KR20100134585A - 콤팩트한 고출력 알터네이터 - Google Patents

Abstract

자동차용의 콤팩트한 고출력 알터네이터로서 또한 기존 차량의 "제거 및 교체" 개장으로서 적합한 기계 에너지와 전기 에너지 사이에서의 변환을 위한 장치. 본 발명의 다양한 양태는 영구 자석 알터네이터 로터에 작용하는 반경방향 하중의 문제를 처리하면서 영구 자석 알터네이터의 출력을 크게 증가시키는 수단을 제공한다. 본 발명의 다른 양태는 2 개의 별개의 전압으로 전력을 생산할 수 있게 한다. 본 발명의 양태는 마그네틱 프린징의 사용을 통해 축방향 길이의 증가 없이 출력 능력의 현저한 증가를 가능하게 한다. 본 발명의 일 양태는 공기유동에 부정적인 영향을 주지 않으면서 영구 자석 기계장치에 존재하는 코깅을 제거 또는 감소시키는 비스듬한 스택을 장착하는 효과적인 수단을 제안한다. 본 발명의 다른 양태는 듀얼 로터 영구 자석 기계장치의 반경방향으로 오프셋되고 양쪽에 배치된 자석에 의해 코깅을 감소시킨다.

Description

콤팩트한 고출력 알터네이터{COMPACT HIGH POWER ALTERNATOR}

본 발명은 기계 에너지와 전기 에너지 사이에서의 변환을 위한 장치에 관한 것이다.

영구 자석 제너레이터에 의해 공급되는 전력은 로터의 속도에 따라 크게 변한다. 많은 적용에서, 로터 속도의 변화는 예컨대 자동차의 엔진 속도 변화 또는 하중 특성의 변화로 인해 일반적이다. 따라서, 전자 제어 시스템이 전형적으로 사용된다. 그러므로, 영구 자석 알터네이터 및 제어 시스템의 실시예가 1997년 4월 29일에 Scott 등에게 허여된 미국특허 5,625,276 에 기재되어 있다. 다른 제어 시스템의 실시예가 2000년 1월 25일에 Anderson 등에게 허여된 미국특허 6,018,200 에 기재되어 있다. 본 발명의 실시형태의 개시와 모순되지 않는 정도까지, 상기 참조물은 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 통합된다.

이러한 영구 자석 알터네이터에 있어서, 효율은 스테이터로부터 자석을 분리하는 "공극 (air gap)" 에 반비례한다. 이러한 공극은 주로 20/1000 ~ 40/1000 인치 (20 to 40 thousands of an inch) 의 범위이다. 스테이터에 의해 생산되는 출력은 공극 직경의 제곱에 비례하고 (이하에서, 도 1f 에 관련하여 부가적으로 규정됨), 그러므로 특별한 적용에 의해 허용되는 바와 같이 공극 직경을 최대화하는 것이 특히 바람직하다.

전형적으로, 자동차용 알터네이터에는, 알터네이터를 중간 브라켓에 의해 엔진 블록에 체결하기 위해 그리고 또한 알터네이터가 이하에서 설명될 수단에 의해 벨트 미끄러짐 없이 적절히 작용할 수 있도록 하기 위해 사용되는 장착 부속물, 더 일반적으로 알려진 바로는 장착 러그가 설치된다. J180 또는 힌지 타입 마운트로서 알려진 (3 지점 마운트로서도 알려짐) 일반적인 구성이 상기 목적을 위해 3 개의 장착 러그를 포함한다. 장착 러그 중 2 개는 알터네이터의 전방 및 후방에 위치되고 축방향으로 정렬되어 있다. 상기 2 개의 정렬된 러그는 이 2 개의 러그 및 장착 브라켓을 통해 지나가는 볼트의 사용에 의해 엔진의 대응하는 구조체에 체결되어 실제로 힌지로서 작용한다. 위쪽 조정 러그로서 일반적으로 알려진 제 3 장착 러그는 알터네이터의 전방부에 전형적으로 위치되고 2 개의 제 1 러그로부터 반경방향으로 반대쪽에 있다. 위쪽 조정 러그는, 알터네이터를 2 개의 제 1 러그에 의해 형성된 힌지를 중심으로 회전시키고 또한 적절한 벨트 장력이 달성되면 알터네이터를 적소에 잠그기 위해 잭스크류가 설치된 장치에 장착된다. 잭스크류는, 알터네이터가 레버, 전형적으로는 목제 스틱의 사용에 의해 힌지를 중심으로 회전되고 그 후 상기 작용을 위해 설계된 간단한 브라켓 및 잠금 체결체에 의해 체결되는 이런 유형의 모든 브라켓에 항상 존재하지는 않을 수도 있다. 어떤 경우든, 알터네이터는, 전기 시스템의 전력 생산 요소, 및 알터네이터 풀리를 지나 대응하는 구동 풀리, 전형적으로는 엔진 크랭크축 풀리로 가는 자동차 벨트를 위한 텐셔너의 양자로서 작용한다. 특정 엔진, 전형적으로는 대형 디젤에서는, 내부적으로 연결된 보조적인 구동 축에 크랭크축 풀리 대신 알터네이터를 구동시키기 위해 사용되는 풀리가 설치된다.

단지 3 개의 장착 지점을 가지는 J180 규격은, 알터네이터를 장착하고 구동 벨트에 장력을 적용하는 수단으로서 유효하지만, 알터네이터의 대부분을 외팔보 상태로 남겨둔다. 단지 3 개의 장착 러그로는, 알터네이터는 외팔보 부분 주위에서 "휘핑 (whipping)" 을 받고 이는 다시 가속의 영향을 확대시킨다. 전형적으로, 이런 파괴적인 힘은 가솔린 및 디젤 엔진 양자에서 발견되지만 디젤 엔진의 시동 동안 가장 심하다. 차량이 갑작스러운 방향 변화를 받을 때, 예컨대 차량이 움푹 팬 곳 또는 다른 유사한 도로 장애물에 부딪힐 때도 격심한 가속을 만나게 된다. 이런 힘의 영향으로 알터네이터의 사용수명 기대가 크게 감소된다.

자동차 벨트 공학에서의 최근은 진보로, 일체형 토션 스프링의 사용을 통해, 벨트에 필요 장력을 가하여 알터네이터가 벨트 텐셔너로서 작용할 필요성을 제거한 자동차 벨트 텐셔너 조립체가 개발되었다. 이런 구성에서는, 알터네이터 러그가 고정된 브라켓에 견고하게 장착되어 힌지 및 잭 스크류에 대한 필요성을 제거한다. 자동차 벨트 텐셔너의 이용은 정확한 벨트 장력이 항상 정확하게 적용된다는 점에서 유익하였지만, J-180 힌지 마운트를 사용하는 알터네이터 및 3 지점 장착 러그를 이용하는 변형에서는 장착 러그가 없는 알터네이터의 부분이 여전히 휘핑을 받기 때문에 파괴적인 관성력이 계속 관찰된다.

관찰된 파괴적인 힘을 더 감소시키기 위한 시도로, 미국자동차기술자협회 ( Society of Automotive Engineer: SAE) 는 엔진에 알터네이터를 체결하는 방법으로서 Pad Mount Alternator Specification Proposal 을 발행하였다 (SAE document 2002-01-1282). Pad Mount Alternator Specification Proposal 은 4 가지 사양 버전, 2-1 내지 2-4 를 포함하다. 2-1 및 2-4 는 아직 널리 용인되어야 하고 미래의 사용을 위한 것인 반면, 2-2 및 2-3 은 제안된 규격으로 현재 구성되고 있는 알터네이터에 의해 중요 엔진 제조자에 의해 일반적으로 용인되었다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 패드 마운트 알터네이터 (Pad Mount alternator) 는 알터네이터를 엔진 블록에 견고하게 장착하는 4 개의 장착 러그를 이용한다. 4 개의 장착 러그를 포함하는 J180 마운트의 변형이 또한 파괴적인 힘을 감소시키기 위한 시도에서 개발되었다. 어떤 경우에서든, 알터네이터는 4 개의 지점에서 엔진에 견고하게 장착된다. SAE Pad Mount 규격과 J180 4 지점 변형은 알터네이터를 체결하기 위해 사용된 장착 러그 사이의 고정된 거리로 인해 전체 알터네이터 직경을 물리적으로 제한한다. 현재 전체 직경이 제한되고 있기 때문에, 패드 마운트 알터네이터에서 알터네이터 출력을 증가시키는 유일한 유효 수단은 전체 축방향 길이를 증가시키는 것이다. 이런 접근법은 출력이 축방향 길와 비례하여 증가하도록 제한한다. SAE Pad Mount 규격 또는 상기 문제에 대한 어떤 4 지점 마운트 알터네이터에 의해 부과되는 소정의 지오메트리를 따르면서 알터네이터 출력을 증가시키는 방법을 개발하는 것이 매우 바람직하다.

영구 자석 알터네이터의 회전하는 부분은 로터와 로터에 부착된 영구 자석을 포함한다. 알터네이터의 전체 직경이 제한되는 주어진 적용에서, 출력을 크게 증가시키는 한가지 수단은 스테이터의 전체 길이를 증가시키는 것이다. Lafontaine 등의 적용에서 논의된 바와 같이, 이런 유형의 알터네이터의 로터는 개방단부형 (open-ended) 이기 때문에, 이 로터는 실제로 외팔보형이고 심한 반경방향 하중에 노출될 때 휨을 받는다. 그러므로, 이런 유형의 알터네이터에 대한 유효 길이는 반경방향 하중의 양에 의해 제한되고, 로터는 영구 자석이 스테이터와 부딪치는 것을 방지하도록 저항할 수 있다. 영구 자석 로터는 최대 하중에 저항하도록 설계될 수 있지만, 크기 및 전체 중량의 견지에서의 실제적인 제한은 특정 길이를 넘어서면 이런 접근법을 비현실적이 되게 하는 경향이 있다. 그러므로, 출력이 실질적으로 증가되고 로터 길이에 의해 제한되지 않는 영구 자석 기계장치를 설계하는 것이 바람직하다.

시간이 지남에 따라, 전력망으로부터 원격으로 전기 공구에 전력을 공급하는 요구가 꾸준히 증가하고 있다. 이런 요구는, 110 VAC 와 같은 라인-레벨 전압 (line-level voltage) 에의 접근이 비현실적이거나 완전히 가용하지 않은 영역에서 장비를 수리하는 임무가 주어진 현장 서비스 직원에 의해 심각하게 느껴진다. 이런 문제를 해결하기 위해 이용되는 한가지 방법은 핸드 드릴, 레이디얼 톱 (radial saw) 및 진단 장비 등에 의해 요구되는 AC 전력을 생산하기 위해 제너레이터 세트 또는 '젠-세트 (gen-set)' 을 사용하는 것이다. 이런 방법의 결점은 젠-세트에 필요한 집중적인 유지보수 및 현장 서비스 직원에 의해 실행되는 작업에 직접적으로 연결되지 않는 대형 장비의 소지의 불편성에 있다. 한편, 후드 밑의 (under-hood) 알터네이터가 외부 사용을 위해 차량 시스템 DC 전력 및 AC 전력의 양자를 전달할 수 있다면, 제너레이터 세트의 구비의 비용 및 부담을 제거할 것이다. 예컨대, 12 VDC 차량 전력 및 110 VAC 전력을 생산하기 위해 단일 알터네이터를 고려하면, 알터네이터가 12 VDC 를 생산하기 위해 최적화되어 있는 경우 전압을 110 으로 상승시키거나 또는 반대로 알터네이터가 110 VAC 를 생산하기 위해 최적화되어 있는 경우 전압을 하강시키는 것에 있어서의 고유의 비효율성이 문제가 된다. 그러므로, 특정 임무에 최적화된 독립적인 출력 전압 또는 전류에 대해 복수의 전기적인 출력을 낼 수 있는 알터네이터를 생산하는 것이 특히 바람직하다. 구체적으로는, 12 VDC 에 대해 최적화된 전압 범위 및 110 VAC 에 대해 최적화된 제 2 독립적인 전압 범위를 출력하는 것이다.

마그네틱 프린징 (magnetic fringing) 의 효과는 잘 알려져 있으며 영구 자석 기계장치의 전력을 증가시키는데 이용될 수 있다. 영구 자석 알터네이터에서, 주어진 적용에 대하여 총 가용 축방향 길이를 제약하는 것은 알터네이터의 축방향 스테이터 길이에 제약을 준다. 이는, 알터네이터 내에 장착되는 스테이터 이외에, 프론트 및 리어 엔드 플레이트, 로터 및 모든 회전을 위해 필요한 여유가 또한 동일한 제한된 축방향 길이를 모두 공유해야 하기 때문이다. 영구 자석 기계장치에 있어서, 알터네이터의 전체 길이에 영향을 주지 않으면서, 양 스테이터 면 이상으로 자석의 길이를 확장시킬 수 있다. 이런 접근법에서 만들어지는 마그네틱 프린징 필드 (magnetic fringing field) 는 스테이터 이상으로 연장되고 스테이터 이상으로 또한 연장되는 권선 엔드 턴 (windign end turn) 을 가로막는다. 그 결과는 스테이터 면 이상으로 연장되는 권선과 상호작용하는 플럭스 이고, 이는 다시 스테이터의 주어진 길이에 대하여 더 큰 전력을 생산하게 한다. 따라서, 스테이터의 고정된 길이에 대하여 전력을 증가시키는 수단으로서 마그네틱 프린징을 이용하는 알터네이터를 설계하는 것이 바람직하다.

영구 자석 기계장치는 바람직하지 않은 코깅 효과 (cogging effect) 를 나타내는 경향이 있다. 코깅 효과는, 자석이 로터 주위에 반경방향으로 동일하게 배치되고, N 극 및 S 극의 양자를 교대로 하며, 각각의 자석 사이에 간극을 만들어내는 영구 자석 알터네이터의 지오메트리의 직접적인 결과이다. 스테이터는 치형부를 포함하고, 슬롯이 자석의 지오메트리에 조화된다. 정지상태에서, 영구 자석에 의해 만들어지는 자기장은 자석이 스테이터의 대응하는 치형부에 직접적으로 정렬되게 하는 힘을 만들어낸다. 로터가 회전하기 시작할 때, 영구 자석에 의해 만들어진 자기장은 조립체의 포텐셜 에너지 (potential energy) 가 증가함에 따라 회전에 대한 저항을 발생시킨다. 회전이 계속됨에 따라, 영구 자석이 인접한 스테이터 치형부 사이의 간극의 중간에 정렬될 때 포텐셜 에너지는 그 최대치에 도달한다. 중간 지점으로부터, 추가의 회전은, 자석이 스테이터의 인접하는 치형부에 다시 직접적으로 정렬될 때 종료되는 가속을 만들어낸다. 이 감속 및 후속하는 가속은 영구 자석 알터네이터에서 관찰되는 코깅 효과를 만들어낸다. 사이클의 순 효과는 알터네이터를 회전시키는데 사용되는 에너지에 대해 0 의 순 효과라는 점을 유념하는 것이 중요하다. 영구 자석 알터네이터의 코깅은 몇몇 바람직하지 않은 특징을 만들어낸다. 이 효과 중 두 가지는 단지 심미적 (aesthetic) 일 뿐이다: 첫 번째는 사이렌과 다르지 않은 하이-피치 사운트 (high-pitched sound) 가 만들어지는 것이고, 두 번째는 영구 자석의 자기장에 의해 만들어지는 저항으로 인한 알터네이터의 자유로운 회전의 불능이다. 종래의 Lundell 알터네이터는 여자 필드 (excitation field) 의 부재시에 자유롭게 회전하기 때문에, 영구 자석 알터네이터는 적절하게 작용하지 않는다는 점이 이해된다. 세 번째의 그리고 더 파괴적인 효과는, 코깅의 가속 및 감속이 알터네이터 요소를 시간이 지남에 따라 조기에 마모시키는 진동을 만들어내는 대형 영구 자석 알터네이터에서 발견된다. 상기 동일한 가속 및 감속은 또한 알터네이터를 회전시키는 구동 벨트에 바람직하지 않은 힘을 만들어내서 알터네이터의 사용수명을 단축시킨다. Lafontaine 등의 적용은 비스듬한 스테이터의 사용을 통해 코깅을 감소시키는 것을 기재한다. Lafontaine 등의 적용에서 기재된 바와 같이, 비스듬한 스테이터를 체결하는 한가지 가능한 수단은 홀드 다운 링 (hold down ring) 을 사용하는 것이다.

홀드 다운 링의 지오메트리의 특징으로 인해, 홀드 다운 링 및 그것의 체결체는 중심 코어로 돌출하고, 가능하게는 공기유동에 부정적인 영향을 준다. 적당한 냉각 유체 유동을 유지하기 위해서, 냉각 유체 유동을 방해하는 장애물을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 공기유동에 부정적인 영향을 주지 않으면서 비스듬한 스테이터를 체결하는 수단을 생산하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기계 에너지와 전기 에너지 사이에서의 변환을 위한 특히 바람직한 기계장치를 제공한다. 특정 실시형태는 SAE Pad Mount 규격에 의해 부여되는 제한 내에서 작동하는 향상된 알터네이터를 제공한다.

본 발명의 다양한 양태는 영구 자석 알터네이터 로터에 가해지는 반경방향 하중의 문제를 처리하면서 영구 자석 알터네이터의 출력을 크게 증가시키는 수단을 제공한다.

본 발명의 다른 양태는 2 가지 별개의 전압으로 전력을 생산할 수 있게 하며, 대안적인 실시형태에서 알터네이터의 적어도 하나의 출력은 직류이고 다른 출력은 교류이다.

직경 및 전체 축방향 길이가 제한되는 적용에서, 본 발명의 양태는 마그네틱 프린징의 사용을 통해 축방향 길이의 증가 없이 출력 능력의 현저한 증가를 가능하게 한다.

본 발명의 일 양태는 공기유동에 부정적인 영향을 주지 않으면서 영구 자석에 존재하는 코깅을 제거 또는 감소시키는 비스듬한 스택을 장착하는 효과적인 수단을 제안한다.

본 발명의 일 양태는 듀얼 로터 영구 자석 기계장치의 반경방향으로 오프셋되고 반대편에 배치되는 자석에 의해 코깅을 감소시킨다.

본 발명의 일 양태는, 샤프트, 제 1 스테이터, 제 2 스테이터, 제 1 로터 및 직경방향 반대편에 있는 제 2 로터를 포함한다. 샤프트, 스테이터 및 로터 케이싱은 동축으로 배치될 수도 있으며, 로터 케이싱은 샤프트에 장착된다. 제 1, 제 2 스테이터는 각각 적어도 하나의 권선을 포함한다. 제 1 로터는, 그 제 1 로터에 연결되어 있고 제 1 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 1 영구 자석을 더 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 제 1 간극 거리로 제 1 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 1 스테이터와 제 1 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 1 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 된다. 또한, 제 2 로터는, 그 제 2 로터에 연결되어 있고 제 2 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 2 영구 자석을 더 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 제 2 간극 거리로 제 2 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 2 스테이터와 제 2 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 2 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 된다. 다수의 제 1, 2 영구 자석 각각은 소정의 각각의 제 1, 2 스테이터 면 길이를 넘는 각각의 소정의 길이를 갖는다.

본 발명의 다른 양태는, 권선과 자석 중의 적어도 하나에 냉각제 유동을 열접촉시키는 냉각 시스템을 포함한다. 이 냉각 시스템은 소정의 속도 이상에서 소정의 유동 경로를 통과하는 충분한 냉각제 유동을 발생시켜서, 발생된 열을 소산시키고 또한 자석의 온도를 소정의 파괴 레벨 아래로 유지한다. 제 1, 2 스테이터 슬롯과 각각의 영구 자석 중의 적어도 하나의 배열이 제 1, 2 스테이터의 축선에 대해 소정의 양만큼 비스듬하게 되어 있다. 또한, 제 1 코어측 면에 있는 슬롯의 반경방향 위치는 제 2 코어측 면에 있는 슬롯의 반경방향 위치로부터 오프셋되어 있다. 일 실시형태에서, 샤프트는 소정의 직경을 가지며 또한 그 샤프트의 양 단부 사이에서 제 1, 2 스테이터에 대한 소정의 위치에 배치되는 샤프트 테이퍼부를 포함한다. 샤프트 테이퍼부의 직경은 소정의 테이퍼에 따라, 최소 직경으로부터 소정의 샤프트 직경 보다 큰 소정의 최대 직경까지 변한다. 제 1, 2 로터는 샤프트의 적어도 하나의 샤프트 테이퍼부의 테이퍼에 대응하는 소정의 테이퍼를 갖는 중앙 관통 보어 및 허브를 포함한다. 테이퍼형 관통 보어의 직경은 소정의 테이퍼에 따라, 소정의 샤프트 직경 보다 큰 최소 관통 보어 직경으로부터 소정의 최대 관통 보어 직경까지 변한다. 제 1, 2 로터 허브는 상기 샤프트가 허브 관통 보어를 통해 저널링 및 연장되도록 배치되고, 이때 샤프트 테이퍼부는 관통 보어의 내면과 샤프트 테이퍼부의 외면이 서로 짝을 이루어 접촉하도록 상기 관통 보어 안에 수용되며, 제 1, 2 로터의 테이퍼형 보어가 샤프트 테이퍼부와 면접촉을 하며, 이때 샤프트 테이퍼부가 제 1, 제 2 로터를 샤프트 및 제 1, 제 2 스테이터에 대해 축방향 및 반경방향 양자로 위치시키며, 제 1, 제 2 로터를 샤프트와 연결시켜 샤프트와 함께 회전하게 한다. 일 실시형태에서, 제 1, 2 로터와 샤프트는 일체적인 유닛을 구성할 수도 있다. 제 1 로터는 제 1 엔드플레이트에 설치될 수도 있으며, 제 1 스테이터는 제 1 엔드플레이트에 대해 회전가능하게 설치된다.

다른 양태에서, 샤프트는 제 1 엔드플레이트에 회전가능하게 연결된다. 제 1, 2 로터는 원통형 케이싱을 샤프트에 연결하는 엔드캡을 포함하며, 케이싱과 엔드캡은 일체적인 유닛을 구성한다.

본 발명의 일 양태에서, 냉각 시스템은, 상기 제 1 엔드플레이트를 통해 소정의 유동 경로와 유체 소통되는 적어도 제 1 통로를 더 포함한다. 냉각 시스템 냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 1 엔드플레이트 통로와 소정의 유동 경로를 통해 이동시키는 강제 공기 공급부를 더 포함한다. 강제 공기 공급부는 제 1 스테이터의 회전에 대해 비동기적인 팬 (fan) 을 포함한다. 다른 실시형태에서, 냉각 시스템은 적어도 제 1 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 1 로터를 통해 제 1 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 제 1 통로를 더 포함한다.

일 실시형태에서, 냉각 시스템은, 제 1 로터와 함께 회전할 수 있게 설치되어 냉각제를 상기 제 1 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키는 팬을 더 포함한다. 스테이터 권선은 제 1 스테이터 코어 통로를 통해 냉각제 유동의 경로 안으로 굽어진 엔드 턴을 포함한다. 부가적으로, 냉각 시스템은, 제 1 스테이터와 제 1 로터 사이에 배치되어 제 1 스테이터 통로로부터의 냉각제 유동을 권선 엔드 턴에 열접촉시키는 디플렉터 표면을 더 포함한다. 다른 실시형태는, 제 2 엔드플레이트를 포함하며, 제 2 로터는 그 제 2 엔드플레이트에 설치되며, 제 2 스테이터는 제 2 엔드플레이터에 대해 회전가능하게 장착된다. 샤프트는 제 2 엔드플레이트에 회전가능하게 연결될 수도 있다.

냉각 시스템은, 상기 제 2 엔드플레이트를 통해 소정의 유동 경로와 유체 소통되는 적어도 제 2 통로를 더 포함할 수도 있다.

