TWI502855B - 交流發電機定子 - Google Patents

Description

交流發電機定子

本發明所屬之技術係提供一種交流發電機定子，特別是一種汽車用交流發電機定子。

交流發電機是發電機的一種，它可將機械能轉換成交流電流形式的電能。車用之交流發電機則是將引擎的機械能轉換成電能，供給電瓶充電，藉以供給電力予汽車上其他的電器使用，及啟動馬達來轉動引擎。

交流發電機一般具有一環形定子及一容置於環形定子中的轉子，定子上纏繞有導線，藉由轉子在定子中迅速運動，使得導線與轉子所形成的磁場發生相對運動，而在導線中產生感應電動勢(電壓)。交流發電機之輸出電壓係與導線的線圈匝數成正比。故，定子上之導線密度越大則發電機之發電量亦越大。

傳統的環形定子具有以機械加工方式製成之凹槽，並於凹槽間繞設導線以利透過感應而發電。然，由於定子為環形，各凹槽之開口均面向圓心處，致使繞線動作有其一定的困難度，再加上各凹槽內之間距隨著槽壁朝定子圓心延伸而漸縮，致使導線難以在各凹槽內整齊緊密排列。因此，定子上所纏繞之導線圈數往往不足，導線密度亦無法增加，發電量不足。若為得到所欲的發電量，則需要增加纏繞的導線圈數，此不僅增加了導線纏繞的厚度，使交流發電機的體積龐大， 亦導致交流發電機之操作溫度上升，而定子線圈之電阻損耗亦偏高。故，習知定子結構不僅限縮交流發電機之整體效能，亦限縮其他須使用定子結構之構件之整體效能。

發明人有鑒於上述先前技術所述之不足，提出一種用於交流發電機之定子，其可使導線匝繞動作更為便利，並可有效增加定子凹槽內之導線密度，從而減少導線纏繞的厚度，並增加交流發電機的發電量。

為達上述之目的，本發明之用於交流發電機之定子包含一長形定子本體，其於一第一側上設有複數個平行排列之凹槽，並於兩端分別界定有一第一端及一第二端；及複數條導線，分別匝繞於複數個不同之凹槽中，且導線之各匝圈含有至少一條之導線；從而當導線匝繞於長形定子本體後，長形定子本體可被變形成環形，使長形定子本體之第一側朝內，並使長形定子本體之第一端與第二端相結合。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體包含一材料，該材料係由冷軋鋼板(SPCC)與矽鋼組成之群中選出。

根據本發明之另一較佳實施例，各凹槽之表面上均鋪設有一電性絕緣材料。電性絕緣材料包含一材料，該材料係由壓製紙板、塑膠薄膜、聚酯薄膜、芳綸紙及環氧樹脂組成之群中選出。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線均設有一第一端與一第二端，且各導線於匝繞完成後係將第一端與第二端相結合以形成一出線部。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線之第一端與第二端係透過焊接方式相結合。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線之出線部係相鄰配置。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線於匝繞完成後，可再被 壓實以增加凹槽中各導線間之緊密度。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線係透過一液壓機構被壓實。

根據本發明之另一較佳實施例，導線為漆包銅線。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體係透過輥軋方式而形成環形定子。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體係透過冷軋方式而形成環形定子。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體之第一端與第二端係透過焊接方式相結合。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體於一與第一側相對之第二側上設有至少一個之凹口，從而當定子安裝至交流發電機之一機殼時，凹口可供鎖固件穿過，使定子與交流發電機之機殼之結合更緊密。

本發明另提供一種用於交流發電機之定子，其包含一環形定子本體，其於內側設有複數個凹槽；及複數條導線，分別匝繞於複數個不同之凹槽中，且導線之各匝圈含有至少一條之導線，各導線均設有一第一端與一第二端，且各導線於匝繞完成後係將第一端與第二端相結合以形成一出線部，各導線之出線部係相鄰配置。

根據本發明之另一較佳實施例，環形定子本體具有一第一端及一第二端，第一端與第二端係透過焊接方式相結合。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線之第一端與第二端係透過焊接方式相結合。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體包含一材料，該材料係由冷軋鋼板(SPCC)與矽鋼組成之群中選出。

根據本發明之另一較佳實施例，各凹槽之表面上均鋪設有一電 性絕緣材料。電性絕緣材料包含一材料，該材料係由壓製紙板、塑膠薄膜、聚酯薄膜、芳綸紙及環氧樹脂組成之群中選出。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線於匝繞完成後，可再被壓實以增加凹槽中各導線間之緊密度。

