KR20170062880A

KR20170062880A - armature shaft for motor of vehicles and method of making the same

Info

Publication number: KR20170062880A
Application number: KR1020150168614A
Authority: KR
Inventors: 연경섭
Original assignee: 주식회사 전성
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08

Abstract

원 소재상태의 봉(rod)형 중심층과, 봉형 중심층을 싸고 있으며 경화처리된 실린더(cylinder)형 경화층을 가지고, 상기 전기자 축의 길이방향 적어도 일부 구간은 상기 경화층을 싸고 있으며 상기 경화층으로부터 변환되어 이루어진 추가 열처리층을 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 소형 전동모터용 전기자 축과, 이 축을 제작하는 방법이 개시된다.
본 발명에 따르면, 작은 외경을 가져 부품 경량화, 소형화를 이루면서도 상대적으로 강한 기계적 강도를 갖출 수 있고, 또한 잘 부러지거나 부숴지지 않는 기계적 특성을 가지는 차량 소형 전동모터용 전기자 축을 제작, 공급할 수 있게 된다.A rod-shaped central layer in the form of a raw material, and a cylinder-shaped cured layer wrapped around the rod-shaped central layer and hardened, at least a part of the longitudinal axis of the armature shaft encircling the cured layer, And an additional heat treatment layer which is formed by transforming the armature shaft from the armature shaft and the armature shaft, and a method of manufacturing the shaft.
According to the present invention, it is possible to manufacture and supply an armature shaft for a vehicle small-sized electric motor having a mechanical strength that has a relatively large mechanical strength and a small mechanical strength, .

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to an armature shaft for a motor vehicle electric motor,

본 발명은 전동모터의 전기자 축에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 소형 전동모터에 사용하는 전기자 축에 적합하도록 특화된 층 구조를 가지는 차량 소형 전동모터의 전기자 축 및 그 제작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an armature shaft of an electric motor, and more particularly, to an armature shaft of a vehicle electric motor having a layer structure specifically adapted to an armature shaft used in a small electric motor for a vehicle and a method of manufacturing the same.

자동차산업은 대표적인 기계산업이며, 따라서 자동차는 기계 기술이 종합적으로 결집되어 이루어지는 기계 기술의 총아라고 한다. 그러나, 근래의 자동차는 기계기술의 결정체인 동시에 전기전자기술, 재료기술 등 모든 첨단 산업기술을 포함한 산업기술이 적용되는 분야이기도 하다.The automobile industry is a representative machine industry, and therefore automobiles are said to be the best of mechanical technology that is made up of a comprehensive collection of machine technology. However, recent automobiles are also a field of application of industrial technology including all high-tech industrial technologies such as electric and electronic technology and material technology, as well as being a crystal of machine technology.

최근 자동차에는 각종의 전기전자 센서와 전기전자 동작장치 등 전자전기 장치가 갖추어지고 있으며, 이를 확장한 무인 운전시스템, 사고방지 시스템 등이 지속적으로 연구되고 있다.Recently, automobiles have been equipped with various electric and electronic sensors and electronic and electric devices such as electric and electronic operation devices, and unmanned operation systems and accident prevention systems are being continuously studied.

전기기계장치로서 가장 대표적인 직류전기모터도 자동차의 윈도우 개폐장치, 시트 자세조절장치, 와이퍼 모터, 라디에이터 쿨링팬 모터 등 여러 부분에서 사용되고 있다. 이들 자동차용 직류전기모터에는 그동안 외경 8mm ~ 9mm 정도의 전기자 축(armature shaft)이 사용되었고, 선단부에는 기어외경 8~9mm 정도의 웜기어(worm gear)를 일체로 가공하여 사용하는 경우가 많다.DC motors, which are the most representative electromechanical devices, are also used in various parts such as window opening / closing devices for automobiles, seat posture adjusting devices, wiper motors, radiator cooling fan motors, and the like. In these automotive DC motors, an armature shaft having an outer diameter of about 8 mm to about 9 mm is used, and a worm gear having an outer diameter of about 8 to 9 mm is integrally formed at the tip of the armature shaft.

한편, 최근 자동차는 연비 개선 등의 이유로 경량화, 소형 콤팩트화가 이루어지며, 엔진에 있어서의 다운사이징을 비롯하여 부품의 소형화가 대세를 이루고 있다. 이런 추세에 따라서 최근에 개발, 양산되고 있는 전동모터들은 외경 4mm 또는 그 이하의 축(shaft)에 기어외경 8mm에서 12mm정도 까지의 웜기어(worm gear)를 별도로 생산하여 축에 압입하여 사용하는 방향으로 가고 있다. On the other hand, in recent years, automobiles have become lightweight and compact in size due to improvement of fuel economy and downsizing of engines as well as downsizing of parts have become popular. In accordance with this tendency, electric motors that have been recently developed and mass-produced are produced by separately producing worm gears having an outer diameter of 8 mm to 12 mm on a shaft having an outer diameter of 4 mm or less and pressing them into the shaft It is going.

도1 및 도2는 종래 기술인 이런 내용을 비교하여 보여주는 모터 케이스, 전기자 축, 웜기어에 대한 제작 개념도이다. 전동모터의 이러한 전기자 축 및 웜기어 제작 방식은 차량에 사용되는 전기모터의 크기는 작게 하고 재료소모를 줄이기 위한 것이다. FIGS. 1 and 2 are conceptual diagrams for a motor case, an armature shaft, and a worm gear which are compared with each other in the prior art. Such an armature shaft and a worm gear manufacturing method of an electric motor are intended to reduce the size of an electric motor used in a vehicle and to reduce material consumption.

