KR100512803B1 - 회전전기 - Google Patents

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KR100512803B1
KR100512803B1 KR10-2002-0077774A KR20020077774A KR100512803B1 KR 100512803 B1 KR100512803 B1 KR 100512803B1 KR 20020077774 A KR20020077774 A KR 20020077774A KR 100512803 B1 KR100512803 B1 KR 100512803B1
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니시무라신지
아사오요시히토
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 저정류 리플전압을 유지하면서 발전량을 크게 할 수 있는 동시에 중성점을 필요없이 고정자의 조립성을 향상하고, 냉각성 및 바람소리의 악화를 억제할 수 있는 회전전기를 얻게 된다.
전기자 권선(16)은 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선 (31d) 및 e상 권선(31e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 구성되어 있다. 정류기(12)는 직렬로 접속된 다이오드(d1),(d2)의 쌍을 병렬로 5쌍 접속해서 된 5상 전파정류기로 구성되어 있다. 그리고, 전기자 권선(16)의 인출선이 각각 정류기(12)의 직렬 접속된 다이오드(d1),(d2)의 접속점에 결선되어 있다.

Description

회전전기{DYNAMOELECTRIC MACHINE}
본 발명은 예를 들면 자동차 등에 탑재되는 교류발전기와 시동전동기에 제공되는 회전전기에 관한 것이다.
종래 자동차에 탑재되는 교류발전기는 예를들어 일본국 특공소 44 - 4451호 공보에 기재된 바와 같이 성형(星型)결선의 3상 전기자 권선으로 된 충전발전기를 가지고, 이 3상 교류출력을 다이오드 등에 의해 구성되는 3상 전파 정류회로를 통해서 직류출력으로 하는 것이 알려져 있고, 특히 고출력화를 위해 3상 전기자 권선의 중성점을 정류기를 통해서 제 3 고조파 성분도 유효하게 끄집어 낼수 있는 것이 알려져 있었다.
그러나, 이와 같은 종래의 3상 교류발전기에서 정류기의 출력단자와 축전지와의 사이의 거리가 길고, 그 배선 때문에 케이블에 배선저항이 크게 되면, 정류출력단자 전압의 정류 리플전압은 전기부하와 함께 증가해 버리게 된다. 특히, 3상 전기자 권선의 중성점에 정류기를 접속해서 고출력을 얻는 구성에서는 발전기의 회전수가 약 2000 ~ 3000rpm 부근에 달하면, 그 정류출력의 맥동(리플)전압이 급격히 증대해 버리게 된다.
이와 같은 정류출력의 맥동전압의 증대는 라디오의 잡음의 증대, 전장부품에 대한 악영향을 일으키고, 또 모터의 하우징의 공진점과 이 맥동전압의 주파수가 거의 일치하는 엔진 회전수로 공명을 하고, 운전자에게 불쾌감을 주는 등의 현상을 일으키게 된다.
이와 같은 불합리한 것을 해소하기 위해 전기자 권선을 성형결선으로 해서 된 5상 전기자 권선으로 구성하고, 또, 정류기를 5상 전파 정류기로 구성해서 정류맥동을 저감시키는 것이 예를들면 일본국 특공평 4 - 77546호 공보에 제안되어 있다.
이 일본국 특공평 4 - 77546호 공보에 의하면, 성형결선해서 된 5상 전기자 권선을 채용함으로서, 성형결선된 3상 전기자 권선을 채용한 발전기에 비해 맥동율을 작게 할 수 있으므로 정류 리플전압이 저감되고, 차량 탑재한 전기부하에 주는 악영향을 작게 할 수 있고, 또 고출력화를 도모할 수 있다고 본다.
종래의 교류발전기는 5상의 권선을 성형결선해서 5상 전기자 권선을 구성하고 있으므로 전류는 반드시 직렬로 접속된 2개의 권선을 흐르게 된다. 그래서, 전기자의 임피던스가 크게 되어 버려 발전량이 제한되어 버린다는 과제가 있었다.
또, 5상의 권선의 단부를 합쳐서 납땜 등에 의해 결선해서 중성점으로 할 필요가 있으므로 중성점의 결선이 번잡해지고, 전기자(고정자)의 조립성이 악화해 버린다는 과제도 있었다. 그리고, 예를 들면 각 상의 권선이 2개의 권선을 병렬로 접속해서 구성되어 있는 경우에는 10개의 권선의 단부를 한번에 정리해서 결선해서 중성점으로 해야 하며, 중성점의 결선작업성이 극히 악화해 성형결선이 안되는 염려도 있었다. 또, 중성점의 결선부가 다수의 권선의 단부를 결선해서 구성되어 있으므로 이 결선부가 대형화해 버린다. 그리고, 이의 결선부는 코일엔드에서 연출해 있으므로 코일엔드 전체로서의 높이가 높아지고, 통풍저항의 증가를 초래하고, 팬에 의한 냉각풍의 풍량을 저하시켜 냉각성이 악화해 버리는 동시에 결선부가 코일엔드의 凹凸을 초래하고, 바람소리가 증가해 버린다는 과제도 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 된 것으로, 5상의 권선을 전기각에서 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 5상 전기자 권선을 구성하도록 해서 저정류 리플전압을 유지하면서 발전량을 크게 할 수 있는 동시에 중성점을 불필요하게 해서 고정자의 조립성을 향상하고, 냉각성 및 바람소리의 악화를 억제할 수 있는 회전전기를 얻는 것을 목적으로 한다.
또, 5상의 권선을 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 5상 전기자 권선을 구성하고, 또, 5상 인버터를 통해서 전기자 권선에 5상 교류전압을 공급하도록 하고, 고속회전도 구동할 수 있고, 또, 중성점을 필요로 하지 않고, 고정자의 조립성을 향상하고, 냉각성 및 바람소리의 악화를 억제할 수 있는 회전전기를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 회전전기는 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 감겨져 장착(권장, 卷裝)된 전기자 권선과, 계자극과, 내연기관의 회전을 동기해서 회전하는 회전자계에 따라 상기 전기자 권선이 유지되는 교류출력을 정류하는 정류기를 소유하고, 상기 정류기로부터의 정류출력에 의해 축전지를 충전하는 회전전기에 있어서, 상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 환상으로 결선해서 구성되고, 또, 상기 정류기는 5상 전파정류기에 의해 구성되어 있는 것이다.
또, 인접한 티스에 의해 이루어진 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 직류전원에서 5상 교류전압을 상기 전기자 권선에 공급하는 5상 인버터를 소유하고, 상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 환상으로 결선해서 구성되어 있는 것이다.
