(57)【要約】【課題】高回転域の出力電流を抑制しながら低回転域での出力電流を増加させることができる単相磁石式発電機を提供することを目的とする。【解決手段】この単相磁石式発電機は、中央にボス部４を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部３が形成され、ロータ円筒部３の内側に永久磁石２を円周上に配置して複数の磁極を形成してなるロータ１と、ステータコア１１の突設された複数の突極部１２に発電コイル１３が巻装され、突極部１２の先端部がロータ１の各磁極に対向してロータ１の内側に配置されてなるステータ１０と、を備える。ロータ１の磁極の極数をステータ１０の突極部１２の極数の３倍に設定した。【選択図】図２
2004140970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、ロータ円筒部の内側に永久磁石を円周上に配置したロータと、ステータコアに突設された複数の突極部に発電コイルが巻装され、該突極部の先端部が該ロータの永久磁石に対向して配置されてなるステータと、を備えた単相磁石式発電機において、
該ロータの永久磁石による磁極の極数を該ステータの突極部の極数の３倍としたことを特徴とする単相磁石式発電機。
【請求項２】
前記ステータの各突極部間の機械角を４５度として該ステータの極数を８極とし、前記ロータの各磁極間の機械角を１５度として該ロータの極数を２４極とした請求項１記載の単相磁石式発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車、バギー車、雪上車等のエンジンに装着され、搭載バッテリの充電や電気機器への電力供給に使用される単相磁石式発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車などのエンジンに装着される磁石式発電機として、従来、単相の磁石式発電機が下記のような特許文献１などにより知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３８４２１号公報
【０００４】
この種の単相磁石式発電機のロータは、一般に、カップ状に形成されたロータ本体の中央にボス部が設けられ、ロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、ロータ円筒部の内周に沿って、複数に分割形成された環状の永久磁石が接着され、その永久磁石の内側に円筒状の磁石保護カバーが接着されて構成される。また、ステータは、ロータの内側に配設され、ロータ側の永久磁石に対応してステータコアの外周部上に形成された各突極部に発電コイルを巻装して構成される。また、この種の単相磁石式発電機は、エンジンのケーシング内の限られたスペースに装着されるため、小型化の要求が強く、一方、エンジンのアイドリング時のバッテリへの充電性能を高めるために、低速回転域での出力電流の増加の要望が強くある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁石式発電機の出力電流特性は、発電コイルがロータの磁石による磁束を切る速度に応じてコイル電流が流れるため、必然的に低回転域での電流値は低くなる。しかしながら、エンジンに装着される磁石式発電機としては、エンジンの低回転域においても、発電電流は搭載バッテリの充電や電気機器への電力供給に使用されるため、そのような電力供給を行ない得る低回転域での出力電流が要求され、この種の磁石式発電機は、通常、低回転域における出力電流が所定の電流値となるように設計を行う。
【０００６】
しかし、単純にステータの発電コイルの巻数を増加させ、或いはロータの永久磁石を大形とし又は性能の優れた希土類磁石等を使用して、出力電流特性全体を高くすると、必然的に高回転域での出力電流が増大する。