(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、鋼板の積層体からなっていて前記永久磁石の一対の磁極にそれぞれ磁気結合された一対の磁気伝達コアとからなる磁石界磁構成体と、該磁石界磁構成体との質量バランスをとるためのバランスウエイトとを非磁性体からなるフライホイール内に鋳込んでなる磁石発電機用回転子において、
前記磁気伝達コアは、先端が磁極部となっている磁極構成部と鋼板の積層厚が該磁極構成部よりも小さく設定されて該磁極構成部の鋼板の積層方向の一端寄りに片寄せた状態で該磁極構成部から側方に鋼板の積層方向と直角な方向に沿って突出した磁石結合部とを一体に有して、前記磁極構成部の積層方向の他端側に向いた前記磁石結合部の鋼板積層方向の端面が磁石当接面として用いられるように構成され、
前記一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の磁極部を前記フライホイールの外周側に位置させ、かつそれぞれの磁石当接面を前記フライホイールの軸線方向に対向させた状態で配置され、
前記永久磁石はその一対の磁極面を前記フライホイールの軸線と直交させた状態で前記一対の磁気伝達コアの磁石当接面の間に配置されて該永久磁石の一対の磁極面が前記一対の磁気伝達コアの磁石当接面にそれぞれ当接されていること、
を特徴とする磁石発電機用回転子。
【請求項２】
前記一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁極構成部の鋼板の積層厚が等しく設定されるとともに、該一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁石結合部の鋼板の積層厚が等しく設定され、前記一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の鋼板積層方向の両端の端面を同一の平面上に位置させた状態で配置されている請求項１に記載の磁石発電機用回転子。
【請求項３】
永久磁石と鋼板の積層体からなっていて前記永久磁石の一対の磁極にそれぞれ磁気結合された一対の磁気伝達コアとからなる磁石界磁構成体と、該磁石界磁構成体との質量バランスをとるためのバランスウエイトとを非磁性体からなるフライホイール内に鋳込んでなる磁石発電機用回転子と、磁極部を両端に有する固定子鉄心と該固定子鉄心に巻回された発電コイルとを有して前記固定子鉄心の両端の磁極部が前記回転子の磁極に対向させられる固定子とを備えた磁石発電機において、
前記磁気伝達コアは、先端が磁極部となっている磁極構成部と鋼板の積層厚が該磁極構成部よりも小さく設定されて該磁極構成部の鋼板の積層方向の一端寄りに片寄せた状態で該磁極構成部から側方に鋼板の積層方向と直角な方向に沿って突出した磁石結合部とを一体に有して、前記磁極構成部の積層方向の他端側に向いた前記磁石結合部の鋼板積層方向の端面が磁石当接面として用いられるように構成され、
前記一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の磁極部を前記フライホイールの外周側に位置させ、かつそれぞれの磁石当接面を前記フライホイールの軸線方向に対向させた状態で配置され、
前記永久磁石はその一対の磁極面を前記フライホイールの軸線と直交させた状態で前記一対の磁気伝達コアの磁石当接面の間に配置されて該永久磁石の一対の磁極面が前記一対の磁気伝達コアの磁石当接面にそれぞれ当接されていること、
を特徴とする磁石発電機。
【請求項４】
前記一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁極構成部の鋼板の積層厚が等しく設定されるとともに、該一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁石結合部の鋼板の積層厚が等しく設定され、
前記一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の鋼板積層方向の両端の端面を同一平面上に位置させた状態で配置され、
