JP6349972B2 - Generator for motorcycle - Google Patents
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Description
本発明は、電気損失を低減させて発電出力および発電効率を向上させた自動二輪車用発電機に関する。 The present invention relates to a generator for a motorcycle in which electric loss is reduced and power generation output and power generation efficiency are improved.
自動二輪車用発電機としての図22に示すようにマグネト発電機100を用いたものがある。このマグネト発電機100は、複数本のステータティース101のそれぞれにステータ(発電)コイル102が巻装されたステータ103と、ロータヨーク104の内周面に磁石105が設置されたロータ106とを有する。ロータ106は、エンジンの駆動力によりステータ103周りを回転することで、電磁誘導の作用で発電コイル102に誘導電流が誘起されて発電がなされる。
As a generator for a motorcycle, there is one using a
マグネト発電機100では、磁石105はロータヨーク104の内周面に例えば4枚設置される。各磁石105に、図23に示すように、N極及びS極の対をなす磁極が3極着磁されている。このため、1枚の磁石105において隣の磁極へ磁束が漏れ易く、ステータ103のステータティース101へ流れる磁束が減少して磁束が有効に使われていない。この結果、マグネト発電機100の発電出力及び発電効率の向上を図ることができなかった。
In the
特許文献1には、ステータの外周を回転するロータのロータヨークに、複数の永久磁石が補極を挟んで配置され、発電機として機能する回転電機が開示されている。
また、特許文献2には、車両用制振発電発動機に三相巻線からなるステータコイルを配置し、このステータコイルをレクチファイアを介してバッテリに接続し、ステータコイルの出力を整流するレクチファイアとしてサイリスタによるレクチファイアを用いた技術が開示されている。
特許文献1に記載の回転電機では、ロータの永久磁石間に補極が配置されているので、これらの永久磁石と補極間で磁束の漏れが生じ、ロータの永久磁石からステータのステータティース(ステータ突極)へ流れる磁束が減少してしまう。従って、この場合にも、永久磁石の磁束が有効に使われず、発電出力及び発電効率が低下する恐れがある。
In the rotating electrical machine described in
また、特許文献2に記載の技術には、レクチファイアにサイリスタを備えてステータコイルの出力を制御することが示されているだけで、発電機の電気損失を低減させ、エンジンの全回転域の出力損失を低減させる技術を示したり、示唆する記載は存在しない。
In addition, the technique described in
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ロータの磁石からの磁束をステータのステータティースに有効に導くことで、発電出力及び発電効率を向上させることができる自動二輪車用発電機を提供することにある。 The object of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and can effectively improve the power generation output and power generation efficiency by effectively guiding the magnetic flux from the magnet of the rotor to the stator teeth of the stator. The purpose is to provide a power generator.
本発明に係る自動二輪車用発電機は、中心から放射状に延びる複数のステータティースのそれぞれにステータコイルが巻装されて設けられたステータと、ロータヨークの内周面に磁石が設置され、前記中心を中心として前記ステータ周りを回転するロータと、を有する自動二輪車用発電機において、前記磁石は、複数個が前記ロータの周方向に間隙を介して隣接して設置され、前記ステータティースは、薄板鋼板のコアシートを複数枚積層して構成され、かつ、前記ステータコイルが巻装されるコイル巻装部からロータの回転方向側および反回転方向側へ延びる先端部を有し、前記ロータの回転方向側に延びる前記ステータティースの先端部の一方側部分は、前記磁石の回転方向前端が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、この回転方向前端側に隣接する先行磁石の後端部と重なるよう構成され、前記磁石の周方向中央位置が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、前記ステータティースの先端部の他方側部分の端縁が前記磁石の回転方向後端に略一致する長さに設定されたことを特徴とするものである。 A generator for a motorcycle according to the present invention includes a stator in which a stator coil is wound around each of a plurality of stator teeth extending radially from a center, and a magnet is installed on an inner peripheral surface of a rotor yoke. A generator for a motorcycle having a rotor rotating around the stator as a center, wherein a plurality of the magnets are installed adjacent to each other with a gap in the circumferential direction of the rotor, and the stator teeth are made of thin steel plates. A plurality of core sheets, and a tip end portion extending from a coil winding portion around which the stator coil is wound to a rotation direction side and a counter rotation direction side of the rotor, and the rotation direction of the rotor one side portion of the tip portion of the stator teeth extending on the side, when the rotation direction front end of the magnet is substantially aligned with the center line of the coil winding portion, the rotation Is configured to overlap with the rear end portion of the preceding adjacent magnets in direction front end side, when the circumferential center position of the magnet is substantially aligned with the center line of the coil winding portion, the other side portion of the tip portion of the stator teeth The end edge of the magnet is set to a length that substantially coincides with the rear end of the magnet in the rotational direction .
また、本発明に係る自動二輪車用発電機は、中心から放射状に延びる複数のステータティースのそれぞれにステータコイルが巻装されて設けられたステータと、ロータヨークの内周面に磁石が設置され、前記中心を中心として前記ステータ周りを回転するロータと、を有する自動二輪車用発電機において、前記磁石は、複数個が前記ロータの周方向に間隙を介して隣接して設置され、前記ステータティースは、薄板鋼板のコアシートを複数枚積層して構成され、かつ、前記ステータコイルが巻装されるコイル巻装部からロータの回転方向側および反回転方向側へ延びる先端部を有し、前記磁石の回転方向後端が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、前記回転方向後端側に隣接する後行磁石回転方向前端が、前記ステータティースの先端部と重ならないように、前記磁石間に間隙が設定され、前記後行磁石の回転方向前端はステータティースにおけるコイル巻装部の中心線と略一致したとき、前記ステータティースにおけるロータの回転方向側に延びる一方側部分が、前記後行磁石の回転方向前端側に隣接する前記磁石と重なるよう構成されたことを特徴とするものである。 Further, in the motorcycle generator according to the present invention, a stator is provided with a stator coil wound around each of a plurality of stator teeth extending radially from the center, and a magnet is installed on the inner peripheral surface of the rotor yoke, A generator for a motorcycle having a rotor that rotates around the stator around a center, and a plurality of the magnets are installed adjacent to each other with a gap in the circumferential direction of the rotor, and the stator teeth are A plurality of thin steel sheet core sheets, and a tip end portion extending from a coil winding portion around which the stator coil is wound to a rotation direction side and a counter rotation direction side of the rotor; When the rear end in the rotational direction substantially coincides with the center line of the coil winding portion, the front end in the rotational direction of the succeeding magnet adjacent to the rear end in the rotational direction is the tip of the stator teeth. So as not to overlap the part, a gap is set between the magnet rotation direction front end of the trailing magnet when substantially coincident with the center line of the coil winding portion of the stator teeth, rotation direction of the rotor in the stator teeth The one side portion extending in the direction overlaps with the magnet adjacent to the front end side in the rotation direction of the succeeding magnet .
