CN103296802A

CN103296802A - 交流发电机比率

Info

Publication number: CN103296802A
Application number: CN2013100560649A
Authority: CN
Inventors: K·尼特
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-11
Also published as: DE102013101719A1; KR20130097663A; US20130221798A1

Abstract

本发明涉及车辆交流发电机，其具有中心旋转轴线，该车辆交流发电机包括大致圆形的定子，该定子具有多个线圈，每个线圈都绕定子缠绕N次。车辆交流发电机包括转子，该转子具有线轴，该线轴上缠绕有磁场线圈，并且该转子具有一对相对的铁芯节段，该一对相对的铁芯节段限定了数量为P的交错的磁极部分，每个节段都具有毂，该毂从中心轴线沿径向延伸距离R2，每个磁极部分都具有外磁极面，该外磁极面与中心轴线的径向距离为R1。比率R2/R1在0.60至0.63的范围内，并且N×P在50至60的范围内。

Description

交流发电机比率

技术领域

本发明整体上涉及车辆交流发电机性能的改进，更具体地，本发明涉及优化交流发电机的设计，从而增加低速输出和高速效率。

背景技术

车辆交流发电机一般具有被称为转子的旋转磁体，其在被称为定子的一组静止的导体内旋转。旋转转子的磁场穿过导体进行切割，由此形成电流。例如，转子可能由带和带轮系统以3倍发动机速度或其它适当的每分钟转数（rpm）机械地驱动。转子磁场可能通过向转子绕组通以直流电（DC）产生，该直流电通过滑环和电刷提供。转子磁场具有多个正极或N极，这些正极或N极与相同数量的负极或S极交替。当交替的N极和S极旋转经过定子导体时，它们使得电流最初沿一个方向流动，然后沿另一个方向流动，由此产生流过定子导体的交流电（AC）。交流电接着被二极管整流，提供直流电以用于使车辆电池充电或再充电，以及为车辆的各种电气装置供电。通常，为了降低噪音、增加低速下的发电电压、维持高速下的稳定性能以及其它的原因，定子线圈通常被配置来将三相或六相输出提供给整流二极管。电压调节器在交流发电机的输出上维持不变的电压。

交流发电机的性能通常使用交流发电机的直流电输出电流（以安培表示）随交流发电机速度（以rpm表示）变化的曲线来评价。通常，输出电流从开始产生充电电流的交流发电机速度（例如1200rpm）下的零安培上升到例如在5000到8000rpm之间的运转速度下的交流发电机的额定输出电流。根据这样的性能曲线和相关的性能特征，常规的交流发电机在效率和性能方面没有得到优化。

发明内容

因此，期望的是，通过提供一种车辆交流发电机来消除上述缺陷，该交流发电机具有改进的低速交流发电机输出和改进的高速交流发电机效率。

在一个实施例中，车辆交流发电机具有中心旋转轴线，并且包括大致圆形的定子，该定子具有多个线圈，每个线圈都绕定子缠绕N次。车辆交流发电机包括转子，该转子具有线轴，该线轴上缠绕有磁场线圈，并且该转子具有一对相对的铁芯节段，该一对相对的铁芯节段限定了数量为P的交错的磁极部分，每个节段都具有毂，该毂从中心轴线沿径向延伸距离R2，每个磁极部分都具有外磁极面，该外磁极面与中心轴线的径向距离为R1。比率R2/R1在0.60至0.63的范围内，并且N×P在50至60的范围内。

在另一个实施例中，一种在车辆内提供电压的方法包括：提供大致圆形的定子铁芯，该定子铁芯具有中心轴线；将多个线圈绕定子铁芯缠绕N次；以及提供转子，该转子具有一对相对的铁芯节段，该一对相对的铁芯节段限定了数量为P的交错的磁极部分，每个节段都具有毂，该毂从中心轴线沿径向延伸距离R2，每个磁极部分都具有外磁极面，该外磁极面与中心轴线的径向距离为R1，其中R2/R1在0.60至0.63的范围内，并且其中，N×P在50至60的范围内。

