JPS6013383B2 - 永久磁石式回転電機の磁石固定構造及び磁石固定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は永久磁石式回転電機の磁石固定構造及び磁石固
定方法に係り、例えば自動二輪車用の外転形磁石発電機
の回転子における磁石固定に用いて好適な磁石固定構造
及び固定方法に関するものである。

従来の外転形磁石発電機の回転子は、例えば、特関昭５
２−１５６３１３号公報に開示されているようにカップ
状の滋鉄（フライホイール）内周部に永久磁石及び磁極
板をねじ止により、あるいは接着剤を用いて固定してい
るが、加工工数が多かったり、製造工程時間が長い等の
問題があった。

また、この種発電機は、高速回転、大きな角加速度、温
度変化大等の苛酷な条件下での使用に耐える必要があり
、大きな固着強度が要求される。特に永久磁石の割れ、
欠損等に伴なう飛散防止が必要で、箱形カバーで覆う等
の方法がとられているが、生産コストが高くなる。小型
のマグネットモータにおける磁石固定においても上記の
ような問題があった。

本発明の目的は、機械的及び熱的に安定でしかもねじ接
着剤を使用しないようにした永久磁石式回転電機の永久
磁石固定構造及び固定方法を提供することにある。

本発明の特徴は、継鉄の筒部内周に環状の溝を設け、複
数の永久磁石の間にこれらの間隙より若干中の狭い略角
柱状の金属製結合部村を配置し、袷間加圧によって間隙
及び前記環状溝中に塑性流動させ、結合部材の緊迫力に
よって永久磁石を継鉄に固定し、結合部材のもつ繋断力
により結合固定力を保持するようにした点にある。

以下、本発明をフライホイールマグネトに応用した実施
例を説明する。

まず、第１、第２図において１はエンジンの駆動軸、２
はその軸の先端のテーパ部、３はボスであって筒部４と
フライホイール取付部５を有している。

筒部４は上記テーパ部２に鉄合しておりトフラィホィー
ル取付部５は筒部４と一体に冷間鍛造等により構成され
ている。６は上記駆動軸もの端部に螺合し座金７を介し
て上記筒部４をテーパ部２に圧着するナットである。

９は鋼板から成形されたフライホイール継鉄で、筒部９
１と底部９２を有する略カップ状で、その内側に、複数
個の永久磁石１１と同数の磁極片】２が後述する方法で
固定されており、永久磁石１１と磁極片竃２は上記駆動
軸１を中心とする同一円周上に交互に配談されている。

磁極片１２の内接面は発電コイル１３を巻回した固定鉄
心１４と空隙を介して対向する。１６は着火用断続器で
、基板１７に横立固定した軸１８に挿入された腕１９が
、筒部４の一部外周に形成されたカム１５によって駆動
されるものであり、エンジンケースに固定された発電機
基板２川こ固定鉄心１４と共にねじ固定される。

ポス３のフライホイール取付部５の外周とフライホイー
ル総鉄９の底部９２の内周には各々溝５ａ，９２ａが形
成されている。また、フライホイール縦鉄９の筒部９１
の内周でかつ開口端に近い位置に環状の溝２８が設けら
れている。このボス３とフライホイール継鉄９を、設計
で定めた位置に金型で合わせ敏鋼線材等の金属材料をリ
ング状に成形した結合部材２５をボスの外周とフライホ
イール継鉄の底部内周間に挿入し、金型で冷間加圧して
結合部材２４を前記溝内に塑性流動させ連結を計る。

続いて、フライホイール継鉄の筒部９１の内周に複数の
永久磁石１１と、磁性材料からなる磁極板１２及び非磁
性材料からなる当板２６、及び第３図に示すような別の
非磁性金属材料例えばアルミを略角柱状に成形した結合
部材２６を交互に配置し、挿入する。

磁極板１２は磁石発電機の出力波形を所望のものにする
目的を有し、用途によっては省略してもよい。磁極板１
２は端面１２ｂが面取りされている。また、結合部材２
５は、相となり合う永久磁石の間隙より若干幅が狭く高
さは永久磁石とほぼ同等である。

中は永久磁石と同等か若干大きく加圧挿入時永久磁石１
１と磁極板１２ｂに均等に圧力がかかるように末広がり
部２５ｂの形状が定められている。磁極板１２を省略す
る場合には、その分の末広がり部が不要であることは言
うまでもない。金型で加圧して結合部材２５を塑性流動
させその結果生ずる雛断力と緊迫力によって永久磁石１
１をフライホイール継鉄の筒部９１内周に押つけ固定す
ると同時に、磁極板先端１２ｂと結合部材先端２５ｂが
密着する如く結合部材２５を塑性変形させる。

