旋转电机以及交流发电机的制作方法

专利名称：旋转电机以及交流发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有多个定子绕组的旋转电机以及交流发电机。
技术背景在旋转电机中使用的一般的定子，由在周方向上具有多个槽的定子铁 心和分别巻绕在各个槽上的多个定子绕组构成。因此，如果为了确保磁极 数而增多在定子铁心上设置的槽数，则在槽内巻绕多个定子绕组的作业变 得烦杂，存在作业性变差的问题。因此，如专利文献l所示，考虑了将多个定子绕组分别遍及周方向地 进行巻绕，通过各个定子绕组的内侧开口以及定子绕组的外侧而形成多个 爪磁极。通过如此构成，可确保磁极数，同时可以提高巻绕定子绕组时的 作业性。专利文献l:日本特表2005 — 532775号公报但是，专利文献1中，由于在周方向上一体形成有定子铁心，所以在 定子绕组的周围产生的磁通容易泄漏到其他的定子绕组侧，存在效率恶化 的问题。发明内容本发明的目的在于提供一种容易将定子绕组巻绕在定子铁心上、且可 以尽量防止效率恶化的旋转电机以及交流发电机。本发明的旋转电机的特征在于，定子由多个定子绕组和定子铁心构 成，所述多个定子绕组在周方向上以规定间隔配置，所述定子铁心具有定 子轭以及从定子轭通过定子绕组的内侧开口和外侧向转子侧突出的多个 爪磁极，定子轭与定子绕组相关联而被磁性分割。另外，本发明的旋转电机的特征在于，定子由多个定子绕组和定子铁 心构成，所述多个定子绕组在周方向上以规定间隔配置，所述定子铁心沿 着定子绕组上的周方向部分设置，并且在转子侧形成有多个磁极，定子铁 心按照每个定子绕组分割。另外，本发明的交流发电机的特征在于，定子由多个定子绕组和定子 铁心构成，所述多个定子绕组在周方向上以规定间隔配置，所述定子铁心 具有定子轭以及从定子轭通过定子绕组的内侧开口和外侧向转子侧突出 的多个爪磁极，定子轭与定子绕组相关联而被磁性分割，转子产生的磁通 通过爪磁极，从而与定子绕组交链，基于转子的旋转，与定子绕组交链的 磁通变化，在定子绕组上感应出电压。发明效果本发明的旋转电机以及交流发电机，可以实现降低漏磁通、提高效率。


图1是表示作为第一实施例的电动水泵的外观图；图2是表示图1的电动水泵上的马达部分的正面截面图；图3是放大了图2的U相部分的图；图4是按照各零件表示第一实施例中的被分割的定子的W相的立体图；图5是按照各零件表示第二实施例的电动马达部的立体图； 图6是作为第三实施例的车辆用交流发电机的侧面截面图； 图7是表示图6的车辆用交流发电机中的转子和定子的立体图； 图8是使图7的定子分离到外周侧，取下了在转子上固定的风扇的立 体图；图9是放大了第三实施例的定子上的W相磁极的立体图；图IO是表示第四实施例的定子以及转子的立体图；图11是表示第五实施例的定子以及转子的立体图、以及只表示第五实施例的V相磁极和w相磁极的立体图。图中l一电动水泵；6 —定子；7 —转子；13 —定子铁心；14一定子绕组； 15 —定子芯；16 —定子铁心构成构件；16a—定子轭；16b —爪磁极；17 —
连结构件；18 —端板(定位构件)；19一车辆用交流发电机；31—旋转构 件；32 —风扇；35 —通风路。
具体实施方式
[第一实施例]作为采用了适用本发明的旋转电机的产品的一实施方式，以在汽车上搭载的电动水泵为例，基于图1 图4进行说明。图l是电动水泵的外观 图。图2是电动水泵的马达部分的正面截面图。图3是放大了图2的U相 部分的图。图4是按照各零件表示分割了的定子的W相的立体图。图1所示的电动水泵1例如用于冷却在混合动力汽车或电动汽车等上 使用的驱动用电动马达、变换器、车室内、内燃机等，具有将由散热器冷 却了的作为冷却介质的冷却水送到热产生源的作用。电动水泵1在外壳2内收容有作为旋转电机的电动马达和泵构成体， 由电动马达旋转驱动泵来排出冷却水。该外壳2由大致碗形状的前托架2a、 圆筒形状的外壳主体2b、以及板状的后板2c构成，各自由固定螺钉3固 定。另外，这些构件由作为非磁性体的铝材料成形。在前托架2a中，内部收容有泵构成体，并且具有在径向大致中心位 置设置的给水口 4、和在外周侧以向近似切线方向开口的方式设置的排水 口 5。而且，作为没有图示的泵构成体，采用的是通过电动马达旋转驱动 叶轮，在离心力的作用下将从给水口 4导入的冷却水从排出口 5排出的离 心泵。作为冷却水，不是简单的水，而使用汽车的冷却水使用的含有乙二 醇(ethylene glycol)的防冻液。在外壳主体2b的内部收容有电动马达，在该电动马达的输出部安装 有泵构成体的叶轮。另外，外壳主体2b的一端开口被后板2c密封。接着说明作为旋转电机的电动马达部。如图2所示，电动马达部由在 外壳主体2b的内周固定的定子6、和在该定子6的内周相对于定子6旋转 自如地设置的转子7构成。在转子7的中心部配置有旋转轴8，转子7经由在旋转轴8的周围设 置的滑动轴承9，能够相对于旋转轴8滑动。在该滑动轴承9的外周设有 构成磁回路的轭IO，进而在该轭10的外周部设有永磁铁11。在图2中，