그러나, 모든 디자인 변화는 성능은 같거나 오히려 좋게 하는 것을 목표로 하여, 이런 다운사이징이 이루어져도 전기자 축에 걸리는 하중은 같거나 오히려 커질 수 있다. 때문에, 전기자 축의 외경은 4mm 이하라 하더라도 견디는 힘(기계적 강도)은 외경 8mm인 전기자 축에 걸리는 힘 이상이어야 한다. However, with all design changes aiming at equal or better performance, the load on the armature shaft can be the same or even larger, even if this downsizing is done. Therefore, even if the outer diameter of the armature shaft is 4 mm or less, the strength (mechanical strength) to be endured should be not less than the force applied to the armature shaft having an outer diameter of 8 mm.

이러한 요구되는 강도를 가지기 위해서는 전기자 축을 형성하는 재료를 더 우수한 재료로 바꾸거나, 기존 재료를 열처리와 같은 개질작업을 통해 성능을 향상시켜야 한다.In order to have such a required strength, the material forming the armature shaft must be replaced with a better material, or the performance of the existing material must be improved through a reforming operation such as heat treatment.

그러나, 외경이 작은 전동모터의 전기자 축에 대하여 단순히 일반 열처리를 할 경우, 첫째, 외경이 작아서 전기자 축 전체가 경화되면서 향후 부러지거나 변형문제로 사용이 어렵고, 둘째로, 차량용 전동모터의 전기자 축의 특성상 웜기어 또는 코어(core) 압입을 위해서 전기자 축 외부 표면 널링(knurling)이나 펀칭(punching) 가공을 해야 하는데 열처리가 되어 있으면 추가적 가공 공정이 매우 어렵게 되는 문제가 있었다.However, when a simple heat treatment is applied to an armature shaft of an electric motor having a small outer diameter, first, since the outer diameter is small and the whole armature shaft is hardened, it is difficult to use due to breakage or deformation problems in the future. Second, Knurling or punching of the outer surface of the armature shaft is required to press the worm gear or the core. However, if the heat treatment is performed, the additional machining process becomes very difficult.

이런 이유들로 인하여 현재 독일 로베르트 보쉬(Robert-Bosch^®)를 비롯한 세계 유수의 기업들도 열처리를 제대로 하지 못하고 사용하고 있어 품질 및 생산성문제로 어려움을 겪고 있는 실정이다. Due to these reasons it is currently using the world's leading companies, including the German Bosch (Robert-Bosch ^®) also did not properly heat treated the situation are experiencing difficulties with the quality and productivity issues.

또한, 전기자 축 재료를 통상적인 탄소강보다 더 우수한 재료인 스테인레스 스틸로 바꾸어 사용하는 경우에도 여전히 외경 8mm 탄소강에 해당하는 기계적 강도를 확보하지 못하고, 재료비도 상승하는 문제가 있다. Further, even when the armature shaft material is replaced with stainless steel which is a material superior to ordinary carbon steel, the mechanical strength corresponding to the 8 mm outer diameter carbon steel can not be secured and the material cost also increases.

대한민국 등록특허 10-0918962 금속소재 열처리 장치Heat treatment apparatus of metal material

본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결, 경감시키기 위한 것으로, SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art,

작은 외경을 가지면서도 기존의 8mm 축에 걸리는 크기의 전단력 등 외력을 견딜 수 있는 기계적 강도를 갖출 수 있는 구성을 가지는 차량 소형 전동모터용 전기자 축 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an armature shaft for a vehicle electric motor having a small outer diameter and a mechanical strength capable of withstanding an external force such as a shearing force of a size which is applied to an existing 8 mm shaft.

본 발명은, 또한, 전기자 축이 충분한 기계적 강도를 가지면서도 차량용 전기모터의 전기자 축으로서 적합한 가공을 쉽게 할 수 있는 구조를 가지는 차량 소형 전동모터용 전기자 축 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an armature shaft for a vehicle electric motor having a structure in which an armature shaft has sufficient mechanical strength and can be easily machined as an armature shaft of a vehicle electric motor and a method of manufacturing the same. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 소형 전동모터용 전기자 축은,According to an aspect of the present invention, there is provided an armature shaft for a vehicle electric motor,

원 소재상태의 봉(rod)형 중심층과, 봉형 중심층을 싸고 있으며 경화처리된 실린더(cylinder)형 경화층을 가지고, 상기 전기자 축의 길이방향 적어도 일부 구간은 상기 경화층을 싸고 있으며 상기 경화층으로부터 변환되어 이루어진 추가 열처리층을 구비하는 것을 특징으로 한다.A rod-shaped central layer in the form of a raw material, and a cylinder-shaped cured layer wrapped around the rod-shaped central layer and hardened, at least a part of the longitudinal axis of the armature shaft encircling the cured layer, And an additional heat treatment layer formed on the substrate.

본 발명에서 추가 열처리층은 뜨임(tempering), 불림(normalizing), 풀림(annealing) 가운데 적어도 하나로 이루어진 열처리층으로 이루어질 수 있다.In the present invention, the additional heat treatment layer may be a heat treatment layer composed of at least one of tempering, normalizing and annealing.

본 발명에서 경화층은 마텐자이트층이 가장 큰 비율의 구조인 주된 구조를 이루고, 표면의 추가열처리층은 결정구조가 트루스타이트 구조층이나 소르바이트 구조층이 주된 구조를 이룰 수 있으며, 원 소재 상태의 봉형 중심층도 트루스타이트 구조, 소르바이트 구조 혹은 펄라이트 구조로 이루어질 수 있다.In the present invention, the cured layer has a main structure in which the martensitic layer has the largest proportion of the structure, and the additional heat treatment layer on the surface has the crystal structure of the trussite structure layer or the sorbent structure layer. The rod-shaped central layer of the core may also be composed of a tristate structure, a sorbent structure or a pearlite structure.

