WO2017183378A1

WO2017183378A1 - アウターロータ型多極発電機におけるロータ構造

Info

Publication number: WO2017183378A1
Application number: PCT/JP2017/011430
Authority: WO
Inventors: 学須田; 哲生森永; 貴広菅井
Original assignee: 澤藤電機株式会社
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-10-26
Also published as: JP2017195690A

Abstract

固定のステータと、ステータを同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸に連結される磁性材料製のヨークの内周面に複数の永久磁石が設けられるロータとを備えるアウターロータ型多極発電機において、駆動軸（１４）に連結されるハブ（２０）と、ハブ（２０）に一端部が連なる円筒部（２１）とが非磁性材料で一体に形成され、円筒部（２１）の内周面にヨーク（２２Ａ）が固着される。これにより、軽量化を図りつつヨークの芯出しを容易としたロータ構造を提供することができる。

Description

アウターロータ型多極発電機におけるロータ構造

　本発明は、固定のステータと、該ステータを同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸に連結される磁性材料製のヨークの内周面に複数の永久磁石が設けられるロータとを備えるアウターロータ型多極発電機に関し、特にロータ構造の改良に関する。

　このようなアウターロータ型多極発電機は、特許文献１等で既に知られており、このものでは、アルミニウム等の軽合金によってダイカスト成形されて駆動軸に連結される端壁部材と、たとえば軟鋼によってステータを同軸に覆う円筒状に形成されて前記端壁部材の外周部に一端部が固着されるとともに内周に複数の永久磁石が固着されるヨークとで、ロータが構成されている。

日本特開２００４－１２０８４８号公報

　上記特許文献１で開示されるものでは、駆動軸に連結される端壁部材に、その端壁部材とは別部材である円筒状のヨークが固着される構造のため、端壁部材の中心軸線と、ヨークの中心軸線とを合致させる「芯出し」が難しい。そこで端壁部材およびヨークを軟鉄によって一体に形成すれば「芯出し」が容易となるが、軟鉄の絞り加工で端壁部材およびヨークを一体に形成するのは難しく、また重量が大きくなってしまう。

　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、軽量化を図りつつヨークの芯出しを容易としたアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明は、固定のステータと、該ステータを同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸に連結される磁性材料製のヨークの内周面に複数の永久磁石が設けられるロータとを備えるアウターロータ型多極発電機において、前記駆動軸に連結されるハブと、該ハブに一端部が連なる円筒部とが非磁性材料で一体に形成され、前記円筒部の内周面に前記ヨークが固着されることを第１の特徴とする。

　また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ハブおよび前記円筒部が、樹脂から成ることを第２の特徴とする。

　本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ハブおよび前記円筒部が、軽金属から成ることを第３の特徴とする。

　本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ヨークが、鉄管から成ることを第４の特徴とする。

　本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ヨークは、磁性金属製の帯板が複数回もしくは１回だけ巻回されて成ることを第５の特徴とする。

　本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ヨークは、磁性金属製の帯板が螺旋状に巻回されて成ることを第６の特徴とする。

　本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ヨークは、磁性金属製の線材が螺旋状に巻回されて成ることを第７の特徴とする。

　さらに本発明は、第１～第７の特徴の構成のいずれかに加えて、前記永久磁石が、射出成形で前記ヨークの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを第８の特徴とする。

　本発明の上記特徴によれば、駆動軸に連結されるハブと、内周面に円筒状のヨークが設けられる円筒部とが非磁性材料で一体に形成されるので、ハブの中心軸線と、円筒部の内周面の中心軸線とを合致させることは容易であり、ヨークの芯出しを容易としつつ、ヨークの肉厚を薄くしてロータの軽量化を図ることができる。

　また特に第２の特徴によれば、ハブおよび円筒部が樹脂から成り、特に第３の特徴によれば、ハブおよび円筒部が軽金属から成るので、ロータをより軽量化することができる。

　さらに特に第８の特徴の構成によれば、射出成形される樹脂ボンド永久磁石をヨークの内周面にモールド結合することで、より軽量化を図るとともに、ハブの中心軸線と、永久磁石の内周面の中心軸線とを合致させることが容易となり、ヨークの芯出しが容易となるので永久磁石の組付けを容易とすることができる。