永磁铁11的极数是20极，N极和S极的磁极在圆周上交替配置。该转子 7可以如下这样制造，分别沿轴向堆积并用冲压机对铜粉进行压縮制造滑 动轴承9，对磁性粉进行压縮制造轭10，对磁铁粉进行压縮制造永磁铁11。 另外，在转子7的轴向端面固定叶轮(没有图示)，叶轮伴随着转子7的 旋转而旋转，由此泵构成体排出冷却水。进而，在转子7的外周部设有由 铝或树脂等非磁性体构成的隔壁12，以使冷却水不会进入到定子侧。接着，对于定子6进行说明。定子6被分割成U相磁极6a、 V相磁 极6b、 W相磁极6c，配置在前面说明了的外壳主体2b的内周侧。在本发 明中，由于设为3相，所以定子6的数目为3个，从机械配置平衡角度出 发以大约120度间隔配置。进而，详细地说，各相的定子磁极6a、 6b、 6c 由于具有3相的相位差，所以在转子7上设置的永磁铁11的电角度上具 有120度和240度的相位差。这些定子磁极6a、 6b、 6c，由于各相没有机 械连结，所以由在前说明了的隔壁12和外壳主体2b支撑内外周而被固定。进而，对于定子6上的各个定子磁极6a、 6b、 6c的详细构造，以图4 所示的W相磁极为例进行说明。定子6上的各个定子磁极6a、 6b、 6c由 定子铁心13和在定子铁心13内巻绕的定子绕组14构成。定子铁心13由在轴向上被分割的一对定子芯15构成，进而，各个定 子芯15由在轴向上被分割的一对定子铁心构成构件16构成。gp，定子铁 心13由四个定子铁心构成构件16构成，各个定子铁心构成构件16呈相 同形状。这些定子铁心构成构件16由压粉铁心构成，该压粉铁心是对铁 粉进行压缩成形的，表面由绝缘构件涂覆，这些定子铁心构成构件16之 中的一个定子铁心构成构件16，是由定子轭16a和三个爪磁极16b —体成 形而构成的，所述定子轭16a具有形成为圆弧状的带状部分16a—l、和从 该带状部分16a—l的轴向的一端向内周侧突出设置的键槽部分16a—2， 所述三个爪磁极16b从定子轭16a上的键槽部分16a—2在轴向上延伸。 另外，三个爪磁极16b形成为前端变细形状的近似梯形，从键槽部分16a 一2的周方向一端以大致相等间隔配置。因此，爪磁极16b不配置在键槽 部分16a—2的另一端侧。通过从轴向进行组合，使如此构成的两个定子 铁心构成构件16的爪磁极16b彼此交替配置，形成定子芯15，进而，通 过从轴向进行组合，使两个定子芯15彼此左右对称，构成定子铁心13。
此时，通过使各定子铁心构成构件16的相对置的爪磁极16b彼此接触， 有助于提高机械强度，并且磁通的利用率提高，还具有提高输出的效果。 此外，在将由磁性体构成的圆弧状的连结构件17嵌合到一对定子芯15相 对置的面上的键槽16a—3内的状态下，定子芯15彼此连结在一起。在如此构成的定子铁心13内，使将绕组巻绕成圆筒状的结构变形为 椭圆形，进而巻绕有在周方向上弯曲而成形为马鞍状的定子绕组14。另外， 该定子绕组14巻绕成扁平状，其在径向上的宽度窄，在轴向上的宽度宽， 并具有在周方向两端形成的一对线圈端部14a、和位于两线圈端部14a之 间的一对周方向巻绕部14b。在各个周方向巻绕部14b上，在定子绕组14 的周围组装定子铁心构成构件16，以配置在各个定子芯15的爪磁极16b 和定子轭16a之间。因此，定子铁心13的爪磁极16b通过定子绕组14的 内侧开口以及定子绕组14的外侧，向转子7侧突出。此外，构成定子芯 15的定子铁心构成构件16，由于在周方向一端具有爪磁极16b，而在周方 向另一端不具有爪磁极16b，所以定子绕组14的线圈端部在定子铁心13 的周方向一端侧较大地突出，但在定子铁心13的周方向另一端侧几乎不 突出。在上述的说明中，以在将定子绕组14巻绕成形之后，配置在定子芯 15内的方法进行了说明，但例如也可以在用连结构件约束了一对定子芯 15之后将定子绕组14直接巻绕于该芯。此时使用的绕组可以是截面为圆 形的圆线，也可以是截面为矩形的平角线，进而也可以将U字型的分断线 圈从长度方向插入，在相反侧通过焊接或铆接连结分断线圈彼此来形成环 形线圈。接着，禾l」用图3，对于转子7的磁极和以U相为例的U相定子磁极 6a的关系进行说明。如在前所述，转子7被支撑为能够以旋转轴8为中心 旋转，由在滑动轴承9的外周设置的轭10和永磁铁11构成。在本实施例 中，永磁铁11被磁化成20极，因此1极的角度pl以机械角计算为18度。 另外，定子6的爪磁极间距p2在本实施例中以机械角计算也为18度，和 转子7的磁极间距相同。但是，如通过一般的集中巻绕而巻绕了绕组的马 达之类的极数和槽数的组合那样，没必要使各自的间距相同，定子磁极6a 的爪磁极间距p2相对于磁铁的磁极间距pl可大可小。但是，通过使爪磁 极间距p2稍大或稍小，在定子绕组14上交链的磁通下降，但在相绕组上 交链的磁通的高次谐波量可以降低，因此，在降低铁损和声音、振动的方 面有利。因此，可以根据用途改变爪磁极间距p2。