KR20160021251A - 권선형 회전 전기기계 - Google Patents

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료지 나가타니
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

권선형 회전 전기기계는, 본체 하우징(16)과, 고정자(15)와, 축받이(11)와, 회전 샤프트(10)와, 회전자(12)와, 회전 샤프트(10)에 고정된 외부팬(18)과, 외부팬(18)의 반경 방향 외측에 배치되어 외부팬(18)의 회전에 의해 생기는 바람을 본체 하우징(16)의 외측 표면에 유도하는 외부팬 커버(19)와, 회전 샤프트(10)에 고정되고 회전자 권선(13)과 전기적으로 접속되는 컬렉터 링(20)과, 컬렉터 링(20)과 활주하는 브러시(21)와, 컬렉터 링(20) 및 브러시(21)를 덮고서 밀폐 가능하고 컬렉터부 하우징 개폐 덮개를 구비한 컬렉터부 하우징(22)과, 컬렉터부 하우징(22)의 외측에 통풍로를 형성하여 컬렉터부 하우징(22)의 외주를 덮고서 외부팬 커버(19)에 접속되는 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 커버(23)를 갖는다.

Description

권선형 회전 전기기계{WINDING-TYPE ROTATING ELECTRICAL MACHINE}
이 발명은, 브러시 및 컬렉터 링을 구비한 권선형 회전 전기기계에 관한 것으로, 특히, 전폐형의 권선형 회전 전기기계(電機)에 관한 것이다.
권선형 회전 전기기계에서는, 회전자 권선에 전류를 공급 또는 회전자 권선으로부터 전류를 취출하기 위해, 회전자와 함께 회전하는 컬렉터 링이 배치되고, 이 컬렉터 링과 활주하는 브러시가, 고정자측에 고정하여 부착되어 있다(특허 문헌 1 참조). 컬렉터 링과 브러시와의 사이에서는, 기계적으로 활주하면서 전류가 흐르기 때문에, 발열한다. 그 때문에, 컬렉터 링 및 브러시를 냉각할 필요가 있다.
전폐형의 권선형 회전 전기기계에서는, 컬렉터 링과 브러시는 컬렉터부 하우징 내에 밀봉되어 있다. 컬렉터부 하우징의 외측에 냉각 핀이 형성되어 있어서, 컬렉터부 하우징 안의 열이 이 냉각 핀을 통과하여 외기로 방출되도록 되어 있다.
또한, 브러시는, 이 권선형 회전 전기기계의 운전에 의해 서서히 마모하기 때문에, 가끔 신품과 교환할 것이 필요하고, 그 교환 작업이나 검사 작업을 가능하도록 하기 위해, 컬렉터부 하우징에는, 개폐 가능한 점검 커버(컬렉터부 하우징 개폐 덮개)가 마련되어 있다.
또한, 통상의 전폐형의 권선형 회전 전기기계에서는, 회전축의 프레임 외측부에 외부팬이 고정되고, 이 외부팬에 의해 냉각 공기가, 프레임의 외표면에 따라 흘러, 고정자 외측의 프레임이 냉각되도록 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2012-130168호 공보
전술한 바와 같이, 종래의 전폐형의 권선형 회전 전기기계에서는, 컬렉터부 하우징의 외측에 냉각 핀이 형성되어 있어서, 컬렉터부 하우징 내의 열이 이 냉각 핀을 통하여 외기에 방출되도록 되어 있다. 그러나, 이 냉각 핀의 외측은 외기에 의한 자연 방열로 되어 있어서, 반드시 충분한 냉각이 이루어지고 있다고는 말할 수가 없었다.
