JP4246209B2

JP4246209B2 - 磁石発電機

Info

Publication number: JP4246209B2
Application number: JP2006060910A
Authority: JP
Inventors: 光春羽柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: CN101034838A; CN100568679C; TW200735502A; TWI329402B; JP2007244057A

Description

この発明は、周方向に間隔をおいて複数形成されたリラクタを有するフライホイールの回転により、リラクタと対向する信号発電子から発生する信号電圧によりフライホイールの回転の回転が検出される磁石発電機に関するものである。

従来、鍛造加工により形成されたフライホイールの外周に周方向に突条を成形し、突条の所定部分に複数の切り欠きを切削加工により形成して隣接した切り欠きをリラクタとした磁石発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋳造加工により形成されたフライホイールの円筒外周面を切削加工してリラクタを形成した磁石発電機も知られている。

また、フライホイールの円筒部を内側から打ち出し加工して径方向に突出したリラクタを形成した磁石発電機も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３５５９８９号公報（図１）特開２０００−１６６２０２号公報（図１）

従来の磁石発電機のフライホイールでは、リラクタを切削加工する場合、フライホイールの周方向の両側のリラクタの部位ではエンドミルを用い、フライホイールの軸方向のリラクタの部位ではバイトを用いて行っており、リラクタの加工に多くの時間を要してしまうという問題点があった。
また、フライホイールの小型、軽量化による薄肉化の下、フライホイールの円筒部を内側から打ち出し加工した場合、フライホイールの所定の内径寸法精度が得られず、回転子と固定子との間の安定したエアギァップの確保が困難となり、高出力の電流が得られない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決することを課題とするものであって、フライホイールの加工工数が大幅に削減され、また内径寸法精度が高いフライホイールを有する等の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、円筒部、底部及び円筒部の外周面に周方向に間隔をおいて複数形成された突起状のリラクタ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は、鍛造加工により形成されているとともに、前記リラクタの前記周方向の両側の根元部の曲率半径Ｒ１は、前記リラクタの前記底部側の根元部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、また前記フライホイールは、前記底部に換気穴が形成されており、この換気穴は、前記リラクタと同時に形成されている。

この発明による磁石発電機によれば、フライホイールの加工工数が大幅に削減され、また内径寸法精度が高いフライホイールを有する等の効果がある。

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、ボス部７と円筒部５とをつなぐ底部６及び円筒部５の外周面に等分間隔で形成された信号発生用リラクタ２０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。

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１１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）及びボルトの端部に螺着されたナット（図示せず）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。

突起状のリラクタ２０に対向できる位置には、ブラケット（図示せず）に固定された信号発電子２１が設けられている。信号発電子２１は、鉄心と、鉄心に巻装された信号コイルとを備えている。

図３は図１に示したフライホイール３の要部拡大図、図４は図３のフライホイール３を矢印Ｂの方向から視たときの図、図５は図４の側断面図である。
このフライホイール３は、クロムモリブデン鋼で構成され、熱間鍛造で一体形成された後、リラクタ２０は、室温で冷間鍛造により、所定の形状に形成されている。その後、図３の黒塗りで示したリラクタ２０の頂部を旋盤加工により切削することで、リラクタ２０は所定の高さに調整されている。なお、クロムモリブデン鋼は一例であり、例えば構造用炭素鋼であってもよい。
このようにして鍛造により形成されたフライホイール３では、フライホイール３の周方向のリラクタ２０の両側の根元部の曲率半径Ｒ１（周方向傾斜θ１）は、フライホイール３の底部６側のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ２（軸方向傾斜θ２）よりも小さい。
この実施の形態では、曲率半径Ｒ１は、例えば１．５ｍｍであり、曲率半径Ｒ２は、例えば６ｍｍである。

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。
また、フライホイール３の回転に伴い、リラクタ２０が信号発電子２１の鉄心の磁極部に対向する際に、鉄心に生じる磁束変化により信号コイルに信号電圧が誘起され、この信号電圧により回転角度や回転速度が検出される。

図６は、本願発明者が上記曲率半径Ｒ１と信号発電子２１の検出精度との関係を実験により求めたときの特性図である。
この特性図は、リラクタ２０の全高が約１．５ｍｍで、上記曲率半径Ｒ１の値を１．８ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、０．４ｍｍ、０ｍｍとそれぞれ変化させたときの信号発電子２１の信号電圧の変化を示す図である。
曲線ａは曲率半径Ｒ１が１．８ｍｍ、曲線ｂは曲率半径Ｒ１が１．５ｍｍ、曲線ｃは曲率半径Ｒ１が１．０ｍｍ、曲線ｄは曲率半径Ｒ１が０．４ｍｍ、曲線ｅは曲率半径Ｒ１が０ｍｍのときの信号電圧曲線を示している。
また、図６中の下図における符号ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１及びｅ１は、曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに対応した、リラクタ２０の周方向の両側の根元部を示している。

