CN1469531A

CN1469531A - 用于车辆的交流发电机

Info

Publication number: CN1469531A
Application number: CNA031487920A
Authority: CN
Inventors: 矶贝伸男; 中村重信
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-01-21
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1376821A1; US6794785B2; EP1376821B1; CN1307774C; US20040000832A1

Abstract

一种交流发电机(1)，其定子绕组(31)具有两个多相绕组。在一个多相绕组内的每个相线圈例如X相线圈由连续导线提供。相线圈以沿径向层叠的方式被容纳在相应的槽中，因此，相线圈在槽中形成几层，并且可以按照在槽中的层的位置来识别。相线圈具有多个交叉部分(33a1，33b1，33b2，33c，33d)，它们连接相距为一个磁极间距的不同槽中的层，以及延伸超过定子绕组(31)的两个输出部分(3111，3112)。在相线圈中，只构成一个交叉部分(33a1)用于连接在不同槽中的相同的层，其它交叉部分被构成用于连接不同槽中的不同层。

Description

用于车辆的交流发电机

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的交流发电机，其被安装在车辆例如客车或货车内。

背景技术

近些年来，用于车辆的发动机主部件努力减轻重量，以便节省燃料，作为解决环境问题的一个措施。同时，努力提高发动机驱动转矩，以便改善驾驶性能。另一方面，由发动机驱动的用于车辆的交流发电机利用交流发电机和发动机主部件之间的支架被直接连附于发动机主部件上。发动机的振动容易传递给交流发电机。因此必须改善交流发电机的抗震性能。此外，在空转时车辆发动机的速度减小，并且缩小发动机室的宽度，以便确保车厢具有大的空间。因而，用于车辆的交流发电机需要产生大的功率，并具有小的体积。此外，需要改善交流发电机的热阻，以便抵御发动机室的升温。此外，用于车辆的交流发电机产生的噪声必须非常小，以便满足减少外部噪声的社会要求，或者寻采通过改善内部噪声消除来提高生产率。不用说，性能的改善必须以低的成本来实现。

美国专利5998903(JP-A-11-155270)披露了一种用于车辆的交流发电机，其能够实现紧凑的设计、大的功率和低的噪声。其中，定子绕组利用多个导体段构成。在不同槽的不同层内的导体段彼此相连，以便构成具有高的空间因数和低的电阻的绕组。此外，两个三相绕组被安装在一个定子上。不过，需要利用焊接来连接各个导体段。因而存在的问题是，随着槽中的导体段的数量增加，焊接机的数量、焊接步骤的数量和绝缘步骤的数量也增加。此外，随着槽中导体段数量的增加，焊接点之间的距离缩短。因而存在的问题是，在焊接点之间容易发生短路。

美国专利6373163(JP 3155534)也披露了一种用于车辆的交流发电机，其具有相线圈，例如X相，如图16所示。所述相线圈由至少4的导线提供，每个导线具有相应于定子铁心的周长的长度。这些导线被连接在一起，以便构成指定给一个相的线圈。为了连接多个导线，需要进行焊接，如图16所示。用于焊接机、焊接处理和绝缘处理的费用增加。此外，由于焊接而使线圈的端部抬高。这和紧凑的设计相矛盾。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种紧凑的成本低的和大功率的用于车辆的交流发电机。

本发明的另一个目的在于通过设计线圈端部的形状改善交流发电机的热阻。

本发明的另一个目的在于阻止在线圈端部之间发生短路，尽管增加被容纳在槽内的导体的数量。

本发明的另一个目的在于减少需要进行焊接的连接。

本发明的另一个目的在于提供一种交流发电机，其能够通过利用多组多相绕组来减少噪声，同时避免由绕组的复杂性而带来的缺点。

按照本发明的第一个方面，在多相绕组中的一个相线圈由连续的导线构成，所述导线只具有一个连接不同槽中的相同层的交叉部分和两个输出部分。相线圈的其它的交叉部分连接不同槽中的不同层。因而，在线圈端部的交叉部分中不产生线圈的连接点。这使得能够减少制造成本。

