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1. WO2009044485 - 発電機

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明 細 書

発明の名称 発電機

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007  

発明の開示

発明が解決しようとする課題

0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013   0014  

発明を実施するための最良の形態

0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021  

産業上の利用可能性

0022  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発電機

技術分野

[0001]
 本発明は、外部から加えられる回転力により永久磁石を回転させて発電する発電機に係り、詳しくは、互いの巻線の起電力を同方向とし、且つ、起電力の位相を調整して逆回転トルクの発生を防止し発電効率を高めた発電機に関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1には、外部から加えられる回転力により永久磁石を回転させて発電する発電装置について記載されている。図4aにおいて該発電装置(100)は、固定子ケース(20)に保持された固定子(10)の両側に、左回転子板(5L)と右回転子板(5R)とを具備している。左回転子板(5L)には、固定子(10)と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石(6NL)が、N極を固定子(10)に向けて接着されている。また、固定子(10)と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石(6SL)が、S極を固定子(10)に向けて接着されている。同様に、右回転子板(5R)には、固定子(10)と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石(6NR)が、N極を固定子(10)に向けて接着されている。また、固定子(10)と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石(6SR)が、S極を固定子(10)に向けて接着されている。
[0003]
 図4bにおいて固定子(10)は、リングコア(11)に、トロイダル巻きした巻線(L1)~巻線(L12)を等角度に設けたものである。また、巻線(L12)と巻線(L1)の間には、ホールセンサ12が設けられている。図5において巻線(L1)~巻線(L6)は、整流器(D1)~整流器(D5)を介して、直列接続されている。また、巻線(L6)は、整流器(D6)を介して、第1のトライアック(T1)の第1端に接続されている。一方、巻線(L7)~巻線(L12)は、整流器(D7)~整流器(D11)を介して、直列接続されている。また、巻線(L12)は、整流器(D12)を介して、第2のトライアック(T2)の第1端に接続されている。また、各整流器(D1~D12)には、それぞれ蓄電回路(H1~H12)が設けてある。第1及び第2のトライアック(T1、T2)の第2端は、電流制限抵抗R1、R2を介して、コンデンサ(C)に接続されている。
[0004]
 左回転子板(5L)および右回転子板(5R)が回転すると、やがてホールセンサ(12)が検知する磁束の極性がS極からN極へ反転する。これにより、第1のトライアック(T1)がオンになり、第2のトライアック(T2)がオフになる。左回転子板(5L)および右回転子板(5R)がさらに回転すると、巻線(L1)~巻線(L6)で、整流器(D1)~整流器(D6)の順方向に起電力が発生し、蓄電回路(H1)~(H6)が充電される。このとき、蓄電回路(H1)~(H6)の電圧が加算される。そして、蓄電回路(H6)の電圧で、第1のトライアック(T1)および電流制限抵抗(R1)を介して、コンデンサ(C)が充電され、コンデンサ(C)の両端から直流が出力される。
[0005]
 左回転子板(5L)および右回転子板(5R)がさらに回転すると、やがてホールセンサ(12)が検知する磁束の極性がN極からS極へ反転する。これにより、第1のトライアック(T1)がオフになり、第2のトライアック(T2)がオンになる。左回転子板(5L)および右回転子板(5R)がさらに回転すると、巻線(L7)~巻線(L12)で、整流器(D7)~整流器(D12)の順方向に起電力が発生し、蓄電回路(H7)~(H12)が充電される。このとき、蓄電回路(H7)~(H12)の電圧が加算される。そして、蓄電回路(H12)の電圧で、第2のトライアック(T2)および電流制限抵抗(R2)を介して、コンデンサ(C)が充電され、コンデンサ(C)の両端から直流が出力される。
[0006]
 このように、左回転子板(5L)では、永久磁石(6NL)から永久磁石(6SL)に向けて磁界が発生し、右回転子板(5R)では、永久磁石(6NR)から永久磁石(6SR)に向けて磁界が発生し、左回転子板(5L)および右回転子板(5R)が回転することにより、巻線(L1)~巻線(L6)および巻線(L7)~巻線(L12)に互いに逆相の起電力を発生している。このため、固定子(10)のリングコア(11)のトロイダル巻線(L1)~巻線(L12)の、巻線(L1)~巻線(L6)から電力を取り出している時は、巻線(L7)~巻線(L12)からは取り出せないという問題があった。
[0007]
 また、逆相の起電力をカットするため、ホールセンサ(12)、第1のトライアック(T1)および第2のトライアック(T2)を設置する必要があり、回路負担を伴うことになっていた。さらに、各巻線に発生する起電力による逆回転トルクの発生により、回転子板の回転力の低下を来たし、発電効率の低下となっていた。
特許文献1 : 特許第3783141号公報

