KR20130097663A

KR20130097663A - 교류기 비율

Info

Publication number: KR20130097663A
Application number: KR1020130018499A
Authority: KR
Inventors: 커크 니트
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-03
Also published as: DE102013101719A1; CN103296802A; US20130221798A1

Abstract

본 발명에 따르면, 차량 교류기는 중심 회전 축선을 갖고, 실질적으로 둥근 스테이터로서, 복수 개의 코일을 갖고, 각각의 코일은 스테이터 주위에서 N 번만큼 권취되는 것인 스테이터를 포함한다. 차량 교류기는, 계자 코일이 권취되어 있는 스풀을 구비하는 로터로서, 끼워지는 극 부분의 갯수(P)를 한정하는 코어 세그먼트들의 대향된 쌍을 갖고, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 구비하며 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)만큼에 외측 극 면을 구비하는 것인 로터를 포함한다. R2/R1은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하고 N*P는 50 내지 60의 범위에 속한다.

Description

교류기 비율{ALTERNATOR RATIOS}

본 발명은 대체로 차량 교류기의 성능 개선에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 저속 출력 및 고속 효율을 증가시키기 위해 교류기 구성을 최적화하는 것에 관한 것이다.

차량 교류기는 일반적으로, 스테이터(stator)라 불리는 전도체의 고정 세트 내에서 돌아가는, 로터(rotor)라 불리는 회전 자석을 구비한다. 회전하는 로터의 자기장은 전도체와 엇갈리며, 이에 따라 전류를 발생시킨다. 예를 들면, 로터는 엔진 속도의 3배 또는 다른 적절한 분 당 회전수(RPM)에서 벨트 및 풀리 시스템에 의해 기계적으로 구동될 수 있다. 로터 자기장은, 브러쉬 및 슬립 링을 통해 제공되는 직류(DC)로 로터 권취부에 에너지를 인가함으로써 생성될 수 있다. 로터 자기장은 다수의 양극 또는 N극을 갖는데, 이 양극 또는 N극들 사이에는 유사한 갯수의 음극 또는 S극이 개재되어 있다. 교호하는 N극 및 S극이 스테이터 전도체를 지나 회전함에 따라, 상기 교호하는 N극 및 S극은 우선 일 방향으로 전류가 흐르도록 하며, 이후 다른 방향으로 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 스테이터 전도체를 통해 교류(AC) 흐름을 생성한다. AC 전류는 이제 다이오드에 의해 정류되어, 차량 배터리를 충전/재충전하기 위한 그리고 차량의 다양한 전기 장치에 동력을 제공하기 위한 DC 전류를 제공한다. 일반적으로, 소음을 저감시키기 위해, 저속에서 발생되는 전압을 증가시키기 위해, 고속에서 안정적인 성능을 유지하기 위해, 그리고 다른 이유들을 위해, 스테이터 코일은 보통 정류기 다이오드에 3상 또는 6상 출력을 제공하도록 구성된다. 전압 조절기는 교류기 출력에서 일정한 전압을 유지한다.

교류기 성능은 보통 RPM 단위인 교류기 속도의 함수로서 암페어 단위인 교류기의 DC 출력 전류의 그래프를 이용하여 평가된다. 일반적으로, 출력 전류는 충전 전류를 생성하기 시작하는 교류기 속도 - 예컨대 1200 RPM - 에서의 0 암페어로부터 예컨대 5000 내지 8000 RPM의 작동 속도일 때의 교류기의 정력 출력 전류까지 상승한다. 이러한 성능 그래프 및 관련 성능 특성과 관련하여, 통상적인 교류기는 효율 및 성능에 있어서 최적화되어 있지 않다.

따라서, 저속 교류기 출력 및 고속 교류기 효율 양자가 개선된 차량 교류기를 제공함으로써 앞서 언급한 단점들을 해소하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 저속 교류기 출력 및 고속 교류기 효율 양자가 개선된 차량 교류기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 실시예에 있어서, 차량 교류기는 중심 회전 축선을 가지며, 복수 개의 코일을 갖는 실질적으로 둥근 스테이터를 포함하는데, 각각의 코일은 스테이터 주위에서 N 번만큼 권취된다. 차량 교류기는 로터를 포함하는데, 상기 로터는 그 위에 계자 코일(field coil)이 감겨 있는 스풀을 구비하고 끼워진(interleaved) 극 부분의 갯수(P)을 한정하는 코어 세그먼트의 대향하는 쌍을 구비하며, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 갖고, 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)에 외측 극 면(outer pole face)을 갖는다. R2/R1의 비율은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하며, N*P는 50 내지 60의 범위에 속한다.

다른 실시예에서, 본 발명은, 차량에서 전압을 제공하는 방법으로서, 중심 축선을 갖는 실질적으로 둥근 스테이터 코어를 제공하는 것, 스테이터 코어 주위에서 N 번만큼 복수 개의 코일을 권취하는 것, 그리고 끼워진 극 부분의 갯수(P)를 한정하는 코어 세그먼트의 대향하는 쌍을 갖는 로터를 제공하는 것을 포함하는 방법에 있어서, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 갖고, 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)에 외측 극 면을 가지며, R2/R1의 비율은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하고, N*P는 50 내지 60의 범위에 속하는 것인 방법을 제공한다.

이상의 간단한 설명은 본 발명을 한정하지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 마찬가지로, 발명의 명칭 및 요약서 모두 어떠한 방식으로도 청구된 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

본 발명에 따르면, 저속 교류기 출력 및 고속 교류기 효율 양자가 개선된 차량 교류기를 얻을 수 있다.

