KR100364017B1 - 차량용 교류발전기 - Google Patents

Abstract

도선(54)이 받는 원심력 및 가진력을 저감해서 도선(54)의 단선을 방지하는 차량용 교류발전기를 얻는다.

로터코일(13)의 도선(54)은 클로상 자극(32)간의 근원부(33)에 샤프트(6)의 축선과 대략 평행으로 형성된 벽면(56)에 따라 뻗어 있다.

Description

차량용 교류발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR}

본 발명은, 슬립링 본체로부터 도선을 통해서 로터코일에 전류가 공급되는 차량용 교류발전기에 관한 것이다.

도 8은 종래의 차량용 교류발전기의 단면도, 도 9는 도 8의 로터의 사시도(팬의 일부가 제거되어 있다.), 도 10은 도 9의 요부단면도이다.

이 차량용 교류발전기는 알루미늄제의 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)과, 이 케이스(3)내에 설치되고 일단부에 풀리(4)가 고정된 샤프트(6)와, 이 샤프트(6)에 고정된 랜들형의 로터(7)와, 로터(7)의 양측면에 고정된 팬(5)과, 케이스(3)내의 내벽면에 고정된 스테이터(8)와, 샤프트(6)에 고정되고, 로터(7)에 전류를 공급하는 슬립링 어셈블리(9)와, 한쌍의 브러시(10)와, 이 브러시(10)를 수납한 브러시홀더(11)와, 스테이터(8)에 전기적으로 접속되고 스테이터(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 브러시홀더(11)에 끼워 맞춰진 히트싱크(18)와, 이 히트싱크(18)에 접착되고 스테이터(8)에서 생긴 교류전압을 조정하는 레귤레이터(19)를 구비하고 있다.

로터(7)는 보빈(14)에 도선이 감겨져서 구성되고 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터코일(13)와, 이 로터코일(13)을 덮어서 설치되고, 그 자속에 의해 자극이 형성되는 풀코어(15)를 구비하고 있다.

풀코어(15)는 한쌍의 서로 맞물린 제1의 풀코어체(21)및 제2의 풀코어체(22)로 구성되어 있고, 주로 저탄소강으로 단조 제법에 의해 제작되어 있다.

스테이터(8)는 스테이터코어(16)와, 이 스테이터코어(16)에 도선이 감겨지고, 로터(7)의 회전에 따라 로터코일(13)로 부터의 자속의 변화로 교류가 생기는 스테이터코일(17)을 구비하고 있다.

슬립링 어셈블리(9)는 브러시(10)의 선단이 슬라이드하는 슬립링(40)과, 이 슬립링(40)과 전기적으로 접속된 터미널(41)과, 인서트 성형에 의해 일부를 제외하고, 터미널(41)을 매설하고 있는 동시에, 샤프트(6)가 압입된 수지부(42)를 구비하고 있다.

정류기(12)는 원호대상으로 이면에 여러개의 핀(24a)이 있는 정극측 히트싱크(24)와, 이 정극측 히트싱크(24)의 표면에 납땜으로 고정된 여러개의 정극측 다이오드(23)와 원호대상으로 이면에 여러개의 핀(26a)이 있는 부극측 히트싱크(26)와, 이 부극측 히트싱크(26)에 납땜으로 고정된 여러개의 부극측 다이오드(25)와, 각각의 다이오드(23),(25)와 스테이터코일(17)을 전기적으로 접속하는 서키드보드(27)를 구비하고 있고, 이 정류기(12)는 스테이터(8)에서 발생한 3상교류를 직류로 정류하고 있다.

정극측 히트싱크(24) 및 부극측 히트싱크(26)는 열전도율이 높은 알루미늄으로 구성되어 있고, 또 외경측의 부극측 히트싱크(26)는 케이스(3)에 직접 부착되어 어스되어 있다.

정극측 다이오드(23)및 부극측 다이오드(25)는, 전체형상이 구형상으로 수지몰드형성되어서 구성되어 있다.

