KR100455887B1 - 차량용 교류 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자의 온도상승을 억제할 수 있는 차량용 교류 발전기에 관한 것이다.

고정자코어(41)의 티스부(tooth portions)(42)의 폭 bt와 축방향길이 ht가 0.15<bt/ht<0.4를 만족할 수 있도록 형성되어 있다.

Description

차량용 교류 발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR}

본 발명은 차량용 교류 발전기에 관한 것으로, 특히 고정자권선의 코일엔드군 (coilend groups)과 고정자코어의 티스부(tooth portion)에 의해 형성되어있는 냉각풍의 통풍로(cooling airflow ventilation channels)에 냉각풍을 통풍시켜 고정자의 냉각성(cooling)을 높힌 차량용 교류 발전기에 관한 것이다.

도 22는 종래의 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이며, 도 23은 종래의 차량용 교류 발전기에 적용된 고정자를 나타낸 사시도이고, 도 24는 종래의 고정자코어의 제조방법을 설명한 개략도이며, 도 25는 종래의 고정자코어를 나타낸 평면도이다.

도 22 및 도 23에서, 종래의 차량용 교류 발전기는 알루미늄제 프론트 브래킷(Aluminum front bracket)(1)및 알루미늄제 리어브래킷(Aluminum rear bracket)(2)으로 구성된 케이스(case)(3)와, 그 케이스(3)내에 설치되고 그 단부에 풀리(pulley)(4)가 고정된 샤프트(6)와, 그 샤프트(6)에 고정된 란델형 회전자 (Lundell-type rotor)(7)와, 그 회전자(7)의 축방향 양단부에 고정된 냉각팬 (cooling fan)(5)과, 그 회전자(7)를 포위하도록 케이스(3)에 고정된 고정자 (stator)(8)와, 그 샤프트(6)의 타단부에 고정되어 회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링(slip ring)(9)과, 그 슬립링(9)의 표면에 슬상당딩(sliding)하는 한쌍의 브러시(brush)(10)와, 그 브러시(10)를 수납하는(accommodating) 브러시홀더 (brush holder)(11)와, 고정자(8)에 전기적으로 접속되고 고정자(8)에서 발생한 교류를 직류로 정류하는 정류기(rectifier)(12)와, 브러시홀더(11)에 끼운(fitting) 히트싱크 (regulator heat sink)(17)에 부착되어 고정자(8)에서 발생한 교류전압 크기를 조정하는 레귤레이터(regulator)(18)를 구비하고 있다.

회전자(7)는 전류를 흐르게하여 자속을 발생하는 계자권선(field winding) (13)과, 그 계자권선(13)을 커버하도록 설치되고 그 자속에 의해 자극 (magnetic pole)이 형성되어있는 한쌍의 폴코어(pole core)(20,21)를 구비하고 있다.

그리고, 한쌍의 폴코어(20,21)는 철로 이루어저 있고, 각각 최외경면(outer most diameter surface)형상을 거의 사다리꼴형상(trapezoidal shape)으로 하는 클로상자극(22,23)이 외주 가장장리부에서 원둘레 방향에 따라 등각피치로 돌설되어 있으며, 이들의 클로상자극(22,23)을 서로 맞물리도록 대향시켜 샤프트(6)에 고착되어 있다.

고정자(8)는 축방향과 평행하게 뻗은 슬롯(slot)(33)이 원주방향에 등각피치로 배치된 원통형상의 고정코어(15)와, 고정코어(15)의 슬롯(33)에 감겨진 고정자권선(16)으로 구성되어 있다.

그 고정자권선(16)은 절연피복된 원형단면의 동선재(cupper wire material)로 되어있는 전기도체로서의 도체선(29)을 3슬롯마다의 슬롯(33)에 파형상(wave shape)으로 감아서 되는 3상분의 파형권선으로 구성되어 있다.

그리고, 각상의 파형권선은 감겨진 슬롯(33)이 서로 1슬롯씩 오프셋되어 고정자코어(15)에 감겨져 있다.

또, 각상의 파형권선은 도체선(29)을 배분권선으로 감아서 형성되어 있다.

그 고정자(8)는 클로상자극(22,23)의 외주면과 고정자코어(15)의 내주면과의 사이에 균일한 에어갭(air gap)을 형성하도록 프론트브래킷(1)과 리어브래킷(2)에 지지되어 있다.

또, 회전자(7)의 자극수는 12이며, 고정자코어(15)에는 36개의 슬롯(33)이 형성되어 있다.

즉, 매 극(pole) 매 상(phase)당 슬롯수는 1이다.

그리고, 고정자권선(16)은 3상분의 파형권선을 교류결선(예로서 Y결선)한 3상교류권선으로 형성되어 있다.

여기서, 고정자코어(15)의 제조방법에 대하여 도 24를 참조하여 설명한다.

먼저, 길이가 긴 자성강판(30)이 프레스가공기(도시생략)에 공급되고, 티스부(tooth portions)(30a)와 기부(base portion)(30b)가 형성된다.

이어서, 그 자성강판(30)이 코어제조장치(도시생략)에 공급된다.

여기서, 핀(pin)(34)이 도 24에 나타낸 바와 같이 티스부(30a)와 기부(30b)로 형성되어 있는 간극(30c)에 맞물려서 자성강판(30)을 구부리면서 나선형상으로 겹쳐 감는다.

그리고, 자성강판(30)이 소정의 두께까지 적층된 후 절단된다.

이와 같이 하여 겹쳐서 감아올린 자성강판(30)의 외주부가 용접되어 도 25에 나타낸 고정자코어(15)를 얻는다.

여기서 감아올린 자성강판(30)에서는 티스부(30a)와 기부(30b)가 각각 적층방향으로 중첩되어 있다.

이와 같이 하여 제작한 고정자코어(15)에서는 도 25에 나타낸 바와 같이 원통형상의 기부(32)와 각각 기부(32)의 내주면에서 축심으로 향하도록 뻗어서 설치된 티스부(31)와, 기부(32)와 서로 이웃하여 결합되어 있는 티스부(31)에 의해 형성된 슬롯(33)을 구비하고 있다.

그리고, 티스부(31)는 기부(32)의 내주면에 등각피치로 배열되어 있다.

이와 같이 하여 구성된 종래의 차량용 교류 발전기에서는 배터리(도시생략)로 부터 브러시(brush)(10), 슬립링(silp ring)(9)을 통하여 계자권선(13)에 전류가 공급되어 자속이 발생한다.

이 자속에 의해, 폴코어(20)의 클로상자극(22)이 N극으로 자화되고, 폴코어(21)의 클로상자극(23)이 S극으로 자화된다(magnetized).

한편, 풀리(pulley)(4)가 엔진에 의해 구동되고 샤프트(6)에 의해 회전자 (7)가 회전된다.

이 회전자(7)의 회전에 의해 회전자계가 고정자코어(15)에 인가되고, 고정자권선 (16)에 기전력이 발생한다.

그리고, 고정자권선(16)에 발생한 교류의 기전력이 정류기(12)에 의해 직류로 정류됨과 동시에 그 출력전압의 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정되며, 배터리에 충전된다.

여기서, 계자권선(13), 고정자권선(16), 정류기(12) 및 레귤레이터(18)는 발전중에 항상 발열되고 있으며, 정격출력전류 100A 클라스(class)의 차량용 교류 발전기에서는 온도가 높은 회전지점(rotational frequencies)에서 각각 60W, 500W, 120W, 6W의 발생열량이 있다.

그리고, 발전에 의해 발생하는 열을 냉각하기 위하여 흡기공(1a,2b)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 축방향 단면에 뚫여서 설치되고, 배기공(1b,2b)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 직경방향측면에 고정자권선(16)의 코일엔드군)(16f, 16r)에 상대하도록 뚫여서 설치되어 있다.

