JP2007037353A

JP2007037353A - 磁石発電機

Info

Publication number: JP2007037353A
Application number: JP2005219877A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Kihara; 伸浩木原; Kaoru Imaizumi; 薫今泉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20070024142A1; DE102006014864A1; US7443064B2

Abstract

【課題】回転時のフライホイール内の放熱及び換気を効率的に行うことで、発電コイルの絶縁皮膜の寿命及び信頼性を向上させ、また、発電効率の低下を防止することのできる磁石発電機を得る。
【解決手段】周壁部１Ａと周壁部１Ａの一端側を塞ぐ底面部１Ｂとを有するフライホイール１の底面部１Ｂに、内向きに突設された複数個の突起部６を設け、突起部６は、フライホイール１の回転時に乱流を発生させフライホイール内の気体を効率的に攪拌するためのフライホイール周方向の断面変化部６Ａを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、フライホイールの回転による磁石と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関するものである。

従来、フライホイール内部の換気効率を向上させるため、椀状のフライホイールの側壁部（本願底面部に相当）に複数の通気孔を設け、隣り合う通気孔間にフライホイール内部側に向って突出する形状のフィンを形成する磁石発電機があった。この発電機は発電時においてフライホイールの回転と同時にフィンが回転し、通気孔部に負圧が生じることにより外気が導入され、換気が行われるものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０１６３０号公報

以上のように、従来の磁石発電機では、通気孔からの外気の導入及びフライホイール内の気体の排出を促進するためにフィンを設けて換気を行っていた。しかし、フライホイール底面部にワンウェイクラッチ等が取り付けられる場合、通気孔の一部、又は全部が塞がれてしまい、通気孔からの換気が十分に行われず、このような際に従来のフィンでは熱の撹拌力が低く、熱を十分に放熱できないという問題があった。
また、近年の磁石発電機の高出力化、鉄心、磁石（磁極）の多極化による高周波化に伴い、発電コイルの温度の上昇は増大している。この温度上昇により、コイルに使用される絶縁皮膜の寿命及び信頼性の低下、また、発電効率の低下などの問題が生じており、フライホイール内部の換気をより効率的に行う磁石発電機が求められていた。

本発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、簡単な構成で回転時のフライホイール内の放熱及び換気を効率的に行い、絶縁皮膜の寿命及び信頼性を向上させ、また、発電効率の低下を防止することの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、周壁部と周壁部の一端側を塞ぐ底面部とを有するフライホイールと、フライホイールの周壁部の内側に配置された複数個の磁石と、フライホイール内の底面部から内向きに突設された複数個の突起部と、フライホイール内に磁石と対向して設置され、磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルと、を有する。そして、突起部は、フライホイール回転時に乱流を発生させるフライホイール周方向の断面変化部を設けたことを特徴とするものである。

この発明に係る磁石発電機によると、突起部にフライホイール周方向の断面変化部を設けたので、磁石発電機の回転時に突起部周囲に乱流を発生させることができる。このためフライホイール内の気体を効率よく攪拌しフライホイール内部の換気をより効率的に行うことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による磁石発電機の回転子を示したもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の拡大断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この磁石発電機の回転子は、周壁部１Ａと周壁部１Ａの一端側を塞ぐ底面部１Ｂによって形成された椀状のフライホイール１を備えている。このフライホイール１の周壁部１Ａの内側には複数個の磁石２が周方向に配列され、磁石２の内側に密着して筒状の保護環３が配置されている。フライホイール１の周壁部と保護環３との間には磁石を埋め込むように樹脂４が充填され、複数の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定している。フライホイール１の底面部１Ｂには複数個の通気孔５が設けられ、隣り合う二つの通気孔５の間にはフライホイール１の底面部１Ｂから内向きに複数個の突起部６が突設されている。複数個の突起部６は、フライホイール１の回転時に乱流を発生させるための断面変化部として凹断面６Ａを形成している。また複数個の突起部６（以下、突起部６とは凹断面６Ａを含むものとする）は複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されている。
図２は図１（ｂ）の断面図にフライホイール１に対向して設置される固定子を加えて示したものである。この固定子は積層鉄心７と、積層鉄心７に巻線された発電コイル８を備えている。

