KR20020061160A - 차량용 교류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 절연성이 우수하고, 다이오드의 장수명화가 도모되는 차량용 교류발전기를 얻는다.

원심팬(38)이 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f,(16r)의 정상부에 대한 팬의 축방향돌출량을 t, 팬의 출방향높이를 h로 했을때, 0.2<t/h<0.7이 되도록 폴코어(20),(21)의 축방향단면에 고착되어 있다.

Description

차량용 교류발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR}

본 발명은 차량용 교류발전기에 관해, 특히 냉각팬과 고정자권선의 위치관계에 관한 것이다.

도 10은 종래의 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도이다. 도 10에서, 차량용 교류발전기는 알루미늄제의 프론트브래컷(1) 및 리어브래컷(2)으로부터 구성된 케이스(3)와, 이 케이스(3)내에 설치되고 일단부에 풀리(4)가 고정된 샤프트(6)와 이 샤프트(6)에 고정된 란델형의 회전자(7)와 이 회전자(7)의 축방향 양단부에 고정된 냉각팬으로서의 원심팬(5)과 회전자(7)를 포위하도록 케이스(3)에 고정된 고정자(8)와 샤프트(6)의 타단부에 고정되어 회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링 (9)과 슬립링(9)의 표면에 접동하는 한쌍의 브러시(10)와 이 브러시(10)를 수납하는 브러시홀더(11)와 고정자(8)에 전기적으로 접속되고 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 브러시홀더(11)에 감착된 히트싱크(17)에 부착되어서, 고정자(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이더(18)를 구비하고 있다.

회전자(7)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자권선(13)과 이 계자권선 (13)을 덮도록 설치되고, 그 자속에 의해 자극이 형성되는 한쌍의 폴코어(20),(21)를 구비하고 있다.

그리고, 한쌍의 폴코어(20),(21)는 철제로, 각각 최외경면형상을 대략 대형형상으로 하는 클로상자극(22),(23)이 외주연부에 주방향으로 등각피치로 돌출되게 설치되어 있고, 이들의 크로상자극(22),(23)을 맞물리는 식으로 대향시켜서 샤프트 (6)에 고착되어 있다.

고정자(8)는 자성강판을 적층해서 된 원통상의 고정자철심(15)과 고정자철심 (15)에 권장된 고정자권선(16)으로 구성되어 있다. 그리고 고정자(8)는 클로상자극(22),(23)의 외주면과 고정자철심(15)의 내주면과의 사이에 균일한 에어갭을 형성하도록 프론트브래컷(1)과 리어브래컷(2)에 끼워져있다.

정류기(12)는, 고정자권선(16)의 출력을 3상전파정류하기 위한 일방향성 도통소자패키지(24)와 한쌍의 히트싱크(25)와 브리지회로를 구성하는 배선이 인서트성형된 서컷트보드(26)로 구성되어 있다. 한방향성 도통소자패키지(24)는 방열용터브(24b)에 접합된 다이오드(24a)를 절연성수지(24c)에 의해 몰드하고, 대략 직방체형상으로 성형되어 있다. 그리고 한방향성 도통소자패키지(24)가 방열용터브 (24b)를 히트싱크(25)의 주변에 접합해서 각 히트싱크(25)에 소정개수씩 실장되어 있다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에서는, 배터리(도시않음)로부터 브러시 (10), 슬립링(9)을 통해서 계자권선(13)에 전류가 공급되어 자속이 발생한다. 이 자속에 의해, 폴코어(20)의 클로상자극(22)이 N극에 착자되고 폴코어(21)의 클로상자극(23)이 S극에 착자된다.

한편, 엔진에 의해 풀리(4)가 구동되고, 샤프트(6)에 의해 회전자(7)가 회전된다. 이 회전자(7)의 회전에 의해, 회전자계가 고정자철심(15)에 부여되고, 고정자권선(16)에 기전력이 발생한다. 그리고, 고정자권선(16)에 발생한 교류의 기전력이 정류기(12)에 의해 직류로 정류되는 동시에, 그 출력전압의 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정되고, 배터리에 충전된다.

여기서, 계자권선(13), 고정자권선(16), 정류기(12) 및 레귤레이터(18)는 발전중, 항상 발열하고 있고, 정격출력전류 100A클래스의 차량용 교류발전기에서는, 온도적으로 높은 회전포인트로 각각 60W,500W,120W,6W의 발생열량이 있다.

그래서 발전에 의해 발생하는 열을 냉각하기 위해 흡기공(1a),(2a)에 프론트브래컷(1) 및 리어브래컷(2)의 축방향단면에 뚫리고, 배기공(1b),(2b)에 프론트브래컷(1) 및 리어브래컷(2)의 경방향측면에 고정자권선(1b)의 코일엔드군 (16f) ,(16r)에 상대되도록 뚫려있다.

이로써, 회전자(7)의 회전에 따라 원심팬(5)이 회전구동되고, 외기가 흡기공 (1a),(2a)으로부터 케이스(3)내에 흡기되어서 축방향으로 회전자(7)쪽으로 흐르고, 계속해 원심팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려지고, 그후 코일엔드군(16f),(16r)을 가로질러 배기공(1b),(2b)으로부터 외부에 배기되는 냉각풍유로가 형성된다. 또, 회전자(7)의 프론트측 및 리어측의 압력차에 기인해서, 프론트측에서 회전자(7)내를 통해서 리어측에 흐르는 냉각풍유로가 형성된다.

