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発明の名称 磁石発電機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−37353(P2007−37353A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−219877(P2005−219877)
出願日 平成17年7月29日(2005.7.29)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 木原 伸浩 / 今泉 薫
要約 課題
回転時のフライホイール内の放熱及び換気を効率的に行うことで、発電コイルの絶縁皮膜の寿命及び信頼性を向上させ、また、発電効率の低下を防止することのできる磁石発電機を得る。

解決手段
周壁部1Aと周壁部1Aの一端側を塞ぐ底面部1Bとを有するフライホイール1の底面部1Bに、内向きに突設された複数個の突起部6を設け、突起部6は、フライホイール1の回転時に乱流を発生させフライホイール内の気体を効率的に攪拌するためのフライホイール周方向の断面変化部6Aを設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】
周壁部と前記周壁部の一端側を塞ぐ底面部とを有するフライホイールと、前記フライホイールの周壁部の内側に配置された複数個の磁石と、前記フライホイール内の底面部から内向きに突設された複数個の突起部と、前記フライホイール内に前記磁石と対向して設置され、前記磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルと、を有する磁石発電機であって、
前記突起部は、前記フライホイール回転時に乱流を発生させる前記フライホイール周方向の断面変化部を設けたことを特徴とする磁石発電機。
【請求項2】
前記突起部の断面変化部は、前記フライホイール周方向に凹断面、凸断面又は凹凸断面を形成することを特徴とする請求項1に記載の磁石発電機。
【請求項3】
前記突起部は、突起高さを前記フライホイールの外径側から内径側に向けて低くなるように、前記突起部上面に傾斜を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の磁石発電機。
【請求項4】
前記突起部は、前記フライホイールの周壁部と接合する付け根部の厚みを、他部分の厚みに比して厚く形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁石発電機。
【請求項5】
前記突起部の断面変化部は、前記発電コイルに巻回された巻線部分と対向する位置に設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁石発電機。
【請求項6】
前記突起部は、樹脂により形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁石発電機。
【請求項7】
前記突起部は、前記磁石の周辺部に充填され前記磁石を前記フライホイールに固定する樹脂と、一体形成したことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁石発電機。
【請求項8】
前記突起部は、前記フライホイールとは別体であり、前記フライホイールに固定されていることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の磁石発電機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、フライホイールの回転による磁石と発電コイルとの電磁誘導作用により発電する磁石発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、フライホイール内部の換気効率を向上させるため、椀状のフライホイールの側壁部(本願底面部に相当)に複数の通気孔を設け、隣り合う通気孔間にフライホイール内部側に向って突出する形状のフィンを形成する磁石発電機があった。この発電機は発電時においてフライホイールの回転と同時にフィンが回転し、通気孔部に負圧が生じることにより外気が導入され、換気が行われるものである(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】特開2002−101630号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
以上のように、従来の磁石発電機では、通気孔からの外気の導入及びフライホイール内の気体の排出を促進するためにフィンを設けて換気を行っていた。しかし、フライホイール底面部にワンウェイクラッチ等が取り付けられる場合、通気孔の一部、又は全部が塞がれてしまい、通気孔からの換気が十分に行われず、このような際に従来のフィンでは熱の撹拌力が低く、熱を十分に放熱できないという問題があった。
また、近年の磁石発電機の高出力化、鉄心、磁石(磁極)の多極化による高周波化に伴い、発電コイルの温度の上昇は増大している。この温度上昇により、コイルに使用される絶縁皮膜の寿命及び信頼性の低下、また、発電効率の低下などの問題が生じており、フライホイール内部の換気をより効率的に行う磁石発電機が求められていた。
【0005】
本発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、簡単な構成で回転時のフライホイール内の放熱及び換気を効率的に行い、絶縁皮膜の寿命及び信頼性を向上させ、また、発電効率の低下を防止することのできる磁石発電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る磁石発電機は、周壁部と周壁部の一端側を塞ぐ底面部とを有するフライホイールと、フライホイールの周壁部の内側に配置された複数個の磁石と、フライホイール内の底面部から内向きに突設された複数個の突起部と、フライホイール内に磁石と対向して設置され、磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルと、を有する。そして、突起部は、フライホイール回転時に乱流を発生させるフライホイール周方向の断面変化部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0007】
