JP2008043157A - インナーロータおよびインナーロータを備えた発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 インナーロータに一体的に配されるマグネットが、インナーロータの回転に伴い外径側に飛散するのを、簡単な構成で、しかも、確実に防止できるように構成する。
【解決手段】 エンジン側の回転支軸２が軸芯部を貫通する環状鉄心３の外周に周方向所定間隔を存して配される複数のマグネット４を、各マグネット４の周方向に対向する一対の周方向側面４ｅ、４ｆにそれぞれ当接し、マグネット４を周方向位置決め状に支持する複数の支持面５ｈ、５ｇを備えた支持フレーム５とで構成し、前記各マグネット周方向側面４ｅ、４ｆと、支持面５ｈ、５ｇとを、外径側ほど対向間隔が狭くなる傾斜面に形成してマグネット４の外径側への変位を規制して飛散防止をする構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪等の車両に搭載されて高速回転するインナーロータおよびインナーロータを備えた発電機の技術分野に属するものである。

一般に、発電機やブラシレスモータ等の回転電機を構成するインナーロータは、軸芯部に回転支軸が貫通する環状鉄心の外周に、周方向所定間隔を存して複数のマグネットを配設して構成されたものがある。このようなインナーロータを、自動二輪のエンジンの回転軸に連結し、エンジンの回転に基づいて発電する発電機の構成部材として用いる場合、インナーロータが高速回転となるため、環状鉄心の外周に配されるマグネットが遠心力により飛散することが想定され、対策が求められる。この対策として、環状鉄心の外周に設けられる複数のマグネットを、各マグネットの外側に保護用のポールを積層した積層体とし、これら積層体を螺子により環状鉄心に固定することにより、積層体の飛散防止を図るように構成したものが知られている。しかるに、前記構成のものでは、螺子を外径方向から螺入することで積層体を固定する構成であるため、インナーロータが高速回転した場合では、強い遠心力が作用することにより螺子が緩んでガタつきが生じたり、さらには、螺子が外れてしまうことが想定されて問題がある。

これを改善するため、環状鉄心の外周に支持フレームを外嵌し、該支持フレームに形成された支持面を各積層体の周方向両側面にそれぞれ突き当てることにより、マグネットの周方向の位置決めをするように構成したものにおいて、支持フレームの軸芯方向両端部にそれぞれリング体を一体的に設ける一方、これらリング体の外径縁部から互いに対向する側に向けてリング状規制片をそれぞれ突出形成し、これら規制片を、マグネットの外周に設けられる保護用のポールの軸芯方向両端部に形成した係止溝に外径側からあてがうことで、積層体の飛散防止を図るように構成したものが提唱されている（特許文献１）。
実開平４−１１４７６６号公報

しかるに、前記特許文献１のものでは、マグネットに保護用のポールを設けたり、支持フレームの軸芯方向両端部にリング体をそれぞれ設けるため、部品点数が増加するうえ、組み込み作業が煩雑になるという問題がある。そのうえ、規制片は、マグネット（積層体）の軸芯方向両端縁部を支持して飛散防止を図る構成であるため、周方向に隣接するマグネットの数が増加すると、規制片による支持量が小さくなって、充分な飛散防止がなされなくなる惧れがあるという問題もある。また、マグネットは、規制片により外径側から単に押さえ込まれる構成であるので、寸法誤差や、部材間に形成される遊び等により、インナーロータの回転時にガタつきが発生することが想定されるという問題もあり、これらに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、回転電機のインナーロータにおいて、回転支軸が軸芯部を貫通する環状鉄心と、該環状鉄心の外周に周方向所定間隔を存して配される複数のマグネットと、各マグネットの周方向に対向する一対の側面にそれぞれ当接し、マグネットを周方向位置決め状に支持する複数の支持面を備えた支持フレームとからなり、前記各マグネットの両側面と、これら両側面に当接する支持面とを、それぞれの対向間隔が外径側ほど狭くなる傾斜面として、マグネットの外径側への変位を規制するように構成したインナーロータである。
請求項２の発明は、マグネットは、環状鉄心の軸芯方向一端部に一体形成されたフランジ部と、支持フレームの前記軸芯方向他端部に一体形成されたリング状部とのあいだに挟持状に支持されている請求項１に記載のインナーロータである。
請求項３の発明は、インナーロータは、マグネットの外周にリング状の保護リングが外嵌されている請求項１または２に記載のインナーロータである。
請求項４の発明は、支持フレームとマグネットとのあいだには、マグネットを周方向に弾圧するガタつき防止手段が設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載のインナーロータである。
請求項５の発明は、回転支軸が軸芯部を貫通する環状鉄心と、該環状鉄心の外周に周方向所定間隔を存して配される複数のマグネットと、各マグネットの周方向に対向する一対の側面にそれぞれ当接し、マグネットを周方向位置決め状に支持する複数の支持面を備えた支持フレームとからなるインナーロータを備えた発電機を構成するにあたり、前記各マグネットの両側面と、これら両側面に当接する支持面とを、それぞれの対向間隔が外径側ほど狭くなる傾斜面として、マグネットの外径側への変位を規制するように構成されているインナーロータを備えた発電機である。

