JP3196948U - 車両用交流発電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で製造しやすく、発電効率が高い、低コストのステータを有する車両用交流発電機を提供する。【解決手段】車両用交流発電機は、巻線型ステータ30とロータ5とを有する。巻線型ステータは、ステータと複数のワイヤとを有する。ステータは、その内周に配置された複数の放射状溝を有する。複数のワイヤのそれぞれは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを有する。各波状コイルが交互の直線部と湾曲部とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれ、これにより、溝のそれぞれがワイヤで埋められる。ロータは、同軸形体にて巻線型ステータの中に置かれる。【選択図】図10
Description
本考案は、2014年7月1日の台湾出願103122782「車両用交流発電機」の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書に参照して組み込まれる。
本考案は、車両用交流発電機に関し、特に車両用三相交流発電機に関する。
交流発電機は、機械エネルギーを交流電気エネルギーに変換するために用いられる。車両用交流発電機では、エンジンの出力が発電機のロータをステータ内で回転するよう駆動し、エンジンの機械エネルギーを電気エネルギーに変換して、蓄電池に充電する。そして蓄電池は、電気エネルギーを車両の電気部品に供給する。
車両用交流発電機は、典型的には環状のステータおよびロータを有する。ステータ内のロータの高速回転により、ステータに巻かれたワイヤによって磁界が形成されることで、ワイヤ内に誘導起電力(電圧)が発生する。概して、交流発電機によって出力される電圧は、ステータリング内のコイル群の数に比例する。したがって、ステータリングに巻かれたワイヤの密度が高いほど、発電機の発電が高くなる。
折曲および巻線が、従来の発電機におけるコイル巻線に通常用いられる。高い発電を達成するために、多数のコイルが用いられ、したがって巻線および折曲が複雑になる。また、そのような巻線には、コイルに十分なスペースを提供するために、大きなステータリングが必要になる。しかしながら、従来の巻線には欠点がある。例えば、ステータリングの長溝の幅が、多数のワイヤを受け取るために大きくなければならず、受け取ったワイヤは必然的に無秩序に配置され、結果として多数のエアギャップができる。図1は従来のステータ巻線の部分断面図であり、ステータ1内の各溝11は多本数のワイヤ13を受け取り、斜線はワイヤと溝壁の間もしくは異なるワイヤ同士の間のエアギャップを表す。これらのエアギャップは、発電効率を下げる磁気抵抗の不所望な増大につながる。さらに、ステータリングは大きいため、対応するロータもまた、二者を互いに嵌合できるように大きくなければならず、それらを備える発電機の寸法が増す。発電機が大きいと、車両の利用可能スペースが制限される。
米国特許8,296,926は、ステータの溝内のワイヤ密度が高い、交流発電機の小さなステータを開示している。ステータには、断面が長方形の銅線(平銅線)が要求される。銅線は、U形/V形のワイヤユニットに曲げられ、その後ステータリングの溝に挿入され、そしてワイヤユニットの端が二つずつ半田付けされ、回路を形成する。したがって、ワイヤが整列配置されることで、効果的にエアギャップが減少し、ワイヤ密度が上がり、磁気抵抗が下がる(図10および図11参照)。しかしながら、そのような構造には短所がある。ワイヤの挿入作業が完了した後、多数のワイヤ端がステータリングから突出してしまう。例えば、96の溝を有し、各溝が二つのワイヤユニットを有するステータリングにおいては、ワイヤ挿入が完了した後、総計384のワイヤ端と192の半田接合部ができる。そのようなステータを製造する工程は、複雑でコストがかかる。さらに、そのようなステータに使われる平銅線は、丸銅線よりも高価である。
以上を踏まえて、小型で、製造しやすく、発電効率が高い、低コストのステータと、そのようなステータを有する発電機が必要になる。
本考案の一実施形態では、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備えた、交流発電機のステータのワイヤが提供される。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。
本考案の別の実施形態では、ステータの内周に配置される複数の放射状溝を有するステータと、ステータの複数のワイヤとを備えた、交流発電機の巻線型ステータが提供される。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれることで、各溝にワイヤが埋め込まれる。
