KR20010067094A

KR20010067094A - 차량용 교류발전기

Info

Publication number: KR20010067094A
Application number: KR1020000048777A
Authority: KR
Inventors: 아사오요시히토
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2001-07-12
Also published as: KR100376757B1; EP1109300B1; DE60023091D1; DE60023091T2; JP2001178035A; EP1109300A2; EP1109300A3; US6291921B1; JP3155533B1

Abstract

본 발명은 티스를 통해서 인접한 클로(claw)상 자극간에 흐르는 무효자속량을 저감시킬 수가 있고, 유효자속을 증가시켜 출력을 향상시킬 수 있는 차량용 교류발전기를 얻는다.

본 발명의 차량용 교류발전기는 클로상 자극(51),(52)의 근원부는 샤프트(6)와 거의 평행으로 뻗은 평면부(100)가 형성되어 있고, 인접한 클로상 자극(51), (52)간에서는 양 클로상 자극(51),(52)과 티스의 선단부가 직경방향에서 동시에 겹치지 않게 되어 있다.

Description

차량용 교류발전기{AUTOMOTIVE ALTERNATOR}

본 발명은 회전자의 회전에 의해 고정자에 전압이 생기는 차량용 교류발전기에 관한 것이다.

도 9는 종래의 차량용 교류발전기의 단면도, 도 10은 도 9의 회전자의 사시도이다.

본 차량용 교류발전기는 알루미늄제의 프론트브래킷(1) 및 리어브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)와, 이 케이스(3)내에 설치되어 일단부에 풀리(4)가 고정된 샤프트(6)와, 이 샤프트(6)에 고정된 랜들형의 회전자(7)와, 회전자(7)의 양측면에 고정된 팬(5)과, 케이스(3)내의 내벽면에 고정된 고정자(8)와, 샤프트(6)의 타단부에 고정되어 회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링(9)과, 슬립링(9)의 표면에 접동하는 한쌍의 부러시(10)와, 이 부러시(10)를 수납한 부러시홀더(11)와, 고정자(8)에 전기적으로 접속되어 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 부러시홀더(11)에 감착되고, 고정자(8)에서 생긴 교류전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다.

회전자(7)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자코일(13)과, 이 계자코일 (13)을 덮고 있고 그 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어(14)를 구비하고 있다. 폴코어(14)는 한쌍의 교호로 맞물린 제 1의 폴코어체(21) 및 제 2의 폴코어체(22)로 구성되어 있다. 제 1의 폴코어체(21) 및 제 2의 폴코어체(22)는 철제이고, 끝이 뾰족한 형상의 클로상 자극(23),(24)을 각각 갖고 있다.

도 11은 도 9의 고정자(8)의 사시도, 도 12는 도 11의 고정자코어(15)의 사시도, 도 13은 고정자코일(15)의 요부 평면도이다.

고정자(8)는 계자코일(13)로부터의 회전자계가 통과하는 동시에 다수의 강판이 적층되어서 된 고정자코어(15)와, 출력전류가 흐르는 3상의 고정자코일(16)로 구성되어 있다. 고정자코어(15)는 환상의 코어백(82)과, 이 코어백(82)으로부터 원주방향으로 등분간격으로 반경내측방향으로 뻗은 다수의 티스(81)로 구성되어 있다. 서로 인접한 티스(81)간의 슬로트(83)에는 3상의 고정자코일(16)이 수납된다.티스(81)는 고정자(8)의 원주방향으로 폭넓은 선단부(85)와, 선단부(85)와 코어백 (82)을 접속한 주부(86)로 구성되어 있다. 인접한 티스(81)의 선단부(85)끼리 사이에는 개구부(84)라 불리는 극간이 형성되어 있다.

