CN100530899C - 尤其用于机动车的多相旋转电机,如交流发电机或交流发电机-启动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一多相旋转电机，例如交流发电机或交流发电机-启动机，其尤其用于机动车。所述旋转电机在一机壳内部包括一围绕一转子的定子；所述定子包括一星形三相绕组和一三角形三相绕组，其引出端连接到整流桥，所述整流桥平行地安装在地线和一共同的输出端子之间。所述两绕组共同接纳在定子槽里。在所述电机中，星形绕组和三角形绕组的匝数选择为使得所述各个绕组的匝数分别为3和5。本发明可运用于交流发电机和交流发电机-启动器。

Description

尤其用于机动车的多相旋转电机，如交流发电机或交流发电机-启动机

技术领域

[01]本发明涉及一多相旋转电机，例如交流发电机或交流发电机-启动机(alterno-démarreur)等，其尤其用于机动车领域，所述类型的旋转电机在其机壳内部包括一围绕一转子的定子，所述定子包括一星形三相绕组和一三角形三相绕组，它们的引出端连接到整流桥，所述整流桥平行地安装在旋转电机的地线和输出端子之间，所述两绕组同时接纳在定子槽里。

[02]所述两个三相绕组，一个采用星形连接，另一个采用三角形连接，形成混合定子绕组装置。

背景技术

[03]所述类型的旋转电机在法国专利文献N°2737063中已知，对于这份专利，我们将在下面进行更详细的描述。为了使两个三相绕组-一个采用星形连接而另一个采用三角形连接-产生的电压可以保持一致，需指出的是，三角形绕组的匝数应当为星形绕组匝数的

倍。同时，必须明确两个绕组的线匝的截面积之比应当为数值

[04]背景技术因此仅限于考虑混合定子绕组装置获得的特殊正效应。

发明内容

[05]本发明的目的是提出借助于混合定子绕组装置可以优化一前述旋转电机的性能。

[06]为了达到这一目的，在根据本发明的旋转电机中，对三角形和星形绕组的匝数之比进行选择，以使得每一个绕组的匝数为整数，并使得这些匝数比尽可能接近数值

所述旋转电机的特征在于，星形绕组的匝数和三角形绕组的匝数分别为3和5。

[07]根据本发明的另一个特征，星形绕组导线的直径与三角形绕组导线的直径不同，且选择所述直径比以使得其接近所述绕组的最优电阻比

并且星形定子绕组的直径和三角形定子绕组的直径选择为使得槽内的充填率大于50％。

[08]根据本发明的另一特征，星形绕组由两条平行的导线构成，有利地是，所述两条平行导线以分布方式(en réparti)缠绕。

[09]根据本发明的另一有利特征，在一定子槽里的星形绕组的线匝以分布方式设置在槽的开口处，而三角形绕组的线匝位于槽的底部里。

[10]根据本发明的另一有利特征，在一包括多对磁极和多个永久性磁铁的转子里，磁铁数少于磁极数，且磁铁对称于转子中心而布置。

[11]当然，所述有利特征可以独立考虑，也可以组合使用。

附图说明

[12]参考以下附图，在对其进行解释性描述的过程中，本发明将得到更好的理解，且所述发明的目的、特征、细节以及优点将被呈现得更为清晰，附图仅以示出了本发明的一种实施方式的举例方式给出，其中，

[13]-图1是现有技术的一旋转电机的轴向剖面图；

[14]-图2示出了一旋转电机的电路图，其中，根据现有技术，定子绕组包括一星形三相绕组和一三角形三相绕组；

[15]-图3是根据本发明的一旋转电机的定子拔出后的剖面图。

[16]-图4是根据本发明的一旋转电机的转子的透视图；

[17]-图5是一曲线图，示出了根据星形绕组和三角形绕组的匝数之比R的电机的热状态T。

具体实施方式

[18]参考图1，下面简要地描述现有技术的一旋转电机，在此种情况下，所述旋转电机为一三相型交流发电机，其特别用于热力发动机式机动车，本发明可以应用于该领域中。当然，交流发电机可以为可逆的，并且可包括一交流发电机-启动机，其特别用于启动机动车的热力发电机。当电机以交流发电机模式运行时，它同所有交流发电机一样，把机械能转化为电能。当电机以电动机方式运行时，特别是当其以启动机方式运行以便起动机动车的热力发动机时，它把电能转换成机械能。

[19]所述电机一般包括一机壳1，以及在所述机壳内部并与一轴3相连的一转子2，和一定子4，所述定子围绕转子且包括一主体，所述主体为一带槽的铁皮盒体形式，此处其为半封闭型，用于安装定子绕组，所述定子绕组在定子的两侧形成用5表示的一髻结体(chignon)。所述绕组在这里包括一星形三相绕组和一三角形三相绕组，它们以如下的描述方式设置，以便形成一混合定子绕组装置。

