KR100396994B1

KR100396994B1 - 영구 자석식 회전 전기

Info

Publication number: KR100396994B1
Application number: KR10-2001-0017664A
Authority: KR
Inventors: 시바타가즈미; 사카모토도모카즈; 아이바츠카사
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2003-09-03
Also published as: TW517433B; ITTO20010312A1; ES2197746A1; JP4027604B2; JP2001352702A; KR20010095274A; CN1154220C; CN1316814A; ITTO20010312A0

Abstract

본 발명은 아우터 로터의 자석 삽입 구멍내에 영구 자석을 간단하고 확실하며, 또한 강고하게 고정할 수 있는 영구 자석식 회전 전기(電機)를 제공하는 것으로서, 로터 요크(61)의 각 삽입 구멍(611)내에는 단면이 대략 북형상인 영구 자석(62)이 삽입되어 있다. 영구 자석(62)은 삽입 구멍(611)의 내벽면에 대해 평면적으로는 내주측(스테이터측)의 양단부 2점(P1, P2) 및 외주측(반스테이터측)의 중앙부 1점(P3)의 합계 3점으로 지지되어 있다. 세군데의 지지점(P1∼P3) 이외의 영구 자석(62)의 외벽면과 삽입 구멍(611)의 내벽면 사이에는 지지점(P1, P2) 사이에 공극(G1)이 확보되어 있다. 지지점(P1, P3) 사이에는 공극(G2)이 확보되고, 지지점(P2, P3) 사이에는 공극(G3)이 확보되어 있다. 각 공극(G1, G2, G3)내에는 접착제(80)가 충전되어 있다.

Description

영구 자석식 회전 전기{Permanent magnet typed rotating electric motor}

본 발명은, 대략 원통형상의 아우터 로터가 다수의 자석 삽입 구멍을 환형상으로 배치하고, 각 자석 삽입 구멍내에 영구 자석이 삽입된 영구 자석식 회전 전기에 관한 것으로, 특히, 자석 삽입 구멍내에 영구 자석을 간단하고 또한 확실하게 고정할 수 있는 영구 자석식 회전 전기에 관한 것이다.

내연기관용의 스타터 모터 혹은 제너레이터로서, 원통 형상의 로터 요크를 스테이터의 외주에서 플라이 휠에 의해 회전 자유롭게 지지하여 아우터 로터로 하는 영구 자석식 회전 전기가 알려져 있다. 상기 로터 요크는 다수의 자석 삽입 구멍을 환형상으로 배치하고, 각 자석 삽입 구멍내에는 S, N 극의 영구 자석이 교대로 삽입되어 있다.

로터 요크의 자석 삽입 구멍내에 영구 자석을 고정하는 방법으로서, 자석 삽입 구멍내에 영구 자석을 압입하고, 다시 접착제로 접착하는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 압입에 의한 고정방법에서는 자석 삽입 구멍의 내측 치수와 영구 자석의 외측 치수를 엄밀히 규정하지 않으면 안되므로, 제조기술의 고도화나 제조 비용의 상승을 초래하게 된다.

또한, 영구 자석을 압입하였을 때에 로터 요크에 변형이 생겨, 그 결과, 로터 요크가 스테이터와 접촉하거나, 변형에 의해 설계상의 자력을 확보할 수 없게 될 가능성도 있다.

또한, 상기한 압입 고정으로는 자석 삽입 구멍과 영구 자석과의 사이에 접착제를 충분히 충전할 수 없으므로, 접착제가 접착기능을 충분히 발휘할 수 없다고 하는 과제도 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 기술과제를 해결하여, 아우터 로터의 자석삽입 구멍내에 영구 자석을 간단하고, 확실하며 또한 강고하게 고정할 수 있는 영구 자석식 회전 전기를 제공하는 것에 있다.

도1은 본 발명의 영구 자석식 회전 전기(電機)를 스타터 겸 제너레이터 장치에 적용한 스쿠터형 자동 이륜차의 전체 측면도,

도2는 도1의 스윙 유닛의 크랭크축에 따른 단면도,

도3은 스타터 겸 제너레이터 장치(영구 자석식 회전 전기)의 회전축에 수직인 면에서의 일부 파단 평면도,

도4는 도3의 측면 단면도,

도5는 로터 요크의 평면도,

도6은 로터 요크의 측면도,

도7은 로터 요크의 부분 확대도,

도8은 스타터 겸 제너레이터 장치의 제어계의 블록도,

도9는 로터 요크에 형성된 공극부의 기능(전동시)을 설명하기 위한 도면,

도10은 로터 요크에 형성된 공극부의 기능(발전시)을 설명하기 위한 도면,

도11은 도9의 부분 확대도,

도12는 도10의 부분 확대도,

도13은 본 발명의 제2 실시형태의 부분 확대도,

도14는 본 발명의 제3 실시형태인 영구 자석식 회전 전기에 적용되는 아우터로터의 단면도,

도15는 톱 링의 일례를 도시한 도면,

도16은 베이스 링의 일례를 도시한 도면,

도17은 제3 실시형태의 조립 방법을 도시한 단면도,

도18은 제3 실시형태의 조립 방법을 도시한 단면도,

도19는 제3 실시형태의 주요부의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스타터 겸 제너레이터 장치 50 : 스테이터

