CN1489263A - 车辆用交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能降低定子温度的上升和电磁噪音声级等的车辆用交流发电机。本发明发电机包括：固定在由壳体作可转动支承的转轴上的转子，及定子(8)；所述定子具有圆筒状的定子铁心及将导线(50)绕制在该定子铁心上而构成的定子绕组，所述定子铁心以每极每相2个的比例，在其周向排列形成有轴向延伸的定子槽(14)，并以内包含前述转子状、支承于上述壳体中，其特征在于，在上述车辆用交流发电机中，被覆绝缘层的前述导线的直径尺寸(d)及前述定子槽(14)周向的幅宽尺寸(L)的关系为：2d＜L。

Description

车辆用交流发电机

技术领域

本发明涉及一种搭载有具有以每极每相2个的比例形成定子槽的定子铁心的定子的车辆用交流发电机。

背景技术

一般车辆用交流发电机具有：将定子绕组绕制在圆筒状定子铁心上而形成的定子，和具有配设在该定子内周侧的励磁绕组的转子，在所述圆筒状定子铁心的周向上以等角间距形成有轴向延伸的定子槽。而且，在定子铁心上是按照定子绕组的相数及磁极数，以每极每相1个的比例设置定子槽。

这样，以每极每相1个的比例设置定子槽的埸合，在定子槽间形成的T形条在径向上，相邻磁极两者重叠时间变长，使漏磁通变多。此漏磁通必然使有效磁通量减少，同时，发生磁通量波动，以致发生电压的变动或扰乱输出波形，在整流为直流电的场合，成为波动的原因。

因此，例如，日本专利公开特开平4-26345号公报等上提出了一个分案，决定以每极每相2个的比例设置定子槽，试图缩短T形条在径向上相邻磁极两者的重叠时间，以使漏磁通减少。

图9是将如特开平4-26345号公报所述的定子主要部分展开成平面的模式图。

在图9中，定子铁心60系将磁性钢板成形为圆筒状而形成，轴向延伸的定子槽61，以每极每相2个的比例在周向作等角间距的设置。这里，定子铁心60上设置72个定子槽61，以得到由相对转子(未图示)的12个磁极的、2个三相交流绕组构成的定子绕组63。而且，该72个定子槽61是以电气角30度的间距配置，按照a相定子槽61a、d相定子槽61d、B相定子槽61b、e相定子槽61e、c相定子槽61c及f相定子槽61f的顺序，在周向作重复配置。

a相绕组63a是将导线作波状绕制在定子槽61a组上而构成的；B相绕组63b是将导线作波状绕制在定子槽61b组上而构成的；c相绕组63c是将导线作波状绕制在定子槽61c组上而构成的。而且，这样绕制的a相、b相及c相绕组63a、63b、63c作Y形接线(交流接线)，构成三相交流绕组。这里，a相、b相、及c相绕组63a、63b、63c所插入的定子槽61a、61b、61c，分别具有电气角120度的相位差。

又，d相绕组63d是将导线作波状绕制在定子槽61d组上而构成的；e相绕组63e是将导线作波状绕制在定子槽61e组上而构成的；再有1相绕组61f是将导线作波状绕制在定子槽61f组上而构成的。这样绕制的d相、e相及f相绕组63d、63e、63f作Y形接线，构成三相交流绕组。这里，d相、e相、f相绕组63d、63e、63f分别具有电气角120度的相位差。并且，对a相、b相及c相绕组63a、63b及63c具有电气角30度的相位差。

这些6相绕组63a、63b、63c、63d、63e、63f绕制在定子铁心60上，制得定子。在搭载有这样构成的定子的车辆用交流发电机中，用整流器分别对2个三相交流绕组的交流输出进行整流之后、合成输出。

由于定子槽61是以每极每相2个的比例设置的，因此，关于径向上相邻磁极的两者重合的T形条62的部分变得非常少，由此，漏磁通减少，能抑制有效磁通量减少。同样，可以抑制磁通量的波动，减少发生电压的波动及输出波形的紊乱，可以降低直流整流时的交流噪声。

