KR101096389B1

KR101096389B1 - 회전 전기기계

Info

Publication number: KR101096389B1
Application number: KR1020087010931A
Authority: KR
Inventors: 하루유키 코메타니; 토시아키 카시하라
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2011-12-20
Also published as: CN101331668B; US8736131B2; EP1981154A1; WO2007088598A1; KR20080063826A; JPWO2007088598A1; US20090267440A1; EP1981154A4; EP1981154B1; CN101331668A

Abstract

본 발명은, 12f 가진력을 저감하고, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음의 발생을 억제할 수 있는 회전 전기기계를 얻는다.

본 발명에서는, 전기자 권선은, 제 1 및 제 2의 3상 권선을 가지며, 제 1의 3상 권선은, 그 각 상 권선을 △결선하여 구성되고, 제 2의 3상 권선은, 그 각 상 권선을 △결선된 제 1의 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 결선하여, 제 1의 3상 권선에 Y결선하여 구성되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2의 3상 권선의 각각은, 각 상 전류가 서로 위상차를 갖는 상태로 고정자 철심에 권장되어 있다. 또한, 고정자의 이웃하는 슬롯 개구부의 중심선 간의 각도가 부등피치이고, 제 1의 3상 권선과 제 2의 3상 권선의 감은 수 비가 1.25 내지 2.25의 범위 내에 있다.

회전 전기기계, 전기자 권선, 전자 소음

Description

회전 전기기계{DYNAMO-ELECTRIC MACHINE}

본 발명은, 승용차나 트럭 등에 탑재되는 발전기, 전동기 및 발전전동기 등의 회전 전기기계에 관한 것이다.

근래, 차량용 교류 발전기에서는, 차량 엔진 룸이 점점 더 협소화하는 중에서, 그 탑재 스페이스에 여유가 없어져 오고 있는 한편으로, 차량 부하의 증대에 의한 발전 출력의 향상이 요구되고 있다. 또한, 차내외 모두, 소음 저감의 요구가 높고, 엔진 소음이 저하되어 오고 있다. 그러나, 차량의 전기 부하에의 전력 공급 때문에, 항상 발전 가동하고 있는 차량용 교류 발전기의 소음이 문제로 되어 있다. 차량용 교류 발전기는, 저속부터 고속까지 비교적 넓은 회전영역에서 회전 구동되고, 그 바람(風)소음이나 전자(電磁) 소음이 문제로 되고 있다. 특히, 아이들링 상태로부터 상용영역까지의 엔진의 회전이 낮은 영역에서의 차량용 교류 발전기의 전자 소음은, 엔진의 소음이나 엔진 보조기의 소음과 주파수가 다르고, 인간의 청감적(聽感的)으로도 두드러져서, 불쾌한 소음으로 들려서 문제시되고 있다.

이와 같은 요구에 대응하여, 전자 소음을 저감하는 다양한 수법이 종래로부 터 제안되고 있다. 예를 들면, 매극(每極)매상(每相)당의 고정자 슬롯 수가 2인 회전 전기기계에 있어서, 전기자(電機子) 권선을 Y△ 혼합 결선으로 하고, 또한, 고정자 슬롯을 등(等)피치(슬롯 개구부의 피치가 전기각으로 30°)로 형성하여, 회전 전기기계내의 고조파(高調派) 자속을 저감하고, 고조파 자속에 의해 발생하는 전자 가진력(加振力)을 저감하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3633494호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

상술한 종래의 회전 전기기계에서, △결선의 감은 수/Y결선(스타 결선)의 감은 수 =√3으로 하면, 회전 전기기계 내의 공간 5차 기자력(起磁力) 고조파 및 공간 7차 기자력 고조파가 이론상 0으로 되고, 이것을 기초로 발생하는 전자 가진력(6f 가진력이라고 한다. f: 기본 주파수)이 소멸한다. 여기서, 권선의 감은 수는 물리적으로 정수(整數)일 필요가 있고, △결선의 감은 수/Y결선의 감은 수를 √3으로 하기가 어렵다. 이 때문에, 이 감은 수 비를 √3에 가깝게 하는 것이 필요하게 된다. 또한, 이 경우에도, 회전 전기기계 내에 발생하는 공간 11차 기자력 고조파 및 공간 13차 기자력 고조파에 관해서는, 저감되는 일이 없다. 이 때문에, 이들의 고조파에 의해 발생하는 전자 가진력(12f 가진력이라고 한다.)은, Y△ 혼합 결선을 이용하여도, 저감되는 일은 없다.

