JP3974982B2

JP3974982B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3974982B2
Application number: JP30801597A
Authority: JP
Inventors: 英和内山; 仁之渡辺; 浩美間々田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JPH11127564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、特に、回転子が固定子の外側において回転するように構成されているアウタロータ形の発電機または電動機に利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯用発電機は回転子がエンジンのクランクシャフトに連結されており、エンジンによって駆動される回転子が固定子に対して回転することにより発電するように構成されている。アウトドアー・レジャーの流行に伴って、携帯用発電機が広く普及して来ている。このため、携帯用発電機においてはエンジンの始動を自動的に実行させるためのスタータモータの搭載が必須になって来ている。そこで、本発明者は、携帯用発電機としてエンジンに直結した発電装置の回転子および固定子をスタータモータの界磁子および電機子に兼用することを考えた。
【０００３】
一方、固定子の外側に永久磁石（以下、マグネットという。）を有する回転子が配設されたアウタロータ形の電動機または発電機（以下、アウタロータ形回転電機という。）が、従来から種々提案されている。これらのアウタロータ形回転電機としては、巻線を三相とし半導体スイッチを用いて制御するように構成されているブラシレス電動機がある。ブラシレス電動機において、半導体スイッチを制御するためには、回転子の位置を検出する位置検出装置が必要になる。そこで、回転子のマグネットの位置をホール素子によって検出する位置検出装置の採用が試みられている。
【０００４】
また、アウタロータ形回転電機が電動機として使用される場合において、界磁電流を変更制御する界磁巻線を付設することによって電動機の特性を変更することが試みられている。また、発電機として使用される場合において、界磁巻線を付設して発電電圧の低下に対し界磁巻線を励磁する界磁電流を増加させて発電電圧を増加させることにより、負荷の増加に伴う発電電圧の低下を防止することが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
携帯用発電機において、固定子のエンジンケース側の端面に界磁巻線が配設された場合には、界磁巻線の結線部は固定子の他端面側に配置する必要が有り、そのための配線が複雑になり配線作業が面倒になってしまう。すなわち、固定子の発電巻線の側面に界磁巻線が配設される状態になるため、発電巻線の端末が界磁巻線側に引き出しずらく、発電巻線と界磁巻線とを相反する方向に引き出して内部において配線する状態になる。このため、大きな配線スペースが必要になり、同じ場所から引き出すことが困難になる。
【０００６】
本発明の目的は、固定子巻線の端末の配線および界磁巻線の端末の配線を簡単化することができる回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）回転軸により回転される有底円筒形状のヨークを有する回転子と、
前記ヨーク内に同心円に配置された固定子と、
該固定子の前記ヨーク底壁側端面に配設された界磁巻線と、
を備えている回転電機であって、
前記固定子には給電部挿通孔が軸方向に貫通するように開設されており、
前記界磁巻線の前記固定子側端面に給電部が突設されているとともに、該給電部は前記給電部挿通孔に挿通されており、
前記給電部は絶縁性を有する樹脂が使用されて前記給電部挿通孔に挿通する棒状に形成されたホルダと、該ホルダに軸方向に挿通されて保持された端子部材とを備えており、
前記端子部材の前記界磁巻線側端部には前記界磁巻線が電気的に接続されており、
前記端子部材の他端部には相手側端子部材が前記給電部挿通孔の内部において電気的に接続されていることを特徴とする回転電機。
【０００８】
（２）前記端子部材は雄端子部材として構成されており、前記相手側端子部材は雌端子部材として構成されており、前記雌端子部材は前記給電部挿通孔の内部において前記雄端子部材に結合されていることを特徴とする前記（１）に記載の回転電機。
【０００９】