또, 상기 계자극의 극수가 2n, 상기 슬롯수가 10n, n이 양의 정수이다.
또, 상기 5상의 권선의 각 권선 피치가 상기 계자극의 4/5이다.
또, 상기 계자극의 극수가 4n, 상기 슬롯수가 5n, n이 양의 정수이고, 상기 5상의 권수가 상기 슬롯을 양다리 거치지 않도록 상기 티스에 감겨있는 것이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기의 구성을 표시하는 종단면도, 도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 회전전기의 회로도, 도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도이다.
도 1 및 도 2에서, 이 회전전기(100)는 교류발전기로서 동작하는 것으로 랜덜형의 회전자(7)가 알루미늄제의 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)로 구성된 케이스(3)내에 샤프트(6)를 통해서 회전이 자유롭게 장착되고, 고정자(8)가 회전자 (7)의 외주측을 덮도록 케이스(3)의 내벽면에 고착되어 구성되어 있다.
샤프트(6)는 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)에 회전이 가능하게 지지되어 있다. 이 샤프트(6)의 일단에는 풀리(4)가 고착되고, 엔진의 회전토크를 벨트(도시않음)를 통해서 샤프트(6)에 전달하도록 되어 있다. 회전자(7)에 전류를 공급하는슬립링(9)이 샤프트(6)의 타단부에 고착되어 한쌍의 브러시(10)가 이 슬립링(9)에 접하도록 케이스(3)내에 배치된 브러시 홀더(11)에 수납되어 있다. 고정자(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조사하는 전압조정기(18)가 브러시 홀더(11)에 감착된 히트싱크(17)에 접착되어 있다.
정류기(12)는 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하기 위한 것으로 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)를 직렬로 접속해서 된 다이오드 쌍이 병렬로 5상 접속된 5상 전파전류기에 의해 구성되고, 케이스(3)내에 장착되어 있다.
회전자(7)은 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자권선(13)과, 이 계자권선 (13)을 덮도록 설치되고, 계자권선(13)에서 발생된 자속에 의해 자극이 형성되는 한 쌍의 폴코어(20),(21)로 구성된다. 한 쌍의 폴코어(20),(21)은 철제로 각각 2개의 클로형상의 클로상 자극(22),(23)이 외주연에 주방향으로 등각피치로 돌출 설치되고, 클로상 자극(22),(23)을 맞물리도록 대향해서 샤프트(6)에 고착되어 있다. 또, 클로상 자극(22),(23)이 계자극에 상당하고 있다.
고정자(8)는 고정자 철심(15)과 고정자 철심(15)에 권장된 전기자 권선(16)을 구비하고 있다. 이 전기자 권선(16)은 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선 (31d), e상 권선(31e)의 5개의 권선(31a ~ 31e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 5상 전기자 권선으로 구성되어 있다. 그리고, 2개의 권선의 각 결선부가 각각 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 결선되어 있다.
또, 팬(5)(내선팬)이 회전자(7)의 축방향의 양단에 고착되어 있다. 그리고, 흡기공(1a),(2a)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 축방향의 단면에 설치되고, 배기공(1b),(2b)이 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)의 외주 양 어깨부에 전기자 권선(16)의 프론트측 및 리어측의 코일엔드군(16a),(16b)의 경방향 외측에 대향해서 설치되어 있다.
또, 정류기(12)의 출력이 축전지(28) 및 전기부하(29)에 공급할 수 있도록 되어 있다.
계속해, 전기자 권선(16)의 권선구조에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 고정자 철심(15)은 축방향으로 뻗는 슬롯(15a)이 주방향으로 소정피치로 20개 형성된 원통상의 적층철심으로 제작되어 있다. 여기서, 계자극으로서의 클로상 자극(22),(23)은 2개씩 형성되어 있다. 그래서, 4개의 계자극에 대해 슬롯(15a)이 20개 형성되어 있고, 1극당의 슬롯수가 5가 되고, 슬롯(15a)은 전기각으로 36도의 피치로 배열되어 있는 것이 된다. 또, 도 3중 1 ~ 20은 슬롯번호를 표시하고 있다.
그리고, 절연피복된 원형단면의 동선으로 제작된 도선(30)이 1번과 6번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 6번과 11번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 11번과 16번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 또 16번과 1번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되어 a상 권선(31a)을 구성하고 있다.
또, 도선(30)이 3번과 8번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 8번과 13번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 13번과 18번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 다시 18번과 3번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되어 b상 권선(31b)을 구성하고 있다.
또, 도선(30)이 5번과 10번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 10번과 15번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 15번과 20번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 다시 20번과 5번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되어 c상 권선(31c)을 구성하고 있다.
또, 도선(30)이 7번과 12번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 12번과 17번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 17번과 2번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 다시 2번과 7번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되어 d상 권선(31d)을 구성하고 있다.
또, 도선(30)이 9번과 14번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 14번과 19번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 계속해 19번과 4번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되고, 다시 4번과 9번의 슬롯(15a)내를 통하도록 환상으로 4턴 권회되어 e상 권선(31e)를 구성하고 있다.
이와 같이 권장된 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)은 각각 4턴의 겹쳐감기 권선으로 되어 있고, 서로 전기각으로 72도의 위상차를 가지고 있다.
그리고, a상 권선(31a)의 감기개시와 b상 권선(31b)의 감기종료가 정류기 (12)의 부착단자에 부착나사 등으로 고착되어 있고, 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, b상 권선(31b)의 감기개시 및 c상 권선(31c)의 감기종료, c상 권선 (31c)의 감기개시 및 d상 권선(31d)의 감기종료, d상 권선(31d)의 감기개시 및 e상 권선(31e)의 감기종료, e상 권선(31e)의 감기개시 및 a상 권선(31a)의 감기종료가 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 이로서, a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선 (31e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선된 전기자 권선(16)을 구성하고 있다.
이와 같이 구성된 회전전기(100)에서는 전류가 축전지(28)에서 브러시(10) 및 슬립링(9)을 통해서 계자권선(13)에 공급되고, 자속이 발생된다. 이 자속에 의해 폴코어(20)의 클로상 자극(22)이 N극에 착자되고, 폴코어(21)의 클로상 자극(23)이 S극에 착자된다. 한편, 엔진의 회전토크가 벨트(도시않음) 및 풀리(4)를 통해서 샤프트(6)에 전달되고, 회전자(7)에 회전된다. 그래서, 전기자 권선(16)에 회전자계가 부여되고, 전기자 권선(16)에 기전력이 발생한다. 이 교류의 기전력이 정류기(12)를 통해 직류로 정류되는 동시에 그 크기가 전압조정기(18)에 의해 조정되고, 축전지(28)에 충전되고, 전기부하(29)에 공급된다.
