JP2003164087A - 磁石式発電機のステータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同じ形状大きさのステータコアを使用した場合
でも、磁極部間の隙間に多くの巻数の発電コイルを効果
的に巻装して、より設計自由度の高い出力を得ることが
できる磁石式発電機のステータを提供する。 【解決手段】この磁石式発電機のステータは、リング状
の継鉄部１１の外周に複数の突極部１２が突設されたス
テータコア１と、ステータコア１の各突極部１２に巻装
された発電コイル２と、を有し、各突極部１２に発電コ
イル２を巻装してなる偶数個の磁極部３が円周上に所定
の角度間隔で配置される。円周上に配置された複数の磁
極部３が、発電コイル２を基本の巻数だけ巻装した基本
巻数部３１と、基本巻数部３１の巻数より多く巻装した
加算巻数部３２とを交互に配置して形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動二輪車、バギ
ー車、雪上車など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磁石式発電
機のステータに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁石式発電機のステータは、多
数の突極部を円周上に突設した星形のステータコアの各
突極部に、発電コイルを巻装して構成される。ステータ
コアの突極部に巻装される発電コイルは、一般に巻線機
によって巻装され、個々の突極部に同じ巻数の線材が巻
回される。このときの線材の巻数は、ステータの磁極
数、ステータコアの外径、突極部の巻幅等と共に発電機
の起電力の大きさを左右する要因となるものであり、設
計時に目標とする発電機の起電力とステータコアに物理
的に巻装可能な要件に基づき、計算により最適な巻数が
決定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
磁石式発電機のステータにおいて、既存のステータコア
を使用しながら、磁極部に巻装する発電コイルの巻数を
増加して起電力を上げたい場合、或いは目標とする起電
力を得たい場合がある。このような場合、各磁極部の周
囲に発電コイルを巻き足す間隙があれば、各磁極部には
加算した巻数の発電コイルを巻装することができる。

【０００４】しかし、ステータの磁極数が多く、隣接す
る磁極部間（ステータコアの突極部間）の間隙が狭い場
合は、物理的に巻装可能な巻数が制限される。つまり、
図４に示すように、ステータコアの各磁極の突極部２０
に、巻線機により線材が根元部から巻回されていくが、
隣接する各突極部２０間の空間は、逆台形状を呈してい
るので、線材を巻回していく過程で、根元部の周囲には
空間があるにも関わらず、突極部２０の中間部で隣の発
電コイル２と干渉して、線材を根元部まで挿入できなく
なる。つまり、各突極部においては、中間部より先端側
の突極部２０の巻装部に線材が巻かれ、根元部の周囲に
は空間があるにも関わらず、隣接する磁極部の両発電コ
イル２の隙間Ｃが線材の外径より少なくなった時点で、
コイルを巻くことができず、巻装の限界が生じる。

【０００５】一方、発電機の小型化の要請から、所定の
起電力を維持しながらステータの形状を小型化したい場
合があるが、ステータコアの外径寸法を縮小しつつ従前
の起電力を維持するためには、発電コイルの巻数を増大
させる必要が生じる。しかし、発電コイルの線材径はそ
のままで、巻数を増大させると、必然的に各磁極部の巻
装外径が増大し、隣接する磁極部の発電コイルと発電コ
イルとの間隙が線材径より狭くなって、巻線機による巻
線作業ができなくなる問題があった。

【０００６】本発明は、上述の課題を解決するものであ
り、同じ形状大きさのステータコアを使用した場合で
も、磁極部間の隙間に多くの巻数の発電コイルを効果的
に巻装して、より設計自由度の高い出力を得ることがで
きる磁石式発電機のステータを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁石式発電機のステータは、リング状の継
鉄部の外周に複数の突極部が突設されたステータコア
と、ステータコアの各突極部に巻装された発電コイル
と、を有し、各突極部に発電コイルを巻装してなる偶数
個の磁極部が円周上に所定の角度間隔で配置された磁石
式発電機のステータにおいて、円周上に配置された複数
の磁極部が、発電コイルを基本の巻数だけ巻装した基本
巻数部と、基本巻数部の巻数より多く巻装した加算巻数
部とを交互に配置して形成されたことを特徴とする。

【０００８】ここで、隣接する1対の磁極部の発電コイ
ルの間隙は、少なくとも発電コイルの線材の太さより広
く形成し、加算巻数部における基本巻数部より多く巻装
する部分を、突極部の根元部分に巻装することができ
る。このようにすれば、各磁極部間の隙間に巻線機を用
いて巻線を行うことができ、隣接する磁極部のコイルの
干渉を防止して、発電機の起電力を向上させることがで
きる。

