KR100478694B1

KR100478694B1 - 코어 슬롯에 삽입된 절연 슬리브에 의해 절연되는 도체를갖는 회전 전기 장치

Info

Publication number: KR100478694B1
Application number: KR10-2002-0083712A
Authority: KR
Inventors: 가토우미츠루; 기타카도야스노리; 무라하시모토히로
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2005-03-28
Also published as: DE60204275T2; EP1324463A2; DE60204275D1; EP1324463B1; JP2003199278A; US20030127936A1; KR20030055159A; EP1324463A3; US6674211B2; JP3551375B2

Abstract

회전 전기 장치의 원통형 고정자 또는 회전자에 다수의 슬롯이 형성된다. 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 절연 슬리브가 각 슬롯에 삽입되고, 상기 슬롯내에 배치된 절연 슬리브의 내부 공간에 도체가 삽입된다. 절연 슬리브의 내부 공간은 도체를 삽입함으로써 넓어지고, 이에 의해, 슬롯의 코너에 절연 슬리브의 코너부를 강하게 압착하게 된다. 따라서, 절연 슬리브가 슬롯에 단단히 고정되어, 도체 삽입 공정시에 슬롯에서의 미끄러짐 동작을 피할 수 있게 된다. 이에 따라, 절연 슬리브가 슬롯에서의 미끄러짐 동작에 의해 손상받는 것이 방지된다.

Description

코어 슬롯에 삽입된 절연 슬리브에 의해 절연되는 도체를 갖는 회전 전기 장치{ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING CONDUCTORS INSULATED BY INSULATION SLEEVE INSERTED INTO CORE SLOT}

본 발명은 차량에 사용되는 교류발전기(alternator) 또는 스타터 모터(starter motor)와 같은 회전 전기 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명은 회전 전기 장치의 회전자(rotor) 또는 고정자(stator)를 형성하는 코어의 슬롯에 삽입된 도체를 절연시키기 위한 구조 및 방법에 관한 것이다.

지금까지는 고정자 코어의 슬롯에 축방향으로 삽입된 도체 세그먼트를 갖는 회전 전기 장치의 고정자 코어가 알려져 있었다. 도체 세그먼트의 축단부가 차례로 접속되어 고정자 권선을 형성한다. 예를 들면, 다수의 U자형 도체 세그먼트로 형성된 고정자 권선을 갖는 고정자를 형성하는 방법이 JP-B2-3196738에 기재되어 있다. U자형 도체 세그먼트는 고정자 코어내에 형성된 슬롯에 다수의 도체가 삽입된다. U자형 도체 세그먼트 중 하나의 도체가 하나의 슬롯에 삽입되고, 다른 도체가 상기 하나의 슬롯으로부터 자극 피치(pole pitch)만큼 떨어진 다른 슬롯에 삽입된다. 다수의 도체 세그먼트가 모두 슬롯에 삽입된 후에, 도체의 축단부가 차례로 접속되어 고정자 권선을 형성한다.

JP-A-2001-37131에는 다수의 L자형 도체 세그먼트로 형성된 고정자 권선을 갖는 고정자가 기재되어 있다. L자형 도체 세그먼트가 양쪽 축단부로부터 고정자 코어의 슬롯에 삽입된다. 그리고 나서, L자형 도체 세그먼트의 축단부가 차례로 접속되어 고정자 권선을 형성한다.

고정자 코어의 축방향으로 삽입된 U자형 또는 L자형 도체 세그먼트를 갖는 이러한 고정자 또는 회전자(축방향 삽입형 도체를 갖는 회전 전기 장치라고 부름)에서, 슬롯에 도체를 삽입하기 위한 점적율(占積率: space factor)은, 연속적인 와이어를 감아서 형성된 고정자 권선을 갖는 고정자내의 점적율보다 더 높게 만들어질 수 있다. 이것은 직사각형 단면을 갖는 도체 세그먼트가 U자형 또는 L자형 도체 세그먼트를 사용하는 고정자에서 사용될 수 있기 때문이다. 슬롯내의 점적율을 향상시킴으로써, 회전 전기 장치는 소형으로 가볍게 만들어질 수 있다. 또한, 높은 출력을 갖는 회전 전기 장치가 소형으로 실현될 수 있다.

