JP3760345B2 - 磁石式発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車、バギー車、雪上車等のエンジンに装着され、搭載バッテリの充電や電気機器への電力供給に使用される磁石式発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁石式発電機のロータは、一般に、図４の断面図に示すように、カップ状に形成されたロータ本体２１の中央にボス部２４が設けられ、ロータ本体２１の外周壁にロータ円筒部２３が形成され、ロータ円筒部２３の内周に沿って、複数に分割形成された環状の永久磁石２２が接着され、その永久磁石２２の内側に円筒状の磁石保護カバー２５が接着されて構成される。また、この種の磁石式発電機は、エンジンのケーシング内の限られたスペースに装着されるため、小型化の要求が強く、特にステータの外側に位置するロータの先端部の形状には小径化が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来では、永久磁石２２として、フェライト磁石が使用されていたが、近年、フェライト磁石より性能の優れた希土類磁石が使用される傾向にある。希土類磁石は、フェライト磁石に比べ単位体積当りの磁力が高いため、フェライト磁石の場合と同じ起電力を得るように希土類磁石を用いてロータを設計すると、図４に示す如くフェライトの永久磁石２２の厚さはｔ１と厚く、軸方向の長さはＬ１と長いが、希土類磁石を使用すると、図５に示すように、永久磁石３２の厚さはｔ２と薄く、軸方向の長さはＬ２と短くなる。
【０００４】
また、希土類磁石の永久磁石３２を使用した磁石式発電機であっても、フェライト磁石を使用した発電機と同じ性能の発電機の場合、上記と同様に、図５に示す如く、カップ状に形成されたロータ本体３１の中央にボス部３４が設けられ、ロータ本体３１の外周壁にロータ円筒３３が形成され、ロータ円筒部３３の内周に沿って、複数に分割形成された環状の永久磁石３２が固定され、その永久磁石３２の内側に円筒状の磁石保護カバー３５を圧入して構成することができる。
【０００５】
しかし、同じ性能のフェライト磁石を用いたロータに比べ、希土類磁石を使用した永久磁石３２は小型となる。つまり、図４，５に示すように、ステータ側のステータコア２６とステータコア３６の軸方向の長さＴは同じで、そこに巻装された発電コイル２７と発電コイル３７のターン数及び巻き径は同じであっても、希土類の永久磁石３２のみが形状的に小形になり、永久磁石３２の厚さｔ２がフェライトの永久磁石２２より薄くなり、その軸方向の長さＬ２もフェライトの永久磁石２２より短くなる。
【０００６】
したがって、図５に示すように、ステータコア３６の一方のエンドプレート３６ａの先端部分Ａが、永久磁石３２の対向位置から外側にはみ出してしまい、永久磁石３２の底部側に配設された非磁性体製のスペーサ３５に対向してステータコア３６の先端部分Ａが位置することになる。
【０００７】
このために、ステータコア３６の先端部分Ａとロータ円筒部３３との間隙Ｇ２がフェライトの永久磁石２２を用いた場合の間隙Ｇ１（図４）より短くなることもあって、永久磁石３２の対向位置より外れたステータコア３６のエンドプレート３６ａの先端部分Ａから発生する磁束が漏洩磁束としてスペーサ３５を通過してロータ円筒部３３に流れ、磁力の優れた希土類磁石を永久磁石３２に使用した場合であっても、発電機の起電力が設計時の起電力より低下する問題があった。