한편, 차량의 고속 운전시에는, 바람소리(風音) 또는 엔진 소리가 소음의 대부분이기 때문에, 예를 들면 고속 영역에서의 차량용 교류 발전기나 발전전동기에 의한 전자 소음이 크게 되어도, 사용자에게 있어서 귀에 거슬리는 소리는 아니다. 즉, 저속 운전시에 발생하는 전자 소음을 저감하는 것이 회전 전기기계에서 요구되는 과제이다. 구체적으로는, 차량이 정지하고 있는 상태(아이들링 상태)에서 발생하는 2000Hz 부근의 전자 소음이 가장 귀에 거슬리는 소음이 된다.

또한, 아이들링 상태에서의 엔진 회전 속도가 700rpm 전후이고, 엔진의 크랭크 풀리와 차량용 교류 발전기의 풀리의 비가 약 2 내지 2.5이기 때문에, 아이들링 상태에서의 차량용 교류 발전기의 회전 속도는, 대략 1500 내지 1800rpm이 된다. 그리고, 차량용 교류 발전기의 극(極) 수가 12이면, 기본 주파수는 150 내지 180Hz가 되고, 극 수가 16이면, 기본 주파수는 200 내지 240Hz가 된다. 그래서, 6f 가진력의 주파수는, 12극인 경우 900 내지 1080Hz가 되고, 16극인 경우 1200 내지 1440Hz가 된다. 이에 대해, 12f 가진력의 주파수는, 12극인 경우 1800 내지 2160Hz가 되고, 16극인 경우 2400 내지 2880Hz가 된다.

이와 같이, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음은, 12f 가진력에 의해 발생하는 것을 알 수 있다. 그러나, 종래의 회전 전기기계에서는, 전기자 권선을 Y△ 혼합 결선으로 구성하고 있기 때문에, 공간 5차 고조파 및 공간 7차 고조파를 저감할 수는 있지만, 공간 11차 기자력 고조파 및 공간 13차 기자력 고조파(12f 가진력)를 저감할 수 없어서, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음의 발생을 억제할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 12f 가진력을 저감하고, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음의 발생을 억제할 수 있는 회전 전기기계를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 고정자 철심과, 이 고정자 철심에 장비된 전기자 권선을 구비하는 고정자를 갖는 회전 전기기계에 있어서, 상기 전기자 권선은, 복수의 3상 권선을 가지며, 하나의 상기 3상 권선은, 당해 3상 권선의 각 상 권선을 △결선하여 구성되고, 다른 상기 3상 권선은, 당해 3상 권선의 각 상 권선을 △결선된 상기 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 결선하여, △결선된 상기 3상 권선에 Y결선하여 구성되어 있다. 그리고, 상기 복수의 3상 권선의 각각은, 각 상 전류가 서로 위상차를 갖는 상태로 상기 고정자 철심에 권장(卷裝)되어 있다. 또한, 상기 고정자의 이웃하는 슬롯 개구부의 중심선 간의 각도가 부등피치이고, △결선된 상기 3상 권선과 Y결선된 상기 3상 권선의 감은 수 비가 1.25 내지 2.25의 범위 내에 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 전기자 권선이 복수의 3상 권선을 Y△ 혼합 결선하여 구성되어 있기 때문에, 자기 소음의 주된 발생 원인인 고정자의 반작용 기자력의 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분을 서로 지울 수 있다. 또한, 이웃하는 슬롯 개구부의 중심선 간의 각도를 부등피치로 하고 있기 때문에, 12f 가진력이 저감되고, 아이들 부근의 귀에 거슬리는 전자 소음의 발생이 억제된다. 또한, 전파(全波) 정류 회로가 1조(組)로 끝나기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기를 도시하는 종단면도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 회전자를 도시하는 사시도.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자를 도시하는 사시도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 사시도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자 철심의 구성을 설명하는 주요부 단면도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기 회로도.

