CN1139169C - 车辆用旋转电机 - Google Patents

Abstract

第一组三相定子线圈和第二组三相定子线圈的每个线圈的绕组端连接在一起，使得第一组三相定子线圈和第二组三相定子线圈中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相，而第一组和第二组三相定子线圈中所产生的电动势则为同相。亦即是第一组三相定子线圈的线圈的各绕组端和第二组三相定子线圈的对应线圈的绕组端连接在一起。第一组和第二组三相定子线圈所连接的线圈构成与三相端子相连接的定子线圈，三相端子则与三相整流单元相连接。

Description

车辆用旋转电机

技术领域

本发明涉及车辆用旋转电机，例如用以向装在车辆上的电气装置输送电能以及向装在车辆上的蓄电池充电的交流发电机，具体的说，本发明涉及车辆用交流发电机的定子线圈的绕组结构。

背景技术

随着车辆负载的增加和附属设备安装空间的减少，越来越希望车辆用交流发电机获得高输出和减少体积。在这方面，日本专利公报No.6-165422公开了一种旨在抑制由其高输出功率所引起的定子线圈的温升和磁噪声的车辆用交流发电机。

这种交流发电机中的定子结构包括定子铁心和定子线圈，转子的每两极的极距上定子铁心有六个齿，定子线圈则绕在定子铁心的许多齿上。如图8中所示，定子线圈具有2π/3短节距绕组型的第一组三相定子线圈91和2π/3短节距绕组型的第二组三相定子线圈92，第二组三相定子线圈92沿绕组方向偏离第一组三相定子线圈91π/3弧度的电角度。

第一组三相定子线圈91是由三个第一定子绕组91a、91b和91c所组成的，第二组三相定子线圈92则是由三个第二定子绕组92a、92b和92c所组成的。采用具有这种绕组结构的定子线圈，就可以缩短定子线圈的绕线长度，从而抑制交流发电机的热值，而且能够抵销交流发电机运行中所产生的反应磁通势所包含的谐波分量，从而抑制磁噪声。

然而，如图8中所示，传统的交流发电机需要两个具有三相整流电路的整流器101和102，用以分别整流第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92。因此，部件的数量增加，引起生产成本提高。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而开发的，因此，本发明的主要目的是提供一种车辆用旋转电机，其中第一组和第二组三相定子线圈的绕组端连接起来，使得在第一组和第二组三相定子线圈中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相。这种车辆用旋转电机包括：三相输出端子；具有多个磁极适合与旋转轴整体旋转的转子；转子的每两极的极距上有六个齿的定子铁心；具有多个以2π/3电角度的短节距绕定子铁心的齿叠绕的第一组三相定子线圈；以及具有多个以2π/3电角度的短节距绕定子铁心的齿叠绕的第二组三相定子线圈，第二组三相端定子线圈与第一组三相定子线圈偏离π/3电角度。因此，第一组三相定子线圈的每个线圈与第二组三相定子线圈的对应线圈连接起来，使得在第一组和第二组三相定子线圈中所产生的反应磁通势的二次和四次谐波分量彼此反相，而两组定子线圈中的电动势则为同相，第一组和第二组三相定子线圈组成与三相端子相连接的定子线圈。

第一组三相定子线圈的每个线圈可与第二组三相定子线圈的对应线圈彼此并联连接。第一组三相定子线圈和第二组三相定子线圈的各并联电路能分别形成Y形连接的绕组或分别形成△形连接的绕组。

第一组三相定子线圈的每个线圈可与第二组三相定子线圈的对应线圈彼此串联连接。第一组三相定子线圈和第二组三相定子线图的各串联电路能形成Y形连接的绕组或△形连接的绕组。

在旋转电机的运行中，当电流流入定子线圈而转子与转轴一起旋转时，在第一组三相定子线圈和第二组三相定子线圈中会产生反应磁通势的谐波分量。此时，在第二组三相定子线圈中所产生的反应磁通势的谐波分量的相位与在第一组三相定子线圈中所产生的反应磁通势的谐波分量的相位反相，而两个定子线圈的电动势则为同相。因此，在反应磁通势中所包含的谐波分量彼此抵销，从而抑制了旋转电机运行时的磁噪声。

