KR101710940B1 - 방열성이 우수한 발전기용 스테이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기용 스테이터에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 발전기에 내장하는 직경을 가지는 요크와, 상기 요크의 내측으로 슬롯을 마련하는 티스가 배열된 원형의 코어판; 상기 코어판들이 설정한 두께까지 적층되는 시점마다 타각되어 서로 맞물려지게 돌출된 압입돌기; 및 상기 코어판들 사이에 중심과 수직하는 방향으로 배열된 하나 이상의 냉각유로가 소정 패턴으로 마련되게 방사로 적층된 호형의 방열판;을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판은 코어판과 동일한 요크와 티스가 냉각유로의 방사개수에 따라 해당하는 슬롯만큼 티스를 연결하는 요크가 제거되어 호형으로 분할 형성되고, 상기 방열판의 티스는 코어판 티스의 폭 보다 좁게 형성되어 냉각유로를 통과하는 공기와의 접촉면적을 증가시키며, 상기 방열판의 요크는 외측으로 연장되어 공기와의 접촉면적을 증가시키는 하나 이상의 방열핀이 형성되고, 상기 방열핀은 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구가 형성된다.
이에 따라 본 발명은, 공기와 접촉하는 표면적을 증가시켜 방열성을 향상하는데 이어서 자동적으로 제조할 수 있는 구조를 채택하여 공수를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

방열성이 우수한 발전기용 스테이터{Excellent heat dissipation generator stator}

본 발명은 회전하는 로터와 연동하여 전력을 생산하는 발전기용 스테이터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 로터와 송풍팬에 의해 흐르는 공기와 접촉되는 표면적을 증가시켜 전반적인 방열성을 향상시킨 발전기용 스테이터에 관한 것이다.

통상 자동차에는 엔진의 기동장치 및 점화장치의 전장품을 비롯하여 램프류, 냉·난방장치 등 많은 전기장치가 있으며, 이러한 전기장치에 전력을 공급하기 위한 방안으로 배터리와 알터네이터를 보유하게 된다. 즉, 자동차에서 필요한 전력은 엔진 출력에 의하여 구동되는 알터네이터에서 발전되어 배터리에 충전되고, 필요에 따라 엔진, 조명, 계기류, 경교 표시장치 및 냉난방 장치등 필요한 각 전기계통에 분배되며, 소모된 전력은 앝터네이터에 의하여 보충시키게 된다.

이와 같이 엔진 출력에 의하여 구동되면서 발전을 행하는 알터네이터의 일반적인 구성을 살펴보면, 스테이터의 내부의 회전축 상에 로터가 배치되어 전측 부분은 프론트 브라켓에 의해 보호되고, 후측 부분은 케이스에 의하여 보호될 수 있도록 구성된다. 그리고 스테이터의 후측에는 서킷트 보드가 고정되어 방열부, 정류기, 레귤레이터 등의 전자부품이 배치되게 구성된다.

여기서 스테이터는 내측에 코일이 권선되어 구성되며, 로터는 영구자석으로 이루어져 회전에 따라 코일에 전류가 발생되는 작동원리를 갖는다. 이러한 알터네이터는 발전 시 평균 80℃ 이상의 열을 발생하며, 외·기온이 40℃이상일 경우엔 100~110℃까지 열이 발생함에 따라 냉각을 위해 전측부의 회전축에 송풍팬을 설치하고 있다. 즉, 엔진과 벨트로 연결되는 풀리를 회전시키면 동축 상에 연결되어 있는 송풍팬이 함께 회전하고, 송풍팬의 회전에 의하여 유입되는 공기가 알터네이터를 냉각하게 된다. 그러나 스테이터의 외면이 단순 매끄러운 민면으로 형성되어 있으므로 공기와 접촉되는 표면적이 적어 냉각효율이 낮은 문제가 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 일환으로 한국 등록실용신안공보 제20-0292195호"발전기 고정자 코어의 냉각구조"와, 한국 공개특허공보 제10-2007-0043435호"자동차용 알터네이터"를 제안하고 있다. 제안된 문헌들은 코어에 다수개의 돌출부 및 돌기를 형성하여 냉각공기가 접촉되는 고정자 코어의 전체 표면적을 증대시킴으로써 발전기의 온도를 냉각시킬 수 있도록 하였다.

