JP2003324922A - 多極型磁石発電機 - Google Patents

多極型磁石発電機

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JP2003324922A
JP2003324922A JP2002126472A JP2002126472A JP2003324922A JP 2003324922 A JP2003324922 A JP 2003324922A JP 2002126472 A JP2002126472 A JP 2002126472A JP 2002126472 A JP2002126472 A JP 2002126472A JP 2003324922 A JP2003324922 A JP 2003324922A
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magnet generator
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Tsutomu Hirano
勉 平野
Yasuhiro Shinkawa
康浩 新川
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電能力を十分に活かし、かつ種々の電圧出
力を同時に取り出すことができる多極型磁石発電機を供
する。 【解決手段】 磁石回転子３と同磁石回転子３に対向配
置される多極式の固定子10とを備え、同固定子鉄心10に
巻装された出力巻線30から発電出力を取り出す多極型磁
石発電機において、固定子10の磁石回転子３に対向する
周面と反対側周面に１次巻線31および２次巻線32，33を
巻装する変圧器用鉄心21を形成し、出力巻線30を１次巻
線32に接続し２次巻線32，33から変圧出力を取り出すよ
うに構成した多極型磁石発電機。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁石回転子と多極
式の固定子とが対向配置され、固定子鉄心に巻装された
出力巻線から発電出力を取り出す多極型磁石発電機に関
する。
【０００２】
【従来の技術】多極型磁石発電機は、小型軽量でありな
がら比較的大きな出力を取り出すことができ、近年内燃
機関駆動型の可搬式発電機の電源用、例えばインバータ
制御式発電機の発電部分として多用されるようになって
いる。
【０００３】斯かる多極型磁石発電機から複数の独立し
た出力、例えば異なる電圧出力を取り出す場合、従来は
実公平７−１３４０５号公報に記載あるように、固定子
の多極発電部に対してそれぞれ要求出力に応じた巻線を
独立に巻装することが行われていた。
【０００４】同公報に開示された多極型磁石発電機であ
るアウタロータ型発電機の固定子01を図９に図示する。
固定子鉄心02は、外周部に23本の突極02ａを放射状に突
出させており、そのうち15本の突極に発電用電機子コイ
ルＣ１，６本の突極にバッテリ充電用発電コイルＣ２，
１本の突極に単相の点火用発電コイルＣ３，最後の１本
の突極に単相の電源用発電コイルＣ４が巻装されてい
る。
【０００５】発電用電機子コイルＣ１とバッテリ充電用
発電コイルＣ２は、３相結線されてそれぞれ３相交流出
力を取り出すように構成されている。このように各コイ
ルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、23本の突極に分担して巻
装されて、それぞれ異なる電圧出力を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし高出力運転が可
能な多極型磁石発電機にもかかわらず、突極を分担して
出力特性の異なる発電部として独立させて使用するため
に、多極型磁石発電機のトータル発電出力を考えた場
合、本来有している発電能力を十分に活かした高出力を
取り出すことができていない。
【０００７】本発明は、斯かる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、発電能力を十分に活かし、か
つ種々の電圧出力を同時に取り出すことができる多極型
磁石発電機を供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本請求項１記載の発明は、磁石回転子
と同磁石回転子に対向配置される多極式の固定子とを備
え、同固定子鉄心に巻装された出力巻線から発電出力を
