JP2014103750A - Rotary electric machine and battery charge control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石を有するロータと、複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機及びバッテリの充電制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor having a magnet and a coil stator around which a plurality of coils are wound, and a battery charge control device.
自動二輪車等の車両には、エンジンで駆動される回転電機である交流発電機が搭載される(例えば特許文献1を参照)。交流発電機は、磁石を有するロータ(回転子)と、複数のコイルが巻装されているコイルステータ(固定子)とを備え、電磁誘導の原理により発電する。 A vehicle such as a motorcycle is equipped with an AC generator, which is a rotating electrical machine driven by an engine (see, for example, Patent Document 1). The AC generator includes a rotor (rotor) having magnets and a coil stator (stator) around which a plurality of coils are wound, and generates power based on the principle of electromagnetic induction.
発電機が発電する際に発生する電気損失は、主に発電出力、鉄損、銅損の3つの合計となる。発電出力とは、発電機が持っている発電出力による損失である。鉄損とは、例えばステータ内部に発生する渦電流とヒステリシス損による損失である。銅損とは、ステータに巻装されたコイルに電流が流れることにより発生する損失である。
発電機による発電効率を高める点からも、電気損失を低減させることが求められる。例えば鉄損を低減させる技術として、ステータの材料に珪素鋼板を用いたり、ステータの積層コア厚を減らしたり、ステータコアシート1枚の厚さを薄くしたりすることにより、渦電流の発生を抑える技術が知られている。
The electrical loss that occurs when the generator generates electricity is mainly the sum of the power generation output, iron loss, and copper loss. The power generation output is a loss due to the power generation output possessed by the generator. The iron loss is, for example, a loss due to eddy current generated in the stator and hysteresis loss. Copper loss is loss that occurs when a current flows through a coil wound around a stator.
From the viewpoint of increasing the power generation efficiency of the generator, it is required to reduce the electrical loss. For example, as a technique for reducing iron loss, a technique for suppressing the generation of eddy currents by using a silicon steel plate as a stator material, reducing the thickness of the laminated core of the stator, or reducing the thickness of one stator core sheet. It has been known.
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、電気損失を低減させられる回転電機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above points, and it aims at providing the rotary electric machine which can reduce an electrical loss.
本発明の回転電機は、磁石を有するロータと、複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機であって、前記ロータには、前記磁石を保護するカバーが装着されており、前記カバーは金属製であり、前記磁石の一部を露呈させるように開口部が形成されている、又は前記カバーは樹脂製であることを特徴とする。
また、本発明の回転電機の他の特徴とするところは、前記ロータはアウタロータであり、その円筒部の内周面に前記磁石が配設されており、前記カバーは金属製であり、前記磁石を覆う円筒部を有し、該円筒部に沿って複数の前記開口部が形成されている点にある。
本発明のバッテリの充電制御装置は、本発明の回転電機がエンジンで駆動される交流発電機であり、その出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式としたことを特徴とする。
A rotating electrical machine according to the present invention is a rotating electrical machine including a rotor having magnets and a coil stator around which a plurality of coils are wound, and the rotor is provided with a cover for protecting the magnets. The cover is made of metal, and an opening is formed so as to expose a part of the magnet, or the cover is made of resin.
Another feature of the rotating electrical machine of the present invention is that the rotor is an outer rotor, the magnet is disposed on an inner peripheral surface of a cylindrical portion thereof, the cover is made of metal, and the magnet A plurality of openings are formed along the cylindrical portion.
The battery charge control device of the present invention is an AC generator in which the rotating electrical machine of the present invention is driven by an engine, and is a battery charge control device for rectifying the output to charge the battery, and the battery voltage When the voltage reaches a predetermined voltage, the AC generator is disconnected from the battery.
