專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有作為馬達和發(fā)電機功能的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，特別地，涉及有效地適用于在小型摩托車(二輪車)用發(fā)動機和通用發(fā)動機等中使用的起動發(fā)電機的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于馬達和發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)電機的基本結(jié)構(gòu)是相同的，所以，多數(shù)以雙功能的兼用設(shè)備存在。例如，在小型摩托車或發(fā)動機發(fā)電機等中，大多采用作為兼用作發(fā)動機起動用的起動馬達、和被發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電用的發(fā)電用發(fā)電機的起動、發(fā)電兼用機的起動發(fā)電機。
但是，在這樣的起動發(fā)電機中，作為馬達所要求的性能和作為發(fā)電機所要求的性能之間存在差異，當(dāng)以發(fā)動機起動優(yōu)先而提高馬達輸出時，則存在發(fā)電能力過剩的缺點。因此，將多組線圈分別設(shè)定為馬達用和發(fā)電用，通過對它們進行適當(dāng)切換，提高了馬達、發(fā)電兩種特性的平衡。
例如，在特開平2-159951號公報中，記載了分別設(shè)置馬達用線圈和發(fā)電用線圈、各線圈分別用于起動專用和發(fā)電專用的起動發(fā)電裝置。在該公報的裝置中，分別在突出設(shè)置于定子鐵芯上的牙的內(nèi)側(cè)部分上卷繞起動線圈(馬達用線圈)、在外側(cè)部分上卷繞發(fā)電線圈。分別使用起動線圈和發(fā)電線圈，在使用起動線圈起動發(fā)動機之后，利用發(fā)電線圈進行發(fā)電。每相隔一個牙配置發(fā)電線圈，與對全部的牙進行繞線的情況相比，可以抑制發(fā)電時的電流量、發(fā)熱量。
并且，一部分線圈兼用于馬達和發(fā)電，將多組線圈分成馬達用和發(fā)電用的起動發(fā)電機也是常見的。例如，在采用三相四組線圈的情況下，在這樣的起動發(fā)電機中，通常，按照圖2(a)所示進行連線。在這種情況下，作為馬達使用時，線圈1a～1d全部使用以確保輸出，當(dāng)發(fā)電時，僅使用線圈1d以進行發(fā)電。即，發(fā)電時僅涂黑的線圈1d作用，其它線圈1a～1c處于斷開的狀態(tài)。在按此配置的情況下，在磁場中旋轉(zhuǎn)的線圈之中，只有線圈1d受到制動力，磁平衡變差，存在產(chǎn)生磁音和轉(zhuǎn)子的偏差這樣的噪音、振動問題的缺點。
另一方面，在特開平2-159951號公報這樣的裝置中，通過等分配置發(fā)電線圈，不會產(chǎn)生磁平衡不均衡的缺點，在該公報中也沒有言及有關(guān)磁平衡的內(nèi)容。但是，在這種結(jié)構(gòu)的起動發(fā)電機中，由于起動線圈和發(fā)電線圈在徑向方向上并列配置，所以定子鐵芯的外徑增大，存在裝置整體變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，改善具有馬達和發(fā)電機功能的旋轉(zhuǎn)電機在發(fā)電時的磁平衡，以便降低磁聲和振動。并且，本發(fā)明的另一個目的是，改善磁平衡同時使裝置小型化。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的卷線結(jié)構(gòu)，配有多組多相線圈、具有馬達和發(fā)電機功能，其特征在于，包括在前述旋轉(zhuǎn)電機作為馬達的情況下使用的馬達線圈；和在前述馬達線圈之間等分配置各相線圈、在前述旋轉(zhuǎn)電機作為發(fā)電機的情況下使用的發(fā)電線圈。
在本發(fā)明中，由于發(fā)電線圈的繞線等分配置在馬達線圈之間，所以在發(fā)電時利用發(fā)電線圈的各繞線產(chǎn)生的力相互抵消。因而，可以實現(xiàn)發(fā)電時的磁平衡均勻化，抑制平衡惡化所引起的磁音和轉(zhuǎn)子的偏心，可以降低起動發(fā)電機的噪音和振動。