本実施の形態１における磁石発電機によれば、突起部６に凹断面６Ａを設けたことにより、フライホイール１の回転時に突起部６の周囲に乱流を発生させる。図１（ｃ）の矢印は回転時に乱流が発生している様子を示している。このように、突起部６は、１つの突起部について複数箇所で乱流を発生させるため、フライホイール１内の気体を効率よく攪拌し、フライホイール内部の換気を効率的に行うことができる。
同時に、突起部６は回転時に回転方向後ろの通気孔５付近に負圧を発生させ、通気孔５からフライホイール内部へ外気を強制的に導入することができる。
従って、この磁石発電機では、フライホイールの回転時に、突起部６による複数箇所の乱流の発生と、負圧発生による通気孔５からの外気の導入とにより、フライホイール内の気体を大きく流動させ効率的に撹拌することができるため、フライホイールの回転時における発電コイルの冷却効果は著しく向上する。

また、複数個の突起部６は、複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されるため、回転子作製過程において、突起部６の成形で新たな工程が発生することがなく、安価に作製することができる。
また、突起部６に凹断面６Ａを設けたことにより、凹断面のない場合に比して厚みの薄い箇所を有しているため、作製時に樹脂の冷却が促進され成形性が向上する。
また、突起部６を樹脂材料により形成したため、金属材料で形成する場合に比して突起部６の形状の設定に自由度があり、特に本実施の形態は突起部６に断面変化部を有することを特徴とするものであるため、非常に有用である。
尚、本実施の形態１の突起部は樹脂材料により成形したが、モールド成形に使用可能な他の材料を使用してもよい。

尚、ワンウェイクラッチ等の取り付けにより通気孔の一部又は全部が塞がれている場合であっても、突起部６が凹断面６Ａを有することにより、複数箇所で乱流を発生させてフライホイール内の気体を撹拌するため、突起部に乱流を発生させる断面変化部を有しない場合と比して著しい冷却効果を有する。

尚、本実施の形態では突起部６の断面変化部を凹断面としたが、断面変化部の別例を図３及び図４に示す。図３は、断面変化部を凸断面６Ｂとした場合の部分平面図とＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図、図４は凸部が山型に傾斜する凸断面６Ｃとした場合の部分平面図とＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。いずれにおいても回転時に複数箇所で乱流を発生させることができるため、フライホイール内部の気体を効率よく攪拌し、発電コイルの冷却効果は向上する。
また、図４に示したように凸部が山型の傾斜部を有する凸断面６Ｃにすれば図３の凸断面６Ｂである場合に比して、回転時の気流の抵抗が緩やかであるため、フライホイール１の回転時のエネルギーロスを抑えることができる。
さらに、突起部６の断面変化部の形状は凹凸断面でもよく、また凹断面、凹断面及び凹凸断面の各凹凸の形状は正方形状だけでなく、三角形状や、楕円形状等であってもよく、いずれにおいても回転時に複数箇所で乱流を発生させることができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による磁石発電機の回転子を示したもので、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。そして、図５（ｄ）は突起部が熱変形した場合の図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。
図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール１、複数個の磁石２、保護環３、樹脂４を備えている。そして、フライホイール１の底面部には複数個の通気孔５及び複数個の突起部９が突設されている。そして、これらの突起部９は複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されている。
上記の通り本実施の形態２では、上記実施の形態１と回転子の構成は同じである。ただし、突起部９は、フライホイール１の周方向に凹断面９Ａを有し、かつ、突起高さがフライホイール１の外形側から内径側に向けて低くなるように、突起部９上面（以下、突起部９とは凹断面９Ａを含むものとする）に傾斜を有するものである。

ところで、一般に磁石発電機の回転子が回転し、発電コイルが発熱するため回転子内部が温度上昇した場合、その熱により回転子内に影響を及ぼす場合がある。例えば本願実施の形態１においては、突起部６が変形し突起の先端部（最内径側）が底面部より浮き上がり、突起部６と発電コイル８との間隔が狭くなってしまうことが考えられる。

