JP3680213B2 - 三相磁石式発電機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートバイ(自動二輪車)などに搭載され、バッテリを充電するとともに前照灯など電気負荷に電力を供給する三相磁石式発電機に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、オートバイ用の三相磁石式発電機には、小型化が要求されると同時に、電気負荷の増加に伴う低回転側での出力電流の増大が要求されている。
【0003】
しかし、コイルの巻線スペースの縮小化に伴い大径のコイルを用いることができず、また、低回転側での出力電流の増大に伴い高回転側での出力電流も増大することになり、このため、従来の三相磁石式発電機つまり回転子の極数2n、固定子の極数3n(n:任意の整数)の三相磁石式発電機では、高回転側の出力電流を抑えることができず、コイル温度が高くなるという問題があった。
【0004】
特開2001−112226には、図10に示すように、回転子の極数を16極、固定子の極数を18極とし、固定子を図11に示すように結線した三相磁石式発電機が開示されている。この三相磁石式発電機によると、回転子の極数が従来の12極から16極に増えたことにより周波数が高くなって電圧が高くなり、低回転側の出力電流が増大するとともに、1極当たりの磁石が小さくなって高回転側の出力電流が減少するため、コイル温度を低下させることができる。しかし、図12に示すように、同一相内に電気角で20°の位相差が発生するため出力電圧が低下し、この低下を補うためには磁石を大型化する必要があり、このためコスト高になるという問題がある。また、位相合わせのために略180°対向した極に連続して巻線するようにしているため、渡り線が長くなるとともに、離れた位置にある極の引き出し線を1箇所に集めてリード線と結線できるよう整形する必要があり、整形工数が多くかかるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、固定子は従来一般的な三相磁石式発電機の固定子と同様に構成するとともに回転子の構造に工夫を施すことによって、安価で、しかも、低回転側の出力電流の増大により充電性能を向上させるとともに高回転側の出力電流の減少によりコイル温度を低下させることができる三相磁石式発電機を提供することを目的とする。
【0006】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、各極において同一の巻線方向を有し、渡り線は2極飛びに配線されるとともに、コイルが巻かれた極数3n(n:任意の整数)の固定子と、永久磁石が固定された極数4nの回転子とを有し、三相を形成する複数の前記コイルは、前記コイルの始点と他の前記コイルの終点が、また前記コイルの終点と別の前記コイルの始点が接続されていることにより、閉鎖回路を形成したことにより、固定子について従来技術(特開2001−112226)と比べ渡り線が短く整形工数が少なくなり、また、低回転側において出力電流を増大させ、高回転側において出力電流を減少させることができる。
【0007】
さらに、三相を形成する複数の前記コイルに形成される電気角は、240°である。
また、本発明の三相磁石式発電機は、自動二輪車に搭載され、バッテリを充電するとともに電気負荷に電力を供給するものである。
また、閉鎖回路の三相を形成する複数の前記コイルは、前記コイルの始点と他の前記コイルの終点が、また前記コイルの終点と別の前記コイルの始点が接続されるとともに、その接続された結線が引き出されている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
図1は、一実施形態に係る三相磁石式発電機の断面図、図2は、図1図示II−II線による断面図、図3は、固定子のコイル結線図、図4は、出力電圧のベクトル図、図5は、外部特性グラフ、図6は、出力電流グラフ、図7は、本実施形態の比較例としての従来一般的な三相磁石式発電機の断面図、図8は、同比較例の固定子のコイル結線図、図9は、同比較例の出力電圧のベクトル図をそれぞれ示す。
【0010】
図1及び図2において、本実施形態に係る三相磁石式発電機は、回転子100と固定子200とにより構成される。
【0011】
回転子100は、磁性体からなるロータ11を備える。ロータ11は、熱間鍛造後切削により仕上げ加工されてなる。ロータ11の中央のボス部11aの内側には、図示しないエンジンのクランクシャフトに嵌合されるテーパ部11bが形成されている。その他、ボス部11aには、図示しないナット等を用いてロータ11をクランクシャフトに締め付け固定させたときの締め付け座面となる端面11c、及び、ロータ11をクランクシャフトから外す際に利用される抜きねじ部11dが形成されている。ロータ11の端面部11eには、冷却用の窓穴11fが複数個設けられている。ロータ11の円筒状の外周部11gはヨークを構成している。ロータ外周部11gの内側に、非磁性体からなるリング状のスペーサ12、円周方向に等間隔に配置された複数個の永久磁石13、及び、ロータ外周部11gに圧入された非磁性体からなるリング状の位置決めケース14が、クランクシャフトの軸方向に沿って順に配設されている。複数個の永久磁石13は、位置決めケース14に形成された凸部14aによって円周方向に等間隔となるよう位置決めされるとともに、永久磁石13の内側に磁石保護リング15を圧入しロータ外周部11gの先端11hを巻きかしめすることによってロータ11に固定されている。なお、磁石保護リング15は、ステンレス板をプレス加工して形成されている。
【0012】
固定子200は回転子100の内側に配設されている。固定子200は積層コア21を備える。積層コア21は、鉄板をプレス加工したものを複数枚積層し、リベット22をかしめることによって一体化されてなる。積層コア21の表面はエポキシ樹脂等で絶縁されており、この積層コア21に巻線用銅線を巻装して発電コイル23が形成されている。固定子200は、積層コア21に形成されたねじ締め穴21aに図示しない取付ボルトをねじ込むことによって図示しないエンジンケースに固定される。
