JP2005130548A - 磁石式発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの永久磁石とステータの突極部とのエアーギャップを最少にして、起電力を向上させることができ、また低コストでの製造が可能な磁石式発電機を提供する。
【解決手段】永久磁石２の軸方向の両端面に、外周方向に向けて高くなるテーパ面２ａ、２ｂが形成される。複数の永久磁石２がロータ円筒部３の内側面に沿って円環状の底部側スペーサ７と開口部先端側スペーサ６に挟まれて配設される。開口部先端側スペーサ６の外側に円環状押え板９が配設される。ロータ円筒部３の端部に設けたかしめ部３ａを内側にかしめることにより円環状押え板９を介して開口部先端側スペーサ６を永久磁石２側に押し付けて固定し、ステータコア１１の突極部先端を永久磁石２の内側面に直接対向させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪車、バギー車、雪上車等のエンジンに装着され、搭載バッテリの充電や電気機器への電力供給に使用される磁石式発電機に関する。

この種の磁石式発電機のロータは、一般に、図７、図８の断面図に示すように、カップ状に形成されたロータ本体２１の中央にボス部２４が設けられ、ロータ本体２１の外周壁にロータ円筒部２３が形成され、ロータ円筒部２３の内周に沿って、複数に分割形成された環状の永久磁石２２が配設され、その永久磁石２２の内側に円筒状の磁石保護カバー２５が圧入されて構成される（例えば下記特許文献１などを参照）。また、この種の磁石式発電機では、ロータの内側に配設されるステータとの間のエアーギャップをできるだけ小さくして、そのエアーギャップを通過する磁束密度を高くし、発電機の起電力を高くするようにしている。
特開２００２−２４７８２１公報

しかし、従来のこの種の磁石式発電機では、そのロータの内側に配設された永久磁石２２の内側に円筒状の磁石保護カバー２５が装着されているため、その磁石保護カバー２５の厚さだけ、ロータの永久磁石２２とステータの突極部の間隙が大きくなり、その間に介在される磁石保護カバー２５によって、永久磁石２２と突極部の発電コイル間に生じる磁束密度が低下し、起電力が低下するという課題があった。

このため、近年では、永久磁石２２として一般に使用されているフェライト磁石に代えて、より性能の優れた希土類磁石が使用される傾向にある。しかし、希土類磁石は、フェライト磁石に比べ単位体積当りの磁力が高く、発電機の起電力を向上させることができるものの、価格が高いため、希土類磁石を多く使用すると、発電機の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ロータの永久磁石とステータの突極部とのエアーギャップを最少にして、起電力を向上させることができ、また低コストでの製造が可能な磁石式発電機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、本発明の請求項１の磁石式発電機は、中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、ロータ円筒部の内側面に沿って複数の永久磁石が取り付けられてなるロータと、
ステータコアの突設された複数の突極部に発電コイルが巻装され、突極部の先端部がロータの永久磁石に対向してロータの内側に配置されてなるステータと、
を備えた磁石式発電機において、永久磁石の軸方向の両端面に、外周方向に向けて高くなるテーパ面が形成され、複数の永久磁石がロータ円筒部の内側面に沿って円環状の底部側スペーサと開口部先端側スペーサに挟まれて配設され、開口部先端側スペーサの外側に円環状押え板が配設され、ロータ円筒部の端部に設けたかしめ部を内側にかしめることにより円環状押え板を介して開口部先端側スペーサを永久磁石側に押し付けて固定し、ステータコアの突極部先端を永久磁石の内側面に直接対向させたことを特徴とする。

ここで、請求項２のように、上記底部側スペーサと開口部先端側スペーサにおける永久磁石との当接面に、永久磁石の端面に対応したテーパ面を形成することができる。

また、請求項３のように、上記底部側スペーサと開口部先端側スペーサには、永久磁石と永久磁石の間に嵌入する凸部を所定の間隔で突設すると共に、凸部の永久磁石と接触する面に小凸部を突設し、凸部を永久磁石と永久磁石の間に締り嵌めにより嵌入して固定することができる。