51 : 스테이터 코어 52 : 스테이터 돌출극

53 : 스테이터 권회선 60, 60A : 아우터 로터

61 : 로터 요크 62(62N, 62S) : 영구 자석

63 : 로터 케이스 71 : 보호 커버

91 : 톱 링(top ring) 92 : 베이스 링

201 : 크랭크축 611 : 자석 삽입 구멍

613 : 보극부(補極部)

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 아우터 로터가 다수의 자석 삽입 구멍을 환형상으로 배치하고, 각 자석 삽입 구멍내에 영구 자석이 삽입된 영구 자석식 회전 전기에 있어서, 영구 자석을 그 삽입 방향에 수직인 평면내에서, 상기 자석 삽입 구멍의 내주면과의 사이에 다수의 공극이 확보되도록 다수점에서 지지한 것을 특징으로 한다.

상기한 특징에 의하면, 영구 자석은 자석 삽입 구멍에 대해 다수의 지지점에서 기계적으로 지지되므로, 제조공정에서 자석 삽입 구멍내에서 영구 자석을 용이하게 지지할 수 있다. 또한, 지지점 이외의 공극부에 접착제의 충전 스페이스를 확보할 수 있으므로, 접착제를 충분히 충전할 수 있어, 접착제에 의한 강고한 접착 고정이 가능해진다.

<발명의 실시형태>

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명의 영구 자석식 회전 전기를 스타터 겸 제너레이터 장치에 적용한 스쿠터형 자동 이륜차의 전체 측면도이다.

차체 전방부(3a)와 차체 후방부(3b)는 낮은 플로어부(4)를 통하여 연결되어 있고, 차체의 골격을 이루는 차체 프레임은 대강 다운 튜브(6)와 메인 파이프(7)로 구성된다. 연료 탱크 및 수납 박스(모두 도시하지 않음)는 메인 파이프(7)에 의해지지되고, 그 상측방에 시트(8)가 배치되어 있다.

차체 전방부(3a)에서는 스티어링 헤드(5)에 축으로 지지되어 상측방에 핸들(11)이 형성되고, 하측방에 프론트 포크(12)가 연장되며, 그 하단에 전륜(FW)이 축으로 지지되어 있다. 핸들(11)의 상부는 계기판을 겸한 핸들 커버(13)로 덮여 있다. 메인 파이프(7)의 상승부 하단에는 브래킷(15)이 돌출 설치되고, 이 브래킷(15)에는 스윙 유닛(2)의 행거 브래킷(18)이 링크부재(16)를 통하여 요동 자유롭게 연결 지지되어 있다.

스윙 유닛(2)에는 그 전방부에 단기통의 2 스트로우크 내연기관(E)이 탑재되어 있다. 이 내연기관(E)에서 후방에 걸쳐 벨트식 무단변속기(26)가 구성되고, 그 후방부에 원심 클러치를 통하여 형성된 감속기구(27)에 후륜(RW)이 축으로 지지되어 있다. 이 감속기구(27)의 상단과 메인 파이프(7)의 상부 굴곡부와의 사이에는 리어 쿠션(22)이 끼워 장착되어 있다. 스윙 유닛(2)의 전방부에는 내연기관(E)에서 연장된 흡기관(23)에 접속된 기화기(24) 및 동 기화기(24)에 연결되는 에어 클리너(25)가 설치되어 있다.

도2는 상기 스윙 유닛(2)을 크랭크축(201)에 따라 절단한 단면도로, 상기와 동일한 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

스윙 유닛(2)은 좌우의 크랭크 케이스(202L, 202R)를 합체하여 구성되는 크랭크 케이스(202)에 덮어지고, 크랭크축(201)은 크랭크 케이스(202R)에 고정된 베어링(208, 209)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 크랭크축(201)에는 크랭크 핀(213)을 통하여 콘 로드(도시하지 않음)가 연결되어 있다.

좌측 크랭크 케이스(202L)는 벨트식 무단 변속실 케이스를 겸하고 있고, 좌측 크랭크 케이스(202L)까지 연장된 크랭크축(201)에는 벨트 구동 풀리(210)가 회전 가능하게 형성되어 있다. 벨트 구동 풀리(210)는 고정측 풀리 반체(210L)와 가동측 풀리 반체(210R)로 이루어지고, 고정측 풀리 반체(210L)는 크랭크축(201)의 좌단부에 보스(211)를 통하여 고정되며, 그 우측에 가동측 풀리 반체(210R)가 크랭크축(201)에 스플라인 결합되어, 고정측 풀리 반체(210L)에 접근·이반할 수 있다. 양 풀리 반체(210L, 210R) 사이에는 V벨트(212)가 감겨있다.

가동측 풀리 반체(210R)의 우측에는 캠 플레이트(215)가 크랭크축(201)에 고정 장착되어 있고, 그 외주단에 형성된 슬라이드 피스(215a)가 가동측 풀리 반체(210R)의 외주단에서 축방향으로 형성된 캠 플레이트 슬라이드 이동 보스부(210Ra)에 슬라이드 이동 자유롭게 걸려 있다. 가동측 풀리 반체(210R)의 캠 플레이트(215)는 외주측이 가동 풀리 반체(210R)측으로 경사진 테이퍼면을 가지고 있고, 상기 테이퍼면과 가동 풀리 반체(210R) 사이의 빈곳에 드라이웨이트볼(216)이 수용되어 있다.

