JPS5872750A - マグネト・フライホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロータと同軸のステータとエアギャップを横
切って協働するように少なくとも一つのアーチ形永久磁
石を備えた非磁性体のロータを含むマグネト・フライホ
イールに関する。

内燃機関のだめの点火パルスをステータと協働して発生
させるだめのマグネト・フライホイールに回転永久磁石
が用いられている。磁石には、エアギャップと関連して
ステータ巻線に必要な電流パルスを与える放射状磁束が
ある。効果的な作動のために、磁石はエアギャップにで
きるだけ近接していなければならないし、かつ空気の循
環、およびステータとフライホイールを相互に同心に得
る製造可能性を念頭におけば、エアギャップは狭くする
のが最適である。

マグネト・フライホイールの永久磁石は、エアギャップ
を区画する円筒面のすぐ近くに凹状または凸状の円筒面
をもって、アーチ形に作られるのが普通である。前者の
場合にフライホイールが内側ステータと協働し、かつ後
者の場合　５− に外側ステータと協働する。フライホイールは、非磁性
体、例えばアルミニューム合金のロータと、ロータの凹
所に嵌め込まれかつこれに固定される永久磁石とを含む
。フライホイールには、点火用ステータと協働する永久
磁石、ならびに発電機として作動するように別のステー
タと協働する永久磁石を設けることができる。

現在使用される永久磁石は、通常いわゆるセラミック磁
石である。これらのセラミック磁石は非常に高度の飽和
が可能であり、このため効果的であるが、セラミック磁
石はまた非常にもろくて、研磨によってしか機械加工を
することができない。フライホイールへの磁石の取付け
は、この過程中磁石が応力にさらされて破壊する危険が
ないように非常に注意して実施しなければならない。

エヤギャップを横切る最大磁束を得るために、ロータの
エアギャップを区画する円筒面の凹所に磁石を固定する
のが好都合であシ、その結果磁極がエアギャップと直接
接触する。しかじな　６− がら、このだめの要件は、ロータと磁石の両方の面を、
取りつけ前にあらかじめ機械加工することであり、この
ことは、エアギャップに対し必要な一様な同心の区画面
を達成するために取りつけ過程中に比較的複雑な手段を
要することを、意味する。しかし々から、実際には、ま
ず、磁石をロータに取りつけ、引き続きエアギャップ区
画面を機械加工してその最終形状と寸法にすることがで
きない。これは、磁石とロータがそれぞれ種々の機械加
工を要求するからである。磁石を研磨によってしか機械
加工できないのに対し、ロータは旋削によってのみ機械
加工することができて有利である。この問題を解決しよ
うとして磁石に強磁性体の極片を設けた。不運にも、強
磁性の旋削チップが極片に付着しかつほとんど除去する
ことができず、このため旋削（または他の切削工具の機
械加工作業）が不可能に々るか、またはきわめて困難に
なるという重大な欠点がある。

本発明の目的は、フライホイール・マグネトの有効性が
著しく影響を受けずにフライホイール・マグネトの製造
を実質的に容易にするような配置にセラミック永久磁石
が設けられた、導入部に述べた種類のマグネト・フライ
ホイールを提供することである。本発明は、またそのよ
うなマグネト・フライホイールの製造方法にも関する。

この目的は、特許請求の範囲に記載された特徴を有する
マグネト・フライホイールおよびその製造方法により達
成される。

このようにして、本発明は、磁石の補完的支持面となる
ように正確に形成された支持面を有する、フライホイー
ル・マグネトロータのブランクを周知の技術に従ってダ
イカストできることを利用する。組立てのためには、磁
石を簡単にかつ正確にそれらの正しい位置に嵌め込みか
つ磁石に機械的作用を加えずに磁石をプラスチック合成
物で型込めすることにより安定化する。

エアギャップに面するロータ区画面の引続く機械加工は
ロータ材料にのみ行われ、かつどんな問題も生じない。

エアギャップと磁石の間のロータ材料の残りの壁を非常
に薄くできることを見出した。々ぜなら、磁石と対向す
る壁が、磁石と壁の間の非常に薄く成形されたプラスチ
ック材料を経て、成形された磁石によシ支持されるから
である。磁石がロータに非常に堅く係留されるが、これ
は内方と外方に向いた両方の磁石に当てはまる。

特に、マグネト・フライホイールが外側のステータによ
り囲まれた、外方に向いた磁石の場合、有利な実施例で
は、磁石の背面に結合された裏当て板を磁石の凹所の壁
に係留することにより磁石をさらに凹所に係留すること
ができる。

