JP2008099446A - アウタロータ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットの磁極に対する他の磁極を形成する磁性体を設けたアウタロータ型の回転電機の鉄損の発生を抑制する。
【解決手段】有底円筒状のアウタロータ５を形成するヨーク７の周壁７ａの内周面に、複数の円弧状磁性体９を並べ、隣り合う磁性体同士によりマグネット８を受容する凹部１０を形成する。磁性体を圧粉磁心により形成する。従来の磁極としての磁性体を鉄製の塊により形成したものに対して、高周波の交番磁界に対する鉄損の発生を抑制することができ、発電機として用いた場合の発電効率を高めることができる。さらに、マグネットをボンドマグネットとして二色成形することにより、マグネットと磁性体との一体化が容易になり、組み付け性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電機子コイルを備えるステータと、前記ステータを同軸的に外囲するアウタロータとを有するアウタロータ型回転電機に関するものである。

従来、例えば車両のエンジンには、エンジン始動用のスタータモータと、エンジン始動後の発電用の発電機とが設けられており、それらを１台にまとめることにより、エンジン補機のコンパクト化かつ軽量化を促進することができ、回転電機としてのモータ及び発電機を一体化した始動発電機がある。このような始動発電機にあっては、特に小型軽量化を要求される小型自動二輪車に好適である。

また、エンジン始動のためにスタータモータとして高トルクを確保するためには大きな磁力が必要となるが、その大きな磁力のままでは、発電機として使用した際には発電量が過大となる。そのため、複数のマグネットを同極着磁されたものを用い、アウタロータを構成する有底円筒形状ヨークの周壁内周面に、マグネットとは反対の他の磁極となる制御磁極を構成するための磁性体をマグネットと交互に配設し、その制御磁極を通る磁束の大きさを制御するための界磁コイルを設けたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−３０８３１７号公報

しかしながら、上記したような従来の回転電機では制御磁極としての磁性体を鉄片により形成しており、鉄片からなる磁性体は塊となることから、高周波の交番磁界を受けると大きな鉄損が生じて発電効率が低下するという問題があった。また、ヨークの周壁を厚肉に形成し、周壁内周面のマグネットを配置する所に凹部を設け、その凹部にマグネットを埋没状態に設けることが考えられる。この場合にはヨーク周壁の一部（凹部以外の部分）が制御磁極となり、ヨークと制御磁極とが一体化していることになるが、そのヨークにあっても鉄製であることから、上記と同様に鉄損の発生という問題がある。

このような課題を解決して、マグネットの磁極に対する他の磁極を形成する磁性体を設けたアウタロータ型の回転電機の鉄損の発生を抑制することを実現するために本発明に於いては、電機子コイルを備えるステータと、前記ステータを同軸的に外囲するアウタロータとを有するアウタロータ型回転電機において、前記アウタロータは、有底円筒形状のヨークと、前記ヨークの周方向に等間隔に配設された複数のマグネットと、前記マグネットの磁極に対する他の磁極として前記ヨークに一体的に設けられた磁性体とを有し、前記磁性体が、前記複数のマグネットを前記ヨークの周方向に等間隔に配設するための複数の凹部と、前記複数の凹部に配設された状態の前記複数のマグネットと共に前記ステータに対向する同一円周面を形成する磁極面とを有する形状に圧粉磁心により形成されているものとした。

特に、前記マグネットがボンドマグネットであると良く、また、前記磁性体が前記複数のマグネットの配置に合わせて同数に分割されていると良く、また、前記アウタロータの前記マグネットの内周面側にマグネットカバーが設けられていると良い。

このように本発明によれば、アウタロータに、マグネットと、マグネットの磁極に対する他の磁極としての磁性体とを設けたアウタロータ型回転電機において、磁性体を圧粉磁心で形成することにより、従来の磁極としての磁性体を鉄製の塊により形成したものに対して、高周波の交番磁界に対する鉄損の発生を抑制することができ、発電機として用いた場合の発電効率を高めることができる。

