(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子（１２）と、該可動子（１２）の周縁でＮ極およびＳ極として相互に入れ替わって軸方向に延在するクローポールフィンガ（４４，４５）と、ステータ（３６）と、環状コイル形の励磁巻線（１３）とを有する電気機器において、
該電気機器は、とりわけ自動車用のオルタネータであり、
該ステータ（３６）はステータコア（１８）を有し、該ステータコア（１８）のスロット（３５）内にステータ巻線（１１）が配置されており、
該ステータ（３６）は該可動子（１２）に対向し、
該ステータ（３６）および該可動子（１２）は２つの端面シールド（３３）によって支持されており、
該励磁巻線（１３）は該可動子（１２）に固定されており、
該ステータ巻線（１１）は７つの相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）を有し、
該相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は、少なくともほぼ等しい電気角αで相互に直列接続されており、該相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の直列接続では、そのつど少なくとも１つの隣接する相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）が飛ばされるように構成されており、
前記スロットの配置順に、該スロットをＮ１ないしＮ１４とすると、
・前記ステータ巻線（１１）の第１の相巻線（Ｐ１）の始端（１ａ）はスロットＮ１に入り、かつ該第１の相巻線（Ｐ１）の終端（１ｅ）はスロットＮ８から引き出され、
・前記ステータ巻線（１１）の第３の相巻線（Ｐ３）の始端（３ａ）はスロットＮ５に入り、該第１の相巻線（Ｐ１）の終端（１ｅ）と該第３の相巻線（Ｐ３）の始端（３ａ）とが接続され、
・前記第１の相巻線（Ｐ１）の始端（１ａ）と前記第３の相巻線（Ｐ３）の始端（３ａ）との間に前記ステータ巻線（１１）の第２の相巻線（Ｐ２）の始端（２ａ）が配置され、
・前記相巻線のうち第５の相巻線（Ｐ５）の終端（５ｅ）がスロットＮ２から引き出され、前記ステータ巻線（１１）の第７の相巻線（Ｐ７）の始端（７ａ）がスロットＮ１３から引き出され、該第５の相巻線（Ｐ５）の終端（５ｅ）と該第７の相巻線（Ｐ７）の始端（７ａ）とが接続されており、
・スロットＮ２とスロットＮ１３との間において、スロットＮ３から前記第２の相巻線（Ｐ２）の始端（２ａ）が引き出され、スロットＮ５から前記第３の相巻線（Ｐ３）の始端（３ａ）が引き出され、スロットＮ７から前記ステータ巻線（１１）の第４の相巻線（Ｐ４）の始端（４ａ）が引き出され、スロットＮ９から前記第５の相巻線（Ｐ５）の始端（５ａ）から引き出され、スロットＮ１１から前記ステータ巻線（１１）の第６の相巻線（Ｐ６）の始端（６ａ）が引き出される
ように、前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は波巻きを成すように前記スロットに配置されていることを特徴とする、電気機器。
【請求項２】
可動子（１２）と、該可動子（１２）の周縁でＮ極およびＳ極として相互に入れ替わって軸方向に延在するクローポールフィンガ（４４，４５）と、ステータ（３６）と、環状コイル形の励磁巻線（１３）とを有する電気機器において、
該電気機器は、とりわけ自動車用のオルタネータであり、
該ステータ（３６）はステータコア（１８）を有し、該ステータコア（１８）のスロット（３５）内にステータ巻線（１１）が配置されており、
該ステータ（３６）は該可動子（１２）に対向し、
該ステータ（３６）および該可動子（１２）は２つの端面シールド（３３）によって支持されており、
該励磁巻線（１３）は該可動子（１２）に固定されており、
該ステータ巻線（１１）は７つの相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）を有し、
該相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は、少なくともほぼ等しい電気角αで相互に直列接続されており、該相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の直列接続では、そのつど少なくとも１つの隣接する相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）が飛ばされるように構成されており、