【０００９】

【作用】上記構成の磁石式発電機のステータでは、例え
ば三相出力の発電機の場合、磁極部は３の倍数個設けら
れ、発電コイルは三相交流用に３相に分けて磁極部に巻
装されるが、各々順に円周方向に基本巻数部と加算巻数
部を繰り返すように巻装する。このように発電コイルを
巻装すれば、従来各突極部間に生じていた隙間に効果的
に発電コイルをより多く巻装することができ、さらに各
相における総巻数は同一となり、正常に三相交流を発電
を行うことができる。このステータは、例えばエンジン
のケーシング内の固定部に、リング状の継鉄部を介して
固定され、その外周に、クランク軸に固定されたロータ
が僅かな隙間を介して回転可能に配設される。

【００１０】エンジンの運転に伴い、ロータが回転し、
ステータの外周部を複数に分割されたロータの永久磁石
が回転することにより、ステータの各磁極部に巻装され
た発電コイルに起電力が発生し、発電が行われる。

【００１１】発電コイルで発生した電流は、ワイヤハー
ネスを通して、外部に取り出されるが、発電コイルの巻
数は、隣接する磁極部の一方の磁極の巻数が、通常の巻
数より加算した巻数のコイルを巻装しているから、従来
の同様な形状大きさのステータコアに巻装されたものよ
り、磁極部の発電コイルの総巻数は増加する。磁石式発
電機の起電力は、基本的には発電コイルの総巻数に比例
するから、従来の全て同じ基本巻数の磁極部を持つステ
ータの発電機より、高い出力を得ることができる。

【００１２】また、既存のステータコアの突極部の根元
部に生じた隙間に、加算分のコイルを巻装するのみであ
るため、既存のステータコアを使用して、簡単に高出力
の発電機を製作することができる。

【００１３】さらに、この磁石式発電機の出力電流特性
は、各磁極部の発電コイルの巻数を同じように基本巻数
とした従来の発電機の出力電流特性に比べ、低速回転域
での電流値が増大し、高速回転域での電流値の上昇が抑
制される傾向を示す。

【００１４】このため、この磁石式発電機を自動二輪車
等のエンジンに装着して使用した場合、低速回転域つま
りアイドル回転時の出力電流を従来より高めて、エンジ
ンのアイドル時の給電能力やバッテリー充電能力を向上
させるこができる。また、高速回転域における電流の上
昇を抑えるから、充電回路、定電圧制御回路などの回路
部品の電流容量の縮小化が可能となり、発電機に接続さ
れるレギュレータ回路などを簡素化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は磁石式発電機のステータの
正面図を示している。ステータは、星形に形成されたス
テータコア１の各突極部１２に、発電コイル２を巻装し
て構成される。

【００１６】発電コイル２を巻装するステータコア１
は、中央に円形の開口部を有するリング状の継鉄部１１
の外周に、複数の突極部１２を（ここでは１８個の突極
部１２を）２０度の間隔で放射状に突設して形成され
る。また、ステータコア１は星形形状に打ち抜いた複数
の鋼板を積層し、リベット１４によりそれらを一体に固
定して形成される。各突極部１２の先端の周方向側及び
前後側には、フランジ部が形成され、各突極部１２に巻
装した発電コイル２をフランジ部で保持している。

【００１７】中央部のリング状の継鉄部１１には、エン
ジンケーシング等の固定部に固定するための固定孔１３
が穿設され、リベット１４もこの継鉄部１１に穿設した
貫通孔に挿通され、かしめ固定される。

【００１８】ステータコア１の各突極部１２には発電コ
イル２が巻装されて、1８個の磁極部３が円周上に形成
されるが、図２に示すように、1８個の磁極部３は、発
電コイル２を基本の巻数だけ巻装した基本巻数部３１
と、基本巻数部３１の巻数より多く巻装した加算巻数部
３２とを交互に配置して構成される。

【００１９】これらの磁極部３には三相交流用の発電コ
イル２が巻装され、図２に示すように、Ｒ相の発電コイ
ル２は、磁極部Ｒ１、磁極部Ｒ２、磁極部Ｒ３、磁極部
Ｒ４、磁極部Ｒ５、磁極部Ｒ６に順に巻装され、Ｓ相の
発電コイル２は、磁極部Ｓ１、磁極部Ｓ２、磁極部Ｓ
３、磁極部Ｓ４、磁極部Ｓ５、磁極部Ｓ６に順に巻装さ
れ、また、Ｔ相の発電コイル２は、磁極部Ｔ１、磁極部
Ｔ２、磁極部Ｔ３、磁極部Ｔ４、磁極部Ｔ５、磁極部Ｔ
６に順に巻装される。

【００２０】各磁極部３に巻装する際、発電コイル２の
巻数は隣接する各磁極部３において、一方の基本巻数部
３１がＮ回で巻装され、他方の加算巻数部３２にはその
基本巻数Ｎに加算巻数ｎを加算した巻数（Ｎ＋ｎ）のコ
イルが巻装される。つまり、１８極の磁極部には円周方
向に巻数Ｎの基本巻数部３１とそれに加算巻数ｎを加算
した巻数（Ｎ＋ｎ）の加算巻数部３２が交互に並ぶよう
に巻装されることになる。

