(57)【要約】【課題】電気損失を低減させられる回転電機を提供する。【解決手段】クランクシャフト１９の左側軸端部にアウタロータ３６が一体的に取付・固定され、その内側にコイルステータ４０が配置される。アウタロータ３６は、例えばステンレス鋼板を素材としてカップ状にプレス絞り成形したもので、その円筒部３６ａの内周面には磁石３７が配設される。アウタロータ３６には、磁石３７を保護する金属製のカバー３８が装着されており、カバー３８の円筒部３８ａには、磁石３７を露呈させるように複数の開口部３９が形成されている。カバー３８に開口部３９を形成することにより、カバー３８において磁束が透過する部分を少なくして、カバー３８での渦電流の発生を抑えて、鉄損を低減させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を有するロータと、
複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機であって、
前記ロータには、前記磁石を保護するカバーが装着されており、
前記カバーは金属製であり、前記磁石の一部を露呈させるように開口部が形成されている、又は前記カバーは樹脂製であることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ロータはアウタロータであり、その円筒部の内周面に前記磁石が配設されており、
前記カバーは金属製であり、前記磁石を覆う円筒部を有し、該円筒部に沿って複数の前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機がエンジンで駆動される交流発電機であり、その出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、
バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式としたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を有するロータと、複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機及びバッテリの充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等の車両には、エンジンで駆動される回転電機である交流発電機が搭載される（例えば特許文献１を参照）。交流発電機は、磁石を有するロータ（回転子）と、複数のコイルが巻装されているコイルステータ（固定子）とを備え、電磁誘導の原理により発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２９９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電機が発電する際に発生する電気損失は、主に発電出力、鉄損、銅損の３つの合計となる。発電出力とは、発電機が持っている発電出力による損失である。鉄損とは、例えばステータ内部に発生する渦電流とヒステリシス損による損失である。銅損とは、ステータに巻装されたコイルに電流が流れることにより発生する損失である。
発電機による発電効率を高める点からも、電気損失を低減させることが求められる。例えば鉄損を低減させる技術として、ステータの材料に珪素鋼板を用いたり、ステータの積層コア厚を減らしたり、ステータコアシート１枚の厚さを薄くしたりすることにより、渦電流の発生を抑える技術が知られている。
【０００５】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、電気損失を低減させられる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転電機は、磁石を有するロータと、複数のコイルが巻装されているコイルステータとを備えた回転電機であって、前記ロータには、前記磁石を保護するカバーが装着されており、前記カバーは金属製であり、前記磁石の一部を露呈させるように開口部が形成されている、又は前記カバーは樹脂製であることを特徴とする。
また、本発明の回転電機の他の特徴とするところは、前記ロータはアウタロータであり、その円筒部の内周面に前記磁石が配設されており、前記カバーは金属製であり、前記磁石を覆う円筒部を有し、該円筒部に沿って複数の前記開口部が形成されている点にある。
本発明のバッテリの充電制御装置は、本発明の回転電機がエンジンで駆動される交流発電機であり、その出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ロータに装着された、磁石を保護するカバーでの渦電流の発生を抑えることができるので、電気損失、特に鉄損を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】自動二輪車に搭載されるパワーユニットの例を示す左側面図である。
【図２】クランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線方向に沿う断面図である。
【図３】アウタロータを示す斜視図である。
【図４】磁石の配置例を示す図である。
【図５】カバーを説明するための図である。
【図６】コイルステータを示す斜視図である。
【図７】ショート方式のバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。
【図８】オープン方式のバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。
【図９】エンジン回転数と電気損失との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、自動二輪車に搭載されるパワーユニット１０の例を示す左側面図である。この例ではパワーユニット１０は空冷式４サイクル単気筒エンジン１１を有し、このエンジン１１は主に、クランクシャフトを回転自在に支持・収容するクランクケース１２と、クランクケース１２の端部に結合するシリンダもしくはシリンダブロック１３と、シリンダ１３の端部に結合するシリンダヘッド１４及びシリンダヘッド１４に蓋着するシリンダヘッドカバー１５とを含んで構成される。
【００１０】
