KR20010067216A - 교류발전기 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 각 상의 고정자권선을 장척의 소선을 감아서 구성된 복수의 권선에 의해 구성하고 고정자의 생산성을 향상할 수 있는 동시에 코일엔드군에서의 단락사고를 방지할 수 있는 교류발전기를 얻는다.

다상 고정자권선(16)은 제 1내지 제 4권선(31)~(34)을 직렬로 접속하여 구성되어 있다. 제 1내지 제 4권선(31)~(34)은 각각 하나의 소선(30)을 6슬롯 마다에, 슬롯(15a)내에서 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어있다. 그리고, 고정자철심(15)의 단면측에서 되돌려진 소선(30)의 턴부가 원주방향으로 늘어서서 코일엔드군을 구성하고 있다.

Description

교류발전기{ALTERNATOR}

오늘날의 교류발전기에 공통적으로 요구되는 성능과 품질을 만족할 수 있는 높은 실용성과 생산성을 겸하여 구비하고, 또, 소형, 고출력, 저소음을 겸하여 구비한 차량용에 적용할 수 있는 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 예컨대 내연기관에 의해 구동되는 교류발전기에 관한 것으로 특히, 소형차 트럭등의 차량에 탑재되는 차량용 교류발전기의 고정자구조에 관한 것이다.

근년, 교류발전기에서 소형 고출력 및 품질의 향상이 더욱더 요구되어 오고 있다. 소형 고출력을 실현하는데는 자기장하(magnetic loading)와 전기장하의 분배를 어떻게 최적으로, 또한 한정된 용적중에서 어떻게 고밀도로 구성하는가가 중요하게 된다.

예컨대, 차량용 교류발전기에서는 차량엔진룸이 더욱더 협소화되는 중으로 탑재스페이스에 여유가 없어져가는 경향일 뿐이며, 차량부하의 증대에 의한 발전출력의 향상이 요구되고 있다. 또 차량내외에 함께 소음저감의 필요성이 높고 엔진소음이 저하되어 오고 있으나 차량으로의 전기부하공급을 위하여 상시 발전가동하고 있는 차량용 교류발전기의 소음이 문제가 되고 있다. 특히 저속에서 고속까지 비교적 넓은 회전영역에서 회전구동되는 차량용 교류발전기에서는 그 팬소음이나 자기적소음도 문제가 되어 있다.

또, 차량용 교류발전기는, 상시 발전가공하고 있으므로 출력전류의 쥴열때문에 그 발열량이 많고 노출되는 열적환경은 엄하고 대단히 높은 내열성이 요구되어 있다.

또, 차량엔진룸에서, 차량용 교류발전기는 엔진에 직결되는 경우가 많고, 우수, 염수, 흙탕물등에 더하여 엔진오일이나 부동액에 피수(被水)되고 대단히 부식환경이 엄한 조건이 되어 있다.

그리고, 부식에 따라서는 발전정지에 이르는 문제가 있으나 발전정지의 원인의 대부분은 고정자의 제조과정에서 발상하는 권선의 절연피복의 손상이나 구조적인 권선노출부의 전기단락에 의한 것이다.

특히, 교류발전기의 소형고출력에 대하여는 고정자의 자기회로 내에 수납되는 전기도체의 점적율의 향상 또는 고정자권선의 브리지부(고정자철심외의 브리지부를 코일엔드라고 부른다)의 정렬화 및 고밀도화가 필요하고 이에 더하여 상기와 같은 저소음, 내열환경성, 내부식성등의 요구를 받아 들이기 위하여 여러가지 개량이 제안되고 있다. 그리고 고정자의 전기도체에 단척의 도체 세그먼트를 사용하여 전기도체의 점적율 향상이나 코일엔드의 정렬화 및 고밀도화를 도모하는 구조가 예컨대 WO92/06527호 공보나 일본특허 제 2927288호에 제안되어 있다.

도 37은 예컨대 일본특허 제 2927288호에 기재된 종래의 차량용 교류발전기의 고정자의 요부를 표시하는 측면도. 도 38은 도 37에 표시된 종래의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 도체 세그먼트를 표시하는 사시도. 도 39 및 도 40은 각각 도 37에 표시된 종래의 차량용 교류발전기의 고정자의 요부를 프론트측 및 리어측에서 본 사시도이다.

도 37내지 도 40에서 고정자(50)는, 고정자철심(51)과, 고정자철심(51)에 감겨진 고정자권선(52)과, 슬롯(51a)내에 장착되어 고정자권선(52)을 고정자철심(51)에 대하여 절연하는 인슐레이터(53)을 구비하고 있다. 고정자철심(51)은 얇은 강판을 겹쳐서 적층된 원통상의 적층철심이고, 축방향으로 뻗는 슬롯(51a)이 내주측에 개구하도록 소정피치로 원주방향에 복수설치되어 있다.

여기에서는, 회전자(도시하지 않음)의 자극수(16)에 대응하여 3상의 권선을 2조 수용하도록 96개의 슬롯(51a)이 형성되어 있다.

고정자권선(52)은, 다수의 단척의 도체 세그먼트(54)를 접합하여 소정의 권선패턴으로 구성되어 있다.

도체 세그먼트(54)는 절연피복된 구형단면의 동선재를 대략 U자상으로 성형한 것으로 6슬롯(1자극 피치)떨어진 2개의 슬롯(51a)마다에 축방향의 리어측으로부터 2개씩 삽입되어 있다. 그리고 도체 세그먼트(54)의 프론트측으로 뻗어나온 단부끼리가 접합되어 고정자권선(52)을 구성하고 있다.

구체적으로 6슬롯 떨어진 각 조의 슬롯(51a)에서 하나의 도체 세그먼트(54)가 리어측에서 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 첫번째의 위치와, 다른 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 2번째의 위치에 삽입되고, 또 하나의 도체 세그먼트(54)가 리어측에서 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 3번째의 위치와, 다른 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 4번째의 위치에 삽입되어 있다. 그래서, 각 슬롯(15a)내에서는 도체 세그먼트(54)의 직선부(54a)가 직경방향으로 1렬로 4개 늘어서서 배열되어 있다.

그리고, 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 첫번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)와, 그 슬롯(51a)로부터 시계회전방향으로 6슬롯 떨어진 다른 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 2번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)가 접합되어 2턴의 외층권선이 형성되어 있다. 또, 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 3번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)와, 그 슬롯(51a)로부터 시계회전방향으로 6슬롯 떨어진 다른 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 4번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)가 접합되어 2턴의 내층권선이 형성되어 있다.

또, 6슬롯 떨어진 각조의 슬롯(51a)에 삽입된 도체 세그먼트(54)로 구성되는 외층권선과 내층권선이 직렬로 접속되어, 4턴의 1상분의 고정자권선(52)이 형성되어 있다.

마찬가지로하여 각각 4턴의 고정자권선(52)이 6상분 형성되어 있다.

그리고, 이들의 고정자권선(52)은 3상분씩 교류결선되어, 2조의 3상 고정자권선을 구성하고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 고정자(50)에서는 고정자철심(51)의 리어측에서는, 같은 조의 슬롯(51a)에 삽입된 2개의 도체 세그먼트(54)의 턴부(54c)가 직경방향으로 늘어서서 배열되어 있다.

그 결과, 턴부(54c)가 원주방향에 2열로 배열되어 리어측의 코일엔드군을 구성하고 있다.

한편, 고정자철심(51)의 프론트측에서는 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 첫번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)와 6슬롯 떨어진 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 2번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 턴부(54b)와의 접합부와, 하나의 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 3번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)와, 6슬롯 떨어진 슬롯(51a)내의 외주측으로부터 4번째의 위치에서 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)와의 접합부가 직경방향으로 늘어서서 배열되어 있다. 그 결과, 단부(54b)끼리의 접합부가 원주방향에 2렬로 배열되어 프론트측의 코일엔드군을 구성하고 있다.

이 종래의 차량용 교류발전기의 고정자(50)에서는, 이상과 같이, 고정자권선 (52)이 대략 U자상으로 성형된 단척의 도체 세그먼트(54)를 고정자철심(51)의 슬롯(51a)에 리어측으로부터 삽입하고, 프론트측으로 뻗어나온 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)끼리를 접합하여 구성되어 있다.

그래서 납땜이나 용접에 의해 절연피막이 소실된 단부(54b)끼리의 접합부를 원주방향으로 배열하여 프론트측의 코일엔드군이 구성되어 있으므로 피수(被水)에 의해 부식하기 쉬운 코일엔드 구조로 되어 있고, 내부식성이 대단히 낮게 되어 있었다.

또, 코일엔드군은 96개소의 접합부를 2열로, 즉 192개소의 접합부로 구성되어 있으므로 접합부끼리가 단락하기 쉬운 구조로 되어 있고 단락사고가 발생하기 쉬웠다.

또, 다수의 단척의 도체 세그먼트(54)를 고정자철심(51)에 삽입하고 또한, 단부(54b)끼리를 용접, 납땜등에 의해 접합하지 않으면 않되며 현저하게 작업성이 저하하여 버리고 있었다.

또, 도체 세그먼트(54)의 슬롯(51a)로의 압입량은 고정자철심(51)의 축방향 길이이상을 필요로 하고 절연피막에 손상을 주기쉽고 제품후의 품질을 저하시키고 있었다.

또, 단부(54b)끼리의 접합시에 땜납흘림이나 용접녹음에 의한 접합부간의 단락이 빈발하고 양산성이 현저하게 저하되어 있었다.

또, 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)끼리는, 그 일부를 지그로 클램프하고, 그 정접부를 납땜이나 용접하여 접합되어 있었다.

그래서 지그에 의한 클램프 면적이 필요로 하는 데다 납땜부나 용접부의 부풀어 오름이 생기므로 코일엔드높이가 높게되는 동시에 접합부간도 협소하게 되어 있었다.

그 결과, 코일엔드부의 코일의 누설 리액턴스가 증가하여, 출력이 악화되는 동시에 통풍저항이 증가되어 풍소음이 악화되어 있었다.

또, 자기소음의 대책으로서 전기적 위상차 30°의 위치만큼 오프셋된 2조의 3상권선을 슬롯에 감음으로써 자기맥동력을 서로 상쇄하는 것이 예컨대 일본국 특개평 4-26345호 공보에 제안되어 있다. 그러나, 이 자기소음의 개선예를 소형의 고정자에 채용하려고 하면 2배의 수의 슬롯이 필요하게 되고 슬롯간격이 대단히 좁게되어 버린다. 그래서 연속된 도선을 환상으로 감아서 환상코일을 제작하고 이어서 이 환상코일을 스타형으로 변형하여 스타형 코일을 제작하고 이 스타형 코일의 직선부를 고정자철심의 슬롯에 끼워 장착하여 고정자권선을 제작하는 일반적인 권선방법에서는, 대응할 수 없었다.

또, 도체 세그먼트(54)를 사용한 상술의 권선방법에서는 슬롯로의 삽입을 할때에 도체 세그먼트(54)의 구부림등이 발생하여 버려서, 대응할 수 없었다. 이에 더하여 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)끼리를 용접한 경우, 용접시의 온도상승에 의해 도체 세그먼트(54)가 연화되어 고정자로서의 강성이 저하되고 자기소음의 저감효과가 적게되어 버리고 있었다.