다른 실시형태에서, 냉각 시스템 냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 2 엔드플레이트 통로와 소정의 유동 경로를 통해 이동시키는 강제 공기 공급부를 더 포함한다. 강제 공기 공급부는 제 2 스테이터의 회전에 대해 비동기적인 팬을 포함한다. 냉각 시스템은 적어도 제 2 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 2 로터를 통해 제 2 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 통로를 더 포함할 수도 있다. 또한, 냉각 시스템은, 제 2 로터와 함께 회전할 수 있게 장착되어 냉각제를 상기 제 2 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키는 팬을 더 포함할 수도 있다. 제 2 스테이터 권선은 제 2 스테이터 코어 통로를 통해 냉각제 유동의 경로 안으로 굽어진 엔드 턴을 포함한다. 부가적으로, 냉각 시스템은 제 2 스테이터와 제 2 로터 사이에 배치되어 제 2 스테이터 통로로부터의 냉각제 유동을 권선 엔드 턴에 열접촉시키는 디플렉터 표면을 더 포함한다. 대안적인 실시형태에서, 냉각 시스템은 제 1 로터와 제 2 로터 사이에 배치되는 로터 디플렉터를 더 포함한다. 추가적인 실시형태는, 제 2 엔드플레이트와 외부 케이싱을 포함할 수도 있으며, 제 1, 2 로터 케이싱과 제 1, 2 스테이터 코어 및 외부 케이싱은 샤프트와 동심이며, 이 샤프트는 제 1, 2 엔드플레이트에 회전가능하게 연결되고, 제 2 로터는 제 2 엔드플레이트에 장착되며, 제 1, 2 스테이터는 제 1 엔드플레이트와 제 2 엔드플레이트 사이에서 또한 상기 외부 케이싱 안에서 상기 샤프트에 연결되어 그 샤프트와 함께 회전할 수 있다.

냉각 시스템은 제 1, 2 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 1, 2 로터를 통해 제 1, 2 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 통로를 포함할 수도 있다. 제 1, 2 로터 통로는, 냉각제 유동이 제 1 엔드플레이트 통로를 통과하여 제 1 스테이터의 제 1 권선 엔드 턴과 열접촉하고, 제 1 스테이터 코어 통로를 통과하여 제 1 스테이터의 제 2 권선 엔드 턴 및 제 2 스테이터의 제 1 권선 엔드 턴과 열접촉하며, 제 2 스테이터 코어 통로를 통과하여 제 2 스테이터의 제 2 권선 엔드 턴과 열접촉하며, 그리고 제 2 엔드플레이트 통로를 통과하여 제 1, 2 자석과 열접촉하도록 배치될 수도 있다. 다른 실시형태는, 제 1, 2 엔드플레이트와 상호 작용하여 그 제 1, 2 엔드플레이트를 외부 케이싱에 누르는 각각의 타이 로드를 포함하며, 제 1, 2 엔드플레이트와 외부 케이싱 및 타이 로드는 서로 상호 작용하여 샤프트, 제 1, 2 로터 및 제 1, 2 스테이터의 정렬을 유지시킨다.

냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 1, 2 엔드플레이트 통로와 제 1, 2 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키도록 배치된 적어도 하나의 강제 공기 공급부를 포함할 수도 있다. 강제 공기 공급부는 적어도 하나의 전기 팬을 포함할 수도 있다. 상기 전기 팬은 제 1, 2 엔드플레이트에 장착될 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 강제 공기 공급부는 상기 샤프트와 함께 회전하도록 배치된 적어도 하나의 팬을 포함한다.

부가적으로, 제 1 로터와 제 1 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 제 2 스테이터 쌍은 독립적인 전기 출력부를 포함할 수도 있다. 독립적인 출력부는 직류와 교류를 각각 제공하도록 되어 있을 수도 있다. 예컨대, 제 1 로터와 스테이터 쌍과 제 2 로터와 스테이터 쌍은 12 VDC 에 대해 최적화된 출력 전압 범위와 110 VAC 에 대해 최적화된 제 2 의 독립적인 전압 범위를 제공하도록 되어 있다.

대안적인 실시형태에서, 자석의 면 길이는 마그네틱 프린징 스테이터가 얻어지도록 되어 있다. 또한, 대향하는 자석들은 반경방향으로 오프셋되어 있어 코깅을 줄이게 되어 있을 수도 있다. 제 1, 2 스테이터의 적층은 비스듬하게 되어 있어 코깅을 줄이게 되어 있을 수도 있다.

대안적인 실시형태에서, 제 1, 2 스테이터는 다수의 권선을 포함하며, 이러한 권선의 엔드 턴은 냉각제 유동 경로에서 격자형 구조를 나타내도록 거리를 변경함으로써 코어를 넘어 바깥으로 연장한다. 상기 엔드 턴은 코어 주변부측 면을 넘어 바깥으로 연장하여 엔드 턴과 코어 주변부측 면 사이에 공간을 제공하며, 이에 따라 권선에서 발생된 열의 소산이 촉진된다. 일 실시형태에서, 제 1, 2 로터와 제 1, 2 스테이터는 차량용의 컴팩트한 고출력 알터네이터로서 상호 작용한다. 대안적으로는, 제 1, 2 로터와 제 1, 2 스테이터는 기존의 차량에 개장되는 컴팩트한 고출력 알터네이터로서 상호 작용한다.

또한, 제 1 로터 및 직경방항 반대편의 제 2 로터의 설계는 가속으로 인한 장치의 변형을 억제하는데 도움을 준다. 제 1 로터 및 직경방항 반대편의 제 2 로터의 설계는 장치의 모멘트 아암의 길이를 줄여주고, 따라서 다수의 로터의 변형이 감소된다.

본 발명의 대안적인 실시형태는, 샤프트, 제 1 스테이터, 제 2 스테이터, 제 1 로터 및 직경방향 반대편에 있는 제 2 로터를 포함하는 동력 변환 장치를 포함한다. 샤프트, 스테이터 및 로터 케이싱은 동축으로 배치되며, 상기 로터 케이싱은 샤프트에 장착된다. 제 1, 2 스테이터는 적어도 하나의 권선을 포함한다. 제 1 로터는, 제 1 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 1 영구 자석을 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 간격 거리로 제 1 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 1 스테이터와 제 1 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 1 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 된다. 또한, 제 2 로터는, 제 2 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 2 영구 자석을 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 간격 거리로 제 2 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 2 스테이터와 제 2 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 2 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 된다. 다수의 제 1, 2 영구 자석 각각은 소정의 각각의 제 1, 2 스테이터 면 길이를 넘는 소정의 길이를 가진다. 부가적으로, 장치에는 이 장치를 표면에 연결하는 네개의 러그가 있을 수도 있다. 제 1, 2 스테이터 슬롯과 각각의 영구 자석 중의 적어도 하나의 배열은 제 1, 2 스테이터의 축선에 대해 소정의 양만큼 비스듬하게 되어 있으며, 제 1 로터와 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 스테이터 쌍은 독립적인 출력 전압을 포함한다. 이 독립적인 출력 전압은 직류와 교류를 포함할 수도 있다. 예컨대, 제 1 로터와 제 1 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 제 2 스테이터 쌍은 12 VDC 에 대해 최적화된 출력 전압 범위와 110 VAC 에 대해 최적화된 제 2 의 독립적인 전압 범위를 제공하도록 되어 있다.

본 발명의 설명은 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같이 본 발명을 제한하지 않는다.

동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타내는 첨부의 도면과 관련하여 본 발명을 이하에서 설명한다.

도 1a 는 본 발명을 위한 참조인 패드 마운트 알터네이터의 기존의 실시형태의 정면도이고, 선 B-B 를 따른 절개도를 포함한다.
도 1b 는 도 1a 의 패드 마운트 알터네이터의 평면도이다.
도 1c 는 도 1a 의 패드 마운트 알터네이터의 배면도이다 (도 1b 의 C-C 도).
도 1d 는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 1b 의 선 DD 를 따라 취함) 이다.
도 1e 는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 1b 의 선 E-E 를 따라 취함) 이다.
도 1f 는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 상세도 (도 1e 의 원 F-F 를 따라 취함) 이다.
도 1g 는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 1a 의 선 A-A 를 따라 취함) 이다.
도 1h 는 더 큰 직경의 로터를 나타내고 있는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 1a 의 선 A-A 를 따라 취함) 이다.
도 1i 는 축방향으로 더 긴 로터를 나타내고 있는 도 1a 및 도 1b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 1a 의 선 A-A 를 따라 취함) 이다.
도 2a 는 직경방향 양쪽에 배치되고 통합된 2 개의 로터를 이용하여 출력을 증가시키는 방법을 나타내고 있는 본 발명에 따른 패드 마운트 알터네이터의 제 1 실시형태의 정면도이다 (도 2a 는 선 G-G 를 따른 절개도를 포함한다).
도 2b 는 도 2a 의 패드 마운트 알터네이터의 평면도이다.
도 2c 는 도 2a 의 알터네이터의 배면도 (도 4b 의 I-I 도) 이다.
도 2d 는 도 2b 의 알터네이터의 단면도 (선 J-J 를 따라 취함) 이다.
도 2e 는 도 2a 및 도 2b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 2a 의 선 H-H 를 따라 취함) 이다.
도 3a 는 반경방향으로 양쪽에 배치되고 통합된 동일한 직경 및 길이의 2 개의 로터를 이용하여 출력을 최대화하는 본 발명에 따른 알터네이터의 제 2 실시형태의 정면도이고, 선 K-K 를 따라 취한 절개도를 포함한다.
도 3b 는 도 3a 의 알터네이터의 평면도이다.
도 3c 는 도 3a 의 알터네이터의 배면도 (도 3b 의 M-M 도) 이다.
도 3d 는 도 3a 및 도 3b 의 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 3a 의 선 N-N 을 따라 취함) 이다.
도 3e 는 도 3a 및 도 3b 의 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 3a 의 선 L-L 을 따라 취함) 이다.
도 3f 는 상이한 길이의 스테이터 및 로터 그룹을 나타내고 있는, 반경방향으로 양쪽에 배치되고 통합된 동일한 직경 및 상이한 길이의 2 개의 로터를 이용하여 출력을 최대화하는 도 3a 및 도 3b 의 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 3a 의 선 L-L 을 따라 취함) 이다.
도 4a ~ 도 4c 는 알터네이터 로터 (도 1a ~ 도 1i 의 알터네이터) 에의 반경방향 하중의 영향을 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 4d ~ 도 4f 는 반경방향으로 양쪽에 배치되고 통합된 동일한 직경 및 길이의 로터 (도 3a ~ 도 3d 의 알터네이터) 에의 반경방향 하중의 영향을 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 4g ~ 도 4h 는 반경방향으로 양쪽에 배치되고 통합된 상이한 직경의 로터 (도 2a ~ 도 2e 의 알터네이터) 에의 반경방향 하중의 영향을 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 4i ~ 도 4j 는 반경방향으로 양쪽에 배치되고 통합된 동일한 직경 및 상이한 길이의 로터 (도 3f 의 알터네이터) 에의 반경방향 하중의 영향을 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 5a 는 2 개의 별개의 로터를 이용하여 주어진 직경에 대하여 출력을 최대화하는 본 발명에 따른 알터네이터의 제 5 실시형태의 정면도이고, 선 O-O 를 따라 취한 절개도를 포함한다.
도 5b 는 도 5a 의 알터네이터의 평면도이다.
도 5c 는 선 Q-Q 를 따라 취한 도 5a 의 알터네이터의 배면도이다 (도 5c 는 선 T-T 를 따라 취한 절개도를 포함한다).
도 5d 는 선 R-R 을 따라 취한 도 5b 의 알터네이터의 단면도이다 (도 5d 는 선 U-U 를 따라 취한 절개도를 포함한다).
도 5e 는 선 S-S 를 따라 취한 도 5b 의 알터네이터의 부분 단면도이다 (도 5e 는 선 V-V 를 따라 취한 절개도를 포함한다).
도 5f 는 도 5a 및 도 5b 의 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 5a 의 선 P-P 를 따라 취함) 이다.
도 5g 는 밀접하게 간격을 두고 있는 2 개의 별개의 로터의 선택권을 가지는 도 5a 및 도 5b 의 패드 마운트 알터네이터의 개략적인 단면도 (도 5a 의 선 P-P 를 따라 취함) 이다.
도 6a 는 마그네틱 프린징을 이용하여 출력을 최대화하는 본 발명에 따른 패드 마운트 알터네이터의 제 6 실시형태의 정면도이다.
도 6b 는 자석 오버행 (magnet overhang) 을 나타내고 있는 개략적인 단면도 (도 6a 의 선 X-X 를 따라 취함) 이다.
도 7a ~ 도 7g 는 비스듬한 영구 자석 알터네이터 스테이터를 체결하기 위한 방법을 상세화하는 상세도이다.
도 8a 는 오프셋 자석을 가지는 듀얼 로터의 상세도이다.
도 8b 는 선 Y-Y 를 따라 취한 도 8a 의 듀얼 로터의 상세화된 절개도이다.

이제, Lafontaine 등에 의해 기재된 바와 같은 도 1a ~ 도 1g 를 참조하면, 영구 자석 기계장치에서 출력을 최대화하기 위해서는, 스테이터 및 로터의 직경과 같은 특정 치수를 최대화하는 것이 바람직하다. 다른 방식으로는, 주어진 크기, 하우징 및 장착 제약에서 코어 (156) 의 치형부 (teeth) (158) 의 외측 반경 둘레에 그려지는 원의 직경을 최대화하는 것이 바람직하다. 이 직경을 여기서 공극 직경 (Dag) 이라 한다 (도 1f 참조). 상기와 같이, 미국자동차기술자협회 (SAE) 는 차량 적용에 적합한 4 개의 장착 규정, 버전 2-1 내지 2-4 를 제안하였다. 볼트 (103) 와 볼트 (107) 사이 및 볼트 (105) 와 볼트 (109) 사이의 반경방향 폭이 190.0 mm 로 설정되고, 볼트 (103) 와 볼트 (105) 및 볼트 (107) 와 볼트 (109) 사이의 축방향 폭이 126.3 mm 로 설정되는 도 1b 에 도시된 장착 구멍 패턴은 SAE 패드 마운트 버전 2-3 에 따르며 트럭 적용에서 일반적으로 발견된다. 도 1a 는 SAE 에 의해 제안되는 바와 같이 최소 70.0 mm 전형적으로는 102 mm 가 이용되는 알터네이터에 요구되는 반경방향 여유를 유지시키는 장착 브라켓 (101) 에 접촉하는 알터네이터 (100) 의 장착 표면 (111) 을 나타낸다. 다르게 나타내지 않는 한, 모든 치수는 인치로 제공된다.

패드 마운트 적용에서 장착 볼트 (103, 105, 107 및 109) 를 고려하면, 전력을 증가시키는 2 가지 현행 방법이 있다. 제 1 방법은 로터의 직경을 증가시키는 것이며, 여기서 도 1h 에 가장 잘 도시된 바와 같이 간섭을 회피하기 위해 로터의 전체적인 길이가 장착 볼트의 축방향 폭 사이에 맞도록 한다. 제 2 방법은, 도 1i 에 가장 잘 도시된 바와 같이 장착 볼트의 반경방향 폭과의 간섭을 회피하는 로터 직경을 선택하여 로터의 전체적인 길이를 증가시키는 것이다. 전력의 증가는 직경의 제곱에 비례하는 반면 로터 길이의 증가는 단지 길이에 비례하는 전력의 증가만을 얻기 때문에, 두 가지 방법 중, 직경을 증가시키는 것이 더 바람직하다.

종래의 알터네이터 제조자는 SAE 에 의해 제안된 바와 같이 전체 스테이터 및 전기자 직경이 반경방향 폭 내에 있도록 알터네이터를 설계하는 것을 선택하였다. 이는, 부분적으로는, 상기 증가로 인해, 종래의 알터네이터의 전기자가 전체 직경에 부가되기 때문인데, 즉 종래의 알터네이터에 대한 전력의 적당한 증가는 직경의 수용불가능한 증가가 된다. 결과적으로, 접근법은 직경 보다는 축방향 길이를 증가시키는 것이었다. 도 1g 는, 장착 볼트의 반경방향 폭에 의해 억제될 때 알터네이터에서 달성될 수 있는 알터네이터의 중심 축선으로부터의 최대 공극 직경을 나타내는 참조선 (113) 을 보여준다. 실제로, 로터에 대한 최대 달성가능 반경은 각각의 장착 볼트를 둘러싸는 엔드플레이트 (126) 의 재료로 인해 더 감소된다. 출력을 증가시키는 바람직한 방법은 전체 공극 직경을 증가시키는 것이지만, 가능한 전체 축방향 길이가 제한되어 잠재적인 출력을 제한한다. 반대로, 출력을 향상시키기 위해 로터의 축방향 길이를 증가시키는 것은 감소된 공극 직경으로 인해 제한된다. 그러므로, 잠재적인 출력을 최대화하기 위해서 단일 패드 마운트 알터네이터에서 직경 증가 및 축방향 길이 증가의 양자를 통합하는 것이 바람직하다.

이하, 도 1a 내지 도 1g 를 참조하면, 기계 에너지와 전기 에너지 사이에서의 변환을 위한 장치, 예컨대 SAE 에서 제안된 패드 마운트 규격 버전 2-3 을 따르는 알터네이터 (100) 는, 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 및 나사형성부 (114) (도 1g 에 가장 잘 도시됨) 를 포함하는 샤프트 (110); 로터 (116); 스테이터(118); 프론트 엔드플레이트 (120); 프론트 베어링 (122); 리어 엔드플레이트 (126); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 리어 베어링 (130); 외부 케이싱 (132) 및 각각의 타이 로드 (134) 를 포함한다. 로터 (116) 는 샤프트와의 회전을 위해 샤프트 (110) 상에 장착된다. 스테이터 (118) 는 로터 (116) 내에 근접하게 수용되고, 작은 공극 (AG) 만큼 로터 (116) 로부터 분리된다. 프론트 엔드플레이트 (120), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (126), 외부 케이싱 (132) 및 타이 로드 (134) 는 샤프트 (110), 로터 (116) 및 스테이터 (118) 의 정렬을 유지하기 위해서 지지 조립체로서 상호 작용한다. 샤프트 (110) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 유지되는데, 이들 베어링은 프론트 엔드플레이트 (120) 와 리어 엔드플레이트 (126) 에 각각 장착되며, 엔드플레이트와 동심이며 수직하게 샤프트 (110) 를 회전 가능하게 유지하며 정렬한다. 로터 (116) 는 샤프트 (110) 상에서의 회전을 위해 장착되며, 잼 너트 (jam nut) (124) 에 의해 축방향으로 고정되고, 테이퍼형 샤프트부 (112) 와의 협력에 의해 포지티브하게 위치된다. 리어 엔드플레이트 (126) 는 샤프트 (110) 및 로터 (116) 와 적절하게 정렬된 로터 (116) 내에 배치되도록 스테이터 (118) 를 장착하고 위치시킨다. 외부 케이싱 (132) 은 그의 축선에 수직한 단부면 (end face) 을 가지며 (바람직하게는, 원통형이며), 프론트 엔드플레이트 (120) 와 리어 엔드플레이트 (126) 사이에 배치된다. 타이 로드 (134) 는 외부 케이싱 (132) 에 대해 엔드플레이트 (120, 126) 를 눌러 구성요소의 정돈과 정렬을 유지한다.

통상적인 자동차 알터네이터 적용분야에서, 풀리 (136), 팬 (138) 및 너트 (140) 가 샤프트 (110) 의 단부에 장착된다. 엔진 (도시 생략) 으로부터의 동력이 적절한 벨트 구동 장치 (도시 생략) 를 통해 풀리 (136), 그리고 이에 따라 샤프트 (110) 에 전달된다. 따라서, 샤프트 (110) 에 적용된 토크는 스테이터 (118) 를 중심으로 로터 (116) 의 회전을 유발한다. 로터 (116) 는 자기장을 발생시키며, 이 자기장은 스테이터 (118) 상의 권선과 상호작용한다. 자기장이 권선을 가로막음에 따라, 전류가 발생하고 이는 적절한 부하로 제공된다. 유도된 전류는 통상 브리지 정류기에 가해지며, 때때로 조절되어 출력으로서 제공된다. 일부의 경우에, 조절된 출력 신호가 AC 출력을 제공하기 위해서 인버터에 적용된다.

도 1g 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로터 (116) 는 바람직하게는, 엔드캡 (142), 원통형 케이싱 (144) 및 케이싱 (144) 의 내부 측벽에 배치된 교류 극성의 미리 정해진 개수 (예컨대, 8 쌍) 의 영구 자석 (146) 을 포함한다.

도 1d 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로터 엔드캡 (142) 은 적절하게는 실질적으로 개방되며, 샤프트 (110) 로의 연결을 제공하기 위해서 둘레부 (131), 별개의 크로스 아암 (148) 및 중앙 로터 허브 (150) 를 포함한다. 별개의 공기 통로 (152) 가 엔드캡 (142) 을 관통하여 제공되며, 둘레부 (131), 인접한 크로스 아암 (148) 및 중앙 허브 (150) 에 의해 구속된다. 중앙 로터 허브 (150) 는 샤프트부 (112) 의 미리정해진 테이퍼에 대응하는 미리정해진 테이퍼 (예컨대, 1 인치/피트) 를 갖는 관통 보어 (154) 를 포함한다. 조립시, 샤프트 (110) 는 관통 보어 (154) 를 통해 저널링되며 (journaled), 테이퍼형 샤프트부 (112) 가 나사형성 샤프트부 (114) 의 바로 전방에서 보어 (154) 에 수용된다. 나사형성 샤프트부 (114) 는 샤프트 (110) 상에 로터 (116) 를 포지티브하게 위치시키기 위해서 잼 너트 (124) 와 협력한다. 일반적으로, 크로스 아암 (148) 의 두께는 (중량 및 재료 비용을 최소화하기 위해서) 가능한 한 얇지만, 예상 하중을 견딜수 있게 선택되는 것이 적합한데, 크로스 아암의 가장 얇은 지점에서의 두께는 3/8 인치 ~ 5/8 인치가 적합하다. 로터 케이싱 (144) 은, 사실상, 엔드캡 (142) 으로부터 외팔보로 되기 때문에, 필수 두께가 케이싱 (144) 의 길이에 비례한다. 보어 (154) 주변에서의 로터 허브 (150) 는 테이퍼형 샤프트부 (112) 와의 적당한 표면 접촉을 제공하기에 충분히 적합한 두께를 갖는데, 약 1과 1/2인치가 적합하다.

스테이터 (118) 는 적합하게는 코어 (156) 와 도전 권선 (170) 을 포함한다. 코어 (156) 는 적합하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성 (non-oriented), 저손실 (무연(lead free)) 강의 박판의 적층 스택을 포함하는데, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착된다). 도 1e 및 1f 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 코어 (156) 는 일반적으로 축방향으로 총안형상 (crenellated) 외부 둘레면을 갖는 원통형인데, 즉 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 와 슬롯 (160) 을 포함한다. 치형부 배열은 통상 축방향이지만, 파형의 타이밍의 획득 및/또는 축방향으로 정렬된 적층물에서 발견된 코깅 효과의 제거를 필요로 하는 소정의 제어 시스템 하에서는, 적층물은 후술하는 바와 같이 단부로부터 단부까지 규정된 치형부 오프셋 (바람직하게는 하나의 치형부의 오프셋으로 제한하지 않음) 으로 점진적으로 비스듬해질 수 있으며, 공기 유동에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 비스듬해진 스테이터를 고정하는 방법은 설명될 것이다. 코어 (156) 는 바람직하게는 중앙 개구 (162) 에 의해 실질적으로 개방되는데, 적합하게는 장착 볼트 (168) 를 사용하여 리어 엔드플레이트 (126) 에의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스 아암 (164) 과 축방향 관통 보어 (166) 를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 반경 방향 슬롯은 중앙 개구 (162) 를 관통하는 공기 유동을 최적화하기 위해서 적층물 스택을 장착하는데 이용할 수 있다.

적절한 절연된 도전체, 바람직하게는 바니쉬된 (varnished) 구리 모터 와이어로 형성된 권선 (170) 이, 코어 (156) 에 제공되며, 각각의 슬롯 (160) 을 통해 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 둘레에서 코어 (156) 의 측면을 따라서 외방으로 감겨지고, 이후 다른 슬롯 (160) 을 통해 다시 감겨진다.

