JP2007129818A

JP2007129818A - 磁石発電機

Info

Publication number: JP2007129818A
Application number: JP2005319756A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Hashiba; 光春羽柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-24
Also published as: DE102006004614B4; US20070096576A1; DE102006004614A1; US7508106B2

Abstract

【課題】碗状のフライホイールの真円度を向上させ、永久磁石と固定子との間のエアギャップ量の均一化が図られ、その結果エアギャップ量の縮小化が可能となり、発電特性を向上させることができる。
【解決手段】この発明に係る磁石発電機では、フライホイール３の回転により永久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おいて、フライホイール３の底部６に、プレス加工によりフライホイール３の真円度を強制的に高める複数のプレス加工部１１が形成されている。
【選択図】図４

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、椀状のフライホイールの円筒部の内周壁面に周方向に配列されて複数個の永久磁石が固定され、隣接した永久磁石間に樹脂材が充填されて永久磁石がフライホイールに一体に固定された磁石発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、この磁石発電機では、フライホイールの円筒部において内側に突出した複数の突起部がプレス加工により形成され、この突起部に樹脂材が係止されることで、フライホイールに対して樹脂材及び永久磁石が相対移動するのが防止されている。

特開２００２−１０１６３０号公報（第５頁、第１図及び第２図）

従来の磁石発電機のフライホイールでは、棒状素材を碗状に切削加工した後、前記突起部を形成するために前記プレス加工を施しているが、そのプレス加工の前後で、図５に示すようにフライホイールの真円度が低下してしまい、永久磁石と固定子との間のエアギャップ量にバラツキが生じてしまう。
特に、磁石発電機では、小型化・軽量化の観点より、フライホイールの薄肉化に伴って、プレス加工により突起部を円筒部に形成する際のフライホイールの真円度の低下が顕著になってしまい、上記プレス加工によるエアギャップ量のバラツキの増大により、次のような問題点があった。
イ．フライホイールの回転の回転軌跡に変動が発生し、発電特性（出力特性）に悪影響を及ぼす。
ロ．永久磁石の内周面と固定子の外周面との間で摺動摩擦が生じ、製品化できないとったことが起こり得る。
ハ．エアギャップ量の遠近から、発電作用（交番磁界）により、固定子の発電コイルにも温度差が生じてしまい、発電コイルの一部において極端な温度上昇により高分子材料である導線の絶縁被膜の寿命、信頼性が低下してしまう。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、碗状のフライホイールの真円度を向上させ、永久磁石と固定子との間のエアギャップ量の均一化が図られ、その結果エアギャップ量の縮小化が可能となり、発電特性が向上する等の磁石発電機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る磁石発電機では、円筒部及び底部を有する椀状のフライホイールと、前記円筒部の内周壁面に周方向に配列されて固定された複数個の永久磁石と、隣接した前記永久磁石間に充填され永久磁石を前記フライホイールに一体に固定した樹脂材と、前記フライホイールの内径側に設けられ外周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、前記フライホイールの前記底部には、プレス加工により前記フライホイールの真円度を強制的に高める複数のプレス加工部が形成されている。

この発明による磁石発電機によれば、碗状のフライホイールの真円度を向上させ、永久磁石と固定子との間のエアギャップ量の均一化が図られ、その結果エアギャップ量の縮小化が可能となり、発電特性等が向上する。

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正面図、図２は図１の側断面図、図３は図１のフライホイールの一部を切り欠いた断面を含む正面図、図４は図３の側断面図である。
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及び永久磁石４を備えている。
フライホイール３は、円筒部５、ボス部７及びボス部７と円筒部５とをつなぐ底部６とから構成されている。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７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の円筒部５の内周壁面には、例えば４個の永久磁石４が固定されている。永久磁石４は、Ｎ極、Ｓ極及びＮ極の順に着磁された磁石と、Ｓ極、Ｎ極及びＳ極の順に着磁された磁石が各２個ずつ交互に、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４は、隣接する永久磁石４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４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４の回転軸線Ａ−Ａ方向の両端側、及び隣接した各永久磁石７間には、樹脂材９が充填されている。この樹脂材９によって、複数個の永久磁石４と保護環８とがフライホイール３の円筒部５の内周壁面に固定されている。

フライホイール３の円筒部５では、隣接した永久磁石４間で４箇所に等分間隔でプレス加工により形成され樹脂材９との相対移動を防止した係止部である突起部１０が形成されている。
また、突起部１０の近傍で底部６には、プレス加工によりフライホイール３の真円度を強制的に高めるプレス加工部１１が等分間隔で４箇所形成されている。

