KR100385681B1

KR100385681B1 - 차량용 교류발전기의 고정자

Info

Publication number: KR100385681B1
Application number: KR10-2000-0059529A
Authority: KR
Inventors: 히가시노교코; 아다치가쓰미
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-05-27
Also published as: JP3383251B2; US6886236B2; JP2001186738A; US20020047478A1; KR20010067309A; US6885127B1

Abstract

스테이터 코일의 장착성을 양호한것으로 하고 소음을 저감시킬 수 있는 차량용 교류발전기의 고정자를 얻는다.

내주에 다수의 슬롯(125)가 형성된 스테이터 코어(122) 및 슬롯(125)에 조립된 스테이터 코일(23)을 갖는 스테이터(8)와 스테이터(8)의 내측에 설치되고 자속을 발생하는 로터 코일(15) 및 로터 코일(15)을 덮고 클로상 자극이 형성되는 폴코어(16)를 갖는 로터(6)를 구비하고, 슬롯의 수가 1상, 1극당 2이고, 총수가 72이상이고, 스테이터 코어(122)는, 슬로트(125)를 형성하는 다수의 티스 (124)가 요크(123)의 한쪽에 다수형성된 판상자성부재를 적충하여 형성되고, 슬롯(125)내에 스테이터 코일(23)을 배치하고 스테이터 코일(23)이 내측으로 되도록 굴곡시켜서 양단면을 맞닿게 함으로서, 링상으로 연결된것이다.

Description

차량용 교류발전기의 고정자{STATOR FOR AN AUTOMOTIVE ALTERNATOR}

본 발명은, 예를들면 내연기관에 의해 구동되는 교류발전기에 관해 특히, 승용차 트럭등의 차량에 탑재되는 차량용 교류발전기의 고정자구조에 관한것이다.

도 8 은 종래의 차량용 교류발전기의 측단면도이다. 도 9 는 종래의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 스테이터 코어의 정면도이다. 도 10 은 종래의 차량용 교류발전기의 회로도이다. 도면에 표시된 종래의 발전기는 알루미늄제의 프론트 브래킷(1) 및 리어 브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)와 이 케이스(3)내에 회전이 자유롭게 설치되고, 일단부에 풀리(4)가 고정된 샤프트(5)와 이 샤프트(5)에 고정된 렌덜형의 로터(6)와, 이 로터(6)의 양측에 고정된 팬(7)과 케이스(3)의 내벽면에 고정된 스테이터(8)와, 샤프트(5)의 타단부에 고정된 로터(6)에 전류를 공급하는 슬립링(9)과 슬립링(9)에 슬라이드하는 브러시(10)와 이 브러시(10)를 수납한 브러시 홀더(11)와, 스테이터(8)와 전기적으로 접속되고 스테이터(8)에서 발생한 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와 브러시 홀더(11)에 끼워 붙여진 히트싱크(13)와, 히트싱크(13)에 접착되고 스테이터(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(14)를 구비하고있다.

로터(6)는, 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터 코일(15)과, 이 로터 코일(15)을 덮고, 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어(16)를 구비하고있다. 폴코어(16)는 한쌍의 교대로 맞물린 제 1 의 폴코어체(17) 및 제 2 의 폴코어체(18)를 구비하고 있다. 제 1의 폴코어체(17) 및 제 2의 폴코어체(18)는 철제이고 또 단부에 클로상 자극(19),(20)을 갖고있다. 인접한 클로상 자극(19),(20)간에는 클로상 자극(19),(20)간에서 자속이 누설되지않게, 또 로터 코일(15)을 냉각하기위한 냉각통로가 되는 극간이 형성되어있다.

스테이터(8)은, 스테이터 코어(22)와 이 스테이터 코어(22)에 도선이 전기각 30도의 위상차로 감겨진 2조의 3상 스테이터 코일(23)을 구비하고 있다(도 9 및 도 10 참조). 스테이터 코어(22)는 박판 강판을 등간격으로 요철(凹凸) 형상으로 뚫어서 겹쳐 감고 또는 적충해서 원환형상으로 구성되어있다. 스테이터 코어(22)의 내주부에는 축선방향으로 뻗은 슬롯(25) 및 티스(24)가 형성되어있다.

이 예의 경우에는 2조의 3상 스테이터 코일(23)을 갖고있으며, 로터(6)의 자극수가 12극이고, 1극에 대해 2×3 상분이 대응하고 슬롯(25) 및 티스(24)가 72개 형성되어있다. 원환상의 스테이터 코어(22)는 기계각 5도(360도/72)의 등간격으로 슬롯(25)이 형성되어있다. 이때 12극으로 균등하게 72슬롯이 대응하므로 슬롯(25)은 전기각으로 30도의 균등간격으로 형성되어있다.

