JP2007097247A - Alternator for vehicle - Google Patents

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Makoto Hirama
Masahiko Honma
Toshio Ishikawa
Hiroyuki Kanazawa
Eiji Naito
英治 内藤
誠 平間
雅彦 本間
利夫 石川
宏至 金澤
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Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alternator for vehicle which can reduce magnetic noise and reduce its manufacturing cost and has high flexibility of design. <P>SOLUTION: The three-phase windings, arranged in a stator core, are constituted of two sets of independent three-phase windings U1 and U2 which are connected in delta connection. The coils, in each phase of the first three-phase winding U1, are inserted in positions that are slid for 60°or 120°. For the second three-phase winding U21 and U22, each single-phase coil is divided in two and are inserted in two slots. The number of turns of the first three-phase winding U1 is n, and when the number n of turns is odd, the number n of turns of the two coils U21 and U22 of the second three-phase winding U2 are (n+1)/2 each; and when the number of turns is even, the number of turns of the two coils of the second three-phase winding is n/2 and n/2+1. Either coil between the two coils of the second three-phase winding is arranged in the same slot as the in-phase coil of the first three-phase winding. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両用交流発電機に係り、特に、磁気騒音を低減するに好適な車両用交流発電機に関する。   The present invention relates to a vehicular AC generator, and more particularly to a vehicular AC generator suitable for reducing magnetic noise.
従来の車両用交流発電機としては、例えば、特開2004−364464号公報に記載のように、毎極毎相スロット数を2以上として磁気騒音を低減するものが知られている。また、関連するものとして、例えば、特開平6−178479号公報に記載のように、ステータ巻線を2つの独立したY結線で構成し、第一巻線と第二巻線の位相差を30度としたものが知られている。   As a conventional vehicle alternator, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-364464, one that reduces magnetic noise by setting the number of slots per pole to 2 or more is known. Further, as a related one, for example, as described in JP-A-6-178479, the stator winding is constituted by two independent Y connections, and the phase difference between the first winding and the second winding is 30. What is known is the degree.
特開2004−364464号公報JP 2004-364464 A 特開平6−178479号公報JP-A-6-178479
しかしながら、特開2004−364464号公報に記載のように、毎極毎相スロット数を2以上としたものでは、スロット内の導体数を偶数で構成する必要があるために、スロット数が増加し、製造コストが高くなるという問題があった。   However, as described in JP-A-2004-364464, when the number of slots per phase is 2 or more, the number of slots increases because the number of conductors in the slot must be an even number. There is a problem that the manufacturing cost becomes high.
また、特開平6−178479号公報に記載のように、2つの独立した巻線をY結線で構成し、第一巻線と第二巻線の位相差を30度となるようにコイルを2分割するために、分割されるコイルの選択範囲が狭く設計に自由度がない問題点がある。すなわち、一般的な車両用の交流発電機でY結線で構成する場合、巻数は5〜7ターン程度で構成されているため、電気角で30度の位相差を実現できる(巻線を2分割する)条件を満足できるものは6ターンだけとなり、他の巻数では電気角で30度の位相差を待たせることはできないため、設計に自由度が低いという問題があった。また、第一巻線と第二巻線の位相差を30度とするためには第一巻線と第二巻線の数を同じにしなければならないが、第一巻線の作る起磁力と第二巻線が作る起磁力が同じにならないため、電圧リプルは小さくならなず、結果として、磁気騒音が大きくなると言う問題点があった。   Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-178479, two independent windings are configured by Y connection, and the coils are arranged so that the phase difference between the first winding and the second winding is 30 degrees. In order to divide, there is a problem that the selection range of the divided coils is narrow and there is no freedom in design. In other words, when a general vehicle AC generator is configured with Y connection, the number of turns is about 5 to 7 turns, so that a phase difference of 30 degrees in electrical angle can be realized (the winding is divided into two parts). There are only six turns that can satisfy the conditions, and the other windings cannot wait for a phase difference of 30 degrees in terms of electrical angle. In order to set the phase difference between the first winding and the second winding to 30 degrees, the number of the first winding and the second winding must be the same. Since the magnetomotive force generated by the second winding is not the same, the voltage ripple does not become small, resulting in a problem that the magnetic noise increases.
