KR100406102B1

KR100406102B1 - 교류발전기

Info

Publication number: KR100406102B1
Application number: KR10-2001-0009670A
Authority: KR
Inventors: 히가시노교코; 아사오요시히토; 아다치가쓰미
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2003-11-15
Also published as: JP2001245454A; KR20010085605A; EP1130743B1; DE60141932D1; US20010040418A1; US6486586B2; JP3650303B2; EP1130743A3; EP1130743A2

Abstract

고정자권선의 냉각성을 좋게 하는 동시에 바람소음을 저감시킬 수 있는 교류발전기를 얻는다.

회전축(6)에 끼워붙여지는 클로상자극(22),(23) 및 클로상자극(22),(23)의 측면에 설치된 냉각수단(5)을 갖는 회전자(7)와, 회전자(7)에 대향배치된 고정자철심(15) 및 고정자철심(15)에 감겨진 고정자권선(16)을 갖고 냉각수단(5)에 의해 송풍냉각되는 고정자(8)와, 회전자(7) 및 고정자(8)를 지지하는 브래킷(1),(2)을 갖는 교류발전기에서, 브래킷(1),(2)내에는 냉각수단(5)이 송풍하는 통풍로가 설치되고, 고정자권선(16)은 고정자철심(15)의 양단면으로부터 바깥쪽으로 뻗어나오는 코일엔드(16a),(16b)를 가지며, 코일엔드(16a),(16b)의 적어도 내주면을 덮도록 차폐재(101)가 설치되어 있다.

Description

교류발전기{ALTERNATOR}

본 발명은 예를들면, 내연기관에 의해 구동되는 교류발전기에 관한 것이며, 특히 승용차, 트럭 등의 차량에 탑재되는 교류발전기의 고정자 구조에 관한 것이다.

도 15는 종래의 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도이다. 종래의 교류발전기의 고정자(208)에서는 코일이 고정자철심(15)으로부터 노출하는 부분인 코일엔드부에서는 전체를 덮도록 수지(202)가 설치되고, 다수의 코일의 집합체에 의한 요철(凹凸)형상의 표면을 매끄럽게 함으로써 바람소음을 저감시키고 있었다. 즉, 코일엔드부에서는 도시하지 않은 회전자에 설치된 팬에 의해 발생되는 냉각풍에 의해 발열하는 코일이 냉각되나, 수지(202)를 설치해서 코일엔드 표면을 매끄럽게 함으로써 팬과 코일소선과의 간섭을 감소하고, 바람소음을 저감하고 있었다.

그러나, 이런 구성의 종래의 교류발전기에서는 코일엔드 전체를 수지(202)로 덮고 있었으므로 발열체인 코일로서는 가혹한 환경이 되고, 교류발전기의 출력에 큰 악영향을 주고 있었다. 또, 수지(202)의 성형에서는 예를들면 코일엔드부 전체를 덮는 틀을 작성하고, 그 틀속에 부드럽게 한 수지를 흘려서 제작하므로 공작성이 나빴었다.

또, 교류발전기가 3상의 교류발전기이면 코일엔드부에서 3개의 코일턴군이 부분적으로 겹치고, 이들은 정렬되어 있지 않으므로 코일엔드부에 설치하는 수지(202)를 전주(全周)에 걸쳐서 균일하게 배분하는 것은 곤란하고, 축방향에도 원주방향에도 치우친 형상으로 되어 버리며, 냉각성이 불균일하게 되는 동시에 바람소음이 악화를 일으키는 원인이 되어 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 하게 된 것으로, 고정자권선의 냉각성을 좋게 하는 동시에 바람소음을 저감시킬 수 있는 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 교류발전기의 구성을 표시한 단면도.

도 2는 이 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

도 3은 이 교류발전기의 고정자를 표시하는 요부단면도.

도 4는 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도면.

도 5는 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도면.

도 6은 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 내층측의 소선군을 표시하는 도면.

도 7은 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 요부를 표시하는 사시도.

도 8은 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 배열을 설명하는 도면.

도 9는 이 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도면.

도 10은 이 교류발전기에 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

도 12는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 요부단면도.

도 13은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

도 14는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 요부단면도.