2조의 Y-Y 결선한 3상 스테이터 코일(23)은 각각 슬롯(25)내에 전기각으로 30도의 위상차로 설치되고 또 정류기(12)와 전기적으로 접속되어있다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는, 배터리(도시않음)에서 브러시(10), 슬립링(9)을 통해서, 로터 코일(15)에 전류가 공급되어 자속이 발생하고 제 1 의 폴코어체(17)의 클로상 자극(19)에는 N극이 착자되고 제 2 의폴코어체(18)에는 S극이 착자된다.

한편 엔진에 의해 풀리(4)는 회전되고 샤프트(5)와 함께 로터(6)가 회전한다. 이때문에, 스테이터 코일(23)에는 회전자계가 부여되고, 기전력이 생긴다. 이 교류의 기전력은, 정류기(12)를 통해서 직류로 정류되는 동시에, 레귤레이터(14)에 의해 그 크기가 조정되어 배터리에 충전된다.

이 차량용 교류발전기에서는 스테이터 코어(22)의 슬롯(25)의 수가 스테이터 코일(23)의 조수, 상 및 로터(6)의 자극수에대해 1상 및 1자극당 1이고, 로터(6)가 인접하는 클로상 자극(19),(20)간에 형성되는 누설자속이, 동일한 티스(24)를 통해서 형성되는일이 적고, 티스(24)에 자속이 누설되는 시간이 짧다. 따라서 누설자속에 의해 생기는 스테이터 코일(23)에 대한 유효 자속의 감소량이 적고, 자속의 맥동이 저감된다.

또 상기 차량용 교류발전기와 같은 기술내용은, 일본국 특개평 4-26345 호 공보에 기재되어있다.

이같은 구성의 종래의 차량용 교류발전기에서는 스테이터 코어(22)의 슬롯수가 72개로 많으므로 스테이터 코일(23)을 스테이터 코어(22)에 삽입할때 장착성이 나쁘다는 문제점이 있었다.

또 종래의 차량용 교류발전기에서는, 본원의 발명자가 전자계 해석해서 작성한 도 11(횡축의 슬로트 개구부간격은 30도로 전기각이 등간격이고, 예를들면 24도에서는 24도와 36도를 반복하는 부등간격을 의미한다. 종축은 기본파에 대한 스테이터 기자력 고조파의 비율을 표시한다.)에 표시하는 바와같이 슬롯 개구부의 간격이 균등하고 전기각 30도의 경우 자속밀도파형의 공간 제 5차, 7차 고조파는 나타나지 않는다. 그러나 스테이터(8)의 기자력 고조파는 공간 11차 및 13차 고조파가 크고, 로터(6)의 기자력 고조파에 11차 또는 13차 고조파가 있으면 각각이 간섭함으로써 자속의 맥동 억제는 충분하지않고 발생전압의 변동 억제가 충분하지않으며 또 로터(6)의 클로상 자극(19),(20)과 스테이터(8)와의 사이에서 자기흡인력이 생기고 스테이터(8)나 케이스(3)등이 공진하는것이나, 로터(6)의 클로상 자극(19),(20)이 진동함으로써, 승차한 사람에게 불쾌한 소리가 들린다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 이런 문제점을 해결하는것을 과제로 하는것으로서 스테이터 코일의 장착성을 양호하게하고 또 자속의 맥동 및 스테이터와 로터사이의 자기흡인력에 큰 영향을 주는 고차수의 스테이터 기자력 고조파 및 스테이터 슬롯 고조파를 저감할 수 있고, 발생전압의 변동 및 소음을 저감할 수 있는 차량용 교류발전기의 고정자를 얻는것을 목적으로한다.

본 발명에 관한 차량용 교류발전기의 고정자는 내주에 축선방향으로 뻗어서 원주방향에 소정의 피치로 다수의 슬롯이 형성된 스테이터 코어 및 상기 슬롯에 조립된 2조의 3상 스테이터 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 회전이 자유롭게 설치되고 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터 코일 및 로터 코일을 덮고 자속에 의해 다수의 클로상 자극이 형성되는 폴코어를 갖는 로터를 구비하고, 상기 슬롯의 수가 1상, 1극당 2이고 총수가 72이상인 차량용 교류발전기로서, 상기 스테이터 코어는 상기 슬롯을 형성하는 다수의 티스가 요크의 한쪽에 다수 형성된 편상자성부재를 적충하여 형성되고 상기 3상 스테이터 코일을 형성하는 다수의 권선군은 상기 슬롯내에 상기 권선군의 각 소선이 정렬하여 배치되도록 직경방향으로부터 장착되고, 이 3상 스테이터 코일이 내측으로 되도록 굴곡시켜서 양단면을 맞닿게 함으로써 링상으로 연결된 것이다.

