KR100915964B1 - 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는영구자석식 교류 발전기 - Google Patents

관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는영구자석식 교류 발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동체에 의하여 구동되어 교류전압을 발생하는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기에 관련한 것이다. 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기는, 철편들이 적층되어 형성되는 철편코어와, 상기 철편코어에 권선되는 코일을 가지는 고정자와, 상기 철편코어의 내측에 회동가능하게 마련되며, 상기 철편코어 및 상기 코일로 자속이 발생되도록 영구자석들이 원주방향을 따라 일정간격으로 부착되어 있는 회전자와, 상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 상기 영구자석의 자속을 제어할 수 있도록 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 마련되어 있으며, 상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 자속의 양을 저감 및 증감 있도록 관통홀이 형성되는 레귤레이터로 구성된다. 따라서 회전자로부터 고정자로 나오는 자속의 량이 레귤레이터에 의하여 용이하게 제어되므로, 고정자에서 발생되는 전압 및 전류의 세기를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
발전기, 영구자석, 회전자, 자속

Description

관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기{AC GENERATOR HAVING STATOR AND GENERATOR FORMED THROUGH HOLE}
본 발명은 구동체에 의하여 구동되어 교류전류를 발생하는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자로부터 고정자로 나오는 자속을 용이하게 제어함과 동시에 제어성을 상승시킬 수 있는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 교류 발전기는 엔진의 크랭크축과 연결되어 엔진의 구동력을 전달 받아 전압을 발생시켜 차량의 운행시 부하를 사용하며, 또한 배터리를 충전시키는 역할을 한다. 차량에 사용되는 교류 발전기로는 저속에서 발생전압을 높이고 고속에서 안정된 전압이 발생되도록 통상 3개의 코일이 각각 독립되게 권선된 3상 교류 발전기가 가장 보편적으로 사용되고 있다.
상기와 같은 종래의 차량용 교류 발전기는 통상 회전자(ROTOR)와 고정자(STATOR)로 구성되어 있으며, 회전자는 코어의 외면에 영구자석(PERMANENT MAGNET)들이 일정간격으로 부착되어 있고, 고정자는 원주방향을 따라 일정간격으로 돌출 형성되어 있는 철심에 출력용 3상 코일이 각각 권선되어 있다.
이와 같이 구성되는 일반적인 교류 발전기는 회전자가 회전하게 되면 영구자석인 자극의 N극으로부터 나는 자속이 고정자의 철심을 거쳐 S극으로 되돌아가는 자기회로를 형성하고, 이 자기회로의 자속이 고정자에 권선된 3상 코일과 상호작용하여 고정자의 권선에 교류의 유기전압이 발생된다.
이때, 교류 발전기는 회전자의 회전속도에 따라 고정자에서 발생되는 전압 및 전류의 세기를 일정하게 유지시킬 수 있도록 스위칭 레귤레이터가 더 구비되어 있다. 스위칭 레귤레이터에는 교류 발전기의 일측에 마련되어 고정자에서 발생되는 고전압 또는 고전류를 일정한 전압 및 전류로 조절할 수 있도록 트랜지스터들이 구비된다.
상기와 같은 종래의 차량용 교류 발전기를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 차량용 교류 발전기의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1로 도시된 바와 같이, 교류 발전기는 기자력을 발생시키는 회전자(210)와, 이 회전자(210)에 전류를 공급하는 브러시 어셈블리(220)와, 회전자(210)에서 발생된 기자력에 의해 유도 기전력을 발생시키는 고정자(230), 및 전압의 세기를 조절하는 레귤레이터(240)로 구성되어 있다. 그리고 회전자(210) 및 고정자(230)는 하우징(250)에 의하여 보호되며, 회전자(210)는 풀리(260)를 통해 외부의 구동수단(예를 들어 자동차 엔진)으로부터 회전동력을 전달받아 회전된다.
그러나 상기와 같은 종래의 차량용 교류 발전기는 고전압 및 고전류를 스위칭하는 레귤레이터(240)가 하우징(250)의 외측에 마련되어 있으므로, 레귤레이터(240)를 보호하기 위한 별도의 케이스가 더 구비되어 있을 뿐만 아니라, 레귤레이터(240)의 작동시 레귤레이터(240)에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 별도의 방열부재가 더 구비되어 있다.