此外，第一组和第二组三相定子线圈为2π/3短节距绕组型。因此，与相对于转子极距的全节距绕组型的定子线圈相比，本发明能缩短定子线圈的绕线长度，且能减少第一组和第二组三相定子线圈各自的绕组的重叠部分，从而增大在旋转电机中所产生的冷却气流与各组定子线圈的接触面积。因此，能抑制第一组和第二组三相定子线圈各自的温升，且能减少零件数量和生产成本。此外，能减少旋转电机运行中所产生的磁噪声，从而加强旋转电机中噪声减弱。而且，能抑制定子线圈的温升，从而实现旋转电机的高效率。

附图说明

研读下文的详细描述、所附的权利要求书以及附图，本发明的其它目的、特征和特性以及本发明的有关部件的功能就会显得很清楚。附图中：

图1是表示根据第一最佳实施例的定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系的电路图；

图2是表示车辆用交流发电机的总体结构的剖视图；

图3是表示根据第一最佳实施例的定子的主要部分的正视图；

图4是表示根据本发明的最佳实施例的定子线圈的绕组结构的示意图；

图5是表示根据第二最佳实施例的定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系的电路图；

图6是表示根据第三最佳实施例的定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系的电路图；以及

图7是表示定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系的传统电路图。

图8是表示传统的车辆用交流发电机的两组三相定子线圈与整流器的连续关系的电路图。

具体实施方式

现在参阅附图描述本发明的最佳实施例。

参阅图1-4描述本发明的第一最佳实施例。

车辆用的交流发电机1是用以向装在车辆上的蓄电池充电以及向装在车辆上的电气装置(电气负载)输送电能的交流发电机。交流发电机1通常包括：构成交流发电机1的外壳的驱动机架2、与驱动机架2的后端相接后的后端机架、装在后端机架3上的整流单元4、可旋转地支承在这些机架2和3中的转子5、以及固定在驱动机架2的内表面的定子6。

(交流发电机的外机架结构)

驱动机架2和后端机架3用来支承转子5和定子6，也用来将交流发电机1安装到发动机上。驱动机架2是用模铸铝所制成的，定子6是用压配合等方法固定在驱动机架2的内表面上。后端机架3也是用模铸铝所制成的，它是用诸如多个螺栓11和螺帽12的紧固装置直接接合到驱动机架的后端。转子5通过轴承13和14可旋转地支承在驱动机架2和后端机架3的内周。

驱动机架2和后端机架3形成有多个用以将冷却空气引入机架2和3的进气口15以及多个用以将冷却空气从机架2和3排出的出气口16和17。用以盖住后端机架3的后端盖18与后端机架3的后端相接后。后端盖18形成有多个用以将冷却空气引入其内的进气口19以及用以输送冷却空气将其加到后文待述的整流器4上的通风口20。

刷握21、电压调节器22、整流器4等配置在后端机架3和后端盖18之间。刷握21用来容纳和固定两个电刷23。电压调节器22是IC调节器，其作用是接通和关断例如配置在后文待述的磁场线圈34和地之间的诸如晶体管等的开关器件，从而控制激磁电流，使交流发动机1的输出电压稳定。

(整流器4的结构)

整流器4与装在车辆上的电气负载和装在车辆上的蓄电池电连接，向电气负载输送电能及对蓄电池充电。整流器4配置了用以将交变电流转换为直流电流的三相全波整流电路30。三相全波整流电路30构成本发明中的电路，它包括三个分别固定在正电极侧的冷却翼片24上所形成的三个凹部内的正电极侧硅二极管(正电极侧半导体整流器件)，以及三个分别固定在负电极侧的冷却翼片25上所形成的三个凹部内的负电极侧硅二极管(负电极侧半导体整流器件)。

三相全波整流电路30的输入端与输出端子26相电连接，用以检测定子6的定子线圈9所产生的交流输出，其输出端则与直流输出端子27电连接。正电极侧的冷却翼片24和负电极侧的冷却翼片25是借助诸如螺栓和螺帽等的紧固件29、配合用模制成包括交流输出端子26a、26b和26c以及其它连接端子的一部分的电绝缘树脂所组成的端子底座28而固定到后端机架3上的。负电极侧的冷却翼片25紧靠机壳接地侧的后端盖18。

(转子5的结构)

转子5用作场系统，它是与作为旋转轴的轴31整体地旋转的。转子5通常包括极铁心(磁极)32和33、场线圈34和两个滑环35。轴31的前端装有用以将发动机的转矩传递到轴31的V形皮带轮36。V形皮带轮36是通过诸如皮带等的连接装置而与发动机的输出轴相连接的。

