KR100283556B1

KR100283556B1 - 발전기

Info

Publication number: KR100283556B1
Application number: KR1019960038393A
Authority: KR
Inventors: 다쿠조우 무카이; 겐조 미타니
Original assignee: 히로시 하또리; 닛뽄 덴소오 가부시끼 가이샤
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2001-03-02
Also published as: DE69627436D1; CN1150714A; DE69627436T2; EP0762607B1; EP0762607A2; EP0762607A3; CN1054481C; US5744892A; KR970018917A

Abstract

자체에 윤활성을 갖는 탄소재 링(41)과 적층된 내마모성 동합금판으로 제작된 내마모성 브러시(43)를 포함하는 계자 전류를 교류 발전기의 회전자에 의해 지지된 계자 코일(34)에 공급하기 위해 사용된다. 그러므로, 교류 발전기의 슬립링 유닛⑹과 브러시(43)를 수납하기 위한 공간이 소형화되고 발전기의 크기는 작게 될 수 있다.

Description

발전기

본 발명은 회전자 코일이 감긴 회전자 코어, 한 쌍의 슬립링 및 한 쌍의 브러시를 갖는 발전기에 관한 것이다.

도6에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 교류 발전기(100)의 정류기(101), 출력 전압을 조절하는 전압조정장치(102), 하우징(103), 상기 하우징에 의해 회전 가능하게 지지된 축(104), 상기 하우징(103)의 내부에 고정된 고정자(105), 상기 고정자(105)에 상대적인 회전운동을 하는 회전자(106), 축(104)의 단부 외주에 고착된 슬립링 유닛(107), 및 상기 슬립링(107)의 외주 상에서 미끄럼 운동을 하는 브러시 유닛(108)을 갖는다.

상기 정류기(101)는 세 개의 양극측 다이오드(111) 및 세 개의 음극측 다이오드(112)로 구성되다. 상기 축(104)은 그 단부에 다열의 V 벨트 폴리를 지지한다. 상기 고정자(105)는 고정자 코어(114) 및 3상 코일(115) 등으로 구성되어 있다. 상기 회전자(106)는 런델형(Lundell type) 자극 코어(116) 및 회전자 코일(117) 등으로 구성된다.

상기 슬립링 유닛(107)은 두 개의 금속링(121) 및 두 개의 연결 바아(122)로 구성된다. 상기 금속링(121)은 동합금 또는 스테인레스 강으로 제작되어 축(104)의 외주에 압입되거나 직접 성형되어 상기 축(104)과 함께 회전한다.

상기 브러시 유닛(108)은 두 개의 탄소재 브러시(123), 상기 탄소재 브러시(123)를 유지하는 브러시 홀더(124) 및 상기 금속링의 외주에 상기 탄소재 브러시를 압착시키는 코일 스프링(125)으로 구성된다. 상기 탄소재 브러시(123)SS 접속용 구리줄(126)에 의해 외부단자(도시되지 않음)에 결선된다. 상기 브러시 홀더(124), 고무재 패킹(127) 및 금속링(121)을 보호하기 위한 링 커버(128)는 절연수지 재료 일체로 인서트 성형된다.

최근에는, 차량 엔진 탑재 공간이 더 작아짐에 따라, 다양한 보조 장치의 장착 공간도 더 축소되어졌다. 또한, 연료 소모에 대한 제한이 더욱 엄격해졌고 차량의 보증 연한은 연장된다. 따라서, 장시간의 수명을 갖는 더 작고 가벼운 교류 발전기가 요구된다. 교류 발전기를 더 작고 가볍게 하는 수단으로서, 교류 발전기의 직경과 축의 크기를 축소하는 것이 필연적이다.

종래의 교류 발전기(100)의 경우, 충분한 출력을 제공하기 위해 회전자 코일(117)에 여자전류를 공급하는 여자 회로의 전압 강하를 작게 한다. 이 목적을 위하여, 브러시 홀더(124)가 될 수 있으며 전압조정장치(102)의 근처에 배치되게 한다. 탄소재브러시(123)는, 그의 긴 수명을 위해, 반경 방향으로 충분한 길이를 갖도록 하였으며, 따라서, 브러시 홀더(124)와 금속링(121)의 축 크기가 차량 발전기(100)의 전장의 큰 부분을 차지하여, 그 결과, 차량 발전기(100)의 소형화에 장애를 초래하는 문제점이 있었다.

