JP2002262495A

JP2002262495A - 磁石式発電機

Info

Publication number: JP2002262495A
Application number: JP2001054777A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shiratori; 悟白鳥
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトで、発電効率が良好な磁石式発電
機を提供するものである。【解決手段】本発明に係る磁石式発電機１は、円盤部
材１３の円盤面の円周方向にＮ極とＳ極が交互になるよ
うに永久磁石１５を埋設して回転子１１を形成し、その
回転子１１の少なくとも一方の円盤面側に、永久磁石１
５と対向する磁極歯１６を備えた固定子１２ａ（又は１
２ｂ）を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁石式発電機に係
り、特に、内燃機関によって駆動され、小型で高出力の
磁石式発電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転軸の軸受け間に永久磁石を設けてな
る回転子を用いた交流発電機や電動機の交流機は、高い
出力を得ることができると共に、構造が簡単であること
から、最近では、エンジンや工業用機器に多く使用され
るようになっている。

【０００３】従来の高出力発電機は、図３、図４に示す
ように、ケーシング（図示せず）に固定された円筒状の
固定子３１と、固定子３１の中央部に配置された回転子
３２を有している。

【０００４】固定子３１は、ケーシングに固定される円
筒部材４１と、円筒部材４１の内周部に軸方向にフィン
状に形成される磁極歯４２と、磁極歯４２に巻回された
巻線（コイル）で構成される。また、回転子３２は、回
転軸３０の軸受け（図示せず）間に設けられ、磁性を有
する六角形の金属部材からなるバックヨーク３５と、そ
のバックヨーク３５の表面に密着して設けられ、円筒状
の永久磁石を軸方向に多分割したものを組み合わせてな
る磁石体３６と、その磁石体３６が嵌合挿入される非磁
性の補強スリーブ３７で構成される。

【０００５】ここで、エンジンなどの動力がプーリなど
を介して回転軸３０に伝達されると、回転軸３０と共に
回転子３２が回転する。また、磁石体３６の各永久磁石
４６で、固定子３１側にＮ極を有する永久磁石４６ａの
磁束は、固定子３１の磁極歯４２を通過して固定子３１
側にＳ極を有する永久磁石４６ｂのＳ極に戻り、また、
磁石体３６の各永久磁石４６で、回転軸３０側にＮ極を
有する（固定子３１側にＳ極を有する）永久磁石４６ｂ
の磁束は、バックヨーク３５の内部を通過して回転軸３
０側にＳ極を有する（固定子３１側にＮ極を有する）永
久磁石４６ａのＳ極に戻る。

【０００６】回転子３２が回転することで、永久磁石４
６ａのＮ極から固定子３１側に出た磁束が固定子３１の
磁極歯４２内部を通過すると共に、その磁束の向きが交
互に変化し、これによって、固定子３１に巻かれたコイ
ルに交流電圧が誘導され、電力が得られるようになって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転子
３２を囲繞するように固定子３１が配置されているた
め、発電機の装置構成、特に径方向の大きさが大きくな
ってしまうという問題があった。

【０００８】また、永久磁石４６ｂのＮ極から回転軸３
０側に出た磁束は、回転子３２のバックヨーク３５及び
回転軸３０の内部を通過するだけであり、固定子３１の
磁極歯４２内部を通過することはないため、発電に全く
寄与しない。つまり、従来の高出力発電機においては、
永久磁石が有する磁力の半分しか利用されておらず、エ
ネルギ変換効率、即ち発電効率があまり良好でなかっ
た。

【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、コンパクトで、発電効率が良好な磁石式発電機
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る磁石式発電機は、円盤部材の円盤面の円周方
向にＮ極とＳ極が交互になるように永久磁石を埋設して
回転子を形成し、その回転子の少なくとも一方の円盤面
に対向して、永久磁石と相対する磁極歯を備えた固定子
を設けたものである。これによって、発電機の径方向の
大きさを小さくすることができる。

【００１１】また、回転軸の周面に円盤部材を設け、そ
の円盤部材の円盤面の円周方向に複数個の貫通穴を形成
すると共に、その貫通穴にＮ極とＳ極が交互になるよう
に永久磁石を埋め込んで円盤状の回転子を形成し、その
回転子の両円盤面に対向して、永久磁石と相対し、巻線
が巻回された磁極歯を備えた固定子を設けてもよい。こ
れによって、永久磁石が有する磁力を有効に利用でき、
発電効率が良好な発電機を得ることができる。