前記固定子鉄心の鋼板積層厚は、前記磁極構成部の鋼板の積層厚に等しく設定されている請求項３に記載の磁石発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に取り付けるのに好適な磁石発電機用回転子、及びこの回転子を用いた磁石発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に取り付ける磁石発電機として、外周部に３極の磁石界磁を有する回転子と、この回転子と協働する固定子とを備えた磁石発電機が多く用いられている。この種の磁石発電機は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に示された磁石発電機の構造を図４、図５及び図６（Ａ），（Ｂ）に示した。図４及び図５において、１′は回転子、２は固定子である。回転子１′は、磁石界磁構成体３′と、バランスウエイト４′とを非磁性材料からなるフライホイール５′内に鋳込んだ構造を有している。磁石界磁構成体３′は、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、永久磁石３００′と、永久磁石３００′の一対の磁極にそれぞれ磁気結合された一対の磁気伝達コア３０１′，３０２′とにより構成されている。磁気伝達コア３０１′，３０２′は所定の形状に打ち抜かれたケイ素鋼板の積層体からなっていて、その先端の積層面が円筒面状の外周面を有する磁極部３０１ａ′，３０２ａ′となっている。磁気伝達コア３０１′，３０２′は、それぞれの鋼板積層方向をフライホイールの軸線と平行な方向に一致させた状態で、フライホイール５′の回転方向に間隔をあけて配置され、両磁気伝達コアの対向する積層面３０１ｂ′，３０２ｂ′が永久磁石３００′の異なる磁極面に当接されている。
【０００４】
フライホイール５′は、通常アルミニウムの射出成形品からなっていて、磁石界磁構成体３′は、磁気伝達コア３０１′，３０２′の磁極部３０１ａ′，３０２ａ′の外周面をフライホイール５′の外周面に露呈させた状態でフライホイール５′に鋳込まれている。      
【０００５】
バランスウエイト４′は、磁石界磁構成体３の質量に等しい質量を有する鋼板の積層体からなっていて、回転子１′の質量バランスをとるように磁石界磁構成体３′とほぼ対称な位置に配置されている。
【０００６】
フライホイール５′の軸心部には、テーパ孔５０１′を有するボス部５０２′が形成され、このボス部を図示しない機関のクランク軸に嵌着することにより回転子が機関のクランク軸に取り付けられる。
【０００７】
固定子２は、磁極部を両端に有する固定子鉄心２０１と該固定子鉄心に巻回された発電コイル２０２と、発電コイル２０２を被覆する樹脂モールド部２０３とからなっている。図示の発電コイルは内燃機関を点火する点火装置を構成する点火コイルで、一次コイル及び二次コイルからなり、回転子の回転に伴ってその一次コイルに誘起する電圧が点火用の電源電圧として用いられる。通常モールド部２０３内には、点火コイルの一次電流を制御する点火回路の構成部品が埋設されていて、該点火回路と点火コイルとにより点火装置が構成される。６は点火コイルの二次コイルに誘起する点火用の高電圧を機関の点火プラグに印加するためにモールド部２０３から導出された高圧コードである。
【特許文献１】特開平８−６５９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような磁石発電機においては、点火装置から十分な点火エネルギーを得ることができるようにするために、磁気伝達コア３０１′，３０２′と永久磁石３００′の磁極面との接触面積を十分に確保する必要がある。そのため、一対の磁気伝達コア３０１′，３０２′をフライホイールの回転方向に対向させていた従来の回転子では、磁石３００′の厚み寸法（磁気伝達コアの積層方向に測った寸法）が厚くなる上に磁気伝達コア３０１′，３０２′の鋼板積層厚が厚くなるのを避けられなかった。
【０００９】
磁石３００′の厚み寸法及び磁気伝達コア３０１′，３０２′の鋼板積層厚が大きくなると、磁石界磁構成体３′の質量が大きくなり、それに伴ってバランスウエイト４′の質量も大きくなる上に、フライホイール５′の軸線方向寸法が大きくなって、回転子の質量が大きくなるため、回転子の慣性モーメントを小さくすることが必要とされたときに、その要請に応えることができないという問題が生じる。また回転子の軸線方向寸法が大きくなるため、発電機が必要以上に大型になるという問題も生じる。
【００１０】
また従来の回転子では、磁気伝達コアの積層厚が大きくなるため、フライホイールの軸線方向に測った回転子の磁極３０１ａ′、３０２ａ′の幅寸法が固定子２の磁極の幅寸法よりも大きくなるため、漏洩磁束の量が多くなって、発電性能が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、従来よりも発電性能を高めることができる上に、小形軽量化を図ることができるようにした磁石発電機用の回転子及びこの回転子を用いた磁石発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、永久磁石と、鋼板の積層体からなっていて永久磁石の一対の磁極にそれぞれ磁気結合された一対の磁気伝達コアとからなる磁石界磁構成体と、該磁石界磁構成体との質量バランスをとるためのバランスウエイトとを非磁性体からなるフライホイール内に鋳込んでなる磁石発電機用回転子に適用される。
