JP4027604B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略円筒形状のアウターロータが複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内に永久磁石が挿入された永久磁石式回転電機に係り、特に、磁石挿入孔内に永久磁石を簡単かつ確実に固定できる永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用のスタータモータあるいはジェネレータとして、円筒形状のロータヨークをステータの外周でフライホイールにより回転自在に支持してアウターロータとする永久磁石式回転電機が知られている。前記ロータヨークは複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内にはＳ，Ｎ極の永久磁石が交互に挿入されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロータヨークの磁石挿入孔内に永久磁石を固定する方法として、磁石挿入孔内へ永久磁石を圧入し、さらに接着剤で接着する方法が採用されている。しかしながら、圧入による固定方法では、磁石挿入孔の内寸法と永久磁石の外寸法とを厳密に規定しなければならないので、製造技術の高度化や製造コストの上昇を招いてしまう。
【０００４】
また、永久磁石を圧入した際にロータヨークに変形が生じ、その結果、ロータヨークがステータと接触したり、変形によって設計上の磁力を確保できなくなる可能性もある。
【０００５】
さらに、上記した圧入固定では、磁石挿入孔と永久磁石との間に接着剤を十分に充填することができないので、接着剤が接着機能を十分に発揮できないという課題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来の技術課題を解決し、アウターロータの磁石挿入孔内に永久磁石を簡単、確実かつ強固に固定できる永久磁石式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】
上記した目的を達成するために、本発明は、アウターロータが複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内に永久磁石が挿入された永久磁石式回転電機において、永久磁石を、その挿入方向に垂直な平面内で、前記磁石挿入孔の内周面との間に複数の空隙が確保されるように複数点で支持したことを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、永久磁石は磁石挿入孔に対して複数の支持点では機械的に保持されるので、製造工程では磁石挿入孔内で永久磁石を簡易的に保持できる。また、支持点以外の空隙部に接着剤の充填スペースを確保できるので、接着剤を十分に充填することができ、接着剤による強固な接着固定が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の永久磁石式回転電機をスタータ兼ジェネレータ装置に適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【００１０】
車体前部３ａと車体後部３ｂとは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格をなす車体フレームは、概ねダウンチューブ６とメインパイプ７とから構成される。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。
【００１１】
車体前部３ａでは、ステアリングヘッド５に軸支されて上方にハンドル１１が設けられ、下方にフロントフォーク１２が延び、その下端に前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル１１の上部は、計器板を兼ねたハンドルカバー１３で覆われている。メインパイプ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が突設され、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持されている。
【００１２】
スイングユニット２には、その前部に単気筒の２ストローク内燃機関Ｅが搭載されている。この内燃機関Ｅから後方にかけてベルト式無段変速機２６が構成され、その後部に遠心クラッチを介して設けられた減速機構２７に後輪ＲＷが軸支されている。この減速機構２７の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション２２が介装されている。スイングユニット２の前部には、内燃機関Ｅから延出した吸気管２３に接続された気化器２４および同気化器２４に連結されるエアクリーナ２５が配設されている。
【００１３】
図２は、前記スイングユニット２をクランク軸２０１に沿って切断した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１４】
スイングユニット２は、左右のクランクケース２０２Ｌ、２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２に覆われ、クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受け２０８、２０９により回転自在に支持されている。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド（図示せず）が連結されている。
【００１５】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室ケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられている。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられている。
【００１６】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側ではカムプレート２１５がクランク軸２０１に固着されており、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合している。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有しており、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトポール２１６が収容されている。
【００１７】
クランク軸２０１の回転速度が増加すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５間にあって共に回転する前記ドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００１８】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、内燃機関Ｅの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機構２７等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００１９】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼ジェネレータ装置１が配設されている。スタータ兼ジェネレータ装置１では、クランク軸２０１の先端テーパ部にアウターロータ６０がネジ２５３により固定されている。前記アウターロータ６０の内側に配設されるインナステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９により螺着されて支持される。なお、前記スタータ兼ジェネレータ装置１の構成については、後に図３ないし図７を参照して詳細に説明する。
【００２０】
ファン２８０は、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６によりアウターロータ６０に固着されており、ファン２８０はラジエタ２８２を介してファンカバー２８１により覆われている。
【００２１】
クランク軸２０１上には、前記スタータ兼ジェネレータ装置１と軸受け２０９との間にスプロケット２３１が固定されており、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられている。なお、前記スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成されている。