첨부 도면과 함께 실시예에 대한 이하의 설명을 참고하면, 예시적인 실시예의 앞서 설명된 양태는 더욱 명확해질 것이며 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 차량 교류기의 길이방향 단면이다.
도 2는 슬롯이 형성된 스테이터 코어의 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 개별적인 스테이터 슬롯의 상부 평면도이다.
도 4는 로터 스풀의 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 로터의 구동 단부를 위해 구성된 로터 극 코어 세그먼트의 사시도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 로터의 슬립 링 단부를 위해 구성된 로터 극 코어 세그먼트의 사시도이다.
도 7은 로터 계자 배선을 보호하기 위해 접힌 위치에서, 도 4의 로터 스풀을 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 예시적인 실시예에 따라, 로터의 구동 단부를 위해 구성되는 로터 극 코어 세그먼트의 평면도 및 사시도이다.
도 9는 로터의 종방향 단면으로서, 설명의 목적으로, 예시적인 실시예에 따른, 로터의 구동 단부를 위해 구성된 로터 극 코어 세그먼트를 구성요소에서 제거한 도면이다.
도 10은 통상적인 세그먼트 및 예시적인 실시예에 따른 세그먼트의 로터 극 코어 세그먼트 단면을 각각 도시한 것으로서 그 직경 비율을 비교한 것이다.
도 11은, 극 코어 세그먼트의 직경 비율을 증가시킨 것의 효과를 나타내는, 차량 교류기 성능의 그래프이다.
도 12는, N*P(스테이터 턴 수 및 로터 극 수의 곱)를 감소시킨 것의 효과를 나타내는, 차량 교류기 성능의 그래프이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른, 로터의 슬립 링 단부를 위해 구성된 로터 극 코어 세그먼트의 사시도이다.
도 14는 통상적인 세그먼트 및 예시적인 실시예에 따른 세그먼트의 로터 극 코어 세그먼트 단면을 각각 도시한 것으로서 그 반경 비율을 비교한 것이다.
도 15는 극 코어 세그먼트의 반경 비율을 증가시키고 N*P(스테이터 턴 수 및 로터 극 수의 곱)를 감소시킨 것의 조합된 효과를 나타내는, 차량 교류기 성능의 그래프이다.
여러 도면 전체에 걸쳐 대응하는 참조 문자는 대응하거나 또는 유사한 부분을 지시한다.

이하에서 설명되는 실시예는, 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하거나 또는 총망라하려는 의도가 아니다. 오히려, 이러한 실시예는, 원리 및 이상의 교시내용의 실시를 당업자가 평가 및 이해할 수 있도록 하기 위해 선택 및 설명된다.

도 1은, 나사식 볼트(15, 25)를 이용하여 슬립 링 단부(SRE; Slip Ring End) 섹션(3)에 고정되어 있는 구동 단부(DE; Driving End) 섹션(2)과 함께 형성되는 하우징(4)을 갖춘 예시적인 차량 교류기(1)의 길이방향 단면이다. 스테이터(6)는 하우징(4)에 고정되며, 중앙 샤프트(30)를 구비한 로터(8)는 스테이터(6) 내에 회전 가능하게 장착되는데, 상기 로터는 제1 베어링 조립체(18) 및 제2 베어링 조립체(19)에 의해 지지된다. 풀리(5)는 샤프트(30)의 구동 단부(35)에 장착되며 보통 벨트(도시되어 있지 않음)에 의해 구동되도록 구성되고 이에 따라 로터(8)의 샤프트(30)를 회전시킨다. 각각의 DE 팬(50) 및 SRE 팬(52)이 로터(8)에 부착되며, 샤프트(30)가 회전될 때 교류기(1)를 통해 냉각 공기 유동을 발생시킨다. 슬립 링(7, 9)은 샤프트(30)의 슬립 링 단부(34) 주위에 고정되며, 이하에서 설명되는 바와 같이 로터(8)의 스풀 주위에 권취된 로터 계자 권선(11)의 단부와 각각 전기적으로 통신한다. 예를 들면, 계자 권선(11)의 단부는 슬립 링(7, 9)에 용접되거나, 납땜되거나, 브레이징되거나, 또는 다른 방식으로 접속될 수 있다. 로터(8)의 본체 부분은 2개의 대향하는 절반부, 즉 DE 세그먼트(20) 및 SRE 세그먼트(22)로서 형성되는데, 각각의 세그먼트는 복수 개의 극 부분을 포함한다. 예를 들면, DE 세그먼트(20)는 극 부분(26, 27)을 포함하며 SRE 세그먼트(22)는 극 부분(28, 29)을 포함한다. 로터 극 코어 세그먼트(20, 22)는 보통 강으로 형성된다.

도 2는 중심 축선(17)을 갖춘 실질적으로 컬럼형인 스테이터 코어(10)의 사시도이다. 예시적인 실시예에 있어서, 스테이터 코어(10)는 반경방향으로 연장되는 슬롯(12)을 갖는데, 이들 슬롯 각각은 둘레방향 내측 표면(14)의 반경방향 외측을 향해 연장되며 폭(13)을 갖는다. 슬롯(12)은 예컨대 중심 축선(17)에 평행하게 화살표(16)로 표시된 축방향으로 스테이터 코어(10)의 축방향 단부들 사이에서 연장되는 것으로 도시되어 있다.

도 3a 및 도 3b는 코어 슬롯(12)들 중 하나의 상부 평면도이다. 슬롯 라이너(21)는, 각각의 슬롯(12)의 축방향 길이에 대해 후방 벽(31) 및 측벽(23, 24)을 덮는 절연체이다. 각각의 절연된 슬롯은 일반적으로, 다수의 전도체 세그먼트(32)를 수용하도록 구성되는 실질적으로 직사각형인 단면 프로파일을 갖는다. 제시된 예에서는, 슬롯 라이너(21)가 설치된 이후에 4개의 전도체 세그먼트(32)가 슬롯(12) 내로 삽입된다. 전도체 세그먼트(32)들 각각은, 코너가 약간 라운딩된 실질적으로 직사각형인 단면 프로파일을 갖는데, 이에 따라 전도체 세그먼트(32)의 군은 절연된 슬롯(12) 내에 꼭 맞게 된다. 정사각형, 원형, 타원형 및 다른 형상과 같은 다른 전도체 프로파일이, 주어진 실시예에서 사용될 수 있다. 슬롯 라이너(21)는 설치된 전도체 세그먼트(32)를 스테이터 코어(10)로부터 전기적으로 절연시키며, 전도체 세그먼트(32)의 삽입 이전에 접합 및 경화되는 접착제를 이용하여 슬롯(12)의 하나 이상의 벽(23, 24, 31)에 부착되는 시트 유형의 절연체로 형성될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 슬롯(12) 내의 4개의 반경방향 위치에 있는 전도체 세그먼트(32)를 도시한 것이다. 예를 들면, 각각의 스테이터 상이 스테이터(6) 주위로 4회만큼 지나가는 단일 와이어 또는 코일을 포함할 때는, 슬롯(12) 당 4개의 전도체 세그먼트(32)가 존재할 수 있다. 각각의 상이, 병렬로 연결되며 각각 스테이터 주위로 4회만큼 지나가는 2개의 코일을 갖는다면, 슬롯(12) 당 8개의 전도체 세그먼트(32)가 존재할 수 있다. 어떤 경우에, 스테이터 턴의 갯수(N)는 4개이다. 예시적인 실시예를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 턴의 갯수(N)는 당업계에서 통상적으로 알려져 있는 성형 결선(Wye connection)을 갖는 스테이터 권선을 참고한다는 것을 주의해야만 한다. 비교에 의해, (역시 당업계에 널리 알려져 있는) 델타 결선을 갖는 스테이터 권선은 유사한 전류 출력을 갖기 위해 성형 권선보다 1.732 배만큼 많은 턴을 필요로 한다. 따라서, 델타 권선을 고려할 때, N은 델타 권선에서의 턴 수를 1.732로 나눈 값과 동일하다.

