JP2000287499A - 発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転入力部（ハンドル）８を手で回して発電
を行なう小型発電機１において、回転入力部８の過度な
回転入力による機構部や回路部の破損を防止する。 【解決手段】 回転入力部８を過度な速さで回転させる
とクラッチ機構２０が動作して回転入力部８が空回りす
る構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発電機に関し、特に
手動の小型発電機において過度な入力を抑制するための
構成に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在一般に実用化されている手動の小型
発電機は、回転入力部から入力された回転を増速する増
速機構と、この増速機構により高速回転される磁石を有
するロータ部と、このロータ部の磁石と対向して配され
るコイルを有するステータ部と、を備えて構成されてい
る。

【０００３】増速機構は複数のギアを組み合わせてな
り、回転入力部から入力された回転を数十倍に増速して
ロータ部に伝達する。

【０００４】ロータ部の磁石はその回転方向にＮ極とＳ
極が交互に着磁されており、一方ステータ部のコイルは
磁石の回転方向に複数個が配置され、磁石との間で磁気
回路を構成している。

【０００５】そして増速機構により磁石が高速回転され
ると、磁石とコイルとの間の磁気作用によってコイルに
起電力が生じて発電が行なわれるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く構成される
従来の発電機では、操作者は回転入力部をどの程度の速
さで回せば適当であるのかがわからず、そのため回転入
力部を過度な速度で回しすぎて機構部に過剰な力が加わ
って機構部品を破損したり、回路部に過剰な電圧が加わ
って回路を破損したりするおそれがあった。本発明はこ
のような問題点を解消することを課題としてなされたも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するも
のとして本発明の発電機は、回転入力部から入力された
回転を増速する増速機構と、この増速機構により高速回
転される磁石を有するロータ部と、このロータ部の磁石
とギャップを介して磁気回路を構成するコイルを有する
ステータ部と、このステータ部のコイルから出力される
電圧を制限し、回転入力部の入力に必要なトルクを変化
させる制御回路と、回転入力部と増速機構との間に設け
られ、上記トルクが一定の値を越えると回転入力部を空
回りさせるクラッチ機構と、を備えてなるものである。

【０００８】このように構成される本発明の発電機で
は、回転入力部を過度な速度で回しすぎた場合にはクラ
ッチ機構が動作して回転入力部が空回りするので、操作
者は回転入力部の速度を下げて適正な速度で回して発電
を行なうことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態例について詳細に説明する。

【００１０】図１及び図２において１は本発明による手
動の小型発電機を全体として示し、２はその基盤となる
ベース板、３はこのベース板２を覆うカバーで、このカ
バー３の内部に収まる状態でベース板２上に、回転入力
部から入力された回転を増速する増速機構と、この増速
機構により高速回転される磁石を有するロータ部と、こ
のロータ部の磁石とギャップを介して磁気回路を構成す
るコイルを有するステータ部と、が備えられている。

【００１１】先ず増速機構について説明すると、この増
速機構は回転入力ギア４と増速ギア５とを有して構成さ
れる。この回転入力ギア４と増速ギア５は、夫々ベース
板２に立設固定された固定軸６と７に回転可能に軸支さ
れている。

【００１２】回転入力ギア４にはクラッチ機構２０を介
して回転入力部としてのハンドル８が組み付けられてい
る。このハンドル８は、回転入力ギア４と共に固定軸６
に回転可能に組み付けられるジョイント９と、このジョ
イント９から外周方向に延びるレバー１０とによりな
り、このレバー１０の先端部にはツマミ１１が設けら
れ、このツマミ１１を手で持ってハンドル８を回すこと
によりこれと一体に回転入力ギア４が回転されるもので
ある。尚、このハンドル８においてレバー１０は、ジョ
イント９に対し軸１２を支点として１８０°折り返しが
可能であり、これによってツマミ１１の部分が収納可能
な構造となされている。

【００１３】このハンドル８と回転入力ギア４との間に
構成されるクラッチ機構２０については、後に詳しく説
明する。

【００１４】増速ギア５は小径ギア部５ａと大径ギア部
５ｂとが一体に形成されてなり、小径ギア部５ａは回転
入力ギア４と噛合し、一方大径ギア部５ｂはロータ部の
ギア１４と噛合して、回転入力ギア４の回転を数十倍に
増速してロータ部に伝達する働きを有している。