로터(7)의 보빈(14)에는 그 한쪽의 플렌지(30)에 등분간격을 두고 원호상의 회전방지부(31)가 설치되어 있다.

이 회전방지부(31)는 제 1의 풀코어체(21)의 클로상 자극(32)간의 원호상으로 잘려진 근원부(33)에 걸어 맞추어 있고, 로터(7)와 풀코어(15)의 원주방향의 상대변위를 방지하고 있다.

대향한 한쌍의 회전방지부(31)에는 단면 E의 모양의 감는부(34)가 일체로 설치되어 있다.

이 감는부(34)에는, 로터코일(13)로부터 도출한 도선(35)의 기단부(35b)가 2중으로 감겨져 있다.

이 도선(35)은 근원부(33)로부터 슬립링 어셈블리를 향해 뻗은 홈부에 따라 뻗어 있다.

도선(35)은 수지부(42)에 형성된 훅(31)에 걸려지고, 계속해서 선단부(35a)가 터미널(41)의 선단부에 2중으로 감겨져 있다.

도선(35)의 중간부에는 접착제(44)로 홈부(36)에 접착된 접착된 절연튜브(38)로 피복되어 있다.

이 절연튜브(38)는 근원부(33)의 코너부(43)에 도선(35)이 맞닿고, 마모에 의해 도선(35)의 에나멜 피복이 파손되는 것을 방지하기 위해서이다.

상기 구성된 차량용 교류발전기에서는 배터리(도시 않음)에서 브러시(10), 슬립링(40)을 통해서 로터코일(13)전류가 공급되어 자속이 발생하는 한편, 엔진에 의해 풀리(4)는 구동되고 샤프트(6)를 통해서 로터(7)가 회전되기 때문에, 스테이터코일(17)에는 회전자계가 부여되고, 스테이터코일(17)에는 기전력이 생긴다.

이 교류의 기전력은, 정류기(12)의 다이오드(23),(25)를 통해서 직류로 정류되는 동시에 레귤레이터(19)에 의해 그 크기가 조정되어 배터리에 충전된다.

그런데, 엔진의 클랭크 풀리(도시 않음)과 풀리(4)와의 풀리비는 보통(1:2.2~2.7)이므로, 차량용 교류발전기의 로터(7)은 엔진의 회전수에도 의하나, 15000prm이상의 고속회전과 엔진의 급가감속에 의한 업다운의 회전부하를 받는다.

또, 고속회전발전시에는 제 1의 풀코어체(21) 및 제 2의 풀코어체(22)는 발전에 의해 스테이터(8)와 로터(7)와의 극간 A에서 생기는 자기 흡인력에 의해 도 13에 표시하는 바와같이 화살표 B방향으로 크게 진동하고 있다.

또, 로터코일(13), 스테이터코일(17), 정극측 다이오드(23), 부극측 다이오드(25), 레귤레이터(19)는 교류기발전중, 항상 발열되어 있다.

그리고, 예를들면 정격출력전류 100A 클라스의 교류발전기에서는 로터코일 (13)에서는 60W, 스테이터코일(17)에서는 500W, 정극측 다이오드(23) 및 부극측 다이오드(25)의 합계에서는 120W, 레귤레이터(19)에서는 6W의 발열량이 있다.

이들 발열체의 과도한 발열은 교류발전기의 성능을 악화시키고, 또 부품의 수명을 저하시키게 된다.

이때문에, 회전자(7)의 회전과 함께 팬(5)이 회전하고, 이 회전에 의해 케이스(3)의 개구부 C로부터 케이스(3)내에 외기가 유입하고, 그 외기는 도 8의 화살표 D 로 표시하는 바와같이 흐른다.

