KR100380796B1 - 교류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 차량용 교류발전기는 원반부(301),(302)의 축선방향의 L1과 이 원반부(301),(302)와 경방향에서 중첩되는 고정자철심(15)의 길이 L2와의 비율( L2 /L1)은 0.3이상이고 또 클로상자극(22),(23)의 외경 R1과 원통부(300)의 외경 R2의 비율(R2/R1)은 0.50~0.54의 범위이다.

Description

교류발전기{ALTERNATOR}

본 발명은, 예를 들면 내연기관에 의해 구동되는 교류발전기에 관해 예를 들어 승용차, 트럭등의 승차물에 탑재되는 차량용 교류발전기에 관한 것이다.

도 20은 종래의 차량용 교류발전기의 단면도, 도 21은 도 20의 회전자의 사시도이다.

이 발전기는 알루미늄제의 프론트 브래킷(1)및 리어 브래킷(2)로 구성된 케이스(3)와 이 케이스(3)내에 설치되고 1단부에 폴리(4)가 고정된 샤프트(6)과 이 샤프트(6)에 고정된 런덜형의 회전자(107)와, 회전자(107)의 양측면에 고정된 팬(105a),(105b)와 케이스(3)내의 내벽면에 고정된 고정자(108)와, 샤프트(6)의 타단부에 고정된 회전자(107)에 전류를 공급하는 슬립링(9)과, 슬립링(9)의 표면에 접동하는 한쌍의 브러시(10)와 이 브러시(10)를 수납한 브러시홀더(11)와, 고정자( 108)에 전기적으로 접속되어 고정자(108)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기 (12)와 브러시홀더(11)에 감착되고, 고정자(108)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다.

회전자(107)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일(13)과, 이 회전자코일(13)을 덮고 설치되어 그 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어(114)를 구비하고 있다.

폴코어(114)는 한쌍의 교호로 맞물린 제 1의 폴코어부(121)및 제 2의 폴코어부(122)로 구성되어 있다. 제 1의 폴코어부(121)및 제 2의 폴코어부(122)는 철제로, 축선방향에 대해 수직면인 원반부(201),(202)와 이 원반부(201),(202)로부터 축선방향으로 서로 대향해서 설치된 끝이가는 형상의 클로상자극(123),(124)과 원반부(201),(202)끼리를 접속하고 또 주위가 회전자코일(13)로 덮인 원통부(200)으로 구성되어 있다.

도 22는 도 20의 고정자(108)의 사시도, 도 23은 도 22의 고정자철심(115)의 사시도, 도 24는 고정자철심(115)의 요부평면도이다.

고정자(108)는 회전자코일(13)로부터의 회전자계가 통하는 동시에 다수의 강판이 적층되어서 된 고정자철심(115)과 출력전류가 흐르는 3상 고정자권선(116)로 구성되어 있다.

고정자철심(115)은 환상의 코어백(82)과, 이 코어백(82)으로부터 주방향에서 등분간격으로 반경내측방향으로 뻗은 다수의 티스(81)로 구성되어 있다. 인접한 티스(81)간의 전부에서 36개소에 형성된 슬로트(83)에는 3상의 고정자권선(116)이 수용된다. 티스(81)는, 고정자(108)의 주방향으로 돌출하고 선단부(85)와 철심백(82)를 접속한 주부(86)로 구성되어 있다. 인접하는 티스(81)의 선단부끼리 사이에는 개구부(84)로 불리는 극간이 형성되어 있다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 배터리(도시않음)로부터 브러시(10), 슬립링(9)을 통해서 회전자코일(13)에 전류가 공급되어서 자속이 발생하고 자계를 발생시킨다.

한편, 엔진에 의해 폴리(4)는 구동되고, 샤프트(6)에 의해 회전자(107)가 회전하므로 고정자철심(115)에는 회전자계가 부여되고, 고정자권선(116)에는 기전력이 발생하고 차량용 교류발전기에 접속된 외부부하에 의해 출력전류가 발생한다.

