JP2004328989A - フライホイール磁石発電機及びフライホイール磁石発電機用回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形されたフライホイールの周壁部の外周側に磁石を設けるフライホイール磁石発電機において、磁石をフライホイールの周壁部の外周面から突出させることなく取り付けることができるようにする。
【解決手段】フライホイール１の周壁部１ａに貫通孔２を形成し、周壁部１ａの内周側に開口した貫通孔２の一端を塞ぐように設けたヨークプレート４の上に、磁石５を取り付ける。フライホイールの周壁部１ａの外周及び磁石５の磁極に空隙を介して対向する磁極部９ａ，９ｂを有する鉄心９に発電コイル１０を巻装した固定子１１をフライホイールの外側に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に取り付けるのに好適なフライホイール磁石発電機に関する。

内燃機関に取り付ける磁石発電機として、円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に取り付けられた永久磁石とを備えた磁石回転子と、フライホイールの周壁部の外周と磁石の磁極とに所定の空隙を介して対向させられる磁極部を有する鉄心に発電コイルを巻装した固定子とにより構成されるものが多く用いられている。

この種の磁石発電機において、フライホイールが鋳物からなる場合には、特許文献１に示されているように、フライホイールの周壁部の外周に形成した凹部内に磁石を取り付けることにより磁石回転子を構成していた。

ところが、鋼板をプレス成形することにより製造されたフライホイールを用いる場合には、フライホイールの周壁部の板厚が薄いため、従来技術では、該周壁部の外周に磁石を収容し得る深さの凹部を精度良く形成してその凹部内に磁石を取り付けることが困難であった。

そこで、プレス加工されたフライホイールを用いる場合には、特許文献２に示されているように、フライホイールの周壁部の外周面に磁石の一方の磁極面を接着することにより磁石回転子を構成することが行われている。
特開平８−８００２０号公報 特開２００１−９５２１６号公報

しかしながら、フライホイールの周壁部の外周面に磁石を接着した場合には、磁石がフライホイールの周壁部の外周面から外側に突出した状態で配置されるため、磁石発電機を組み立てる際に、固定子の磁極が磁石に当たったり、工具が磁石に当たったりして、磁石が破損し易いという問題があった。

また特許文献２に示されたように磁石をフライホイールの周壁部の外周に接着する場合には、接着剤が硬化するまでの間磁石を位置決めしておくのが容易でないという問題があった。

本発明の目的は、プレス成形されたフライホイールの周壁部の外周側に磁石を設けるフライホイール磁石発電機において、磁石をフライホイールの周壁部の外周面から突出させることなく取り付けることができるようにすることにある。

本発明の他の目的は、プレス成形されたフライホイールの周壁部の外周側に磁石を設けるフライホイール磁石発電機において、磁石を取り付ける際にその位置決めを容易にすることができるようにすることにある。

本発明の更に他の目的は、プレス成形されたフライホイールの周壁部を変形させることなく、該フライホイールの外周に凹部を精度良く形成して、該凹部内に磁石を取り付けることができるようにしたフライホイール磁石発電機用回転子の製造方法を提供することにある。

本発明は、プレス成形された円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石とを有する回転子と、前記フライホイールの周壁部の外周及び前記磁石の磁極に空隙を介して対向する磁極部を有する鉄心に発電コイルを巻装してなる固定子とを備えたフライホイール磁石発電機を対象とする。

本発明においては、フライホイールの周壁部を該周壁部の径方向に貫通した貫通孔が設けられ、フライホイールの周壁部の内周側に開口した前記貫通孔の一端を塞ぐように設けられたヨークプレートが周壁部の内周側に配置される。磁石は、貫通孔の内側に配置されてその一方の磁極面がヨークプレートに対面した状態でヨークプレートの上に支持される。

フライホイールの周壁部への貫通孔の形成は、フライホイールを変形させることなく、高精度で行うことができるため、上記のように、フライホイールの周壁部に貫通孔を設けて、フライホイールの周壁部の内周側に開口した貫通孔の一端を塞ぐように設けたヨークプレートの上に磁石を支持するようにすると、磁石をフライホイールの外周面から突出させることなく、磁石の取付を高精度で行うことができる。

本発明の好ましい態様では、磁石に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が前記貫通孔の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部と、該磁石位置決め部の外周部から外側に突出して延びるように設けられて前記貫通孔の一端側でヨークプレートとフライホイールの周壁部との間に挟み込まれたつば板部とを一体に備えた磁石カバーが設けられる。