이에 따라 레귤레이터(240)의 크기가 커질 뿐만 아니라, 많은 수의 전자소자들 및 부품들이 필요로 하므로, 그 제조원가가 상승하는 문제가 내포되어 있는 실정이다.
또한, 자속이 상기 회전자(210)로 전달될 때 회전자(210)의 철편 모든 부위로 넓게 퍼져서 통과하게 되므로, 자속을 철편의 양측으로 집중시킬 수 없어 자속의 세기가 저하되는 문제도 발생되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 회전자로부터 고정자로 나오는 자속을 제어하여 고정자에서 발생되는 전압의 세기를 일정하게 유지시킴과 동시에 회전자로 나오는 자속을 철편의 양측으로 집중시킬 수 있는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기는, 철심들이 외면에 원주방향을 따라 일정간격으로 돌출 형성되어 있는 철편코어와, 상기 철편코어의 철심들에 권선되는 코일을 가지는 고정자와; 상기 철편코어의 내측에 회전가능하게 마련되며, 상기 철편코어 및 상기 코일로 자속이 발생되도록 영구자석들이 원주방향을 따라 일정간격으로 부착되어 있는 회전자와; 상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 상기 영구자석의 자속을 제어할 수 있도록 상기 철심들과 대응되는 관통홀이 형성되어 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 마련되어 있으며, 상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 자속의 양을 저감 및 증감 시키는 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 레귤레이터는, 상기 철심들과 대응되도록 자속유도돌기들이 내면으로 돌출 형성되며, 상기 관통홀이 상기 자속유도돌기에 형성되는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 실시예에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기에 의하면, 회전자로부터 고정자로 나오는 자속의 량이 레 귤레이터에 의하여 조정되므로, 고정자에서 발생되는 전압 및 전류의 세기를 일정하게 유지시킴과 동시에 레귤레이터의 구조가 단순화되어 제조원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 회전자 및 레귤레이터에 관통홀이 각각 형성되어 있으므로, 회전자의 철편으로 나오는 자속이 철편의 양측으로 집중되므로, 자속의 세기 및 양이 증가되는 효과도 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기의 구성을 타나낸 정단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기의 구성을 타나낸 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철심 및 자속유도돌기의 구성을 나타낸 도 2의 "A"부 확대도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 철편코어 의 철심 및 레귤레이터의 자속유도돌기의 간략하게 나타낸 전개도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 및 레귤레이터에 의하여 고정자 및 레귤레이터에 생성되는 자속의 흐름을 개략적으로 나타낸 자기흐름도이다.
먼저, 도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기(10)는 다수의 철편들이 적층되는 철편코어(21)와, 이 철편코어(21)에 권선되는 코일(23)을 가지는 고정자(20)와, 이 고정자(20)의 내부에 회전가능하게 마련되며 자속을 발생시키는 회전자(30)와, 고정자(20)와 회전자(30) 사이에 마련되는 레귤레이터(40)를 포함한다.
고정자(20)는 원통형상으로 형성되어 있으며, 코일(23)이 권선되는 철편코어(21)에는 철심(25)들이 형성되어 있다. 철편코어(21)의 철심(25)들은 코일(23)을 권선할 때 용이하게 권선할 수 있도록 철편코어(21)의 외면에 철편코어(21)의 원주방향을 따라 일정간격을 가지면서 돌출 형성되어 있다. 이때, 각각의 철심(25)들에는 관통홀(25a)이 형성되어 있어서 영구자석(31)에서 철심(25)로 유도되는 자속이 관통홀(25a)로 인하여 철심(25)의 양측으로 집중되어 코일(23)측으로 더 많은 자속이 유도된다.
그리고 코일(23)은 상호 접하는 철심(25)들 사이에 형성되는 공간부(27)를 통해 철심(25)에 권선된다. 이때, 철심(25)들은 코일(23)이 한 쌍의 3상을 이루면서 권선되도록 18개가 형성되어 있으며, 철편코어(21)의 외측으로 갈수록 공간부(27)의 넓이가 넓어지게 형성된다. 이로 인하여, 코일(23)을 철심(25)에 권선할 때, 권선할 수 있는 공간부(27)를 충분히 확보할 수 있게 되어 코일(23)을 용이하 게 권선할 수 있다. 또한, 코일(23)이 한 쌍의 3상으로 이루어져 있으므로, 그 제어가 용이하고, 제작이 용이한 이점이 있다.