このために、出力回路に接続したレギュレータにより高電流域をカットして出力するなどの無駄な処理を行なう必要があり、また、高回転域での出力電流が増大するため、発電コイルの温度が過度に上昇し、コイル線材などの寿命が短くなるなどの問題が生じる虞があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高回転域の出力電流を抑制しながら低回転域での出力電流を増加させることができる単相磁石式発電機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の単相磁石式発電機は、中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、ロータ円筒部の内側に永久磁石を円周上に配置して複数の磁極を形成してなるロータと、ステータコアの突設された複数の突極部に発電コイルが巻装され、突極部の先端部がロータの各磁極に対向して配置されてなるステータと、を備えた単相磁石式発電機において、ロータの磁極の極数をステータの突極部の極数の３倍に設定したことを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記構成の単相磁石式発電機においては、請求項２の発明のように、ステータの各突極部間の機械角を４５度と設定して極数を８極とし、ロータの各磁極間の機械角を１５度に設定してロータの極数を２４極とすることができる。
【００１０】
【作用】
このような構成の単相磁石式発電機は、ロータがエンジンにより回転駆動され、ロータの回転に伴いその内側に装着された永久磁石とステータコア間に磁束が発生し、相対的に回転するステータの発電コイルが、その磁束を切ることにより、発電コイルに誘導起電力が生じ、発電が行われる。このとき、ロータの磁極の極数がステータの極数の３倍と多くなっており、ロータの円周上の永久磁石が細分化され、各磁極の永久磁石の形状が従来のものより小型化されているため、従来のステータとロータの極数が同数で突極部の発電コイルの巻数が同数の磁石式発電機に比べ、中間回転域から高回転域における出力電流を従来のものより低く抑えることができる。
【００１１】
一方、本単相磁石式発電機は、ロータの磁極の極数がステータの極数の３倍と多くなっているため、従来のステータとロータの極数が同数のものより、その出力周波数は増大し、周波数に比例する出力電圧も増大することから、低回転域における出力電流は、従来のものより増加する。したがって、本単相磁石式発電機によれば、高回転域の出力電流を抑制しながら低回転域での出力電流を増加させることができる。これにより、発電機の出力側に接続される電流調整用のレギュレータの負担を軽減することができ、エンジンのアイドリング時などのバッテリの充電性能を改善し、中間回転域から高回転域における発電コイルの過度の温度上昇を抑えて、コイル線材などの寿命を延ばすことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は単相磁石式発電機の中央縦断面図を示し、図２はその部分断面付き正面図を示している。発電機の外周部に位置するロータ１の本体は、磁性体金属を材料にして、熱間鍛造及び切削加工等により略カップ状に成形される。
【００１３】
ロータ１の本体の中央部にボス部４が形成され、ボス部４には、エンジンのクランクシャフトに嵌着されるテーパ孔４ａが形成され、ボス部４の先端には平坦な締付座面４ｂが設けられ、ボス部４の外周部に、ロータ１を抜く際に螺合するための抜きねじ４ｃが設けられる。ロータ１の本体の外周壁にはロータ円筒部３が形成され、ロータ円筒部３とボス部４との間に、ロータ底部５が一体に形成されている。
【００１４】
そのロータ円筒部３の内周面に希土類磁石製の永久磁石２が取着される。希土類の永久磁石２は、後述のように、２４個に分割形成され、図２に示すように、Ｓ極磁石２ａとＮ極磁石２ｂとが交互に配置され、全体で円環状となってロータ円筒部３の内側に取着される。これらの２４個の永久磁石２（Ｓ極磁石２ａとＮ極磁石２ｂ）がロータ１の磁極を形成し、ロータ１の磁極の極数は２４極となっている。円周上で２４個の永久磁石２（Ｓ極磁石２ａとＮ極磁石２ｂ）が等間隔で配置されて、磁極が形成されるから、各磁極の機械角は３６０度／２４＝１５度となっている。
【００１５】
これらのＳ極磁石２ａとＮ極磁石２ｂからなる永久磁石２は、相互に一定の間隙を持って配置され、磁石保護カバー６によって内側から保持され、ロータ円筒部３内に嵌め込まれる。また、永久磁石２の位置を位置決めするために、ロータ円筒部３内側の底部側に円環状の非磁性体（合成樹脂製）のスペーサ７が永久磁石２と底部との間に配設され、ロータ円筒部３の先端側にも永久磁石２とかしめ部３ｂとの間に同様のスペーサ８が配設される。底部側のスペーサ７は円環状の空間をロータの内側から閉鎖するように配設される。
