JP2000209825A

JP2000209825A - 永久磁石発電機

Info

Publication number: JP2000209825A
Application number: JP11002638A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yamaguchi; 仁山口; Ken Kurabayashi; 研倉林; Taminori Sashiro; 民矩佐城; Koji Yamashita; 幸次山下
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】車両に搭載される永久磁石発電機は、電気機
器の増加に伴い、低速回転であるアイドリング時でも、
発電出力が大なものが要求されるようになって来た。そ
こで界磁磁束を大にしようと永久磁石の径を大にする
と、回転子の径も大となる。しかし、この発電機は高速
回転もされるので、径が大になると、遠心力のため機械
的強度の面で不安が生じていた。【解決手段】回転軸１０に鉄心９を取り付け、その外
側に永久磁石部８を設け、そこの永久磁石は、磁極面の
方向が回転子の回転軸１０の方向に対し平行となるよう
配設する。例えば、永久磁石部８の内周側がＮ極となる
ようにし、外周側がＳ極となるようにする。界磁磁束Ｂ
の大きさは、磁極面の面積と磁束密度とによって決まる
ので、磁極面の長さを回転軸１０の方向に長くして面積
を大にすることにより、界磁磁束Ｂを大にすることが出
来る。即ち、径方向には大にすることなく界磁磁束Ｂを
大に出来、発電出力を大に出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、界磁磁束を永久磁
石によって発生させることにより発電を行う永久磁石発
電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載して種々の電気負荷に給電す
るための発電機としては、界磁磁束を永久磁石によって
発生させ、その磁束と巻線とを鎖交させることにより発
電する、いわゆる永久磁石発電機が、しばしば用いられ
ている。図５は、そのような永久磁石発電機の従来例を
示す図である。図５において、２０は固定子枠体、２１
は固定子巻線、２２，２３は磁極体、２４は永久磁石
部、２５は支持体、２６は回転軸、３０は回転子、Ｂは
磁束、Ｇはギャップである。

【０００３】回転子３０は、次のような構成とされてい
る。まず回転軸２６には、非磁性体の支持体２５を介し
て、永久磁石部２４が配設される。永久磁石部２４の磁
極の向きは、図中に記したＮ，Ｓの符号より分かるよう
に、回転軸２６の軸方向と平行（つまり、磁極面は回転
軸２６に対して直角）となるようにされている。永久磁
石部２４の両側には、永久磁石部２４と磁気的に結合さ
れるよう、磁極体２２，２３が配設される。

【０００４】磁極体２２，２３の回転軸２６に近い部分
（斜線を施している部分）は、周方向に連続して一体と
されているが、それより外側の部分は、複数個に分割さ
れ、先端に行くに従い細くされた爪状磁極とされてい
る。そして、磁極体２２の爪状磁極と磁極体２３の爪状
磁極とは、僅かの空間を隔てて交互に隣接させられる。
図６は、それらの爪状磁極を示す図である。図６におい
て、２２Ｔは磁極体２２の爪状磁極、２３Ｔは磁極体２
３の爪状磁極である。ここでは１組の爪状磁極を示す
が、回転子３０の外周には、このような爪状磁極の組が
複数個形成されることになる。

【０００５】図５に戻るが、固定子枠体２０は内側が円
周とされており、その内周面には幾つかの固定子巻線２
１が設けられている。前記した回転子３０は、その外周
面が固定子巻線２１と僅かのギャップＧを隔てて位置す
るよう位置決めされて、配設される。以上のような構成
とされているので、永久磁石部２４のＮ極より出た磁束
Ｂは、図５の矢印で示すように、Ｎ極→磁極体２２→空
間（ギャップＧの部分）→磁極体２３→Ｓ極という経路
を通過することになる。空間部分では、具体的には図６
の矢印で示すように、磁束Ｂは爪状磁極２２Ｔより空間
に出て、爪状磁極２３Ｔに入ってゆく。回転子３０が原
動機（例、エンジン）により回転させられると、この空
間に出ている磁束Ｂが固定子巻線２１と鎖交するので、
固定子巻線２１に起電力が誘起され、発電がなされる。
このような永久磁石発電機に関する従来の文献として
は、例えば、実開平５−３３６７０号，特開平７−１２
３６６４号等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（問題点）しかしなが
ら、前記した従来の永久磁石発電機では、低速回転での
発電出力を大にしようとすると、回転子の直径を大にし
なければならず、機械的強度の面での限界により、低速
回転での発電出力の増大が図れないという問題点があっ
た。

【０００７】（問題点の説明）車両での快適性あるいは
利便性を向上させるため、車両に搭載される電気機器は
年々増加している。電気機器の中には、走行時のみ動作
させられるものもあるが、走行していない時にも動作さ
せられるものも増えて来ている。そのため、最近の車両
では、停車等でエンジンをアイドリングしている時で
も、大きな発電電力を必要とするようになって来てい
る。それに伴い、車両に搭載されている永久磁石発電機
に対し、アイドリング時のような低速回転時において
も、従来より大きな電力を発電することが要請されて来
ている。

