JPH07322584A - 永久磁石式発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】永久磁石式回転子から固定子に至る交番磁束
を、磁性体の制御盤により高速域でバイパスさせ、磁束
を弱めて過大な発電出力を抑制する。 【構成】永久磁石を用いた回転子２の磁性体の回転軸１
上の摺動自在なスライダ５を介し、中央部に穴のある皿
状の磁性体の制御盤４を取付け、その肉厚の縁部４１の
バネ穴にスプリング４２を取付けるとともに、固定子３
には卷線３３の卷回のない露出部３０を設けてスプリン
グ４２により制御盤４と所定の間隔を保持させる。遠心
力により作動するフライウエイト６は回転軸に固着され
たハウジング６３の外縁近傍に取付け、そのウエイト部
６１が外方に広がるとレバー部６２がスライダ５を介し
て制御盤４を固定子３に近接させて回転子２による交番
磁束を短絡させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転子に永久磁石を使用
して発電させる永久磁石式発電機に関し、特に高速回転
時の過大な発電出力の抑制が行える永久磁石式発電機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】回転磁石型の発電機は銅損が少なく効率
がよいため、車載のバッテリ充電用の発電機などに利用
されるが、エンジンの回転数に応じて発電出力が変動
し、高速回転時では高電圧が出力される。したがって、
低回転時に適切な出力が得られる発電機では、高速回転
時に発生する過大な電圧を抑制して、使用する電気部品
の過負荷を防止している。

【０００３】このような回転磁石式発電機の電圧調整と
して、従来から種々の提案がなされており、例えば実開
昭６０−１６２９７７号、実開平３−１１３９６９号公
報にはそれぞれ永久磁石による磁気回路の磁束密度を可
変して発電出力を制御する発電機が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の実開昭６０−１
６２９７７号公報に示された回転電機は電機子に対応す
る複数の可動ヨークを遠心ガバナの作動により引離し、
磁束を減じて発電出力を減少させているが、可動ヨーク
の移動機構が複雑になるとともに、磁気吸引力に逆らっ
て作動させるため可動機構を堅固にする必要がある。

【０００５】また、実開平３−１１３９６９号公報の磁
石発電機の回転子では、ソレノイドを作動させマグネッ
トと一方のコアとの間隔の変化により発電出力の制御が
行えるが、ソレノイドへの通電を回転数の高低に応じて
制御するための別個の装置を要するという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題を改善しようとす
るものであり、その目的は回転磁石式発電機の高速回転
時の過大電圧の制御に際し、複雑な可動機構や磁気吸引
力に逆らう機構を使用せず、さらに別個の通電制御装置
などを用いずに、過電圧による電気部品やバッテリなど
を保護しようとする永久磁石式発電機を提供しようとす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明によれば、永久磁石を用いた回転子からの交
番磁束により固定子に起電力を生ずる永久磁石式発電機
において、前記の回転子を支持する磁性体の回転軸と、
該回転軸上に摺動自在に挿通されて固定子の側面に近接
し前記の交番磁束を短絡せしめる磁性体からなる制御盤
と、前記の回転子の回転数の上昇に応じて制御盤を固定
子に近接せしめる駆動手段とを備えた永久磁石式発電機
と、前記の駆動手段として回転軸に取付けられたフライ
ウエイトが高速回転時の遠心力により、制御盤が離れる
方向にバイアスしているスプリングを押圧し、固定子に
制御盤を近接させて交番磁束の一部を短絡させる永久磁
石式発電機と、前記の駆動手段として固定子と制御盤と
の間を連結する形状記憶合金の合金バネを、高速回転時
の発電出力の通電により縮小させて制御盤を固定子に近
接させ、これにより鎮交磁束の一部を短絡させる永久磁
石式発電機とが提供される。

【０００８】

【作用】回転軸上に摺動自在に挿通された制御盤を取付
け、該制御盤が固定子に近接したとき、回転子による交
番磁束の一部を短絡させるように構成し、一方、高速回
転時には遠心力により制御盤を固定子方向に押圧するフ
ライウエイトを回転軸に配置するか、または高速回転時
の発電出力が供給されると加熱により縮小する形状記憶
合金の合金バネを制御盤と固定子の間に取付けたので、
回転子が高速域に達するとフライウエイトの作動、また
は合金バネの作動により制御盤が固定子に近接するた
め、回転子による交番磁束の一部が制御盤により短絡さ
れて固定子の巻線からの発電出力が抑制され、高速域に
おける過大出力が抑制される。

【０００９】

【実施例】つぎに本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図１は本発明にかかる永久磁石式発電
機の一実施例を示す断面図、図２はその回転子や固定子
を示す縦断面図である。

【００１０】これらの図面において、１は磁性体の鋼材
からなる回転軸で、その一端に設けられたプーリ１１は
ベルトを介してエンジンの駆動軸に連結されて回転する
もので、回転軸１には例えば図２に示すように六分割に
着磁された永久磁石２１からなる回転子２が取付けら
れ、その着磁は図示のように交互に逆極性に磁化されて
いる。