이 결과, 고정자권선(16)에서 발생한 열이 코일엔드군(16f),(16r)으로부터 냉각풍에 의해 방열되고, 고정자(8)의 온도상승이 억제된다. 또 다이오드(24a) 및 레귤레이터(18)에서 발생한 열이 히트싱크(25),(17)를 통해서 냉각풍에 방열되고, 정류기(12) 및 레귤레이터(18)의 온도상승이 억제된다. 또, 계자권선(13)에서 발생한 열이 회전자(7)내를 흐르는 냉각풍에 방열되어서 회전자(7)의 온도상승이 억제된다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에서는, 원심팬(5)에 의해 형성되는 냉각풍유로를 흐르는 냉각풍에 의해 고정자(8), 정류기(12)등의 발열부품을 냉각하도록 되어 있다.

여기서, 냉각풍유로를 흐르는 냉각풍의 유입유량은 냉각풍유로의 통풍저항에 의존하고, 통풍저항이 커질수록, 유입유량은 저하한다. 이 냉각풍의 유입유량의 저하는 정류기(12) 및 레귤레이터(18)의 냉각성에 저하를 초래하게 된다.

또, 원심팬(5)과 고정자권선(16)의 코일엔드군(16f),(16r)과의 랩량(양자의 경방향의 중첩한 축방향길이)가 냉각풍유로의 통풍저항을 증가하는 하나의 요인이 되고 있다. 즉, 이 랩량이 커지면, 통풍저항이 증대한다.

그리고, 이 랩량이 커질수록, 고정자권선(16)의 냉각성이 높혀진다.

이와 같이 원심팬(5)과 고정자권선(16)의 코일엔드군(16f),(16r)과의 랩량을 크게하는 것은 고정자권선(16)의 냉각성향상에 연결되나, 정류기(12) 및 레귤레이터(18)의 냉각성의 저하를 초래해 버린다.

그러나, 종래 원심팬(5)과 고정자권선(16)의 코일엔드군(16f),(16r)과의 랩량이, 고정자권선(16)의 냉각성, 또는 정류기(12) 및 레귤레이터(18)의 냉각성을 고려해서 설정되어 있었으므로 고정자권선(16) 또는 정류기(12) 및 레귤레이터(18)가 과도하게 온도상승해 버린다는 문제가 있었다.

본 출원인은 이러한 상황을 보아, 큰 발열부품인 고정자권선(16) 및 정류기 (12)에 착목하고, 고정자권선(16) 및 정류기(12)의 온도상승에 따른 좋지 않은 상태에 대해 검토하였다.

그리고 고정자권선(16)의 온도가 과도하게 상승하면 고정자권선(6)에 함침되어 있는 바니쉬의 연화를 초래하게 된다. 이 결과, 진동에 의해 고정자권선(16)이 고정자철심(15)에 스쳐, 고정자권선(16)의 도체선의 절연피막이 손상되서 절연성이 저하해 버린다.

한편, 정류기(12)의 온도가 과도하게 상승하면, 정류기(12)의 다이오드(24a)가 열열화해서 수명이 짧아진다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 된것으로 고정자권선에 함침되어 있는 바니쉬의 연화온도와 정류기의 다이오드의 내열온도를 고려해서 냉각팬과 고정자권선의 코일엔드군과의 랩량을 설정하고 절연성의 악화가 없고 또 다이오드의 장수명화가 도모되는 차량용 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 차량용 교류발전기는, 케이스에 회전가능하게 지지된 샤프트와, 상기 샤프트에 고착된 회전자와 축방향으로 뻗은 슬롯이 주방향으로 정렬되어 다수 형성되고, 상기 회전자를 내포하도록 상기 케이스에 지지된 원통상의 고정자철심 및 이 고정자철심에 권장된 고정자권선을 갖는 고정자와 상기 회전자의 축방향의 일단면에 상대하도록 상기 케이스에 지지된 정류기와 적어도 상기 회전자의 축방향의 일단면에 고착된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기에서, 상기 냉각팬은, 상기 고정자권선의 코일엔드군의 정상부에 대한 팬의 축방향돌출량 t와 팬의 축방향높이 h와의 비(t/h)가 0.2<t<0.7을 만족하도록 구성되어 있는 것이다.

또, 상기 고정자권선의 상기 코일엔드군과 상기 고정자철심의 단면과으 사이에 극간이 형성되어 있고, 이 극간이 축방향에 관해 상기 냉각팬이 고착된 상기 회전자의 단면보다 중심측에 위치하고 있는 것이다.

또, 상기 고정자권선의 각상의 권선이 분리해서 감아줌으로써 상기 고정자철심에 권장되어 있는 것이다.

또, 상기 냉각팬은, 상기 회전자의 외경보다 소경의 외경에 형성되어 있는 것이다.

또, 상기 회전자의 축방향단면과 외주면의 교차영역이 정리되어 있는 것이다.

또, 상기 냉각팬이 상기 회전자의 축방향의 양단면에 고착되고, 상기 회전자의 축방향의 일단면에 고착된 상기 냉각팬이 원심팬이고, 상기 회전자의 축방향의 타단면에 고착된 상기 냉각팬이 사류팬이다.

또, 매극,매상당의 상기 슬롯의 수가 2이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기를 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 분해사시도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에서의 전기회로를 표시하는 회로도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에서의 t/h와 다이오드 및 고정자의 온도상승치와의 관계를 표시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에서의 L과 바람소음의 관계를 표시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기의 고정자에 권장된 고정자권선의 분해사시도.

