TWI467891B

TWI467891B - 磁力發電機

Info

Publication number: TWI467891B
Application number: TW101104323A
Authority: TW
Inventors: Fumito Uemura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2015-01-01
Also published as: JP2013106360A; JP5361974B2; TW201320546A; CN103107666B; CN103107666A

Description

磁力發電機

本發明係關於一種藉由飛輪(flywheel)的旋轉，以永久磁鐵與發電線圈(coil)之電磁感應作用產生電力的磁力發電機。

以往，已知有一種磁力發電機，其係具備定子、及設於該定子外側的轉子，且藉由充填於排列在該轉子之碗狀飛輪之圓筒部之內周壁面之永久磁鐵間之空間的充填材而將永久磁鐵固定於飛輪(請參照例如專利文獻1)。

再者，在此磁力發電機中，係藉由衝壓(press)加工而形成在飛輪之圓筒部中往內側突出的複數個突起部，且藉由樹脂材卡扣在該突起部，防止樹脂材及永久磁鐵相對於飛輪相對移動。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特公平6-81437號公報(第2圖、第6圖)

在磁力發電機中，為了發出高輸出電力，需要盡量減小轉子與定子之間的氣隙(air gap)。

然而，在上述磁力發電機中，為了在飛輪形成突起部而雖施行衝壓加工，但在該衝壓加工的前後，由於飛輪之圓筒部之內周壁面之真圓度會降低，因此無法將排列在該內周壁面之複數個永久磁鐵所形成之內周面的內徑公差減小。

因此，需要將永久磁鐵所形成之內周面之內徑的標稱值(nominal valne)值設定為較大，結果使得定子與轉子之間之氣隙的值變大，而有輸出電力降低的問題。

本發明係以解決上述問題為課題而研創者，其目的係在於不降低飛輪之真圓度下可達成充填於設在飛輪之內壁面之永久磁鐵及磁鐵周邊之樹脂材之止轉及止脫，因此減小定子與轉子之間之氣隙的值而獲得輸出電力提升的磁力發電機。

本發明之磁力發電機係具備：轉子；及設於該轉子內側的定子；前述轉子係具有：碗狀飛輪，具有圓筒部；永久磁鐵，朝周方向排列設在該飛輪之前述圓筒部之內周壁面；及樹脂材，分別充填在鄰接之前述永久磁鐵間、及永久磁鐵之軸線方向的兩側，用以將前述飛輪及永久磁鐵予以一體固定；前述定子係具有：芯部(core)，與前述永久磁鐵相對向設置；及發電線圈，在該芯部捲繞有導線；藉由前述轉子旋轉，且在其旋轉時產生之前述永久磁鐵所形成之交變磁場而在前述發電線圈產生電力；在前述飛輪之前述內周壁面中，係形成有沿著軸線方向延伸成螺旋狀的溝，而在此溝係充填有前述樹脂材。

依據本發明之磁力發電機，由於在飛輪之內周壁面，係形成有沿著軸線方向延伸成螺旋狀，且充填有充填材的溝，因此可達成在確保真圓度下可進行溝加工的車床切削加工，可減小定子與轉子之間之氣隙的值而可提升輸出電力。

以下將根據圖式來說明本發明之各實施形態之磁力發電機，但在各圖中，對於相同或相等構件、部位係賦予相同符號來進行說明。

(實施形態1)

第1圖係為顯示本發明之實施形態1之磁力發電機的側剖面圖，第2圖係為顯示第1圖之轉子1的平面圖，第3圖係為沿著第1圖之III-III線的箭示剖面圖，第4圖係為第1圖之飛輪3的側剖面圖，第5圖係為第1圖之飛輪3的斜視圖。