在前述旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)中，可以將前述馬達線圈的各相繞線相鄰配置，以形成一組繞線組，在前述繞線組之間分別配制前述發(fā)電線圈的各相繞線，借此，可以空間利用率高地配置馬達線圈和發(fā)電線圈。并且，前述發(fā)電線圈也可以作為在將前述旋轉(zhuǎn)電機用作馬達的情況下使用的馬達發(fā)電兼用線圈，借此，可以提高線圈的使用效率，減少線圈數(shù)目。而且，借助空間利用率提高或線圈使用率提高的效果、或者它們的疊加(相乘)效果，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機的小型化。另外，前述馬達線圈也可以是僅在將前述旋轉(zhuǎn)電機作為馬達的情況下使用的馬達專用線圈。
并且，在前述旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)中，前述旋轉(zhuǎn)電機可以配有由3組前述馬達線圈和1組前述發(fā)電線圈構(gòu)成的3相4組線圈。此外，在前述旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)中，前述旋轉(zhuǎn)電機可以是連接到發(fā)動機的曲柄軸上、當(dāng)前述發(fā)動機起動時作為起動馬達、在前述發(fā)動機起動之后作為發(fā)電機的起動發(fā)電機。


圖1是表示使用本發(fā)明實施形式1的繞線結(jié)構(gòu)的起動發(fā)電機的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖2是表示圖1的起動發(fā)電機中的線圈的繞線結(jié)構(gòu)的說明圖，(a)表示現(xiàn)有的普通繞線結(jié)構(gòu)，(b)表示該起動發(fā)電機中的繞線結(jié)構(gòu)。
圖3是表示將3相2組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖。
圖4是表示將3相5組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖。
圖5是表示將3相6組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖。
圖6是表示將5相2組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖。
圖7是表示將5相3組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖。
圖8是表示將5相4組線圈配置到根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中的例子的說明圖，(a)表示5相4組線圈分別并聯(lián)連接的情況，(b)表示5相4組線圈每2組并聯(lián)連接的情況。
具體實施例方式
(實施形式1)以下，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施形式。本實施形式中的旋轉(zhuǎn)電機是兼用作發(fā)動機起動裝置(起動器)和發(fā)電裝置(ACG)的起動發(fā)電機，與發(fā)動機成一體地組合起來，用于摩托車或發(fā)動機發(fā)電機等。該起動發(fā)電機是將具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子配置到繞裝有線圈的定子周圍而構(gòu)成的，轉(zhuǎn)子直接連接到發(fā)動機的曲柄軸上。而且，當(dāng)發(fā)動機起動時，通過向定子側(cè)的線圈通電，起到起動馬達的作用，在發(fā)動機起動之后，利用永磁鐵的旋轉(zhuǎn)在線圈中產(chǎn)生電力，起到發(fā)電機的作用。另外，起動發(fā)電機，根據(jù)將轉(zhuǎn)子和定子中的哪一方配置在外側(cè)，而將裝置的形式分成內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型，而本發(fā)明的起動發(fā)電機可以適用于任何形式。
圖1是表示采用本發(fā)明實施形式1的繞線結(jié)構(gòu)的起動發(fā)電機的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。其中，在定子側(cè)設(shè)有繞線部1，該繞線部1具有將U、V、W三相繞線Y(星)形連接的線圈(多相線圈)1a～1d。在該繞線部1中，各線圈1a～1d相互并聯(lián)連接。在該實施形式中，繞線部1的線圈之中的線圈1d，形成在起動時和發(fā)電時均使用的起動發(fā)電線圈(發(fā)電線圈)。與此相對，其余的線圈1a～1c，形成僅在啟動時使用的起動專用線圈(馬達線圈)。
