JP2008154391A

JP2008154391A - 磁石発電機

Info

Publication number: JP2008154391A
Application number: JP2006341173A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Hashiba; 光春羽柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03
Also published as: US7696658B2; DE102007031524B4; US20080143204A1; DE102007031524A1

Abstract

【課題】磁石発電機のフライホイール（回転子）に設置してある換気孔の口元部をダレ形状とすることで、冷却効率を向上させるとともに、切削加工後のバリ・カエリ処理の作業軽減が図れ、著しい生産性向上が可能となる磁石発電機を得ることを目的とする。
【解決手段】筒状部と上記筒状部の一端側の底部とによって形成された椀状のフライホイールと、上記フライホイールの筒状部内周面に配置された複数個の磁石と、上記フライホイール内に上記磁石と対向して設置され上記磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルとを備え、上記フライホイールはその底部に複数個の換気孔を有し、上記換気孔の口元部をダレ形状としたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、フライホイールの回転により磁石と電機子巻線との電磁誘導作用により発電する磁石発電機に関するものである。

従来の磁石発電機においては、回転の際に磁石によって生じる交番磁界により積層鉄心にはヒステリシス損および渦電流損が生じ、発電に寄与している巻線コイルには銅損と各種熱損失が存在していた。その各種熱損失により発電コイルの抵抗値が増えることによる出力電流の低減が問題となっている。そのため磁石発電機のフライホイール（回転子）には、冷却性（換気効率）・発電効率を向上させるべく碗状底面に複数でかつ大きな面積を有する換気孔を設けていた。また上記フライホイールの底部には複数のフィンを設け、上記フライホイールの回転に伴い共生的な空気の流れを発生させて発電コイルの冷却を促進するものも存在していた。（特許文献１〜３を参照）

しかしながらこのようなフィンの製造に当っては、インサートモールド成形によりフライホイールと一体化しなければならず、専用の樹脂成形金型を用いて工数のかかる作業が伴い、製造コストが高くなる問題があった。このような問題を解消するために、上記フィンを設ける代わりに換気孔の周縁部に発電機コイル側に突出した突起部を塑性変形により形成し、上記フライホイールの回転によりフライホイール内に気流の乱流を生じさせるようにしたものが提案されている。（特許文献４を参照）

特開２００２-１０１６３０号公報特開２００３-３２４８９９号公報特開２００３-３３３８０１号公報特開２００５-３１８６８５号公報

上述した従来の磁石発電機のフライホイール（回転子）においては、冷却性能は向上するものの換気孔の周縁部に突起部を設けるためにバーリング加工等を行わなければならず、依然としてその製造工程に煩雑さが存在していた。また、発電コイルによる発熱を効率よく換気して出力電流の低下を抑制するために、多数かつ多くの換気孔面積を必要とすると共に、フライホイール装着部品（ワンウェイクラッチなど）を組み付けるために上記換気孔間に複数個のネジ穴部を必要とし、フライホイール（底面）の剛性面での懸念が存在していた。

このため上記フライホイールの底面の剛性を確保するために板厚の増加が進んでおり、また、フライホイールの換気孔およびフライホイールのネジ穴部は、ほとんどが切削加工によるものであるため、厚板の加工に多くの時間を要し、加工後のバリ・カエリ処理にも多くの加工費が必要となっていた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、磁石発電機のフライホイール（回転子）に設置してある換気孔の口元部をダレ形状とすることで、冷却効率を向上させるとともに、切削加工後のバリ・カエリ処理の作業軽減が図れ、著しい生産性向上が可能となる磁石発電機を得ることを目的とする。

この発明の磁石発電機は、筒状部と上記筒状部の一端側の底部とによって形成された椀状のフライホイールと、上記フライホイールの筒状部内周面に配置された複数個の磁石と、上記フライホイール内に上記磁石と対向して設置され上記磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルとを備え、上記フライホイールはその底部に複数個の換気孔を有し、上記換気孔の口元部の少なくとも一方側にダレ形状を形成したことを特徴とするものである。

