JP2001186718A - 発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電効率の高い発電機を提要する。 【解決手段】 発電機１０は、中心に固定軸１２を含
む。固定軸１２には鉄心１４が固定される。鉄心１４に
は、それぞれ電機子巻線１６が巻着される。鉄心１２と
電機子巻線１６とで電機子１８が構成される。筒状体２
０は、固定軸１２を中心とする電機子１８の周囲の円周
上を周面が回動するよう設けられる。筒状体２０は、た
とえば円板状の支持部材２２および円環状の軸受部材２
４を介して固定軸１２に支持される。筒状体２０の内周
面には界磁を構成する永久磁石２６が固定される。筒状
体２０の外周面には、流体の圧力を回転力に変換する前
向き羽根２８が固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は発電機に関し、特
にたとえば、風力などの自然エネルギを電気エネルギに
変換する発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の発電機の一例を示す断面
図解図である。この発電機１は、界磁を回転させる回転
界磁形の発電機である。この発電機１では、中心に界磁
となる回転子２が回転自在に設けられており、その周囲
を囲むようにして電機子となる固定子３が固定されてい
る。回転子２の中心軸には、たとえば風力を受ける羽根
（ブレード）が固定されており、羽根が風力を受けるこ
とにより回転子２が回転して発電される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す発電機１の構造では、起電力を一定にしたまま発
電機の小径化を図ろうとすると、極数を多くして電機子
巻線３ａを細くする必要があり、鉄心も小型化する必要
がある。この場合、発熱等による損失が多くなり、発電
効率が悪化する。

【０００４】それゆえに、本願発明の主たる目的は、発
電効率の高い発電機を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明にかかる発電機
は、固定軸と、固定軸に固定される電機子と、固定軸を
中心とする電機子の周囲の円周上を周面が回動するよう
設けられる筒状体と、筒状体の内周面に固定される永久
磁石と、筒状体の外周面に固定され、流体の圧力を回転
力に変換する羽根とを含む、発電機である。この発電機
では、羽根によって流体の圧力が回転力に変換され、そ
の回転力により、発電機の一部である筒状体が直接回動
される。回転子としての筒状体には永久磁石が固定され
ており界磁として作用する。筒状体は電機子の周囲を回
動するので、中心部の回転子を回転させる従来の発電機
に比べて比べて、同一外径・同一回転速度で比較して電
機子が磁束を横切る周速度が速くなる。そのため、従来
の発電機に比べて発電効率を向上させ易い。

【０００６】本願発明にかかる発電機において、電機子
を固定軸の軸方向に複数配列し、永久磁石は電機子に対
応して複数設けられることが好ましい。この場合には、
電機子と界磁の対を複数設けることができるので、小径
化を図れるとともに大きな起電力を得易くなる。

【０００７】また、本願発明にかかる発電機において、
固定軸の軸方向に隣接する位置に配置される永久磁石
が、固定軸を中心とする電機子の周囲の円周上に１２０
°ずつずらされて固定されることが好ましい。この場合
には、固定軸の軸方向に隣接する電機子からそれぞれ別
の相を交流を得ることができるので、３相用の電機子巻
線をそれぞれ同一円周上に配置する必要が無くなり、そ
れぞれの相の電機子巻線の線の太さを比較的太くできる
ので、胴損を減少させることができる。また、相対的に
鉄心の面積が大きくなるので鉄損も減小する。従って、
発電効率の良い発電機を得ることができる。

【０００８】本願発明にかかる発電機において、羽根
は、圧力を正面側から受けて背面側へ倒れる前向き羽根
である場合には、固定軸に直交する方向へ流れる流体を
受けて発電することができる。

【０００９】また、本願発明にかかる発電機において、
羽根は、圧力を正面側から受けて側面側へ倒れる捩じれ
羽根である場合には、固定軸に平行な方向へ流れる流体
を受けて発電することができる。この場合には、筒状体
の外周面を軸受部材を介して支持する枠体と、枠体を水
平方向に回動自在に支持する支持体とで発電機を支持す
ることができる。