스테이터(6)는, 선택된 다상 권선 패턴에 따라 전도체 세그먼트(32)를 슬롯(12)에 삽입함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 상은, 복수 개의 단부 루프 세그먼트(도시되어 있지 않음)에 의해 스테이터 코어(10)의 대향하는 축방향 단부들에서 교호하여 연결되도록 슬롯(12) 내로 삽입되는 복수 개의 전도체 세그먼트(32)를 가질 수 있다. 커크 니트(Kirk Neet)에게 허여되고 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,788,790호는, 전도체 세그먼트를 이용하여 스테이터를 형성하는 방법 및 구조를 개시한다. 전도체 세그먼트(32)의 직사각형 프로파일은 하이 슬롯 충전 권선(high slot fill windings)에 대해 보통 사용된다. 단부 루프 세그먼트들은 꼬여 있을 수 있거나 또는 캐스케이드(cascade)를 형성할 수 있다. 꼬여있는 권선은, 하나의 반경방향 위치에서 하나의 코어 슬롯에 수용되는 슬롯 세그먼트를, 상이한 반경방향 위치에서 다른 코어 슬롯 내에 수용되는 슬롯 세그먼트와 연결하는 단부 루프 세그먼트의 대부분을 포함한다. 캐스케이드형 권선은, 코어 슬롯의 반경방향 위치에 수용되는 슬롯 세그먼트를, 다른 코어 슬롯의 동일한 반경방향 부분에 수용되는 다른 슬롯 세그먼트와 연결하는 단부 루프 세그먼트의 대부분을 포함한다. 스테이터를 형성함에 있어서 다양한 배선 및 연결 패턴이 사용될 수 있다. 통상, 차량 교류기(1)에 대해 3상 스테이터 권선 또는 6상 스테이터 권선이 마련되는데, 이때 6상 차량 교류기가 일반적으로 더 조용하다.

도 4는 로터(8) 내에 계자 권선(11)을 고정하기 위해 사용되는 스풀 조립체(33)의 사시도이다. 로터의 구리 충전을 증가시키기 위해, 로터 극으로부터 로터 코일(11)을 절연시키는 데 사용되는 스풀은, 플라스틱 등으로 형성되는 스풀 본체(65) 및 높은 인열 강도를 갖는 스템핑된 시트로 형성되는 2개의 성형 부분(star portion; 47, 48)을 갖는다. 이러한 스풀 구조는, 100% 플라스틱 등으로 형성되는 통상적인 로터 스풀에 비해 더 높은 로터 구리 충전을 가능하게 한다. 통상적인 스풀에 있어서, 플라스틱 플랩은 조립 과정 동안 용이하게 인열된다. 따라서, 통상적인 스풀 조립체는 로터 구리 충전을 감소시킴으로써 인열이 용이한 플랩을 보상하도록 한다. 성형 부분(47, 48)은 스풀 본체(65)의 대향하는 축방향 단부들에 각각 배치된다. 예를 들면, 각각의 성형 부분(47, 48)은, 한정하는 것은 아니지만 폴리에스테르/Nomex®/폴리에스테르 또는 폴리이미드/Nomex®/폴리이미드와 같은 라미네이트 재료일 수 있는 스탬핑된 시트 재료로 형성된다. 성형 부분(47, 48)은 각각 반경방향으로 연장되는 7개의 플랩(110-116)을 갖는다. 스풀 본체(65)는 사출 형성 플라스틱 또는 다른 적합한 경량의 강한 전기 절연 재료로 형성될 수 있다. 스풀 본체(65)는 와이어 타이 오프 포스트(67; wire tie-off post)를 포함할 수 있다. 성형 부분(47, 48)은, 성형 부분(47)의 플랩(110-116)이 성형 부분(48)의 노치(36)와 정렬되도록 스풀 본체(65)에 고정된다. 스풀 본체(65)는, 성형 부분(47, 48)을 스풀 본체(65)에 고정하기 위해 각각의 축방향 단부(62, 63)를 따라 둘레방향으로 이격되는 리테이너 돌출부(87, 88)를 포함한다. 추가적으로, 성형 부분(47, 48) 각각은 둘레방향으로 이격된 부착용 돌출부(37)를 포함하는데, 상기 부착용 돌출부는 성형 부분을 스풀 본체(65)에 더욱 고정시키기 위해 스풀 본체의 환형 중심 내로 내측을 향해 접히게 된다.

로터 계자 권선(11)은 스풀 본체(65) 주위로 절연 마그넷 와이어를 감는 것에 의해 형성된다. 예를 들면, 마그넷 와이어는, 하나 이상의 수지가 에나멜 처리된 또는 코팅된(예컨대, 바니시, 폴리우레탄/나일론) 절연 층을 갖는 챔퍼된 정사각형 또는 둥근 구리 와이어일 수 있고, 보통 내삭마성, 작업성, 방열성, 내구성, 비용, 유전 물성, 내용제성 및 다른 성질을 포함하는 특성을 위해 선택된다. 예를 들면, 마그넷 와이어는, 가교 결합된, 개질된 폴리에스테르 및 아미드-이미드 폴리머와 같은 재료를 이용하는 다중 코팅을 가질 수 있다. 절연부는 마그넷 와이어가 단락되는 것을 방지한다. 계자 권선의 단부는 예컨대 납땜에 의해 각각의 슬립 링(7, 9)에 전기 접속된다. 마그넷 와이어는 예컨대 둥근 임의의 주어진 프로파일을 가질 수 있으며, 보통 12V 차량 교류기 용례에 대해 AWG #18-22 범위의 크기를 갖고 24V 또는 36V 차량 교류기에 대해서는 이보다 작거나 또는 AWG #30과 같이 더 작은 크기를 갖는다.

