JP2008043093A - 発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの高回転域における余剰な発電量を減少させ、電機子コイルの温度を低減させることでフリクションを低減させることができる発電機を提供する。
【解決手段】エンジン２のクランクシャフト３の一端に固定されたロータ４と、ロータ４に対向するステータ５とを備え、ロータ４に複数のマグネット１０と鉄極１１を交互に周方向に設けると共に、ロータ４のマグネット１０に対応して、ステータ５に電機子コイル１８が巻装された複数のティース１６を設け、ステータ５の中央部にステータ５の周方向に巻装された界磁コイル２４を設けた。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンのクランク軸端部に装着される発電機に関し、特に自動二輪車に有効な発電機に関するものである。

従来から、エンジンのクランク軸端部に発電機の回転部を直結した、いわゆるクランク軸直結式の発電機が知られている。このクランク軸直結式の発電機の中でも特に自動二輪車の発電機としては、アキシャルギャップ型の発電機が多く用いられる。
このアキシャルギャップ型の発電機は、クランク軸に固定された円板状のロータと、そのロータに対向する円板状のステータとを備えている。ロータの対向面側には永久磁石が設けられ、一方、ステータの対向面側には電機子コイルが巻装されたティースが永久磁石に対応するように設けられている。そして、ロータが回転することによりティースに流れる磁束が変化し、これが起電力となって電機子コイルに電流が流れるようになっている。

また、アキシャルギャップ型の発電機は、永久磁石とティースとの対向面のギャップがクランク軸に垂直な平面上に形成されるため、クランク軸の軸長を短くすることができ、発電機を扁平型にすることができる。このように発電機を扁平型にすると、自動二輪車の場合においては、コーナーリング時のバンク角（車体を倒すことのできる角度）を大きくすることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第０３／０４７０６９号パンフレット

しかしながら、上述のアキシャル型の発電機にあっては、ロータの回転数が上昇すると発電量が余剰となってしまう。このため、この余剰な発電量がジュール熱となって電機子コイルの温度を上昇させ、フリクションが増大するという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロータの高回転域における余剰な発電量を減少させ、電機子コイルの温度を低減させることでフリクションを低減させることができ、また、ロータの低回転域においては発電量を増加させる発電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、エンジンのクランク軸の一端に固定されたロータと、前記ロータに対向するステータとを備え、前記ロータに複数の永久磁石を周方向に設けると共に、前記ロータの永久磁石に対応して、前記ステータに電機子コイルが巻装された複数のティースを設け、前記ステータの中央部に該ステータの周方向に巻装された界磁コイルを設けたことを特徴とする。
この場合、請求項２に記載した発明のように、前記ロータの前記ステータに対向する面に前記永久磁石を設けると共に、前記ステータの前記ロータに対向する面に前記ティースを設けてもよい。
このように構成することで、界磁コイルに電流を供給して界磁コイルを励磁し、ステータに設けられたティースに流れる有効磁束量を変化させることができる。

請求項３に記載した発明は、前記ステータの中央部に磁性材からなる界磁ボビンを設け、前記界磁ボビンに前記界磁コイルを巻装したことを特徴とする。
このように構成することで、効率的にティースに流れる有効磁束量を変化させることができる。

請求項４に記載した発明は、前記永久磁石の磁極を同じにして等間隔に配置し、各々永久磁石間に磁性材からなる鉄極を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、ロータの各々永久磁石間に磁極の弱い部分（鉄極部分）を設けることができる。

請求項１又は請求項２に記載した発明によれば、界磁コイルに電流を供給して界磁コイルを励磁し、ステータに設けられたティースに流れる有効磁束量を変化させることができるため、界磁コイルに供給する電流を制御することによって発電量を制御することができる。よって、ロータの回転数が上昇した場合には、有効磁束量を低減させ、発電量を低減させることができ、電機子コイルの温度を低減させることができるとともに、フリクションを低減させることができる。また、ロータが低回転の場合には、有効磁束量を増加させ、発電量を増加させることもできる。

請求項３に記載した発明によれば、効率的にティースに流れる有効磁束量を変化させることができるため、より確実にロータの高回転域においては、有効磁束量を減少させることができる。よって、電機子コイルの温度を低減させることができ、フリクションを低減させることができる。一方、低速回転においては、有効磁束量を増加させることができ、発電量を増加させることができる。