この発明によれば、碗状のフライホイール（回転子）に設置してある複数の換気孔の口元部をダレ形状とすることで、冷却効率・発電効率を向上させた磁石発電機を得ることができる。また、その換気穴の口元部をダレ形状とすることで、切削加工後のバリ・カエリ処理の作業軽減が図れ、著しいコスト低減が可能となる磁石発電機を得られるものである。更に、その換気孔を鍛造加工時に形成することで、著しい生産性向上が可能となる磁石発電機が得られるものである。

実施の形態１．
本発明を用いた磁石発電機の実施例について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による磁石発電機を示す縦断面図、図２はその左側面図である。この磁石発電機は、内燃機関と連結された回転子１と、この回転子１と対面し固定部材（図示せず）に取り付けられた固定子２を備えている。回転子１は椀形のフライホイール３を有し、このフライホイール３は、外周の筒状部４と、筒状部４の内側のボス部５と、筒状部４とボス部５とをつなぐ底部６とを含んでおり、回転軸線Ａ−Ａを中心として回転する。ボス部５は内燃機関により回転駆動される回転軸（図示せず）に固定されている。

フライホイール３の筒状部４の内周面には、複数個の永久磁石７が固定されている。この複数個の永久磁石７は、回転軸線Ａ−Ａの周りに、互いに等しい角度間隔で配置されており、また隣接する永久磁石７が互いに逆極性に着磁されて交互に方向が変化する磁界を発生するようになっている。また、各永久磁石７の各内周面には、筒状の磁石組付用保護環８が密着して嵌め込まれている。各永久磁石７の回転軸線Ａ−Ａ方向の両端部と、各永久磁石７の周方向の相互間隔には樹脂もしくはモールド成形材９が充填されている。

このモールド成形材９によって、複数個の永久磁石７と保護環８とがフライホイール３の筒状部４の内周面に固定されている。１０は永久磁石７に対向するように該フライホイール３の内側に設置された複数枚の薄板鋼板よりなる積層鉄心、１１は該積層鉄心１０に巻線された発電コイル、１２はフライホイール３の内側面に複数設置される換気孔、１３はフライホイール装着部品(クラッチなど)を固定するための複数のネジ穴をそれぞれ示す。

フライホイール３の底部６には、周方向に間隔を置いて複数の換気孔１２が形成されている。この換気孔１２はその口元部をダレ形状に形成されている。その製造方法は後で説明するが、上記ダレ形状は通常の面取量（Ｃ０．５〜１．０）以上であってかつ略Ｒ状に形成されているものである。

図３に、フライホイールの換気孔口元部にダレ形状を設けたことにより、コイル飽和温度の低減すなわち出力電流の向上が図れたことを実験的に証明した温度グラフを示す。図において、横軸は磁石発電機の駆動回転数（r/min）であり、縦軸は左側に発電コイル１１の温度（℃）を、また右側に発電コイル１１の出力電流（Ａ）を示している。比較例として換気孔口元部にダレ形状を有しない磁石発電機の温度特性をＴ２、発電特性をＧ２として示す。なお、温度は飽和温度である。この実験結果から実施の形態１のものは、比較例と比較して発電コイル１１の温度特性Ｔ１は大幅に低下し、また温度の低下により発電コイル１１の抵抗値も低下し、発電量Ｇ１が増大するため、発電効率が向上することが分かった。

また、下記の流体に関するベルヌーイの定理の式からも明らかなように、換気孔の通路面積変化＝冷却媒体の流速の変化となるため、上記ダレ形状により換気流の効率的な取り入れ（吸い込み）、取り出し（吐出し）が出来るものである。
Ｐ＋１／２ρＶ²＝Ｃｏｎｓｔ｛Ｐ（圧力）、ρ（密度）、Ｖ（流速）｝

次に図４、図５により、上記換気孔１２を製造するときの鍛造工程を従来と比較して説明する。図４は、一般的な鍛造加工図であるパンチ２０（オス）とダイス２２（メス）との組み合わせを示しており、ダイス２２上にフライホイール３を乗せ、パンチ２０を矢印方向に貫通することにより換気孔１２を形成する。この場合、型構造上、パンチからダイス方向への貫通方向となり、その端面には必ずバリ、カエリＸが存在することとなる。また他面にはわずかなダレＹ１が発生する。

