CN102790500A - 无刷交流发电机 - Google Patents

Abstract

一种无刷交流发电机，能通过降低磁路中的磁阻来实现高输出化、高效率化。本发明的无刷交流发电机包括：磁轭部(10)，该磁轭部(10)的内周面在径向上隔着空隙与被支架(20、21)支承成能自由旋转的转子(2)相对；定子(14)，该定子(14)被支架(20、21)保持并与转子(2)及磁轭部(10)一起构成磁路；绕线管(32)，该绕线管(32)与磁轭部(10)的薄壁部(101)的外周面卡合；励磁线圈(13)，该励磁线圈(13)卷绕于绕线管(32)上以产生磁通；以及板(31)，该板(31)与薄壁部(101)接合以在轴向上保持绕线管(32)，使用单一构件一体形成磁轭部(10)的薄壁部(101)和其它部分。

Description

无刷交流发电机

技术领域

本发明涉及一种无刷交流发电机。

背景技术

被用作车用交流发电机的交流发电机的转子经由轴、带轮及皮带而被车辆发动机驱动旋转，但随着车辆的电负载增大，交流发电机也会大型化、重量化，转子自身的重量增加会对发动机施加较大的负担。特别地，相对于空转转速的降低、加速性能的提高，转子的重量增加、惯性力增大会引起发动机的驱动转矩不足，从而形成较大的问题。为了降低该转子的重量、惯性力，此外，也为了对应近年来对高寿命化的不断要求，目前已知有将转子的励磁线圈固定于支架而使供磁通穿过的爪状磁极部旋转的无刷交流发电机(例如，专利文献1)。

在专利文献1所示的无刷交流发电机中，具有固定有励磁线圈的绕线管装置，设于构成该绕线管装置的环状的第二磁轭部的台阶部与对绕线管的轴向上的移动进行限制的板的圆筒部的一端固接。并提出了以下结构：通过对该固接的板的圆筒部的径向厚度尺寸进行优化来改善磁路以提高无刷交流发电机的输出。

专利文献1：日本专利特开2007-37233号公报

在专利文献1所记载的无刷交流发电机中，综合考虑通过改变板的圆筒部的径向厚度尺寸来降低磁阻以提高无刷交流发电机的输出电流及输出效率的优点和因励磁线圈的励磁电流的减少而引起无刷交流发电机的输出电流及输出效率降低这样的缺点，其结果是，定量地确定板的圆筒部的径向厚度尺寸。然而，由于是通过点焊来固接第二磁轭部的台阶部与板的部位存在于磁路中的结构，因此，在该进行固接的部位中，因点焊引起应力集中，而使磁阻依然较大，有时不能有效地利用由励磁线圈产生的磁通，其结果是，会导致无刷交流发电机的输出电流及输出效率的降低。

此处，在专利文献1所记载的无刷交流发电机中，作为将上述第二磁轭部的台阶部与板固接在一起的方法，除了点焊以外，还记载有利用粘接剂、螺合的方法，但在例如使用上述方法的情况下，在第二磁轭部的台阶部与板的接合部位，除了支承包括励磁线圈的绕线管的重量之外，还需对板的自重进行支承，从而存在无刷交流发电机的用途被限定于耐热性、耐振性等使用环境不严酷的条件中这样的不良情况。

发明内容

本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种能通过降低磁路中的磁阻来实现高输出化、高效率化的无刷交流发电机。

本发明的无刷交流发电机包括：轴；转子，该转子包括与上述轴一体旋转的磁极；定子，该定子与上述转子的外侧相对配置；支架，该支架将上述轴支承成能自由旋转，并收纳上述转子及上述定子；磁轭部，该磁轭部固定于上述支架，内周面隔着空隙与上述转子相对，从而与上述转子及定子一起形成磁路；绕线管，该绕线管与上述磁轭部中外径比其它部分的外径小的薄壁部的外周面卡合；励磁线圈，该励磁线圈卷绕于上述绕线管以产生磁通；以及保持件，该保持件与上述薄壁部接合以在轴向上保持上述绕线管，上述磁轭部的上述薄壁部和其它部分由单一构件一体形成。

