JP2006101612A - Magneto-generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石発電装置に関し、特に、比較的小型のエンジンに使用される点火装置とか、バッテリの充電用や灯火装置用の電源として好適な磁石発電装置に関する。 The present invention relates to a magnet power generator, and more particularly to a magnet power generator suitable as a power source for an ignition device used for a relatively small engine or a battery charging or lighting device.
比較的小型のエンジンに使用される点火装置とか、バッテリの充電用や灯火装置用の発電装置において、有底円筒状(椀形)のフライホイールに、その縁の内周面に沿うように弧状に形成された永久磁石をねじ止めや接着など適当な接合手段で取り付け、さらに永久磁石より内周側に鉄心と発電コイルとを配置した磁石発電装置が知られる(例えば、特公昭61−25347号公報)。
特許文献1に記載されたようなフライホイール磁石発電装置では、高速回転するフライホイールに永久磁石を取り付けるので、強固に固定する必要があり取付作業に手間がかかる。 In a flywheel magnet power generator as described in Patent Document 1, a permanent magnet is attached to a flywheel that rotates at a high speed.
また、大きい発電出力を得るためには、永久磁石の個数を増やしてフライホイールの1回転毎の発電コイル内の磁束変化を増す必要があるし、永久磁石を取り付ける作業がさらに多くなって大変に手間がかかるという問題がある。 Moreover, in order to obtain a large power generation output, it is necessary to increase the number of permanent magnets to increase the magnetic flux change in the power generation coil for each rotation of the flywheel, and the number of operations for attaching permanent magnets is further increased. There is a problem that it takes time and effort.
本発明は、この問題に対してなされたものであり、フライホイール側に永久磁石を取り付けずに発電出力を得ることができる磁石発電装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed with respect to this problem, and it aims at providing the magnet electric power generating apparatus which can obtain an electric power generation output, without attaching a permanent magnet to the flywheel side.
本発明は、ロータの回転によって発電する磁石発電装置において、前記ロータの周面に対向する位置に発電用コイルを巻装して配置された鉄心と、前記鉄心に形成された切り込み内に装着された永久磁石と、前記ロータの前記周面に設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成する少なくとも一つの誘導子と、前記永久磁石の露出部を覆う樹脂カバーとを具備した点に第1の特徴がある。 The present invention relates to a magnet power generator that generates electric power by rotating a rotor, an iron core that is disposed by winding a power-generating coil at a position facing a circumferential surface of the rotor, and a notch formed in the iron core. A permanent magnet, at least one inductor that is provided on the peripheral surface of the rotor and forms a magnetic path of magnetic flux generated by the permanent magnet, and a resin cover that covers an exposed portion of the permanent magnet. There is a first feature.
また、本発明は、前記樹脂カバーが、前記発電用コイルを収容するコイルケース部分および該コイルケース部分と一体に形成されている磁石カバー部分からなる点に第2の特徴がある。 In addition, the present invention has a second feature in that the resin cover includes a coil case portion that houses the power generation coil and a magnet cover portion that is formed integrally with the coil case portion.
また、本発明は、前記樹脂カバーを成形する工程で、前記鉄心に装着されている前記発電用コイルおよび前記永久磁石が樹脂によって封止される点に第3の特徴がある。 Further, the present invention has a third feature in that, in the step of forming the resin cover, the power generating coil and the permanent magnet mounted on the iron core are sealed with resin.
また、本発明は、前記永久磁石の露出部の一部分が、前記鉄心を支持する支持部材の一面で覆われ、前記露出部の残りの部分が前記樹脂カバーによって覆われ、前記鉄心が、前記樹脂カバーを介して前記鉄心を支持する支持部材に固定されている点に第4の特徴がある。 Further, according to the present invention, a part of the exposed portion of the permanent magnet is covered with one surface of a support member that supports the iron core, the remaining portion of the exposed portion is covered with the resin cover, and the iron core is covered with the resin. There is a fourth feature in that it is fixed to a support member that supports the iron core via a cover.
また、本発明は、前記磁石カバー部分が、前記永久磁石が装着された前記鉄心を取り巻く筒状に形成されている点に第5の特徴がある。 In addition, the present invention has a fifth feature in that the magnet cover portion is formed in a cylindrical shape surrounding the iron core on which the permanent magnet is mounted.
