JP2001095212A

JP2001095212A - 回転電機

Info

Publication number: JP2001095212A
Application number: JP2000170486A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Uchiyama; 英和内山; Yutaka Nozue; 裕野末; Makoto Oikawa; 誠及川
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-04-06
Also published as: EP1071193B1; EP1071193A1

Abstract

(57)【要約】【課題】回転子の重量や慣性マスを低減させたハイブ
リッド界磁構成の回転電機を提供する。【解決手段】固定子２の外側に有底円筒形状の第１ヨ
ーク３とマグネット５および制御磁極６とを備えた回転
子１を配設する。ステータコア７と磁気的に接続して第
１ヨーク３の反対側から第１ヨーク３の円筒部３ｂ外周
を覆うように第２ヨーク１０を設ける。ステータコア７
と第２ヨーク１０との間に界磁コイル１５を設け、第２
ヨーク１０→第１ヨーク円筒部３ｂ→制御磁極６→スタ
ータコア７→第２ヨーク１０を通る閉磁路Ｘを形成す
る。第２ヨーク１０のボス部１１と第１ヨーク３との間
には両者を磁気的に絶縁する空隙１２ａ,１２ｂを形成
する。第１ヨーク３やボスロータ４は界磁コイル１５の
磁路形成から解放され、第１ヨークの板厚やボスロータ
の寸法を小さくでき、重量や慣性マスを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
タ型の電動機または発電機に関し、特に、その界磁手段
として永久磁石と界磁巻線とを併用する構成のものに適
用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】界磁手段に永久磁石と界磁巻線とを併用
した、いわゆるハイブリッド界磁構成の回転電機とし
て、従来より特開平７−５９３１４号公報のような磁石
発電機が提案されている。図７は、このような界磁構成
を備えた磁石発電機の構成の一例を示す説明図である。

【０００３】図７の磁石発電機は、回転子５１と固定子
５２とを有し、固定子５２の外側に回転子５１が、その
外周を取り囲むように配置されている。回転子５１は鉄
等の磁性材料によって形成されたヨーク５３と、ヨーク
５３と同心に設けられたボスロータ５４とを備えてい
る。ヨーク５３の内周面には、永久磁石５５と鉄等の磁
性材料にて形成された制御磁極５６とが複数個交互に配
設されている。

【０００４】固定子５２は、電機子コイル５７が巻線さ
れたステータコア５８を備え、ステータコア５８はボル
ト５９によってエンドブラケット６０に固定されてい
る。ステータコア５８のエンドブラケット６０と反対側
の端面には、界磁磁束を制御するための界磁コイル６１
がボルト５９によって固定されている。界磁コイル６１
の磁束Ｆは、ボスロータ５４→ヨーク５３→制御磁極５
６→ステータコア５８→ボスロータ５４の閉磁路を形成
する。ここで、その磁束Ｆの方向は界磁コイルに流す電
流の向きに伴い反転する。そして、回転子５１が回転す
ると電機子コイル５７に起電力が発生するが、界磁コイ
ル６１への通電方向・通電量を制御することにより、有
効磁束を変化させ発電量を調整できるようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、界磁コイル６
１による磁束量を増加させるためには、前述の磁路にお
ける磁気抵抗を小さく設定する必要がある。磁気抵抗は
磁路の断面積に反比例することから、その低減のために
は磁路の断面積を大きくすることが求められる。その結
果、図７のような回転電機では、ボスロータ５４の径を
大きく、また、ヨーク５３の板厚を厚く設定することが
行われる。

【０００６】しかしながら、ボスロータ５４を大きくヨ
ーク５３を厚く設定すると、回転子５１の重量や慣性マ
ス（イナーシャ）もまた大きくなる。すなわち、磁気的
な条件を優先して設計を行うと回転子５１が厚く重くな
るという問題を生じる。このため、低慣性マスを要求さ
れる発電機やモータには、先のハイブリッド界磁構成を
適用できないという問題があり、その改善が望まれてい
た。

【０００７】本発明の目的は、回転子の重量や慣性マス
を低減させたハイブリッド界磁構成の回転電機を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機は、電
機子コイルと前記電機子コイルが巻装されたコア部材と
を備えた固定子と、前記固定子の外側に回転自在に配設
された磁性材料からなる有底円筒形状の第１ヨークと、
同極に着磁され前記ヨークの円筒部内面に周方向に間隔
を置かれて配設された複数の永久磁石と、前記永久磁石
の間に配設された磁性材料からなる複数の制御磁極とを
備えた回転子と、前記コア部材と磁気的に接続されて前
記第１ヨークの反対側に前記回転子と同心状に配設さ
れ、前記第１ヨークの円筒部外周を前記第１ヨークとは
反対側から空隙を介して覆うように設けられた磁性材料
からなる第２ヨークと、前記コア部材と前記第２ヨーク
の間に配設され、前記第２ヨーク、前記第１ヨーク円筒
部、前記制御磁極、前記コア部材、前記第２ヨークを通
る閉磁路を形成する界磁コイルとを有することを特徴と
している。

【０００９】これにより、本発明の回転電機では、界磁
コイルを起磁源とする磁気回路の磁路形成の役目を第２
ヨークに担わせることができる。従って、第１ヨークや
ボスロータは界磁コイルに関する磁路形成の役割から解
放され、第１ヨークの板厚やボスロータの寸法を小さく
でき、回転子の重量や慣性マスを低減できる。このた
め、回転子の重量や慣性マスをハイブリッド界磁構成で
ない従来のものと同等にすることが可能となり、従来、
慣性マス等の制限によって使用できなかった発電機にも
ハイブリッド界磁構成の装置を適用できるようになる。
また、第１ヨークやボスロータをハイブリッド界磁構成
でない従来の一般的な発電機の部品で構成することがで
き、従来の部品や生産設備をそのまま使用でき製品コス
トの低減を図ることが可能となる。さらに、第１ヨーク
やボスロータを小さくできるため、製品全体の厚みを低
減させることも可能となる。