この発明に係る磁石発電機によると、突起部にフライホイール周方向の断面変化部を設けたので、磁石発電機の回転時に突起部周囲に乱流を発生させることができる。このためフライホイール内の気体を効率よく攪拌しフライホイール内部の換気をより効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による磁石発電機の回転子を示したもので、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿う断面図、図1(c)は図1(a)のB−B線に沿う突起部の拡大断面図である。
図1(a)、(b)及び(c)に示すように、この磁石発電機の回転子は、周壁部1Aと周壁部1Aの一端側を塞ぐ底面部1Bによって形成された椀状のフライホイール1を備えている。このフライホイール1の周壁部1Aの内側には複数個の磁石2が周方向に配列され、磁石2の内側に密着して筒状の保護環3が配置されている。フライホイール1の周壁部と保護環3との間には磁石を埋め込むように樹脂4が充填され、複数の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定している。フライホイール1の底面部1Bには複数個の通気孔5が設けられ、隣り合う二つの通気孔5の間にはフライホイール1の底面部1Bから内向きに複数個の突起部6が突設されている。複数個の突起部6は、フライホイール1の回転時に乱流を発生させるための断面変化部として凹断面6Aを形成している。また複数個の突起部6(以下、突起部6とは凹断面6Aを含むものとする)は複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されている。
図2は図1(b)の断面図にフライホイール1に対向して設置される固定子を加えて示したものである。この固定子は積層鉄心7と、積層鉄心7に巻線された発電コイル8を備えている。
【0009】
本実施の形態1における磁石発電機によれば、突起部6に凹断面6Aを設けたことにより、フライホイール1の回転時に突起部6の周囲に乱流を発生させる。図1(c)の矢印は回転時に乱流が発生している様子を示している。このように、突起部6は、1つの突起部について複数箇所で乱流を発生させるため、フライホイール1内の気体を効率よく攪拌し、フライホイール内部の換気を効率的に行うことができる。
同時に、突起部6は回転時に回転方向後ろの通気孔5付近に負圧を発生させ、通気孔5からフライホイール内部へ外気を強制的に導入することができる。
従って、この磁石発電機では、フライホイールの回転時に、突起部6による複数箇所の乱流の発生と、負圧発生による通気孔5からの外気の導入とにより、フライホイール内の気体を大きく流動させ効率的に撹拌することができるため、フライホイールの回転時における発電コイルの冷却効果は著しく向上する。
【0010】
また、複数個の突起部6は、複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されるため、回転子作製過程において、突起部6の成形で新たな工程が発生することがなく、安価に作製することができる。
また、突起部6に凹断面6Aを設けたことにより、凹断面のない場合に比して厚みの薄い箇所を有しているため、作製時に樹脂の冷却が促進され成形性が向上する。
また、突起部6を樹脂材料により形成したため、金属材料で形成する場合に比して突起部6の形状の設定に自由度があり、特に本実施の形態は突起部6に断面変化部を有することを特徴とするものであるため、非常に有用である。
尚、本実施の形態1の突起部は樹脂材料により成形したが、モールド成形に使用可能な他の材料を使用してもよい。
【0011】
尚、ワンウェイクラッチ等の取り付けにより通気孔の一部又は全部が塞がれている場合であっても、突起部6が凹断面6Aを有することにより、複数箇所で乱流を発生させてフライホイール内の気体を撹拌するため、突起部に乱流を発生させる断面変化部を有しない場合と比して著しい冷却効果を有する。
【0012】
尚、本実施の形態では突起部6の断面変化部を凹断面としたが、断面変化部の別例を図3及び図4に示す。図3は、断面変化部を凸断面6Bとした場合の部分平面図とB−B線に沿う突起部の断面図、図4は凸部が山型に傾斜する凸断面6Cとした場合の部分平面図とB−B線に沿う突起部の断面図である。いずれにおいても回転時に複数箇所で乱流を発生させることができるため、フライホイール内部の気体を効率よく攪拌し、発電コイルの冷却効果は向上する。
また、図4に示したように凸部が山型の傾斜部を有する凸断面6Cにすれば図3の凸断面6Bである場合に比して、回転時の気流の抵抗が緩やかであるため、フライホイール1の回転時のエネルギーロスを抑えることができる。
さらに、突起部6の断面変化部の形状は凹凸断面でもよく、また凹断面、凹断面及び凹凸断面の各凹凸の形状は正方形状だけでなく、三角形状や、楕円形状等であってもよく、いずれにおいても回転時に複数箇所で乱流を発生させることができる。
【0013】
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2による磁石発電機の回転子を示したもので、図5(a)は平面図、図5(b)は図5(a)のA−A線に沿う断面図、図5(c)は図5(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。そして、図5(d)は突起部が熱変形した場合の図5(a)のA−A線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。
