JPS62285651A - 磁石発電機 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電機子鉄心に発電コイルを巻装してなる固定
子とフライホイール磁石回転子とにより構成される磁石
発電様に関するものである。

［従来の技術］ 内燃機関や風車等を駆動源とする発電機として磁石発電
機が多く用いられている。磁石発電機は例えば第１０図
に示したように、固定子１とフライホイール磁石回転子
２とにより構成される。この例の固定子１は、環状の継
鉄部３００からコイル巻装部３０１　ａ、３０１　ｂ、
・・・を突出させて各コイル巻装部の先端に１４１極部
３０２ａ、３０２ｂ。

・・・を形成した星形電機子鉄心３と各コイル巻装部に
巻装された発電コイル４ａ、４ｂ、・・・とからなり、
電機子鉄心３はその継鉄部３００に設けられた取付は孔
３０３に挿通した図示しないボルトにより所定の取付は
部（＠えば内燃機関のケースに設けられた取付は部）に
固定されている。

フライホイール磁石回転子２は、はぼカップ状に形成さ
れたフライホイール５と該フライホイールの内周に固定
された永久磁石６Ａ、６Ｂ、・・・とからなり、各永久
磁石がフライホイールの径方向に着磁されて周方向に間
隔を開けて並ぶ複数の回転子（ａｆｆｉ７ａ、７ｂ、・
・・が構成されている。フライホイール５はその底壁部
にボス部５０１を有していて、このボス部が回転駆動軸
（例えば内燃機関の出力軸）に取付けられ、回転子磁極
７ａ、７ｂ、・・・が固定磁極部３０２ａ、３０２ｂ、
・・・に所定のギャップを介して対向させられる。

第１０図において磁石６Ａ、６Ｂ、・・・の斜線は断面
を示すものではなく、着Ｉａ領域を示している。

磁石６Ａ、６Ｂ、・・・の着磁領域は、それぞれの磁石
の周方向のほぼ全域に亘っていて、隣合う磁石の内周側
の！１極が異なる極性を呈するように交互に異なる向き
に径方向着磁されている。

尚フライホイールの内周に永久磁石をリング状に配置し
て該リング状に配置した磁石を所定の種数に着磁するこ
とにより回転子磁極を構成する場合もあるが、この場合
も第１０図に示した例と同様に、各回転子磁極力（１つ
の着磁領域により構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の磁石発電機において、各発電コイルに鎖交する磁
束φ１の回転角θに対する波形は、第３図に破線で示し
た通りで、磁束φ１の波形が肩部に丸みを帯びた波形に
なるのを避けられなかった。

そのため、発電コイル４ａ、４ｂ、・・・に誘起する電
圧ｅ１の波高値を高くしようとする場合に限界があり、
高い出力電圧を必要とする負荷に電力を供給する場合、
例えば内燃機関用の点火装２を負荷とする場合に、負荷
の性能を充分に発揮さぼることができない場合があった
。

本発明の目的は、従来より高い出力電圧を得ることがで
きる磁石発電機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、コイル巻装部を有する電機子鉄心と該コイル
巻装部に巻装された発電コイルとを有する固定子と、フ
ライホイールの内周に固定された永久磁石が該フライホ
イールの径方向に着磁されて前記固定子の磁極部に対向
する複数の回転子磁極が構成されているフライホイール
磁石回転子とを備えた磁石発電機において、発電コイル
に鎖交する磁束波形の肩部の丸みを少なくして出力電圧
の波高値を従来より高くすることができるようにしたち
のである。

そのため本発明においては、フライホイール磁石回転子
の各回転子磁極に、周方向に間隔を開けて並ぶ同極性の
複数の着磁領域を設け、隣合う回転子Ｉ４１極の隣合う
着磁領域の間を永久磁石の未着磁領域により区画した。

［発明の作用］ 上記のように各回転子磁極に複数の着Ｆ！ｉ領域を設け
て、隣合う回転子磁極の間を永久磁石の未着磁領域によ
り区画すると、各回転子磁極の周方向両端部付近の磁束
密度を高くすることができる。