이것에 의해, 회전자(7)의 회전에 따라 냉각팬(5)이 회전 구동되고, 외기(external air)가 흡기공(1a,2a)에서 케이스(3)내에 흡기되어 축방향으로 회전자(7)측에 흐르고, 그 다음에 냉각팬(5)에 의해 원심방향으로 구부러지며, 그 다음으로 코일엔드군(coliend groups)(16f,16r)을 가로질러서(cross), 배기공(1b,2b)에서 외부로 배기되는 냉각풍 유로(cooling airflow channel)가 형성된다.

또, 회전자(7)의 프론트측(front end) 및 리어측(rear end)의 압력차에 의해 그 프론트측에서 회전자(7)의 안을 통하여 리어측으로 흐르는 냉각풍유로가 형성된다.

그 결과, 고정자권선(16)에서 발생한 열이 코일엔드군(16f,16r)에서 냉각풍이 방열되고 고정자(8)의 온도상승이 억제된다.

또, 정류기(12)와 레귤레이터(18)에서 발생한 열이 히트싱크 (rectifier heat sink)(12a)를 통하여 냉각풍으로 방열되고, 정류기(12)와 레귤레이터(18)의 온도상승이 억제된다.

또, 계자권선(13)에서 발생한 열이 회전자(7)내를 흐르는 냉각풍으로 방열되어 회전자(7)의 온도상승이 억제된다.

이와 같이 구성된 종래의 차량용 교류 발전기에서는 최대의 발열부품인 고정자권선(16)의 온도상승을 억제시키는 것이 중요하게 되어 있다.

그리고, 냉각팬(5) 및 회전자(7)에 의해 형성되는 냉각풍이 직경방향의 내원주측에서 고정자권선(16)의 코일엔드군(16f,16r)을 통풍함으로써, 고정자권선(16)에서의 발열이 코일엔드군(16f,16r)에서 냉각풍으로 방열시켜 고정자(8)의 온도상승을 억제시킨다.

여기서, 실제의 교류발전기에서는 최악의 운전조건하에서의 분위기 온도는 90℃이다.

또, 고정자코어(15)의 슬롯(33)내에 함침되어 고정자코어(15)와 고정자권선 (16)을 결합하는 와니스(varnish)의 연화온도는 230℃이다.

그래서, 분위기 온도상승에 의한 계자전류저하에 의한 출력저하를 고려할때, 분위기온도 90℃에서의 상승온도값을 140℃ 이하로 억제하면 최악의 운전조건으로 되어도 고정자(8)의 온도가 와니스의 연화온도를 초과하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 분위기온도 90℃에서의 온도상승값 140℃는 분위기온도 20℃에서의 온도상승값 170℃에 대응한다.

그리고, 와니스가 연화온도에 도달하면 열열화가 촉진됨과 동시에 고정자코어(15)와 고정자권선(16)의 결합이 이완된다(loosened).

고정자코어(15)와 고정자권선(16)의 결합이완은 고정자권선(16)의 도체선 (29)과 고정자코어(15)와의 마찰(rubbing)을 초래하여 도체선(29)의 절연피막을 손상시켜 전기절연성을 악화시킨다.

그래서, 본 발명자는 고정자권선(16)의 코일엔드군(16f,16r)과 고정자코어 (15)의 단면사이의 간극을 통풍하는 통풍로로 착안하여 그 통풍로를 규정하는 티스부(31)의 폭 bt와 직경방향길이 ht의 비(bt/ht)가 고정자권선(16)의 냉각성에 영향을 준다는 것을 확인하였다.

그러나, 지금까지 티스부(31)의 폭 bt와 직경방향길이 ht의 비(bt/ht)에 대하여 어떠한 고려도 없었다.

그리고, 종래의 차량용 교류 발전기에서는 예로서 도 26에 나타낸 바와 같이 bt/ht≒0.42의 고정자코어(15)(bt=4.8mm, ht=11.4mm)가 사용되었다.

그 차량용 교류 발전기를 전부하에서 발전시켜 출력이 안정된 상태에서 고정자(8)의 포화온도를 측정하고, 포화온도의 실험분위기온도(20℃)에서의 온도상승값을 산출한 바 173℃가 되었다.

따라서, 종래의 차량용 교류 발전기에서는 최악의 운전조건에서는 고정자(8)의 온도가 와니스의 연화온도를 초과해 버리고 열열화가 촉진되며, 또 전기절연성이 악화되는 기술적인 문제가 있었다.

본 발명은 위에서와 같은 기술적인 문제를 해결하기 위한 것으로, 티스부의 폭 bt와 직경방향길이 ht의 비(bt/ht)를 적정하게 설정하여 고정자권선의 방열성을 향상시키고, 최악의 운전조건에서도 고정자온도를 와니스의 연화온도 이하로 하여 열열화내력을 향상시켜서 전기절연성의 악화를 억제할 수 있는 차량용 교류 발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자코어를 나타낸 요부확대평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자권선을 구성하는 1상분권선(one winding phase portion)을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부 측면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기에서 고정자 코어(stator core)의 bt/ht와 고정자의 온도상승값과의 관계를 나타낸 그라프이다.

도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이다.

도 8은 본 발명의 실시예 2에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸요부측면도이다.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시예 4에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이다.

도 11은 본 발명의 실시예 4에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부측면도이다.

도 12는 본 발명의 실시예 4에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자권선을 구성하는 1상분의 권선을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 13은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이다.

도 14는 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부측면도이다.

도 15는 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자권선의 권선구조를 설명하는 요부사시도이다.

도 16은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자권선의 권선구조를 설명하는 사시도이다.

도 17은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자의 제조방법 설명도이다.

도 18은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자의 제조방법 설명도이다.

도 19는 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자의 고정자권선에 적용되는 권선아셈블리(winding assembly)를 나타낸 평면도이다.

도 20은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자의 제조방법 설명도이다.

도 21은 본 발명의 실시예 6에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자의 고정코어를 나타낸 요부확대평면도이다.

도 22는 종래의 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이다.

도 23은 종래의 차량용 교류 발전기에 적용되는 고정자를 나타낸 사시도이다.

도 24는 종래의 고정자코어의 제조방법을 설명하는 개략도이다.

도 25는 종래의 고정자코어를 나타낸 평면도이다.

도 26은 종래의 고정자코어를 나타낸 요부확대평면도이다.

<도면에 나타낸 주요부분의 부호설명>

1: 프론트브래킷(front bracket) 2: 리어브래킷(rear bracket)

1b,2b: 배기공 3: 케이스(case)

5: 냉각팬(cooling fan) 5a:블레이드(blade)

6: 샤프트(shaft) 7: 회전자(rotator)

13: 계자권선(field winding) 16,16A.16B,16C: 고정자권선

16f,16r: 코일엔드군(coilend group) 22,23: 클로상자극

29: 도체선(전기도체) 30: 자성강판

40,40A,40B,40C: 고정자 41,41A,41B,41C,41D: 고정자코어

42,42A,42B,42C,42D,42D₂: 티스부(tooth portion)

43,43A,43B,43C,43D: 기부(base portion)

44,44A,44B,44C,44D: 슬롯(slot)

50: 제1도체세그멘트(전기도체) 51: 제2도체세그멘트(전기도체)

60: 연속도체선(전기도체) 100,100A,100B,100C: 통풍로

본 발명에 따른 차량용 교류발전기는, 케이스(case)에 회전할 수 있도록 지지되어있는 샤프트 (shaft)와, 전류를 흐르게 하여 자속(magnetic flux)을 발생하는 계자권선(field winding)과, 이 자계권선의 외주측(outer circumferential side)에 원주방향으로 배설되어 이 자계권선에서 발생한 자속에 의해 자화되는 다수의 클로상자극(a plurality of claw-shaped magnetic poles)을 가지고, 그 샤프트에 고정된 회전자와, 축방향으로 뻗어 있는 슬롯이 원주방향으로 배열(lining up)되도록 다수개 형성되며, 그 회전자를 내포(envelop)하도록 그 케이스에 지지된 원통형상 고정자코어(cylindrical stator core)와, 이 고정자코어에 감겨진 고정자권선을 가진 고정자를 구비하고, 고정자코어는 자성강판을 적층하여 구성되며 원통형상기부와, 이 기부에서 축심쪽으로 향하여 뻗어서 설치되어 있는 다수의 티스부와, 그 기부 및 이웃하는 티스부에 의해 형성된 다수의 슬롯을 가지고, 그 회전자의 회전에 의해 냉각풍이 직경방향의 내주측에서 통풍되는 통풍로가 고정자권선의 코일엔드군과 고정자코어의 티스부에 의해 형성되며, 티스부의 직경방향 ht와 폭 bt가 0.15<bt/ht<0.4를 만족하도록 형성함을 특징으로 하는 차량용 교류 발전기에 관한 것이다.