本発明によれば、磁石は、複数個がロータの周方向に間隙を介して隣接して設置されたので、各磁石間で磁束が漏れることを抑制でき、磁石からステータティースへ流れる磁束を増大できる。この結果、ロータの磁石からの磁束をステータのステータティースに有効に導くことができるので、発電出力及び発電効率を向上させることができる。 According to the present invention, since a plurality of magnets are installed adjacent to each other with a gap in the circumferential direction of the rotor, leakage of magnetic flux between the magnets can be suppressed, and the magnetic flux flowing from the magnet to the stator teeth is increased. it can. As a result, since the magnetic flux from the magnet of the rotor can be effectively guided to the stator teeth of the stator, the power generation output and the power generation efficiency can be improved.
また、本発明によれば、ステータティースの先端部におけるロータの回転方向側に延びるステータティース先端部の一方側部分は、磁石の回転方向前端がステータティースのコイル巻装部の中心線に略一致したとき、この回転方向前端に隣接する先行磁石と重なるよう構成されている。従って、磁石とステータティースとの対向する時間、即ちステータティースが磁石の磁束を回収する時間が長くなって、各ステータティースに磁束が長時間流れることになる。この結果、ロータの磁石からの磁束をステータのステータティースに有効に導くことができるので、発電出力及び発電効率を向上させることができる。 Further, according to the present invention, the one end portion of the stator teeth leading end portion extending in the rotor rotating direction side at the stator tooth leading end portion is substantially coincident with the center line of the coil winding portion of the stator teeth. Then, it is configured to overlap with the preceding magnet adjacent to the front end in the rotational direction. Therefore, the time for the magnets and the stator teeth to face each other, that is, the time for the stator teeth to collect the magnetic flux of the magnets becomes longer, and the magnetic flux flows through each stator tooth for a long time. As a result, since the magnetic flux from the magnet of the rotor can be effectively guided to the stator teeth of the stator, the power generation output and the power generation efficiency can be improved.
以下、本発明を実施するための実施形態を添付図面に基づき説明する。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る自動二輪車用発電機の第1の実施形態が適用された自動二輪車のパワーユニットを示す左側面図。このパワーユニット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19を回転自在に支持し収容するクランクケース12と、クランクケース12の端部に結合されたシリンダブロック13と、シリンダブロック13に結合されたシリンダヘッド14と、シリンダヘッド14に結合されたヘッドカバー15と、を備えて構成される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a left side view showing a power unit of a motorcycle to which a first embodiment of a generator for a motorcycle according to the present invention is applied. The
本実施形態では、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とが相互に結合されて一体化され、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、及びこのクランクシャフト19と一体化され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。
In the present embodiment, 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。また、シリンダブロック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。従って、ピストン23がシリンダブロック13の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。
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されたクラッチ装置29が収容され、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されたマグネト装置31が収容され、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。
A clutch chamber 27 is disposed on the right side of the
マグネト装置31は、自動二輪車用の単相式または三相式マグネト交流発電機であり、クランクシャフト19の回転軸と同軸に、クランクシャフト19周囲に配置されるステータ33と、クランクシャフト19の左側軸端部に固定され、ステータ33周りをクランクシャフト19の回転軸と同軸に回転するロータ34とを有して構成される。ロータ34の回転方向を図3に矢印Pで示す。
The
