(57)【要約】【課題】回転軸の高速回転時の過充電等を防止でき、かつ構造がシンプルな永久磁石式発電機を提供する。【解決手段】回転軸１２の外周に相対回転可能に設けられたロータ３３と、上記回転軸１２の回転により生じる遠心力により、上記ロータ３３と上記回転軸１２とを断接する遠心クラッチ３１とを備えたものである。【選択図】        図２
2005045854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周に相対回転可能に設けられたロータと、上記回転軸の回転により生じる遠心力により、上記ロータと上記回転軸とを断接する遠心クラッチとを備えたことを特徴とする永久磁石式発電機。
【請求項２】
上記遠心クラッチが、上記ロータに接続されたリンク機構と、該リンク機構に接続されたブレーキ部材と、該ブレーキ部材を上記回転軸と接触する側に付勢する付勢手段とを備え、
上記回転軸の回転速度が所定値以下であるときには上記付勢手段の付勢力により上記ブレーキ部材が上記回転軸と接触し、上記回転軸の回転速度が上記所定値よりも高くなると、上記ブレーキ部材に作用する遠心力が上記付勢手段の付勢力を上回り、上記リンク機構が回動して上記ブレーキ部材が上記回転軸から離間する請求項１記載の永久磁石式発電機。
【請求項３】
上記リンク機構が、一端が上記ロータに枢支され、他端が上記ブレーキ部材に枢支された第一レバーと、一端が上記ロータに枢支され、他端が上記ブレーキ部材に対して上記第一レバーよりも径方向内側の位置に枢支された第二レバーとを備える請求項２記載の永久磁石式発電機。
【請求項４】
上記第一レバーが、上記回転軸の径方向に延出する部分と、上記回転軸の周方向に延出する部分とを備え、略Ｌ字状に形成される請求項３記載の永久磁石式発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式発電機に係り、特に、回転軸の高速回転時の過充電等を防止した永久磁石式発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式発電機の一例として、交流発電機（ＡＣＧ）を図４を用いて説明する。
【０００３】
図に示すように、ＡＣＧは、ケーシング１０と、ケーシング１０に軸受１１，１１を介して枢支された回転軸１２と、ケーシング１０内で回転軸１２の外周に連結されたロータ１３と、ケーシング１０の内面に固定され、ロータ１３の外周部と対向するステータ１４とを備える。
【０００４】
ロータ１３は、回転軸１２の軸方向に多数積層されたケイ素鋼板からなるロータコア１５と、そのロータコア１５の周方向（回転軸１２の周方向）に間隔を隔てて複数埋設された永久磁石１６とを備える。ロータ１３の軸方向両側には、アルミニウム等からなる磁石押さえ板１７，１７が設けられる。
【０００５】
ステータ１４の外周には図示しない巻き線が巻回される。
【０００６】
回転軸１２の一端にはプーリ１８が設けられており、図示しない駆動手段によりプーリ１８が回転されると、回転軸１２及びロータ１３が一体的に回転して発電する。
【０００７】
なお、図中、１９，２０は冷却用のファンである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１０７７１７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような永久磁石式発電機では、発電電圧（出力電圧）は、回転軸１２及びロータ１３の回転速度にほぼ比例する特性を有している。
【００１０】
このため、例えば車両用発電機として永久磁石式発電機を用いた場合、エンジンの回転速度（回転軸１２の回転速度）が高いときに発電電圧が過度に高くなり、バッテリの過充電、ロータ温度の異常上昇、電気負荷への悪影響などを引き起こすおそれがある。
【００１１】
この対策として、エンジンのクランク軸と発電機の回転軸１２との間にクラッチを設けて、エンジンの回転速度が所定値よりも高くなったときには、クラッチを断して発電機の回転軸１２を停止する装置が知られている。しかしながら、発電機の回転軸１２には、バキュームポンプなど、他の装置が接続されている場合が多く、回転軸１２を停止してしまうとこの付随装置も停止してしまうという問題がある。