또, 이 발명에서 냉각팬이 회전자의 축방향 단면에 고착되어 있는 것이다.

또, 배기공이 케이스의 직경방향 측면에 통풍로에 대응하도록 형성되어 있는 것이다.

또, 냉각팬의 블레이드(blade)의 축방향 전역이 코일엔드군을 직경방향으로 거의 다 중첩되어 있는 것이다.

또, 고정자권선이 분배권선(distributed winding)으로 고정자코어에 감겨져 있는 것이다.

또, 고정자권선은 전기도체를 소정의 슬롯마다에 슬롯내에 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 갖도록 감겨진 다수의 권선으로 구성될 수 있는 것이다.

또, 슬롯은 매 극(pole) 매 상(phase)당 2개이상의 비율로 형성될 수 있는 것이다.

또, 통풍로의 배열피치(pitch)가 부등피치(non-uniform pitch)이다.

실시예

아래에서 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자코어를 나타낸 요부확대 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자권선을 구성하는 1상분의 권선을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부측면도이다.

각 도면에 있어서 도 22~도 26에 나타낸 종래의 차량용 교류 발전기와 동일 또는 그 대응하는 부분에는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도1 ~ 도5에 있어서, 고정자(40)는 원통형상의 고정자코어(41)와, 고정자코어 (41)에 감겨진 고정자권선(16)으로 구성되어 있다.

이 고정자(40)는 클로상자극(22,23)의 외주면과 고정자코어(41)의 내주면 사이에 균일한 에어갭(air gap)을 형성하도록 프론트브래킷(front bracket)(1)과 리어브래킷(rear bracket)(2)에 지지되고 고정되어 있다(fitting).

그 다음으로, 고정자(40)의 구조에 대하여 구체적으로 설명한다.

고정자코어(41)는 종래의 고정자코어(15)와 동일하게 자성강판(30)을 적층시켜 제작되어 있으며, 원통형상의 기부(43)와, 각각의 기부(43)의 내주면에서 축심(axial center)으로 향하도록 형성되어있는 티스부(tooth portions)(42)와, 기부(43)와 인접한 티스부(42)에 의해 구성된 슬롯(slot)(44)을 구비한다.

그리고, 티스부(42)는 기부(43)의 내주면에 등각피치(even angular pitch)로 배열되어 있다.

각 티스부(42)는 bt/ht=0.35(bt=4mm, ht =11.4mm)로 형성되어 있다.

또, 슬롯(4)은 회전자(7)의 자극수 12에 대하여 36개가 형성되어 있다.

즉, 매 극(pole) 매 상(phase)당 슬롯수는 1이다.

고정자권선(16)은 절연피복된 원형단면의 동선재(copper wire material)로 된 전기도체로서의 도체선(29)을 3개 슬롯마다의 슬롯(44)에 파형형상으로 감아서 되는 3상분의 권선(45)을 교류결선(예로서 Y결선)한 3상 교류권선으로 구성되어 있다.

각 권선(45)은 도체선(29)을 소정회 감은 파형상 권선으로 구성되어 있으며, 도 4에 나타낸 바와 같이 3슬롯피치(3P)에 배열된 12개의 슬롯수납부(slot housed portions)(45a)와, 인접한 슬롯수납부(45a)의 반의 단부끼리 축방향 양측에서 교대로 연결하며, 또 나머지 반의 단부끼리를 축방향 양측에서 교대로 연결하는 연결부(45b)로 이루어진 파형형상 패턴의 분배권선(distributed winding)으로 형성되어 있다.

이 권선(45)은 슬롯수납부(45a)를 3개 슬롯마다 슬롯(44)에 수납하여 고정자코어(41)에 권장되어 있다.

그리고, 인접한 슬롯수납부(45a)의 단부끼리를 연결하는 연결부(45b)가 고정자코어(41)의 축방향 외측에 원주방향으로 뻗어 있고 코일엔드군을 구성하고 있다.

이 때, 1개의 슬롯(44)에서 뻗어 있는 연결부(45b)를 그 반이 원주방향의 일측으로 뻗어서 원주방향 일측의 인접한 슬롯(44)으로 들어가며, 나머지 반이 원주방향의 타측으로 뻗어서 원주방향 타측의 인접슬롯(44)에 들어가게된다.

그리고, 3개의 권선(45)이 삽입되어있는 슬롯(44)을 서로 원주방향으로 1슬롯피치(1P)에 의해 오프셋(offset)하여 직경방향에서 3층으로 겹처져서(stack), 고정자코어(41)에 권장되어 있다.

3상의 권선(45)의 코일엔드(연결부(45b))가 고정자권선(16)의 코일엔드군 (16f,16r)을 구성한다.

또한, 도면에 나타내지 아니하였으나, 와니스(varnish)가 고정자권선(16)을 수납한 슬롯(44)내에 함침되어있으며, 고정자권선(16)이 고정자코어(41)에 고착되어 있다.

이와 같이 구성된 고정자(40)는 도5에 나타낸 바와 같이 코일엔드군 (16f,16r)과 고정자코어(41)의 티스부(42)에 의해 형성되어있는 통풍로(100)가 원주방향으로 배열되어 있다.

그리고, 배기공(1b,2b)이 프론트브래킷(front bracket)(1)과, 리어브래킷 (rear bracket)(2)의 직경방향 측면에 통풍공(100)에 대응하도록 형성되어 있다.

또한, 다른 구성은 도 22~도 26에 나타낸 차량용 교류 발전기와 동일하다.

이 실시예 1에 의하면, 고정자코어(41)의 티스부(42)의 폭 bt와 직경방향길이 ht의 비(bt/ht)를 0.35로 하고 있으므로, bt/ht=0.42인 종래의 고정자(8)와 비하여 좁은 통풍로(100)가 형성된다.

여기서, 냉각팬(5)에 의한 냉각풍이 좁은 통풍로(100)를 통하여 통풍되기 때문에 냉각풍의 속도가 빠르게 되고, 고정자권선(16)의 발열이 냉각풍에 효과적으로 방열되며, 고정자(40)의 온도상승이 억제된다.

또, 고정자(40)의 온도상승이 억제되므로, 출력을 향상시킨다.

더 나아가서, 최악의 운전조건에서도 와니스의 연화(softening)에 기인하는 열열화(heat degradation)를 억제시킴과 동시에 고정자권선(16)의 도체선(29)과 고정자코어(41)와의 마찰(rubbing)에 기인되는 도체선(29)의 절연피막의 손상도 방지되고 전기절연성이 향상된다.

또, 냉각팬(5)이 회전자(7)의 축방향 단면에 고착되어 있으므로, 냉각풍이 냉각팬(5)에 의해 통풍로(100)에 강제적으로 불어넣게되고 코일엔드군(16f,16r)의 냉각성이 높아진다.

또, 배기공(air discharge apertures)(1b,2b)이 통풍로(100)에 대응하여 설정되어 있기 때문에, 통풍로(100)를 유통하는 냉각풍이 배기공(1b,2b)에서 신속하게 배출된다.

따라서, 통풍저항이 감소되고 코일엔드군(16f,16r)의 냉각성이 높아짐과 동시에 풍음(wind noise)이 감소된다.

또, 고정자코어(41)가 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)에 고정(fitting)되어 있으므로 고정자권선(16)의 발열이 고정자코어(41)를 통하여 프론트브래킷 (1)과 리어브래킷(2)에 절단된다.

그리고, 프론트브래킷(1)과 리어브래킷(27)에 전단된 열이 배기공(1b,2b)을 유통하는 냉각풍으로 방열된다.

