JP2004088955A - Three-phase magnetic generator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートバイ(自動二輪車)などに搭載され、バッテリを充電するとともに前照灯など電気負荷に電力を供給する三相磁石式発電機に関する。
【0002】
【従来ないし前提技術】
近年、オートバイ用の三相磁石式発電機には、小型化が要求されると同時に、電気負荷の増加に伴う低回転側での出力電流の増大が要求されている。
【0003】
しかし、コイルの巻線スペースの縮小化に伴い大径のコイルを用いることができず、また、低回転側での出力電流の増大に伴い高回転側での出力電流も増大することになり、このため、従来の三相磁石式発電機つまり回転子の極数2n、固定子の極数3n(n:任意の自然数)の三相磁石式発電機では、高回転側の出力電流を抑えることができず、コイル温度が高くなるという問題があった。
【0004】
そこで、特開2001−112226には、回転子の極数を16極、固定子の極数を18極とした三相磁石式発電機が開示されている。この三相磁石式発電機によると、回転子の極数が従来の12極から16極に増えたことにより周波数が高くなって電圧が高くなり、低回転側の出力電流が増大するとともに、1極当たりの磁石が小さくなって高回転側の出力電流が減少するため、コイル温度を低下させることができるという効果を奏する。また、特願2002−156919には、固定子の極数を3n(n:任意の自然数)、回転子の極数を4nにしたことを特徴とする三相磁石式発電機が記載されている。この三相磁石式発電機によると、安価で、しかも、低回転側の出力電流の増大により充電性能を向上させるとともに高回転側の出力電流の減少によりコイル温度を低下させることができるという効果を奏する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願2002−156919においては、図10に示すように、固定子200の積層コア21を挟んだ状態でコイル23が巻き付けられる磁性体シート部材24の鍔部24aが漏れ磁束ループAを形成し、回転子100の極数の増加に伴う渦電流による温度上昇を招き、この温度上昇により、出力の低下、最悪の場合磁石13の減磁を招き、さらに、コイル23の銅線寿命を短縮させるおそれがあることが判明した。
【0006】
本発明は、上記のような前提技術の問題点を解決し、回転子の極数を増加させたことに伴う温度上昇を抑制し、出力の向上、コイルの長寿命化などを図ることができる三相磁石式発電機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る三相磁石式発電機は、コイルが巻かれた極数3n(n:任意の自然数)の固定子と、永久磁石が固定された極数2n+m(m:任意の自然数)の回転子とを有し、かつ、前記固定子の積層コアを挟んだ状態で前記コイルが巻き付けられる磁性体シート部材の鍔部を削除して構成されることを特徴とする。
【0008】
請求項1に係る三相磁石式発電機によると、磁性体シート部材の鍔部を削除したため、鍔部を通る漏れ磁束ループが形成されなくなり、このため、渦電流による温度上昇を抑制することができる。
【0009】
請求項2に係る三相磁石式発電機は、コイルが巻かれた極数3n(n:任意の自然数)の固定子と、永久磁石が固定された極数2n+m(m:任意の自然数)の回転子とを有し、かつ、前記固定子の積層コアを挟んだ状態で前記コイルが巻き付けられる磁性体シート部材を削除して構成されることを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る三相磁石式発電機によると、磁性体シート部材を削除したため、鍔部を通る漏れ磁束ループが形成されなくなり、このため、渦電流による温度上昇を抑制することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は、一実施形態に係る三相磁石式発電機の断面図、図2は、図1図示II−II線による断面図、図3は、固定子のコイル結線図、図4は、出力電圧のベクトル図、図5は、外部特性グラフ、図6は、出力電流グラフ、図7は、本実施形態の比較例としての従来一般的な三相磁石式発電機の断面図、図8は、同比較例の固定子のコイル結線図、図9は、同比較例の出力電圧のベクトル図をそれぞれ示す。
【0013】
図1及び図2において、本実施形態に係る三相磁石式発電機は、回転子100と固定子200とにより構成される。
【0014】
回転子100は、磁性体からなるロータ11を備える。ロータ11は、熱間鍛造後切削により仕上げ加工されてなる。ロータ11の中央のボス部11aの内側には、図示しないエンジンのクランクシャフトに嵌合されるテーパ部11bが形成されている。その他、ボス部11aには、図示しないナット等を用いてロータ11をクランクシャフトに締め付け固定させたときの締め付け座面となる端面11c、及び、ロータ11をクランクシャフトから外す際に利用される抜きねじ部11dが形成されている。ロータ11の端面部11eには、冷却用の窓穴11fが複数個設けられている。ロータ11の円筒状の外周部11gはヨークを構成している。ロータ外周部11gの内側に、非磁性体からなるリング状のスペーサ12、円周方向に等間隔に配置された複数個の永久磁石13、及び、ロータ外周部11gに圧入された非磁性体からなるリング状の位置決めケース14が、クランクシャフトの軸方向に沿って順に配設されている。複数個の永久磁石13は、位置決めケース14に形成された凸部14aによって円周方向に等間隔となるよう位置決めされるとともに、永久磁石13の内側に磁石保護リング15を圧入しロータ外周部11gの先端11hを巻きかしめすることによってロータ11に固定されている。なお、磁石保護リング15は、ステンレス板をプレス加工して形成されている。
