JP5422019B2 - 磁石式発電機 - Google Patents

Description

この発明はオートバイ、バギー、雪上車、船外機などのエンジンに装着される磁石式発電機に関するものである。

最近の磁石式発電機が装着されるエンジンは、市場での品質向上を目的に長寿命化が要求されている。
特に磁石式発電機の回転子は、クランクシャフトに装着されてクランクシャフトとともに常に回転しているため、破壊するとエンジンの機能が低下するだけでなく、破壊した部品が飛散すると操縦者に危険がおよぶ可能性があるため、長時間の使用においても破壊しないように配慮する必要がある。
磁石式発電機の回転子は、磁束を発生する磁石と、その磁石を収納する鉄系材料のフライホイルとで構成されるが、磁石は割れやすいため、一般的に磁石の保護と固定を目的に鉄系材料の環状部品を追加して構成されている。
しかし環状部品だけでは磁石を完全に固定することができず、エンジンの振動を受けると磁石が割れる可能性があるため、接着剤を併用して磁石を固定することが一般的である。

接着剤で磁石を固定する場合は、接着剤を均一に塗らないと安定した接着強度が確保できず、また接着剤を硬化させるために加熱硬化であれば加熱装置が必要となり、常温硬化であれば長い硬化時間が必要となる。
その改善策として例えば、特許文献１では接着剤を使用せずフライホイルと磁石と環状部品は、熱可塑性樹脂で一体成形されている。
また環状部品の製造が容易かつ安価で、組み立て作業を容易にするため、板材を屈曲させて構成するようになっている。
板材を屈曲させた環状部品で磁石の位置を仮固定してから熱可塑性樹脂で一体成形する構成は、組み立て作業が容易なだけでなく磁石を同じ条件で完全に固定することができる。

実開昭６２−１１９１７９号公報

しかしながら、特許文献１に示される構成は、確かに磁石を確実に固定できるため信頼性を高めることが可能となるが、環状部品は磁気特性の低下を防止するためにＳＵＳなどの高価な非磁性材を使用する必要がある。
また、板材を屈曲させた環状部品に磁石を仮固定する形状を形成するためには、生産性を考慮すると順送プレスの金型が必要である。
また、熱可塑性樹脂を成形するためには射出成形の金型が必要となる。更には熱可塑性樹脂は磁石の周囲だけでなく、フライホイルと環状部品のすきまを埋めることになるため、重量が増えてしまうという問題があった。
この発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、磁石を確実に固定することで信頼性を高めつつ、部品点数を削減して組み立て工程を簡略化し、コスト低減を図ることができる磁石式発電機を提供することを目的とする。

この発明は、椀状のフライホイルの内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石を配置した回転子と、これら磁石に対向して、コイルを巻回した複数のコアを設けた固定子を備えた磁石式発電機において、前記磁石は、ボンド磁石を前記フライホイルと一体に成形して構成されると共に、前記ボンド磁石は、その先端にフィン部を有し、前記フライホイルの回転により、前記固定子のコイルを冷却する。

この発明の磁石式発電機によると、磁石にボンド磁石を使用するので、磁石の形状を形成する成形工程でフライホイルと一体にすることができる。
このようにすると、磁石を仮固定するための環状部品やその後磁石を固定する接着剤や成形樹脂を必要としない。
その結果、部品点数が削減でき組み立て工程も簡略化できるため、コスト低減を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る磁石式発電機を示す部分断面図である。 実施の形態１における回転子の下面図である。 実施の形態１における回転子の部分展開図である。 この発明の実施の形態２に係る磁石式発電機の回転子の下面図である。 実施の形態２における回転子の部分展開図である。 この発明の実施の形態３に係る磁石式発電機の回転子の下面図である。 この発明の実施の形態４に係る磁石式発電機を示す回転子の下面図である。 実施の形態４における回転子の部分断面図である。 実施の形態４における回転子の部分断面図である。 この発明の実施の形態５に係る磁石式発電機の回転子の下面図である。 実施の形態５に係る回転子の他の例を示す下面図である。