本考案の更に別の実施形態では、環状体を有する、交流発電機のステータが提供される。半径方向内方に突出する複数の分離柱が、環状体の内周に設けられる。各分離柱の端は、その二側面から延在し、複数の磁気シュー(magnetic shoes)を形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定され、各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。各溝の幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、溝の開口の幅は、ワイヤが開口から溝に直接埋め込まれるように、ワイヤのワイヤ直径よりもわずかに大きい。
本考案の更に別の実施形態では、ステータと、ステータの複数のワイヤを備えた、交流発電機の巻線型ステータが提供される。ステータは、環状体と、環状体の内周に設けられた半径方向内方に突出する複数の分離柱とを有する。各分離柱の端は、その二側面から延在して複数の磁気シューを形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定される。各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。ステータの複数のワイヤはそれぞれ、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。(ワイヤの第一端から始まる)各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれて、ステータの複数の溝のそれぞれがワイヤで埋め込まれる。複数の溝のそれぞれの幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる。
本考案の更に別の実施形態では、交流発電機の巻線型ステータを製造する方法が提供される。本方法は、以下の工程を備える。(1)ステータの内周に配置される複数の放射状溝を有するステータを提供する工程、(2)ステータの複数のワイヤを提供し、各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される工程、および(3)各ワイヤの直線部を、ステータの対応する溝に順次埋め込むことで、各溝にワイヤが埋め込まれる工程。
本考案の更に別の実施形態では、交流発電機の巻線型ステータを製造する方法が提供され、以下の工程を備える。(1)環状体の内周に提供された、半径方向内方に突出する複数の分離柱を有する環状体で、各分離柱の端はその二側面から延在して複数の磁気シューを形成する環状体と、分離柱同士の間に画定された複数の放射状溝で、各溝は近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する放射状溝と、を備えたステータを提供する工程、(2)各ワイヤが第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは交互の直線部と湾曲部とで形成される、ステータの複数のワイヤを提供する工程、および(3)ワイヤの第一端から始まる、各ワイヤの直線部を、ステータの対応する溝に埋め込むことで、ステータの複数の溝のそれぞれにワイヤを埋め込み、複数の溝の各幅は一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる工程。
本考案の更に別の実施形態では、巻線型ステータと、ロータとを備えた車両用交流発電機が提供される。巻線型ステータは、ステータの内周に配置された複数の放射状溝を有するステータと、ワイヤとを備える。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルと、を備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれ、各溝にワイヤが埋め込まれる。ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを有する。第一爪磁極片は、複数のN極爪体を有し、第二爪磁極片は、第一爪磁極片の複数のN極爪体と同数のS極爪体を有する。第一爪磁極片と第二爪磁極片が互いに結合される際、第一爪磁極片の複数のN極爪体と第二爪磁極片の複数のS極爪体は、互いに近接し、別々に配置される。ロータは、同軸形体にて交流発電機ステータ巻線に置かれる。
