KR101214190B1

KR101214190B1 - 자동차용 교류 발전기의 필드 코일 및 리드 와이어의 결선을 위한 냉각팬

Info

Publication number: KR101214190B1
Application number: KR1020080108764A
Authority: KR
Inventors: 최성렬; 박은동; 서상일
Original assignee: 한국델파이주식회사
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2013-01-09
Also published as: KR20100049783A

Abstract

본 발명은 자동차용 교류발전기의 냉각팬에 관한 것으로서, 특히 냉각팬의 몸체 내부에 인서트 사출을 통하여 도전성 터미널 튜브를 내재시키고, 상기 터미널 튜브의 양단에 각각 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어를 웰딩 또는 납땜의 방법으로 전기적으로 연결시킴으로써 필드 코일과 리드 와이어의 결선을 완성할 수 있는 자동차용 교류발전기의 냉각팬에 관한 것이다.

자동차, 교류발전기, 필드 코일, 리드 와이어, 냉각팬, 터미널 튜브

Description

자동차용 교류 발전기의 필드 코일 및 리드 와이어의 결선을 위한 냉각팬{Cooling fan for connecting field coil and lead wire of an alternator for a vehicle}

일반적으로, 자동차용 교류발전기는 엔진의 전장 부품 중의 하나로서, 저속에서 발생 전압을 높게 하고, 고속에서 안정된 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위해, 알터네이터(alternator)라 명칭되는 통상의 3상 교류발전기를 사용하게 된다.

이러한 자동차용 알터네이터는 엔진과 V-벨트로 연결되고, 로터 어셈블리의 여자 상태에서 스테이터 어셈블리를 통하여 생성되는 교류 전기를 정류 기(rectifier)를 통하여 직류로 변환시켜 자동차의 각종 전기적 부하를 감당하는 동시에 소모된 배터리에 전원을 충전시켜 주고, 다른 전장 부품으로 작동에 필요한 전류를 공급해주는 역할을 담당한다.

여기서, 로터 어셈블리는 여자 전류를 이용한 전자기장의 형성을 위하여 샤프트 상에 여자 코일, 슬립링 등을 구비하며, 엔진의 구동력으로 회전하는 상태에서 자동차의 주행에 따른 충격과 진동을 동시에 받으므로 특히 내구성이 요구되는 부분 중 하나이다.

일반적인 자동차용 교류발전기의 구성, 특히 슬립 링과 연결된 리드 와이어와 로터 코일로부터 제공되는 필드 코일이 결선되는 구조에 대한 종래기술의 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 자동차용 교류발전기(1)는 프론트 하우징(front housing,11)과 리어 하우징(rear housing,10) 사이의 외측으로 스테이터 코어(stator core,12)와 스테이터 코일(stator coil,13)로 구성되는 스테이터 어셈블리(stator assembly,14)가 압입설치된다.

그리고, 상기 스테이터 어셈블리(14)의 내측으로는 상기 프론트 하우징(11)과 리어 하우징(10)에 압입되는 베어링(bearing,15)에 의하여 지지되는 로터 샤프트(rotor shaft,16)가 구비된다.

상기 로터 샤프트(16)는 일단 외주에 결합된 슬립 링(slip ring,18)과, 상기 슬립 링(18)과 연결된 리드 와이어(lead wire,18a)가 안착되어 결합되도록 길이 방향을 따라 그 외주의 양측에 각각 일정 깊이로 형성된 가이드 홈을 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 로터 샤프트(16)의 중간에는 로터 코일(rotor coil,17)이 권취된 스풀 보빈(spool bobbin,19)이 압입되고, 축방향으로 다수개의 로터 폴(rotor pole,20)을 갖는 로터 세그먼트(rotor segment,22)가 상기 스풀 보빈(19)의 외측에서 상기 스풀 보빈(19)을 수용하도록 결합됨으로써 로터 어셈블리(rotor assembly,24)가 완성된다.

즉, 상기 로터 어셈블리(24)의 구성은 상기 로터 샤프트(16)을 중심으로, 로터 코일(17), 로터 세그먼트(11), 스풀 보빈(19) 및 후방에 구비되는 리어 팬(rear fan,30)으로 이루어진다.

