车辆的交流发电机 【技术领域】
本发明涉及一种车辆的交流发电机，其安装在车辆或者类似物中。
背景技术
一种车辆的交流发电机通过机械功率来产生电力，以对电池充电、为发动机点火、照明和各种电子配件的工作提供电力，该机械功率由发动机提供。考虑市场竞争，使这样的交流发电机更紧凑、重量更轻、更有效和不太贵是很重要的。
最近，为了遵守各种法律和规章以及市场要求，更加完善的车辆已经采用了多种电子配件。因此，车辆的功率消耗增加，且由交流发电机产生的热量也增加，使得各种部件的温度变得很高。此外，多种电子配件的增加还增加了发动机舱的积累程度，导致发动机舱的温度增加。这样，降低温度是很重要的。
特别地，因为当由交流发电机提供更多的电流时，整流单元产生更多的热量，且因为整流单元受来自其它配件的热辐射的影响，所以设置在其它配件附近的整流单元地温度变得比其它配件要高。因此，降低整流单元的温度最重要。
最近，车辆配备有多种电子控制的装置，这些装置包括ECU(发动机控制单元)。在这样的车辆中，如果由于交流发电机的输电线故障，或者电负载的突然关闭，交流发电机产生高压噪声，那么ECU或者其它装置可能发生故障。因此，必须抑制这样的高压噪声。
以下是已知的冷却整流单元的传统方法(已有技术1)之一：整流单元的负极侧散热器接触发电机外壳，正极侧散热器通过绝缘件接触金属罩，使得该整流单元可以通过热传导来冷却。
以下也是已知的冷却整流单元的另一种方法(已有技术2)：负极侧整流元件不是固定到散热器，而是直接压配合到外壳的孔中，使得将由整流元件产生的热量直接传导到外壳。
所有的整流元件是稳压二极管，这是一种已知的抑制高压噪声的传统技术(已有技术3)。此外，有一种整流单元(已有技术4)，其中在一组正极侧整流元件或者负极侧整流元件中使用稳压二极管，在另一组中使用常规的二极管。
已有技术1
JP-A-4-244770(第2-3页，图1-2)
已有技术2
法国公开专利申请2734426(图1)
已有技术3
JP-A-64-8872(第2-3页，图1-2)
已有技术4
JP-B2-4-24945(第2页，图1-3)
在已有技术1中公开的一种车辆的交流发电机的整流单元具有这样的目标，即，通过从散热器到外壳或者金属罩的热传导来冷却整流单元。然而，因为外壳包括定子心，且定子心的温度在交流发电机中是最高的，所以外壳的温度变得很高。因此，从负极侧散热器进行的热的传导没有有效地实现。换句话说，不能实现充分的冷却效果。
在已有技术2中公开的整流单元具有这样的目标，即，通过直接压配合到外壳来提供高效的热传导，以提供更好的冷却效果。然而，因为外壳的温度变得很高，如上所述，所以不能提供充分的冷却效果。该正极侧散热器不显著增加冷却效果，导致不充分地冷却。
为了抑制高压噪声，所有的整流元件使用稳压二极管是已知的。实际上，为了该目的已经广泛地使用了稳压二极管。然而，稳压二极管比常规二极管要贵，导致了交流发电机的成本增加。在已有技术3中公开的整流单元包括用于正极侧整流元件的常规二极管和用于负极侧整流元件的稳压二极管。在该整流单元中，反向高压施加到常规二极管，使得高压噪声可以输出到诸如ECU之类的电子装置，其严重地受影响。
在已有技术4中公开的整流单元具有更多的整流元件，车辆的交流发电机的尺寸和重量很难减小，其生产成本很难降低。
本发明考虑了上述问题，本发明的目的是提供一种车辆的交流发电机，其可以降低整流单元的温度上升和生产成本，且可以抑制高压噪声。
【发明内容】
