JP6154673B2 - Method for determining the dimensions of a core in an axial gap generator, axial gap generator and engine generator - Google Patents
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Description
本発明は、アキシャルギャップ型発電体およびコアの寸法の設定方法に関し、例えばエンジンによって駆動されて発電を行うエンジン発電機の発電体に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to an axial gap type power generator and a method for setting the dimensions of a core, for example, to a technique effective when applied to a power generator of an engine generator driven by an engine to generate power.
従来より、エンジンによってクランク軸に接続された発電体を回転駆動して発電を行うエンジン発電機が知られている。携帯型のエンジン発電機においては、機器の小型化を図るため、アキシャルギャップ型発電体を使用することが提案されている（例えば特許文献１）。アキシャルギャップ型発電体は、複数の磁石が周方向に整列固定された円盤状のロータと、周方向に整列された複数のコイルを有しロータと所定の間隔をおいて対向配置されたステータとを備え薄型化が可能な構成であるためエンジン発電機に適している。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine generator that generates electric power by rotating a power generator connected to a crankshaft by an engine is known. In portable engine generators, it has been proposed to use an axial gap generator in order to reduce the size of the device (for example, Patent Document 1). The axial gap type power generator includes a disk-shaped rotor in which a plurality of magnets are aligned and fixed in the circumferential direction, a stator having a plurality of coils aligned in the circumferential direction, and a stator that is disposed to face the rotor at a predetermined interval. It is suitable for an engine generator because of its thin structure.
従来、アキシャルギャップ型発電体においては、ステータコイルのコアに捲回する巻線として平角線を使用することで、占積率を高め、薄型化、高出力化を図ることが行われている。また、従来のアキシャルギャップ型発電体においては、ステータとロータとの間隔を小さくするため、図３（Ａ）に示すように、ステータコアの先端近くまで巻線を捲回するようにしている。 Conventionally, in an axial gap type power generation body, a rectangular wire is used as a winding wound around a core of a stator coil, thereby increasing the space factor, reducing the thickness, and increasing the output. Further, in the conventional axial gap type power generator, the winding is wound to the vicinity of the tip of the stator core as shown in FIG. 3A in order to reduce the interval between the stator and the rotor.
しかしながら、図３（Ａ）に示すように、ステータコアの先端近くまで巻線を捲回したアキシャルギャップ型発電体においては、ロータ側磁石からの磁束のかなりの量が巻線を直角に貫くことになる。そのため、巻線として平角線を使用した場合、丸線の巻線を使用したものに比べて渦電流による損失（渦電流損）が多くなり、ステータコイルの大幅な温度上昇を招くという課題があることが、本発明者らによって明らかにされた。 However, as shown in FIG. 3A, in the axial gap type power generator in which the winding is wound up to the vicinity of the tip of the stator core, a considerable amount of magnetic flux from the rotor side magnet penetrates the winding at a right angle. Become. Therefore, when a rectangular wire is used as a winding, there is a problem that a loss due to an eddy current (eddy current loss) is larger than that using a round wire, resulting in a significant temperature rise of the stator coil. This has been clarified by the present inventors.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、ステータコイルの巻線として平角線を使用したアキシャルギャップ型発電体において、巻線における渦電流損失を低減し、ステータコイルの温度上昇を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in an axial gap type power generator using a rectangular wire as a winding of a stator coil, eddy current loss in the winding is reduced and temperature rise of the stator coil is suppressed. The purpose is to do.
アキシャルギャップ型発電体においては、巻線を貫く磁束による渦電流損はコアの巻線端面からの突出量を多くするほど減らすことができるが、コアの突出量を増やすと出力電圧が低下する。従って、コアの突出量は、渦電流損の低減量と出力電圧の低下量とのトレードオフで決めるのが望ましいことを見出した。そこで、本発明者らは、以下のような方法によって、アキシャルギャップ型発電体におけるコアの寸法を設定することを提案する。 In the axial gap type power generator, the eddy current loss due to the magnetic flux passing through the winding can be reduced as the amount of protrusion from the winding end face of the core is increased. However, when the amount of protrusion of the core is increased, the output voltage is lowered. Therefore, it has been found that the amount of protrusion of the core is preferably determined by a trade-off between the amount of reduction in eddy current loss and the amount of decrease in output voltage. Therefore, the present inventors propose to set the dimensions of the core in the axial gap type power generator by the following method.
