CN102187551A - 同轴反转式无铁心发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种例如利用风车的旋转力，以简略结构实现省空间化，而且实现大输出的同轴反转式无铁心发电机。本发明的同轴反转式无铁心发电机(1)具备：被固定支承的发电机轴(13)；通过发电机轴(13)支承为能够旋转，并在风力的作用下被旋转驱动的带磁铁(24)的外转子(12)；在外转子(12)内同轴配置且由发电机轴(13)支承而能够旋转地内置，且与所述磁铁(24)对应配置地配置有线圈部(41)的无铁心型线圈体(14)；由发电机轴(13)轴支承，并与呈圆形配置地设置在外转子(12)、无铁心型线圈体(14)这双方的圆形齿轮(26、45)进行齿轮结合，与外转子(12)的旋转相对应地使无铁心型线圈体(14)沿反方向旋转的反转用齿轮(51)，其中，取出对应于由外转子(12)、无铁心型线圈体(14)的反方向的旋转引起的磁铁(24)与线圈部(41)的相对速度的上升的发电输出。

Description

同轴反转式无铁心发电机
技术领域
本发明涉及同轴反转式无铁心发电机，详细来说涉及例如利用风车的旋转力以简略结构实现省空间化，而且实现大输出的同轴反转式无铁心发电机。
背景技术
近年来，从二氧化碳的排出削减、化石燃料的消耗削减等的观点出发，利用风能、太阳能等各种自然能源的发电机引人注目。
其中，提出有在利用风能的风车发电机的情况下，例如通过增速机使风车的旋转增速而向发电部传递，通过该发电部，能够得到比仅利用风车的旋转力的的发电机时大的发电输出。
然而，在此种风车发电机的情况下，将增速机和发电部单独设置，在实现省空间方面不优选。
在专利文献1中，作为与本发明相关联的技术，提出有一种利用风车的旋转力的带旋转增速功能的发电机，具备一种由行星齿轮机构构成的传动机构，该行星齿轮机构具备成对的发电用转子，通过它们的相对旋转进行发电，并将转子的旋转作为另一转子的反方向的旋转进行传递，所述带旋转增速功能的发电机利用向转子输入的旋转力分别使两转子沿反方向相对旋转而进行发电。
在该带旋转增速功能的发电机的情况下，由于采用由行星齿轮机构构成的传动机构，因此传动机构的结构变得复杂。
专利文献1：日本特开2005-287215号公报
发明内容
本发明要解决的问题点在于，例如利用风车的旋转力，以简略结构实现省空间化，而且实现大输出的同轴反转式无铁心发电机不存在。
本发明的同轴反转式无铁心发电机的最主要特征在于，具备：被固定支承的发电机轴；带磁铁的外转子，通过发电机轴支承为能够旋转，并被外力驱动旋转；无铁心型线圈体，在所述外转子内同轴配置且由发电机轴支承而能够旋转地内置，且与所述磁铁对应配置地配置有线圈部；及反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与呈圆形配置地设置在所述外转子、无铁心型线圈体这双方的圆形齿轮进行齿轮结合，与外转子的旋转相对应地使无铁心型线圈体沿反方向旋转，其中，构成为从所述无铁心型线圈体的线圈部输出端经由绕所述发电机轴固定配置的集电环取出发电输出，该发电输出与由所述外转子、无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述磁铁与线圈部的相对速度的上升相对应。
发明效果
根据本发明的第一方面，能够提供一种与通常的使用转子、定子的发电机相比，能够在同轴反转结构的外转子、无铁心型线圈体之间得到例如2倍的相对速度，且能够得到比通常的风力发电用的发电机大的发电输出的同轴反转式无铁心发电机。
根据本发明的第二方面，能够提供一种在起到与第一方面同样的效果的基础上，由于将无铁心型线圈体多级配置，因此尤其是风能大的情况下，能够得到更大的发电输出的同轴反转式无铁心发电机。