【００２２】
図３、４は、前記スタータ兼ジェネレータ装置１（永久磁石式回転電機）の回転軸（クランク軸２０１）に垂直な面での一部破断平面図およびその側面断面図、図５、６は、ロータヨークの平面図およびその部分拡大図であり、いずれも前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２３】
本実施形態のスタータ兼ジェネレータ装置１は、図３、４に示したように、ステータ５０と、当該ステータ５０の外周を回転するアウターロータ６０とから構成されている。前記アウターロータ６０は、図４、５に示したように、リング状のケイ素鋼板（薄板）を略円筒形状に成層して構成されたロータヨーク６１と、図３に示したように、ロータヨーク６１の円周方向に設けられた複数の磁石挿入孔６１１内に交互に挿貫されたＮ極永久磁石６２ＮおよびＳ極永久磁石６２Ｓと、図３、４に示したように、前記ロータヨーク６１を前記クランク軸２０１に連結するカップ状のフライホイール６３とによって構成されている。
【００２４】
前記フライホイール６３は、その円周端部に爪部６３ａを具備し、当該爪部６３ａを内側へ折り曲げることによって前記成層構造のロータヨーク６１が軸方向に挟持され、かつ前記ロータヨーク６１の挿入孔６１１内に挿貫された各永久磁石６２（６２Ｎ，６２Ｓ）がロータヨーク６１内の所定位置に保持される。
【００２５】
前記ステータ５０は、ケイ素鋼板（薄板）を成層して構成され、図３に示したように、ステータコア５１およびステータ突極５２を含む。各ステータ突極５２にはステータ巻線５３が単極集中方式で巻回され、ステータ５０の主面は保護カバー７１で覆われている。
【００２６】
前記ロータヨーク６１には、図５、６に示したように、前記永久磁石６２が軸方向に挿入される挿入孔６１１が円周方向に３０度間隔で１２個形成されている。隣接する各挿入孔６１１の間は補極部６１３として機能する。
【００２７】
前記各挿入孔６１１内には、図７に示したように、断面が略太鼓状の永久磁石６２が挿入されている。本実施形態では、前記挿入孔６１１の形状と永久磁石６２の断面形状とが同一ではなく、永久磁石６２は挿入孔６１１の内壁面に対して、平面的には、内周側（ステータ側）の両端部の２点Ｐ1 ，Ｐ2 および外周側（反ステータ側）の中央部の１点Ｐ3 の計３点で支持されている。
【００２８】
前記３か所の支持点Ｐ1 〜Ｐ3 以外の、永久磁石６２の外壁面と挿入孔６１１の内壁面との間には、支持点Ｐ1 ，Ｐ2 間において空隙Ｇ1 が確保されている。同様に、支持点Ｐ1 ，Ｐ3 間には空隙Ｇ2 が確保され、支持点Ｐ2 ，Ｐ3 間には空隙Ｇ3 が確保されている。前記各空隙Ｇ2 、Ｇ3 は、ステータ方向に拡張された切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31をそれぞれ有する。前記各空隙Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 および切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31内には接着剤８０が充填されている。
【００２９】
このように、本実施形態では、永久磁石６２が磁石挿入孔６１１により３点で機械的に保持される。したがって、組み付け工程では、挿入孔６１１内で永久磁石６２を簡易的に保持することができ、その作業性が向上する。また、支持点以外の空隙Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 （およびＧ21，Ｇ31）には、接着剤の充填スペースが確保され、接着剤を十分に充填できるので、この接着剤により永久磁石６２を磁石挿入孔６１１内に強固に固定できるようになる。
【００３０】
ところで、挿入孔６１１内に永久磁石６２を挿入した際、挿入孔６１１の内寸法が規格の下限値に近いような小径であり、これとは逆に、永久磁石６２の外寸法が規格の上限値に近いような大径であると、支持点Ｐ1 ，Ｐ2 ではステータ方向に、また支持点Ｐ３では反ステータ方向に応力が加わる。
【００３１】
これに対して、本実施形態では挿入孔６１１の外壁面６１８とフライホイール６３との間、すなわち支持点Ｐ3 とフライホイール６３との間に空隙Ｇ0 を形成している。したがって、上記した応力が各支持点に生じると、挿入孔６１１の側壁６１８が空隙Ｇ0 内に膨らむことで、各支持点Ｐ1 ，Ｐ2 においてステータ側へ働く応力が緩和される。したがって、ロータヨーク６１のステータ側への変形が防止され、ロータヨーク６１とステータ突極５２との接触や起磁力の低下が防止される。
【００３２】
このように、本実施形態では、永久磁石６２を３点で支持する際、ステータ側を２点支持、反ステータ側を１点支持とし、ステータ側に働く応力を分散するようにしたので、応力による変形方向を反ステータ側に向け、ステータ側への変形を防ぐことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態ではロータヨーク６１とフライホイール６３との間に空隙Ｇ0 を形成し、ロータヨーク６１の挿入孔６１１に対して相対的に大きな永久磁石６２が挿入された際のロータヨーク６１の変形が、当該空隙Ｇ0 において吸収されるようにしたので、ロータヨーク６１のステータ側への変形を防止することができる。
【００３４】
図８は、前記スタータ兼ジェネレータ装置１の制御系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３５】
制御ユニット４０は、バッテリ４２の出力電圧ＶBATTをロジック電圧ＶDDに変換してＣＰＵ１０１へ供給するＤＣ−ＤＣ変換器１０２と、ＩＧコイル４１への給電を制御して点火プラグ４３を所定のタイミングで点火させる点火制御装置１０３と、バッテリ電圧ＶBATTを３相交流電力に変換して前記スタータ兼ジェネレータ装置１のステータ巻線５３へ供給する３相ドライバ１０４とを含む。
【００３６】
スロットルセンサ４５は、スロットル開度θthを検知してＣＰＵ１０１へ通知する。ロータセンサ４６は、前記アウターロータ６０の回転位置を検知してＣＰＵ１０１へ通知する。レギュレータ４４は、アウターロータ６０の回転に応じて前記ステータ巻線５３に発生した誘導起電力を所定のバッテリ電圧ＶBATTに制御して電源ラインＬへ供給する。
【００３７】
このような構成において、エンジン始動時は、ＣＰＵ１０１がロータセンサ４６により検知されたアウターロータ６０の回転位置に基づいてステータ巻線５３の励磁タイミングを決定し、３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴのスイッチングタイミングを制御してステータ巻線５３の各相へ交流電力を供給する。
【００３８】
３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）はＣＰＵ１０１によりＰＷＭ制御され、そのデューティー比すなわち駆動トルクは、前記スロットルセンサ４５により検知されたスロットル開度θthに基づいて制御される。
【００３９】
一方、内燃機関Ｅが始動されると、３相ドライバ１０４からステータ巻線５３への給電が中止され、今度はスタータ兼ジェネレータ装置１が内燃機関Ｅにより従動的に駆動される。このとき、ステータ巻線５３には、クランク軸２０１の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレギュレータ４４によってバッテリ電圧ＶBATTに制御され、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバッテリ４２へ充電される。
【００４０】
次いで、前記ロータヨーク６１に設けた各空隙部Ｇ2 ，Ｇ21，Ｇ3 ，Ｇ31の作用について、図９、１０を参照して説明する。
【００４１】
図９は、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をスタータモータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図であり、図１０は、当該装置１をジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【００４２】