도 10은 종래의 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

3 : 케이스, 6 : 샤프트,

7A : 회전자, 8A,8B : 고정자,

12 : 정류기, 13 : 계자권선,

14 : 슬롯, 15A : 고정자철심,

16A,16B : 고정자권선, 16f,16r : 코일엔드군,

16b : 브리지부, 20A,21A : 폴코어,

20a,21a : 견부, 38 : 원심팬(냉각팬),

39 : 사류팬(냉각팬), G : 극간

이하 본 발명의 실시의 형태를 도면을 따라 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기를 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 분해사시도, 도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량용 교류발전기에서의 전기회로를 표시하는 회로도이다.

도 1에서, 회전자(7A)는, 전류를 흘려서, 자속을 발생하는 계자권선(13)과, 이 계자권선(13)을 덮도록 설치되고, 이 자속에 의해 자극이 형성되는 한쌍의 폴코어(20A),(21A)를 구비하고 있다. 그리고, 한쌍의 폴코어(20A),(21A)는 철제로 각각 최외경면형상을 대략 대형상으로 하는 클로상자극(22),(23)이 외주연부에 주방향으로 등각피치로 돌설되어 있고 각 축방향단면과 외주면과의 교차영역을 R상태로 다듬어서 견부(20a),(21a)가 형성되고, 이들의 클로상자극(22),(23)을 맞물리도록 대향시켜서 샤프트(6)에 고착되어 있다.

냉각팬으로서의 원심팬(38)은, 외경이 폴코어(20A),(21A)의 축방향단면과 견부(20a),(21a)와의 경계부에 대략 일치하도록 폴코어(20A),(21A)의 축방향단면에 고착되어 있다.

고정자(8A)는, 자성강판을 적층해서 된 원통상의 고정자철심(15A)과, 고정자철심(15A)에 권장된 고정자권선(16A)으로 구성되어 있다. 그리고 고정자(8A)는 클로상자극(22),(23)의 외주면과 고정자철심(15A)의 내주면과의 사이에 균일한 에어갭을 형성하도록 프론트브래컷(1)과 리어브래컷(2)에 끼워져있다.

여기서, 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)의 정상부에 대한 원심팬 (38)의 축방향돌출량 t와 원심팬(38)의 축방향높이 h와의 비(t/h)를 0.5로 하고 있다.

또, 다른 구성은 도 10에 표시된 종래의 차량용 교류발전기와 같이 구성되어 있다.

계속해, 고정자(8A)의 구조에 대해 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.

고정자철심(15A)은, 축방향으로 뻗는 슬롯(14)이 매극매상당 2개의 비율로 주방향으로 등각피치(전기각으로 30도의 피치)로 설치되어 있다. 즉 회전자(7A)의 12개의 클로상자극(22),(23)에 대해 2개의 3상교류권선으로된 고정자권선(16A)이 얻어지도록 72개의 슬롯(14)이 고정자철심(15A)에 설치되어 있다.

여기서 슬롯(14)은, a상의 슬롯(14a),d상의 슬롯(14d),b상의 슬롯(14b),e상의 슬롯(14e),c상의 슬롯(14c),f상의 슬롯(14f)의 순으로 주방향으로 반복해 배열되어 있다. 또 각상의 슬롯(14)은 6슬롯피치로 배열되어 있다.

a상권선(30a)은, 절연피복된 연속동선으로된 도체선을 소정회수 권회한 웨이브와인딩권선으로 구성되어 있고, 도 3에 표시된 바와 같이, 6슬롯피치(6P)로 배열된 (12)의 슬롯수납부(31a)와 인접하는 슬롯수납부(31a)의 단부끼리를 축방향의 양측에서 교호로 연결하는 연결부(31b)로된 파상패턴으로 형성되어 있다. 이 a상권선(30a)은, 슬롯수납부(31a)를 6슬롯피치로 배열된 a상의 슬롯(14a)의 각각에 수납해서 고정자철심(15A)에 권장되고 있다. 그리고 인접하는 슬롯수납부(31a)의 단부끼리를 연결하는 연락부(31b)가 고정자철심 (15A)의 축방향의 외측에서 주방향으로 연재하고, 코일엔드군을 구성하고 있다.

또(b상),(c상),(d상),(e상) 및 f상권선(30b),(30c),(30d),(30e),(30f)가 마찬가지로 구성되어 있다.

그리고, a상,b상 및 c상권선(30a),(30b),(30c)이 서로 주방향으로 2슬롯분 (2P)어긋나게해 3층으로 겹쳐져, 고정자철심(15A)에 권장되어 있다. 마찬가지로, f상,d상 및 e상권선(30f),(30d),(30e)이 서로 주방향으로 2슬롯분씩 어긋나게 해서 3층으로 겹쳐져, a상,b상 및 c상권선(30a),(30b),(30c)이 매주측에 위치하다록 고정자철심(15A)에 권장되어 있다.

이로써, 도 2에 표시된 바와 같이, 6상의 권선(30a~30f)이 경방향으로 6층으로 겹쳐져, 고정자철심(15A)에 권장된 고정자(8A)가 얻어진다. 그리고 6상의 권선 (30a~30f)의 코일엔드(연결부 31b)가 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)을 구성하고 있다. 또 코일엔드의 고정자철심(15A)의 주방향으로 연재하는 부위가 브리지부(16b)가 되고, 브리지부(16b)와 고정자철심(15A)의 단면사이에 극간 G가 형성되어 있다. 또 도시하고 있지 않으나, 바니쉬가 고정자권선(16A)을 수납한 슬롯 (14)내에 함침되어 있고 고정자권선(16A)이 고정자철심(15A)에 고착되어 있다.

