JP2009038944A - 磁石発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンカバーの軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制し得る磁石発電機を提供すること。
【解決手段】磁石発電機１００のステータ２は、円環凹状の回転部材１１の開口部１１gから底部１１cへと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート２２、積層コア２１、底部側コアエンドプレート２３が順に配置され、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aの高さAは、底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aの高さBよりも低く設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、オートバイ、バギー、雪上車などのエンジンに装着され、バッテリの充電を行うとともに電気負荷に電力を供給する磁石発電機に関する。

従来、磁石発電機として、エンジンのクランクシャフトの端部に連結されるロータと、エンジンカバーに固定されるステータとを備え、ロータは、エンジンのクランクシャフトの端部に連結される円環凹状の回転部材と、この回転部材の外周部（ヨーク）の内周面に円環状に配置された複数の永久磁石とを有し、ステータは、上記永久磁石の内側に対向配置されてエンジンカバーに固定され、円環凹状の回転部材の開口部から底部へと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート、積層コア、底部側コアエンドプレートが順に配置される磁石発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の磁石発電機においては、ロータとステータとの干渉、及び、ロータとエンジンカバーとの干渉を防止しつつ出力の向上を図る必要がある。

一方では、エンジンカバーの軸方向（クランクシャフトの軸方向と一致する方向）の長さを出来る限り短くする要請がある。

このような要請に対し、ロータの回転部材の外周部（ヨーク）の軸方向長さを短くすると、この外周部の軸方向長さの短縮に伴い永久磁石の軸方向中心位置が回転部材の底部側に変位することとなり、永久磁石の軸方向中心位置と積層コアの軸方向中心位置とに芯ズレが生じる。また、上記要請に対し、ロータの回転部材をエンジン側に移動させても、同様に芯ズレが生じる。

ここで、積層コアと永久磁石との芯ズレ量と、磁石発電機の出力との相関関係は、例えば図５に示すように表され、図５に示すように、ステータがロータから外側に１mm以上芯ズレすると、出力電流が大幅に低下することが判明した。

この出力低下の原因を考察したところ、(1)開口部側コアエンドプレートの鍔部が、ロータの永久磁石の端よりも外側に出たことにより、永久磁石から開口部側コアエンドプレートの鍔部を介してロータの外周部（ヨーク）に至る磁気漏洩回路が生成されること、(2)底部側コアエンドプレートの鍔部とロータの永久磁石とが互いに対向しない部分が多くなり、永久磁石からコイルの巻かれた積層コアを通過する有効磁束量が減少することが原因と考えられる。

そこで、上記芯ズレを解消するために、ステータを回転部材の底部側に変位させることが考えられるが、ステータをエンジンカバーに固定するためのステータ締付ボルトの頭部がロータの回転部材と干渉し易くなるため、このような対策は好ましくない。また、出力の低下を補うために永久磁石の使用量を増加させることが考えられるが、希土類磁石の近年の高騰による磁石発電機の大幅なコスト増大を招くことになるため、このような対策も好ましくない。
特開２００１−４５７１４公報（図１）

本発明は、上記の点にかんがみなされたものであり、エンジンカバーの軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制し得る磁石発電機を提供することを目的とする。

本発明の磁石発電機は、エンジンのクランクシャフトの端部に連結される円環凹状の回転部材を有するとともに前記回転部材の外周部の内周面に円環状に配置された複数の永久磁石を有するロータと、前記永久磁石の内側に対向配置されてエンジンカバーに固定されるステータであって、前記円環凹状の回転部材の開口部から底部へと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート、積層コア、底部側コアエンドプレートが順に配置されたステータと、を備える磁石発電機において、前記開口部側コアエンドプレートの鍔部の高さを、前記底部側コアエンドプレートの鍔部の高さよりも低く設定したことを特徴とする。

本発明によると、開口部側コアエンドプレートの鍔部の高さを底部側コアエンドプレートの鍔部の高さよりも低く設定したため、開口部側コアエンドプレートの鍔部がロータの永久磁石の端よりも外側に出る突出量を減少もしくは無くすことができ、永久磁石から開口部側コアエンドプレートの鍔部を介してロータの外周部（ヨーク）に至る磁気漏洩回路が殆ど生成されなくなる。また、ロータの回転部材をエンジン側に移動させていないため、底部側コアエンドプレートの鍔部とロータの永久磁石とが互いに対向しない部分を無くすことができ、永久磁石からコイルの巻かれた積層コアを通過する有効磁束量を維持することができる。