크랭크축(201)의 회전속도가 증가하면, 가동측 풀리 반체(210R)와 캠 플레이트(215) 사이에서 함께 회전하는 상기 드라이웨이트볼(216)이 원심력에 의해 원심방향으로 이동하고, 가동측 풀리 반체(210R)는 드라이웨이트볼(216)에 압압되어 좌측방으로 이동하여 고정측 풀리 반체(210L)에 접근한다. 그 결과, 양 풀리 반체(210L, 210R) 사이에 끼워진 V벨트(212)는 원심방향으로 이동하여, 그 감기는 직경이 커진다.

차량의 후방부에는 상기 벨트 구동 풀리(210)에 대응하는 피동 풀리(도시하지 않음)가 형성되고, V벨트(212)는 이 피동 풀리에 감겨 있다. 이 벨트 전달 기구에 의해, 내연기관(E)의 동력은 자동 조정되어 원심 클러치에 전달되고, 상기 감속기구(27) 등을 통하여 후륜(RW)을 구동한다.

우측 크랭크 케이스(202R)내에는 스타터 모터와 AC 제너레이터를 조합한 스타터 겸 제너레이터 장치(1)가 설치되어 있다. 스타터 겸 제너레이터 장치(1)에서는 크랭크축(201)의 선단 테이퍼부에 아우터 로터(60)가 나사(253)에 의해 고정되어 있다. 상기 아우터 로터(60)의 내측에 배치되는 인너 스테이터(50)는 크랭크 케이스(202)에 볼트(279)에 의해 조여져 지지된다. 또한, 상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)의 구성에 대해서는 후에 도3 내지 도7을 참조하여 상세히 설명한다.

팬(280)은 그 중앙 원추부(280a)의 하측 부분이 볼트(246)에 의해 아우터 로터(60)에 고정 장착되어 있고, 팬(280)은 라디에이터(282)를 통하여 팬 커버(281)에 의해 덮여있다.

크랭크축(201)상에는 상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)와 베어링(209) 사이에 스프로킷(231)이 고정되어 있고, 이 스프로킷(231)에는 크랭크축(201)으로부터 캠 샤프트(도시하지 않음)를 구동하기 위한 체인이 감겨있다. 또, 상기 스프로킷(231)은 윤활 오일을 순환시키는 펌프에 동력을 전달하기 위한 기어(232)와 일체적으로 형성되어 있다.

도3, 4는 상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)(영구 자석식 회전 전기)의 회전축(크랭크축(201))에 수직인 면에서의 일부 파단 평면도 및 그 측면 단면도,도5, 6은 로터 요크의 평면도 및 그 부분 확대도로, 어느것이나 상기와 동일의 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

본 실시형태의 스타터 겸 제너레이터 장치(1)는 도3, 4에 도시하는 바와 같이, 스테이터(50)와, 해당 스테이터(50)의 외주를 회전하는 아우터 로터(60)로 구성되어 있다. 상기 아우터 로터(60)는 도4, 5에 도시한 바와 같이, 링형상의 규소 강판(박판)을 대략 원통형상으로 성층하여 구성된 로터 요크(61)와, 도3에 도시한 바와 같이, 로터 요크(61)의 원주방향에 형성된 다수의 자석 삽입 구멍(611)내에 교대로 삽입된 N극 영구 자석(62N) 및 S극 영구 자석(62S)과, 도3, 4에 도시한 바와 같이, 상기 로터 요크(61)를 상기 크랭크축(201)에 연결하는 컵형상의 플라이 휠(63)에 의해 구성되어 있다.

상기 플라이 휠(63)은 그 원주 단부에 갈고리부(63a)를 구비하고, 해당 갈고리부(63a)를 내측으로 구부림으로써 상기 성층 구조의 로터 요크(61)가 축방향으로 끼워지고, 또한 상기 로터 요크(61)의 삽입 구멍(611)내에 삽입된 각 영구 자석(62)(62N, 62S)이 로터 요크(61)내의 소정 위치에 지지된다.

상기 스테이터(50)는 규소 강판(박판)을 성층하여 구성되고, 도3에 도시한 바와 같이, 스테이터 코어(51) 및 스테이터 돌출극(52)을 포함한다. 각 스테이터 돌출극(52)에는 스테이터 코일(53)이 단극 집중방식으로 감기고, 스테이터(50)의 주면(主面)은 보호 커버(71)로 덮여있다.

상기 로터 요크(61)에는 도5, 6에 도시한 바와 같이, 상기 영구 자석(62)이 축방향으로 삽입되는 삽입 구멍(611)이, 원주방향으로 30도 간격으로 12개 형성되어 있다. 인접하는 각 삽입 구멍(611)의 사이는 보극부(613)로서 기능한다.