进而，也可通过使爪磁 极间距可变，形成具有偏差的配置来降低齿槽转矩(cogging torque)。各个定子铁心13被固定于外壳主体2b和隔壁12上，作为磁回路的 间隙g，如图3所示，是从隔壁12的外周面到永磁铁11的表面的距离。 形成为在永磁铁11和隔壁12之间流入冷却水的构造，并构成为该冷却水 在隔壁12的作用下不会向定子6侧漏水。以上，对于第一实施例的结构进行了说明，以下表示第一实施例的作 用效果。根据第一实施例，用于驱动泵的旋转电机具有定子以及转子，定子具 有在周方向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁心具 有定子轭、和从定子轭通过定子绕组的内侧开口以及定子绕组的外侧向 转子侧突出的多个爪磁极，由于定子轭与定子绕组具有一定关系并被磁性 分割，所以磁通不会向其他的定子绕组侧泄漏，可以实现效率的提高。进 而，由于几乎没有各定子绕组之间磁通的往来，所以可以降低在各相之间 的磁通的偏差。另外，第一实施例的定子铁心，由于从定子绕组的内侧开口在轴向两 侧以成对的方式被分割，所以成形品是小型的。因此，可以使制造装置小 型化，还可以容易地进行定子绕组的巻绕，因此可以提高生产率。尤其在 用压粉铁心构成定子铁心的情况下，由于可以提高密度，所以还能够进一 步改善特性。另外，第一实施例的定子铁心，由于在定子绕组的位置在轴向上被分 割，所以定子绕组向定子铁心的巻绕变得非常容易。例如，可以在将定子 绕组成形为先前巻绕了的状态之后，安装在定子铁心上。此外，还能够得 到与从定子绕组的内侧开口以在轴向两侧成对的方式分割定子铁心的情 况相同的作用效果。另外，将第一实施例的定子铁心在定子绕组的内侧开口以及定子绕组 的位置沿轴向分割成四个定子铁心构成构件，由于各个定子铁心构成构件 形状相同，所以可以用一个模具对其全部进行成形。因此，可以使制造装
置进一步小型化，此外，由于定子绕组的巻绕变得更加容易，所以可以大 幅度提高生产率。当然，在用压粉铁心构成了定子铁心的情况下，可以进 一步提高密度。另外，由于用压粉铁心构成了第一实施例的定子铁心，所以可以用制 造模具容易成形复杂的形状，并且可以尽量减少涡电流的产生。另外，第一实施例的定子绕组，由于周方向一端部从定子铁心突出， 所以使其从产生热的定子铁心露出，可以提高冷却效果。另外，第一实施 例的定子绕组的周方向另一端部由于进入到定子铁心内，所以可得到如下 作用效果可以减小相互的定子磁极之间的周方向间隙，可以尽量降低爪 磁极的间距的偏差。如此，如果使定子绕组从定子铁心的周方向一端部露 出，使定子绕组的周方向另一端部进入到定子铁心内，则可以得到如下两 方面的作用效果 一是定子绕组的冷却，二是爪磁极的间距偏差的降低。 此外，使定子绕组的周方向一端部从定子铁心露出，使定子绕组的周方向 另一端部进入到定子铁心内，在该结构中，最好在被磁性分割了的每个定 子芯中使定子铁心的爪磁极数为偶数，若如此可以尽量减少浪费的部分。另外，第一实施例的电动马达部，在定子铁心的内周侧配置转子，转 子驱动泵，并且在爪磁极和转子之间配置隔壁，在包括转子的隔壁内由于 导入泵排出的排出介质，所以通过定子与排出介质接触，可以防止生锈等 情况。尤其在第一实施例中，由于使用冷却水作为排出介质，所以不仅可 以冷却转子，还可以经由隔壁冷却定子一侧。另外，第一实施例的定子铁心上的爪磁极，由于是前端变细的形状， 所以有助于机械强度的提高，并且由于磁通的利用率提高，所以还具有可 以使输出提高的作用效果。进而，由于爪磁极倾斜(skew)，所以还可以降低磁噪音。此外，如本实施例那样，通过使各定子铁心构成构件的相对 置的爪磁极彼此接触而有助于提高机械强度，并且还具有磁通的利用率提 高、输出提高的效果。另外，根据第一实施例，用于驱动泵的旋转电机具有定子以及转子， 定子具有在周方向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁 心沿着定子绕组的周方向部分设置，并且构成为在转子侧形成多个磁极， 由于定子铁心按每个定子绕组分割，所以各定子铁心被完全分割，使位于 它们之间的定子绕组的线圈端部能够暴露于空气中。因此，可以提高定子 绕组的冷却性。另外，由于能够进一步地细分定子铁心，所以可以提高生 产率。另外，由于用非磁性体构成第一实施例的外壳，所以磁通不会经由外 壳向其他的定子磁极泄漏。另外，第一实施例的定子磁极在隔壁和外壳之间被支撑内外周而固 定，因此具有增强定子铁心的强度的作用。尤其在用压粉铁心对定子铁心 进行成形时有效。以上，对于第一实施例的作用效果进行了说明，但对于其他的应用在 以下说明。在第一实施例中，作为将定子轭磁性分割的手段，将定子铁心按照定 子绕组在周方向上进行了分割，但由于定子铁心只要被磁性分割即可，所 以也可用非磁性体的构件使各个定子轭形成一体。此时，需要选择线膨胀 系数与定子轭大致相同的材料。另外，在第一实施例中，虽然在定子铁心的轴向上分割成多个，但如 果将定子绕组直接巻绕于定子铁心上，则也可以不在轴向上分割定子铁 心。