그리고, 리어측에서는 팬(5)의 회전에 의해 외기가 정류기(12)의 히트싱크 및 전압조정기(18)의 히트싱크(17)에 각각 대향해서 설치된 흡기공(2a)을 통해서 흡입되고, 샤프트(6)의 축에 따라 흘러 정류기(12) 및 전압조정기(18)를 냉각하고, 그 후 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려져서 전기자 권선(16)의 리어측의 코일엔드군(16b)를 냉각하고, 배기공(2b)에 의해 외부로 배출된다. 한편, 프론트측에서는 팬(5)의 회전에 의해 외기가 흡기공(1a)에서 축방향으로 흡입되고, 그 후 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려져서 전기자 권선(16)의 프론트측의 코일엔드군(16a)을 냉각하고, 배기공(1b)으로부터 외부로 배출된다.
여기서, 이 회전전기(100)에서는 회전속도가 늦을 때는 환상 결선된 5상의 권선(a상 권선(31a) ~ e상 권선(31e))의 직렬에 접속된 2개의 권선에 의한 기전력이 최대가 되고, 이 최대의 기전력을 가지고 발전하게 된다. 이때, 선간의 기전력은 1상의 권선의 기전력의 1.618배(= 2 ×sin(54°))가 된다. 그리고, 발전전류는 어스단자로부터 정류기(12)의 마이너스측 다이오드(d2)를 통해서 직렬 접속된 2개의 권선 또는 직렬 접속된 3개의 권선을 통하고, 플러스측 다이오드(d1)를 통해서 축전지(28)를 충전한다.
또, 회전속도가 빨라지면, 1상의 권선의 기전력으로도 축전지(28)를 충전 가능해진다. 그래서, 발전전류가 어스단자로부터 정류기(12)의 마이너스측 다이오드 (d2)를 통해서 하나의 권선을 통하고, 플러스측 다이오드(d1)를 통해서 축전지(28)를 충전하는 경로와, 어스단자로부터 마이너스측 다이오드(d2)를 통해서 직렬 접속된 2개의 권선을 통하고 플러스측 다이오드(d1)를 통해서 축전지(28)를 충전하는 경로가 혼재(混在)한다. 그리고, 하나의 권선만을 통하는 통전경로의 경우 직렬 접속된 2개의 권선을 통하는 통전경로에 비해 권선의 임피던스가 작고, 보다 많은 전류를 흘릴 수가 있다.//
따라서, 이 실시의 형태 1에 의하면, 회전속도가 느릴 때는 선간의 기전력이 1상의 권선의 기전력의 1.618배이고, 5상 성형결선(1.902배)에 비해 작으므로 발전량이 적다. 그러나, 회전속도가 빨라지면, 하나의 권선만을 통과하는 통전경로와 직렬 접속된 2개의 권선을 통하는 통전경로가 혼재하므로 직렬 접속된 2개의 권선을 통하는 통전경로만의 5상 성형권선에 비해 권선의 인피던스가 작고, 보다 많은 전류를 흘릴 수가 있어 발전량을 크게 할 수가 있다.
또, 이 전기자 권선(16)은 5상의 권선(31a ~ 31e)을 환상으로 결선해서 구성하고 있으므로 3상의 권선을 성형결선해서 전기자 권선을 구성한 경우에 비해 전류의 3차 고조파 성분이 적고, 전자소음을 작게 할 수가 있고, 또, 직류 출력전류가 크고 효율이 좋다.
또, 이 회전전기(100)에서도 종래의 성형결선된 5상 전기자 권선을 채용한 발전기와 같이 성형결선된 3상 전기자 권선을 채용한 발전기에 비해 맥동율을 작게 할 수 있으므로 정류 리플전압이 저감되고, 차량 탑재의 전기부하에 미치는 악영향을 작게 할 수 있고, 또 고출력화를 도모할 수가 있었다.
또, 5상의 권선을 환상으로 결선해서 전기자 권선(16)을 구성하고 있으므로 성형결선해서 전기자 권선을 구성할 때에 시행되는 5개의 권선의 감기종료를 정리해서 결선하는 중성점 결선작업이 불필요해지고, 고정자의 조립성이 향상된다.
또, 예를 들면 각 상의 권선이 2개의 권선을 병렬로 접속해서 구성되어 있는 경우에는 10개의 권선의 단부를 정리해서 결선해 중성점으로 할 필요가 없으므로 간단하게 5상 전기자 권선을 구성할 수가 있다.
또, 대용량의 중성점의 결선부에 기인하는 코일엔드 전체로서의 높이의 증가나 코일엔드의 凹凸이 없이 팬(5)에 의한 냉각풍의 풍량의 저하나 바람소리의 증가가 억제된다.
계속해, 이 회전전기(100)을 구동시켜서 발전량을 측정한 결과를 도 4에 표시한다. 도 4중 실선은 회전전기(100)의 발전량을 표시하고, 점선은 5상의 권선 (31a ~ 31e)를 성형결선해서 구성한 전기자 권선(60)을 전기자 권선(16) 대신에 탑재한 비교예로서의 회전전기의 발전량을 표시하고 있다. 그리고, 회전전기(100)에서의 5상의 권선(31a ~ 31e)에 흐르는 전류를 도 5에 표시하고, 비교예로서의 회전전기에서의 5상의 권선(31a ~ 31e)에 흐르는 전류를 도 6에 표시하고 있다. 도 6중 선전류는 각 상의 권선에 흐르는 전류와 같으므로 생략하였다.
우선, 비교예로서의 회전전기에 적용되는 전기자 권선(60)은 도 7에 표시된바와 같이 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)의 감기종료가 정리되고, 납땜 등에 의해 접합되어 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 성형결선된 5상 성형결선으로 구성되어 있다. 또, a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)은 이 실시의 형태 1과 같이 고정자 철심(15)에 권장되어 있다. 그리고, a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)의 감기종료를 정리해서 접합한 접합부가 중성점 N이 된다.
그리고, 비교예로서의 회전전기는 도 8에 표시된 바와 같이 a상 권선(31a), b상 권선(31b), c상 권선(31c), d상 권선(31d) 및 e상 권선(31e)의 감기개시가 인출선이 되고, 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다.
