KR20140116017A - 경납땜 및 납땜 공정을 이용한 정류자 제조 방법 - Google Patents

경납땜 및 납땜 공정을 이용한 정류자 제조 방법 Download PDF

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KR20140116017A
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commutator
graphite
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KR1020140032665A
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지안준 구오
치항 토
종후이 젱
Original Assignee
존슨 일렉트릭 에스.에이.
센젠 조인트 웰딩 머티리얼 컴퍼니 리미티드
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators

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Abstract

흑연 구조체(30) 및 상기 흑연 구조체(30)에 납땜된 금속 시트(20)로부터 형성된 복수개의 정류자 바(12)를 포함하는 정류자(10)는 경납땜 공정과 그 뒤의 납땜 공정을 포함한다. 경납땜 공정은 경납땜 재료를 흑연 구조체(30)에 도포하고 경납땜 층(40)을 형성하기 위하여 상승된 온도에서 경납땜하는 단계를 포함한다. 납땜 공정은 납땜 재료를 경납땜 층(40)에 도포하고, 금속 시트(20)를 납땜 재료 상에 배치하고, 금속 시트(20)를 흑연 구조체(30) 상에 부착하는 납땜 층(50)을 형성하기 위하여 납땜하는 단계를 포함한다. 복수개의 그루브(70)는 단속적 링 또는 원내에 배치된 정류자 바(12)를 형성하기 위하여 흑연 구조체(30) 및 금속 시트(20)에서 절단된다.

Description

경납땜 및 납땜 공정을 이용한 정류자 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A COMMUTATOR USING A BRAZING AND SOLDERING PROCESS}
전기 모터용 정류자는 일반적으로 복수개의 후크에 전기적으로 연결된 복수개의 정류자 바를 포함하되, 여기서 후크는 하나 이상의 코일을 실장하는데 이용되어, 코일은 정류자에 전기적으로 연결된다.
많은 정류자에 있어서, 정류자 바 및 후크는 스템핑된 구리 시트로부터 일체로 형성된다. 그러나, 탄소 브러시를 이용하는 전기 모터에서, 탄소 브러시의 경도는 구리 정류자 바 및 후크의 경도에 비해 훨씬 낮아서, 모터 동작 동안 탄소 브러시의 마모를 증가시킨다.
이 문제를 해결하기 위하여, 일부 정류자는 정류자 바에 구리 대신 흑연을 이용한다. 그러나, 이는 흑연 정류자 바를 구리 후크에 연결시키는 경우의 문제를 야기할 수 있다. 현재의 산업에서, 니켈 또는 구리 금속층이 전기도금 또는 이온 스퍼터링을 통해 흑연 바의 표면 상에 형성된다. 이어서, 주석과 같은 450℃ 이하의 용융점을 갖는 납땜 재료가 흑연 바 상의 금속층에 복수개의 후크를 포함하는 구리 시트를 납땜하는데 이용된다. 그러나, 금속층과 흑연 바 사이에 야금 본드가 존재하지 않으므로, 이 방법을 이용하여 제조된 정류자에서의 금속층과 흑연 바 사이의 연결은 충분한 강도가 부족하다.
다르게는, 450℃ 이상의 용융점을 갖는 경납땜 재료가 흑연 바와 구리 시트 사이에 적용되고, 흑연 바, 구리 시트 및 경납땜 재료는 고온 노에 배치되고 경납땜되어, 구리 시트를 흑연 바에 고정시킨다. 그러나, 구리와 흑연 사이의 열 팽창 계수의 큰 차이로 인하여, 경납땜 공정은 흑연내에 많은 크랙이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 구리 시트의 구리는 고온 경납땜 공정에 의해 약화 또는 연화될 수 있어서, 코일 실장에 덜 적합하도록 한다.
따라서, 상술한 문제들을 해결하는 정류자 제조 방법의 필요성이 있다.
일부 실시예는 흑연 바를 갖는 전기 모터를 위한 정류자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일부 실시예에서, 정류자의 정류자 바는 경납땜층과 납땜층에 의해 연결된 흑연층 및 금속층을 포함한다. 일부 실시예에서, 경납땜 재료는 흑연 구조체의 표면에 도포되고, 경납땜층을 형성하기 위하여 경납땜된다. 다음으로, 납땜 재료는 경납땜층에 도포되고, 경납땜층을 금속 시트에 납땜하는데 이용된다. 흑연 구조체 및 금속 시트에 형성된 복수개의 그루브가 흑연 구조체 및 금속 시트를 복수개의 정류자 바로 분할한다.
