CN1134882C - 车辆发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一紧凑型大功率车用发电机。本发明的另一目的是提供一低噪声车用发电机，其在低转速运行中输出一增强的功率。车用发电机1包括一定子2，其有构成许多凹槽的内圆周表面，其凹槽有开口端35。在所述凹槽之间的定子齿顶具有沿圆周方向上的磁通量聚集凸起36。磁通量聚集凸起36预先加工成，一构成绕线33的电导体的直径大于所述凹槽的内开口宽度。一片电导体从铁芯32的第一侧延伸至第一凹槽中，然后从铁芯32的第一边伸出延伸至铁芯32的第二侧，然后延伸至第二凹槽，进而从第二凹槽中伸出延伸至铁芯的第一边上，所述的第二凹槽与第一凹槽相隔180度的电角度。所述的绕线33具有一形成一个相位的循环片材。

Description

车辆发电机

技术领域

本发明涉及诸如旅行车或卡车之类的车用发电机。

背景技术

为了减少行驶中的空气阻力，倾向于将车体加工成一倾斜的鼻锥形状。保证乘客室足够的乘坐空间是最基本的要求。为了满足这些要求，汽车发动机室近来变得如此狭小和拥挤，以致于仅有有限的空间用来安装一发电机。另外发电机周围区域的温度已经很高。同时，为了提高燃油的经济性，在怠速过程中，倾向于降低发动机转速。随着发动机转速的降低，发电机的转速也降低。另一方面，在安全控制装置或其它装置上，需要增加电负荷。因此，大量需要发电机的发电量。换言之，需要一紧凑的大功率的车辆发电机。特别是，最好即使在发电机低转速运行情况下，发电机的发电性能也处于良好。

而且，社会上要求减少从车辆泄露出的噪声。而提供一安静的乘客室必然要增加制造要求。为此，发动机噪声近来已经降低了。另一方面，在高转速运行下的发电机往往会产生风扇扰动噪声、风阻声、和磁场声。

在一般车辆发电机中，最大的热源是定子。为了获得发电机的大功率输出和高效率，可以想出减少定子上的绕线的阻值，从而减少热损失。更准确地说，用于绕线的电导体具有一较大的截面积。另外，可以想出在定子中的每一凹槽内，增加导体占用面积相对于未占用面积之比率。所述的比率下称为空间系数。

在现有技术的车辆发电机中，定子有一个相对于转子的内圆周表面，且加工成齿形。齿顶具有沿圆周方向延伸的磁通量聚集凸起。因此，定子铁芯内的凹槽的开口端的宽度小于凹槽的内部宽。用于绕线的电导体的厚度由每一凹槽的开口端的宽度确定。为了在低转速运行情况下增加现有技术的发电机输出功率，需要加大磁通量聚集凸起长度。由于磁通量聚集凸起长度的增加，而凹槽的开口端较窄，从而使得用于绕线的电导体较薄。较薄的电导体使得绕线阻值增加。

日本已公开未审专利申请63-194543公开了一种用于绕线的电导体部分置于凹槽内，而这部分预先做成如图10所示的大致矩形截面的形状。所述的电导体部分置于如图11(A)所示的凹槽内。然后，绕凹槽的定子边沿塑性变形成如图11(B)所示的磁通量聚集凸起。

在日本申请63-194543中的已有结构中，制成磁通量聚集凸起的塑生变形导致着破坏了其磁场特性。结果，降低了磁通量聚集效果。从而，很难获得希望的发电机输出功率。特别是，在低转速运行中，很难提供一增加的发电机输出功率。

在日本申请63-194543中的已有结构中，塑性变形使定子产生变形，降低了定子内圆周表面的圆度，从而形成了定子与转子之间的不均匀的空隙。在已有结构运行中，不均匀的空隙增加了磁场噪声。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一紧凑大功率的车辆发电机。