実施の形態１．
図１〜図３はこの発明の実施の形態１に係る磁石式発電機の構造を示すもので、図１は磁石式発電機の部分断面図、図２は回転子の下面図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う部分展開図である。
図１において、この発明に係る磁石式発電機は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）に締結される回転子１０と、エンジン側に固定される固定子２０で構成されている。
回転子１０は、鉄系材料で製作された椀状のフライホイル１１と、磁極を形成し磁束を発生する磁石１２を有している。
固定子２０は、薄板を積層したコア２１と、コア２１の表面を覆った絶縁部材２２と、その表面に巻線されたコイル２３で構成される。
回転子１０が回転することにより固定子鉄心２１に巻回された固定子側コイル２３に電流が発生する。
固定子側コイル２３に発生した電流は、図示しないリードワイヤおよびコネクタによりエンジン側の電流制御装置に接続され、バッテリーを充電する。

回転子１０は、磁極を形成し磁束を発生する磁石１２として、フライホイル１１のフランジ部の内周面に、固定子２０のコア２１と対向するように所定の間隔で複数のボンド磁石が配置されている。
フライホイル１１はエンジンの慣性モーメントを確保するための機能を有し、回転軸に対して略円形であり、エンジンの回転を伝える図示していないクランクシャフトに装着するためのボス部を有している。

回転子１０に装着された磁石１２（以下ボンド磁石１２という）は、磁石粉末をバインダー（結着剤）で固化成形した複合永久磁石の総称で、フィラーに相当する磁石粉末の含有比率が他の複合材料に比べて大きいことが特徴である。ボンド磁石は、バインダーを含んでいるため、寸法精度や形状自由度が高く、機械的特性に優れる上、金型で成形できるため大量生産が容易であるなどの特徴がある。

ボンド磁石１２は、金型内にフライホイル１１を配置し射出成形することで、フライホイル１１と一体化されている。
フライホイル１１のフランジ部内面にはフライホイル１１の凸部１１ａまたは凹部１１ｂの少なくともいずれかがあり、その部分にもボンド磁石１２が入り込んでいる。
フライホイル１１の凸部１１ａまたは凹部１１ｂに入り込んだボンド磁石１２は、アンカー効果により、抜け止めおよび回り止めの機能を有しているため、フライホイル１１に確実に固定されている。

以上のようにこの実施の形態１の磁石式発電機によれば、椀状のフライホイル１１の内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石１２を配置した回転子１０と、これらの磁石に対向して、コイル２３を巻回した複数のコア２１を設けた固定子２０を備えた磁石式発電機において、前記磁石１２はボンド磁石を前記フライホイル１１と一体に成形して構成されている。
このように構成したことにより、フライホイル１１に対するボンド磁石１２の位置はボンド磁石１２の射出成形型で決めることができるため、従来必要であった磁石を仮固定する部材や磁石を接着固定する部材が不要となり、コスト低減を図ることが可能となる。
また、ボンド磁石１２は射出成形によりフライホイル１１に固定されるため、接着剤や他の樹脂部品も不要となる。

実施の形態２．
図４，図５はこの発明の実施の形態２に係る磁石式発電機の回転子を示すもので、図４は回転子の下面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う部分展開図である。
実施の形態２では、複数のボンド磁石１２は、フライホイル１１の底部側に形成された連結部１２ａで互いに連結されるように成形されている。
このように連結部１２ａで複数のボンド磁石１２を連結することで、ボンド磁石１２の射出成形時にボンド磁石を注入するゲート部１２ｂの数を削減することができる。

図４では１２極の磁極を構成する１２個のボンド磁石１２に対して、ゲート部が１２ヶ所必要となるところ、ゲート部１２ｂを２ヶ所に削減した例を示している。
このようにゲート部を削減すると金型構造が簡単になるだけでなく、射出成形機のノズルからゲート部までを接続する図示しないランナー部も削減できるため、材料ロスについても低減することができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る磁石式発電機の回転子を示す下面図である。
実施の形態３では、ボンド磁石１２は、その先端をフィン状に成形されたフィン部１２ｃを有している。
ボンド磁石１２をこのように成型すると、フライホイル１１が回転することで、フィン部１２ｃによりフライホイル１１の内側に空気の流れを発生させ、フライホイル１１およびボンド磁石１２と、固定子２０のコア２１に巻線した発熱部であるコイル２３を冷却することができる。
コイル２３の温度を下げることで、コイル２３は耐熱スペックに対する余裕が大きくなるため、磁石式発電機の長寿命化に貢献することができる

