JP2000308317A

JP2000308317A - 始動発電機

Info

Publication number: JP2000308317A
Application number: JP11112863A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Uchiyama; 英和内山; Yutaka Nozue; 裕野末
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】キック等によって始動可能でありながら過剰
出力の問題のない始動発電機を提供する。【解決手段】電機子コイル７が巻装された固定子９
と、エンジンのクランクシャフト３に連結され固定子９
の周囲に回転自在に配設された回転子４とを備え、エン
ジン始動時にはモータとして、エンジン始動後は発電機
として機能する始動発電機において、回転子４に、同極
着磁された複数のマグネット５ａと、マグネット５ａの
間に配設された磁性材料よりなる複数の制御磁極５ｂと
を備えた界磁子を配設する。制御磁極５ｂを通る閉磁路
を形成する界磁コイル１１がボルト１０により固定子９
に取り付け、界磁コイル１１の通電量を制御することに
より界磁コイル１１が発生する磁束を変化させて、回転
子４と固定子９の間に作用する有効磁束量を変化させ、
モータ出力と発電量のアンバランスをなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型二輪車用エン
ジンや汎用エンジンの始動・発電兼用装置に関し、特
に、減速機構なしにエンジンに直結状態で取り付けられ
る始動発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、多くの小型二輪車や、携帯用発
電機等の各種作業装置では、エンジン起動用のスタータ
モータと、エンジンによって駆動される発電用のジェネ
レータが別個に搭載されている場合が多い。ところが、
モータとジェネレータはその基本的構成が共通している
にもかかわらず、スタータモータは始動時にだけ使用さ
れ、磁石発電機は始動後に使用される。そこで、従来よ
り、携帯用発電機の発電装置において、その回転子およ
び固定子をスタータモータの界磁子および電機子に兼用
した始動・発電兼用機である始動発電機（セルダイ）の
開発が試みられている。

【０００３】この場合、始動発電機としては、固定子の
外側に永久磁石（以下、マグネットという。）を有する
回転子が配設されたアウタロータ形と呼ばれるものが広
く知られている。小型二輪車や携帯用発電機にはその一
種である磁石発電機が搭載されており、そこでは回転子
がエンジンのクランクシャフトに連結され、発電巻線が
巻装された固定子の外側を、この回転子が回転すること
により発電が行われる。

【０００４】そして、この始動発電機をスタータモータ
として使用する場合には、電源からの電力が始動巻線に
供給されて形成された磁界と回転子のマグネットからの
磁界との相互作用によって回転力が創出され、クランク
シャフトが回転されてエンジンが始動される。また、エ
ンジンの始動後に磁石発電機として使用する場合には、
クランクシャフトによって回転される回転子のマグネッ
トの磁束が発電巻線に作用して起電力が発生される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンに回転子を直結する方式の場合、それをスタータモー
タと発電機の両方で効率良く兼用することは、二輪車へ
の適用を考慮すると以下のような困難が伴う。すなわ
ち、現行の二輪車用スタータモータでは、エンジンクラ
ンクシャフトに対する総減速比が２０〜３０であるのに
対し、発電機はエンジン直結にて駆動されている。従っ
て、スタータと発電機とを兼ねた始動発電機を二輪車に
適用し、従来の発電機と同様にエンジンに直結して使用
すると、スタータモータとして要求される体格と、発電
機として要求される体格とに大きなギャップが生じるこ
とになる。

【０００６】モータのトルクは基本的には体格（≒重
量）に比例するため、例えば減速比２０の場合、従来
０．３kgであったモータと同じトルクを直結（減速比
１）で発生させるためには、２０倍、すなわち６kgの重
量のものが必要となる。この場合、発電機としては従来
１kgで設計されているもので性能的には十分であり、６
kgの発電機では必要量の６倍もの出力が出てしまうこと
になる。

【０００７】表１は、かかるアンバランスに関する実験
例を示す表である。なお、表中の発電性能は、スタータ
モータの巻線を用いて測定した最大値である。表１に示
したように、出力要件として始動性能を満足する始動発
電機を設計した場合、発電（充電）性能が、求められる
要件に対して１０倍以上過剰になることがわかる。

【０００８】

【表１】

【０００９】このように、スタータ性能を満足させる体
格の始動発電機を発電装置として用いると、モータとし
て必要な磁束量と発電機に必要な磁束量との間に大きな
ギャップがあり、発電出力が過剰となり無駄が多い。ま
た、過剰出力を処理する必要も生じ、その際の損失によ
りエンジンフリクションが増大し、エンジン出力の低下
や燃費の悪化を招くという問題がある。この場合、過剰
出力のレギュレート方式としては一般に、発電コイル短
絡によるショート型レギュレータ方式と、コイル解放に
よるオープン型レギュレータ方式の２方式がある。しか
しながら、前者の方式は銅損増加の要因となり、後者の
方式は鉄損増加の要因となるため、過剰出力を処理する
場合何れの方式でも損失発生は避けられない。