【００１０】一方、前記第２ヨークに前記コア部材の内
周または中心部に接続されたボス部を設け、前記界磁コ
イルを前記ボス部を囲むように巻線しても良い。また、
前記回転電機に、前記界磁コイルへの通電方向と通電量
の少なくとも何れか一方を制御することにより、前記界
磁コイルが発生する磁束を変化させる界磁コイル制御手
段を設けても良い。

【００１１】さらに、前記第２ヨークのボス部と前記第
１ヨークとの間に、両者を磁気的に絶縁する空隙を形成
しても良い。この場合、前記第１ヨークの中心部に突設
された第１ヨークの回転中心線に沿って延びる円筒形状
のボスロータと前記第２ヨークのボス部との間や、両者
を磁気的に絶縁する空隙を形成しても良い。また、第２
ヨークボス部の先端と第１ヨークの底部との間にも、両
者の間を磁気的に絶縁する空隙を設けても良い。そして
これにより、界磁コイルからの磁束が回転子のボスロー
タやヨークの底部に流れてしまうのが防止される。

【００１２】加えて、前記第２ヨークが前記回転電機の
ブラケットを兼ねるよう構成しても良い。これにより第
２ヨーク自体を回転電機の筐体の一部として使用でき、
構成上の無駄を省くことができる。

【００１３】一方、前記回転電機がブラシレスモータで
あっても良く、この場合、前記回転電機は、前記回転子
の位置を検出する回転子位置検出手段と、前記回転子位
置検出手段の検出結果に基づき前記電機子コイルと前記
回転子との間に回転磁界が形成されるように前記電機子
コイルに対し通電を行う通電制御手段とをさらに有し、
前記界磁コイル制御手段が、前記界磁コイルが発生する
磁束を変化させることにより、前記回転子と前記固定子
の間に作用する有効磁束量を制御してモータ特性を変化
させるよう構成することも可能である。

【００１４】また、前記回転電機が発電機であっても良
く、この場合、前記界磁コイル制御手段が、前記界磁コ
イルが発生する磁束を変化させることにより、前記回転
子と前記固定子の間に作用する有効磁束量を制御して発
電機特性を変化させるよう構成することも可能である。

【００１５】本発明の他の回転電機は、電機子コイルと
該電機子コイルが巻装されたコア部材とを備えた固定子
と、前記コア部材の中心部に磁気的に接続されたボスロ
ータ、前記固定子の外側を覆うように前記ボスロータに
回転自在に設けられた磁性部材からなる有底円筒形状の
第１ヨーク、同極に着磁され前記第１ヨークの円筒部内
面に周方向に間隔を置いて配設された複数の永久磁石、
および、該永久磁石の間に配設された磁性部材からなる
複数の制御磁極を備えた回転子と、前記コア部材に磁気
的に接続されて前記第１ヨークの内側に前記回転子と同
心状で前記第１ヨークの底部と前記ボスロータの外面と
に対向して配設された磁性材料からなる第２ヨークと、
前記第２ヨークと電機子との間に配設され、前記コア部
材から前記ボスロータ、第１ヨーク、および、びコア部
材に至る閉磁路と、前記コア部材から前記第２ヨークを
介して前記第１ヨークに至る副磁路とを形成する界磁コ
イルとを有することを特徴とする。すなわち、第２ヨー
クが第１ヨークの内側に第１ヨークの底部とボスロータ
の外面とに対向して配設されている。そのため、第２ヨ
ークと電機子との間に配設された界磁コイルが、通電に
よって、コア部材→ボスロータ→第１ヨーク→コア部材
を通る閉磁路と、コア部材→第２ヨーク→第１ヨークの
底部を通る副磁路とをそれぞれ形成する。これにより、
ボスロータおよび第１ヨークの各板厚を薄くしても、閉
磁路で減少される磁束量が、副磁路から生じた磁束量に
よって補充される。

【００１６】また、前記第１ヨークの底部に対応する前
記第２ヨークと、前記第１ヨークの底部との間には平面
状の空隙を設けても良い。そのため、副磁路で生じた磁
束が閉磁路の底部にスムーズに伝播される。

【００１７】更に、前記第２ヨークが、その自由端に連
成され、前記第１ヨークの円筒部内面に対向する延設部
を有しても良い。そのため、通電された界磁コイルは、
閉磁路と、コア部材→第２ヨーク→第２ヨークの延設部
を通る副磁路を形成する。これにより、第２ヨークの延
設部に対応する閉磁路の円筒部がその板厚を薄くするこ
とが可能となる。

【００１８】その上、前記第２ヨークが、コア部材側に
積層状態の積層部を有しても良い。これにより、第２ヨ
ークのスルーボルト貫通孔の形成に際してプレスにより
容易に形成組付けすることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本
発明の実施の形態１である発電機の構成を示す断面図で
あり、本発明を回転電機のひとつである発電機に適用し
た場合の一例を示している。

【００２０】図１の発電機は、大きく分けて回転子１と
固定子２とから構成され、ここでは、回転子１が界磁子
として、また、固定子２が電機子として機能する。当該
発電機は、図７のものと同様、界磁コイル１５と制御磁
極６とを備えた、いわゆるハイブリッド界磁構造の発電
機である。そして、例えば二輪車用発電機や汎用エンジ
ンを用いた発電装置等に使用され、回転子１がエンジン
のクランクシャフト等と連結され、固定子２がエンジン
等のブラケットに取り付けられるなどして使用される。