조립시, 스테이터 (118) 는 로터 (116) 와 동축으로 배치되고, 로터 (116) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 후술하는 바와 같이, 리어 엔드플레이트 (126) 는, 스테이터 (118) 가 로터 (116) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬되도록 이 스테이터 (118) 를 장착하고 위치시킨다. 스테이터 코어 (156) 의 둘레면은 작은 소정의 공극 (AG) 으로 자석 (146) 의 내부면으로부터 분리된다 (도 1f 에 가장 잘 도시됨). 공극 (AG) 은 20/1000 ~ 40/1000 인치가 적절하며, 도 1a ~ 도 1i 의 실시예에서는 약 30/1000 인치, 예컨대 31/1000 인치이다. 따라서, 케이싱 (144) 의 내경, 자석 (146), 및 스테이터 코어 (156) 의 외경은 정렬을 유지하기 위해서 공차를 근접하게 유지하는 것이 바람직하다. 로터 (116) 와 스테이터 (118) 는 조심스럽게 정렬되어, 알터네이터 상의 외력으로 인한 부재의 정상 위치로부터의 부재의 변위가 임계값 아래에서 유지되는 것이 중요하다.

전술한 바와 같이, 샤프트 (110), 로터 (116) 및 스테이터 (118) 의 정렬은 프론트 엔드플레이트 (120), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (126), 외부 케이싱 (132) 및 타이 로드 (134) 를 포함하는 베어링 구조에 의해 이루어진다. 베어링 (122, 130) 은 사실상 샤프트 (110) 와 베어링 구조 사이의 회전 가능한 연결의 별개의 지점을 제공한다. 베어링 (122, 130) 그리고 이에 따라 샤프트 (110) 는 각각 엔드플레이트 (120, 126) 에 동심이며 수직하게 배치된다. 로터 (116) 는 바람직하게는 테이퍼형 로터 허브 관통 보어 (154) 와 테이퍼형 샤프트부 (112) 의 협력을 통해 샤프트 (110) 에 대해 포지티브방식으로 위치된다. 스테이터 (118) 는 리어 엔드플레이트 (126) 에 의해 샤프트 (110) 그리고 이에 따라 로터 (116) 에 상대적으로 위치되고 정렬된다. 엔드플레이트 (120, 126) 의 정렬은 외부 케이싱 (132) 과 타이 로드 (134) 에 의해 유지된다.

프론트 엔드플레이트 (120) 는 적절하게는 일반적으로 원통형이며, 타이 로드 (134) 를 수용하기 위해서 개구 (176) 의 중심으로부터 미리정해진 반경 방향 간격으로 배치되어 동일한 각도 간격으로 분포된 별개의 (예컨대, 4 개) 카운터 보어 구멍 (180) 을 포함하는 둘레부 (178) 를 갖는 이 동축 개구 (176) 를 포함하는 중앙에 배치된 허브 (174); 및 둘레부 (178) 와 허브 (174) 를 연결하여 별개의 공기 통로 (184) 를 규정하는 별개의 (예컨대, 4 개) 크로스 아암 (182) 을 포함한다. 프론트 엔드플레이트 (120) 는 큰 공차로 치수가 정해져 기계가공 (예컨대, 개구 (176) 를 위해 ± 0.0008 TYP, 예컨대 타이 로드 구멍 (180) 패턴, 외부 케이스 숄더, 장착 구멍 패턴과 같은 다른 부분을 위해 0.005 TYP) 되며, 적합하게는 캐스트 알루미늄 (cast aluminum) 과 같은 금속으로 형성되며, 샤프트 (110) 와 로터 (116) 의 회전에 의해 만들어진 회전 하중 뿐만 아니라 벨트가 풀리 (136) 에서 당겨지는 결과로 발생되는 측면 하중을 견딜수 있을 만큼 충분히 강해야 한다. 프론트 베어링 (122) 은 베어링 슬리브 (186) 에 근접 수용된다. 샤프트 (110) 로부터 베어링 (122) 에 전달된 부하에 의해 발생된 응력을 분배하는데 사용되는 베어링 슬리브 (186) 및 프론트 엔드플레이트 (120). 베어링 슬리브 (186) 는 프론트 베어링 (122) 과 샤프트 (110) 를 위치시킨다.

리어 엔드플레이트 (126) 는 리어 베어링 (130) 을 지탱하고 위치시키며, 스테이터 (118) 를 장착하고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (126) 는, 전방으로 감소된 직경부 (190) 및 거기 관통되어 있는 중앙 개구 (192) 를 가지는 단차형 중심 허브 (188), 및 바람직하게는 프론트 엔드플레이트 (120) 와 동일한 외부 프로파일을 가지며 별개의 크로스아암 (145) 에 의해 허브 (188) 에 연결된 일반적으로 원통형의 후방으로 이어진 외부 둘레부 (194) 를 포함한다. 별개의 탭형 구멍 (196) 이 프론트 엔드플레이트 (120) 의 카운터 보어 구멍 (180) 과 같은 각 배열 (angular disposition) 및 중심으로부터 동일한 반경 방향 간격에서 원통형 외부 둘레부 (194) 에 제공된다. 스테이터 크로스아암 보어 (166) 에 대응하는 미리 정해진 수 (예컨대, 4 개) 의 탭형 구멍 (196) 이 돌출부 (188) 의 단차형 표면에 제공된다. 감소 직경부 (190) 의 외경은 크로스아암 (164) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (198) 의 직경과 실질적으로 같으므로 (그러나 직경보다 약간 작음), 리어 엔드플레이트 부분 (190) 은 스테이터 (118) 의 크로스아암 (164) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (198) 내에 근접하게 수용된다. 리어 엔드플레이트 (126) 는 큰 공차로 치수가 정해져 기계가공 (예컨대, 중앙 개구 (192) 를 위해 ± 0.0008 TYP, 예컨대 탭형 구멍 (196) 패턴, 외부 케이스 숄더, 장착 구멍 패턴과 같은 다른 부분을 위해 0.005 TYP) 되며, 적합하게는 캐스트 알루미늄과 같은 금속으로 형성된다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트 허브 (188) 의 개구 (192) 그리고 이에 따라 중심 샤프트 (110) 내에 근접 수용된다. 스테이터 (118) 는, 스테이터 (118) 의 크로스아암 (164) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (198) 내에 수용된 감소된 직경 허브부 (190) 가 수용되고 허브 단차에 대해 스테이터 후방 측벽이 접하는 상태로 허브 (188) 에 장착된다. 관통 보어 (166) 에 저널링되고 탭형 구멍 (196) 에 고정된 별개의 볼트 (168) 가 스테이터 (118) 를 리어 엔드플레이트 (126) 에 고정한다. 따라서, 스테이터 (118) 는 샤프트 (110) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다. 엔드플레이트 (120, 126) 가 외부 케이싱 (132) 과 타이 로드 (134) 에 의해 서로 정렬 유지되기 때문에, 샤프트 (110) (및 테이퍼형 부분 (112)) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 엔드플레이트 (120, 126) 와 정렬 유지되고, 스테이터 (118) 는 엔드플레이트 (126) 에 의해 샤프트 (110) 와 정렬되고 포지티브방식으로 위치되며, 또한 샤프트 (110) 상의 로터 (116) 의 포지티브 위치결정과 센터링이 로터 (116) 와 스테이터 (118) 사이의 상대적 위치 결정과 정렬을 제공한다.

주어진 스테이터의 길이에 대해, 영구 자석 기계장치의 스테이터와 로터의 직경의 증가, 더욱 상세하게는, 공극 직경 (Dag) 의 증가는 출력의 상당한 증가 (직경의 제곱만큼 출력 증가함) 를 발생시킨다.

이하, 도 1h 를 참조하면, 공극 직경의 증가는 로터와 스테이터의 직경의 증가 이외에 임의의 구성요소의 교체 없이 알터네이터 (100) 의 출력을 상당히 증가시킨다. SAE 에서 제안된 패드 마운트 규격 버전 2-3 을 따르는 알터네이터 (147) 는, 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 및 나사형성부 (114) (도 1h 에 가장 잘 도시됨) 를 포함하는 샤프트 (110); 로터 (115); 스테이터(123); 프론트 엔드플레이트 (120); 프론트 베어링 (122); 리어 엔드플레이트 (126); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 리어 베어링 (130); 외부 케이싱 (132) 및 별개의 타이 로드 (134) 를 포함한다.

로터 (115) 는 샤프트 (110) 와의 회전을 위해 샤프트 (110) 상에 장착된다. 로터 (115) 는 로터 (116) 의 직경보다 큰 직경을 가지며, 참고선 (113) 을 지나 연장한다. 로터 (116) 와 같이, 로터 (115) 는 엔드캡 (117), 원통형 케이싱 (119) 및 케이싱 (119) 의 내부 측벽에 배치된 미리 정해진 수 (예컨대, 8 쌍) 의 교류 극성의 영구 자석 (121) 으로 구성된다. 로터 엔드캡 (117) 은 적절하게는 실질적으로 개방되며, 샤프트 (110) 로의 연결을 제공하기 위해서 둘레부 (137), 별개의 크로스아암 (도시생략) 및 중앙 로터 허브 (139) 를 포함한다. 별개의 공기 통로 (152) 가 엔드캡 (117) 을 관통하여 제공되고, 크로스아암 (도시생략) 에 인접한 둘레부 (137) 및 중앙 허브 (139) 에 의해 구속된다. 중앙 로터 허브 (139) 는 샤프트부 (112) 의 미리정해진 테이퍼에 대응하는 미리정해진 테이퍼 (예컨대, 1 인치/피트) 를 갖는 관통 보어 (141) 를 포함한다. 조립시, 샤프트 (110) 는 관통 보어 (141) 를 통해 저널링되며, 테이퍼형 샤프트부 (112) 가 나사형성 샤프트부 (114) 의 바로 전방에서 보어 (141) 에 수용된다. 나사형성 샤프트부 (114) 는 샤프트 (110) 상에 로터 (115) 를 포지티브방식으로 위치시키기 위해서 잼 너트 (124) 와 협력한다. 일반적으로, 크로스 아암 (도시 생략) 의 두께는 (중량 및 재료 비용을 최소화하기 위해서) 가능한 한 얇지만, 예상 하중을 견딜수 있게 선택되는 것이 적합한데, 크로스 아암의 가장 얇은 지점에서의 두께는 3/8 인치 ~ 5/8 인치가 적합하다. 로터 케이싱 (119) 은 사실상 엔드캡 (117) 으로부터 외팔보로 되기 때문에, 필수 두께가 케이싱 (119) 의 길이에 대체로 비례한다. 보어 (141) 주변에서의 로터 허브 (139) 는 테이퍼형 샤프트부 (112) 와의 적당한 표면 접촉을 제공하기에 충분히 적합한 두께를 갖는데, 약 1과 1/2 인치가 적합하다. 모든 물리적 및 기능적 양태에서, 로터 (115) 는 알터네이터 (100) 의 로터 (116) 와 유사하다.

공극 직경 (Dag) 을 증가시키는 로터 (115) 의 직경에 조화되도록 스테이터 (123) 의 직경이 대응하여 증가한다. 스테이터 (123) 는 적합하게는 코어 (도시 생략) 와 도전 권선 (170) 을 포함한다. 스테이터 코어는 적합하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성, 저손실 (무연) 강의 박판의 적층된 스택을 포함하는데, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착된다). 코어는 일반적으로 축방향으로 총안형상 외부 둘레면을 갖는 원통형인데, 즉 미리 정해진 개수의 치형부와 슬롯 (도 1e 의 도면부호) 을 포함하며, 바람직하게는 중앙 개구 (127) 에 의해 실질적으로 개방되는데, 적합하게는 장착 볼트 (168) 를 사용하여 리어 엔드플레이트 (126) 에의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스 아암 (도시 생략) 과 축방향 관통 보어 (129) 를 포함한다. 적절한 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성된 권선 (170) 이, 코어 (도시 생략) 에 제공되며, 별개의 슬롯 (도시 생략) 을 통해 미리 정해진 개수의 치형부 (도시 생략) 둘레에서 코어 (도시 생략) 의 측면을 따라서 외방으로 감겨지고, 이후 다른 슬롯 (도시 생략) 을 통해 다시 감겨진다.

조립시, 스테이터 (123) 는 로터 (115) 와 동축으로 배치되고, 로터 (115) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 스테이터 코어 (도시 생략) 의 둘레면은 작은 소정의 공극 (AG) 으로 자석 (121) 의 내부면으로부터 분리된다 (예컨대, 도 1f 참조). 공극 (AG) 은 20/1000 ~ 40/1000 인치가 적절하며, 도 1a ~ 도 1i 의 실시예에서는 약 30/1000 인치, 예컨대 31/1000 인치이다. 따라서, 케이싱 (119) 의 내경, 자석 (121), 및 스테이터 (123) 의 외경은 정렬을 유지하기 위해서 공차를 근접하게 유지하는 것이 바람직하다. 로터 (116) 와 스테이터 (118) 는 조심스럽게 정렬되어, 알터네이터 상의 외력에 기인한 부재의 정상 위치로부터의 부재의 변위가 임계값 아래에서 유지되는 것이 중요하다.

스테이터 (123) 는, 스테이터 (118) 의 크로스아암 (도시 생략) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (198) 내에 감소된 직경 허브부 (190) 가 수용되고 허브 단차에 대해 스테이터 리어 측벽이 접하는 상태에서 허브 (188) 에 장착된다. 관통 보어 (129) 에 저널링되고 탭형 구멍 (196) 에 고정된 별개의 볼트 (168) 가 스테이터 (123) 를 리어 엔드플레이트 (126) 에 고정한다. 따라서, 스테이터 (123) 는 샤프트 (110) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다. 엔드플레이트 (120, 126) 가 외부 케이싱 (132) 과 타이 로드 (134) 에 의해 서로 정렬 유지되기 때문에, 샤프트 (110) (및 테이퍼형 부분 (112)) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 엔드플레이트 (120, 126) 와 정렬 유지되고, 스테이터 (123) 는 엔드플레이트 (126) 에 의해 샤프트 (110) 와 정렬되고 포지티브방식으로 위치되며, 또한 샤프트 (110) 상의 로터 (115) 의 포지티브 위치결정과 센터링이 로터 (116) 와 스테이터 (118) 사이의 상대적 위치 결정과 정렬을 제공한다. 모든 물리적 및 기능적 양태에서, 스테이터 (123) 는 알터네이터 (100) 의 스테이터 (118) 와 유사하다.

영구 자석 기계장치에서 출력을 개선하는 제 2 방법은 로터와 스테이터 양자의 축방향 길이를 증가시킴으로써 이루어진다. 로터와 스테이터의 길이를 길게하는 것은 출력시의 증가가 길이 증가와 관련하여 선형으로 변하기 때문에 덜 바람직한 방법이다. 그러나, 특정의 적용 분야에서, 로터와 스테이터의 길이를 증가시키는 것은 출력 증가의 유일한 실행가능한 방법일 수도 있다. Lafontaine 등에 의해 기술되는 바와 같이 길이 증가에 관한 다른 단점 중에, 엔진 마운팅과 같은 분야에서의 로터의 길이는 외팔보식 설치로부터 알터네이터에 부과된 힘에 의해 실질적으로 제한된다.

이하, 도 1i 를 참조하면, SAE 에서 제안된 패드 마운트 규격 버전 2-3 을 따르는 알터네이터 (133) 는, 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 및 나사형성부 (114) (도 1h 에 가장 잘 도시됨) 를 포함하는 샤프트 (167); 로터 (135); 스테이터 (137); 프론트 엔드플레이트 (120); 프론트 베어링 (122); 리어 엔드플레이트 (149); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 리어 베어링 (130); 외부 케이싱 (132) 및 별개의 타이 로드 (134) 를 포함한다.

로터 (135) 의 외경은, 로터 케이싱 (175) 과 리어 엔드플레이트 (149) 사이에서 여유가 유지되도록 설계된다. 로터 (135) 는 샤프트 (110) 와의 회전을 위해 샤프트 (167) 에 장착된다. 로터 (135) 는 바람직하게는, 엔드캡 (177), 원통형 케이싱 (175) 및 케이싱 (175) 의 내부 측벽에 배치된 교류 극성의 미리 정해진 개수 (예컨대, 8 쌍) 의 영구 자석 (173) 을 포함한다. 로터 엔드캡 (177) 은 적절하게는 실질적으로 개방되어 있으며, 샤프트 (167) 로의 연결을 제공하기 위해서 둘레부 (179), 별개의 크로스 아암 (도시 생략) 및 중앙 로터 허브 (181) 를 포함한다. 별개의 공기 통로 (183) 가 엔드캡 (177) 을 통해 제공되며, 둘레부 (179), 인접한 크로스 아암 (도시 생략) 및 중앙 허브 (181) 에 의해 구속된다. 중앙 로터 허브 (181) 는 샤프트부 (112) 의 미리정해진 테이퍼에 대응하는 미리정해진 테이퍼 (예컨대, 1 인치/피트) 를 갖는 관통 보어 (183) 를 포함한다. 조립시, 샤프트 (167) 는 관통 보어 (183) 를 통해 저널링되며, 테이퍼형 샤프트부 (112) 가 나사형성 샤프트부 (114) 의 바로 전방에서 보어 (183) 에 수용된다. 나사형성 샤프트부 (114) 는 샤프트 (167) 상에 로터 (135) 를 포지티브방식으로 위치시키기 위해서 잼 너트 (124) 와 협력한다. 일반적으로, 크로스 아암 (도시 생략) 의 두께는 (중량 및 재료 비용을 최소화하기 위해서) 가능한 한 얇지만, 예상 하중을 견딜수 있게 선택되는 것이 적합한데, 증가되는 길이에 기인하여 크로스 아암의 가장 얇은 지점에서의 두께는 5/8 인치 ~ 53/4 인치가 적합하다. 로터 케이싱 (175) 은 사실상 엔드캡 (177) 으로부터 외팔보로 되기 때문에, 필수 두께가 케이싱 (177) 의 길이에 대체로 비례한다. 보어 (183) 주변에서의 로터 허브 (181) 는 테이퍼형 샤프트부 (112) 와의 적당한 표면 접촉을 제공하기에 충분히 적합한 두께를 갖는데, 약 1과 1/2 인치가 적합하다. 모든 물리적 기능적 양태에서, 로터 (135) 는 알터네이터 (100) 의 로터 (116) 와 유사하다.

리어 엔드플레이트 (149) 는 리어 베어링 (130) 을 지탱하고 위치시키며, 스테이트 (137) 를 장착하고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (149) 는 스테이터 (137) 의 증가된 길이를 받아들이기 위해서 후방 연장부 (151) 를 포함하고, 적절하게는 전방으로 감소된 직경부 (155) 및 거기 관통되어 있는 중앙 개구 (157) 를 가지는 단차형 중심 허브 (153), 및 바람직하게는 프론트 엔드플레이트 (120) 와 동일한 외부 프로파일을 가지는 일반적으로 원통형의 후방으로 이어진 외부 둘레부 (159) 를 포함한다. 별개의 탭형 구멍 (161) 이 프론트 엔드플레이트 (120) 에서 카운터 보어 구멍 (180) 과 같은 각 배열 및 중심으로부터 동일한 반경 방향 간격에서 원통형 외부 둘레부 (159) 에 제공된다. 스테이터 (137) 크로스아암 보어 (165) 에 대응하는 미리 정해진 수 (예컨대, 4 개) 의 탭형 구멍 (163) 이 돌출부 (153) 의 단차형 표면에 제공된다. 감소 직경부 (155) 의 외경은 크로스아암 (도시 생략) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (도시 생략) 의 직경과 실질적으로 같으므로 (그러나 직경보다 약간 작음), 리어 엔드플레이트 부분 (155) 은 스테이터 (137) 의 크로스아암 (도시 생략) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (도시 생략) 내에 근접하게 수용될 수도 있다. 리어 엔드플레이트 (149) 는 큰 공차로 치수가 정해져 기계가공 (예컨대, 중앙 개구 (157) 를 위해 ± 0.0008 TYP, 예컨대 탭형 구멍 (163) 패턴, 외부 케이스 숄더, 장착 구멍 패턴과 같은 다른 부분을 위해 0.005 TYP) 되며, 적합하게는 캐스트 알루미늄과 같은 금속으로 형성된다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드 플레이트 허브 (153) 의 개구 (157) 그리고 이에 따라 센터 샤프트 (167) 내에 근접 수용된다. 스테이터 (137) 는, 스테이터 (137) 의 크로스아암 (도시 생략) 상의 동심의 반경 방향 위치 결정부 (도시 생략) 내에 감소된 직경 허브부 (155) 가 수용되고 허브 단차에 대해 스테이터 리어 측벽이 접하는 상태에서 허브 (153) 에 장착된다. 관통 보어 (165) 에 저널링되고 탭형 구멍 (163) 에 고정된 별개의 볼트 (169) 가 스테이터 (137) 를 리어 엔드플레이트 (149) 에 고정한다. 따라서, 스테이터 (137) 는 샤프트 (167) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다. 엔드플레이트 (120, 149) 가 외부 케이싱 (132) 과 타이 로드 (134) 에 의해 서로 정렬 유지되기 때문에, 샤프트 (167) (및 테이퍼형 부분 (112)) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 엔드플레이트 (120, 149) 와 정렬 유지되고, 스테이터 (137) 는 엔드플레이트 (149) 에 의해 샤프트 (167) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬되며, 또한 샤프트 (167) 상의 로터 (135) 의 포지티브 위치결정과 센터링이 로터 (135) 와 스테이터 (137) 사이의 상대적 위치 결정과 정렬을 제공한다.

로터 (135) 의 길이 증가와 조화되도록 길이가 대응하게 증가한 스테이터 (137) 는, 적절하게는 코어 (도시 생략) 및 도전성 권선 (170) 을 포함한다. 스테이터 코어는, 적절하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하는데, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어, 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시에 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착된다). 상기 코어는, 일반적으로 축방향으로 총안형상 외부 둘레면을 가진 원통형인데, 즉 미리 정해진 개수의 치형부 및 슬롯 (도 1e 참조) 을 포함하며 또한 바람직하게는 중앙 개구 (171) 에 의해 실질적으로 개방되며, 적절하게는 장착 볼트 (169) 를 사용하여 리어 엔드플레이트 (149) 로의 장착을 용이하게 하도록 크로스아암 (도시 생략) 및 축방향 관통 보어 (165) 를 포함한다. 적절하게는 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성되는 권선 (170) 이, 코어 (도시 생략) 에 제공되며,

각각의 슬롯 (도시 생략) 을 통해 미리 정해진 개수의 치형부 (도시 생략) 둘레에서 코어 (도시 생략) 의 측면을 따라서 외방으로 감겨지고, 이후 다른 슬롯 (도시 생략) 을 통해 다시 감겨진다.

조립시, 스테이터 (137) 는, 로터 (135) 와 동축으로 배치되고, 로터 (135) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 스테이터 코어 (도시 생략) 의 둘레면은 소정의 작은 공극 (AG) 으로 자석 (173) 의 내부면으로부터 분리된다 (도 1f 참조). 이러한 공극 (AG) 은, 적절하게는 20/1000 ~ 40/1000 인치이고, 도 1i 의 실시형태에서 약 30/1000 인치, 예컨대 31/1000 인치이다. 따라서, 로터 케이싱 (175) 의 내경, 자석 (173) 및 스테이터 (137) 의 외경은 정렬을 유지하도록 공차를 근접하게 유지시키는 것이 바람직하다. 로터 (135) 및 스테이터 (137) 가 조심스럽게 정렬되고, 알터네이터상의 외력으로 인한 부재의 정상 위치로부터의 부재의 변위가 임계값 아래에서 유지되는 것은 중요하다.

전술한 바와 같이, 제안된 SAE 패드 마운트 규격을 따르는 알터네이터는 장착 볼트 구멍 패턴에 의해 제한된다. 제조자는 축방향 장착 볼트 사이에 로터 및 스테이터를 끼워맞추는 공극 직경 (Dag) 을 증가시키거나, 장착 볼트의 반경방향 폭 사이에 유지하고 또한 상당히 더 작은 직경의 로터 및 스테이터를 사용할 수 있다. 도 2a ~ 도 2e 를 참조하면, SAE 가 제안한 패드 마운트 규격과의 호환성을 유지하면서 직경방향으로 대향하는 로터 케이싱을 조합함으로써 알터네이터의 출력을 급격하게 증가시키는 방법이 나타나 있다.