도 14는 상기 구성의 차량용 교류발전기의 회로도이고, 고정자코일(16)은 3개의 권선 Y가 3상 Y형 결선되어 구성되어 있다. 정류기(12)는 다이오드(123), (125)로 구성되어 있다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 배터리(도시않음)로부터 부러시(10), 슬립링(9)을 통해서 계자코일(13)에 전류가 공급되어서 자속이 발생하고, 자계를 생기게 한다. 한편, 엔진에 의해 풀리(4)는 구동되고, 샤프트(6)에 의해 회전자(7)가 회전하기 때문에 고정자코어(15)에는 회전자계가 부여되고, 고정자코일(16)에는 기전력이 발생하고, 차량용 교류발전기에 접속된 외부 부하에 의해 출력전류가 발생한다. 고정자(8)에서 생긴 교류는 직류로 정류하는 정류기(12)에서 직류로 정류된다. 또, 레귤레이터(18)에서 계자코일(13)에 흐르는 전류가 제어되고, 고정자(8)에서 생기는 교류전압의 크기가 조정되고 있다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 회전자(7)의 극수가 12극, 고정자코어 (15)의 슬로트(83)의 수가 36이고, 1극 1상당 슬로트(83)의 수가 1이나, 고정자(8)와 회전자(7)의 에어갭의 자기저항을 감소하기 위해 개구부(84)의 치수를 작게 한 경우에는 인접한 클로상 자극(23),(24)간에서, 클로상 자극(23),(24)과 티스(81)의 선단부(85)가 직경방향에서 보아 동시에 겹치고, 선단부(85)에서 화살표 B에서 표시하는 바와 같이 흐르는 무효자속량이 증가하고, 그만큼 계자코일(13)에서 생긴 자속의 고정자코일(16)에 의해 우회량이 감소해버리고, 출력을 저하시켜 버린다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 티스를 통해서 인접한 클로상 자극간에 흐르는 무효자속량을 저감시킬 수가 있고, 유효자속을 증가시켜 출력을 향상시킬 수가 있는 차량용 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1에 관한 차량용 교류발전기에서는 클로상 자극의 근원부에는 샤프트와 대략 평행하게 뻗은 평면부가 형성되어 있고, 직경방향에서 보아 티스의 원주방향으로 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 클로상 자극간은 이간되어 있다.

본 발명의 청구항 2에 관한 차량용 교류발전기에서는 클로상 자극의 양측면에는 축선방향으로 뻗은 단부가 형성되어 있고, 직경방향에서 티스의 원주방향으로 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 클로상 자극간의 단부는 이간되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기의 회전자의 사시도,

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기의 고정자코어의 내경면과 회전자의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 2의 요부 확대도,

도 4는 도 1의 차량용 교류발전기의 전기회로도,

도 5는 본원의 발명자가 실험에서 구한 실시의 형태 1 및 종래예에서의 출력특성도,

도 6은 본 발명의 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 고정자코어의 내경면과 회전자의 외경면의 위치관계를 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명의 실시의 형태 3의 차량용 교류발전기의 고정자코어의 내경면과 회전자의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 실시의 형태 4의 차량용 교류발전기의 폴코어체의 사시도,

도 9는 종래의 차량용 교류발전기의 단면도,

도 10은 도 9의 회전자의 사시도,

도 11은 도 9의 고정자의 사시도,

도 12는 도 9의 고정자코어의 사시도,

도 13은 도 9의 고정자코어의 요부 평면도,

도 14는 도 9의 차량용 교류발전기의 전기회로도,

도 15는 종래의 차량용 교류발전기의 고정자코어의 내경면과 회전자의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6 : 샤프트 15, 70, 75 : 고정자코어

50 : 회전자 51, 52, 79 : 클로상 자극

72, 77, 85 : 선단부 63 : 고정자

55 : 제 1의 고정자코일 56 : 제 2의 고정자코일

61 : 제 1의 정류기 62 : 제 2의 정류기

78 : 폴코어체 80 : 단부

100 : 평면부 δ: 이간거리

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기에 대해 설명하나, 종래예에서 표시한 구성부재와 동일 또는 상당부에 대해서 동일부호를 붙여서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 차량용 교류발전기의 회전자(50)의 사시도, 도 2는 고정자코어(15)의 내경면과 회전자(50)의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도이다.

