KR20130132815A - 회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체와 이러한 형태의 조립체를 포함하는 회전 전기 기계 - Google Patents

회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체와 이러한 형태의 조립체를 포함하는 회전 전기 기계 Download PDF

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KR20130132815A
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크리스토페 두궤이
카리드 사싸네
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Abstract

본 발명은, 본 발명에 따른 일체형 전압 조절기 및/또는 브러쉬 홀더 조립체와 끼워맞춰지는, 자동차용 교류발전기 또는 교류발전기-스타터와 같은 회전 기계에 관한 것이다. 브러쉬 홀더(6)는 각각의 제 1 및 제 2 종방향 리셉터클에 의해 적어도 제 1 및 제 2 브러쉬를 안내할 수 있다. 상기 리셉터클은 전기 절연 재료로 제조된 실질적으로 평행육면체이며, 기계의 회전자의 축 평면에서 실질적으로 연장된다. 각 리셉터클은 회전자의 축 방향(XX')에서 조립체(1)의 본체(6)에 마련된 적어도 하나의 채널(11)과 연통하는 적어도 하나의 각 종방향 내부 그루브(9)를 구비하며, 상기 채널은 이를 관통하는 냉각제(8)용이다. 본 발명에 따르면, 제 1 내부 그루브의 제 1 단면은 리셉터클의 제 2 단면의 5%와 7% 사이에 있다.

