CN109845079B - 磁铁发电机 - Google Patents
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Abstract
在磁铁式发电机中，能够在不降低期望的惯量的情况下减小质量，并且防止由振动、冲击而引起在转速较高的区域发生的发动机的锁定。磁铁发电机具备：转子，其包括具有圆筒部以及顶部的碗状的飞轮、设置于圆筒部的内周壁面的多个永磁铁、以及设置于顶部的中心并安装于发动机的输出轴的轮毂；定子，其包括层叠钢板和线圈，所述层叠钢板与永磁铁对置且在所述飞轮的内侧固定于发动机侧，所述飞轮的所述顶部的至少一部分由合成树脂形成，剩余的部分由金属形成。
Description
技术领域
本发明涉及通过由发动机等原动机引起的飞轮的旋转，利用永磁铁和发电线圈的电磁感应作用而产生交流电压的磁铁发电机(以下称为ACG)。
背景技术
作为这种ACG，例如安装于二轮机动车等车辆而进行发电的磁铁发电机通常被收纳于车辆发动机侧方的曲轴箱。而且，为了车辆的小型化而被容纳在狭窄的空间中，旋转的飞轮与曲轴箱的内壁的间隔非常小。
通常，飞轮的安装方向分为正锥形安装和倒锥形安装这两类，分别在图17、图18中示出。在图17的正锥形安装中，以碗形的飞轮102的开放侧朝向发动机101侧的方式配置，飞轮102的轮毂104连结到发动机的旋转轴(输出轴)103。
在飞轮102的圆筒部102a的内周侧，多个永磁铁105沿内周固定。另一方面，由与所述永磁铁对置地配置于所述飞轮的内侧的层叠钢板和线圈构成的定子106固定地设置于发动机101侧。所述飞轮102的外侧由曲轴箱107包围。
在图18的倒锥形安装中，以碗形的飞轮102的顶部朝向发动机101侧的方式配置，飞轮102的轮毂104连结到发动机的旋转轴(输出轴)103。与图17的正锥形安装同样，飞轮102的圆筒部102a的内周侧固定有多个永磁铁105。另外，与所述永磁铁105对置的定子106以配置于所述飞轮的内侧的方式固定地设置在与发动机101相反的一侧的曲轴箱107。
需要说明的是，轮毂的紧固方法除了锥形以外，虽未图示，但也可以是花键、凸缘型。
无论是哪种安装方式，在图17、图18中，飞轮102的外侧都由曲轴箱107包围，并且旋转的飞轮102与曲轴箱107的内壁的间隔都被设定得非常小。
图19～图21中示出以往的ACG。飞轮102的圆筒部102a、肩部102b以及顶部102c使用金属(铁或铸件)而以拉深加工、切削、锻造等来制造。在轮毂104的中心形成有用于供发动机的旋转轴103通过的锥形孔104a。飞轮102使发动机的旋转轴103的锥形部通过锥形孔104a，贯穿轮毂104的旋转轴的前端通过螺合于未图示的螺纹部的螺母的紧固而安装于旋转轴103，并通过旋转轴103的旋转而被旋转驱动(参照专利文献1、专利文献2)。
作为飞轮102的主要功能，为了减少发动机的旋转脉动，需要期望的惯性力矩(以下称为惯量)。近年来，在谋求车辆的低耗油率化中，减小飞轮的质量，而实现耗油率改善很重要。但是，以往的飞轮的轮毂、顶部、圆筒部都用金属(铁)制成，因而发电机的质量较大。
由于惯性力矩I是以半径r的平方来得到，因此圆筒部占主导地位地有效地产生惯量(I＝mr2)。因此，通过将单位质量的惯量较小的顶部树脂化能够在通过圆筒部保持惯量的情况下，有效实现轻量化。
图19示出将以往的ACG以正锥形安装于发动机101的状态。飞轮102通过旋转轴103的旋转而被旋转驱动，通过共同旋转的永磁铁105的磁通变化，而在定子106的线圈106a中产生交流电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-225033号公报
专利文献2：日本特开2007-129818号公报
发明内容
发明要解决的课题
如前所述，飞轮102被内置于曲轴箱等散热较差的狭窄空间，容易通过金属的旋转轴103而传递高温的发动机热，从而始终处于高温状态。另外，在旋转的飞轮102中始终作用有离心力。而且，在山路等的越野行驶时，处于易于发生异常振动、异常冲击的状态。
这样，若对高温状态并且因旋转而作用有离心力的飞轮102施加剧烈的振动或冲击，则有可能在飞轮的轮毂104和顶部102c之间产生龟裂。而且，若在产生了龟裂的状态下继续旋转，则最糟糕地是，在轮毂104和顶部102c之间有可能断裂。
图22示出该断裂的状态，108表示轮毂104的附近与顶部102c之间的断裂部。在该状态下，失去了轴心的飞轮的顶部102c和圆筒部102a因安装在里面的永磁铁105的磁力而贴在定子106侧，相对于旋转轴103倾斜地固定。