根据本发明的第三方面，能够提供一种以内转子类型的结构为基础，与第一方面的情况同样地，能够得到比通常的风力发电用的发电机大的发电输出的同轴反转式无铁心发电机。
根据本发明的第四方面，能够提供一种以内转子类型的结构为基础，起到与第三方面同样的效果，而且，由于将无铁心型线圈体多级配置，因此尤其是在风能大的情况下，能够得到更大的发电输出的同轴反转式无铁心发电机。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种例如利用风车的旋转力，并以简略结构实现省空间化，而且实现大输出的同轴反转式无铁心发电机。
本发明的同轴反转式无铁心发电机通过如下结构实现上述目的，即，具有：被固定支承的发电机轴；外转子，由该发电机轴支承为能够旋转，被外力驱动旋转，并且在内部设置沿发电机轴的方向的多级的收容室，并在该收容室的壁面上配置各磁铁；多级无铁心型线圈体，同轴配置且由发电机轴支承为能够旋转而内置在所述各收容室内，与所述各磁铁对应配置地配置有各线圈部；及多级反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与呈圆形配置地设置在所述外转子和各级的无铁心型线圈体这双方的各圆形齿轮分别进行齿轮结合，与外转子的旋转相对应地使各无铁心型线圈体反方向旋转，其中，构成为从所述各无铁心型线圈体的各线圈部输出端经由绕所述发电机轴多级固定配置的各集电环取出发电输出，该发电输出与由所述外转子、各无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述各磁铁与各线圈部的相对速度的上升相对应。
以下，参照附图，详细说明本发明的实施例的同轴反转式无铁心发电机。
(实施例1)
参照图1至图3，说明本发明的实施例1的同轴反转式无铁心发电机1。
如图1所示，本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1配置在例如回转磨坊形(垂直轴类型)的风车2的下端与将该风车2支承为距地面规定高度的杆3的上端之间，利用在风能下旋转的风车2的旋转力而得到发电输出。所述风车2构成为相对于风车轴3经由臂4安装例如三枚叶片5，并将风车轴3的下端部3a安装在所述同轴反转式无铁心发电机1上。
关于本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1，参照图2、图3进行具体说明。
本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1具有发电机主体10和将该发电机主体10支承为能够旋转的轴支承体11。
所述发电机主体10具有：接受所述风车2的旋转力而进行旋转的外转子12；轴支承该外转子12的中央部，并使该外转子12能够旋转的发电机轴13；及在由所述发电机轴13支承中央部的状态下内置在外转子12内的圆盘状的无铁心型线圈体(被压缩成圆盘状的线圈束)14。
所述发电机轴13在下端设置螺纹13a，在上端侧设置大径部13b，在该大径部13b的下侧设置突出圆板部13c。
所述外转子12将下侧开口的碟形圆盘状的上部转子21和上侧开口的碟形圆盘状的下部转子31以上下配置的方式对接接合，在两者的外周附近位置使用排列成圆形的多个固定螺栓22一体地固定。
在所述外转子12中的上部转子21中，使发电机轴13的上端部与所述上部转子21的中央部下侧嵌合，并且在所述上部转子21的中央部设置向上侧突出的圆柱状的风车安装部21a。
在所述风车安装部21a上设有圆形配置的多个螺纹孔21b，构成为通过与所述风车轴3的下端部3a接合而未图示的安装螺栓将上部转子21和风车轴3的下端部3a一体结合，传递风车轴3的旋转力。
另外，在所述发电机轴13的大径部13b的上表面侧和其附近的上部转子21的内底部之间配置主轴承23，而将上部转子21轴支承为能够旋转，从而将外转子12轴支承为能够旋转。