前面的概要并不限制本发明，本发明由所附的权利要求限定。同样，本发明的名称和摘要也不能被看作以任何形式限制了要求保护的发明的范围。

附图说明

通过参考下面与附图结合在一起的对实施例的说明，示例性实施例的上述各方面会变得更加明显，并且会得到更好的理解，其中：

图1是车辆交流发电机的纵截面图；

图2是开有槽的定子铁芯的透视图；

图3A和3B是各个定子槽的俯视图；

图4是转子线轴的透视图；

图5是转子磁极铁芯节段的透视图，根据示例性实施例，该转子磁极铁芯节段被配置为用于转子的驱动端；

图6是转子磁极铁芯节段的透视图，根据示例性实施例，该转子磁极铁芯节段被配置为用于转子的滑环端；

图7是图4中的转子线轴的透视图，该转子线轴处于折叠位置，以用于保护转子磁场布线；

图8A是转子磁极铁芯节段的平面图，图8B是转子磁极铁芯节段的透视图，根据示例性实施例，该转子磁极铁芯节段被配置为用于转子的驱动端；

图9是转子的纵截面图，为了说明目的，转子的一些部件被移除了，根据示例性实施例，转子磁极铁芯节段被配置为用于转子的驱动端；

图10分别显示了常规节段和根据示例性实施例的节段的转子磁极铁芯节段的横截面，并且比较了其直径比率；

图11是车辆交流发电机性能的曲线图，显示了增加磁极铁芯节段的直径比率的影响；

图12是车辆交流发电机性能的曲线图，显示了降低N*P（定子匝数乘以转子磁极）的影响；

图13是转子磁极铁芯节段的透视图，根据示例性实施例，转子磁极铁芯节段被配置为用于转子的滑环端；

图14分别显示了常规节段和根据示范实施例的节段的转子磁极铁芯节段的横截面，并且对比了其半径比率；

图15是车辆交流发电机性能的曲线图，它显示了增加磁极铁芯节段的半径比率和降低N*P（定子匝数乘以转子磁极）的共同影响；

在全部附图中，对应的附图标记表示对应的或相似的部分。

具体实施方式

下面对实施例的描述并不是为了彻底阐明，或为了将本发明限制为公开的确切形式。相反，选择实施例并对其进行说明是为了使所属领域的其他技术人员能够领会并且理解这些教导的原理和实践方法。

图1是示例性车辆交流发电机1的纵截面图，该交流发电机1具有壳体4，壳体形成有驱动端（DE）区段2，该DE区段2利用螺栓15、25固定到滑环端（SRE）区段3。定子6固定到壳体4，具有中心轴30的转子8旋转地安装在定子6中，中心轴由第一和第二轴承组件18、19支撑。带轮5安装到中心轴30的驱动端35，并且通常被构造为由传送带（未示出）驱动，由此使转子8的中心轴30旋转。DE和SRE风扇50、52分别附接到转子8，并且产生在中心轴30旋转时流过交流发电机1的冷却空气流。滑环7、9绕中心轴30的滑环端34固定，并且分别与缠绕转子8的线轴的转子磁场绕组11的端部保持电气连通，如下所述。例如，磁场绕组11的端部可以焊接、焊合、钎焊或以其它的方式连接到滑环7、9。转子8的本体部分形成为两个相对的半部，即DE节段20和SRE节段22，每个半部都包括多个磁极部分。例如，DE节段20包括磁极部分26、27，SRE节段22包括磁极部分28、29。转子磁极铁芯节段20、22通常由钢形成。

图2是大致柱形的具有中心轴线17的定子铁芯10的透视图。在示例性实施例中，定子铁芯10具有84个径向延伸的槽12，每个槽在圆周内表面14的径向外侧延伸，并且每个槽都有宽度13。槽12通过实例显示为沿着以箭头16表示的轴向方向在定子铁芯10的轴向端部之间延伸，箭头的方向与中心轴线17平行。

