JPH0638697B2 - 磁石発電機の回転子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁石発電機の回転子に関し、特に、回転子が
フライホイールに兼用される形式のものの改良に係り、
例えば、オートバイ等の小型車両またはレーシングカー
やバギー等の特殊車両のように比較的高速回転領域にお
いて使用されるフライホイールマグネトの回転子に利用
して有効なものに関する。

〔従来の技術〕

従来のフライホイールマグネトとして、略有底円筒形状
に形成されているヨークの内周面に複数個のマグネット
が環状に配されて固定されている回転個が発電子周りに
配設されており、この回転子がエンジンに駆動されて発
電子の周囲を回転することにより、発電子の各磁極コイ
ルにおいて起電力を誘起せしめるように構成されている
ものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなフライホイールマグネトの回転子において
は、回転時に自重による遠心力とマグネットの重量によ
る遠心力との合力をヨークが受けることになるが、ヨー
クの筒壁のうち有底側は底壁により支えられて充分な耐
遠心強度を確保されるのに対し、ヨークの開口端側は支
えがないため、有底側に比べて遠心力によって外方向へ
膨出変形が高速回転になるにしたがって大きくなるとい
う問題点があることが、本発明者によって明らかにされ
た。

本発明の目的は、大幅な改造を要せずに高速回転領域に
おける膨出変形を防止することができる磁石発電機の回
転子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る磁石発電機の回転子は、一端が開口し他端
が閉塞した円筒形状に形成されているヨーク（１１）の
内周面のマグネット（１２）が複数個、周方向に間隔を
置いて配されて固定されている磁石発電機の回転子にお
いて、 前記ヨーク（１１）の開口端面に溝（２０）が周方向に
環状に没設されていることを特徴とする。

〔作用〕

ヨークの開口端面に没設された溝は、ヨークの開口端部
の自重を減少させるとともに、開口端面の表面積を増大
化することにより、遠心力を効果的に分散させ、かつま
た、遠心力を直接的に受けない中空部分を形成すること
により、ヨークの外方向への膨出変形の抗力を高める等
々の作用を発揮すると考えられ、これらの作用並びにこ
れらの作用の相乗効果により、遠心力によるヨーク開口
部における外方向への膨出変形は効果的に抑制される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるフライホイールマグネ
トの回転子を示す縦断面図、第２図はその一部省略一部
切断平面図、第３図は第１図III部の拡大部分断面図、
第４図(a)(b)(c)および第５図(a)(b)(c)は効果を説明す
るための回転テスト結果を示す各膨出変形度線図、第６
図は同じく半径変化量線図である。

本実施例において、フライホイールマグネトの回転子は
フライホイールを兼用するヨーク１１と、ヨーク１１の
内周に配設される複数個のマグネット１２と、マグネッ
ト１２を位置決め固定するためのケース１３と、マグネ
ット１２を保護するためのカバー１４と、押さえリング
１５とを備えている。

ヨーク１１は構造用鋼等のような磁性材料を用いて鍛造
等のような適当な手段により、上面が開口し下面が閉塞
した略円筒形状に一体成形されており、下面閉塞壁に
は、エンジンに直結させるボス（図示せず）を挿通する
ための軸孔１６が中心に、この回転子をボスに結合させ
るための複数の取り付け孔１７が軸孔１６の外方位置に
それぞれ穿設されている。取り付け孔１７の外方位置に
はケース１３を回り止めするための凸部１８が、下面閉
塞壁を外面から突き上げられることにより複数突設され
ており、取り付け孔１７と凸部１８とは任意の角度で周
方向に配設されている。ヨーク１１の上端部には巻きか
しめ代部１９が外周を切削加工されることにより形成さ
れており、ヨーク１１の上端面には断面略半円形状の溝
２０が巻きかしめ代部１９の根元に配されて一連の環状
に没設されている。溝２０の幅および深さはヨーク１１
の筒壁部における肉厚の１／３程度に設定されている。