도 5는, 7개의 극(40-46)을 갖춘 예시적인 로터 극 코어인 DE 세그먼트(38)의 사시도이다. DE 세그먼트(38)는 3개의 결합용 돌출부(53, 54, 55)를 가지며, 팬(50)을 장착하기 위해 코어 표면(56)으로부터 모두 축방향으로 연장되는 융기된 환형 중심 부분(49)을 갖는다. 예를 들면, 팬(50)은 결합용 돌출부(53, 54, 55)와 정렬되는 3개의 결합용 구멍(도시되어 있지 않음)을 가질 수 있으며, 중심 부분(49)과 결합되는 환형 커플링 부분(도시되어 있지 않음)을 가질 수 있고, 이에 따라 팬(50)은 DE 세그먼트(38) 상에 적절하게 설치될 수 있다. 팬(50)이 적소 내에 적절하게 배치된 이후에, 가압 작업에 의해 돌출부(53, 54, 55)가 평평하게 되며, 이에 따라 돌출부는 팬(50)을 DE 세그먼트(38)에 고정하는 결합용 구멍의 외측을 향해 반경방향으로 연장된다. 조립 과정 동안 로터(8) 및 DE 세그먼트의 위치에 대해 축방향으로 2개의 나사식 리셉터클(117, 118)이 마련된다. DE 세그먼트(38)의 중앙 보어(51)는 교류기(1)의 샤프트(30) 상에 DE 세그먼트(38)를 장착하기 위해 마련된다. 베어링 조립체(18)는 샤프트(30) 상에 압력 끼워맞춤(press fit)될 수 있다. 극(40-46)은, 등간격의 갈고리 형상의 돌출부로서 반경방향 외측으로 연장되는데, 각각 표면(56) 및 베어링 조립체(18)로부터 멀리 축방향으로 연장된다. 각각의 극(40-46)은, 하나 이상의 차원으로 보통 테이퍼지고(예컨대 도 10a 및 도 10b 참고) 표면(56)으로부터 각각의 단부(59)로 멀리 축방향으로 연장될 때 서로를 향해 접근하는 대향 면(57, 58)을 갖는다. 각각의 극(40-46)은, 보통 축방향으로 정렬되는, 반경방향 외측을 향하는 표면(60)을 갖는다.

도 6은, 7개의 극(70-76)을 갖는 예시적인 로터 극 코어이며 DE 세그먼트(38)와 실질적으로 유사하게 성형되는 SRE 세그먼트(39)의 사시도이다. SRE 세그먼트(39)는, 로터 계자 권선(11)의 단부를 장착함으로써 라우팅을 위해 코어 표면(67) 내로 축방향으로 오목한 2개의 주요한 오목부(64, 66)를 구비할 수 있다. 오목한 환형 중심 부분(61)도 또한 베어링 조립체(19)를 장착하기 위해 코어 표면(67)으로부터 축방향으로 연장된다. SRE 세그먼트(39)의 중앙 보어(68)는 교류기(1)의 샤프트(30) 상에 SRE 세그먼트(39)를 장착하기 위해 마련된다. 극(70-76)은, 등간격의 갈고리 형상의 돌출부로서 반경방향 외측으로 연장되며, 각각 표면(67) 및 베어링 조립체(19)로부터 멀리 축방향으로 연장된다. 각각의 극(70-76)은, 하나 이상의 차원으로 보통 테이퍼지고(예컨대 도 10a 및 도 10b 참고) 표면(67)으로부터 각각의 단부(69)로 멀리 축방향으로 연장될 때 서로를 향해 접근하는 대향 면(77, 78)을 갖는다. 각각의 극(70-76)은, 보통 축방향으로 정렬되는, 반경방향 외측을 향하는 표면(79)을 갖는다.

로터 계자 권선(11)이 스풀 조립체(33) 상에 권취된 이후에, 각각의 표면(56, 57)이 대향하는 축방향으로 향하도록 DE 세그먼트(38) 및 SRE 세그먼트(39)는 샤프트(30) 상에 눌리며, 이에 따라 DE 세그먼트(38)의 각각의 극 단부(59)들 각각은 SRE 세그먼트(39)의 대응하는 노치(81)와 정렬되고 SRE 세그먼트(39)의 각각의 극 단부(69)들 각각은 DE 세그먼트(38)의 대응하는 노치(80)와 정렬된다. 극 코어 세그먼트(38, 39)는, DE 세그먼트(38)의 극(40-46)이 성형 부분(48)의 플랩(110-116)과 접촉할 때 성형 부분(48)의 플랩(110-116)이 도 7에 도시된 바와 같이 아래로 접히도록 스풀 조립체(33)와 정렬된다. 유사한 방식으로, SRE 세그먼트(39)의 극(70-76)이 성형 부분(47)의 플랩(110-116)과 접촉할 때 성형 부분(47)의 플랩(110-116)은 아래로 접힌다. 각각의 극(40-46, 70-76)은 유사하게 성형되며 14개의 접힌 플랩[각각의 성형 부분(47, 48)은 별도로 명명되어 있지는 않지만 7개의 플랩(110-116)을 가짐] 중 대응하는 플랩에 정렬되고, 이에 따라 각각의 플랩은 예시 목적으로 도 7의 와이어 위치(82)로부터 생략된 로터 계자 권선(11)의 밑에 있는 와이어를 완전하게 보호하고 전기적으로 절연시킨다. 구체적으로, 마그넷 와이어의 절연 코팅은 조립하는 동안 극 코어 세그먼트(38, 39)의 금속 부분에 의해 자국이 날 수 있거나 또는 문질러질 수 있으며, 이러한 바람직하지 않은 접촉은 계자 권선(11)의 단락을 유발할 수 있다. 이러한 바람직하지 않은 접촉에 의해 연약하거나 손상된 와이어 부분이 형성되면, 개방 회로(open-circuit) 또는 과도한 권선 저항이 접촉 시에 또는 잠재적인 결함으로서 발생할 수 있다. 각각의 플랩(110-116)은 각각의 극(40-46, 70-76)과 실질적으로 유사한 형상을 가지며, 이에 따라 임의의 노출된 금속 극 부분이 마그넷 와이어와 접촉하게 될 가능성은 없다. 플랩(110-116)으로 마그넷 와이어를 보호하는 것에 의해, 바람직하지 않은 손상이 방지된다.

