JP2013106360A

JP2013106360A - 磁石式発電機

Info

Publication number: JP2013106360A
Application number: JP2011246202A
Authority: JP
Inventors: Fumito Kamimura; 文人上村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: TWI467891B; CN103107666B; CN103107666A; TW201320546A; JP5361974B2

Abstract

【課題】永久磁石及び磁石周辺に充填された樹脂材の抜けと回り止めを、フライホイルの真円度を低下させることなく達成できる磁石式発電機を得る。
【解決手段】この発明に係る磁石式発電機では、回転子は、円筒部８を有する椀状のフライホイル３と、このフライホイル３の円筒部８の内周壁面に配列された設けられた永久磁石と、永久磁石の周辺にそれぞれ充填され、フライホイル３及び永久磁石を一体に固定した樹脂材とを有しており、フライホイル３の内周壁面には、軸線方向に沿って螺旋状に延びた溝９が形成されており、この溝９には樹脂材が充填されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、フライホイルの回転により、永久磁石と発電コイルとの電磁誘導作用で電力が生じる磁石式発電機に関するものである。

従来、固定子と、この固定子の外側に設けられた回転子とを備え、この回転子の椀状のフライホイルの円筒部の内周壁面に配列された永久磁石間に充填された充填材により永久磁石がフライホイルに固定された磁石式発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、この磁石式発電機では、フライホイ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、フライホイルに対して樹脂材及び永久磁石が相対移動するのを防止している。

特公平６-８１４３７号公報（第２図、第６図）

磁石式発電機では、高出力電力を発電するためには、回転子と固定子との間のエアギャップをできるだけ小さくする必要がある。
しかしながら、上記磁石式発電機では、フライホイルに突起部を形成するためにプレス加工を施しているが、そのプレス加工の前後で、フライホイルの円筒部の内周壁面の真円度が低下するので、その内周壁面に配列された複数の永久磁石による内周面の内径公差を小さくできない。
従って、永久磁石による内周面の内径のノミナル値を大きく設定する必要性があり、その結果固定子と回転子との間のエアギャップの値が大きくなってしまい、出力電力が低下するという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、フライホイルの内壁面に設けられた永久磁石及び磁石周辺に充填された樹脂材の抜け止め及び回り止めを、フライホイルの真円度を低下させることなく達成でき、従って固定子と回転子との間のエアギャップの値を小さくして出力電力が向上した磁石式発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る磁石式発電機は、回転子と、この回転子の内側に設けられた固定子とを備え、
前記回転子は、円筒部を有する椀状のフライホイルと、このフライホイルの前記円筒部の内周壁面に周方向に配列された設けられた永久磁石と、隣接した前記永久磁石間、及び永久磁石の軸線方向の両側にそれぞれ充填され、前記フライホイル及び永久磁石を一体に固定した樹脂材とを有し、
前記固定子は、前記永久磁石に対向して設けられたコアと、このコアに導線が巻回された発電コイルとを有し、
前記回転子が回転し、その際に生じる前記永久磁石による交番磁界により前記発電コイルに電力が生じる磁石式発電機において、
前記フライホイルの前記内周壁面には、軸線方向に沿って螺旋状に延びた溝が形成されており、この溝には前記樹脂材が充填されている。

この発明による磁石式発電機によれば、フライホイルの内周壁面には、軸線方向に沿って螺旋状に延び、充填材が充填された溝が形成されているので、真円度を確保したまま溝加工が可能な旋盤切削加工が可能となり、固定子と回転子との間のエアギャップの値を小さくして出力電力を向上させることができる。

この発明の実施の形態１の磁石式発電機を示す側断面図である。図１の回転子を示す平面図である。図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図１のフライホイルの側断面図である。図１のフライホイルの斜視図である。この発明の実施の形態２の磁石式発電機のフライホイルを示す側断面図である。この発明の実施の形態３の磁石式発電機のフライホイルを示す側断面図である。この発明の実施の形態４の磁石式発電機のフライホイルを示す側断面図である。

以下、この発明の各実施の形態の磁石式発電機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この発明の実施の形態１の磁石式発電機を示す側断面図、図２は図１の回転子１を示す平面図、図３は図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った矢視断面図、図４は図１のフライホイル３の側断面図、図５は図１のフライホイル３の斜視図である。
この磁石式発電機は、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、円筒部８、ボス部７を有し全体形状が椀状のフライホイル３と、永久磁石４を備えている。
フライホイル３は、回転軸線Ａ−Ａを中心として回転する。ボス部７は、内燃機関のクランクシャフト（図示せず）に固定される。

フライホイル３の円筒部８の内周壁面には、４個の円弧状の永久磁石４が固定されている。永久磁石４は、Ｎ極、Ｓ極及びＮ極の順に周方向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４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５が密着して嵌め込まれており、各永久磁石４は、この保護環５により、軸線方向の所定の位置に配置されている。

