KR20000039207A - 차량용 수냉식 교류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 수냉식 교류발전기에 관한 것으로, 그 목적은 냉각수를 이용한 차량 엔진 냉각시스템을 이용 교류발전기를 냉각시켜 제품을 콤팩트화하며 전체적인 신뢰성을 향상시키는 것이다.

본 발명에 따른 차량용 수냉식 교류발전기는 원통형상으로 이루어지며 냉각수 자켓(13)이 형성된 하우징(10)에 고정자(20)와 회전자(30) 및 전기부품을 내장시키고 이를 냉각수에 의해 냉각되는 차량의 엔진블럭(A)에 장착되어 있다. 따라서 냉각수가 하우징(10)의 냉각수 자켓(13)을 통해서도 흐르게 되어 내부의 전기부품을 동시 냉각시킴으로써, 별도의 냉각팬 없이도 이의 냉각작용이 용이하게 이루어지며, 부품수가 줄어 제조원가가 절감되고 제품을 콤팩트화 할 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 수냉식 교류발전기

본 발명은 차량용 수냉식 교류발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전체적인 외형 몸체를 이루는 하우징을 개선하고 이를 냉각수에 의해 냉각되는 엔진블럭에 장착하여 냉각을 용이하게 하는 교류발전기의 하우징 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 교류발전기는 엔진의 동력에 의해 회전하면서 전압을 유기하는 것으로 여러 가지 형태로 제안 사용되고 있는데, 그 중 대표적으로 후면브라켓타입과 앤드커버 타입의 교류발전기가 있다.

앤드커버 타입의 교류발전기는 발전기의 전기부품을 후면브라켓 외측에 설치하고 이를 앤드커버가 감싸고 있는 구조로써, 이것은 전,후방으로 구성되어 외관 몸체를 이루며 공기가 흡입 배기되는 배기구를 갖는 한쌍의 전,후면브라켓 내부에 한쌍의 폴코아로 이루어진 회전자가 내장되며, 이 주위를 감싸도록 고정자가 마련된다.

회전자는 계자코일이 권선되어 있으며, 중심부를 축방향으로 관통하는 회전축이 압입되어 있다. 전면브라켓 중심부를 관통하여 외부로 연장된 회전축의 일단부에는 엔진과 밸트를 매개로 연결되는 풀리(pully)가 장착되어 있으며, 후면브라켓 외측으로 연장된 회전축의 타단부에는 계자코일에 전류를 공급하기 위한 브러시의 선단부가 접촉된 상태를 유지한다. 전면브라켓과 후면브라켓의 중심부에는 회전축의 회전을 지지하기 위해 각각 베어링이 구성된다.

고정자는 회전자와 일정한 간격을 유지하도록 전,후면브라켓 내주부에 설치되는데, 여기에는 회전자의 회전시 상호작용하여 기전력을 발생하도록 코일이 권선되어 있다.

그리고 후면브라켓 외부로 연장된 회전축의 타단부 주위에는 발전기의 전기능부품인 교류를 직류로 변환하는 정류기, 계자코일에 흐르는 계자전류 및 발전기의 출력전압을 제어하는 전압조정장치, 브러시가 내장된 브러시홀더 등이 마련되며, 앤드커버가 이들을 감싸도록 결합된다.

이와 같이 구성된 차량용 교류발전기는 엔진 구동시 풀리가 회전하게 되면, 이와 일체로 결합된 회전축과 회전자가 회전하게 된다.

따라서 회전자의 계자코일에서 기자력이 발생되며, 이것에 의해 고정자에 권선된 코일에는 유도기전력, 즉 출력전류가 발생된다. 계속하여 출력전류는 정류기와 전압을 조절하는 전압조정장치를 거쳐 차량의 각 부분에 공급된다.

한편, 이러한 교류발전기는 유기 기전력에 의해 발생되는 전류를 정류기를 통해 외부로 전달하는 과정에서 고정자, 회전자 등에서 전기적 손실로 인한 상당한 열이 발생된다. 이러한 것에 의해 전,후면브라켓 내부의 온도가 상승하게 되며, 온도상승에 따른 내부부품이 소손되거나 성능이 저하될 소지가 있다.