この実験結果から、信号発電子２１の検出精度は、リラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ１の値の影響を受け、根元部の曲率半径Ｒ１が１．５ｍｍのときが最大許容値であり、それよりも大きな値のときには、所望の検出精度が得られないことが分かった。
即ち、信号電圧波形の面積は、リラクタ２０の径方向の投影面積に対応して一定であり、根元部の曲率半径Ｒ１が大きくなるとリラクタ２０の裾野が拡がり、それだけ信号電圧のピークの値が低くなったと考えられる。
当然、信号電圧のピーク値は、リラクタ高さに比例して大きくなるため、生産性（曲率半径Ｒ１，Ｒ２の設定）を優先した場合の検出精度の確保は、リラクタ高さを大きくすることで可能となる。

上記実施の形態による磁石発電機によれば、フライホイール３は鍛造加工で形成されているので、フライホイール３は、高い内径寸法精度が得られ、回転子１と固定子２との間の安定したエアギァップを確保され、出力が向上する。
また、フライホイール３の鍛造加工時に、同時にリラクタ２０も形成され、切削加工してリラクタを形成した従来のものと比較して大幅に加工工数は削減される。
また、フライホイール３は、クロムモリブデン鋼で構成されており、巣穴が生じ易い鋳鉄で構成されたフライホイールと比較して回転剛性が高い。

また、フライホイール３の周方向のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ１は、１．５ｍｍで、フライホイール３の底部６側のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ２は、６ｍｍである。即ち、周方向のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ１は、底部６側のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ２よりも小さい。
フライホイール３を鍛造加工する場合、底部６側のリラクタ２０の根元部では、曲率半径Ｒ２が６ｍｍのときには良好なファイバーフローが得られるので、底部６側のリラクタ２０の根元部での内部欠陥が起こりにくい。なお、良好なファイバーフローを確保できる曲率半径Ｒ２の範囲は３〜６ｍｍである。
また、周方向のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ１は、１．５ｍｍであり、上述したように、リラクタ２０と対向する信号発電子２１は所望の検出精度を得ることができる。
なお、１．５ｍｍの値は、３〜６ｍｍから外れているが、周方向のリラクタ２０の根元部における鍛造加工される際の加圧方向は、底部６側のリラクタ２０の根元部における加圧方向と異なり、曲率半径Ｒが３ｍｍ以下でも、良好なファイバーフローが得られ、根元部での内部欠陥は起こりにくい。

従って、この磁石発電機では、周方向のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ１が底部６側のリラクタ２０の根元部の曲率半径Ｒ２よりも小さいものの、内部欠陥の発生が抑制された状態で所望の検出精度が確保される。

実施の形態２．
図７は実施の形態２のフライホイール３を示す正面図である。
この実施の形態では、フライホイール３の底部６に換気穴２２が形成されている。この換気穴２２は、フライホイール３の鍛造加工時に、リラクタ２０とともに同時に形成されている。
他の構成は実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、換気穴２２は、フライホイール３の鍛造加工時に、リラクタ２０とともに同時に形成され、切削加工により換気穴を形成した従来のものと比較してフライホイール３の加工工数が大幅に削減される。

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に示したフライホイールの要部拡大図である。図３のフライホイールを矢印Ｂの方向から視たときの図である。は図４の側断面図である。本願発明者が曲率半径Ｒ１と信号発電子の検出精度との関係を実験により求めたときの特性図である。実施の形態２の磁石発電機におけるフライホイールの正面図である。

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、２０リラクタ、２１信号発電子、２２換気穴。

Claims

円筒部、底部、及び円筒部の外周面に周方向に間隔をおいて複数形成された突起状のリラクタ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は、鍛造加工により形成されているとともに、前記リラクタの前記周方向の両側の根元部の曲率半径Ｒ１は、前記リラクタの前記底部側の根元部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
また前記フライホイールは、前記底部に換気穴が形成されており、この換気穴は、前記リラクタと同時に形成されていることを特徴とする磁石発電機。
前記リラクタの全高が１．５ｍｍ以上で、前記曲率半径Ｒ１が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。