상기 각 삽입 구멍(611)내에는 도7에 도시한 바와 같이, 단면이 대략 북형상인 영구 자석(62)이 삽입되어 있다. 본 실시형태에서는 상기 삽입 구멍(611)의 형상과 영구 자석(62)의 단면 형상이 동일하지 않고, 영구 자석(62)은 삽입 구멍(611)의 내벽면에 대해 평면적으로는, 내주측(스테이터측) 양단부의 2점(P1, P2) 및 외주측(반스테이터측) 중앙부의 1점(P3)의 합계 3점에 지지되어 있다.

상기 세군데의 지지점(P1∼P3) 이외의 영구 자석(62)의 외벽면과 삽입 구멍(611)의 내벽면과의 사이에는 지지점(P1, P2) 사이에 공극(G1)이 확보되어 있다. 마찬가지로, 지지점(P1, P3) 사이에는 공극(G2)이 확보되고, 지지점(P2, P3)사이에는 공극(G3)이 확보되어 있다. 상기 각 공극(G2, G3)은 스테이터 방향으로 확장된 절결상 공극(G21, G31)을 각각 가진다. 상기 각 공극(G1, G2, G3) 및 절결상 공극(G21, G31)내에는 접착제(80)가 충전되어 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 영구 자석(62)이 자석 삽입 구멍(611)에 의해 3점에서 기계적으로 지지된다. 따라서, 조합 공정에서는 삽입 구멍(611)내에서 영구 자석(62)을 용이하게 지지할 수 있어, 그 작업성이 향상된다. 또한, 지지점 이외의 공극(G1, G2, G3)(및 G21, G31)에는 접착제의 충전 스페이스가 확보되어, 접착제를 충분히 충전할 수 있으므로, 이 접착제에 의해 영구 자석(62)을 자석 삽입 구멍(611)내에 강고하게 고정할 수 있게 된다.

그런데, 삽입 구멍(611)내에 영구 자석(62)을 삽입하였을 때, 삽입 구멍(611)의 내측 치수가 규격의 하한치에 가까운 소직경이고, 이와는 반대로 영구자석(62)의 외측 치수가 규격의 상한치에 가까운 대직경이면, 지지점(P1, P2)에서는 스테이터 방향으로, 또한 지지점(P3)에서는 반스테이터 방향으로 응력이 가해진다.

이에 대해, 본 실시형태에서는 삽입 구멍(611)의 외벽면(618)과 플라이 휠(63)의 사이, 즉 지지점(P3)과 플라이 휠(63)의 사이에 공극(G0)을 형성하고 있다. 따라서, 상기한 응력이 각 지지점에 생기면, 삽입 구멍(611)의 측벽(618)이 공극(G0)내로 부풀어, 각 지지점(P1, P2)에서 스테이터측으로 작용하는 응력이 완화된다. 따라서, 로터 요크(61)의 스테이터측에의 변형이 방지되고, 로터 요크(61)와 스테이터 돌출극(52)과의 접촉이나 기자력(起磁力)의 저하가 방지된다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 영구 자석(62)을 3점에서 지지할 때, 스테이터측을 2점 지지, 반스테이터측을 1점 지지로 하여, 스테이터측에 작용하는 응력을 분산하도록 하였기 때문에, 응력에 의한 변형방향을 반스테이터측으로 향하여, 스테이터측에의 변형을 막을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 로터 요크(61)와 플라이 휠(63) 사이에 공극(G0)을 형성하여, 로터 요크(61)의 삽입 구멍(611)에 대해 상대적으로 큰 영구 자석(62)이 삽입되었을 때의 로터 요크(61)의 변형이 해당 공극(G0)에서 흡수되도록 하였기 때문에, 로터 요크(61)의 스테이터측에의 변형을 방지할 수 있다.

도8은 상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)의 제어계의 블록도로, 상기와 동일의 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

제어 유닛(40)은 배터리(42)의 출력전압(VBATT)을 로직 전압(VDD)으로 변환하여 CPU(101)에 공급하는 DC-DC 변환기(102)와, IG 코일(41)에의 급전을 제어하여 점화 플러그(43)를 소정 타이밍에서 점화시키는 점화제어장치(103)와, 배터리 전압(VBATT)을 3상 교류전력으로 변환하여 상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)의 스테이터 권회선(53)에 공급하는 3상 드라이버(104)를 포함한다.

스로틀 센서(45)는 스로틀 개도(θ th)를 검지하여 CPU(101)에 통지한다. 로터 센서(46)는 상기 아우터 로터(60)의 회전위치를 검지하여 CPU(101)에 통지한다. 레귤레이터(44)는 아우터 로터(60)의 회전에 따라 상기 스테이터 권회선(53)에 발생한 유도 기전력을 소정의 배터리 전압(VBATT)에 제어하여 전원 라인(L)에 공급한다.

이러한 구성에서, 엔진 시동시는, CPU(101)가 로터 센서(46)에 의해 검지된 아우터 로터(60)의 회전위치에 따라 스테이터 권회선(53)의 여자(勵磁) 타이밍을 결정하고, 3상 드라이버(104)의 각 파워 FET의 스위칭 타이밍을 제어하여 스테이터 권회선(53)의 각 상에 교류 전력을 공급한다.

3상 드라이버(104)의 각 파워 FET(Tr1∼Tr6)는 CPU(101)에 의해 PWM 제어되고, 그 듀티비 즉 구동 토크는 상기 스로틀 센서(45)에 의해 검지된 스로틀 개도(θ th)에 따라 제어된다.