図5(a)、(b)及び(c)に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール1、複数個の磁石2、保護環3、樹脂4を備えている。そして、フライホイール1の底面部には複数個の通気孔5及び複数個の突起部9が突設されている。そして、これらの突起部9は複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されている。
上記の通り本実施の形態2では、上記実施の形態1と回転子の構成は同じである。ただし、突起部9は、フライホイール1の周方向に凹断面9Aを有し、かつ、突起高さがフライホイール1の外形側から内径側に向けて低くなるように、突起部9上面(以下、突起部9とは凹断面9Aを含むものとする)に傾斜を有するものである。
【0014】
ところで、一般に磁石発電機の回転子が回転し、発電コイルが発熱するため回転子内部が温度上昇した場合、その熱により回転子内に影響を及ぼす場合がある。例えば本願実施の形態1においては、突起部6が変形し突起の先端部(最内径側)が底面部より浮き上がり、突起部6と発電コイル8との間隔が狭くなってしまうことが考えられる。
【0015】
本実施の形態2における磁石発電機によれば、上記実施の形態1に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、図5(d)に示すように、突起部9上面に傾斜を設けたことにより、突起部9の先端部が変形により浮き上がってしまった場合でも、突起部9と発電コイル15との間隔を十分に保つことができる。
【0016】
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3による磁石発電機の回転子を示したもので、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のA−A線に沿う断面図、図6(c)は図6(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
図6(a)、(b)及び(c)に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール1、複数個の磁石2、保護環3、樹脂4を備えている。そして、フライホイール1の底面部には複数個の通気孔5及び複数個の突起部10が突設されている。そして、これらの突起部10は複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されている。
上記の通り本実施の形態3において、上記実施の形態1及び2と回転子の構成は同じである。ただし、突起部10は、上記実施の形態2に記載の突起部9と同形状の上面に傾斜を設けた凹断面10Aを有し、さらに、突起部10(以下、突起部10とは凹断面10Aを含むものとする)とフライホイール1の周壁部と接合する付け根部の厚みを、他部分の厚みに比して厚くなるように形成している。
【0017】
本実施の形態3における磁石発電機によれば、上記実施の形態1及び2に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、突起部10の付け根部(フライホイール1との接合部)の厚みを厚くしたため、接合部が強化され、突起部10の強度を向上させることができる。また、突起部10の強度が向上することにより、回転時に、突起部10が発電コイルからの発熱による影響を受けて変形することを防ぐことができる。
【0018】
尚、突起部の付け根部の厚みを厚くすることは、実施の形態1における突起部6にも適応することができ、同様の効果を有する。
【0019】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4による磁石発電機の回転子を示したもので、図7(a)は平面図、図7(b)は図7(a)のA−A線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図、図7(c)は図7(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
図7(a)、(b)及び(c)に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール1、複数個の磁石2、保護環3、樹脂4を備えている。そして、フライホイール1の底面部には複数個の通気孔5及び複数個の突起部11が突設されている。そして、これらの突起部11は複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されている。また12Aは回転子に対向して配置される発電コイルである。
上記の通り本実施の形態4では、上記実施の形態1〜3と回転子の構成は同じである。ただし、突起部11は、断面変化部としての凹断面11Aを、発電コイル12Aに巻回された巻線部分と対向する位置に設けている。
【0020】
図7では、発電コイル12Aの巻線部分が発電コイルの中央部に位置する場合を示しているが、その別例を図8及び図9に示す。図8は発電コイル12Bの巻線部分がフライホイール1の径方向外側に位置する場合の図7(b)に対応する断面図であり、凹断面11Bも径方向外側に配置されている。また、図9は発電コイル12Cの巻線部分がフライホイール1の径方向内側に位置する場合の図7(b)に対応する断面図であり、凹断面11Cも径方向内側に配置されている。
【0021】
本実施の形態4における磁石発電機によれば、発電コイル12A〜12Cの巻線部分の位置にあわせて凹断面11A〜11Cを配置したため、巻線部分周辺の気体を集中的に攪拌し、その他の部分については気流の抵抗を低減する。従って、発熱部である発電コイル付近の気体を効率良く攪拌すると同時に、フライホイール1の回転時のエネルギーロスを抑えることができる。
【0022】
尚、本実施の形態4に記載の突起部11の形状は、上記実施の形態1〜3に記載のいずれの断面変化部であっても適用でき、突起部11上面に傾斜を設けることや、突起部11の付け根部の厚みを厚くすることもできる。これに伴い、上記実施の形態1及〜3に記載の効果も有する。
【0023】
実施の形態5.