【００２１】回転子１は、鉄等の磁性材料にて形成され
た有底の短尺円筒形状の第１ヨーク３と、第１ヨーク３
の底部３ａに同心的に取り付けられ、回転中心線に沿っ
て突設される円筒形状のボスロータ４とを備えている。
ボスロータ４は、クランクシャフト等にテーパ結合さ
れ、クランクシャフト等の回転に伴い回転子１も回転す
るようになっている。

【００２２】第１ヨーク３の円筒部３ｂの内周面には、
回転子１において界磁子を構成するマグネット（永久磁
石）５および磁性材料によって形成された制御磁極６が
複数個、周方向に交互に配されて固定されている。すな
わち、当該発電機においても、界磁子に制御磁極６を設
けたハイブリッド界磁構成が採られている。

【００２３】次に、固定子２は、鉄等の磁性材料からな
る薄板が多数枚積層されたステータコア７と、ステータ
コア７に巻装された電機子コイル８と、エンジン等のエ
ンドブラケット９に固定された第２ヨーク１０とを備え
ている。第２ヨーク１０は回転子１と同心状に配設さ
れ、中央にボス部１１が一体に突設された有底円筒形状
となっている。ボス部１１は、回転子１の回転中心線に
沿って延在し、ステータコア７の中央部内周に結合され
ており、ボス部１１とステータコア７との間は磁気的に
接続された状態となっている。

【００２４】ボス部１１の内周側には、ボスロータ４の
先端部が収容されている。ボス部１１の内周面とボスロ
ータ４の外周面との間には、両者の間を磁気的に絶縁す
る空隙１２ａが設けられている。また、ボス部１１の先
端と第１ヨーク３の底部３ａとの間にも、両者の間を磁
気的に絶縁する空隙１２ｂが設けられている。これによ
り、界磁コイル１５からの磁束がボスロータ４やヨーク
の底部３ａに流れてしまうのを防止している。

【００２５】第２ヨーク１０の底部１０ａは、ボルト１
３によってエンドブラケット９に固定されている。ま
た、その円筒部１０ｂは、第１ヨーク３の円筒部３ｂ外
周を、第１ヨーク３とは反対側、すなわち図中右側から
覆うように設けられている。この際、円筒部３ｂの外周
面と円筒部１０ｂの内周面との間にはエアギャップ１４
が形成される。これにより回転子１は、第１ヨーク３の
円筒部３ｂとマグネット５および制御磁極６が、第２ヨ
ーク１０の円筒部１０ｂとステータコア７との間に収容
された状態で配設される。すなわち、回転子１はボスロ
ータ４が第２ヨーク１０のボス部１１中央に挿入された
状態で、クランクシャフト等によって駆動され、それに
伴って第１ヨーク３の内周に配されたマグネット５およ
び制御磁極６群が固定子２の周囲を回転し得るように構
成されていることになる。

【００２６】ステータコア７の第１ヨーク３の反対側に
は、ステータコア７と第２ヨーク１０の底部１０ａに挟
まれる形で界磁コイル１５が配設されている。界磁コイ
ル１５はボス部１１を囲むように巻線されており、界磁
コイル制御手段１６によって通電電流量や通電方向を適
宜制御できるようになっている。なお、当該発電機で
は、図７のものと異なり、界磁コイル１５に対してステ
ータコア７を貫いて配線する必要がなく、従来に比して
配線構造を簡略化することが可能となっている。

【００２７】界磁コイル１５は、通電により、第２ヨー
ク１０のボス部１１→底部１０ａ→円筒部１０ｂ→エア
ギャップ１４→第１ヨーク３の円筒部３ｂ→制御磁極６
→ステータコア７→ボス部１１を通る閉磁路Ｘを形成す
る。この場合、界磁コイル１５によって発生する磁束
は、透磁率が低いマグネット５よりも磁気抵抗の小さい
制御磁極６に集中する。このため、界磁コイル１５の電
流量や通電方向を変化させることにより、そこで発生す
る磁束量やその方向が変化し、制御磁極６の強さや磁極
方向をそれに伴って変化する。従って、当該発電機で
は、マグネット５とこの制御磁極６により界磁子の状態
を変更し、回転子１と固定子２との間の有効磁束量を適
宜制御することが可能となっている。

【００２８】また、本発明による発電機では、ボスロー
タ４と第２ヨーク１０のボス部１１との間は、空隙１２
ａ,１２ｂによって磁気的に絶縁されており、界磁コイ
ル１５による磁束は第１ヨーク３の底部３ａを通らな
い。すなわち、図７に示したように、従来ヨーク５３が
受け持っていた界磁コイル１５を起磁源とする磁気回路
の磁路形成の役目を、ここでは第２ヨーク１０に担わせ
ていることになる。従って、第１ヨーク３の底部３ａや
ボスロータ４はその役割から解放され、第１ヨーク３の
板厚やボスロータ４の寸法を図７の装置よりも小さくで
き、回転子１の重量や慣性マスをハイブリッド界磁構成
でない従来のものと同等にすることが可能となる。

【００２９】このため、従来、慣性マス等の制限によっ
て使用できなかった発電機にもハイブリッド界磁構成の
装置を適用できるようになり、かかる装置でも界磁コイ
ル１５と制御磁極６を用いた特性制御が可能となる。さ
らに、第１ヨーク３やボスロータ４を小さくできるた
め、製品全体の厚みを低減させることも可能となる。

