JP2013055847A

JP2013055847A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013055847A
Application number: JP2011193797A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Watanabe; 仁之渡辺
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】ロータヨークに設ける磁極数を１６極や１８極に設定しても、ロータヨークに設けるマグネットの個数が変化せず、且つ性能の低下を防止できる回転電機を提供する。
【解決手段】筒部３３を有するロータヨーク３０と、このロータヨーク３０の内側に配置され、電機子コイル１８が巻装された複数のティース１６を有するステータ４とを備えた回転電機１であって、筒部３３の内周面に、１２個のマグネット８を周方向に沿って配置し、且つロータヨーク３０に設ける磁極の数を、１６極、及び１８極の何れか一方の数に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、自動二輪車に搭載される回転電機に関するものである。

この種の回転電機としては、例えば、マグネットを備えた発電機がある。この発電機は、自動二輪車のエンジンのクランクシャフトに連係される有底筒状のロータヨークと、エンジンのケースの内側に固定されたステータとを備えている。ロータヨークの内周面側には瓦状のマグネットが設けられ、ステータには複数の電機子コイルが巻装されたティースがマグネットに対応するように設けられている。そして、ロータヨークが回転することによりティースを通過する磁束量が変化し、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（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２７３４８２号公報

ところで、上述の回転電機にあっては、要求される発電能力や大きさに応じてロータヨークに設けられている磁極数を変化させると共に、マグネットの個数を変化させている。
つまり、例えば、ロータヨークに設ける磁極数を１６極とする場合、４個のマグネットを用い、各マグネットにそれぞれ４極となるように着磁を行う。また、例えば、ロータヨークに設ける磁極数を１８極とする場合、６個のマグネットを用い、各マグネットにそれぞれ３極となるように着磁を行う。

このように、ロータヨークに設けられるマグネットの個数は、磁極数に応じて４個設けたり、６個設けたりする必要がある。すなわち、磁極数がマグネットの個数の整数倍となるように、磁極数に応じて異なる大きさのマグネットを用意する必要がある。このため、マグネットを製造するための金型費等、製造コストが嵩むという課題がある。
仮に、マグネットの個数を４個、又は６個の何れかの個数に共通化すると、隣り合うマグネットの対向している端部同士を同極に着磁する必要がある部分が生じる。つまり、各マグネットに着磁される磁極数が異なってしまう。

ここで、ロータヨークの内周面にマグネットを固定しようとすると、製作精度の誤差等からロータヨークの内周面と、各マグネットとの間に隙間が形成されてしまう場合が多い。このような場合、ロータヨークが回転する際に生じる遠心力によって、マグネットは、マグネットの自重により、割れてしまうことがある。このため、各マグネット間のうち、周方向に等間隔となるように複数の隙間を任意で形成し、これら隙間にマグネットホルダを介在させる場合がある。このとき、各マグネットに着磁される磁極数が異なっていると、マグネットホルダが介在する隙間を挟んで両側が同極となる部分が存在する。このような部分が存在すると、回転電機の性能が低下してしまうという課題がある。

より具体的に、図５に基づいて説明する。
図５は、従来のロータヨーク５０３の横断面図である。
同図に示すように、有底筒状に形成されたロータヨーク５０３の筒部５０３ａには、内周面側に６個のマグネット５０８が周方向に等間隔で配置されている。各マグネット５０８の間には、不図示のマグネットホルダが介在可能な隙間Ｓ１００が形成されている（図５におけるＺ部参照）。

このような構成のもと、ロータヨーク５０３に設ける磁極数をマグネット５０８の個数の整数倍とならない、１６極に設定する場合、図５におけるＺ部は、隙間Ｓ１００を挟んで両側を同一の磁極とする必要がある。すなわち、隣り合うマグネット５０８の対向している端部同士を同極に着磁し、１つのＮ極や１つのＳ極とする必要がある。
これは、図５におけるＺ部の周方向両側に位置する２つのマグネット５０８は、それぞれ着磁されている磁極数が異なっているからである。このような場合、隙間Ｓ１００を含む磁極の部分の磁力が弱まり、回転電機の性能が低下してしまう。

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、ロータヨークに設ける磁極数を１６極や１８極に設定しても、ロータヨークに設けるマグネットの個数が変化せず、且つ性能の低下を防止できる回転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、筒部を有するロータヨークと、このロータヨークの内側に配置され、電機子コイルが巻装された複数のティースを有するステータとを備えた回転電機であって、前記筒部の内周面に、１２個のマグネットを周方向に沿って配置し、且つ前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１６極、及び１８極の何れか一方の数に設定することを特徴とする。