如此，在未分割定子铁心的情况下，虽然定子绕组难以巻绕，但由于 磁通容易通过，所以效率提高。另外，在第一实施例中，虽然将爪磁极形成为前端变细的形状的近似 梯形，但也可以形成为以相同宽度延伸。另外，在第一实施例中，以只是周方向一端侧从定子铁心突出的方式 巻绕了定子绕组，但在重视冷却的情况下，也可以使定子绕组的周方向两 端从定子铁心突出。相反，在增加了爪磁极的极数时那样的重视减少爪磁 极的间距偏差的情况下，定子绕组的周方向两端也可以不从定子铁心突 出。另外，在第一实施例中，虽然用压粉铁心成形了定子铁心，但由于压 粉铁心容易开裂，所以最好用树脂等非磁性的绝缘构件对包括定子绕组的 周围进行模制。此时，若对定子铁心的内周前面进行模制，则可以具有隔 壁的功能。进而也可以通过对铁板进行冲裁来构成定子铁心。另外，第一实施例的转子采用了在外周设置永磁铁的、所谓表面磁铁
型的构造，但也可以采用在转子的内部遍及周方向埋入多个永磁铁的、所 谓埋入磁铁型的构造。在转子使用永磁铁的情况下，除了 一般使用的铁氧体磁铁或钕磁铁以 外，也可以使用利用前驱体具有良好亲和性的性质的粘合剂粘结了钕(Nd) 的粉体的磁铁。在此，所谓亲和性优越的前驱体例如是作为Si02的前驱体的垸氧基硅氧垸(alkoxyl siloxane)或垸氧基硅垸(alkoxyl silane)。钕(Nd) 的粉体呈板状的形状，相对于作为高度方向的Z轴方向的值，X轴或Y轴 方向的大小是数倍以上，呈厚度薄的形状。钕(Nd)粉体的X轴或Y轴 方向的大小最好较大，例如若使用粉体的X轴或Y轴方向的大小为45 y m以上的大小的粉体，则残留特性变好。成形中钕(Nd)的粉体因破裂等 变细，不可避免会混有小形状的粉体，但优选是粉体的一半以上为45ym 以上大小的粉体，进而如果七成以上为45um以上大小的粉体，则可以得 到优选的磁铁特性。若是九成以上为45um以上大小的粉体，则可以得到 更优选的结果。此外，如果在钕(Nd)中还含有若干镝(Dy)，则可改善 耐热性。通过含有该镝(Dy)，即使旋转电机的温度上升，也可以维持良 好的磁特性。镝(Dy)的含有比例是几％左右，最多在10%以下。通过使用以上说明的在钕粉体中粘结Si02的磁铁，可以降低成本，进而得到磁特性以及耐热性提高的效果。 [第二实施例]接着，对于本发明的电动水泵的其他实施例，基于图5进行说明。图 5是按各零件表示电动马达部的立体图。而且，对于与第一实施例共通的 部位以同一名称、同一符号表示。第二实施例不存在隔壁，取而代之的是设有作为定位构件的端板18， 这一点与第一实施例不同。在第一实施例中，用外壳主体2b内周和隔壁 12外周固定了各定子磁极6a、 6b、 6c，但第二实施例由于没有隔壁，所 以在位于定子铁心13的轴向两端的键槽16a—3的位置分别固定环状的端 板18，来固定各定子磁极6a、 6b、 6c。该端板18是由非磁性体制成的环 状构件构成，轴向一端面为平面，轴向另一端面具有环状的凸部18a，该 凸部18a进入到键槽16a—3内。另外，两端板18是从轴向夹入定子铁心 13而可以对其进行支撑的构造。而且，在本实施例中，由于不存在隔壁，
所以需要通过密封构造对泵构成体侧和电动马达部侧进行密封，使冷却水 不会漏到电动马达部侧，或者用树脂等模制定子6的内周。另外，在本实施例中，虽然在转子7的中心部没有图示出旋转轴和轴 承，但与第一实施例同样地也可以设有旋转轴8和轴承9，也可以在该空 间部分配置齿轮等减速器。以上，对于第二实施例的结构进行了说明，以下表示第二实施例的作 用效果。根据第二实施例，由于在分割的各个定子铁心的轴向端面嵌合有对各 定子铁心进行定位的定位构件，所以可以将各个定子铁心定位于确定了的 位置。尤其是如果用非磁性体构成定位构件，则可以磁性地使各个定子铁 心分割。另外，第二实施例的定子铁心至少在定子绕组的内侧开口处沿轴向被 分割成多个定子铁心构成构件，各个定子铁心构成构件呈同一形状，在定 子绕组的内侧开口，各个定子铁心构成构件相对的位置，嵌合有由磁性体 构成的连结构件，因此，即使在不位于定子铁心的侧端面的部位存在为了 嵌合定位构件而设置的空间，也可以用由磁性体构成的连结构件掩埋，因 此磁特性不会恶化。[第三实施例]接着，作为采用了本发明的旋转电机的产品的其他实施方式，以在汽 车上搭载的车辆用交流发电机为例，基于图6 图9进行说明。图6是车 辆用交流发电机的侧面截面图。图7是表示转子和定子的立体图。图8是 使图7的定子分离到外周侧，取下了在转子上固定的风扇的立体图。图9 是放大了定子上的W相磁极的立体图。而且，对于与其他实施例共通的 部位以同一名称、同一符号进行表示。图6所示的本实施例的车辆用交流发电机19，具有在图6中左侧配置 的前托架20和在图6中左侧配置的后托架21 ，各个托架呈内部具有收容 空间的有底筒状即碗形状。在这些托架上开口有多个用于空气流通的各种 形状的孔。另外，在前托架20以及后托架21上，分别向径方向外周侧突 出而一体设有固定孔22开口的固定部23，这些固定部23被没有图示的螺 栓安装于车辆上。