更には圧縮されないで残った結合部材先端２５ｂを磁極
板に覆せる如く変形させることにより、磁極板１２は内
側への飛出しや外れは起きない構造となっている。（第
４、第５図）更にその状態で、フライホイール継鉄の筒
部９１の一部９１ａ及び磁極板１２の一部１２ｃを数ケ
所コーキングし、同時に結合部材の上端２５ｃを当板に
覆いかぶせるように加圧変形して当板２６を押える。当
板２６は、永久磁石の割れ、破損防止及び割れた時の飛
散防止用であるが用途によっては省略してもよい。

フライホイール継鉄９の筒部９１の内周に形成する環状
の溝２８は、第６図に示すように、永久磁石１１の外側
端面１１０よりの長さＬ＝２〜５柵、溝幅Ｌ２＝３〜５
肋程度になるようにして形成するのがよい。

これは溝に流入した結合部材の数断力により結合部村の
弾性変形が阻止されるため結合部材を加圧した状態の応
力が、そのまま保持され、このためにはできるだけ結合
部材の端面に近い位置が効果的であるからである。また
、溝の深さそは０．３〜０．５側程度が望ましい。

溝の肩部の懐斜角のま１５０〜４５ｏ程度がよい。一方
、結合部材２５はテーパ部２５ａと末広がり部２５ｂと
を有する。テーパ部２５ａは相隣り合う２個の永久磁石
１１の間隙Ｔｏと同等ないしは若干狭い幅Ｔを有する。
末広がり部２５ｂは永久磁石１１のエッジ部分１１ｂの
曲率にほぼ一致する曲率を有する部分とその延長部とか
らなり、該延長部は磁極板先端１２′に密着するよう断
面が略三角となっている。一例として結合部材２５と永
久磁石間には、加圧前の状態で円周方向に０．２〜０．
３側程度のギャップ（『Ｔ。−Ｔ）をもたせる。結合部
材２５は、例えば押出し加工の後切断して形成すればよ
い。

結合工程に於ては、まず第８図に示すように、結合部材
２５を、フライホイール雛鉄９の筒部９１、底部９２永
久磁石１１及び磁極板の間の空隙部１１０‘こ挿入する
。

次に第９及び１０図に示すように、全体を金型３０と３
１で包囲し、さらに第１３図に示すように空隙部中Ｔｏ
より中の小さい先端中ｔの先端面３３を有する金製３２
の加圧部３４で結合部村２５を冷間で加圧し、塑性変形
により結合部材を空隙に流入させる。

加圧力は、結合部材がアルミ合金の場合は５０〜７０Ｘ
９／側２程度である。金型３２には第１１、第１２図に
示すように、結合部材の位置に対応する凸部３４が形成
されている。第８図に示す状態で結合部材２５は金型３
０，３２に対応する上端、内側面部を除きフライホイー
ル継鉄９の筒部、底部、永久磁石１１で包囲されており
、かつ高さの差△日はごく小さい。

従って加圧直前の状態堂‘ま結合部材の全体がフライホ
イール継鉄９、永久磁石１１及び金型で包囲されている
といえる。このため第１１図に示す如く、冷間加圧時給
合部材が空隙部外へ逃げる量は少ない。金型３２の凸部
３４は平坦であり、加圧時結合部材２５は均一に加圧さ
れ、その結果第１３図に示すようにも均一な応力。

，換言すると静水圧的応力により永久磁石１１を押す。
従って、加圧時、永久磁石が割れる恐れはない。第１１
図に示すように、金型３２の加圧突部側面３５は先端面
３４に垂直な方向（挿入方向）に対して８だけ傾斜して
いる。

８は６ｏ〜ｌｙ程度が望ましい。

これは０が小さいと、結合後、金型３２が抜けにくくな
るためである、又、０が大きすぎると金型の挿入方向と
逆方向にすなわち、フライホイール総鉄、永久磁石及び
金型で包囲された空間部外へ結合部材が流出しやすくな
り、又挿入深さを深くできず、結合部材に大きな内部応
力を発生させることができず、従って大きな結合力が得
にくくなる。続いてフライホイール継鉄９と磁極板１２
の一部を別の型にてコーキングし、同時に結合部材の先
端部を加圧変形させて当板２６の固定を図る。

コーキングの数が増すほど固定力は大きくなる。必要な
ら、連続的に設けてもよい。逆に、大きな固定力が不要
の場合には、コーキングを省略してもよい。第１４〜１
６図は結合の完了した状態を示す図である。