前記スタータ兼ジェネレータ装置１をスタータモータとして機能させる際、前記制御ユニット４０を介してバッテリ４２から各ステータ巻線５３へ励磁電流を供給すると、図９に示したように、Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎから放射方向に発生した磁力線がＳ極永久磁石６２Ｓのステータ側表面から裏面へ抜け、その多くはロータヨーク６１のコア部６１５および補極部６１３を経由し、隣接するＳ極に励磁されたステータ突極５２Ｓ、ステータコア５１を経由して前記Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎへ戻る。
【００４３】
このとき、本実施形態では各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に第１空隙Ｇ2 ，Ｇ3 が形成され、各永久磁石６２の側部から補極部６１３への漏れ磁束が減ぜられるので、磁力線の大部分は各永久磁石６２からロータヨーク６１のコア部６１５へ抜け、さらに前記補極部６１３を経由してステータ５０側へ達する。この結果、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が増えるので、前記空隙Ｇ2 ，Ｇ3 を設けない場合に比べて駆動トルクを増加させることが可能になる。
【００４４】
また、各永久磁石６２の背面から磁束が流入する部位６１３ａ、および空隙Ｇ21，Ｇ31の近傍部位６１３ｂ，６１３ｃにおける磁力の流れが、始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減に非常に重要となる。ここで、本実施形態では、各部位６１３ａ、６１３ｂおよび６１３ｃの３点においてロータヨーク６１と永久磁石６２とが高い精度で当接されるので、設計上の磁力を確保することが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施形態では永久磁石６２の両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31が延設されているので、ロータヨーク６１の内側を通過する漏れ磁束も減少する。
【００４６】
すなわち、図１１に図９の破線円内を拡大して示したように、空隙Ｇ3 からステータ方向に延設された切欠状空隙Ｇ31は、ロータヨーク６１の補極部６１３からステータ突極５２Ｓへ磁束Ｂ１を効率良く導くように作用し、空隙Ｇ2 からステータ方向に延設された切欠状空隙Ｇ21は、永久磁石６２Ｎからロータヨーク６１の内側円周部６１６を通過する磁束Ｂ２をステータ突極５２Ｓへ効率良く導くように作用する。この結果、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が更に増え、スタータモータとしての駆動トルクを更に増加させることが可能になる。
【００４７】
一方、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をジェネレータとして機能させる際は、図１０に示したように、各永久磁石６２から発生する磁束がステータ突極およびステータコアと共に閉磁路を形成するので、ロータの回転数に応じた発電電流をステータ巻線に発生させることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では前記レギュレータ４４によるレギュレート電圧を１４．５Ｖに設定し、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をジェネレータとして機能させた際の出力電圧が前記レギュレート電圧に達すると、前記パワ−ＦＥＴのうち、接地側のトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を短絡させるようにしている。これにより、各ステータ巻線５３にショート電流が遅れ位相で流れ、ステータ５０内を通過する磁力線が減少し、隣接する永久磁石６２間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、当該スタータ兼ジェネレータ装置１の被動トルクが減少して内燃機関Ｅの負荷が減少する。
【００４９】
すなわち、図１２に図１０の破線円内を拡大して示したように、隣接する永久磁石６２Ｓ，６２Ｎ間には、ロータヨーク６１の外側円周部６１７を経由する磁束Ｂ３と、ロータヨーク６１の補極部６１３を経由する磁束Ｂ４と、ロータヨーク６１の内側円周部６１６を通過する磁束Ｂ５と、ロータヨーク６１の内側円周部６１６、エアギャップおよびステータ突極５２Ｎを経由する磁束Ｂ６とが発生する。
【００５０】
上記したように、本実施形態によれば、アウターロータ６０のロータヨーク６１が各永久磁石６２間に補極部６１３を有する永久磁石式回転電動機において、各永久磁石６２とロータヨーク６１との間に空隙Ｇ2 ，Ｇ21，Ｇ3 ，Ｇ31を設けたので、隣接する永久磁石間での漏れ磁束が減少し、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップ部を垂直に交差する磁束が増える。したがって、当該永久磁石式回転電動機をジェネレータとして機能させる際の被動トルクを増加させることなく、スタータモータとして機能させる際の駆動トルクを増大させることができる。
【００５１】
図１３は、本発明の第２実施形態の部分拡大図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５２】
本実施形態でも、挿入孔６１１ａの形状と永久磁石６２ａの断面形状とが同一ではない。そして、挿入孔６１１ａと永久磁石６２ａとが、反ステータ側では支持点Ｐ4 の一点で支持されているのに対して、ステータ側では無数の点Ｐ5 で支持されている。換言すれば、平面的には線接触（実際は面接触）されている。支持点Ｐ4 、Ｐ5 の間には２つの空隙Ｇ4 、Ｇ5 が確保され、各空隙Ｇ4 、Ｇ5 は、ステータ方向に拡張された切欠状空隙Ｇ41，Ｇ51をそれぞれ有する。各空隙内には、前記と同様に接着剤８０が充填されている。
【００５３】
本実施形態でも、永久磁石６２ａが磁石挿入孔６１１ａ内で機械的に保持されるので、組み付け工程では、挿入孔６１１ａ内で永久磁石６２ａを簡易的に保持することができ、その作業性が向上する。また、支持点以外の空隙Ｇ4 ，Ｇ5 には、接着剤の充填スペースが確保され、接着剤８０を十分に充填できるので、この接着剤により永久磁石６２ａを磁石挿入孔６１１ａ内に強固に固定できるようになる。
【００５４】
さらに、本実施形態でもロータヨーク６１ａとフライホイール６３ａとの間に空隙Ｇ0 を形成し、ロータヨーク６１ａの挿入孔６１１ａに対して相対的に大きな永久磁石６２が挿入された際のロータヨーク６１ａの変形が、当該空隙Ｇ0 において吸収されるので、ロータヨーク６１ａのステータ側への変形を防止することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態でも永久磁石６２ａの円周方向に沿った両側部には、隣接する永久磁石６２ａ間での漏れ磁束を防止するための空隙Ｇ4 ，Ｇ5 が形成されている。さらに、各永久磁石６２ａの両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための切欠状空隙Ｇ41，Ｇ51が形成されるので、前記と同様の効果が達成される。
【００５６】
なお、上記した各実施形態では、各永久磁石６２を接着剤を用いて挿入口内に固定するものとして説明したが、接着剤を用いた固定方法では、部材の洗浄工程、接着剤の塗布工程、加熱固着工程および乾燥工程等が必要となる。さらには、接着剤の液ダレによりロータの重量バランスが崩れて振動や摩耗が増加し得る。そこで、次に説明する第３実施形態では、各永久磁石６２を接着剤を用いることなく挿入口内に固定している。
【００５７】
図１４は、本発明の第３実施形態である永久磁石式回転電機に適用されるアウタロータ６０Ａの断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５８】
本実施形態では、アウタロータ６０Ａの磁石挿入孔６１１内に挿入される永久磁石６２を、アウターロータ６０Ａの回転軸に沿った両端部（アウターロータ６０Ａの開放端側および閉そく端側）で、それぞれ冠状のベースリング９２およびトップリング９１で支持することにより、前記各永久磁石６２の挿入方向に関する位置をアウターロータ６０Ａに対して位置決めしている。
【００５９】
図１５は、前記トップリング９１の一例を示した図であり、同図(a)はその平面図、同図(b)は同図(a)のＡ−Ａ線での断面図、同図(c)は同図(a)の波線丸枠内の拡大図である。前記トップリング９１は、環状部材９１０の一主面に、離間配置された一対の爪部材９１１，９１２を３０°間隔で１２組配列して構成されている。前記各爪部９１１，９１２は、同図(c)に示したように、先端が尖ったくさび形状を有する。