ステータ33は、図2及び図3に示すように、その中心O(クランクシャフト19の回転中心軸芯と同軸)から複数本(本実施形態では12本)のステータティース35が放射状(クランクシャフト19の回転中心軸に対して垂直方向)に延び、それぞれのステータティース35のコイル巻装部36に発電コイルとしてのステータコイル37が巻装されて構成される。クランクシャフト19の回転軸方向から目視した図である図3〜図5に示すように、各ステータティース35におけるコイル巻装部36の先端側に、ステータ33の周方向両側(ロータ34の回転方向側及びロータ34の反回転方向側)に延びる先端部38が形成されている。このステータ33は、図2に示すように、取付ボルト39を用いてマグネトカバー32の内面に固定状態で取り付けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ロータ34は、図2及び図3に示すように有底円筒形状に形成され、その内部空間にステータ33が配置される。さらに、ロータヨーク40の内周面にステータ33を取り囲むように複数の磁石41が固定して設置され、この磁石41がステータ33におけるステータティース35の先端部38と対向するように配置されている。そして、ロータヨーク40がクランクシャフト19に回転一体に取り付けられてクランクシャフト19とともに回転するときに、この磁石41が、ステータティース35の先端部38の外側を適度な間隙を有して通過するように構成される。磁石41は、図3〜図5に示すように、複数本(例えば12本)のステータティース35に対応して複数個(本実施形態では12個)が、磁石の存在しない間隙42を介して隣接して設置される。そして、1個の磁石41に、一極着磁されると共に、隣り合う磁石41の極が交互となるように配置されている。
The
複数個の磁石41を備えるロータ34がクランクシャフト19の回転によって、ステータ33の中心Oを中心としてステータ33周りを矢印P方向に回転することで、電磁誘導の作用でステータ33のステータコイル37に誘導電流が誘起されて発電がなされる。尚、図5〜図7中の矢印Aは、磁石41からステータ35へ流れる磁束、あるいはステータ35から磁石41へ流れる磁束の流れを示す。また、ロータ34の複数個の磁石41は、反ロータヨーク40側(ステータ33が配置される側)に金属製の薄板からなるロータカバー43が装着されて保護される。なお、図2および図3において、符号48は点火時期信号発生コイルであり、符号49はロータヨーク40の外周側に設けられた突起である。
The
複数個の磁石41間の間隙42は、クランクシャフト19の回転軸方向から目視した図である図6に示すように、ロータ34の回転によって磁石41の回転方向後端44Bがステータ33のステータティース35におけるコイル巻装部36の中心線N(クランクシャフト19の回転軸に垂直な断面において、前記回転軸中心とコイル巻装部36の中心を結ぶ仮想線)と略一致する第2回転位置にきたとき、前記回転方向後端44B(に対向する回転方向前端44Aを有する)隣接する後行磁石41の回転方向前端44Aが、ステータティース35の先端部38(先端部38の後述の他方側部分38B)と重ならないように設定される。つまり、クランクシャフト19の回転軸に垂直な断面において、磁石41の回転方向後端44Bがコイル巻装部36の中心線Nと略一致する第2回転位置にきたとき、後続する後行磁石41の回転方向前端44Aがステータティース35の先端部38と重ならない(周方向の位置で異なる角度位置となる)ように設定される。ステータティース35は厚さ1mm以下、好ましくは1mm未満の薄板鋼板のコアシートの複数枚(本実施形態では12枚)積層して構成される。
As shown in FIG. 6, the
本実施形態では、クランクシャフト19の回転軸方向から目視した図である図4に示すように、磁石41の周方向角度(磁石41の両端縁44A、44Bとクランクシャフト19の回転軸中心を結ぶ直線同士の前記回転軸中心における最大挟角)をθaとし、磁石41間の間隙42の周方向角度(間隙42の両側に配置された磁石41の各端縁44A、44Bとクランクシャフト19の回転軸中心を結ぶ直線同士の前記回転軸中心における最大挟角)をθbとしたとき、θa=21°、θb=9°にそれぞれ設定される。即ち、磁石41が配置される周方向角度と磁石41間の間隙42が配置される周方向角度との比は、
θa:θb=7/3:1
に設定される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, which is a diagram viewed from the rotation axis direction of the
θa: θb = 7/3: 1
Set to
磁石41間の間隙42の周方向角度θbを9°に設定した理由を、図8を用いて説明する。この図8では、機械入力(発電機を回す為の負荷であって、この場合エンジン11に作用する負荷。この負荷は発電出力と電気損失に分けられる。尚、この電気損失は、銅損・鉄損・機械損で構成される。)をX1で、発電出力(マグネト装置31が発生する発電電力)をY1で、発電効率(発電出力を機械入力で除した比)をZ1でそれぞれ表示している。1個の磁石41に一極着磁され、各磁石41間に間隙42が設けられたことで、磁石41間で磁束の漏れが抑制され、磁石41からステータティース35へ流れる磁束が増大して発電出力及び発電効率、特に発電効率が向上する。図8に示すように、間隙42の周方向角度θbが9°において発電効率Z1が最も高くなるため、周方向角度θbを9°に設定しているのである。
The reason why the circumferential angle θb of the
図4及び図5に示すように、ステータ33の各ステータティース35における先端部38は、ロータ34の回転方向Pへ延びる一方側部分38Aの周方向長さL(クランクシャフト19の回転軸に垂直な断面において、コイル巻装部36の中心線Nに対する突出高さ)が、ロータ34の回転方向Pと反対側へ延びる(回転方向Pに向かって延びる)他方側部分38Bの周方向長さM(クランクシャフト19の回転軸に垂直な断面において、コイル巻装部36の中心線Nに対する突出高さ)よりも長く形成されている。すなわち、L=M+αである。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
このとき、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの周方向長さMは、ロータ34の回転によって磁石41の周方向中央位置Kがステータティース35のコイル巻装部36の中心線Nと略一致する(クランクシャフト19の回転軸中心に対する周方向の位置であって略同一な角度位置となる)第1回転位置にきたとき(図5)、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの端縁46が、磁石41の回転方向後端44Bと略一致する(クランクシャフト19の回転軸中心に対する周方向の位置であって略同一な角度位置となる)長さに設定される。また、本実施形態では前述したように、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの周方向長さMは、間隙42の周方向長さと略一致する長さに設定されている。
At this time, the circumferential length M of the
これに対し、図7に示すように、ステータティース35の先端部38の一方側部分38Aは、ロータ34の回転によって磁石41の回転方向前端44Aがステータ33におけるステータティース35のコイル巻装部36の中心線Nに略一致する(クランクシャフト19の回転軸中心に対する周方向の位置であって略同一な角度位置となる)第3回転位置にきたとき、前記回転方向前端44Aに(対向する回転方向後端44Bを有する)隣接する先行磁石41(このステータティース35から離れていく磁石41)とクランクシャフト19の回転軸中心に対する周方向の位置にて重なるように、その周方向長さL(図4参照)が設定される。ステータティース35の先端部38における一方側部分38Aの周方向長さLが上述のように設定されることで、磁石41とステータティース35の先端部38とが対向する時間、特に磁石41の回転方向後端44Bがステータティース35の先端部38の外方を通過してから離れていくときの対向する時間が長くなって、ステータティース35が磁石41から磁束を回収する時間が長くなり、このため、磁石41からの磁束をステータティース35に長時間有効に流すことができるので、マグネト装置31の発電出力及び発電効率が向上する。