フライホイル３の円筒部８では、内壁面に軸線方向に沿って螺旋状に延びた溝９が形成されている。この溝９は、フライホイル３の開口側の始端Ｓがフライホイル３の開口側端面の手前であり、その終端が円筒部８の中間部である。また、この溝９は、その始端Ｓから視て、反時計方向に螺旋状に巻回している。
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４間には、樹脂材６が充填されている。この樹脂材６は、溝９にも充填されている。

固定子２は、中空円柱状のコア１０、及びコア１０に導線が巻回された構成された発電コイル１１を有する。

上記構成の磁石式発電機では、内燃機関により回転駆動されるクランクシャフト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。

次に、上記構成の磁石式発電機の組立手順について説明する。
鋼材を切削加工等を施して作られたフライホイル３に、フェライト、ネオジウム等を主材料とした４個の永久磁石４、鋼製板材から板金加工などで作られた保護環５を挿入し、仮組立状態とする。
その後、仮組立状態のフライホイル３を樹脂成形用金型に設置し、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４間に熱可塑性の樹脂材６を注入し、充填する。
この結果、注入された樹脂材６は、隣接した永久磁石４間を経由して、螺旋状の溝９にも充填され、樹脂材６を介してフライホイル３、永久磁石４及び保護環５は一体化される。
なお、樹脂材６は、ガラス繊維を含有させることで、樹脂材６の剪断強度が高くなり、強固な回転、抜け対策が可能となる。

この実施の形態１の磁石式発電機によれば、フライホイル３の内周壁面には、軸線方向に沿って螺旋状に延び、樹脂材６が充填された溝９が形成されているので、溝９に充填された樹脂材６の部位により、フライホイル３の内壁面に設けられた永久磁石４、保護環５及び磁石周辺４に充填された樹脂材６は、フライホイル３に対して回転、抜けるのが防止される。
また、溝９は、フライホイル３の開口側の始端Ｓがフライホイル３の開口側端面の内側であるので、溝９に充填された樹脂材６の部位もフライホイル３から抜け出ることはない。

また、真円度を確保したまま溝９の加工が可能な旋盤切削加工が可能となり、固定子２と回転子１との間のエアギャップＤの値を小さくすることができるので、出力電力が向上する。

また、フライホイル３には、主に板金絞り、鍛造、鋳造の製法があるが、製法の後、いずれも旋盤加工が必要である。
例えば、板金絞りによるフライホイル３の製造の場合には、その円筒部８の開口端面を平滑にするため、開口端面の旋盤切削加工が必須である。
また、鍛造および鋳造によるフライホイル３の製法の場合には、永久磁石４を密着させるため、円筒部８の内壁面の旋盤切削加工が必須である。
従って、フライホイル３の製造の最終工程において、引き続き旋盤切削加工により溝９の加工を連続して行なうことが可能となり、設備、工具の変更が不要で、安価な加工が可能となる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２の磁石式発電機のフライホイル３を示す側断面図である。
この実施の形態の磁石式発電機では、円筒部８の内壁面には、第１の溝９Ａ１及び第２の溝９Ａ２が形成されている。
第１の溝９Ａ１及び第２の溝９Ａ２は、それぞれ同一傾斜方向（始端Ｓから視て反時計方向に螺旋状に巻回されている。）に延びている形成されており、また第１の溝９Ａ１の傾斜角度θ１と第２の溝９Ａ２の傾斜角度θ２とは同じ値である。
また、第１の溝９Ａ１の始端はフライホイル３の開口側端面の手前である。
他の構成は、実施の形態１の磁石式発電機と同じである。

この実施の形態では、実施の形態１と比較して、フライホイル３のボス部７側にも第２の溝９Ａ２を形成したことで、第１の溝９Ａ１及び第２の９Ａ２に充填された樹脂材６の部位により、永久磁石４、保護環５及び樹脂材６がフライホイル３に対して抜け、回転するのをより確実に防止することができる。
また、第１の溝９Ａ１及び第２の溝９Ａ２は、それぞれ同一傾斜方向であるので、旋盤切削加工によるそれぞれの溝９Ａ１及び溝９Ａ２の形成に関して、傾斜角度を変更することなく連続して行なうことができ、作業性が高いという効果もある。
なお、溝の数は３本以上であってもよい。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の磁石式発電機のフライホイル３を示す側断面図である。
この実施の形態の磁石式発電機では、円筒部８の内壁面には、第１の溝９Ｂ１及び第２の溝９Ｂ２が形成されている。
第１の溝９Ｂ１及び第２の溝９Ｂ２は、それぞれ同一傾斜方向（始端Ｓから視て反時計方向に螺旋状に巻回されている。）に延びて形成されており、また第１の溝９Ｂ１の傾斜角度θ１は第２の溝９Ｂ２の傾斜角度θ２よりも小さい。
また、第１の溝９Ｂ１の始端Ｓはフライホイル３の開口側端面の手前である。
他の構成は、実施の形態１の磁石式発電機と同じである。