도 7은 공간 11차 및 공간 13차의 고조파 자속과 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 8은 12f 가진력과 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 9는 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우의 공간 11차 및 공간 13차의 고조파 자속과 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 10은 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우의 12f 가진력과 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 11은 6f 가진력과 감은 수 비와 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 12는 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우의 6f 가진력과 감은 수 비와 부등피치 각도의 관계를 도시하는 도면.

도 13은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자의 구성을 설명하는 도면.

도 14는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 주요부 사시도.

도 15는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기 회로도.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기를 도시하는 종단면도, 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 회전자를 도시하는 사시도, 도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자를 도시하는 사시도, 도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 사시도, 도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자 철심의 구성을 설명하는 주요 부 단면도, 도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기 회로도이다.

도 1 내지 도 4에서, 차량용 교류 발전기(이하, 발전기라고 약칭한다)는, 각각 개략 주발(椀) 형상의 알루미늄제의 프런트 브래킷(1)과 리어 브래킷(2)으로 이루어지는 케이스(3)와, 이 케이스(3)에 회전 자유롭게 지지된 샤프트(4)와, 케이스(3)의 프런트측으로 연장하여 나오는 샤프트(4)의 단부에 고착된 풀리(5)와, 샤프트(4)에 고정되어 케이스(3) 내에 수용된 회전자(6)와, 이 회전자(6)의 축방향의 양단면에 고정된 팬(7)과, 회전자(6)의 외주를 둘러싸도록 케이스(3)의 내벽면에 고정된 고정자(8)와, 샤프트(4)의 리어측에 고정되고, 회전자(6)에 전류를 공급하는 슬립 링(9)과, 이 슬립 링(9)에 활주하도록 케이스(3) 내에 배설(配設)된 한 쌍의 브러시(10)와, 이 브러시(10)를 수납하는 브러시 홀더(11)와, 고정자(8)에 전기적으로 접속되고, 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 브러시 홀더(11)에 감착(嵌着)된 히트 싱크(17)와, 이 히트 싱크(17)에 접착되고, 고정자(8)에서 생긴 교류 전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다.

회전자(6)는, 전류를 흐르게 하여 자속을 발생하는 계자 권선(13)과, 이 계자 권선(13)을 덮도록 마련되고, 그 자속에 의해 자극이 형성되는 한 쌍의 제 1 및 제 2 폴 코어체(20, 21)를 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 폴 코어체(20, 21)는, 철제(鐵製)이고, 각각 손톱형상 자극(22, 23)이 외주연부에 둘레방향으로 등각(等角) 피치로 6개 돌설되어 있고, 이들의 손톱형상 자극(22, 23)을 맞물리게 하여 대향하도록 샤프트(4)에 고착되어 있다. 그리고, 이웃하는 손톱형상 자극(22, 23) 사이에는, 자속이 손톱형상 자극(22, 23) 사이에서 누설되지 않도록 간극(24)이 형성되어 있다. 또한, 이 간극(24)은, 계자 권선(13)을 냉각하기 위한 냉각풍 통로로서도 기능한다.

고정자(8)는, 원통형상의 고정자 철심(15)과, 고정자 철심(15)에 장비된 전기자 권선(16)을 구비하고 있다.