한편, 내연기관(E)이 시동되면, 3상 드라이버(104)로부터 스테이터 권회선(53)에의 급전이 중지되고, 이번에는 스타터 겸 제너레이터 장치(1)가 내연기관(E)에 의해 종동적으로 구동된다. 이 때, 스테이터 권회선(53)에는 크랭크축(201)의 회전속도에 따라 기전력이 발생한다. 이 기전력은 레귤레이터(44)에 의해 배터리 전압(VBATT)에 제어되고, 그 후, 전기 부하에 공급됨과 동시에 잉여 전력은 배터리(42)에 충전된다.

이어서, 상기 로터 요크(61)에 형성된 각 공극부(G2, G21, G3, G31)의 작용에 관해, 도9, 10을 참조하여 설명한다.

도9는 해당 스타터 겸 제너레이터 장치(1)를 스타터 모터로서 기능시켰을 때의 자속 밀도 분포를 도시한 도면으로, 도10은 해당 장치(1)를 제너레이터로서 기능시켰을 때의 자속 밀도 분포를 도시한 도면이다.

상기 스타터 겸 제너레이터 장치(1)를 스타터 모터로서 기능시킬 때, 상기 제어 유닛(40)을 통하여 배터리(42)로부터 각 스테이터 권회선(53)에 여자 전류를 공급하면, 도9에 도시한 바와 같이, N극에 여자된 스테이터 돌축극(52N)에서 방사 방향으로 발생된 자력선이 S극 영구 자석(62S)의 스테이터측 표면에서 이면으로 빠지고, 그 대부분은 로터 요크(61)의 코어부(615) 및 보극부(613)를 경유하여, 인접하는 S극에 여자된 스테이터 돌출극(52S), 스테이터 코어(51)를 경유하여 상기 N극에 여자된 스테이터 돌출극(52N)으로 되돌아간다.

이 때, 본 실시형태에서는 각 영구 자석(62)의 원주방향에 따른 양측부에 제1 공극(G2, G3)이 형성되고, 각 영구 자석(62)의 측부에서 보극부(613)로 누설 자속이 저감되므로, 자력선의 대부분은 각 영구 자석(62)에서 로터 요크(61)의 코어부(615)로 빠져나가고, 또한 상기 보극부(613)를 경유하여 스테이터(50)측에 도달한다. 이 결과, 아우터 로터(60)와 스테이터(50) 사이의 에어 갭을 통과하는 자속의 수직 성분이 증가하므로, 상기 공극(G2, G3)을 형성하지 않은 경우에 비해 구동 토크를 증가시키는 것이 가능해진다.

또한, 각 영구 자석(62)의 배면으로부터 자속이 유입되는 부위(613a) 및 공극(G21, G31)의 근방 부위(613b, 613c)의 자력의 흐름이 시동시의 토크 업과 제너레이터로서의 동작시의 프리쿠션 저감에 매우 중요해진다. 여기서, 본 실시형태에서는 각 부위(613a, 613b 및 613c)의 3점에서 로터 요크(61)와 영구 자석(62)이 높은 정밀도로 접해지기 때문에, 설계상의 자력을 확보하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서는 영구 자석(62) 양단부의 스테이터측에도 원주 방향의 자로(磁路)를 제한하기 위한 절결상 공극(G21, G31)이 연장 설치되어 있으므로, 로터 요크(61)의 내측을 통과하는 누설 자속도 감소한다.

즉, 도11에 도9의 파선 원내를 확대하여 도시한 바와 같이, 공극(G3)으로부터 스테이터 방향으로 연장 설치된 절결상 공극(G31)은 로터 요크(61)의 보극부(613)로부터 스테이터 돌출극(52S)에 자속(B1)을 효율 좋게 유도하도록 작용하고, 공극(G2)으로부터 스테이터 방향으로 연장 설치된 절결상 공극(G21)은 영구 자석(62N)에서 로터 요크(61)의 내측 원주부(616)를 통과하는 자속(B2)을 스테이터 돌출극(52S)에 효율 좋게 유도하도록 작용한다. 이 결과, 아우터 로터(60)와 스테이터(50) 사이의 에어 갭을 통과하는 자속의 수직 성분이 더욱 증가하고, 스타터 모터로서의 구동 토크를 더욱 증가시키는 것이 가능해진다.

한편, 해당 스타터 겸 제너레이터 장치(1)를 제너레이터로서 기능시킬 때는, 도10에 도시한 바와 같이, 각 영구 자석(62)으로부터 발생하는 자속이 스테이터 돌출극 및 스테이터 코어(51)와 함께 폐(閉) 자로를 형성하기 때문에, 로터의 회전수에 따른 발전 전류를 스테이터 권회선에 발생시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 상기 레귤레이터(44)에 의한 레귤레이트 전압을 14.5V로 설정하고, 해당 스타터 겸 제너레이터 장치(1)를 제너레이터로서 기능시켰을 시의 출력전압이 상기 레귤레이트 전압에 도달하면, 상기 파워(FET)중, 접지측의 트랜지스터(Tr2, Tr4, Tr6)를 단락시키도록 하고 있다. 이에 따라, 각 스테이터 권회선(53)에 숏 전류가 지연 위상에 흐르고, 스테이터(50)내를 통과하는 자력선이 감소하여, 인접하는 영구 자석(62) 사이를 연결하는 누설 자속이 증가하기 때문에, 해당 스타터 겸 제너레이터 장치(1)의 피동 토크가 감소하여 내연기관(E)의 부하가 감소한다.

