JP4982800B2 - 車両用発電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用発電機に関し、特に、発電機カバー内のスペースを有効に利用して小型化を図ることができる車両用発電機に関する。

エンジンで駆動される車両用発電機として、フライホイールを兼用する永久磁石付きアウタロータをエンジンの出力軸であるクランク軸に取り付ける一方、巻線を有するインナステータを発電機カバーに取り付けたものが知られる（特開２００２−１１２５９４号公報、特開２００１−２８６１００号公報）。
特開２００２−１１２５９４号公報 特開２００１−２８６１００号公報

特許文献１、２に記載された車両用発電機では、クランク軸に直結したアウタロータの外周と発電機カバーの内周面との間に比較的大きいスペースを必要とするので、発電機カバーが大きくなりやすい。特に、自動二輪車では、発電機カバーが車体側部から突出するように配置されることが多いので、発電機カバーが大きいと、大きいバンク角をとりにくい。

また、従来のブラシレス発電機では、スイッチングのための制御回路を発電機とは別に設けることが一般的であるので、この制御回路を発電機と一体化することも望まれている。

本発明の目的は、上記課題を解消して要望に応えるため、発電機カバー内に発電機部品および制御回路を効率的に収容した車両用発電機を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、エンジンを備え、該エンジンで駆動される車両用発電機において、前記エンジンのクランクシャフト一端に嵌合されたロータボスと、前記ロータボスの外周に内周が嵌合されたロータコアであって、外周面に沿って配置されたロータマグネットを有するロータコアと、前記ロータコアの外周面に内周面を対向させて配置された環状のステータコアと、前記ステータコアに設けられる複数のティースをそれぞれ取り囲む複数の絶縁部品と、前記絶縁部品に巻回された複数のステータ巻線と、前記ロータコアの、前記エンジンから遠い側の面に対向して配置され、前記絶縁部品に外周面を係止させて配置したバスリングと、前記エンジンのクランクケースに取り付けられた発電機カバーと、前記ロータボスの回転角度を検知する回転角度検知センサと、前記ロータボスの一端に設けられ、前記回転角度検知センサに対向して配置されたセンサマグネットと、前記バスリングに取り付けられている発電電圧制御ドライバとを具備し、前記発電機カバーに前記ステータコアが保持されている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記ロータコアの外周面近傍で該ロータボスの回転軸方向に貫通形成されたロータマグネット保持孔を該ロータコアの外周に沿って複数備え、前記ロータマグネットが、前記ロータマグネット保持孔内にはめ込まれている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記ステータコアが、複数のステータコアブロックを連結して環状に形成されている点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記バスリングが円板状であり、外周面に前記複数のステータ巻線のそれぞれの両端を接続する複数の端子と、前記ステータ巻線に発生した電流を外部へ引き出すハーネスを固定するためのグロメットと、前記端子と前記グロメットとを接続するバスバーとを備えている点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記ロータボスの他端である、前記エンジン側には、ワンウェイクラッチを介して該ロータボスに外部のスタータモータから動力を伝達するギヤが設けられている点に第５の特徴がある。

また、本発明は、前記回転角検知センサが前記バスリングに保持されている点に第６の特徴がある。

また、本発明は、前記回転角検知センサが、前記発電機カバーの内面に形成されたボスに取り付けられており、該ボスが前記バスリングを貫通して前記ロータボス側に突出している点に第７の特徴がある。

上記第１〜７の特徴を有する発明によれば、ロータボスがクランクシャフトに固定され、該ロータボスの外周にロータコアが取り付けられてインナロータを構成し、ロータコアの外周にステータコア（アウタステータ）を配置した構造を有しているので、ステータコアの外周面と発電機カバーの内面とを互いに密着させて配置できる。したがって、ロータコアの回転中心から放射方向での発電機カバーのサイズを小さくでき、発電機を小型化できる。また、ステータが発電機カバーに取り付けられるので、発電機カバーが走行風で冷却されることにより、ステータの冷却効果も期待できる。さらに制御ドライバをバスリングに取り付けることによって、ステータ巻線から外部へ引き出す出力の制御系統のラインを短縮することができる。また、発電機の主要構成部品だけでなく、バスリングに取り付けられた制御ドライバをも含めて全部品がカバー内に収容されるので、配線や、複数発電機間での互換性が生じる。

クランクシャフトにロータボスを介してロータコアを取り付けたので、クランクシャフトの形状にロータボスの形状を合わせることにより、多くの種類のエンジンに本発明の発電機を取り付けることができるので、汎用性が増す。

第２の特徴によれば、ロータマグネット保持孔をロータコアの素材の成型工程（打ち抜き工程）で容易に形成でき、組み立て時には、ロータマグネットをロータマグネット保持孔に挿入することによって容易にロータコアに取り付けられる。

