KR100245593B1 - 브러쉬레스 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진이 구동함에 따라 발생된 힘을 이용하여 전력을 생산하는 자동차용 교류 브러쉬레스 발전기(brushless alternator)에 관한 것으로 전자석을 구성하는 포올과 필드 코일 어셈블리대신 계자극(magnetic pole)을 영구자석(14)을 사용하고, 풀리(9)를 통해 전달되어 오는 동력을 축(2)에 전달하기 위해 마그네틱 클러치를 사용하여 밧데리가 과충전되는 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이에 따라 영구자석(14)의 크기 및 특성에 따라 발전기의 출력이 결정되므로 발전기의 콤팩트(compact)화 실현이 가능해지게 된다.

Description

브러쉬레스 발전기

본 발명은 자동차의 엔진이 구동함에 따라 발생된 힘을 이용하여 전력을 생산하는 자동차용 교류 발전기에 있어서, 상기 교류 발전기를 브러쉬(brush)를 사용하지 않고도 작동시킬 수 있도록하여 전력을 생산할 수 있도록 된 브러쉬레스 발전기(brushless alternator)에 관한 것이다.

도 1은 종래의 발전기를 나타낸 종단면도로써, 케이싱(1)과, 상기 케이싱의 중심에 회전가능하게 지지된 축(2)에 고정되며 엔진에서 발생된 동력에 의해 회전하는 포올(pole)(3)과, 상기 포올의 외주면에 감겨져 자속을 만드는 필드코일 어셈블리(4)와, 상기 필드코일 어셈블리와 근접되게 케이싱에 설치되어 발전작용을 하는 스테이터 어셈블리(5)와, 상기 스테이터 어셈블리와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류기 어셈블리(6)와, 밧데리와 발전기의 전압을 검사하여 조정하는 레귤레이터(7)와, 일단이 상기 정류기 어셈블리의 정류기에 접속되어 전원을 접속하는 브러쉬(8)와, 엔진의 동력이 타이밍벨트(도시는 생략함)를 통해 축으로 전달되도록 축의 일단에 풀리(9)를 설치하여 구성되어 있다.

제2도는 종래의 브러쉬레스 발전기를 나타낸 종단면도로써, 제1도의 구조와 거의 동일하지만 필드코일 어셈블리(4)를 포올(3)에 감싸 고정시키지 않고 별도의 지지체(10)에 의해 케이싱(1)에 고정하도록 구성된 것으로 이는 반드시 에어공극(air gap)이 2군데 발생된다.

따라서, 시동을 걸어 엔진의 구동함에 따라 케이싱(1)내에 설치된 레귤레이터()가 밧데리의 전압을 측정하여 밧데리에 충전된 전압이 조정전압 이하이면 파워 Tr을 온(ON)시키게 되고 필드코일 어셈블리(4)에 전류가 흐르게 된다.

이러한 상태에서 엔진의 구동에 따라 얻어진 동력이 타이밍벨트를 통해 전달되어 풀리(9)를 회전시키게 되며 상기 풀리와 고정된 축(2)이 회전되고, 이에 따라 상기 축에 고정된 포올(3)이 회전하게 되므로 포올의 외주면에 감겨지거나, 포올의 내주면에 위치되게 지지체(10)로 케이싱(1)에 설치된 필드코일 어셈블리(4)에 흐르는 전류에 의해 자속이 발생된다.

이와 같이 필드코일 어셈블리(4)에 의해 자속이 발생되면 페러데이의 전자유도법칙에 의해 3상 스테이터 어셈블리(5)에 전압이 유도되어 정류기 어셈블리(6)에서 교류가 직류로 변환되고 자동차의 전기계통에 전원을 공급함과 동시에 밧데리를 충전시키게 된다.

계속되는 엔진의 구동으로 밧데리의 전압이 조정전압 이상으로 충전되면 레귤레이터(7)가 이를 감지하여 필드코일 어셈블리(4)로 인가되던 전원을 차단시키게 되므로 포올(3)이 회전하더라도 필드코일 어셈블리(4)에서 자속이 발생되지 않고, 이에 따라 유기전압이 발생되지 않으므로 밧데리가 과충전되는 현상을 방지하게 된다.

그러나, 이러한 발전기는 전자석의 원리를 이용함에 따라 자기저항이 작은 소재를 사용하여 자기회로를 구성하여야 되므로 제1도와 간은 구조에서는 축(2)에 전원을 공급하기 위해 반드시 슬립링(11)이나 정류기를 설치하고 이에 브러쉬(8)를 접속시키도록 되어 있었으며, 이에 따라 브러쉬의 내구성과 마찰에 의해 발생되는 브러쉬 가루가 발전기의 내부로 비산되어 쌓이게 되어 발전기의 동작작애 요소가 되고 있었다.