为了实现上述的目的，一种车辆的交流发电机包括用于提供磁场的转子、设置在所述转子周围且具有定子心的定子、由桥式电路形成的整流单元，在定子心中安装有多个相绕组，当施加磁场时，这些相绕组产生电动势，整流单元包括正极侧二极管和负极侧二极管，分别连接到多个相绕组。该整流单元的特征在于，连接到多个相绕组的至少一部分的任何一个正极侧二极管和负极侧二极管包括单个元件，剩下的二极管包括并联的两个元件。因为相应于每个相绕组的正极侧二极管和负极侧二极管之一包括并联的两个元件，特别地，通过设置在温度很高部分上的二极管的相电流由两个元件分担，以抑制其温度升高。因为产热元件可以分别设置在整流单元的散热器上，所以可以降低整流单元的温度上升。
最好构成正极侧二极管和负极侧二极管的上述元件是稳压二极管。当在相绕组中产生高压时，因为稳压二极管适当地击穿，所以可以防止高压噪声输出到交流发电机之外。此外，并联的稳压二极管只用于整流单元的二极管的一部分，生产成本可以相当地降低。
最好并联的两个元件之一是稳压二极管，另一个是常规二极管。如果在相绕组中产生高压，稳压二极管及时击穿，可以防止高压噪声输出到交流发电机之外。使用常规二极管可以降低生产成本。
最好所述并联的两个元件中的每个比其它元件具有较小的容量，因为这样的元件比具有常规容量的其它元件要便宜。
还最好固定有正极侧二极管的正极侧散热器和固定有负极侧二极管的负极侧散热器设置在两个平面中，这两个平面垂直于所述转子的旋转轴线，正极侧散热器和负极侧散热器之一包括多个独立的散热器，且正极侧散热器和负极侧散热器之一的外径比另一个要大。上述结构增加了散热器材料的屈强比，从而降低了材料成本。
最好并联的两个元件分别固定到多个独立散热器的每一个。这样的结构可以均匀地降低各散热器的温度，且防止整流单元的有限区域的温度变得很高。如果在交流发电机中使用三相绕组，该并联的两个元件相应于相绕组之一来使用，且四个元件用作正极侧二极管或者负极侧二极管。在这样的情况下，相同数量的元件可以分配到每个独立的散热器，使得各散热器之间的温度差较小。
【附图说明】
图1是根据本发明的实施例的车辆的交流发电机的整个主体的截面图。
图2是示出整流单元的细节的平面图。
图3是整流单元的电路图。
图4示出了当高压施加到并联的两个二极管时该整流单元的工作。
图5是示出该整流单元的位置的示意图。
图6示出了切割散热器的板的一种方法。
图7是改进的整流单元的电路图，该整流单元具有连接到与前面实施例不同的位置的并联的二极管。
图8是改进的整流单元的平面图，其中，并联的二极管可以连接到不同的位置。
图9是一个电路图，示出了当高压施加到整流单元时，并联的二极管之一是稳压二极管的整流单元的工作。
图10是改进的定子绕组的电路图。
图11是传统的车辆的交流发电机的整流单元的电路图。
【具体实施方式】
通过参考附图来描述一种根据本发明的实施例的车辆的交流发电机。
图1是根据本发明的实施例的车辆的交流发电机的整个主体的截面图，该交流发电机是具有内部冷却风扇的交流发电机。如图1所示，该车辆交流发电机1包括转子2、定子3、电刷单元4、整流单元5、IC调节器6、驱动框架7、后框架8、皮带轮9、后盖10等。
转子2具有圆柱形缠绕绝缘铜线的励磁线圈21和一对磁极心22，每个磁极心由旋转轴23固定在一起，以将励磁线圈夹在中间，且具有六个围绕励磁线圈21的爪形磁极。轴流型冷却风扇24通过焊接或者类似方法在前端固定到磁极心22的前面的磁极心，该冷却风扇从交流发电机的前面部分吸收空气，且在轴向和径向上放出空气。以类似的方法，离心型冷却风扇在后端固定到磁极心22的后面的磁极心，该冷却风扇从交流发电机的后面部分吸收空气，且在径向上放出空气。