고정자 철심(15)에는, 축방향으로 늘어나는 슬롯(15a)이 슬롯 개구부(15d)를 내주측으로 향하여 매극 매상 당 2의 비율로 둘레방향으로 등각 피치로 마련되어 있다. 즉, 이 실시의 형태 1에서는, 손톱형상 자극(22, 23)의 총 수가 12이기 때문에, 72개의 슬롯(15a)(슬롯 번호 1번부터 72번까지의 슬롯(15a))이 고정자 철심(15)에 형성되어 있다. 또한, 슬롯(15a)은, 도 5에 도시되는 바와 같이, 티스(15b)의 선단에 형성되어 있는 차양부(15c)의 둘레방향의 연장되어 나오는 길이를 바꾸어, 이웃하는 슬롯 개구부(15d)의 중심선(A) 사이의 각도가, 기계각으로, 5.33°와, 4.67°를 교대로 반복하도록, 형성되어 있다. 또한, 중심선(A)은, 슬롯 개구부(15d)의 둘레방향 폭의 중심과 고정자 철심(15)의 축심(軸心)을 잇는 직선이고, 기계각의 5.33° 및 4.67°가, 전기각의 32° 및 28°에 상당한다. 즉, 고정자 철심(15)은, 슬롯 개구부(15d)가 전기각으로 32°와 28°를 교대로 취하도록 부등피치로 형성되어 있다.

전기자 권선(16)은, 6개의 상(相) 권선(30)으로 구성되어 있다. 각 상 권선(30)은, 2개의 파권(波卷) 권선(31A, 31B)으로 구성되어 있다. 그리고, 각 파권 권선(31A, 31B)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연 피복된 단면 원형의 구리선 재 료로 이루어지는 도체선(32)을, 6슬롯 피치로 배열된 슬롯 수납부(31a)와, 이웃하는 슬롯 수납부(31a)의 단부끼리를 축방향에 관해 교대로 연결하는 걸침부(31b)로 이루어지는 파(波) 형상 패턴으로 소정 회(回) 권회(卷回)하여 구성되어 있다. 그리고, 2개의 파권 권선(31A, 31B)이, 둘레방향으로 6슬롯 피치 어긋나서 겹쳐져서, 파권 권선(31A)의 감기 끝(32b)과 파권 권선(31B)의 감기 끝(32b)을 접합하여, 상 권선(30)을 구성하고 있다. 이와 같이 구성된 상 권선(30)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬롯 수납부(31a)가 지름 방향으로 겹쳐져서 각 슬롯(15a) 내에 수납되어 고정자 철심(15)에 권장되어 있다. 그리고, 걸침부(31b)는, 고정자 철심(15)을 통하여 축방향으로 상대(相對)하여 배치되어 있다.

그리고, 6개의 상 권선(30)이, 슬롯 번호 1번, 7번, …, 67번의 제 1 슬롯군, 슬롯 번호 2번, 8번, …, 68번의 제 2 슬롯군, 슬롯 번호 3번, 9번, …, 69번의 제 3 슬롯군, 슬롯 번호 4번, 10번, …, 70번의 제 4 슬롯군, 슬롯 번호 5번, 11번, …, 71번의 제 5 슬롯군 및 슬롯 번호 6번, 12번, …, 72번의 제 6슬롯군에, 각각 권장(卷裝)되어 있다. 여기서, 제 1 내지 제 6슬롯군에 권장된 상 권선(30)을, 각각, 편의상 U, X, V, Y, W 및 Z상 권선(30_U, 30_X, 30_V, 30_Y, 30_W, 30_Z)으로 한다.

또한, 제 1, 제 3 및 제 5 슬롯군에게 권장된 U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)으로 이루어지는 제 1의 3상 권선과, 제 2, 제 4 및 제 6슬롯군에 권장된 X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)으로 이루어지는 제 2의 3상 권선은, 전기각으로 32°의 위상차를 갖고 있다. 또한, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)은, 전기각으로 60°의 위상차를 가지며, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)은 전기각으로 60°의 위상차를 갖고 있다.

그리고, U상 권선(30_U)의 파권 권선(31A)의 감기 시초(32a)와 V상 권선(30_V)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 접합되고, V상 권선(30_V)의 파권 권선(31A)의 감기 시초(32a)와 W상 권선(30_W)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 접합되고, W상 권선(30_W)의 파권 권선(31A)의 감기 시초(32a)와 U상 권선(30_U)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 접합되어 있다. 이로써, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)을 △결선하여 이루어지는 제 1의 3상 권선이 구성된다.