또, 차량용 교류발전기의 출력의 여러가지 요구에 대하여 전자설계적으로 대응할 필요가 있다. 특히, 차량엔진의 아이들 회전수에 대응하여 발전기의 저속회전영역의 출력향상은 출력개시 회전수를 저속측으로 시프트할 필요가 있다. 그것에는 기자력 즉, 계자코일에 공급하는 전류를 증가하고 또는 고정자의 총도체수 즉 턴수를 증가하여 발전기의 유기전력을 향상시킬 필요가 있다. 여기서, 전자에서는 계자코일에 전류를 공급함으로써 출력개시 회전수를 저속측으로 시프트할 수 있으나, 자기회로의 포화감소 때문에 한계가 있다.

또, 후자에서는 턴수를 증가함으로써, 출력개시 회전수를 저속측으로 시프트할 수 있으나, 도체 세그먼트(54)에 의한 권선으로 도체총수를 증가하려고 하면 이에 따라서 접합부수도 증가하여 버리고 접합 스페이스가 없어지며, 과도한 턴수증가에는 실질적으로 대응할 수 없다.

이 발명은 상기와 같은 종래의 과제에 비추어서 오늘날의 교류발전기에 공통적으로 요구되는 성능과 품질을 만족할 수 있는 높은 실용성과 생산성을 겸하여 구비한 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

또, 소형, 고출력, 저소음을 겸하여 구비한 차량용에 적용할 수 있는 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 구성을 표시하는 단면도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 정면도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 측면도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에서의 고정자권선의 1상분의 결선상태를 설명하는 평면도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 회로도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 내층측의 소선군을 표시하는 도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 외층측의 소선군을 표시하는 도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 요부를 표시하는 사시도.

도 12는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 배열을 설명하는 도.

도 13은 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도.

도 14는 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도.

도 15는 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선군의 철심으로의 장착상태를 표시하는 평면도.

도 16은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도.

도 17은 본 발명에 의한 차량용 교류발전기의 출력특성을 표시하는 도.

도 18은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에서의 고정자권선의 1상분의 결선상태를 설명하는 평면도.

도 19는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소권선군의 권장전의 상태를 표시하는 평면도.

도 20은 도 19에 표시되는 소권선군을 구성하는 소선의 성형형상을 설명하는 사시도.

도 21은 도 19에 표시되는 소권선군에서의 소선의 배열상태를 설명하는 사시도.

도 22는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 대권선군을 구성하는 소선의 성형형상을 설명하는 사시도.

도 23은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 대권선군에서의 소선의 배열상태를 설명하는 사시도.

도 24는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선에서의 소선의 배열상태를 설명하는 사시도.

도 25는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 사시도.

도 26은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 정면도.

도 27은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 측면도.

도 28은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도.

도 29는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 사시도.

도 30은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 회전자의 요부를 표시하는 사시도.

도 31은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 회전자의 구조를 설명하는 사시도.

도 32는 본 발명의 실싱의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기의 회로도.

도 33은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도.

도 34는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 사시도.

도 35는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 정면도.

도 36은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 측면도.

도 38은 종래의 차량용 교류발전기의 고정자에 적용되는 도체 세그먼트를 표시하는 사시도.

도 39는 종래의 차량용 교류발전기의 고정자의 요부를 프론트측에서 본 사시도.

도 40은 종래의 차량용 교류발전기의 고정자의 요부를 리어측에서 본 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 프론트브래킷, 2: 리어브래킷, 7: 회전자,

8,8A,8B,8C: 고정자, 15: 고정자철심, 15a:슬롯,

15b: 개구부, 16,16A,16C: 다상 고정자권선,

16a: 프론트측의 코일엔드군, 16a: 리어측의 코일엔드군,

25: 절연성수지, 30,40,400: 소선,

30a,40a,400a: 턴부, 31,41: 제 1권선,

32,42: 제 2권선, 33,43: 제 3권선, 33,44: 제 4권선,

34,44: 제 4권선.

이 발명에 관한 교류발전기는 회전주방향에 따라서 NS극을 형성하는 회전자와, 이 회전자와 대향배치된 고정자철심 및 이 고정자철심에 장착된 다상 고정자권선을 갖는 고정자, 상기 회전자와 상기 고정자와를 지지하는 브래킷을 구비한 교류발전기에서,

상기 고정자철심은 축방향으로 뻗는 슬롯가 원주방향에 소정피치로 복수형성된 적층철심을 구비하며,

상기 다상 고정자권선은 장척의 소선이 상기 고정자철심의 단면측의 상기 슬롯외에서 되돌려져서, 소정슬롯수 마다에 상기 슬롯내에서 슬롯깊이 방향에 내층과 외층을 교대로 차지하도록 감겨진 권선을 복수가지고,

상기 고정자철심의 양단면부에서 상기 슬롯외에서 되돌려진 상기 소선의 턴부가 원주방향으로 늘어서서 코일엔드군을 구성하고 있으며 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부가 원주방향에 대략 동일형상으로 형성되어 있는 것이다.

또, 상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이 방향으로 2n개씩 배열되고 상기 소선의 턴부가 원주방향에 n열로 늘어서서 배열되어 있는 것이다.

또, 상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이 방향에 2n개씩 배열되고 상기 소선의 턴부가 n층으로 겹쳐져서 배열되어 있는 것이다.

또, 상기 고정자철심의 양단면부의 코일엔드군에서 원주방향에 인접하는 상기 턴부간의 공간이 대략 동일하게 형성되어 있는 것이다.

또, 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부의 각각이 균등한 방열부를 가지고 있는 것이다.

또, 상기 소선의 단면형상이 대략 편평형상이다.

또, 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 권선의 턴부에는 수지를 구비하는 것이다.

또, 상기 고정자의 한쪽 측에 배설되고 또한 상기 다상 고정자권선의 권선단에 접속되며, 상기 다상 고정자권선으로부터의 교류출력을 직류로 정류하는 정류기를 구비하고, 상기 회전자는 상기 N극 및 S극을 제공하는 복수의 클로상 자극을 갖는 런델(Lundell)형 회전자 철심과, 이 회전자의 회전에 의해 상기 브래킷내에 냉각풍을 통풍시키는 냉각수단을 구비하고, 상기 코일엔드군 및 상기 정류기가 상기 냉각풍을 상기 브래킷내에 통풍시킴으로써 냉각되도록 되어 있는 것이다.

또, 상기 냉각수단이 상기 회전자 철심의 적어도 한쪽의 단부에 배설된 팬이다.

또, 상기 다상 고정자권선에 수용되는 슬롯수가 매극 매상당 2이며 상기 다상 고정자권선은 매극 매상당의 슬롯에 대응하는 제 1의 다상권선군과 제 2의 다상 권선군을 구비하고 있는 것이다.

또, 상기 정류기는 상기 제 1의 다상권선군의 교류출력을 정류하는 제 1정류기와, 상기 제 2의 다상권선군의 교류출력을 정류하는 제 2정류기를 구비하고 상기 제 1및 제 2의 다상권선군의 교류출력이 각각 상기 제 1및 제 2정류기에 의해 정류된 후 합성되어 출력되도록 구성되어 있는 것이다.

또, 상기 제 1및 제 2의 다상권선군은 각각 3상 결선된 것으로 상기 제 1의 다상권선군이 삽입된 슬롯군을 구성하는 슬롯의 개구부와, 상기 제 2의 다상권선군이 삽입된 슬롯군을 구성하는 슬롯의 개구부가 30°의 전기각으로 등간격에 배열되어 있는 것이다.

또, 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부가 갖는 상기 수지는, 그 수지의 주제보다 열전도율이 높은 부재가 혼입되어 있는 것이다.

또, 상기 수지가 상기 브래킷에 맞대여져 있는 것이다.

[명의 실시의 형태]

이하, 이 발명의 실시의 형태를 도면에 대하여 설명한다.

시의 형태 1.

도 1은 이 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기의 구성을 표시하는 단면도, 도 2는 이 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도, 도 3은 이 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 정면도, 도 4는 이 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 측면도, 도 5는 이 차량용 교류발전기에서의 고정자권선 1상분의 결선상태를 설명하는 평면도, 도 6은 이 차량용 교류발전기의 회로도, 도 7및 도 8은 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 권선군의 제조공정을 설명하는 도이다.

도 9는 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 내층측의 소선군을 표시하는 도면이고 도 9의 (a)는 그 측면도, 도 9의 (b)는 그 평면도이다.

도 10은 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 외층측의 소선군을 표시하는 도면이고, 도 10의 (a)는 그 측면도 도 10의 (b)는 그 평면도이다.

도 11은 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 요부를 표시하는 사시도, 도 12는 이 차량 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선의 배열을 설명하는 도면이다.

도 13은 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도면이고, 도 13의 (a)는 그 측면도, 도 13의 (b)는 그 배면도이다.

도 14는 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도, 도 15는 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자권선을 구성하는 소선군의 철심으로의 장착상태를 표시하는 평면도이다. 도 16은 각각 이 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자의 제조공정을 설명하는 공정단면도이다. 또한 도 2에서는 출력선 및 브리지결선이 생략되어 있다.

도 1에서 차량용 교류발전기는 런델(Lundell)형의 회전자(7)가 알루미늄제의 프론트 브래킷(1) 및 리어 브래킷(2)로 구성된 케이스(3)내에 샤프트(6)를 통하여 회전이 자유롭게 장착되고, 고정자(8)가 회전자(7)의 외주측을 덮도록 케이스(3)의 내벽면에 고착되어 구성되어 있다.

샤프트(6)은 프론트 브래킷(1) 및 리어 브래킷(2)에 회전가능하게 지지되어 있다.

이 샤프트(6)의 일단에는 풀리(4)가 고착되고, 엔진의 회전토크를 벨트(도시하지 않음)를 통하여 샤프트(6)에 전달할 수 있도록 되어 있다.

회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링(9)가 샤프트(6)의 타단부에 고착되고, 한쌍의 브러시(10)가 이 슬립링(9) 슬라이드 접촉하도록 케이스(3)내에 배설된 브러시 홀더(11)에 수납되어 있다.

고정자(8)에서 발생한 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)가 브러시홀더(11)에 끼워 붙여진 히트싱크(17)에 접착되어 있다.

고정자(8)에 전기적으로 접속되고, 고정자(8)에서 발생한 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)가 케이스(3)내에 장착되어 있다.

회전자(7)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자코일(13)과, 이 회전자코일(13)을 덮도록 설치되고 회전자코일(13)에서 발생된 자속에 의해 자극이 형성되는 한쌍의 폴코어(20), (21)로 구성된다.

한 쌍의 폴코어(20), (21)는 철제이며 각각 8개의 클로형상의 클로상자극( 22), (23)이 외주 가장자리에 원주방향으로 등각피치로 돌출설치되며 클로상자극(22), (23)을 맞물리도록 대향하여 샤프트(6)에 고착되어 있다. 또, 팬(5)이 회전자 (7)의 축방향의 양단에 고착되어 있다.