取り出す多極型磁石発電機において、前記固定子の前記
磁石回転子に対向する周面と反対側周面に１次巻線およ
び２次巻線を巻装する変圧器用鉄心を形成し、前記出力
巻線を前記１次巻線に接続し前記２次巻線から変圧出力
を取り出すように構成した多極型磁石発電機とした。
【０００９】したがって固定子鉄心の全ての突極に巻装
された出力巻線から同じ出力特性で出力を得ることがで
きるため、高効率領域で運転することにより高い出力を
得ることができ、この出力巻線を変圧器部分の１次巻線
に接続して２次巻線から種々の電圧出力を必要な分だけ
取り出すことにより、多極型磁石発電機として本来有し
ている発電能力を十分に活かした高出力を取り出しなが
ら、種々の電圧出力をも同時に取り出すことができる。
【００１０】また固定子の磁石回転子に対向する周面と
反対側周面に変圧器用鉄心を形成したことにより、固定
子鉄心の磁路として殆ど利用していない側を利用するた
め、固定子の大型化を回避することができる。さらに変
圧器部分は固定子と一体的に設けられるため固定子の出
力巻線の冷却と一緒に冷却することが可能である。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
極型磁石発電機において、前記変圧器用鉄心は前記固定
子鉄心と共同して磁気閉回路を形成するように構成した
ことを特徴とする。
【００１２】固定子鉄心を利用して変圧器部分の磁気閉
回路を容易に形成することができるとともに、固定子鉄
心のうち発電用の磁路として使用される側とは反対側を
変圧器用の磁路として有効に活用することができる。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項２記載の多
極型磁石発電機において、前記磁石回転子は前記固定子
の外周に配設されるアウタロータ型であり、前記固定子
鉄心の内周側に空間を形成し、同空間内に前記固定子鉄
心から内側に延出するように前記変圧器用鉄心を形成し
たことを特徴とする。
【００１４】磁石回転子をアウタロータ型とすること
で、従来活用しにくかった固定子鉄心の内側空間に変圧
器部分を配置して有効に利用することができ、多極型磁
石発電機の大型化を確実に回避することができる。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の多
極型磁石発電機において、前記変圧器用鉄心の内周端は
円周方向に腕部を延出しており、この腕部を前記固定子
鉄心との磁気閉回路の一部とすることを特徴とする。
【００１６】変圧器鉄心は、内周端が円周方向に腕部を
延出しているので、固定子鉄心とともに磁気閉回路を容
易に形成することができる。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項３または請
求項４記載の多極型磁石発電機において、前記固定子鉄
心の内周部には、内側に突出する配線端子固定用支持部
を形成し、この支持部を前記変圧器用鉄心との磁気閉回
路の一部とすることを特徴とする。
【００１８】固定子鉄心の内周部に内側に突出する配線
端子固定用支持部を形成することで、固定子鉄心の内側
で配線端子を支持してスペースを有効に利用するととも
に、この配線端子固定用支持部を変圧器用鉄心との磁気
閉回路として利用することができる。
【００１９】請求項６記載の発明は、請求項３記載の多
極型磁石発電機において、前記変圧器用鉄心の内周面の
内側には前記回転子の回転軸が貫通しており、この回転
軸部分を前記固定子との磁気閉回路の一部とすることを
特徴とする。
【００２０】変圧器用鉄心の内周面の内側に回転子の回
転軸を貫通させる構成とすることで、回転軸をそのまま
変圧器用の磁路として有効に活用することができる。
【００２１】請求項７記載の発明は、請求項１記載の多
極型磁石発電機において、前記変圧器用鉄心は前記固定
子鉄心とは別体に鋼板を積層して製造し、前記１次巻線
および前記２次巻線を巻装した後に、前記固定子鉄心に
取り付けることを特徴とする。
【００２２】変圧器用鉄心は固定子鉄心と同時にプレス
型で積層鋼板を打ち抜いて成形することができ、効率良
く製造できるとともに高価な電磁鋼板の歩留まりを良く
することができる。また変圧器用鉄心は前記固定子鉄心
とは別体に製造するので、変圧器用鉄心への巻装作業を
容易にすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図６に基づいて説明する。本実施の形
