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JP3267763B2 - 磁石発電機 - Google Patents

磁石発電機

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JP3267763B2
JP3267763B2 JP21799793A JP21799793A JP3267763B2 JP 3267763 B2 JP3267763 B2 JP 3267763B2 JP 21799793 A JP21799793 A JP 21799793A JP 21799793 A JP21799793 A JP 21799793A JP 3267763 B2 JP3267763 B2 JP 3267763B2
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coil
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stator
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英和 内山
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Mitsuba Corp
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Mitsuba Corp
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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁石発電機に関し、例
えば、オートバイ等の軽自動車のエンジンや汎用エンジ
ンに連携するものに利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、発電機がオートバイ等の軽自動
車のエンジンに連携される場合には、構造簡単にして所
望の出力が得られるため、磁石発電機が広く使用されて
いる。従来のこの種の磁石発電機は、発電子コイルが巻
装されている固定子と、固定子の外側にて回転自在に支
持された磁性材料から成るヨークに永久磁石が周方向に
間隔を置かれて同心円に配設されている回転子とを備え
ており、回転子の永久磁石の回転によって発電子コイル
にて発電されるように構成されている。
【0003】ところで、四輪自動車に搭載されているオ
ルタネーター等の界磁コイルを有する発電機において
は、界磁コイルに流れる界磁電流を制御することによ
り、出力電圧を一定に維持することができる。これに対
して、磁石発電機においては、界磁が永久磁石によって
形成されるため、界磁の制御が不可能であり、必然的に
出力側に電圧調整器を介設して発電コイルを短絡するこ
とにより、電圧を一定に維持することが実施されてい
る。一方、特公昭48−11364号公報には、電機子
巻線を有する固定子に界磁巻線を配設するとともに、回
転子に電機子巻線と主空隙を介して誘導子磁極を対向配
置し、界磁巻線を励磁することにより、誘導子磁極を通
る磁路を形成して発電を行う磁極誘導子型交流発電機が
開示されている。そこでは、誘導子磁極の間に界磁巻線
の起磁力と逆方向の起磁力を有する永久磁石を配置する
ことにより、電機子が鎖交する磁束数の変化を大きくし
て有効磁束を増大させ、磁束利用率の高い小型で高出力
の発電機を得るようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁石発電機においては、次のような問題点がある。二輪
車側から要求される最大出力値に見合う能力を有する磁
石発電機が二輪車に搭載された場台には、磁石発電機の
最大能力にて発電され、その最大電力のうち余分の電力
が短絡制御される電圧調整器によって熱として廃棄され
ることになるため、発電効率が低下し、二輪車の燃費が
低下する。一方、特公昭48−11364号公報の発電
機では、その構成を生かして界磁巻線への通電量を変え
ることにより発電量を適宜制御することも可能である。
ところが、特公昭48−11364号公報の発電機は、
界磁鉄心が固定子側に設けられ、界磁鉄心と誘導子の界
磁空隙は軸方向に形成されている。このため、エアギャ
ップの寸法管理が行いづらく、その結果、発電特性がば
らつきやすくなるという問題があった。
【0005】本発明の目的は、界磁を制御することによ