この磁石式発電機は、ロータがエンジンにより回転駆動され、ロータの回転に伴いその内側に装着された永久磁石とステータコア間で磁束が流れ、相対的に回転するステータの発電コイルが、その磁束を切ることにより、発電コイルに誘導起電力が生じ、発電が行われる。このとき、ステータコアの各突極部先端とそれに対向するロータの永久磁石間で磁束が流れ、発電コイルに起電力が発生するが、ステータコアの突極部先端を永久磁石の内側面に直接対向させているため、従来の磁石保護カバーを介在させた場合より、突極部先端と永久磁石間の間隙を小さくすることができ、それによって、その間の磁束密度を増大させ、従来の同じ型の磁石式発電機より、起電力を増加させることができる。

また、起電力が増加するために、高価な希土類磁石の形状を大きくする必要はなく、または安価なフェライト磁石を使用することもでき、製造コストの増大する防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は磁石式発電機のロータ１とステータ１０の断面図を示している。ロータ１の本体は、磁性体金属を材料にして、熱間鍛造及び切削加工等により略カップ状に成形されている。

ロータ１の本体の中央部にはボス部４が形成され、ボス部４には、エンジンのクランクシャフトに嵌着されるテーパ孔４ａが形成され、ボス部４の先端には平坦な締付座面４ｂが設けられ、ボス部４の外周部に、ロータ１を抜く際に螺合するための抜きねじ４ｃが設けられる。ロータ１の本体の外周壁にはロータ円筒部３が形成され、ロータ円筒部３とボス部４との間に、ロータ底部５が一体に形成されている。ロータ底部５には複数の開口孔５ａが空気冷却のために穿設されている。

ロータ円筒部３の内周面に、フェライト磁石或いは希土類磁石などからなる永久磁石２が取着される。永久磁石２は複数に分割して形成され、図４に示すように、各永久磁石２は、それらの間に所定の間隔をおいて全体で円環状となるように、ロータ円筒部３の内側に配置され、後述の開口先端側スペーサ６と底部側スペーサ７によって挟持される形態で取着される。

各永久磁石２は、図４、図６に示すように、ロータ円筒部３の円周上に沿った曲面をもつ板状に形成され、特に、各永久磁石２の開口先端側の端面には、図３に示すように、外周側で高く内周側で低くなるテーパ面２ａが形成されている。また、各永久磁石２の底部側の端面にも、外周側で高く内周側で低くなるテーパ面２ｂが形成されている（図２）。なお、この明細書で、ロータ１に関して「開口先端側」とは、図２の左側であって、ロータ円筒部３のかしめ部３ａが位置するロータ１の開口部側を意味し、ロータ１に関して「底部側」とは、図２の右側であって、ロータ１のロータ底部５が位置する底部の側を意味する。また、外周側で高く内周側で低くとは、ロータの軸方向を上下としたときの高低を意味する。

各永久磁石２をロータ円筒部３の内周側の所定位置に取り付けるために、ロータ円筒部３内側の底部側に、円筒状で非磁性体製（合成樹脂製）の底部側スペーサ７が永久磁石２と底部との間に配設され、ロータ円筒部３の開口先端側には、永久磁石２とかしめ部３ａとの間に、円環状で非磁性体製の開口先端側スペーサ６が配設されている。

開口先端側スペーサ６は、ロータ円筒部３の内周面に嵌合可能な円環状に形成されると共に、図２、図５に示すように、各永久磁石２のテーパ面２ａを押えるテーパ面６ａが磁石側に形成され、さらに、テーパ面６ａとテーパ面６ａの間に、凸部６ｂが形成され、この凸部６ｂを永久磁石２と永久磁石２の間に嵌入することにより、各永久磁石２を所定の間隔で円周上に配置可能としている。また、図５、図６に示すように、各凸部６ｂの両側には、小凸部６ｃが形成され、各永久磁石２を凸部６ｂと凸部６ｂの間に圧入した際、塑性変形させて締り嵌めによる組み付けを可能としている。

さらに、ロータ底部側に配設される底部側スペーサ７は、ロータ円周部３の内周面に嵌合可能な円筒状に形成されると共に、その先端側（永久磁石２側）には、図５に示すように、各永久磁石２のテーパ面２ｂを押えるテーパ面７ａが形成され、さらに、テーパ面７ａとテーパ面７ａの間には、凸部７ｂが形成され、この凸部７ｂを永久磁石２と永久磁石２の間に嵌入することにより、各永久磁石２を所定の間隔で円周上に配置可能としている。また、図５に示すように、各凸部７ｂの両側には、小凸部７ｃが形成され、各永久磁石２を凸部７ｂと凸部７ｂの間に圧入したとき、それを塑性変形させて締り嵌めによる組み付けを可能にしている。