또한, 상기한 구조로 인해 케이싱(1)의 전체 크기가 커질 수 밖에 없어 소형 정량화를 실현시키지 못하였다.

한편, 제2도에 도시한 브러쉬레스 발전기는 필드코일 어셈블리(4)를 별도의 지지체(10)를 이용하여 케이싱(1)에 고정함에 따라 브러쉬를 사용하지 않는 장점을 갖지만, 별도의 지지체를 케이싱에 고정함과 동시에 2군데의 에어갭이 존재하므로 인해 전체크기를 줄이는데 한계가 있었고, 또한 부품수가 증가되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 전자석을 구성하는 포올과 필드코일 어셈블리 대신 계자극(magnetic pole)을 영구자석으로 구비하고, 풀리를 통해 전달되는 동력을 축에 연결설치되는 마그네틱 클러치로 제어하도록 하므로써 밧데리가 과충전되는 현상을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 케이싱과, 상기 케이싱의 중심에 회전가능하게 지지된 축의 일단에 결합되어 엔진에서 얻어진 동력으로 회전하는 풀리와, 상기 축에 고정되어 엔진의 동력이 전달됨에 따라 회전하는 로터와, 상기 로터의 외주면에 고정되어 자속을 발생시키는 영구자석과, 상기 영구자석과 근접되게 케이싱에 설치되어 발전작용을 하는 스테이터 어셈블리와, 상기 스테이터 어셈블리와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류기 어셈블리와, 밧데리의 전압을 검사하여 조정하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터가 밧데리의 충전정도를 판단함에 따라 풀리의 회전력이 축으로 전달되는 것을 단속하는 클러치수단으로 구성된 브러쉬레스 발전기를 제공하려는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예와 첨부한 제4도 내지 제6도을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래의 발전기를 나타낸 종단면도.

제2도는 종래의 브러쉬레스 발전기를 나타낸 종단면도.

제3도는 발전기의 전기회로도.

제4도는 본 발명의 발전기를 나타낸 종단면도.

제5도는 제4도의 A-A선 단면도.

제6a도 및 제6b도는 마그네틱 클러치의 작동상태를 나타낸 일부 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이싱 2 : 축

5 : 스테이터 어셈블리 6 : 정류기 어셈블리

7 : 레귤레이터 9 : 풀리

13 : 로터 14 : 영구자석

15 : 이탈방지부재 16 : 지지체

17 : 필드 코일 어셈블리 18 : 지지부재

19 : 아마츄어 어셈블리

제4도는 본 발명의 발전기를 나타낸 종단면도이고 제5도는 제4도의 A-A선 단면도이며 제6a도 및 제6b도는 마그네틱 클러치의 작동상태를 나타낸 일부 종단면도로써, 본 발명의 구성중 종래의 발전기구조와 동일한 부분은 그 상세한 설명을 생략하고 동일부호를 부여하기로 한다.

본 발명은 케이싱(1)의 중심부에 베어링(12)으로 지지된 축(2)이 회전가능하게 설치되어 있고 상기 케이싱의 외부로 노출된 축(2)의 일단에는 엔진에서 얻어진 동력에 의해 회전하는 풀리(9)가 결합되어 있으며 상기 케이싱의 내부에 위치되는 축에는 엔진에서 발생된 동력이 축으로 전달됨에 따라 함께 회전하는 로터(13)가 고정되어 있다.

상기 로터(13)의 외주면에는 자속을 발생하는 영구자석(14)이 케이싱(1)에 고정된 스테이터 어셈블리(5)와 미세한 간극을 갖도록 고정되어 있으며, 상기 영구자석(14)은 로터(13)의 고속회전에 따른 원심력에 의해 로터에서 이탈되지 않도록 제5도와 같이 외주면을 이탈방지부재(15)로 감싸도록 되어 있다.

상기 풀리(9)와 축(2)사이에는 밧데리(도시는 생략함)의 전압을 검사하여 조정하는 레귤레이터(7)가 밧데리의 충전강도를 판단함에 따라 풀리(9)의 회전력이 축(2)으로 전달되는 것을 단속하는 클러치수단이 구비되어 있다.

상기 클러치수단을 본 발명에서는 마그네틱 클러치(magnetic clutch)를 적용하였으나, 유사한 기능을 갖는 클러치의 적용이 가능하므로 반드시 이에 국한하지는 않는다.