本発明の目的は、磁気騒音を低減できるとともに、製造コストを低減し、かつ、設計の自由度の高い車両用交流発電機を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an automotive alternator that can reduce magnetic noise, reduce manufacturing costs, and has a high degree of design freedom.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、ステータと、このステータの内周側に回転可能の支持されたロータと、前記ステータの3相巻線で発生した交流電圧を整流する整流回路とを備えた車両用交流発電機であって、前記ステータは、毎極毎相スロット数が1で構成されたステータコアと、前記ステータコアに配置される、△結線で接続された2組の独立した3相巻線とともって構成され、前記2組の独立した3相巻線の内、第一の3相巻線の各相巻線は電気的に60度または120度ずれた位置に挿入され、第二の3相巻線は一相巻線を2つのスロットに分けて挿入され、前記第一の3相巻線の巻数をnとし、巻数nが奇数の場合、前記第二の3相巻線の2つの巻数はそれぞれ(n+1)/2であり、巻数nが偶数の場合、前記第二の3相巻線の2つの巻数はn/2とn/2+1であり、前記第二の3相巻線の2つの巻線のうちどちらかの巻線は、前記第一の3相巻線の同相巻線と同じスロットに配置されるものである。
かかる構成により、磁気騒音を低減できるとともに、製造コストを低減し、かつ、設計の自由度を高くすることができる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a rectifier that rectifies an AC voltage generated by a stator, a supported rotor that is rotatable on the inner peripheral side of the stator, and a three-phase winding of the stator. An AC generator for a vehicle comprising a circuit, wherein the stator is composed of a stator core having 1 slot per pole and a number of slots per phase, and two independent sets connected to the stator core connected by Δ connection. The three-phase windings of the first three-phase windings of the two sets of independent three-phase windings are electrically inserted at positions shifted by 60 degrees or 120 degrees. The second three-phase winding is inserted by dividing the one-phase winding into two slots, and when the number of turns of the first three-phase winding is n and the number of turns n is an odd number, Two turns of the phase winding are (n + 1) / 2, respectively, and when the number of turns n is an even number, the second winding The two turns of the three-phase winding are n / 2 and n / 2 + 1, and one of the two windings of the second three-phase winding is the one of the first three-phase winding. It is arranged in the same slot as the in-phase winding.
With this configuration, magnetic noise can be reduced, manufacturing costs can be reduced, and design flexibility can be increased.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記第一の3相巻線は、前記ステータコアに設けられたスロットの底側に配置され、第二の3相巻線は、前記ステータの内周側に配置されたものである。   (2) In the above (1), preferably, the first three-phase winding is disposed on a bottom side of a slot provided in the stator core, and the second three-phase winding is disposed on an inner periphery of the stator. It is arranged on the side.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記第一の3相巻線と前記第二の3相巻線の位相角は、電気角で略25度〜35度の範囲となるものである。   (3) In the above (1), preferably, the phase angle of the first three-phase winding and the second three-phase winding is in the range of approximately 25 degrees to 35 degrees in electrical angle. .
(4)上記(3)において、好ましくは、前記第一の3相巻線と前記第二の3相巻線の位相角は、電気角で25.3度〜34.7度の範囲となるものである。   (4) In the above (3), preferably, the phase angle of the first three-phase winding and the second three-phase winding is in the range of 25.3 degrees to 34.7 degrees in electrical angle. Is.
(5)上記(1)において、好ましくは、前記第一の3相巻線の巻数に対して、前記第二の3相巻線のそれぞれの巻線のベクトル和の比が略0.95〜1.05の範囲である。   (5) In the above (1), preferably, the ratio of the vector sum of each winding of the second three-phase winding to the number of turns of the first three-phase winding is approximately 0.95 to The range is 1.05.
(6)上記(5)において、好ましくは、前記第一の3相巻線の巻数に対して、前記第二の3相巻線のそれぞれの巻線のベクトル和の比が0.954〜1.04の範囲である。   (6) In the above (5), preferably, the ratio of the vector sum of each winding of the second three-phase winding to the number of turns of the first three-phase winding is 0.954 to 1 .04 range.
本発明によれば、磁気騒音を低減できるとともに、製造コストを低減し、かつ、設計の自由度を高くし得るものとなる。   According to the present invention, magnetic noise can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the degree of design freedom can be increased.
以下、図1〜図9を用いて、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による車両用交流発電機の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機の構成を示す縦断面図である。
Hereinafter, the configuration of an automotive alternator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a vehicle AC generator according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の車両用交流発電機100は、2個のブラケット14,15を備えている。このブラケットは、プーリ1側に配置されるフロントブラケット14及び反プーリ側リアブラケット15からなる。両ブラケット14,15の中心部には、シャフト17がプーリ側ペアリング2F、反プーリ側ペアリング2Rを介して支持されている。シャフト17の一方の端部にはプーリ1が取り付けられ、もう一方の端部にはスリップリング9が取り付けられている。プーリ側ベアリング2Fは、ベアリングの外輪の回り止めとしてベアリングリテーナがフロントブラケット14に設けられている。プーリ1はベルト(図示せず)を介してエンジンの出力軸に配置されたクランクプーリと接続され、エンジンの回転数とプーリ比に比例して回転する。スリップリング9にはブラシ8が摺動可能に取り付けられ、ブラシ8から後述する界磁巻線12に電力を供給する。   The vehicle alternator 100 of this embodiment includes two brackets 14 and 15. This bracket includes a front bracket 14 and a non-pulley side rear bracket 15 arranged on the pulley 1 side. A shaft 17 is supported at the center of both brackets 14 and 15 via a pulley-side pairing 2F and an anti-pulley-side pairing 2R. A pulley 1 is attached to one end of the shaft 17, and a slip ring 9 is attached to the other end. In the pulley-side bearing 2F, a bearing retainer is provided on the front bracket 14 as a detent for the outer ring of the bearing. The pulley 1 is connected to a crank pulley disposed on the output shaft of the engine via a belt (not shown), and rotates in proportion to the engine speed and the pulley ratio. A brush 8 is slidably attached to the slip ring 9, and power is supplied from the brush 8 to a field winding 12 described later.
