JP2010273482A - 三相磁石発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】機械入力を低減して二輪車の燃費を向上させること、出力電流と発生周波数を抑制し安価なレギュレータの使用を可能にすること。
【解決手段】１６極からなる回転子３と１２極からなる固定子４とを備える三相磁石発電機において、回転子３は、椀状の回転部材７の内側に環状に配設される４分割された磁石片１１ａからなるフェライト磁石１１であって、隣り合う磁石片１１ａ間に隙間Ｇが設けられるとともに１６極等間隔に着磁されたフェライト磁石１１を有して構成され、固定子４は、１２極のコア１５を挟持したボビン１６の上からコイル１７を同一巻方向へ２極飛ばしで三相巻線をし、三相巻線をＹ結線して構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、最高使用回転数が１０，０００ｒｐｍ前後の小型２輪車に装着され、バッテリの充電、ランプの点灯、エンジンの点火関係負荷に、サイリスタで短絡制御するレギュレータを介して、直流出力を供給する低出力の三相磁石発電機に関する。

従来から、三相磁石発電機として、回転子１６極、固定子１２極でΔ結線した三相磁石発電機（特許文献１参照）、回転子１２極、固定子１８極でＹ結線した三相磁石発電機（特許文献２参照）が知られている。

特許第３６８０２１３号公報 実開昭５８−２２８７０号公報

しかし、特許文献２に記載の三相磁石発電機によると、回転子が１２極、固定子が１８極のため、その出力電流特性は、アイドリングから高回転になるにつれて出力電流が大幅に増加するため、レギュレータの短絡電流が増加し、三相磁石発電機の機械入力が増大するとともに、レギュレータの半導体素子の電流容量も増大し、半導体素子が高価になるという問題がある。この対策として、コイルを細くして巻数を多くすると、高回転域での出力電流は抑制できるが、コイルの抵抗が増大することにより銅損が増大し、機械入力を低減させることができない。また、回転子１２極、固定子１８極の三相磁石発電機と同じ１８極の固定子のコアで単相磁石発電機を構成すると、回転子も１８極になるため、最高使用回転数が約１０，０００ｒｐｍ前後のエンジンに装着すると、発生周波数が高くなり、レギュレータのサイリスタが誤動作する可能性があるので、１８極の固定子のコアを、三相と単相の磁石発電機に共用することができなかった。

また、特許文献１に記載の高出力の三相磁石発電機によると、その出力電流特性は、Δ結線のためアイドリングから高回転になるにつれて出力電流が大幅に増加するため、レギュレータの短絡電流が増加し、三相磁石発電機の機械入力が増大するとともに、レギュレータの半導体素子の電流容量も増大し、半導体素子が高価になるという問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、機械入力を低減して二輪車の燃費を向上させること、出力電流と発生周波数を抑制し安価なレギュレータの使用を可能にすることを主な目的とする。

本発明の三相磁石発電機は、１６極からなる回転子と１２極からなる固定子とを備える三相磁石発電機において、前記回転子は、椀状の回転部材の内側に環状に配設される４分割された磁石片からなるフェライト磁石であって、隣り合う磁石片間に隙間が設けられるとともに１６極等間隔に着磁されたフェライト磁石を有して構成され、前記固定子は、１２極のコアを挟持したボビンの上からコイルを同一巻方向へ２極飛ばしで三相巻線をし、該三相巻線をＹ結線して構成されることを特徴とする。

本発明の三相磁石発電機によると、１６極着磁した４つの磁石片からなり、隣り合う磁石片間に隙間が設けられたフェライト磁石を回転子の構成要素としたため、(i)フェライト磁石の体積を増大させ、出力電流を増大することができる、(ii)磁石の使用個数が減るため、磁石の加工工数と組付工数を減少させることができる、(iii)４つの磁石片に対する着磁を変更するだけで、１２極の単相磁石発電機の回転子を実現することができる、(iv)隣り合う磁石片を２個ずつ接触させ、隙間を１８０°対向して２箇所にすることにより磁石の体積を更に増大させることができる、(v)磁石片間に隙間を設けたことにより、磁石の円周方向の加工寸法がばらついても組付けを行うことができる、(vi)磁石片間の隙間とＮ、Ｓ磁極間を略一致させ、隙間と磁極が重ならないようにして性能の低下を防止することができるなどの効果が奏される。