【００１０】この場合、四輪車のオルタネータのよう
に、界磁コイルを用いて磁束を必要量だけ発生させるよ
うにすればかかる過剰出力の問題は生じない。そこで
は、界磁電流を変更制御することによって、モータ特性
や発電量を制御しており、これにより必要なモータ出力
と適正な発電量のバランスをとっている。しかしなが
ら、二輪車用の始動発電機では、四輪用にはない「キッ
ク始動」という特殊な要求が存在するため、それを容易
には適用できないという問題がある。また、汎用エンジ
ンを用いた携帯用発電機などでも、リコイルスタータを
備えたロープ始動装置によって手動でエンジン起動を行
うものでも二輪車と同様の問題が生じる。

【００１１】すなわち、一般に小型二輪車の使用状態を
見ると、バッテリの保守状態は常に良好とは言い切れ
ず、また、バッテリ外れの状況も考慮してエンジン始動
システムを構築する必要がある。このため、バッテリが
あがっていたり、端子が外れていたりしても、キックま
たは押し掛けによりエンジンが始動可能であることが求
められ、この点、基本的には正常なバッテリを前提とし
た電装システムを構成している四輪車とは事情を異にし
ている。

【００１２】このため二輪車用の発電機では、界磁に磁
石を用いた磁石式の発電機が採用されており、そこでは
キック等によりエンジンのクランクシャフトさえ回れば
発電が可能になっている。その結果、二輪車ではバッテ
リ状態にかかわらず、キック等によってエンジンの点火
・始動ができることになる。従って、二輪車に界磁コイ
ルタイプの始動発電機をそのまま転用することはでき
ず、前述のようなアンバランスの問題が解決されずその
改善が望まれていた。また、ロープ始動装置によってエ
ンジンを始動させるような各種作業装置でも、磁石式の
発電機が採用されるため同様の問題が生じる。

【００１３】本発明の目的は、キック等によって始動可
能でありながら過剰出力の問題のない始動発電機を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の始動発電機は、
電機子コイルが巻装された固定子と、エンジンのクラン
クシャフトに直結され前記固定子の内側または外側に回
転自在に配設された回転子とを備え、前記エンジンの始
動時にはモータとして機能し、前記エンジンの始動後は
発電機として機能する始動発電機であって、前記回転子
に設けられ同極に着磁された複数の永久磁石と前記永久
磁石の間に配設された磁性材料からなる複数の制御磁極
とを備えた界磁子と、前記制御磁極を通る閉磁路を形成
する界磁コイルと、前記界磁コイルの通電量を制御する
ことにより前記界磁コイルが発生する磁束を変化させ前
記回転子と前記固定子の間に作用する有効磁束量を前記
機能に応じて制御する有効磁束制御手段とを有すること
を特徴としている。

【００１５】これにより、固定子と回転子との間の有効
磁束量が装置の発揮すべき機能に応じて変更され、電動
機出力と発電量のアンバランスを調整することが可能と
なる。従って、エンジンに回転子を直結する方式の発電
機をスタータモータとしても効率良く使用することがで
き、キック始動やロープ始動が可能でかつ始動・発電兼
用の二輪車用あるいは汎用エンジン用の始動電動機を提
供することが可能となる。

【００１６】この場合、前記有効磁束制御手段が、前記
エンジン始動時は前記有効磁束量を増加させる方向に前
記界磁コイルに通電し、前記エンジン始動後は前記界磁
コイルへの通電を停止するようにしても良い。

【００１７】また、前記有効磁束制御手段が、前記エン
ジン始動時は前記有効磁束量を増加させる方向に前記界
磁コイルに通電し、前記エンジン始動後は前記有効磁束
量を減少させる方向に前記界磁コイルに通電するように
もできる。

【００１８】さらに、前記有効磁束制御手段が、前記エ
ンジン始動時は前記有効磁束量を増加させる方向に前記
界磁コイルに通電し、前記エンジン始動後は前記エンジ
ンの回転数に応じて前記有効磁束量を制御するようにし
ても良い。この際、前記有効磁束制御手段は、前記エン
ジン始動後は前記エンジン回転数が高くなるほど前記有
効磁束量が減少するように前記界磁コイルに対する通電
量を制御するようにもできる。

