KR100488408B1 - 차량 교류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량 교류발전기는, 고정자 권선(31)이 각 슬롯의 깊이방향으로 정렬된 두 쌍 이상의 슬롯부 및 상기 슬롯의 축방향 대향단부로부터 각각 연장되는 제1 및 제2 코일단부(31a, 31b)를 포함한다. 상기 제1 코일단부(31a)는, 상기 슬롯 중 제1 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치보다 좁은 피치로 상기 제1 슬롯으로부터 떨어진 제2 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함한다. 상기 제2 코일단부(31b)는, 상기 슬롯 중 제3 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치로 상기 제3 슬롯으로부터 떨어진 제4 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함한다.

Description

차량 교류발전기{VEHICLE AC GENERATOR HAVING VIBRATION-RESISTANT STATOR}

본 발명은 승용차, 트럭 등에 탑재되는 차량 교류발전기에 관한 것이다.

최근, 엔진토크를 증감시킴으로써 차량의 주행성(drivability)을 향상시키고, 환경문제를 해결하기 위한 대책으로서 차량엔진의 중량은 감소되는 추세이다. 그 결과, 엔진 배기량이 동일하더라도 엔진 진동은 증가하는 경향이 있다. 한편, 차량 교류발전기(AC generator)는 엔진에 의해 구동되기 위하여 브라켓에 의하여 엔진에 탑재되기 때문에, 엔진 진동은 교류발전기로 전달된다. 따라서, 교류발전기의 내진동성(vibration resistance) 구조를 향상시킬 필요가 있다. 또한, 상기 차량 교류발전기는 차량의 아이들링 속도(idling speed) 및 차량객실의 충분한 공간을 확보하기 위한 엔진 객실공간을 감소시키기 위하여 보다 고출력이고 소형화되도록 요구된다. 또한, 차량 교류발전기의 소음감소는 차량제작 및 상품성에서 차량객실내소음 감소를 요구하는 소음감소에 대한 사회적 요청을 실현시키기 위하여 필요로 한다. 물론, 상기에서 언급한 성능향상은 저가로 제작되어야만 한다.

WO98/54823에는 복수개의 도체 세그먼트(segments)로 형성된 고정자 권선을 포함하는 소형화, 고출력 및 저소음 차량 교류발전기가 제안되어 있다. 하나의 슬롯의 복수개의 층들 중 하나의 층으로부터 연장하는 도체 세그먼트 중 하나는 다른 슬롯의 다른 층으로부터 연장하는 다른 도체 세그먼트에 연결된다. 따라서, 한 쌍의 저 저항 3상 고정자 권선이 높은 공간점유률로 고정자에 설치될 수 있다.