그런데 회전자코일(13)에 의해 생긴 자속 A는 N극에 여자된 제 1의 폴코어부(121)에서 나온 후, 회전자(107)과 고정자(108)사이의 에어갭을 통해서 고정자철심(115)의 티스(81)에 들어간다. 이 자속 A는 그후 코어백(82)을 통과 인접한 티스에서 에어갭을 통해서 S극에 여자된 제 2의 폴코어부(122)로 흐른다.

발전기의 출력을 결정하는 자속량은 회전자(107)에 의한 회전자계의 기자력과 자속 A의자기회로의 자기저항에 의해 결정된다. 따라서 동일기자력인 경우, 이 자기회로를 여하히 자기저항이 적은 형상으로 하는가가 중요한 점이 된다.

또, 기자력을 향상시키는데는 AT(계자전류 I×회전자코일 B의 도선의 권수 n)를 크게할 필요가 있으나 이 AT는 폴코어(114)내의 회전자코일(13)의 설치 스페이스로 정해진다.

회전자(107)전체의 크기가 제한되어 있는 경우 설치 스페이스를 크게 하면 이와 맞바꾸기식으로 폴코어(114)의 자로단면적이 작아져서 결과적으로는 상술한 자기저항이 커지고, 폴코어(114)를 통과하는 자속량이 감소해버려 기자력이 증대하지 않는다. 또, 도선의 단면적 S 및 권수 n를 일정한 상태에서 계자전류 I를 크게해서 기자력을 증대시키려고 할때 회전자코일(13)의 동손에 의해 회전자코일(13)의 온도가 상승해서 그 온도상승에 의해 회전자코일(13)의 도선의 저항도 상승해서 계자전류 I가 감소해버려, 역시 기자력은 증대하지 않는다.

한편 일본국 특개평 11-164499호 공보에는 도 25에 표시하는 바와 같이 고정자철심(115)의 축선방향길이 L1과 원통부(200)의 축선방향길이 L2의 비율 L1/L2를 1.25~1.75의 범위로서 원반부(201),(202)를 고정자철심(115)에 대향해서 원반부( 201),(202)로부터 고정자철심(115)에 직접자속 A가 유입해서 폴코어(114)의 자로단면적을 증대하고 아울러 클로상자극(123),(124)의 외경 R1과 원통부(200)의 외경 R2와의 비율을 0.54~0.60로해서 원통부(200)의 자로단면적을 증대해서 기자력의 증대를 도모한 것이 개시되어 있다.

그러나, 이것의 경우 수치설정은 발전기의 중량당의 출력의 향상을 도모한 것으로 저속회전시에는 자기포화에 의해 출력이 저하한다는 문제점이 있었다. 또, 원반부(201),(202)를 고정자철심(115)에 대향해서 면적을 증대시켜서 랩량을 증가시킴으로써 냉각풍의 통로인 클로상자극(123),(124)간의 골자기부(410)의 통로단면적이 작아져 회전자(107)내부의 흐름저항이 커지고, 높은 계자전류 I가 회전자코일 (13)에 흘렀을때 회전자코일(13)의 냉각이 불충분하고 회전자코일(13)의 도선의 저항이 상승해서 계자전류 I가 감소해버려 출력이 증대하지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로 자로단면적이 증대해서 자속량이 증대되고, 또 회전자코일의 동손도 작아 출력을 향상시킬 수 있는 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1에 관한 교류발전기는 폴코어의 원반부의 축선방향의 길이 L1과, 이 원반부와 경방향에서 겹쳐지는 고정자철심의 길이 L2와의 비율(L2/L1)은 0.3이상이고, 또 폴코어의 클로상자극의 외경 R1과 폴코어의 원통부의 외경 R2와의 비율(R2/R1)은 0.50~0.54의 범위이다.

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

도 2는 도 1의 회전자의 사시도.

도 3은 도 1의 고정자의 사시도.

도 4는 도 1의 고정자의 권선도.

도 5는 도 1의 차량용 교류발전기의 회로도.

도 6은 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선의 제조도중의 도면.

도 7은 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선의 제조도중의 도면.

도 8은 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선을 구성하는 권선어셈블리의 평면도.

도 9는 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선을 구성하는 권선어셈블리의 평면도.

도 10은 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선을 구성하는 도선의 요부를 표시하는 시시도.

도 11은 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선을 구성하는 도선의 배열을 설명하는 도면.