すなわち、本出願に係る発明は、
円盤状の基体に複数の磁石が周方向に沿って配列されたロータと、前記磁石と所定の間隔を有して対向配置された磁性体からなるコアの外周面に平角線を捲回してなる複数のコイルが周方向に沿って配列されたステータと、を備えたアキシャルギャップ型の発電体におけるコアの寸法を決定する方法であって、
平角線からなる巻線の前記ロータ側の端面に対して前記コアの前記外周面を前記ロータ側へ延伸する突出量が異なる複数のステータ毎に、巻線電流を変化させたときに前記発電体が発生する直流電圧および発電電力の検出結果から前記巻線電流に対する直流電圧および発電電力の特性を算出し、
算出した前記特性に基づいて、最小限必要とされる直流電圧または発電電力が得られる突出量を特定し、該突出量を備える前記コアの寸法を決定するようにしたものである。
That is, the invention according to the present application is
A rectangular wire is wound around an outer peripheral surface of a core composed of a rotor in which a plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on a disk-shaped base and a magnetic body arranged to face the magnets at a predetermined interval. a method of determining the dimensions of the core in a plurality of coils and stator which are arranged along the circumferential direction, the power generation of the axial gap type having,
The outer peripheral surface of the core for each of a plurality of stays data amount projecting different stretching to the rotor side to the rotor side end face of the winding made of flat wire, the generator when changing the winding current Calculate the characteristics of the DC voltage and generated power with respect to the winding current from the detection result of the DC voltage and generated power generated by the body,
On the basis of the calculated characteristic, in which a DC voltage or generator power is minimized needed to identify the protrusion amount obtained, it was to determine the size of the core with a projecting volume.
ここで、「突出量」や「寸法」には、コアの軸方向への突出量や高さの他、径方向への突出量や高さが含まれる。
上記した手段により設定されたコアを有する発電体にあっては、ロータ側磁石の磁束の多くがコア先端部を貫くようになり、巻線を貫く磁束量を減らして巻線の渦電流損を大幅に減少させ、コイルの温度上昇を抑制することができる。
Here, the “projection amount” and “dimension” include the projection amount and height in the radial direction as well as the projection amount and height in the axial direction of the core.
In a power generator having a core set by the above-described means, most of the magnetic flux of the rotor-side magnet penetrates the tip of the core, reducing the amount of magnetic flux passing through the winding and reducing the eddy current loss of the winding. It is possible to greatly reduce the temperature rise of the coil.
また、望ましくは、前記コアの突出量毎の、巻線電流を変化させたときに発電体が発生する直流電圧および発電電力の特性に基づいて、前記巻線に流れる電流が定格電流であるときに最小限必要とされる直流電圧および発電電力が得られる突出量を見つけ、該突出量に基づいてコアの寸法を設定するようにする。
定格電流以上の電流を巻線に流すと、電流密度が高くなって巻線の発熱量が急激に増加する。そこで、巻線に流れる電流が定格電流であるときに最小限必要とされる直流電圧および発電電力が得られる突出量を見つけ、該突出量に基づいてコアの寸法を設定することで、最小限の直流電圧および発電電力を保証しつつコイルの温度上昇を抑制することができる。
Preferably, the current flowing through the winding is a rated current based on the characteristics of the DC voltage and generated power generated by the power generator when the winding current is changed for each protrusion amount of the core. The amount of protrusion from which the minimum required DC voltage and generated power can be obtained is found, and the dimensions of the core are set based on the amount of protrusion.
When a current exceeding the rated current is passed through the winding, the current density increases and the amount of heat generated in the winding increases rapidly. Therefore, by finding the minimum amount of protrusion that can provide the required DC voltage and generated power when the current flowing through the winding is the rated current, and setting the dimensions of the core based on the amount of protrusion, the minimum The coil temperature rise can be suppressed while ensuring the DC voltage and the generated power.