그러나, 차량 교류발전기의 주요부분임에도 불구하고 낮은 강성을 갖는 고정자 권선의 코일단부의 내진성에 대하여 제안하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고정자 권선의 코일단부의 강성을 증가시킴으로써 향상되는 내진동성 구성을 갖는 차량 교류발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고정자와 정류기 유닛을 연결하는 출력선의 내진동성을 향상시키는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고정자 권선의 저항을 감소시킴으로써 고출력 및 저비용의 고정자 권선을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량 교류발전기는, 복수개의 크로우 형상 자극편을 구비한 계자회전자와, 고정자코어와 다상 고정자권선을 구비하는 고정자 및 상기 회전자와 고정자를 지지하기 위한 프레임을 포함한다. 이러한 차량 교류발전기는 다음과 같은 제1 특징을 갖는다. 상기 고정자 권선은, 상기 각 슬롯의 깊이방향으로 정렬된 두 쌍 이상의 슬롯부 및 상기 슬롯의 축방향 대향단부로부터 각각 연장되어 배치되는 제1 및 제2 코일단부를 포함하고; 상기 제1 코일단부는, 상기 슬롯 중 제1 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치보다 좁은 피치로 상기 제1 슬롯으로부터 떨어진 제2 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함하며; 상기 제2 코일단부는, 상기 슬롯 중 제3 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치로 상기 제3 슬롯으로부터 떨어진 제4 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함한다. 따라서, 상기 제1 코일단부의 높이는 감소되고, 제1 코일단부의 강도는 증가될 수 있어, 내진동성은 증가된다. 또한, 상기 제1 코일단부의 저항은 감소될 수 있어, 그의 열손실은 감소되어 출력을 증가시킨다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기한 차량 교류발전기는 다음과 같은 특징이 추가된다. 상기 고정자권선은 턴부를 구비한 복수개의 도체 세그먼트를 포함하고; 상기 각 도체 세그먼트는 상기 하나의 코일단부에서 다른 도체 세그먼트의 경사부를 교차하는 경사부와, 상기 경사부의 단부를 구비하며; 상기 턴부는 제1 코일단부에 배치되고, 다른 경사부의 단부에 상기 경사부의 단부를 연결하기 위한 연결부는 제2 코일단부에 배치된다. 따라서, 상기 제1 코일단부는 턴부가 형성되는 동안 경화되어, 그의 강도는 보다 증가되어 내진동성은 증가된다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기한 차량 교류발전기는 다음과 같은 특징이 추가된다. 상기 슬롯 중 하나의 슬롯에 배치된 하나의 슬롯부는 상기 슬롯 중 하나의 슬롯에 인접하게 배치된 다른 하나의 슬롯부와 직렬로 연결되어, 상기 고정자권선의 하나의 상 권선부를 형성한다. 따라서, 제1 코일단부에서 1자극 피치보다 짧은 피치로 서로 떨어진 슬롯에 배치된 연결하는 것이 용이하다. 이러한 구성은 제조비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 상기한 차량 교류발전기는 다음과 같은 특징이 추가된다. 상기 고정자권선의 각 출력선은 상기 제1 코일단부로부터 연장한다. 따라서, 높이가 감소될 수 있는 제1 코일단부와 정류기 유닛 사이의 거리는 충분히 길게 확보할 수 있어, 출력선의 만곡 코너부의 반경은 내진동성을 향상시키도록 충분히 커질 수 있다.

본 발명의 제5 특징에 따르면, 상기한 차량 교류발전기는 다음과 같은 특징이 추가된다. 인접하는 두 개의 상기 슬롯에 배치된 직렬연결 도체 세그먼트들은 대향 주연방향으로 각각 연장한다. 따라서, 제1 코일단부에서 1자극피치보다 짧은 피치로 서로 떨어진 슬롯에 배치된 도체를 연결하는 것이 용이하다. 그 결과, 내진동성을 향상시키기 위하여 저가로 코일단부의 강도를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 제6 특징에 따르면, 상기한 차량 교류발전기는 다음과 같은 특징이 추가된다. 상기 복수개의 슬롯들은, 서로 1자극 피치로 떨어진 슬롯들을 포함하는 제1 슬롯 그룹과, 각각 상기 제1 슬롯 그룹에 인접하게 배치되고 상기 제1 슬롯 그룹으로부터 30°의 전기각(electric angle)을 갖고 떨어진 슬롯들을 포함하는 제2 슬롯 그룹을 형성하고, 상기 제1 슬롯 그룹에 제1 다상 권선이 배치되며, 상기 제2 슬롯 그룹에 제2 다상 권선이 배치되고, 상기 제1 및 제2 다상 권선에 의하여 출력이 독립되게 제공된다. 따라서, 코일단부의 강도는 향상될 수 있어 내진동성을 증가시키고, 30°의 전기적으로 서로 이동된 한 쌍의 다상권선을 연결함으로써 자기소음을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 교류발전기를 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.