本考案の更に別の実施形態では、巻線型ステータとロータとを備えた車両用交流発電機が提供される。巻線型ステータは、環状体および複数のワイヤを有するステータを備える。半径方向内方に突出する複数の分離柱が、環状体の内周に設けられる。各分離柱の端は、その二側面から延在して複数の磁気シューを形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定される。各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。ワイヤの第一端から始まる各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれることで、ステータの複数の溝のそれぞれにワイヤが埋め込まれる。複数の溝のそれぞれの幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる。ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを備える。第一爪磁極片は、複数のN極爪体を有し、第二爪磁極片は、第一爪磁極片の複数のN極爪体と同数のS極爪体を有する。第一爪磁極片と第二爪磁極片が互いに結合されるとき、第一爪磁極片の複数のN極爪体と第二爪磁極片の複数のS極爪体は、互いに近接し、別々に配置される。ロータは、同軸形体にて巻線型ステータに置かれる。
本考案の特徴、主題、利点、および効果は、本考案の実施形態および添付の図面を参照して、以下に詳細に述べられる。下記の説明に引用される図面は、図示する目的のみを意図し、必ずしも実施形態の実際の比率や正確な配置を示すものではないと解される。したがって、図面に示す比率や配置は、本考案の範囲を限定または制限するものと解釈するべきではない。
図2は、本考案の一実施形態による車両用交流発電機のステータのワイヤの概略図である。図2に示すように、ワイヤ20は、第一端21と、第二端22と、第一端21と第二端22との間に位置する複数の波状コイル23とを備え、各波状コイル23は、交互の複数の直線部231と複数の湾曲部232とによって形成される。例えば、波状コイル23は、(複数の)直線部231と(複数の)湾曲部232とで形成される正弦形と見なしてよい。ワイヤ20の波状コイルの数はまた、例えば、図2における下方に開口する湾曲部232の数であると見なしてもよい(図2には、8つの湾曲部232がある)。ワイヤ20の波状コイルの数は、6から8でもよく、もしくは、例えば12から16など、より大きな巻き数でもよい。ワイヤ20の材料については、断面が円形のエナメル銅が典型的に用いられる。或いは、ステータが組み立てられた後のワイヤ密度を上げるために、ワイヤ20の直線部231を、治具を用いてプレスして平らにし、直線部231の断面を、側面が平面である正方形、長方形、楕円形などにしてもよい。そのようなアプローチの利点は、ステータ溝のワイヤ密度を上げるために(エアギャップ比を下げるために)平面のワイヤを用いるアプローチと比べて、平らな銅線を用いるコストが、一般的な丸銅線を用いて、後に部分的にプレスして平らにするコストよりも、はるかに高いということにある。これは、ワイヤがステータの溝に巻かれる際、ステータ溝内にない湾曲部にはエアギャップ比の問題がなく、本考案の部分的に平坦化したワイヤを使用することによって、平らなワイヤを用いるのと同じく、ワイヤ密度を上昇させてワイヤ間のエアギャップ比を下げるという効果を達成することができるだけではなく、製造コストを効果的に節約することができるためである。確かに、平らなワイヤは、望ましい発電効率を追求するために直接用いることができる。この場合、直線部231および湾曲部232両方の断面が、側面が平面である、正方形、長方形、楕円形などとなる。
所望の形状のワイヤ20は、図3に示したようなワイヤテンプレート800を用いて実施してもよい。ワイヤの製造工程において、長い直線のワイヤは、ワイヤテンプレート突起810の形成された輪郭に沿って曲げられ、ワイヤテンプレート突起810の隙間820を通ってうねり曲がるのを交互に為される。ワイヤテンプレート突起810の輪郭は、上記の製造工程を通して、図2に示すようにワイヤ20の直線部231と湾曲部232の形状に従う形状を有するので、交互の直線部231と湾曲部232とを有する所望の波状コイル23が形成される。
更に、ワイヤ20が完成した後、例えば図4Aから図4Cの平坦化治具900によって示すように、平坦化治具を使って直線部231の平坦化を実施し、直線部231の断面を非円形状にしてもよい。図4Aは、平坦化治具900の上面図であり、平坦化治具900は、ワイヤ20の直線部231を受け取るための挟持溝910を有する。さらに、図4Bに示すように、ワイヤ20の直線部231(円形断面)が平坦化治具900の挟持溝910の内部に置かれてもよく、ワイヤ20は、その側面からプレスされて、必要な形状または大きさに平坦化されてもよい。それによって、図4Cに示すワイヤ20の直線部231の平坦化(非円形)形状を得ることができる。この場合は、ワイヤ20は、湾曲部232が丸い形状のままである、部分的に平坦化されたワイヤである。