定子3包括定子心31和三相定子绕组33，该三相定子绕组包括以预定的绕组间距安装在多个槽中的多个相绕组，这些槽形成在定子心31中。
电刷4从整流单元5供应励磁电流到励磁线圈21，该电刷4包括形成在旋转轴23上的一对集流环26、27和分别压靠在集流环26、27上的一对电刷41、42。
整流单元5将三相定子绕组33的三相交流输出电压转化为直流电压。该整流单元5的详细结构及其与定子绕组33的连接将在以后描述。
IC调节器6控制要被供应到转子2的励磁线圈21的励磁电流，这样来调节车辆交流发电机1的输出电压。
驱动框架7和后框架8容纳转子2和定子3，且支承转子2和定子3，使得转子2可以围绕旋转轴23旋转，这样可以在转子2的磁极心22的周围和定子心3之间形成预定的空气间隙。驱动框架7在其与从定子心31的轴向端突出的定子绕组33的前面部分相对的部分处具有空气排放窗71，且在其轴向端具有空气入口窗72。类似的，后框架8在其与从定子心31的轴向端突出的定子绕组33的后面部分相对的部分处具有空气排放窗81，且在其轴向端具有空气入口窗82。
后盖10覆盖且保护电刷单元4，其固定到后框架8、整流单元5和IC调节器6的外面部分。
接下来详细描述整流单元5。图2是示出整流单元5的细节的平面图。图3是整流单元5的电路图。
如图2所示，本发明的实施例的整流单元5包括：包括接线电极的端子部件51、以相互隔开预定距离设置的一对正极侧散热器53和负极侧散热器53、分别压配合到相应的散热器的多个正极和负极侧二极管54、55，以及固定到正极侧散热器52的输出端子56。
如图3所示，定子33包括Δ连接的三相(X、Y、Z)绕组33x、33y、33z，且由正极侧二极管54和负极侧二极管55形成的桥式电路连接到相绕组33x、33y、33z的每个结点。
也就是：相绕组33x和相绕组33y的结点连接到正极侧二极管54x的阳极和负极侧二极管55x的阴极的结点；相绕组33y和相绕组33z的结点连接到正极侧二极管54y的阳极和负极侧二极管55y1、55y2的阴极的结点；相绕组33z和相绕组33x的结点连接到正极侧二极管54z的阳极和负极侧二极管55z的阴极的结点。正极侧二极管54x、54y、54z的所有阴极通过正极侧散热器52连接起来，交流发电机1的输出端子56也连接到正极侧散热器52。四个负极侧二极管55x、55y1、55y2、55z的所有阳极通过负极侧散热器53也连接起来，该负极侧散热器53电连接到后框架8。
在本实施例中，所有的正极侧二极管54和负极侧二极管55都使用稳压二极管。
如上所述，本发明的实施例的整流单元5包括正极侧二极管54和负极侧二极管55，其相应于三相绕组33x、33y、33z，且形成桥式电路。两个负极侧二极管55y1、55y2用于三相绕组33x、33y、33z的至少一部分(例如，图3中的相绕组33x、33y)。
通过三个正极侧二极管54x、54y、54z形成了正极侧半波整流电路。当在相绕组33x、33y、33z中产生正电压时，这三个正极侧二极管54x、54y、54z通过相应的正极侧二极管54之一朝着正极侧散热器52流过电流。
通过四个负极侧二极管55x、55y1、55y2、55z形成了负极侧半波整流电路。当在相绕组33x、33y、33z中产生正电压时，这些负极侧二极管55x、55y1、55y2、55z从负极侧散热器53朝着相应的负极侧二极管55之一流过电流。流入相绕组33y的电流的量Iy被并联的两个负极侧二极管55y1、55y2分成Iy/2。