Description

회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체와 이러한 형태의 조립체를 포함하는 회전 전기 기계{ONE-PIECE VOLTAGE-REGULATOR/BRUSH-HOLDER ASSEMBLY FOR A ROTARY ELECTRICAL MACHINE AND ROTARY ELECTRICAL MACHINE INCLUDING SUCH AN ASSEMBLY}
본 발명은 회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체에 관한 것이며, 이러한 형태의 조립체를 포함하는 회전 전기 기계에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 배터리가 충전되는 것을 확보하기 위해서 그리고 다양한 항목의 장치가 연결된 탑재형(on-board) 전기적 네트워크를 위해 필요한 전기 에너지를 생산하기 위해서, 차량의 열기관(thermal engine)에 의해 구동되는 교류발전기(alternator)를 구비한다.
교류발전기는 일반적으로 구동 샤프트에 결합되는 벨트에 의해 구동된다. 따라서, 교류발전기는 엔진 보닛 아래에서 열기관의 바로 근접한 곳에 끼워진다.
점점 더 한정되는 차량 열기관의 발전을 고려하면, 엔진 보닛 아래의 주위 온도는 점점 더 증가한다.
교류발전기는 회전 전기 기계이며, 이 회전 전기 기계는 하우징 내에 마련되는 고정자(stator) 내부에서 회전하는 샤프트와 일체로 회전하는 회전자를 실질적으로 포함한다.
회전자 샤프트의 일 단부는, 브러시가 마찰되며, 하우징에 의해 안내되는 콜렉터 링을 구비하며, 상기 콜렉터 링은 탑재형 전기 네트워크로부터 회전자의 여기 권선(excitation winding)을 공급하는 것이 가능하게 한다.
고정자 권선은 정류된 이후에 전압을 생산하고, 이 전압은 회전자의 여기 전류를 제어하는 전압 조절기에 의해 조절된다.
열기관의 증가된 제한을 야기해온 차량의 동일한 발전은 교류발전기를 보다 콤팩트로 만드는 것의 필요성을 야기한다.
이러한 목적으로, 전압 조절 장치 및 브러쉬-홀더를 전기적으로 전열 재료로 제작된 일체형으로 조립체로 통합하는 것이 알려져 있으며, 이는 하우징상에, 회전자 샤프트의 베어링 근처에, 콜렉터 링과 대향하여 마련된다.
엔진 보닛의 제한된 환경에서, 작동시 가해지는 교류발전기의 온도는 125℃까지 증가할 수 있다.
브러쉬의 온도는 콜렉터 링과의 마찰로 인해 200℃까지 증가할 수 있다.
결과적으로, 교류발전기는 회전자와 일체인 팬(fan)을 포함하며, 이 팬은 하우징의 내부를 냉각하기 위해 외부로부터 얻은 상대적으로 차가운 공기를 흡입한다.
브러쉬의 높은 온도는 그들의 마모를 증가시키고, 교류발전기의 성능을 감소시킨다.
발레오 전장 시스템즈 코리아(VALEO ELECTRICAL SYSTEMS KOREA)의 이름으로 특허출원된 한국 특허출원 제 2010-0048703 호에서는 팬에 의해 흡입된 공기의 축방향 유동의 일부를 브러시 홀더의 내부에 순환시킴으로써, 자동차의 교류발전기의 브러쉬 중 하나의 냉각을 증가시키기 위한 해결책을 제안한다.
본 발명의 목적은 자동차용 교류발전기 또는 교류발전기-스타터의 브러쉬 조립체의 냉각을 최적화하고 증가시키는 것이며, 이러한 교류발전기 또는 교류발전기-스타터는 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체를 포함한다.
제 1 양태에 따르면, 본 발명은 브러쉬-홀더를 포함하는 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체에 관한 것으로서, 상기 브러쉬-홀더는 제 1 및 제 2 브러쉬 중 적어도 하나를 안내할 수 있는 타입이고, 전기 절연 재료로 제조되고 회전자의 축 평면상에서 실질적으로 연장되는 실질적으로 평행육면체 본체 내에서, 콜텍터 링의 방향으로 마련된 각각의 제 1 및 제 2 종방향 리셉터클에 의해, 회전 전기 기계의 회전자의 2개의 콜렉터 링과 접촉되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 리셉터클 각각은 적어도 하나의 채널과 연통하는 적어도 하나의 각 제 1 내부 종방향 그루브를 구비하며, 상기 채널은 상기 회전자의 축 방향에 따라서 상기 본체에 마련되며, 이 채널을 관통하는 공기와 같은 냉각 유체를 갖도록 설계된다.
본 발명에 따르면, 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더는 이 냉각 유체의 순환을 최적화하는 것을 가능하게 하며, 냉각 유체는 브러쉬의 리셉터클의 제 2 직선 섹션의 5% 내지 7% 사이에 포함되는 제 1 내측 그루브의 직선 섹션을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1 및 제 2 종방향 리셉터클에 각각 대응하는 제 1 내부 그루브는 상이한 각 제 1 직선 섹션을 갖고 있다. 이러한 상이한 섹션은 제 1 및 제 2 리셉터클/브러쉬 각각에 대해 냉각 공기의 상이한 유동을 허용한다. 실제로, 온도의 미소한 정도의 실질적인 변화는 대체로 리셉터클/브러쉬 사이에 존재하며, 상기 리셉터클/브러쉬는 후방 베어링으로부터 가장 멀리 있는 리셉터클의 온도보다 대체로 높은 온도를 가지는 기계의 후방 베어링에 가장 가깝다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제 1 및 제 2 리셉터클 각각은 상기 채널과 연통하거나 또는 연통하지 않으며, 제 2 직선 섹션보다 작거나 동일한 제 3 직선 섹션을 구비하는 적어도 하나의 제 2 내부 종방향 그루브를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제 1 직선 섹션은 유리하게 제 1 장방형이며, 제 2 직선 섹션은 바람직하게 전체적으로 제 2 장방형이고, 상기 제 2 직선 섹션의 긴 측면은 각각 원의 호의 형태인 부분을 구비하며, 제 3 섹션은 매우 유리하게 제 3 장방형이다.
회전 전기 기기의 브러쉬의 냉각 향상이 가능하게 하는, 본 발명에 따른 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체는, 브러쉬-홀더의 본체가 적어도 하나의 종방향 표면 상에 마련된, 회전자의 축방향에 평행한 냉각 핀을 포함한다는 점에서 또한 구별된다.