通过研究下面的详细说明、所附的权利要求以及附图(这些都作为本申请的一部分)可以理解本发明的实施例的特征和优点以及相关部件的操作方法和功能。

附图说明

在附图中：

图1是表示按照本发明的第一实施例的用于车辆的交流发电机的截面图；

图2是按照本发明的第一实施例用于构成相线圈的基本呈U形导体的平面图；

图3表示按照本发明的第一实施例缠绕基本呈U形导体的处理的平面图；

图4表示按照本发明的第一实施例缠绕基本呈U形导体的方法的平面图；

图5是表示按照本发明的第一实施例的定子的正面的平面图；

图6是表示按照本发明的第一实施例的一个相线圈的布线图；

图7是表示按照本发明的第一实施例的定子的背面的平面图；

图8是表示按照本发明的第一实施例的两组三相绕组的电路图；

图9是表示按照本发明的第一实施例的槽中的层叠的导体及其连接的截面图；

图10是表示按照本发明的第一实施例的连接不同槽中的相同层的交叉部分的透视图；

图11是表示按照本发明的第一实施例的输出部分311的线圈端部的局部侧视图；

图12是表示按照本发明的第一实施例的绕组模具的透视图；

图13是表示按照本发明的第一实施例的定子的透视图；

图14是表示按照本发明的第一实施例的绕组的示意的透视图；

图15是表示按照本发明的第二实施例的槽中的层叠的导体及其连接的截面图；

图16是表示按照现有技术的需要焊接的连接的正视图。

具体实施方式

下面参照附图说明按照本发明的实施例。

第一实施例

图1到图14说明本发明的第一实施例。交流发电机1被安装在作为车辆的动力源的发动机上。交流发电机1具有皮带轮20，其是驱动链的一部分，用于把由发动机施加的转矩传递给交流发电机1。皮带轮20被固定到被转动地支撑在框架4上的轴上。所述的轴支撑着转子2。因此，转子2通过皮带轮20旋转。

磁场绕组8被安装在转子2上，并和滑环9，10相连，用于输入磁场电流。当激磁电流流入磁场绕组8时，转子2便提供多个在其外表面上相间设置的北磁极和南磁极。这些磁极被提供在极芯71，72的爪极上。在这个实施例中，转子2具有16个磁极，包括8个北磁极和8个南磁极。

定子3被设置在框架4上，使得其位于转子2的外部，面对磁极。定子3具有定子绕组31和定子铁心32。定子绕组31由于由转子2提供的旋转磁场而感应交流电压。

定子绕组31具有多个输出部分311，例如具有6个，它们延伸到定子3的外部，并被引向整流器5。整流器5被安装在框架4上，并提供整流电路，用于整流两组三相输出。通过整流器5的输出端6输送预定的直流电流。

交流发电机1具有空气冷却装置，用于冷却发电机的元件，例如定子绕组31。空气冷却装置包括风扇11，12，其可以和转子2一道转动，并且能够产生冷却气流。框架4通过开口41，42提供冷却气流通路。冷却空气通过位于框架4的两个轴向侧上的开口41沿轴向送入内部。冷却空气通过位于框架4的外部圆柱壁上的开口42向外排出。

定子22是一个层叠的铁心，具有在其内部形成的多个槽。每个槽具有在定子2的两个轴向端开口的轴向开口，以及在定子铁心32的内侧上开口的内侧开口。

定子绕组31被保持在槽中。在定子绕组31和定子铁心32之间提供有电绝缘。在这个实施例中，在它们之间通过插入绝缘部件例如绝缘体34提供电绝缘。

定子绕组31具有多个多相绕组，它们被错开预定的电相角，使得定子绕组31能够抵消噪声分量。在本实施例中，定子绕组31具有两个三相绕组。它们被错开30度。因此，定子绕组31具有作为第一个三相绕组的X相线圈，Y相线圈和Z相线圈，以及作为第二个三相绕组的U相线圈，V相线圈和W相线圈，如图8所示。在一个三相绕组中的相线圈被错开120°电角。每个线圈具有由字母标识符和数字1和2表示的端子例如X1，X2。如图8所示，按照本实施例，至少形成12个端子。为了完成包括两组三相绕组的电路，至少需要8个连接。