도 12는 도 1의 차량용 교류발전기의 고정자철심의 구조를 설명하는 도면.

도 13은 도 1의 차량용 교류발전기의 고정자의 제조공정을 설명하는 공정 단면도.

도 14는 도 1의 차량용 교류발전기의 3상 고정자권선이 적층체에 장착된 상태를 표시하는 평면도.

도 15는 도 1의 차량용 교류발전기의 고정자의 단면도.

도 16은 도 1의 고정자철심과 폴코어와의 위치관계를 설명하기 위한 도면.

도 17은 2000rpm에서의 랩비율과 자속량, 회전코일에 흐르는 계자전류 및 출력과의 관계도.

도 18은 클로상자극의 외경 R1과 원통부의 외경 R2와의 비율(R2/R1)과, 자속량 φ과의 관계도.

도 19의 (a)는 본 발명의 실시의 형태 2의 고정자의 사시도, (b)는 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 요부단면도.

도 20은 종래의 차량용 교류발전기의 단면도.

도 21은 도 20의 회전자의 사시도.

도 22는 도 20의 고정자의 사시도.

도 23은 도 22의 고정자철심의 사시도.

도 24는 도 22의 고정자철심의 요부정면도.

도 25는 종래의 차량용 교류발전기의 고정자철심과 폴코어의 위치관계를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

7 : 회전자, 8 : 고정자, 13 : 회전자코일,

15 : 고정자철심, 15a : 슬로트, 16 : 3상 고정자권선,

16a : 프론트측 코일엔드(제 1의 코일엔드),

16b : 리어측 코일엔드(제 2의 코일엔드),

20,21 : 폴코어부, 22,23 : 클로상 자극, 25 : 수지,

30 : 도선, 30a : 연출부, 300 : 원통부,

301,302 : 원반부, 300 : 수지.

실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 단면도, 도 2는 도 1의 차량용 교류발전기의 회전자의 사시도, 도 3은 도 1의 고정자의 사시도, 도 4는 도 1의 고정자의 권선도, 도 5는 도 1의 교류발전기의 전기회로도이다. 또 도 3에서는 각상의 유도선, 중성점 인출선은 생략되어 있다.

이 교류발전기는 알루미늄제의 프론트 브래킷(1)및 리어 브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)와, 이 케이스(3)내에 설치되고 1단부에 폴리(4)가 고정된 샤프트(6)과 이 샤프트(6)에 고정된 런델형의 회전자(7)과, 회전자(7)의 양측면에 고정된 제 1의 팬(5a)및 제 2의 팬(5b)와 케이스(3)의 내벽면에 고정된 고정자(8)와, 샤프트(6)의 타단부에 고정되어 회전자(7)에 전류를 공급하는 부러시(10)와 이 부러시(10)를 수납한 부러시홀더(11)와, 고정자(8)에 전기적으로 접속되어 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와 부러시홀더(11)에 감착된 히트싱크(17)와 이 히트싱크(17)에 감착되어 고정자(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다. 고정자(8)의 축선길이는 회전자(7)의 축선길이보다 짧다. 또, 리어측의 제 2의 팬(5b)의 경방향의 치수는 프론트측의 제 1의팬(5a)의 경방향의 치수보다도 크다.

회전자(7)은 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일(13)과, 이 회전자코일(13)을 덮고 설치되고 그 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어로 구성되어 있다. 폴코어는 한쌍의 폴코어부(20),(21)로 구성되어 있다. 샤프트(6)에 고착된 철제의 폴코어는 회전자코일(13)이 감긴 원통부(300)와 이 원통부(300)의 양단부에서 경방향으로 뻗은 원반부(301),(302)와 원반부(301),(302)로부터 축선방향으로 뻗어 각각 8개의 클로상자극(22),(23)로 구성되어 있다. 이 클로상자극(22),(23)은 회전자코일(13)을 덮고 있는 동시에 주방향으로 등각피치로 또 맞물리도록 대향하고 있다. 또, 회전자코일(13)의 외주면 및 회전자코일(13)과 원반부(301),(302)사이에 고역전도성의 바니시인 수지(400)가 합침되어 있다.

