(57)【要約】【課題】電機子反作用により固定子の電機子鉄心から回転子ヨークの周壁部に透過する磁束の量を少なくして、回転子ヨークで生じる渦電流損を少なくし、回転子の温度上昇を抑制したアウタロータ形磁石発電機を提供する。【解決手段】回転子ヨーク１１の周壁部１１ａの内周に、複数の凸部１１ｐと凹部１１ｒとを周方向に交互に並べて形成して、各凸部１１ｐの固定子１６側の面を磁石取り付け面ｍsとし、各凸部の磁石取付面ｍsに永久磁石１２を貼り付けた。【選択図】    図１
2007295768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ状の回転子ヨークと該回転子ヨークの周壁部の周方向に間隔をあけて配置されて該周壁部の内周面に貼り付けられた複数の永久磁石とを有するアウタロータ形の磁石回転子と、環状の継鉄部から放射方向に突出した複数の突極部を有する電機子鉄心と該電機子鉄心の突極部に巻回された電機子コイルとを有して、前記磁石回転子の内側で前記電機子鉄心の突極部の先端の磁極面が前記磁石回転子の磁極に対向させられる固定子とを備えたアウタロータ形磁石発電機において、
前記回転子ヨークの周壁部の内周に、複数の凸部と凹部とが周方向に交互に並べて形成され、
前記永久磁石は、前記凸部の固定子側の面に貼り付けられていること、
を特徴とするアウタロータ形磁石発電機。
【請求項２】
カップ状の回転子ヨークと該回転子ヨークの周壁部の周方向に間隔をあけて配置されて該周壁部の内周面に貼り付けられた複数の永久磁石とを有するアウタロータ形の磁石回転子と、環状の継鉄部から放射方向に突出した複数の突極部を有する電機子鉄心と該電機子鉄心の突極部に巻回された電機子コイルとを有して、前記磁石回転子の内側で前記電機子鉄心の突極部の先端の磁極面が前記磁石回転子の磁極に対向させられる固定子とを備えたアウタロータ形磁石発電機において、
前記回転子ヨークの周壁部の内周に、前記永久磁石と同数の凸部と凹部とが周方向に交互に並べて形成され、
各凸部の固定子側の面に前記永久磁石が取りつけられていること、
を特徴とするアウタロータ形磁石発電機。
【請求項３】
前記永久磁石は、希土類磁石からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のアウタロータ形磁石発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アウタロータ形の磁石発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アウタロータ形の磁石発電機は、図５に示したように、鉄等の強磁性材料からなるカップ状の回転子ヨーク（フライホイール）１と該回転子ヨークの周壁部１ａの周方向に間隔をあけて配置されて、該周壁部１ａの内周面に貼り付けられた複数の永久磁石２とを有するアウタロータ形の磁石回転子３と、環状の継鉄部４ａから放射方向に突出した複数の突極部４ｂを有する電機子鉄心４と該電機子鉄心の突極部に巻回された電機子コイル５とを有する固定子６とを備えている。電機子鉄心４の各突極部４ｂの先端には、磁石回転子３の磁極に対向させられる磁極面４b1が形成されている。
【０００３】
磁石回転子３は、カップ状の回転子ヨーク１の底壁部の中央に設けられたボス部１ｂを、エンジン等の原動機の回転軸（図示せず。）に嵌合させて、ボス部１ｂを適宜の手段により該回転軸に固定することにより、原動機に取りつけられる。
【０００４】
また固定子６は、磁石回転子３の内側に配置されて、電機子鉄心４の継鉄部４ａが原動機のケース等に固定され、電機子鉄心４の突極部４ｂの先端の磁極面４b1が、磁石回転子３の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【０００５】
永久磁石２としては、フェライト磁石が用いられるが、最近では、発電機を大型にすることなく、大きな出力を得るために、起磁力が大きい希土類磁石が多く用いられるようになっている。この種の磁石発電機は、例えば特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開２００３−９４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示されているように、従来の磁石発電機においては、回転子ヨーク１の磁石取付面（周壁部１ａの内周面）ｍs′が一様な曲面（円筒面）を有するように形成されていた。そのため、磁石取付面ｍs′と電機子鉄心の磁極面４b1との間のクリアランスＣ′が小さくなるのを避けられなかった。磁石取付面ｍsと電機子鉄心の磁極面４b1との間のクリアランスが小さいと、電機子反作用により電機子鉄心４の磁極面４b1から空隙を通して回転子ヨーク１の周壁部１ａに透過する磁束φ′が多くなるため、透過磁束φ′により回転子ヨークの周壁部で生じる渦電流損が大きくなり、発電効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また上記渦電流損により回転子ヨークの温度が上昇するため、磁石の温度特性上その磁束密度が低下し、磁束密度が高い状態で磁石を使用することができないという問題があった。そのため、発電機の出力を高めるためには、大きい磁石を用いることが必要になり、発電機のコストが高くなるのを避けられなかった。