【００６０】
図１６は、前記ベースリング９２の一例を示した図であり、同図(a)はその平面図、同図(b)は同図(a)のＡ−Ａ線での断面図、同図(c)は同図(a)の波線丸枠内の拡大図である。前記ベースリング９２は、環状部材９２０の一主面に、離間配置された一対の爪部材９２１，９２２を３０°間隔で１２組配列して構成されている。前記各爪部９２１，９２２も、同図(c)に示したように、先端が尖ったくさび形状を有する。
【００６１】
このような構成のアウターロータ６０を組み立てる際は、始めにカップ状フライホイール６３の底部に前記ベースリング９２を、その爪部９２１，９２２が上向きとなる姿勢で配置し、次いで、その上にロータヨーク６１を配置する。このとき、ロータヨーク６１の前記各補極部６１３が各一対の爪部９２１，９２２間に配置されるように両者を位置決めする。
【００６２】
次いで、ロータヨーク６１の前記各磁石挿入孔６１１内に永久磁石６２を挿入し、更に、その上部に前記トップリング９１を、その爪部９１１，９１２が下向きとなる姿勢で配置する。このとき、図１７に示したように、ロータヨーク６１の各補極部６１３が前記トップリング９１の各一対の爪部９１１，９１２間に配置されるように両者を位置決めする。
【００６３】
次いで、トップリング９１を下方に押圧すると、図１８に示したように、トップリング９１の各爪部９１１，９１２が永久磁石６２と各補極部６１３との間隙部に挿入される。ここで、本実施形態では各爪部９１１，９１２がくさび形状であり、各永久磁石６２は隣接する各爪部９１１，９１２によって実質的に挟持されるので、各永久磁石６２の挿入方向に関する後端部がロータヨーク６１に対して位置決めされることになる。
【００６４】
このとき、永久磁石６２の挿入方向に関する先端側でも、ベースリング９２の各爪部９２１，９２２が永久磁石６２と各補極部６１３との間隙部に同様に挿入されるので、各永久磁石６２の挿入方向に関する先端部もロータヨーク６１に対して位置決めされる。
【００６５】
また、図１４に示したように、フライホイール６３は、その円周端部に爪部６３ａを具備し、当該爪部６３ａを内側へ折り曲げることによって前記トップリング９１が軸方向に挟持されるので、ロータヨーク６１の挿入孔６１１内に挿貫された各永久磁石６２（６２Ｎ，６２Ｓ）がロータヨーク６１内の所定位置に保持される。
【００６６】
図１９は、永久磁石６２が磁石挿入孔６１１内において前記ベースリング９２の各爪部９２１，９２２（または、トップリング９１の各爪部９１１，９１２）によって挟持されている様子を示した図であり、永久磁石６２とロータヨーク６１の各補極部６１３との間に爪部９２１，９２２が挿入されている。
【００６７】
本実施形態によれば、接着剤を用いることなく、永久磁石６２をロータヨーク６１の磁石挿入孔６１１内で正確かつ強固に位置決め固定できるので、接着剤を用いる製造工程では不可欠であった、部材の洗浄工程、接着剤の塗布工程、加熱固着工程および乾燥工程等が不要になって製造工程の簡略化が可能になる。さらに、永久磁石を所定の位置へ個体差無く固定できるので、回転電機の性能を確実に保証できるようになる。
【００６８】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 永久磁石をアウターロータの磁石挿入孔内で機械的に保持できるようにしながら、両者の間に接着剤の充填に十分な空隙を確保できるので、組み付け工程での作業性の向上と永久磁石の強固な固定とを両立できる。
【００６９】
(2) アウターロータの磁石挿入孔内で永久磁石を３点で支持したので、磁石挿入孔内での永久磁石の位置ずれを防止しながら、接着剤の充填空隙を最大限に確保でき、接着剤による極めて強固な固定が可能になる。
【００７０】
(3) 永久磁石を３点で支持する際に、ステータ側を２点支持、反ステータ側を１点支持とし、ステータ側に働く応力を分散するようにしたので、応力による変形方向を反ステータ側に向け、ステータ側への変形を防ぐことができる。
【００７１】
(4) ロータヨークとフライホイールとの間に空隙を形成し、ロータヨークの磁石挿入孔内に、これに対して相対的に大きな永久磁石が挿入された際のロータヨークの変形が前記空隙において吸収されるようにしたので、ロータヨークのステータ側への変形を防止できる。
【００７２】
(5) 各永久磁石とロータヨークとの間に空隙を設けたので、隣接する永久磁石間での漏れ磁束が減少し、アウターロータとステータとの間のエアギャップ部を垂直に交差する磁束が増える。したがって、当該永久磁石式回転電機をジェネレータとして機能させる際の被動トルクを増加させることなく、スタータモータとして機能させる際の駆動トルクを増大させることができる。
【００７３】
(6) 永久磁石を、その設計上の磁力を確保したままロータヨークに容易かつ強固に固定できるようになる。
【００７４】
(7) ベースリングおよびトップリングといった位置決め部材を用いて永久磁石を支持し、さらには永久磁石を３点で支持するようにしたので、永久磁石をアウターロータに対して一層正確に位置決めできる。したがって、回転電機の制御性が向上し、出力効率を高めることができるのみならず、製造工程も大幅に簡略化できる。
【００７５】
(8)ベースリングおよびトップリングで永久磁石を支持することにより、永久磁石のアウターロータ回転軸方向の位置決めが良好に行えるので、回転電機の性能を確実に保証できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の永久磁石式回転電機をスタータ兼ジェネレータ装置に適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【図２】 図１のスイングユニットのクランク軸に沿った断面図である。
【図３】 スタータ兼ジェネレータ装置（永久磁石式回転電機）の回転軸に垂直な面での一部破断平面図である。
【図４】 図３の側面断面図である。
【図５】 ロータヨークの平面図である。
【図６】 ロータヨークの側面図である。
【図７】 ロータヨークの部分拡大図である。
【図８】 スタータ兼ジェネレータ装置の制御系のブロック図である。
【図９】 ロータヨークに設けた空隙部の機能（電動時）を説明するための図である。
【図１０】 ロータヨークに設けた空隙部の機能（発電時）を説明するための図である。
【図１１】 図９の部分拡大図である。
【図１２】 図１０の部分拡大図である。
【図１３】 本発明の第２実施形態の部分拡大図である。
【図１４】 本発明の第３実施形態である永久磁石式回転電機に適用されるアウターロータの断面図である。
【図１５】 トップリングの一例を示した図である。
【図１６】 ベースリングの一例を示した図である。
【図１７】 第３実施形態の組立方法を示した断面図である。
【図１８】 第３実施形態の組立方法を示した断面図である。
【図１９】 第３実施形態の主要部の平面図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼ジェネレータ装置，５０…ステータ，５１…ステータコア，５２…ステータ突極，５３…ステータ巻線，６０，６０Ａ…アウターロータ，６１…ロータヨーク，６２（６２Ｎ，６２Ｓ）…永久磁石，６３…ロータケース，７１…保護カバー，９１…トップリング、９２…ベースリング、２０１…クランク軸，６１１…磁石挿入孔，６１３…補極部
【発明の属する技術分野】
本発明は、略円筒形状のアウターロータが複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内に永久磁石が挿入された永久磁石式回転電機に係り、特に、磁石挿入孔内に永久磁石を簡単かつ確実に固定できる永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用のスタータモータあるいはジェネレータとして、円筒形状のロータヨークをステータの外周でフライホイールにより回転自在に支持してアウターロータとする永久磁石式回転電機が知られている。前記ロータヨークは複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内にはＳ，Ｎ極の永久磁石が交互に挿入されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロータヨークの磁石挿入孔内に永久磁石を固定する方法として、磁石挿入孔内へ永久磁石を圧入し、さらに接着剤で接着する方法が採用されている。しかしながら、圧入による固定方法では、磁石挿入孔の内寸法と永久磁石の外寸法とを厳密に規定しなければならないので、製造技術の高度化や製造コストの上昇を招いてしまう。
【０００４】
