KR20200131386A - 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법은, 다수개의 타발 작업된 원형 강판을 적층하여 회전자 코어를 형성하는 단계; 상기 회전자 코어의 외주면의 내측에 관통 형성된 다수개의 슬롯 내부 상에 다수개의 도체바를 노출되도록 결합하는 단계; 상기 회전자 코어의 양측 상에 결합되는 엔드링과 상기 회전자 코어에 삽입 결합된 도체바 사이에 브레이징용 충전재를 삽입 후 조립하는 단계; 상기 회전자 코어 양측 상에 결합된 엔드링을 지그를 통해 가압하여 회전자 조립체를 형성하는 단계; 진공 열처리로 상에서 상기 회전자 조립체를 충전재의 융점까지 가열하여 상기 충전재의 용융액을 통해 상기 도체바와 엔드링을 브레이징하는 단계;를 포함한다

Description

전동기용 회전자 진공 브레이징 방법{Vacuum Brazing Method for Rotor of Motor}

본 발명은 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법에 관한 것으로서, 회전자 상에 삽입 배치되는 도체바의 양쪽 끝단과 엔드링 사이에 브레이징용 필러를 형상에 맞게 삽입 조립한 후 진공 열처리로에서 삽입된 필러의 융점까지 가열하여 필러 용액이 녹아 도체바와 엔드링 간을 브레이징하는 방안에 관한 것이다.

종래에 삼상 유도 전동기 내지 발전기를 구성하는 회전자 내의 도체는 종형 또는 횡형의 다이캐스팅기에 의해 Al/Cu 용탕을 주입하여 제작한다.

전동기는 모터 하우징이나 프레임 등에 고정 설치되는 고정자와 고정자의 내부에 회전 가능하도록 위치하는 회전자를 포함해서 구성된다. 회전자는 다수개의 타발 작업된 원형 강판의 중심에 형성된 회전자 코어, 회전자 코어를 중심으로 하여 원형 강판의 외주면 내측에 인접하여 방사상으로 형성된 다수개의 슬롯 내부에 결합되는 다수개의 도체바 및 상기 도체바의 양단 측에서 일체로 결합하는 엔드링을 포함해서 구성된다.

종래에 유도 전동기를 구성하는 회전자 제작 공정은 알루미늄/구리 잉곳(Ingot)을 용탕에 용해한 다음 다이캐스팅 장비의 제작된 금형 안에 회전자 코어를 삽입 후 종형 또는 횡형의 다이캐스팅기에 의해 Al/Cu 용탕을 주입하여 제작 후 후처리 공정을 걸쳐 제작을 한다.

회전자를 주조하는 종래의 방법 중 원심 주조법은 높은 충전율 및 뛰어난 효율을 나타내고 있으나 범용적으로 적용할 수 없는 문제점이 있고, 수직형 주입 방법을 이용하는 입형 고압 주조법은 용탕이 주입되는 인게이트가 한쪽에 편중되어 회전자에서 인게이트가 없는 부분에 기포가 고립되어 분포함에 따라 회전자의 불균형이 발생하여 진동 소음이 발생하고 효율 저하를 야기하는 문제점이 있고, 수평형 주입 방식을 이용한 횡형 고압 주조법은 저가의 장비를 사용하고 소모되는 알루미늄의 양이 적어 낮은 생산단가로 회전자를 제작할 수 있으나 다른 제작 방법에 비해 낮은 충전율을 갖는 문제점이 있다.

상기와 같이, 입형 고압 주조법 및 횡형 고압 주조법 등을 보면, 다이캐스팅 공정상 도체바 및 엔드링 부위에서 기공이 발생한다는 문제점이 있게 된다.

한편, 다이캐스팅 공정상 금형 제작이 필수이며, Cu 다이캐스팅의 경우 고온에 의해 수명이 매우 짧아져 제작 비용이 높다는 문제점이 있게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0476587호 "동바 타입 유도전동기의 브레징 방법" (2005.03.17.)

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고자, 강판을 적층하여 제작된 회전자 코어에 형성된 슬롯 상에 도체바를 압출하여 압입하는 방식으로 제조하고, 도체바의 양쪽 끝단과 엔드링 주조품 사이에 브레이징용 필러를 형상에 맞게 삽입하여 조립한 후 진공 열처리로에서 삽입된 필러의 융점까지 가열하여 필러 용액이 녹아 도체바와 엔드링을 브레이징되게 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법은, 다수개의 타발 작업된 원형 강판을 적층하여 회전자 코어를 형성하는 단계; 상기 회전자 코어의 외주면의 내측에 관통 형성된 다수개의 슬롯 내부 상에 다수개의 도체바를 노출되도록 결합하는 단계; 상기 회전자 코어의 양측 상에 결합되는 엔드링과 상기 회전자 코어에 삽입 결합된 도체바 사이에 브레이징용 충전재를 삽입 후 조립하는 단계; 상기 회전자 코어 양측 상에 결합된 엔드링을 지그를 통해 가압하여 회전자 조립체를 형성하는 단계; 진공 열처리로 상에서 상기 회전자 조립체를 충전재의 융점까지 가열하여 상기 충전재의 용융액을 통해 상기 도체바와 엔드링을 브레이징하는 단계;를 포함한다.