[20]在图中所示的例子里，转子实施为一爪式转子的形式，如文献US2002/0175589A1和EP 0 454 039 A1中描述的那样，其包括两个极轮7、8，所述两极轮轴向地并置且它们每一个都具有一横向轮盘，所述轮盘在其外周具有梯形形状的齿9，所述齿9轴向地伸向另一极轮的轮盘，一极轮的齿深入到另一极轮的两相邻齿9之间存在的空间里，从而使极轮的齿相互交错。一激磁绕组10轴向地安装在轮盘和极轮7、8之间。它由一柱形芯形式的转子部分支承，可以独立于轮盘，或如图1所示为分别属于其中一轮盘的两部分型。当激磁绕组10被激活时，也就是说，其被供电时，铁磁材料的转子被磁化，并成为一施感转子，并在极轮齿上形成磁极。

[21]当轴3旋转时，所述施感转子在感应定子内形成一股感应交流电。

[22]作为实施变型，转子可为一凸极，如文献WO 02/054566中描述的，并且因而包括多个各自绕着一所述凸极缠绕的激磁绕组。

[23]转子2的轴3，在其前端上带有一带轮12，所述带轮属于一传动装置，所述传动装置将运动传输给位于机动车的交流发电机和热力发动机之间的至少一传动皮带；而在其后端13带有挡油环，所述挡油环由导线式联结件连接到转子的所述一个或多个激磁绕组的端部上。电刷属于一握刷器，其通常用标号14表示，且设置为使得在挡油环上摩擦。握刷器连结到一电调压器。

[24]机壳1为两部分型，即一靠近带轮12的前支承体16和一支撑握刷器、电调压器和以下将要描述的整流桥的后支承体17。所述支承体为凹空形且各自在中央部位包括一滚珠轴承19和20，以便转动安装转子2的轴3。在所示电机中，支承件上开有洞眼，以便通过空气的流通使交流发电机冷却。为此，转子至少在其轴向端部之一支承有一用于保证所述空气流通的风扇。在图中所示的例子中，标记为23的风扇设置在转子的正前面上，而另一个功率更大的风扇24位于后面，每一个风扇都具有多个标记为25和26的叶片。作为实施变型，交流发电机也可以经由水冷却，机壳因而构型为能具有一适合的水流通道。

[25]在图2中示出的类型且可应用本发明的一旋转电机，其包括一混合定子绕组装置，所述混合绕组装置如图2所示，包括一星形三相绕组28和一三角形三相绕组29，它们的引出端分别与整流桥30和31相连，所述整流桥包括如二极管32或MOSFET型的晶体管等整流元件，特别是当电机为可逆型且由例如文献FR A 2 745 445(US A 6 002 219)中描述的交流发电机-启动机构成时。

[26]因此(图2)，每个三相绕组都包括三条支路，所述支路分别由一单相绕组构成。

[27]星形三相绕组包括成星形联接的三条支路、一共同引入端以及电连接至整流桥30的三个引出端。

[28]三角形三相绕组包括成三角形联接的三条支路，即它们两两电连接到三角形的每一个顶点，每个顶点都构成一引入端。所述三相绕组的引出端电连接到整流桥31上。

[29]整流桥平行地安装在地线和连续的输出端子33之间。

[30]所述整流桥由交流发电机的后支承体17支撑，例如文献FR A 2737 063中的图3所示。

[31]整流桥为Graetz型交互双级桥(ponts double alternance)。所述整流桥特别可以把在定子绕组中产生的交流电整流成一连续电流，尤其是从而可为机动车的电池充电。

[32]为了使得由两个绕组输送的电压基本保持一致，三角形绕组29的匝数比星形绕组28的匝数多

倍。三角形绕组的线匝的截面积和星形绕组的线匝的截面积之间的比为

[33]鉴于图2的电路图通过例如法国专利N°2 737 063已被了解，将不在下文详述。

[34]如图3所示，星形绕组28和三角形绕组29的线匝设置在标记为35的相同槽之中，三角形绕组的线匝设置在靠近槽的开口36处，而星形绕组28的线匝则位于槽的底部里。

[35]需要注意，在所描述的实施方式中，转子2(图4)，其每个极轮具有8个齿9，因而即有8对磁极。因此，在定子主体中设置了48个槽，即比文献US 2002/0175589A1和EP 0 454 039 A1中描述的方案的槽少两倍。当然，根据具体实施方法，转子可以包括6、7、10或12对磁极，定子则可以包括36、42、60或72对磁极。