알터네이터 (200) 는, 알터네이터 (100) 에서와 같이 많은 유사한 특징을 가지는데; 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 와 나사형성부 (114) 를 포함하는 샤프트 (202); 잼 너트 (124); 프론트 엔드 플레이트 (204); 프론트 베어링 (122); 베어링 슬리브 (176); 리어 베어링 (130); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 외부 케이싱 (132) 및 각각의 타이 로드 (134) 를 포함한다. 리어 엔드 플레이트 (206) 는 리어 스테이터 (217) 및 로터부 (209) 를 제외하고 연장된다.

로터 (201) 는, 로터 (116) 처럼, 로터 엔드플레이트 (134) 와 유사한 지지 플레이트 (203) 를 구비하지만; 직경이 상이한 직경방향으로 대향하는 2 개의 로터 케이싱부 (207, 209) 와 함께 중심에 위치된다. 로터 케이싱부 (209) 는 장착 볼트 (105, 109) 를 없애는데 충분한 감소된 직경을 갖는다. 프론트 엔드플레이트 (206) 는, 프론트 엔드플레이트 (120) 와 달리, 프론트 스테이터 (215) 를 장착 및 위치시킬 뿐만 아니라 프론트 베어링 (122) 을 지탱하고 위치시킨다.

스테이터 (215, 217) 는 적절하게는 코어 (288, 290) 및 도전성 권선 (272, 254) 을 각각 포함한다. 코어 (288, 290) 는 적절하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성, 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하고, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어, 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시에 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착된다). 도 2d 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 코어 (288, 290) 는 일반적으로 축방향으로 총안형상 외부 둘레면을 가진 원통형인데, 즉 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 및 슬롯 (160) 을 포함한다. 스테이터 (215, 217) 양자는 실질적으로 개방되는 것이 바람직하고, 스테이터 (215) 는 중앙 개구 (266) 를 가지고, 적절하게는 장착 볼트 (246) 를 이용하여 프론트 엔드플레이트 (204) 에의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스아암 (224), 반경방향 위치 결정부 (222) 및 축방향 관통 보어 (220) 를 포함하며, 스테이터 (217) 는 중앙 개구 (262) 를 가지고, 적절하게는 장착 볼트 (246) 를 이용하여 리어 엔드플레이트 (248) 로의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스아암 (286), 반경방향 위치 결정부 (284) 및 축방향 관통 보어 (240) 를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 중앙 개구 (262, 266) 를 통한 공기 유동을 최적화시키도록 적층 스택을 장착시키기 위해 반경방향 슬롯을 이용할 수 있다.

적절하게는 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성되는 권선 (254, 272) 이, 코어 (288, 290) 에 제공되며, 각각의 슬롯 (160) 을 통하해 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 주위에서 코어 (288, 290) 의 측면을 따라 외방으로 감겨지고, 그 후 다시 다른 슬롯 (160) 을 통해 감겨진다.

조립시, 스테이터 (215, 217) 는, 로터 (201) 와 동축으로 배치되고, 로터 (201) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 설명한 바와 같이, 리어 엔드플레이트 (206) 는 리어 스테이터 (217) 를 장착하고 위치시키며, 프론트 엔드플레이트 (204) 는 프론트 스테이터 (215) 를 장착하고 위치시켜, 로터 (201) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬된다. 스테이터 코어 (288, 290) 의 둘레면은 소정의 작은 공극 직경 (Dag) 으로 자석 (211, 213) 의 내부면과 분리된다 (도 1f 참조).

프론트 엔드플레이트 (204) 는 적절하게는 전방으로 감소된 직경부 (210) 및 거기 관통되어 있는 중앙 개구 (212) 를 구비한 단차형 중심 허브 (208), 및 각각의 크로스아암 (252) 에 의해 상기 허브 (208) 에 연결되는 일반적으로 원통형 외부 둘레부 (214) 를 포함한다. 원통형 외부 둘레부 (214) 에는 각각의 카운터 보어 구멍 (216) 이 제공된다. 돌출부 (208) 의 단차형 표면에는 스테이터의 크로스아암 보어 (220) 에 대응하는 미리 정해진 개수의 탭형 구멍 (218) (예컨대, 4 개) 이 제공된다. 감소된 직경부 (210) 의 외경은 크로스아암 (224) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (222) 의 직경과 실질적으로 동일하여 (하지만, 약간 작음), 프론트 엔드플레이트부 (210) 는 스테이터 (215) 의 크로스아암 (224) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (222) 내에 근접 수용될 수 있다. 프론트 베어링 슬리브 (176) 는 프론트 엔드 플레이트의 허브 (208) 의 카운터 보어 (226) 내에 근접 수용되어 샤프트 (202) 를 조심시킨다. 스테이터 (215) 는, 감소된 직경의 허브부 (210) 가 스테이터 (215) 의 크로스아암 (224) 의 동심의 반경방향 위치 결정부 (222) 내에 수용되고 또한 스테이터의 전방 측벽이 허브 단차에 접하는 상태에서, 허브 (208) 에 장착된다. 보어 (220) 를 통하여 저널링되고 또한 탭형 구멍 (218) 에 고정되는 각각의 볼트 (293) 는, 스테이터 (215) 를 프론트 엔드플레이트 (204) 에 고정시킨다. 그리하여, 스테이터 (215) 는 샤프트 (202) 에 대하여 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

리어 로터부 (209) 및 스테이터 (217) 의 추가로 인한 축방향 길이 증가를 수용하기 위해, 리어 엔드플레이트 (206) 는, 리어 베어링 (130) 을 지탱하고 위치시키고 또한 스테이터 (217) 를 장착하고 위치시키는 원통형 연장부 (248) 를 구비한다. 이러한 원통형 연장부 (248) 는 스테이터 (217) 를 장착함으로써 증가되는 응력을 지지하도록 적절한 강도를 가져야 한다. 리어 엔드플레이트 (206) 는, 바람직하게는 프론트 엔드플레이트 (204) 와 동일한 외부 프로파일을 갖는 일반적으로 원통형의 후방으로 진행하는 외부 둘레부 (234) 를 구비하고, 원통형 연장부 (248) 는 전방으로 감소된 직경부 (230) 및 이를 관통하는 중앙 개구 (232) 를 갖는 각각의 크로스아암 (244) 에 의해 연결되는 단차형 중심 허브 (208) 를 포함하는 것이 적절하다. 원통형 외부 둘레부 (234) 에는, 프론트 엔드플레이트 (204) 의 카운터 보어 구멍 (216) 과 동일한 각 배열 및 중심으로부터의 반경방향 간격에서, 각각의 탭형 구멍 (236) 이 제공된다. 돌출부 (228) 의 단차형 표면에는 스테이터의 크로스아암 보어 (240) 에 대응하는 미리 정해진 개수의 탭형 구멍 (238) (예컨대, 4 개) 이 제공된다. 감소된 직경부 (230) 의 외경은 크로스아암 (286) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (284) 의 직경에 실질적으로 동일하여 (하지만, 약간 작음), 리어 엔드플레이트부의 감소된 직경부 (230) 는 스테이터 (217) 의 크로스아암 (286) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (284) 내에 근접 수용될 수 있다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트의 허브 (228) 의 구멍 (232) 내에 근접 수용되어 샤프트 (202) 를 조심시킨다. 스테이터 (217) 는, 감소된 직경의 허브부 (230) 가 스테이터 (217) 의 크로스아암 (286) 의 동심의 반경방향 위치 결정부 (284) 내에 수용되고 또한 스테이터의 전방 측벽이 허브의 단차에 접하는 상태에서, 허브 (228) 에 장착된다. 보어 (240) 를 통하여 저널링되고 또한 탭형 구멍 (238) 에 고정되는 각각의 볼트 (246) 는, 스테이터 (217) 를 리어 엔드플레이트 (206) 에 고정시킨다. 그리하여, 스테이터 (217) 는 샤프트 (202) 에 대하여 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

로터 (201) 는 샤프트와 함께 회전하도록 이 샤프트 (202) 에 장착된다. 스테이터 (215; 217) 는 로터 (201) 내에 근접 수용되고, 각각의 공극 (AG) 으로 이 로터 (201) 로부터 분리된다. 프론트 엔드플레이트 (204), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (206), 외부 케이싱 (132) 및 타이 로드 (134) 는 샤프트 (202), 로터 (201), 및 스테이터 (215, 217) 의 정렬을 유지하도록 지지 조립체로서 상호 작용한다. 샤프트 (202) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 유지되고, 이 베어링은 프론트 엔드플레이트 (204) 및 리어 엔드플레이트 (206) 에 각각 장착되고 이러한 엔드플레이트에 동심으로 또한 그에 수직하게 샤프트 (202) 를 회전가능하게 유지하고 또한 정렬한다. 로터 (201) 는 샤프트 (202) 에 회전하도록 장착되어 테이퍼형 샤프트부 (112) 와 상호 작용함으로써 포지티브방식으로 위치된다. 프론트 엔드플레이트 (204) 는 스테이터 (215) 를 장착하고 위치시키고, 이 스테이터는 샤프트 (202) 및 로터 (201) 내에 적절하게 정렬된 로터 (201) 내에 위치된다. 리어 엔드플레이트 (206) 는 스테이터 (217) 를 장착하고 위치시켜, 이 스테이터가 샤프트 (202) 및 로터 (201) 와 함께 적절하게 정렬된 로터 (201) 내에 위치된다. 외부 케이싱 (132) 은 그 축선에 수직한 단부면을 가지고 (바람직하게는 원통형이고) 또한 프론트 엔드플레이트 (204) 와 리어 엔드플레이트 (206) 사이에 위치된다. 타이 로드 (134) 는, 외부 케이싱 (132) 에 대하여 엔드플레이트 (204, 206) 를 눌러, 구성요소의 정돈과 정렬을 유지시킨다.

도 2e 를 참조하면, 알터네이터 (200) 로 유입하는 냉각 공기 유동 (278) 은, (인접한 리어 엔드플레이트의 크로스아암 (244), 외부 (248) 및 허브 (228) 에 의해 한정되는) 리어 엔드플레이트 (206) 의 공기 통로 (260), 스테이터 (217) 의 중앙 개구 (262), 로터의 공기 통로 (264) 를 포함하는 냉각 시스템을 사용하여, (바람직하게는 느슨하게 감긴 전방측 및 후방측 엔드 턴 (257, 258) 각각을 통하여) 스테이터의 권선 (254) 을 지나, (바람직하게는 느슨하게 감긴 전방측 및 후방측 엔드 턴 (274, 276) 각각을 통하여) 스테이터의 권선 (272) 을 지나, 스테이터 (215) 의 중앙 개구 (266) 및 프론트 엔드플레이트의 공기 통로 (268) 를 통하여 가게 된다. 적절한 관련 처리부 또는 형상부에 의해 또는 도 2e 의 실시형태에서와 같이 샤프트 장착 리어 디플렉터 (270) 와 상호작용함으로써, 리어 엔드플레이트의 공기 통로 (260) 로 유입하는 공기 유동 (278) 은 권선 (254) (후방측 엔드 턴 (258)) 에 충돌하도록 배향되고, 스테이터의 중앙 개구 (262) 를 나오는 공기는 권선 (254) (전방측 엔드 턴 (256)) 에 충돌하도록 배향된다. 로터의 공기 통로 (264) 를 나오는 공기는 후방측 엔드 턴 (276) 을 통하여 스테이터 (215) 의 권선 (272) 에 충돌하도록 배향된다. 이 공기는 후방측 엔드 턴 (276) 을 통과한 후에 로터의 디플렉터 (282) 를 사용하여 스테이터 (215) 의 중앙 개구 (266), 그 후에 전방측 엔드 턴 (274), 다음에 프론트 엔드플레이트 (204) 의 공기 통로 (268) 를 통하여 가게 된다. 비대칭 강제 공기 공급부, 예컨대 Lafontaine 등에 의해 약술된 바와 같이 전기 팬이 엔드플레이트 (206) 의 후방에 장착되어 공기 유동을 향상시킬 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 원심력 팬 (138) 이 풀리 (136) 와 프론트 엔드플레이트 (204) 사이에 샤프트 (202) 와 함께 회전하도록 장착된다. 다양한 공기 통로의 단면, 형상 (턴 및 가장자리) 및 상대 처리부는, 공기의 감속을 최소화하고 또한 스테이터 (217) 의 엔드 턴 (258, 256) 및 스테이터 (215) 의 엔드 턴 (274, 276) 에 걸친 공기 유동을 최대화하도록 선택되는 것이 바람직하다.

보다 자세하게는, 냉각 공기 (일반적으로 화살표 278 로 표시) 는 엔드플레이트의 공기 통로 (260) 를 통하여 알터네이터 (200) 안으로 도입된다. 공기 유동 (278) 은 후방 엔드 턴 (258) 에 충돌한다. 그 후, 이 공기 유동 (278) 은 스트림 (280, 282) 으로 각각 분리된다. 공기 스트림 (280) 은, 엔드 턴 (258) 을 나온 후에, 스테이터 (217) 의 중앙 개구 (262) 을 통하여 유동하고, 후방 샤프트 디플렉터 (270) 에 충돌하며, 그 후 전방측 느슨하게 감긴 엔드 턴 (256) 을 통하여 가게 된 후, 공기 유동 (280) 은 로터의 통로 (264) 에 유입하고, 로터의 디플렉터 (282) 와 상호작용하여 스테이터 (215) 의 엔드 턴 (276) 에 충돌하며, 스테이터 (215) 의 중앙 개구 (266) 안으로 향한 후, 프론트 엔드플레이트 (204) 의 공기 통로 (268) 를 통하여 알터네이터 (200) 를 나온다. 공기 스트림 (282) 은, 후방측 엔드 턴 (258) 을 나온 후에, 로터 케이싱부 (209) 의 외측부 사이, 그 후에 로터부 (207) 와 원통형부 (248) 의 내측부 및 외부 케이스 (132) 사이를 유동한 후, 스테이터 (215) 의 전방측 엔드 턴 (274) 에 충돌하고, 그 후에 프론트 엔드플레이트 (204) 의 공기 통로 (268) 를 통하여 알터네이터 (200) 를 나간다. 공기 스트림 (282) 은 자석 (213, 211) 및 전방측 엔드 턴 (274) 을 냉각시킨다. 공기 스트림 (280) 은 엔드 턴 (258, 256, 276) 을 냉각시킨다.

전술한 바와 같이, 직경방향으로 대향하는 로터 케이싱을 사용함으로써, 로터가 과도한 변형을 받지 않으면서 알터네이터의 출력을 상당히 증가시켜 주는 기회를 제공해주고, 그렇지 않으면 로터 케이싱의 전체 길이가 외팔보처럼 돌출하게 된다. SAE 패드 장착 알터네이터의 경우에 있어서, 장착 볼트를 적절하게 없애도록 직경방향으로 대향하는 로터 케이싱의 일 단부에 감소된 로터 직경을 사용하는 것은 특히 유리하다. 로터의 전체 길이에 대하여 로터의 직경이 최대화될 수 있는 경우에, 최대 출력이 얻어진다. 알터네이터 (300) 는, 증가된 길이 및 단일의 축방향 직경으로 인해, 개시된 SAE 패드 장착 규격를 따르는 분야에 사용될 수 없지만, J180 SAE 규격 또는 다른 유사한 장착 패턴 등의 다양한 장착 분야에 적절하게 될 수 있다.

도 3a ~ 도 3e 를 참조하면, 알터네이터 (300) 는 알터네이터 (200) 와 유사한 많은 특징을 갖지만, 가장 주목할 만한 것은 직경방향으로 대향하는 로터가 동일한 직경으로 되어 있다는 것이다. 알터네이터 (300) 는, 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 와 나사형성부 (114) 를 포함하는 샤프트 (302); 잼 너트 (124); 프론트 엔드플레이트 (304); 프론트 베어링 (122); 리어 엔드플레이트 (306); 리어 베어링 (130); 후방 샤프트 리테이닝 링 (128); 외부 케이싱 (308) 및 각각의 타이 로드 (310) 를 포함한다. 로터 (326) 는 동일한 직경으로 된 직경방향으로 대향하는 2 개의 로터 케이싱부 (332, 334) 를 가진 로터 케이싱 (330) 내의 중심에 위치한 지지 플레이트 (328) 를 구비한다.

스테이터 (340, 342) 는 적절하게는 코어 (312, 314) 및 도전성 권선 (316, 318) 을 각각 포함한다. 코어 (312, 314) 는 적절하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성, 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하고, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어, 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시에 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착된다). 도 3d 에 잘 도시된 바와 같이, 코어 (312, 314) 는 일반적으로 축방향으로 총안형상 외부 둘레면을 가진 원통형이고, 즉 소정 개수의 치형부 (158) 및 슬롯 (160) 을 포함한다. 스테이터 (340, 342) 양자는 바람직하게는 실질적으로 개방되며, 스테이터 (340) 는 중앙 개구 (320) 를 가지고, 적절하게는 장착 볼트 (359) 를 이용하여 프론트 엔드플레이트 (304) 로의 장착을 용이하게 하도록 크로스아암 (349), 반경방향 위치 결정부 (351) 및 축방향 관통 보어 (322) 를 포함하고, 스테이터 (342) 는 중앙 개구 (324) 를 가지고 적절하게는 장착 볼트 (313) 를 사용하여 리어 엔드플레이트 (306) 로의 장착을 용이하게 하도록 크로스아암 (353), 반경방향 위치 결정부 (355) 및 축방향 관통 보어 (393) 를 포함한다.

적절하게는 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성되는 권선 (316, 318) 이, 코어 (312, 314) 에 제공되고, 각각의 슬롯 (160) 을 통해 소정 개수의 치형부 (158) 주변에서 코어 (312, 314) 의 측면을 따라 외방으로 감겨지고, 그 후 다시 다른 슬롯 (160) 을 통하여 감겨진다.

조립시, 스테이터 (340, 342) 는, 로터 (326) 와 동축으로 배치되고, 로터 (326) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 설명한 바와 같이, 리어 엔드플레이트 (306) 는 리어 스테이터 (342) 를 장착하고 위치시키며, 프론트 엔드플레이트 (304) 는 프론트 스테이터 (340) 를 장착하고 위치시켜, 로터 (326) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬된다. 스테이터 (340, 342) 의 둘레면은 소정의 작은 공극 (AG) 으로 자석 (336, 338) 의 내부면과 분리된다 (도 1f 참조).

프론트 엔드플레이트 (304) 는, 적절하게는 전방으로 감소된 직경부 (317) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (395) 를 구비한 단차형 중앙 허브 (397), 및 각각의 크로스아암 (325) 에 의해 상기 허브 (323) 에 연결되는 일반적으로 원통형의 외부 둘레부 (321) 를 포함한다. 프론트 엔드플레이트의 공기 통로 (331) 는 외부 둘레부 (321), 허브 (323) 및 크로스아암 (325) 에 의해 결합된다. 원통형 외부 둘레부 (321) 에는 각각의 카운터 보어 구멍 (327) 이 제공된다. 돌출부 (397) 의 단차형 표면에는 스테이터의 크로스아암 보어 (322) 에 대응하는 소정 개수의 탭형 구멍 (344) (예컨대, 4 개) 이 제공된다. 감소된 직경부 (317) 의 외경은 크로스아암 (349) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (351) 의 직경에 실질적으로 동일하여 (하지만, 약간 작음), 감소된 직경부 (317) 는 스테이터 (340) 의 크로스아암 (349) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (351) 내에 근접 수용될 수 있다. 프론트 베어링 슬리브 (186) 는 프론트 엔드플레이트 허브 (397) 의 카운터 보어 (346) 내에 근접 수용되어 샤프트 (302) 를 조심시킨다. 스테이터 (340) 는, 감소된 직경의 허브부 (317) 가 스테이터 (340) 의 크로스아암 (349) 의 동심의 반경방향 위치 결정부 (351) 내에 수용되고 또한 스테이터의 전방 측면벽이 허브의 단차에 접하도록, 허브 (397) 에 장착된다. 보어 (322) 를 통하여 저널링되고 또한 탭형 구멍 (344) 에 고정되는 각각의 볼트 (359) 는, 스테이터 (340) 를 프론트 엔드플레이트 (304) 에 고정시킨다. 그리하여, 스테이터 (340) 는 샤프트 (302) 에 대하여 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

리어 엔드플레이트 (306) 는, 리어 베어링 (130) 을 지지하고 위치시키고 또한 스테이터 (342) 를 장착하고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (306) 는, 전방으로 감소된 직경부 (350) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (352) 을 가진 단차형 중앙 허브 (348) 와, 바람직하게는 프론트 엔드플레이트 (304) 와 동일한 외부 프로파일을 갖고 또한 각각의 크로스아암 (356) 에 의해 허브 (348) 에 연결되는 일반적으로 원통형 후방으로 진행하는 외부 둘레부 (354) 를 포함한다. 외부 둘레부 (354), 크로스아암 (356) 및 허브 (348) 는 리어 엔드플레이트 (306) 의 공기 통로 (358) 를 형성한다. 프론트 엔드플레이트 (304) 의 카운터 보어 구멍 (327) 과 동일한 중심으로부터의 동일한 반경방향 간격 및 각 배열로, 원통형 외부 둘레부 (354) 에는 각각의 탭형 구멍 (360) 이 제공된다. 허브 (348) 의 단차형 표면 돌출부에는 스테이터의 크로스아암 보어 (393) 에 대응하는 소정 개수의 탭형 구멍 (362) (예컨대, 4 개) 이 제공된다. 감소된 직경부 (350) 의 외경은 스테이터 (342) 의 크로스아암 (355) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (355) 의 직경에 실질적으로 동일하여 (하지만, 약간 작음), 감소된 직경부 (350) 는 스테이터 (342) 의 크로스아암 (353) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (355) 내에 근접 수용될 수 있다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트의 허브 (348) 의 구멍 (352) 내에 근접 수용되어 샤프트 (302) 를 조심시킨다. 스테이터 (342) 는, 감소된 직경의 허브부 (350) 가 스테이터 (342) 의 크로스아암 (353) 의 동심의 반경방향 위치 결정부 (355) 내에 수용되고 또한 스테이터의 전방 측벽이 허브의 단차에 접하도록, 허브 (348) 에 장착된다. 보어 (393) 를 통하여 저널링되고 또한 탭형 구멍 (362) 에 고정되는 각각의 볼트 (313) 는, 스테이터 (342) 를 프론트 엔드플레이트 (306) 에 고정시킨다. 그리하여, 스테이터 (342) 는 샤프트 (302) 에 대하여 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

로터 (326) 는 샤프트와 함께 회전하도록 이 샤프트 (302) 에 장착된다. 스테이터 (340; 342) 는 로터 (326) 내에 근접 수용되고, 작은 공극 (AG) 으로 이 로터 (326) 로부터 분리된다 (도 1f 참조). 프론트 엔드플레이트 (304), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (306), 외부 케이싱 (308) 및 타이 로드 (310) 는 샤프트 (302), 로터 (326), 및 스테이터 (340, 342) 의 정렬을 유지하도록 지지 조립체로서 상호 작용한다. 샤프트 (302) 는 베어링 슬리브 (186) 및 베어링 (122, 130) 에 의해 유지되고, 이 베어링은 프론트 엔드플레이트 (304) 및 리어 엔드플레이트 (306) 에 각각 장착되고 이러한 엔드플레이트 (304, 306) 에 동심으로 또한 그에 수직하게 샤프트 (302) 를 회전가능하게 유지하고 또한 정렬한다. 로터 (3261) 는 테이퍼형 샤프트부 (112) 와 상호 작용함으로써 포지티브방식으로 위치되는 샤프트 (302) 에 회전하도록 장착된다. 프론트 엔드플레이트 (304) 는 스테이터 (340) 를 장착하고 위치시키고, 이 스테이터는 샤프트 (302) 및 로터 (362) 내에 적절하게 정렬된 로터부 (332) 내에 위치된다. 리어 엔드플레이트 (306) 는 스테이터 (342) 를 장착하고 위치시켜, 이 스테이터가 샤프트 (302) 및 로터 (362) 와 함께 적절하게 정렬된 로터부 (334) 내에 위치된다. 외부 케이싱 (308) 은 그 축선에 수직한 단부면을 가지고 (바람직하게는 원통형이고) 또한 프론트 엔드플레이트 (304) 와 리어 엔드플레이트 (306) 사이에 위치된다. 타이 로드 (310) 는, 외부 케이싱 (308) 에 대하여 엔드플레이트 (304, 306) 를 눌러, 구성요소의 정돈과 정렬 상태를 유지시킨다.