이 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 전폐형의 권선형 회전 전기기계의 컬렉터부 하우징의 외측의 냉각을 촉진하여, 브러시와 컬렉터 링과의 접촉부의 과열을 막는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계는, 상기 목적을 달성하기 위해, 밀폐된 본체 하우징과, 상기 본체 하우징 내에 고정된 고정자와, 상기 본체 하우징에 고정된 축받이와, 상기 축받이에 의해 회전 가능하게 지지되어 상기 본체 하우징을 관통하고 늘어나는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 고정되어 상기 고정자 내측에서 회전 가능하며 회전자 권선을 구비한 회전자와, 상기 본체 하우징의 축방향 외측에서 상기 회전 샤프트에 고정된 외부팬과, 상기 외부팬의 반경 방향 외측에 배치되어 상기 외부팬의 회전에 의해 생기는 바람을 상기 본체 하우징의 외측 표면에 유도하는 외부팬 커버와, 상기 회전 샤프트에 고정되어 상기 회전자 권선과 전기적으로 접속되는 컬렉터 링과, 상기 컬렉터 링과 활주하는 브러시와, 상기 컬렉터 링 및 상기 브러시를 덮고서 밀폐 가능하며, 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 개폐 덮개를 구비한 컬렉터부 하우징과, 상기 컬렉터부 하우징의 반경 방향 외측에 통풍로를 형성하여 상기 컬렉터부 하우징의 반경 방향 외주를 덮고서 상기 외부팬 커버에 접속되는 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 커버를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 전폐형의 권선형 회전 전기기계의 컬렉터부 하우징의 외측에 강제적으로 외기가 흐르기 때문에, 그 냉각이 촉진되고, 브러시와 컬렉터 링과의 접촉부의 과열을 막을 수 있다.
도 1은 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제1의 실시 형태의 정면도로서, 상반부를 단면으로 도시하고, 하반부를 외관으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 권선형 회전 전기기계를 반(反)부하측에서 본 측면도.
도 3은 도 1의 권선형 회전 전기기계에서의, 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버 및 컬렉터부 하우징 개폐 덮개를 연 상태를 반부하측에서 본 측면도.
도 4는 도 2의 권선형 회전 전기기계에서의, 컬렉터부 하우징 커버의 측면도.
도 5는 도 4의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도.
도 6은 본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제2의 실시 형태의 컬렉터부 하우징 커버의 측면도.
도 7은 도 6의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도.
도 8은 도 6의 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버를 연 상태를 도시하는 측면도.
도 9는 본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제3의 실시 형태의 컬렉터부 하우징 커버의 측면도.
도 10은 도 9의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도.
도 11은 도 9의 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버를 연 상태를 도시하는 측면도.
이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관해 설명한다. 여기서, 서로 공통 또는 유사한 부분에는 공통의 부호를 붙이고, 중복 설명은 생략한다.
[제1의 실시 형태]
도 1∼도 5를 참조하고 제1의 실시 형태에 관해 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제1의 실시 형태의 정면도로서, 상반부를 단면으로 도시하고, 하반부를 외관으로 도시하는 도면이다. 단, 도 1에서, 컬렉터부 하우징 커버의 하반부는 외경만을 실선으로 도시하고, 컬렉터부 하우징 커버는 투명한 것으로 하여, 그 내측의 컬렉터부 하우징의 외관을 나타내고 있다. 도 2는, 도 1의 권선형 회전 전기기계를 반(反)부하측에서 본 측면도이다. 도 3은, 도 1의 권선형 회전 전기기계에서, 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버 및 컬렉터부 하우징 개폐 덮개를 연 상태를 반부하측에서 본 측면도이다. 단, 도 3에서는 외부팬 커버 등의 도시를 생략하고 있다. 도 4는, 도 2의 권선형 회전 전기기계에서의, 컬렉터부 하우징 커버의 측면도이다. 도 5는, 도 4의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도이다.
이 실시 형태의 권선형 회전 전기기계에서, 수평 방향으로 늘어나는 회전 샤프트(10)가 2개의 축받이(11)에 의해 지지되어 있다. 2개의 축받이(11)에 끼워진 위치에서, 회전 샤프트(10)에는, 회전자 권선(13)을 구비한 회전자(12)가 부착되어 있다. 회전자(12)의 반경 방향 외측을 둘러싸도록, 고정자 권선(14)을 구비한 고정자(15)가 배치되어 있다. 고정자(15)는, 그 외측에 배치된 본체 하우징(16)에 고정되어 있다. 본체 하우징(16)은, 고정자(15) 및 그 중측의 회전자(12)를 밀폐하고 있다.
본체 하우징(16)의 외표면에는 핀(25)이 형성되어 있다.
회전 샤프트(10)의 양단은 본체 하우징(16)으로부터 돌출하고 있다. 회전 샤프트(10)의 일방의 단부는 부하에 접속되는 것으로, 부하측 단부(17)로 되어 있다. 이하, 부하측 단부(17)에 가까운 측을 부하측이라고 칭하고, 그 반대측을 반부하측이라고 칭한다.