このため、本発明によると、エンジンカバーの軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制することができる。

また、本発明の他の磁石発電機は、エンジンのクランクシャフトの端部に連結される円環凹状の回転部材を有するとともに前記回転部材の外周部の内周面に円環状に配置された複数の永久磁石を有するロータと、前記永久磁石の内側に対向配置されてエンジンカバーに固定されるステータであって、前記円環凹状の回転部材の開口部から底部へと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート、積層コア、底部側コアエンドプレートが順に配置されたステータと、を備える磁石発電機において、前記開口部側コアエンドプレートの鍔部を削除するとともに、前記底部側コアエンドプレートの鍔部を残存させることを特徴とする。

本発明によると、開口部側コアエンドプレートの鍔部を削除するとともに底部側コアエンドプレートの鍔部を残存させるようにしたため、従来の開口部側コアエンドプレートの鍔部がロータの永久磁石の端よりも外側に出ることによる磁気漏洩回路が生成されなくなる。また、ロータの回転部材をエンジン側に移動させていないため、底部側コアエンドプレートの鍔部とロータの永久磁石とが互いに対向しない部分を無くすことができ、永久磁石からコイルの巻かれた積層コアを通過する有効磁束量を維持することができる。

このため、本発明によると、エンジンカバーの軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る磁石発電機の断面図、図２は、同発電機の要部拡大断面図、図３は、第２実施形態に係る磁石発電機の断面図、図４は、同発電機の要部拡大断面図、図５は、コアと磁石との芯ズレ量と、磁石発電機の出力との相関関係を示す実験結果のグラフをそれぞれ示す。

図１及び図２において、第１実施形態に係る磁石発電機１００は、エンジンのクランクシャフト２００の端部２００aに固定されるロータ１と、エンジンカバー３００に固定されるステータ２とを備える。

ロータ１は、磁性体からなる円環凹状の回転部材１１を備える。回転部材１１のボス部１１aに形成されたテーパ部１１bは、ボルト３１によってクランクシャフト２００の端部２００aに嵌合、固着される。回転部材１１の底部（端面部）１１cには、冷却用貫通孔１１dが複数設けられている。回転部材１１の円筒状の外周部１１eはヨークを構成している。

回転部材外周部１１eの内周面に、非磁性体からなるリング状のスペーサ１２、及び、円環状に等間隔に配置された複数の永久磁石（希土類磁石）１３が、クランクシャフト２００の軸方向に沿って配設される。希土類磁石１３は、その内側に磁石保護リング１４を配置し、回転部材外周部１１ｅの先端部１１ｆを巻きかしめすることによって、回転部材外周部１１eの内周面に固定される。なお、磁石保護リング１４は、ステンレス板をプレス加工して形成される。

ステータ２は、希土類磁石１３の内側に対向配置される。ステータ２は、積層コア２１に形成されたねじ挿通用貫通孔２１aに締付ボルト３２を通し、エンジンカバー３００に形成されたねじ穴３０１にねじ込むことによって、エンジンカバー３００に固定される。

ステータ２は積層コア２１を備える。積層コア２１は、厚さ例えば０．５mmの電磁鋼板をプレス加工したコアシート２１bを複数枚積層して構成される。積層コア２１の一方の端面側、つまり、回転部材１１の開口部１１g側の端面には、コアシート２１bよりも厚い開口部側コアエンドプレート２２が配置され、また、積層コア２１の他方の端面側、つまり、回転部材１１の底部１１c側の端面には、コアシート２１bよりも厚い底部側コアエンドプレート２３が配置される。積層コア２１と開口部側コアエンドプレート２２と底部側コアエンドプレート２３は、リベット２４をかしめることによって一体化される。開口部側コアエンドプレート２２及び底部側コアエンドプレート２３は、それぞれ、厚さ例えば１．２mmの鉄板をプレス加工して構成され、鍔部２２a及び２３aを有する。

ここで、図２に明瞭に示すように、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aの高さAは、底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aの高さBよりも低く設定されている。

積層コア２１及び開口部側コアエンドプレート２２、底部側コアエンドプレート２３の突極部の表面はエポキシ樹脂による粉体樹脂塗装層２５で絶縁されており、この粉体樹脂塗装層２５に銅線を巻線して発電コイル２６が形成されている。