이 비교예로서의 회전전기에서는 성형결선된 5개의 권선(31a ~ 31e)중 직렬 접속된 전기각으로 144도의 위상차를 갖는 2개의 권선, 예를들면 a상 권선(31a)과 c상 권선(31c)에 의한 기전력이 최대가 되고, 이 최대의 기전력을 가지고 발전하게 된다, 이때, 선간의 기전력은 1상의 권선의 기전력의 1.902배(= 2 ×sin(72°))가 된다. 또, 발전전류는 직렬 접속된 2개의 권선을 흐르게 된다.
도 4에서, 회전전기(100)는 약 1000rpm을 초과하면 비교예로서의 회전전기 보다 발전량이 많아지는 것을 알 수 있다.
즉, 약 1000rpm 이하에서는 전기자 권선(16)에서는 선간의 기전력이 1상의 권선의 기전력의 1.618배(= 2 ×sin(54°))이고, 전기자 권선(60)(1.902배)에 비해 작으므로 회전전기(100)의 발전량이 비교예에 비해 적어진다. 그러나, 약 1000rpm을 초과하면, 전기자 권선(16)에서는 발전전류의 경로가 하나의 권선만을 통과하는 경로와 직렬 접속된 2개의 권선을 통하는 경로가 혼재하므로 발전전류가 직렬 접속된 2개의 권선만을 통하는 전기자 권선(60)에 비해 권선의 임피던스가 작아지고, 회전전기(100)의 발전량이 비교예에 비해 커진다.
도 5 및 도 6에서, 각 권선(31a ~ 31e)을 흐르는 전류의 기본 파형은 동등하고, 회전전기(100)에서의 직류 출력전류(DC전류)가 비교예 보다 큰 것을 알 수 있다.
그리고, 권선 그 자체에 흐르는 전류는 같으므로 동손(銅損)도 같게 된다.
한편, 직류 출력전류는 회전전기(100)가 비교예에 비해 크다. 그래서, 회전전기(100)는 비교예에 대해 효율이 좋은 것이 된다.
실시의 형태 2.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도이다.
도 9에서, a상 권선(32a)은 도선(30)을 1번과 6번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회하고, 계속해 11번과 16번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회해서 구성되어 있다.
또, b상 권선(32b)은 도선(30)을 3번과 8번의 슬롯(15a)내에 통하도록 8턴 권회하고, 계속해 13번과 18번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회해서 구성되어 있다.
또, c상 권선(32c)은 도선(30)을 5번과 10번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회하고, 계속해 15번과 20번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회해서 구성되어 있다.
또, d상 권선(31d)은 도선(30)을 7번과 12번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회하고, 계속해 17번과 2번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회해서 구성되어 있다.
또, e상 권선(31e)은 도선(30)을 9번과 14번의 슬롯(15a)내를 통하도록 8턴 권회하고, 계속해 19번과 4번의 슬롯(15a)내를 통과 하도록 8턴 권회해서 구성되어 있다.
이와 같이 권장된 a상 권선(32a), b상 권선(32b), c상 권선(32c), d상 권선(32d) 및 e상 권선(32e)은 각각 8턴의 겹쳐감기 권선으로 되어 있고, 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖고 있다.
그리고, 도시하고 있지 않으나, a상 권선(32a)의 감기개시와 b상 권선(32b)의 감기종료가 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기 (12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다.
마찬가지로, b상 권선(32b)의 감기개시 및 c상 권선(32c)의 감기종료, c상 권선 (32c)의 감기개시 및 d상 권선(32d)의 감기종료, d상 권선(32d)의 감기개시 및 e상 권선(32e)의 감기종료, e상 권선(32e)의 감기개시 및 a상 권선(32a)의 감기종료가 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다.
이로서, a상 권선(32a), b상 권선(32b), c상 권선(32c), d상 권선(32d) 및 e상 권선(32e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선된 전기자 권선(16A)을 구성하고 있다.
또, 이 실시의 형태 2는 전기자 권선 16 대신에 전기자 권선 16A를 사용하고 있는 점을 제외하고는 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.
따라서, 이 실시의 형태 2에서도 전기자 권선(16A)이 a상 권선(32a), b상 권선(32b), c상 권선(32c), d상 권선(32d) 및 e상 권선(32e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 구성되어 있으므로 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어진다.
실시의 형태 3.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도이다.
도 10에서, a상 권선(33a)은 도선(30)을 1번, 6번, 11번, 16번의 각 슬롯 (15a)내에 1번지와 2번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 2번지와 1번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 3번지와 4번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 다시 4번지와 3번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장해서 4턴의 웨이브 와인딩 권선으로 구성되어 있다. 여기서, 1번지 ~ 4번지는 각 슬롯(15a)내에서의 슬롯 깊이방향으로 도선(30)의 수납위치이다. 즉, 도선(30)은 각 슬롯(15a)내에 슬롯 깊이방향으로 1렬로 나란히 해 4층 수납되고, 1번지는 슬롯(15a)내의 최내층에, 4번지는 슬롯(15a)내의 최외층에 상당한다.
b상 권선(33b)은 도선(30)을 3번, 8번, 13번, 18번의 각 슬롯(15a)내에 1번지와 2번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 2번지와 1번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 3번지와 4번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 다시 4번지와 3번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장해서 4턴의 웨이브 와인딩 권선으로 구성되어 있다.
c상 권선(33c)은 도선(30)을 5번, 10번, 15번, 20번의 각 슬롯(15a)내에 1번지와 2번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 2번지와 1번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 3번지와 4번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 다시 4번지와 3번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장해서 4턴의 웨이브 와인딩 권선으로 구성되어 있다.
d상 권선(33d)은 도선(30)을 7번, 12번, 17번, 2번의 각 슬롯(15a)내에 1번지와 2번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 2번지와 1번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 3번지와 4번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 다시 4번지와 3번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장해서 4턴의 웨이브 와인딩 권선으로 구성되어 있다.
e상 권선(33e)은 도선(30)을 9번, 14번, 19번, 4번의 각 슬롯(15a)내에 1번지와 2번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 2번지와 1번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 계속해 3번지와 4번지를 교호로 채택하도록 웨이브 와인딩으로 1주 권장하고, 다시 4번지와 3번지를 교호로 채택하도록 1주 권장해서 4턴의 웨이브 와인딩 권선으로 구성되어 있다.
이와 같이 권장된 a상 권선(33a), b상 권선(33b), c상 권선(33c), d상 권선(33d) 및 e상 권선(33e)는 서로 전기각으로 72도의 위상차를 가지고 있다.