このような磁石カバーを設けると、磁石の保護を図ることができるだけでなく、該磁石カバーの磁石位置決め部と貫通孔の内周との嵌合により、磁石を位置決めすることができるため、磁石の位置決めを容易にすることができる。

また上記のような磁石カバーが設けられていると、そのつば板部がヨークプレートとフライホイールの周壁部との間に挟み込まれていることにより、遠心力による磁石及び磁石カバーが脱落するのを防止することができる。

本発明の他の好ましい態様では、フライホイールの周壁部を径方向に貫通した貫通孔が設けられて、周壁部の貫通孔を取り囲む領域が径方向の内側に凹まされることにより周壁部に磁石収容凹部が形成される。磁石は磁石収容凹部内に配置されてその一方の磁極面が磁石収容凹部の底部に接着される。

上記のように、フライホイールの周壁部に貫通孔を設けて、該貫通孔を取り囲む部分を凹ませることにより磁石収容凹部を形成すると、磁石収容凹部を成形する際に、フライホイールの周壁部を構成する金属の一部を貫通孔内に逃がすことができるため、フライホイールを変形させることなく、磁石収容凹部の形成を高い精度で行うことができる。

上記のように、磁石収容凹部内に磁石を固定する場合も、磁石の保護を図るとともに磁石の位置決めを容易にするため、磁石に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が磁石収容凹部の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部とを一体に備えた磁石カバーを設けるのが好ましい。

また本発明によれば、プレス成形された円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石とを有するフライホイール磁石発電機用回転子を製造する方法が提供される。本発明の製造方法では、フライホイールの周壁部に、該周壁部を径方向に貫通した貫通孔を設ける過程と、フライホイールの周壁部の前記貫通孔を取り囲む領域を、該周壁部の径方向の外側から内側に凹ませるようにプレス加工を施すことにより磁石収容凹部を形成する過程と、磁石収容凹部の底部に磁石を載せて該磁石の一方の磁極面を磁石収容凹部の底部に接着する過程とが行われる。

上記の製造方法によると、プレス加工されたフライホイールの周壁部を変形させることなく、該フライホイールの周壁部の外周側に磁石収容凹部を高い寸法精度で形成して、磁石を該凹部内に収容した構造を有する磁石発電機用回転子を容易に得ることができる。

以上のように、本発明によれば、フライホイールの周壁部に貫通孔を設けるとともに、フライホイールの周壁部の内周側に開口した貫通孔の一端を塞ぐようにヨークプレートを設けて、該ヨークプレートの上に磁石を支持するようにしたので、プレス成形されたフライホイールを変形させることなく、磁石を収容するスペースを高い精度で形成して、該磁石をフライホイールの外周面から突出させることなく取り付けることができる利点がある。

また本発明において、磁石に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が貫通孔の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部と、該磁石位置決め部の外周部から外側に突出して延びるように設けられて貫通孔の一端側でヨークプレートとフライホイールの周壁部との間に挟み込まれたつば板部とを一体に備えた磁石カバーを設けた場合には、磁石の保護を図ることができるだけでなく、該磁石カバーの磁石位置決め部と貫通孔の内周との嵌合により、磁石を位置決めすることができるため、磁石の位置決めを容易にすることができる。

また本発明において、フライホイールの周壁部に設けた貫通孔を取り囲む部分を凹ませることにより磁石収容凹部を形成して該磁石収容凹部内に磁石を接着する構成をとった場合には、磁石収容凹部を形成する際にフライホイールの周壁部を構成する金属の一部を貫通孔内に逃がすことができるため、プレス成形されたフライホイールを変形させることなく、磁石収容凹部の形成を高い精度で行って、磁石がフライホイールの外周面より突出することがない回転子を備えた磁石発電機を容易に得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の構成を一部断面して示した正面図で、同図において１は鋼板をプレス加工して形成したフライホイールである。フライホイール１は、周壁部１ａと該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部１ｂとを有する円筒状の形状に形成されている。フライホイールの底壁部の中央部にはボス部１ｃが形成され、該ボス部１ｃが図示しない内燃機関のクランク軸に嵌着されることにより、回転子が機関に取り付けられるようになっている。

図１ないし図４に示したように、フライホイール１の周壁部１ａの一部をフライホイールの径方向に貫通させて、貫通孔２が形成されている。図２に示したように、貫通孔２は、正方形の各角部に丸みをつけた輪郭形状を有している。

