(57)【要約】【課題】この発明は、フライホイルの慣性モーメントの要求と、発電量の要求を満たしつつ重量バランスに優れた磁石式発電機の提供を目的とする。【解決手段】回転子１を構成するフライホイル内に少なくとも半径方向に２重に磁石４ａ、４ｂを取り付け、その磁石に対向するように少なくとも２重に固定子鉄心７ａ、７ｂを配置する。これによって、所望の慣性モーメントを得ながら発電量を増やし、無駄な空間のない重量バランスに優れた磁石式発電機を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石を回転軸を中心としてフライホイル上に環状に設置した回転子と、これら磁石に対向して設置する、コイルを巻回した複数の固定子鉄心からなる固定子を有する磁石式発電機において、前記磁石及び前記固定子鉄心がそれぞれ前記回転軸を中心として同心円周上に少なくとも二重に設置されていることを特徴とする磁石式発電機。
【請求項２】
前記磁石はフライホイルに二重に設けたフランジ部上に回転軸と平行に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石式発電機。
【請求項３】
前記磁石はフライホイルフランジ部の内周面及び外周面上に回転軸と平行に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石式発電機。
【請求項４】
前記磁石はフライホイル円盤上に回転軸方向と垂直に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石式発電機。
【請求項５】
同心円上に隣接して配置された固定鉄心のコイルは互いに接続され、電流引き出し線が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の磁石式発電機。
【請求項６】
回転子の径方向に隣接する固定子鉄心の少なくとも一個の大きさが他の固定子鉄心の大きさと異なることを特徴とする請求項１乃至５に記載の磁石式発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は磁石式発電機、特にエンジンにより駆動される磁石式発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石式発電機は回転子と固定子により構成される。回転子には複数個の磁石がＮＳ交互に配置されている。固定子は鉄心にコイル線が巻装されている。
回転子はエンジンのクランクシャフトに締結され、固定子は回転子に装着された磁石に固定子鉄心が対向するようにエンジン側に固定されている。回転子が回転することにより磁石と対向した固定子側コイルに電流が発生する。
一方、磁石式発電機の回転子は、エンジンの回転ムラを抑制する「はずみ車」としての機能も合わせ持つ。船舶用船外機エンジン等、外的負荷の変動の激しいエンジンにおいては、このはずみ車としての機能がスムーズで安定したエンジンの回転を維持するため重要となる。また、はずみ車としての機能はフライホイルの慣性モーメントが大きくなるほど高くなる。
近年、発電機を搭載する車輌等では使用電装品の増加により総消費電力が増加し、発電量の増加が求められる。
従来発電機の発電電流を増加させる方法としては、フライホイルと磁石のサイズ、それに対応する固定子鉄心サイズを大きくして磁束の変化を増大させていた。
また別な方法として特許文献１に示すように、クランクシャフトの先端にフライホイルを２個並べてそれぞれ対応する固定子を設置し、発生する電流を合計して出力する方法が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フライホイルの慣性モーメントは回転子の重量と回転軸の中心までの距離の２乗の積に比例する。従来のようにクランクシャフトを延長し、軸方向に二重にフライホイルを取り付ける場合やフランジを内外両側に取り付けるような場合は、発電量の要求は満たされ、且つ慣性モーメントも一応増加する。しかし、慣性モーメントを更に増大させたいという要求がある。これに応えるためにフライホイルの径を大きくすると無駄なスペースが発生するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、複数の磁石を回転軸を中心としてフライホイル上に環状に設置した回転子と、これらの磁石に対向して設置するコイルを巻回した複数の固定子鉄心から構成される磁石式発電機において、１個のフライホイルに少なくとも半径方向に２重に磁石を取り付け、その磁石に対向するように少なくとも２重にコイルを巻回した固定子鉄心を配設する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明を適用すると無駄なスペースを発生させることなく、慣性モーメントの要求と発電量の要求をバランス良く両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１による磁石式発電機の構造を示す。