도면은 실시예의 디자인 및 유틸리티를 도시하며, 유사한 구성 요소에 대해서는 공통 참조 번호로 참조된다. 이들 도면은 반드시 스케일에 맞을 필요는 없다. 전술한 및 다른 이점 및 목적이 달성되는 법을 보다 잘 이해하기 위하여, 첨부된 도면을 참조로 본 실시예가 보다 특별히 설명된다. 이들 도면은 단지 예시일 뿐으로, 특허청구범위의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른 정류자를 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 정류자에서 이용되는 금속 시트를 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 정류자의 횡단면을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 일부 실시예에 따른 정류자 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.
다양한 특징이 도면을 참조로 이하에 설명된다. 도면은 스케일에 맞게 도시될 필요는 없고, 유사한 구조 또는 기능의 구성 요소는 전체 도면에 걸쳐 동일한 참조 번호로 표시된다. 하나 이상의 구체적 실시예에서 구체적으로 설명되거나 또는 하나 이상의 특정 청구항에서 청구되지 않았다면, 도면은 도식화 및 설명을 목적으로 특징의 설명을 용이하게 하기 위한 것이다. 여기에 설명된 다양한 실시예 및 도면은 다양한 다른 실시예의 철저한 실예 또는 설명으로서 의도되거나 또는 본 출원 명세서에서 설명되는 실시예의 관점에서 당업자의 숙련자 중 하나에게 명백한 청구범위의 범위 또는 일부 다른 실시예의 범위에 대한 제약으로서 의도되지 않는다. 또한, 형상화된 실시예들은 제시된 모든 측면 또는 이점을 가질 필요는 없다.
특정 실시예와 결부하여 설명된 측면 또는 이점은 그 실시예에 국한될 필요는 없고, 형상화되지 않더라도 또는 명백하게 설명되지 않더라도 임의의 다른 실시예에서 이행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 걸친 "일부 실시예" 또는 "다른 실시예"는 실시예와 결부하여 설명되는 특별한 특징, 구조, 재료, 공정 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에서 포함된다는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서 전체에 걸쳐 각종 위치에서 보이는 "일부 실시예에서", "하나 이상의 실시예에서", 또는 "다른 실시예에서"와 같은 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 실시예들을 칭하는 것은 아니다.
일부 실시예는 흑연 기초 구조를 갖는 전기 모터용 정류자의 제조 방법에 대한 것이다. 일부 실시예에서, 정류자의 정류자 바는 흑연층 및 금속층을 포함한다. 일부 실시예에서, 경납땜 재료가 흑연 구조체의 표면에 도포되고 경납땜 층을 형성하도록 경납땜된다. 다음으로, 납땜 재료가 경납땜 층에 도포되고, 경납땜 층에 금속 시트를 납땜하도록 이용된다. 복수개의 그루브가 흑연 구조체 및 금속 시트에 형성되어 흑연 구조체 및 금속 시트가 복수개의 정류자 바로 분할된다.
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른 정류자(10)를 도시한다. 정류자(10)는 복수개의 후크로 형성된 금속 시트(20) 및 금속 시트(20)의 일 측 상의 탄소 또는 흑연 구조체(30)(이하 흑연 구조체(30))를 포함한다. 추가로, 정류자(10)는 금속 시트(20)의 흑연 구조체(30)로부터의 반대측 상에 절연층(60)을 포함할 수 있다. 흑연 구조체(30) 및 금속 시트(20)는 복수개의 그루브(70)에 의해 서로로부터 절연된 복수개의 섹션으로 분할되어 복수개의 정류자 바(12)를 형성한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 정류자(10)에서 이용되는 금속 시트(20)를 도시한다. 금속 시트(20)는 중심 링(22), 중심 링(22)의 외부 에지로부터 외부로 연장하는 복수개의 돌출부(24), 및 중심 링(22)의 내부 및 외부 에지를 따라 실질적인 축방향으로 연장하는 복수개의 돌기부(26)를 포함한다. 일부 실시예에서, 돌기부(26)는 완전한 축을 이루는 것은 아니지만, 서로를 향하여 약간 경사지도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 각각의 출출부(24)는 두개의 외부-에지 돌기부(26) 사이에 위치하고, 내부-에지 돌기부(26)와 마주한다. 일부 실시예에서, 돌출부(26)는 절연층(60)내에 둘러싸이거나 매설되어 절연층(60)을 금속 시트(20)에 단단히 연결한다. 정류자(10)의 조립 동안, 돌출부(24)는 복수개의 후크를 형성하도록 굽혀진다.
