JPH0759314A - 磁石発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機種規格の増加を抑制しつつ、電力仕様の変
更に対応し、発電効率を高める。 【構成】 回転子４の永久磁石８の回転により発電子コ
イル１５にて発電されるように構成された磁石発電機３
において、回転子４の各永久磁石８の間に磁性材料から
成る各制御磁極９が介設され、固定子１１には界磁制御
コイル１７が回転子４のヨーク５、制御磁極９を通る閉
磁路を形成するように配設されている。 【効果】 回転子４の永久磁石８では磁力が不足する場
合には、界磁制御コイル１７によってヨーク５、制御磁
極９を通る閉磁路で磁力を補強できる。回転子４、固定
子１１の仕様を変更せずに、界磁制御コイル１７および
制御磁極９による界磁の制御により磁石発電機の出力を
増減調整できるため、磁石発電機の製品群の規格部品の
種類の増加を抑制しつつ、所望に応じた各規格機種の磁
石発電機を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁石発電機に関し、例
えば、オートバイ等の軽自動車のエンジンや汎用エンジ
ンに連携するものに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、発電機がオートバイ等の軽自動
車のエンジンに連携される場合には、構造簡単にして所
望の出力が得られるため、磁石発電機が広く使用されて
いる。従来のこの種の磁石発電機は、発電子コイルが巻
装されている固定子と、固定子の外側にて回転自在に支
持された磁性材料から成るヨークに永久磁石が周方向に
間隔を置かれて同心円に配設されている回転子とを備え
ており、回転子の永久磁石の回転によって発電子コイル
にて発電されるように構成されている。

【０００３】ところで、四輪自動車に搭載されているオ
ルタネーター等の界磁コイルを有する発電機において
は、界磁コイルに流れる界磁電流を制御することによ
り、出力電圧を一定に維持することができる。これに対
して、磁石発電機においては、界磁が永久磁石によって
形成されるため、界磁の制御が不可能であり、必然的に
出力側に電圧調整器を介設して発電コイルを短絡するこ
とにより、電圧を一定に維持することが実施されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁石発電機においては、次のような問題点がある。二輪
車側から要求される最大出力値に見合う能力を有する磁
石発電機が二輪車に搭載された場合には、磁石発電機の
最大能力にて発電され、その最大電力のうち余分の電力
が短絡制御される電圧調整器によって熱として廃棄され
ることになるため、発電効率が低下し、二輪車の燃費が
低下する。

【０００５】本発明の目的は、界磁を制御することによ
って、発電効率を高めることができる磁石発電機を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁石発電機
は、発電子コイルが巻装されている固定子と、固定子の
外側にて回転自在に支持された磁性材料から成る有底円
筒形状のヨークに永久磁石が周方向に間隔を置かれて同
心円に配設されている回転子とを備えており、回転子の
永久磁石の回転により発電子コイルにて発電されるよう
に構成されている磁石発電機において、前記回転子には
各永久磁石の間に磁性材料から成る各制御磁極がそれぞ
れ介設されており、他方、前記固定子とヨーク底部との
空間には界磁制御コイルが回転子の前記ヨークおよび制
御磁極を通る閉磁路を形成するように配設されているこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】前記した手段によれば、回転子に磁性材料から
成る制御磁極が永久磁石と交互に配設されているととも
に、固定子に界磁制御コイルが巻装されているため、界
磁制御コイルに通電する電流の方向と大きさを制御する
ことによって界磁力を適正化して発電電力を調整するこ
とができる。換言すれば、強力な磁束が必要な磁石発電
機と、磁束が弱くて済む磁石発電機との間の異なる条件
を、界磁制御コイルによる磁力の増減制御によって所望
に調整することができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例である磁石発電機を
示しており、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）はそ
の側面断面図である。図２はその作用を説明するための
線図である。

【０００９】本実施例において、本発明に係る磁石発電
機は、二輪車等の小形自動車に搭載するのに好適なもの
として構成されている。この磁石発電機３はエンジンの
エンジンケース（図示せず）に配されて固定される固定
子と、エンジンのクランク軸（図示せず）に連結される
回転子とを備えている。そして、この磁石発電機はクラ
ンク軸を介してエンジンに駆動されて発電し得るように
構成されている。

【００１０】この磁石発電機３の回転子４は発電機の界
磁子およびエンジンのフライホイールを兼ねるように構
成されている。回転子４は鉄等の磁性材料が用いられて
有底の短尺円筒形状に形成されているヨーク５と、この
ヨーク５の底壁の内面に同心的に配されて一体的に突設
されている円筒形状のボス部材６とを備えている。ボス
部材６がクランク軸にテーパー結合されてボルト等の締
結手段（図示せず）によって締結されることにより、こ
の回転子４はクランク軸２に一体回転するように固定さ
れている。