삭제
한편, 본 실시예에 따른 철편코어(21)는 복수의 철편들을 접착제를 이용하여 접착시킨 후, 일체로 외면에 하우징을 사출 성형하는 공정을 통하여 일체로 형성한다. 이때, 철편들을 접착제를 이용하여 접착하는 것은 접착제가 철편들 사이에서 절연체 역할을 하게 되어 상호 접촉되는 철편들 간에 와류손을 저하시키기 위함이다.
본 실시예에 따른 회전자(30)는 영구자석(31)들이 원주방향을 따라 일정간격으로 부착되어 있으며, 고정자(20)의 철편코어(21) 및 코일(23)로 자속을 발생시킨다. 회전자(30)로부터 고정자(20)로 나오는 영구자석(31)의 자속을 제어할 수 있도록 고정자(20)와 회전자(30) 사이에 마련되는 레귤레이터(40)는 원통형상을 가지며, 내면에는 고정자(20)의 철심(25)들과 대응되도록 자속유도돌기(41)들이 돌출 형성되어 있다.
그리고 상호 이웃하는 자속유도돌기(41) 사이에는 절연체(43)가 마련되며, 각각의 자속유도돌기(41)에는 고정자(20)로 전달되는 자속을 보다 효과적으로 제어할 수 있도록 중앙부에 관통홀(45)이 형성되어 있다.
구체적으로, 회전자(30)에서 고정자(20)로 전달되는 자속의 량을 증가시키기 위해서는 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)들과 고정자(20)의 철심(25)들을 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 일렬로 정렬시킨다. 그러면, 영구자석(31)에서 자속유도돌기(41)들로 유도되는 자속이 관통홀(45)로 인하여 자속유도돌기(41)들의 양측으로 집중되어 철심(25)들로 더 많은 자속이 유도된다.
또한, 회전자(30)에서 고정자(20)로 전달되는 자속의 량을 저하시키기 위해서는 레귤레이터(40)를 회동시켜 일렬로 정렬되어 있던 자속유도돌기(41)들과 철심(25)들을 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이, 상호 이탈시킨다. 그러면, 영구자석(31)에서 자속유도돌기(41)로 자속이 유도될 때 관통홀(45)이 자속의 흐름을 방해하게 되어 철심(25)들로 유도되는 자속보다 이와 이웃하는 다른 하나의 자속유도돌기(41)로 유도되는 자속양이 더 많아지게 된다. 이에 따라, 자속유도돌기(41)로 집중되어진 자속이 철심(25)들측으로 유도되는 양보다 레귤레이터(40)로 유도되는 양이 많아져 고정자(20)로 유도되는 자속이 효과적으로 저하된다.
한편, 본 실시예에 따른 철편코어(21)의 철심(25)들 및 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)들은, 고정자(20)의 철편코어(21)에 코일(23)을 용이하게 권선함과 동시에 자속제어 효율이 향상되도록 그 형성되는 수가 대응되게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 레귤레이터(40)의 자속제어 효과를 보다 효과적으로 할 수 있도록 회전자(30)의 외경과 레귤레이터(40)의 내경과의 이격거리(G2)가 레귤레이터(40)의 외경과 고정자(20)의 내경과의 이격거리(G1)보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 회전자(30)로부터 고정자(20)로 나오는 자속을 차단하기 위하여 레귤레이터(40)를 회전시켜 철심(25)에서 자속유도돌기(41)를 이격시켰을 때 자속을 효과적으로 제어하기 위함이다.
상기와 같이 구성되어 있는 본 발명에 따른 교류 발전기(10)는 레귤레이터(40)가 교류 발전기(10)의 일측에 마련된 구동부(도시생략)에 의하여 좌우로 회동되면서 회전자(30)로부터 고정자(20)의 철심(25)들 및 코일(23)로 나오는 자속을 조절하게 된다. 그리고 상호 이웃하는 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)들과, 이 자속유도돌기(41)들과 대응되는 고정자(20)의 코일(23) 및 철심(25)들에 발생되는 자속의 흐름은 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 직렬 또는 병렬형태로 나타나게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 레귤레이터(40)에 의하여 회전자(30)에서 고정자(20)로 자속이 유도될 때 자속은 고정자(20)와 레귤레이터(40) 양측 모두로 전달되는데, 이때 레귤레이터(40)로 유도되는 자속의 량을 조절함으로써 고정자(20)로 유도되는 자속을 제어하는 것이다. 즉, 레귤레이터(40)로 유도되는 자속의 량을 줄이게 되면, 고정자(20)로 유도되는 자속의 량이 증가하게 되는 것이다.
