JP2004350414A

JP2004350414A - Rotary electric machine

Info

Publication number: JP2004350414A
Application number: JP2003144812A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sasaki; 信幸佐々木; Katsutoshi Sakurai; 勝利桜井; Michio Kanbe; 道男神部; Nobuo Shigemizu; 信男重水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Mitsuba Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Mitsuba Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP4346955B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform efficient operation by controlling a field and elevating the heat radiation of a field coil, in a magnetic rotary electric machine. <P>SOLUTION: This generator 1 is equipped with a rotor core 4 rotating in a body with a rotating shaft, a magnet 5 attached to the periphery of the rotor core 4, a stator core 6 arranged outside the rotor core 4, and a magnet coil 8 wound and provided in the stator core 6. This generator 1 is provided with a field coil 16 and a field ring 26 adjacent to a stator core 6, and also the rotor core 4 is provided with a control magnetic pole between each magnet 5 and the next so as to form a closed magnetic path which passes the field coil 16, the field ring 26, and the control magnetic pole. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁石式の回転電機に関し、特に自動二輪車等のエンジンに連携して用いられるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等に用いられる発電機の中には、ロータ側の励磁コイルに通電して電磁石とし、この電磁石を用いた電磁誘導によりステータ側の発電コイルに起電力（電圧）を発生させて発電を行う励磁式のもの（例えば、特許文献１参照。）と、ロータ側のマグネット（永久磁石）を用いて発電を行う磁石式のものとがある。この内、磁石式の発電機の中には、強力な磁束が必要な場合と磁束が弱くて済む場合との間の異なる発電性能に対応するために、ロータのマグネット間に制御磁極を設けると共にステータに界磁コイルを設け、この界磁コイルへの通電を制御することで発電電力を調整可能としたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、近年、上記のような磁石式の発電機がエンジンのスタータモータとして、あるいはハイブリット車両等であればアシストモータとして兼用されることがあるが、この場合には、発電コイル又は別途設けた起動コイルに電力が供給され回転磁界が形成されてロータの回転力が創出される。また、発電機として使用する場合には、回転するロータのマグネットにより発電コイルに起電力を発生させて発電を行う。そして、このような発電電動機においても、要求される運転性能に対応するために界磁コイルを付設して出力調整可能としたものがある（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−６８６５３号公報
【特許文献２】
特許第３３６３６８２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１２７５６４号公報
【特許文献４】
特開平１１−１２７５６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した磁石式の発電機及び発電電動機等といった回転電機は、有底円筒状をなすロータ内にステータが配置されるアウターロータ型であることが一般的であるが、このような回転電機において、界磁コイルによるロータ内の温度上昇を抑えるために界磁コイルへの通電量を抑えたりファンを設けたりすると、運転の効率を低下させることがある。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、磁石式の回転電機において、界磁を制御すると共に界磁コイルの放熱性を高めて効率の良い運転を行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、回転軸と一体に回転するロータコア（例えば実施の形態におけるロータコア４，３４）及び該ロータコアの外周部に取り付けられる永久磁石（例えば実施の形態におけるマグネット５，３５）と、前記ロータコアの外側に配置されるステータコア（例えば実施の形態におけるステータコア６，３６）及び該ステータコアに巻装されるコイル（例えば実施の形態における発電コイル８，３８）とを備える回転電機（例えば実施の形態における発電機１，３１）において、前記ステータコアに隣接して界磁コイル（例えば実施の形態における界磁コイル１６，４６）及び界磁リング（例えば実施の形態における界磁リング２６，５６）を設けると共に、前記ロータコアには各永久磁石間に制御磁極（例えば実施の形態における制御磁極１５，４５）を設け、前記界磁コイルが界磁リング及び制御磁極を通る閉磁路を形成するよう構成したことを特徴とする。
【０００７】
この回転電機によれば、界磁コイルに通電する電流の方向及び大きさによって制御磁極の磁極及び磁束量を変化させることが可能となり、要求される出力に応じて運転性能を調整するよう制御することが可能となる。しかも、界磁コイルに通電する電流の方向や大きさの設定を変更するのみで異なる出力仕様とすることができ、基本レイアウトを変更せず最小限の変更で複数種の回転電機に対応できる。