또, 흡기공(1a), (2a)가 프론트 브래킷(1) 및 리어 브래킷(2)의 축방향의 단면에 설치되고, 배기공(1b), (2b)이 프론트 브래킷(1) 및 리어 브래킷(2)의 외주양 어깨부에 고정자권선(16)의 프론트측 및 리어측의 코일엔드군(16a), (16b)의 직경방향 외측에 대향하여 설치되어 있다.

고정자(8)는 도 2 내지 도 4에 표시되는 바와 같이 축방향으로 뻗는 슬롯(15a)이 원주방향에 소정피치로 복수형성된 원통상의 적층철심으로 되는 고정자철심(15)과 고정자철심(15)에 감겨진 다상 고정자권선(16)과, 각 슬롯(15a)내에 장착되어 다상 고정자권선(16)과 고정자철심(15)과를 전기적으로 절연하는 인슐레이터(19)를 구비하고 있다. 그리고 다상 고정자권선군(16)은, 하나의 소선(30)이, 고정자철심(15)의 단면측의 슬롯(15)외에서 되돌려지고 소정 슬롯수 마다에 슬롯(15a)내에서 슬롯 깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 파형권선되어 감겨진 권선을 복수구비하고 있다. 여기에서는, 고정자철심(15)에는 회전자(7)의 자극수(16)에 대응하여 3상 고정자권선(160)을 2조 수용하도록 96개의 슬롯(15a)이 등간격으로 형성되어 있다. 또, 소선(30)에는, 예컨대 절연피복된 장방형의 단면을 갖는 장척의 동선재가 사용된다.

다음에, 1상분의 고정자권선군(161)의 권선구조에 대하여 도 5를 참조하여구체적으로 설명한다.

1상분의 고정자권선군(161)은, 각각 하나의 소선(30)으로 되는 제 1내지 제 4의 권선(31)~(34)으로 구성되어 있다. 그리고, 제 1권선(31)은, 하나의 소선(30)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯 간격으로, 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 첫번째의 위치와 외주측으로부터 2번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다. 제 2권선(32)은 소선(30)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯 간격으로 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 2번째의 위치와 외주측으로부터 첫번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다.

제 3권선(33)은 소선(30)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯 간격으로 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 3번째의 위치와 외주측으로부터 4번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다. 제 4권선(34)은, 소선(30)을, 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯 간격으로 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 4번째의 위치와 외주측으로부터 3번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다. 그리고 각 슬롯(15a)내에는, 소선(30)이 장방형 단면의 길이방향으로 정돈하여 직경방향에 1렬로 4개 늘어서서 배열되어 있다.

그리고 고정자철심(15)의 일단측에서 슬롯번호의 1번으로 부터 뻗어 나오는 제 1권선(31)의 단부(31a)와 슬롯번호의 91번으로부터 뻗어나오는 제 3권선(33)의 단부(33b)가 접합되고, 또 슬롯번호의 1번으로부터 뻗어나오는 제 3권선(33)의 단부(33a)와 슬롯번호의 91번으로부터 뻗어나오는 제 1권선(31)의 단부(31b)가 접합되어 2턴의 권선이 형성되어 있다.

또, 고정자철심(15)의 타단측에서 슬롯번호의 1번으로부터 뻗어나오는 제 2권선(32)의 단부(32a)와, 슬롯번호의 91번으로부터 뻗어나오는 제 4권선(34)의 단부(34b)가 접합되고 또, 슬롯번호의 1번으로부터 뻗어나오는 제 4권선(34)의 단부(34a)와 슬롯번호의 91번으로부터 뻗어나오는 제 2권선(32)의 단부(32b)가 접합되어 2턴의 권선이 형성되어 있다.

또, 슬롯번호의 61번과 67번으로부터 고정자철심(15)의 일단측으로 뻗어나오는 제 2권선(32)의 소선(30)의 부분이 절단되고, 슬롯번호의 67번과 73번으로부터 고정자철심(15)의 일단측으로 뻗어나오는 제 1권선(31)의 소선(30)의 부분이 절단된다. 그리고 제 1권선(31)의 절단단(31c)와 제 2권선(32)의 절단단(32c)이 접합되어 제 1내지 제 4권선(31)~(34)을 직렬접속하여되는 4턴의 1상분의 고정자 권선군 (161)이 형성되어 있다.

또한, 제 1권선(31)의 절단단(31c)와 제 2권선(32)의 절단단(32c)의 접합부가 브리지결선 접속부가 되고, 제 1권선(31)의 절단단(31d)와 제 2권선(32)의 절단단(32d)이 각각 출력선(O) 및 중성점(N)이 된다.

마찬가지로 하여, 소선(30)이 감겨지는 슬롯(15a)을 하나씩 오프셋하여 6상분의 고정자 권선군(161)이 형성되어 있다. 그리고 도 6에 표시되는 바와 같이 고정자 권선군(161)이 3상분씩 스타형 결선되어 2조의 3상 고정자권선(16a)을 형성하고 각 3상 고정자권선(160)이 각각 정류기(12)에 접속되어 있다. 각 정류기(12)의 직류출력은 병렬로 접속되어 합성된다.

여기서, 제 1내지 제 4권선 (31)~(34)을 구성하는 각각의 소선(30)은, 하나의 슬롯(15a)로부터 고정자철심(15)의 단면측으로 뻗어나오고 되돌려져서 6슬롯 떨어진 슬롯(15a)에 들어가도록 파형권선으로 감겨져 있다.

그리고, 각각의 소선(30)은, 6슬롯 마다에 슬롯깊이방향(직경방향)에 관하여 내층과 외층을 교대로 차지하도록 감겨져 있다.

고정자 철심(15)의 단면측으로 뻗어 나와서 되돌려진 소선(30)의 턴부(30a)가 코일엔드를 형성하고 있다. 그래서 고정자철심(15)의 양단에서 거의 동일형상으로 형성된 턴부(30a)가 원주방향으로, 또한 직경방향으로 서로 이간하여 2열로 되어 원주방향으로 정연하게 배열되어 코일엔드군(16a), (16b)를 형성하고 있다.

다음에, 고정자(8)의 조립방법에 대하여 도 7 내지 도 16을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

우선, 도 7에 표시되는 바와 같이 12개의 장척의 소선(30)을 동시에 동일평면상에서 뇌상(雷狀, lightning-boltshape)으로 구부려서 형성한다. 계속해서 도 8에 화살표로 표시되는 바와 같이, 직각방향으로 지그(jig)로서 접어가고 도 9에 표시되는 소선군(35A)를 제작한다. 또, 마찬가지로 하여 도 10에 표시되는 바와 같이 브리지결선 및 출력선을 갖는 소선군(35B)을 제작한다.

그리고, 소선군(35A),(35B)이 장착된 철심(36)을 환상으로 성형하기 쉽게 하기 위하여 소선군(35A),(35B)는 300℃에서 10분간 어닐처리된다.

또한, 각 소선(30)은, 도 11에 표되는 바와 같이 턴부(30a)로 연결된 직선부(30b)가 6슬롯피치(6p)에서 배열된 평면상패턴으로 구부려서 형성되어 있다. 그리고 인접하는 직선부(30b)가 턴부(30a)에 의해 소선(30)의 폭(W)만큼 오프셋되어 있다.

소선군(35A), (35B)은 이와 같은 패턴으로 형성된 2개의 소선(30)을 도 12에 표시되는 바와 같이 6슬롯피치 오프셋하여 직선부(30b)를 겹쳐서 배열된 소선쌍이 1슬롯피치씩 오프셋하여 6쌍 배열되어 구성되어 있다.

그리고 소선(30)의 단부가 소선군(35A),(36B)의 양단의 양측에 6개씩 뻗어나와 있다. 또, 턴부(30a)가 소선군(35A),(35B)의 양측부에 정밀되어 배열되어 있다.

또, 사다리꼴 형상의 슬롯(36a)이 소정의 피치(전기각으로 30°)로 형성된 SPCC재를 소정시트수 적층하고, 그 외주부를 레이저 용접하여 도 13에 표시되는 바와 같이 직방체의 철심(36)을 제작한다.

그리고, 도 14의 (a)에 표시되는 바와 같이, 인슐레이터(19)가 철심(36)의 슬롯(36a)에 장착되고 2개의 소선군(35A),(36B)의 각 직선부를 각 슬롯(36a)내에 겹치도록 압입한다. 이로 인해, 도 14의 (b)에 표시되는 바와 같이, 2개의 소선군(35a),(35b)이 철심(36)에 장착된다. 이때, 소선(30)의 직선부(30b)는 인슐레이터(19)에 의해 철심(36)과 절연되어 슬롯(36a)내에 직경방향으로 4개 늘어서서 수납되어 있다.

또, 2개의 소선군(35A),(35B)은 도 15에 표시되는 바와 같이, 겹쳐서 철심(36)에 장착되어 있다.

계속해서, 철심(36)을 둥글게하고, 그 단면끼리를 맞대어서 용접하며 도 14의 (C)에 표시되는 바와 같이 원통상의 철심(37)을 얻는다.

철심(36)을 둥글게 함으로써 슬롯(36a)(고정자철심의 슬롯(15a)에 상당)은대략 구형단면형상으로 되고 그 개구부(36b)(슬롯(15a)의 개구부(15b)에 상당)는 직선부(30b)의 슬롯폭 방향치수보다 작게된다.

그리고, 도 5에 표시되는 결선방법에 따라, 각 소선(30)의 단부끼리를 결선하여 고정자 권선군(161)을 형성한다. 그 후 철심(37)이 SPCC재를 적층하여 되는 원통상의 외장철심(38)에 삽입된 후 가열끼워 맞춰서 일체화하여 도 16에 표시되는 고정자(8)를 얻는다.

여기서, 철심(37)과 외장철심(38)과의 일체물이 고정자철심(15)에 상당한다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에서는 전류가 배터리(도시하지 않음)로부터 브러시(10) 및 슬립링(9)을 통하여 회전자코일(13)에 공급되고 자속이 발생된다. 이 자속에 의해 한쪽의 폴코어(20)의 클로상자극(22)이 N극으로 착자되고, 다른 쪽의 폴코어(21)의 클로상자극(23)이 S극으로 착자된다. 한편 엔진의 회전토크가 벨트 및 풀리(4)를 통하여 샤프트(6)에 전달되고 회전자(7)가 회전된다.

그래서, 다상 고정자권선(16)에 회전자계가 주어지고 다상 고정자권선(16)에 기전력이 발생한다. 이 교류의 기전력이 정류기(12)를 통하여 직류로 정류되는 동시에 그 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정되고 배터리에 충전된다.

그리고, 리어측에서는 팬(5)의 회전에 의해 외기가 정류기(12)의 히트싱크 및 레귤레이터(18)의 히트싱크(17)에 각각 대향하여 설치된 흡기공(2a)를 통하여 흡입되고 샤프트(6)의 축에 따라 흘러서 정류기(12) 및 레귤레이터(18)를 냉각하며 그 후, 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부러져서 다상 고정자권선(16)의 리어측의 코일엔드군(16b)를 냉각하고, 배기공(2b)에서 외부로 배출된다.