이와 같이 권장된 a상,b상 및 c상권선(30a),(30b),(30c)이 Y결선(교류결선)되어 제1의 3상교류권선(160A)을 구성하고 d상,e상 및 f상권선(30d),(30e), (30f)이 Y결선(교류결선)되어 제2의 3상교류권선(160B)을 구성하고 있다.

고정자권선(16A)을 제1 및 제2의 3상교류권선(160A),(160B)으로 구성되어 있다. 그리고 제1 및 제2의 3상교류권선(160A),(160B)이 각각 정류기(12)에 접속되어서, 도 4에 표시되는 전기회로를 구성하고 있다.

또, a상,b상 및 c상권선(30a),(30b),(30c)은 각각 전기각으로 60도의 위상차가 부여되고 d상,e상 및 f상권선(30d),(30e),(30f)은 각각 전기각으로 60도의 위상차가 부여되고 있다. 또 d상,e상 및 f상권선(30d),(30e),(30f)은 a상,b상 및 c상권선(30a),(30b),(30c)에 대해 전긱각으로 30도의 위상차가 부여되고 있다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기에서는, 회전자(7A)의 회전에 의해 회전자계가 고정자철심(15A)에 부여되고, 고정자권선(16A)의 제1 및 제2의 3상교류권선 (160A),(160B)에 기전력이 발생한다. 제1 및 제2의 3상교류권선(160A),(160B)에서 발생된 교류의 기전력이 각각 정류기(12)에 의해 직류로 정류되는 동시에, 그 출력전압의 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정된다. 그리고 각 정류기(12)의 출력이 합성되어서 배터리에 충전된다.

이 실시의 형태 1에 의하면 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)의 정상부에 대한 원심팬(38)의 축방향돌출량 t와 원심팬(38)의 축방향높이 h와의 비 (t/h)를 0.5로 하고 있으므로, 냉각풍의 유입유량이 확보되고 코일엔드군 (16f) ,(16r)의 냉각성을 손상하지 않고, 정류기(12)의 다이오드(24a)의 온도상승을 저감할 수가 있다.

이로 인해, 다이오드(24a)의 열열화가 억제되므로, 다이오드(24a)의 장수명화가 도모된다. 또 고정자(8A)의 온도상승이 억제되므로 바니쉬의 연화가 억제되어서, 고정자권선(16A)의 도체선과 고정자철심(15A)과의 마찰에 기인하는 도체선의 절연피막의 손상도 저지되고 절연성이 향상된다.

또, 원심팬(38)의 외경이 폴코어(20A),(21A)보다 소경으로 구성되어 있으므로, 원심팬(38)과 코일엔드군(16f),(16r)과의 경방향거리가 커지고, 원심팬(38)과코일엔드군(16f),(16r)과의 간섭에 기인하는 바람소음이 저감된다.

또, 폴코어(20A),(21A)에 R상의 견부(20a),(21a)가 형성되어 있으므로 견부 (20a),(21a)에 의한 바람끊는 소리가 개선되고, 바람소음이 저감된다.

또, 슬롯(14)이 매극매상당의 2개의 비율로 형성되어 있으므로, 슬롯(14)간에 형성되는 티스가 경방향에 관해 인접하는 자극간에 겹쳐지는 시간이 짧아진다. 이결과, 누설자속이 저감되고 유효자속의 감소가 억제된다.

또, 자속의 맥동의 발생이 억제되고, 발전전압의 변동이나 출력파형의 문란이 적어지고, 직류로 정류한 경우의 리풀이 저감된다.

여기서, 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)의 정상부에 대한 원심팬 (38)의 축방향높이 h와의 관계에 대해 검토한다. 여기서 고정자권선(16A)의 코일엔디군(16f),(16r)의 정상부높이를 변경한 고정자(8A)를 탑재한 차량용 교류발전기를 전부하로 발전시켜, 출력이 안정된 상태에서 고정자(8A) 및 정류기(12)(다이오드 24a)의 포화온도를 측정하고, 포화온도의 분위기온도로부터의 온도상승치를 도 5에 표시한다. 또 도 5에서, 가로축에는 원심팬(38)의 축방향돌출량 t와 원심팬 (38)의 축방향높이 h와의 비(t/h)를 표시하고, 세로축에는 고정자(8a) 및 다이오드 (24a)의 실험분위기온도(20℃)로부터의 온도상승치 △T(℃)를 표시하고 있다. 그리고, 고정자(8A)의 온도상승치를 점선으로 다이오드(24a)의 온도상승치를 실선으로 표시하고 있다. 또, 고정자(8A) 및 다이오드(24a)의 포화온도는 2000, 2500, 3000,4000 및 5000r/min으로 운전시켜서 고정자(8A) 및 다이오드(24a)의 각 포화온도를 측정하고, 그 최대치를 포화온도로 하고 있다. 또, t/h=1은, 코일엔드군(16f),(16r)의 정상부가 회전자(7A)의 폴코어(20A),(21A)의 축방향단면(팬부착면)에 일치하고 있는 경우이고, t/h=0는 코일엔드군(16f),(16r)의 정상부가 원심팬 (38)의 축방향외단면(팬높이)에 일치하고 있는 경우이다.