축방향으로 삽입된 도체를 갖는 회전 전기 장치에서, 도체를 코어로부터 절연시키기 위한 절연 슬리브가, 도체가 삽입되기 전에, 각 슬롯에 삽입된다. 슬롯에 삽입된 절연 슬리브는, 도체가 절연 슬리브에 삽입될 때에, 도체와 절연 슬리브 사이의 마찰력에 의해 축방향으로 미끌어지는 경향이 있다. 또한, 도체의 가장자리가 절연 슬리브의 내부 표면을 긁고, 이에 따라, 절연 슬리브의 절연력이 손상될 수 있다.

JP-A-58-157349에 기재된 회전 전기 장치에서, 절연 슬리브는 나팔 모양으로 넓어진 단부를 갖는 열가소성 물질로 이루어진 절연 슬리브가 사용된다. 도체는 이 넓어진 단부로부터 절연 슬리브로 삽입된다. 넓어진 단부는 절연 슬리브의 끝부분을 가열하고 소성 변형시켜서 형성된다. 넓어진 단부의 목부분은, 도체가 절연 슬리브에 삽입될 때에, 도체에 의해 절연 슬리브에 가해지는 추력(thrusting force)에 의해, 목부분이 슬롯의 가장자리에 대해 강하게 눌려지기 때문에, 얇아지는 경향이 있다. 목부분이 얇아지는 경우, 슬리브의 절연력이 감소된다.

넓어진 단부의 목부분과 슬롯의 가장자리 사이에 접촉력을 감소시키기 위해, JP-A-2000-308314에 기재된 바와 같이, 도체가 절연 슬리브에 삽입되기 전에, 도체가 삽입되는 방향에 반대 방향으로 절연 슬리브가 당겨질 수 있다. 그러나, 도체의 삽입에 의해 야기되는 추력에 대항하여 절연 슬리브의 당겨진 목부분을 유지하는 것은 어렵기 때문에, 목부분에서 절연력이 감소되는 문제점은 여전히 존재한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 도체를 절연 슬리브에 삽입하는 것에 의해 절연 슬리브의 절연력이 감소되지 않는 개선된 회전 전기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 개선된 회전 전기 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 다양한 회전 전기 장치의 회전자 또는 고정자 코어에 적용될 수 있다. 차량용으로 사용되는 교류발전기의 고정자 코어에 적용된 본 발명이 대표적인 예로서 후술될 것이다. 고정자 코어는 원통형으로 형성되고, 다수의 슬롯이 고정자 코어의 내부 구멍을 따라 형성된다. 열가소성 수지 물질로 이루어지고, 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 절연 슬리브가 각 슬롯에 삽입된다. 고정자 권선을 형성하는 도체가 절연 슬리브에 삽입된다. 다시 말하면, 도체는 절연 슬리브에 의해 고정자 코어로부터 절연된다.

절연 슬리브는 슬롯의 각 코너에 각각 접하는 4개의 코너부 및 슬롯의 측벽에 평행으로 배치되는 평탄부를 포함한다. 절연 슬리브가 슬롯에 삽입될 때에, 절연 슬리브의 평탄부는 슬롯의 측벽으로부터 떨어져서 배치되어, 평탄부와 측벽 사이에 약간의 공간을 형성하게 된다. 절연 슬리브의 내부 공간은 도체를 절연 슬리브에 삽입함으로써 넓어지고, 이에 따라, 평탄부가 슬롯의 측벽에 접하게 되고, 코너부는 슬롯의 코너에 압착된다.

따라서, 절연 슬리브가 슬롯에 단단히 고정되어, 도체의 삽입에 의해 이것이 세로 방향으로의 이동하는 것을 피할 수 있게 된다. 절연 슬리브가 슬롯에서의 세로 방향 미끄러짐에 의해 손상받는 것이 방지된다. 따라서, 슬롯에 고정된 절연 슬리브에 의해 고체가 고정자 코어로부터 적절하게 절연된다.

절연 슬리브는 열가소성 수지 테이프로 만들어진다. 상기 코너부와 평탄부 사이의 경계에 위치되는 벤딩 라인이 세로 방향을 따라 수지 테이프상에 형성된다. 그리고 나서, 수지 테이프가 절연 슬리브의 형태로 구부려진다. 그리고, 구부려진 수지 테이프는 소정 길이를 갖는 개별 절연 슬리브로 절단된다. 그리고 나서, 절연 슬리브가 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입된다. 바람직하게는, 도체가 삽입될 절연 슬리브의 일측 단부가 나팔 모양으로 넓어져서, 도체의 삽입을 용이하게 한다.