【００１１】３はケーシング３１に収納された固定子
で、回転子２に対応する複数の磁極３２と巻線３３とを
備え、永久磁石２１を備えた回転子２の回転による磁束
の変化に応じて起電力を生じ、例えば車載のバッテリに
充電用電力を供給するものである。そして、磁極３２に
巻かれた巻線３３は図示のように回転子２に近い所定の
部分は巻回せずにその外側の部分に巻かれており、した
がって巻線のない磁極３２の側面は鉄心の露出部３０が
形成されている。

【００１２】４は中央に穴のある肉厚の皿状の制御盤
で、磁性体の例えば軟鋼材が用いられ、中央の穴には回
転軸１に遊挿されたスライダ５が挿着されて回転軸１上
を軸方向にスライダ５とともに摺動するものであり、制
御盤４の外径は前記の磁極３２の露出部３０に対応する
とともに、その縁部４１の肉厚は露出部３０の半径方向
の寸法に対応するように形成されている。

【００１３】４２は非鉄金属からなる弱いバネ性のスプ
リングで、肉厚の縁部４１の複数箇所に設けられたバネ
穴４３に取付けられて制御盤４と露出部３０との間隔を
所定の距離に保つものであり、スライダ５を回転子の方
向に近接させると、スプリング４２は圧せられて縁部４
１の肉厚の面が露出部３０に密着するように構成されて
いる。なお、４４はリンク機構であり、スライダ５によ
り回転軸１の軸上に遊挿された制御盤４が、回転軸１の
回転によるつれ回りを防止するもので、リンク機構４４
の一方はケーシング３１の内壁に、他方の遊動部４５は
制御盤４の所定位置に取付けられている。

【００１４】６はフライウエイトで、ウエイト部６１と
レバー部６２とが形成されて、回転軸１に固着されたハ
ウジング６３の外周近傍に遠心力に応じて遊動自在に取
付けられている。そして回転軸１の高速回転時の遠心力
によりウエイト部６１が外方に広がると、レバー部６２
がスライダ５の鍔部５１を回転子方向に押圧し、スプリ
ング４２の弾性力に打勝って制御盤４の縁部４１を固定
子３の露出部３０に近接させるように構成されている。

【００１５】つぎにこのように構成された本実施例の作
動について説明する。エンジンが低回転のときは回転軸
１も低回転でハウジング６３に取付けられたフライウエ
イト６に働く遠心力も弱く、したがってフライウエイト
６のレバー部６２がスライダ５を押す力も弱いためスプ
リング４２が圧せられず、制御盤４と磁極３２の露出部
３０との間に所定の距離が保持される。このため回転す
る永久磁石２１からの交番磁束は損失なく固定子３に鎮
交し、その巻線３３から低速でも適切な起電力が得ら
れ、図１に示した整流回路７を介してバッテリなどに供
給される。

【００１６】つぎにエンジンの回転数が上昇して回転子
２が高速域になると、フライウエイト６のウエイト部６
１に働く遠心力が大になり、図３に示すようにウエイト
部６１が外方に移動するとともに、レバー部６２がスラ
イダ５の鍔部５１に当接して磁性体の制御盤４を回転子
側に押圧する。

【００１７】このため、制御盤４の縁部４１と固定子３
の露出部３０との間隔を保持しているスプリング４２が
押され、回転軸１が高速回転になる程、前記の間隔が狭
まることになる。

【００１８】一方、回転軸１の高速回転、すなわち回転
子２の永久磁石２１の高速回転により、固定子３の磁極
３２に通ずる磁束変化が大となるが、この磁束の一部は
磁極３２の露出部３０に近接した制御盤４や回転軸１を
介し、図３の一点鎮線にて示す磁路Ｆのように短絡さ
れ、巻線３３に鎮交する磁束が減じて、高速回転時の過
大な起電力が抑制されることになる。

【００１９】図４は回転子の回転速度と発電出力との関
連の一例を示す曲線図であり、通常は回転速度にほぼ比
例して増大する発電出力が、本実施例では高速域にてフ
ライウエイトや制御盤の作動により出力が抑制される状
態を示したもので、このような制御により電気部品やバ
ッテリなどの保護が行えるものである。

【００２０】図５は本発明の他の実施例を示す断面図
で、前述の図１に示す実施例と同一の部分には同一の符
号を付したものである。

【００２１】図５における４は前述と同様な中央に穴の
ある皿状の制御盤で、磁性体からなるものであり、中央
の穴には回転軸上を摺動自在なスライダ５０が挿着さ
れ、皿状の縁部４１にはバネ穴４３が設けられている。
そしてバネ穴４３の奥には不導体の絶縁板４６が接着さ
れ、該絶縁板４６にはコイル状の合金バネ４０の一端が
固着されるとともに、その一端からはリード線が引出さ
れている。

【００２２】合金バネ４０は例えばＴｉ−Ｎｉ系の形状
記憶合金からなるもので、その記憶形状は層間が密接し
たコイル状で、少なくともバネ穴４３に収納される長さ
に形成されたもので、これに塑性変形を与えて引伸し、
いわゆるマルテンサイト相（Ｍ相）の状態で所定の長さ
となるように形成されている。