本発明によれば、ロータに装着された、磁石を保護するカバーでの渦電流の発生を抑えることができるので、電気損失、特に鉄損を低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the generation of eddy currents in the cover that is attached to the rotor and protects the magnet, so that it is possible to reduce electrical loss, particularly iron loss.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は、自動二輪車に搭載されるパワーユニット10の例を示す左側面図である。この例ではパワーユニット10は空冷式4サイクル単気筒エンジン11を有し、このエンジン11は主に、クランクシャフトを回転自在に支持・収容するクランクケース12と、クランクケース12の端部に結合するシリンダもしくはシリンダブロック13と、シリンダ13の端部に結合するシリンダヘッド14及びシリンダヘッド14に蓋着するシリンダヘッドカバー15とを含んで構成される。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a left side view showing an example of a
エンジン11について更に説明する。図2は、クランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線方向に沿う断面図を示している。本例ではクランクケース12は、左右2つ割りに構成される。図2において、クランクケース12は左右で対をなす右側クランクケース12Rと左側クランクケース12Lが相互に結合・一体化してなり、それらによってクランク室18が形成される。このクランク室18内にクランクシャフト19及びクランクシャフト19と一体化した左右一対のクランクウェブ19aが、一対のベアリング20を介して回転自在に軸支される。
The
クランクウェブ19a相互間には、クランクピン21を介してコンロッド22の基端側が連結される。シリンダ13内にはピストン23が往復動可能に収容されており、ピストン23はそのピストンピン24を介してコンロッド22の先端側と連結される。ピストン23がシリンダ軸線方向に往復動することで、クランクシャフト19が回転する。また、シリンダヘッド14内には、カム及びカムシャフト等を含んでなる動弁装置が組み込まれている。吸気側及び吸気側のカムシャフトのそれぞれ一端に取り付けたスプロケットと、クランクシャフトに取り付けたドライブスプロケット25との間にカムタイミングチェーン26が巻回装架され、クランクシャフト19の回転に同期して動弁装置が作動するようになっている。
The base end side of the connecting
クランク室18の周囲においてケース隔壁を隔ててその右側にクラッチ室27が、また左側にはマグネト室28がそれぞれ隣接配置される。クラッチ室27内にはクランクシャフト19の右側軸端部に配置構成されたクラッチ装置29が収容され、該クラッチ室27はクラッチカバー30によって覆われる。また、マグネト室28内にはクランクシャフト19の左側軸端部に配置構成されたマグネト装置31が収容され、該マグネト室28はマグネトカバー32(クランクケースカバー)によって覆われる。
Around the
マグネト装置31において、クランクシャフト19の左側軸端部にアウタロータ36が一体的に取付・固定される。すなわち、アウタロータ36は、クランクシャフト19と一体回転する。図3に、アウタロータ36を示す。アウタロータ36は、例えばステンレス鋼板を素材としてカップ状にプレス絞り成形したもので、円筒部36aと、円筒部36aの一端から径方向内方に屈曲する環状の壁部36bとを有し、壁部36bの中央にクランクシャフト19の左側軸端部が結合する。
アウタロータ36の円筒部36aの内周面には磁石37が配設される。例えば図4に示すように、4分割された磁石37が円筒部36aの内周面に沿って並べられている。
In the
A
アウタロータ36には、磁石37を保護するために、薄板からなる金属製のカバー38が装着される。金属の種類としては、例えばステンレス鋼板、圧延鋼板等が挙げられる。クランクシャフト19の左側軸端部に取付・固定されたアウタロータ36に、マグネトカバー32に取り付けられたコイルステータ40を組み付けるときに、コイルステータ40が磁力に引っ張られて磁石37にぶつかることがある。このときに磁石37が疵ついたり、割れたりするのを防ぐ目的でカバー38が設けられている。
図5にも示すように、カバー38は、磁石37を覆う円筒部38aを有する。また、アウタロータ36の開口側において、円筒部38aの端部から径方向外方に屈曲する環状の支持壁部38bを有し、この支持壁部38bがアウタロータ36の開口外周縁に例えばかしめにより固定される。また、アウタロータ36の壁部36b側において、円筒部38aの端部から径方向内方に屈曲する複数の支持壁部38cを有し、これら支持壁部38cがアウタロータ36の壁部36bに固定される。
A
As shown also in FIG. 5, the
ここで、カバー38の円筒部38aには、円筒部38aに沿って複数の開口部39が形成されている。各開口部39は、円筒部38aの内外周面を貫通するように形成されており、各開口部39から磁石37の一部が露呈した状態となる。
Here, a plurality of
一方、マグネトカバー32の裏面にはコイルステータ40が取り付けられる。図6に、コイルステータ40を示す。コイルステータ40は、放射状に配置された鉄芯41を備え、各鉄芯41の周りにコイル42が巻装されている。マグネトカバー32の裏面には取付用ボス43が設けられており、ボルト44によりコイルステータ40を取付用ボス43に締結することで、コイルステータ40がマグネトカバー32に取り付けられる。
On the other hand, a
このようにしたマグネト装置31において、アウタロータ36には、磁石37を保護する金属製のカバー38が設けられるが、磁石37の磁束がカバー38を透過すると、カバー38でも渦電流が発生して、鉄損の要因となってしまう。
そこで、カバー38に開口部39を形成することにより、カバー38において磁束が透過する部分を少なくする。これにより、カバー38での渦電流の発生を抑えて、鉄損を低減させることができる。なお、開口部39の形状や数等は限定されるものではないが、カバー38としての機能を損なわない範囲で、できるだけ開口部39の総面積を大きくするのが好ましい。
In the
Therefore, by forming the
以上のようにしたマグネト装置31は、クランクシャフト19の回転によりアウタロータ36がコイルステータ40のまわりを回転することにより、電磁誘導の原理により発電する三相式の交流発電機を構成する。
