DE10056558A1 - Wechselstromgenerator zur Verwendung in einem Fahrzeug - Google Patents

Wechselstromgenerator zur Verwendung in einem Fahrzeug

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Abstract

Ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug beinhaltet: einen Rotor, welcher drehbar in einem Gehäuse gelagert ist; und einen Stator mit einem zylindrischen Statorkern, in welchem mehrere Schlitze in gegebenen Abständen in Umfangsrichtung ausgeformt sind, so dass sie sich in Richtung der inneren Umfangsfläche des Statorkerns öffnen, und mit einer Statorwicklung, die durch Verbinden von drei Einphasen-Wicklungen gebildet wird, welche auf den Statorkern in Y-Schaltung gewickelt sind, wobei der Stator an das Gehäuse so angebracht ist, dass er den Rotor umgibt, wobei jede der Einphasen-Wicklungen eine erste Wicklung beinhaltet, welche in der Y-Schaltung verschaltet ist, und eine zweite Wicklung, welche in Serie mit der ersten Wicklung geschaltet ist und welche einen gegebenen Phasenunterschied im elektrischen Winkel bezüglich der ersten Wicklung hat, und wobei ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, welche jede der Dreiphasen-Wicklungen bilden, mit einem Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden ist, und wobei ein Endabschnitt der zweiten Wicklung, die Teil jeder der Einphasen-Wicklungen ist, mit einem anderen Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug, und insbesondere den Aufbau einer Statorwicklung, die auf einen Stator in einem Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gewickelt ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welche allgemein einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 5 wird der Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug aufgebaut durch drehbares Anbringen eines Rotors 7 vom Lundell-Typ innerhalb eines Gehäuses 3, welches aus einem vorderen Aluminiumträger 1 und einem hinteren Aluminiumträger 2 besteht, mittels einer Welle 6, und durch Befestigen eines Stators 8 an einer inneren Wand des Gehäuses 3, um eine äußere Umfangsseite des Rotors 7 abzudecken.
Die Welle 6 ist drehbar durch den vorderen Träger 1 und den hinteren Träger 2 gelagert. Eine Rillenscheibe 4 ist an einem Ende der Welle 6 befestigt, so dass das Drehmoment einer Maschine an eine Welle 6 mittels eines Riemens (nicht dargestellt) übertragen werden kann. Schleifringe 9 zum Zuführen eines Stroms an den Rotor 7 sind an dem anderen Endabschnitt der Welle 6 befestigt, und ein Paar von Schleifbürsten 10 sind in einem Bürstenhalter 11 eingebaut, welcher in dem Gehäuse 3 angeordnet ist, so dass das Paar von Schleifbürsten 10 in Kontakt mit den Schleifringen 9 gleitet. Ein Regler 18 zum Einstellen der Stärke einer Wechselspannung, welche in dem Stator 8 erzeugt wird, ist mittels eines Haftmittels an einem Kühlkörper 17 befestigt, welcher an dem Bürstenhalter 11 angebracht ist. Ein Gleichrichter 12, welcher elektrisch mit dem Stator 8 verbunden ist und den Wechselstrom, der in dem Stator 8 erzeugt wird, zu einen Gleichstrom gleichrichtet, ist in dem Gehäuse 3 befestigt.
Der Rotor 7 besteht aus einer Rotorwicklung 13 zum Erzeugen eines magnetischen Flusses beim Durchtritt von elektrischem Strom und aus einem Paar von Polkernen 20 und 21, die so angeordnet sind, dass sie die Rotorwicklung 13 abdecken, wobei magnetische Pole in den Polkernen 20 und 21 durch den in der Rotorwicklung 13 erzeugten magnetischen Fluss gebildet werden. Das Paar von Polkernen 20 und 21 ist aus Eisen, jeder hat sechs klauenförmige magnetische Pole 22 und 23, welche an einem äußeren Umkreis in regelmäßigem Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie axial hervorstehen, und die Polkerne 20 und 21 sind einander gegenüberliegend an der Welle 6 befestigt, so dass die klauenförmigen magnetischen Pole 22 und 23 ineinandergreifen. Außerdem sind Lüfter 5 an beiden Enden in axialer Richtung des Rotors 7 angeordnet.
Der Stator 8 besteht aus einem zylindrischen Statorkern 15 mit mehreren Schlitzen, welche sich axial erstrecken und einen vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung haben, und aus einer Statorwicklung 16, welche auf den Statorkern 15 gewickelt ist.
