KR0178158B1 - 차량용 교류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류발전기의 회전수에 따라 전기자코일의 권수를 변경하여 저속회전시 또는 고속회전시 최대전력을 얻을 수 있도록 한 차량용 교류발전기에 관한 것이다.

그 구성은, 교류발전기에 있어서, 계자코일(2)로부터 발생된 자속과의 전자기적 작용에 의해 3상의 교류전력이 발생되도록 고정자코어(9)에 각 상이 권선된 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)과, 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)의 각 상이 병렬 또는 직렬로 결선되도록 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)의 각 상이 일단과 타단의 결선을 전환하는 다수개의 스위치(11-13)로 이루어진 스위치부(10)와, 제1전기자코일(1a) 또는 제2전기자코일(1b)의 어느 한 상으로부터 발생하는 교류전력을 입력받아 회전자(7)의 회전수에 따른 주파수를 검출하도록 제1전기자코일(1a) 또는 제2전기자코일(1b)의 어느 한 상에 접속된 주파수감지부(30)와, 주파수감지부(30)로부터 감지된 주파수에 의거하여 회전자(7)의 회전수를 연산하고 연산된 회전수가 제1,제2전기자코일(1a,1b)의 온도상승을 방지하기 위한 기준회전수 이상이면 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)의 각상이 병렬결선되도록 스위치부(10)에 제어신호를 출력하며 스위치부(10) 및 주파수감지부(30)와 접속된 제어부(20)로 이루어진 것을 특징으로 교류발전기.

Description

차량용 교류발전기

제1도는 일반적인 교류발전기의 단면도.

제2도는 종래 교류발전기의 구성을 보인 회로도.

제3도는 전기자코일이 m회 권선된 교류발전기의 구성을 나타낸 회로도.

제4도는 전기자코일이 2m회 권선된 교류발전기의 구성을 나타낸 회로도.

제5도는 본 발명에 따른 교류발전기의 제어블럭도.

제6도는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부를 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스위치부 11,12,13 : 릴레이스위치

20 : 제어부 30 : 주파수감지부

본 발명은 차량용 교류발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류발전기의 회전수에 따라 전기자코일의 권수를 변경하여 저속회전시 또는 고속회전시 최대전력을 얻을 수 있도록 한 차량용 교류발전기에 관한 것이다.

일반적으로 교류발전기는 도체에 교차하는 자속이 변화하면 전자 유도 작용에 의하여 도체에는 기전력이 유기되는 원리를 이용하여 회전운동에 의하여 코일에 연속적으로 전압이 발생하도록 한 것이다.

제1도 및 제2도는 종래 교류발전기의 구성을 나타낸 것으로, 동도에 도시한 바와 같이, 교류발전기의 본체를 이루며 전, 후방으로 밀폐결합되는 한쌍의 브라켓(6a,6b)과, 상기 브라켓(6a,6b)내부에 회전가능하도록 축결합되며 계자코일(2)이 권선된 회전자(7)와, 상기 회전자(7)의 회전축에 설치되며 외부로부터 상기 계자코일(2)로 전류를 공급하는 브러쉬(8a) 및 슬립링(8b)과, 상기 브러쉬(8a) 및 슬립링(8b)을 통하여 전류를 공급받아 자계를 발생하는 상기 계자코일(2)과 대향되도록 상기 브라켓(6a,6b)내측면에 설치되며 전기자코일(1)이 권선된 고정자코어(9)로 구성된다.

또, 전기자코일(1)과 접속되어 상기 전기자코일(1)에 유기되는 교류를 직류로 변환하는 정류부(3), 상기 정류부(3)의 출력전류를 저정하는 배터리(BAT;7), 상기 회전자코일(2)에 흐르는 전류를 단속하여 발전기의 출력을 일정하게 유지시키는 전압조정기(4)가 구성된다.

이때, 상기 전기자코일(1)은 Y결선을 도시한 것이며, 이에 따라, 120°위상으로 유기되는 3상교류가 흐르게 된다.

이와 같이 이루어지는 종래 차량용 교류발전기는, 먼저 시동스위치(6)가 접속되면 엔진이 구동됨에 따라 이와 연동하는 회전자코일(2)이 회전함으로써 전기자코일(1)의 3상코일에 전류가 유기되고, 이러한 전류는 정류부(3)를 통하여 직류전원으로 변환되어 배터리(7)에 충전이 이루어지며, 이때 전압조정기(4)에 의해 회전자코일(2)에 흐르는 전류를 단속하여 발전기의 출력전압을 일정하게 유지시켜 배터리(7)에 과전류가 공급되는 현상을 방지토록 되어 있다.

