JPH11127562A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズの影響が小で小型化できる電動機兼用
発電機を提供する。 【解決手段】 アウタロータ形の回転子４がエンジンの
クランクシャフト３にボス部４ｂによって連結され、ボ
ス部４ｂが固定子９の中央部に挿入されている。ボス部
４ｂには位置検出装置２３の被検出マグネット２６が配
設され、固定子９が固定されたエンドブラケット６には
位置検出装置２３のホール素子２９が被検出マグネット
２６に対向されて取り付けられている。 【効果】 位置検出装置を構成する被検出マグネット、
ホール素子が回転子、固定子の中央部に配置されている
ため、回転子のマグネットの磁界、固定子の巻線の電流
等によるノイズの影響を回避でき、また、位置検出装置
が外側に突出するのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機に関し、
特に、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形の電動機または発電機に利
用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯用発電機は回転子がエンジ
ンのクランクシャフトに連結されており、エンジンによ
って駆動される回転子が固定子に対して回転することに
より発電するように構成されている。アウトドアー・レ
ジャーの流行に伴って、携帯用発電機が広く普及して来
ている。このため、携帯用発電機においてはエンジンの
始動を自動的に実行させるためのスタータモータの搭載
が必須になって来ている。そこで、本発明者は、携帯用
発電機としてエンジンに直結した発電装置の回転子およ
び固定子をスタータモータの電機子および界磁子に兼用
することを考えた。

【０００３】一方、固定子の外側に永久磁石（以下、マ
グネットという。）を有する回転子が配設されたアウタ
ロータ形の電動機または発電機（以下、アウタロータ形
回転電機という。）が、従来から種々提案されている。
これらのアウタロータ形回転電機としては、巻線を三相
とし半導体スイッチを用いて制御するように構成されて
いるブラシレス電動機がある。ブラシレス電動機におい
て、半導体スイッチを制御するためには、回転子の位置
を検出する位置検出装置が必要になる。そこで、回転子
のマグネットの位置をホール素子によって検出する位置
検出装置の採用が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】携帯用発電機におい
て、アウタロータ形の回転子におけるマグネットの磁界
をホール素子によって検出する位置検出装置を採用しよ
うとする場合に、例えば、回転子の内側においてホール
素子を固定子に近接して配置すると（例えば、特開平８
−２６６０８４号公報参照）、ホール素子が始動巻線お
よび発電巻線の電流によるノイズを検出し易くなるた
め、回転位置を正確に検出することができない危惧があ
る。

【０００５】反対に、回転子の外側にホール素子を配設
すると（例えば、特開平８−２５６４６４号公報参
照）、ホール素子が電気的に接続される回路基板等を含
む検出側ユニットが回転子の外側に突き出す形態になる
ため、携帯用発電機が全体的に大型になってしまう。

【０００６】本発明の目的は、巻線の電流による影響を
防止することができるとともに、大型になるのを防止す
ることができる位置検出装置を備えた回転電機を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転電機
は、回転子が固定子の外側において回転するように構成
されている回転電機であって、前記回転子の一部が前記
固定子における回転中心線が延在した中央部に挿入され
ており、この挿入部には被検出マグネットが配設されて
おり、前記固定子における前記被検出マグネットに臨む
位置にはホール素子が配設されていることを特徴とす
る。

【０００８】また、前記回転子がエンジンのクランクシ
ャフトにボス部によって連結されており、このボス部に
は前記被検出マグネットが配設されており、前記固定子
が前記エンジンのケースに取り付けられたエンドブラケ
ットに据え付けられており、このエンドブラケットには
前記ホール素子が取り付けられていることを特徴とす
る。

【０００９】前記した第１の手段によれば、位置検出装
置を構成する被検出マグネットおよびホール素子が回転
子および固定子の中央部に配置されているため、回転子
のマグネットの磁界および固定子の巻線の電流等による
ノイズの影響を回避することができる。その結果、ホー
ル素子の検出結果に基づく位置検出精度は高くなる。

【００１０】前記した第２の手段によれば、被検出マグ
ネットとホール素子との対向配置が簡単になるととも
に、被検出マグネットの回転子への組付構造やホール素
子が電気的に接続される回路基板等の固定子への組付構
造を合理的に構成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
携帯用発電機の主要部を示す正面断面図である。図２は
位置検出装置の取付部分を示す分解斜視図である。

