最新の車両にはすべて、車載電気システムとそのすべてのデバイスを動作させるための電流を生成する発電機が装備されています。発電機の主要部品の 1 つは固定子です。この記事では、発電機のステーターとは何か、その仕組みと仕組みについて説明します。
発電機ステーターの目的
現在の自動車やその他の車両では、自励式同期三相オルタネーターが使用されています。一般的な発電機は、ハウジングに固定された固定子、励磁巻線を備えた回転子、ブラシ アセンブリ (界磁巻線に電流を供給)、および整流器ユニットで構成されます。すべての部品は比較的コンパクトな設計に組み立てられ、エンジンに取り付けられ、クランクシャフトからベルトで駆動されます。
ステーターは、作動巻線を運ぶ自動車オルタネーターの固定部品です。発電機の動作中、固定子巻線で電流が発生し、変換（整流）されて車載ネットワークに供給されます。
発電機のステーターにはいくつかの機能があります。
• 電流が生成される作動巻線を搭載しています。
• 作動巻線に対応する本体部分の機能を果たします。
• 作動巻線のインダクタンスを増加させ、磁力線を正しく分布させる磁気回路の役割を果たします。
• ヒートシンクとして機能 - 加熱巻線から過剰な熱を除去します。
すべてのステーターは基本的に同じ設計であり、さまざまなタイプに違いはありません。
発電機の固定子の設計
構造的に、ステーターは 3 つの主要な部分で構成されます。
• リングコア。
• 作動中の巻線（巻線）。
• 巻線の絶縁。
コアは内側に溝のある鉄製のリングプレートから組み立てられます。パッケージはプレートから形成され、構造の剛性と堅牢性は溶接またはリベット留めによって与えられます。コアには巻線を敷設するための溝が作られており、各突起は巻線を巻くためのヨーク（コア）となります。コアは、一定の透磁率を備えた特殊グレードの鉄または合金鉄で作られた、厚さ 0.8 ～ 1 mm のプレートから組み立てられます。ステーターの外側には熱放散を改善するためのフィンや、発電機のハウジングと結合するためのさまざまな溝や凹部がある場合があります。
三相発電機は、相ごとに 1 つずつ、3 つの巻線を使用します。各巻線は、大きな断面積（直径 0.9 ～ 2 mm 以上）の銅絶縁線でできており、コアの溝に一定の順序で配置されます。巻線には交流が取り出される端子があり、通常ピンの数は 3 つまたは 4 つですが、6 つの端子を持つ固定子もあります (3 つの巻線のそれぞれには、何らかのタイプの接続を行うための独自の端子があります)。
コアの溝には、ワイヤの絶縁体を損傷から保護する絶縁材が入っています。また、一部のタイプのステータでは、絶縁ウェッジを溝に挿入することができ、これがさらに巻線の固定具として機能します。ステータアセンブリにはさらにエポキシ樹脂またはワニスを含浸させることができ、これにより構造の完全性が確保され（回転のずれを防ぎ）、電気絶縁特性が向上します。
ステーターは発電機のハウジングにしっかりと取り付けられており、現在最も一般的に使用されている設計は、ステーター コアが本体部品として機能するものです。これは簡単に実装されます。ステータは、スタッドで締め付けられた発電機ハウジングの 2 つのカバーの間にクランプされます。このような「サンドイッチ」により、効率的な冷却とメンテナンスの容易さを備えたコンパクトな設計を作成できます。発電機のフロントカバーにステーターを組み合わせ、バックカバーを取り外してローターやステーターなどの部品にアクセスできるデザインも人気です。
ステーターの種類と特徴
発電機の固定子は、溝の数と形状、溝に巻線を敷設する方式、巻線の配線図、および電気特性が異なります。
巻線のターンの溝の数に応じて、固定子は 2 つのタイプに分かれます。
• 18 スロット。
• 36 スロット付き。
現在では、電気的パフォーマンスが向上するため、36 スロット設計が最も一般的に使用されています。現在、18 本の溝を備えたステーターを備えた発電機は、初期リリースの一部の国産車に搭載されています。
ステータは溝の形状により次の 3 種類に分かれます。
• 開いた溝 - 長方形断面の溝の場合、巻き線の追加の固定が必要です。
• 半閉じた（くさび形）溝付き - 溝は上向きに先細になっているため、巻線コイルは絶縁くさびまたはキャンブリック（PVC チューブ）を挿入することによって固定されます。