ロータ円筒部３の先端部には、円環状押え板９が介挿され、円環状押え板９を介して開口先端側スペーサ６を固定するためのかしめ部３ａが肉厚を薄くして形成される。

上記のように構成されるロータ１を組み立てる場合、例えば先ず円筒状の治具を用意し、その周囲に複数の永久磁石２を開口先端側スペーサ６と底部側スペーサ７と共に組み付ける。このとき、底部側スペーサ７を上側に配置するようにし、先ず開口先端側スペーサ６を治具の外周部に嵌め込み、開口先端側スペーサ６の凸部６ｂと凸部６ｂの間に各永久磁石２を嵌め込む。そして、それらの永久磁石２の上から底部側スペーサ７を嵌め、底部側スペーサ７の凸部７ｂを永久磁石２と永久磁石２の間にはめ込むようにする。

次に、上記のように治具の外周部に組み付けた開口先端側スペーサ６と永久磁石２と底部側スペーサ７の組付体に対し、開口部を下にしたロータ１のロータ円筒部３をその組付体に被せるように圧入する。

このとき、開口先端側スペーサ６と永久磁石２と底部側スペーサ７の組付体は、ロータ円筒部３により内側に圧縮され、開口先端側スペーサ６と底部側スペーサ７の凸部６ｂ、７ｂの両側には各々小凸部６ｃ、７ｃが形成されているため、圧入の際に、それらの小凸部６ｃ、７ｃが塑性変形して締り嵌め状態となり、各永久磁石２はロータ円筒部３の内周面に押し付けられ、開口先端側スペーサ６、底部側スペーサ７、及び永久磁石２は強固に組み付けられる。

そして、開口先端側スペーサ６の上に円環状押え板９を載置し、最後にロータ円筒部３の先端のかしめ部３ａを内側にかしめて固定する。これにより、多数の永久磁石２が開口先端側スペーサ６と底部側スペーサ７に挟まれた状態で、ロータ円筒部３内の所定位置に組み付けられる。

このようなロータ円筒部３の内周面への多数の永久磁石２の組み付け状態は、図２、図３に示すように、各永久磁石２の先端側面と底部側面に、外周側を高くしたテーパ面２ａ，２ｂが形成され、このテーパ面２ａを開口先端側スペーサ６のテーパ面６ａが押え、テーパ面２ｂを底部側スペーサ７のテーパ面７ａが押えるように作用し、これによって、各永久磁石２にはロータ円筒部３側に押し付けられる力が作用するため、従来のような磁石保護カバーがなくても、各永久磁石２をロータ円筒部３内の所定位置に保持することができる。

なお、発電機の使用環境が厳しい場合には、さらに接着剤を用いて永久磁石２をロータ円筒部３に接着するようにすれば、厳しい環境下においても永久磁石２の脱落を充分に防止することができる。

一方、ステータ１０は、図１のように、ステータコア１１の外周部に突設された複数の突極部に発電コイル１３を巻装して構成される。鋼板を所定の形状に打ち抜き形成したコアプレートを多数枚積層して形成されたステータコア１１は、リング状の継鉄部の外周部に複数の突極部が所定の角度間隔で放射状に突設されて形成され、積層された多数のコアプレートの両側の最外側には、エンドプレートが重ねて配設される。

エンドプレートは、基本的にはコアプレートと略同じ形状を有しているが、その先端部は、巻装した発電コイル１３を保持するために、外側に曲折されてフランジ状に形成されている。これらの積層されたコアプレートとエンドプレートは、そのリング状の継鉄部に穿設した孔にリベット１４を挿入して一体にかしめ固定される。そして、各突極部にはその表面をエポキシ樹脂でコーティングした後、発電コイル１３が所定のターン数だけ巻装される。

このように構成されたステータ１０は、図示しないエンジンのケーシングの内側所定位置に、固定ボルトをステータコア１１のリング状継鉄部の取付孔に挿通して締付固定される。一方、ロータ１は、図示しないエンジンのクランクシャフトの先端部に、ステータ１０の外周部を覆うと共に、ロータ円筒部３の内側の永久磁石２の内周面とステータコアの突極部の先端部との間に、僅かな隙間を形成した状態で、締付固定される。

このように、ステータ１０とロータ１をエンジンの所定位置に装着した状態で、ステータ１０の各突極部の先端は、図１に示すように、ロータ１の永久磁石２の内側面と直接対向する状態となり、その突極部と永久磁石２との間隙は、従来使用していた磁石保護カバーを介在させない分だけ、最小の状態まで狭くすることができる。