그리고, 상기 로터 어셈블리(24)의 상기 슬립링(18) 외측에는 상기 로터 어셈블리(24) 및 스테이터 어셈블리(14)에서 발생하는 전압을 일정한 상태로 유지하는 전압 조정기와 교류를 직류로 전환하는 정류기(rectifier,26)가 고정된다.

더불어, 상기 로터 샤프트(16)의 슬립링단(slip ring end, SRE)에는 리어 팬(30)이 중앙에 형성된 관통공(31)을 통해 관통결합되어 중앙부에 위치하도록 구비된다.

그리고, 상기 리어 팬(30)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(31)을 중심으로 그 양측으로 사각 형상의 돌출 허브(33)가 일정 길이만큼 형성되되 상기 돌출 허브(33)의 내측은 중공형태로 형성되며, 상기 돌출 허브(33)의 후 면 내측의 일단부에는 상기 로터 코일(17)로부터 제공되는 필드 코일(field coil,17a)이 수용되어 안착될 수 있는 곡선 형상의 결합홈(33a)이 형성되어 이루어진다. 한편, 상기 리어 팬(30)의 상기 돌출 허브(33)의 내측에는 상기 리드 와이어(18a)가 안착되어 조립되기 위한 테이퍼(taper) 형상의 조립홈(31a)이 형성되어 있다.

상기 리어 팬(30)의 후면에는 상기 돌출 허브(33)의 내측으로 로터 인설레이터(rotor insulator,50)가 결합된다. 상기 로터 인설레이터(50)의 중앙부에는 도넛 형상의 리어 팬 지지부(53)가 형성되는데, 상기 리어 팬 지지부(53)의 중앙엔 상기 로터 샤프트(16)와의 결합을 위한 관통공(51)이 형성된다. 그리고 상기 리어 팬 지지부(53)의 양측으로는 일정 길이만큼 연장된 결합편(57)이 일체로 형성되는데 상기 결합편(57) 각각의 일단에는 상기 필드 코일(17a)이 결합되기 위한 제2 슬롯(slot,57a)이 형성되고, 상기 결합편(57)에는 일정 높이만큼 돌출된 대략 "ㄷ" 형상의 가이드 포켓(guide pocket,55)이 일체로 형성되는데 상기 상기 가이드 포켓(55)의 일측 모서리에는 상기 제2 슬롯(57a)에 결합된 상기 필드 코일(17a)이 결합되기 위한 제1 슬롯(55a)이 형성된다(도 4 및 도 5 참조).

이때, 상기 로터 인설레이터(50)가 다수의 상기 로터 폴(20) 사이에서 회전하는 것을 방지하기 위해 상기 결합편(57)의 양 끝단에는 하방으로 일정 높이를 갖는 회전 방지부(57b)를 더 돌출 형성시킬 수 있다.

상기 리어 팬(30)의 관통공(31)과 상기 리어 팬 지지부(53)의 관통공(51)의 직경 크기는 동일하게 형성되고, 상기 로터 샤프트(16)에 압입 설치된다.

따라서, 종래기술에 따른 자동차용 교류 발전기(1)의 상기 필드 코일(17a) 및 상기 리드 와이어(18a)의 결선 구조는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 로터 세그먼트(22)의 전면에 상기 로터 인설레이터(50)가 상기 로터 샤프트(16)를 통해 결합되고, 상기 로터 인설레이터(50)의 전방에 상기 리어 팬(30)이 결합되어 이루어진다.

이때, 상기 필드 코일(17a)과 상기 리드 와이어(18a)의 결선구조는, 상기 필드 코일(17a)과 상기 리드 와이어(18a)를 상호 트위스팅(twisting)하여 형성한 꼬임부(60)를 상기 로터 인설레이터(50)의 상기 가이드 포켓(55) 내측에 벤딩시켜 솔더링(soldering) 공정을 적용하여 고정시킨다.

그리고, 상기 꼬임부(60)의 외측 및 상기 가이드 포켓(55) 내부에 에폭시(epoxy)를 도포시킨 후, 상기 리어 팬(30)의 상기 돌출 허브(33)의 내측이 상기 로터 인설레이터(50)의 상기 가이드 포켓(55)에 밀착되도록 상기 리어 팬(30)이 상기 로터 인설레이터(50)의 전방에 결합되고, 이에 따라 상기 가이드 포켓(55)에 도포된 상기 에폭시가 경화되기 전에 흘러내리는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 종래의 자동차용 교류발전기(1)는 필드 코일(17a)과 상기 리드 와이어(18a)의 결선구조가 비교적 많이 개선된 것으로 평가될 수 있으나, 보다 근본적인 문제점은 아직 남아 있다. 이는 위에서 상세히 설명한 바와 같이, 종래기술은 아직도 필드 코일(17a)과 상기 리드 와이어(18a)를 상호 트위스팅하여 꼬임부(60)를 형성한다는 구성을 유지하면서, 단지 상기 꼬임부(60)를 보다 견고하게 지탱하는 구조에만 관심을 두고 있다는 점에 한계를 가지는 것이다.