【００３０】加えて、当該発電機では、第１ヨーク３や
ボスロータ４が界磁コイル１５側の磁路として使用され
ないことから、これらをハイブリッド界磁構成でない従
来の一般的な発電機の部品で構成することも可能であ
る。すなわち、従来品では第１ヨーク３内周に全てマグ
ネット配設されるところを、マグネットと制御磁極の組
み合わせとするだけでそれらを流用することが可能であ
る。従って、図７の装置のように、第１ヨーク３やボス
ロータ４を界磁コイル１５に合わせて専用設計する必要
がなく、従来の部品や生産設備をそのまま使用でき製品
コストの低減を図ることが可能となる。

【００３１】次に、当該発電機における作用を説明す
る。まず、図示しないエンジン等が始動されると、クラ
ンクシャフトに連結された回転子１が固定子２の周囲を
回転する状態になる。これにより回転子１のマグネット
５と制御磁極６の磁束が回転磁界を形成して固定子２の
電機子コイル８を切る状態になり、電機子コイル８にお
いて起電力が発生する。電機子コイル８の起電力はこれ
に接続された図示しない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。

【００３２】この際、当該発電機では、界磁コイル１５
に通電する電流の方向および大きさを変えることで、そ
の発電特性を適宜制御することができる。すなわち、制
御磁極６の磁極状態および強度を、マグネット５と異極
状態から同極状態まで適宜変化させることにより、有効
磁束量を適宜変化させ発電量の調整を行うことができ
る。

【００３３】この場合、界磁コイル１５に対する通電停
止状態のときには制御磁極６にはマグネット５の磁極と
反対極が現れ、回転子１の内周側にはマグネット５のみ
を磁束源とする磁極Ｎ,Ｓ極が交互に並ぶ。そして、電
機子コイル８にはマグネット５による磁束のみが作用す
る。これに対し、界磁コイル１５を制御磁極６がマグネ
ット５とは異なる磁極状態となるように通電すると、回
転子１の内周側にはマグネット５と界磁コイル１５から
の磁束が重畳されたＮ,Ｓ極が交互に並ぶ。このため、
電機子コイル８に作用する有効磁束が増加し、当該発電
機は有効磁束が多い状態で駆動され発電量が増大する。

【００３４】一方、界磁コイル１５に対する通電方向を
変えると制御磁極６を通る磁束の向きが反転する。制御
磁極６では、前述のようにマグネット５からの磁束と界
磁コイル１５からの磁束が合流しており、界磁コイル１
５による磁束量がマグネット５による磁束量を上回ると
制御磁極６とマグネット５は同極性を示すようになる。
そして、制御磁極６がマグネット５と同じ磁極状態とな
ると、回転子１の内周側に一方の極がその強さを異にし
て並ぶことになる。従って、有効磁束が減少し、当該発
電機は有効磁束が少ない状態で駆動され発生量が減少す
る。

【００３５】（実施の形態２）さらに、本発明の実施の
形態２として、本発明を回転電機のひとつである電動機
に適用した場合を説明する。図２は、本発明の実施の形
態２であるブラシレスモータ（以下、適宜モータと略記
する）の構成を示す断面図である。なお、実施の形態１
の発電機と同様の部分については同一の符号を付しその
説明は省略する。

【００３６】図２の装置は、三相のブラシレスモータを
構成するようになっており、電機子コイル８は半導体ス
イッチによって制御される。当該モータには、この半導
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（回転子位置検出手段）２１が組み込まれて
いる。この回転子位置検出装置２１は、センサマグネッ
ト２２と、ホールＩＣ２３、センサユニット２４を備え
ており、センサマグネット２２は回転子１側に組み付け
られ、ホールＩＣ２３とセンサユニット２４は固定子２
側に取り付けられる。

【００３７】センサマグネット２２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、ボスロータ４の第２ヨーク１０側端部に、ボ
スロータ４と同心に取り付けられている。ホールＩＣ２
３は、センサユニット２４の端部に周方向に等しい位相
差をもって３個配置されている。そして、エンドブラケ
ット９に第２ヨーク１０を取り付けると、各ホールＩＣ
２３がセンサマグネット２２に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。

【００３８】センサユニット２４は、エンドブラケット
９に取り付けられ、第２ヨーク１０をエンドブラケット
９に取り付けると、そのボス部１１の内周側に収容され
るようになっている。センサユニット２４には、半導体
スイッチを備えたモータ制御装置２５が接続されてお
り、そこでは、センサユニット２４の検出結果に基づき
電機子コイル８と回転子１との間に回転磁界が形成され
るように電機子コイル８への通電が制御される。

【００３９】なお、当該実施の形態のモータでは、装置
の大型化を避けつつ電機子コイル８による影響を防止す
べく、回転子１の一部を固定子２の中央部に挿入し、こ
の挿入部にセンサマグネット２２を配設している。ま
た、回転子１のセンサマグネット２２に臨む位置にホー
ルＩＣ２３を配設している。従って、回転子１の位置検
出に際し、回転子１のマグネット５による磁界や電機子
コイル８の巻線電流等によるノイズの影響を低減できる
ようになっている。

【００４０】本発明によるブラシレスモータにおいて
も、前述同様、第１ヨーク３の底部３ａやボスロータ４
をその役割から解放でき、回転子１の重量や慣性マスを
ハイブリッド界磁構成でない従来のブラシレスモータと
同等にすることが可能となる。このため、モータのレス
ポンスを、従来のハイブリッド界磁構成のブラシレスモ
ータよりも向上させることが可能となる。また、第１ヨ
ーク３やボスロータ４を小さくできるため、モータ全体
の厚みを低減させることもできる。さらに、従来の一般
的なブラシレスモータの部品を適用することができ、従
来の部品や生産設備をそのまま使用でき製品コストの低
減を図ることが可能となる。