【００１３】
前述のように、従来のこの種の回転子では、一対の磁気伝達コアをフライホイールの回転方向に対向させていたが、本発明においては、両磁気伝達コアをフライホイールの軸線方向に対向させる。
【００１４】
本発明において用いる磁気伝達コアは、先端が磁極部となっている磁極構成部と鋼板の積層厚が該磁極構成部よりも小さく設定されて該磁極構成部の鋼板の積層方向の一端寄りに片寄せた状態で該磁極構成部から側方に鋼板の積層方向と直角な方向に沿って突出した磁石結合部とを一体に有していて、磁極構成部の積層方向の他端側に向いた磁石結合部の鋼板積層方向の端面が磁石当接面として用いられる。一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の磁極面をフライホイールの外周側に位置させ、かつそれぞれの磁石当接面をフライホイールの軸線方向に対向させた状態で配置される。永久磁石はその一対の磁極面をフライホイールの軸線と直交させた状態で一対の磁気伝達コアの磁石当接面の間に配置されて該永久磁石の一対の磁極面が一対の磁気伝達コアの磁石当接面にそれぞれ当接されている。
【００１５】
上記のように、一対の磁気伝達コアをフライホイールの軸線方向に対向させて両磁気伝達コアの間に永久磁石を配置するようにすると、磁気伝達コアの鋼板積層厚を厚くしなくても、磁気伝達コアと永久磁石との対向面積を十分に確保して、永久磁石から磁気伝達コアに十分な磁気エネルギを伝達することができる。そのため、従来と同じ発電出力を得るのであれば、磁気伝達コアの鋼板積層厚を薄くして、フライホイールの軸線方向に測った磁石界磁構成体の寸法を縮小することができ、これにより、磁石界磁構成体、バランスウェイト及びフライホイールの質量の軽減を図って回転子の慣性モーメントを小さくすることができる。
【００１６】
また、フライホイールの軸線方向に測った磁石界磁構成体の幅寸法を、固定子の磁極の幅寸法（積層方向寸法）と同等の大きさまで縮小することができるため、磁石界磁からの漏洩磁束の量を減少させて、発電性能を向上させることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁極構成部の鋼板の積層厚が等しく設定されるとともに、該一対の磁気伝達コアのそれぞれの磁石結合部の鋼板の積層厚が等しく設定され、一対の磁気伝達コアは、それぞれの磁極構成部の鋼板積層方向の両端の端面を同一の平面上に位置させた状態で配置される。
【００１８】
上記の回転子を用いて磁石発電機を構成する場合、固定子としては、磁極部を両端に有する固定子鉄心と該固定子鉄心に巻回された発電コイルとを有して固定子鉄心の両端の磁極部が回転子の磁極に対向させられるものを用いることができる。
【００１９】
固定子鉄心の鋼板積層厚は、磁極構成部の鋼板の積層厚に等しく設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明においては、一対の磁気伝達コアをフライホイールの軸線方向に対向させて両磁気伝達コアの間に永久磁石を配置するようにしたので、磁気伝達コアの鋼板積層厚を厚くしなくても、磁気伝達コアと永久磁石との対向面積を十分に確保して、永久磁石から磁気伝達コアに十分な磁気エネルギを伝達することができる。従って、本発明によれば、従来と同じ発電出力を得るのであれば、磁気伝達コアの鋼板積層厚を薄くして、フライホイールの軸線方向に測った磁石界磁構成体の寸法を縮小することができ、これにより、磁石界磁構成体、バランスウェイト及びフライホイールの質量の軽減を図って回転子の慣性モーメントを小さくすることができる。また発電機の体格を従来と同程度まで大きくすることが許容される場合には、従来よりも大きな発電出力を得ることができる。      
【００２１】
更に本発明によれば、フライホイールの軸線方向に測った磁石界磁構成体の幅寸法を、固定子の磁極の幅寸法（積層方向寸法）と同等の大きさまで縮小することができるため、磁石界磁からの漏洩磁束の量を減少させて、発電性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は本発明の実施形態に係わる磁石発電機の全体的な構成を示した正面図及び縦断面図で、この発電機は、内燃機関を点火する点火装置を構成するために機関に取り付けられるものである。図１及び図２において、１は回転子、２は固定子であり、回転子１は、磁石界磁構成体３と、バランスウエイト４とをアルミニウム等の非磁性材料の射出成形品からなるフライホイール５内に鋳込んだ構造を有している。