본 발명에서 추가열처리층은 적어도 일부 구간이 프레스나 펀칭에 의해 정원에서 벗어나 기어 코어에 삽입할 때 겉돌지 않도록 정원에서 벗어나 약간 납작하게 찌그러진 부분, 널링과 같은 변형 처리 부분을 가지는 것이 통상적이며, 변형 처리 부분에는 필요에 따라 나사산이나 기어톱니 형태가 형성될 수도 있다. The additional heat treatment layer in the present invention has a deformed portion such as a knurling portion slightly flattened out of the garden so that at least a portion of the portion is removed from the garden by pressing or punching and inserted into the gear core, The processing part may be formed with a thread or a gear tooth shape if necessary.

본 발명에서 경화층은 추가 열처리층을 모두 고주파 처리에 의해 형성하여 3층 구조를 만드는 경우, 추가 열처리층은 경화층에 비해 더 높은 주파수의 고주파 가공으로 이루어지는 것이 될 수 있다.In the present invention, when the three-layer structure is formed by forming all the additional heat-treated layers by high-frequency processing, the additional heat-treated layer may be formed by high-frequency processing at a higher frequency than the hardened layer.

본 발명에서 전기자 축은 외경이 5mm 이하, 바람직하게는 4mm 이하인 전기자 축을 대상으로 하며, 외경이 5mm 이상인 경우에는 기존의 8, 9mm 외경의 전기자 축을 다른 재료로 대체하거나, 표면 열처리를 통해 층상 구조를 가지는 전기자 축을 형성하기가 비교적 용이하기 때문이다. 여기서 상한 수치를 정하고 하한 수치를 정하지 않는 것은, 외경이 작을수록 본 발명의 특유 효과가 가치를 가지게 되지만 가령, 3mm 미만의 너무 작은 외경으로 할 경우, 본 발명 적용에도 불구하고 충분한 강도를 가질 수 없게 되므로 하한은 필요 혹은 용도에 따라 현실적으로 정해지는 값이 되며 인위적으로 제한을 할 필요는 없기 때문이다.In the present invention, the armature shaft is intended to be an armature shaft having an outer diameter of 5 mm or less, preferably 4 mm or less. When the outer diameter is 5 mm or more, a conventional armature shaft having an outer diameter of 8 or 9 mm may be replaced with another material, This is because it is relatively easy to form an armature shaft. The reason why the upper limit value is set and the lower limit value is not determined is that the smaller the outer diameter is, the more the specific effect of the present invention becomes. However, when the outer diameter is too small such as 3 mm or less, This is because the lower limit is a realistic value depending on the need or usage, and there is no need to artificially restrict it.

어느 정도의 인장력을 가진 원재료 상태의 봉형 중심층은 전단력에 의한 부러짐 방지 등의 원하는 기계적 특성을 가지도록 하기 위해 직경이 1mm 이상 되도록 하고, 기존의 큰 구경의 전기자 축에 걸리는 외력을 견디기 위해 경화층은 중심층과 연결되는 내측에서 외측까지 두께가 1mm 이상 되도록 하되 경화처리시 전경화가 일어나는 것을 방지하고 고주파 열처리에 적합한 표면깊이(skin depth)를 넘지 않도록 하기 위해 전기자 축의 측방 표면으로부터 깊이가 2mm를 넘지 않도록 하며, 일단 경화된 표면층의 적어도 일부를 풀림, 불림, 뜨임 처리하여 만드는 층은 차량용 소형 전기모터의 축가공에 필요한 두께(표면으로부터의 깊이)만큼만, 가령, 1mm를 넘지 않는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In order to have desired mechanical properties such as breaking resistance by shearing force, the rod-shaped central layer having a certain tensile strength is made to have a diameter of 1 mm or more, and in order to withstand the external force applied to the armature shaft of a large- In order to prevent the occurrence of the pre-hardening during the hardening treatment and to prevent the skin depth from exceeding the skin depth suitable for the high-frequency heat treatment, the depth from the side surface of the armature shaft is more than 2 mm And a layer which is formed by at least partly releasing, dugging and tempering at least a part of the hardened surface layer is formed only to a thickness (depth from the surface) necessary for shaft machining of a small electric motor for a vehicle, desirable.

본 발명에서 경화층은 전기자 축의 작은 외경을 고려할 때 외부가열 방식으로는 어렵고, 고주파 유도가열 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 경화층 외측의 풀림이나 불림, 뜨임 열처리층도 고주파 유도가열 방식으로 이루어지는 것이 적합하다. 고주파 유도가열 방식은 고주파의 주파수 대역을 선택하여 전도체인 금속 전기자 축의 경화층 혹은 표면깊이(skin depth)를 선택할 수 있고, 내부가열방식이므로 열효율이 뛰어나며 전기 에너지원을 사용하므로 온도 및 시간을 조절하기에 용이하기 때문이다. In the present invention, it is preferable that the cured layer is difficult to be externally heated in consideration of a small outer diameter of the armature shaft, and is formed by a high-frequency induction heating method. At this time, it is preferable that the annealing or annealing of the outer side of the hardened layer and the annealing heat treatment layer are performed by a high frequency induction heating method. In the high frequency induction heating system, the frequency band of high frequency can be selected to select the hardened layer or the skin depth of the metal armature shaft of the conductor. Since it is an internal heating method, it has excellent thermal efficiency and uses an electric energy source. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 소형 전동모터용 전기자 축 제작 방법은, 원재료 축을 형성하는 단계, 원재료 축 외측에서 고주파 전계를 인가하여 원재료 축의 표면으로부터 일정 두께에 유도전류를 인가하고 내부 가열을 일으켜 열처리 함으로써 일정 두께의 경화층을 형성하는 단계, 경화층이 형성된 축 외측에서 길이 방향의 적어도 일부 구간을 다시 고주파 전계를 인가하여 경화층 일부 두께에 대한 풀림이나 불림이나 뜨임 열처리를 하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an armature shaft for a motor vehicle electric motor, comprising the steps of: forming a shaft of a raw material; applying a high frequency electric field outside the shaft of the raw material; Forming a hardened layer having a predetermined thickness by heat-treating the hardened layer, applying a high frequency electric field to at least a part of the longitudinal direction of the hardened layer, and annealing or annealing the hardened layer to a thickness .