线圈架37装在极铁心32和33的中心，场线圈34是围绕线圈架37而绕成的。当激磁电流流入场线圈34时，就产生了磁场。亦即是，磁极32的所有爪部分成为N极，极铁心33的所有爪部分成为S极。用以将冷却空气吸入驱动机架2的冷却风扇38整体地安装在极铁心32的端面上，用以将冷却空气吸入后端机架3的冷却风扇39整体地安装在极铁心33的端面上。

冷却风扇38是轴流式风扇，用以产生沿着轴31的轴向和径向(离心方向)的冷却气流，而冷却风扇39是离心式风扇，用以用以产生沿着轴31的径向(离心方向)的冷却气流。

两个滑环35装在轴31的后端部分，两个电刷23分别在两个滑环35的外周上滑动。

(定子6的结构)

现在参照图1-4详细描述定子6的结构。

定子6通常包括与极铁心32和33的外周相对的定子铁心7，以及环绕在定子铁心7的内周上所形成的许多齿而绕线的定子线圈9，随着转子5的旋转而感应三相交流输出。

定子铁心7是通过与驱动机架2和后端机架3的内周压配合而与机架2和后端机架3成为一体的。因此，定子6中所产生的热量就传送到驱动机架2和后端机架3，这样就提高了冷却效率。定子铁心7是通过层叠由磁性材料所组成的多个簿片所制成的。定子铁心7形成磁通通路，使得从转子5的极铁心32和33所产生的磁通与第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92有效相交。如图3中所示，在定子铁心7的内周形成许多以等间隔隔开的齿，使得六个齿位于转子5的极铁心32和33的每两磁极的极距上。

定子线圈9包括2π/3短节距绕组型的第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92，因此这些线圈是以2π/3短节距绕许多齿而绕成的。第二组三相定子线圈92配置在第一组三相定子线圈91的径向内侧。

第一组三相定子线圈91是由三个第一定子绕组(也叫做电枢绕组)91a、91b和91c所组成的。

如图4中所示，第一定子绕组91a绕两个相邻的齿7a和7b叠绕，然后跳过齿7b后面的四个邻接的齿7c、7d、7e和7f，绕两个相邻的齿7g和7h叠绕。

如图4中所示，第一定子绕组91b绕两个相邻的齿7c和7d叠绕，然后跳过齿7d后面的四个邻接的齿7e、7f、7g和7h，绕两个相邻的齿7i和7j叠绕。

如图4中所示，第一定子绕组91c绕两个相邻的齿7e和7f叠绕，然后跳过齿7f后面的四个邻接的齿7g、7h、7i和7j，绕两个相邻的齿7k和7l叠绕。然后重复这种绕组模型，以获得绕定子铁心7的许多齿所绕成的三个第一三相绕组91a-91c的许多循环。

另一方面，第二组三相定子线圈92是由三个第二定子绕组(也叫做电枢绕组)92a、92b和92c所组成的。

如图4中所示，第二定子绕组92a沿着绕线方向偏移第一定子绕组91aπ/3弧度电角度，即一个齿。第二定子绕组92a绕两个相邻的齿7b和7c叠绕，然后跳过齿7c后面的四个邻接的齿7d-7g，绕两个相邻的齿7h和7i叠绕。

类似地，其它的第二定子绕组92b和第二定子绕组92c分别沿着各自的绕线方向偏移第一定子绕组91b和91cπ/3弧度电角度，即一个齿。因此，用类似于第一定子绕组91a-91b的绕组模型的给定的绕组模型，绕定子铁心7的许多齿顺序地重复地绕成第二定子绕组92a和92b。

(定子线圈的连接结构)

现在就参照图1详细地描述这个最佳实施例中整流器4的三相整流电路30和定子线圈9之间的连接结构。

三个第一定子绕组91a-91cY形连接在一起，形成第一组三相定子线圈91。第一定子绕组91a-91c各自的绕组端通过交流检测输出端子26与整流器4的三相整流电路30相连接。类似地，三个第二定子绕组92a-92cY形连接在一起，形成第二组三相定子线圈92。

