KR20090106087A - 차량용 교류발전기의 고정자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 교류발전기의 고정자 형상에 관한 것으로서, 본 발명의 교류발전기의 고정자는 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어, 및 상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며, 상기 티스부들의 말단은 T자 형태 또는 L자 형태가 됨으로써, 다양한 굵기의, 많은 양의 권선을 고정자 슬롯에 와인딩 함으로써 교류발전기 출력 증대를 가져온다.
교류발전기, 고정자, 슬롯 개구부, 스피닝 공정

Description

차량용 교류발전기의 고정자{A STATOR OF ALTENATORS FOR A VEHICLE}
본 발명은 자동차용 교류 발전기의 고정자에 관한 것으로서, 특히 교류발전기의 출력을 증대시키고 스피닝 공정(spinning process)에서의 용이성을 가져오며, 스피닝 공정 이후의 손상을 방지하기 위한 자동차용 교류발전기의 고정자 형상에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 각종 전기 및 전자기기를 장착하고 이들은 발전기와 축전지로부터 공급되는 전력에 의하여 작동되도록 되어 있으며, 상기 전력의 안정된 공급을 위하여 발전기를 중심으로 하는 충전장치를 구비하고 있다. 상기 발전기는 직류발전기와 교류발전기가 이용되고 있으나, 저속 및 고속에서도 안정성을 유지하는 교류발전기가 보다 널리 이용된다.
자동차용 교류 발전기는 저속에서 발생 전압을 높게 하고, 고속에서 안정된 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위해 통상적으로 3상 교류 발전기를 사용하게 된다. 이러한 3상 교류 발전기는 자동차 엔진의 크랭크축과 연결된 상태에서 엔진 회전 시 동력을 전달받아 배터리를 충전시키는 역할을 수행한다.
교류발전기는 하우징의 내부에 브러쉬 어셈블리와, 고정자 어셈블리, 코일이 권선되는 보빈과 폴 코어로 구성되는 회전자 어셈블리 및 이러한 회전자 어셈블리의 회전을 원활하게 하는 베어링과, 차량의 엔진 구동력을 전달받아 발전기를 구동시키는 풀리 등으로 구성된다. 상기와 같이 구성되는 발전기에 있어서의 종래의 냉각방식은, 교류발전기의 작동시 발생하는 열을 냉각시키기 위해서 풀리의 내측에 팬(fan)을 설치하거나 상기 고정자 어셈블리의 슬립 링 일방에 냉각팬을 설치하고 이러한 팬의 동작으로 발생된 냉각풍이 교류발전기 내부를 순환하면서 냉각작용을 하는 공냉식으로 되어 있었으며, 보빈의 외주에 코일이 권선된 상태에서 폴 코어에 결합하도록 구성되어 있다.
도 1은 일반적인 자동차용 교류 발전기의 개략적인 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 자동차용 교류 발전기(100)는 고정자(110)와 회전자(120)를 포함하여 구성된다.
상기 고정자(110)는 고정자 코어(105)와 고정자 권선(108)으로 구성되어 드라이버 및 드라이버 엔드 프레임(driver end frame; 160))상간에 압입된다.
그리고, 상기 회전자(120)는 상기 고정자(120)의 내방에 구비되고, 횡방향으로 회전자 샤프트(118)가 설치되며, 회전자 권선(115)을 권취하여 슬립링(128)과 연결시키고, 회전자 샤프트(118)의 중도에 스풀 보빈(spool bobbin; 116)이 결합된다.
여기서, 스풀 보빈(116)의 외방에 다수개의 회전자 폴(rotor pole)을 갖는 세그먼트(117)가 결합되고, 슬립링(128)에는 내방에 배터리 전원을 이 슬립링(128)을 통하여 회전자 권선(115)으로 인가시켜 세그먼트(117)를 자화시키기 위하여 브 러쉬(122)가 삽입된 브러쉬 홀더(125)가 구비된다.
또한, 스풀 보빈(116)은 슬립링 측에 구비되는 Sre Fan(slip ring end; 155)을 고정하기 위하여 Sre Fan(155)의 각 홀(hole)에 포스트(post)로 용접 결합된다.
이때, 스풀 보빈(116)은 초음파 용접에 의하여 Sre Fan(155)의 홀에 포스트로 고정되며, 이로 인해 스풀 보빈(116)과 sre fan(155)이 상호 결합되도록 이루어진다.
도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 교류 발전기의 고정자 코어의 정면도 및 정면 부분 확대도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 고정자(200)는 고정자 코어(211)와 고정자 권선(240)으로 구성되어 드라이버 및 드라이버 엔드 프레임(160) 상간에 압입된다.
고정자 코어(211)는 요크부(210)와 티스부(220)와 슬롯(230)과 절연체(232)와 차양부(222)로 이루어진다.