【００１２】
そこで、回転軸１２とロータ１３とを相対回転可能に設け、それらを電磁クラッチにより断接するようにした装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この装置によれば、回転軸１２の回転速度が所定値よりも高くなったときに、電磁クラッチを断してロータ１３のみを停止させることができるため、回転軸１２が停止することはない。
【００１３】
しかしながら、この装置では、電磁クラッチを作動させるための電気回路が必要となるため、構造が複雑になる。また、既存（既設）の発電機と互換性がないため、交換を容易に行うことができない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転軸の高速回転時の過充電等を防止でき、かつ構造がシンプルな永久磁石式発電機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、回転軸の外周に相対回転可能に設けられたロータと、上記回転軸の回転により生じる遠心力により、上記ロータと上記回転軸とを断接する遠心クラッチとを備えたものである。
【００１６】
ここで、上記遠心クラッチが、上記ロータに接続されたリンク機構と、該リンク機構に接続されたブレーキ部材と、該ブレーキ部材を上記回転軸と接触する側に付勢する付勢手段とを備え、上記回転軸の回転速度が所定値以下であるときには上記付勢手段の付勢力により上記ブレーキ部材が上記回転軸と接触し、上記回転軸の回転速度が上記所定値よりも高くなると、上記ブレーキ部材に作用する遠心力が上記付勢手段の付勢力を上回り、上記リンク機構が回動して上記ブレーキ部材が上記回転軸から離間するようにしても良い。
【００１７】
また、上記リンク機構が、一端が上記ロータに枢支され、他端が上記ブレーキ部材に枢支された第一レバーと、一端が上記ロータに枢支され、他端が上記ブレーキ部材に対して上記第一レバーよりも径方向内側の位置に枢支された第二レバーとを備えるようにしても良い。
【００１８】
また、上記第一レバーが、上記回転軸の径方向に延出する部分と、上記回転軸の周方向に延出する部分とを備え、略Ｌ字状に形成されるようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態に係る永久磁石式発電機の側面断面図であり、図２はロータ及び遠心クラッチの正面図である。
【００２１】
本実施形態の永久磁石式発電機は交流発電機（ＡＣＧ）であり、その基本的な構成は図４で示した従来のＡＣＧと同様である。従って、図４に示したものと同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
本実施形態のＡＣＧ３０は車両に搭載されるものであり、回転軸１２の一端に設けられたプーリ１８が図示しないベルトを介してエンジンのクランク軸に接続される。従って、回転軸１２はエンジンのクランク軸により直接駆動される。
【００２３】
本実施形態のＡＣＧ３０の特徴は、ロータ３３を回転軸１２の外周に相対回転可能に設け、ロータ３３と回転軸１２との間に、回転軸１２の回転により生じる遠心力によりそれらを断接する遠心クラッチ３１を設けた点に有る。
【００２４】
ロータ３３は、回転軸１２の軸方向に多数積層されたほぼリング状のケイ素鋼板からなるロータコア３５と、そのロータコア３５の周方向（回転軸１２の周方向）に間隔を隔てて複数埋設された永久磁石３６とを備える。ロータ３３（ロータコア３５）の内径は、回転軸１２よりも大径に形成されており、回転軸１２の外周面とロータ３３の内周面との間に遠心クラッチ３１の収容スペースが形成される。図１に示すように、ロータ３３の軸方向両側には、アルミニウム等からなるほぼリング状の磁石押さえ板３７，３７が一体的に取り付けられ、この磁石押さえ板３７，３７の内周面が軸受け３２，３２を介して回転軸１２の外周に相対回転可能に支持される。従って、ロータ３３は回転軸１２に対して相対回転可能である。