차량 교류발전기(1)는 토크가 엔진으로부터 풀리(20)로 전달되고, 상기 풀리(20)에 고정되어 있는 회전자(2)가 회전하며, 한 쌍의 슬립링(9)(10)에 의하여 상기 회전자(2)에 설치된 계자코일(8)에 계자전류가 제공된다. 상기 계자전류가 계자코일(8)로 제공될 경우, 폴 코어(pole core)(71)(72)에 NS 자극이 형성되어, 고정자 코어(31)에 교류전압을 발생시킨다. 정류기 유닛(5)은 고정자 권선(31)의 출력선(311)에 연결되어, 정류기 유닛(5)의 출력단자(6)에서 교류 전력을 제공한다. 상기 폴 코어(17)(72)에는 냉각팬(11)(12)이 고정되어 냉각공기는 프레임(4)의 축상 단부에 형성된 개구부(41)로부터 인입되며, 상기 프레임(4)의 방사상 외측부에 형성된 개구부(42)로부터 토출된다.

상기 고정자 권선(31)은 절연체(34)에 의하여 고정자 코어(32)의 슬롯에 설치된다. 상기 고정자 권선(31)은 복수개로 이루어진 한 쌍의 U자형 도체 세그먼트(conductor segments)를 형성한다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 턴부(turn portion)(33a)는 제1 코일단부(31a)에 배치되고, 연결부(33b)는 제2 코일단부(31b)에 배치된다. NS자극수는 8개이고, 한 쌍의 3상 권선은 도 3 에 도시한 바와 같이 슬롯내에 배치된다. 슬롯수는 96개이고, 회전자(2)의 주연방향으로 배치된 자극의 1자극 피치는 6개의 슬롯 피치에 대응한다.

도 2 및 도 3에서 일점쇄선, 파선, 실선, 이점쇄선에 의하여 나타낸 바와 같이, 상기 도체 세그먼트는 반경방향으로 슬롯의 내측으로부터 외측으로 각각 위치된다. 상기 제1 코일단부(31a)에서, 각 U자형 도체 세그먼트는 서로 소정간격 떨어지고 서로 다른 슬롯 층에서 1자극 피치보다 짧은 5슬롯 피치인 두 개의 슬롯에 삽입된다. 한편, 6슬롯 피치 또는 서로 1자극 피치 떨어진 두 개의 슬롯에 삽입된 도체 세그먼트는 제2 코일단부(31b)에서 용접된다. 서로 인접하는 두 개의 슬롯에서 연장하는 복수개로 이루어진 한 쌍의 전도체 세그먼트 제1의 3상 권선의 X상 권선을 형성하도록 직렬로 연결된다. 동일 방식으로, 서로 전기각이 120°씩 다른 Y상 권선 및 Z상 권선이 형성되어, 제1의 3상 권선을 형성한다. 동일 방식으로, 상기 제1의 3상 권선으로부터 전기각이 30°이동된 위치에 제2의 3상 권선(U상, V상 및 W상 권선을 포함하는 제2의 3상 권선)이 형성된다. 각 슬롯에, 제1 및 제2의 3상 권선의 도체 세그먼트가 삽입된다. 예를 들면, 도 3 에 도시한 바와 같이, X상 권선의 X1 코일은 및 U상 권선의 U1 코일은 동일 슬롯에 삽입된다.

본 발명에 따른 도체 세그먼트 각각은 제1 코일단부(31a)에서 서로 5슬롯 피치 떨어진 두 개의 슬롯에 배치되기 때문에, 도 9 및 도 10 에 도시한 바와 같이, 1자극 피치 또는 서로 6슬롯 피치 떨어진 두 개의 슬롯에 배치된 종래의 권선에 비하여, 제1 코일단부(31a)의 경사부의 길이는 슬롯 피치 비율로 감소될 수 있다.

따라서, 코일단부의 높이를 비례해서 감소시킬 수 있다. 그 결과, 코일단부(31a)의 내진동성(vibration resistance)은 향상될 수 있다. 또한, 상기 고장자 권선의 길이는 감소될 수 있어, 작동 열손실은 감소될 수 있고, 효율 및 출력이 증가될 수 있다.