また、本出願の他の発明は、円盤状の基体に複数の磁石が周方向に沿って配列されたロータと、
前記磁石と所定の間隔を有して対向配置された磁性体からなるコアの外周面に平角線を捲回してなる複数のコイルが周方向に沿って配列されたステータと、を備えたアキシャルギャップ型発電体において、
前記コアは、平角線からなる巻線の前記ロータ側の端面に対して前記外周面を前記ロータ側へ所定の長さだけ延伸させて前記ロータ側の磁石からの磁束を前記外周面に直接的に導く領域を設けた突出部を有するようにしたものである。
また、望ましくは、前記コアは、前記突出部の前記ロータ側の端面の外周部に鍔状の縁部が形成されているようにしたものである。
上記した手段によれば、ロータ側磁石の磁束の多くがコア先端の鍔状の縁部を貫くようになり、巻線を貫く磁束量を減らして巻線の渦電流損を大幅に減少させ、コイルの温度上昇を抑制することができる。
Another invention of the present application is a rotor in which a plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on a disk-shaped base;
Axial gap and a stator having a plurality of coils are arranged along a circumferential direction in which the outer peripheral surface by winding the flat wire of the core of oppositely disposed magnetic material having said magnet with a predetermined gap Type power generator,
The core extends the outer peripheral surface to the rotor side by a predetermined length with respect to the end surface on the rotor side of a winding made of a rectangular wire, and the magnetic flux from the magnet on the rotor side is directly applied to the outer peripheral surface. And a projecting portion provided with a region leading to the above.
Desirably, the core has a flange-like edge formed on the outer peripheral portion of the end surface on the rotor side of the protrusion .
According to the above-described means, most of the magnetic flux of the rotor-side magnet penetrates the saddle-shaped edge of the core tip, reducing the amount of magnetic flux penetrating the winding and greatly reducing the eddy current loss of the winding, The temperature rise of the coil can be suppressed.
また、望ましくは、前記コイルのコアは、前記巻線を構成する材料の導電率よりも低い導電率を有する磁性体材料で形成する。
ロータ側磁石の磁束がコア先端部を貫くようになると、コアでの渦電流損が増加することとなるが、コアを導電率の低い磁性体材料で形成することで、コアでの渦電流損の増加を抑制することができる。
Desirably, the core of the coil is formed of a magnetic material having a conductivity lower than that of the material constituting the winding.
If the magnetic flux of the rotor-side magnet penetrates the tip of the core, the eddy current loss in the core will increase, but by forming the core with a magnetic material with low conductivity, the eddy current loss in the core will be increased. Can be suppressed.
さらに、望ましくは、燃料を燃焼させて動力を出力するエンジン本体と、該エンジン本体の動力を回転力に変換するクランク軸と、該クランク軸に連結された発電体とを備えたエンジン発電機において、
前記発電体は、上述したようなアキシャルギャップ型発電体により構成され、前記エンジン本体が出力する動力によって前記ロータが回転駆動され発電を行うように構成する。
エンジン発電機はエンジン本体そのものが熱を発生するので、その近傍に配設される発電体は温度が上昇し易いが、巻線の渦電流損によるコイルの温度上昇を抑制することにより、発電体全体の温度上昇を抑制することができる。
Further, preferably, in an engine generator comprising an engine main body that outputs power by burning fuel, a crankshaft that converts the power of the engine main body into a rotational force, and a power generator coupled to the crankshaft. ,
The power generator is constituted by the axial gap type power generator as described above, and is configured such that the rotor is rotationally driven by the power output from the engine body to generate power.
Since the engine generator itself generates heat in the engine generator, the temperature of the power generator disposed in the vicinity of the engine generator tends to rise. However, the power generator is controlled by suppressing the coil temperature rise due to the eddy current loss of the windings. The overall temperature rise can be suppressed.