탄소재 브러시(123)는, 금속 링(121)의 외주에 접촉하는 부분의 전기 저항을 감소시키기 위해, 적당한 코일 스프링(125)의 탄성력(스프링 하중과 면적(크기)을 필요로 한다. 그러므로, 교류 발전기(100)의 크기를 축소시키기 위해 브러시(123)의 접촉 면적이 감속되면, 전류 밀도는 증가하고 브러시(123)의 온도가 증가하여, 그 결과, 발전기의 수명의 단축을 초래하는 문제점이 있었다.

소형 직류 회전 전기장치(에를 들면, 모터)의 경우, 금속 브러시(적층된 금속판 또는 구리선으로 제작됨)가 탄소재 브러시 및 동합금재 정류자를 대신하여 사용된다. 그러나, 상기 정류자는 쉽게 마모되므로 차량용 발전기와 같은 회전장치에는 사용되지 않는다.

따라서, 본 발명은, 감소된 스프링 하중을 갖는 브러시를 구비하며 그에 의해 브러시의 진동을 억제하고 브러시의 수명을 소형 경량의 발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자체에 윤활성을 가지고 고속 범위에서도 확실하게 회전자 코일에 여자 전류를 공급하는 발전기를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 차량용 발전기는 탄소질 재료로 제작된 한 쌍의 링부재를 가진 슬립 유닛 및 금속으로 제작된 한 쌍의 브러시를 갖는 브러시 유닛을 포함한다. 브러시의 무게가 감소되므로 소요 스프링 하중이 감소된다.

그러므로, 브러시의 진동뿐만 아니라 링부재 및 브러시의 마모도 감소된다. 상기 탄소재 링부재는 자체로 윤활성을 제공하므로, 정상적 마모와 계자 코일로의 신뢰성 있는 전류 공급이 보장되고 슬립링 유닛과 브러시 유닛의 수명은 길게 된다. 즉, 브러시의 마모를 고려한 여유 크기 및 길이가 필요하지 않으므로 브러시는 얇게 제작될 수 있으며, 그 결과, 발전기의 중량과 용적을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 브러시 마모를 방지하여 그의 수명을 연장하기에 충분한 높은 경도를 갖는 브러시를 구비한 발전기를 제공하는데 있다. 상기 목적을 위하여, 브러시는 절삭 가공에 의해서가 아니라 스탬핑에 의해 제작된다.

각각의 얇은 금속판은 인청동 및 베릴륨 청동 중에 적어도 하나를 포함하는 스프링 재료로 제작되고 그의 탄성에 의해 링 및 출력단자에 접촉한다.

또한 본 발명의 목적은, 스프링, 접속 금속줄, 및 흑연재 브러시를 구성된 종래의 브러시처럼 기능을 하고 외부단자 및 나사 또는 리벳과 같은 접속부재처럼 기능을 하는 탄성 금속 브러시를 가진 발전기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 위하여, 브러시는 동합금과 같은 스프링 재료의 박판 또는 적층판으로 제작된다. 상기 적층판은 브러시를 얇게 할 수 있으므로, 브러시 유닛은 상당히 경량 소형으로 제작될 수 있다. 따라서, 발전기의 직경과 길이는 축소될 수 있다. 상기 브러시는 특별한 스프링이 없어 충분한 접촉압력으로 링에 접하므로 안정적인 전류공급이 확보된다.

또한, 본 발명의 목적은, 브러시에서 슬립링 유닛으로의 전력공급이 확실하게 수행될 수 있도록, 접촉압력이 브러시 유닛을 고정하는 부분에 작용되지 않는 발전기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 위하여, 각 브러시는 링의 외주를 둘러싸는 대체로 반원부, 발전기의 고정부에 고정된 지지부 및 링부재의 외주에 접촉하는 상기 반원부의 양측 가장자리에 배치된 두 개의 접촉부재를 갖는다. 과도한 진동이 상기 브러시에 작용될 때, 일측의 접촉부재가 링부재의 외주를 이탈하더라도, 다른 측의 접촉부재가 링의 외주에 붙어 있으므로 안정적인 전류공급이 보장된다.

또한, 본 발명의 목적은 설치와 분해가 용이한 발전기를 제공하는 데 있다. 상기 목적을 위하여, 두 개의 접촉부재가 축방향으로 원할하게 이동할 수 있도록, 각 브러시는 모서리부가 외측으로 약간 굽혀져 축 방향으로 뻗어나온 부재를 갖는다.