본 발명에 따르면, 도체를 절연 슬리브에 삽입하는 공정에서, 절연 슬리브가 슬롯에서 미끄러지는 것이 방지되고, 상기 슬롯에서의 미끄러짐으로 인한 절연 슬리브의 손상을 피하게 된다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 바람직한 실시예를 이해함으로써 보다 쉽게 명백해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이 실시예에서, 본 발명은 차량용으로 사용되는 교류발전기의 고정자 코어에 적용된다. 그러나, 본 발명은 다른 회전 전기 장치의 고정자 코어 또는 회전자 코어에 적용될 수 있다. 다수의 슬롯(2)이 원주 방향을 따라 고정자 코어(1)에 형성된다. 각 슬롯(2)에 고정자 코어(1)의 축방향으로 절연 슬리브(3)가 삽입된다. 한 쌍의 도체(4a)를 갖는 U자형 도체 세그먼트(4)가 절연 슬리브(3)의 안쪽 공간(S)에 삽입된다. U자형 도체 세그먼트(4)가 모두 삽입된 후에, 도체(4a)의 자유 단부가 주지된 방식으로 차례로 접속되어, 고정자 권선을 형성하게 된다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 절연 슬리브(3)의 일측 단부(5)가 나팔 모양으로 넓어져서, 도체(4a)가 쉽게 절연 슬리브(3)에 삽입될 수 있다. 절연 슬리브(3)의 다른측 단부는 스토퍼 플레이트(stopper plate)(6)에 접하여, 도체(4a)가 절연 슬리브(3)에 삽입될 때에, 절연슬리브(3)가 축방향으로 미끄러지지 않도록 한다. 그러나, 스토퍼 플레이트(6)는 후술되는 바와 같이 생략될 수 있다.

고정자 코어(1)의 방사 방향으로의 슬롯(2)의 단면도를 도시한 도3을 참조하여, 슬롯(2)에 삽입된 절연 슬리브(3)의 형태가 설명될 것이다. 그 단면에서 절연 슬리브(3)는 4개의 코너부(31, 32, 33, 34)와 4개의 평탄부(35, 36, 37, 38)를 포함한다. 코너부(31-34)는 슬롯(2)의 각 코너에 접하고, 평탄부(35, 36)는 슬롯(2)의 측벽(2a)에 평행으로 배치되어, 그 사이에 약간의 공간을 형성하게 된다. 오버랩 부분을 포함하는 평탄부(37)는 슬롯(2)의 상부벽에 평행으로 배치되어, 그 사이에 약간의 공간을 형성하게 된다. 평탄부(38)는 슬롯(2)의 하부벽에 접하도록 배치된다.

열가소성 수지 물질로 이루어진 수지 테이프를 구부려서 절연 슬리브(3)가 형성된다. 코너부와 평탄부 사이의 경계를 따라 각각 연장되는 벤딩 라인(X)은 수지 테이프를 세로 방향으로 소성 변형시켜서 형성된다. 벤딩 라인(X)은, 수지 테이프에 대하여 삼각형 돌출부를 갖는 롤러(roller)를 가압함으로써 형성될 수 있다. 벤딩 라인(X)을 형성하는 공정에서 롤러가 가열되고, 삼각형 돌출부의 끝 각도는 90도 이하가 되는 것이 바람직하다. 벤딩 라인(X)이 수지 테이프상에 형성된 후에, 둥근 코너부(31-34) 및 평탄부(35-38)를 형성하기 위해 수지 테이프가 구부려진다. 그리고 나서, 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 구부려진 수지 테이프가 요구된 길이를 갖는 개별 절연 슬리브(3)로 절단된다.

이에 의해 만들어진 절연 슬리브(3)가 각 슬롯(2)에 삽입된다. 그리고 나서, 절연 슬리브(3)의 일측 단부에 대하여 가열된 헤드를 밀어 넣어서, 나팔 모양으로 넓어진 단부(5)가 형성된다. 절연 슬리브의 다른측 단부를 지지하기 위해 스토퍼 플레이트(6)가 배치된다. 그리고 나서, 도체(4a)가 각 절연 슬리브(3)에 삽입된다.