이 실시의 형태의 회전자(50)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자코일 (13)과, 이 계자코일(13)을 덮고 설치되고 그 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어를 구비하고 있다. 폴코어는 한쌍의 교호로 맞물린 제 1의 폴코어체(53) 및 제 2의 폴코어체(54)로 구성되어 있다. 제 1의 폴코어체(53) 및 제 2의 폴코어체(54)는 철제이고, 끝이 가는 형상의 클로상 자극(51),(52)을 각각 갖고 있다.

극수가 12극의 클로상 자극(51),(52)은 클로상 자극(51),(52)의 근원부에는 샤프트(6)와 거의 평행하게 뻗은 평면부(100)가 형성되어 있고, 도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이 인접한 클로상 자극(51) 및 클로상 자극(52)이 티스(81)의 선단부 (85)와 동시에 겹치지 않게 되어 있다. 그리고 선단부(85)의 축방향으로 뻗은 중심선상에 인접한 클로상 자극(51) 및 클로상 자극(52) 사이의 중심선이 있을 때의 클로상 자극(51),(52)과 선단부(85)와의 사이의 이간거리 δ는 선단부(85)의 내주면과 클로상 자극(51),(52)의 외주면과의 사이의 거리보다도 크게 되어 있다.

도 4는 상기 구성의 차량용 교류발전기의 회로도이고, 고정자(63)는 슬로트 (83)의 수가 36의 고정자코어(15)에 제 1의 고정자코일(55) 및 제 2의 고정자코일 (56)이 설치되어 있다. 제 1의 고정자코일(55) 및 제 2의 고정자코일(56)은 각각 3개의 권선 Y1, Y2가 3상 Y형 결선되어 구성되어 있다. 제 1의 고정자코일(55)은 다이오드(57),(58)로 된 제 1의 정류기(61)와 전기적으로 접속되어 있다. 제 2의 고정자코일(56)은 다이오드(59),(60)로 된 제 2의 정류기(62)와 전기적으로 접속되어 있다. 제 1의 고정자코일(55) 및 제 1의 정류기(61)와 제 2의 고정자코일(56) 및 제 2의 정류기(62)와 병렬로 결선되어 있다. 또, 제 2의 고정자코일(56)의 권선 Y2는 제 1의 고정자코일(55)의 권선 Y1에 대해 전기각으로 30°의 위상차가 부여되어 있다. 이 위상차를 갖는 것으로 파형을 흐트러지게 하는 원인이 되는 맥동성분을 상쇄할 수 있다. 또, 제 1의 정류기(61), 제 2의 정류기(62)에 의해 각각 교류로 부터 직류로 정류되어 있으므로 전기적인 영향을 서로 받는 일없이 출력이 향상된다.

상기 구성의 차량용 교류발전기에서는 배터리(도시않음)로부터 부러시(10), 슬립링(9)을 통해서 계자코일(13)에 전류가 공급되어 자속이 발생하고, 자계를 발생한다. 한편, 엔진에 의해 풀리(4)는 구동되고, 샤프트(6)에 의해 회전자(50)가 회전하므로 고정자코어(15)에는 회전자계가 부여되고, 고정자코일(55),(56)에는 기전력이 발생하고, 차량용 교류발전기에 접속된 외부 부하에 의해 출력전류가 발생한다. 제 1의 고정자코일(55)에서 발생한 교류는 제 1의 정류기(61)로 직류로 정류되고, 또 고정자코일(56)에서 생긴 교류는 제 2의 정류기(62)로 직류로 정류된다. 그리고, 제 1의 정류기(61) 및 제 2의 정류기(62)로 각각 정류된 후 합성되고, 합성된 출력이 외부 부하에 공급된다. 이때의 출력전압은 제 2의 고정자코일(56)의 권선 Y2가 제 1의 고정자코일(55)의 권선 Y1에 대해 전기각으로 30°의 위상차가 부여되어 있으므로 종래의 것과 같이 고정자코일(16) 단독일 때와 비교해서 최대전압과 최소전압과의 차가 작아진다.