根据本发明的无刷交流发电机，在远离磁路的位置构成磁轭部与保持件的接合部来降低磁阻，其中，上述磁轭部构成由励磁线圈形成的磁通的磁路的一部分，上述保持件在轴向上对卷绕有励磁线圈的绕线管进行固定。因此，能提供高输出化、高效率化的无刷交流发电机。

附图说明

图1是本发明实施方式1的无刷交流发电机的轴向主要部分放大剖视图。

图2是图1所示的无刷交流发电机的第二磁轭部的立体图。

图3是图1所示的无刷交流发电机的轴向剖视图。

(符号说明)

1无刷交流发电机

2转子

3磁极铁心

4前磁极铁心

8后磁极铁心

10第二磁轭部

101薄壁部

13励磁线圈

14定子

17轴

20前支架

21后支架

31板

32绕线管

320圆筒部

322第二凸缘部

具体实施方式

实施方式1

图1是本发明实施方式1的无刷交流发电机的轴向主要部分放大剖视图。图2是图1所示的无刷交流发电机的第二磁轭部的立体图。图3是图1所示的无刷交流发电机的轴向剖视图。

首先，对本发明实施方式1的无刷交流发电机的结构进行说明。

在图3中，无刷交流发电机1包括：被贯穿螺栓23一体化的前支架20和后支架21；固定于上述前支架20和后支架21，并由定子铁心15和卷绕安装于该定子铁心15的定子绕组16构成的定子14；两端部被安装于前支架20的前轴承18和安装于后支架21的后轴承19分别支承成能自由旋转的轴17；设于定子14的内侧并固定于轴17的转子2；与定子绕组16电连接以将交流输出转换为直流的整流器22；以及与转子2电连接以将由定子绕组16产生的交流电压控制在规定范围内的调节器(未图示)。

前支架20侧的轴17延伸至外部，并在该延出部固定有带轮24。在该带轮24与发动机(未图示)之间张设有皮带(未图示)，通过发动机的驱动经由皮带而使轴17旋转。

此外，前支架20通过前轴承18将轴17的一端侧支承成能自由旋转，后支架21通过后轴承19将轴17的另一端侧支承成能自由旋转。藉此，转子2以能自由旋转的方式配置于前支架20及后支架21内。

转子2包括磁极铁心3和设于该磁极铁心3内侧的励磁线圈13。

磁极铁心3由配置于前支架20侧的前磁极铁心4和配置于后支架21侧的后磁极铁心8构成。

前磁极铁心4具有：在轴心位置贯穿且固接有轴17的圆柱状的第一轴套部5；从第一轴套部5的一端部朝径向外侧延伸的厚壁环状的第一磁轭部6；以及前端部从第一磁轭部6的外周部沿轴线方向朝后支架21侧延伸的第一爪状磁极部7。

后磁极铁心8具有：在轴心位置贯穿且固接有轴17的圆筒状的第二轴套部9；隔着微小空隙配置于第二轴套部9的径向外侧的第二磁轭部10；以及隔着微小空隙配置于该第二磁轭部10的径向外侧，且前端部沿着轴线方向朝前支架20侧延伸的第二爪状磁极部11。

第二轴套部9与第一轴套部5各自的轴向端面彼此面接触。

第二爪状磁极部11与第一爪状磁极部7被配置成前端部彼此嵌合。第一爪状磁极部7的内周面及第二爪状磁极部11的内周面通过焊接、钎焊等在全周上与由非磁性体制作的圆环状的环12的外周面接合，使得第二爪状磁极部11与第一爪状磁极部7经由环12连结。

励磁线圈13配置于在第一爪状磁极部7与和该第一爪状磁极部7相对的第二爪状磁极部11之间所形成的空间部中。

励磁线圈13的导线卷绕于以轴17作为中心轴线的尼龙树脂制的绕线管32上。数圈卷绕于绕线管32上的导线端部的引出线(未图示)与调节器连接。绕线管32具有圆筒部320和从该圆筒部320的两端朝径向外侧延伸的一对第一凸缘部321、第二凸缘部322。