다시 도 3e 를 참조하여 보면, 리어 엔드플레이트 (306) 의 공기 통로 (358), 스테이터 (342) 중앙 개구 (324), 로터 공기 통로 (329), 스테이터 (340) 중앙 개구 (320) 및 프론트 엔드플레이트 공기 통로 (331) 를 포함하는 냉각 시스템을 채용함으로써, 냉각 공기유동이 (바람직하게는, 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (364, 366) 각각을 통해) 스테이터 (342) 의 스테이터 권선 (318) 을 지나서 가게 된다. 적절한 상대 배치 또는 컨투어링 (controuing), 또는 도 3e 의 실시형태에서처럼, 샤프트 장착 후방 디플렉터 (333) 에 의해, 리어 엔드플레이트 공기 통로 (358) 로 들어오는 공기가 권선 (318) 의 후방측 엔드 턴 (364) 에 작용하도록 보내지고, 스테이터 중앙 개구 (324) 를 나오는 공기가 권선 (318) (전방측 엔드 턴 (366)) 에 작용하도록 보내진다. 로터 공기 통로 (329) 를 나오는 공기는 스테이터 (340) 의 권선 (316) 에 작용하도록 (바람직하게는, 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (335, 337) 각각을 통해) 보내진다. 후방측 엔드 턴 (335) 을 지난 후, 로터 디플렉터 (339) 의 이용에 의해 스테이터 (340) 중앙 개구 (320) 로 향하게 되고, 전방측 엔드 턴 (337) 을 지나, 프론트 엔드플레이트 (304) 공기 통로 (331) 를 통과하게 된다. 비동기적인 (asynchronous) 강제 공기 공급부, 예컨대 Lafontaine 등에 의해 약술된 전기 팬이 공기 유동을 강화하기 위해 리어 엔드플레이트 (306) 뒤에 설치될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 원심 팬 (138) 이 샤프트 (302) 와 함께 회전하도록 풀리 (136) 와 프론트 엔드플레이트 (304) 사이에 설치된다. 다양한 공기 통로의 단면, 윤곽 (턴 및 에지) 및 상대 배치는, 스테이터 (342) 의 엔드 턴 (364, 366) 및 스테이터 (342) 의 엔드 턴 (335, 337) 을 지나는 공기의 속도 감소를 최소화하고 공기유동을 최대화하도록 선택되는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 냉각 공기 (일반적으로 화살표 341 로 나타냄) 는 리어 엔드플레이트 공기 통로 (358) 를 통해 알터네이터 (300) 내로 도입된다. 공기유동 (341) 은 후방 엔드 턴 (364) 에 충돌한다. 그리고 나서, 공기유동 (341) 은 개별 스트림 (343, 345) 으로 분리된다. 엔드 턴 (364) 을 빠져나간 후, 공기 스트림 (343) 은 스테이터 (342) 중앙 개구 (324) 를 통해 흐르고, 리어 샤프트 디플렉터 (333) 에 충돌한 후, 전방측의 느슨하게 감긴 엔드 턴 (366), 로터 통로 (329) 를 통과하고, 스테이터 (340) 의 엔드 턴 (335) 에 충돌하고, 로터 디플렉터 (339) 의 협력작용으로, 스테이터 (340) 중앙 개구 (320) 내로 향하게 되고, 엔드 턴 (337) 에 일부 충돌한 후, 프론트 엔드플레이트 (304) 의 공기 통로 (331) 를 통해 알터네이터 (300) 를 빠져나간다. 공기 스트림 (345) 은, 후방측 엔드 턴 (364) 을 빠져나간 후, 로터 케이싱 (303) 의 외부와 외부 케이싱 (308) 의 내부 사이에서 흐르고 나서, 스테이터 (340) 의 전방측 엔드 턴 (337) 에 충돌한 후, 프론트 엔드플레이트 (304) 의 공기 통로 (331) 를 통해 알터네이터 (300) 를 빠져나간다. 공기 스트림 (345) 은 자석 (336, 338) 및 엔드 턴 (364, 337) 에 냉각을 제공한다. 공기 스트림 (343) 은 엔드 턴 (364, 366, 335, 337) 에 냉각을 제공한다.

가능한 다수의 출력 전압 및/또는 전류 구성으로 이용되기 위한 다수의 전기 출력을 제공하는 단일 장치, 예컨대 차량 시스템에 전력을 공급하기 위해 12 VDC 를 제공하고 멀리 떨어진 위치에서의 이용을 위한 톱과 드릴과 같은 장비에 동력을 공급하기 위해 110 VAC 를 제공하도록 구성된 단일 장치에 대한 요구가 높다. 도 3a 내지 도 3e 에 도시한 알터네이터 스테이터는 원하는 용도에 더 잘 어울리는 전압 범위를 생성하도록 독립적으로 감길 수 있다. 예컨대, 스테이터 (342) 는 12 VDC 차량 시스템 동력에 잘 어울리도록 최적화되고, 스테이터 (340) 는 110 V AC 동력 요구에 더 잘 어울리도록 최적화될 수 있다. 2 개의 동일한 크기의 스테이터를 이용한 이런 접근법을 취할 때의 단점은, 예컨대 과도한 능력의 스테이터 (340) 가 12 VDC 차량 시스템에 동력을 공급하게 된다는 것이다. 현대식 트럭은 일반적으로 차량 시스템에 동력을 공급하기 위해 80 amps 미만을 요구한다. 동일한 크기의 스테이터 (340, 342) 의 경우, 250 ∼ 350 amps 의 동력을 생성할 수 있는 스테이터 (340) 를 갖기를 기대하지 않는다. 그 특별한 구성에서, 170 ∼ 270 amps 의 동력이 본질적으로 "낭비"되게 된다. 그러므로, 특정 적용에서, 출력을 최적화하기 위해 다른 스테이터 길이를 갖는 것이 유리하다. 구체적으로 스테이터 (342) 는 80 amp 차량 요구에 더 잘 어울리도록 짧아질 수 있고, 스테이터 (340) 는 110 V AC 시스템에 대해 가능한 최대 전류량을 운반하도록 길어질 수 있다.

이제 도 3f 를 참조하여 보면, 알터네이터 (357) 는 샤프트 (309), 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 및 나사형성부 (114) 를 포함하는 샤프트; 잼 너트 (124); 프론트 엔드플레이트 (304); 프론트 베어링 (122); 리어 엔드플레이트 (306); 리어 베어링 (130); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 외부 케이싱 (308) 및 각각의 타이 로드 (310) 를 갖는다. 로터 (368) 는 동일한 직경의 2 개의 직경방향 대향 로터 케이싱 부분 (374, 376) 을 갖는 로터 케이싱 (372) 에서 중심으로부터 오프셋되어 위치되는 지지 플레이트 (370) 를 갖는다. 로터 부분 (374) 및 스테이터 (382) 가 로터 부분 (376) 및 스테이터 (384) 보다 더 길다.

스테이터 (382, 384) 는 적절하게는 코어 및 도전성 권선 (392, 394) 을 각각 포함한다. 스테이터 (382, 384) 코어는 적절하게는 연자성, 예컨대 무방향성 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하고, 이 박판은 원하는 형상으로 절단 또는 펀칭되어, 정렬 및 결합된다 (예컨대, 정렬시 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접 또는 에폭시 수지로 접착된다). 스테이터 (382, 384) 코어는 일반적으로 원통형이고, 축방향으로 총안형상 외부 둘레면을 가지는데, 즉 소정의 개수의 치형부 및 슬롯 (도시 생략, 참조 도면 3d) 을 포함한다. 두 스테이터 (382, 384) 는 바람직하게는 실질적으로 개방되고, 스테이터 (382) 는 중앙 개구 (396) 을 갖고 적절하게는 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d), 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d), 및 장착 볼트 (301) 를 이용한 프론트 엔드플레이트 (304) 에의 설치를 용이하게 하는 축선방향 관통-보어 (398) 를 포함하고, 스테이터 (384) 는 중앙 개구 (303) 를 갖고 적절하게는 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d), 반경방향 위치 특징부 (도시 생략, 참조 도면 3d), 및 설치 볼트 (307) 를 이용한 리어 엔드플레이트 (306) 에의 설치를 용이하게 하는 축선방향 관통-보어 (305) 를 포함한다.

적절하게는 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성된 권선 (392, 394) 이 스테이터 (382, 384) 의 코어에 각각 제공되고, 각각의 슬롯을 통해 소정 개수의 치형부 주위에서 코어의 측면을 따라 외방으로 감겨지고, 그 후 다시 다른 슬롯을 통해 감겨진다.

조립시, 스테이터 (382, 384) 는 로터 (368) 와 동축으로 배치되고, 로터 (368) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 설명하는 바와 같이, 리어 엔드플레이트 (306) 가 리어 스테이터 (384) 를 설치 및 위치시키고, 프론트 엔드플레이트 (304) 가 프론트 스테이터 (382) 를 설치 및 위치시켜서, 로터 (368) 의 내부 챔버 내에 적절히 정렬된다. 스테이터 코어 (382) 의 둘레면은 작은 소정의 공극 (AG) (예컨대, 도 1f 참조) 으로 자석 (378, 380) 의 내부 표면으로부터 분리된다.

이미 설명한 것처럼, 프론트 엔드플레이트 (304) 는 전방 감소된 직경부 (317) 를 갖는 단차형 중앙 허브 (397) 를 포함하는 것이 적절하다. 스테이터 크로스아암 보어 (398) 에 대응하는 소정의 개수 (예컨대, 4 개) 의 탭형 구멍 (344) 이 돌출부 (397) 의 단차형 표면에 제공된다. 감소된 직경부 (317) 는 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 의 직경과 실질적으로 동일하므로 (다만, 상기 직경보다 약간 더 작음), 프론트 엔드플레이트 부분 (304) 은 스테이터 (382) 의 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 내에 근접 수용될 수 있다. 프론트 베어링 슬리브 (186) 는 프론트 엔드플레이트 허브 (397) 의 카운터 보어 (346) 내에 근접 수용되고, 따라서 샤프트 (309) 를 조심시킨다. 스테이터 (382) 는 허브 (397) 에 설치되는데, 이때 감소된 직경 허부 부분 (317) 이 허브 스텝에 대해 스테이터 전방 측벽 및 스테이터 (382) 의 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 내에 수용된다. 보어 (398) 를 통해 저널링되고 탭형 구멍 (344) 에 고정된 각 볼트 (301) 가 스테이터 (382) 를 프론트 엔드플레이트 (304) 에 고정시킨다. 따라서, 스테이터 (382) 는 샤프트 (309) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

리어 엔드플레이트 (306) 는 스테이터 (384) 를 설치 및 고정시킨다. 리어 엔드플레이트 (306) 는 적절하게는, 전방 감소된 직경부 (350) 를 갖는 단차형 중앙 허브 (348) 를 포함한다. 스테이터 크로스아암 보어 (305) 에 해당하는 소정의 개수 (예컨대, 4 개) 의 탭형 구멍 (362) 이 허브 (348) 의 단차 표면 돌출부에 제공된다. 감소된 직경부 (350) 의 외부 직경은 스테이터 (382) 의 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 의 직경과 실질적으로 동일하므로 (다만, 상기 직경보다 약간 더 작음), 리어 엔드플레이트 (306) 의 감소된 직경부 (350) 는 스테이터 (382) 의 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 내에 근접 수용될 수 있다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트 허브 (348) 의 개구 (352) 내에 근접 수용되고, 따라서 샤프트 (309) 를 조심시킨다. 스테이터 (384) 는 허브 (348) 에 설치되는데, 이때 감소된 직경 허부 부분 (350) 이 허브 스텝에 대해 스테이터 후방 측벽 및 스테이터 (384) 의 크로스아암 (도시 생략, 참조 도면 3d) 에서 동심 반경방향 위치 결정부 (도시 생략, 참조 도면 3d) 내에 수용된다. 보어 (305) 를 통해 저널링되고 탭형 구멍 (362) 에 고정된 각 볼트 (307) 가 스테이터 (382) 를 리어 엔드플레이트 (306) 에 고정시킨다. 따라서, 스테이터 (382) 는 샤프트 (309) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

로터 (326) 는 샤프트와 함께 회전하도록 샤프트 (309) 에 설치된다. 스테이터 (382, 384) 는 로터 (368) 내에 근접 수용되며, 작은 공극 (AG) (예컨대, 도 1f 참조) 으로 로터 (368) 로부터 분리된다. 프론트 엔드플레이트 (304), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (306), 외부 케이싱 (308) 및 타이 로드 (310) 가 샤프트 (309), 로터 (358) 및 스테이터 (382, 384) 의 정렬을 유지하기 위한 지지 조립체로서 협력작용한다. 샤프트 (309) 는 베어링 (122, 130) 에 의해 유지되며, 이들 베어링은 프론트 엔드플레이트 (302) 및 리어 엔드플레이트 (306) 에 각각 설치되고, 엔드플레이트 (304, 306) 에 동심이고 수직한 샤프트 (309) 를 회전가능하도록 유지 및 정렬시킨다. 로터 (368) 는 샤프트 (309) 에 회전하도록 설치되고, 테이퍼형 샤프트부 (112) 와의 협력작용에 의해 정으로 위치된다. 프론트 엔드플레이트 (304) 는 스테이터 (384) 를 장착치 및 위치시키므로, 샤프트 (309) 및 로터 (368) 와 적절히 정렬된 로터 부분 (374) 내에 배치된다. 리어 엔드플레이트 (306) 는 스테이터 (384) 를 설치 및 위치시키므로, 샤프트 (309) 및 로터 (368) 와 적절히 정렬된 로터부 (376) 내에 배치된다. 외부 케이싱 (308) 은 그의 축선에 수직한 단부면을 갖고 (바람직하게는 원통형이고), 프론트 엔드플레이트 (304) 및 리어 엔드플레이트 (306) 사이에 배치된다. 타이 로드 (310) 는 외부 케이싱 (308) 에 대해 엔드플레이트 (304, 306) 를 눌러, 구성요소의 정돈과 정렬을 유지시킨다.

다시 도 3f 를 참조하여 보면, 리어 엔드플레이트 (306) 의 공기 통로 (358), 스테이터 (384) 중앙 개구 (303), 로터 공기 통로 (315), 스테이터 (382) 중앙 개구 (396) 및 프론트 엔드플레이트 공기 통로 (331) 를 포함하는 냉각 시스템을 채용함으로써, 냉각 공기유동이 (바람직하게는, 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (311, 313) 각각을 통해) 스테이터 (384) 의 스테이터 권선 (394) 을 지나도록 보내진다. 적절한 상대 배치 또는 컨투어링, 또는 도 3f 의 실시형태에서처럼, 샤프트 장착 후방 디플렉터 (317) 에 의해, 리어 엔드플레이트 공기 통로 (358) 로 들어오는 공기는 권선 (394) 의 후방측 엔드 턴 (311) 에 작용하도록 향하게 되고, 스테이터 중앙 개구 (303) 를 나오는 공기는 권선 (394) (전방측 엔드 턴 (313)) 에 작용하도록 향하게 된다. 로터 공기 통로 (315) 를 나오는 공기는 스테이터 (382) 의 권선 (392) 에 작용하도록 (바람직하게는, 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (319, 321) 각각을 통해) 향하게 된다. 후방측 엔드 턴 (319) 을 지난 후, 로터 디플렉터 (347) 의 이용에 의해 스테이터 (382) 중앙 개구 (396) 로 향하게 되고, 전방측 엔드 턴 (321) 을 지나, 프론트 엔드플레이트 (304) 공기 통로 (331) 를 통과하게 된다. 비동기적인 강제 공기 공급부, 예컨대 Lafontame 등에 의해 약술된 전기 팬이 공기 유동을 강화하기 위해 리어 엔드플레이트 (306) 뒤에 설치될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 원심 팬 (138) 이 샤프트 (309) 와 함께 회전하도록 풀리 (136) 와 프론트 엔드플레이트 (304) 사이에 설치된다. 다양한 공기 통로의 단면, 윤곽 (턴 및 에지) 및 상대 배치는, 스테이터 (384) 의 엔드 턴 (311, 313) 및 스테이터 (382) 의 엔드 턴 (319, 321) 을 지나는 공기 속도 감소를 최소화하고 공기유동을 최대화하도록 선택되는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 냉각 공기 (일반적으로 화살표 341 로 나타냄) 는 리어 엔드플레이트 공기 통로 (358) 를 통해 알터네이터 (357) 내로 도입된다. 공기유동 (341) 은 후방 엔드 턴 (311) 에 충돌한다. 그리고 나서, 공기유동 (341) 은 개별 스트림 (343, 345) 으로 분리된다. 엔드 턴 (311) 을 빠져나간 후, 공기 스트림 (343) 은 스테이터 (384) 중앙 개구 (303) 를 통해 흐르고, 후방 샤프트 디플렉터 (317) 에 충돌한 후, 전방측의 느슨하게 감긴 엔드 턴 (313), 로터 통로 (315) 를 통과하고, 스테이터 (382) 의 엔드 턴 (319) 에 충돌하고, 로터 디플렉터 (347) 의 협력작용으로, 스테이터 (382) 중앙 개구 (396) 내로 향하게 되고, 엔드 턴 (321) 에 일부 충돌한 후, 프론트 엔드플레이트 (304) 의 공기 통로 (331) 를 통해 알터네이터 (357) 를 빠져나간다. 공기 스트림 (345) 은, 후방측 엔드 턴 (311) 을 빠져나간 후, 로터 케이싱 (372) 의 외부와 외부 케이싱 (308) 의 내부 사이에서 흐르고 나서, 스테이터 (382) 의 전방측 엔드 턴 (321) 에 충돌한 후, 프론트 엔드플레이트 (304) 의 공기 통로 (331) 를 통해 알터네이터 (357) 를 빠져나간다. 공기 스트림 (345) 은 자석 (378, 380) 및 엔드 턴 (311, 321) 에 냉각을 제공한다. 공기 스트림 (343) 은 엔드 턴 (311, 313, 319, 321) 에 냉각을 제공한다.

도 2 및 도 3 에 나타낸 본 발명의 실시형태는 로터 케이싱 및 로터 엔드플레이트의 물리적 배치의 특성으로 인해 가속 동안 로터의 변형이 현저히 감소된다는 보저적인 이점을 갖는다. Lafontame 등에 의해 설명된 바와 같이, 로터의 최대 길이는, 로터 엔드플레이트가 자석과 로터 사이의 파괴성 충돌을 발생시키는 임계 변형을 막기 위해 유효하게 저항할 수 있는 하중 (load) 의 양에 의해 제한된다.

도 4a 내지 도 4c (명확성을 위해 매우 간략히 나타냄) 를 참조하여 보면, 외력이 없는 경우, 알터네이터 (100) 의 로터 (116) 는 샤프트 (110) 에 동심이고 수직하며, 로터 케이싱 (144) 은 공칭 표준 위치 (라인 402 및 404 로 나타냄) 에서 샤프트 (110) 와 동축이고, 로터 엔드캡 (142) 의 전방 (프론트 엔드플레이트에 가장 가까운) 에지는 공칭 표준 위치 (라인 406 으로 나타내) 에서 샤프트 (110) 의 축선에 수직하다. 일반적으로 샤프트 (110) 의 축선에 평행하게 작용하는 외력의 성분은 로터 (116) 의 변위에 거의 영향을 미치지 않는 경향이 있고; 로터 엔드캡 (142) 및 로터 허브 (도시 생략) 의 협력작용, 테이퍼형 샤트프부 (112), 및 잼 너트 (도시 생략) 가 로터 (116) 의 축선방향 운동 또는 뒤틀림 (distortion) 에 저항하기에 충분히 강하고, 어떤 경우든, 축선방향 뒤틀림에 더 큰 공차가 존재한다. 그러나, 충분한 강도의 샤프트 (110) 의 축선에 수직으로 작용하는 외력이 적절히 처리되지 않는다면, 로터 (116) 가 뒤틀리게 된다.

더 구체적으로, 로터 (116) 는 로터 엔드캡 (142) 과 샤프트 (110) 의 결합 (개략적으로 샤프트 (110) 에 수직한 가속을 받는 경우 모멘트 아암을 형성하는 피봇 (외팔보 (cantilever)) 포인트 (408) 로서 나타냄) 을 넘어 연장되는 중심 (무게중심) (403) 을 갖는다. 이는, 완전히 수직하지 않지만 샤프트 (110) 에 수직한 성분의 가속을 부여하는 경우에도 또한 그러하다. 샤프트 (110) 의 축선에 수직한 가속을 받는 경우, 로터 케이싱 (144) 은 그의 원통형 형상으로 인해 변형에 저항하는 경향이 있지만, 변형이 로터 엔드캡 (142) 에서 명확해질 수 있다. 실제로, 로터 (116) 는 외팔보형태로 형성되고, 수직한 가속의 응답으로, 로터 (116) 가 실제로 피봇 포인트 (408) 를 중심으로 피봇한다. 피봇 포인트 (408) 로부터 가장 먼 로터 (116) 의 부분, 즉 케이싱 (144) 의 말단 (후방) 단부, 및 엔드캡 (142) 의 외주 (엔드캡 (142) 이 케이싱 (144) 과 접합되는 곳) 에서 공칭 표준 위치로부터의 최대 편향이 이루어진다. 자석 (146) 근방에서의 편향이 공극 (AG), 즉 31/1000 인치를 초과한다면, 자석 (146) 이 스테이터 (118) 에 충돌하여, 가능하게는 파괴 간섭 (destructive interference) 이 발생한다.

예컨대, 도 4b 에 나타낸 것처럼, 상향 가속의 응답으로, 로터 (116) 는 실제로 하향으로 (명확화를 위해 과장하여 나타냄, 시계방향으로) 피봇한다. 로터 케이싱 (144) 의 상측은 실제로 내측으로 샤프트 (110) 를 향해 피봇하고, 이때 말단부는 공칭 표준 위치 (402) 로부터 개략적으로 도면부호 410 으로 나타낸 양만큼 내측으로 편향된다. 이와 유사하게, 엔드캡 (142) 의 상측 외주는 개략적으로 도면부호 412 로 나타낸 양만큼 공칭 표준 위치 (406) 의 후방으로 이동한다. 이와 반대로, 로터 케이싱 (144) 의 하측의 말단부는 공칭 표분 위치 (402) 로부터 개략적으로 도면부호 414 로 나타낸 양만큼 외측으로 편향되고, 이와 유사하게 엔드캡 (142) 의 하측 외주는 개략적으로 도면부호 416 으로 나타낸 양만큼 공칭 표준 위치 (406) 의 전방으로 이동한다. 원통형 로터 케이싱 (144) 이 그의 형상을 유지하는 경향을 가지므로, 상측 및 하측 부분의 편향량이 실질적으로 비례적이고, 즉 편향 (410, 412) 은 실질적으로 편향 (414, 416) 에 각각 비례한다.

반대 방향 힘은 거울상 편향을 야기한다. 예컨대, 도 4c 에 나타낸 것처럼, 하향 가속의 응답으로, 로터 (116) 는 실제로 상향으로 (도시된 바와 같이, 반시계방향으로) 피봇한다. 로터 케이싱 (144) 의 하측은 실제로 샤프트 (110) 쪽으로 내측으로 피봇하고, 이때 말단부가 공칭 표준 위치 (404) 로부터 내측으로 개략적으로 도면부호 418 로 나타낸 양만큼 편향된다. 이와 유사하게, 엔드캡 (142) 의 하측 외주는 개략적으로 도면부호 420 으로 나타낸 양만큼 그의 공칭 표준 위치 (406) 의 후방으로 이동한다. 이와 반대로, 로터 케이싱 (144) 의 상측의 말단부는 공칭 표준 위치 (402) 로부터 개략적으로 도면부호 422 로 나타낸 양만큼 상측으로 편향되고, 이와 유사하게 엔드캡 (142) 의 상측 외주는 개략적으로 도면부호 424 로 나타낸 양만큼 공칭 표준 위치 (406) 의 전방으로 이동한다. 다시, 원통형 로터 케이싱 (144) 이 그의 형상을 유지하는 경향을 가지므로, 상측 및 하측 부분의 편향량이 실질적으로 비례적이고, 즉 편향 (418, 420) 은 실질적으로 편향 (422, 424) 에 각각 비례한다.

