專利名稱：旋轉電機的繞線結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有作為馬達和發電機功能的旋轉電機的繞線結構，特別地，涉及有效地適用于在小型摩托車(二輪車)用發動機和通用發動機等中使用的起動發電機的技術。
背景技術：
由于馬達和發電機作為旋轉電機的基本結構是相同的，所以，多數以雙功能的兼用設備存在。例如，在小型摩托車或發動機發電機等中，大多采用作為兼用作發動機起動用的起動馬達、和被發動機驅動的發電用的發電用發電機的起動、發電兼用機的起動發電機。
但是，在這樣的起動發電機中，作為馬達所要求的性能和作為發電機所要求的性能之間存在差異，當以發動機起動優先而提高馬達輸出時，則存在發電能力過剩的缺點。因此，將多組線圈分別設定為馬達用和發電用，通過對它們進行適當切換，提高了馬達、發電兩種特性的平衡。
例如，在特開平2-159951號公報中，記載了分別設置馬達用線圈和發電用線圈、各線圈分別用于起動專用和發電專用的起動發電裝置。在該公報的裝置中，分別在突出設置于定子鐵芯上的牙的內側部分上卷繞起動線圈(馬達用線圈)、在外側部分上卷繞發電線圈。分別使用起動線圈和發電線圈，在使用起動線圈起動發動機之后，利用發電線圈進行發電。每相隔一個牙配置發電線圈，與對全部的牙進行繞線的情況相比，可以抑制發電時的電流量、發熱量。
并且，一部分線圈兼用于馬達和發電，將多組線圈分成馬達用和發電用的起動發電機也是常見的。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，當發電時，僅使用線圈1d以進行發電。即，發電時僅涂黑的線圈1d作用，其它線圈1a～1c處于斷開的狀態。在按此配置的情況下，在磁場中旋轉的線圈之中，只有線圈1d受到制動力，磁平衡變差，存在產生磁音和轉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，通過等分配置發電線圈，不會產生磁平衡不均衡的缺點，在該公報中也沒有言及有關磁平衡的內容。但是，在這種結構的起動發電機中，由于起動線圈和發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。
發明內容
本發明的目的是，改善具有馬達和發電機功能的旋轉電機在發電時的磁平衡，以便降低磁聲和振動。并且，本發明的另一個目的是，改善磁平衡同時使裝置小型化。
本發明的旋轉電機的卷線結構，配有多組多相線圈、具有馬達和發電機功能，其特征在于，包括在前述旋轉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、在前述旋轉電機作為發電機的情況下使用的發電線圈。
在本發明中，由于發電線圈的繞線等分配置在馬達線圈之間，所以在發電時利用發電線圈的各繞線產生的力相互抵消。因而，可以實現發電時的磁平衡均勻化，抑制平衡惡化所引起的磁音和轉子的偏心，可以降低起動發電機的噪音和振動。
在前述旋轉電機的繞線結構中，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電線圈。并且，前述發電線圈也可以作為在將前述旋轉電機用作馬達的情況下使用的馬達發電兼用線圈，借此，可以提高線圈的使用效率，減少線圈數目。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，可以實現旋轉電機的小型化。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，在前述旋轉電機的繞線結構中，前述旋轉電機可以配有由3組前述馬達線圈和1組前述發電線圈構成的3相4組線圈。此外，在前述旋轉電機的繞線結構中，前述旋轉電機可以是連接到發動機的曲柄軸上、當前述發動機起動時作為起動馬達、在前述發動機起動之后作為發電機的起動發電機。
圖1是表示使用本發明實施形式1的繞線結構的起動發電機的電路結構的說明圖。
圖2是表示圖1的起動發電機中的線圈的繞線結構的說明圖，(a)表示現有的普通繞線結構，(b)表示該起動發電機中的繞線結構。
圖3是表示將3相2組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖。
圖4是表示將3相5組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖。
圖5是表示將3相6組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖。
圖6是表示將5相2組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖。
圖7是表示將5相3組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖。
圖8是表示將5相4組線圈配置到根據本發明的繞線結構中的例子的說明圖，(a)表示5相4組線圈分別并聯連接的情況，(b)表示5相4組線圈每2組并聯連接的情況。
具體實施例方式