【００２５】
図２に示すように、遠心クラッチ３１は、回転軸１２の周方向にほぼ１８０°間隔を隔てて二つ配置される。言い換えれば、二つの遠心クラッチ３１が回転軸１２を挟んで対向するように設けられる。この遠心クラッチ３１は、ロータ３３の内面に固設された円筒ケーシング３８内に配置され、円筒ケーシング３８（ロータ３３）に接続されたリンク機構４０と、そのリンク機構４０に接続されたブレーキ部材４１と、ブレーキ部材４１を回転軸１２と接触する側に付勢する付勢手段４２とを備える。
【００２６】
円筒ケーシング３８の内面には断面円弧状のベース４３が固設されており、このベース４３の軸方向両端部（図２中紙面裏表方向）にリンク機構４０がそれぞれ接続され、それら二つのリンク機構４０の間に一つのブレーキ部材４１が配置される。リンク機構４０は、ブレーキ部材４１をロータ３３に対して移動（回動）可能に支持するためのものであり、第一レバー４５と第二レバー４６とを備えている。第一レバー４５は、その一端がベース４３（ロータ３３）に枢支され、他端がブレーキ部材４１に枢支される。第二レバー４６は、その一端が、ベース４３に対して第一レバー４５よりもブレーキ部材４１に近接した位置に枢支され、他端が、ブレーキ部材４１に対して第一レバー４５よりも径方向内側の位置に枢支される。
【００２７】
第一レバー４５は、回転軸１２の径方向にほぼ沿って延出する短辺部４５ａと、短辺部４５ａの径方向外側端部から回転軸１２の周方向にほぼ沿って延出する長辺部４５ｂとを備え、全体としてほぼＬ字状に形成される。第一レバー４５の短辺部４５ａの径方向内側端部がピン４７を介してベース４３に枢支され、長辺部４５ｂの端部がピン４８を介してブレーキ部材４１に枢支される。第一レバー４５はベース４３（ロータ３３）に対してピン４７を中心に回動（傾動）可能である。
【００２８】
第二レバー４６は、ほぼ直線状に形成され、その一端がピン４９を介してベース４３に枢支され、他端がピン５０を介してブレーキ部材４１に枢支される。第二レバー４６はベース４３（ロータ３３）に対してピン４９を中心に回動（傾動）可能である。
【００２９】
ブレーキ部材４１は、回転軸１２の周方向にほぼ沿って円弧状に延出する遠心おもり５１と、遠心おもり５１の径方向内面に設けられたシュー（摩擦部材）５２とを備える。遠心おもり５１の周方向一端部にフランジ５１ａが形成され、このフランジ５１ａに対して上記第一及び第二レバー４５，４６がそれぞれ枢支される。従って、第一レバー４５及び第二レバー４６がそれぞれピン４７，４９を中心に回動すると、ブレーキ部材４１が回転軸１２の径方向に移動する。図１に示すように、遠心おもり５１の軸方向長さは、ロータ３３（ロータコア３５）の軸方向長さよりも若干短く形成され、軸方向両端部に上記フランジ５１ａがそれぞれ形成される。これらフランジ５１ａ，５１ａ間に付勢手段４２の収容スペースが形成される。上述したように、本実施形態のＡＣＧ３０では、二つの遠心クラッチ３１が回転軸１２を挟んで対向するように設けられているため、各遠心クラッチ３１のブレーキ部材４１もまた、回転軸１２を挟んで互いに対向する。
【００３０】
付勢手段４２は、一端がベース４３に固定され、他端がブレーキ部材４１の径方向外面に当接された板バネからなる。板バネ４２の他端には、板バネを円筒状に折り曲げて形成した押圧部４２ａが形成される。図２（ｂ）に最適に示されるように、本実施形態では板バネ４２が、ブレーキ部材４１の周方向両側にそれぞれ配置される。板バネ４２は、ブレーキ部材４１を回転軸１２と接触する方向、つまり、回転軸１２の径方向内側に付勢する。
【００３１】
次に、本実施形態のＡＣＧ３０の作用を説明する。
【００３２】
まず、回転軸１２が回転していない状態では、図２（ａ）に示すように、各遠心クラッチ３１のブレーキ部材４１が板バネ４２の付勢力により回転軸１２に対して押し付けられ、ロータ３３と回転軸１２とが一体的に接続される。
【００３３】