第３の特徴によれば、複数のステータコアブロックを連結してステータコアを形成しているので、ステータコアを一体で成型するのに比べて素材の歩留まりが向上する。また、巻線の占積率が向上する。

第４の特徴によれば、ステータ巻線をバスバーを介してグロメットに接続できるので、グロメットにハーネスを接続することで発電電力を外部へ容易に供給することができ、配線が容易となる。

第５の特徴によれば、外部のスタータモータをギヤに連結させることにより、エンジンと発電機を容易に始動させることができる。

第６の特徴によれば、ロータコアの回転角度を検知するセンサをロータボスに取り付けたセンサマグネットに対向させて配置しやすくなる。

第７の特徴によれば、回転角度検知センサを発電機カバーに取り付け、バスリングを貫通させてセンサマグネットに対向させたので、発電機カバーを取り外すことによって、回転角度検知センサを外に引き出すことができ、メンテナンス作業性が向上する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両用発電機の断面図であり、図２は発電機カバーを取り外した状態での車両用発電機の正面図、つまり発電機のステータ部の正面図である。

図１において、たとえば自動二輪車に搭載されるエンジンのクランクシャフト１の先端部分１ａの外周面はテーパに形成されており、この先端部分１ａはロータボス２の中心孔に嵌合されている。ロータボス２は、ロータコア３を外周に嵌着する円筒部分２ａと円筒部分２ａの一端側に形成されたフランジ２ｂとからなる。円筒部分２ａには、クランクシャフト１の先端部分１ａのテーパ外周面に適合するテーパ内周面２ｃと、該テーパ内周面２ｃの小径部側に位置する壁つまりボルト頭受け壁２ｄと、ボルト４の頭が収容される凹所２ｅとを含んでいる。ロータボス２は、前記凹所２ｅおよびボルト頭受け壁２ｄの中心孔を貫通するボルト４によってクランクシャフト１の先端部分１ａに固定される。

ロータボス２の円筒部分２ａの外周面に嵌着されているロータコア３の外周面近傍には複数のロータマグネット５が取り付けられている。この例では、ロータコア３の周方向に沿って８組１６個のロータマグネット５が設けられている。各ロータマグネット５は、ロータコア３をその鋼板積層方向に貫通するマグネット保持孔６内に保持される。マグネット保持孔６内に保持されるロータマグネット５がロータコア３から突出するのを防止するためのマグネット押さえ板７、８がロータコア３の鋼板積層方向両端側に配置される。マグネット押さえ板７の外側、つまり円筒部分２ａの先端側には止めリング９が取り付けられる。ロータボス２の円筒部分２ａの先端内周面には後述するロータコア３の複数の回転角度検知センサに作用するセンサマグネット１０が取り付けられる。センサマグネット１０は極性が相異なる複数の磁極が交互に配置されて環状を形成しているものである。
４によって互いに結合されている。

クランクシャフト１の先端部分１ａからエンジン側つまりのテーパが形成されていない部分（平行部）には、ニードルベアリング１１を介してスタータメインギヤ１２が取り付けられている。そして、スタータメインギヤ１２は、ワンウェイクラッチ１３を介して前記ロータボス２のフランジ２ｂに取り付けられている。ワンウェイクラッチ１３とフランジ２ｂとは、複数のボルト１４によって互いに結合されている。

スタータメインギヤ１２には、一端がクランクケース(図示なし)に支持され、他端が発電機カバー２３に支持されるシャフト１５で回転自在に支持された中間ギヤ１６の小ギヤ１６ａがかみ合っており、さらに中間ギヤ１６の大ギヤ１６ｂは図示しないスタータモータの出力ギヤにかみ合う。

ロータコア３の外周にはステータコア１８が設けられる。ステータコア１８は複数のステータコアブロック１９からなる分割構造である。この例では１２個のステータコアブロック１９が互いに結合されて環状のステータコア１８を構成している。各ステータコアブロック１９のティース（突極）の周囲には絶縁部品２０がはめ込まれ、絶縁部品２０に形成された溝部にはステータ巻線２１が巻回されている。図２では、繁雑さを避けるため１つのステータコアブロック１９に関して絶縁部品２０とステータ巻線２１の符号を付している。

複数のステータコアブロック１９には、それぞれ取り付け孔１９ａが形成されている。そして、この取り付け孔１９ａに通したボルト２２の先端を発電機カバー２３の内面に形成されたボルト孔２４にねじ込んでステータコアブロック１９を発電機カバー２３に固定する。