また、回転子１６極、固定子１２極としＹ結線したことにより、中高速の出力電流を抑制したフラットな特性を得ることができ、機械入力の低減により燃費が向上し、サイリスタを使用した電流容量の小さい安価なレギュレータの使用が可能になる。また、フラットな特性で出力電流が少ないため、コイルの発熱も減少し、放熱の悪いボビンの使用が可能になり、エポキシ樹脂塗装と違ってコアの外周にエポキシ樹脂が付着しなくなり、エポキシ樹脂を除去する必要がなくなり、加工工数の少ない安価な固定子を提供できる。

ここで、線対称の１２極のコアを同一形状の二つのボビンで挟持するとともに一方のボビンに４つの端子を圧入し、該４つの端子のうちの１つの端子に、三相巻線した各相のコイルの一端側の引出線を結線して中性点とし、各相のコイルの他端側の引出線と各引出線に対応するリード線とを、対応する残りの端子に結線してＹ結線を構成する。コアを線対称にしたため、同じボビンでコアを挟持することが可能になり、ボビンの型費を低減させることができる。また、一方のボビンだけに端子を圧入するようにしたため、コアの積層厚が変更されるたびに端子の長さを変更する必要がなくなり、端子の型費を低減させることができる。

前記磁石片間の隙間は３ｍｍ以下である。回転子１６極、固定子１２極の三相磁石発電機は磁石の使用量を多く必要とするため、隙間を３ｍｍ以下にすることにより、円周方向の磁石の体積が増大し、回転子の軸長の増大を抑制することができる。

前記コアは、両側に、板厚約０．５ｍｍの鍔付きコアエンドを有する。回転子１６極、固定子１２極の三相磁石発電機は磁石の使用量を多く必要とするため、磁石の軸方向が長くなり、コアからはみ出る磁石が増して磁石を有効活用することができなくなるが、鍔部を有するコアエンドを配設することにより、磁石とコアの対向面積が増大し、磁石の有効活用が可能になる。なお、コアエンドは、コアからの磁石のはみ出し状態に応じて左右異なる高さにしてもよい。また、コアエンドの板厚を約０．５ｍｍと薄肉にしたことにより、コアエンドのＲ部と磁石との間のエアギャップが減少し、性能が向上する。

前記鍔付きコアエンドの鍔部の根元にリブが形成されている。リブを形成したことにより、コアエンドの鍔部変形強度が増大する。

前記ボビンと前記コアエンドを嵌合したとき、前記コアエンドと前記ボビンとの間に空間が形成される。空間を形成したことにより、ボビンをコアに嵌合する作業が容易になる。

コイルの出力側にレギュレータが接続され、コイルとレギュレータとの間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチを設け、該１相オフスイッチをランプ負荷をオフするランプオフスイッチに連動させる。三相出力のままでランプ負荷をランプオフスイッチによりオフしてレギュレータの出力電流を減少させてもレギュレータの短絡電流が増大し銅損が増大するが、ランプオフスイッチと連動させて１相オフスイッチをオフさせ、Ｙ結線の１相をオフすることにより、コイルの出力電流を減少させ、レギュレータの短絡電流を減少させることができる。

コイルの出力側にレギュレータが接続され、コイルとレギュレータとの間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチを設け、該１相オフスイッチをランプ負荷をオフするランプオフスイッチに連動させるとともに、三相出力が必要な場合にオフ状態からオン動作するスイッチ回路を前記１相オフスイッチに並列接続する。低回転のため発電量が少ないエンジン始動時や、間欠負荷の追加等により発電量を一時的に増大させたい場合、単相出力が三相出力に切替わるので、発電量の増大を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る磁石発電機の本体部の断面図であって、図２図示I−I断面図である。 同本体部の図１図示II−II断面図であって、エンジンカバーを省略した断面図である。 同本体部の図１図示III-III断面図であって、エンジンカバーを省略した断面図である。 コアの平面図である。 図４図示矢印V方向から見た斜視図である。 ボビンの平面図である。 図２図示VII-VII断面図である。 図２図示VIII-VIII断面図である。 本発明の三相巻線コイルの巻線図である。 Ｙ結線図である。 単相結線図である。 中間タップ付き単相結線図である。 性能測定回路図である。 本実施形態に係る三相磁石発電機の電気回路図である。 他の実施形態に係る三相磁石発電機の電気回路図である。 図１３図示スイッチＳＷ１がオンしているときの三相出力電流の特性図である。 図１４図示スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２が共にオンしているときの機械入力特性図である。 図１４図示スイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフしているときの機械入力特性図である。 図１３図示スイッチＳＷ１がオフしているときの出力電流の特性図である。 図１４図示スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２が共にオフしているときの機械入力特性図である。