そして、回転軸１２が回転すると、ロータ３３が回転軸１２と一体的に回転して発電する。
【００３４】
このとき、回転軸１２及びロータ３３の回転速度に応じた遠心力が、ブレーキ部材４１の遠心おもり５１やリンク機構４０の各レバー４５，４６等に作用し、ブレーキ部材４１を板バネ４２の付勢力に対向して径方向外側へと押す力が発生する。
【００３５】
しかしながら、回転軸１２の回転速度が所定値以下であるときには、遠心おもり５１等に作用する遠心力よりも板バネ４２の付勢力の方が大きく、ブレーキ部材４１は回転軸１２に対して比較的大きな力で押圧される。従って、ブレーキ部材４１のシュー５２と回転軸１２との間には大きな摩擦力が発生し、回転軸１２とロータ３３とは一体的に回転する。従って、回転軸１２の回転速度に応じた発電電圧が発生する。
【００３６】
これに対して、回転軸１２の回転速度が所定値よりも高くなると、遠心おもり５１等に作用する遠心力が板バネ４２の付勢力を上回る。この結果、図２（ｂ）に示すように、リンク機構４０の第一レバー４５及び第二レバー４６がそれぞれピン４７，４９を中心に回動して、ブレーキ部材４１が回転軸１２の径方向外側へ移動する。これにより、ブレーキ部材４１のシュー５２と回転軸１２との間の摩擦力が低減し、回転軸１２とロータ３３との間にすべり（相対回転）が発生する。つまり、ロータ３３の回転速度が回転軸１２の回転速度よりも低くなり、回転軸１２の高速回転に伴う過充電等の悪影響を回避できる。遠心おもり５１等に作用する遠心力は、回転軸１２の回転速度が高くなるほど大きくなるので、回転軸１２の回転速度が高いほどブレーキ部材４１の径方向外側への移動量は大きくなる。つまり、回転軸１２の回転速度が高くなるほどブレーキ部材４１のシュー５２と回転軸１２との間の摩擦力が低減し、ロータ３３と回転軸１２との回転速度の差は増大する。なお、図２（ｂ）では、ブレーキ部材４１と回転軸１２とが完全に離間した状態を示している。こうなると、ロータ３３の永久磁石３６とステータ１４との間の吸着力により、ロータ３３が減速制動される。ロータ３３の回転速度がある程度低減すると、再び、遠心おもり５１等に作用する遠心力よりも板バネ４２の付勢力の方が大きくなり、ブレーキ部材４１が回転軸１２の径方向内側に移動する。
【００３７】
このように本実施形態のＡＣＧ３０によれば、回転軸１２の回転速度が所定値よりも大きくなったときに、遠心クラッチ３１が回転軸１２とロータ３３との接続を解除して、両者を相対回転可能とするため、ロータ３３の回転速度が所定値を越えて大きくなることはなく、過充電やロータ温度の異常上昇などを確実に防止できる。なお、本明細書の特許請求の範囲中における語句、「ブレーキ部材が回転軸から離間する」とは、ブレーキ部材４１のシュー５２と回転軸１２とが完全に離れた状態のみを意味しているものではなく、ブレーキ部材４１のシュー５２と回転軸１２とが比較的小さな摩擦力で接触し、ロータ３３と回転軸１２との間に滑りが生じているような状態も含むものである。
【００３８】
ブレーキ部材４１に作用する遠心力は主に遠心おもり５１の質量により決定するため、ロータ３３と回転軸１２との間に相対回転が発生する回転速度は、遠心おもり５１の質量と板バネ４２の付勢力とのバランスを調節することで設定できる。つまり、遠心おもり５１の質量を大きくする、あるいは板バネ４２の付勢力を小さくすれば、より低い回転速度でロータ３３と回転軸１２との間に相対回転が発生し、逆に、遠心おもり５１の質量を小さくする、あるいは板バネ４２の付勢力を大きくすれば、より高い回転速度でロータ３３と回転軸１２との間に相対回転が発生する。遠心おもり５１の質量は、その材質を変更したり、その形状（軸方向長さや周方向長さなど）を変更することで設定できる。しかしながら、遠心おもり５１の形状は、レイアウト上の問題（リンク機構４０及び板バネ４２の設置スペースの確保）を考慮して設定される。遠心おもり５１の質量及び板バネ４２の付勢力は通常、ロータ３３の回転速度が許容最高回転速度を超えることがないように設定される。
【００３９】