そのため発電コイルに鎖交する磁束波形の肩部の丸みを
少なくすることができ、磁束の変化率を大きくして出力
電圧の波高値を高くすることができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

尚以下に説明する各図において、斜線は断面を示すもの
ではなく、永久磁石の着磁領域を示している。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、同図におい
て第１０図に示した例の各部と同様の部分には同一の符
号を付しである。第１図において１は固定子、２はフラ
イホイール磁石回転子で、固定子１は第１０図に示した
例と同様に構成されている。

フライホイール磁石回転子２はほぼカップ状に形成され
た鉄製のフライホイール５の周壁部の内周に４ｆＪＡの
円弧状の永久磁石６Ａないし６Ｄを周方向に等しい間隔
を開けて固定しだらので、フライホイールの底壁部の中
央に回転軸取付は用のボス５０１が設けられている。

本発明においては永久磁石６Ａないし６Ｄが周方向に間
隔を開けて並ぶ２個の着磁領域を有し、該２個の着磁領
域の間が未着１ｉｔｌｆＡ域により区画されている。更
に詳細に説明すると、永久磁石６Ａは未着磁領域Ｍ＾に
より区画された者ｆ！ｉ領域Ａｎ及びＡｓを有し、永久
磁石６Ｂは未着磁須ＭＭＢにより区画された着磁領域３
ｓ及び３ｎを有している。また永久磁石６Ｃは未着Ｖａ
領賊ＭＣにより区画された着磁領域Ｃｎ及びＣｓを有し
、永久磁石６Ｄは未着磁領域ＭＯにより区画された着磁
領域Ｄｓ及びＤｎを有している。これらの着磁領域は第
１図において時計方向にＡｎ　−Ａｓ　−ａｓ　−３ｎ
　−Ｃｎ　−Ｃｓ　−Ｄｓ−Ｄｎの順に配列され、空隙
（非磁性領域）により区画された隣合う永久磁石６Ｄ及
び６Ａの隣合う着磁領域［）ｎ及び八〇の内周側のｒａ
ＫＡ（ＮＩ４り　７ａ１及び７ａ２により回転子磁極７
ａが、また着１１領ｉＩｉ！ＡＳ及び３ｓの内周側の磁
極（ＳＫ）７ｂ１及び７ｂ２により回転子磁極７ｂがそ
れぞれ構成されている。更に着磁領域Ｂｎ及びＣｎの内
周側の１ｉｆ４（Ｎ極）７Ｃ１及び７Ｃ２により回転子
ＶＡ極７Ｃが構成され、着磁領域Ｃ５及び［）Ｓの内周
側磁？４（Ｓ極）７旧及び７ｄ２により回転子磁極７ｄ
が構成されている。

各永久磁石の２個の着磁領域はそれぞれの周方向長さが
笠しくなるように設けられ、各着ｌａ頃域の着磁ｆｆｌ
は等しく設定されている。また回転子磁極７ａないし７
ｄのそれぞれを構成する２個の着磁領域が各回転子磁極
の周方向の中央部（この実施例では隣合う永久磁石相互
間の間隙の中央部）の両側に対称に配置されるようにな
っている。

上記のように、各回転子ｌ１ｔｌ極に２ｇｌの着磁領域
を設けて、回転子磁極７ａ〜７ｄ相互−を永久…石の未
Ｗｌａ領ｔ４．ＭＡ〜ＭＯにより区画すると、第１０図
のように各回転子磁極を単一の着磁領域により構成して
回転子磁極相互間を間隙により区画した場合に比べて、
各回転子磁極の周方向の両端部付近の磁束密度を、高く
することができることが実験により明らかになった。実
験によると、第１図のように構成することにより、第１
０図の場合に比べて各回転子磁極の両端部付近の磁束密
度を２０％ないし３０％高くすることができた。