このように構成することで、ロータヨークに設ける磁極数を１６極や１８極に設定しても、各マグネットに着磁される磁極数を全て同数に設定することができる。このため、隣り合うマグネットの対向している端部同士が異極に着磁された部分を周方向に等間隔に配置することができる。すなわち、隣り合うマグネットの対向している端部同士が同極に着磁されている部分の隙間を大きくする必要がなく、これによる磁力の低下を防止できる。よって、回転電機の性能低下を防止できる。

請求項２に記載した発明は、前記１２個のマグネットを、３個で１つのマグネット群として構成し、前記筒部の内周面に、前記マグネット群を周方向に沿って等間隔に４つ配置し、前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１６極に設定したことを特徴とする。

また、請求項３に記載した発明は、前記１２個のマグネットを、２個で１つのマグネット群として構成し、前記筒部の内周面に、前記マグネット群を周方向に沿って等間隔に６つ配置し、前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１８極に設定したことを特徴とする。

このように構成することで、隣接するマグネット群間の隙間を、周方向に等間隔に形成することができる。このため、例えば、マグネット群間の隙間にマグネットを保持するためのマグネットホルダを介在させることにより、バランスよくマグネットを保持することが可能になる。よって、マグネットのロータヨークに対する固着力を高めることができる。

本発明によれば、ロータヨークに設ける磁極数を１６極や１８極に設定しても、各マグネットに着磁される磁極数を全て同数に設定することができる。このため、隣り合うマグネットの対向している端部同士が異極に着磁された部分を周方向に等間隔に配置することができる。すなわち、隣り合うマグネットの対向している端部同士が同極に着磁されている部分の隙間を大きくする必要がなく、これによる磁力の低下を防止できる。よって、回転電機の性能低下を防止できる。

本発明の実施形態における回転電機の平面図である。本発明の実施形態における回転電機の縦断面図である。本発明の実施形態におけるマグネットホルダを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態の変形例におけるロータヨークの横断面図である。従来のロータヨークの横断面図である。

（回転電機）
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は、回転電機１の平面図、図２は、回転電機１の縦断面図である。
図１、図２に示すように、回転電機１は、例えば自動二輪車に用いられるアウタロータ型のスタータ用の発電機とスタータモータ機能とが一体化されたものであって、エンジンのクランクシャフト（不図示）と同期回転するフライホイール２の先端に固定されたロータ３と、エンジンブロック（不図示）に固定されるステータ４とを備えている。

フライホイール２は略円盤状に形成されたものであって、径方向略中央にボス部２ａが突出形成されている。ボス部２ａの径方向中央には、キー溝２ｃを有する貫通孔２ｂが形成されている。貫通孔２ｂにはクランクシャフトが挿入され、不図示のキーを使用してフライホイール２とクランクシャフトとの相対回転が規制された状態で、ナット等により固定される。
フライホイール２の本体には、軸方向に沿って貫通する挿通孔２ｄが形成されている。この挿通孔２ｄには、フライホイール２と後述するロータ３とを固定するリベット２７が挿通されている。

（ロータ）
ロータ３は、鉄などの金属部材により形成された有底筒状のロータヨーク３０を有している。このロータヨーク３０の底壁３１には、径方向略中央に貫通孔３１ｂが形成されている。この貫通孔３１ｂには、フライホイール２のボス部２ａおよびクランクシャフトが挿入される。

また、ロータヨーク３０の底壁３１には、軸方向に底壁３１を貫通する複数の挿通孔３２が周方向に沿って略等間隔に形成されている。この挿通孔３２は、フライホイール２の挿通孔２ｄと同軸に形成されている。そして、ロータヨーク３０の挿通孔３２、及びフライホイール２の挿通孔２ｄにリベット２４が挿通され、軸方向からリベット２７の両端をカシメることでロータ３とフライホイール２とが固定される。これにより、ロータ３とフライホイール２とが相対回転不能に締結固定され、クランクシャフトの回転と同期してロータ３が回転可能する。

図１に示すように、ロータヨーク３０の周壁である筒部３３には、内周面側に１２個のマグネット８が周方向に磁極が順番に変わるように設けられている。マグネット８としては、例えばフェライト磁石が使用されている。
ここで、１２個のマグネット８は、隣り合う３つのマグネット８で１つのマグネット群８１を構成している。すなわち、ロータヨーク３０の筒部３３には、内周面側に３つのマグネット８からなるマグネット群８１が、周方向に等間隔に４つ配置されている。