請求項４に記載した発明によれば、ロータの各々永久磁石間に磁極の弱い部分（鉄極部分）を設けることができるため、ティースに流れる有効磁束量を容易に制御することが可能になる。つまり、永久磁石が設けられた部分（磁極の強い部分）と比較して鉄極部分は磁極が弱いため、ティースに流れる磁束量が少ない。このため、鉄極に対応するティースにおいては、界磁コイルを励磁することによって発生する磁束の影響を寄与しやすくなる。よって、鉄極に対応するティースに流れる有効磁束量を容易に制御することが可能になる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、発電機１は、いわゆるアキシャルギャップ型の発電機であって、自動二輪車（不図示）のエンジン２の幅方向端壁に設けられている。発電機１は、エンジン２のクランクシャフト３の先端部に固定されたロータ４と、ロータ４に対向するステータ５とを備え、これらロータ４とステータ５とが有底筒状のカバー２５によって閉塞されている。
エンジン２のクランクシャフト３は、その先端が段付に形成されたもので、主軸３０と、主軸３０の先端に設けられた小径軸３１とを備えている。

クランクシャフト３の先端に設けられているロータ４は、略円板状に形成されたものであって、ロータ４の中央にクランクシャフト３の小径軸３１を挿通するための挿通孔６が形成されている。また、ロータ４の中央のエンジン２側には、クランクシャフト３の主軸３０を受け入れる凹部８が形成されている。この凹部８の底面３２に主軸３０の端面３３が当接することにより、ロータ４のクランクシャフト３に対する取付け位置が決定するようになっている。また、クランクシャフト３の小径軸３１端面には、座金９がボルト７によって締結固定されている。これによって、ロータ４は座金９とクランクシャフト３の主軸３０端面３３に挟持された状態で固定されている。

ロータ４のエンジン２側とは反対面には、その周縁にマグネット収容凹部１３が形成されている。このマグネット収容凹部１３には、同一面上に同じ磁極が向いている複数のマグネット１０と、磁性材からなる複数の鉄片１１とが周方向に各々等間隔に交互配置されている。尚、マグネット１０は永久磁石であって、このマグネット１０はステータ５側に向いている磁極がＮ極又はＳ極の何れであってもよいが、本実施形態においてはＮ極とする。

これらマグネット１０及び鉄片１１の内周面側と外周面側には一対の円環状のマグネットカバー１２ａ，１２ｂが設けられている。この外周面側のマグネットカバー１２ａの内周面側には係合部１５が形成されている。一方、マグネット１０の外周面側には係合部１４が係合部１５に対応するように形成され、マグネット１０のロータ４からの脱落が防止できるようになっている。前述したマグネット収容凹部１３は、これらマグネット１０、鉄片１１、マグネットカバー１２ａ，１２ｂに対応するように形成されており、これによってそれぞれロータ４と同一面となっている。

ロータ４のマグネット１０側に対向するステータ５は、略円環状の鋼板を積層したものである。ステータ５には周方向に複数のティース圧入孔１７が等間隔に形成され、このティース圧入孔１７に複数のティース１６が圧入固定されている。ティース１６は、平面視略矩形の鋼板を積層したものであって、ステータ５上に放射状に配置された状態でマグネット１０側に向かって突出している。これらティース１６には電機子コイル１８が巻装されている。この電機子コイル１８は、不図示のバッテリーに電気的に接続されている。

ステータ５のロータ４とは反対側には略円環状のステータベース１９が設けられ、このステータベース１９の中央には強磁性体の界磁ボビン２０が設けられている。この界磁ボビン２０は、段付筒状に形成されたものであって、第一筒部２２と第二筒部２３とを備えている。第一筒部２２には界磁コイル２４が巻装されている。この界磁コイル２４は、不図示の電源に電気的に接続されている。

第二筒部２３にはステータ５とステータベース１９とが嵌合している。また、第二筒部２３には、ロータ４と反対側端にフランジ２１が形成されている。前述したカバー２５の底面には、このフランジ２１に対応する嵌合孔２６が形成され、フランジ２１と連結するようになっている。そして、カバー２５の底面にステータベース１９が固定されている。すなわち、カバー２５の深さＨによってステータベース１９上のステータ５に設けられたティース１６とエンジン２のクランクシャフト３に固定されたロータ４との間のギャップ２７が決定されるようになっている。