まず第１４図に於て、結合部村２５の内側には緊迫力が
作用し、永久磁石１１、磁極板１２、フライホイール継
鉄９、当板２７を一定の応力６２で強固に押広げている
。ここで図のような構成を維持するためには、永久磁石
１ １、磁極板１２、フライホイール継鉄９ならびに当
板２７の被結合物体材料が、結合部材２５の材料より硬
いこと及びヤング率の大きいことが条件となる。なぜな
らば結合部材２５が金型３２で冷間加圧され、塑性流動
する間、永久磁石１１とフライホイール継鉄、磁極板及
び当板２６，２７は変形することなく（多少の歪はある
が）、充分に堅固でなくてはならないからである。言葉
を変えれば、結合部材２５は永久磁石１ １、磁極板１
２、フライホイール継鉄９及び当板２６，２７より変形
抵抗の小さい材料であることが条件となる。本実施例で
は永久磁石を固定するため結合部材として非磁性部材を
用いることが条件となり、アルミ、銅、黄鋼等が使用さ
れる。次に第１５図に示すように、結合部材２５の一部
が溝２８内に流入するため所定値以下の鯛断力Ｑの作用
下では結合部材が外方へ飛び出すことがない。

結合部材２５は、フライホイール継鉄、永久滋石及び金
型により完全に包囲された状態で加圧されるため濃２８
内に完全に流入し、大きな鱗断力が得られる。

しかも溝２８内に流入した部分がそれより内側、すなわ
ち当板２７側にある結合部材に貯えられた内部応力の解
放を阻止する働きを有する。従って永久磁石１１間に作
用する緊迫力を維持し、ゆるみ止めの手段を設ける必要
がない。同一条件下で、溝を設けた場合、設けない場合
に比べ結合力が３〜５倍向上する。さらに、第１６図に
示すように、結合部材２５を加圧した際フライホィ−ル
継鉄１０が局部的に半径方向外側へ若干量６だけ変位す
る。

６は０．１肋以下の微少な値であるが、これにより、永
久磁石１１がフライホイール継鉄内を半径方向に摺動す
ることが防止される。

従って、特別に廻り止めの手段を設ける必要がない。第
１７図に本発明の他の実施例を示す。

前に説明した実施例との相違は磁極片が省略されている
点にある。

一般的な用途の発電機としては、むしろ磁極片がないの
が通例であり、そのような場合には、結合部材２５の末
広がり部２５ｂが直接永久磁石１ １のエッジ部分１
１ｂに一致するよう形成される。第１８図、第１９図に
示す他の実施例においては、溝２８の底にさらに縦溝２
８ａが形成されている。

この縦溝２８ａの高さは０．２〜０．５肋程度が望まし
く、ロ−レツト等により加工すればよい。この縦溝２８
に結合部材２５が流入することにより「継鉄１０の円周
方向への回転が阻止される。従って、永久磁石１ １の
移動を完全に阻止する必要のある場合有効である。また
第１６図に示した方式に比べてフライホイール総鉄１０
の半径方向の変形を伴なわない点において有利であり、
総鉄１０をさらに他の筒状部材内に挿入する場合や、継
鉄１０の外側にコイルが配置されるような構成にも適し
ている。

第２０図に示す実施例は、本発明をマグネットモータに
応用したものである。

固定子の一部をなす継鉄１０の内側に永久磁石１ １と
結合部材２５とが交互に配置され、また継鉄１０の内周
には溝４（図示せず）が形成され前述したフライホイー
ルマグネットの場合と同様にして永久磁石の固定力を得
る。なお４０はロータである。第２１図は本発明の他の
実施例を示すものである。

図に示す実施例では、継鉄１０の内周に添って複数の永
久磁石１１が配置され、その間に結合部材２５が挿入さ
れ、この結合部村３によって永久磁石１１を継鉄１０に
押圧固定している。

永久磁石１１の高さ日，に対し結合部材２５の高さｈ．
は約半分であり、幅は等しい（Ｂ，＝ｂ，）。

継鉄１０の内周には一対の環状溝２８ａ，２８ｂが設け
られ、該溝中に結合部村２５の一部が流入している。加
工方法は第２２図に示す。

すなわち、継鉄１０の内側に永久磁石１１、結合部材２
５を交互に挿入したものを金型３０，３２内に配置する
。このとき結合部村２５は、両サイドの永久磁石１１と
の間に若干の間隙がある。また、継鉄には溝２８ａ，２
８ｂが設けられている。上記状態において金型３２の凸
部３４，３４ａで結合部村２５を冷間加圧すると、結合
部材２５が押され、その一部は溝２８ａ，２８ｂ内に流
入すると共に凹部３１が形成される。

加圧力を取り除いても、結合部材２５の内部応力は高い
まま維持される。これは、結合部材２５の両端近くが溝
２８ａ，２８ｂ内に流入しているため、該部分の奥断力
によって結合部材が高さ方向に伸びるのを阻止している
ためである。

また、結合部材の厚さ方向の伸びは、永久磁石２により
制限される。その結果、永久磁石１１‘ま、結合部材２
５の灘断力、緊迫力により継鉄１０１こ強固に押圧固定
される。この実施例によれば、結合部材２５を小さくす
ることができる。用途としては、固定子側に永久磁石を
用いる場合等に適する。第２３図、第２４図は、さらに
他の実施例を示し、第２１図の実施例に比較すると、結
合部材２５の幅ｂが４・さし、（ｂ２＜Ｂ２）点におい
て相違する。