根据前述构成的车辆用交流发电机，由于定子以每极每相2个的比例形成定子槽61的，因此，与每极每相1个比例的定子槽相比，定子槽61的槽数增多，存在下列问题。

1、如图10所示，定子槽61周向尺寸(L)小，因与导线64直径尺寸(d)的关系是2d＞L，在定子槽61内，导线64的收纳无规则，定子槽61内占空系数低，空间部的占有比例高。又由于T形条62与导线64的接触部分、导线64相互间的接触部分少，因此，从导线64向定子铁心60或向另一导线64的热传导少，导致定子绕组63的温度上升高，导致输出降低，热耐久性低下。

2、T形条62的宽度尺寸变小，因其刚性也小，在周向振动下，T形条发生的电磁噪声大。

3、由于定子槽61的开口部65的周向尺寸小，在将导线64从径向内侧向外侧绕制时，导线64接触T形条62顶端部的凸缘的频度变高，涂有绝缘涂层的导线64的绝缘性差。

4、槽楔66与最内内径侧的导线64之间易发生间隙，而且在凸缘67阻止槽楔66的周向突出部小，槽楔66有摇动、从开口部66脱落的危险。

本发明以解决前述问题作为课题，本发明的目的是：提供一种车辆用交流发电机，所述车辆用交流发电机能够减少定子温度的上升，及降低电磁噪音声级。

本发明的车辆用交流发电机系这样一种车辆用交流发电机，所述车辆用交流发电机具有：固定在由壳体作可转动支承的转轴上的转子，及定子；所述定子具有圆筒状的定子铁心及将导线绕制在该定子铁心上而构成的定子绕组，所述定子铁心以每极每相2个的比例，在其周向排列形成有轴向延伸的定子槽，并以内包含前述转子状、支承于上述壳体中，其特征在于，在上述车辆用交流发电机中，被覆绝缘层的前述导线的直径尺寸(d)及前述定子槽周向的幅宽尺寸(L)的关系为：2d＜L。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，所述定子槽沿径向的截面形状是矩形。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，其定子槽开口部的宽度尺寸(s)是导线直径尺寸(d)的1.5倍以上。