また、シャフト17の中央部には、回転子(ロータ)3が設けられている。回転子3の軸方向の両面端部には、フロントファン7Fとリアファン7Rが設けられている。回転子3の外周部には、爪形の形状を持つ爪形磁極13が複数配置されている。また、回転子3の中心部には界磁巻線12が巻かれ、この界磁巻線12にスリップリング9からの直流電流によって爪形磁極13を磁化させる。固定子4にはティースとスロットが配置され、この固定子4の凹部に相当するスロットには固定子巻線5が3相で分布巻きに巻かれている。界磁巻線12及び固定子巻線5としては、断面形状が円形で表面にエナメル等の絶縁被覆された銅線を用いている。界磁巻線及び固定子巻線として断面円形状の導線を用いることで、平角線を用いた場合に比べて、コストを低減することができる。   A rotor (rotor) 3 is provided at the center of the shaft 17. A front fan 7F and a rear fan 7R are provided at both ends of the rotor 3 in the axial direction. A plurality of claw-shaped magnetic poles 13 having a claw-like shape are arranged on the outer peripheral portion of the rotor 3. A field winding 12 is wound around the center of the rotor 3, and the claw-shaped magnetic pole 13 is magnetized by a direct current from the slip ring 9 in the field winding 12. Teeth and slots are arranged on the stator 4, and stator windings 5 are wound in three-phase distributed winding in slots corresponding to the concave portions of the stator 4. As the field winding 12 and the stator winding 5, a copper wire having a circular cross-sectional shape and having an insulating coating such as enamel on the surface is used. By using a conducting wire having a circular cross section as the field winding and the stator winding, the cost can be reduced as compared with the case where a rectangular wire is used.
エンジンの駆動によって爪形磁極13が回転して磁化されると、固定子巻線5に3相の誘起電圧が発生する。また、発電電圧を調整するためのICレギュレータ(図示せず)は、リアブラケット15とリアカバー10の間に配置され、バッテリに接続されるターミナル6の端子電圧を常に一定電圧となるように制御している。全波整流に必要な整流回路11は、ICレギュレータ(図示せず)と同様にリアブラケット15とリアカバー10の間に配置される。   When the claw-shaped magnetic pole 13 is rotated and magnetized by driving the engine, a three-phase induced voltage is generated in the stator winding 5. Further, an IC regulator (not shown) for adjusting the generated voltage is disposed between the rear bracket 15 and the rear cover 10 and controls the terminal voltage of the terminal 6 connected to the battery to be always a constant voltage. ing. The rectifier circuit 11 necessary for full-wave rectification is disposed between the rear bracket 15 and the rear cover 10 in the same manner as an IC regulator (not shown).
以上のように構成した車両用交流発電機100において、エンジンの駆動によってプーリ1が回転すると、シャフト17はスリップリング9及び回転子3と一緒に回転し、ブラシ8からの直流電流が回転子内部の界磁巻線12に通電され、界磁巻線12は爪形磁極13のそれぞれの磁極にN極及びS極を構成するように動作する。この界磁巻線12による磁束は、N極の爪形磁極の爪部から出たものが、固定子4を通りS極の爪形磁極の爪部に戻る磁気回路を形成する。この磁気回路の磁束が固定子巻線5を鎖交することにより、固定子巻線5に3相の誘起電圧が発生する。この3相の誘起電圧は先に説明した整流回路11により全波整流され直流電圧に変換される。整流された直流電圧は約14.3V程度の一定電圧になるようにICレギュレータ(図示せず)で界磁巻線電流を制御することで達成している。   In the vehicle alternator 100 configured as described above, when the pulley 1 is rotated by driving the engine, the shaft 17 rotates together with the slip ring 9 and the rotor 3, and the DC current from the brush 8 is generated inside the rotor. Current field winding 12 is energized, and the field winding 12 operates to form an N pole and an S pole on each of the claw-shaped magnetic poles 13. The magnetic flux generated by the field winding 12 forms a magnetic circuit in which the output from the claw portion of the N-pole claw-shaped magnetic pole passes through the stator 4 and returns to the claw portion of the S-pole claw-shaped magnetic pole. The magnetic flux of this magnetic circuit interlinks the stator winding 5, thereby generating a three-phase induced voltage in the stator winding 5. The three-phase induced voltage is full-wave rectified by the rectifier circuit 11 described above and converted into a DC voltage. This is achieved by controlling the field winding current with an IC regulator (not shown) so that the rectified DC voltage becomes a constant voltage of about 14.3V.