【００１２】また、各固定子の、磁極歯に巻き回す巻線
の巻き線仕様をそれぞれ変えて２系統の発電特性を得る
ようにしてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【００１４】本発明に係る磁石式発電機の断面図を図１
に、図１における２−２線断面図を図２に示す。

【００１５】図１、図２に示すように、本発明に係る磁
石式発電機１は、筐体部２０と、周面に溝部２２ａを有
する円筒状の駆動プーリ２２と、空冷ファン２３で構成
される。

【００１６】筐体部２０は、ケーシング２１と、ケーシ
ング２１内に軸受け２４ａ，２４ｂを介して回転自在に
設けられた回転軸１０と、回転軸１０の周面に固定して
設けられる円盤部材１３の円盤面の円周方向に、Ｎ極と
Ｓ極が交互になるように永久磁石１５を埋設してなる回
転子１１と、回転子１１の少なくとも一方の円盤面（図
１中では左右の両円盤面）に対向して設けられるリング
状の固定子１２ａ，１２ｂからなる。固定子１２ａ，１
２ｂは、回転子１１との対向面の円周方向に、各永久磁
石１５と相対し、かつ、巻線（コイル）１７が巻回され
た磁極歯１６を備えている。また、回転軸１０の一端
（図１中では左端）１０ａは、ケーシング２１から突出
される。

【００１７】この回転軸１０の突出端１０ａの周面に、
前述した空冷ファン２３が固定して設けられ、この空冷
ファン２３によりケーシング２１が冷却される。また、
空冷ファン２３の背面（図１中では左面）に当接して、
駆動プーリ２２が設けられる。駆動プーリ２２は、回転
軸１０の突出端１０ａに形成した雄ネジ部にナット部材
２５を螺合することで、回転軸１０に固定される。

【００１８】ここで、永久磁石１５を、円盤部材１３の
円盤面に埋設する代わりに、円盤部材１３の円盤面の円
周方向に、同心上に複数個（図２中では１２個を図示）
の貫通穴１４を形成すると共に、その貫通穴１４にＮ極
とＳ極が交互になるように永久磁石１５を埋め込み、各
永久磁石１５の磁極面を円盤部材１３の円盤面に露出さ
せてもよい。これによって、各永久磁石１５の磁極面と
円盤部材１３の円盤面が面一となると共に、後述するよ
うに、固定子１２の各磁極歯１６と各永久磁石１５の間
の間隙が小さくなるため、各永久磁石１５の磁力を最大
限に利用することができる。

【００１９】永久磁石１５の材質は特に限定するもので
はなく、慣用の発電機用磁石であれば全て適用可能であ
る。また、永久磁石１５の断面形状は特に限定するもの
ではなく、例えば、図２に示す矩形状、円状、又は多角
形状であってよい。さらに、永久磁石１５の数は特に限
定するものではなく、各固定子１２ａ，１２ｂにおける
磁極歯１６の数に応じて適宜選択される。

【００２０】各固定子１２ａ，１２ｂの磁極歯１６に巻
き回すコイル１７の巻き線仕様、例えば、結線の方法、
巻線の数、線材の線径・導電率等は、特に限定するもの
ではない。

【００２１】次に、本発明の作用を説明する。

【００２２】エンジンなどの動力が、駆動ベルト（図示
せず）および駆動プーリ２２を介して回転軸１０に伝達
されると、回転軸１０と共に回転子１１が回転する。

【００２３】この時、回転子１１の各永久磁石１５で、
固定子１２ａ側（図１中では左側）にＮ極を有する（固
定子１２ｂ側にＳ極を有する）永久磁石１５ａの磁束
は、Ｎ極から出て、固定子１２ａの磁極歯１６を通過し
て永久磁石１５ｂ側のＳ極に戻る。一方、固定子１２ｂ
側（図１中では右側）にＮ極を有する（固定子１２ａ側
にＳ極を有する）永久磁石１５ｂの磁束は、Ｎ極から出
て、固定子１２ｂの磁極歯１６を通過して永久磁石１５
ａ側のＳ極に戻る。

【００２４】また、回転子１１が回転することで、固定
子１２ａ，１２ｂの各磁極歯１６と相対する永久磁石１
５の磁極が交互に変わり、固定子１２ａ，１２ｂの各磁
極歯１６を通過する磁束の向きも回転子１１の回転に伴
って交互に反転することになる。その結果、固定子１２
ａ，１２ｂの各磁極歯１６に巻かれたコイル１７に交流
電圧が誘導され、電力を得ることができる。

