(57)【要約】【課題】モータとして使用する場合や発電機として使用する場合の何れの場合でも良好な特性を得ることができる始動発電機用三相回転電機を提供する。【解決手段】ｎを３以上の自然数とし、ティース１６の数をＴとし、永久磁石８の極数をＰとしたとき、ティース１６の数Ｔ、および極数Ｐは、ｎが奇数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±１：３ｎを満たすように設定され、ｎが偶数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±２：３ｎを満たすように設定され、複数のＵ相ティース１６Ｕと、複数のＶ相ティース１６Ｖと、複数のＷ相ティース１６Ｗと、からなり、複数のティース１６は全て、隣接する少なくともいずれかのティース１６と同相となるように配置されている。【選択図】図１
2018026985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティースが周方向に隣接して配置されているステータと、
前記ステータに対して回転可能に設けられ、周方向に沿って複数の磁極が設けられているロータと、
を備えた始動発電機用三相回転電機において、
ｎを３以上の自然数とし、前記ティースの数をＴとし、前記磁極の極数をＰとしたとき、前記ティースの数Ｔ、および前記極数Ｐは、
ｎが奇数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±１：３ｎ
を満たすように設定され、
ｎが偶数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±２：３ｎ
を満たすように設定され、
前記複数のティースは、
第１相のコイルが巻回された複数の第１ティースと、
第２相のコイルが巻回された複数の第２ティースと、
第３相のコイルが巻回された複数の第３ティースと、
からなり、
前記複数のティースは全て、隣接する少なくともいずれかのティースと同相となるように配置されている
ことを特徴とする始動発電機用三相回転電機。
【請求項２】
ｎを奇数としたとき、
同相の前記ティースは、全て周方向に隣接して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の始動発電機用三相回転電機。
【請求項３】
ｎを偶数とし、ｍを１以上の自然数とし、
前記ティースの数Ｔと、前記極数Ｐとが共にｍ倍であるとき、
ｎ／２個の同相の前記ティースが周方向に隣接して配置されてなる同相ティース群を２ｍ個形成し、
２ｍ個の前記同相ティース群は、回転軸線を中心にして対向配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の始動発電機用三相回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動発電機用三相回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
始動発電機用三相回転電機の中には、例えば、車両のエンジン始動用のモータとして、また、エンジン始動後の発電機として用いられるいわゆるスタータジェネレータ（始動発電機、ＳＧ）がある。このスタータジェネレータは、有底筒状のフライホイール（ロータ）と、エンジンのケースの内側に固定されたステータと、を備えている場合が多い。
フライホイールは、エンジンから延びるクランク軸に連結されている。また、フライホイールの内周面側には、瓦状の永久磁石が設けられている。一方、ステータには複数の電機子コイルが巻回されるティースが周方向に沿って突設されている。複数の電機子コイルは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で構成されている。
【０００３】
そして、スタータジェネレータをエンジン始動用のモータとして使用する場合、所定の電機子コイルに選択的に電流を供給する。この場合、ティースに磁束が形成され、この磁束とフライホイールの永久磁石との間で生じる磁気的な吸引力や反発力を利用してフライホイールを回転させる。これによりクランク軸が回転する。
一方、スタータジェネレータをエンジン始動後の発電機として使用する場合、フライホイールが回転することによって永久磁石の磁束量が変化する。この磁束量の変化が起電力となって電機子コイルに電流が発生する。電機子コイルに発生する電流は、例えばバッテリ等に蓄電されたり、付属電機機器に供給されたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５６８６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スタータジェネレータは、エンジン始動用のモータとしての機能が重要視され、モータ特性を重視した設計とする場合が多い。このため、エンジン始動後の発電機としての機能は、仕様に応じてばらつきが生じる。例えば、発電機として使用する場合の発電量が余剰となり、エンジンへの負荷が悪化してしまう場合があった。一方で、発電機として最適化しようとすると、所望のモータ特性を得られないという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、モータとして使用する場合や発電機として使用する場合の何れの場合でも良好な特性を得ることができる始動発電機用三相回転電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る始動発電機用三相回転電機は、複数のティースが周方向に隣接して配置されているステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられ、周方向に沿って複数の磁極が設けられているロータと、備えた始動発電機用三相回転電機において、ｎを３以上の自然数とし、前記ティースの数をＴとし、前記磁極の極数をＰとしたとき、前記ティースの数Ｔ、および前記極数Ｐは、