然而，如前所述，在曲轴箱内没有使断裂的圆筒部102a能够安全退避的空间，因此，旋转的轮毂104与停止的飞轮的顶部102c的接触频率变高。在该接触频率变高时，在两者间产生摩擦热，若摩擦热超过铁的熔点(约1500℃，参见图12)，则可能这两者开始发生熔融。
另一方面，因由断裂而导致圆筒部102a的停止，会引起发电不良、旋转轴103的旋转角度无法检测等，因而发动机的旋转降低。伴随于此，轮毂104与飞轮的顶部102c的摩擦热温度降低，降至铁的熔点以下时，轮毂104与顶部102c的接触部分一体化并凝固。
此时，由于飞轮的顶部102c与圆筒部102a倾斜地吸附于固定在车辆的定子106，所以成为咬入固定的锁定状态。因此，若轮毂104与顶部102c的接触部分一体化并凝固，则旋转轴103也与轮毂104一同锁定，而可能会在旋转区域(约6000rpm，参见图15)锁定发动机。该现象在倒锥形安装的ACG中也同样存在。
鉴于上述以往的问题点，本发明的目的在于，提供一种磁铁式发电机，其能够在不降低期望的惯量的情况下减小质量，并且，防止因振动、冲击而在转速高的区域发生发动机的锁定。
用于解决课题的手段
本发明是为解决上述课题的一种磁铁发电机，其具备：转子，其包括具有圆筒部和顶部的碗状的飞轮、设置于所述圆筒部的内周壁面的多个永磁铁、以及设置于所述顶部的中心并安装于原动机的输出轴的轮毂；定子，其包括铁芯和线圈，所述铁芯与所述永磁铁对置且在所述飞轮的内侧固定于原动机侧，所述磁铁发电机的特征在于，所述飞轮的所述顶部的至少一部分由合成树脂形成，所述飞轮的剩余的部分由金属形成。
另外，在上述磁铁发电机中，也可以是，所述飞轮的所述顶部的靠轮毂的外周侧由合成树脂形成，所述飞轮的剩余的部分由金属形成。
通常，发动机速度越高，车辆的速度越高并且运动能量也高。因此，若在旋转时发动机锁定，则施加于车辆的冲击较大。另外，若在车辆的速度提高的状态下锁定，则导致不能进行车辆的操作，有造成重大事故的风险。相反，在低速时该风险较小。
根据本申请发明的所述结构，由于飞轮的比金属耐冲击性低的合成树脂的熔融、固接是在低旋转区域发生，因此即使发生发动机锁定也是安全的。
另外，在使用热固化性合成树脂作为合成树脂的情况下，会在规定温度以上被破坏，但是即使温度下降也不会再熔融，因此不发生固接，从而不发生发动机锁定，因此安全性进一步提高。
另外，所述飞轮的所述顶部电可以包括合成树脂的顶部、以及与所述轮毂和所述圆筒部一体形成的金属制的顶部，所述飞轮的所述金属制的顶部也可以由连接所述轮毂和所述圆筒部的一个以上的辐条构成，所述飞轮的所述金属制的顶部也可以由连接所述轮毂和所述圆筒部的薄板构成。
根据该结构，能够露出轮毂与圆筒部的轴心，并同时能够提高顶部的强度。
另外，在上述磁铁发电机中，也可以是，所述飞轮的所述顶部和所述圆筒部的与该顶部相连的一部分由合成树脂形成，所述圆筒部的剩余的部分由金属形成，另外，也可以是，所述飞轮的圆筒部的合成树脂与金属的边界位于所述永磁铁的靠所述飞轮的顶部侧的端面附近，而且，也可以是，所述飞轮的合成树脂与金属由粘合材料粘合。
根据这些结构，由于将每单位质量的惯量较小的顶部的一部分树脂化，因而能够在将飞轮整体变轻的同时确保必要的惯量，另外，由于飞轮的顶部由合成树脂构成，因此能够减少永磁铁的通过顶部的磁通的泄漏而防止效率降低，并能够用粘合材料容易地粘合合成树脂和金属。
另外，在上述磁铁发电机中，也可以是，所述飞轮由覆盖所述顶部和所述圆筒部的合成树脂形成，并具备沿所述永磁铁的外周面配置有磁性体的筒状的轭，也可以是，所述飞轮通过将所述永磁铁、所述轮毂以及所述轭埋设于合成树脂而固定于飞轮，也可以是，所述永磁铁以其端面从所述合成树脂向外露出的方式埋设。
根据这些结构，能够在使飞轮整体变轻的同时，提高永磁铁、轮毂、轭的耐水性，并且能够减少永磁铁的通过顶部的磁通的泄漏。由于飞轮整体由树脂构成，飞轮本身不会生锈，并且可获得由飞轮覆盖的定子的防锈效果。并且，由于从永磁铁的外周面经由顶部而到达永磁铁的内周面的磁路为合成树脂，因此磁路的磁阻变得非常大，从而能够减少磁通的泄漏，使效率不降低。
另外，在上述磁铁发电机中，其特征在于，所述轭设定为对所述飞轮赋予规定的惯量的质量。根据该结构，能够在使飞轮整体变轻的同时，通过轭来调节质量而维持规定的惯量。
另外，在上述磁铁发电机中，所述合成树脂为热固化性合成树脂，所述合成树脂也可以是热塑性的非结晶性树脂，也可以是热塑性的熔点为800℃以下的结晶性树脂。