또한, 본 발명의 목적은 외부단자의 비용을 절감한 저렴한 발전기를 제공하는 데 있다. 상기 목적을 위하여, 브러시 홀더는, 브러시의 브러시 지지부재를 전기적으로 연결하고 고정하는 브러시 유닛의 외부 단자를 지지한다. 상기 외부 단자는 브러시와 다른 금속으로 제작되어 비용을 절감하게 된다.

또한, 본 발명의 목적은 물과 마모 분진를 포함하는 이물질의 침입을 방지하는 발전기를 제공하는 데 있다. 상기 목적을 위하여, 브러시 홀더는 링과 브러시를 둘러싸는 원통형 부재를 갖는다.

또한, 본 발명의 목적은 개선된 강도 및 전도성을 갖는 다공질의 금속으로 제작된 링부재로 구성된 슬립링 유닛을 갖는 발전기를 제공하는 것이다. 상기 목적을 위하여, 상기 링부재는 모 금속과 탄소 분말처럼 다공질의 전도성 금속조직으로 구성된다.

본 발명의 관련 부품의 기능뿐만 아니라 본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성은 다음의 상세한 설명의 고찰로부터 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 교류 발전기의 슬립링 유닛 및 브러시 유닛을 나타낸 분해 사시도이고,

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기의 전체적 단면도이고,

제3도는 제2도에 도시된 교류 발전기의 후부를 나타낸 단면도이고,

제4도는 제3도에 도시된 주요부를 나타낸 확대도이고,

제5도는 본 발명의 실시예에 따른 금속 브러시와 종래의 탄소재 브러시와의 마모 특성을 보여주는 특성 그래프이고,

제6도는 종래의 차량용 교류 발전기를 나타낸 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 차량용 교류발전기 2 : 하우징

3 : 고정자 4 : 회전자

5 : 축 6 : 슬립 링 유닛

7 : 브러시 유닛 8 : 3상 정류기

9 : 전압 조정장치 31 : 고정자 코어

32 : 정자 코일 33 : 자극 코어(회전자 코어)

34 : 계자코일(회전자 코일) 41 : 탄소재 링

44 : 브러시 홀더

45,46 : 접소단자(브러시의 외부 접속단자)

47 : 브러시 몸체 48 : 브러시 고정부

49, 50 : 접촉부재 51 : 여자전류 출력단자

53 : 직류 출력단자

차량용 교류 발전기에 적용된 본 발명의 일실시예는 도1내지 4에 도시되어 있다.

교류 발전기(1)는 하우징(2), 고정자(3), 회전자(4), 슬립링 유닛(6), 브러시 유닛(7), 3상 정류기(8), 및 전압조정장치(9)로 구성된다. 상기 하우징(2)은 두 개의 다이-캐스팅 주물 즉, 복수 개의 스터드 볼트(13)와 너트(14)에 의해 체결된 전면 하우징(11) 및 후면 하우징(12)으로 구성된다. 상기 전면 하우징(11)은 전면 베어링(15)을 가지고 상기 후면 하우징(12)은 후면 베어링(16)을 가진다. 상기 베어링들은 압입되거나 코오킹되어 축(5)을 회전 가능하게 지지한다. 다수의 공기 흡입구(19)가 상기 하우징 내로 냉각공기를 인입하도록 전면 하우징(11)에 환상으로 형성되며, 또한 다수의 공기 흡입구(20) 및 공기 배출구(21)가 후면 하우징(12)에 환상으로 형성된다. 스테이(22)는 엔진의 상부 브라켓(도시되지 않음)에 고정되도록 상기 전면 하우징(11)의 상부에 일체로 형성되고 스테이(23)는 엔진의 하부 브라켓(도시되지 않음)에 고정되도록 상기 전면 하우징의 하부에 일체로 형성된다. 스테이(24)는 엔진의 하부 브라켓(도시되지 않음)에 고정되도록 상기 후면 하우징(12)의 하부에 일체로 형성된다. 상기 스테이(22,23,24)는 볼트(도시되지 않음)를 체결하기 위한 관통구멍 (25,26,27)을 갖는다. 상기 고정자(3)는 하우징(2)의 내주에 고정된 고정자 코어(31) 및 고정자 코어(31) 주위에 감긴 3상 고정자 코일(32)로 구성된다.

상기 고정자 코어(31)는 자성 재료로 된 적층판으로 제작되고 전면 하우징 (11)의 내주에 압입된다. 고정자 코어(31)는 그의 내주에 일정 간격으로 형성된 다수의 구멍(도시되지 않음)을 가진다. 3상 고정자 코일(32)은 Y-결선 또는 Δ-결선으로 접속되어 회전자(4)가 회전함에 따라 3상 교류출력을 발전한다. 상기 고정자 코일(32)의 코일단은 3상 정류기(8)에 납땜되어 접속된다.

