KR100636490B1 - 회전 전기 기계의 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법 - Google Patents

회전 전기 기계의 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형상으로 형성하고, 고정자 코일의 고정자 철심에의 장착시에 발생하는 절연 피막의 손상을 억제하여, 절연성을 높일 수 있는 회전 전기 기계의 고정자 및 그 제조 방법을 얻는 것이다. 그 구성은 고정자 코일의 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형상으로 형성하고, 슬롯 수납부를 단면의 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 1렬로 나열하여 슬롯 내에 수납되어 있다. 이로써, 슬롯의 내주 측면에 면하는 슬롯 수납부의 단변이 볼록형상의 곡면으로 되기 때문에, 슬롯 수납부를 슬롯 내에 삽입할 때의 슬롯 수납부의 단변과 슬롯의 내주 측면의 스침에 기인하는 절연 피막의 손상 발생이 억제되고, 절연성이 향상된다.
회전 전기 기계, 고정자, 고정자 코일

Description

회전 전기 기계의 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법{STATOR OF DYNAMOELECTRIC MACHINE AND METHOD FOR MANUFACTURING STATOR WINDING}
본 발명은 승용차, 트럭, 전철 등의 차량에 탑재되는 회전 전기 기계의 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고정자 코일의 슬롯 수납부와 슬롯 내주 측면과의 접촉에 기인하는 절연 피막의 손상을 낮출 수 있는 고정자 코일 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 12는 예를 들면 특개소63-194543호 공보에 기재된 종래의 회전 전기 기계의 고정자 구조를 설명하는 단면도, 도 13 내지 도 17은 각각 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
상기 종래의 회전 전기 기계의 고정자(1)는 도 12에 도시된 바와 같이, 고정자 철심(2)과, 상기 고정자 철심(2)에 권장(卷裝)된 고정자 코일(4)을 구비하고 있다.
고정자 철심(2)은 소정 형상에 펀칭 성형된 자성 강판을 소정 매수 적층하여 구성되고, 원통 형상의 코어백부(6)로부터 지름 방향 안쪽으로 연장 마련된 티스부(7)가 둘레 방향으로 소정 피치로 배열되어 구성되어 있다. 그리고, 슬롯(3)이 서로 이웃하는 티스부(7) 사이에 구획되어 있다. 또한, 차양부(5)가 각 티스부(7)의 선단부에 둘레 방향으로 돌출하도록 형성되어 있다. 상기 차양부(5)는 자속을 수집하는 작용을 갖음과 함께, 슬롯(3)의 개구의 약 반분을 닫아서, 고정자 코일(4)의 튀어나감을 방지하는 작용을 한다.
고정자 코일(4)은 3상 출력을 얻을 수 있도록 고정자 철심(2)에 권장되어 있다. 그리고, 각 슬롯(3) 내에는 후술하는 원형 단면(斷面)의 도체선(11)의 일부를 단면(斷面) 직사각형으로 가압 변형하여 이루어지는 슬롯 수납부(12a)가 지름 방향으로 1렬로 나열하여 수납되어 있다.
또한, 각 슬롯(3) 내에는 내열성의 인슐레이터(8)가 장착되고, 고정자 철심(2)과 고정자 코일(4)의 전기적 절연을 확보하고 있다.
계속해서, 고정자 코일(4)의 형성 방법에 관해 도 13 내지 도 17을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 13에 도시된 바와 같이, 1개의 단면 원형의 도체선(11)을 대략 직사각형으로 6회 권회하여 직사각형 권회부(12)를 형성하고, 상기 직사각형 권회부(12)로부터 연장하여 나오는 도체선(11)을 6회 권회하여 다음의 직사각형 권회부(12)를 형성한다. 상기 조작을 반복 행하여, 1개의 도체선(11)으로부터 복수개의 직사각형 권회부(12)를 갖는 겹쳐 감은 코일(10)을 제작한다.
다음에, 겹쳐 감은 코일(10)의 각 직사각형 권회부(12)가, 도 14에 도시된 바와 같이, 가압 성형기(13)에 장착된다. 이 경우에, 6개의 슬롯 수납부(12a)가 1렬로 서로 겹쳐지고 스프링(16)으로 활주가 자유롭게 지지된 슬라이더(14)와 스토퍼(15)의 사이에 삽입된다. 그리고, 슬롯 수납부(12a)가 푸셔(17)에 의해 화살표 방향으로 가압된다. 이로써, 도 15에 도시된 바와 같이, 겹쳐 감은 코일(10)의 각 직사각형 권회부(12)의 슬롯 수납부(12a)가 단면 직사각형으로 변형된다. 또한, 슬롯 수납부(12a) 사이를 연결하는 코일 단부(端部)(12b)는 원형 단면으로 되어 있다.
그리고, 겹쳐 감은 코일(10)은 도 16에 도시된 바와 같이, 그 슬롯 수납부(12a)를 인슐레이터(8)가 장착된 각 슬롯(3)에 내주측으로부터 삽입한다. 그 후, 티스부(7)의 선단면을 도 17에 화살표 F로 나타나는 방향으로 롤러 등으로 가압한다. 이로써, 티스부(7)의 선단부에 형성되어 있는 관통 구멍(9)이 메워지고, 관통 구멍(9)의 둘레 방향 양측의 부위가 둘레 방향 외측으로 압출되어, 차양부(5)가 형성되고, 도 12에 도시된 고정자(1)를 얻을 수 있다. 상기 고정자(1)에서는 단면 직사각형의 슬롯 수납부(12a)가 단면 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 1렬로 나열하여 각 슬롯(3) 내에 6층으로 수납되어 있다.