【0013】
次に、図2〜図4に基づき、本発明に係る三相磁石式発電機の固定子200の極数、コイル結線方法及び回転子100の極数並びに固定子200の出力電圧について、従来一般的な三相磁石式発電機(図7〜図9)と比較しながら説明する。
【0014】
本発明における固定子200の極数は、3n(n:任意の整数)である。これに対し、従来一般的な三相磁石式発電機の固定子200の極数も3nである。したがって、n=4の場合、図2及び図7を参照すれば明らかなように、本発明の固定子200の極数は、従来の固定子200の極数と同じ12となる。
【0015】
また、本発明における固定子200のコイル23の結線方法は、図3に示す通りであり、図8に示した従来の固定子200のコイル23の結線方法と同じであり、すべての極において巻線方向は同一であり、また、2極飛びで渡り線が配線される。したがって、渡り線は2極分の長さで済むため、従来技術(特開2001−112226)のような長い渡り線を必要としなくなり、また、従来技術(特開2001−112226)と比べコイルの引き出し整形が容易になる。
【0016】
一方、本発明における回転子100の極数は、4n(n:任意の整数)である。これに対し、従来一般的な三相磁石式発電機の回転子100の極数は2nである。したがって、n=4の場合、図2及び図7を参照すれば明らかなように、従来の回転子100の極数は8であるのに対し、本発明における回転子100の極数は16となる。
【0017】
したがって、n=4の場合、図2及び図7に示すように、従来の固定子200の機械角は30°、電気角は120°であるのに対し、本発明における固定子200の機械角は30°、電気角は240°となり、また、従来の回転子100の機械角は45°、電気角は180°であるのに対し、本発明における回転子100の機械角は22.5°、電気角は180°となる。このため、図4及び図9を参照すれば明らかなように、本発明における固定子200の出力電圧は、従来の固定子200の出力電圧に対し、相の順序は逆になるものの相間位相差は120°となり同一相内での位相差は発生しない。したがって、位相差に起因する出力電圧の損失は発生せず、従来技術(特開2001−112226)のように損失を補うために永久磁石を大型化する必要が無くなる。
【0018】
次に、本発明による三相磁石式発電機(図1〜図4)の外部特性と従来一般的な三相磁石式発電機(図7〜図9)の外部特性とを比較すると、図5に実験結果として示すように、本発明による三相磁石式発電機の場合、従来一般的な三相磁石式発電機と比べ、低回転(1000rpm)から高回転(5000rpm)にわたり電流が減少するとともに電圧が増大することが判明した。このような実験結果は、電流については、1極当たりの永久磁石13を小さくしたことから電流は減少し、また、電圧については、永久磁石13の小型化により電圧は減少するが、回転子100の極数を2倍にしたことから周波数が2倍となり、その結果電圧は増大したと考察される。
【0019】
また、電圧Vを一定として出力電流を測定すると、図6に示すように、低回転(1000rpm)では、本発明による出力電流が従来技術による出力電流よりも大きくなり、その結果バッテリへの充電電流が増大する。一方、高回転(5000rpm)では、本発明による出力電流が従来技術による出力電流よりも小さくなり、その結果コイル温度は大幅に低下する。
【0020】
【発明の効果】
本発明の三相磁石式発電機によると、固定子の極数は従来一般的な固定子と同様3n(n:任意の整数)に設定し、回転子の極数を従来一般的な回転子の2倍の4nに設定したため、従来技術(特開2001−112226)と比べコスト低減を図ることができるとともに、従来一般的な三相磁石式発電機と比べ、低回転側で出力電流の増大を図り、高回転側で出力電流の減少を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る三相磁石式発電機の断面図である。
【図2】図1図示II−II線による断面図である。
【図3】固定子のコイル結線図である。
【図4】出力電圧のベクトル図である。
【図5】外部特性グラフである。
【図6】出力電流グラフである。
【図7】本実施形態の比較例としての従来一般的な三相磁石式発電機の断面図である。
【図8】同比較例の固定子のコイル結線図である。
【図9】同比較例の出力電圧のベクトル図である。
【図10】先行技術文献に記載の三相磁石式発電機の断面図である。
【図11】同文献における固定子のコイル結線図である。
【図12】同文献における出力電圧のベクトル図である。
【符号の説明】
100 回転子
11 ロータ
13 永久磁石
200 固定子
23 発電コイル
Claims (4)
- 各極において同一の巻線方向を有し、渡り線は2極飛びに配線されるとともに、コイルが巻かれた極数3n(n:任意の整数)の固定子と、永久磁石が固定された極数4nの回転子とを有し、三相を形成する複数の前記コイルは、前記コイルの始点と他の前記コイルの終点が、また前記コイルの終点と別の前記コイルの始点が接続されていることにより、閉鎖回路を形成していることを特徴とする三相磁石式発電機。
- 請求項1において、三相を形成する複数の前記コイルに形成される電気角は、240°であることを特徴とする請求項1記載の三相磁石式発電機。
- 請求項1または2において、自動二輪車に搭載され、バッテリを充電するとともに電気負荷に電力を供給することを特徴とする三相磁石式発電機。
- 請求項1乃至3において、前記閉鎖回路の三相を形成する複数の前記コイルは、前記コイルの始点と他の前記コイルの終点が、また前記コイルの終点と別の前記コイルの始点が接続されるとともに、その接続された結線が引き出されていることを特徴とする三相磁石式発電機。
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