즉, 도12에 도10의 파선 원내를 확대하여 도시한 바와 같이, 인접하는 영구 자석(62S, 62N) 사이에는 로터 요크(61)의 외측 원주부(617)를 경유하는 자속(B3)과, 로터 요크(61)의 보극부(613)를 경유하는 자속(B4)과, 로터 요크(61)의 내측 원주부(616)를 통과하는 자속(B5)과, 로터 요크(61)의 내측 원주부(616), 에어 갭 및 스테이터 돌출극(52N)을 경유하는 자속(B6)이 발생한다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 아우터 로터(60)의 로터 요크(61)가 각 영구 자석(62) 사이에 보극부(613)를 가지는 영구 자석식 회전 전동기에 있어서, 각 영구 자석(62)과 로터 요크(61) 사이에 공극(G2, G21, G3, G31)을 형성하였기 때문에, 인접하는 영구 자석 사이에서 누설 자속이 감소하고, 아우터 로터(60)와 스테이터(50)와의 사이의 에어 갭부를 수직으로 교차하는 자속이 증가한다. 따라서, 해당 영구 자석식 회전 전동기(모터)를 제너레이터로서 기능시킬 때의 피동 토크를 증가시키지 않고, 스타터 모터로서 기능시킬 때의 구동 토크를 증대시킬 수 있다.

도13은 본 발명의 제2 실시형태의 부분 확대도로, 상기와 동일의 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

본 실시형태에서도, 삽입 구멍(611a)의 형상과 영구 자석(62a)의 단면형상은 동일하지 않다. 그리고, 삽입 구멍(611a)과 영구 자석(62a)이 반스테이터측에서는 지지점(P4)의 한점으로 지지되어 있는데 대해, 스테이터측에서는 무수한 점(P5)으로 지지되어 있다. 환언하면, 평면적으로는 선접촉(실제는 면접촉)되어 있다. 지지점(P4, P5) 사이에는 2개의 공극(G4, G5)이 확보되고, 각 공극(G4, G5)은 스테이터 방향으로 확장된 절결상 공극(G41, G51)을 각각 가진다. 각 공극내에는 상기와 같이 접착제(80)가 충전되어 있다.

본 실시형태에서도, 영구 자석(62a)이 자석 삽입 구멍(611a) 내에서 기계적으로 지지되므로, 부착 공정에서는 삽입 구멍(611a) 내에서 영구 자석(62a)을 용이하게 지지할 수 있어, 그 작업성이 향상된다. 또한, 지지점 이외의 공극(G4, G5)에는 접착제의 충전 스페이스가 확보되어, 접착제(80)를 충분히 충전할 수 있으므로, 이 접착제에 의해 영구 자석(62a)을 자석 삽입 구멍(611a) 내에 강고하게 고정시킬 수 있게된다.

또한, 본 실시형태에서도 로터 요크(61a)와 플라이 휠(63a) 사이에 공극(G0)을 형성하여, 로터 요크(61a)의 삽입 구멍(611a)에 대해 상대적으로 큰 영구 자석(62a)이 삽입되었을 시의 로터 요크(61a)의 변형이 해당 공극(G0)에서 흡수되므로, 로터 요크(61a)의 스테이터측에의 변형을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서도 영구 자석(62a)의 원주방향에 따른 양측부에는 인접하는 영구 자석(62a) 사이에서의 누설 자속을 방지하기 위한 공극(G4, G5)이 형성되어 있다. 또한, 각 영구 자석(62a)의 양단부의 스테이터측에도 원주방향의 자로를 제한하기 위한 절결상 공극(G41, G51)이 형성되므로, 상기와 같은 효과가 달성된다.

또한, 상기한 각 실시형태에서는 각 영구 자석(62)을 접착제를 이용하여 삽입구내에 고정하는 것으로서 설명했는데, 접착제를 이용한 고정방법에서는 부재의 세정 공정, 접착제의 도포 공정, 가열 고착 공정 및 건조 공정 등이 필요해진다. 나아가서는, 접착제의 액흐름에 의해 로터의 중량 밸런스가 무너져 진동이나 마모가 증가할 수 있다. 여기서, 다음에 설명하는 제3 실시형태에서는 각 영구 자석(62)을 접착제를 이용하지 않고 삽입구내에 고정하고 있다.

도14는 본 발명의 제3 실시형태인 영구 자석식 회전 전기에 적용되는 아우터 로터(60A)의 단면도로, 상기와 동일의 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

본 실시형태에서는 아우터 로터(60A)의 자석 삽입 구멍(611)내에 삽입되는 영구 자석(62)을 아우터 로터(60A)의 회전축에 따른 양단부(아우터 로터(60A)의 개방단측 및 폐색단측)에서 각각 관형상 베이스링(92) 및 톱 링(91)으로 지지함으로써, 상기 각 영구 자석(62)의 삽입방향에 관한 위치를 아우터 로터(60A)에 대해 위치 결정하고 있다.

