KR19980087349A - 회전식 전기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고정자 권선은 코일 단부를 형성하는 다수의 전도체 부재를 가지며, 코일 단부의 각 전도체 부재는 경화되고 전도체 부재의 길이를 따라 변화하는 경도를 가지도록 열처리된다. 그러므로, 코일 단부의 강성은 변화되고, 고정자의 공진 진동은 감소될 수 있다.

Description

회전식 전기장치

본 발명은 승용차, 트럭 또는 보트와 같은 수송수단용 내연기관에 의해 구동되는 회전식 전기장치에 관한 것이다.

수송수단의 소음이 감소됨에 따라, 엔진 부품의 소음을 감소시키기 위한 요구조건이 엄격해지고 있다. 예를 들면, 수송수단이 운전되는 동안 내내 작동하는 교류발전기의 소음 감소가 엄격하게 요구되고 있다. 또한, 교류발전기는 하우징의 두께를 감소시키므로써 무게를 줄이는 것이 요구되는데, 이것은 자기진동(magnetic vibration)을 증가시키게 되므로, 교류발전기의 소음감소가 매우 곤란하였다.

일반적으로, 고정자와 회전자 사이의 틈에서 발생된 자기변화가 고정자 코어, 권선 및 상기 고정자 코어를 지지하는 프레임을 진동시키므로써, 공기의 소밀파(air wave of condensation and rarefaction)를 만들 경우, 자기소음(magnetic noise)이 발생된다. 상기 고정자의 무게가 증가할 경우, 상기 소음이 감소될 수 있다는 것은 공지된 사실이다.

일본실용공개평5-50969호는 고정자를 지지하는 알루미늄 프레임의 강성을 증가시키므로써, 고정자의 자기진동을 억제할 것을 제안하고 있다. 그러나, 알루미늄 프레임은 고정자의 강성을 직접적으로 증가시킬 수 없으며, 그 효과는 한정적이다.

일본특허공개소62-225140호는 작동 중에 발생된 진동수를 경감시키기 위해 고정자 코어 내에 다양한 자기저항을 형성하므로써, 자기소음을 감소시킬 것을 제안하고 있다. 이와 같은 장치는 진폭을 감소시키지 않으며, 교류발전기를 둘러싼 다양한 부품을 진동시킨다. 그러므로, 자기소음을 감소시키기 위한 효과적인 구조는 없었다.

상기 진폭이 작은 경우에도, 공진으로 인하여 상기 고정자의 자기진동이 발생될 수 있다. 상기 진동은 고정자 코어로부터 연장시킨 고정자 권선의 여러 부분으로 전달되어 소음을 증폭시킨다.

본 발명의 목적은 고정자의 진동과 자기소음을 억제할 수 있는 회전식 전기장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고정자의 공진을 억제하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬롯 내의 전도체 부재의 점유율을 증가시키는데 있다.

본 발명에 따른 회전식 전기장치에서, 고정자 권선은 회전자의 축방향으로 연장시킨 전도체 부재로 이루어지며, 상기 전도체 부재는 그의 길이방향을 따라 변화하는 경도를 가진다. 따라서, 고정자의 공진진폭이 감소될 수 있다.

본 발명에 관련된 부품의 기능뿐만 아니라, 본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명 및 청구범위의 고찰을 통해 더욱 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수송수단용 교류발전기의 단면도.

도2는 권선의 유-턴부를 나타낸 부분 사시도.

도3은 도1의 고정자를 나타낸 단면도.

도4는 축방향에서 제1실시예에 따른 권선의 유-턴부의 경도분포를 나타낸 그래프.

도5는 제1실시예에 따른 고정자와 종래 고정자 사이의 공진특성의 차이점을 나타낸 그래프.

도6은 제1실시예에 따른 고정자 코어의 자기소음과 종래 고정자의 자기소음을 비교하여 나타낸 그래프.

도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 고정자의 일측 축단부를 나타낸 사시도.

도8은 제2실시예에 따른 고정자의 타측 단부를 나타낸 사시도.

도9는 제2실시예에 따른 고정자의 전도체 세그먼트를 나타낸 사시도.

도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도체 세그먼트를 나타낸 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 교류발전기 2 : 고정자

20 : 구리선 201 : 고정자 코어

202 : 슬롯 203 : 전도체 세그먼트

204 : 전기 절연부재 205, 206 : 유-턴부

〔제1실시예〕

도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 100암페어(ampere)를 사용하는 수송수단용 교류발전기를 설명한다.

