KR830001435B1 - 회전전기의 회전자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전전기의 회전자의 제조방법

제1도는 본 발명의 1실시예인 교류 발전기의 종단면도.

제2도는 제1도의 회전자를 상세히 나타낸 종단면도.

제3도는 제2도의 회전축에 형성되는 홈 및 루울렛(Knurling)을 상세히 나타낸 도면.

제4도는 제2도의 결합부를 상세하게 나타낸 도면.

제5도는 홈의 위치등에 관계되는 요소 s, b와 결합강도(회전 토오크, 축방향 전단 파괴력)와의 관계를 나타낸 도면.

제6도, 제7도는 본 발명의 결합방법의 1예를 나타내는 단면도로서, 제6도는 회전자를 금형내에 배치하여 예하중(preload)을 가한 상태이고,

제7도는 결합공정을 나타낸다.

제8도는 본 발명의 방법에 의하여 결합된 이후의 홈부의 상태도.

제9도는 제10도에 나타내는 종래 공지의 방법에 의하여 결합된 후의 루울렛부의 상태도.

제10도는 종래 공지의 결합방법에 의한 회전자의 종단면도.

제11도는 종래 공지의 다른 결합 방법에 의한 회전자의 종단면도.

제12도는 제11도의 결합방법에 의한 결합부를 상세하게 나타낸 도면.

제13도는 본 발명의 결합방법에 의하여 얻어지는 효과의 하나를 나타내기 위하여, 회전자코어와 요크간의 드러스트(thrust)방향의 내부 잔류력(殘留力)과 출력전류의 관계를 나타낸 도면.

제14도는 회전수와 출력전류의 관계를 나타낸 도면으로서, 제13도의 내부 잔류력의 증가에 따라 출력전류가 전회전수의 범위에 걸쳐 증가함을 나타낸 도면.

제15도는 회전수와 자기(磁氣) 소음관계에 관하여 결합방법이 상이함에 따른 영향을 나타낸 도면.

제16도는 결합방법의 상이에 따라 변하는 회전자코어와 요크간의 내부 잔류력과, 자기소음의 관계를 나타낸 도면.

제17도, 제18도는 각각 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전자의 종단면도.

제19도, 제20도는 각각 본 발명의 다른 실시예에 의한 결합방법에 있어서의 코어부재의 성형예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 회전전기의 회전자의 제조방법에 관한 것이며 특히 자동차용 교류 발전기와 같이 회전자의 코어부재가 복수의 중공상(中空狀) 부품으로 구성되는 회전전기에 적합한 회전자의 제조방법에 관한 것이다.

종래 회전전기의 회전자를 구성하는 코어부재와 회전축과의 고착방법에 있어서 특히 큰 고착력을 얻기 위하여 회전축에 루울렛을 설치하고 이것에 코어부재를 압입하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법으로서는 압입할 때에 회전축에 축방향의 큰힘이 가해져 회전축이 구부러지기 쉽다. 이 구부러짐으로 인하여 회전전기의 수명저하와 소음발생의 원인이 된다.

또 루울렛내에 코어부재가 충분하게 깊이 들어가지 않아 큰 기계적 결합력 (회전토오크)을 얻을 수 없게 된다.

또 축방향의 응력에 대한 저항, 즉 전단(剪斷)파 괴력이 낮은 결점이 있다.

다른 고착방법으로서 상기 방법과 같이 회전축상에 루울렛을 설치하고 다시 회전자코어의 단면(端面)에 대응하는 위치에 환상의 홈을 설치하여, 회전자코어 및 요크를 회전축에 압입한 후 회전자 코어의 단부(端部)를 압인가공(coining)하여, 축방향으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 방법도 알려져 있다. 이 방법에 의하면, 상술한 방법에 대하여 축방향의 응력에 대한 저항이 약간 개선되나 그 래도 불충분하다.