【００２３】
磁石界磁構成体３は、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、永久磁石３００と、永久磁石３００の一対の磁極にそれぞれ磁気結合された一対の磁気伝達コア３０１及び３０２とにより構成されている。磁気伝達コア３０１は、先端が磁極部３０１ａとなっている磁極構成部３０１Ａと、鋼板の積層厚が磁極構成部３０１Ａよりも小さく設定されて該磁極構成部の鋼板の積層方向の一端寄りに片寄せた状態で該磁極構成部から側方に鋼板の積層方向と直角な方向に沿って突出した磁石結合部３０１Ｂとを一体に有していて、磁極構成部３０１Ａの積層方向の他端側に向いた磁石結合部３０１Ｂの鋼板積層方向の端面が磁石当接面３０１ｂとして用いられる。
【００２４】
同様に、磁気伝達コア３０２は、先端が磁極部３０２ａとなっている磁極構成部３０２Ａと、鋼板の積層厚が磁極構成部３０２Ａよりも小さく設定されて該磁極構成部３０２Ａの鋼板の積層方向の一端寄りに片寄せた状態で該磁極構成部から側方に鋼板の積層方向と直角な方向に沿って突出した磁石結合部３０２Ｂとを一体に有していて、磁極構成部３０２Ａの積層方向の他端側に向いた磁石結合部３０２Ｂの鋼板積層方向の端面が磁石当接面３０２ｂとして用いられる。
【００２５】
一対の磁気伝達コア３０１，３０２は、それぞれの磁極構成部３０１Ａ，３０２Ａの磁極部３０１ａ，３０２ａをフライホイール５の外周側に位置させ、かつそれぞれの磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂをフライホイール５の軸線方向に対向させた状態で配置されている。また磁石界磁構成体３の幅寸法（フライホイールの軸線方向に測った寸法）をフライホイールの周方向に沿って均一にするようにするため、一対の磁気伝達コア３０１，３０２のそれぞれの磁極構成部３０１Ａ，３０２Ａの鋼板の積層厚が等しく設定されるとともに、該一対の磁気伝達コア３０１，３０２のそれぞれの磁石結合部３０１Ｂ，３０２Ｂの鋼板の積層厚が等しく設定されていて、一対の磁気伝達コア３０１，３０２が、それぞれの磁極構成部の鋼板積層方向の両端の端面を同一の平面上に位置させた状態で配置されている。
【００２６】
永久磁石３００はその一対の磁極面をフライホイール５の軸線と直交させた状態で一対の磁気伝達コア３０１，３０２の磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂの間に配置されて、その一対の磁極面が一対の磁気伝達コアの磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂにそれぞれ当接されている。永久磁石３００が磁気的に短絡されるのを防ぐため、磁気伝達コア３０１の磁極構成部３０１Ａの磁石側積層面３０１ｃと永久磁石３００との間、磁気伝達コア３０２の磁極構成部３０２Ａの磁石側積層面３０２ｃと永久磁石３００との間、磁気伝達コア３０１の磁石結合部３０１Ｂの先端の積層面と磁気伝達コア３０２の磁極構成部３０２Ａの磁石側積層面３０２ｃとの間、及び磁気伝達コア３０２の磁石結合部３０２Ｂの先端の積層面と磁気伝達コア３０１の磁極構成部３０１Ａの磁石側積層面３０１ｃとの間にそれぞれ所定の隙間を形成するようにしておく。
【００２７】
図示のフライホイール５は、アルミニウムの射出成形品からなっていて、その軸心部にはテーパ孔５０１を有する回転軸取付用のボス部５０２が設けられ、ボス部５０２が機関のクランク軸に嵌着される。フライホイール５の一方の軸線方向端面には、内燃機関に冷却風を吹き付けるための送風羽根５０３が形成されている。磁石界磁構成体３は、磁気伝達コア３０１，３０２の磁極部３０１ａ，３０２ａの外周面をフライホイール５の外周面に露呈させ、磁気伝達コア３０１，３０２の磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂを磁石３００を介してフライホイールの軸線方向に対向させた状態でフライホイール５に鋳込まれている。バランスウェイト４は鋼板の積層体からなっていて、回転子の質量バランスをとるように、磁石界磁構成体３と対称な位置に位置させた状態でフライホイール内に鋳込まれている。
【００２８】