图3A和3B是其中一个铁芯槽12的俯视图。槽衬里21是绝缘体，对于每个槽12的轴向长度覆盖侧壁23、24和后壁31。每个绝缘的槽一般都具有大致矩形的横截面轮廓，被构造为用于接纳多个导体节段32。在图示的例子中，在已经安装了槽衬里21之后，四个导体节段32被插入到槽12中。每个导体节段32都具有大致矩形的横截面轮廓，该轮廓具有略微呈圆形的角部，由此这组导体节段32紧密地配合到绝缘槽12中。其它的导体轮廓（譬如方形、圆形、椭圆形和其它的形状）能够被用在指定的实施例中。槽衬里21使安装的导体节段32与定子铁芯10电气绝缘，槽衬可以由片材类型的绝缘体形成，该片材类型的绝缘体在导体节段32插入之前利用粘接的和固化的粘附剂附接到槽12的一个或多个壁23、24、31。图3A-3B显示了导体节段32在四个径向位置处位于槽12中。例如，当每个定子相位包括围绕定子6四次的单个线材或线圈时，每个槽12就可以具有四个导体节段32。当每个相位具有平行连接的两个线圈，且每个线圈围绕定子四次时，每个槽12就可以具有八个导体节段32。在任一种情况中，定子匝数N为四。应注意此处用来描述示例性实施例的匝数N涉及工业中众所周知的具有Y形连接的定子绕组。相比之下，为了具有相似的电流输出，具有三角形连接（也为工业中众所周知的）的定子绕组需要的匝数为Y形绕组的1.732倍。因此，当考虑到三角形绕组时，N等于三角形绕组的匝数除以1.732。

定子6可以通过根据选定的多相位绕组模式将导体节段32插入槽12中而形成。例如，每个相位可以具有多个导体节段32，这些导体节段插入到槽12中，以便通过多个端环节段（未示出）交替地连接在定子铁芯10的相对轴向端部处。授权给Kirk Neet且在这里通过参考并入本文中的美国专利No.7,788,790公开了利用导体节段形成定子的方法和结构。导体节段32的矩形轮廓通常被用于高槽填充绕组。端环节段可以是交错的或级联的。交错的绕组包括大部分端环节段，该端环节段将容纳在一个铁芯槽中且处于一个径向定位的槽节段与容纳在另一个铁芯槽中且处于另一个径向定位的槽节段连接。级联的绕组包括大部分端环节段，该端环节段将容纳在铁芯槽的径向定位中的槽节段与容纳在另一个铁芯槽的同一个径向定位中的槽节段连接。多种多样的绕组和连接模式能够被用来形成定子。通常，三相定子绕组或六相定子绕组用于车辆交流发电机1，一般六相的车辆交流发电机要更加安静。

图4是线轴组件33的透视图，该线轴组件用于将磁场绕组11固定在转子8中。为了增加转子的铜制填充物，用于使转子线圈11与转子磁极隔绝的线轴具有由塑料或类似物形成的线轴本体65以及由具有高抗撕裂强度的模压片材形成的两个星形部分47、48。这种线轴设计允许比常规的由100%塑料或类似物形成的转子线轴具有更高的转子铜制填充物。在常规的线轴中，塑料翼片在装配的过程中容易撕裂。因此，常规的线轴组件导致转子铜制填充物降低以补偿容易撕裂的塑料翼片。星形部分47、48分别设置在线轴本体65的相对的轴向端部处。例如，每个星形部分47、48都是由模压片材材料形成，该模压片材材料可以是层压材料，例如但不限于聚酯/

/聚酯或聚酰亚胺/

/聚酰亚胺。每个星形部分47、48都具有七个径向延伸的翼片110-116。线轴本体65可以由注模塑料或其它合适的轻的高强度电气绝缘材料形成。线轴本体65可以包括线材打结柱67。星形部分47、48固定到线轴本体65上以便星形部分47的翼片110-116与星形部分48的槽口36对准。线轴本体65包括保持突起87、88，保持突起沿着线轴本体的每个轴向端部62、63周向地分隔开，以用于将星形部分47、48固定到线轴本体65。除此之外，每个星形部分47、48都包括周向地分隔开的附接突起37，附接突起向内折叠到线轴本体的环形中心内，以进一步将星形部分固定到线轴本体65。