왜냐하면 필드 코일(17a)과 리드 와이어(18a)를 결선하기 위하여 꼬임부(60)를 만드는 과정에는 필연적으로 필드 코일(17a)과 리드 와이어(18a)를 잡아당기는 현상이 수반되고, 이러한 잡아당김으로 인하여 필드 코일(17a)과 리드 와이어(18a) 내부에는 응력이 잔류하게 된다. 이러한 응력은 로터 어셈블리(24)가 고속으로 회전함으로써 발생하는 원심력이나 자동차의 주행에 따른 충격 등의 외력이 상기 꼬임부(60)에 작용하는 경우 단선 등의 불량을 초래할 수 있는 문제점을 야기시킨다.

또한 종래기술에서는 상기 꼬임부(60)의 외측 및 상기 가이드 포켓(55) 내부에 에폭시(epoxy)를 도포하는 과정이 수반되어 있는데, 에폭시는 자동차용 교류발전기(1)의 고온 내구시 상기 꼬임부(60)를 견고하게 고정하기에는 한계를 가지고 있다.

따라서 본 발명은 종래의 자동차용 교류발전기의 구성 중 슬립 링과 연결된 리드 와이어와 로터 코일로부터 제공되는 필드 코일이 꼬임부를 형성하여 상호 결선되는 구조를 가지는 한계를 극복하여, 자동차용 교류발전기에 장착되는 냉각팬의 몸체 내부에 인서트 사출을 통하여 도전성 터미널 튜브를 내재시키고, 상기 터미널 튜브의 양단에 각각 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어를 웰딩 또는 납땜의 방법으로 전기적으로 연결시킴으로써 필드 코일과 리드 와이어의 결선을 완성할 수 있는 자동차용 교류발전기의 냉각팬을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 교류발전기의 냉각팬은, 로터 어셈블리의 로터 샤프트가 관통하는 홀이 중앙에 형성된 원판형의 몸체와, 상기 몸체 전면의 외연부에 수직하게 돌출 형성된 다수의 블레이드로 이루어지는 냉각팬에 있어서, 상기 냉각팬의 몸체 내부에 두 개의 도전성 터미널 튜브가 내재되되 상기 각 터미널 튜브의 양단 중 어느 하나는 상기 냉각팬 몸체의 전면과 연통되고 다른 하나는 상기 냉각팬 몸체의 후면과 연통되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 상기 각 터미널 튜브의 양단에 상기 자동차용 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어가 각각 전기적으로 연결됨으로써 상기 필드 코일과 리드 와이어의 결선이 이루어진다.

여기에서 상기 도전성 터미널 튜브는 상기 몸체의 직경방향을 따라 배치되되 상기 홀을 중심으로 하여 그 양편에 각각 배치되고, 상기 냉각팬 몸체의 전면과 연통된 상기 터미널 튜브의 일단은 상기 홀에 인접하게 배치된다.

또한 상기 냉각팬에 형성된 홀의 주위에는 보스부가 형성되어 있고, 상기 보스부에는 이에 인접된 상기 터미널 튜브의 일단과 연결되는 삽입홀이 형성되며, 이로써 상기 자동차용 교류발전기의 슬립 링과 연결된 리드 와이어가 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 터미널 튜브의 일단과 연결될 수 있다.