도15는 상기 톱 링(91)의 일례를 도시한 도면으로, 동 도면(a)는 그 평면도, 동 도면(b)는 동 도면(a)의 A-A선에서의 단면도, 동 도면(c)는 동 도면(a)의 파선 둥근틀내의 확대도이다. 상기 톱 링(91)은 환형상 부재(910)의 일주면에 이간 배치된 한쌍의 갈고리부(911, 912)를 30°간격으로 12그룹 배열하여 구성되어 있다. 상기 각 갈고리부(911, 912)는 동 도면(c)에 도시한 바와 같이, 선단이 뾰족한 쐐기 형상을 가진다.

도16은 상기 베이스링(92)의 일례를 도시한 도면으로, 동 도면(a)는 그 평면도, 동 도면(b)는 동 도면(a)의 A-A선에서의 단면도, 동 도면(c)는 동 도면(a)의 파선 둥근틀내의 확대도이다. 상기 베이스 링(92)은 환형상 부재(920)의 일주면에 이간 배치된 한쌍의 갈고리부(921, 922)를 30°간격으로 12그룹 배열하여 구성되어 있다. 상기 각 갈고리부(921, 922)도 동 도면(c)에 도시한 바와 같이, 첨단이 뾰족한 쐐기 형상을 가진다.

이러한 구성의 아우터 로터(60)를 조립할 시는 처음에 컵형상 플라이 휠(63)의 바닥부에 상기 베이스 링(92)을, 그 갈고리부(921, 922)가 상향이 되는 자세로 배치하고, 이어서, 그 위에 로터 요크(61)를 배치한다. 이 때, 로터 요크(61)의 상기 각 보극부(613)가 각 한쌍의 갈고리부(921, 922) 사이에 배치되도록 양자를 위치 결정한다.

이어서, 로터 요크(61)의 상기 각 자석 삽입 구멍(611)내에 영구 자석(62)을 삽입하고, 또한, 그 상부에 상기 톱 링(91)을 그 갈고리부(911, 912)가 하향이 되는 자세로 배치한다. 이 때, 도17에 도시한 바와 같이, 로터 요크(61)의 각보극부(613)가 상기 톱 링(91)의 각 한쌍의 갈고리부(911, 912) 사이에 배치되도록 양자를 위치 결정한다.

이어서, 톱 링(91)를 하방으로 압압하면, 도18에 도시한 바와 같이, 톱 링(91)의 각 갈고리부(911, 912)가 영구 자석(62)과 각 보극부(613)와의 공극부에 삽입된다. 여기서, 본 실시형태에서는 각 갈고리부(911, 912)가 쐐기 형상이고, 각 영구 자석(62)은 인접하는 각 갈고리부(911, 912)에 의해 실질적으로 끼워지므로, 각 영구 자석(62)의 삽입방향에 관한 후단부가 로터 요크(61)에 대해 위치 결정되게 된다.

이 때, 영구 자석(62)의 삽입방향에 관한 선단측에서도, 베이스 링(92)의 각 갈고리부(921, 922)가 영구 자석(62)과 각 보극부(613)와의 공극부에 동일하게 삽입되므로, 각 영구 자석(62)의 삽입방향에 관한 선단부도 로터 요크(61)에 대해 위치가 결정된다.

또한, 도14에 도시한 바와 같이, 플라이 휠(63)은 그 원주 단부에 갈고리부(63a)를 구비하고, 해당 갈고리부(63a)를 내측으로 구부려 상기 톱 링(91)이 축방향으로 끼워지므로, 로터 요크(61)의 삽입 구멍(611)내에 삽입된 각 영구 자석(62)(62N, 62S)이 로터 요크(61)내의 소정 위치에 지지된다.

도19는 영구 자석(62)이 자석 삽입 구멍(611)내에서 상기 베이스 링(92)의 각 갈고리부(921, 922)(또는, 톱 링(91)의 각 갈고리부(911, 912))에 의해 끼워지는 모양을 도시한 도면으로, 영구 자석(62)과 로터 요크(61)의 각 보극부(613) 사이에 갈고리부(911, 912)가 삽입되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 접착제를 이용하지 않고, 영구 자석(62)을 로터 요크(61)의 자석 삽입 구멍(611)내에서 정확하고 또한 강고하게 위치 결정하여 고정할 수 있으므로, 접착제를 이용하는 제조 공정에서는 없어서는 안되는 부재의 세정 공정, 접착제의 도포 공정, 가열 고착 공정 및 건조 공정 등이 불필요하게 되어 제조 공정의 간략화가 가능해진다. 또한, 영구 자석을 소정 위치에 개체차없이 고정할 수 있으므로, 회전 전기의 성능을 확실하게 보증할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 이하와 같은 효과가 달성된다.

(1) 영구 자석을 아우터 로터의 자석 삽입 구멍내에서 기계적으로 지지할 수 있도록 하면서, 양자 사이에 접착제의 충전에 충분한 공극을 확보할 수 있으므로, 부착 공정에서의 작업성의 향상과 영구 자석의 강고한 고정을 양립할 수 있다.