그리고, 도시하고 있지 않으나, a상 권선(33a)의 감기개시와 b상 권선(33b)의 감기종료가 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등으로 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 마찬가지로 b상 권선(33b)의 감기개시 및 c상 권선(33c)의 감기종료, c상 권선(33c)의 감기개시 및 d상 권선(33d)의 감기종료, d상 권선(33d)의 감기개시 및 e상 권선(33e)의 감기종료, e상 권선(33e)의 감기개시 및 a상 권선(33a)의 감기종료가 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등으로 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 이로서, a상 권선(33a), b상 권선(33b), c상 권선(33c), d상 권선(33d) 및 e상 권선(33e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선된 전기자 권선(16B)을 구성하고 있다.
또, 이 실시의 형태 3은 전기자 권선 16 대신에 전기자 권선 16B를 사용하고 있는 점을 제외하고는 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.
따라서, 이 실시의 형태 3에서도 전기자 권선(16B)이 a상 권선(33a), b상 권선(33b), c상 권선(33c), d상 권선(33d) 및 e상 권선(33e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 구성되어 있으므로 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어진다.
실시의 형태 4.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도이다.
도 11에서, a상 권선(34a)은 도선(30)을 1번지와 5번지의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 6번과 10번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 11번과 15번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 다시 16번과 20번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회해서 구성되어 있다.
b상 권선(34b)은 도선(30)을 3번과 7번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 8번과 12번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 13번과 17번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 다시 18번과 2번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회해서 구성되어 있다.
c상 권선(34c)은 도선(30)을 5번과 9번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 10번과 14번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 15번과 19번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 다시 20번과 4번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회해서 구성되어 있다.
d상 권선(34d)은 도선(30)을 7번과 11번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 12번과 16번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 17번과 1번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 다시 2번과 6번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회해서 구성되어 있다.
e상 권선(34e)은 도선(30)을 9번과 13번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 14번과 18번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 계속해 19번과 3번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회하고, 다시 4번과 8번의 슬롯(15a)내를 통하도록 4턴 권회해서 구성되어 있다.
이와 같이 권장된 a상 권선(34a), b상 권선(34b), c상 권선(34c), d상 권선(34d) 및 e상 권선(34e)은 각각 4턴의 겹쳐감기 권선이 되어 있고, 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖고 있다.
그리고, 도시하고 있지 않으나, a상 권선(34a)의 감기개시와 b상 권선(34b)의 감기종료가 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, b상 권선(34b)의 감기개시 및 c상 권선(34c)의 감기종료, c상 권선(34c)의 감기개시 및 d상 권선(34d)의 감기종료, d상 권선(34d)의 감기개시 및 e상 권선(34e)의 감기종료, e상 권선(34e)의 감기개시 및 a상 권선(34a)의 감기종료가 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 이로서, a상 권선(34a), b상 권선(34b), c상 권선(34c), d상 권선(34d) 및 e상 권선(34e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선된 전기자 권선(16C)을 구성하고 있다.
또, 이 실시의 형태 4는 전기자 권선 16에 대신해서 전기자 권선 16C를 사용하고 있는 점을 제외하고, 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.
따라서, 이 실시의 형태 4에서도 전기자 권선(16C)이 a상 권선(34a), b상 권선(34b), c상 권선(34c), d상 권선(34d) 및 e상 권선(34e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 구성되어 있으므로 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어진다.
여기서, 상기 실시의 형태 1에서는 5상의 권선을 환상으로 결선해서 전기자 권선(16)을 구성하고 있으므로 5차 고조파 기전력에 의해 순환전류가 생겨 효율을 저하시키고 있다.
그러나, 이 실시의 형태 4에서는 도선(30)이 4슬롯 떨어진 슬롯(15a)의 쌍에 권회되어 있고, 또 1자극당의 슬롯수는 5로 되어 있으므로 이 전기자 권선(16C)은 4/5극 피치의 단절감기로 되고, 5차 고조파 기전력을 캔슬할 수 있고, 순환전류를 저감해서 효율이 높은 그리고 전자소음이 작은 회전전기를 얻을 수가 있다.
또, 상기 실시의 형태 1 ~ 4에서는 회전자(7)의 자극이 4극에 대해 슬롯 (15a)이 20개 형성되어 있는 것으로 하고 있으나, 자극수 및 슬롯수는 이에 한정하는 것은 아니고, 자극수가 2n, 슬롯수가 10n(n = 1, 2, 3ㆍㆍㆍ)이면 된다.
실시의 형태 5.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 고정자 단면도이다. 또, 도면중 1 ~ 20은 티스번호를 표시하고 있다.
도 12에서, 고정자(8A)는 티스(15b)에 의해 구성된 20개의 슬롯(15a)이 등각피치로 주방향으로 배열된 원통상의 고정자 철심(15)과, 5상의 권선(35a ~ 35e)을 환상으로 결선하여서 된 전기자 권선(16D)으로 구성되어 있다.
회전자(7A)는 계자극으로서의 16개의 영구자석(40)이 예를 들면 알루미늄으로 제작된 원통상의 기부(41)의 외주면에 등각피치로 주방향으로 배치되어 구성되어 있다. 그리고, 각 영구자석(40)은 주방향으로 N극과 S극에 교호로 착자되어 있다.
그리고, 16개의 계자극에 대해 슬롯(15a)(티스(15b))이 20개 형성되어 있고, 1극당의 슬롯수가 1.25가 되고, 슬롯(15a)(티스(15b))은 전기각으로 144도의 피치로 배열되어 있는 것이 된다.
여기서, a상 권선(35a)은 도선(30)을 1번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 6번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 11번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 다시 16번의 티스(15b)에 4턴 권회해서 구성되어 있다.
b상 권선(35b)은 도선(30)을 20번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 5번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 10번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 다시 15번의 티스(15b)에 4턴 권회해서 구성되어 있다.
c상 권선(35c)은 도선(30)을 19번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 4번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 9번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 다시 14번의 티스(15b)에 4턴 권회해서 구성되어 있다.
d상 권선(35d)은 도선(30)을 18번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 3번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 8번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 다시 13번의 티스(15b)에 4턴 권회해서 구성되어 있다.
e상 권선(35e)은 도선(30)을 17번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 2번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 계속해 7번의 티스(15b)에 4턴 권회하고, 다시 12번의 티스(15b)에 4턴 권회해서 구성되어 있다.
그리고, 도시하고 있지 않으나, a상 권선(35a)의 감기개시와 d상 권선(35d)의 감기종료가 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기 (12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, b상 권선(35b)의 감기개시 및 e상 권선(35e)의 감기종료, c상 권선(35c)의 감기개시 및 a상 권선(35a)의 감기종료, d상 권선(35d)의 감기개시 및 b상 권선(35b)의 감기종료, e상 권선(35e)의 감기개시 및 c상 권선(35c)의 감기종료가 각각 정류기(12)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 정류기(12)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다. 이로서, a상 권선(35a), b상 권선(35b), c상 권선 (35c), d상 권선(35d) 및 e상 권선(35e)이 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선된 전기자 권선(16D)을 구성하고 있다.
