JP2007104887A - 多極式永久磁石発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】多極式永久磁石発電機の回転子を構成するボウル体内には希土類金属の磁石が密着しているとともに、当該磁石は長方形の薄片構造であるため、製造の難易度は簡略化され、かつ磁石の材料使用率は向上する。
【解決手段】突極構造を有する鉄心７、及び当該鉄心に巻き付いた電流を出力するためのコイル８を含む固定子２と、固定子に対して回転自在に軸結合している回転子１とを備え、当該回転子には、外部動力源に結合している中心部３と、当該固定子の外周面側に配置されるとともに当該中心部に結合しているボウル体４と、当該ボウル体の内側にそれぞれ密着している複数個の磁石ユニット１４と、を備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は磁石発電機に関するものであり、特に個別に複数個の長方形磁石を有する磁石ユニットを使用する磁石発電機に関するものである。

一般的に見ると、オートバイやトラックなどの小型または特殊な交通手段内には一般に小型エンジンで駆動される発電機が備わっており、通常は永久磁石誘導の永久磁石発電機であり、それには永久磁石発電機を配設可能なケーシングが備わり、当該永久磁石発電機には例えば鉄酸塩磁石が採用されるか、または現在一般的に主流として使用されているフェライト磁石（ferrite magnet）が採用されている。
上記永久磁石発電機には回転子と固定子とが含まれ、当該回転子内には複数組の磁石が等間隔で配列されているとともにヨークの内周縁上に固定されている。当該固定子の組立て方式は複数個のコイルが一つの鉄心の複数個の放射部分の周りを取り巻くものであり、それにより回転子が一部エンジンに駆動されて固定子の周りを回転すると、固定子の磁極箇所に配置されている各コイル内に起電力が励起される。
搭載エンジンを二輪機動車に接続する磁石発電機としては、通常、略ボウル状に形成されているヨーク内の周囲に配設されている複数個の磁石を有する回転子が、ヨーク発電機電機子の周囲に装着されているとともに回転する。
従来の公知技術における永久磁石発電機は複雑な構造を備えているとともに製造コストは高く、通常、そこで使用されている磁石は一般のフェライト磁石（ferrite magnet、「肥粒磁鉄」）であり、その磁束密度及び保持力は有限であるため、体積が小さく、性能は高くかつコストは合理的である発電機を得るためには、斬新な永久磁石発電機の構造を提起することが必要である。
特開２００３−３２４９２２ 特開２００５−３１８６８５

そのため、上記公知技術における問題点に基づき本発明は提出されており、本発明の目的は多極式の永久磁石発電機の構造を提供することにあり、そこにおける磁極構造は改変されており磁石の製造方式は簡略化されるとともに、材料の使用率は向上するため、前記磁石発電機を製造する際のコストは低減される。
本発明で提供される磁石発電機は、突極構造を有する鉄心と、当該突極構造の外部を取り巻いており電流を出力するためのコイルとを含む固定子と、当該固定子に軸結合している回転子とを備え、当該回転子には、外部動力源に結合している中心部と、当該固定子の周囲に位置しているとともに、当該中心部に結合しているボウル体と、当該ボウル体の内側にそれぞれ密着している複数個の磁石ユニットとが含まれている。
本発明で提供される磁石発電機について、前記中心部には当該外部動力源に接続するための勾配孔が備わっており、前記ボウル体はリベットで中心部に固定接続されている。前記回転子には当該ボウル体上を被覆する磁石カバーが更に含まれ、かつ当該ボウル体の内側と形成する空間に当該長方形の磁石が収納されている。前記外部動力源は回転子を固定子に対して相対運動させて当該コイル内に電流を発生させるために使用される。前記突極構造には放射状の突極構造が含まれており、前記複数個の磁石ユニットのすべてにはそれぞれ２個の長方形磁石が含まれている。その他、長方形磁石には希土類磁石が含まれているとともに、その外径は好適には１１０ｍｍであり、厚さは好適には２．４ｍｍである。更に、長方形磁石の磁極角度は約２０度であり、前記長方形磁石の配置は当該ボウル体の中心線に対して対称であり、当該中心線は当該回転子の回転軸と平行である。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、突極構造を有する鉄心、及び当該鉄心に巻き付いた電流を出力するためのコイルを含む固定子と、当該固定子に対して回転自在に軸結合している回転子とを備え、当該回転子には、外部動力源に結合している中心部と、当該固定子の外周面側に配置されるとともに当該中心部に結合しているボウル体と、当該ボウル体の内側にそれぞれ密着している複数個の磁石ユニットと、を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁石発電機において、前記中心部には前記外部動力源に接続するための勾配孔が備わっていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の磁石発電機において、前記ボウル体はリベットにより前記中心部に固定接続されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の磁石発電機において、前記回転子には、前記ボウル体の内側面に近接配置された磁石カバーが更に含まれ、かつ当該ボウル体の内側面と当該磁石カバーの外側面との間に形成される空間内に当該長方形の磁石が収納されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁石発電機において、前記外部動力源が、前記回転子を前記固定子に対して相対運動させて前記コイル内に電流を発生させるために使用されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁石発電機において、前記突極構造を有する鉄心には放射状の突極構造が含まれていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁石発電機において、前記複数個の磁石ユニットには、夫々２個の長方形磁石が含まれていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の磁石発電機において、前記長方形磁石には希土類磁石が含まれていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、前記長方形磁石の外径が、請求項７又は８に記載の磁石発電機において、１１０ｍｍであることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項７、８又は９に記載の磁石発電機において、前記長方形磁石の厚さが２．４ｍｍであることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至１０の何れか一項に記載の磁石発電機において、前記長方形磁石の磁極角度が、２０度であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項７乃至１１の何れか一項に記載の磁石発電機において、前記長方形磁石の配置が、前記ボウル体の中心線に対して対称であり、当該中心線が当該回転子の回転軸と平行であることを特徴とする。