そして、ロータコアの外側にステータコアを配置した所謂インナロータ型としたことで、ステータコアに隣接して設けられた界磁コイル及び界磁リングの放熱を良好に行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、前記永久磁石の磁極を同一としたことを特徴とする。
【０００９】
この回転電機によれば、マグネットの誤組みが減少し、かつ部品管理が容易になる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、前記界磁リングを前記ステータコアの外周側に配置したことを特徴とする。
【００１１】
この回転電機によれば、界磁コイルに通電した際の閉磁路の形成を容易にすることができると共に、さらに放熱を良好に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１，図２に示す磁石式の発電機（回転電機）１は、例えば自動二輪車等のエンジン（何れも図示略）に連携して使用されるもので、エンジンのクランク軸と連動して回転するロータ２と、エンジンケース等に固定されるステータ３とを備え、エンジンの運転に伴い発電し得るよう構成される。
【００１３】
ロータ２は、エンジンのクランク軸又はクランク軸に連係される駆動軸等の回転軸（図示略）と一体に回転するロータコア４と、該ロータコア４の周囲にその周方向に並んで取り付けられる複数のマグネット（永久磁石）５とを備え、ステータ３は、ロータコア４の外側に配置されるステータコア６と、該ステータコア６の複数の突極部７にそれぞれ巻装され各マグネット５とステータ３（及びロータ２）の径方向で近接した状態で対向配置される複数の発電コイル（コイル）８とを備える。つまり、発電機１は、ステータ３の内側でロータ２が回転する所謂インナロータ型として構成される。
【００１４】
ロータコア４は鉄等の強磁性材料（透磁率が大きい材料）からなり、前記回転軸の軸線Ｃを共有する略円筒状に形成される。ここで、図２における左右方向を発電機１の左右方向とすると、このロータコア４の内周側に設けられる挿通孔９には右側から回転軸が挿通され、ボルトナット等の締結手段を用いてロータコア４と回転軸とが一体に結合される。なお、ロータコア４の右側端は回転軸取り付け面１０となる。また、ロータコア４の右側端部には回転軸取り付け面１０の挿通孔９の周囲を左側に段差状に変化させてなる段差部１１が設けられる。
【００１５】
ロータコア４の軸方向略中央よりも右側（回転軸取り付け面１０側）の部位は、その左側の部位に対して軸線Ｃと直交する段差面１２を介して大径に形成される大径部１３とされる。この大径部１３の外周部には、その外周面を径方向内側に変化させてなるマグネット取り付け凹部１４が設けられる。ここで、マグネット５は、ロータコア４の径方向で扁平な略直方体形状とされ、かつ大径部１３と同一外周面を形成するよう円弧状に反って形成される。このマグネット５がロータコア４の大径部１３の外周部分に等間隔で複数（この実施の形態においては四個）配置され、これら各マグネット５に対応してマグネット取り付け凹部１４が設けられる。
【００１６】
ロータコア４の各マグネット取り付け凹部１４間の部位は、各マグネット５と共に発電機１の界磁極を形成するための制御磁極１５として構成される。つまり、制御磁極１５はマグネット５と同数（四個）でかつロータコア４の周方向で各マグネット５と交互に並んで配置される。なお、この実施の形態では、各制御磁極１５及びマグネット５はそれぞれの極弧角θｐ，θｍが互いに略同一となるよう設定される。そして、各マグネット５は互いの磁極を同一として設けられ、その対極は各マグネット５間の各制御磁極１５が必要に応じて界磁コイル１６により磁化されることで形成される。
【００１７】
マグネット取り付け凹部１４は軸方向で回転軸取り付け面１０まで貫通しておらず、したがって各マグネット取り付け凹部１４の右側には側壁１７が設けられる。また、マグネット取り付け凹部１４の左側には、ロータコア４左側の小径部１８に嵌合装着されビス１９により段差面１２に当接した状態で固定される環状のホルダキャップ２０が配設される。そして、各マグネット取り付け凹部１４の側壁１７とホルダキャップ２０とにより各マグネット５が挟持され、かつ側壁１７及びホルダキャップ２０に設けられた係止爪２１により保持されることで、各マグネット５がロータコア４に固定される。
【００１８】
ステータコア６は薄板状の強磁性材料（例えばケイ素鋼板）を軸方向に積層して形成されるもので、軸線Ｃを中心として大径部１３を囲繞する円環状に形成される。ステータコア６の内周部には複数（この実施の形態では十二個）の突極部７が径方向内側に向かって突設され、各突極部７には絶縁部材２２を介して導線が巻回されて各々発電コイル８が形成される。各発電コイル８は不図示の配電部品により三相に連結され、かつ整流器及び電圧調整器等を介してバッテリや電装部品に接続される。
【００１９】
そして、ステータコア６の左側には、ロータコア４の制御磁極１５の磁束量を制御する界磁コイル１６が設けられる。界磁コイル１６は軸線Ｃを中心とする円環状とされ、ロータコア４の小径部１８を囲繞する絶縁部材からなるコイルボビン２４を介して導線を巻回することで形成される。コイルボビン２４はロータコア４の小径部１８と径方向で対向するよう近接配置され、発電機１の左側端部を形成する界磁プレート２５のボス部２３外周に固定される。この界磁プレート２５の外周部とステータコア６の外周部とが界磁リング２６を介して連結される。ここで、界磁プレート２５及び界磁リング２６は強磁性材料からなるものである。
【００２０】
界磁リング２６は軸線Ｃを中心とした円筒状の部材で、ステータコア６の外周側に配置され、かつ発電機１の外周部を形成している。この界磁リング２６の内周側には軸方向に沿う貫通孔２７を有する固定用突部２８が複数（この実施の形態では四個）設けられ、かつ界磁プレート２５及びステータコア６には固定用突部２８の貫通孔２７に対応する貫通孔２９，２９がそれぞれ設けられる。そして、界磁リング２６の左側端部には界磁プレート２５の外周部が、右側内周部にはステータコア６の外周部が各々整合し、各貫通孔２７，２９にスルーボルト等の締結部材を図２の右側から挿通してエンジンカバーに締め込むことで、これを介してエンジンケースにステータコア６、界磁リング２６、及び界磁プレート２５が一体に結合された状態で固定される。
【００２１】
界磁コイル１６はステータコア６と軸方向で隣接し、かつ界磁リング２６と径方向で隣接している。また、界磁コイル１６と界磁プレート２５とはコイルボビン２４を介して軸方向で接している。ここで、図３、図４に示すように、界磁コイル１６に通電することで生じる磁束は、その大部分が界磁プレート２５、界磁リング２６、ステータコア６、制御磁極１５、及びロータコア４を経由する図中矢印Ｆ又はＦ’で示す閉磁路をそれぞれ形成することとなる。そして、界磁コイル１６に通電する電流の方向及び大きさによってマグネット５と制御磁極１５の磁極及び磁束量を変化させることが可能である。なお、図中矢印Ｍはマグネット５により形成される閉磁路である。