또한, 상기 코일단부(31a)의 높이를 감소시킬 수 있어, 출력선(311)의 만곡코너부의 반경은, 도 6 에 도시한 바와 같이, 정류기의 위치를 변경할 필요없이 종래 고정자보다 크게 형성시킬 수 있다. 따라서, 상기 출력선(311)의 내진동성을 향상시킬 수 있어 출력선(311)의 단선불량을 방지할 수 있다.

도 3 에 도시한 바와 같이, 서로에 대하여 위상 이동한 코일들은 다른 위상 코일들에 파상스타연결(staggering star connection)로 연결되는 위상 코일을 형성하기 위하여 직렬로 연결된다. 이러한 연결은 전기자 반작용에 의하여 발생된 자계왜곡(magnetic field distortion)을 분산시킬 수 있어, 자기소음을 감소시킬 수 있다. 파상 3상위상을 형성하기 위하여 서로 30°정도의 위상각으로 이동된 두 개의 위상권선으로 인하여, 자기진동은 상쇄되어 자기소음을 더 감소시킬 수 있다.

제1 실시예에서, 슬롯수는 종래기술에 따른 고정자 슬롯수의 2배이다. 그러나, 도 7 에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 고정자의 슬롯수는 종래기술에 따른 고정자의 슬롯수와 동일하게 될 수 있다. 이 경우, 하나의 코일단부는 1자극 피치에 대응하는 3슬롯 피치보다 좁은 2슬롯 피치 사이의 도체 세그먼트에 연결되도록 형성되어, 상기 코일단부의 높이는 제1 실시예보다 낮게 형성될 수 있어, 출력선의 내진동성을 향상시킨다.

제1 실시예에서, 두 개의 인접한 슬롯에 배치된 도체 세그먼트는 직렬로 연결된다. 그러나, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고정자는 다른 형태이다. 도 8 에 도시한 바와 같이, 세 개의 인접한 슬롯의 도체 세그먼트는, 턴부의 일측 코일단부(31a)에서 1자극 피치보다 짧은 슬롯 피치로 떨어진 슬롯내 다른 위상 코일에 연결된 위상 코일을 형성하기 위하여 직렬로 연결될 수 있다. 도 8 에서, 각 N극 및 S극의 수는 6개이고, 슬롯 피치의 수는 72개이다. 즉, 각 자극피치는 6개 슬롯이다. 하나의 상의 도체수는 약 8개이다. 이 경우에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

전술한 실시예들에서, 고정자 권선은 턴부를 갖는 복수개의 도체 세그먼트로 형성된다. 이러한 고정자 권선은 연속선에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 경우, 일측 코일단부는 서로 NS자극 피치 떨어진 슬롯내 도체들을 연결함으로써 형성되고, 타측 코일단부는 상기 NS자극 피치보다 짧은 피치에 의해 서로 떨어진 슬롯내 도체들을 연결함으로써 형성된다.

상기 NS자극수 및 직렬 연결을 위한 인접한 슬롯수는 요구되는 출력특성에 따라 변경될 수 있다. 상기 권선의 스타연결은 델타(△)연결 또는 스타연결과 델타연결이 조합된 권선으로 변경될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 차량 교류발전기는 고정자 권선의 코일단부의 강성을 증가시킴으로써 향상되는 내진동성 구성을 갖는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고정자와 정류기 유닛을 연결하는 출력선의 내진동성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고정자 권선의 저항을 감소시킴으로써 고출력 및 저비용의 고정자 권선을 제공하는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 교류발전기를 도시한 전체 단면도.

도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정자 권선의 1상 권선부를 도시한 권선 구성도.

도 3 은 도 2 에 도시한 권선부의 개략적인 구성도.

