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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2007−82294(P2007−82294A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−264117(P2005−264117)
出願日 平成17年9月12日(2005.9.12)
代理人 【識別番号】100057874
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照
発明者 羽柴 光春 / 三宅 章文
要約 課題
発電コイルの温度上昇を抑制して発電効率を向上させることができるとともに、発電コイルの寿命・信頼性が向上した磁石発電機を得る。

解決手段
この発明に係る磁石発電機は、回転軸線の回りを回転するフライホイールと、このフライホイールの内周面に設けられフライホイールととともに回転する複数個の磁石と、この磁石の内径側に設けられ、複数の薄板鋼板を積層して構成されているとともに円環部53及び円環部53から径方向外側に突出した複数のティース12を有する固定子鉄心10と、ティース12に導線が巻回されて構成された発電コイルとを備えた磁石発電機において、円環部53には、薄板鋼板の積層方向に貫通し冷媒が通る通気孔56が形成されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
回転軸線の回りを回転するフライホイールと、
このフライホイールの内周面に設けられフライホイールととともに回転する複数個の磁石と、
この磁石の内径側に設けられ、複数の薄板鋼板を積層して構成されているとともに円環部及び円環部から径方向外側に突出した複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記ティースに導線が巻回されて構成された発電コイルとを備えた磁石発電機において、
前記円環部には、前記薄板鋼板の積層方向に貫通し冷媒が通る冷媒孔が形成されていることを特徴とする磁石発電機。
【請求項2】
前記冷媒孔は、前記回転軸線と平行で同一方向に延びて形成されてい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】
前記冷媒孔は、周方向に傾斜して形成されてい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4】
ブラケットに固定される前記固定子鉄心では、前記円環部のブラケット側の内径側において窪みが形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の磁石発電機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、フライホイールの回転により、磁石と発電コイルとの電磁誘導作用で発電する磁石発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の磁石発電機として、渦電流による発熱を抑制するために薄板鋼板を複数枚積層した固定子鉄心の各ティースに発電コイルが巻装され、この発電コイルの外周側には、フライホイールの外周縁の内面に周方向に沿って互いに間隔を隔てて固定された複数個の永久磁石が配置された磁石発電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】特開2004−135382号公報(図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記構成の磁石発電機では、フライホイ−ルが回転する際に永久磁石により生じる交番磁界により、固定子鉄心にはヒステリシス損、及び渦電流損による発熱が生じ、固定子鉄心の温度が高くなり、その温度上昇に伴い発電コイルの温度も上昇するので、発電コイルの抵抗値が高くなる。その結果、発電コイルの抵抗値に比例する銅損による発電コイルの温度も上昇するとともに発電効率が低下してしまうという問題点があった。
また、発電コイルに使用される銅線は、高分子材料で絶縁被膜が施されており、発電コイルの温度が上昇し、高温状態が長時間続くことで、発電コイルの寿命、信頼性が低下してしまうという問題点もあった。
特に、近年、磁石発電機では、高出力化の傾向にあり、磁石(磁極)の多極化により高周波化しており、固定子鉄心におけるヒステリシス損、及び渦電流損による発熱がより大となり、上記問題点もより大きな問題点になっていた。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、固定子鉄心自体の冷却効率を高めることで、発電コイルの温度上昇を抑制して発電効率を向上させることができるとともに、発電コイルの寿命・信頼性が向上した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、回転軸線の回りを回転するフライホイールと、このフライホイールの内周面に設けられフライホイールととともに回転する複数個の磁石と、この磁石の内径側に設けられ、複数の薄板鋼板を積層して構成されているとともに円環部及び円環部から径方向外側に突出した複数のティースを有する固定子鉄心と、前記ティースに導線が巻回されて構成された発電コイルとを備えた磁石発電機において、前記円環部には、前記薄板鋼板の積層方向に貫通し冷媒が通る冷媒孔が形成されている。
【発明の効果】
【0007】
この発明による磁石発電機によれば、固定子鉄心の円環部に冷媒が通る冷媒孔を形成したので、積層鉄心自体の冷却効率が向上し、発電コイルの温度上昇が抑制され、発電効率が向上するとともに、発電コイルの寿命、信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【0009】
実施の形態1.