在所述上部转子21的内底部中的所述主轴承23的外侧位置设置具有比大径部13b稍大的内径的圆形突部25，在该圆形突部25的下端面的整周设置圆形齿轮26。
在所述上部转子21的内底部中的外周附近位置，以使端面面对内底面的状态将需要数目的磁铁24呈圆形配置地埋设。
所述下部转子31形成为与所述上部转子21呈上下大致对称形状。即，构成为在所述下部转子31的中央部上表面设有供所述突出圆板部13c进入的圆形凹状阶梯部32，并且使所述发电机轴13贯通该圆形凹状阶梯部32的中心位置。
另外，在下部转子31的内底部中的外周附近位置，以使端面面对内底面的状态且以与所述上部转子21侧的磁铁24相对的配置将需要数目的磁铁24呈圆形配置地埋设。
通过这样的上部转子21、下部转子31的结构，在两者的内部形成收容无铁心型线圈体14的收容室33。
在所述下部转子31的下表面侧的中央部设置向下侧突出的圆柱状的安装部34，在该安装部34上呈圆形配置地设置螺纹孔35。
所述无铁心型线圈体14构成为在所述收容室33内与所述外转子12同轴配置，并且在所述无铁心型线圈体14的中央部设置具有供所述上部转子21的圆形突部25进入的内径的上孔和比所述发电机轴13的大径部13b稍大径的下孔，供大径部13b贯通。
并且，经由配置在大径部13b的下端外周与所述无铁心型线圈体14的下孔之间的轴承46通过所述发电机轴13将无铁心型线圈体14支承为能够旋转。
另外，在所述无铁心型线圈体14的上表面以与所述上部转子21侧的磁铁24对应配置且接近的状态配置线圈部41，同样地在所述无铁心型线圈体14的下表面以与所述下部转子31侧的磁铁24对应配置且接近的状态配置线圈部41。
此外，所述无铁心型线圈体14的上下的各线圈部41中的各线圈部输出端42构成为配置在面对该无铁心型线圈体14的下表面的位置，与位于所述圆形凹状阶梯部32内的发电机轴13中的突出圆板部13c相对。
也可以取代所述线圈部输出端42、电刷43的结构，而使用例如无电刷型的集电环、无火花型的集电环。
并且，构成为经由与设置在所述突出圆板部13c的上表面的所述各线圈部输出端42对应配置的各电刷(集电环)43、与该各电刷43连接的输出电缆44，取出发电机主体10产生的发电输出。
在所述无铁心型线圈体14中的形成下孔的圆形突出部14a的上表面侧(上孔侧)，在整周设置与所述圆形突部25的圆形齿轮26同样的圆形齿轮45。
另外，在所述发电机轴13的大径部13b外周安装位于所述上孔内而使旋转轴为水平方向的多个反转用齿轮51，并将该反转用齿轮51分别与所述圆形齿轮26、圆形齿轮45进行齿轮结合。
根据此种结构，使所述外转子12沿图2所示的箭头a方向旋转时，无铁心型线圈体14通过反转用齿轮51沿图2所示的箭头b方向反向旋转。
即，构成为使用反转用齿轮51使所述外转子12和无铁心型线圈体14同轴反转。
所述轴支承体11将所述发电机轴13嵌装在中央孔61a内并向下方突出，形成为固定支承体61和旋转支承体71的重合结构，该固定支承体61从下侧将螺母62旋入发电机轴13的螺纹13a而进行固定支承，该旋转支承体71以密接状态配置在该固定支承体61上且使所述发电机轴13贯通与设置在中央部的所述中央孔61a同径的贯通孔71a。
即，构成为所述旋转支承体71相对于固定支承体61经由设置在它们两者间的轴承63被支承为能够旋转，并且使设置在旋转支承体71的下表面外周部的圆形突条71b嵌入到设置在固定支承体61的上表面外周部的圆形槽61b，由此，旋转支承体71能够在固定支承体61上密接且平滑地旋转。
构成为在所述固定支承体61的侧面上设有与中央孔61a的轴线方向正交配置的螺纹孔64，从固定支承体61的下侧嵌入所述杆3的上端部，使用螺栓65将所述轴支承体11安装在杆3的上端部。
