CN106059154A - 发电装置 - Google Patents

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CN106059154A
CN106059154A CN201510939279.4A CN201510939279A CN106059154A CN 106059154 A CN106059154 A CN 106059154A CN 201510939279 A CN201510939279 A CN 201510939279A CN 106059154 A CN106059154 A CN 106059154A
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崎山幸
崎山一幸
高桥英治
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Abstract

在现有技术中，希望将高的输出电力稳定地发电。一种发电装置，具备：磁通产生部，产生磁通；旋转部，绕旋转轴旋转；感应线圈部，具备绕组；上述磁通产生部、上述旋转部和上述感应线圈部在上述旋转轴方向上排列配置；上述旋转部配置在上述磁通产生部与上述感应线圈部之间；上述旋转部具备磁通变化部；通过上述旋转部的旋转，上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间；由于上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间，从而与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度变化；对应于与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度的变化，在上述感应线圈部中感应出电动势。

Description

发电装置
技术领域
本发明涉及发电装置。
背景技术
专利文献1公开了一种旋转机，其具备卷绕着电极体绕组及励磁绕组的电极体铁芯、和由具有磁凸极的感应体构成的转子。
专利文献1：特开2003－180059号公报
发明内容
在现有技术中，希望将高的输出电力稳定地发电。
一种发电装置，具备：磁通产生部，产生磁通；旋转部，绕旋转轴旋转；以及感应线圈部，具备绕组；上述磁通产生部、上述旋转部和上述感应线圈部在上述旋转轴方向上排列配置；上述旋转部配置在上述磁通产生部与上述感应线圈部之间；上述旋转部具备磁通变化部；通过上述旋转部的旋转，上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间；由于上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间，从而与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度变化；对应于与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度的变化，在上述感应线圈部中感应出电动势。
根据本申请，能够将高的输出电力稳定地发电。
附图说明
图1是表示实施方式1的发电装置1000的概略结构的图。
图2是表示实施方式1的仿真模型的图。
图3是表示磁通分布的一例的图。
图4是表示磁通密度分布的图。
图5是表示实施方式2的发电装置2000的概略结构的图。
图6是表示实施方式3的发电装置3000的概略结构的图。
图7是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的分解图。
图8是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的组装图。
图9是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的剖视图。
图10是表示实施方式4的发电装置4000的截面的一部分的图。
图11是表示实施方式4的发电装置4000的变形例的图。
标号说明
100 旋转部
101 磁通变化部
102 旋转轴接合部
110 旋转轴
120 轴承
130 轴承
140 磁通产生部
141 第2磁通产生部
150 感应线圈部
160 磁性体磁轭
170 磁性体磁轭
1000 发电装置
1140 磁通产生部
1100 旋转部
1150 感应线圈部
1101 磁通变化部
2000 发电装置
2100 旋转部
2101a 第1磁通变化部
2101b 第2磁通变化部
2101c 第3磁通变化部
2101d 第4磁通变化部
2140 磁通产生部
2150 感应线圈部
3000 发电装置
3140 磁通产生部
3100 旋转部
3101 磁通变化部