前記（１）の手段によれば、界磁巻線の電気的端末が固定子における界磁巻線配置側と反対側に電気的に引き出されているため、界磁巻線に対する電気的接続を当該反対側において実施することができる。その結果、界磁巻線に対する電気的接続と、固定子巻線に対する電気的接続とを固定子の同一端面側において実施することができる。
また、固定子に開設された給電部挿通孔内において、界磁巻線側の端子部材と電源側の端子部材とが電気的に接続されているため、余分な結線スペースを必要とせずに、界磁巻線を電源に電気的に接続することができる。
【００１０】
前記（２）によれば、雌端子部材を給電部挿通孔に嵌入することにより、雌端子部材と雄端子部材とを嵌合させることができるので、ワンタッチ操作で、雌端子部材と雄端子部材とを給電部挿通孔の内部で電気的に接続することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である携帯用発電機の主要部を示す正面断面図である。図２は位置検出装置の取付部分を示す分解斜視図である。
【００１２】
本実施形態において、本発明に係る回転電機は、携帯用発電機の発電装置として構成されており、携帯用発電機においてエンジンと一体的に組み合わされている。そして、この発電装置はエンジンを始動し得るように構成されている。つまり、この発電装置は電動機兼用発電機として構成されている。
【００１３】
すなわち、エンジンケース１には発電装置２が図１に示されているように組み付けられている。エンジンのクランクシャフト３のエンジンケース１から外側に突出した端部には、発電装置２の回転子４が一体回転するように組み付けられている。回転子４は鉄等の磁性材料が用いられて有底の短尺円筒形状に形成されたヨーク４ａと、ヨーク４ａの底壁の内面に同心的に配されて一体的に突設されている円筒形状のボス部材４ｂとを備えており、ボス部材４ｂがクランクシャフト３にテーパ結合されてナット４ｃによってねじ結合されている。ヨーク４ａの円筒壁の内周面には回転子４の磁極を構成するためのマグネット５が複数個、周方向に配されて固定されている。そして、回転子４の全体としての慣性マスはエンジンに対してのフライホイール機能を充分に発揮し得るように設定されている。
【００１４】
電動機兼用発電機である発電装置２のエンドブラケット６はエンジンケース１におけるクランクシャフト３の外側に被せ付けられて、ボルト１ａによって締結されている。発電装置２の固定子９は始動巻線７および発電巻線８を備えており、全体的に大略ドーナッツ形状に形成されている。固定子９はエンドブラケット６の内部において回転子４と同心円に配置されて、エンドブラケット６に締結部材としてのボルト１０によって締結されている。固定子９の内周面は回転子４のボス部材４ｂの外周面に近接した状態になっており、固定子９の外周面は回転子４のマグネット５群の内周面に近接した状態になっている。すなわち、回転子４は中央部のボス部材４ｂが固定子９の中央部に挿入された状態で、エンジンのクランクシャフト３に駆動されて、ヨーク４ａの内周に配されたマグネット５群が固定子９の周囲を回転し得るように構成されている。
【００１５】
固定子９におけるヨーク４ａの底壁に対向する側の端面には、円形リング形状の凹部１３が固定子９の中心と同心円に形成されており、凹部１３には界磁巻線１１のコイルボビン１２が収容されてボルト１０によって締結されている。すなわち、固定子９のヨーク底壁側端面において、凹部１３は始動巻線７および発電巻線８のコイルボビン１４と固定子コア１５とにわたって形成されており、凹部１３の穴底にはボルト挿通孔１７が複数本、周方向に間隔を置かれて軸方向に貫通するように開設されている。他方、界磁巻線１１のコイルボビン１２における凹部１３への収容側端面にはナット部１６が複数、各ボルト挿通孔１７にそれぞれ対応するように配設されている。そして、界磁巻線１１のコイルボビン１２が凹部１３に嵌合されて仮保持された状態で、各ボルト挿通孔１７にボルト１０がエンドブラケット６の外側から挿入されて、各ナット部１６にねじ込まれることにより、界磁巻線１１は固定子９と共にエンドブラケット６に締結される。
【００１６】
界磁巻線１１のコイルボビン１２の凹部１３への収容側端面の一部には給電部１８が突設されている。給電部１８は絶縁性を有する樹脂が使用されて棒状に形成されたホルダ１９と、界磁巻線１１に電気的に接続された雄端子部材２０とを備えており、雄端子部材２０はホルダ１９を軸方向に挿通されて保持された状態になっている。給電部１８はホルダ１９が固定子コア１５に開設された給電部挿通孔１８ａを挿通されることにより、固定子９のエンドブラケット６側の端面に引き出されており、この引き出し側端部において雄端子部材２０には雌端子部材２１が電気的に接続されている。雌端子部材２１は携帯用発電機の電源（図示せず）に電気的に接続されている。
