CN1568566A

CN1568566A - 旋转电机的绕线结构

Info

Publication number: CN1568566A
Application number: CN 02820043
Authority: CN
Inventors: 渡边仁之; 内山英和
Original assignee: Mitsuba Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: CN1301582C; JPWO2003034573A1; WO2003034573A1; JP4248400B2

Abstract

一种旋转电机的绕线结构，配有3相4组线圈(1a～1d)，在具有起动马达和发电机功能的起动发电机中，在该起动发电机用作发电机的情况下和在用作马达的情况下均被使用的起动发电线圈(1d)的绕线，等分地配置在仅在旋转电机用作马达的情况下使用的起动专用线圈(1a～1c)之间。在发电时，仅使用起动发电线圈(1d)，这时，由于各绕线等分配置，所以由起动发电线圈(1d)产生的力被相互抵消，可以使发电时的磁平衡均衡化。

Description

旋转电机的绕线结构

技术领域

本发明涉及一种具有作为马达和发电机功能的旋转电机的绕线结构，特别地，涉及有效地适用于在小型摩托车(二轮车)用发动机和通用发动机等中使用的起动发电机的技术。

背景技术

由于马达和发电机作为旋转电机的基本结构是相同的，所以，多数以双功能的兼用设备存在。例如，在小型摩托车或发动机发电机等中，大多采用作为兼用作发动机起动用的起动马达、和被发动机驱动的发电用的发电用发电机的起动、发电兼用机的起动发电机。

但是，在这样的起动发电机中，作为马达所要求的性能和作为发电机所要求的性能之间存在差异，当以发动机起动优先而提高马达输出时，则存在发电能力过剩的缺点。因此，将多组线圈分别设定为马达用和发电用，通过对它们进行适当切换，提高了马达、发电两种特性的平衡。

例如，在特开平2-159951号公报中，记载了分别设置马达用线圈和发电用线圈、各线圈分别用于起动专用和发电专用的起动发电装置。在该公报的装置中，分别在突出设置于定子铁芯上的牙的内侧部分上卷绕起动线圈(马达用线圈)、在外侧部分上卷绕发电线圈。分别使用起动线圈和发电线圈，在使用起动线圈起动发动机之后，利用发电线圈进行发电。每相隔一个牙配置发电线圈，与对全部的牙进行绕线的情况相比，可以抑制发电时的电流量、发热量。

并且，一部分线圈兼用于马达和发电，将多组线圈分成马达用和发电用的起动发电机也是常见的。例如，在采用三相四组线圈的情况下，在这样的起动发电机中，通常，按照图2(a)所示进行连线。在这种情况下，作为马达使用时，线圈1a～1d全部使用以确保输出，当发电时，仅使用线圈1d以进行发电。即，发电时仅涂黑的线圈1d作用，其它线圈1a～1c处于断开的状态。在按此配置的情况下，在磁场中旋转的线圈之中，只有线圈1d受到制动力，磁平衡变差，存在产生磁音和转子的偏差这样的噪音、振动问题的缺点。

另一方面，在特开平2-159951号公报这样的装置中，通过等分配置发电线圈，不会产生磁平衡不均衡的缺点，在该公报中也没有言及有关磁平衡的内容。但是，在这种结构的起动发电机中，由于起动线圈和发电线圈在径向方向上并列配置，所以定子铁芯的外径增大，存在装置整体变大的问题。

发明内容

本发明的目的是，改善具有马达和发电机功能的旋转电机在发电时的磁平衡，以便降低磁声和振动。并且，本发明的另一个目的是，改善磁平衡同时使装置小型化。

本发明的旋转电机的卷线结构，配有多组多相线圈、具有马达和发电机功能，其特征在于，包括：在前述旋转电机作为马达的情况下使用的马达线圈；和在前述马达线圈之间等分配置各相线圈、在前述旋转电机作为发电机的情况下使用的发电线圈。

在本发明中，由于发电线圈的绕线等分配置在马达线圈之间，所以在发电时利用发电线圈的各绕线产生的力相互抵消。因而，可以实现发电时的磁平衡均匀化，抑制平衡恶化所引起的磁音和转子的偏心，可以降低起动发电机的噪音和振动。