【００４１】一方、当該ブラシレスモータにおいても、
界磁コイル１５に通電する電流の方向および大きさを変
えることで、その特性を適宜変更することができる。す
なわち、モータ特性を「低回転−高トルク型」と「高回
転−低トルク型」との間で連続的に変化させることがで
きる。この場合、界磁コイル１５を制御磁極６がマグネ
ット５とは異なる磁極状態となるように通電すると、前
述同様、電機子コイル８に作用する有効磁束が増加し、
当該モータは有効磁束が多い状態で通電され発生トルク
が増大する。従って、起動時に大きなトルクが必要とな
る場合には、所望のトルクを発揮できる状態でモータを
運転することが可能となる。

【００４２】一方、界磁コイル１５に対する通電方向を
変えると、やがて制御磁極６とマグネット５は同極性を
示すようになり、有効磁束が減少し、当該モータは有効
磁束が少ない状態で通電され発生トルクが減少する。こ
れにより、トルクよりも回転数を優先した運転が可能と
なり、低回転−高トルク型では達成できない高回転運転
を実現できることになる。すなわち、当該モータでは、
界磁コイル１５にわずかな界磁電流を印加することによ
り、界磁電流の方向・大きさに従って、そのモータ特性
を幅広く制御することが可能となる。

【００４３】（実施の形態３）加えて、本発明の実施の
形態３として、第２ヨーク１０をブラケット兼用に構成
したブラシレスモータについて説明する。図３は、本発
明の実施の形態３であるブラシレスモータの構成を示す
断面図である。なお、実施の形態２のモータと同様の部
分については同一の符号を付しその説明は省略する。

【００４４】実施の形態３のモータでは、第２ヨーク１
０がエンドブラケットを兼ねてモータの筐体を形成する
形となっている。当該モータでは、回転子１はモータシ
ャフト３１に固定され、アルミ等の非磁性材料からなる
フロントブラケット３２と、第２ヨーク１０を兼ねたエ
ンドブラケット３３の内部に回転自在に収容される。フ
ロントブラケット３２にはベアリング３４が、エンドブ
ラケット３３には非磁性材料からなるベアリングホルダ
３５に保持されたベアリング３６が取り付けられてい
る。そして、モータシャフト３１は、両ベアリング３
４,３６にて回転自在に支持された状態となっている。

【００４５】一方、ここでは第２ヨーク１０はエンドブ
ラケット３３として用いられている。すなわち、図２の
モータがエンジン等のエンドブラケット９に固定された
状態で組み付けられて使用されるのに対し、図３のモー
タは一製品としてアッセンブリされた状態となってい
る。そして、当該モータにおいても、回転子１側やフロ
ントブラケット３２などは従来のモータの部品をそのま
ま適用することができ、既存の生産設備等を有効活用す
ることが可能となっている。また、ハイブリッド界磁構
成でありながら、重量や慣性マスを従来同様に抑えるこ
とができ、多様な制御が可能なモータを従来同様に使用
することが可能となる。

【００４６】なお、当該実施の形態では、第２ヨーク１
０をブラケット兼用に構成したものの例としてブラシレ
スモータを挙げたが、図３の構成を発電機にも適用し得
ることは言うまでもない。

【００４７】（実施の形態４）その上、本発明の実施の
形態４ついて説明する。図４は本発明の実施の形態４で
ある発電機の構成を示す断面図であり、本発明を回転電
機の一つである発電機に適用した場合の一例を示してい
る。図５は図４における下半分の拡大図である。なお、
実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付し
その説明は省略する。

【００４８】図４に示すように、発電機４０は回転子１
と固定子２とから構成されている。ここでは、回転子１
は界磁子として、また固定子２は電機子としてそれぞれ
機能する。発電機４０は、図７のものと同様に、界磁コ
イル１５と制御磁極６とを備えた、いわゆるハイブリッ
ド界磁構造の発電機である。

【００４９】回転子１は、例えばエンジンのクランクシ
ャフト３９を収容して固定するボスロータ４と、ボスロ
ータ４の外面に固着された第１ヨーク３とを有してい
る。ボスロータ４は、鉄等の磁性部材で形成された円筒
状である。ボスロータ４の内部には一方取り部４ａが設
けられ、ボスロータ４の一端部にはナット挿入孔４ｂが
形成されている。そのため、クランクシャフト３９は、
ボスロータ４の他端部から一端部へ向けて一方取り部４
ａに挿入され、一方取り部４ａにより回り止めされ、ナ
ット挿入孔４ｂ内でナット３７によって締結されてい
る。これにより、クランクシャフト３９の回転に追随し
て回転子１も回転する。ボスロータ４の一端部には外面
にフランジ部３８が膨出形成され、フランジ部３８には
第１ヨーク３を固着するため環状の接続溝３８ａが周設
されている。

【００５０】第１ヨーク３は鉄等の磁性部材で形成され
た有底の短尺円筒形状である。第１ヨーク３とボスロー
タ４とは同心状に配設されている。第１ヨーク３の底部
３ａの自由端３ｃが接続溝３８ａに組付けられている。
なお、第１ヨーク３とボスロータ４との組付け手段は任
意である。第１ヨーク３の円筒部３ｂには内周面にマグ
ネット（永久磁石）５と、磁性部材によって形成された
制御磁極６とが周方向へ交互に複数配設されている。マ
グネット５と制御磁極６とにより、回転子１における界
磁子が構成される。すなわち、本実施の形態において
も、界磁子に制御装置を設けたハイブリッド界磁構成が
採用されている。