次に、図2及び図3を用いて、本実施形態による車両用交流発電機における固定子4に巻かれる固定子巻線5の結線構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機における固定子巻線の結線関係を示す回路図である。図3は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機における固定子巻線のスロット配置を示す要部断面図である。なお、図2及び図3において、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the connection configuration of the stator winding 5 wound around the stator 4 in the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a connection relationship of the stator windings in the vehicle alternator according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing the slot arrangement of the stator winding in the vehicle alternator according to the embodiment of the present invention. 2 and 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
図2に示すように、本実施形態においては、図1に示した固定子巻線5を2つの独立した3相巻線5a,5bとしている。第一巻線5aは、U1巻線,U1−巻線,V1巻線,V1−巻線,W1巻線,W1−巻線からなる。また、第二巻線5bは、第一巻線5aと同相コイルに対応する巻線が、それぞれ2分割されており、U21巻線,U22巻線,U21−巻線,U22−巻線,V21巻線,V22巻線,V21−巻線,V22−巻線,W21巻線,W22巻線,W21−巻線,W22−巻線からなる。第一巻線5a及び第二巻線5bは、それぞれΔ結線されている。   As shown in FIG. 2, in this embodiment, the stator winding 5 shown in FIG. 1 is made into two independent three-phase windings 5a and 5b. The first winding 5a includes a U1 winding, a U1-winding, a V1 winding, a V1-winding, a W1 winding, and a W1-winding. In addition, the second winding 5b is divided into two windings corresponding to the same phase coil as the first winding 5a. U21 winding, U22 winding, U21-winding, U22-winding, V21 Winding, V22 winding, V21-winding, V22-winding, W21 winding, W22 winding, W21-winding, W22-winding. The first winding 5a and the second winding 5b are each Δ-connected.
第一巻線5aと第二巻線5bは電気的には独立した巻線となっており、図に示した整流回路11により電気的に接続されるようになっている。整流回路11は、全波整流回路であり、12個の整流素子(ダイオード)で構成されている。整流回路11の出力である直流電圧は、バッテリー200に蓄電され、また、負荷300に供給される。   The first winding 5a and the second winding 5b are electrically independent windings and are electrically connected by the rectifier circuit 11 shown in the drawing. The rectifier circuit 11 is a full-wave rectifier circuit, and includes 12 rectifier elements (diodes). The DC voltage that is the output of the rectifier circuit 11 is stored in the battery 200 and supplied to the load 300.
図3は、図1に示した円筒構造の固定子4を、簡易的に直線で展開して示している。本実施形態の車両用交流発電機は、毎極毎相スロット数が1で構成されるため、ロータが12極の場合はスロット数が36で構成される。ここでは、その一部を図示している。本例の交流発電機は、3相の交流発電機であるため、毎極毎相スロット数が1で構成される。なお、スロット数が36であるため、1スロットあたりの電気角度は60度となる。   FIG. 3 shows the cylindrical stator 4 shown in FIG. 1 in a simple straight line. Since the vehicular AC generator of this embodiment is configured with 1 slot per phase per pole, the number of slots is 36 when the rotor has 12 poles. Here, some of them are illustrated. Since the AC generator of this example is a three-phase AC generator, the number of slots per phase per pole is one. Since the number of slots is 36, the electrical angle per slot is 60 degrees.
通常の車両用交流発電機のコイル配置は1つのスロットに1つの相コイルが配置されており、無極無相スロット数が1の場合には、基準となるスロットをU相とすると次のスロットはW−,V,U−,W,V−の繰り返しとなる。   The coil arrangement of a normal vehicle alternator is such that one phase coil is arranged in one slot, and when the number of nonpolar and non-phase slots is 1, if the reference slot is the U phase, the next slot is W -, V, U-, W, V- are repeated.
第一巻線5aは、従来と同じスロットに上記と同じ繰り返しのパターンで配置されている。第二巻線5bのU2巻線はU21巻線とU22巻線に2分割され、U21巻線は第一巻線のU1巻線と同じスロットに配置される。U22巻線は隣のスロットであるW1−と同じスロットに配置される。V2相に関しても、V21とV22に分けてV21はV1と同じスロット、V22はU1−相と同じスロットに配置される。   The first winding 5a is arranged in the same slot as in the conventional case in the same repeating pattern. The U2 winding of the second winding 5b is divided into a U21 winding and a U22 winding, and the U21 winding is arranged in the same slot as the U1 winding of the first winding. The U22 winding is placed in the same slot as the adjacent slot W1-. The V2 phase is divided into V21 and V22, and V21 is arranged in the same slot as V1, and V22 is arranged in the same slot as the U1-phase.
なお、図2に示したように、整流回路11によって整流するため、2組の巻線5a,5bで発生する電圧は、同じ大きさで位相差が電気角で30度の場合に、リプルを最も小さくでき、磁気騒音も低減できる。   As shown in FIG. 2, the voltage generated in the two sets of windings 5a and 5b is rectified by the rectifier circuit 11, and the ripple generated when the phase difference is 30 degrees in electrical angle. It can be minimized and magnetic noise can be reduced.