(2) 아우터 로터의 자석 삽입 구멍내에서 영구 자석을 3점에서 지지하였으므로, 자석 삽입 구멍내에서의 영구 자석의 위치 어긋남을 방지하면서, 접착제의 충전 공극을 최대한으로 확보할 수 있어, 접착제에 의한 매우 강고한 고정이 가능해진다.

(3) 영구 자석을 3점에서 지지할 때, 스테이터측을 2점 지지, 반스테이터측을 1점 지지로 하여, 스테이터측에 작용하는 응력을 분산하도록 하였으므로, 응력에 의한 변형 방향을 반스테이터측으로 향하여, 스테이터측에의 변형을 막을 수 있다.

(4) 로터 요크와 플라이 휠 사이에 공극을 형성하고, 로터 요크의 자석 삽입구멍내에, 이에 대해 상대적으로 큰 영구 자석이 삽입되었을 시의 로터 요크의 변형이 상기 공극에서 흡수되도록 하였으므로, 로터 요크의 스테이터측에의 변형을 방지할 수 있다.

(5) 각 영구 자석과 로터 요크 사이에 공극을 형성하였으므로, 인접하는 영구 자석 사이에서의 누설 자속이 감소하고, 아우터 로터와 스테이터 사이의 에어 갭부를 수직으로 교차하는 자속이 증가한다. 따라서, 해당 영구 자석식 회전 전기를 제너레이터로서 기능시킬시의 피동 토크를 증가시키지 않고, 스타터 모터로서 기능시킬 시의 구동 토크를 증대시킬 수 있다.

(6) 영구 자석을 그 설계상의 자력을 확보한 채로 로터 요크에 용이하고 또한 강고하게 고정할 수 있게 된다.

(7) 베이스 링 및 톱 링의 위치 결정 부재를 이용하여 영구 자석을 지지하고, 나아가서는 영구 자석을 3점에서 지지하도록 하였으므로, 영구 자석을 아우터 로터에 대해 한층 더 정확하게 위치 결정할 수 있다. 따라서, 회전 전기의 제어성이 향상되고, 출력 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제조공정도 대폭 간략화할 수 있다.

(8) 베이스 링 및 톱 링으로 영구 자석을 지지함으로써, 영구 자석의 아우터 로터 회전축 방향의 위치 결정을 양호하게 행할 수 있으므로, 회전 전기의 성능을 확실하게 보증할 수 있게 된다.

Claims

스테이터의 외주를 회전하는 대략 원통 형상의 아우터 로터가 그 원주방향으로 다수의 자석 삽입 구멍을 배치하고, 각 자석 삽입 구멍내에 영구 자석이 삽입되는 영구 자석식 회전 전기에 있어서,

상기 각 영구 자석은 그 삽입 방향으로 수직인 평면내에서 상기 자석 삽입 구멍의 내벽면과의 사이에 다수의 공극이 확보되도록, 상기 내벽면에 대해 적어도 3점에서 지지된 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 자석 삽입 구멍의 내벽면에 대해 3점에서 지지되고, 상기 3점중의 적어도 1점은 자석 삽입 구멍의 내벽면의 스테이터측에 위치하고, 다른 적어도 1점은 상기 내벽면의 반스테이터측에 위치하는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 자석 삽입 구멍의 내벽면에 대해 3점에서 지지되고, 상기 3점중의 2점은 자석 삽입 구멍의 내벽면의 스테이터측에 위치하며, 다른 1점은 상기 내벽면의 반스테이터측에 위치하는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제1항에 있어서, 상기 아우터 로터는 원주방향으로 배치된 다수의 자석 삽입 구멍내에 영구 자석이 삽입된 대략 원통 형상의 로터 요크를 컵형상의 플라이 휠의 내측에 삽입하여 구성되고, 상기 로터 요크의 각 자석 삽입 구멍의 플라이 휠측의 외벽면과 플라이 휠의 내벽면과의 사이에는, 소정의 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제4항에 있어서, 상기 로터 요크는 얇은 강판을 성층하여 구성된 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제4항에 있어서, 상기 플라이 휠과 로터 요크가 접착제로 고정된 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제4항에 있어서, 상기 각 영구 자석과 로터 요크사이의 일부분에 적어도 1개의 공극을 가지는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제7항에 있어서, 상기 영구 자석은 자석 삽입 구멍의 내벽면에 대해 3점에서 지지되고, 상기 3점중의 적어도 2점은 상기 공극의 근방에 위치하는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제1항에 있어서, 상기 각 자석 삽입 구멍과 해당 각 자석 삽입 구멍내에 삽입된 영구 자석과의 사이의 공극내에 접착제가 충전된 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제1항에 있어서, 상기 각 영구 자석을 상기 아우터 로터에 대해 위치 결정하는 위치 결정 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제10항에 있어서, 상기 위치 결정 부재는 상기 각 영구 자석을, 상기 아우터 로터의 회전축에 따른 양단부에서 지지하는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.
제11항에 있어서, 상기 위치 결정 부재는 한쌍의 톱 링 및 베이스 링으로 이루어지고, 상기 톱 링은 상기 각 영구 자석을 상기 아우터 로터의 개방단측에서 지지하며, 상기 베이스 링은 상기 각 영구 자석을 상기 아우터 로터의 폐색단측에서 지지하는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기.