本発明によれば、ステータコイルの巻線として平角線を使用したアキシャルギャップ型発電体において、巻線における渦電流損を低減し、ステータコイルの温度上昇を抑制することができるという効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the axial gap type electric power generation body which uses a flat wire as a winding of a stator coil, there exists an effect that the eddy current loss in a winding can be reduced and the temperature rise of a stator coil can be suppressed.
以下、図面を参照しながら、この発明の一実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明を適用して好適なアキシャルギャップ型発電体を備えたエンジン発電機のクランク軸に沿った要部の断面図である。
図１に示すように、本実施形態のエンジン発電機１０は、空冷式ガソリンエンジンのような内燃機関（以下、エンジン本体と称する）と、該エンジン本体により回転駆動され発電を行うアキシャルギャップ型発電体２０とを有する。また、エンジン発電機１０は、エンジンのピストンロッド（図示省略）が結合されるクランクピン１１ａを有するクランク軸１１と、該クランク軸１１を収容するクランクケース１２とを備える。クランク軸１１は、クランクケース１２の側壁に固着された一対のベアリング１３によって回転自在に支承されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part along a crankshaft of an engine generator provided with an axial gap type generator suitable for application of the present invention.
As shown in FIG. 1, an
クランク軸１１は、クランクケース１２の一側方（図では左方）へ突出され、該突出側のクランクケース１２の外側面に、ハウジング２１に収納されたアキシャルギャップ型発電体２０が装着されている。そして、該アキシャルギャップ型発電体２０のハウジング２１の上記クランクケース１２の反対側に、冷却用のブロワファン３０を収納するブロワカバー３１が装着されている。
また、クランク軸１１は、アキシャルギャップ型発電体２０のハウジング２１を貫通してブロワカバー３１内まで突出され、その突出端に冷却用のブロワファン３０が取り付けられる。
The
The
アキシャルギャップ型発電体２０は、クランク軸１１に装着された円板状のロータ２２と、該ロータ２２を挟んで該ロータ２２と微小な間隔をおいて対向配設された一対のステータ２３Ａ，２３Ｂとを備えて構成されている。ロータ２２は、円筒状のアダプタ２４によってクランク軸１１に固着され、アダプタ２４には、該冷却用のブロワファン３０が固着され、クランク軸１１によってブロワファン３０とロータ２２が回転駆動される。
ステータ２３Ａ，２３Ｂは、ロータ２２と対向する面に複数のコイルをそれぞれ備え、ハウジング２１の内側面に固着されている。
The axial gap type
The stators 23 </ b> A and 23 </ b> B are each provided with a plurality of coils on the surface facing the
図２は、アキシャルギャップ型発電体２０の構成例を示す分解斜視図である。
図２に示すように、アキシャルギャップ型発電体２０は、ロータ２２と、該ロータ２２の前方に配置される第１ステータ２３Ａと、後方に配置される第２ステータ２３Ｂと、円筒部を有するアダプタ２４と、ロータ保持リング２５とを備える。ロータ２２は、中央に円形開口を有する平板状の円盤であって、磁性体で形成され、所定のパターンでＮＳ磁極の着磁が両面に施され、アダプタ２４とロータ保持リング２５との間に保持された状態で、クランク軸１１に固着される。
第１ステータ２３Ａと第２ステータ２３Ｂは、中央に円形開口を有する平板状の円盤２３１と、該円盤２３１のロータ２２と対向する面にそれぞれ周方向に沿って配設された複数（例えば１８個）のコイル２３２とにより構成されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration example of the axial gap
As shown in FIG. 2, the axial gap
The
本実施例における第１ステータ２３Ａの各コイル２３２は、図３（Ｂ）に示すように、円盤２３１の表面より突出するように形成された磁性体からなるコア２３３の外周面に、平角線からなる巻線２３４が捲回されて構成されている。しかも、この実施例では、コア２３３の高さＨ１が、巻線２３４の高さＨ２よりも所定以上高くなるように形成されている。第２ステータ２３Ｂのコイルも同様である。
これにより、本実施例では、ロータ２２の磁石からの磁束の多くが、コア２３３を貫くようになる。そのため、磁石からの磁束により発生する渦電流が、図３（Ａ）に示すようなコアの高さが低いコイルに比べて少なくなり、渦電流損を減らすことができる。なお、図３（Ｂ）に示すような構造の場合、図３（Ａ）に示すような構造に比べて、コアの内部に流れる渦電流は増加することとなるが、コアを導電率の低い磁性体材料で形成することによって、この部分での渦電流の増加は極力抑えることができる。
As shown in FIG. 3B, each
Thereby, in this embodiment, most of the magnetic flux from the magnet of the