On the other hand, as shown in FIG. 7, in one
ステータティース35の先端部38における一方側部分38Aの周方向長さLは、先端部38における他方側部分38Bの周方向長さMよりも3.0mm長く設定することが好ましい。その理由を、図9を用いて説明する。この図9では、機械入力をX2で、発電出力をY2で、発電効率をZ2でそれぞれ表示している。ステータティース35の先端部38における一方側部分38Aの他方側部分38Bに対する相対長さ(他方側部分38Bを基準にした一方側部分38Aの長さ)は、一方側部分38Aが長くなるほど発電効率Z2が高くなることが判り、+3.0mm程度長くすることが最適である。つまり、図7に示す第3回転位置にきたときに、ステータティース35の先端部38における一方側部分38Aと磁石41の回転方向後端44Bとが3.0mm程度重なるようにすると、発電効率Z2が最適となる。
The circumferential length L of the one
尚、図10に示すように、ステータティース35の先端部38における一方側部分38Aを、ロータ34の磁石41の周方向中央位置Kがステータティース35のコイル巻装部36の中心軸Nと略一致する第1回転位置(図5参照)にきたときに、ステータティース先端部38の一方側部分38Aの端縁45が磁石41の回転方向前端44Aと略一致する周方向長さLとし、且つ、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの周方向長さMを、一方側部分38Aの周方向長さLに対して長くまたは短く設定しても(図10では長く設定したものを図示)、発電効率の向上には何ら寄与しない。
As shown in FIG. 10, the circumferential center position K of the
例えば、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの一方側部分38Aに対する相対長さ(一方側部分38Aを基準にした他方側部分38Bの長さ)が図10に示すように長い場合には、ロータ34の回転によって磁石41の回転方向後端44Bがステータティース35のコイル巻装部36の中心線Nと略一致したとき、磁石41からの磁束が矢印Aの如くステータティース35に流れると共に、ステータティース35の先端部38の他方側部分38Bを通って、矢印Bに示すように隣接する磁石41へ漏れてしまう。また、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの一方側部分38に対する相対長さが短い場合には、ロータ34の回転時に磁石41からの磁束がステータティース35へ流入するタイミングが遅れてしまう。
For example, when the relative length (the length of the
このため、機械入力をX3で、発電出力をY3で、発電効率をZ3でそれぞれ表示した図11に示すように、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの一方側部分38Aに対する相対長さが長い場合(例えば一方側部分38Aを基準にして他方側部分38Bが+2mmと長い場合)にも、短い場合(例えば一方側部分38Aを基準にして他方側部分38Bが−3mmと短い場合)にも、発電効率Z3が共に低下していることが判る。
Therefore, as shown in FIG. 11 in which the machine input is indicated by X3, the power generation output is indicated by Y3, and the power generation efficiency is indicated by Z3, the relative length of the
上述のことから、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの周方向長さMは、図4〜図7に示すように、ロータ34の回転によって磁石41の周方向中央位置Kがステータティース35のコイル巻装部36の中心線Nと略一致する第1回転位置にきたとき(図5)、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの端縁46が磁石41の回転方向後端44Bと略一致する長さに設定されることが、発電効率上最適である。また、図6に示す第2回転位置にきたとき、ステータティース35の先端部38における他方側部分38Bの端縁46が後行磁石41の回転方向前端44Aと略一致する長さに設定すると、発電効率を向上させることが出来る。
From the above, the circumferential length M of the
[第1の実施形態の効果]
本実施形態によれば、図3及び図5に示すように、ロータ34が備える磁石41は、複数個がロータ34の周方向に間隙42を介して等間隔に隣接して設置されたので、各磁石41間で磁束が漏れることを抑制でき、磁石41からステータ33のステータティース35へ流れる磁束を増大できる。この結果、ロータ34の磁石41からの磁束をステータ33のステータティース35に有効に導くことができるので、マグネト装置31の発電出力及び発電効率を向上させることができる。
[Effect of the first embodiment]
According to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 5, a plurality of
図7に示すように、ステータ33のステータティース35の先端部38におけるロータ34の回転方向P側へ延びる一方側部分38Aは、ステータティース35のコイル巻装部36の中心線Nに磁石41の回転方向前端44Aが略一致したとき、この回転方向前端44Aに対向する回転方向後端44Bを有する隣接する先行磁石41の後端部と重なるよう構成されている。従って、磁石41とステータティース35との対向する時間、即ちステータティース35が磁石41の磁束を回収する時間が長くなって、各ステータティース35に磁束が長時間流れることになる。この結果、ロータ34の磁石41からの磁束をステータ33のステータティース35に有効に導くことができるので、マグネト装置31の発電出力及び発電効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 7, one
[第2の実施形態]
次に、本発明に係る自動二輪車用発電機の第2の実施形態を図12ないし図20を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the motorcycle generator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
第2の実施形態に係る自動二輪車用発電機は、第1の実施形態に係る自動二輪車用発電機に示された図1ないし図3のマグネト装置31の構成を同じくするので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略ないし簡略化する。
Since the generator for a motorcycle according to the second embodiment has the same configuration as the
第2の実施形態に係る自動二輪車用発電機は、マグネト装置として単相式あるいは三相式マグネト交流発電機31Aを有する。マグネト発電機31Aは、図12に示すように、クランクシャフト19と同軸に、クランクシャフト19の周囲に配置されるステータ33と、このステータ33の周りをクランクシャフト19の回転軸と一体に回転するロータ34とを備えて構成される。ロータ34はクランクシャフト19の左側軸端部に固定され、ロータ34の回転方向を図13に矢印Pで示す。