转子磁场绕组11是通过绕线轴本体65缠绕绝缘磁体线材而形成的。例如，磁体线材可以是具有一个或多个树脂漆包的或涂覆的（例如清漆、聚氨酯/尼龙）绝缘层的菱形或圆形的铜线，并且通常被选取是因为具有以下特征，包括耐磨损性、可加工性、散热性、耐久性、成本、介电性能、耐溶剂性和其它。例如，磁体线材可以具有多个涂层，这些涂层使用例如交联的改性聚酯和酰胺-酰亚胺聚合物的材料。绝缘防止磁体线材短路。磁场绕组的端部通过例如焊接的方式电气地连接到相应的滑环7、9。磁体线材可以具有任何指定的轮廓，例如圆形，并且通常对于十二伏车辆交流发电机应用具有在AWG#18-22范围内的尺寸，且对于二十四或三十六伏车辆交流发电机应用具有较小的尺寸，例如AWG#30或更小。

图5是DE节段38的透视图，该DE节段是具有七个磁极40-46的示例性转子磁极铁芯。DE节段38具有三个接合突起53、54、55，和凸起的环形中心部分49，它们全都从铁芯表面56沿轴向延伸，以用于将风扇50安装到该铁芯表面。例如，风扇50可以具有与接合突起53、54、55对准的三个接合孔（未示出），并且可以具有环形的联接部分（未示出），该联接部分与中心部分49接合，由此风扇50可以正确地安装到DE节段38上。在风扇已经正确地放置就位之后，按压操作会使突起53、54、55变平，由此沿径向延伸到接合孔的外侧，这将风扇50固定到DE节段38。在装配的过程中，两个螺纹插孔117、118沿轴向方向设置，以用于DE节段和转子8的定位。DE节段38的中心孔51设置成用于将DE节段38安装在交流发电机1的轴30上。轴承组件18可以压配合到轴30上。磁极40-46沿径向向外延伸为等距地间隔开的、爪形的突起，每个突起都沿着离开表面56和轴承组件18的方向轴向地延伸。每个磁极40-46都有相对的侧面57、58，它们通常在一个或多个维度（参见例如图10A-10B）上渐缩，并且在它们离开表面56沿轴向延伸到相应的端部59时彼此靠近。每个磁极40-46都具有通常沿轴向对准的沿径向面向外的表面60。

图6是SRE节段39的透视图，该SRE节段是具有七个磁极70-76并且形状形成为与DE节段38基本上相似的示例性转子磁极铁芯。SRE节段39可以具有轴向地印压到铁芯表面67中的两个主要的凹口64、66，以用于通过将转子磁场绕组11的端部安装到该铁芯表面而进行路由。印压的环形中心部分61也从铁芯表面67轴向延伸，以用于将轴承组件19安装到铁芯表面。SRE节段39的中心孔68设置成用于将SRE节段39安装在交流发电机1的轴30上。磁极70-76沿径向向外延伸为等距地间隔开的、爪形的突起，每个突起都沿着离开表面67和轴承组件19的方向轴向地延伸。每个磁极70-76都具有相对的侧面77、78，它们通常在一个或多个维度（参见例如图10A-10B）上渐缩，并且在它们离开表面67沿轴向延伸到相应的端部69时彼此靠近。每个磁极70-76都具有通常沿轴向对准的沿径向面向外的表面79。

在转子磁场绕组11已经缠绕到线轴组件33上之后，DE节段38和SRE节段39被推动到轴30上，以便各自的表面56、67面向相反的轴向方向，由此DE节段38的相应磁极端部59中的每一个与SRE节段39的对应槽口81对准，并且SRE节段39的相应磁极端部69中的每一个与DE节段38的对应槽口80对准。磁极铁芯节段38、39与线轴组件33对准，以便当DE节段38的磁极40-46与星形部分48的翼片110-116接触时，星形部分48的翼片110-116向下折叠，如图7所示。以相似的方式，当SRE节段39的磁极70-76与星形部分47的翼片110-116接触时，星形部分47的翼片110-116向下折叠。每个磁极40-46、70-76都相似地成形，并且与十四个折叠的翼片（每个相应的星形部分47、48具有没有单独地标记的七个翼片110-116）中对应的一个对准，由此每个翼片完全保护且电气绝缘转子磁场绕组11的下方线材，为了图示说明的目的，这些线材从图7的线材位置82删去了。具体地，在装配的过程中，磁体线材的绝缘涂层可能被磁极铁芯节段38、39的金属部分划破或磨损，这种不期望的接触可能会造成磁场绕组11短路。如果这种不期望的接触造成弱化的或损坏的线材部分，那么断路或过度的绕组电阻可能在接触时发生，或者可能会作为潜在故障发生。每个翼片110-116都具有基本上与每一个磁极40-46、70-76相似的形状，由此任何暴露的金属磁极部分不可能与磁体线材接触。通过使用翼片110-116保护磁体线材，能够避免不期望的损坏。