(實施形式1)以下，根據附圖詳細說明本發明的實施形式。本實施形式中的旋轉電機是兼用作發動機起動裝置(起動器)和發電裝置(ACG)的起動發電機，與發動機成一體地組合起來，用于摩托車或發動機發電機等。該起動發電機是將具有永磁鐵的轉子配置到繞裝有線圈的定子周圍而構成的，轉子直接連接到發動機的曲柄軸上。而且，當發動機起動時，通過向定子側的線圈通電，起到起動馬達的作用，在發動機起動之后，利用永磁鐵的旋轉在線圈中產生電力，起到發電機的作用。另外，起動發電機，根據將轉子和定子中的哪一方配置在外側，而將裝置的形式分成內轉子型和外轉子型，而本發明的起動發電機可以適用于任何形式。
圖1是表示采用本發明實施形式1的繞線結構的起動發電機的電路結構的說明圖。其中，在定子側設有繞線部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，形成在起動時和發電時均使用的起動發電線圈(發電線圈)。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(半導體元件)2a～2f形成的橋接電路構成的反相器(反相電路)3的控制系統(控制機構)5上。反相器3兼具根據圖中未示出的轉子位置傳感器的檢測結構使形成旋轉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形成的發電電流進行整流的整流器功能，配有6個磁場效應晶體管FET2a～2f、和分別與它們并聯連接的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)側的各FET2a、2c、2e和低(電平)側的各FET2b、2d、2f分別串聯連接起來。在這種情況下，FET2a、2c、2e連接到與電池7連接的電源電位上。并且，FET2b、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，FET2a～2f的各門(gate)之間連接3相橋路激勵器8。
在控制系統5中，在反相器3的高(電平)側，設置監視被整流的輸出電壓的輸出監視電路9。并且，在該輸出監視電路9的后段設有根據其監視結構進行3相橋路激勵器8等的控制的CPU10。而且，FET2a～2f根據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(開關機構)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相線圈的后段側與線圈1a～1c的V相線圈相連。另外，繼電器4a～4c以常開狀態配置。
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，發電時的磁平衡惡化，產生磁音和轉子偏心這樣的噪音、振動問題。因此，在該起動發電機中，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，當轉子旋轉時，位于旋轉磁場中的線圈1a～1d受到它的影響，但是由于在發電時線圈1a～1c處于開放的狀態，所以不會因此而產生制動力。與此相對，由于線圈1d是在發電時使用的，所以伴隨著起電力的產生，由線圈1d在妨礙轉子旋轉的方向上產生制動力。但是，線圈1d由于各相的繞線等分配置在繞線組之間，所以由各繞線產生的力相互抵消。因此，在該繞線結構中，可以實現發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電線圈。進而，由于線圈1d作為馬達發電兩用線圈，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，說明這種起動發電機的操作。首先，在起動發動機的情況下，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。這時，起動發電機由無電刷馬達構成，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，驅動轉子、旋轉曲柄軸，起動發動機。即，當發動機起動時，利用全部線圈1a～1d構成起動馬達，滿足馬達的性能。
發動機起動之后，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，起動發電機形成由線圈1d構成的發電裝置。在這種情況下，在起動發電機中，由于采用繼電器作為切斷線圈1a～1c的開關機構，所以線圈1a～1c與反相器3物理地完全切斷。因此，在當利用所有線圈1a～1d進行發電時產生發電過剩的情況下，可以在發電時僅使用線圈1d，以抑制發電量。
另一方面，雖然如前面所述，發電時的線圈1d產生制動力，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，所以在該起動發電機中，在發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子的偏心，可以降低起動發電機的噪音和振動。