한편 프론트측에서는, 팬(5)의 회전에 의해 외기가 흡기공(1a)로부터 축방향으로 흡입되고 그후, 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부러져서, 다상 고정자권선(16)의 프론트측의 코일엔드군(16a)을 냉각하고 배기공(1b)에서 외부로 배출된다.

이와 같이, 이 실시의 형태 1에 의하면, 다상 고정자권선(16)은 2조의 3상 고정자권선(160)을 구비하고 각 3상 고정자권선(160)은 3상의 고정자권선군(161)을 교류결선하여 구성되어 있다. 또 고정자권선군(161)은 제 1내지 제 4권선(31)~(34)을 직렬접속하여 구성되어 있다. 그리고 제 1권선(31)은 하나의 소선(30)을 6슬롯 마다에 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 첫번째의 위치와 2번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선되어 구성되어 있다.

즉 제 1권선(31)은 하나의 소선(30)을 6슬롯 마다에 슬롯(15a)내에서 슬롯깊이 방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 파형권선되어 구성되어 있다. 마찬가지로 제 2, 제 3및 제 4권선(32),(33),(34)도 또, 하나의 소선(30)을 6슬롯 마다에 슬롯(15a)내에서 슬롯깊이 방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 파형권선되어 구성되어 있다.

그래서 다상 고정자권선(16)을 구성하는 제 1내지 제 4권선(31)~(34)은 각각 하나의 소선(30)(연속선)에 의해 제작되어 있으므로 종래의 고정자(50)와 같이 다수의 단척의 도체 세그먼트(54)를 고정자철심(51)에 삽입하고, 또한 단부(54b)끼리를 용접, 납땜등에 의해 접합할 필요가 없고, 고정자(8)의 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또, 코일엔드가 소선(30)의 턴부(30a)로 구성되어 있으므로 코일엔드군(16a),(16b)에서의 접합개소는 제 1내지 제 4권선(31)~(34)의 단부끼리의 접합부 및 브리지결선 접합부만으로 되고 접합개소가 현저하게 삭감된다.

이로 인해 접합에 의한 절연피막의 소실에 따른 단락사고의 발생이 억제되므로 뛰어난 절연성이 얻어진다. 또, 용접에 의한 도체의 연화가 없고 고정자로서의 강성이 높아지며 자기소음을 저감할 수 있다.

또, 코일엔드군(16a),(16b)은 턴부(30a)를 원주방향에 배열하여 구성되어 있다. 이에 따라, 도체 세그먼트(54)의 단부(54b)끼리를 접합하고 있는 종래의 코일엔드군에 비하여, 코일 엔드군의 고정자철심(15)의 단면으로부터 뻗어나온 높이를 낮게 할수 있다. 이로 인해, 코일엔드군(16a),(16b)에서의 통풍저항이 작게되고 회전자(7)의 회전에 기인하는 풍음을 저감시킬수 있다.

또, 코일엔드의 코일의 누설리액턴스가 감소되고, 출력ㆍ효율이 향상된다. 또, 4개의 소선(30)이 슬롯(15a)내에 직경방향에 1열로 배열되고, 턴부(30a)가 원주방향에 2열로 늘어서서 배열되어 있다. 이로 인해, 코일엔드군(16a),(16b)을 구성하는 턴부(30a)가 각각 직경방향에 2열로 분산되므로, 코일엔드군(16a),(16b)의 고정자철심(15)의 단면으로부터의 뻗어나오는 높이를 낮게할 수 있다. 그 결과, 코일엔드군(16a),(16b)에서의 통풍저항이 작게되고, 회전자(7)의 회전에 기인하는 풍음을 저감시킬수 있다.

또, 고정자철심(15)의 단면측에서 되돌려진 턴부(30a)가 6슬롯 떨어진 다른 슬롯(15a)내에 다른 층으로서 배치된 2개의 직선부(30b)를 직렬로 접속하고 있다. 이로 인해 각상의 코일엔드간의 간섭이 억제되고 고정자권선의 고점적화가 도모되므로, 고출력화가 실현된다.

또, 각 턴부(30a)는 용이하게 대략 동일형상으로 형성할 수 있다.

그리고, 각 턴부(30a)를 대략 동일형상으로 형성함을써 즉, 코일엔드군( 16a),(16b)을 구성하는 턴부(30a)를 원주방향에서 대략 동일형상으로 형성함으로써, 코일엔드군(16a),(16b)의 내경측 단면에서의 원주방향의 요철(凹凸)이 억제되므로 회전자(7)와 코일엔드군(16a),(16b)사이에서 발생하는 풍소음을 저감시킬수 있다.

또, 누설 인덕턴스가 같아지고 안정된 출력이 얻어진다.

또, 턴부(30a)가 원주방향으로 이간하고 또한 턴부(30a)간의 공간이 원주방향으로 대략 동일하게 형성되어 있으므로, 코일엔드군(16a),(16b)내로의 통풍이 용이하게 되고 냉각성이 높게되는 동시에 냉각풍과 코일엔드와의 간섭에 의한 소음이 저감된다.

또, 각 턴부(30a)가 대략 동일형상으로 형성되어 원주방향으로 정렬되어 배열되어 있으므로, 각 턴부(30a)에서의 방열성이 동등하게 되고 또, 코일엔드군( 16a),(16b)에서의 방열성이 동등하게 된다.

이로 인해, 다상 고정자권선(16)에서의 발열은 각 턴부(30a)로부터 균등하게 방열되고 또, 양 코일엔드군(16a),(16b)로부터 균등하게 방열되는 것으로 되며, 다상 고정자권선(16)의 냉각성이 향상된다.

또, 소선(30)이 감겨지는 슬롯피치는 회전자(7)의 NS피치에 대응한 피치이므로, 풀피치권선(full pitch winding)이 되고, 큰 출력이 출력될 수 있다.

또, 슬롯(15a)의 개구부(15b)의 개구치수가 소선(30)의 슬롯폭방향 치수보다 작게 구성되어 있으므로, 슬롯(15a)로부터 직경방향 내측으로의 소선(30)의 뛰어나옴이 저지되는 동시에 개구부(15b)에서의 회전자(7)와의 간섭음도 저감된다.

또, 직선부(30b)가 장방형 단면으로 형성되어 있으므로, 직선부(30b)를 슬롯(15a)에 수용한때에 직선부(30b)의 단면형상이 슬롯형상에 따른 형상으로 되어 있다. 이로 인해 슬롯(15a)내에서의 소선(30)의 점적율을 높이는 것이 용이하게 되는 동시에 소선(30)으로부터 고정자철심(15)으로의 전열을 향상시킨 수 있다. 여기서 이 실시의 형태 1에서는 직선부(30b)가 장방형 단면으로 형성되어 있는 것으로 하고 있으나 직선부(30b)의 단면형상은 대략 구형단면의 슬롯형상에 따른 대략 구형 단면형상이면 된다.이 대략 구형형상이라는 것은 장방형에 한정되지 않고 정방형 4변의 평면과 둥근 각으로 구성된 형상, 장방형의 단면을 원호로한 장원형등이라도 된다.

또, 소선(30)이 장방형의 단면형상으로 형성되어 있으므로, 코일엔드를 구성하는 턴부(30b)로부터의 방열면적이 크게되고, 다상 고정자권선(16)의 발열이 효과적으로 방열된다.

또, 장방형 단면의 장변을 직경방향과 평행으로 배치함으로써 턴부(30b)간의 틈새를 확보할 수 있고 코일엔드군(16a),(16b)내로의 냉각풍의 통풍을 가능하게 할 수 있는 동시에 직경방향으로의 통풍저항을 저감할 수 있다. 여기서, 이 실시의 형태 1에서는, 직선부(30b)가 장방형 단면으로 형성되어 있는 것으로 하고 있으나 직선부(30b)의 단면형상은, 장방형 단면에 한정되지 않고 장타원 단면등의 대략 편평형상이면 된다.

또, 회전자(7)의 자극수가 16이고, 96개의 슬롯(15a)이 고정자철심(15)에 등각피치로 형성되어 있다. 그리고 소선(30)이 6슬롯 마다의 슬롯(15a)에 파형권선되어 있으므로, 소선(30)이 파형권선되는 슬롯의 피치가 회전자의 NS극에 대응한 피치로 되어 있다. 이로 인해, 최대토크가 얻어지도록 되고 고출력화를 실현할 수 있다.

또, 도 6에 표시되는 바와 같이 제 1내지 제 4권선(31)~(34)을 직렬로 접속하여 구성된 고정자권선군(161)이 3개씩 스타형 결선되어 2조의 3상 고정자권선( 160)을 구성하고, 2조의 3상 고정자권선(160)이 각각 정류기(12)에 접속되며 또 2개의 정류기(12)의 출력이 병렬로 접속되어 있다. 이로 인해 4턴의 3상 고정자권선 (160)의 직류출력을 합성하여 빼낼 수 있고 저회전 영역에서의 발전부족을 해소할 수 있다.

또, 연속선으로 되는 2개의 소선군(35A),(35B)을 2열로 나란히 하여 고정자철심(15)의 슬롯(15a)에 삽입할 수 있으므로, 다수의 도체 세그먼트(54)를 하나씩 슬롯에 삽입하는 종래 기술에 비하여 작업성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또, 다상 고정자권선의 턴수를 증가시키는 경우, 연속선으로 되는 소선군(35)〔(35A),(35B)〕은 직선부(30b)끼리를 상대하여 정돈하도록 하여 겹쳐서 감음으로써 용이하게 대응할 수 있다.

또, 이 실시의 형태 1에 의한 고정자(8)는, 연속선으로 되는 소선군(35)을 직방체의 철심(36)의 슬롯(36a)에 개구부(36b)로부터 삽입하고 그후, 철심(36)을환상으로 하여 제작할 수 있다.

그래서, 철심(36)의 개구부(36b)의 개구치수를 소선(30)의 슬롯폭 방향치수보다 크게 할 수 있으므로, 소선군(35)의 삽입 작업성을 높일 수 있다. 또, 철심( 36)을 환상으로 성형함으로써 개구부(36b)의 개구치수를 소선(30)의 슬롯폭 방향치수보다 작게할 수 있으므로, 점적율이 높여지고 출력을 향상시킬 수 있다. 또, 슬롯수가 많아져도 고정자의 생산성을 저하시키는 일은 없다.

또, 코일엔드군(16a),(16b)는 높이가 낮고 접합부도 적으므로, 회전자(7)의 회전에 의해 팬(5)에 의해 형성된 냉각풍과 코일엔드군(16a),(16b)사이의 간섭음이 작다. 양 코일엔드군(16a),(16b)의 형상이 대략 같고 또한 팬(5)이 회전자(7)의 양단부에 설치되어 있으므로, 양 코일엔드군(16a),(16b)이 밸런스 좋게 냉각되고 고정자권선 온도가 균일하게 또한 크게 저감된다.

여기서 팬(5)은 반드시 회전자(7)의 양단에 설치할 필요는 없고 큰 발열체인 고정자권선이나 정류기의 배설위치를 고려하여 설치하면 된다. 예컨대 최대의 발열체인 고정자권선의 코일엔드는 냉각속도가 큰 팬의 토출측에 배치되고, 정류기가 배치되어 있는 측의 회전자의 단부에 팬을 배설하는 것이 좋다.