如图1所示，第二磁轭部10具有：呈圆筒形状的薄壁部101；以及从薄壁部101的一端面沿轴线方向延伸且外径比薄壁部101的外径大的厚壁部100，这些构件由单一构件一体构成。另外，厚壁部100的内径与薄壁部101的内径相等而形成同一内周面。

厚壁部100的内周面隔着微小空隙部而与第二轴套部9的外周面相对，薄壁部101的内周面隔着微小空隙部而与第一轴套部5的外周面相对。

构成励磁线圈13的绕线管32的圆筒部320的内周面与该薄壁部101的外周面卡合，绕线管32的第一凸缘部321与厚壁部100的轴向一端面抵接。作为限制绕线管32的轴向上的移动的保持件，对软钢板进行冲压成形而制作出的圆板状的板31与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向一端面接合，并与绕线管32的第二凸缘部322的轴向一端面抵接。藉此，绕线管32保持于第二磁轭部10。除此之外，第二磁轭部10固定于后支架21。

关于第二磁轭部10、绕线管32及板31的各尺寸关系，绕线管32的圆筒部320的内径与第二磁轭部10的薄壁部101的外径大致相等，绕线管32的轴向长度与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向长度大致相等。此外，绕线管32的第一凸缘部321及第二凸缘部322的径向长度与板31的径向长度及第二磁轭部10的厚壁部100的径向长度大致相等。

定子14被配置成围绕转子2的外周。另外，定子14的定子铁心15的轴向两端部通过贯穿螺栓23被前支架20和后支架21夹住。

接着，对在第二磁轭部10上组装励磁线圈13、板31的步骤进行说明。

首先，将绕线管32插入第二磁轭部10的薄壁部101中，并使绕线管32的第一凸缘部321与第二磁轭部10的厚壁部100的轴向一端面抵接。接着，依次通过点焊使板31在其圆周上均匀地在多个部位与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向一端面接合。然后，将导线卷绕于绕线管32上以制作出励磁线圈13。最后，第二磁轭部10通过在该状态下使用安装螺栓(未图示)与后支架21螺合而被固定。

在上述构成的无刷交流发电机1中，电流从电池(未图示)供给至励磁线圈13，从而产生磁通。

如图1所示，该磁通Φ在以下通路中流动：从第二磁轭部10经由设于径向内侧的微小空隙部而传递至第二轴套部9，接着从内侧端面与第二轴套部9面接触的第一轴套部5经由第一磁轭部6及第一爪状磁极部7，横穿过配置于转子2的径向外侧的定子14，接着磁通Φ经由第二爪状磁极部11及设于该第二爪状磁极部11的径向内侧的微小空隙部，最后返回至第二磁轭部10。因此，第一爪状磁极部7被磁化成N极，第二爪状磁极部11被磁化成S极。

另一方面，带轮24被发动机驱动从而使与带轮24直接连结的轴17旋转，藉此使转子2旋转。这样，由励磁线圈13产生的磁场也旋转。构成该旋转磁场的磁通Φ经由上述通路而施加到定子铁心15，从而在定子绕组16中产生电动势。上述交流的电动势被整流器22整流为直流，对电池充电。

此时，励磁线圈13因安装于与后支架21螺合的第二磁轭部10而不旋转，第一轴套部5、第一磁轭部6及第一爪状磁极部7一体形成的前磁极铁心4和后磁极铁心8的第二轴套部9及第二爪状磁极部11旋转。

在上述实施方式1的无刷交流发电机1中，第二磁轭部10的薄壁部101和厚壁部100由单一构件一体构成，在与绕线管32的第二凸缘部322的轴向一端面靠近的部位进行该薄壁部101与板31的接合，因此，在磁通Φ从第二磁轭部10经由设于径向内侧的微小空隙部而传递至第二轴套部9的磁路上，不存在第二磁轭部10与板31的接合部，因而能降低磁阻，从而提高了磁特性。其结果是，与具有在磁路上存在磁轭部与板的接合部的现有结构的无刷交流发电机相比，提高了输出电流，因此，能提供可实现高输出化及高效率化的无刷交流发电机。

