JP2009201305A

JP2009201305A - 磁石発電機

Info

Publication number: JP2009201305A
Application number: JP2008042395A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shimoda; 幸弘下田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP5325429B2

Abstract

【課題】電機子コイルの温度上昇を確実に抑制することができる磁石発電機を提供する。
【解決手段】有底筒状のロータヨーク３０と、ロータヨークの内周壁３２ａに配設される永久磁石８と、永久磁石を位置決めするためのマグネットホルダ５１と、を有する回転子３を備えた磁石発電機１において、ロータヨークの底壁３１におけるマグネットホルダと干渉する位置に貫通孔３５が形成され、マグネットホルダにおける貫通孔に対応した位置に切欠部５６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石発電機に関するものである。

従来から、自動二輪車などのエンジンのクランクシャフトに磁石発電機の回転部を直結したものが知られている。この種の磁石発電機は、クランクシャフトに固定された回転子と、エンジンのケースなどに固定された固定子とを備えている。回転子は、有底筒状に形成されたロータヨークを有し、このロータヨークの内周面に永久磁石が設けられている。
一方、固定子には、複数の電機子コイルが巻装されたティースが永久磁石に対向するように設けられている。そして、回転子が回転することによりティースに流れる磁束が変化し、これが起電力となって電機子コイルに電流が流れるようになっている。
ここで、このような構成の磁石発電機においては、使用時に電機子コイルが発熱する。電機子コイルにはコイル耐熱規格が設定されており、このコイル耐熱規格を満たすために電機子コイルの温度を低下させる（熱を排出する）ことが必要である。電機子コイルの温度を低下させる方法としては、回転部材の端面部に冷却用貫通孔を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２５２０７６号公報

ところで、上述した特許文献１の磁石発電機では、冷却用貫通孔を形成したものの、クラッチ部材などが回転部材の側部に取り付けられた際には冷却用貫通孔が閉塞してしまい、冷却効果が得られなくなるという問題があった。また、冷却用貫通孔を径方向外側に形成しようとすると、永久磁石を位置決めするためのマグネットホルダ（スペーサ）が取り付けられているため、形成位置には限界があった。

そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、電機子コイルの温度上昇を確実に抑制することができる磁石発電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、有底筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内周壁に配設される永久磁石と、該永久磁石を位置決めするためのマグネットホルダと、を有する回転子を備えた磁石発電機において、前記ロータヨークの底壁における前記マグネットホルダと干渉する位置に貫通孔が前記ロータヨークの周方向に沿って複数形成され、前記マグネットホルダにおける前記貫通孔に対応した位置に切欠部が形成されていることを特徴としている。

このように構成することで、ロータヨークの底壁の周縁部に配設されるマグネットホルダと干渉する位置に貫通孔を形成しても、マグネットホルダの切欠部を形成することにより、ロータヨーク内から貫通孔を臨むことができる。したがって、ロータヨークの開口部側から貫通孔に向かって空気の流れ、或いは冷却液を用いる場合には冷却液の流れを作り出すことができる。結果として、ロータヨーク内に配される電機子コイルの温度上昇を抑制することができる。また、ロータヨークの底壁の周縁部に貫通孔を形成することができるため、ロータヨークの大型化を防止することができる。さらに、貫通孔を複数形成することで、ロータヨーク内をより効率よく換気などをすることができ、電機子コイルの温度上昇を抑制することができる。

請求項２に記載した発明は、前記切欠部が、前記マグネットホルダの内側面から外方に向かって上面が下がるように変化したテーパ状に形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、ロータヨークの開口部側から貫通孔に向かって空気の流路、或いは冷却液を用いる場合には冷却液の流路が滑らかに形成され、効率よくロータヨーク内を換気することができる。