かくして、磁石に作用する遠心力が実質的に裏当て板を
経てロータに伝達されるので、エアギャップに向って残
されたロータ材料の薄い壁がどんな大きな応力にもさら
されない。

エアギャップに向って残されたロータ材料の壁が１ミリ
メートルの十分のいくつかの厚さを有することができる
ので、磁束の著しい減衰は起らない。

９− 以下、本発明の実施例を附図により説明する。

第１図および第２図に示したマグネト・フライホイール
は、円筒形環状フランジ２とロータ板３とハブ４とを有
するロータ１を含む。複数のファンブレードがフランジ
の外周に沿って配置されている。図のブレードは放射状
に向けであるが、ロータの円周方向すなわち回転方向に
彎曲させ毬のが有利である。ロータはアルミニューム合
金のダイカストによ多形成するのが適当であシ、そのと
きその前記部品は一体であるか、または第２図に示した
ように例えば鋼製の別個のハブ４を有するようにする。

ロータの軸線Ａ−Ａと同軸の内側円筒面６が、フライホ
イールと、これと協働するステータ（図示省略）との間
のエアギャップの半径方向外側輪かくを形成する。第１
図から分るように、円筒面６は周囲を部分的にしか延び
ておらず、すなわち対称に対向した二つの周部分に沿っ
て延びており、各周部分は約９０°の中心角にわたって
いる。これらの二つの部分の間で、環状７ランジ１０− ２が若干大きい半径の円筒部分により内方を区画され、
これらの円筒部分が、詳細に後述されるように面６の最
終機械加工中軽減面を形成する。ダイカストのロータブ
ランクは、図に一点鎖線で示した機械加工見込しろ１７
を有する。

凹所１１が各円筒面６と整合して配置されている。凹所
の軸方向横断面を第２図に見ることができる。凹所は図
示のロータ端面に向って開放しており、かつ外側壁と共
にロータ軸線Ａ−Ａと同軸の内側円筒壁１２を有する。

凹所にはまた側壁１３．１３が設けられている。

前述したロータブランクは問題の種類の細部について正
規のダイカスト公差で作られ、特に円筒面１２には、ロ
ータ軸線に関して全半径方向公差が±０．１皿内にある
ように注意が払われている。この公差は当技術での慣用
手段を用いて困難なく維持することができる。

第５図に示したセラミック永久磁石７が凹所１１に嵌め
込まれている。この磁石はアーチ形で、半径方向内側円
筒面８が外側円筒面９と同軸である。磁石が二つの端面
１０．１０により区画されている。内側円筒面８が凹所
１１の面１２に対し補完的な半径に研磨されている。磁
石のほぼ平行な端面１０．１０の間の距離は、面１０．
１０に対し平行な凹所１１の端面１３．１３の間の距離
より若干小さい。磁石の両端は、半径方向に向いた磁束
を有するＮ極とＳ極があシ、これらの極は磁石のそれぞ
れの端部で逆にしである。強磁性体の裏当て板１５が磁
石のアーチ形外側面９に連結されている。

それぞれの端部の極の間にはＯにより示した非磁化部分
がある。磁石を、フライホイールの回転方向（第１図の
矢印による）の端面１０が凹所１１の端面１３に係合す
るようにして凹所１１に嵌め込み、このときその円筒面
８が凹所の内側円筒面１２に対し係合するようにする。

第１図から分るように、裏当て板を有する磁石の半径方
向幅は凹所１１の半径方向幅より小さい。裏当て板１５
が磁石８に接合され、これらの両方が、適当な安定化プ
ラスチック材料１６、例えば滑石粉を含有するウレタｙ
　フラスチックまたはエポキシ樹脂を用いて凹所１１の
指示された位置に型込めされる。プラスチック材料が凹
所と、裏当て板を有する磁石との間の空間を充満し、そ
して磁石と凹所の接触面８と１２の間にそれぞれ薄い連
結層を形成する。

円筒接触面１２と、エアギャップを区画する円筒面６と
の間に、最終機械加工後ロータ材料の薄い円筒壁１４が
形成される。この壁は、普通の条件に従って０．２と１
．０ｍｍの間、好ましくは０．３と０．５ｍｍの間にあ
る厚さを有する。