在后托架21的轴向端安装有壁厚比各个托架薄的后盖24，该后盖24 与各个托架同样，呈内部具有收容空间的有底筒状即碗形状。在该后盖24 的轴向外侧端也开口有多个用于空气流通的孔，进而，在其外周侧安装有 与电池连接的接线柱25。在前托架20以及后托架21的轴向外端部上的径向大致中心位置，分 别安装有作为轴承的滚珠轴承26a、 26b，但在前托架20上安装的滚珠轴 承26a使用的是外径比在后托架21上安装的滚珠轴承26b大的轴承。在这些滚珠轴承26a、 26b的内圈上插通旋转轴27，该旋转轴27被支 撑为相对于前托架20及后托架21旋转自如。另外，在旋转轴27的前托架20侧端通过螺栓以一体旋转的方式固定 有作为旋转传递构件的滑轮28，对该滑轮28从图外的传递发动机的旋转 的曲柄滑轮通过作为环形传递带的带来传递旋转。因此，旋转轴27与发 动机的转速和滑轮与曲柄滑轮的滑轮比成比例旋转。进而，在旋转轴27的后托架21侧的端部，安装有和旋转轴27—体 旋转的两个滑环29，在被按压到各个滑环29的状态下通过滑动的两个电 刷30供电。在旋转轴27的旋转轴方向的大致中央部，由磁性材料成形的前侧旋 转构件31F、后侧旋转构件31R为了和旋转轴27 —体旋转而分别锯齿状 结合在一起，另外，前侧旋转构件31F和后侧旋转构件31R，为了在轴向 上相对置而抵接的状态下限制轴向的移动，使各个旋转构件的外侧端在形 成于旋转轴27上的环状槽内塑性流动。如此通过固定在旋转轴27上的前 侧旋转构件31F和后侧旋转构件31R构成作为转子的旋转构件31 。在该旋转构件31的旋转轴方向上的后盖24侧端面，安装有外周侧具 有多个叶片的作为通风机构的板状风扇32，和旋转构件31—体旋转。而 且，该风扇32的最外径的直径比旋转构件31的外径大，如图7所示，利 用由旋转产生的离心力使位于风扇32的内周侧的空气向外周侧流通。前侧旋转构件31F和后侧旋转构件31R由位于内周侧的轴部31a和位 于外周侧的轴向截面是L字形状的爪部31b构成，通过两旋转构件31F、 31R的轴部31a的轴向端部彼此相面对抵接，从而构成梯级(rundle)型 铁心。在轴部31a外周和爪部31b内周之间，绕旋转轴巻绕安装励磁线圈33，该励磁线圈33的两端沿着旋转轴27延伸出并分别与所述的滑环29 连接。因此，从电刷30经由滑环29供给的直流电流在励磁线圈33中流 通，伴随于此将旋转构件31磁化，环绕励磁线圈33周围而在旋转构件31 中形成磁路。而且，向励磁线圈33供给的电流，对应于电池的状态进行 控制，使得在发电电压变得比车辆的电池电压高时开始发电，但用于调节 发电电压的作为电压控制电路的IC调节器(没有图示)被内置于在后盖 24的内部配置的后述的整流回路34中，进行控制以使接线柱25的端子电 压始终为恒定电压。另外，在前托架20和后托架21的轴向上相对的部位形成有环状的阶 梯，在该阶梯处，与第一实施例大致相同的定子6在周方向上被分割为U 相磁极6a、 V相磁极6b、 W相磁极6c而被夹持固定。而且，各定子磁极 6a、 6b、 6c的配置和第一实施方式相同。如此将定子6在周方向上进行分 割并配置于前托架20和后托架21之间，如图7所示，在各定子磁极6a、 6b、 6c之间，为使由风扇32产生的空气流通过，形成有作为通风路的间 隙。另外，定子6上的爪磁极16b和转子31的爪部31b相隔微小的间隙 相对。定子6和第一实施例同样，由定子铁心13和定子绕组14构成，定子 绕组14与在后盖24内安装的整流回路34连接，进而，该整流回路34经 由接线柱25与电池连接。此外，整流回路34由多个二极管构成，通过这 些二极管，由U相、V相、W相的定子绕组14感应出的三相交流电压被 全波整流而变换为直流电压，之后与接线柱25连接。接着基于图8对于作为转子的旋转构件31进行详细说明。 在图8所示的前侧旋转构件31F和后侧旋转构件31R上，在周方向从 轴部31a的轴向外侧端设有多个、详细地说分别设有10个截面为L字形 状的爪部31b， 一共设有20个爪部31b。这些爪部31b在径向上以大致相 同的宽度延伸，并且在轴向上延伸成前端宽度变窄的逐渐变细的形状。另 外，在该爪部31b的前端变细形状部分的反旋转方向侧缘施加有宽度大的 倒角。这样形成的前侧旋转构件31F和后侧旋转构件31R，在其之间配置 励磁线圈33，在轴部31a端彼此抵接的状态下固定在旋转轴27上，使得 各个爪部31b在周方向上交替配置。