【００２２】
次に、作用について説明する。
まず、エンジンの運転により回転軸を介してロータ２が回転すると、各マグネット５の移動による磁界の変化により各発電コイル８に起電力が生じ、この起電力が発電電力としてバッテリや電装部品に供給される。このとき、界磁コイル１６に通電されていない場合には界磁コイル１６による磁束が界磁に作用しないので、ロータ２の磁束量は各マグネット５の磁束量に依存している。
【００２３】
次いで、各制御磁極１５が各マグネット５と対極側となるよう界磁コイル１６に通電された場合、つまり界磁コイル１６により発生するステータコア６を通過する磁路がマグネット５の磁路と逆方向となるよう閉磁路Ｆを形成した場合には、界磁コイル１６が生じる磁束が各マグネット５では減算し、各制御磁極１５では加算された合成磁束が各発電コイル８に作用する。このため、界磁コイル１６に通電する電流を増大させればそれに応じて磁気抵抗の小さい各制御磁極１５の磁束量を増加させ、全体の磁束変化を大きくして各発電コイル８の発電電力を増加させることができる。
【００２４】
また、制御磁極１５が各マグネット５と同極側となるよう、前述の通電方向とは逆方向に界磁コイル１６に通電された場合、つまり界磁コイル１６により発生するステータコア６を通過する磁路がマグネット５の磁路と同方向となるよう閉磁路Ｆ’を形成した場合には、界磁コイル１６が生じる磁束が各マグネット５では加算し、各制御磁極１５では加算された合成磁束が各発電コイル８に作用する。このため、界磁コイル１６に通電する電流を増大させればそれに応じて磁気抵抗の小さい各制御磁極１５の磁束量を減少させ、全体の磁束変化を小さくして各発電コイル８の発電電力を増加させることができる。
【００２５】
したがって、要求される出力（発電電力）に応じて発電性能を調整するよう制御することが可能となる。特に車両に用いられる場合、バッテリの充電状況や電装部品の使用状況によって要求される出力が細かく変化するので、各条件に応じて発電性能を調整するようにすれば、要求される出力が少ない場合には発電性能を抑えて電気的フリクションを低減させることが可能となる一方、要求される出力が多い場合には最大発電性能を発揮することが可能となる。
【００２６】
上記実施の形態によれば、界磁コイル１６に通電される電流の方向及び大きさによって出力を増減させることができるため、要求される出力が少ない場合でも過剰な発電による余剰電力をレギュレータ（電圧調整回路）により熱エネルギーとして廃棄するといった無駄を抑え、かつ電気的フリクションを抑えることができる。この結果、効率の良い発電（運転）を行うことができ、延いてはエンジンの燃費を高めることができる。
【００２７】
また、界磁コイル１６に通電する電流の方向や大きさの設定を変更するのみで異なる出力仕様とすることができるため、汎用性が高まりコストダウンを図ることが可能となる。
【００２８】
さらに、インナロータ型とされることで発電コイル８を有するステータ３の放熱が良好であることに加え、界磁コイル１６が発電機１の外周部を形成する界磁リング２６に隣接すると共に発電機１の左側端部を形成する界磁プレート２５に隣接しているため、界磁コイル１６、界磁リング２６、及び界磁プレート２５の放熱を良好に行うことができる。これにより、発電機１全体の温度上昇が抑えられ、界磁コイル１６への通電量を抑えたり冷却ファンを設ける等の対策を講じる必要がなく、結果として効率の良い発電を行うことができる。
【００２９】
さらにまた、複数のマグネット５の磁極を同一とすることで、誤組みを減少させかつ部品管理を容易にすることができるため、歩留りを向上させコストダウンを図ることが可能となる。
【００３０】
そして、ステータコア６及び界磁コイル１６の外周側に界磁リング２６が配置され、かつ界磁コイル１６の左側、つまりステータコア６と反対側には界磁プレート２５が配置されることで、界磁コイル１６に通電した際に閉磁路が形成され易く、各マグネット５と制御磁極１５の磁束を効果的に増減調整することができる。
【００３１】
次に、この発明の第二の実施の形態について説明する。
図５に示す発電機（回転電機）３１は、前記発電機１と同様、ロータ３２が回転軸（図示略）と一体に回転するロータコア３４と該ロータコア３４の周囲にその周方向に並んで取り付けられる複数のマグネット（永久磁石）３５とを備え、ステータ３３がロータコア３４の外側に配置されるステータコア３６と該ステータコア３６の複数の突極部３７にそれぞれ巻装され各マグネット３５とステータ３３の径方向で近接した状態で対向配置される複数の発電コイル（コイル）３８とを備え、ステータ３３の内側でロータ３２が回転することで発電し得るインナロータ型として構成される。
【００３２】
ロータコア３４は前記回転軸の軸線Ｃを共有する略円筒状に形成され、このロータコア３４の挿通孔３９に右側から回転軸が挿通される。なお、図５における左右方向を発電機３１の左右方向とする。また、ロータコア３４の右側端部には発電機１の外周近傍まで至る界磁フランジ５５が一体に設けられる。ロータコア３４の左側の外周部には複数のマグネット取り付け凹部４４が設けられ、各マグネット取り付け凹部４４にそれぞれマグネット３５が取り付けられる。
【００３３】
ロータコア３４の各マグネット取り付け凹部４４間の部位は制御磁極４５として構成され、各制御磁極４５とマグネット３５とが同数でかつロータコア３４の周方向で交互に配置される。各マグネット３５は互いの磁極を同一として設けられ、その対極は各マグネット３５間の各制御磁極４５が必要に応じて界磁コイル４６により磁化されることで形成される。なお、ロータコア３４の左側端には各マグネット３５を固定するためのホルダキャップ５０がビス４９により取り付けられる。
【００３４】
ステータコア３６は軸線Ｃを中心として各マグネット３５及び制御磁極４５を囲繞する円環状に形成され、その内周部に突設される複数の突極部３７に各々導線が巻回されて三相の発電コイル３８が形成される。そして、ステータコア３６の右側には、ロータコア３４の制御磁極４５の磁束量を制御する界磁コイル４６が設けられる。界磁コイル４６は軸線Ｃを中心とする円環状とされ、各マグネット３５及び制御磁極４５を囲繞するコイルボビン５３に導線を巻回することで形成される。界磁コイル４６及びコイルボビン５３は断面略Ｊ型の保持部材５４により保持され、この保持部材５４の後部フランジが、軸線Ｃを中心とした円筒状に形成され界磁コイル４６及びステータコア３６を囲繞する界磁リング５６にビス５７により取り付けられる。
【００３５】
界磁コイル４６はステータコア３６と軸方向で隣接し、界磁フランジ５５と保持部材５４の後部フランジを介して軸方向で隣接している。また、界磁コイル４６と界磁リング５６、及び界磁コイル４６とロータコア３４とは、それぞれ径方向で隣接している。ここで、界磁コイル４６に通電することで生じる磁束は、その大部分が界磁リング５６、界磁フランジ５５、ロータコア３４、制御磁極４５、及びステータコア３６を経由する図中矢印Ｇ又はＧ’で示す閉磁路をそれぞれ形成することとなる。