ところで、コアの高さが高すぎると、ステータスコアのインダクタンス値が上昇して、回路のインピーダンスが増加し、発生電圧（出力直流電圧）が低下することが予想される。そこで、本発明者らは、コアの最適な高さについて検証を行なった。以下に、その検証結果について説明する。
検証対象のアキシャルギャップ型発電体は、周方向に１８個のステータコイルを配列したもので、ステータの径は２１６ｍｍ、コア２３３の大きさは、図４に示すように、外周側の幅Ｗを１８．２６ｍｍ、径方向の長さＬを３３．２ｍｍとした。コア２３３の側壁は、該コアに捲回した巻線２３４の外側面と平行となるようにし、巻線の外側面の角度αはステータの中心Ｏを通る直線と一致させた。
By the way, if the height of the core is too high, the inductance value of the status core increases, the impedance of the circuit increases, and the generated voltage (output DC voltage) is expected to decrease. Therefore, the present inventors verified the optimum height of the core. The verification result will be described below.
The axial gap type power generator to be verified has 18 stator coils arranged in the circumferential direction. The stator diameter is 216 mm, and the
巻線２３４は、幅５．０６ｍｍ、厚み０．６７ｍｍの平角線であり、これを１０巻ずつ２段に捲回したものをステータコイルとした。平角線の材料に依存する巻線２３４の定格電流密度は５．５Ａrms/mm2であり、ステータコアと磁石との間隔は１ｍｍとした。
ステータコアの高さとして、１４．７ｍｍを基準（従来品と同じもの）に、＋２．２５ｍｍ，＋３．０ｍｍ，＋３．２５ｍｍ，＋４．０ｍｍ，＋４．２５ｍｍ，＋５．０ｍｍのように増加させた７種類のものを準備した。そして、それぞれについて、図４に一点鎖線で示すようなコア２３３の側壁から０．２５ｍｍの位置での微小幅△ｌにおける磁束密度を、コアの高さ方向に沿って計測した。なお、巻線２３４の上端は、コア２３３の高さが１４．７ｍｍの場合（従来品）で、コアの先端面から０．７５ｍｍの位置に固定し、コアの高さが高くなるほどコアの先端面から巻線の上端までの距離は長くなるように設定した。磁束密度は、計測によらず、シミュレーションによる計算で得るようにしてもよい。
The winding 234 is a rectangular wire having a width of 5.06 mm and a thickness of 0.67 mm. A winding of the winding 234 in two stages was used as a stator coil. The rated current density of the winding 234 depending on the material of the flat wire is 5.5 Arms / mm 2 , and the distance between the stator core and the magnet is 1 mm.
The height of the stator core is increased from 14.7 mm to the standard (the same as the conventional product), such as +2.25 mm, +3.0 mm, +3.25 mm, +4.0 mm, +4.25 mm, +5.0 mm. I prepared a variety of things. And about each, the magnetic flux density in micro width (DELTA) l in the position of 0.25 mm from the side wall of the core 233 as shown with a dashed-dotted line in FIG. 4 was measured along the height direction of the core. Note that the upper end of the winding 234 is fixed at a position of 0.75 mm from the tip surface of the core when the height of the
図５に、上記計測の結果を示す。図５より、コアの高さが高くなるほど磁束密度は小さくなることが分かる。
なお、巻線で発生する渦電流損を見積もる場合、各微小幅△ｌにおける磁束量を知る必要がある。磁束量Ｓは、図６にハッチングで示すように、コアの先端からの距離を変数とする磁束密度の近似曲線ＡとＸ軸とに挟まれた領域の面積と等しい。本発明者らは、磁束密度の近似曲線Ａを６次の多項式（図示省略）で表し、該多項式を積分することで、磁束量Ｓを求めた。図６の近似曲線Ａは、コアの高さが１４．７ｍｍの場合（従来品）ものであり、その磁束量Ｓは０．８１２３８２であった。
FIG. 5 shows the result of the measurement. FIG. 5 shows that the magnetic flux density decreases as the core height increases.