3101a 第1磁通变化部
3101b 第2磁通变化部
3101c 第3磁通变化部
3101d 第4磁通变化部
3150a 第1感应线圈部
3150b 第2感应线圈部
3150c 第3感应线圈部
3150d 第4感应线圈部
4000 发电装置
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。
首先，在以下说明本发明者的着眼点。
旋转机发电机越使转子高速旋转越能够得到高的输出。但是，通过高速旋转，发生因旋转轴承或电刷的磨损造成的故障、以及振动噪声等。
另一方面，为了提高输出，有使动作磁通密度升高的方法。
在使用永久磁铁的旋转机中，通过使用磁力高的磁铁，能够提高动作磁通密度。但是，作为磁力高的磁铁，通常需要成本高的磁铁(例如使用稀土类的磁性材料的磁铁)。
另一方面，在专利文献1那样的使用励磁绕组的旋转机中，通过使电极体线圈的卷绕数增多来提高磁动势。或者，在使用励磁绕组的旋转机中，通过利用较粗的磁线圈等而使流过线圈的电流增多，从而提高磁动势。通过这些，能够提高动作磁通密度。但是，这些对策使电极体自身变大且变重。
基于以上的课题认识，本发明者创造出下述实施方式所示的结构。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1的发电装置1000的概略结构的图。
实施方式1的发电装置1000具备磁通产生部1140、旋转部1100和感应线圈部1150。
磁通产生部1140产生磁通。
旋转部1100绕旋转轴旋转。
感应线圈部1150具备绕组。
磁通产生部1140、旋转部1100和感应线圈部1150在旋转轴方向上排列配置。
旋转部1100配置在磁通产生部1140与感应线圈部1150之间。
旋转部1100具备磁通变化部1101。
通过旋转部1100的旋转，磁通变化部1101横穿与绕组交链的磁通穿过的空间。
由于磁通变化部1101横穿与绕组交链的磁通穿过的空间，与绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在感应线圈部1150中感应出电动势。
根据以上的结构，即使是使用小的磁动势的部件的情况，也能够将高的输出电力稳定地发电。
即，根据以上的结构，通过磁通变化部，能够对感应线圈部施加比从磁通产生部产生的磁通的磁通密度大的磁通密度的磁通。由此，作为磁通产生部，能够使用小磁动势的部件(例如磁化小的磁铁)。因而，能够使磁通产生部小型化，并且能够使发电装置整体小型化。进而，不再需要为了使磁动势增加而使用成本高的部件(例如使用稀土类的磁性材料的磁铁等)。
此外，根据以上的结构，能够不使大型且较重的部件(感应线圈、或用于产生磁通的部件)旋转而进行发电。即，通过使能够比较简单且轻量地构成的旋转部(以及磁通变化部)旋转，能够进行发电。由此，能够降低特别是在高速旋转时会显著发生的、旋转时的故障及机械损伤等。
此外，根据以上的结构，能够不使用电刷而构成发电装置。由此，能够抑制因电刷的磨损造成的故障等的发生。
此外，在实施方式1的发电装置1000中，旋转部1100可以是导体板。
根据以上的结构，能够使导体板中产生涡电流。由此，能够使从磁通产生部产生的磁通集中于导体板的移动方向的前方。结果，能够更有效率地生成比从磁通产生部产生的磁通的磁通密度大的磁通密度的磁通。
此外，在实施方式1的发电装置1000中，磁通变化部1101可以是设于导体板的开口部。
根据以上的结构，作为开口部，磁通变化部能够做成不具备部件的部分。由此，能够使旋转部更加轻量化。
图2是表示实施方式1的仿真模型的图。
图2所示的仿真模型是2维磁场解析的模型。能够将移动导体的速度以及磁铁和磁极的尺寸等作为参数进行变更来进行仿真。
在图2所示的仿真模型中，通过由磁轭构成的磁极和磁铁形成静磁场。
使用图2所示的仿真模型，解析了旋转的移动导体在该静磁场中穿过的情况下的感应绕组位置处的磁通密度的变化。
移动导体设为铝。磁铁的磁化强度设为1.2T。由磁轭构成的磁极设为硅钢材。
图3是表示移动导体在上述静磁场中横穿的瞬间的磁通分布的一例的图。
图4是表示图3的时刻的磁通密度分布的图。
图4表示使移动导体的速度作为参数而变更了的情况下的磁通密度分布。
图4表示将移动速度从最大值标准化而减速到零的情况下的、感应线圈的设置位置处的磁通密度分布的比较。另外，以移动导体的旋转速度100rpm进行了标准化。另外，移动导体等的尺寸参数固定。
根据以上的仿真结果可知，移动导体在静磁场中穿过，从而在移动导体中产生与其速度对应的感应电动势。此时，通过该感应电动势，在移动导体中流过涡电流。该涡电流向阻止在移动导体中穿过的磁通的方向流动。因此，如图3所示，磁通集中在移动导体的前方。
这样，导体在静磁场中移动，从而对应于移动导体的速度和移动导体的位置而产生磁通密度的高低。因而，对应于该磁通密度的变化量，在感应线圈中产生感应电压。