【００１５】ロータ部は、ベース板２に立設固定された
固定軸１３に回転可能に軸支されるギア１４と、このギ
ア１４と一体に回転する円板状の回転ヨーク１５と、こ
の回転ヨーク１５に固定されるリング状の磁石１６と、
により構成されている。尚、本例の発電機１において
は、このロータ部の回転ヨーク１５と磁石１６は上下に
２組が対向して設けられている。

【００１６】このロータ部の磁石１６はその回転方向に
Ｎ極とＳ極が交互に複数極着磁されており、この磁石１
６とアキシャル方向（回転軸方向）に対向してステータ
部が配置されている。

【００１７】このステータ部は、回路基板１７の上に上
記磁石１６とアキシャル方向のギャップを介して磁気回
路を構成するコイル１８を備えてなる。このコイル１８
は磁石１６の回転方向に複数個が配置され、ロータ部の
磁石１６が高速回転されると磁石１６とコイル１８との
間の磁気作用によってコイル１８に起電力が生じて発電
が行なわれるものである。

【００１８】以上の如く構成される発電機１において特
に本例では、回転入力部であるハンドル８と増速機構の
回転入力ギア４との間に、過度の回転入力を抑えるため
のクラッチ機構２０が設けられている。

【００１９】このクラッチ機構２０は、ハンドル８のジ
ョイント９と回転入力ギア４との間において固定軸６に
回転可能に組み付けられるクラッチ板２１を有してな
る。このクラッチ板２１はハンドル８と一体に回転され
るようになっており、その下面側には図３に示す如く周
方向に複数の突起２２が等間隔で突出形成されている。

【００２０】これに対応して回転入力ギア４には図４に
示す如く周方向に同数の穴２３が等間隔で形成されてお
り、この穴２３に上記クラッチ板２１の突起２２が係合
するようになっている。尚、ここで図５に示す如くクラ
ッチ板２１の突起２２は、クラッチ板２１の回転方向に
円弧状となる突出形状に形成されている。

【００２１】ハンドル８のジョイント９とクラッチ板２
１との間には弾性部材としてウェーブワッシャ２４が介
挿されており、このウェーブワッシャ２４の弾性力によ
りクラッチ板２１は下方向即ち回転入力ギア４に押し付
けられる方向に偏倚され、これによってクラッチ板２１
の突起２２と回転入力ギア４の穴２３との係合が維持さ
れる構造となっている。

【００２２】このように通常の状態ではクラッチ板２１
の突起２２と回転入力ギア４の穴２３とが係合されてお
り、このためハンドル８を回すとこれと一体に回転入力
ギア４が回転されて発電が行なわれる。

【００２３】そしてハンドル８が過度の回転速度で回さ
れた場合にはクラッチ機構２０が動作し、即ちハンドル
８と一体にクラッチ板２１が回転入力ギア４に対し過度
に回転しようとする力によってウェーブワッシャ２４が
撓んでクラッチ板２１の突起２２が回転入力ギア４の穴
２３から外れ（このとき突起２２は図５に示す如くクラ
ッチ板２１の回転方向に円弧状となる突出形状に形成さ
れていることによりスムーズに穴２３から外れる）、こ
のためハンドル８が回転入力ギア４に対し空回りするよ
うに動作する。

【００２４】この動作においてクラッチ機構２０は、発
電機内の回路基板上に構成される制御回路との組み合わ
せによって動作されるものである。

【００２５】この制御回路を図６に示す。この回路で
は、コイル１８で発電された電圧（この場合３個のコイ
ルによる３相電圧）が整流部３０のダイオードで直流電
圧に整流され、この電圧がＤＣＤＣコンバータ３１で例
えば５Ｖにダウンコンバートされて出力される。

【００２６】本例ではこの回路において整流部３０とＤ
ＣＤＣコンバータ３１との間に電圧制限部３２を設けて
ある。この電圧制限部３２はツェナーダイオードＤ₁ と
トランジスタＱ₁ を有してなり、整流電圧がツェナーダ
イオードＤ₁ で設定した電圧に達するとトランジスタＱ
₁ に多くの電流が流れることによってコイル抵抗が増
え、コイル抵抗による内部電圧降下が大きくなり、電圧
が制限される如く動作するものである。