전술한 것처럼, 샤프트 (110) 에 수직한 가속은 로터 (116) 를 편향시키는 경향이 있고, 따라서 가속이 충분히 강하다면, 자석 (146) 이 스테이터 (118) 에 충돌할 수 있다. 로터 편향의 문제는 축선방향 길이가 증가함에 따라, 더 구체적으로는 모멘트 아암의 길이가 증가함에 따라 증가한다. 임의의 기계적 시스템과 마찬가지로, 로터는 가속이 아무리 강하더라도 파괴성 편향에 저항하도록 설계될 수 있지만, 실제 측면에서, 편향에 저항하기 위해 매우 두꺼운 로터 엔드플레이트 및 케이싱을 갖는 로터를 필요로 하는데, 이는 중량이 중요한 고려사항인 자동차 및 다른 분야에서 매우 바람직하지 않다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 자석과 스테이터 사이의 충돌을 야기하는 로터의 변형을 일으키지 않으면서 직경방향 대향 로터를 이용하여 출력을 급격히 증가시킬 수 있다.

이제, 도 4d ∼ 도 4f (명확화를 위해 간략히 나타냄) 를 참조하여 보면, 알터네이터 (300) 의 로터 (326) 는, 직경방향으로 반대편에 있는 원통형 케이싱 부분 (332, 334) 을 형성하는 단일 원통형 로터 케이싱 (330) 의 축선방향 중심에 동축으로 배치된 지지 플레이트 (328) 로 구성된다. 원통형 케이싱 부분 (332) 은 케이싱 부분 (332) 의 내벽 내에 배치된 소정의 개수 (예컨대, 8 쌍) 의 교대 극형 (alternatively poled) 영구 자석 (336) 을 갖는다. 또한, 원통형 케이싱 부분 (334) 은 케이싱 부분 (334) 의 내벽 내에 배치된 소정의 개수 (예컨대, 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (338) 을 갖는다. 로터 (326) 의 로터 지지 플레이트 (328) 가 케이싱 (330) 의 중앙에 배치되기 때문에, 로터 (326) 의 중심 (403) 이 피봇 포인트 (408) 에 위치된다. 알터네이터가 가속되면, 로터 (326) 의 로터 케이싱 부분 (332) 은 피봇 포인트 (408) 를 중심으로 반시계방향 (화살표 426 방향) 으로 편향되는 경향이 있다. 로터 (326) 의 로터 케이싱 부분 (334) 은 피봇 포인트 (408) 를 중심으로 시계방향 (화살표 428 방향) 으로 편향되는 경향이 있다. 로터 케이싱 (330) 은 그의 원통형 형상으로 인해 변형에 저항하기에 매우 적합하고, 로터 (326) 의 중심 (403) 이 피봇 포인트 (408) 에 있으므로, 하중이 경로 430 를 따라 지지 플레이트 (328) 의 보디를 통해 하방으로 샤프트 (110) 로 전달되는 경향이 있다. 지지 플레이트 (328) 를 통해 전달되는 힘은 지지 플레이트 (328) 의 보디 넘어까지 연장되지 않으므로, 모멘트 아암이 존재하지 않고, 따라서 로터 (326) 에 큰 변형이 발생하지 않는다.

도 2a ~ 도 2e 에 대하여 설명한 것과 같이, 제안된 SAE 패드 장착 규격을 따르면서 출력을 극적으로 증가시키는 방법이 상세하게 설명되었다. 이러한 로터 구성은 또한 격심한 가속에 의한 변형에 저항하는 그의 능력에 유익하다.

이제 도 4g 및 도 4h (명확성을 향상시키기 위해 간소화되어 있음) 를 참조하면, 알터네이터 (200) 의 로터 (201) 는 동일하지 않은 직경의 2 개의 직경방향으로 반대편에 있는 로터를 포함한다. 로터 (201) 는 2 개의 직경방향으로 반대편에 있는 원통형 케이싱부 (207 및 209 (직경이 더 작은)) 를 형성하는 이중 원통형 로터 케이싱 (205) 의 축선 중심에서 동축으로 위치되는 지지 플레이트 (203) 를 포함한다. 원통형 케이싱 부분 (207) 은 케이싱 부분 (207) 의 내벽에 위치되는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (211) 을 갖는다. 원통형 케이싱 부분 (209) 은 또한 케이싱 부분 (209) 의 내벽에 위치되는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (213) 을 갖는다. 로터 (201) 의 로터 지지 플레이트 (203) 는 케이싱 (205) 내에 중심에 위치되지만 로터 부분 (207) 이 로터부 (209) 보다 직경이 더 크기 때문에 이는 약간 더 큰 질량을 갖고 선회 지점 (408) 의 약간 왼쪽인 로터 (201) 의 중심 (403) 에 위치한다. 로터부 (207 및 209) 사이의 질량의 차이가 비교적 작으며 이는 가속 동안 작은 모멘트 아암을 발생시키고, 이는 알터네이터 (100) 보다 더욱 더 작으며 더 작은 양의 비틀림이 기대되는 것을 아는 것이 중요하다. 알터네이터 (200) 가 가속될 때, 로터 (201) 의 로터 케이싱부 (207) 는 선회 지점 (408) 을 중심으로 반시계방향 (방향 426) 으로 편향되려고 할 것이다. 로터 (201) 의 로터 케이싱 부분 (209) 은 선회 지점 (408) 을 중심으로 시계방향 (방향 428) 으로 편향되려고 할 것이다. 그의 원통형 형상에 의해 로터 케이싱 (201) 은 변형에 저항하기에 매우 적합하고 로터 (201) 의 중심 (403) 이 선회 지점 (408) 의 단지 약간 왼쪽이기 때문에, 로드는 작은 모멘트 아암이 존재하기 때문에 로터 지지 판 (203) 으로 단지 약간의 변형을 가지면서 축 (110) 으로 전달되려고 할 것이다.

별개의 출력을 이용함으로써 알터네이터를 최적화하는 것은 이중 전압 출력을 요구하는 적용에서 유익하다. 상이한 전압에서 암페어 출력을 발생하기 위해 상이한 길이의 스테이터를 갖는 알터네이터를 제조함으로써, 최적화가 실현된다. 이러한 적용에서 로터 지지 플레이트는 가속 동안 존재하는 증가된 중심 길이에 의해 야기되는 변형에 충분히 저항하도록 가공될 수 있다.

이제 도 4i 및 도 4j (명확성을 개선하기 위해 매우 간소화되어 있는) 를 참조하면, 외력이 없을 때, 알터네이터 (309) 의 로터 (368) 는 샤프트 (309) 와 수직이고 동심이며, 로터 케이싱 (372) 은 샤프트 (309) 와 동축인 공칭 정상 위치 (라인 432 및 436 으로 나타냄) 이고 로터 케이싱 (372) 의 전방 (프론트 엔드플레이트 (304) 와 가장 가까움) 에지는 샤프트 (309) 의 축선과 수직인 공칭 정상 위치 (라인 438 로 나타냄) 이고 로터 케이싱 (372) 의 후방 (리어 엔드플레이트 (306) 와 가장 가까움) 에지는 또한 샤프트 (309) 의 축선과 수직인 공칭 정상 위치 (라인 440 으로 나타냄) 이다. 샤프트 (309) 의 축선에 통상적으로 나란하게 마주하게 되는 외력의 성분은 로터 (368) 의 배열에 적은 영향을 갖는 경향이 있고, 로터 지지 플레이트 (370) 및 로터 허브 (도시되지 않음) 의 상호 작용, 테이퍼형 샤프트부 (112), 및 잼 너트 (도시되지 않음) 는 로터 (368) 의 비틀림 또는 축선 운동에 저항하기에 충분히 강하고, 어떠한 경우에, 축선 비틀림에 대한 더 큰 공차가 있다. 하지만, 샤프트 (309) 의 축선에 수직으로 마주하는 외력은 적절하게 고려되지 않는다면 로터 (368) 를 비틀기에 충분할 수 있다.

더 구체적으로는, 로터 (368) 는 로터 지지 플레이트 (370) 와 샤프트 (309) 의 교차점을 지나 뻗어있는 중심 (중력의 중심) (403) 을 갖고, 이는 샤프트 (309) 에 수직인 가속을 받을 때, 동일하지 않은 길이에 의해 모멘트 아암 (캔틸레버) 을 발생한다. 이는 완전하게 수직은 아니지만 샤프트 (309) 에 대한 결과적인 가속의 수직 성분을 갖는 이러한 가속에 있어서 또한 사실이다. 샤프트 (309) 의 축선에 수직인 가속을 받을 때, 로터 케이싱 (372) 은 그의 원통형 형상에 의한 변형에 저항하려는 경향이 있지만, 비틀림은 로터 지지 플레이트 (370) 에서 그 자체가 분명해진다. 사실상, 로터 (368) 는 외팔보가 되고 수직 가속에 반응하여, 로터 (368) 는 피벗 지점 (408) 을 중심으로 피벗한다. 공칭 정상 위치로부터의 최대 편향은 피벗 지점 (408) 으로부터 가장 먼 로터 (368) 의 부분, 즉 로터 케이싱 (372) 의 말단부 (로터 부분 (374)) 에서 겪게된다. 자석 (378) 의 근처의 편향이 공극 (AG), 예컨대 31/1000 인치를 초과한다면, 자석 (378) 은 스테이터 (382) 와 충돌할 것이며, 이는 파괴적인 간섭을 야기한다. 예컨대, 도 4j 에 나타낸 것과 같이, 상방 가속에 반응하여, 로터 (368) 는 사실상 하방으로 피벗할 것이다 (반시계방향으로, 명확성을 위해 과장되었지만 나타낸 것과 같이). 로터 부분 (374) 의 상방측은 일반적으로 442 로 나타낸 양만큼 공칭 정상 위치 (432) 로부터 하방으로 효과적으로 피벗할 것이다. 로터 부분 (374) 의 하방측은 일반적으로 444 로 나타낸 양만큼 공칭 정상 위치 (434) 로부터 하방으로 효과적으로 피벗할 것이다. 반대로, 로터 부분 (376) 의 상방측은 일반적으로 446 으로 나타낸 양만큼 공칭 정상 위치 (432) 로부터 상방으로 편향될 것이고, 로터 부분 (376) 의 하방측은 일반적으로 448 로 나타낸 양만큼 공칭 정상 위치 (432) 로부터 상방으로 편향될 것이다. 로터 부분 (374) 이 피벗 지점 (408) 으로부터 가장 멀기 때문에, 로터 (368) 에 의한 회전의 주어진 양에 대하여 가장 큰 양의 편향을 볼 것이다. 로터 지지 플레이트 (370) 는 따라서 스테이터 (382) 와 자석 (378) 사이의 파괴적인 충돌을 야기하는 변형에 저항하기에 충분히 강해야만 한다.

단일 로터 지지 플레이트를 갖는 직경방향으로 반대편에 있는 로터 케이싱을 이용하는, 도 2 및 도 3 에 설명된 알터네이터는 증가된 출력과 변형에 저항하는 능력 모두에 있어서 특히 유리하다. 실질적인 가속을 받을 때 확실하게 변형에 저항하는 능력만큼은 아니지만, 단일 샤프트에 반경방향으로 반대편에 위치되는 로터 케이싱 및 별개의 엔드플레이트로 각각 이루어지는 2 개의 독립적인 로터는 알터네이터 (300) 와 출력에서 유사한 증가를 얻을 수 있다. 각각의 로터 케이싱이 본질적으로는 외팔보가 되기 때문에 로터 자석이 서로 충돌하는 것을 초래하는 파괴적인 변형에 저항하게 되는 플레이트 및 로터에 대한 재료가 적절하게 선택되고 적절하게 가공되어야 하는 관리가 취해져야 한다.

이제 도 5a ~ 도 5f 를 참조하면, 알터네이터 (500) 는 2 개의 테이퍼형 돌출부 (504 및 506) 및 2 개의 나사형성부 (508 및 510) 를 갖는 샤프트 (502), 2 개의 잼 너트 (512, 514), 프론트 엔드플레이트 (516), 프론트 베어링 (122), 베어링 슬리브 (186), 리어 엔드플레이트 (518), 리어 샤프트 리테이닝 링 (128), 리어 베어링 (130), 한 쌍의 로터 (530 및 532), 스테이터 (568 및 570), 공기 유동 흡기 벤트를 포함하는 외부 케이스 (520) 및 각각의 타이 로드 (524) 를 적절하게 포함한다. 벤트 (522) 와 상호 작용하는, 팬 (537 및 539) 은 알터네이터 (500) 의 열 발생 성분을 냉각시킨다. 도 5f 에서 가장 잘 나타나는 것과 같이, 한 쌍의 로터 (530 및 532) 는 모두 바람직하게는 엔드캡 (534 및 536), 정중하게는 (respectfully) 원통형 케이싱 (538 및 540) 그리고 케이싱 (538) 의 내부 측벽에 놓이는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (542) 및 케이싱 (540) 의 내부 측벽에 놓이는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (544) 을 포함한다.

도 5d 및 도 5e 에서 가장 잘 나타나는 것과 같이, 로터 (530 및 532) 는 샤프트 (502) 와의 연결을 제공하기 위해 정중하게는 둘레부 (546 및 548), 및 각각의 크로스아암 (550 및 552) 및 공손하게는 중앙 로터 허브 (554 및 556) 를 포함하여, 적절하게는 실질적으로 개방된다. 각각의 공기 통로 (558) 는 로터 (530) 의 엔드캡 (534) 을 통하여 제공되고, 둘레부 (546), 인접한 크로스아암 (550) 및 중앙 허브 (554) 에 의해 범위가 한정된다. 각각의 공기 통로 (560) 는 로터 (532) 의 엔드캡 (536) 을 통하여 제공되고, 둘레부 (548), 인접한 크로스아암 (552), 및 중앙 허브 (556) 에 의해 한정된다. 중앙 로터 허브 (554 및 556) 는 샤프트부 (504 및 506) 의 테이퍼부에 대응하는 미리 정해진 테이퍼부 (예컨대, 1 인치/피트) 를 각각 갖는 관통 보어 (562 및 564) 를 포함한다. 조립 시에, 샤프트 (502) 는 축 테이프부 (504 및 506) 가 나사형성 샤프트부 (508 및 510) 의 바로 앞의 구멍 (562 및 564) 에 수용되도록, 양측 구멍 (562 및 564) 을 통하여 저널링된다. 나사형성 샤프트부 (508 및 510) 는 샤프트 (502) 에 명확하게 로터 (530 및 532) 를 위치시키기 위해 잼 너트 (514 및 516) 와 상호 작용한다. 이전에 설명된 것과 같이, 크로스아암 (550 및 552) 의 두께는 예상되는 하중을 여전히 견딜 수 있으면서 적절하게는 가능한 얇게 선택된다 (무게 및 재료 비용을 최소화하기 위해).

스테이터 (568 및 570) 는 적절하게는 코어 (583 및 585) 및 도전성 권선 (572 및 574) 을 각각 포함한다. 스테이터 (568 및 570) 는 연자성 재료, 예컨대, 무방향성, 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하며, 이 박판은 원하는 형상으로 펀칭 또는 절단되어, 정렬 및 결합된다 (예컨대 정렬시 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 함께 에폭시 수지로 접착되거나 용접된다). 스테이터 (568 및 570) 코어는, 일반적으로 축선방향으로 총안형상의 외부 둘레면을 갖는 원통형인데, 즉 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 및 슬롯 (160) 을 포함한다. 양쪽의 스테이터 (568 및 570) 는 바람직하게는 실질적으로 개방되고, 스테이터 (568) 는 중앙 개구 (576) 를 갖고 적절하게는 장착 볼트 (580) 를 사용하여 프론트 엔드플레이트 (516) 에의 장착을 용이하게 하기 위해 크로스아암 (575), 반경방향 위치 결정부 (577) 및 축방향 관통 보어 (578) 를 포함하며 스테이터 (570) 는 중앙 개구 (582) 를 갖고 적절하게는 장착 볼트 (586) 를 사용하여 리어 엔드플레이트 (518) 에의 장착을 용이하게 하기 위해 크로스아암 (579), 반경방향 위치 결정부 (581) 및 축방향 관통 보어 (584) 를 포함한다.

적절하게는 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성되는 권선 (572 및 574) 은 각각 스테이터 (568 및 570) 의 코어 (583 및 585) 에 제공되고, 각각의 슬롯 (160) 을 통해 미리 정해진 개수의 치형부 (158) 주위에서 코어의 측면을 따라 외방으로 감겨 지고, 그 후 다시 다른 슬롯을 통해 감겨 진다.

조립시, 스테이터 (568) 는 로터 (530) 와 동축으로 배치되고 로터 (530) 의 내부 캐비티 내부에 근접 수용된다. 설명되는 것과 같이, 프론트 엔드플레이트 (516) 는 프론트 스테이터 (568) 에 장착되고 위치되어 프론트 스테이터 (568) 는 로터 (530) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬되고 스테이터 (570) 는 로터 (532) 와 동축으로 배치되며 로터 (532) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 설명되는 것과 같이, 리어 엔드플레이트 (518) 는 리어 스테이터 (570) 에 장착되고 위치되어 리어 스테이터 (570) 는 로터 (532) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬된다. 스테이터 (568 및 570) 의 둘레면은 미리 정해진 작은 공극 (AG) 으로 각각 자석 (542 및 544) 의 내면으로부터 분리된다 (예컨대 도 1f 참조).

프론트 엔드플레이트 (516) 는 적절하게는 전방으로 줄어드는 직경부 (594) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (596) 를 갖는 단차형 중앙 허브 (592) 및 바람직하게는 리어 엔드플레이트 (518) 와 동일한 외부 프로파일을 갖고, 각각의 크로스아암 (501) 에 의해 허브 (592) 에 연결되는 일반적으로 원통형 외부 둘레부 (598) 를 포함한다. 각각의 카운터 보어 구멍 (503) 은 원통형 외부 둘레부 (598) 에 제공된다. 스테이터 크로스아암 보어 (578) 에 대응하는 미리 정해진 개수 (예컨대 4) 의 탭형 구멍 (553) 은 허브 (592) 의 단차형 표면에 제공된다. 줄어드는 직경부 (594) 는 스테이터 (568) 의 크로스아암 (575) 의 동심 반경방향 위치 결정부 (577) 의 직경과 실질적으로 동일하여 (하지만 약간 더 작음), 프론트 엔드플레이트 부분 (594) 은 스테이터 (568) 의 크로스아암 (575) 의 동심 반경방향 위치 결정부 (577) 내에 근접 수용될 수 있다. 프론트 베어링 슬리브 (186) 는 프론트 엔드플레이트 허브 (592) 의 카운터 보어 (505) 내에 근접 수용되고 따라서 베어링 (122) 과 샤프트 (502) 를 조심시킨다. 스테이터 (568) 는, 줄어든 직경 허브부 (594) 가 스테이터 (568) 의 크로스아암 (575) 의 동심 변경방향 위치 결정부 (577) 내에 수용되고 스테이터 전방 측벽이 허브 단차에 접하도록, 허브 (592) 에 장착된다. 보어 (578) 를 통하여 저널링 되고 탭형 구멍 (553) 에 고정되는 각각의 볼트 (580) 는 프론트 엔드플레이트 (516) 에 스테이터 (568) 를 고정시킨다. 스테이터 (516) 는 따라서 샤프트 (502) 에 대하여 분명하게 위치되고 정렬된다.

리어 엔드플레이트 (518) 는 리어 베어링 (130) 을 지탱하고 위치시키며, 스테이터 (570) 를 장착하고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (518) 는 적절하게는 전방으로 줄어드는 직경부 (511) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (513) 를 갖는 단차형 중앙 허브 (509), 및 바람직하게는 프론트 엔드플레이트 (516) 와 동일한 외부 프로파일을 갖고, 각각의 크로스아암 (517) 에 의해 허브 (509) 에 연결되는 일반적으로 원통형의 외부 둘레부 (515) 를 포함한다. 각각의 탭형 구멍 (519) 은 프론트 엔드플레이트 (516) 의 카운터 보어 구멍 (503) 과 동일한 중심으로부터의 반경방향 간격으로 그리고 각 배열에서 원통형 외부 둘레부 (515) 에 제공된다. 스테이터 크로스아암 보어 (584) 에 대응하는 미리 정해진 개수 (예컨대 4) 의 탭형 구멍 (591) 은 허브 (509) 의 단차형 표면에 제공된다. 줄어드는 직경부 (511) 의 외부 직경은 크로스아암 (579) 의 동심 반경방향 위치 결정부 (581) 의 직경과 실질적으로 동일하여 (하지만 약간 더 작음), 리어 엔드플레이트 부분 (511) 은 스테이터 (570) 의 크로스아암 (579) 의 동심 반경방향 위치 결정부 (581) 내에 근접 수용될 수 있다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트 허브 (509) 의 개구 (513) 내에 근접 수용되고 따라서 축 (502) 을 조심시킨다. 스테이터 (570) 는, 줄어든 직경 허브부 (511) 가 스테이터 (570) 의 크로스아암 (579) 의 동심 반경방향 위치 결정부 (581) 내에 수용되고 그리고 스테이터 후방 측벽이 허브 단차에 접하도록, 허브 (509) 에 장착된다. 구멍 (584) 을 통하여 저널링 되고 탭형 구멍 (591) 에 고정되는 각각의 볼트 (586) 는 리어 엔드플레이트 (518) 에 스테이터 (570) 를 고정시킨다. 스테이터 (570) 는 따라서 샤프트 (502) 에 대하여 분명하게 위치되고 정렬된다.

로터 (530 및 532) 는 샤프트와 함께 회전하도록 축 (502) 에 장착된다. 스테이터 (568 및 570) 는 로터 (530 및 532) 내에 근접 수용되고, 작은 공극 (AG) 으로 로터 (530 및 532) 로부터 분리된다 (예컨대 도 1f 참조). 프론트 엔드플레이트 (516), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (518), 외부 케이싱 (520) 및 타이 로드 (524) 는 샤프트 (502), 로터 (530 및 532), 및 스테이터 (568 및 570) 의 정렬을 유지하기 위해 지지 조립체로서 상호작용한다. 샤프트 (502) 는 베어링 슬리브 (186), 베어링 (122 및 130) 에 의해 유지되고, 이들은 각각 프론트 엔드 플레이트 (516) 와 리어 엔드플레이트 (518) 에 장착되며, 엔드플레이트와 수직으로 그리고 동심으로 샤프트 (502) 를 회전가능하게 유지 및 정렬시킨다. 로터 (530 및 532) 는 샤프트 (502) 의 회전을 위해 장착되고, 테이퍼형 샤프트부 (504 및 506) 와의 상호작용에 의해 분명히 위치된다. 프론트 엔드플레이트 (516) 는 스테이터 (568) 가 샤프트 (502) 와 적절하게 정렬되는 로터 (530) 내에 놓이도록 스테이터 (568) 및 로터 (530) 를 장착 및 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (518) 는 샤프트 (502) 및 로터 (532) 와 적절하게 정렬된 로터 (532) 내에 배치되도록 스테이터 (570) 를 장착 및 위치시킨다. 외부 케이싱 (520) 은 그의 축선에 수직인 단부면을 갖고 (바람직하게는 원통형) 프론트 엔드 플레이트 (516) 와 리어 엔드플레이트 (518) 사이에 놓인다. 타이 로드 (524) 는, 외부 케이싱 (520) 에 대해 엔드플레이트 (516 및 518) 를 눌러, 구성요소의 정돈과 정렬을 유지시킨다.