図1はこの発明による磁石発電機の実施の形態1を示す正面図、図2は図1の側断面図である。
【0010】
この磁石発電機は、内燃機関と連結された回転子1と、この回転子1と外径側で対面した固定子2を備えている。
回転子1は、椀状のフライホイール3とフライホイール3に固定された永久磁石7とを有している。このフライホイール3は、外周の筒状部4と、内燃機関により回転駆動される回転軸50が圧入されるボス部5と、筒状部4とボス部5とをつなぐ底部6とを含んでいる。底部6には複数個の孔70が形成されている。このフライホイール3は、回転軸線A−Aを中心として回転する。
【0011】
永久磁石7は、フライホイール3の筒状部4の内周面に、回転軸線A−Aの周りに、互いに等角度間隔で固定されている。複数個の永久磁石7は、隣接する永久磁石7が互いに逆極性に着磁されており、永久磁石7の内周側空間では、交互に方向が変化する磁界を発生するようになっている。
各永久磁石7の各内周面には、筒状の保護環8が密着して嵌め込まれている。各永久磁石7の回転軸線A−A方向の両端部と、各永久磁石7の周方向の相互間隙には、モールド成形材9が充填されている。このモールド成形材9によって、複数個の永久磁石7と保護環8とがフライホイール3の筒状部4の内周面に固定されている。
【0012】
固定子2は、固定部材である取付ボルト52によりブラケット51に固定される。
この固定子2は、中空円柱状の固定子鉄心10と発電コイル11とを有している。表面全体が絶縁樹脂膜54で覆われて構成された固定子鉄心10は、図3に示すように、円環部53と、この円環部53から周方向に等分間隔で径外側方向に放射状に突出した複数個のティース12とを有している。
【0013】
発電コイル11は、各ティース12の周側面にそれぞれ導線である銅線が巻回されて構成されている。各発電コイル11は、接続リード14により互いに接続されている。
【0014】
固定子鉄心10は、冷間圧延鋼板であるドーナツ形状の磁性薄板鋼板(例えばSPCC等の冷間圧延鋼板)を回転軸線A−Aの方向に多数枚積層して構成された積層鉄心15と、この積層鉄心15の両側面にそれぞれ密着して重ねられた第1の端板16、第2の端板17とを有している。
第1の端板16、第2の端板17の外周縁部は、発電コイルの径方向への崩れを防止するため、及び積層鉄心15の各ティース12に磁束を誘導させるために、発電コイル11側に折曲している。第1の端板16、第2の端板17は、積層鉄心15を構成する磁性薄板鋼板よりも引っ張り強度が約2倍である合金鋼材(例えばSUS304)で構成されている。
【0015】
固定子鉄心10の円環部53では、回転軸線A−Aと平行で同一方向に貫通した取付孔18が周方向に等分間隔で三箇所に形成されている。この取付孔18に貫通した取付ボルト52の端部がブラケット51に螺着されることで、固定子2は、ブラケット51に固定される。
【0016】
また、円環部53では、回転軸線A−Aと平行で同一方向に貫通し取付孔18よりも小径の冷媒孔である通気孔56が二箇所に形成されている。
さらに、円環部53では、回転軸線A−Aと平行に通気孔56よりも小径のリベット孔57が周方向に等分間隔で三箇所に形成されている。このリベット孔57にリベット(図示せず)が貫通し、締結することで、積層鉄心15と、その両側面にそれぞれ密着して重ねられた第1の端板16、第2の端板17とが一体化される。
さらにまた、円環部53では、回転軸線A−Aと平行にリベット孔57よりも小径の基準孔58が形成されている。この基準孔58では、ティース12に導線を巻回して発電コイル11を製造する巻線工程において、この基準孔58にピンを立設し、巻線機に対する位置決め機能を果たすものである。
【0017】
また、円環部53のうち第2の端板側の中央部の表面では、絶縁樹脂膜54の肉厚が周囲よりも若干厚くなっている。この絶縁樹脂膜54の取付孔18の外側では、径方向に突出した突出部60が形成されている。この突出部60により、固定子鉄心10において取付ボルト52が挿入される側の面及び取付孔18が認識される。
【0018】
上記構成の磁石発電機では、内燃機関により回転駆動される回転軸50に連動してフライホイ−ル3が回転し、その際に永久磁石7により生じる交番磁界により、発電コイル11には電力が生じる。この際の交流出力は、図示しない整流用ダイオードにより整流され、車載バッテリなどの負荷に給電される。
フライホイール3の回転に伴い、外気が図2の矢印で示すように主に通気孔56、孔70を通過して磁石発電機の外部に流れる。
【0019】
以上説明したように、この実施の形態の磁石発電機によれば、円環部53に薄板鋼板の積層方向に貫通した通気孔56が形成されているので、空気が円環部53を通過し、固定子鉄心10の温度上昇が抑制される。
本願発明者は、固定子鉄心10での通気孔56の有無における、固定子鉄心10の温度及び発電コイル11の出力電流の影響を実験により求めた。
図4は、そのときの実験結果を示す図である。
図4において、横軸は磁石発電機の駆動回転数(r/min)であり、縦軸は左側に固定子鉄心10の温度(℃)を、また右側に発電コイル11の出力電流(A)を示す。