도 15는 종래의 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프론트브래킷(브래킷) 2 : 리어브래킷(브래킷)

5 : 팬(냉각수단) 6 : 샤프트(회전축)

7 : 회전자 8 : 고정자

15 : 고정자철심 16 : 다상고정자권선(고정자권선)

16a,16b : 코일엔드군(코일엔드) 22,23 : 클로상자극(냉각수단)30a,30b : 턴부 101,111,121,131 : 차폐재102 : 에폭시 수지(제 1의 수지) 103 : 와니스(제 2의 수지)111a : 구멍

본 발명에 관한 교류발전기는 회전축에 끼워붙여지는 클로상자극 및 클로상자극에 설치된 냉각수단을 갖는 회전자와, 회전자에 대향배치된 고정자철심 및 고정자철심에 감겨진 고정자권선을 갖고 냉각수단에 의해 냉각되는 고정자와, 회전자 및 고정자를 지지하는 브래킷을 갖는 교류발전기에서, 브래킷내에는 냉각수단에 의한 통풍로가 설치되고, 고정자권선은 고정자철심의 단면에서 외측으로 뻗어나오는 코일엔드를 가지며, 코일엔드의 적어도 내주면을 덮도록 차페재가 설치되어 있다.또, 차폐재는 주면에 구멍이 형성되어 있다.또, 차폐재는 표면에 요철(凹凸)이 형성되어 있다.또, 코일엔드를 덮는 차폐재는 코일엔드에 설치되는 제 1의 수지보다 열전도성이 양호한 제 2의 수지에 의해 고착되어 있다.또, 고정자의 적어도 한쪽의 끝의 코일엔드에서, 고정자권선의 소정피치 떨어진 슬롯으로 건너가는 턴부가 원주방향으로 대략 동일형상으로 형성되어 있다.또, 고정자의 적어도 한쪽 끝의 코일엔드에서, 고정자권선의 소정피치 떨어진 슬롯에 건너는 턴부에 의해 형성되는 원주방향으로 인접하는 턴부간의 공간이 대략 동일하게 형성되어 있다.또, 고정자권선의 도체의 슬롯내에서의 단면형상이 슬롯형상을 따라 대략 구형형상이다.또, 냉각수단의 냉각풍 하류측에 인접해서 코일엔드의 적어도 한쪽이 배치되어 있다.실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 교류발전기의 구성을 표시하는 단면도이다. 도 2는 본 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도이다. 도 3은 이 교류발전기의 고정자를 표시하는 요부단면도이다. 도 4 및 도 5는 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도면이다. 도 6은 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 내층측의 소선군을 표시하는 도면이고, 도 6의 (a)는 그 측면도, 도 6의 (b)는 그 평면도이다. 도 7은 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 요부를 표하는 사시도, 도 8은 이 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 배열을 설명하는 도면이다.

또, 도 9는 이 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도면이고, 도 9의 (a)는 그 측면도, 도 9의 (b)는 그 배면도이다. 도 10은 이 교류발전기의 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도이다. 또, 도 2에서는 인출선 및 브리지결선이 생략되어 있다.

도 1에서 교류발전기는 런델형의 회전자(7)가 알루미늄제의 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)내에 샤프트(6)를 통해서 회전이 자유롭게 장착되고, 고정자(8)가 회전자(7)의 외주측을 덮도록 케이스(3)의 내벽면에 고착되어 구성되어 있다. 샤프트(6)는 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)에 회전가능하게 지지되어 있다. 이 샤프트(6)의 일단에는 풀리(4)가 고착되고, 엔진의 회전토크를 벨트(도시않음)를 통해서 샤프트(6)에 전달할 수 있도록 되어 있다. 회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링(9)이 샤프트(6)의 타단부에 고착되고, 한쌍의 브러시(10)가 이 슬립링(9)에 슬라이드 접촉하도록 케이스(3)내에 배치된 브러시홀더(11)에 수납되어 있다. 고정자(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)가 브러시홀더(11)에 끼워붙여진 히트싱크(17)에 접착되어 있다. 고정자(8)에 전기적으로 접속되고, 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)가 케이스(3)내에 장착되어 있다. 회전자(7)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일(13)과, 이 회전자코일(13)을 덮도록 설치되고, 회전자코일(13)에서 발생된 자속에 의해 자극이 형성되는 한쌍의 폴코어(20),(21)로 구성된다. 한쌍의 폴코어(20),(21)는 철제로, 각각 8개의 클로상의 클로상자극(22),(23)이 외주가장자리에 원주방향으로 등각피치로 돌출설치되고, 클로상자극(22),(23)을 맞물리도록 대향해서 샤프트(6)에 고착되어 있다. 또, 냉각수단으로서의 팬(5)이 회전자(7)의 축방향의 양단에 고착되어 있다.

또, 흡기공(1a),(2a)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 축방향의 단면에 설치되고, 배기공(1b),(2b)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 외주 양어께부에 고정자권선(16)의 프론트측 및 리어측의 코일엔드군(16a),(16b)의 직경방향 외측에 대향해서 설치되어 있다.

고정자(8)는 도 2 및 도 3에 명확하게 표시된 바와 같이, 축방향으로 뻗는 슬롯(15a)이 원주방향에 소정피치로 다수 형성된 원통상의 적층철심으로 되는 고정자철심(15)과, 고정자철심(15)에 감겨진 권선코일로서의 다상고정자권선(16)과, 각 슬롯(15a)내에 장착되어 다상고정자권선(16)과 고정자철심(15)을 전기적으로 절연하는 인슐레이터(19)를 구비하고 있다.

