CN101180783A

CN101180783A - 五相发电机

Info

Publication number: CN101180783A
Application number: CNA2006800174971A
Authority: CN
Inventors: G·沃夫; N·普菲特兹克
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2008-05-14
Also published as: EP1886399A1; WO2006122985A1; US20070296289A1; WO2006122846A1; JP2009505614A; DE102005023363A1; US7989996B2; JP2012085533A

Abstract

五相发电机(1)，尤其用于汽车，具有用于五个不同相位的五个电支路(12)，其中相位在互连点(14)电连接，其中在互连点(14)上的电角度(α)在25°至36°之间。

Description

五相发电机

本发明涉及一种尤其是用于汽车的五相发电机，具有用于五个不同相位的五个电支路，其中相位在互连点上电连接。

现有技术

由现有技术已知电发电机。其中研究集中在单相、三相和六相发电机。尤其在与单相和三相发电机相比，六相发电机应用于需要更好的磁噪声特性和更低的电压波动性的场合中。但是六相发电机明显在加工上更昂贵。此外已知五相发电机，但是正好在磁噪声特性方面比六相发电机可能更少令人满意。因此期望具有相当于六相发电机的磁噪声特性的发电机，但是在加工上更有利且更简单。

本发明的优点

在按照本发明的五相发电机中规定，在互连点上的电角度为25°至36°之间。由此与三相发电机相比明显降低磁噪声特性，尤其是可以接近或者实际上达到六相发电机的磁噪声特性。但是在许多方面得到结构上的简化。因此在按照本发明的发电机的控制电路中与六相发电机相比可以节省两个二极管。此外也得到更加简单的接线，因为现在代替十二个接头的六相只需实现十个接头的五相。总体上也得到具有更高结实性的发电机。这一点一方面基于所需的槽数量减少。因此例如对于八个极对与否则96个槽相比只需80个槽。由此对于相同的绝缘厚度也减少了槽中的绝缘百分比。此外得到更稳定的结构，因为齿宽与六相发电机相比增加。最后对于按照本发明的发电机可以实现更高的铜充满系数(Kupferfuellfaktor)。实现所期望的电角度的方法还要在这个实施例的其它变化中给出。在此要指出，在本发明中给出的范围说明包括所述的边界。

有利地使所述电角度在31°至36°之间，尤其在34°至36°之间，优选约为36°。而对于更小的电角度，与三相发电机相比也有更好的磁噪声特性，因此对于上述的电角度已经确认更好的测量结果。在此按照申请者的认识，对于约36°或者尽可能正好36°的电角度调节有最小的噪声，尽管在更小的角度时也显示出本发明的优点。

按照优选的实施方式，在发电机的绕组头上实现定子抽头导线(Staenderabgangsdraht)的接线。由此能够进一步简化加工，因为在发电机的定子上只还有五个接头，而不再是十个接头。

此外优选使所述发电机连接到整流器、尤其是B10整流器上。在此表述“B10”意味着：它是具有十个半桥的桥式整流器(即五个桥臂)。这种整流器特别适用于所提出的发电机。

有利地在接线板上实现定子抽头导线的接线，该接线板附属于整流器。这一点也能够进一步简化加工，因为在发电机的定子上只需五个接头，而不再是十个接头。

在本发明的改进方案中，由连续的导体、尤其是导线来缠绕每个相位的发电机的定子绕组。这一点降低了加工成本，因为连续的导体比使用插接绕组在成本上更加便宜。

特别有利的是，所述发电机的定子的铜充满系数大于等于50％。关于铜充满系数，可以理解为定子槽的导体充满系数，即位于槽里面的导体的所有铜横截面的总和与槽的总横截面的比例。如果选择铜充满系数大于等于50％，则得到特别好的发电机效率。

以有利的方式，在发电机布线时，尤其按照后面的图1接线时，对于14V的电压水平，对发电机的定子的每个槽嵌入五至十一个电导体，尤其是八个导体。关于导体数量总是要考虑在低转速范围实现高功率输出(更多的导体数量)，而在高转速范围实现高功率输出(更少的导体数量)。导体数量的优化通常与明显的费用相关。申请者已经认识到，对于导体数量所建议的范围是有利的。