第２図は回転子磁極の表面の磁束密度を角度θに対して
示したもので、同図においてＧ１は第１０図に示した従
来の磁石発電機における回転子磁極の表面の磁束密度分
布を示し、Ｇ２は第１図に示した本発明の磁石発電機に
おける回転子ｔａｍの表面の磁束密度分布を示している
。これより、本発明によれば、各回転子磁極の両端の磁
束密度を相当に高くできることがわかる。

上記のように、本発明では、各回転子磁極の両端の磁束
密度が高くなるため、各発電コイルに鎖交する磁束φ２
の波形は第３図Ａに示すように肩部の丸みが小さい波形
となり、第３図Ｂに示すように従来の磁石発電機により
得られる出力電圧ｅ１より波高値が高い電圧ｅ２を得る
ことができる。

上記のように波高値が高い電圧を得ると、例えば内燃機
関用の点火装置を負荷とする場合にその性能の向上を図
ることができる。−例として、上記磁石発電機により駆
ｆＪＪするのに適した内燃機関用点火装賃の回路例を第
４図に示す。第４図に示した点火Ｓ置は、点火コイルＩ
Ｇと、機関の気筒に取付けられた点火プラグＰと、エキ
サイタコイルＥＸと、点火エネルギー蓄積用コンデンサ
Ｃ１と、サイリスタＴｈと、ダイオードＤ１ないしＤ５
と、ツェナーダイオードＺＤと、抵抗Ｒ１とからなる公
知のコンデンサ放電式点火装置で、エキサイタコイルＥ
Ｘとして磁石発電機内の少なくとも１つの発電コイル、
例えば発電コイル４ａが設けられる。この点火装置にお
いては、エキサイタコイルＥＸの正の半サイクルの出力
電圧によりコンデンサＣ１が図示の極性に充電され、エ
キサイタコイルの負の半サイクルの出力電圧によりツェ
ナーダイオードＺＤ→サイリスタＴｈのゲートカソード
間→ダイオードＤ３→エキサイタコイルＥＸの経路でサ
イリスタＴｈに点弧信号が与えられる。サイリスタＴｈ
に点弧信号が与えられると、コンデンサＣ１の電荷がサ
イリスタＴｈと点火コイルＩＧの１次コイルとを通して
放電し、点火コイルの２次コイルに高電圧が誘起する。

これにより点火プラグＰに火花が生じ、機関が点火され
る。

第４図に示した点火装置の性能を高めるためにはコンデ
ンサＣ１の充電電圧（端子電圧）の波高値を高くする必
要がある。第１０図に示した従来の磁石発電機を用いた
場合、コンデンサＣ１の端子電圧は第３図ＣのＶｃｌで
あるが、本発明の磁石発？４１１を用いれば、コンデン
サＣ１の端子電圧を第３図ＣのＶｃ２のように高くする
ことができ、点火性能を高めることができる。特に機関
の低速時の点火性能を高めることができるため、点火動
作が開始される回転速度を低くすることができ、機関の
始動性を良好にすることができる。

上記の実施例では、ｍｔｌｆｆ子鉄心が星形鉄心からな
っているが、第５図に示すようにコイル巻装部３１０の
両端に１ｉｆｌ極部３１１．３１１を形成した１字形鉄
心を用いて該鉄心に発電コイル４を巻装する場合にも本
発明を適用することができる。

第６図は、本発明の他の実施例の要部を示したもので、
この実施例では、永久磁石６Ａないし６Ｄのそれぞれの
中央部に設けられた未着磁領域ＭＡないしＭＯに径方向
の内側に開口する満８＾ないし８０が形成されている。

このように構成すると、回転子磁極７ａないし７ｄのそ
れぞれの両端部付近の表面の磁束密度を更に高くするこ
とができ、各発電コイルに鎖交する磁束の波形の肩部の
丸みを更に小さくして出力電圧の波高値を高めることが
できる。