构成为在所述旋转支承体71上以与所述下部转子31中的安装部34的螺纹孔35对应配置的方式配置安装螺栓72，在组装旋转支承体71和固定支承体61的前阶段，将该旋转支承体71安装在所述下部转子31上，然后将固定支承体61组装在旋转支承体71上。
在所述旋转支承体71中的贯通孔71a的上端部配置发电机轴13用的支承轴承73。
此外，在图2中，52是分别配置在上部转子21与无铁心型线圈体14之间、以及下部转子31与无铁心型线圈体14之间的滚子轴承。
根据本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1，所述风车2在风能的作用下沿例如图2所示的箭头a方向旋转时，所述外转子12也沿箭头a方向旋转，该外转子12的旋转力向反转用齿轮51传递，其结果是经由反转用齿轮51，无铁心型线圈体14沿图2所示的箭头b方向旋转(同轴反转)。
其结果是，能够将与所述各磁铁24和线圈部41的相对速度的上升相对应的大发电输出从所述无铁心型线圈体14的线圈部输出端42经由所述电刷43、输出电缆44向外部取出。
进一步详细叙述，根据本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1，由于构成为仅通过反转用齿轮51这一简单元件就与所述风车2的旋转相对应地使所述外转子12和无铁心型线圈体14同轴反转，因此与使用通常的转子、定子的发电机相比，能够在外转子12、无铁心型线圈体14之间得到例如2倍的相对速度，在同一风能的条件下能够得到比通常的风力发电用的发电机大的发电输出。
具体来说，在通常的发电机中在100的转速下发电输出假定为100时，根据本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1，能够以50的转速得到100的发电输出。或者，若为100的转速则能够得到200的发电输出。
接下来，参照图4，说明作为本实施例1的同轴反转式无铁心发电机1的变形例的同轴反转式无铁心发电机1A。
变形例的同轴反转式无铁心发电机1A基本上与已述的同轴反转式无铁心发电机1基于同样的原理，结构也近似，因此对与所述同轴反转式无铁心发电机1的情况相同的要素附加同一标号，省略其详细说明。
变形例的同轴反转式无铁心发电机1A取代已述的同轴反转式无铁心发电机1中的发电机主体10而采用图4所示的发电机主体10A。
即，使用外转子12A，该外转子12A在上部转子21、下部转子31之间与它们一体地夹设中转子30，在上部转子21与中转子30之间、中转子30与下部转子31之间具备由上下两级构成的与已述的情况同样的结构形成的收容室33、33。
并且，其特征在于，构成为在该外转子12A内的两个收容室33配置分别与已述的情况同样的结构形成的两个无铁心型线圈体14，与其相对应地在发电机轴13上下两级地配置反转用齿轮51，将两个无铁心型线圈体14进行同轴反转驱动，在发电机轴13上在上下2级配置各电刷43，将输出电缆44与各电刷43连接而经由上下2级的各电刷43取出发电输出。
另外，虽然图4中未图示，但变形例的同轴反转式无铁心发电机1A由所述轴支承体11支承。
根据变形例的同轴反转式无铁心发电机1A，与实施例1的同轴反转式无铁心发电机1的情况同样地，与使用通常的转子、定子的发电机相比，在外转子12与各无铁心型线圈体14、14之间能够分别得到例如2倍的相对速度，在同一风能的条件下能够得到比通常的风力发电用的发电机大的发电输出。
另外，根据变形例的同轴反转式无铁心发电机1A，由于将无铁心型线圈体14进行2级配置，因此尤其是风能较大时，与所述同轴反转式无铁心发电机1相比，能够得到大的发电输出。
在变形例的同轴反转式无铁心发电机1A中，示出了将2级的无铁心型线圈体14配置在外转子12A内的情况，但除此之外，也可以构成为在外转子内配置3级、4级等更多级的无铁心型线圈体，这些情况也能够发挥与变形例的同轴反转式无铁心发电机1A的情况同样的作用、效果。
(实施例2)