請求項１の発明とすることにより、簡単な構成で、しかも、少ない部品点数でマグネットの飛散を確実に防止することができる。
請求項２の発明とすることにより、マグネットの軸芯方向の移動規制ができて信頼性の高いインナーロータとすることができる。
請求項３の発明とすることにより、マグネットの飛散を一層確実に防止することができる。
請求項４の発明とすることにより、マグネットのガタつき防止が図れて、信頼性の一掃高いインナーロータを提供できる。
請求項５の発明とすることにより、少ない部品点数でマグネットの飛散が確実に防止された、信頼性の高い発電機を提供することができる。

つぎに、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図面において、１は自動二輪に搭載される発電機を構成するインナーロータであって、該インナーロータ１に、エンジンの回転軸が連動連結された回転軸２を一体的に内嵌することにより、エンジンが駆動することに伴う回転軸２の回転により、インナーロータ１が回転軸２とともに一体回転して、発電を行うように構成されており、これら構成は従来通りとなっている。

前記インナーロータ１を構成する環状鉄心３は磁性材により一体成形されており、所定の外径を有した本体部３ａを備えて構成され、該本体部３ａの軸芯部（インナーロータ１の軸芯部位）には、回転軸２が貫通する貫通孔３ｂが形成されている。さらに、環状鉄心３は、本体部３ａの軸芯方向一方の端部（一端部）に、外径側に延出して大径となったフランジ部３ｃが一体形成され、また、本体部３ｂの軸芯方向他方の端部には、段差面３ｄを介して小径となった小径筒部３ｅが形成されている。

そして、環状鉄心３の本体部３ａ外周には、複数（本実施の形態では六個）のマグネット４が接着等の保持手段を介して配設されている。前記各マグネット４は、予め設定される板厚（径方向厚さ）を有し、環状鉄心３の軸芯と同芯となる円弧形状に形成されており、径方向に対向する一対の側面となる円弧状の内、外径側面４ａ、４ｂのうち、内径側面４ａは環状鉄心本体部３ｂの外周面に沿う円弧面に形成され、外径側面４ｂは後述する支持フレーム５の支持アーム５ａ外周面と面一となる円弧面に形成されている。
さらに、各マグネット４の軸芯方向に対向する一対の側面となる軸芯方向一端側面４ｃと他端側面４ｄとは、それぞれ軸芯方向に直交する面を備えて構成されており、一端側面４ｃと他端側面４ｄとのあいだの長さ（マグネット４の軸芯方向長さ）は、環状鉄心本体部３ｂの軸芯方向長さ、即ち、フランジ部３ｃの他端側面と段差面３ｄとのあいだの長さに設定されている。
また、マグネット４の周方向に対向する一対の周方向側面４ｅ、４ｆとのあいだの長さ（マグネット４の周方向長さ）は、環状鉄心本体部３ｂの外周面に固定したとき、隣接するマグネット３同士のあいだに予め設定される隙間が形成されるように設定されるが、さらに、本実施の形態のマグネット４の周方向に対向する周方向側面４ｅ、４ｆは、これら周方向側面４ｅ、４ｆ同士の対向間隔が、内径側から外径側に至るに従い次第に狭くなる傾斜面に形成されている。