【００２１】このような各磁極部３への発電コイル２の
巻装は、巻線機を用いて行われるが、１８極の突極部１
２が２０度の間隔で放射状に形成されるステータコアで
は、隣接する突極部１２の間隔が狭いため、線材は突極
部１２の根元部から巻回を開始し、その中間部より先端
側に重ね巻きをするように巻装する。突極部間の空間形
状が逆台形状となっているので、突極部１２の根元部に
は多くの線材を巻回することができず、基本巻数部３１
は中間部より先端側に線材を巻装することになる。

【００２２】したがって、基本巻数部３１においては、
突極部１２の中間部より先端側に線材が巻装され、突極
部１２の根元部の周囲に空間が生じする。そこで、１つ
置きに配置された加算巻数部３２には、図１,２に示す
ように、突極部１２の先端部、中間部と共に根元部にも
多くの線材を巻回することにより、基本巻数部３１より
加算巻数ｎだけ加算して巻装する。

【００２３】隣接する２つの突極部１２の中間部に巻装
された発電コイル間の間隙が、線材の外径以上あれば、
根元部まで線材を挿入可能であるから、隣接する突極部
のうち、一方の突極部つまり加算巻数部３２には先端部
及び中間部から根元部まで巻装することが可能なのであ
る。

【００２４】このような発電コイル２の巻装により、Ｒ
相の磁極部３は、基本巻数の磁極部Ｒ１、加算巻数の磁
極部Ｒ２、基本巻数の磁極部Ｒ３、加算巻数の磁極部Ｒ
４、基本巻数の磁極部Ｒ５、加算巻数の磁極部Ｒ６とな
って、Ｒ相の総巻数は２３７回となり、Ｓ相の磁極部３
は、加算巻数の磁極部Ｓ１、基本巻数の磁極部Ｓ２、加
算巻数の磁極部Ｓ３、基本巻数の磁極部Ｓ４、加算巻数
の磁極部Ｓ５、基本巻数の磁極部Ｓ６となって、Ｓ相の
総巻数は２３７回となり、Ｔ相の磁極部３は、基本巻数
の磁極部Ｔ１、加算巻数の磁極部Ｔ２、基本巻数の磁極
部Ｔ３、加算巻数の磁極部Ｔ４、基本巻数の磁極部Ｔ
５、加算巻数の磁極部Ｔ６となって、Ｔ相の総巻数は２
３７回となり、すべてのＲＴＳ３相の巻数が同一とな
る。

【００２５】このように、ステータコアの各突極部１２
に発電コイル２を巻装した状態のステータには、その発
電コイル２の周囲に合成樹脂粉末或いはゲル状の合成樹
脂がかけられ、これを加熱硬化させて発電コイル２が固
定される。

【００２６】上記構成の磁石式発電機のステータは、図
示しないエンジンのケーシング内の固定部に、ステータ
コアの継鉄部１１を介して、つまりリング状の継鉄部１
１の固定孔１３に固定ねじを挿入し、それらのねじを締
め付けて固定される。そして、ステータの外周に、クラ
ンク軸に固定されたロータが僅かな隙間を介して回転可
能に配設される。ステータの発電コイル２に接続された
ワイヤハーネス３は、エンジンの電機機器などに接続さ
れる。

【００２７】エンジンの運転に伴い、ロータが回転し、
ステータの外周部を複数に分割されたロータの永久磁石
が回転することにより、ステータの各磁極部に巻装され
た発電コイルに起電力が発生し、発電が行われる。磁石
式発電機の各相の起電力は、基本的には、各相の発電コ
イルの総巻数、回転速度及びそこに生じる全磁束に比例
するから、基本巻数部のみをステータの各磁極に設けた
従来のものに対し、このステータを有する発電機の起電
力は、発電コイルの巻数と磁束の増加分だけ増大するこ
とになる。

【００２８】次に、本発明の磁石式発電機のステータの
効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例では、１８個の突極部を有する外径１０５．６mm
のステータコアを使用し、そのステータコアの各突極部
に、線径１．１mmの線材を、隣接する磁極部の巻数が３
５回（基本巻数部）と４４回（加算巻数部）の巻数とな
るように、つまり、図１,２に示すように、基本巻数部
の３５回巻数部と加算巻数部の４４回巻数部が交互に配
置されるように、発電コイルを巻装した。そして、この
ようなステータを装着した磁石式発電機の出力線に整流
器を接続すると共に、定電圧制御回路を介してその出力
側に負荷を接続し、負荷電圧を一定電圧（１４Ｖ）とし
た状態で、負荷に流れる出力電流を、発電機の回転数を
変化させながら測定した。