本発明の一実施形態に係る三相磁石発電機１００は、図１〜図１０に示す発電機本体部１と、図１４に示す電気回路部２とにより構成される。

図１〜図１０において、発電機本体部１は、回転子３と固定子４とエンジンカバー５とを備える。回転子３は、鉄材を鍛造成型した後、切削仕上げ加工されたボス６と、磁性体からなる椀状の回転部材７を備える。

ボス６は、エンジンのクランクシャフト８のテーパ部８ａに嵌合されるテーパ孔部６ａと、回転子３をクランクシャフト８から外すための抜きねじ６ｂと、ボス６と回転部材７を結合するための複数のリベット９が挿通されるリベット孔部６ｃとを有する。

回転部材７は、ボス６が挿通されるボス孔部７ａを有する円環状板部７ｂと、この円環状板部７ｂの外周端に延設された円筒状のヨーク部７ｃとを有する。円環状板部７ｂは、上記複数のリベット９が挿通されるリベット孔部７ｄを有する。円環状板部７ｂの内面には、略円筒状の磁石保護部材１０をかしめて円環状板部７ｂに固定するための打出部７ｅが形成されている。

ヨーク部７ｃの内周側には、均等に分割された４個の円弧状磁石片１１ａからなるリング状のフェライト磁石１１が配置されている。フェライト磁石１１と円環状板部７ｂとの間に形成される隙間には、樹脂成形されたリング状のスペーサ１２が収容されている。フェライト磁石１１及びスペーサ１２は、ヨーク部７ｃの内周側の所定位置に配置した後、フェライト磁石１１及びスペーサ１２の内周側に磁石保護部材１０を嵌合し、円環状板部７ｂの打出部７ｅをかしめて磁石保護部材１０を回転部材７に結合するとともに、ヨーク部７ｃと磁石保護部材１０との間の隙間１３から接着剤を滴下してフェライト磁石１１をヨーク部７ｃに接着固定することにより、回転部材７に固着される。

フェライト磁石１１は、図２に示すように、隣り合う磁石片１１ａ間の隙間Ｇが３ｍｍ以下に設定されており、等間隔に組み付けられている。４個の磁石片１１ａを２個ずつ接触させ、隙間Ｇを１８０°の間隔で２つに設定しかつ２つの隙間Ｇの各々を３ｍｍ以下に設定するようにすると、磁石片１１ａの体積を更に増大させることができ、フェライト磁石１１の磁力が増大する。各磁石片１１ａの内周コーナー部には面取部１１ｂが形成されているが、この面取部１１ｂは極力小さめに形成されている。

フェライト磁石１１は、図示しない着磁コアによって着磁されている。すなわち、フェライト磁石１１は、着磁前のフェライト材を組み込んで構成した回転子に着磁コアを挿入し、着磁コアによってＮ、Ｓ交互に１６極等間隔で着磁することによって構成される。この着磁の際、磁石片１１ａ間の間隙と、Ｎ極、Ｓ極間の間隙とを略一致させ、磁石片１１ａ間の間隙による磁力の低下を防止している。

回転子３は、ナット１４を用いてクランクシャフト８のテーパ部８ａに固定され、クランクシャフト８と一体となって回転する。

固定子４は、磁石保護部材１０の内側に所定のエアギャップをもって配される。固定子４は、コア１５と、このコア１５を両側から挟むように嵌合される樹脂成形された２つのボビン１６と、コア１５に嵌合されたボビン１６に巻線されるコイル１７とを備える。

コア１５は、積層された複数枚のコアシート１８と、積層されたコアシート１８を挟むように配される２枚のコアエンド１９とを、リベット２０をかしめることによって一体化して構成される。

コアシート１８は、厚さ約０．５ｍｍの電磁鋼板をプレスで打ち抜いて構成される。コアエンド１９は、厚さ約０．５ｍｍの鉄板をプレス加工して構成される。

コア１５は、エンジンカバー５のインロー部５ａと嵌合する内径孔部１５ａと、この内径孔部１５ａから外方へ延びる環状基部１５ｂと、この環状基部１５ｂから放射状に１２箇所等間隔に延びる巻枠部１５ｃと、各巻枠部１５ｃの先端から延びフェライト磁石１１と対向する磁極部１５ｄとにより構成される。