도 4a는 일부 실시예에 따라 도 1a 및 도 1b에 도시된 예를 들면 정류자(10)와 같은 정류자를 제조하는 공정(400)을 설명하는 흐름도이다. 공정(400)은 410에서 시작하여 펀칭 또는 프레싱에 의해 금속 시트(20)를 형성한다. 다양한 실시예에서, 금속 시트(20)는 구리, 은, 알루미늄, 또는 다른 유형의 금속으로 제조될 수 있다.
420에서, 경납땜 재료가 흑연 구조체(30)의 표면에 도포된다. 경납땜 재료는 스크린 인쇄 또는 분무를 통해 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 흑연 구조체(30)는 경납땜 재료를 도포하기 이전에 세정된다. 세정 공정은 아래의 하나 이상을 포함할 수 있다: 경납땜 재료를 수용할 흑연 구조체(30)의 표면을 그라인딩하는 단계, 알코올 및 초음파 생성을 위한 수단을 이용하여 흑연 구조체(30)를 세정하는 단계, 흑연 구조체(30)를 아세톤에 침지하는 단계 및/또는 흑연 구조체(30)를 건조하는 단계.
다음으로 430에서, 그 위에 경납땜 재료가 도포된 흑연 구조체(30)가 경납땜된다. 일부 실시예에서, 경납땜은 진공 노를 이용하여 수행된다. 진공 노는 1.0×10-1Pascal(Pa) 이상(예를 들면, 1.0×10-3Pa)의 진공도 및 800℃ 이상의 온도를 갖도록 구성될 수 있으며, 흑연 구조체(30) 및 경납땜 재료는 노내에 10분 에서 30분 사이의 기간 동안 놓인다. 그러나, 일부 실시예에서, 경납땜 주기는 30분을 넘을 수 있다. 다른 실시예에서, 경납땜은 다른 유형의 노에서 수행될 수 있다.
도 3은 경납땜 이후에 IV 평면(도 1b에 도시됨)을 따른 정류자(10)의 횡단면도를 도시한다. 도포된 경납땜 재료는 흑연 구조체(30)에 걸쳐 경납땜 층(40)을 형성한다.
440에서, 금속 시트(20)는 경납땜된 흑연 구조체(30) 상의 경납땜 층(40)의 표면에 납땜된다. 도 4b는 일부 실시예에 따른 흐름도(400)내의 납땜 단계(440)에 대응할 수 있는 납땜 공정을 도시하는 흐름도이다. 441에서, 납땜 재료는 경납땜된 흑연 구조체(30) 상의 경납땜 층(40)의 표면에 도포된다. 일부 실시예에서, 납땜 재료는 페이스트, 파우더 또는 슬러리의 형태일 수 있고, 스크린 인쇄를 통해 경납땜 층(40)에 도포된다. 다른 실시예에서, 납땜 재료는 금속 시트(20)의 표면 상에 놓인 단단한 조각 또는 시트이며, 형상은 금속 시트(20)의 표면의 것에 대응한다.
다음으로 442에서, 금속 시트(20)는 납땜 재료의 상부에 놓인다. 일부 실시예에서, 돌기부(26) 없는 금속 시트(20)의 표면이 흑연 구조체(30)의 경납땜 층(40) 위에 도포된 납땜 재료의 도포된 층과 마주하도록 금속 시트(20)가 배치된다.
443에서, 경납땜 층(40)을 갖는 흑연 구조체(30), 납땜 재료, 및 금속 시트(20)가 일정 시간 동안 납땜 환경에 놓인다. 일부 실시예에서, 납땜 환경은 130℃과 350℃ 사이의 온도를 갖도록 구성되며, 시간의 양은 2분과 10분 사이가 되도록 구성된다. 그러므로, 도 3에 도시된 것처럼 금속 시트(20)는 흑연 구조체(30)의 경납땜 층(40)에 납땜되고, 납땜 층(50)은 금속 시트(20)와 경납땜 층(40) 사이에 형성된다.