図5Aは、本考案の一実施形態によるステータの構造である。図5Aに示すように、ステータ30は、環状体31を有しており、分離柱32によって分離される複数の放射状細長溝33が、ステータの内周に配置されている。溝33の数は、例えば、72から96(図5では96)である。分離柱32の端は、その二側面からわずかに突出し、磁気シュー34を形成しており、溝33の開口35は、二つの磁気シュー34同士の間に形成される。概して、ステータ30は、例えば、冷延スチール板(SPCC)、シリコンスチール、もしくは他の類似した材料などの、望ましい電界および磁界特性を有する材料で作られている。電気絶縁材36は、ステータの細長溝33の表面に敷設されてもよい。図5Bに示すように、電気絶縁材36においては、シート状の材料が折られ、ステータ30内部の放射状細長溝33の表面の形に嵌合し、溝33に直接埋め込まれ、溝33の表面を覆う。電気絶縁材36は、プレスされた板紙、プラスチックフィルム、ポリエステルフィルム、アラミド紙、およびエポキシ樹脂などの材料で作ることができる。
ステータ30の複数の細長溝33はワイヤ20の巻線に用いられる。特に、ワイヤ20の波状コイル23の各直線部231は、ワイヤ20の第一端21から始まり、ステータ30の対応する溝33に順次埋め込まれ、対応する溝の一つからワイヤ20の第二端が突出する。この場合、溝33は、ワイヤ20の一つの埋め込み層を有する。ワイヤ20の複数の層を、同じ溝に埋め込むと、発電を増加させることができる。ステータ30の巻線作業は、多本数の波状ワイヤ20をステータ30のすべての溝33に組み込むことで完了し、各溝33がワイヤを有する。ステータ30の巻線作業は、本考案による例示的な実施形態として、下記に更に詳細に例示する。
図6Aおよび図6Bでは、本考案のステータ30の巻線のために波状ワイヤ20が用いられている。この実施形態は、二つの三相発電を有する巻線型ステータを製造する仕方を示す。96の溝を有するステータ30と16のコイルを有するワイヤ20が提供される。発電の各相については、2つの巻線と32の溝33が含まれ、各巻線については、16の溝が含まれる。言い換えれば、もし第1および第2の溝と、対応する溝(つまり、第7溝および第8溝、第13溝および第14溝、・・・第91溝および第92溝)が第一相用であるとすれば、第3および第4溝と、対応する溝(つまり、第9溝および第10溝、第15溝および第16溝、・・・第93溝および第94溝)は第二相用であり、第5および第6溝と、対応する溝(つまり、第11溝および第12溝、第17溝および第18溝、・・・第95溝および第96溝)は、第三相用である。この場合、96の溝33は、ステータ30の周りに円を形成する。
図6Aに示すように、ワイヤ20aのコイルの直線部231aはワイヤ20aの第一端21aから始まり、ステータ30の複数の溝33の一つから第1溝に埋め込まれるように始まる。次に、直線部231aは、前方方向に(例えば時計回りに)第7溝、第13溝、第19溝、第25溝、・・・第91溝まで順次埋め込まれて、ステータ30の環状体31の周全体へのワイヤの巻線が完了する。ワイヤ20aが第91溝(図6Aの矢印Aに対応する溝)から突出するとき、ワイヤ20aの16のコイルのうち8つのコイルは溝の外に残される(図示せず)。さらに、ワイヤ20bの第1端21bから始まるワイヤ20bの直線部231bは、ワイヤ20aの直線部231aを有する溝に近接する溝(図6Aの第1溝から時計回り方向で26番目の溝)に埋め込まれる。次に、各直線部231bは、対応する溝に前方方向に(例えば時計回りに)順次埋め込まれ、20番目の溝(図6Aの矢印Bに対応する溝)に巻かれ、そこから突出することで、前方方向への周全体の巻線が完了する。この場合、ワイヤ20bの16のコイルのうち8つのコイルは溝の外に残される(図示せず)。次に、図6Bを参照して、第91溝から始まる、ワイヤ20aのもう一方の直線部231aが、前方の巻線より埋め込まれたワイヤを有する対応する溝33に、逆方向(矢印Aの方向、例えば反時計回り)に埋め込まれ、ステータ30の周全体への逆巻線の後、第二端22aは第91溝から突出する。同様に、第20溝から始まる、ワイヤ20bのもう一方の直線部231bは、前方の巻線より埋め込まれたワイヤを有する対応する溝33に、逆方向(矢印Bの方向、すなわち反時計回り)に埋め込まれ、ステータ30の周全体への逆巻線の後、第二端22bは第20溝から突出する。このように、ワイヤ20aとワイヤ20bは、ステータ30の周りに二周(一周は前方に、もう一周は後方に)別々に巻かれ、一相用の二本のワイヤ(20a、20b)の巻線が完了し(ワイヤ20aと20bの各巻線は同一相用である)、四つのワイヤ端、つまり第一端21aおよび21bと第二端22aおよび22bは、ステータ30の溝33の外に残される。続いて、前述のやり方に基づいて、ワイヤ20が、第二相用の次の2グループの溝(第3溝と第4溝および対応する溝)と、第三相用の更に次の2グループの溝(第5溝と第6溝および対応する溝)に順次埋め込まれることで、発電巻線の三相を有するステータ巻線が完了する。この実施形態において、ステータ30の各溝33は、ワイヤ20の二層の直線部231を有する。