본체 하우징(16)의 축방향 외측의 반부하측에서, 회전 샤프트(10)에 외부팬(18)이 부착되어 있다. 이 외부팬(18)의 반경 방향 외측을 덮도록 외부팬 커버(19)가, 본체 하우징(16)에 대해 고정되어 부착되어 있다.
외부팬(18)보다도 더욱 반부하측에서 회전 샤프트(10)에, 컬렉터 링(20)이 부착되어 있다. 도시한 예에서는 컬렉터 링(20)은 3개 있고, 이들이 회전축 방향으로 나열하여 배치되어 있다. 각 컬렉터 링(20)은, 회전 샤프트(10)에 따라 축방향으로 늘어나는 리드부(도시 생략)를 통하여 회전자 권선(13)과 전기적으로 접속되어 있다.
브러시(21)가, 각 컬렉터 링(20)의 상반부와 활주하도록 배치되어 있다. 브러시(21)는 컬렉터부 하우징(22)에 고정되어 있다. 컬렉터부 하우징(22)은, 외부팬 커버(19)에 고정되고, 컬렉터 링(20) 및 브러시(21)를 덮고서 밀폐하고 있다. 브러시(21)에는, 외부와 전기적으로 접속한 리드부(도시 생략)가 접속되어 있다.
컬렉터부 하우징(22)의 반경 방향 외측을 덮도록 컬렉터부 하우징 커버(23)가 부착되어 있다. 컬렉터부 하우징(22)의 외표면상에는, 축방향으로 늘어나는 핀(24)이 형성되고, 컬렉터부 하우징 커버(23)는 핀(24)의 반경 방향 외측을 덮고 있다. 컬렉터부 하우징 커버(23)의 부하측은 외부팬 커버(19)에 접속되고, 컬렉터부 하우징 커버(23)의 반부하측 단부는 개방하고 있다.
냉각풍은, 컬렉터부 하우징 커버(23)의 반부하측 단부로부터 유입하고, 컬렉터부 하우징(22)의 외표면을 냉각한 후에 외부팬 커버(19) 내로 들어가, 외부팬(18)을 통과하여, 본체 하우징(16)의 외측의 핀(25)의 부근을 향하여 배출되어, 본체 하우징(16)의 외측을 냉각한다.
컬렉터부 하우징(22) 내에서 회전 샤프트(10)에 컬렉터부 내부팬(50)이 부착되어 있다.
브러시(21)는 마모하기 때문에, 적시에 점검을 하거나 신품으로 교환하거나 할 필요가 있다. 그 때문에, 컬렉터부 하우징(22) 및 컬렉터부 하우징 커버(23)의 상반 부분을 개폐할 수 있도록 구성되어 있다.
컬렉터부 하우징(22)의 상반의 일부에 개구부(도시 생략)가 형성되고, 이 개구부를 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)가 배치되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)는, 힌지(31a, 31b)에 의해 컬렉터부 하우징(22)에 개폐 가능하게 지지된 제1 개폐 덮개(30a)와 제2 개폐 덮개(30b)를 구비하고 있다. 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)를 닫은 때에, 컬렉터 링(20) 및 브러시(21)를 포함하는 공간이 컬렉터부 하우징(22) 내에 밀폐되다. 또한, 도 3에 도시하는 예에서는, 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)의 외표면에는 핀이 형성되어 있지 않지만, 컬렉터부 하우징(22)의 다른 부분의 외표면과 마찬가지로 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)의 외표면에 핀을 마련하여도 좋다.
컬렉터부 하우징 커버(23)는, 도 3∼도 5에 도시하는 바와 같이, 상부 커버(32)와, 하부 커버(33)를 구비하고 있다. 상부 커버(32)와 하부 커버(33)는, 각각이 거의 반원통형상으로서, 이들이 힌지(34)로 연결되어 있다. 또한, 상부 커버(32)와 하부 커버(33)의 힌지(34)의 반대측 위치에 계합·해방이 가능한
계합구(係合具)(35)가 부착되어 있어서, 상부 커버(32)와 하부 커버(33)가 닫은 상태에서 상부 커버(32)와 하부 커버(33)를 서로 계합 또는 해방할 수 있도록 되어 있다. 하부 커버(33)의 단부는, 하부 커버 부착구(51)에 의해 외부팬 커버(19)(도 1 참조)에 고정되어 있다.