도 4b는 일부 실시예에서 이용될 수 있는 특정 납땜 공정(440)을 도시하며, 다른 유형의 납땜 공정이 다양한 다른 실시예 대신에 이용될 수 있다. 예를 들면, 금속 시트(20)는 전기 다리미를 이용한 핸드 납땜 공정을 통해 흑연 구조체(30)로 납땜될 수 있다.
도 4a 및 450을 다시 참조로, 절연층(60)이 납땜 층(50)에 대향하는(예를 들면, 돌기부(26)를 갖는 금속 시트(20)의 측) 금속 시트(20)의 표면 상에 형성된다. 절연층(60)은 플라스틱과 같은 절연 재료를 포함하며, 주입 몰딩 공정을 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌기부(26)는 절연층(60)내에 둘러싸이거나 매설되어, 금속 시트(20)를 플라스틱 층(60)에 강하게 고정한다. 돌출부(24)는 실장될 코일을 고려하여 도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼 후크 형상으로 굽혀질 수 있다.
다음으로 460에서, 금속 시트(20)가 납땜된 흑연 구조체(30)는 정류자(10)의 복수개의 정류자 바(12)로 분할된다. 일부 실시예에서, 이는 흑연 구조체(30) 및 금속 시트(20) 상의 복수개의 그루브(70)를 형성함에 의해 수행된다. 그루브(70)는 밀링에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 흑연 구조체(30), 경납땜 층(40), 납땜 층(50), 및 금속 시트(20)가 서로 절연되는 복수개의 개별 서브-섹션으로 분할되며, 여기서 서브-섹션은 절연층(60)에 의해 함께 유지되는 정류자(10)의 정류자 바(12)를 형성한다.
도 3을 참조로, 경납땜 재료 및 흑연 구조체(30)가 단계 430에서 경납땜된 이후에, 경납땜 재료내의 능동 원소(티타늄, 크롬, 지르코늄 및/또는 실리콘과 같은)가 흑연 구조체(30)의 표면 상의 탄소 원소와 화학적 반응을 거쳐, 흑연 구조체(30)의 표면에 경납땜 층(40)을 형성한다. 경납땜 층(40)은 두개의 층: 경납땜 재료와 흑연 구조체(30)의 탄소 사이의 화학적 반응에 의해 형성된, 흑연 구조체(30)의 내부에 인접한 반응층(42) 및 열 공정을 통해 대부분 경납땜 재료로 형성된 흑연 구조체(30)의 표면에 인접한 바인딩 층(44)을 포함한다.
야금학적 반응으로 인하여, 반응층(42)은 흑연 구조체(30)내의 탄소에 및 주로 금속 소자를 포함하는 바인딩 층(44)에 강하게 바운드된다. 그러므로, 흑연 구조체(30)의 표면 상의 경납땜된 경납땜 재료는 화학 반응을 통해 탄소 흑연 구조체(30)에 강하게 바운드된 강한 금속층(42) 및 반응층(42)에 강하게 본딩된 본딩층(44)을 형성하여, 흑연 구조체(30)의 표면을 금속화하고 단계 440에서 납땜에 의해 흑연 구조체(30)에 금속층(20)의 후속하는 바인딩을 용이하게 한다.
또한, 금속 시트(20)가 비교적 저온 환경에서 경납땜 층(40)에 납땜되므로, 공정은 금속 시트(20)를 연화하지 않으며, 금속 시트(20)의 금속과 흑연 구조체(30)의 흑연 사이에서의 열팽창 계수의 큰 차이로 인하여 형성되었을 흑연 구조체(30)내의 크랙의 형성을 방지한다.
아래에는 다양한 특정 실시예가 설명된다. 다양한 실시예에서, 상이한 재료 및 구성이 이용될 수 있다. 이하 실시예는 설명을 위한 것으로, 청구범위의 범위를 제한하려는 의도는 없다.