그리고, 다상고정자권선(16)은 하나의 소선(30)이 고정자철심(15)의 단면측의 슬롯(15a)외에서 되돌려져서 소정 슬롯수 마다에 슬롯(15a)내에서 슬롯 깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 채택하도록 웨이브와인딩되어 감겨진 권선을 다수 구비하고 있다. 여기서는 고정자철심(15)에는 회전자(7)의 자극수(16)에 대응해서 3상 고정자권선을 2조 수용하도록 96개의 슬롯(15a)이 등간격으로 형성되어 있다.또, 소선(30)에는 예를들면 절연피복된 장방형의 단면을 갖는 길이가 긴 동선재가 사용된다.

그리고, 고정자철심(15)의 양단면에서 외측으로 뻗어나오는 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면을 덮도록 차폐재(101)가 설치되어 있다. 차폐재(101)는 예를들면 알루미늄으로 0.1㎜ 두께의 얇은 판상으로 제작되고, 클로상자극(22),(23)에 대향하도록 대략 원통상으로 설치되어 있다. 차폐재(101)의 축방향의 높이는 코일엔드군(16a),(16b)과 대략 같은 높이이다. 또, 알루미늄의 차폐재(101)의 코일접촉면으로는 절연을 위해 알루마이트 처리가 실시되어 있다.

차폐재(101)의 부착을 포함하는 코일엔드의 처리에서는 철심(36)이 둥글게 되어 원통상의 철심(37)이 형성된 후, 우선 고정자철심(15)의 양단면에서 바깥쪽으로 뻗어나오는 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면에 이 내주면을 덮도록 차폐재(101)가 배치된다. 그리고, 이 상태에서 코일엔드군(16a),(16b)의 정상부, 즉 축방향 단부에 제 1의 수지로서의 에폭시 수지(102)가 부착된다. 이 에폭시 수지(102)는 코일엔드군(16a),(16b)의 정상부를 용해한 에폭시 수지가 고인 침지조에 담금으로써 부착된다. 이 에폭시 수지(102)는 턴부(30a) 정상부에서 구부려지는 소선(30)의 절연피막의 박리를 보상하고, 절연성능을 향상시키는 동시에 차폐재(101)의 한쪽을 고정하는 목적으로 부착시킨다. 또, 이 에폭시 수지(102)의 도포에 의해 턴부의 요철(凹凸)에 의한 간섭음을 방지한다. 그후, 코일엔드군(16a),(16b), 차폐재(101) 및 에폭시 수지(102)의 전체를 덮도록 제 2의 수지로서의 와니스(103)가 도포된다. 와니스(103)는 원통상의 철심(37)을 축을 수평으로 또는 소정의 각도 기울어지게 하여 회전시키면서, 코일엔드 부분에 와니스(103)를 적하해서 침투시켜 서 설치된다. 와니스(103)는 차폐재(101)와 소선(30)과의 미소한 극간 및 소선(30) 상호간에 침투하는 동시에 표면 전체를 극히 얇게 덮고, 절연성능을 향상시키는 동시에 전체의 강성을 향상시킨다.

또, 도 3에서는 차폐재(101), 에폭시 수지(102) 및 와니스(103)는 설명을 위해 두께가 크게 표시되어 있으나, 실제로는 각각이 극히 얇게 설치되어 있는 것이다. 차폐재(101)와 소선(30)과의 사이에 설치되는 와니스(103)는 극히 얇게 설치되고, 코일엔드군(16a),(16b)과 차폐재(101)와는 열전도가 양호하게 되도록 고정된다. 한편, 와니스(103)는 반드시 전체면에 설치될 필요는 없고, 양자의 절연이 되어 있으면 부분적으로 공기를 통해서 코일엔드군(16a),(16b)의 방사열을 차폐재(101)를 통해서 냉각하는 구성도 된다.

다음, 공정의 반복이 있으나, 고정자(8)의 조립방법에 대해 도 4 내지 도 10을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 우선, 도 4에 표시되는 바와 같이 12개의 길이가 긴 소선(30)을 동시에 동일평면상에서 번개치는 모양으로 구부려서 형성한다. 계속해서 도 5에 화살표로 표시된 바와 같이 직각방향으로 지그로 구부려가고, 도 6에 표시되는 소선군(35A)을 제작한다. 또, 마찬가지로 해서 브리지결선 및 인출선을 갖는 도시하지 않은 소선군(35B)을 제작한다. 그리고, 권선군(35A), (35B)이 장착된 철심(36)을 환상으로 성형하기 쉽게 하기 위해 권선군(35A),(35B)은 300℃에서 10분간 아닐처리된다.