그리고, 고정자(40)의 온도저하가 촉진된다.

또, 고정자권선(16)을 구성하는 각상의 권선(45)은 분배권선(distributed winding)으로 구성되어 있으므로, 각 권선(45)의 슬롯(44)에서 뻗어나오는 연결부(45b)(코일엔드)가 원주방향 양측으로 반씩 분배된다.

여기서, 연결부(45b)의 번들(bundles)이 가늘어지기 때문에(thin), 통풍로 (100)의 내벽면 요철(irregularities)이 감소되고 코일엔드군(16f,16r)의 냉각성이 높아진다.

여기서, 고정자코어(41)의 폭 bt와 직경방향길이 ht의 비(bt/ht)와 고정자의 온도상승값과의 관계를 검토한다.

여기서, bt/ht를 바꾼 고정자를 장착한 차량용 교류 발전기를 안정성있는 출력상태하에서 전부하(full load)로 발전시키고, 출력이 안정한 상태에서 고정자의 포화온도를 측정하여 포화온도의 실험분위기온도 (20℃)로 부터의 온도상승값을 도 6에 나타낸다.

또한, 도 6에서 횡측에 bt/ht를 나타내고, 종축에 고정자의 실험분위기온도(20℃)로부터의 온도상승값(℃)를 나타낸다.

또, 고정자의 포화온도는 3000, 3500, 4000, 4500 및 5000r/min으로 운전시켜서 고정자의 각 포화온도를 측정하며, 그 최대값을 포화온도로 하고 있다.

도 6에서, 고정자의 온도상승값은 bt/ht =0.27을 변곡점으로 하는 곡선을 취한다.

그리고, 0.15 < bt/ht <0.27의 영역에서는 bt/ht의 감소와 함께 고정자의 온도상승값이 완만하게 증가하며, bt/ht < 0.15의 영역에서는 bt/ht의 감소와 함께 고정자의 온도상승값이 급격하게 증가하고 있다.

한편, 0.27 < bt/ht < 0.4의 영역에서는 bt/ht의 증가와 함께 고정자의 온도상승값이 완만하게 증가하며, 0.4 < bt/ht의 영역에서는 bt/ht의 증가와 함께 고정자의 온도상승값이 급격하게 증가하고 있다.

그리고, 0.15 < bt/ht <0.4의 영역에서 고정자의 온도상승값이 170℃ 이하로 억제되어 있다.

이것은 bt/ht가 0.27 이하로 되면 통풍로(100)가 좁아지게 되고, 통풍로(100) 내를 유통하는 냉각풍의 속도가 빨라져서 통풍로(100)를 구성하는 코일엔드군의 내벽면에서 냉각풍으로의 열전달이 촉진되나, bt/ht < 0.15로 되면, 통풍로(100)가 너무 좁아저 통풍로(100) 내를 유통하는 냉각풍의 풍량이 대단히 적어지게 되어 냉각풍의 속도저하를 초래하여 냉각성을 악화시킨 것으로 추측된다.

또, bt/ht가 0.27 보다 더 커지면 통풍로(100)의 통풍저항이 격감되어 냉각풍의 풍량이 증가한다.

결과적으로, 냉각풍의 속도가 빠르게 되어 통풍로(100)를 구성하는 코일엔드군의 내벽면에서 냉각풍으로의 열전달이 촉진되나, 0.4 < bt/ht로 되면 통풍로(100)의 통풍단면적이 너무 넓어져서 냉각풍의 속도저하를 초래하여 냉각성을 악화시키는 것으로 추측된다.

그래서, 와니스(varnish)의 연화온도가 230℃이므로, 분위기 온도상승에 의한 계자전류의 저하에 의한 출력저하를 고려하면, 분위기온도 90℃에서의 온도상승값을 140℃ 이하로 억제하면 최악의 운전조건으로 되어도 고정자의 온도가 와니스의 연화온도를 초과하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 분위기온도 90℃ 에서의 온도상승값 140℃는 분위기온도 20℃에서의 온도상승값 170℃에 대응한다.

따라서, 와니스의 연화를 고려할 때, 도 6으로부터, 0.15 < bt/ht < 0.4에서 설정하는 것이 바람직하다.

이것에 의해 열열화내력이 향상되는 동시에 고정자권선(16)과 고정자코어 (41)의 결합이완에 기인하는 전기절연성 악화가 억제되는 차량용 교류 발전기를 실현시킬 수 있다.

또, 도 6으로부터, 0.22 ≤ bt/ht ≤ 0.32에서 고정자의 온도상승값이 166.3℃~165℃에서 안정성이 있다는 것을 알 수 있다.

여기서, 0.22≤bt/ht≤0.32로 설정함으로써 고정자의 온도가 안정되어 억제되므로 고출력의 차량용 교류 발전기를 실현할 수 있다.

더욱이, 실시예 1에서는 3슬롯마다의 슬롯(44)에 하나의 슬롯(44)으로부터 뻗어나오고, 그 반이 원주방향 일측에 뻗어서 원주방향 일측의 인접한 슬롯(44)에 들어가며, 그 나머지의 반이 원주방향 타측으로 뻗어서 원주방향 타측의 슬롯(44)에 들어가도록 권장한 분배권선(distributed winding)으로 각상의 권선을 구성하나, 3슬롯마다 슬롯(44)에 하나의 슬롯(44)으로부터 뻗어나오고, 원주방향 일측에 뻗어서 원주방향 일측의 인접한 슬롯(44)에 들어가도록 권장한 파형형상 권선으로 각상 권선을 구성하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예 2

도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예 2에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부 측면도이다.

도 7 및 도 8에서, 고정자(40A)는 고정자코어(41A)와, 이 고정자코어(41A)에권장한 고정자권선(16A)으로 구성되어 있다.

고정자코어(41)는 실시예 1에서의 고정자코어(41)와 동일하게 제작되며, 그 기부(43A)에서 뻗어서 형성된 각 티스부(42A)는 bt/ht = 0.25(bt 22.5mm, ht = 10.0mm)로 형성되어 있다.

또, 고정자코어(41A)에는 72개의 슬롯(44A)이 형성되어 있다.

여기서, 회전자(7)의 자극수가 12이므로 매 극 매 상당 슬롯수는 2로 된다.

고정자권선(16A)은 절연피복된 원형단면의 동선재로 된 도체선(29)을 6슬롯마다의 슬롯(44A)에 파형형상으로 권장하여 되는 6상분의 권선(45A)을 3상분씩 교류결선(예로서 Y결선)한 2개의 3상 교류권선으로 구성되어 있다.

각 권선(45A)은 도체선(29)을 소정회 감은 파형권선으로 구성되어있으며, 6슬롯피치로 배열된 12개의 슬롯수납부(45a)와, 인접슬롯수납부(45a)의 반의 단부끼리 축방향 양측에서 교대로 연결하며, 또 나머지 반의 단부끼리를 축방향 양측에서 교대로 연결하는 연결부(45b)로 구성되는 파형상 패턴의 분배권선으로 형성되어 있다.

또한, 권선(45A)은 도 4에 나타낸 권선(45)의 슬롯수납부(45a)의 배열피치가 6슬롯피치로 구성되어 있다.

권선(45A)은 슬롯수납부(45a)를 6슬롯피치로 배열된 슬롯(44A)의 각각에 수납하여 고정자코어(41A)에 권장되어 있다.

그리고, 6개의 권선(45A)이 서로 원주방향으로 1슬롯피치(1P)만큼 오프셋 (offset)되도록 하여 직경방향으로 6층으로 중첩되어 고정자코어(41A)에 권장되어 있다.

6개의 권선(45A)의 코일엔드(연결부(45b))가 고정자권선(16A)의 코일엔드군 (16f. 16r)을 구성한다.

이와 같이, 구성된 고정자(40A)에 있어서도 코일엔드군(16f,16r)과 고정자코어(41A)의 티스부(42A)에 의해 형성된 통풍로(100A)가 원주방향으로 배열되어 있다.