態に係る多極型磁石発電機１は、磁石回転子３が固定子
10の外周に配設されるアウタロータ型であり、該多極型
磁石発電機１の正面図を図１に、裏面図を図２に図示
し、図１のIII−III線に沿って切断した断面図を図３に
図示する。
【００２４】磁石回転子３は、フライホイールを兼ねる
アウタロータであり、円板状の底壁４と外環帯状壁５と
から有底円筒の椀状に形成されており、底壁４が回転軸
２にスリーブ７を介して嵌着され回転軸２と一体に回転
可能に支持されている。有底円筒状の磁石回転子３の底
壁４には、中央のスリーブ７を嵌合する円孔の周囲に冷
却通風用開口４ａが４か所等間隔に穿設されている。
【００２５】外環帯状壁５の内周面には20個の磁石６が
周方向に亘って配列取り付けられている。磁石６は外周
側と内周側にＮ極とＳ極が分極されて、隣合う磁石６，
６は、互いに対向する極性が異なるように構成されてい
る。
【００２６】この円環状に配列される磁石６に対向する
内部空間に、固定子10が収容されている。固定子10は、
スリーブを介して中央を固定支持された固定子鉄心11が
外周部に30本の突極13を放射状に突設し、各突極13に出
力巻線30が巻装されている。各突極13は、微小空隙を介
して磁石６と対向している。
【００２７】固定子鉄心11は、電磁鋼板をプレス型で打
ち抜いた後にこれを積層して成形する。図４にプレス成
形された固定子鉄心11を示す。円環状をした固定子鉄心
基部12から放射方向へ30本の突極13が突出しているとと
もに、内側中心方向に４本の支持突起14が等間隔に突出
している。
【００２８】互いに隣り合う支持突起14，14間に扇形空
間15が形成されて、同扇形空間15に変圧器20および配線
端子ホルダー34，35が嵌挿される。この変圧器20の変圧
器鉄心21は、図４に図示するように電磁鋼板から固定子
鉄心11を形成するそれぞれの鉄心板をプレス型で打ち抜
くときに、同時に打ち抜くことができる。
【００２９】変圧器鉄心21は、巻線が巻装される巻装鉄
心部22が扇形空間15の中央を半径方向に指向して形成さ
れ、同巻装鉄心部22の内周端が円周方向両側へ延出して
腕部23，23が形成されている。
【００３０】両腕部23，23は、固定子鉄心11の支持突起
14，14の先端に圧接する形状に形成されている。また変
圧器鉄心21が成形される扇形空間15の外周部の固定子鉄
心基部12には蟻溝15ａが形成されていて、変圧器鉄心21
には同蟻溝15ａに嵌るように巻装鉄心部22の先端に突起
22ａが形成されている。
【００３１】こうして図５に図示するような形状の変圧
器鉄心21が、固定子鉄心11とは別体に形成されるが、図
４に示すように変圧器鉄心21は、固定子鉄心11の両側の
支持突起14，14に両腕部23，23が圧接状態に支持されて
挟まれ、かつ巻装鉄心部22の先端の突起22ａが蟻溝15ａ
に圧入嵌合した状態で保持される。
【００３２】変圧器用鉄心21は固定子鉄心11と同時にプ
レス型で積層鋼板を打ち抜いて成形することができ、効
率良く製造できるとともに高価な電磁鋼板の歩留まりを
良くすることができる。
【００３３】この変圧器用鉄心21の巻装鉄心部22に１本
の１次巻線31と２本の２次巻線32，33が巻装される。１
次巻線31は、巻装鉄心部22の外周側に巻装され、２次巻
線32は巻装鉄心部22の内周側に巻装され、別の２次巻線
33は２次巻線32の上に重ねて巻装される。
【００３４】変圧器用鉄心21は、固定子鉄心11と別体に
成形されるので、上記１次巻線31や２次巻線32，33の巻
装作業が容易にでき、巻装して変圧器20を構成したのち
所定の扇形空間15に嵌挿すればよいので作業性が良い。
【００３５】磁石回転子をアウタロータ型とすることに
より多極型磁石発電機の従来活用しにくかった固定子鉄
心の内側空間に変圧器部分を配置してスペースを有効に
利用しているので、変圧器内蔵の多極型磁石発電機の大
型化を回避することができる。
【００３６】こうして固定子10に変圧器20が取り付けら
れた状態においては、図２に破線矢印で示すように変圧
器鉄心21の巻装鉄心部22と両腕部23，23および固定子鉄
心11の固定子鉄心基部12と支持突起14，14が磁路をなし
て磁気閉回路25を形成する。
【００３７】したがって固定子鉄心11を利用して変圧器
20の磁気閉回路25を容易に形成することができるととも
に、固定子鉄心11のうち発電用の磁路として使用される
側（突極13側）とは反対側（支持突起14）を変圧器用の