【０００８】
更に、発電機の出力を高めるために大形の磁石を用いた場合には、磁石の表面積が大きくなって、高温減磁が生じやすくなるため、磁石の性能をフルに活用することができず、磁石を大形にした分だけ発電機の出力の向上を図ることができないという問題もあった。
【０００９】
また回転子の温度が上昇すると、その内側に配置されている固定子の電機子コイルの温度も上昇するため、電機子電流が制限されて、発電出力が制限されるという問題があった。更に電機子コイルの温度が上昇すると、コイル導体の抵抗値が増大するため、電機子コイルで生じる銅損が多くなり、発電効率が低下するという問題も生じる。
【００１０】
以上説明した各問題点は、特に、フェライト磁石に比べて厚み寸法が大幅に小さい希土類磁石を用いる場合に顕著である。
【００１１】
本発明の目的は、電機子反作用により固定子側から回転子側に生じる透過磁束により回転子ヨークで渦電流損が生じるのを抑制して発電効率の向上を図るとともに、回転子の温度上昇を抑えて、回転子の温度上昇により生じる諸問題を解消することができるようにしたアウタロータ形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、カップ状の回転子ヨークと該回転子ヨークの周壁部の周方向に間隔をあけて配置されて該周壁部の内周面に貼り付けられた複数の永久磁石とを有するアウタロータ形の磁石回転子と、環状の継鉄部から放射方向に突出した複数の突極部を有する電機子鉄心と該電機子鉄心の突極部に巻回された電機子コイルとを有して、磁石回転子の内側で電機子鉄心の突極部の先端の磁極面が磁石回転子の磁極に対向させられる固定子とを備えたアウタロータ形磁石発電機を対象とする。
【００１３】
本発明においては、回転子ヨークの周壁部の内周に、複数の凸部と凹部とが周方向に交互に並べて形成され、各永久磁石は、凸部の固定子側の面に貼り付けられている。
【００１４】
上記のように、回転子ヨークの周壁部の内周に、複数の凸部と凹部とを周方向に交互に並べて形成して、各永久磁石を凸部の固定子側の面に貼り付けるようにすると、隣り合う永久磁石相互間で電機子鉄心の磁極面と回転子ヨークとの間に形成されるクリアランスが大きい部分を形成することができるため、電機子反作用により電機子鉄心から空隙を通して回転子ヨークの周壁部に透過する磁束のトータル量を少なくして、回転子ヨークの周壁部で生じる渦電流損を少なくすることができる。
【００１５】
また回転子で生じる渦電流損を少なくすることができることにより、回転子の温度上昇を抑制することができるため、永久磁石を高い磁束密度の状態で使用することができ、同じ発電出力を得るのであれば、従来よりも小形の永久磁石を用いてコストの低減を図ることができる。また磁石の小形化を図ることにより、その表面積を小さくして高温減磁が生じ難くすることができるため、磁石の性能をフルに活かすことができる。
【００１６】
更に回転子の温度を低くすることができることにより、回転子の内側に配置された電機子コイルの温度上昇を抑制することができるため、電機子コイルの温度上昇により電機子電流が制限されるのを防ぐことができる。また電機子コイルの温度上昇によりコイル導体の抵抗値が増大して電機子コイルで生じる銅損が増加するのを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、回転子ヨークの周壁部の内周に、永久磁石と同数の凸部と凹部とが周方向に交互に並べて形成され、各凸部の固定子側の面に永久磁石が取りつけられる。
【００１８】
このように構成すると、すべての永久磁石相互間に凹部が存在するため、すべての永久磁石相互間で電機子反作用により電機子鉄心から空隙を通して回転子ヨークの周壁部に透過する磁束の量を減少させて、渦電流損を低減する効果を高めることができる。
【００１９】