フライホイールの周壁部１ａの内周面の貫通孔２を取り囲む領域がフライホイールの外径側に凹まされることにより、貫通孔２の断面形状と相似な断面形状を有する環状の凹部３が形成されている。凹部３は、フライホイールの内径側と、貫通孔２内とに開口するように（貫通孔２に連続するように）設けられていて、この環状の凹部３内にヨークプレート４が嵌合されている。ヨークプレート４は鉄等の強磁性材料からなっていて、凹部３内に隙間無く嵌合するような輪郭形状を有するとともに、フライホイールの周壁部１ａの周方向に沿うように、周壁部１ａの内周面と同じ曲率で湾曲させられている。

５は磁石で、この磁石は、貫通孔２内に配置されて、その一方の磁極面がヨークプレート４に対面させられている。磁石５の厚みをできるだけ薄くするため、磁石５としては希土類磁石を用いるのが好ましい。

磁石５の位置決めと保護とを図るためステンレス鋼などの非磁性材料（強磁性材料以外の材料）からなる磁石カバー６が設けられている。磁石カバー６は、磁石５に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体６ａと、該カバー本体６ａの裾部から外側に突出した状態で設けられて筒状の外周部が貫通孔の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部６ｂと、磁石位置決め部６ｂの開口端の外周部から外側に突出して延びるように設けられて貫通孔２の一端側でヨークプレート４とフライホイールの周壁部１ａとの間に挟み込まれた状態で配置されるつば板部６ｃとを一体に備えている。図示の例では、磁石カバー６のつば板部６ｃがヨークプレート４とともに凹部３内に嵌合されて、該つば板部６ｃが、凹部３内でヨークプレート４とフライホイールの周壁部（凹部３の底面）との間に挟み込まれた状態で配置されている。磁石カバー６の磁石位置決め部６ｂは、筒状の周壁部を有して、該周壁部の外周面が貫通孔２の内周面に隙間なく嵌合するように（貫通孔２の断面形状とほぼ同じ断面形状を有するように）形成され、磁石位置決め部６ｂの外周面と貫通孔２の内周面との嵌合により、磁石５が貫通孔２内の所定の位置に位置決めされるようになっている。

図示の例ではまた、フライホイールの周壁部１ａの内周に永久磁石７，７，…が接着などにより固定され、フライホイール１と、ヨークプレート４と、磁石５と、磁石カバー６と、磁石７とにより回転子８が構成されている。

上記の回転子８を組み立てる際には、先ず磁石５に磁石カバー６のカバー本体６ａを被せる。次いで磁石５を磁石カバー６と共に、フライホイールの周壁部の内周側から貫通孔２内に挿入して、磁石カバー６の磁石位置決め部６ｂの外周部を貫通孔２の内周に嵌合させ、図３及び図４に示されているようにつば板部６ｃを凹部３内に嵌合させる。これにより磁石５を貫通孔２内に位置決めする。次いでヨークプレート４を凹部３内に嵌合させ、ヨークプレート４に磁石５の一方の磁極面を対面させる。

ヨークプレート４は磁石５に吸着されるため、磁石５と磁石カバー６とヨークプレート４とからなる組立体は分離することなくフライホイールの周壁部に保持される。

上記組立体は、基本的には接着剤を用いることなくフライホイールの周壁部に保持させることができるが、必要に応じて、ヨークプレート４と磁石５とを接着したり、ヨークプレート４を凹部３及び磁石カバーのつば板部６cに接着したりすることができる。また磁石カバー６を貫通孔２の内周面に接着するようにしてもよい。

図示の例のように、フライホイールの周壁部の内周側に磁石７が接着により取り付けられる場合には、図示のように一つの磁石７の位置を磁石５の位置に合わせておくことにより、磁石７を接着する際に同時にヨークプレート４をフライホイールの周壁部に対して接着することができるため、磁石５と磁石カバー６とヨークプレート４とからなる組立体をフライホイールの周壁部に取り付ける際に特に接着を施す必要はない。

回転子８の外側には、フライホイールの周壁部の外周及び磁石の磁極に空隙を介して対向する磁極部９ａ，９ｂを有するＵ字形鉄心９に発電コイル１０を巻装してなる固定子１１が配置される。この固定子は、例えば内燃機関のケースなどに設けられた固定子取り付け部に固定されて、その鉄心の磁極部９ａ，９ｂがフライホイールの外周に対向させられる。図示の発電コイル１０は、一次コイル及び該一次コイルよりも巻き数が多い二次コイルからなっていて、内燃機関用点火装置の点火コイルとして用いられる。

固定子１１と、回転子８とにより本発明に係わるフライホイール磁石発電機が構成されている。このフライホイール磁石発電機においては、図１に示されているように、磁石５−ロータヨーク４−フライホイールの周壁部１ａ−鉄心９−磁石５の経路で磁束φが流れ、回転子８の回転に伴って生じる磁束φの交番により、発電コイル１０に電圧が誘起させられる。