【0015】
固定子200は回転子100の内側に配設されている。固定子200は積層コア21を備える。積層コア21は、鉄板をプレス加工したものを複数枚積層して構成される。積層コア21は、磁性体シート部材24で挟まれ、リベット22をかしめることによって一体化されている。積層コア21の表面はエポキシ樹脂等で絶縁されている。磁性体シート部材24には巻線用銅線が巻き付けられ、発電コイル23が形成されている。固定子200は、積層コア21及び磁性体シート部材24に形成されたねじ締め穴21aに図示しない取付ボルトをねじ込むことによって図示しないエンジンケースに固定される。
【0016】
磁性体シート部材24は、図10に示した磁性体シート部材24から鍔部24aを削除して構成される。このため、鍔部24aを通る漏れ磁束ループAが形成されなくなり、このため、渦電流による温度上昇を抑制することができる。
【0017】
次に、図2〜図4に基づき、本実施形態に係る三相磁石式発電機の固定子200の極数、コイル結線方法及び回転子100の極数並びに固定子200の出力電圧について、従来一般的な三相磁石式発電機(図7〜図9)と比較しながら説明する。
【0018】
本実施形態における固定子200の極数は、3n(n:任意の自然数)である。これに対し、従来一般的な三相磁石式発電機の固定子200の極数も3nである。したがって、n=4の場合、図2及び図7を参照すれば明らかなように、本実施形態の固定子200の極数は、従来の固定子200の極数と同じ12となる。
【0019】
また、本実施形態における固定子200のコイル23の結線方法は、図3に示す通りであり、図8に示した従来の固定子200のコイル23の結線方法と同じであり、すべての極において巻線方向は同一であり、また、2極飛びで渡り線が配線される。したがって、渡り線は2極分の長さで済むため、従来技術(特開2001−112226)と比べ長い渡り線を必要としなくなり、また、従来技術(特開2001−112226)と比べコイルの引き出し整形が容易になる。
【0020】
一方、本実施形態における回転子100の極数は、4n(n:任意の自然数)である。これに対し、従来一般的な三相磁石式発電機の回転子100の極数は2nである。したがって、n=4の場合、図2及び図7を参照すれば明らかなように、従来の回転子100の極数は8であるのに対し、本実施形態における回転子100の極数は16となる。
【0021】
したがって、n=4の場合、図2及び図7に示すように、従来の固定子200の機械角は30°、電気角は120°であるのに対し、本実施形態における固定子200の機械角は30°、電気角は240°となり、また、従来の回転子100の機械角は45°、電気角は180°であるのに対し、本実施形態における回転子100の機械角は22.5°、電気角は180°となる。このため、図4及び図9を参照すれば明らかなように、本実施形態における固定子200の出力電圧は、従来の固定子200の出力電圧に対し、相の順序は逆になるものの相間位相差は120°となり同一相内での位相差は発生しない。したがって、位相差に起因する出力電圧の損失は発生せず、従来技術(特開2001−112226)のように損失を補うために永久磁石を大型化する必要が無くなる。
【0022】
次に、本実施形態による三相磁石式発電機(図1〜図4)の外部特性と従来一般的な三相磁石式発電機(図7〜図9)の外部特性とを比較すると、図5に実験結果として示すように、本実施形態による三相磁石式発電機の場合、従来一般的な三相磁石式発電機と比べ、低回転(1000rpm)から高回転(5000rpm)にわたり電流が減少するとともに電圧が増大する。このような実験結果は、電流については、1極当たりの永久磁石13を小さくしたことから電流は減少し、また、電圧については、永久磁石13の小型化により電圧は減少するが、回転子100の極数を2倍にしたことから周波数が2倍となり、その結果電圧は増大したと考察される。
【0023】
また、電圧Vを一定として出力電流を測定すると、図6に示すように、低回転(1000rpm)では、本実施形態による出力電流が従来技術による出力電流よりも大きくなり、その結果バッテリへの充電電流が増大する。一方、高回転(5000rpm)では、本実施形態による出力電流が従来技術による出力電流よりも小さくなり、その結果コイル温度は大幅に低下する。
【0024】
次に、上述した如き実施形態に係る三相磁石式発電機(発明発電機)と図10図示の三相磁石式発電機(前提発電機)に対する実験結果を述べる。実験は、コア表面(磁性体シート部材24)に熱電対を貼るとともにコイル23の中間層に熱電対を挿入し、6000rpm一定で5分間運転した後に温度を測定するようにして行なった。その結果、前提発電機では、コア表面温度が156℃、コイル温度が163℃と推定された(熱減磁が発生したため推定値である)のに対し、発明発電機では、コア表面温度が103℃、コイル温度が125℃と測定され、温度上昇抑制効果が証明された。