本発明は、永久磁石として、厚みが薄い希土類磁石を用いる場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、回転子ヨークの周壁部の内周に、複数の凸部と凹部とを周方向に交互に並べて形成して、永久磁石を凸部の固定子側の面に貼り付けるようにしたので、回転子ヨークの内周に形成された凹部により、隣り合う永久磁石相互間で電機子鉄心の磁極面と回転子ヨークとの間のクリアランスを大きくすることができる。従って、電機子反作用により電機子鉄心から空隙を通して回転子ヨークの周壁部に透過する磁束の量を少なくして、回転子ヨークの周壁部で生じる渦電流損を少なくすることができ、発電機の損失の低減を図って、発電効率を高めることができる。
【００２１】
また本発明によれば、渦電流損による回転子の温度上昇を抑制することができるため、永久磁石を高い磁束密度の状態で使用することができ、同じ発電出力を得るのであれば、従来よりも小形の永久磁石を用いてコストの低減を図ることができる。
【００２２】
更に本発明によれば、磁石の小形化を図ることにより、その表面積を小さくすることができるため、高温減磁を生じ難くすることができ、磁石の性能をフルに活用することができる。
【００２３】
また回転子の温度を低くすることができることにより、回転子の内側に配置された電機子コイルの温度上昇を抑制することができるため、損失が少なくなること、磁石を高い磁束密度の状態で使用できること及び磁石の高温減磁を抑制して磁石の性能をフルに活用できることと相俟って、発電機を従来より小形に構成して、しかも従来と同等以上の発電出力を得ることができ、発電機の経済設計（所望の性能を有する発電機を安価に製造することを可能にする設計）を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１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は、本発明の一実施形態を示したもので、同図において、１１は鉄等の強磁性材料によりカップ状に形成された回転子ヨーク（フライホイール）、１２，１２，…は、回転子ヨーク１１の周壁部１１ａの周方向に間隔をあけて配置されて、周壁部１１ａの内周面に貼り付けられた複数（図示の例では１２個）の永久磁石である。
【００２５】
本発明においては、回転子ヨーク１１の周壁部１１ａの内周に、希土類磁石からなる永久磁石１２と同数の凸部１１pと凹部１１rとが周方向に交互に並べて形成されている。そして各凸部１１ｐの固定子側の面が、貼り付けれる永久磁石１２と同じ円弧長（回転子の周方向に測った長さ）を有する磁石取り付け面ｍsとされ、各凸部１１ｐの磁石取付面ｍsに永久磁石１２が、接着剤により貼り付けられている。各永久磁石１２は、凸部１１ｐからはみ出すことがないように設けられ、隣り合う永久磁石１２，１２相互間に、凹部１１ｒが開口している。回転子ヨーク１１と、永久磁石１２，１２，…とによりアウタロータ形の磁石回転子１３が構成されている。
【００２６】
１４は、鋼板の積層体からなる電機子鉄心で、この電機子鉄心は、環状の継鉄部１４ａと、継鉄部１４ａの外周部から放射方向に突出した複数（図示の例では１８個）の突極部１４ｂとからなり、電機子鉄心１４の各突極部１４ｂには、電機子コイル１５が巻回されている。電機子鉄心１４と電機子コイル１５とにより固定子１６が構成されている。電機子鉄心１４の各突極部１４ｂの先端には、磁石回転子１３の磁極に空隙を介して対向させられる磁極面１４b1が形成されている。
【００２７】
磁石回転子１３は、カップ状の回転子ヨーク１１の底壁部の中央に設けられたボス部１１ｂを、エンジン等の原動機の回転軸（図示せず。）に嵌合させて、ボス部１１ｂを適宜の手段により該回転軸に固定することにより、原動機に取りつけられる。
【００２８】
固定子１６は、磁石回転子１３の内側に、該磁石回転子と中心軸線を共有した状態で配置されて、電機子鉄心４の継鉄部４ａが原動機のケース等に固定され、電機子鉄心１４の各突極部１４ｂの先端の磁極面１４b1が、磁石回転子３の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【００２９】
上記のように、回転子ヨーク１１の周壁部の内周に、複数の凸部１１ｐと凹部１１ｒとが周方向に交互に並べて形成されて、各凸部１１ｐの固定子側の面に永久磁石が貼り付けられているため、隣り合う永久磁石１２，１２相互間には、回転子ヨークの内周に形成された凹部１１ｒが存在する。そのため、隣り合う永久磁石相互間で電機子鉄心の磁極面と回転子ヨークとの間に形成されるクリアランスＣを大きくすることができ、これにより、電機子反作用により電機子鉄心１４から空隙を通して回転子ヨーク１１の周壁部１１ａに透過する磁束φの量を少なくして、回転子ヨーク１１の周壁部１１ａで生じる渦電流損を少なくすることができ、発電機の損失を少なくすることができる。