따라서 종래 교류발전기에는 도 1에 도시한 바와 같이 회전자의 양측단부에 냉각팬이 장착되어 있다.

즉, 회전자(1)는 한쌍의 폴코아(2)와 계자코일(3)이 권선되며 중심부에 축방향으로 회전축(4)이 압입되어 있는데, 이의 양측단부에는 원심팬으로 이루어진 냉각팬(5,6)이 각각 마련된다. 따라서 회전자(1)의 회전시 냉각팬(5,6)의 의해 외부공기는 전,후면브라켓(미도시)에 형성된 배기구(미도시) 통해 내부로 흡입되어 열을 발생하는 전기부품을 냉각시키면서 다시 외부로 배출된다. 이 때, 공기유동은 원심팬으로 이루어진 냉각팬(5,6)의 특성상 전,후면브라켓(미도시)을 통해 축방향으로 흡입되어 회전자(1)의 회전반경방향으로 유출되는 형태를 갖는다.

그러나 최근의 교류발전기는 출력능력을 향상시키면서 소형, 경량화 추세로 개발 진행되고 있는데, 전기부품을 공냉시키는 냉각팬(5,6)이 상당한 지장을 초래하는 부품으로 자리잡고 있다. 즉, 냉각팬(5,6)의 작동시 유동되는 공기에 의해 전기부품이 냉각되는데, 교류발전기에서 일정출력이 나오도록 냉각능력을 향상시키기 위해서는 냉각팬(5,6)도 그에 상응하는 크기로 구성되어야 함으로써, 전체적인 교류발전기를 소형화하는데 그 한계가 있다.

또한, 앞에서 설명한 바와 같이 냉각팬(5,6) 구동에 따른 공기의 흐름이 축방향으로 흡입되고 회전반경방향으로 배출되는 급격한 유로변화로 이루어져 상당한 작동소음이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원통형상으로 이루어지며 자켓이 형성된 하우징에 고정자와 회전자 및 전기부품을 내장시키고 이를 냉각수에 의해 냉각되는 차량의 엔진블럭에 장착함으로써, 냉각수가 하우징의 냉각수 자켓을 통해서도 흐르게 되어 내부의 전기부품을 동시 냉각시켜 별도의 냉각팬 없이도 이의 냉각작용이 용이하게 이루어지며, 부품수를 줄여 제조원가를 절감하고 제품을 콤팩트화 할 수 있는 차량용 수냉식 교류발전기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 차량용 교류발전기의 회전자를 발췌하여 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 수냉식 교류발전기의 내부구조와 장착구조를 보인 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..하우징 11..외벽 12..내벽

13..냉각수 자켓 14..외향플랜지 17..패킹

18..하우징커버 20..고정자 30..회전자

A..엔진블럭 B..냉각수 유로 C..개구부

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진구동에 의해 회전되도록 중심부에 회전축이 압입된 회전자, 회전자의 회전시 발생되는 기자력에 의해 유도기전력을 발생시키도록 회전자를 감싸는 고정자, 고정자에서 발생되는 유도기전력을 직류로 정류하는 정류기, 정류기와 고정자 및 회전자가 내장되며 회전축의 양단부를 회전가능하게 지지하도록 베어링이 설치되는 원통형상의 하우징을 갖춘 차량용 교류발전기에 있어서,

하우징은 냉각수에 의해 냉각되는 차량의 엔진블럭과 결합되는 외벽, 외벽과 일정한 간격을 유지하도록 마련되며 엔진블럭의 냉각수유로와 연통되게 냉각수 자켓을 원주방향으로 형성하여 냉각수에 의해 냉각되는 내벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 수냉식 교류발전기의 내부구조 및 장착구조를 개략적으로 보인 단면도이다.