固定子２は、中空円柱状の固定子鉄心１２及び発電コイル１３を有する。固定子鉄心１２の外周部には、径外側方向に放射状に等分間隔で突出した各ティースが形成されている。このティースの周側面にそれぞれ導線が巻回されて発電コイル１３が構成されている。この発電コイル１３には、接続リード１４が接続されている。

外周部に複数個のティースが形成された固定子鉄心１２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１３の保持のために外周縁部が発電コイル１３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には、回転軸線Ａ−Ａと平行に貫通した貫通孔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、並びに積層鉄心１５の両側面側に密着された、第１の端板１６及び第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４により生じる交番磁界により、発電コイル１３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。

ところで、フライホイール３の円筒部５に係止部である突起部１０を形成し、突起部１０に樹脂材９が係止されることで、フライホイール３に対して樹脂材９及び永久磁石４が相対移動するのが防止されている。
しかしながら、プレス加工により突起部１０を形成した後では、プレス加工により、図５に示すように突起部１０の近傍では内径側に凹み変形が生じてしまう。
この実施の形態では、このプレス加工の後、突起部１０の近傍で底部６に、底部６の反固定子２側からプレス加工を施し、プレス加工部１１を複数形成して、図６に示すようにフライホイール３の真円度を強制的に高めている。

図７は、実施の形態１による磁石発電機及び従来の磁石発電機との比較において、固定子２の周方向の角度とエアギャップ（固定子２と永久磁石４との間）との関係、回転子１の回転数（ｒ/ｍｉｎ）と発電コイル１３の発電特性（出力電流特性）との関係を示すもので、本願発明者が実験により求めたものである。
この実験結果から、実施の形態１のものは、上記角度（図７の横軸）とエアギャップ（図７の縦軸）との関係を見たときに、従来の磁石発電機と比較して、エアギャップのバラツキが大幅に減少しているのが分かる。
また、このエアギャップのバラツキの減少により、フライホイール３の回転の回転軌跡に変動が低下し、従来の磁石発電機と比較して発電特性（出力特性）が向上しているのが分かる。

この実施の形態による磁石発電機によれば、上記実験結果から分かるように、エアギャップ量の均一化が図られることで、発電特性が向上するとともに、エアギャップ量の縮小化が可能となり、さらに発電特性を向上させることができる。
また、永久磁石４の内周面と固定子２の外周面との間における摺動摩擦を防止することができる。
また、発電コイル１３の一部において極端な温度上昇により高分子材料である導線の絶縁被膜の寿命、信頼性の低下を防止することができる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２の磁石発電機におけるフライホイールの一部を切り欠いた断面を示す正面図、図９は図８のフライホイールの側断面図である。
この実施の形態では、円筒部５の内周壁面からプレス加工により、径方向外側に突出した係止部である突起部２０が形成されている。
また、突起部２０の近傍で底部６には、底部６の固定子２側の面からプレス加工によりフライホイール３の真円度を強制的に高めるプレス加工部２１が等分間隔で４箇所形成されている。
この他の構成は、実施の形態１の磁石発電機と同様であり、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態３の磁石発電機におけるフライホイール３を示す正面図、図１１は図１０のフライホイール３の側断面図である。
この実施の形態では、フライホイール３の底部６には、通気孔２２が複数個形成されている。また、底部６の隣接した通気孔２２間には、反固定子２側の面からプレス加工により、フライホイール３の真円度を強制的に高めるプレス加工部２４が形成されている。また、底部６の周縁部で固定子２側の面には、等分間隔で４箇所にフライホイール３に対して樹脂材９が回転するのを防止する回り止め用溝２５が形成されている。
また、円筒部５の内周壁面には、全周に渡って樹脂材９が軸線方向に沿って抜けるのを防止する抜け止め用溝２３が形成されている。

このフライホイール３では、抜け止め用溝２３及び回り止め用溝２５が形成されているので、実施の形態１に示された突起部１０、実施の形態２に示された突起部２０は不要である。
しかしながら、このものの場合にも、フライホイール３の製造工程において、旋盤チャッキングの際にフライホイール３の円筒部５では内径側方向に押圧力が作用するため、図５に示したと同様に内径側に凹み変形が生じてしまう。特に、軽量化のためにフライホイール３が薄肉化されたときには、このチャッキングによるフライホイール３の真円度の低下が顕著である。
従って、この実施の形態では、旋盤チャッキング後に、底部６に、底部６の反固定子２側からプレス加工を施し、プレス加工部２４を形成してフライホイール３の真円度を強制的に高めている。