このような構成の磁石式発電機は、ロータ１がエンジンにより回転駆動され、ロータ１の回転に伴いその内側に装着された永久磁石２とステータ１０のステータコア１１の突極部先端間で磁束が流れ、相対的に回転するステータ１０の発電コイル１３が、その磁束を切ることにより、発電コイル１３に誘導起電力が生じ、発電が行われる。上記のように、ステータ１０とロータ１の永久磁石２との間隙が狭く設定されるため、その間に生じる磁束密度は増大し、起電力を増大させることができる。また、磁束密度の増加により、永久磁石２にはより小形のフェライト磁石や希土類磁石を使用することが可能となり、製造コストの増大を防ぐことができる。さらに、従来使用していた円筒状の磁石保護カバーが不要となるため、磁石保護カバーの材料やそれをプレスなどにより深絞り加工する工程が不要となり、製造コストを下げることができる。

なお、上記実施形態では、開口先端側スペーサ６の各凸部６ｂの両側に、小凸部６ｃを設け、底部側スペーサ７の各凸部７ｂの両側に、小凸部７ｃを設けたが、何れか一方の側に小凸部６ｃ、７ｃを設けることもでき、或いは、このような小凸部６ｃ、７ｃを設けなくても、締り嵌めが可能な形状に、或いはロータ内に永久磁石とスペーサを個々に組み付け可能に形成すれば、各永久磁石２を開口先端側スペーサ６と底部側スペーサ７の間に各永久磁石２を保持させて組み付けることは可能である。

以上説明したように、本発明の磁石式発電機によれば、ステータコアの突極部先端を永久磁石の内側面に直接対向させているため、従来の磁石保護カバーを介在させた場合より、突極部先端と永久磁石間の間隙を小さくすることができ、それによって、その間の磁束密度を増大させ、従来の同じ型の磁石式発電機より、起電力を増加させることができる。また、起電力が増加するために、高価な希土類磁石の形状を大きくする必要はなく、または安価なフェライト磁石を使用することができ、製造コストの増大する防ぐことができる。

本発明の一実施形態を示す磁石式発電機のロータとステータの断面図である。 同発電機のロータの断面図である。 同ロータの部分拡大断面図である。 図２のIV-IV断面図である。 図４における矢視Vで示す部分の一部拡大矢視図である。 図５のVI-VI拡大断面図である。 従来のロータ２１のVII-VII断面図である。 従来のロータ２１のVIII-VIII断面図である。

符号の説明

１−ロータ
２−永久磁石
２ａ，２ｂ−テーパ面
３−ロータ円筒部
３ａ−かしめ部
４−ボス部
５−ロータ底部
６−開口先端側スペーサ
７−底部側スペーサ
９−円環状押え板
１０−ステータ
１１−ステータコア
１３−発電コイル

Claims (3)

1. 中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、該ロータ円筒部の内側面に沿って複数の永久磁石が取り付けられてなるロータと、
   ステータコアの突設された複数の該突極部に発電コイルが巻装され、該突極部の先端部が該ロータの永久磁石に対向して該ロータの内側に配置されてなるステータと、
   を備えた磁石式発電機において、
   該永久磁石の軸方向の両端面に、外周方向に向けて高くなるテーパ面が形成され、該複数の永久磁石が該ロータ円筒部の内側面に沿って円環状の底部側スペーサと開口部先端側スペーサに挟まれて配設され、該開口部先端側スペーサの外側に円環状押え板が配設され、該ロータ円筒部の端部に設けたかしめ部を内側にかしめることにより、該円環状押え板を介して該開口部先端側スペーサを該永久磁石側に押し付けて固定し、該ステータコアの突極部先端を該永久磁石の内側面に直接対向させたことを特徴とする磁石式発電機。
2. 前記底部側スペーサと開口部先端側スペーサにおける前記永久磁石との当接面には、該永久磁石の端面に対応したテーパ面が形成されている請求項１記載の磁石式発電機。
3. 前記底部側スペーサと開口部先端側スペーサには、前記永久磁石と永久磁石の間に嵌入する凸部が所定の間隔で突設され、該凸部の該永久磁石と接触する面に小凸部が突設され、該凸部が永久磁石と永久磁石の間に締り嵌めにより嵌入されている請求項１記載の磁石式発電機。

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