The motorcycle generator according to the second embodiment includes a single-phase or three-
ステータ33は、図3、図12および図13に示すように、その中心O(クランクシャフト19の回転中心軸芯と同軸)から複数本(第2の実施形態では12本)のステータティース35が放射状に延び、各ステータティース35のコイル巻線部36に発電コイルとしてステータコイル37が巻装されて構成される。各ステータティース35のコイル巻線部36の前端側に、ステータ33の周方向両側(ロータ34の回転方向側および反回転方向側)に延びる先端部38が形成される。ステータティース35の先端部38はロータ34の回転方向側に延びる一方側部分の長さL1がロータ34の反回転方向側に延びる他方側部分の長さM1より長く形成されている。例えば、L1=M1+β(但し、βは整数である。)。ステータ33は図12に示すように取付ボルト39を用いてマグネトカバー32の内面に固定状態で取り付けられている。
As shown in FIGS. 3, 12, and 13, the
また、図3、図12および図13に示すように、ロータ34は有底円筒形状に形成され、その内部空間にステータ33が配置される。ステータ33とロータ34とからマグネト交流発電機31Aが構成される。ロータ34は、フライホイールを構成するロータヨーク40の内周面にステータ33を取り囲むように複数の磁石41が周方向に沿って等間隔に配置される。これらの磁石41は、ステータ33におけるステータティース35の先端部38と対向可能に配置される。ロータ34のロータヨーク40はフライホイールを兼ね、クランクシャフト19に回転一体に取り付けられて回転するとき、これらの磁石41がステータティース35の先端部38の外側を適度な間隔を有して通過するように構成される。磁石41は、複数本(例えば12本)のステータティース35に対応して複数個(第2の実施形態では12個)が磁石の存在しない間隙42を順次介して設置される。そして、1個の磁石41に一極着磁されるとともに隣り合う磁石41の極が交互となるように配置される。
Further, as shown in FIGS. 3, 12, and 13, the
ロータ34は、クランクシャフト19の回転に伴って、ステータ33周りを矢印P方向に回転することで、電磁誘導の作用でステータ33のステータ(電機)コイル37に誘導電流が誘起されて発電が行なわれる。ロータ34の複数個の磁石41には、各磁石41を内周側から覆うように図13および図14(A)および(B)に示すように、ロータカバー43が装着される。ロータカバー43は、例えば厚さ0.3mmの金属製薄板で鍔付スリーブ状に構成され、ロータヨーク40の内周側に配置される各磁石41を保護している。ロータカバー43は、磁石41が存在しない間隙42を覆って閉塞する一方、各磁石41をステータティース35の先端部38に1対1で対応可能に露出する窓孔51をそれぞれ有する。
The
また、第2の実施形態における磁石41の周方向角度(磁石41の両端線44A,44Bとクランクシャフト19の回転中心Oを結ぶ直線同士がなす中心角)をθaとし、磁石41間の間隙42の周方向角度(間隙42の両側に配置される磁石41の各端線44A,44Bとクランクシャフト19の回転中心を結ぶ直線同士がなす中心角)をθbとしたとき、例えばθa=21°、θb=9°にそれぞれ設定される。
In addition, the circumferential angle of the
さらに、ロータカバー43は、窓孔51のピッチ間隔が図14(B)に示すように中心角θcをなして形成され、窓孔51の中心角(窓孔51の回転方向先端とその後端がなす周方向角度)がθdで構成される。第2の実施形態では中心角θcは例えば30°であり、中心角θdは例えば16°である。
Further, the
ところで、第2の実施形態の自動二輪車用発電機が三相マグネト交流発電機31Aであるとき、ステータ33はステータティース35のコイル巻線部36に三相巻線からなるステータコイル37が発電コイルとして配設される。ステータコイル37はY結線され、その出力は図15または図16に示すように、発電回路としてのレギュレートレクチファイア55または56を介してバッテリ57および車両負荷である発電負荷58に接続される。なお、符号59はイグニッションスイッチである。
By the way, when the generator for the motorcycle of the second embodiment is a three-phase magneto-
このうち、図15に示されたレギュレートレクチファイア55は、発電機の交流出力を整流するダイオード62によるレクチファイア60と、電圧が一定値以上になるように調整するレギュレータ61とを組み合せた三相ショート式レギュレートレクチファイアである。レクチファイア60はそれぞれ対をなすダイオード62(62a,62b,62c;62d,62e,62f)で整流ブリッジ回路を構成しており、マグネト発電機31Aのステータコイル37は各相の巻線37a,37b,37c毎にダイオード62a,62b,62cの各アノードおよびダイオード62d,62e,62fの各カソードにそれぞれ接続される。ダイオード62a,62b,62cの各カソードおよびダイオード62d,62e,62fの各アノードはバッテリ57にそれぞれ接続される。レギュレートレクチファイア55はマグネト発電機31Aからの発電機をレクチファイア60を経由してバッテリ57に接続し、バッテリ57を充電させる充電回路を構成している。
Among these, the
また、レギュレータ61はステータコイル37の各相の巻線37a,37b,37cに接続されるサイリスタ63a,63b,63cとサイリスタ63a,63b,63cのゲートに接続される電圧制御回路64とから構成される。電圧制御回路64は、バッテリ電圧を監視してバッテリ電圧が所定電圧に達したとき、レギュレータ61のサイリスタ63(63a,63b,63c)のゲート制御を行ない、発電電流を短絡(ショート)して発電機31Aに戻すショート制御を行なっている。
The
レギュレータ61の電圧制御回路64は、図17に示すように、バッテリ57の電圧を検出するバッテリ電圧検出部65と、基準電圧発生部66と、バッテリ57の電圧が所定の電圧以上であるか否かを判定する判定部67と、この判定結果からバッテリ電圧が所定電圧に達したらレギュレータ61内のサイリスタ63をゲート制御して短絡させるゲート電圧制御部68とを有する。
As shown in FIG. 17, the
ショート式レギュレートレクチファイア55は、バッテリ57の充電が充分に行なわれた後の非充電時には、不要となった余剰電流をサイリスタ63でショートして発電機31Aに戻すショート制御が行なわれる。このため、ショート式レギュレートレクチファイア55では、ショート制御により発電機31Aに常に電流が流れていてステータコイル37の銅損、ステータ33の鉄損が発生し、電気損失が生じている。この電気損失がエンジンへの負担となり、燃費へ悪影響を及ぼしている。
The
自動二輪車用発電機は、充電時には、マグネト発電機31Aのステータコイル37を、三相ショート式レギュレートレクチファイア55を介してバッテリ57に接続して、バッテリ57を充電させている。バッテリ57が所定電圧に達して充電が不要になった非充電時の場合にも、余剰電流は、レギュレートレクチファイア55のサイリスタ63(63a,63b,63c)がゲート制御されて短絡し、サイリスタ63で発電電流を発電コイルであるステータコイル37に戻すショート制御を行なっている。このため、マグネト発電機31Aのステータコイル37に常時電流が流れることとなり、銅損失がステータコイル37に発生し、ステータコイル37の銅損失がエンジンへの負荷となっている。
