KR20060036045A - 회전 전기기계의 회전자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 차량용 교류 발전기의 회전자에 있어서는, 감는 틀에, 다수열, 다수층의 도체 권회를 행하는 것에 있어서, 최내층으로부터 최외층까지의 도체 상호 간극중, 적어도 심층부의 도체 상호 간극이, 균일한 수지층으로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 본 발명에 관한 차량용 교류 발전기의 회전자의 제조 방법에서는, 감는 틀에 도체선을 권회하기 직전에 상기 도체선에 대해 유동성 수지재를 입히는 공정과, 상기 유동성 수지재가 입힌 도체선을 상기 감는 틀에 다수열, 다수층으로 권회한 후, 전체를 가열하고 상기 수지를 경화시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

교류 발전기, 회전자

Description

회전 전기기계의 회전자 및 그 제조 방법{ROTOR OF ROTARY ELECTRIC MACHINE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 도체를, 다수열, 다수층으로 권회(卷回)하는 회전 전기기계의 회전자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 차량 등에 탑재되는 교류 발전기의 회전자 코일 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

차량용 교류 발전기의 회전자에서는, 차량에 있어서의 전기부하의 증대 등으로, 보다 큰 발전기 출력이 요구되게 되어 있다. 이 때문에, 도체를 다수열, 다수층으로 권회하여 공간 효율을 높인 구성을 채용하게 되어 있고, 또한, 도체선을 소정 회수 권회한 후, 감는 틀로부터 노출한 개소, 즉 최외층 외주측에서 수지를 도포, 적하 등을 하여, 열이나 이물질로부터 도체선을 보호하고 있다. 또한 회전에 의한 원심력의 영향에 대처하기 위해, 최외주에 보호 테이프를 전둘레에 걸쳐서 감아 내(耐)원심성을 확보하고 있다.(예를 들면, 특허 제3383143호 공보 참조)

한편, 종래의 다층 감기 코일에서는, 통형상부에 관통구멍을 다수 마련하고, 와니스에 담그거나, 적하 함침함으로써 코일의 깊은 개소까지 와니스를 침투시켜 안정화시키는 구성의 것이 있다.(예를 들면, 실개소61-2OO2O호 공보 참조)

그러나, 이와 같은 종래의 회전자의 제조 방법에서는, 예를 들면 감는 틀로 부터 노출한 외주면에서 수지를 도포한다고 하여도, 다수층의 경우, 그 후의 가열에 의해 수지가 최내층까지는 골고루 미치지 않고, 코일 상호간에 공기를 개재한 상태에서 고정되어 버려, 열이나 스침으로 노출되는 결점이 있다. 또한, 담그거나 적하 함침으로 도체 상호간에 수지를 침투시키는 방법은, 감는 틀에 복수의 침지용 구멍을 마련하지 않고, 회전체에 이용되는 감는 틀로서의 강도를 확보할 수 없어서, 변형, 파손의 우려가 있다. 또한 이와 같은 감는 틀의 변형에 의해 다수열, 다수층의 도체의 정렬 상태가 변화하고, 도체가 손상됨으로써 발전기 자체의 이상으로 연결되는 것이 고려된다. 또한, 수십층 등, 상당한 다층으로 조밀하게 감긴 코일의 경우는, 함침용 구멍으로부터 함침하여도 코일 상호간에 함침 와니스를 한결같이 골고루 미치도록 하는 것은 실제상 매우 곤란한 것이었다. 그것은, 다층이며 고밀도로 정렬된 코일에서는, 대부분이 다르게 엇갈려서 인접, 밀착한 상태, 이른바 표권(俵卷)으로 되어 있어서, 심층부(감기 종료된 상태에서, 주위를 코일로 깊게 둘러싸인 코일 범위)까지 점성 수지가 침입해 가는 통로가 형성되기 어렵기 때문이다. 또한, 다수열에 대해서도 상당한 다수라면 그것에 응하여 상응하는 구멍을 감는 틀의 통형상부에 마련하지 않고, 내주측에 철심이 배치된 경우는 절연성의 우려도 생긴다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 다수열, 다수층의 권선이 시행된 회전자가 차량 탑재에 의해 연속 회전 구동된 경우에도, 다수층 도체의 무너짐, 손상 등을 억제하고, 신뢰성을 확보한 회전 전기기계의 회전자를 얻는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 코일의 냉각 성능을 향상시켜, 감는 수당(當)의 출력을 향상시킬 수 있는 회전 전기기계의 회전자를 얻는 것이다.