또, 이 실시의 형태 5는 전기자 권선 16 대신에 전기자 권선 16D를 사용해 회전자 7 대신에 회전자 7A를 사용하고 있는 점을 제외하고, 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.
따라서, 이 실시의 형태 5에서도 전기자 권선(16D)이 a상 권선(35a), b상 권선(35b), c상 권선(35c), d상 권선(35d) 및 e상 권선(35e)을 서로 전기각으로 72도의 위상차를 갖도록 환상으로 결선해서 구성되어 있으므로 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어진다.
이 실시의 형태 5에서는 도선(30)이 티스(15b)를 걸치지 않고 5티스마다의 티스(15b)에 권회되어 1상의 권선을 구성하고, 또, 1자극당의 슬롯수는 1.25가 되어 있으므로 이 전기자 권선(16D)은 4극 5슬롯 집중감기가 되고, 즉 권선의 피치가 4/5극 피치가 되고, 상기 실시의 형태 4와 같이 5차 고조파 기전력을 캔슬할 수 있고, 순환전류를 저감해서 효율이 높고, 또, 전자소음이 작은 회전전기를 얻을 수가 있다.
또, 도선(30)이 티스(15b)를 걸치지 않고 5티스마다의 티스(15b)에 감겨져 있으므로 도선(30)을 티스(15b)를 걸쳐서 소정 슬롯수 떨어진 슬롯쌍에 감고 있는 상기 실시의 형태 1 ~ 4의 전기자 권선에 비해 각 상의 권선간의 간섭이 적고, 점적율을 향상시킬 수 있는 동시에 코일엔드의 축방향의 팽창이나 높이를 저감할 수 있고, 고출력화, 저풍음화 및 소형화가 도모된다.
또, 상기 실시의 형태 5에서는 계자극으로서 영구자석(40)을 구비한 회전자 (7A)를 사용하는 것으로 하고 있으나, 회전자 7A 대신에 회전자 7을 사용해도 같은 효과가 얻어진다.
또, 상기 실시의 형태 1 ~ 4에서, 회전자 7 대신에 회전자 7A를 사용해도 되는 것은 말할 필요가 없다.
또, 상기 실시의 형태 5에서는 회전자(7A)의 자극이 16극에 대해 슬롯(15a)이 20개 형성되어 있는 것으로 하고 있으나, 자극수 및 슬롯수는 이에 한정되는 것은 아니고, 자극수가 4n, 슬롯수가 5n(n = 1, 2, 3ㆍㆍㆍ)이면 된다.
실시의 형태 6.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 회전전기의 회로도이다.
도 13에서, 5상 인버터(45)는 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드 (d2)를 직렬로 접속해서 되는 다이오드쌍이 병렬로 5쌍 접속되고, 트랜지스터(Tr)가 각 다이오드(d1),(d2)에 콜렉터 단자를 다이오드의 플러스측에 접속하고, 이미터 단자를 다이오드의 마이너스측에 접속해서 구성되어 있다.
그리고, a상 권선(31a)의 감기개시 및 b상 권선(31b)의 감기종료, b상 권선(31b)의 감기개시 및 c상 권선(31c)의 감기종료, c상 권선(31c)의 감기개시 및 d상 권선(31d)의 감기종료, d상 권선(31d)의 감기개시 및 e상 권선(31e)의 감기종료, e상 권선(31e)의 감기개시 및 a상 권선(31a)의 감기종료가 각각 5상 인버터(45)의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착되어서 5상 인버터(45)의 플러스측 다이오드(d1)와 마이너스측 다이오드(d2)와의 접속부에 전기적으로 접속된다.
또, 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.
이 실시의 형태 6에 의한 회전전기는 전 트랜지스터(Tr)를 오프라고 하면, 5상 인버터(45)는 5상 전파 정류기로서 기능하고, 상기 실시의 형태 1과 같이 교류발전기로서 동작한다.
또, 트랜지스터(Tr)를 온ㆍ오프 제어해서 축전지(28)의 직류전압을 전기자 권선(16)에 공급함으로서, 회전자(7)를 회전구동할 수 있고, 전동기로서 동작한다.
계속하여 전동기로서의 회전전기의 구동방법에 대해 도 14 내지 도 19를 참조하면서 설명한다.
도 14는 통신각 72도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면, 도 15는 도 14중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면, 도 16은 통전각 144도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면, 도 17은 도 16중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면, 도 18은 통전각 180도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면, 도 19는 도 18중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면이다.
또, 도 14, 도 16 및 도 18에서, (a)는 점 A의 양측의 플러스측 다이오드 (d1) 및 마이너스측 다이오드(d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하고, (b)는 점 B의 양측의 플러스측 다이오드(d1) 및 마이너스측 다이오드(d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하고, (c)는 점 C의 양측의 플러스측 다이오드 (d1) 및 마이너스측 다이오드(d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하고, (d)는 점 D의 양측의 플러스측 다이오드 (d1) 및 마이너스측 다이오드(d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하고, (e)는 점 E의 양측의 플러스측 다이오드 (d1) 및 마이너스측 다이오드(d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하고 있다. 그리고, Pon은 플러스측 다이오드(d1)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온을 표시하고, Non은 마이너스측 다이오드 (d2)에 접속된 트랜지스터(Tr)의 온을 표시하고 있다.
우선, 통전각 72도의 구형파 구동에서는 도 14에 표시된 바와 같이 5개의 플러스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 72도의 사이 온하고, 5개의 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 72도의 사이 온하고, 또, 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 직렬 접속되어 있는 플러스측의 트랜지스터(Tr)에 대해 180도씩 밀려서 온하도록 제어된다. 그리고, 각 트랜지스터(Tr)는 1주기(360도)중 72도의 사이 온하도록 제어되어 있다(72도 통전).
이 통전각 72도의 구형파 구동에서는 플러스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 하나와 마이너스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 하나가 온하고, 다른 트랜지스터(Tr)는 오프가 되어 있다. 그리고, 예를 들면 시각 X에서는 도 15에 화살표로 표시된 바와 같이 전류는 직렬 접속된 2개의 권선(31a),(31b)과 직렬 접속된 3개의 권선(31c), (31d),(31e)에 흐른다.
여기서, 전동기가 낼 수 있는 최대전압에 대해 전류를 흘리게 되어 고속회전에서는 최대전압(직렬 접속된 2개의 권선(31a),(31b)의 선간전압)이 전원전압(축전지(28)의 전압)을 상회하고, 전류가 흐르지 않게 된다.