【００２９】また、比較例として、従来の磁石式発電
機、ここでは１８個の突極部を有する外径１０５．６mm
のステータコアの各突極部に、線径１．１mmの線材を３
５回の巻数だけ巻装し、そのステータを装着した磁石式
発電機の出力線に、上記と同様の整流器と定電圧制御回
路を接続し、その出力側に負荷を接続し、負荷電圧を一
定電圧（１４Ｖ）とした状態で、負荷に流れる出力電流
を、発電機の回転数を変化させながら測定した。

【００３０】図３は、磁石式発電機の回転速度に対する
出力電流の変化をグラフ化したものであり、グラフＡ
は、各磁極部に発電コイルを基本巻数（３５回）だけ巻
装した従来のステータを有した磁石式発電機の特性を示
し、グラフＢは、隣接する一方の磁極部の発電コイルの
巻数を基本巻数（３５回）に加算巻数（９回）を加算し
て加算巻数部（４４回）とし、基本巻数部と加算巻数部
を交互に配置した本実施例のステータの発電機の特性を
示している。

【００３１】このグラフＡ、Ｂから、回転速度が約1900
rpmまでの低速回転域においては、本実施例のステータ
の発電機の出力電流が、比較例（従来例）のステータの
発電機のものより増大していることがわかる。また、回
転速度が約2000rpm以上の中速から高速回転域において
は、本実施例（グラフＢ）のステータの発電機では、出
力電流の上昇が抑えられ、より平坦な出力特性となって
いることがわかる。

【００３２】したがって、本発明の実施例によれば、こ
のステータの磁石式発電機をエンジン用発電機に使用し
た場合、そのアイドル回転域における出力電流を増加さ
せて、アイドル運転時の電気機器への給電能力やバッテ
リーへの充電能力を向上させることができる。また、中
速から高速回転域での出力電流の増加を抑え、より平坦
な特性にすることができるから、発電機の出力側に接続
される整流回路、充電回路、定電圧制御回路などに必要
とする耐電流性能を少なくし、回路を簡素化することが
できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁石式発
電機のステータによれば、従来の同様な形状・大きさの
ステータコアに巻装された発電コイルの巻数より、発電
コイルの総巻数を増加させることができるから、従来の
全て同じ基本巻数の磁極部を持つ同じ形状・大きさステ
ータの発電機に比べ、より設計自由度の高い出力を得る
ことができる。

【００３４】また、既存のステータコアの突極部の根元
部に生じた隙間に、加算分のコイルを巻装するのみでよ
いから、既存のステータコアを使用して、簡単に高出力
の発電機を製作することができる。

【００３５】さらに、このステータを用いた磁石式発電
機の出力電流特性は、各磁極部の発電コイルの巻数を同
じように基本巻数とした従来の発電機の出力電流特性に
比べ、低速回転域での電流値が増大し、中速高速回転域
の電流上昇を抑えることができるから、アイドル運転時
の給電性能を向上させ、また、出力側に接続する回路の
耐電流性能を下げて回路を簡素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を示すステータの正面図で
ある。

【図２】各磁極部に巻装した３相の発電コイルの巻装状
態を示すステータの正面図である。

【図３】回転速度に対する出力電流の変化を示すグラフ
図である。

【図４】従来のステータの正面図である。

【符号の説明】

１−ステータコア ２−発電コイル ３−磁極部 １１−継鉄部 １２−突極部 ３１‐基本巻数部 ３２‐加算巻数部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状の継鉄部の外周に複数の突極部
   が突設されたステータコアと、該ステータコアの各突極
   部に巻装された発電コイルと、を有し、該各突極部に発
   電コイルを巻装してなる偶数個の磁極部が円周上に所定
   の角度間隔で配置された磁石式発電機のステータにおい
   て、 円周上に配置された前記複数の磁極部が、発電コイルを
   基本の巻数だけ巻装した基本巻数部と、該基本巻数部の
   巻数より多く巻装した加算巻数部とを交互に配置して形
   成されたことを特徴とする磁石式発電機のステータ。
2. 【請求項２】 前記隣接する1対の磁極部の発電コイル
   の間隙は、少なくとも該発電コイルの線材の太ささより
   広く形成され、前記加算巻数部における前記基本巻数部
   より多く巻装した部分が、突極部の根元部分に巻装され
   ている請求項１記載の磁石式発電機のステータ。
3. 【請求項３】 前記磁極部は３の倍数個設けられ、前記
   発電コイルは三相交流用に３相に分けて磁極部に巻装さ
   れ、３相の発電コイルは、各々順に円周方向に基本巻数
   部と加算巻数部を繰り返すように巻装されている請求項
   １記載の磁石式発電機のステータ。