環状基部１５ｂには、固定子４をエンジンカバー５に固定する際、エンジンカバー５の取付座５ｂにねじ込まれる締付ボルト２１が挿通される３つの締付孔部１５ｅと、ボビン１６のリード線端子圧入部１６ａが挿入される６つのリード線端子圧入部挿入孔部１５ｆと、ボビン１６の中性点端子圧入部１６ｂが挿入される２つの中性点端子圧入部挿入孔部１５ｇと、ボビン１６のリード線通し部１６ｃが挿入される４つのリード線通し部挿入孔部１５ｈと、クリップ２２が圧入される６つのクリップ圧入孔部１５ｉと、アース端子（図示せず。）が圧入される１つのアース端子圧入孔部１５ｊとが、それぞれ線対称となるよう形成されている。リード線端子圧入部挿入孔部１５ｆ、中性点端子圧入部挿入孔部１５ｇ及びリード線通し部挿入孔部１５ｈは、それぞれ、コアエンド１９側の孔の寸法が、コアシート１８側の孔の寸法よりも若干大きく設定されており、コアエンド１９とボビン１６との間に図４、５、７、８に示す空間Ｎが形成され、リード線端子圧入部挿入孔部１５ｆ、中性点端子圧入部挿入孔部１５ｇ及びリード線通し部挿入孔部１５ｈに対してボビン１６のリード線端子圧入部１６ａ、中性点端子圧入部１６ｂ及びリード線通し部１６ｃが嵌合し易いようにしている。また、環状基部１５ｂの外周部において、コアエンド１９の外径寸法が、コアシート１８の外径寸法よりも若干小さく設定されており、環状基部１５ｂの外周部にボビン１６が嵌合し易いようにしている。

巻枠部１５ｃにおいて、コアエンド１９の幅寸法がコアシート１８の幅寸法よりも若干小さく設定されており、巻枠部１５ｃにボビン１６が嵌合し易いようにしている。

磁極部１５ｄは、図５に示すように、コアシート１８の磁極本体部１８ａとコアエンド１９の鍔部１９ａとにより構成され、コアエンド１９の鍔部１９ａは、磁極本体部１８ａに対して略垂直に延びている。鍔部１９ａの根元には、リブ１９ｂが形成されている。

ボビン１６は、図６、８に示すように、コイル１７が巻線される１２箇所の巻枠部１６ｄと、各巻枠部１６ｄの先端から延び、コイル１７の外径側への巻崩れを防止する鍔部１６ｅと、コイル１７の渡り線の内側へのはみ出しを防止する衝立部１６ｆとを備える。衝立部１６ｆには、コイル引出線１７ａを通す６つのコイル引出線通し溝１６ｇが設けられている。また、衝立部１６ｆの内側には、リード線端子２４が圧入される３つのリード線端子圧入孔部１６ｈと、中性点端子２５が圧入される１つの中性点端子圧入孔部１６ｉと、リード線２６を通す４つのリード線通し孔部１６ｊと、クリップ２２を通す６つのクリップ通し孔部１６ｋと、アース端子を通す１つのアース端子通し孔部１６ｌとが形成されている。ボビン１６の裏面には、各リード線端子圧入孔部１６ｈ、中性点端子圧入孔部１６ｉ及び各リード線通し孔部１６ｊに対応する部位に、それぞれリード線端子圧入部１６ａ、中性点端子圧入部１６ｂ及びリード線通し部１６ｃが突設されている。リード線端子圧入部１６ａ、中性点端子圧入部１６ｂ及びリード線通し部１６ｃは、それぞれ、コア１５のリード線端子圧入部挿入孔部１５ｆ、中性点端子圧入部挿入孔部１５ｇ及びリード線通し部挿入孔部１５ｈに挿入される。クリップ通し孔部１６ｋ及びアース端子通し孔部１６ｌは、それぞれ、コア１５にボビン１６を嵌合したとき、コア１５のクリップ圧入孔部１５ｉ及びアース端子圧入孔部１５ｊと合致するよう形成されている。

ボビン１６の巻枠部１６ｄのスカート部１６ｍは、図７に示すように、コア１５の積層厚Ｔの１／２より短い長さに設定され、コア１５をボビン１６で覆うことができない空間Ｓを設けている。空間Ｓは、積層厚Ｔが多少変動してもボビン１６を共用可能にするとともに、コイル１７とコア１５間の絶縁距離を確保している。スカート部１６ｍの先端内側には、面取部１６ｎを設けている。

回転子３の奥側に配されるボビン１６のリード線端子圧入孔部１６ｈ及び中性点端子圧入孔部１６ｉには、図１、２、８に示すような同一形状のリード線端子２４及び中性点端子２５が圧入固定される。