另外，在本实施方式1这样的结构中，能自由地设定图1所示的第二磁轭部10的薄壁部101的径向上的厚度t。在此，当增大薄壁部101的径向上的厚度t时，在将板31与薄壁部101接合的情况下，能确保接触面积较大从而能提高接合作业性，因此，提高了无刷交流发电机的生产率，但另一方面，因励磁线圈31的内径变大、线圈长度变长而使在励磁线圈中流动的励磁电流减少，从而导致输出效率降低，此外，还会造成无刷交流发电机1的大型化。因此，综合考虑无刷交流发电机1的生产率、输出及效率，从而能设定最合适的第二磁轭部10的圆筒部101的径向上的厚度t。

此外，第二磁轭部10的厚壁部100的内径与薄壁部101的内径相等，从而形成同一内周面，并在第二磁轭部10的薄壁部101的轴向一端面进行板31的接合，因此，能使设于第二磁轭部10的厚壁部100的径向内侧的微小空隙部的尺寸与设于第二磁轭部10的薄壁部101的径向内侧的微小空隙部的尺寸相同。在现有无刷交流发电机中，当将板焊接到第二磁轭部时，焊痕朝径向内侧突出，因此，采用将微小空隙部确保得较大的结构，这构成磁阻增大的一个因素。

在本实施方式1中，设于薄壁部101的径向内侧的微小空隙部不会增大至必要尺寸以上，从而能抑制该空隙部中的磁阻增加的情况。藉此，由于比现有无刷交流发电机更能提高输出电流，因此，能提供可进一步实现高输出化及高效率化的无刷交流发电机。

另外，在本实施方式1中，绕线管32的轴向长度与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向长度形成得大致相等，以最大限度地确保绕线管32的圆筒部320的内周面与第二磁轭部10的薄壁部101的外周面卡合的面积。因此，在励磁线圈13中产生的热从第二磁轭部10的薄壁部101经由第二磁轭部10的厚壁部100而发散至后支架21，但在本实施方式1中，在励磁线圈13中产生的热直接传递至第二磁轭部10，在该散热路径中，没有焊接等的接合部位，第二磁轭部10是单一构件，因此，比现有无刷交流发电机更能提高热传导效率，通过提高散热性来抑制励磁线圈13的发热，从而抑制励磁电流的降低，因此，能使无刷交流发电机进一步高输出化及高效率化。总之，能提供一种通过抑制励磁线圈13的发热来使耐热性优异、高寿命化的无刷交流发电机。

此外，在本实施方式1中，由于板31的外径与绕线管32的第二凸缘部322的外径大致相等，因此，绕线管32的第二凸缘部322的整面与板31抵接，能降低面压力，从而能提供耐久性优异的无刷交流发电机。

在本实施方式1中，通过电阻焊即点焊使板31与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向一端面接合，因此，与例如锡焊等比较，耐热性优异且能缩短加工时间，从而能提供可因高寿命化及生产率提高而实现成本降低的无刷交流发电机。

由于绕线管32的轴向长度与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向长度大致相等，因此，即便在薄壁部101的轴向端面通过点焊将板31接合，该接合部位也位于远离磁路的位置，对磁特性施加的影响较小。

此外，如本实施方式1那样，通过将绕线管32的轴向长度与第二磁轭部10的薄壁部101的轴向长度形成得大致相等，能从轴向焊接板状的板31，因此，容易进行板31的加工。此外，能将板31焊接到薄壁部101的轴向端面，因此，能充分地确保焊接作业空间，从而能提高生产率。此外，在本实施方式1这样的结构中，当将绕线管32组装到第二磁轭部10上时，为了在轴向上无偏差地进行固定而需进行第二磁轭部10、励磁线圈13及板31的尺寸管理的部位只要包括第二磁轭部10的薄壁部101的轴向长度和绕线管32的轴向长度这两处即可。在现有结构中，由于需进行第二磁轭部的台阶部的轴向长度、板的圆筒部的轴向长度及绕线管的轴向长度共计三处的尺寸管理，因此，通过采用本实施方式1这样的结构，能提供一种使生产率进一步提高并实现成本降低的无刷交流发电机。