【００１１】ヨーク５の内周面には樹脂等の非磁性材料
が用いられて形成されたケース７が嵌入されて固定され
ている。このケース７は周方向に間隔を置かれて立設さ
れた複数本の隔壁部を備えており、隣合う隔壁部間に
は、界磁極を構成するための永久磁石８と、鉄等の磁性
材料（透磁率が大きい材料）が用いられて形成された制
御磁極９とが複数個で同数個宛、周方向に間隔をおいて
交互に嵌入されて固定されている。

【００１２】これらの永久磁石８と制御磁極９とは互い
に略等しい大きさの円弧形の直方体形状に形成されてお
り、周方向に互いに等間隔に離されて交互に配設されて
いる。また、隣合う永久磁石８、８同士は同極に配置さ
れており、対極はその間の制御磁極９によって形成され
るようになっている。

【００１３】この磁石発電機３は電機子としての固定子
１１を備えている。固定子１１は鉄等の磁性材料が用い
られて大略星形の短尺円盤形状に形成されているコア１
３を備えている。コア１３はエンジンケースの外面にク
ランク軸と同心的に配されて当接され、締結手段として
のボルト１２によって締結されて固定されている。そし
て、エンジンケースに固定された固定子１１の外側には
回転子４が、その外周を取り囲むように配置された状態
になっており、回転子４はクランク軸の駆動によって固
定子１１の周囲を回転するようになっている。

【００１４】コア１３は鉄等の磁性材料から成る薄板が
多数枚積層されて一体化されており、ドーナツ形状に形
成された本体１４を備えている。コア本体１４の外周に
は複数本の突極１５が放射状に突設されている。各突極
１５には発電子コイル１６が３相で、かつ、集中巻きに
それぞれ捲線されており、この発電子コイル１６は整流
器、電圧調整器を介してバッテリーや負荷（いずれも図
示せず）に接続されている。なお、図１（ａ）において
は、便宜上、発電子コイル１６の図示が省略されてい
る。

【００１５】コア本体１４におけるエンジンケースと反
対側の端面には、界磁磁束を制御するための界磁制御コ
イル１７が円筒形状に形成され、かつ、同心的に配され
てボルト１２によって固定されている。

【００１６】界磁制御コイル１７の捲線方法は固定子１
１および回転子４に対して同心円になっている。したが
って、界磁制御コイル１７の磁束Ｆは、その大部分がコ
ア１３の本体１４、制御磁極９に対向する突極１５、回
転子４の制御磁極９、ヨーク５、ボス部材６およびコア
１３を経由する閉磁路を、それぞれ形成することにな
る。

【００１７】次に作用を説明する。エンジンによってク
ランク軸が回転されると、回転子４は回転される。そし
て、この回転子４の回転に伴って、発電子コイル１６に
起電力が発生され、この起電力が発電電力としてバッテ
リーや負荷に供給される。

【００１８】ここで、界磁制御コイル１７がバッテリー
に電気的に接続されていない場合には、界磁制御コイル
１７による磁束が界磁に作用しないため、回転子４にお
ける界磁の磁束量は各永久磁石８の磁束量に依存した状
態になっている。

【００１９】次に、制御磁極９が永久磁石８と異極にな
るように界磁制御コイル１７が通電されると、前述のよ
うに、界磁制御コイル１７による磁束Ｆは大部分が閉磁
路を形成する。したがって、発電子コイル１６に鎖交す
る磁束は永久磁石８による磁束に界磁制御コイル１７に
よる磁束Ｆが重畳されたものとなり、界磁制御コイル１
７に通電する電流に応じて磁束が増えた分磁束変化が大
きくなり発電子コイル１６に生じる発電電流が増加され
ることになる。さらに、永久磁石８の磁束は突極１５、
本体１４、ボス部材６、ヨーク５の磁路で一部漏洩して
いるが、界磁制御コイル１７の磁束Ｆは永久磁石８の漏
洩磁束を抑えることになり、発電子コイル１６に鎖交す
る磁束量が増加されることになる。

【００２０】一方、制御磁極９が永久磁石８と同極にな
るように（前述とは逆方向に）界磁制御コイル１７に通
電されると、発電子コイル１６には永久磁石８による磁
束と界磁制御コイル１７による磁束Ｆ’とが差動的に鎖
交することになり、界磁制御コイル１７に通電される電
流に応じて磁束が減少する分磁束変化が小さくなり、発
電子コイル１６に生じる発電電流は減少されることにな
る。