고정자(8)은 축방향으로 뻗는 슬로트(15a)가 주방향으로 소정피치로 다수 형성된 원통상의 적층철심으로 된 고정자철심(15)와, 고정자철심(15)에 권장된 3상 고정자권선(16)과, 각 슬로트(15a)내에 장착되어 3상 고정자권선(16)과 고정자철심 15)을 전기적으로 절연하는 인슐레이터(19)를 구비하고 있다. 2조의 권선어셈블리 90A),(90B)를 구비한 3상 고정자권선(16)은 하나의 도선(30)이 고정자철심(15)의 단면측의 슬로트(15a)외에서 반환되어 소정 슬로트수마다에 슬로트(15a)내에서 슬로트 깊이방향으로 내층과 외층을 교호로 취하도록 웨이브 와인딩되어 권장된 다수의 권선부로 구성되어 있다.

3상 고정자권선(16)은 고정자철심(15)의 양단면으로부터 각각 돌출한, 프론트측 코일엔드(16a)및 리어측 코일엔드(16b)를 갖고 있다. 코일엔드(16a),(16b)는다수의 방열부인 연출부(30a)로 구성되어 있다.

동일형상의 연출부(30a)는 주방향으로 또 경방향으로 서로 이간해서 2렬로 되어 정연하게 배열되어 있다.

또, 여기서는 고정자철심(15)에는 회전자(7)의 자극수(16)에 대응해서, 3상 고정자권선(16)을 2조 수용하도록 슬로트(15a)가 96개소 등간격으로 형성되어 있다.

또, 도선(30)은 예를 들면 절연피복된 장방형의 단면을 갖는 장척의 동선재가 사용되고 있다.

다음에, 1상분의 고정자권선부(161)의 권선구조에 대해 도 4를 참조해서 구체적으로 설명한다.

1상분의 고정자권선부(161)은, 각각 하나의 도선(30)으로된 제 1내지 제 4권선부(31~34)로 구성되어 있다. 그리고, 제 1권선부(31)는, 하나의 도선(30)을 슬로트번호의 1번부터 91번까지 6슬로트 마다에, 슬로트(15a)내의 외주측에서 첫번째의 위치와 외주측에서 2번째의 위치를 서로 취하도록 웨이브 와인딩해서 구성되어 있다. 또, 제 2권선부(32)는 도선(30)을 슬로트번호의 1번에서 91번까지 6슬로트 마다에 슬로트(15a)내의 외주측에서 두번째의 위치와 외주측에서 첫번째의 위치를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩해서 구성되어 있다. 또, 제 3권선부(33)는 도선( 30)을 슬로트 번호의 1번에서 91번까지 6슬로트 마다에 슬로트(15a)내의 외주측에서 3번째의 위치와 외주측에서 4번째의 위치를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩해서 구성하였다. 제 4권선부(34)는, 도선(30)을 슬로트 번호의 1번에서 91번까지 6슬로트 마다에 슬로트(15a)내의 외주측에서 4번째의 위치와 외주측에서 3번째의 위치를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩해서 구성되어 있다. 그리고 슬로트( 15a)내에는 도선(30)이 장방형단면의 길이방향을 경방향으로 나란히 해서 경방향으로 1렬에 4턴 나란히 배열되어 있다.

그리고 고정자철심(15)의 일단측에서 슬로트번호의 1번에서 연출하는 제 1권선부(31)의 단부(31a)와 슬로트번호의 91번에서 연출하는 제 3권선부(33)의 단부( 33b)가 접합되고 또 슬로트번호의 1번에서 연출하는 제 3권선부(33)의 단부( 33c)와 슬로트번호의 91번에서 연출하는 제 1권선부(31)의 단부(31b)가 접합되어 2턴의 권선부가 형성되어 있다.

또, 고정자철심(15)의 타단측에서 슬로트번호의 1번에서 연출하는 제 2권선부(32)의 단부(32a)와 슬로트번호의 91번에서 연출하는 제 4권선부(34)의 단부( 32a)와 슬로트번호의 91번에서 연출하는 제 4권선부(34)의 단부(34b)가 접합되고 또 슬로트번호의 1번에서 연출하는 제 4권선부(34)의 단부(34a)와, 슬로트번호의 91번에서 연출하는 제 2권선부(32)의 단부(32b)가 접합되어서 2턴의 권선부가 형성되어 있다.