为了构成两组三相绕组，定子32具有96个槽，这是因为转子2具有16个磁极。因此，磁极的间距相应于6个槽。这些槽包括第一组槽和与第一组槽错开30度电角的第二组槽。定子绕组31包括被设置在第一组槽内的第一多相绕组和设置在第二组槽内的第二多相绕组。第一多相绕组的输出和第二多相绕组的输出被独立地输出，并分别提供给整流器5。

参见图2，每个相线圈X，Y，Z，U，V，W由连续的导线30提供，所述导线由铜制成并具有两端3111，3112。所述连续的导线首先在一半处被弯曲，从而形成基本呈U形的元件。形成弯转部分33a1，其将是同一层的交叉部分。然后U形导线被制成扁平线圈，其具有波形绕组结构，如图3和图4所示。然后，扁平线圈在两端重叠的同时被卷绕两次。最后，将圆形的线圈插入定子铁心32中。

因为每个槽具有略宽于导线宽度的周向宽度，并排设置的圆形线圈的中间部分以层叠的方式被容纳在槽内。结果，每个槽含有沿径向一条直线设置的4层导线。每层是由圆形线圈的一个中间部分提供的导体。圆形线圈的两个轴向端部从定子铁心32的两个轴向端部凸出，分别作为第一线圈端31a和第二线圈端31b。从定子铁心32的两个轴向端部凸出的圆形线圈的两个轴向端部也被称为交叉部分33，其连接由一个磁极间距分开的不同槽中的层。

在制造过程中，U形导线30以波绕组方式被绕在模具300上，从而形成扁平线圈，如图3和图4所示。首先，制备预定长度的连续导线。连续导线在一半处被弯折，从而提供两个臂部和拐弯部分33a1。所述臂部彼此平行地被形成，其间的距离等于一个磁极间距，即6个槽。

在开始形成扁平线圈时，U形导线30的两个臂部被置于缠绕模具300的一侧，即前侧，拐弯部分33a1被置于模具300的横侧。扁平线圈的这个部分被称为开始部分。虽然一些图中所示为一个相线圈只有一个导线，例如X相线圈，但是当形成实际的产品时，平行地设置6个U形导线，共有12个臂被同时加工。

然后，在模具300的另一个横侧上，U形导线30的两个臂同时朝向缠绕方向弯曲。同时，U形导线30的两个臂被扭曲，以便把臂的其余部分置于绕组模具300的另一侧上即后侧上。臂被再次弯曲，以便沿着绕组模具300的另一侧设置臂的其余部分。两个臂分别沿绕制方向错开一个磁极间距，并以层叠的方式被层叠。在绕组模具300的另一个横侧上形成两个交叉部分33d，33d。

接着，在绕组模具300的一个横侧上，U形导线30的两个臂被同时弯曲，并且沿绕制方向错开一个磁极间距。同时，U形导线30的两个臂被扭曲，以便把臂的其余部分再次置于一侧即前侧。结果，在绕组模具300的另一个横侧形成两个交叉部分33c，33c。

图3和图4所示的步骤被重复预定的次数。结果，制成了交替地叠置有两层的波形线圈。波形线圈可以看作是一个盘簧。在本实施例中，波形线圈具有相应于定子铁心32的周长的长度。这个波形线圈部分被称为相线圈的第一部分。当被装配在定子铁心32上时，第一部分的波形线圈占据第一层和第二层。

然后，两个臂被弯曲并沿绕制方向错开一个磁极间距。同时，U形导线30的两个臂被扭曲从而把臂的其余部分置于同一侧即后侧。这种同侧绕制处理形成沿一个方向叠置的波形线圈。结果，形成两个交叉部分33b1，33b2。波形线圈的这个部分具有相应于一个磁极间距的长度。这个部分被称为第二部分。当被装配在定子铁心32上时，第二部分的波形线圈占据第二层和第三层。