如圖1所示，繞線部1連接到采用FET(半導(dǎo)體元件)2a～2f形成的橋接電路構(gòu)成的反相器(反相電路)3的控制系統(tǒng)(控制機構(gòu))5上。反相器3兼具根據(jù)圖中未示出的轉(zhuǎn)子位置傳感器的檢測結(jié)構(gòu)使形成旋轉(zhuǎn)磁場的電流流過線圈1a～1d的通電控制功能、和對由線圈1a～1d形成的發(fā)電電流進行整流的整流器功能，配有6個磁場效應(yīng)晶體管FET2a～2f、和分別與它們并聯(lián)連接的6個寄生二極管6a～6f。
在該反相器3中，三列各橋接列將高(電平)側(cè)的各FET2a、2c、2e和低(電平)側(cè)的各FET2b、2d、2f分別串聯(lián)連接起來。在這種情況下，F(xiàn)ET2a、2c、2e連接到與電池7連接的電源電位上。并且，F(xiàn)ET2b、2d、2f同時與接地電位連接。線圈1a～1d的各相分別連接到各橋接列的各FET2a、2c、2e和各FET2b、2d、2f的各連接節(jié)點上。即，在FET2a、2b之間連接U相線圈，在FET2c、2d之間連接V相線圈，在FET2e、2f之間連接W相線圈。并且，F(xiàn)ET2a～2f的各門(gate)之間連接3相橋路激勵器8。
在控制系統(tǒng)5中，在反相器3的高(電平)側(cè)，設(shè)置監(jiān)視被整流的輸出電壓的輸出監(jiān)視電路9。并且，在該輸出監(jiān)視電路9的后段設(shè)有根據(jù)其監(jiān)視結(jié)構(gòu)進行3相橋路激勵器8等的控制的CPU10。而且，F(xiàn)ET2a～2f根據(jù)CPU10指令，由3相橋路激勵器8進行門控制。
另一方面，在繞線部1和反相器3之間，夾裝繼電器(開關(guān)機構(gòu))4a～4c。如圖1所示，繼電器4a、4b配置在FET2c、2d之間和線圈1a～1d的V相線圈之間，繼電器4c配置在FET2e、2f之間和線圈1a～1d的W相線圈之間。在這種情況下，繼電器4a連接到線圈1d的V相線圈和FET2c、2d之間，繼電器4b在線圈1d的V相線圈的后段側(cè)與線圈1a～1c的V相線圈相連。另外，繼電器4a～4c以常開狀態(tài)配置。
在此，如前面所述，線圈1a～1d通常按照圖2(a)所示連線，在這樣配置的情況下，發(fā)電時的磁平衡惡化，產(chǎn)生磁音和轉(zhuǎn)子偏心這樣的噪音、振動問題。因此，在該起動發(fā)電機中，為了使磁平衡均勻化，如圖2(b)所示，將線圈1d的連線三等分配置于線圈1a～1c之間。在這種情況下，如圖2(b)所示，線圈1a～1d卷繞到與各相繞線相鄰的槽中，分別形成一組繞線組，線圈1d中的U、V、W的各相繞線分別配置在這些線圈組之間。另外，線圈1a～1d的繞線完全等間隔(30度間距)地配置。
在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，位于旋轉(zhuǎn)磁場中的線圈1a～1d受到它的影響，但是由于在發(fā)電時線圈1a～1c處于開放的狀態(tài)，所以不會因此而產(chǎn)生制動力。與此相對，由于線圈1d是在發(fā)電時使用的，所以伴隨著起電力的產(chǎn)生，由線圈1d在妨礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生制動力。但是，線圈1d由于各相的繞線等分配置在繞線組之間，所以由各繞線產(chǎn)生的力相互抵消。因此，在該繞線結(jié)構(gòu)中，可以實現(xiàn)發(fā)電時的磁平衡的均等化，可以降低磁音和振動。
并且，通過將線圈1d分散地配置在線圈1a～1c之間，可以發(fā)電線圈配置在馬達線圈的繞線組之間，空間利用率高地配置馬達線圈和發(fā)電線圈。進而，由于線圈1d作為馬達發(fā)電兩用線圈，所以可以毫無浪費地使用線圈，可以減少線圈的數(shù)目，在提高空間利用率的同時使裝置小型化。