상기 회전자(4)는 축(5), 자극 코어(33), 상기 자극 코어의 둘레에 감긴 계자 코일(34) 및 여자전류를 상기 계자 코일(34)에 공급하기 위한 슬립링 유닛(6)으로 구성된다. 상기 자극 코어(33)는, 여자전류가 계자 코일(34)에 공급될 때, N극이 되는 클로오 폴(35) 및 S극이 되는 다른 클로오 폴(36)을 갖는다. 냉각 팬(원심 팬)37은 냉각공기를 하우징⑵의 내부로 흡입하기 위해 용접 등에 의하여 클로오 폴(36)의 후면에 고정된다. 계자 코일(34) 및 여자전류를 상기 계자 코일(34)에 공급하기 위한 슬립링 유닛⑹으로 구성된다. 상기 자극 코어(33)는, 여자전류가 계자 코일(34)에 공급될 때, N극이 되는 클로우 폴(35) 및 S극이 되는 다른 클로오 폴(36)을 갖는다. 냉각 팬(원심 팬)(37)은 냉각공기를 하우징(2)의 내부로 흡입하기 위해 용접 등에 의하여 클로우 폴(36)의 후면에 고정된다. 계자 코일(34)은 납땜에 의해 연결 되어(도시되지 않음)에 접속된 대향한 단부를 갖는다. 코일감개(38)는 절연 수지 재료로 제작되어 계자 코일(34)을 자극 코어(33)로부터 절연하도록 배치된다.

상기 축⑸은 정면 및 후면 베어링(15,16)을 통해 하우징(2)의 보스부(17,18)에 의해 회전 가능하게 지탱된다. 리브가 형성된 V풀리(다열의 V 벨트용 풀리)(이하, “리브 V풀리”라 함)(39a)는, 엔진의 회전 토크를 축⑸에 전달하도록, 와셔면 너트(39)와 전면 베어링(15) 사이에서 축⑸의 일단에 고정된다. 상기 리브 V풀리(39a)는, 다열의 V벨트(도시되지 않음)을 통하여 엔진의 출력측 (크랭크축)에 장착된 다열의 V벨트용 풀리에 연결된다. 자기 클러치는 상기 축⑸과 리브 V풀리(39a) 사이에 배치될 수 있다.

상기 슬립링 유닛⑹은 두 개의 탄소재 링(41), 절연부재(42) 및 링을 계자 코일(34)에 연결하는 두 개의 연결 바아(도시되지 않음)로 구성된 수지 성형품이다. 여기서, 폴리페닐린 황화물(PPS)이, 우수한 절연성, 내열성, 높은 강도 및 높은 치수의 안정성 때문에, 절연 수지 재료로 바람직하다.

각각의 링(41)은 축⑸의 후단 외주 상에 배치된다. 각각의 상기 링(41)은 다공질의 동합금(모 금속으로 사용된)으로 제작된 골격 링부재 및 그 내부에 함침된 탄소재 분말(탄소 가루, 자연 흑연, 금속 흑연과 같은)로 구성된다. 슬립링 유닛⑹은 축⑸의 후단의 외주에 압입된다.

브러시 유닛⑺은 두 개의 탄소재 링(41)의 외주 상에서 미끄럼 운동하는 두 개의 금속 브러시(43), 상기 금속 브러시를 붙잡아 지지하는 브러시 홀더(44) 및 상기 브러시 홀더(44)의 성형부에 삽입된 접속단자(45,46)로 구성된다. 상기 브러시(43)는 스탬플링 가공에 의해 제작된다. 상기 금속 브러시(43)는 인청동 또는 베릴륨과 같은 탄성력 있는 동합금의 적층판으로 제작된다. 각각의 브러시(43)는 링(41)의 하나를 둘러싸는 브러시 몸체(47) 및 상기 브러시 몸체(47)에서 브러시 홀더(44)로 뻗어진 클램프부(48)를 갖는다. 두 개의 접촉부재(49,50)는 탄소재 링(41)의 외주에 접촉 상태에 있도록 브러시 몸체(47)의 가장자리에 형성된다. 브러시 몸체(47)는 반원 부재(말굽 모양)를 가지고 접촉부재(49,50)사이거리 A와 링(41)의 직경 B사이의 차이(B-A)로 인한 수축에 의해 링(41)의 하나에 접촉부재(49,50)가 접촉되도록 압착된다.