また、永久磁石を圧入した際にロータヨークに変形が生じ、その結果、ロータヨークがステータと接触したり、変形によって設計上の磁力を確保できなくなる可能性もある。
【０００５】
さらに、上記した圧入固定では、磁石挿入孔と永久磁石との間に接着剤を十分に充填することができないので、接着剤が接着機能を十分に発揮できないという課題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来の技術課題を解決し、アウターロータの磁石挿入孔内に永久磁石を簡単、確実かつ強固に固定できる永久磁石式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】
上記した目的を達成するために、本発明は、アウターロータが複数の磁石挿入孔を環状に配置し、各磁石挿入孔内に永久磁石が挿入された永久磁石式回転電機において、永久磁石を、その挿入方向に垂直な平面内で、前記磁石挿入孔の内周面との間に複数の空隙が確保されるように複数点で支持したことを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、永久磁石は磁石挿入孔に対して複数の支持点では機械的に保持されるので、製造工程では磁石挿入孔内で永久磁石を簡易的に保持できる。また、支持点以外の空隙部に接着剤の充填スペースを確保できるので、接着剤を十分に充填することができ、接着剤による強固な接着固定が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の永久磁石式回転電機をスタータ兼ジェネレータ装置に適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【００１０】
車体前部３ａと車体後部３ｂとは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格をなす車体フレームは、概ねダウンチューブ６とメインパイプ７とから構成される。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。
【００１１】
車体前部３ａでは、ステアリングヘッド５に軸支されて上方にハンドル１１が設けられ、下方にフロントフォーク１２が延び、その下端に前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル１１の上部は、計器板を兼ねたハンドルカバー１３で覆われている。メインパイプ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が突設され、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持されている。
【００１２】
スイングユニット２には、その前部に単気筒の２ストローク内燃機関Ｅが搭載されている。この内燃機関Ｅから後方にかけてベルト式無段変速機２６が構成され、その後部に遠心クラッチを介して設けられた減速機構２７に後輪ＲＷが軸支されている。この減速機構２７の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション２２が介装されている。スイングユニット２の前部には、内燃機関Ｅから延出した吸気管２３に接続された気化器２４および同気化器２４に連結されるエアクリーナ２５が配設されている。
【００１３】
図２は、前記スイングユニット２をクランク軸２０１に沿って切断した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１４】
スイングユニット２は、左右のクランクケース２０２Ｌ、２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２に覆われ、クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受け２０８、２０９により回転自在に支持されている。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド（図示せず）が連結されている。
【００１５】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室ケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられている。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられている。
【００１６】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側ではカムプレート２１５がクランク軸２０１に固着されており、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合している。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有しており、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトポール２１６が収容されている。
【００１７】
クランク軸２０１の回転速度が増加すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５間にあって共に回転する前記ドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００１８】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、内燃機関Ｅの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機構２７等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００１９】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼ジェネレータ装置１が配設されている。スタータ兼ジェネレータ装置１では、クランク軸２０１の先端テーパ部にアウターロータ６０がネジ２５３により固定されている。前記アウターロータ６０の内側に配設されるインナステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９により螺着されて支持される。なお、前記スタータ兼ジェネレータ装置１の構成については、後に図３ないし図７を参照して詳細に説明する。
【００２０】
ファン２８０は、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６によりアウターロータ６０に固着されており、ファン２８０はラジエタ２８２を介してファンカバー２８１により覆われている。
【００２１】
クランク軸２０１上には、前記スタータ兼ジェネレータ装置１と軸受け２０９との間にスプロケット２３１が固定されており、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられている。なお、前記スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成されている。
【００２２】
図３、４は、前記スタータ兼ジェネレータ装置１（永久磁石式回転電機）の回転軸（クランク軸２０１）に垂直な面での一部破断平面図およびその側面断面図、図５、６は、ロータヨークの平面図およびその部分拡大図であり、いずれも前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２３】
本実施形態のスタータ兼ジェネレータ装置１は、図３、４に示したように、ステータ５０と、当該ステータ５０の外周を回転するアウターロータ６０とから構成されている。前記アウターロータ６０は、図４、５に示したように、リング状のケイ素鋼板（薄板）を略円筒形状に成層して構成されたロータヨーク６１と、図３に示したように、ロータヨーク６１の円周方向に設けられた複数の磁石挿入孔６１１内に交互に挿貫されたＮ極永久磁石６２ＮおよびＳ極永久磁石６２Ｓと、図３、４に示したように、前記ロータヨーク６１を前記クランク軸２０１に連結するカップ状のフライホイール６３とによって構成されている。
【００２４】
前記フライホイール６３は、その円周端部に爪部６３ａを具備し、当該爪部６３ａを内側へ折り曲げることによって前記成層構造のロータヨーク６１が軸方向に挟持され、かつ前記ロータヨーク６１の挿入孔６１１内に挿貫された各永久磁石６２（６２Ｎ，６２Ｓ）がロータヨーク６１内の所定位置に保持される。
【００２５】