At the time of charging, the generator for a motorcycle connects the
この点から、バッテリ57への充電が不要になった余剰電流をステータコイル37に流さないようにする三相オープン式レギュレートレクチファイア56が、図16に示すように構成される。このレギュレートレクチファイア56は、ダイオードによるレクチファイアを不要として、サイリスタ70によるレクチファイア71を設けたものである。
From this point, a three-phase
レギュレートレクチファイア56は、発電機の交流出力を整流するサイリスタ70によるレクチファイア71と、このサイリスタ70を用いて電圧が一定以上にならないように電圧調節制御するレギュレータ72とを組み合せた三相オープン式レクチファイアである。レクチファイア71にそれぞれ対をなすサイリスタ70(70a,70b,70c;70d,70e,70f)で整流ブリッジ回路を構成している。マグネト発電機31Aのステータコイル37は、各相の巻線37a,37b,37c毎にサイリスタ70a,70b,70cのカソードおよびサイリスタ70d,70e,70fのアノードに接続されてレクチファイア71が構成される。レギュレートレクチファイア56は充電時にサイリスタ70からなるレクチファイア71を経由してマグネト発電機31Aからの発電電流をバッテリ57に供給し、バッテリ57を充電させる充電回路を構成している。
The
レクチファイア71を構成するサイリスタ70(70a,70b,70c)の残りのゲートは電圧制御回路74に接続されてレギュレータ72が構成される。このレギュレータ72の電圧制御回路74は、図17に示される電圧制御回路64と同様に構成され、図17に示される電圧制御回路64と構成を同じくするので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。この電圧制御回路74は、バッテリ57の電圧が所定値に達したら、サイリスタ70をゲート制御してサイリスタ70をOFF制御し、レギュレートレクチファイア56をオープン制御するようになっている。
The remaining gates of the thyristors 70 (70a, 70b, 70c) constituting the
オープン式レギュレートレクチファイア56は、バッテリ電圧が所定の電圧に達した非充電時には、電圧制御回路74がサイリスタ70をOFFにするオープン制御が行なわれる。これにより発電コイルであるステータコイル37に電流が流れなくなる。ステータコイル37の銅損失を低減でき、電気抵抗を減らすことができる。このため、図16に示す三相オープン式レギュレートレクチファイア56を用いると、図18に示すようにエンジン回転数が中・低速域(エンジン回転数が例えば7000rpmの中速回転域以下)で電気損失を、ショート式レギュレートレクチファイア56を用いた場合に較べ減少させることができる。
The
しかし、図16のオープン式レギュレートレクチファイア56では、バッテリ電圧が所定電圧に達してサイリスタ70をOFFにするオープン制御が行なわれると、発電コイルであるステータコイル37にコイル電流が流れなくなるため、マグネト発電機31Aにコイル磁束が発生しなくなり、ステータ33の鉄損が増加する。ステータ33の鉄損は、ロータ34の回転数である周波数の2乗に比例して大きくなる特性を備えている。したがって、図18に示すように、オープン式レギュレートレクチファイア56ではステータ33の鉄損の増加により、エンジンの高回転域でショート式レギュレートレクチファイア55を採用すると、符号Bに示すように、電気損失が急激に増大する逆転現象が生じている。
However, in the open-type regulated
図18はエンジンの回転数と電気損失の関係を示すもので、符号Aは現行仕様のマグネト発電機に三相ショート式レギュレートレクチファイア55を用いた場合の電気損失曲線を示し、符号Bは現行仕様のマグネト発電機に三相オープン式レギュレートレクチファイア56を用いた場合の電気損失曲線である。また、符号Cはステータティース35に電磁鋼板、例えば無方向性電磁鋼板を使用したマグネト発電機に三相オープン式レギュレートレクチファイア56を用いた場合の電気損失曲線である。
FIG. 18 shows the relationship between the engine speed and electrical loss. Symbol A shows the electrical loss curve when the three-phase
図18に示すように、ステータ33のステータティース35に電磁鋼板を用いたマグネト発電機31Aを、オープン式レギュレートレクチファイア56と組み合せると、電気損失曲線Cはエンジン回転数の全領域に亘って電気損失が大幅に低減できることを本出願人は知見した。また、3相オープン式レギュレートレクチファイア56に電磁鋼板を用いたマグネト発電機31Aを組み合せて用いると、現行仕様のマグネト発電機に三相ショート式レギュレートレクチファイア55を用いた電気損失曲線Aや電気損失曲線Bに比較しても、エンジン回転数の全領域に亘って電気損失を大幅に低減できることが確認できた。
As shown in FIG. 18, when a
ところで、マグネト発電機31Aに用いられるステータ33のステータティース35には、図12および図18に示すように、薄肉鋼板のコアシートを積層し、取付ボルト39等で一体的に組み立てたものが使用される。ステータティース35のコアシートは、厚さ0.2mm〜1.0mm未満の薄肉鋼板の圧延鋼板(SPCC)または電磁鋼板(珪素鋼板)で構成される。
By the way, as shown in FIG. 12 and FIG. 18, the
現行仕様のマグネト発電機のマグネトステータは、厚さ1.0mmの圧延鋼板(SPCC)を積層して製造しており、1.0mm厚の圧延鋼板を12枚重ねて一体的に積層している。現行仕様のマグネト発電機では、1.0mm厚の圧延鋼板をマグネトステータとして用いているために、図19に符号Dで示すように、マグネト発電機の電気損失はエンジンの全回転域に亘って大きく、このため、電気損失がエンジンへの負担となり、燃費を良好にすることが困難となっている。 The magneto stator of the current-generation magneto generator is manufactured by laminating rolled steel plates (SPCC) with a thickness of 1.0 mm, and twelve rolled steel plates with a thickness of 1.0 mm are stacked and integrally laminated. . In the magneto generator of the current specification, a rolled steel plate having a thickness of 1.0 mm is used as the magneto stator. Therefore, as shown by a symbol D in FIG. 19, the electrical loss of the magneto generator extends over the entire rotation range of the engine. For this reason, electrical loss is a burden on the engine, making it difficult to improve fuel efficiency.