또, 각 소선(30)은 도 7에 표시된 바와 같이 턴부(30a)에서 연결된 직선부(30b)가 6슬롯 피치(6p)로 배열된 평면상 패턴으로 구부려서 형성되어 있다. 그리고, 인접하는 직선부(30b)가 턴부(30a)에 의해 소선(30)의 폭(W)만큼 오프셋되어 있다. 소선군(35A),(35B)은 이러한 패턴으로 형성된 2개의 소선(30)을 도 8에 표시된 바와 같이 6슬롯 피치 오프셋하여 직선부(30b)를 겹쳐서 배열된 소선 쌍이 1슬롯 피치씩 오프셋되어 6쌍 배열되어 구성되어 있다. 그리고, 소선(30)의 단부가 소선군(35A),(35B)의 양단의 양측에 6개씩 뻗어나와 있다. 또, 턴부(30a)가 소선군(35A),(35B)의 양측부에 정렬되어 배열되어 있다.

또, 사다리꼴 형상의 슬롯(36a)이 소정의 피치(전기각으로 30℃)로 형성된 SPCC재를 소정매수 적층하고, 그 외주부를 레이저 용접해서 도 9에 표시된 바와 같이 직방체의 철심(36)을 제작한다.

그리고, 도 10의 (a)에 표시된 바와 같이, 인슐레이터(19)가 철심(36)의 슬롯(36a)에 장착되고, 2개의 소선군(35A),(35B)의 각 직선부를 각 슬롯(36a)내에 겹쳐서 밀어 넣는다. 이로써, 도 10의 (b)에 표시된 바와 같이 2개의 소선군(35A),(35B)이 철심(36)에 장착된다. 이때 소선(30)의 직선부(30b)는 인슐레이터(19)에 의해 철심(36)과 절연되어 슬롯(15a)내에 직경방향으로 4개 나란히 늘어서서 수납되어 있다. 또, 2개의 소선군(35A),(35B)은 겹쳐서 철심(36)에 장착되어 있다.

계속해서 철심(36)을 둥글게 하고, 그 단면끼리를 접촉시켜서 용접하며, 도 10의 (c)에 표시된 바와 같이 원통상의 철심(37)을 얻는다. 철심(36)을 둥글게 함으로써 슬롯(36a)(고정자철심의 슬롯(15a)에 상당)는 대략 구형단면 형상이 되고, 그 개구부(36b)(슬롯(15a)의 개구부(15b)에 상당)는 직선부(30b)의 슬롯 폭방향보다 작아진다.

이와같이 구성된 교류발전기에서는 전류가 배터리(도시않음)로부터 브러시 (10) 및 슬립링(9)을 통해서 회전자코일(13)에 공급되고 자속이 발생된다. 이 자속에 의해 한쪽의 폴코어(20)의 클로상자극(22)이 N극에 착자되고 다른쪽의 폴코어 (21)의 클로상자극(23)이 S극에 착자된다. 한편, 엔진의 회전토크가 벨트 및 풀리 (4)를 통해서 샤프트(6)에 전달되고 회전자(7)가 회전된다. 그래서 다상고정자권선(16)에 회전자계가 부여되고 다상고정자권선(16)에 기전력이 발생한다. 이 교류의 기전력이 정류기(12)를 통해서 직류로 정류되는 동시에, 그 크기가 레귤레이터 (18)에 의해 조정되고, 배터리에 충전된다.

그리고, 리어측에서는 팬(5)의 회전에 의해 외기가 정류기(12)의 히트싱크 및 레귤레이터(18)의 히트싱크(17)에 각각 대향해서 설치된 흡기공(2a)을 통해서 흡입되고, 샤프트(6)의 축에 따라 흘러서 정류기(12) 및 레귤레이터(18)를 냉각하며, 그후 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려져서 다상고정자권선(16)의 리어측의 코일엔드군(16b)을 냉각하고, 배기공(2b)으로부터 외부로 배출된다. 한편, 프론트측에서는 팬(5)의 회전에 의해 외기가 흡기공(1a)에서 축방향으로 흡입되고, 그후 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려져서 다상고정자권선(16)의 프론트측의 코일엔드군(16a)을 냉각하며, 배기공(1b)으로부터 외부로 배출된다.

본 실시의 형태에 의하면, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면을 덮도록 차폐재(101)가 설치되어 있으므로 회전자(7)에 대향하는 면이 평탄하게 되므로 냉각풍의 충돌을 완화하고, 간섭음 및 바람소음을 작게 할 수가 있다.

또, 본 실시의 형태에 의하면 와니스(103)는 극히 얇게 설치된다. 이 때문에, 종래예에 비하면 차폐재(101)에 덮혀진 부분이외는 소선(30)이 노출되어 있는 것과 같고, 이 때문에 다상고정자권선(16)의 방열이 방해되지 않고, 교류발전기의 출력을 저하시키는 일이 없다.