ｎが奇数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±１：３ｎ
を満たすように設定され、
ｎが偶数のとき、Ｐ：Ｔ＝３ｎ±２：３ｎ
を満たすように設定され、
前記複数のティースは、第１相のコイルが巻回された複数の第１ティースと、第２相のコイルが巻回された複数の第２ティースと、第３相のコイルが巻回された複数の第３ティースと、からなり、前記複数のティースは全て、隣接する少なくともいずれかのティースと同相となるように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る始動発電機用三相回転電機は、ｎを奇数としたとき、同相の前記ティースは、全て周方向に隣接して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る始動発電機用三相回転電機は、ｎを偶数とし、ｍを１以上の自然数とし、前記ティースの数Ｔと、前記極数Ｐとが共にｍ倍であるとき、ｎ／２個の同相の前記ティースが周方向に隣接して配置されてなる同相ティース群を２ｍ個形成し、２ｍ個の前記同相ティース群は、回転軸線を中心にして対向配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の始動発電機用三相回転電機によれば、車両の始動モータとして使用する場合や発電機として使用する場合の何れの場合でも良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における始動発電機用三相回転電機の平面図である。
【図２】本発明の実施形態における始動発電機用三相回転電機の電力の変化と一般的な始動発電機用三相回転電機の電力の変化を比較したグラフである。
【図３】本発明の実施形態の変形例における始動発電機用三相回転電機を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態における始動発電機用三相回転電機を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ変形例の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態における始動発電機用三相回転電機を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ変形例の概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態における始動発電機用三相回転電機を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ変形例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（始動発電機用三相回転電機）
図１は、始動発電機用三相回転電機１の平面図である。
同図に示すように、始動発電機用三相回転電機１は、例えば自動二輪車に用いられるアウタロータ型のもであって、永久磁石を備えた発電機の機能と、スタータモータ機能（エンジン始動機能）とが一体化されている。始動発電機用三相回転電機１は、不図示のエンジンのクランクシャフトに固定され、このクランクシャフトと同期回転するフライホイール２と、不図示のエンジンブロックに固定されるステータ４と、を備え、このステータ４に三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からなる電機子コイル１８が巻装されている。
【００１４】
フライホイール２は、磁性材からなる金属により略有底円筒状に形成されたロータヨーク３を有している。そして、ロータヨーク３の底部（図１における紙面奥側）が不図示のクランクシャフトに固定されている。
ロータヨーク３の周壁３３には、内周面側に１４極に磁化された永久磁石８が周方向に磁極が順番に変わるように設けられている。永久磁石８としては、例えばフェライト磁石が使用されている。
【００１５】
（ステータ）
ステータ４は、ロータヨーク３の周壁３３の内側に配置され、且つ回転軸線Ｏと同軸上に配置されたステータコア１７を有している。ステータコア１７は、例えば電磁鋼板等の板材を軸線方向に積層して形成されたものであって、略円環状のステータ本体１７ａを有している。ステータ本体１７ａには、ボルト挿通孔２０が周方向に沿って複数箇所形成されている。これらボルト挿通孔２０は、不図示のボルトが挿通されてステータ４をエンジンブロックに締結固定するためのものである。
【００１６】
ステータ本体１７ａの外周部には、径方向外側に向かって突出する１２個のティース１６が周方向に並んで設けられている。そして、各ティース１６の間には、それぞれ蟻溝状のスロット２１が形成されている。これらスロット２１に電機子コイル１８が通され、ステータコア１７に装着されるインシュレータ４０の上から各ティース１６に電機子コイル１８が巻装される。
【００１７】
この他に、ステータ本体１７ａには、フライホイール２の回転位置を検出する不図示の位置検出センサが取り付けられている。この位置検出センサは、ロータヨーク３に設けられた永久磁石８の磁束を検出し、この磁束のフライホイール２の回転に伴う変化を検出することにより、フライホイール２の回転位置を検出する。