계속해, 통전각 144도의 구형파 구동에서는 도 16에 표시된 바와 같이 5개의 플러스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 144도의 사이 온하고, 5개의 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 144도의 사이 온하고, 또, 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 직렬 접속되어 있는 플러스측의 트랜지스터(Tr)에 대해 180도씩 밀려서 온하도록 제어된다. 그리고, 각 트랜지스터(Tr)는 1주기(360도)중 144도의 사이 온하도록 제어되어 있다(144도 통전).
이 통전각 144도의 구형파 구동에서는 플러스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 2개와 마이너스측 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 2개가 온하고, 다른 트랜지스터(Tr)는 오프가 되어 있다. 그리고, 예를 들면 시각 X에서는 도 17에 화살표로 표시된 바와 같이 권선(31b),(31e)이 단락상태가 되고, 하나의 권선(31a)과 직렬 접속된 2개의 권선(31c),(31d)에 흐른다.
그래서, 고속회전이 되어 최대전압(직렬 접속된 2개의 권선(31c),(31d)의 선간전압)이 전원전압(축전지(28)의 전압)을 상회하고, 전류가 직렬 접속된 2개의 권선(31c),(31d)에 흐르지 않게 되어도 하나의 권선(31a)의 기전력은 작으므로 전류는 권선(31a)을 흐른다. 따라서, 고속까지 전동기를 구동시킬 수가 있게 된다.
또, 통전각 180도의 구형파 구동에서는 도 18에 표시된 바와 같이 5개의 플러스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 180도의 사이 온하고, 5개의 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 72도씩 밀려서 순차 180도의 사이 온하고, 또, 마이너스측의 트랜지스터(Tr)가 직렬 접속되어 있는 플러스측의 트랜지스터(Tr)에 대해 180도씩 밀려서 온하도록 제어된다. 그리고, 각 트랜지스터(Tr)는 1주기(360도)중 180도의 사이 온하도록 제어되어 있다(180도 통전). 또, 직렬 접속된 플러스측 및 마이너스측의 트랜지스터(Tr)의 온ㆍ오프 전환시에 축전지(28)가 단락하지 않도록 통전각은 180도 미만으로 되어 있다.
이 통전각 180도의 구형파 구동에서는 플러스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 3개와 마이너스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 2개가 온하고, 다른 트랜지스터(Tr)는 오프가 되어 있는 상태와 플러스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 2개와 마이너스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 3개가 온하고, 다른 트랜지스터 (Tr)는 오프로 되어 있는 상태와의 어느 한 상태를 채택한다. 그리고, 예를 들면 시각 X에서는 도 19에 화살표로 표시된 바와 같이 3개의 권선 31b, 31d, 31e가 단락상태가 되고, 하나의 권선 31a와 하나의 권선 31c로 흐른다.
그래서, 고속회전이 되어도 하나의 권선 31a, 31c의 기전력은 작으므로 전류는 권선 31a, 31c를 흐른다. 따라서, 고속까지 전동기를 구동시킬 수 있게 된다.
또, 플러스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 2개와 마이너스측의 트랜지스터(Tr)의 어느 것인가 3개가 온하고, 다른 트랜지스터(Tr)는 오프가 되어 있는 상태에서도 3개의 권선이 단락상태가 되고, 같은 결과가 된다.
여기서는 구형파 구동의 통전각 θ가 144도, 180도의 경우에 고속까지 전동기를 구동할 수 있는 것을 표시하고 있으나, 구형파 구동의 통전각 θ가 72도<θ<180도이면, 같은 효과가 얻어진다.
한편, 전기자 권선(16) 대신에 5상 성형결선의 전기자 권선(60)을 사용한 경우 전류가 항상 직렬 접속된 2개의 권선을 흐른다. 그래서, 고속회전이 되어 최대전압(직렬 접속된 2개의 권선의 선간전압)이 전원전압(축전지(28)의 전압)을 상회하면, 전류가 직렬 접속된 2개의 권선에 흐르지 않게 된다. 즉, 고속까지 전동기를 구동할 수 없게 된다.
또, 전기자 권선(16) 대신에 3상 Δ결선의 전기자 권선을 사용한 경우 전류가 항상 하나의 권선을 흐른다. 그리고, 하나의 권선의 기전력이 최대전압이 되는 것으로 고속회전이 되어 이 최대전압이 전원전압(축전지(28)의 전압)을 상회하면, 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 고속까지 전동기를 구동할 수 없게 된다.
이와 같이 이 실시의 형태 6에 의하면, 최대의 기전력은 직렬 접속된 2개의 권선의 선간전압이고, 구형파 구동의 통전각 θ가 72도<θ<180도이면, 하나의 권선 단독으로 통전할 수 있으므로 고속까지 모터 구동이 가능하고, 또, 저속에서 발전할 수 있는 전동발전기로서 사용가능한 회전전기가 얻어진다.
또, 상기 각 실시의 형태에서는 원형 단면의 도선(30)을 사용해서 전기자 권선을 제작하는 것으로 하고 있으나, 단면 구형의 도선을 사용해서 전기자 권선을 제작해도 된다. 이 경우 전기자 권선의 점적율을 향상할 수 있는 동시에 코일엔드를 쉽게 정렬화가 되고, 코일엔드의 정렬화에 의해 권선 전장이 짧아지고, 권선저항이 내려지므로 고출력화가 가능해진다. 또, 코일엔드의 정렬화에 의해 내선(內扇) 팬에서 송풍되는 냉각풍에 대한 코일엔드군의 통풍저항이 내려가고, 바람소리를 저감할 수가 있다.
또, 상기 실시의 형태에서는 각 상의 권선이 4턴 또는 8턴으로 감겨져 있는 것으로 하고 있으나, 각 상의 권선의 턴수는 이에 한정되는 것은 아니고, 사양에 의해 적당히 설정되는 것이다.
또, 상기 실시의 형태 6에서는 전기자 권선(16)을 사용하는 것으로 설명하고 있으나, 전기자 권선 16 대신에 전기자 권선 16A, 16B, 16C, 16D를 사용해도 같은 효과를 나타낸다.
또, 상기 각 실시의 형태에서는 전기각으로 72도의 위상차를 갖는 각 2상의 권선의 감기개시와 감기종료의 양자의 인출선으로서 정류기 또는 5상 인버터의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착하는 것으로 설명하고 있으나, 고정자의 조립단계에서 전기각으로 72도의 위상차를 갖는 각 2상의 권선의 감기개시와 감기종료를 납땜 등으로 접합하고, 전기각으로 72도의 위상차를 갖는 각 2상의 권선의 감기개시와 감기종료의 한쪽을 인출선으로 해서 정류기 또는 5상 인버터의 부착단자에 부착나사 등에 의해 고착하도록 해도 된다.