特に、マグネットがボンドマグネットであることにより、二色成型することができ、ヨークへのマグネット及び磁性体の取り付けが容易になる。また、磁性体をマグネットと同数に分割して組み立てるようにすることにより、個々の磁性体を、ヨークの内周面側と周方向の一方の側とに対して開口する階段状の形状に形成するという簡単な加工でマグネットを受容するための凹部を形成することができ、隣り合う磁性体同士で形成される凹部の開口を奥側に対して狭めることも容易であり、それによりマグネットの抜け止めが可能となる。また、マグネットの内周面側にマグネットカバーが設けられていることにより、マグネットの抜け止めを確実にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された回転電機としての始動発電機１の要部を示す正面図であり、図２は図１の矢印II−II線に沿って見た側断面図である。本始動発電機１は、例えば小型自動二輪車のエンジンＥの端壁にブラケット２を介して固設されたステータ３と、エンジンのクランクシャフト４に固着されたアウタロータ５とにより構成されている。そして、エンジン始動時にはスタータモータとして使用し、始動後には図示されないバッテリ及びその他の負荷に対する電力供給用の発電機として使用される。

ステータ３は、ブラケット２に固設されかつクランクシャフト４を外囲する円環状部分と、その円環状部分から半径方向外向きに放射状に突出するようにされた複数のティース３ａとを有する外形であり、積層鋼板からなるものであって良い。各ティース３ａには電機子コイル６が巻かれている。

アウタロータ５は、クランクシャフト４に同軸的に固着されたボス部５ａを中心部に有する有底円筒形状をなすヨーク７と、ヨーク７の外周を形成する周壁７ａの内周面に配設された複数のマグネット８と、マグネット８の磁極に対する他の磁極となる制御磁極を構成する磁性体９とにより構成されている。

磁性体９は、図２に示されるように互いに同じ形状の円弧状部材からなり、周壁７ａの内周面の全周に渡って連続して配設されている。アウタロータ５の軸線方向から見た磁性体９の断面形状は１段の階段状に形成されており、上記したように並べられた磁性体９の隣り合うもの同士により段部による凹部１０が形成されるようになっている。その凹部１０の大きさはマグネット８を緊密に埋設状態に受容する大きさにすると良く、凹部１０に埋設状態に受容されたマグネット８と磁性体９の各マグネット８の間になる部分とにより同一径の内周面を形成するように、マグネット８及び磁性体９の形状が設計されている。

また、隣り合う磁性体９同士で凹部１０を形成することから、凹部１０の開口を奥側に対して狭める形状にすることも容易であり、それにより組み付けた状態のマグネット８の抜け止めが可能となる。

本回転電機にあっては、同一形状の磁性体９が全周に渡って並べられ、各マグネット８はヨーク７の周方向に等間隔に配置されており、磁性体９の各マグネット８の間になる部分がマグネット８の磁極に対する他の磁極となる制御磁極９ａとして作用する。

なお、ボス部５ａを外囲する界磁コイル１１がステータ３にねじ止めにて固定されており、界磁コイル１１は、ステータ３と共に、ヨーク７内に受容されるように設けられている。

図３に、本始動発電機の磁気回路を電気回路の記号を用いて示す。図３（ａ）は、電機子コイル６に通電したときの磁束の流れを示している。この場合には、マグネット８の起磁力による磁束の流れは、例えばマグネット８をＳ極とすると制御磁極９ａがＮ極となり、マグネット８〜磁性体９〜制御磁極９ａ〜ステータ３（ティース３ａ）〜マグネット８を通る閉ループを形成する。なお、各部材間の空隙を磁束が通る部分における磁気抵抗を抵抗のシンボルにより示している。

また、図３（ｂ）に例えば上述したマグネットにおける磁束の方向とは逆方向の磁束を形成するように界磁コイル１１に通電した場合を示す。この場合には、界磁コイル１１により発生する磁束が、上記マグネット８による磁束に鎖交するように、制御磁極９ａ〜ヨーク７〜ボス部５ａ〜ステータ３（ティース３ａ）〜制御磁極９ａを通る閉ループを形成する。なお、通電方向により界磁コイル１１による起磁力の向きを変えたり、通電量により磁束量を変えたりすることができ、制御磁極９ａ〜ステータ３（ティース３ａ）間におけるマグネット８による磁束に重畳される界磁コイル１１による磁束の向き及び量を可変とすることで、その部分の磁束を強め（強め界磁）たり、弱め（弱め界磁）たりして、本始動発電機の特性を変えることができる。それにより、モータ（スタータ）として制御したり、発電機として制御したりすることができる。