【００１９】一方、前記回転子を前記固定子の外側にお
いて回転するように配設し、前記回転子の一部に形成さ
れたボス部を回転中心線に沿って前記固定子の中央部に
挿入し、このボス部に被検出マグネットを配設し、前記
固定子における前記被検出マグネットに臨む位置にホー
ル素子を配設するようにしても良い。

【００２０】この場合、前記回転子を前記ボス部によっ
て前記エンジンのクランクシャフトに連結し、前記固定
子を前記エンジンのケースに取り付けられたブラケット
ケースに据え付け、このブラケットケースに前記ホール
素子を配設したエンドブラケットをさらに取り付けるよ
うにしても良い。なお、前記被検出マグネットを、非磁
性体からなるスペーサを介して前記ボス部に配設するよ
うにしても良い。

【００２１】また、前記固定子の一端面にコイルボビン
に巻回された前記界磁コイルを配設し、前記固定子に給
電部挿通孔を軸方向に開設し、この給電部挿通孔に内部
に端子部材が挿通された絶縁性を有するホルダを挿通
し、前記端子部材の一端に前記界磁コイルを電気的に接
続し、前記端子部材の他端に前記界磁コイルに給電する
電気配線を電気的に接続するようにしても良い。この場
合、前記界磁コイルに給電する電気配線が接続された相
手側端子部材を、前記給電部挿通孔の内部において前記
端子部材に結合するようにもできる。

【００２２】さらに、前記固定子に締結部材挿通孔を軸
方向に開設し、前記固定子の一端面に配設された界磁コ
イルと前記固定子の他端に配設されたブラケットケース
とを、前記締結部材挿通孔に挿通された締結部材によっ
て前記固定子を挟んだ状態で締結するようにしても良
い。この場合、前記界磁コイルをコイルボビンに巻回さ
れた状態で前記固定子の一端面に配設し、このコイルボ
ビンに配設されたナット部に前記ブラケットケースの外
側から前記締結部材挿通孔に挿通された締結部材をねじ
込むようにしても良い。

【００２３】加えて、前記始動発電機をキック始動併用
可能な二輪車用の始動発電機として用いたり、ロープ始
動装置による始動と併用可能な汎用エンジン用の始動発
電機として用いたりすることも可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形
態である始動発電機の主要部を示す正面断面図である。
図２は図１の始動発電機における回転子と固定子の配置
状態の概要を示す説明図である。

【００２５】図１の始動発電機は、二輪車におけるエン
ジン始動装置と発電装置とを兼ねた構成となっており、
エンジンと一体的に組み合わされている。つまり、この
始動発電機は、エンジン始動時にはスタータモータとし
て機能し、エンジン始動後は発電機として機能するよう
構成されている。

【００２６】エンジンケース１には、発電装置２が図１
に示されているように組み付けられている。エンジンの
クランクシャフト３のエンジンケース１から外側に突出
した端部には、発電装置２の回転子４が一体回転するよ
うに組み付けられている。回転子４は鉄等の磁性材料が
用いられて有底の短尺円筒形状に形成されたヨーク４ａ
と、ヨーク４ａの底壁の内面に同心的に配され、回転中
心線に沿って一体的に突設されている円筒形状のボス部
４ｂとを備えている。ボス部４ｂは、クランクシャフト
３にテーパ結合されてナット４ｃによってねじ結合され
ている。ヨーク４ａの円筒壁の内周面には、回転子４に
おいて界磁子を構成するマグネット５ａおよび磁性材料
によって形成された制御磁極５ｂが複数個、周方向に配
されて固定されている。そして、回転子４の全体として
の慣性マスはエンジンに対してのフライホイール機能を
充分に発揮し得るように設定されている。

【００２７】なお、回転子４においては、全周にマグネ
ットを設けた場合に比してマグネット数が半分になる。
従って、界磁電流を調整することでキック式二輪車にお
けるキック時の負荷や汎用エンジンにおけるロープ始動
時の負荷を従来より軽くでき起動操作を容易にできる。

【００２８】電動機兼用発電機である発電装置２のブラ
ケットケース６ａはエンジンケース１におけるクランク
シャフト３の外側に被せ付けられて、ボルト１ａによっ
て締結されている。また、ブラケットケース６ａの外側
には、エンドブラケット６ｂがねじ１ｂによって取り付
けられている。発電装置２の固定子９には、始動巻線と
発電巻線を兼ねた電機子コイル７が巻装されており、全
体的に大略ドーナッツ状に形成されている。固定子９は
ブラケットケース６ａの内部において回転子４と同心円
に配置され、ボルト（締結部材）１０によってブラケッ
トケース６ａに締結されている。