또한, 요크부(210)는 원통형상으로 형성되는 상기 고정자(200)의 외주면에 원통형상으로 형성되며, 티스부(220)는 요크부(210)로부터 중심 방향으로 소정의 길이를 가지며 요크부(210)와 일체로 형성되되, 원주 방향으로 소정 피치로 배열되고, 슬롯(230)은 티스부(120)에 의해 구획되며 형성된다.
그리고, 절연체(232)는 티스부(220) 내측의 일측과 타측에 구비되며, 차양부(222)는 티스부(220)의 선단부에서 원주 방향 양측으로 연장되어 돌출하도록 형성되되, 슬롯(230) 개구부의 약 반분을 차폐하여 고정자 권선의 돌출을 방지한다.
상기의 구성으로 이루어진 고정자 코어(211)는, 소정의 형상으로 프레스 가 공된 자성 강판을 적층 일체화하여 원통 형상으로 형성된다.
한편, 고정자 권선(240)은 소정의 자극을 갖는 회전자(도 1, 120)에 대해 3상 교류 코일로 이루어지며, 이는 고정자 코어(211)의 슬롯(230)과 요크부(210)에 연결되도록 권취된다.
도 3은 종래 기술에 따른 자동차용 교류 발전기의 고정자(300)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면에서 도시된 바와 같이, 고정자 코어(310)의 티스부(330)는 요크부(350)로부터 중심 방향으로 소정의 길이를 가지는데, 이 티스부(330)는 요크부(141)와 일체형으로 형성되되, 고정자 코어(310)의 접선에 수직으로 형성된다. 이 티스부(330)의 말단에 차양부(340)가 형성되어 있는데, 슬롯(320)의 개구부는 일 차양부일측 단부와 인접하는 차양부의 대향측 단부에 의해 정의된다.
하지만, 도 3에서 도시된 바와 같은 고정자 슬롯의 개구부 형상에 의할 때에 큰(굵은) 사양의 권선(wire)을 감는데에 한계가 있으며, 따라서, 더 많은 턴수의 권선을 감기 위한 슬롯의 형상이 필요하다. 아울러, 슬롯의 개구부 폭을 조정함으로써 교류발전기 출력을 증대시켜야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래기술의 고정자의 티스부 형상에서 스피닝 공정을 수행하는 때에 공정이 용이하게 수행되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량용 교류발전기의 고정자 슬롯에 더 많은 권선을 와인딩할 수 있는 슬롯 개구부 형상을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 제 2 목적은 고정자 슬롯 개구부의 폭을 조절함으로써 교류발전기의 출력을 증대시키는데에 있다.
본 발명의 제 3 목적은 스피닝 공정을 용이하게 수행하기 위한 고정자 형상을 제공하는데에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자의 제 1 특징은 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어, 및 상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며, 상기 티스부들의 말단은 T자 형태로 되어 있다.
여기서, 상기 슬롯들은 개구부를 포함하며, 상기 개구부의 폭은 상기 티스부들의 내측 말단을 연결하는 고정자 코어의 내측 원주의 길이의 22% 내지 25%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자의 제 2 특징은 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정 자 코어, 및 상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며, 상기 티스부들의 말단은 L자 형태로 되어 있다.
여기서, 상기 슬롯들은 개구부를 포함하며, 상기 개구부의 폭은 상기 티스부들의 내측 말단을 연결하는 고정자 코어의 내측 원주의 길이의 22% 내지 25%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자의 제 1 특징은 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어, 및 상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며, 상기 티스부들의 말단 일 측에는 챔퍼(chamfer)가 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자는 다양한 굵기의, 많은 양의 권선을 고정자 슬롯에 와인딩 함으로써 교류발전기 출력 증대를 가져오는 효과가 있다.
본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자는 시뮬레이션을 통해 최적화된 고정자 슬롯 개구부 비율을 제시하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자는 스피닝 공정을 용이하게 하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용 및 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 차량용 교류발전기의 고정자의 형상을 도시한 부분 단면도이다. 도면을 참조하면, 좌측의 종래 기술의 고정자의 돌출부는 우측에서 도시된 T자 형태의 돌출부 형태로 변경되었다.
도 4에 따른 본 발명의 고정자의 차양부(430)는 머리 부분이 기둥 부분에 비해 작은 T자 형상의 구조이다. 고정자 코어(400)는 강판의 얇은 시트를 등간격으로 요철형상으로 구멍을 뚫어 포개서 감거나, 적층하여 원환 형상으로 구성되어 있다. 고정자 코어(400)의 내주부에는 축선 방향으로 뻗은 슬롯(410) 및 티스부(420)가 형성되어 있다. 티스부(420)의 말단에 형성된 차양부(430)는 직사각형의 T자 형상으로 되어 있다. 이러한 T자 형상의 차양부(430)는 티스부(420)에서 보다 많은 고정자 권선이 감기게 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 차량용 교류발전기의 고정자의 형상을 도시한 부분 단면도이다. 도 5를 참조하면, 좌측의 종래 기술의 고정자의 돌출부는 우측에서 도시된 L자 형태의 돌출부 형태로 변경되었다.