次に、図4を用いて、本実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線による起磁力について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線による起磁力の説明図である。
Next, magnetomotive force generated by two stator windings in the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of magnetomotive force generated by two stator windings in the vehicle alternator according to the embodiment of the present invention.
図4(A)は、第一巻線5aのU1相が作る起磁力をベクトル表示したものである。図4(B)は、第二巻線のU21とU22の合計で作るU2の合成ベクトルを示している。U21とU22の巻数を同じにした場合、合成ベクトルはU2となりθは30度となる。しかし、合成ベクトルのU2は、第一巻線の作る起磁力U1と比較すれば小さい値となり、電圧のバランスが崩れることから2つの電圧に30度の位相差があっても、図2で示した整流回路11の整流した直流側の電圧はリプルが大きくなる。   FIG. 4A shows a vector display of the magnetomotive force generated by the U1 phase of the first winding 5a. FIG. 4B shows a combined vector of U2 created by the sum of U21 and U22 of the second winding. When the number of turns of U21 and U22 is the same, the combined vector is U2 and θ is 30 degrees. However, the composite vector U2 is smaller than the magnetomotive force U1 produced by the first winding, and the voltage balance is lost. Therefore, even if there is a phase difference of 30 degrees between the two voltages, it is shown in FIG. The rectified DC side voltage of the rectifier circuit 11 has a large ripple.
それに対して、図4(B)に示したように、第二巻線の起磁力を、U21とU22‘とすることで、その合成ベクトルU2’で示される起磁力は、第一巻線が作る起磁力U1とほぼ同じ値にすることができる。このとき、合成ベクトルのU2’は、第一巻線の作る起磁力U1に対して位相差θ’となるが、この位相差を30度に近い値とすることで、リプルを小さくすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, by setting the magnetomotive force of the second winding to U21 and U22 ′, the magnetomotive force indicated by the combined vector U2 ′ is that of the first winding. The magnetomotive force U1 can be made substantially the same value. At this time, the combined vector U2 ′ has a phase difference θ ′ with respect to the magnetomotive force U1 formed by the first winding. By setting this phase difference to a value close to 30 degrees, the ripple can be reduced. it can.
本実施形態の車両用交流発電機では、ステータ巻線に占積率向上に有利であるばかりではなく電圧リプルの小さい△巻線を採用し、巻数がY結線より多くすることで巻数の選択肢を広げたものである。更に、独立した3相巻線を2組用いて電圧リプルを低減し、磁気音の源となる加振力の変動分を小さくするものである。   In the vehicle alternator of this embodiment, not only is the stator winding advantageous for improving the space factor, but also a Δ winding with a small voltage ripple is adopted, and the number of turns is increased by making the number of turns larger than the Y connection. It is an expanded one. Furthermore, two sets of independent three-phase windings are used to reduce voltage ripple and to reduce the fluctuation of the excitation force that becomes the source of magnetic sound.
次に、図5を用いて、本実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線の具体的な巻数の組合せについて説明する。
図5は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線の具体的な巻数の組合せの説明図である。
Next, a specific combination of the number of turns of the two stator windings in the vehicle AC generator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory view of a specific combination of the number of turns of two stator windings in the automotive alternator according to the embodiment of the present invention.
図4で説明したように、第二巻線の合成ベクトルU2’と、第一巻線の作る起磁力U1が略等しく、かつ、両者の位相差θ’が略30度となる組合せとすることで、リプルを小さくすることができる。   As described with reference to FIG. 4, the combined vector U2 ′ of the second winding and the magnetomotive force U1 generated by the first winding are approximately equal and the phase difference θ ′ between them is approximately 30 degrees. Thus, the ripple can be reduced.
図5に示す具体的な巻数の組み合わせにおいて、例えば一相巻数が5ターンの場合、第一巻線のU1巻数は5ターンで構成される。この場合、第二巻線はU21とU22の合計巻数が5ターンとなるようなU21=2,U22=3とした場合、第二巻線の合成ベクトルU2巻線の大きさは4.36ターンとなる。また、この場合図3の(b)で示した位相θは36.6度となる。理想的な巻数の構成比は、U2巻線の合成起磁力値がU1とほぼ同じでU1とU2巻線の電気的な位相がほぼ30度となることである。   In the specific combination of turns shown in FIG. 5, for example, when the number of turns of one phase is 5 turns, the number of U1 turns of the first winding is 5 turns. In this case, when the second winding has U21 = 2 and U22 = 3 so that the total number of turns of U21 and U22 is 5 turns, the size of the combined vector U2 of the second winding is 4.36 turns. It becomes. In this case, the phase θ shown in FIG. 3B is 36.6 degrees. The ideal composition ratio of the number of turns is that the combined magnetomotive force value of the U2 winding is almost the same as U1, and the electrical phase of the U1 and U2 windings is about 30 degrees.