第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92的绕组端连接成使得第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相。亦即是，第一定子绕组91a的绕组端与第二定子绕组92b绕组端相连接。第一定子绕组91b的绕组端与第二定子绕组92c绕组端相连接。第一定子绕组91c的绕组端与第二定子绕组92a绕组端相连接。此外，第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92的绕组端通过三个交流检测输出端子26a-26c与整流器4的三相整流电路30相连接。第一组三相定子线圈91中性点和第二组三相定子线圈92的中性点之间有无连接在工作和效果方面无差别。

(第一最佳实施例的工作情况)

现在参照图1-4简略地描述具有定子线圈9的上述绕组结构的交流发电机1的工作情况。

当发动机的转矩通过皮带传递到V型皮带轮36时，转子5、或轴31就转动。外来电压加到场线圈34，使激磁电流流入场线圈34，从而激励极铁心32和33。因此，极铁心32的所有突出部分成为N极，极铁心33的所有突出部分则成为S极。于是，在相对于转子5旋转的定子6的定子线圈7的周围产生了旋转磁场，从而在第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92中感生交变电流。这种三相交变电流由整流器4转换成直流电流，向装在车辆上的蓄电池充电以及向电气负载输送电能。

随着极铁心32和33的旋转，分别装在极铁心32和33的端面上的冷却风扇38也同样旋转。因此，冷却风扇38的旋转产生了从驱动机架2的空气入口15至空气出口16的的冷却气流。此外，冷却风扇38的旋转产生了从空气入口19和通风口20至空气出口16的的冷却气流。因此，包括场线圈34、整流器4、第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92在内的发热构件为这些冷却气流所冷却。

(第一实施例的效果)

与需要两个整流器的交流发电机(现有技术)相比较，能够减少部件的数量，从而降低交流发电机1的生产成本。因此，能压缩装有这种廉价交流发电机的车辆的成本。

而且，在交流发电机1产生电能时，在第一组三相定子线圈9 1和第二组三相定子线圈92中所产生的反应磁通势所含有的二次和四次谐波被抵销，从而减弱了交流发电机1运行中所产生的磁噪声，因而，达到了减少交流发电机1中噪声的目的。

此外，与相对于转子极距的全节距绕组型的定子线圈相比，在这个实施例中能缩短定子线圈的绕组长度，且能减少第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92各自的绕组的重叠部分，从而增大通过冷却风扇38和39运转所产生的冷却气流与各组定子线圈91和92的接触面积。因此，能减少定子线圈9的热值，从而抑制定子线圈9的温升，因而从交流发电机1获得高输出。

(第二最佳实施例)

现在参照图5描述本发明的第二最佳实施例，图5是表示根据本发明第二实施例的车辆用交流发电机的定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系的示意图。

三个第一定子绕组91a、91b和91c△形地连接在一起，形成第一组三相定子线圈91。第一定子绕组91a-91c的绕组端通过交流输出端子26与整流器4的三相整流电路30相连接。类似地，三个第二定子绕组92a、92b和92c△形地连接在一起，形成第二组三相定子线圈92。

第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92的绕组端连接在一起，使得第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相。亦即是，第一定子绕组91a的绕组端与第二定子绕组92b绕组端相连接。第一定子绕组91b的绕组端与第二定子绕组92c绕组端相连接。第一定子绕组91c的绕组端与第二定子绕组92a绕组端相连接。此外，第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92的这些绕组端通过三个交流检测输出端子26a-26c与整流器4的三相整流电路30相连接。

此外，在这个定子线圈9具有△形接法的绕组的最佳实施例中，还能防止产生使环流在第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92中循环的谐波分量。因此，能减少第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92热值，从而抑制第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92的温升。

(第三最佳实施例)

图6表示本发明的第三最佳实施例，示出了根据第三最佳实施例的车辆用交流发电机中定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系。

在这个最佳实施例中，第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92彼此串联连接在一起，使得第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈9 2中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相。亦即是，三个第二定子绕组92a、92b和92cY形地连接在一起，形成第二组三相定子线圈92，第一定子绕组91a、91b和91c中的每一个与第二定子绕组中的一个绕组端相连接。亦即是，第二定子绕组92b与第一定子绕组91a的一个绕组端串联连接，第二定子绕组92c与第一定子绕组91b的一个绕组端串联连接，第二定子绕组92a与第一定子绕组91c的一个绕组端串联连接。第一定子绕组91a-91c的其它绕组端通过三个交流检测输出端子26a-26c与整流器4的三相整流电路30相连接。