또, 슬로트번호의 61번과 67번에서 고정자철심(15)의 일단측에 연출하는 제 2권선부(32)의 도선(30)의 부분이 절단되어 슬로트번호의 67번과 73번에서 고정자철심(15)의 일단측에서 연출하는 제 1권선부(31)의 도선(30)의 부분이 절단된다. 그리고 제 1권선부(31)의 절단단(31c)과 제 2권선부(32)의 절단단(32c)이 접합되어, 제 1내지 제 4권선부(31~34)를 직렬접속해서 된 4턴의 1상분의 고정자권선부(161)가 형성되어 있다.

또, 제 1권선부(31)의 절단단(31c)와 제 2권선부(32)의 절단단(32c)의 접합부가 브리지결선 접속부가 되고, 제 1권선부(31)의 절단단(31d)과 제 2권선부(32)의 절단단(32d)이 각각 유도선(O)및 중성점(N)가 된다.

마찬가지로 해서, 도선(30)이 권장되는 슬로트(15a)를 하나씩 밀리게해서 6상분의 고정자권선부(161)가 형성되어 있다.

그리고, 도 5에 표시된 바와 같이, 고정자권선부(161)가 3상분씩 성형결선되어 2도의 3상 고정자권선부(160)을 형성하고, 각 3상 고정자권선부(160)가 각각 정류기(12)에 접속되어 있다. 각 정류기(12)의 직류출력은 병렬에 접속되어서 합성된다.

다음 고정자(8)의 조립방법에 대해 도 6 내지 도 15를 참조해 가면서 구체적으로 설명한다.

우선 도 6에 표시된 바와 같이 12개의 장척의 도선(30)을 동시에 동일평면상에서 번개상으로 구부려 형성한다. 계속해 도 7에 화살표로 표시되는 바와 같이 직각방향으로 지그로 감아가고 도 8에 표시하는 권선어셈블리(90A)를 제작한다. 또 마찬가지로 도 9에 표시된 바와 같이 브리지결선 및 유도선을 갖는 권선어셈블리( 90B)를 제작한다.

또, 각 도선(30)은 도 10에 표시된 바와 같이 연출부(30a)에서 연결된 직선부(30b)가 6슬로트피치(6P)로 배열된 평면상패턴으로 구부려 형성되어 있다. 그리고 인접한 직선부(30b)가, 연출부(30a)에 의해 도선(30)의 폭(W)만큼 밀려져 있다.

권선어셈블리(90A),(90B)는 이러한 패턴으로 형성된 2개의 도선(30)을 도 11에 표시된 바와 같이 6슬로트피치 밀려서 직선부(30b)를 겹쳐 배열된 도선쌍이 1슬로트 피치씩 밀려서 6쌍 배열되어 구성되어 있다. 그리고, 도선(30)의 단부가 권선어셈블리(90A),(90B)의 양단의 양측에 6개씩 연출되어 있다. 또 연출부(30a)가 권선어셈블리(90A),(90B)의 양측부에 정렬되어서 배열되어 있다. 그후 띠모양의 권선어셈블리(90A),(90B)가 환상으로 성형하기 쉽게 하기위해 권선어셈블리(90A),(90B)는 300℃에서 10분간 아닐처리가 실시된다.

또 대형형상의 슬로트(36a)가 소정의 피치(전기각으로 30°)로 형성된 SPCC재를 소정매수 적층하고, 그 외주부를 레이저용접해서 도 12에 표시된 바와 같이 직방체의 적층체(36)를 제작한다.

그리고 도 13의 (a)에 표시된 바와 같이 인슐레이터(19)가 적층체(36)의 슬로트(36a)에 장착되고, 2개의 권선어셈블리(90A),(90B)의 각 직선부를 각 슬로트( 36a)내에 겹쳐서 밀어 넣는다. 이로써 도 13의 (b)에 표시한 바와 같이 2개의 권선어셈블리(90A),(90B)가 적층체(36)가 장착된다. 이때 도선(30)의 직선부( 30b)는 인슐레이터(19)에 의해 철심(36)과 절연되어서 슬로트(15a)내에 경방향으로 4개 나란히 수납되어 있다. 또 2개의 권선어셈블리(90A),(90B)는 도 14에 표시된 바와 같이 겹쳐서 적층체(36)에 장착되어 있다.