도 5f 를 다시 참조하면, 냉각 공기 유동이, 공기 흡기 벤트 (522), 내부 로터 공간 간극 (531), 로터 공기 통로 (560 및 558), 스테이터 중앙 개구 (580 및 582), 인접한 리어 엔드플레이트 크로스아암 (517), 외부 부분 (515) 및 허브 (509) 에 의해 한정되는 리어 엔드플레이트 (518) 공기 통로 (533) 및 인접한 리어 엔드플레이트 크로스아암 (501), 외부 부분 (598) 및 허브 (592) 에 의해 범위가 정해지는 프론트 엔드플레이트 (516) 공기 통로 (535) 및 팬 (537 및 539) 을 포함하는 냉각 시스템을 이용함으로써 스테이터 (568) 의 스테이터 권선 (572) 을 지나고 (바람직하게는 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (523 및 525) 각각을 통하여) 그리고 스테이터 (570) 의 스테이터 권선 (574) 지나서 (바람직하게는 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (527 및 529) 각각을 통하여) 가게 된다. 외부 케이스 (520) 의 공기 흡기 벤트 (522) 를 통한 로터 (530 및 532) 사이의 공기 유입 내부 로터 공간 간극 (531) 은 절반은 로터 공기 통로 (560) 로 그리고 다른 절반은 로터 공기 통로 (558) 로 들어가는 공기유동으로 나누어진다. 로터 공기 통로 (560) 를 떠나는 공기유동은 스테이터 권선 (574) 의 전방측 엔드 턴 (529) 을 지나서 가게 된다. 전방 엔드 턴 (529) 을 떠난 이후, 기류는 로터 디플렉터 (590) 의 상호 작용에 의해 스테이터 (570) 중앙 개구 (582) 로 들어가고, 그 후 도 5d 의 실시형태와 같이, 후방 디플렉터 (535) 의 상호작용, 또는 적절한 상대 배치 또는 외형에 의해 스테이터 권선 (574) 의 느슨하게 감긴 후방 엔드 턴 (527) 지나서 가게 된다. 공기유동은 그 후 리어 엔드플레이트 (518) 에서 인접한 리어 엔드플레이트 크로스아암 (517), 외부 부분 (515), 및 허브 (509) 에 의해 범위가 정해지는 통로 (533) 로 들어가고 너트 (589) 에 의해 축 (502) 에 장착되는 팬 (539) 에 의해 구동된다. 로터 공기 통로 (558) 를 떠나는 공기유동은 스테이터 권선 (572) 의 후방측 엔드 턴 (523) 을 지나서 가게 된다. 후방 엔드 턴 (523) 을 떠난 이후, 공기유동은 디플렉터 (541) 의 상호작용에 의해 스테이터 (568) 중앙 개구 (580) 로 들어가고, 그 후 도 5d 의 실시형태와 같이, 전방 디플렉터 (587) 의 상호작용, 또는 적절한 상대 배치 또는 외형에 의해 스테이터 권선 (574) 의 느슨하게 감긴 전방 엔드 턴 (525) 지나서 가게 된다. 공기유동은 그 후 프론트 엔드플레이트 (516) 에서 인접한 프론트 엔드플레이트 외부 부분(598), 크로스아암 (501) 및 허브 (592) 에 의해 범위가 정해지는 통로 (535) 로 들어간다. 바람직한 실시형태에서, 원심 팬 (537) 은 풀리 (136) 와 프론트 엔드플레이트 (516) 사이에 샤프트 (502) 의 회전을 위해 장착되고 원심 팬 (539) 은 너트 (589) 와 리어 엔드플레이트 (518) 사이에 샤프트 (502) 의 회전을 위해 장착된다. 다양한 공기 통로의 상대 배치, 외형 (턴 및 에지) 및 단면은 바람직하게는 공기 속도의 감소를 최소화하도록, 그리고 스테이터 (570) 의 엔드 턴 (527 및 529) 및 스테이터 (568) 의 엔드 턴 (523 및 525) 에 걸친 공기유동을 최대화하도록 선택된다.

더 구체적으로는, 일반적으로 화살표 (541) 로 나타낸 냉각 공기는 공기 흡기 벤트 (522) 를 통하여 알터네이터 (500) 안으로 유입되고 내부 로터 공간 간극 (531) 으로 들어간다. 공기유동은 (543) 는 4 개의 구분된 공기유동 경로 (545, 547, 549 및 551) 로 나누어진다. 공기유동 (545) 은 로터 통로 (558) 로 들어가고 스테이터 엔드 턴 (523) 에 영향을 준다. 엔드 턴 (523) 을 떠난 이후 공기유동 (545) 은 로터 공기 디플렉터 (541) 에 의해 재배향되고 스테이터 (568) 의 개구 (576) 로 들어간다. 공기유동 (545) 은 프론트 엔드플레이트 공기 디플렉터 (587) 를 이용하여 엔드 턴 (525) 을 지나서 가게 되고 그 후 팬 (537) 에 의해 구동되는 공기 통로 (535) 를 통하여 스테이터 (500) 를 떠난다. 공기유동 (547) 은 로터 케이싱 (538) 과 외부 케이스 (520) 사이에서 이동하며 이에 의해 로터 케이싱 (538) 에 부착되는 자석 (542) 을 냉각시킨다. 공기유동 (547) 은 그 후 엔드 턴 (525) 에 영향을 주고 그 이후 이는 팬 (537) 에 의해 구동되는 알터네이터 (500) 를 떠나는 공기 통로 (535) 로 들어간다. 공기유동 (549) 은 로터 통로 (560) 에 들어가고 스테이터 엔드 턴 (529) 에 영향을 준다. 엔드 턴 (529) 을 떠난 이후, 공기유동 (549) 은 로터 공기 디플렉터 (590) 에 걸쳐 재배향되고 스테이터 (570) 의 개구 (582) 에 들어간다. 공기유동 (549) 은 그 후 리어 엔드플레이트 공기 디플렉터 (535) 를 사용하여 엔드 턴 (527) 을 지나서 다시 가게 되고 팬 (539) 에 의해 구동되는 공기 통로 (533) 를 통하여 스테이터 (500) 를 떠난다. 공기유동 (551) 은 로터 케이싱 (540) 과 외부 케이스 (520) 사이에서 이동하고 이에 의해 로터 케이싱 (540) 에 부착되는 자석 (544) 을 냉각시킨다. 공기유동 (551) 은 그 후 엔드 턴 (527) 에 영향을 주고 그 후 팬 (539) 에 의해 구동되는 알터네이터 (500) 를 떠나는 공기 통로 (533) 에 들어간다. 공기유동 (545 및 547) 은 전방 요소, 구체적으로는 엔드 턴 (523 및 525) 뿐만 아니라 자석 (542) 을 냉각시키고 공기유동 (549 및 551) 은 후방 요소, 구체적으로는 엔드 턴 (529 및 527) 뿐만 아니라 자석 (544) 을 냉각시킨다.

알터네이터 (500) 의 요소를 냉각시키는데 효과적이지만, 공기 흡기 (522) 는 모든 적용에 항상 가능한 것은 아닐 수 있고, 이러한 경우 알터네이터 (300) 의 공기유동 경로와 유사한 공기유동 경로가 반드시 이용되어야 한다.

이제 도 5g 를 참조하면, 알터네이터 (555) 는 적절하게는 2 개의 테이퍼형 돌출부 (559 및 561), 및 2 개의 나사형성부 (561 및 593) 를 포함하는 샤프트 (557), 2 개의 잼 너트 (512 및 514), 프론트 엔드플레이트 (516), 프론트 베어링 (122), 베어링 슬리브 (186), 리어 엔드플레이트 (518), 리어 샤프트 리테이닝 링 (128), 리어 베어링 (130), 한 쌍의 로터 (526 및 528), 스테이터 (568 및 570), 외부 케이스 (573) 및 각각의 타이 로드 (595) 를 포함한다. 도 5g 에서 가장 잘 나타나듯이, 한 쌍의 로터 (530 및 532) 는 모두 바람직하게는 엔드캡 (534 및 536), 정중하게는 원통형 케이싱 (538 및 540) 및 케이싱 (538) 의 내부 측벽에 배치되는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (542) 및 케이싱 (540) 의 내부 측벽에 배치되는 미리 정해진 개수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (544) 을 포함한다.

로터 (530 및 532) 는 적절하게는 실질적으로 개방형이고, 샤프트 (502) 에 연결시키기 위해서 둘레부 (546 및 548), 및 각각 크로스아암 (550 및 552) 및 중앙 로터 허브 (554 및 556) 를 포함한다. 엔드캡 (534) 을 통해 각각의 공기 통로 (558) 가 제공되고 공기 통로는 크로스아암 (550) 에 인접한 둘레부 (546) 및 중앙 허브 (554) 에 의해 한정된다. 엔드캡 (536) 을 통해 각각의 공기 통로 (560) 가 제공되고 공기 통로는 크로스아암 (552) 에 인접한 둘레부 (548) 및 중앙 허브 (556) 에 의해 한정된다. 중앙 로터 허브 (554 및 556) 는 샤프트부 (59 및 561) 의 테이퍼에 대응하는 소정의 테이퍼 (예컨대, 1 인치/피트) 를 가지는 각각의 관통 보어 (562 및 564) 를 포함한다. 조립시, 샤프트 (502) 는 두 개의 보어 (562 및 564) 를 통해 저널링되어서, 테이퍼형 샤프트부 (559 및 561) 가 나사형성 샤프트부 (561 및 563) 의 바로 앞에 있는 보어 (562 및 564) 에 수용된다. 나사형성 샤프트부 (561 및 563) 는 잼 너트 (514 및 516) 와 함께 작동해서 샤프트 (502) 상의 로터 (530 및 532) 에 확실하게 위치된다. 미리 설명된 바와 같이, 크로스아암 (550 및 552) 의 두께는 기대되는 하중을 여전히 견디면서 가능한 한 얇게 선택되는 것이 바람직하다 (중량 및 재료 비용을 최소화하기 위해서). 로터 (530 및 532) 는 샤프트 (557) 상에서 축선 방향으로 가까이 근접하여 장착되어서 로터 (530) 가 테이퍼부 (559) 에 위치되고 로터 (532) 가 테이퍼부 (561) 에 위치될 때 조립 이후에 작은 간극 (565) 이 남게 된다. 이것은, 토크가 볼트 (512 및 514) 에 각각 적용될 때 로터가 완전하게 위치되기 위해서 적절한 여유부를 가지도록 해준다. 로터 공기 통로 (558 및 560) 는 방해되지 않는 냉각 유체 통로를 형성하기 위해서 조립되는 동안 정렬된다.

스테이터 (568 및 570) 는 적절하게는 코어 (583 및 585) 및 도전성 권선 (572 및 574) 을 각각 포함한다. 스테이터 (568 및 570) 코어는 적절하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택을 포함하고, 이 박판은 원하는 형상으로 절단되거나 펀칭되어, 정렬되고 결합된다 (예컨대, 정렬시 분리 적층체 유지하도록 정밀 지그에서 함께 용접되거나 에폭시 수지로 접착됨) . 스테이터 (568 및 570) 코어는 일반적으로 원통형이고, 축선방향으로 총안형상의 외부 둘레면을 가지고, 예컨대 미리 결정된 개수의 치형부 (158) 및 슬롯 (160) 을 포함한다. 두 스테이터 (568 및 570) 는 바람직하게는 실질적으로 개방형이며, 스테이터 (568) 는 중앙 개구 (576) 를 가지고, 적절하게는 장착 볼트 (580) 를 이용하여 전방 엔드플레이트 (516) 에의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스아암 (575), 반경방향 위치 결정부 (577) 및 축방향 관통-보어 (578) 를 포함하며, 스테이터 (570) 는 중앙 개구 (582) 를 가지고, 적절하게는 장착 볼트 (586) 를 이용하여 리어 엔드플레이트 (518) 에의 장착을 용이하게 하기 위해서 크로스아암 (575), 반경방향 위치 결정부 (581) 및 축방향 관통-보어 (584) 를 포함한다.

적절하게 절연된 도전체, 바람직하게는 바니시된 구리 모터 와이어로 형성된 권선 (572 및 574) 가 스테이터 (568 및 570)의 코어 (583 및 585) 에 각각 제공되며, 각각의 슬롯 (160) 을 통해 소정 개수의 치형부 (158) 주위에서 코어의 측면을 따라 외방으로 감겨 지고, 그 후 다시 다른 슬롯을 통해 감겨 진다.

조립시, 스테이터 (568) 는 로터 (530) 와 동축으로 배치되고 로터 (530) 의 내부 캐비티 내부에 근접 수용된다. 설명될 바와 같이, 프론트 엔드플레이트 (516) 는 스테이터 (568) 가 로터 (530) 의 내부 챔버 내에 적절하게 정렬되도록 스테이터 (568) 프론트 스테이터 (570) 에 장착 및 위치되고, 스테이터 (570) 는 로터 (532) 와 동축으로 배치되고 로터 (532) 의 내부 캐비티 내에 근접 수용된다. 설명될 바와 같이, 리어 엔드플레이트 (518) 는 로터 (532) 의 내부 챔버에 적절하게 정렬되도록 리어 스테이터 (570) 에 장착되고 위치된다. 스테이터 (568 및 570) 의 둘레면은 미리 결정된 작은 공극 (AG, 예컨대 도 1F 참조) 으로 각각의 자석의 내부면 (542 및 544) 으로부터 분리된다.

프론트 엔드플레이트 (516) 는 적절하게는 전방으로 감소되는 직경부 (594) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (596) 를 가지는 단차형 허브 (592), 및 각각의 크로스아암 (501) 에 의해 허브 (592) 에 연결되는, 리어 엔드플레이트 (518) 와 동일한 외부 프로파일을 가지는 것이 바람직한 일반적으로 원통형인 외부 둘레부 (598) 를 포함한다. 각각의 카운터 보어 구멍 (503) 이 원통형 외부 둘레부 (598) 에 제공된다. 스테이터 크로스아암 보어 (578) 에 대응하는 미리 결정된 개수 (예컨대 4 개) 의 탭형 구멍 (553) 이 허브 (592) 의 단차형 표면에 제공된다. 감소된 직경부 (594) 는 실질적으로 스테이터 (568) 의 크로스아암 (575) 상의 동심 반경방향 위치 결정부 (577) 의 직경과 실질적으로 동일하다 (아주 약간 작음). 프론트 베어링 슬리브 (186) 가 프론트 엔드플레이트 허브 (592) 의 카운터 보어 (505) 및 그에 따라 중앙 베어링 (122) 및 샤프트 (502) 의 내부에 가까이 수용된다. 스테이터 (568) 는 허브 단차의 반대에 있는 스테이터 전방 측벽 및 스테이터 (568) 의 크로스아암 (575) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (577) 내부에 수용된 감소된 직경의 허브부 (594) 와 함께, 허브 (592) 에 장착된다. 보어 (578) 를 통해 저널링되고 탭형 구멍 (553) 에 고정되는 각각의 볼트 (580) 는 프론트 엔드플레이트 (516) 에 스테이터 (568) 를 고정시킨다. 스테이터 (516) 는 이렇게 확실하게 위치되어 샤프트 (502) 에 대해 정렬된다.

리어 엔드플레이트 (518) 는 베어링 (130) 을 이동시키고 위치시키고, 스테이터 (570) 를 장착시키고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (518) 는 적절하게는 전방으로 감소되는 직경부 (511) 및 거기에 관통되어 있는 중앙 개구 (513) 를 가지는 단차형 중앙 허브 (509), 및 각각의 크로스아암 (517) 에 의해 허브 (509) 에 연결되는, 프론트 엔드플레이트 (516) 와 동일한 외부 프로파일을 가지는 것이 바람직한 일반적으로 원통형인 외부 둘레부 (515) 를 포함한다. 각각의 탭형 구멍 (519) 이 프론트 엔드플레이트 (516) 의 카운터 보어 구멍 (503) 과 동일한 중심으로부터의 반경방향 간격 및 각 배치로 원통형 외부 둘레부 (515) 에 제공된다. 스테이터 크로스아암 보어 (584) 에 대응하는 미리 결정된 개수 (예컨대 4 개) 의 탭형 구멍 (591) 이 허브 (509) 의 단차형 표면에 제공된다. 감소된 직경부 (511) 의 외경은 실질적으로 크로스아암 (579) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (581) 의 직경과 실질적으로 동일 (아주 약간 작음) 해서, 리어 엔드플레이트 (511) 가 스테이터 (570) 의 크로스아암 (579) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (581) 의 내부에 근접 수용될 수도 있다. 리어 베어링 (130) 은 리어 엔드플레이트 허브 (509) 의 구멍 (513) 및 따라서 중앙 샤프트 (502) 의 내부에 근접 수용된다. 스테이터 (570) 는, 감소된 직경의 허브부 (511) 가 스테이터 (570) 의 크로스아암 (579) 상의 동심의 반경방향 위치 결정부 (581) 내부에 수용되고 스테이터 후방 측벽 허브 단차에 접하도록, 허브 (509) 에 장착된다. 보어 (584) 를 통해 저널링되고 테이퍼형 구멍 (519) 에 고정되는 각각의 볼트 (586) 가 리어 엔드플레이트 (518) 에 스테이터 (570) 를 고정시킨다. 따라서, 스테이터 (570) 는 샤프트 (502) 에 대해 포지티브방식으로 위치되고 정렬된다.

로터 (530 및 532) 는 샤프트와 함께 회전하기 위해 샤프트 (502) 에 장착된다. 스테이터 (568; 및 570) 는 로터 (530 및 532) 내에 근접 수용되고, 작은 공극 (AG) 으로 로터 (530 및 532) 로부터 분리된다 (예컨대 도 1F 참조). 프론트 엔드플레이트 (516), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔플레이트 (518), 외부 케이싱 (520) 및 타이 로드 (524) 는 지지 조립체로서 상호 작용하여서 샤프트 (502), 로터 (530 및 532), 및 스테이터 (568 및 570) 의 정렬을 유지한다. 샤프트 (502) 는 베어링 슬리브 (186), 베어링 (122 및 130) 에 의해 유지되고, 상기 베어링은 각각 프론트 엔드플레이트 (516) 및 리어 엔드플레이트 (518) 에 장착되고 엔드플레이트와 동심이고 이에 수직인 샤프트 (502) 을 회전가능하게 유지하고 정렬한다. 로터 (530 및 532) 는 샤프트 (502) 상에 회전을 위해 장착되고, 테이퍼형 샤프트부 (557 및 559) 와의 공동 작동에 의해 확실하게 위치된다. 프론트 엔드플레이트 (516) 는 스테이터 (568) 가 샤프트 (502) 및 로터 (530) 와 적절하게 정렬된 로터 (530) 내부에 배치되로록 장착시키고 위치시킨다. 리어 엔드플레이트 (518) 는 스테이터 (570) 가 샤프트 (502) 및 로터 (532) 와 적절하게 정렬된 로터 (532) 내부에 배치되도록 장착시키고 위치시킨다. 외부 케이싱 (520) 은 축선 (바람직하게는 원통형) 에 수직인 단부면을 갖고 프론트 엔드플레이트 (516) 와 리어 엔드플레이트 (518) 사이에 배치된다. 로드 (597) 는 외부 케이싱 (573) 에 대해 엔드플레이트 (516 및 518) 를 눌러, 구성요소를 정돈 및 정렬 상태로 유지시킨다.

도 5g 를 다시 참조하면, 엔드플레이트 (518), 스테이터 (570) 의 중앙 개구 (582), 로터 공기 통로 (558 및 560), 스테이터 (568) 의 중앙 개구 (576) 및 프론트 엔드플레이트 공기 통로 (535) 에서 공기 통로 (533) 를 포함하는 냉각 시스템을 적용함으로써 냉각 공기유동이 스테이터 (570) 의 스테이터 권선 (574) 을 거쳐 이동된다 (바람직하게는 각각 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (527 및 529) 를 통과하여). 공기가 들어가는 리어 엔드플레이트 공기 통로 (533) 는 권선 (518) 의 후방측 엔드 턴 (527) 상에 충돌하도록 된다. 공기가 나가는 스테이터 중앙 개구 (582) 는 적절한 상대 배치 또는 컨투어링, 또는, 도 5g 의 실시형태에서와 같이, 로터 디플렉터 (590) 와의 상호 작용에 의해, 권선 (574) (전방측 엔드 턴 (529)) 상에 충돌하게 된다. 공기가 나가는 로터 공기 통로 (558 및 560)는 스테이터 (568) 의 권선 (572) 상에 충돌하게 된다 (바람직하게는 각각 느슨하게 감긴 후방측 및 전방측 엔드 턴 (523 및 525) 을 통과해). 후방측 엔드 턴 (523) 을 통과한 후에는 로터 디플렉터 (541) 를 사용하여 스테이터 (568) 의 중앙 개구 (576) 을 향하고 그 다음에 전방측 엔드 턴 (525) 를 거쳐 프론트 엔드플레이트 (516) 의 공기 통로 (535) 를 통과하게 된다. 비동기적인 강제 공기 공급부, 예컨대 Lafontaine 등에 의해 개략된 바와 같은 전기 팬이 리어 엔드플레이트 (518) 의 뒤에 장착되어서 공기 유동을 강화할 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 원심 팬 (138) 이 샤프트 (557) 와 회전하기 위해 풀리 (136) 와 프론트 엔드플레이트 (516) 사이에 장착된다. 다양항 공기 통로의 단면, 윤곽 (턴 및 에지) 및 상대 배치는 바람직하게는 공기 속도의 감소를 최소화하고, 스테이터 (570) 의 엔드 턴 (527, 529) 및 스테이터 (570) 의 엔드 턴 (523, 525) 을 거치는 공기유동을 최대화하도록 선택된다.

보다 구체적으로, 일반적으로 화살표 567 로 표시되는 냉각 공기는 리어 엔드플레이트 공기 통로 (533) 를 통해 알터네이터 (555) 안으로 도입된다. 공기유동 (567) 은 후방 엔드 턴 (527) 에 작용한다. 그 후에 공기유동 (567) 은 각각의 스트림 (571 및 569) 을 분리한다. 엔드 턴 (527) 을 나온 후에, 공기 스트림 (571) 은 스테이터 (570) 의 중앙 개구 (582) 을 통해 유동하고, 로터 디플렉터 (590) 에 지장을 주고, 전방측에서 느슨하게 감긴 엔드턴 (529), 로터 통로 (558 및 560) 을 통과하게 된 후에, 로터 디플렉터 (541) 와 공동 작동하여, 스테이터 (568) 의 엔드 턴 (523) 에 작용하고, 스테이터 (568) 의 중앙 개구 (576) 안으로 향한 후에 엔드 턴 (525) 에 부분적으로 작용한 다음 프론트 엔드플레이트 (516) 에 있는 공기 통로 (535) 를 통해 알터네이터 (555) 를 나간다. 후방측 엔드 턴 (527) 을 나간 이후에, 공기 스트림 (569) 은 로터 케이싱 (538 및 540) 의 외부와 외부 케이스 (573) 의 내부 사이에서 유동한 후에 스테이터 (568) 의 전방측 엔드 턴 (525) 에 작용을 한 후에 프론트 엔드플레이트 (516) 에 있는 공기 통로 (535) 를 통해 알터네이터 (555) 를 나간다. 공기 스트림 (569) 은 자석 (544, 542) 및 엔드 턴 (574, 525) 을 냉각시킨다. 공기 스트림 (571) 은 엔드 턴 (527, 529, 523 및 525) 을 냉각시킨다.

마그네틱 프린징의 효과는 잘 알려져 있고 영구 자석 기계장치의 동력을 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 종래의 영구 자석 기계장치에서, 자석의 길이는 일반적으로 스테이터 길이와 동일하다. 스테이터 표면 모두를 너머 자석의 길이를 연장할 수 있는 기회가 주어진다면, 형성된 마그네틱 프린징 부분은 스테이터를 너머 연장하고 역시 스테이터 너머 연장하는 권선 엔드 턴을 방해한다. 이에 따라, 실시형태에서, 영구 자석은 미리 정해진 스테이터 표면 길이를 초과하는 미리 정해진 길이를 갖고, 복수 개의 스테이터를 구비한 실시형태에서는, 복수 개의 자석의 미리 결정된 길이는 각각의 스테이터 표면 길이의 표면 길이를 초과할 수도 있다. 결과는, 주어진 스테이터 길이에 대해 동력을 더 제공하는 권선과 상호작용하는 플럭스를 전체적으로 증가시킨다.