以上説明したように、第１実施形態に係る磁石発電機１００は、エンジンのクランクシャフト２００の端部２００aに連結される円環凹状の回転部材１１を有するとともに回転部材１１の外周部１１eの内周面に円環状に配置された複数の希土類磁石（永久磁石）１３を有するロータ１と、希土類磁石１３の内側に対向配置されてエンジンカバー３００に固定されるステータ２であって、円環凹状の回転部材１１の開口部１１gから底部１１cへと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート２２、積層コア２１、底部側コアエンドプレート２３が順に配置されたステータ２と、を備える磁石発電機１００において、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aの高さAは、底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aの高さBよりも低く設定される。

第１実施形態によると、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aの高さAを底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aの高さBよりも低く設定したため、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aがロータ１の希土類磁石１３の端よりも外側に出る突出量を減少もしくは無くすことができ、希土類磁石１３から開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aを介してロータ１の外周部１１eに至る磁気漏洩回路が殆ど生成されなくなる。また、ロータ１の回転部材１１をエンジン側に移動させていないため、底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aとロータ１の希土類磁石１３とが互いに対向しない部分を無くすことができ、希土類磁石１３から発電コイル２６の巻かれた積層コア２１を通過する有効磁束量を維持することができる。

このため、第１実施形態によると、エンジンカバー３００の軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制することができる。例えば、図５に示すように、積層コア２１の軸方向中心位置と希土類磁石１３の軸方向中心位置との芯ズレ量Sに対する出力電流を表した実験結果によると、従来の磁石発電機と比べて出力電流の低下が抑制されることが分かり、芯ズレ量が３mmの場合、出力電流に約１Aの差、換言すると性能が約５％向上し、希土類磁石１３の使用量を約５％低減させることが可能となる。

図３及び図４において、第２実施形態に係る磁石発電機１００は、開口部側コアエンドプレート２２は鍔部２２aを削除して構成され、かつ、底部側コアエンドプレート２３は鍔部２３aをそのまま残存して構成されており、その他の構成は、上記第１実施形態に係る磁石発電機１００と同様に構成される。

第２実施形態によると、開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aを削除するとともに底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aを残存させるようにしたため、従来の開口部側コアエンドプレート２２の鍔部２２aがロータ１の永久磁石１３の端よりも外側に出ることによる磁気漏洩回路が生成されなくなる。また、ロータ１の回転部材１１をエンジン側に移動させていないため、底部側コアエンドプレート２３の鍔部２３aとロータ１の永久磁石１３とが互いに対向しない部分を無くすことができ、永久磁石１３から発電コイル２６の巻かれた積層コア２１を通過する有効磁束量を維持することができる。

このため、第２実施形態によると、エンジンカバー３００の軸方向の長さを出来る限り短くする要請に対し、きわめて簡素な構成により、コスト増大を招かず、しかも出力低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る磁石発電機の断面図である。 同発電機の要部拡大断面図である。 第２実施形態に係る磁石発電機の断面図である。 同発電機の要部拡大断面図である。 コアと磁石との芯ズレ量と、磁石発電機の出力との相関関係を示す実験結果のグラフである。

符号の説明

１ ロータ
２ ステータ
１１ 回転部材
１１c 底部
１１e 外周部
１１g 開口部
１３ 希土類磁石（永久磁石）
２１ 積層コア
２２ 開口部側コアエンドプレート
２２a 鍔部
２３ 底部側コアエンドプレート
２３a 鍔部
１００ 磁石発電機
２００ クランクシャフト
２００a 端部
３００ エンジンカバー

Claims (2)

1. エンジンのクランクシャフトの端部に連結される円環凹状の回転部材を有するとともに前記回転部材の外周部の内周面に円環状に配置された複数の永久磁石を有するロータと、前記永久磁石の内側に対向配置されてエンジンカバーに固定されるステータであって、前記円環凹状の回転部材の開口部から底部へと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート、積層コア、底部側コアエンドプレートが順に配置されたステータと、を備える磁石発電機において、
   前記開口部側コアエンドプレートの鍔部の高さを、前記底部側コアエンドプレートの鍔部の高さよりも低く設定したことを特徴とする磁石発電機。
2. エンジンのクランクシャフトの端部に連結される円環凹状の回転部材を有するとともに前記回転部材の外周部の内周面に円環状に配置された複数の永久磁石を有するロータと、前記永久磁石の内側に対向配置されてエンジンカバーに固定されるステータであって、前記円環凹状の回転部材の開口部から底部へと向かう方向に、開口部側コアエンドプレート、積層コア、底部側コアエンドプレートが順に配置されたステータと、を備える磁石発電機において、
   前記開口部側コアエンドプレートの鍔部を削除するとともに、前記底部側コアエンドプレートの鍔部を残存させることを特徴とする磁石発電機。

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