交流発電機としては、一般的に、図7、図8に示すように、3本のコイル2、3、4をスター結線した三相式の交流発電機1が用いられる。自動二輪車のように発電機の外形に制限を受けるような場合は、構造が簡単な永久磁石式交流発電機が使用される場合が多い。この場合、交流発電機1によるバッテリBの充電は、レギュレートレクチファイアと呼ばれる、整流と電圧制御を受け持つ充電制御装置により制御される。
The
As the AC generator, generally, a three-phase AC generator 1 in which three
バッテリの充電制御装置として、図7に示すようなショート方式と呼ばれる充電制御装置がある。
図7に示すように、ダイオード101、102が順方向を同一にして直列接続し、コイル2の一端がダイオード101、102の間に接続する。同様に、ダイオード103、104が順方向を同一にして直列接続し、コイル3の一端がダイオード103、104の間に接続し、また、ダイオード105、106が順方向を同一にして直列接続し、コイル4の一端がダイオード105、106の間に接続する。
順方向下流側のダイオード101、103、105のカソード側には正ライン107が接続し、順方向上流側のダイオード102、104、106のアノード側には接地ライン108が接続する。正ライン107と接地ライン108との間にバッテリBが接続し、ダイオード101、103、105の出力電流でバッテリBの充電を行うようになっている。
ダイオード102にはサイリスタ109が順方向を逆にして並列接続する。同様に、ダイオード104にはサイリスタ110が順方向を逆にして並列接続し、また、ダイオード106にはサイリスタ111が順方向を逆にして並列接続する。
サイリスタ109、110、111の各ゲートは制御回路112に接続し、制御回路112によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路112は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ109、110、111をオフにする。このとき、ダイオード101、103、105の出力電流でバッテリBの充電が行われる(図中の実線の矢印を参照)。そして、制御回路112は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ109、110、111をオンにして、余分な発電電流を発電機に戻す(図中の点線の矢印を参照)。
As a battery charge control device, there is a charge control device called a short system as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the
A
A
Each gate of the
また、図8に示すようなオープン方式と呼ばれる充電制御装置がある。
図8に示すように、サイリスタ201、202が順方向を同一にして直列接続し、コイル2の一端がサイリスタ201、202の間に接続する。同様に、サイリスタ203、204が順方向を同一にして直列接続し、コイル3の一端がサイリスタ203、204の間に接続し、また、サイリスタ205、206が順方向を同一にして直列接続し、コイル4の一端がサイリスタ205、206の間に接続する。
順方向下流側のサイリスタ201、203、205のカソード側には正ライン207が接続し、順方向上流側のサイリスタ202、204、206のアノード側には接地ライン208が接続する。正ライン207と接地ライン208との間にバッテリBが接続し、サイリスタ201、203、205の出力電流でバッテリBの充電を行うようになっている。
サイリスタ201〜206の各ゲートは制御回路209に接続し、制御回路209によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路209は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ201〜206をオンにする。このとき、サイリスタ201、203、205の出力電流でバッテリBの充電が行われる(図中の実線の矢印を参照)。そして、制御回路209は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ201〜206をオフにして、交流発電機1とバッテリBとを遮断する(図中の点線の矢印を参照)、すなわち回路をオープンにする。
There is also a charge control device called an open system as shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the
A
The gates of the
図7に示したショート方式では、常時発電しているため、発電出力、鉄損、銅損のすべての損失がある。そのため、図9の特性線(二点鎖線)に示すように、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失が比較的生じやすい。
それに対して、図8に示したオープン方式では、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、交流発電機1とバッテリBとを遮断するのでコイルに電流が流れず銅損が減る。したがって図9の特性線(一点鎖線)に示すように、ショート方式と比較して、低〜中回転域での電気損失を低減させることができる。
しかしながら、オープン方式では、ステータに電流が流れないときに、磁石の磁束によりステータ内に渦電流が発生しやすくなり、その渦電流は高周波になるほど、すなわちエンジン回転数とともに増加する特性を有する。そのため、図9に示すように、特にエンジンの高回転域では鉄損が増大して、逆にショート方式と比較して電気損失が大きくなる現象が生じる。カバー38でも同様のことがいえ、オープン方式では、ステータに電流が流れないときに、磁石37の磁束によりカバー38内に渦電流が発生しやすくなり、その渦電流は高周波になるほど、すなわちエンジン回転数とともに増加する特性を有し、エンジンの高回転域では鉄損が増大することになる。
In the short system shown in FIG. 7, since power is always generated, there are all losses of power generation output, iron loss, and copper loss. Therefore, as shown by the characteristic line (two-dot chain line) in FIG. 9, electrical loss is relatively likely to occur in the entire region from the low rotation range to the high rotation range of the engine.