상부 커버(32)가 닫힌 상태에서는, 상부 커버(32)와 하부 커버(33)가 합쳐져서, 컬렉터부 하우징(22)의 반경 방향 외측을 덮는 원통형상이 된다. 또한, 상부 커버(32)가 열려 있을 때에, 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)를 개폐할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 상부 커버(32) 및 하부 커버(33)에, 단자대 덕트(36)(도 2 및 도 3 참조)를 관통시키기 위한 단자대 덕트부 개구(37)가 형성되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제1의 실시 형태의 밀폐형의 권선형 회전 전기기계에 의하면, 당해 회전 전기기계의 통상 운전시에 있어서, 외부팬(18)의 회전에 의해, 냉각풍이, 컬렉터부 하우징 커버(23)의 반부하측 단부로부터 유입하고, 컬렉터부 하우징(22)의 외표면을 냉각한 후에 외부팬 커버(19) 내로 들어가고, 외부팬(18)을 통과하여, 본체 하우징(16)의 외측의 핀(25)의 부근을 향하여 배출되어, 본체 하우징(16)의 외측을 냉각한다.
이에 의해, 컬렉터부가 외기에 의해 강제적으로 냉각된다. 컬렉터부 하우징(22) 내에서 회전 샤프트(10)에 컬렉터부 내부팬(50)이 부착되어 있다. 이에 의해, 컬렉터부 하우징(22)내 공기가 강제적으로 순환되어 냉각된다. 이에 의해, 컬렉터부의 과열을 막을 수 있다.
브러시(21)의 교환이나 점검할 때에는, 계합구(35)의 계합을 해방하여, 상부 커버(32)를 밀어올려서 열고, 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)를 열 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 컬렉터부 하우징 커버(23) 및 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)의 개폐에 있어서, 드라이버 등의 공구를 필요로 하지 않기 때문에, 신속한 작업을 행할 수가 있다.
[제2의 실시 형태]
도 6∼도 8을 참조하여 제2의 실시 형태에 관해 설명한다. 이 실시 형태는, 컬렉터부 하우징 커버(23)의 구조가 제1의 실시 형태와 다르지만, 그 밖의 부분의 구조는 제1의 실시 형태와 마찬가지이다. 이하, 제1의 실시 형태와 다른 부분만을 설명한다.
도 6은, 본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제2의 실시 형태의 컬렉터부 하우징 커버의 측면도이다. 도 7은 도 6의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도이다. 도 8은 도 6의 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버를 연 상태를 도시하는 측면도이다.
이 실시 형태에서는, 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버(32)와 하부 커버(33)가 힌지(34)(도 3∼도 5)로 연결되지 않고, 계합·해방이 가능한 계합구(35)에 의해 4개소에서, 분리 가능하게 결합되어 있다.
이 실시 형태에 의하면, 제1의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 상부 커버(32)를 하부 커버(33)로부터 완전하게 떼어낼 수 있다. 이에 의해, 컬렉터부 하우징 개폐 덮개(30)를 열 때에 상부 커버(32)의 간섭을 피할 수 있다.
[제3의 실시 형태]
도 9∼도 11을 참조하여 제3의 실시 형태에 관해 설명한다. 이 실시 형태는, 제2의 실시 형태의 변형으로서, 컬렉터부 하우징 커버(23)의 구조가 제2의 실시 형태와 다르지만, 그 밖의 부분의 구조는 제2의 실시 형태와 마찬가지이다. 이하, 제2의 실시 형태와 다른 부분만을 설명한다.
도 9는, 본 발명에 관한 권선형 회전 전기기계의 제3의 실시 형태의 컬렉터부 하우징 커버의 측면도이다. 도 10은 도 9의 컬렉터부 하우징 커버의 정면도이다. 도 11은 도 9의 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버를 연 상태를 도시하는 측면도이다.
이 실시 형태에서는, 컬렉터부 하우징 커버의 상부 커버(32)와 하부 커버(33)를 계합·해방하는 계합구(35)(도 6∼도 8)를 사용하지 않고, 볼트(40) 등을 사용한다.
즉, 상부 커버(32)와 하부 커버(33)와의 계합부에서, 상부 커버(32)에는 복수의 볼트구멍(도시 생략)이 형성되고, 이들의 볼트구멍에 대응하는 위치의 하부 커버(33)에 나사 구멍이 형성되어 있다. 상부 커버(32)의 볼트구멍의 외측에 평와셔(41)를 배치하여, 외측부터 볼트(40)를, 평와셔(41) 및 상부 커버(32)의 볼트구멍에 통과하고, 또한 그 내측에 있는 하부 커버(33) 나사 구멍에 체결한다. 이에 의해, 상부 커버(32)를 하부 커버(33)에 대해 확실하게 부착할 수 있다. 또한, 볼트(40)를 벗겨냄에 의해, 상부 커버(32)를 열도 있다.