상기 접촉부재(49,50)는 하나의 링(41)의 외주 상에서 미끄럼 운동하며, 그의 탄성에 의해 접촉압력을 제공한다. 네 개의 돌출부(49a, 49b, 50a, 50b)는 접촉부재(49,50)의 대향 단부에서 축방향으로 연장한다. 돌출부(49a, 49b)와 돌출부(50a, 50b)는 링(41)의 반대측 단부에서 양쪽 축방향으로 뻗어지고 접촉부재(49,50)로부터 반경방향 외측으로 구부려진다.

클램프부(48)는 스프링 특성을 이용한 방식으로 접속단자(45,46)에 전기적 및 기계적으로 고정된다. 상기 목적을 위하여, 클램프부(48)는 브러시 몸체(47)의 베이스부(상부)(47a)로부터 축방향으로 뻗어나온 돌출부(48a) 및 각각이 탄성을 가진 타원형 원통을 형성하는 클램프 부재(48b, 48c)를 갖는다. 클램프부(48)는, 돌출부(48a)와 클램프 부재(48b, 48c)에 의해, 접속단자(45,46)의 각각의 가장자리부를 유지한다.

브러시 홀더(44)는 두 개의 금속 브러시(43)를 유지하고 절연 수지 재료(예를 들면, PPS)로 제작된다. 상기 브러시 홀더(44)는 그와 일체로 성형된 접속단자(45,46), 그 내부에 축⑸의 후단을 수납하는 환상부, 및 상기 환상부로부터 축방향으로 뻗어지는 원통부를 갖는다. 상기 원통부는 팬의 중앙부에 공기를 균일하게 흡입하도록 돕는다. 접속단자(45, 46)의 양단은 축방향 대향 방향으로 각각 뻗어진다. 브러시 홀더(44)는 절연부재(42)와 더불어 링(41)과 브러시(43)의 주위를 덮는다.

브러시 유닛⑺의 외부단자인 접속단자(45)는 L형상의 단면을 가진다. 상기 접속단자는 고정 나사(52)에 의해 여자전류 단자(51)에 체결되어 그에 전기적으로 연결된다. 역시 브러시 유닛⑺의 외부단자인 상기 접속단자(46)는 접속단자(45)에 반대 방향으로 뻗은 뒤집힌 L 형성 단면을 갖는다. 상기 접속단자(46)는 고정나사(54)에 의해 3상 정류기⑻의 직류 출력단자(53)에 체결되어 그에 전기적으로 연결된다. 접속단자(45,46)의 가장자리부는 클램프부(48)의 돌출부(48a)와 클램프부재(48b, 48c) 사이의 공간 속으로 용이하게 삽입되도록 테이퍼가 형성된다.

따라서, 슬립링 유닛⑹의 각 링(41)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 브러시 유닛⑺의 금속브러시(43)의 하나와 연결되어져 제자 코일(34)으로의 전력 공급유닛을 형성한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 링(41)은 원주상으로 서로 위치를 바꾸어 원통형 공간에서 접속단자(45,46)에 고정된다.

3상 정류기⑻는 직류 출력단자(53), 양극측 냉각핀(55), 음극측 냉각핀(56), 세 개의 양극측 다이오드(57), 세 개의 음극측 다이오드(58) 및 단자 지지부(59)로 구성된다. 상기 직류 출력단자(53)는 전기 와이어(도시되지 않음)를 통해 밧데리의 양극측 단자에 연결된 일단 및 고정나사(도시되지 않음)에 의해 브러시 유닛⑺의 접속단자(46)와 양극측 냉각핀(55)에 체결되어 전기적으로 연결된 다른 단자를 갖는다. 상기 양극측 냉각핀(55)에는 음극측 냉각핀(56)이 일체로 형성되어 브러시 홀더(44)를 둘러싸고 후면 하우징⑿의 측벽을 따라 배치된다. 상기 양극측 냉각핀(55)은 절연부재(도시되지 않음)를 통해 후면 하우징⑿에 내측 벽에 고정된다. 음극측 냉각핀(56)은 후면 하우징⑿을 통해 접지된다. 양극측 및 음극측 냉각핀(55, 56)은 열전도성이 우수한(알루미늄과 같은) 전도성 금속으로 제작되며, 세 개의 양극측과 세 개의 음극측 다이오드(57,58)용 방열핀뿐만 아니라 세 개의 양극측과 세 개의 음극측 다이오드(57, 58)를 각각 유지하기 위한 다이오드 유지부재이다. 세 개의 양극측 다이오드(57)와 세 개의 음극측 다이오드(58)의 각 단부는 결선을 위해 세 개의 교류 입력단자(60)의 하나의 납땜되며, 그의 각각의 다른 단부는 결선을 위해 양극측 및 음극측 냉각핀(55, 56)에 납땜된다. 3상 정류회로는 직류 출력단자(53), 양극측 및 음극측 냉각핀(55, 56), 양극 및 음극측 다이오드(57,58) 및 세 개의 교류 입력단자(60)로 구성된다. 절연 수지재로(PPS)로 제작된 단자 지지부(59)는 그와 일체로 성형된 세 개의 교류 입력단자(60)를 가지고 양극측 냉각핀(55)을 음극측 냉각핀(56)으로부터 절연한다. 상기 단자 지지부(59)는 나사(61)에 의해 양극측 냉각핀(55)과 음극측 냉각핀(56)을 유지한다.