상기 브레이징하는 단계는 상기 브레이징용 충전재를 AgCu 충전재를 적용하여 상기 도체바와 엔드링에 형성된 삽입홈 형상에 맞게 가공하여 공급한 후 고온 고진공 상태에서 상기 AgCu 충전재가 녹으면서 상기 도체바와 엔드링 부위를 접합한다.

상기 진공 열처리로 상에서 1050도의 고온 고진공 상태에서 상기 브레이징용 충전재를 용융시킨다.

상기 도체바(20)와 엔드링(40) 간의 접합을 향상시키도록 상기 도체바(20)의 양단을 라운딩 형태로 성형한다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법은 강판으로 제작된 회전자 코어 상에 도체바를 압출하여 압입하는 방식으로 제조하고, 도체바의 양쪽 끝단과 엔드링 주조품 사이에 브레이징용 필러를 형상에 맞게 삽입 후 조립한 후 진공 열처리로에서 삽입된 필러의 융점까지 가열하여 필러 용액이 녹아 도체바와 엔드링을 브레이징한다.

본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법은 다이캐스팅 공정에 필요한 고가의 금형 제작 비용이 소요되지 않고, 진공 브레이징으로 인하여 도체바 및 엔드링 사이의 필러에 의한 기공 발생이 없으며, 기계적 강도도 더 커지는 특징이 있다.

본 발명에 따라 브레이징 가공된 회전자의 경우 도체바 및 엔드링 부위에 기공이 없기 때문에 다이캐스팅 회전자에 비해 기공률이 거의 0에 가까우며, 유도전동기에 적용시 효율 특성이 높다는 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 진공 브레이징을 통해 전동기용 회전자를 제조하기 위한 구성품을 보인다.
도 2는 회전자 코어의 중심을 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 슬롯 상에 도체바를 압입한 상태에서 브레이징용 필러 및 엔드링의 결합 관계를 보인다.
도 3은 지그를 이용하여 양측의 엔드링을 가압한 상태를 보인다.
도 4는 기존의 다이캐스팅 방법을 적용한 경우와 본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법을 적용한 경우의 효율을 비교한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법을 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면 전동기용 회전자를 제조하기 위한 구성품인 회전자 코어(10), 도체바(20), 브레이징용 필러(30) 및 엔드링(40)을 준비한다.

회전자 코어(10)는 다수의 원형 전기강판 시트를 타발하여 작업한다.

회전자 코어(10) 상에는 회전자 코어의 중심(11)을 기준으로 방사상으로 복수의 슬롯(12)이 관통 형성된다. 복수의 슬롯(12) 각각은 회전자 코어의 중심(11)에서 반경 방향을 따라 외측으로 갈수록 점점 그 폭이 커지는 형상일 수 있다.

도체바(20)는 상기 슬롯(12) 형상에 대응하도록 형성하되 상기 회전자 코어(10)의 전체 길이보다는 길게 형성되어져, 도체바(20)를 슬롯(12) 상에 삽입하는 경우에, 회전자 코어(10)의 내외측으로 노출되는 구조를 가진다.

브레이징용 필러(30)는 도체바(20)의 단면 형상에 부합하도록 소정 두께로 형성된다. 상기 필러(30)로는 AgCu Filler 를 0.1T Sheet로 적용할 수 있다.

엔드링(40)은 3상 유도 전동기 상에서 회전자 코어(10) 철심의 자계를 폐루프로 만들기 위해서 필요한 것으로서, 계자에서 받은 자계로 인해서 독립적인 전자석을 생성하게 한다.

엔드링(40)은 회전자 코어(10)의 양측단을 통해 노출된 도체바(20)를 전체적으로 덮도록 속이 빈 도넛 형상을 갖는 것으로서, 상기 엔드링(40)의 내측면 상에는 상기 도체바(20)의 끝단 삽입이 가능할 정도의 삽입홈(42)이 형성된다.

도 2를 참조하면, 상기 회전자 코어(10) 상에서 회전자 코어의 중심을 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 슬롯(12) 상에 압출된 도체바(20)를 압입하여 삽입한다.

회전자 코어(10)에 삽입된 도체바의 양쪽 끝단과 엔드링(40) 주조품 사이에 브레이징용 필러(30)를 삽입 후 조립한다. 즉, 엔드링(40)의 삽입홈(42) 상에 브레이징용 필러(30)를 위치한 상태에서, 상기 삽입홈(42) 상으로 도체바(20)의 끝단을 삽입하는 방식으로 결합한다.