본 발명에 따른 수냉식 교류발전기는 이에 도시한 바와 같이, 일측만이 개방된 원통형상의 하우징(10) 내부에 회전자(30)와 고정자(20) 및 이들에 전기를 공급하며 고정자(20)에서 발생되는 유도기전력을 정류하는 정류기(60) 등으로 이루어진 전기부품이 장착되어 있으며, 하우징(10) 개방부위를 덮어 내장된 전기부품을 외부로부터 보호하는 하우징커버(18)가 볼트결합되어 있다.

회전자(30)는 계자코일(32)이 권선된 한쌍의 폴코아(31)로 이루어져 있으며, 회전축(33)이 중심부에서 축방향으로 압입되어 있다. 회전축(33)의 양단부는 베어링(40,41)에 의해 지지되어 회전운동이 원활하게 이루어지는데, 이를 위해 하우징커버(18)의 중심부에 회전축(33)의 일단부를 지지하는 프론트베어링(40)이 마련되며, 하우징(10)의 폐쇄된 측면에도 역시 회전축(33)의 타단부를 지지하는 리어베어링(41)이 구성된다. 그리고 하우징커버(18) 외측으로 연장된 회전축(33)의 일단부에는 풀리(pully,50)가 마련되어 있어서, 밸트(미도시)를 매개로하여 엔진 구동축(미도시)과 연결된다.

고정자(20)는 회전자(30)와 일정한 간격을 유지하도록 하우징(10) 내주부에 견고하게 고정되며, 회전자(30)에서 발생되는 기자력과 상호작용하여 유도기전력을 발생시키는 코일이 권선되어 있다.

한편, 회전자(30)와 프론트베어링(40) 사이의 하우징(10) 내부공간에는 발전기의 전기기능부품인 교류를 직류로 변환하는 정류기(60), 브러시(81)가 내장된 브러시홀더(80), 브러시(81)를 통해 계자코일(32)에 공급되는 계자전류 및 발전기의 출력전압을 제어하는 전압조정장치(70) 등이 마련되어 있다.

또한, 이러한 회전자(30)와 고정자(20) 및 전기기능부품이 내장된 하우징(10)은 수냉식 엔진블럭(A)에 밀착되게 결합되어 있어서, 냉각수에 의해 하우징(10)이 냉각됨으로써 제품크기를 콤팩트화 할 수 있다. 즉, 냉각수 유로(B)가 내부에 형성된 엔진블럭(A)에는 하우징(10)의 일측단부와 동일한 크기로 개구부(C)가 천공되어 있어서, 냉각수 유로(B)가 외부와 연통된다. 그리고 하우징(10)의 측면부에는 원주방향으로 냉각수 자켓(13)이 마련된다. 냉각수 자켓(13)은 하우징(10)측벽이 일정간격을 유지하도록 내벽(12)과 외벽(11)으로 이루어짐으로써, 이들사이의 공간에 의해 형성되며 엔진블럭(A)을 냉각하는 냉각수 일부가 흐르게 된다.

이를 위해 하우징(10)의 일측단부의 외벽(11)에는 바깥측으로 소정폭 연장되어 엔진블럭(A)과 볼트(16)결합되는 외향플랜지(14)가 마련되어 있다. 하우징(10)의 일측단부를 엔진블럭(A)의 개구부(C)에 끼운 상태에서 볼트(16)를 외향플랜지(14)에 형성된 볼트공(15)을 통해 엔진블럭(A)에 체결하면, 엔진블럭(A)의 냉각수 유로(B)와 하우징(10)의 냉각수 자켓(13)이 연통된다.

이 때, 엔진블럭(A)과 외향플랜지(14) 사이에는 고무재질의 패킹(17)이 마련되는데, 이것은 하우징(10)의 볼트(16)체결시 압착되어 이들 사이의 기밀을 유지 냉각수의 누수현상은 발생되지 않는다.

다음에는 이와 같이 구성된 수냉식 교류발전기의 작동 및 효과를 설명한다.

