성되는 변형부는 후가공에 의해 제거되어야 한다. 그러나, 도 6에서와 같이, 모터케이스 단부가 테이퍼 형상을 갖도록 하면, 용접후의 변형으로 인해 설계 기준에서 요구하는 치수를 초과하지 않도록 제어하는 것이 용이하며, 따라서 후가공을 요하지 않으므로 모터케이스의 제조 공정을 더 간소화할 수 있는 이점이 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와,
    마찰교반접합용 공구에 형성된 프로브를 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 경계부에 삽입한 후 고속 회전시킴으로써 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스의 양 단부를 용접하는 단계를 포함하는 모터케이스의 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스 각각의 단부에 경사단면이 형성되고, 상기 모터케이스는 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 조립에 의해 테이퍼 형상의 단부를 가지며, 상기 테이퍼 형상의 단부가 상기 용접공구에 의해 마찰교반 접합되는 것을 특징으로 하는 모터케이스의 용접 방법.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나에 의해 용접된 모터케이스로서, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 포함하고, 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스를 조립한 후 양 단부를 마찰교반접합에 의해 용접한 것을 특징으로 하는 모터케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터케이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105149827A (zh) * 2015-10-15 2015-12-16 合肥真诚机械制造有限公司 焊接式电动客车电机机座及其焊接方法
CN105397253A (zh) * 2014-09-11 2016-03-16 佳木斯电机股份有限公司 主氦风机驱动电机机座制造工艺
CN114985894A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 广东鸿图武汉压铸有限公司 一种新能源汽车驱动电机壳体加工后焊接工艺及夹具组件

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