그후 적층체(36)을 둥글게 해서 그 단면끼리를 당접시켜서 용접해서 고정자철심(15)을 얻는다. 이때 도 13의 (C)에 표시한 바와 같이 슬로트(36a)(고정자철심의 슬로트 15a에 상당)는 대략 구형단면 형상이 되고, 그 개구부(36b)(슬로트 15a의 개구부 15b에 상당)는 직선부(30b)의 슬로트 폭방향 치수보다 작아진다. 그리고 도 4에 표시되는 결선방법에 따라 각 도선(30)의 단부끼리를 결선해서 3상 고정자권선(16)을 형성하고 도 15에 표시되는 고정자(8)를 얻는다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에서는 전류가 배터리(도시않음)로부터 브러시(10)및 슬립링(9)을 통해서 회전자코일(13)에 공급되고 자속이 발생한다. 이 자속에 의해 한쪽의 폴철심(21)의 클로상자극(23)이 S극에 착자된다.

한편 엔진의 회전토크가 벨트 및 풀리(5)를 통해서 샤프트(6)에 전달되고 회전자(7)가 회전된다. 그래서 다상 고정자권선(16)에 회전자계가 부여되고 다상 고정자권선(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 제 2의 팬(56)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 축에따라 흘러서 정규기(12) 및 레귤레이터(18)를 냉각하고 그후 제 2의 팬(5b)에 의해 원심방향으로 구부려져 3상 정자자권선(16)의 리어측의 코일엔드(16b)를 냉각하고, 배기공(2b)에서 외부로 배출된다.

한편, 프론트측에서는 제 1의 팬(5a)의 회전에 의해 외기가 흡기공(1a)로부터 축방향으로 흡입되고, 그후 제 1의 팬(5a)에의해 원심방향으로 구부려져 3상 고정자권선(16)의 프론트측의 코일엔드(16a)를 냉각하고, 배기공(1b)로부터 외부로 배출된다.

또, 회전자(7)의 원반부(302)에는 원반부(301)내 고정된 제 1의 팬(5a)과 비교해서 경방향의 치수가 큰 제 2의 팬(5b)이 부착되어 있으므로 케이스(3)내에서는 회전자(7)를 경계로 해서 리어측이 프론트측보다도 압력이 작아진다. 이 때문에 회전자(7)과 고정자(8)과의 사이의 극간에는 프론트측으로부터 리어측에 냉각풍이 흐르므로, 회전자(7)및 고정자(8)은 보다 효율좋게 냉각된다. 또, 이 실시의 형태에서는 리어측에서는 흡기공(2a)로부터 배기공(1b)까지의 사이에 정류기(12), 브리시 (11), 레귤레이터(18)등이 배치되어 있고 프론트측과 비교해서 통풍저항이 크므로, 회전자(7)의 양원반부(301),(302)에 경방향의 치수가 같은 제 1의 팬 및 제 2의 팬을 부착한 경우에도 케이스(3)내에서는 회전자(7)를 경계로 해서 리어측이 프론트측보다 압력이 낮고, 회전자(7)과 고정자(8)과의 사이의 극간이 프론트측에서 리어측에 냉각풍이 흐르고 회전자(7)가 냉각된다.

또, 회전자코일(13)의 외주면 및 회전자코일(13)과 원반부(301),(302)사이에는 고열전도성의 비니시인 수지(400)가 함침되어 있으므로 수지(400)에 의한 열전도성으로 회전자코일(13)의 냉각성이 향상되고 동손에 의한 계자전류의 저하를 억제할 수가 있다.

그런데, 상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 도 16에 표시하는 바와 같이 원반부(301),(302)의 축선방향의 길이 L1과 이 원반부(301),(302)와 경방향에서 겹쳐지는 고정자철심(15)의 길이 L2와의 캡율(L2/L1)은 0.3이상으로 구성되어 있다. 이 때문에 클로상자극(22),(23)에서 고정자철심(15)에 자속이 유입되는 동시에 원반부(301),(302)로부터도 직접 고정자철심(15)에 자속이 유입될수도 있고 자로단면적이 증대해서 고정자권선(16)을 쇄교(鎖交)하는 자속량이 증대한다.