또, 도면에 나타내지 아니하였으나 와니스가 고정자권선(16A)을 수납한 슬롯(44A)내에 함침되어 있고 고정자권선(16A)이 고정자코어(41A)에 고착되어 있다.

또한, 다른 구성은 실시예 1에서와 같이 구성되어 있다.

실시예 2에 의하면, 고정자코어(41A)의 티스부(42A)가 bt/ht = 0.25로 형성되어 있기 때문에, bt/ht = 0.35로 형성되어있는 실시예 1과 비교하여 코일 엔드군(16f, 16r)으로부터 방열성이 크고 고정자(40A)의 온도상승을 억제시킬 수 있다.

또, 슬롯(44A)이 매 극 매 상당 2개의 비율로 형성되어 있으므로, 코일엔드군 (16f,16r)과 고정자코어(41A)의 단면사이에 형성되는 통풍로(100A)의 수가 실시예 1과 비교하여 2배로 되며, 고정자(40A)의 온도상승이 억제됨과 동시에 풍소음이 저감된다.

실시예 3

실시예 3은 도 9에 나타낸 바와 같이 냉각팬(5)의 블레이드(blade)(5a)의 축방향 전역이 거의 코일엔드군(16f,16r)과 직경방향으로 중첩되어 있는 것이다.

또, 다른 구성은 실시예 2와 같이 구성되어 있다.

실시예 3에 의하면, 냉각팬(5)의 블레이드(5a)의 축방향 전역이 거의 코일엔드군(16f,16r)과 직경방향으로 중첩되어 있으므로, 냉각팬(5)에 의한 냉각풍이 코일엔드군(16f,16r)에 확실하게 공급되고, 코일엔드군(16f,16r)의 냉각성이 향상된다.

또, 냉각팬(5)의 배출측을 코일엔드군(16f,16r)에 의해 차폐되어 있으므로, 음의 방산을 차단하는 효과가 발생하여 풍음이 저감된다.

실시예 4

도 10은 본 발명의 실시예 4에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시예 4에 의한 차량용 교류 발전기의 고정자를 나타낸 요부 측면도이며, 도 12는 도 10의 고정자에서의 고정자권선의 1상분의 권선구조를 설명하는 요부사시도이다.

도 10~도12에서, 고정자(40B)는 고정자코어(41B)와 그 고정자코어(41B)에 감겨진 고정자권선(16B)으로 구성되어 있다.

고정자코어(41B)는 실시예 2에서의 고정자코어(41A)와 동일하게 제작되어 있고, 그 기부(43B)에서 뻗어서 설치된 각 티스부(42B)는 bt/ht = 0.25(bt=2.5mm, ht=10.0mm)로 형성되어 있다.

또, 고정자코어(41B)에는 96개의 슬롯(44B)이 형성되어 있다.

여기에서는, 자극수가 16개의 회전자를 사용하고 있으며, 매 극 매 상당 슬롯수는 2이다.

고정자권선(16B)은 절연피복된 구형단면(rectangular cross section)의 동선재(copper wire material)로 된 다수의 도체세그멘트(50,51)를 슬롯(44B)에 삽입하고, 도체세그멘트(50,51)의 개방단부 끼리를 접합하여 형성된 6상의 권선(45B)을 3상분씩 교류결선(예로 Y결선)한 2개의 3상 교류권선으로 구성되어 있다.

또한, 다른 구성은 실시예 2에서와 같이 구성되어 있다.

다음으로, 고정자권선(16B)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

1상분의 권선(45B)은 다수의 제1도체세그멘트(50)와 제2도체세그멘트(51)로 구성되어 있다.

제1도체세그멘트(50)는 절연 피복된 단면구형(rectangular)의 길이가 짧은 동선재를 절곡하여 한쌍의 슬롯수납부(50a)가 원주방향에 6슬롯피치(6P)로 떨어져서 대향하며, 또 턴부(turn portion)(50b)에 의해 직경방향으로 제1도체 세그멘트(50)의 폭(W)만큼 오프셋(offset)된 거의 U자 형상으로 형성되어 있다.

또, 제2도체세그멘트(51)는 절연피복된 단면구성(rectanglar)의 길이가 짧은 동선재를 절곡하여 한쌍의 슬롯수납부(51a)가 원주방향으로 6슬롯피치(6P) 떨어져서 대향하며 또 턴부(51b)에 의해 직경방향으로 소정량 오프셋(offset)된 거의 U자형상으로 성형되어 있다.

이 한쌍의 슬롯수납부(51a)의 직경방향의 오프셋 량(amount of radial offset)은 2개의 슬롯수납부(50a)가 수용될 수 있는 양에 대응한다.

제1도체세그멘트(50)는 고정자코어(41B)에 6슬롯(six slots) 떨어진 각 슬롯(44B)쌍으로 리어측(rear end)에서 삽입되며, 프론트측(front end)에서 외측으로 뻗어나온 개방단부(50c)가 외측으로 벌어진 형상(splayed shape)으로 구부러진다.

이때, 각각의 제1도체세그멘트(50)는 쌍을 이루는 한쪽의 슬롯(44B)의 슬롯깊이방향(직경방향으로 일치)의 2번째 위치("2번지")와, 다른쪽의 슬롯(44B)의 슬롯깊이방향의 3번째 위치("3번지")에 삽입된다.

제2도체세그멘트(51)는 제1도체세그멘트(50)가 삽입되어있는 각각의 슬롯(44B)쌍으로 리어측(rear end)에서 삽입되며, 프론트측(front end)으로 뻗어나온 개방단부(51c)가 외측으로 벌어진 형상(splayed shape)으로 구부러진다.

이때, 각각의 제2도체세그멘트(51)는 쌍을 이루는 한쪽의 슬롯(44B)의 슬롯깊이방향의 4번째 위치["4번지": 최심부(最深部)]와, 다른쪽의 슬롯(44B)의 슬롯깊이방향의 1번째 위치["1번지": 최천부(最淺部)에 삽입된다.

그리고, 1번지에서 프론트측에 뻗어나오는 제2도체세그멘트(51)의 개방단부(51c)와 2번지에서 프론트측에 뻗어나오는 제1도체세그멘트(50)의 개방단부(50c)가 직경방향으로 배열되어 용접(welding), 납땜(soldering)등에 의해 서로 접합되어 있다.

이것에 의해, 다수의 제1 및 제2 도체세그멘트(50,51)를 연결하여 형성된 각각 1턴(turn)의 4개 권선이 형성된다.

그리고, 4개의 권선은 직렬로 접속하여 4턴(turn)의 1상분 권선(45B)이 구성된다.

여기서, 4개의 슬롯수납부(50a,51a)가 슬롯(44B)내에 구형단면(rectangular)의 길이방향을 슬롯깊이방향으로 일치시켜 1열(one row)로 배열(lining up)되게 수납되어 있다.

리어측(rear end)에서는 턴부(turn portions)(50b,51b)가 2층으로 중첩되어 원주방향에 6슬롯피치로 배열되어 있다.

프론트측(front end)에서는 개방단부(50c,51c)의 접합부(53)가 직경방향으로 배열되어 원주방향에서 2열(two rows)로 6슬롯피치(pitch 6 slots)로 배열되어 있다.

더욱이, 턴부(50b,51b)가 코일엔드를 구성하고 접합부(53)에 의해 연결되어있는 개방단부(free end portions)(50c,51c)가 코일엔드(coil ends)를 구성한다.

그리고, 6상분의 권선(45B)이 서로 원주방향으로 1슬롯씩 오프셋되어 고정자코어(41B)에 권장되어 고정자(40B)를 구성하고 있다.

접합부(53)에 의해 연결된 개방단부(50e,51c)가 2열로 되어 원주방향으로 1슬롯피치로 배열되어, 프론트측의 코일엔드군(16f)을 구성하고 있다.

또, 2층으로 중첩된 턴부(50b,51b)가 원주방향으로 1슬롯피치로 배열되어 리어측의 코일엔드군(16r)을 구성하고 있다.

그리고, 코일엔드군(16f,16r)과 고정자코어(41B)의 단면사이에 통풍로 (100B)가 형성되어 있다.