도 5에서 다이오드(24a)의 온도상승치 △T는 t/h가 0일때, 120℃를 표시하고 t/h가 증가함에 따라 급격히 저하하고 0.6을 초과하면 서서히 감소하고 t/h가 1일때에 95℃가 되는 것을 알았다. 이는 t/h=0에서는 코일엔드군(16f),(16r)이 원심팬(38)의 축방향전역과 경방향에 관해 중첩되어 있으므로 통풍저항이 최대가 되고 냉각풍의 유입량이 최소가 되고, 다이오드(24a)가 효과적으로 냉각되지 않았다고 추측된다.

그리고, t/h가 증가함에 따라, 통풍저항이 작아지고 냉각풍의 유입유량이 증가함으로써 다이오드(24a)의 냉각성이 올라가고, 다이오드(24a)의 온도상승이 억제된 것이라고 추측된다.

여기서, 실기에서는, 최악의 운전조건에서 90℃의 분위기온도가 된다. 또, 다이오드(24a)의 내열온도는 165℃이다.

그래서 분위기온도 90℃에서의 온도상승치를 75℃이하로 억제하면, 최악의 운전조건이 되어도 다이오드(24a)의 온도가 내열온도를 초과하는 것을 피하게 된다. 그리고, 분위기온도상승에 의한 계자전류저하에 의해 출력의 저하를 고려하면 분위기온도 90℃에서의 온도상승치 △T 75℃는 분위기온도 20℃에서의 온도상승치 △T 105℃(t/h=0.2)에 상당하고 있다.

따라서, 다이오드(24a)의 수명(열열화)을 고려하면 t/h는 0.2를 초과하도록설정하는 것이 바람직하다.

한편, 도 5에서 고정자(8A)의 온도상승치는, t/h가 0일때 180℃를 표시하고, t/h가 증가함에 따라 서서히 증가하고, 0.6을 초과하면 약간 급준하게 증가하고, t/h가 1일때에 230℃를 취하는 것을 알 수 있다. 이는 t/h=0에서는, 코일엔드군 (16f),(16r)이 원심팬(38)의 축방향전역과 경방향에 관해 겹쳐져 있으므로, 원심팬 (38)에서 원심방향으로 구부려진 냉각풍의 거의가 코일엔드군(16f),(16r)에 공급되고, 고정자권선(16)이 효과적으로 냉각되었다고 추측된다. 그리고, t/h가 증가함에 따라, 코일엔드군(16f),(16r)과 원심팬(38)과의 중첩이 적어지고 원심팬(38)으로부터 코일엔드군(16f),(16r)에의 냉각풍의 공급량이 저하함으로써, 코일엔드군 (16f),(16r)의 냉각성이 악화하고, 고정자(8A)가 온도상승한 것이라고 추측된다.

여기서 바니쉬의 연화온도가 260℃인 것으로 분위기온도 90℃에서의 온도상승치 △T를 170℃이하로 억제하면 최악의 운전조건이 되어도 고정자(8A)의 온도가 바니쉬의 연화온도를 초과하는 것을 피하게 된다. 그리고 분위기온도상승에 의한 계자전류 저하에 의한 출력의 저하를 고려하면 분위기온도 90℃에서의 온도상승치 △T 200℃(t/h=0.7)에 상당한다. 따라서 바니쉬의 연화를 고려하면 t/h는 0.7미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 이로써, 고정자권선(16A)과 고정자철심(15A)과의 결합의 느슨함에 기인하는 절연성이 악화가 억제된다.

그래서 0.2<t/h<0.7로 함으로써, 다이오드(24a)의 장수명화가 도모되고 또 절연성의 악화가 억제되는 차량용 교류발전기를 실혈 할 수가 있다.

계속해, 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)의 브리지부(16b)의 고정자철심측 단면과 팬부착면과의 사이의 축방향거리 L과 바람소음과의 관계에 대해 검토한다.

그래서, 고정자권선(16A)의 코일엔드군(16f),(16r)의 브리지부(16b)와 고정자철심(15A)의 단면과의 극간 G의 축방향높이를 변경한 고정자(8A)를 탑재한 차량용 교류발전기를 10000r/min로 운전했을때의 바람소음을 측정한 결과를 도 6에 표시한다. 또 도 6에서 가로축에는 브리지부(16)의 고정자철심측 단면과 팬부착면과의 사이의 축방향거리 L(mm)를 표시하고 세로축에는 바람소음의 Over All치(dB)를 표시하고 있다. 또 L=0는 브리지부(16)의 고정자철심측 단면이 팬부착면에 일치해 있는 경우이고, L>0는 극간 G의 축방향전역이 폴코어(20A),(21A)와 경방향으로 겹쳐있는 경우이고, L<0는 극간이 적어도 일부가 원심팬(38)과 경방향으로 겹쳐진 경우이다.

도 6에서, 극간 G의 적어도 일부가 원심팬(38)과 경방향으로 겹쳐있는 경우 (L<0), 거의 일정한 큰 바람소음(95dB)이 발생하고 있으나, 바람소음은 L=0 근방에서 급격히 감소하고, L>0에서 거의 일정(85dB)이 되는 것을 알 수 있다. 바람소음은 코일엔드군(16f),(16r)의 주방향에서의 凹凸과 원심팬(38)과의 사이의 간섭에 의해 발생하고 있다. 그리고 주방향으로 반복해서 나타나는 극간 G로 구성되는 주방향의 凹凸에 기인하는 바람소음이 약 10dB이다. 그래서 이 극간 G로 구성되는 주방향의 凹凸에 기인하는 바람소리는, 극간 G와 원심팬(38)과의 경방향에서의 겹치기를 없이함으로써 방지된다. 따라서 바람소음을 저감하기 위해서는 L>0으로 하는 것이 바람직하다.