특히 본 발명에 따른 자동차용 교류발전기의 냉각팬은, 상기 도전성 터미널 튜브가 인서트 사출에 의하여 상기 냉각팬의 몸체 내부에 내재되어 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 도전성 터미널 튜브가 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하나, 도전성 재질이라면 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 터미널 튜브의 양단에는 각각 상기 자동차용 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어가 웰딩 또는 납땜의 방법으로 연결되는데, 특히 납땜 방식으로 연결할 때에는 상기 터미널 튜브의 내부에 땜납을 미리 충진하면 보다 손쉽게 연결하는 것이 가능하다. 이때 상기 터미널 튜브의 내부에 충진된 땜납의 녹는점보다 상기 터 미널 튜브 및 상기 냉각팬의 몸체를 이루는 수지재질의 녹는점이 모두 더 높도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 냉각팬은 필드 코일과 리드 와이어의 결선에 꼬임부를 형성하지 않으면서 냉각팬의 몸체 내부에 인서트 사출을 통하여 내재된 도전성 터미널 튜브를 통하여 필드 코일과 리드 와이어가 전기적으로 연결되기 때문에, 종래와 같이 꼬임부를 형성하는 과정에서 발생되는 필드 코일과 리드 와이어 내부의 잔류응력이 원천적으로 제거된다. 따라서 로터 어셈블리가 고속으로 회전함으로써 발생하는 원심력이나 자동차의 주행에 따른 충격 등의 외력에 의하여 단선 등의 불량이 발생할 우려가 현저히 감소된다.

또한 종래기술에서는 상기 꼬임부에 에폭시를 도포하는 과정이 수반되어 고온 내구시 상기 꼬임부를 견고하게 고정하기에는 에폭시로는 한계가 있었으나, 본 발명에서는 에폭시보다 고온내구성이 우수한 웰딩이나 납땜 방식을 채택하였기 때문에 이러한 문제가 현저히 줄어든다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자동차용 교류발전기의 냉각팬(100)에 대하여 상세히 설명한다. 다만 본 발명에 따른 자동차용 교류발전기는 종래기술과 비교할 때 냉각팬과 이를 통한 필드 코일과 리드 와이어의 결선 구조에만 차이가 있으므로, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 종래기술과 중복되는 내용은 이를 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 교류발전기의 냉각팬(100)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 로터 어셈블리의 로터 샤프트가 관통하는 홀(20)이 중앙에 형성된 원판형의 몸체(10)와 상기 몸체(10) 전면의 외연부에 수직하게 돌출 형성된 다수의 블레이드(30)로 이루어지는 냉각팬(100)에 있어서, 상기 냉각팬(100)의 몸체(10) 내부에 두 개의 도전성 터미널 튜브(40)가 내재되고, 상기 각 터미널 튜브(40)의 양단 중 어느 하나(42)는 상기 냉각팬(100) 몸체(10)의 전면과 연통되고 다른 하나(44)는 상기 냉각팬(100) 몸체(10)의 후면과 연통되어 있다. 여기에서 고속으로 회전하게 되는 냉각팬(100)의 균형을 고려하여, 상기 도전성 터미널 튜브(40)는 상기 몸체(10)의 직경방향을 따라 배치되되 상기 홀(20)을 중심으로 하여 그 양편에 각각 배치되고, 상기 냉각팬(100) 몸체(10)의 전면과 연통된 상기 터미널 튜브의 일단(42)은 상기 홀(20)에 인접하게 배치된다.

상기 터미널 튜브(40)는 길이방향을 따라 그 중심부가 중공을 이루고 있기 때문에 그 양단(42,44)에 상기 자동차용 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어가 각각 중공부로 삽입되어 고정되고, 상기 터미널 튜브(40)는 도전성이기 때문에 결과적으로 상기 필드 코일과 리드 와이어의 전기적 연결이 완성된다.

또한 상기 냉각팬(100)에 형성된 홀(20)의 주위에는 보스부(22)가 형성되어 있는데, 도 8에 나타난 바와 같이, 상기 보스부(22)에는 이에 인접된 상기 터미널 튜브(40)의 일단(42)들과 연결되는 두 개의 삽입홀(24)들이 서로 대향하도록 형성될 수 있다. 따라서 상기 자동차용 교류 발전기의 슬립 링과 연결된 두 가닥의 리드 와이어는 상기 삽입홀(24)에 각각 삽입되어 상기 터미널 튜브(40)의 일단(42)과 연결된다. 이와 같이 삽입홀(24)을 통하여 리드 와이어와 터미널 튜브(40)가 연결되면 리드 와이어의 고정성이 향상된다는 장점이 있다.