前記スロットの配置順に、該スロットをＮ１ないしＮ１４とすると、
・前記各相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の各始端（１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ）は、各始端間のスロット間隔を２スロット分として、スロットＮ１，Ｎ３，Ｎ５，Ｎ７，Ｎ９，Ｎ１１およびＮ１３に入り、
・前記各相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の各終端（１ｅ，２ｅ，３ｅ，４ｅ，５ｅ，６ｅ，７ｅ）は、各終端間のスロット間隔を２スロット分として、スロットＮ２，Ｎ４，Ｎ６，Ｎ８，Ｎ１０，Ｎ１２，Ｎ１４に入り、
・前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の始端（１ａ〜７ａ）と終端（１ｅ〜７ｅ）とが交互に前記スロットに入る
ように、前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は重ね巻を成して前記スロットに配置されている、ことを特徴とする、電気機器。
【請求項３】
前記ステータ巻線（１１）は、近似的に半径方向の冷気流によってそれぞれ冷却される巻回端部（６５，６６）を有し、
該冷気流は、少なくともクローポールプレート（４２，４３）の１つの軸方向の端部に取り付けられたファン（５０）によって発生される、請求項１または２記載の電気機器。
【請求項４】
７つすべての相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）が等しい大きさであり、少なくとも１つのコイルから成り、とりわけ複数のコイル（Ｓ１〜Ｓ１４）から成り、６０°〜１００°の間にある電気角αで相互に結線されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項５】
前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は７０°〜９０°の間の電気角αで相互に結線されており、有利には１８０°／７＊３≒７７．１°の電気角αで相互に結線されている、請求項４記載の電気機器。
【請求項６】
前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）は、そのつど１つの相巻線（Ｐ）のみが飛ばされる相順序（Ｐ１‐Ｐ３‐Ｐ５‐Ｐ７‐Ｐ２‐Ｐ４‐Ｐ６）で直列接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項７】
前記相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の結線ないしは直列接続は、前記ステータ巻線（１１）ひいては７つの相巻線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）の電気的に有効な巻き方が２回巡回した後に終端する、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項８】
前記相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）間の接続部（１ｅ〜７ｅ）がインバータまで、とりわけ７つの整流ブリッジ（Ｂ１〜Ｂ７）を有する整流モジュール（１５）まで引き出されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器、とりわけ自動車用のオルタネータ。
【請求項９】
前記相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）間の接続部（１ｅ〜７ｅ）からそれぞれ１つの電気的な接続部のみが、前記７つの整流ブリッジ（Ｂ１〜Ｂ７）のうち１つに接続されるように、該相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）は前記電気機器（１０）の両巻回端部のうち１つにおいて相互に接続される、請求項８記載の電気機器。
【請求項１０】