根据这些结构，虽然在热固化性合成树脂的情况下，在规定温度以上被破坏，但是即使温度下降也不会再熔融，因此不会发生固接，从而不会发生发动机锁定，所以更安全。在热塑性树脂的情况下，因飞轮的断裂后的熔融引起的再固接是在低旋转区域发生，因此即使发生发动机锁定，由于是在低旋转区域发生，因此施加于车辆的冲击较小，从而对驾驶者的冲击也变小。
另外，在上述磁铁发电机中，合成树脂为不燃性、阻燃性或者自熄性的树脂，也可以包括纤维材料。根据该结构，能够防止车辆火灾，并且能够强化树脂的强度，使其不易由对车辆的冲击而破坏。
发明效果
根据本发明，由于将单位质量的惯量较小的顶部的一部分树脂化，因此能够在不降低期望的惯量的情况下减小质量，并且能够防止在转速高的区域发生发动机的锁定。
附图说明
图1是本发明的实施例1的飞轮的俯视图。
图2是本发明的实施例1的飞轮的侧剖视图。
图3是本发明的实施例2的飞轮的俯视图。
图4是本发明的实施例2的飞轮的侧剖视图。
图5是本发明的实施例3的飞轮的俯视图。
图6是本发明的实施例3的飞轮的侧剖视图。
图7是本发明的实施例3的飞轮的侧剖面的局部说明图。
图8是本发明的实施例3的飞轮的圆筒部的剖面的说明图。
图9是本发明的实施例3的飞轮的分解立体图。
图10是本发明的实施例3的飞轮的从底部侧观察时的立体图。
图11是本发明的实施例的定子的立体图。
图12是本发明的实施例4的飞轮的俯视图。
图13是本发明的实施例4的飞轮的侧剖视图。
图14是本发明的实施例5的飞轮的侧剖视图。
图15是示出发动机的转速、摩擦温度以及熔融温度的关系的说明图。
图16是示出铁和树脂的物理特性的说明图。
图17是飞轮的正锥形安装的说明图。
图18是飞轮的倒锥形安装的说明图。
图19是以往的ACG的飞轮的俯视图。
图20是以往的ACG的飞轮的侧剖视图。
图21是以往的ACG的飞轮的断裂前的说明图。
图22是以往的ACG的飞轮的断裂后的说明图。
具体实施方式
以下，基于图1至图14说明本发明的具体的实施例。在各图中，赋予相同附图标记的部分表示相同或相当的部分。
实施例1
图1是本发明的实施例1的飞轮的俯视图，图2是该实施例1的飞轮的侧剖视图，示出在飞轮的内部配置定子的状态。图1、图2中省略了车辆的发动机(原动机)及其输出轴的图示。
1是碗状的飞轮，由筒状的圆筒部1a、圆盘状的顶部1b以及连接这两者的肩部1c构成，通过金属(铁)的拉深加工等而形成。3是在顶部1b的中央形成的轮毂，形成有用于供发动机的旋转轴(输出轴)通过的锥形孔3a。
飞轮1使发动机的输出轴的锥形部(未图示)通过轮毂的锥形孔3a，贯穿轮毂3的输出轴的前端由未图示的螺纹部安装于轮毂3(或飞轮1)，随输出轴的旋转而旋转。
4是沿圆筒部1a的内周面固接有多个的永磁铁。2是在飞轮1的内周侧配置的定子，由与永磁铁4对置的层叠钢板5和卷绕于该层叠钢板的线圈6构成。定子2以其层叠钢板5的层叠面与永磁铁间隔微小的间隙而对置的方式以静止状态固定于发动机侧。通过使永磁铁4随飞轮1在该定子2的周围旋转，由电磁感应作用而在线圈6中产生交流电压。
为了在永磁铁4的背面形成相邻的永磁铁4彼此的磁路，需要磁性体的筒状的轭。在本实施例1中，圆筒部1a为磁性体(铁制)且形成磁路，因此被兼作为轭来使用。
8是熔点为800℃以下的热塑性的结晶性合成树脂，在飞轮1的顶部1b形成为以轮毂3为中心的环状。该环状的合成树脂8通过嵌合并固定于将顶部1b划分为内周部1d和外周部1e的环状孔7(以轮毂3为中心)从而进行配置。
合成树脂8向所述环状孔7的固定通过用耐热性粘合剂等向环状孔7粘合，或者将顶部1b的内周部1d和外周部1e以形成环状孔7的状态配置于模具，并向环状孔7注入树脂并固化来施行。在使用粘合剂的情况下，作业变得容易。
这样一来，飞轮1的金属制的顶部1b的一部分由环状的合成树脂8形成，剩余的部分(内周部1d、外周部1e)由金属形成。1f是在圆筒部1a的外周沿周向以恒定间隔配置的金属制突起状的变磁阻部，通过与其接近配置的发电元件(未图示)来检测其位置，通过该信号来检测飞轮1的转速等。
这样构成的飞轮1与发动机的输出轴共同旋转，并利用其惯量来减少发动机的旋转脉动。此时，对飞轮1的惯量作出主要贡献的部分是距中心的距离较长的包括永磁铁4的圆筒部1a。在本实施例1中，惯量由永磁铁4和铁构成的圆筒部1a的质量主导。
接下来，设想对随发动机的输出轴的旋转而旋转的飞轮1施加剧烈的振动、冲击，飞轮1中产生龟裂，之后，在轮毂3与顶部1b之间发生断裂的情况。
在本实施例1中，飞轮1中机械方面最脆弱的部分是在顶部1b的一部分形成的环状的合成树脂8的部分。因此，在对车辆施加剧烈的振动、冲击时，力集中于飞轮1的顶部的合成树脂8而产生龟裂，并在之后发生断裂。