여기서 극간 G는 슬롯수가 많을수록 많아진다. 그리고 극간 G에서 구성되는 주방향의 凹凸에 기인하는 바람소음은 극간 G가 많아질수록 발생하는 주파수가 높아진다. 즉 고차수의 소음, 즉 불쾌한 귀에 거슬리는 소음이 된다. 그리고, L>0로 함으로써, 이 같은 불쾌한 귀에 거슬리는 소음의 발생을 억제할 수가 있다.

이 L>0로 함으로 인해 불쾌한 소음의 발생을 방지하는 효과는, 매극매상당의 슬롯이 2이상의 것에 대해 현저하게 된다. 또 매극매상당의 슬롯수가 1인경우에도, 슬롯수가 많은것(자극수:16, 슬롯수:48)에서 L>0로 하는 것은 불쾌한 귀에 거슬리는 소음의 발생을 억제하는 점에서, 유효한 대책이 된다.

또 상기 실시의 형태 1에서는, 6상의 권선(30a)~(30f)이 외주측에서 a상의 권선(30a),b상의 권선(30b),c상의 권선(30c),f상의 권선(30f),d상의 권선(30d) 및 e상의 권선(30e)의 순으로 나열해 고정자철심(15)에 장착되어 있는 것으로 한다. 그러나 6상의 권선(30a~30f)의 장착순서는 이에 한정되는 것은 아니다.

실시의 형태 2.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기를 표시하는 단면도, 도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기의 고정자를 표시하는 사시도, 도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량용 교류발전기의 고정자에 권장된 고정자권선의 분해사시도이다.

도 7에서 실시의 형태 2에 의한 차량용 교류발전기에서는 냉각팬으로서의 사류팬(39)이 폴코어(20A)의 축방향단면(팬부착면)에 고착되어 있다. 그리고, 고정자(8B)는, 고정자철심(15A)과, 고정자철심(15A)에 권장된 고정자권선(16B)으로 구성되어 있다. 이 고정자권선(16B)의 각상의 권선이, 후술하는 바와 같이 분할감기로 고정자철심(15A)에 권장되어 있다.

또 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.

여기서 고정자권선(16B)의 구성에 대해 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.

a상권선(40a)은 절연피복된 연속동선으로된 도체선을 소정회수감은 웨이브와인딩권선으로 구성되어 있고 도 9에 표시된 바와 같이, 6슬롯피치(6P)에 배열된 12의 슬롯수납부(41a)와, 인접하는 슬롯수납부(41a)의 반의 단부끼리를 축방향의 양측에서 교호로 연결하고, 또 나머지의 반의 단부끼리를 축방향의 양측으로 교호로 연결하는 연결부(41a)로된 파상패턴의 분할권선으로 형성되어 있다.

이 a상권선(40a)은, 슬롯수납부(41a)를 6슬롯피치로 배열된 a상의 슬롯(14a)의 각각에 수납해서 고정자철심(15A)에 권장되어 있다. 그리고 인접하는 슬롯수납부(41a)의 단부끼리를 연결하는 연결부(41b)가 고정자철심(15A)의 축방향의 외측에서 주방향으로 연재하고, 코일엔드를 구성하고 있다. 이때, 하나의 슬롯(14a)에서 연출하는 연결부(41b)는, 그반이 주방향의 한쪽으로 뻗어서 주방향 한쪽의 인접한 슬롯(14a)으로 들어가고, 나머지의 반이 주방향의 다른쪽으로 뻗어서 주방향 다른쪽의 인접한 슬롯(14a)에 들어가 있다.

또, b상,c상,d상,e상 및 f상권선(40b),(40c),(40d),(40e),(40f)가 같게 구성되어 있다.

그리고, a상 및 e상권선(40a),(40e)이 서로 주방향으로 3슬롯분(3P)밀려서 2층으로 겹쳐서, 고정자철심(15A)에 경방향의 외주측의 2층을 구성하도록 권장되어 있다.

마찬가지로, d상 및 c상권선(40d),(40c)이 서로 주방향으로 3슬롯분 밀려서 2층으로 겹쳐져, 고정자철심(15A)에 경방향의 중앙의 2층을 구성하도록 권장되어 있다. 또 b상 및 f상권선(40b),(40f)이 서로 주방향으로 3슬롯분 밀려서 2층으로 겹쳐져서, 고정자철심(15A)에 경방향의 내주측의 2층을 구성하도록 권장되어 있다.

이로써, 도 8에 표시된 바와 같이, 6상의 권선(40a~40f)이 경방향으로, 6층으로 겹쳐져서 고정자철심(15A)에 권장된 고정자(8B)가 얻어진다. 이때 6상의 권선(40a~40f)은 외주측에서 a상권선(40a),e상권선(40e),d상권선(40d),c상권선(40c), b상권선(40b) 및 f상권선(40f)의 순으로 나열되어 고정자철심(15A)에 장착되어 있다. 그리고, 6상의 권선(40a~40f)의 코일엔드(연결부 41b)가 고정자권선 (16B)의 코일엔드군(16f),(16r)의 주방향으로 연재하는 부위가 브리지부가 되고, 브리지부와 고정자철심(15A)의 단면사이에 극간 G가 형성되어 있다.

