CN102738938B - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明获得一种旋转电机，该旋转电机将匝数不同的两个绕组部串联连接而构成相绕组，能提高输出，且能减少因线圈端部组的内周面的凹凸而引起的风切噪声。定子绕组(22)是将第1三相定子绕组(23)和第2三相定子绕组(24)并联连接而构成。第1三相定子绕组(23)的U1相绕组(30)是将U1-1相绕组部(41)和U1-2相绕组部(42)串联连接而构成，第2三相定子绕组(24)的U2相绕组(35)是将U2-1相绕组部(51)和U2-2相绕组部(52)串联连接而构成。U1-1相绕组部(41)和U2-2相绕组部(52)是m匝的波形绕组，U2-1相绕组部(51)和U1-2相绕组部(42)是n匝(其中，n≠m)的波形绕组。U1-1相绕组部(41)和U2-1相绕组部(51)卷绕于第1槽组，U1-2相绕组部(42)和U2-2相绕组部(52)卷绕于第2槽组。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及车用交流发电机等旋转电机，特别涉及在以每极每相2个的比例形成槽的定子铁心上以波状绕法卷绕的定子绕组的卷绕结构。
背景技术
在现有的旋转电机中，定子绕组是将U相绕组、V相绕组、及W相绕组进行Y联接而构成，该U相绕组、V相绕组、及W相绕组是分别将彼此具有电角度为30度的相位差的第1绕组和第2绕组串联连接而成，第1绕组及第2绕组是分别将多个绕组并联连接而构成(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2010-136459号公报(图15)
发明内容
在专利文献1所记载的现有的旋转电机中，由于构成第1绕组及第2绕组的多个绕组是集中绕组，因此，绕组的匝数易于改变。因而，通过使并联连接的多个绕组的匝数相等，容易解决在并联电路部中的循环电流的问题。此外，为了得到所希望的输出特性，需要改变串联连接的第1绕组和第2绕组的匝数，但通过改变构成第1绕组的绕组的匝数和构成第2绕组的绕组的匝数，能容易应对此要求。
而且，即使在将构成第1绕组及第2绕组的多个绕组用波形绕组取代集中绕组来构成的情况下，通过使并联连接的多个绕组的匝数相等，也能解决在并联电路部中产生循环电流的问题，通过改变串联连接的第1绕组和第2绕组的匝数，也能得到规定的输出特性。
此处，设第1绕组是将4匝的两个波形绕组并联连接而构成，第2绕组是将3匝的两个波形绕组并联连接而构成。在此情况下，在卷绕有第1绕组的各槽中收纳8根导线，在卷绕有第2绕组的各槽中收纳6根导线。这样，槽所收纳的导线的根数在每个槽中都不同，在定子绕组的线圈端部组的内周面产生凹凸，存在与转子之间产生较大风切噪声的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种旋转电机，该旋转电机将匝数不同的两个绕组部串联连接而构成相绕组，能提高输出，并抑制在线圈端部组的内周面产生凹凸，减少风切噪声。
本发明的旋转电机包括：转子，该转子由外壳支承并能旋转；及定子，该定子具有以每极每相2个的比例形成槽的定子铁心、卷绕于该定子铁心的第1三相定子绕组和第2三相定子绕组，以围绕所述转子的方式由所述外壳支承。所述第1三相定子绕组是将U1相绕组、V1相绕组、及W1相绕组进行Y联接而构成，所述第2三相定子绕组是将U2相绕组、V2相绕组、及W2相绕组进行Y联接而构成。所述U1相绕组是将U1-1相绕组部和U1-2相绕组部串联连接而构成，所述V1相绕组是将V1-1相绕组部和V1-2相绕组部串联连接而构成，所述W1相绕组是将W1-1相绕组部和W1-2相绕组部串联连接而构成，所述U2相绕组是将U2-1相绕组部和U2-2相绕组部串联连接而构成，所述V2相绕组是将V2-1相绕组部和V2-2相绕组部串联连接而构成，所述W2相绕组是将W2-1相绕组部和W2-2相绕组部串联连接而构成。所述U1-1相绕组部和所述U2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的第1槽组，所述U1-2相绕组部和所述U2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第1槽组相邻的第2槽组，所述V1-1相绕组部和所述V2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的第3槽组，所述V1-2相绕组部和所述V2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第3槽组相邻的第4槽组，所述W1-1相绕组部和所述W2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的第5槽组，所述W1-2相绕组部和所述W2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第5槽组相邻的第6槽组。