이제 도 6a 및 도 6b 를 참조하면, 로터 (602) 를 제외한 모든 점에서 알터네이터 (100) 와 매우 유사한 알터네이터 (600) 가 SAE 에 의해 제안된 패드가 장착된 규격 버젼 2-3 을 따르고, 본 발명의 다양한 양태에 따라 샤프트 (110) 를 포함하고, 바람직하게는 테이퍼형 돌출부 (112) 및 나사형성부 (114)(도 1e 에 가장 잘 보임); 스테이터 (118); 프론트 엔드플레이트 (120); 프론트 베어링 (122); 잼 너트 (124); 리어 엔드플레이트 (126); 리어 샤프트 리테이닝 링 (128); 리어 베어링 (130); 외부 케이싱 (132) 및 각각의 타이 로드 (도시되지 않음) 를 포함한다. 스테이터 (118) 는 작은 공극 (AG, 도 1f 참조) 으로 로터 (602) 로부터 분리되어 로터 (602) 내부에 가까이 수용된다. 프론트 엔드플레이트 (120), 베어링 슬리브 (186), 프론트 베어링 (122), 리어 베어링 (130), 리어 엔드플레이트 (126), 외부 케이싱 (132) 및 타이 로드 (도시되지 않음) 는 지지 조립체로서 함께 작동하여서 샤프트 (110), 로터 (602), 및 스테이터 (118) 의 정렬을 유지한다. 샤프트 (110) 는 베어링 (122 및 130) 에 의해 유지되고, 이들은 프론트 엔드플레이트 (120) 및 리어 엔드플레이트 (126) 에 각각 장착되고, 엔드플레이트와 동심이고 수직인 샤프트 (110) 를 회전가능하게 유지하고 정렬시킨다. 로터 (602) 는 샤프트 (110) 에서의 회전을 위해 장착되고, 테이퍼형 샤프트부 (112) 와 함께 작동하여 확실하게 위치된다. 리어 엔드플레이트 (126) 는 스테이터 (118) 가 샤프트 (110) 와 로터 (602) 와 적절하게 정렬된 로터 (116) 내에 배치되도록 스테이터 (118) 를 장착시키고 위치시킨다. 외부 케이싱 (132) 은 축선 (바람직하게는 원통형) 에 수직인 단부면을 갖고 프론트 엔드플레이트 (120) 와 리어 엔드플레이트 (126) 사이에 배치된다. 타이 로드 (도시되지 않음) 는 외부 케이싱 (132) 에 엔드플레이트 (120 및 126) 를 눌러 정돈 및 정렬 상태를 유지시킨다.

도 6b 에 가장 잘 나타난 바와 같이, 로터 (602) 는 바람직하게는 엔드캡 (604), 원통형 케이싱 (606) 및 케이싱 (606) 의 내부 벽에 배치되고 미리결정된 수 (예컨대 8 쌍) 의 교대 극형 영구 자석 (608) 을 포함한다.

자석 (608) 은 스테이터 (118) 의 스테이터 표면 (610 및 612) 을 지나쳐 여장한다. 이상적으로는, 스테이터 표면 (604 및 606) 을 가로지르는 연장부는 양쪽에서 그리고 3/16 ~ 5/16 의 인치의 범위에서 동일한 길이어야 한다. 이를 너머 증가하면 자성면에서 이점이 거의 없고 오직 알터네이터의 전체 비용을 증가시킨다. 희토류 자석이 영구 자석 알터네이터의 가장 고가의 부품 중 하나이기 때문에, 원하는 생산량을 얻기 위해서 필요한 최소량의 자석 재료만을 이용하는 것이 유리하다.

Lafontaine 등에 의해 기재될 바와 같이, 코깅이 영구 자석 기계장치의 작동 동안에 바람직하지 않은 효과를 줄 수 있다. 듀얼 로터 알터네이터를 고려했을 때, 코킹의 효과는 스테이터, 로터 및 자석의 전체 길이의 증가로 인해 크게 커지게 된다. 적층체를 비스듬하게 하면 이들 효과의 대부분이 제거된다. 희토류 자석의 성질로 인해서, 즉 영구 소자 (demagnetization) 를 방지하기 위해서 자석이 소정 온도 (퀴리 온도) 이하에서 유지되어야 하기 때문에, 냉각 유체에 대한 충돌을 최소화하면서 비스듬한 스테이터를 리어 엔드플레이트에 장착시키는 것을 가능하게 하는 방법을 개발하는 것이 유리할 것이다.

이제 도 7a ~ 도 7f 를 참조하면, 스테이터 (700) 는 코어 (702) 및 도전성 권선 (도시되지 않음) 과 함께 적절하게는 연자성 재료, 예컨대 무방향성 저손실 (무연) 강의 박판의 적층 스택으로 구성된다. 스테이터 (700) 는 바람직하게는 스테이터 (700) 를 엔드플레이트 (720) 에 체결하기 위한 원통형의 관통 보어 (718) 를 포함하는 반경방향 위치 결정부 (710) 및 적절한 크로스아암 (708) 과 함께 코어 (704) 의 원통형 내부 표면 (706) 에 의해 규정되는 중앙 개구 (704) 과 함께 적절하게 개방된다. 적층 시트는 일반적으로 원통형이고, 축방향으로 총안형상의 외부 둘레면을 갖는데, 예컨대 원하는 형상으로 절삭되거나 펀칭되고, 정렬되고 결합되는 (예컨대 소정의 정렬시 분리 적층체를 유지하도록 정밀 지그에서 용접되거나 에폭시 수지로 접착됨) 미리 결정된 개수의 치형부 (714) 및 슬롯 (716) 을 포함한다.

도 7b 에 도시된 바와 같이, 비스듬한 스테이터를 장착하기 위한 원통형 관통 보어 (718) 의 사용은 효과적이지 못한데 왜냐하면 관통 보어의 전체 축방향 단면적이 인접한 시트의 점진적인 비스듬해짐으로 인해서 감소되기 때문이다. 단면적의 이 점진적인 감소는 장착 볼트 (722) 가 보어 (718) 를 통해 엔드플레이트 (720) 에 저널링되는 것을 불가능하게 하고 지점 724 에서의 간섭으로 인해 수직도를 여전히 유지한다. Lafontaine 등에 의해 기재된, 스테이터 (700) 를 고정하기 위한 클램핑 링의 사용은 또한 냉각 유체에 대한 스테이터 중앙 개구 (706) 의 중앙 개구의 유효 직경이 감소한다는 점에서 덜 적절하다. 도 7c 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 클램핑 링 (732) 은 볼트 (722) 와 함께 작동하여 스테이터 (700) 을 고정시키는데 사용된다. 결과는 클램프 (732) 의 직경 (734) 이 감소된다.

비스듬한 스테이터에 있는 원통형 관통 보어의 단면적의 점진적인 감소를 극복하고 공기 유동을 최대화하기 위해서, 크로스아암 (710) 은 엔드플레이트 (720) 에 대한 코어 (700) 의 장착을 용이하게 하기 위해서 반경방향으로 슬롯팅된 홀 (726) 을 적절하게 포함해야 한다. 알맞게는, Lafontaine 등에 의해 기재된 바와 같이, 스테이터 표면 (728) 으로부터 스테이터 표면 (730) 으로의 총 비스듬함 각도는 스테이터 적층체의 인접한 치형부 사이에서 형성된 각도이다 (도 7a 참조). 이에 따라 비스듬함 각도를 계산하기 위해서, 스테이터 치형부의 총 수를 360°로 나눈다. 48 개의 치형부 스테이터의 경우에는, 360/48 또는 7.50°의 비스듬함이 된다. 관통 보어 (732) 에서 볼트 (722) 에 대한 적절한 여유부를 보장하기 위해서, 호를 둘러싸는 반경방향 슬롯 (726) 은 원하는 비스듬함 (48 개의 치형부 스테이터에서 7.50 °) 에 의해 형성된 각도와 동일하거나 약간 더 커서 적절한 여유부를 보장해야 한다 (도 7e 및 도 7f 참조). 도 7g 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 반경방향으로 슬롯팅된 관통 보어 (732) 는 장착 볼트 (722) 가 구멍 (738) 안으로 나사연결되고 엔드플레이트 (720) 의 장착 표면 (734) 에 수직으로 유지되게 해준다. 반경방향 슬롯이 원통형 관통 보어에서 이용가능한 약간의 클램핑 표면을 제거하기 때문에 스테이터 (700) 에 적용되는 클램핑력을 분배하기 위한 워셔 (736) 를 포함하는 것이 유리할 것이다. 스테이터 (700) 를 장착하는 이 방법은 스테이터 (700) 의 중앙 개구을 통과하는 냉각 유체의 단면적을 가능한 최대로 해준다.

상기에 기재된 바와 같이, 스테이터 적층체를 비스듬하게 하면, 하나의 전체 치형부가 코깅을 제거하게 된다. 그정도로 비스듬해진 스테이터는 로터가 회전함에 따라 비스듬해진 코일 및 자석 모두의 상호작용으로 인해 플럭스 밀도의 손실을 겪게 될 것이다. 플럭스 밀도에 불리하게 영향을 주지 않으면서 코깅을 감소시키기 위한 유일한 기회가 듀얼 로터 구성에서 얻어질 수 있다.

이제 도 8a 및 도 8b 를 참조하면, 로터 (800) 는 원통형 로터 케이스 (802); 중앙 지지 플레이트 (804) 및 자석 (806 및 808) 을 포함한다. 자석 (806) 은 원통형 로터 케이스 (802) 내부에 반경방향으로 고르게 배치된다. 자석 (808) 은 또한 원통형 로터 케이스 (802) 내부에 반경방향으로 고르게 배치된다. 자석 (808) 의 축선방향 에지는 로터 케이스 (802) 의 내부에 위치되어서 자석 (808) 의 에지에 의해 형성된 표시 라인 (810) 이 자석 (806) 의 중앙 축선을 양분하게 된다.

본 발명은 본 발명의 의미 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않으면서 다른 특정 형태로 실시될 수도 있다. 설명된 실시형태는 예시를 위한 것이고 한정적인 것은 아니다. 청구범위와 동등한 의미 및 범위 내의 모든 변경이 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (49)

1. 샤프트, 제 1 스테이터, 제 2 스테이터, 제 1 로터 및 직경방향 반대편에 있는 제 2 로터를 포함하며,
   상기 샤프트, 스테이터 및 로터 케이싱은 동축으로 배치되며, 상기 로터 케이싱은 샤프트에 장착되고, 상기 제 1, 제 2 스테이터는 각각 적어도 하나의 권선을 포함하며,
   상기 제 1 로터는, 그 제 1 로터에 연결되어 있고 제 1 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 1 영구 자석을 더 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 제 1 간극 거리로 제 1 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 1 스테이터와 제 1 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 1 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 되며,
   상기 제 2 로터는, 그 제 2 로터에 연결되어 있고 제 2 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 2 영구 자석을 더 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 제 2 간극 거리로 제 2 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 2 스테이터와 제 2 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 2 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 되고,
   상기 다수의 제 1, 2 영구 자석 각각은 소정의 각각의 제 1, 2 스테이터 면 길이를 넘는 각각의 소정의 길이를 갖는 동력 변환 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 권선과 자석 중의 적어도 하나에 냉각제 유동을 열접촉시키는 냉각 시스템을 더 포함하며, 이 냉각 시스템은 소정의 속도 이상에서 소정의 유동 경로를 통과하는 충분한 냉각제 유동을 발생시켜서, 발생된 열을 소산시키고 또한 자석의 온도를 소정의 파괴 레벨 아래로 유지하는 동력 변환 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 제 1, 2 스테이터 슬롯과 각각의 영구 자석 중의 적어도 하나의 배열이 제 1, 2 스테이터의 축선에 대해 소정의 양만큼 비스듬하게 되어 있는 동력 변환 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 제 1 코어측 면에 있는 슬롯의 반경방향 위치는 제 2 코어측 면에 있는 슬롯의 반경방향 위치로부터 오프셋되어 있는 동력 변환 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 소정의 직경을 가지며 또한 그 샤프트의 양 단부 사이에서 제 1, 2 스테이터에 대한 소정의 위치에 배치되는 샤프트 테이퍼부를 포함하며, 이 샤프트 테이퍼부의 직경은 소정의 테이퍼에 따라, 최소 직경으로부터 소정의 샤프트 직경 보다 큰 소정의 최대 직경까지 변하며,
   제 1, 2 로터는 샤프트의 적어도 하나의 샤프트 테이퍼부의 테이퍼에 대응하는 소정의 테이퍼를 갖는 중앙 관통 보어 및 허브를 포함하며, 테이퍼형 관통 보어의 직경은 소정의 테이퍼에 따라, 소정의 샤프트 직경 보다 큰 최소 관통 보어 직경으로부터 소정의 최대 관통 보어 직경까지 변하고,
   상기 제 1, 2 로터 허브는 상기 샤프트가 허브 관통 보어를 통해 저널링 및 연장되도록 배치되고, 이때 샤프트 테이퍼부는 관통 보어의 내면과 샤프트 테이퍼부의 외면이 서로 짝을 이루어 접촉하도록 상기 관통 보어 안에 수용되며, 제 1, 2 로터의 테이퍼형 보어가 샤프트 테이퍼부와 면접촉을 하며, 이때 샤프트 테이퍼부가 제 1, 제 2 로터를 샤프트 및 제 1, 제 2 스테이터에 대해 축방향 및 반경방향 양자로 위치시키며, 제 1, 제 2 로터를 샤프트와 연결시켜 샤프트와 함께 회전하게 하는 동력 변환 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 로터와 샤프트는 일체적인 유닛을 구성하는 동력 변환 장치.
7. 제 2 항에 있어서, 제 1 엔드플레이트를 더 포함하며, 제 1 로터는 그 제 1 엔드플레이트에 설치되며, 제 1 스테이터는 제 1 엔드플레이트에 대해 회전가능하게 설치되는 동력 변환 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 샤프트는 제 1 엔드플레이트에 회전가능하게 연결되는 동력 변환 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 제 1, 2 로터는 원통형 케이싱을 샤프트에 연결하는 엔드캡을 포함하며, 상기 케이싱과 엔드캡은 일체적인 유닛을 구성하는 동력 변환 장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 상기 제 1 엔드플레이트를 통해 소정의 유동 경로와 유체 소통되는 적어도 제 1 통로를 더 포함하는 동력 변환 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 냉각 시스템 냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 1 엔드플레이트 통로와 소정의 유동 경로를 통해 이동시키는 강제 공기 공급부를 더 포함하는 동력 변환 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 강제 공기 공급부는 제 1 스테이터의 회전에 대해 비동기적인 팬 (fan) 을 포함하는 동력 변환 장치.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 적어도 제 1 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 1 로터를 통해 제 1 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 제 1 통로를 더 포함하는 동력 변환 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 제 1 로터와 함께 회전할 수 있게 설치되어 냉각제를 상기 제 1 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키는 팬을 더 포함하는 동력 변환 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 스테이터 권선은 제 1 스테이터 코어 통로를 통해 냉각제 유동의 경로 안으로 굽어진 엔드 턴을 포함하는 동력 변환 장치.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 제 1 스테이터와 제 1 로터 사이에 배치되어 제 1 스테이터 통로로부터의 냉각제 유동을 권선 엔드 턴에 열접촉시키는 디플렉터 표면을 더 포함하는 동력 변환 장치.
17. 제 2 항에 있어서, 제 2 엔드플레이트를 더 포함하며, 상기 제 2 로터는 그 제 2 엔드플레이트에 설치되며, 제 2 스테이터는 제 2 엔드플레이터에 대해 회전가능하게 설치되는 동력 변환 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 샤프트는 제 2 엔드플레이트에 회전가능하게 연결되는 동력 변환 장치.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 상기 제 2 엔드플레이트를 통해 소정의 유동 경로와 유체 소통되는 적어도 제 2 통로를 더 포함하는 동력 변환 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 냉각 시스템 냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 2 엔드플레이트 통로와 소정의 유동 경로를 통해 이동시키는 강제 공기 공급부를 더 포함하는 동력 변환 장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 강제 공기 공급부는 제 2 스테이터의 회전에 대해 비동기적인 팬을 포함하는 동력 변환 장치.
22. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 적어도 제 2 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 2 로터를 통해 제 2 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 통로를 더 포함하는 동력 변환 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 제 2 로터와 함께 회전할 수 있게 설치되어 냉각제를 상기 제 2 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키는 팬을 더 포함하는 동력 변환 장치.
24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 스테이터 권선은 제 2 스테이터 코어 통로를 통해 냉각제 유동의 경로 안으로 굽어진 엔드 턴을 포함하는 동력 변환 장치.
25. 제 22 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 제 2 스테이터와 제 2 로터 사이에 배치되어 제 2 스테이터 통로로부터의 냉각제 유동을 권선 엔드 턴에 열접촉시키는 디플렉터 표면을 더 포함하는 동력 변환 장치.
26. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 제 1 로터와 제 2 로터 사이에 배치되는 로터 디플렉터를 더 포함하는 동력 변환 장치.
27. 제 7 항에 있어서, 제 2 엔드플레이트와 외부 케이싱을 더 포함하며, 제 1, 2 로터 케이싱과 제 1, 2 스테이터 코어 및 외부 케이싱은 샤프트와 동심이며, 이 샤프트는 제 1, 2 엔드플레이트에 회전가능하게 연결되고, 제 2 로터는 제 2 엔드플레이트에 설치되며, 제 1, 2 스테이터는 제 1 엔드플레이트와 제 2 엔드플레이트 사이에서 또한 상기 외부 케이싱 안에서 상기 샤프트에 연결되어 그 샤프트와 함께 회전할 수 있는 동력 변환 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 제 1, 2 스테이터 코어를 통해 형성된 통로 및 제 1, 2 로터를 통해 제 1, 2 스테이터 코어 통로와 유체 소통하는 통로를 포함하는 동력 변환 장치.
29. 제 28 항에 있어서, 제 1, 2 로터 통로는, 냉각제 유동이 제 1 엔드플레이트 통로를 통과하여 제 1 스테이터의 제 1 권선 엔드 턴과 열접촉하고, 제 1 스테이터 코어 통로를 통과하여 제 1 스테이터의 제 2 권선 엔드 턴 및 제 2 스테이터의 제 1 권선 엔드 턴과 열접촉하며, 제 2 스테이터 코어 통로를 통과하여 제 2 스테이터의 제 2 권선 엔드 턴과 열접촉하며, 그리고 제 2 엔드플레이트 통로를 통과하여 제 1, 2 자석과 열접촉하도록 배치되어 있는 동력 변환 장치.
30. 제 29 항에 있어서, 제 1, 2 엔드플레이트와 상호 작용하여 그 제 1, 2 엔드플레이트를 외부 케이싱에 누르는 각각의 타이 로드를 더 포함하며, 제 1, 2 엔드플레이트와 외부 케이싱 및 타이 로드는 서로 상호 작용하여 샤프트, 제 1, 2 로터 및 제 1, 2 스테이터의 정렬을 유지시키는 동력 변환 장치.
31. 제 27 항에 있어서, 냉각제는 공기이며, 냉각 시스템은 공기를 제 1, 2 엔드플레이트 통로와 제 1, 2 스테이터 코어 통로를 통해 이동시키도록 배치된 적어도 하나의 강제 공기 공급부를 더 포함하는 동력 변환 장치.
32. 제 27 항에 있어서, 상기 강제 공기 공급부는 적어도 하나의 전기 팬을 포함하는 동력 변환 장치.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 전기 팬은 제 1, 2 엔드플레이트에 설치되는 동력 변환 장치.
34. 제 27 항에 있어서, 상기 강제 공기 공급부는 상기 샤프트와 함께 회전하도록 배치된 적어도 하나의 팬을 포함하는 동력 변환 장치.
35. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 로터와 제 1 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 제 2 스테이터 쌍은 독립적인 전기 출력부를 포함하는 동력 변환 장치.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 독립적인 출력부는 직류와 교류를 각각 제공하도록 되어 있는 동력 변환 장치.
37. 제 35 항에 있어서, 상기 제 1 로터와 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 스테이터 쌍은 12 VDC 에 대해 최적화된 출력 전압 범위와 110 VAC 에 대해 최적화된 제 2 의 독립적인 전압 범위를 제공하도록 되어 있는 동력 변환 장치.
38. 제 1 항에 있어서, 상기 자석의 면 길이는 마그네틱 프린징 스테이터가 얻어지도록 되어 있는 동력 변환 장치.
39. 제 1 항에 있어서, 대향하는 자석들은 반경방향으로 오프셋되어 있어 코깅을 줄이는 동력 변환 장치.
40. 제 1 항에 있어서, 제 1, 2 스테이터의 적층은 비스듬하게 되어 있어 코깅을 줄이는 동력 변환 장치.
41. 제 2 항에 있어서, 제 1, 2 스테이터는 다수의 권선을 포함하며, 이러한 권선의 엔드 턴은 냉각제 유동 경로에서 격자형 구조를 나타내도록 거리를 변경함으로써 코어를 넘어 바깥으로 연장하는 동력 변환 장치.
42. 제 41 항에 있어서, 상기 엔드 턴은 코어 주변부측 면을 넘어 바깥으로 연장하여 엔드 턴과 코어 주변부측 면 사이에 공간을 제공하며, 이에 따라 권선에서 발생된 열의 소산이 촉진되는 동력 변환 장치.
43. 제 1 항에 있어서, 제 1, 2 로터와 제 1, 2 스테이터는 차량용의 컴팩트한 고출력 알터네이터로서 상호 작용하는 동력 변환 장치.
44. 제 1 항에 있어서, 제 1, 2 로터와 제 1, 2 스테이터는 기존의 차량에 개장되는 컴팩트한 고출력 알터네이터로서 상호 작용하는 동력 변환 장치.
45. 제 1 항에 있어서, 제 1 로터 및 직경방항 반대편의 제 2 로터의 설계는 가속으로 인한 장치의 변형을 억제하는데 도움을 주는 동력 변환 장치.
46. 제 1 항에 있어서, 제 1 로터 및 직경방항 반대편의 제 2 로터의 설계는 장치의 모멘트 아암의 길이를 줄여주고, 따라서 다수의 로터의 변형이 감소되는 동력 변환 장치.
47. 샤프트, 제 1 스테이터, 제 2 스테이터, 제 1 로터 및 직경방향 반대편에 있는 제 2 로터를 포함하는 동력 변환 장치로서,
    상기 샤프트, 스테이터 및 로터 케이싱은 동축으로 배치되며, 상기 로터 케이싱은 샤프트에 장착되고, 상기 제 1, 2 스테이터는 적어도 하나의 권선을 포함하며,
    상기 제 1 로터는, 제 1 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 1 영구 자석을 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 간격 거리로 제 1 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 1 스테이터와 제 1 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 자기 플럭스가 제 1 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 되며,
    상기 제 2 로터는, 제 2 스테이터에 가까이 배치된 다수의 제 2 영구 자석을 포함하고, 이들 영구 자석은 소정의 간격 거리로 제 2 스테이터로부터 떨어져 있으며, 따라서 제 2 스테이터와 제 2 로터의 상대 운동으로 인해, 상기 자석으로부터의 플럭스가 제 2 스테이터 권선과 자기적으로 상호 작용하게 되고,
    상기 다수의 제 1, 2 영구 자석 각각은 소정의 각각의 제 1, 2 스테이터 면 길이를 넘는 소정의 길이를 가지며,
    상기 장치는 이 장치를 표면에 연결하는 네개의 러그를 더 포함하고,
    제 1, 2 스테이터 슬롯과 각각의 영구 자석 중의 적어도 하나의 배열은 제 1, 2 스테이터의 축선에 대해 소정의 양만큼 비스듬하게 되어 있으며,
    제 1 로터와 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 스테이터 쌍은 독립적인 출력 전압을 포함하는 동력 변환 장치.
48. 제 47 항에 있어서, 상기 독립적인 출력 전압은 직류와 교류를 포함하는 동력 변환 장치.
49. 제 48 항에 있어서, 상기 제 1 로터와 제 1 스테이터 쌍 및 제 2 로터와 제 2 스테이터 쌍은 12 VDC 에 대해 최적화된 출력 전압 범위와 110 VAC 에 대해 최적화된 제 2 의 독립적인 전압 범위를 제공하도록 되어 있는 동력 변환 장치.

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