이와 같이 권장된 a상,b상 및 c상권선(40a),(40b),(40c)가 Y결선(교류결선)되어 제1의 3상교류권선을 구성하고, d상,e상 및 f상권선(40d),(40e),(40f)가 Y결선(교류결선)되어 제2의 3상교류권선을 구성하고 있다. 그리고 제1 및 제2의 3상교류권선이 각각 정류기(12)에 접속되어서, 도 3에 표시되는 전기회로와 같은 전기회로를 구성하고 있다.

또, a상,b상 및 c상권선(40a),(40b),(40c)은 각각 전기각으로 60도의 위상차가 부여되고, d상,e상 및 f상권선(40d),(40e),(40f)은 각각 전기각으로 60도의 위상차가 부여되고 있다. 또 d상,e상 및 f상권선(40d),(40e),(40f)은 a상,b상 및 c상권선(40a),(40b),(40c)에 대해 전기각으로 30도의 위상차가 부여되어 있다.

이와 같이 구성된 고정자(8A) 대신에 차량용 교류발전기에 탑재되고, 상기 실시의 형태 1과 같이 동작한다.

이 실시의 형태 2에서는 프론트측의 냉각팬이 사류팬(39)에 의해 구성되어 있으므로, 흡기공(1a)에서 유입한 냉각풍은 사류팬(39)에 의해 경방향외측과 축방향리어측으로 흘려진다.

그래서, 회전자(7A)내를 통해서 프론트측에서 리어측으로 흐르는 냉각풍의 유량이 확보되고, 계자권선(13)이 확실하게 냉각된다.

이로써 계자권선(13)의 온도상승이 억제되고 출력향상이 도모된다.

또 고정자권선(16B)을 구성하는 각상의 권선(40a~40f)은 분할권선으로 구성되어 있으므로, 각 권선(40a~40f)의 슬롯(14)에서 연출하는 연결부(41b)(코일엔드)가 주방향양측에 반씩 나누어진다. 그래서 슬롯(14)에서 연출한 후 주방향으로 구부려지는 근방에서 각 권선(40a~40f)을 구성하는 도체선의 다발의 경방향의 겹치기가 주방향으로 분산되고, 코일엔드군(16f),(16r)의 경방향의 팽창이 저감된다.

이로써, 코일엔드군(16f),(16r)의 주방향에서의 凹凸이 적어지므로, 코일엔드군(16f),(16r)과 회전자(7A) 및 냉각팬(원심팬(38) 및 사류팬(39))과의 입력변동에 기인하는 바람소음을 저감할 수가 있다.

또, 외주측에서 a상권선(40a),e상권선(40e),d상권선(40d),c상권선(40c),b상권선(40b) 및 f상권선(40f)의 순으로 나열되어 고정자철심(15)에 장착되어 있다.

여기서 제1의 3상교류권선을 구성하는 권선과 제2의 3상교류권선을 구성하는 권선이 경방향으로 교호로 나열되어 있으므로, 제1의 3상교류권선의 코일엔드(연결부 41b)와 제2의 3상교류권선의 코일엔드(연결부 41b)가 경방으로 밸런스좋게 배열되어 있다. 이로써, 냉각팬(5)에서 공급되는 냉각풍에 의해 제1의 3상교류권선의 코일엔드와 제2의 3상교류권선의 코일엔드가 균등하게 냉각되고, 한쪽의 3상교류권선의 온도가 과도하게 상승하는 일도 없고, 고정자(8B)의 온도상승을 억제할 수가 있다.

또, 경방향의 외주측의 2층을 구성하는 a상권선(40a) 및 e상권선(40e)은 e상권선(40e)의 연결부(41b)가 a상권선(40a)의 연결부(41b)가 a상권선(40a)의 연결부 (41b)의 주방향의 중앙세어 슬롯(14e)으로부터 연출하도록 배열되어 있다. 이로 인해, a상권선(40a) 및 e상권선(40e)의 코일엔드에서의 슬롯(14)으로부터 연출한 후 주방향으로 구부려지는 근방(경방향의 팽창이 최대가 되는 부위)이 주방향으로 가장 이반된 상태가 된다.

마찬가지로 경방향의 중앙의 2층을 구성하는 d상권선(40d) 및 c상권선(40c)은 d상권선(40d)의 연결부(41b)가, c상권선(40c)의 연결부(41c)의 주방향의 중앙에서 슬롯(14d)에서 연출하도록 배열되어 있다. 이로 인해 d상권선(40d) 및 c상권선 (40c)의 코일엔드에서의 슬롯(14)에서 연출한 후 주방향으로 구부려지는 근방이 주방향으로 가장 이반한 상태가 된다.

또, 경방향의 내주측의 2층을 구성하는 b상권선(40b) 및 f상권선(40f)은 f상권선(40f)의 연결부(41f)가 b상권선(40b)의 연결부(41b)의 주방향의 중앙에서 슬롯 (14f)에서 연출하도록 배열되어 있다. 이로 인해 b상권선(40b) 및 f상권선(40f)의 코일엔드에서의 슬롯(14)으로부터 연출한 후 주방향으로 구부려지는 근방이 주방향으로 가장 이반된 상태가 된다.

이 결과 코일엔드군(16f),(16r)의 경방향의 팽창이 저감된다. 이로써, 코일엔드군(16f),(16r)의 주방향에서의 凹凸이 적어지므로, 코일엔드군(16f),(16r)과, 회전자(7A) 및 냉각팬(38),(39)과의 압력변동에 기인하는 바람소음을 저감할 수가 있다.