当装配好转子铁芯时，对于全部十四个磁极，磁极40-46与磁极70-76交错。车辆交流发电机通常有12至16个磁极。在运转过程中，电流是从电池和电刷（未示出）提供至与转子磁场绕组11连接的滑环7、9，由此形成磁通量。DE节段38的爪形磁极40-46由此通过该磁通量被磁化为北极（N）磁极，SRE节段39的爪形磁极70-76由此被磁化为南极（S）磁极。来自车辆发动机的旋转扭矩被施加到交流发电机1的带轮5，由此使转子8旋转。磁场由此成为在定子绕组内产生电动势的旋转磁场。交替的N极和S极经过定子线圈而在线圈中产生交流电压（AC），交流电压被二极管（未示出）整流且从交流发电机1输出为DC电压。

图8A是示例性DE节段20的俯视图，图8B是示例性DE节段的透视图，该DE节段具有六个磁极83、84、85、86、89、90。使DE节段20与对应的六磁极SRE节段22匹配来产生十二磁极的转子铁芯。DE节段20具有环形的中心毂/凸台部分100，该中心毂/凸台部分100与中心孔51共轴，并且从内部磁极铁芯表面101沿轴向向内延伸。这样的轴向延伸形成柱形表面97，该柱形表面97限定了毂部分100的外径。通常，根据选择的制造方法，毂表面97相对于中心轴线17可能略微歪斜。例如，当表面97从磁极铁芯表面101沿轴向延伸至内部毂表面102时，毂100的柱形表面97可能以大约二至三度的角度偏离中心轴线17。因此，毂100的直径D2中的任何这种偏离都被用来限定用于毂直径D2的大约公差值。如本文所用，DE节段20的直径D1被限定为远侧磁极面之间的距离，例如沿着D1在磁极面98和磁极面99之间的距离。半径R1是从中心旋转轴线17至柱形表面97的距离，半径R2是轴线17和任何沿径向面向外的磁极面之间的距离，例如到磁极面98的径向距离。对直径D1、D2的说明一般可被运用到转子磁极铁芯节段，该转子磁极铁芯节段具有沿着单个直径线限定的远侧磁极，半径R1、R2一般可被运用到指定的具有任何数目的磁极的转子磁极铁芯节段。为此，十二磁极转子铁芯在本文中用于总体上说明示例性实施例的原理，通过参考直径和横截面图可以容易地示出该原理。换言之，当每个转子铁芯节段（例如节段20、22）都具有偶数数目的磁极时，纵截面图可以仅仅显示沿单个直径具有远侧磁极的转子磁极铁芯轮廓。因此，对具有奇数数目磁极的节段（例如节段38、39），交流发电机的比率D2/D1被表示为R2/R1。

图9是装配好的转子8的纵截面图，为了说明目的，转子的一些零件被移除了。示出了标准的转子横截面，其中例如磁极的总数（例如12个磁极）允许横截面图在视图的相对径向两侧处包括磁极铁芯节段的磁极。例如，DE节段20具有径向远离的磁极83、86，SRE节段22具有径向远离的磁极91、92。每个磁极铁芯节段20、22都具有从中心旋转轴线17至任何对应磁极的外表面测量的半径R1，并且具有从轴线17至对应毂/凸台表面测量的半径R2。每个磁极铁芯节段20、22都被安装到轴30上。线轴103以与以上线轴组件33（例如图4和图7）同样的方式形成，不同之处在于具有十二个翼片而不是十四个翼片。线轴103是部分封闭的，由此使磁场绕组11电气绝缘，并且物理地保护磁场绕组11免于可能由与磁极铁芯节段20、22接触所导致的损坏。