【０００８】回転子の回転について「低速回転」という
制約がある中で、永久磁石発電機の発電能力を高める方
法としては、図５において、固定子巻線２１と鎖交する
磁束Ｂを大にすることが考えられる。この磁束Ｂの大き
さは、永久磁石部２４の磁束密度と、その密度で磁束を
発出している磁極面の面積（Ｎ極，Ｓ極の面積）とによ
って決まる。従って、もし永久磁石部２４を構成する磁
石として、従来より磁束密度が大のもの（つまり高性能
の永久磁石）を使用すれば、同じ形状でも従来より大き
な磁束Ｂが得られることは言うまでもない。しかし、高
性能の永久磁石に変更することはコストの大幅アップに
つながり、好ましくない。

【０００９】従来と同じ性能の永久磁石を使うとすれ
ば、磁極面の面積を増大させるしかない。これは、図５
で言えば、永久磁石部２４の外径を大にすることに他な
らない。しかし、永久磁石部２４の外径を大にすると、
回転子３０の外径も大になることになるが、そうする
と、次に述べるように、機械的強度の面で不安が出て来
るという別の難点が生ずることになり、これもまた好ま
しくない。つまり、車両に搭載される永久磁石発電機
は、極めて高速でも回転される（つまり、最高回転数が
大である）ので、回転子３０の外径が大にされると、高
速回転時に外周付近の構造に加わる遠心力が大となり、
従来と同じ機械的強度では耐えられなくなる恐れがあ
る。従って、外径を大にするとした場合には、遠心力増
大に対応すべく、機械的強度を増す何らかの対策を講じ
なければならないという別の難点が生ずる。本発明は、
以上のような問題点を解決することを課題とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、複数個の爪状磁極を有する２つの磁極
体と界磁起磁力源としての永久磁石部を回転子に具備す
る永久磁石発電機において、該永久磁石部を構成する永
久磁石を、その磁極面の方向が前記回転子の回転軸の方
向に対し平行となるよう配設することとした。なお、永
久磁石部を構成する永久磁石としては、内周面側が第１
の磁極（例、Ｎ極）とされ外周面側が第２の磁極（例、
Ｓ極）とされた円筒状のものを使用することが出来る。
また、永久磁石として、一方の平面が第１の磁極とされ
他方の平面が第２の磁極とされた平板状のものを複数個
使用し、それらを円筒状に配列することにより永久磁石
部を構成してもよい。

【００１１】（解決する動作の概要）永久磁石部から出
てゆく磁束は、一方の磁極体の爪状磁極から空間（ギャ
ップ）に出て、他方の磁極体の爪状磁極に入るが、回転
子の回転により、空間に出ている磁束が固定子巻線と鎖
交し、固定子巻線に起電力を生ずる。従って、同じ回転
数でも、磁束が大きければ発電出力を増大させることが
出来る。この磁束の大きさは、永久磁石の磁極面の面積
と磁束密度とにより決まる。永久磁石の磁極面の長さを
大にすれば面積を大にすることが出来るが、本発明で
は、永久磁石の磁極面の方向は回転軸の方向と平行とな
るようにされているので、磁極面の長さを大にしたとし
ても、回転子の外径は大になることはない。つまり、同
じ回転数であっても、回転子の外径を大にすることな
く、発電出力を大にすることが出来る（例えば、アイド
リング時の回転における発電出力を、従来より大に出来
る）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかわる永
久磁石発電機を示す図である。図１において、１は固定
子枠体、２は固定子巻線、３は回転子、４，５は磁極
体、５−１はねじ穴、６は継鉄、７はスペーサ部、７Ｐ
はスペーサ、８は永久磁石部、８Ｐは永久磁石、９は鉄
心、１０は回転軸、１１は回り止め体、１２はねじであ
る。図１（イ）は、回転軸１０を通り、その軸方向に平
行な面で切った断面図であり、図１（ロ）は、図１
（イ）のＸ−Ｘ線のところで前記軸方向に垂直に切った
断面図である。

【００１３】固定子枠体１の内周面に幾つかの固定子巻
線２が配設され、その固定子巻線２とギャップＧを隔て
て回転子３が配設されることは、図５に示した従来の永
久磁石発電機と同様である。従来のものと相違している
のは、回転子の構成である。本発明での回転子３は、次
のような構成とされる。まず、回転軸１０に対し、磁極
体４，継鉄６，鉄心９が、軸方向にこの順に隣接して取
り付けられる。磁極体４は、図５に示した従来の磁極体
２２と同様の形状をしたものである。即ち、回転軸１０
に近い部分（斜線を施している部分）は、周方向に連続
して一体とされているが、それより外側の部分は、複数
個の爪状磁極に分割されている。