在前述旋转电机的绕线结构中，可以将前述马达线圈的各相绕线相邻配置，以形成一组绕线组，在前述绕线组之间分别配制前述发电线圈的各相绕线，借此，可以空间利用率高地配置马达线圈和发电线圈。并且，前述发电线圈也可以作为在将前述旋转电机用作马达的情况下使用的马达发电兼用线圈，借此，可以提高线圈的使用效率，减少线圈数目。而且，借助空间利用率提高或线圈使用率提高的效果、或者它们的叠加(相乘)效果，可以实现旋转电机的小型化。另外，前述马达线圈也可以是仅在将前述旋转电机作为马达的情况下使用的马达专用线圈。

并且，在前述旋转电机的绕线结构中，前述旋转电机可以配有由3组前述马达线圈和1组前述发电线圈构成的3相4组线圈。此外，在前述旋转电机的绕线结构中，前述旋转电机可以是连接到发动机的曲柄轴上、当前述发动机起动时作为起动马达、在前述发动机起动之后作为发电机的起动发电机。

附图说明

图1是表示使用本发明实施形式1的绕线结构的起动发电机的电路结构的说明图。

图2是表示图1的起动发电机中的线圈的绕线结构的说明图，(a)表示现有的普通绕线结构，(b)表示该起动发电机中的绕线结构。

图3是表示将3相2组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图。

图4是表示将3相5组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图。

图5是表示将3相6组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图。

图6是表示将5相2组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图。

图7是表示将5相3组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图。

图8是表示将5相4组线圈配置到根据本发明的绕线结构中的例子的说明图，(a)表示5相4组线圈分别并联连接的情况，(b)表示5相4组线圈每2组并联连接的情况。

具体实施方式

(实施形式1)

以下，根据附图详细说明本发明的实施形式。本实施形式中的旋转电机是兼用作发动机起动装置(起动器)和发电装置(ACG)的起动发电机，与发动机成一体地组合起来，用于摩托车或发动机发电机等。该起动发电机是将具有永磁铁的转子配置到绕装有线圈的定子周围而构成的，转子直接连接到发动机的曲柄轴上。而且，当发动机起动时，通过向定子侧的线圈通电，起到起动马达的作用，在发动机起动之后，利用永磁铁的旋转在线圈中产生电力，起到发电机的作用。另外，起动发电机，根据将转子和定子中的哪一方配置在外侧，而将装置的形式分成内转子型和外转子型，而本发明的起动发电机可以适用于任何形式。

图1是表示采用本发明实施形式1的绕线结构的起动发电机的电路结构的说明图。其中，在定子侧设有绕线部1，该绕线部1具有将U、V、W三相绕线Y(星)形连接的线圈(多相线圈)1a～1d。在该绕线部1中，各线圈1a～1d相互并联连接。在该实施形式中，绕线部1的线圈之中的线圈1d，形成在起动时和发电时均使用的起动发电线圈(发电线圈)。与此相对，其余的线圈1a～1c，形成仅在启动时使用的起动专用线圈(马达线圈)。

如图1所示，绕线部1连接到采用FET(半导体元件)2a～2f形成的桥接电路构成的反相器(反相电路)3的控制系统(控制机构)5上。反相器3兼具根据图中未示出的转子位置传感器的检测结构使形成旋转磁场的电流流过线圈1a～1d的通电控制功能、和对由线圈1a～1d形成的发电电流进行整流的整流器功能，配有6个磁场效应晶体管FET2a～2f、和分别与它们并联连接的6个寄生二极管6a～6f。

在该反相器3中，三列各桥接列将高(电平)侧的各FET2a、2c、2e和低(电平)侧的各FET2b、2d、2f分别串联连接起来。在这种情况下，FET2a、2c、2e连接到与电池7连接的电源电位上。并且，FET2b、2d、2f同时与接地电位连接。线圈1a～1d的各相分别连接到各桥接列的各FET2a、2c、2e和各FET2b、2d、2f的各连接节点上。即，在FET2a、2b之间连接U相线圈，在FET2c、2d之间连接V相线圈，在FET2e、2f之间连接W相线圈。并且，FET2a～2f的各门(gate)之间连接3相桥路激励器8。

在控制系统5中，在反相器3的高(电平)侧，设置监视被整流的输出电压的输出监视电路9。并且，在该输出监视电路9的后段设有根据其监视结构进行3相桥路激励器8等的控制的CPU10。而且，FET2a～2f根据CPU10指令，由3相桥路激励器8进行门控制。