【００１７】
ちなみに、組み付けに際しては、固定子９に界磁巻線１１が仮保持された状態で、固定子９の固定子コア１５における開口縁辺部がエンドブラケット６の内側端面における中央部に円柱形状に突設された取付部２２に印籠結合され、エンドブラケット６の外側から各ボルト挿通孔１７に挿入されて、各ナット部１６にねじ込まれることにより、界磁巻線１１は固定子９と共にエンドブラケット６に据え付けられる。
【００１９】
本実施形態において、始動巻線７および発電巻線８は三相ブラシレス電動機および発電機を構成するようになっており、半導体スイッチによって制御されるように構成されている。したがって、本実施形態に係る発電装置２には半導体スイッチをＯＮ・ＯＦＦ制御するのに必要な回転子位置検出装置２３が組み込まれている。回転子位置検出装置２３は被検出側ユニット２４と検出側ユニット２７とを備えており、被検出側ユニット２４は回転子４側に組み付けられ、検出側ユニット２７はエンドブラケット６側に組み付けられている。
【００２０】
被検出側ユニット２４はスペーサ２５および被検出マグネット２６を備えており、スペーサ２５は回転子４のボス部材４ｂにおけるエンドブラケット６側の端面に据え付けられている。スペーサ２５は非磁性材料を使用されて円形リング形状に形成されており、ボス部材４ｂの端面に当接されてピン２５ａによって回り止めされた状態で、回転子４をクランクシャフト３に固定したナット４ｃによってボス部材４ｂに共締めされている。被検出マグネット２６は複数の磁極が周方向に間隔をおいて着磁された円形リング形状に形成されており、スペーサ２５のエンドブラケット６側端面における外周辺部に同心円に嵌合されて、接着法や一体成形法等によって固定されている。
【００２１】
検出側ユニット２７は絶縁性を有する材料が使用されて円盤形状に形成されたホルダ２８を備えている。ホルダ２８はエンドブラケット６の中心部に開設された取付孔６ａに嵌入されており、取付孔６ａに嵌着されたサークリップ６ｂに突き当てられて位置決めされた状態で、取付孔６ａの開口縁辺部に形成されたかしめ加工部６ｃによって固定されている。ホルダ２８の内側端面にはホール素子取付筒部２８ａが同心円に突設されており、ホール素子取付筒部２８ａの内周面にはホール素子２９が３個、周方向に等しい位相差をもって配置されている。
【００２２】
ホルダ２８の外側端面には回路基板収納穴３０が形成されており、回路基板収納穴３０の底には半導体スイッチを構成した電子部品や配線（図示せず）が搭載された回路基板３１が収納されている。回路基板３１の半導体スイッチには３個のホール素子２９が、リード線２９ａを回路基板収納穴３０に引き込まれて電気的に接続されている。回路基板収納穴３０の内部には絶縁性を有する樹脂が充填されることにより、樹脂封止体３２が形成されている。ちなみに、エンドブラケット６がエンジンケース１に据え付けられると、各ホール素子２９が被検出マグネット２６に外周方において所定のエアギャップをもって対向するように各部が設定されている。
【００２３】
次に作用を説明する。
電動機兼用発電機である発電装置２によってエンジンが始動される際には、固定子９の始動巻線７へ携帯用発電機の制御回路（図示せず）に搭載されたドライバからブラシレス電動機の駆動信号に相当する通電信号が印加される。この始動巻線７への通電によって形成される回転磁界が回転子４のマグネット５群の磁界を相対的に切るため、回転子４は回転される。この回転する回転子４の位置は、ボス部材４ｂに固定された被検出マグネット２６の位置がエンドブラケット６に固定されたホール素子２９によって検出されることによって時々刻々と計測され、回路基板３１の半導体スイッチに送信されるため、ドライバは回転子４の回転を継続かつ安定させることができる。
【００２４】
この際、界磁巻線１１には回転子４のマグネット５と異なる磁極になるように通電される。すなわち、エンジン始動時には固定子９の発電巻線８に作用する界磁の有効磁束が減少する方向に界磁巻線１１が励磁される。したがって、固定子９の発電巻線８に鎖交する界磁の磁束は回転子４のマグネット５による磁束と界磁巻線１１による磁束とが差動的に鎖交されたものとなり、界磁巻線１１に通電する電流に応じて磁束が減った分だけ磁束変化が小さくなる。つまり、本実施形態によれば、回転子４に連結されたエンジンのクランクシャフト３を回転駆動する際に、発電機の負荷を減少させることができるため、本来、発電に使用される発電装置２であってもエンジンを確実に始動させることができる。