根据本发明的车辆用交流发电机，在定子槽间T形条的顶端部径向展宽的凸缘部的内径侧的拐角部为曲面形状。

根据本发明的车辆用交流发电机，在定子槽内壁面形成绝缘树脂层。

根据本发明的车辆用交流发电机，多根同时捆束的导线同时绕制在定子槽，构成第1和第2的三相交流绕组。

根据本发明的交流发电机，在定子槽开口部的外径侧设置变形的圆柱形槽楔。

根据本发明的车辆用交流发电机，在定子槽开口部的外径侧设置变形的圆筒形槽楔。

根据本发明的车辆用交流发电机，在定子槽开口部的外径侧设置变形自由的槽楔。

根据本发明的车辆用交流发电机，在槽楔形成切断部。

根据本发明的车辆用交流发电机，凸缘部的周向两端部的形状是不对称的。

根据本发明的车辆用交流发电机，槽楔的内径侧设置清漆层。

附图简单说明

图1是本发明实施方式1的车辆用交流发电机剖视图。

图2是本发明实施方式1的车辆用交流发电机的定子斜视图。图中槽楔被省略。

图3是本发明实施方式1的车辆用交流发电机的定子分解斜视图。

图4是本发明实施方式1的车辆用交流发电机的电气电路图。

图5是本发明实施方式2的车辆用交流发电机的定子主要部分剖视图。

图6是本发明实施方式2的车辆用交流发电机定子主要部分剖视图。

图7是本发明实施方式3的车辆用交流发电机的定子主要部分剖视图。

图8是车辆用交流发电机的另一例定子的斜视图。

图9是以往的车辆用交流发电机的定子主要部分平面展开的模式图。

图10是以往车辆用交流发电机的定子主要部分剖视图。

图中，3为壳体，5为冷却风扇，6为轴，7为转子，8、8A、8B、8C为定子，12为整流器，12A为第1整流器，12B为第2整流器，160A为第1三相交流绕组，160B为第2三相交流绕组，14为定子槽，14a为a相定子槽，14b为b相定子槽，14c为c相定子槽，14d为d相定子槽，14e为e相定子槽，14f为f相定子槽，15为定子铁心，16、16A为定子绕组，30a、40a为a相绕组，30b、40b为b相绕组，30c、40c为c相绕组，30d、40d为d相绕组，30e、40e为e相绕组，30f、40f为f相绕组，50为导线，51为绝缘树脂层，52为开口部，53为T型条，54为凸缘部，54a为拐角部，55、61、71为槽楔，62为清漆，71为切断部。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的各实施方式。

实施方式1

图1是本发明实施方式1的车辆用交流发电机的剖视图，图2是本发明实施方式1的车辆用交流发电机的定子的斜视图，图3是本发明实施方式1的、车辆用交流发电机的定子分解斜视图，图4是本发明的车辆用的交流发电机的电气电路图。

在图1中，车辆用交流发电机具有：由铝制前托架1与后托架2构成的壳体3；设置在该壳体3内的、一端部固定有皮带轮4的转轴6；固定在该转轴6上的圆形转子7；固定在转子7轴向两端部的冷却风扇5；固定在壳体3以包围转子7的定子8；固定在转轴6的另一端部、向转子7供给电流的滑环9；在滑环9表面滑动的一对电刷10；收纳电刷10的刷握11；与定子8电气连接、将定子8产生的交流电整流成直流的整流器12；安装在嵌在刷握11的散热器17的、调整定子8产生的交流电压大小的稳压器18。

转子7具有：电流流动发生磁通量的励磁绕组13，由磁通量形成的一对磁极的磁极铁心20、21，其设置成遮蔽励磁绕组13的形状。一对磁极铁心20、21是铁制的，使各自最大外径面形状形成大致梯形形状的爪形磁极22、23，以周向等角间距凸设在外周缘部；磁极铁心20、21固定在转轴6上，以使爪形磁极22、23对向成相互啮合。

定子8由磁性钢板叠层构成的定子铁心15与绕制在定子铁心15的绕组16构成。定子由前托架1与后托架2挟持，以使爪形磁极22、23的外周面与铁心内周面之间形成均匀的空隙。

下面，参照图2和图3说明定子8的构造。

定子铁心15上，以每极每相2个的比例在周向等角间距(电气角30度间距)设置轴向延长的定子槽14，也就是相对转子7的12个爪形磁极22、23，在定子铁心15设置72个定子槽14，以使获得由2个三相交流绕组组成的定子绕组16。这里，定子槽14是按a相的定子槽14a、d相定子槽14d、B相的定子槽14b、e相的定子槽14e、c相的定子槽14c及f相的定子槽14f的顺序重复配置。各相的定子槽14按6槽距配置。

a相绕组30a结构如图3所示，其结构为由按6槽距(6P)配置的12个定子槽收纳部31a、及将相邻的定子槽收纳部31a的端部相互间在轴向两侧交替连接的连接部31b所组成的波状图形结构。所述a相绕组30a分别收纳在按6槽距配置定子槽收纳部31a的各个a相定子槽14a槽内，绕制在定子铁心15上。而且，对相邻的定子槽收纳部31a的端部作相互间连接的连接部31b，在定子铁心15的轴向外侧作周向延伸、构成绕组端部。另外，b相、c相、d相、e相、及f相绕组30b、30c、30d、30e、30f的结构同样。

a相、b相及c相绕组30a、30b、30c相互作周向错开2槽分(2P)，重叠3层，绕制在定子铁心15上。同样，f相、d相及e相绕组30f、30d及30e相互作周向错开2槽分，重叠3层，绕制在定子铁心上，以使其位于a相、b相及c相绕组30a、30b、30c的内周侧。