실시예 1
제1 실시예에서, 금속 시트(20)는 구리로 만들어지고, 경납땜 재료는 티타늄-구리-은 혼합물을 포함한다. 예를 들면, 경납땜 재료 혼합물은 약 69% 은, 27% 구리, 및 4% 티타늄 중량비로 구성된다. 경납땜 재료는 실크 스크린 인쇄를 이용하여 흑연 구조체(30)에 도포된다. 실크 스크린 인쇄 공정은 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는 폴리에스테르 메쉬를 이용하여, 메쉬는 인쇄 공정 동안 소망된 탄성을 보이는 것이 가능하다.
430에서, 제1 실시예에 따르면, 경납땜 제료를 갖는 흑연 구조체(30)는 1.0×10-1Pa와 4.0×10-2Pa 사이의 진공도와 800℃와 900℃ 사이의 온도를 갖도록 구성되는 진공 노에 13분과 17분 사이의 기간 동안 놓인다. 바람직한 실시예에서, 진공 노는 약 6.0×10-2Pa의 진공도, 850℃의 온도, 및 15분의 노 시간을 갖도록 구성된다. 일부 실시예에서, 노내에 흑연 구조체(30)를 놓을 시, 노의 온도는 목표 온도 850℃에 도달할 때까지 분당 약 10℃의 속도로 상승하도록 구성된다. 노내의 온도는 노 시간(예를 들면, 15분) 동안 목표 온도에서 유지된다. 흑연 구조체(30)는 후속하여 냉각된다.
440에서 이용되는 납땜 재료는 스크린 인쇄를 통해 경납땜 층(40)의 표면에 도포되는 주석 페이스트를 포함한다. 스크린 인쇄 공정은 납땜 재료의 인쇄 동안 메쉬의 소망된 탄성을 달성하기 위하여 바람직하게는 1mm 이하 두께를 갖는 스틸 메쉬 스크린을 이용한다. 경납땜된 흑연 구조체(30), 페이스트 및 구리 시트(20)가 온도가 250℃와 350℃ 사이이고 기간이 2분과 4분 사이인 납땜 환경에 놓이고, 후속하여 냉각된다. 그러므로, 구리 시트(20)는 경납땜 층(40)의 표면에 납땜되고, 납땜 페이스트는 납땜 층(50)을 형성한다.
제1 실시예의 나머지 공정 단계는 도 4에 도시된 것과 동일하며, 상세하게 설명되지 않는다.
실시예 2
제2 실시예에서, 금속 시트(20)는 구리로 만들어지고, 경납땜 재료는 도포법을 이용하여 적용되는 American Welding Society(AWS) 가이드라인에 따른 BNi2 형 경납땜 재료이다.
430에서, BNi2 형 경납땜 재료의 층을 포함하는 흑연 구조체(30)는 25분과 35분 사이 동안 진공 노에 놓이며, 이 노는 약 2.0×10-2Pa와 8×10-3Pa 사이의 진공도, 1050℃와 1150℃ 사이의 온도를 갖도록 구성된다. 양호한 실시예에서, 노의 진공도 및 온도는 각각이 1.00×10-2Pa 및 1100℃가 되도록 구성되며, 흑연 구조체(30)는 30분 동안 노에 놓인다. 일부 실시예에서, 흑연 구조체(30)를 노 내에 놓을때, 노의 온도는 목표 온도 1100℃에 도달할 때까지 분당 약 15℃의 속도로 상승하도록 구성되며, 이 때 30분의 노 시간이 시작한다. 흑연 구조체(30)는 후속하여 냉각된다.
440에서, 주석(Sn)과 비스무트(Bi)의 슬러리를 포함하는 납땜 페이스트는 경납땜 층(40)에 도포된다. 일부 실시예에서, 주석-비스무트 슬러리는 약 42% 주석과 58% 비스무트의 중량비(Sn-58Bi)로 구성된다. 납땜 페이스트는 스크린 인쇄법을 통해 도포될 수 있으며, 바람직하게는 인쇄 동안 메쉬의 소망된 유연성을 달성하기 위하여 1mm 두께를 갖는 스틸 메쉬 스크린을 이용한다.
경납땜된 흑연 구조체(30), 페이스트, 및 구리 시트(20)는 4분과 6분 사이 동안 150℃와 250℃ 사이의 온도로 납땜 환경에 놓이고, 후속하여 냉각된다. 그러므로 구리 시트(20)는 경납땜 층(40)의 표면에 납땜되고, 납땜 페이스트는 납땜 층(50)을 형성한다.