【００２７】即ち、ハンドル８を回して発電を行なう
と、図７に示す如くハンドルの回転数に比例して整流電
圧が発生し、ここで電圧制限部３２が動作する電圧をツ
ェナーダイオードＤ₁ により例えば１４Ｖに設定する
と、整流電圧が１４Ｖとなったところで電圧制限部３２
の動作でトランジスタＱ₁ に多くの電流が流れて電圧が
制限される。

【００２８】このように電圧が制限されると、コイル電
流が増し、磁石の回転を妨げる向きの力が大きくなり、
このためハンドル８の回転入力に必要なトルクが大きく
なる。

【００２９】即ち、図８に示す如くハンドルの回転数が
適正な回転数である１２０〜１８０ｒｐｍを越えると急
激にハンドル８の回転入力に必要なトルクが大きくな
り、つまりハンドル８を回す操作が重くなる。

【００３０】ここで例えばクラッチ機構２０の動作点を
おおよそ１．５ｋｇｃｍに設定すると、上記トルクが
１．５ｋｇｃｍを越えたところでクラッチ板２１の突起
２２が回転入力ギア４の穴２３から外れてハンドル８が
空回りする状態となり、発電が停止される。

【００３１】そしてこのような状態となると操作者は、
ハンドル８を過度な速度で回しすぎたことに気付き、ハ
ンドル８を回す速度を下げて適正な回転数である１２０
〜１８０ｒｐｍで発電を続けることができる。

【００３２】このように本例の発電機１では、ハンドル
８をどの程度の速さで回せば適当であるかがわかり易
く、そのため過度な回転入力を抑制することができるの
で、機構部に過剰な力が加わってこれを破損したりする
おそれはない。また回路部ではＤＣＤＣコンバータ３１
の入力最大定格電圧を越えることがないので信頼性が上
がり、またここではＤＣＤＣコンバータ３１の入力最大
定格電圧を必要以上に高くする必要がなくＩＣコストを
下げることができる。さらに回路部では発熱が大きくな
らずに済むので放熱板が不要であり、小型化に有利とな
るものである。

【００３３】以上、本発明の実施の形態の一例について
説明したが、本発明はこの例の構成に限定されることな
く他にも種々の実施形態を採り得るものであることは言
うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明の発電機で
は、回転入力部をどの程度の速さで回せば適当であるの
かがわかり易い。そのため過度な回転入力を抑制するこ
とができるので、機構部や回路部の破損を確実に防止す
ることができ、信頼性の高い発電機を提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発電機の縦断側面図である。

【図２】同、上面図である。

【図３】同、クラッチ板の下面図である。

【図４】同、回転入力ギアの上面図である。

【図５】同、クラッチ機構の要部の縦断面図である。

【図６】同、制御回路を示す回路図である。

【図７】同、整流電圧−回転数の特性図である。

【図８】同、トルク−回転数の特性図である。

【符号の説明】

１‥‥発電機、４‥‥回転入力ギア、５‥‥増速ギア、
８‥‥ハンドル（回転入力部）、１６‥‥磁石、１８‥
‥コイル、２０‥‥クラッチ機構、２１‥‥クラッチ
板、２２‥‥突起、２３‥‥穴、２４‥‥ウェーブワッ
シャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H590 AA01 AA03 AA08 AB01 AB03 AB15 CA18 CB01 CB10 CC02 CC18 CD01 EA05 EA07 EB02 FC12 GA02 HA02 HA28 JB09 5H607 AA01 AA15 BB02 BB07 BB13 CC03 CC07 DD03 EE02 EE24 GG01 GG09 5H621 AA03 BB02 JK01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転入力部から入力された回転を増速す
   る増速機構と、 この増速機構により高速回転される磁石を有するロータ
   部と、 このロータ部の磁石とギャップを介して磁気回路を構成
   するコイルを有するステータ部と、 このステータ部のコイルから出力される電圧を制限し、
   上記回転入力部の入力に必要なトルクを変化させる制御
   回路と、 上記回転入力部と上記増速機構との間に設けられ、上記
   トルクが一定の値を越えると上記回転入力部を空回りさ
   せるクラッチ機構と、を備えてなる発電機。