根據本發明之另一較佳實施例，各導線係透過一液壓機構被壓實。

根據本發明之另一較佳實施例，導線為漆包銅線。

根據本發明之另一較佳實施例，長形定子本體於一與第一側相對之第二側上設有至少一個之凹口，從而當定子安裝至交流發電機之一機殼時，凹口可供鎖固件穿過，使定子與交流發電機之機殼之結合更緊密。

本發明另提供一種交流發電機，其具有本發明所述之定子。

根據本發明之另一較佳實施例，交流發電機係用於車輛上。

為了可以更好地理解以下本發明之詳細說明，上文已經相當廣泛地概述了本發明之特徵和技術優點。下文將說明本發明之附加特徵和優點。熟習該項技術者應認識到所揭露之概念和具體實施方式可以容易地用作修改或設計用作實施本發明之相同目的其他結構之基礎。熟習該項技術者還應意識到此類等效構造不脫離申請專利範圍中所要求保護之本發明精神和範圍。

100‧‧‧長形定子本體

110‧‧‧長形定子本體之第一端

120‧‧‧長形定子本體之第二端

130‧‧‧第一側

132‧‧‧極齒

134‧‧‧凹槽

136‧‧‧電性絕緣材料

140‧‧‧第二側

142‧‧‧凹口

200‧‧‧導線

202、212、222、232‧‧‧第一端

204、214、224、234‧‧‧第二端

210、220、230‧‧‧導線群組

216、226、236‧‧‧出線部

300‧‧‧液壓機構

400‧‧‧輥軋裝置

410、420、430‧‧‧輥子

500‧‧‧焊槍

600‧‧‧環形定子

H‧‧‧高度

為了更加徹底地理解本發明和本發明優點，現在結合附圖參考以下說明，其中：圖1所示為本發明之用於交流發電機之長形定子的立體分解示意圖。

圖2所示為本發明利用液壓機構對長形定子本體之凹槽內的導線進行壓實之示意圖。

圖3所示為本發明之長形定子本體利用輥軋裝置進行變形之示意圖。

圖4所示為本發明之長形定子本體於捲繞成環形後利用焊槍進行焊接之示意圖。

圖5A所示為本發明之長形定子之另一實施例示意圖。

圖5B所示為本發明之環形定子之另一實施例示意圖。

圖6所示係本發明之用於交流發電機之定子的立體分解示意圖。

圖7所示係本發明之用於交流發電機之定子的立體示意圖。

圖8所示係本發明用於交流發電機之定子的製造方法流程圖。

以下實施例進一步說明本發明。它們僅用於說明本發明，並闡明本發明特定實施例的各種優點，但不表示本發明只侷限於此種方式呈現。

請參閱圖1所示，係本發明之用於交流發電機之長形定子的立體分解示意圖。如圖所示，本發明之用於交流發電機之長形定子主要具有一長形定子本體100，此長形定子本體100具有一第一端110及一第二端120，並於一第一側130上凸設有複數個平行排列之極齒132，各相鄰極齒132之間並形成一凹槽134，從而使各凹槽134亦呈平行排列之架構。在本發明之較佳實施例中，長形定子本體100係由改變形狀後仍可維持其電性及磁場性質之材料所形成，例如冷軋鋼板(SPCC)、矽鋼或其他類似之材料。

長形定子本體100之各凹槽134內可鋪設電性絕緣材料136。在本發明之一較佳實施例中，各凹槽134均設置有獨立的電性絕緣材料136(如圖1所示)。本發明之替代實施例則可使用一塊連續之片狀/板狀電性絕緣材料136，電性絕緣材料之一部分係沿著二或多個凹槽134與極齒132之表面設置。在本發明之較佳實施例中，電性絕緣材料136係 由諸如壓製紙板、塑膠薄膜、方綸紙、環氧樹脂或其他類似之非導電材料製成。

長形定子本體100之各凹槽134可供導線200匝繞。本發明之導線200係由複數個導線群組210、220、230所組成，各導線群組210、220、230具有至少一條之導線200，且各導線200具有一第一端202與一第二端204。舉例來說，當各導線群組210、220、230僅具有一條導線200時，則每一匝圈均為一導線200(如圖3所示)，也就是各導線群組210、220、230一次以一條導線200來進行匝繞。而當各導線群組210、220、230具有三條導線200時，則每一匝圈均為三導線200(如圖2所示)，也就是各導線群組210、220、230一次以三條導線200來進行匝繞。當各導線群組210、220、230以多條導線200進行匝繞時，可選用直徑較細之導線200來進行匝繞，如此可減少凹槽134內各導線200間之空隙、增加各導線200間之緊密度，從而增加凹槽134內之導線密度。較高之導線密度，可使定子於運作時產生較高之感應電流。