또, 차량엔진에 부착되는 경우, 통상 풀리가 크랭크 샤프트에 벨트를 통하여 연결되므로 팬의 냉각배출풍이 벨트에 영향하지 않도록 팬을 반풀리측에 배설하는 것이 좋다. 또한, 회전자의 클로상 자극의 어깨부도 송풍작용이 있고, 냉각수단으로서 사용할 수 있다.

또, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주측을 구성하는 소선(30)의 경사방향에 평행으로 되어 있으므로 케이스(3)내의 축방향 흐름이 소선(30)의 경사에 따라서 선회한다. 이로 인해 회전자(7)의 회전에 의해 생기는 축방향 흐름이 컨트롤된다.

즉, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주측을 구성하는 소선(30)이 회전자(7)의 회전방향 성분과 냉각풍의 축방향 흐름성분의 합성방향으로 경사하고 있으면, 냉각풍의 축방향 흐름이 촉진된다. 이로 인해, 회전자코일(13)이 효율좋게 잘 냉각되므로, 회전자코일(13)의 온도가 내려가고 계전전류가 커지며 출력향상이 기대된다. 이 경우, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주측을 구성하는 소선(30)이 축방향 흐름성분에 따라서 경사되어 있으므로, 간섭에 의한 풍소음도 저감된다.

한편, 코일엔드군(16a),(16b)의 내주측을 구성하는 소선(30)이 회전자(7)의 회전방향성분과 냉각풍의 반축방향 흐름성분과의 합성방향으로 경사되어 있으면, 냉각풍의 축방향 흐름이 저감된다. 이로 인해 직경방향의 초출측의 풍량이 증가하고 토출측에 배치되어 있는 코일엔드의 냉각성이 향상된다.

또, 코일엔드를 포함한 고정자(8)의 축방향 길이가 풀코어(20),(21)의 축방향 길이보다 작게되어 있으므로 소형화가 실현될 수 있다. 또, 팬(5)이 회전자(7)의 양단부에 설치되어 있는 경우, 팬토출측에 코일엔드가 없으므로 통풍저항이 현저하게 작게 되고 풍소음이 저감되는 동시에 정류기(12)등의 냉각내장물의 온도상승을 억제할 수 있다.

또, 다상 고정자권선(16)이 수용되는 슬롯수가 매극매상당 2이고, 매극매상당의 슬롯에 대응한 2개의 3상 고정자권선(160)을 가지고 있다. 이로 인해, 기자력파형을 정현파형에 가깝게 할 수 있고, 고조파성분을 저감할 수 있으며, 안정된 출력을 얻을 수 있다. 또, 슬롯(15a)수가 많게 되므로, 고정자철심(15)의 티즈( teeth)가 가늘게 되고 대향하는 클로상 자극(22),(23)간의 티즈내의 자기누설이 저감되며 출력의 맥동을 억제할 수 있다. 또, 슬롯(15a)가 많게 될수록 슬롯(15a)에 대응하여 턴부(30a)도 많게 되므로, 코일엔드군의 방열성이 향상된다.

또, 슬롯(15a) 및 개구부(15b)가 전기각으로 30°의 등간격으로 배열되어 있으므로 자기소음의 가진력(excitation force)의 원인인 자기맥동을 저감할 수 있다.

여기서, 실시의 형태 1에 의한 차량용 교류발전기의 특성을 측정하고 그 출력특성을 도 17에 실선으로 표시한다. 또한 회전자(7) 및 고정자(8)는 아래의 조건에서 제작되어 있다.

(1) 회전자형상

회전자(7)에는, 극수가 16극, 철식길이가 56㎜, 외경이 Φ105.3㎜의 것을 사용하였다.

(2) 고정자형상

고정자(8)는 원통상의 고정자철심(15)과, 2조의 소선군(35)〔(35A),(35B)〕으로 되는 다상 고정자권선(16)으로 구성하고, 고정자철심(15)의 축방향 길이는 36㎜이고, 코일엔드를 포함하는 고정자 길이는 50㎜이다. 고정자철심(15)에는 96개의 슬롯(15a)가 전기각으로 30°, 피치에 상당하는 3.75°피치로 등간격으로 설치되어 있다.

각 슬롯내벽형상은 측면이 평행인 대략 구형상을 이루고, 그 측면폭은 1.9㎜, 깊이는 11㎜이다. 또 개구폭(15b)은 1.2㎜, 코어백은 3.6㎜, 티즈선단부의 직경방향 두께는 0.4㎜이다. 또, 슬롯(15a)와 소선(30)과의 사이에는 140㎛두께의 인슐레이터(19)가 개장되어 있다.

고정자철심(15)은, 원통상의 철심(37)을 원통상의 외주철심(38)에 삽입한 후, 가열끼워맞춤하여 일체화한 것으로 외경이 Φ136㎛, 내경이 Φ106㎜로 형성되어 있다. 그리고, 철심(37)은 판두께 0.35㎜의 SPCC재를 적층하여 그 외주부를 레이저 용접하여 제작한 직방체의 철심(36)은 둥글러게 하고, 그 단부끼리를 레이저 용접하여 제작하였다. 여기서, 철심(36)의 슬롯(36a)의 개구부(36b)의 개구폭은 2.0㎜, 코어백의 폭은 1.0㎜이다.

또, 슬롯(36a)내의 코어백부에는 둥글러케 성형하기 쉽도록 깊이 0.5㎜의 노치(36c)가 슬롯(36a)중앙에 설치되어 있다.

한편, 외주철심(38)은 판두께 0.5㎜, 폭 2.6㎜의 SPCC재를 적층하고 그 외주막을 레이저 용접하여 제작한 적층체를 둥글러케하고 그 단부끼리를 레이저 용접하여 제작하였다.

또, 소선군(35)을 구성하는 각 소선(30)에는, 두께 1.4㎜, 폭 2.4㎜의 동선재를 사용하였다. 또한 각부는 반경 0.4㎜의 둥그런 형상으로 되어 있다.

실시의 형태 2

도 18은 이 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기에서의 고정자권선의 1상분의 결선상태를 설명하는 평면도이다.

도 18에서, 1상분의 고정자권선군(161A)은, 각각 하나의 소선(40)으로 되는 제 1내지 제 4의 권선(41)~(44)으로 구성되어 있다.

소선(40)에는 예컨대 절연피복된 구형단면을 갖는 동선재가 사용된다.

그리고, 제 1권선(41)은, 하나의 소선(40)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯간격으로, 슬롯(15a)내의 외주측에서 첫번째의 위치와 외주측에서 4번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다. 제 2권선(42)은, 소선(40)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯 간격으로, 슬롯(15a)내의 외주측에서 4번째의 위치와 외주측에서 첫번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다. 제 3권선(43)은, 소선(40)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯간격으로 슬롯 (15a)내의 외주측에서 2번째의 위치와 외주측에서 3번째의 위치를 교대로 차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다.

제 4권선(44)은, 소선(40)을 슬롯번호의 1번에서 91번까지 6슬롯간격으로 슬롯(15a)내의 외주측에서 3번째의 위치와 외주측에서 2번째의 위치를 교차지하도록 파형권선하여 구성되어 있다.

그리고, 각 슬롯(15a)내에는 소선(40)이 구형단면의 길이방향을 직경방향으로 정돈하여 직경방향에 1렬로 4개 늘어서서 배열되어 있다.

그리고, 고정자철심(15)의 일단측에서, 슬롯번호의 1번에서 뻗어나오는 제 1권선(41)의 단부(41a)와, 슬롯번호의 91번에서 뻗어나오는 제 4권선(44)의 단부( 44b)가 접합되고, 또 슬롯번호의 1번에서 뻗어나오는 제 4권선(44)의 단부(44a)와, 슬롯번호의 91번에서 뻗어나오는 제 1권선(41)의 단부(41b)가 접합되어 2턴의 권선이 형성되어 있다.

또, 고정자철심(15)의 타단측에서, 슬롯번호의 1번에서 뻗어나오는 제 2권선(42)의 단부(42a)와, 슬롯번호의 91번에서 뻗어나오는 제 3권선(43)의 단부( 43b)가 접합되고 또, 슬롯번호의 1번에서 뻗어나오는 제 3권선(43)의 단부(43a)와, 슬롯번호의 91번에서 뻗어나오는 제 2권선(42)의 단부(42b)가 접합되어 2턴의 권선이 형성되어 있다.

또, 슬롯번호의 61번과 67번으로부터 고정자철심(15)의 일단측으로 뻗어나오는 제 2권선(42)의 소선(40)의 부분이 절단되고 슬롯번호의 67번과 73번으로부터 고정자철심(15)의 일단측으로 뻗어나오는 제 1권선(41)의 소선(40)의 부분이 절단된다. 그리고 제 1권선(41)의 절단단(41c)과 제 2권선(42)의 절단단(42c)이 접합되어 제 1내지 제 4권선(41)~(44)이 직렬로 접속된 4턴의 1상분의 고정자권선군(161 A)이 형성된다.

또한, 제 1권선(41)의 절단단(41c)과 제 2권선(42)의 절단단(4c)과의 접합부가 브리지접속부로 되고 제 1권선(41)의 절단단(41d)와 제 2권선(42)의 절단단( 42d)가 각각 출력선(O)및 중성점(N)으로 된다.

마찬가지로 하여, 소선(40)이 감겨지는 슬롯(15a)를 하나씩 오프셋하여 6상분의 고정자권선군(161A)이 형성되어 있다. 그리고 상기 실시의 형태 1과 같이 고정자권선군(161A)이 3상분씩 스타형결선되어 2조의 3상 고정자권선을 형성하고 각 3상 고정자권선이 각각 정류기(12)에 접속되어 있다. 각 정류기(12)의 직류출력은 병렬로 접속되어 합성된다.

계속해서 고정자(8A)의 조립방법에 대하여 도 19내지 도 24를 참조하면서 구체적으로 설명한다.

우선, 12개의 장척의 소선(40)을 구부려 가공하여 도 19에 표시되는 바와 같이 소소선군(45)가 제작된다. 각 소선(40)은 도 20에 표시되는 바와 같이, 턴부(40a)에서 연결된 직선부(40b)가 6슬롯피치(6P)로 배열된 평판상패턴으로 구부려 형성되어 있다. 그리고 인접하는 직선부(40b)가 턴부(40a)에 의해 소선(40)의 폭(W)만큼 오프셋되어 있다.

소소선군(45)을 이와 같은 패턴으로 형성된 2개의 소선을 도 21에 표시되는 바와 같이 6슬롯피치(6P)오프셋하여 직선부(40b)를 겹쳐서 배열된 소소선쌍이 1슬롯피치씩 오프셋하여 6쌍 배열되어 구성되어 있다.

그리고, 소선(40)의 단부가 소소선군(45)의 양단의 양측에 6개씩 뻗어나와 있다. 또 턴부(40a)가 소소선군(45)의 양단측에 정렬되어 배열되고 있다.