例えば、図4に示した一相巻数が奇数の場合、U21巻線とU22巻線の合計巻数を一相巻数よりも1ターン多くし、U21巻線とU22巻線の巻数を同じにすることで、電気的な位相を30度にすることができると共にU2の合成ベクトルをU1巻線の大きさ(±5%以内)に近づけることができる。また、一相巻数が偶数巻数の場合においてもU21とU22巻線の合計巻数をU1巻数よりも1ターン多く巻き2つに分散することで、電気的な位相は30度の前後で25〜35度程度となり、U21とU22の合成ベクトルをU1とほぼ同じ値にすることができ整流後の電圧リプルを小さくすることができる。   For example, when the number of one-phase turns shown in FIG. 4 is an odd number, the total number of turns of the U21 winding and the U22 winding is increased by one turn from the number of one-phase turns, and the number of turns of the U21 winding and the U22 winding is the same. Thus, the electrical phase can be set to 30 degrees, and the combined vector of U2 can be brought close to the size of the U1 winding (within ± 5%). Even when the number of one-phase windings is an even number, the total number of windings of the U21 and U22 windings is distributed to two windings by one turn more than the U1 windings, so that the electrical phase is 25 to 35 around 30 degrees. The combined vector of U21 and U22 can be set to substantially the same value as U1, and the voltage ripple after rectification can be reduced.
図5に示した組合せ例の中で、太線で囲んだ組合せが、第二巻線の起磁力と位相の関係が良好である組み合わせを示している。この組合せの中で、第一巻線の起磁力と、第2巻線の合成ベクトルは、図5中のU1巻数と、U2巻数の比として表される。従って、良好な組合せにおいては、U21とU22の合成ベクトルと、U1の比は、0.954〜1.04の範囲となり、ほぼ0.95〜1.05の範囲,即ち、U2の合成ベクトルをU1巻線の大きさの±5%以内となる。また、このとき、位相差は、U1−U2位相差に示すように、25.3度〜34.7度となり、ほぼ25度〜35度の範囲となる。   In the combination example shown in FIG. 5, a combination surrounded by a thick line indicates a combination in which the relationship between the magnetomotive force and the phase of the second winding is good. In this combination, the magnetomotive force of the first winding and the combined vector of the second winding are expressed as a ratio of the number of U1 turns and the number of U2 turns in FIG. Therefore, in a good combination, the ratio of the combined vector of U21 and U22 and U1 is in the range of 0.954 to 1.04, which is approximately in the range of 0.95 to 1.05, that is, the combined vector of U2. It is within ± 5% of the size of U1 winding. At this time, as shown in the U1-U2 phase difference, the phase difference is 25.3 degrees to 34.7 degrees, and is in a range of about 25 degrees to 35 degrees.
この表からも分かるように第一巻線の巻数に対し第二巻線は分散して配置されることから巻数が増加する。巻線のインダクタンスは巻数の二乗に比例して大きくなるため第二巻線のインダクタンスが大きくなった場合高速側で第一巻線と第二巻線の発電電流にアンバランスが生じる可能性がある。そこで、本実施形態では図3にも示したように、第一巻線5aに対し第二巻線5bをインダクタンスが小さくなる固定子の内周側に配置してインダクタンスの低減を図っている。更に、第一巻線と第二巻線の抵抗値まで合わせる場合には、第二巻線の線径を若干第一巻線の線径よりも太くすることでこの問題を解決することができる。   As can be seen from this table, the number of turns increases because the second winding is distributed with respect to the number of turns of the first winding. Since the inductance of the winding increases in proportion to the square of the number of turns, when the inductance of the second winding increases, there is a possibility that the generated currents of the first winding and the second winding may be unbalanced on the high speed side. . Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the second winding 5b is arranged on the inner peripheral side of the stator where the inductance is reduced with respect to the first winding 5a to reduce the inductance. Further, when matching the resistance values of the first winding and the second winding, this problem can be solved by making the wire diameter of the second winding slightly larger than the wire diameter of the first winding. .
次に、図6〜図9を本実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形について説明する。
図6〜図9は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形及び各相波形を示す波形図である。
Next, full-wave rectification waveforms in the vehicle alternator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
6 to 9 are waveform diagrams showing full-wave rectification waveforms and respective phase waveforms in the vehicle alternator according to the embodiment of the present invention.
ここでは、図5で説明した巻数に関して代表的な巻数について、各相波形と全波整流波形を示している。図6は、U1巻線の巻数を7ターンとし、U2巻線の巻数をそれぞれ4ターンとした場合の各相波形と全波整流波形を示している。このとき、U1とU2の位相差は30度である。図7は、U1巻数を8ターンとし、U2巻線の巻数を4ターンと5ターンした場合の各相波形と全波整流波形を示している。このとき、U1とU2の位相差は33.7度である。   Here, each phase waveform and full-wave rectified waveform are shown for representative turns with respect to the turns described in FIG. FIG. 6 shows each phase waveform and full-wave rectified waveform when the number of turns of the U1 winding is 7 turns and the number of turns of the U2 winding is 4 turns. At this time, the phase difference between U1 and U2 is 30 degrees. FIG. 7 shows each phase waveform and full-wave rectified waveform when the number of U1 turns is 8 turns and the number of turns of the U2 winding is 4 turns and 5 turns. At this time, the phase difference between U1 and U2 is 33.7 degrees.