本发明的另一个目的是提供一低噪声的车辆发电机，且在低转速运行情况下输出一增加的功率

本发明所指的车辆发电机包括一转子；一固定在转子外面并与其相对的定子；和一支承所述转子和所述定子的机身；其中所述定子包括一铁芯和若干电导体，所述铁芯具有若干凹槽，所述诸电导体置于所述诸凹槽中。所述诸凹槽具有开口，所述开口宽度小于所述诸凹槽限定的内壁之间的宽度，所述诸凹槽的所述开口宽度小于所述诸电导体最小宽度。

因此，减小了电导体的阻值，且在发电过程中减少了热损失。从而，可以获得大的发电机输出功率。如果绕线尺寸保持不变，由于作为聚集磁通量的定子齿顶边沿的凸起部分相对长，因此定子铁芯的内圆周表面能靠近光滑的圆柱表面。即，在转子转动过程中，可以减少由定子铁芯内表面粗糙度引起的风噪声和由LUNDEL型磁极芯所引起的径向向外的风。

所述的凹槽在定子的所述定子铁芯的轴向方向上具有两个端表面，所述的定子端表面的开口作为所述电导体的入口。从而，所述的凹槽内圆周边的开口宽度能设置成不受电导体宽度的限制。

在所述的凹槽的内边上的开口比所述的凹槽的电导体容纳部分宽度要窄，且在所述的电导体置于所述的凹槽中之前，比所述的电导体最小宽度要窄。从而，不需要在所述的电导体置于所述的凹槽中之后使两凹槽之间铁芯齿边沿变形。

因此，作为聚集磁通量的定子铁芯齿边沿的凸起部分能制成希望的形状，而不需要通过塑性变形而形成。从而，用于聚集磁通量的凸起部分的材料避免了磁场特性的破坏，且可以获得足够的聚集磁通量效力。因此，在低速下改善了电力输出。由于由塑性变形引起的齿缘形状变化不存在，可很好保持定子铁芯内圆周表面的理想圆度。从而，可以在转子与磁场磁极之间制造一致的空隙。因此，可以抑制在发电过程中由空隙不均匀而产生的磁场噪声。

该电导体可以使用具有圆截面且尺寸大于该凹槽的所述开口宽度的电导体。

一冷却风扇至少置于面对所述定子的该转子的一个轴端。因此，能通过冷却风扇将风从吹到定子绕线的磁场线圈端，所述的定子绕线凸于定子铁芯的轴向端，从而可获得高冷却性能。因此，根据本发明的结构，其定子凹槽的内圆周侧开口宽度较窄，即使在轴向方向上，设置在定子凹槽中的沟凹槽式风道较窄，也可以获得足以冷却定子绕线的冷却风。

一冷却风扇置于面对所述定子的该转子两轴端。因此，冷却性能能进一步增加，可获得很高的输出功率。

在轴向方向上所述的转子的一端面紧挨着所述机架的空气进口周边区域的风罩部分。从而，转子的所述轴向方向端表面与风罩部分配合，这样磁极铁芯圆盘部分的风扇性能增加。所述的风罩部分可以使用机架内壁表面。只有转子的一个端面、或二个端面之一来利用这一结构。利用它和一冷却风扇是有效果的。这一结构获得的冷却性能等同于在不增加零件数和工艺步骤数条件下仅由一冷却风扇吹风的情况下得到的冷却性能。从而，可以获得很高的功率输出。输入侧指的是驱动力输入件那一侧，例如，设置一皮带轮。

所述凹槽的电导体的截面大致呈矩形。因而，在所述凹槽中的该电导体的截面面积增加，从而相对于凹槽中电导体而言的空间系数(导体在凹槽中占用面积与非战用面积之比)能被增加。结果减少了定子绕线的阻值，可得到更高的功率输出。另外，增加了所述的电导体的相对面的表面积及所述凹槽的内壁表面，则热传导性更好。从而，可得到降低的温度，因而可得到较高的功率输出。

若干电导体置于所述凹槽中，而同时彼此电绝缘，且所述若干电导体形成一个或多对固定在所述凹槽的纵深范围的外层和固定在所述凹槽的所述开口侧的内层，且位于凹槽内不同凹槽的不同电导体层依次相连构成定子绕线。在定子绕线中容纳着多相位的绕线的情形下，这一结构能避免在磁场线圈端不同相位的两绕线之间的干扰，所述的磁场线圈端凸于定子铁芯的轴向端。因而，可以将电导体置于所述凹槽的深部。