所述U1-1相绕组部、所述U2-2相绕组部、所述V1-1相绕组部、所述V2-2相绕组部、所述W1-1相绕组部、及所述W2-2相绕组部是分别将同一截面形状的导线以波状绕法在每间隔6个槽的所述槽中卷绕m匝(其中，m为整数)而构成，所述U1-2相绕组部、所述U2-1相绕组部、所述V1-2相绕组部、所述V2-1相绕组部、所述W1-2相绕组部、及所述W2-1相绕组部是分别将所述导线以波状绕法在每间隔6个槽的所述槽中卷绕n匝(其中，n为与m不同的整数)而构成。而且，将所述U1相绕组的输出端和所述U2相绕组的输出端相连接，将所述V1相绕组的输出端和所述V2相绕组的输出端相连接，将所述W1相绕组的输出端和所述W2相绕组的输出端相连接，以使得所述第1三相定子绕组和所述第2三相定子绕组并联连接。
根据本发明，构成U1相绕组的U1-1相绕组部和构成U2相绕组的U2-1相绕组部卷绕于第1槽组，构成U1相绕组的U1-2相绕组部和构成U2相绕组的U2-2相绕组部卷绕于第2槽组。因而，第1槽组的各槽所收纳的导线的根数成为(m+n)，第2槽组的各槽所收纳的导线的根数成为(m+n)。这样，各槽所收纳的导线的根数相同，可抑制在定子绕组的线圈端部组的内周面产生凹凸。由此，可抑制因旋转的转子与线圈端部组的内周面之间的干扰而产生的风切噪声。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的纵向剖视图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的电路图。
图3是本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机中的定子绕组的接线图。
图4是表示适用于本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的定子铁心的端面图。
图5是用于说明将导线卷绕于本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机中的定子铁心的卷绕状态的主要部分端面图。
图6是表示对本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的输出特性进行了测定的结果的图。
图7是比较例的定子绕组的接线图。
图8是用于说明将导线卷绕于比较例的车用交流发电机中的定子铁心的卷绕状态的主要部分端面图。
具体实施方式
下面，利用附图，说明本发明的旋转电机的优选实施方式。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的纵向剖视图，图2是本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的电路图，图3是本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机中的定子绕组的接线图，图4是表示适用于本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机的定子铁心的端面图，图5是用于说明将导线卷绕于本发明的一个实施方式所涉及的车用交流发电机中的定子铁心的卷绕状态的主要部分端面图。另外，在图4中，1、7、......67表示槽编号。图5表示将圆环状的定子铁心切开并在平面上展开的状态。
在图1中，作为旋转电机的车用交流发电机1包括由分别大体为碗状的铝制的前支架2和后支架3所构成的外壳4、通过轴承5由该外壳4支承并能旋转的轴6、紧固于从外壳4的前侧伸出的轴6的端部的滑轮7、固定于轴6而配置在外壳4内的转子8、以围绕转子8的方式固定于外壳4的定子20、固定于轴6的后侧并对转子8提供电流的一对滑环12、在各滑环12的表面上滑动的一对电刷13、收纳这些电刷13的电刷架14、与定子20电连接并将定子20所产生的交流转换成直流的整流器15、及安装于电刷架14并对定子20所产生的交流电压的大小进行调节的电压调节器16。
转子8包括流过激励电流而产生磁通的励磁线圈9、设置成覆盖励磁线圈9并由其磁通形成磁极的磁极铁心10、及贯穿安装于磁极铁心10的轴心位置的轴6。风扇11通过焊接等紧固于磁极铁心10的轴向两个端面。
定子20由前支架2和后支架3从轴向两侧夹持，包括定子铁心21、及卷绕安装于定子铁心21的定子绕组22，该定子铁心21配置成确保与转子8的磁极铁心10的外周面之间有均匀的间隙，并围绕磁极铁心10。