(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相旋轉電機中線圈的組數不同的例子。圖3是表示在根據本發明的繞線結構中配置3相2組(6槽)線圈的例子的說明圖，圖4是表示在根據本發明的繞線結構中配置3相5組(15槽)線圈的例子的說明圖，圖5是表示在根據本發明的繞線結構中配置3相6組(18槽)線圈的例子的說明圖。
在圖3的繞線結構中，3相2組線圈并聯連接，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電線圈12的各相繞線。并且，在圖4的情況下，并聯連接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組起動發電線圈14a、14b。進而，在圖5的情況下，并聯連接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組并聯配線。
(實施形式3)進而，作為實施形式3，表示將本發明用于與實施形式1不同的5相旋轉電機的例子。圖6是表示在根據本發明的繞線結構中配置5相2組(10槽)線圈的例子的說明圖，圖7是表示在根據本發明的繞線結構中配置5相3組(15槽)線圈的例子的說明圖，圖8(a)、(b)是表示在根據本發明的繞線結構中配置5相4組(20槽)線圈的例子的說明圖。
在圖6的繞線結構中，并聯連接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電線圈18的各相繞線。并且，在圖7的情況下，并聯連接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組起動發電線圈20的各相繞線。進而，在圖8(a)的情況下，并聯連接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、和起動發電線圈24a、24b的繞線組。
本發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，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作為起動發電線圈的例子，但是，根據所必需的發電量，也可以適當地將其它線圈作為起動發電線圈。并且，雖然線圈1d是起動發電兩用線圈，但是也可以將其作為發電專用的線圈。進而，作為實施形式2、3，表示將本發明用于3相和5相線圈中的例子，但是本發明的適用對象不限于這些，還可以適用于多相線圈或組數多的(多槽)線圈。
采用本發明的旋轉電機的繞線結構，配有多組多相線圈，在具有馬達和發電機功能的旋轉電機中，由于在將旋轉電機作為發電機的情況下使用的發電線圈的繞線、被等分地配置于在旋轉電機作為馬達的情況下使用的馬達線圈之間，因此，由發電時發電線圈的各繞線產生的力相互抵消，可以實現發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子偏心，可以降低起動發電機的噪音和振動。
并且，采用本發明的旋轉電機的繞線結構，通過分別在馬達線圈的繞線組之間配置發電線圈的各相繞線，可以空間效率高地配置馬達線圈和發電線圈，可以使旋轉電機小型化。進而，通過將發電線圈制成馬達發電兩用線圈，可以提高線圈的使用效率，減少線圈的數目，使旋轉電機小型化。
權利要求
1.一種旋轉電機的卷線結構，配有多組多相線圈、具有馬達和發電機功能，其特征在于，包括在前述旋轉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、在前述旋轉電機作為發電機的情況下使用的發電線圈。
2.如權利要求1所述的旋轉電機的繞線結構，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電線圈的各相繞線。
3.如權利要求1或2所述的旋轉電機的繞線結構，其特征在于，前述發電線圈是在將前述旋轉電機用作馬達的情況下也被使用的馬達發電兼用線圈。
4.如權利要求1～3中的任一項所述的旋轉電機的繞線結構，其特征在于前述馬達線圈是僅在將前述旋轉電機作為馬達的情況下被使用。
5.如權利要求1～4中的任一項所述的旋轉電機的繞線結構，其特征在于前述旋轉電機配有3相4組線圈，前述線圈由3組前述馬達線圈和1組前述發電線圈構成。
6.如權利要求1～5中的任一項所述的旋轉電機的繞線結構，其特征在于，前述旋轉電機連接到發動機的曲柄軸上、當前述發動機起動時作為起動馬達、在前述發動機起動之后作為發電機的起動發電機。
全文摘要
一種旋轉電機的繞線結構，配有3相4組線圈(1a～1d)，在具有起動馬達和發電機功能的起動發電機中，在該起動發電機用作發電機的情況下和在用作馬達的情況下均被使用的起動發電線圈(1d)的繞線，等分地配置在僅在旋轉電機用作馬達的情況下使用的起動專用線圈(1a～1c)之間。在發電時，僅使用起動發電線圈(1d)，這時，由于各繞線等分配置，所以由起動發電線圈(1d)產生的力被相互抵消，可以使發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 優先權日2001年10月10日
發明者渡邊仁之, 內山英和 申請人:株式會社美姿把