再次在绕组模具300的另一个横侧上进行同侧绕制处理。此后，对两个臂以图3和图4所示的方式进行处理。结果，再次提供一个以交替层叠方式设置的波形线圈。因此，以类似于在形成交叉部分33b1，33b2之前的步骤形成交叉部分33c，33d，这个部分被称为第三部分。当装配在定子铁心32上时，第三部分的波形线圈占据第三层和第四层。

最后，把两个端部3111，3112制成作为输出部分的端子。设置有端部3111，3112的这个部分被称为端部。然后，如图6所示，扁平线圈被卷绕两次，同时重叠开始部分、第二部分和端部。

绕组模具300可以利用3块板301，302和303构成，如图12所示。每个板301，302和303具有薄的矩形截面和沿着波形线圈的绕制方向的预定的长度。这些板被相互平行地设置，同时沿着绕制方向设置板的纵向沿着绕制方向。图13表示相应于图3所示的步骤的绕制步骤。相绕组的第一部分被绕在模具301上。模具302限定在上述的同侧绕制处理中形成的交叉部分33b。因此，在使用模具302的情况下，通过沿和第一部分相反的方向缠绕导线30的臂进行同侧绕制加工。例如，导线30的臂沿逆时针方向缠绕在模具301上，然后导线30的臂沿顺时针方向绕在模具上。结果，第二部分被绕在模具302上。在下一步，导线30的臂沿逆时针方向绕在模具30上，从而形成第三部分。因此，第三部分被绕在模具303上。然后，把绕组模具301，302和303从线圈中除去。

图5图6和图7表示装配在定子铁心32上的绕组。每个交叉部分具有拐弯部分和两个倾斜部分。在图5和图7中，主要能够看到拐弯部分，倾斜部分被掩盖在拐弯部分的下方。

绕组具有6个交叉部分33a，每个交叉部分连接不同槽中的相同的层。例如，参见图6，交叉部分33a1连接第55和第61个槽内的最内部的层，即第一层。交叉部分33a是同一层的交叉部分。交叉部分33a可以连接另一层例如第四层。这些层可以通过在槽的深度方向(即沿径向向外的方向)上的导体的位置来识别。因此，位于沿径向最外部的第四层可以被称为最深的层。

因而，如图5所示，交叉部分33a，33b，33c和输出部分311被设置在第一线圈端部31a上。交叉部分33c连接不同槽中的相邻的不同的层。例如，图6所示的交叉部分33c1属于第一部分，并连接在第55个槽内的第二层和第49个槽内的第一层。图6所示的交叉部分33c2属于第三部分，并连接第55槽内的第四层和第49槽内的第三层。

交叉部分33b连接不同槽内的相邻的不同层。例如，图6所示的交叉部分33b1属于第二部分，并连接在第61槽内的第二层和第55槽内的第三层。图6所示的交叉部分33b2属于第二部分，并连接第67槽内的第二层和第61槽内的第三层。

属于同层交叉部分33a之外的交叉部分的倾斜部分相对于沿径向相邻的其它倾斜部分沿相反方向倾斜。交叉部分33c，33b，33d都连接不同的层。交叉部分33c和33d连接第一层和第二层的一对以及第三层和第四层的一对。交叉部分33b连接第二层和第三层的一对。沿径向连接同层交叉部分33a的交叉部分33b连接与由其它交叉部分33c，33d连接的层的一对不同的层的一对。因此，交叉部分33b提供与由交叉部分33c，33d提供的其它连接不同的连接，并与由交叉部分33c，33d提供的其它连接错开一层。

通过交叉部分33b连接的层的至少一层与通过同层交叉部分33a连接的另一层设置在同一个槽内。因此，和同层交叉部分相邻的交叉部分，即交叉部分33b，连接一对层，该对层与连接不同层的另一交叉部分连接的一对层不同。