コイル１７は、図９に示すように、ボビン１６の巻枠部１６ｄに、同一の巻方向で２極飛びに三相巻線され、図２に示すように、巻始めの３本は中性点端子２５に結線されて中性点を形成し、巻終わりの３本は、それぞれリード線端子２４にリード線２６と結線され、図１０に示すＹ結線が形成される。コイル１７はエポキシ樹脂で含浸処理され固着される。

各リード線２６は、ボビン１６のリード線通し孔部１６ｊ及びコア１５のリード線通し部挿入孔部１５ｈを通り、図３に示す回転子３の解放側に引出され、クリップ２２で固定される。クリップ２２は、ボビン１６のクリップ通し孔部１６ｋに挿入され、コア１５のクリップ圧入孔部１５ｉに圧入固定される。クリップ２２は、図３に示す右側のクリップ圧入孔部１５ｉに圧入固定してリード線２６を引出すこともできる。

エンジンカバー５は、エンジンケース２７にねじ２８で締付固定され、固定子４は回転子３のフェライト磁石１１とエアギャップを介して対向し、磁気回路が形成される。

リード線２６は、図１４に示すように、エンジンカバー５の外部において、電気回路部２のレギュレータ２９に接続される。

電気回路部２は、図１４に示すように、レギュレータ２９とスイッチ（１相オフスイッチ）ＳＷ１とを有する。スイッチＳＷ１は、Ｙ結線されたコイル１７の１本のリード線２６とレギュレータ２９との間に接続される。残り２本のリード線２６は、直接レギュレータ２９に接続される。コイル１７に発生した三相交流出力は、レギュレータ２９の三相全波整流器２９ａで直流に変換され、点火関係負荷３０、バッテリ３１及びランプ負荷３２に直流電流が供給される。

バッテリ３１が充電されて規定電圧に達すると、レギュレータ２９はサイリスタ２９ｂにより三相交流出力を短絡し、レギュレータ２９からの直流出力電流を減少させバッテリ３１の電圧を規定電圧範囲内に保つ。

ランプ負荷３２は、ヘッドライトＨＬ、テールライトＴＬ、メータランプＭＬ等のランプ類からなり、スイッチ（ランプオフスイッチ）ＳＷ２により、夜間はランプ類３２を点灯し、昼間はランプ類３２を消灯する。スイッチＳＷ１はスイッチＳＷ２に連動して動作し、スイッチＳＷ２がオンすると同時にスイッチＳＷ１はオンし、三相交流出力がレギュレータ２９に供給され、また、スイッチＳＷ２がオフすると同時にスイッチＳＷ１はオフし、単相出力がレギュレータ２９に供給され、直流出力電流が減少し、ランプ消灯に伴うサイリスタ２９ｂによる短絡電流の増加を抑制する。

次に、本実施形態に係る三相磁石発電機１００（レギュレータ２９を除いた構成）の性能と、第１従来例（回転子１６極、固定子１２極でΔ結線した三相磁石発電機）及び第２従来例（回転子１２極、固定子１８極でＹ結線した三相磁石発電機）の性能とを比較する。測定に当たっては、図１３に示す性能測定回路を用いた。

図１３に示す性能測定回路は、コイル１７（図１３では、Ｙ結線したコイルを示す。）の三相交流出力を直流に変換する三相全波整流器３３と、三相全波整流器３３の出力側に直流電流計３４を介して接続される可変抵抗Ｒと、可変抵抗Ｒと並列接続された直流電圧計３５とを備えて構成される。測定方法は、三相全波整流器３３の直流出力電圧を可変抵抗Ｒで１４Ｖの一定電圧に調整しながら出力電流Ｉを測定するようにした。

この測定試験の結果、図１６に示すようなデータが得られた。図１６に示すように、本実施形態（本案）の三相磁石発電機１００の出力電流Ｉは、アイドリング時（低回転域）から高回転域に至るまで、第１従来例及び第２従来例よりも、フラットに近い特性が得られ、第２従来例のコイルの抵抗を増大させることなくフラットな出力電流特性が得られた。

また、図１４図示のスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を共にオンしたときの機械入力特性、つまり、ランプ点灯時の機械入力特性として、図１７に示すような測定結果が得られた。この測定結果から、本実施形態の三相磁石発電機１００の機械入力は、第１従来例及び第２従来例の機械入力に対して約２０％低減する（例えば、４００Ｗ→３２８Ｗ）ことが判明した。

また、図１４図示のスイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフしたときの機械入力特性、つまり、ランプ消灯時の機械入力特性として、図１８に示すような測定結果が得られた。この測定結果から、本実施形態の三相磁石発電機１００の機械入力は、第１従来例より約１０％低減し（例えば、２７７Ｗ→２４６Ｗ）、第２従来例より約２０％低減した（例えば、３０３Ｗ→２４６Ｗ）ことが判明した。