• シングルターンコイルを巻くためのセミクローズド溝付き - 溝は、大径ワイヤまたは幅広テープの形のワイヤを 1 ～ 2 ターン敷設するための複雑な断面を持っています。
巻線の敷設方式によれば、固定子は次の 3 つのタイプに分かれます。
• ループ（ループ分布）回路の場合 - 各巻線のワイヤはループを備えたコアの溝に配置されます（通常、1 ターンは 2 つの溝ごとに配置され、2 番目と 3 番目の巻線のターンはこれらの溝に配置されます） - そのため、巻線は三相交流を生成するために必要なシフトを獲得します。
• 波集中回路の場合 - 各巻線のワイヤは波状の溝に配置され、一方の側からもう一方の側にバイパスされ、各溝には一方向に向けられた 1 つの巻線が 2 回巻かれます。
• 波状分布回路の場合 - ワイヤも波状に敷設されますが、溝内の 1 つの巻線のターンは異なる方向に向けられます。
どのようなタイプのスタッキングでも、各巻線はコア上に 6 つのターンが分散されます。
ワイヤの敷設方法に関係なく、巻線を接続するには 2 つの方式があります。
• 「スター」 - この場合、巻線は並列に接続されます (3 つの巻線すべての端が 1 つの (ゼロ) 点で接続され、それらの初期端子は空いています)。
• 「三角形」 - この場合、巻線は直列に接続されます (一方の巻線の始まりと他方の巻線の終わり)。
巻線を「スター」に接続すると、より高い電流が観察されます。この回路は、低速で効率的に動作する、電力が1000ワット以下の発電機で使用されます。巻線を「三角形」で接続すると、電流は減少します（「星型」に比べて 1.7 倍）。ただし、このような接続方式の発電機は高出力でよりよく機能し、導体の断面積が小さいほど、巻線に使用されます。
多くの場合、「三角形」の代わりに「ダブルスター」回路が使用されます。この場合、ステータには 3 つではなく 6 つの巻線が必要です。3 つの巻線は「スター」によって接続され、2 つの「スター」は接続されます。並列負荷。
性能の観点から、固定子にとって最も重要なことは、巻線の定格電圧、電力、および定格電流です。公称電圧に従って、固定子 (および発電機) は 2 つのグループに分けられます。
• 巻線電圧 14 V - オンボードネットワーク電圧 12 V の車両用。
• 巻線電圧が 28 V の場合 - オンボード ネットワーク電圧が 24 V の機器用。
整流器と安定器で電圧降下が必然的に発生し、車載電力網への入口ではすでに 12 または 24 V の通常の電圧が観測されているため、発電機はより高い電圧を生成します。
車、トラクター、バス、その他の機器用のほとんどの発電機の定格電流は 20 ～ 60 A ですが、乗用車の場合は 30 ～ 35 A で十分ですが、トラックの場合は 50 ～ 60 A、最大 150 A 以上の電流の発電機も生産されています。重機用。
発電機ステータの動作原理
固定子と発電機全体の動作は、電磁誘導の現象、つまり磁場内を移動する、または交流磁場内で静止する導体に電流が発生する現象に基づいています。自動車の発電機では、2番目の原理が使用されます。つまり、電流が発生する導体は静止しており、磁場は常に変化しています（回転しています）。
エンジンが始動すると発電機のローターが回転し始め、同時にバッテリーから励磁巻線に電圧が供給されます。ローターには多極のスチールコアがあり、巻線に電流が流れると電磁石となり、回転するローターが交流磁界を生成します。この磁場の磁力線は、ローターの周囲にあるステーターと交差します。ステーターコアは特定の方法で磁場を分配し、その力線は動作巻線のターンを横切ります。電磁誘導により、それらに電流が生成され、巻線の端子から除去され、整流器に入ります。スタビライザーとオンボードネットワーク。
エンジン速度が上昇すると、ステーターの作動巻線からの電流の一部がローターの界磁巻線に供給されるため、発電機は自励モードになり、サードパーティの電流源は必要なくなります。
動作中、発電機のステータは加熱と電気負荷を受け、また環境の悪影響にもさらされます。時間が経つと、巻線間の絶縁が劣化し、電気的故障が発生する可能性があります。この場合、ステーターを修理するか完全に交換する必要があります。定期的なメンテナンスとステーターの適時交換により、発電機は確実に機能し、クルマに安定した電気エネルギーを供給します。
投稿日時: 2023 年 8 月 24 日