(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された回転軸と該回転軸上に配置された永久磁石部材を有するロータ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固定されたステータコアの櫛部間のスロットに巻線が巻き上げられたステータ，及び前記ロータの前記回転軸を回転駆動するエンジンからの駆動力が伝達される入力軸を有する永久磁石式発電機において，
前記入力軸を構成する回転本体と前記回転軸との間には遊星歯車機構から成る増速装置が組み込まれており，
前記遊星歯車機構は，前記回転本体に設けた内歯車，前記回転軸に設けた外歯車，及び前記内歯車と前記外歯車に噛み合う中間歯車を有し，
前記回転本体には前記内歯車に隣接してオイル室，前記オイル室と連通し且つ前記内歯車と前記中間歯車を回転自在に支持する支持軸とに形成されたオイル通路及び前記オイル通路と連通し且つ前記支持軸と前記ハウジングとの間に形成されたオイル溜まりが設けられ，前記オイル室のオイルは前記オイル通路を通じて前記内歯車と前記中間歯車に供給され，前記中間歯車，前記内歯車及び前記外歯車を潤滑し，
前記回転本体の外側には，プーリと，該プーリに隣接した場所に回転運動による冷却用のフィンとが設けられていることを特徴とする増速装置を持つ永久磁石式発電機。
【請求項２】
前記入力軸を構成する前記回転本体は，前記エンジンの出力軸にベルトによって作動連結される前記プーリを備え，前記プーリのプーリ溝が前記ロータに近接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の増速機構を持つ永久磁石式発電機。
【請求項３】
前記中間歯車を回転可能に支持した前記支持軸は，前記ハウジングに固定された支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の増速機構を持つ永久磁石式発電機。
【請求項４】
前記オイル溜まりのオイルは前記オイル溜まりから前記支持軸に形成された前記オイル通路を通じて前記中間歯車と前記支持軸との間に供給され，前記中間歯車の潤滑を行なうと共に前記ロータ領域の温度を制御する油冷機構に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の増速機構を持つ永久磁石式発電機。
【請求項５】
前記オイル室の外周の前記回転本体の内周面には，前記オイル通路を構成するオイル溝とオイル細孔が形成され，前記オイル室の前記オイルが前記内歯車を周回することができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の増速機構を持つ永久磁石式発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸に取り付けられた永久磁石板材から成るロータと該ロータの外周に配置されたステータとから成る永久磁石式発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，永久磁石の性能が向上するに従って永久磁石を発電・電動機の回転子即ちロータとして使用される機会が増加してきた。また，永久磁石をロータとした発電・電動機は，高い発電効率又は電動効率が得られることと，簡単な構造で構成できるということから，最近，工業用機器に多く使用されるようになった。そこで，発電・電動機についてコンパクト化したり，高性能化，高出力化する技術の開発が盛んになり，それに伴って構成部品の多様化が必要となっている。
【０００３】
従来，増速装置を備えた高速発電機として，特開２０００−３３３４０６号公報に開示されたものが知られている。該増速装置を備えた高速発電機は，大径プレーンプーリと歯付ベルト及び小径歯付プーリとでトルク変動を容易に吸収でき，エンジン回転を増速させて発電機の回転軸に伝達できるものである。上記発電機は，ロータの外周に配置されたステータ及びエンジンの回転を増速して回転軸に伝達する増速装置を有する。増速装置は，入力軸に固定された大径プレーンプーリ，回転軸に固定された小径歯付プーリ，大径プレーンプーリの両側に配置された一対のテンションプーリ，及びこれらに掛けられた歯付ベルトから構成されている。歯付ベルトは，プレーン面が大径プレーンプーリに摩擦接触し，歯付面が小径歯付プーリとテンションプーリに噛み合っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石式発電・電動機の特性は，出力電圧の式が示すように，入力軸の回転数が低回転の場合には速度が不足し，入力軸の回転数が高回転では磁束密度が大き過ぎる等の欠点がある。出力電圧Ｖの式は，次のとおりである。