In dem so aufgebauten Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug wird ein Strom von einer Batterie (nicht dargestellt) durch die Schleifbürsten 10 und die Schleifringe 9 der Rotorwicklung 13 zugeführt, um so einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Die klauenförmigen magnetischen Pole 22 des Polkerns 20 werden durch diesen magnetischen Fluss mit Nordpolen (N) magnetisiert, und die klauenförmigen magnetischen Pole 23 des Polkerns 21 werden mit Südpolen (S) magnetisiert. Gleichzeitig wird ein Drehmoment von der Maschine durch den Riemen und die Rillenscheibe 4 an die Welle 6 übertragen, wodurch der Rotor 7 gedreht wird. So wird ein rotierendes magnetisches Feld auf die Statorwicklung 16 aufgebracht, und eine elektromotorische Kraft wird in der Statorwicklung 16 erzeugt. Diese elektromotorische Wechselstromkraft passiert den Gleichrichter 12 und wird in eine elektromotorische Gleichstromkraft umgewandelt, die Stärke der elektromotorischen Kraft wird durch den Regler 12 eingestellt, und die Batterie wird wieder aufgeladen.
Nun wird der Aufbau der Statorwicklung 16 mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. In diesem Beispiel ist die Anzahl der magnetischen Pole des Rotors 7 12. In Fig. 6 bezeichnen Bezugsziffern 1 bis 36 Schlitznummern.
Der Statorkern 15 ist aus einem zylindrischen magnetischen Material gemacht, in welchem 36 Schlitze 15a mit einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung so ausgeformt sind, dass sie sich zu der inneren Umfangsfläche des Statorkerns hin öffnen.
Eine Wicklung 30 wird gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 1, 4, 7, . . ., 34 ist. Eine Wicklung 31 wird gebildet durch wellenförmiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 3, 6, 9, . . ., 36 ist. Eine Wicklung 32 wird gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 5, 8, 11, . . ., 2 ist.
Diese drei so gebildeten Wicklungen 30, 31 und 32 werden an ihren Wicklungsendabschnitten 30b, 31b und 32b verbunden, d. h., sie werden zu einer Y-Schaltung zusammengeschaltet, um die Statorwicklung 16 zu bilden. Der Verbindungsabschnitt der Wicklungsendabschnitte 30b, 31b und 32b wird ein neutraler Punkt der Statorwicklung 16, und die Wicklungsstartabschnitte 30a, 31a und 32a werden Anschlussdrähte der Statorwicklung 16. Diese drei Wicklungen 30, 31 und 32 unterscheiden sich in ihrem elektrischen Phasenwinkel um 120°.
Der Gleichrichter 12 ist so aufgebaut, dass eine Plusseitendiode d11 und eine Minusseitendiode d21, welche in Serie geschaltet sind, eine Plusseitendiode d12 und eine Minusseitendiode d22, welche in Serie geschaltet sind, eine Plusseitendiode d13 und eine Minusseitendiode d23, welche in Serie geschaltet sind, und eine Plusseitendiode d14 und eine Minusseitendiode d24, welche in Serie geschaltet sind, parallel zwischen einer Ausgangsklemme B und der Erde miteinander verbunden sind. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Statorwicklung 16 auch mit dem Gleichrichter 12 so verbunden, dass der Wicklungsstartabschnitt 30a der Wicklung 30 zwischen der Plusseitendiode d11 und der Minusseitendiode d21 angeschlossen ist, welche in Serie geschaltet sind, der Wicklungsstartabschnitt 31a der Wicklung 31 ist zwischen der Plusseitendiode d12 und der Minusseitendiode d22 angeschlossen, welche in Serie geschaltet sind, der Wicklungsstartabschnitt 32a der Wicklung 32 ist zwischen der Plusseitendiode d13 und der Minusseitendiode d23 angeschlossen, welche in Serie geschaltet sind, und der neutrale Punkt ist zwischen der Plusseitendiode d14 und der Minusseitendiode d24 angeschlossen, welche in Serie geschaltet sind.