請求項３に記載した発明は、前記マグネットホルダにおける前記切欠部の少なくとも一方に径方向内側を指向した凸部が形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、切欠部におけるロータヨーク回転方向先頭側にある凸部に衝突した空気や冷却液が、渦を巻くような挙動を示しながら切欠部内の貫通孔へと導かれる。また、切欠部におけるロータヨーク回転方向の反対側にある凸部に衝突した空気や冷却液が、凸部の壁面を滑り落ちるようにしながら切欠部内の貫通孔へと導かれる。したがって、凸部を形成することにより更に効率よくロータヨーク内を換気することができ、電機子コイルの温度上昇を確実に抑制することができる。

請求項４に記載した発明は、前記ロータヨーク内に電機子コイルが巻装された固定子が配設され、該固定子に対して電機子コイルの冷却媒体を流出入可能に構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、冷却媒体が固定子（電機子コイル）に接触しながらロータヨーク内を通過して貫通孔から外部へと排出される。したがって、冷却媒体により電機子コイルの熱を効率よく奪うことができ、電機子コイルの温度上昇をより確実に抑制することができる。

本発明によれば、ロータヨークの底壁の周縁部に配設されるマグネットホルダと干渉する位置に貫通孔を形成しても、マグネットホルダの切欠部を形成することにより、ロータヨーク内から貫通孔を臨むことができる。したがって、ロータヨークの開口部側から貫通孔に向かって空気の流れ、或いは冷却液を用いる場合には冷却液の流れを作り出すことができる。結果として、ロータヨーク内に配される電機子コイルの温度上昇を抑制することができる効果がある。また、ロータヨークの底壁の周縁部に貫通孔を形成することができるため、ロータヨークの大型化を防止することができる効果がある。さらに、貫通孔を複数形成することで、ロータヨーク内をより効率よく換気などをすることができ、電機子コイルの温度上昇を抑制することができる効果がある。

次に、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、磁石発電機１は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト２の先端に固定された回転子３と、エンジンのケース（不図示）に固定される固定子４とを備えている。

回転子３は、有底筒状のロータヨーク３０を有している。このロータヨーク３０のエンド部（底壁）３１には、径方向略中央にボス部５が設けられている。ボス部５は、エンド部３１から内側（図２における上側）に向かって突出するように形成されている。このボス部５の中央には貫通孔６が形成され、貫通孔６にクランクシャフト２が挿入、固定されるようになっている。また、エンド部３１の外側（図２における下側）には、図示しないクラッチ部材を取り付けるためのフランジ部３３が形成されている。さらに、エンド部３１におけるフランジ部３３と周壁３２との間には油抜孔（貫通孔）３５が周方向に略等間隔に複数形成されている（本実施形態では１２箇所）。つまり、油抜孔３５は、エンド部３１の周縁部に形成されており、ロータヨーク３０のエンド部３１側に取り付けられるクラッチと平面視において干渉しない位置に形成されている。

ロータヨーク３０の周壁３２には、その内周壁３２ａ側に複数の永久磁石８が周方向に磁極が交互となるように配されている。一方、周壁３２の外周壁３２ｂ側には、エンジンの点火時期などを検出するための複数のリラクタ（凸部）９が周方向に等間隔で一体形成されている。

ここで、永久磁石８は、ロータヨーク３０のエンド部３１および内周壁３２ａに当接するように設けられたマグネットホルダ５１上に載置するように配されている。図３に示すように、マグネットホルダ５１は例えば樹脂で形成されたリング状の部材である。マグネットホルダ５１のリング部５２の幅Ｗは、永久磁石８の幅（厚み）と略同一の大きさで形成されている。また、リング部５２の上面５３には周方向に略等間隔に垂直上方に突出した突起５４が形成されている（本実施形態では６個）。隣接する突起５４間に永久磁石８を配置することで、永久磁石８の位置決めを容易に行うことができる。つまり、本実施形態では永久磁石８を６個配設可能になっている。