【００３６】
したがって、前記発電機１と同様、界磁コイル４６に通電する電流の方向及び大きさによってマグネット３５と制御磁極４５の磁極及び磁束量を変化させることが可能となり、要求される出力が少ない場合には発電性能を抑えて電気的フリクションを低減させることができる一方、要求される出力が多い場合には最大発電性能を発揮することができる。
【００３７】
上記第二の実施の形態においても、第一の実施の形態と同様、効率の良い発電を行うことができ、延いてはエンジンの燃費を高めることができる。また、汎用性が高まることでコストダウンを図ることができる。
さらに、発電コイル３８、界磁コイル４６、界磁リング５６、及び界磁フランジ５５の放熱性が高まることでより効率の良い発電を行うことができる。さらにまた、複数のマグネット３５の磁極が同一であることで歩留りを向上させコストダウンを図ることが可能となる。
そして、界磁リング５６及び界磁フランジ５５を設けたことで、界磁コイル４６に通電した際に閉磁路が形成され易く、各マグネット３５と制御磁極４５の磁束を効果的に増減調整することができる。
【００３８】
なお、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、上記構成をスタータモータ等の電動機に応用してもよい。この場合、界磁コイルにより磁束量を増減させることで電動機の出力特性を可変させることが可能となる。同様に、上記構成をモータジェネレータ等の発電電動機に応用してもよい。そして、車両用又は汎用のエンジンに用いられるものに限らず、例えばファンモータ等、回転電機全般に適用可能である。
また、ロータ２，３２やステータ３，３３の部品構成は一例であり、例えばロータコア４，３４を回転軸と一体に構成してもよく、制御磁極１５，４５をロータコア４，３４と別体としてもよい。また、マグネット５，３５は必ずしも同一磁極にするとは限らない。さらに、マグネット５，３５及び制御磁極１５，４５の数や各極弧角θｐ，θｍの比率を変更すれば、界磁極を全てマグネットで構成したものと同一のサイズで同等の運転性能が得られるよう調整することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、界磁コイルに通電する電流の方向及び大きさを変化させることで要求される出力に応じて運転性能を調整するよう制御することが可能となり、余剰電力を廃棄するといった無駄を抑え、かつ電気的フリクションを抑えることができる。この結果、効率の良い運転を行うことができ、延いてはエンジンの燃費や車両の加速性能を高めることができる。しかも、界磁コイルに通電する電流の方向や大きさの設定を変更するのみで異なる出力仕様とすることができ、基本レイアウトを変更せず最小限の変更で複数種の回転電機に対応できるため、汎用性が高まりコストダウンを図ることが可能となる。
そして、ロータコアの外側にステータコアを配置した所謂インナロータ型としたことで、ステータコアに隣接して設けられた界磁コイル及び界磁リングの放熱性が高まるため、これらの温度上昇を抑えるための特別な対策を講じる必要がなく、より効率の良い運転を行うことができる。
【００４０】
請求項２に記載した発明によれば、マグネットの誤組みが減少し、かつ部品管理が容易になるため、歩留りを向上させコストダウンを図ることが可能となる。
【００４１】
請求項３に記載した発明によれば、界磁コイルに通電した際の閉磁路の形成を容易にすることができるため、各マグネットの磁束を効果的に増減調整することができる。また、界磁コイルの放熱性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一の実施の形態における発電機の正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】界磁コイルの作用を示す図１に相当する作用説明図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線に沿う作用説明図である。
【図５】この発明の第二の実施の形態における発電機の説明図である。
【符号の説明】
１，３１発電機（回転電機）
４，３４ロータコア
５，３５マグネット（永久磁石）
６，３６ステータコア
８，３８発電コイル（コイル）
１５，４５制御磁極
１６，４６界磁コイル
２６，５６界磁リング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating electric machine of a magnet type, and more particularly to a rotating electric machine used in conjunction with an engine of a motorcycle or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, among generators used in vehicles and the like, an electromagnet is formed by energizing an exciting coil on a rotor side, and an electromotive force (voltage) is generated in a generating coil on a stator side by electromagnetic induction using the electromagnet to generate power. (For example, see Patent Literature 1) and a magnet type that generates power using a rotor-side magnet (permanent magnet). Among them, some magnet-type generators have control magnetic poles between the rotor magnets in order to support different power generation performance between when a strong magnetic flux is required and when the magnetic flux is weak. There is a type in which a field coil is provided on a stator and the generated power can be adjusted by controlling the energization of the field coil (for example, see Patent Document 2).