In dem so aufgebauten Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug entsteht, wenn die Drehgeschwindigkeit gering ist, eine Spannung von √3 mal der durch eine einzelne Phase induzierten Spannung zwischen den Drähten. Wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist, wird dieser Generator auch eingesetzt, obwohl der magnetische Hauptfluss geschwächt wird durch einen dreiphasigen Wechselstrom, welcher in den drei Einphasenwicklungen 30, 31 und 32 fließt, da eine dreifach höhere harmonische elektromotorische Kraft verbleibt, wobei die Diode mit dem neutralen Punkt verbunden ist.
Bei dem herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug wird, da die Statorwicklung 16 durch Zusammenschalten der drei Einphasenwicklungen 30, 31 und 32 in eine Y-Schaltung aufgebaut ist, welche sich um 120° in ihrem elektrischen Winkel unterscheiden, nur eine Spannung von √3 mal der induzierten Einphasenspannung zwischen den Drähten erzeugt, wodurch das Problem entsteht, dass der herkömmliche Wechselstromgenerator eine Anforderung an die Spannungserzeugung nicht erfüllen könnte, wenn die Drehgeschwindigkeit gering ist.
Um die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen, wird vorgeschlagen, dass die Anzahl von Windungen der Wicklungen 30, 31 und 32 in den entsprechenden Phasen erhöht wird. In diesem Fall entsteht jedoch das Problem, dass ein erzeugter Strom sinkt, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist entstanden, um die oben genannten Probleme der herkömmlichen Generatoren zu lösen, und daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug mit einer verbesserten Statorwicklung zu schaffen, welche dazu fähig ist, eine zwischen den Drähten entstehende Spannung groß zu machen und einen erzeugten Strom bei einer höheren Drehgeschwindigkeit groß zu machen.
Um einen Aspekt der oben genannten Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug geschaffen, welcher beinhaltet:
einen Rotor, welcher drehbar in einem Gehäuse gelagert ist; und
einen Stator mit einem zylindrischen Statorkern, in welchem mehrere Schlitze in gegebenen Abständen in Umfangsrichtung so ausgeformt sind, dass sie sich in Richtung der inneren Umfangsfläche des Statorkerns öffnen, und mit einer Statorwicklung, die durch das Verbinden von drei Einphasen- Wicklungen gebildet wird, welche auf den Statorkern in Y- Schaltung gewickelt sind, wobei der Stator an das Gehäuse angebracht wird, um den Rotor zu umgeben,
wobei jede der Einphasen-Wicklungen eine erste Wicklung beinhaltet, welche mit der Y-Schaltung verschaltet ist, und eine zweite Wicklung, die in Serie zu der ersten Wicklung geschaltet ist und die eine gegebene Phasendifferenz in einem elektrischen Winkel bezüglich der ersten Wicklung hat, und
wobei ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, welche jede der Einphasen-Wicklungen bilden, mit einem Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden ist, und ein Endabschnitt der zweiten Wicklung, welche Teil jeder Einphasen-Wicklungen ist, ist mit einem anderen Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung, im Zusammenhang gesehen mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, welches eine elektrische Verbindung einer Statorwicklung in einem Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Entwicklungsdiagramm zur Erklärung der Struktur der Statorwicklung in einem Stator in dem Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Graph ist, welcher die Erzeugungskennlinie des Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erklärung der Struktur einer Statorwicklung in einem Stator eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, welche einen allgemeinen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug zeigt;
Fig. 6 ein Entwicklungsdiagramm zur Erläuterung der Struktur einer Statorwicklung in einem Stator in einem herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug ist; und
Fig. 7 ein Diagramm ist, welches eine elektrische Verbindung einer Statorwicklung in dem herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.
Erste Ausführungsform
Fig. 1 ist ein Diagramm, welches eine elektrische Verbindung einer Statorwicklung in einem Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist ein Entwicklungsdiagramm zur Erläuterung der Struktur der Statorwicklung in einem Stator des Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird eine Statorwicklung 16a gebildet durch Zusammenschalten dreier Einphasen-Wicklungen 40, 50 und 60 mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° in Y-Schaltung. Die Wicklung 40 wird aufgebaut durch Zusammenschalten einer ersten und einer zweiten Wicklung 41 und 42 mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° in Serie. Auch wird die Wicklung 50 gebildet durch Zusammenschalten einer ersten und einer zweiten Wicklung 51 und 52 mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° in Serie. Des Weiteren wird die Wicklung 60 gebildet durch Zusammenschalten einer ersten und einer zweiten Wicklung 61 und 62 mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° in Serie.