여기서 차폐재(101)는 반드시 고정자 코일엔드군의 양단에 둘 필요는 없다. 특히, 풍량이 많고 소음발생 기여도가 큰 한쪽 끝의 코일엔드군에만 설치하면 효과적이다.

또, 코일엔드군(16a),(16b)은 턴부(30a)를 원주방향으로 배열해서 구성되어 있다. 이로써, 도체세그먼트의 단부끼리를 접합하고 있는 종래의 코일엔드군에 비해 코일엔드군의 고정자철심(15)의 단면으로부터의 뻗어나오는 높이를 낮게 할 수가 있다. 이로써, 코일엔드군(16a),(16b)에서의 통풍저항이 더욱 작아지고, 회전자(7)의 회전에 기인하는 바람소음을 저감시킬 수가 있다. 또 코일엔드의 코일의 누설리엑턴스가 감소되고, 출력효율이 향상된다.

또, 4개의 소선(30)이 슬롯(15a)내에 직경방향으로 1렬로 배열되고, 턴부(30a)가 원주방향으로 2렬로 나란히 늘어서서 배열되어 있다. 이로써, 코일엔드군(16a),(16b)을 구성하는 턴부(30a)가 각각 직경방향으로 2렬로 분산되므로, 코일엔드군(16a),(16b)의 고정자철심(15)의 단면으로부터의 뻗어나오는 높이를 낮게 할 수 있다. 이 결과, 코일엔드군(16a),(16b)에서의 통풍저항이 작아지고, 회전자(7)의 회전에 기인하는 바람소음을 저감시킬 수가 있다.

또, 고정자철심(15)의 단면측에서 되돌려진 턴부(30a)가 6슬롯 떨어진 다른 슬롯(15a)내에 다른층으로서 배치된 2개의 직선부(30b)를 직렬로 접속하고 있다. 이로써, 각상의 코일엔드간의 간섭이 억제되고, 코일엔드의 직경방향의 두께가 작게 되며, 차폐재(101)의 장착스페이스도 형성가능해지는 동시에 고정자권선의 고점적화가 도모되므로 고출력화가 실현된다.

또, 각 턴부(30a)는 쉽게 대략 동일형상으로 형성할 수 있다. 그리고, 각 턴부(30a)를 대략 동일형상으로 형성함으로써, 즉 코일엔드군(16a),(16b)을 구성하는 턴부(30a)를 원주방향에서 대략 동일형상으로 형성함으로써 코일엔드군 (16a),(16b)의 축방향 단면에서의 원주방향의 요철(凹凸)을 억제할 수 있으므로 회전자(7)와 코일엔드군(16a),(16b)과의 사이에서 발생하는 바람소음을 저감시킬 수가 있다. 또, 누설인덕턴스가 같아지고, 안정된 출력이 얻어진다. 또, 코일엔드가 정렬되어 있으므로 차폐재(101)를 붙이는데 적합하다.

또, 턴부(30a)가 원주방향으로 이간되고, 또 턴부(30a)간의 공간이 원주방향으로 대략 같게 형성되어 있으므로, 코일엔드군(16a),(16b)의 축방향 단부에서의 원주방향의 요철(凹凸)을 억제할 수가 있고, 또 외주측의 코일에서는 냉각성이 높혀지는 동시에 냉각풍과 코일엔드의 간섭에 의한 소음이 저감된다.

또, 각 턴부(30a)가 대략 동일 형상으로 형성되어 원주방향으로 정렬되어 배열되어 있으므로 각 턴부(30a)에서의 방열성이 같아지고, 또 코일엔드군(16a),(16b)에서의 방열성이 같아진다. 이로써, 다상고정자권선(16)에서의 발열은 각 턴부(30a)에서 균등하게 방열되고, 또 양 코일엔드군(16a),(16b)으로부터 균등하게 방열되며, 차폐재(101)로의 열전도도 균일하게 되고, 다상고정자권선(16)의 냉각성이 향상된다.

또, 슬롯(15a)의 개구부(15b)의 개구치수가 소선(30)의 슬롯 폭방향 치수보다 작게 구성되어 있으므로, 슬롯(15a)으로부터 직경방향 내측으로의 소선(30)의 튀어나옴이 저지되는 동시에 개구부(15b)에서의 회전자(7)와의 간섭음도 저감된다.