実施の形態４．
図７〜図９はこの発明の実施の形態４に係る磁石式発電機の回転子を示すもので、図７は回転子の下面図、図８は図７のＡ−Ｏ線に沿う部分断面図、図９は図７のＢ−Ｏ線に沿う部分断面図である。
実施の形態４では、フライホイル１１の底部を貫通する換気用穴１１ｃを設けている。
このようにフライホイル１１に換気用穴１１ｃを設けることで、フィン部１２ｃを有するボンド磁石１２で発生させたフライホイル１１内の空気の流れを効率的に換気することができる。
なお、フライホイル１１の換気用穴は、効率的に喚起することができる位置であれば良く、例えばフライホイル１１のフランジ部に設けた換気用穴１１ｄであっても良い。

実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５に係る磁石式発電機の回転子を示す下面図である。
実施の形態５では、固定子２０と対向する側のボンド磁石１２の両側端に傾斜部１２ｄを形成したものである。
磁石式発電機では、回転子１０が固定子２０の磁極の付近を通過する際にトルク損失を発生するが、回転子側の磁極であるボンド磁石１２の両側端に傾斜部１２ｄを設けることでトルク損失を低減することができる。
このようにボンド磁石１２では、固定子２０と対向する部分の形状を自由に構成できるため、トルク損失を考慮しながら発電性能を設定することが可能となる。

なお、図１０では、ボンド磁石１２の両側端に傾斜部１２ｄを設けたが、トルク損失の低減効果を得ることができれば良く、例えば、図１１のようにボンド磁石１２の傾斜部の形状は直線的な傾斜ではなく、弧状の傾斜部１２ｅであっても良い。

実施の形態６．
また、図示はしないが、一般にボンド磁石１２はＮｄＦｅＢ磁石などが使用されるため単体の状態では錆が発生する可能性がある。
フライホイル１１は鉄系材料で構成されているため、通常はメッキまたは塗装し錆発生の対策を実施している。
ボンド磁石１２を使用することで、フライホイル１１とボンド磁石１２は一体で構成されるため、一体になった後にメッキまたは塗装を実施することができる。
このようにすれば、個々の部品でメッキまたは塗装を実施する必要がなく、加工工程を簡略化することができるため、コスト低減を図ることが可能となる。

実施の形態７．
また、図示はしないが、ボンド磁石１２は熱可塑性樹脂などで一体成形しないため、磁石式発電機の回転子の状態では外部に露出していることになり、水分が付着する可能性がある。
ボンド磁石１２のバインダーである樹脂はナイロン系樹脂が一般的であるが、樹脂の加水分解による劣化を考慮し、バインダーにＰＰＳ樹脂を使用することで、水分が付着する可能性がある環境においても樹脂の劣化は少なく磁石形状を安定して維持できるため、磁石式発電機の長寿命化に貢献することができる。
なお，この発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。

１０ 回転子
１１ フライホイル
１１ａ 凸部
１１ｂ 凹部
１１ｃ 換気用穴
１１ｄ 換気用穴

Claims (6)

1. 椀状のフライホイルの内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石を配置した回転子と、これら磁石に対向して、コイルを巻回した複数のコアを設けた固定子を備えた磁石式発電機において、
   前記磁石は、ボンド磁石を前記フライホイルと一体に成形して構成されると共に、
   前記ボンド磁石は、その先端にフィン部を有し、前記フライホイルの回転により、前記固定子のコイルを冷却することを特徴とする磁石式発電機。
2. 前記ボンド磁石は、フライホイルの底部側に形成された連結部で互いに連結されるように成形されていることを特徴とする請求項１記載の磁石式発電機。
3. 前記フライホイルは、その内側の空気を換気する換気用穴を有することを特徴とする請求項１または２記載の磁石式発電機。
4. 前記ボンド磁石は、その両側端に傾斜部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の磁石式発電機。
5. 前記ボンド磁石は、前記フライホイルと同時にメッキされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の磁石式発電機。
6. 前記ボンド磁石は、バインダーとしてＰＰＳ樹脂を用いられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の磁石式発電機。