上記の実施例では、フライホイールの内周に４個の永久
磁石を取付けているが、４以上の永久磁石を取付けて、
４極以上の更に多極の回転子磁極を設ける場合にも本発
明を適用することができる。

第７図は本発明の他の実施例を示したもので、この実施
例では、フライホイール５の内周にリング状の永久磁石
６が取付けられている。この永久磁石６はリング状に一
体成形されたものでもよく、また複数の円弧状の磁石を
リング状に並べたものでもよい。

永久磁石６は第１図に示した例と同様に周方向寸法が等
しく、着！１ｍが等しい着磁領域Ａｎ　、　Ａｓ、Ｂｓ
、Ｂｎ、−Ｄｓ、Ｄｎを有している。これらの着磁領域
の内、Ａｓ−Ｄｓはそれぞれの内周側がＳ極になるよう
に径方向着磁され、着磁領域Ａｎ〜Ｄｎはそれぞれの内
周がＮ極になるように径方向着磁されている。また着磁
領域ＡｎとＡＳとの間、１３ｓとＢｎとの間、ＣｎとＣ
Ｓとの間及び［）Ｓと［）ｎとの間にはそれぞれ回転子
磁極相互間を区画する未着磁領［ＭＡ　、ＭＢ　、ＭＣ
及びＭＯが設けられ、着磁領１ｄＡＳとＢＳとの間、Ｂ
ｎとＯｎとの間、ＣＳと［）Ｓとの間及び［］ｎと八〇
との間にそれぞれ回転子磁極の中央に位置する未着磁ｉ
２［Ｐｌ　、　Ｐ２　、　Ｐ３　及ｉｔ、ＦＰ４　カｌ
Ｇｔうしている。第１図に示した例と同様に、着磁領域
ＤｎとＡｎとによりＮ極の回転子磁極７ａが構成され、
着磁領域ＡｓとＢｓとによりＳ極の回転子磁８ｉ７ｂが
構成されている。また着磁Ｉｌｉ域３ｎとＣｎとにより
ＮＫＡの回転子磁極７Ｃが構成され、着磁領域Ｃｓと［
）ＳとによりＳ極の回転子′ｆ！１極７ｄが構成されて
いる。

第８図はフライホイールの内周に永久磁石をリング状に
配置する場合の他の実施例を示したもので、この実施例
は、第７図の実施例において永久磁石６の未着ｖＡ領Ｉ
Ｉ！Ｐ１〜Ｐ４に径方向の内側に開口する溝９を設けた
ものである。

第９図はフライホイールの内周に永久磁石をリング状に
配置する場合の更に他の実施例を示したもので、この実
施例では、永久磁石６の未着磁領域Ｐ１〜Ｐ４に径方向
の内側に開口する満９が設けられるとともに、回転子磁
極相互間を区画する未着磁領域ＭＡないしＭＯにそれぞ
れ径方向の内側に開口する溝８Ａないし８０Ｍ設けられ
ている。

第７図ないし第９図の実施例によっても前記と同様の効
果を得ることができる。尚これら第７図ないし第９図の
実施例においても、回転子を４極以上の多極に構成する
ことができる。