그러나 상기한 바와 같은 구성 및 작용을 수행하는 종래 차량용 교류발전기는 전기자코일이 전기자코어의 일정 권수로 권선되어져 있으며, 또한 회전자코일의 회전수에도 상관없이 일정한 권수를 유지한다. 따라서, 일정권수를 갖는 교류발전기는 전기자코일의 권수 증가시 출력이 증가하는 저속회전구간과 권수의 감소시 출력이 증가하는 고속회전구간을 동시에 만족시킬 수 없는 문제점이 있었다.

즉, 저속회전구간의 경우 회전자의 회전속도가 느리기 때문에 자속과 쇄교하는 전기자코일의 권수비를 크게 할 필요가 있으며, 고속회전구간의 경우 회전자의 회전속도가 빠르기 때문에 자속의 쇄교로 인한 전기자코일 자체의 온도 상승으로 인한 손실을 줄이기 위하여 전기자코일의 권수비를 줄일 필요가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 회전자의 회전속도에 따라 최대출력을 얻을 수 있도록 전기자 코일의 결선구조의 변경에 따라 전기자 코일의 권수를 변경가능하게 한 차량용 교류발전기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 교류발전기는 교류발전기의 본체를 이루며 전, 후방으로 밀폐결합되는 한쌍의 브라켓과, 상기 브라켓내부에 회전가능하도록 축결합되며 계자코일이 권선된 회전자와, 상기 회전자의 회전축에 설치되며 외부로부터 상기 계자코일로 전류를 공급하는 브러쉬 및 슬립링과, 상기 브러쉬 및 슬립링을 통하여 전류를 공급받아 자계를 발생하는 상기 계자코일과 대향되도록 상기 브라켓내측면에 설치된 고정자코어를 구비한 교류발전기에 있어서, 상기 계자코일로부터 발생된 자속과의 전자기적 작용에 의해 3상의 교류전력이 발생되도록 상기 고정자코어에 각 상이 권선된 제1전기자코일 및 제2전기자코일과, 상기 제1전기자코일 및 제2전기자코일의 각 상이 병렬 또는 직렬로 결선되도록 상기 제1전기자코일 및 상기 제2전기자코일의 각 상의 일단과 타단의 결선을 전환하는 다수개의 스위치로 이루어진 스위치부와, 상기 제1전기자코일 또는 상기 제2전기자코일의 어느 한 상으로부터 발생하는 교류전력을 입력받아 상기 회전자의 회전수에 따른 주파수를 검출하도록 상기 제1전기자코일 또는 상기 제2전기자코일의 어느 한 상에 접속된 주파수감지부와, 상기 주파수감지부로부터 감지된 주파수에 의거하여 상기 회전자의 회전수를 연산하고 연산된 회전수가 상기 제1,제2전기자코일의 온도상승을 방지하기 위한 기준회전수 이상이면 상기 제1전기자코일 및 상기 제2전기자코일의 각상이 병렬결선되도록 상기 스위치부에 제어신호를 출력하며 상기 스위치부 및 상기 주파수감지부와 접속된 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용효과를 상세하게 설명한다.

제3도는 전기자코일이 m회 권선된 교류발전기의 구성을 나타낸 회로도, 제4도는 전기자코일이 2m회 권선된 교류발전기의 구성을 나타낸 회로도, 제5도는 본 발명에 따른 교류발전기의 제어블럭도, 제6도는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부를 나타낸 회로도이다.

제3도에 도시한 바와 같이, 각각 2n(단, n=2,4,6,8...)가닥으로 m회 권선되며 상호 120°의 위상을 갖는 3개의 코일로 각각 구성된 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)이 상호 병렬연결된다. 즉, 중성점(N)에 접속되는 각 3상코일의 일단을 코일의 끝점이라 하고 정류부(3)에 각각 접속되는 3상코일이 타단을 코일의 시작점이라 하면, 제1전기자코일(1a)과 제2전기자코일(1b)의 병렬연결은 제1전기자코일의 시작점(a1S,b1S,c1S)과 제2전기자코일의 시작점(a2S,b2S,c2S)을 연결시키고, 제1전기자코일의 끝점(a1E,b1E,c1E)과 제1코일의 끝점(a2E,b2E,c2E)을 모두 중성점(N)에 연결시킴으로써 구현된다. 따라서, 병렬연결시 전기자코일의 권수(turn)는 m회이며, 병렬 코일수는 2n인 Y결선의 3상교류발전기의 회로를 구성할 수 있다.