【００２５】
エンジンが始動されると、ホール素子２９による被検出マグネット２６の検出信号等に基づいて、ドライバが駆動信号の発信を自動的に停止する。そして、エンジンが始動されると、クランクシャフト３に連結された回転子４が固定子９の周囲を回転する状態になるため、回転子４のマグネット５の磁束が回転磁界を形成して固定子９の発電巻線８を切る状態になり、発電巻線８において起電力が発生する。発電巻線８の起電力はこれに接続されたリード線によって外部に取り出され所望の負荷に供給される。
【００２６】
エンジンが始動された後は、ドライバによる始動巻線７への通電は断たれ、電動機から発電機に切り換える。
【００２７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２９】
前記実施形態においては、携帯用発電機の発電装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、アウタロータ形のファンモータ等のアウタロータ形の回転電機全般に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固定子に給電部挿通孔を軸方向に開設するとともに、この給電部挿通孔に内部に端子部材が挿通された絶縁性を有するホルダを挿通し、この端子部材の一端には固定子の一端面に配設された界磁巻線を電気的に接続するとともに、端子部材の他端に界磁巻線への給電配線を電気的に接続することにより、界磁巻線の電気的端末を固定子における界磁巻線配置側と反対側の端面に引き出すことができるため、界磁巻線に対する電気的接続を当該反対側端面において実施することができる。その結果、界磁巻線に対する電気的接続と、固定子巻線に対する電気的接続とを固定子の同一端面側において実施することができる。
【００３１】
また、界磁巻線への給電配線が接続された相手側端子部材を給電部挿通孔の内部において端子部材に結合させることにより、余分な結線スペースを必要とせずに、界磁巻線を電源に電気的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である携帯用発電機の主要部を示す正面断面図である。
【図２】位置検出装置の取付部分を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１…エンジンケース、１ａ…ボルト、２…発電装置（電動機兼用発電機、回転電機）、３…クランクシャフト、４…回転子、４ａ…ヨーク、４ｂ…ボス部材、４ｃ…ナット、５…マグネット（界磁子磁極）、６…エンドブラケット、６ａ…取付孔、６ｂ…サークリップ、６ｃ…かしめ加工部、７…始動巻線、８…発電巻線、９…固定子、１０…ボルト（締結部材）、１１…界磁巻線、１２…コイルボビン、１３…凹部、１４…コイルボビン、１５…固定子コア、１６…ナット部、１７…ボルト挿通孔、１８…給電部、１８ａ…給電部挿通孔、１９…ホルダ、２０…雄端子部材、２１…雌端子部材、２２…取付部、２３…回転子位置検出装置、２４…被検出側ユニット、２５…スペーサ、２５ａ…ピン、２６…被検出マグネット、２７…検出側ユニット、２８…ホルダ、２８ａ…ホール素子取付筒部、２９…ホール素子、２９ａ…リード線、３０…回路基板収納穴、３１…回路基板、３２…樹脂封止体。

Claims

回転軸により回転される有底円筒形状のヨークを有する回転子と、
前記ヨーク内に同心円に配置された固定子と、
該固定子の前記ヨーク底壁側端面に配設された界磁巻線と、
を備えている回転電機であって、
前記固定子には給電部挿通孔が軸方向に貫通するように開設されており、
前記界磁巻線の前記固定子側端面に給電部が突設されているとともに、該給電部は前記給電部挿通孔に挿通されており、
前記給電部は絶縁性を有する樹脂が使用されて前記給電部挿通孔に挿通する棒状に形成されたホルダと、該ホルダに軸方向に挿通されて保持された端子部材とを備えており、
前記端子部材の前記界磁巻線側端部には前記界磁巻線が電気的に接続されており、
前記端子部材の他端部には相手側端子部材が前記給電部挿通孔の内部において電気的に接続されていることを特徴とする回転電機。
前記端子部材は雄端子部材として構成されており、前記相手側端子部材は雌端子部材として構成されており、前記雌端子部材は前記給電部挿通孔の内部において前記雄端子部材に結合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。