定子绕线是由若干个电导体片串联而成，而每一电导体片是一大致呈U形的片，该U形片包括容纳于一凹槽内呈直线状的、作为所述内层的电导体，容纳于另一凹槽中呈直线状的、作为所述外层的电导体，和在定子一端侧连接所述内层电导体和外层电导体的由一材料制成的折弯段，所述电导体片通过设置在内、外层的电导体片从定子另一端侧的一凹槽内的伸出部分与另一所述电导体片相连。即使在该凹槽内圆周侧开口比电导体最小宽度小的情况下，这一结构也使若干电导体置于所述凹槽中，构成一定子绕线。另外，由于设置了折弯段，在将电导体插入所述凹槽中及电导体连接步骤简化的同时，定子绕线可形成。

使用有这一结构的电导体片可适应下列结构。设置在定子铁芯上大致U形片的折弯段在所述定子铁芯的一个端表面化上布置成平齐状，且电导体之间的连接仅在定子铁芯的另一端表面侧上完成，这样电导体片的连接部分仅固定在另一端表面侧上。根据这下布置结构，绕线构成容易，且能提高了生产率。

所述的定子绕线包括若干电导体片的结合，且每一所述的电导体片包括具有容纳在所述凹槽中作为所述内层或外层的电导体的直线段，且通过从设置在直线段两端的一凹槽内的凸起部分与另一所述的电导体片相连。即使在该凹槽内圆周侧开口比电导体最小宽度小的情况下，这一结构使若干电导体置于所述凹槽中，形成一定子绕线，另外，电导体形状能简化，因而制造更便宜方便。

所述凹槽中电导体具有一大致矩形截面，其长边沿定子径向方向延伸，在相对于所述凹槽的内壁表面的纵向方向上，每一电导体有两个表面，且将所述电导体布置在和容纳于所述凹槽中，从而，在电导体表面与铁芯之间的相对面积的比率能增加，且从电导体至铁芯之间的热传导能被改善。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的车辆发电机的定子部分的剖视图。

图2是输出电流与发电机转速之间关系的曲线图。

图3本发明第一实施方式的车辆发电机剖视图。

图4是本发明第二实施方式的车辆发电机的定子部分的剖视图。

图5是电导体片的透视图。

图6是线圈绕组的透视图。

图8是定子修改实施例的剖视图。

图9是本发明另一实施方式的车辆发电机的定子部分的剖视图。

图10是已有技术中预先成形绕线部分的透视图。

图11(A)是已有技术中定子部分的透视图，但定子中还没有磁通量聚集凸起。

图11(B)是已有技术中定子部分的透视图，但定子有磁通量聚集凸起。

具体实施方式

第一实施方式

参见图1至3，本发明的第一实施方式的车辆发电机包括一定子2；一转子3，两机架4；和一整流器5。所述的定子2作为电枢用。所述的转子3用作产生一磁场。所述的机架4支承定子2和转子3。所述的整流器5将交流电转换成直流电。整流器5的输出端连到蓄电池上，用来产生12V电压。

所述的转子3与轴6一起转动。转子3包括一座LUNDEL型磁极电芯7、冷却风扇11、一磁场绕组线圈8、和滑动环9、10。所述的轴6连到皮带轮12上，由为车辆提供动力的的发动机来转动和驱动。

每一LUNDEL型磁极电芯7包括一凸台部分71、一圆盘部分72、和八爪式磁极73。所述的凸台部分71连到轴6上。所述的圆盘部分72从凸台部分71两端沿径向延伸。

与定子2的绕组线圈端31相对的机架4部分有冷却风的出口43。在轴向方向上的机架4的端面有冷却风的进气口41。

所述的定子2包括一铁芯32、一设置在铁芯32上的绕线33、一在铁芯32与绕线33之间提供电绝缘的绝缘体34。所述的绕线33包括一电导体。如上所示，所述的定子2由机架4支承。所述的铁芯32是多层型的。所述的铁芯32包括一层薄钢板。铁芯32具有内圆周表面，该圆周表面上形成有若干各有一开口端35的凹槽，该开口端35作进口用。铁芯32在两凹槽之间具有齿顶。铁芯32的齿顶有沿圆周方向延伸的磁通量聚集凸起36。所述的磁通量聚集凸起36预先加工成，例如在处于薄钢板阶段时通过冲压加工而成。