本実施の形態２における磁石発電機によれば、上記実施の形態１に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、図５（ｄ）に示すように、突起部９上面に傾斜を設けたことにより、突起部９の先端部が変形により浮き上がってしまった場合でも、突起部９と発電コイル１５との間隔を十分に保つことができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による磁石発電機の回転子を示したもので、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール１、複数個の磁石２、保護環３、樹脂４を備えている。そして、フライホイール１の底面部には複数個の通気孔５及び複数個の突起部１０が突設されている。そして、これらの突起部１０は複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されている。
上記の通り本実施の形態３において、上記実施の形態１及び２と回転子の構成は同じである。ただし、突起部１０は、上記実施の形態２に記載の突起部９と同形状の上面に傾斜を設けた凹断面１０Ａを有し、さらに、突起部１０（以下、突起部１０とは凹断面１０Ａを含むものとする）とフライホイール１の周壁部と接合する付け根部の厚みを、他部分の厚みに比して厚くなるように形成している。

本実施の形態３における磁石発電機によれば、上記実施の形態１及び２に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、突起部１０の付け根部（フライホイール１との接合部）の厚みを厚くしたため、接合部が強化され、突起部１０の強度を向上させることができる。また、突起部１０の強度が向上することにより、回転時に、突起部１０が発電コイルからの発熱による影響を受けて変形することを防ぐことができる。

尚、突起部の付け根部の厚みを厚くすることは、実施の形態１における突起部６にも適応することができ、同様の効果を有する。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による磁石発電機の回転子を示したもので、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。
図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール１、複数個の磁石２、保護環３、樹脂４を備えている。そして、フライホイール１の底面部には複数個の通気孔５及び複数個の突起部１１が突設されている。そして、これらの突起部１１は複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されている。また１２Ａは回転子に対向して配置される発電コイルである。
上記の通り本実施の形態４では、上記実施の形態１〜３と回転子の構成は同じである。ただし、突起部１１は、断面変化部としての凹断面１１Ａを、発電コイル１２Ａに巻回された巻線部分と対向する位置に設けている。

図７では、発電コイル１２Ａの巻線部分が発電コイルの中央部に位置する場合を示しているが、その別例を図８及び図９に示す。図８は発電コイル１２Ｂの巻線部分がフライホイール１の径方向外側に位置する場合の図７（ｂ）に対応する断面図であり、凹断面１１Ｂも径方向外側に配置されている。また、図９は発電コイル１２Ｃの巻線部分がフライホイール１の径方向内側に位置する場合の図７（ｂ）に対応する断面図であり、凹断面１１Ｃも径方向内側に配置されている。

本実施の形態４における磁石発電機によれば、発電コイル１２Ａ〜１２Ｃの巻線部分の位置にあわせて凹断面１１Ａ〜１１Ｃを配置したため、巻線部分周辺の気体を集中的に攪拌し、その他の部分については気流の抵抗を低減する。従って、発熱部である発電コイル付近の気体を効率良く攪拌すると同時に、フライホイール１の回転時のエネルギーロスを抑えることができる。

尚、本実施の形態４に記載の突起部１１の形状は、上記実施の形態１〜３に記載のいずれの断面変化部であっても適用でき、突起部１１上面に傾斜を設けることや、突起部１１の付け根部の厚みを厚くすることもできる。これに伴い、上記実施の形態１及〜３に記載の効果も有する。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、突起部は複数個の磁石及び保護環をフライホイールに固定する樹脂と一体に形成されていたが、これらの突起部をフライホイールとは別体として別個に形成しその後所定位置に設置してもよい。
図１０はこの発明の実施の形態５による磁石発電機の回転子を示したもので、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。
図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール１、複数個の磁石２、保護環３、樹脂４を備えている。そして、フライホイール１の底面部には複数個の通気孔５及び複数個の突起部１３が配置されている。
上記の通り本実施の形態５では、上記実施の形態１〜４と回転子の構成は同じである。ただし、突起部１３は、複数個の磁石２及び保護環３をフライホイール１に固定する樹脂４と一体に形成されたものではなく、複数個の突起部１３とフライホイール１とは別体であり、各々別個に形成した後、各突起部１３を例えば接着剤等でフライホイール１の底面部上の所定の位置に固定するものである。尚、突起部１３の断面変化部の形状については上記実施の形態１〜４に記載のいずれの形状であっても適用することができる。