発明の開示

発明が解決しようとする課題

[0008]
 本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、全ての巻線に同方向の起電力を発生させると共に、起電力による逆回転トルクの発生を防止することにより、回路負担が少なく、且つ、発電効率が高い発電機を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009]
 本発明の発電機は、第1巻線が施されて固定されたリング状コアと、リング状コアを挟んで対向して駆動軸に設置された第1及び第2回転子板とを有し、第1及び第2回転子板の対向面には、複数の永久磁石の磁極が互いに異なるように交互に配列されて設置され、且つ、第1及び第2回転子板は、配列された複数の永久磁石の同一磁極が対向するよう駆動軸に設置され、第1巻線は、巻線方向が互いに逆方向となるよう複数に分割されてリング状コアに巻かれ、且つ、第1巻線の一端にキャパシタが接続されていることを特徴とする。
[0010]
 本発明の発電機は、第1及び第2回転子板の永久磁石の数と、第1巻線の分割数とが同じ数であることを特徴とする。
[0011]
 本発明の発電機は、第1巻線と同一構成の第2巻線の巻き始め部が、第1巻線の巻き始め部に対して45度ずれて第1巻線上に巻かれていることを特徴とする。

発明の効果

[0012]
 本発明の発電機によれば、全ての巻線に同方向の起電力を発生させることが可能となり、且つ、起電力による逆方向の回転トルクの発生を防止することができるため、回路負担を伴わない高効率の発電機を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 本発明の発電機の構成を示す構成図である。
[図2] 本発明によるリング状コアの巻線分解図である。
[図3] 本発明による永久磁石の配列構成図である。
[図4] 従来の発電装置の正面及び側面図である。
[図5] 従来の発電装置の電気的接続を示す回路図である。

符号の説明

[0014]
 5  リング状コア
 15-1~4  第1巻線
 25-1~4  第2巻線
 30  第1回転子板
 35  第2回転子板
 40-1~4  第1永久磁石
 45-1~4  第2永久磁石
 50  駆動軸
 60  固定子
 70-1、2  軸受
 75-1、2  支持板
 80-1、2  キャパシタ
 90  台座
 92-1、2  巻き始め部
 110  発電機