또 인접해서 형성된 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 불균등하게 형성되어 있다.

또 슬롯 개구부의 간격은 전기각으로 α도 및 (60-α) 도의 반복이고 α도는 16내지 29도의 범위에 있다.

또 슬롯 개구부의 간격은 전기각에서 α도 및 (60-α) 도의 반복이고 α도는 22내지 24도의 범위에 있다.

또 슬롯 개구부의 간격은 전기각으로 24도 및 36도의 반복이다.

또 슬롯간을 구획하는 티스의 선단부에 주방향으로 뻗는 돌출부가 형성되고 돌출부의 돌출길이의 장단에 의해 인접한 슬로트 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 변경되어있다.

또 슬롯간을 구획하는 티스의 폭이 불균등하다.

또 불균등한 폭의 티스에서 폭이 넓은 티스를 원주방향으로 개략 수직한 면에서 분할함으로써 링상으로 연결된 스테이터 코일의 맞닿는면이 형성되어있다.

도 1 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 스테이터 코어를 굴곡시키기 이전의 구조를 설명하는 사시도.

도 2 는 스테이터 코어의 제조공정을 설명하는 공정단면도.

도 3 은 스테이터 코어의 제조공정을 설명하는 사시도.

도 4 는 스테이터 코어의 정면도.

도 5 는 스테이터 코어의 부분적인 확대도.

도 6 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 회로도.

도 7 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 고정자의 다른예를 표시하는 스테이터 코어의 요부의 확대도.

도 8 은 종래의 차량용 교류발전기의 측단면도.

도 9 는 종래의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 스테이터 코어의 정면도.

도 10 은 종래의 차량용 교류발전기의 회로도.

도 11 은 스테이터 기자력 고조파의 변화를 표시하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6 : 로터 8 : 스테이터

15 : 로터 코일 16 : 폴코어

23 : 스테이터 코일 122,222 : 스테이터 코어

123 : 요크 124,224 : 티스

124a,224a : 돌출부 125 : 슬롯

127 : 슬롯 개구부

실시의 형태 1

도 1 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 스테이터 코어의굴곡시키기 이전의 구조를 설명하는 사시도이다. 도 2 는 스테이터 코어의 제조공정을 설명하는 공정 단면도이다. 도 3 은 스테이터 코어의 제조공정을 설명하는 사시도이다. 도 4 는 스테이터 코어의 정면도이다. 도 5 는 스테이터 코어의 부분적인 확대도이다. 도 6 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 회로이다.

본 발명의 스테이터 코어(122)는 도 1 에 표시된 바와같이 소정의 형상으로 뚫여진 판상자성부재인 spec 재가 소정매수 적충되어 직방체상으로 형성되어있다. 요크(123)의 한쪽에는 종래와같은 총수 72개의 티스 124가 형성되어있다. 인접한 티스 124간에는 각각 사다리꼴형상의 슬롯(125)이 형성되어있다.

그리고 도 2 의 (a)에 표시된 바와같이 인슐레이터(49)가 스테이터 코어 (122)의 슬롯(125)에 장착되고, 소선군(35A),(35B)의 각 직선부를 각 슬롯 (125)내에 겹쳐 밀어넣는다. 이로써 도 2 의 (b)에 표시된 바와같이, 소선군 (35A),(35B)이 스테이터 코어(122)에 장착된다. 이때 소선(30)의 직선부(30b)는 인슐레이터(49)에 의해 스테이터 코어(122)와 절연되어 슬롯(125)내에 직경방향으로 4개 나열되어 수납되어있다.

계속해 스테이터 코어(122)를 도 3 에 표시한 바와같이 둥글게하고, 그 단면끼리를 맞닿게하여 용접하며, 도 2 의 (c) 및 도 4 에 표시된 바와같이 원통상의 스테이터 코어(122)를 얻는다. 스테이터 코어(122)를 둥글게함으로써 슬롯(125)는 대략 구형 단면 형상이되고 그 개구부(127)는 직선부(30b)의 슬롯 폭방향 치수보다 작게된다.