【００１８】
ここで、始動発電機用三相回転電機１は、ｎを３以上の自然数とし、ティース１６の数をＴとし、磁極の極数をＰとしたとき、ティース１６の数Ｔ、および極数Ｐは、
ｎが奇数のとき、
Ｐ：Ｔ＝３ｎ±１：３ｎ      ・・・（１）
を満たすように設定され、
ｎが偶数のとき、
Ｐ：Ｔ＝３ｎ±２：３ｎ      ・・・（２）
を満たすように設定されている。
【００１９】
本実施形態の始動発電機用三相回転電機１は、ティース１６の数Ｔが１２個に設定され、極数Ｐが１４極に設定されている。これを式（２）に代入し、さらに、ｎ＝４（偶数）に設定すると、
１４：１２＝３×４＋２：３×４
となるので、式（２）を満たす。
【００２０】
また、各ティース１６は、それぞれ三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に割り当てられる。そして、
［条件１］ｎが偶数のとき、ｍを１以上の自然数とし、ティースの数Ｔと、極数Ｐとが共にｍ倍であるとき、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち、ｎ／２個の同相のティース１６が周方向に隣接して（並ぶように）配置され、同相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗを２ｍ個形成する。そして、同相の同相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗは、それぞれ回転軸線Ｏを中心にして対向配置されている。
より好ましくは、
［条件２］ティース１６は、ｎが奇数のとき、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち、同相のティース１６が全て周方向に隣接して（並ぶように）配置される。
【００２１】
本実施形態では、ｎ＝４である。このため、以下に、ｎが偶数の場合についてのティース１６の相の割り当て方法について詳述する。なお、ｎが偶数の場合のティース１６の具体的な相の割り当て方法については、後述する。
すなわち、ティース１６は、周方向にＵ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に割り当てられている。なお、以下の説明において、Ｕ相のティース１６を、Ｕ相ティース１６Ｕと称し、Ｖ相のティース１６をＶ相ティース１６Ｖと称し、Ｗ相のティース１６を、Ｗ相ティース１６Ｗと称する。
【００２２】
ここで、１２個のティース１６は、２個のＵ相ティース１６ＵからなるＵ相ティース群８６Ｕが２個、２個のＶ相ティース１６ＶからなるＶ相ティース群８６Ｖが２個、２個のＷ相ティース１６ＷからなるＷ相ティース群８６Ｗが２個となる。つまり、周方向に並ぶ２個の同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗにより、それぞれ１個の相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗを形成している。
【００２３】
［条件１］によれば、ｎ＝４であるので、４／２＝２個の同相のティース１６が周方向に並ぶように配置される。このため、本実施形態は、［条件１］を満たす。
また、相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗは、それぞれ２個形成されている。ｍ＝１とすると、２×１＝２個となる。また、ティース１６の数Ｔおよび極数Ｐは、それぞれｍ倍（１倍）となる。このため、本実施形態は、［条件１］を満たす。
さらに、各々２個の相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗは、それぞれ回転軸線Ｏを中心にして対向配置されている。このため、本実施形態は、［条件１］を満たす。
【００２４】
このような構成のもと、不図示のクランクシャフトを介してフライホイール２が回転すると、ティース１６を通過する磁束量が変化する。この磁束量の変化が起電力となって電機子コイル１８に電流が発生する。電機子コイル１８に発生する電流は、ハーネス２６を介して不図示のバッテリに蓄電されたり、不図示の付属電機機器に電力供給を行ったりする用途に用いられる。
【００２５】
一方、不図示のエンジンを始動する際は、バッテリに蓄電された電流を、ハーネス２６を介して電機子コイル１８に供給する。このとき、各ティース１６に巻回された所定の相の電機子コイル１８に、選択的に電流を供給する。すると、各相のティース１６に順次磁束が形成される。そして、この磁束とフライホイール２に設けられている永久磁石８との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、フライホイール２が回転する。さらに、フライホイール２を介して不図示のクランクシャフトが回転し、エンジンが始動する。
【００２６】
図２は、縦軸を始動発電機用三相回転電機に入力する電力［Ｗ］とし、横軸をフライホイールの回転速度［ｒ／ｍｉｎ］としたときの電力の変化を示すグラフであり、本実施形態の始動発電機用三相回転電機１と、一般的な始動発電機用三相回転電機とを比較している。なお、ここでいう一般的な始動発電機用三相回転電機とは、磁極数が１２極に対してティース１６の数（スロット数）が１８個に設定された始動発電機用三相回転電機である。また、この一般的な始動発電機用三相回転電機のティースには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が、周方向にこの順で割り当てられている。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態の始動発電機用三相回転電機１は、一般的な始動発電機用三相回転電機と比較して、小さい入力［Ｗ］で駆動することが確認できる。