図8は、U1巻線の巻数を9ターンとし、U2巻線の巻数をそれぞれ5ターンとした場合の各相波形と全波整流波形を示している。このとき、U1とU2の位相差は30度である。図9は、U1巻数を10ターンとし、U2巻線の巻数を5ターンと6ターンした場合の各相波形と全波整流波形を示している。このとき、U1とU2の位相差は33度である。    FIG. 8 shows each phase waveform and full-wave rectification waveform when the number of turns of the U1 winding is 9 turns and the number of turns of the U2 winding is 5 turns. At this time, the phase difference between U1 and U2 is 30 degrees. FIG. 9 shows each phase waveform and full-wave rectification waveform when the number of U1 turns is 10 turns and the number of turns of the U2 winding is 5 turns and 6 turns. At this time, the phase difference between U1 and U2 is 33 degrees.
どのグラフの波形も単独の3相巻線の電圧リプルより大幅に変動を小さくすることができている。このように、本実施形態では、一相巻数が奇数の場合には、U21巻線とU22巻線の巻数をU1巻線より1ターン多く構成し、その値を1/2にしたもので構成し、一相巻数が偶数の場合には、U21とU22の巻数を同様に1ターン多く巻きU21とU22の巻数が1ターン異なるように構成することで独立した3相巻線の2つの位相を電気的に約30度程度ずらすことができると共に、巻線が作る起磁力の大きさをほぼ同じにすることができる。電圧のリプルが低減できれば、負荷時の電流のリプルも小さくなり騒音の低減が可能になる。   The waveform of any graph can be made much smaller than the voltage ripple of a single three-phase winding. Thus, in this embodiment, when the number of one-phase windings is an odd number, the number of turns of the U21 winding and the U22 winding is one turn more than that of the U1 winding, and the value is halved. However, when the number of one-phase turns is an even number, the number of turns of U21 and U22 is similarly increased by one turn, and the number of turns of U21 and U22 is different by one turn, so that two phases of independent three-phase windings can be obtained. It can be electrically shifted by about 30 degrees, and the magnetomotive force generated by the windings can be made substantially the same. If the voltage ripple can be reduced, the current ripple at the time of load is also reduced, and noise can be reduced.
以上説明したように、本実施形態では、第一巻線の巻数よりも1ターン多く第二巻線の巻数を選択することで、電圧リプルを小さくでき、負荷時の発電電流の時間変化が小さく加振力の変動が少ないため、騒音を低減することができる。また、ステータコアに毎極毎相スロット数が1となるコアを用い、ステータ巻線に連続した巻線を用いて△結線で接続することでY結線に対し、巻数が多い8〜12ターンを選択することができ、巻線を分割する場合の選択肢を増加させることができ、設計の自由度を高くすることができる。さらに、△結線はY結線に比べ細い線を用いることができるため、スロット内の占積率を高くでき、効率向上の効果もある。また、電線が細いため、エンドコイル部の成形処理が比較的容易になり。構造の簡単さに加えて製造のし易さからコスト低減が可能になる。   As described above, in this embodiment, the voltage ripple can be reduced by selecting the number of turns of the second winding one turn more than the number of turns of the first winding, and the time change of the generated current at the time of load is small. Since fluctuations in the excitation force are small, noise can be reduced. Also, using a core with 1 slot per phase per pole for the stator core, and connecting with a △ connection using a continuous winding to the stator winding, select 8 to 12 turns with more turns than the Y connection It is possible to increase the number of options for dividing the winding, and the degree of freedom in design can be increased. Further, since the Δ connection can use a thinner wire than the Y connection, the space factor in the slot can be increased, and the efficiency can be improved. Moreover, since the electric wire is thin, the forming process of the end coil portion is relatively easy. In addition to the simplicity of the structure, the cost can be reduced due to the ease of manufacturing.
なお、以上の説明では、回転子構造を爪形磁極のもので説明したが、本発明は固定子のコイル配置に関するものであり、回転子の構造に影響を受けないため、回転子が永久磁石で構成されたものや爪磁極間に永久磁石を配置したものにおいても同様の効果が得られることはいうまでもない。
In the above description, the rotor structure has been described with a claw-shaped magnetic pole. However, the present invention relates to the coil arrangement of the stator and is not affected by the structure of the rotor. Needless to say, the same effect can be obtained even when the permanent magnet is arranged between the claw magnetic poles.
本発明の一実施形態による車両用交流発電機の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the alternator for vehicles by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における固定子巻線の結線関係を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection relation of the stator winding | coil in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における固定子巻線のスロット配置を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows slot arrangement | positioning of the stator winding | coil in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線による起磁力の説明図である。It is explanatory drawing of the magnetomotive force by two stator windings in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における2つの固定子巻線の具体的な巻数の組合せの説明図である。It is explanatory drawing of the combination of the specific number of turns of two stator windings in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形及び各相波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the full wave rectification waveform and each phase waveform in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形及び各相波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the full wave rectification waveform and each phase waveform in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形及び各相波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the full wave rectification waveform and each phase waveform in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両用交流発電機における全波整流波形及び各相波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the full wave rectification waveform and each phase waveform in the alternating current generator for vehicles by one Embodiment of this invention.