エンジン１１について更に説明する。図２は、クランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線方向に沿う断面図を示している。本例ではクランクケース１２は、左右２つ割りに構成される。図２において、クランクケース１２は左右で対をなす右側クランクケース１２Ｒと左側クランクケース１２Ｌが相互に結合・一体化してなり、それらによってクランク室１８が形成される。このクランク室１８内にクランクシャフト１９及びクランクシャフト１９と一体化した左右一対のクランクウェブ１９ａが、一対のベアリング２０を介して回転自在に軸支される。
【００１１】
クランクウェブ１９ａ相互間には、クランクピン２１を介してコンロッド２２の基端側が連結される。シリンダ１３内にはピストン２３が往復動可能に収容されており、ピストン２３はそのピストンピン２４を介してコンロッド２２の先端側と連結される。ピストン２３がシリンダ軸線方向に往復動することで、クランクシャフト１９が回転する。また、シリンダヘッド１４内には、カム及びカムシャフト等を含んでなる動弁装置が組み込まれている。吸気側及び吸気側のカムシャフトのそれぞれ一端に取り付けたスプロケットと、クランクシャフトに取り付けたドライブスプロケット２５との間にカムタイミングチェーン２６が巻回装架され、クランクシャフト１９の回転に同期して動弁装置が作動するようになっている。
【００１２】
クランク室１８の周囲においてケース隔壁を隔ててその右側にクラッチ室２７が、また左側にはマグネト室２８がそれぞれ隣接配置される。クラッチ室２７内にはクランクシャフト１９の右側軸端部に配置構成されたクラッチ装置２９が収容され、該クラッチ室２７はクラッチカバー３０によって覆われる。また、マグネト室２８内にはクランクシャフト１９の左側軸端部に配置構成されたマグネト装置３１が収容され、該マグネト室２８はマグネトカバー３２（クランクケースカバー）によって覆われる。
【００１３】
マグネト装置３１において、クランクシャフト１９の左側軸端部にアウタロータ３６が一体的に取付・固定される。すなわち、アウタロータ３６は、クランクシャフト１９と一体回転する。図３に、アウタロータ３６を示す。アウタロータ３６は、例えばステンレス鋼板を素材としてカップ状にプレス絞り成形したもので、円筒部３６ａと、円筒部３６ａの一端から径方向内方に屈曲する環状の壁部３６ｂとを有し、壁部３６ｂの中央にクランクシャフト１９の左側軸端部が結合する。
アウタロータ３６の円筒部３６ａの内周面には磁石３７が配設される。例えば図４に示すように、４分割された磁石３７が円筒部３６ａの内周面に沿って並べられている。
【００１４】
アウタロータ３６には、磁石３７を保護するために、薄板からなる金属製のカバー３８が装着される。金属の種類としては、例えばステンレス鋼板、圧延鋼板等が挙げられる。クランクシャフト１９の左側軸端部に取付・固定されたアウタロータ３６に、マグネトカバー３２に取り付けられたコイルステータ４０を組み付けるときに、コイルステータ４０が磁力に引っ張られて磁石３７にぶつかることがある。このときに磁石３７が疵ついたり、割れたりするのを防ぐ目的でカバー３８が設けられている。
図５にも示すように、カバー３８は、磁石３７を覆う円筒部３８ａを有する。また、アウタロータ３６の開口側において、円筒部３８ａの端部から径方向外方に屈曲する環状の支持壁部３８ｂを有し、この支持壁部３８ｂがアウタロータ３６の開口外周縁に例えばかしめにより固定される。また、アウタロータ３６の壁部３６ｂ側において、円筒部３８ａの端部から径方向内方に屈曲する複数の支持壁部３８ｃを有し、これら支持壁部３８ｃがアウタロータ３６の壁部３６ｂに固定される。
【００１５】
ここで、カバー３８の円筒部３８ａには、円筒部３８ａに沿って複数の開口部３９が形成されている。各開口部３９は、円筒部３８ａの内外周面を貫通するように形成されており、各開口部３９から磁石３７の一部が露呈した状態となる。
【００１６】
一方、マグネトカバー３２の裏面にはコイルステータ４０が取り付けられる。図６に、コイルステータ４０を示す。コイルステータ４０は、放射状に配置された鉄芯４１を備え、各鉄芯４１の周りにコイル４２が巻装されている。マグネトカバー３２の裏面には取付用ボス４３が設けられており、ボルト４４によりコイルステータ４０を取付用ボス４３に締結することで、コイルステータ４０がマグネトカバー３２に取り付けられる。
【００１７】
このようにしたマグネト装置３１において、アウタロータ３６には、磁石３７を保護する金属製のカバー３８が設けられるが、磁石３７の磁束がカバー３８を透過すると、カバー３８でも渦電流が発生して、鉄損の要因となってしまう。
そこで、カバー３８に開口部３９を形成することにより、カバー３８において磁束が透過する部分を少なくする。これにより、カバー３８での渦電流の発生を抑えて、鉄損を低減させることができる。なお、開口部３９の形状や数等は限定されるものではないが、カバー３８としての機能を損なわない範囲で、できるだけ開口部３９の総面積を大きくするのが好ましい。
【００１８】
以上のようにしたマグネト装置３１は、クランクシャフト１９の回転によりアウタロータ３６がコイルステータ４０のまわりを回転することにより、電磁誘導の原理により発電する三相式の交流発電機を構成する。
交流発電機としては、一般的に、図７、図８に示すように、３本のコイル２、３、４をスター結線した三相式の交流発電機１が用いられる。自動二輪車のように発電機の外形に制限を受けるような場合は、構造が簡単な永久磁石式交流発電機が使用される場合が多い。この場合、交流発電機１によるバッテリＢの充電は、レギュレートレクチファイアと呼ばれる、整流と電圧制御を受け持つ充電制御装置により制御される。
【００１９】
バッテリの充電制御装置として、図７に示すようなショート方式と呼ばれる充電制御装置がある。
図７に示すように、ダイオード１０１、１０２が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がダイオード１０１、１０２の間に接続する。同様に、ダイオード１０３、１０４が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がダイオード１０３、１０４の間に接続し、また、ダイオード１０５、１０６が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がダイオード１０５、１０６の間に接続する。