도 17은 특성상 중요한 저속회전인 2000rpm에서 랩비율과, 자속량, 회전자코일(13)에 흐르는 계자전류 I 및 출력과의 관계를 본원의 발명자가 실험에 의해 구한 도면이고 이 도면에서도 랩율이 커지면 자로단면적이 커지고 자기저항이 작아져 자속량 Φ가 커지는 것을 알수있다. 또, 계자전류 I는 랩율이 커지면, 회전자(7)의 냉각풍의 경로인 클로상자극(22),(23)간의 골자기부(401)의 통로단면적이 작아지고 회전자(7)내를 흐르는 냉각공기량이 감소하고 회전자코일(13)의 동손에 의해 회전자코일(13)의 온도가 상승해서 저항이 커져 소정의 값을 피크에 감소하는 것을 알수 있다. 결과적으로는 출력을 자속량의 증가분을 계자전류의 저하에 의한 기자력감소에 의해 상쇄되므로 출력은 랩비율(L2/L1)을 크게하여도 0.3일때를 피크로 포화현상이 된다.

도 18은 랩율(L2/L1)이 예를 들어 0.3일때의 클로상자극(22),(23)의 외경 R1와 원통부(300)의 외경R2의 비율(R2/R1)과, 자속량 Φ와, 기자력 AT와의 관계를 본원의 발명자가 실험에 의해 구했을때의 도면이다.

통상 사용되는 기자력인 12000~2000AT 중, 회전자코일(13)의 도선의 선경 D를 0.90㎜, 0.95㎜, 1.00㎜의 3종류일때의 기자력 AT를 파라미터로 해서 관계를 표시하였다. 이 도면에서 0.50~0.54의 범위에서 안정적으로 고출력을 얻는 것을 알수있다.

또, 코일엔드(16a),(16b)는 동일형상의 연출부(30a)가 주방향이고 또 경방향으로 서로 이간해서 2렬로 되어 정연하게 배열되어서 구성되어 있으므로, 회전자(7)내의 냉각풍의 흐름이 저해되는 일은 없다. 또, 전주에 걸쳐 코일엔드( 16a),(16b)는 균등하게 냉각되는 동시에 통풍저항도 낮고 코일엔드(16a),(16b)의 냉각성이 향상되고 또 바람소음이 저감된다. 또, 코일엔드(16a),(16b)의 선단면에서는 凹凸이 적어지고 스페이스효율이 높아진다.

또, 이 차량용 교류발전기는 3상, 16극으로 고정자철심(15)의 슬로트(15a)의 수가 96이고 고정자철심 15의 슬로트수는 매극, 매상당 2이므로 슬로트수가 증가하고, 그만큼 코일엔드(16a),(16b)의 연출부(30a)가 증가하고, 코일엔드(16a),(16b)의 외와의 접촉면적이 증대하므로, 코일엔드(16a),(16b)의 냉각성이 향상되고, 고정자권선(16)의 고온화를 억제하고 또 출력향상에 기여하고 있다.

실시의 형태 2

도 19(a)는 이 발명의 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 고정자(8)의 사시도이고, 고정자(8)의 코일엔드(16a),(16b)를 고열전도성의 수지(25)로 일체로 몰드해 있다.

수지(25)는 열전도율이 0.5(W/mk)의 에폭시수지(주제)와 열전도율이 3.5(W/mk)의 알루미나를 1:4의 비율로 혼합한 것이다. 또, 이 도면에서는 유도선, 중성점 인출선은 생략되어 있다. 이 실시의 형태에서는 코일엔드(16a),(16b)에는 열전도성이 높은 수지(25)로 표면이 프래트하게 설치되어 있으므로 회전자(7)내의 냉각풍이 코일엔드(16a),(16b)와 간섭해서 흐르는 일도 없고 원활하게 우회에서 회전자(7)의 냉각성이 향상된다. 또, 코일엔드(16a),(16b)의 온도분포가 균일화 되고 고정자권선(16)의 고온화를 억제할수 있다.