输出部分311和同层交叉部分33a位于定子3的同一个圆周区域。输出部分311所在的区域和同层交叉部分33a所在的区域相互重叠。输出部分311被置于同层交叉部分33a的径向外部。输出部分311所在的区域和交叉部分33b1，33b2所在的区域也相互重叠。这种结构简化了第一线圈端部31a的构型，并且能够改善输出部分311的冷却效率。

参看图7，交叉部分33d被设置在第二线圈端部上。交叉部分33d1属于第一部分，并连接不同槽中的第一层和第二层。交叉部分33d2属于第二部分，并连接不同槽中的第三层和第四层。结果，定子绕组31具有6个交叉部分33a，每个连接相同的层。

可以调节基本呈U形导线30的长度，以便改变在一个槽中容纳的导体的数量。例如，U形导线30可以具有这样的长度，其能够形成线圈的附加的第二部分和第三部分，并在每个槽内提供6个导体。这个特征能够以低的成本改变输出特性和产品变型。

图9表示定子3的示意的截面图。导线具有矩形截面。交叉部分的位置从槽的径向内部按照图示的顺序由单链线、虚线、实线和双链线所示。

图10表示同层交叉部分33a的细节。在第一线圈端部31a上，为了使交叉部分33a1连接第55槽和第61槽中的同一层，交叉部分33a1被弯曲至基本上呈圆形。沿着定子铁心32的圆周方向看到的视图如同图10所示的问号“？”的形状。可以降低线圈端部的高度。此外，可以把由线圈端部提供的电阻减到最小。这使得能够实现紧凑的设计和高的功率。

因为6个U形导线同时缠绕，输出部分311沿着定子3排成一排，如图11所示。按照图11所示的输出部分的布置，可以减少相邻的输出部分之间的距离，因而使输出部分容易连接。可以把制造成本减到最小。此外，因为不需要布设输出部分，可以改善交流发电机的抗震性能。在这个实施例中，输出部分11由相邻槽之间的距离分开。

图13是表示定子3的一部分的透视图。图14以示意的方式表示在定子3上的绕组的透视图。图13表示定子3的一部分，其中设置有同层交叉部分、第二部分中的交叉部分和端子。图14表示和图13相同的部分。在图13和图14中，属于X相线圈的部分标有标号。在图13和图14中，示出了同层交叉部分33a1，第一部分中的交叉部分33b1，33b2，以及端子3111，3112。

每个同层交叉部分具有内部倾斜部分和外部倾斜部分。类似地，第二部分中的每个交叉部分具有内部倾斜部分和外部倾斜部分。第二部分中的一些交叉部分位于同层交叉部分的径向外部。同层交叉部分的外部倾斜部分和第二部分中的交叉部分的内部倾斜部分被这样构成，使得它们沿相同的方向倾斜。在图13和图14中，例如，外部倾斜部分33a11和内部倾斜部分33c12被平行地设置。另外一个倾斜部分被这样形成，使得径向相邻的两个倾斜部分沿相反方向倾斜，并且相互交叉。因此，在第一线圈端部31a中，几乎所有的倾斜部分和相邻层中的其它倾斜部分交叉，但是只有形成第二部分的交叉部分的倾斜部分和相邻层中的其它倾斜部分平行地被设置。换句话说，同层交叉部分的倾斜部分和属于位于同层交叉部分的径向内部或外部的第二部分中的交叉部分的其它倾斜部分被平行地设置。

因为交叉部分33b1，33b2连接第二层和第三层，同层交叉部分33a1的第一个和第一部分中的交叉部分33c1的最后一个限定在它们之间的圆周间隙。所述圆周间隙位于第一层的上方。圆周间隙具有三角形的形状，其朝向第一线圈端部31a的轴向端变宽。

按照本实施例，可以减少需要连接例如焊接的部分的数量。这使得能够减少连接的成本，例如焊接的成本。此外，能够降低线圈端部的高度。因而，使得由线圈端部提供的电阻减到最小。这使得能够实现大功率和紧凑的设计。