본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으므로 아래에 기재된 바와 같은 효과를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 내연기관의 회전에 동기해서 회전하는 회전자계에 따라 상기 전기자 권선에 유기되는 교류출력을 정류하는 정류기를 소유하고, 상기 정류기로부터의 정류출력에 의해 축전지를 충전하는 회전전기에 있어서, 상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 되도록 환상으로 결선해서 구성되고, 또, 상기 정류기는 5상 전파정류기에 의해 구성되어 있으므로 저정류 리플전압을 유지하면서 발전량을 크게 할 수 있으며, 중성점을 필요로 하지 않고, 고정자의 조립성을 향상하고, 냉각성 및 바람소리의 악화를 억제할 수가 있는 발전기로서 동작하는 회전전기가 얻어진다.
또, 인접하는 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 직류전원에서 5상 교류전압을 상기 전기자 권선에 공급하는 5상 인버터를 소유하고, 상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르도록 환상으로 결선해서 구성되어 있으므로 저정류 리플전압을 유지하면서 발전량을 크게 할 수 있는 동시에 중성점을 필요로 하지 않고, 고정자의 조립성을 향상하고, 냉각성 및 바람소리의 악화를 억제할 수가 있고, 또 고속까지 모터 구동할 수 있는 전동발전기로서 동작하는 회전전기가 얻어진다.
또, 상기 계자극의 극수가 2n, 상기 슬롯수가 10n, n이 양의 정수이므로 공간 기자력 고조파를 저감하고, 전자소음을 저감할 수 있다.
또, 상기 5상의 권선의 각 권선 피치가 상기 계자극의 피치의 4/5이므로 순환전류를 저감시킬 수 있고, 효율을 향상시킬 수가 있다.
또, 상기 계자극의 극수가 4n, 상기 슬롯수가 5n, n이 양의 정수이고, 상기 5상의 권선이 상기 슬롯을 걸치지 않도록 상기 티스에 감겨져 있으므로 순환전류를 저감할 수 있고, 또, 점적율이 높여지고, 효율을 향상시킬 수 있는 동시에 코일엔드를 작게 할 수 있고, 소형화가 도모된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기의 구성을 표시하는 종단면도,
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기의 구성을 표시하는 회로도,
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도,
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기에서의 회전속도와 발전량의 관계를 표시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 회전전기의 구동시에서의 전기자 권선의 각상 권선에 흐르는 상전류를 표시하는 종단면도,
도 6은 비교예의 회전전기의 구동시에서의 전기자 권선의 각상 권선에 흐르는 상전류를 표시하는 도면,
도 7은 비교예의 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도,
도 8은 비교예의 회전전기의 회로도,
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도,
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도,
도 11은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 전개도,
도 12는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 회전전기에서의 전기자 권선의 구성을 설명하는 고정자 단면도,
도 13은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 회전전기의 회로도,
도 14는 통전각 72도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면,
도 15는 도 14중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면,
도 16은 통전각 144도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면,
도 17은 도 16중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면,
도 18은 통전각 180도의 구형파 구동에서의 트랜지스터의 온ㆍ오프의 타이밍을 표시하는 도면,
도 19는 도 18중 시각 X에서의 회전전기의 전기자 권선을 흐르는 전류의 흐름을 설명하는 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 정류기, 15 : 고정자 철심,
15a : 슬롯, 15b : 티스,
16, 16A, 16B, 16C, 16D : 전기자 권선,
22,23 : 클로상 자극(계자극), 28 : 축전지
31a, 32a, 33a, 34a, 35a : a상 권선,
31b, 32b, 33b, 34b, 35b : b상 권선,
31c, 32c, 33c, 34c, 35c : c상 권선,
31d, 32d, 33d, 34d, 35d : d상 권선,
31e, 32e, 33e, 34e, 35e : e상 권선,
40 : 영구자석(계자극), 45 : 5상 인버터.

Claims (5)

  1. 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 내연기관의 회전에 동기해서 회전하는 회전자계에 따라 상기 전기자 권선에 유기되는 교류출력을 정류하는 정류기를 포함하고, 상기 정류기로부터의 정류출력에 의해 축전지를 충전하는 회전전기에 있어서,
    상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 되도록 환상으로 결선해서 구성되고,
    상기 정류기는 5상 전파정류기에 의해 구성되며,
    상기 계자극의 극수가 2n, 상기 슬롯수가 10n이고(여기서, n은 양의 정수),
    상기 5상의 권선의 각 권선 피치가 상기 계자극의 피치의 4/5인 것을 특징으로 하는 회전전기.
  2. 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 직류전원으로부터 5상 교류전압을 상기 전기자 권선에 공급하는 5상 인버터를 포함하고,
    상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 되도록 환상으로 결선해서 구성되고,
    상기 계자극의 극수가 2n, 상기 슬롯수가 10n이고(여기서, n은 양의 정수),
    상기 5상의 권선의 각 권선 피치가 상기 계자극의 피치의 4/5인 것을 특징으로 하는 회전전기.
  3. 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 내연기관의 회전에 동기해서 회전하는 회전자계에 따라 상기 전기자 권선에 유기되는 교류출력을 정류하는 정류기를 포함하고, 상기 정류기로부터의 정류출력에 의해 축전지를 충전하는 회전전기에 있어서,
    상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 되도록 환상으로 결선해서 구성되고,
    상기 정류기는 5상 전파정류기에 의해 구성되며,
    상기 계자극의 극수가 4n, 상기 슬롯수가 5n이고(여기서, n은 양의 정수),
    상기 5상의 권선이 상기 슬롯에 걸치지 않도록 상기 티스에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  4. 인접한 티스에 의해 구획된 슬롯이 주방향으로 소정수 배열된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권장된 전기자 권선과, 계자극과, 직류전원으로부터 5상 교류전압을 상기 전기자 권선에 공급하는 5상 인버터를 포함하고,
    상기 전기자 권선은 5상의 권선을 기전력의 전기각 위상이 서로 대략 72도 다르게 되도록 환상으로 결선해서 구성되고,
    상기 계자극의 극수가 4n, 상기 슬롯수가 5n이고(여기서, n은 양의 정수),
    상기 5상의 권선이 상기 슬롯에 걸치지 않도록 상기 티스에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  5. 삭제
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