도 5 는 본 실시의 형태의 스테이터 코어(122)의 요부확대도이다. 본 실시의 형태에서는 슬롯(125)의 합계수는 종래와같고 로터 자극이 12이고 슬로트수가 72이나, 인접한 슬롯 개구부(127)의 원주방향 공극중심간격이 균등하지않다. 즉, 각 슬롯(125)간을 구획하는 티스(124)의 선단부에 원주방향으로 뻗는 돌출부(124a)가 형성되고 길고 협소한 돌출부(124a)와 길이가 짧은 돌출부(124a)에 의해 인접한 슬롯 개구부(127)의 원주방향 공극중심의 상호간격이 변경되어있다.

그리고, 인접한 슬롯 개구부(127)의 원주방향 공극중심의 상호간격은 전기각으로 24도와 36도를 반복하도록 형성되어있다. 이로써 권선되는 2조의 3상 스테이터 코일은 도 6 에 표시된 바와같이 전기각 36도의 위상차를 갖게된다.

슬롯 개구부(127)의 원주방향 공극중심간격을 24도와 36도를 반복하는 부등간격으로 함으로써 도 11 에 표시하는 바와같이 종래의 전기각 30도의 경우와 비교해서, 자속밀도파형인 스테이터(8)의 기자력 고조파는, 공간 5차, 7차, 11차 및 13차의 고조파로 밸런스 좋게 저감되게된다.

또 이 고조파의 허용상한치는 승차자에게 불쾌한 소리를 내지않게 하기위해서는 일반적으로 13％ 정도로 되는 것이 바람직하고 이때문에 슬롯 개구부 (127)의 원주방향 공극중심간격은 16도와 44도를 반복하는 부등간격으로부터 29도와 31도를 반복하는 부등간격의 범위이면 대략 양호한 결과를 얻을수가 있다.

또 슬롯 개구부(127)의 원주방향 공극간격을 22도와 38도를 반복하는 부등간격으로부터 24도와 36도를 반복하는 부등간격의 범위로 하면, 고조파의 상한치를 8％ 정도로 할수가 있어, 즉 5차, 7차, 11차 및 13차의 고조파를 밸런스 좋게 저감할 수가 있다.

또 상기와같이 다슬롯로 협소폭의 티스(124)를 다수 갖는 스테이터 코어 (122)를 종래와같이 원관상태 일체물이 아니고 적충직방체에서 원통상으로 하는 공정을 거쳐서 형성함으로써, 스테이터 코일의 스테이터 코어(122)로의 장착성을 양호한것으로하고, 저코스트로 안정된 품질의 제품으로 할수가있다.

또 본 실시의 형태의 스테이터 코어(122)는 직방체에서 원통상으로 하는것이나 반드시 직방체에 한하는것은 아니고 스테이터 코일 장착시에 슬롯 개구부 (127)가 넓혀져있는 상태의 것이면 효과를 얻을수가 있고, 예를들면 곡율이 큰 원호상의것이 다수 준비해서, 곡율반경을 작게하면서 조합해서 연결해도 같은 효과를 얻을수가 있다.

실시의 형태 2

도 7 은 본 발명의 차량용 교류발전기의 다른예를 표시하는 스테이터 코어의 요부확대도이다. 본 실시의 형태의 스테이터 코어(222)는 인접한 티스(224)의 폭이 불균일하게 형성되어있다. 그리고 각 슬로트(225)의 폭을 개략같게 하면서 슬롯 개구부(227)의 원주방향 공극중심간격을 24도와 36도를 반복하는 불등간격으로 하고있다.

이때문에 슬롯 개구부(227)에 형성된 원주방향으로 뻗는 돌출부(224a)의 형상을 각각 같게 할수가 있다. 이때문에 실시의 형태 1 에 설치되어 있었던 길고 협소한 뻗어 나오는 부분을 형성하는일 없이, 같은 효과를 얻을수가 있다.

또 본 실시의 형태에서는 폭이 넓은 티스(224)를 원주방향으로 개략 수직한 면 (224b)에서 분할하고 이 면(224b)을 링상태로 연결할때의 맞닿는면으로 하고있다. 그리고 이 맞닿는면(224b)을 용접함으로써 링상의 스테이터 코어(222)를 제작하고있다. 이때문에 맞닿는면(224b)의 제작이 쉬워지는 동시에 연결작업이 쉽고 나아가서는 결합성이 높은것을 얻을수가 있다.