특정 실시예에 따르면, 이러한 핀은 장방형, 삼각형 또는 사다리꼴인 프로파일을 갖는다. 이들 핀은 전압 조절기와 대향된 브러쉬-홀더의 종방향 표면상에 매우 유리하게 마련된다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한 전술한 최적화 및 향상된 특징을 갖는 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체를 포함한다는 점에서 구별되는 회전 전기 기계에 관한 것이다.
이들 몇몇 사양은 브러쉬의 냉각 수준에서 선행 기술과 비교하여, 본 발명에 따른 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체에 의해 제공되는 상기 장점들을 본 기술 분야에 숙련된 자들은 명백하게 이해할 것이다.
본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면과 관련하여 아래에 제공되는 서술에 제공된다. 이러한 도면은 단지 본문의 서술을 도시하기 위한 목적을 제공하며, 어떤 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 예정된 회전 전기 기계의 회전자의 반경 방향에서, 본 발명에 따른 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체의 개략도,
도 2a는 예정된 회전 전기 기계의 회전자의 축에 평행하고 브러쉬의 리셉터클의 종방향에 수직인 제 1 평면상에서의, 본 발명에 따른 브러쉬-홀더의 본체의 단면도,
도 2b는 예정된 회전 전기 기계의 예정된 회전자의 축에 평행하고 브러쉬의 리셉터클의 종방향에 평행인 제 2 평면상에서의, 본 발명에 따른 브러쉬-홀더의 본체의 단면도,
도 2c는 예정된 회전 전기 기계의 회전자의 축에 평행하고 브러쉬의 리셉터클의 종방향에 평행인 제 3 평면상에서의, 본 발명에 따른 브러쉬-홀더의 본체의 단면도,
도 3a는 본 발명에 따른 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체의 사시도,
도 3b는 예정된 회전 전기 기계의 회전자의 반경방향 평면상에서의, 본 발명에 따른 브러쉬-홀더의 본체의 부분도.
도 1은, 회전자의 축(XX')의 후방 베어링의 높이에서 교류발전기의 하우징상에 고정되도록 설계된 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체(1)와;
- 탑재형 전기 네트워크에 교류발전기를 연결하기 위한 전기 단자(electrical terminal)(3) 및 다양한 커넥터(4)를 지지하는 판(2)과;
- 전압 조절 장치(5)와;
- 브러쉬용 리셉터클(7)을 포함하는 브러쉬-홀더(6)의 필수 구성요소를 도시한다.
회전자 샤프트 상에 장착된 내부 원심 팬(도시하지 않음)은 외부로부터 공기를 흡입하고, 샤프트의 근방에서 축방향 공기 유동(8)을 생성한다.
이러한 공기 유동(8)의 일부는, 브러쉬의 리셉터클(7)이 마련되어 있고 가능한한 팬에 근접하여 개방되는 채널(11)과 연통하는 내부 그루브(9, 10)에 의해 브러쉬-홀더(6) 내에서 순환한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 브러쉬-홀더(6)를 구성하는 실질적으로 평행육면체인 본체 내에 있는, 이들 그루브(9, 10) 및 이들 축방향 채널(11)의 배열을 명확하게 도시한다.
회전자의 축(XX')과 평행한 제 1 평면(P1)상의 브러쉬-홀더(6)의 본체의 단면도인 도 2a는, 리셉터클(7)의 제 2 직선 섹션과 비교하여 상대적으로 큰 직선 섹션을 갖는 제 1 내측 그루브(9)와, 보다 더 작은 제 3 직선 섹션을 갖는 제 2 내측 그루브(10)를 도시한다.
회전자의 축(XX')과 평행한 제 2 및 제 3 평면(P2, P3)에 따른 브러쉬-홀드(6)의 본체의 A-A 및 B-B선의 단면을 각각 도시하는 도 2b 및 도 2c에 명확하게 도시하는 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 단지 제 1 내측 그루브만 축방향 채널(11)과 연통한다.
본 발명의 본체는, 제 1 직선 섹션이 브러쉬의 리셉터클(7)의 제 2 직선 섹션의 5%와 7% 사이에 존재할 때, 브러쉬-홀더(6) 내의 공기 순환(12)이 최적이라는 것이 발견되었다.
이러한 실시예에서, 제 1 직선 섹션은 2.0㎜ x 1.8㎜와 실질적으로 동일한 크기를 갖는 제 1 장방형이다. 제 2 직선 섹션은 전체적으로 제 2 장방형이고, 이들 각각의 넓은 측면은 브러쉬의 원통형 형태에 일치하는 원의 호의 형태의 부분(13)을 가진다. 제 3 직선 섹션은 1.8㎜ x 0.9㎜와 실질적으로 동일하고, 제 3 직선 섹션의 3.5% 미만에 해당하는 크기를 갖는 제 3 장방형이다.
온도가 125℃에 도달할 수 있는 환경에서 브러쉬-홀더(6)의 냉각을 증가시키기 위해, 브러쉬-홀더(6)의 본체는 축 방향(XX')에, 즉, 도 3a에 명확하게 도시된 바와 같이, 팬에 의해 흡입된 공기 유동(8)의 방향에 마련되는 종방향 표면(15)상에 냉각 핀(cooling fin)(14)을 포함한다.
도 3b에서의 본 발명에 따른 브러쉬-홀더(6)의 본체는 사다리꼴 핀(14) 프로파일을 나타내지만, 특히 사각형 또는 삼각형의 몇몇 다른 프로파일이 가능하다. 최선의 프로파일은 넓은 열교환 표면을 마련하는 것이지만, 생산하기에 단순함(몰드로부터 부분의 제거 용이성)을 유지해야 한다.
이러한 핀(14)은 전압 조절기(5)에 대향하는 종방향 표면(15)상에 유리하게 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 이들 핀(14)은 종방향 피치가 실질적으로 2㎜와 동일하고, 대략 0.9㎜의 높이를 가진다.
본 발명은 단순히 상술된 바람직한 실시예에 제한되지 않는다는 것이 평가될 것이다.
그루브(9, 10), 채널(11) 및 핀(14)의 개수와 크기는 단순히 예시인 것을 나타낸다. 본 발명에 따른 일체형의 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체(1)의 필수적인 설계 기준은 수치적 비율의 형태로 주어지며, 이는 본 발명이 모든 크기의 회전 전기 기계에 적용할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 후술하는 청구범위의 종속항의 제한 내에서, 가능한 모든 변형 실시예를 연결한다.