一形成绕线的导线或电导体的直径大于所述凹槽的内开口的宽度。在轴向方向上所述的铁芯32具有第一和第二边。一片绕线33从铁芯32的第一边延伸至第一凹槽，再从第一凹槽伸出延伸至所述的铁芯32第二二边上，然后从铁芯32的第二边伸出延伸至第二凹槽，进而从第二凹槽中伸出延伸至铁芯的第一边上，所述的第二凹槽与第一凹槽相隔180度的电角度，。所述的绕线33具有一形成一个相位的循环片材。例如，该绕线33具有由120度电角度相隔的三相位。例如该绕线33是波浪型或皱折型。

由本发明第一实施方式所提供的优点将予以说明。能增大形成绕线33的导线或电导体的直径，而不需要受所述凹槽的内开口宽度的限制。从而，可以减小绕线33的阻值和热损失。因此，可以获得很高的发电机输出功率。

在已有技术结构中，由绝缘材料制成的V形口堵住凹槽的内开口，来避免绕线从所述凹槽中脱出。在本发明这一实施方式中，由于绕线33不会从所述凹槽中脱出，不需要设置这一V形口。从而可以减少零件数目及成本。

最好通过非塑性变形的方法，在铁芯32的齿顶上形成磁通量聚集凸起36。从而，在此情形下，可以避免磁通量聚集凸起36的磁场特性因塑性变形而破坏。因此，所述的磁通量聚集凸起36能有足够的磁通量聚集作用。从而，可以显著地增强在低转速运行下的发电机1的输出功率。

空间系数定义为导体在一凹槽内占用面积与所述的凹槽整个面积之比。将第一类、第二类和第三类发电机设置成具有相等的空间系统。第一类发电机是已有技术的发电机，其凹槽的内开口宽度大于形成绕线的导线的直径。在第二类发电机中，其凹槽的内开口宽度小于形成绕线的导线的直径，且磁通量聚集凸起由塑性变形形成。第三类发电机与本发明该实施方式的发电机1相同。因此，其凹槽的内开口宽度小于形成绕线的导线的直径，且磁通量聚集凸起由非塑性变形方法形成。在图2中，虚线表示输出电流与第一类发电机，即已有技术的发电机转速之间的关系。在图2中，点虚线表示输出电流与第三类发电机转速之间的关系。在图2中，实线表示输出电流与第二类发电机，即本发明该实施方式的发电机1转速之间的关系，图2示出了本发明该实施方式的发电机1在低转速运行情况下输出一相当大的电流。

在本发明该实施方式中，磁通量聚集凸起36不受由塑性变形引起的形状变化影响。因此，铁芯32的内圆周表面的圆度良好。从而，可以抑制由定子2与转子3之间空隙的不均匀而引起的磁场噪声增加。

磁通量聚集凸起36能通过冲压方法或其它非塑性变形方法加工成足够长。从而铁芯32内圆周表面能近似于理想的圆柱体表面。从而可以减少由铁芯32的内圆周表面粗糙度引起的风阻声和由LUNDEL型磁极铁芯7所产生的离心风。

外部风扇型的已有技术的发电机设置有一外冷却风扇。在外部风扇型的已有技术的发电机中，凹槽的内开口形成轴向风道。从而，在外部风扇型的已有技术的发电机中，如果凹槽的内开口与本发明该实施方式一样窄的话，冷却风的阻力增加，结果冷却性能降低。另一方面，本发明实施方式的发电机1内含冷却风扇。在本发明实施方式的发电机1中，沿轴向导入的冷却风从径向向外方向排出。从而，在本发明实施方式的发电机1中，所述的经缩小的凹槽的内开口几乎不影响冷却性能。