도4는 도체(4a)가 절연 슬리브(3)에 삽입된 슬롯(2)의 단면을 나타낸다. 각 도체(4a)는 폭(w) 및 높이(h)를 갖는 실질적으로 직사각형인 단면을 갖는다. 폭(w)은 절연 슬리브(3)의 내부 폭(w')(도3에 도시됨)보다 크게 만들어져서, 평탄부(35, 36)가 도체(4a)의 삽입에 의해 슬롯(2)의 측벽(35)에 대하여 밀어 넣어진다. 각 도체(4a)의 높이(h)는, 슬롯(2)에 삽입된 모든 도체(4a)의 총 높이가 절연 슬리브(3)의 내부 높이(h')(도3에 도시됨)보다 더 커지도록 만들어진다. 그러나, 반드시 도체(4a)의 총 높이를 절연 슬리브(3)의 내부 높이(h')보다 크게 만들어질 필요는 없다.

도4에 도시된 바와 같이, 절연 슬리브(3)의 내부 공간(S)은 도체(4a)를 삽입함으로써 넓어져서, 평탄부(35-38)가 슬롯(2)의 내부벽과 가까이 접하도록 만든다. 도체(4a)의 삽입 전에, 절연 슬리브(3)의 4개의 코너부(31-34)가 슬롯(2)의 각 코너에 이미 접해있기 때문에, 평탄부(35-38)가 이 공정에서 압착된다. 코너부(31-34)는 또한 평탄부(35-38)상에 부과된 압축력에 의해 슬롯(2)의 코너에 밀어 넣어진다. 결과적으로, 절연 슬리브(3)가 슬롯(2)에 단단히 고정되고, 도체(4a)의 삽입 공정시에 부과되는 추력에 의해 축방향으로 미끄러지는 것이 방지된다. 특히, 넓어진 부분(5)의 목부분은 도체(4a)의 삽입 공정에서 슬롯(2)의 가장자리에 밀어 넣어지지 않는다. 슬롯(2)내의 절연 슬리브(3)의 원래 위치가 도체(4a)의 삽입 공정 동안에 유지되고, 이에 따라, 절연 슬리브(3)의 절연력이 도체(4a)의 삽입에 의해 손상되지 않는다.

도5는 절연 슬리브(3)에 도체(4a)를 삽입하는 공정의 약간 변형된 형태를 도시하고 있다. 절연 슬리브(3)가 슬롯(2)내에 위치되어, 넓어진 부분(5)의 목부분(5a)이 슬롯(2)의 상부 가장자리에 접하지 않게 위치된다. 절연 슬리브(3)의 다른측 단부(바닥쪽)는 스토퍼 플레이트(6)에 의해 지지된다. 절연 슬리브(3)의 코너부(31-34)는 이 경우에 슬롯(2)의 코너에 강하게 밀어 넣어진다. 따라서, 절연 슬리브의 원래 위치가 도체(4a)의 삽입에 의해 변화되지 않는다. 도6에 도시된 바와 같이, 절연 슬리브(3)가 스토퍼 플레이트(6)를 사용하지 않아도 축방향으로 미끄러지는 것이 방지되기 때문에, 스토퍼 플레이트(6)는 생략될 수 있다. 스토퍼 플레이트(6)를 생략함으로써, 도체(4a) 삽입 공정에 사용되는 지그(jigs)가 간략해질 수 있다.

도3에 도시된 절연 슬리브(3)에서, 코너부(32, 33)와 평탄부(38) 사이의 경계를 따라 벤딩 라인(X)을 형성하지 않고, 슬롯(2)의 벽에 접하여 평탄면(38)이 본래 위치된다. 그러나, 다른 경계와 같은 방식으로 벤딩 라인(X)을 형성하는 것이 가능하다. 절연 슬리브(3)의 폭(w')은 각 도체(4a)를 삽입함으로써 넓어지고, 높이(h')는 모든 도체(4a)가 절연 슬리브(3)에 삽입된 후에 넓어진다.