上記第1の特徴を有する本発明によれば、フライホイールには、誘導子を設けるだけでよいので、構成がきわめて簡単となる。また、鉄心内に装着された永久磁石の露出部を樹脂カバーで覆うことができるので、磁石の錆の原因となる水分の浸入を防止することができるし、樹脂カバーを用いるので、永久磁石の磁気短絡を防止することもできる。 According to the present invention having the first feature described above, the flywheel only needs to be provided with an inductor, so that the configuration becomes very simple. In addition, since the exposed portion of the permanent magnet mounted in the iron core can be covered with a resin cover, it is possible to prevent the intrusion of moisture that causes rust of the magnet, and since the resin cover is used, the permanent magnet Magnetic shorts can also be prevented.
第2の特徴によれば、永久磁石を、コイルケース部分と一体で磁石カバー部分を形成することができるので、コイルケース部分を取り付けることによって、磁石カバー部分で永久磁石を封止することができる。 According to the second feature, since the permanent magnet can be integrally formed with the coil case portion, the magnet cover portion can be formed, so that the permanent magnet can be sealed with the magnet cover portion by attaching the coil case portion. .
第3の特徴によれば、樹脂カバーの成型工程で、鉄心に装着された発電用コイルと永久磁石とを封止することができるので、樹脂カバーを鉄心に装着する作業が省略される。 According to the third feature, since the power generation coil and the permanent magnet attached to the iron core can be sealed in the resin cover molding step, the work of attaching the resin cover to the iron core is omitted.
第4の特徴によれば、永久磁石の露出部の全面を前記樹脂カバーで覆う必要がなく、露出部を部分的に覆えばよいので樹脂カバーの形状を簡単にできる。 According to the fourth feature, it is not necessary to cover the entire exposed portion of the permanent magnet with the resin cover, and the exposed portion may be partially covered, so that the shape of the resin cover can be simplified.
第5の特徴によれば、樹脂カバーが、磁極を取り巻く形状であるので、樹脂カバーを磁極に確保しやすい。 According to the fifth feature, since the resin cover has a shape surrounding the magnetic pole, it is easy to secure the resin cover to the magnetic pole.
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る点火装置の要部構成を示す正面図である。図1において、ロータ1は、例えば、図示しないエンジンのクランク軸2に連結されたフライホイールであり、エンジンの回転に同期して矢印Rで示した方向に回転する。ロータ1の外周面に対向する位置にはエキサイタ3が配置される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing a main configuration of an ignition device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a rotor 1 is, for example, a flywheel connected to a
エキサイタ3の鉄心4は、一端が互いにつながれ、他端が開放されて全体としてアルファベットの「E」形状をなす3本の磁極5,6,7を有する。鉄心4は、前記「E」形状に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。鉄心4の中央の磁極6には、点火発電用コイルとしての発電用コイルつまりエキサイタコイル8が、絶縁性材料からなるボビン9を介して巻装されている。
The
磁極5,7の先端寄り、つまりロータ1の外周面寄りには、永久磁石10がそれぞれ埋め込まれている。鉄心4を構成する電磁鋼板の打ち抜き時に永久磁石10を嵌挿可能な孔つまり切り込み孔を同時に成型し、永久磁石10は、鋼板の積層後にこの成型された孔に正面から嵌め込まれる。永久磁石10は、例えば、Nd−Fe−B系(ネオジウム−鉄−ボロン系)など、希土類磁石であるのが望ましい。磁極5,6に組み込まれた永久磁石10,10は、互いの極性が逆方向側になるように配置される。例えば、磁極5内の永久磁石10はロータ1に近い側はS極とし、ロータ1から遠い側をN極とする一方、磁極7内の永久磁石10はロータ1から遠い側をS極とし、ロータ1に近い側をN極とする。