これに対し、マグネト発電機31Aのステータティース35に厚さ1mmの圧延鋼板のコアシートに代えて、厚さ1.0mm未満のコアシートを使用する。ステータ33のステータティース35に、例えば厚さ0.5mmの圧延鋼板(SPCC)のコアシート、あるいは、厚さ0.5mmの電磁鋼板(珪素鋼板)を用いる。厚さ0.5mmの薄肉圧延鋼板のコアシートを複数枚(例えば20枚〜24枚)重ねたステータティース35使用のマグネト発電機31Aでは、発電機の電気損失が曲線Eで表わされ、厚さ0.5mmの薄肉電磁鋼板のコアシートを複数枚(例えば20枚〜24枚)重ねたステータティース35仕様のマグネト発電機31Aでは発電機の電気損失は曲線Fで示すように表わされる。これらの電気損失曲線線EおよびFは、厚さ1.0mmの圧延鋼板のコアシートを用いた電気損失曲線Dに較べ、電気損失をエンジンの回転数全領域に亘って低減できることを確認することができる。これは、ステータ33のステータティース35に用いられるコアシートを薄肉化することにより、渦電流損を低減することができるため、マグネト発電機31Aの電気損失が低減することができたものを思料する。
In contrast, a core sheet having a thickness of less than 1.0 mm is used for the
また、マグネト発電機31Aに厚さ0.5mmの薄型圧延鋼板のコアシートを用いたり、厚さ0.5mmの電磁鋼板のコアシートを用いてステータ33を製造し、このマグネト発電機31Aに図16に示されたオープン式レギュレートレクチファイア56を組み合せた発電回路を用いてステータ33の鉄損を低減させたときの発電機の電気損失の低減効果(%表示)は、符号GおよびHで示すように表わされる。図19によると、マグネト発電機31Aの電気損失は、0.5mm厚の電磁鋼板を使用した方が、0.5mm厚の薄型圧延鋼板を使用したものよりエンジンの全回転領域に亘って電気損失低減効果が大きいことを知見した。
Further, a
これは、図20(A)に示すように、ステータ33において、ステータティース35に用いられる圧延鋼板のコアシート75,75は、絶縁が充分でない。このため、1枚1枚の圧延鋼板のコアシートはある電気抵抗を持って導通しており、ステータティース35に発生する渦電流が完全に抑え切れていないものと思料される。この点から、1枚1枚の圧延鋼板のコアシート75,75を絶縁するため、圧延鋼板のコアシート75,75を図20(B)で示すように、絶縁材76で絶縁処理することにより、ステータ33の鉄損低減効果を発揮することができる。圧延鋼板のコアシート75に樹脂コーティングしたり、1枚1枚のコアシート75の間に絶縁シートや紙を挟んだり、コアシート75に絶縁塗料で塗装することにより、絶縁処理が施される。
As shown in FIG. 20A, in the
圧延鋼板のコアシート75に絶縁処理を施すことにより、1mm厚の圧延鋼板を用いたものに較べ、1mm未満の圧延鋼板を用いたマグネト発電機31Aでは、電気損失をより低減させることが期待できる。なお、0.1mmのコアシートは薄肉過ぎて実用的ではない。
By applying insulation treatment to the
[第2の実施形態の効果]
第2の実施形態の自動二輪車用発電機は、マグネト発電機31Aのステータコイル37は、サイリスタ63によるレギュレートレクチファイア56を介してバッテリ57に接続され、レギュレートレクチファイア56は、バッテリ57の電圧を監視し、バッテリ電圧が所定電圧に達したとき、電圧制御回路74がサイリスタ70のゲート制御によりサイリスタ70をOFF制御し、レギュレートレクチファイア56をオープン制御したから、バッテリ電圧が所定電圧に達したときには、マグネト発電機31Aからの発電電流が流れないオープン制御により、ステータコイル37の銅損失を低減でき、電気損失を低減させることができるので、エンジンの負担を軽減させることができ、燃費の向上を図ることができる。
[Effects of Second Embodiment]
In the motorcycle generator of the second embodiment, the
また、マグネト発電機31Aは、銅損を低減させるオープン式レギュレートレクチファイアを使用する一方、ステータ33の鉄損を低減させるステータコア材料を選択したり、ステータティースのコアシートの薄肉化と組み合せることにより、エンジンの全回転域で電気損失の損失低減効果を図ることができ、車両の燃費を向上させることができる。
In addition, the
さらに、マグネト発電機31Aは、ステータ33におけるステータティースのコアシートを薄肉化したり、コアシート間に絶縁処理を施すことにより、発電機の電気損失をエンジンの全回転領域に亘り低減させることができ、発電出力および発電効率を向上させることができ、車両の燃費向上を図ることができる。
Further, the
なお、第2の実施形態では、自動二輪車用発電機に用いられるマグネト発電機31Aを三相レギュレートレクチファイア55,56と組み合せた例を説明したが、例えば、図21(A)に示される単相全充電発電機、または図21(B)に示される単相AC−DC発電機であってもよい。図21(A)に示される単相全充電発電機は、単相全波オープン式レギュレートレクチファイア80と単相発電機31Bと組み合せて使用される。また、図21(B)に示される単相AC−DC発電機は、単相オープン式レギュレートレクチファイア90と単相発電機31Bと組み合せて使用される。単相オープン式レギュレートレクチファイア90は、正電圧用のサイリスタ91aを制御しバッテリ57の電圧を制御する電圧制御回路92と、負電圧用のサイリスタ91bを制御しランプ94の電圧を制御するランプ電圧制御回路93を有している。
In the second embodiment, the example in which the
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention.