【００２９】固定子９の内周面には回転子４のボス部４
ｂが挿入されており、ボス部４ｂの外周面に近接した状
態になっている。また、固定子９の外周面は回転子４の
マグネット５ａおよび制御磁極５ｂ群の内周面に近接し
た状態になっている。すなわち、回転子４は中央部のボ
ス部４ｂが固定子９の中央部に挿入された状態で、エン
ジンのクランクシャフト３に駆動され、それに伴ってヨ
ーク４ａの内周に配されたマグネット５ａおよび制御磁
極５ｂ群が固定子９の周囲を回転し得るように構成され
ている。

【００３０】固定子９には、そのヨーク４ａの底壁に対
向する側の端面に、通電により制御磁極５ｂを通る閉磁
路を形成し制御磁極５ｂを適宜励磁する界磁コイル１１
が設けられている。この場合、界磁コイル１１によって
発生する磁束は、透磁率が低いマグネット５ａよりも磁
気抵抗の小さい制御磁極５ｂに集中する。このため、界
磁コイル１１の電流量や通電方向を変化させることによ
り、そこで発生する磁束量やその方向が変化し、制御磁
極５ｂの強さや磁極方向をそれに伴って変化させること
ができる。このため、永久磁石であるマグネット５ａと
この制御磁極５ｂにより界磁子の状態を変更し、回転子
４と固定子９との間の有効磁束量を適宜制御することが
可能となっている。

【００３１】また、界磁コイル１１はコイルボビン１２
にされており、コイルボビン１２はボルト１０によって
固定子９に取り付けられている。この場合、固定子９の
固定子コア１５には、ボルト挿通孔（締結部材挿通孔）
１７が複数本、周方向に間隔を置かれて軸方向に貫通す
るように開設されている。他方、界磁コイル１１のコイ
ルボビン１２の図１において左側の端面には、ナット部
１６が複数、各ボルト挿通孔１７にそれぞれ対応するよ
うに配設されている。そして、ボルト１０がブラケット
ケース６ａの外側からボルト挿通孔１７に挿入されて各
ナット部１６にねじ込まれることにより、界磁コイル１
１は固定子９と共にブラケットケース６ａに締結され
る。

【００３２】ここで、固定子９に電機子コイル７や界磁
コイル１１を配設すると、部品点数や組付工数が増加す
る。また、回転子４が固定子９の外側で回転する構成で
あるため、電機子コイル７の設置により装置全体が大型
化する。

【００３３】そこで、本実施の形態の始動発電機では、
部品点数や組付工数の低減や装置の小型化を図るべく、
固定子９にボルト挿通孔１７を軸方向に開設する。そし
て、固定子９の一端面に配設された界磁コイル１１とブ
ラケットケース６ａとを、ボルト挿通孔１７に挿通した
ボルト（締結部材）１０によって、固定子９を挟んだ状
態で締結する。これにより、界磁コイル１１と固定子９
とをブラケットケース６ａに共締めすることができ、部
品点数および組付工数を減少することが可能となる。従
って、界磁コイル１１を固定子９に締結し、さらに固定
子９を別途ブラケットケース６ａに締結する場合に比し
て、締結空間を排除することができ、その分装置を小型
軽量化することが可能となる。

【００３４】また、ここでは界磁コイル１１を、コイル
ボビン１２に巻回した状態で固定子９の一端面に配設
し、このコイルボビン１２に設けたナット部１６にブラ
ケットケース６ａの外側からボルト挿通孔１７を介して
ボルト１０をねじ込むようにしている。このため、界磁
コイル１１、固定子９およびブラケットケース６ａの締
結を同時に、しかも、外からの作業によって達成するこ
とができ、組付作業性を大幅に高めることが可能とな
る。

【００３５】界磁コイル１１のコイルボビン１２の一部
には給電部１８が設けられている。給電部１８は、絶縁
性を有する樹脂が使用されて棒状に形成されたホルダ１
９と、界磁コイル１１に電気的に接続された雄端子部材
２０とを備えている。雄端子部材２０はホルダ１９に軸
方向に挿通されて保持されている。雄端子部材２０は、
ホルダ１９を固定子コア１５に開設された給電部挿通孔
１８ａに挿通することにより、固定子９のエンドブラケ
ット６ｂ側の端面に引き出される。この引き出し側端部
において雄端子部材２０には雌端子部材２１が電気的に
接続されている。雌端子部材２１は有効磁束制御手段で
ある界磁コイル制御部４１ａに電気的に接続されてい
る。