ステータコア１８の中心部には、バスリング２５が配置される。バスリング２５は、その外周部分が前記絶縁部品２０に係合してステータコア１８に対する位置決めがなされている。バスリング２５の外周面には、ステータ巻線２１の端部を接続する複数の端子２６が設けられる。端子２６の符号も１つのステータコアブロック１９に関して付与している。バスリング２５には、発電機の３相出力に対応した３つのグロメット２７、２８、２９が設けられ、このグロメット２７〜２９には外部出力ハーネスを結合するボルトが螺着される。グロメット２７〜２９と端子２６とはバスリング２５内に埋め込まれるバスバーによって連結される（図５に関して詳述）。

発電機カバー２３の内面にセンサ固定用ボス３３が形成され、このボス３３には、センサ基板３４がボルト３５で取り付けられる。センサ基板３４には、ホール素子からなる回転角度検知センサ３６、３７、３８が設けられ、前記センサマグネット１０に対向するように配置されている。センサ固定用ボス３３とセンサ基板３４はバスリング２５に形成された孔３９を貫通して配置されている。

バスリング２５には、ステータ巻線２１に発生した電圧を制御するスイッチング素子（ＦＥＴ）を含む制御用ドライバを組み込むことができる。また、バスリング２５には、発電機の内部温度を測定するサーミスタを組み込んでもよい。

発電機カバー２３は、エンジンのクランクケースの外面（側面）に取り付けられる。例えば、発電機カバー２３に複数の延長部２３ａ（図１では１つだけ図示）を形成し、この延長部２３ａに孔２３ｂを形成する。そして、この孔２３ｂに通される図示しないボルトをクランクケース（図示せず）の壁にねじ込むことによって発電機カバー２３をクランクケースに固定する。

図３はロータコア３の正面図である。ロータコア３は多数の電磁鋼板を積層してなり、ロータマグネット５を保持するための８組１６個のマグネット保持孔６が形成されている。また、ロータコア３には、その中心部側に８個の孔４１が形成されているため、冷却性が向上し、かつ磁気抵抗を低減させることができる。

図４は、ステータコアブロック１９の斜視図である。ステータコアブロック１９も、ロータコア３と同様、電磁鋼板の積層構造である。ステータコアブロック１９は、絶縁部品２０を介してステータ巻線２１が巻回されるティース１９ｂと、隣接するステータコアブロック１９との連結部となる外周部１９ｃとからなる。外周部１９ｃには、中央部に取り付け孔１９ａが設けられ、一端部には凹部１９ｄが形成され、他端部には凸部１９ｅが形成されている。凹部１９ｄは隣接するステータコアブロック１９の凸部に係合し、凸部１９ｅは隣接するステータコアブロック１９の凹部に係合するように設定されている。

図５は、バスリング２５と絶縁部品２０との係合部を示す拡大図である。図５において、バスリング２５は絶縁部品２０の段部に係止して係合されており、バスリング２５の外周面に形成された端子２６には、ステータ巻線２１の端部が接続されている。端子２６はバスバー２５ａに接続され、バスバー２５ａはグロメット２７に接続されている。グロメット２７にはボルト３０が螺着される。ボルト３０は図示しない出力用ハーネスに接続される。バスバー２５ａには図示しない出力制御用ドライバのＦＥＴも接続される。グロメット２７は例えば、Ｕ、Ｖ、Ｗ、３相のうちＶ相接続用のものであり、ステータ巻線２１のうちＶ相に割り当てられるものは、バスバー２５ａを介してこのグロメット２７に接続される。Ｕ相、Ｗ相の巻線とグロメット２８，２９の接続も同様に行われる。

動作時、上記構成の発電機では、まずスタータモータが駆動され、この動力が出力ギヤおよび中間ギヤ１６を介してスタータメインギヤ１２に減速して伝達される。スタータメインギヤ１２が駆動されると、ワンウェイクラッチ１３を介してスタータメインギヤ１２の回転がロータボス２に伝達され、クランクシャフト１が回転される。クランクシャフト１が回転された結果、図示しないエンジン制御装置によりエンジンが始動される。エンジンが始動され、エンジン速度が高まると、ワンウェイクラッチ１３の作用によりスタータメインギヤ１２とロータボス２との連結は解除され、発電機はエンジン回転数に応じて回転する。

ロータボス２の回転により、ロータコア３に設けられているロータマグネット５の磁束によってステータ巻線２１に起電力が生じ、ステータ巻線２１は電力を出力する。発電によって得られた電力は出力制御用ドライバで電圧制御されて、負荷やバッテリに供給される。出力制御用ドライバに含まれるＦＥＴのオン・オフタイミングは、回転角度検知センサ３６、３７、３８から出力される波形に基づいて検知されるロータコア３の回転角度によって決定される。