When estimating the eddy current loss generated in the winding, it is necessary to know the amount of magnetic flux in each minute width Δl. As shown by hatching in FIG. 6, the amount of magnetic flux S is equal to the area of the region sandwiched between the approximate curve A of magnetic flux density with the distance from the tip of the core as a variable and the X axis. The present inventors calculated the magnetic flux amount S by expressing the approximate curve A of the magnetic flux density with a sixth-order polynomial (not shown) and integrating the polynomial. An approximate curve A in FIG. 6 is obtained when the core height is 14.7 mm (conventional product), and the magnetic flux amount S is 0.812382.
同様にして、高さの増加量が＋２．２５ｍｍ，＋３．０ｍｍ，＋３．２５ｍｍ，＋４．０ｍｍ，＋４．２５ｍｍ，＋５．０ｍｍであるコアについて、計測された磁束密度から微小幅△ｌにおける磁束量Ｓをそれぞれ算出した。その結果を、次の表１に示す。また、渦電流損は、理論的には、磁束密度の二乗すなわち磁束の二乗に比例するので、微小幅△ｌにおける磁束の二乗Ｓ2についても計算し、結果を次の表２に示した。 Similarly, for a core whose height increase is +2.25 mm, +3.0 mm, +3.25 mm, +4.0 mm, +4.25 mm, and +5.0 mm, the magnetic flux in the minute width Δl from the measured magnetic flux density. The amount S was calculated respectively. The results are shown in Table 1 below. Further, since the eddy current loss is theoretically proportional to the square of the magnetic flux density, that is, the square of the magnetic flux, the square of the magnetic flux S 2 in the minute width Δl was also calculated, and the result is shown in Table 2 below.
図７（Ａ）は表１の結果を、コアの高さが１４．７ｍｍの場合（増加量が０である従来品）を基準としてグラフで表したもの、図７（Ｂ）は表２の結果を同様にしてグラフで表したものである。
さらに、本発明者らは、アキシャルギャップ型発電体おけるステータコイルのコアの高さと発電体が発生する直流電圧および発電電力との関係（発電特性）について検討した。図８にその結果を示す。図８においては、右肩下がりの線が出力直流電圧の特性を示し、右肩上がりの線が発電電力の特性を示している。
なお、図８の特性は、整流回路としてダイオード整流方式の回路を使用し、ロータの回転速度を変化させることで発電量を変化させた場合のものである。また、図８において、破線は、巻線に流すのに適した定格電流（電流密度５．５Ａrms/mm2）に相当する値であり、これを上限電流値Ｉｕとした。定格電流を上限電流値としたのは、巻線にこれ以上の電流を流すと、電流密度が高くなって巻線の発熱量が急激に増加するためである。
Furthermore, the present inventors examined the relationship (power generation characteristics) between the height of the stator coil core in the axial gap type power generator, the DC voltage generated by the power generator, and the generated power. FIG. 8 shows the result. In FIG. 8, the downward sloping line indicates the output DC voltage characteristic, and the upward sloping line indicates the generated power characteristic.
The characteristics shown in FIG. 8 are obtained when a diode rectification type circuit is used as the rectification circuit and the amount of power generation is changed by changing the rotation speed of the rotor. Further, in FIG. 8, the broken line is a value corresponding to a rated current (current density 5.5 Arms / mm 2 ) suitable for flowing through the winding, and this is defined as an upper limit current value Iu. The reason why the rated current is set to the upper limit current value is that if a current higher than this is passed through the winding, the current density increases and the amount of heat generated in the winding increases rapidly.