【００１６】
磁石保護カバー６は、ステンレス等の非磁性体金属の薄板を環状に打ち出して円筒状に形成され、永久磁石２の先端側の端面を覆うように、その先端部にはフランジ状端部が形成されている。一方、ロータ円筒部３の先端部には、磁石保護カバー６のフランジ状端部をかしめて固定するためのかしめ部３ｂが肉厚を薄くして形成される。永久磁石２と磁石保護カバー６をスペーサ７、８と共に本体のロータ円筒部２内に組付ける際には、複数の永久磁石２をスペーサ７、８と共に外周部に装着した磁石保護カバー５を、ロータ円筒部３内の定位置に圧入して組み付け、最後にロータ円筒部３の先端のかしめ部３ｂを内側にかしめて固定される。
【００１７】
このように、２４個の永久磁石２（Ｓ極磁石２ａとＮ極磁石２ｂ）をロータ１の円周上に配置して、ロータ１の磁極の極数を２４極としたが、これは、後述のステータ１０の突極部１２が８極であり、その８極の３倍となるように、ロータ１の磁極の極数は設定される。
【００１８】
一方、ステータ１０は、ステータコア１１の外周部に突設された８個の突極部１２に発電コイル１３を巻装して構成される。鋼板を所定の形状に打ち抜き形成したコアプレート１１ａを多数枚積層して形成されたステータコア１１は、図２に示すように、リング状の継鉄部の外周部に８個の突極部１２が４５度の角度間隔で放射状に突設されて形成され、積層された多数のコアプレート１１ａの両側の最外側に、エンドプレート１１ｂが重ねて配設される。
【００１９】
エンドプレート１１ｂは、基本的にはコアプレート１１ａと略同じ形状を有しているが、その先端部は、巻装した発電コイル１３を保持するために、外側に曲折されてフランジ状に形成されている。これらの積層されたコアプレート１１ａとエンドプレート１１ｂは、そのリング状の継鉄部に穿設した孔にリベット１４を挿入して一体にかしめ固定される。
【００２０】
そして、各突極部１２にはその表面をエポキシ樹脂でコーティングした後、発電コイル１３が所定のターン数だけ巻装される。隣接する各突極部１２には、発電コイル１３が相互に反対方向に巻き付けられ、隣接する各突極部１２には各々相反磁極（Ｓ極、Ｎ極）が発生し、隣接する突極部１２を通して逆方向の磁束が形成されるようにしている。したがって、ロータ１とステータ１０の関係が図２に示すような状態にあるとき、例えば１番の突極部１２がロータ１のＳ極に対向する場合、２番の突極部１２はロータ１のＮ極に対向するように構成される。
【００２１】
ところで、このようなロータ１とステータ１０の発電動作に必要な条件を考慮した場合、例えば、ステータの極数を８極とし、ロータの極数をその２倍つまり１６極としたとき、ロータの円周上に磁石による磁極をＳ極、Ｎ極と繰り返して１６個配置した際、ステータの８個の突極部はそのロータの同じＳ極またはＮ極に対向する状態となり、発電機として必要な隣接する各突極部での相反磁極が発生せず、発電が不可能となる。
【００２２】
このよう現象は、ステータの極数に対しロータの極数をその４倍としたときも同様であり、発電が不可能となる。よって、上記構成の本実施形態のようにステータの極数に対しロータの極数をその３倍とした単相磁石式発電機、及びステータの極数に対しロータの極数を同数とする従来の単相磁石式発電機において、発電は可能となる。
【００２３】
上記構成のステータ１０は、図示しないエンジンのケーシングの内側所定位置に、固定ボルトをステータコア１１のリング状継鉄部の取付孔に挿通して締付固定される。一方、ロータ１は、図示しないエンジンのクランクシャフトの先端部に、ステータ１０の外周部を覆うと共に、ロータ円筒部３の内周部の磁石保護カバー６の内周面とステータコアの突極部１２の先端部との間に所定の僅かな隙間を形成した状態で、締付固定される。
【００２４】
このように構成された単相磁石式発電機は、ロータ１がエンジンにより回転駆動され、ロータ１の回転に伴いその内側に装着された永久磁石２とステータ１０のステータコア１１の突極部１２の先端間で磁束が発生し、相対的に回転するステータ１０の発電コイル１３が、その磁束を切ることにより、発電コイル１３に誘導起電力が生じ、発電が行われる。