この発電機の回転子１はフライホイルの外側フランジ部２と内側フランジ部３の内周面上に、所定の数の磁石４ａ、４ｂを周方向円状に配設したものである。エンジンブロック５側には、回転子１をクランクシャフト６に締結した時に回転子１の磁石４ａ、４ｂと正対する所定の数の固定子鉄心７ａ、７ｂが円状に取り付けてある。クランクシャフト６に締結された回転子１が回転することにより固定子鉄心７ａ、７ｂに巻回したコイル８ａ、８ｂに電流が発生する。コイル８ａに発生する電流は、回転軸を中心として周方向に隣接するコイルに発生する電流と合わせて電流引き出し線から出力される。コイル８ｂに発生する電流も同様である。
【０００８】
ここで、特許文献１では、軸方向に並べた２個のフライホイルにより２個の発電機が構成されていると考えて、その中の１個の発電機とこの実施の形態の発電機について、フライホイルが形成するスペース、回転子の慣性モーメント及び発電電力を比較する。この実施の形態のフライホイルは、半径が特許文献１のものの２倍であり、かつ、軸方向の寸法は同一であるものとする。
【０００９】
フライホイルが形成するスペースは、半径の二乗に比例するから、この実施の形態のフライホイルが形成するスペースは４倍となる。
発電機の発電電圧Ｅは、Ｅ＝Ｂｖｌで与えられる。Ｂは磁束密度、ｖは磁束がコイルを横切る速度、ｌはコイルの長さである。発電電力は発電電圧Ｅの二乗に比例する。
この実施の形態の外側フランジ部２の半径は特許文献１のものの２倍であるとすると、クランクシャフトの回転角速度が同じとすれば、磁石４ａの磁束がコイル８ａを横切る速度は特許文献１のものの２倍となる。また、半径が２倍となったことにより、磁石４ａ及びコイル８ａの個数を２倍（あるいは個数は同じでサイズを２倍）にできるから、磁束と鎖交するコイル長は２倍となる。従って、コイル８ａに発生する電圧は４倍に電力は１６倍になる。内側フランジ部３の半径が特許文献１のものと等しいとすれば、それに対応するコイル８ｂに発生する電圧及び電力は特許文献１のものと等しくなる。そうすると、この実施の形態のコイル８ａ，８ｂに発生する電力の合計は、特許文献１のものの１７倍となる。この実施の形態の回転子は、半径が特許文献１のものの２倍で質量は約４倍であるから、慣性モーメントは約１６倍となる。
【００１０】
以上により、この実施の形態の発電機は、特許文献１の軸方向に２個並べた２個の発電機のうち１個に比し、スペースは４倍、発電電力は１７倍、慣性モーメントは約１６倍となる。従って、この実施の形態の発電機は、特許文献１の軸方向に２個並べた２個の発電機全体に比し、スペースは２倍、発電電力は８．５倍、慣性モーメントは約８倍となる。つまり、スペースを２倍にすることにより、発電電力と慣性モーメントを約８倍にできるので、スペース効率は著しく改善した。
これにより発電量の要求と慣性モーメントの要求をバランス良く両立することができる。
【００１１】
また、特許文献1に示す従来技術では、重量のあるフライホイルの重心が軸先端方向に移動するため、回転軸への負担が増え、結果的にシャフトの剛性を上げて更に重量が増えるという問題があった。更にフライホイルを二重にすると、まずエンジン側の固定子を取り付けた後フライホイルを取り付け、その後外側のフライホイル、外側の固定子の順に取り付けるという具合に作業が複雑になり、その都度軸合わせの工程が別途必要になるという問題もあった。
本発明の適用により、クランクシャフト軸方向への軸の延長の必要が無く、クランクシャフトの直径の増加、エンジン全体の重量増、占有スペースを最低限に抑えて発生電流の増加を図ることが可能となる。
また、重量物がエンジンの直近に設置できるのでクランシャフト先端にかかる重力方向への負荷を軽減でき、エンジン全体の省スペ−ス化も図られる。
また、エンジン側に一度に全ての固定子を取り付けた後、フライホイルを取り付けて軸合わせをすれば良く、全ての工程を各１度で済ませることができ、組み立て工程を簡素化することもできる。
【００１２】
実施の形態２．