도1에서, 교류발전기(1)는 아마추어(armature)로서 기능을 하는 고정자(2), 자기장으로서 기능을 하는 회전자(3), 및 고정자(2)와 회전자(3)를 지지하기 위한 프레임(4)으로 구성된다. 여기서, 상기 프레임(4)은 교류 전력을 직류 전력으로 전환시키는 조정기 및 정류기(도시되지 않음)를 포함한다.

회전자(3)는 12개의 클로 자극(claw pole)(5)과 그의 톱니모양 표면을 거쳐 자극 코어(6) 내에 압력 끼워맞춤된 축(7)을 가진 자극 코어(6)로 구성된다. 도1에서, 축(7)의 좌단부는 구동전력을 입력하기 위한 풀리를 지지한다. 자극 코어(6)의 중앙 보스부(center boss portion)는 그 주위에 감겨진 필드 코일을 가진다. 필드 코일(8)은 미끄럼 링(9)과 브러시(10)를 통해 조정기에 연결된다. 회전자는 클로 자극으로부터 교번적으로 N극과 S극을 제공한다.

고정자(2)는 36개의 슬롯(202)이 갖추어져 있는 고정자 코어(201)를 가진다. 고정자 코어(201)는 0.5㎜의 두께를 가진 전기 정련강 시트(sheet)를 적층하여 이루어진다. 고정자 코어(201)의 축방향 두께는 약 30㎜이며, 그의 외경은 약 120㎜이다.

연속적인 구리선(20)의 일부가 각 슬롯(202)에 삽입되어 다중-상(multi-phase) 고정자 권선을 형성한다. 도2에 도시된 바와 같이, 구리선(20)은 슬롯(202)으로부터 축방향으로 연장시킨 유-턴(U-turn)부를 가진다. 전기 절연부재(204)가 구리선(20)과 슬롯(202)의 벽면 사이에 배치된다. 구리선(20)은 각 슬롯(202)에 삽입되어 절연체(204)를 지지하며, 접착제(207)에 의해 상기 슬롯(202)에 고정된다. 구리선(20)은 직사각형의 단면을 가지며 수지로 만든 절연재로 코팅된다.

구리선(20)은 전체 길이에 걸쳐 약 2㎟의 직사각형 단면적을 가지며, 그의 경도를 증가시키도록 가공된다.

다수의 유-턴부(205, 206) 또는 유-턴부(205, 206)에 배치된 코일 단부는 고정자 코어(201)의 대향된 축단부상에 외주면을 따라 환형으로 배치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 풀리 측의 유-턴부(205)는 절연코팅가공을 통하여 또는 절연코팅을 제거한 후에 상기 유-턴부(205)의 가장자리를 가열하여 연화시킨다.

결과적으로, 상기 형상으로 가공한 후에 경화된 부분의 경도는 감소되고, 도4에 도시된 바와 같이, 구리선(20)의 다른 부분은 다른 경도를 가질 수 있다. 따라서, 유-턴부(205)의 가장자리는 다른 부분보다 연화되며, 상기 슬롯에 가까운 부분은 다른 부분보다 경화된다. 다시 말하면, 상기 풀리 측의 유-턴부(205)는 가장자리에 가까운 부분에서 더욱 연화되고, 슬롯에 가까운 부분에서는 더욱 경화된다. 또한, 풀리 측의 유-턴부(205)는 다른 유-턴부(206)보다 연화된다.

결과적으로, 고정자(2)는 그의 풀리 측에서 낮은 진동-강성을 가지고, 그에 대향된 측부에서는 높은 진동-강성을 가지므로, 그들 사이에는 진동 위상차가 생긴다. 이것은 진폭을 완화시켜 감소시키고, 자기소음을 감소시킨다.

유-턴부의 경도가 변화되므로, 고정자 코어(201)에서 유-턴부로의 진동 전달이 억제되어 유-턴부의 진동으로 인해 발생되는 자기소음이 억제될 수 있다.

구리선은 셰이핑(shaping) 가공된 후에 가열되므로, 경도의 차이는 둥근 와이어(wire)보다 더 커질 수 있다. 이것은 진동 및 자기소음의 감소를 위해 효과적이다.