其次，說明這種起動發(fā)電機的操作。首先，在起動發(fā)動機的情況下，最初，繼電器4a～4c全部接通，使繞線部1和反相器(インバ一タ)3相連接。之后，接通圖中未示出的起動開關(guān)。這時，起動發(fā)電機由無電刷馬達構(gòu)成，利用3相橋路激勵器8從電池7向線圈1a～1d的U、V、W各相提供電力，使它們順序激磁。借此，驅(qū)動轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)曲柄軸，起動發(fā)動機。即，當(dāng)發(fā)動機起動時，利用全部線圈1a～1d構(gòu)成起動馬達，滿足馬達的性能。
發(fā)動機起動之后，斷開繼電器4b、4c，僅接通繼電器4a。借此，將線圈1a～1c從反相器3上分離開，起動發(fā)電機形成由線圈1d構(gòu)成的發(fā)電裝置。在這種情況下，在起動發(fā)電機中，由于采用繼電器作為切斷線圈1a～1c的開關(guān)機構(gòu)，所以線圈1a～1c與反相器3物理地完全切斷。因此，在當(dāng)利用所有線圈1a～1d進行發(fā)電時產(chǎn)生發(fā)電過剩的情況下，可以在發(fā)電時僅使用線圈1d，以抑制發(fā)電量。
另一方面，雖然如前面所述，發(fā)電時的線圈1d產(chǎn)生制動力，但是，如圖2(b)所示，由于各相的繞線等分地配置于繞線組之間，所以在該起動發(fā)電機中，在發(fā)電時仍可以保持良好的磁平衡。因而，可以抑制平衡惡化引起的磁音和轉(zhuǎn)子的偏心，可以降低起動發(fā)電機的噪音和振動。
(實施形式2)進而，作為實施形式2，表示在與實施形式1相同的3相旋轉(zhuǎn)電機中線圈的組數(shù)不同的例子。圖3是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置3相2組(6槽)線圈的例子的說明圖，圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置3相5組(15槽)線圈的例子的說明圖，圖5是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置3相6組(18槽)線圈的例子的說明圖。
在圖3的繞線結(jié)構(gòu)中，3相2組線圈并聯(lián)連接，起動專用線圈11的各相繞線U、V、W間隔120度地等分配置。而且，在它們之間等分配置起動發(fā)電線圈12的各相繞線。并且，在圖4的情況下，并聯(lián)連接3相5組線圈，在等分配置的3組起動專用線圈13a～13c的線圈組之間，等分配置2組起動發(fā)電線圈14a、14b。進而，在圖5的情況下，并聯(lián)連接3相6組線圈，在每2組等分配置的起動專用線圈15a～15d的線圈組之間，等分地配置2組起動發(fā)電線圈16a、16b。另外，在這種情況下，如虛線所示，也可以將起動專用線圈15a、15b和起動專用線圈15c、15d分別作為1組、3組并聯(lián)配線。
(實施形式3)進而，作為實施形式3，表示將本發(fā)明用于與實施形式1不同的5相旋轉(zhuǎn)電機的例子。圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置5相2組(10槽)線圈的例子的說明圖，圖7是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置5相3組(15槽)線圈的例子的說明圖，圖8(a)、(b)是表示在根據(jù)本發(fā)明的繞線結(jié)構(gòu)中配置5相4組(20槽)線圈的例子的說明圖。
在圖6的繞線結(jié)構(gòu)中，并聯(lián)連接5相2組線圈，起動專用線圈17的各相繞線U、V、W、X、Y以72度間隔等分配置。而且，在它們之間等分配置起動發(fā)電線圈18的各相繞線。并且，在圖7的情況下，并聯(lián)連接5相3組線圈，等分配置2組起動專用線圈19a、19b的各相繞線、和1組起動發(fā)電線圈20的各相繞線。進而，在圖8(a)的情況下，并聯(lián)連接5相4組繞線，等分地配置3組起動專用繞線21a～21c的各相繞線、和1組起動發(fā)電繞線22的各相繞線。另一方面，在圖8(b)的情況下，每2組并聯(lián)配置5相4組繞線，等分配置起動專用線圈23a、23b的繞線組、和起動發(fā)電線圈24a、24b的繞線組。
本發(fā)明不限于前述實施形式，不言而喻，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)，可以進行各種改變。