若在合成树脂8的部分发生断裂，飞轮1的顶部1b的外周部1e和圆筒部1a失去轴心，该顶部1b的外周部1e和圆筒部1a因永磁铁4的磁力而贴在定子2的层叠钢板5侧，相对于输出轴(未图示)偏斜并停止。
另一方面，顶部1b的内周部1d与轮毂3继续共同旋转，因此在成为该旋转的内周部1d和停止的外周部1e的边界的合成树脂8的断裂部分，合成树脂彼此或者树脂与金属接触而滑动。因该滑动在两者间产生摩擦热，当摩擦热温度超过合成树脂8的熔点(约300℃)时，合成树脂开始熔融。
另一方面，由于飞轮1的顶部1b的外周部1e的停止，造成发电不良、借助变磁阻部1f的旋转的检测无法进行，因此发动机的转速逐渐降低。若发动机的转速降低，则合成树脂的摩擦热温度降低，当该温度变为合成树脂的熔点以下时，合成树脂的接触部分再次凝固，而使合成树脂彼此或者树脂与金属成为一体。
此时，飞轮1的顶部1b的外周部1e和圆筒部1a倾斜地吸附于固定于车辆的定子2，而成为咬入锁定状态。因此，由于顶部1b的合成树脂8再次凝固而成为一体，固定于轮毂3固定的输出轴也被锁定，因而发动机有被锁定的风险。
然而，与铁的熔点相比，合成树脂8的熔点非常低，因此，当发动机的转速未大幅降低时，不会再次凝固。因此，即使合成树脂凝固而发生发动机锁定，那时的发动机转速较低，车辆也处于低速状态，因此施加于车辆的冲击变小，所以对驾驶者的冲击也变小。
另外，关于所述合成树脂8，为了防止因摩擦热引起的火灾事故，合成树脂优选不燃性、阻燃性或者自熄性的树脂。
而且，所述合成树脂8也可以包括纤维材料。因振动、离心载荷等而在飞轮施加有拉伸、弯曲、扭转的力。树脂的强度比金属低，在高温下尤其降低。为使树脂与金属强度相同，必须使树脂较厚，而若树脂部分变厚，则会发出风哮声，因此需要扩大与定子间的距离，从而使发电机的尺寸变大。为防止该情况，可以通过在树脂中混合纤维材料(玻璃、玻璃纤维)来提高树脂强度。
图15是使出本发明实施例的发动机的转速、摩擦温度以及熔融温度的关系的说明图。铁的熔融温度约为1500℃，此时的发动机转速为6000转。相对于此，结晶性的合成树脂的熔融温度约为300℃，此时的发动机转速为1000转，车辆速度为足够慢的安全速度。
需要说明的是，作为热塑性的合成树脂8，使用熔点为800℃以下的树脂的理由如下。通常，飞轮由铁或者铝制成，其中铝的熔点较低，约为800℃。在图15的说明图中，在铝的熔点处的发动机转速为4000转，如果是比此更低的转速，则车辆速度为更安全的速度。因此，在飞轮中使用树脂的情况下，需要选择比铝低的熔点800℃以下的树脂。
实际上，合成树脂的熔点比铝低很多，因此当发动机的转数未大幅降低时，不会再次凝固。因此，即使合成树脂凝固而发生发动机锁定，那时的发动机转数较低，车辆也处于低速状态，因此施加于车辆的冲击变小，所以对驾驶者的冲击也变小。
图16中示出铁与树脂的摩擦系数和热传递率的说明图。从该图可知，合成树脂的摩擦系数较大，因此合成树脂彼此或者树脂与金属的摩擦热比金属彼此的摩擦热大。因此，合成树脂彼此或者树脂与金属的接触面与金属彼此的摩擦面相比，易于由较小的旋转(滑动)而发出较大的热量，另外，熔融后，转速未充分下降时，难以再次凝固。因此，即使发生发动机锁定，由于那时的发动机转速变得非常低，所以对驾驶者的冲击也变小。
另外，如图16所示，与铁相比，合成树脂的热传递率较小，因此，由于例如来自发动机的热经由旋转轴和轮毂传递至飞轮时，向永磁铁4的热传递由合成树脂8阻挡，因此能够抑制因永磁铁4的热而引起的输出降低。
上述中，虽然以使用结晶性的热塑性树脂作为合成树脂8的情况来进行说明，但是也可以使用非结晶性的热塑性树脂。非结晶性的热塑性树脂没有结晶结构而不存在熔点，所以即使发生断裂，也不因摩擦热而熔融，更不会再次凝固。因此，即使在断裂后发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险，对驾驶者的冲击较小，从而进一步提高了安全性。
另外，在使用热固化性树脂作为合成树脂8的情况下，即使发生断裂，也保持断裂，而不会因摩擦热而熔融，也不会再次凝固。因此，热固化性树脂与非结晶性的热塑性树脂同样，在断裂后即使发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险，对驾驶者的冲击较小，从而安全性进一步提高。
需要说明的是，虽然在上述说明中，合成树脂8是以轮毂3为中心的环状物来进行了说明，但不必一定为环状(圆)，只要连接一周即可。
实施例2
图3是本发明的实施例2的飞轮的俯视图，图4是该实施例2的飞轮的侧剖视图，示出了在飞轮的内部配置有定子的状态。在图3、图4中，车辆的发动机及其输出轴被省略图示。