ロータ1の外周面には、磁性板からなる誘導子11が固定される。誘導子11は、ロータ1の位置に応じて、磁極5および6間、あるいは磁極6および7間をつないで永久磁石10による磁束Φ1およびΦ2(磁束Φ2は図2を参照して後述)の閉磁路を形成する。誘導子11は磁極5,6間、あるいは磁極6,7間の開放磁路が同時に閉磁路とならないように、図1に示す長さに設定される。
An
図2は、第2の位置における点火装置の正面図である。図2では、ロータ1が図1に示した第1の位置から矢印Rの方向に回動して、誘導子11が磁極6および7間に対向する第2の位置に至っている。誘導子11がこの第2の位置にあるときは、磁極7に埋め込まれた永久磁石10が磁極7、誘導子11、および磁極6を通る磁束Φ2を形成する。
FIG. 2 is a front view of the ignition device in the second position. In FIG. 2, the rotor 1 rotates in the direction of arrow R from the first position shown in FIG. 1, and the
図1および図2で説明した通り、永久磁石10,10の互いの極性の配置によって、エキサイタコイル8内を通過する磁束Φ1およびΦ2の向きは互いに反対になる。したがって、エキサイタコイル8内を通る磁束の向きや磁束数は、鉄心4に対する誘導子11の位置つまりロータ1の回転位置によって変化する。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the directions of the magnetic fluxes Φ <b> 1 and Φ <b> 2 passing through the
図3は、エキサイタコイル8を含む点火回路の一例を示す図である。同図において、エキサイタコイル8の両端はイグニッションコイル12の一次側コイルT1に接続される。エキサイタコイル8とイグニッションコイル12の一次側T1との間にはサイリスタ13が接続される。また、エキサイタコイル8とイグニッションコイル12の一次側コイルT1との間には整流用のダイオード14、逆流防止用のダイオード15が接続される。サイリスタ13およびダイオード14の接続点と、ダイオード15および一次側コイルT1の接続点との間にはコンデンサ17が接続される。サイリスタ13のゲートにはゲート回路16が接続される。ゲート回路16は、エキサイタコイル8の両端の電圧つまりエキサイタ電圧が予定のゲートトリガ電圧になるとゲートトリガを出力する。このゲートトリガによってサイリスタ13が導通してコンデンサ17の蓄積電荷によりイグニッションコイル12の一次側コイルT1に一次電圧が印加される。イグニッションコイル12の二次側コイルT2はエンジンの点火プラグ18に接続される。一次側コイルT1に流れる電流によって二次側コイルT2には巻線比に応じた高電圧が誘起される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an ignition circuit including the
図4は、上記点火回路の動作を示すタイミングチャートである。図4を参照して上記点火回路の動作を説明する。スタータモータやスタートロープ等周知のエンジン始動操作手段を使ってクランク軸2を図1,2の矢印Rで示す方向に回転させると、ロータ1も一体で回転する。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the ignition circuit. The operation of the ignition circuit will be described with reference to FIG. When the
ロータ1の回転により、誘導子11が鉄心4に接近・離間する。これに伴って鉄心4内の磁束の向きや磁束数が変化する。まず、誘導子11の回転方向先端が磁極5を通過して磁極6に近づくにつれて、図4(a)に示すように、エキサイタコイル8を巻装した磁極6内の磁束Φ1が増大する。そして、誘導子11の回転方向後端が磁極6から離れていくと磁束Φ1は減少する。これとは反対に誘導子11の先端が磁極7に近付くので磁束Φ2は増大し始める。そして、誘導子の回転方向後端が磁極7から離れていくにつれて磁束φ2は減少する。
As the rotor 1 rotates, the
このような磁束Φ1,Φ2の磁束数の変化や磁束の向きに対応してエキサイタコイル8には逆起電圧つまりエキサイタ電圧Vが生じ、このエキサイタ電圧Vは、図4(b)に示すように磁束数の変化速度に応じて変化する。磁束数が急激に増減すれば誘起される電圧も大きい。コンデンサ17はエキサイタ電圧Vのプラス側電圧V1によって充電される。ゲート回路16のゲートトリガ電圧はマイナス電圧値Vgに設定されていて、エキサイタ電圧Vがマイナス電圧値Vgより低くなったときにゲート回路16はサイリスタ13にゲートトリガをトリガする。
In response to the change in the number of magnetic fluxes Φ1 and Φ2 and the direction of the magnetic flux, a counter electromotive voltage, that is, an exciter voltage V is generated in the
図4(c)はコンデンサ17の電圧変化を示す図である。コンデンサ17はエキサイタ電圧Vがプラス側に転じたときから充電開始される。エキサイタ電圧Vがマイナス電圧値Vgより低くなったときに、サイリスタ13が導通されるので、コンデンサ17の蓄積電荷はイグニッションコイル12の一次側コイルT1に放出され、コンデンサ17の電圧Vcは低下する(実質的にゼロになる)。
FIG. 4C is a diagram showing a change in voltage of the
なお、このゲートトリガ電圧Vgを変更したり、ゲートトリガ回路16内でトリガ信号を遅延される等により点火位相の調節を簡単に行うことができる。 The ignition phase can be easily adjusted by changing the gate trigger voltage Vg or delaying the trigger signal in the gate trigger circuit 16.