【００１２】本実施形態において、本発明に係る回転電
機は、携帯用発電機の発電装置として構成されており、
携帯用発電機においてエンジンと一体的に組み合わされ
ている。そして、この発電装置はエンジンを始動し得る
ように構成されている。つまり、この発電装置は電動機
兼用発電機として構成されている。

【００１３】すなわち、エンジンケース１には発電装置
２が図１に示されているように組み付けられている。エ
ンジンのクランクシャフト３のエンジンケース１から外
側に突出した端部には、発電装置２の回転子４が一体回
転するように組み付けられている。回転子４は鉄等の磁
性材料が用いられて有底の短尺円筒形状に形成されたヨ
ーク４ａと、ヨーク４ａの底壁の内面に同心的に配され
て一体的に突設されている円筒形状のボス部材４ｂとを
備えており、ボス部材４ｂがクランクシャフト３にテー
パ結合されてナット４ｃによってねじ結合されている。
ヨーク４ａの円筒壁の内周面には回転子４の磁極を構成
するためのマグネット５が複数個、周方向に配されて固
定されている。そして、回転子４の全体としての慣性マ
スはエンジンに対してのフライホイール機能を充分に発
揮し得るように設定されている。

【００１４】電動機兼用発電機である発電装置２のエン
ドブラケット６はエンジンケース１におけるクランクシ
ャフト３の外側に被せ付けられて、ボルト１ａによって
締結されている。発電装置２の固定子９は始動巻線７お
よび発電巻線８を備えており、全体的に大略ドーナッツ
形成されている。固定子９はエンドブラケット６の内部
において回転子４と同心円に配置されて、エンドブラケ
ット６に締結部材としてのボルト１０によって締結され
ている。固定子９の内周面は回転子４のボス部材４ｂの
外周面に近接した状態になっており、固定子９の外周面
は回転子４のマグネット５群の内周面に近接した状態に
なっている。すなわち、回転子４は中央部のボス部材４
ｂが固定子９の中央部に挿入された状態で、エンジンの
クランクシャフト３に駆動されて、ヨーク４ａの内周に
配されたマグネット５群が固定子９の周囲を回転し得る
ように構成されている。

【００１５】固定子９におけるヨーク４ａの底壁に対向
する側の端面には、円形リング形状の凹部１３が固定子
９の中心と同心円に形成されており、凹部１３には界磁
巻線１１のコイルボビン１２が収容されてボルト１０に
よって締結されている。すなわち、固定子９のヨーク底
壁側端面において、凹部１３は始動巻線７および発電巻
線８のコイルボビン１４と固定子コア１５とにわたって
形成されており、凹部１３の穴底にはボルト挿通孔１７
が複数本、周方向に間隔を置かれて軸方向に貫通するよ
うに開設されている。他方、界磁巻線１１のコイルボビ
ン１２における凹部１３への収容側端面にはナット部１
６が複数、各ボルト挿通孔１７にそれぞれ対応するよう
に配設されている。そして、界磁巻線１１のコイルボビ
ン１２が凹部１３に嵌合されて仮保持された状態で、各
ボルト挿通孔１７にボルト１０がエンドブラケット６の
外側から挿入されて、各ナット部１６にねじ込まれるこ
とにより、界磁巻線１１は固定子９と共にエンドブラケ
ット６に締結される。

【００１６】界磁巻線１１のコイルボビン１２の凹部１
３への収容側端面の一部には給電部１８が突設されてい
る。給電部１８は絶縁性を有する樹脂が使用されて棒状
に形成されたホルダ１９と、界磁巻線１１に電気的に接
続された雄端子部材２０とを備えており、雄端子部材２
０はホルダ１９を軸方向に挿通されて保持された状態に
なっている。給電部１８はホルダ１９が固定子コア１５
に開設された給電部挿通孔１８ａを挿通されることによ
り、固定子９のエンドブラケット６側の端面に引き出さ
れており、この引き出し側端部において雄端子部材２０
には雌端子部材２１が電気的に接続されている。雌端子
部材２１は携帯用発電機の電源（図示せず）に電気的に
接続されている。

【００１７】ちなみに、組み付けに際しては、固定子９
に界磁巻線１１が仮保持された状態で、固定子９の固定
子コア１５における開口縁辺部がエンドブラケット６の
内側端面における中央部に円柱形状に突設された取付部
２２に印籠結合され、エンドブラケット６の外側から各
ボルト挿通孔１７に挿入されて、各ナット部１６にねじ
込まれることにより、界磁巻線１１は固定子９と共にエ
ンドブラケット６に据え付けられる。