这样，如图2所示，得到6相绕组30a-30f作径向重叠6层、绕制在定子铁心15而得到的定子8。这时，6相的绕组30a-30f从外周侧起，按a相绕组30a、b相绕组30b、c相绕组30c、f相绕组30f、d相绕组30d及e相绕组30e顺序排列安装在定子铁心15。并且，6相的绕组30a-30f的绕组端部(连接部31b)构成定子绕组16的绕组端部16f、16r。另外，绕组端部组16f、16r浸透清漆。

这样绕制的a相、b相及c相绕组30a、30b、30c作Y形接线(交流接线)，构成第1个三相交流绕组160A，d相、e相及f相的绕组30d、30e、30f、作Y形接线(交流接线)，构成第2个的三相交流绕组160B。第1和第2的三相交流绕组160A、160B分别接于第1和第2整流器12A、12B上，构成如图4所示的电气回路。

a相、b相及c相的绕组30a、30b、30c分别形成电气角120度的相位差，d相、e相及f相的绕组30d、30e、30f分别形成电气角120度相位差。而且，d相、e相及f相的绕组30d、30e、30f对a相、b相c相的绕组30a、30b、30c形成电气角120的相位差。

在这样构成的车辆用交流发电机中，从蓄电池(未图示)，通过电刷10、滑环9向励磁绕组13供电，发生磁通量。该磁通量使磁极铁心20的爪形磁极20磁化成N极，使磁极铁心21的爪形磁极21磁化成S极。

另一方面，利用发动机驱动皮带轮，再利用转轴驱动转子7转动，通过转子转动对定子铁心15提供旋转磁场，定子绕组16的三相交流绕组160A、160B产生电动势。各三相交流绕组160A、160B产生的交流电动势分别由第1和第2整流器12A、12B整流成直流。并且，其输出电压大小用稳压器18调整。同时，各整流器12的输出电流经合成后，对蓄电池充电。

图5是图1的定子铁心的定子槽14中收纳有15根被覆绝缘层的导线50的情况的示意图。

定子槽14沿径向的截面形状为矩形，其内壁面上形成环氧树脂构成的绝缘树脂层51。被覆绝缘涂层的导线50的直径尺寸(d)与定子槽14的周向宽度尺寸(L)的关系是，2d＜L。而且，定子槽14开口部52的宽度尺寸(s)是导线50直径尺寸(d)的1.5倍以上。

又，在定子槽14间的T形条53顶端部，径向展宽的凸缘部54的内径侧拐角部54a是曲面形状。凸缘部54的周向两端部的形状非对称，凸缘部54的一方端部的第1卡止部56a较作为另一方端部的第2卡止部46b突出大。

定子槽14开口部52的内部设置弹性变形的圆柱形槽楔55。

在本实施方式中，定子槽14内周向尺寸为收纳2根导线50的尺寸，与以往的比较，定子槽14内导线50沿径向大致排列成2列，定子槽14内的导线50的占空系数高，而且，T形条53与导线50的接触部分、导线50相互间的接触部分面积增大，促进导线50向定子铁心15或者导线50向另一导线50作热传导，降低定子绕组16的温度的上升。实际上，根据在规定条件下所进行的实验，以往发电机的定子温度上升值是180度，而相比之下，本发明的发电机定子温度上升值达170度，确认能降低温度的上升值。

又，尽管T形条53的宽度尺寸变小，T形条53的刚性也小，但T形条53侧面与导线50的接触面积增大，T形条53受到两侧更牢固的支持，因而，能降低T形条53周向振动时所发生的电磁噪声的声级。实际上曾以转子7的转速为5000rpm的条件下进行实验，相对以往的电磁噪声75dB，本发明达72dB。降低了3dB的电磁噪声。

定子槽14开口部52宽度尺寸(s)是导线50直径尺寸(d)1、5倍以上，从径向向外侧绕制导线50时，导线50接触T形条53顶端部的凸缘部54的频度变低，提高被覆绝缘涂层的导线50的绝缘性。再有，凸缘部54的拐角部54a是曲面形状，因此，在卷绕导线50时，即使导线50撞击拐角部54a，导线50的绝缘涂层也不容易破损。