また、リング部５２の内側面５５には、周方向に略等間隔に切欠部５６が形成されている（本実施形態では１２個）。切欠部５６は、内側面５５の高さ方向略中央からリング部５２の底面５７方向に、外方に向かって上面が下がるように変化したテーパ状に形成されている。さらに、切欠部５６の両側には径方向内側に突出した凸部５８が形成されている。凸部５８は、リング部５２の底面５７側に先細り形状に形成されており、先端が若干丸みを帯びて形成されている。

そして、マグネットケース５１の切欠部５６は、ロータヨーク３０の油抜孔３５に対応する位置に形成されている。つまり、ロータヨーク３０の内側から切欠部５６を介して油抜孔３５が臨むことができるように構成されている。

磁石発電機１が取り付けられているエンジンにおいては、その点火時期などを制御するために、エンジンの回転速度情報やクランクシャフト２の回転角度情報が必要となる。このため、クランクシャフト２の回転に伴ってパルス信号を発生するパルス発生器４０が用いられている。このパルス発生器４０は、ロータヨーク３０の外周面側、つまり、リラクタ９に対向するように配設される。そして、リラクタ９のエッジ部（角部）がパルス発生器４０のピックアップ４１を横切ることでパルス発生器４０からパルス信号（正電圧パルスと負電圧パルス）を発生させ、これを不図示の制御部（ＣＤＩユニットなど）が受信することによってエンジンの回転速度情報やクランクシャフト２の回転角度情報を得ることができるようになっている。

固定子４は、円環状の固定子鉄心１７を有している。固定子鉄心１７は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、中央にボス部５が挿通可能なボス孔１５が形成されている。また、固定子鉄心１７には、固定子４をエンジンのケースに締結固定するためのネジ孔２０が複数箇所周方向に沿って形成されている。さらに、固定子鉄心１７には、放射状に径方向外側に向かって延出する複数のティース１６が周方向に等間隔に設けられている。これらティース１６には、それぞれインシュレータ２４が装着され、このインシュレータ２４を介して電機子コイル１８が巻装されている。

電機子コイル１８は、所定の本数のコイルがそれぞれティース１６に巻回されてなるもので、その端末部は、３本の発電出力用リード線１９からなるハーネス２６の引き出し位置付近Ｃまで導き出されている。これら電機子コイル１８の各端末部と発電出力用リード線１９の各端末部は、各々重ね合わせた状態で半田付けしたり、圧着スリーブを用いて加締めたりして接合してある。この接合部分には、固定子鉄心１７に固定された絶縁キャップ２２が装着されている。

このように構成された磁石発電機１においては、クランクシャフト２と共に回転子３が回転すると、永久磁石８が固定子４の周りを回転するため、電機子コイル１８に誘導起電力が発生する。そして、この電機子コイル１８に流れる電流は、発電出力用リード線１９を介して不図示のバッテリや付属電機機器に供給されるようになっている。

（作用）
次に、電機子コイル１８に噴射したコイル冷却用の冷却油の排出方法について説明する。
図４に示すように、回転子３の回転方向Ｒに対して、冷却油６１は矢印Ｐの方向から凸部５８に衝突する。ここで、切欠部５６の左側の凸部６８に冷却油６１が衝突した場合には、凸部６８の外壁面６８ａに沿って径方向内側に流れ、その後渦を巻くようにして切欠部５６内に導かれる。そして、切欠部５６のテーパ状の上面に案内され、油抜孔３５より磁石発電機１の外側へ冷却油６１が排出される（図５（ａ）参照）。一方、切欠部５６の右側の凸部６９に冷却油６１が衝突した場合には、凸部６９の内壁面６９ａに沿って径方向外側に流れ、切欠部５６内に導かれる。そして、上述した場合と同様に、油抜孔３５より磁石発電機１の外側へ冷却油６１が排出される（図５（ｂ）参照）。
つまり、切欠部５６の両側に凸部５８（６８，６９）を設けることで、冷却油６１をスムーズに排出することができる。