본 발명의 목적은 회전전기의 코어부재를 회전축에 고착시키는데 있어서 회전축이 구부러 질염려가 없고 또 기계적 결합력(회전 방향)이 큰 고착구조 및 고착방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 특징은 회전축상의 코어부 재단면(端面)보다 약간 안쪽 위치에 환상의 홈을 설치하고 이홈내에는 凹凸부를 형성하여 회전축을 코어부재의 중공부에 삽입한 후 코어 부재의 일부를 상기 홈내로감입(嵌入)시켜서 이 감입부분에서 회전축과 코어부 재간의 결합력을 얻도록 한데 있다. 이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본 발명의 1실시예인 자동 차용의 회전 계자형 교류 발전기의 종단면도를 도시한다. 도면에서, (2)는 한쌍의 하우징이고, 이들간에 고정코어(3)가 지지되고 있다. (4)는 회전축으로서, 축수(5), (6)에 의하여, 상기 하우징(1), (2)에 유지된다. 회전축(4)에는 코어부재를 구성하는 중공상의 요크(7) 및 회전자코어(8), (9)가 로착되어 있다. 회전자 코어(8), (9)의 외주부분에는 돌기부(81), (91)가 서로 반대가 되도록 형성되어 있다.

회전자 코어(8), (9)의 재료는 회전축(4)의 재료보다 변형 저항이 작을 필요가 있다. 실시예에서는, 회전축(4)은 S45C, 회전자 코어 및 요크는 저탄소강이다. 요크(7)에는 계자권선(10)이 감겨있고, 슬립링(11), 브러시(12)를 거쳐 외부로부터 급전된다.

ψ는 자속을 나타낸다.

제2도에 도시하는 바와 같이 회전축 (4)에는 회전자 코어 (8), (9)의 단면(端面) (82), (92)에 가까운 위치에 홈(13), (14)이 설치되어 있다. 홈의 밑면에는(凹凸) 부를 이루는 루울렛(15), (16)이 형성되어 있다.

凹凸부는 회전축의 원주 방향을 따라 凹凸면이 형성되어 있는 것이면 루울렛 이외의 것이라도 좋다. 제3도에 도시하는 홈의 평균깊이(h₁) 및 루울렛의 높이(h₂)는 모두 0.1∼1.0mm, 바람직하게는 0.2∼0.8mm정도가 좋다. 또 홈의 단부의 경사각 α₁(제4도) 및 루울렛의 경사각 α₂/2(제3도)는 모두 25°∼70°정도가 좋다 회전축(4)의 직경(D₁)(제4도)은 요크(7) 및 회전자 코어 (8), (9)의 중공부(73), (83), (93)의 직경(D₂), (D₃)과 같거나 약간 작다. 되도록 이면 틈이 있는 판벽으로 하는 것이 좋다.

재료, 용도에 따라 고정 판벽으로 해도 좋으나 중공부(73, 83, 93)에 회전축을 삽입할 때 큰 압입력이 필요하게 하는 것은 회전축(4)이 구부러지는 원인이 되므로 바람직스럽지 않다.

회전자 코어 단면(82)의 凹부(19)의 바닥으로부터 홈(13)까지의 거리를 S, 회전축(4)의 외주로부터 凹부(19)의 외주단부까지의 폭을 b라 했을 경우(제 도), S/b에 대해서는 바람직한 범위가 있다. 제5도는 S/b와 회전토어크, 축방향 전단파괴력과의 관계를 실험에 의한 결과를 나타낸다. (D₁=D₂=D₃=17mm, b=2.5mm, 홈의폭 T=3.0mm, h₁=0.35mm, α₁=45°, 회전자 코어 두께 10mm) S/b가 크면 소성가공에 의하여 회전자 코어의 일부가 유동할 때의 마찰손실이 커져 홈속으로 회전자 코어의 일부를 충분히 감입시킬 수가 없고 큰 축방향 전단력을 얻을 수 없다. 반대로 凹부(19)의 밑면이 홈(13), (14)의 끝보다 안쪽으로 오게되면, 즉 S가 마이너스 측으로되면 홈내에 회전자코어의 일부를 충만시킬 수가 없어, 큰 회전 토오크와 축방향 전단력을 얻을 수가 없다.

실용상 S/b는 0∼3/4으로 하는 것이 바람직하다. 예를들면, 제1도에 도시하는 발전기에서 b를 2∼3mm정도로 했을 경우 S는 0∼2mm정도로 하면 좋다.

다음에 제6도, 제7도에 본 발명에 의한 결합공정의 1예를 나타낸다.