【００１４】継鉄６および鉄心９は筒状とされ、いずれ
も磁極体４の爪状磁極部分より内側部分（回転軸１０側
の部分）に納まるようなサイズとされる。図２は、鉄心
９を示す図であり、９−１は回転軸１０に取り付けるた
めの軸穴である。図２（イ）は平面図，図２（ロ）は図
２（イ）のＹ−Ｙ線における断面図である。平面図から
分かるように、平面が８角形とされているが（Ｌは一辺
の長さ）、これは後に説明するように、永久磁石として
コストの安い平板状の永久磁石を使用するのに、都合よ
くするためである（なお、継鉄６の外形は、８角形であ
っても円形であってもよい。）

【００１５】図１に戻るが、鉄心９の外側には永久磁石
部８が設けられ、その外側にはスペーサ部７が設けら
れ、更にその外側には磁極体５が配設される。永久磁石
部８は、ここでは複数個（８個）の永久磁石８Ｐで構成
され、スペーサ部７は複数個（８個）のスペーサ７Ｐで
構成されている（図１（ロ）参照）。スペーサ７Ｐは、
もちろん磁性体である。

【００１６】図３は、永久磁石８Ｐおよびスペーサ７Ｐ
を示す図である。図３（イ）に示すように、永久磁石８
Ｐとしては平板状の永久磁石を使用することが出来る。
平板の一辺の長さは、鉄心９の一辺の長さに合わせてＬ
とされる。図中に記すように、手前の広い面がＮ極であ
り、反対側の面がＳ極とされている。平板状の永久磁石
は、円筒状のものに比べてコストが安い。このような平
板状の永久磁石８Ｐを８個、その広い平面を、８角形の
鉄心９の一面に当てがうようにして、鉄心９の周囲に配
列する。

【００１７】スペーサ７Ｐは、永久磁石８Ｐの背後に当
てがって、永久磁石８Ｐが位置ずれを起こさないように
するためのものである。そのため、永久磁石８Ｐに当て
がう部分は、永久磁石Ｐ８と略同じサイズの平面とさ
れ、スペーサ７Ｐの背面は、スペーサ７Ｐの外側に配設
される磁極体５の内面に密接する形状とされる。ここに
示した例では、磁極体５の内面は図１（ロ）に示すよう
に円周面とされているから、スペーサ７Ｐの背面は、そ
れに合うよう円弧面とされる。従って、スペーサ７Ｐ
は、全体としては蒲鉾状とされる。

【００１８】なお、スペーサ７Ｐは永久磁石８Ｐの位置
ずれ防止のためのものであるから、永久磁石８Ｐの内側
の鉄心９や外側の磁極体５との密接状態より判断して、
位置ずれ防止の手段を講じるまでのこともないという場
合には、省略することが出来る。即ち、スペーサ部７は
必須のものではない。

【００１９】磁極体５は、やはり外周部分に複数個の爪
状磁極を有するものであり、それら爪状磁極が、磁極体
４の爪状磁極と僅かの空間を隔てて交互に隣接させられ
ているのは従来と同様である。ただ、磁極体５が従来と
相違している点は、回転軸１０から見て永久磁石部８よ
り外側に配置されているという点である。図４は、回り
止め体１１を示す図であり、１１−１は軸穴、１１−２
はねじ挿通孔である。そして、図４（イ）は平面図，図
４（ロ）は図４（イ）のＺ−Ｚ線における断面図であ
る。回り止め体１１は、図１（イ）に示すように、回転
軸１０の回りに磁極体５まで積層取り付けした段階で、
軸穴１１−１に回転軸１０を通し、積層した端面に当て
がい、ねじ１２をねじ挿通孔１１−２に通して、磁極体
５のねじ穴５−１（図１（ロ）参照）にねじ込むことに
より取り付ける。回り止め体１１は、回転軸１０に積層
取り付けしたものが、回転軸１０に対して相対的に回転
するのを防止する。

【００２０】以上のように構成された本発明の永久磁石
発電機では、永久磁石部８から発出された磁束Ｂは、図
１（イ）の矢印で示した経路を通る。即ち、永久磁石部
８の第１の磁極（Ｎ極）→鉄心９→継鉄６→磁極体４→
空間（ギャップＧ）→磁極体５→スペーサ７→永久磁石
部８の第２の磁極（Ｓ極）という経路である。そして、
回転子３が回転されると、ギャップＧを通過している磁
束Ｂが固定子巻線２と鎖交することとなり、固定子巻線
２に起電力が生ぜしめられ、発電がなされる。