상기 상태에서, 도 3을 참조하면 지그를 이용하여 양측의 엔드링(40)을 가압한다.

다음으로, 진공 열처리로에서 삽입된 브레이징용 필러의 융점까지 가열하여 필러 용융액이 녹는 상태에서 도체바(20)와 엔드링(40)을 브레이징되게 한다.

브레이징용 필러로는 AgCu Filler 적용(AgCu 0.1T Sheet) 하고, 고온 고진공 상태에서 필러가 녹으면서 도체바(20)와 엔드링(40) 부위 접합한다. Cu 브레이징에 대한 온도 조건은 820℃~ 1100℃ 이며, 진공 조건은 10^(-3)Pa 이다. Cu 브레이징에 대한 온도 조건은 구체적으로 1050 ℃ 일 수 있다.

한편, 도체바(20)와 엔드링(40) 간의 접합을 향상시키도록 도체바(20)의 양단을 라운딩 형태로 성형할 수 있다. 즉, 도체바(20)와 엔드링(40)의 접합을 향상시키도록 엔드링(40)의 삽입홈(42)과 접합되는 도체바(20)의 양단 단면적을 확장시키되 도체바(20)의 양단을 라운딩 형태로 성형할 수 있다.

도 4는 기존의 다이캐스팅 방법을 적용한 경우와 본 발명에 따른 전동기용 회전자 진공 브레이징 방법을 적용한 경우의 효율을 비교한 것이다.

2.2 kW급 3상 유도 전동기에서 고정자는 공용으로 사용하고, 회전자만 다이캐스팅에 의해 제작된 회전자와 진공 브레이징에 의해 제작된 회전자를 교체해 가며서 전동기 성능 평가를 진행하였다.

비교하면, 정격 2.2kW에서 다이캐스팅 적용 회전자보다 본 발명에 따른 브레이징을 적용한 회전자의 ETA 효율이 0.6% 더 높다는 것을 확인할 수 있다.

기존의 토치 방식을 통한 브레이징 방법은 도체바와 엔드링 부위를 각각 토치로 가열하여 브레이징을 하는 방법이기 때문에 브레이징 작업시 각 부위의 브레이징 정도의 편차가 발생할 수 있으며, 또한 브레이징 부위에 기공이 발생하여 전기저항을 높여 효율에 나쁜 영향을 미친다는 단점이 있었다.

반면, 본 발명에 따른 방식은 브레이징 방법은 도체바와 엔드링 결합 부위에 브레이징 필러를 가공하여 넣은 다음 지그를 이용하여 조립후 진공 열처리로 사에서 가열을 하여 브레이징 필러가 녹아 접합을 하는 방식이 때문에 브레이징 부위에 기공이 발생하지 않으며, 또한 토치 방식과 달리 각 부위의 작업 편차가 발생하지 않는다는 장점이 있다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

10 : 코어
20 : 도체바
30 : 브레이징용 필러
40 : 엔드링

Claims (4)

1. 다수개의 타발 작업된 원형 강판을 적층하여 회전자 코어를 형성하는 단계;
   상기 회전자 코어의 외주면의 내측에 관통 형성된 다수개의 슬롯 내부 상에 다수개의 도체바를 노출되도록 결합하는 단계;
   상기 회전자 코어의 양측 상에 결합되는 엔드링과 상기 회전자 코어에 삽입 결합된 도체바 사이에 브레이징용 충전재를 삽입 후 조립하는 단계;
   상기 회전자 코어 양측 상에 결합된 엔드링을 지그를 통해 가압하여 회전자 조립체를 형성하는 단계;
   진공 열처리로 상에서 상기 회전자 조립체를 충전재의 융점까지 가열하여 상기 충전재의 용융액을 통해 상기 도체바와 엔드링을 브레이징하는 단계;를 포함하는,
   브레이징을 이용한 유도전동기 회전자의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 브레이징하는 단계는 상기 브레이징용 충전재를 AgCu 충전재를 적용하여 상기 도체바와 엔드링에 형성된 삽입홈 형상에 맞게 가공하여 공급한 후 고온 고진공 상태에서 상기 AgCu 충전재가 녹으면서 상기 도체바와 엔드링 부위를 접합하는,
   브레이징을 이용한 유도전동기 회전자의 제조 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서
   상기 진공 열처리로 상에서 1050도의 고온 고진공 상태에서 상기 브레이징용 충전재를 용융시키는,
   브레이징을 이용한 유도전동기 회전자의 제조 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서
   상기 도체바(20)와 엔드링(40) 간의 접합을 향상시키도록 상기 도체바(20)의 양단을 라운딩 형태로 성형하는,
   브레이징을 이용한 유도전동기 회전자의 제조 방법.

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