各マグネット群８１は、それぞれ磁極数が４極に設定されている。すなわち、マグネット群８１を構成する各マグネット８は、それぞれ２極に着磁されており、１つのマグネット群８１を構成する３つのマグネット８は、隣り合うマグネット８の対向している端部同士が同極になっている。さらに、隣り合うマグネット群８１で対向しているマグネット８の端部同士は、異極になっている。
これにより、各マグネット群８１は、それぞれ３つのマグネット８で構成されていながら磁極数が４極になっている。ロータヨーク３０には、マグネット群８１が４つ設けられているので、ロータヨーク３０は、磁極数が１６極に設定されていることになる。

また、隣り合うマグネット群８１の間には、隙間Ｓ１が形成されている。すなわち、隙間Ｓ１は、周方向に４箇所等間隔に形成されていることになる。これら隙間Ｓ１には、マグネットホルダ６０のアーム部６１が介在される。

（マグネットホルダ）
図３は、マグネットホルダ６０を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、マグネットホルダ６０は、マグネット群８１の間の隙間Ｓ１に介在する４つのアーム部６１と、これらアーム部６１の基端を連結するリング部６２とが一体成形されたものである。

アーム部６１とリング部５２とにより形成される４つの凹部６３に、それぞれマグネット８が３つずつ配置される。各アーム部６１間の幅は、マグネット８を３つ並べた際の幅と略一致するように設定されており、これにより、マグネット８の位置決めが行われ、ロータヨーク３０に取付けたマグネット８の位置ズレを防止できる。また、アーム部６１の先端には先細り部６１ａが形成されており、凹部６３にマグネット８をスムーズに導くことができるようになっている。

（ステータ）
図１、図２に示すように、ステータ４は、ロータヨーク３０の筒部３３の内側に配置されたステータコア１７を有している。ステータコア１７は、例えば電磁鋼板等の板部材を軸線方向に積層して形成したものであり、円環状のステータ本体部１７ａを備えている。
ステータ本体部１７ａの径方向略中央には、フライホイール２のボス部２ａ、及び不図示のクランクシャフトとの干渉を回避するため、逃げ孔１７ｂが形成されている。また、ステータ本体部１７ａには、不図示のボルトを挿通してステータ４をエンジンブロックに締結固定するためのボルト挿通孔２０が、周方向に沿って複数箇所形成されている。

また、ステータコア１７は、複数（本実施形態では１２個）のティース１６を有しており、周方向に隣り合うティース１６の間に、それぞれ蟻溝状のスロット２１が複数形成されている。ここで、本実施形態では、ティース１６が１２個形成されているので、スロット２１は１２個形成されていることになる。したがって、本実施形態の回転電機１は、磁極数が１６極、スロット数が１２に設定された、１６極１２スロットの回転電機１として構成されている。

ティース１６は、ステータ本体部１７ａから径方向外側に向かって放射状に延出形成され、且つ周方向に等間隔に配置されている。そして、ティース１６の先端は、ロータヨーク３０の筒部３３に設けられたマグネット８と径方向で対向した状態になっている。また、ステータコア１７には、インシュレータ４０が装着されており、インシュレータ４０を介して各ティース１６に電機子コイル１８が巻装されている。電機子コイル１８の端末（一方の端末１８ａ、及び他方の端末１８ｂ）は、発電された電流を外部に供給するハーネス２６の引き出し位置近傍に導き出されている。

ハーネス２６は、２本のリード線１９（１９Ａ，１９Ｂ）を備えており、ステータ４のティース１６の延出方向に沿うように、外方に向かって延出されている。電機子コイル１８の一方の端末１８ａと、一方のリード線１９Ａは、インシュレータ４０に設けられたターミナル１４を介して互いに電気的に接続されている。また、電機子コイル１８の他方の端末１８ｂと、他方のリード線１９Ｂは、それぞれアース端子１５に電気的に接続されている。

このような構成のもと、不図示のクランクシャフトを介してロータヨーク３０が回転すると、ティース１６を通過する磁束量が変化する。この磁束量の変化が起電力となって電機子コイル１８に電流が流れる。電機子コイルに流れる電流は、ハーネス２６を介して不図示のバッテリに蓄電されたり、不図示の付属電機機器に電力供給を行ったりする用途に用いられる。
一方、バッテリに蓄電された電流をハーネス２６を介して電機子コイル１８に供給すると、ティース１６に磁束が発生する。そして、この磁束とロータヨーク３０のマグネット８との間に、磁気的な吸引力や反発力が発生し、ロータ３が回転する。