로터 코어가 조립되면, 총 14개의 극에 대해, 극(40-46)은 극(70-76)과 함께 끼워진다. 보통, 차량 교류기는 12개 내지 16개의 극을 갖는다. 작동 시에, 전류는 배터리 및 브러시(도시되어 있지 않음)로부터 로터 계자 권선(11)에 접속된 슬립 링(7, 9)에 공급되며, 이에 따라 자속(magnetic flux)을 발생시킨다. DE 세그먼트(38)의 갈고리 형상인 극(40-46)은, 이에 따라 자속에 의해 북쪽을 향한 극(N)으로 자화되고, SRE 세그먼트(39)의 갈고리 형상인 극(70-76)은 이에 따라 남쪽을 향한 극(S)으로 자화된다. 차량 엔진으로부터의 회전 토크는 교류기(1)의 풀리(5)에 인가되며, 이에 따라 로터(8)를 회전시킨다. 이에 따라 자기장은, 스테이터 권선에 기전력을 발생시키는 회전 자기장이 된다. 스테이터 코일을 지나는, 교호하는 N극 및 S극은, 교류 전압을 발생시키는데, 이는 다이오드에 의해 정류되며 DC 전압으로서 교류기(1)로부터 출력된다.

도 8a 및 도 8b는 6개의 극(83, 84, 85, 86, 89, 90)을 갖는 예시적인 DE 세그먼트(20)의 평면도 및 사시도이다. DE 세그먼트(20)를 대응하는 6극 SRE 세그먼트(22)와 결합시키는 것에 의해, 12극 로터 코어가 형성된다. DE 세그먼트(20)는, 중앙 보어(51)와 동축이며 내측 극 코어 표면(101)으로부터 축방향으로 내측을 향해 연장되는 환형의 중앙 허브/보스 부분(100)을 갖는다. 이러한 축방향 연장부는 허브 부분(100)의 외측 직경을 형성하는 컬럼 표면(97)을 형성한다. 보통, 선택된 제조 방법에 따라, 허브 표면(97)은 중심 축선(17)에 대해 약간 비스듬할 수 있다. 예를 들면, 허브 부분(100)의 컬럼 표면(97)은, 표면(97)이 내측 허브 표면(102)에 대해 극 코어 표면(101)으로부터 축방향으로 연장됨에 따라 대략 2 또는 3 도의 각도만큼 중심 축선(17)으로부터 멀리 발산할 수 있다. 이에 따라, 허브 부분(100)의 직경(D2)에서의 임의의 이러한 편차는 허브 직경(D2)에 대한 근사적인 공차값을 한정하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 사용될 때, DE 세그먼트(20)의 직경(D1)은 원의 극 표면들 사이의 거리로서 정의되며, 예컨대 극 표면(98)과 극 표면(99) 사이에서 D1을 따르는 거리로서 정의된다. 반경(R2)은 중심 회전 축선(17)으로부터 컬럼 표면(97)까지의 거리이며, 반경(R1)은 축선(17)과 임의의 반경방향으로 외측을 향하는 극 표면 사이의 거리이고, 예컨대 극 표면(98)에 대한 반경방향 거리이다. 직경(D1, D2)에 대한 설명은, 일반적으로 단일 직경 라인을 따라 형성되는 원위 극을 갖는 로터 극 코어 세그먼트에 적용 가능하며, 반경(R1, R2)은, 일반적으로 임의의 수의 극을 갖는 주어진 로터 극 코어 세그먼트에 적용 가능하다. 이러한 이유로, 본 명세서에서는 직경 및 단면도를 참고하여 용이하게 제시될 수 있는 예시적인 실시예의 원리를 일반적으로 설명하기 위해 12극 로터 코어가 사용된다. 달리 말하면, 길이방향 단면도는, 각각의 로터 코어 세그먼트[예컨대, 세그먼트(20, 22)]가 짝수 개의 극을 가질 때 단일 직경을 따라 원위 극을 갖는 로터 극 코어 프로파일만을 단지 제시할 수 있다. 이에 따라, 홀수 개의 극을 갖는 세그먼트[예컨대, 세그먼트(38, 39)]에 대해서는 R2/R1으로서 교류기 비율(D2/D1)이 표현된다.

도 9는 예시 목적을 위해 일부 구성요소가 제거된, 조립 후 로터(8)의 길이방향 단면도이다. 표준적인 로터 단면이 도시되어 있는데, 여기서는 예컨대 극의 총 수(예컨대, 12개의 극)에 따라 단면도가 도면의 대향하는 반경방향 면에서 극 코어 세그먼트의 극들을 포함할 수 있도록 한다. 예를 들면, DE 세그먼트(20)는 반경방향으로 떨어져 있는 극(83, 86)을 가지며, SRE 세그먼트(22)는 반경방향으로 떨어져 있는 극(91, 92)을 갖는다. 각각의 극 코어 세그먼트(20, 22)는 중심 회전 축선(17)으로부터 임의의 대응하는 극의 외측 면까지 측정되는 반경(R1)을 가지며, 축선(17)으로부터 대응하는 보스/허브 표면까지 측정되는 반경(R2)을 갖는다. 극 코어 세그먼트(20, 22)는 각각 샤프트(30) 상에 조립된다. 스풀(103)은 14개 대신 12개의 플랩을 갖는다는 점을 제외하고는 스풀 조립체(33)(예컨대, 도 4 및 도 7 참고)에 대해 앞서 설명된 바와 동일한 방식으로 형성된다. 스풀(103)은 부분적으로 계자 권선을 둘러싸며 이에 따라 계자 권선(11)을 전기적으로 절연시키고 극 코어 세그먼트(20, 22)와의 접촉으로 인해 초래될 수 있는 손상으로부터 계자 권선을 보호한다.