如图4所示，定子铁心21例如是如下的层叠铁心：层叠规定片的将磁性钢板的薄板冲孔成圆环状而制成的铁心片，通过焊接将层叠后的规定片的铁心片形成为一体并制成圆筒状。而且，定子铁心21具有圆环状的铁心后部21a、分别从铁心后部21a的内周面沿径向内侧延伸且在周向以等角度间距进行排列的T形齿部21b、及由铁心后部21a和相邻的T形齿部21b所形成的槽21c。
此处，转子8的磁极铁心10的爪状磁极的个数为12，槽21c的个数为72个。即，槽21c是以每极每相有两个槽的比例、在周向以等角度间距(电角度为π/6的间距)形成。
如图2及图3所示，定子绕组22构成为将第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24的三相的输出端彼此连接，以将第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24并联连接。
第1三相定子绕组23是将U1相绕组30、V1相绕组31、及W1相绕组32进行Y联接而构成。U1相绕组30是将具有电角度为30°的相位差的U1-1相绕组部41和U1-2相绕组部42串联连接而构成。V1相绕组31是将具有电角度为30°的相位差的V1-1相绕组部43和V1-2相绕组部44串联而构成。W1相绕组32是将具有电角度为30°的相位差的W1-1相绕组部45和W1-2相绕组部46串联连接而构成。
第2三相定子绕组24是将U2相绕组35、V2相绕组36、及W2相绕组37进行Y联接而构成。U2相绕组35是将具有电角度为30°的相位差的U2-1相绕组部51和U2-2相绕组部52串联而构成。V2相绕组36是将具有电角度为30°的相位差的V2-1相绕组部53和V2-2相绕组部54串联连接而构成。W2相绕组37是将具有电角度为30°的相位差的W2-1相绕组部55和W2-2相绕组部56串联连接而构成。
而且，将U1相绕组30的输出端和U2相绕组35的输出端相连接，将V1相绕组31的输出端和V2相绕组36的输出端相连接，将W1相绕组32的输出端和W2相绕组37的输出端相连接。由此，第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24并联连接，以构成定子绕组22。
接下来，说明定子绕组22的具体结构。
U1-1相绕组部41是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为1号、7号、......、61号、67号的每间隔6个槽的槽21c构成的第1槽组而制成的3匝的波形绕组。U1-2相绕组部42是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为2号、8号、......、62号、68号的每间隔6个槽的槽21c构成的第2槽组而制成的4匝的波形绕组。
V1-1相绕组部43是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为3号、9号、......、63号、69号的每间隔6个槽的槽21c构成的第3槽组而制成的3匝的波形绕组。V1-2相绕组部44是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为4号、10号、......、64号、70号的每间隔6个槽的槽21c构成的第4槽组而制成的4匝的波形绕组。
W1-1相绕组部45是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为5号、11号、......、65号、71号的每间隔6个槽的槽21c构成的第5槽组而制成的3匝的波形绕组。W1-2相绕组部46是以波状绕法将导线29卷绕于由槽编号为6号、12号、......、66号、72号的每间隔6个槽的槽21c构成的第6槽组而制成的4匝的波形绕组。
U2-1相绕组部51是以波状绕法将导线29卷绕于第1槽组而制成的4匝的波形绕组。U2-2相绕组部52是以波状绕法将导线29卷绕于第2槽组而制成的3匝的波形绕组。
V2-1相绕组部53是以波状绕法将导线29卷绕于第3槽组而制成的4匝的波形绕组。V2-2相绕组部54是以波状绕法将导线29卷绕于第4槽组而制成的3匝的波形绕组。
W2-1相绕组部55是以波状绕法将导线29卷绕于第5槽组而制成的4匝的波形绕组。W2-2相绕组部56是以波状绕法将导线29卷绕于第6槽组而制成的3匝的波形绕组。
而且，U1相绕组30是通过TIG焊接等将U1-1相绕组部41的卷绕尾部和U1-2相绕组部42的卷绕头部进行接合而构成的7匝的绕组。同样地，V1相绕组31及W1相绕组32也是7匝的波形绕组。而且，通过TIG焊接等将U1-1相绕组部41、V1-1相绕组部43、及W1-1相绕组部45的卷绕头部进行接合，以形成第1三相定子绕组23。
此外，U2相绕组35是将U2-1相绕组部51和U2-2相绕组部52串联而构成的7匝的波形绕组。同样地，V2相绕组36及W2相绕组37也是7匝的波形绕组。而且，通过TIG焊接等将U2-1相绕组部51、V2-1相绕组部53、及W2-1相绕组部55的卷绕头部进行接合，以形成第2三相定子绕组24。