상기 마그네틱 클러치는 제6a도 및 제6b도에 도시한 바와 같이 풀리(9)의 내부에 위치되게 지지체(16)에 의해 케이싱(1)에 고정되며 레귤레이터(7)에 의해 전원이 인가되는 필드코일 어셈블리(17)와, 축(2)에 고정된 지지부재(18)와 고정되어 필드코일 어셈블리에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 풀리(9)와 이격되고, 필드코일 어셈블리에 전원이 인가되면 풀리의 일측면에 접속되어 풀리의 회전력을 축에 전달하는 아마츄어 어셈블리(19)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 자동차에 시동을 걸어 엔진이 구동하면 초기상태에서는 제6a도와 같이 아마츄어 어셈블리(19)가 풀리(9)와 이격되어 있으므로 타이밍벨트(20)를 통해 동력이 전달되어 풀리(9)가 회전하더라도 풀리의 회전에 따른 동력이 축(2)으로 전달되지 않고 풀리만이 공회전하게 된다.

이러한 상태에서 레귤레이터(7)가 밧데리의 전압을 측정하여 밧데리에 충전된 전압이 조정전압이하이면 마그네틱 클러치의 필드 코일 어셈블리(17)에 밧데리의 전원을 공급하게 되므로 어셈블리(17)에 자속이 발생된다.

이에 따라 풀리(9)의 일측면과 이격되어 있던 아마츄어 어셈블리(19)가 필드 코일 어셈블리(17)에서 발생된 자속에 의해 제6b도와 같이 풀리(9)측으로 당겨져 흡착되므로 풀리(9)의 회전력이 아마츄어 어셈블리(19)를 통해 축(2)에 전달되어 축이 회전되기 시작한다.

이와 같이축(2)이 회전하기 시작하면 상기 축에 고정된 로터(13)와 영구자석(14)이 동시에 회전하여 상기 영구자석과 근접되게 케이싱(1)에 고정설치된 스테이터 어셈블리(5)에 전압을 유기시키게 되므로 상기 스테이터 어셈블리에 유기된 전압이 정류기 어셈블리(6)에서 교류가 직류로 변환되어 자동차의 전기계통에 전원을 공급함과 동시에 밧데리를 충전시키게 된다.

계속되는 엔진의 구동에 따라 전술한 바와 같은 동작으로 밧데리에 전원이 충전되고 밧데리의 전압이 조정전압 이상으로 충전됨을 레귤레이터(7)가 감지하면 마그네틱 클러치의 필드코일 어셈블리(17)로 인가되던 전원을 차단시키게 되므로 풀리(9)의 일측면에 흡착되어 있던 아마츄어 어셈블리(19)가 풀리(9)로 부터 이격되어 제6a도와 같이 초기상태로 환원된다.

이에 따라 엔진의 구동에 따른 동력에 의해 풀리(9)가 계속적으로 회전하더라도 풀리의 회전력이 마그네틱 클러치에 의해 축(2)으로 전달되지 않고 풀리(9)만이 공

Claims (2)

1. 케이싱(1)과, 이 케이싱의 중심에 회전가능하게 지지된 축(2)의 일단에 결합되어 엔진의 동력에 의해 회전하는 풀리(9)와, 상기 축에 고정되어 엔진의 동력이 전달됨에 따라 회전하는 로터(13)와, 상기 로터의 외주면에 고정되어 자속을 발생시키는 영구자석(14)과, 상기 영구자석과 근접되게 케이싱에 설치되어 발전작용을 하는 스테이터 어셈블리(5)와, 상기 스테이터 어셈블리와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류기 어셈블리(6)와, 밧데리의 전압을 검사하여 조정하는 레귤레이터(7)와로 구성된 것에 있어서, 상기 레귤레이터가 밧데리의 충전정도를 판단함에 따라 풀리의 회전력이 축으로 전달되는 것을 단속하고, 풀리(9)의 내부에 위치되어 레귤레이터(7)에 의해 전원이 인가되는 필드 코일 어셈블리(17)와, 축(2)에 고정된 지지부재(18)와 고정되어 필드코일 어셈블리에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 풀리(9)와 이격되고, 필드코일 어셈블리에 전원이 인가되면 풀리의 일측면에 접속되어 풀리의 회전력을 축에 전달하는 아마츄어 어셈블리(19)로 구성되는 마그네틱 클러치를 설치하여 구성됨을 특징으로 하는 브러쉬레스 발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 로터(13)의 외주면에 고정된 영구자석(14)이 이탈되지 않도록 영구자석의 외주면에 이탈방지부재(15)를 고정함을 특징으로 하는 브러쉬레스 발전기.