【００２１】本発明での磁束Ｂの大きさは、やはり永久
磁石部８の磁極面の「磁束密度」と磁極面の「面積」と
いう２つの要素によって決まることに変わりはない。磁
束密度が従来より大のもの（高性能の永久磁石）を使用
すれば、大きな磁束Ｂが得られることは言うまでもない
が、高性能の永久磁石を採用することはコストの大幅ア
ップにつながり、好ましくないことは既に述べた。とこ
ろが、本発明では、残る１つの要素である磁極面の面積
を、回転子の外径を増すことなく容易に増大させること
が出来る。即ち、図１（イ）を見れば直ちに理解できる
ように、永久磁石部８の軸方向の長さを大にすれば、磁
極面の面積を増大させることが出来る。しかし、軸方向
の長さの変化であるから、回転子の外径には変化はな
い。従って、遠心力が増大することもなく、機械的強度
を従来以上にする必要もない。

【００２２】なお、前記の実施形態では、永久磁石部８
を構成する永久磁石８Ｐとして平板状のものを複数個用
い、それぞれの背後にスペーサ７Ｐを配設し、磁極体５
の内周面に密接させたが、別の実施形態として、複数個
の平板状の永久磁石の代わりに、内周面側が第１の磁極
とされ外周面側が第２の磁極とされた１つの円筒状の永
久磁石を用い、それを磁極体５の内周面に密接させるよ
うに配設することも考えられる。その場合には、回転子
の組み立て作業が簡単になるし、スペーサ部７は不要と
なる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の永久磁石発電
機によれば、次のような効果を奏する。請求項１の発明の効果永久磁石部を構成する永久磁石の磁極面の方向を、回転
軸の方向と平行となるようにしたので、磁極面の長さを
大にしたとしても、回転子の外径は大になることはな
い。つまり、回転子の外径を大にすることなく界磁磁束
の大きさを大にすることが出来るので、高速回転での遠
心力増大による機械的強度の不安を来すことなく、同じ
回転数でも従来より発電出力を大にすることが可能とな
った。従って、例えばアイドリング時の回転における発
電出力が、従来より大となる。

【００２４】請求項２の発明の効果永久磁石部の永久磁石として円筒状の磁石を採用する
と、請求項１の発明について述べた効果の他に、組み立
て作業が簡単となるという効果を奏する。請求項３の発明の効果永久磁石部の永久磁石として複数個の平板状磁石を採用
すると、請求項１の発明について述べた効果の他に、コ
ストが安くなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわる永久磁石発電機を示す図

【図２】本発明の永久磁石発電機に使用する鉄心を示
す図

【図３】本発明の永久磁石発電機に使用する永久磁石
およびスペーサを示す図

【図４】本発明の永久磁石発電機に使用する回り止め
体を示す図

【図５】永久磁石発電機の従来例を示す図

【図６】爪状磁極を示す図

【符号の説明】

１…固定子枠体、２…固定子巻線、３…回転子、４，５
…磁極体、５−１…ねじ穴、６…継鉄、７…スペーサ
部、７Ｐ…スペーサ、８…永久磁石部、８Ｐ…永久磁
石、９…鉄心、９−１…軸穴、１０…回転軸、１１…回
り止め体、１１−１…軸穴、１１−２…ねじ挿通孔、１
２…ねじ、２０…固定子枠体、２１…固定子巻線、２
２，２３…磁極体、２２Ｔ，２３Ｔ…爪状磁極、２４…
永久磁石部、２５…支持体、２６…回転軸、３０…回転
子、Ｂ…磁束、Ｇ…ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者倉林研東京都品川区南大井６丁目26番１号いすゞ自動車株式会社内 (72)発明者佐城民矩東京都品川区南大井６丁目26番１号いすゞ自動車株式会社内 (72)発明者山下幸次東京都品川区南大井６丁目26番１号いすゞ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H619 AA00 AA01 BB02 BB17 PP02 PP08 5H621 BB07 HH01 5H622 CA01 CA02 CA05 CA10 CB01 CB05 PP03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の爪状磁極を有する２つの磁極体
と界磁起磁力源としての永久磁石部を回転子に具備する
永久磁石発電機において、該永久磁石部を構成する永久磁石を、その磁極面の方向
が前記回転子の回転軸の方向に対し平行となるよう配設
したことを特徴とする永久磁石発電機。
【請求項２】永久磁石部を構成する永久磁石として、
内周面側が第１の磁極とされ外周面側が第２の磁極とさ
れた円筒状のものを使用したことを特徴とする請求項１
記載の永久磁石発電機。
【請求項３】永久磁石として、一方の平面が第１の磁
極とされ他方の平面が第２の磁極とされた平板状のもの
を複数個使用し、それらを円筒状に配列することにより
永久磁石部を構成したことを特徴とする請求項１記載の
永久磁石発電機。