順方向下流側のダイオード１０１、１０３、１０５のカソード側には正ライン１０７が接続し、順方向上流側のダイオード１０２、１０４、１０６のアノード側には接地ライン１０８が接続する。正ライン１０７と接地ライン１０８との間にバッテリＢが接続し、ダイオード１０１、１０３、１０５の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。
ダイオード１０２にはサイリスタ１０９が順方向を逆にして並列接続する。同様に、ダイオード１０４にはサイリスタ１１０が順方向を逆にして並列接続し、また、ダイオード１０６にはサイリスタ１１１が順方向を逆にして並列接続する。
サイリスタ１０９、１１０、１１１の各ゲートは制御回路１１２に接続し、制御回路１１２によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路１１２は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ１０９、１１０、１１１をオフにする。このとき、ダイオード１０１、１０３、１０５の出力電流でバッテリＢの充電が行われる（図中の実線の矢印を参照）。そして、制御回路１１２は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ１０９、１１０、１１１をオンにして、余分な発電電流を発電機に戻す（図中の点線の矢印を参照）。
【００２０】
また、図８に示すようなオープン方式と呼ばれる充電制御装置がある。
図８に示すように、サイリスタ２０１、２０２が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がサイリスタ２０１、２０２の間に接続する。同様に、サイリスタ２０３、２０４が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がサイリスタ２０３、２０４の間に接続し、また、サイリスタ２０５、２０６が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がサイリスタ２０５、２０６の間に接続する。
順方向下流側のサイリスタ２０１、２０３、２０５のカソード側には正ライン２０７が接続し、順方向上流側のサイリスタ２０２、２０４、２０６のアノード側には接地ライン２０８が接続する。正ライン２０７と接地ライン２０８との間にバッテリＢが接続し、サイリスタ２０１、２０３、２０５の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。
サイリスタ２０１〜２０６の各ゲートは制御回路２０９に接続し、制御回路２０９によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路２０９は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ２０１〜２０６をオンにする。このとき、サイリスタ２０１、２０３、２０５の出力電流でバッテリＢの充電が行われる（図中の実線の矢印を参照）。そして、制御回路２０９は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ２０１〜２０６をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する（図中の点線の矢印を参照）、すなわち回路をオープンにする。
【００２１】
図７に示したショート方式では、常時発電しているため、発電出力、鉄損、銅損のすべての損失がある。そのため、図９の特性線（二点鎖線）に示すように、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失が比較的生じやすい。
それに対して、図８に示したオープン方式では、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、交流発電機１とバッテリＢとを遮断するのでコイルに電流が流れず銅損が減る。したがって図９の特性線（一点鎖線）に示すように、ショート方式と比較して、低〜中回転域での電気損失を低減させることができる。
しかしながら、オープン方式では、ステータに電流が流れないときに、磁石の磁束によりステータ内に渦電流が発生しやすくなり、その渦電流は高周波になるほど、すなわちエンジン回転数とともに増加する特性を有する。そのため、図９に示すように、特にエンジンの高回転域では鉄損が増大して、逆にショート方式と比較して電気損失が大きくなる現象が生じる。カバー３８でも同様のことがいえ、オープン方式では、ステータに電流が流れないときに、磁石３７の磁束によりカバー３８内に渦電流が発生しやすくなり、その渦電流は高周波になるほど、すなわちエンジン回転数とともに増加する特性を有し、エンジンの高回転域では鉄損が増大することになる。
【００２２】
したがって、本発明を適用した回転電機をエンジンで駆動される交流発電機として、その出力を整流してバッテリを充電する際には、上述したオープン方式と組み合わせることにより、鉄損を低減させる効果が得られる。すなわち、図９の特性線（実線）に示すように、特にエンジンの高回転域においてカバー３８での渦電流の発生を抑えて、鉄損が増大するのを抑えることができる。
【００２３】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。上記実施形態ではカバー３８を金属製とした場合を説明したが、カバー３８を樹脂製とすれば、カバー３８に渦電流が発生することがなくなり、鉄損を低減させることができる。樹脂としては、ポリプロプレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリアミドが挙げられる。
【符号の説明】
【００２４】
１９：クランクシャフト、３１：マグネト装置、３２：マグネトカバー、３６：アウタロータ、３６ａ：円筒部、３６ｂ：壁部、３７：磁石、３８：カバー、３８ａ：円筒部、３８ｂ、３８：支持壁部、３９：開口部、４０：コイルステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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