본 발명에서 경화층 일부 두께에 대한 풀림 등 열처리를 하는 단계 후에 필요한 부분에 대해 연삭 등 기계적 가공을 실시할 수 있고, 순서는 다르지만, 원 재료 상태의 축 표면에 먼저 기계적 가공을 한 후에 경화층을 형성하는 단계와 경화층 일부 두께에 대한 풀림 층 열처리 단계가 이루어질 수도 있다. In the present invention, it is possible to perform mechanical processing such as grinding with respect to a necessary portion after the annealing step such as annealing for a part of the thickness of the cured layer. However, And a annealing layer annealing step for the thickness of the cured layer may be performed.

본 발명에서 경화층을 형성하기 위해서는 통상 가열 후 해당 부분을 급냉하는 방식이 사용되며, 이를 위해 축 표면에 냉각수, 냉각용 공기나 기타 오일 스프레이와 같은 냉각매체를 공급하여 열을 빼앗는 방식으로 사용할 수 있다. 냉각용 매체의 공급 속도나 열용량 등 성질을 이용하여 냉각 속도를 조절하고, 열처리의 성격을 조절하는 것이 가능하다.In order to form a cured layer in the present invention, a method of quenching a corresponding portion is usually used after heating. To this end, a cooling medium such as cooling water, cooling air or other oil spray may be supplied to the shaft surface have. It is possible to control the cooling rate and control the nature of the heat treatment by using properties such as the supply speed and the heat capacity of the cooling medium.

본 발명에서 경화층 형성이나 풀림, 불림, 뜨임 열처리는 모두 열처리용 코일 속으로 전기자 축을 길이 방향으로 통과시키면서 실시할 수 있다. 경화층의 경우, 축을 길이 방향으로 시간을 조절하면서 통과시키면 축의 길이 방향 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 순서대로 경화가 이루어지게 된다. 열처리용 코일을 지난 뒤에는 열처리용 코일과 비슷한 형태로 축에 냉각을 위해 냉각매체를 공급하는 구역이 설치될 수 있다.In the present invention, the formation of the hardened layer, annealing, annealing, and tempering can all be carried out while passing the armature shaft through the heat treatment coil in the longitudinal direction. In the case of a hardened layer, when the shaft is passed through the lengthwise direction while adjusting the time, the curing is performed in order from one side of the longitudinal direction of the shaft to the other side. After the heat treatment coil, a zone may be provided to supply the cooling medium to the shaft in a similar fashion to the heat treatment coil.

한편, 풀림, 불림 처리나 뜨임 처리를 할 때에도 축을 코일 속으로 통과시키면서 일정 구간에서는 코일 내에 고주파 전계가 형성되도록 하고, 다른 구간에서는 코일에 고주파 전류를 가하지 않아 열처리가 이루어지지 않도록 하면 길이 방향의 일정 구간에서만 가령 펀칭이나 널링과 같은 기계적 가공을 할 필요가 있는 구간에서만 풀림 처리를 할 수 있다.On the other hand, even when annealing, annealing or tempering treatment is performed, a high frequency electric field is formed in the coil in a certain section while passing the shaft through the coil, and when a high frequency current is not applied to the coil in another section, It is possible to perform annealing only in the section where mechanical processing such as punching or knurling is required.

반대로, 본 발명에서 전기자 축에 길이 방향으로 부분적인 열처리를 하기 위해서는 전기자 축을 정지시킨 상태에서 열처리를 할 부분 주위에만 열처리용 코일이 놓이도록 하고 전류를 흘려 열처리를 하는 방법을 사용할 수도 있다. On the contrary, in the present invention, in order to partially heat the armature shaft in the longitudinal direction, a method may be employed in which the armature shaft is stopped and the heat treatment coil is placed only around the portion to be heat-treated,

본 발명에 따르면, 작은 외경을 가져 부품 경량화, 소형화를 이루면서도 상대적으로 강한 기계적 강도를 갖출 수 있고, 또한 잘 부러지거나 부숴지지 않는 특성을 가지는 차량 소형 전동모터용 전기자 축을 제작, 공급할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to manufacture and supply an armature shaft for a vehicle small-sized electric motor having a relatively small outer diameter and a relatively small mechanical strength while achieving reduction in size and weight of the component.

본 발명에 따르면, 전기자 축이 충분한 기계적 강도를 가지면서도 차량 전기모터의 전기자 축으로서 적합한 가공을 쉽게 할 수 있으므로 가공성과 강성을 함께 가지는 차량 소형 전동모터용 전기자 축을 제작, 공급할 수 있게 된다.According to the present invention, since the armature shaft has sufficient mechanical strength and can be easily machined as an armature shaft of a vehicle electric motor, it is possible to manufacture and supply an armature shaft for a vehicle electric motor having both workability and rigidity.

도1 및 도2는 종래의 전동모터 전기자 축 일단에 웜기어를 형성 혹은 설치하여 제작되는 전동모터의 예들을 나타내는 전동모터 제작 개념도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전동모터 전기자 축의 층구조를 나타내는 단면도,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 전동모터 전기자 축의 층구조를 나타내는 단면도,
도5는 본 발명 방법의 일 실시예를 이루는 공정 단계들 가운데 하나로 긴 봉을 경화처리하는 단계를 나타내는 공정 개념도이다.
도6은 본 발명 방법의 일 실시예에서 전기자 축의 부분적 추가 열처리 단계를 나타내는 공정 개념도이다.
도7 내지 도9는 본 발명 방법의 다른 실시예를 이루는 각 공정 단계를 나타내는 공정 개념도들이다.1 and 2 are a conceptual diagram of an electric motor manufacturing example showing examples of an electric motor manufactured by forming or installing a worm gear on one end of a conventional electric motor armature shaft,
3 is a sectional view showing a layer structure of a motor-driven electric motor armature shaft according to an embodiment of the present invention,
4 is a sectional view showing a layer structure of a motor-driven electric motor armature shaft according to another embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a process conceptual diagram showing a step of hardening a long rod as one of the processing steps constituting an embodiment of the method of the present invention. FIG.
6 is a process conceptual diagram showing a partial additional heat treatment step of the armature shaft in an embodiment of the method of the present invention.
Figs. 7 to 9 are process conceptual diagrams showing respective process steps constituting another embodiment of the method of the present invention.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도3 및 도4는 본 발명의 차량 전동모터 전기자 축을 나타내는 단면도들이다.Fig. 3 and Fig. 4 are sectional views showing the armature shaft of the vehicle electric motor of the present invention. Fig.