[36]公知地，对介于接收绕组第一支路的两连续接纳槽之间的一三相绕组，相应地设置有分别用于接收绕组第二和第三支路的两接纳槽。

[37]同时还需注意，每一个槽35公知包括一未被标示的槽绝缘件，用来使得绕组导线相对于定子的主体绝缘，而且，每一个槽35的开口36都足够宽，从而能使绕组导线从中通过。所述开口公知由一未被标示的垫块封闭。有利的是，所述垫块具有弹性，从而能在绕组导线上施加一紧固力。

[38]本发明的目的是为了改进图1和图2所示类型的旋转电机，从而优化其性能，特别是如下文描述的借助混合定子绕组装置的适当构型和辅助的创造性测量。

[39]本发明基本上基于该发现：星形绕组28和三角形绕组29接纳在定子的各个槽里的匝数的选择，对电机的性能具有重要影响。

[40]在本发明的范围内，可以发现：为了获得最优的热力条件，匝数应当尽可能小，但是三角形绕组的匝数与星形绕组的匝数之比应当尽可能接近等于

的最优值。

[41]通过测量可以建立如图5所示的特性曲线，所述曲线在纵坐标轴上示出了电机的热状态，即在定子主体的铁制部分上，也就是构成定子主体的铁皮盒体上或在整流桥二极管处测得的温度，并在横坐标轴上示出两个绕组的匝数之比R。因此根据所述两条件并且考虑到各匝数应当为一整数，横坐标轴上带有可考虑的不同的匝数比或组合。因此在星形绕组的匝数为2、3、4的情况下，横坐标轴上标出可考虑的比值。可注意到，曲线具有一朝上开口的钟形状，且其最小值介于5/3和7/4之间，此处，比值具有一最优值

在最优值

的右侧，热值随星形绕组的匝数的增加而下降的原因在于：因而变大的髻结体令冷却空气无法通过，这可能测量为定子铁制部分的温度升高。在最优值

左侧，热值下降是因为，为了获得一为2的星形绕组匝数，需要关连为4的三角形绕组匝数，这会产生一等于2的比，而非最优值

远离最优值的所述比，在电动系统中导致平衡失调，这表现为在整流桥二极管处的温度升高。

[42]因此证实了：该绕组构型将特别有利，即其在各槽中具有三个星形绕组线匝和五个三角形绕组线匝。

[43]据上文所指，混合定子绕组装置，即部分为星形且部分为三角形，仍需遵循如下条件，即三角形绕组的电阻比应当等于星形绕组的电阻乘以

为了接近所述最优值

本发明建议使用直径不同的三角形绕组导线和星形绕组导线。如果要使得槽的充填率高于或等于50％，且绕组导线的直径尽可能大，从而保证获得髻结体的良好通风效果，电机可以运行的热条件可被最优化。但是，由于对于直径较小的导线将线匝安装在槽中更为容易，因而可以考虑用平行导线实施星形绕组的线匝。然而，平行导线的数目应当尽可能少，从而保证髻结体的良好通风效果。

[44]在本发明的范围内，证实实施三角形三相绕组和星形三相绕组特别有利，即三角形三相绕组的各支路用一第一直径的导线实施，而星形三相绕组的各支路用分布缠绕的一第二直径的两条平行导线实施。为了记忆，提请注意：分布绕组指将导线在定子主体的槽中沿一圆周方向缠绕，然后在缠绕定子主体一圈后，将导线在定子主体的槽中沿另一圆周方向进行缠绕。

[45]这里，对于星形绕组，对其各支路来说，在定子主体的槽中用两条平行导线，即两条主导线(fil en main)，缠绕定子主体三圈，而对于三角形绕组，则在定子主体的槽中缠绕定子主体五圈。

[46]各支路于是分别包括三个和五个线匝。

[47]通过应用该特别有利的组合配置——即在定子的各槽中有五个三角形三相绕组线匝和三个星形三相绕组线匝，于是便得到如图3所示的构型，其由于每一线匝两条导线，因而一星形绕组支路有六条导线，所述星形绕组支路位于槽的底部并在一三角形绕组支路的五个线匝，也就是五条导线之下。

[48]例如，在没有平行地布置导线的一定子混合绕组装置内，三角形绕组可由一1.6毫米的导线构成，而星形绕组则可以由2.24毫米的导线组成。平行地实施星形绕组的线匝，对于星形绕组导线和三角形绕组导线来说，可以分别使用直径为1.6毫米和1.7毫米的导线。