【００２８】
このように、上述の実施形態では、ｎを３以上の自然数とし、ティース１６の数をＴとし、磁極の極数をＰとしたとき、ティース１６の数Ｔ、および極数Ｐは、式（２）を満たすように設定されている。また、各ティース１６の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の割り当て方法として、上記［条件１］を満たしている。このため、始動発電機用三相回転電機１は、スタータモータ機能（エンジン始動機能）、およびエンジン始動後の発電機能の何れの場合の機能においても従来と比較して良好な特性を得ることができる。
【００２９】
なお、上述の実施形態では、始動発電機用三相回転電機１として、磁極の数Ｐが「１４」、ティース１６の数Ｔが「１２」、ｎ＝４に設定され、上記式（２）、［条件１］を満たす場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、始動発電機用三相回転電機１は、上記式（１）または上記式（２）の何れかを満たし、［条件１］または［条件２］の何れかを満たすように設定されていればよい。すなわち、ティース１６においては、隣接する少なくともいずれかのティース１６と同相となるように配置されていればよい。以下、具体的に、始動発電機用三相回転電機１の変形例を挙げる。
【００３０】
（変形例）
図３は、ｎ＝４、上記式（２）、［条件１］を満たす始動発電機用三相回転電機１の変形例を示す概略構成図である。
同図に示すように、ティース１６の数（スロット２１の数）Ｔが１２個に設定され、磁極の数Ｐが１０極に設定されている場合であってもｎが３以上の自然数であり、且つｍ＝１であり、上記式（２）、［条件１］を満たす。
【００３１】
また、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、ｎ＝３、上記式（１）、［条件２］を満たす始動発電機用三相回転電機１であってもよい。
さらに、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ｎ＝５、上記式（１）、［条件２］を満たす始動発電機用三相回転電機１であってもよい。
ここで、図４（ａ）〜図５（ｂ）に示すように、ｎが奇数の場合、ティース１６は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち、同相のティース１６が全て周方向に隣接して配置される。
【００３２】
つまり、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが３個ずつ設けられるステータ４にあっては、３個の同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが、全て周方向に連続して並ぶように配置される。
また、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが５個ずつ設けられるステータ４にあっては、５個の同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが、全て周方向に連続して並ぶように配置される。
【００３３】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ｎ＝６、上記式（１）、式（３）、［条件１］満たす始動発電機用三相回転電機１であってもよい。
この始動発電機用三相回転電機１は、ｎが偶数、ｍ＝１、且つティース１６の数Ｔおよび極数Ｐがｍ倍（１倍）で［条件１］に該当するので、６個の同相ティース１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが３個ずつ周方向連続して並んで配置され、同相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗを２個形成する。そして、同相の同相ティース群８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗは、それぞれ回転軸線Ｏを中心にして対向配置されている。
このように、上記式（１）と、式（２）または式（３）の何れかと、を満たし、［条件１］または［条件２］の何れかを満たすように設定された始動発電機用三相回転電機１は、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３４】
１…始動発電機用三相回転電機
２…フライホイール（ロータ）
４…ステータ
８…永久磁石（磁極）
１６…ティース
１６Ｕ…Ｕ相ティース（第１ティース）
１６Ｖ…Ｖ相ティース（第２ティース）
１６Ｗ…Ｗ相ティース（第３ティース）
１８…電機子コイル（コイル）
６０…クランクシャフト
８６Ｕ…Ｕ相ティース群（同相ティース群）
８６Ｖ…Ｖ相ティース群（同相ティース群）
８６Ｗ…Ｗ相ティース群（同相ティース群）
Ｏ…回転軸線
【図１】
2018026985.tif 000003
【図２】
2018026985.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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