제4도에 도시한 바와 같이, 제1전기자코일(1a)의 끝점(a1E,b1E,c1E)을 제2전기자코일(1b)의 시작점(a2S,b2S,c2S)에 연결시키고, 제2전기자코일(1b)의 시작점(a1S,b1S,c1S)은 각각 정류부(3)에 연결시켜 제1전기자코일(1a)과 제2전기자코일(1b)의 각 코일을 직렬연결시킴으로써 전기자코일의 권수가 2m이고 병렬 코일수가 1인 Y결선의 3상교류발전기의 회로를 구성할 수 있다.

제5도는 본 발명에 따른 코일의 결선을 변경시킬 수 있도록 된 교류발전기의 전체적인 구성을 블럭도로 나타낸 것으로써, 제1전기자코일(1a)과 제2전기자코일(1b)의 결선을 변경시키는 다수개의 스위치(11-13)로 구성된 스위치부(10)와, 제1전기자코일(1a) 또는 제2전기자코일(1b)의 중성점(N)으로부터 또는 어느 한 상의 코일로부터 교류전압의 주파수를 감지하는 주파수감지부(30)와, 상기 주파수감지부(30)에서 감지된 회전수에 따라 상기 제1전기자코일(1a)과 제2전기자코일(1b)의 결선을 변경시키도록 상기 스위치부(10)의 구동을 제어하는 제어부(20)를 구비한다.

여기서, 주파수감지부(30)은, 제1전기자코일(1a) 또는 제2전기자코일(1b)의 어느 한 상과 접속되어 발전전압신호, 즉 교류신호를 입력받아 이를 구형파신호로 변화하는 펄스쉐이퍼를 거치도록 하고, 펄스쉐이퍼로부터 변환된 구형파신호를 펄스카운터를 통하여 계측함으로써 회전자의 회전속도를 검출할 수 있게된다.

또한, 스위치부(10)는 제6도에 도시한 바와 같이 다수개의 릴레이스위치로 구성되며, 제어부(20)로부터 제어신호를 입력받아 각 릴레이스위치(11-13)를 개폐동작시킨다.

여기서, 제1릴레이스위치(12)는, 제1전기자코일(1a)의 각 상의 끝점(a1E,b1E,c1E)이 각각 상기 제2전기자코일(1b)의 동상의 시작점(a2S,b2S,c2S)과 접속되도록 개폐동작한다.

또, 제2릴레이스위치(13)은, 제1전기자코일(1a)의 각 상의 시작점(a1S,b1S,c1S)이 각각 상기 제2전기자코일(1b)의 동상의 시작점(a2S,b2S,c2S)과 접속되도록 개폐동작한다.

또한, 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각 끝점(a1E,b1E,c1E,a2E,b2E,c2E)을 모두 중성점(N)으로 접속되도록 개폐동작한다.

이와 같은 구성을 갖는 교류발전기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도시되지 않은 시동스위치가 접속되면 엔진이 구동됨에 따라 이와 연동되는 회전자코일(2)이 회전함으로써 전기자코일(1a,1b)의 3상코일에 교류전압이 유기되고, 이러한 교류전압은 정류부(3)를 통해 직류전압으로 변환되어 배터리(5)에 충전이 이루어지며, 이때 전압조정기(4)에 의해 회전자코일(2)에 흐르는 전류를 단속하여 발전기의 출력전압을 일정하게 유지시켜 배터리(5)에 과전류가 공급되는 현상을 방지하도록 되어 있다.

또, 시동스위치가 접속되면 제어부(20)에서는 주파수감지부(30)로부터 감지된 주파수에 의거하여 상기 회전자(7)의 회전수를 연산하고 연산된 회전수가 상기 제1,제2전기자코일(1a,1b)의 온도상승을 방지하기 위한 기준회전수 이상이면 상기 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각상이 병렬결선되도록 상기 스위치부(10)에 제어신호를 출력한다.

즉, 기준회전수 이하인 저속운전인 경우 제어부(20)는 스위치부(10)의 스위치(12)를 온시키고, 나머지 제3,제2릴레이스위치(11,13)는 오프시켜 제1,제2전기자코일(1a,1b)의 구성이 제3도에 도시한 바와 같이되도록 하여 저속운전(예를 들면 2500rpm)에 적합한 코일결선이 이루도록 한다. 즉, 전기자코일(1a,1b)을 직렬결선 되도록 하여 전기자코일의 권수를 증대시킴으로써 최대출력을 얻을 수 있게된다.