第二实施方式

除了以下所指的设计变化外，本发明第二实施方式类似于其第一实施方式。

在本发明第一实施方式中，形成绕线33的电导体或导线具有一圆形截面，另一方面，在本发明第二实施方式中，至少在凹槽内延伸的电导体部分大致呈矩形，相应于图4所示的凹槽形状。更准确地说，电导体的这部分具有这样一截面形状，以至于它有一沿凹槽内壁表面延伸的平整表面。从而，所述的空间系统增加，且在凹槽内的电导体的这部分截面积总和增加。结果，可以减少了所述绕线的阻值，且增加了发电机输出功率。

在本发明第二实施方式中，铁芯32和绕线33的结合面积增加。因此，可以在铁芯32和绕线33之间提供良好的导热性。从而，可以再进一步降低绕线33的温度。由于空间系统的增加，整个定子2的硬度增加。因此，可以减少磁场噪声。

另外，由于用电导体的平整部分来封闭凹槽开口35，与定子绕线33使用的圆导线的情形相比较，则定子铁芯的内表面能接近于光滑圆柱表面。从而，可以进一步减少由定子铁芯32的内表面的粗糙度而引起的风噪声及在转动中由LUNDEL型磁极铁芯7引起的径向向外的风。

同时在该实施方式中，定子绕线33的截面尺寸大于所述凹槽的开口宽度。定子绕线33的截面呈一矩形。其长边的宽度大于凹槽开口宽度。最好如图所示一样，其短边宽度大于凹槽开口宽度。

在本发明第一实施方式中，用连续导线来制造绕线33。另一方面，本发明第二实施方式使用大致呈U形的电导体片，该每一电导体片具有直线段33a和一折弯段33c，如图5所示，将所述的电导体片沿轴向方向插入铁芯32的凹槽内，这样直线段33a是平齐的。然后，将位于铁芯32一侧而离折弯段33c较远的电导体片部分折弯，且在铁芯32上将电导体片端点33b相连起来，构成绕线33。通过超声波焊接、弧形焊接、钎焊、或机械加工将电导体片诸端点33b两两相连起来。比用连续导线来制造绕线33的情况而言，更容易形成绕线33。

将电导体片分隔开，外层固定在所述凹槽的深部而内层固定在所述凹槽的内开口处。在每一凹槽中至少具有一对这样的电导体片。在不同凹槽的内层和外层的电导体片依次相连。然后，如图6所示，可以避免磁场线圈端彼此相互干扰，因此，电导体片能很容易地置入所述凹槽的深部，且对于所述凹槽而言可得到很高占用率。在图6中，每一凹槽中的电导体片的数目对应着四个折弯，且有两个外层和两个内层。即使在不是两个数目的情形下，可以避免不同的绕线相位之间彼此干扰。

在本发明第二实施方式中，所述绕线由电导体片而形成。在此情形下，很容易将每一电导体制造成矩形截面，且可得到很高的空间系统。所述电导体片能通过冲压成形。从而，可以减少材料成本和制造成本。

另一实施方式

本发明第二实施方式使用大致呈U形的电导体片。如图7所示，可以使用大致呈J形的电导体片。在此情形下，将大致呈J形的电导体片沿铁芯32的轴向方向的方式插入所述凹槽中，这样其直线段33h是平齐的。然后，在铁芯32两边每一侧上大致呈J形的电导体片诸端部相连起来，构成绕线33。由于大致呈J形的电导体片具有形状简单，很容易制造。因而。具有成本优势。

在第二实施方式中，定子绕线33的截面具有这样一矩形形状，可将其较长边设置来密封所述凹槽的开口35。如图8所示，在一凹槽中，仅沿一径向方向上可以将定子绕线33布置在一直线部分上，且其较短边可用来密封所述凹槽的开口35。将这样一矩形截面的电导体的纵向叠加排列可使得在电导体表面和在凹槽中铁芯之间的相对面积比更大，与使用方形截面导电体情形和使用如图4所示的矩形截面的电导体横向叠加排列情形相比较，从电导体到铁芯的热传导改善了。可以在绕线部分之间圆周方向上增加空隙，而不用改变磁场线圈31的轴向长度，即，不会增加绕线的电阻值。这一点从每一凹槽中折弯数为4的情形下的磁场线圈端部的透视图6中清楚看出。因此，对于由冷却风扇11产生的径向向外方向冷却风而言，风的阻力能降低，从而冷却风的流速能增加。由于冷却风穿过磁场线圈31，冷却性能增加且发电机输出功率能进一步增加。