図4(d)は、イグニッションコイル12の二次側電圧を示す図である。コンデンサ17の放電によってイグニッションコイル12の一次側コイルT1に急激に電流が流入し、この電流によって、イグニッションコイル12の二次側コイルT2には図4(d)のような高圧の二次側電圧V2が誘起される。この二次側電圧V2によって点火プラグ18の電極間に放電が生じ、エンジンに点火される。この放電によってイグニッションコイル12の二次側コイルT2内のエネルギは放出され、二次側電圧V2は低下する。
FIG. 4D is a diagram showing the secondary side voltage of the ignition coil 12. Due to the discharge of the
ロータ1、誘導子11、および鉄心4の位置、ならびにゲートトリガ電圧は、前記イグニッションコイル12の一次側コイルT1へのコンデンサ17の放電が、エンジンの点火に適した時期となるように設定される。
The positions of the rotor 1, the
上述の永久磁石10は、電磁鋼板が積層された鉄心4内に形成される孔に嵌挿されているだけなので、両端面が鉄心4の表面および裏面に露出している。このため永久磁石10の端面を覆って永久磁石の脱落や水分の浸入を防ぐためのカバーを設ける必要がある。図5は永久磁石10の端面を覆うカバーを設けたエキサイタの正面図、図6は側面図、図7は下面図である。カバー20は、例えば、PBT(ポリ・ブチレン・テレフタレート)等の樹脂材料からなり、エキサイタコイル8を覆うコイルケースと一体に形成される。カバー20は、ボビン9に巻かれたエキサイタコイル8を収容するコイルケース部分201と、コイルケース部分201から側方に張り出した磁石カバー部分202とからなる。磁石カバー部分202は、図7に示すように下面視で環状に形成され、少なくとも内周が磁極5,7を取り囲む矩形形状をなしている。つまり磁極5,7の、永久磁石10の設置位置周辺を取り巻く筒状をなしている。こうして、永久磁石10は、磁極5,7を取り巻く磁石カバー部分202によって両端面が覆われる。
Since the
カバー20は、エキサイタコイル8が巻かれた状態のボビン9を鉄心4の磁極6に挿入した後に鉄心4と一体に樹脂モールドにより成型してもよいし、カバー20を鉄心4と別部品として成型し、後工程で、カバー20を鉄心4に組み付けてもよい。一体成型によれば、カバー20の成型と同時に永久磁石10は鉄心4内に封止される。
The
後工程でカバー20を鉄心4に組み付ける手順を説明する。図8は、カバー20とエキサイタコイル8およびボビン9とを取り除いたエキサイタ3、つまり永久磁石10が嵌挿された鉄心4の正面図、図9は鉄心4の側面図であり、図10はカバー20の正面図、図11はカバー20の側面図である。図8,図9のように、鉄心4は、永久磁石10が嵌挿された状態で準備される。一方、図10,図11に示すように、エキサイタコイル8を巻いたボビン9を有するカバー20を樹脂で一体成型して準備する。そして、このカバー20を鉄心4に組み付ける。ボビン9の孔91に磁極6が挿入され、磁石カバー部分202に磁極5,7が挿入されてカバー20およびエキサイタコイル8と鉄心4とは一体に組み立てられる。
A procedure for assembling the
上述のカバー20は、磁極5,7を取り巻くように形成された磁石カバー部分202を設けたが、永久磁石10の端面のみを覆うように簡略化してもよい。図12は、カバー20の変形例に係る正面図である。図12において、カバー20は、磁石カバー部分202が、磁極5,7を取り巻く部分を有していない。つまり磁極5,7の外側の面は開放されたままであり、磁石カバー部分202は、少なくとも永久磁石10の両端面を覆うように構成される。
Although the
図12に示したカバー20をさらに簡略化することができる。例えば、カバー20は簡略化して永久磁石10の一端面だけをこのカバー20で覆うようにして、他方の端面は他の隣接部材で覆うようにすることができる。図13は、永久磁石の一端面をカバー20の磁石カバー部分202で覆い、他方の面をエンジンのシリンダブロック21で覆う構造を示す鉄心4の側面図である。
The
図13において、鉄心4は、エンジンのシリンダブロック21に取り付けられる。具体的には、シリンダブロック21は鉄心4を受けるボス22を有しており、このボス22に形成されるねじ孔にボルト23を螺合することによって鉄心4をボス22に固定する。鉄心4には、ボルト23を通す長孔24が設けられる。ボス22は、永久磁石10の端面の片方を覆う領域まで拡大して形成する。こうして、永久磁石10の端面の一側は、鉄心4をボス22に取り付けた状態でボス22の拡大面によって覆われる。
In FIG. 13, the
また、カバー20は次のように変形できる。上述のカバー20はエキサイタコイル8と永久磁石10の端面を覆う一体の部材であるが、エキサイタコイル8および永久磁石10の端面はそれぞれ別々の部材で覆うことができる。
Further, the
図14は、磁極5,7に設けられた永久磁石10の端面の一方を覆う専用のカバーを示す斜視図であり、図15は、このカバーを磁極5に取り付けた例を示す鉄心の正面図である。永久磁石専用カバー26は、樹脂材料で形成されており、磁極5,7のそれぞれの正面と両側面に対向する面を有し、正面に対向する面で永久磁石10の端面の一方を覆うことができるように形成される。永久磁石専用カバー26には、鉄心4をボス22に固定するボルト23を通すことができる長孔27を有する。
FIG. 14 is a perspective view showing a dedicated cover that covers one of the end faces of the