另外，在后侧旋转构件31R的轴向外侧端通过焊接等安装有图7所示 的风扇32。该风扇32是离心型风扇，通过冲压将周方向形成有多个突起 的金属板的突起部分上的周方向一侧折曲成近似圆弧状且近似垂直，并一 体成形有叶片，该叶片具有相对于半径方向倾斜的倾斜面。因此，若风扇 32在图7中向顺时针方向旋转，则空气从箭头所示的方向即内周侧向外周 侧流动。接着基于图9对于定子6进行详细说明。本实施例的定子6，如前所述与第一实施例大致相同，但如图9所示， 每个定子芯15上的爪磁极的数量是奇数即为5个，伴随于此，定子绕组 14的线圈端部14a在定子铁心13的周方向两端侧突出。另外，各个定子铁心13由四个定子铁心构成构件16构成，但各定子 芯15上的相互对置侧的爪磁极16b是偶数个即为2个，轴向外侧的爪磁 极16b是奇数个即为3个，因此，需要两种定子铁心构成构件16。其中， 具有三个爪磁极16b的定子铁心构成构件16，在周方向两端以及周方向大 致中央配置有爪磁极16b，具有两个爪磁极16b的定子铁心构成构件16， 从周方向两端开始隔开能够配置一个爪磁极16b的宽度，均等地配置两个 爪磁极16b。通过从轴向进行组合使如此构成的两种定子铁心构成构件16 的爪磁极16b彼此交替配置，由此形成定子芯15，进一步通过从轴向进行 组合使两个定子芯15彼此左右对称，由此构成定子铁心13。另外，由于 定子铁心13在周方向两端具有爪磁极16b，所以定子绕组14的线圈端部 14a在定子铁心13的周方向两端侧突出。接着，对于本实施例的动作进行说明。首先，由于伴随着发动机的启动，从曲柄旋转轴经由带向滑轮28传 递旋转，因此经由旋转轴27使作为转子的旋转构件31旋转。在此，若经 由滑环29从电刷30向在旋转构件31上设置的励磁线圈33供给直流电流， 则产生环绕励磁线圈33的内外周的磁通，因此在旋转构件31上的爪部31b 中交替形成N极和S极。由该励磁线圈33产生的磁通，从前面侧旋转构 件31F的N极爪部31b通过定子铁心13的一侧的爪磁极16b，环绕定子 绕组14的周围，到达另一侧的爪磁极16b。进而，通过该磁通到达后侧旋 转构件31R的S极的爪部31b，形成环绕旋转构件31和定子6的磁回路。
由于在各个相产生这样的磁回路，所以在定子绕组14中产生三相的交流 感应电压。如此发电的交流电压在整流回路34的作用下被全波整流而变换为直 流电压。整流后的直流电压被送到与电池连接的接线柱25，但由于感应电 压的大小与励磁电流和转速联动地变化，所以为了使连接的电池电压恒 定，需要根据转速来控制向励磁线圈33通电的电流。对励磁线圈33通电 的电流的控制是通过内置于整流回路34内的IC调节器(没有图示)进行 的。另外，在旋转构件31旋转时，风扇32也和旋转构件31 —起旋转， 但由于风扇32只设置在旋转构件31的后盖24侧，所以如图1的虚线的 箭头所示，夕卜部的空气从 托架20开口的孔流入，通过在定子磁极6a、 6b、 6c之间形成的各个通风路35，从在后托架21的径方向外侧开口的孔 流出，并且还从后托架21、后盖24的轴方向端开口的孔流入，与从前托 架20侧流入的空气合流，从在后托架21的径方向外侧开口的孔流出。因 此，定子6、旋转构件31、整流回路34被冷却，但特别是从通风路35的 周方向两侧突出的定子绕组14被通过通风路35的空气冷却，因此可以充 分冷却定子6。以上，对于第三实施例的结构进行了说明，以下表示第三实施例的作 用效果。根据第三实施例的交流发电机，具有定子以及转子，定子具有在周方 向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁心具有定子轭、 和从定子轭通过定子绕组的内侧开口以及定子绕组的外侧向转子侧突出 的多个爪磁极，定子轭与定子绕组相关联而被磁性分割，转子产生的磁通 通过爪磁极从而与定子绕组交链，基于转子的旋转与定子绕组交链的磁通 变化，在定子绕组上感应出电压，因此，磁通不会向其他的定子绕组侧泄 漏，可以实现发电效率的提高。进而，由于几乎没有各定子绕组之间的磁 通的来往，所以可以降低在各相之间的磁通的偏差。另外，由于是各相独 立的磁回路结构，所以即使增厚轴向的厚度，与各相交链的磁通以及绕组 的电感的平衡也良好。另外，在第三实施例的交流发电机上的各个定子绕组之间，设有在轴 向上流动空气的通风路，并且在该通风路上设有使空气流通的通风机构， 因此，可以提高定子的冷却效果。尤其，如果构成为在被磁性分割的每个 定子轭上设置奇数的爪磁极，则定子绕组的线圈端部从定子铁心的周方向 两端侧突出，因此，可以进一步提高定子绕组的冷却效果。另外，在第三实施例的交流发电机上的定子铁心的内周侧配置转子， 通风机构由在转子的至少轴向一端侧设置的外径比转子的外径大的风扇 构成，因此，可以增大通风的空气的流量。伴随于此，可以提高冷却效果。 此外，本实施例的定子由于在周方向上被分割，所以可以相对于转子从外 周侧组装定子磁极，即使使风扇的外径大于转子外径，也能进行组装。另外，在第三实施例的交流发电机上的转子上安装的风扇，由于只设 置于配置整流回路一侧的端面上，因此即使只—有一个风扇，空气也会从转 子的轴向两端侧向外周侧流通。因此，即使是一个风扇，也可以充分冷却 整流回路和定子。另外，第三实施例的交流发电机中的定子，由于按照每个定子绕组来 分割定子铁心，所以可以以相单位进行零件更换。因此，还具有如下效果， 即使发生不良情况，通过最低限的零件更换，也能够进行维护。