JP2005318685A

JP2005318685A - 磁石発電機

Info

Publication number: JP2005318685A
Application number: JP2004131690A
Authority: JP
Inventors: Fumito Kamimura; 文人上村; Mitsuharu Hashiba; 光春羽柴; Nobuhiro Kihara; 伸浩木原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10
Also published as: US20050236916A1; DE102004047972A1; US7145274B2

Abstract

【課題】フライホイール内部の換気効率を確保しつつ製造コストを低減できる磁石発電機を得る。
【解決手段】この発明に係る磁石発電機は、底部６に通気孔２０が形成された椀状のフライホイール３と、フライホイール３の内周面に固定された複数個の永久磁石７と、フライホイール３の内側に設けられ周側面が永久磁石７と対面した固定子鉄心１０と、この固定子鉄心１０に導線が巻回されて構成された発電コイル１１とを備え、フライホイール３の回転により生じた永久磁石７からの交番磁界により発電コイル１１に電力が生じる磁石発電機において、通気孔２０の周縁部には、発電コイル１１側に突出しフライホイール３の回転によりフライホイール３内に空気の乱流を生じさせる突起部２１が塑性変形により形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、フライホイールの回転により、永久磁石と発電コイルとの電磁誘導作用で発電する磁石発電機に関するものである。

従来の磁石発電機として、椀状のフライホイールの底部に通気孔が形成されているとともに、通気孔間にフライホイール内部側に向かって突出するフィンが設けられた磁石発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０１６３０号公報

このものの場合、フィンを設けることでフライホイール内部の換気効率を向上させることができるものの、フィンはインサートモールド成形によりフライホイールと一体化されており、専用の樹脂成形金型を用いて工数のかかる作業が伴い、製造コストが嵩むという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消することを課題とするものであって、フライホイール内部の換気効率を確保しつつ、専用の樹脂成形金型を用いた工数のかかる作業は不要となり、製造コストを低減することができる磁石発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る磁石発電機は、底部に通気孔が形成された椀状のフライホイールと、このフライホイールの内周面に固定された複数個の永久磁石と、前記フライホイールの内側に設けられ周側面が前記永久磁石と対面した固定子鉄心と、この固定子鉄心に導線が巻回されて構成された発電コイルとを備え、前記フライホイールの回転により前記永久磁石と前記発電コイルとの電磁誘導作用により発電する磁石発電機において、前記通気孔の周縁部には、前記発電コイル側に突出し前記フライホイールの回転によりフライホイール内に気体の乱流を生じさせる突起部が塑性変形により形成されている。

この発明による磁石発電機によれば、フライホイール内部の換気効率を確保しつつ製造コストを低減できる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による磁石発電機を示す縦断面図、図２はその左側面図である。
この磁石発電機は、内燃機関と連結された回転子１と、この回転子１と対面し固定部材（図示せず）に取り付けられた固定子２を備えている。
回転子１は、椀状のフライホイール３を有し、このフライホイール３は、外周の筒状部４と、筒状部４の内側のボス部５と、筒状部４とボス部５とをつなぐ底部６とを含んでいる。フライホイール３は、回転軸線Ａ−Ａを中心として回転する。ボス部５は、内燃機関により回転駆動される回転軸（図示せず）に固定される。

フライホイール３の筒状部４の内周面には、複数個の永久磁石７が固定されている。この複数個の永久磁石７は、回転軸線Ａ−Ａの周りに、互いに等しい角度間隔で配置されている。複数個の永久磁石７は、隣接する永久磁石７が互いに逆極性に着磁されており、永久磁石７の内周側空間では、交互に方向が変化する磁界を発生するようになっている。
各永久磁石７の各内周面には、筒状の保護環８が密着して嵌め込まれている。各永久磁石７の回転軸線Ａ−Ａ方向の両端部と、各永久磁石７の周方向の相互間隙には、モールド成形材９が充填されている。このモールド成形材９によって、複数個の永久磁石７と保護環８とがフライホイール３の筒状部４の内周面に固定されている。