実施の形態４．
図１２は実施の形態４の磁石発電機におけるフライホイール３を示す正面図、図１３は図１２のフライホイール３の側断面図である。
この実施の形態では、フライホイール３の底部６全体を円板形状のプレス部材でプレス加工して底部６を加工硬化させて、フライホイール３の底部６の剛性を高めている。円筒部５の内周壁面には、樹脂材９が軸線方向に沿って抜けるのを防止する抜け止め用突起２６が全周に渡って形成されている。
また、複数のプレス加工部２４のうち一つだけ異形のプレス加工部２７が形成されている。
この他の構成は、実施の形態３の磁石発電機と同様である。

このフライホイール３では、抜け止め用突起２６及び回り止め用溝２５が形成されているので、実施の形態３と同様に実施の形態１に示された突起部１０、実施の形態２に示された突起部２０は不要である。
しかしながら、このものの場合にも、フライホイール３の製造工程において、旋盤チャッキングの際にフライホイール３の円筒部５では内径側方向に押圧力が作用し図５に示したと同様に内径側に凹み変形が生じてしまう。
また、フライホイール３の底部６全体のプレス加工による底部６の加工硬化の際にも、図５に示したと同様に内径側に凹み変形が生じてしまう。
従って、この実施の形態では、旋盤チャッキン後及びプレス加工後に、底部６に、底部６の反固定子２側からプレス加工を施し、プレス加工部２４を形成してフライホイール３の真円度を強制的に高めている。
また、プレス加工部２７は他のプレス加工部２４と異なる形状で形成されているので、このプレス加工部２７を例えば永久磁石４の位置決め用の基準として用いることができる。

実施の形態５．
図１４は実施の形態５の磁石発電機におけるフライホイール３を示す正面図、図１５は図１４のフライホイール３の側断面図である。
この実施の形態では、フライホイール３は、底部６の面において樹脂材９と接続され樹脂材９から内径側に延出した冷却用フィン２８が設けられている。底部６にはフライホイール３に対して樹脂材９及び冷却用フィン２８が回転するのを防止し、またフライホイール３の真円度を強制的に高めるプレス加工部２９が形成されている。
円筒部５の内周壁面に、樹脂材９及び冷却用フィン２８が軸線方向に沿って抜けるのを防止する抜け止め用突起２６が全周に渡って形成されている。

この実施の形態では、旋盤チャッキング後、底部６の反固定子２側の面からプレス加工を施し、プレス加工部２９を複数形成してフライホイール３の真円度を強制的に高めている。
また、このプレス加工部２９は、フライホイール３に対して樹脂材９及び冷却用フィン２８が回転するのを防止する回り止め作用も兼ねている。

この発明の実施の形態１の磁石発電機を示す正面図である。図１の磁石発電機の側断面図である。図１のフライホイールの一部を切り欠いた断面を含む正面図である。図３のフライホイールの側断面図である。従来のフライホイールの真円度を示す図である。図１のフライホイールの真円度を示す図である。フライホイールのプレス加工部の有無による、エアギャップ及び発電特性を示す図である。実施の形態２の磁石発電機におけるフライホイールの一部を切り欠いた断面を含む正面図である。図８のフライホイールの側断面図である。実施の形態３の磁石発電機におけるフライホイールを示す正面図である。図１０のフライホイールの側断面図である。実施の形態４の磁石発電機におけるフライホイールを示す正面図である。図１２のフライホイールの側断面図である。実施の形態５の磁石発電機におけるフライホイールを示す正面図である。図１４のフライホイールの側断面図である。

符号の説明

１回転子、２固定子、３フライホイール、４永久磁石、５円筒部、６底部、９樹脂材、１０，２０突起部（係止部）、１１，２１，２４，２７，２９プレス加工部、２８冷却用フィン。

Claims

円筒部及び底部を有する椀状のフライホイールと、
前記円筒部の内周壁面に周方向に配列されて固定された複数個の永久磁石と、
隣接した前記永久磁石間に充填され永久磁石を前記フライホイールに一体に固定した樹脂材と、
前記フライホイールの内径側に設けられ外周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、
前記フライホイールの前記底部には、プレス加工により前記フライホイールの真円度を強制的に高める複数のプレス加工部が形成されていることを特徴とする磁石発電機。
前記円筒部には、プレス加工により形成され前記樹脂材との相対移動を防止した係止部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
プレス加工により加工硬化された前記底部には、通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁石発電機。
前記底部には、前記樹脂材と接続され樹脂材から内径側に延出した冷却用フィンが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の磁石発電機。
前記プレス加工部のうち少なくとも一つのプレス加工部は、他のプレス加工部に対して異形であることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の磁石発電機。