しかしながら、発電を増加させ、発電効率を向上させるために、溝は、ワイヤ20の直線部231の二層のみを受け取るのに限定されない。例えば、前述した第一相用の二グループの溝では、ワイヤ20aと20bのワイヤ端の第二端がそれぞれ突出する溝において、同じワイヤ20aと20bがさらに埋め込まれ、ステータ30の周りに前方方向に同じように巻かれ、そして同じワイヤがステータ30の周りに逆方向に巻かれることで、対応する溝への巻線が完了する。本実施形態において、ステータ30の各溝は四層のワイヤを有する。かくして、二つの第一端21a、二つの第一端21b、二つの第二端22a、二つの第二端22b、すなわち合計八つのワイヤ端は、溝33の外に残される。このように、ワイヤは、第二相の巻線と第三相の巻線用の対応する溝に続けて埋め込まれることで、単一の溝33が四層のワイヤ20の直線部231を有する、三相の交流発電のステータ巻線が二セット完了する。続いて、同じ相の同じグループの2本のワイヤ20同士が、半田付けなどで、互いに直列に接続される。例えば、第91溝のワイヤ20aの第二端22aは、半田付けによって、第91溝の別のワイヤ20aの第一端21aへ直列に接続することができる。最終的に、三相用のワイヤはY結線もしくは星形結線に半田付けされる。
本考案の実施形態に開示するステータ巻線および巻線型ステータの構造は、ステータリングの溝から突出するワイヤ端の数および異なるワイヤ端の半田継ぎ手の数を大幅に減らすという利点を有する。例えば、前述の実施形態において、溝が四層のワイヤを有する二つの三相巻線のステータ30は、合計12のワイヤ20を有し、したがって、合計24のワイヤ端を有する(12の第一ワイヤ端21と12の第二ワイヤ端22)。同じフェイズ用の第一端21と第二端22は直列に接続される必要があるため、二つの三相巻線のワイヤ20は、合計6の半田継ぎ手を有する。その後、もし二つの三相巻線がY結線によって半田付けされるならば、二つの追加の半田継ぎ手が必要になる。かくして、本実施形態の巻線型ステータは合計8つの半田継ぎ手を有する。米国特許8,296,926に開示されるような、ステータリングもまた96の溝を有し、各溝もまた四層のワイヤを有する巻線型ステータと比較すると、本考案の上記の実施形態は、構造を大幅に単純化し、ワイヤ端の数を384から24に減らし、半田継ぎ手の数を192から8に減らす。
本考案のステータ30の溝33中のワイヤ20の層の数は、上記の実施形態の四層のワイヤに限定されない。実際、もし必要であれば、溝33の深さを増すことによって、そこに埋め込まれるワイヤ20の数は、例えば8または16層のワイヤまで増やすことができる。この場合、発電効率は、迅速かつ効果的に高めることができる。
さらに、本考案の実施形態に用いられるワイヤ20は、16のコイルを有するワイヤに限られない。例えば、8つのコイルを有するワイヤを代わりに用いてもよい。ステータ30の溝が4つのワイヤを有する相での巻線については、8つのコイルを有する4つのワイヤが必要とされる。
加えて、ワイヤ20の構造および巻線によって、ワイヤ20の多数の直線部231が、ステータ30の単一の溝33に埋め込まれ、溝33の半径方向に沿って直線に配置されることが可能になる。したがって、ワイヤ20はそれぞれ、溝33の二つの側面の分離柱32に接触もしくは近接しており、かくしてエアギャップが比較的小さくなる(図7の斜線参考)。図7の溝33中のワイヤ20の直線部231は、図1に示す従来技術における乱れた配置と比較すると、整列して配置される。図7に示すエアギャップは、図1のエアギャップよりも明らかに小さいため、本考案の磁界は、従来技術と比較して、すべてのワイヤ20の直線部231の断面を、より均一に通過する。図8に示すように、もしワイヤの直線部が更に平坦化されると、溝33内のエアギャップは、更に減らすことができ、発電効率を更に向上することができる。さらに、本考案の実施形態を基づいて、ステータ30の溝33をより小さな幅で提供することができ、よって溝の数を増やすことができる。したがって、ステータが小型化し、同時に、発電用のワイヤのグループの数が増え、発電効率が向上する。
概して、磁気シューが大きくなるほど、磁気漏れ現象が少なくなり、発電機の効率が高くなる。それぞれが小さい溝を多数有するステータでは、磁気シューの大きさを縮小すると、理論的には磁気漏れ現象が増え得る。かくして、そのようなステータでは、磁気シューの大きさは、溝開口と比較してあまり小さくないと推測される。例えば、米国特許8,296,926の図10に示すように、分離柱の端部の磁気シューが、溝開口をほとんどふさいでいる。