図３は図１のフライホイール３を示す縦断面図、図４は図３のフライホイール３を示す左側面図である。
フライホイール３の底部６には、周方向に間隔をおいて複数の通気孔２０が形成されている。通気孔６の周縁部には、フライホイール３の回転によりフライホイール３内に空気の乱流を生じさせる突起部２１が塑性変形により形成されている。この突起部２１は、通気孔６の周縁部に沿って固定子２側に突出しており、バーリング加工により形成されている。

固定子２は、中空円柱状の固定子鉄心１０及び発電コイル１１を有する。固定子鉄心１０は、外周部に径外側方向に放射状に突出した複数個のティース１２が周方向に等分間隔で形成されている。
各ティース１２の周側面にはそれぞれ導線が巻回されて発電コイル１１が構成されている。各発電コイル１１は、接続リード１４により互いに接続されている。

外周部に複数個のティース１２が形成された固定子鉄心１０は、冷間圧延鋼板である中空の薄板磁性鋼板を回転軸線Ａ−Ａの方向に多数枚積層して構成された積層鉄心１５と、この積層鉄心１５の両側面にそれぞれ密着して重ねられた第１の端板１６、第２の端板１７とから構成されている。
第１の端板１６、第２の端板１７は、発電コイル１１の保持のために外周縁部が発電コイル１１側に折曲しており、冷間圧延鋼板等で構成されている。
積層鉄心１５及び第１の端板１６、第２の端板１７の内周部には、回転軸線Ａ−Ａと平行に貫通した貫通穴１８が３カ所形成されている。この貫通孔１８に貫通したボルト（図示せず）及びボルト（図示せず）の端部に螺着されたナットにより、積層鉄心１５、及び積層鉄心１５の両側面側の第１の端板１６、第２の端板１７が一体化されている。

上記構成の磁石発電機では、内燃機関により回転駆動される回転軸に連動してフライホイ−ル３が回転し、その際に永久磁石７により生じる交番磁界により、発電コイル１１には電力が生じる。この際の交流出力は、図示しない整流用ダイオードにより整流され、車載バッテリなどの負荷に給電される。

図５は、実施の形態１による磁石発電機の発電コイル１１の温度特性（発熱特性）Ｔ１と、発電コイル１１の発電特性（出力電流特性）Ｇ１を示すもので、本願発明者が実験により求めたものである。
横軸は磁石発電機の駆動回転数（ｒ／ｍｉｎ）であり、縦軸は左側に発電コイル１１の温度（℃）を、また右側に発電コイル１１の出力電流（Ａ）を示す。比較例として突起部２１を有しない磁石発電機の温度特性をＴ２、発電特性をＧ２として示す。なお、温度は飽和温度である。
この実験結果から、実施の形態１のものは、比較例と比較して発電コイル１１の温度は大幅に低下し、また温度の低下により発電コイル１１の抵抗値も低下し、発電量が増大するため、発電効率が向上したことが分かった。

このことは、フライホイール３の通気孔２０の周縁部に固定子２側に突出した突起部２１を形成したので、回転子１が回転した際に、突起部２１の周囲には乱流が発生し、乱れた空気により固定子２から空気への熱伝達作用が促進され、また熱伝達により暖められた空気（略、高気圧）は、通気孔２０を通じて外部の比較的冷めている空気（略、低気圧）へ対流し、所謂「煙突作用」により放熱されたためと考察される。

上記構成の磁石発電機によれば、フライホイール３の通気孔２０の周縁部に固定子２側に突出した突起部２１が形成されているので、フライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部２１は、塑性変形という簡単な作業を行うだけで形成され、インサートモールド成形によりフィンを形成した従来のものと比較して製造コストが低減される。
また、椀状のフライホイール３の外形寸法には変化は無く、取付けスペースを変更する必要性はない。