그러나 스테이터 외면으로만 돌기를 형성함에 따라 효율적인 방열에 있어 아직까지도 부족한 부분이 남아있다. 즉, 스테이터는 코일이 감겨진 내측에서 열이 생성되므로 열전도율에 따라 효율이 낮을 수밖에 없다. 그리고 송풍팬에 의해 유입된 공기는 스테이터의 외면뿐만 아니라 내면으로도 통과할 뿐더러 통과하는 공기는 회전하는 로터와 부딪혀 압력 및 유속이 증가하게 된다. 따라서 이러한 스테이터 내에서 작용하는 공기의 흐름을 이용하여 방열효율을 극대화할 수 있는 방안이 필요하다.

한편, 한국 등록특허공보 제10-1471136호"모터 어셈블리의 냉각 구조"에 의하면, 스테이터를 이루도록 적층되는 철심 사이에 내·외로 공기가 흐르도록 간극편을 개재시켰다. 따라서 스테이터 내로 유입된 공기는 코일과 철심 사이를 지나 외면으로 방출됨으로서 방열효율을 향상할 수가 있다. 하지만 철심과 구조적으로 상이한 간극편을 개재시키기 위한 작업과정이 번거로워 제조에 필요한 공수가 낭비되는 문제가 있다.

한국 등록실용신안공보 제20-0292195호"발전기 고정자 코어의 냉각구조" 한국 공개특허공보 제10-2007-0043435호"자동차용 알터네이터" 한국 등록특허공보 제10-1471136호"모터 어셈블리의 냉각 구조"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 스테이터 상에 내·외로 연통하는 복수의 냉각유로를 소정의 패턴으로 형성하여 방열성을 향상하는데 이어서 자동적으로 제조할 수 있는 구조를 채택하여 전반적인 공수를 절감할 수 있는 스테이터를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발전기용 스테이터에 있어서: 발전기에 내장하는 직경을 가지는 요크와, 상기 요크의 내측으로 슬롯을 마련하는 티스가 배열된 원형의 코어판; 상기 코어판들이 설정한 두께까지 적층되는 시점마다 타각되어 서로 맞물려지게 돌출된 압입돌기; 및 상기 코어판들 사이에 중심과 수직하는 방향으로 배열된 하나 이상의 냉각유로가 소정 패턴으로 마련되게 방사로 적층된 호형의 방열판;을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판은 코어판과 동일한 요크와 티스가 냉각유로의 방사개수에 따라 해당하는 슬롯만큼 티스를 연결하는 요크가 제거되어 호형으로 분할 형성되고, 상기 방열판의 티스는 코어판 티스의 폭 보다 좁게 형성되어 냉각유로를 통과하는 공기와의 접촉면적을 증가시키며, 상기 방열판의 요크는 외측으로 연장되어 공기와의 접촉면적을 증가시키는 하나 이상의 방열핀이 형성되고, 상기 방열핀은 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구가 형성된 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 스테이터 내에서 작용하는 공기의 흐름을 이용할 수 있게 내·외로 연통하는 복수의 냉각유로를 소정의 패턴으로 형성하여 전반적인 방열효율을 극대화할 수 있는 것은 물론, 냉각유로의 패턴을 자동적으로 자유롭게 제조할 수 있는 구조를 채택하여 전반적인 제조에 필요한 공수를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 따른 스테이터의 주요부를 추출하여 나타내는 분해도.
도 3은 도 2에 따른 스테이터의 주요부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터를 나타내는 사시도.
도 5는 도 4에 따른 스테이터의 주요부를 추출하여 나타내는 분해도.
도 6은 본 발명에 따른 스테이터의 적층상태를 나타내는 참고도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 변형예에 따른 스테이터를 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 스테이터를 제조하는 금형장치를 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 금형장치를 분리하여 나타내는 분해도.
도 11은 본 발명에 따른 금형장치의 요부를 확대하여 나타내는 구성도.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 스테이터를 제조하는 과정을 나타내는 작동도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 회전하는 로터와 연동하여 전력을 생산하는 발전기용 스테이터에 관한 것으로 도 1 및 도 4처럼 코어판(10, 회색)과 압입돌기(20) 및 방열판(30, 적색)을 주요 구성으로 하는 스테이터(100)이다. 본 발명의 스테이터(100)는 공기와접촉하는 표면적을 증가시켜 방열성을 향상하는데 이어서 자동적으로 제조할 수 있는 구조를 채택하여 공수를 절감할 수 있는 것을 주요 요지로 한다.

본 발명에 따른 스테이터(100)는 도 2처럼 발전기에 내장하는 직경을 가지는 요크(11)와, 요크(11)의 내측으로 슬롯(13)을 마련하는 티스(15)가 배열된 원형의 코어판(10)들이 도 3처럼 설정한 두께까지 적층되는 시점마다 타각되어 돌출된 압입돌기(20)로 서로 맞물려 진다. 여기서 코어판(10)들 사이에 중심과 수직하는 방향으로 배열된 하나 이상의 냉각유로(30A)가 소정 패턴으로 마련되게 방사로 적층된 호형의 방열판(30)이 구성된다.