저속(예컨대 1800 미만의 RPM)에서의 교류기 성능은 개선되는 것이 바람직하다. 통상적인 경우에 있어서, 차량이 아이들링(idling) 중일 때, 차량 교류기(1)는 풀리 비율 또는 다른 특수 용도의 특징에 따라 대략 1600 RPM의 속력을 가질 수 있다. 저속으로 운전되는 교류기(1)에 의해 전력이 공급되는 다양한 전기 장치가 많은 전류를 필요로 하면, 교류기 출력 전류는 이러한 수요를 충족하기에 불충분할 수 있다. 예를 들면, 아이들링 동안, 차량은 그 화물 영역을 위한 냉장 유닛, 객실을 위한 공기 조화장치 또는 히터, 헤드라이트를 비롯한 다양한 조명, 음악용 앰프, 다양한 다른 전기 장치, 및 충전을 요하는 하나 이상의 배터리를 구비할 수 있으며, 외부 온도가 극히 낮거나 또는 높을 때 많은 교류기 전류가 요구된다.

도 10은, 예컨대 DE 세그먼트(20) 및 통상적인 로터 코어 세그먼트(104)에 대해, 실시예의 각각의 극 코어 세그먼트 프로파일을 비교한 것이다. 극 코어 세그먼트(20)는 극 면(98)과 극 면(99) 사이의 직경이 D1이며, 허브(100)의 외측 직경이 D2이다. 로터 코어 세그먼트는 동일한 방식으로 정해지는 대응하는 직경(D1' 및 D2')을 갖는다. 0.60보다 크게 되도록 D2/D1의 비율을 증가시키면, 자기 저항(reluctance)을 줄임으로써 저속 교류기 출력을 증가시키게 되지만, 이는 교류기의 고속 출력을 감소시키는데, 왜냐하면 허브(100)와 극(83-86, 89, 90) 사이에 위치하게 되는 환형 배선 영역(105)에서 이용 가능한 공간이 더 적어진 결과로서 로터 계자 코어(11)가 더 작아지기 때문이다. 계자 코일(11)이 더 작으면 암페어-턴(amp-turns)이 더 작아진다. 도 11은, 비율 D2/D1의 증가가 교류기 성능에 대해 끼치는 전술한 영향을 나타내는 예시적인 그래프이다. 제시된 예에 있어서, DE 세그먼트(20)의 직경(D1)은 통상적인 극 코어 세그먼트(104)의 직경(D1')과 동일하며 DE 세그먼트(20)의 직경(D2)은 세그먼트(104)의 직경(D2')의 1.15 배이다. 도 11은, 원래의 곡선으로서 D2'/D1'이 0.57일 때의 차량 교류기 성능을 도시하며, D2/D1이 증가된 경우의 곡선으로서 D2/D1이 0.61일 때의 차량 교류기 성능을 도시한다. D2/D1의 증가는 자체로 고속에서의 출력 저하를 초래한다.

교류기는 그 스테이터에서 N개의 와이어 턴 및 그 로터에서 P개의 극을 가질 수 있다. 실질적으로 둥근 스테이터는 복수 개의 코일을 가질 수 있는데, 각각의 코일은 스테이터 주위에서 N 번만큼 권취된다. 통상적인 차량 유형의 교류기는, 턴 수(N)가 4 내지 6인 스테이터를 가질 수 있으며, 12개 내지 16개(P)의 극을 갖는 로터를 구비할 수 있다. 이러한 통상적인 교류기는 N*P 인자(스테이터 턴 수에 로터 극 수를 곱한 것)가 64(예컨대, 4*16) 내지 90이다. N*P 인자를 감소시키면, 저속(예컨대 1800 미만의 RPM)에서의 교류기 출력이 감소되는데, 왜냐하면 각각의 스테이터 상에서 유도되는 전압은 V = N*(dφ/dt)이기 때문이다(이때 dφ/dt는 자속의 변화율임). 그러나, N*P 인자를 감소시키면 고속에서의 교류기 출력이 증가하는데, 왜냐하면 스테이터 코일 인덕턴스의 상대적인 증가 때문이다. 도 12는, N*P 인자의 감소가 교류기 성능에 대해 끼치는 전술한 영향을 나타내는 예시적인 그래프이다. 도 12는, 원래의 곡선으로서 N*P가 64일 때의 차량 교류기 성능을 도시하며, N*P가 감소된 경우의 곡선으로서 N*P가 56일 때의 차량 교류기 성능을 도시한다. 스테이터 저항 및 스테이터에서의 관련된 I²R 손실을 감소시키기 위해 낮은 암페어-턴을 갖는 것이 바람직하며, 이에 따라 교류기 효율은 증가하게 된다. 그러나, 간단하게 N*P 인자를 감소시킴으로써 고속 효율을 높이고자 하는 것은, 차량이 아이들링 중일 때, 예컨대 통상적인 교류기의 아이들 상태의 속도(예컨대 1600 RPM)일 때, 교류기 출력을 개선하고자 하는 것과는 달리 교류기 저속 출력의 저하를 유발한다.

예시적인 실시예에 있어서, 교류기(1)는 저속 교류기 출력을 개선하는 것과 교류기 효율을 개선하는 것인 상충하는 구성 요구의 균형을 맞춘다. 저속 출력에서의 이러한 증가 및 개선된 효율은, 55 내지 60인 낮은 N*P를 0.60 내지 0.63인 높은 D2/D1 비율과 조합함으로써 마련된다. 시험 결과로서, N*P 인자가 56(턴 수*극 수)이 되도록 하고(예컨대 4인 스테이터 턴 수에 14인 로터 극 수을 곱함) D2/D1이 0.61이 되도록 함으로써 차량 교류기는 원하는 성능을 충족한다는 것을 확인하였다. 반경은 직경 길이의 절반으로서 정의되기 때문에(예컨대, 도 9 참고), 비율 R2/R1은 D2/D1과 같다.