계속해서 도시하고 있지 않으나 12개의 장척의 소선(400)을 구부려 가공하여 대소선군이 제작된다. 각 소선(400)은 도 22에 표시되어 있는 바와 같이 턴부( 400a)에서 연결된 직선부(400b)가 6슬롯피치(6P)로 배열된 평면상 패턴으로 구부려 형성되어 있다.

그리고 인접하는 직선부(400b)가 턴부(400a)에 의해 소선(400)의 폭이 거의 2배(2W)만큼 오프셋되어 있다.

또, 턴부(400a)의 내경이 소소선군(45)을 구성하는 소선(40)의 턴부(40a)의 외경(D)과 대략 동등하게 형성되어 있다.

대소선군은 이와 같은 패턴으로 형성된 2개의 소선(400)을 도 23에 표시하는 바와 같이 6슬롯피치(6P)오프셋하여 직선부(400b)를 겹쳐서 배열된 대소선쌍이 1슬롯피치씩 오프셋하여 6쌍 배열되어 구성되고 있다.

그리고, 소선(400)의 단부가 대소선군의 양단의 양측으로 6개씩 뻗어나와 있다. 또, 턴부(400a)가 대소선군의 양측부에 정렬되어 배치되어 있다.

또한, 소선(400)은, 소선(40)과 같은 것이며, 그리고 대소선군을 턴부(400a)의 직경, 직선부(400b)의 오프셋량 및 턴부의 구부림방향이 다른점을 제외하고, 소소선군(45)와 같이 구성되어 있다.

계속해서, 이와 같이 구성된 소소선군(45)을 대소선군내에 삽입하고 2중의 소선군을 얻는다. 이때 2중의 소선군에서는 도 24에 표시되는 바와 같이 턴부(400a)는 턴부(40a)를 둘러싸도록 배치되고, 직선부(400b)는 2개의 직선부(4 0b)의 양측에 배치되어 있다.

또한, 도 24는 1상분의 고정자권선군을 구성하는 제 1내지 제 4권선( 41)~(44)의 요부를 표시하고 있다.

계속해서, 도시하고 있지 않으나 인슐레이터(19)가 철심(36)의 슬롯(36a)에 장착되고 2중의 소선군이 각 직선부(40b),(400b)를 각 슬롯(36a)내에 압입하여 2중의 소선군이 철심(36)에 장착된다.

이로 인해, 소선(40),(400)의 직선부(40b),(400b)는 인슐레이터(19)에 의해 철심(36)과, 절연되어 슬롯(36a)내에 직경방향으로 4개 늘어서서 수납되어 있다.

그후, 철심(36)을 둥글게하고 그 단면끼리를 맞대여서 레이저용접하며 원통상의 철심을 얻는다.

그리고, 도 18에 표시되는 결선방법에 따라, 각 소선(40),(400)의 단부끼리를 결선하여 다상 고정자권선(16A)를 형성한다.

그후, 철심(37)이 SPCC재를 적층하여되는 원통상의 외주철심(38)에 삽입되고 가열끼워맞춰서 일체화하여 도 25내지 도 27에 표시하는 바와 같은 고정자(8A)를 얻는다.

이와 같이 구성된 고정자(8A)에서는 제 1내지 제 4권선(41)~(44)을 구성하는 각각의 소선(40),(400)은 하나의 슬롯(15a)으로부터 고정자철심(15)의 단면측으로 뻗어나오고 되돌려져서 6슬롯 떨어진 슬롯(15a)에 들어가도록 파형권선으로 감겨져 있다. 그리고 고정자철심(15)의 단면측으로 뻗어나와서 되돌려진 소선(40),(400)의 턴부(40a),(400a)가 코일엔드를 형성하고 있다.

그 결과, 고정자철심(15)의 양단에서 턴부(400a)가 턴부(40a)를 둘러싸도록 하여 턴부(40a),(400a)가 원주방향으로 정연하게 배열되어 코일엔드군(16a),(16b)를 형성하고 있다.

따라서, 이 실시의 형태 2에서도 상기 실시의 형태 1과 같은 효과를 이룬다.

또, 이 실시의 형태 2에 의하면 턴부(40a),(40b)가 겹쳐서 2층으로 되어 원주방향에 배열되어 있으므로 코일엔드높이는 소선(40)의 하나만큼 높게되나, 원주방향에서의 턴부(40a),(400a)간 거리가 크게되며, 소선간의 단락사고를 방지할 수 있다.

또, 다상 고정자권선의 턴수를 증가시키는 경우, 연속선으로 되는 소선군을높이방향으로 겹쳐서 감음으로써 용이하게 대응할 수 있다.

실시의 형태 3

도 28은 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도, 도 29는 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자를 표시하는 사시도, 도 30은 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 회전자의 요부를 표시하는 사시도, 도 31은 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 회전자의 구조를 설명하는 사시도, 도 32는 이 발명의 실시의 형태 3에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 고정자철심의 구조를 설명하는 도면이고, 도 33의 (a)는 그 측면도, 도 33의 (b)는 그 배면도이다. 또한 도 29는 출력선이 생략되어 있다.

이 교류발전기에서는 도 28에 표시되는 바와 같이 팬(5)은 회전자(7)의 리어측의 단부에만 설치되고 고정자(8B)가 절연성수지(25)를 통하여 케이스에 맞닿서 부착되어 있다. 이 절연성수지(25)는 열전도율이 0.5(W/mk)의 에폭시수지(주제)와 열전도율이 3.5(W/mk)의 알루미나를 1:4의 비율로 혼합한 것이다.

고정자(8B)는 고정자철심(15B)에 잠겨진 다상 고정자권선(16B)의 코일엔드군 (16a),(16b)이 도 29에 표시되는 바와 같이 절연성수지(25)로 일체로 몰드되어 구성되어 있다. 그리고 다상 고정자권선(16B)은 각각 제 1및 제 2권선( 31),(32)을 직렬로 접속하여 되는 2턴의 6상분의 고정자권선군(166)은 교류결선하여 제작된 2조의 3상 고정자권선(165)을 구비하고 있다.

또, 회전자(7)에는 클로상자극(22),(23)의 측면에 2개의 영구자석(26)을 한쌍으로 한 자석부재가 설치되어 있다.

즉, 도 30및 도 31에 표시되는 바와 같이 클로상자극(22),(23)의 측면형상에 따른 형상의 영구자석(26)을 자석보존부재(27)에 의해 클로상자극 내경측으로부터 둘러싸도록 구성되어 있다.

사용되고 있는 영구자석(26)은 클로상자극(22),(23)의 측면형상에 따른 대략 사다리꼴로 두께 2㎜의 페라이트자석을 사용하고 있으며 -40℃에서의 차량용 교류발전기의 최대발전시의 반자계로서도 감자를 억제할 수 있도록 이 방성자석을 설정하고 있다.

또, 도 32에 표시되는 바와 같이, 각각 제 1및 제 2권선(31),(32)을 직렬로 접속하여 되는 2턴의 3상분의 고정자권선군(166)이 스타형 결선되어 2조의 3상 고정자권선(165)을 구성하고 2조의 3상 고정자권선(165)이 각각 정류기(12)에 접속되며, 각 정류기(12)의 출력이 병렬로 접속되어 합성되도록 회로구성되어 있다. 또, 3상 고정자권선(165)의 스타형 결선의 중성점이 정류기(12)에 접속되어 있다.

또, 직방체의 철심(36B)는 도 33에 표시되는 바와 같이 슬롯(36a)이 전기각으로 30°피치로 설치되고 개구부(36b)가 36°의 전기각과 24°의 전기각을 교대로 취하도록 설치되어 있다.

이로 인해 2조의 3상 고정자권선(165)의 위상차가 36°로 된다.

또한, 상기 실시의 형태 1에서는 2조의 3상 고정자권선(160)의 위상차는 30°가 된다.

또한, 이 실시의 형태 3, 고정자의 턴수를 본 권선구조에서 슬롯내의 점적율이 최대한 취해지는 최소의 턴수인 2턴으로 하고 있기때문에 발전기의 출력발생 회전수가 늦고 따라서 발전기회전수로 2500rpm까지의 저속회전에서 출력이 부족하게 된다.

이를 보충하기 위하여 상기와 같이, 회전자 클로상 자극(22),(23)간에 영구자석(26)을 개재시켜서, 그 사이의 누설자속을 억제하고 유기전력을 얻는 동시에 이에 더하여 저속회전시에는 계자코일로의 계자전류를 최대한 공급하고 2500rpm이상의 고속시에는 역으로 계자전류를 제한하여, 필요이상의 출력을 억제함으로써, 고정자나 정류기의 온도를 허용치에 억제하고 있다.

본 실시예의 경우 저속회전시의 계자코일로의 계자전류를 7.5A로, 고속시에는 4A로 억제하도록 제어하고 있다.

여기서, 이 실시의 형태 3에 의한 차량용 교류발전기에서의 출력특성을 도 17에 점선으로 표시한다. 도 17에서 본 실시의 형태 3은 상기 실시의 형태 1에 비하여 출력발생 회전수가 늦으나 2턴화에 의한 동손저감과 열전도구조에 의한 고정자온도 저감에 의해 임피런스가 각별히 낮기 때문에 그 출력특성은 급격히 상승되어 있으며 차량엔진의 아이들 회전에 상당하는 발전기의 회전수 2000~2500rpm과 고속 5000rpm에서 실시의 형태 1을 크게 상회하고 있다.

이 실시의 형태 3의 구성에 의하면 회전자의 자극에 자계를 공급하는 계자전류를 출력이 필요한 저속회전에서 최대한 공급하고, 또한, 회전자의 자극간에 영구자석을 개재시킴으로써 저속회전시의 출력을 확보할 수 있다. 따라서 고정자의 턴수를 최저한의 2턴으로 할 수 있고 최대발열부의 고정자코일의 온도를 저감할 수있으며, 고정자의 손실을 억제할 수 있고 발전기의 출력과 효율을 향상할 수 있다.

한편, 스타형결선된 3상 고정자권선(165)의 중성점이 정류기(12)에 접속되어 있으므로 발전기가 고회전수의 경우 중성점전압에서 효율적으로 출력을 빼낼 수 있다.

또, 냉각성에서도 고정자 코일엔드에 있는 수지(25)는, 그 수지의 주제보다 열전도율이 높은 부재가 혼입되고 브래킷에 맞대여져 있으므로 코일의 열량을 저온의 브래킷에 열전도할 수 있으며 코일의 온도를 저감할 수 있다. 또한 코일엔드수지를 냉각핀과 같은 형상으로 함으로써 더욱 온도를 저감시켜도 좋다.

또한, 수지의 봉합에 의한 부수효과로서, 통상 브래킷은 어스이므로, 고정자권선과는 어느 정도의 절연거리를 유지할 필요가 있으나 수지의 봉합에 의해 그 절연거리를 짧게 할 수 있는 동시에 본 실시의 형태 3과 같이 맞닿게 하면 발전기를 소형화할 수 있다.

또, 자기소음 대책으로서 고정자의 기자력 고조파성분을 억제하기 위하여 제 1과 제 2권선군이 삽입된 제 1과 제 2의 슬롯의 개구부를 전기각으로 36°~24°의 피치로 하였으므로 제 5고조파성분을 저감할 수 있었다.