즉, 외기는 부극측 히트싱크(26), 부극측 다이오드(25), 정극측 히트싱크(24), 정극측 다이오드(23)를 냉각한 후, 팬(5)에 의해 반경외측 방향으로 흐르고, 리어측의 스테이터 코일(17)의 엔드부(17a)를 냉각하며 개구부 E로부터 외기로 방출된다.

또, 팬(5)의 회전에 의해 개구부 F로부터도 케이스(3)내로 외기가 유입하고, 그 외기는 도 8의 화살표시 G로 표시하는 바와같이 흐르고 있다.

즉, 외기는 레귤레이터(18)의 파워트랜지스터를 냉각한 후, 팬(5)에 의해 반경외측 방향으로 흐르고, 리어측의 스테이터코일(17)의 엔드부(17a)를 냉각하며, 개구부 H로부터 외부로 방출된다.

마찬가지로, 프론트부래킷(1)의 개구부 I로부터 유입된 외기는, 팬(5)에 의해 반경외측 방향으로 흐르고, 프론트측의 스테이터코일(17)의 엔드부(17b)를 냉각하고 있다.

그 외기는 그후 개구부 J로부터 케이스(3)의 외부로 방출된다.

실제의 차량운전시는 차량의 엔진룸의 분위기 온도가 100℃로 고온이기 때문에, 순간온도는 로터코일(13), 스테이터코일(17), 다이오드(23),(25)에서 약 200℃, 레귤레이터(19)의 히트싱크(18)에서 약 150℃까지 상승한다.

그리고 슬립 링 본체(9)및 도선(35)은, 다이오드(23),(25)등의 발열체와 열교환된 공기의 열과, 스테이터코일(16)으로부터의 복사열로, 150℃이상의 고온에 노출된다.

상기한 차량용 교류발전기에서는, 로터(7)은 고회전, 급가감속, 고온도, 과대한 진동에 노출되어 있고, 슬립 링 에셈블리(9)와 로터코일(13)을 전기적으로 접속한 도선(35)은, 원심력, 가진력을 받는다.

특히, 회전방지부(31)과 일체의 감는부(34)는 로터코일(13)의 외주면보다 외측에 배치되어 있으므로, 감는부(34)로부터 도출한 도선(35)은 그만큼 슬립링 어셈블리(9)까지의 길이치수가 커지고, 도선(35)의 반경방향의 치수 및 무게가 중대에 의해, 도선(35)에 가하는 원심력이 커지고, 그만큼 도선(35)에는 큰 응력이 생겨서 단선이 되어, 로터(7)의 회전자계를 발생하기 위한 전류공급이 정지되고 발전정지가 될 염려가 있다는 문제점이 있었다.

또, 도선(35)은 감는부(34)와 근원부(33)의 코너부(43) 사이에서는 떠있는 상태가 되어 있으므로, 도선(35)은 코너부(43)를 중심으로 해서 진동을 받기가 쉽고, 예를들어 코너부(43)에서 도선(35)이 단선될 염려가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이런 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 도선이 받는 원심력 및 가진력을 저감해서 도선의 단선을 방지하는 차량용 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1에 관한 차량용 교류발전기에서는 로터코일에서 도출한 도선은, 클로상 자극간의 근원부에 샤프트의 축선과 거의 평행으로 형성된 벽면을 따라 뻗어 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기의 로터의 사시도.

도 2는 도 1의 로터의 요부 단면도.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 로터의 요부사시도.

도 4는 도 3의 요부단면도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3의 차량용 교류발전기의 로터의 요부사시도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4의 차량용 교류발전기의 로터의 요부사시도.

도 7은 도 6의 요부단면도.

도 8은 종래의 차량용 교류발전기의 단면도.

도 9는 도 8의 로터의 사시도.

도 10은 도 8의 로터의 요부단면도.

도 11은 도 10의 로터코일의 사시도.

도 12는 도 11의 요부사시도.