【００３６】このように、界磁コイル１１に対する通電
量は各端子部材２０, ２１を介して界磁コイル制御部４
１ａによって制御される。そして、この通電量制御によ
り前述のように界磁コイル１１において発生する磁束量
が変化し、制御磁極５ｂの励磁状態が変化して回転子４
と固定子９との間の有効磁束量が制御される。

【００３７】なお、給電部１８の組み付けに際しては、
まず界磁コイル１１のコイルボビン１２と固定子９の固
定子コア１５をブラケットケース６ａに取り付ける。次
に、コイルボビン１２と固定子コア１５をヨーク４ａの
内側に配置し、ブラケットケース６ａをエンジンケース
１に取り付ける。これにより、界磁コイル１１と固定子
９はブラケットケース６ａと共にエンジンケース１に据
え付けられる。

【００３８】一方、始動発電機において、固定子９のエ
ンジンケース１側の端面に界磁コイル１１を配設する
と、通常、界磁コイル１１の結線部を固定子９の他端面
側に配置することとなり、配線が複雑になり配線作業が
面倒になる。この場合、固定子９の電機子コイル７の側
面には界磁コイル１１が配設されるため、電機子コイル
７の端末は界磁コイル１１側には引き出しずらい。この
ため、電機子コイル７と界磁コイル１１とを相反する方
向に引き出して内部において配線する構成となり、大き
な配線スペースが必要になるとともに、両者の配線を同
じ場所から装置外に引き出すことが難しくなる。

【００３９】そこで、当該実施の形態の始動発電機で
は、固定子巻線や界磁コイルの端末配線を簡単化すべ
く、固定子９の一端面にコイルボビン１２に巻回された
界磁コイル１１を配設するに当たり、軸方向に給電部挿
通孔１８ａを開設した固定子９を用いる。そして、給電
部挿通孔１８ａの内部に、雄端子部材２０が挿通された
絶縁性を有するホルダ１９を挿通する。この場合、雄端
子部材２０の一端には界磁コイル１１が電気的に接続、
その他端には界磁コイル１１に給電する電気配線が電気
的に接続されている。これにより、界磁コイル１１の電
気的端末が固定子９における界磁コイル１１の配置側と
反対側の端面に引き出され、界磁コイル１１に対する電
気的接続をエンドブラケット６ｂ側において実施するこ
とができる。その結果、界磁コイル１１に対する電気的
接続と、固定子巻線に対する電気的接続とを固定子９の
同一端面側において実施することが可能となる。

【００４０】なお、雄端子部材２０が接続され、界磁コ
イル１１に給電する電気配線が接続される相手側端子部
材を、給電部挿通孔１８ａの内部において雄端子部材２
０に結合するようにしても良い。これにより、固定子９
に開設された給電部挿通孔１８ａ内において、界磁コイ
ル１１側の雄端子部材２０と電源側の端子部材とが結合
され、余分な結線スペースを必要とせずに、界磁コイル
１１を電源に電気的に接続することが可能となる。

【００４１】本実施形態においては、電機子コイル７は
三相ブラシレス電動機および発電機を構成するようにな
っており、半導体スイッチによって制御される。従っ
て、本実施形態に係る発電装置２には半導体スイッチを
ＯＮ・ＯＦＦ制御するのに必要な回転子位置検出装置２
３が組み込まれている。この回転子位置検出装置２３は
被検出側ユニット２４と検出側ユニット２７とを備えて
おり、被検出側ユニット２４は回転子４側に組み付けら
れ、検出側ユニット２７はエンドブラケット６ｂ側に組
み付けられている。

【００４２】被検出側ユニット２４はスペーサ２５およ
び被検出マグネット２６を備えており、スペーサ２５は
回転子４のボス部４ｂにおけるエンドブラケット６ｂ側
の端面に据え付けられている。スペーサ２５は非磁性材
料を使用されて円形リング形状に形成されており、ボス
部４ｂの端部に接着剤等によって固着されている。被検
出マグネット２６は、複数の磁極が周方向に間隔をおい
て着磁された円形リング形状に形成されている。そし
て、スペーサ２５のエンドブラケット６ｂ側端面に同心
に嵌合されて、接着法や一体成形法等によって固定され
ている。

【００４３】検出側ユニット２７は、ホール素子２９
と、半導体スイッチを構成する電子部品や配線等を有す
るモータ制御回路４１ｂや前述の界磁コイル制御部４１
ａなどが搭載された回路基板３１とを備えている。ホー
ル素子２９は、回路基板３１の端部に周方向に等しい位
相差をもって３個配置されている。そして、エンドブラ
ケット６ｂがブラケットケース６ａに取り付けられる
と、各ホール素子２９が被検出マグネット２６に所定の
エアギャップをもって対向するように各部が設定されて
いる。また、ホール素子２９は、回路基板３１の半導体
スイッチと図示しないリード線により電気的に接続され
ている。