Claims (10)

  1. 자동차의 교류발전기 또는 교류발전기-스타터와 같은 회전 전기 기계용의 일체형 전압 조절기(5)/브러쉬-홀더(6) 조립체(1)로서, 상기 브러시 홀더(6)는 적어도 제 1 및 제 2 브러시를 안내할 수 있는 타입이며, 전기 절연 재료로 제조되고 회전자의 축 평면상에서 실질적으로 연장되는 실질적으로 평행육면체 본체(6) 내에서, 콜텍터 링의 방향으로 마련된 각각의 제 1 및 제 2 종방향 리셉터클(7)에 의해, 상기 기계의 회전자의 2개의 대응하는 콜렉터 링과 접촉되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 리셉터클(7) 각각은 적어도 하나의 채널(11)과 연통하는 적어도 하나의 각 제 1 내부 종방향 그루브(9)를 구비하며, 상기 채널(11)은 상기 회전자의 축 방향(XX')에 따라서 상기 본체에 마련되며, 이 채널을 관통하는 공기와 같은 냉각 유체(8, 12)를 갖도록 설계되는, 회전 전기 기계용의 일체형 전압 조절기(5)/브러쉬-홀더(6) 조립체(1)에 있어서,
    상기 제 1 내부 그루브(9)의 제 1 직선 섹션은 상기 리셉터클(7)의 제 2 직선 섹션의 5%와 7% 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 종방향 리셉터클(7)에 각각 대응하는 상기 제 1 내부 그루브는 상이한 각 제 1 직선 섹션들을 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 리셉터클(7) 각각은, 상기 채널(11)과 연통하거나 또는 연통하지 않으며, 상기 제 2 직선 섹션보다 작거나 동일한 제 3 직선 섹션을 구비하는 적어도 하나의 제 2 내부 종방향 그루브(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 직선 섹션은 바람직하게 2.0㎜ x 1.8㎜와 실질적으로 동일한 크기를 갖는 제 1 장방형인 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 직선 섹션은 전체적으로 제 2 장방형이며, 상기 제 2 직선 섹션의 긴 측면은 각각 원의 호의 형태인 부분(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체(6)가, 적어도 하나의 종방향 표면(15)상에 배치된, 상기 축 방향(XX')에 평행한 냉각 핀(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 핀(14)이 장방형, 삼각형 또는 사다리꼴인 프로파일을 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 핀(14)은 상기 전압 조절기(5)와 대향된 상기 종방향 표면(15)상에 마련되는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게 12개인 상기 핀(14)은 실질적으로 2㎜와 동일한 종방향 피치와, 대략 0.9㎜의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는
    회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 회전 전기 기계용 일체형 전압 조절기/브러쉬-홀더 도립체를 포함하는 회전 전기 기계.
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