在圖1所示之實施例中，導線係分為三個導線群組210、220、230，各群組中之各條導線200分別具有一第一端212、222、232與一第二端214、224、234。從而，當導線200進行匝繞時，第一導線群組210之導線200可於長形定子本體100之第一、第四、第七及第十凹槽134中進行來回匝繞，第二導線群組220之導線200則可於長形定子本體100之第二、第五、第八及第十一凹槽134中進行來回匝繞，而第三導線群組230之導線200則於長形定子本體100之第三、第六、第九及第十二凹槽134中進行來回匝繞。在本發明之一較佳實施例中，導線200係為漆包銅線，但在替代實施例中亦可選用他種導電材料。

本發明之導線200於匝繞完成後，可利用一液壓機構300對凹槽134內之導線200進行壓實的動作，以減少凹槽134內各導線200間之空隙，藉以增加各導線200間之緊密度，從而增加凹槽134內之導線密 度。本發明亦可使用任何其他設備進行壓實的動作，液壓機構300僅為一較佳之實施例。

待長形定子本體100完成導線200匝繞及壓實的動作後，即可予以變形為一環形定子。本發明之一較佳實施例係利用一輥軋裝置400對長形定子本體100進行輥軋。如圖3所示，將長形定子本體100經由一輸送帶(圖中未示)傳送至設有三個輥子410、420、430之輥軋裝置400以進行滾壓。於輥軋過程中，長形定子本體100經彎曲變形，而長形定子本體100之第一側130朝內，並使其第一端110逐漸朝第二端120接近。待長形定子本體100之第一端110與第二端120相接觸時，長形定子本體即變形為環形。此時，可在透過一焊槍500將長形定子本體100之第一端110與第二端120相焊接，從而形成一環形定子600(如圖4所示)。本發明於所述之實施例係先將長形定子本體100鋪設電性絕緣材料136及匝繞導線200後，才予以變形為環形定子600。惟，本發明於替代之實施例亦可先將長形定子本體100變形為環形定子600後，再鋪設電性絕緣材料136及匝繞導線200，也可以先將長形定子本體100鋪設電性絕緣材料136，然後將長形定子本體100變形為環形定子600，最後才匝繞導線200。此外，本發明於所述之實施例係利用輥軋製程之冷軋方式將長形定子本體100捲繞成環形。惟，本發明亦可利用其他方式將長形定子本體100變形為環形定子600。

此外，導線200於完成匝繞後，其第一端202及第二端204分別聚集於長形定子本體100之第一端110及第二端120，並將各導線200之第一端202及第二端204相結合(如透過焊接之方式)以形成一出線部216、226、236(請參見圖1)，各導線200之出線部216、226、236可相鄰配置，從而使定子於運作時，因出線部216、226、236均聚集在一起，而使定子之其餘部分的散熱效率提高，從而增加定子的使用壽命。

再者，如圖5A、5B所示，本發明之長形定子本體100可於與第一側130相對之一第二側140上設有至少一個之凹口142。從而，當長形定子本體100變形為環形定子600並安裝至交流發電機之一機殼(圖中未示)時，此凹口142可供鎖固件(如鎖固螺栓)穿過，以使定子固設於交流發電機之機殼內。也因為此凹口142之設計，可降低鎖固件對定子之干涉，並減少定子與交流發電機機殼之間的間隙，從而使交流發電機之結構更緊密。

請附帶參閱圖6、7所示，係本發明之用於交流發電機之定子的立體分解示意圖及立體示意圖。如圖所示，本發明取代傳統直接製造環形定子結構，並對環形定子結構進行繞線之方法，係先提供一長形定子本體100，並可直接對長形定子本體100進行匝繞導線200的動作。由於長形結構相較於環形結構顯然更便於進行繞線動作，故定子之凹槽134內的導線密度可大幅提升，不僅可有效降低交流發電機之溫度，更可降低定子之電阻損耗。此外，對長形定子本體100進行繞線時，由於其匝繞動作較為便利簡單，故可有效降低導線露出定子的高度H，從而減少導線200受損的機率，並提高整體結構之緊密度。

如圖8所示，本發明亦提供一種製造用於交流發電機之定子的方法，其包含以下步驟：形成一長形定子本體，長形定子本體於一第一側上設有複數個平行排列之凹槽，並於兩端分別界定有一第一端及一第二端(步驟S100)；將複數條導線分別匝繞於複數個不同之凹槽中，且各匝圈含有至少一條之導線(步驟S200)；及將長形定子本體變形成環形，使長形定子本體之第一側朝內，並使長形定子本體之第一端與第二端相結合(步驟S300)。

本發明之製造用於交流發電機之定子的方法可於長形定子本體之各凹槽表面上鋪設電性絕緣材料，並可於長形定子本體之第二側上設有至少一個之凹口。此外，導線於完成匝繞長形定子本體後，可再 被壓實以增加凹槽內之導線密度。再者，各導線均具有一第一端與一第二端，並於導線完成匝繞後，將各導線之第一端與第二端相結合以形成一出線部，各導線之出線部可相鄰配置。