本実施形態のＡＣＧ３０では、機械的に作動する遠心クラッチ３１を用いているため、電気回路などを設置する必要がなく、構造をシンプルにできる。また、ロータ３３及び遠心クラッチ３１以外の構成要素については既存のＡＣＧと同様であるので、交換を容易に行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態のＡＣＧ３０は、回転軸１２の回転を停止するものではないので、回転軸１２に接続された付随装置の駆動を妨げることなく、ロータ１３の過回転のみを防止できる。
【００４１】
さて、以上のような効果を有する本実施形態のＡＣＧ３０であるが、ブレーキ部材４１をリンク機構４０を介してロータ３３に接続していることにより、更に別の効果を発揮することができる。以下、この点について説明する。
【００４２】
まず、ブレーキ部材４１を、リンク機構４０を用いずに一本のアーム等を介してロータ３３（ベース４３）に接続したとする。この場合、ロータ３３と回転軸１２との間のスペースが小さいため、図３（ａ）に模擬的に示すように、ブレーキ部材４１の回動中心Ｃ（アームＡの回動中心）をブレーキ部材４１に比較的近接した位置に設けざるを得ない。このため、ブレーキ部材４１が回転軸１２に対して傾斜した状態で接触・離間することになり、ブレーキ部材４１のシュー５２が回転軸１２に対して偏って当接してしまう。結果として、シュー５２の偏摩耗やブレーキ部材４１の振動・鳴きなどが発生する可能性がある。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、ブレーキ部材４１を、リンク機構４０を介してロータ３３（ベース４３）に接続しているため、図３（ｂ）に模擬的に示すように、ブレーキ部材４１の回動中心をブレーキ部材４１から大きく離れた位置に設定できる。つまり、ロータ３３と回転軸１２との間のスペースが小さいため、実際の支点（ピン等）をブレーキ部材４１から大きく離れた位置に設けることはできないのだが、リンク機構４０を設けることによって、ブレーキ部材４１の仮想的な支点をロータ３３の内面よりも径方向外方に設定できるのである。従って、ブレーキ部材４１の回転軸１２に対する移動が平行移動に近づき、シュー５２と回転軸１２とがほぼ均等に接触・離間できる。従って、シュー５２と回転軸１２との局部的な接触を回避でき、シュー５２の偏摩耗やブレーキ部材４１の振動・鳴きなどを防止できる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、様々な変形例が考えられるものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、回転軸の高速回転時の過充電等を防止できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る永久磁石式発電機の側面断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の永久磁石式発電機のロータ及び遠心クラッチの正面図であり、ロータと回転軸とが一体的に接続された状態を示している。
（ｂ）は、図１の永久磁石式発電機のロータ及び遠心クラッチの正面図であり、ロータと回転軸との接続が解除された状態を示している。
【図３】（ａ）は、ブレーキ部材とその回動中心を模擬的に示した図であり、ブレーキ部材と回動中心とが比較的近接している場合を示している。
（ｂ）は、ブレーキ部材とその回動中心を模擬的に示した図であり、ブレーキ部材と回動中心とが比較的離れている場合を示している。
【図４】従来の永久磁石式発電機の側面断面図である。
【符号の説明】
１２  回転軸
３１  遠心クラッチ
３３  ロータ
３６  永久磁石
４０  リンク機構
４１  ブレーキ部材
４２  付勢手段（板バネ）
４５  第一レバー
４６  第二レバー
【図１】
2005045854.tif 000003
【図２】
2005045854.tif 000004
【図３】
2005045854.tif 000005
【図４】
2005045854.tif 000006