본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 전술한 실시예에서 절연 슬리브(3)의 단면은 실질적으로 직사각형으로 형성되었지만, 도체(4a)를 삽입함으로써 내부 공간이 넓어지고, 코너부(31-34)가 슬롯(2)의 코너에 밀어 넣어지는 한, 다른 형태로 형성될 수 있다. 벤딩 라인(X)이 연속 라인으로 만들어지지 않을 수 있고, 간헐적으로 만들어질 수 있다. 평탄부(37)상에 오버랩 부분을 열적으로 접속시키는 것이 바람직하지만, 접속하지 않고 간단히 겹쳐질 수 있다. 평탄부(37)상의 오버랩 부분이 생략될 수 있고, 수지 테이프의 양측 단부가 서로 인접하여 접속될 수 있다. 절연 슬리브(3)의 단부(5)를 나팔 모양으로 넓히는 것이 바람직하지만, 이 넓히는 공정은 생략될 수 있다. 본 발명이 상술한 실시예에서는 교류발전기의 고정자 코어에 적용되었지만, 여러 회전 전기 장치의 고정자 또는 회전자 코어에 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 도체를 절연 슬리브에 삽입하는 공정에서, 절연 슬리브가 슬롯에서 미끄러지는 것이 방지되고, 상기 슬롯에서의 미끄러짐으로 인한 절연 슬리브의 손상을 피할 수 있는 효과가 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 형태 및 세부사항에서의 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도1은 U자형 도체 세그먼트가 고정자의 축방향으로 삽입되는 고정자를 도시한 부분 측면도.

도2는 고정자의 원주 방향을 따라 취해진, 절연 슬리브가 삽입되는 고정자의 슬롯을 도시한 단면도.

도3은 고정자의 방사 방향을 따라 취해진, 절연 슬리브가 삽입되는 고정자의 슬롯을 도시한 단면도.

도4는 고정자의 방사 방향을 따라 취해진, 절연 슬리브 및 도체를 수용한 고정자의 슬롯을 도시한 단면도.

도5는 U자형 도체 세그먼트가 고정자의 축방향으로 삽입되고, 고정자의 슬롯에 삽입되는 절연 슬리브가 당겨진 위치에 배치되는 고정자의 부분 측면도.

도6은 도5에서 사용된 스토퍼 플레이트가 생략된, 도5와 같은 고정자의 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 고정자 코어 2: 슬롯

3: 절연 슬리브 4: U자형 도체

5: 절연 슬리브의 도체 삽입 단부 31~34: 절연 슬리브의 코너부

35~38: 절연 슬리브의 평탄부

Claims

회전 전기 장치에 있어서,

상기 회전 전기 장치의 고정자 또는 회전자를 형성하는 코어 - 상기 코어내에 각각이 실질적으로 직사각형 단면을 가진 다수의 슬롯이 형성됨 -;

각 슬롯에 삽입되는 실질적으로 직사각형 단면을 가진 절연 슬리브; 및

상기 절연 슬리브에 삽입되는 도체

를 포함하고,

여기서, 상기 절연 슬리브는 상기 슬롯의 각 코너에 접하는 코너부, 및 상기 슬롯의 측벽에 평행하게 배치되는 평탄부를 포함하고,

상기 절연 슬리브의 평탄부는 상기 슬롯의 측벽으로부터 떨어져서 배치되어, 상기 도체가 상기 절연 슬리브에 삽입되지 않은 경우, 그 사이에 약간의 공간을 형성하고,

상기 도체의 단면 크기는, 상기 도체가 상기 절연 슬리브에 삽입될 때에, 상기 절연 슬리브의 상기 평탄부가 상기 슬롯의 측벽에 밀어 넣어지도록 만들어지는

회전 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 절연 슬리브는 상기 코너부와 상기 평탄부 사이의 경계를 따라 각각 연장되는 벤딩 라인(bending line)을 갖는

회전 전기 장치.
제1항에 있어서,

상기 도체가 삽입되는 상기 절연 슬리브의 세로 끝단 중 하나는 나팔 모양으로 넓어지는

회전 전기 장치.
제1항에 정의된 회전 전기 장치를 제조하는 방법에 있어서,

절연 슬리브가 형성될 수지 테이프를 소성 변형시킴으로써 벤딩 라인을 형성하는 단계 - 상기 벤딩 라인은 상기 수지 테이프의 세로 방향으로 연장됨 -;

상기 절연 슬리브의 형태로 상기 수지 테이프를 구부리는 단계;

상기 구부려진 수지 테이프를 소정의 세로 길이를 갖는 개별적인 절연 슬리브로 절단하는 단계;

상기 절연 슬리브를 각 슬롯에 삽입하는 단계; 및

상기 도체를 상기 절연 슬리브에 삽입하는 단계 - 이로써, 상기 절연 슬리브의 내부 공간이 넓어지고, 상기 슬롯의 각 코너에 상기 절연 슬리브의 코너부를 밀어 넣음 -

를 포함하는 방법.