상기한 셰이핑 공정과 가열-연화 공정은 대단히 간단하여, 고정자의 축을 따라 와이어 재료의 조직을 변화시키기 위해 특별하면서도 비싼 비용이 드는 공정을 덜 수 있다. 또한, 상기 가열-연화 공정은 유-턴부(205)의 가장자리에서 매우 간단하게 수행될 수 있다.

구리선(20)의 셰이핑 공정은 대단히 용이하게 수행될 수 있으며, 구리선(20)의 경도는 바람직하게 변화될 수 있다.

셰이핑 공정 후에 바람직한 경도를 가져 연화되도록 다시 가열하지 않는 경우, 구리선(20)은 유통되고 있는 평평한 와이어로 형성될 수 있다.

상기 구조의 효과는 도5에 도시된다. 도5에는, 상기 진폭하에서 제1실시예에 따른 교류발전기의 고정자와 100암페어를 사용하는 종래 교류발전기의 고정자 사이에 공진 진폭비가 비교되어 있다. 여기서, 제1실시예에 따른 고정자의 비가 종래 고정자의 비의 1/6보다 작다는 것을 알 수 있다.

도6은 분당 회전수로 자기소음의 분포를 나타낸다. 본 발명의 제1실시예에 따른 교류발전기에 의해 발생된 자기소음이 종래의 교류발전기보다 작다는 것은 명백하다. 일반적으로, 아이들링(idling) 속도부터 1500rpm까지의 엔진 속도범위에서 발생된 자기소음은 유난히 거칠다. 여기서, 상기 속도범위는 풀리비가 2.5인 1000rpm부터 4000rpm까지의 교류발전기의 속도범위에 대응한다. 그러나, 상기 속도범위에서의 자기소음은 종래 교류발전기의 소음보다 5-7dB정도 작다. 상기 제1실시예에 따른 교류발전기가 200암페어를 사용하는 교류발전기인 경우에도 동일한 효과를 가진다.

〔제2실시예〕

도7 내지 도9를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 고정자 코어를 설명한다. 도9에 도시된 바와 같이, 고정자 권선은 서로 연결된 다수의 전도체 세그먼트(203)로 구성된다.

전도체 세그먼트(203)는 둥근 와이어를 평평한 세그먼트로 만들어 형성된다. 셰이핑 공정은 전도체 세그먼트(203)를 경화시킨다. 전도체 세그먼트(203)의 형상은 슬롯의 단면 형상에 대응된다. 전도체 세그먼트(203)는 슬롯에 삽입되고 연결되어, 전도체의 점유율이 높은 권선을 형성한다.

각각의 전도체 세그먼트(203)는 두 개의 직선 전도체 부재(203A)와 유-턴부(203B)를 가진다. 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 전도체 세그먼트(203)의 직선 전도체 부재(203A)는 방사방향으로 슬롯(202)에 정렬된다. 유-턴부(203B)는 고정자 코어(201)의 축단부 상에 배치된다. 도7에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(201)의 다른 축단부로부터 연장시킨 직선 전도체 부재(203A)는 구부러져 다른 세그먼트(203)의 단부에 연결되어 전체적으로 고정자 권선을 형성하다.

도7에서, 전도체 세그먼트(203)의 전도체 부재(2031, 2032)는 가장자리부(2051)에서 용접된다. 또한, 상기 용접은 전도체 부재를 연화시킨다. 따라서, 가장자리부(2052, 2053)와 다른 부분들의 용접은 모든 전도체 세그먼트(203)의 전도체 부재를 매우 용이하게 연결시키고 연화시킨다.

도7에 도시된 바와 같이, 직선 전도체 부재(203A)의 절반은 슬롯(202)의 바깥층으로부터 일측 외주방향으로 연장되고, 전도체 부재(203A)의 다른 절반은 슬롯(202)의 안쪽 층으로부터 타측 외주방향으로 연장되어, 상기 전도체 부재(203A, 203B)가 그의 단부에서 용접될 수 있다. 따라서, 모든 코일 단부는 외주 및 방사방향으로 서로 이격된다.

도8에 도시된 바와 같이, 유-턴부(203B)를 가진 코일 단부는 슬롯(202)으로부터 연장되고 서로 이격된다.

제2실시예에서, 모든 세그먼트(203)는 용접에 의해서만 연결되고 연화되어 다른 경도를 가지므로써, 효과적으로 진동을 감소시킨다.