또, 각상의 권선(45B)을 구성하는 각각의 제1 및 제2도체세그멘트(50,51)는 하나의 슬롯(44B)내의 내층에서 고정자코어(41B)의 단면측에 뻗어나오고, 접어굽혀져서(folding over) 6슬롯(six slots) 떨어진 슬롯(44B)내의 외층에 들어가도록 파형권선(wave winding)으로 권장되어 있다.

실시예 4에서 기부(43B)로부터 뻗어서 설치된 각 티스부(42B)는 bt/ht = 0.25로 형성되어 있으므로, 실시예 2와 동일하게 고정자(40B)의 온도상승을 억제시킬 수 있다.

또, 접합부(53)에 의해 연결된 개방단부(50c,51c)가 2열로 되어 원주방향으로 정연하게(neatly) 배열되어 코일엔드군(16f)을 구성하며, 턴부(50b,51b)가 2층으로 형성하고 원주방향으로 정연하게 배열되어 코일엔드군(16r)을 구성하고 있다.

이것에 의해 통풍로(100B)에 통풍하는 냉각풍에 대하여 노출되어 있는 제1 및 제2 도체세그멘트(50,51)의 면적이 커지기 때문에 실시예 2와 비교하여, 고정자의 냉각성이 향상된다.

또, 통풍로(100B)가 원주방향으로 균일하게 배열되고, 통풍로(100B)가 거의 동일한 형상으로 형성되어있기 때문에 코일엔드군(16f,16r)이 균형있게 냉각되며, 실시예 2와 비교하며 고정자의 냉각성이 향상되고 풍소음(wind noise)이 감소된다.

실시예 5

도 13은 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기에 적용되는 고정자를 나타낸 사시도이고, 도 14는 본 발명의 실시예 5에 의한 차량용 교류 발전기에 적용되는 고정자를 나타낸 요부측면도이며, 도 15 및 도 16은 각각 도 13에 나타낸고정자의 고정자권선의 권선구조를 설명한 요부사시도이다.

실시예 5에서는 전기도체로서 절연피복된 단면구형(rectangular)의 동선재로 이루어진 연속도체선(60)을 사용하고 있다.

도 13 및 도 14에서, 고정자(40C)는 고정자코어(41C)와 그 고정자코어(41C)에 권장된 고정자권선(16C)으로 구성되어있다.

고정자코어(41C)에는 그 기부(43C)에서 뻗어서 설치된 각각의 티스부(42C)가 bt/ht=0.25(bt=2.5mm, ht=10.0mm)로 형성되어 있다.

또, 고정자코어(41C)는 96개의 슬롯(44C)이 형성되어 있다.

여기서는 자극수 16의 회전자를 사용하고 있으며 매 극 매 상당 슬롯수는 2이다.

고정자권선(16C)은 연속도체선(60)을 6슬롯마다의 슬롯(44C)에 파형상으로 권장하여 되는 6상분권선(45C)을 3상분씩 교류결선(예로 Y결선)한 2개의 3상 교류권선으로 구성되어 있다. 다른 구성은 실시예 4와 동일하게 구성되어 있다.

다음으로, 고정자권선(16C)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

1상분의 권선(45C)(winding phase portions)은 6슬롯마다 슬롯(every sixth slot)(44C)에 의해 구성되어있는 하나의 슬롯군에 권장된 4개의 연속도체선(60)으로 구성되어 있다.

그리고, 6슬롯마다 슬롯(44C)에 의해 구성된 하나의 슬롯군에서, 첫번째의 연속도체선(60)이 6슬롯마다 슬롯(44C)에 1번지와 2번지를 교대로 취하도록 파형상으로(wave shape) 권장되고, 두번째의 연속도체선(60)이 6슬롯마다 슬롯(44C)에 2번지와 1번지를 교대로 취하도록 파형상으로 권장되어, 각각 1턴 (turn)을 가진 2개의 내주측권선을 형성하고 있다.

또, 3번째의 연속도체선(60)이 6슬롯마다 슬롯(44C)에 3번지와 4번지를 교대로 취하도록 파형상으로 권장되고, 4번째의 연속도체선(60)이 6슬롯마다 슬롯 (44C)에 4번지와 3번지를 교대로 취하도록 파형상으로 권장되어, 각각 1턴(turn)을 가진 2개의 외주측 권선을 형성하고 있다.

이들의 내주측권선과 외주측권선을 직렬로 접속시켜 4턴의 1상분의 권선(45C)을 형성하고 있다.

또, 6슬롯마다의 슬롯(44C)에 의해 구성된 다른 5개의 슬롯군에서 연속도 체선(60)을 동일하게 권장하고 내주측권선과 외주측권선을 직렬로 접속하여 각각 4턴의 5상분의 권선(45C)을 형성하고 있다.

이와 같이 하여, 구성된 6상분의 권선(45C)을 3상분씩 교류결선시켜 2개의 3상교류권선이 구성되어 있다.

그 2개의 3상교류권선이 고정자권선(16C)으로 된다.

더욱이, 각 슬롯(44C)내에는 4개의 연속도체선(60)이 구형단면(rectangular)의 길이방향을 슬롯깊이방향(직경방향)으로 일치시켜서 슬롯깊이방향에 1열(one row)로 배열되도록 수납되어 있다.

여기서, 각 내주측 권선은 도 15에서 나타낸 바와 같이 6슬롯피치로 배열된 직선부(60a)가 턴부(60b)에 의해 배열방향의 양측에 교대로 연속도체선(60)의 폭(W)만큼 오프셋되어 배열된 파형상패턴(wave shaped pattern)으로 구성되어 있다.

그리고, 동일한 슬롯군에 권장되어 있는 2개의 내주측 권선은 도 16에 나타낸 바와 같이, 두개의 내주측 권선을 서로 6슬롯피치 오프셋(offset)하여 직선부(60a)을 겹쳐서 배열한 권선쌍(winding sub-portion pair)으로 되어 있다.

또, 6상분의 내주측 권선(sixth winding phase portion)은 그 권선쌍을 1슬롯피치씩 오프셋하고 배열하여 구성되어 있다.

또한, 외주측 권선도 내주측 권선과 동일하게 구성되어 있다.

이와 같이, 제작된 고정자(40C)에 있어서는 고정자권선(16C)은 1개의 연속도체선(60)을 6슬롯마다 슬롯(44C)에 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 취하도록 권장하여 되는 24개의 1턴의 권선(45C)에 의해 구성되어 있다.

또, 고정자코어(41C)의 양단면측의 슬롯의 외측에서 접어굽힌(fold over)코일엔드, 즉 연속도체선(60)의 턴부(60b)가 직경방향에 2열로 되고 원주방향으로 균일하게 배열되어 프론트측과 리어측의 코일엔드군(16f,16r)을 구성하고 있다.

이와 같이, 실시예 5에서는 기부(43C)로부터 뻗어서 설치된 각 티스부(42C)는 bt/ht= 0.25로 형성되어 있으므로 실시예 4와 같이 고정자(40C)의 상승온도을 억제시킬 수 있다.

또, 턴부(60b)가 2열로 형성되어 원주방향으로 정연하게 라인닝(lining up)하여 코일엔드군(16f,16r)을 구성하고 있다.

이것에 의해, 실시예 4와 동일하게 통풍로(100C)에 통풍하는 냉각풍에 대하여 노출되는 연속도체선(60)의 면적이 커지며, 또 통풍로(100B)가 원주방향으로 균일하게 배열되어 있으므로 고정자의 냉각성이 향상되고 풍소음이 감소된다.

또, 실시예 5에서는 1개의 연속도체선(60)으로 1턴(turn)의 권선(45C)을 구성하고 있으므로, 실시예 4에서 필요하였던 복잡한 도체세그멘트(50,51)의 삽입작업 및 접합작업을 생략할 수 있다.

또, 실시예 4에서는 프론트측의 코일엔드군(16f)이 도체세그멘트(50,51)의 개방단부(50C,51C) 끼리를 접합하여 되는 코일엔드로 구성되어 있다.