図１は第１の実施の形態のアウターロータ型多極発電機の縦断面図である。（第１の実施の形態）図２は図１の２－２線断面図である。（第１の実施の形態）図３はロータの分解斜視図である。（第１の実施の形態）図４は樹脂ボンド永久磁石の射出成形装置を示す縦断面図である。（第１の実施の形態）図５は第２の実施の形態を示すもので（ａ）はロータの縦断面図、（ｂ）はヨークの斜視図である。（第２の実施の形態）図６は第３の実施の形態を示すもので（ａ）はロータの縦断面図、（ｂ）はヨークの斜視図である。（第３の実施の形態）図７は第４の実施の形態を示すもので（ａ）はロータの縦断面図、（ｂ）はヨークの斜視図である。（第４の実施の形態）図８は第５の実施の形態を示すもので（ａ）はロータの縦断面図、（ｂ）はヨークの斜視図である。（第５の実施の形態）

１２・・・ステータ
１３・・・ロータ
１４・・・駆動軸であるクランクシャフト
２０・・・ハブ
２１・・・円筒部
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ・・・ヨーク
２３・・・永久磁石
３７，３８・・・帯板
３９，４０・・・線材

　以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。

第１の実施の形態

　本発明の第１の実施の形態について図１～図４を参照しながら説明すると、先ず図１において、このアウターロータ型多極発電機は、たとえばエンジン発電機として用いられるものであり、エンジン本体１１に設けられる中空の支持部１１ａに固定されるステータ１２と、そのステータ１２を覆うロータ１３とを備え、前記ステータ１２と同軸に配置される駆動軸としてのクランクシャフト１４の端部にロータ１３が固定される。

　図２を併せて参照して、前記ステータ１２は、複数枚の磁性鋼板が積層、結合されて成るリング状のステータコア１５と、該ステータコア１５に装着される合成樹脂製のボビン１６と、該ボビン１６に巻装されるコイル１７とを備える。

　前記ステータコア１５の外周の周方向に等間隔をあけた複数箇所には略Ｔ字状の突極１５ａが突設されており、前記ボビン１６は、前記突極１５ａの先端部ならびに前記ステータコア１５の両端面の一部および内周面を露出させるようにしてステータコア１５を覆うように形成されており、前記突極１５ａに対応する部分で前記ボビン１６に前記コイル１７が巻装される。

　前記ステータコア１５の周方向に間隔をあけた複数箇所で前記ステータコア１５の内周部には、挿通孔１８が設けられており、それらの挿通孔１８に挿通されるボルト１９を前記支持部１１ａに螺合して締め付けることによって前記ステータ１２が前記支持部１１ａに固定される。

　図３を併せて参照して、前記ロータ１３は、前記クランクシャフト１４に連結されるハブ２０と、該ハブ２０に一端部が一体に連なる円筒部２１と、その円筒部２１の内周面に固着される円筒状のヨーク２２Ａと、該ヨーク２２Ａの内周面に設けられる複数の永久磁石２３とで構成される。

　前記ハブ２０および前記円筒部２１は、非磁性材料たとえば樹脂によって一体に形成される。前記ヨーク２２Ａは、磁性材料により円筒状に形成されるものであり、この第１の実施の形態では、鉄管である前記ヨーク２２Ａが前記円筒部２１の内周面に圧入によって固着される。

　前記ハブ２０は、前記クランクシャフト１４の端部が挿通、固着される円筒状の支持筒部２０ａと、その支持筒部２０ａを同軸に囲繞するリング部２０ｂと、前記支持筒部２０ａから放射状に延びて前記リング部２０ｂに連設される複数個たとえば４個の連結部２０ｃとを一体に有するものであり、前記リング部２０ｂに前記円筒部２１が同軸にかつ一体に連なるように形成される。