11是碗状的飞轮，由筒状的圆筒部11a、圆盘状的顶部11b以及连接这两者的肩部11c构成。13是在顶部11b的中央形成的轮毂，形成有用于供未图示的发动机的输出轴通过的锥形孔13a。
飞轮11使发动机的输出轴的锥形部(未图示)通过锥形孔13a，贯穿轮毂13的输出轴的前端通过未图示的螺纹部安装于轮毂3(或飞轮11)，并与输出轴共同旋转。
14是沿圆筒部11a的内周面固接的多个永磁铁。12是在飞轮11的内周侧配置的定子，由与永磁铁14对置的层叠钢板15、和卷绕于该层叠钢板的线圈16构成。定子12以其层叠钢板的层叠面与永磁铁间隔微小的间隙而对置的方式以静止状态固定于发动机侧。通过使永磁铁14随飞轮11在该定子12的周围旋转，由电磁感应作用而在线圈16中产生交流电压。
在实施例2中，顶部11b、肩部11c以及圆筒部11a的与其连接的一部分11d由与实施例1相同的结晶性的热塑性合成树脂一体形成。并且，圆筒部11a的剩余的部分(与顶部相反的一侧)11e与轮毂13由金属(铁)形成。
这些合成树脂部分与金属部分由粘合剂粘合，或者也可以通过将轮毂13和圆筒部11a的剩余的部分11e配置于模具(未图示)中通过注塑成型注入合成树脂，而将顶部11b、肩部11c和圆筒部的一部分11d以一体成形的方式固定。
为了在永磁铁14的背面形成在圆筒部11a内沿周向相邻的永磁铁14彼此的磁路，需要磁性体的筒状的轭。在本实施例2中，作为磁性体的铁制的圆筒部11a的剩余的部分(与顶部相反的一侧)11e形成永磁铁彼此的磁路，因而被兼作为轭来使用。
圆筒部的一部分11d与剩余的部分(与顶部相反的一侧)11e的边界11g以位于永磁铁14的飞轮11的顶部11b侧的端面14a附近的方式构成。通过这样构成，顶部11b从永磁铁14的上端起由合成树脂构成，从永磁铁14的外周面(圆筒部11a侧)经由顶部11b到永磁铁14的内周面(定子12侧)的磁路(参见后述的图7的磁路24b)为合成树脂。因此，上述磁路的磁阻与金属的情况相比变大，而能够减少磁通的泄漏。
这样构成的飞轮11与发动机的输出轴共同旋转，利用其惯量而减少发动机的旋转脉动。此时，飞轮11的惯量所必需的部分是包括质量较大的永磁铁14的圆筒部的剩余的部分11e。在本实施例2中，通过永磁铁14与圆筒部的由铁构成的剩余的部分11e的质量而设定所需的惯量。
接下来，设想对与发动机共同旋转的飞轮11施加剧烈的振动、冲击，飞轮中产生龟裂，进而，在产生了龟裂的状态下继续旋转，在两者之间发生断裂的情况。
在本实施例2中，飞轮11中机械方面最脆弱的部分是由合成树脂形成的部分。因此，在施加剧烈的振动、冲击时，力集中于飞轮11的从顶部11b连接到圆筒部的一部11d的合成树脂的部分而在合成树脂的某个部分产生龟裂，并在之后发生断裂。
假设，在飞轮11的顶部11b的合成树脂的部分发生了断裂，则飞轮11的顶部11b的断裂部分的外周部失去轴心，顶部11b的断裂部分的外周部合成树脂、肩部11c合成树脂以及圆筒部的一部分11d的合成树脂部分因永磁铁14的磁力而贴在定子12的层叠钢板15侧，相对于输出轴偏斜并固定在停止状态。
另一方面，顶部11b的断裂部分的内周部(合成树脂)与金属制的轮毂13继续共同旋转，因此在停止的顶部11b的断裂的部分，合成树脂彼此接触并滑动而在两者间产生摩擦热。当摩擦热超过合成树脂8的熔点(约300℃)时，合成树脂彼此开始发生熔融。
另一方面，因由断裂而导致飞轮11的永磁铁14的停止，造成发电不良、借助变磁阻部的旋转的检测无法进行，因此发动机的转速降低。发动机的转速降低，则正在熔融的合成树脂彼此的摩擦热温度降低，当合成树脂8变为熔点以下时，合成树脂彼此的接触部分再次凝固而成为一体。
此时，飞轮的顶部11b的外周部与圆筒部11a倾斜地吸附于固定于车辆的定子12，而成为咬入锁定状态。因此，由于顶部11b的合成树脂8再次凝固而成为一体，固定于轮毂13的未图示的输出轴也被锁定，因而发动机有被锁定的风险。
然而，如前所述，从图15可知，铁的熔融温度约为1500℃，此时的发动机转速为6000转。相对于此，结晶性的合成树脂的熔融温度约为300℃，即使发动机发生锁定，发动机转速为1000转，因此施加于车辆的冲击变小，对驾驶者的冲击也变小。
另外，与实施例1同样，从图16中所示的铁与树脂的摩擦系数来看，合成树脂的摩擦系数较大，因此合成树脂彼此间易于由较小的旋转(滑动)发出较大的热量，另外，熔融后，转速未充分下降时，难以再次凝固。因此，即使发生发动机锁定，由于那时的发动机转速变得非常低，施加于车辆的冲击变小，从而对驾驶者的冲击也变小。