특히 상기 도전성 터미널 튜브(40)는 인서트 사출에 의하여 상기 냉각팬(100)의 몸체(10) 내부에 내재되어 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 터미널 튜브(40)를 냉각팬(100)의 사출성형 후 별도로 고정시키는 것보다 작업이 간단해지고 터미널 튜브(40) 자체의 고정이 보다 확실하기 때문이다.

상기 도전성 터미널 튜브(40)는 일반적으로 제조비용과 성형성 등을 고려하여 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하나, 내부식성을 고려하여 금 등을 사용하는 것도 가능하다. 또한 도전성 재질이라면 반드시 금속재료에 한정될 필요는 없으며, 예를 들면 도전성 플라스틱을 사용하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 터미널 튜브(40)의 양단(42,44)에는 각각 상기 자동차용 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어가 웰딩 또는 납땜의 방법으로 연결 및 고정되는 데, 특히 납땜 방식으로 연결할 때에는 상기 터미널 튜브(40)의 내부에 땜납을 미리 충진하면 보다 손쉽게 고정하는 것이 가능하다. 이때 상기 터미널 튜브(40)의 내부에 충진된 땜납의 녹는점보다 상기 터미널 튜브(40) 및 상기 냉각팬(100)의 몸체(10)를 이루는 수지재질 모두의 녹는점이 더 높도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 자동차용 교류 발전기를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 2는 종래기술에에 따른 리어 팬을 개략적으로 나타내는 전면 사시도.

도 3은 종래기술에에 따른 리어 팬을 개략적으로 나타내는 후면 사시도.

도 4는 종래기술에에 따른 로터 인설레이터를 개략적으로 나타내는 전면 사시도.

도 5는 종래기술에에 따른 로터 인설레이터를 개략적으로 나타내는 후면 사시도.

도 6은 종래기술에에 따른 필드 코일 및 리드 와이어의 결선 구조가 적용된 로터 어셈블리의 측단면도 및 정면도.

도 7은 본 발명에 따른 자동차용 교류 발전기의 필드 코일 및 리드 와이어의 결선을 위한 냉각팬의 전면을 도시한 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 교류 발전기의 필드 코일 및 리드 와이어의 결선을 위한 냉각팬의 후면을 도시한 사시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 냉각팬 10 : 몸체

20 : 홀 22 : 보스부

24 : 삽입홀 30 : 블레이드

40 : 터미널 튜브 42,44 : 터미널 튜브의 양단

Claims

자동차용 교류발전기의 로터 어셈블리의 로터 샤프트가 관통하는 홀이 중앙에 형성된 원판형의 몸체와, 상기 몸체 전면의 외연부에 수직하게 돌출 형성된 다수의 블레이드로 이루어지는 냉각팬에 있어서,

상기 냉각팬의 몸체 내부에 두 개의 도전성 터미널 튜브가 내재되되 상기 각 터미널 튜브의 양단 중 어느 하나는 상기 냉각팬 몸체의 전면과 연통되고 다른 하나는 상기 냉각팬 몸체의 후면과 연통되는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류 발전기의 냉각팬.
청구항 1에 있어서,

상기 도전성 터미널 튜브가 상기 몸체의 직경방향을 따라 배치되되 상기 홀을 중심으로 하여 그 양편에 각각 배치되고, 상기 냉각팬 몸체의 전면과 연통된 상기 터미널 튜브의 일단은 상기 홀에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류 발전기의 냉각팬.
청구항 2에 있어서,

상기 냉각팬에 형성된 홀의 주위에는 보스부가 형성되어 있고, 상기 보스부 에는 이에 인접된 상기 터미널 튜브의 일단과 연결되는 삽입홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.
청구항 1에 있어서,

상기 도전성 터미널 튜브가 인서트 사출에 의하여 상기 냉각팬의 몸체 내부에 내재되는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.
청구항 1에 있어서,

상기 도전성 터미널 튜브가 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.
청구항 1에 있어서,

상기 터미널 튜브의 양단에 각각 상기 자동차용 교류발전기의 필드 코일과 리드 와이어가 웰딩 또는 납땜의 방법으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.
청구항 1에 있어서,

상기 터미널 튜브의 내부에 땜납이 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.
청구항 7에 있어서,

상기 터미널 튜브의 내부에 충진된 땜납의 녹는점보다 상기 터미널 튜브 및 상기 냉각팬의 몸체를 이루는 수지재질의 녹는점이 모두 더 높은 것을 특징으로 하는 자동차용 교류발전기의 냉각팬.