正极侧散热器52和负极侧散热器53设置为垂直于转子2的旋转轴线，以形成双层。设置在后盖10的深处的负极侧散热器53的外径比正极侧散热器52的外径要大，以便有效地利用来自后盖10的轴向外部的冷却空气。因为随着散热器的外径变大，材料的屈强比变低，所以负极侧散热器53由两个子散热器53a、53b形成，如图5所示。如图6所示，这样改进了屈强比，使得材料成本下降。
负极侧二极管55y1、55y2之一分配到每个上述子散热器53a、53b。
通常，车辆的交流发电机产生三相电力，且具有三相全波整流单元，如图11所示。一对正极侧和负极侧二极管用于定子绕组的每个相绕组。
如果在图11中所示的整流单元采用负极侧子散热器53a、53b，因为每个负极侧子散热器53a、53b必须具有不同数量的负极侧二极管，所以某些部分可能变成高温。另一方面，在图3中所示的整流单元可以没有上述问题，因为相电流可以被两个负极侧二极管55y1和55y2分担，该两个负极侧二极管55y1和55y2产生较少的热量。此外，因为每个负极侧二极管55y1和55y2分配到子散热器53a、53b之一，所以可以缓和局部温度上升。因此，该整流单元5的整个部分的温度可以均匀地降低。
图4示出了当高压施加到并联的两个二极管55y1、55y2时该整流单元5的工作。如图4所示，如果由于车辆交流发电机1的输出输电线断开或者电负载的关闭使得相绕组33y的相电压Vsy增加，那么负极侧二极管55y1、55y2及时击穿。因此，防止输出端子56的电压进一步上升，这样可以防止高压噪声输出。
这样，根据本发明的实施例的车辆交流发电机1的整流单元5采用并联的两个整流元件作为一对正极侧二极管54和负极侧二极管55之一。因为相电流被分开，以抑制整流元件的热产生，该整流元件设置在温度比其它部分高很多的部分，且因为产热的整流元件配置到散热器52、53，所以整流单元5的温度可以下降。
因为当在任何一个相绕组33x、33y、33z中产生高压时，稳压二极管及时击穿，所以没有高压噪声从车辆交流发电机1输出。
本发明不局限于上述实施例，还可以在不偏离本发明的要旨的情况下应用多种改进。例如，只要二极管并联，可以改变并联的二极管的容量、形状或者散热器。
图7是整流单元的电路图，其中并联的两个二极管设置在不同的位置。在图7中所示的整流单元5A将并联的稳压二极管用于Z相绕组的正极侧电路和X相绕组的负极侧两者。这样，并联的二极管用于除了Y相负极侧电路的所有电路，使得由于车辆交流发电机的环境条件而使正极侧散热器52和负极侧散热器53的温度变高的部分的温度可以控制为较低。如图8所示，在散热器52、53中形成二极管孔520、530，使得并联的二极管可以被选择性地压配合。
在上述实施例中，所有的二极管都使用稳压二极管。然而，并联的二极管之一55y3可以使用常规二极管，并联的二极管的另一个55y1可以使用稳压二极管，如图9所示。无论何时产生高压，该稳压二极管55y3击穿以防止高压噪声输出。因此，使用常规二极管的整流单元可以比较便宜。
还可以所有二极管都使用常规二极管。这样的结构可以降低温度和生产成本。
并联的二极管将电流分成两部分，使得这些二极管的容量可以比其它二极管小。也就是，该元件的截面比其它的要小，这导致成本降低。
上述实施例的Δ连接的定子绕组33可以由星形连接的定子绕组来替代。如图10所示，还可以形成改进的Δ连接或者星形连接的定子绕组，其是包括串联连接的线圈的相绕组，它们在相位上相互稍有不同。由于磁脉动，这样的结构可以减小噪声。
标号说明
1 车辆的交流发电机
2 转子
3 定子
4 电刷单元
5 整流单元
52 极侧散热器
53 负极侧散热器
54 极侧二极管
55 负极侧二极管
6 IC调节器
7 驱动框架
8 后框架
9 皮带轮
10 后盖