또, 직선부(30b)가 장방형 단면으로 형성되어 있으므로 직선부(30b)를 슬롯(15a)내에 수용했을 때에 직선부(30b)의 단면 형상이 슬롯 형상에 따른 형상으로 되어 있다. 이로써, 슬롯(15a)내에서의 소선(30)의 점적율을 높이는 것이 쉬워지는 동시에 소선(30)에서 고정자철심(15)으로의 전열을 향상시킬 수가 있다. 여기서, 이 실시의 형태 1에서는 직선부(30b)가 장방형 단면으로 형성되어 있는 것으로 하고 있으나, 직선부(30b)의 단면 형상은 대략 구형단면의 슬롯 형상을 따른 대략 구형단면 형상이면 된다. 이 대략 구형 형상이라는 것은 장방형에 한하지 않고, 장방형, 4변의 평면과 둥근각으로 구성된 형상, 장방형의 단변을 원호로 한 장원형이라도 된다.

또, 소선(30)이 장방형의 단면형상으로 형성되어 있으므로 코일엔드를 구성하는 턴부(30b)로부터의 방열면적이 커지고, 다상고정자권선(16)의 발열이 효과적으로 방열된다. 또, 장방형 단면의 장변을 직경방향과 평행으로 배치함으로써 턴부(30b)간의 극간을 확보할 수 있고, 코일엔드군(16a),(16b)내의 외주측의 냉각풍의 통풍을 가능하게 할 수 있으며, 냉각성이 향상된다. 또, 코일엔드군(16a),(16b)의 표면이 평탄하게 구성될 수 있으므로 차폐재(101)의 접착성이 향상된다.

또, 이 실시의 형태 1에 의한 고정자(8)는 연속선으로된 소선군(35)을 직방체의 철심(36)의 슬롯(36b)에 개구부(36b)로부터 삽입하고, 그후 철심(36)을 환상으로 둥글게 하여 제작할 수가 있다. 그래서, 철심(36)의 개구부(36b)의 개구치수를 소선(30)의 슬롯 폭방향 치수보다 크게 할 수 있으므로, 소선군(35)의 삽입작업성을 높일 수가 있다. 또, 철심(36)을 환상으로 성형함으로써 개구부(36b)의 개구치수를 소선(30)의 슬롯 폭방향 치수보다 작게 할 수 있으므로 점적율이 높여지고, 출력을 향상시킬 수가 있다. 또, 이로써 회전자에 의한 바람소음 저감도 된다. 또, 슬롯수가 많아져도 고정자의 생산성을 저하시키지는 않는다.

또, 코일엔드군(16a),(16b)은 높이가 낮고 접합부도 적으므로, 회전자(7)의 회전에 의해 팬(5)에 의해 형성된 냉각풍과 코일엔드군(16a),(16b)과의 사이의 간섭음이 작다. 또, 접합부가 적으므로 본 실시의 형태와 같이 금속의 차폐재(101)와의 절연성이 저해되는 일은 없다. 양 코일엔드군(16a),(16b)의 형상이 대략 같고, 또 팬(5)이 회전자(7)의 양단부에 설치되어 있으므로 양 코일엔드군(16a),(16b)이 균형좋게 냉각되고, 고정자권선 온도가 균일하게, 또 크게 저감된다.

여기서, 팬(5)은 반드시 회전자(7)의 양단에 설치할 필요는 없고, 큰 발열체인 고정자권선이나 정류기의 배치위치를 고려해서 설치하면 된다. 예를들면 최대의 발열체인 고정자권선의 코일엔드는 냉각속도가 큰 팬의 토출측에 배치하고, 정류기가 배치되어 있는 쪽의 회전자 단부에 팬을 배치하는 것이 좋다. 또, 차량 엔진에 부착되는 경우, 통상 풀리가 크랭크 샤프트에 벨트를 통해서 연결되므로 팬의 냉각배출풍이 벨트에 영향하지 않도록 팬을 반풀리측에 배치하는 것이 좋다. 또, 회전자(7)의 클로상자극(22),(23)의 형부(型部)도 송풍작용이 있고, 냉각수단으로 사용할 수 있으므로 팬이 없어도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

또, 코일엔드를 포함한 고정자(8)의 축방향 길이가 폴코어(20),(21)의 축방향 길이보다 자게 되어 있으므로 소형화가 실현될 수 있다. 또 팬(5)이 회전자(7)의 양단부에 설치되어 있는 경우, 팬 토출측에 코일엔드가 없으므로, 통풍저항이 현저하게 작아지고 바람소음이 저감되는 동시에 정류기(12)의 냉각내장물의 온도상승을 억제할 수가 있다.

또, 이 실시의 형태 1에서는 차폐재(101)의 부착을 포함하는 코일엔드의 처리에서는 코일엔드군(16a),(16b)의 정상부에 설치된 에폭시 수지(102)와 코일엔드부의 전체를 덮는 와니스(103)에 의해 차폐재(101)가 고착되어 있으나, 차폐재(101)의 고정방법에 관해서는 이에 한정되는 것은 아니다.