并且，与实施例1同样，如图16所示，与铁相比，合成树脂的热传递率较小，因此，例如来自发动机的热经由旋转轴和轮毂而传递至飞轮时，向永磁铁4的热传递由合成树脂阻挡，因而能够抑制因永磁铁14的热而引起的劣化。
另外，与实施例1同样，在使用非结晶性的热塑性树脂作为合成树脂的情况下，因没有结晶结构而不存在熔点，所以即使发生断裂，也不因摩擦热而熔融，更不会再次凝固。因此，即使在断裂后发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险。
而且，在使用热固化性树脂的情况下，与上述情况同样，即使发生断裂也不因摩擦热而熔融，更不会再次凝固。因此，热固化性树脂与非结晶性的热塑性树脂同样，即使在断裂后发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险，从而进一步提高了安全性。
实施例3
图5是本发明的实施例3的飞轮的俯视图，图6是相同的实施例3的飞轮的侧剖视图，示出在飞轮的内部配置有定子的状态。在图5、图6中，车辆的发动机及其输出轴被省略图示。
21是碗状的飞轮，由筒状的圆筒部21a、圆盘状的顶部21b以及连接这两者的肩部21c构成。23是在顶部21b的中央形成的轮毂，形成有用于供未图示的发动机的输出轴通过的锥形孔23a。
飞轮21使发动机的输出轴的锥形部(未图示)通过锥形孔23a，贯穿轮毂23的输出轴的前端通过未图示的螺纹部安装于轮毂3(或飞轮21)，并与输出轴共同旋转。
24是沿圆筒部1a的内周面固接有多个的永磁铁。22是在飞轮21的内周侧配置的定子，由与永磁铁24对置的层叠钢板25、和卷绕于该层叠钢板的线圈26构成。定子22以其层叠钢板的层叠面与永磁铁间隔微小的间隙而对置的方式以静止状态固定于发动机侧。通过使永磁铁24随飞轮21在该定子22的周围旋转，由电磁感应作用而在线圈26中产生交流电压。
在本实施例3中，由圆筒部21a、顶部21b、肩部21c构成的飞轮21整体由与实施例1相同的结晶性的热塑性的合成树脂一体形成。轮毂23由金属(铁)形成。
需要说明的是，27是由夹在圆筒部21a的内周面与永磁铁的外周面间而固定的磁性体(铁)构成的轭。轭27形成为圆筒状，形成相邻的永磁铁24彼此的磁路。在实施例1、2中，永磁铁的外侧的圆筒部为磁性体(铁)，实现了轭的功能，但是在本实施例3中，飞轮21的圆筒部21a由树脂形成，因此需要形成永磁铁24彼此的磁路的轭27。
28是安装于永磁铁24的内周面的由薄金属板构成的环状的磁壳，使永磁铁24的内周面一致并对其进行保护。需要说明的是，在实施例1、2中，也在永磁铁的内周面设置有磁壳28，但省略了图示和说明。
各部件向飞轮21(合成树脂)的安装方法是在模具(未图示)内配置永磁铁24、轮毂23、轭27以及磁壳28，并对其通过注塑成型注入合成树脂而埋设于树脂。
在进行该埋设时，各部件被埋设于不透明的合成树脂内，因此从外观不能分辨各部件的有无。在本实施例3中，以永磁铁24的端面24a从所述合成树脂向外露出的方式进行埋设。进而，也可以以将轭27的端面从合成树脂向外露出的方式进行埋设。通过这样构成，能够从埋设后的飞轮的外观来确认永磁铁24以及轭27。
在本实施例3中，飞轮21整体由合成树脂形成。因此，从永磁铁24的上端起顶部21b由合成树脂构成，因而从永磁铁24的外周面(圆筒部21a侧)经由顶部21b到永磁铁24的内周面(定子22侧)的磁路24b(参见图7)为合成树脂。因此，磁路24b的磁阻变得非常大，从而能够减少磁通的泄漏。
图8是将本实施例3的飞轮的圆筒部剖面的一部分放大示出的说明图。与图7相同的部分用相同的附图标记表示。在圆筒部21a的内周配置有轭27，在轭27的内周，多个永磁铁24在周向上间隔开而配置，并且在其内周安装有薄的磁壳28。30是进入永磁铁24彼此的间隙的合成树脂层。
图9中示出实施例3的飞轮的分解立体图。圆筒部21a、轮毂23、轭27、永磁铁24和磁壳28以依次配置的方式通过合成树脂由一体成型而构成。
图10中示出实施例3的飞轮21的从顶部21b侧观察时的立体图。与图5～图9相同的部分用相同的附图标记表示。21f是在圆筒部21a的外周沿周向以恒定间隔配置的金属制的突起状的变磁阻部，由未图示的发电元件检测其位置，通过该信号来检测飞轮21的转速等。
图11中示出实施例3的定子的立体图。定子22由层叠钢板25和卷绕于该层叠钢板的外周的线圈26构成。该层叠钢板25以层叠面与永磁铁24间隔微小的间隙而对置的方式以静止状态固定于发动机侧。并且，通过使永磁铁24随飞轮21在该定子22的周围旋转，由电磁感应作用而在线圈26中产生交流电压。需要说明的是，图11中所示的定子22具有与实施例1及实施例2中相同的结构。