本実施の形態５における磁石発電機によれば、上記実施の形態１〜４に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、複数個の突起部１３をフライホイール１とは別体として形成するため、フライホイール１の形状を単純化でき、フライホイール１の成形上の制約が減少し、それに伴い作製費用の低減を図ることができる。また、必要に応じて突起部１３を後付けすることもできる。

また、フライホイール１とは別体として形成される突起部の他の形状の例を図１１に示す。図１１の突起部は、複数個の突起部１４をフライホイール１に設置する場合の内径側で一体となるように形成した突起部である。すなわち、ドーナツ形状の結合部１４Ａの所定位置から外径方向に向けて複数個の突起部１４を配置して一体の突起部とした形状であり、このような形状であれば上記図１０の複数個の突起部１３の場合と同様の効果が得られることに加え、部品点数の低減を図ることができる。

この発明の実施の形態１による磁石発電機の回転子を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の拡大断面図である。図１（ｂ）に固定子を加えて示した図である。この発明の実施の形態１の別例による回転子の突起部を示す部分平面図、及びそのＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。この発明の実施の形態１のもう一つの別例による回転子の突起部を示す部分平面図、及びそのＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。この発明の実施の形態２による磁石発電機の回転子を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図、（ｄ）は突起部が熱変形した場合の（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。この発明の実施の形態３による磁石発電機の回転子を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。この発明の実施の形態４による磁石発電機の回転子を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。この発明の実施の形態４の別例による回転子の突起部を示す径方向に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。この発明の実施の形態４のもう一つの別例による回転子の突起部を示す径方向に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。この発明の実施の形態５による磁石発電機の回転子を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。この発明の実施の形態５の別例による磁石発電機の回転子を示したもので、平面図、Ａ−Ａ線に沿う断面図、及びＢ−Ｂ線に沿う突起部の断面図である。

符号の説明

１フライホイール、１Ａ周壁部、１Ｂ底面部、２磁石、４樹脂、
６突起部、６Ａ凹断面（断面変化部）、６Ｂ，６Ｃ凸断面（断面変化部）、
８発電コイル、９，１０，１１突起部、
９Ａ，１０Ａ，１１Ａ〜１１Ｃ凹断面（断面変化部）、
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ発電コイル、１３，１４突起部、１５発電コイル。

Claims

周壁部と前記周壁部の一端側を塞ぐ底面部とを有するフライホイールと、前記フライホイールの周壁部の内側に配置された複数個の磁石と、前記フライホイール内の底面部から内向きに突設された複数個の突起部と、前記フライホイール内に前記磁石と対向して設置され、前記磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルと、を有する磁石発電機であって、
前記突起部は、前記フライホイール回転時に乱流を発生させる前記フライホイール周方向の断面変化部を設けたことを特徴とする磁石発電機。
前記突起部の断面変化部は、前記フライホイール周方向に凹断面、凸断面又は凹凸断面を形成することを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記突起部は、突起高さを前記フライホイールの外径側から内径側に向けて低くなるように、前記突起部上面に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁石発電機。
前記突起部は、前記フライホイールの周壁部と接合する付け根部の厚みを、他部分の厚みに比して厚く形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁石発電機。
前記突起部の断面変化部は、前記発電コイルに巻回された巻線部分と対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁石発電機。
前記突起部は、樹脂により形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁石発電機。
前記突起部は、前記磁石の周辺部に充填され前記磁石を前記フライホイールに固定する樹脂と、一体形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁石発電機。
前記突起部は、前記フライホイールとは別体であり、前記フライホイールに固定されていることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載の磁石発電機。