도 13은 도 10의 제1의 풀코어체의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6. 샤프트, 9. 슬립링어셈블리,

13. 로터코일, 14,61. 보빈,

32. 클로상 자극, 33,72. 근원부,

36. 홈무, 40. 슬립링,

50,60,70,80. 로터, 51,67,71,81. 회전방지부,

44. 접착제, 52. 제 1의 걸림홈,

53. 제 2의 걸림홈, 54,64,75,84. 도선,

55,65,83. 절연튜브, 56,73. 벽면,

64b. 기단부, 66,74,82. 걸림홈.

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명하나, 도 8내지 도 13과 같거나, 또는 상당부분은 같은 부호를 붙여서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기의 로터의 사시도(팬의 일부는 생략되어 있다). 도 2는 도 1의 로터의 요부단면도이다.

이 차량용 교류발전기는 알루미늄제의 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)와, 이 케이스(3)내에 설치되고 일단부에 풀리(4)가 고정된 샤프트(6)와, 이 샤프트(6)에 고정된 랜들형 로터(50)와, 로터(50)의 양측면에 고정된 팬(5)과, 케이스(3)내의 내벽면에 고정된 스테이터(8)와 샤프트(6)의 타단부에 고정되고, 로터(50)에 전류를 공급하는 슬립링 어셈블리(9)와, 한쌍의 브러시(10)와, 이 브러시(10)를 수납한 브러시홀더(11)와, 스테이터(8)에 전기적으로 접속되고, 스테이터(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 브러시홀더(11)에 끼워 붙여진 히트싱크(18)와, 이 히트싱크(18)에 접착되고 스테이터(8)에서 발생한 교류전압을 조정하는 레귤레이터(19)를 구비하고 있다.

로터(50)는 보빈(14)에 도선이 감겨져서 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터코일(13)과 이 로터코일(13)을 덮어서 설치되고, 그 자속에 의해 자극이 형성되는 풀코어(15)를 구비하고 있다.

풀코어(15)는 한쌍의 교대로 맞물린 제 1의 풀코어체(21) 및 제 2의 풀코어체(22)로 구성되어 있고, 주로 저탄소강으로 단조제법으로 제작되어 있다.

스테이터(8)는 스테이터코어(16)와, 이 스테이터코어(16)에 도선이 감겨지고, 로터(50)의 회전에 따라 로터코일(13)로부터의 자속의 변화로 교류가 발생하는 스테이터코일(17)을 구비하고 있다.

슬립링 어셈블리(9)는, 슬립링(40)과 이 슬립링(40)과 전기적으로 접속된 터미널(41)과 인터트 성형에 의해 일부를 제외하고, 터미널(41)을 매설하고 있는 동시에 샤프트(6)가 압입된 수지부(42)를 구비하고 있다.

정류기(12)는 원호대상이고 이면에 다수의 핀(24a)이 있는 정극측 히트싱크 (24)와, 이 정극측 히트싱크(24)의 표면에 납땜으로 고정된 4개의 정극측 다이오드 (23)와, 원호대상으로 이면에 여러개의 핀(26a)이 있는 부극측 히트싱크(26)와, 이 부극측 히트싱크(26)에 납땜으로 고정된 다수개의 부극측 다이오드(25)와 각각의 다이오드(23),(25)와 스테이터코일(16)을 전기적으로 접속하는 서키드보드(27)를 구비하고 있으며, 스테이터(8)에서 생긴 3상교류를 직류로 정류하고 있다.

스테이터(8)에서 생긴 3상교류를 직류로 정류하고 있다.

로터(50)의 보빈(14)에는 그 한쪽의 프렌지(30)에 등분간격을 두고 원호상의 회전방지부(51)가 6개 설치되어 있다.

이 회전방지부(51)는 제 1의 풀코어체(21)의 클로상 자극(32)간의 원호상으로 잘려진 근원부(33)에 걸어 맞추어 있고, 로터(50)와 풀코어(15)의 원주방향의 상대변위를 방지하고 있다.

