特許 5952709 二相回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5952709

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】二相回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/22 20060101AFI20160630BHJP

   H02K 1/14 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/22 B

   H02K1/14 Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-231907(P2012-231907)

(22)【出願日】2012年10月19日

(65)【公開番号】特開2014-87097(P2014-87097A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年7月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000144027

【氏名又は名称】株式会社ミツバ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 仁之

(72)【発明者】

【氏名】板橋 楽

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 秀明

(72)【発明者】

【氏名】下田 貴之

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２１３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８９２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８６６９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２１／２２

Ｈ０２Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転自在に支持され、周方向に沿って複数の磁極が設けられているロータと、
複数のティースが周方向に沿って突設されているステータとを備え、
前記磁極の数をＰとし、前記ティースの数をＴとし、ｎを自然数としたとき、
前記磁極の数Ｐ、及び前記ティースの数Ｔは、
Ｐ：Ｔ＝４ｎ：４（ｎ＋１）
を満たすように設定されている二相回転電機であって、
前記ティースは、
径方向に沿って延在し、巻線が巻装される巻胴部と、
前記巻胴部の先端から周方向に沿って延在する先端部とにより構成され、
一方の相に対応する前記先端部の周方向中央部の位置が、前記磁極の周方向中央部に対向する位置となるように、
且つ他方の相に対応する前記先端部の周方向中央部の位置が、周方向に隣接する２つの前記磁極の間に対向する位置となるように形成されていることを特徴とする二相回転電機。

【請求項2】

周方向に隣接する異相同士の前記ティースは、それぞれの前記巻胴部が互いに離間する方向に向かって変位するように形成されており、
各先端部の周方向端部に、各巻胴部の先端が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の二相回転電機。

【請求項3】

前記巻胴部は、前記先端部の周方向中央部と前記ステータの径方向中央部とを結んだ直線と略平行となるように延在していることを特徴とする請求項２に記載の二相回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、自動二輪車に搭載される二相回転電機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、自動二輪車に搭載される回転電機としては、永久磁石を備えた発電機と、スタータモータ機能とが一体化されたものがある。このような回転電機は、自動二輪車のエンジンのクランクシャフトに連係される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。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装されるティースが周方向に沿って突設されている。

【0003】

そして、フライホイールが回転することにより、ティースを通過する磁束量が変化し、これが起電力となって電機子コイルに電流が流れるようになっている。一方、バッテリに蓄電された電流を電機子コイルに供給すると、ティースに磁束が発生し、この磁束とフライホイールの永久磁石との間に、磁気的な吸引力や反発力が発生し、フライホイールが回転する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２１３２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、二相の電機子コイルからなる二相回転電機にあっては、磁極の数をＰとし、ティースの数をＴとし、ｎを自然数としたとき、磁極の数Ｐ、及びティースの数Ｔは、
Ｐ：Ｔ＝４ｎ：４（ｎ＋１）・・・（１）
を満たすように設定されている。

【0006】

より具体的に、図５に基づいて二相回転電機の一例について説明する。
図５は、式（１）において、ｎ＝３に設定した場合の二相回転電機１０１である。
同図に示すように、二相回転電機１０１は、有底筒状のフライホイール１０２と、フライホイール１０２の径方向内側に設けられたステータ１０３とを備えている。
フライホイール１０２の周壁１０２ａには、内周面側に１２個の瓦状の永久磁石１０４が周方向に沿って磁極が順番となるように配置されている。一方、ステータ１０３は、径方向外側に向かって突出する１６個のティース１０５を有している。

【0007】

ティース１０５は断面略Ｔ字状に形成されており、径方向に沿って延びる巻胴部１０６と、この巻胴部１０６の径方向外側の先端に一体成形され、周方向に沿って延びる先端部１０７とにより構成されている。巻胴部１０６は、周方向に等間隔に配置され、先端部１０７は、この周方向中央部が巻胴部１０６の先端に位置するように形成されている。そして、隣接するティース１０５間に蟻溝状のスロット１０８が形成されている。このスロット１０８に電機子コイルを通し、絶縁性のインシュレータ（何れも不図示）が装着された各ティース１０５に、電機子コイルを巻装する。そして、電機子コイルにより、位相が９０°ずれた磁気回路が構成される。