また、図１３図示のスイッチＳＷ１をオフしたときの出力電流特性として図１９に示すような測定結果が得られた。この測定結果から、本実施形態の三相磁石発電機１００の出力電流特性は、第２従来例より全体として出力電流が減少し、スイッチＳＷ１オン時と同様、フラットに近い特性が得られることが判明した。

また、図１４図示のスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を共にオフしたときの機械入力特性、つまり、ランプ消灯１相オフ時の機械入力特性として、図２０に示すような測定結果が得られた。この測定結果から、本実施形態の三相磁石発電機１００の機械入力は、第２従来例より約３５％低減した（例えば、３０３Ｗ→１９０Ｗ）ことが判明した。ここで、本案の１相をオフしない場合の図１８に示す機械入力特性と、１相をオフした場合の図２０に示す機械入力特性とを比較すると、１相をオフした場合の機械入力は、１相をオフしない場合より約２０％低減する（例えば、２４６Ｗ→１９０Ｗ）ことが判明した。一方、第２従来例の１０，０００ｒｐｍでは、１相をオフしても機械入力が変わっていない。

上述したような実施形態に係る三相磁石発電機１００の部品を使用して、回転子１２極、固定子１２極の単相磁石発電機を製作するに当たっては、回転子３のフェライト磁石１１をＮ、Ｓ交互に１２極等間隔に着磁し、固定子４は、ボビン１６の１２の巻枠部１６ｄに巻方向を交互に変えながらコイル１７を直列に巻線し、コイル１７の巻始めと巻終わりを図２図示の２つのリード線端子２４でリード線２６と結線することにより、図１１に示す第１の単相結線を得ることができる。

また、回転子３のフェライト磁石１１をＮ、Ｓ交互に１２極等間隔に着磁し、固定子４は、ボビン１６の１２箇所の巻枠部１６ｄに巻方向を交互に変えながらコイル１７を直列に巻線し、その途中から中間タップを引出し、コイル１７の巻始めと中間タップを図２図示の２つのリード線端子２４でリード線２６と結線し、コイル１７の巻終わりを図２図示のアース端子圧入孔部１５ｊに圧入されるアース端子に結線してコア１５にアースすることにより、図１２に示す第２の単相結線を得ることができる。

また、エンジン始動時に比較的大きな低回転出力を必要とする場合や、間欠負荷の増加等、一時的な負荷の増加に対応するためには、電気回路部を図１５に示すように構成する。

図１５において、電気回路部２は、レギュレータ２９とスイッチ（１相オフスイッチ）ＳＷ１とスイッチ回路ＳＷ３とを有する。スイッチＳＷ１は、Ｙ結線されたコイル１７の１本のリード線２６とレギュレータ２９との間に接続される。残り２本のリード線２６は、直接レギュレータ２９に接続される。コイル１７に発生した三相交流出力は、レギュレータ２９の三相全波整流器２９ａで直流に変換され、点火関係負荷３０、バッテリ３１及びランプ負荷３２に直流電流が供給される。

バッテリ３１が充電されて規定電圧に達すると、レギュレータ２９はサイリスタ２９ｂにより三相交流出力を短絡し、レギュレータ２９からの直流出力電流を減少させバッテリ３１の電圧を規定電圧範囲内に保つ。

ランプ負荷３２は、ヘッドライトＨＬ、テールライトＴＬ、メータランプＭＬ等のランプ類からなり、スイッチ（ランプオフスイッチ）ＳＷ２により、夜間はランプ類３２を点灯し、昼間はランプ類３２を消灯する。スイッチＳＷ１はスイッチＳＷ２に連動して動作し、スイッチＳＷ２がオンすると同時にスイッチＳＷ１はオンし、三相交流出力がレギュレータ２９に供給され、また、スイッチＳＷ２がオフすると同時にスイッチＳＷ１はオフし、単相出力がレギュレータ２９に供給され、直流出力電流が減少し、ランプ消灯に伴うサイリスタ２９ｂによる短絡電流の増加を抑制する。