본 발명에 관한 차량용 교류 발전기의 회전자에서는, 회전축과, 이 회전축에 추착(樞着)되고 그것과 일체로 회전하는 계자 철심과, 이 계자 철심상에 배설된 링형상의 도체 감는 틀과, 이 도체 감는 틀에 다수열, 다수층으로 권회된 도체를 구비한 회전자로서, 다수층의 최내층부터 최외층까지의 정렬 도체 상호간 극간중 적어도 심층부의 도체 상호 간극이, 균일한 수지층으로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명에 관한 차량용 교류 발전기의 회전자의 제조 방법에서는, 감는 틀에 도체선을 권회하기 직전에 상기 도체선에 대해 유동성 수지재를 입히는 공정과, 상기 유동성 수지재가 입힌 도체선을 상기 감는 틀에 다수열, 다수층으로 권회한 후, 전체를 가열하여 상기 수지를 경화시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이로써, 지속적인 회전 진동의 부가에 의한 다수층 도체가 무너짐, 손상을 억제할 수 있고, 열전도율이 현격하게 향상되고, 감는 수당의 출력이 증대하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태를 도시한 차량용 교류 발전기의 회전자의 단면도.

도 2의 (a)는 본 발명의 제 1 실시 형태를 도시한 감는 틀 부분의 주요부 확대 단면도.

도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 도체선 주위의 확대도.

도 3의 (a)는 본 발명의 회전자의 코일 제조 방법을 도시한 권회 공정도이다.

도 3의 (b)는 마찬가지로 코일 제조 방법의 가열 경화 공정을 도시한 개념도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태를 도시한 감는 틀 부분의 주요부 확대 단면도.

도 5의 (a)는 본 발명의 제 3 실시 형태를 도시한 감는 틀 부분의 주요부 확대 단면도. 도 5의 (b)는 도 4의 (a)의 도체선 주위의 확대도.

제 1 실시 형태

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 제 1 실시 형태에서의 회전 전기기계의 회전자를 도시한 것이고, 도 2는 그 감는 틀 부분의 주요부 확대도이다. 이 제 1 실시 형태에서는, 회전 전기기계로서 차량용 교류 발전기가 이용된다. 도 1, 도 2에서, 회전자(1)는, 차량의 내연기관 등으로부터 도시하지 않은 벨트가 걸려 회전 구동되는 회전축(2)을 구비하고 있다. 또한 회전축(2)에 끼워맞추어지는 한 쌍의 폴형상 자극형 계자 철심(3)을 갖고 있다. 이 한 쌍의 계자 철심(3)은, 외주에 서로 상대측으로 만곡하여 늘어나는 복수의 자극 폴(3a)과 이것과 일체로 형성된 철심 통형상부(3b)를 가지며, 서로의 자극 폴(3a)을 교대로 맞물리도록 대향하여 배치되어 있다. 대향하는 자극 폴(3a)의 내측에는, 계자 코일(4)이 끼워 지지되어 있다. 계자 코일(4)은 단면 ㄷ자형의 링형상의 감는 틀(5)과 이 감는 틀(5)에 권회되는 도체선(6)으로 이루어지고, 도체선(6)은, 예를 들면 직경 0.8㎜의 환선(丸線) 도체로서 20수열, 10수층으로 다수열, 다수층으로 조밀하게 감겨 있다. 도체선(6)은 감는 틀(5)의 중공(中空) 동체부(51)와 이 중공 동체부(51)의 축 양단에서 지름 방향으로 늘어나는 원반형상의 측면부(52)로 둘러싸이는 공간에 수지(7)와 함께 조밀하게 수납된다. 상기 중공 동체부(51)의 내주측에는 계자 철심(3)의 철심 통형상부(3b)가 압입 상태로 마련된다.

이와 같이 구성된 차량용 교류 발전기의 회전자에서는, 전술한 바와 같이 도시하지 않은 내연기관 등에 의해 벨트를 통하여 회전자가 지속(持續)하여 회전되고, 원심력이 가해지게 된다. 또한, 도통, 발전이 행해짐에 의해 도체선(6), 계자 철심(3) 등에서 발열이 생긴다.

다음에, 상기 회전자의 계자 코일의 제조 방법의 일례를 설명한다.

도 3은 감는 틀(5) 내에 도체선(6)을 수지(7)와 함께 조밀하게 권회하는 제조에 공정을 도시한 것으로서, 이하의 공정으로 구성되어 있다.

(A) 제 1 공정(도 3의 (a) 참조)

도 3의 (a)는 본 발명을 실시하기 위해 사용되는 권선 장치의 개요도로서, 도면중 5는 상술한 감는 틀, 6은 도체선이고, 상기 감는 틀(5)의 반시계 방향 회전에 의해, 도시하지 않은 송출 보빈으로부터 소정의 텐션을 가지고 권회된다. 11은 권선 노즐로서, 그 선단부에 수지(7)를 내장한 호퍼(13)가 마련되어 있다.