【００１８】また、始動巻線７および発電巻線８が固定
子コア１５に装着されたコイルボビン１４に巻回され、
次いで、界磁巻線１１がコイルボビン１２に巻回され
る。

【００１９】本実施形態において、始動巻線７および発
電巻線８は三相ブラシレス電動機および発電機を構成す
るようになっており、半導体スイッチによって制御され
るように構成されている。したがって、本実施形態に係
る発電装置２には半導体スイッチをＯＮ・ＯＦＦ制御す
るのに必要な位置検出装置２３が組み込まれている。位
置検出装置２３は被検出側ユニット２４と検出側ユニッ
ト２７とを備えており、被検出側ユニット２４は回転子
４側に組み付けられ、検出側ユニット２７はエンドブラ
ケット６側に組み付けられている。

【００２０】被検出側ユニット２４はスペーサ２５およ
び被検出マグネット２６を備えており、スペーサ２５は
回転子４のボス部材４ｂにおけるエンドブラケット６側
の端面に据え付けられている。スペーサ２５は非磁性材
料を使用されて円形リング形状に形成されており、ボス
部材４ｂの端面に当接されてピン２５ａによって回り止
めされた状態で、回転子４をクランクシャフト３に固定
したナット４ｃによってボス部材４ｂに共締めされてい
る。被検出マグネット２６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、
スペーサ２５のエンドブラケット６側端面における外周
辺部に同心円に嵌合されて、接着法や一体成形法等によ
って固定されている。

【００２１】検出側ユニット２７は絶縁性を有する材料
が使用されて円盤形状に形成されたホルダ２８を備えて
いる。ホルダ２８はエンドブラケット６の中心部に開設
された取付孔６ａに嵌入されており、取付孔６ａに嵌着
されたサークリップ６ｂに突き当てられて位置決めされ
た状態で、取付孔６ａの開口縁辺部に形成されたかしめ
加工部６ｃによって固定されている。ホルダ２８の内側
端面にはホール素子取付筒部２８ａが同心円に突設され
ており、ホール素子取付筒部２８ａの内周面にはホール
素子２９が３個、周方向に等しい位相差をもって配置さ
れている。

【００２２】ホルダ２８の外側端面には回路基板収納穴
３０が形成されており、回路基板収納穴３０の底には半
導体スイッチを構成した電子部品や配線（図示せず）が
搭載された回路基板３１が収納されている。回路基板３
１の半導体スイッチには３個のホール素子２９が、リー
ド線２９ａを回路基板収納穴３０に引き込まれて電気的
に接続されている。回路基板収納穴３０の内部には絶縁
性を有する樹脂が充填されることにより、樹脂封止体３
２が形成されている。ちなみに、エンドブラケット６が
エンジンケース１に据え付けられると、各ホール素子２
９が被検出マグネット２６に外周方において所定のエア
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。

【００２３】次に作用を説明する。電動機兼用発電機で
ある発電装置２によってエンジンが始動される際には、
固定子９の始動巻線７に携帯用発電機の制御回路（図示
せず）に搭載されたドライバからブラシレス電動機の駆
動信号に相当する通電信号が印加される。この始動巻線
７への通電によって形成される回転磁界が回転子４のマ
グネット５群の磁界を相対的に切るため、回転子４は回
転される。この回転する回転子４の位置は、ボス部４ｂ
に固定された被検出マグネット２６の位置がエンドブラ
ケット６に固定されたホール素子２９によって検出され
ることによって時々刻々と計測され、回路基板３１の半
導体スイッチに送信されるため、ドライバは回転子４の
回転を継続かつ安定させることができる。

【００２４】この際、界磁巻線１１には回転子４のマグ
ネット５と異なる磁極になるように通電される。すなわ
ち、エンジン始動時には固定子９の発電巻線８に作用す
る界磁の有効磁束が減少する方向に界磁巻線１１が励磁
される。したがって、固定子９の発電巻線８に鎖交する
界磁の磁束は回転子４のマグネット５による磁束と界磁
巻線１１による磁束とが差動的に鎖交されたものとな
り、界磁巻線１１に通電する電流に応じて磁束が減った
分だけ磁束変化が小さくなる。つまり、本実施形態によ
れば、回転子４に連結されたエンジンのクランクシャフ
ト３を回転駆動する際に、発電機の負荷を減少させるこ
とができるため、本来、発電に使用される発電装置２で
あってもエンジンを確実に始動させることができる。