도 13은 로터 코어 표면(107)으로부터 내측을 향해 축방향으로 연장되는 환형 내측 허브(106)를 도시하는, SRE 세그먼트(39)의 사시도이다. 허브(106)는 중심 회전 축선(17)으로부터 외측 둘레 표면(108)까지의 거리로서 정의되는 반경(R2)을 갖는다. SRE 세그먼트(39)는, 축선(17)으로부터 각각의 극, 예컨대 극(79)의 외측 면까지의 거리로서 정의되는 반경(R1)을 갖는다.

조립 이후에, 로터(8)는 회전 작업에 의해 정밀하게 제작될 수 있으며, 이에 따라 외경(OD), 즉 직경(D1)은 정확한 길이로 조정된다. 로터 직경(D1)의 정확한 제어에 의해, 로터(8)와 스테이터(6) 사이의 거리가 최소화된다고 가정함으로써 그리고 이러한 거리("공기 간격")가 로터(8)의 둘레 주위에서 일정하다고 가정함으로써 차량 교류기 출력은 최적화된다. 예를 들면, 의도적으로 약간 큰 직경(D1)을 갖는 극 코어 세그먼트(38, 39)가 형성 및 설치될 때, 베어링 조립체(18, 19) 및 샤프트(30) 상에 세그먼트(38, 39)를 설치하는 것은 초기에 구성요소들이 동심임을 보장하도록 이루어진다. 이후에, 회전 작업 동안, 세그먼트(38, 39)의 반경방향 외측을 향한 부분은 정밀하게 제작되며, 이에 따라 로터(8)의 외경(OD) 및 반경(R1)은 매우 타이트한 치수상 공차 내에 있게 된다. 이에 따라, 마무리된 로터 조립체에 치수(R1, R2, R1’, R2’그리고 D1, D2, D1’, 및 D2’)가 적용되는데, 이들 치수는 설명의 편의를 위해 단지 도 8a 및 도 8b의 개별적인 극, 예컨대 도 8a 및 도 8b의 극(83-86, 89, 90)에 대해서만 도시되어 있다.

도 14는 통상적인 로터 극 세그먼트(104)의 반경(R1', R2')을 실시예, 예컨대 SRE 세그먼트(39)의 반경(R1, R2)과 비교한 것이다. SRE 세그먼트(39)의 반경(R1)은 세그먼트(104)의 반경(R1')과 길이가 동일하다. SRE 세그먼트(39)의 반경(R2)은 세그먼트(104)의 반경(R2')의 대략 1.15 배의 길이이다.

56인 N*P 인자와 0.61인 R2/R1 비율을 조합하는, 최적화된 차량 교류기 비율에 대한 시험은, 도 15의 그래프에 도시된 결과를 얻었다. 비교를 위해 사용된 "원래의" 곡선은, N*P 인자가 64이고 R2'/R1' 비율이 0.54인 차량 교류기에 대한 결과를 나타낸다. 이러한 예에 있어서, R2/R2'의 비율은 1.13(0.61/0.54)인데, 이는 도 14에 도시된 R2/R2'의 비율인 1.15와 근사하다. 이러한 비교는, 최적화된 교류기 비율이 개선된 고속 교류기 출력과 함께 개선된 저속 교류기 출력을 제공한다는 것을 보이고 있다.

하이 슬롯 필 스테이터(high slot fill stator)에서의 턴 수(N)를 줄이는 것이 바람직한데, 왜냐하면 하이 슬롯 필 스테이터의 추가적인 턴은 점점 형성하기가 곤란하기 때문이다. 예를 들면, 헤어핀 유형의 전도체 세그먼트로 제조되는 스테이터 권선에 있어서, 추가적인 권선은 더 많은 수의 용접을 필요로 하고, 다양한 유형의 연속적인 권선에 있어서, 추가적인 권선은 더욱 긴 지그재그 형상을 형성한다(예컨대, 커크 니트에게 허여된 미국 특허 제7,911,105호 참고). D2/D1 비율이 더 크면, N*P 인자를 감소시킬 수 있는 반면, 저속 교류기 출력 성능을 여전히 유지한다. 예컨대, 다른 방식으로 이용 가능한 구리 공간이 더 적은 로터 상에 하이 코퍼 필(high copper fill) 계자 코일이 권취될 수 있도록 하는 얇은 내인열성 보호부를 갖는 스풀 조립체를 이용함으로써, 더 큰 D2/D1 비율이 가능하다. 추가적으로, 하이 슬롯 필 스테이터(예컨대 정사각 와이어가 직사각형 슬롯의 단일 열에 배치되는 스테이터)를 이용하는 것은, 스테이터의 저항을 감소시키며 스테이터가 더 큰 내경(ID)을 가질 수 있도록 하고, 로터가 더 큰 외경(OD)을 가질 수 있도록 한다. 로터의 OD가 커질수록 dφ/dt이 증가된다. 또한 스테이터 저항이 더 낮을수록 저속 차량 교류기 출력은 증가하며, 이에 따라 턴 수(N)가 감소된 상태에서 주어진 출력이 유지될 수 있다.

보통, 주어진 실시예에 있어서 로터(8)는, 극들 사이에, 예컨대 극들(40, 41) 사이의 노치(80)와 같은 공간에(예컨대 도 5 참고), 그리고 로터(8)의 외측에 매우 근접하게 개재되는 자석(도시되어 있지 않음)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 자석은 로터 극 코어 세그먼트에서 슬롯(도시되어 있지 않음) 내로 배치될 수 있다. 자석은, 치수상 공차를 위한 로터(8)의 회전 요건에 따라, 임의의 극 공간, 또는 극의 단부 부근[예컨대, 도 5에서의 극(40)의 단부 부근]과 같이 근처에 배치될 수 있다. 자석은, 로터(8)에서의 자속이 스테이터(6)로 가는 대신 이웃한 극들 사이로 새어나가지 못하도록 한다.

스테이터(6) 및 로터(8)는, 대응하는 코일 및 권선을 보호, 고정 및 안정화하기 위해 각각 다양한 화합물, 밀폐제, 에폭시, 바니시 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 차량 교류기(1)는 상당한 진동을 겪는다. 바니시 등으로 정주시키고 안정화함으로써, 와이어들이 서로 문지르고 결과적으로 단락되는 것이 방지된다. 예를 들면, 스풀 조립체(33)의 사용은 다수의 통상적인 로터 스풀에 비해 더욱 많은 와이어 충전을 가능하게 하며, 강력한 로터 권선 구조가 안정적으로 유지되는 것을 필요로 한다.