In diesem Beispiel werden diese drei Einphasen-Wicklungen 40, 50 und 60 aus denselben Leitern gebildet, und sie haben die gleiche Anzahl von Windungen. Auch die ersten Wicklungen 41, 51 und 61 sind in der Anzahl von Windungen mit den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 identisch.
Ein Gleichrichter 12A ist so ausgestaltet, dass eine Plusseitendiode d11 und eine Minusseitendiode d21 in Serie, eine Plusseitendiode d12 und eine Minusseitendiode d22 in Serie, eine Plusseitendiode d13 und eine Minusseitendiode d23 in Serie, eine Plusseitendiode d14 und eine Minusseitendiode d24 in Serie, eine Plusseitendiode d15 und eine Minusseitendiode d25 in Serie, eine Plusseitendiode d16 und eine Minusseitendiode d26 in Serie, und eine Plusseitendiode d17, und eine Minusseitendiode d27 in Serie parallel zwischen einer Ausgangsklemme B und der Erde zusammengeschlossen sind.
Eine Statorwicklung 16A ist auch mit dem Gleichrichter 12A in solcher Weise verbunden, dass ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung 41 und der zweiten Wicklung 42 der Wicklung 40 zwischen der Plusseitendiode d11 und der Minusseitendiode d21, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen ist, ein Endabschnitt der zweiten Wicklung 42 der Wicklung 40 ist zwischen der Plusseitendiode d12 und der Minusseitendiode d22, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen, ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung 51 und der zweiten Wicklung 52 der Wicklung 50 ist zwischen der Plusseitendiode d13 und der Minusseitendiode d23, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen, ein Endabschnitt der zweiten Wicklung 52 der Wicklung 50 ist zwischen der Plusseitendiode d14 und der Minusseitendiode d24, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen, ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung 61 und der zweiten Wicklung 62 der Wicklung 60 ist zwischen der Plusseitendiode d15 und der Minusseitendiode d25, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen, ein Endabschnitt der zweiten Wicklung 62 der Wicklung 60 ist zwischen der Plusseitendiode d16 und der Minusseitendiode d26, welche in Serie geschaltet sind, angeschlossen, und der neutrale Punkt ist zwischen der Plusseitendiode d17 und der Minusseitendiode d27, welche in Serie geschaltet sind, angeordnet.
Das heißt, in der elektrischen Verbindung gemäß der ersten Ausführungsform sind die Ausgangsenden der ersten Wicklungen 41, 51 und 61, welche in Y-Schaltung verbunden sind, mit einer Dreiphasen-Diodenbrücke verbunden, die Ausgangsenden der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, welche in Serie zu den ersten Wicklungen 41, 51 und 61 geschaltet sind, um einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zu schaffen, sind mit einer Dreiphasen-Diodenbrücke verbunden, und der neutrale Punkt ist mit einer Diodenbrücke verbunden.
Im Folgenden wird eine besondere Wicklungsgestaltung der Wicklungen 40, 50 und 60 in jeder Phase mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden. In Fig. 2 bezeichnen Bezugsziffern 1 bis 36 Schlitznummern.
Die erste Wicklung 41, welche die Wicklung 40 strukturiert, wird gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge von Schlitzen, in welche der Leiter 29 eingeführt ist, Schlitz Nr. 1, 4, 7, . . ., 34 ist. Andererseits wird die zweite Wicklung 42 gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 3, 6, 9, . . ., 36 ist. Die erste Wicklung 41 und die zweite Wicklung 42 haben einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zwischen sich, da die gewickelten Schlitze 15a um drei Schlitze versetzt sind. Dann wird die Wicklung 40 gebildet, so dass der Wicklungsstartabschnitt 41a der ersten Wicklung 41 und der Wicklungsendabschnitt 42b der zweiten Wicklung 42 miteinander verbunden werden, so dass die erste Wicklung 41 und die zweite Wicklung 42 in Serie geschaltet werden, um einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zu schaffen.
Die erste Wicklung 51, die die Wicklung 50 strukturiert, wird gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 3, 6, 9, . . ., 36 ist. Andererseits wird die zweite Wicklung 52 gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 5, 8, 11, . . ., 2 ist. Die erste Wicklung 51 und die zweite Wicklung 52 haben einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zwischen sich, da die gewickelten Schlitze 15a um drei Schlitze versetzt sind. Dann wird die Windung 50 so gebildet, dass der Wicklungsstartabschnitt 51a der ersten Wicklung 51 und der Wicklungsendabschnitt 52b der zweiten Wicklung 52 miteinander verbunden werden, so dass die erste Wicklung 51 und die zweite Wicklung 52 miteinander in Serie geschaltet werden, um einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zu schaffen.