図８より、巻線電流が多いほど出力する直流電圧は低くなるが発電電力は多くなることが分かる。ただし、上述したように、定格電流以上の電流を流すと巻線の発熱量が急激に増加して、巻線温度が上昇するので、定格電流以上の電流を流すのは望ましくない。そこで、ステータコイルのコアの高さを変えて、定格電流（電流密度５．５Ａrms/mm2）を流したときに発電体が発生する直流電圧および発電電力を測定した。その結果を、次の表３に示す。
なお、実際の機器では、直流電圧および発電電力が１０％程度低下する可能性があるため、１０％減の値も表３に示した。
From FIG. 8, it can be seen that as the winding current increases, the output DC voltage decreases but the generated power increases. However, as described above, when a current higher than the rated current is passed, the amount of heat generated in the winding increases rapidly, and the winding temperature rises. Therefore, it is not desirable to pass a current higher than the rated current. Therefore, the height of the core of the stator coil was changed, and the DC voltage and generated power generated by the power generator when the rated current (current density 5.5 Arms / mm 2 ) was passed were measured. The results are shown in Table 3 below.
In actual equipment, there is a possibility that the DC voltage and the generated power may be reduced by about 10%.
なお、上記コア高さの最適値は、整流回路としてダイオード整流方式の回路を使用した場合のものであり、インバータその他、他の形式の整流回路を使用する場合には、回路形式に応じて最適なコアの高さが異なることとなる。
また、上記検証では、定格電流（電流密度５．５Ａrms/mm2）を流したときに発電体が発生する直流電圧および発電電力に基づいてコアの高さを決定するとしたが、必要とする直流電圧および発電電力に基づいてコアの高さを決定するようにしてもよい。また、発電体の許容温度を決定し、上記検証結果から発電体の上昇温度を算出して、許容温度を超えないようにするのに必要なコアの高さを決定するようにしてもよい。
The optimum value for the core height is the value when a diode rectifier circuit is used as the rectifier circuit. When using other types of rectifier circuits, such as an inverter, the optimum value depends on the circuit type. The core height will be different.
In the above verification, the height of the core is determined based on the DC voltage generated by the power generator when the rated current (current density 5.5 Arms / mm 2 ) flows and the generated power. The height of the core may be determined based on the voltage and the generated power. Further, the allowable temperature of the power generation body may be determined, the rising temperature of the power generation body may be calculated from the verification result, and the core height necessary to prevent the allowable temperature from being exceeded may be determined.
（変形例）
図９には、本発明の変形例におけるステータコアの形状を示す。上記実施形態では、コアの高さを調整することで巻線を貫く磁束を減らして巻線の温度を低下させるようにしているのに対し、この変形例は、コア２３３の先端に鍔部２３３ａを形成したものである。コアをこのような形状にすれば、磁束の多くは鍔部２３３ａを通過することになるため、コアの突出量を増加させなくても巻線を貫く磁束を減らして巻線の温度を低下させることができる。
なお、巻線の温度を所定値以下に抑えるのに必要な鍔部２３３ａの高さ（径方向の突出量）や厚みは、コアの高さや材料、巻線の厚み等によって異なるので、実際の設計に際してはそれらのパラメータを考慮して適宜決定するのが望ましい。
(Modification)
In FIG. 9, the shape of the stator core in the modification of this invention is shown. In the above embodiment, by adjusting the height of the core, the magnetic flux penetrating the winding is reduced to lower the temperature of the winding. On the other hand, in this modification, the
It should be noted that the height (diameter protrusion amount) and thickness of the
なお上記実施形態では、１枚のロータを２枚のステータで挟み込んだ構造の発電体を想定して説明したが、１枚のロータに１枚のステータを対向させた構造の発電体や２枚のロータで１枚のステータを挟み込んだ構造等他の構造の発電体であってもよい。
また、上記実施形態では、巻線の端面からコア先端が0.75mm突出しているものを基準として、コアの突出量を変えた場合の渦電流損を算出したが、巻線の端面からコアが突出していないものを基準として突出量を変えた場合の渦電流損を算出してもよい。
さらに、上記実施形態では、一例として、本発明を、エンジン発電機に使用される発電体に適用した場合について説明したが、本発明はエンジン発電機の発電体に限定されず、アキシャルギャップ型発電体一般に利用することができる。
In the above embodiment, the description has been made on the assumption that a power generator having a structure in which one rotor is sandwiched between two stators, but a power generator having a structure in which one stator is opposed to one rotor or two power generators. It may be a power generation body having another structure such as a structure in which one stator is sandwiched between rotors.