カバー26を磁極5にあてがい、ボルト23を長孔27および鉄心4の長孔24を貫通させてボス22に螺合することによって、永久磁石専用カバー26および鉄心4はボス22に固定される(図15参照)。永久磁石専用カバー26は、磁極7に対しても同様に取り付けられる。
The
カバー20は、永久磁石10を覆う機能を果たしつつ、樹脂材料で形成されているので永久磁石10の磁気短絡を防止できる。永久磁石10の端面を覆う永久磁石専用カバー26も、永久磁石10の磁気短絡を防止するためにアルミニューム等の非磁性体の材料で構成される。
Since the
上述の実施形態は、本発明の磁石発電装置をエンジンのCDI式点火装置に適用した例であるが、発電用コイルとしてエキサイタコイル8とイグニッションコイル12を兼用する形式の自己トリガ式点火装置にも適用することができ、さらには本発明は、点火装置に限定されず、バッテリ充電用や灯火装置点灯用の発電装置として適用できる。
The above-described embodiment is an example in which the magnet power generator of the present invention is applied to a CDI type ignition device for an engine. However, a self-triggered ignition device of a type that combines an
誘導子11は、単数に限らず、ロータ1の周面に複数配置してもよい。発電装置として本発明を適用する場合は、誘導子11を複数設けることによって、大きい発電出力を得ることができる。
The number of
また、鉄心4をロータ1の外周面に対向して配置するのに限らず、有底円筒つまり椀状ロータの外周縁の内面側に鉄心4を配置することもできる。その場合は、ロータ1の回転に際して誘導子11が鉄心4との対向領域を通過するように、誘導子11もロータ1の内面側に配置する。
Further, the
なお、上述の実施形態では本発明をエンジンで駆動される発電装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、エンジン以外の駆動源によって駆動される発電装置にも同様に適用できる。また、前記誘導子11はロータ1の外周面や内周面に設けるのに限定されず、外周側面等、外周近くの面(周面)に設けてあればよい。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a power generation device driven by an engine is shown. Applicable. The
1…ロータ、 2…クランク軸、 3…エキサイタ、 4…鉄心、 5,6,7…磁極、 8…エキサイタコイル、 10…永久磁石、 11…誘導子、 12…イグニッションコイル、 20…カバー、 26…永久磁石専用カバー、 201…コイルケース部分、 202…磁石カバー部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 2 ... Crankshaft, 3 ... Exciter, 4 ... Iron core, 5, 6, 7 ... Magnetic pole, 8 ... Exciter coil, 10 ... Permanent magnet, 11 ... Inductor, 12 ... Ignition coil, 20 ... Cover, 26 ... Permanent magnet cover, 201 ... Coil case part, 202 ... Magnet cover part
Claims (5)
前記ロータの周面に対向する位置に発電用コイルを巻装して配置された鉄心と、
前記鉄心に形成された切り込み内に装着された永久磁石と、
前記ロータの前記周面に設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成する少なくとも一つの誘導子と、
前記永久磁石の露出部を覆う樹脂カバーとを具備したことを特徴とする磁石発電装置。 In a magnet power generator that generates power by rotating a rotor,
An iron core disposed by winding a power generation coil at a position facing the circumferential surface of the rotor;
A permanent magnet mounted in a notch formed in the iron core;
At least one inductor provided on the peripheral surface of the rotor and forming a magnetic path of magnetic flux generated by the permanent magnet;
A magnet power generator comprising a resin cover that covers an exposed portion of the permanent magnet.
The magnet power generator according to claim 2, wherein the magnet cover portion is formed in a cylindrical shape surrounding the iron core on which the permanent magnet is mounted.
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