Die erste Wicklung 61, die die Wicklung 60 strukturiert, wird gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 5, 8, 11, . . ., 2 ist. Andererseits wird die zweite Wicklung 62 gebildet durch wellenartiges Wickeln eines Leiters 29 in jeden dritten Schlitz 15a, so dass die Reihenfolge der Schlitze, in welche der Leiter 29 eingeführt wird, Schlitz Nr. 1, 4, 7, . . ., 34 ist. Die erste Wicklung 61 und die zweite Wicklung 62 haben einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zwischen sich, da die gewickelten Schlitze 15a um drei Schlitze versetzt sind. Dann wird die Wicklung 60 so gebildet, dass der Wicklungsstartabschnitt 61a der ersten Wicklung 61 und der Wicklungsendabschnitt 62b der zweiten Wicklung 62 miteinander verbunden werden, so dass die erste Wicklung 61 und die zweite Wicklung 62 in Serie geschaltet werden, um einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° zu schaffen.
Dann werden der Wicklungsendabschnitt 41b der ersten Wicklung 41, der Wicklungsendabschnitt 51b der ersten Wicklung 51 und der Wicklungsendabschnitt 61b der ersten Wicklung 61 miteinander verbunden, um einen Stator 8A zu erhalten, auf den die Statorwicklung 16A gewickelt ist, welche durch Zusammenschalten der drei Einphasen-Wicklungen 40, 50 und 60 mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° in Y-Schaltung gebildet wird.
In dem so aufgebauten Stator 8A sind die drei Einphasen- Wicklungen 40, 50 und 60, welche in Y-Schaltung zusammengeschaltet sind, aufgebaut durch Verbinden der ersten Wicklungen 41, 51 und 61 und der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, jeweils mit einem Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120°, in Serie, die Verbindungsabschnitte der ersten Wicklungen 41, 51 und 61 und der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 sind mit der Dreiphasen-Diodenbrücke verbunden, und die Endabschnitte der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 sind mit der Dreiphasen-Diodenbrücke verbunden. Daher ist die maximale Spannung, die zwischen den Drähten erzeugt wird, eine Spannung, die zweimal so groß ist wie eine Einphasen- Induktionsspannung. Als Ergebnis kann, da eine elektromotorische Kraft ohne Belastung groß wird, die Drehgeschwindigkeit beim Start der Erzeugung gesenkt werden, so dass eine Anforderung an die Erzeugung, wenn die Drehgeschwindigkeit gering ist, erfüllt wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist, ist auch, da ein Strom in den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 fließt, eine Ankerrückwirkung gering, und ein starker Strom fließt in den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, um so den Betrag der Erzeugung zu vergrößern.
Auch unter dem Gesichtspunkt des Stromflusses folgt zum Beispiel ein Strom, der in den Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung 61 und der zweiten Wicklung 62 fließt, Strompfaden von (-) → die erste Wicklung 61 → die erste Wicklung 41 → die zweite Wicklung 42 → B, (-) → die erste Wicklung 61 → die erste Wicklung 41 → B, und (-) → die zweite Wicklung 62 → B. Daher ist die Anzahl der Strompfade groß, so dass der Betrag der Erzeugung steigen kann.
Da auch die Diodenbrücke mit dem neutralen Punkt verbunden ist, werden drei parallele Kreise, bestehend aus (-) → der neutrale Punkt → die erste Wicklung 41 → B, (-) → der neutrale Punkt → die erste Wicklung 51 → B, und (-) → der neutrale Punkt → die erste Wicklung 61 → B gebildet, wobei diese parallelen Kreise sich so verhalten, als ob serielle und parallele Verbindungen umgeschaltet werden, wodurch sie fähig sind, einen Ausgangsstrom zu vergrößern.
Ein Ergebnis einer Messung der Erzeugungskennlinie nach der Herstellung eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug, an welchem der Stator 8A anstelle des Stators 8 angebracht ist, ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 ist die Erzeugungskennlinie des Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung als durchgehende Linie eingetragen, wohingegen die Erzeugungskennlinie des herkömmlichen Wechselstromgenerators als gestrichelte Linie eingetragen ist. Auch repräsentiert die Abszisse eine Drehgeschwindigkeit, während die Ordinate einen Ausgangsstrom nach Gleichrichtung repräsentiert.