방열판(30)은 도 2처럼 코어판(10)과 동일한 요크(31)와 티스(35)가 형성되는데, 냉각유로(30A)의 방사개수에 따라 해당하는 슬롯(13)만큼 티스(35)를 연결하는 요크(31)가 제거되어 호형으로 분할 형성된다. 물론, 방열판(30)은 도 5처럼 코어판(10)의 슬롯(13)마다 티스(35)를 연결하는 요크(31)가 모두 제거된 상태로 형성할 수가 있다.

이러한 스테이터(100)는 코어판(10)과 방열판(30)의 적층패턴에 따라 냉각유로(30A)의 패턴을 다양하게 구현할 수가 있다. 예컨대, 도 6a 및 도 6b처럼 코어판(10)끼리 적층한 코어군들 사이에 방열판(30)끼리 적층한 방열군들로 적층시킬 수가 있고, 도 6c 및 도 6d처럼 코어판(10)과 방열판(30) 그리고 코어판(10)…순으로 순차 적층시킬 수도 있다.

전자는 냉각유로(30A)를 중앙으로 집중되게 배치함으로서 강도와 방열을 동시에 구현할 수가 있고, 후자는 방열을 최우선 채택한 것으로 극한환경에 적합하다. 여기서 냉각유로(30A)는 도 6a 및 도 6c처럼 적층방향으로 서로 인접하는 것과 일치되게 마련할 수도 있고, 도 6b 및 도 6d처럼 서로 엇갈리게 균일한 패턴으로 마련할 수도 있다.

이때, 방열판(30)의 티스(35)는 도 7a처럼 코어판(10) 티스(15)의 폭 보다 좁게 형성할 수 있다. 즉, 코어판(10) 티스(15) 사이에 마련된 냉각유로(30A)가 도 7b처럼 확장되어져 통과하는 공기와의 접촉면적이 증가됨에 따라 방열성을 향상할 수가 있다. 그리고 요크(11)(31)는 도 8a처럼 외측으로 연장된 하나 이상의 방열핀(37)을 더 형성할 수도 있다. 방열핀(37)은 스테이터(100)의 외면으로 흐르는 공기와의 접촉면적을 증가시켜 준다.

여기서 방열핀(37)은 코어판(10) 또는 방열판(30) 중 어느 하나에만 형성하거나 모두 형성할 수도 있다. 즉, 공기와의 접촉면적을 증가시키기 위해서는 방열핀(17)(37)끼리 적층은 회피하는 것이 좋다. 따라서 방열핀(17)(37)을 코어판(10)과 방열판(30)에 모두 형성할 경우에는 방열핀(17)(37)끼리 적층됨을 방지하기 위해 서로 어긋날 수 있는 개수로 형성하는 것이 좋다.

이러한 방열핀(17)(37)은 도 8b처럼 방열성을 극대화하기 위해 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구(17a)(37a)가 더 형성하는 것이 좋다. 방열성능은 방열핀(17)(37)에 이동된 열이 공기로 전달하는 속도에 따라 좌우되는데, 전달속도는 공기의 흐름 속도와 비례하게 된다.

즉, 방열구(17a)(37a)는 방열핀(17)(37)의 표면에 흐르는 공기의 방향을 전환(와류)시켜 유속을 증가시켜 줌에 따라 방열성을 향상시켜 준다. 물론, 방열핀(17)(37)상에 방열구(17a)(37a)와 함께 방열돌기(17b)(37b)를 형성해 두면, 냉각성능을 배가할 수가 있다.

한편, 본 발명에 따른 스테이터(100)는 도 9 내지 도 14처럼 일정간격으로 공급되는 소재(M)를 펀칭하여 코어판(10)과 방열판(30)을 냉각유로(30A)의 패턴에 따라 추출하고, 추출된 코어판(10)과 방열판(30)을 설정한 두께까지 압입돌기(20)로 일체화시키는 금형장치(200)로 제조된다. 제조된 스테이터(100)는 바형으로 형성되고, 티스(15)(35) 사이에 마련된 슬롯(13)으로 코일이 내장되어진다. 이하, 바형의 스테이터(100)를 제조하는 금형장치(200)와 함께 냉각유로(30A)의 패턴을 자유롭게 설정하는 과정을 설명하겠다.