実施の形態２．
図６は実施の形態２の磁石発電機のフライホイール３を示す要部断面図である。
この実施の形態２では、通気孔２０に円筒状で鍔２２ａを有する突起部材２２が圧入により固定されている。突起部材２２は、非磁性材料で、放熱性が高いアルミニウム材で構成されている。
この実施の形態２の磁石発電機によれば、突起部材２２を通気孔２０に圧入したことにより、実施の形態１と同様に、フライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、固定子２側から通気孔２０に圧入される突起部材２２の鍔２２ａが、フライホイール３に対する突起部材２２の位置決めとして作用し、フライホイール３に対する突起部材２２の取り付け作業性が向上する。また、鍔２２ａの固定子２方向の寸法を調整することで、フライホイール３内部の空気の乱流の程度を簡単に調整することができる。
また、突起部材２２は非磁性材料であるアルミニウム材で構成されているので、永久磁石７から発生している磁気（磁力線）は突起部材２２に流入（磁気短絡）することはなく、固定子２に確実に流入し、磁力線の漏洩による発電効率の低下を防止することができる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３の磁石発電機のフライホイール３を示す要部断面図である。
この実施の形態３では、通気孔２０に突起部材２３が固定されている。この突起部材２３は、等分間隔で複数形成された切欠き２４ａ、２４ｂを有する板状の部材（図８参照）を丸め、この部材を通気孔２０に挿入後、切り欠き２４ａ、２４ｂを折り曲げ加工することで通気孔２０に固定される。
この実施の形態３の磁石発電機によれば、突起部材２３を通気孔２０に固定することで、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部材２３はフライホイール３に簡単に固定される。

実施の形態４．
図９は実施の形態４の磁石発電機のフライホイール３を示す要部断面図である。
この実施の形態４では、通気孔２０に突起部材２５が固定されている。この突起部材２５は、円筒状の部材を通気孔２０に挿入した後、ハイスピンカシメすることで通気孔２０に固定される。
この実施の形態４の磁石発電機によれば、突起部材２５を通気孔２０に固定することで、実施の形態１と同様に、フライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部材２５は通気孔２０に簡単に固定される。

実施の形態５．
図１０は実施の形態５の磁石発電機のフライホイール３を示す要部断面図である。
この実施の形態５では、通気孔２０に突起部材２６が固定されている。この突起部材２６は、多角形状の部材を通気孔２０に挿入した後、接着することで通気孔２０に固定される。
この実施の形態５の磁石発電機によれば、突起部材２６を通気孔２０に固定したことにより、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部材２６は通気孔２０に簡単に固定される。

実施の形態６．
図１１は実施の形態６の磁石発電機のフライホイール３の要部断面図である。
この実施の形態６では、通気孔２０に突起部材２７が固定されている。この突起部材２７は、回転軸線Ａ−Ａに対して傾斜して永久磁石７及び発電コイル１１に指向して通気孔２０に固定されている。
この実施の形態６の磁石発電機によれば、突起部材２７を通気孔２０に固定したことにより、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部材２７は、温度上昇の高い永久磁石７及び発電コイル１１に指向しているので、永久磁石７及び発電コイル１１からの熱を特に効率良く放出することができる。

実施の形態７．
図１２は実施の形態７の磁石発電機のフライホイール３の要部断面図である。
この実施の形態７では、通気孔２０に突起部材２８が固定されている。この突起部材２８は、板状の部材を切頭円錐状に丸めた状態で通気孔２０に挿入し、溶接することで、フライホイール３の内側方向に拡大して通気孔２０に固定されている。
この実施の形態７の磁石発電機によれば、突起部材２８を通気孔２０に固定したことにより、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、断面形状がテーパ状の突起部材２８は、固定子２側に拡大しており、フライホイール３内の暖気は煙突作用により外部に効率よく排出され、永久磁石７及び発電コイル１１からの熱を効率良く放出することができる。

実施の形態８．
図１３は実施の形態８の磁石発電機のフライホイール３の要部断面図である。
この実施の形態８では、通気孔２０に突起部材２９が固定されている。この突起部材２９は、円筒状の部材を通気孔２０に挿入した後、塑性変形加工することで、フライホイール３の外側方向に拡大して通気孔２０に固定されている。
この実施の形態８の磁石発電機によれば、突起部材２９を通気孔２０に固定したことにより、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、断面形状がテーパ状の突起部材２９は、フライホイール３の外側方向に沿って拡大しており、例えば、フライホイール３外の冷たい空気が内部に導入された後フライホイール３の開口部から外部に排出されることで、永久磁石７及び発電コイル１１は効率良く冷却される。

