KR100678593B1

KR100678593B1 - 회전자샤프트에 결합된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기

Info

Publication number: KR100678593B1
Application number: KR1020050055972A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이시다; 마사오 이치카와
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-02-05
Also published as: US7057315B2; KR20060048566A; JP4123197B2; CN100377474C; US20050285459A1; JP2006014516A; CN1716733A

Abstract

본 발명에 따른 차량용 교류발전기는, 전방하우징(41)과 후방하우징(45) 사이에서 지지되는 고정자(2), 및 회전자샤프트(34)에 연결되고 상기 고정자 내측에 회전가능하게 지지되는 회전자(2)를 포함한다. 상기 회전자의 폴코어(30) 일단부에는 냉각팬(33)이 위치된다. 상기 냉각팬(33)은 그 냉각팬(33)의 중앙개구부(333)의 단부(334a)와 회전자샤프트에 형성된 비원형플랜지(347)를 결합함으로써 회전자샤프트(34)에 결합된다. 상기 냉각팬(33)은 지그의 사용없이 그 냉각팬(33)의 반경방향 및 회전방향으로 회전자샤프트(34)에 대하여 정확히 위치된다. 상기 냉각팬(33)의 회전불균형으로 인한 소음 및 진동은 방지된다.

차량용교류발전기, 고정자, 회전자, 냉각팬, 팬베이스, 비원형플랜지

Description

회전자샤프트에 결합된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR HAVING COOLING FAN COUPLED TO ROTOR SHAFT}

도1은 본 발명에 따라 회전자샤프트에 연결된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기를 나타낸 단면도.

도2는 교류발전기의 후방측으로부터 바로본 회전자의 평면도.

도3은 회전자의 후방측에 위치될 냉각팬의 평면도.

도4는 냉각팬에 연결될 팬 베이스의 평면도.

도5는 냉각팬이 연결되는 회전자샤프트를 부분적으로 나타낸 측면도.

도6은 교류발전기의 후방측으로부터 바라본 회전자샤프트의 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 차량용 교류발전기 2: 고정자

3: 회전자 5: 브러시장치

6: 전압제어장치 7: 후방커버

9: 풀리 21: 전기자권선

31: 계자권선 32, 33: 냉각팬

34: 회전자샤프트 36: 팬 베이스

331: 팬블레이드 332: 지지판

333, 361: 개구부 334, 363: 주변부

334a, 334b, 334c, 362a, 362b, 362c: 돌기

342: 슬립링 343: 수지부재

344: 접속단자 345: 절연부

346: 다리부 347: 비원형플랜지

348: 곡선부 349: 편평부

본 발명은 자동차에 사용되는 교류발전기(alternator)에 관한 것이다.

일반적인 교류발전기에 있어서, 회전자샤프트(rotor shaft)에 연결된 냉각팬은 계자권선(field winding)을 냉각시키기 위하여 축방향으로, 또한 전기자권선(armature winding)의 코일 단부를 냉각시키기 위하여 반경방향으로 기류(airflow)를 발생시킨다. 어떤 교류발전기에 있어서는, 상기 기류의 방향을 조정하기 위한 팬 베이스(fan base)가 폴코어(pole core)의 단부와 냉각팬 사이에 배치된다. 일본 특허 제3497859호 공보에는 슬립링을 계자권선에 전기적으로 접속하기 위한 단자와 함께 몰딩(molding)된 슬립링을 포함하는 교류발전기를 제안하였다. 상기 교류발전 기에서, 회전자샤프트는 몰딩된 슬립링의 중앙구멍으로 강제 삽입된다.

냉각팬을 구비한 교류발전기에 있어서, 상기 냉각팬은 회전자샤프트의 회전방향으로의 적절한 위치에서 상기 회전자샤프트에 동축으로 연결되어야만 한다. 상기 냉각팬이 회전자에 동축으로 연결되지 않을 경우, 상기 냉각팬의 회전에 따른 팬소음이 발생할 수 있다. 또한 상기 냉각팬 및 팬 베이스를 간단한 방법으로 회전자의 정확한 위치에 연결할 수 있도록 하는 것은 중요한 사안이다. 간단한 방법을 통해 상기 냉각팬을 회전자샤프트에 동축으로 연결하기 위한 일예로, 일본 실공평 제5-8781에는 팬 베이스가 냉각팬에 기구적으로 연결되고, 냉각팬의 중앙구멍의 주변이 회전자샤프트에 결합되는 교류발전기를 제안하였다.