또, 극수가 12극의 클로상 자극(51),(52)은 클로상 자극(51),(52)의 근원부에 평면부(100)가 형성되고, 인접한 클로상 자극(51) 및 클로상 자극(52)이 동일의 티스(81)의 선단부(85)와 동시에 겹치지 않게 되어 있으므로 같은 티스(81)를 통해서 인접한 클로상 자극(51),(52)에 흐르는 무효자속량이 저감되고, 유효자속량이 증가해서 출력이 증가한다.

도 5는 종래예의 것과 이 발명의 실시의 형태 1의 것과의 출력특성을 본원의 발명자가 실험에 의해 구했을 때의 도면이고, 이 도면으로부터도 실시의 형태 1의 것의 출력이 증가되어 있는 것을 알 수 있다.

실시의 형태 2

도 6은 본 발명의 실시의 형태 2의 차량용 교류발전기의 고정자코어(70)의 내경면과 회전자(50)의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면이다.

실시의 형태 1에서는 1극, 1상당 슬로트(83)의 수가 1인 경우였으나, 이 실시의 형태 2에서는 극수가 12극, 고정자코어(70)의 슬로트(83)의 수가 72, 고정자 코일이 Y형 3상 결선이고, 1극, 1상당 슬로트(83)의 수가 2인 경우이고, 기타의 구성은 실시의 형태 1과 같다.

이 실시의 형태에서는 실시의 형태 1과 비교해서 슬로트(83)의 수가 증가한 만큼, 그만큼 티스의 선단부(72)의 원주방향의 폭이 좁아지고, 선단부(72)의 축선 방향으로 뻗은 중심선상에 인접한 클로상 자극(51) 및 클로상 자극(52)간의 중심선이 있을 때의 클로상 자극(51),(52)과 선단부(72)간의 이간거리 δ는 커지고, 클로상 자극(51),(52)과 선단부(72)와의 사이의 자기저항이 커지고, 또 선단부(72)의자기통과 단면적이 작아지고, 선단부(72) 자신의 자기저항도 커지고, 그만큼 같은 티스를 통해 인접한 클로상 자극(51),(52)에 흐르는 무효자속량이 더욱 저감하고, 출력이 더욱 증가한다.

실시의 형태 3

도 7은 본 발명의 실시의 형태 3의 차량용 교류발전기의 고정자코어(75)의 내경면과 회전자(50)의 외경면과의 위치관계를 설명하기 위한 도면이다. 이 실시의 형태 3에서는 극수가 12극, 고정자코어(75)의 슬로트(83)의 수가 108, 고정자코일이 Y형 3상 결선으로, 1극, 1상당 슬로트(83)의 수가 3인 경우이고, 기타의 구성은 실시의 형태 1과 같다.

이 실시의 형태에서는 실시의 형태 1, 2와 비교해서 슬로트(83)의 수가 증가한 만큼, 그만큼 티스(76)의 선단부(77)의 원주방향의 폭이 좁아지고, 선단부(77)의 축선방향으로 뻗은 중심선상에 인접한 클로상 자극(51) 및 클로상 자극(52)의 사이의 중심선이 있을 때의 클로상 자극(51),(52)과 선단부(77) 사이의 이간거리 δ는 커지고, 클로상 자극(51),(52)과 선단부(77) 사이의 자기저항이 커지고, 또 선단부 (77)의 자기통과 단면적이 작아지고, 선단부(77) 자신의 자기저항도 커져 그만큼 같은 티스(76)를 통해서 인접한 클로상 자극(51),(52)에 흐르는 무효자속량이 더욱 저감하고, 출력이 더욱 증가한다.

실시의 형태 4

또, 상기 각 실시의 형태 1 ~ 3에서는 클로상 자극(51),(52)의 근원부에 평면부(100)를 형성하였으나, 도 8에 표시한 바와 같이 폴코어체(78)의 클로상 자극(79)의 양측면부에 축선방향으로 뻗은 단부(80)를 형성하도록 해도 된다. 이 경우 티스의 선단부의 축선방향으로 뻗은 중심선상에 인접한 양 클로상 자극간의 중심선이 있을 때의 클로상 자극의 단부와 선단부 사이의 이간거리는 선단부의 내주면과 클로상 자극의 외주면과의 사이의 거리보다도 크게 되어 있다. 또, 고정자는 고정자코어에 다수의 고정자코일이 서로 병렬로, 그리고 일정한 전기각의 위상차로 전기적으로 접속되어 구성되어 있다. 또, 각 고정자코일은 교류를 직류로 정류하는 정류기에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또, 고정자코어의 슬로트 수는 1극, 1상당 2이다.