Ｖ＝３1 / 2 ×４．４４×ｆ×φ×ｗ1 ×ｋｗ1           （１）
但し，ｆ：周波数，φ：磁束密度，ｗ1 ：巻線の巻き数，ｋｗ1 ：巻線係数。  上記式から明らかなように，変化するパラメータは，周波数，言い換えれば，ロータの回転数だけであり，その他は固定値である。発電機を自動車に使う場合に，自動車のアイドリング回転時の出力は，回転数が低く不足することになる。アイドリング回転時に，発電機の出力を増大させるためには，発電機の回転を増すか，巻線の巻き数を増すかのいずれかである。
【０００５】
一方，自動車用の発電機の駆動は，Ｖベルトに行なわれているのが一般的であるが，Ｖベルトには，プーリとの間に常に滑りが発生する現象がある。
Ｖベルトの駆動力Ｋについては，次の経験式が存在する。
Ｋ＝１２８９０×ｋｗ／（Ｄ2 ×Ｎ×α×Ｂ×１０- 7 ）        （２）
但し，Ｄ：Ｖベルト径，Ｎ：回転数，α：Ｖベルトのかかり角度，Ｂ：Ｖベルトの数，ｋｗ：キロワット。
ここで，Ｋの値を，１４〜１６以上に設定すると，Ｖベルトの耐久性が十分であり，安全性が保証されると云われている。
【０００６】
例えば，自動車エンジンのアイドリングでの出力を，現状，１ｋｗであるものを，３．５ｋｗに増大したいとすると，上記（２）式で検討すると，通常のプーリ比では３．５ｋｗの出力を出す１とができない。即ち，上記（２）式で１ｋｗの出力をプーリ径８０ｍｍとして代入して計算すると，Ｋの値は，８．３３位になる。
１２８０×１／（８０2 ×１０００×１２０×２×１０- 7 ）＝８．３３
この状態で，３．５ｋｗの出力を得るためには，プーリ径が８０ｍｍでは対応できないので，例えば，プーリ径を１２０ｍｍとして計算すると，
１２８０×３．５／（１２０2 ×８００×１２０×２×１０- 7 ）＝１６．２である。
即ち，Ｖベルトの径が大きくなると，回転速度が小さくなるので，Ｖベルトの強度，滑り等の問題が解消するが，回転数は８００ｒｐｍになり，出力を得ることができない。
従って，Ｖベルトの伝達経路の後段のプーリ内に増速装置を必要とすることになる。例えば，歯車列を歯車列機構を用いて２倍に増速すると，ロータの回転数が１６００ｒｐｍになり，３．５ｋｗの出力を得ることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，入力軸とロータの回転軸との間にシンプルな一種の歯車列機構から成る増速装置を設け，エンジンのアイドリング回転のような低速回転時にも，発電させる十分な回転数にまで回転軸の回転を増速し，しかも中間歯車機能への潤滑をシンプルな構造で構成でき，焼き付き等を防止することができる増速装置を持つ永久磁石式発電機を提供することである。
【０００８】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸と該回転軸上に配置された永久磁石部材を有するロータ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固定されたステータコアの櫛部間のスロットに巻線が巻き上げられたステータ，及び前記ロータの前記回転軸を回転駆動するエンジンからの駆動力が伝達される入力軸を有する永久磁石式発電機において，前記入力軸を構成する回転本体と前記回転軸との間には遊星歯車機構から成る増速装置が組み込まれており，前記遊星歯車機構は，前記回転本体に設けた内歯車，前記回転軸に設けた外歯車，及び前記内歯車と前記外歯車に噛み合う中間歯車を有し，前記回転本体には前記内歯車に隣接してオイル室，前記オイル室と連通し且つ前記内歯車と前記中間歯車を回転自在に支持する支持軸とに形成されたオイル通路及び前記オイル通路と連通し且つ前記支持軸と前記ハウジングとの間に形成されたオイル溜まりが設けられ，前記オイル室のオイルは前記オイル通路を通じて前記内歯車と前記中間歯車に供給され，前記中間歯車，前記内歯車及び前記外歯車を潤滑し，前記回転本体の外側には，プーリと，該プーリに隣接した場所に回転運動による冷却用のフィンとが設けられていることを特徴とする増速装置を持つ永久磁石式発電機に関する。