상기한 바와 같이, 코일 단부는 용접에 의해 가열되어 연화된 고정자 코어(201)의 축단부 상에 장착되고, 유-턴부를 가진 다른 코일 단부는 변화되지 않은 경도를 가진 고정자 코어(201)의 다른 단부 상에 장착되어, 축방향에서의 경도차는 효과적으로 진동을 감소시키도록 제공될 수 있다.

도9에 도시된 바와 같이, 셰이핑 공정에 의해 한 번 경화된 전도체 세그먼트(203)의 유-턴부(203B)는 유-턴 형상이 굽힘공정에 의해 형성될 경우에 더욱 경화되고, 진동은 더욱 감소될 수 있다. 고정자 코어(201) 및 고정자 권선이 원통형 부재로 간주될 경우에는, 동일한 경도를 가진 부분이 동일한 외주평면 상에 장착되며, 축방향의 다른 부분은 다른 경도를 가지므로써, 높은 진동 감소효과를 제공한다. 도7에 도시된 바와 같이, 용접부(2051, 2052) 및 다른 부분들이 용이하게 검사될 수 있어 가열 및 연화공정의 결과를 알 수 있다.

〔다른 실시예〕

제1실시예에 따른 풀리측 상의 코일 단부 대신, 풀리에 대향된 측부 상의 코일 단부가 가열될 수 있다.

제1 및 제2실시예에서, 고정자 코어의 다른 측부 상의 코일 단부를 냉각시킴에 의해 전도체 세그먼트(203)의 코팅이 손상되는 것을 방지하도록, 가장자리 또는 단부가 비교적 낮은 온도로 가열될 수 있다.

또한, 도10에 도시된 전도체 세그먼트(213)가 이용될 수 있다. 각각의 전도체 세그먼트(213)는 직선 전도체 세그먼트(213A)를 가지며, 상기 직선 전도체 세그먼트(213A)는 일단부로부터 축방향으로 슬롯 내에 삽입되며 그의 타단부에서 소정피치를 덮도록 구부러진다. 이때, 각각의 전도체 부재(213)는 권선을 형성하도록 용접에 의해 가열되어 연결된다.

다른 경도분포는 도4에 도시된 것으로부터 변화될 수 있다. 예를 들면, 도4에 도시된 바와 같이, 지점(b, c)의 경도는 더 낮아지지 않으며, 지점(a)만이 연화된다.

본 발명의 상기한 설명에서, 본 발명은 그의 특정 실시예를 참조로 설명되었다. 그러나, 여러 가지 변형 및 변경이 청구범위에 나타난 발명의 사상 및 범주 내에서 본 발명의 특정 실시예로 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 출원서에서 발명의 상세한 설명은 한정적이라기 보다는 아니라 예시적 의미로 간주되어야 한다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 고정자의 진동과 자기소음을 억제할 수 있으며, 고정자의 공진을 억제할 수 있으며, 슬롯 내의 전도체 부재의 점유율을 증가시킨다.

Claims (9)

1. 외주방향으로 동일간격을 가지고 교번적으로 배치된 자극으로 구성된 회전자와, 상기 회전자에 대향되게 장착되되 슬롯에 권선을 가진 고정자 코어로 구성된 고정자를 가진 회전식 전기장치에 있어서, 상기 권선이 상기 회전자의 축 방향으로 연장시킨 전도체 부재를 포함하며, 상기 전도체 부재가 그의 길이방향을 따라 변화하는 경도를 가진 회전식 전기장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 상기 슬롯으로부터 연장된 회전식 전기장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전도체 부재의 일부분의 상기 경도가 상기 부분이 상기 슬롯에 가까워짐에 따라 증가하는 회전식 전기장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 경화되도록 가공되거나, 연화되도록 가열되는 회전식 전기장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 가공된 부분과 가열되어 연화된 부분을 가진 회전식 전기장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 경화된 후에 상기 슬롯에 장착되고 난 후에 가열되어 연화되는 회전식 전기장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 경화되어 변형된 단면을 가진 회전식 전기장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 상기 슬롯으로부터 연장되는 부분과 가열되어 연화된 부분을 가진 연속적인 와이어를 포함하는 회전식 전기장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 전도체 부재가 그의 단부에서 서로 연결된 다수의 세그먼트를 포함하는 회전식 전기장치.