도시된 바에 따르면 도3과 도4의 실시예 모두는 전기자 축 전체 길이에 걸쳐 원래의 소재상태의 봉형(rod shape) 중심층(core: 10)과 이 중심층(10) 외측에서 이 중심층을 싸고 있으며 경화처리된 실린더형 경화층(20)을 가진다. 3 and 4 both show a rod-shaped core layer 10 of the original material state over the entire length of the armature shaft and a central portion of the core layer 10 outside the central layer 10. [ And a cylinder-shaped hardened layer 20 which is inexpensive and hardened.

전기자 축은 전체 외경이 4mm이고, 중심층을 이루는 봉의 지름은 1mm, 중심층(10)을 감싸는 경화층(20)이 형성하는 실린더의 벽체 두께는 도3에서는 1mm, 도4의 실시예에서는 1.5mm에 달한다.The wall thickness of the cylinder formed by the cured layer 20 surrounding the central layer 10 is 1 mm in Fig. 3, 1.5 mm in the embodiment of Fig. 4, Respectively.

도3의 실시예에서는 경화층(20) 외측에 역시 0.5mm의 고른 벽체 두께를 가지는 실린더형 추가 열처리층(30)이 전기자 축 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 도4의 실시예에서 추가 열처리층(30)은 전기자 축의 길이 방향 양단에서 일정 거리 떨어진 곳에 각각 길이 방향 일정 구간에 걸쳐 측방 표면으로부터 중심축 방향으로 경화층(20) 내로 0.5mm 두께로 고리모양으로 형성되어 있다.In the embodiment of FIG. 3, a cylindrical additional heat treatment layer 30 having a uniform wall thickness of 0.5 mm is also formed on the outside of the cured layer 20 over the entire length of the armature shaft. In the embodiment of FIG. 4, the additional heat treatment layer 30 is annularly formed in a thickness of 0.5 mm into the hardening layer 20 in the direction of the central axis from the side surface over a predetermined lengthwise portion at a distance from both ends in the longitudinal direction of the armature shaft Respectively.

여기서 추가 열처리층(30)은 경화층(20) 표면을 추가 열처리하여 경화층으로부터 변환되어 이루어진 풀림(tempering) 열처리층이며, 추가 열처리에 따라 경도(단단한 정도)는 줄어들어 깨지는 성질이 줄어들고, 바이트 등의 공구로 절삭가공하기에 용이하게 된다. Here, the additional heat treatment layer 30 is a tempering heat treatment layer formed by converting the surface of the hardened layer 20 from the hardened layer by an additional heat treatment. By the additional heat treatment, hardness (degree of hardness) is reduced and the breaking property is reduced. It is easy to cut with a tool of the present invention.

이 풀림 열처리층에 널링 가공을 하고, 전기자 축과 별도로 형성한 웜 기어를 널링가공한 곳에 끼워넣어 결합시킬 수 있다. This annealing heat treatment layer is knurled, and the worm gear formed separately from the armature shaft can be fitted and knitted into a knurled portion.

본 발명 방법에서 도3의 실시예와 같은 전기자 축을 형성하기 위해서 먼저 원재료 상태의 직경 4mm 정도의 긴 봉(100')을 제작한다. 가공편의성과 원가를 고려할 때 전기자 축 용도를 위한 봉은 S45C 규격의 탄소강이 사용될 수 있다. 긴 봉(100')에 대한 경화처리(경화층 형성)를 할 때에는 도5에서 보이는 것과 같이 긴 봉(100')을 길이 방향으로 고주파 코일(110) 내로 통과시키는 방식이 사용될 수 있다. In the method of the present invention, in order to form the armature shaft as in the embodiment of FIG. 3, a long rod 100 'having a diameter of about 4 mm in the raw material state is first manufactured. Considering the convenience of machining and cost, rod for armature shaft use can be carbon steel of S45C standard. When the curing treatment (cured layer formation) is performed on the long rod 100 ', a method of passing the long rod 100' in the longitudinal direction into the high frequency coil 110 as shown in FIG. 5 may be used.

원 소재 상태의 봉은 원 재료를 제조한 상태에 따라 투루스타이트 구조, 소르바이트 구조가 될 수 있고, 펄라이트와 같은 구조가 될 수도 있으며, 본 발명에서는 그 구조를 유지하여 3층 구조를 가지는 전기자 축에서 중심층이 된다.The rod in the raw material state may be a translucent structure, a sorbite structure, or a pearlite-like structure depending on the state of manufacturing the raw material. In the present invention, And becomes a central layer.

또한, 고주파 코일(110) 구간을 지나면 긴 봉(100')에는 경화를 위해 바로 냉매 공급부(120)에서 냉각수 분사와 같은 냉각 처리가 이루어진다. 냉매 공급부(120)에서는 가열된 전기자 축용 긴 봉(100') 표면에 노즐로 냉각 매체를 공급하여 접촉시킴으로써 급속한 냉각이 이루어지도록 한다. 냉매 공급부(120)의 위치와 냉매의 온도, 공급량과 속도는 경화처리에 영향을 미치게 되므로 이를 고려하여 냉매 공급부(120)를 디자인한다.After passing through the high-frequency coil 110, the long rod 100 'is subjected to a cooling process such as cooling water injection in the coolant supply unit 120 immediately for curing. In the coolant supply unit 120, the cooling medium is supplied to the surface of the long rod 100 'for heating armature shaft by the nozzle so that the cooling medium is rapidly cooled. Since the position of the coolant supply unit 120, the temperature of the coolant, the supply amount and the speed of the coolant affect the hardening process, the coolant supply unit 120 is designed in consideration of this.