【０００９】
また，前記入力軸を構成する前記回転本体は，前記エンジンの出力軸にベルトによって作動連結される前記プーリを備え，前記プーリのプーリ溝が前記ロータに近接して設けられている。
【００１０】
前記中間歯車を回転可能に支持した前記支持軸は，前記ハウジングに固定された支持部材に取り付けられている。
【００１１】
この永久磁石式発電機において，前記オイル溜まりのオイルは前記オイル溜まりから前記支持軸に形成された前記オイル通路を通じて前記中間歯車と前記支持軸との間に供給され，前記中間歯車の潤滑を行なうと共に前記ロータ領域の温度を制御する油冷機構に構成されている。
【００１２】
この永久磁石式発電機は，前記オイル室の外周の前記回転本体の内周面には，前記オイル通路を構成するオイル溝とオイル細孔が形成され，前記オイル室の前記オイルが前記内歯車を周回することができる。
【００１３】
この増速装置を持つ永久磁石式発電機は，上記のように，入力軸とロータの回転軸との間に入力軸の回転数を増速させて前記回転軸へ伝達する歯車列機構から成る増速装置が組み込まれているので，自動車のアイドリング時のような低速回転でも，発電に十分な回転数を前記回転軸に伝達でき，所望な発電電力を得ることができる。また，増速装置は，入力軸の内周面に設けた内歯車，前記回転軸の外周面に設けた外歯車及び前記内歯車と前記外歯車とに噛み合う中間歯車から構成されているので，歯車列機構が発電機の側面の入力軸のくり抜かれた凹部に収容され，歯車列機構そのものを小型に構成でき，シンプルに簡素に構成できる。また，歯車列機構を潤滑するオイルは入力軸そのものにフィン等を設けておけば，十分に冷却できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による増速装置を持つ永久磁石式発電機の一実施例を説明する。この発明による増速装置を持つ永久磁石式発電機は，例えば，特装車等の車両に必要とする所望の電圧を供給したり，回転軸２をコージェネレーションシステムのエンジンに適用して発電させたり，発電された電力を車両に搭載したディーゼルパティキュレートフィルタ装置のヒータで消費したり，発電・電動機とエンジンを併設したハイブリット自動車のエンジンに回転軸２を連結することによってエンジンの回転力で電動又は発電したり，又は工作機械等の機械装置にコントローラの指令で作動させる小型の電動機として適用できる。
【００１５】
この実施例の増速装置を持つ永久磁石式発電機は，図１〜図４に示すように，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収容すると共に磁力通路を構成するハウジング１，ハウジング１に一対の軸受２３を介して回転可能にそれぞれ支持されている回転軸２，回転軸２に固定されている永久磁石部材５から成るロータ３，ロータ３の外周から隔置してハウジング１に固定されているステータ４，及びロータ３の回転軸２を回転駆動するエンジンからの駆動力が伝達される入力軸７を有する。ハウジング１は，図１では，両側の一対の本体部とそれらの本体部を連結する固定ボルト３５から構成されている。
【００１６】
この永久磁石式発電機は，特に，入力軸７とロータ３の回転軸２との間に，入力軸７の回転数を増速させて回転軸２へ伝達する歯車列機構９から成る増速装置１０が組み込まれていることを特徴とする。増速装置１０を構成する歯車列機構９は，主として，入力軸７を構成する回転本体８の内周面に設けられた内歯車１１，ロータ３の回転軸２の外周面に設けられた外歯車１２，及び内歯車１１と外歯車１２とに噛み合い且つハウジング１にボルト４７で固定された支持部材２０に圧入された支持軸１７にメタル（図示せず）等を介して回転自在に設けられた中間歯車１３から構成されている。
【００１７】