って、発電効率を高めることができる磁石発電機を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁石発電機
は、発電子コイルが巻装されている固定子と、固定子の
外側にて回転自在に支持された磁性材料から成る有底円
筒形状のヨークに永久磁石が周方向に間隔を置かれて同
心円に配設されている回転子とを備えており、回転子の
永久磁石の回転により発電子コイルにて発電されるよう
に構成されている磁石発電機において、前記ヨークの底
壁内面には、前記ヨークと同心的に配されて一体的に突
設された円筒形状のボス部材が形成されており、前記回
転子には各永久磁石の間に磁性材料から成る各制御磁極
がそれぞれ介設されており、他方、前記固定子とヨーク
底部との空間には界磁制御コイルが回転子の前記ヨー
ク、前記ボス部材、前記固定子および前記制御磁極を通
る閉磁路を形成するように配設されていることを特徴と
する。
【0007】
【作用】前記した手段によれば、回転子に磁性材料から
成る制御磁極が永久磁石と交互に配設されているととも
に、固定子に界磁制御コイルが巻装されているため、界
磁制御コイルに通電する電流の方向と大きさを制御する
ことによって界磁力を適正化して発電電力を調整するこ
とができる。換言すれば、強力な磁束が必要な磁石発電
機と、磁束が弱くて済む磁石発電機との間の異なる条件
を、界磁制御コイルによる磁力の増減制御によって所望
に調整することができる。また、ヨークの底壁内面に
は、界磁制御コイルの界磁鉄心を兼ねて、円筒形状のボ
ス部材がヨークと同心かつ一体的に突設されているた
め、界磁制御コイルの閉磁路における界磁空隙が径方向
に形成される。従って、軸方向に界磁空隙を形成した場
合に比して寸法のバラツキを吸収し易く、界磁空隙の寸
法管理が容易となり、組み付け性も良好となる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例である磁石発電機を
示しており、(a)は一部省略正面断面図、(b)はそ
の側面断面図である。図2はその作用を説明するための
線図である。
【0009】本実施例において、本発明に係る磁石発電
機は、二輪車等の小形自動車に搭載するのに好適なもの
として構成されている。この磁石発電機3はエンジンの
エンジンケース(図示せず)に配されて固定される固定
子と、エンジンのクランク軸(図示せず)に連結される
回転子とを備えている。そして、この磁石発電機はクラ
ンク軸を介してエンジンに駆動されて発電し得るように
構成されている。
【0010】この磁石発電機3の回転子4は発電機の界
磁子およびエンジンのフライホイールを兼ねるように構
成されている。回転子4は鉄等の磁性材料が用いられて
有底の短尺円筒形状に形成されているヨーク5と、この
ヨーク5の底壁の内面に同心的に配されて一体的に突設
されている円筒形状のボス部材6とを備えている。ボス
部材6がクランク軸にテーパー結合されてボルト等の締
結手段(図示せず)によって締結されることにより、こ
の回転子4はクランク軸2に一体回転するように固定さ
れている。
【0011】ヨーク5の内周面には樹脂等の非磁性材料
が用いられて形成されたケース7が嵌入されて固定され
ている。このケース7は周方向に間隔を置かれて立設さ
れた複数本の隔壁部を備えており、隣合う隔壁部間に
は、界磁極を構成するための永久磁石8と、鉄等の磁性
材料(透磁率が大きい材料)が用いられて形成された制
御磁極9とが複数個で同数個宛、周方向に間隔をおいて
交互に嵌入されて固定されている。
【0012】これらの永久磁石8と制御磁極9とは互い
に略等しい大きさの円弧形の直方体形状に形成されてお
り、周方向に互いに等間隔に離されて交互に配設されて
いる。また、隣合う永久磁石8、8同士は同極に配置さ
れており、対極はその間の制御磁極9によって形成され
るようになっている。
【0013】この磁石発電機3は電機子としての固定子
11を備えている。固定子11は鉄等の磁性材料が用い
られて大略星形の短尺円盤形状に形成されているコア1
3を備えている。コア13はエンジンケースの外面にク
ランク軸と同心的に配されて当接され、締結手段として
のボルト12によって締結されて固定されている。そし
て、エンジンケースに固定された固定子11の外側には
回転子4が、その外周を取り囲むように配置された状態
になっており、回転子4はクランク軸の駆動によって固
定子11の周囲を回転するようになっている。
【0014】コア13は鉄等の磁性材料から成る薄板が
多数枚積層されて一体化されており、ドーナツ形状に形
成された本体14を備えている。コア本体14の外周に