各１つの相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）の前記コイル（Ｓ１〜Ｓ１４）は、それぞれ少なくとも１つの巻回ワイヤ（１７）によって完全に巻回され、有利にはすべての相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）も、それぞれ少なくとも１つの巻回ワイヤ（１７）によって完全に巻回されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項１１】
前記ステータスロット（Ｎ１〜Ｎ１４）内の各相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）ないしは各コイル（Ｓ１〜Ｓ１４）の導体（Ｌ）の数は、５より大きくかつ１０より小さく、有利には８である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項１２】
前記相巻線（Ｐ１〜Ｐ７）は５０％を上回るスロット充填率（Ｎｆ）で、前記電気機器のステータ積層薄片（１８）のスロット（Ｎ１〜Ｎ１４）に嵌入されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の電気機器に関し、とりわけ、多相ステータ巻線を有する交流電流機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のオルタネータでは主に、駆動モータの無負荷運転時でも各自動車の直流電流車載電源網に十分に給電できるように、直流電流によって励磁されるクローポール可動子を有する電気機器が使用される。このような発電機に課される多くの別の要件の他に、発電機のいわゆる磁気ノイズも減衰しなければならない。この磁気ノイズはとりわけ、交流電流機の低回転数領域で妨害として観察される。このような磁気ノイズを抑圧するために、個々の相巻線が部分的に、隣接する相巻線のスロットに挿入されるように、発電機の３相ステータ巻線に個々の相巻線を分割することが公知である。しかしこのような構成により、発電機の出力電力が低減し、損失が上昇してしまう。出力される直流電流のリプルによってさらに、車両のケーブルストランドに駆動モータの特定の回転数領域で振動ノイズも発生してしまう。
【０００３】
さらに、オルタネータに６相システムを設け、整流の周波数を２倍化して、整流ユニットを介して自動車車載電源網の蓄電池に供給される直流電流のリプルを低減することも公知である。ＥＰ０４５４０３９Ｂ１（図６）から、スター結線で相互に接続された相巻線をそれぞれ３つ有する２つの巻線システムからオルタネータのステータ巻線を構成することが公知である。相巻線はこのようなスター結線で、電気的にそれぞれ相互に１２０°ずれている。これら２つの巻線システムは相互に、電気的に約３０°ずれている。しかし、ここで発生する機器の磁気ノイズの減衰は、とりわけ低回転数領域では不十分である。その際の欠点は、このような機器の電圧リプルおよびトルクリプルがなお大きいことであり、このことは、とりわけ高出力の機器に、ジェネレータ動作でもモータ動作でも当てはまる。
【０００４】
最後にＤＥ１０２０９０５４Ａ１から、自動車交流電流機の磁気ノイズを減衰し、電流リプルを低減するために、７相のステータ巻線を使用し、ステータ積層薄片のスロット内に相互に隣接して設けられた、該ステータ巻線の７つの相巻線をスター結線するか、または７角形に直列接続することが公知である。確かにこのような構成は、６相のシステムと比較して小さい電流リプルおよび小さい磁気ノイズを有するが、低回転数領域ではなお、これらの減衰は不十分である。さらにこのような構成では、機器の出力特性曲線の上昇は過度に小さい。というのも、自動車ではしばしば、内燃機関のちょうどアイドリング領域において、車載電源網において高い出力要求が生じるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ０４５４０３９Ｂ１
【特許文献２】ＤＥ１０２０９０５４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、電気機器の低回転数領域において磁気ノイズをより大きく減衰し、かつ電力も改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の電気機器は、公知の構成と比較して、７相のステータ巻線の新規の結線により、より良好な電磁的活用を実現し、電圧リプルおよびトルクリプルを低減し、出力特性曲線を引き上げ、とりわけ機器の低回転領域において、磁気的に引き起こされるノイズを十分に抑圧することができる利点を有する。別の利点として、とりわけ高出力の交流電流機の場合、このように電圧リプルおよびトルクリプルが低減されることによって機器の機械的負荷が低減されることが挙げられる。