本実施形態によれば、ステータコア１８にバスリング２５を係合させて、このバスリング２５に設けたバスバー２５ａを介して、ステータ巻線２１の接続端子２６や、出力ハーネス接続用のグロメット２７〜２９、並びに制御用ドライバのスイッチング素子を接続できる。すなわち、ステータ巻線２１による出力制御系統の部品をバスリング２５に集約的に配置できるので、発電機ケース２３内の空間を有効に活用できる。また、ステータコア１８をロータコア３の外周に配置したインナロータ式としたので、ステータコア１８と発電機ケース２３との間の隙間も小さくすることができるので、ロータコア３を中心とした放射方向での発電機ケース２３のサイズを小さくすることができる。

なお、本実施形態では、回転角度検知センサ３６、３７、３８を設けたセンサ基板３４を発電機ケース２３に取り付けたが、本発明はこれに限らない。例えば、センサ基板３４をバスリング２５に取り付けることもできる。

図６は、本発明の変形例に係るバスリング２５の正面図、図７は図６のＡ−Ａ位置での断面図である。この変形例では、センサ基板４３をバスリング２５に固定している。センサ基板４３は、回転角度検知センサ３６、３７、３８の保持部４３ａと、該保持部４３ａから張り出した取り付け部４３ｂとからなる。取り付け部４３ｂの両端近傍にはボルト通し孔４３ｃ、４３ｄが設けられており、この孔４３ｃ、４３ｄにそれぞれ図示しないボルトを通し、これらボルトをバスリング２５に形成されるボルト孔（図示せず）にねじ込んでセンサ基板４３を固定する。保持部４３ａは、バスリング２５に形成されるセンサ収容孔４４に挿入され、回転角度検知センサ３６、３７、３８が、ロータボス２の円筒部分２ａの端部に取り付けられたセンサマグネット１０に対向させられる。

本発明の一実施形態に係る車両用発電機の断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用発電機のステータ部の正面図である。 ロータコアの正面図である。 ステータコアブロックの斜視図である。 バスリングとステータコア絶縁部品の要部拡大図である。 本発明の変形例に係る車両用発電機のバスリングの正面図である。 本発明の変形例に係る車両用発電機のバスリングの断面図である。

符号の説明

１…クランクシャフト、 ２…ロータボス、 ３…ロータコア、 ５…ロータマグネット、 ６…ロータマグネット保持孔、 ７、８…マグネット押さえ板、 １０…センサマグネット、 １３…ワンウェイクラッチ、 １８…ステータコア、 １９…ステータコアブロック、 ２０…絶縁部品、 ２１…ステータ巻線、 ２３…発電機カバー、 ２５…バスリング、 ２６…端子、 ２７〜２９…グロメット、 ３４、４３…センサ基板、 ３６〜３８…回転角度検知センサ

Claims (7)

1. エンジンを備え、該エンジンで駆動される車両用発電機において、
   前記エンジンのクランクシャフト一端に嵌合されたロータボスと、
   前記ロータボスの外周に内周が嵌合されたロータコアであって、外周面に沿って配置されたロータマグネットを有するロータコアと、
   前記ロータコアの外周面に内周面を対向させて配置された環状のステータコアと、
   前記ステータコアに設けられる複数のティースをそれぞれ取り囲む複数の絶縁部品と、
   前記絶縁部品に巻回された複数のステータ巻線と、
   前記ロータコアの、前記エンジンから遠い側の面に対向して配置され、前記絶縁部品に外周面を係止させて配置したバスリングと、
   前記エンジンのクランクケースに取り付けられた発電機カバーと、
   前記ロータボスの回転角度を検知する回転角度検知センサと、
   前記ロータボスの一端に設けられ、前記回転角度検知センサに対向して配置されたセンサマグネットと、
   前記バスリングに取り付けられている発電電圧制御ドライバとを具備し、
   前記発電機カバーに前記ステータコアが保持されていることを特徴とする車両用発電機。
2. 前記ロータコアの外周面近傍で該ロータボスの回転軸方向に貫通形成されたロータマグネット保持孔を該ロータコアの外周に沿って複数備え、
   前記ロータマグネットが、前記ロータマグネット保持孔内にはめ込まれていることを特徴とする請求項１記載の車両用発電機。
3. 前記ステータコアが、複数のステータコアブロックを連結して環状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の車両用発電機。
4. 前記バスリングが円板状であり、外周面に前記ステータ巻線のそれぞれの両端を接続する複数の端子と、
   前記ステータ巻線に発生した電流を外部へ引き出すハーネスを固定するためのグロメットと、
   前記端子と前記グロメットとを接続するバスバーを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用発電機。
5. 前記ロータボスの他端である、前記エンジン側には、ワンウェイクラッチを介して該ロータボスに外部のスタータモータから動力を伝達するギヤが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用発電機。
6. 前記回転角検知センサが前記バスリングに保持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用発電機。
7. 前記回転角検知センサが、前記発電機カバーの内面に形成されたボスに取り付けられており、該ボスが前記バスリングを貫通して前記ロータボス側に突出していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用発電機。

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