此磁力發電機係具備：與內燃機連結的轉子1、及與該轉子1相對且安裝於固定構件(未圖示)的定子2。

轉子1係具備：具有圓筒部8、輪轂(boss)部7且整體形狀為碗狀的飛輪3；及永久磁鐵4。

飛輪3係以旋轉軸線A-A為中心旋轉。輪轂部7係固定於內燃機的曲柄軸(crankshaft)(未圖示)。

在飛輪3之圓筒部8的內周壁面，係固定有4個圓弧狀永久磁鐵4。永久磁鐵4係將依N極、S極及N極之順序朝周方向磁化的磁鐵、與依S極、N極及S極之順序磁化的磁鐵以各2個交替地繞著旋轉軸線A-A隔著彼此相等的角度間隔配置。複數個永久磁鐵4係將鄰接之永久磁鐵4彼此反極性地磁化，而在永久磁鐵4的內周側空間，得以產生交替變化方向的磁場。

在各永久磁鐵4的各內周面，係密接嵌入有筒狀保護環5，而各永久磁鐵4係藉由該保護環5而配置在軸線方向的預定位置。

在飛輪3之圓筒部8中，係於內壁面形成有沿著軸線方向延伸成螺旋狀的溝9。此溝9在飛輪3之開口側的開始端S係為靠近飛輪3之開口側端面，而其終端則為圓筒部8的中間部。此外，此溝9從該開始端S觀看，係朝逆時針方向捲繞成螺旋狀。

在各永久磁鐵4之旋轉軸線A-A方向之兩端側的空間、及鄰接之各永久磁鐵4間的空間，係充填有樹脂材6。此樹脂材6亦充填於溝9。

定子2係具有中空圓柱狀的芯部10、及在芯部10捲繞有導線之構成的發電線圈11。

在上述構成之磁力發電機中，係與藉由內燃機旋轉驅動之曲柄軸連動而使飛輪3旋轉，且於此時以藉由永久磁鐵4產生的交變磁場，在發電線圈11產生電力。此時的交流輸出，係藉由未圖示的整流用二極體(diode)整流，且供電給車載電池等的負載。

接著說明上述構成之磁力發電機的組裝順序。

在對鋼材施行切削加工等所作成的飛輪3，插入以鐵氧體(ferrite)、釹(neodymium)等為主材料的4個永久磁鐵4、從鋼製板材以板金加工等方式作成的保護環5，形成暫時組裝狀態。

之後，將暫時組裝狀態的飛輪3設置於樹脂成形用金屬模具，且在永久磁鐵4之旋轉軸線A-A之兩端側、及鄰接之各永久磁鐵4間注入熱可塑性的樹脂材6進行充填。

結果，所注入之樹脂材6係經由鄰接之永久磁鐵4間，亦充填於螺旋狀的溝9，且飛輪3、永久磁鐵4及保護環5透過樹脂材6成為一體化。

另外，樹脂材6係藉由含有玻璃纖維，而使樹脂材6的剪斷強度變高，形成可施行強固的旋轉、脫落對策。

依據本實施形態1之磁力發電機，由於在飛輪3之內周壁面係形成有沿著軸線方向延伸成螺旋狀且充填有樹脂材6的溝9，因此藉由充填於溝9之樹脂材6的部位，即可防止充填於設在飛輪3之內壁面的永久磁鐵4、保護環5及磁鐵周邊4之樹脂材6相對於飛輪3旋轉、脫落。

另外，由於溝9在飛輪3之開口側的開始端S係為飛輪3之開口側端面的內側，因此充填於溝9之樹脂材6的部位也不會從飛輪3脫離。

此外，由於可達成在確保真圓度下可進行溝9之加工的車床切削加工，而可減小定子2與轉子1間之氣隙D的值，因此輸出電力提升。

此外，在飛輪3雖主要有板金拉拔、鍛造、鑄造的製造方法，但製造方法之後都需要車床切削加工。

例如，在藉由板金拉拔製造飛輪3時，為了使其圓筒部8之開口端面平滑，必須要進行開口端面的車床切削加工。

此外，在藉由鍛造及鑄造之飛輪3之製造方法的情形下，為了要使永久磁鐵4密接，必須要進行圓筒部8之內壁面的車床切削加工。

因此，在製造飛輪3的最終步驟中，可接著藉由車床切削加工來連續進行溝9的加工，不需要變更設備、工具，故可達成廉價的加工。

(實施形態2)