도 4 는 고정자 권선의 두 권선 그룹 간의 상 관계를 도시한 개략적인 구성도.

도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전체 고정자 권선을 포함하는 권선 구성도.

도 6 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정자 권선의 출력선의 측면도.

도 7 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정자 권선부를 도시한 개략적인 구성도.

도 8 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고정자 권선부를 도시한 권선 구성도.

도 9 는 종래 기술에 따른 고정자 권선의 1상 권선부를 도시한 권선 구성도.

도 10 은 종래 기술에 따른 전체 고정자 권선을 도시한 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 차량 교류발전기 2: 고정자

3: 회전자 4: 프레임

31: 코일단부 31a: 제1 코일단부

31b: 제2 코일단부 32: 고정자코어

311: 출력선

Claims (6)

1. 주연방향으로 N극 및 S극을 교호적으로 형성하기 위한 복수개의 크로우 형상 자극편을 구비한 계자회전자와, 상기 회전자에 대향하게 배치되는 고정자코어를 구비하고, 상기 고정자 코어에 형성된 복수개의 슬롯에 설치되는 다상 고정자권선을 구비하는 고정자 및 상기 회전자와 고정자를 지지하기 위한 프레임을 포함하는 차량 교류발전기에 있어서,

   상기 고정자 권선은, 상기 각 슬롯의 깊이방향으로 정렬된 두 쌍 이상의 슬롯부 및 상기 슬롯의 축방향 대향단부로부터 각각 연장되어 배치되는 제1 및 제2 코일단부를 포함하고,

   상기 제1 코일단부는, 상기 슬롯 중 제1 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치보다 좁은 피치로 상기 제1 슬롯으로부터 떨어진 제2 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함하며,

   상기 제2 코일단부는, 상기 슬롯 중 제3 슬롯의 하나의 층에 배치된 하나의 슬롯부 및 상기 N극과 S극 간의 자극피치로 상기 제3 슬롯으로부터 떨어진 제4 슬롯의 다른 하나의 층에 배치된 다른 하나의 슬롯부를 각각 연결하는 복수개의 교차선을 포함하는

   차량 교류발전기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정자권선은 턴부를 구비한 복수개의 도체 세그먼트를 포함하고,

   상기 각 도체 세그먼트는 상기 하나의 코일단부에서 다른 도체 세그먼트의 경사부를 교차하는 경사부와, 상기 경사부의 단부를 구비하며,

   상기 턴부는 제1 코일단부에 배치되고,

   다른 경사부의 단부에 상기 경사부의 단부를 연결하기 위한 연결부는 제2 코일단부에 배치되는

   차량 교류발전기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 슬롯 중 하나의 슬롯에 배치된 하나의 슬롯부는 상기 슬롯 중 하나의 슬롯에 인접하게 배치된 다른 하나의 슬롯부와 직렬로 연결되어, 상기 고정자권선의 하나의 상 권선부를 형성하는

   차량 교류발전기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 고정자권선의 각 출력선은 상기 제1 코일단부로부터 연장하는

   차량 교류발전기.
5. 제3항에 있어서,

   인접하는 두 개의 상기 슬롯에 배치된 직렬연결 도체 세그먼트들은 대향 주연방향으로 각각 연장하는

   차량 교류발전기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 슬롯들은, 서로 1자극 피치로 떨어진 슬롯들을 포함하는 제1 슬롯 그룹과, 각각 상기 제1 슬롯 그룹에 인접하게 배치되고 상기 제1 슬롯 그룹으로부터 30°의 전기각을 갖고 떨어진 슬롯들을 포함하는 제2 슬롯 그룹을 형성하고,

   상기 제1 슬롯 그룹에 제1 다상 권선이 배치되며,

   상기 제2 슬롯 그룹에 제2 다상 권선이 배치되고,

   상기 제1 및 제2 다상 권선에 의하여 출력이 독립되게 제공되는

   차량 교류발전기.