前記ステータ５０は、ケイ素鋼板（薄板）を成層して構成され、図３に示したように、ステータコア５１およびステータ突極５２を含む。各ステータ突極５２にはステータ巻線５３が単極集中方式で巻回され、ステータ５０の主面は保護カバー７１で覆われている。
【００２６】
前記ロータヨーク６１には、図５、６に示したように、前記永久磁石６２が軸方向に挿入される挿入孔６１１が円周方向に３０度間隔で１２個形成されている。隣接する各挿入孔６１１の間は補極部６１３として機能する。
【００２７】
前記各挿入孔６１１内には、図７に示したように、断面が略太鼓状の永久磁石６２が挿入されている。本実施形態では、前記挿入孔６１１の形状と永久磁石６２の断面形状とが同一ではなく、永久磁石６２は挿入孔６１１の内壁面に対して、平面的には、内周側（ステータ側）の両端部の２点Ｐ1 ，Ｐ2 および外周側（反ステータ側）の中央部の１点Ｐ3 の計３点で支持されている。
【００２８】
前記３か所の支持点Ｐ1 〜Ｐ3 以外の、永久磁石６２の外壁面と挿入孔６１１の内壁面との間には、支持点Ｐ1 ，Ｐ2 間において空隙Ｇ1 が確保されている。同様に、支持点Ｐ1 ，Ｐ3 間には空隙Ｇ2 が確保され、支持点Ｐ2 ，Ｐ3 間には空隙Ｇ3 が確保されている。前記各空隙Ｇ2 、Ｇ3 は、ステータ方向に拡張された切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31をそれぞれ有する。前記各空隙Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 および切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31内には接着剤８０が充填されている。
【００２９】
このように、本実施形態では、永久磁石６２が磁石挿入孔６１１により３点で機械的に保持される。したがって、組み付け工程では、挿入孔６１１内で永久磁石６２を簡易的に保持することができ、その作業性が向上する。また、支持点以外の空隙Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 （およびＧ21，Ｇ31）には、接着剤の充填スペースが確保され、接着剤を十分に充填できるので、この接着剤により永久磁石６２を磁石挿入孔６１１内に強固に固定できるようになる。
【００３０】
ところで、挿入孔６１１内に永久磁石６２を挿入した際、挿入孔６１１の内寸法が規格の下限値に近いような小径であり、これとは逆に、永久磁石６２の外寸法が規格の上限値に近いような大径であると、支持点Ｐ1 ，Ｐ2 ではステータ方向に、また支持点Ｐ３では反ステータ方向に応力が加わる。
【００３１】
これに対して、本実施形態では挿入孔６１１の外壁面６１８とフライホイール６３との間、すなわち支持点Ｐ3 とフライホイール６３との間に空隙Ｇ0 を形成している。したがって、上記した応力が各支持点に生じると、挿入孔６１１の側壁６１８が空隙Ｇ0 内に膨らむことで、各支持点Ｐ1 ，Ｐ2 においてステータ側へ働く応力が緩和される。したがって、ロータヨーク６１のステータ側への変形が防止され、ロータヨーク６１とステータ突極５２との接触や起磁力の低下が防止される。
【００３２】
このように、本実施形態では、永久磁石６２を３点で支持する際、ステータ側を２点支持、反ステータ側を１点支持とし、ステータ側に働く応力を分散するようにしたので、応力による変形方向を反ステータ側に向け、ステータ側への変形を防ぐことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態ではロータヨーク６１とフライホイール６３との間に空隙Ｇ0 を形成し、ロータヨーク６１の挿入孔６１１に対して相対的に大きな永久磁石６２が挿入された際のロータヨーク６１の変形が、当該空隙Ｇ0 において吸収されるようにしたので、ロータヨーク６１のステータ側への変形を防止することができる。
【００３４】
図８は、前記スタータ兼ジェネレータ装置１の制御系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３５】
制御ユニット４０は、バッテリ４２の出力電圧ＶBATTをロジック電圧ＶDDに変換してＣＰＵ１０１へ供給するＤＣ−ＤＣ変換器１０２と、ＩＧコイル４１への給電を制御して点火プラグ４３を所定のタイミングで点火させる点火制御装置１０３と、バッテリ電圧ＶBATTを３相交流電力に変換して前記スタータ兼ジェネレータ装置１のステータ巻線５３へ供給する３相ドライバ１０４とを含む。
【００３６】
スロットルセンサ４５は、スロットル開度θthを検知してＣＰＵ１０１へ通知する。ロータセンサ４６は、前記アウターロータ６０の回転位置を検知してＣＰＵ１０１へ通知する。レギュレータ４４は、アウターロータ６０の回転に応じて前記ステータ巻線５３に発生した誘導起電力を所定のバッテリ電圧ＶBATTに制御して電源ラインＬへ供給する。
【００３７】
このような構成において、エンジン始動時は、ＣＰＵ１０１がロータセンサ４６により検知されたアウターロータ６０の回転位置に基づいてステータ巻線５３の励磁タイミングを決定し、３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴのスイッチングタイミングを制御してステータ巻線５３の各相へ交流電力を供給する。
【００３８】
３相ドライバ１０４の各パワーＦＥＴ（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）はＣＰＵ１０１によりＰＷＭ制御され、そのデューティー比すなわち駆動トルクは、前記スロットルセンサ４５により検知されたスロットル開度θthに基づいて制御される。
【００３９】
一方、内燃機関Ｅが始動されると、３相ドライバ１０４からステータ巻線５３への給電が中止され、今度はスタータ兼ジェネレータ装置１が内燃機関Ｅにより従動的に駆動される。このとき、ステータ巻線５３には、クランク軸２０１の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレギュレータ４４によってバッテリ電圧ＶBATTに制御され、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバッテリ４２へ充電される。
【００４０】
次いで、前記ロータヨーク６１に設けた各空隙部Ｇ2 ，Ｇ21，Ｇ3 ，Ｇ31の作用について、図９、１０を参照して説明する。
【００４１】
図９は、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をスタータモータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図であり、図１０は、当該装置１をジェネレータとして機能させた際の磁束密度分布を示した図である。
【００４２】
前記スタータ兼ジェネレータ装置１をスタータモータとして機能させる際、前記制御ユニット４０を介してバッテリ４２から各ステータ巻線５３へ励磁電流を供給すると、図９に示したように、Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎから放射方向に発生した磁力線がＳ極永久磁石６２Ｓのステータ側表面から裏面へ抜け、その多くはロータヨーク６１のコア部６１５および補極部６１３を経由し、隣接するＳ極に励磁されたステータ突極５２Ｓ、ステータコア５１を経由して前記Ｎ極に励磁されたステータ突極５２Ｎへ戻る。
【００４３】
このとき、本実施形態では各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に第１空隙Ｇ2 ，Ｇ3 が形成され、各永久磁石６２の側部から補極部６１３への漏れ磁束が減ぜられるので、磁力線の大部分は各永久磁石６２からロータヨーク６１のコア部６１５へ抜け、さらに前記補極部６１３を経由してステータ５０側へ達する。この結果、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が増えるので、前記空隙Ｇ2 ，Ｇ3 を設けない場合に比べて駆動トルクを増加させることが可能になる。
【００４４】
また、各永久磁石６２の背面から磁束が流入する部位６１３ａ、および空隙Ｇ21，Ｇ31の近傍部位６１３ｂ，６１３ｃにおける磁力の流れが、始動時のトルクアップとジェネレータとしての動作時のフリクション低減に非常に重要となる。ここで、本実施形態では、各部位６１３ａ、６１３ｂおよび６１３ｃの３点においてロータヨーク６１と永久磁石６２とが高い精度で当接されるので、設計上の磁力を確保することが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施形態では永久磁石６２の両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための切欠状空隙Ｇ21，Ｇ31が延設されているので、ロータヨーク６１の内側を通過する漏れ磁束も減少する。