[0003]
By the way, in recent years, the above-mentioned magnet type generator may be used also as an engine starter motor, or as an assist motor in the case of a hybrid vehicle or the like. Electric power is supplied to the coil to form a rotating magnetic field, thereby generating a rotating force of the rotor. When used as a generator, power is generated by generating electromotive force in a power generation coil by a magnet of a rotating rotor. Also, in such a generator motor, there is a type in which a field coil is provided to adjust the output in order to cope with the required operation performance (for example, see Patent Documents 3 and 4).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-68653 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3363682 [Patent Document 3]
JP-A-11-127564 [Patent Document 4]
JP-A-11-127565
[Problems to be solved by the invention]
Rotating electric machines such as the magnet-type generator and the generator motor described above are generally of an outer rotor type in which a stator is disposed in a rotor having a bottomed cylindrical shape. If the amount of current supplied to the field coil is reduced or a fan is provided to suppress the temperature rise in the rotor due to the field coil, the operation efficiency may be reduced.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnet-type rotating electric machine that controls a field and enhances heat radiation of a field coil to perform efficient operation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above problems, the invention described in claim 1 is based on a rotor core (for example, the rotor cores 4 and 34 in the embodiment) that rotates integrally with the rotating shaft and a permanent magnet (for example, the embodiment) mounted on the outer peripheral portion of the rotor core. Magnets 5 and 35), a stator core (for example, stator cores 6 and 36 in the embodiment) arranged outside the rotor core, and coils wound around the stator core (for example, power generation coils 8 and 38 in the embodiment). (For example, the generators 1 and 31 in the embodiment), a field coil (for example, the field coils 16 and 46 in the embodiment) and a field ring (for example, the embodiment) adjacent to the stator core. Field rings 26, 56), and the rotor core is provided between each permanent magnet. His pole (control pole 15,45 in example embodiment) is provided, wherein the field coil is configured to form a closed magnetic path through the field rings and the control magnetic poles.
[0007]
According to this rotating electric machine, it is possible to change the magnetic pole and the amount of magnetic flux of the control magnetic pole according to the direction and magnitude of the current flowing through the field coil, and control to adjust the operation performance according to the required output. It becomes possible. In addition, different output specifications can be obtained only by changing the setting of the direction and magnitude of the current flowing through the field coil, and a plurality of types of rotating electric machines can be handled with minimal changes without changing the basic layout.
The so-called inner rotor type in which the stator core is arranged outside the rotor core allows the field coil and the field ring provided adjacent to the stator core to radiate heat well.
[0008]
The invention described in claim 2 is characterized in that the magnetic poles of the permanent magnets are the same.
[0009]
According to this rotating electric machine, erroneous assembly of magnets is reduced, and parts management becomes easy.
[0010]
The invention described in claim 3 is characterized in that the field ring is arranged on the outer peripheral side of the stator core.
[0011]
According to this rotating electric machine, it is possible to easily form a closed magnetic circuit when the field coil is energized, and to further radiate heat.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A magnet-type generator (rotating electric machine) 1 shown in FIGS. 1 and 2 is used in conjunction with an engine (not shown) of a motorcycle or the like, and rotates in conjunction with a crankshaft of the engine. And a stator 3 fixed to an engine case or the like, and configured to generate electric power in accordance with operation of the engine.
[0013]
The rotor 2 includes a rotor core 4 that rotates integrally with a rotation shaft (not shown) such as a crankshaft of the engine or a drive shaft linked to the crankshaft, and a plurality of rotor cores 4 mounted around the rotor core 4 in the circumferential direction. The stator 3 includes a magnet (permanent magnet) 5, and the stator 3 is disposed outside the rotor core 4, and is wound around a plurality of salient pole portions 7 of the stator core 6. 2) a plurality of power generating coils (coils) 8 which are arranged to face each other in a state of being close to each other in the radial direction. That is, the generator 1 is configured as a so-called inner rotor type in which the rotor 2 rotates inside the stator 3.
[0014]
The rotor core 4 is made of a ferromagnetic material such as iron (a material having a high magnetic permeability), and is formed in a substantially cylindrical shape sharing the axis C of the rotation shaft. Here, assuming that the left-right direction in FIG. 2 is the left-right direction of the generator 1, a rotating shaft is inserted from the right into an insertion hole 9 provided on the inner peripheral side of the rotor core 4, and a fastening means such as a bolt nut is used. The rotor core 4 and the rotating shaft are integrally connected. Note that the right end of the rotor core 4 is a rotation shaft mounting surface 10. At the right end of the rotor core 4, there is provided a step portion 11 formed by changing the periphery of the insertion hole 9 of the rotating shaft mounting surface 10 to the left side in a stepped manner.