第6圖係為顯示本發明之實施形態2之磁力發電機之飛輪3的側剖面圖。

在此實施形態之磁力發電機中，係在圓筒部8的內壁面，形成有第1溝9A1及第2溝9A2。

第1溝9A1及第2溝9A2係分別朝相同傾斜方向(從開始端S觀看為朝逆時針方向捲繞成螺旋狀)延伸而形成，此外，第1溝9A1之傾斜角度θ與第2溝9A2之傾斜角度θ係為相同的值。

此外，第1溝9A1之開始端係為靠近飛輪3之開口側端面。

其他構成係與實施形態1之磁力發電機相同。

在此實施形態中，相較於實施形態1，係在飛輪3的輪轂部7側亦形成有第2溝9A2，而藉由充填於第1溝9A1及第2溝9A2之樹脂材6的部位，即可確實地防止永久磁鐵4、保護環5及樹脂材6相對於飛輪3脫落、旋轉。

此外，由於第1溝9A1及第2溝9A2係分別為相同傾斜方向，因此在關於藉由車床切削加工形成各者的溝9A1及溝9A2方面，可在不變更傾斜角度下連續進行，因此亦具有作業性高的效果。

另外，溝的數亦可為3個以上。

(實施形態3)

第7圖係為顯示本發明之實施形態3之磁力發電機之飛輪3的側剖面圖。

在此實施形態之磁力發電機中，係在圓筒部8的內壁面，形成有第1溝9B1及第2溝9B2。

第1溝9B1及第2溝9B2係分別朝相同傾斜方向(從開始端S觀看為朝逆時針方向捲繞成螺旋狀)延伸而形成，此外第1溝9B1之傾斜角度θ 1係較第2溝9B2之傾斜角度θ 2還小。

此外，第1溝9B1之開始端S係為靠近飛輪3之開口側端面。

其他構成係與實施形態1之磁力發電機相同。

在此實施形態中，第1溝9B1及第2溝9B2各者的傾斜方向雖相同，但各者的傾斜角度θ、θ 2則不同。

因此，隨著轉子1的旋轉，充填於第1溝9B1及第2溝9B2之樹脂材6的部位，可分別抵抗主要不同方向的剪斷力，相較於實施形態2之磁力發電機，可更確實地防止永久磁鐵4、保護環5及樹脂材6相對於飛輪3脫落、旋轉。

另外，溝的數量亦可為3個以上。

(實施形態4)

第8圖係為顯示本發明之實施形態4之磁力發電機之飛輪3的側剖面圖。

在此實施形態之磁力發電機中，係在圓筒部8的內壁面，形成有傾斜角度從θ 1小幅變化為θ 2的溝9C。

此外，溝9C之開始端S係為靠近飛輪3之開口側端面。

其他構成係與實施形態1之磁力發電機相同。

在此實施形態中，由於溝9C之傾斜角度係在途中變化，因此充填於溝9C之樹脂材6的部位，可從途中抵抗主要不同方向的剪斷力，相較於傾斜角度為固定之實施形態1之磁力發電機，可更確實地防止永久磁鐵4、保護環5及樹脂材6相對於飛輪3脫落、旋轉。

另外，在上述各實施形態中，均以就溝9、9A1、9A2、9B1、9B2、9C之開始端S位在飛輪3之開口側端面之內側之情形進行了說明，但開始端S亦可為到達開口側端面者。

例如，亦可藉由在溝的內壁面形成凹凸來對應溝內之樹脂材的脫落，此外在實施形態4之溝9C之例的情形下，依據飛輪3之旋轉條件，即使開始端S為到達開口側端面者，亦可予以對應。