【００５１】固定子２は、ステータコア（コア部材）７
と、ステータコア７の外面に巻装された電機子コイル８
と、ステータコア７に磁気的に接続された第２ヨーク１
０とを備えている。ステータコア７は、鉄等の磁性部材
からなる薄板７ａを多数積層することによって形成され
ている。ステータコア７の中心部にはボスロータ４に空
隙を介して磁気的に接続するための第１ボス孔４ｃが穿
設されている。そして、ステータコア７は、スルーナッ
ト４１ａとボルト４１ｂとの締結によって、ブラケット
４１に少なくとも３カ所で固定されている。

【００５２】図５および図６のように、第２ヨーク１０
は、円筒部１０ｂと、円板部１０ｄと、円筒部１０ｂの
他端を閉じる底部１０ａとを備えている。円筒部１０
ｂ、円板部１０ｄ、および底部１０ａの各板厚は略同じ
である。

【００５３】円板部１０ｄの一方の面は第１ヨーク３の
底部３ａの内面に略平行に対向している。円板部１０ｄ
の一方の面と第１ヨーク３の底部３ａの内面との間には
平面状の空隙４２ａが設けられている。なお、空隙４２
ａの間隔は任意に設定可能である。このように、円板部
１０ｄの一方の面と第１ヨーク３の底部３ａの内面との
配置関係によって、第２ヨーク１０の円板部１０ｄから
第１ヨーク３の底部３ａへ至る磁束の伝播を、場所に依
らずに略一定に保つことができる。

【００５４】底部１０ａとステータコア７との間には積
層部１０ｅが設けられている。積層部１０ｅは、積層板
１０ｆを複数積層し、各積層板１０ｆ同志を相互に磁気
的に接続することによって形成されている。積層板１０
ｆは底部１０ａと同じ材質、すなわち鉄等の磁性部材か
ら作られている。なお、積層板１０ｆの板厚および材質
と、積層部１０ｅを形成するための積層枚数とはそれぞ
れ任意に設定可能である。底部１０ａおよび積層部１０
ｅの各中心部にはボスロータ４を挿入するための第２ボ
ス孔４ｄが穿設されている。第２ボス孔４ｄ内ではボス
ロータ４と、底部１０ａおよび積層部１０ｅとの間に所
望の間隙４２ｂが設けられているので、回転子１の回転
時に、第２ヨーク１０とボスロータ４とが接触しない。
すなわち、ボスロータ４の外面と、底部１０ａおよび積
層部１０ｅとは磁気的に接続されていない。

【００５５】積層板１０ｆを複数積層して積層部１０ｅ
を形成する代わりに、本実施の形態４で使用されている
積層部１０ｅと同じ板厚を有するように底部（図示せ
ず）を設けることも可能である。第２ヨーク１０が、底
部１０ａに磁気的に接続固定された積層部１０ｅを有す
ることにより、ステータコア４からの高さを自由に変更
可能である。すなわち、所望の枚数の積層板をステータ
コアに積層すれば、第２ヨークを任意の高さに設定可能
となる。これにより、発電機４０の設計自由度を向上で
きる。また、プレスによるスルーボルト貫通孔４１ｂの
形成が容易になり、発電機４０の組付け性を良くするこ
とができる。

【００５６】第２ヨーク１０は、ステータコア７とブラ
ケット４１との接続で使用されたスルーボルト４１ａの
締結によって、ステータコア７に磁気的に接続され、か
つ固定されている。

【００５７】電機子コイル８と第２ヨーク１０の円板部
１０ｄとの間には界磁コイル１５が配設されている。界
磁コイル１５は第２ヨーク１０の円筒部１０ｂ、底部１
０ａ、および積層部１０ｅを囲むように配置されたボビ
ン（図示せず）に巻線されている。なお、実施の形態１
と同様に、界磁コイル制御手段（図示せず）によって、
界磁コイル１５の通電電流量や通電方向を適宜制御する
ことも可能である。

【００５８】界磁コイル１５は、通電によって、ステー
タコア７→ボスロータ４→第１ヨーク３の自由端３ｃ→
第１ヨーク３の底部３ａ→第１ヨーク３の円筒部３ｂ→
制御磁極６→ステータコア７を通る閉磁路Ｘと、ステー
タコア７→第２ヨーク１０の積層部１０ｅ→第２ヨーク
１０の底部１０ａ→第２ヨーク１０の円筒部１０ｂ→第
２ヨーク１０の円板部１０ｄ→第１ヨーク３の底部３ａ
を通る副磁路Ｙとを形成する。

【００５９】このように、閉磁路Ｘの他にバイパスとし
ての副磁路Ｙを形成することにより、副磁路Ｙに対応す
る閉磁路Ｘのボスロータ４と第１ヨーク３の底部３ａと
の各板厚を従来より薄くしても、従来と同程度の有効磁
束量を維持できる。その理由は、板厚を薄くしたことに
よって閉磁路Ｘで発生される磁束量が減少しても、その
減少量が副磁路Ｙから発生される磁束量で補充されるか
らである。これにより、有効磁束量を低下させることな
く維持した状態で、回転子１の重量や慣性マスを低減で
きる。

【００６０】（実施の形態５）また更に、本発明の実施
の形態５として、実施の形態４における第２ヨークの変
形例である発電機について説明する。図６は本発明の実
施の形態５である発電機の構成を示す断面図である。な
お、実施の形態４と同様な部分については同一の符号を
付しその説明は省略する。

【００６１】図６に示すように、実施の形態５の発電機
４０は、第２ヨーク１０の円板部１０ｄの外周縁（自由
端）に連成された延設部１０ｇを有している。延設部１
０ｇの一方の面は、第１ヨーク３の円筒部３ｂの内面と
略平行に配置されている。延設部１０ｇの一方の面と第
１ヨーク３の円筒部３ｂの内面との間には所望の厚さの
空隙４２ｃが介在されている。なお、延設部１０ｇの長
さは、円板部１０ｄの外周縁からステータコア７に至る
まの間で任意に設定可能である。