[0015]
A portion on the right side (rotational shaft mounting surface 10 side) of the substantially central portion in the axial direction of the rotor core 4 has a large diameter portion 13 formed with a large diameter via a stepped surface 12 perpendicular to the axis C with respect to the left side portion. It is said. A magnet mounting concave portion 14 is provided on the outer peripheral portion of the large diameter portion 13 by changing its outer peripheral surface radially inward. Here, the magnet 5 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape that is flat in the radial direction of the rotor core 4 and is formed so as to be curved in an arc shape so as to form the same outer peripheral surface as the large diameter portion 13. A plurality (four in this embodiment) of the magnets 5 are arranged at equal intervals on the outer peripheral portion of the large diameter portion 13 of the rotor core 4, and a magnet mounting recess 14 is provided corresponding to each of the magnets 5.
[0016]
A portion between the magnet mounting recesses 14 of the rotor core 4 is configured as a control magnetic pole 15 for forming a field pole of the generator 1 together with each magnet 5. That is, the same number (four) of the control magnetic poles 15 as the magnets 5 are arranged alternately with the respective magnets 5 in the circumferential direction of the rotor core 4. In this embodiment, the control magnetic poles 15 and the magnets 5 are set so that the respective polar arc angles θp and θm are substantially the same. Each magnet 5 is provided with the same magnetic pole, and its counter electrode is formed by magnetizing the control magnetic pole 15 between the magnets 5 by the field coil 16 as necessary.
[0017]
The magnet mounting recesses 14 do not penetrate in the axial direction to the rotating shaft mounting surface 10, and therefore, a side wall 17 is provided on the right side of each magnet mounting recess 14. An annular holder cap 20 is provided on the left side of the magnet mounting recess 14 so as to be fitted to the small-diameter portion 18 on the left side of the rotor core 4 and fixed by a screw 19 in a state of contacting the stepped surface 12. Each magnet 5 is sandwiched between the side wall 17 of each magnet mounting recess 14 and the holder cap 20 and is held by the locking claw 21 provided on the side wall 17 and the holder cap 20, so that each magnet 5 is attached to the rotor core. Fixed to 4.
[0018]
The stator core 6 is formed by laminating thin ferromagnetic materials (for example, silicon steel plates) in the axial direction, and is formed in an annular shape surrounding the large-diameter portion 13 about the axis C. A plurality of (twelve in this embodiment) salient pole portions 7 are provided on the inner peripheral portion of the stator core 6 so as to protrude radially inward. Each of the coils is wound to form a power generation coil 8. Each power generation coil 8 is connected in three phases by a power distribution component (not shown), and is connected to a battery and an electrical component via a rectifier and a voltage regulator.
[0019]
On the left side of the stator core 6, a field coil 16 for controlling the amount of magnetic flux of the control magnetic pole 15 of the rotor core 4 is provided. The field coil 16 is formed in an annular shape around the axis C, and is formed by winding a conductor through a coil bobbin 24 made of an insulating member surrounding the small diameter portion 18 of the rotor core 4. The coil bobbin 24 is disposed close to the small-diameter portion 18 of the rotor core 4 so as to radially oppose the small-diameter portion 18, and is fixed to the outer periphery of the boss 23 of the field plate 25 forming the left end of the generator 1. The outer peripheral portion of the field plate 25 and the outer peripheral portion of the stator core 6 are connected via a field ring 26. Here, the field plate 25 and the field ring 26 are made of a ferromagnetic material.
[0020]
The field ring 26 is a cylindrical member centered on the axis C, is arranged on the outer peripheral side of the stator core 6, and forms the outer peripheral portion of the generator 1. A plurality of (four in this embodiment) fixing projections having through holes 27 extending in the axial direction are provided on the inner peripheral side of the field ring 26, and are fixed to the field plate 25 and the stator core 6. Through holes 29, 29 corresponding to the through holes 27 of the projecting portion 28 are provided, respectively. The outer peripheral portion of the field plate 25 is aligned with the left end of the field ring 26, and the outer peripheral portion of the stator core 6 is aligned with the inner peripheral portion of the right side. 2 is inserted from the right side of FIG. 2 and fastened to the engine cover, so that the stator core 6, the field ring 26, and the field plate 25 are fixed to the engine case via this.
[0021]
The field coil 16 is adjacent to the stator core 6 in the axial direction, and is adjacent to the field ring 26 in the radial direction. The field coil 16 and the field plate 25 are in axial contact with each other via a coil bobbin 24. Here, as shown in FIGS. 3 and 4, most of the magnetic flux generated by energizing the field coil 16 is the field plate 25, the field ring 26, the stator core 6, the control pole 15, and the rotor core 4. , A closed magnetic path indicated by an arrow F or F ′ in the figure is formed. Then, it is possible to change the magnetic pole and the amount of magnetic flux of the magnet 5 and the control magnetic pole 15 depending on the direction and magnitude of the current flowing through the field coil 16. Note that an arrow M in the drawing is a closed magnetic path formed by the magnet 5.
[0022]
Next, the operation will be described.
First, when the rotor 2 rotates via the rotating shaft by the operation of the engine, a change in the magnetic field due to the movement of each magnet 5 generates an electromotive force in each generating coil 8, and this electromotive force is supplied to the battery and the electrical components as the generated power. Is done. At this time, when the field coil 16 is not energized, the magnetic flux generated by the field coil 16 does not act on the field, so the amount of magnetic flux of the rotor 2 depends on the amount of magnetic flux of each magnet 5.