먼저, 자동차의 엔진에 시동이 걸리면 교류발전기의 회전자(30)가 고속으로 회전함으로써, 계자전류가 흐르는 회전자(30)에서는 기자력이 발생되며 이와 상호작용하여 고정자(20)의 코일에는 유도기전력이 발생된다. 이러한 출력전류는 정류기(60)를 통하여 직류전류로 변환되고 외부부하로 공급된다.

아울러 워터펌프(미도시)가 구동되어 냉각수가 엔진블럭(A)의 냉각수 유로(B)를 흐르게 되어 엔진이 냉각된다. 이 때, 냉각수의 일부는 하우징(10)이 결합된 개구부(C)를 지날 때 이와 연통되게 마련된 냉각수 자켓(13)을 통해서도 흐르게 됨으로써, 교류발전기의 작동 중에 손실로 발생하는 열을 냉각하게 된다. (도 2에 도시한 화살표는 냉각수의 흐름을 보인 것이다.)

따라서 교류발전기는 별도의 냉각수단없이도 엔진블럭(A)을 냉각시키는 냉각수가 하우징(10)의 외벽(11)과 내벽(12)사이에 형성된 냉각수 자켓(13)을 지남으로써, 냉각작용이 용이하게 이루어져 이의 전체적인 출력 성능이 향상된다.

또한, 냉각팬 등의 부품삭제로 인한 제조원가를 절감할 수 있으며, 공기유동에 의한 소음이 발생되지 않아 훨씬 조용하고 안정된 운전조건을 형성할 수 있다. 그리고 엔진블럭(A)에 교류발전기를 직접 장착함으로써 별도의 장착부재가 필요없으며, 자체에서 발생하는 진동도 훨씬 감소된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 수냉식 교류발전기는 원통형상으로 이루어지며 냉각수 자켓이 형성된 하우징에 고정자와 회전자 및 전기부품을 내장시키고 이를 냉각수에 의해 냉각되는 차량의 엔진블럭에 장착되어 있다. 따라서 냉각수가 하우징의 냉각수 자켓을 통해서도 흐르게 되어 내부의 전기부품을 동시 냉각시킴으로써, 별도의 냉각팬 없이도 이의 냉각작용이 용이하게 이루어지며, 부품수가 줄어 제조원가가 절감되고 제품을 콤팩트화 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 엔진구동에 의해 회전되도록 중심부에 회전축(33)이 압입된 회전자(30), 상기 회전자(30)의 회전시 발생되는 기자력에 의해 유도기전력을 발생시키도록 상기 회전자(30)를 감싸는 고정자(20), 상기 고정자(20)에서 발생되는 유도기전력을 직류로 정류하는 정류기(60), 상기 정류기(60)와 상기 고정자(20) 및 상기 회전자(30)가 내장되며 상기 회전축(33)의 양단부를 회전가능하게 지지하도록 베어링(40,41)이 설치되는 원통형상의 하우징(10)을 갖춘 차량용 교류발전기에 있어서,

   상기 하우징(10)은 냉각수에 의해 냉각되는 차량의 엔진블럭(A)과 결합되는 외벽(11), 상기 외벽(11)과 일정한 간격을 유지하도록 마련되며 상기 엔진블럭(A)의 냉각수유로(B)와 연통되게 냉각수 자켓(13)을 원주방향으로 형성하여 냉각수에 의해 냉각되는 내벽(12)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 수냉식 교류발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 엔진블럭(A)에는 상기 냉각수유로(B)가 개방되도록 개구부(C)가 형성되어 있으며,

   상기 하우징(10)의 상기 외벽(11) 단부에는 상기 자켓(13)이 상기 냉각수유로(B)와 연통되도록 상기 개구부(C) 인접부위의 상기 엔진블럭(A)에 볼트(16) 체결되는 외향플랜지(14), 상기 외향플랜지(14)와 상기 엔진블럭(A) 사이에 설치되며 볼트(16) 체결시 압착되어 냉각수 누수를 방지하는 패킹(17)이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 수냉식 교류발전기.