在本發明之一較佳實施例中，長形定子本體係由改變形狀後仍可維持其電性及磁場性質之材料所形成，例如冷軋鋼板(SPCC)、矽鋼或其他類似之材料。電性絕緣材料係由諸如壓製紙板、塑膠薄膜、方綸紙、環氧樹脂或其他類似之非導電材料製成。導線則可為漆包銅線。

在本發明之一較佳實施例中，長形定子本體係利用輥軋製程之冷軋方式變形成環形。

在本發明之一較佳實施例中，長形定子本體之第一端與第二端係透過焊接的方式相結合。各導線之第一端與第二端亦透過焊接的方式相結合。

本發明之定子適用於交流發電機系統，例如發電系統及車輛之交流發電機系統。本發明之定子尤其適合作為汽車用交流發電機之定子結構。

儘管已經詳細描述了本發明及其優點，應理解到，在不脫離所附申請專利範圍定義之本發明精神和範圍情況下，此處可以做出各種變化、替代方案和更改。而且，本發明範圍並非旨在局限於在本說明書中所述之製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法以及步驟之具體實施方式。如熟習該項技術者將從本發明的揭露中輕易認識到，可以根據本發明利用現有或往後要開發的、大體上執行相同功能或大體上實現和此處所述之對應實施方式相同結果之製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法以及步驟。相應地，所附申請專利範圍係旨在於將此類製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法或步驟包括在它們範圍內。

100‧‧‧長形定子本體

110‧‧‧長形定子本體之第一端

120‧‧‧長形定子本體之第二端

130‧‧‧第一側

132‧‧‧極齒

134‧‧‧凹槽

136‧‧‧電性絕緣材料

200‧‧‧導線

202、212、222、232‧‧‧第一端

204、214、224、234‧‧‧第二端

210、220、230‧‧‧導線群組

216、226、236‧‧‧出線部

Claims (18)

1. 一種用於交流發電機之定子，其包含：一長形定子本體，其於一第一側上設有複數個平行排列之凹槽，並於兩端分別界定有一第一端及一第二端；及複數條導線，分別匝繞於複數個不同之該等凹槽中，且該等導線之各匝圈含有至少一條之導線；從而當該等導線匝繞於該長形定子本體後，該長形定子本體可被變形成環形，使該長形定子本體之該第一側朝內，並使該長形定子本體之該第一端與該第二端相結合，其中各該導線均設有一第一端與一第二端，且各該導線於匝繞完成後係將該第一端與該第二端相結合以形成一出線部，各該導線之該出線部係相鄰配置。
2. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中各該導線之該第一端與該第二端係透過焊接方式相結合。
3. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中各該導線於匝繞完成後，可再被壓實以增加該等凹槽中各該導線間之緊密度。
4. 如請求項3之用於交流發電機之定子，其中各該導線係透過一液壓機構被壓實。
5. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中該導線為漆包銅線。
6. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中該長形定子本體係透過輥軋方式而形成環形定子。
7. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中該長形定子本體係透過冷軋方式而形成環形定子。
8. 如請求項1之用於交流發電機之定子，其中該長形定子本體之該第一端與該第二端係透過焊接方式相結合。
9. 一種用於交流發電機之定子，其包含：一環形定子本體，其於內側設有複數個凹槽；及複數條導線，分別匝繞於複數個不同之該等凹槽中，且該等導線之各匝圈含有至少一條之導線，各該導線均設有一第一端與一第二端，且各該導線於匝繞完成後係將該第一端與該第二端相結合以形成一出線部，各該導線之該出線部係相鄰配置。
10. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中該環形定子本體具有一第一端及一第二端，該第一端與該第二端係透過焊接方式相結合。
11. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中各該導線之該第一端與該第二端係透過焊接方式相結合。
12. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中該環形定子本體包含一材料，該材料係由冷軋鋼板(SPCC)與矽鋼組成之群中選出。
13. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中各該導線於匝繞完成後，可再被壓實以增加該等凹槽中各該導線間之緊密度。
14. 如請求項13之用於交流發電機之定子，其中各該導線係透過一液壓機構被壓實。
15. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中該導線為漆包銅線。
16. 如請求項9之用於交流發電機之定子，其中該環形定子本體於一外側上設有至少一個之凹口，從而當該定子安裝至該交流發電機之一機殼時，該凹口可供鎖固件穿過，使該定子與該交流發電機之機殼之結合更緊密。
17. 一種交流發電機，其包含如請求項1至16之任一項所述之定子。
18. 如請求項17之交流發電機，其係用於車輛上。