根据以上，例如能够在感应线圈的设置位置产生比从磁铁产生的磁通的磁通密度大的磁通密度的磁通。
此外，在实施方式1的发电装置1000中，也可以在上述开口部设置磁性体。
根据以上的结构，除了由磁通变化部带来的磁通密度的变化以外，还能够实现由该磁性体带来的磁通密度的增加。由此，能够更有效率地使感应线圈部中的感应电压上升。
此外，在实施方式1的发电装置1000中，旋转部1100也可以是绝缘体板。此时，磁通变化部1101也可以是设于绝缘体板的磁性体。
根据以上的结构，通过使用绝缘体从而不流过涡电流。因而，能够降低损耗。
在以上的结构中，通过设于绝缘体板的磁性体，与感应线圈部150的绕组交链的磁通量变化。由此，在感应线圈中能够得到感应电压。
此外，实施方式1的发电装置1000也可以具备磁轭(例如磁性体磁轭)。此时，该磁轭可以形成与绕组交链的磁通环绕于磁通产生部1140的磁路。
根据以上的结构，能够将从磁通产生部产生的磁通经由磁轭再次向磁通产生部引导。因而，能够将朝向感应线圈部的磁通进一步加强。
另外，在图1所示的例子中，旋转部1100是具备将磁通变化部1101保持的保持部的结构。但是，旋转部1100的形状并不限于此。即，旋转部1100也可以是圆盘形状的板部件。或者，旋转部1100也可以是矩形形状等。
此外，在实施方式1中，磁通产生部也可以由磁铁构成。
或者，磁通产生部也可以使用由线圈和磁性体芯构成的电磁铁构成。在此情况下，如果是实施方式1的发电装置1000，则能够减小用来激励工作磁场的电磁铁的磁动势。结果，能够使流过线圈的电流较小。因此，能够实现线圈的轻量化且使铜损也较小。
(实施方式2)
以下说明实施方式2。将与上述实施方式1重复的说明适当省略。
图5是表示实施方式2的发电装置2000的概略结构的图。
实施方式2的发电装置2000具备磁通产生部2140、旋转部2100和感应线圈部2150。
磁通产生部2140产生磁通。
旋转部2100绕旋转轴旋转。
感应线圈部2150具备绕组。
磁通产生部2140、旋转部2100和感应线圈部2150在旋转轴方向上排列配置。
旋转部2100配置在磁通产生部2140与感应线圈部2150之间。
旋转部2100具备第1磁通变化部2101a。
通过旋转部2100的旋转，第1磁通变化部2101a横穿与绕组交链的磁通穿过的空间。
由于第1磁通变化部2101a横穿与绕组交链的磁通穿过的空间，从而与绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在感应线圈部2150中感应出电动势。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式1中说明的效果。
进而，在实施方式2的发电装置2000中，旋转部2100具备第2磁通变化部2101b。
通过旋转部2100的旋转，第2磁通变化部2101b横穿与绕组交链的磁通穿过的空间。
由于第2磁通变化部2101b横穿与绕组交链的磁通穿过的空间，从而与绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在感应线圈部2150中感应出第2电动势。
根据以上的结构，通过旋转部的旋转，能够使1个感应线圈部感应出多个电动势。因而，能够从1个旋转运动有效率地得到更多的输出电力。
另外，在实施方式2的发电装置2000中，旋转部2100也可以具备3个以上的磁通变化部。例如，如图5所示，旋转部2100也可以还具备第3磁通变化部2101c和第4磁通变化部2101d。
此外，在图5所示的例子中，旋转部2100是圆盘形状的板部件。但是，旋转部2100的形状并不限于此。即，旋转部2100也可以是矩形形状等。或者，旋转部2100也可以是具备多个将多个磁通变化部保持的保持部的结构。
此外，在实施方式2中，可以适当采用在上述的实施方式1中说明的附加性的结构。
(实施方式3)
以下说明实施方式3。将与上述实施方式1及实施方式2重复的说明适当省略。
图6是表示实施方式3的发电装置3000的概略结构的图。
实施方式3的发电装置3000具备磁通产生部3140、旋转部3100和第1感应线圈部3150a。
磁通产生部3140产生磁通。
旋转部3100绕旋转轴旋转。
第1感应线圈部3150a具备第1绕组。
磁通产生部3140、旋转部3100和第1感应线圈部3150a在旋转轴方向上排列配置。
旋转部3100配置在磁通产生部3140与第1感应线圈部3150a之间。
旋转部3100具备磁通变化部3101。
通过旋转部3100的旋转，磁通变化部3101横穿与第1绕组交链的磁通穿过的空间。
由于磁通变化部3101横穿与第1绕组交链的磁通穿过的空间，从而与第1绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与第1绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在第1感应线圈部3150a中感应出电动势。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式1中说明的效果。