図２に本発明の実施の形態２による磁石式発電機の構造を示す。
この発電機の回転子１ａはフライホイルのフランジ部２ａ内周面上と外周面に、所定の数の磁石４ｃ、４ｄを周方向円状に配設したものである。エンジンブロック（図示しない）には、回転子１ａをクランクシャフト（図示しない）に締結した時に回転子１ａの磁石４ｃ、４ｄと正対する所定の数の固定子鉄心７ｃ、７ｄが円状に取り付けてある。クランクシャフトに締結された回転子１ａが回転することにより固定子鉄心７ｃ、７ｄに巻回したコイル８ｃ、８ｄに電流が発生する。コイル８ｃに発生する電流は、回転軸を中心として周方向に隣接するコイルに発生する電流と合わせて電流引き出し線から出力される。コイル８ｄに発生する電流も同様である。この実施の形態２による磁石式発電機は、実施の形態１と同様の効果の他、フライホイルの大きさを変えることなく発電量を増大できる利点がある。
【００１３】
実施の形態３．
図３に本発明の実施の形態３による磁石式発電機の構造を示す。
この発電機の回転子１ｂはフライホイルの円盤部９の内側に、所定の数の磁石４ｅ、４ｆを周方向円状に配設したものである。エンジンブロック（図示しない）には、回転子１ｂをクランクシャフト（図示しない）に締結した時に回転子１ｂの磁石４ｅ、４ｆと正対する所定の数の固定子鉄心７ｅ、７ｆが円状に取り付けてある。クランクシャフトに締結された回転子１ｂが回転することにより固定子鉄心７ｅ、７ｆに巻回したコイル８e、８ｆに電流が発生する。コイル８ｅに発生する電流は、回転軸を中心として周方向に隣接するコイルに発生する電流と合わせて電流引き出し線から出力される。コイル８ｆに発生する電流も同様である。これにより、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
【００１４】
実施の形態４．
図４に本発明の実施の形態４による磁石式発電機の構造を示す。
この発電機の回転子１ｃはフライホイルの外側フランジ部２ｂと内側フランジ部３ｂの内周面上に、所定の数の磁石４ｇ、４ｈを周方向円状に配設したものである。エンジンブロック側には、回転子１ｃをクランクシャフト（図示しない）に締結した時に回転子１ｃの磁石４ｇ、４ｈと正対する所定の数の大きさの異なる固定子鉄心７ｇ、７ｈが円状に取り付けてある。クランクシャフトに締結された回転子１ｃが回転することにより固定子鉄心７ｇ、７ｈに巻回したコイル８ｇ、８ｈに電流が発生する。コイル８ｇに発生する電流は、回転軸を中心として周方向に隣接するコイルに発生する電流と合わせて電流引き出し線から出力される。コイル８ｈに発生する電流も同様である。この実施の形態４による磁石式発電機は、実施の形態１と同様の効果の他、固定子鉄心7ｇと７ｈの大きさを変えることにより、所望の発電量を満たす磁石式発電機をフライホイルの大きさを変更することなく提供することができる。これによって、共通部品を使用する製品のバリエーションを増やすことができ、製造コストを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１における磁石式発電機の横断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２における磁石式発電機の横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３における磁石式発電機の横断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４における磁石式発電機の横断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  回転子、２，２ｂ  外側フランジ部、２ａ  フランジ部、
３，３ｂ  内側フランジ部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ  磁石、５  エンジンブロック、６  クランクシャフト、
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ  固定子鉄心、
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ  コイル、９  円盤部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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