【００４６】
すなわち、図１１に図９の破線円内を拡大して示したように、空隙Ｇ3 からステータ方向に延設された切欠状空隙Ｇ31は、ロータヨーク６１の補極部６１３からステータ突極５２Ｓへ磁束Ｂ１を効率良く導くように作用し、空隙Ｇ2 からステータ方向に延設された切欠状空隙Ｇ21は、永久磁石６２Ｎからロータヨーク６１の内側円周部６１６を通過する磁束Ｂ２をステータ突極５２Ｓへ効率良く導くように作用する。この結果、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップを通過する磁束の垂直成分が更に増え、スタータモータとしての駆動トルクを更に増加させることが可能になる。
【００４７】
一方、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をジェネレータとして機能させる際は、図１０に示したように、各永久磁石６２から発生する磁束がステータ突極およびステータコアと共に閉磁路を形成するので、ロータの回転数に応じた発電電流をステータ巻線に発生させることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では前記レギュレータ４４によるレギュレート電圧を１４．５Ｖに設定し、当該スタータ兼ジェネレータ装置１をジェネレータとして機能させた際の出力電圧が前記レギュレート電圧に達すると、前記パワ−ＦＥＴのうち、接地側のトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を短絡させるようにしている。これにより、各ステータ巻線５３にショート電流が遅れ位相で流れ、ステータ５０内を通過する磁力線が減少し、隣接する永久磁石６２間を結ぶ漏れ磁束が増加するので、当該スタータ兼ジェネレータ装置１の被動トルクが減少して内燃機関Ｅの負荷が減少する。
【００４９】
すなわち、図１２に図１０の破線円内を拡大して示したように、隣接する永久磁石６２Ｓ，６２Ｎ間には、ロータヨーク６１の外側円周部６１７を経由する磁束Ｂ３と、ロータヨーク６１の補極部６１３を経由する磁束Ｂ４と、ロータヨーク６１の内側円周部６１６を通過する磁束Ｂ５と、ロータヨーク６１の内側円周部６１６、エアギャップおよびステータ突極５２Ｎを経由する磁束Ｂ６とが発生する。
【００５０】
上記したように、本実施形態によれば、アウターロータ６０のロータヨーク６１が各永久磁石６２間に補極部６１３を有する永久磁石式回転電動機において、各永久磁石６２とロータヨーク６１との間に空隙Ｇ2 ，Ｇ21，Ｇ3 ，Ｇ31を設けたので、隣接する永久磁石間での漏れ磁束が減少し、アウターロータ６０とステータ５０との間のエアギャップ部を垂直に交差する磁束が増える。したがって、当該永久磁石式回転電動機をジェネレータとして機能させる際の被動トルクを増加させることなく、スタータモータとして機能させる際の駆動トルクを増大させることができる。
【００５１】
図１３は、本発明の第２実施形態の部分拡大図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５２】
本実施形態でも、挿入孔６１１ａの形状と永久磁石６２ａの断面形状とが同一ではない。そして、挿入孔６１１ａと永久磁石６２ａとが、反ステータ側では支持点Ｐ4 の一点で支持されているのに対して、ステータ側では無数の点Ｐ5 で支持されている。換言すれば、平面的には線接触（実際は面接触）されている。支持点Ｐ4 、Ｐ5 の間には２つの空隙Ｇ4 、Ｇ5 が確保され、各空隙Ｇ4 、Ｇ5 は、ステータ方向に拡張された切欠状空隙Ｇ41，Ｇ51をそれぞれ有する。各空隙内には、前記と同様に接着剤８０が充填されている。
【００５３】
本実施形態でも、永久磁石６２ａが磁石挿入孔６１１ａ内で機械的に保持されるので、組み付け工程では、挿入孔６１１ａ内で永久磁石６２ａを簡易的に保持することができ、その作業性が向上する。また、支持点以外の空隙Ｇ4 ，Ｇ5 には、接着剤の充填スペースが確保され、接着剤８０を十分に充填できるので、この接着剤により永久磁石６２ａを磁石挿入孔６１１ａ内に強固に固定できるようになる。
【００５４】
さらに、本実施形態でもロータヨーク６１ａとフライホイール６３ａとの間に空隙Ｇ0 を形成し、ロータヨーク６１ａの挿入孔６１１ａに対して相対的に大きな永久磁石６２が挿入された際のロータヨーク６１ａの変形が、当該空隙Ｇ0 において吸収されるので、ロータヨーク６１ａのステータ側への変形を防止することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態でも永久磁石６２ａの円周方向に沿った両側部には、隣接する永久磁石６２ａ間での漏れ磁束を防止するための空隙Ｇ4 ，Ｇ5 が形成されている。さらに、各永久磁石６２ａの両端部におけるステータ側にも、円周方向の磁路を制限するための切欠状空隙Ｇ41，Ｇ51が形成されるので、前記と同様の効果が達成される。
【００５６】
なお、上記した各実施形態では、各永久磁石６２を接着剤を用いて挿入口内に固定するものとして説明したが、接着剤を用いた固定方法では、部材の洗浄工程、接着剤の塗布工程、加熱固着工程および乾燥工程等が必要となる。さらには、接着剤の液ダレによりロータの重量バランスが崩れて振動や摩耗が増加し得る。そこで、次に説明する第３実施形態では、各永久磁石６２を接着剤を用いることなく挿入口内に固定している。
【００５７】
図１４は、本発明の第３実施形態である永久磁石式回転電機に適用されるアウタロータ６０Ａの断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５８】
本実施形態では、アウタロータ６０Ａの磁石挿入孔６１１内に挿入される永久磁石６２を、アウターロータ６０Ａの回転軸に沿った両端部（アウターロータ６０Ａの開放端側および閉そく端側）で、それぞれ冠状のベースリング９２およびトップリング９１で支持することにより、前記各永久磁石６２の挿入方向に関する位置をアウターロータ６０Ａに対して位置決めしている。
【００５９】
図１５は、前記トップリング９１の一例を示した図であり、同図(a)はその平面図、同図(b)は同図(a)のＡ−Ａ線での断面図、同図(c)は同図(a)の波線丸枠内の拡大図である。前記トップリング９１は、環状部材９１０の一主面に、離間配置された一対の爪部材９１１，９１２を３０°間隔で１２組配列して構成されている。前記各爪部９１１，９１２は、同図(c)に示したように、先端が尖ったくさび形状を有する。
【００６０】
図１６は、前記ベースリング９２の一例を示した図であり、同図(a)はその平面図、同図(b)は同図(a)のＡ−Ａ線での断面図、同図(c)は同図(a)の波線丸枠内の拡大図である。前記ベースリング９２は、環状部材９２０の一主面に、離間配置された一対の爪部材９２１，９２２を３０°間隔で１２組配列して構成されている。前記各爪部９２１，９２２も、同図(c)に示したように、先端が尖ったくさび形状を有する。
【００６１】
このような構成のアウターロータ６０を組み立てる際は、始めにカップ状フライホイール６３の底部に前記ベースリング９２を、その爪部９２１，９２２が上向きとなる姿勢で配置し、次いで、その上にロータヨーク６１を配置する。このとき、ロータヨーク６１の前記各補極部６１３が各一対の爪部９２１，９２２間に配置されるように両者を位置決めする。
【００６２】
次いで、ロータヨーク６１の前記各磁石挿入孔６１１内に永久磁石６２を挿入し、更に、その上部に前記トップリング９１を、その爪部９１１，９１２が下向きとなる姿勢で配置する。このとき、図１７に示したように、ロータヨーク６１の各補極部６１３が前記トップリング９１の各一対の爪部９１１，９１２間に配置されるように両者を位置決めする。
【００６３】
次いで、トップリング９１を下方に押圧すると、図１８に示したように、トップリング９１の各爪部９１１，９１２が永久磁石６２と各補極部６１３との間隙部に挿入される。ここで、本実施形態では各爪部９１１，９１２がくさび形状であり、各永久磁石６２は隣接する各爪部９１１，９１２によって実質的に挟持されるので、各永久磁石６２の挿入方向に関する後端部がロータヨーク６１に対して位置決めされることになる。
【００６４】
このとき、永久磁石６２の挿入方向に関する先端側でも、ベースリング９２の各爪部９２１，９２２が永久磁石６２と各補極部６１３との間隙部に同様に挿入されるので、各永久磁石６２の挿入方向に関する先端部もロータヨーク６１に対して位置決めされる。