【００２５】エンジンが始動されると、ホール素子２９
による被検出マグネット２６の検出信号等に基づいて、
ドライバが駆動信号の発信を自動的に停止する。そし
て、エンジンが始動されると、クランクシャフト３に連
結された回転子４が固定子９の周囲を回転する状態にな
るため、回転子４のマグネット５の磁束が回転磁界を形
成して固定子９の発電巻線８を切る状態になり、発電巻
線８において起電力が発生する。発電巻線８の起電力は
これに接続された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。

【００２６】エンジンが始動された後は、ドライバによ
る始動巻線７への通電が断たれるとともに、位置検出装
置２３によって回転子４の回転速度が監視される。そし
て、界磁巻線１１への通電方向が磁極が回転子４のマグ
ネット５と同極になるように（前述とは逆方向に）切り
換えられる。その結果、固定子９の発電巻線８には回転
子４のマグネット５による磁束と界磁巻線１１による磁
束とが重畳する状態になるため、界磁巻線１１に通電さ
れる電流に応じて磁束が増加される分だけ磁束変化が大
きくなる。すなわち、固定子９の発電巻線８による有効
磁束が増加されるため、界磁電流の増加によって発電巻
線８の起電力が増加する。したがって、エンジンの始動
後の発電装置２の発電能力の低下は、負荷に印加する電
圧を監視し界磁電流を増減することによって回避するこ
とができる。

【００２７】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更可能であることはいうまでもない。

【００２８】例えば、界磁巻線は省略してもよい。

【００２９】前記実施形態においては、携帯用発電機の
発電装置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、アウタロータ形のファンモータ等のアウ
タロータ形の回転電機全般に適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置検出装置を構成する被検出マグネットおよびホール
素子を回転子および固定子の中央部に配置することによ
り、回転子のマグネットの磁界および固定子の巻線の電
流等によるノイズの影響を回避することができるため、
ホール素子の検出結果に基づく位置検出精度を高めるこ
とができる。

【００３１】また、回転子をエンジンのクランクシャフ
トにボス部によって連結し、このボス部に被検出マグネ
ットを配設し、固定子をエンジンのケースに取り付けら
れたエンドブラケットに据え付け、このエンドブラケッ
トにホール素子を取り付けることにより、被検出マグネ
ットとホール素子との対向配置を簡単化することができ
るとともに、被検出マグネットの回転子への組付構造や
ホール素子が電気的に接続される回路基板等の固定子へ
の組付構造を簡単化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である携帯用発電機の主要
部を示す正面断面図である。

【図２】位置検出装置の取付部分を示す分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…エンジンケース、１ａ…ボルト、２…発電装置（電
動機兼用発電機、回転電機）、３…クランクシャフト、
４…回転子、４ａ…ヨーク、４ｂ…ボス部材、４ｃ…ナ
ット、５…マグネット（界磁子磁極）、６…エンドブラ
ケット、６ａ…取付孔、６ｂ…サークリップ、６ｃ…か
しめ加工部、７…始動巻線、８…発電巻線、９…固定
子、１０…ボルト（締結部材）、１１…界磁巻線、１２
…コイルボビン、１３…凹部、１４…コイルボビン、１
５…固定子コア、１６…ナット部、１７…ボルト挿通
孔、１８…給電部、１８ａ…給電部挿通孔、１９…ホル
ダ、２０…雄端子部材、２１…雌端子部材、２２…取付
部、２３…位置検出装置、２４…被検出側ユニット、２
５…スペーサ、２５ａ…ピン、２６…被検出マグネッ
ト、２７…検出側ユニット、２８…ホルダ、２８ａ…ホ
ール素子取付筒部、２９…ホール素子、２９ａ…リード
線、３０…回路基板収納穴、３１…回路基板、３２…樹
脂封止体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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回転電機であって、 前記回転子の一部が前記固定子における回転中心線が延
   在した中央部に挿入されており、この挿入部には被検出
   マグネットが配設されており、前記固定子における前記
   被検出マグネットに臨む位置にはホール素子が配設され
   ていることを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】 前記回転子がエンジンのクランクシャフ
   トにボス部によって連結されており、このボス部には前
   記被検出マグネットが配設されており、前記固定子が前
   記エンジンのケースに取り付けられたエンドブラケット
   に据え付けられており、このエンドブラケットには前記
   ホール素子が取り付けられていることを特徴とする請求
   項１に記載の回転電機。