改进的交流发电机在低速（例如rpm<1800）下的性能是期望的。在典型的情况下，当车辆怠速时，车辆交流发电机1的速度大约为1600rpm，这取决于带轮的比率或其它具体的应用特征。当以低速运行的情况下由交流发电机1供电的各种电气装置需要大电流时，交流发电机的输出电流可能不足以满足需求。例如，当怠速时，车辆可能在其货物区域具有制冷单元、驾驶室具有空调或加热器、包括车头灯的各种灯、音乐放大器、各种其它的电气装置，以及一个或多个需要充电的电池，当车外的温度极其寒冷或炎热时，就需要大的交流发电机电流。

图10对比了实施例（例如DE节段20）中相应的磁极铁芯节段和常规转子铁芯节段104的轮廓。磁极铁芯节段20具有在磁极面98、99之间的直径D1，和为毂100的外径的直径D2。转子铁芯节段具有对应的以同样方式限定的直径D1’和D2’。将比率D2/D1增大到大于0.60，会通过降低磁阻来增加交流发电机的低速输出，但是这样会降低交流发电机的高速输出，原因是由于位于毂100和磁极83-86、89、90之间的环形布线区域105中可利用的空间较少而使得转子磁场铁芯11较小。较小的磁场线圈11的安培匝数较低。图11是示例性曲线图，其显示了上面描述的增大比率D2/D1对交流发电机性能的影响。在图示的例子中，DE节段20的直径D1和常规的磁极铁芯节段104的直径D1’相等，并且DE节段20的直径D2是节段104的直径D2’的1.15倍。图11显示了车辆交流发电机的性能，其中0.57的D2’/D1’作为原始曲线，0.61的D2/D1作为增大的D2/D1曲线。D2/D1的增大自身导致高速下输出的降低。

交流发电机可以在其定子中具有数量为N匝的线材，且在其转子中具有数量为P的磁极。大致圆形的定子可以具有多个线圈，每个线圈都绕定子缠绕N次。典型的车载式交流发电机可能具有匝数N为四到六的定子，并且具有磁极数量P为十二到十六的转子。这类典型的交流发电机具有64（例如4×16）至90的N×P（定子匝数乘以转子磁极数）因子。减小N×P因子会降低交流发电机的低速（例如rpm<1800）输出，因为一般每个定子相位的感应电压是V=N×(dΦ/dt)，其中dΦ/dt是通量的变化速率。然而，减小N×P因子会因为定子线圈电感的相对增加而增加交流发电机的高速输出。图12是示例性曲线图，其显示了上面描述的降低N×P因子对交流发电机性能的影响。图12显示了车辆交流发电机的性能，其中为64的N×P因子作为原始曲线，为56的N×P因子作为减小的N×P曲线。期望的是，具有较低的安培匝数来降低定子中的定子电阻和相关的I²R损失，由此增加交流发电机的效率。然而，期望仅仅通过减小N×P因子来增加高速效率会导致交流发电机低速输出的降低，这与提高车辆怠速（例如在典型的交流发电机怠速状态的速度（例如1600rpm）下）时的交流发电机输出的期望相反。

在示例性实施例中，交流发电机1能够平衡相反的设计期望，即提高交流发电机的低速输出和提高交流发电机的效率。这种低速输出的增加和效率的提高是通过使五十至六十的低N×P与0.60至0.63的高D2/D1比率结合而提供的。作为测试的结果，已经发现，通过具有为56的匝数×磁极数（例如4个定子匝数乘以14个转子磁极）的N×P因子和为0.61的D2/D1比率，车辆交流发电机满足期望的性能。由于半径被限定为直径长度的一半（参见例如图9），因此比率R2/R1=D2/D1。