봉 주위를 고르게 경화시키기 위해 긴 봉(100')을 통과시킬 때 도시된 바와 같이 봉을 길이 축 기준으로 회전시킨다. When the long rod 100 'is passed for uniform curing around the rod, the rod is rotated about the longitudinal axis as shown.

고주파 코일(110) 내를 통과할 때 코일 내에 걸리는 고주파 전계의 영향으로 전기자 축의 표면으로부터 일정 깊이만큼 고주파 전류가 인가되고 이 전류의 열작용에 의해 긴 봉(100') 표면에서 일정 깊이만큼 열처리가 이루어진다. 이때, 깊이는 원재료의 재질, 고주파의 주파수, 고주파 전력의 크기, 봉을 통과시키는 속도에 따라 조절될 수 있고, 비록 짧은 시간이라도 고주파 전류에 의해 열이 발생하는 표면 부분에서 열이 중심쪽으로 전도될 수 있으므로 이를 고려하여 열처리를 원하는 깊이와 고주파 전류가 흐르는 깊이를 조절하는 것이 바람직하다.A high frequency current is applied to the surface of the armature shaft by a certain depth from the surface of the armature shaft due to the influence of the high frequency electric field in the coil when passing through the high frequency coil 110 and the heat treatment is performed by a certain depth on the surface of the long rod 100 ' . At this time, the depth can be controlled according to the material of the raw material, the frequency of the high frequency, the size of the high frequency power, the speed at which the rod passes, and even though the heat is generated by the high frequency current even for a short time, It is desirable to control the depth to which the heat treatment is desired and the depth at which the high frequency current flows.

여기서 고주파 코일(110)에 걸리는 전력은 봉(100')의 속도에 따라 조절될 수 있지만 통상적인 연속작업을 위해서는 100kw 정도를 사용하고, 외경 4mm의 봉(100') 전체가 경화되는 것을 방지하기 위해 인가되는 주파수는 100khz 이상의 고주파를 사용하는 것이 바람직하고, 이때, 변태점보다 높은 대략 800℃ 정도까지 높아질 수 있도록 가열한 뒤 기름이나 물을 뿌려 고온의 오스테나이트 상태에서 마르텐자이트 구조가 가장 높은 비율을 차지하는 경화층 상태가 이루어지도록 한다. Here, the electric power applied to the high-frequency coil 110 can be adjusted according to the speed of the rod 100 '. However, in order to perform a continuous operation, about 100 kw is used and the rod 100' It is preferable to use a high frequency of 100 kHz or more for the frequency applied to the steel sheet. In this case, the steel sheet is heated so that it can be heated to about 800 ° C higher than the transformation point, and then oil or water is sprinkled so that the martensite structure Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

그리고, 경화처리된 긴 봉(100')은 전기자 축에 적당한 길이로 프레스 등 절단수단을 통해 절단된다. 이때, 바렐 연삭이나 단면 연삭기를 사용하여 절단면 수정 및 전장(길이) 맞춤 등 부수 가공이 함께 이루어질 수 있다. Then, the hardened long rod 100 'is cut through a cutting means such as a press with a length appropriate for the armature shaft. At this time, the barrel grinding or the side grinding machine can be used to perform side milling such as cutting face modification and full length (length) fitting.

이어서, 추가 열처리 (풀림 등) 단계가 이루어진다. 경화처리된 상태의 전기자 축(100")은 도 5와 비슷한 상태로 다시 고주파 코일(130)을 통과한다. 단, 경화처리 단계와 달리 냉각수의 분사는 이루어지지 않고, 전기자 축(100") 표면에 대한 처리 온도와 처리 두께를 조절하기 위해 여기서는 고주파 주파수를 더 높게 하고, 고주파 전력은 줄여 전기자 축(100")의 표면으로부터 더 얇은 두께에만 고주파 전류가 흐르고 더 낮은 온도로 해당 두께가 열처리를 겪게 한다. 가령, 고주파 코일에 인가되는 전력은 더 작아서 20kw 정도로 하고, 주파수는 더 얇은 표면 두께에만 작용하도록 150khz 이상으로 한다.Subsequently, an additional heat treatment (annealing, etc.) step is performed. The hardened armature shaft 100 "passes through the high-frequency coil 130 again in a state similar to that of FIG. 5, except that cooling water is not injected unlike the hardening step, and the surface of the armature shaft 100" The high frequency current is made higher here and the high frequency power is reduced so that the high frequency current flows only at a thinner thickness from the surface of the armature shaft 100 ", and the corresponding thickness undergoes the heat treatment at a lower temperature For example, the power applied to the high frequency coil is less than 20 kW, and the frequency is more than 150 kHz so that it acts only on a thinner surface thickness.

여기서는 이런 추가 열처리가공을 통해 표면 온도는 400℃를 중심으로 상하 50℃ 주변까지 올랐다가 공냉되어 트루스타이트 구조 비율이 가장 커지는 추가 열처리층을 이루게 된다. 추가 열처리 온도를 바꾸어 트루스타이트 구조 혹은 소르바이트 구조가 가장 높은 비율을 차지하는 추가 열처리층을 전기자축 표면에 형성하는 경우, 경도는 낮지만 강인성이 높아지고, 축이 부러지는 성질이 줄어들며, 절삭성이 높아져 널링 등 표면 가공에 더 유리하게 되는 효과를 거둘 수 있다. Through this additional heat treatment, the surface temperature is raised up to about 50 ° C around 400 ° C and then cools down to form an additional heat treatment layer having the largest proportion of the truestite structure. When the additional heat treatment temperature is changed to form the additional heat treatment layer having the highest ratio of the trussite structure or the sorbite structure on the surface of the electric magnetic axis, the hardness is low, but the toughness is increased, the shaft is broken and the cutting property is increased. So that it is possible to obtain an effect that the surface processing of the back surface is more advantageous.