전압조정장치⑼는 여자전류 단자(51), 종합 회로(도시되지 않음) 및 케이싱(62)으로 구성된다. 상기 여자전류 단자(51)는 후면 하우징⑿에 고정된 케이싱(62)에 의해 유지되며 접속단자(45)를 통하여 고정나사(52)에 의해 두 개의 금속 브러시(43)에 기계적으로 연결된 전압조정장치⑼의 외부 접속단자이다. 그러므로, 여자전류 단자(51)는 브러시 홀더(44)와 두 개의 금속 브러시(43)를 후면 하우징⑿에 고정된 브라켓(64)를 갖는다.

교류 발전기⑴가 장시간 동작되면, 브러시 홀더(44)에 의해 유지된 접속단자(45,46)에 기계적으로 고정된 두 개의 탄소재 링(41) 및 두 개의 금속 브러시는 서로 접촉한 상태로 상대적 운동을 하고 마모된다. 탄소재 링(41)은 자체가 윤활성을 가지고 감소된 마찰계수를 가지며, 두 개의 금속 브러시(43)는 감소된 스프링 하중을 제공하며, 그의 마모율은 후술되는 바와 같이 매우 작게 된다.

진동에 대한 저항성은, 일반적으로, 기계 설계도에 의해 다음과 같이 표현된다.

[식 1]

진도에 대한 저항성{(K× 스프링 하중)/(브러시 중량)} + {스프링의 중량}

그러므로, 브러시(브러시 몸체)의 중량이 감소되면, 브러시의 스프링 하중은 감소될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 브러시(43)는 감소된 중량을 갖는 종래의 브러시의 스프링 및 접속 금속줄의 기능을 가진다.

금속 브러시(43)의 브러시 몸체(47)가 두 개의 접촉부재(49,50)에 의해 대향하는 외측 방향에서 탄소재 링을 둘러싸서 유지하는 반원부를 갖으며, 탄소재링(41)의 외주에 적용된 금속 브러시(43)의 접촉압력의 성분 벡터는 영(zero)이 되어 접촉압력이 클림프부(48)에 적용되지 않는다.

과도한 진동이 접촉부재(49,50)의 하나가 링(41)을 이탈하는 반경방향으로 적용되면, 다른 접촉부재는 브러시(43)와 링(41)의 전기적 연결을 확보하며, 그에 의해, 안정적인 여자전류를 계자 코일(34)로 공급한다.

상기 접촉부재(49,50)는 축방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 모서리부를 외측으로 약간 구부린 형상의 돌출부(49a, 49b, 50a, 50b)를 갖는다. 그러므로, 탄소재 링(41)의 이주에 금속 브러시(43)를 장착하거나 제거하는 것이 용이하게 된다. 금속 브러시(43)는 전도성 적층판을 스탬플링하므로써 제작되고 마모율에 영향을 미치는 경도는 충분히 증가될 수 있다.

브러시(43)는, 차량 교류 발전기⑴의 생산비용이 절감될 수 있도록, 접속 단자(45, 46)의 재료와 다른 재료로 제작될 수 있다. 접속부재(45,46)는 브러시 홀더(44)와 일체로 성형되면, 접속단자(45, 46)의 인서트 성형이 수행될 때, 성형후에 온도 상승으로 인한 금속 브러시(43)의 내마모성의 저하를 방지하기 위하여 접속단자(45, 46) 및 클램프부(48)가 기계적으로 연결된다.