제2 실시예의 나머지 공정 단계는 도 4a에 도시된 것들과 동일하며, 구체적으로 설명되지 않는다.
실시예 3
제3 실시예에서, 금속 시트(20)는 은을 포함하며, 경납땜 재료는 흑연 구조체(30)의 표면 상에 균일하게 뿌려진 티타늄, 지르코늄, 구리 및 니켈을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 경납땜 재료는 40%의 티타늄, 20%의 지르코늄, 20%의 구리 및 20%의 니켈의 중량비로 구성된다.
430에서, 흑연 구조체(30)는 20분과 30분 사이 동안 진공 노에 놓인 경납땜 재료의 층을 포함하며, 노는 1.0×10-2Pa 와 3×10-3Pa 사이의 압력과 900℃과 1000℃ 사이의 온도를 갖도록 구성된다. 양호한 실시예에서, 압력은 8×10-3Pa가 되도록 구성되고, 온도는 950℃가 되도록 하며, 경납땜 재료를 갖는 흑연 구조체(30)는 20분 동안 노내에 놓이다. 일부 실시예에서, 노 내에 흑연 구조체(30)를 놓을 때, 노의 온도는 950℃에 도달할 때까지 매분 약 15℃의 속도로 상승하도록 구성되며, 이 때 30분의 노 시간이 시작한다.
440에서, 흑연 구조체(30)에 대응하는 형상을 갖는 납땜 조각이 경납땜 층(40) 위에 놓인다. 단단한 납땜 조각을 사용하는 것은 조립을 용이하게 한다. 납땜 조각은 98% 주석, 2% 구리(Sn-2Cu)와 같이 주석 및 구리를 포함할 수 있다.
경납땜 흑연 구조체(30), 납땜 조각, 및 은 시트(20)가 300℃와 350℃ 사이의 온도를 갖는 납땜 환경에서 7분과 10분 사이 동안 놓이며, 후속하여 냉각된다. 그러므로 은 시트(20)는 경납땜 층(40)의 표면에 납땜되고, 납땜 페이스트는 납땜 층(50)을 형성한다.
실시예 4
제4 실시예에서, 금속 시트(20)는 알루미늄으로 만들어진다. AWS 가이드라인에 따른 BNi2 형 경납땜 재료가 사용된다. 경납땜 재료는 실크 스크린 인쇄를 이용하여 흑연 구조체(30)에 도포된다. 실크 스크린 인쇄 공정은 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는 폴리에스테르 메쉬를 이용하고, 메쉬는 인쇄 공정 동안 우수한 탄성을 보이는 것이 가능할 것이다.
430에서, BNi2 형 경납땜 재료를 포함하는 흑연 구조체(30)는 25분과 35분 사이 동안 진공 노에 놓이며, 노는 3.0×10-3Pa와 1.0×10-3Pa 사이의 진공도와 1100℃와 1200℃ 사이의 온도를 갖도록 구성된다. 양호한 실시예에서, 진공도는 1.0×10-3Pa, 온도는 1200℃가 되도록 구성되며, 여기서 경납땜 재료를 갖는 흑연 구조체(30)는 노내에 20분 동안 놓인다. 일부 실시예에서, 노내에 흑연 구조체(30)를 놓을 때, 노의 온도는 1200℃에 도달할 때까지 분 당 약 20℃의 속도로 상승하도록 구성되며, 여기서 20분의 노 시간이 시작한다.
440에서, 흑연 구조체(30)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 납땜 조각이 경납땜 층(40) 위에 놓인다. 단단한 납땜 조각의 사용은 납땜 페이스트 또는 슬러리를 도포하는 것에 비해 조립을 용이하게 한다. 납땜 조각은 98% 주석 2% 구리(Sn-2Cu)와 같이 주석 및 구리를 포함할 수 있다.
경납땜된 흑연 구조체(30), 페이스트, 및 알루미늄 시트(20)가 270℃와 300℃ 사이의 온도를 갖는 납땜 환경에 3분과 5분 사이 동안 놓이고, 후속하여 냉각된다. 그러므로, 알루미늄 시트(20)는 경납땜 층(40)의 표면에 납땜되고, 납땜 페이스트는 납땜 층(50)을 형성한다.