여기서, 그 코일엔드의 정상부(apex portion)에는 접합부(53)가 존재하기 때문에 냉각풍과 접합부(53)의 간섭(interference)에 의한 풍소음이 발생하였다.

한편, 실시예 5에서는 프론트측의 코일엔드군(16f)도 리어측의 코일엔드군 (16r)과 동일하게 연속도체선(80)의 턴부(60b)에 의해 구성된 코일엔드로 구성되어있다.

그래서, 냉각풍과 접합부(53)의 간섭에 기인하는 풍소음이 없으며 풍소음을 감소시킬 수 있다.

다음으로, 실시예 5에 의한 고정자(40C)의 조립방법을 도 17~도20에 따라 설명한다.

먼저 12개의 연속도체선(60)이 평면상에서 1슬롯피치로 배열시킨다.

그 다음으로, 도 17에서와 같이, 12개의 연속도체선(60)을 함께 소정의 피치(2개 점쇄선의 위치)로 접어 구부려(fold over), 12개의 연속도체선(60)이 나선형상 (helical shape)으로 감은 스트립(strip)형상의 권선유닛(winding unit)(61)을 형성한다.

그리고, 권선유닛(61)의 폭방향에 대하여 거리 L만큼 떨어저 있는 위치에서 한쌍의 핀군(pin groups)(62)을 권선유닛(61)의 표면측에서 각 연속도체선 (60)사이에 삽입한다.

동일하게 권선유닛(61)의 폭방향에 대하여 거리 L만큼 떨어저 있는 위치에서 한쌍의 핀군(62)을 권선유닛(61)의 이면측에서 각 연속도체선(60)사이에 삽입한다.

또, 권선유닛(61)의 폭방향 단부에서 위치규제핀군(position-regulating pin groups)(63)을 각 연속도체선(60)사이에 삽입한다.

이와 같이 하여, 핀군(62,63)이 도 18에서 나타낸 바와 같이 세트된다.

여기서, 거리 L은 슬롯(44C)의 홈방향길이(고정자코어(41C)의 축방향길이)에 거의 일치하고 있다.

여기서, 권선유닛(61)의 표면측에서 각 연속도체선(60)사이에 삽입된 한쌍의 핀군(62)이 도 18에서 실선화살표로 나타낸 바와 같이 권선유닛(61)의 길이방향에서 서로 역방향으로 이동된다.

동일하게, 권선유닛(61)의 이면측에서 각 연속도체선(60)사이에 삽입된 한쌍의 핀군(62)이 도 18에서 점선화살표로 나타낸 바와 같이 권선유닛(61)의 길이방향에서 서로 역방향으로 이동된다.

이때, 위치규제핀군(63)이 각 연속도체선(60)사이에 삽입되어 있으므로 연속도체선(60)이 분리되는 것이 방지된다.

이것에 의해, 한쌍의 핀(62)사이에 위치하는 각 연속도체선(60)의 부위가 권선유닛(61)의 길이방향에 대하여 직교하도록 변형되고, 슬롯(44C)내에 수납되는 (housed)직선부(straight portions)(60a)로 된다.

또, 한쌍의 핀(62)의 외측에 위치하는 각 연속도체선(60)의 부위가 6슬롯(six slots)떨어저 있는 직선부(60a)사이를 연결하는 턴부(60b)로 된다.

이것에 의해, 도 19에 나타낸 권선 아셈블리(winding assembly)(65)가 제작된다.

이 권선아셈블리(65)는 도 16에 나타낸 권선쌍을 1슬롯 피치씩 오프셋하여 6쌍 배열된 것과 동일한 구조로 되어 있다.

즉, 권선아셈블리(65)는 직선부(60a)가 턴부(60b)에 의해 연결되어 6슬롯피치로 배열되고, 또 인접한 직선부(60a)가 턴부( 60b)에 의해 배열방향의 양측에 연결도체선(60)의 폭만큼 교대로 오프셋된 패턴으로 형성된 2개의 연속도체선(60)을 서로 6슬롯피치 오프셋하여 직선부(6a)을 중첩시켜서 배열한 연속도체선(60)쌍이 1슬롯피치씩 오프셋되고 6쌍 배열하여 구성되어 있다.

또, 소정의 길이로 절단된 자성강판(30)을 소정의 매수로 적층하여 그 외원주부를 레이저용접(laser welding)하여 직방체의 코어(70)을 제작한다.

이 코어(70)에는 기부(70a)와, 소정의 피치로 기부(70a)에서 뻗어서 설치된 티스부(70b)와, 기부(70a)와 인접한 티스부(70b)에 의해 구성된 슬롯(70c)을 구비한다.

그리고, 도 20의(a)에 나타낸 바와 같이, 코어(70)의 각 슬롯(70c)에 인슐레이터(insulators)(도시생략)을 장착하고, 그 다음 직선부(60a)를 슬롯(70c)에 넣도록 2개의 권선아셈블리(65)를 겹쳐서 코어(70)에 장착한다.

그 다음으로, 도 20의 (b)에 나타낸바와 같이, 2개의 권선아셈블리(65)가 장착된 코어(70)를 둥글게한다(rollup).

그리고, 도 20의(c)에 나타낸 바와 같이, 둥글게 원형으로 형성한 코어(70)의 양단부를 접촉시키고, 그 접촉부(abutted portions)를 레이저용접하여 2개의 권선아셈블리(65)가 장착된 원통형상의 고정자코어(41C)를 얻는다.

또, 각 연속도체선(60)을 결선하여 도 13에 나타낸 고정자(40C)를 얻는다.

이와 같이, 6슬롯마다 슬롯(44C)내에 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 취하도록 파상(wave shape)으로 형성된 12개의 연속도체선(60)을 일체로되게 구성하는 권선아셈블리(65)를 제작하므로, 고정자권선(16C)의 권선 작업이 간단하게 되며, 연속도체선(60)의 용접장소가 현저하게 삭감되고, 고정자의 생산성이 향상된다.

여기서, 실시예 5에서는 고정자코어(41C)에 장착된 때 1턴의 권선(45C)군을 구성하도록 제작한 권선아셈블리(65)를 사용하는 것으로 하고 있으나, 권선아셈블리(65)를 길이방향으로 2분할, 3분할등 분할한 권선아셈블리유닛을 사용할 수도 있다.

이 경우, 권선아셈블리 유닛을 코어(70)에 1열로 늘어서서 장착하고 코어(70)를 둥글게하며, 코어(70)의 양단부를 접촉시켜서 접합한 다음, 각 권선아셈블리유닛의 각 연속도체선(60)을 접합하여 1턴의 권선(45C)군을 구성한다.

또, 실시예 5에서는, 매 극 매 상당 슬롯수가 2인 경우가 있으므로, 12개의 연속도체선(60)를 사용하여 권선아셈블리(65)를 제작하나, 매 극 매 상당 슬롯수가 1또는 3이상인 경우에도 적용할 수 있고, 권선아셈블리(65)를 구성하는 연속도체선(60)의 개수는 매 극 매 상당 슬롯수에 맞춰서 접합하게 선택할 수도 있다.

예로서, 매 극 매 상당 슬롯수가 1인 경우, 권선아셈블리는 직선부가 턴부에 의해 연결되어 3슬롯피치로 배열되며, 또 인접한 직선부가 턴부에 의해 배열방향의 양측에 연속도체선의 폭만큼 교대로 오프셋된 패턴으로 형성된 2개의 연속도체선을 서로 3슬롯피치 오프셋하여 직선부를 겹쳐서 배열하여 되는 연속도체선 쌍이 1슬롯피치식 오프셋되어 3쌍 배열되어 구성되어 있다..

또, 실시예 5에서는, 권선아셈블리(65)의 연속도체선(60)은 직선부(60a)가 턴부(60b)에 의해 연속도체선(60)의 폭만큼 교대로 오프셋된 패턴으로 형성되어 있는 것으로 하고 있으나, 권선아셈블리 연속도체선은 직선부가 턴부에 의해 연속도체선의 폭의 2배만큼 교대로 오프셋된 패턴으로 형성되어도 좋다.