[0023]
Next, when the field coil 16 is energized so that each control magnetic pole 15 is opposite to each magnet 5, that is, the magnetic path generated by the field coil 16 and passing through the stator core 6 is opposite to the magnetic path of the magnet 5. When the closed magnetic path F is formed such that the magnetic flux generated by the field coil 16 is subtracted in each magnet 5, the combined magnetic flux added to each control magnetic pole 15 acts on each power generation coil 8. Therefore, if the current flowing through the field coil 16 is increased, the amount of magnetic flux of each control magnetic pole 15 having a small magnetic resistance is correspondingly increased, and the overall magnetic flux change is increased, so that the power generated by each power generating coil 8 is reduced. Can be increased.
[0024]
Also, when the field coil 16 is energized in a direction opposite to the above-described energization direction, that is, a magnetic field generated by the field coil 16 and passing through the stator core 6 so that the control magnetic pole 15 is on the same pole side as each magnet 5. When the closed magnetic path F ′ is formed so that the path is in the same direction as the magnetic path of the magnet 5, the magnetic flux generated by the field coil 16 is added in each magnet 5, and the combined magnetic flux added in each control magnetic pole 15. It acts on each power generation coil 8. For this reason, if the current flowing through the field coil 16 is increased, the amount of magnetic flux of each control magnetic pole 15 having a small magnetic resistance is correspondingly reduced, and the overall magnetic flux change is reduced to reduce the power generated by each generating coil 8. Can be increased.
[0025]
Therefore, it is possible to perform control to adjust the power generation performance according to the required output (power generation). In particular, when used in vehicles, the required output varies depending on the state of charge of the battery and the usage of electrical components, so if the power generation performance is adjusted according to each condition, the required output is small. In this case, it is possible to reduce the electric friction by suppressing the power generation performance, while it is possible to exhibit the maximum power generation performance when the required output is large.
[0026]
According to the above embodiment, the output can be increased or decreased according to the direction and magnitude of the current flowing through the field coil 16, so that even when the required output is small, the excess power due to excessive power generation can be reduced by the regulator (voltage). (Adjustment circuit) can suppress waste such as discarding as heat energy, and also suppress electrical friction. As a result, efficient power generation (operation) can be performed, and the fuel efficiency of the engine can be increased.
[0027]
In addition, since different output specifications can be obtained only by changing the setting of the direction and magnitude of the current flowing through the field coil 16, versatility is improved and cost can be reduced.
[0028]
Further, the heat dissipation of the stator 3 having the power generating coil 8 is good by being of the inner rotor type, and the field coil 16 is adjacent to the field ring 26 forming the outer peripheral portion of the power generator 1 and the power generator 1 is adjacent to the field plate 25 that forms the left end portion, so that the field coil 16, the field ring 26, and the field plate 25 can radiate heat well. As a result, the temperature rise of the entire generator 1 is suppressed, and it is not necessary to take measures such as suppressing the amount of electricity to the field coil 16 or providing a cooling fan, and as a result, efficient power generation can be performed.
[0029]
Furthermore, by making the magnetic poles of the plurality of magnets 5 the same, erroneous assembly can be reduced and parts management can be facilitated, so that the yield can be improved and the cost can be reduced.
[0030]
The field ring 26 is arranged on the outer peripheral side of the stator core 6 and the field coil 16, and the field plate 25 is arranged on the left side of the field coil 16, that is, on the side opposite to the stator core 6, so that the field When the coil 16 is energized, a closed magnetic path is easily formed, and the magnetic flux of each magnet 5 and the control magnetic pole 15 can be effectively increased or decreased.
[0031]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
A generator (rotary electric machine) 31 shown in FIG. 5 is, like the generator 1, attached to a rotor core 34 in which a rotor 32 rotates integrally with a rotating shaft (not shown), and is arranged around the rotor core 34 in a circumferential direction. A plurality of magnets (permanent magnets) 35 are provided, and a stator 33 is wound around a stator core 36 disposed outside the rotor core 34 and a plurality of salient pole portions 37 of the stator core 36. And a plurality of power generation coils (coils) 38 that are opposed to each other in a state of being close to each other in the direction, and are configured as an inner rotor type capable of generating power by rotating the rotor 32 inside the stator 33.
[0032]
The rotor core 34 is formed in a substantially cylindrical shape sharing the axis C of the rotation shaft, and the rotation shaft is inserted into the insertion hole 39 of the rotor core 34 from the right side. The left-right direction in FIG. 5 is the left-right direction of the generator 31. Further, a field flange 55 extending to the vicinity of the outer periphery of the generator 1 is integrally provided at the right end of the rotor core 34. A plurality of magnet attachment recesses 44 are provided on the outer peripheral portion on the left side of the rotor core 34, and the magnet 35 is attached to each magnet attachment recess 44.
[0033]
The portion between the magnet mounting recesses 44 of the rotor core 34 is configured as a control magnetic pole 45, and the control magnetic poles 45 and the magnets 35 are arranged in the same number and alternately in the circumferential direction of the rotor core 34. The magnets 35 are provided with the same magnetic poles, and the counter poles are formed by magnetizing the control magnetic poles 45 between the magnets 35 with the field coils 46 as necessary. A holder cap 50 for fixing each magnet 35 is attached to the left end of the rotor core 34 with a screw 49.
[0034]
The stator core 36 is formed in an annular shape surrounding the magnets 35 and the control magnetic poles 45 around the axis C, and a plurality of salient pole portions 37 projecting from the inner peripheral portion thereof are wound with a conductive wire to form a three-phase. The power generation coil 38 is formed. On the right side of the stator core 36, a field coil 46 for controlling the amount of magnetic flux of the control magnetic pole 45 of the rotor core 34 is provided. The field coil 46 is formed in an annular shape around the axis C, and is formed by winding a conductive wire around a coil bobbin 53 surrounding each magnet 35 and control magnetic pole 45. The field coil 46 and the coil bobbin 53 are held by a holding member 54 having a substantially J-shaped cross section. A rear flange of the holding member 54 is formed in a cylindrical shape around the axis C and surrounds the field coil 46 and the stator core 36. It is attached to the field ring 56 by screws 57.