【００２５】
図３は、本実施形態の単相磁石式発電機と従来の単相磁石式発電機の運転試験を行った際に測定した出力電流特性のグラフを示している。本実施形態の単相磁石式発電機は、上述のように、ステータの極数を８極とし、ロータの極数をその３倍の２４極としたものであり、従来例はステータの極数を８極とし、ロータの極数をそれと同数の８極とした単相磁石式発電機である。この図３の出力電流特性を示すグラフから、従来の単相磁石式発電機に対し本実施形態の発電機は、その出力電流特性が中間回転域から高回転域にかけて出力電流が低く抑えられ、低回転域においては出力電流が増大し、より低い回転域から発電電流を出力していることがわかる。
【００２６】
この理由として、本実施形態の単相磁石式発電機は、ロータ１の永久磁石２による磁極の極数がステータ１０の極数の３倍と多くなっており、永久磁石２が細分化され、各磁極の永久磁石２（Ｎ極磁石２ａ、Ｓ極磁石２ｂ）の形状が従来のものより小型化されているため、従来のステータとロータの極数が同じで突極部の発電コイルの巻数が同じ磁石式発電機に比べ、全回転域における出力電流を従来のものより低く抑えることができるのである。
【００２７】
また、この単相磁石式発電機は、ロータ１の永久磁石２による磁極の極数がステータ１０の極数の３倍と多くなっているため、その出力周波数は増大し、周波数に比例する出力電圧も増大することから、低回転域における出力電流が、従来のものより増加するのである。
【００２８】
このように、本単相磁石式発電機によれば、高回転域の出力電流を抑制しながら低回転域での出力電流を増加させることができ、発電コイル１３の過度の温度上昇を抑えて、コイル線材などの寿命を延ばすことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、ステータ１０の各突極部１２間の機械角を４５度としてステータ１０の極数を８極とし、ロータ１の各磁極間の機械角を１５度としてロータ１の極数を２４極としたが、その他の例として、例えばステータの突極部の極数を１０極とし、ロータの磁極の極数を３０極とすることもできる。この場合、ステータの各突極部間の機械角は３６度となり、ロータの磁極間の機械角は約１２度となる。また、ステータの突極部の極数を６極とし、ロータの磁極の極数を１８極とすることもでき、この場合、ステータの各突極部間の機械角は６０度となり、ロータの磁極間の機械角は２０度となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の単相磁石式発電機によれば、ロータの磁極の極数がステータの極数の３倍と多くなっており、ロータの円周上の永久磁石が細分化され、各磁極の永久磁石の形状が従来のものより小型化されているため、従来のステータとロータの極数が同数で突極部の発電コイルの巻数が同数の磁石式発電機に比べ、全回転域における出力電流を従来のものより低く抑えることができる。また、ロータの磁極の極数がステータの極数の３倍と多くなっているため、従来のステータとロータの極数が同数のものより、その出力周波数は増大し、周波数に比例する出力電圧も増大することから、低回転域における出力電流は、従来のものより増加する。したがって、本単相磁石式発電機によれば、高回転域の出力電流を抑制しながら低回転域での出力電流を増加させることができ、発電コイルの過度の温度上昇を抑えて、コイル線材などの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す単相磁石式発電機のロータとステータの中央縦断面図である。
【図２】同発電機のロータとステータのＡ−Ａ部分断面付き正面図である。
【図３】従来の単相磁石式発電機と本発明の単相磁石式発電機の出力電流特性を対比して示すグラフ図である。
【符号の説明】
１−ロータ
２−永久磁石
２ａ―Ｓ極磁石
２ｂ−Ｎ極磁石
３−ロータ円筒部
４−ボス部
６−磁石保護カバー
７−スペーサ
１０−ステータ
１１−ステータコア
１２−突極部
１３−発電コイル
【図１】
2004140970.tif 000003
【図２】
2004140970.tif 000004
【図３】
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