は複数本の突極15が放射状に突設されている、各突極
15には発電子コイル16が3相で、かつ、集中巻きに
それぞれ捲線されており、この発電子コイル16は整流
器、電圧調整器を介してバッテリーや負荷(いずれも図
示せず)に接続されている。なお、図1(a)において
は、便宜上、発電子コイル16の図示が省略されてい
る。
【0015】コア本体14におけるエンジンケースと反
対側の端面には、界磁磁束を制御するための界磁制御コ
イル17が円筒形状に形成され、かつ、同心的に配され
てボルト12によって固定されている。
【0016】界磁制御コイル17の捲線方法は固定子1
1および回転子4に対して同心円になっている。したが
って、界磁制御コイル17の磁束Fは、その大部分がコ
ア13の本体14、制御磁極9に対向する突極15、回
転子4の制御磁極9、ヨーク5、ボス部材6およびコア
13を経由する閉磁路を、それぞれ形成することにな
る。すなわち、ボス部材6は界磁制御コイル17の界磁
鉄心を兼ねて設けられており、また、界磁制御コイルの
閉磁路における界磁空隙は径方向に形成されることにな
る。
【0017】次に作用を説明する。エンジンによってク
ランク軸が回転されると、回転子4は回転される。そし
て、この回転子4の回転に伴って、発電子コイル16に
起電力が発生され、この起電力が発電電力としてバッテ
リーや負荷に供給される。
【0018】ここで、界磁制御コイル17がバッテリー
に電気的に接続されていない場合には、界磁制御コイル
17による磁束が界磁に作用しないため、回転子4にお
ける界磁の磁束量は各永久磁石8の磁束量に依存した状
態になっている。
【0019】次に、制御磁極9が永久磁石8と異極にな
るように界磁制御コイル17が通電されると、前述のよ
うに、界磁制御コイル17による磁束Fは大部分が閉磁
路を形成する。したがって、発電子コイル16に鎖交す
る磁束は永久磁石8による磁束に界磁制御コイル17に
よる磁束Fが重畳されたものとなり、界磁制御コイル1
7に通電する電流に応じて磁束が増えた分磁束変化が大
きくなり発電子コイル16に生じる発電電流が増加され
ることになる。さらに、永久磁石8の磁束は突極15、
本体14、ボス部材6、ヨーク5の磁路で一部漏洩して
いるが、界磁制御コイル17の磁束Fは永久磁石8の漏
洩磁束を抑えることになり、発電子コイル16に鎖交す
る磁束量が増加されることになる。
【0020】一方、制御磁極9が永久磁石8と同極にな
るように(前述とは逆方向に)界磁制御コイル17に通
電されると、発電子コイル16には永久磁石8による磁
束と界磁制御コイル17による磁束F’とが差動的に鎖
交することになり、界磁制御コイル17に通電される電
流に応じて磁束が減少する分磁束変化が小さくなり、発
電子コイル16に生じる発電電流は減少されることにな
る。
【0021】以上説明したように、磁石発電機3の出力
を界磁制御コイル17に通電される電流の方向と大きさ
によって増減調整することができる。この場合には、磁
石発電機3の出力を二輪車の最大要求電力に設定しなく
とも済むため、その最大電力のうち余分の電力を電圧調
整器によって熱として廃棄するのを抑止ないしは抑制す
ることができ、その結果、磁石発電機としての発電効率
を高めることができ、ひいては、二輪車の燃費を高める
ことができる。また、界磁制御コイルの閉磁路における
界磁空隙が径方向に形成されるため、軸方向に界磁空隙
を形成した場合に比して寸法のバラツキを吸収し易く、
界磁空隙の寸法管理が容易となり、組み付け性も良好と
なる。
【0022】図3は本発明の実施例2である磁石発電機
を示しており、(a)は一部省略正面断面図、(b)は
その側面断面図である。
【0023】本実施例2が前記実施例1と異なる点は、
周方向に長い永久磁石8Aが使用されている点にある。
すなわち、永久磁石8Aは部品点数としての個数が減少
されており、1個の永久磁石8Aにおいて、周方向に極
性が交互になるようにそれぞれ着磁されている。
【0024】本実施例2によれば、前記実施例1の効果
に加えて、部品点数を減少させつつ、永久磁石8Aの磁
力、すなわち、回転子4の界磁力を増加させることがで
きるという効果が得られる。
【0025】図4は本発明の実施例3である磁石発電機
を示しており、(a)は一部省略正面断面図、(b)は
その側面断面図である。
【0026】本実施例3が前記実施例1と異なる点は、
軸方向にそれぞれ二分割された回転子4Bおよび固定子
11Bが使用されている点にある。すなわち、回転子4
Bの閉塞壁側にはいずれも軸方向長さが半分の永久磁石