この実施例によれば、結合部材を４・さくできると共に
、アマチュア外周との間に、磁気通路以外の通風用空間
が形成される。以上のように本発明によれば、構造的に
は、ネジ及び接着剤が不要になるため部品の生産性がい
ちぢるしく向上することができると同時に、組立工数の
低減が計れる。

次に機械的には第１図に示すＦ１，Ｆ２方向の引抜強度
試験で、内径◇１０５の例では３０００ｋ９と安定して
いるし、磁極板の外れもない。磁石発電機で最も重要な
機械的強度は、角加速度、衝撃に充分な余力を有するこ
とである。この点ねじ止めの場合には緒付トルクの差に
よって緩んだり、競付すぎによる割れ、微振動による欠
損の発生等不安定であるのに対し、本発明では隙間がな
い結合方法であるため高い信頼性が保証される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる磁石発電機の要部縦断
面図で第２図の１−１断面を示す図、第２図はフライホ
イール主体の正面図、第３図は第２図のｍ−ｍ断面図、
第４図は第１図の断面Ｎ−Ｗ断面図、第５図は第１図の
Ｖ−Ｖ断面で本発明の結合部村の形状の一例を示す図、
第６図は文発明による結合方法を示す要部縦断面図、第
７図は本発明による結合部材の形状の一例を示す斜視図
、第８図は結合部材を挿入し加圧する前の状態を示す図
、第９図は金型内に配置した状態の永久磁石部分を示す
図、第１０図は同じく結合部村の部分を示す図である。 第１１図は金型の平面図、第１２図は第１１図の幻−幻
断面を示す図である。第１３図は加圧状態を示す図、第
１４図は加圧後の状態を示す図である。第１５図は加圧
後における第５図ＸＶ−ＸＶ断面に対応する部分の状態
を示す図である。第１６図は加圧後のフライホイールの
変形を示す図である。第１７図は本発明の他の実施例を
示す要部平面図、第１８、第１９図は同じく本発明の他
の実施例を示すもので、第１８図は要部縦断面図、第１
９図は要部横断面図である。第２０図は本発明をマグネ
ツトモ−夕に応用した場合の要部正面図である。第２１
図は継鉄が円筒状の場合における永久磁石の固定に本発
明を応用した実施例を示し、第２２図は第２１図の実施
例における加工状態を示す図である。第２３図、第２４
図は第２１図に比べて結合部材の形状が若干異なる実施
例を示す図である。９…フライホイール継鉄、１ １…
永久磁石、２５・・・結合部材。 努−ｚ図 解３図 猪ム図 多′図 多‘図 第５図 多７図 努８図 繁り図 務ゆ図 豹〃図 多′２図 務１３図 努′ム図 多′Ｊ図 多′６図 第［図 多′８図 多／ｑ図 多２０図 第２′図 第２２図 第２３図 鰍４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転子又は固定子のいずれか一方の継鉄の筒部内側
   に複数の永久磁石を間隙をおいて配置固定した回転電機
   において、前記継鉄の筒部内周にそって環状の溝が形成
   され、継鉄の筒部と隣接する永久磁石で包囲された空間
   と前記溝内に加圧挿入される非磁性金属材料よりなる結
   合部材の緊迫力をもって、前記永久磁石が継鉄に押圧固
   定されていることを特徴とする永久磁石式回転電機の磁
   石固定構造。 ２ 特許請求の範囲第１項において、継鉄の内周面に形
   成された溝は永久磁石の外側端面より２〜５ｍｍの内側
   の位置から内側に３〜５ｍｍの幅で形成されていること
   を特徴とする永久磁石式回転電機の磁石固定構造。 ３ 回転子又は固定子のいずれか一方が筒部を有する継
   鉄に保持された複数の永久磁石を有する回転電機におい
   て、継鉄筒部の内周に環状の溝を形成し、該継鉄の内周
   に添って間隙をおいて永久磁石を配置し、一方、前記継
   鉄ならびに永久磁石より圧縮変形抵抗が小さくかつ所定
   の機械的強度を有する非磁性の金属材料から、相隣り合
   う永久磁石の間隙より若干幅が狭い結合部材を形成し、
   該結合部材を前記永久磁石間に挿入し、結合部材の全体
   が実質的に前記継鉄の筒部、永久磁石及び金型で包囲さ
   れた状態とし、金型凸部で結合部材を冷間加圧して相隣
   り合う永久磁石間に充てんさせると共に溝内に流動させ
   、結合部材の剪断力と緊迫力にて永久磁石を継鉄に押圧
   固定することを特徴とする永久磁石式回転電機の磁石固
   定方法。