【００６２】界磁コイル１５は第２ヨーク１０の積層部
１０ｅ、底部１０ａ、円筒部１０ｂ、円板部１０ｄ、お
よび延設部１０ｇと、電機子コイル８とによって囲まれ
ている。そのため、界磁コイル１５は、通電によって、
実施の形態４と同じ閉磁路Ｘと、ステータコア７→第２
ヨーク１０の積層部１０ｅ→第２ヨーク１０の底部１０
ａ→第２ヨーク１０の円筒部１０ａ→第２ヨーク１０の
円板部１０ｄ→第２ヨーク１０の延設部１０ｇ→第１ヨ
ーク３の円筒部３ｂに至る副磁路Ｚとを形成する。

【００６３】この副磁路Ｚの形成によって、副磁路Ｚに
対応する閉磁路Ｘのボスロータ４と第１ヨーク３の底部
３ａと第１ヨーク３の円筒部３ｂとの各板厚をそれぞれ
薄くできる。これにより、有効磁束量を低下させること
なく維持した状態で、回転子１の重量や慣性マスを実施
の形態４より更に低減できる。

【００６４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６５】例えば、前記実施形態においては、本発明
を発電機やブラシレスモータ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、二輪車用の始動発電
機や、携帯用発電機、バッテリレスの薬剤散布機など汎
用エンジンを用いた各種作業用装置、アウタロータ形の
ファンモータなど、回転子側にマグネットを配した回転
電機全般に適用することが可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明の回転電機は、いわゆるハイブリ
ッド界磁構成の回転電機において、第１ヨークの円筒部
外周を第１ヨークとは反対側から覆う第２ヨークを設
け、ステータコアと第２ヨークとの間に界磁コイルを配
設し、第２ヨーク→第１ヨーク円筒部→制御磁極→コア
部材→第２ヨークを通る閉磁路を形成したことにより、
界磁コイルを起磁源とする磁気回路の磁路形成の役目を
第２ヨークに担わせることができ、第１ヨークやボスロ
ータを界磁コイルに関する磁路形成の役割から解放する
ことが可能となる。これにより、第１ヨークの板厚やボ
スロータの寸法を小さくして回転子の重量や慣性マスを
低減させることが可能となり、従来、慣性マス等の制限
によって使用できなかった回転電機にもハイブリッド界
磁構成を適用できるようになる。また、第１ヨークやボ
スロータをハイブリッド界磁構成でない従来の一般的な
発電機の部品で構成することも可能となり、従来の部品
や生産設備をそのまま使用することが可能となる。

【００６７】また、第２ヨークのボス部と第１ヨークと
の間に、両者を磁気的に絶縁する空隙を形成することに
より、界磁コイルからの磁束がボスロータやヨークの底
部に流れることを防止できる。さらに、第２ヨークと回
転電機のブラケットを兼用としたことにより、第２ヨー
ク自体を回転電機の筐体の一部として使用でき、構成上
の無駄を省くことが可能となる。

【００６８】本発明の他の回転電機によれば、第１ヨー
クの内側で第１ヨークの底部とボスロータとに対向する
ように第２ヨークを配設し、第２ヨークと電機子との間
に界磁コイルを設けたので、界磁コイルに通電すること
によって閉磁路と副磁路とを形成することができる。そ
のため、副磁路に対応する閉磁路のボスロータと第１ヨ
ークの底部との各板厚を薄くしても、板厚の薄くなった
ことによる閉磁路の磁束量の減少を副磁路の磁束量で補
充できる。これにより、従来における有効磁束量と略同
程度を維持した状態で、回転子の重量や慣性マスを減少
できる。

【００６９】また、第１ヨークの底部に対応する副磁路
と第１ヨークの底部との間に、平面状の空隙を介在させ
たことによって、副磁路から第１ヨークの底部へ伝播す
る磁束量を場所に依らずに略一定に維持できる。

【００７０】更に、第１ヨークの円筒部に対応するよう
に、第２ヨークの自由端に延設部を連成したので、副磁
路を更に延長できる。それに伴って、副磁路の延設部に
対応する閉磁路の第１ヨークの円筒部における板厚を薄
くできる。すなわち、回転子のボスロータと、第１ヨー
クの底部と、第１ヨークの円筒部における一部または全
部との各板厚をそれぞれ薄くできる。これにより、更に
回転子の重量や慣性マスを減少できる。

【００７１】その上、第２ヨークのコア部材側に積層状
態の積層部を設けたので、積層部の板厚を任意かつ容易
に変更できる。これにより、回転電気の設計自由度を向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である発電機の構成を示
す断面図であり、本発明を回転電機のひとつである発電
機に適用した場合の一例を示している。

【図２】本発明の実施の形態２であるブラシレスモータ
の構成を示す断面図であり、本発明を回転電機のひとつ
であるブラシレスモータに適用した場合の一例を示して
いる。

【図３】本発明の実施の形態３であるブラシレスモータ
の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態４である発電機の構成を示
す断面図であり、本発明を回転電機の一つである発電機
に適用した場合の一例を示している。