또한, X상 권선(30_X)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 U상 권선(30_U)과 V상 권선(30_V)의 접합부에 접합되고, Y상 권선(30_Y)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 V상 권선(30_V)과 W상 권선(30_W)의 접합부에 접합되고, Z상 권선(30_Z)의 파권 권선(31B)의 감기 시초(32a)가 W상 권선(30_W)과 U상 권선(30_U)의 접합부에 접합되어 있다. 이로써, X, Y 및 Z상 권선(30_X,30_Y, 30_Z)을 제 1의 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 접속하여, 제 1의 3상 권선에 Y결선하여 이루어지는 제 2의 3상 권선이 구성된다.

이로써, 도 6에 도시되는 바와 같이, U, X, V, Y, W 및 Z상 권선(30_U, 30_X, 30_V, 30_Y, 30_W, 30_Z)을 Y△ 혼합 결선하여 이루어지는 전기자 권선(16)이 얻어진다. 그리고, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)의 파권 권선(31A)의 감기 시초(32a)가, 정류기(12)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 발전기에서는, 배터리(도시 생략)로부터 브러시(10) 및 슬립 링(9)을 통하여 전류가 계자 권선(13)에 공급된다. 이로써, 자속이 발생하고, 제 1 폴 코어체(20)의 손톱형상 자극(22)에는 N극이 착자(着磁)되고, 제 2 폴 코어체(21)의 손톱형상 자극(23)에는 S극이 착자된다. 한편, 엔진에 의해 풀리(5)가 회전 구동되고, 회전자(6)가 샤프트(4)와 함께 회전한다. 이로써, 회전 자계가 전기자 권선(16)에 주어져서, 기전력이 발생한다. 이 교류의 기전력은, 1조(組)의 전파(全波) 정류 회로로 구성된 정류기(12)를 통하여 직류로 정류됨과 함께, 그 전압치의 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정되어, 배터리에 충전된다.

이와 같이 구성된 발전기에서는, 슬롯 개구부(15d)가 전기각으로 32°와 28°를 교대로 반복하는 부등피치로 형성되고, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)으로 이루어지는 제 1의 3상 권선과, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)으로 이루어지는 제 2의 3상 권선이, 32°의 전기각의 위상차로 고정자 철심(15)에 조립되어 있다. 또한, △결선된 제 1의 3상 권선과 Y결선된 제 2의 3상 권선의 감은 수 비는 1이다.

이하, 상기 구성을 채용하는 것에 대한 의의(意義)에 관해 설명한다.

우선, 발전시에 있어서, 회전자(6)와 고정자(8) 사이에서, 회전자(6)의 손톱형상 자극(22, 23)으로부터 발생하는 고조파를 포함하는 회전 자계와, 전기자 권선(16)에 발생하는 교류 전류로부터 발생하는 고조파를 포함하는 교류 자계의 상호 작용에 의해, 전자(電磁) 흡인력이 발생한다. 이 전자 흡인력이 회전자(6)의 손톱형상 자극(22, 23) 및 고정자 철심(15)의 전자 가진력이 되고, 진동, 전자 소음을 야기한다.

여기서, 슬롯(15a)의 수가 자극 수의 6배이고, 또한, 전기자 권선(16)이 2개의 3상 권선을 Y△ 혼합 결선하여 구성된 발전기인 경우에 있어서, 상기 전자 가진력에 관해 본 발명자가 전자계 해석하여 분석한 바, 발전기에서의 전자음의 발생은, 1회전에 극 수의 3배차(倍次)와 6배차의 전자 가진력에 기인한 결과를 얻었다. 즉, 전자 소음의 발생은, 출력 전류의 기본 주파수를 f로 하였을 때, 6f 주파수와, 12f 주파수의 전자 가진력에 기인하는 것을 알 수 있었다.

12f 가진력의 원인이 되는 공간 11차 및 공간 13차의 고조파 자속은, Y△의 감은 수 비에 의하지 않고, 발전기 내의 기본파에 대한 비율은 일정하다. 도 7은 공간 11차 및 공간 13차의 고조파 자속의 부등피치 각도에 대한 크기의 상대치를 나타낸다. 도 7로부터, 슬롯 개구부의 피치가 등피치(전기각으로 30°)인 때가, 자속이 가장 크게 되어 있음을 알 수 있다.