そして、環状鉄心本体部３ｂの外周に固定されたマグネット４の外周には、保護リング６が予め外嵌されるが、該保護リング６は、マグネット４の軸芯方向長さよりも長く形成されており、マグネット４に外嵌した状態において、保護リング６の一端側端縁部６ａは、環状鉄心フランジ部３ｃの外径側他端部を切り欠くことにより形成されたフランジ部段差面３ｆに突き当てられ、他端側端縁部６ｂは、マグネット４の他端側面４ｄよりも他端側に突出する状態で嵌め込まれるように設定されている。

一方、前記支持フレーム５は、非磁性材（本実施の形態ではアルミ材で構成されている）により形成されており、外周にマグネット４と保護リング６とが設けられた環状鉄心３に組み込まれるように設定されている。そして、支持フレーム５は、環状鉄心３外周の隣接するマグネット４同士のあいだに形成される隙間に挿し込まれる複数（六本）の支持アーム５ａ（本発明の支持面に相当する）と、これら支持アーム５ａの軸芯方向他端側部位が所定間隙を存して一体化するリング状のベース体５ｂ（本発明のリング状部に相当する）とを備えて構成されている。ここで、これら六本の支持アーム５ａは、ベース体５ｂの径方向中間部に位置して形成されており、ベース体５ｂの内径側には内径側突き当て面５ｃが、ベース体５ｂの外径側には外径側突き当て面５ｄがそれぞれリング状に形成されている。

そして、隣接するマグネット４間に配される各支持アーム５ａは、一対の内、外径の側面（内径側面、外径側面）５ｅ、５ｆと、周方向に対向し、隣接するマグネット４の周方向側面４ｆ、４ｅに当接する一対の支持面（周方向側面）５ｇ、５ｈと、軸芯方向一端側面５ｉとを備えた角柱形状に形成されている。これら支持アーム５ａの内径側面５ｅは、環状鉄心３の外周面に沿う円弧面となるべく、マグネット内径側面４ａの円弧面と同径の円弧面に形成され、外径側面５ｆは、前述したように、前記マグネット外径側面４ｂと同一径に形成され、支持アーム５ａを隣接マグネット４間に組み込んだとき、支持アーム外径側面５ｅとマグネット外径側面４ｂとが面一状態となるように設定されている。
さらに、隣接する支持アーム５ａの周方向に対向する支持面５ｇ、５ｈが、これらのあいだに位置するマグネット４の周方向側面４ｆ、４ｅにそれぞれ当接して、マグネット４の周方向の位置決め、および、支持をするように設定されており、これら隣接する支持アーム５ａの周方向に対向する支持面５ｇ、５ｈ同士の対向間隔は、これらに当接するマグネット４の周方向側面４ｅ、４ｆとの対向間隔と同様に、内径側から外径側に至るに従い狭くなり、マグネット周方向側面４ｅ、４ｆと同一傾斜角を備えた傾斜面となるように設定されている。因みに、このように隣接する支持アーム５ａの周方向に対向する支持面５ｇ、５ｈを内径側から外径側に至るに従い狭くなる傾斜面に形成することにより、各支持アーム５ａは、外径側ほど対向間隔の広い円弧状体に形成されている。

そして、支持フレーム５は、支持アーム５ａを、環状鉄心３の外周面と保護リング６の内周面とのあいだであって、隣接マグネット４同士の隙間に対抗して位置させ、この状態で、支持フレーム５を、内径側突き当て面５ｃが環状鉄心３の段差面３ｄに付き当たる状態になるまで挿し込むことにより、環状鉄心３に組み込まれ、インナーロータ１が構成されるように設定されている。
このとき、支持アーム５ａの軸芯方向一端側面５ｉは、環状鉄心フランジ部３ｃの他端側面に突き当てられるように設定されている。そして、支持アーム５ａの一端側から螺入した固定螺子５ｋの先端を、環状鉄心フランジ部３ｃに螺合せしめることにより、支持フレーム５の環状鉄心３との一体的な固定がなされ、インナーロータ１を構成するように設定されている。尚、前記固定状態において、保護リング６の外周面は、環状鉄心フランジ部３ｃの外周面および支持フレームベース体５ｂの外周面と面一状となるように設定されている。