이때 추가 열처리 가공은 필요에 따라 온도가 달라질 수 있지만 너무 온도를 높이면 추가 열처리 가공에 의한 추가 열처리층의 두께가 가령 1mm 이상으로 두꺼워져 경화층이 매우 감소될 위험성이 높아지므로 수 있으므로 잘 조절할 필요가 있다. At this time, the temperature of the additional heat treatment may be varied depending on the necessity. However, if the temperature is excessively increased, the additional heat treatment layer becomes thicker than 1 mm, for example, have.

추가 열처리용 고주파 코일(130)을 거친 전기자 축(100")은 여기서는 별도의 냉매 공급부를 거치지 않고 자연 냉각되나, 신속한 진행을 위해 일정 시간 후에는 냉매 공급부를 거치도록 할 수 있고, 이런 경우에도 냉매의 공급량, 온도와 속도를 조절하여 완만한 냉각이 이루어지도록 한다. 이로써 전기자 축 표면의 0.5mm 정도로 얇은 두께의 추가 열처리, 가령 불림처리가 이루어진다. The armature shaft 100 "routed through the additional heat treatment high-frequency coil 130 is naturally cooled without passing through a separate refrigerant supply unit. However, the coolant supply unit can be passed after a certain time for rapid progression. The temperature, and the speed of the shaft to achieve a gentle cooling, thereby providing a further heat treatment, for example a soaking treatment, of a thickness of about 0.5 mm on the armature shaft surface.

풀림 처리 이후에는 요구되는 칫수에 맞추어 전기자 축(100") 표면에 연삭 가공을 한다거나, 기타 필요한 가공 처리를 하여 완성된 전기자 축을 이루게 된다.After the annealing process, the surface of the armature shaft 100 "is grinded to meet the required dimensions, or other necessary processing is performed to complete the armature shaft.

이상 실시예에서는 전기자 축 전체에 대한 추가 열처리가 이루어지지만, 도4와 같은 전기자 축을 형성하는 경우, 길이 방향으로 부분적인 열처리가 이루어지고, 부분적 열처리는 도6과 같은 고주파 코일(130) 설치를 통해 이루어질 수 있다. 즉, 전기자 축에 길이 방향으로 부분적인 열처리를 하기 위해서는 전기자 축(100")을 정지시키고, 열처리를 할 부분 주위에만 열처리용 고주파 코일(130)이 놓이도록 한 상태에서 고주파 코일(130)에 전류를 흘려 열처리를 하는 방법을 사용할 수도 있다. In the above embodiment, the entire armature shaft is subjected to additional heat treatment. However, when the armature shaft as shown in FIG. 4 is formed, partial heat treatment is performed in the longitudinal direction and partial heat treatment is performed through the high frequency coil 130 Lt; / RTI > That is, in order to perform partial heat treatment in the longitudinal direction on the armature shaft, the armature shaft 100 "is stopped and the high-frequency coil 130 for heat treatment is placed only around the portion to be heat- A heat treatment may be carried out.

도7 내지 도9는 본 발명의 전기자 축을 형성하는 다른 가공 방법의 각 단계를 나타내는 개념도이다. 여기서는 앞서의 실시예와 달리, 먼저 원재료인 탄소강 봉을 전기자 축에 필요한 형태로 먼저 CNC 선반 등을 이용하여 가공하여 도7과 같은 상태의 전기자 축(100)을 형성한다.7 to 9 are conceptual diagrams showing respective steps of another machining method for forming the armature shaft of the present invention. Here, unlike the previous embodiment, first, a carbon steel rod as a raw material is first processed in a form necessary for an armature shaft using a CNC lathe or the like to form an armature shaft 100 as shown in FIG.

그리고, 형태가 가공된 전기자 축(100)에 대해 앞선 실시예에서와 같은 표면 경화처리를 실시한다. 즉, 도8에 도시된 바와 같이 전기자 축(100)이 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 고주파 코일(110)을 통과하도록 하고, 고주파 코일(110)을 통과한 부분은 바로 냉매 공급부(120)에서 냉각수로 냉각 처리를 하며, 전기자 축(100)은 통과하는 동안 축을 중심으로 회전시킨다. Then, the armature shaft 100 is subjected to a surface hardening process as in the previous embodiment. That is, as shown in FIG. 8, the armature shaft 100 passes through the high-frequency coil 110 from one side to the other, and the portion passing through the high-frequency coil 110 is immediately cooled And armature shaft 100 rotates about its axis as it passes.

다음으로는 도9에 도시된 바와 같이 별도의 고주파 코일(130)을 통과시키면서 풀림 등의 추가 열처리를 실시한다. 물론, 이 때에도 이전의 실시예와 같이 전체적으로 고주파 코일(130)을 통과시키면서 길이 전체 구간에 걸쳐 풀림 처리를 하거나, 전기자 축(100)을 정지시킨 상태로 전기자 축(100)의 길이 방향 일부 구간 주변에 고주파 코일(130)이 위치하도록 하고, 고주파 코일에 고주파 전류를 흘려 풀림 처리가 이루어지도록 할 수 있다. Next, as shown in FIG. 9, additional heat treatment such as annealing is performed while passing a separate high frequency coil 130. Of course, at this time as well, it is also possible to perform a loosening process over the whole length of the entire length while passing the high-frequency coil 130 as a whole as in the previous embodiment, or to arrange the armature shaft 100 around the armature shaft 100 Frequency coil 130 is positioned in the high-frequency coil, and a high-frequency current is supplied to the high-frequency coil to perform the annealing process.