磁路として有効に活用することができる。
【００３８】なお変圧器20において、図７に図示するよ
うに両腕部23，23を短くして支持突起14，14との距離を
大きく離すように形成する場合には、破線矢印で示すよ
うに磁気閉回路55は変圧器鉄心21の内周面の内側に貫通
した磁石回転子３の回転軸部分（回転軸２，スリーブ
７）を磁路として活用することができる。
【００３９】また変圧器20は固定子と一体的に設けられ
るため固定子10の出力巻線30の冷却と一緒に冷却するこ
とが容易にできる。
【００４０】固定子鉄心11の別の２つの扇形空間15には
配線端子ホルダー34，35が嵌挿されており、固定子鉄心
11の両側の支持突起14，14が配線端子ホルダー34，35を
それぞれ挟持するように保持する。したがってスペース
効率良く配線端子ホルダー34，35を配置し保持すること
ができる。
【００４１】以上のような多極型磁石発電機１が内燃機
関によって駆動することにより内燃機関駆動発電機が構
成される。このような内燃機関駆動発電機の構成例を図
６に基づいて説明する。
【００４２】多極型磁石発電機１の回転軸２は図示しな
い内燃機関のクランク軸に連結されており、内燃機関の
駆動によって多極の固定子鉄心11に巻装された３相の出
力巻線30から３相交流電力が出力される。
【００４３】多極の固定子鉄心11に巻装された３相の出
力巻線30の出力端子はそれぞれインバータユニット41の
入力側に接続される。インバータユニット41に入力され
た３相交流電力は整流・平滑された後に商用周波数（50
Hzまたは60Hz）の交流電力に変換されて100Ｖの交流出
力としてコンセント42から出力される。
【００４４】また、３相の出力巻線30の出力の２相分
は、変圧器20の一次巻線31に接続される。変圧器の二次
巻線32，33はそれぞれ内燃機関の点火装置用電源として
点火ユニット43へ、およびシステム全体の運転制御用電
源として直流電源ユニット47へ接続される。
【００４５】点火ユニット43は、後述する運転制御ユニ
ット40からの制御信号に応じて52Ｖの直流電圧で点火コ
イル44を駆動して点火プラグ45を点火させたり、内燃機
関停止スイッチ46を作動させる。
【００４６】直流電源ユニット47は逆流防止ダイオード
48を介して運転制御ユニット40およびバッテリ49，エン
ジン始動用電動機51に接続され、それぞれの14Ｖの直流
供給用電源として動作する。
【００４７】運転制御ユニット40はシステム全体の運転
を統括制御しており、始動用電磁スイッチ50を介して始
動用電動機51を駆動して内燃機関を始動させたり、前述
のように点火ユニット43、内燃機関停止スイッチ46を制
御したり、インバータユニット41の動作を制御する。
【００４８】ところで、内燃機関の回転数は出力用のコ
ンセント42に接続される負荷すなわち要求電力量に応じ
て制御され、この回転数の変化に応じて３相出力巻線30
の出力電圧も変動する。
【００４９】例えば内燃機関の回転数が2300〜4000rpm
で変動した場合に、３相出力巻線30の出力電圧は119〜2
48Ｖ（線間電圧；実効値）、変圧器２次巻線32の出力電
圧は19.8〜41.4Ｖ、変圧器２の２次巻線33の出力電圧は
8.5〜17.7Ｖに変動する。
【００５０】しかしながら、３相出力巻線30の出力電力
のうち点火ユニット43および直流電源ユニット47には変
圧器32の２次巻線32，33から実際に必要な分だけの電力
が供給されるので、それ以外は無駄なく出力用のコンセ
ント42から取り出すことが可能となる。
【００５１】したがって多極型磁石発電機１は３相出力
巻線30の出力特性を考慮して高効率運転状態となるよう
に設定すればよく、発電能力を十分活かした状態で運転
できるとともに、個々の電圧出力を効率よく取り出すこ
とが可能になる。
【００５２】以上の多極型磁石発電機１は、１個の変圧
器20を固定子10の内側に嵌挿するものであったが、さら
に変圧器を追加することができ、前記実施の形態に係る
多極型磁石発電機１に変圧器60を追加した例を図８に示
す。
【００５３】固定子鉄心11の４つの扇形空間15のうち対
向する２つの扇形空間15にそれぞれ前記変圧器20と新た
な変圧器60を嵌挿し、残りの対向する２つの扇形空間15
に配線端子ホルダー61，62を嵌挿している。なお変圧器
60は、変圧器20と同じ形状をして同じ形状をした扇形空
間15に嵌挿される。
【００５４】変圧器を追加することで、さらに異なる電