【０００８】
従属請求項に記載された手段により、請求項１に記載された構成を目的に応じて実施および発展することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】クローポールロータを有する自動車用のオルタネータの縦断面図である。
【図２】本発明によるステータ巻線および整流モジュールを有するオルタネータの回路図である。
【図３】異なるオルタネータの回転数‐ノイズ特性曲線を示す。
【図４】対照比較されるジェネレータの回転数‐出力特性曲線を示す。
【図５】本発明による波巻きのステータ巻線の巻線パターンを示す。
【図６】重ね巻のステータ巻線を有する別の巻回パターンを示す。
【図７】本発明によるステータ巻線を有する図２の電気機器のステータ積層薄片の抜粋である。
【図８】７相のステータ巻線の別の結線形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
前記機器の可能な限り簡単な製造および均質な負荷を実現するためには、７つすべての相巻線が等しい大きさであり、少なくとも１つのコイルから成り、１８０°／７≒２５．７°〜１８０°＊４／７≒１０２．９°の間の電気角αで相互に接続されるのが、目的に適っている。４相以上の相数の機器の場合にはさらに、ステータ巻線を製造するために個々の相巻線が複数のコイルから構成されること、有利には直列接続された複数のコイルから構成されることが目的に適っている。機器の動作ギャップの周縁における歯ピッチが等しい大きさであるステータ積層薄片の場合、相巻線を相互に１８０°／７＊３°の電気角αで結線すると、磁気ノイズは最適に減衰され、電圧リプルおよびトルクリプルも最適に減衰される。歯ピッチが不均等である場合、個別に求めるべき最適な電気角αは６０°〜１００°の間である。その際には、６つの相巻線が直列接続される場合、そのつど電気的に次の相巻線を飛ばすと、特に良好な減衰が得られる。ここでは、相巻線は有利には、Ｐ１‐Ｐ３‐Ｐ５‐Ｐ７‐Ｐ２‐Ｐ４‐Ｐ６の相順序で直列接続される。場合によっては、そのつど電気的に次の２つの相巻線を飛ばすこともできる。
【００１１】
本発明を車両用のオルタネータに適用する場合、相巻線間の接続部をインバータまで引き出し、とりわけ７つの整流ブリッジを有する整流モジュールまで引き出すことにより、ステータ巻線の特に目的に適った構成が実現される。ここでは、相巻線間の接続部から、７つの整流ブリッジのうち１つの整流ブリッジまでそのつど１つの端子のみが接続されるように、機器の両巻回端部のうち１つの巻回端部において相巻線が相互に結線されるのが、目的に適っている。
【００１２】
ステータ巻線が巻回ワイヤによって製造される電気機器の場合、各巻線のコイルは巻回ワイヤによって完全に巻回されるのが目的に適っている。ここでは場合によっては、巻線は直列接続体を低コストで構成するために、１つの巻回ワイヤによって完全に巻回すると、なお有利である。
【００１３】
電気機器をオルタネータとして自動車の１４Ｖ車載電源網に適用することに関しては、相巻線の導体数ないしはステータスロット内のコイル数が５より大きくかつ１０未満である場合、有利には８である場合、特に良好なノイズ減衰が実現される。
【００１４】
さらに、ノイズ減衰に関しては、相巻線が５０％を上回るスロット充填率で、ステータ積層薄片のスロットに挿入されることが目的に適っていることが実証されている。
【００１５】