在如图7所示的本发明的该实施方式中，绕线33有一经减低的电阻，且冷却性能有余。从而，在转子3的一端上仅设置一个冷却风扇足够了。在此情形下，可以减少零件数及制造步骤数。因此，发电机能较便宜且尺寸小。

图9示出了仅有一冷却风扇11的发电机。在图9的发电机中，没有设置冷却风扇11的转子3一端面紧对着机架(机壳)4的内壁表面42，机架(机壳)4设有进气口41。在此情形下，机架(机壳)4的内壁表面作为冷却风扇11的一罩，从而，磁极铁芯圆盘部分72的风扇力降低。在零件数目及制造步骤不增加下，可以获得一与具有两个风扇结构中可得到的冷却性能相当的冷却性能。另外，可以进一步增加发电机输出功率。

Claims (9)

1.一种车辆发电机，其包括：

一中空的具有纵向延伸的空腔的圆柱形定子；

一配置在所述空腔中与定子相对的转子；

一支承所述转子和所述定子的机架；

其中，所述定子包括一铁芯和若干电导体，所述铁芯具有若干凹槽，所述电导体局部放置在所述凹槽中，所述凹槽具有第一组轴向延伸的开口，将所述凹槽与所述空腔连通，所述第一组开口的宽度小于所述凹槽的内壁之间的宽度，所述凹槽的第一组开口的宽度小于所述电导体的最小宽度；

在所述定子铁芯的轴向方向上，所述定子具有两端表面，每个端面上开有凹槽的第二组开口，所述电导体通过其中一个端面上的凹槽的第二组开口插到所述凹槽中，该电导体的端部在其刚从所述第二组开口伸出的位置按圆周方向弯折；以及

所述第一组开口形成在所述空腔的内表面，并且比所述凹槽中电导体容纳部分的宽度窄，其中每个所述凹槽都容纳有多根电导体，这些电导体彼此机械接触。

2.如权利要求1的发电机，其特征在于，所述电导体具有一圆形截面，且直径大于凹槽的所述开口宽度，而将所述电导体设置在所述凹槽内，在所述定子上构成绕线。

3.如权利要求1的发电机，其特征在于，相对着所述定子的所述转子的至少一侧设有冷却风扇。

4.如权利要求3的发电机，其特征在于，相对着所述定子的所述转子的两侧设有冷却风扇。

5.如权利要求1的发电机，其特征在于，在轴向方向上，所述转子一端的表面紧靠着所述机架进气口周围的风罩。

6.如权利要求1的发电机，其特征在于，在所述凹槽内的所述电导体的截面大致呈一矩形。

7.如权利要求1的发电机，其特征在于，若干电导体容纳于所述凹槽中，而同时相互绝缘，且所述若干电导体形成一对或多对固定在凹槽的纵深区域的外层电导体和固定在凹槽的所述开口侧的内层电导体，且在凹槽中不同凹槽的不同层的该电导体串联起来构成定子绕线。

8.如权利要求7的发电机，其特征在于，所述定子绕线是由若干个电导体片串联而成，而每一电导体片是一大致呈U形的片，该U形片包括容纳于一凹槽内呈直线状的、作为所述内层的电导体，容纳于另一凹槽中呈直线状的、作为所述层的电导体，和在定子一端侧连接所述内层电导体和外层电导体的由一材料制成的折弯段，所述电导体片通过设置在内、外层的电导体片从定子另一端侧的一凹槽内的伸出部分与另一所述电导体片相连。

9.如权利要求6的发电机，其特征在于，所述凹槽中电导体的长边沿凹槽的径向延伸，在相对于所述凹槽的内壁表面的纵向方向上，每一电导体的两个表面将所述电导体布置在和容纳在所述凹槽中。

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