본 발명에 따른 금형장치(200)는 도 9 및 도 10처럼 하형베이스(210), 하형플레이트(220), 스트리퍼(230), 커팅플레이트(240), 커터(250), 상형플레이트(260), 상형베이스(270)로 이루어진다. 여기서 하형베이스(210)는 소재(M)로부터 추출되는 불필요한 팁과 함께 제조된 스테이터(100)를 배출하는 홀이 형성되는데 중앙에 위치하는 홀에는 스테이터(100)에 마련될 냉각유로(30A)의 패턴에 따라 승·하강 운동하는 복수의 패턴실린더(215)가 장착된다.

그리고 커터(250)는 도 11처럼 소재(M)에 슬롯(13)을 형성하는 제1커터(251)와, 코어판(10)으로부터 냉각판(30)으로 전환되게 유도하는 제2커터(252)와, 코어판(10)과 냉각판(30)을 추출하고, 추출된 코어판(10)과 냉각판(30)이 적층되게 압입돌기(20)를 형성하는 제3커터(253)로 구분된다.

여기서 제2커터(252)는 슬롯(13)을 연장시켜 티스(35)를 연결하는 요크(31)를 선택적으로 제거하도록 커팅플레이트(240)상에 승·하강 운동한다. 이러한 제2커터(252)와 이웃하는 위치에는 승·하강 운동하는 푸시로드(255)가 마련된다. 제2커터(252)와 푸시로드(255)와 대응하는 상형플레이트(260)에는 제2커터(252)와 푸시로드(255)를 연동되게 서로 맞물리는 로커암(265)이 힌지로 회전 가능하게 내장된다.

이러한 제2커터(252)와 푸시로드(255)는 패턴실린더(215)의 작동 여부에 따라 결정된다. 예컨대 패턴실린더(215)가 작동하지 않은 경우에는 도 12처럼 상형베이스(270)가 하강하여도 제2커터(252)가 스트리퍼(230)로부터 돌출되지 않아 도 14a처럼 소재(M)를 펀칭할 수가 없으므로 도 15a처럼 코어판(10)이 추출된다.

반대로 패턴실린더(215)가 작동한 경우에는 도 13처럼 상형베이스(270)가 하강 시 푸시로드(255)가 패턴실린더(215)에 의해 승강된다. 즉, 푸시로드(255)와 맞물린 로커암(265)의 회전으로 제2커터(252)가 스트리퍼(230)로부터 돌출되어 도 14b처럼 소재(M)를 펀칭하게 되어 도 15b처럼 방열판(30)이 추출된다. 제2커터(252)에 의해 추출된 방열판(30)으로 인해 냉각유로(30A)가 마련된다. 이처럼 작동되는 패턴실린더(215)에 따라 도 15c처럼 냉각유로(30A)의 위치를 자유롭게 마련할 수가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 코어판 11, 31: 요크
13: 슬롯 15, 35: 티스
17, 37: 방열핀 17a: 37a: 방열구
17b, 37b: 방열돌기 20: 압입돌기
30: 방열판 30A: 냉각유로
100: 스테이터
M: 소재 200: 금형장치
210: 하형베이스 215: 패턴실린더
220: 하형플레이트 230: 스트리퍼
240: 커팅플레이트 250: 커터
251: 제1커터 252: 제2커터
253: 제3커터 255: 푸시로드
260: 상형플레이트 265: 로커암
270: 상형베이스

Claims (5)

1. 발전기용 스테이터에 있어서:
   발전기에 내장하는 직경을 가지는 요크와, 상기 요크의 내측으로 슬롯을 마련하는 티스가 배열된 원형의 코어판;
   상기 코어판들이 설정한 두께까지 적층되는 시점마다 타각되어 서로 맞물려지게 돌출된 압입돌기; 및
   상기 코어판들 사이에 중심과 수직하는 방향으로 배열된 하나 이상의 냉각유로가 소정 패턴으로 마련되게 방사로 적층된 호형의 방열판;을 포함하여 이루어지되,
   상기 방열판은 코어판과 동일한 요크와 티스가 냉각유로의 방사개수에 따라 해당하는 슬롯만큼 티스를 연결하는 요크가 제거되어 호형으로 분할 형성되고, 상기 방열판의 티스는 코어판 티스의 폭 보다 좁게 형성되어 냉각유로를 통과하는 공기와의 접촉면적을 증가시키며, 상기 방열판의 요크는 외측으로 연장되어 공기와의 접촉면적을 증가시키는 하나 이상의 방열핀이 형성되고, 상기 방열핀은 접촉되는 공기의 유속을 증가시키는 하나 이상의 방열구가 형성된 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 발전기용 스테이터.
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