一方、図５は本発明による基本的型構造図を示しており、第１パンチ２０と第２パンチ２１の対峙構造としているため、換気孔部分で第１パンチ２０と第２パンチ２１とが互いに反対方向に突き合わされる。このためカエリＸは発生せず、両側ともに大きな抜きダレＹ２、Ｙ３を有する換気孔１２が加工できることとなる。
以上のように本発明の磁石発電機によれば、鍛造工程の採用によりバリ、カエリが存在することなく換気孔にダレ形状を付与することができるので、切削加工後のバリ、カエリ処理のための作業の軽減が図れ、著しい生産性の向上が見込まれる。

実施の形態２．
次に、図６、図７は実施の形態２による換気孔のダレ形状の変形例を示している。図６はフライホイール３の換気孔１２の発電機コイル１１側の口元部にダレ形状を設けて、吐き出し効率を向上させた例を示しており、図７はフライホイール３の換気孔１２のフライホイール外側の口元部にダレ形状を設けて吸い込み効率を向上させた例を示している。

一般に、磁石発電機が気中雰囲気にあったとすれば、発電コイル１１の発熱によりフライホイール３内部の温度が上昇（気圧が減少）し、換気孔１２を経由して外部（温度が低い側）に流れ出ていく。その換気孔通路面積を図６のように外側に向かって変化させる（絞る）ことにより、流れ出て行こうとする流速が増幅され、冷却性が著しく向上されるものである。さらに、外部よりの強制冷却流が存在する場合などは、図７のように換気孔口元部の両端ダレ形状に大小の差を設けて外側より吸込み効率が向上するように設定できる。このような形状の変化は上述したパンチ２０、２１およびダイス２２の形状を変更することにより容易に形成することができることは言うまでもない。

実施の形態３．
次に、図８、図９により実施の形態３による換気孔のダレ形状の他の変形例を説明する。図８のフライホイールの換気孔１２では、回転方向（周方向）側のダレを径方向のダレより大としたものを示しており、これにより回転方向の流速密度を向上させ、冷却性を一層向上させることができる。
一方、図９のフライホイールの換気孔１２では、回転方向（周方向）側のダレを径方向のダレより大とし、かつ、ダレ方向に角度を持たせたものを示しており、これにより流線形の流速密度分布（ファン流れに近い）が得られ、冷却性を向上させている。

なお、これら上記換気孔の口元部のダレ形状は、生産性向上（コスト）の観点より鍛造加工にて実現したものについて説明したが、従来同様に切削加工（エンドミル加工）あるいは面取り加工でも実現でき、これらの場合でも同様の冷却効果が得られることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１による磁石発電機を示す縦断面図である。図１の左側面図である。本発明の効果を示す温度グラフである。従来の一般的な鍛造工法を示す図である。本発明における概略の鍛造工法を示す図である。この発明の実施の形態２による換気孔のダレ形状の変形例を示す縦断面図である。この発明の実施の形態２による換気孔のダレ形状の他の変形例を示す縦断面図である。この発明の実施の形態３による換気孔のダレ形状の更に他の変形例を示す縦断面図である。この発明の実施の形態２による換気孔のダレ形状の更に他の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１回転子、
２固定子、
３フライホイール、
４筒状部、
５ボス部、
６底部、
７永久磁石、
８保護環、
９樹脂またはモールド成形材、
１０積層鉄心、
１１発電コイル、
１２換気孔、
１３ネジ穴部。

Claims

筒状部と上記筒状部の一端側の底部とによって形成された椀状のフライホイールと、上記フライホイールの筒状部内周面に配置された複数個の磁石と、上記フライホイール内に上記磁石と対向して設置され上記磁石との電磁誘導作用により発電される発電コイルとを備え、上記フライホイールはその底部に複数個の換気孔を有し、上記換気孔の口元部の少なくとも一方側にダレ形状を形成したことを特徴とする磁石発電機。
前記ダレ形状は略Ｒ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記換気穴の口元部のうち一方のダレ形状を他方のダレ形状より大としたことを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記換気穴の口元部で、フライホイールの回転方向（周方向）側のダレ形状を径方向のダレ形状より大としたことを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記換気穴の口元部で、フライホイールの回転方向（周方向）側のダレ形状を径方向のダレ形状より大とすると共に、ダレ方向に角度を持たせたことを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記換気穴口元部のダレ形状が、鍛造加工により形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁石発電機。