另外，通过耐热性优异且能确保强度的点焊来进行薄壁部101与板31的接合，因此，能使用本实施方式1的无刷交流发电机作为温度、振动等使用环境严酷的车用交流发电机。

在本实施方式1中，对使用点焊进行薄壁部101与板31的接合进行了说明，但并不限定于此，可以采用例如凸焊，或者将板31压入设于薄壁部101的轴向一端面的突起部。另外，通过采用本实施方式1这样的结构，与以往那样的具有在径向上延伸出的凸缘部的圆筒形状的板相比，能减小板31，因此，能减小对板31的自重进行支承的薄壁部101与板31的接合力。因此，即便是钎焊、锡焊，只要接合力足够，也能使用上述接合方法。

另外，对板31的焊接部位位于第二磁轭部10的薄壁部101的轴向一端面进行了说明，但并不限于此，例如，在板31呈具有在径向上延伸出的凸缘部的圆筒形状的情况下，也可进行焊接使凸缘部与薄壁部101的轴向一端面抵接并将圆筒部的外周面与薄壁部101的内周面接合。

在本实施方式1中，绕线管32的第二凸缘部322的整面与板31抵接，但并不限定于此，例如，即使板31的外径比绕线管32的第二凸缘部322的外径小，只要板31与绕线管32的第二凸缘部322的至少一部分抵接，就能限制轴向的移动。

除此之外，在本实施方式1中，使用尼龙树脂来形成绕线管32，但也可以使用例如酚醛树脂等热固性树脂，或者，还可在励磁线圈13与第二磁轭部10的厚壁部100、薄壁部101之间和在励磁线圈13与板31之间、即在励磁线圈13的除了与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11相对的面之外的各个面上涂布绝缘体即绝缘树脂来形成绕线管32，或使用绝缘纸来形成绕线管32。

另外，在本实施方式1中，将和励磁线圈13卡合的第二磁轭部10设成与后支架21侧螺合，但也能将第二磁轭部10设于前支架20侧。在该情况下，通过调换前磁极铁心4和后磁极铁心8的位置来进行对应。

此外，为了在后支架21上固定第二磁轭部10而使用安装螺栓，但也可使用粘接剂或通过使用铆钉等进行铆接。若能利用铆钉进行固定，则与利用安装螺栓、粘接剂的固定相比，能抑制脱落。

Claims (7)

1.一种无刷交流发电机，其特征在于，包括：

轴；

转子，该转子包括与所述轴一体旋转的磁极；

定子，该定子与所述转子的外侧相对配置；

支架，该支架将所述轴支承成能自由旋转，并收纳所述转子及所述定子；

磁轭部，该磁轭部固定于所述支架，内周面隔着空隙与所述转子相对，并与所述转子及所述定子一起形成磁路；

绕线管，该绕线管与所述磁轭部中外径比其它部分的外径小的薄壁部的外周面卡合；

励磁线圈，该励磁线圈卷绕于所述绕线管以产生磁通；以及

保持件，该保持件与所述薄壁部接合以在轴向上保持所述绕线管，

所述磁轭部的所述薄壁部和其它部分由单一构件一体形成。

2.如权利要求1所述的无刷交流发电机，其特征在于，

所述保持件与所述薄壁部的轴向一端面接合，且所述空隙的大小在所述磁轭部的所述薄壁部和其它部分相等。

3.如权利要求1所述的无刷交流发电机，其特征在于，

所述绕线管的轴向长度与所述薄壁部的轴向长度大致相等。

4.如权利要求1至3中任一项所述的无刷交流发电机，其特征在于，

所述绕线管的轴向一端面的整面与所述保持件抵接。

5.如权利要求4所述的无刷交流发电机，其特征在于，

所述薄壁部与所述保持件通过电阻焊而接合。

6.如权利要求5所述的无刷交流发电机，其特征在于，

所述无刷交流发电机是车用无刷交流发电机。

7.如权利要求1至3中任一项所述的无刷交流发电机，其特征在于，

通过铆接来进行所述支架与所述磁轭部的固定。

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