[0035]
The field coil 46 is adjacent to the stator core 36 in the axial direction, and is adjacent to the field flange 55 in the axial direction via the rear flange of the holding member 54. The field coil 46 and the field ring 56, and the field coil 46 and the rotor core 34 are adjacent to each other in the radial direction. Here, most of the magnetic flux generated by energizing the field coil 46 passes through the field ring 56, the field flange 55, the rotor core 34, the control magnetic pole 45, and the stator core 36, as indicated by an arrow G or G ′ in the figure. , Respectively.
[0036]
Therefore, similarly to the generator 1, it is possible to change the magnetic pole and the magnetic flux amount of the magnet 35 and the control magnetic pole 45 depending on the direction and the magnitude of the current flowing through the field coil 46, and when the required output is small. Can reduce electrical friction by suppressing power generation performance, but can exhibit maximum power generation performance when the required output is large.
[0037]
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, efficient power generation can be performed, and the fuel efficiency of the engine can be improved. In addition, cost can be reduced by increasing versatility.
Further, since the heat radiation of the power generating coil 38, the field coil 46, the field ring 56, and the field flange 55 is enhanced, more efficient power generation can be performed. Furthermore, since the plurality of magnets 35 have the same magnetic pole, the yield can be improved and the cost can be reduced.
By providing the field ring 56 and the field flange 55, a closed magnetic path is easily formed when the field coil 46 is energized, and the magnetic flux of each magnet 35 and the control magnetic pole 45 is effectively increased or decreased. Can be.
[0038]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the above configuration may be applied to an electric motor such as a starter motor. In this case, the output characteristics of the electric motor can be varied by increasing or decreasing the amount of magnetic flux by the field coil. Similarly, the above configuration may be applied to a generator motor such as a motor generator. The present invention is not limited to those used for vehicles or general-purpose engines, and is applicable to general rotating electric machines such as fan motors.
The components of the rotors 2 and 32 and the stators 3 and 33 are merely examples. For example, the rotor cores 4 and 34 may be integrally formed with the rotating shaft, and the control magnetic poles 15 and 45 may be formed separately from the rotor cores 4 and 34. Is also good. Further, the magnets 5 and 35 do not always have the same magnetic pole. Further, by changing the numbers of the magnets 5 and 35 and the control magnetic poles 15 and 45 and the ratio of the respective polar arc angles θp and θm, the same operation performance can be obtained with the same size as that in which the field poles are all constituted by magnets. It is also possible to adjust as follows.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, control is performed such that the driving performance is adjusted in accordance with the required output by changing the direction and magnitude of the current flowing through the field coil. This makes it possible to suppress waste such as discarding surplus power and suppress electrical friction. As a result, efficient driving can be performed, and in addition, fuel efficiency of the engine and acceleration performance of the vehicle can be improved. Moreover, different output specifications can be obtained simply by changing the direction and magnitude of the current flowing through the field coil, and it is possible to handle multiple types of rotating electrical machines with minimal changes without changing the basic layout. Therefore, versatility is improved and cost reduction can be achieved.
The so-called inner rotor type in which the stator core is disposed outside the rotor core enhances the heat radiation of the field coil and the field ring provided adjacent to the stator core. It is not necessary to take measures and more efficient operation can be performed.
[0040]
According to the invention described in claim 2, erroneous assembly of the magnets is reduced and parts management is facilitated, so that it is possible to improve the yield and reduce the cost.
[0041]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to easily form a closed magnetic path when the field coil is energized, and thus it is possible to effectively increase or decrease the magnetic flux of each magnet. Further, the heat radiation of the field coil can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is an operation explanatory view corresponding to FIG. 1 showing an operation of a field coil.
FIG. 4 is an operation explanatory view along the line BB in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram of a generator according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,31 generator (rotary electric machine)
4,34 Rotor core 5,35 Magnet (permanent magnet)
6,36 Stator core 8,38 Generating coil (coil)
15,45 Control pole 16,46 Field coil 26,56 Field ring

Claims

回転軸と一体に回転するロータコア及び該ロータコアの外周部に取り付けられる永久磁石と、前記ロータコアの外側に配置されるステータコア及び該ステータコアに巻装されるコイルとを備える回転電機において、前記ステータコアに隣接して界磁コイル及び界磁リングを設けると共に、前記ロータコアには各永久磁石間に制御磁極を設け、前記界磁コイルが界磁リング及び制御磁極を通る閉磁路を形成するよう構成したことを特徴とする回転電機。In a rotating electric machine including a rotor core rotating integrally with a rotation shaft, a permanent magnet attached to an outer peripheral portion of the rotor core, a stator core disposed outside the rotor core, and a coil wound around the stator core, a rotating electric machine adjacent to the stator core A field coil and a field ring are provided, and a control magnetic pole is provided between the permanent magnets on the rotor core, so that the field coil forms a closed magnetic path passing through the field ring and the control magnetic pole. Characteristic rotating electric machine.

前記永久磁石の磁極を同一としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。The rotating electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnets have the same magnetic pole.

前記界磁リングを前記ステータコアの外周側に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。The rotating electric machine according to claim 1, wherein the field ring is arranged on an outer peripheral side of the stator core.