以上，说明了第三实施例的作用效果，以下对于可以进行其他应用的 结构进行说明。在第三实施例中，虽然定子绕组从定子铁心的周方向两端侧突出，但 即使与第一实施例同样，定子绕组只在定子铁心的周方向一端侧突出，也 可以得到冷却效果。此时，由于可以縮窄相互的定子磁极之间的周方向间 隙，所以得到可尽量降低爪磁极的间距的偏差的作用效果。另外，在第三实施例中，虽然按照每个定子绕组分割了定子铁心，但 也可以将各个定子轭由非磁性体的构件一体化，在该非磁性体的构件上形 成通风路。若如此，可以在周方向上容易对各定子铁心进行定位。而且， 如果定子绕组露出在通风路内则可以提高冷却效果。另外，在第三实施例中，以三相三磁极的定子进行了说明，但为了降 低转子的偏芯的影响，也可以构成为三相六磁极的定子、配置成60度附 近的机械角，以三相的相位差来配置。此时，通过在对角线上配置同相线 圈，可以减小偏芯的影响。 [第四实施例]接着，对于将车辆用交流发电机的定子变更为其他形式的实施例基于 图10进行说明。图IO是表示定子以及转子的立体图。而且，对于与其他 实施例共通的部位以相同名称和相同符号表示。第四实施例的定子6在每个相巻绕有两个定子绕组14。 g卩，在每个定子芯15上巻绕定子绕组14。因此，定子绕组14环绕在定子铁心13的轴 向一端的外侧。如此构成的一对定子芯15在定子绕组14没有环绕的轴向 端部相对置成对抵接固定，从而，构成定子绕组14在定子铁心13的轴向 两端侧突出的定子6。而且，巻绕成相同相的两个定子绕组14串联连接。如此通过定子绕组14在定子铁心13的轴向两端侧露出，可以提高定 子绕组14的冷却效果。进而，如果在定子绕组14的突出的部分的内周配 置风扇，则可以期待进一步的冷却效果。此时，风扇如果设置在转子7的 轴向两端，则可以冷却两方的定子绕组14。[第五实施例]接着对于将车辆用交流发电机的定子进一步变更为其他形式的实施 例基于图ll进行说明。图ll (a)是表示定子以及转子的立体图。另外， 图11 (b)是只表示V相磁极和W相磁极的立体图。而且，对于与其他 实施例共通的部位以相同名称、相同符号表示。第五实施例的定子6虽然与第四实施例的定子6类似，但具有如下不 同点，即，使六个定子绕组14独立，通过轴向一方侧的三相绕组和轴向 另一方侧的三相绕组在同相线圈之间以电角度计具有30度的相位差。艮P， 如图ll (b)所示，将一对定子芯15以电角度错开30度配置。因此，可 以形成六相的定子6。如此，若形成六相的定子6进行全波整流，则具有可得到电压脉动小 的直流电压的作用效果。接着，对于可以从上述各实施方式把握的权利要求记载以外的发明， 以下和其作用效果一并说明。(1) 一种车辆用交流发电机，其特征是由如下部分构成定子，其 由在周方向上具有多个磁极部的定子铁心、和遍及周方向的规定角度环绕 地巻绕的多个定子绕组构成，在位于各定子绕组之间的至少一侧的线圈端 部设有可以流通空气的通风路；和转子，其相对于该定子被设置成相对旋 转自如，并具有与所述定子铁心的磁极部相对置的多个磁极。根据这样的 结构，可以得到和第17发明大致相同的作用效果，但是该发明方面的情 况下，以定子绕组的冷却为主，定子铁心也可以不被磁性分割。(2) 如(1)所述的车辆用交流发电机，其特征在于，至少具有如下 两个路径，其一路径是只在所述转子的轴向一端侧设置起到向所述通风路 通空气的作用的风扇，并且在设置该风扇的轴向一端侧设置对所述定子绕 组感应的电压进行整流的整流回路，通过所述风扇的旋转经由整流回路向 所述风扇的外周侧流通；其二路径是从所述转子上的没有设置所述风扇的 一侧的轴向另一端侧通过所述通风路向所述风扇的外周侧流通的路径。根 据这样的结构，即使是一个风扇也可以冷却整流回路、定子、和转子。(3) —种车辆用交流发电机，其特征在于，只在所述转子的轴向一 端侧设置起到向所述通风路通空气的作用的风扇，并且所述定子绕组被巻 绕成在所述定子铁心的轴向端侧从所述定子铁心露出，所述风扇的直径比 在所述定子铁心的轴向端侧露出的所述定子绕组的内径小，在所述定子绕 组的内周配置的、在所述定子铁心的轴向端侧露出的所述定子绕组被巻绕 成朝向轴向端面直径扩大。根据这样的结构，可以抑制空气从风扇向外周 侧流动的阻力。因此，空气的流速增加，冷却效果提高，并且还可以降低 作用于转子的空气阻力。
权利要求
1.一种旋转电机，其特征在于，具有定子和转子，所述定子具有在周方向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁心具有定子轭、和从所述定子轭通过所述定子绕组的内侧开口以及所述定子绕组的外侧向所述转子侧突出的多个爪磁极，所述定子轭与所述定子绕组相关联而被磁性分割。
2. 如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子铁心从所述定子绕组的内侧开口分割成在轴向两侧成对。
3. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子铁心在所述定子绕组的位置沿轴向分割。
4. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于，所述定子铁心在所述定子绕组的内侧开口以及所述定子绕组的位置 沿轴向分割成四个定子铁心构成构件，各个该定子铁心构成构件形成相同 形状。
5. 如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子铁心由压粉铁心构成。
6. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子绕组的至少周方向一端部从所述定子铁心突出。
7. 如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于， 每个被磁性分割的所述定子轭设有奇数个所述爪磁极。
8. 如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于， 每个被磁性分割的所述定子轭设有偶数个所述爪磁极。
9. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于， 所述转子配置在所述定子铁心的内周侧，所述转子驱动泵，并且在所述爪磁极和所述转子之间配置有非磁性体的隔壁，在包括所述转子的所述 隔壁内导入有所述泵排出的排出介质。
10. 如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于， 所述排出介质是冷却介质。
11. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子绕组被巻绕成在所述定子铁心的轴向端侧从所述定子铁心露出。
12. 如权利要求ll所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子铁心在所述定子绕组不露出的一侧相对置地成对形成。
13. 如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述爪磁极形成为前端变细的形状。
14. 一种旋转电机，其特征在于， 具有定子和转子，所述定子具有在周方向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁心沿着所述定子绕组的周方向部分设置，并且在所述转子侧形 成多个磁极，所述定子铁心按照每个所述定子绕组分割。
15. 如权利要求14所述的旋转电机，其特征在于， 在被分割的各个所述定子铁心的轴向端面，嵌合有对各定子铁心进行定位的定位构件。
16. 如权利要求15所述的旋转电机，其特征在于， 所述定子铁心至少在所述定子绕组的内侧开口沿轴向分割成多个定子铁心构成构件，各个该定子铁心构成构件形成为相同形状，在所述定子 绕组的内侧开口，在各个所述定子铁心构成构件相对置的位置，嵌合有由 磁性体构成的连结构件。
17. —种交流发电机，其特征在于， 具有定子和转子，所述定子具有在周方向上以规定间隔配置的多个定子绕组和定子铁心，定子铁心具有定子轭、和从所述定子轭通过所述定子绕组的内侧开 口以及所述定子绕组的外侧向所述转子侧突出的多个爪磁极， 所述定子轭与所述定子绕组相关联而被磁性分割，所述转子产生的磁通通过所述爪磁极而与所述定子绕组交链，基于所 述转子的旋转，与所述定子绕组交链的磁通变化，在所述定子绕组上感应 出电压。
18. 如权利要求17所述的交流发电机，其特征在于，在各个所述定子绕组之间设有在轴向上流通空气的通风路，并且设有 使空气在该通风路流通的通风机构。
19. 如权利要求18所述的交流发电机，其特征在于， 所述转子配置在所述定子铁心的内周侧，所述通风机构由在所述转子的至少轴向一端侧设置的、外径大于所述转子的外径的风扇构成。
20. 如权利要求17所述的交流发电机，其特征在于， 被磁性分割的各个所述定子铁心具有一对所述爪磁极，在各个所述爪磁极上巻绕不同的所述定子绕组，并且各个所述爪磁极以电角度计具有相 位差。
全文摘要
本发明提供一种在定子铁心上容易卷绕定子绕组且可尽量防止效率恶化的旋转电机以及交流发电机。定子(6)具有在周方向上分割的多相的定子磁极(6a、6b、6c)，各个定子磁极(6a、6b、6c)由具有在轴向上延伸的多个爪磁极(16b)的圆弧状的定子铁心(13)和遍及周方向地卷绕成椭圆状的定子绕组(14)构成。这些定子磁极(6a、6b、6c)由于被磁性分割，所以漏磁通降低，可以实现效率提高。另外，如果在各个定子磁极(6a、6b、6c)之间流通空气，则还可以提高冷却效果。
文档编号H02K1/12GK101154836SQ20071014076
公开日2008年4月2日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年9月28日
发明者北村正司, 宝井健弥, 小山贵之, 田岛进, 金泽宏至 申请人:株式会社日立制作所