【0008】

ここで、ステータ１０３の電機子コイルによって形成される磁束の磁束量は、先端部１０７の周方向中央部で最大となる。しかしながら、例えば、機械角で９０°ずれている図５におけるＸ部にあっては、同相同士のティース１０５の先端部１０７が永久磁石１０４の周方向中央部に位置しておらず、この永久磁石１０４の周方向中央部に対して、先端部１０７の周方向中央部が角度θ１００だけずれてしまっている。このような場合、電機子コイルによって形成される磁束や永久磁石１０４の磁束を有効利用できず、二相回転電機１０１の能力が低下してしまうという課題がある。

【0009】

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、能力の低下を抑制することができる二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】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明に係る二相回転電機は、回転自在に支持され、周方向に沿って複数の磁極が設けられているロータと、複数のティースが周方向に沿って突設されているステータとを備え、前記磁極の数をＰとし、前記ティースの数をＴとし、ｎを自然数としたとき、前記磁極の数Ｐ、及び前記ティースの数Ｔは、Ｐ：Ｔ＝４ｎ：４（ｎ＋１）を満たすように設定されている二相回転電機であって、前記ティースは、径方向に沿って延在し、巻線が巻装される巻胴部と、前記巻胴部の先端から周方向に沿って延在する先端部とにより構成され、一方の相に対応する前記先端部の周方向中央部の位置が、前記磁極の周方向中央部に対向する位置となるように、且つ他方の相に対応する前記先端部の周方向中央部の位置が、周方向に隣接する２つの前記磁極の間に対向する位置となるように形成されていることを特徴とする。

【0011】

このように構成することで、ティースに巻装される電機子コイルによって形成される磁束や磁極の磁束を有効利用することができ、二相回転電機の能力の低下を抑制することができる。

【0012】

本発明に係る二相回転電機は、周方向に隣接する異相同士の前記ティースは、それぞれの前記巻胴部が互いに離間する方向に向かって変位するように形成されており、各先端部の周方向端部に、各巻胴部の先端が接続されていることを特徴とする。

【0013】

ここで、一方の相に対応するティースの先端部の周方向中央部の位置を、磁極の周方向中央部に対向する位置とすると共に、他方の相に対応するティースの先端部の周方向中央部の位置を、周方向に隣接する２つの磁極の間に対向する位置とすると、異相同士の先端部が互いに近接配置されることになる。この状態で、先端部の周方向中央部と巻胴部の先端とが接続されるように巻胴部を形成すると、異相のティース間のスロットが狭くなり、占積率が低下してしまう。このため、各先端部の周方向端部に巻胴部の先端が接続されるように巻胴部を形成することにより、スロットが狭くなってしまうことを抑制できる。

【0014】

本発明に係る二相回転電機は、前記巻胴部は、前記先端部の周方向中央部と前記ステータの径方向中央部とを結んだ直線と略平行となるように延在していることを特徴とする。

【0015】

このように構成することで、異相のティース間のスロットを可能な限り大きくすることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ティースに巻装される電機子コイルによって形成される磁束や磁極の磁束を有効利用することができ、二相回転電機の能力の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態における二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二相回転電機の断面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるステータの平面図である。

【図4】本発明の実施形態におけるティースの拡大図である。

【図5】従来のステータの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（二相回転電機）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、二相回転電機の平面図、図２は、二相回転電機の断面図である。
図１、図２に示すように、二相回転電機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とが一体化されている。二相回転電機１は、エンジンのクランクシャフト（不図示）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に二相からなる電機子コイル１８が巻装されている。

【0019】

フライホイール２は、略円板状に形成されたベース部５０と、ベース部５０のステータ４側（図２における左側）に固定されたフライホイール本体３とを備えている。ベース部５０の径方向略中央には、ステータ４側に向かってボス部５１が突出形成されている。ボス部５１の径方向中央部には、不図示のクランクシャフトが挿入される貫通孔５２が形成されている。

【0020】

この貫通孔５２には、キー溝５３が形成されている一方、不図示のクランクシャフトには、キー溝５３と係合する不図示のキーが設けられている。これにより、ベース部５０と不図示のクランクシャフトは、相対回転不能な状態となる。さらに、クランクシャフトの先端にナット等を螺入することにより、ベース部５０とクランクシャフトにベース部５０が固定される。
また、ベース部５０には、周方向に等間隔で複数の挿通孔５４が形成されている。この挿通孔５４は、ベース部５０を厚さ方向に貫通するように形成されており、フライホイール本体３とベース部５０とを固定するためのリベット２７が挿入されるようになっている。