그러나, 종래의 고정자(1)의 제조 방법에서는 단면 원형의 6개의 슬롯 수납부(12a)를 1렬로 겹치고, 푸셔(17)에 의해 일괄하여 가압 변형시키고 있기 때문에, 단면 원형의 슬롯 수납부(12a) 끼리가 직접 접한 상태에서 편평하게 변형되게 되어, 편평하게 변형된 각 슬롯 수납부(12a)의 긴변의 평탄도가 얻어지기 어렵게 된다. 그 결과, 슬롯 수납부(12a)를 슬롯(3) 내에 수납하였을 때의 점적률(占積率)이 작아지고, 출력의 저하를 초래한다. 또한, 슬롯 수납부(12a)를 가압 변형시킬 때에, 슬롯 수납부(12a)의 둘레 방향 양측이 슬라이더(14)와 스토퍼(15)에 의해 구속되어 있기 때문에, 편평하게 변형된 슬롯 수납부(12a)의 단변이 평면으로 되어, 개 략 단면 직사각형으로 변형되어 버린다. 그 결과, 편평하게 변형된 슬롯 수납부(12a)의 단변측에 모서리부가 형성되고, 슬롯 수납부(12a)를 슬롯(3)에 삽입할 때에, 슬롯 수납부(12a)의 모서리부가 슬롯(3)의 내주 측면에 스치게 되어 도체선(11)의 절연 피막이 손상되어 전기 절연성이 악화하여 버린다.
본 발명은 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형상으로 형성하고, 슬롯 수납부를 슬롯에 삽입할 때에 발생하는 슬롯 수납부의 둘레 방향 측면과 슬롯의 내주 측면의 스침을 억제하고, 도체선의 절연 피막의 손상을 억제하고, 전기 절연성을 향상시킬 수 있는 회전 전기 기계의 고정자를 얻는 것을 목적으로 한다.
또한, 원형 단면의 각 슬롯 수납부를 한 쌍의 평판형상의 프레스 판으로 끼워 넣어 가압 변형시키는 단면 편평화 공정에 의해, 슬롯 수납부를 편평한 긴변을 평탄면으로 하며, 또한, 단변을 볼록형상의 곡면으로 하는 단면 레이스 트랙 형상으로 가압 변형시키고, 슬롯 수납부를 슬롯에 삽입할 때의 도체선의 절연 피막의 손상 발생을 억제하고, 전기 절연성을 향상할 수 있음과 함께, 점적률을 높일 수 있는 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 회전 전기 기계의 고정자는 고정자 코일은 슬롯의 각각에 수납된 복수의 슬롯 수납부와, 소정 슬롯 수 떨어진 상기 슬롯의 쌍에 수납되어 있는 상기 슬롯 수납부의 단부 끼리를 연결하는 코일 엔드부를 가지며, 상기 슬롯 수납부가 단면 레이스 트랙 형상으로 형성되고, 단면의 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 적어도 1렬로 나열하며, 또한, 서로 밀접하여 수납되어 있는 것 이다.
또한, 본 발명에 의한 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법은 단면 원형의 슬롯 수납부의 각각을 개별적으로 평판형상의 프레스 판으로 끼워 넣고, 상기 슬롯 수납부의 신장 방향을 구속하는 일 없이 상기 프레스 판에 의해 상기 슬롯 수납부를 가압하여 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하는 단면 편평화 공정을 갖는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 성형 코일 유닛을 제조하는 공정을 설명하는 공정도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 성형 코일 유닛의 슬롯 수납부의 단면 편평화 공정을 설명하는 공정도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛을 도시한 주요부 확대도.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배 분 코일 유닛을 고정자 철심에 장착하는 공정을 설명하는 공정도.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛의 고정자 철심에의 장착 과정을 설명하는 주요부 단면도.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 의한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 슬롯 수납부의 종횡비와 절연 불량 발생률 및 고정자 코일의 온도 상승치와의 관계를 도시한 도면.
도 1O은 본 발명의 실시예 2에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도.
도 12는 종래의 회전 전기 기계의 고정자 구조를 설명하는 단면도.
도 13은 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 겹쳐 감은 코일의 형성 공정을 설명하는 공정도.
도 14는 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 겹쳐 감은 코일의 슬롯 수납부의 가압 성형 공정을 설명하는 공정도.
도 15는 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 겹쳐 감은 코일의 슬롯 수납부를 설명하는 주요부 사시도.
도 16은 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 겹쳐 감은 코일의 슬롯 장착 상태를 설명하는 주요부 단면도.
도 17은 종래의 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 티스부의 차양부 형성 공정을 설명하는 주요부 단면도.
이하, 본 발명의 알맞는 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 성형(星形) 코일 유닛을 제조하는 공정을 설명하는 공정도, 도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자의 제조 방법에 있어서의 성형 코일 유닛의 슬롯 수납부의 단면 편평화 공정을 설명하는 공정도, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛을 도시한 사시도, 도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛을 도시한 주요부 확대도, 도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛을 고정자 철심에 장착하는 공정을 설명하는 공정도, 도 8은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 배분 코일 유닛의 고정자 철심에의 장착 과정을 설명하는 주요부 단면도, 도 9는 본 발명의 실시예 1에 의한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 슬롯 수납부의 종횡비와 절연 불량 발생률 및 고정자 코일의 온도 상승치와의 관계를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 고정자(20)는 원통 형상의 고정자 철심(21)과, 상기 고정자 철심(21)에 권장된 고정자 코일(22)을 구비하고 있다.