このため、漏洩磁束分を補うために希土類磁石の大きさを大型化する必要が生じ、高価な希土類磁石の大型化により製造コストが増大する問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、永久磁石の高性能化に伴う磁束漏洩を低減すると共に製造コストの低減を図ることができる磁石式発電機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の磁石式発電機は、中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、ロータ円筒部の内側に永久磁石が取り付けられてなるロータと、ステータコアの突設された複数の突極部に発電コイルが巻装され、突極部の先端部がロータの永久磁石に対向してロータの内側に配置されてなるステータと、を備えた磁石式発電機において、ステータコアの突極部先端の軸方向の長さが、ロータの永久磁石の軸方向の長さより長く形成され、ステータコアの突極部先端が永久磁石の対向面から外に突出する部分に対向したロータ円筒部の内周壁部に、永久磁石が取着される内周面の半径より大きい半径を持つ凹状の内周面が形成されることにより、円環状の空間が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記構成の磁石式発電機においては、請求項２の発明のように、ロータ円筒部の空間の内周側に、永久磁石を保持するためのスペーサを配設することができる。
【００１１】
また、請求項３の発明のように、ロータ円筒部の空間の外周側には、環状に突出する突出部を設けて、ロータ円筒部の必要な強度を確保することができる。さらに、請求項４のように、永久磁石として希土類磁石を使用することができる。
【００１２】
【作用】
このような構成の磁石式発電機は、ロータがエンジンにより回転駆動され、ロータの回転に伴いその内側に装着された永久磁石とステータコア間で磁束が流れ、相対的に回転するステータの発電コイルが、その磁束を切ることにより、発電コイルに誘導起電力が生じ、発電が行われる。このとき、ステータコアの各突極部先端とそれに対向するロータの永久磁石間で磁束が流れ、永久磁石の対向面から外れて位置するステータコアの各突極部先端のエンドプレートの先端部からも磁束がロータ側のロータ円筒部に漏洩する可能性が生じる。
【００１３】
しかし、ステータコアの突極部先端が永久磁石の対向面から外に突出する部分に対向したロータ円筒部の内周壁部に、永久磁石が取着される内周面の半径より大きい半径を持つ凹状の内周面が形成されることにより、円環状の空間が形成されるから、この永久磁石の対向面から外側に外れた突極部先端部分とロータ円筒部間生じる漏洩磁束は、空間によって大きく抑制され、磁束漏洩に起因した起電力の低下を防止することができる。したがって、漏洩磁束分を補うために希土類磁石の形状を大きくする必要はなく、製造コストの増大する防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は磁石式発電機のロータ１とステータ１０の正面図を示し、図２はその断面図を示している。ロータ１の本体は、磁性体金属を材料にして、熱間鍛造及び切削加工等により略カップ状に成形される。
【００１５】
ロータ１の本体の中央部にはボス部４が形成され、ボス部４には、エンジンのクランクシャフトに嵌着されるテーパ孔４ａが形成され、ボス部４の先端には平坦な締付座面４ｂが設けられ、ボス部４の外周部に、ロータ１を抜く際に螺合するための抜きねじ４ｃが設けられる。ロータ１の本体の外周壁にはロータ円筒部３が形成され、ロータ円筒部３とボス部４との間に、ロータ底部５が一体に形成されている。また、ロータ円筒部３の底部側には円環状の突出部３ａが外周部に突き出して形成される。
【００１６】
この円環状の突出部３ａはその内側に形成した円環状の空間９のために、ロータ円筒部３の必要な厚さを確保するように設けられている。つまり、ロータ円筒部３の内周面に複数に分割され全体で円環状とされる永久磁石２が取着されるが、その永久磁石２が取着される内周面の半径より大きい半径を持つ凹状の内周面がロータ円筒部３の底部寄りに形成され、それによってロータ円筒部３の内側の底部寄りに、環状の空間９が内周面に沿って形成される。
【００１７】