(第四最佳实施例)

图7表示本发明的第四最佳实施例，示出了根据第四最佳实施例的车辆用交流发电机中定子线圈和整流器的三相整流电路之间的连接关系。

同样在这个实施例中，第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92彼此串联连接在一起，使得第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92中所产生的反应磁通势的谐波分量彼此反相，而两组定子线圈中所产生的电动势则彼此同相。

亦即是，第一定子绕组91a的一个绕组端与第二定子绕组92b的一个绕组端串联连接，第一定子绕组91b的一个绕组端与第二定子绕组92c的一个绕组端串联连接，第一定子绕组91c的一个绕组端与第二定子绕组92a的一个绕组端串联连接。此外，第一定子绕组91a的另一绕组端与第一定子绕组91c的另一绕组端连接在一起，第一定子绕组91b的另一绕组端与第二定子绕组92b的另一绕组端连接在一起，第二定子绕组92a的另一绕组端与第二定子绕组92c的另一绕组端连接在一起，因此形成△形连接。第一定子绕组91a-91c和第二定子绕组92a-92c的其它绕组端通过三个交流检测输出端子26a-26c与整流器4的三相整流电路30相连接。

(改型)

尽管本发明适用于上述最佳实施例的车辆用交流发电机(车辆用同步发电机)，但是本发明也可以应用于车辆用同步电动机。在这种情况下，电子电路是变流器电路，其中例如六个MOS场效应管受到PWM控制，产生三相交流输出以及容许电流流入第一组三相定子线圈91和第二组三相定子线圈92。而且，本发明也可以应用于车辆用无刷电机，诸如车辆用无刷交流发电机或车辆用无刷电动机。

Claims (8)

1.一种车辆用旋转电机，包括：

三相输出端子(26a、26b、26c)；

具有多个磁极(32)、适于与转轴整体旋转的转子(5)；

所述转子的每两极的极距有六个齿的定子铁心(7)；

具有多个以2π/3电角度的短节距绕所述定子铁心的齿叠绕的线圈(91a、91b、91c)的第一组三相定子线圈(91)；以及

具有多个以2π/3电角度的短节距绕所述定子铁心的齿叠绕的线圈(92a、92b、92c)的第二组三相定子线圈(92)，所述第二组三相定子线圈(92)从所述第一组三相定子线圈(91)偏离π/3电角度；其中，

所述第一组三相定子线圈的每个线圈(91a、91b、91c)与所述第二组三相定子线圈的对应线圈(92a、92b、92c)相连接，使得在所述第一组三相定子线圈(91)和第二组三相定子线圈(92)中所产生的反应磁通势的二次和四次谐波分量彼此反相，而所述第一组三相定子线圈和第二组三相定子线圈的电动势则为同相，以及

所述第一组三相定子线圈(91)和第二组三相定子线圈(92)组成与所述三相输出端子(26a、26b、26c)相连接的定子线圈(9)。

2.根据权利要求1的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组三相定子线圈(91)的每个线圈(91a、91b、91c)与所述第二组三相定子线圈(92)的对应线圈(92a、92b、92c)彼此并联连接。

3.根据权利要求2的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组三相定子线圈(91)和所述第二组三相定子线圈(92)的各并联电路(91a-92b、91b-92c、91c-92a)分别形成绕组的Y形连接。

4.根据权利要求2的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组三相定子线圈(91)和所述第二组三相定子线圈(92)的各并联电路(91a-92b、91b-92c、91c-92a)分别形成绕组的△形连接。

5.根据权利要求1的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组三相定子线圈(91)的每个线圈(91a、91b、91c)与所述第二组三相定子线圈(92)的对应线圈(92a、92b、92c)彼此串联连接。

6.根据权利要求5的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组(91)三相定子线圈和第二组三相定子线圈(92)的各串联电路(91a-92b、91b-92c、91c-92a)形成绕组的Y形连接。

7.根据权利要求4的车辆用旋转电机，其特征在于：所述第一组(91)三相定子线圈和第二组三相定子线圈(92)的各串联电路(91a-92b、91b-92c、91c-92a)形成绕组的△形连接。

8.根据权利要求1的车辆用旋转电机，其特征在于：还包括与所述三相输出端子(26a、26b、26c)相连接的三相全波整流器(4)。

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