本考案の一実施形態では、ステータ30の溝33の幅は、単一のワイヤ20のみを受け取るように設計されており、したがって、溝33の溝幅は、ワイヤ20の直径よりもわずかに大きい。分離柱32の端は、溝33の幅に近い溝33の開口35を作る大きさの磁気シュー42を有することで、ワイヤ20の直線部231は、開口35から、直接そして完全に、溝33に埋め込まれ得る。発電の効率については、驚くべきことに、巻線が本考案の上記の実施形態によって完了した後の発電効率は、米国特許8,296,926のように、磁気シューのサイズが大きく、溝開口がほとんど閉じている場合に近い。例えば、実験に基づくと、同じステータの大きさでは、従来技術における大きな磁気シューの場合の0.8mmの溝開口と、本考案による小さな磁気シューの場合の1.3mmから2.0mmの溝開口は、同様の効率を有する。ロータの回転速度が1600rpmという条件では、前者は62.9Aの電流を出力することができ、一方後者は63.8Aの電流を出力することができる。後者は、前者よりもむしろ効率がよい。かくして、本考案の一実施形態によれば、ステータ30の分離柱32の端に形成される磁気シュー34の大きさは、溝33の開口35の大きさを増やすよう減らしてもよい。
ステータ30の磁気シュー34の大きさが、溝33の開口35の大きさを増やすために減らされる、本考案による前述のステータ構造の利点は、ステータリングへのワイヤ20の巻線が、比較的簡単になるということである。特に、溝開口がワイヤ20のワイヤ直径よりも小さいとき、ワイヤ20の巻線に挿入方式を取り入れなければならず、巻線を効率的に行うことができない。本考案の比較的幅の広い溝開口35によって、ワイヤ20の直線部231全体を、溝33に直接、ステータリングの半径方向に埋め込むことが簡単になる。それによって、巻線の複雑さを大幅に減らし、巻線スピードを上げ、引き込み線治具を用いた自動巻線を可能にする。かくして、生産効率が向上する。
上記に図示した本考案のステータ巻線構造は、ロータ構造と組み合わされて、例えば図9に示すロータ5の構造のような車両用交流発電機アセンブリを形成する。交流発電機のロータ5は、ステータ(図示せず)に対して回転可能である。ロータ5は、回転軸51、スリップリング52、ベアリング53、磁界コイル54、第一爪磁極片55、および第二爪磁極片56を含む。本考案の巻線型ステータは、ロータ5を同軸形体に囲んでいる。車両用蓄電池からの電力がスリップリング52を介して磁界コイル54に供給されるとき、第一爪磁極片55および第二爪磁極片56は、電磁誘導の効果のもと、磁化されて磁界を発生させる。ロータ5がエンジンからのパワーによって駆動され、巻線型ステータに対して回転するとき、磁界の方向もまたロータ5の回転とともに変化する。この場合、ステータコイルは電磁誘導による交流を発生させる。
特に、電流がロータ5の磁界コイル54を通過するとき、第一爪磁極片55および第二爪磁極片56は、電磁誘導によってN極およびS極に磁化され得る。この場合、近接する爪磁極片の各対の爪体551、561は、磁界を発生させることができる。ロータ5の回転中、電磁誘導がまたさらに、磁界の方向とステータ巻線中のワイヤ20との間に起こり、交流を発生させる。
さらに、図9に示すように、ロータ5の第一爪磁極片55は、4、6、もしくは8つの爪体551を有してよく、第二爪磁極片56もまた、4、6、もしくは8つの爪体561を有してよく、ここで、第一爪磁極片55の爪体551の数は、第二爪磁極片56の爪体561の数と同じである。
第一爪磁極片55および第二爪磁極片56は、互いに係合するように磁極に結合され、第一爪磁極片55の爪体551と第二爪磁極片56の爪体561は互いに対になって近接し、別々に配置される。以上で述べたように、電流がロータの磁極コイルを通るとき、第一爪磁極片55は、電磁誘導によってN極に磁化することができ、第二爪磁極片56は、電磁誘導によってS極に磁化することができる。したがって、磁力線が、一対の近接する、N極を形成する第一爪磁極片55の爪体551と、S極を形成する第二爪磁極片56の爪体561のそれぞれの間に発生し、磁界を形成することができる。もし磁界コイル54が前述の磁極コイルと対向する方向に巻かれるよう配置されると、第一爪磁極片55は、電磁誘導によってS極に磁化され、第二爪磁極片56は、電磁誘導によってN極に磁化される。同様に、磁力線はまた、一対の近接する、S極を形成する第一爪磁極片55の爪体551と、N極を形成する第二爪磁極片56の爪体561のそれぞれの間に発生し、磁界を形成することができる。
図10は、本考案の実施形態による車両用交流発電機の概略図である。図10に示すように、また前述の内容で述べたように、ロータ5は、巻線型ステータ30の中心で受け取られ、同軸形体になる。ロータ5は、巻線型ステータ30に対して回転可能であり、それによって、巻線型ステータのワイヤが、磁界の変化によって誘導電流を発生することが可能になり、よって電流をさらに出力し、発電目標を達成する。