고정자 철심(21)은 소정 형상으로 프레스 가공된 자성(磁性) 강판을 적층 일체화하여 원통 형상으로 제작되고, 링형상의 코어백부(21a), 코어백부(21a)로부터 각각 지름 방향 안쪽으로 연장하여 나오고, 또한, 둘레 방향으로 소정 피치로 배설된 티스부(21b), 서로 이웃하는 티스부(21b)에 의해 구획된 슬롯(21c) 및 티스부(21b)의 선단부에서 둘레 방향 양측으로 연장되어 나온 차양부(21d)를 갖고 있다. 여기서, 36개의 슬롯(21c)이 둘레 방향으로 등각 피치로 고정자 철심(21)에 형성되어 있다. 그래서, 상기 고정자(20)는 12극의 자극을 갖는 회전자(도시 생략)에 대해, 하나의 3상 교류 코일로 이루어지는 고정자 코일(22)을 얻을 수 있다. 즉, 슬롯(21c)은 매극매상(每極每相)당 1의 비율로 형성되어 있다. 또한, 각 티스부(21b)는 고정자 철심(21)의 축심과 직교하는 단면 형상이 내경측을 끝이 가늘게 되는 개략 사다리꼴 형상으로 형성되고, 각 슬롯(21c)의 고정자 철심(21)의 축심과 직교하는 단면 형상이 직사각형으로 되어 있다.
고정자 코일(22)은 권장되는 슬롯(21c)을 1슬롯씩 비켜서 고정자 철심(21)에 장착된 3상분의 분배 코일(23)을 구비하고 있다. 그리고, 3상분의 분배 코일(23)이 교류 결선, 예를 들면 Y결선되어 3상 교류 코일을 구성하고 있다.
각 분배 코일(23)은 절연 피막이 피복된 구리선재로 이루어지는 1개의 도체선(30)을 3슬롯마다의 슬롯(21c)에 둘레 방향 일측(예를 들면, 시계방향)에 물결형상(波狀)으로 5턴 권회하고, 계속해서 3슬롯마다의 슬롯(21c)에 둘레 방향 타측(예를 들면, 반 시계방향)에 파상으로 5턴 권회하여 구성되어 있다. 그리고, 도체선 (30)의 슬롯(21c) 내에 수납되어 있는 부위(이하, 슬롯 수납부(30a)라고 한다)가 단면 레이스 트랙 형상의 단면 편평 형상으로 형성되고, 3슬롯 떨어진 슬롯(21c) 내에 수납되어 있는 슬롯 수납부(30a) 끼리를 고정자 철심(21)의 축단측(軸端側)에서 연결하고 있는 도체선(30)의 부위(이하, 코일 엔드부(30b)라고 한다)가 단면 원형으로 형성되어 있다. 또한, 슬롯 수납부(30a)의 단면 레이스 트랙 형상의 긴변 길이(L1)가 차양부(21d) 사이(슬롯 개구) 간극보다 크고, 슬롯(21c)의 둘레 방향 폭으로 개략 동등하게 되어 있다. 그리고, 코일 엔드부(30b)의 직경이 차양부(21d) 사이의 간극보다 작게 되어 있다.
그리고, 각 슬롯(21c)에는 슬롯 수납부(30a)가 단면 레이스 트랙 형상의 길이 방향을 둘레 방향을 향하여, 긴변을 서로 밀접시켜 지름 방향으로 1렬로 배열되어 수납되어 있다. 또한, 각 슬롯 수납부(30a)의 종횡비(L2/L1)는 일정하게 되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 인슐레이터가 슬롯(21c) 내에 장착되어 있어도 좋다. 또한, L2는 슬롯 수납부(30a)의 단면 레이스 트랙 형상의 단변 길이이다.
각 슬롯(21c) 내에 수납되어 있는 5개의 슬롯 수납부(30a)는 고정자 철심(21)의 축단 일측에서 둘레 방향 일측에 3슬롯 떨어진 슬롯(21c)에 수납되어 있는 5개의 슬롯 수납부(30a)에 각각 코일 엔드부(30b)에 의해 연결되고, 고정자 철심(21)의 축단 타측에서, 둘레 방향 타측으로 3슬롯 떨어진 슬롯(21c)에 수납되어 있는 5개의 슬롯 수납부(30a)에 각각 코일 엔드부(30b)에 의해 연결되어 있다. 또한, 각 슬롯(21c) 내에 수납되어 있는 나머지 5개의 슬롯 수납부(30a)는 고정자 철심(21)의 축단 일측에서, 둘레 방향 타측으로 3슬롯 떨어진 슬롯(21c)에 수납되어 있 는 5개의 슬롯 수납부(30a)에 각각 코일 엔드부(30b)에 의해 연결되고, 고정자 철심(21)의 축단 타측에서, 둘레 방향 일측에 3슬롯 떨어진 슬롯(21c)에 수납되어 있는 5개의 슬롯 수납부(30a)에 각각 코일 엔드부(30b)에 의해 연결되어 있다.