此外有利的是，在发电机布线时，尤其按照后面的图1接线时，对于28V的电压水平，对发电机的定子的每个槽嵌入十至十八个电导体。

按照本发明的改进方案，在发电机布线时，尤其按照后面的图1接线时，对于42V的电压水平，对发电机的定子的每个槽嵌入19至30个电导体。

在本发明的另一改进方案中，绕组相的分支路附加地在连接点上相互连接。这一点对于发电机的特征和/或发电机的结构是有利的。

有利地使所述发电机的定子绕组具有节距缩短(Sehnung)。在此关于节距的缩短的定义要理解为，发电机的至少分支路至少部分地布线到其它槽中(如在常见的定子绕组中是这种情况)、尤其布线在下个相邻的或者下下个相邻的槽里面。在此对于这种节距缩短的一般观点在本申请的公开内容中引用文献DE 103 47 486和WO 2005/034308。具体地说，对于所建议的五相发电机节距缩短意味着，例如通常从槽1到槽6的槽节距现在至少一次性在总支路内通过另一节距数、即例如到槽5或槽7来替换到槽6。由此改善磁噪声特性。

优选使发电机的支路分别具有至少两个分支路，它们分别在互连点上相互连接，并且使分支路单独地缠绕，并且在绕组头或者接线板上连接到一起。这一点简化了发电机的加工。

此外有利的是，每个支路分别各半地分布在发电机的定子的两个相邻的槽上。即分别约50％地实现分布。

按照本发明的有利的改进方案，以星形线路实现发电机的总连接。

以有利的方式，在发电机布线时，尤其按照后面的图2接线时，对于14V的电压水平，对发电机定子的每个槽嵌入二至五个电导体，尤其是四个导体。申请者已经认识到，对于导体数量所建议的范围是有利的。

此外有利的是，在发电机布线时，尤其按照后面的图2接线时，对于28V的电压水平，对发电机的定子的每个槽嵌入五至九个电导体。

按照本发明的改进方案，在发电机布线时，尤其按照后面的图2接线时，对于42V的电压水平，对发电机定子的每个槽嵌入十至十五个电导体。

特别通过发电机可以实现所述实施例的优点，即实现高的功率密度和减少噪声，其转子是所谓的爪极转子(Klauenpollaeufer)。

特别有利地已经证实，对于相同的极对数目，与三相发电机相比具有提高的利用率，因为由此在绕组头45中存在更大的冷却表面，它还以有利的方式径向绕流。

附图

现在借助于多个实施例详细描述本发明。附图中：

图1示出构造为交流发电机的电机纵截面图，

图2示出按照第一实施例的五相发电机，

图3示出按照第一实施例的相导线和其在槽中的位置的视图，

图4示出按照第二实施例的五相发电机，

图5示出按照第三实施例的五相发电机，

图6示出按照第三实施例的相导线和其在槽中的位置的视图，

图7示出定子和绕组头的截面图连同两个支路在绕组头上的接线的视图。

实施例的说明

在图1中示出一个电机10的纵截面图，在这里构造为用于汽车的发电机或者交流发电机。这个电机10具有两部分的外壳13，它由第一轴承盖13.1和第二轴承盖13.2组成。轴承盖13.1和轴承盖13.2内容纳有所谓的定子16，该定子在一侧由基本上圆环形的定子铁心17组成，并且在定子的径向向内指向的、轴向延伸的槽里面嵌入有定子绕组19。这个环形的定子16通过其径向向内指向的成槽的表面包围一个转子20，该转子构造为爪极转子。该转子20由两个爪极板22和23组成，在其外圆周上分别设置有在轴向上延伸的爪极凸指24和25。两个爪极板22和23在转子20中这样设置，使其在轴向上延伸的爪极凸指24或25在转子20的圆周上相互交替。由此在反向磁化的爪极凸指24与25之间产生技术要求的中间空间，这种中间空间也称为爪极中间空间。所述转子20通过一个轴27和各一个位于各转子侧面的滚动轴承28可旋转地支承在相应的轴承盖13.1和13.2里面。