マグネト・フライホイールの実施例を第１図に示してあ
シ、このマグネト・フライホイールには点対称に対向し
た永久磁石があるがただ一つの磁石しか詳細に示してな
い。一方、反対側は、関連した凹所の輪かくに関して一
点鎖線で示しである。しかしながら、フライホイールは
多くの場合ただ一つの永久磁石しかもたず、そのとき点
対称に対向した円筒部分面６および関連した凹所１１が
もちろんないし、そして静的および動的平衡を許すよう
に釣合重りまたは他の１３− 形状のロータにより置きかえられる。

上記の磁石は次のように作用する。

ロータ１のブランクを適当なアルミニューム合金のダイ
カストにより製造する。ブランクは、一般的な実施に従
いハブ部分などに慣用的な機械加工見込しろを有するが
、さもなければあらかじめ仕上げられた面を有する。こ
のことは、特に内側円筒面１２を有する凹所１１に当て
はまり、前記面が±０．１ｍｍの半径方向公差で作られ
ている。

特別な機械加工見込しろ１７が、エアギャップを区画す
る円筒面６のために準備されている。研磨された内側円
筒面８および取りつけられた裏当て板１５を有する、調
整された、磁化された永久磁石７を、面８が凹所の面１
２と係合しかつ一端面１０が凹所の端面１３と係合する
ようにしてそれぞれの凹所１１に嵌め込む。このとき、
これらの保合面が回転方向に磁石の前端にあるようにす
る。面８と１２の間の良好な接触を確保するために、強
磁性体のアーチ形保持体または全リングを機械加工見込
しろ１７の自由面に当てる。そ１４− のとき、それ自体の磁石吸引力により磁石が面１２に押
圧される。この位置で、安定化プラスチック材料を、裏
当て板を有する磁石の周シの空間に型込めする。プラス
チック材料（ウレタンプラスチックまたはエポキシ樹脂
でも良い）を硬化後、磁石７がその明確な最終位置にか
たく係留され、その内側円筒面と極面が、与えられた公
差内でかつその前端面１０を周方向の正確に決められた
位置においてロータ軸心Ａ−Ａと同軸であシ、それによ
り伝送される点火パルスの角度位置が正確に決められる
。磁石の両端面の間の長さが凹所１１の対応する長さ１
２より小さいので、磁石の起こりうる長さの変化に気を
つける。かくして、セラミック磁石を製造する際に避け
られない長さの公差内で、研磨によシ調節する必要もな
く磁石を受は入れることができる。

安定化プラスチック材料が細く走る熱い状態で注入され
、このため磁石の研磨された接触面８と凹所のダイカス
ト接触面１２の間で、磁石が凹所の面１２に直接係合し
ない個所にある、避けられない非常に狭い空間を充填す
る。プラスチック材料が硬化した後、ロータ面６を例え
ば旋削によシ最終的に機械加工する。プラスチック層と
磁石支持面８０安定化作用によシ、ロータ材料を、１ミ
リメートルの約十分のいくつかの厚さをもった薄い壁だ
けが残るほど凹所１１に近接して機械加工することがで
きる。この厚さは通常０．３とＯ，’５ｍｍの間にある
が、この間隔を越えても良いしまだはこの間隔以下に下
っても良く、かくして適当な場合には０．２と１．０ｍ
ｍの間で変化することができる。

第３図と第４図は本発明によるフライホイールの別の実
施例を示す。この場合にもフライホイールの主要部分は
、円筒形環状フランジ２１とロータ板２２とハブ部分２
３を含むロータからなる。

ロータには、第２図の放射状延長部を有する複数のファ
ンブレード２４が設けられているが、これらのブレード
をフライホイールの回転方向に彎曲させることもできる
。この場合に、フランジ２１には、各突起が永久磁石２
７を含む二つの対称に対向する突起２５が形成されてい
て、磁石の通路に点火パルスを発生させるために巻線を
有する外側の同軸のロータ（図示省略）と協働するよう
になっている。突起部分２５は、ロータとステータの間
のエアギャップに対し円筒面２６により半径方向外方を
区画されている。磁石２７には、突起２５にある凹所３
１の半径方向外方の円筒面３２と接触する、外側の研磨
された円筒面２８がある。

先の場合のように、との凹所はロータの図示の端面の方
で開放し、かつその細工つの端面３３，３３とアーチ形
内側面により区画されている。凹所３１が、薄い壁３４
によシェアギャップを区画する円筒面２６から分離され
ている。裏当て板３５が磁石の内側アーチ形面２９に取
りつけられている。