（変形例）
続いて、図１を援用し、図４に基づいて本実施形態の変形例について説明する。尚、前述の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
図４は、本実施形態の変形例におけるロータヨーク１３０の横断面図である。
この変形例において、回転電機１は、ロータ３とステータ４とを備えている点、ロータ３は、有底筒状のロータヨーク１３０を有しており、この筒部３３の内周面側に、１２個のマグネット８が周方向に磁極が順番に変わるように設けられている点等の基本的構成は、前述の実施形態と同様である。

ここで、変形例と、前述の実施形態との相違点は、前述の実施形態のロータヨーク３０は、磁極数が１６極に設定されていたが、この変形例のロータヨーク１３０は、磁極数が１８極に設定されている点にある。
より詳述すると、ロータヨーク１３０の筒部３３には、内周面側に２つのマグネット８からなるマグネット群１８１が、周方向に等間隔に６つ配置されており、各マグネット群８１は、それぞれ磁極数が３極に設定されている。

すなわち、マグネット群１８１を構成する各マグネット８は、それぞれ２極に着磁されており、１つのマグネット群１８１を構成する２つのマグネット８は、隣り合うマグネット８の対向している端部同士が同極になっている。さらに、隣り合うマグネット群１８１で対向しているマグネット８の端部同士は、異極になっている。
これにより、各マグネット群１８１は、それぞれ２つのマグネット８で構成されていながら磁極数が３極になっている。ロータヨーク１３０には、マグネット群１８１が６つ設けられているので、ロータヨーク１３０は、磁極数が１８極に設定されていることになる。

また、隣り合うマグネット群１８１の間には、隙間Ｓ２が形成されている。すなわち、隙間Ｓ２は、周方向に６箇所等間隔に形成されていることになる。これら隙間Ｓ２には、不図示のマグネットホルダのアーム部を介在させることも可能である。
ここで、変形例にマグネットホルダを用いる場合、このマグネットホルダの基本的構成は、前述の実施形態のマグネットホルダ６０と同一であるが、アームの数が異なってくる。すまわち、変形例にマグネットホルダを用いる場合、アームの数は隙間Ｓ２の数に応じて６つとなり、６つのアームが周方向に等間隔に配置される。

（効果）
したがって、上述の実施形態、及び変形例によれば、１２個のマグネット８を用いてロータヨーク３０に設ける磁極数を１６極に設定したり、１８極に設定したりすることができる。このとき、各マグネット８に着磁される磁極数を、全て２極に設定することができる。このため、隣り合うマグネット群８１,１８１の間の隙間Ｓ１，Ｓ２を挟んで両側の磁極を異極とすることができる。つまり、隙間Ｓ１，Ｓ２を挟んで両側の磁極が同極となることがなく、ロータヨーク３０に磁力の弱まる部分ができるのを防止できる。よって、回転電機１の性能低下を防止できる。

また、隙間Ｓ１，Ｓ２が周方向に等間隔に形成されるので、マグネットホルダ６０のアーム部６１を周方向に等間隔に配置することができる。このため、各マグネット群８１，１８１をバランスよく保持することができ、ロータヨーク３０に対するマグネット８のズレを確実に防止できる。つまり、マグネット８のロータヨーク３０に対する固着力を高めることができる。

尚、本発明は上述の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、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ステータコア１７は、１２個のティース１６を有しており、周方向に隣り合うティース１６の間に、それぞれ蟻溝状のスロット２１が１２個形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、磁極数に応じて、ティース１６、及びスロット２１の個数を１２個以外の所定の個数に設定することが可能である。

また、上述の実施形態では、マグネットホルダ６０によって、マグネット８を支持する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、マグネット８の表面を覆うようにマグネットカバーを設け、このマグネットカバーに張り出しを形成することによってマグネットを保持するように構成してもよい。

１回転電機
３ロータ
４ステータ
８マグネット
１６ティース
１８電機子コイル
３０，１３０ロータヨーク
３３筒部
８１，１８１マグネット群

Claims

筒部を有するロータヨークと、
このロータヨークの内側に配置され、電機子コイルが巻装された複数のティースを有するステータとを備えた回転電機であって、
前記筒部の内周面に、１２個のマグネットを周方向に沿って配置し、且つ前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１６極、及び１８極の何れか一方の数に設定することを特徴とする回転電機。
前記１２個のマグネットを、３個で１つのマグネット群として構成し、前記筒部の内周面に、前記マグネット群を周方向に沿って等間隔に４つ配置し、
前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１６極に設定したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記１２個のマグネットを、２個で１つのマグネット群として構成し、前記筒部の内周面に、前記マグネット群を周方向に沿って等間隔に６つ配置し、
前記ロータヨークに設ける磁極の数を、１８極に設定したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。