所述转子20总共具有两个轴向的端面，在其上分别固定一个风扇30。这个风扇30主要由板状或片状的区段组成，从其中以公知的方式伸出风扇叶片。这些风扇30用于通过在轴承盖13.1和13.2中的开口40实现在电机10外侧与电机10的内腔之间的空气交换。为此使开口40基本位于轴承盖13.1和13.2的轴向端部上，穿过该开口，通过风扇30使冷却空气吸入到电机10的内腔里面。这种冷却空气通过风扇30的旋转径向向外被加速，由此使冷却空气可以穿过冷却空气可通流的绕组端部或绕组头45。通过这种效应来冷却绕组帘45。冷却空气在穿过绕组帘45以后或者在绕流这个绕组帘45以后，通过在这里在图1中未示出的开口径向向外流出。绕组头45通过径向的冷却空气流被冷却。

图2示出一个按照第一实施例的五相发电机10。因为发电机10的电连接处于主要地位，因此在这里借助于电路图表示发电机10。要注意的时，五个设置在定子16的槽里面的绕组相12的取向分别表示绕组相12相互间的电角度，尤其是电角度α，它处在互连点14(14.1至14.5)上。所述发电机10连接在一个电压源U和一个具有五个桥臂18(18.1至18.5)的(B10)整流器16上。“B10”表示它是一种每个桥各具有两个整流二极管的桥式整流器，其中五个桥并联。因此在桥式整流器中得到十个二极管。准确地说，在互连点14与桥臂18之间的配置如下：14.1到18.3，14.2到18.2，14.3到18.1，14.4到18.5和14.5到18.4。在互连点14上的两个绕组相12之间电角度α分别为36°。但是这个角度α也可以选择得更小，如同在该发明中经详细解释过的那样。

定子绕组19以及五个绕组相12的电有效的绕线方向按照相应于绕组相12的耦连的两个电有效的绕行而闭合，参见图2。

按照图2的发电机10尤其适用于高功率输出。

图3示出按照第一实施例的相导线和其在槽中的位置的视图。因为在这里涉及一个五相发电机10的定子16的视图，因此所谓的槽节距为五个槽。即，第一支路12的导线从互连点14.1延伸到第一槽1里面，并且从那里延伸到下一个槽、即槽6里面，也参见图3a。然后下一个布线的槽是槽11，接着以确定的模式或槽节距衔接有槽16、槽21并且最后衔接有槽26。在槽26后导线终结在互连点14.3。

第二支路12的导线以类似的方式延伸，参见图3b。即，第二支路12的导线从互连点14.4延伸到第一槽8里面，并且从那里延伸进槽下一个槽、即槽13里面。然后下一布线的槽是槽18，然后以确定的模式或槽节距衔接有槽23、槽28并最终衔接有槽3。在槽3后导线终结在互连点14.2。

第三支路12的导线以类似的方式延伸，参见图3c。即，第三支路12的导线从互连点14.3延伸到第一槽15里面，并且从那里延伸进槽下一个槽、即槽20里面。然后下一布线的槽是槽25，然后以确定的模式或槽节距衔接有槽30、槽5并最终衔接有槽10。在槽10后导线终结在互连点14.5。

第四支路12的导线以类似的方式延伸，参见图3d。即，第三支路12的导线从互连点14.1延伸到第一槽22里面，并且从那里延伸进槽下一个槽、即槽27里面。然后下一布线的槽是槽2，然后以确定的模式或槽节距衔接有槽7、槽12并最终衔接有槽17。在槽17后导线终结在互连点14.4。

第五支路12的导线以类似的方式延伸，参见图3e。即，第五支路12的导线从互连点14.5延伸到第一槽29里面，并且从那里延伸进槽下一个槽、即槽4里面。然后下一布线的槽是槽9，然后以确定的模式或槽节距衔接有槽14、槽19并最终衔接有槽24。在槽24后导线终结在互连点14.2。

对于定子16具有多于三十个槽、即例如四十或五十或相应更多的槽的情况，相应地穿过更多的壁体。

图4示出按照第二实施例的五相发电机。与第一实施例的不同在于，单个绕组相12分别在两个在绕组相12之内的连接点21上不仅一方面桥接(通过互连点14.1至14.5)，而且通过这个连接点21使绕组相21的中间区段以环形电路相互连接。通过每两个相邻的互连点21，使三个不同支路12的三个分绕组以三角形连接在五角形上，它由所有绕组相12的分绕组构成，见图4。