上記実施の形態1〜4では、突起部は複数個の磁石及び保護環をフライホイールに固定する樹脂と一体に形成されていたが、これらの突起部をフライホイールとは別体として別個に形成しその後所定位置に設置してもよい。
図10はこの発明の実施の形態5による磁石発電機の回転子を示したもので、図10(a)は平面図、図10(b)は図10(a)のA−A線に沿う断面図、図10(c)は図10(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
図10(a)、(b)及び(c)に示すように、この磁石発電機の回転子は、フライホイール1、複数個の磁石2、保護環3、樹脂4を備えている。そして、フライホイール1の底面部には複数個の通気孔5及び複数個の突起部13が配置されている。
上記の通り本実施の形態5では、上記実施の形態1〜4と回転子の構成は同じである。ただし、突起部13は、複数個の磁石2及び保護環3をフライホイール1に固定する樹脂4と一体に形成されたものではなく、複数個の突起部13とフライホイール1とは別体であり、各々別個に形成した後、各突起部13を例えば接着剤等でフライホイール1の底面部上の所定の位置に固定するものである。尚、突起部13の断面変化部の形状については上記実施の形態1〜4に記載のいずれの形状であっても適用することができる。
【0024】
本実施の形態5における磁石発電機によれば、上記実施の形態1〜4に記載の効果に加えて以下の効果を有する。つまり、複数個の突起部13をフライホイール1とは別体として形成するため、フライホイール1の形状を単純化でき、フライホイール1の成形上の制約が減少し、それに伴い作製費用の低減を図ることができる。また、必要に応じて突起部13を後付けすることもできる。
【0025】
また、フライホイール1とは別体として形成される突起部の他の形状の例を図11に示す。図11の突起部は、複数個の突起部14をフライホイール1に設置する場合の内径側で一体となるように形成した突起部である。すなわち、ドーナツ形状の結合部14Aの所定位置から外径方向に向けて複数個の突起部14を配置して一体の突起部とした形状であり、このような形状であれば上記図10の複数個の突起部13の場合と同様の効果が得られることに加え、部品点数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】この発明の実施の形態1による磁石発電機の回転子を示したもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う突起部の拡大断面図である。
【図2】図1(b)に固定子を加えて示した図である。
【図3】この発明の実施の形態1の別例による回転子の突起部を示す部分平面図、及びそのB−B線に沿う突起部の断面図である。
【図4】この発明の実施の形態1のもう一つの別例による回転子の突起部を示す部分平面図、及びそのB−B線に沿う突起部の断面図である。
【図5】この発明の実施の形態2による磁石発電機の回転子を示したもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う突起部の断面図、(d)は突起部が熱変形した場合の(a)のA−A線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。
【図6】この発明の実施の形態3による磁石発電機の回転子を示したもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
【図7】この発明の実施の形態4による磁石発電機の回転子を示したもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面に発電コイルを加えた断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
【図8】この発明の実施の形態4の別例による回転子の突起部を示す径方向に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。
【図9】この発明の実施の形態4のもう一つの別例による回転子の突起部を示す径方向に沿う断面に発電コイルを加えた断面図である。
【図10】この発明の実施の形態5による磁石発電機の回転子を示したもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う突起部の断面図である。
【図11】この発明の実施の形態5の別例による磁石発電機の回転子を示したもので、平面図、A−A線に沿う断面図、及びB−B線に沿う突起部の断面図である。
【符号の説明】
【0027】
1 フライホイール、1A 周壁部、1B 底面部、2 磁石、4 樹脂、
6 突起部、6A 凹断面(断面変化部)、6B,6C 凸断面(断面変化部)、
8 発電コイル、9,10,11 突起部、
9A,10A,11A〜11C 凹断面(断面変化部)、
12A,12B,12C 発電コイル、13,14 突起部、15 発電コイル。




 

 


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