Aus Fig. 3 wird deutlich, dass die Drehgeschwindigkeit beim Start der Erzeugung 100 (min-1) bei dem herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug beträgt, während die Drehgeschwindigkeit beim Start der Erzeugung 900 (min-1) beim Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt, d. h., eine Erzeugung wird bei einer niedrigeren Drehgeschwindigkeit ermöglicht.
Es wird außerdem deutlich, dass der Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausgangsgröße bei der Drehgeschwindigkeit von 2000 min-1 oder höher, verglichen mit dem herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug, erhöhen kann.
Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform werden die drei Einphasen- Wicklungen 40, 50 und 60 aus dem gleichen Leiter gebildet, und sie haben die gleiche Anzahl an Windungen. Außerdem ist die Anzahl der Windungen der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 größer als die Anzahl der Windungen der ersten Wicklungen 41, 51 und 61. Andere Strukturen sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform wird, da die Anzahl der Windungen der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 größer ist als die Anzahl der Windungen der ersten Wicklungen 41, 51 und 61, eine zwischen den Drähten erzeugte Spannung größer, um eine größere elektromotorische Kraft zu erhalten.
Dritte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform sind die ersten Wicklungen 41, 51 und 61 in ihrer Anzahl der Windungen identisch mit den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, und der Durchmesser des Leiters der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 ist größer als der Durchmesser des Leiters der ersten Wicklungen 41, 51 und 61. Andere Strukturen sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform wird, da der Durchmesser des Leiters der zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, in welchen ein starker Strom fließt, größer gemacht ist, die Erzeugungseffizienz bei einer hohen Drehgeschwindigkeit verbessert.
Vierte Ausführungsform
In einer vierten Ausführungsform sind, wie in Fig. 4 gezeigt, die ersten Wicklungen 41, 51 und 61 auf den Statorkern gewickelt, um in entsprechenden Schlitze 15a auf der relativ zu der Schlitztiefenrichtung tieferen Seite (der äußeren Umfangsseite in radialer Richtung) aufgenommen zu werden, und die zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 werden auf den Statorkern gewickelt, um in entsprechenden Schlitzen 15a auf der relativ zu der Schlitztiefenrichtung flacheren Seite (der inneren Umfangsseite in radialer Richtung) aufgenommen zu werden. Andere Strukturen sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
In der vierten Ausführungsform werden die ersten Wicklungen 41, 51 und 61 auf den Statorkern gewickelt, um in entsprechenden Schlitzen 15a auf der relativ zu der Schlitztiefenrichtung tieferen Seite aufgenommen zu werden, das heißt, an einer Unterseite der entsprechenden Schlitze 15a. Andererseits werden die zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 auf den Statorkern gewickelt, um in entsprechenden Schlitzen 15a auf der flacheren Seite relativ zu der Schlitztiefenrichtung, das heißt, auf einer Öffnungsseite der entsprechenden Schlitze 15a, aufgenommen zu werden.
Entsprechend wird, da eine Streuinduktivität der ersten Wicklungen 41, 51 und 61, welche auf der Unterseite der entsprechenden Schlitze 15a aufgenommen sind, groß ist, der Strom konzentriert auf den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62, welche an der Öffnungsseite der entsprechenden Schlitze 15a aufgenommen sind, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist, und eine Kennlinie nahe einer Einphasen-Ganzwellen-Gleichrichtung wird erhalten, wodurch es möglich wird, den Betrag der Erzeugung zu erhöhen.