本発明の詳細を以下で、一例として図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に、自動車用のオルタネータ１０として構成された電気機器の断面が示されている。これはとりわけ、２つの部分から成るケーシング３３を有し、これは第１の端面シールド３３．１および第２の端面シールド３３．２から成る。端面シールド３３．１および端面シールド３３．２はステータ３６を収容する。このステータ３６は円形環状の積層薄片１８を有し、この積層薄片３８のスロット３５は内側に向かって開放されて軸方向に延在し、このスロット３５にステータ巻線１１ａが嵌め込まれている。環状のステータ３６は、半径方向に内側を向く表面で、電磁的に励磁される可動子１２を包囲し、該可動子１２はクローポール可動子として形成されている。可動子１２はとりわけ２つのクローポールプレート４２および４３から成り、これらのクローポールプレート２２および２３の外周にはそれぞれ軸方向に延在するクローポールフィンガ４４および４５が配置されている。両クローポールプレート４２および４３は可動子１２に次のように配置されている。すなわち、該クローポールプレート４２および４３の軸方向に延在するクローポールフィンガ４４，４５がロータ１２の周縁で相互にＮ極およびＳ極として入れ替わるように配置される。このことにより、磁化方向が逆のクローポールフィンガ４４，４５間で磁気的に必要なクローポールスペースが得られ、自由端部に向かってクローポールフィンガ４４，４５が先細りになっているので、機器軸に対して軽く傾斜している。本発明の以下の説明では、この軽い傾斜は、簡略的に軸方向と称する。可動子１２は、シャフト４７と、各側に１つずつ設けられた転がり軸受４８とによって、各端面シールド３３．１ないしは３３．２に回動可能に支承される。可動子２０は、軸方向の端面を２つ有し、これら端面にはそれぞれファン５０が固定されている。このファン５０は基本的に、プレート形ないしはディスク形の部分から成り、この部分からファンブレードが公知のように出ている。ファン５０は、端面シールド３３．１および３３．２の開口６０を介して、電気機器１０の外側と該電気機器１０の内側空間との間で空気交換を行うために使用される。こうするために、開口６０は基本的に、端面シールド３３．１および３３．２の軸方向の端面に設けられており、端面シールド３３．１および３３．２を介してファン５０によって冷気が電気機器１０の内側空間に吸入される。この冷気はファン５０の回転によって半径方向に外側に加速され、駆動側に設けられた冷気透過性の巻回端部６５と電子回路側（スリップリング側、ブラシ側または整流器側）に設けられた冷気透過性の巻回端部６６とを透過する。このような作用により、巻回端部は冷却される。冷気は巻回端部を透過するかないしは該巻回端部の周囲を流れた後、半径方向に外側に向かって、図示されているウェブ間の図中に示されていない開口を通る。図１の右側に、種々の部品を周辺の影響から保護する保護キャップ６７が設けられている。この保護キャップ６７はたとえば、励磁巻線１３に励磁電流を供給するスリップリングモジュール６９を被覆する。このスリップリングモジュール６９の周囲に冷却体７３が配置されており、これはここでは正極冷却体として作用する。いわゆる負極冷却体としては、端面シールド３３．２が機能する。端面シールド３３．２と冷却体７３との間に端子プレート７６が配置されている。これは、端面シールド３３．２に固定された整流器１５の負極ダイオード７８と、該整流器１５の同図には示されていない正極ダイオードとを冷却体７３において、ブリッジ回路の形態で相互に接続する。
【００１７】
図２に、自動車の車載電源網に給電するためのオルタネータとして構成された本発明の電気機器が概略的に示されている。このオルタネータは１０によって示されている。多相ステータ巻線１１を有するこのようなジェネレータには通常、電気的に励磁されるクローポール可動子１２が備えられており、このクローポール可動子１２の励磁巻線１３は制御回路１４を介して、整流モジュール１５の直流電流出力端によって給電され、該制御回路１４と一緒に、ジェネレータの図中にない後方の端面シールドに固定され、該端面シールドに固定的に接続されている。ステータ巻線１１の相巻線の数および結線に応じて、ジェネレータの動作中には整流モジュール１５の出力端で、多かれ少なかれリプル状の直流電圧が、図中にない車載電源網に出力される。この車載電源網内では、整流モジュール１５のプラス端子およびマイナス端子１６が車両の蓄電バッテリーに直接接続される。
【００１８】
このような機器において通常使用されるファンによって、回転数の上昇につれてファンノイズが引き起こされ、ステータ巻線１１の種類および結線に応じて、クローポール可動子１２と共働してステータ巻線によって引き起こされる磁気ノイズが該ファンノイズに重畳される。このような磁気ノイズはとりわけ低回転数領域で発生するので、特に妨害として認識される。
【００１９】