또, 도 19(b)에 표시한 바와 같이 고정자(8)의 축선방향의 전장은 회전자(7)의 폴코어의 축선방향의 전장보다도 작으므로 원심방향으로 흐르는 제 1의 팬(5a)과 제 2의 팬 5b의 냉각용이 코일엔드(16a),(16b)를 덮은 수지(25)에 직접충돌하는 일 없이 원활하게 흐르고 고정자(8) 및 회전자(7)의 냉각성이 향상된다.

또, 상기 실시의 형태의 고정자권선(16)에서는 도선(30)을 소정슬로트수 마다에 슬로트내에서 슬로트 깊이방향으로 내층과 외층을 교호로 채택하도록 연속해서 권장하고, 코일엔드(16a),(16b)에서는 주방향으로 또 경방향으로 서로 이간해서 2열이 되어 정연하게 연출부(30a)가 배열되고 있으나, 몰론 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 축선방향으로 2중으로 겹쳐진 연출부가 주방향으로 배열되는 것고 무방하다.

또, 상기 실시의 형태에서는 도선(30)이 4턴의 3상 고정자권선(16)에 대해 설명하였으나, 다시 저속으로 고출력이 요구되는 경우는 예를 들면 도선의 턴수를 6턴, 8턴으로 하는 코일엔드의 연출부를 주방향으로 3열, 4열이 되도록 해도 된다. 또, 상기 각 실시의 형태에서는 16극의 자극수에 대해 고정자의 슬로트수를 96슬로트로 하였으나, 12극의 자극수에 대해서는 120의 슬로트를 채용해도 된다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 1에 관한 교류발전기에 의하면 회전방향을 따라 N극, S극을 교호로 형성하는 회전자와, 이 회전자를 둘러싼 고정자를 구비하고 상기 회전자는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일과, 이 회전자코일이 권장된 원통부, 이 원통부의 양단부로부터 경방향으로 뻗은 원반부 및 원반부로부터 축선방향으로 뻗어 상기 회전자코일을 덮고, 상기 자속에 의해 상기 N극, S극에 작자되는 복수의 클로상 자극에서 구성된 폴코어를 포함하고, 상기 고정자는 주방향에 간격을 두고 축선방향으로 뻗어서 다수 형수된 슬로트를 갖는 고정자철심과, 이 고정자철심에 장착된 고정자권선을 포함하는 교류발전기로서, 상기 원반부의 축선방향의 길이 L1과 이 원반부와 경방향에서 겹치는 상기 고정자철심의 길이 L2와의 비율(L2/L1)은 0.3이상이고 또 상기 클로상자극의 외경 R1과 상기 원통부의 외경 R2와의 비율(R2/R1)는 0.50~0.54의 범위이므로 클로상 자극에서 고정자철심에 자속이 유입되는 동시에 원반부에서도 직접 고정자철심에 자속이 유입할수가 있고, 자로 단면적이 증대해서 자속량이 증대하고 또 회전자코일의 동손도 적고 출력을 향상시킬수가 있다.

Claims (1)

1. 회전방향을 따라 N극, S극을 교호로 형성하는 회전자와 이 회전자를 둘러싼 고정자를 구비하고, 상기 회전자는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일과, 이 회전자코일이 권장된 원통부, 이 원통부의 양단부에서 경방향으로 뻗은 원반부 및 원반부에서 축선방향으로 뻗어서 상기 회전자코일을 덮고 상기 자속에 의해 상기 N극, 상기 S극에 착자되는 다수의 클로상 자극으로 구성된 폴코어를 포함하고 상기 고정자는 주방향으로 간격을 두고 축선방향으로 뻗어서 다수 형성된 슬로트룰 갖는 고정자철심과, 이 고정자철심에 장착된 고정자권선을 포함하는 교류발전기로 상기 원반부의 축선방향의 길이 L1과, 이 원반부와 경방향에서 겹치는 상기 고정자철심의 길이 L2와의 비율(L2/L1)은 0.3이상이고 또 상기 클로상자극의 외경 R1과 상기 원통부의 외경 R2의 비율(R2/R1)은 0.5~0.54의 범위인 교류발전기.