进而，实施方式3的发电装置3000具备第2感应线圈部3150b。
第2感应线圈部3150b具备第2绕组。
磁通产生部3140、旋转部3100和第2感应线圈部3150b在旋转轴方向上排列配置。
旋转部3100配置在磁通产生部3140与第2感应线圈部3150b之间。
旋转部3100具备磁通变化部3101。
通过旋转部3100的旋转，磁通变化部3101横穿与第2绕组交链的磁通穿过的空间。
由于磁通变化部3101横穿与第2绕组交链的磁通穿过的空间，从而与第2绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与第2绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在第2感应线圈部3150b中感应出电动势。
根据以上的结构，通过旋转部的旋转，能够使多个感应线圈部感应出电动势。因而，能够从1个旋转运动有效率地得到多个输出电力。
另外，实施方式3的发电装置3000也可以具备3个以上的感应线圈部。例如，如图6所示，发电装置3000也可以还具备具有第3绕组的第3感应线圈部3150c和具有第4绕组的第4感应线圈部3150d。
此外，在实施方式3的发电装置3000中，旋转部3100可以是仅具备1个磁通变化部的结构。
或者，在实施方式3的发电装置3000中，旋转部3100也可以具备两个以上的磁通变化部。例如，如图6所示，旋转部3100也可以还具备第1磁通变化部3101a、第2磁通变化部3101b、第3磁通变化部3101c和第4磁通变化部3101d。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式2中说明的效果。
此外，在图6所示的例子中，磁通产生部3140由1个磁通产生用的部件构成。但是，磁通产生部3140的结构并不限于此。即，磁通产生部3140也可以由多个单独的磁通产生用的部件构成。此时，也可以在与多个感应线圈部分别对置的位置配置多个磁通产生用的部件。此时，多个磁通产生用的部件的每一个可以是产生相互相同的强度的磁通的部件。或者，多个磁通产生用的部件的每一个也可以是产生相互不同的强度的磁通的部件。
此外，在实施方式3中，可以适当采用在上述实施方式1及实施方式2中说明的附加性的结构。
(实施方式4)
以下说明实施方式4。将与上述实施方式1、实施方式2及实施方式3重复的说明适当省略。
图7是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的分解图。
图8是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的组装图。
图9是表示实施方式4的发电装置4000的概略结构的剖视图。
实施方式4的发电装置4000具备磁通产生部140、旋转部100和感应线圈部150。
磁通产生部140产生磁通。
旋转部100绕旋转轴旋转。
感应线圈部150具备绕组。
磁通产生部140、旋转部100和感应线圈部150在旋转轴方向上排列配置。
旋转部100配置在磁通产生部140与感应线圈部150之间。
旋转部100具备磁通变化部101。
通过旋转部100的旋转，磁通变化部101横穿与绕组交链的磁通穿过的空间。
由于磁通变化部101横穿与绕组交链的磁通穿过的空间，从而与绕组交链的磁通的磁通密度变化。
对应于与绕组交链的磁通的磁通密度的变化，在感应线圈部150中感应出电动势。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式1中说明的效果。
这里，在实施方式4的发电装置4000中，旋转部100具备多个磁通变化部。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式2中说明的效果。
这里，实施方式4的发电装置4000具备多个感应线圈部。
根据以上的结构，能够起到在上述实施方式3中说明的效果。
在实施方式4的发电装置4000中，磁通产生部140是磁铁。该磁铁在旋转轴方向上具有磁化。该磁铁对旋转部100施加轴向的磁场。
此外，在实施方式4的发电装置4000中，旋转部100是导体板。
此外，在实施方式4的发电装置4000中，磁通变化部101是设于导体板的开口部。
实施方式4的发电装置4000还具备旋转轴110、轴承120、轴承130、磁性体磁轭160和磁性体磁轭170。
此外，在实施方式4的发电装置4000中，旋转部100具备旋转轴接合部102。
旋转轴110也可以与发动机或车轴或风扇等的旋转运动连动而旋转。