On the other hand, in the open system shown in FIG. 8, when the battery voltage reaches a predetermined voltage, the AC generator 1 and the battery B are cut off, so that no current flows through the coil and the copper loss is reduced. Therefore, as shown by the characteristic line (dashed line) in FIG. 9, it is possible to reduce the electrical loss in the low to medium rotation range as compared with the short method.
However, in the open system, when current does not flow through the stator, an eddy current is easily generated in the stator by the magnetic flux of the magnet, and the eddy current has a characteristic of increasing with increasing frequency, that is, with the engine speed. Therefore, as shown in FIG. 9, the iron loss increases particularly in the high engine speed range, and conversely, a phenomenon occurs in which the electrical loss increases as compared with the short system. The same can be said for the
したがって、本発明を適用した回転電機をエンジンで駆動される交流発電機として、その出力を整流してバッテリを充電する際には、上述したオープン方式と組み合わせることにより、鉄損を低減させる効果が得られる。すなわち、図9の特性線(実線)に示すように、特にエンジンの高回転域においてカバー38での渦電流の発生を抑えて、鉄損が増大するのを抑えることができる。
Therefore, when the rotating electrical machine to which the present invention is applied is used as an AC generator driven by an engine to charge the battery by rectifying its output, the effect of reducing the iron loss can be obtained by combining with the open method described above. can get. That is, as shown by the characteristic line (solid line) in FIG. 9, generation of eddy currents in the
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。上記実施形態ではカバー38を金属製とした場合を説明したが、カバー38を樹脂製とすれば、カバー38に渦電流が発生することがなくなり、鉄損を低減させることができる。樹脂としては、ポリプロプレン、ABS樹脂、ポリエチレン、ポリアミドが挙げられる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated with various embodiment, this invention is not limited only to these embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention. In the above embodiment, the case where the
19:クランクシャフト、31:マグネト装置、32:マグネトカバー、36:アウタロータ、36a:円筒部、36b:壁部、37:磁石、38:カバー、38a:円筒部、38b、38:支持壁部、39:開口部、40:コイルステータ 19: Crankshaft, 31: Magnet device, 32: Magnet cover, 36: Outer rotor, 36a: Cylindrical part, 36b: Wall part, 37: Magnet, 38: Cover, 38a: Cylindrical part, 38b, 38: Support wall part, 39: opening, 40: coil stator
Claims (3)
複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機であって、
前記ロータには、前記磁石を保護するカバーが装着されており、
前記カバーは金属製であり、前記磁石の一部を露呈させるように開口部が形成されている、又は前記カバーは樹脂製であることを特徴とする回転電機。 A rotor having magnets;
A rotating electric machine comprising a coil stator around which a plurality of coils are wound,
A cover for protecting the magnet is attached to the rotor,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the cover is made of metal and has an opening formed so as to expose a part of the magnet, or the cover is made of resin.
前記カバーは金属製であり、前記磁石を覆う円筒部を有し、該円筒部に沿って複数の前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The rotor is an outer rotor, and the magnet is disposed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion,
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the cover is made of metal, has a cylindrical portion that covers the magnet, and a plurality of the openings are formed along the cylindrical portion.
バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式としたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。 The rotating electrical machine according to claim 1 or 2 is an AC generator driven by an engine, and is a battery charge control device for rectifying its output and charging the battery,
A battery charge control device, characterized in that when the battery voltage reaches a predetermined voltage, the AC generator is disconnected from the battery.
Priority Applications (1)
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