スイッチ回路ＳＷ３は、エンジン始動時に比較的大きな低回転出力が必要な場合や、間欠負荷が追加された場合にオン動作をするスイッチ回路であり、スイッチＳＷ１に並列に接続される。エンジン制御の点火関係負荷が多くなり、低回転域で発電量の大きな三相出力が必要な場合、回転数の信号あるいは始動信号に基づいてスイッチ回路ＳＷ３をオンさせ、三相出力をレギュレータ２９に供給するようにする。あるいは、ウインカー、ストップランプの点灯など間欠負荷が追加され、三相出力が必要とされる場合、間欠負荷追加信号に基づいてスイッチ回路ＳＷ３をオンさせ、三相出力をレギュレータ２９に供給するようにする。

以上説明したように、本実施形態の三相磁石発電機１００は、１６極からなる回転子３と１２極からなる固定子４とを備える三相磁石発電機において、回転子３は、椀状の回転部材７の内側に環状に配設される４分割された磁石片１１ａからなるフェライト磁石１１であって、隣り合う磁石片１１ａ間に隙間Ｇが設けられるとともに１６極等間隔に着磁されたフェライト磁石１１を有して構成され、固定子４は、１２極のコア１５を挟持したボビン１６の上からコイル１７を同一巻方向へ２極飛ばしで三相巻線をし、三相巻線をＹ結線して構成される。

本実施形態の三相磁石発電機によると、１６極着磁した４つの磁石片１１ａからなり、隣り合う磁石片１１ａ間に隙間Ｇが設けられたフェライト磁石１１を回転子の構成要素としたため、(i)フェライト磁石１１の体積を増大させ、出力電流を増大することができる、(ii)磁石１１の使用個数が減るため、磁石１１の加工工数と組付工数を減少させることができる、(iii)４つの磁石片１１ａに対する着磁を変更するだけで、１２極の単相磁石発電機の回転子を実現することができる、(iv)隣り合う磁石片１１ａを２個ずつ接触させ、隙間Ｇを１８０°対向して２箇所にすることにより磁石１１の体積を増大させることができる、(v)磁石片１１ａ間に隙間Ｇを設けたことにより、磁石１１の円周方向の加工寸法がばらついても組付けを行うことができる、(vi)磁石片１１ａ間の隙間ＧとＮ、Ｓ磁極間を略一致させ、隙間Ｇと磁極が重ならないようにして性能の低下を防止することができるなどの効果が奏される。

また、回転子１６極、固定子１２極としＹ結線したことにより、中高速の出力電流を抑制したフラットな特性を得ることができ、機械入力の低減により燃費が向上し、安価なレギュレータ２９の使用が可能になる。また、フラットな特性で出力電流が少ないため、コイル１７の発熱も減少し、ボビン１６の使用が可能になり、コア１５の外周にエポキシ樹脂が付着しなくなり、エポキシ樹脂を除去する必要がなくなり、加工工数の少ない安価な固定子を提供できる。

線対称の１２極のコア１５を同一形状の二つのボビン１６で挟持するとともに一方のボビン１６に４つの端子２４、２５を圧入し、４つの端子２４、２５のうちの１つの端子２５に、三相巻線した各相のコイル１７の一端側の引出線１７ａを結線して中性点とし、各相のコイル１７の他端側の引出線１７ａと各引出線１７ａに対応するリード線２６とを、対応する残りの端子２４に結線してＹ結線を構成した。コア１５を線対称にしたため、同じボビン１６でコア１５を挟持することが可能になり、ボビン１６の型費を低減させることができる。また、一方のボビン１６だけに端子２４、２５を圧入するようにしたため、コア１５の積層厚が変更されるたびに端子２４、２５の長さを変更する必要がなくなり、端子２４、２５の型費を低減させることができる。

磁石片１１ａ間の隙間Ｇは３ｍｍ以下である。回転子１６極、固定子１２極の三相磁石発電機は磁石１１の使用量を多く必要とするため、隙間Ｇを３ｍｍ以下にすることにより、円周方向の磁石１１の体積が増大し、回転子３の軸長の増大を抑制することができる。

コア１５は、両側に、板厚約０．５ｍｍの鍔付きコアエンド１９を有する。回転子１６極、固定子１２極の三相磁石発電機は磁石１１の使用量を多く必要とするため、磁石１１の軸方向が長くなり、コア１５からはみ出る磁石１１が増して磁石１１を有効活用することができなくなるが、鍔部１９ａを有するコアエンド１９を配設することにより、磁石１１とコア１５の対向面積が増大し、磁石１１を有効活用可能になる。なお、コアエンド１９は、コア１５からの磁石１１のはみ出し状態に応じて左右異なる高さにしてもよい。また、コアエンド１９の板厚を約０．５ｍｍと薄肉にしたことにより、コアエンド１９のＲ部と磁石１１との間のエアギャップが減少し、磁石１１の性能が向上する。