【0025】
以上説明したように、本実施形態に係る三相磁石式発電機は、コイル23が巻かれた極数3n(n:任意の自然数)の固定子200と、永久磁石13が固定された極数4nの回転子100とを有し、かつ、固定子200の積層コア21を挟んだ状態でコイル23が巻き付けられる磁性体シート部材24の鍔部24aを削除して構成される。このため、鍔部24aを通る漏れ磁束ループAが形成されなくなり、回転子100の極数の増加に伴う渦電流による温度上昇を抑制でき、温度上昇による出力の低下、磁石13の減磁、コイル23の寿命短縮を防止することができる。また、鍔部24aを削除したことに伴い、磁性体シート部材の形状が簡素になりコスト低減を図ることができる。なお、本実施形態は、極数4nの回転子100に限定されるものではなく、従来の極数2nよりも多い2n+m(m:任意の自然数)の回転子100を有する三相磁石式発電機に広く適用可能である。
【0026】
本発明の他の実施形態としては、図示を省略したが、磁性体シート部材24を削除したものを挙げることができる。この実施形態によっても、鍔部24aを通る漏れ磁束ループAが形成されなくなり、回転子100の極数の増加に伴う渦電流による温度上昇を抑制でき、温度上昇による出力の低下、磁石13の減磁、コイル23の寿命短縮を防止することができ、また、コスト低減を図ることができる。なお、この実施形態では、出力電流が低速側で微増し、高速側で大幅に増加するので、銅量(巻線量)を増加し、高速側の出力を抑制する必要がある。
【0027】
【発明の効果】
本発明の三相磁石式発電機によると、鍔部を通る漏れ磁束ループが形成されなくなり、回転子の極数の増加に伴う渦電流による温度上昇を抑制でき、温度上昇による出力の低下、磁石の減磁、コイルの寿命短縮を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る三相磁石式発電機の断面図である。
【図2】図1図示II−II線による断面図である。
【図3】固定子のコイル結線図である。
【図4】出力電圧のベクトル図である。
【図5】外部特性グラフである。
【図6】出力電流グラフである。
【図7】本実施形態の比較例としての従来一般的な三相磁石式発電機の断面図である。
【図8】同比較例の固定子のコイル結線図である。
【図9】同比較例の出力電圧のベクトル図である。
【図10】本発明の前提となる特願2002−156919記載の三相磁石式発電機の断面図である。
【符号の説明】
100 回転子
11 ロータ
13 永久磁石
200 固定子
21 積層コア
23 発電コイル
24 磁性体シート部材
24a 鍔部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-phase magnet type generator mounted on a motorcycle (motorcycle) or the like and charging a battery and supplying power to an electric load such as a headlight.
[0002]
[Conventional or prerequisite technology]
In recent years, three-phase magnet type generators for motorcycles have been required to be reduced in size and, at the same time, to increase the output current on the low rotation speed side due to the increase in electric load.
[0003]
However, a coil having a large diameter cannot be used with a reduction in the coil winding space, and an output current on a high rotation side also increases with an increase in an output current on a low rotation side. For this reason, in the conventional three-phase magnet type generator, that is, the three-phase magnet type generator having 2n poles of the rotor and 3n poles of the stator (n: any natural number), the output current on the high rotation side is suppressed. However, there was a problem that the coil temperature became high.