【００４４】ここで、アウタロータ形の回転子における
マグネットの磁界をホール素子によって検出しようとす
る場合、例えば特開平８−２６６０８４号公報のよう
に、回転子の内側においてホール素子を固定子に近接し
て配置すると、ホール素子が始動巻線および発電巻線の
電流によるノイズを検出し易くなるため、回転位置を正
確に検出することができない危慎がある。反対に、特開
平８−２５６４６４号公報のように、回転子の外側にホ
ール素子を配設すると、ホール素子が電気的に接続され
る回路基板等を含む検出側ユニットが回転子の外側に突
き出す形態になるため、携帯用発電機が全体的に大型に
なってしまう。

【００４５】そこで、当該実施の形態の始動発電機で
は、装置の大型化を避けつつ巻線電流による影響を防止
すべく、回転子４の一部を固定子９の中央部に挿入し、
この挿入部に被検出マグネット２６を配設する。また、
回転子４の被検出マグネット２６に臨む位置にホール素
子２９を配設する。すなわち、当該始動発電機では、回
転子位置検出装置を構成する被検出マグネット２６およ
びホール素子２９を、回転子４および固定子９の中央部
に配置する。従って、回転子４の位置検出に際し、回転
子４のマグネット５ａによる磁界や固定子９の巻線電流
等によるノイズの影響を回避することができ、その結
果、ホール素子の検出結果に基づく位置検出精度が高く
なる。

【００４６】また、回転子４がエンジンのクランクシャ
フト３にボス部４ｂによって連結されており、このボス
部４ｂに被検出マグネット２６が配設されている。さら
に、固定子９がエンジンケース１に取り付けられたブラ
ケットケース６ａに据え付けられ、このブラケットケー
ス６ａに取り付けられたエンドブラケット６ｂにホール
素子２９が取り付けられている。このため、被検出マグ
ネット２６とホール素子２９との対向配置が簡単になる
とともに、被検出マグネット２６の回転子４への組付構
造やホール素子２９が電気的に接続される回路基板等の
固定子への組付構造を合理的に構成することができる。

【００４７】さらに、非磁性体からなるスペーサ２５を
介して被検出マグネット２６を配しているため、検出装
置に対する回転子４のマグネット５ａや界磁コイル１１
からの磁界の影響をより効果的に回避できる。

【００４８】次に作用を説明する。電動機兼用発電機で
ある発電装置２によってエンジンが始動される際には、
固定子９の電機子コイル７に始動発電機のモータ制御回
路４１ｂに搭載されたドライバからブラシレス電動機の
駆動信号に相当する位相の電圧が印加される。この電機
子コイル７への通電によって形成される回転磁界と回転
子４のマグネット５ａおよび制御磁極５ｂ群による磁界
の相互作用により回転子４は回転される。この回転する
回転子４の位置は、ボス部４ｂに固定された被検出マグ
ネット２６の位置を、エンドブラケット６ｂ側に固定さ
れたホール素子２９によって検出することによって時々
刻々と計測される。そして、その情報が回路基板３１の
半導体スイッチに送信され、ドライバは回転子４を継続
かつ安定して回転させる。

【００４９】この際、界磁コイル１１には、回転子４の
制御磁極５ｂがマグネット５ａとは異なる磁極状態とな
るように通電される。すなわち、エンジン始動時には、
回転子４の内周側にＮ，Ｓ極が交互に配設されて固定子
９の電機子コイル７に作用する有効磁束が増加する方向
に界磁コイル１１が励磁される。つまり、当該始動発電
機では、回転子４に連結されたエンジンのクランクシャ
フト３を回転駆動する際に、電動機の有効磁束を最大に
して通電させることにより発生トルクを増大させられる
ので、エンジンを確実に始動させることができる。

【００５０】エンジンが始動されると、ホール素子２９
による被検出マグネット２６の検出信号等に基づいて、
ドライバが駆動信号の発信を自動的に停止する。そし
て、エンジンが始動されると、クランクシャフト３に連
結された回転子４が固定子９の周囲を回転する状態にな
る。このため、回転子４のマグネット５ａおよび制御磁
極５ｂの磁束が回転磁界を形成して固定子９の電機子コ
イル７を切る状態になり、電機子コイル７において起電
力が発生する。電機子コイル７の起電力はこれに接続さ
れたリード線によって外部に取り出され所望の負荷に供
給される。