電気機器の磁気ノイズを可能な限り大きく減衰し、電圧リプルおよびトルクリプルを低減するためには、オルタネータ１０のステータ巻線１１に総じて７つの相巻線Ｐ１〜Ｐ７が設けられる。７つの相巻線のコイル数および巻線数は等しく、該相巻線は相互に、等しい電気角αで結線される。図２に示された実施例では、そのつど電気的に次の相巻線を飛ばすように、相巻線Ｐ１〜Ｐ７は相互に直列接続される。このことによって図２によれば、相巻線Ｐ１〜Ｐ７は相順序Ｐ１‐Ｐ３‐Ｐ５‐Ｐ７‐Ｐ２‐Ｐ４‐Ｐ６で直列接続される。このようにしてすべての相巻線Ｐ１〜Ｐ７は、１８０／７＊３°≒７７．１°の電気角αで相互に結線される。したがって、ステータ積層薄片の歯ピッチの大きさが異なるジェネレータの場合には、７つの相巻線を等しい電気角αで相互に結線しなくてもよい。このような構成でも磁気ノイズおよびリプルの良好な減衰を実現するためには、相巻線Ｐ１〜Ｐ７を上記の相順序で、６０°°〜１００°の間の領域にある電気角αで相互に接続することが必要である。
【００２０】
このようにして、可動子１２と軸方向に延在するクローポールフィンガ４４，４５とステータ３６と環状コイル形の励磁巻線１３とを有する自動車用の電気機器、とりわけオルタネータは、次のように構成される。すなわち、前記クローポールフィンガ４４，４５は可動子１２の周縁でＮ極とＳ極として交互に交替し、該ステータ３６はステータコア１８を有し、該ステータコア１８のスロット３５内にステータ巻線１１が配置されており、該ステータ３６は可動子１２に対向し、該ステータ３６および可動子１２は２つの端面シールド３３によって支持されており、該励磁巻線１３は該可動子１２に固定されており、該ステータ巻線１１は７つの相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７を有し、該相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は、少なくともほぼ等しい電気角αで相互に直列接続されており、該相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の直列接続では、それぞれ少なくとも１つの隣接する相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７が飛ばされるように構成される。相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の結線ないしは直列接続は、ステータ巻線１１ひいては７つの相巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の電気的に有効な巻き方が２回巡回した後に終端するように行われる。
【００２１】
さらに、次のようなオルタネータ１０すなわち、ステータ巻線１１が巻回端部６５，６６を有し、該巻回端部６５，６６はクローポールプレート４２，４３の少なくとも一方の軸方向端部に取り付けられたファン５０によって発生した近似的に半径方向の冷気流によってそれぞれ冷却されるオルタネータ１０が設けられている。
【００２２】
図２ではさらに、相巻線Ｐ１〜Ｐ７間の接続部がそれぞれ、整流モジュール１５の７つの整流ブリッジＢ１〜Ｂ７のうち１つにまで案内されることが理解できる。ここでは、整流ブリッジＢ１〜Ｂ７は公知のように、それぞれ２つのダイオードを使用して２方向整流モジュール１５に接続される。相巻線Ｐ１〜Ｐ７の接続はここでは、機器の後方の巻回端部で行われるのが目的に適っており、この巻回端部の領域には公知のように、整流モジュール１５も配置されている。ここでは、相巻線Ｐ１〜Ｐ７間の接続部からそれぞれ１つの端子１ａ〜７ａが、７つの整流ブリッジＢ１〜Ｂ７のうち１つの整流ブリッジまで接続される。
【００２３】
図３において、図２のオルタネータから出力される回転数依存性のノイズ特性曲線を、等しい構成サイズの公知のオルタネータのノイズ特性曲線と比較する。ここでは、上方の軸ｎ１に、公知の３相のステータ巻線を有するオルタネータのノイズ特性曲線ａが示されている。このノイズ特性曲線ａは、１５００〜４０００ｒｐｍの間の低回転数領域において、格段に増幅されたノイズ形成を示している。このノイズはオルタネータの磁気ノイズに起因し、ファンノイズに重畳される。オルタネータの可動子励磁を遮断すると、破線の特性曲線ａ′に示されたような、機器のファンのみに起因するノイズが生じる。