【００３０】
また回転子１３で生じる渦電流損を少なくすることができるため、回転子の温度上昇を抑制して、永久磁石を高い磁束密度の状態で使用することができる。従って、同じ発電出力を得るのであれば、従来よりも小形の永久磁石を用いてコストの低減を図ることができる。
【００３１】
更に磁石の小形化を図ることにより、その表面積を小さくして高温減磁が生じ難くすることができるため、磁石を高い磁束密度の状態で使用できることと相俟って、磁石の性能をフルに活かすことができる。
【００３２】
更に回転子１３の温度を低くすることができることにより、回転子の内側に配置された電機子コイル１５の温度上昇を抑制することができるため、電機子コイルの温度上昇により電機子電流が制限されるのを防ぐことができる。また電機子コイル１５の温度上昇によりコイル導体の抵抗値が増大して電機子コイルで生じる銅損が増加するのを防ぐことができ、このことによっても発電機の損失の低減を図ることができる。
【００３３】
上記の実施形態では、回転子ヨークの内周に設ける凹部１１ｒ及び凸部１１ｐの数を永久磁石の数に等しくして、各凸部１１ｐに１つの永久磁石を取りつけるようにしたが、本発明はこのように構成する場合に限定されない。例えば図２に示したように、凸部１１ｐの極弧角を凹部１１ｒの極弧角よりも大きくして、各凸部１１ｐに２つの永久磁石１２を取りつけるようにしてもよい。
【００３４】
また一部の凸部の極弧角のみを他の凸部の極弧角よりも大きくして、極弧角が大きい凸ぶに複数の永久磁石を取りつける構成としてもよい。例えば、図３に示すように、１つの凸部１１ｐ′の極弧角を他の凸部１１ｐの極弧角よりも大きくして、極弧角を大きくした凸部１１ｐ′に２つの永久磁石１２を取り付け、他の凸部には永久磁石を１つだけ取りつけるようにしてもよい。
【００３５】
図２または図３に示すように構成した場合でも、図５に示すように、回転子ヨーク１の周壁部の内周面全体が均一な内径を有するように構成される場合に比べて、電機子反作用により電機子鉄心１４から空隙を通して回転子ヨーク１１の周壁部１１ａに透過する磁束のトータル量を少なくすることができるため、回転子ヨーク１１の周壁部１１ａで生じる渦電流損を少なくして発電機の損失を少なくすることができる。
【００３６】
また上記の各実施形態では、回転子ヨークの周壁部の内周に形成されたすべての凸部に永久磁石１２が取りつけられているが、発電機の出力が過大になるのを防ぐために発電機の出力を制限したり、発電機の出力電圧波形の一部を歪ませて、発電機の出力電圧波形から、回転子の特定の回転角度位置を検出したりするために、本来であれば等角度間隔で配置されるべき複数の永久磁石の一部を省略する場合にも本発明を適用することができる。例えば、図４に示すように、一部の凸部１１p″の固定子側の面に永久磁石を取りつけないようにすることもできる。
【００３７】
図４に示した例では、永久磁石が取りつけられない凸部１１p″と固定子の磁極部との間のギャップを永久磁石１２の磁極面と固定子の磁極部との間のギャップに等しくするように、凸部１１p″の突出長を設定しているが、凸部１１p″の突出長を他の凸部１pの突出長に等しくするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を示した正面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示した正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示した正面図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態を示した正面図である。
【図５】従来のアウタロータ形磁石発電機の構成を示した正面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  回転子ヨーク
１１ａ  回転子ヨークの周壁部
１１ｂ  回転子ヨークのボス部
１１ｐ，１１ｐ′，１１ｐ″  凸部
１１ｒ  凹部
ｍｓ  磁石取付面
１２  永久磁石
１３  磁石回転子
１４  電機子鉄心
１４ａ  継鉄部
１４ｂ  突極部
１４b1  磁極面
１５  電機子コイル
１６  固定子
【図１】
2007295768.tif 000003
【図２】
2007295768.tif 000004
【図３】
2007295768.tif 000005
【図４】
2007295768.tif 000006
【図５】
2007295768.tif 000007