【００５１】エンジンが始動された後は、ドライバによ
る電機子コイル７への通電は断たれ、電動機から発電機
に切り替わる。この際、当該始動発電機では、界磁コイ
ル１１に通電する電流の方向および大きさを変えること
で、その発電量を適宜制御することができる。すなわ
ち、界磁コイル１１への通電を停止したり、制御磁極５
ｂがマグネット５ａと同じ磁極状態となるように界磁コ
イル１１に通電することにより、電機子コイル７に作用
する有効磁束を適宜変えることができる。

【００５２】従って、エンジン始動後においては、有効
磁束を減少させる方向に界磁コイル１１を励磁すること
で、発電量を抑えることができる。また、エンジン回転
数に応じて界磁コイル１１への通電量を変化させ、発電
量を最適化することも可能である。この場合には、エン
ジン回転数が高くなるほど有効磁束量が減少するように
界磁コイル１１に対する通電量を制御し、例えば、エン
ジンの回転数が低い場合には界磁コイル１１への通電を
停止してエンジン始動時よりも有効磁束量を低下させ
る。そして、回転数が高くなるにつれてさらに有効磁束
量が減少するように界磁コイル１１を励磁し、発電量を
抑制する。

【００５３】このように、本発明による始動発電機にお
いては、界磁コイル１１によって制御磁極５ｂの励磁状
態を適宜制御することにより、固定子９と回転子４との
間の有効磁束量を「＋→０→−」のように変更できる。
従って、エンジン直結型のスタータモータをそのまま発
電機として使用しても、体格の差から生じる発電量のア
ンバランスを調整することが可能となり、キック始動や
ロープ始動が可能な始動・発電兼用機を実現することが
できる。

【００５４】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記
実施形態においては、本発明を二輪車用の始動発電機に
適用した場合について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、携帯用発電機やバッテリレスの薬剤散布機など汎用
エンジンを用いた各種作業用装置、アウタロータ形のフ
ァンモータなど、回転子側にマグネットを配した始動発
電機全般に適用することが可能である。

【００５５】また、前記実施形態では、電機子コイル７
が始動巻線と発電巻線を兼ねる構成としたが、始動巻線
と発電巻線を別巻線としても良い。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の始動発電
機によれば、制御磁極を通る閉磁路を形成する界磁コイ
ルの通電量を制御することにより、界磁コイルが発生す
る磁束を変化させ回転子と固定子の間に作用する有効磁
束量をその機能に応じて制御することが可能となる。す
なわち、固定子と回転子との間の有効磁束量をモータ時
と発電機時において適宜変更することができ、モータ出
力と発電量のアンバランスを調整することが可能とな
る。従って、エンジンに回転子を直結する方式の装置を
モータと発電機の両方で効率良く使用することができ、
キック始動やロープ始動が可能な二輪車用あるいは汎用
エンジン用の始動電動機を実現することができる。

【００５７】また、本発明の始動電動機では、界磁子に
おいてマグネット数が半分になるため、界磁電流を調整
することでキック式二輪車におけるキック時の負荷や汎
用エンジンにおけるロープ始動時の負荷を従来より軽く
でき起動操作を容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である二輪車用始動発電
機の主要部を示す正面断面図である。