[49]需注意的是，把三角形绕组导线设置在槽35的开口36附近，并把星形绕组导线布置在槽底部，能保证电流量的良好平衡性。然而，为了改进热力条件并减小电机噪音，更有利的是，把星形绕组导线以分布方式置于槽的开口处，且将三角形绕组导线布置在槽底部。

[50]通过使用如图4所示构型的一转子，根据本发明的电机的性能，即其功率和效率还可以提高。以本领域技术人员所公知的且如法国专利N°2784248中所描述的，所述转子包括一定数量的永久磁铁38，所述永久磁铁介置在两齿9之间，所述齿邻近定子例如图1所示定子2的边围上，并且对所述磁铁的数量进行选择，以使得其低于转子的磁极数，并且使得磁铁的布置相对于转子的轴对称。本发明所述的布置同样也可以运用在凸极型转子上。

[51]如图4所示，8对磁极设置有4对磁铁38。

[52]需注意的是，在本发明的范围内更有利的是，在铁皮盒体形状的定子主体外周设置有一弹性系统，使其通过在前部和一平垫圈40且在后部和一缓冲件41来过滤振荡，柔性导热树脂插于前支承体和定子主体之间，用于排热，这如图1中所示。

[53]由上述描述得出，本发明相对于现有技术具有多种优势，比如，提高整体功率，降低磁噪音及波动率。所述优势得益于两个星形和三角形绕组在定子里错开30度电角度，同时符合一为

的匝数比和一为

的绕组电阻比。如图1所示的电机借助一前风扇和一功率更大的后风扇，经由空气冷却。电机的功率还可以通过使用性能更好的风扇得以提高，比如使用通过叠置两个初级风扇而获得的风扇，所述两个初级风扇中的每一个都包括一系列叶片，这如文献FR A 2 741 912中所描述并如图1中所示的(后风扇)。星形绕组导线的直径与三角形绕组导线的直径不同。星形绕组可以用两条主导线缠绕而成，三角形绕组导线则用一条主导线缠绕而成。星形绕组导线以分布波形方式缠绕，且所使用的导线为圆形导线，以便改进定子髻结体的冷却性能。导线的截面积大于或等于1.5毫米。在髻结体中，也可以交换相的位置。

[54]为了进一步提高对髻结体的冷却，可以在髻结体处设置轴向高度不同的绕组。因此，绕组之一，优选位于槽底部附近的绕组，就相对于在各个髻结体处的另一绕组轴向凸起地延伸。在这种情况下，星形绕组被置于槽的底部。

Claims (10)

1.多相旋转电机，所述电机包括：

-一些整流桥，

-一定子，其在一机壳的内部，所述定子配设有一槽式定子主体和接纳在所述定子主体的槽内的绕组，

-以及一转子，其由所述定子环绕，

所述定子包括一星形三相绕组和一三角形三相绕组，所述星形三相绕组的引出端连接到所述整流桥之一，而所述三角形三相绕组的引出端连接到所述整流桥中的另一个，这些整流桥平行地安装在地线和一共同的输出端子之间，所述两绕组共同接纳在所述定子的槽里，在所述电机中，三角形绕组(29)的匝数和星形绕组(28)的匝数之比选择为使得各个绕组(29，28)的匝数为一整数，并保持所述匝数比尽可能接近数值

且尽可能小，

其特征在于，星形绕组(28)的匝数和三角形绕组(29)的匝数分别为3和5。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述星形绕组(28)导线的直径与所述三角形绕组(29)的导线的直径不同；而且所述直径选择为使得所述两绕组的横截面积之比接近数值；而且所述星形定子绕组(28)的直径和所述三角形绕组(29)的直径选择为使得所述定子(4)的槽(35)内的充填率大于50％。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述星形绕组(28)由两条平行导线形成。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在一定子槽(35)里的所述星形绕组(28)的线匝以分布方式设置在所述槽(35)的开口(36)处，而所述三角形绕组(29)的线匝位于所述槽的底部里。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在一包括多对磁极(9)和多个布置在两相邻磁极(9)之间的转子周边上的永久性磁铁(38)的转子(2)里，所述磁铁(38)的数目少于所述磁极的数目，所述磁铁相对于所述转子的中心对称地布置。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子(4)的主体，借助于一弹性悬置系统(40，41)固定在所述机壳(1)上。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述弹性悬置系统在所述定子主体的前部包括一平垫圈(40)，且在后部包括缓冲件(41)。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子(2)支承有一双重风扇，所述双重风扇通过两风扇叠置而获得。

9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，它包括一用于机动车的交流发电机。

10.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述星形绕组(28)由以分布方式缠绕的两条平行导线形成。

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