8B群と制御磁極9B群とが周方向に交互に配列されて
固定されているとともに、開口側には周方向に長く軸方
向長さが半分の永久磁石8Cが複数個周方向に互いに隣
接されて固定されている。また、固定子11Bは軸方同
に二分割されたコア13B、13Bが非磁性材料から成
る仕切り板13Cを介設されて重ね合わされている。
【0027】本実施例3によれば、前記実施例1の効果
に加えて、制御磁極9B群が回転子4Bにおいて占める
割合を抑制することができるため、永久磁石8Bによる
磁力の低下を抑制することができるという効果が得られ
る。
【0028】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々
変更可能であることはいうまでもない。
【0029】例えば、前記実施例においては、制御磁極
とヨークとを別体で構成する場合について説明したが、
一体で構成してもよい。また、界磁制御コイルの磁路を
ボス部材を介して形成する場合に限らず、コア本体を貫
通するクランクシャフトで形成してもよい。
【0030】固定子におけるコアの構造、突極の本数や
構造、発電子コイルの捲線方法、界磁制御コイルおよび
発電子コイルの制御方法等は、前記実施例の構成や方法
に限定されるものではない。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
界磁制御コイルおよび制御磁極による界磁の制御によっ
て、磁石発電機の出力を増減調整することができるた
め、発電効率を高め、燃費を向上することができる。ま
た、車種に応じて界磁制御コイルの通電電流を設定すれ
ば、複数の出力特性の磁石発電機に対応できるので、磁
石発電機の製品群全体としての規格部品の種類の増加を
抑制しつつ、所望に応じた各規格機種の磁石発電機を提
供することができる。その結果、新機種の磁石発電機の
開発期間を短縮することができるとともに、磁石発電機
の製品群全体としての部品点数等を減少させることがで
き、磁石発電機の製品群全体としての生産性を大幅に改
善することができる。さらに、ヨークの底壁内面に、界
磁制御コイルの界磁鉄心を兼ねて、円筒形状のボス部材
がヨークと同心かつ一体的に突設したことにより、界磁
制御コイルの閉磁路における界磁空隙が径方向に形成さ
れ、軸方向に界磁空隙を形成した場合に比して、界磁空
隙の寸法管理が容易となり組み付け性も良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である磁石発電機を示してお
り、(a)は一部省略正面断面図、(b)はその側面断
面図である。
【図2】その作用を説明するための線図である。
【図3】本発明の実施例2である磁石発電機を示してお
り、(a)は一部省略正面断面図、(b)はその側面断
面図である。
【図4】本発明の実施例3である磁石発電機を示してお
り、(a)は一部省略正面断面図、(b)はその側面断
面図である。
【符号の説明】
3…磁石発電機、4、4A、4B…回転子、5…ヨー
ク、6…ボス部材、7…ケース、8、8A、8B…永久
磁石、9…制御磁極、11、11B…固定子、12…ボ
ルト、13、13B、13C…コア、14…コア本体、
15…発電子コイル、16…突極、17…界磁制御コイ
ル、F…界磁制御コイルの磁束。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 21/00 H02K 1/27 502 H02K 29/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電子コイルが巻装されている固定子
    と、固定子の外側にて回転自在に支持された磁性材料か
    ら成る有底円筒形状のヨークに永久磁石が周方向に間隔
    を置かれて同心円に配設されている回転子とを備えてお
    り、回転子の永久磁石の回転により発電子コイルにて発
    電されるように構成されている磁石発電機において、前記ヨークの底壁内面には、前記ヨークと同心的に配さ
    れて一体的に突設された円筒形状のボス部材が形成され
    ており、 前記回転子には各永久磁石の間に磁性材料から成る各制
    御磁極がそれぞれ介設されており、 他方、前記固定子とヨーク底部との空間には界磁制御コ
    イルが回転子の前記ヨーク、前記ボス部材、前記固定子
    および前記制御磁極を通る閉磁路を形成するように配設
    されていることを特徴とする磁石発電機。
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