【００２１】以上説明したように、磁石発電機３の出力
を界磁制御コイル１７に通電される電流の方向と大きさ
によって増減調整することができる。この場合には、磁
石発電機３の出力を二輪車の最大要求電力に設定しなく
とも済むため、その最大電力のうち余分の電力を電圧調
整器によって熱として廃棄するのを抑止ないしは抑制す
ることができ、その結果、磁石発電機としての発電効率
を高めることができ、しいては、二輪車の燃費を高める
ことができる。

【００２２】図３は本発明の実施例２である磁石発電機
を示しており、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）は
その側面断面図である。

【００２３】本実施例２が前記実施例１と異なる点は、
周方向に長い永久磁石８Ａが使用されている点にある。
すなわち、永久磁石８Ａは部品点数としての個数が減少
されており、１個の永久磁石８Ａにおいて、周方向に極
性が交互になるようにそれぞれ着磁されている。

【００２４】本実施例２によれば、前記実施例１の効果
に加えて、部品点数を減少させつつ、永久磁石８Ａの磁
力、すなわち、回転子４の界磁力を増加させることがで
きるという効果が得られる。

【００２５】図４は本発明の実施例３である磁石発電機
を示しており、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）は
その側面断面図である。

【００２６】本実施例３が前記実施例１と異なる点は、
軸方向にそれぞれ二分割された回転子４Ｂおよび固定子
１１Ｂが使用されている点にある。すなわち、回転子４
Ｂの閉塞壁側にはいずれも軸方向長さが半分の永久磁石
８Ｂ群と制御磁極９Ｂ群とが周方向に交互に配列されて
固定されているとともに、開口側には周方向に長がく軸
方向長さが半分の永久磁石８Ｃが複数個周方向に互いに
隣接されて固定されている。また、固定子１１Ｂは軸方
向に二分割されたコア１３Ｂ、１３Ｂが非磁性材料から
成る仕切り板１３Ｃを介設されて重ね合わされている。

【００２７】本実施例３によれば、前記実施例１の効果
に加えて、制御磁極９Ｂ群が回転子４Ｂにおいて占める
割合を抑制することができるため、永久磁石８Ｂによる
磁力の低下を抑制することができるという効果が得られ
る。

【００２８】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。

【００２９】例えば、前記実施例においては、制御磁極
とヨークとを別体で構成する場合について説明したが、
一体で構成してもよい。また、界磁制御コイルの磁路を
ボス部材を介して形成する場合に限らず、コア本体を貫
通するクランクシャフトで形成してもよい。

【００３０】固定子におけるコアの構造、突極の本数や
構造、発電子コイル、の捲線方法、界磁制御コイルおよ
び発電子コイルの制御方法等は、前記実施例の構成や方
法に限定されるものではない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
界磁制御コイルおよび制御磁極による界磁の制御によっ
て、磁石発電機の出力を増減調整することができるた
め、発電効率を高め、燃費を向上することができる。ま
た、車種に応じて界磁制御コイルの通電電流を設定すれ
ば、複数の出力特性の磁石発電機に対応できるので、磁
石発電機の製品群全体としての規格部品の種類の増加を
抑制しつつ、所望に応じた各規格機種の磁石発電機を提
供することができる。その結果、新機種の磁石発電機の
開発期間を短縮することができるとともに、磁石発電機
の製品群全体としての部品点数等を減少させることがで
き、磁石発電機の製品群全体としての生産性を大幅に改
善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である磁石発電機を示してお
り、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）はその側面断
面図である。

【図２】その作用を説明するための線図である。

【図３】本発明の実施例２である磁石発電機を示してお
り、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）はその側面断
面図である。

【図４】本発明の実施例３である磁石発電機を示してお
り、（ａ）は一部省略正面断面図、（ｂ）はその側面断
面図である。

【符合の説明】

３…磁石発電機、４、４Ａ、４Ｂ…回転子、５…ヨー
ク、６…ボス部材、７…ケース、８、８Ａ、８Ｂ…永久
磁石、９…制御磁極、１１、１１Ｂ…固定子、１２…ボ
ルト、１３、１３Ｂ、１３Ｃ…コア、１４…コア本体、
１５…発電子コイル、１６…突極、１７…界磁制御コイ
ル、Ｆ…界磁制御コイルの磁束。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電子コイルが巻装されている固定子
   と、固定子の外側にて回転自在に支持された磁性材料か
   ら成る有底円筒形状のヨークに永久磁石が周方向に間隔
   を置かれて同心円に配設されている回転子とを備えてお
   り、回転子の永久磁石の回転により発電子コイルにて発
   電されるように構成されている磁石発電機において、 前記回転子には各永久磁石の間に磁性材料から成る各制
   御磁極がそれぞれ介設されており、 他方、前記固定子とヨーク底部との空間には界磁制御コ
   イルが回転子の前記ヨークおよび制御磁極を通る閉磁路
   を形成するように配設されていることを特徴とする磁石
   発電機。