図示の例では、フライホイール１の周壁部の内周側に複数の磁石７，７，…が取り付けられている。これらの磁石７は、フライホイール１の内側に配置される図示しない電機子とともに別の磁石発電機を構成するために設けられている。フライホイールの内側に電機子が配置されない場合には、磁石７，７，…が省略される。

フライホイールの周壁部の内周に磁石７を取り付ける場合には、図３及び図４に示したように、一つの磁石７の中心を磁石５の中心に合わせた状態で配置して、磁石７の外周側の磁極を磁石５の内周側の磁極と異ならせるように磁石７を着磁するのが好ましい。即ち、磁石５と磁石７のヨークプレート４を介して隣り合う磁極の極性を異ならせておくことが好ましい。

上記の実施例では、フライホイールの周壁部の内周側に開口した貫通孔２の一端の周囲に貫通孔２に連続する環状の凹部３を形成して、この環状の凹部３内にヨークプレート４を収容することにより、ヨークプレートがフライホイールの内周面から突出しないようにしたが、ヨークプレート４が配置されるフライホイールの内周面に磁石７が取り付けられない場合には、凹部３を省略することができる。

上記の例では、フライホイール１と別体にヨークプレート４を設けたが、ヨークプレート４に相当する部分をフライホイールに一体に設けるようにすることもできる。図５ないし図９は、ヨークプレート４に相当する部分をフライホイールに一体に設けた本発明の第２の実施例を示している。この実施例では、先ず図５及び図６に示すように、フライホイール１の周壁部１ａの所定の箇所に、該周壁部を径方向に貫通した貫通孔１３を形成する。次いで、フライホイール１の周壁部１ａの貫通孔１３を取り囲む領域を、該周壁部の径方向の外側から内側に凹ませるようにプレス加工を施すことにより、図７及び図８に示すように、フライホイールの周壁部に該周壁部の外周に開口した磁石収容凹部１４を形成する。

図示のように、フライホイールの周壁部に貫通孔１３を形成してから該貫通孔の周囲の部分を凹ませることにより磁石収容凹部１４を形成するようにすると、この凹部１４を形成する過程で、フライホイールの周壁部を構成する金属の一部を貫通孔１３の内側に移動させることができるため、フライホイールの周壁部１ａの外周側に余分な金属が盛り上がって凹部１４の周囲で周壁部が変形する等の問題を生じさせることなく、凹部１４を高い寸法精度で形成することができる。磁石収容凹部１４が形成された状態では、図７に示したように、凹部１４の底部１５の中央に径が縮小された貫通孔１３´が残される。

磁石５の位置決めと磁石５の保護とを図るため、図９に示したように、磁石５に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体６ａ´と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が磁石収容凹部１４の内周に隙間なく嵌合されるスカート状の磁石位置決め部６ｂ´とを一体に有する磁石カバー６´が設けられている。磁石カバー６´の磁石位置決め部６ｂ´は、筒状の周壁部を有して、該周壁部の外周面が凹部１４の内周面に隙間なく嵌合するように（凹部１４の断面形状とほぼ同じ断面形状を有するように）形成され、磁石位置決め部６ｂ´の外周面と凹部１４の内周面との嵌合により、磁石５が凹部１４内の所定の位置に位置決めされるようになっている。磁石カバー６´は、ステンレス鋼などの非磁性材料（強磁性材料以外の材料）により形成されている。

磁石カバー６´を磁石５に取り付けた後、図９に示したように、磁石５が磁石カバー６´とともに磁石収容凹部１４内に挿入され、磁石５の一方の磁極面が磁石収容凹部１４の底部１５に対面させられて該底部１５に接着される。磁石５は、磁石カバー６´の磁石位置決め部６ｂ´と凹部１４の内周との嵌合により位置決めされる。

フライホイール１と、磁石５及び磁石カバー６´とにより回転子８が構成され、この回転子と、図１に示された固定子１１と同様の固定子とによりフライホイール磁石発電機が構成される。
図９に示した例でも、フライホイール１の周壁部１ａの内周に磁石７が取り付けられているが、フライホイールの内側に電機子が設けられない場合には磁石７が省略される。