여기서 상기 실시의 형태 2에서는 6상권선(40a~40f)가 외주측에서 a상권선 (40a),e상권선(40e),f상권선(40f),b상권선(40b),c상권선(40c)및 d상권선(40d)의 순으로 나열해서 고정자철심(15A)에 장착되어 있는 것으로 한다. 그러나. 6상의 권선(40a~40f)의 장착순서는 이에 한정되는 것은 아니다.

또 상기 각 실시의 형태에서는 d상,e상 및 f상권선은, a상,b상 및 c상권선에 대해 전기각으로 30도의 위상차가 부여되어 있는 것으로 하고 있으나, d상,e상 및 f상권선과, a상,b상 및 c상권선과의 사이의 위상차는 30도(전기각)로 한정되는 것은 아니고 예를 들면 양자의 위상차를 32.5도(전기각)로 해도 된다. 이경우, 불쾌한 고조음의 원인이 되는 12차 전자가진력이 저감된다.

또 상기 각 실시의 형태에서는 매극매상당의 슬롯수가 2의 것에 대해 설명하고 있으나, 이 발명은, 매극매상당의 슬롯수가 1의 것, 또는 3이상의 것에 적용해도 같은 효과가 얻어진다.

또 상기 각 실시의 형태에서는 고정자권선의 각상의 권선에 도체선으로된 웨이브와인딩권선을 사용하는 것으로 하고 있으나, 본 발명에서는 각상의 권선을 하나의 도체선으로된 웨이브와인딩권선에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 단척의 도체세그멘트를 연결해서 구성한 웨이브와인딩권선이라도 된다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으므로 아래에 기재된 바와 같은 효과를 나타낸다.

본 발명에 의하면, 케이스에 회전가능하게 지지된 샤프트와 상기 샤프트에 고착된 회전자와, 축방향으로 뻗은 슬롯이 주방향으로 나열되어 다수 형성되고, 상기 회전자를 내포하도록 상기 케이스에 지지된 원통상의 고정자철심 및 이 고정자철심에 권장된 고정자권선을 갖는 고정자와 상기 회전자의 축방향의 일단면에 상대하도록 상기 케이스에 지지된 정류기와, 적어도 상기 회전자의 축방향의 일단면에 고착된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기에서 상기 냉각팬은, 상기 고정자권선의 코일엔드군의 정상부에 대한 팬의 축방향돌출량 t와 팬의 축방향높이 h와의 비 (t/h)가, 0.2<t/h<0.7을 만족하도록 구성되어 있으므로, 도체선의 절연피막의 손상에 기인하는 절연성의 저하가 억제되고 또 다이오드의 장수명화가 도모되는 차량용 교류발전기가 얻어진다.

또, 상기 고정자권선의 상기 코일엔드군과 상기 고정자철심의 단면과의 사이에 극간이 형성되어 있고, 이 극간이 축방향에 관해, 상기 냉각팬이 고착된 상기회전자의 단면보다 중심측에 위치하고 있으므로 극간에 기인하는 불쾌한 귀에 거슬리는 소음의 발생이 억제된다.

또, 상기 고정자권선의 각상의 권선이, 분리감기로 상기 고정자철심에 권장되어 있으므로, 코일엔드군의 주방향의 凹凸이 저감되고, 이 주방향의 凹凸에 기인하는 바람소음이 저감된다.

또 상기 냉각팬은 상기 회전자의 외경보다 소경의 외경에 형성되어 있으므로, 냉각팬과 코일엔드군과의 경방향거리가 확보되고 바람소음이 저감된다.

또, 상기 회전자의 축방향단면과 외주면과의 교차영역이 다듬어져 있으므로, 바람을 가르는 소리가 저감된다.

또, 상기 냉각팬이 상기 회전자의 축방향의 양단면에 고착되어, 상기 회전자의 축방향의 일단면에 고착된 상기 냉각팬이 원심팬이고, 상기 회전자의 축방향의 타단면에 고착된 상기 냉각팬이 사류팬이므로, 회전자내를 흐르는 냉각풍이 확실하게 확보되고, 계자권선의 온도상승이 억제되고 출력을 향상시킬 수가 있다.

또 매극매상당의 상기 슬롯의 수가 2이므로, 누설자속이 저감되고 유효자속의 감소가 억제되는 동시에, 직류로 정류된 경우의 리플이 저감된다.

Claims (3)

1. 케이스에 회전가능하게 지지된 샤프트와, 상기 샤프트에 고착된 회전자와 축방향으로 뻗은 슬롯이 주방향으로 나열되어 다수 형성되고, 상기 회전자를 내포하도록 상기 케이스에 지지된 원통상의 고정자철심 및 이 고정자철심에 권장된 고정자권선을 갖는 고정자와, 상기 회전자의 축방향의 일단면에 상대하도록 상기 케이스에 지지된 정류기와, 적어도 상기 회전자의 축방향의 일단면에 고착된 냉각팬을 구비한 차량용 교류발전기에서 상기 냉각팬은 상기 고정자권선의 코일엔드군의 정상부에 대한 팬의 축방향돌출량 t와 팬의 축방향높이 h와의 비(t/h)가, 0.2<t /h<0.7을 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고정자권선의 상기 코일엔드군과 상기 고정자철심의 단면과의 사이에 극간이 형성되어 있고, 이 극간이 축방향에 관해, 상기 냉각팬이 고착되어 상기 회전자의 단면보다 중심축에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
3. 제 1항 또는 제 2항에서,

   상기 고정자권선의 각상의 권선이 분할감기로 상기 고정자철심에 권장되어있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.