[0004]
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-112226 discloses a three-phase magnet generator in which the rotor has 16 poles and the stator has 18 poles. According to this three-phase magnet generator, the frequency is increased and the voltage is increased by increasing the number of poles of the rotor from the conventional 12 to 16 poles, and the output current on the low rotation side is increased. Since the magnet per pole is reduced and the output current on the high rotation side is reduced, there is an effect that the coil temperature can be reduced. Further, Japanese Patent Application No. 2002-156919 describes a three-phase magnet generator in which the number of poles of the stator is 3n (n: any natural number) and the number of poles of the rotor is 4n. . According to this three-phase magnet type generator, the effect of being inexpensive and improving the charging performance by increasing the output current on the low rotation side and lowering the coil temperature by reducing the output current on the high rotation side can be obtained. Play.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Application No. 2002-156919, as shown in FIG. 10, the
[0006]
The present invention solves the above-described problems of the prerequisite technology, suppresses a temperature rise due to an increase in the number of poles of the rotor, and can improve output, extend the life of a coil, and the like. It is an object to provide a three-phase magnet generator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The three-phase magnet generator according to
[0008]
According to the three-phase magnet type generator according to the first aspect, since the flange of the magnetic sheet member is deleted, a leakage magnetic flux loop passing through the flange is not formed, and therefore, a rise in temperature due to eddy current can be suppressed. it can.
[0009]
The three-phase magnet generator according to
[0010]
According to the three-phase magnet type generator according to the second aspect, since the magnetic sheet member is omitted, a leakage magnetic flux loop passing through the flange is not formed, and therefore, a temperature rise due to an eddy current can be suppressed.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
1 is a cross-sectional view of a three-phase magnet type generator according to one embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a coil connection diagram of a stator, and FIG. FIG. 5 is an external characteristic graph, FIG. 6 is an output current graph, FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional general three-phase magnet type generator as a comparative example of the present embodiment, and FIG. FIG. 9 is a coil connection diagram of the stator of the comparative example, and FIG. 9 is a vector diagram of the output voltage of the comparative example.
[0013]
1 and 2, the three-phase magnet type generator according to the present embodiment includes a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
Next, based on FIG. 2 to FIG. 4, regarding the number of poles of the
[0018]
The number of poles of the
[0019]
The method of connecting the
[0020]
On the other hand, the number of poles of the
[0021]
Therefore, when n = 4, as shown in FIGS. 2 and 7, the mechanical angle of the
[0022]
Next, comparing the external characteristics of the three-phase magnet generator (FIGS. 1 to 4) according to the present embodiment with the external characteristics of the conventional general three-phase magnet generator (FIGS. 7 to 9), FIG. As shown in the experimental results in FIG. 5, in the case of the three-phase magnet type generator according to the present embodiment, the current decreases from low rotation (1000 rpm) to high rotation (5000 rpm) as compared with the conventional general three-phase magnet type generator. And the voltage increases. Such experimental results show that the current decreases because the size of the
[0023]
Further, when the output current is measured with the voltage V kept constant, as shown in FIG. 6, at low rotation speed (1000 rpm), the output current according to the present embodiment becomes larger than the output current according to the related art, and as a result, the battery is charged. The current increases. On the other hand, at a high rotation speed (5000 rpm), the output current according to the present embodiment is smaller than the output current according to the related art, and as a result, the coil temperature is significantly reduced.
[0024]
Next, experimental results for the three-phase magnet type generator (invention generator) according to the above-described embodiment and the three-phase magnet type generator (premise generator) shown in FIG. 10 will be described. The experiment was performed by attaching a thermocouple to the core surface (magnetic material sheet member 24), inserting a thermocouple into the intermediate layer of the
[0025]
As described above, the three-phase magnet type generator according to the present embodiment has the
[0026]
As another embodiment of the present invention, although not shown, there can be cited one in which the
[0027]
【The invention's effect】
According to the three-phase magnet type generator of the present invention, a leakage magnetic flux loop passing through the flange portion is not formed, and a temperature rise due to an eddy current accompanying an increase in the number of poles of the rotor can be suppressed. , And shortening of the life of the coil can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a three-phase magnet type generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
FIG. 3 is a coil connection diagram of a stator.
FIG. 4 is a vector diagram of an output voltage.
FIG. 5 is an external characteristic graph.
FIG. 6 is an output current graph.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional general three-phase magnet generator as a comparative example of the present embodiment.
FIG. 8 is a coil connection diagram of the stator of the comparative example.
FIG. 9 is a vector diagram of an output voltage of the comparative example.
FIG. 10 is a sectional view of a three-phase magnet generator described in Japanese Patent Application No. 2002-156919, which is a premise of the present invention.
[Explanation of symbols]
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