6개의 회전방지부(51)중, 대향한 2개의 회전방지부(51)에는 서로 직교한 제 1의 걸림홈(52) 및 제 2의 걸림홈(53)을 갖고 있다.

로터코일(13)로부터 도출한 도선(54)은 제 1의 걸림홈(52)를 통해 제 2의 걸림홈(53)으로 도출되어 있다.

이 도선(54)은 계속해서 홈부(36)에 따라 뻗고, 훅(37)에 걸린 후 선단부 (54a)가 터미널(41)의 선단부에 2중으로 감겨져 있다.

도선(54)의 중간부는 절연츄브(55)로 덮혀 있다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 도선(54)은 제 1의 풀코어체(21)의 근원부(33)에서는 샤프트(6)의 축선과 거의 평행으로 형성된 벽면(56)에 따라 맞닿아서 뻗고 있으므로, 종래의 것과 비교해서 회전방지부(51)와 훅(37)과의 사이의 도선(54)의 치수가 짧아지고 무게가 작아지므로, 도선(35)에 가하는 원심력이 저감되고, 또 제 1의 풀코어체(21)의 진동이 도선(54)에 주는 영향을 저감할 수가 있고, 도선(35)의 단선을 방지할 수가 있다.

또, 도선(35)은 벽면(56)에 반드시 맞닿을 필요성은 없고, 로터코일(13)의 외주면보다도 내측에서 슬립링 어셈블리(9)로 향해서 도출하는 것이라도 된다

본원의 발명자는 상기 구성의 차량용 교류발전기를 사용해서 분위기 온도 100℃, 로터(50)의 회전수 0rpm~18000rpm, 30초 사이클로 실험을 한바, 종래의 것에서는 150시간에서 도선이 단선한데 대해, 이 실시의 형태에서는 약 800시간에서 도선(54)이 단선되고, 고속내구성이 대폭적으로 향상한 것을 알수 있었다.

실시의 형태 2

도 3은 본 발명의 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 요부사시도, 도 4는도 3의 요부단면도이다.

이 실시의 형태에서는 로터(60)의 보빈(61)이 대향한 한쌍의 회전방지부(67)에 단면 E자 형상의 감는부(63)가 일체로 설치되어 있고, 이 감는부(63)에 로터코일(13)으로부터 도출한 도선(64)의 기단부(64b)가 한겹으로 감겨져 있다.

이 도선(64)은 걸림홈(66)으로부터 근원부(33)의 벽면(56)에 따라 뻗고, 계속해서 홈부(36)를 따라 뻗어 있다.

도선(64)을 피복한 절연튜브(65)는 홈부(36)및 벽면(56)에 접착제(44)로 접착되어 있다.

이 실시의 형태에서는 도선(64)의 기단부(64b)가 감는부(63)에서 감겨져 있으므로, 기단부(54b)가 걸림홈(52),(53)에 걸려진 실시의 형태 1의 도선(54)과 비교해서 확실하게 걸려지고, 예를들면 공장부지내에서 로터(60)를 운반할때 도선(64)의 걸림이 해제되기 힘들게 된다.

또, 감는부(34)에 감겨진 종래의 도선(35)과 비교해서 걸림홈(66)으로도 도선은 걸려지고, 감는부(63)에 감겨지는 감는선(64)의 감는 회수를 줄일수가 있고,(종래 예에서는 감는 수는 2회, 이 실시의 평탱서는 감는 회수는 1회), 그만큼 도선(64)의 무게를 저감할 수 있고, 도선(64)에 가해진 원심력을 저감할 수가 있다.

또 도선(64)을 피복한 절연튜브(65)는 홈부(36)및 벽면(56)에 접착제로 접착되어 있으므로 도선(64)은 제1의 풀코어체(21)와 일체가 되어 변동하고, 도선(64)자신의 진동수는 없어지고, 도선(64)의 내진성이 향상된다.