圧出力を容易に得ることができる。しかも固定子10の内
側の空間を利用して変圧器20，60を配置できるので、多
極型磁石発電機１を大型化する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施の形態の多極型磁石発電機
の正面図である。
【図２】同裏面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿って切断した断面図であ
る。
【図４】固定子鉄心および変圧器鉄心の組み合わされた
状態の正面図である。
【図５】変圧器鉄心の正面図である。
【図６】同多極型磁石発電機の発電出力回路の一例を示
す図である。
【図７】別の変形例に係る変圧器内蔵の多極型磁石発電
機の要部拡大図である。
【図８】別の実施の形態に係る多極型磁石発電機の裏面
図である。
【図９】従来の多極型磁石発電機の固定子例を示す図で
ある。
【符号の説明】
１…多極型磁石発電機、２…回転軸、３…磁石回転子、
４…底壁、５…外環帯状壁、６…磁石、７…スリーブ、
10…固定子、11…固定子鉄心、12…固定子鉄心基部、13
…突極、14…支持突起、15…扇形空間、20…変圧器、21
…変圧器鉄心、22…巻装鉄心部、23…腕部、25…磁気閉
回路、30…出力巻線、31…１次巻線、32，33…２次巻
線、34，35…配線端子ホルダー、40…運転制御ユニッ
ト、41…インバータユニット、42…出力コンセント、43
…点火ユニット、44…点火コイル、45…点火プラグ、46
…機関停止スイッチ、47…直流電源ユニット、48…ダイ
オード、49…蓄電池、50…電磁スイッチ、51…始動用モ
ータ、55…磁気閉回路、60…変圧器、61，62…配線端子
ホルダー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB05 AB06 AC03 AC08 AE08 5H619 AA01 BB02 BB06 BB15 PP01 PP02 PP04 PP11 5H621 AA03 BB07 BB08 BB10 GA01 GA04 GA09 JK13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁石回転子と同磁石回転子に対向配置さ
    れる多極式の固定子とを備え、同固定子鉄心に巻装され
    た出力巻線から発電出力を取り出す多極型磁石発電機に
    おいて、 前記固定子の前記磁石回転子に対向する周面と反対側周
    面に１次巻線および２次巻線を巻装する変圧器用鉄心を
    形成し、 前記出力巻線を前記１次巻線に接続し前記２次巻線から
    変圧出力を取り出すように構成したことを特徴とする多
    極型磁石発電機。
  2. 【請求項２】 前記変圧器用鉄心は前記固定子鉄心と共
    同して磁気閉回路を形成するように構成したことを特徴
    とする請求項１記載の多極型磁石発電機。
  3. 【請求項３】 前記磁石回転子は前記固定子の外周に配
    設されるアウタロータ型であり、 前記固定子鉄心の内周側に空間を形成し、同空間内に前
    記固定子鉄心から内側に延出するように前記変圧器用鉄
    心を形成したことを特徴とする請求項２記載の多極型磁
    石発電機。
  4. 【請求項４】 前記変圧器用鉄心の内周端は円周方向に
    腕部を延出しており、この腕部を前記固定子鉄心との磁
    気閉回路の一部とすることを特徴とする請求項３記載の
    多極型磁石発電機。
  5. 【請求項５】 前記固定子鉄心の内周部には、内側に突
    出する配線端子固定用支持部を形成し、この支持部を前
    記変圧器用鉄心との磁気閉回路の一部とすることを特徴
    とする請求項３または請求項４記載の多極型磁石発電
    機。
  6. 【請求項６】 前記変圧器用鉄心の内周面の内側には前
    記回転子の回転軸が貫通しており、この回転軸部分を前
    記固定子との磁気閉回路の一部とすることを特徴とする
    請求項３記載の多極型磁石発電機。
  7. 【請求項７】 前記変圧器用鉄心は前記固定子鉄心とは
    別体に鋼板を積層して製造し、 前記１次巻線および前記２次巻線を巻装した後に、前記
    固定子鉄心に取り付けることを特徴とする請求項１記載
    の多極型磁石発電機。
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