【0021】

フライホイール本体３は、磁性を有する金属により有底筒状に形成されている。フライホイール本体３の底壁３１には、径方向略中央に貫通孔３１ｂが形成されている。この貫通孔３１ｂには、ベース部５０のボス部５１及び不図示のクランクシャフトが挿入される。また、フライホイール本体３の底壁３１には、ベース部５０の挿通孔５４に対応する位置に、厚さ方向に貫通する挿通孔３２が形成されている。
これら挿通孔５４，３２にリベット２７を挿入し、このリベット２７の先端を座屈変形させることにより、フライホイール本体３とベース部５０とが一体化される。

【0022】

フライホイール本体３の周壁３３には、内周面側に１２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。
また、フライホイール本体３の周壁３３には、外周面側に凸条のリラクタ７１が一体成形されている。このリラクタ７１は、エンジンの点火時期などを検出するためのものであって、後述のパルス発生器７２と共に用いられる。

【0023】

パルス発生器７２は、フライホイール本体３の周壁３３の外周面に形成されたリラクタ７１に対向するように配置されている。そして、リラクタ７１のエッジ部（角部）がパルス発生器７２を横切ることで、このパルス発生器７２からパルス信号（正電圧パルスと負電圧パルス）を発生させ、これを不図示の制御部（ＣＤＩユニットなど）が受信することによってエンジンの回転速度情報や不図示のクランクシャフトの回転角度情報を得ることができるようになっている。例えば、エンジンの点火時期は、リラクタ７１とパルス発生器７２によって得られたエンジンの回転速度情報やクランクシャフトの回転角度情報に基づいて制御される。

【0024】

（ステータ）
図３は、ステータの平面図である。
図１〜図３に示すように、ステータ４は、フライホイール本体３の周壁３３の内側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。

【0025】

ステータ本体１７ａの径方向略中央には、フライホイール２のボス部５１、及び不図示のクランクシャフトとの干渉を回避するため、逃げ孔１７ｂが形成されている。また、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。

【0026】

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１６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。このスロット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。

【0027】

ここで、二相回転電機１は、磁極の数をＰとし、ティース１６の数をＴとし、ｎを自然数としたとき、磁極の数Ｐ、及びティース１６の数Ｔが、
Ｐ：Ｔ＝４ｎ：４（ｎ＋１）・・・（２）
を満たすように設定されている。
この実施形態の二相回転電機１は、周方向に磁極が順番となるように永久磁石８が１２個設けられているので磁極の数Ｐは１２となる。また、ティース１６の数Ｔが１６に設定されているので、ｎ＝３としたとき、
Ｐ：Ｔ＝４×３：４（３＋１）＝１２：１６
となり、式（２）を満たす。

【0028】

また、二相回転電機１のティース１６は、機械角で９０°ずれて存在するスロット２１（図３におけるＡ部参照）を形成する２つが一方の相の電機子コイル１８が巻装される同相同士のティース１６ａ，１６ａとして構成され、それ以外のティース１６が他方の相の電機子コイル１８が巻装される同相同士のティース１６ｂ，１６ｂとして構成される。これにより、電機子コイル１８は、位相が９０°ずれた二相の磁気回路を構成する。
尚、以下の説明においては、一方の相の電機子コイル１８が巻装される同相同士のティース１６ａ，１６ａを、単に一方の相のティース１６ａと称し、他方の相の電機子コイル１８が巻装される同相同士のティース１６ｂ，１６ｂを、単に他方の相のティース１６ｂと称して説明する。また、ティース１６ａ，１６ｂを総称する場合、単にティース１６と称して説明する場合がある。

【0029】

図４は、ティースの拡大図である。
図３、図４に示すように、ティース１６は、径方向に沿って延在され電機子コイル１８が巻装される巻胴部６１と、この巻胴部６１の先端に一体成形され、周方向に沿って延在する先端部６２とにより構成されている。
ここで、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２は、この周方向中央部の位置が永久磁石８の周方向中央部の位置と対向するように配置されている。また、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２は、この周方向中央部の位置が、周方向に隣接する２つの永久磁石８，８の間と対向するように配置されている。