本発明についてその適正実施例及び添付図に基づき下記の通り詳細に説明するが、本発明における適正実施例のすべては例示用に過ぎず、文中の適正実施例以外に、本発明はその他実施例にも広範に応用することが可能である。また本発明はいずれの実施例の制限を受けるものではなく、添付の特許請求範囲及びその同等領域により決定されるべきものである。

先ず、図１には、本発明における永久磁石発電機の断面図が示されている。この発電機には回転子１及び固定子２が含まれ、回転子１には中心部３及びボウル体４が含まれている。中心部３には外部エンジンの回転軸を接続して回転子１の回動を従動させるための勾配孔９が備わっている。中心部３とボウル体４との結合はリベット孔１１を通過するリベットを介して行われる。前記ボウル体４の内側面は円筒状磁石カバー６の外表面との間で、磁石５を配置するための収納空間を形成している。磁石５は磁***錯配列されており、併せて接着剤によりボウル体４の内側の収納空間内に固定されている。
固定子２は、中心軸の外側に放射状に形成されており、基層鉄板により構成される電機子鉄心７を含む突極構造を備えており、かつ各突極上にはコイル８が備わり各突極を取り巻いている。固定子２はネジにより外部エンジン側に固定されているため、外部エンジンが回転すると、中心部３を中心として回転子１が従動回転し、中心部３のボウル体４の内側に位置する磁石５と固定子２の突極上のコイル８との間の相対運動によりコイル８内に電流が生成される。

図２（Ａ）はボウル体４の内側面部分の拡大断面図であり、Ｚ−Ｚ線に沿った断面図が図２（Ｂ）に示されている。図２（Ｂ）において、ボウル体４の内側面は円弧形であるとともに磁石カバー６の外側面との間で磁石５を収納する空間を形成している。通常、磁石５は角度θ（磁極角度と称する）を有するとともに中心線Ｌに対して対称な円弧磁石であり、ボウル体４の内側面と磁石カバー６の外側面との間で形成される空間内に密着して収納され、前記磁極角度は設計される磁極数により決定される。図２（Ａ）において、軸と平行でありかつ磁心方向に面する磁石５の厚さ（幅）はＷｅであるとともに、磁石カバー６の一端がボウル体４の上に固定接続されており、その別の一端がボウル体４の末端の突起構造内に当接可能となっているため、磁石収納空間が形成されている。
一般的に見ると、円弧磁石５には希土類磁石を含むことができ、それには磁束密度が高いという特性が備わっているため、希土類磁石を備えた発電機の性能は通常比較的良好である。しかしその価格が高いため、この種の磁石発電の製造コストは一般のフェライトを使用した発電機より高価となる。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は本発明における磁石発電機のボウル体構造図である。図３（Ｂ）によれば、本発明における永久磁石発電機ではそのボウル体４内側の収納空間内に第一磁石１２及び第二磁石１３が含まれており、第一磁石１２及び第二磁石１３が１組の磁石ユニットを形成している。第一磁石１２及び第二磁石１３は長方形の断面を備え、それぞれ収納空間における対称の中心線Ｌの両側に位置しているとともに、粘着可能方式で上記収納空間内に固定されており、かつ第一及び第二磁石の配置方式はボウル体４の中心線Ｌと対称であり、当該中心線は回転子１の回転軸と平行である。磁石カバー６の外側とボウル体４の内側とが形成する円弧形空間の弧度角はθであるため、前記中心線Ｌと対称な両側空間の弧度角は共にθ／２となる。
本発明において長方形磁石を円弧形磁石に代替するのは、長方形磁石には製造が容易であるという利点が備わっているためであり、かつそれには比較的高い材料使用率（製造材料の重量／投入材料の重量×１００）が備わっているため、永久磁石発電機の製造コストを効果的に低減することができる。単純に長方形磁石で元来の円弧形磁石に代替するだけであると、円弧形の収納空間内にスムーズに嵌入するためには、前記磁石の体積を元来の体積の６１％まで大幅に低減させなければならないため、有効使用率を高めて材料を実際的に活用することはできない。本発明の永久磁石発電機では、磁石の体積減少率は相当に低いため（元来の体積の約９１％）、前記体積の減少が磁場の改変に与える影響は非常に小さい。その他、第一磁石１２及び第二磁石１３には希土類磁石を含むことも可能である。
本発明に基づく実施例では、本発明の磁石発電機について、その固定子２には中心軸から外側に向けて放射状に形成されている突極構造が、図４に示されている通り備わっている。そのうち各放射状突極構造は基層鉄板で構成される電機子鉄心７及びコイル８で構成されている。