此外，第1溝9A1、9B1、第2溝9A2、9B2從開始端S 觀看雖均為朝逆時針方向捲繞成螺旋狀，但亦可例如將第1溝9A1、9B1朝逆時針方向捲繞成螺旋狀、且將第2溝9A2、9B2朝順時針方向捲繞成螺旋狀，而分別以不同的傾斜方向來形成。

此時，在第1溝9A1、9B1、及第2溝9A2、9B2中，可抵抗主要不同方向的剪斷力，而可更確實地防止永久磁鐵4、保護環5及樹脂材6相對於飛輪3的旋轉、脫落。

此外，第1溝9A1、9B1及第2溝9A2、9B2進一步在各者螺旋狀的途中使傾斜角度變化，即可施行更強固的旋轉、脫落對策。

1‧‧‧轉子

2‧‧‧定子

3‧‧‧飛輪

4‧‧‧永久磁鐵

5‧‧‧保護環

6‧‧‧樹脂材

7‧‧‧輪轂部

8‧‧‧圓筒部

9、9C‧‧‧溝

9A1、9B1‧‧‧第1溝

9A2、9B2‧‧‧第2溝

10‧‧‧芯部

11‧‧‧發電線圈

D‧‧‧氣隙

S‧‧‧開始端

第1圖係為顯示本發明之實施形態1之磁力發電機的側剖面圖。

第2圖係為顯示第1圖之轉子的平面圖。

第3圖係為沿著第1圖之III-III線之箭示剖面圖。

第4圖係為第1圖之飛輪的側剖面圖。

第5圖係為第1圖之飛輪的斜視圖。

第6圖係為顯示本發明之實施形態2之磁力發電機之飛輪的側剖面圖。

第7圖係為顯示本發明之實施形態3之磁力發電機之飛輪的側剖面圖。

第8圖係為顯示本發明之實施形態4之磁力發電機之飛輪的側剖面圖。

3‧‧‧飛輪

7‧‧‧輪轂部

8‧‧‧圓筒部

9‧‧‧溝

S‧‧‧開始端

Claims

一種磁力發電機，係具備：轉子；及設於該轉子內側的定子；前述轉子係具有：碗狀飛輪，具有圓筒部；永久磁鐵，朝周方向排列設在該飛輪之前述圓筒部之內周壁面；及樹脂材，分別充填在鄰接之前述永久磁鐵間、及前述永久磁鐵之軸線方向的兩側，用以將前述飛輪及前述永久磁鐵予以一體固定；前述定子係具有：芯部，與前述永久磁鐵相對向設置；及發電線圈，在該芯部捲繞有導線；藉由前述轉子旋轉，且在其旋轉時產生之前述永久磁鐵所形成之交變磁場而在前述發電線圈產生電力；在前述飛輪之前述內周壁面中，係形成有沿著軸線方向延伸成螺旋狀的溝，而在此溝係充填有前述樹脂材；前述溝在前述飛輪之開口側的開始端係在前述飛輪之開口側端面的內側。
如申請專利範圍第1項所述之磁力發電機，其中，前述溝係形成複數個。
如申請專利範圍第2項所述之磁力發電機，其中，各前述溝係以相同傾斜方向形成。
如申請專利範圍第2項所述之磁力發電機，其中，一對各前述溝係以分別不同之傾斜方向形成。
如申請專利範圍第3項所述之磁力發電機，其中，各前述溝之各個傾斜角度係相同。
如申請專利範圍第3項所述之磁力發電機，其中，各前述溝之各個傾斜角度係不同。
如申請專利範圍第1或2項所述之磁力發電機，其中，前述溝之傾斜角度係在其螺旋狀的途中變化。
如申請專利範圍第1或2項所述之磁力發電機，其中，前述樹脂材係含有玻璃纖維。