이 실시 형태에 의하면, 제2의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 외에, 볼트(40) 등을 이용함에 의해, 염가의 구조로, 확실하게, 상부 커버(32)를 하부 커버(33)에 대하고 부착하거나, 떼어내거나 할 수 있다.
[다른 실시 형태]
본 발명의 몇가지의 실시 형태를 설명하였지만, 이들의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 밖이 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수가 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 마찬가지로, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
10 : 회전 샤프트
11 : 축받이
12 : 회전자
13 : 회전자 권선
14 : 고정자 권선
15 : 고정자
16 : 본체 하우징
17 : 부하측 단부
18 : 외부팬
19 : 외부팬 커버
20 : 컬렉터 링
21 : 브러시
22 : 컬렉터부 하우징
23 : 컬렉터부 하우징 커버
24 : 핀(냉각 핀)
25 : 핀(냉각 핀)
30 : 컬렉터부 하우징 개폐 덮개
30a : 제1 개폐 덮개
30b : 제2 개폐 덮개
31a, 31b : 힌지
32 : 상부 커버
33 : 하부 커버
34 : 힌지
35 : 계합구
36 : 단자대 덕트
37 : 단자대 덕트부 개구
40 : 볼트
41 : 평와셔
50 : 컬렉터부 내부팬
51 : 하부 커버 부착구

Claims (8)

  1. 밀폐된 본체 하우징과,
    상기 본체 하우징 내에 고정된 고정자와,
    상기 본체 하우징에 고정된 축받이와,
    상기 축받이에 의해 회전 가능하게 지지되어 상기 본체 하우징을 관통하여 늘어나는 회전 샤프트와,
    상기 회전 샤프트에 고정되어 상기 고정자 내측에서 회전 가능하며 회전자 권선을 구비한 회전자와,
    상기 본체 하우징의 축방향 외측에서 상기 회전 샤프트에 고정된 외부팬과,
    상기 외부팬의 반경 방향 외측에 배치되어 상기 외부팬의 회전에 의해 생기는 바람을 상기 본체 하우징의 외측 표면에 유도하는 외부팬 커버와,
    상기 회전 샤프트에 고정되어 상기 회전자 권선과 전기적으로 접속되는 컬렉터 링과,
    상기 컬렉터 링과 활주하는 브러시와,
    상기 컬렉터 링 및 상기 브러시를 덮고서 밀폐 가능하며, 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 개폐 덮개를 구비한 컬렉터부 하우징과,
    상기 컬렉터부 하우징의 반경 방향 외측에 통풍로를 형성하여 상기 컬렉터부 하우징의 반경 방향 외주를 덮고서 상기 외부팬 커버에 접속되는 개폐 가능한 컬렉터부 하우징 커버를 갖는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬렉터부 하우징 커버의 내측에서, 상기 컬렉터부 하우징의 외표면에 냉각 핀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컬렉터부 하우징 커버는, 상기 컬렉터부 하우징의 반경 방향 외주 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 샤프트는 수평 방향으로 늘어나고,
    상기 브러시는 상기 컬렉터 링의 상반부에 반경 방향 외측부터 꽉 눌리도록 구성되고,
    상기 컬렉터부 하우징 개폐 덮개는 상기 컬렉터부 하우징의 상반에 마련되어 있고,
    상기 컬렉터부 하우징 커버는, 상기 컬렉터부 하우징 개폐 덮개의 반경 방향 외측을 덮고서 개폐 가능한 상부 커버와, 상기 상부 커버와 접합 가능한 하부 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 커버와 상기 하부 커버를 접속하는 힌지와, 상기 상부 커버와 상기 하부 커버를 개폐 가능하게 체결하는 계합구를 갖는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 커버와 상기 하부 커버는, 계합·해방이 가능한 계합구에 의해 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 상부 커버와 상기 하부 커버를 접합하는 복수의 볼트를 또한 갖는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컬렉터부 하우징 내에서 상기 회전 샤프트에 고정된 컬렉터부 내부팬을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 권선형 회전 전기기계.
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