次に、発電機１の動作について図３、図４に基づいて説明する。
図３に示すように、発電機１は、ロータ４に設けられたマグネット１０によってマグネット１０、ティース１６、ステータ５、ティース１６、鉄片１１を介してマグネット１０を、この順に結ぶループの磁束Ｆ１が形成され、クランクシャフト３が回転することにより磁束Ｆ1が移動（変化）し、電機子コイル１８に起電力が発生する。起電力が生じることにより発電した電流は、電機子コイル１８によって不図示のバッテリーに蓄電される。

このとき、図４に示すように、不図示の電源によって界磁コイル２４に電流を供給すると、界磁コイル２４が励磁される。そして、これによって界磁ボビン２０、ロータ４、マグネット１０（又は鉄片１１）、ティース１６を介して界磁ボビン２０を、この順に結ぶループの磁束Ｆ２を形成する。尚、界磁コイル２４には、巻回方向によって正又は負の方向に電流を供給して磁束Ｆ２を形成する。すると、電機子コイル１８に作用する有効磁束量（ティース１６に流れる有効磁束量）が増減し、発電量が増減する。

したがって、上述の実施形態によれば、ステータベース１９の中央に界磁コイル２４が巻装され、この界磁コイル２４に電流を供給することにより、電機子コイル１８に作用する有効磁束量を減少させることができる。このため、エンジン２のクランクシャフト３が高速回転する場合であっても、アキシャルギャップ型の発電機１の発電量を減少させることができる。一方、低速回転する場合には、この界磁コイル２４に電流を供給することにより、電機子コイル１８に作用する有効磁束量を増加させることができ、発電量を増加させることができる。このように、発電機１の発電量を制御することができるため、発電量の増減に伴うフリクションを制御することができる。

また、界磁コイル２４が強磁性体の界磁ボビン２０に巻装されているため、界磁コイル２４を励磁させることによる磁束Ｆ２を容易、且つ効率的に形成させることができる。このため、電機子コイル１８に作用する有効磁束量を効率的に制御することができる。
さらに、各々マグネット１０間に磁性材からなる鉄片１１を設けるため、マグネット１０が異極同士隣り合うように設置される場合と比較して、マグネット１０による磁束Ｆ１の磁束量を減少させることができる。つまり、鉄片１１に対応するティース１６に流れる磁束量を減少させることができる。
このため、特に鉄片１１に対応するティース１６においては、界磁コイル２４による磁束Ｆ２の磁束Ｆ１に対する抗力を高めることができる。よって、電機子コイル１８に作用する有効磁束量を容易に制御することが可能になる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、各々マグネット１０間に鉄片１１を設けた場合について説明したが、鉄片１１に替わってロータ４の鉄片１１に対応する部分を突出形成させてもよい。
さらに、上述の実施形態では、ティース１６が平面視略矩形の鋼板を積層したものである場合について説明したが、この形状に限らず、例えば、平面視Ｔ字状の鋼板を積層したものであってもよく、電機子コイル１８に起電力が生じる形状であればよい。
そして、上述の実施形態では、界磁ボビン２０は段付筒状に形成されたものであって、第一筒部２２と第二筒部２３とを備えている場合について説明したが、この形状に限らず、界磁コイル２４をステータ５の周方向に巻装できる形状であればよい。

本発明の実施形態における発電機の一部拡大斜視図である。 本発明の実施形態における発電機の一部拡大縦断面図である。 本発明の実施形態における発電機の動作を示し、発電機の一部拡大斜視図である。 本発明の実施形態における発電機の動作を示し、発電機の一部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 発電機
２ エンジン
３ クランクシャフト（クランク軸）
４ ロータ
５ ステータ
１０ マグネット（永久磁石）
１１ 鉄片（鉄極）
１６ ティース
１８ 電機子コイル
２０ 界磁ボビン
２４ 界磁コイル

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸の一端に固定されたロータと、前記ロータに対向するステータとを備え、前記ロータに複数の永久磁石を周方向に設けると共に、前記ロータの永久磁石に対応して、前記ステータに電機子コイルが巻装された複数のティースを設け、前記ステータの中央部に該ステータの周方向に巻装された界磁コイルを設けたことを特徴とする発電機。
2. 前記ロータの前記ステータに対向する面に前記永久磁石を設けると共に、前記ステータの前記ロータに対向する面に前記ティースを設けたことを特徴とする請求項１に記載の発電機。
3. 前記ステータの中央部に磁性材からなる界磁ボビンを設け、前記界磁ボビンに前記界磁コイルを巻装したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電機。
4. 前記永久磁石の磁極を同じにして等間隔に配置し、各々永久磁石間に磁性材からなる鉄極を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電機。
   
   

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