Die oben genannten Ausführungsformen sind für einen Fall beschrieben, wo die Anzahl der magnetischen Pole des Rotors 7 12 ist und die Anzahl der Schlitze des Statorkerns 15 36 ist, das heißt, die Anzahl der Schlitze für jeden Pol und für jede Phase ist 1. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt. Es ist unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Fall angewandt werden kann, in welchem die Anzahl der Schlitze für jeden Pol und für jede Phase 2 oder mehr beträgt.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 so aufgebaut, dass sie einen Phasenunterschied im elektrischen Winkel von 120° bezüglich der ersten Wicklungen 41, 51 und 61 haben. In dem Fall, wo die Anzahl der Schlitze für jeden Pol und für jede Phase 1 ist, kann der Phasenunterschied im elektrischen Winkel zwischen den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 und den ersten Wicklungen 41, 51 und 61 auf 60°, 120° und 180° gesetzt werden. Zum Beispiel in dem Fall, wo der Phasenunterschied im elektrischen Winkel zwischen den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 und den ersten Wicklungen 41, 51 und 61 auf 60° gesetzt wird, kann die elektromotorische Kraft größer gemacht werden, verglichen mit dem Fall, wo der Phasenunterschied im elektrischen Winkel zwischen beiden Wicklungen auf 120° gesetzt wird, aber kein Strom fließt und eine Ausgangsgröße wird gesenkt, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist. Wenn daher die Drehgeschwindigkeit beim Start der Erzeugung und die Ausgangsgröße bei hoher Geschwindigkeit insgesamt bewertet werden, wenn die Anzahl der Schlitze für jeden Pol und für jede Phase 1 ist, ist es wünschenswert, dass der Phasenunterschied im elektrischen Winkel zwischen den zweiten Wicklungen 42, 52 und 62 und den ersten Wicklungen 41, 51 und 61 auf 120° gesetzt wird.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau hat die vorliegende Erfindung die im Folgenden beschriebenen Vorteile.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug geschaffen, der beinhaltet: einen Rotor, der drehbar in einem Gehäuse gelagert ist; und einen Stator mit einem zylindrischen Statorkern, in welchem mehrere Schlitze in gegebenen Intervallen in Umfangsrichtung so ausgeformt sind, dass sie sich in Richtung der inneren Umfangsfläche des Statorkerns öffnen, und drei Einphasen-Wicklungen sind auf den Statorkern gewickelt und in Y-Schaltung zusammengeschaltet, wobei der Stator an dem Gehäuse so angebracht ist, dass er den Rotor umgibt, wobei jede der Einphasen-Wicklungen eine erste Wicklung beinhaltet, welche mit der Y-Schaltung verbunden ist, und eine zweite Wicklung, die in Reihe mit der ersten Wicklung geschaltet ist und die einen gegebenen Phasenunterschied im elektrischen Winkel bezüglich der ersten Wicklung hat, und wobei ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, welche jede der Einphasen- Wicklungen bilden, mit einem Paar von Dreiphasen- Diodenbrücken verbunden ist, und ein Endabschnitt der zweiten Wicklung, welche jede der Einphasen-Wicklungen bildet, ist mit einem anderen Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden. Mit dem oben genannten Aufbau kann ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug geschaffen werden, in welchem die zwischen den Drähten erzeugte Spannung erhöht wird, so dass die Drehgeschwindigkeit beim Start der Erzeugung gesenkt werden kann, und der erzeugte Strom bei hoher Drehgeschwindigkeit steigt, so dass der Betrag an Erzeugung gesteigert werden kann.
Da die ersten Wicklungen und die zweiten Wicklungen, die die Einphasen-Wicklungen bilden, so aufgebaut sind, dass sie einen Phasenunterschied von 120° im elektrischen Winkel haben, kann eine Spannung, welche zweimal so hoch ist wie eine Einphasen-Induktionsspannung, zwischen den Drähten erzeugt werden.
Da außerdem der neutrale Punkt der oben genannten ersten Wicklungen, welche zu der Y-Schaltung zusammengeschaltet sind, mit der Diodenbrücke verbunden ist, wird eine große Anzahl von Strompfaden gebildet, und die ersten Wicklungen verhalten sich so, als ob serielle und parallele Verbindung umgeschaltet wird, wodurch sie fähig sind, den Ausgangsstrom zu erhöhen.
Des Weiteren wird in jeder der Einphasen-Wicklungen, da die Anzahl an Windungen der zweiten Wicklungen größer ist als die Anzahl der Windungen der ersten Wicklungen, die Spannung, die zwischen den Drähten erzeugt wird, groß, wodurch eine größere elektromotorische Kraft erhalten wird.
Außerdem wird in jeder der Einphasen-Wicklungen, da der Durchmesser eines Leiters der zweiten Wicklungen größer ist als der Durchmesser eines Leiters der ersten Wicklungen, die Erzeugungseffizienz bei einer hohen Drehgeschwindigkeit verbessert.