구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이, 레귤레이터(40)가 상기 구동부에 의하여 회동되어 자속유도돌기(41)들과 고정자(20)의 철심(25)들이 일렬로 정렬 되면, 그 자속의 흐름이 도 6의 (a)와 같이 직렬형태로 나타나게 된다. 그러면, 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)가 고정자(20)의 철심(25)에 정렬되면 회전자(30)에서 고정자(20)로 유도되는 자속의 량이 최대가 된다.
위와 같은 상태에서 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이, 레귤레이터(40)가 상기 구동부에 의하여 회동되어 자속유도돌기(41)들과 고정자(20)의 철심(25)들이 이격되면, 그 자속의 흐름이 도 6의 (a)와 같이 병렬형태로 나타나게 된다. 그러면, 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)가 고정자(20)의 철심(25)에 이격되면 회전자(30)에서 고정자(20)로 유도되는 자속의 량이 최소가 된다.
즉, 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)들이 고정자(20)의 철심(25)에서 멀어질수록 고정자(20)로 유도되는 자속의 량이 점차 줄어들게 된다.
정리하면, 레귤레이터(40)의 자속유도돌기(41)들이 고정자(20)의 철심(25)들 사이에 위치하게 되면, 자속유도돌기(41)의 관통홀(45)에 의하여 자속유도돌기(41)들로 유도된 자속이 이와 이웃하는 다른 하나의 자속유도돌기(41)들로 유도되어 고정자(20)로 유도되는 자속의 양을 현저하게 줄일 수 있다. 따라서 자속유도돌기(41)들의 관통홀(45)에 의하여 자속의 흐름이 일정부분 차단되면서 자속유도돌기(41)들과 근접된 레귤레이터(40) 부위로 더 많은 자속이 유도되므로, 회전자(30)로부터 고정자(20)로 나오는 자속의 제어효율이 90%이상으로 상승되어 자속을 용이하게 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구 하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 차량용 교류 발전기의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기의 구성을 타나낸 정단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기의 구성을 타나낸 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 레귤레이터의 회동에 따른 철심 및 자속유도돌기의 구성을 나타낸 도 2의 "A"부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 레귤레이터의 회동에 따른 철편코어의 철심 및 레귤레이터의 자속유도돌기의 간략하게 나타낸 전개도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 및 레귤레이터에 의하여 고정자 및 레귤레이터에 생성되는 자속의 흐름을 개략적으로 나타낸 자기흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ♠
10 : 교류 발전기 20 : 고정자
21 : 코어 23 : 코일
25 : 철심 30 : 회전자
31 : 영구자석 40 : 레귤레이터
42 :자속유도돌기 25a, 45 : 관통홀

Claims (3)

  1. 철심들이 외면에 원주방향을 따라 일정간격으로 돌출 형성되어 있는 철편코어와, 상기 철편코어의 철심들에 권선되는 코일을 가지는 고정자와;
    상기 철편코어의 내측에 회전가능하게 마련되며, 상기 철편코어 및 상기 코일로 자속이 발생되도록 영구자석들이 원주방향을 따라 일정간격으로 부착되어 있는 회전자와;
    상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 상기 영구자석의 자속을 제어할 수 있도록 상기 철심들과 대응되는 관통홀이 형성되어 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 마련되어 있으며, 상기 회전자로부터 상기 고정자로 나오는 자속의 양을 저감 및 증감 시키는 레귤레이터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레귤레이터는, 상기 철심들과 대응되도록 자속유도돌기들이 내면으로 돌출 형성되며, 상기 관통홀이 상기 자속유도돌기에 형성되는 것을 특징으로 하는 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는 영구자석식 교류 발전기.
  3. 삭제
KR1020070111594A 2007-11-02 2007-11-02 관통홀이 형성된 고정자 및 레귤레이터를 가지는영구자석식 교류 발전기 KR100915964B1 (ko)

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