　前記支持筒部２０ａは、前記エンジン本体１１とは反対側の端部を小径端としたテーパ状の取付け孔２４を同軸に有しており、前記クランクシャフト１４の端部には、前記取付け孔２４に嵌合されるテーパ部１４ａが形成される。前記支持筒部２０ａと、該支持筒部２０ａの前記テーパ孔２４に嵌合される前記クランクシャフト１４の前記テーパ部１４ａとの間には、クランクシャフト１４に対する支持筒部２０ａすなわちハブ２０の相対回転を阻止するためのキー２５が嵌入されており、前記支持筒部２０ａの前記エンジン本体１１とは反対側の端面に当接、係合される拡径頭部２６ａを有するボルト２６が前記クランクシャフト１４の端部に螺合される。

　複数の前記永久磁石２３は、一連につながって一体となっている樹脂ボンド永久磁石であり、その外周側および内周側でＮ極およびＳ極に分極されるとともに、分極された極の極性が前記ヨーク２２Ａの周方向で隣接する極同士では前記外周側および前記内周側で異なるようにしつつ全体としてリング状になるように、前記ヨーク２２Ａの内周面にモールド結合（型成形による樹脂の固着および樹脂ボンド磁石とヨークとの磁気吸引力により）される。

　前記永久磁石２３の射出成形にあたっては、図４で示すように、金型装置２７と、射出機２８とが用いられる。金型装置２７は、第１金型２９と、第１金型２９との間にヨーク２２Ａを挟持する第２金型３０と、前記ヨーク２２Ａの半径方向内方に配置されるようにして前記第１金型２９に装着されるリング状の着磁用磁石３１とを備え、第１金型２９、第２金型３０、前記ヨーク２２Ａおよび前記着磁用磁石３１の協働でキャビティ３２が形成される。

　第２金型３０には、射出機２８の先端のノズル２８ａに接続されるスプルー３３と、前記キャビティ３２に通じる複数のゲート３４と、それらのゲート３４および前記スプルー３３間を結ぶランナー３５が形成される。コーティングされる樹脂で磁粉が覆われて成る粉末状の材料３６は、加熱溶融されて前記射出機２８から射出されるものであり、射出機２８の前記ノズル２８ａから前記スプルー３３、前記ランナー３５および前記ゲート３４を経て前記キャビティ３２に注入される。加熱溶融された前記材料３６は前記キャビティ３２での成形と同時に前記着磁用磁石３１によって着磁され、リング状に一体となった樹脂ボンド永久磁石である永久磁石２３が前記ヨーク２２Ａの内周面にモールド結合される。

　このようにして内周面に永久磁石２３がモールド結合されたヨーク２２Ａは、前記ハブ２０に一体に連なった前記円筒部２１に圧入されることで、該円筒部２１の内周面に固着される。

　次にこの第１の実施の形態の作用について説明すると、クランクシャフト１４に連結されるハブ２０と、該ハブ２０に一端部が連なる円筒部２１とが非磁性材料である樹脂で一体に形成され、前記円筒部２１の内周面にヨーク２２Ａが固着されるので、ハブ２０の中心軸線と、円筒部２１の内周面の中心軸線とを合致させることが容易となり、ヨーク２２Ａの芯出しを容易とすることができる。さらに前記ハブ２０における前記支持筒部２０ａが有するテーパ状の取付け孔２４に、ハブ２０の中心軸線を基準として追加の切削加工を施すことによってヨーク２２Ａの芯出しの精度をより一層高めることができる。しかもヨーク２２Ａの肉厚を薄くすることができ、ハブ２０および円筒部２１が樹脂から成ることと相俟ってロータ１３の軽量化を図ることができる。

　またヨーク２２Ａの内周面に固着される永久磁石２３が、射出成形で前記ヨーク２２Ａの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であるので、従来のフェライト磁石に比べて同じ起磁力を得るための体積が少なくてすみ、より軽量化を図るとともに永久磁石２３の組付けを容易とすることができる。

　上述の第１の実施の形態では、円筒部２１に固着される前のヨーク２２Ａの内周面に射出成形される樹脂ボンド永久磁石をモールド結合するようにしたが、ハブ２０と一体の円筒部２１に圧入されたヨーク２２Ａの内周面に射出成形される樹脂ボンド永久磁石をモールド結合することも可能である。これにより、ハブ２０の中心軸線と、ヨーク２２Ａの内周面に射出成形される樹脂ボンド磁石の内周面の中心軸線とを合致させることが容易となり、芯出しを容易とすることができる。