発明を実施するための最良の形態

[0015]
 本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。図1は、本発明の発電機の構成を示す構成図である。図1aにおいて、発電機110の固定子60は、台座90に固定され、リング状コア5は、第1巻線15-1~4と第2巻線25-1~4とが巻かれた状態で、固定子60に設置されている。第1回転子板30と第2回転子板35とは、駆動軸50を介してそれぞれ支持板75-1、75-2を有する軸受70-1、70-2に設置され、軸受70-1、70-2は台座90に固定されている。また第1回転子板30と第2回転子板35とは、第1永久磁石40-1~4及び第2永久磁石45-1~4をそれぞれ有している。駆動軸50は、外部から回転駆動トルクを得て(図示せず)、第1回転子板30と第2回転子板35とを回転させ、回転磁界を発生させる。
[0016]
 図1bにおいて、第1巻線15-1~4と第2巻線25-1~4とが巻かれたリング状コア5は、固定子60にはめ込まれて設置されている。図2は、図1bのリング状のコア5に第1巻線15-1~4と第2巻線25-1~4とが巻かれた状態をさらに詳しく説明するリング状コアの巻線分解図である。図2aにおいて、第1巻線15-1~4は、互いに90度の角度を成し、第1巻線15-1と15-3とが対向し、15-2と15-4とが対向するようにリング状コア5に巻かれている。巻線方向は、第1巻線15-1及び15-3の巻線方向と、15-2及び15-4の巻線方向とは互いに逆方向になるように巻かれている。また、第1巻線15-1の巻き始め部95-1の先端にはキャパシタ80-1が接続されている。
[0017]
 図2bにおいて、第2巻線25-1~4は、互いに90度の角度を成し、第2巻線25-1と25-3とが対向し、25-2と25-4とが対向している。第2巻線の巻き始め部95-2は、第1巻線の巻き始め部95-1に対して45度ずれて巻き始められ、第1の巻線15-1~4の上に重ね巻きされている。第2巻線25-1~4の巻線方向は、第1巻線15-1~4の巻線方向と同じ方向に巻かれている。また、第2巻線25-1の巻き始め部95-2の先端にはキャパシタ80-2が接続されている。
[0018]
 図3は、第1回転子板と第2回転子板とに設置された第1及び第2永久磁石の配列をより詳しく説明する配列構成図である。ただし、図1aの駆動軸50に接続されている第1回転子板30と第2回転子板35とは、省略されている。図3aにおいて、第1永久磁石40-1~40-4は、互いに90度の角度を成すように配列され、第1永久磁石40-1と40-3とが対向し、40-2と40-4とが対向するように第1回転子板30に配置されている。同様に、第2永久磁石45-1~45-4は、互いに90度の角度を成すように配列され、第2永久磁石45-1と45-3とが対向し、45-2と45-4とが対向するように第2回転子板35に配置されている。第1回転子板30の第1永久磁石40-1と40-3及び第2回転子板35の第2永久磁石45-1と45-3の対向面は、同じ磁極を有してそれぞれが対向し、図ではN極となっている。また、第1永久磁石40-2と40-4及び第2永久磁石45-2と45-4の対向面は、他の同じ磁極を有してそれぞれが対向し、S極となっている。各々の永久磁石は、互いに90度の角度を保っていれば間隔を空けて配列されても良く、密着して配列されなくても良い。
[0019]
 図3bは、配列された第1及び第2永久磁石の側面を、図面の手前側から見た場合の図である。第1永久磁石40-1、40-3及び第2永久磁石45-1、45-3の対向面側のN極から出た磁束は、それぞれ、自分自身及び第1永久磁石40-2、40-4のS極、また、自分自身及び第2永久磁石45-2、45-4のS極へ入って磁路を形成する。同様に、第1永久磁石40-2、40-4及び第2永久磁石45-2、45-4の対向面の反対側のN極から出た磁束は、それぞれ、自分自身及び第1永久磁石40-1、40-3のS極、また、自分自身及び第2永久磁石45-1、45-3のS極へ入って磁路を形成する。また、Aは磁束が密な部分を示し、Bは磁束が粗な部分を示す。
[0020]
 再び図1において、駆動軸50が外部から回転駆動トルクを得て回転すると、第1回転子板30及び第2回転子板35も同様に回転し、図3bの対向面側に発生した磁束が回転磁界となり、第1巻線15-1~4と第2巻線25-1~4に起電力を発生する。図2で説明したとおり、第1巻線15-1~4と第2巻線25-1~4のそれぞれの巻線方向は、互いに反対方向であるため、図3bのN極で発生した磁束の方向が、自分自身及び隣接するS極に戻ることで反対方向に変わるのと、巻線の方向が変わるのとが、回転に同期して切り換わるため、各巻線に発生する交流起電力は常に同相の起電力となり、互いに打ち消すことはない。このため、逆方向の起電力をカットする回路負担を伴わない発電機を提供することが可能となる。この場合、第1巻線と第2巻線には、互いに45度位相のずれた交流起電力が発生している。
[0021]
 第1回転子板30及び第2回転子板35は、通常、発生した起電力による電流と磁束により、逆方向の回転トルクを受けることになる。ところが、発生した交流起電力による交流電流は、キャパシタ80-1、2により位相がそれぞれ90度進められている。これにより、各巻線に交流電流のピークが流れるとき、各巻線は磁束が粗な部分Bを通過するため、巻線の動きは磁束と平行となり磁束をカットしない。このため、回転と逆方向の力は発生しない。交流電流が流れていないとき、各巻線は磁束が密な部分Aを通過するため磁束をカットするが、電流が流れていないため逆方向の力は発生しない。このため外部から与えられた回転駆動トルクは、損なわれることなく第1回転子板30及び第2回転子板35に伝えられるため、発電効率の高い発電機を得ることが可能となる。

産業上の利用可能性

[0022]
 以上説明したように本発明によると、全ての巻線に同相の起電力を発生させることが可能となるため、逆方向の起電力をカットするための電子回路が不要となり、回路が簡単な発電機を提供することが可能となる。また、交流起電力により巻線に流れる交流電流は、キャパシタにより90度位相が進められて、逆回転方向の回転トルクが発生しないため、外部からの回転駆動トルクが損なわれることがなくなり、発電効率の高い発電機を提供することが可能となる。

請求の範囲

[1]
 第1巻線が施されて固定されたリング状コアと、前記リング状コアを挟んで対向して駆動軸に設置された第1及び第2回転子板とを有し、
 前記第1及び第2回転子板の対向面には、複数の永久磁石の磁極が互いに異なるように交互に配列されて設置され、且つ、前記第1及び第2回転子板は、前記配列された複数の永久磁石の同一磁極が対向するよう前記駆動軸に設置され、
 前記第1巻線は、巻線方向が互いに逆方向となるよう複数に分割されて前記リング状コアに巻かれ、且つ、前記第1巻線の一端にキャパシタが接続されていることを特徴とする発電機。
[2]
 前記第1及び第2回転子板の永久磁石の数と、前記第1巻線の分割数とが同じ数であることを特徴とする請求項1に記載の発電機。
[3]
 前記第1巻線と同一構成の第2巻線の巻き始め部が、前記第1巻線の巻き始め部に対して45度ずれて前記第1巻線上に巻かれていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電機。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]