그러나 상기 일본 실공평 제5-8781에서는, 상기 냉각팬이 회전샤프트에 동축으로 연결될 수 있어도 회전방향으로 정확하지 못한 위치에 위치될 수 있다. 상기 냉각팬이 팬 베이스 또는 폴코어에 대하여 회전방향으로 정확하지 않은 위치에 위치될 경우, 상기 냉각팬과 팬 베이스 간의 용접은 완전하게 실행될 수 없다. 따라서 상기 냉각팬을 회전방향으로 정확하게 위치시키기 위한 추가적인 지그(jig)의 사용이 불가피한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 방법으로 회전자샤프트의 정확한 위치에 냉각팬이 용이하게 연결되는 개량된 교류발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 교류발전기는, 전기자권선을 구비한 고정자, 회전자샤프트에 연결되는 폴코어와 폴코어에 권선된 계자권선을 구비한 회전자, 전방 및 후방하우징, 냉각기류를 발생시키는 냉각팬 및 다른 관련부품들을 포함한다. 상기 고정자는 전방하우징과 후방하우징 사이에서 유지되고, 상기 회전자는 고정자의 내측에 회전가능하게 지지된다. 상기 회전자는 그 회전자샤프트에 연결되는 풀리를 통해 차량엔진에 의하여 구동되어, 교류발전기에 전력을 발생시킨다.

지지판에 지지되는 복수개의 팬 블레이드 및 개구부를 구비한 냉각팬은 폴코어의 후방단부에 위치되고 회전자샤프트에 결합된다. 수지재료로 이루어진 비원형플랜지는 회전자샤프트에 형성된다. 상기 비원형플랜지는 냉각팬의 중앙개구부로 삽입되어, 상기 중앙개구부의 결합단부는 비원형플랜지와 결합된다. 이러한 방식으로, 상기 냉각팬은 그 냉각팬의 반경방향 및 회전방향으로의 정확한 위치에서 회전자샤프트에 결합된다. 상기 중앙개구부의 결합단부는 냉각팬이 회전방향으로 잘못된 위치에서 회전자샤프트에 결합되는 것을 방지하기 위하여 회전자샤프트에 대하여 비대칭으로 이루어진다.

냉각공기의 흐름방향을 조정하기 위하여 상기 폴코어의 단부와 냉각팬 사이에 팬 베이스가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 팬 베이스는 냉각팬과 동일한 방식으로 회전자샤프트에 결합되거나, 용접 등에 의하여 냉각팬에 기구적으로 연결될 수 있다. 상기 냉각팬이 팬 베이스에 대하여 정확하게 위치되기 때문에, 용접스폿(welding spot)은 자동으로 설정된다. 후방측에 위치된 냉각팬의 회전자샤프트로의 결합 구성은 전방측에 위치되는 냉각팬에도 적용될 수 있다.

상기 냉각팬과 회전자샤프트는 그 냉각팬의 중앙개구부와 회전자샤프트의 비원형플랜지를 결합시킴으로써 서로 결합되기 때문에, 상기 냉각팬은 그 냉각팬의 반경방향과 회전방향 모두로 회전자샤프트에 대하여 정확하게 위치될 수 있다. 따라서 상기 냉각팬의 회전의 불균형으로 인한 소음 및 진동은 방지된다. 또한 상기 냉각팬을 정확한 위치에서 회전자샤프트로 결합하기 위한 지그를 필요로 하지 않는다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다. 도1에 나타낸 바와 같이, 자동차에 사용되는 교류발전기(1)는, 전기자권선(armature winding)(21)을 구비한 고정자(2); 폴코어(30)에 권선되는 계자권선(field winding)(31)을 구비한 회전자(3); 상기 회전자의 전방측에 연결되는 전방냉각팬(32); 상기 회전자의 후방측에 연결되는 후방냉각팬(33); 상기 폴코어(30)의 후방단부와 후방냉각팬(33) 사이에 배치되는 팬 베이스(fan base)(36); 전방하우징(41); 후방하우징(45); 상기 계자권선(31)으로 전류를 공급하기 위한 브러시(brush)장치(5); 출력전압을 소정전압으로 제어하기 위한 전압제어장치(voltage regulator)(6); 상기 브러시장치(5) 및 전압제어장치(6)를 커버하고 보호하기 위한 후방커버(7); 상기 회전자를 구동시키기 위하여 엔진에 의하여 구동되는 풀리(pulley)(9); 및 다른 관련 구성부품들을 포함한다.