この永久磁石式発電機では，増速装置１０を構成する歯車列機構９は，一種の遊星歯車機構の１つの伝達機構であり，遊星歯車即ち中間歯車１３を回転自在に支持するキャリヤ即ち支持軸１７の公転が阻止された状態と同等の構成を有している。内歯車１１は，回転本体８の内周面に形成された嵌合穴に圧入して回転本体８に固定されている。外歯車１２は，回転軸２に圧入してキー３７で回転軸２に固定されている。支持軸１７は，ハウジング１に固定された支持部材２０に形成された嵌合孔に圧入によって取り付けられている。中間歯車１３は，支持軸１７にメタル等（図示せず）を介して遊嵌して回転自在に嵌合されている。中間歯車１３を回転可能に支持した支持軸１７は，硫化モリブデン等の固体潤滑剤がコーティングされるか又は含浸された金属から作製されているので，歯車列の潤滑部の面圧を小さくすることができ，歯車列，即ち，内歯車１１，外歯車１２及び中間歯車１３の歯面の摩擦力を軽減し，オイル温度を低下でき，歯車列の歯車の耐久性を向上させることができる。
【００１８】
入力軸７を構成する回転本体８は，エンジンの出力軸にベルトによって作動連結されるプーリ１８を構成している。回転本体８には，外周面にプーリ１８を構成するプーリ溝１９が形成されている。回転本体８は，一端がロータ３の回転軸２に軸受２１（第１軸受）を介して回転可能に支持され，また，他端がハウジング１に固定された支持部材２０に軸受２２（第２軸受）を介して回転可能に支持されている。また，回転軸２は，端部に形成された雄ねじ４０にワッシャ３９を介在してナット３８が螺入され，増速装置１０を設けるため回転本体８を回転軸２に回転自在に取り付けるための軸受２１及び外歯車１２が回転軸２に固定されている。回転本体８の端面には蓋部材４１がワッシャを介してボルト４２によって固定されている。蓋部材４１と軸受２１との間には，軸受２１を回転本体８の端部の係止部４８に押し付けるスペーサ４３が介在されている。蓋部材４１と回転本体８との間にはＯリング４４がシールのため介在されている。更に，入力軸７には，回転本体８の外周面に冷却用のフィン３２が設けられているので，高速時に，入力軸７内に収容された歯車列を潤滑するオイルの温度の上昇を抑制し，スムースな作動を達成できる。
【００１９】
支持部材２０とハウジング１との対向面間には，オイル溜まり２４及びオイル溝３４が形成されている。また，支持軸１７には，長手方向に貫通し且つ軸方向に延びる細孔によって形成されたオイル通路２６が形成されている。従って，オイル溜まり２４のオイルは，オイル溜まり２４及びオイル溝３４から支持軸１７のオイル通路２６を通じて中間歯車１３と支持軸１７との間に供給され，中間歯車１７及びメタル等の潤滑を行なうように構成されている。
【００２０】
また，入力軸７の回転本体８には，内歯車１１に隣接して長手方向に円筒状にくり抜かれた凹部によってオイル室２５が形成されている。即ち，オイル室２５は，軸受２１を支持する回転本体８の内側リング部４９とプーリ溝１９を形成する回転本体８の外側リング部５０との間に形成されている。オイル室２５の外周の回転本体８の内周面には，内歯車１１に形成されたオイル溝２７及びオイル細孔２８が形成され，オイル室２５のオイルが内歯車１１を周回するように構成されている。従って，オイル室２５のオイルは，遠心力で圧縮された状態であり，そのオイルが内歯車１１に形成されたオイル溝２７とオイル細孔２８のオイル通路を通じて内歯車１１と中間歯車１３とに供給され，中間歯車１３，内歯車１１及び外歯車１２が潤滑されることになる。
【００２１】
ステータ４は，積層された薄板のステータコア１５のスロットに巻線が巻き付けられている。ステータ４は，図示していないが，内周部に櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部と，櫛部間の切欠き部であるスロットが形成され且つハウジング１に固定されたステータコア１５，ステータコア１５のスロットを通って櫛部に巻き上げられた巻線１４，及び巻線１４からハウジング１の開口５１を通じて引き出された三相引出しライン３３から構成されている。ステータ４のスロットに巻き上げられた巻線１４は，ステータ４のステータコア１５の櫛部に同位相で発電できるようにし，異なった及び／又は同数の巻数で巻き上げられて直列に接続できるように，複数個の巻線群は，例えば，３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ及び４Ｕ−４Ｖ−４Ｗに分け，巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗと巻線群２Ｕ−２Ｖ−２Ｗが結線され，巻線群４Ｕ−４Ｖ−４Ｗは別の出力として利用され，場合によっては，２群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ及び２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ，或いは３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗに分けることもできる。