얇은 재료를 갖춘 스풀 조립체(33)의 사용에 의해 허용되는 더 높은 비율의 와이어 충전은, 로터 계자 권선(11)에 대해 더 큰 암페어-턴을 초래하며, 이에 따라 큰 D2/D1 비율 및 배선에 대한 관련된 작은 반경방향 영역을 갖는 로터(8) 구조가 가능하도록 한다. 스풀 조립체(33)가 보다 적은 공간을 점유하고 뛰어난 내삭마성 물성을 갖는 재료로 제조되는 얇은 보호용 플랩(110-116)을 갖도록 한 결과로서, 계자 권선(11)의 더 큰 와이어 충전은 성능을 개선시킨다. 얇은 보호용 플랩(110-116)은, 로터 극이 로터 조립 중에 그리고 그 이후에 계자 권선(11)과 접촉하는 것을 방지한다.

본 발명에 포함되는 다양한 실시예가 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 추가적인 변형 및 개작은 당업자에게 가능할 것이다. 그러나, 이러한 변형 및 개작은 본 발명의 사상 및 범위에 속한다는 것을 명확하게 이해하여야 한다.

20 : DE 세그먼트
22 : SRE 세그먼트
30 : 샤프트
103 : 스풀

Claims

실질적으로 둥근 스테이터로서, 복수 개의 코일을 갖고, 각각의 코일은 스테이터 주위에서 N 번만큼 권취되는 것인 스테이터, 및
로터
를 포함하며 중심 회전 축선을 갖는 차량 교류기로서, 상기 로터는,
계자 코일(field coil)이 위에 권취되는 스풀, 및
끼워진 극 부분의 갯수(P)를 한정하는 코어 세그먼트들의 대향 쌍으로서, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 구비하고, 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)에 외측 극 면(outer pole face)을 갖는 것인 코어 세그먼트들의 대향 쌍
을 포함하고,
R2/R1은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하며 N*P는 50 내지 60의 범위에 속하는 것인 차량 교류기.
제1항에 있어서, N은 4인 것인 차량 교류기.
제2항에 있어서, P는 14인 것인 차량 교류기.
제3항에 있어서, R2/R1은 대략 0.61인 것인 차량 교류기.
제1항에 있어서, 스풀은, 계자 코일로부터 극 부분을 전기적으로 절연시키기 위해 극 부분들과 실질적으로 정렬되는 P개의 성형 부분(star portion)을 형성하는 대향된 성형 부재(star member)의 쌍을 구비하는 것인 차량 교류기.
제5항에 있어서, 성형 부재는 스탬핑된 시트 재료로 형성되는 것인 차량 교류기.
제6항에 있어서, 스탬핑된 시트 재료는 라미네이트인 것인 차량 교류기.
제7항에 있어서, 라미네이트는 Nomex의 층을 포함하는 것인 차량 교류기.
제5항에 있어서, 스풀은 스풀 본체를 포함하는 것인 차량 교류기.
제9항에 있어서, 스풀은 플라스틱으로 형성되는 것인 차량 교류기.
제1항에 있어서,
전압을 받아들이도록 구성되며 계자 권선과 전기적으로 통신하는 슬립 링의 쌍
을 더 포함하는 차량 교류기.
차량에서 전압을 공급하는 방법으로서,
중심 축선을 갖는 실질적으로 둥근 스테이터 코어를 마련하는 것,
스테이터 코어 주위에서 N 번만큼 복수 개의 코일을 권취하는 것, 그리고
끼워지는 극 부분의 갯수(P)를 정하는 코어 세그먼트들의 대향 쌍을 갖는 로터를 제공하는 것으로서, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 구비하고, 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)만큼에 외측 극 면을 갖는 것인 로터를 제공하는 것
을 포함하는 전압 공급 방법에 있어서,
R2/R1은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하고 N*P는 50 내지 60의 범위에 속하는 것인 전압 공급 방법.
제12항에 있어서,
로터 내에 스풀을 설치하는 것
을 더 포함하며, 상기 스풀은 로터가 중심 축선을 중심으로 회전할 때 회전 자기장을 생성하기 위해 스풀 상에 권취된 계자 코일을 갖는 것인 전압 공급 방법.
제13항에 있어서, 스풀은 스풀 본체 및 이 스풀 본체의 축방향 단부에 각각 배치되는 성형 부분의 쌍을 포함하고, 각각의 성형 부분은 코어 세그먼트의 극과 정렬되도록 배치되는 복수 개의 가요성 플랩을 구비하며, 상기 스풀을 설치하는 것인 단계는, 플랩이 계자 코일과 각각의 극들 사이에서 접히도록 코어 세그먼트들을 서로를 향해 축방향으로 가압하는 것을 포함하는 것인 전압 공급 방법.
실질적으로 둥근 스테이터로서, 복수 개의 코일을 갖고, 각각의 코일은 스테이터 주위에서 N 번만큼 권취되는 것인 스테이터, 및
로터
를 포함하며 중심 회전 축선을 갖는 차량 교류기로서, 상기 로터는,
계자 코일이 위에 권취되는 스풀, 및
끼워진 극 부분의 갯수(P)를 한정하는 코어 세그먼트들의 대향 쌍으로서, 각각의 세그먼트는 중심 축선으로부터 거리(R2)만큼 반경방향으로 연장되는 허브를 구비하고, 각각의 극 부분은 중심 축선으로부터 반경방향 거리(R1)에 외측 극 면을 갖는 것인 코어 세그먼트들의 대향 쌍
을 포함하고,
R2/R1은 0.60 내지 0.63의 범위에 속하며 N*P는 50 내지 60의 범위에 속하고, 스풀은 스풀 본체 및 이 스풀 본체의 대향하는 축방향 단부들에 각각 장착되며 P개의 성형 부분을 형성하는 대향된 성형 부재의 쌍을 구비하며, 스풀 본체는 플라스틱 재료로 형성되고, 성형 부분은 시트 재료로 형성되는 것인 차량 교류기.
제15항에 있어서, N은 4인 것인 차량 교류기.
제16항에 있어서, P는 14인 것인 차량 교류기.
제16항에 있어서, R2/R1은 대략 0.61인 것인 차량 교류기.