そして、本発明によれば、磁性体９が圧粉磁心材を成型して形成されている。これにより、マグネット８の周囲や制御磁極９ａの電気抵抗が高くなるため、低鉄損化が図れる。

また、マグネット８の内周面及び軸線方向端面（図１における正面）を覆う断面Ｌ字形の円環状のマグネットカバー１２が取り付けられている。このマグネットカバー１２は、一般的なモータにおけるマグネットカバーと同様にマグネット８の保護を目的とするものであるが、材質としては、高速回転による鉄損低減として、アルミニウム、チタン、ステンレスなどの非磁性体かつ固有抵抗値の大きいものであると良い。なお、図１は説明上、マグネットカバー１２の図示を省略している。

さらに、圧粉磁心の材料により成型した磁性体９（制御磁極９ａ）と二色成型にて一体化する場合には、マグネット８にボンドマグネットを使用すると良く、その場合には一体化することにより円筒形状になったものをヨーク７の周壁７ａの内周面に接着して固定する。これにより、組み付け性が良いという効果を奏し得る。

また、本発明によれば、上記図示例のように磁性体９を複数の部材に分割して用いるようにしなくても良く、図４及び図５に示されるように円筒形状の磁性体１３を圧粉磁心材により成型し、その成型時に凹部１０を形成することができる。なお、図において、上記図示例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。マグネット８にあっては、凹部１０にはめ込むようにして組み付けても良く、または上記したように二色成型により一体化しても良い。この場合にも、上記と同様に制御磁極９ａを形成する磁性体１３が圧粉磁心からなることから、低鉄損化が図れる。

さらに、図６に示されるように、磁性体１４を鋼板や圧粉磁心材を薄板状に形成し、積層し重ね合わせるようにして第１の例の磁性体９と同様に複数の円弧状に形成したり、第２の例の磁性体１３と同様に円筒状に形成したりして、ヨーク７に組み付けるようにしても良い。

本発明にかかるアウタロータ型回転電機は、鉄損低減に有効であり、モータ及び発電機として用いる場合の制御磁極を設けた回転電機等として有用である。

本発明が適用された回転電機としての始動発電機の要部を示す正面図である。 図１の矢印II−II線に沿って見た側断面図である。 （ａ）は本始動発電機のマグネットによる磁気回路を示す説明図であり、（ｂ）は界磁コイルによる磁気回路を示す説明図である。 第２の例を示す図１に対応する図である。 図４の矢印Ｖ−Ｖ線に沿って見た側断面図である。 第３の例を示す図２に対応する図である。

符号の説明

１ 始動発電機
２ ブラケット
３ ステータ、３ａ ティース
４ クランクシャフト
５ アウタロータ、５ａ ボス部
６ 電機子コイル
７ ヨーク、７ａ 周壁
８ マグネット
９ 磁性体、９ａ 制御磁極
１０ 凹部
１１ コイル
１２ マグネットカバー
１３ 磁性体
１４ 磁性体

Claims (4)

1. 電機子コイルを備えるステータと、前記ステータを同軸的に外囲するアウタロータとを有するアウタロータ型回転電機において、
   前記アウタロータは、有底円筒形状のヨークと、前記ヨークの周方向に等間隔には移設された複数のマグネットと、前記マグネットの磁極に対する他の磁極として前記ヨークに一体的に設けられた磁性体とを有し、
   前記磁性体が、前記複数のマグネットを前記ヨークの周方向に等間隔に配設するための複数の凹部と、前記複数の凹部に配設された状態の前記複数のマグネットと共に前記ステータに対向する同一円周面を形成する磁極面とを有する形状に圧粉磁心により形成されていることを特徴とするアウタロータ型回転電機。
2. 前記マグネットがボンドマグネットであることを特徴とする請求項１に記載のアウタロータ型回転電機。
3. 前記磁性体が前記複数のマグネットの配置に合わせて同数に分割されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアウタロータ型回転電機。
4. 前記アウタロータの前記マグネットの内周面側にマグネットカバーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアウタロータ型回転電機。

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