이와 같이, 각 분배 코일(23)은 각 슬롯(21c)으로부터 연장되어 나오는 도체선(30)이 둘레 방향 양측으로 반수씩 분배되어 있다. 그리고, 각 분배 코일(23)에 있어서는 5개의 코일 엔드부(30b)의 다발이 3슬롯 피치로 둘레 방향으로 배열되어 있다. 그래서, 고정자 철심(21)의 축단 양측에 있어서, 3슬롯 피치로 둘레 방향으로 배열된 코일 엔드부(30b)의 다발의 층이, 둘레 방향으로 1슬롯 피치 비켜놓아, 지름 방향으로 3층으로 배열되어, 고정자 코일(22)의 코일 엔드군(22f, 22r)을 구성하고 있다.
다음에, 고정자(20)의 제조 방법에 관해 도 3 내지 도 8을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 갖는 1개의 도체선(30)을 링형상으로 5회 권회하여 제 1 코일 유닛(31A)을 제작하고, 계속해서 링형상으로 5회 권회하여 제 2 코일 유닛(31B)을 제작한다. 계속해서, 제 1 및 제 2 코일 유닛(31A, 31B)을 절곡하여, 서로 이웃하는 직선형상의 슬롯 수납부(32a)의 단부를 ㄷ자형상의 코일 엔드부(32b)에 의해 내주측 및 외주측에서 교대로 연결하는 성형 패턴이 5단으로 겹쳐진 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 제작한다.
여기서, 제 1 성형 코일 유닛(32A)의 슬롯 수납부(32a)의 각 다발(束)을 가압 성형기(도시 생략)에 세트한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 다발의 슬롯 수납부(32a)는 한 쌍의 푸셔(프레스 판)(4O) 사이에 1렬로 겹쳐지고, 평판형상의 프레스 판(41)이 각 슬롯 수납부(32a) 사이에 개장되어 있다. 그리고, 한 쌍의 푸셔(40)에 소정의 가압력(F)을 인가하고, 단면 원형의 각 슬롯 수납부(32a)를 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')로 성형한 후, 제 1 성형 코일 유닛(32A)을 가압 성형기로부터 떼어낸다. 또한, 도 4에서는 한 쌍의 푸셔(40)만을 도시하고 있지만, 푸셔(40)는 12쌍 준비되어 있고, 제 1 성형 코일 유닛(32A)의 슬롯 수납부(32a)를 1회의 단면 편평화 공정으로 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')로 변형하고 있다. 계속해서, 제 2 성형 코일 유닛(32B)의 슬롯 수납부(32a)의 각 다발을 가압 성형기에 세트하고, 마찬가지로 하여, 제 2 성형 코일 유닛(32B)의 슬롯 수납부(32a)를 1회의 단면 편평화 공정으로 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')로 변형한다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')를 갖는 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 연결하고 있는 도체선(30)의 부위에서 되접어 꺾어 양 성형 패턴의 산부(山部)와 곡부(谷部)가 겹쳐지도록, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 서로 겹쳐서, 성형 코일 유닛(33)을 제작한다.
계속해서, 성형 코일 유닛(33)을 원통형으로 성형하여 배분 코일 유닛(34)을 제작한다. 상기 배분 코일 유닛(34)은 도체선(30)을 파(波) 감기로 1O턴 권회한 것이다. 그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 10개의 슬롯 수납부(34a)(단면 레이스 트랙 형상으로 성형된 슬롯 수납부(32a')에 상당)의 다발이 둘레 방향으로 3슬롯 피치(3P)로 배열되어 있다. 또한, 각 다발의 10개의 슬롯 수납부(34a)는 단면 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 1렬로 나열되어 있다. 또한, 슬롯 수납부(34a)의 각 다발의 5개씩이 코일 엔드부(34b)(코일 엔드부(32b)에 상당)에 의해 축방향의 양단에서 교대로 연결되어 있다. 또한, 슬롯 수납부(34a)의 각 다발의 나머지 5개씩이 코일 엔드부(34b)에 의해 축방향의 양단에서 교대로 연결되어 있다. 또한, 5개씩의 슬롯 수납부(34a)를 연결하고 있는 코일 엔드부(34b)는 축방향으로 서로 대하고 있다.
계속해서, 배분 코일 유닛(34)의 축방향 일단측의 코일 엔드부(34b)를 지름 방향 내측으로 구부린다. 그리고, 도 7에 화살표로 도시한 바와 같이, 배분 코일 유닛(34)을 고정자 철심(21)에 대해 축방향으로부터 장착한다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 지름 방향 내측으로 구부러진 코일 엔드부(34b)의 슬롯 수납부(34a) 부근의 부위가 차양부(21d) 사이(슬롯 개구)를 축방향으로 이동하고, 슬롯 수납부(34a)의 다발이 각 슬롯(21c) 내에 인입(引入)된다. 그리고, 슬롯 수납부(34a)의 다발이 각 슬롯(21c) 내에 완전하게 인입된 후, 지름 방향 내측으로 구부러진 코일 엔드부(34b)를 축방향으로 늘어나도록 되돌리고, 1개의 분리 코일 유닛(34)이 고정자 철심(21)에 장착된다.