图13是SRE节段39的透视图，其显示了从转子铁芯表面107沿轴向向内延伸的环形内部毂106。毂106具有半径R2，该半径R2限定为从中心旋转轴线17至外周表面108的距离。SRE节段39具有半径R1，该半径R1限定为从轴线17至每个磁极（例如磁极79）的外表面71的距离。

在装配后，转子8可以通过车削操作进行机加工，由此外径（OD）、直径D1被调整到精确的长度。通过对转子直径D1的精确控制，通过确保转子8和定子6之间的距离最小化，并且通过确保该距离（“气隙”）绕转子8的周边是一致的，车辆交流发电机的输出能够得到优化。例如，当磁极铁芯节段38、39形成和安装有有意略微偏大的直径D1时，进行节段38、39到轴承组件18、19和轴30上的安装，以初始确保零件的同轴度。此后，在车削操作期间，节段38、39的径向向外的部分被机加工，由此转子8的OD和半径R1处于非常紧密的尺寸公差中。因此，尺寸R1、R2、R1’、R2’和D1、D2、D1’、D2’适用于已经完成的转子组件，并且为了易于说明，这些尺寸仅仅显示在单个的磁极上，例如图8A-8B中的磁极83-86、89、90。

图14对比了常规转子磁极节段104的半径R1’、R2’和实施例（例如SRE节段39）的半径R1、R2。SRE节段39的半径R1具有与节段104的半径R1’相等的长度。SRE节段39的半径R2的长度是节段104的半径R2’的长度的大约1.15倍。

对将为56的N×P因子与为0.61的R2/R1比率结合的经过优化后的车辆交流发电机比率进行测试，测试结果显示在图15的曲线图上。用于对比的“原始”曲线代表了为64的N×P因子和为0.54的R2’/R1’比率的车辆交流发电机的结果。在这个例子中，比率R2/R2’为1.13（0.61/0.54），近似于图14显示的为1.15的R2/R2’比率。该对比显示了优化后的交流发电机比率提供提高的低速交流发电机输出和提高的高速交流发电机输出。

期望的是降低高槽填充定子中的匝数N，原因为高槽填充定子中额外的匝数越来越难获得。例如，对由发卡型导体节段制造的定子绕组，额外的绕组需要较大量的焊接，并且对于各种类型的连续绕组，额外的绕组产生较长的之字形（参见授权给Kirk Neet的美国专利7,911,105）。较大的D2/D1比率允许在仍然维持交流发电机的低速输出性能的同时减小N×P因子。例如，通过使用具有薄的抗撕裂的保护部分的线轴组件使较大的D2/D1比率成为可能，该薄的抗撕裂的保护部分允许高铜制填充物线圈被缠绕在否则可利用的铜空间较少的转子上。除此之外，利用高槽填充定子（例如具有在矩形槽的单排中布置的方形线材的定子）降低了定子的电阻，允许定子具有较大的内径（ID），并且允许转子具有较大的外径（OD）。较大的转子OD增大了dΦ/dt。较低的定子电阻也会提高车辆交流发电机的低速输出，由此能够以减小的匝数维持指定的输出。

通常，指定实施例中的转子8可能具有插入在磁极之间的磁体（未示出），例如在诸如磁极40、41（例如图5）之间的槽口80的空间中且非常靠近转子8的外部。例如，磁体可以设置在转子磁极铁芯节段的槽（未示出）中。磁体可以设置在任何磁极空间内或附近，例如磁极端部附近（例如图5中磁极40的端部59附近），这取决于用于尺寸公差的车削转子8的要求。磁体防止转子8中的磁通量在相邻的磁极之间泄漏而不是流入到定子6内。

定子6和转子8都可以包括各种复合物、密封剂、环氧树脂、清漆和类似物，以用来保护、固定和稳定对应的线圈和绕组。例如，车辆交流发电机1容易遭受大量的震动。通过例如以清漆进行座置和稳定，防止了摩擦和最终的电线短路。例如，与许多常规转子线轴相比，线轴组件33的使用允许更多的线材填充，这对于维持稳定的强转子绕组结构来说是必需的。