21은 받침틀, 22는 누름틀, 23은 하부지지축, 24는 상부 지지축이다.

겹합시에는 우선 코어부재(요크(7), 회전자 코어(8), (9))의 중공부에 회전축(4)이 삽입된다.

다음에 회전자 코어(8)는 받침틀(21)로 지지되는 한편, 회전자코어(9)에는 스프링(27)에 의하여 예하중(preload)이 가해진다. 따라서 각 회전자 코어(8), (9)와 요크 (7)와의 접촉면(84), (94)은 밀착상태가 된다. 예하중의 크기는 회전자 코어(8) (9) 속으로, 그 재료의 변형저항(δ₁)과 거의 같거나 약간 작은 예응력(豫應力)(δ₀)을 발생시키는 크기로 한다. 일례로서, 요크(7)의 내경 17mm, 외경 42mm의 것으로, 예하중은20∼30톤 정도가 좋다.

한편, 회전축(4)은 홈(13), (14)이 회전자 코어(8), (9)에 대하여 소정의 위치관계가 되도록하여 지지축(23), (24)간에 지지된다.

이 상태에서 하압형(下

型)(25)에 의하여 회전자 코어(8)의 단면(82)을 그 변형 저항(δ₁)보다 큰 병형응력(δ₂)으로 가압하여 소성(塑性) 유동시켜 회전자 코어의 일부를 홈(13)속으로 유입시켜 회전자 코어(8)와 회전축(4)을 결합시킨다.

가공은 냉간 가공된다. 예하중을 가한 상태에서 회전자 코어, 요크의 중공부(73, 83, 93)는 모두 반경 방향 안쪽으로 약간량 늘어난다. 따라서 미리 틈이 있는 간극상태로 했더라도 결합후에는 회전축과 회전자코어, 요크가 틈이 없는 감합 상태가 되어 결합강도(회전토오크)를 증가시키는데 기여하게 된다.

요크의 내, 외경이 각각 17mm, 42mm인 경우, 소성변형에 의하여 결합시키기 위한 가압력은 20톤 정도면 된다. 회전자 코어(8)에는 예응력(δ₀)이 작용하고 있기 때문에 하압형(25)으로 가압했을 때 회전자 코어(8) 전체가 반경방향의 외측으로 늘어나는 것이 저지되어 홈 근처만이 국부적으로 응력(δ₀)이 높아진다. 따라서 효율이 좋게 홈속 전체로 회전자 코어 (8)의 일부를 유입시킬 수가 있게 된다.

다음에 상압형(上

型)(26)으로 회전자 코어(9)의 단면(92)을 똑같이 가압하여 회전자 코어와 회전축(4)을 결합시킨다.

이상 말한 바와, 같이 본 발명의 1실시예 의한 결합 방법에 의하면, 회전축을 요크, 회전자 코어의 중공부에 삽입할 때 회전축의 축방향으로 거의 힘이 가해지지 않는다. 종래의 루울렛 압입법에서는 자동차용 발전기인 경우, 3.5∼5톤의 압입력이 필요했으나, 본 발명에 의하면 100kg정도 이하가 된다. 따라서 압입에 의하여 회전축이 구부러질 염려가 거의 없어진다.

제8도는 본 발명의 1실시예의 결합법에 의한 결합부의 단면도이다. 회전자 코어(8), (9)의 일부가 홈(13), (14)의 루울렛 속으로 깊이 유입되고 있음을 알 수 있다. 한편, 제9도는 제10도에 도시하는 종래 공지의 방법, 즉 회전축 (4)의 외주에 루울렛(42)을 설치하고 회전축을 회전자 코어(8), (9) 요크(7)의 중공부에 압입한 경우의 결합부 단면을 나타낸다. 회전자 코어(또는 요크)의 루울렛 안으로 몰려 들어가는 양은 적고, 따라서 회전 토오크에 기여하는 전단면적(剪斷面積)이 작다. 또 제11도에 나타내는 종래 공지의 다른 방법, 즉 제10도의 방법에 덧붙여 회전자 코어(8), (9)의 단부(82), (92)에 대응하는 위치에 회전축 (4)에 환상의 홈(43), (44)을 설치하여 회전자 코어(8), (9)의 일부를 압인 가공하는 방법에 있어서도 루울렛 압입부의 상황은 제9도에 도시한 바와 같이 된다. 한편, 압인가공 부분(45, 46)은 축방향 응력에 대한 항력(전단 파괴력)을 향상시킬 목적인 것이나, 제12도에 도시하는 바와 같이 홈(43), (44)내로 축방향 간극 g(홈폭 t의약 1/2)를 발생시키므로 충분한 항력을 발생시키지 않는다.