【0030】

このように各ティース１６ａ，１６ｂの先端部６２を配置すると、周方向に隣接する異相同士のティース１６ａ，１６ｂの先端部６２，６２の間隔Ｗ１は、周方向に隣接する一方の相のティース１６ａ，１６ａの先端部６２，６２の間隔Ｗ２、及び周方向に隣接する他方の相のティース１６ｂ，１６ｂの先端部６２，６２の間隔Ｗ３よりも狭くなる。
このため、周方向に隣接する異相同士のティース１６ａ，１６ｂの巻胴部６１は、互いに離間する方向に向かって変位するように形成されている。

【0031】

より詳しくは、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２には、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２とは反対側の端部に、巻胴部６１の先端が接続されている。また、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２には、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２とは反対側の端部に、巻胴部６１の先端が接続されている。
ここで、各巻胴部６１は、この中心線Ｌ１が、ステータ４の中心Ｃ１と、各先端部６２の周方向中央部Ｃ２とを結ぶ直線Ｌ２に対して略平行となるように延在している。

【0032】

図１、図２に戻り、このように構成されたティース１６に巻装されている電機子コイル１８の端末は、ハーネス２６の引き出し位置近傍に導き出され、このハーネス２６に接続されている。ハーネス２６は、電機子コイル１８に電流を供給したり、発電された電流を外部のバッテリ等に供給したりするためのものである。

【0033】

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。
一方、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に供給すると、ティース１６に磁束が発生する。そして、この磁束とフライホイール２の永久磁石８との間に、磁気的な吸引力や反発力が発生し、フライホイール２が回転する。

【0034】

ここで、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２は、この周方向中央部の位置が永久磁石８の周方向中央部の位置と対向するように配置されていると共に、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２は、この周方向中央部の位置が、周方向に隣接する２つの永久磁石８，８の間と対向するように配置されている。このため、永久磁石８の磁束量が最も多い位置に、それぞれ一方の相のティース１６ａの先端部６２の周方向中央部が同時に配置される。すなわち、電機子コイル１８によって発生する磁束や永久磁石８の磁束を有効利用することができる。

【0035】

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、効率よく電機子コイル１８に電流を発生させたり、電機子コイル１８によって磁束を発生させたりすることができ、永久磁石８の磁束を最大限活かすことができるので、二相回転電機１の能力を向上させることができる。

【0036】

また、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２には、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２とは反対側の端部に、巻胴部６１の先端が接続されている。また、他方の相のティース１６ｂにおける先端部６２には、一方の相のティース１６ａにおける先端部６２とは反対側の端部に、巻胴部６１の先端が接続されている。さらに、各巻胴部６１は、この中心線Ｌ１が、ステータ４の中心Ｃ１と、各先端部６２の周方向中央部Ｃ２とを結ぶ直線Ｌ２に対して略平行となるように延在している。

【0037】

すなわち、周方向に隣接する異相同士のティース１６ａ，１６ｂの先端部６２，６２の間隔Ｗ１は、周方向に隣接する一方の相のティース１６ａ，１６ａの先端部６２，６２の間隔Ｗ２、及び周方向に隣接する他方の相のティース１６ｂ，１６ｂの先端部６２，６２の間隔Ｗ３よりも狭くなるが、異相のティース１６ａ，１６ｂの巻胴部６１，６１を互いに離間させるように配置することにより、これら異相のティース１６ａ，１６ｂ間のスロット２１が狭くなってしまことを抑制できる。このため、このスロット２１を可能な限り大きくすることができる。よって、電機子コイル１８の占積率の低下を抑制でき、さらに、二相回転電機１の能力を向上させることができる。

【0038】

尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、二相回転電機１は、周方向に磁極が順番となるように１２極に磁化された永久磁石８が設けられていると共に、ティース１６の数Ｔが１６に設定されている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、磁極の数をＰとし、ティース１６の数をＴとし、ｎを自然数としたとき、磁極の数Ｐ、及びティース１６の数Ｔが、式（２）を満たすように設定されていればよい。

【符号の説明】

【0039】

１ 二相回転電機
２ フライホイール（ロータ）
３ フライホイール本体（ロータ）
４ ステータ
８ 永久磁石（磁極）
１６ ティース
１６ａ 一方の相のティース
１６ｂ 他方の相のティース
１８ 電機子コイル（巻線）
６１ 巻胴部
６２ 先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】