另一方面，在绕线部1和反相器3之间，夹装继电器(开关机构)4a～4c。如图1所示，继电器4a、4b配置在FET2c、2d之间和线圈1a～1d的V相线圈之间，继电器4c配置在FET2e、2f之间和线圈1a～1d的W相线圈之间。在这种情况下，继电器4a连接到线圈1d的V相线圈和FET2c、2d之间，继电器4b在线圈1d的V相线圈的后段侧与线圈1a～1c的V相线圈相连。另外，继电器4a～4c以常开状态配置。

在此，如前面所述，线圈1a～1d通常按照图2(a)所示连线，在这样配置的情况下，发电时的磁平衡恶化，产生磁音和转子偏心这样的噪音、振动问题。因此，在该起动发电机中，为了使磁平衡均匀化，如图2(b)所示，将线圈1d的连线三等分配置于线圈1a～1c之间。在这种情况下，如图2(b)所示，线圈1a～1d卷绕到与各相绕线相邻的槽中，分别形成一组绕线组，线圈1d中的U、V、W的各相绕线分别配置在这些线圈组之间。另外，线圈1a～1d的绕线完全等间隔(30度间距)地配置。

在这种情况下，当转子旋转时，位于旋转磁场中的线圈1a～1d受到它的影响，但是由于在发电时线圈1a～1c处于开放的状态，所以不会因此而产生制动力。与此相对，由于线圈1d是在发电时使用的，所以伴随着起电力的产生，由线圈1d在妨碍转子旋转的方向上产生制动力。但是，线圈1d由于各相的绕线等分配置在绕线组之间，所以由各绕线产生的力相互抵消。因此，在该绕线结构中，可以实现发电时的磁平衡的均等化，可以降低磁音和振动。

并且，通过将线圈1d分散地配置在线圈1a～1c之间，可以发电线圈配置在马达线圈的绕线组之间，空间利用率高地配置马达线圈和发电线圈。进而，由于线圈1d作为马达发电两用线圈，所以可以毫无浪费地使用线圈，可以减少线圈的数目，在提高空间利用率的同时使装置小型化。

其次，说明这种起动发电机的操作。首先，在起动发动机的情况下，最初，继电器4a～4c全部接通，使绕线部1和反相器(インバ一タ)3相连接。之后，接通图中未示出的起动开关。这时，起动发电机由无电刷马达构成，利用3相桥路激励器8从电池7向线圈1a～1d的U、V、W各相提供电力，使它们顺序激磁。借此，驱动转子、旋转曲柄轴，起动发动机。即，当发动机起动时，利用全部线圈1a～1d构成起动马达，满足马达的性能。

发动机起动之后，断开继电器4b、4c，仅接通继电器4a。借此，将线圈1a～1c从反相器3上分离开，起动发电机形成由线圈1d构成的发电装置。在这种情况下，在起动发电机中，由于采用继电器作为切断线圈1a～1c的开关机构，所以线圈1a～1c与反相器3物理地完全切断。因此，在当利用所有线圈1a～1d进行发电时产生发电过剩的情况下，可以在发电时仅使用线圈1d，以抑制发电量。

另一方面，虽然如前面所述，发电时的线圈1d产生制动力，但是，如图2(b)所示，由于各相的绕线等分地配置于绕线组之间，所以在该起动发电机中，在发电时仍可以保持良好的磁平衡。因而，可以抑制平衡恶化引起的磁音和转子的偏心，可以降低起动发电机的噪音和振动。

(实施形式2)

进而，作为实施形式2，表示在与实施形式1相同的3相旋转电机中线圈的组数不同的例子。图3是表示在根据本发明的绕线结构中配置3相2组(6槽)线圈的例子的说明图，图4是表示在根据本发明的绕线结构中配置3相5组(15槽)线圈的例子的说明图，图5是表示在根据本发明的绕线结构中配置3相6组(18槽)线圈的例子的说明图。