본 발명의 1실시예인 결합법에 의하면 제4도에 도시한 바와 같이, 홈(13), (14)의 전체에 회전자 코어(8), (9)가 유입되고 있으므로 축방향 전단파괴력도 커진다. 표 1은 제1도 제2도에 나타내는 본 발명의 결합법과 제10도, 제11도에 나타내는 결합법에 대한 결합력등에 관하여 실험한 결과를 나타낸다. (회전축 (4)의 직경 D₁=17mm)

표 1

다음에 본 발명의 일실시 예에 의한 결합방법에 의하면, 요크, 회전자 코어에 예하중을 가한 상태에서 회전자 코어가 회전축에 결합되기 때문에 결합 후에도 요크와 회전자 코어의 접촉면간에는 축방향의 힘이 남는다. 이 축방향 잔류력은 회전축 (4)의 직경이 17mm, 요크 외경이 42mm인 것에서 6∼8톤에 달한다. 이것과 비교하여 제10도에 도시하는 종래방식에서는 0.∼0.5톤, 제11도에 도시하는 방식에서는 0.5

1.5톤 정도에 불과하다.

이와 같이 본 발명의 결합법에 의하면 큰 축방향 잔류력을 생기게 하는 것은 회전자 코어와 요크간의 접촉면의 밀착도가 대단히 좋아져서 자기 저항의 감쇄에 따른 전기적 출력의 향상, 자기 소음의 절감이라는 효과가 있다.

먼저, 제13도는 회전자 코어와 요크간의 축방향의 내부 잔류력과 출력전류와의 관계를 나타낸다. 시험에 쓰인 가계는 제1도에 나타내는 형식의 것으로서, 5000r.p.m, 50A정격이다. 회전수 1250r.p.m, 전압14V인 조건에서, 내부 잔류력이 3톤 정도 이하의 작은 범위에서는 출력전류가 21A인 것에 비하여 내부 잔류력이 6톤을 넘으면 출력전류는 24A로 상승한다.

즉, 결합방법의 차이만으로 출력전류가 14% 증가한다. 이 관계는 제14도에 나타내는 바와 같이 자동차 엔진의 회전수의 변화범위의 전반에 걸쳐 성립한다. 즉, 실선으로 도시되는 본 발명의 결합방법에 의하면 점선으로 도시되는 종래방식에 비하여 전기적 출력이 10수% 증가한다.

한편, 상기 발전기의 회전수와 자기소음의 관계는 제15도와 같이 된다. 점선은 제10도에 도시한 종래의 결합방법에 의한 것으로서 3300r.p.m, 7000r.p.m, 부근에서 소음의 첨두치(130dB)가 나타나지만 본 발명의 결합방법에 의하면 실선으로 도시된 바와 같이 첨두치는 나타나지 않는다(7000r.p.m,에서 95dB).

이것은 제16도에 나타내는 바와 같이 회전자 코어와 요크의 접촉면간의 밀착도가 향상됨에 따라 자기 소음이 절감되기 때문이다. 본 발명의 결합방법에 의하면, 7000r.p.m부근에서 약 8dB(8%)의 소음 절감이 가능해졌다. 제17도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

이 실시예에서는 회전축 (4l)의 일부에 플랜지(flange) 부(16)를 설치하고 회전축에 요크(7), 회전자 코어 (8) (9)를 삽입한 후, 두 회전자 코어를 바깥쪽으로 부터 눌러 예하중을 가하고 회전자 코어(8)의 단부(82)를 가압하여 홈(13)내로 소성유동시킨다. 이 실시예에서도, 결합시 회전축의 구부러짐은 방지된다. 또 회전자 코어와 요크의 접촉면간에는 큰 방향잔류력이 생겨, 상술한 실시예와 마찬가지로 전기적 출력의 향상, 자기 소음 절감의 효과가 있다.