上記の各実施例においては、各回転子磁極が２個の着ｔ
ａｇＡ域を有しているが、各回転子磁極に更に多くの着
磁領域を設けることもできる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、各回転子磁極に複数の
着磁領域を設けて、隣合う回転子磁極の間を永久磁石の
未着磁領域により区画したので、各回転子１ａｌ（ｉの
周方向両端部付近の磁束密度を高くして発電コイルに鎖
交する磁束波形の肩部の丸みを少なくすることができ、
磁束の変化率を大きくして出力電圧の波高値を高くする
ことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示す正面図、第２図は第１図
の実施例の回転子磁極の表面の磁束密度分布を従来の磁
石発電機の回転子ｔａＩ４ｉの表面の磁束密度分布と比
較して示した線図、第３図は第１図の実施例の一磁束波
形、出力電圧波形及び同実施例の発電機でコンデンサ放
電式の内燃機関用点火装置を駆動した場合のコンデンサ
端子電圧波形を従来の場合と比較して示した線図、第４
図は本発明の発電機で駆動する負荷の一例としてコンデ
ンサ放電式の内燃機関用点火装置を示した回路図、第５
図は本発明の他の実施例を示した正面図、第６図ないし
第９図はそれぞれ本発明の更に池の異なる実施例で用い
るフライホイール磁石回転子の正面図、第１０図は従来
の磁石発電機を示す正面図である。 １・・・固定子、２・・・フライホイール磁石回転子、
３・・・電機子鉄心、４ａ〜４ｄ・・・発電コイル、５
・・・フライホイール、６．６Ａ〜６Ｄ・・・永久磁石
、７８〜７Ｃ・・・回転子磁極、Ａｎ　−［）ｎ　、△
ｓ〜Ｄｓ・・・着磁領域、Ｍ＾〜ＭＯ，Ｐ１〜Ｐ４・・
・未着Ｉｉｔ＆領域。 第１　図 第２図 Ｍ３医 第４図 第５Ｎ 第６１！Ｋｌ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）コイル巻装部を有する電機子鉄心と該コイル巻装
   部に巻装された発電コイルとを有する固定子と、フライ
   ホイールの内周に固定された永久磁石が該フライホイー
   ルの径方向に着磁されて前記固定子の磁極部に対向する
   複数の回転子磁極が構成されているフライホイール磁石
   回転子とを備えた磁石発電機において、 前記フライホイール磁石回転子の各回転子磁極は周方向
   に間隔を開けて並ぶ同極性の複数の着磁領域を有し、 隣合う回転子磁極の隣合う着磁領域の間は前記永久磁石
   の未着磁領域により区画されていることを特徴とする磁
   石発電機。
2. （２）前記各回転子磁極の複数の着磁領域は各回転子磁
   極の周方向の中央部の両側に対称に配置されるように設
   けられている特許請求の範囲第１項に記載の磁石発電機
   。
3. （３）前記隣合う回転子磁極の隣合う着磁領域の間を区
   画する前記永久磁石の未着磁領域に径方向の内側に開口
   する溝が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の磁石発電機。
4. （４）前記永久磁石は前記フライホイールの周方向に間
   隔を開けて複数個並べて配置され、 各永久磁石は周方向に間隔を開けて並ぶ２個の着磁領域
   を有していて該２個の着磁領域の間の領域が前記回転子
   磁極の間を区画する未着磁領域となっており、 各永久磁石の２個の着磁領域は内周側が異なる極性を呈
   するように設けられ、かつ、 前記隣合う永久磁石の隣合う着磁領域は内周側が同極性
   を呈するように設けられていて該隣合う永久磁石の隣合
   う着磁領域が１つの回転子磁極を構成していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の磁
   石発電機。
5. （５）前記各永久磁石の２個の着磁領域の間の未着磁領
   域に径方向の内側に開口する溝が設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の磁石発電機。
6. （６）前記永久磁石は前記フライホイールの内周にリン
   グ状に配置され、 前記リング状に配置された永久磁石は前記回転子磁極を
   構成する複数の磁極構成領域を有していて、隣合う磁極
   構成領域の間が未着磁領域により区画され、 各磁極構成領域は周方向に間隔を開けて並ぶ２個の着磁
   領域を有し、 各磁極構成領域の２個の着磁領域は内周側が同極性を呈
   するうよに設けられ、 隣合う磁極構成領域の隣合う着磁領域は内周側が異なる
   極性を呈するように設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載の磁石発電機。
7. （７）前記各磁極構成領域の２個の着磁領域の間の未着
   磁領域に径方向の内側に開口する溝が設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の磁石発電
   機。
8. （８）隣合う磁極構成領域の間の未着磁領域に径方向の
   内側に開口する溝が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項または第７項に記載の磁石発電機。