参照图5，说明本发明的实施例2的同轴反转式无铁心发电机1B。本实施例2的同轴反转式无铁心发电机1B的特征在于，采用与实施例1的同轴反转式无铁心发电机1同样的结构并且为内转子类型。
此外，在图5中，对与实施例1的同轴反转式无铁心发电机1的情况相同的结构要素附加同一标号，省略其详细说明。
本发明的实施例2的同轴反转式无铁心发电机1B具备固定配置在轴支承体81上的内转子类型的发电机主体80。
所述发电机主体80具有：壳体83；接受所述风车2的旋转力而进行旋转的与所述外转子12大致同样的结构的内转子82；轴支承该内转子82的中央部而从壳体83向下方突出，并且能够使所述内转子82旋转的与已述的情况同样的发电机轴13；在由所述发电机轴13支承中央部的状态下内置在内转子82内的与已述的情况同样的圆盘状的无铁心型线圈体14。
所述壳体83构成为覆盖除构成内转子82的上部转子21的风车安装部21a之外的上表面、侧面及下表面。并且，在下表面侧设置安装部83a，使该安装部83a密接在轴支承体81上，并一体地安装于轴支承体81上。
所述轴支承体81与所述轴支承体11为大致同样的结构，省略所述旋转支承体71的结构，例如具备上下分割结构的上支承体91、下支承体92，构成为通过使从上支承体91的内部向上方突出的螺栓93与设置在所述壳体83的安装部83a上的螺纹孔83a螺合而与壳体83形成一体。
其它的结构与实施例1的同轴反转式无铁心发电机1的情况相同。
根据本实施例2的同轴反转式无铁心发电机1B，与已述的情况同样地，能够将大发电输出从所述无铁心型线圈体14的线圈部输出端42经由所述电刷43、输出电缆44向外部取出，该大发电输出对应于所述内转子82、无铁心型线圈体14的反方向的旋转引起的所述各磁铁24与线圈部41的相对速度的上升。
由此，与实施例1的同轴反转式无铁心发电机1的情况同样地，与使用通常的转子、定子的发电机相比，能够在内转子82、无铁心型线圈体14之间得到例如2倍的相对速度，在同一风能的条件下，能够得到比通常的风力发电用的发电机大的发电输出。
在本实施例2中，当然也可以在内转子82内配置2级、3级、4级等那样的多级的无铁心型线圈体14，这种情况下也能够发挥与变形例的同轴反转式无铁心发电机1A等情况同样的作用、效果。
工业实用性
本发明无论垂直轴型、水平轴型都能够适用作为风车的类型，而且，除了适用于通过自然风使风车旋转而进行发电的情况之外，也能够广泛地应用作为通过空调机的排风等人工风使风车旋转而进行发电的情况等同轴反转式无铁心发电机。
附图说明
图1是示出包含本发明的实施例1的同轴反转式无铁心发电机的风力发电设备的简图。
图2是本实施例1的同轴反转式无铁心发电机的简略分解剖视图。
图3是本实施例1的同轴反转式无铁心发电机的简略俯视图。
图4是作为实施例1的变形例的同轴反转式无铁心发电机的简略分解剖视图。
图5是本发明的实施例2的同轴反转式无铁心发电机的简略分解剖视图。
标号说明：
1同轴反转式无铁心发电机
1A同轴反转式无铁心发电机
1B同轴反转式无铁心发电机
2风车
3杆
3风车轴
3a下端部
4臂
5叶片
10发电机主体
11轴支承体
12外转子
13发电机轴
13a螺纹
13b大径部
13c突出圆板部
14无铁心型线圈体
14a圆形突出部
21上部转子
21a风车安装部
21b螺纹孔
22固定螺栓
23主轴承
24磁铁
25圆形突部
26圆形齿轮
30中转子
31下部转子
32圆形凹状阶梯部
33收容室
34安装部
35螺纹孔
41线圈部
42线圈部输出端
43电刷
44输出电缆
45圆形齿轮
46轴承
51反转用齿轮
52滚子轴承
61固定支承体
61a中央孔
61b圆形槽
62螺母
63轴承
64螺纹孔
65螺栓
71旋转支承体
71a贯通孔
71b圆形突条
72安装螺栓
73支承轴承
80发电机主体
81轴支承体
82内转子
83壳体
83a安装部
91上支承体