절연 수지 성형에 의해 만들어진 감는 틀(5)에 도체선(6)을 권회하기 직전에, 중공 동체부(51)의 접선 방향으로 늘어난 도체선(6) 단체(單體)에 대해, 호퍼(13)로부터 에폭시 수지 등의 유동성이 있는 절연 수지재(7)를 입힘과 함께, 감는 틀(5)을 회전시켜 도체선(6)을 권회한다. 도 3의 (a)에서는 감는 틀(5)은 축 직행 단면(斷面)에서, 도체선(6)이 최내층으로부터 감겨지는 양상을 나타내고 있다.

(B) 제2 공정(도 3의 (b) 참조)

상기 도체선(6)을 수지(7)와 함께 감는 틀(5)에 권회한 후, 전체를 가열로(9) 내에서 가열하고, 입힌 수지(7)를 경화시킨다.

상기한 바와 같은 회전 전기기계의 회전자의 제조 방법에 의하면, 감는 틀(5) 내에서 축방향으로 인접하는 도체선 상호간이나 그 외주측에 상층으로서 인접하는 도체선의 사이 등에 적정량의 수지(7)를 배치할 수 있고, 다수열, 다수층의 감는 틀 내에 골고루 균일하게 구성하는 것이 가능해진다.

또한, 권회할 때마다, 수지를 도체에 입힘으로써, 소망하는 감는 개소에서 수지를 자유롭게 증감할 수 있고, 적어도 심층부에 골고루 균일하게 입히는 것은 물론, 다양한 패턴을 염가로 제조할 수 있다.

또한, 상기한 것은, 감는 틀에 권회한 단계에서 가열하고 있지만, 가열 경화는 철심에 조립한 후라도 좋다.

또한, 종래와 달리, 수지(7)가 도체 상호간에 골고루 개재되어 원심력에 대항하기 때문에, 최종 공정으로서 도체 최외층 외주측에 보호 테이프를 감는 등의 필요성은 특별한 경우 외에는 없어진다.

이상과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 의하면, 감는 틀(5)에 감긴 도체선(6) 상호간의 간극에 수지(7)가 골고루 균일하게 구성되기 때문에, 원심력에 저항하여 확실하게 도체선(6)을 소정 위치에 유지할 수 있다. 또한, 도체선(6)끼리가 서로 스쳐서 단선되는 이상도 없어진다. 또한, 감는 틀(5)에 수납된 도체선(6)의 주위에 개재되는 공기가 거의 없어지기 때문에, 열전도가 비약적으로 향상되고, 수지(공기의 약 10배의 열전도율을 갖는다)를 통하여 주된 열전도가 행하여지기 때문에, 감는 틀내 도체 온도를 저하시키고, 감는 수당의 발전기의 출력을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 여기서는, 도체 주위에 개재하는 여분의 공기가 수지로 치환되는 것이 중요하고, 반드시 수지가 1O0% 채워져 있는 것을 목표로 하는 것이 아니다.

또한, 본 발명에 의하면, 주위를 코일로 깊게 둘러싸인 코일 범위, 즉 계자 코일의 심층부(22)에서의 열전도가 촉진되기 때문에, 속에 틀어박혀서 출구가 없던 열의 배출이 가능해진다. 이로써, 회전에 의한 이동 공기로 냉각되는 비(非)심층부(감기 종료 상태에서 근처의 주변에 감는 틀 또는 외계가 존재한 코일 범위)(23)와 상기 심층부의 열적 차이가 축소되고, 냉각 평준화, 나아가서는 전체 코일의 냉각 효율이 향상된다.

또한, 감기는 코일은 하나로 이어진 연속체이고, 어떤 고열 부위의 존재로 전체의 냉각 효율이 저하되어 버리는 경향이 있고, 이 점에서 상기 냉각 평준화는 냉각 효율의 현저한 향상에 이어진 것이다.