此外，引出输出部分的位置相互连接。因此，容易连接被指定给各个相并且被包括在多相绕组中的导体。因此可以减少工时。

此外，可以减少要被设置成到达其引出位置的导线。这使得能够改善抗震性能。

此外，因为冷却空气朝向输出部分311流动，可以改善被引到整流器的输出部分的冷却效率。因此使得对整流器的热影响最小。这使得能够改善热阻。

作为第一实施例的一个替代方案，本发明可以应用于具有48个槽的定子铁心，如图15所示。在这种情况下，转子的北磁极和南磁极的相邻磁极之间的间距相应于3个槽间间距。第二实施例可以提供和第一实施例类似的优点。

此外，北磁极和南磁极的数量或者和相邻的槽相互串联连接的各槽的数量可以按照所需的输出特性等被合适地确定。此外，线圈的连接可以不是Y连接而可以是三角形的或者是它们的组合。

虽然参照附图对本发明的优选实施例进行了说明，但是应当注意，显然，本领域技术人员可以作出各种改变和改型。这些改变和改型应当理解为都被包括在所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于车辆的交流发电机，包括：

转子(2)，其具有多个爪状磁极；以及

定子(3)，其包括具有多个槽的定子铁心(32)，以及容纳在所述槽中从而在一个槽中形成多层的定子绕组(31)，其中

定子绕组(31)包括具有多个相线圈的多相绕组，

所述相线圈由连续导线(30)构成，以及

每个相线圈具有多个交叉部分，所述交叉部分在定子铁心的两端上提供线圈端部(31a，31b)，并将相距为转子的磁极间距的不同槽中的层相互串联连接，所述交叉部分包括连接不同槽中的相同的层的一个同层交叉部分(33a)，和连接不同槽中的不同层的其它交叉部分(33b，33c，33d)。

2.如权利要求1所述的用于车辆的交流发电机，其中

每个交叉部分包括一对沿相反方向倾斜的倾斜部分和连接所述一对倾斜部分的弯转部分，以及

和同层交叉部分(33a)径向相邻的交叉部分(33b)连接与由同层交叉部分之外的其它交叉部分(33c)连接的一对层相差一层的一对层。

3.如权利要求2所述的用于车辆的交流发电机，其中

同层交叉部分(33a)连接位于槽的径向一端的第一层，

和同层交叉部分(33a)径向相邻的交叉部分(33b)连接第二层和第三层，以及

其它交叉部分(33c)包括连接第一层和第二层的第一组交叉部分(33c1)以及连接第三层和第四层的第二组交叉部分(33c2)。

4.如权利要求2所述的用于车辆的交流发电机，其中

同层交叉部分(33a1)的倾斜部分(33a11)和沿径向邻接同层交叉部分(33a1)的交叉部分(33b)的倾斜部分(33b12)被平行地设置。

5.如权利要求2所述的用于车辆的交流发电机，其中

同层交叉部分(33a)和其它交叉部分(33c，33b)沿周向限定一个间隙，所述间隙朝向轴向端部变宽。

6.如权利要求1所述的用于车辆的交流发电机，其中所述相线圈包括位于同层交叉部分(33a)的径向内侧或者外侧的输出部分(311)。

7.如权利要求1-6任何一项所述的用于车辆的交流发电机，其中

同层交叉部分(33a)基本上呈圆形。

8.如权利要求1-7任何一项所述的用于车辆的交流发电机，其中相线圈包括从相邻的槽中的相同层引出的输出部分(311)。

9.如权利要求1-8任何一项所述的用于车辆的交流发电机，其中连续导线(30)由基本上呈U形的导线提供，其具有用于同层交叉部分(33a)的弯转部分，基本上呈U形的导线被制成层叠的波形线圈。

10.如权利要求1-9任何一项所述的用于车辆的交流发电机，其中

所述的槽包括第一组槽和与所述第一组槽错开30°电角的第二组槽，以及

定子绕组(31)包括被设置在第一组槽内的第一多相绕组(X，Y，Z)，和被设置在第二组槽内的第二多相绕组(U，V，W)，第一多相绕组和第二多相绕组分别输出。