中間の軸ｎ２に、７角形に接続された公知の７相のステータ巻線を有するオルタネータの回転数依存性の騒音レベルが、特性曲線ｂとして示されている。ここでも、１５００〜４０００ｒｐｍの間の低回転数領域では、特性曲線ａと比較して低減されるものの特性曲線ｂ′に示されたような純粋なファンノイズよりはなお上昇された騒音レベルが見て取れる。この騒音レベルもまた、なお妨害として知覚される。図２のように本発明のように接続される７相のステータ巻線を有するオルタネータでようやく、軸ｎ３上の特性曲線ｃに示されているように、磁気に起因するノイズレベルは低回転数領域でも減衰されるようになり、該ノイズレベルは特性曲線ｃ′に示されたようなファンノイズと比較して、実際に音響的には知覚されなくなる。
【００２４】
図４に、回転数を横軸としてジェネレータの出力特性曲線がグラフで示されている。破線の特性曲線Ａは、公知の３相のステータ巻線を有するオルタネータの出力パワーの特性経過を示す。この公称出力は１００％とされ、６０００ｒｐｍの回転数ｎで得られる。一点鎖線の特性曲線Ｂは、ステータ巻線が公知のように、７角形に結線された７つの相から成るジェネレータの出力パワーを示す。実線の特性曲線Ｃは、図２のように結線された７相のステータ巻線を有する本発明のジェネレータの回転数依存性の出力パワーを示す。
【００２５】
これらの特性曲線の比較で、本発明による構成のジェネレータは特性曲線Ｃによれば、約５０００ｒｐｍですでに公称出力に達し、とりわけ低回転数領域では、特性曲線ＡおよびＢで示された公知の構成より格段に高いパワーを出力することができる。このようにして、１８００ｒｐｍのアイドリング回転数ｎ０において出力は、特性曲線ＡおよびＢで示されたような約５１％から、特性曲線Ｃに示された６６％まで引き上げられた。
【００２６】
図５に、７相のステータ巻線１１ａの巻線パターンが概略的に示されている。この巻線パターンでは、７つの相巻線Ｐ１〜Ｐ７が波巻きの形態で、図中にないステータ積層薄片のスロットに嵌入されている。この実施例では、機器は２極可動子１２ａを有する。図４の右側に破線で、各相巻線Ｐ１〜Ｐ７が複数の波で、スロットＮ１〜Ｎ１４に嵌入されており、各相巻線Ｐ１〜Ｐ７ごとにそれぞれ、複数の巻線から成るコイルが形成されるのが示されている。ここでは、相巻線Ｐ１〜Ｐ７の始点は１ａ〜７ａによって示されており、終点は１ｅ〜７ｅによって示されている。これらの波巻き巻線１１ａの巻幅は７スロットである。ここでは、相巻線Ｐ１〜Ｐ７の終点１ｅ〜７ｅはそれぞれ、次に該相巻線Ｐ１〜Ｐ７に直列接続される相巻線のコイル始点との接続部を成す。ここでも、相巻線Ｐ１〜Ｐ７の直列接続で、磁気ノイズおよびリプルの最適な減衰を実現するために、それぞれ電気的に次のコイル相巻線を飛ばすので、ここでもコイルストランドは、図２に示された実施例と同様に直列接続される。最初の相巻線Ｐ１の終点１ｅは相巻線Ｐ３の巻線始点３ａに接続され、該相巻線Ｐ３の終点３ｅは相巻線Ｐ５の始点５ａに接続され、該相巻線Ｐ５の終点５ｅは相巻線Ｐ７の始点７ａに接続され、該相巻線Ｐ７の終点７ｅは相巻線Ｐ２の始点２ａに接続され、該相巻線Ｐ２の終点２ｅは相巻線Ｐ４の始点４ａに接続され、該相巻線Ｐ４の終点４ｅは相巻線Ｐ６の始点６ａに接続され、該相巻線Ｐ６の終点６ｅは最初の相巻線Ｐ１の始点１ａに接続される。７つの接続部すべてが同一の側で、ステータ巻線１１ａの後方の巻回端部に接続され、相巻線Ｐ１〜Ｐ７の始点１ａ〜７ａは、図２に示されたような７つの整流ブリッジを有する整流モジュール１５の接続のために、機器から引き出されている。
【００２７】
図６に別の実施例として、重ね巻の形態の７相のステータ巻線の巻線パターンが示されている。このステータ巻線は、図５に示されたような２極可動子の場合でも同様に、ステータ積層薄片の１４個のスロットＮ１〜Ｎ１４に嵌入されている。ここでは、相巻線Ｐ１〜Ｐ７はそれぞれ、直列接続された２つのコイルＳ１〜Ｓ１４から構成され、これらのコイルＳ１〜Ｓ１４の巻幅は７スロットである。たとえばコイルストランドＰ１の場合、巻数がたとえば４である第１のコイルＳ１はスロットＮ１とＮ８とに嵌入されており、コイル始点１ａは整流モジュール１５の接続のために、後方の巻回端部に接続されている。その後に中断無しで、巻数がそれぞれ４である第２のコイルＳ２がスロットＮ８およびＮ１に嵌入されており、該コイルＳ２の終点１ｅも整流モジュール１５に接続されている。