而且，通过TIG焊接等将U1-2相绕组部42和U2-2相绕组部52的卷绕尾部进行接合，通过TIG焊接等将V1-2相绕组部44和V2-2相绕组部54的卷绕尾部进行接合，通过TIG焊接等将W1-2相绕组部46和W2-2相绕组部56的卷绕尾部进行接合，以形成定子绕组22。
接下来，说明这样构成的车用交流发电机1的动作。
首先，电流从电池(未图示)通过电刷13及滑环12提供给转子8的励磁线圈9，以产生磁通。利用该磁通，在磁极铁心10的爪状磁极部形成磁极。
另一方面，发动机的转矩通过传动带(未图示)及滑轮7传送到转轴6，以使转子8旋转。因而，对定子20的定子绕组22施加旋转磁场，在定子绕组22中产生电动势。由该电动势产生的交流电流由整流器15整流成直流电流，对电池进行充电，或提供给电负载。
在这样构成的定子绕组22中，各相的并联连接的两个绕组部都成为7匝，从而抑制在并联电路部中产生循环电流。
在各槽21c内，如图5所示，收纳有7根导线29。因而，各槽21c所收纳的导线29的根数相同，可抑制在定子绕组22的线圈端部组的内周面产生凹凸。由此，可抑制因旋转的转子8与线圈端部组的内周面之间的干扰而产生风切噪声。
由于第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24的中性点是分别连接三根导线29而构成，因此，将第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24的中性点彼此连接的操作变得极其繁杂。在本发明中，由于第1三相定子绕组23和第2三相定子绕组24的中性点彼此之间不连接，因此，省略了繁杂的连接操作，定子20变得容易制造。
在各相绕组中，由于将电角度偏移30°的两个绕组部、例如U1-1相绕组部41和U1-2相绕组部42串联连接，因此，能降低磁通势脉动，减少磁噪声。
在各相绕组中，由于串联连接的两个绕组部、例如U1-1相绕组部41和U1-2相绕组部42的匝数不同，因此，能提高车用交流发电机1的输出。
此处，在图6中示出对本车用交流发电机1的输出特性进行了测定的结果。另外，在图6中，实线表示本车用交流发电机1的输出特性，虚线表示比较例的车用交流发电机的输出特性。比较例的车用交流发电机使用了图7所示的比较例的定子绕组60，除了这点以外，采用与本车用交流发电机1相同的结构。
从图6可知，确认了车用交流发电机1在转速的整个范围内可得到与比较例的车用交流发电机相比要高的输出。
接下来，参照图7及图8，说明比较例的定子绕组60的具体结构。另外，图7是比较例的定子绕组的接线图，图8是用于说明将导线卷绕于比较例的车用交流发电机中的定子铁心的卷绕状态的主要部分端面图。另外，图8表示将圆环状的定子铁心切开并在平面上展开的状态。
U1-1相绕组部71是以波状绕法将导线29卷绕于第1槽组而制成的4匝的波形绕组。U1-2相绕组部72是以波状绕法将导线29卷绕于第2槽组而制成的3匝的波形绕组。
V1-1相绕组部73是以波状绕法将导线29卷绕于第3槽组而制成的4匝的波形绕组。V1-2相绕组部74是以波状绕法将导线29卷绕于第4槽组而制成的3匝的波形绕组。
W1-1相绕组部75是以波状绕法将导线29卷绕于第5槽组而制成的4匝的波形绕组。W1-2相绕组部76是以波状绕法将导线29卷绕于第6槽组而制成的3匝的波形绕组。
U2-1相绕组部81是以波状绕法将导线29卷绕于第1槽组而制成的4匝的波形绕组。U2-2相绕组部82是以波状绕法将导线29卷绕于第2槽组而制成的3匝的波形绕组。
V2-1相绕组部83是以波状绕法将导线29卷绕于第3槽组而制成的4匝的波形绕组。V2-2相绕组部84是以波状绕法将导线29卷绕于第4槽组而制成的3匝的波形绕组。
W2-1相绕组部85是以波状绕法将导线29卷绕于第5槽组而制成的4匝的波形绕组。W2-2相绕组部86是以波状绕法将导线29卷绕于第6槽组而制成的3匝的波形绕组。
而且，U相绕组61是将并联连接U1-1相绕组部71和U2-1相绕组部81的绕组部、与并联连接U1-2相绕组部72和U2-2相绕组部82的绕组部串联连接而构成。V相绕组62是将并联连接V1-1相绕组部73和V2-1相绕组部83的绕组部、与并联连接V1-2相绕组部74和V2-2相绕组部84的绕组部串联连接而构成。W相绕组63是将并联连接W1-1相绕组部75和W2-1相绕组部85的绕组部、与并联连接W1-2相绕组部76和W2-2相绕组部86的绕组部串联连接而构成。
如图7所示，定子绕组60是将U相绕组61、V相绕组62、及W相绕组63进行Y联接而构成，成为与上述定子绕组22大体等效的电路。