実施の形態９．
図１４は実施の形態９の磁石発電機のフライホイール３を示す要部断面図である。
この実施の形態９では、通気孔２０に突起部材３０が固定されている。この突起部材３０は、フライホイール３の内側端面が永久磁石７側に指向しており、突起部材３０の鍔３０ａが、フライホイール３の通気孔２０の内側周縁部に当接するまで圧入されて固定されている。
この実施の形態９の磁石発電機によれば、突起部材３０を通気孔２０に固定したことにより、実施の形態１と同様にフライホイール３内部の換気が得られ、高い発電効率が確保される。
また、突起部材３０は、温度上昇を嫌う永久磁石７に指向しており、永久磁石７の冷却効率が特に向上する。
また、固定子２側から通気孔２０に圧入される突起部材３０の鍔３０ａが、フライホイール３に対する突起部材３０の位置決めとして作用し、フライホイール３に対する突起部材３０の取り付け作業性が向上する。また、鍔２２ａの固定子２方向の寸法を調整することで、適正な換気効率を簡単に得ることができるとともに、永久磁石７側に指向した突起部材３０の適正端面角度を得ることができる。
なお、実施の形態３〜９の突起部材２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０は何れも、実施の形態２の突起部材２２と同様に、非磁性材料、放熱性材料であるアルミニウム材で構成されている。

この磁石発電機は、二輪車、船外機、スノーモービルなどに搭載され、それらの内燃機関などにより駆動されて、バッテリの充電、各種負荷への給電などの用途に使用される。

この発明の実施の形態１の磁石発電機を示す断面図である。図１の磁石発電機の左側面図である。図１のフライホイールを示す断面図である。図３のフライホイールの左側面図である。図１の磁石発電機の発電コイルの、温度特性及び発電特性を示す図である。この発明の実施の形態２の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態３の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。図７の突起部材を展開したときを示す展開図である。この発明の実施の形態４の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態５の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態６の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態７の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態８の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。この発明の実施の形態９の磁石発電機のフライホイールを示す要部断面図である。

符号の説明

１回転子、３フライホイール、６底部、７永久磁石、１０固定子鉄心、１１発電コイル、２０通気孔、２１突起部、２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０突起部材。

Claims

底部に通気孔が形成された椀状のフライホイールと、
このフライホイールの内周面に固定された複数個の永久磁石と、
前記フライホイールの内側に設けられ周側面が前記永久磁石と対面した固定子鉄心と、
この固定子鉄心に導線が巻回されて構成された発電コイルとを備え、
前記フライホイールの回転により前記永久磁石と前記発電コイルとの電磁誘導作用により発電する磁石発電機において、
前記通気孔の周縁部には、前記発電コイル側に突出し前記フライホイールの回転によりフライホイール内に気体の乱流を生じさせる突起部が塑性変形により形成されていることを特徴とする磁石発電機。
底部に通気孔が形成された椀状のフライホイールと、
このフライホイールの内周面に固定された複数個の永久磁石と、
前記フライホイールの内側に設けられ周側面が前記永久磁石と対面した固定子鉄心と、
この固定子鉄心に導線が巻回されて構成された発電コイルとを備え、
前記フライホイールの回転により前記永久磁石と前記発電コイルとの電磁誘導作用により発電する磁石発電機において、
前記通気孔の周縁部には、前記発電コイル側に突出し前記フライホイールの回転によりフライホイール内に気体の乱流を生じさせる突起部材が固定されていることを特徴とする磁石発電機。
前記突起部材は、前記発電コイル側の端部では鍔が形成されている請求項２に記載の磁石発電機。
前記突起部材は、非磁性材料で構成されている請求項２または請求項３に記載の磁石発電機。
前記突起部材は、放熱性材料で構成されている請求項２ないし請求項４の何れか１項に記載の磁石発電機。
前記突起部材は、アルミニウム材で構成されている請求項４または請求項５に記載の磁石発電機。