또, 제18도에 도시하는 본 발명의 다른 실시예는 코어부재로 한쌍의 회전자 코어(8), (9)가 요크를 겸한 형태의 회전자에 관한 것이다. 한쌍의 회전자 코어(8), (9)는 제1도, 제2도에 도시한 실시예와 동일한 방법으로 회전축 (4)에 기계적으로 견고하게 고착된다.

또 회전자 코어(8), (9)의 접촉면(85)간에는 결합후에도 큰 축방향력이 잔류하여 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있음과 동시에 자기소음이 절감한다.

또한, 제19도에 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 회전자 코어(8), (9)를 미리 그 중공부(83), (93)에서 δ만큼 반대로 요크측으로 돌출하도록 성형한다. δ는 0.1mm∼1.0mm, 바람직스럽게는 0.2∼0.8mm가 좋다. 이와 같이 미리 반(反) 요크측으로 δ만큼 돌출시켜두면 결합 후의 요크와 회전자 코어의 접촉면(84), (94)간의 밀착도를 한층 더 높일 수가 있게 된다. 이것은 특히 회전자 코어 (8), (9)의 재료로서 변형항이 작은 것을 선정했을 경우에 효과적이다.

예를들면, 회전자 코어 (8), (9)로 저탄소강을 사용하고 자기 특성개선을 위한 소둔 처리를 행하여 변형저항이 작아져 있을 경우이다. 이와같이 변형저항이 작은 재료로 이루어지는 회전자 코어에 결합전에 예하중을 가하면 요크(7)에 접하지 않고 있는 회전자 코어 외측 부분이 변형해 버려 요크 (7)와의 접촉면간의 접촉 압력이 충분하게 커지지 않는다. 회전자 코어측을 반(反) 요크측으로 돌출시키는 대신 제20도에 도시하는 바와 같이 미리 요크측을 반(反) 회전자 코어 측으로 δ만큼 오목하게 형성하여도 좋다. 돌출면, 오목면은 축에 직각인 면에 대하여 일정한 경사각을 이루는 평면으로 형성하면 된다.

또 요크, 회전자 코어 양쪽에 돌출면, 오목면을 형성해도 좋다. 또, 제18도에 도시한 실시예의 두 회전자 코어 접촉면(85)의 양쪽을 경사시켜도 좋다.

이상 설명한 실시예는 어느 것이나 발전기의 예에 해당하지만 동일한 구성의 전동기에 본 발명을 응용할 수 있음은 물론이다. 또, 코어 부재는 실시예에 나타낸 회전자 코어나 요크와 같은 형상이외의 형상이더라도 지장은 없다.

단, 코어부재의 구성부품 중 양단면(兩端面) 부근에 위치하는 구성부재는 실시예에 나타낸 회전자 코어와 같이 일정 강성(剛性)을 갖는 것이 아니면 예하중을 가하여 결합하는 데 따른 효과를 충분하게 얻을수가 없다. 이상 말한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 코어 부재와 회전축을 고착하는데 있어 코어부재의 단면보다 약간 안쪽의 위치에 대응하는 회전축상의 위치에 환상의 홈을 설치하여 이 홈내에 凹凸부를 형성하고 코어 부재의 단면을 가압하여 그 일부를 상기홈 속으로 감입시켰으므로 회전축과 코어부재가 견고하게 결합되고 또결 합과정에서 회전축이 휘어지는 일도 없다.

Claims (1)

1. 회전축의 외주면에 최소한 하나의 환상홈을 형성하여, 이 환상홈이 회전자의 코어부재의 단면(端面)보다 약간 안쪽의 위치에 설치되도록 회전축을 코어부재의 축받이용 중공부에 삽입한 후, 코어 부재의 단면에 예하중을 인가 한 상태에서 코어부재의 축받이용 중공부 근처의 상기한 단면을 냉간 가압하여 코어 부재의 일부를 상기한 회전축의 홈속으로 소성 유동시킴으로써 코어부재와 회전축을 고착하는 것을 특징으로 하는 회전전기의 회전자의 제조방법.

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