図４は更に本発明に基づく実施例の回転子１を示している。回転子１には中心部３及びボウル体４とが含まれている。２個の同一の磁石１４ａで磁石ユニット１４が構成されて並列でボウル体４の内側面に密着配列されており、隣り合う２組の磁石１４ａには相反する極性が備わっている。図４に示されている回転子１は図４に示されている固定子２を被覆することができ、両者は回転軸で相互に同軸状に結合しており、当該回転子１が回転すると、その中の磁石ユニット１４と固定子２の突極構造上のコイル８とが相互運動を実施して、電流を生成する。
本発明に基づく実施例は、二輪機動車上に使用される多極式永久磁石発電機に用いられ、そこで使用される永久磁石は希土類磁石であり、ネオジム磁石（Neodyminum）が含まれている。前記発電機についてその回転子のボウル体上には２個の長方形磁石が備わり、かつその外径は１１０ｍｍ、磁石の厚は２．４ｍｍ、磁極角度は２０度である。

上記の通り、本発明に基づく多極式永久磁石発電機について、その磁石の製造方式は従来の円弧形磁石より容易であり、かつ比較的高い材料使用率を備えているため、磁石の製造に必要とするコストを効果的に削減することができる。また、本発明に基づく多極式永久磁石発電機では、比較的高い磁束及び磁束密度を有する希土類磁石を使用して従来のフェライト磁石に代替され、発電機の機能は効果的に向上するため、発電機の体積は小さく、性能は高くかつ経済性を備えているという要求を十分に満足することが可能である。
当該技術領域を熟知している技術者に対し、本発明では適正実施例について上記の通り説明を加えているが、それは本発明の精神を制限するものではない。本発明の精神及び範囲を逸脱することなく施された改訂や類似の配置は、すべての下記の特許請求範囲に含まれるべきものであり、当該範囲はすべての類似した改訂や類似した構造をカバーするものであり、かつ最も幅広く解釈されるべきものである。

本発明を適用する発電機の断面図である。 （Ａ）は図１におけるボウル体の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）はボウル体のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。 （Ａ）は本発明におけるボウル体の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）はボウル体のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。 本発明における磁石発電機固定子、及び磁石発電機回転子の斜視図である。

符号の説明

１ 回転子、２ 固定子、３ 中心部、４ ボウル体、５ 磁石、６ 磁石カバー、７ 鉄心、８ コイル、９ 勾配孔、１１ リベット孔、１２ 第一磁石、１３ 第二磁石、１４ 磁石ユニット。

Claims (12)

1. 突極構造を有する鉄心、及び当該鉄心に巻き付いた電流を出力するためのコイルを含む固定子と、当該固定子に対して回転自在に軸結合している回転子とを備え、当該回転子には、外部動力源に結合している中心部と、当該固定子の外周面側に配置されるとともに当該中心部に結合しているボウル体と、当該ボウル体の内側にそれぞれ密着している複数個の磁石ユニットと、を備えたことを特徴とする磁石発電機。
2. 前記中心部には前記外部動力源に接続するための勾配孔が備わっていることを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
3. 前記ボウル体はリベットにより前記中心部に固定接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁石発電機。
4. 前記回転子には、前記ボウル体の内側面に近接配置された磁石カバーが更に含まれ、かつ当該ボウル体の内側面と当該磁石カバーの外側面との間に形成される空間内に当該長方形の磁石が収納されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の磁石発電機。
5. 前記外部動力源は、前記回転子を前記固定子に対して相対運動させて前記コイル内に電流を発生させるために使用されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁石発電機。
6. 前記突極構造を有する鉄心には放射状の突極構造が含まれていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁石発電機。
7. 前記複数個の磁石ユニットには、夫々２個の長方形磁石が含まれていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁石発電機。
8. 前記長方形磁石には希土類磁石が含まれていることを特徴とする請求項７に記載の磁石発電機。
9. 前記長方形磁石の外径は、１１０ｍｍであることを特徴とする請求項７又は８に記載の磁石発電機。
10. 前記長方形磁石の厚さは２．４ｍｍであることを特徴とする請求項７、８又は９に記載の磁石発電機。
11. 前記長方形磁石の磁極角度は、２０度であることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか一項に記載の磁石発電機。
12. 前記長方形磁石の配置は、前記ボウル体の中心線に対して対称であり、当該中心線は当該回転子の回転軸と平行である請求項７乃至１１の何れか一項に記載の磁石発電機。

Images