예를들면 열전도성이 양호한 접착제만으로 고착되어도 되고, 또 예를들면 금속제의 다수의 고정부재에 의해 원주방향으로 여러곳이 코킹되어 고정되어도 된다. 즉, 차폐재(101)의 고정방법에서는 본 실시의 형태에 한정되는 것은 아니고, 어떤 방법에 의해 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면에 차폐재(101)가 고정되면 효과를 얻을 수가 있다. 또, 본 실시의 형태에서는 차폐재(101)의 최종적인 고착에 와니스(103)가 사용되고 있으나, 고착하는 재료에 관해서는 열전도성이 양호한 재료에 의해 고착되는 것이 바람직하다.

이러한 재료를 사용하므로써 다상고정자권선(16)에서 차폐재(101)에 열을 양호하게 전달할 수가 있고, 다상고정자권선(16)의 발열을 효과적으로 방열할 수가 있다.

또, 본 실시의 형태에서는 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면을 덮도록 설치된 차폐재(101)는 알루미늄으로 제작되어 있다. 그러나 차폐재(101)의 재료는 알루미늄에 한하지 않고, 예를들면 스테인레스, 나이론, 박막의 점착테이프와 같은 것도 된다. 특히, 차량용 교류발전기의 고정자는 200℃이상의 고온에 노출되므로 차폐재(101)의 재료로서 수지재를 사용하는 경우는 폴리이미드수지나 액정폴리머를 사용하면, 내열적으로 우수한 고정자를 얻을 수가 있다.

또, 본 실시의 형태에서는 고정자권선은 상술한 설명과 같이 길이가 긴 소선(30)이 슬롯(15a) 외측에서 되돌려져서 소정 슬롯수 마다에 슬롯(15a)의 깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 채택하도록 감겨진 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다수의 대략 U자상태의 단코일편을 고정자철심(15)의 축방향 일단측에서 삽입하고, 고정자철심(15) 축단에 돌출시킨 코일편단을 소정 코일편마다에 접속해서 연속회로를 구성하는 것도 된다.

실시의 형태 2

도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도이다. 도 12는 고정자의 요부단면도이다. 본 실시의 형태에서는 차폐재(111) 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면뿐 아니라 외주면에도 설치되어 있다. 그리고, 또 차폐재(111)에는 다수의 구멍(111a)이 뚫려 있다.

와니스(103)가 구멍(111a)에 침투하므로, 코일엔드군(16a),(16b)과 차폐재(111)가 견고하게 고착한다.

본 실시의 형태에서는 코일엔드군(16a),(16b)의 내주면과 외주면을 덮도록 차폐재(111)가 설치되어 있다. 이 때문에, 냉각풍의 충돌을 더욱 원활하게 할 수가 있고, 간섭음 및 바람소음을 작게 할 수가 있다. 또, 차폐재(111)는 주면에 구멍(111a)이 형성되어 있으므로, 냉각능력이 향상되는 동시에 견고하게 고착된다. 또, 코일엔드의 정상부에는 에폭시 수지(102)가 도포되어 있고, 실시의 형태 1과 같이 축방향 단부의 요철(凹凸)에 의한 간섭음을 방지할 수 있다.

또, 본 실시의 형태의 구멍(111a)은 원형이나, 구멍은 다각형상이나 메쉬상이라도 되고, 형상에 한정은 없다.

실시의 형태 3

본 실시의 형태에서는 차폐재(121)가 표면에 요철(凹凸)을 갖는 것이다. 이 요철(凹凸)은 한쪽 면에만 설치해도 되나, 양면에 설치하는 경우에는 코일엔드군(16a),(16b)과의 고착성이 좋고, 양자의 고정이 확실해지며, 또 냉각풍이 닿는 면적이 증가함으로써 냉각능력이 향상된다.

본 실시의 형태와 같이 차폐재(121)를 코일엔드군(16a),(16b)의 내주에 구비할 때, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주와 회전자(7)의 외주와의 사이에는 스페이스가 거의 없고, 상술한 요철(凹凸)은 0.2㎜ 정도로 극히 작게 형성된다. 이 때문에, 차폐재(121)의 표면을 건너가는 냉각풍에 관해 바람소음의 악화는 거의 볼 수 없다. 또, 표면거칠기가 높아지면 효과를 얻을 수 있고, 표면에 설치되는 요철(凹凸) 형상에 관해서 한정은 없다.

실시의 형태 4

도 13은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도이다. 도 14는 고정자의 요부단면도이다. 본 실시의 형태의 차폐재(131)는 도 14의 단면도에서 명백하게 표시되는 바와 같이 코일엔드군(16a),(16b)의 회전자(7)와 대향하는 내주면을 덮는 평탄부(131a)와 평탄부(131a)의 상단에서 뻗고, 코일엔드군(16a),(16b)의 축방향 단부를 덮는 만곡부(131b)로 된다.