通过使用具有薄的金属材料的线轴组件33所允许的线材填充的较高比例，使得转子磁场绕组11具有较高的安培匝数，由此允许转子8结构具有大的D2/D1比率和用于布线的相关的小径向区域。由于线轴组件33占用较少的空间，并且具有由耐磨特性优良的材料制成的薄的保护翼片110-116，使得磁场线圈11的较高线材填充提高了性能。薄的保护翼片110-116防止转子磁极在转子装配期间和之后接触到磁场线圈11。

虽然包含于本发明中的各种实施例已经被详细说明，但是对于所属领域的技术人员来说，对本发明作出修改和调整是可能的。然而，应明确地了解这样的修改和调整处于本发明所述的精神和范围内。

Claims

1.一种车辆交流发电机，其具有中心旋转轴线，该车辆交流发电机包括：

大致圆形的定子，该定子具有多个线圈，每个线圈都绕定子缠绕N次；以及

转子，该转子具有：

线轴，该线轴上缠绕有磁场线圈；和

一对相对的铁芯节段，该一对相对的铁芯节段限定了数量为P的交错的磁极部分，每个节段都具有毂，该毂从中心轴线沿径向延伸的距离为R2，每个磁极部分都具有外磁极面，该外磁极面与中心轴线的径向距离为R1；

其中，R2/R1在0.60至0.63的范围内，并且其中，N×P在50至60的范围内。

2.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其中N为4。

3.根据权利要求2所述的车辆交流发电机，其中P为14。

4.根据权利要求3所述的车辆交流发电机，其中R2/R1为大约0.61。

5.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其中，线轴具有一对相对的星形构件，该一对相对的星形构件限定了P个星形部分，星形部分与对应的磁极部分基本上对准，以用于将磁极部分与磁场线圈电气绝缘。

6.根据权利要求5所述的车辆交流发电机，其中星形构件由模压片材材料形成。

7.根据权利要求6所述的车辆交流发电机，其中模压片材材料是层压材料。

8.根据权利要求7所述的车辆交流发电机，其中层压材料包括Nomex层。

9.根据权利要求5所述的车辆交流发电机，其中线轴包括线轴本体。

10.根据权利要求9所述的车辆交流发电机，其中线轴本体由塑料形成。

11.根据权利要求1所述的车辆交流发电机，其还包括一对滑环，所述一对滑环与磁场绕组电连通，并且被构造为用于接收电压。

12.一种在车辆内提供电压的方法，其包括：

提供大致圆形的定子铁芯，该定子铁芯具有中心轴线；

将多个线圈绕定子铁芯缠绕N次；以及

提供转子，该转子具有一对相对的铁芯节段，该一对相对的铁芯节段限定了数量为P的交错的磁极部分，每个节段都具有毂，该毂从中心轴线沿径向延伸的距离为R2，每个磁极部分都具有外磁极面，该外磁极面与中心轴线的径向距离为R1；

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括在转子内安装线轴，线轴上缠绕有磁场线圈，以用于当转子绕中心轴线旋转时产生旋转磁场。

14.根据权利要求13所述的方法，其中线轴包括线轴本体和一对星形部分，该一对星形部分分别设置在线轴本体的两个轴向端部处，每个星形部分都具有多个柔性翼片，翼片布置成与铁芯节段的磁极对准，并且其中，安装线轴的步骤包括将各铁芯节段沿轴向朝向彼此按压，使得翼片折叠在相应的磁极与磁场线圈之间。

15.一种车辆交流发电机，其具有中心旋转轴线，该车辆交流发电机包括：

转子，该转子具有：

线轴，该线轴上缠绕有磁场线圈；和

其中，R2/R1在0.60至0.63的范围内，N×P在50至60的范围内，线轴具有线轴本体和一对星形构件，该一对星形构件分别安装在线轴本体的相对的两个轴向端部处，并且该一对相对的星形构件限定了P个星形部分，线轴本体由塑料材料形成，并且其中，星形部分由片材材料形成。

16.根据权利要求15所述的车辆交流发电机，其中N为4。

17.根据权利要求16所述的车辆交流发电机，其中P为14。

18.根据权利要求16所述的车辆交流发电机，其中R2/R1为大约0.61。