本実施形態によれば、ロータヨーク３０のエンド部３１の周縁部に油抜孔３５を形成し、マグネットホルダ５１における油抜孔３５に対応する位置に切欠部５６を形成したため、平面視においてマグネットホルダ５１に干渉する位置に油抜孔３５を形成しても、ロータヨーク３０内から油抜孔３５を臨むことができる。したがって、ロータヨーク３０の開口部側から油抜孔３５に向かって冷却油６１の流れ（空気の流れ）を作り出すことができる。結果として、ロータヨーク３０内に配される電機子コイル１８の温度上昇を抑制することができる。また、ロータヨーク３０のエンド部３１の周縁部に油抜孔３５を形成することができるため、ロータヨーク３０の大型化を防止することができる。

また、油抜孔３５を複数形成することにより、ロータヨーク３０内をより効率よく換気などすることができ、電機子コイル１８の温度上昇を抑制することができる。

また、切欠部５６を、マグネットホルダ５１の内側面５５から外方に向かって上面が下がるように変化したテーパ状に形成したため、ロータヨーク３０の開口部側から油抜孔３５に向かって冷却油６１の流路が滑らかに形成され、効率よくロータヨーク３０内を換気することができる。

また、マグネットホルダ５１の切欠部５６の両側に凸部５８（６８，６９）を形成することで、切欠部５６におけるロータヨーク回転方向Ｒの先頭側にある凸部６８に衝突した冷却油６１が、渦を巻くような挙動を示しながら切欠部５６内の油抜孔３５へと導かれる。また、切欠部５６におけるロータヨーク回転方向Ｒの反対側にある凸部６９に衝突した冷却油６１が、凸部６９の内壁面６９ａを滑り落ちるようにしながら切欠部５６内の油抜孔３５へと導かれる。したがって、凸部５８（６８，６９）を形成することにより更に効率よくロータヨーク３０内を換気することができ、電機子コイル１８の温度上昇を確実に抑制することができる。

さらに、冷却油６１が固定子４（電機子コイル１８）に接触しながらロータヨーク３０内を通過して油抜孔３５から外部へと排出される。したがって、冷却油６１により電機子コイル１８の熱を効率よく奪うことができ、電機子コイル１８の温度上昇をより確実に抑制することができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、本実施形態で挙げた具体的な形状、構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、切欠部の両側に凸部を形成した場合の説明をしたが、いずれか一方の凸部のみ形成してもよい。

本発明の実施形態における磁石発電機の平面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施形態におけるマグネットホルダの斜視図である。本発明の実施形態におけるマグネットホルダの部分拡大図（冷却油噴出時）である。本発明の実施形態における冷却油の排出ルートを示す説明図であり、（ａ）は一方の凸部に衝突した場合、（ｂ）は他方の凸部に衝突した場合である。

符号の説明

１…磁石発電機３…回転子４…固定子８…永久磁石１８…電機子コイル３０…ロータヨーク３１…エンド部（底壁）３２…周壁３５…油抜孔（貫通孔）５１…マグネットホルダ５５…内側面５６…切欠部５８（６８，６９）…凸部６１…冷却油（電機子コイル冷却液）

Claims

有底筒状のロータヨークと、
該ロータヨークの内周壁に配設される永久磁石と、
該永久磁石を位置決めするためのマグネットホルダと、を有する回転子を備えた磁石発電機において、
前記ロータヨークの底壁における前記マグネットホルダと干渉する位置に貫通孔が前記ロータヨークの周方向に沿って複数形成され、
前記マグネットホルダにおける前記貫通孔に対応した位置に切欠部が形成されていることを特徴とする磁石発電機。
前記切欠部が、前記マグネットホルダの内側面から外方に向かって上面が下がるように変化したテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石発電機。
前記マグネットホルダにおける前記切欠部の少なくとも一方に径方向内側を指向した凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石発電機。
前記ロータヨーク内に電機子コイルが巻装された固定子が配設され、該固定子に対して電機子コイルの冷却媒体を流出入可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁石発電機。