계속해서, 이 공간 11차 및 공간 13차 기자력 고조파에 의해 발생하는 12f 가진력의 부등피치 각도에 대한 크기의 상대치를 도 8에 도시한다. 단, 여기서는, 간단함을 위해, 공간 11차 기자력 고조파가 만드는 12f 가진력과 공간 13차 기자력 고조파가 만드는 12f 가진력이 서로 강하게 하여 계산하고 있다. 도 8로부터, 12f 가진력도, 슬롯 개구부의 피치가 등피치(전기각으로 30°)일 때가, 가장 크게 되어 있음을 알 수 있다.

마찬가지로, 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우의 공간 11차 및 공간 13차의 고조파 자속의 부등피치 각도에 대한 크기의 상대치를 도 9에 도시한다. 또한, 이것에 의한 12f 가진력의 부등피치 각도에 대한 크기의 상대치를 도 10에 도시한다. 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우에도, 슬롯 개구부의 피치가 등피치(전기각으로 30°)일 때가, 자속 및 12f 가진력이 가장 크게 되어 있음을 알 수 있다.

이들의 결과로부터, 아이들링 상태에서의 귀에 거슬리는 전자 소음을 저감하기 위해서는, 고정자의 슬롯 개구부의 피치를 부등피치로 하는 것이 유효한 것을 알 수 있다.

계속해서, 6f 가진력은, Y△ 혼합 결선으로 함으로써, 12f 가진력에 비하여 크게 저감되어 있지만, 전자 소음의 관점에서는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 특히, Y△의 감은 수 및 부등피치 각도에 의해 6f 가진력은 변화하기 때문에, 감은 수 비에 관해서는 주의를 필요로 한다.

도 11에, 공간 5차 및 공간 7차 기자력 고조파에 의해 발생하는 6f 가진력의 감은 수 및 부등피치 각도에 대한 영향을 도시한다. 도 12에, 고정자 슬롯 고조파의 영향을 고려한 경우의 6f 가진력의 감은 수 및 부등피치 각도에 대한 영향을 도 시한다. 도 11 및 도 12로부터, △권선의 감은 수/Y결선의 감은 수(=감은 수 비)가 1.25 내지 2.25의 범위이면, 부등피치 각도에 의하지 않고, 6f 가진력을 저감할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 구성된 발전기에서는, U, V 및 W상 권선을 △결선하여 제 1의 3상 권선을 구성하고, X, Y 및 Z상 권선을 제 1의 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 접속하고, 제 1의 3상 권선에 Y결선하여 이루어지는 제 2의 3상 권선을 구성하고, 슬롯 개구부(15d)가 부등피치로 형성되고, 제 1의 3상 권선과 제 2의 3상 권선의 감은 수 비를 1.25 내지 2.25의 범위 내로 하고 있다.

그래서, 1조의 전파 정류 회로에서 구성된 정류기(12)를 구비하여도, 6f 주파수와, 12f 주파수의 전자 가진력이 저감될 수 있기 때문에, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 2조의 전파 정류 회로로 구성된 정류기를 이용하여 합성 출력하는 경우에 비하여, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

실시의 형태 2.

도 13은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 고정자의 구성을 설명하는 도면, 도 14는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 주요부 사시도, 도 15는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류 발전기에서의 전기 회로도이다.

도 14에서, 상 권선(30A)은, 2개의 파권 권선(40A, 40B)으로 구성되어 있다. 파권 권선(40A, 40B)은, 도체선의 단면 형상 및 감은 수를 제외하고, 도 4에 도시 되는 파권 권선(31A, 31B)과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 파권 권선(40A, 40B)은, 절연 피복된 구리선 재료로 이루어지는 도체선(41)을, 6슬롯 피치로 배열된 슬롯 수납부(40a)와, 이웃하는 슬롯 수납부(40a)의 단부끼리를 축방향에 관해 교대로 연결하는 걸침부(40b)로 이루어지는 파(波)형상 패턴으로 소정 회 권회하여 구성되어 있다. 그리고, 도체선(41)은, 원형 단면의 도체선의 일부를 프레스 가공하여 편평한 직사각형 단면으로 변형하고 있다. 즉, 슬롯 수납부(40a)가 편평한 직사각형 단면으로 제작되고, 걸침부(40b)가 원형 단면으로 제작되어 있다. 그리고, 2개의 파권 권선(40A, 40B)이, 둘레방향으로 6슬롯 피치 어긋나 겹쳐져서, 각 슬롯(15a) 내에 수납되어 고정자 철심(15)에 권장되어 있다.