균일하게 마련되는 수지가 정렬 도체 상호간 간극을 차지하는 범위는, 정렬 도체 상호간 간극 즉 수지를 제외하는 도체 상호간 보다 작아지는 범위로 조밀하게 마련하는 것이 바람직하고, 이로써, 충전되는 수지(7)는 필요한 최저한의 양으로 조정되고, 제조 비용, 열효율, 공간 효율을 악화시키지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 실시 예에서는 도체선(6)이 직경 0.8㎜의 환선이지만, 직경 0.5㎜ 이상의 선이라면 거의 같은 효과를 얻을 수 있다. 이것은, 도체 상호간의 공간에 각각 마련된 수지의 단면적이 어느 정도 필요한 것으로부터 도출된다. 또한, 층수가 10층 이상이 되면, 열이 방산되기 어렵고, 함침 수지도 전면에 골고루 미치지 않는 심층부(22)가 구성되게 되지만, 본 발명에 의하면, 이와 같은 심층부(22)에서도 확실하게 코일 도체의 신뢰성과 온도 개선을 꾀할 수 있다.

제 2 실시 형태

도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태를 도시한 것이다. 도 4에서, 중공 동체부(51)의 외주면상(철심 통형상부(3b)와 반대측)에, 파형상(波狀)의 연속한 볼록부(55)를 마련하고, 이것에 권회되는 도체선(6)이 골고루 끼워 맞추어지도록 한 것이다. 이 볼록부(55)는 감는 틀(5)의 성형시에 사용된 도체선(6)의 크기(직경)에 맞추어서 동시에 수지 성형에 의해 형성된다.

본 발명의 제 2 실시 형태에 의하면, 상기 중공 동체부(51)의 외주면과 도체선(6)의 최내층(제 1층) 사이의 간극을, 미리 작은 것으로 할 수 있고(통상, 2층째 이후의 도체 상호간의 간극보다 큰 간극이 된다), 그 만큼, 입혀지는 수지의 양을 적은 적정한 양으로 할 수 있다. 또한, 철심의 바로 근처에서 여분의 수지가 개재 되지 않기 때문에, 열적으로 양호하고, 비용도 저감된다.

제 3 실시 형태

또한, 상기 실시 형태에서는 어느 것이나 도체(6)가 환선의 경우를 나타냈지만, 이것은 입수가 용이하고 범용성이 있다는 이유에 의거한 것이다. 그러나 도 5에 도시한 바와 같이, 단면이 육각형 등의 비환선, 다각형 형상이라도, 감는 틀 내에 조밀하게 권회함에 있어서, 도체 상호간에 어느 것인가의 간극이 생기는 상황으로 바뀜은 없고, 이것을 이용함에 의해서도 소기의 목적을 달성할 수 있다. 또한, 단면 사각형 등의 도체선으로, 면과 면이 서로 대면하여 정렬로 감기는 경우는, 그 면의 상호간의 공간은 비교적 작은 것으로 되지만, 현실적으로도 전기 절연적으로도 코일 표면각에 반드시 아르 형상이 구성되기 때문에, 이 부위에 있어서는 환선끼리와 마찬가지의 구성으로 되고, 또한, 이 단면 다각형 형상의 도체의 경우라도, 환선 단면 직경 0.5㎜ 이상에 상당하는 크기라면 마찬가지로 효과적이다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 회전 전기기계의 회전자는, 차량용의 교류 발전기의 회전자뿐만 아니라, 다수열, 다수층으로 도체의 권회를 행하는 다른 모든 회전 전기기계의 회전자에 널리 이용되는 것이다.

Claims (8)

1. 회전축과, 이 회전축에 추착되고 이것과 일체로 회전하는 계자 철심과, 이 계자 철심상에 배설된 링형상의 도체 감는 틀과, 이 도체 감는 틀에 다수열, 다수층으로 권회된 도체를 구비한 회전자에 있어서,

   다수층의 최내층으로부터 최외층까지의 정렬 도체 상호간 간극중 적어도 심층부의 도체 상호 간극이, 균일한 수지층으로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
2. 제 1항에 있어서,

   균일하게 마련되는 수지가 정렬 도체 상호 간극 사이를 차지하는 범위는 정렬 도체 상호간 극간보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   감는 틀에 수납되는 다수층 도체는 10층 이상인 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   감는 틀에 수납되는 다수층 도체는 직경 0.5㎜ 이상의 선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   감는 틀의 중공 동체부 외주위에 도체 상호간에 위치하도록 볼록부가 마련되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   감는 틀에 수납되는 다수층 도체는 단면이 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자.
7. 감는 틀에 도체선을 권회하기 직전에 상기 도체선에 대해 유동성 수지재를 입히는 공정과, 상기 유동성 수지재가 입힌 도체선을 상기 감는 틀에 다수열, 다수층으로 권회한 후, 전체를 가열하고 상기 수지를 경화시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   도체선에 대해 입혀지는 수지의 양은, 정렬 도체 상호간 극간을 차지하는 범위가 정렬 도체 상호간 극간보다 작아지도록 조정되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계의 회전자의 제조 방법.

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