그리고, 2번째의 배분 코일 유닛(34)이 마찬가지로 하여 고정자 철심(21)에 장착되고, 또한 3번째의 배분 코일 유닛(34)이 마찬가지로 하여 고정자 철심(21)에 장착되어, 도 1에 도시된 고정자(20)가 제작된다. 이때, 각 배분 코일 유닛(34)은 슬롯 수납부(34a)가 삽입되는 슬롯(21c)을 1슬롯씩 어긋나게 하여 고정자 철심(21) 에 장착된다. 고정자 철심(21)에 장착된 배분 코일 유닛(34)이 분배 코일(23)로 된다. 그리고, 3상분의 분배 코일(23)을 교류 결선, 예를 들면 Y결선하여 고정자 코일(22)이 구성된다.
본 실시예 1에 의한 고정자(20)에 있어서는 슬롯 수납부(30a)가 단면 레이스 트랙 형상으로 형성되어 있기 때문에, 슬롯 수납부(30a)의 단변이 볼록형상의 곡면 형상으로 된다. 그래서, 슬롯 수납부(30a)를 슬롯(21c) 내에 삽입할 때에, 슬롯 수납부(30a)의 단변의 곡면 부분이 슬롯(21c)의 내주 측면에 접하게 되고, 슬롯 수납부(30a)와 슬롯(21c)의 내주 측면이 스침에 기인하는 절연 피막의 손상의 발생이 억제되고, 절연성이 향상된다. 마찬가지로, 고정자(20)를 차량용 교류 발전기 등의 회전 전기 기계에 탑재한 경우에 있어서의 엔진 등의 차량의 진동에 의해 슬롯 수납부(30a)와 슬롯(21c)의 내주 측면이 스침에 기인하는 절연 피막의 손상의 발생이 억제되고, 절연성이 향상된다.
또한, 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(30a)가 그 긴변을 서로 밀접하도록 슬롯(21c) 내에 1렬로 배열하여 수납되어 있기 때문에, 슬롯 수납부(30a) 사이의 접촉면적이 커짐과 함께, 슬롯 수납부(30a)를 슬롯(21c) 내에 조밀하게 수납할 수 있다. 그 결과, 고정자 코일(22)에서 발생하는 열이 지름 방향으로 인접하는 슬롯 수납부(30a)를 통하고 고정자 철심(21)에 전달되기 쉬워지고, 고정자 철심(21)으로부터 효과적으로 방열되고, 고정자 코일(22)의 과도한 온도 상승이 억제되어, 고출력화가 도모된다. 또한, 점적률(슬롯 수납부(30a)가 슬롯(21c) 내에 차지하는 비율)이 높아지고, 구출력화가 도모된다.
또한, 긴변의 길이가 슬롯 개구보다 큰 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(30a)가 긴변의 길이 방향을 둘레 방향으로 향하고, 또한, 그 긴변을 서로 밀접하도록 슬롯(21c) 내에 지름 방향으로 1렬로 배열하여 수납되어 있기 때문에, 슬롯 수납부(30a)의 슬롯 개구로부터의 튀어나감이 방지되고, 슬롯 수납부(30a)의 뛰어나감 방지용의 웨지의 장착을 불필요하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에 의한 고정자의 제조 방법에 있어서는 1개의 도체선(30)으로 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 제작한 후, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)의 슬롯 수납부(32a) 사이에 평판형상의 프레스 판(41)을 개장하고, 양측으로부터 한 쌍의 푸셔(40)에 의해 가압하고 있기 때문에, 평탄면의 긴변을 갖는 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')를 얻을 수 있다. 그래서, 분배 코일(23)의 슬롯 수납부(30a)를 슬롯(21c) 내에 수납하였을 때에, 슬롯 수납부(30a)의 긴변 끼리가 밀접 상태로 되고, 점적률을 높일 수 있음과 함께, 고정자 코일(22)에서 발생한 열이 고정자 철심(21)에 신속하게 전달되게 된다. 또한, 슬롯 수납부(32a)를 단면 레이스 트랙 형상으로 성형할 때에, 단면 레이스 트랙 형상의 단변측(신장 방향)이 구속되지 않기 때문에, 슬롯 수납부(32a')의 단변이 확실하게 볼록형상의 곡면 형상으로 되고, 슬롯 수납부(30a)를 슬롯(21c)에 삽입할 때에 발생하는 절연 피막의 손상을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)의 슬롯 수납부(32a)를 일괄하여 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하고 있기 때문에, 슬롯 수납부를 단면 원형으로부터 단면 레이스 트랙 형상으로 변형하는 단면 편평화 공정이 단축된다. 나아가 서는 일정한 종횡비(L2/L1)를 갖는 슬롯 수납부(32a')를 간이하게 제작할 수 있다.
또한, 배분 코일 유닛(34)의 축방향 일측의 코일 엔드부(34b)를 지름 방향 내측으로 절곡하고, 절곡된 코일 엔드부(34b)의 슬롯 수납부(34a)측을 차양부(21d) 사이로 통과하도록 축방향으로부터 배분 코일 유닛(34)을 고정자 철심(21)에 장착하고 있기 때문에, 슬롯 개구보다 큰 긴변 길이를 갖는 슬롯 수납부(34a)를 간이하게 슬롯(21c) 내에 삽입할 수 있다. 또한, 큰 구부림 응력이 발생하기 어려운 원형 단면의 코일 엔드부(34b)를 구부리고 있기 때문에, 구부림에 기인하는 절연 피막의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 티스부(21b)의 선단에 차양부(21d)를 미리 형성할 수 있기 때문에, 고정자 코일을 장착한 후, 티스부(21b)의 선단부를 내주측으로부터 가압하여 차양부를 형성하는 번잡한 차양부 형성 공정이 불필요하게 되고, 제조 공정이 간소화된다.