이와 같이 하여, 각 상 권선(30A)은, 그 슬롯 수납부(40a)가, 도 13에 도시되는 바와 같이, 직사각형 단면의 긴 변을 둘레방향으로 정돈하여, 지름 방향으로 1렬, 6층으로 나열하여 슬롯(15a) 내에 장전되어 있다. 또한, 슬롯 개구부(15d)는, 부등피치로 형성되어 있다.

그리고, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)은, 각각, 파권 권선(40A, 40B)의 감기 끝끼리를 접합하여 8턴의 1직렬 회로를 구성하고 있다. 한편, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)은, 각각, 파권 권선(40A, 40B)의 감기 시초끼리를 접합하고, 또한 파권 권선(40A, 40B)의 감기 끝끼리를 접합하여 4턴의 2병렬 회로를 구성하고 있다.

그리고, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)을 △결선하여 제 1의 3상 권선을 구성하고 있다. 또한, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)을 제 1의 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 접속하여, 제 2의 3상 권선을 제 1의 3상 권선에 Y결선하고 있다.

이로써, 도 15에 도시되는 바와 같이, U, X, V, Y, W 및 Z상 권선(30_U, 30_X, 30_V, 30_Y, 30_W, 30_Z)을 Y△ 혼합 결선하여 이루어지는 전기자 권선(16A)이 얻어진다. 그리고, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)의 각 출력단이, 정류기(12)에 접속되어 있다.

이 실시의 형태 2에 의하면, 슬롯(15a) 내에 장전되는 도체선(41)의 수가, 모든 슬롯(15a)의 각 슬롯(15a)에 있어서 같기 때문에, U, X, V, Y, W 및 Z상 권선(30_U, 30_X, 30_V, 30_Y, 30_W, 30_Z)을 동일 구성의 권선, 즉 한 종류의 상 권선(30A)으로 제작할 수 있어서, 생산성이 향상된다.

또한, 도체선(41)의 슬롯 수납부(40a)가 직사각형 단면 형상으로 제작되어 있기 때문에, 슬롯(15a) 내를 유효하게 이용할 수 있고, 즉 도체선(41)의 점적률이 높아지고, 소형 고출력화가 도모된다.

또한, 슬롯 개구부(15d)가 전기각으로 32°와 28°를 교대로 반복하는 부등피치로 형성되고, U, V 및 W상 권선(30_U, 30_V, 30_W)으로 이루어지는 제 1의 3상 권선과, X, Y 및 Z상 권선(30_X, 30_Y, 30_Z)으로 이루어지는 제 2의 3상 권선이, 32°의 전기각의 위상차로 고정자 철심(15)에 조립되어 있다. 또한, △결선된 제 1의 3상 권선의 각 상 권선은 8턴이고, Y결선된 제 2의 3상 권선의 각 상 권선은 4턴이기 때문에, 양자의 감은 수 비는 2로 되어 있다. 따라서, 이 실시의 형태 2에서도, 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로, 12f 가진력을 저감하고, 아이들 상태에서의 귀에 거슬리는 2000Hz 부근의 전자 소음의 발생을 억제할 수 있다.