또한, 기준회전수 이상인 고속운전(예를 들면 2500rpm이상)인 경우 제어부(20)는 스위치부(10)의 제3,제2릴레이스위치(11,13)을 온시키고, 나머지 제1릴레이스위치(12)는 오프시켜 제4도에 도시한 바와 같은 구성을 이루도록 한다. 따라서, 고속회전시 전기자코일(1a,1b)을 병렬로 결선함으로써 출력증가시 발생하는 전기자코일의 자체온도를 저감할 수 있다. 이에 따라, 온도상승에 따른 전력손실을 줄임으로써 최대전력을 얻을 수 있게된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 교류발전기의 코일결선방법에 의하여 고속회전 및 저속회전시에 코일의 결선을 변경시킴으로써 각 운전에 맞는 최적의 출력 전압을 얻을 수 있으며, 고속회전시 전기자 코일의 병렬 코일수를 2n으로 하여 출력증가시 발생하는 전기자코일의 온도상승을 저감시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 교류발전기의 본체를 이루며 전, 후방으로 밀폐결합되는 한쌍의 브라켓(6a,6b)과, 상기 브라켓(6a,6b)내부에 회전가능하도록 축결합되며 계자코일(2)이 권선된 회전자(7)와, 상기 회전자(7)의 회전축에 설치되며 외부로부터 상기 계자코일(2)로 전류를 공급하는 브러쉬(8a) 및 슬립링(8b)과, 상기 브러쉬(8a) 및 슬립링(8b)을 통하여 전류를 공급받아 자계를 발생하는 상기 계자코일(2)과 대향되도록 상기 브라켓(6a,6b)내측면에 설치된 고정자코어(9)를 구비한 교류발전기에 있어서, 상기 계자코일(2)로부터 발생된 자속과의 전자기적 작용에 의해 3상의 교류전력이 발생되도록 상기 고정자코어(9)에 각 상이 각각 권선된 제1전기자코일(1a) 및 제2전기자코일(1b)과, 상기 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각 상이 병렬 또는 직렬로 결선되도록 상기 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각 상의 일단과 타단의 결선을 전환하는 다수개의 스위치(11-13)로 이루어진 스위치부(10)와, 상기 제1전기자코일(1a) 또는 상기 제2전기자코일(1b)의 어느 한 상으로부터 발생하는 교류전력을 입력받아 상기 회전자(7)의 회전수에 따른 주파수를 검출하도록 상기 제1전기자코일(1a) 또는 상기 제2전기자코일(1b)의 어느 한 상에 접속된 주파수감지부(30)와, 상기 주파수감지부(30)로부터 감지된 주파수에 의거하여 상기 회전자(7)의 회전수를 연산하고 연산된 회전수가 상기 제1,제2전기자코일(1a.1b)의 온도상승을 방지하기 위한 기준회전수 이상이면 상기 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각상이 병렬결선되도록 상기 스위치부(10)에 제어신호를 출력하며 상기 스위치부(10) 및 상기 주파수감지부(30)와 접속된 제어부(20)로 이루어진 것을 특징으로 교류발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위치부(10)는 상기 제1전기자코일(1a)의 각 상의 일단(a1E,b1E,c1E)이 각각 상기 제2전기자코일(1b)의 동상의 일단(a2S,b2S,c2S)과 접속되도록 개폐동작하는 제1릴레이스위치(12)와, 상기 제1전기자코일(1a)의 각 상의 타단(a1S,b1S,c1S)이 각각 상기 제2전기자코일(1b)의 동상의 일단(a2S,b2S,c2S)과 접속되도록 개폐동작하는 제2릴레이스위치(13)와, 상기 제1전기자코일(1a) 및 상기 제2전기자코일(1b)의 각 일단(a1E,b1E,c1E,a2E,b2E,c2E)을 모두 중성점(N)으로 접속되도록 개폐동작하는 제3릴레이스위치(11)를 구비하여, 상기 회전자(7)의 회전수가 기준회전수 이상이면 상기 제어부(20)의 제어신호에 의거하여 상기 제1전기자코일(1a)과 상기 제2전기자코일(1b)의 각 상이 병렬로 결선되도록 상기 제1릴레이스위치(12)를 오프동작시키고 상기 제2,제3릴레이스위치(13,11)를 온동작시키며, 상기 회전자(7)의 회전수가 기준회전수 이하이면 상기 제어부(20)의 제어신호에 의거하여 상기 제1전기자코일(1a)과 상기 제2전기자코일(1b)이 각 상이 직렬결선되도록 상기 제1릴레이스위치(12)를 온동작시키고 상기 제2,제3릴레이스위치(13,11)를 오프동작시키는 것을 특징으로 하는 교류발전기.