この実施の形態では、第１の溝９Ｂ１及び第２の溝９Ｂ２は、それぞれの傾斜方向が同じであるが、それぞれの傾斜角度θ，θ２が異なる。
従って、回転子１の回転に伴い、第１の溝９Ｂ１及び第２の９Ｂ２に充填された樹脂材６の部位は、それぞれ主に異なる方向の剪断力に対して抗することができ、実施の形態２の磁石式発電機と比較して、永久磁石４、保護環５及び樹脂材６がフライホイル３に対して抜け、回転するのをより確実に防止することができる。
なお、溝の数は３本以上であってもよい。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４の磁石式発電機のフライホイル３を示す側断面図である。
この実施の形態の磁石式発電機では、円筒部８の内壁面には、傾斜角度がθ１からθ２に小さく変化した溝９Ｃが形成されている。
また、溝９Ｃの始端Ｓはフライホイル３の開口側端面の手前である。
他の構成は、実施の形態１の磁石式発電機と同じである。

この実施の形態では、溝９Ｃは途中で傾斜角度が変化しているので、溝９Ｃに充填された樹脂材６の部位は、途中から主に異なる方向の剪断力に対して抗することができ、傾斜角度が一定の実施の形態１の磁石式発電機と比較して、永久磁石４、保護環５及び樹脂材６がフライホイル３に対して抜け、回転するのをより確実に防止することができる。

なお、上記各実施の形態では、何れも溝９，９Ａ１，９Ａ２，９Ｂ１，９Ｂ２，９Ｃの始端Ｓは、フライホイル３の開口側端面の内側である場合について説明したが、始端Ｓは、開口側端面まで達したものであってもよい。
例えば、溝の内壁面に凹凸を形成することで溝内の樹脂材の抜けに対して対応するようにしてもよいし、また実施の形態４の溝９Ｃの例の場合には、フライホイル３の回転条件によっては、始端Ｓは開口側端面まで達したものでも対応することができる。

また、第１の溝９Ａ１，９Ａ２、第２の溝，９Ｂ１，９Ｂ２は、何れも始端Ｓから視て反時計方向に螺旋状に巻回されていたが、例えば第１の溝９Ａ１，９Ａ２を反時計方向に螺旋状に巻回し、第２の溝，９Ｂ１，９Ｂ２を時計方向に螺旋状に巻回し、それぞれ異なる傾斜方向で形成するようにしてもよい。
この場合、第１の溝９Ａ１，９Ａ２と、第２の溝，９Ｂ１，９Ｂ２とでは、主に異なる方向の剪断力に抗することができ、永久磁石４、保護環５及び樹脂材６のフライホイル３に対する回転、抜けをより確実に防止することができる。
また、第１の溝９Ａ１，９Ａ２及び第２の溝，９Ｂ１，９Ｂ２は、さらにそれぞれの螺旋状の途中で傾斜角度を変化させることで、より強固な回転、抜け対策が可能となる。

１回転子、２固定子、３フライホイル、４永久磁石、５保護環、６樹脂材、７ボス部、８円筒部、９，９Ｃ溝，９Ａ１，９Ｂ１第１の溝、９Ａ２，９Ｂ２第２の溝、１０コア、１１発電コイル。

Claims

回転子と、この回転子の内側に設けられた固定子とを備え、
前記回転子は、円筒部を有する椀状のフライホイルと、このフライホイルの前記円筒部の内周壁面に周方向に配列されて設けられた永久磁石と、隣接した前記永久磁石間、及び永久磁石の軸線方向の両側にそれぞれ充填され、前記フライホイル及び永久磁石を一体に固定した樹脂材とを有し、
前記固定子は、前記永久磁石に対向して設けられたコアと、このコアに導線が巻回された発電コイルとを有し、
前記回転子が回転し、その際に生じる前記永久磁石による交番磁界により前記発電コイルに電力が生じる磁石式発電機において、
前記フライホイルの前記内周壁面には、軸線方向に沿って螺旋状に延びた溝が形成されており、この溝には前記樹脂材が充填されていることを特徴とする磁石式発電機。
前記溝は、前記フライホイルの開口側の始端がフライホイルの開口側端面の内側であることを特徴とする請求項１に記載の磁石式発電機。
前記溝は、複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石式発電機。
各前記溝は、同一傾斜方向で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁石式発電機。
一対の各前記溝は、それぞれ異なる傾斜方向で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁石式発電機。
各前記溝は、それぞれの傾斜角度が同じであることを特徴とする請求項４または５に記載の磁石式発電機。
各前記溝は、それぞれの傾斜角度が異なることを特徴とする請求項４または５に記載の磁石式発電機。
前記溝は、その螺旋状の途中で傾斜角度が変化していることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の磁石式発電機。
前記樹脂材は、ガラス繊維が含有していることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の磁石式発電機。