접속단자(45,46) 및 클램프부(48)는 용접, 코오킹 등에 의해 연결될 수 있다.

금속 브러시(43)가 마모에 저항하므로, 마모가 용이한 종래의 탄소 브러시 처럼 여유 크기와 길이를 갖는 것이 필요없다. 그러므로, 전압조정 장치가 금속 브러시 근처에 배치되더라도, 차량 교류 발전기⑴의 직경이 감소될 수 있고 그의 길이가 역시 감소될 수 있다.

탄소 링(41)의 자체 윤활성(마찰계수를 감소시키는)을 가지고 종래의 탄소재 브러시보다 훨씬 더 넓은 접촉 면적을 가지므로, 즉 종래의 브러시보다 표면 적당 더 적은 접촉 기회를 가지므로, 마모는 종래 브러시와 비교될 때 크게 감소된다. 또한, 경량의 금속 브러시(43) 때문에 금속 브러시의 스프링 하중이 감소되어 탄소재 링의 수명이 연장될 수가 있다.

도 5는 탄소재 링과 결합 상태에 있는 금속 브러시(본 발명의 실시예에 따른)와 종래의 금속링과 결합 상태에 있는 탄소재 브러시 사이에서 다양한 스프링 하중 P에 따른 마모량 Q가 비교된 실험 결과이다. 스프링 하중 P가 80gf보다 작게 될 때, 종래의 탄소계 브러시(123)의 마모량 Q(㎣ / 1000hours)는 증가하며, 스프링 하중이 170gf에서 증가할 때, 종래의 탄소계 브러시(123)의 마모량Q(㎣ / 1000hours)는 증가한다.

스프링 하중 P가 30gf보다 작을 때 금속 브러시(43)의 마모량 Q(㎣ / 1000hours)가 증가할지라도, 마모량은 탄소재 브러시의 1/3보다 적다. 스프링 하중 P가 50gf보다 크게 될 때, 마모량 Q(㎣ / 1000hours)가 점차로 증가하더라도, 금속 브러시의 마모량은, 탄소재 브러시(123)의 마모량과 비교될 때, 무시해도 좋을 만큼 적다. 금속 브러시(43)는 스프링 하중을 감소시키고 또한, 마모량을 크게 감소시킬수 있는 것이 확실하다. 종래의 브러시 유닛의 스프링과 접속 금속줄과 같은 기능을 하는 탄성 동합금으로 제작된 금속 브러시(43)는 부품의 수를 감소시킬수 있다.

상기 실시예가 차량용 교류 발전기에 관하여 설명되지만, 본 실시예는 빌딩의 발전소용 고정 교류 발전기에도 적용될 수 있다. 또한, 발전기-모터 겸용 장비에도 적용될 수 있다.

본 발명의 앞선 설명에서, 본 발명은 그의 특정 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 부가된 청구범위에서 설명된 바와 같이 본 발명의 기술적 사상과 범주에 벗어나지 않는 한, 상기한 실시예에서 다양한 변경과 변화가 행해질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 본 발명의 기술을 한정적인 의미보다 오히려 설명적인 의미로 간주되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 내마모성 브러시에 의한 계자 코일로의 안정적 전류공급을 확보할 수 있으며, 발전기의 슬립링과 브러시를 수납하기 위한 공간을 소형화함으로써 발전기의 경량 소형화와 제작비용을 절감하는 효과와 그 수명을 연장하는 효과가 있다.