【図２】図１の始動発電機における回転子と固定子の配
置状態の概要を示す説明図である。

【符号の説明】

１エンジンケース１ａボルト１ｂねじ２発電装置３クランクシャフト４回転子４ａヨーク４ｂボス部４ｃナット５ａマグネット５ｂ制御磁極６ａブラケットケース６ｂエンドブラケット７電機子コイル９固定子１０ボルト１１界磁コイル１２コイルボビン１５固定子コア１６ナット部１７ボルト挿通孔１８給電部１８ａ給電部挿通孔１９ホルダ２０雄端子部材２１雌端子部材２３回転子位置検出装置２４被検出側ユニット２５スペーサ２６被検出マグネット２７検出側ユニット２９ホール素子３１回路基板４１ａ界磁コイル制御部４１ｂモータ制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H607 AA12 BB01 BB02 BB07 BB14 BB17 BB26 CC01 DD16 EE48 EE50 FF02 FF24 FF36 HH01 5H621 AA03 BB07 GA01 GA04 GA16 GA17 GB10 GB11 HH05 HH09 JK14 JK15 JK17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電機子コイルが巻装された固定子と、エ
ンジンのクランクシャフトに直結され前記固定子の内側
または外側に回転自在に配設された回転子とを備え、前
記エンジンの始動時にはモータとして機能し、前記エン
ジンの始動後は発電機として機能する始動発電機であっ
て、前記回転子に設けられ、同極に着磁された複数の永久磁
石と、前記永久磁石の間に配設された磁性材料からなる
複数の制御磁極とを備えた界磁子と、前記制御磁極を通る閉磁路を形成する界磁コイルと、前記界磁コイルの通電量を制御することにより前記界磁
コイルが発生する磁束を変化させ、前記回転子と前記固
定子の間に作用する有効磁束量を前記機能に応じて制御
する有効磁束制御手段とを有することを特徴とする始動
発電機。
【請求項２】請求項１記載の始動発電機において、前
記有効磁束制御手段は、前記エンジン始動時は前記有効
磁束量を増加させる方向に前記界磁コイルに通電し、前
記エンジン始動後は前記界磁コイルへの通電を停止する
ことを特徴とする始動発電機。
【請求項３】請求項１記載の始動発電機において、前
記有効磁束制御手段は、前記エンジン始動時は前記有効
磁束量を増加させる方向に前記界磁コイルに通電し、前
記エンジン始動後は前記有効磁束量を減少させる方向に
前記界磁コイルに通電することを特徴とする始動発電
機。
【請求項４】請求項１記載の始動発電機において、前
記有効磁束制御手段は、前記エンジン始動時は前記有効
磁束量を増加させる方向に前記界磁コイルに通電し、前
記エンジン始動後は前記エンジンの回転数に応じて前記
有効磁束量を制御することを特徴とする始動発電機。
【請求項５】請求項４記載の始動発電機において、前
記有効磁束制御手段は、前記エンジン始動後は前記エン
ジン回転数が高くなるほど前記有効磁束量が減少するよ
うに前記界磁コイルに対する通電量を制御することを特
徴とする始動発電機。
【請求項６】請求項１〜５の何れか１項に記載の始動
発電機において、前記回転子は前記固定子の外側におい
て回転するように配設され、前記回転子の一部に形成さ
れたボス部が回転中心線に沿って前記固定子の中央部に
挿入されており、このボス部には被検出マグネットが配
設されており、前記固定子における前記被検出マグネッ
トに臨む位置にはホール素子が配設されていることを特
徴とする始動発電機。
【請求項７】請求項６記載の始動発電機において、前
記回転子が前記エンジンのクランクシャフトに前記ボス
部によって連結されており、前記固定子が前記エンジン
のケースに取り付けられたブラケットケースに据え付け
られており、このブラケットケースには前記ホール素子
を配設したエンドブラケットがさらに取り付けられてい
ることを特徴とする始動発電機。
【請求項８】請求項６または７記載の始動発電機にお
いて、前記被検出マグネットは、非磁性体からなるスペ
ーサを介して前記ボス部に配設されることを特徴とする
始動発電機。
【請求項９】請求項１〜５の何れか１項に記載の始動
発電機において、前記固定子の一端面にコイルボビンに
巻回された前記界磁コイルが配設されており、前記固定
子には給電部挿通孔が軸方向に開設されており、この給
電部挿通孔には内部に端子部材が挿通された絶縁性を有
するホルダが挿通されており、前記端子部材の一端には
前記界磁コイルが電気的に接続され、前記端子部材の他
端には前記界磁コイルに給電する電気配線が電気的に接
続されていることを特徴とする始動発電機。
【請求項１０】請求項９記載の始動発電機において、
前記界磁コイルに給電する電気配線が接続された相手側
端子部材が前記給電部挿通孔の内部において前記端子部
材に結合されていることを特徴とする始動発電機。
【請求項１１】請求項１〜５の何れか１項に記載の始
動発電機において、前記固定子には締結部材挿通孔が軸
方向に開設されており、前記固定子の一端面に配設され
た界磁コイルと前記固定子の他端に配設されたブラケッ
トケースとが、前記締結部材挿通孔に挿通された締結部
材によって前記固定子を挟んだ状態で締結されているこ
とを特徴とする始動発電機。
【請求項１２】請求項１１記載の始動発電機におい
て、前記界磁コイルがコイルボビンに巻回された状態で
前記固定子の一端面に配設されており、このコイルボビ
ンに配設されたナット部に前記ブラケットケースの外側
から前記締結部材挿通孔に挿通された締結部材がねじ込
まれていることを特徴とする始動発電機。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れか１項に記載の
始動発電機において、前記始動発電機がキック始動併用
可能な二輪車用の始動発電機であることを特徴とする始
動発電機。
【請求項１４】請求項１〜１２の何れか１項に記載の
始動発電機において、前記始動発電機がロープ始動装置
による始動と併用可能な汎用エンジン用の始動発電機で
あることを特徴とする始動発電機。