여기서, 슬롯 수납부의 종횡비(L2/L1)에 관해 도 9를 참조하면서 검토한다. 또한, 도 9 중, 곡선 A는 슬롯 수납부의 종횡비와 절연 불량 발생률과의 관계를 나타내는 그래프이고, 곡선 B는 슬롯 수납부의 종횡비와 고정자 코일 온도 상승치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
우선, 곡선 A로부터, 종횡비가 작아짐에 따라, 절연 불량의 발생률이 서서히 증가하고, 종횡비가 45%보다 작아지면, 절연 불량의 발생률이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 절연 불량의 발생률을 고려하면, 슬롯 수납부의 종횡비를 45%이상으로 하는 것이 바람직하다.
이 슬롯 수납부의 종횡비는 단면 원형의 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형 상으로 변형할 때의 변형 상태를 나타내고 있다. 즉, 종횡비가 작아질수록 변형률이 커지는 것을 의미하고 있다. 그래서, 단면 원형의 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형상으로 변형시키면, 구리선재는 단면 레이스 트랙 형상으로 소성(塑性) 변형하고, 구리선재에 피복되어 있는 절연 피막은 구리선재의 변형에 추종하여 늘어나게 된다. 그리고, 구리선재의 변형량이 커지면, 절연 피막의 늘어남에 완전히 추종되지 못하여 균열이 절연 피막에 발생하고, 드디어 절연 피막의 박리에 도달하여 절연 불량이 발생한다고 추측된다.
또한, 곡선 B로부터, 종횡비가 커짐에 따라 고정자 코일의 온도가 서서히 상승하고, 종횡비가 7O%로 되면, 고정자 코일의 온도가 약 200℃로 되고, 종횡비가 70%를 초과하면, 고정자 코일의 온도가 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다. 그리고, 고정자 코일의 온도는 200℃ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 따라서, 고정자 코일의 온도 상승치를 고려하면, 슬롯 수납부의 종횡비를 70% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이 슬롯 수납부의 종횡비는 편평 정도를 나타내고 있다. 그리고, 종횡비가 커질수록 편평 정도가 작아진다, 즉 긴변 길이(L1)가 짧아지는 것을 의미하고 있다. 그래서, 슬롯 수납부의 긴변 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 슬롯 내에 지름 방향으로 나열하여 수납한 경우, 지름 방향으로 인접한 슬롯 수납부의 긴변이 평탄면 끼리가 밀접한다. 그리고, 고정자 코일에 통전하였을 때에 슬롯 수납부에서 발생한 열의 일부는 긴변의 평탄면 끼리의 접촉부를 통하여 인접하는 슬롯 수납부에 전도되고, 드디어 슬롯의 저면에 접하는 슬롯 수납부로부터 고정자 철심에 전도되 고, 고정자 철심으로부터 방열된다. 그래서, 긴변 길이가 짧아지면 인접하는 슬롯 수납부 사이의 접촉 면적이 적어진다. 그 결과, 슬롯 수납부로부터 고정자 철심에 전도되어 방열되는 열량이 적어지고, 고정자 코일이 온도 상승하는 것이라고 추고된다.
이것으로부터, 슬롯 수납부(30a)의 종횡비는 45% 이상, 70% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시예 1에서는 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 제작한 후, 슬롯 수납부를 단면 원형으로부터 단면 레이스 트랙 형상으로 가압 변형시키도록 설명하고 있지만, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 서로 겹쳐서 성형 코일 유닛(33)을 제작한 후, 슬롯 수납부를 단면 원형으로부터 단면 레이스 트랙 형상으로 가압 변형시키도록 하여도 좋다.
실시예 2
도 10은 본 발명의 실시예 2에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도이다.
도 10에 있어서, 고정자 철심(21A)은 티스부(21b')의 고정자 철심(21A)의 축심에 직교하는 단면이 개략 직사각형으로 형성되고, 슬롯(21c')의 단면이 내경측을 끝이 가늘게 되는 개략 사다리꼴 형상으로 되어 있다. 그리고, 슬롯(21c')에 지름 방향으로 1렬로 나열하여 수납되어 있는 슬롯 수납부(30a)의 종횡비(L2/L1)는 슬롯 형상에 맞추어서 내경측에 위치한 슬롯 수납부(30a)일수록 크게 되어 있다.
또한, 다른 구성은 상기 실시예 1과 마찬가지로 구성되어 있다.
여기서, 본 실시예 2에 의한 고정자의 제조 방법에 관해 설명한다.
우선, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 제작한다. 그리고, 제 1 성형 코일 유닛(32A)의 슬롯 수납부(32a)의 각 다발을 가압 성형기에 세트한다. 이때, 각 다발의 1개의 슬롯 수납부(32a)가 한 쌍의 푸셔(40) 사이에 각각 배치된다. 계속해서, 각 쌍의 푸셔(40)에 소정의 가압력을 인가하고, 단면 원형의 슬롯 수납부(32a)를 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')로 성형한다. 그리고, 푸셔(40)에 인가하는 가압력을 바꾸어서, 상기 조작을 각 다발의 5개의 슬롯 수납부(32a)에 대해 반복하여 행한다. 이로써, 각 다발의 5개의 슬롯 수납부(32a')는 단면 레이스 트랙 형상의 종횡비가 점차 작아지도록 변형된다.