본 발명에 관한 차량용 교류발전기의 고정자는 내주에 축선방향으로 뻗어서 원주바양에 소정의 피치로 다수의 슬롯이 형성된 스테이터 코어 및 상기 슬롯에 조립된 2조의 3상 스테이터 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 회전이 자유롭게 설치되고 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터 코일 및 상기 로터 코일을 덮고 자속에 의해 다수의 클로상 자극이 형성되는 폴코어를 갖는 로터를 구비하고, 상기 슬롯의 수가 1상, 1극당 2이고 총수가 72이상인 차량용 교류발전기로서, 상기 스테이터 코어는 상기 슬롯을 형성하는 다수의 티스가 요크의 한쪽에 다수 형성된 판상자성부재를 적충하여 형성되고 상기 3상 스테이터 코일을 형성하는 다수의 궈선군은 상기 슬롯내에 상기 권선군의 각 소건이 정렬하여 배치되도록 직경방향으로부터 장착되고, 이 3상 스테이터 코일이 내측으로 되도록 굴곡시켜서 양단면을 맞닿게 함으로써 링상으로 연결된 것이다. 이때문에 스테이터 코일을 스테이터 코어에 삽입시, 스테이터 코어가 분할되어 있으므로 장착성이 양호해진다.

또, 인접해서 형성된 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 불균등하게 형성되어있다. 이때문에 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 불균등하고 스테이터 코어의 강성이 낮은경우에도, 스테이터 코어가 분할되어 있으므로 고정밀도로 제작하는것이 가능해진다.

또 슬롯 개구부의 간격은 전기각으로 α도 및(60-α) 도의 반복이고 α도는, 16내지 29도의 범위에 있다.

이때문에 5차, 7차, 11차 및 13차의 고조파를 밸런스 좋게 저감할 수가 있어 신뢰성이 향상된다.

또 슬롯 개구부의 간격은 전기각으로 α도 및(60-α) 도의 반복이고 α도는 22내지 24도의 범위에 있다.

이때문에 5차, 7차, 11차 및 13차의 고조파를 다시 밸런스 좋게 저감할 수가 있다.

슬롯 개구부의 간격은 전기각으로 24도 및 36도의 반복이다. 이때문에 5차 및 13차의 고조파를 가장 좋게 저감할수가 있고 신뢰성이 향상된다.

또 슬롯간을 구획하는 티스의 선단부에 원주방향으로 뻗는 돌출부가 형성되어 돌출부의 돌출길이의 장단에 의해 인접한 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 변경되어있다. 이때문에 부품추가나 대폭적인 설계변경없이 용이하게 목적의 구성을 얻을수가 있다.

또 슬롯간을 구획하는 티스의 폭이 불균등하다. 이때문에 길이가 다른 돌출부를 설치하지않고, 쉽게 목적의 구성을 얻을수가 있다.

또 불균등한 폭의 티스에서, 폭이 넓은 티스를 원주방향으로 개략 수직한 면에서 분할함으로써 링상으로 연결된 스테이터 코일의 맞닿는면이 형성되어 있다. 이때문에 다 슬롯에 의한 좁은 폭의 티스의 경우라도 맞닿는면의 형성이 용이하다.

Claims

내주에 축선방향으로 뻗어서 원주방향에 소정의 피치로 다수의 슬롯이 형성된 스테이터 코어 및 상기 슬롯에 조립된 2조의 3상 스테이터 코일을 갖는 스테이터와,

상기 스테이터의 내측에 회전이 자유롭게 설치되고 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터 코일 및 상기 로터 코일을 덮고 자속에 의해 다수의 클로상 자극이 형성되는 폴코어를 갖는 로터를 구비하고, 상기 슬롯의 수가 1상, 1극당 2이고 총수가 72이상인 차량용 교류발전기로서, 상기 스테이터 코어는 상기 슬롯을 형성하는 다수의 티스가 요크의 한쪽에 다수형성된 판상자성부재를 적충하여 형서되고 상기 스테이터 코일을 형성하는 다수의 권선군은 상기 슬롯내에 상기 권선군의 각 소선이 정렬하여 배치되도록 직경방향으로부터 장착하고 이 스테이터 코일이 내측으로 되도록 굴곡시켜서 양단면을 맞닿게함으로써 링상으로 연결된것을 특징으로하는 차량용 교류발전기의 고정자.
제 1 항에 있어서,

인접해서 형성된 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 불균등하게 형성되어있는것을 특징으로하는 차량용 교류발전기의 고정자.
제 1 항에 있어서,

상기 슬롯간을 구획하는 상기 티스의 선단부에 원주방향으로 뻗는 돌출부가 형성되고 상기 돌출부의 돌출길이의 장단에 의해 인접한 상기 슬롯 개구부의 원주방향 공극중심의 상호간격이 변경되어있는것을 특징으로하는 차량용 교류발전기의 고정자.