在图3的绕线结构中，3相2组线圈并联连接，起动专用线圈11的各相绕线U、V、W间隔120度地等分配置。而且，在它们之间等分配置起动发电线圈12的各相绕线。并且，在图4的情况下，并联连接3相5组线圈，在等分配置的3组起动专用线圈13a～13c的线圈组之间，等分配置2组起动发电线圈14a、14b。进而，在图5的情况下，并联连接3相6组线圈，在每2组等分配置的起动专用线圈15a～15d的线圈组之间，等分地配置2组起动发电线圈16a、16b。另外，在这种情况下，如虚线所示，也可以将起动专用线圈15a、15b和起动专用线圈15c、15d分别作为1组、3组并联配线。

(实施形式3)

进而，作为实施形式3，表示将本发明用于与实施形式1不同的5相旋转电机的例子。图6是表示在根据本发明的绕线结构中配置5相2组(10槽)线圈的例子的说明图，图7是表示在根据本发明的绕线结构中配置5相3组(15槽)线圈的例子的说明图，图8(a)、(b)是表示在根据本发明的绕线结构中配置5相4组(20槽)线圈的例子的说明图。

在图6的绕线结构中，并联连接5相2组线圈，起动专用线圈17的各相绕线U、V、W、X、Y以72度间隔等分配置。而且，在它们之间等分配置起动发电线圈18的各相绕线。并且，在图7的情况下，并联连接5相3组线圈，等分配置2组起动专用线圈19a、19b的各相绕线、和1组起动发电线圈20的各相绕线。进而，在图8(a)的情况下，并联连接5相4组绕线，等分地配置3组起动专用绕线21a～21c的各相绕线、和1组起动发电绕线22的各相绕线。另一方面，在图8(b)的情况下，每2组并联配置5相4组绕线，等分配置起动专用线圈23a、23b的绕线组、和起动发电线圈24a、24b的绕线组。

本发明不限于前述实施形式，不言而喻，在不脱离其主旨的范围内，可以进行各种改变。

例如，在前述实施形式中，表示的是仅将线圈1d作为起动发电线圈的例子，但是，根据所必需的发电量，也可以适当地将其它线圈作为起动发电线圈。并且，虽然线圈1d是起动发电两用线圈，但是也可以将其作为发电专用的线圈。进而，作为实施形式2、3，表示将本发明用于3相和5相线圈中的例子，但是本发明的适用对象不限于这些，还可以适用于多相线圈或组数多的(多槽)线圈。

采用本发明的旋转电机的绕线结构，配有多组多相线圈，在具有马达和发电机功能的旋转电机中，由于在将旋转电机作为发电机的情况下使用的发电线圈的绕线、被等分地配置于在旋转电机作为马达的情况下使用的马达线圈之间，因此，由发电时发电线圈的各绕线产生的力相互抵消，可以实现发电时磁平衡的均匀化。因此，可以抑制平衡恶化所引起的磁音和转子偏心，可以降低起动发电机的噪音和振动。

并且，采用本发明的旋转电机的绕线结构，通过分别在马达线圈的绕线组之间配置发电线圈的各相绕线，可以空间效率高地配置马达线圈和发电线圈，可以使旋转电机小型化。进而，通过将发电线圈制成马达发电两用线圈，可以提高线圈的使用效率，减少线圈的数目，使旋转电机小型化。

Claims

1.一种旋转电机的卷线结构，配有多组多相线圈、具有马达和发电机功能，

其特征在于，包括：

在前述旋转电机作为马达的情况下使用的马达线圈；和

在前述马达线圈之间等分配置各相线圈、在前述旋转电机作为发电机的情况下使用的发电线圈。

2.如权利要求1所述的旋转电机的绕线结构，其特征在于，将前述马达线圈的各相绕线相邻配置，以形成一组绕线组，在前述绕线组之间分别配置前述发电线圈的各相绕线。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机的绕线结构，其特征在于，前述发电线圈是在将前述旋转电机用作马达的情况下也被使用的马达发电兼用线圈。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的旋转电机的绕线结构，其特征在于：前述马达线圈是仅在将前述旋转电机作为马达的情况下被使用。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的旋转电机的绕线结构，其特征在于：前述旋转电机配有3相4组线圈，前述线圈由3组前述马达线圈和1组前述发电线圈构成。

6.如权利要求1～5中的任一项所述的旋转电机的绕线结构，其特征在于，前述旋转电机连接到发动机的曲柄轴上、当前述发动机起动时作为起动马达、在前述发动机起动之后作为发电机的起动发电机。