这样构成的飞轮21随发动机的输出轴的旋转而旋转，利用由该旋转产生的惯量来减少发动机的旋转脉动。此时，对飞轮21的惯量所必需的部分是质量较大的永磁铁24和金属制的轭27。在本实施例3中，通过由磁性体(铁)构成的轭27的质量来进行惯量的调节，可以通过轭27的厚度和宽度来实现调节。
接下来，设想对随发动机旋转的飞轮21施加剧烈的振动、冲击，飞轮中产生龟裂，进而，在产生了龟裂的状态下继续旋转，而在两者之间发生断裂的情况。
在本实施例3中，飞轮21整体由合成树脂形成，因此当施加剧烈的振动、冲击时，在合成树脂的某个部分产生龟裂，并在之后发生断裂。
假设，若设想在飞轮21的顶部21b发生了断裂，则飞轮21失去轴心，顶部21b的断裂部分的外周部、肩部21c以及圆筒部21a因永磁铁24的磁力而贴在定子22的层叠钢板25侧，相对于输出轴偏斜并固定在停止状态。
另一方面，顶部21b的断裂部分的内周部(合成树脂)与金属制的轮毂23继续共同旋转，因此在停止的顶部21b的断裂的部分，合成树脂彼此接触并滑动而在两者间产生摩擦热。当摩擦热超过合成树脂8的熔点(约300℃)时，合成树脂彼此开始发生熔融。
另一方面，因由断裂而导致飞轮21的永磁铁24的停止，造成发电不良、借助变磁阻部的旋转的检测无法进行，因此发动机的转速降低。发动机的转速降低，则正在熔融的合成树脂彼此的摩擦热温度降低，当合成树脂8变为熔点以下时，合成树脂彼此的接触部分再次凝固而成为一体。
此时，飞轮的顶部21b的外周部与圆筒部21a倾斜地吸附于固定于车辆的定子22，而成为咬入固定的锁定状态。因此，由于顶部11b的合成树脂再次凝固而成为一体，固定于轮毂23的未图示的输出轴也被锁定，因而发动机有被锁定的风险。
然而，如前所述，与铁的熔点相比，合成树脂的熔点非常低，因此，若发动机的转速未降低，则不会发生合成树脂的再次凝固。因此，即使结晶性的合成树脂彼此凝固而发生发动机锁定，那时的发动机转速为1000转而较低，车辆也处于低速状态，施加于车辆的冲击变小，从而对驾驶者的冲击也变小。
另外，与实施例1、2同样，从图16中示出的铁和树脂的摩擦系数来看，合成树脂的摩擦系数较大，因此合成树脂彼此间易于由较小的旋转(滑动)发出较大的热量，另外，熔融后，转速未充分下降时，难以再次凝固。因此，即使发生发动机锁定，那时的发动机转速也变得非常低。
另外，如图16所示，与铁相比，合成树脂的热传递率较小，因此，例如来自发动机的热经由旋转轴和轮毂23而传递至飞轮21时，向永磁铁24的热传递由合成树脂阻挡，因而能够非常有效地抑制因永磁铁24的热而引起的劣化。
另外，与实施例1、2同样，在使用非结晶性的热塑性树脂作为合成树脂的情况下，因没有结晶结构而不存在熔点，所以即使发生断裂，也不因摩擦热而熔融，更不会再次凝固。因此，即使在断裂后发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险，因而对驾驶者没有冲击。
而且，在使用热固化性树脂的情况下，与上述情况同样，即使发生断裂也不因摩擦热而熔融，更不会再次凝固。因此，热固化性树脂与非结晶性的热塑性树脂同样，即使在断裂后发动机的转速降低，也没有发动机锁定的风险，对驾驶者没有冲击，从而进一步提高了安全性。
在本实施例3中，飞轮的顶部21b、肩部21c和圆筒部21a由树脂构成，因此由树脂构成的部分不会生锈。
虽然在所述实施例1～3中，轮毂为金属制，但是只要具备足够的强度，也可以是树脂制的。另外，所述实施例1～3中示出的飞轮向发动机的安装方向可以是正锥形安装和倒锥形安装中的任一种。
实施例4
图12是本发明的实施例4的飞轮的俯视图，图13是该飞轮的侧剖视图，以省略了飞轮的内部的定子的方式进行图示。
31是碗状的飞轮，由金属制(铁)的筒状的圆筒部31a、圆盘状的顶部31b、31d构成。33是在顶部31b、31d的中央形成的金属制(铁)的轮毂，形成有用于供未图示的发动机的输出轴通过的锥形孔。
在实施例4中，顶部的至少一部分由与实施例1相同的合成树脂形成。即，顶部由合成树脂制的顶部31b、和在其上表面重叠配置的薄壁的金属制(铁)的顶部31d构成。
金属制的顶部31d与金属制的圆筒部31a和轮毂33一体地形成，如图所示，由连接圆筒部31a和轮毂33的6根辐条形成，辐条之间由合成树脂制的顶部31b形成。
通过像这样将金属和合成树脂组合来构成顶部，能够露出轮毂和圆筒部的轴心，并同时能够提高顶部的强度。顶部的强度可以通过辐条的根数及其板厚来调节。