상기 고정자(2)는 전방하우징(41)과 후방하우징(45) 사이에서 유지되고, 상기 회전자(3)는 고정자(2)의 내측에 회전가능하게 지지된다. 상기 폴코어(30)는 회전자샤프트(34)에 견고하게 연결된다. 상기 팬 베이스(36)는 냉각팬(33)에 의하여 발생된 기류(airflow)를 조정한다. 상기 전방하우징(41)은 전방냉각팬(32)에 의하여 발생된 냉각공기를 반경방향으로 송풍시키기 위한 복수개의 출구창(outlet window)(42)을 포함한다. 유사하게, 상기 후방하우징(45)은 후방냉각팬(33)에 의하여 발생된 냉각공기를 반경방향으로 송풍시키기 위한 복수개의 출구창(46)을 포함한다.

상기 회전자샤프트(34)에 모두 연결되는 상기 후방냉각팬(33) 및 팬 베이스(36)는 도2 내지 도6을 참조하여 상세히 설명한다. 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 후방냉각팬(33)은 불균일한 간격으로 형성된 14개의 팬블레이드(blade)(331) 및 상기 팬블레이드(331)를 지지하기 위한 지지판(332)를 구비한다. 상기 각 블레이드는 지지판(332)으로부터 축방향으로 연장되고, 상기 팬블레이드(331) 및 지지판(332)를 연결하는 돌출리브(rib)에 의하여 보강된다.상기 회전자샤프트(34)를 삽입하기 위한 개구부(333)는 상기 지지판(332)의 중앙부에 형성된다. 상기 개구부(333)는 상기 팬 베이스(36)에 형성되는 다른 개구부(361)(제2개구부로 칭함)와 구별할 필요가 있어 제1개구부로 칭한다. 상기 회전자샤프트(34)에 수지부재(resin member)(343)에 의하여 형성된 비원형플랜지(non-circular flange)(상세한설명은 후술됨)(347)는 도2에 나타낸 바와 같이 상기 제1개구부(333)로 삽입된다.

도3에 나타낸 바와 같이, 상기 개구부(333)의 주변부(334)는 후방냉각팬(33)이 회전방향으로 상기 회전자샤프트에 정확하지 않게 결합되는 것을 방지하기 위하여 상기 회전자샤프트(34)에 대하여 비대칭으로 이루어진다. 보다 상세하게는, 상기 개구부(333)의 주변부(334)는 큰 돌기(334b)와 작은 돌기(334c)를 포함하고, 이들 돌기(334b, 334c)는 후방냉각팬(33)이 정확한 위치로부터 180도로 회전된 위치에서 회전샤프트(34)에 결합되는 것을 방지한다. 다시 말해서, 상기 후방냉각팬(33)이 회전샤프트(34)에 정확하지 않은 위치에서 결합될 경우, 상기 큰 돌기(334a)는 상기 비원형플랜지(347)의 편평부(349)와 간섭이 발생하게 된다.

또한 상기 제1개구부(333)의 주변부(334)는 상기 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)와 결합하는 4개의 결합단부(334a)를 포함한다.

상기 폴코어(30)의 후방단부와 후방냉각팬(33) 사이에 위치될 상기 팬 베이스(36)는 도4에 나타내었다. 본 실시예에서, 상기 팬 베이스(36)는 용접 등에 의하여 상기 후방냉각팬(33)에 기구적으로(mechanically) 연결된다. 상기 팬 베이스(36)는 그의 중앙부에 형성된 개구부(361)를 구비한다. 본 실시예에서의 상기 개구부(361)의 주변부(fringe)(362)는 회전자샤프트(34)에 대하여 대칭되게 형성된다. 다시 말해서, 두 돌기(362b, 362c)는 상기 후방냉각팬(33)의 돌기와 달리 동일 사이즈(size)를 갖는다. 그러나 상기 두 돌기(362b, 362c)는, 상기 팬 베이스(36)가 회전방향으로 후방냉각팬(33)의 특정 위치로의 연결을 필요로 할 경우, 비대칭되게 형성될 수 있다. 상기 개구부(361)의 주변부(362)는 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)와 결합하는 4개의 결합단부(362a)를 포함한다.

도5 및 도6을 참조하여 상기 회전자샤프트(34)의 후방단부를 설명한다. 도5에 나타낸 바와 같이, 절연부(345)에 의하여 절연되는 두 개의 부분으로 구성된 슬립링(342)는 수지부재(resin member)(343)에 의하여 회전자샤프트(34)의 후방단에 연결된다. 다리부(leg portion)(346)와 비원형플랜지(non-circular flange)(347)를 포함하는 상기 수지부재(343)는 상기 회전자샤프트(34)에 형성된다. 상기 수지부재(343)의 비원형플랜지(347)에는 한 쌍의 접속단자(344)가 끼워넣어져 있다.