92下支承体
93螺栓

Claims (4)

1.一种同轴反转式无铁心发电机，其特征在于，具备：
被固定支承的发电机轴；
带磁铁的外转子，通过发电机轴支承为能够旋转，并被外力驱动旋转；
无铁心型线圈体，同轴配置且由发电机轴支承而能够旋转地内置在所述外转子内，且与所述磁铁对应配置地配置有线圈部；及
反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与呈圆形配置地设置在所述外转子、无铁心型线圈体这双方的圆形齿轮进行齿轮结合，与外转子的旋转相对应地使无铁心型线圈体沿反方向旋转，
构成为从所述无铁心型线圈体的线圈部输出端经由绕所述发电机轴固定配置的集电环取出发电输出，该发电输出与由所述外转子、无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述磁铁与线圈部的相对速度的上升相对应。
2.一种同轴反转式无铁心发电机，其特征在于，具有：
被固定支承的发电机轴；
外转子，由该发电机轴支承为能够旋转，被外力驱动旋转，并且在内部设置沿发电机轴的方向的多级的收容室，并在该收容室的壁面上配置各磁铁；
多级无铁心型线圈体，同轴配置且由发电机轴支承为能够旋转而内置在所述各收容室内，与所述各磁铁对应配置地配置有各线圈部；及
多级反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与呈圆形配置地设置在所述外转子和各级的无铁心型线圈体这双方的各圆形齿轮分别进行齿轮结合，与外转子的旋转相对应地使各无铁心型线圈体反方向旋转，
构成为从所述各无铁心型线圈体的各线圈部输出端经由绕所述发电机轴多级固定配置的各集电环取出发电输出，该发电输出与由所述外转子、各无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述各磁铁与各线圈部的相对速度的上升相对应。
3.一种同轴反转式无铁心发电机，其特征在于，具有：
固定配置的壳体；
固定支承在所述壳体内的发电机轴；
带磁铁的内转子，在所述壳体内由发电机轴支承为能够旋转，并被外力驱动旋转；
无铁心型线圈体，同轴配置且由发电机轴而能够旋转地内置在所述壳体内，且与所述磁铁对应配置地配置有线圈部；及
反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与呈圆形配置地设置在所述内转子和无铁心型线圈体这双方的圆形齿轮进行齿轮结合，与内转子的旋转相对应地使无铁心型线圈体反方向旋转，
构成为从所述无铁心型线圈体的线圈部输出端经由绕所述发电机轴固定配置的集电环取出发电输出，该发电输出与由所述内转子、无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述磁铁与线圈部的相对速度的上升相对应。
4.一种同轴反转式无铁心发电机，其特征在于，具有：
固定配置的壳体；
固定支承在所述壳体内的发电机轴；
内转子，在所述壳体内由发电机轴支承为能够旋转，被外力驱动旋转，并且在内部设置沿发电机轴的方向的多级的收容室，并在该收容室的壁面上配置各磁铁；
多级无铁心型线圈体，同轴配置且由发电机轴支承为能够旋转而内置在所述各收容室内，与所述各磁铁对应配置地配置有各线圈部；
多级反转用齿轮，由所述发电机轴轴支承，并与多级且呈圆形配置地设置在所述内转子和无铁心型线圈体这双方的各圆形齿轮进行齿轮结合，与内转子的旋转相对应地使各无铁心型线圈体反方向旋转，及
构成为从所述无铁心型线圈体的各线圈部输出端经由绕所述发电机轴多级固定配置的各集电环取出发电输出，该发电输出与由所述内转子、各无铁心型线圈体的反方向的旋转引起的所述各磁铁与各线圈部的相对速度的上升相对应。
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