又，由于在定子槽14内壁面上形成环氧树脂构成的绝缘树脂层51，因而，钢板叠片构成的定子铁心15，提高钢板相互间结合力，使定子铁心15刚性增大，仅此也降低电磁噪音。另外，绝缘树脂层51是用导热系数高的树脂构成时，可以促进从导线50向定子铁心15的热传导，更加降低定子绕组16的温度的上升。

并且，在定子槽14开口部的内部设置圆柱形槽楔55时，由于最内径侧的导线50与弹性变形的槽楔55抵接，导线50在定子槽14内难以游动，因此，导线50相互间难以发生磨擦，绝缘涂层难以由于导线相互间磨擦发生破损。

又，凸缘部54的第1卡止部56a的突出远比第2卡止部56b的大，因此，在将槽楔55安装在定子槽14开口部时，先将槽楔55卡止于第1卡止部56a上，之后卡止不比第1卡止部56a更突出的第2卡止部56b，则槽楔55能顺利装到定子槽开口部52。槽楔55卡止于第1卡止部56a、第2卡止部56b，导线50及槽楔55难以从定子槽14中脱落。

前述实施方式是，15根导线50收纳在定子槽14内，而将捆束的3根导线绕制成5匝排列，籍此，与各导线单线绕制的场合相比，能缩短线圈绕线时间。

实施方式2

图6是本实施方式2的定子8A的主要部分的剖视图，本实施方式与实施方式1的不同点是，定子槽14内壁面设置绝缘纸60，设置弹性变形的圆筒形槽楔61，及开口部52设置含浸绝缘纸60的端部的清漆层62。

在本实施方式中，冷却空气在槽楔61中间通过，冷却导线50构成的定子绕组16的冷却变得可能，定子8A温度上升被降低。

又，清漆层62使各凸缘部54与各槽楔61一体化，降低T形条53的周向振动，降低电磁噪音。

实施方式3

图7是实施方式3的定子8B的主要部分的剖视图。实施方式3与实施方式1不同点是，定子槽14开口部52内部设置变形自由、且有切断部71a的槽楔71。

在本实施方式中，槽楔71变形嵌入定子槽14开口部52与导线50之间的空间部分，提高了导线50与槽楔71的密合性，降低导线50的振动降低电磁噪音。

在前述实施方式中，各绕组30a-30f从定子槽14延伸出的连接部31b向周向单侧延伸。但对如图8所示，具有各绕组40a-40f从定子槽14延伸的连接部41b在周向两侧各半分配的分配构造的定子绕组16A的定子8c，在本发明中也能适用。

又，在各实施方式中说使用的槽楔采用弹性变形的材料，但也可以采用塑性变形的槽楔。这种场合，由于槽楔变形，符合定子槽顶端形状，增加T形条与槽楔、导线与槽楔的密合程度，槽楔能够更加牢固固定于定子槽开口部的内部。

在各实施方式中，使用圆截面的导线构成绕组，而插入定子槽内的导线也可是截面为矩形的导线。这种场合，定子槽内导线与定子槽壁面接触面积增加，增大前述各实施方式说明的各种效果(导线占空系数提高、促进热传导、降低温度的上升)。也就是说，由圆形截面导线形成层叠产生的空间，而使用矩形截面的导线，则能构成不会因导线拐角而形成无用空间的绕组。