여기서도 풀림 처리가 이루어진 전기자 축(100)의 표면 일부 혹은 전부에는 필요한 기계적 가공이 더 이루어질 수도 있다. 가령, 프레스 가공이나 펀칭 가공을 통해 삽입될 기어 코어와의 마찰력을 증가시키는 데 필요한 표면 널링 등의 처리를 할 수도 있다. 그리고, 이런 전기자 축에 웜기어(미도시)가 공급되어 결합되는 처리가 이루어질 수 있다. In this case as well, part or all of the surface of the armature shaft 100 subjected to the annealing process may be subjected to further mechanical processing as required. For example, surface knurling or the like necessary for increasing the frictional force with the gear core to be inserted through press working or punching may be performed. Then, a process in which a worm gear (not shown) is supplied to and coupled to the armature shaft can be performed.

한편, 이상 실시예에서는 언급되지 않았지만 전기자 축의 전체 길이 가운데 일정 구간에만 추가 열처리를 하기 위해서는 전기자 축을 진행시키면서 고주파 코일에 전류를 흘리는 시간을 조절할 수도 있는데, 이런 경우, 전기자 축의 진행 속도와 추가 열처리용 고주파 코일에 전류를 흘리는 시간의 조절을 컴퓨터 프로세서와 같은 콘트롤러가 통합적으로 정밀하게 관리하도록 하는 것이 바람직하다. Although not mentioned in the above embodiments, in order to perform additional heat treatment only in a predetermined section among the entire length of the armature shaft, it is possible to control the time for current to flow through the high-frequency coil while advancing the armature shaft. In this case, It is desirable to allow the controller such as a computer processor to integrally and precisely control the adjustment of the time during which current is passed through the coil.

이러한 콘트롤러를 이용한 전기자 축의 진행과 가공은 CNC 선반과 같은 기계가공부에서 전기자 축 일부에 대해서만 기계적 가공을 할 때에도 같은 방식으로 적용될 수 있다.Progress and machining of the armature shaft using such a controller can be applied in the same way when a machine such as a CNC lathe performs mechanical machining only on a part of the armature shaft in the study.

전체 가공 공간을 줄이기 위해 경화열처리를 하는 고주파 코일과 추가 열처리를 하는 고주파 코일을 같은 것을 사용할 수 있으며, 이런 경우, 전기자 축에 대한 초기의 경화 열처리 및 냉각을 먼저 진행하고, 다음에는 전기자 축을 다시 통과시키면서 고주파 코일의 전력 인가 패턴 즉 주파수와 전력을 바꾸어 추가 열처리를 진행할 수 있다. 그러나, 통상은 별도 전력 및 주파수의 전기가 인가되는 별도의 고주파 코일을 사용하는 경우가 많다. In order to reduce the overall machining space, a high frequency coil with a hardening heat treatment and a high frequency coil with an additional heat treatment can be used, in which case the initial hardening heat treatment and cooling of the armature shaft is carried out first, It is possible to change the power application pattern of the high frequency coil, that is, the frequency and the power, to proceed with the additional heat treatment. However, in many cases, a separate high-frequency coil to which electricity of different power and frequency is applied is often used.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. That is, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

10: 중심층 20: 경화층
30: 추가 열처리층 100': 봉
100'', 100: 전기자 축
110, 130: 고주파 코일 120: 냉매 공급부 10: center layer 20: cured layer
30: additional heat treatment layer 100 ': rod
100 ", 100: armature shaft
110, 130: high-frequency coil 120: refrigerant supply unit

Claims

An armature shaft for a vehicle electric motor,
A rod-shaped central layer in a raw material state,
A cylinder-shaped cured layer wrapped around the rod-shaped central layer and cured,
Wherein at least a part of the longitudinal axis of the armature shaft has an additional heat treatment layer wrapping the hardened layer so that the armature shaft is divided into three layers when viewed from the center toward the surface.

The method according to claim 1,
Wherein the additional heat treatment layer is formed through at least one heat treatment among tempering, normalizing, and annealing that is performed through the additional heat treatment from the hardened layer.

The method according to claim 1,
Wherein the hardened layer is made of a layer having the largest specific gravity of the martensite structure and the additional heat treatment layer is formed of a layer having the largest specific gravity of a tourtite or sorbite structure.

The method according to claim 1,
The armature shaft has an outer diameter of 5 mm or less,
The bar-shaped central layer has a diameter of 1 mm or more,
Wherein the cured layer has a thickness of 1 mm or more from the inside to the outside connected to the bar-shaped center layer, and the depth (distance) from the side surface of the armature shaft is not more than 2 mm,
Wherein the additional heat treatment layer is formed to a thickness not exceeding 1 mm.

The method according to claim 1,
Wherein a knurling process is performed in the partial section so as to have a frictional force when inserted and joined to the center of the other member.

Forming a raw material shaft,
Applying a high-frequency electric field outside the axis of the raw material to apply an induction current to a predetermined thickness from the surface of the raw material shaft, heating it by internal heating to form a cured layer having a predetermined thickness,
And an additional heat treatment step of applying a high frequency electric field to at least a part of the longitudinal direction outside the axis where the hardened layer is formed to perform annealing, annealing or tempering of the thickness of a part of the hardened layer,
Wherein the frequency of the high frequency in the step of forming the hardened layer is smaller than the frequency of the high frequency used in the additional heat treatment step.

The method according to claim 6,
Wherein the step of forming the hardened layer and the step of further annealing are both performed by heat treatment sequentially in the longitudinal direction while passing the armature shaft through the heat treatment coil in the longitudinal direction.

The method according to claim 6 or 7, wherein
Wherein the step of mechanically machining the armature shaft surface is performed after the additional heat treatment step or before the step of forming the hardened layer.