【００２５】ここで、図３、図４に示した従来の回転子
３２は、磁束の向きが回転軸３０の径方向となるように
各永久磁石４６ａ，４６ｂを配置していたため、各永久
磁石４６ａ，４６ｂの片面は固定子３１に対向しておら
ず、回転軸３０側にＮ極を有する永久磁石４６ｂから出
た磁束は、発電に全く寄与していなかった。これに対し
て、本発明に係る発電機１の回転子１１は、磁束の向き
が回転軸１０の軸方向となるように各永久磁石１５ａ，
１５ｂを配置しているため、各永久磁石１５ａ，１５ｂ
の両面に固定子１２ａ，１２ｂを対向配置することがで
きる。これによって、各永久磁石１５ａ，１５ｂのＮ極
から出た磁束の略全てが、固定子１２ａ，１２ｂの各磁
極歯１６、即ちコイル１７内部を通過し、発電に寄与す
るようになるため、固定子１２ａ，１２ｂの両方におい
て電力を得ることができ、高出力、例えば、１個の固定
子１２ａ（又は１２ｂ）を用いる場合と比較して２倍の
電力を得ることができる。つまり、回転子１１の回転エ
ネルギの電気エネルギへの変換効率、即ち発電効率が良
好となる。

【００２６】また、回転子１１の円盤面に対向して固定
子１２ａ，１２ｂを設けていることから、本発明に係る
発電機１の径方向の大きさは、図３、図４に示した従来
の発電機の固定子３１の分だけ小さくすることができ、
延いては発電機１のコンパクト化を図ることができる。

【００２７】さらに、固定子１２ａ，１２ｂの両方から
得られた電力を合わせて取り出すだけではなく、別々に
取り出すことも可能である。この際、各固定子１２ａ，
１２ｂの磁極歯１６に巻き回すコイル１７の巻き線仕様
をそれぞれ変えることで、電圧値の異なる電力を固定子
１２ａ，１２ｂから取り出すことが可能となり、その結
果、２系統の発電特性を得ることができる。

【００２８】また、従来の回転子３２は、各永久磁石４
６ａ，４６ｂが遠心力で飛散しないようにスリーブ３７
を必須としていた。このため、固定子３１の各磁極歯４
２と永久磁石４６ａ，４６ｂの間の間隙を、スリーブ３
７の肉厚以下にすることができず、発電の高出力化を図
るうえで限界があった。これに対して、本発明に係る発
電機１の回転子１１は、各永久磁石１５を円盤部材１３
の貫通穴１４内に格納しているため、各永久磁石１５の
飛散防止のためのスリーブを必要とせず、固定子１２の
各磁極歯１６と各永久磁石１５の間の間隙が、従来の場
合と比較して小さくなり、発電の更なる高出力化を図る
ことが可能となる。

【００２９】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、円盤部材
の円盤面の円周方向にＮ極とＳ極が交互になるように永
久磁石を埋設して回転子を形成し、その回転子の少なく
とも一方の円盤面に対向して、永久磁石と相対する磁極
歯を備えた固定子を設けたため、発電機の径方向の大き
さを小さくすることができるという優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁石式発電機の断面図である。

【図２】図１における２−２線断面図である。

【図３】従来の高出力発電機におけるマグネットロータ
の断面図である。

【図４】図３における４−４線断面図である。

【符号の説明】

１磁石式発電機１０回転軸１１回転子１２ａ，１２ｂ固定子１３円盤部材１４貫通穴１５永久磁石１６磁極歯１７巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤部材の円盤面の円周方向にＮ極とＳ
極が交互になるように永久磁石を埋設して回転子を形成
し、その回転子の少なくとも一方の円盤面に対向して、
永久磁石と相対する磁極歯を備えた固定子を設けたこと
を特徴とする磁石式発電機。
【請求項２】回転軸の周面に円盤部材を設け、その円
盤部材の円盤面の円周方向に複数個の貫通穴を形成する
と共に、その貫通穴にＮ極とＳ極が交互になるように永
久磁石を埋め込んで円盤状の回転子を形成し、その回転
子の両円盤面に対向して、永久磁石と相対し、巻線が巻
回された磁極歯を備えた固定子を設けた請求項１記載の
磁石式発電機。
【請求項３】各固定子の、磁極歯に巻き回す巻線の巻
き線仕様をそれぞれ変えて２系統の発電特性を得るよう
にした請求項１又は２記載の磁石式発電機。