接下来，设想在因对随发动机旋转的飞轮31施加剧烈的振动、冲击而使顶部的一部分断裂了的状态下继续旋转的情况，即使因金属制的顶部31d熔解并在之后凝固而锁定，金属的凝固部分的面积较小，因锁定而引起的冲击变小，因此对驾驶者的冲击也变小。需要说明的是，虽然合成树脂制的顶部31b也在断裂后熔解并在之后凝固，但是在金属凝固时还处于熔解状态，因此对因锁定而引起的冲击没有影响。
实施例5
图14是本发明的实施例5的飞轮的侧剖视图，飞轮的内部的定子被省略图示。
41是碗状的飞轮，由合成树脂制的筒状的圆筒部41a、圆盘状的顶部41b、41d构成。43是在顶部41b、41d的中央形成的金属制(铁)的轮毂，形成有用于供未图示的发动机的输出轴通过的锥形孔。
在实施例5中，顶部的至少一部分由与实施例1相同的合成树脂形成。即，顶部由合成树脂制的顶部41b、和埋设在顶部41b中而构成的薄壁的金属制(铁)的顶部41d构成。
金属制的顶部41d的一边在圆筒部41a的内侧延伸而构成圆筒部的一部分，另一边与轮毂43一体地形成。薄壁的金属制的顶部41d由多个辐条状的薄板或者覆盖整个顶部的薄板构成。
通过像这样将金属和合成树脂组合来构成顶部，与实施例4同样，能够露出轮毂和圆筒部的轴心，并同时能够提高顶部的强度。顶部的强度可以通过辐条的根数及其板厚来调节，对于覆盖整个顶部的情况，可以通过金属板的板厚来调节。
另外，与实施例4同样，设想在因对随发动机旋转的飞轮41施加剧烈的振动、冲击而使顶部的一部分断裂了的状态下继续旋转的情况，即使因金属制的顶部41d熔解并在之后凝固而锁定，金属的凝固部分的面积较小，因锁定而引起的冲击变小，因此对驾驶者的冲击也变小。需要说明的是，虽然合成树脂制的顶部41b也在断裂后熔解并在之后凝固，但是在金属凝固时还处于熔解状态，因此对因锁定而引起的冲击没有影响。
附图标记说明：
1、11、21、31、41…飞轮；
1a、11a、21a、31a、41a、102a…圆筒部；
1b、11b、21b、31b、31d、41b、41d、102c…顶部；
1c、11c、21c…肩部、1d…内周部、1e…外周部；
1f、21f…变磁阻部、2、12、22、106…定子；
3、13、23、33、43、104…轮毂；
3a、13a、23a、104a…锥形孔；
4、14、24、105…永磁铁、7…环状孔、8…合成树脂；
11d…圆筒部的一部分、11e…圆筒部的剩余的部分；
14a、24a…永磁铁的端面、24b…磁路；
5、15、25…层叠钢板、6、16、26、106a…线圈；
27…轭、28…磁壳、101…发动机；
102…飞轮、102b…肩部；
103…旋转轴(输出轴)、107…曲轴箱、108…断裂部。
Claims (7)
1.一种磁铁发电机，具备：
转子，其包括具有圆筒部和顶部的碗状的飞轮、设置于所述圆筒部的内周壁面的多个永磁铁、以及设置于所述顶部的中心并安装于原动机的输出轴的轮毂；
定子，其包括铁芯和线圈，所述铁芯与所述永磁铁对置且在所述飞轮的内侧固定于原动机侧，
所述磁铁发电机的特征在于，
所述飞轮的所述顶部包括合成树脂的顶部、以及与所述轮毂和所述圆筒部一体地形成的金属制的顶部，
并且所述飞轮的所述金属制的顶部由连接所述轮毂和所述圆筒部的一个以上的辐条构成，在所述一个以上的辐条之间的全部范围内形成有所述合成树脂的顶部。
2.根据权利要求1所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述飞轮的合成树脂与金属由粘合材料粘合。
3.根据权利要求1或2所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述合成树脂为热固化性合成树脂。
4.根据权利要求1或2所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述合成树脂为热塑性的非结晶性树脂。
5.根据权利要求1或2所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述合成树脂为热塑性的熔点为800℃以下的结晶性树脂。
6.根据权利要求3所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述合成树脂为不燃性、阻燃性或者自熄性的树脂。
7.根据权利要求3所述的磁铁发电机，其特征在于，
所述合成树脂包括纤维材料。
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