轴承120和轴承130支承旋转轴110。
旋转轴接合部102将旋转轴110的旋转运动向旋转部100传递。
另外，旋转轴接合部102可以将旋转轴110与旋转部100直接接合而以相同的转速使旋转部100旋转。或者，也可以在旋转轴接合部102设置齿轮等。由此，通过改变旋转速度，能够改变感应电压。
图10是表示实施方式4的发电装置4000的截面的一部分的图。
磁性体磁轭160和磁性体磁轭170是形成与绕组交链的磁通环绕于磁通产生部140的磁路的磁轭。
如图10所示，在旋转部100的旋转停止的情况下，由在旋转轴方向上具有磁化的磁通产生部140产生的磁通将旋转部100贯通。然后，该磁通与感应线圈部150交链。然后，该磁通经由磁性体磁轭160和磁性体磁轭170而环绕于磁通产生部140。
以将磁通产生部140、旋转部100和感应线圈部150夹入的形式设置磁性体磁轭160和磁性体磁轭170。
图11是表示实施方式4的发电装置4000的变形例的图。
如图11所示，实施方式4的发电装置4000也可以还具备第2磁通产生部141。
此时，第2磁通产生部141相对于感应线圈部150设在与磁通产生部140相反的一侧。
根据以上的结构，能够提高配置感应线圈部150的工作空间的静磁场的强度。由此，能够将由磁通变化部101带来的磁通密度的变化量调整为所希望的大小。
另外，也可以将上述实施方式1至4中记载的结构分别适当组合。
产业上的可利用性
本申请的发电装置例如可以在车辆用发电机或充电用发电机等中使用。

Claims (8)

1.一种发电装置，其特征在于，
具备：
磁通产生部，产生磁通；
旋转部，绕旋转轴旋转；以及
感应线圈部，具备绕组；
上述磁通产生部、上述旋转部和上述感应线圈部在上述旋转轴方向上排列配置；
上述旋转部配置在上述磁通产生部与上述感应线圈部之间；
上述旋转部具备磁通变化部；
通过上述旋转部的旋转，上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间；
由于上述磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间，从而与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度变化；
对应于与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度的变化，在上述感应线圈部中感应出电动势。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
上述旋转部具备第2磁通变化部；
通过上述旋转部的旋转，上述第2磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间；
由于上述第2磁通变化部横穿与上述绕组交链的上述磁通穿过的空间，从而与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度变化；
对应于与上述绕组交链的上述磁通的磁通密度的变化，在上述感应线圈部中感应出第2电动势。
3.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
具备具有第2绕组的第2感应线圈部；
上述磁通产生部、上述旋转部和上述第2感应线圈部在上述旋转轴方向上排列配置；
上述旋转部配置在上述磁通产生部与上述第2感应线圈部之间；
通过上述旋转部的旋转，上述磁通变化部横穿与上述第2绕组交链的上述磁通穿过的空间；
由于上述磁通变化部横穿与上述第2绕组交链的上述磁通穿过的空间，从而与上述第2绕组交链的上述磁通的磁通密度变化；
对应于与上述第2绕组交链的上述磁通的磁通密度的变化，在上述第2感应线圈部中感应出电动势。
4.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
上述旋转部是导体板；
上述磁通变化部是设于上述导体板的开口部。
5.如权利要求4所述的发电装置，其特征在于，
在上述开口部设有磁性体。
6.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
上述旋转部是绝缘体板；
上述磁通变化部是设于上述绝缘体板的磁性体。
7.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
具备磁轭，该磁轭形成与上述绕组交链的上述磁通环绕于上述磁通产生部的磁路。
8.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
具备第2磁通产生部；
第2磁通产生部相对于上述感应线圈部设在上述磁通产生部的相反侧。
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