본 실시의 형태에서는 코일엔드군(16a),(16b)의 회전자(7)와 대향하는 내주면에서 축방향 단부까지를 덮도록 차폐재(131)가 설치되어 있으므로, 냉각풍의 충돌을 더욱 매끄럽게 하고 간섭음 및 바람소음을 더욱 작은 것으로 할 수가 있다.

본 실시의 형태는 상술한 실시의 형태와 다르고, 코일엔드군의 정상부까지 차폐재(131)가 설치되어 있으므로, 에폭시 수지를 폐지해도 코일엔드 축방향 단부의 요철(凹凸)에 의한 간섭음의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명에 관한 교류발전기는 회전축에 끼워붙여지는 클로상자극 및 클로상자극에 설치된 냉각수단을 갖는 회전자와, 회전자와 대향배치된 고정자철심 및 고정자철심에 감겨진 고정자권선을 갖고 냉각수단에 의해 냉각되는 고정자와, 회전자 및 고정자를 지지하는 브래킷을 갖는 교류발전기에서, 브래킷내에는 냉각수단에 의한 통풍로가 설치되고, 고정자권선은 고정자철심의 단면에서 외측으로 뻗어나오는 코일엔드를 갖고 코일엔드의 적어도 내주면을 덮도록 차폐재가 설치되어 있다. 이때문에, 발전기내의 냉각통풍로를 매끄럽게 구성할 수가 있고, 고정자권선의 냉각성을 좋게 하는 동시에 바람소음을 저감할 수가 있다.

또, 차폐재는 주면에 구멍이 형성되어 있다. 이 때문에, 냉각능력이 향상되는 동시에 차폐재를 견고하게 고착할 수도 있다.

또, 치폐재는 표면에는 요철(凹凸)이 형성되어 있다. 이 때문에, 냉각능력이 향상되는 동시에 차폐재를 견고하게 고착할 수가 있다.

또 코일엔드를 덮는 차폐재는 코일엔드에 설치되는 제 1의 수지보다 열전도성이 양호한 제 2의 수지에 의해 고착되어 있다. 이때문에 고정자권선에서 차폐재에 열을 양호하게 전달할 수가 있고 고정자권선의 발열을 효과적으로 방열할 수가 있다.

또, 고정자의 적어도 한쪽 끝의 코일엔드에서 고정자권선의 소정 피치 떨어진 슬롯에 거치는 턴부가 원주방향으로 대략 동일형상으로 형성되어 있다.

이 때문에, 턴부의 원주방향의 요철(凹凸)이 적어지고, 스페이스 효율이 우수하며, 또 누설인덕턴스가 같고, 안정된 출력이 얻어지며, 또 발열이 같고, 온도가 균일해지며, 고정자권선의 온도가 저하된다.

또, 고정자의 적어도 한쪽 끝의 코일엔드에서 고성자권선의 소정 피치 떨어진 슬롯에 건너는 턴부에 의해 형성되는 원주방향으로 인접하는 턴부간의 공간이 대략 동일하게 형성되어 있다. 이 때문에, 냉각풍이 균일하게 통풍되고, 냉각성이 향상되는 동시에 통풍저항이 원주방향으로 균일화되며, 바람소음이 저감된다.

또, 고정자권선의 도체의 슬롯내에서의 단면형상이 슬롯형상을 따른 대략 구형형상이다. 이 때문에, 슬롯내의 점적율이 높여지고, 출력효율이 향상된다. 또, 소선과 고정자철심과의 접촉면적이 커지고, 열전도성이 높여지며, 고정자권선의 온도가 더욱 저하된다. 또, 슬롯내에서의 소선의 이동이 방지되고, 절연피막의 손상이 억제된다.

또 냉각수단의 냉각풍 하류측에 인접해서 코일엔드의 적어도 한쪽이 배치되어 있다. 이때문에 고정자권선을 효율 좋게 냉각할 수가 있다.

Claims

회전축에 끼워붙여지는 복수극의 클로상자극 및 이 클로상자극에 설치된 팬을 갖는 회전자와, 이 회전자와 대향배치된 고정자철심 및 이 고정자철심에 감겨진 고정자권선을 갖고 상기 팬에 의해 냉각되는 고정자와, 상기 회전자 및 상기 고정자를 지지하는 브래킷을 갖는 교류발전기에 있어서, 상기 브래킷내에는 상기 팬에 의한 통풍로가 설치되고, 상기 고정자권선은 상기 고정자철심의 단면에서 외측으로 뻗어나오는 코일엔드를 가지며, 상기 코일엔드의 적어도 내주면을 덮도록 차폐재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.
제 1항에 있어서, 상기 차폐재는 주면에 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.
제 1항에 있어서, 상기 차폐재는 표면에 요철(凹凸)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.