前述した実施例のように、磁石の端面３０．３０の間の
距離が凹所３１の端面３３，３３の間の距離よシ小さい
。磁石２７を、その端面３０が凹所の端面３３に係合し
た状態で凹所３１に配置し、このとき面３０が（第３図
に矢印で示した）回転方向で磁石の前端にある。

前述した実施例の場合のように、凹所３１の半径１７一 方向幅が裏当て板３５を有する磁石の半径方向幅よシ大
きいので、裏当て板と凹所の半径方向内側円筒面の間に
わたって残された空間がある。

その磁石の性質および残シの遂行については、永久磁石
２７が第５図の磁石に対応する。先の実施例の場合のよ
うに、永久磁石２７を、適当な硬化プラスチック材料１
６を用いて凹所３１に型込めする。しかしながら、第３
図による磁石２７の裏当て板３５が凹所３１の端面３３
に突出していることが注目されよう。この遂行によシ磁
石が凹所のその位置に安定化される。というのは、磁石
が、ロータと噛み合う裏当て板に接着されるからである
。フライホイールが回転すると、磁石に作用する遠心力
が大部分裏当て板を経てロータの突起２５に伝達され、
このため薄い壁３５が磁石からの著しい遠心力にさらさ
れない。

ただ一つの永久磁石２７のみを第３図に詳細に示しであ
るが、対称に対向した磁石は関連しだ凹所３１の点線の
輪かくによシ示しである。特定の場合に、ロータに一つ
の磁石だけを設け、そ１８− のとき第３図に示した対称に対向した磁石がなく、その
磁石が釣合型シによシまたはロータの形成を適当に適合
させることにより置きかえられる。

第３図から分るように、複数の永久磁石４１が、ステー
タ（図示省略）に対しエアギャップを区画する、内側円
筒面４０の周りにリングをなして配置されている。ステ
ータと協働して、これらの磁石が発電機電流を与えるだ
めの発電機を形成する。

磁石４１が第５図の磁石７と同じように形成されている
。従って、磁石４１には、円筒面４５に係合するだめの
内側の、研磨された円筒面４２があり、この円筒面は、
ロータ２０に環状スロット４４の半径方向内側の連続し
た円筒面を構成する。このスロットは、薄い壁４６によ
り、エアギャップを区画する円筒面４０から分離されて
いる。かくして、環状スロットは、上記の凹所の実施例
において磁石の凹所の連続した延長部を構成する。

それらの外側のアーチ形面４３に沿って、磁石４１が環
状の共通の裏当て板４７に連結されている。

この裏当て板が溝４４の半径方向外側壁と係合する。磁
石は、上記の種類のプラスチック材料１６で型込めされ
ることによりそれらの位置に安定化されている。

第３図と第４図によるマグネト・フライホイールは、第
１図および第２図と関連して述べたと同様な仕方で製造
する。そのためにロータ２０を、外側ステータに対しエ
アギャップを区画する外側円筒面１６、および内側ステ
ータに対しエアギャップを区画する内側円筒面４０に機
械加工見込しろ１７をつけてダイカストする。点火パル
スを発生させるだめの永久磁石２７を、凹所３１のそれ
ぞれの面３２および３０との接触によりその正確な半径
方向および周方向位置に上記と正確に同じ仕方で配置す
る。ダイカスト中に、裏当て板３５を、ロータ部分２５
に設けられたスロットにあらかじめ差し込む。発電機磁
石４１を組立てるには、強磁性リングを内側機械加工見
込しろ１７の自由面に対し装着することにより、磁石を
、環状スロットの円筒面４５に吸引する。

【図面の簡単な説明】

第１図は点火パルスを発生させるための内側ステータと
協働可能な、本発明によるマグネト・フライホイールの
端面図、第２図は第１図の線■−Ｈに沿って切断した部
分断面図、第３図は点火パルスを発生させるだめの外側
ステータおよび電流を発生させるだめの内側ステータと
協働可能な、本発明によるフライホイールの端面図、第
４図は第３図の線■−■に沿って切断した部分断面図、
第５図は裏当て板が連結された、第１図のフライホイー
ルの永久磁石の端面図である。 １・・・ロータ　　　　　　１，２０・・・ロータの凹
所７、２７．１１・・・アーチ形永久磁石１２、３２．
４５・・・円筒状支持面 １４．３４，４４…ロータ材料の薄い壁２１− 〜・２ −２ ５〜．５