도 5에 따른 본 발명의 고정자의 차양부(530)는 원주 방향의 일측으로 90°각도로 꺾여진 L자 형상의 구조이다. 고정자 코어(500)는 강판의 얇은 시트를 등간격으로 요철형상으로 구멍을 뚫어 포개서 감거나, 적층하여 원환 형상으로 구성되어 있다. 고정자 코어(500)의 내주부에는 축선 방향으로 뻗은 슬롯(510) 및 티스부 (520)가 형성되어 있다. 티스부(520)의 말단에 형성된 차양부(530)는 직사각형의 L자 형상으로 되어 있다. 이러한 L자 형상의 차양부(530)는 티스부(520)에서 보다 많은 고정자 권선이 감기게 한다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 고정자 슬롯 형상의 경우에서, 슬롯 개구부 비율에 따른 출력 전류의 변화를 도시한 그래프이다.
도 6에서, 교류발전기의 출력(A)은 고정자의 원주에 대한 슬롯 개구부 비율에 따라 가변적임을 알 수 있다. 대체적으로, 슬롯 개구부 비율이 증가하면 발전기 출력 전류도 증가하지만, 이는 22% 내지 25%에서 최대가 되며, 이후에서는 감소하게 됨을 시뮬레이션 결과가 보여준다. 이러한 결과는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 고정자 슬롯 형상의 경우에도 마찬가지로 적용된다(미도시).
도 7은 본 발명의 차량용 교류발전기의 고정자의 제 3 실시형태를 도시한다.
우선, 교류 발전기의 고정자의 제조 방법은 하기와 같다. 자성재료인 SPCC재로 되는 띠모양 박판으로 요철(凹凸)을 갖는 띠모양체를 제작한다. 그리고, 이 띠모양체를 소정수 적층하고, 이 외주부를 레이저 용접해서 직방체의 적층 철심을 제작한다. 이 적층 철심의 한쪽에는 다수의 슬롯이 형성되어 있다.
이후, 교류발전기의 고정자에 대한 스피닝 공정이 수행되는데, 본 발명은 요철 부분인 티스부의 말단 일측에 챔퍼(chamfer; 모서리 부분)를 형성한다. 이 티스부 말단에 형성된 챔퍼에 의하여 스피닝 공정 혹은 리베팅 공정(reveting process)을 용이하게 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 L자 형태의 차양부를 갖는 고정자 제조 방법을 예시한 도면이다. 본 발명의 제 2 실시형태에 의해 고정자의 티스부가 90°각도로 꺾여지는 경우에, 스피닝 이후에 고정자의 차양부가 쉽게 부서지는 것을 방지하기 위한 고정자 제조방법을 제안한다.
도 8에서, 교류발전기의 고정자 제조방법은 고정자의 티스부의 일 지점에 홈(groove)을 형성한 이후에, 이 홈이 형성된 부분에서 홈 형성 부분의 반대 방향으로 티스부를 90°각도로 구부려서 차양부를 제조한다.
이상과 같이 본 발명에 의한 차량용 교류발전기의 고정자를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
도 1은 차량용 교류발전기를 나타내는 개략적인 예시도,
도 2는 종래 기술에 따른 차량용 교류발전기의 고정자를 도시한 도면,
도 3은 종래 기술에 따른 차량용 교류발전기의 고정자 슬롯 개구부의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 원주에 대한 고정 슬롯 개구부 비율이 도시된 그래프
도 5는 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 제 1 고정자 슬롯 형상의 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 제 2 고정자 슬롯 형상의 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 제 3 고정자 슬롯 형상의 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 교류발전기의 고정자 제조 방법이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100: 차량용 교류발전기 110: 고정자
105: 고정자 코어 108: 고정자 권선
120: 회전자 210: 요크부
220: 티스부 230: 슬롯
420: 티스부 430: 차양부

Claims (5)

  1. 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어; 및
    상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며,
    상기 티스부들의 말단은 T자 형태인 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기의 고정자.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 슬롯들은 개구부를 포함하며, 상기 개구부의 폭은 상기 고정자의 원주 길이의 22% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기의 고정자.
  3. 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어; 및
    상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며,
    상기 티스부들의 말단은 L자 형태인 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기 의 고정자.
  4. 청구항 3항에 있어서,
    상기 슬롯들은 개구부를 포함하며, 상기 개구부의 폭은 상기 고정자의 원주 길이의 22% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기의 고정자.
  5. 원통 형상으로 형성되며, 내부에 원심방향으로 돌출되어 형성된 다수의 티스부들을 포함하는 고정자 코어; 및
    상기 다수의 티스부들 사이의 슬롯 내부에 형성된 고정자 권선들을 포함하며,
    상기 티스부들의 말단 일 측에는 챔퍼(chamfer)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기의 고정자.
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