실시의 형태 3

도 5는, 본 발명의 실시의 형태 3의 차량용 교류발전기의 요부사시도이다.

이 실시의 형태의 로터(70)에서는 회전방지부(71)에 단면이 E자 형상의 감는부(63)가 일체로 설치되어 있고, 이 감는부(63)에 로터코일(13)의 도선(75)의 기단부(73b)가 한번 감겨져 있다.

회전방지부(71)는, 실시의 형태 2의 회전방지부(67)와 비교해서 선단부의 곡율반경이 작고, 또 직경방향의 치수가 크게 되어 있으며, 제 1의 풀코어체(21)의 근원부(72)의 벽면(73)은 이 회전방지부(71)와 맞닿는 형상이 되어 있다.

이 실시의 형태 3에서는 회전방지부(71)의 선단부는 대략 V자형 상태이고, 그 선단부에 형성된 걸림홈(74)이 실시의 형태 2와 비교해서 반경내측에 있고, 그만큼 도선(75)의 직경방향의 치수가 작아지며, 도선(75)에 작용하는 원심력을 저감할 수가 있다.

또, 실시의 형태 2와 비교해서 벽면(73)과 회전방지부(71)와의 접촉면적이 증대하고 있으므로, 제 1의 풀코어체(21)와 회전방지부(71)와의 상대이동은 억제되고, 도선(75)의 진동은 저감된다.

실시의 형태 4

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4의 차량용 교류발전기의 요부사시도, 도 7은 도 6의 요부단면도이다.

이 실시의 형태의 로터(8)에서는 회전방지부(81)의 걸림홈(82)내의 도선(84)은 일부를 제외하고, 절연튜브(83)로 피복되어 있다.

이 실시의 형태 4에서는, 회전방지부(81)의 걸림홈(82)내에서 도선(84)에 가해지는 하중의 상당부분은 절연튜브(83)로 지지되고, 도선(84)에 생기는 응력은 저감되며, 그만큼 도선(84)의 단선이 생기기 힘들게 된다.

또, 걸림홈(82)의 입구부(90)는 폭이 좁게 되어 있으므로, 걸림홈(82)내의 도선(84)은 원주방향으로 변위하기가 힘들고 그만큼 도선(84)의 단선에 발생을 저감할 수가 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 청구항 1에 관한 차량용 교류발전기에 의하면, 로터코일의 도선은 클로상 자극간의 근원부에 샤프트의 축선과 거의 평행으로 형성된 벽면을 따라 뻗어 있으므로, 종래의 것과 비교해서 슬립링 어셈블리와 로터코일을 접속하는 도선의 반경방향의 치수가 짧아지는 동시에 무게가 작아지고, 그만큼 도선에 가해지는 원심력이 저감되며, 또 도선 자신의 진동이 억제되므로 도선의 단선을 저감할 수가 있다.

Claims (1)

1. 샤프트에 고정되어 있는 동시에, 보빈에 도선이 감겨져서 구성되고, 전류를 흘려서 자속을 발생하는 로터코일과, 이 로터코일을 덮어서 설치되고, 상기 자속에 의해 다수의 클로상 자극에 각각 자극이 형성되는 풀코어와, 상기 풀코어에 인접해서 상기 샤프트에 고정되어 있는 동시에 상기 로터코일에 전류를 공급하는 슬립링 어셈블리를 구비하고, 상기 보빈에는 상기 클로상 자극간의 근원부에 걸어 맞춰서 상기 로터코일과 상기 풀코어와의 원주방향의 상대이동을 방지하는 회전방지부가 형성되고, 또 상기 로터코일로부터 도출한 도선이 상기 슬립링 어셈블리에 전기적으로 접속된 차량용 교류발전기로서, 상기 도선은 상기 회전방지부에 형성을 걸림홈에 안내되어 상기 근원부에 상기 샤프트의 축선과 대략 평행으로 형성된 벽면에 따라 뻗어 있는 차량용 교류발전기.