또한, 이와 같은 원주방향의 부등피치화는 티즈의 굵기가 균등하지 않고, 극세형상의 티즈로 되기 때문에 원주방향의 티즈강성이 현저하게 작게된다. 따라서 종래와 같은 도체 세그먼트의 원주방향의 굴곡형성은, 티즈를 변형시키는 것으로 되어 출력, 자기소음의 악화를 초래하고 있었다. 본 구성의 연속권선인 경우, 직경방향으로부터 삽입되므로, 특히 고장성에 악영향을 미치는 일도 없다.

상기와 같이, 이와 같은 구성에 의하면 권선공작성을 각별히 향상시키면서 자기소음을 저감하고 또 고정자의 손실저감 수지의 열전도구조에 의해 냉각성을 각별히 향상하였으므로 반정류기측의 팬을 폐지할 수 있고, 수지에 의한 코일엔드의 플랫화도 더해져서 간섭음도 각별히 저감할 수 있었다.

또한, 상기 실시의 형태 3의 구성의 2턴으로 출력발생 회전수가 부존할 경우는, 2조의 3상 고정자권선군을 직렬접속시켜서 정류시켜도 된다.

이와 같이 슬롯에 수용된 도체권수가 필요출력에 대하여 부족할 경우, 2배의 도체수로 할 수 있다.

또, 상기 실시의 형태 3에서는 수지(25)에 의해 코일엔드군을 봉하도록 구성하고 있으나, 코일엔드에 수개소 돌출하는 브리지결선부나 중성점 결합부도 마찬가지로 수지봉함하여도 된다. 이 구성에 의하면 이들의 접속부의 절연성이 확보되는 동시에 성형고정되어 있으므로 진동에 의한 단선의 발생이 없어지고 품질이 향상된다.

실시의 형태 4

상기 실시의 형태 1에서는 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 첫번째와 2번째를 차지하도록 감겨진 제 1및 제 2권선(31),(32)(외층의 권선)과 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 3번째와 4번째를 차지하도록 감겨진 제 3및 제 4의 권선(33),(34)(내측의 권선)이 도 2내지 도 4에 표시되는 바와 같이 턴부(30a)의 경사방향을 동일하게 감겨져 있으나, 이 실시의 형태 4에서는 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 첫번째와 2번째를 차지하도록 감겨진 제 1및 제 2의 권선(31),(32)(외층의 권선)과 슬롯(15a)내의 외주측으로부터 3번째와 4번째를 차지하도록 감겨진 제 3및 제 4의 권선(33 ),(34)(내층의 권선)이 도 34내지 도 35에 표시되는 바와 같이 턴부(30a)의 결사방향을 역방향으로 감겨져 있는 것으로 하고 있다. 또한, 다른 구성은, 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.

이 실시의 형태 4에 의한 고정자(8C)에서도 다상 고정자권선(16C)을 구성하는 제 1,제 2,제 3및 제 4권선(31),(32),(33),(34)이 하나의 소선(30)을 6슬롯 마다에 슬롯(15a)내에서 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 파형권선 되어 구성되어 있다. 또, 턴부(30a)가 원주방향으로 2열로 늘어서서 배열되어 코일엔드군를 구성하고, 각 턴부(30a)가 원주방향으로 대략 동일형상으로 형성되어 있다. 따라서, 이 실시의 형태 4에서도 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어진다.

이에 더하여 내층과 외층의 턴부(30a)의 경사방향이 상기 실시의 형태 1에서는 동일방향이었는데 대하여 실시의 형태 4에서는 역방향이므로, 내층과 외층주위의 냉각풍의 흐름방향을 다르게 되도록 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기각 각 실시의 형태에서는 팬(5)이 티즈(3)내에 배치되어 있는것으로 하고 있으나, 팬은 차량용 교류발전기외에 회전자의 회전에 따라서 회전하도록 설치하여도 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 4턴과 2턴의 것에 대하여 설명하고 있으나, 더욱 저속출력이 요구되는 경우는 6턴, 8턴으로 하여도 된다.

이 경우에서도 권선군을 직경방향으로 겹쳐서 고정자코어에 삽입하는 것만으로 대응할 수 있다. 몰론, 기수의 턴수라도 좋다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 풀피치권선 발전기에 적용하는 것으로서 설명하고 있으나 쇼트피치권선(풀피치권선이 아님)발전기에 본 구조를 정용하여도 된다.

또, 상기 각 각시의 형태에서는 회전자코일을 브래킷에 고정하고 에어갭으로부터 회전자계를 공급하는 파이프의 차량용 교류발전기에도 적용할 수 있다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 16극의 자극수에 대하여 고정자의 슬롯수를 96슬롯으로 하였으나 12극의 자극수에 대하여는 3상에서 72개의 슬롯 20극의 자극수에 대하여는 120의 슬롯을 채용하여도 좋다.

또, 매극매산 1의 경우는, 16극의 자극수에서 슬롯수 48, 12극의 자극수에서 슬롯수 36, 20극의 자극수에서 슬롯수 6이라도 된다.

특히, 실시의 형태 3과 같이, 고정자권선의 권수가 2턴으로 적은 경우, 다극으로 하는 것은 보다 바람직하다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 고정자철심의 외주철심을 SPCC재의 적층체로서 구성하고 있으나 외장철심은 일체물인 파이프형상의 것을 사용하여도 된다.

또, 직방체의 철심의 슬롯에 권선군을 삽입한 후 직경방향에서 티즈선단을 가공지그로 눌러 소성병형시켜서 슬롯의 개구부를 좁혀도 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 코일엔드를 포함한 고정자의 축방향길이가 회전자의 축방향 길이보다 작게 구성되어 있는 것으로 하고 있으나, 이 발명은 코일엔드를 포함한 고정자의 축방향 길이가 회전자의 축방향 길이보다 크게 구성되어 있는 발전기에 적용하여도 된다.

이 경우, 팬토출측에 코일엔드가 존재하므로 고정자의 온도상승을 억제할 수 있다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 클로상자극을 갖는 란렌형의 회전자를 사용하는 것으로 하고 있으나 돌극형의 자극을 갖는 세일리엔트(Salient)형의 회전자를 사용하여도 같은 효과가 얻어진다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 팬(5)로서 원심팬을 사용하는 것으로 하고 있으나 축류성분을 발생하는 축류팬이나 사류팬이라도 원심성분을 가지므로 축류팬이나 사류팬을 사용하여도 같은 효과가 얻어진다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 소선군의 성형시에 턴부의 정상부의 절연피막이 일부손상될 우려가 있으나 턴부의 정상부는 다른 턴부의 정상부에 대하여 충분한 거리가 확보되고 단락의 문제는 적다.

또, 상기 실시의 형태 1에서는 1상분의 고정자권선이 각각 2턴의 내층측 및 외층측의 소선군으로 구성되어 있으므로 내층측 및 외층측의 소선군의 도체형상이나 단면적을 바꿀 수 있다. 이 경우 높은 냉각성이 얻어지는 회전자에 근접하는 측, 즉 내층측의 소선군의 도체를 작게한 쪽이 좋다.

이 구성에 의하면, 도체면적이 감소된 만큼 자기회로인 철심면적을 이용하여도 된다. 또, 도체재료인 동의 코스트를 삭감할 수 있다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 정류기가 반풀리측에 배치되고 팬도 회전자에 대하여 같은 측에 배치되어 있으나 정류기의 온도에 특히 문제가 없는 경우는 팬을 풀리측에 배치하여도 된다. 고정자의 코일엔드의 높이가 낮기 때문에 팬의 통풍로에서의 토출측의 통풍저항은 현저하게 감소되어 있으므로 전체풍량은 증가한다.

따라서, 정류기나 풀리와 팬과의 위치관계는 엔진의 부착위치나 풍소음, 자기소음, 각 부의 온도상태를 고려하여 최적한 위치를 선택하면 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 소선을 이간시켜서 권선을 형성하도록 하고 있으나 소선은 절연피막을 가지고 있으므로 소선을 완전히 밀접시키도록 권선을 성형하여도 된다. 이 구성에 의하면 코일엔드를 더욱 고밀도화할 수 있고 치수를 더욱 작게 할 수 있다. 또, 소선간의 극간을 작게함으로써 요철(凹凸)이 적게 되므로, 풍소음을 더욱 저감할 수 있다. 또, 소선간의 접촉에 의해 권선의 강성이 높아지므로, 진동에 의한 소선간이나 철심과의 단락 또는 자기소음을 저감할 수 있다.

또, 소선간의 열전도성이 좋게 되므로 소선의 온도가 균일하게 되고 더욱 고정자의 온도가 저감된다.

또, 상기 실시의 형태에서는 소선군의 고정자철심으로의 삽입시에, 미리 철심측에 인슐레이터를 삽입하고 있으나, 소선군의 슬롯 수용부에 인슐레이터를 미리 감아서 철심에 삽입하도록 하여도 된다.

또, 장척의 인슐레이터를 직방체의 철심상에 올려놓고, 그 위에서 소선군을 삽입하도록 하여 인슐레이터도 동시에 슬롯내에 수용하도록 하여도 된다. 이 경우, 후공정에서 돌출한 인슐레이터를 일괄제거하면 된다. 또, 미리 소선군의 슬롯 수용부를 절연수지로 몰드하여 두어도 된다. 이 경우 양산성이 각별히 향상된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 직방체의 철심을 둥글게하여 제작한 환상의 철심을 외장철심에 삽입한 후, 가열끼워맞춤에 의해 일체화하는 것으로 하고 있으나 직방체의 철심을 둥글게하여 제작한 환상의 철심을 외장철심에 압입하여 일체화하도록 하여도 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 고정자철심은 1.0㎜두께의 코어백을 갖는 환상의 철심을 2.6㎜두께의 코어백을 갖는 외장철심에 삽입하고 그 후, 양철심을 가열끼워 맞춤에 의해 일체화하는 것으로 하고 있으나 외장철심을 사용하지 않고 3.6㎜두께의 코어백을 갖는 환상의 철심만을 사용하여도 된다. 고정자철심이 환상의 철심을 외장철심에 삽입하고 가열끼워맞춤에 의해 일체화되어 있는 경우, 환상의 철심과 외장철심과의 사이에 갭이 형성되며 출력의 악회를 가져오는 동시에 고정자철심으로서의 강성이 저하하고 전자소음의 악화를 초래한다. 한편 고정자철심이 3.6㎜두께의 코어백을 갖는 환상의 철심만으로 형성되어 있는 경우, 환상의 철심과 외장철심과의 사이의 갭에 기인하는 출력저하가 없고, 고정자철심이 완상의 철심과 외장철심으로 구성되어 있는 것에 기인하는 고정자철심으로서의 강성의 저하도 없으며, 전자소음의 악화를 억제할 수 있다. 또, 환상의 철심을 외장철심에 삽입하는 공정이 생략되므로 고정자의 생산성이 향상된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 소선으로서 장방형 단면을 갖는 동선재가 사용되고 있으나, 소선을 장방형단면을 갖는 동선재에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 원형단면을 갖는 동선재를 사용하여도 된다. 이 경우 소선의 성형성이 향상되므로소선의 배치나 접속이 용이하게 되고 작업성이 향상된다. 또, 소선을 동선재에 한정되는 것은 아니고 예컨대 알루미늄 선재를 사용하여도 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 4개의 소선이 슬롯내에 직경방향으로 일렬(4층으로)배열되고 소선의 턴부가 2열로 되어 원주방향에 배열되어 있는 것으로 설명하고 있으나 본 발명은 6개의 소선이 슬롯내에 직경방향으로 일렬로(6층으로)배열되고 소선의 턴부가 3열로 되어 원주방향에 배열되어 있는 경우에도, 8개의 소선이 슬롯내에 직경방향으로 일렬로(8층으로)배열되고 소선의 턴부가 4열로 되어 원주방향에 배열되어 있는 경우에도 적용할 수 있다. 슬롯내에서의 직경방향으로 배열하는 소선의 개수(층수)가 많게 되면 될수록 턴부의 열수가 많게 되면 될수록 접속수가 증가하므로 본 발명은 보다 바람직하다.