マグネット１２はヨーク１１の深さ以下の高さを有し、
幅方向においてヨーク１１の内周に沿って弯曲した円弧
形状を有する略直方体に一体成形されている。

ケース１３は樹脂等のような適度な弾性を有する非磁性
材料を用いて一体成形されており、全体的に前記ヨーク
１１内に嵌合する略円筒形状に形成されている。ケース
１３の筒壁３０には複数の収容室３１が互いに略等しい
位相差で周方向に配列されてそれぞれ形成されている。
収容室３１は前記マグネット１２の高さ以下の高さと、
マグネット１２の幅よりも若干大きめの幅を有する中空
室に形成されており、その天井壁と背面壁と腹面壁の中
空部とはそれぞれ開放されている。各収容室３１の床面
壁部３２は互いに隣り合って一連のリング３３を形成し
ている。リング３３の下面には複数個の凹部３４が没設
されており、各凹部３４は前記ヨーク１１における凸部
１８に嵌合するように形成されている。隣合う収容室３
１、３１間のそれぞれには、隔壁部３５が柱状に立ち上
がるように形成されており、隔壁部３５には押さえ部３
６が周方向の両側面に配されて、略接線方向（隔壁部に
おける周方向の中心を通る法線に対して直角方向）に突
出するようにそれぞれ形成されている。

カバー１４は薄鉄板等の磁性金属材料を用いて絞りプレ
ス加工により一体成形されており、全体的に前記ケース
１３内に嵌合する略円筒形状に形成されている。押さえ
リング１５は前記ケース１３と同じ材料を用いてケース
１３と略等しい円形のリング形状に一体成形されてい
る。

そして、ヨーク１１内にケース１３が嵌入され、ヨーク
１１の底壁に隆起されている各凸部１８にケース１３下
面の各凹部３４がそれぞれ嵌合される。この凸部１８と
凹部３４との嵌合により、ケース１３はヨーク１１に一
体回転するように回り止めされることになる。

続いて、ケース１３の各収容室３１にマグネット１２が
上方からそれぞれ圧入されて行く。マグネット１２が収
容室３１に強力に押し込まれると、第２図に示されてい
るように、隔壁部３５の側面に突設されている押さえ部
３６はマグネット１２の側面に押し潰されるように強く
押圧される。この押し潰された状態は押さえ部３６がマ
グネット１２に圧縮変形されて強力に弾発している状態
であるため、相対的にマグネット１２は収容室３１内に
おいて両側の押さえ部３６、３６で押し合われることに
なる。

その後、ケース１３の各収納室３１に収容固定されて環
状に整列しているマグネット１２群の内側に、マグネッ
ト１２群が構成する円形内周面の直径と略等しい外径有
する円筒形状に形成されているカバー１４が圧入され
る。次いで、ケース１３の上端面を被覆しているカバー
１４の上側鍔部上に押さえリング１５が当てがわれ、ヨ
ーク１１の上端部における巻きかしめ代部１９にこれを
内側に押し倒す巻きかしめ加工が施される。これによ
り、ヨーク１１、マグネット１２、ケース１３、カバー
１４および押さえリング１５はかしめ付けられて一体化
することになる。すなわち、この回転子において、各マ
グネット１２はヨーク１１に嵌入されたケース１３にお
ける各収容室３１にそれぞれ収容されてヨーク１１の内
周に位置決めされ、かつ、隔壁部３５、３５間において
押さえ部３６によって挟圧固定される。

次に作用を説明する。

回転子が高速回転されると、ヨーク１１は自重による遠
心力とマグネット１２の重量による遠心力との合力を受
ける。その結果、ヨーク１１の筒壁はマグネットが配さ
れている位置において強い遠心力を局所的に受けるた
め、当該箇所において外方向に膨出しようとする。ちな
みに、ケースの重量による遠心力はマグネット１２に比
べて充分に小さい。

このとき、ヨークの筒壁うち下部（閉塞壁側部分）は閉
塞壁がリブのように作用して剛性を高められるため、耐
遠心力強度を充分に確保される。その結果、ヨークの筒
壁部下部は局所的な膨出変形を阻止される。

これに対して、ヨークの筒壁のうち上部（開口側部分）
は開口しているため、耐遠心強度は下部に比べて弱い。
その結果、ヨークの筒壁上部は遠心力をマグネットが配
された位置において局所的に強く受けると、外方向に膨
出変形することになる。

つまり、ヨークの筒壁は第１図に想像線で示されている
ように、その開口部付近が外方向に倒れるように膨出
し、当該膨出変形は第２図に想像線で示されているよう
に周方向においてマグネットの中央部をそれぞれピーク
とする。そして、その変形量は回転子の回転数に略比例
する。

ところが、前記構成にかかる回転子のように、ヨーク１
１の上端面に溝２０が没設されていると、溝が没設され
ていない場合に比べて膨出変形が抑制されることが、本
発明者の研究によって明らかにされた。

第４図および第５図は、本実施例にかかる回転子（第４
図）と、ヨークに溝がない回転子（以下、従来の回転子
という。第５図）とを同一条件下において高速回転させ
た場合についての膨出変形を比例的にそれぞれ示す各線
図であり、両図(a)(b)(c)は回転速度が２４０００ｒｐ
ｍ、２６０００ｒｐｍ、２８０００ｒｐｍの場合をそれ
ぞれ示している。ちなみに、第４図および第５図におい
て、膨出変形の各ピーク部位はマグネットが配された位
置に略対応する。