比较例的车用交流发电机是利用定子绕组60来代替定子绕组22而构成。即使在这样构成的定子绕组60中，构成各并联电路部的两个绕组部的匝数也相同，从而抑制在并联电路部中产生循环电流。此外，在各相绕组中，由于将电角度偏移30°的两个绕组部串联连接，因此，能降低磁通势脉动，减少磁噪声。
但是，在比较例的车用交流发电机中，如图8所示，收纳有8根导线29的槽21c和收纳有6根导线29的槽21c交替排列。因而，在定子绕组22的线圈端部组的内周面产生凹凸，因旋转的转子8与线圈端部组的内周面之间的干扰而引起的风切噪声变大。
另外，在上述实施方式中，虽然对车用交流发电机进行了说明，但本发明并不限于车用交流发电机，即使应用于车用电动机、车用发电电动机等车用旋转电机，也可起到相同的效果。
此外，在上述实施方式中，虽然将具有电角度为30°的相位差的两个绕组部串联连接而构成相绕组，但串联连接的两个绕组部的相位差并不限于30°(电角度)。
此外，在上述实施方式中，虽然将4匝的绕组部和3匝的绕组部串联连接而构成第1及第2三相定子绕组的各相绕组，但串联连接的两个绕组部的匝数并不限于4匝和3匝，只要彼此不同即可。
标号说明
4外壳，8转子，20定子，21定子铁心，21c槽，23第1三相定子绕组，24第2三相定子绕组，29导线，30U1相绕组，31V1相绕组，32W1相绕组，35U2相绕组，36V2相绕组，37W2相绕组，41U1-1相绕组部，42U1-2相绕组部，43V1-1相绕组部，44V1-2相绕组部，45W1-1相绕组部，46W1-2相绕组部，51U2-1相绕组部，52U2-2相绕组部，53V2-1相绕组部，54V2-2相绕组部，55W2-1相绕组部，56W2-2相绕组部。

Claims (2)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：
转子，该转子由外壳支承并能旋转；及
定子，该定子具有以每极每相2个的比例形成槽的定子铁心、卷绕于该定子铁心的第1三相定子绕组和第2三相定子绕组，以围绕所述转子的方式由所述外壳支承，
所述第1三相定子绕组是将U1相绕组、V1相绕组、及W1相绕组进行Y联接而构成，
所述第2三相定子绕组是将U2相绕组、V2相绕组、及W2相绕组进行Y联接而构成，
所述U1相绕组是将U1-1相绕组部和U1-2相绕组部串联连接而构成，
所述V1相绕组是将V1-1相绕组部和V1-2相绕组部串联连接而构成，
所述W1相绕组是将W1-1相绕组部和W1-2相绕组部串联连接而构成，
所述U2相绕组是将U2-1相绕组部和U2-2相绕组部串联连接而构成，
所述V2相绕组是将V2-1相绕组部和V2-2相绕组部串联连接而构成，
所述W2相绕组是将W2-1相绕组部和W2-2相绕组部串联连接而构成，
所述U1-1相绕组部和所述U2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的第1槽组，所述U1-2相绕组部和所述U2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第1槽组相邻的第2槽组，所述V1-1相绕组部和所述V2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第2槽组相邻的第3槽组，所述V1-2相绕组部和所述V2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第3槽组相邻的第4槽组，所述W1-1相绕组部和所述W2-1相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第4槽组相邻的第5槽组，所述W1-2相绕组部和所述W2-2相绕组部卷绕于由每间隔6个槽的所述槽所构成的、与所述第5槽组相邻的第6槽组，
所述U1-1相绕组部、所述U2-2相绕组部、所述V1-1相绕组部、所述V2-2相绕组部、所述W1-1相绕组部、及所述W2-2相绕组部是分别将同一截面形状的导线以波状绕法在每间隔6个槽的所述槽中卷绕m匝而构成，其中，m为整数，
所述U1-2相绕组部、所述U2-1相绕组部、所述V1-2相绕组部、所述V2-1相绕组部、所述W1-2相绕组部、及所述W2-1相绕组部是分别将所述导线以波状绕法在每间隔6个槽的所述槽中卷绕n匝而构成，其中，n为与m不同的整数，
将所述U1相绕组的输出端和所述U2相绕组的输出端相连接，将所述V1相绕组的输出端和所述V2相绕组的输出端相连接，将所述W1相绕组的输出端和所述W2相绕组的输出端相连接，以使得所述第1三相定子绕组和所述第2三相定子绕组并联连接。
2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
不连接所述第1三相定子绕组的中性点和所述第2三相定子绕组的中性点。
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