계속해서, 제 2 성형 코일 유닛(32B)의 각 다발의 슬롯 수납부(32a)를 마찬가지로 가압 성형하고, 각 다발의 5개의 슬롯 수납부(32a')의 단면 레이스 트랙 형상의 종횡비를 점차 작아지도록 변형한다. 이때, 제 2 성형 코일 유닛(32B)의 슬롯 수납부(32a')의 종횡비가 제 1 성형 코일 유닛(32A)의 슬롯 수납부(32a')의 종횡비보다 작아지도록 푸셔(40)에의 가압력을 조정하고 있다. 또한, 푸셔(40)는 12쌍 준비되어 있고, 슬롯(21c') 내의 지름 방향의 같은 위치에 수납되는 12개의 슬롯 수납부(32a)가 1회의 단면 편평화 공정으로 소정의 종횡비를 갖는 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')로 변형된다.
그리고, 단면 레이스 트랙 형상의 슬롯 수납부(32a')를 갖는 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 연결하고 있는 도체선(30)의 부위에서 되접어 꺾어, 양 성형 패턴의 산부와 곡부가 겹쳐지도록, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 서로 겹치고, 성형 코일 유닛(33)을 제작한다. 이후, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여, 성형 코일 유닛(33)을 고정자 철심(21A)에 장착하여 고정자를 제작한다.
이로써, 10개의 슬롯 수납부(30a)가 편평한 단면의 긴변의 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 1렬로 나열하고, 또한, 서로 밀접하여 각 슬롯(21c') 내에 수납된 고정자를 얻을 수 있다. 그리고, 1렬로 나열된 1O개의 슬롯 수납부(30a)의 종횡비는 슬롯(21c')의 개략 사다리꼴 형상에 맞추어서, 지름 방향 안쪽으로 점차 커지도록 형성되어 있다.
따라서 본 실시예 2에 의하면, 지름 방향으로 1렬로 나열한 슬롯 수납부(30a)의 종횡비가, 슬롯(21c')의 개략 사다리꼴 형상에 맞추어서, 지름 방향 안쪽으로 점차 커지도록 형성되어 있기 때문에, 개략 사다리꼴 형상의 슬롯(21c')에 대해 슬롯 수납부(30a)를 고점적률로 수납할 수 있고, 고출력화를 도모할 수 있다.
또한, 슬롯 수납부(30a)가 슬롯(21c') 내에서 이동하기 어렵게 되어, 엔진 등의 차량의 진동에 의해 슬롯 수납부(30a)와 슬롯(21c')의 내주 측면이 스침에 기인하는 절연 피막의 손상의 발생이 억제되고, 절연성이 향상된다.
또한, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)의 각 다발의 슬롯 수납부(32a)를 1개씩 한 쌍의 푸셔(40)로 가압 변형시키고 있기 때문에 푸셔(40)의 가압력을 바꿈에 의해 단면 레이스 트랙 형상의 종횡비를 임의로 조정할 수 있다. 이로써, 슬롯 수납부(30a)의 종횡비를 슬롯 형상에 맞도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시예 2에서는 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 제작한 후, 슬롯 수납부를 단면 원형으로부터 단면 레이스 트랙 형상으로 가압 변형시키도록 설명하고 있지만, 제 1 및 제 2 성형 코일 유닛(32A, 32B)을 서로 겹쳐서 성형 코일 유닛(33)을 제작한 후, 슬롯 수납부를 단면 원형으로부터 단면 레이스 트랙 형상으로 가압 변형시키도록 하여도 좋다.
실시예 3
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 회전 전기 기계의 고정자에 있어서의 고정자 코일의 슬롯 수납 상태를 도시한 주요부 단면도이다.
도 11에 있어서, 바니시(varnish; 25)가 슬롯 수납부(30a)를 수납한 슬롯(21c) 내에 함침되어 있다.
또한, 다른 구성은 상기 실시예 1과 마찬가지로 구성되어 있다.
본 실시예 3에 의하면, 바니시(25)가 슬롯(21c) 내에 함침되어 있기 때문에, 바니시(25)가 슬롯 수납부(30a)와 슬롯(21c)의 간극에 침투하여 있다. 그래서, 슬롯(21c) 내에서의 슬롯 수납부(30a)의 이동이 저지되고, 엔진 등의 차량의 진동에 의해 슬롯 수납부(30a)와 슬롯(21c)의 내주 측면이 스침에 기인하는 절연 피막의 손상의 발생이 없고, 절연성이 현저하게 향상된다.
또한, 상기 각 실시예에서는 분배 코일로 구성된 고정자 코일을 이용하는 것으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 집중감기 코일로 구성된 고정자 코일에 적용하여도 좋다. 여기서, 분배 코일이란, 각 슬롯으로부터 연장하여 나오는 도체선이 둘레 방향 양측으로 반수씩으로 나누어져, 둘레 방향 양측으로 소정 슬롯 수 떨 어진 2개의 슬롯으로 들어가도록 구성된 것이고, 집중감기 코일이란, 각 슬롯으로부터 연장하여 나오는 도체선의 전수가 지름 방향 일측으로 소정 슬롯 수 떨어진 하나의 슬롯으로 들어가도록 구성된 것이다.