Claims

하우징, 고정자 코일을 갖는 고정자, 축과 계자 코일을 갖는 회전자, 및 상기 축에 의해 지지된 접속 유닛을 포함하는 발전기에 있어서, 상기 접속 유닛이 상기 축의 외주에 배치되고 상기 회전자 코일에 연결되며, 탄소질 재료로 제작된 링을 갖는 슬립링 유닛; 및 상기 링의 외주 상에서 미끄럼 운동을 위해 탄성 금속으로 제작된 브러시 부재를 갖는 브러시 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서, 상기 브러시 부재는 적층된 탄성 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 금속판은 인청동 및 베릴륨 청동 중에 적어도 하나로 제작되고 그 자체의 탄성에 의해 상기 링에 접촉하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서, 상기 접속 유닛이 브러시 지지 부재를 더 포함하고; 상기 브러시 부재가 상기 링을 감싸는 아암 부재 및 상기 아암 부재의 일단에 고정된 접촉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 브러시 부재는 상기 아암 부재의 다른 단부에 고정된 또 다른 접촉부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 접촉부재는 상기 접촉부재로부터 축방향으로 뻗은 모서리부가 구부려진 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 브러시 지지부재는 상기 브러시 부재의 상기 금속성 부재와는 다른 금속성 부재로 제작된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제7항에 있어서, 상기 브러시 지지부재가 상기 링과 상기 브러시 부재를 둘러싸는 원통형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 링이 전도성 다공질 금속 링부재 및 상기 링부재에 함침된 탄소분말로 구성된 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 브러시 지지부재가 상기 브러시 부재를 지지하기 위한 축방향으로 뻗은 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제10항에 있어서, 상기 접속 유닛이 원통형 공간에 상기 브러시 부재 및 상기 링을 수납하기 위한 원통형 부재를 포함하고, 상기 축방향으로 뻗은 부재가 상기 원통형 부재에 고정된 것을 특징으로 하는 발전기.
제11항에 있어서, 상기 브러시 부재는 상기 축과 평행한 방향으로 상기 지지부재에 고정된 클램프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 브러시 부재가 상기 링을 감싸는 브러시 몸체를 갖는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 접속 유닛이 원통형 공간에 상기 링과 상기 브러시 부재를 수납하기 위한 원통형 부재를 포함하고; 상기 브러시 유닛이 상기 원통형 부재에 배치되며, 축방향 및 원주방향으로 서로 간격을 둔 한 쌍의 브러시 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제14항에 있어서, 상기 브러시 부재가 상기 링을 감싸는 브러시 몸체를 갖는 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 상기 발전기는 복수 개의 원주방향으로 배치된 블레이드를 갖는 냉각팬을 더 구비하며, 상기 접속 유닛이 원통형 공간에 상기 링과 상기 브러시 부재를 수납하기 위한 원통형 부재를 포함하고 상기 원주방향으로 배치된 블레이드에 형성된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 발전기.
하우징, 고정자 코일을 갖는 고정자, 계자 코일 및 축을 갖는 회전자, 및 전압조절기를 포함하는 발전기에 있어서, 상기 축에 의해 지지되며 원통형 절연부재와 상기 원통형 절연부재의 주위에 한 쌍의 카본질 재료의 슬립링을 가지는 슬립링 유닛; 및 상기 슬립링의 일측에 적어도 부분적으로 둘러싸여지도록 배치된 반원형의 브러시 몸체와, 상기 슬립링에 대하여 브러시 몸체의 반대측 단부에 배치된 두 개의 접촉부 및 클램프부를 가지며 탄성력있는 구리합금으로 제조된 한쌍의 브러시 부재; 및 상기 하우징에 고정되며, 상기 브러시 부재중 하나의 클램프부를 각각 구속하는 한쌍의 접속단자 및 서로로부터 상기 접속단자를 절연하는 절연부재를 가지는 브러시 홀더를 포함하되, 상기 브러시 부재의 접촉부에 대하여 상기 슬립링의 부분들이 항상 변화됨으로서 상기 슬립링이 충분히 냉각되어지는 발전기.
제17항에 있어서, 상기 브러시 부재는 적층된 탄성 금속시트를 포함하는 발전기.
제18항에 있어서, 상기 탄성 금속시트가 인청동 및 베릴륨 청동중 적어도 하나로 제조되는 발전기.
제17항에 있어서, 상기 각각의 접촉부는 축방향으로 연장된 모따기된 부재를 가지는 발전기.
제17항에 있어서, 상기 각각의 슬립링은 전도성의 관통된 금속 슬립링 부재와, 상기 슬립링 부재내에 함침된 탄소분말로 구성된 발전기.
제17항에 있어서, 상기 브러시 홀더의 절연부재는 원통형 공간내에 상기 브러시 부재와 슬립링을 수용하기 위한 원통형 커버부재를 포함하는 발전기.
제17항에 있어서, 상기 각 브러시 부재의 클램프부는 상기 브러시 홀더의 접속단자중 하나를 탄성적으로 파지하기 위하여 상기 브러시 홀더를 향하여 축방향으로 연장하는 발전기.
제22항에 있어서, 상기 접속단자는 원주방향과 축방향으로 서로 떨어져 간격을 유지하는 발전기.
제22항에 있어서, 상기 발전기는 원주방향으로 배치된 다수의 브레이드를 가지는 회전자에 고정된 냉각팬을 더 포함하되, 상기 브러시 홀더의 원통형 커버부재는 상기 원주방향으로 배치된 브레이드내에 형성된 간격내에 배치된 발전기.