鍔付きコアエンド１９の鍔部１９ａの根元にリブ１９ｂが形成されている。リブ１９ｂを形成したことにより、薄いコアエンド１９の変形強度が増大する。

ボビン１６とコアエンド１９を嵌合したとき、コアエンド１９とボビン１６との間に空間Ｎが形成される。空間Ｎを形成したことにより、ボビン１６をコア１５に嵌合するとき、コアエンド１９でボビン１６の位置決めが容易になり、嵌合作業が容易になる。

コイル１７の出力側にレギュレータ２９が接続され、コイル１７とレギュレータ２９との間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチＳＷ１を設け、１相オフスイッチＳＷ１をランプ負荷３２をオフするランプオフスイッチＳＷ２に連動させた。ランプ負荷３２をランプオフスイッチＳＷ２によりオフしてレギュレータ２９の出力電流を減少させても１相をオフさせないとレギュレータ２９の短絡電流が増大し銅損が増大するが、ランプオフスイッチＳＷ２と連動させて１相オフスイッチＳＷ１をオフさせ、Ｙ結線の１相をオフすることにより、コイル１７の出力電流を減少させ、レギュレータ２９の短絡電流を減少させることができる。

また、コイル１７の出力側にレギュレータ２９が接続され、コイル１７とレギュレータ２９との間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチＳＷ１を設け、１相オフスイッチＳＷ１をランプ負荷３２をオフするランプオフスイッチＳＷ２に連動させるとともに、三相出力が必要な場合にオフ状態からオン動作するスイッチ回路ＳＷ３を１相オフスイッチＳＷ１に並列接続した。低回転のため発電量が少ないエンジン始動時や、間欠負荷の追加等により発電量を増大させたい場合、単相出力が三相出力に切替わるようになるため、必要な時だけ発電量の増大を図ることができる。

３ 回転子
４ 固定子
７ 回転部材
１１ フェライト磁石
１１ａ 磁石片
１５ コア
１６ ボビン
１７ コイル
１７ａ 引出線
１９ コアエンド
１９ａ 鍔部
１９ｂ リブ
２４ リード線端子（端子）
２５ 中性点端子（端子）
２６ リード線
２９ レギュレータ
３２ ランプ負荷
１００ 三相磁石発電機
Ｇ 隙間
Ｎ 空間
ＳＷ１ １相オフスイッチ
ＳＷ２ ランプオフスイッチ
ＳＷ３ スイッチ回路

Claims (8)

1. １６極からなる回転子と１２極からなる固定子とを備える三相磁石発電機において、
   前記回転子は、椀状の回転部材の内側に環状に配設される４分割された磁石片からなるフェライト磁石であって、隣り合う磁石片間に隙間が設けられるとともに１６極等間隔に着磁されたフェライト磁石を有して構成され、
   前記固定子は、１２極のコアを挟持したボビンの上からコイルを同一巻方向へ２極飛ばしで三相巻線をし、該三相巻線をＹ結線して構成される
   ことを特徴とする三相磁石発電機。
2. 線対称の１２極のコアを同一形状の二つのボビンで挟持するとともに一方のボビンに４つの端子を圧入し、該４つの端子のうちの１つの端子に、三相巻線した各相のコイルの一端側の引出線を結線して中性点とし、各相のコイルの他端側の引出線と各引出線に対応するリード線とを、対応する残りの端子に結線してＹ結線を構成することを特徴とする請求項１に記載の三相磁石発電機。
3. 前記磁石間の隙間は３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の三相磁石発電機。
4. 前記コアは、両側に、板厚約０．５ｍｍの鍔付きコアエンドを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三相磁石発電機。
5. 前記鍔付きコアエンドの鍔部の根元にリブが形成されていることを特徴とする請求項４に記載の三相磁石発電機。
6. 前記ボビンと前記コアエンドを嵌合したとき、前記コアエンドと前記ボビンとの間に空間が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の三相磁石発電機。
7. コイルの出力側にレギュレータが接続され、コイルとレギュレータとの間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチを設け、該１相オフスイッチをランプ負荷をオフするランプオフスイッチに連動させたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三相磁石発電機。
8. コイルの出力側にレギュレータが接続され、コイルとレギュレータとの間に、Ｙ結線の１相をオフする１相オフスイッチを設け、該１相オフスイッチをランプ負荷をオフするランプオフスイッチに連動させるとともに、三相出力が必要な場合にオフ状態からオン動作するスイッチ回路を前記１相オフスイッチに並列接続したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三相磁石発電機。

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