上記のように、本発明に係わるフライホイール磁石発電機用回転子の製造方法では、プレス成形された円筒状のフライホイール１と該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石５とを有する磁石発電機用回転子８を製造するに際して、フライホイール１の周壁部に、該周壁部を径方向に貫通した貫通孔１３を設ける過程と、フライホイール１の周壁部の貫通孔１３を取り囲む領域を、該周壁部の径方向の外側から内側に凹ませるようにプレス加工を施すことにより磁石収容凹部１４を形成する過程と、磁石収容凹部１４の底部１５に磁石５を載せて該磁石の一方の磁極面を磁石収容凹部の底部に接着する過程とを行う。これらの過程を行って回転子を製造するようにすると、フライホイールの周壁部を変形させることなく、フライホイールの周壁部の外周側に磁石収容凹部１４を高い寸法精度で形成して、磁石を該凹部内に収容した構造を有する磁石発電機用回転子を容易に得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係わる磁石発電機を一部断面して示した正面図である。 本発明の第１の実施例で用いる回転子の要部を一部切り欠いて示した平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 本発明の第２の実施例で用いる回転子を製造する過程でフライホイールの周壁に設ける貫通孔を示した平面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 本発明の第２の実施例で用いるフライホイールの要部を示した平面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。 本発明の第２の実施例で用いる回転子の要部を示した断面図である。

符号の説明

１ フライホイール
１ａ 周壁部
２ 貫通孔
３ 環状の凹部
４ ヨークプレート
５ 磁石
６ 磁石カバー
６ａ カバー本体
６ｂ 磁石位置決め部
６ｃ つば板部

Claims (7)

1. プレス成形された円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石とを有する回転子と、前記フライホイールの周壁部の外周及び前記磁石の磁極に空隙を介して対向する磁極部を有する鉄心に発電コイルを巻装してなる固定子とを備えたフライホイール磁石発電機であって、
   前記フライホイールの前記周壁部を該周壁部の径方向に貫通した貫通孔が設けられ、
   前記フライホイールの前記周壁部の内周側に開口した前記貫通孔の一端を塞ぐように設けられたヨークプレートが前記周壁部の内周側に配置され、
   前記磁石は、前記貫通孔の内側に配置されてその一方の磁極面が前記ヨークプレートに対面した状態で前記ヨークプレートの上に支持されているフライホイール磁石発電機。
2. 前記磁石に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が前記貫通孔の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部と、前記磁石位置決め部の外周部から外側に突出して延びるように設けられて前記貫通孔の前記一端側で前記ヨークプレートと前記フライホイールの周壁部との間に挟み込まれたつば板部とを一体に備えた磁石カバーが設けられている請求項１に記載のフライホイール磁石発電機。
3. 前記周壁部の内周面の前記貫通孔を取り囲む領域が前記フライホイールの外径側に凹まされて前記ヨークプレートを嵌合させるための環状の凹部が形成され、
   前記ヨークプレートは、前記環状の凹部内に嵌合されて位置決めされている請求項１または２に記載のフライホイール磁石発電機。
4. プレス成形された円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石とを有する回転子と、前記フライホイールの周壁部の外周及び前記磁石の磁極に空隙を介して対向する磁極部を有する鉄心に発電コイルを巻装してなる固定子とを備えたフライホイール磁石発電機であって、
   前記フライホイールの前記周壁部を該周壁部の径方向に貫通した貫通孔が設けられて、前記周壁部の前記貫通孔を取り囲む領域が前記径方向の内側に凹まされることにより前記周壁部に磁石収容凹部が形成され、
   前記磁石は前記磁石収容凹部内に配置されてその一方の磁極面が前記磁石収容凹部の底部に接着されているフライホイール磁石発電機。
5. 前記磁石に被された状態で配置されたカップ状のカバー本体と、該カバー本体の裾部から外側に突出した状態で設けられて外周部が前記磁石収容凹部の内周に嵌合されたスカート状の磁石位置決め部とを一体に備えた磁石カバーが設けられている請求項４に記載のフライホイール磁石発電機。
6. 前記発電コイルは内燃機関用点火装置に用いる点火コイルである請求項１ないし５のいずれか１つに記載のフライホイール磁石発電機。
7. プレス成形された円筒状のフライホイールと該フライホイールの周壁部の外周側に固定された磁石とを有するフライホイール磁石発電機用回転子を製造する方法において、
   前記フライホイールの周壁部に、該周壁部を径方向に貫通した貫通孔を設ける過程と、前記フライホイールの周壁部の前記貫通孔を取り囲む領域を、該周壁部の径方向の外側から内側に凹ませるようにプレス加工を施すことにより磁石収容凹部を形成する過程と、前記磁石収容凹部の底部に磁石を載せて該磁石の一方の磁極面を前記磁石収容凹部の底部に接着する過程とを行うことを特徴とするフライホイール磁石発電機用回転子の製造方法。
   

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