상기 한 쌍의 접속단자(344)는 계자권선(31)에 슬립링(342)을 전기적으로 접속시킨다. 상기 비원형플랜지(347)는 도6에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 편평부(flat portion)(349)와 한 쌍의 곡선부(round portion)(348)를 포함한다. 상기 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)는 후방냉각팬(33)의 개구부(333)와 팬 베이스(36)의 개구부(361)로 삽입되고, 상기 후방냉각팬(33)과 팬 베이스(36)는 상기 개구부(333, 361)와 비원형플랜지(347) 간의 결합으로 회전자샤프트(34)에 결합된다. 상기 편평부(349)는 상기 후방냉각팬(33)과 팬 베이스(36)의 주변부(334, 362)에 접하게 된다.

전술한 본 발명은 다음과 같은 작용효과를 갖는다. 상기 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)가 후방냉각팬(33)의 개구부(333)와 팬 베이스(36)의 개구부(361)와 결합되기 때문에, 상기 후방냉각팬(33)은 회전방향으로의 정확한 위치에서 회전자샤프트(34)에 동축으로 결합된다. 따라서 상기 후방냉각팬(33)의 불균형으로 인한 팬소음 및 진동을 방지할 수 있다.

상기 후방냉각팬(33)을 회전자샤프트(34)의 정확한 위치에 결합하는 과정에서, 상대적인 위치를 정확히 설정하기 위한 지그를 필요로 하지 않는다. 상기 후방냉각팬(33)은 회전자샤프트(34)에 용이하게 결합된다. 또한 상기 후방냉각팬(33)과 팬 베이스(36) 모두가 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)와 결합될 경우, 상기 후방냉각팬(33)은 팬 베이스(36)에 대하여 정확하게 위치된다. 따라서 상기 후방냉각팬(33)은 용접에 의하여 정확한 위치에서 상기 팬 베이스(36)에 연결될 수 있다. 상기 후방냉각팬(33) 또는 팬 베이스(36)는 비원형플랜지(347)에 결합되지 않을 수 있고, 후방냉각팬(33)과 팬 베이스(36)는 용접에 의하여 서로 연결될 수 있다.

상기 후방냉각팬(33)은 단순한 구조로 이루어진다. 즉, 상기 후방냉각팬(33)은 복수개의 팬 블레이드(331)와 상기 팬블레이드(331)를 지지하는 지지판(332)으로 구성된다. 따라서 상기 후방냉각팬(33)은 용이하게 제작될 수 있다. 상기 후방냉각팬(33)의 개구부(333)는 스템핑(stamping) 등에 의하여 용이하게 형성될 수 있다. 또한 상기 개구부(333)의 주변부(334)는 회전자샤프트(34)에 대하여 비대칭으로 이루어지기 때문에, 상기 후방냉각팬(33)은 실패없이 회전방향으로 정확한 위치에서 회전자샤프트(34)의 비원형플랜지(347)에 결합될 수 있다. 상기 비원형플랜지(347)는 수지부재(343)의 일부분으로 이루어지기 때문에, 그의 형태는 자유로이 선택될 수 있다. 상기 한 쌍의 편평부(349)는 비원형플랜지(347)에 형성되기 때문에, 상기 비원형플랜지(347)는 가압변형(suppressing distortion)에 의하여 몰딩공정에서 정확히 형성될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형가능하다. 예를 들면, 전술한 실시예에서는 후방냉각팬(33)이 회전자샤프트에 결합되기 위한 구성은 냉각팬의 후방측에 적용한 것이지만, 유사한 구성으로 전방냉각팬(32)의 전방측에 적용될 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 발명의 차량용 교류발전기는 간단한 방법으로 냉각팬이 회전자샤프트의 정확한 위치에 용이하게 연결되는 효과가 있다.