通気孔56が形成された固定子鉄心10において、固定子鉄心10の温度特性曲線がT1であり、発電コイル11の出力電流特性曲線がG1である。
また、通気孔56が形成されていない固定子鉄心10において、固定子鉄心10の温度特性曲線がT2であり、発電コイル11の出力電流特性曲線がG2である。
各回転数での発熱(鉄損+銅損)温度は飽和温度を示し、固定子鉄心10の冷却効率によっては絶対値に多少の変化はあるものの、固定子鉄心10における通気孔56の有無により、明らかな温度差(冷却効果よる温度低減)が見られる。
また、通気孔56を形成した分だけ、固定子鉄心10における磁界回路を構成する鉄心領域が減少する、即ち発電効率が低下するにも関わらず、固定子鉄心10の温度上昇が低減されたことにより、発電コイル11の発電量が多くなっていることが分かる。
【0020】
また、固定子鉄心10の温度上昇の抑制とともに、発電コイル11の温度上昇も抑制されるので、被覆された発電コイル11の絶縁被膜に対する熱の影響を低く抑えることができ、発電コイル11の寿命、信頼性が向上する。
【0021】
なお、固定子鉄心10に通気孔56を形成したことで、磁性薄板鋼板、合金鋼材の使用重量が低減され、プレス加工後の材料リサイクル率(スクラップ量のUP)によってコスト的にも有利である。
【0022】
また、生産性の向上に寄与する、円環部53に形成された基準孔58については、径が通気孔56と比較して小さいものの、通気孔56と同様に冷媒孔として機能し、固定子鉄心10の温度上昇の抑制に寄与している。
【0023】
また、取付孔18の近傍に突出部60が形成されているので、取付ボルト52を誤って通気孔56に挿入することを防止することができる。
【0024】
また、第1の端板16、第2の端板17は、積層鉄心15を構成する磁性薄板鋼板よりも引っ張り強度が約2倍である合金鋼材(例えばSUS304)で構成されているので、第1の端板16、第2の端板17の材料として磁性薄板鋼板を用いた場合と比較して、単一面積当たり2倍の押圧力が可能となる、即ち取付ボルト52の取付座の面積が約1/2で済み、その分多くの通気孔56を形成することが可能となる。
【0025】
なお、積層鉄心15では磁性薄板鋼板を用いているが、例えば引張強度が磁性鋼板よりも強度の大きな電磁鋼板を用いた場合でも、同様により多くの通気孔を形成することが可能となる。
【0026】
また、通気孔を多数形成することで、固定子鉄心の剛性の低下に対しては、高強度材料への変更の他に、薄板鋼板の板厚、リベット孔を貫通するリベットの押圧増大等により対処することができる。
【0027】
実施の形態2.
図5はこの発明による磁石発電機の実施の形態2における固定子鉄心10を示す正面図、図6は図5の側断面図である。
この実施の形態では、円環部53のブラケット51側の内径側に窪み59が形成されている。また、通気孔61が周方向に傾斜して形成されている。
他の構成は実施の形態1の磁石発電機と同じである。
【0028】
この磁石発電機によれば、円環部53のブラケット51側の内径側で窪み59が形成されているので、ブラケット51に対面しており、内燃機関からの発熱を受け、また通気性が悪い固定子鉄心10の領域において、空気との接触面積が増大しており、それだけ固定子鉄心10の冷却効率が向上する。
また、通気孔61が周方向に傾斜して形成されているので、実施の形態1の通気孔56と比較して通気孔61内での空気との接触面積が増大しており、それだけ固定子鉄心10の冷却効率が向上する。
【0029】
なお、上記各実施の形態では、冷媒が空気であり、冷媒孔である各通気孔56、61に空気が通過して、固定子鉄心10を冷却する場合について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、冷媒がエンジンオイルであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】この発明の実施の形態1の磁石発電機を示す正面図である。
【図2】図1の側断面図である。
【図3】図1における積層鉄心の両面に第1の端板及び第2の端板が重ねられた状態を示す正面図である。
【図4】図1の磁石発電機における固定子鉄心の温度特性曲線、発電コイルの出力電流特性曲線を示す図である。
【図5】実施の形態2の磁石発電機における積層鉄心の両面に第1の端板及び第2の端板が重ねられた状態を示す正面図である。
【図6】図5の側断面図である。
【符号の説明】
【0031】
1 回転子、2 固定子、3 フライホイール、4 筒状部、7 永久磁石、10 固定子鉄心、11 発電コイル、12 ティース、15 積層鉄心、16 第1の端板、17 第2の端板、18 取付孔、50 回転軸、51 ブラケット、52 取付ボルト、53 円環部、56,61 通気孔(冷媒孔)、57 リベット孔、58 基準孔、59 窪み、60 突出部。




 

 


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