符号の説明Explanation of symbols
100…車両用交流発電機
3…回転子
4…固定子
5…固定子巻線
5a…第一巻線
5b…第二巻線
11…整流回路
12…界磁巻線
13…爪形磁極
200…バッテリー
300…電気負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Vehicle alternator 3 ... Rotor 4 ... Stator 5 ... Stator winding 5a ... First winding 5b ... Second winding 11 ... Rectifier circuit 12 ... Field winding 13 ... Claw-shaped magnetic pole 200 ... Battery 300 ... electric load

Claims (6)

  1. ステータと、このステータの内周側に回転可能の支持されたロータと、前記ステータの3相巻線で発生した交流電圧を整流する整流回路とを備えた車両用交流発電機であって、
    前記ステータは、
    毎極毎相スロット数が1で構成されたステータコアと、
    前記ステータコアに配置される、△結線で接続された2組の独立した3相巻線をもって構成され、
    前記2組の独立した3相巻線の内、第一の3相巻線の各相巻線は電気的に60度または120度ずれた位置に挿入され、第二の3相巻線は一相巻線を2つのスロットに分けて挿入され、
    前記第一の3相巻線の巻数をnとし、巻数nが奇数の場合、前記第二の3相巻線の2つの巻数はそれぞれ(n+1)/2であり、巻数nが偶数の場合、前記第二の3相巻線の2つの巻数はn/2とn/2+1であり、
    前記第二の3相巻線の2つの巻線のうちどちらかの巻線は、前記第一の3相巻線の同相巻線と同じスロットに配置されることを特徴とする車両用交流発電機。
    An automotive alternator comprising a stator, a supported rotor that is rotatable on the inner peripheral side of the stator, and a rectifier circuit that rectifies an alternating voltage generated in the three-phase winding of the stator,
    The stator is
    A stator core having 1 slot per phase per phase;
    Consists of two independent three-phase windings connected by a △ connection, arranged on the stator core,
    Of the two sets of independent three-phase windings, each phase winding of the first three-phase winding is inserted at a position that is electrically shifted by 60 degrees or 120 degrees, and the second three-phase winding is The phase winding is inserted in two slots,
    When the number of turns of the first three-phase winding is n and the number of turns n is odd, the number of turns of the second three-phase winding is (n + 1) / 2, and when the number of turns n is even, Two turns of the second three-phase winding are n / 2 and n / 2 + 1,
    One of the two windings of the second three-phase winding is arranged in the same slot as the same-phase winding of the first three-phase winding, and the AC power generation for vehicles Machine.
  2. 請求項1記載の車両用交流発電機において、
    前記第一の3相巻線は、前記ステータコアに設けられたスロットの底側に配置され、第二の3相巻線は、前記ステータの内周側に配置されたことを特徴とする車両用交流発電機。
    In the vehicle alternator according to claim 1,
    The first three-phase winding is disposed on a bottom side of a slot provided in the stator core, and the second three-phase winding is disposed on an inner peripheral side of the stator. Alternator.
  3. 請求項1記載の車両用交流発電機において、
    前記第一の3相巻線と前記第二の3相巻線の位相角は、電気角で略25度〜35度の範囲となることを特徴とする車両用交流発電機。
    In the vehicle alternator according to claim 1,
    An AC generator for a vehicle, wherein a phase angle between the first three-phase winding and the second three-phase winding is in an electrical angle range of approximately 25 to 35 degrees.
  4. 請求項3記載の車両用交流発電機において、
    前記第一の3相巻線と前記第二の3相巻線の位相角は、電気角で25.3度〜34.7度の範囲となることを特徴とする車両用交流発電機。
    In the vehicle AC generator according to claim 3,
    An AC generator for a vehicle, wherein a phase angle between the first three-phase winding and the second three-phase winding is in an electrical angle range of 25.3 degrees to 34.7 degrees.
  5. 請求項1記載の車両用交流発電機において、
    前記第一の3相巻線の巻数に対して、前記第二の3相巻線のそれぞれの巻線のベクトル和の比が略0.95〜1.05の範囲であることを特徴とする車両用交流発電機。
    In the vehicle alternator according to claim 1,
    The ratio of the vector sum of each of the second three-phase windings to the number of turns of the first three-phase windings is in a range of approximately 0.95 to 1.05. AC generator for vehicles.
  6. 請求項5記載の車両用交流発電機において、
    前記第一の3相巻線の巻数に対して、前記第二の3相巻線のそれぞれの巻線のベクトル和の比が0.954〜1.04の範囲であることを特徴とする車両用交流発電機。
    In the vehicle alternator according to claim 5,
    The ratio of the vector sum of each of the second three-phase windings to the number of turns of the first three-phase windings is in the range of 0.954 to 1.04. AC generator.
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