실시예 5
제5 실시예에서, 금속 시트(20)는 구리를 포함한다. 경납땜 재료는 AWS 가이드라인에 따른 BNi7 경납땜 재료이며, 스크린 인쇄를 이용하여 흑연 구조체(30)의 표면 상에 퇴적되며, 스크린 인쇄 공정은 바람직하게는 0.5mm 이하 두께를 갖는 폴리에스테르 메쉬를 사용한다.
BNi7 경납땜 재료가 도포된 흑연 구조체(30)가 1-8m/s의 벨트 속도 및 800℃와 1000℃ 사이의 최대 온도를 갖는 암모니아 분해 매시 벨트 노내에 놓인다. 양호한 실시예에서, 메쉬 벨트 노의 벨트 속도는 약 0.4m/s이고, 최대 온도는 1000℃이다. 일부 실시예에서, 메쉬 벨트 노는 보호성 분위기 또는 제어된 분위기 노이다. 보호성 분위기는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 일산화탄소, 이산화탄소, 또는 그 혼합물을 포함할 수 있으며, 상이한 기체가 상이한 온도에 대응할 수 있다. 그러므로, 온도 범위는 상술한 것에 국한되지 않는다.
440에서, 흑연 구조체(30)의 것과 대응하는 형상을 갖는 납땜 조각이 경납땜 층(40) 위에 놓인다. 단단한 납땜 조각의 사용으로 납땜 페이스트 또는 슬러리를 도포하는 것과 비교하여 조립을 용이하게 한다. 납땜 조각은 주석 및 인듐, 예를 들면 49% 주석, 51 인듐(Sn-51In)을 포함할 수 있다.
경납땜된 흑연 구조체(30), 페이스트, 및 구리 시트(20)는 130℃와 230℃ 사이의 온도를 갖는 납땜 환경에서 3분과 5분 사이 동안 놓이고, 후속하여 냉각된다. 그러므로, 구리 시트(20)는 경납땜 층(40)의 표면에 납땜되고, 납땜 페이스트는 납땜 층(50)을 형성한다.
전술한 상세한 설명에서, 다양한 측면이 그 구체적 실시예를 참조로 설명되었다. 그러나, 다양한 개조 및 변경이 여기에 설명된 다양한 실시예의 기술 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 가능함은 명백하다. 예를 들면, 전술한 시스템 또는 모듈이 구성 요소의 특정 배치를 참조하여 설명된다. 그럼에도 불구하고, 설명된 구성 요소의 순서 또는 그 많은 것들 중의 공간적 관계가 여기에 설명된 다양한 실시예의 범위 또는 동작 또는 유효성에 영향을 주지 않고도 가능하다. 또한, 특정 특징이 도시되고 설명되었지만, 이들은 청구범위의 범위 또는 다른 실시예의 범위를 제한하려는 의도는 아니며, 당업자에게는 설명된 다양한 실시예의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제약적 측면 보다는 실예적 또는 예시적인 것으로 간주된다. 설명된 실시예는 대체물, 변경물 및 등가물 모두를 포괄하는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 전기 모터용 정류자 제조 방법으로서:
    흑연 구조체의 표면에 경납땜 재료를 도포하는 단계;
    상기 경납땜 재료 및 상기 흑연 구조체를 경납땜하여 상기 흑연 구조체의 표면 상에 경납땜 층을 형성하는 단계;
    금속 시트를 상기 경납땜 층에 납땜하는 단계; 및
    상기 흑연 구조체 및 금속 시트내에 복수개의 그루브를 형성하여, 상기 흑연 구조체 및 금속 시트가 서로로부터 전기적으로 절연된 복수개의 정류자 바를 형성하는 단계
    를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 흑연 구조체의 표면에 경납땜 재료를 도포하는 단계 이전에, 상기 흑연 구조체의 표면을 그라인딩하는 단계, 초음파를 통해 알코올로 상기 흑연 구조체를 세정하는 단계; 상기 흑연 구조체를 아세톤에 침지하는 단계, 및 상기 흑연 구조체를 건조하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하는, 정류자 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 흑연 구조체의 표면에 경납땜 재료를 도포하는 단계는 상기 흑연 구조체의 표면에 상기 경납땜 재료를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 경납땜 재료를 스크린 인쇄하는 단계는 0.5mm 이하 두께를 갖는 폴리에스테르 메쉬를 이용하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 흑연 구조체의 표면에 경납땜 재료를 도포하는 단계는 상기 흑연 구조체의 표면에 상기 경납땜 재료를 분사하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 경납땜 재료 및 상기 흑연 구조체를 경납땜하는 단계는 그 위에 도포된 상기 경납땜 재료를 갖는 상기 흑연 구조체를 적어도 