또한, 상기 각 실시예에서는 슬롯이 매극매상 당 하나의 비율로 형성되어 있는 고정자 철심을 이용하는 것으로 하고 있지만, 슬롯이 매극매상 당 2의 비율로 형성되어 있는 고정자 철심을 이용하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시예에서는 1개의 도체선으로 제작된 성형 코일 유닛을 이용하여 고정자 코일을 구성하는 것으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 U자형상의 세그먼트 도체를 이용하여 구성되는 고정자 코일에 적용하여도 좋고, 연속 도체선을 소정 슬롯 수 마다의 슬롯에 내층과 외층을 교대로 채택하도록 권장하여 구성되는 고정자 코일에 적용하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시예에서는 슬롯 수납부가 슬롯 내에 지름 방향으로 1렬로 배열되어 수납되는 것으로 하고 있지만, 슬롯 수납부는 슬롯 내에 예를 들면 2열로 되어 지름 방향으로 배열되어 수납되어도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법은 고정자 코일의 슬롯 수납부가 단면 레이스 트랙 형상으로 형성되어 있기 때문에, 고정자 코일의 고정자 철심에의 장착시의 슬롯 수납부와 슬롯 내주 측면과의 스침에 기인하는 절연 피막의 손상의 발생이 억제되고, 고정자 코일의 절연성이 높아지고, 자동차 등의 차량에 탑재되는 차량용 교류 발전기 등의 회전 전기 기계의 고정자 및 그 고정자 코일의 제조 방법으로서 유용하다.

Claims (13)

  1. 슬롯이 내경측으로 개구하도록 하여 둘레 방향으로 배열하여 이루어지는 원통 형상의 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 장착된 고정자 코일을 구비한 회전 전기 기계의 고정자로서,
    상기 고정자 코일은 상기 슬롯의 각각에 수납된 복수의 슬롯 수납부와, 소정 슬롯 수 떨어진 상기 슬롯의 쌍에 수납되어 있는 상기 슬롯 수납부의 단부 끼리를 연결하는 코일 엔드부를 가지며,
    상기 슬롯 수납부는 단면 레이스 트랙 형상으로 형성되고, 단면의 길이 방향을 둘레 방향을 향하여 지름 방향으로 1렬로 나열하며, 또한, 서로 밀접하여 수납되고,
    상기 고정자 코일의 각 상의 코일이, 분배 코일로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 슬롯은 내경측을 끝이 가늘게 되는 개략 사다리꼴 형상으로 형성되고, 상기 슬롯 내에 지름 방향으로 나열하여 수납되어 있는 상기 슬롯 수납부의 단면의 종횡비가, 상기 슬롯의 개략 사다리꼴 형상에 맞추어서, 지름 방향 안쪽으로 점차 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자.
  4. 제 1항에 있어서,
    바니시(varnish)가 상기 슬롯 내에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자.
  5. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯 수납부는 단면 레이스 트랙 형상의 긴변 길이를 L1, 단변 길이를 L2로 하였을 때에, 45%≤종횡비(L2/L1)≤7O%를 만족하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자.
  6. 단면 원형의 슬롯 수납부의 각각을 개별적으로 평판 형상의 프레스 판으로 끼워 넣고, 해당 슬롯 수납부의 신장 방향을 구속하는 일 없이 해당 프레스 판에 의해 해당 슬롯 수납부를 가압하여 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하는 단면 편평화 공정을 갖는 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법에 있어서,
    상기 단면 레이스 트랙 형상의 긴변 길이를 L1, 단변 길이를 L2로 한 때에, 45%≤종횡비(L2/L1)≤70%를 만족하도록 상기 슬롯 수납부를 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단면 편평화 공정에 앞서서, 단면 원형의 도체선을 링형상으로 소정회 권회하여 코일 유닛을 제작하는 공정과, 상기 코일 유닛을 정형하여, 서로 이웃하는 직선형상의 슬롯 수납부의 단부를 ㄷ자형상의 코일 엔드부에 의해 내주측 및 외주측에서 교대로 연결하는 성형 패턴이 다단으로 겹쳐진 성형 코일 유닛을 제작하는 공정을 가지며,
    상기 단면 편평화 공정에 있어서, 상기 성형 코일 유닛의 다단으로 겹쳐진 상기 슬롯 수납부를 1단씩 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하도록 한 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 단면 편평화 공정에 앞서서, 단면 원형의 도체선을 링형상으로 소정회 권회하여 코일 유닛을 제작하는 공정과, 상기 코일 유닛을 정형하여, 서로 이웃하는 직선형상의 슬롯 수납부의 단부를 ㄷ자형상의 코일 엔드부에 의해 내주측 및 외주측에서 교대로 연결하는 성형 패턴이 다단으로 겹쳐진 성형 코일 유닛을 제작하는 공정을 가지며,
    상기 단면 편평화 공정에 있어서, 상기 성형 코일 유닛의 다단으로 겹쳐진 상기 슬롯 수납부의 각 단 사이에 상기 프레스 판을 개장시키고, 또한, 상기 슬롯 수납부의 적층 방향의 양측에 상기 프레스 판을 배치하고, 다단으로 겹쳐진 상기 슬롯 수납부를 일괄하여 단면 레이스 트랙 형상으로 성형하도록 한 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계의 고정자 코일의 제조 방법.
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