【００２２】
ロータ３は，一端には回転軸２に設けられたねじ５７に押さえ板３６を介して固定ナット４５が螺入され，他端には回転軸２の段部４６に押さえ板３６を介在して押し付けられ，ロータ３が回転軸２の所定位置に固定されている。また，回転軸２には，回転軸２の端部に入力となるベルトプーリ１８が固定され，ベルトプーリ１８のプーリ溝１９にエンジンの出力軸に取り付けたベルトが掛けられている。ロータ３は，回転軸２の外周に配置された透磁部材６，透磁部材６の外周面に配置された永久磁石部材５，及び永久磁石部材５の外周面に固定されたＳＵＳ等の非磁性材から成る補強部材１６を備えている。回転軸２の端部の軸受２３は，押え板５４をハウジング１にねじ５５で固定することでハウジング１に固定されている。また，回転軸２の端部の雄ねじ５６には，回転軸２の端部にファン５２を固定するナット５３が螺入されている。また，透磁部材６には，ロータ３を冷却するため，冷却風が流れる複数個の通風孔３１が長手方向に貫通して設けられている。
【００２３】
永久磁石部材５は，図２に示すように，周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片３０と，隣接する永久磁石片３０間に介在された非磁性材２９とから構成され，全体の外形形状を，ほぼ円筒状の形状に形成されている。永久磁石片３０は，内周側に一方の磁極（Ｎ極又はＳ極）が位置し，外周側に他方の磁極（Ｓ極又はＮ極）が位置するように配置され，周方向において隣接する永久磁石片３０の磁極（Ｎ極とＳ極）は互いに相違するように配置されている。また，透磁部材６は，例えば，珪素鋼板の透磁材と非磁性材が周方向に交互に積層されて円筒状に形成されている。また，補強部材１６は，例えば，磁性を持たないカーボン繊維やセラミック繊維を樹脂材で固めて作製したり，ガラス材で被覆されたセラミックス及び／又は合金等の金属から成る補強線或いはアモルファス合金の補強筒状体から成り，補強線を永久磁石部材５の外周面に加熱状態で巻き上げることによって補強線がガラス材で互いに固着されている。
【００２４】
【発明の効果】
この増速装置を持つ永久磁石式発電機は，上記のように構成されているので，入力軸からロータの回転軸に伝達される回転は中間歯車を介して，例えば，２倍に増速され，自動車のアイドリング時の低回転数は２倍になって発電することができる回転数になり，十分な発電を行なうことができる。しかも，歯車列機構は，中間歯車を介在させてシンプルな構造であるので，装置自体をコンパクトに構成でき，車両等のスペース上，厳しい場所にも容易に搭載することができる。また，歯車列機構は，内歯車，中間歯車及び外歯車への潤滑が容易に行なうことができ，歯車列の焼き付き等の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による増速装置を持つ永久磁石式発電機の一実施例を示す断面図である。
【図２】  図１の永久磁石式発電機におけるロータを示す断面図である。
【図３】  図１の永久磁石式発電機における増速装置を示す断面図である。
【図４】  図１の永久磁石式発電機における増速装置を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ハウジング
２    回転軸
３    ロータ
４    ステータ
５    永久磁石部材
７    入力軸
８    回転本体
９    歯車列機構
１０  増速装置
１１  内歯車
１２  外歯車
１３  中間歯車
１４  巻線
１５  ステータコア
１７  支持軸
１８  プーリ
１９  プーリ溝
２０  支持部材
２４  オイル溜まり
２５  オイル室
２６  オイル通路
２７，３４  オイル溝
２８  オイル細孔
【図１】
0003734719.tif 000002
【図２】
0003734719.tif 000003
【図３】
0003734719.tif 000004
【図４】
0003734719.tif 000005