そのロータ円筒部３の内周面に希土類磁石製の永久磁石２が取着される。希土類の永久磁石２は複数に分割形成され、全体で円環状となってロータ円筒部３の内側に取着されるが、各永久磁石２は、相互に一定の間隙を持って配置され、後述の磁石保護カバー６によって内側から保持され、ロータ円筒部３内に嵌め込まれる。また、永久磁石２の位置を位置決めするために、ロータ円筒部３内側の底部側に円環状の非磁性体（合成樹脂製）のスペーサ７が永久磁石２と底部との間に配設され、ロータ円筒部３の先端側にも永久磁石２とかしめ部３ｂとの間に同様のスペーサ８が配設される。底部側のスペーサ７は円環状の空間９をロータの内側から閉鎖するように配設される。
【００１８】
磁石保護カバー６は、ステンレス等の非磁性体金属の薄板を環状に打ち出して円筒状に形成され、永久磁石２の先端側の端面を覆うように、その先端部にはフランジ状端部が形成されている。一方、ロータ円筒部３の先端部には、磁石保護カバー６のフランジ状端部をかしめて固定するためのかしめ部３ｂが肉厚を薄くして形成される。永久磁石２と磁石保護カバー６をスペーサ７、８と共に本体のロータ円筒部２内に組付ける際には、複数の永久磁石２をスペーサ７、８と共に外周部に装着した磁石保護カバー５を、ロータ円筒部３内の定位置に圧入して組み付け、最後にロータ円筒部３の先端のかしめ部３ｂを内側にかしめて固定される。
【００１９】
一方、ステータ１０は、ステータコア１１の外周部に突設された複数の突極部１２に発電コイル１３を巻装して構成される。鋼板を所定の形状に打ち抜き形成したコアプレート１１ａを多数枚積層して形成されたステータコア１１は、リング状の継鉄部の外周部に複数の突極部１２が所定の角度間隔（ここでは１８個の突極部を２０度の角度間隔）で放射状に突設されて形成され、積層された多数のコアプレート１１ａの両側の最外側には、エンドプレート１１ｂが重ねて配設される。
【００２０】
エンドプレート１１ｂは、基本的にはコアプレート１１ａと略同じ形状を有しているが、その先端部は、巻装した発電コイル１３を保持するために、外側に曲折されてフランジ状に形成されている。これらの積層されたコアプレート１１ａとエンドプレート１１ｂは、そのリング状の継鉄部に穿設した孔にリベット１４を挿入して一体にかしめ固定される。そして、各突極部１２にはその表面をエポキシ樹脂でコーティングした後、発電コイル１３が所定のターン数だけ巻装される。
【００２１】
このように構成されたステータ１０は、図示しないエンジンのケーシングの内側所定位置に、固定ボルトをステータコア１１のリング状継鉄部の取付孔に挿通して締付固定される。一方、ロータ１は、図示しないエンジンのクランクシャフトの先端部に、ステータ１０の外周部を覆うと共に、ロータ円筒部３の内周部の磁石保護カバー６の内周面とステータコアの突極部１２の先端部との間に所定の僅かな隙間を形成した状態で、締付固定される。
【００２２】
このように、ステータ１０とロータ１をエンジンの所定位置に装着した状態で、ステータ１０とロータ１の位置関係は、図２に示すように、ステータコア１１の突極部先端の軸方向の長さＴが、ロータ１の永久磁石２の軸方向の長さＬ２より長く形成され、このために、ステータコア１１の突極部先端が永久磁石２の対向面から外れて突出した先端部分Ａが生じる。この突出した先端部分Ａつまり突極部１２の一方のエンドプレート１１ｂの先端部は、ロータ円筒部３の内周壁部の内側に設けたスペーサ７に対向して位置し、スペーサ７の外側には空間９が環状に形成されている。したがって、この突極部１２のエンドプレート１１ｂの先端部分Ａが対向するロータ円筒部３側の間隔Ｇ３は、空間９の厚さを含むものとなり、図５示す従来の場合より充分に厚くなる。
【００２３】
このような構成の磁石式発電機は、ロータ１がエンジンにより回転駆動され、ロータ１の回転に伴いその内側に装着された永久磁石２とステータ１０のステータコア１１の突極部先端間で磁束が流れ、相対的に回転するステータ１０の発電コイル１３が、その磁束を切ることにより、発電コイル１３に誘導起電力が生じ、発電が行われる。
【００２４】