そして、この固定状態において各マグネット４は、外径側ほど対向間隔が狭められる一対の周方向側面４ｅ、４ｆ同士が、隣接する支持アーム５ａの支持面５ｇ、５ｈにそれぞれ当接する状態で支持されている。これによって、環状鉄心３の軸芯部を基準とする径方向（放射方向）において、支持フレーム支持面５ｈ、５ｇの傾斜面が、マグネット周方向両側面４ｅ、４ｆに対してそれぞれ外径側に位置して積層する位置関係となっており、支持片５ｇ、５ｈの外径側における対向間隔がマグネット４の内径側部位よりも狭くなって、マグネット４が支持片５ｇ、５ｈからの支持を脱して外径側に抜け出すことができないように設定されている。これによって、インナーロータ１が回転したとき、マグネット４を外径側面４ｂから内径側に押し付けるような支持部材が特別に設けられない構成でありながら、支持フレーム５の支持面５ｈ、５ｇが外径方向に移動しようとするマグネット４の周方向側面４ｅ、４ｆを押さえ込み、マグネット４の外径側への移動を規制するように設定されている。
そして、エンジンの駆動に伴い回転軸２とともにインナーロータ１が高速回転したような場合では、支持フレーム５に形成される支持面５ｇ、５ｈがマグネット４の外径方向への変位を規制し、さらには、マグネット４の外周に配された保護リング６により、マグネット４の外径側への飛び出し防止を確実に実施するように設定されている。
因みに、マグネット４の軸芯方向に対向する一端部側面４ｃと他端部側面４ｄとは、環状鉄心フランジ部３ｃと支持フレームベース体５ｂとのあいだに挟持されることによりこれらの支持を受け、マグネット４が軸芯方向に変位するのを規制するように設定されている。

叙述の如く構成された本形態において、エンジンが始動して回転駆動がなされると、エンジンに連動連結される回転軸２が回転し、該回転軸２とともにインナーロータ１が回転して発電機による発電がなされる。この場合に、インナーロータ１を構成する環状鉄心３の外周面に設けられる複数のマグネット４は、それぞれ任意のマグネット４の周方向に対向する周方向側面４ｅ、４ｆに対し、周方向に隣接する支持フレーム５に形成される支持面５ｈ、５ｇが当接するが、このとき前記各周方向側面４ｅ、４ｆおよび支持面５ｈ、５ｇとは、前述したように、それぞれの対向間隔が内径側から外径側に至るほど狭くなるように形成されていて、マグネット周方向側面４ｅ、４ｆに対して、支持フレーム支持面５ｇ、５ｈが外径方向からあてがわれることにより、マグネット４の外径方向への変位が規制され、マグネット４が支持フレーム５から抜け出せない構成となっている。この結果、マグネット４の飛散防止が確実に実施することができるものでありながら、部品点数を少なくでき、しかも、組み込み作業が容易になって、コスト低下を実現できる。
そのうえ、このものでは、マグネット４の軸芯方向両側部を支持フレーム５により支持して飛散防止するのではなく、支持片５ｈ、５ｇが周方向に対向する周方向側面４ｅ、４ｆを支持して飛散防止する構成としたので、周方向に隣接するマグネット４の数が多くなったとしても、支持フレーム５の支持面５ｇ、５ｈによる支持量が変化することはなく、良好な支持状態とすることができる。

さらに、本発明が実施されたものにおいては、マグネット４と支持アーム５ａとの当接部である周方向側面４ｅ、４ｆと支持面５ｈ、５ｇとを外径側ほど対向間が狭められる傾斜面に形成することにより構成したので、部品点数が増加しないうえ、構成を簡略化できる。

しかも、このものでは、マグネット４の軸芯方向両端面４ｃ、４ｄを、環状鉄心フランジ部３ｃと支持フレームベース体４ｂとにより挟持状に支持される構成とたので、マグネット４の軸芯方向の位置規制も別途部材を用いることなく行うことができる。

さらに、このものでは、マグネット４の外径側に保護リング６を外嵌させる構成となっているため、部品点数を最低限に押さえてマグネット４の飛散防止を確実に行えるものでありながら、保護リング６の装着が容易で、組み込み作業の作業性を向上できる。

尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、図４に示す第二、第三の実施の形態のように構成することもできる。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示す第二の実施の形態のインナーロータ７は、前記第一の実施の形態と同様の環状鉄心３、周方向六個のマグネット４が用いられているが、支持フレーム７については、基本的な構成は第一実施の形態と同様の構成であって同様の効果を得ることができるものであるが、本実施の形態の支持フレーム８は、樹脂材により形成されたものが用いられている。さらに、支持フレーム８は、支持アーム８ａに形成される支持面８ｂ、８ｃに、本発明のガタつき防止手段を構成するボス８ｄが、隣接するマグネット４の周方向側面４ｆ、４ｅ側に向けて突出する状態で一体形成されている。ここで、支持フレームを前記第一の実施の形態と同様にアルミ型材で構成し、ボスを接着等任意の固定手段を介して一体的に取り付ける構成としてもよい。
そして、第二の実施の形態の支持フレーム８は、隣接するマグネット４のあいだに支持アーム８ａを挿し込んだとき、ボス８ｄが弾性変形する状態でマグネット４のあいだに無理嵌め状に組み込まれることにより、ボス８ｄがマグネット４を周方向に押圧し、該押圧力が、マグネット４を環状鉄心３側（内径側）に向けて付勢する（誘導する）状態となるように設定されている。これによって、マグネット４と環状鉄心３との一体化が促進されて、インナーロータ７における磁路形成が良好になるとともに、マグネット４のガタつきが防止され、一層信頼性の高いインナーロータを提供することができる。

図４（Ｃ）に、第三の実施の形態を示すが、該第三の実施の形態では、ガタつき防止手段として、樹脂製の支持フレーム９に形成される支持アーム９ａの支持面９ｂ、９ｃに、マグネット４側に向けて湾曲する弾圧体９ｄが形成されており、該弾圧体９ｄがマグネット４を周方向に弾圧することで、前記第二の実施の形態と同様に、マグネット４を内径側に向けて付勢して環状鉄心３との一体化を促進するとともに、マグネット４のガタつき防止を図るように構成されており、このように構成することにより、一層信頼性の高いインナーロータを提供することができる。
尚、第二、第三実施の形態では、ガタつき防止手段としてのボスや弾圧体を支持フレーム側に設ける構成としたが、マグネットの周方向側面に設ける構成とすることも可能である。

図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれインナーロータの側面図、斜視図である。 図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。 インナーロータの組み込み状態を説明する分解斜視図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ第二の実施の形態におけるインナーロータの側面図、第二の実施の形態における支持フレームの一部を切り欠いた斜視図、第三の実施の形態における支持フレームの一部を切り欠いた斜視図である。

符号の説明

１ インナーロータ
３ 環状鉄心
４ マグネット
４ｅ 周方向側面
５ 支持フレーム
５ａ 支持アーム
５ｇ 支持面
６ 保護リング

Claims (5)

1. 回転電機のインナーロータにおいて、回転支軸が軸芯部を貫通する環状鉄心と、該環状鉄心の外周に周方向所定間隔を存して配される複数のマグネットと、各マグネットの周方向に対向する一対の側面にそれぞれ当接し、マグネットを周方向位置決め状に支持する複数の支持面を備えた支持フレームとからなり、前記各マグネットの両側面と、これら両側面に当接する支持面とを、それぞれの対向間隔が外径側ほど狭くなる傾斜面として、マグネットの外径側への変位を規制するように構成したインナーロータ。
2. マグネットは、環状鉄心の軸芯方向一端部に一体形成されたフランジ部と、支持フレームの前記軸芯方向他端部に一体形成されたリング状部とのあいだに挟持状に支持されている請求項１に記載のインナーロータ。
3. インナーロータは、マグネットの外周にリング状の保護リングが外嵌されている請求項１または２に記載のインナーロータ。
4. 支持フレームとマグネットとのあいだには、マグネットを周方向に弾圧するガタつき防止手段が設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載のインナーロータ。
5. 回転支軸が軸芯部を貫通する環状鉄心と、該環状鉄心の外周に周方向所定間隔を存して配される複数のマグネットと、各マグネットの周方向に対向する一対の側面にそれぞれ当接し、マグネットを周方向位置決め状に支持する複数の支持面を備えた支持フレームとからなるインナーロータを備えた発電機を構成するにあたり、前記各マグネットの両側面と、これら両側面に当接する支持面とを、それぞれの対向間隔が外径側ほど狭くなる傾斜面として、マグネットの外径側への変位を規制するように構成されているインナーロータを備えた発電機。

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