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータと同軸のステータとエアギャップを横切っ
   て協働するように少々くとも一つのアーチ形永久磁石を
   備えた非磁性体のダイカストのロータを有し、磁石の円
   筒面がロータ軸心と同軸のロータの円筒状支持面に係合
   するようになっているマグネト・フライホイールにおい
   て、円筒状支持面（１２，３２，４５）が、永久磁石（
   ７，２７，１１）を収容するロータぐ１．２０）め′！
   凹所（１１，３１，４４）に形成され、磁石をエアギャ
   ップから分離するロータ材料の薄い壁（１４，３４，４
   ６）があることを特徴とするマグネト・フライホイール
   。
2. （２）磁石（７，４１）が、エアギャップの半径方向外
   側に配置されたロータ（１，２０）の凹所（１１，４４
   ）に収容され、このとき裏当て板（１５，４７）が磁石
   の外側アーチ形面（９，４３）に係合している、特許請
   求の範囲第１項記載のマグネト・フライホイール。
3. （３）磁石（２７）が、エアギャップの半径方向内方に
   配置されたロータ（２０）の凹所（３１）に収容され、
   このとき裏当て板（３５）が磁石の内側アーチ形面と係
   合している、特許請求の範囲第１項記載のマグネト・フ
   ライホイール。
4. （４）裏当て板（３５）が周方向に凹所（３１）の端面
   （３３）に突出している、特許請求の範囲第３項記載の
   マグネト・フライホイール。
5. （５）磁石（７，２７）がロータ、　（１，２０）の周
   方向で凹所（１１，３１）と係合する、特許請求の範囲
   第２項または第３項記載のマグネト・フライホイール。
6. （６）複数の永久磁石（４）がロータ（２０）の環状ス
   ロツ）　（４４）に配置され、裏当て板が、磁石の外側
   アーチ形面（４３）と係合するリングを特徴する特許請
   求の範囲第２項記載のマグネト・フライホイール。
7. （７）磁石とロータの周囲壁の間の自由空間が安定化プ
   ラスチック材料（１６）で満たされている、特許請求の
   範囲第１項から第６項までのうちのいずれか一つに記載
   のマ少ネト・フライホイール。
8. （８）ロータがアルミニーム合金からなる、特許請求の
   範囲第１項記載のマグネト・フライホイール。
9. （９）ロータ材料の薄い壁（１４，３４，４６）が０．
   ２−１．０ｍｍの厚さ、好ましくは０．３−０．５ｍｍ
   の厚さを有する、特許請求の範囲第１項記載のマグネト
   ・フライホイール。
10. （１０）少なくとも一つのアーチ形永久磁石を備えたロ
    ータを有し、アーチ形永久磁石が円筒面で、ロータ軸心
    と同軸のロータの円筒面に係合し、ロータと、これと協
    働するステータの間のエアギャップから永久磁石を分離
    するロータ材料の薄い壁があるマグネト・フライホイー
    ルの製造方法において、磁石（７，２７，４１）に係合
    するだめの円筒面（１２，３２，４５）により区画され
    た少々くとも一つの凹所（１１，１３，４４）を有しか
    つエアギャップを区画するロータ面（６，２６，４０）
    に機械加工見込しろ（１７）を有するロータブランクを
    ダイカストにより製造し、磁石の円筒面（８，２８，４
    ２）をロータ（１，２０）の円筒面（１２，３２，４５
    ）に当てて磁石を凹所に嵌め込み、裏当て板（１５，３
    ５，４７）をエアギャップと反対側の磁石のアーチ形面
    （９，２４，４３）に当てて凹所に挿入し、凹所の残シ
    の空間を安定化プラスチック材料（１６）で充填し、そ
    してエアギャップを区画するロータ面の機械加工見込し
    ろ（１７）を機械加工して除去することにより、ロータ
    材料の薄い壁（１４，３４，４６）が磁石とギャップの
    間に残るようにした工程からなることを特徴とする、マ
    グネト・フライホイールの機械加工方法。
11. （１１）磁石を嵌め込むときに磁性体のアーチ形保持体
    を機械加工見込しろの自由面に当てて配置することによ
    シ、磁石をロータの円筒面（１２，３２，４５）に引き
    つけるようにした、特許請求の範囲第１０項記載の方法
    。
12. （１２）凹所に嵌め込んだときに磁石（７，２７，４１
    ）を裏当て板（１５，３５，４７）に接合する、特許請
    求の範囲第１０項記載の方法。