第６図は回転速度（横軸）と膨出変形ピーク箇所におけ
る半径変化量（縦軸）との関係を示す線図であり、曲線
Ａが本実施例にかかる回転子の場合を、曲線Ｂが従来の
回転子の場合をそれぞれ示している。

第４図と第５図との比較、および第６図の曲線ＡとＢと
の比較から明らかなように、本実施例においては、従来
の回転子に比べて膨出変形が効果的に抑制される。これ
は、溝による次のような作用等、並びにそれらの相乗効
果によるものと考えられる。

溝はヨークの開口端部の自重を減少させることにより、
その遠心力を緩和させる。溝はヨークの上端面の表面積
を増大化させることにより、開口部において局所的に強
く作用する遠心力を全体に分散させる。溝はヨークの開
口部に中空部を形成することにより、遠心力を直接的に
受けない空間を形成し、膨出変形時に作用する引張力と
圧縮力とを相殺させる。溝はヨーク開口部における断面
二次モーメントおよび断面係数を総合的に大きくさせ
る。

本実施例によれば、ヨークの開口端面に溝を没設するこ
とにより、高速回転時におけるヨーク開口部における外
方向への膨出変形を抑制することができるため、回転子
の耐高速回転強度を高めることができ、その安全性を高
めることができる。すなわち、高速回転により、ヨーク
が膨出変形を繰り返すことは、金属疲労の危険性が高ま
ることを意味するが、膨出変形が抑制されるとともに、
それが起こる高速回転領域が高くなれば、金属疲労の危
険性は大幅に低減される。

このようにして回転子の高速回転領域における使用を可
能とすることにより、フライホイールマグネトの性能を
大幅に向上させることができる。

しかも、本実施例においてはヨークの開口端面に溝を没
設させるだけで済むため、きわめて経済的で、かつ、発
電子との取合性もよく、実用性に富む。つまり、ヨーク
開口部の耐回転強度を高める構造としては、ヨーク開口
部に鍔を突設することが一般的に考えられるが、この構
造によれば、加工が複雑化するとともに、回転バランス
の確保が困難になって不経済で、かつ発電子との取合性
も低下し、実用的でない。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であ
ることはいうまでもない。

例えば、溝は一連の環状に形成するに限らず、断続的に
形成してもよい。

溝の断面形状は半円形に限らず、Ｕ字形状等であっても
よい。

溝は冷間または熱間鍛造等の塑性加工による形成に限ら
ず、切削加工等によって形成してもよい。

溝の幅、深さ、形状、連続、不連続、条数等々は実験や
コンピュータ解析等適当な手段により、回転子の能力、
使用並びに最大回転数、ヨークの径、肉厚、マグネット
の大きさ、重量等の各種条件に応じて最適値を求めるこ
とが望ましい。

また、回転子におけるマグネットの固定構造等のような
具体的構造は前記実施例に何等限定されない。

。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、ヨークの開口端
面に溝を没設することにより、高速回転時における開口
部の外方向への膨出変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるフライホイールマグネ
トの回転子を示す縦断面図、第２図はその一部省略一部
切断平面図、第３図は第１図III部の拡大部分断面図、
第４図(a)(b)(c)および第５図(a)(b)(c)は効果を説明す
るための回転テスト結果を示す各膨出変形度線図、第６
図は同じく半径変化量線図である。 １１……ヨーク、１２……マグネット、１３……ケー
ス、１４……カバー、１５……押さえリング、１６……
軸孔、１７……取り付け孔、１８……凸部、１９……巻
きかしめ代部、２０……溝、３０……筒壁、３１……収
容室、３２……底面壁部、３３……リング、３４……凹
部、３５……隔壁部、３６……押さえ部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形
   成されているヨーク（１１）の内周面にマグネット（１
   ２）が複数個、周方向に間隔を置いて配されて固定され
   ている磁石発電機の回転子において、 前記ヨーク（１１）の開口端面に溝（２０）が周方向に
   環状に没設されていることを特徴とする磁石発電機の回
   転子。
2. 【請求項２】溝（２０）が、一連の環状に形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁石発
   電機の回転子。
3. 【請求項３】溝（２０）が、断続して環状に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁石
   発電機の回転子。
4. 【請求項４】溝（２０）が、その断面形状が略半円形に
   なるように形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の磁石発電機の回転子。