또, 3상 교류발전기가 아니고, 예를 들면 5상, 7상의 교류발전기에도 본 발명에 적용할 수가 있다. 또, 직경방향에서 보아 티스의 원주방향에 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 양 클로상 자극이 이간해 있으나, 한쪽의 클로상 자극과의 사이만큼 이간되어 있어도 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 제 1의 고정자코일과 제 2의 고정자코일과의 위상차가 30°인 경우에 대해 설명하였으나, 예를 들어 36°, 42°등의 60°의 값의 범위에서 설정할 수가 있다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 계자코일이 샤프트에 고정되어 계자코일이 회전하는 차량용 교류발전기에 대해 설명하였으나, 브래킷에 계자코일이 고정되고, 그 계자코일의 주위에 클로상 자극이 회전하는 부러시레스의 차량용 교류발전기에 대해서도 이 발명은 적용할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 1에 관한 차량용 교류발전기에 의하면, 클로상 자극의 근원부에는 샤프트와 거의 평행하게 뻗은 평면부가 형성되어 있고, 직경방향에서 보아 티스의 원주방향에 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 클로상 자극과는 이간되어 있으므로 같은 티스를 통해서 인접한 클로상 자극에 흐르는 무효자속량이 저감되고, 유효자속량이 증가하고, 출력이 증가한다.

또, 본 발명의 청구항 2에 관한 차량용 교류발전기에 의하면, 클로상 자극의 양측면에는 축선방향으로 뻗은 단부가 형성되어 있고, 직경방향에서 보아 티스의 원주방향으로 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 클로상 자극의 단부와는 이간되어 있으므로 같은 티스를 통해서 인접한 클로상 자극에 흐르는 무효자속량이 저감되고, 유효자속량이 증가하고, 출력이 증가한다.

또, 기존의 클로상 자극의 양측면을 삭제해서 단부를 형성함으로써, 간단하게 클로상 자극을 제작할 수가 있다.

Claims

원주방향으로 간격을 두고 반경내측방향으로 뻗은 다수의 티스에 의해 슬로트가 형성된 고정자코어 및 상기 슬로트에 내장된 다상의 고정자코일을 갖는 고정자와,

이 고정자의 내측에 설치되어 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자코일 및 상기 티스에 대향해 있는 동시에 상기 계자코일을 덮고 있고, 상기 자속에 의해 다수의 클로상 자극이 형성되는 폴코어를 갖는 회전자를 구비한 차량용 교류발전기로서,

상기 클로상 자극의 근원부에는 상기 폴코어에 고정된 샤프트와 거의 평행으로 뻗어 절개된 평면부가 형성되어 있고, 직경방향에서 보아 상기 티스의 원주방향으로 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때는 티스의 선단부와 클로상 자극과는 이간해 있는 차량용 교류발전기.
원주방향으로 간격을 두고 반경내측방향으로 뻗은 다수의 티스에 의해 슬로트가 형성된 고정자코어 및 상기 슬로트에 내장된 다상의 고정자코일을 갖는 고정자와,

이 고정자의 내측에 설치되어 전류를 흘려서 자속을 발생하는 계자코일 및 상기 티스에 대향해 있는 동시에 상기 계자코일을 덮고 있고, 상기 자속에 의해 다수의 클로상 자극이 형성되는 폴코어를 갖는 회전자를 구비한 차량용 교류발전기로서,

상기 클로상 자극의 측면에는 축선방향으로 뻗은 단부가 형성되어 있고, 직경방향에서 보아 상기 티스의 원주방향에 폭넓은 선단부가 인접한 클로상 자극간에 위치했을 때에는 티스의 선단부와 클로상 자극의 단부와는 이간해 있는 차량용 교류발전기.