上記に例示するロータ5の構造で形成される車両用交流発電およびステータ巻線の前述の構造は、小型構造を有し、また、高い発電効率という特徴を有する。一方、本考案は、製造手順およびオートメーションを単純化し、製造コストを下げることができる。
前述の実施形態は、本考案の技術概念および特徴を例示することで、当業者は、本明細書に開示される内容を把握することができ、従って本考案を実施することができる。しかしながら、実施形態は、本考案の範囲を制限することを意図されるものではないと解される。したがって、本考案の精神および原理から逸れることなく、開示された実施形態に為されるすべての等価の改良例および変形例は、添付の実用新案登録請求の範囲に属するものである。
Claims (10)
- 車両用交流発電機において、
巻線型ステータとロータとを備え、
前記巻線型ステータは、
ステータであって、前記ステータの内周に配置された複数の放射状溝を有するステータと、
前記ステータ用の複数のワイヤであって、各ワイヤが、
第一端と、
第二端と、
前記第一端と前記第二端との間に位置する複数の波状コイルであって、各波状コイルが交互の直線部と湾曲部とで形成される、複数の波状コイルと、を有する、複数のワイヤと、を備え、
各ワイヤの前記直線部が前記ステータの対応する溝に順次埋め込まれることで、前記溝のそれぞれが前記ワイヤで埋められ、
前記ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを有し、前記第一爪磁極片は、複数のN極爪体を有し、前記第二爪磁極片は、前記第一爪磁極片の前記複数のN極爪体と同数のS極爪体を有し、前記第一爪磁極片と前記第二爪磁極片とが互いに結合されるとき、前記第一爪磁極片の前記複数のN極爪体と前記第二爪磁極片の前記複数のS極爪体は、互いに近接し、別々に配置され、
前記ロータは、同軸形体にて前記巻線型ステータの中に置かれる、車両用交流発電機。 - 前記ステータは、72から96の溝を有する、請求項1に記載の発電機。
- 前記ワイヤの前記複数の波状コイルは、湾曲方向が同じ湾曲部を6から8有する、請求項1または2に記載の発電機。
- 前記ワイヤの前記複数の波状コイルは、湾曲方向が同じ湾曲部を12から16有する、請求項1または2に記載の発電機。
- 前記ワイヤの前記直線部の断面は、正方形、長方形、または楕円形である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発電機。
- 前記各ワイヤの直線部は、前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、それから前記ステータの前記対応する溝に順次逆方向に埋め込まれ、前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが二層のワイヤを有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発電機。
- 前記各ワイヤの第二端が別のワイヤの前記第一端に直列に接続され、前記別のワイヤの前記直線部は、その前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、それから前記ステータの前記対応する溝に順次逆方向に埋め込まれ、前記別のワイヤの前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが四層のワイヤを有する、請求項6に記載の発電機。
- 前記各ワイヤの直線部は、前記ワイヤの前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出し、前記第二端が別のワイヤの前記第一端に直列に更に接続され、前記別のワイヤの前記直線部は、その前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に逆方向に順次埋め込まれ、前記別のワイヤの前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが二層のワイヤを有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発電機。
- 各溝は二層から八層のワイヤを有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発電機。
- 前記第一爪磁極片の前記N極爪体と、前記第二爪磁極片の前記S極爪体とは、同数である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発電機。
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