例如，在前述實施形式中，表示的是僅將線圈1d作為起動發(fā)電線圈的例子，但是，根據(jù)所必需的發(fā)電量，也可以適當(dāng)?shù)貙⑵渌€圈作為起動發(fā)電線圈。并且，雖然線圈1d是起動發(fā)電兩用線圈，但是也可以將其作為發(fā)電專用的線圈。進而，作為實施形式2、3，表示將本發(fā)明用于3相和5相線圈中的例子，但是本發(fā)明的適用對象不限于這些，還可以適用于多相線圈或組數(shù)多的(多槽)線圈。
采用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，配有多組多相線圈，在具有馬達和發(fā)電機功能的旋轉(zhuǎn)電機中，由于在將旋轉(zhuǎn)電機作為發(fā)電機的情況下使用的發(fā)電線圈的繞線、被等分地配置于在旋轉(zhuǎn)電機作為馬達的情況下使用的馬達線圈之間，因此，由發(fā)電時發(fā)電線圈的各繞線產(chǎn)生的力相互抵消，可以實現(xiàn)發(fā)電時磁平衡的均勻化。因此，可以抑制平衡惡化所引起的磁音和轉(zhuǎn)子偏心，可以降低起動發(fā)電機的噪音和振動。
并且，采用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，通過分別在馬達線圈的繞線組之間配置發(fā)電線圈的各相繞線，可以空間效率高地配置馬達線圈和發(fā)電線圈，可以使旋轉(zhuǎn)電機小型化。進而，通過將發(fā)電線圈制成馬達發(fā)電兩用線圈，可以提高線圈的使用效率，減少線圈的數(shù)目，使旋轉(zhuǎn)電機小型化。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機的卷線結(jié)構(gòu)，配有多組多相線圈、具有馬達和發(fā)電機功能，其特征在于，包括在前述旋轉(zhuǎn)電機作為馬達的情況下使用的馬達線圈；和在前述馬達線圈之間等分配置各相線圈、在前述旋轉(zhuǎn)電機作為發(fā)電機的情況下使用的發(fā)電線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，將前述馬達線圈的各相繞線相鄰配置，以形成一組繞線組，在前述繞線組之間分別配置前述發(fā)電線圈的各相繞線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，前述發(fā)電線圈是在將前述旋轉(zhuǎn)電機用作馬達的情況下也被使用的馬達發(fā)電兼用線圈。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于前述馬達線圈是僅在將前述旋轉(zhuǎn)電機作為馬達的情況下被使用。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于前述旋轉(zhuǎn)電機配有3相4組線圈，前述線圈由3組前述馬達線圈和1組前述發(fā)電線圈構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1～5中的任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，前述旋轉(zhuǎn)電機連接到發(fā)動機的曲柄軸上、當(dāng)前述發(fā)動機起動時作為起動馬達、在前述發(fā)動機起動之后作為發(fā)電機的起動發(fā)電機。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)電機的繞線結(jié)構(gòu)，配有3相4組線圈(1a～1d)，在具有起動馬達和發(fā)電機功能的起動發(fā)電機中，在該起動發(fā)電機用作發(fā)電機的情況下和在用作馬達的情況下均被使用的起動發(fā)電線圈(1d)的繞線，等分地配置在僅在旋轉(zhuǎn)電機用作馬達的情況下使用的起動專用線圈(1a～1c)之間。在發(fā)電時，僅使用起動發(fā)電線圈(1d)，這時，由于各繞線等分配置，所以由起動發(fā)電線圈(1d)產(chǎn)生的力被相互抵消，可以使發(fā)電時的磁平衡均衡化。
文檔編號H02K3/28GK1568566SQ0282004
公開日2005年1月19日 申請日期2002年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者渡邊仁之, 內(nèi)山英和 申請人:株式會社美姿把