1.0×10-1Pascal의 진공도 및 적어도 800℃의 온도를 갖는 환경에 배치하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 경납땜 재료 및 상기 흑연 구조체를 경납땜하는 단계는 소정 온도에 도달할 때까지 분 당 10℃와 20℃ 사이의 속도로 상기 환경의 온도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 정류자 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 경납땜 재료 및 상기 흑연 구조체를 경납땜하는 단계는 적어도 800℃의 온도를 갖는 보호성 분위기 노내에서 상기 경납땜 재료 및 흑연 구조체를 경납땜하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 경납땜 재료 및 상기 흑연 구조체를 경납땜하는 단계는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아 분해물 또는 그 혼합물로 상기 보호성 분위기 노를 채우는 단계를 더 포함하는, 정류자 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 시트를 상기 경납땜 층에 납땜하는 단계는:
    납땜 재료를 상기 경납땜 층의 표면에 도포하는 단계;
    상기 금속 시트를 상기 납땜 재료 위에 배치하는 단계; 및
    상기 흑연 구조체 및 금속 시트를 130℃와 350℃ 사이의 온도를 갖는 환경에 2분과 10분 사이 동안 배치하는 단계
    를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 납땜 재료를 상기 경납땜 층의 표면에 도포하는 단계는 상기 흑연 구조체의 형상에 대응하는 형상을 갖는 납땜 재료의 단단한 시트를 상기 경납땜 층의 표면에 배치하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 납땜 재료를 상기 경납땜 층의 표면에 도포하는 단계는 납땜 페이스트 또는 납땜 파우더를 상기 경납땜 층의 표면 상에 도포하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 납땜 재료를 상기 경납땜 층의 표면에 도포하는 단계는 상기 납땜 재료를 상기 경납땜 층의 표면 상에 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 납땜 재료를 스크린 인쇄하는 단계는 1mm 이하 두께를 갖는 스틸 메쉬를 통해 인쇄하는 단계를 포함하는, 정류자 제조 방법.
  15. 절연층 및 상기 절연층에 부착되고 서로로부터 절연된 복수개의 정류자 바를 포함하는 정류자로서, 상기 복수개의 정류자 바 중 하나의 정류자 바는:
    흑연층;
    상기 흑연층의 표면 상에 경납땜 재료를 경납땜함에 의해 상기 흑연층의 표면에 형성된 경납땜 층;
    상기 경납땜 층의 표면 상에 배치된 납땜 층; 및
    상기 경납땜 층과 상기 절연층 사이에 배치되고 상기 납땜 층을 통해 상기 경납땜 층에 납땜되는 금속층 - 상기 금속층은 상기 흑연층의 외부로 연장하는 후크를 포함함 -
    을 포함하는, 정류자.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 경납땜 층은 0.5mm 이하의 두께를 갖는, 정류자.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 경납땜 층은 상기 흑연층이 표면 상의 반응층 및 상기 반응층 위에 놓이고 상기 납땜층에 인접한 바인딩층을 포함하되, 상기 반응층은 상기 경납땜 재료와 흑연 사이의 화학 반응을 통해 형성되며, 상기 바인딩층은 상기 경납땜 재료의 반응을 통해 형성되는, 정류자.
  18. 청구항 15에 있어서, 상기 납땜층은 1mm 이하의 두께를 갖는, 정류자.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 절연층에 부착된 상기 복수개의 정류자 바는 원형으로 배치되어, 외부 에지 및 내부 에지를 갖는 단속적 링(intermittent ring)을 형성하며;
    상기 금속층은:
    상기 단속적 링의 외부 에지를 따르는 후크; 및
    상기 단속적 링의 내부 에지 및 외부 에지를 따르며 상기 절연층내에 매설된 복수개의 돌기부를 포함하는, 정류자.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 후크는 상기 단속적 링의 외부 에지를 따른 두개의 돌기부 사이에 위치되며 상기 단속적 링의 내부 에지 상의 돌기부에 대응하는, 정류자.
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