在各实施方式中，将3根导线同时作波状绕法绕制5匝排列的线圈，但若是满足2d＜L，则不限定于3根，即使同时绕制2根或4根以上的导线，也能获得同样的效果。

发明的效果

正如以上说明那样，根据本发明的车辆用交流发电机，由于涂绝缘涂层的导线直径尺寸(d)及定子槽周向尺寸(L)关系是2d＜L，因此可以增大定子槽间T形条与导线的接触面积，以及导线相互间接触面积，热传导能降低定子的温度上升。又，T形条由在两侧的导线更可靠的支持，抑制T形条的振动，降低电磁噪音。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，定子槽沿径向的截面为矩形，因此，定子槽内各层导线数相同，在定子槽内被定位，则更能降低定子温度上升，并进一步抑制T形条振动，从而进一步降低电磁噪音。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，定子槽开口部宽度尺寸(s)是导线直径尺寸(d)的1、5倍以上，因此，导线能顺利绕制在定子槽内，绕制时，导线绝缘涂层变得难以破损，提高导线的绝缘性能。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于在定子槽间的T形条顶端部，径向展宽的凸缘部内径的拐角部为曲面形状，绕制时，导线的绝缘涂层即使撞击到T形条凸缘部也难以破损，提高导线绝缘性。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于定子槽内壁面上形成绝缘树脂层，所以T形条刚性变高，降低电磁噪音。用导热系数高的树脂构成绝缘树脂层时，导线的热容易传递到定子铁心，降低定子绕组的温度上升。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于多根同时捆束的导线绕制在定子槽，构成第1及第2的三相交流绕组，所以能缩短绕组制造工序。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于在定子槽开口部外径侧设置变形的圆柱形槽楔，所以，槽楔密合开口部，能防止导线、槽楔的脱落、脱离。也能抑制T形条顶端部的周向振动，降低电磁噪音。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于定子槽开口部的外径侧设置变形的圆筒形槽楔，所以冷却空气在槽楔内部通过，冷却导线变得可能，能降低定子绕组的温度上升。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于定子槽开口部的外径侧设置变形自由的槽楔，槽楔变形装入定子槽开口部与导线之间的空间部，提高导线与槽楔的密合性，降低导线的振动，并且降低电磁噪音。

本发明的车辆用交流发电机，槽楔上形成切断部，槽楔更易变形，更加提高导线与槽楔的密合性。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于凸缘的周向两端部的形状是非对称的，所以将槽楔从径向插装到定子槽内时，要求从后面插装到突出小的一侧凸缘部侧，槽楔能顺利插装到定子槽的开口部。

又，根据本发明的车辆用交流发电机，由于槽楔的内径侧设置清漆层，所以清漆层使各凸缘部与各槽楔一体化，定子刚性变高，降低T形条的周向振动，降低电磁噪音。

Claims (12)

1.一种车辆用交流发电机，所述发电机具有：固定在由壳体作可转动支承的转轴上的转子，及定子；所述定子具有圆筒状的定子铁心及将导线绕制在该定子铁心上而构成的定子绕组，所述定子铁心以每极每相2个的比例，在其周向排列形成有轴向延伸的定子槽，并以内包含前述转子状、支承于上述壳体中，其特征在于，在上述车辆用交流发电机中，被覆绝缘层的前述导线的直径尺寸(d)及前述定子槽周向的幅宽尺寸(L)的关系为：2d＜L。

2.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，定子槽沿径向的截面形状为矩形。

3.如权利要求1或2所述的车辆用交流发电机，其特征在于，定子槽开口部宽度尺寸(S)是导线直径尺寸(d)的1、5倍以上。

4.如权利要求1所述车辆用交流发电机，其特征在于，在定子槽间T形条的顶端部，径向展宽的凸缘部内侧拐角部为曲面形状。

5.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，在定子槽内壁面形成绝缘树脂层。

6.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，多根同时捆束的导线绕制在定子槽，构成第1和第2的三相交流绕组。

7.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，在定子槽开口部内部设置变形的圆柱形槽楔。

8.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，在定子槽开口部内部设置变形的圆筒形的槽楔。

9.如权利要求1所述的车辆用交流发电机，其特征在于，在定子槽开口部内部设置可自由变形的槽楔。

10.如权利要求9所述的车辆用交流发电机，其特征在于，在槽楔上形成切断部。

11.如权利要求4所述的车辆用交流发电机，其特征在于，凸缘部的周向两端部形状非对称。

12.如权利要求7所述的车辆用交流发电机，其特征在于，槽楔的内径侧设置清漆层。

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