Claims

전기자권선을 구비한 고정자;

상기 고정자의 내측에 회전가능하게 지지되고, 폴코어에 권선되는 계자권선 및 상기 폴코어가 고정되게 연결되는 회전자샤프트를 구비하는 회전자;

상기 폴코어의 축단부에 위치되는 냉각팬; 및

상기 냉각팬에 의하여 발생된 기류를 조정하고, 상기 폴코어의 축단부와 냉각팬 사이에 배치되는 팬 베이스

를 포함하며,

상기 회전자샤프트는 비원형플랜지를 포함하고,

상기 냉각팬의 반경방향 및 회전방향으로 상기 회전자샤프트에 대하여 정확히 위치되도록 상기 냉각팬 또는 팬 베이스가 비원형플랜지에 결합되는

차량용 교류발전기.
전기자권선을 구비한 고정자;

상기 고정자의 내측에 회전가능하게 지지되고, 폴코어에 권선되는 계자권선 및 상기 폴코어가 고정되게 연결되는 회전자샤프트를 구비하는 회전자; 및

상기 폴코어의 축단부에 위치되는 냉각팬;

를 포함하고,

상기 회전자샤프트는 비원형플랜지를 포함하고,

상기 냉각팬의 반경방향 및 회전방향으로 상기 회전자샤프트에 대하여 정확히 위치되도록 상기 냉각팬 또는 팬 베이스가 비원형플랜지에 결합되는

차량용 교류발전기.
제1항에 있어서,

상기 냉각팬은 상기 회전자의 축방향으로 연장하는 복수개의 팬블레이드 및 상기 복수개의 팬블레이드를 지지하는 지지판을 포함하고,

상기 지지판의 중앙부에는 상기 회전자샤프트의 비원형플랜지가 삽입되는 제1개구부가 형성되며,

상기 비원형플랜지와 결합되는 제1결합단부는 상기 제1개구부의 주변부에 형성되는

차량용 교류발전기.
제2항에 있어서,

상기 냉각팬은 상기 회전자의 축방향으로 연장하는 복수개의 팬블레이드 및 상기 복수개의 팬블레이드를 지지하는 지지판을 포함하고,

상기 지지판의 중앙부에는 상기 회전자샤프트의 비원형플랜지가 삽입되는 제 1개구부가 형성되며,

상기 비원형플랜지와 결합되는 제1결합단부는 상기 제1개구부의 주변부에 형성되는

차량용 교류발전기.
제1항에 있어서,

상기 냉각팬은 상기 회전자의 축방향으로 연장하는 복수개의 팬블레이드 및 상기 복수개의 팬블레이드를 지지하는 지지판을 포함하고,

상기 팬 베이스의 중앙부에는 상기 회전자샤프트의 비원형플랜지가 삽입되는 제2개구부가 형성되며,

상기 비원형플랜지와 결합되는 제2결합단부는 상기 제2개구부의 주변부에 형성되는

차량용 교류발전기.
제3항에 있어서,

상기 제1개구부의 주변부는 상기 회전자샤프트에 대하여 비대칭으로 형성되는

차량용 교류발전기.
제4항에 있어서,

상기 제1개구부의 주변부는 상기 회전자샤프트에 대하여 비대칭으로 형성되는

차량용 교류발전기.
제5항에 있어서,

상기 제2개구부의 주변부는 상기 회전자샤프트에 대하여 비대칭으로 형성되는

차량용 교류발전기.
제1항에 있어서,

상기 회전자샤프트는 브러시가 슬라이딩가능하게 접촉되는 슬립링, 상기 슬립링을 절연방식으로 지지하기 위한 수지부재, 및 상기 슬립링을 상기 계자권선에 전기적으로 접속시키기 위한 접속단자를 포함하고,

상기 접속단자는 상기 수지부재에 인서트 몰딩되며,

상기 비원형플랜지는 상기 수지부재에 의하여 형성되는

차량용 교류발전기.
제2항에 있어서,

상기 회전자샤프트는 브러시가 슬라이딩가능하게 접촉되는 슬립링, 상기 슬립링을 절연방식으로 지지하기 위한 수지부재, 및 상기 슬립링을 상기 계자권선에 전기적으로 접속시키기 위한 접속단자를 포함하고,

상기 접속단자는 상기 수지부재에 인서트 몰딩되며,

상기 비원형플랜지는 상기 수지부재에 의하여 형성되는

차량용 교류발전기.
제9항에 있어서,

상기 수지부재는 상기 슬립링과 비원형플랜지를 서로 연결되는 한 쌍의 다리부를 포함하는

차량용 교류발전기.
제10항에 있어서,

상기 수지부재는 상기 슬립링과 비원형플랜지를 서로 연결되는 한 쌍의 다리부를 포함하는

차량용 교류발전기.
제1항에 있어서,

상기 팬 베이스는 상기 냉각팬에 기구적으로 연결되는

차량용 교류발전기.