同様に、巻数がそれぞれ４である第２の相巻線Ｐ２のコイルＳ３およびＳ４がステータスロットに嵌入されており、コイルＳ３はスロットＮ３内とＮ１０内とに配置され、コイルＳ４はスロットＮ１０内とＮ３内とに配置される。ここでも、コイルストランドＰ２の始点２ａと該コイルストランドの終点２ｅとは後方の巻回端部で整流モジュール１５に接続されている。それぞれ後続の相巻線Ｐ３〜Ｐ７でも同様にこのことを繰り返す。ここでは、図２に示された相順序で７つの相巻線を接続することは、整流モジュール１５内の適切な導体ブリッジによって行われる。この導体ブリッジは、同図では示されていない。この構成において有利には、各相巻線Ｐの直列接続された両コイルＳは１つの巻回ワイヤ１７によって完全に巻回される。７つすべての相巻線Ｐも同様に、所望の直列接続を行うために１つの巻回ワイヤ１７によって完全に巻回され、図４に示されたように、相巻線Ｐ１〜Ｐ７の終点１ｅ〜７ｅは、次の次の相巻線Ｐの各始点３ａ〜２ａとの接続部として、機器の整流側の巻回端部に設けられる。
【００２８】
図７に、７相のステータ巻線１１を有する図２のオルタネータ１０のステータ積層薄片１８の抜粋が示されている。ここでは相巻線Ｐ１，Ｐ５，Ｐ２，Ｐ６はそれぞれ、各８つの導体Ｌを備えた隣接するスロットＮ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４に収容される。相巻線Ｐはそれぞれ、図６に示されたように、各４つの導体Ｌを有する直列接続された２つのコイルから製造するか、または図５に示されたように、８つのシャフトを有するそれぞれ１つのシャフト巻線から製造することができる。さらに、磁気ノイズを減衰するために有利なのは、図７の実施例で理解できるように、相巻線Ｐが５０％を上回るスロット充填率Ｎｆで、ステータ積層薄片１８のスロットＮに嵌入されることであることが実証されている。
【００２９】
図８に、７相のステータ巻線１１の別の結線手法が示されている。ここでは、個々の相巻線Ｐ１〜Ｐ７の直列接続で、それぞれ２つの連続する相巻線Ｐが飛ばされる。このようにして、相巻線Ｐは相順序Ｐ１‐Ｐ４‐Ｐ７‐Ｐ３‐Ｐ６‐Ｐ２‐Ｐ５で、接続部１ｅ〜７ｅを介して直列接続される。ここでも、コイル相巻線Ｐ１〜Ｐ７の始点１ａ〜７ａは、図２に示された整流モジュール１５の接続のために、端面側で引き出される。このような接続構成では、相巻線Ｐ１〜Ｐ７は１８０／７°≒２５．７°の電気角αで相互に直列接続される。このような変形形態は場合によっては、図２に示された構成と比較してノイズ最適化および出力最適化されないことがある。
【００３０】
それゆえ、７ストランドのステータ巻線１１を直列接続する種々の接続手法と、異なる歯ピッチとによって、直列接続された相巻線Ｐではそれぞれ、５０°〜９０°の電気角αが形成される。
【００３１】
本発明は、図１〜８に示されたような実施例に限定されない。全体的に、車載電源網電圧が１４Ｖである自動車用のオルタネータに本発明を適用する場合、ステータ積層薄片１８のスロットＮに嵌入される導体数Ｚを５より大きくかつ１０より小さく選択するのが目的に適っている。このことは、このことが機器出力の最適化に望まれる場合に限られる。４〜１８極のクローポール可動子と制御回路によって制御される励磁電流とを有する自動車用のオルタネータで、本発明の適用が有利である。高出力の電気機器の場合には、１つの巻回ワイヤによって完全に巻回される、ステータ巻線の相巻線の代わりに、事前製造された導体バーをステータ積層薄片のスロットに嵌入し、該導体バーを巻回端部で公知のように相互に接続するのがより目的に適っている場合がある。さらに、相巻線Ｐの個々のコイルを、相互に直列接続することも、また相互に並列接続することもできる。太い巻回ワイヤの代わりに、２つ以上の平行な巻回ワイヤを完全に巻回して、相巻線を形成することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１１  ステータ巻線
１２  可動子
１３  励磁巻線
１４  制御回路
１５  整流モジュール
１６  バッテリー接続用の整流モジュール１５の端子
１８  ステータコア
３３  端面シールド
３６  ステータ
Ｐ１〜Ｐ７  ステータ巻線の各相巻線
１ａ〜７ａ  各相巻線の始端
１ｅ〜７ｅ  各相巻線の終端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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