이 경우, 하나의 쌍(pair)을 이루는 연속도체선의 직선부사이에 연속도체선 2개에 대응하는 공극(air gap)이 형성되어 있고, 이와 같이 제작된 권선아셈블리에 위에서 설명한 권선아셈블리(65)를 삽입하고 고정자코어에 설정시킴으로써 실시예 4와 동일한 고정자권선이 얻어진다.

실시예 6

실시예 6에서는, 도 21에 나타낸 바와 같이 고정자코어(41D)는 티스부(42D₁), (42D₂) 가 원주방향으로 교대로 원통형상의 기부(43D)에서 뻗어서 설치되어 있다.

그리고, 티스부(42D₁)는 bt/ht= 0.2(bt=2.0mm, ht=10.0mm)로 형성되고 티스부(42D₂)는 bt/ht=0.3(bt=3.0mm, ht=10.0mm)으로 형성되어 있다.

또, 기부(43D)와 티스부(42D₁,42D₂)에 의해 구성된 슬롯(44D)이 96개를 형성한다.

또한, 다른 구성은 실시예 5와 동일하게 구성되어 있다.

실시예 6에서는, bt/ht가 0.2로 형성된 티스부(42D₁)와 bt/ht가 0.3으로 형성된 티스부(42D₂)를 구비하고 있으므로, 실시예 5에서와 같이 고정자의 온도상승을 억제시킬 수 있다.

또, 실시예 6에서는, 폭 bt가 2.0mm인 티스부(42D₁)와 폭 bt가 3.0mm인 티스부 (42D₂)가 원주방향으로 교대로 배열되어있기 때문에 슬롯(44D)은 원주방향으로 부등피치(nonuniform pitch)로 배열되어 있다.

즉, 코일엔드군과 고정자코어의 티스부에 의해 형성되어있는 통풍로가 원주방향에 부등피치로 배열되어 있다.

또, 통풍로의 폭도 같지않다.

그리고, 냉각풍이 원주방향에서 등각피치로 배열되어있는 통풍로를 통풍함으로써 발생하는 주기적인 풍소음이 통풍로를 원주방향에서 부등피치로 배열함으로써 분산되므로, 풍음을 감소시킬 수 있다.

더욱이, 위의 각 실시예에서는 매 극 매 상당 슬롯수가 1,2인 고정자코어에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 매 극 매 상당 슬롯수가 3이상인 고정자코어에 적용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 각각의 실시예에서는 자계권선(13)이 손톱형성자극(22,23)에 의해 커버되어 폴코어(pole core)(20,21)에 권장되어 클로상자극과 함께 회전하며 자계전류가 브러시(10)를 통하여 계자권선에 공급되는 타입의 차량용 교류 발전기에 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명은 계자권선을 브래킷에 고정하고 에어갭(air gap)에 의해 회전자계를 고정자에 공급하는 브러시레스(brushless)타입의 차량용 교류 발전기에 적용하여도 동일한 효과를 나타낸다.

본 발명은 위에서와 같이 구성되어 있으므로, 아래에 기재된 효과를 나타낸다.

본 발명에 의하면, 케이스에 회전할 수 있게 지지된 샤프트(shaft)와, 전류를 흐르게 하여 자속(magnetic flux)을 발생하는 계자권선(field winding) 및 그 계자권선의 외주측에 원주방향으로 다수개 배설되어 이 자계권선에 의해 발생한 자속에 의해 자화되는 다수의 클로상자극(claw-shaped magnetic poles)을 가지고, 샤프트에 고착된 회전자(rotor)와, 축방향으로 뻗은 다수의 슬롯이 원주방향으로 배열되도록 다수 형성되고, 그 회전자를 둘러싸도록(envelop)케이스에 의해 지지된 원통형상의 고정자코어(cylindrical stator core) 및 이 고정자코어에 권장된 고정자권선(shator winding)을 갖는 고정자(stator)를 구비하며, 이 고정자코어는 자성강판을 적층하여 구성되고 원통형상의 기부(cylindrical base portion)와 그 기부로부터 축심(axial center)쪽으로 향하여 뻗어서 설치된 다수의 티스부(tooth portions)와, 그 기부 및 인접한 티스부에 의해 구성된 다수의 슬롯(slots)을 가지며, 회전자의 회전에 의해 냉각풍이 직경방향의 내주측에서 통풍되는 통풍로가 그 고정자권선의 코일엔드군과 그 고정자코어의 티스부에 의해 형성되며, 그 티스부의 직경방향길이 ht와 폭 bt가 0.15<bt/ht<0.4를 만족하도록 형성되어 있기 때문에 고정자의 온도상승이 억제되고, 열열화내력이 향상되며, 전기절연성의 악화가 억제되는 차량용 교류 발전기가 얻어진다.

또, 냉각팬이 고정자의 축방향 단면에 고착되어 있으므로 고정자의 냉각성이 향상된다.

또, 배기공이 케이스의 직경방향 측면에 통풍로에 대응하도록 형성되어 있으므로, 고정자의 냉각성이 높아지는 동시에 풍음이 감소된다.

또, 그 냉각팬의 블레이드의 축방향 전역이 코일엔드군과 직경방향으로 거의 중첩되어 있으므로 고정자의 냉각성이 더욱 높아지는 동시에 음의 분산을 차단하는 효과가 생기고, 풍음이 감소된다.

또, 고정자권선이 분배권선(distributed winding)으로 고정자코어에 권장되어 있으므로 통풍로의 내벽면의 요철이 감소되고 고정자의 냉각성이 향상된다.

또, 고정자권선은 전기도체를 소정의 슬롯마다 그 슬롯내에 슬롯의 깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 취하도록 감겨진 다수의 권선에 의해 구성되어 있으므로, 통풍로가 원주방향으로 균일하게 배열되고, 또 각 통풍로가 거의 동일형상으로 형성되며, 고정자권선의 코일엔드군이 균형있게 냉각되여 고정자의 냉각성이 향상된다.

또, 슬롯이 매 극 매 상당 2개이상의 비율(ratio)로 형성되어 있으므로 통풍로의 수가 많아지고, 고정자의 냉각성이 향상된다.

또, 통풍로의 배열피치가 부등피치(nonuniform pitch)이므로 냉각풍이 통풍로를 통풍함으로써 발생하는 주기적인 풍소음이 분산되고 풍음이 감소된다.

Claims (3)

1. 케이스(case)에 회전할 수 있게 지지시킨 샤프트(shaft)와; 전류를 흐르게하여 자속을 발생하는 자계권선 및 상기 자계권선의 외주측에 원주방향으로 다수개 배설되어 상기 자계권선에서 발생한 자속에 의해 자화되는 클로상자극을 가지고, 상기 샤프트에 고착된 회전자와; 축방향으로 뻗어 있는 슬롯(slots)이 원주방향으로 배열되어 다수개 형성되며, 상기 회전자를 둘러싸도록 상기 케이스에 지지된 원통형상의 고정자코어 및 상기 고정자코어에 감겨진 고정자권선을 가진 고정자;를 구비하고,

   상기 고정자코어는 자성강판을 적층하여 구성되고, 원통형상의 기부와, 그 기부에서 축심(axial center)쪽으로 향하여 뻗어서 설치된 다수의 티스부(tooth portions)와, 상기 기부 및 인접하는 티스부에 의해 구성된 다수의 슬롯을 가지며,

   상기 회전자의 회전에 의해 냉각풍이 직경방향의 내주측에서 통풍되는 통풍로가 상기 고정자권선의 코일엔드군(coil end groups)과 상기 고정자코어의 티스부에 의해 형성되고,

   상기 티스부의 직경방향길이 ht와 폭 bt가 0.15<bt/ht<0.4를 만족하도록 형성됨을 특징으로 하는 차량용 교류 발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전자의 축방향 단면에 냉각팬이 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류 발전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 케이스의 직경방향측면(radial side surface)에 배기공이 통풍로에 대응하도록 형성됨을 특징으로 하는 차량용 교류 발전기.