여기서, Y△ 혼합 결선에서는, △결선의 출력단에 Y결선을 직렬로 접속하고 있기 때문에, Y결선부의 도체에서의 발열량은, △결선부의 도체에서의 발열량에 대해, √3배가 된다. 그래서, Y결선부의 도체의 단면적을 △결선부의 도체의 단면적에 대해 √3배로 하면, Y결선부의 도체에서의 발열량의 증가가 억제된다. 그러나, 모든 도체선의 단면적이 같은 경우에는, Y결선부를 7병렬 회로로 하고, △결선부를 4병렬 회로로 함으로써, Y결선부의 도체의 단면적을 △결선부의 도체의 단면적에 대해 √3배에 접근할 수 있지만, 권선 구조 및 접속 구조가 매우 복잡하게 되어 버린다.

이 실시의 형태 2에 의하면, △결선된 제 1의 3상 권선의 각 상 권선이 1직렬 회로로 구성되고, Y결선된 제 2의 3상 권선의 각 상 권선이 2병렬 회로로 구성되어 있기 때문에, 동일 지름의 도체선을 이용하여, 간이한 결선으로, Y결선부의 도체의 단면적을 △결선부의 도체의 단면적에 대해 2배로 할 수 있다. 그래서, 복잡한 권선 구조 및 접속 구조를 취하는 일 없이, Y결선부의 도체의 단면적을 △결선부의 도체의 단면적에 대해 √3배에 접근할 수 있기 때문에, 회전 전기기계의 생산성이 향상된다. 또한, Y결선부의 도체에서의 발열량의 증가가 억제되기 때문에, △결선부 및 Y결선부로의 발열이 균일화되고, 도체선의 절연 피막의 온도 상승을 억제할 수 있고, 절연 내구성이 향상된다.

또한, 상기 실시의 형태 2에서는, 도체선의 슬롯 수납부만이 직사각형 단면 형상으로 제작되어 있는 것으로 하고 있지만, 도체선 전체, 즉 슬롯 수납부 및 걸침부를 직사각형 단면 형상으로 제작하도록 하여도 좋다.

또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 차량용 교류 발전기에 적용하는 것으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은, 차량용 발전전동기나 차량용 교류 전동기의 회전 전기기계에 적용하여도 같은 효과를 낸다.

또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 극 수가 12이고, 슬롯 수가 72인 차량용 교류 발전기에 적용하는 것으로 하여 설명하고 있지만, 극 수 및 슬롯 수는 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 극 수가 16이고, 슬롯 수가 96인 차량용 교류 발전기라도 좋다.

또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 고정자 슬롯이 매극 매상당 2의 비율로 제작된 차량용 교류 발전기에 적용하는 것으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은, 고정자 슬롯이 매극 매상당 n(단, n 은 2 이상의 정수) 비율로 제작된 차량용 교류 발전기에 적용할 수 있다. 이 경우, 전기자 권선은 n조의 3상 권선으로 이루어지고, 1조의 3상 권선을 △결선하여 구성하고, 나머지 조의 3상 권선이 △결선된 3상 권선의 출력단에 직렬로 접속하게 된다.

Claims

고정자 철심과, 이 고정자 철심에 장비된 전기자 권선을 구비하는 고정자를 갖는 회전 전기기계에 있어서,

상기 전기자 권선은, 복수의 3상 권선을 가지며,

하나의 상기 3상 권선은, 당해 3상 권선의 각 상 권선을 △결선하여 구성되고,

다른 상기 3상 권선은, 당해 3상 권선의 각 상 권선을 △결선된 상기 3상 권선의 각 출력단에 직렬로 결선하여, △결선된 상기 3상 권선에 Y결선하여 구성되고,

상기 복수의 3상 권선의 각각은, 각 상 전류가 서로 위상차를 갖는 상태로 상기 고정자 철심에 권장되고,

상기 고정자의 이웃하는 슬롯 개구부의 중심선 간의 각도가 부등피치이고,

△결선된 상기 3상 권선과 Y결선된 상기 3상 권선의 감은 수 비가 2이고,

슬롯 내에 장전되는 전기 도체선의 수가 모든 슬롯의 각 슬롯에서 같고,

△결선된 상기 3상 권선의 각 상 권선이 1직렬 회로로 구성되고, Y결선된 상기 3상 권선의 각 상 권선이 2병렬 회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 슬롯 내에 장전되는 전기 도체선은 직사각형 단면 형상으로 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계.
삭제
삭제