Außerdem wird in jeder der Einphasen-Wicklungen, da die ersten Wicklungen auf den Statorkern gewickelt werden, so dass die ersten Wicklungen an einer relativ zu der Schlitztiefenrichtung tieferen Seite innerhalb der Schlitze angeordnet sind, und da die zweiten Wicklungen auf den Statorkern gewickelt sind, so dass die zweiten Wicklungen auf einer flacheren Seite relativ zu der Schlitztiefenrichtung innerhalb der Schlitze angeordnet sind, der Strom auf den zweiten Wicklungen bei hoher Drehgeschwindigkeit konzentriert, und eine Kennlinie nahe einer Einphasen- Ganzwellen-Gleichrichtung wird erhalten, wodurch es möglich wird, den Betrag der Erzeugung zu erhöhen.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zum Zwecke der Verdeutlichung und Beschreibung erfolgt. Sie soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die offenbarte bestimmte Form begrenzen, und Modifikationen und Variationen sind möglich im Licht der oben genannten Lehre oder mögen aus der Ausführung der Erfindung gewonnen werden. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um einen Fachmann anzuleiten, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, welche für den Einzelfall geeignet erscheinen. Es ist beabsichtigt, dass der Bereich der Erfindung durch die anhängenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims (6)

1. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug mit:
einem Rotor (7), welcher drehbar innerhalb eines Gehäuses (3) gelagert ist; und
einem Stator (8A) mit einem zylindrischen Statorkern (15), in welchem mehrere Schlitze (15a), mit gegebenem Abstand in Umfangsrichtung, so ausgeformt sind, dass sie sich in Richtung der inneren Umfangsfläche des Statorkerns öffnen, und mit einer Statorwicklung (16A), die durch Zusammenschalten von drei Einphasen-Wicklungen (40, 50, 60) in Y-Schaltung aufgebaut wird, welche auf den Statorkern (15) gewickelt sind, wobei der Stator (8A) an das Gehäuse (3) so angebracht ist, dass er den Rotor (7) umgibt,
wobei jede der Einphasen-Wicklungen (40, 50, 60) eine erste Wicklung (41, 51, 61) beinhaltet, welche mit der Y-Schaltung verschaltet ist, und eine zweite Wicklung (42, 52, 62), welche in Reihe mit der ersten Wicklung (41, 51, 61) geschaltet ist und welche einen gegebenen Phasenunterschied im elektrischen Winkel bezüglich der ersten Wicklung (41, 51, 61) hat, und
wobei ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung (41, 51, 61) und der zweiten Wicklung (42, 52, 62), welche jede der Einphasen-Wicklungen (40, 50, 60) bilden, mit einem Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden ist, und wobei ein Endabschnitt der zweiten Wicklung (42, 52, 62), welcher Teil jeder Einphasen-Wicklung (40, 50, 60) ist, mit einem anderen Paar von Dreiphasen-Diodenbrücken verbunden ist.
2. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (41, 51, 61) und die zweite Wicklung (42, 52, 62), welche jede der Einphasen- Wicklungen (40, 50, 60) ausmachen, so aufgebaut sind, dass sie einen Phasenunterschied von 120° im elektrischen Winkel haben.
3. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei der neutrale Punkt der ersten Wicklungen (41, 51, 61), welche zu der Y-Schaltung zusammengeschaltet sind, mit einer Diodenbrücke verbunden ist.
4. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in jeder der Einphasen- Wicklungen (40, 50, 60) die Anzahl der Windungen der zweiten Wicklungen (42, 52, 62) größer ist als die Anzahl der Windungen der ersten Wicklungen (41, 51, 61).
5. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in jeder der Einphasen- Wicklungen (40, 50, 60) der Durchmesser eines Leiters (29) der zweiten Wicklungen (42, 52, 62) größer ist als der Durchmesser eines Leiters (29) der ersten Wicklungen (41, 51, 61).
6. Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in jeder der Einphasen- Wicklungen (40, 50, 60) die ersten Wicklungen (41, 51, 61) auf einen Statorkern (15) gewickelt sind, so dass die ersten Wicklungen (41, 61, 61) auf einer relativ zu der Schlitztiefenrichtung tieferen Seite innerhalb der Schlitze (15a) angeordnet sind, und wobei die zweiten Wicklungen (42, 52, 62) auf den Statorkern (15) gewickelt sind, so dass die zweiten Wicklungen (42, 52, 62) auf einer relativ zu der Schlitztiefenrichtung flacheren Seite innerhalb der Schlitze (15a) angeordnet sind.
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