31,31A,31B マグネト装置(発電機)
33 ステータ
34 ロータ
35 ステータティース
36 コイル巻装部
37 コイル
38 先端部
38A 一方側部分
38B 他方側部分
40 ロータヨーク
41 磁石
42 間隙
44A 回転方向前端
44B 回転方向後端
55,56,80,90 レギュレートレクチファイア
57 バッテリ
58 発電負荷
60,71 レクチファイア
61 レギュレータ
62 ダイオード
63,70 サイリスタ
64,92 電圧制御回路
65 バッテリ電圧検出部
66 基準電圧発生部
67 判定部
68 ゲート電圧制御部
93 ランプ電圧制御回路
94 ランプ
L、M 周方向長さ
N 中心線
O 中心
P 回転方向
θa、θb 周方向角度
31, 31A, 31B Magnet device (generator)
33
Claims (3)
ロータヨークの内周面に磁石が設置され、前記中心を中心として前記ステータ周りを回転するロータと、を有する自動二輪車用発電機において、
前記磁石は、複数個が前記ロータの周方向に間隙を介して隣接して設置され、
前記ステータティースは、薄板鋼板のコアシートを複数枚積層して構成され、かつ、前記ステータコイルが巻装されるコイル巻装部からロータの回転方向側および反回転方向側へ延びる先端部を有し、
前記ロータの回転方向側に延びる前記ステータティースの先端部の一方側部分は、前記磁石の回転方向前端が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、この回転方向前端側に隣接する先行磁石の後端部と重なるよう構成され、
前記磁石の周方向中央位置が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、前記ステータティースの先端部の他方側部分の端縁が前記磁石の回転方向後端に略一致する長さに設定されたことを特徴とする自動二輪車用発電機。 A stator provided with a stator coil wound around each of a plurality of stator teeth extending radially from the center;
In a generator for a motorcycle, having a rotor installed on the inner peripheral surface of the rotor yoke and rotating around the stator around the center,
A plurality of the magnets are installed adjacent to each other with a gap in the circumferential direction of the rotor,
The stator teeth are configured by laminating a plurality of core sheets of thin steel plates, and have tip portions that extend from the coil winding portion around which the stator coil is wound to the rotation direction side and the counter rotation direction side of the rotor. And
One side portion of the tip end portion of the stator teeth extending in the rotation direction side of the rotor is a leading portion adjacent to the rotation direction front end side when the rotation direction front end of the magnet substantially coincides with the center line of the coil winding portion. Configured to overlap the rear end of the magnet ,
When the circumferential center position of the magnet substantially coincides with the center line of the coil winding portion, the edge of the other side portion of the front end portion of the stator teeth is substantially coincident with the rear end of the magnet in the rotational direction. A motorcycle generator characterized by being set .
ロータヨークの内周面に磁石が設置され、前記中心を中心として前記ステータ周りを回転するロータと、を有する自動二輪車用発電機において、
前記磁石は、複数個が前記ロータの周方向に間隙を介して隣接して設置され、
前記ステータティースは、薄板鋼板のコアシートを複数枚積層して構成され、かつ、前記ステータコイルが巻装されるコイル巻装部からロータの回転方向側および反回転方向側へ延びる先端部を有し、
前記磁石の回転方向後端が前記コイル巻装部の中心線に略一致したとき、前記回転方向後端側に隣接する後行磁石回転方向前端が、前記ステータティースの先端部と重ならないように、前記磁石間に間隙が設定され、
前記後行磁石の回転方向前端はステータティースにおけるコイル巻装部の中心線と略一致したとき、前記ステータティースにおけるロータの回転方向側に延びる一方側部分が、前記後行磁石の回転方向前端側に隣接する前記磁石と重なるよう構成されたことを特徴とする自動二輪車用発電機。 A stator provided with a stator coil wound around each of a plurality of stator teeth extending radially from the center;
In a generator for a motorcycle, having a rotor installed on the inner peripheral surface of the rotor yoke and rotating around the stator around the center,
A plurality of the magnets are installed adjacent to each other with a gap in the circumferential direction of the rotor,
The stator teeth are configured by laminating a plurality of core sheets of thin steel plates, and have tip portions that extend from the coil winding portion around which the stator coil is wound to the rotation direction side and the counter rotation direction side of the rotor. And
When the rear end in the rotation direction of the magnet substantially coincides with the center line of the coil winding portion, the front end in the rotation direction of the succeeding magnet adjacent to the rear end side in the rotation direction does not overlap the front end of the stator teeth. , A gap is set between the magnets ,
When the front end in the rotational direction of the trailing magnet substantially coincides with the center line of the coil winding portion in the stator teeth, the one side portion extending in the rotational direction of the rotor in the stator teeth is the front end in the rotational direction of the trailing magnet. A generator for a motorcycle, wherein the generator is configured to overlap with the magnet adjacent to the motor.
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