从互连点14.1至14.5引出连接线到整流器桥18.1至18.5，参见图4。

图5示出按照第三实施例的五相发电机1。在这里发电机10也借助于电路图表示，并且五个设置在定子16的槽里面的绕组相12的取向以其各自的第一和第二分支路22、24分别形成分支路22、24在绕组相12内的相互间的电角度。发电机1连接在一个电压源U和一个具有五个桥臂18(18.1至18.5)的(B10)整流器16上，并且以星形电路构成，其中附加地设有节距缩短。这个节距缩短导致，在第一分支路22与第二分支路24之间在互连点14上设置一个电角度α，它在这里为36°。通过使第二分支路24不是以对于五相发电机1常见的大小为5的槽节距(例如从槽1至槽6)进行布线，而是布线到相邻的槽里面，由此节距缩短发生作用。按照图5的发电机1在运行中是特别轻声的，并且所需的绕组可以方便地加工。

在图6中示出，如何将单个分支路22和24设置在定子16和其槽里面。分图6a、6c、6e、6g和6i示出分支路22的位置，分图6b、6d、6f、6h和6j示出分支路24的位置。通过“0”给出在图5中所示的星点。

所示的五相发电机具有特别好的可以与六相发电机相媲美的磁噪声特性，其中本发电机可以更经济地加工。

本发明规定，定子16的槽的数量为十的倍数，并且优选等于极对数目与十的乘积，其中极对数目在六至八之间。

Claims

1.五相发电机(1)，尤其用于汽车，具有用于五个不同相位的五个电支路(12)，其中相位在互连点(14)电连接在一起，其特征在于，所述互连点(14)上的电角度(α)在25°至36°之间。

2.如权利要求1所述的发电机(1)，其特征在于，所述电角度(α)在31°至36°之间，尤其在34°至36°之间，优选约为36°。

3.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在发电机(1)的绕组头上实现定子抽头导线的连接。

4.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述发电机(1)连接到整流器(16)、尤其是B10整流器上。

5.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在接线板上实现定子抽头导线的连接，该接线板附属于整流器(16)。

6.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，发电机(1)的定子绕组每个相位由连续的导体缠绕成。

7.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述发电机的定子的铜充满系数大于等于50％。

8.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述定子绕组(19)以及五个绕组相(12)的电有效的绕线方向按照两个电有效的绕行相应于绕组相(12)的耦连而闭合(图2)。

9.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图1接线时，对于14V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入五至十一个电导体，尤其是八个导体。

10.如上述权利要求中任一项所述的发电机，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图1接线时，对于28V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入十至十八个电导体。

11.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图1接线时，对于42V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入19至30个电导体。

12.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述绕组相(12)的分绕组相附加地在连接点(20)上相互连接。

13.如上述权利要求中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，发电机(1)的定子绕组具有节距缩短。

14.如权利要求13所述的发电机(1)，其特征在于，所述发电机(1)的支路(12)分别具有至少两个分支路(22，24)，它们分别在互连点(14)上相互连接，并且所述分支路(22，24)单独地缠绕成，并且在绕组头或者接线板上连接在一起。

15.如权利要求13或14中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，每个支路(12)分别各半地分布在发电机(1)的定子的两个相邻的槽上。

16.如权利要求13至15中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，以星形线路实现发电机(1)的总连接。

17.如权利要求13至16中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图2接线时，对于14V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入二至五个电导体，尤其是四个导体。

18.如权利要求13至17中任一项所述的发电机，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图2接线时，对于28V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入五至九个电导体。

19.如权利要求13至18中任一项所述的发电机(1)，其特征在于，在发电机(1)布线时，尤其在按照图2接线时，对于42V的电压水平，对发电机(1)的定子的每个槽嵌入十至十五个电导体。

20.如上述权利要求中任一项所述的发电机，其特征在于，所述发电机的转子(20)是爪极转子。

21.如上述权利要求中任一项所述的发电机，其特征在于，所述绕组头(45)通过径向的冷却空气流来冷却。

22.如上述权利要求中任一项所述的发电机，其特征在于，所述定子(16)的槽的数量为十的倍数，并且优选相当于极对数目与十的乘积，其中极对数目在六至八之间。