【００２３】そして合金バネ４０の他端にはリード線が
取付けられ、固定子３の磁極３２の露出部３０に絶縁材
を介して固着され、この状態では制御盤４は固定子３と
所定の間隔を保っているが、合金バネ４０の弾性力より
強い力で制御盤４を回転子２の方向に押付けると、合金
バネ４０は縮小されてバネ穴４３に入り、制御盤４の縁
部４１が磁極２の露出部３０に当接するように構成され
ている。なお、このような合金バネ４０は制御盤４の複
数のバネ穴４３にそれぞれ取付けられ、合金バネ４０の
両端部からのリード線はそれぞれまとめられ、所定の抵
抗器Ｒなどを介して出力回路に接続されている。

【００２４】つぎにこのように構成された実施例の作動
について説明すると、回転子２が低回転の場合には回転
する永久磁石の交番磁束により発電する固定子２からの
発電出力の一部が抵抗器などを介して合金バネ４０に電
流を通ずるが、電流のジュール熱により加熱される合金
バネ４０の温度が低いため、形状記憶合金はＭ相の状態
のままとなり、このため制御盤４は固定子３の露出部３
０と所定の間隔が保持されて、低回転域の発電力が確保
される。

【００２５】ついで、回転数が上昇して回転子２が高速
域に達すると、固定子３に鎮交する回転子２からの磁束
が増大して発電出力は大となるが、この発電出力の増大
に応じて整流回路７から合金バネ４０に供給される電流
が大となる。このため合金バネ４０の発熱が大となり、
この発熱により低速域ではＭ相であった形状記憶合金が
オーステナイト相（Ａ相）に変態して、記憶された形状
の密接したコイル状の長さに変形し、制御盤４は引付け
られて図６に示すように固定子３の側部に当接すること
になる。したがって回転子２の回転による固定子３への
交番磁束の一部は図示の磁路Ｆを通じて短絡され、固定
子３の巻線３３からの発電出力が抑制されて過大な起電
力による悪影響が防止されることになる。

【００２６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、回転子に
永久磁石を用いた発電機の高速回転時の過大電圧の抑制
に際し、回転軸に挿通されて固定子の側面に近接して回
転子による交番磁束を短絡する制御盤を取付け、回転子
の高速域では遠心力や形状記憶合金を用いた駆動手段に
より制御盤を固定子に近接させて交番磁束を短絡させる
ので、固定子の巻線に達する交番磁束が減じて発電出力
が減じ、高速域における過電圧による電気部品やバッテ
リなどが保護される効果が得られる。

【００２７】また、本発明によれば、制御盤の駆動手段
は磁気吸引力に逆らわないので簡易な機構ですみ、また
形状記憶合金を使用の場合でも特別な通電制御機構など
を使用しないため、コストが低下するとともに、信頼性
が向上するという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる永久磁石式発電機の一実施例を
示す断面図である。

【図２】本実施例の回転子や固定子を示す縦断面図であ
る。

【図３】本実施例の高速回転時の状態を示す断面図であ
る。

【図４】回転子の回転速度と発電出力との関連の一例を
示す曲線図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図６】他の実施例における高速回転時の状態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１…回転軸 ２…回転子 ２１…永久磁石 ３…固定子 ３０…露出部 ３２…磁極 ３３…卷線 ４…制御盤 ４０…合金バネ ４１…縁部 ４２…スプリング ４３…バネ穴 ４４…リンク機構 ４６…絶縁板 ５，５０…スライダ ５１…鍔部 ６…フライウエイト ６１…ウエイト部 ６２…レバー部 ７…整流回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石を用いた回転子からの交番磁束に
   より固定子に起電力を生ずる永久磁石式発電機におい
   て、前記の回転子を支持する磁性体の回転軸と、該回転
   軸上に摺動自在に挿通されて固定子の側面に近接し前記
   の交番磁束を短絡せしめる磁性体からなる制御盤と、前
   記の回転子の回転数の上昇に応じて制御盤を固定子に近
   接せしめる駆動手段とを備えたことを特徴とする永久磁
   石式発電機。
2. 【請求項２】前記の駆動手段は回転軸に取り付けられて
   遠心力により作動するフライウエイトが、スプリングの
   弾性力にて固定子と離反する方向にバイアスされた制御
   盤を、固定子方向に押圧することを特徴とする請求項１
   に記載の永久磁石式発電機。
3. 【請求項３】前記の駆動手段は固定子と制御盤との間を
   連結する形状記憶合金からなる合金バネに、回転子の回
   転に応ずる発電出力を供給することを特徴とする請求項
   １に記載の永久磁石式発電機。
4. 【請求項４】前記の合金バネはその記憶した形状が制御
   盤を固定子に近接させる密接したコイル状になされ、変
   形応力が加えられた形状が制御盤を固定子から離反させ
   るピッチの粗いコイル状に形成されていることを特徴と
   する請求項３に記載の永久磁石式発電機。