【００６５】
また、図１４に示したように、フライホイール６３は、その円周端部に爪部６３ａを具備し、当該爪部６３ａを内側へ折り曲げることによって前記トップリング９１が軸方向に挟持されるので、ロータヨーク６１の挿入孔６１１内に挿貫された各永久磁石６２（６２Ｎ，６２Ｓ）がロータヨーク６１内の所定位置に保持される。
【００６６】
図１９は、永久磁石６２が磁石挿入孔６１１内において前記ベースリング９２の各爪部９２１，９２２（または、トップリング９１の各爪部９１１，９１２）によって挟持されている様子を示した図であり、永久磁石６２とロータヨーク６１の各補極部６１３との間に爪部９２１，９２２が挿入されている。
【００６７】
本実施形態によれば、接着剤を用いることなく、永久磁石６２をロータヨーク６１の磁石挿入孔６１１内で正確かつ強固に位置決め固定できるので、接着剤を用いる製造工程では不可欠であった、部材の洗浄工程、接着剤の塗布工程、加熱固着工程および乾燥工程等が不要になって製造工程の簡略化が可能になる。さらに、永久磁石を所定の位置へ個体差無く固定できるので、回転電機の性能を確実に保証できるようになる。
【００６８】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 永久磁石をアウターロータの磁石挿入孔内で機械的に保持できるようにしながら、両者の間に接着剤の充填に十分な空隙を確保できるので、組み付け工程での作業性の向上と永久磁石の強固な固定とを両立できる。
【００６９】
(2) アウターロータの磁石挿入孔内で永久磁石を３点で支持したので、磁石挿入孔内での永久磁石の位置ずれを防止しながら、接着剤の充填空隙を最大限に確保でき、接着剤による極めて強固な固定が可能になる。
【００７０】
(3) 永久磁石を３点で支持する際に、ステータ側を２点支持、反ステータ側を１点支持とし、ステータ側に働く応力を分散するようにしたので、応力による変形方向を反ステータ側に向け、ステータ側への変形を防ぐことができる。
【００７１】
(4) ロータヨークとフライホイールとの間に空隙を形成し、ロータヨークの磁石挿入孔内に、これに対して相対的に大きな永久磁石が挿入された際のロータヨークの変形が前記空隙において吸収されるようにしたので、ロータヨークのステータ側への変形を防止できる。
【００７２】
(5) 各永久磁石とロータヨークとの間に空隙を設けたので、隣接する永久磁石間での漏れ磁束が減少し、アウターロータとステータとの間のエアギャップ部を垂直に交差する磁束が増える。したがって、当該永久磁石式回転電機をジェネレータとして機能させる際の被動トルクを増加させることなく、スタータモータとして機能させる際の駆動トルクを増大させることができる。
【００７３】
(6) 永久磁石を、その設計上の磁力を確保したままロータヨークに容易かつ強固に固定できるようになる。
【００７４】
(7) ベースリングおよびトップリングといった位置決め部材を用いて永久磁石を支持し、さらには永久磁石を３点で支持するようにしたので、永久磁石をアウターロータに対して一層正確に位置決めできる。したがって、回転電機の制御性が向上し、出力効率を高めることができるのみならず、製造工程も大幅に簡略化できる。
【００７５】
(8)ベースリングおよびトップリングで永久磁石を支持することにより、永久磁石のアウターロータ回転軸方向の位置決めが良好に行えるので、回転電機の性能を確実に保証できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の永久磁石式回転電機をスタータ兼ジェネレータ装置に適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【図２】 図１のスイングユニットのクランク軸に沿った断面図である。
【図３】 スタータ兼ジェネレータ装置（永久磁石式回転電機）の回転軸に垂直な面での一部破断平面図である。
【図４】 図３の側面断面図である。
【図５】 ロータヨークの平面図である。
【図６】 ロータヨークの側面図である。
【図７】 ロータヨークの部分拡大図である。
【図８】 スタータ兼ジェネレータ装置の制御系のブロック図である。
【図９】 ロータヨークに設けた空隙部の機能（電動時）を説明するための図である。
【図１０】 ロータヨークに設けた空隙部の機能（発電時）を説明するための図である。
【図１１】 図９の部分拡大図である。
【図１２】 図１０の部分拡大図である。
【図１３】 本発明の第２実施形態の部分拡大図である。
【図１４】 本発明の第３実施形態である永久磁石式回転電機に適用されるアウターロータの断面図である。
【図１５】 トップリングの一例を示した図である。
【図１６】 ベースリングの一例を示した図である。
【図１７】 第３実施形態の組立方法を示した断面図である。
【図１８】 第３実施形態の組立方法を示した断面図である。
【図１９】 第３実施形態の主要部の平面図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼ジェネレータ装置，５０…ステータ，５１…ステータコア，５２…ステータ突極，５３…ステータ巻線，６０，６０Ａ…アウターロータ，６１…ロータヨーク，６２（６２Ｎ，６２Ｓ）…永久磁石，６３…ロータケース，７１…保護カバー，９１…トップリング、９２…ベースリング、２０１…クランク軸，６１１…磁石挿入孔，６１３…補極部
Claims (8)
- ステータの外周を回転する略円筒形状のアウターロータが、その円周方向に複数の磁石挿入孔を配置し、各磁石挿入孔内に永久磁石が挿入され、隣接する磁石挿入孔間に補極部を有する永久磁石式回転電機において、エンジンのクランク軸の先端に配置されてスタータ兼ジェネレータ装置として機能し、
前記各永久磁石は、その挿入方向に垂直な平面内で前記磁石挿入孔の内壁面との間に複数の空隙が確保されるように、前記内壁面に対して３点で支持され、
前記３点のうち２点は磁石挿入孔の内壁面のステータ側に位置し、他の１点は前記内壁面の反ステータ側に位置し、さらに、
前記各磁石挿入孔には、前記永久磁石が挿入された状態で円周方向に沿った両端部に空隙が形成され、かつ前記空隙からステータ方向に切欠状空隙が延設されたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。 - 前記アウターロータは、円周方向に配置された複数の磁石挿入孔内に永久磁石が挿入された略円筒形状のロータヨークをカップ状のフライホイールの内側に挿嵌して構成され、前記ロータヨークの各磁石挿入孔のフライホイール側の外壁面とフライホイールの内壁面との間には、所定の空隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記フライホイールは、その円周端部に、ロータヨークを挟持する爪部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記永久磁石は、磁石挿入孔の内壁面に対して３点で支持され、前記３点のうちの少なくとも２点は前記空隙の近傍に位置することを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記各磁石挿入孔と当該各磁石挿入孔内に挿入された永久磁石との間の空隙内に接着剤が充填されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石式回転電機。
- 前記各永久磁石を前記アウターロータに対して位置決めする位置決め部材をさらに具備し、
前記位置決め部材は、一対のトップリングおよびベースリングからなり、前記トップリングは、前記各永久磁石を前記アウターロータの開放端側において支持し、前記ベースリングは、前記各永久磁石を前記アウターロータの閉そく端側において支持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石式回転電機。 - 前記トップリングおよびベースリングには、永久磁石とロータヨークとの間隙に挿入される爪部が形成されたことを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記ベースリングは、その爪部が前記アウターロータの開放端側を向くように配置され、前記トップリングは、その爪部が前記アウターロータの閉そく端側を向くように配置されたことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式回転電機。
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