このとき、ステータコア１１の各突極部先端とそれに対向するロータ１の永久磁石２間で磁束が流れ、永久磁石２の対向面から外れて位置するステータコア１１の各突極部先端のエンドプレート１１ｂの先端部からも磁束がロータ１側のロータ円筒部３に漏洩する可能性が生じる。しかし、ステータコア１１の突極部先端が永久磁石２の対向面から外に突出する部分Ａに対向したロータ円筒部３の内周壁部に、空間９が周方向に沿って環状に形成されているから、この永久磁石２の対向面から外側に外れた突極部の先端部分Ａとロータ円筒部３間生じる漏洩磁束は、空間９によって大きく抑制され、磁束漏洩に起因した起電力の低下を防止することができる。したがって、漏洩磁束分を補うために希土類磁石の形状を大きくする必要はなく、製造コストの増大する防ぐことができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、ロータ円筒部３の底部側外周に突出部３ａを設けたが、図３に示すように、ロータ円筒部３ｃの厚さをより厚くしてロータ円筒部３ｃに必要な強度を確保すれば、上記のような突出部３ａは設ける必要がなく、突出部のないロータ円筒部３ｃの内周部の底部寄りに空間９ａを設けるようにしても良い。また、空間９ａの内壁には傾斜部９ｂを設けることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁石式発電機によれば、ステータコアの突極部先端が永久磁石の対向面から外に突出する部分に対向したロータ円筒部の内周壁部に、永久磁石が取着される内周面の半径より大きい半径を持つ凹状の内周面が形成されることにより、円環状の空間が形成されるから、永久磁石の対向面から外側に外れた突極部の先端部分とロータ円筒部間生じる漏洩磁束は、空間によって大きく抑制され、磁束漏洩に起因した起電力の低下を防止することができ、これによって、漏洩磁束分を補うために希土類磁石の形状を大きくする必要はなく、製造コストの増大する防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す磁石式発電機のロータとステータの正面図である。
【図２】同発電機のロータとステータの断面図である。
【図３】他の実施例の断面図である。
【図４】従来のフェライト磁石を用いた磁石式発電機の断面図である。
【図５】従来の希土類磁石を用いた磁石式発電機の断面図である。
【符号の説明】
１−本体
２−永久磁石
３−ロータ円筒部
３ａ―突出部
４−ボス部
５−ロータ底部
６−磁石保護カバー
７−スペーサ
９−空間
１０−ステータ
１１−ステータコア
１１ｂ−エンドプレート
１２−突極部
１３−発電コイル

Claims (4)

1. 中央にボス部を設けてカップ状に形成されたロータ本体の外周壁にロータ円筒部が形成され、該ロータ円筒部の内側に永久磁石が取り付けられてなるロータと、
   ステータコアの突設された複数の該突極部に発電コイルが巻装され、該突極部の先端部が該ロータの永久磁石に対向して該ロータの内側に配置されてなるステータと、
   を備えた磁石式発電機において、
   該ステータコアの該突極部先端の軸方向の長さが、該ロータの永久磁石の軸方向の長さより長く形成され、該ステータコアの突極部先端が該永久磁石の対向面から外に突出する部分に対向した該ロータ円筒部の内周壁部に、該永久磁石が取着される内周面の半径より大きい半径を持つ凹状の内周面が形成されることにより、円環状の空間が形成されていることを特徴とする磁石式発電機。
2. 前記ロータ円筒部の空間の内周側には、前記永久磁石を保持するためのスペーサが配設されている請求項１記載の磁石式発電機。
3. 前記ロータ円筒部の空間の外周側には環状に突出する突出部が設けられた請求項１記載の磁石式発電機。
4. 前記永久磁石として希土類磁石が使用されている請求項１記載の磁石式発電機。

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