1. 교류(AC)발전기

교류 발전기는 스테이터의 안쪽에서 로터가 회전하는 구조로 되어 있다. 로터는 엔진과 연결된 V벨트에 의해 구동되며 스테이터 코일에서 발생한 3상 교류는 6개의 실리콘 다이오드에 의해 정류되어 자동차 전기 장치에서 필요로 하는 부분으로 출력된다.

교류 발전기의 내부 구조

1.1. 로터(Rotor)

DC발전기의 계자철심과 계자코일에 해당하며 크랭크 풀리와 V벨트로 연결되어 회전하는 부분으로 로터는 자장(磁場)을 발생한다. 로터 코일의 양 끝은 구리 또는 스테인리스로 만들어진 슬립링에 각각 연결되어 여자 전류가 흐르면 N극과 S극이 형성되어 자극 수에 따라 4극식, 6극식 등으로 분류된다. 로터가 회전함에 따라 스테이터 코일의 자력선을 차단하므로 전압이 유도된다. 슬립 링 위를 브러시가 미끄럼 운동하면서 로터 코일에 여자 전류를 공급한다.

로터

1.2. 스테이터(Stator)

DC발전기의 전기자(아마추어)에 해당하며 스테이터는 스테이터 철심(Core)과 스테이터 코일로 되어 있으며 고정되어 있기 때문에 층간 단락의 위험이 적고, 내구성이 좋으며, 고속에서 원심력을 받지 않는다. 일반적으로 스테이터 코일은 삼각(델타)결선과 Y(스타)결선 방식이 있고, 자동차용 교류발전기는 Y결선 이 주로 사용된다. Y결선이 삼각형 결선에 비하여 선간 전압이 각 상 전압의    배가 높아 기관이 공전할 때에도 충전가능한 전압이 유도된다. 스테이터 코일은 직류 발전기의 전기자에 해당하며 로터가 회전하면 3개의 코일에 3상 교류 전기가 발생한다.

스테이터 코일

Y(스타)결선

삼각(△,델타) 결선

1.3. 브러시(Brush)

브러시는 로터의 슬립링에 접속이 되어 로터가 자장이 되도록 하며, 브러시 홀더는 수지 성형한 것이다. 최근에는 브러시 홀더와 전압 조정기가 일체로 된 것이 많다.

브러시 점검

1.4. 정류기(Rectifier)

교류 발전기에서는 실리콘 다이오드를 정류기로 사용한다. 교류 발전기에서 다이오드의 기능은 스테이터 코일에서 발생한 교류를 직류로 정류하여 외부로 공급하고, 또 축전지에서 발전기로 전류가 역류하는 것을 방지한다. 다이오드 수는 (＋)쪽에 3개, (－)쪽에 3개씩 6개를 두며, 최근에는 여자 다이오드를 3개 더 두고 있다. 그리고 다이오드의 과열을 방지하기 위해 엔드 프레임에 히트 싱크(heat sink)를 두고 있다.

정류기

1.5. 팬 및 풀리

냉각 팬은 정류기인 다이오드에 전류가 흘러 온도가 150℃이상 상승하면 정류 특성이 없어지므로 항상 로터와 함께 회전하여 냉각을 시켜준다. 팬은 발전기의 밖에 있는 외장형과 로터에 직접 설치된 내장형이 있으며, 최근에는 내장형이 많이 사용되고 있다. 풀리(pulley)는 엔진에 연결된 구동(V) 벨트에 의해 발전기를 회전시킨다.

1.6. 교류 발전기 조정기

발전기의 출력은 스테이터 코일의 권수, 로터의 세기, 단위 시간당 자속을 자르는 횟수에 따라 결정된다. 따라서 기관의 회전속도가 증가하면 발전기의 발생전압과 전류가 모두 증가한다.

따라서 발전기 조정기가 필요하며, 교류 발전기의 조정기는 전압조정기만 필요하다. 전압조정기는 발전기의 발생전압을 일정하게 유지하기 위한 장치이다. 작동은 발생전압이 규정 보다 증가하면 로터코일에 직렬로 저항을 넣어 여자 전류를 감소시켜 발생전압을 감소시키고, 발생 전압이 낮으면 저항을 빼내어 규정 전압으로 회복시킨다. 현재는 트랜지스터형이나 IC 조정기를 사용하며, IC조정기의 특징은 다음과 같다.

① 배선을 간소화 할 수 있다.

② 진동에 의한 전압 변동이 없고, 내구성이 크다.

③ 조정 전압의 정밀도 향상이 크다.

④ 내열성이 크며, 출력을 증대시킬 수 있다.

⑤ 초 소형화 할 수 있어 발전기 내에 설치할 수 있다.

⑥ 축전지 충전 성능이 향상되고, 각 전기 부하에 적절한 전력 공급이 가능하다.