固定子２は、従来のものと同様に、磁極部２０１ａ，２０１ｂを両端に有するＵ字形の固定子鉄心２０１と、固定子鉄心２０１に巻回された発電コイル２０２と、発電コイル２０２を被覆する樹脂モールド部２０３とからなっている。図４及び図５に示した従来例と同様に、発電コイル２０２は内燃機関を点火する点火装置を構成する点火コイルである。発電コイル２０２は、その一次電流を制御する点火回路の構成部品と共に樹脂モールド部２０３により被覆されている。６は発電コイル（点火コイル）２０２の二次コイルに誘起する点火用の高電圧を機関の点火プラグに印加するためにモールド部２０３から導出された高圧コードである。
【００２９】
上記のように、一対の磁気伝達コア３０１，３０２をフライホイール５の軸線方向に対向させて、両磁気伝達コアの間に永久磁石３００を配置するようにすると、所定の磁極幅Ｗ2を有する磁石３００の磁極面を当接させることができるように、磁気伝達コア３０１，３０２の磁石当接部３０１Ｂ，３０２Ｂの寸法を設定しておくことにより、磁気伝達コア３０１，３０２の鋼板積層厚を厚くしなくても、磁気伝達コア３０１，３０２と永久磁石３００の磁極との接触面積を十分に確保して、永久磁石から磁気伝達コアに十分な磁気エネルギを伝達することができる。従って、従来と同じ発電出力を得ればよいのであれば、磁気伝達コア３０１，３０２の鋼板積層厚を薄くして、フライホイール５の軸線方向に測った磁石界磁構成体３の寸法を縮小することができる。また磁石界磁構成体３の軸線方向寸法を縮小することができるため、フライホイール５の軸線方向寸法を縮小することができる。
【００３０】
更に上記のように構成すると、磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂの幅Ｗ2を従来の磁石発電機における磁気伝達コアの磁石当接面の幅Ｗ1（図６Ｂ参照）に対して、大きくとることができるため、磁石当接面３０１ｂ，３０２ｂの長さ（フライホイールの径方向に測った寸法）Ｌ2を従来の回転子の磁石当接面の長さＬ1よりも短くすることができる。従って、本発明によれば、フライホイールの径方向寸法の縮小をも図ることができる。
【００３１】
上記のように、本発明によれば、磁石界磁構成体３及びバランスウェイト４の質量の軽減を図ることができ、またフライホイールの軸線方向寸法及び径方向寸法を縮小してその小形軽量化を測ることができるため、回転子の質量の大幅な軽減を図ることができる。また、回転子の径方向寸法の縮小を図ることができるため、その質量の軽減を図ることができることと相俟って回転子の慣性モーメントを小さくすることができる。従って、機関の加速性能を向上させるために回転子の慣性モーメントを小さくすることが必要とされる場合に、その要請に容易に応えることができる。
【００３２】
また上記のように構成すると、フライホイール５の軸線方向に測った磁石界磁構成体３の幅寸法を、固定子の磁極の幅寸法（積層方向寸法）と同等の大きさまで縮小することができるため、磁石界磁からの漏洩磁束の量を減少させて、発電性能を向上させることができる。
【００３３】
なお永久磁石３００としてはフェライト磁石を用いることもできるが、磁石界磁構成体３の鋼板積層方向の厚み寸法を縮小する効果を高めるためには、薄くても大きな磁力を得ることができる希土類磁石を用いるのが好ましい。
【００３４】
上記の例では、内燃機関が単気筒機関であることを想定しているため、固定子２が一つだけ設けられているが、磁石発電機を多気筒内燃機関に取り付ける場合には、固定子２が気筒数分設けられて、該気筒数分の固定子が回転子１の周囲に所定の間隔を隔てて配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係わる磁石発電機の構成を示した正面図である。
【図２】同磁石発電機の縦断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施形態で用いる磁石界磁構成体の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】従来の磁石発電機の構成を示した正面図である。
【図５】図４の磁石発電機の縦断面図である。
【図６】（Ａ）は図４の磁石発電機で用いられている磁石界磁構成体の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  回転子
２  固定子
３  磁石界磁構成体
３００  永久磁石
３０１，３０２  磁気伝達コア
３０１Ａ，３０２Ａ  磁極構成部
３０１ａ，３０２ａ  磁極部
３０１Ｂ，３０２Ｂ  磁石結合部
３０１ｂ，３０２ｂ  磁石当接面
４  バランスウェイト
５  フライホイール
【図１】
0004655793.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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