【図５】図４における下半分の拡大図である。

【図６】本発明の実施の形態５である発電機の構成を示
す断面図であり、実施の形態４における一つの変形例を
示している。

【図７】従来のハイブリッド界磁構成の回転電機の構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１回転子２固定子３第１ヨーク３ａ底部３ｂ円筒部３ｃ自由端４ボスロータ４ａ一方取り部４ｂナット挿入孔４ｃ第１ボス孔４ｄ第２ボス孔５マグネット６制御磁極７ステータコア７ａ薄板８電機子コイル９エンドブラケット１０第２ヨーク１０ａ底部１０ｂ円筒部１０ｃ開口１０ｄ円板部１０ｅ積層部１０ｆ積層板１０ｇ延設部１１ボス部１２ａ空隙１２ｂ空隙１３ボルト１４エアギャップ１５界磁コイル１６界磁コイル制御手段２１回転子位置検出装置２２センサマグネット２３ホールＩＣ２４センサユニット２５モータ制御装置３１モータシャフト３２フロントブラケット３３エンドブラケット３４ベアリング３５ベアリングホルダ３６ベアリング３７ナット３８フランジ部３８ａ接続溝３９クランクシャフト４０発電機４１ブラケット４１ａスルーボルト４１ｂスルーボルト貫通孔４２ａ空隙４２ｂ間隙４２ｃ空隙５１回転子５２固定子５３ヨーク５４ボスロータ５５永久磁石５６制御磁極５７電機子コイル５８ステータコア５９ボルト６０エンドブラケット６１界磁コイルＦ磁束Ｘ閉磁路Ｙ副磁路Ｚ副磁路

フロントページの続き (72)発明者及川誠群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 5H002 AA02 AA09 AE08 5H019 AA05 AA07 BB01 BB05 BB14 BB19 BB23 CC04 CC06 DD01 DD07 EE03 EE14 5H621 BB10 GA04 GB10 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電機子コイルと、前記電機子コイルが巻
装されたコア部材とを備えた固定子と、前記固定子の外側に回転自在に配設された磁性材料から
なる有底円筒形状の第１ヨークと、同極に着磁され前記
ヨークの円筒部内面に周方向に間隔を置かれて配設され
た複数の永久磁石と、前記永久磁石の間に配設された磁
性材料からなる複数の制御磁極とを備えた回転子と、前記コア部材と磁気的に接続されて前記第１ヨークの反
対側に前記回転子と同心状に配設され、前記第１ヨーク
の円筒部外周を前記第１ヨークとは反対側から空隙を介
して覆うように設けられた磁性材料からなる第２ヨーク
と、前記コア部材と前記第２ヨークの間に配設され、前記第
２ヨーク、前記第１ヨーク円筒部、前記制御磁極、前記
コア部材、前記第２ヨークを通る閉磁路を形成する界磁
コイルとを有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１記載の回転電機において、前記
第２ヨークは、前記コア部材の内周または中心部に接続
されたボス部を有し、前記界磁コイルは、前記ボス部を
囲むように巻線されることを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１または２記載の回転電機におい
て、前記回転電機は、前記界磁コイルへの通電方向と通
電量の少なくとも何れか一方を制御することにより前記
界磁コイルが発生する磁束を変化させる界磁コイル制御
手段を有することを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項３記載の回転電機において、前記
第２ヨークのボス部と前記第１ヨークとの間に、両者を
磁気的に絶縁する空隙を形成したことを特徴とする回転
電機。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の回
転電機において、前記第２ヨークが前記回転電機のブラ
ケットを兼ねてなることを特徴とする回転電機。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の回
転電機において、前記回転電機がブラシレスモータであ
り、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出手段
と、前記回転子位置検出手段の検出結果に基づき前記電
機子コイルと前記回転子との間に回転磁界が形成される
ように前記電機子コイルに対し通電を行う通電制御手段
とをさらに有し、前記界磁コイル制御手段は、前記界磁
コイルが発生する磁束を変化させることにより、前記回
転子と前記固定子の間に作用する有効磁束量を制御して
モータ特性を変化させることを特徴とする回転電機。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項に記載の回
転電機において、前記回転電機が発電機であり、前記界
磁コイル制御手段は、前記界磁コイルが発生する磁束を
変化させることにより、前記回転子と前記固定子の間に
作用する有効磁束量を制御して発電機特性を変化させる
ことを特徴とする回転電機。
【請求項８】電機子コイルと、該電機子コイルが巻装
されたコア部材とを備えた固定子と、前記コア部材の中心部に磁気的に接続されたボスロータ
と、前記固定子の外側を覆うように前記ボスロータに回
転自在に設けられた磁性部材からなる有底円筒形状の第
１ヨークと、同極に着磁され前記第１ヨークの円筒部内
面に周方向に間隔を置いて配設された複数の永久磁石
と、該永久磁石の間に配設された磁性部材からなる複数
の制御磁極とを備えた回転子と、前記コア部材に磁気的に接続されて前記第１ヨークの内
側に前記回転子と同心状で前記第１ヨークの底部と前記
ボスロータの外面とに対向して配設された磁性材料から
なる第２ヨークと、前記第２ヨークと電機子との間に配設され、前記コア部
材から前記ボスロータ、第１ヨーク、および、コア部材
に至る閉磁路と、前記コア部材から前記第２ヨークを介
して前記第１ヨークに至る副磁路とを形成する界磁コイ
ルとを有することを特徴とする回転電機。
【請求項９】請求項８記載の回転電機において、前記
第１ヨークの底部に対応する前記第２ヨークと、前記第
１ヨークの底部との間には平面状の空隙が設けられたこ
とを特徴とする回転電機。
【請求項１０】請求項８または９記載の回転電機にお
いて、前記第２ヨークが、その自由端に連成され、前記
第１ヨークの円筒部内面に対向する延設部を有すること
を特徴とする回転電機。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれか１項に記載
の回転電機において、前記第２ヨークが、コア部材側に
積層状態の積層部を有することを特徴とする回転電機。