이 발명은, 이상과 같이 구성되어 있으므로 이하에 기재되는 바와 같은 효과가 있다.

이 발명에 의하면 이 발명에 관한 교류발전기는 회준주방향에 따라서 NS극을 형성하는 회전자와, 이 회전자와 대향배치된 고정자철심 및 이 고정자철심에 장착된 다상 고정자권선을 갖는 고정자, 상기 회전자와 상기 고정자를 지지하는 브래킷을 구비한 교류발전기에서, 상기 고정자철심은 축방향으로 뻗는 슬롯이 원주방향에 소정피치로 복수형성된 적침철심을 구비하고,

상기 다상 고정자권선은 장척의 소선이 상기 고정자철심의 단면측의 상기 슬롯외에서 되돌려져서 소정 슬롯수 마다에 상기 슬롯내에서 슬롯 깊이방향에 내층과 외층을 교대로 차지하도록 감겨진 권선을 복수가지고, 상기 고정자철심의 양단면부에서 상기 슬롯외에서 되돌려진 상기 소선의 턴부가 원주방향에 늘어서서 코일엔드군을 구성하고 있으며,

상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부가 원주방향에 대략 동일형상으로 형성되어 있다.

그래서, 다상 고정자권선의 주요부가 연속선으로 구성되고 도체 세그먼트를 사용하는 경우에 비하여 접합부가 현저하게 삭감되므로, 뛰어난 절연성이 얻어지는 동시에 회전자의 회전에 의한 간섭음이 저감된다. 또, 코일엔드를 고밀도로 할 수 있으므로 코일엔드 높이가 낮게될 수 있고 스페이스 효율이 뛰어나는 동시에 코일엔드의 코일의 누설리액턴스가 감소되며 출력ㆍ효율을 향상시킬 수 있다.

또, 턴부의 원주방향의 요철이 적게되고 스페이스 효율이 뛰어나는 동시에 누설임피던스가 같게되며 안정된 출력이 얻어지고 또, 발열이 같게 온도가 균일하게 되며 다상 고정자권선의 온도가 저하된다.

또, 용접에 의한 도체의 연화가 없고 고정자로서의 강성이 높아지며 자기소음을 저감할 수 있다. 또 종래 필요하였던 다수의 도체 세그먼트의 삽입ㆍ접합공정이 생략되므로 작업성이 현저하게 향상된다.

또, 상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이방향에 2n개씩 배열되고 상기 소선의 턴부가 원주방향으로 n열로 늘어서서 배열되어 있으므로, 코일엔드의 높이가 낮아지고 스페이스 효율에 뛰어난다.

또, 상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이방향에 2n개씩 배열되고 상기 소선의 턴부가 n층으로 겹쳐저서 배열되어 있으므로, 턴부간의 거리를 크게할 수 있고 소선간의 단락을 억제할 수 있다.

또, 상기 고정자철심의 양단면부의 코일엔드군에서 원주방향에 인접하는 상기 턴부간의 공간이 대략 동일하게 형성되어 있으므로 냉각풍이 균일하게 통풍하고 냉각성이 향상되는 동시에 통풍저항이 원주방향으로 균일화되며 풍소음이 저감된다.

또, 상기 코일엔드부를 구성하는 상기 턴부의 각각이 균등한 방열부를 가지고 있으므로 다상 고정자권선은 슬롯에 대응하여 균등한 방열부를 갖도록 된다. 이로 인해 방열밸런스가 좋고 온도가 균일하게 되며 코일의 손실이 감소되므로, 출력ㆍ효율이 향상된다. 또, 발열이 같고 온도가 균일하게 되며 다상 고정자권선의 온도가 저하된다.

또, 상기 소선의 단면형상이 대략 편평형상이다. 이로 인해, 슬롯내의 점적율이 높혀지므로 출력ㆍ효율이 향상된다. 또 소선과 고정자철심과의 접촉면적이 크게되고 열전도성이 높혀지므로 다상 고정자권선의 열이 고정자철심에 전달되고 다상 고정자권선의 온도가 저하된다. 또, 슬롯내에서의 소선의 이동이 방지되므로 절연피막의 손상이 억제된다.

또, 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 권선의 턴부에는 수지를 구비하므로 턴부간의 단락이 확실하게 방지되는 동시에 이물이나 피수(被水)의 침입이 억제된다. 또, 고정자철심과 다상 고정자권선이 확실하게 고착되고, 뛰어난 내진성이 얻어진다.

또, 상기 고정자의 한쪽 측에 설치되고 또한 상기 다상 고정자권선의 권선단에 접속되며 상기 다상 고정자권선으로부터의 교류출력을 직류로 정류하는 정류기를 구비하고,

상기 회전자는 상기 N극 및 S극을 제공하는 복수의 클로상 자극을 갖는 런델형 회전자철심과, 이 회전자의 회전에 의해 상기 브래킷내에 냉각풍을 통풍시키는 냉각수단을 구비하며,

상기 코일엔드군 및 상기 정류기가 상기 냉각풍을 상기 브래킷내에 통풍시킴으로써 냉각되도록 되어 있다.

이로 인해, 다상 고정자권선은 회전자자극에 대응한 피치인 풀피치 권선이 되고 큰 출력이 얻어진다. 또, 회전자의 회전에 의해 클로상 자극부에서 발생하는 냉각풍과 코일엔드군과의 간섭음이 저감되는 동시에 코일엔드의 높이가 낮고 냉각풍의 통풍저항이 작게되며 고정자 및 정류기의 냉각성이 향상된다.

또, 상기 냉각수단이 상기 회전자철심의 적어도 한쪽의 단부에 설치된 팬이다. 이로 인해, 코일엔드의 형상이 균일하고 작으며 또한, 팬을 사용함으로써 토출측의 냉각풍의 속도가 빠르게 되므로, 팬에 의해 발생한 냉각풍과 코일엔드군과의 간섭음이 저감된다. 또, 팬에 의한 냉각효과에 의해 코일엔드의 온도가 저하되고, 코일저항이 낮게 되므로 출력이 향상된다.

또, 상기 다상 고정자권선이 수용되는 슬롯수가 매극매상당 2이고, 상기 다상 고정자권선은 매극매상당의 슬롯에 대응하는 제 1의 다상권선군과 제 2의 다상권선군을 구비하고 있으므로 기자력파형이 정현파형에 가깝게 되고 고조파성분을 저감할 수 있으며 안정된 출력을 얻을 수 있다. 또, 슬롯수가 많아지고 티즈가 가늘게 되며 회전자의 대향하는 클로상 자극간의 티즈내의 자기누설을 저감할 수 있고 출력의 맥동을 억제할 수 있다. 또, 슬롯수가 많아지므로, 슬롯에 대응하여 턴부도 증가하고, 코일엔드의 방열성이 향상된다.

또, 상기 정류기는 상기 제 1의 다상권선군의 교류출력을 정류하는 제 1정류기와 상기 제 2의 다상권선군의 교류출력을 정류하는 제 2정류기를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2의 다상권선군의 교류출력이 각각 상기 제 1정류기 및 제 2정류기에 의해 정류된 후 합성되어 출력되도록 구성되어 있으므로 서로의 다상 권선군의 출력에 영향을 주는 일 없이 안정되어 출력된다. 또, 2개의 정류기로 정류되므로 합성출력이 크고, 하나의 정류기에서는 다이오드 온도가 허용온도를 초과하여 버리는 것과 같은 경우에 특히 유효하다.

또, 상기 제 1및 제 2의 다상권선군은 각각 3상결선된 것으로 상기 제 1의 다상권선군이 삽입된 슬롯군을 구성하는 슬롯의 개구부와 상기 제 2의 다상권선군이 삽입된 슬롯군을 구성하는 슬롯의 개구부가 30°의 전기각으로 등간격에 배열되어 있으므로 자기소음의 가진력의 원인인 자기 맥동력을 저감할 수 있다.

또, 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부가 갖는 상기 수지는 그 수지의 주제보다 열전도율이 높은 부재가 혼입되어 있으므로,

다상 고정자권선의 냉각성은 저하시키지 않고 수지에 의해 절연성이 향상되는 동시에 이물의 침입이 저지된다. 또 코일엔드부의 요철이 없어지고 풍소음도 저감된다.

또, 어스인 브래킷과 다상 고정자권선과의 절연이 확보되고 브래킷과 다상 고정자권선과의 거리를 작게할 수 있으며 소형화가 도모된다.

또, 상기 수지가 상기 브래킷에 맞대여져 있으므로 소형화가 도모되는 동시에, 다상 고정자권선의 발열을 저온의 브래킷으로 열전도할 수 있고, 다상 고정자 권선의 온도를 저하시키며 출력을 높일 수 있다.

Claims (3)

1. 회전주방향에 따라서 NS극을 형성하는 회전자와 이 회전자와 대향배치된 고정자철심 및 이 고정자철심에 장착된 다상 고정자권선을 갖는 고정자와, 상기 회전자와 상기 고정자를 지지하는 브래킷을 구비한 교류발전기에서 상기 고정자철심은 축방향으로 뻗는 슬롯이 원주방향에 소정피치로 복수형성된 적층철심을 구비하고, 상기 다상 고정자권선은 장척의 소선이 상기 고정자철심의 단면측의 상기 슬롯외에서 되돌려져서, 소정 슬롯수 마다에 상기 슬롯내에서 슬롯깊이방향으로 내층과 외층을 교대로 차지하도록 감겨진 권선을 복수가지며, 상기 고정자철심의 양단면부에서, 상기 슬롯외에서 되돌려진 상기 소선의 턴부가 원주방향에 늘어서서 코일엔드군이 구성되어 있고 상기 코일엔드군을 구성하는 상기 턴부가 원주방향으로 대략 동일형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이방향으로 2n개씩 배열되고 상기 소선의 턴부가 원주방향에 n열로 늘어서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 소선이 상기 슬롯의 각각에 슬롯깊이방향으로 2n개씩 배열되고, 상기 소선의 턴부가 n층으로 겹쳐져서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 교류발전기.