In the above embodiment, the eddy current loss was calculated when the core protrusion amount was changed with reference to the core end protruding 0.75 mm from the end face of the winding, but the core protruded from the end face of the winding. The eddy current loss may be calculated when the amount of protrusion is changed with reference to an unexposed one.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a power generator used for an engine generator is described as an example. However, the present invention is not limited to the power generator of an engine generator, and axial gap power generation. It can be used by the body in general.
１０ エンジン発電機
１１ クランク軸
１２ クランクケース
２０ アキシャルギャップ型発電体
２１ 発電体のハウジング
２２ ロータ
２３Ａ，２３Ｂ ステータ
２３２ ステータコイル
２３３ ステータコイルのコア
２３４ ステータコイルの巻線
２４ アダプタ
２５ ロータ保持リング
３０ ブロワファン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
平角線からなる巻線の前記ロータ側の端面に対して前記コアの前記外周面を前記ロータ側へ延伸する突出量が異なる複数のステータ毎に、巻線電流を変化させたときに前記発電体が発生する直流電圧および発電電力の検出結果から前記巻線電流に対する直流電圧および発電電力の特性を算出し、
算出した前記特性に基づいて、最小限必要とされる直流電圧または発電電力が得られる突出量を特定し、該突出量を備える前記コアの寸法を決定することを特徴とする方法。 A rectangular wire is wound around an outer peripheral surface of a core composed of a rotor in which a plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on a disk-shaped base and a magnetic body arranged to face the magnets at a predetermined interval. a method of determining the dimensions of the core in a plurality of coils and stator which are arranged along the circumferential direction, the power generation of the axial gap type having,
The outer peripheral surface of the core for each of a plurality of stays data amount projecting different stretching to the rotor side to the rotor side end face of the winding made of flat wire, the generator when changing the winding current Calculate the characteristics of the DC voltage and generated power with respect to the winding current from the detection result of the DC voltage and generated power generated by the body,
On the basis of the calculated characteristics, identify the minimum required projection amount of DC voltage or generator power is obtained is, how you and determining a dimension of the core with a projecting volume.
前記磁石と所定の間隔を有して対向配置された磁性体からなるコアの外周面に平角線を捲回してなる複数のコイルが周方向に沿って配列されたステータと、を備え、
前記コアは、平角線からなる巻線の前記ロータ側の端面に対して前記外周面を前記ロータ側へ所定の長さだけ延伸させて前記ロータ側の磁石からの磁束を前記外周面に直接的に導く領域を設けた突出部を有する、
ことを特徴とするアキシャルギャップ型発電体。 A rotor in which a plurality of magnets are arranged along a circumferential direction on a disk-shaped base;
E Bei and a stator having a plurality of coils are arranged along a circumferential direction on an outer peripheral surface formed by winding the flat wire of the core of oppositely disposed magnetic material having said magnet with a predetermined gap,
The core extends the outer peripheral surface to the rotor side by a predetermined length with respect to the end surface on the rotor side of a winding made of a rectangular wire, and the magnetic flux from the magnet on the rotor side is directly applied to the outer peripheral surface. Having a protrusion with a region leading to
An axial gap type power generator characterized by that.
前記発電体は、請求項３から５のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型発電体により構成され、前記エンジン本体が出力する動力によって前記ロータが回転駆動され発電を行うように構成されていることを特徴とするエンジン発電機。 An engine generator comprising an engine main body that outputs power by burning fuel, a crankshaft that converts the power of the engine main body into rotational force, and a power generator coupled to the crankshaft,
The power generator is configured by the axial gap power generator according to any one of claims 3 to 5, and is configured such that the rotor is rotationally driven by power output from the engine body to generate power. An engine generator characterized by that.
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