　また上述の第１の実施の形態では、ハブ２０および円筒部２１が樹脂で一体に形成されていたが、前記ハブ２０および前記円筒部２１が、軽合金たとえばアルミニウム、マグネシウムまたはチタンから成るようにしても同様の効果を奏することができる。

第２の実施の形態

　本発明の第２の実施の形態として、図５で示すように、磁性金属製の帯板３７が複数回もしくは１回だけ（この実施の形態では２回）巻回されて成るようにヨーク２２Ｂを構成してもよい。

第３の実施の形態

　本発明の第３の実施の形態として、図６で示すように、磁性金属製の帯板３８が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク２２Ｃを構成してもよく、この場合、帯板３８が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から図６（ｂ）の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク２２Ｃが形成されるようにすればよい。

第４の実施の形態

　また本発明の第４の実施の形態として、図７で示すように、磁性金属から成るとともに横断面形状を矩形とした線材３９が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク２２Ｄを構成してもよく、この場合、線材３９が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から図７（ｂ）の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク２２Ｄが形成されればよい。

第５の実施の形態

　さらに本発明の第５の実施の形態として、図８で示すように、磁性金属から成るとともに横断面形状を円形とした線材４０が螺旋状に巻回されて成るようにヨーク２２Ｅを構成してもよく、この場合、線材４０が螺旋状に巻回されて長く延びる円筒部から図８（ｂ）の鎖線で示すように必要長さに切断することで、ヨーク２２Ｅが形成されればよい。しかも前記ヨーク２２Ｅは前記円筒部２１内にねじ込むことで該円筒部２１の内周面に固着されるが、そのねじ込みにあたって前記円筒部２１の内周面に予め雌ねじが形成されていてもよく、そうすればその雌ねじの精度を高めることでヨーク２２Ｅの中心軸線をハブ２０の中心軸線に精度よく合致させることができる。また前記ヨーク２２Ｅの前記円筒部２１へのねじ込み方向は前記ハブ２０および前記円筒部２１の回転方向すなわち前記クランクシャフト１４の回転方向と反対方向とすることが望ましく、そうすれば前記クランクシャフト１４の回転に応じて前記ヨーク２２Ｅが前記円筒部２１によりねじ込まれる効果が得られ、前記ヨーク２２Ｅが前記円筒部２１の内周面により確実に固着される。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば複数の永久磁石が、フェライト、希土類またはボンド磁石によって構成されてＮ極、Ｓ極の磁極を持つ複数の単体磁石で構成され、それらの単体磁石が、ヨークの内周面に、その周方向で隣接する単体磁石同士の極性が内周側および外周側で異なるように配置されてもよい。

Claims

　固定のステータ（１２）と、該ステータ（１２）を同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸（１４）に連結される磁性材料製のヨーク（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ）の内周面に複数の永久磁石（２３）が設けられるロータ（１３）とを備えるアウターロータ型多極発電機において、前記駆動軸（１４）に連結されるハブ（２０）と、該ハブ（２０）に一端部が連なる円筒部（２１）とが非磁性材料で一体に形成され、前記円筒部（２１）の内周面に前記ヨーク（２２Ａ～２２Ｅ）が固着されることを特徴とするアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記ハブ（２０）および前記円筒部（２１）が、樹脂から成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記ハブ（２０）および前記円筒部（２１）が、軽金属から成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記ヨーク（２２Ａ）が、鉄管から成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型発電機におけるロータ構造。
　前記ヨーク（２２Ｂ）は、磁性金属製の帯板（３７）が複数回もしくは１回だけ巻回されて成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記ヨーク（２２Ｃ）は、磁性金属製の帯板（３８）が螺旋状に巻回されて成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記ヨーク（２２Ｄ，２２Ｅ）は、磁性金属製の線材（３９，４０）が螺旋状に巻回されて成ることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
　前記永久磁石（２３）が、射出成形で前記ヨーク（２２Ａ～２２Ｅ）の内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。