【００１０】本願発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】

【実施例】図１は、本願発明にかかる発電機の一例を示
す斜視図である。図２は、図１に示す線Ａ−Ａにおける
断面図解図である。図３は、図２に示す線Ｂ−Ｂにおけ
る断面図解図である。図４は、図２に示す線Ｃ−Ｃにお
ける断面図解図である。図５は、図２に示す線Ｄ−Ｄに
おける断面図解図である。この発電機１０は、風力で界
磁を回転させる回転界磁形の３相発電機である。この発
電機１０は、中心に固定軸１２を含む。固定軸１２は図
示しない外部の保持手段に固定的に保持される。固定軸
１２には略Ｔ字形状の鉄心１４が固定される。鉄心１４
は、たとえば、けい素鋼板を積層して形成される。鉄心
１４は、固定軸１２の軸方向へたとえば３つ、周方向へ
たとえば４つ、合計１２本形成される。鉄心１４には、
それぞれ電機子巻線１６が巻着される。電機子巻線１６
は、Ｙ字結線される。鉄心１２と電機子巻線１６とでこ
の実施例の電機子１８が構成される。

【００１２】この発電機１０は、回転子として筒状体２
０を含む。筒状体２０は、固定軸１２を中心とする電機
子１８の周囲の円周上を周面が回動するよう設けられ
る。筒状体２０は、たとえば円板状の支持部材２２およ
び円環状の軸受部材２４を介して固定軸１２に対して回
動自在に支持される。

【００１３】筒状体２０の内周面には界磁を構成する永
久磁石２６が固定される。永久磁石２６は、図３に示す
ように内周方向に９０°離れて４個ずつ、軸方向に電機
子１８に対応して３組、合計１２個固定される。永久磁
石の位置関係を説明するため内周方向の永久磁石をそれ
ぞれ２６Ｎ１，２６Ｎ２，２６Ｓ１，２６Ｓ２とする
と、軸方向に隣接する永久磁石は、それぞれ図３、図
４、図５に示すように取り付け位置を１２０°ずらされ
ながら取り付けられる。永久磁石２６としては、たとえ
ばバリウムフェライト、サマリウムコバルトなどが選択
できるがこれに限るものではなく、本願発明の目的を達
成できる範囲で適宜選択できる。

【００１４】筒状体２０の外周面には、流体としての風
力を回転力に変換するための前向き羽根２８がたとえば
４枚固定される。前向き羽根２８の枚数は適宜増減され
る。この前向き羽根２８は、風圧を正面側から受けて背
面側へ倒れる断面略Ｕ字形状の前向き羽根である。前向
き羽根２８は、断面略Ｕ字の凹面で風圧を受けて回転力
に変換する。この前向き羽根２８は、固定軸１２に直交
する方向へ吹く風を受けて発電することができる。この
発電機１０は、筒状体２０の外周面が露出しているので
前向き羽根２８を取り付け易い。また、回転子としての
筒状体２０を直接回動させることができ、伝達損失が無
く効率が良い。

【００１５】この発電機１０では、前向き羽根２８によ
って風力が回転力に変換され、その回転力により、発電
機１０の一部である筒状体２０が直接回動される。回転
子としての筒状体２０には永久磁石２６が固定されてお
り界磁として作用する。筒状体２０は固定された電機子
１８の周囲を回動するので、中心部に設けられた回転子
を回転させる発電機に比べて、同一外径・同一回転速度
で比較して電機子１８が磁束を切る速度が速い。そのた
め、従来の発電機に比べて発電効率を向上させやすく、
小径化を図り易い。

【００１６】また、この発電機１０では、電機子１８を
固定軸１２の軸方向に複数配列し、永久磁石２６は電機
子１８に対応して複数設けられるので、電機子１８と界
磁の対を複数設けることができ、小径であるにもかかわ
らず大きな起電力を得やすくなる。

【００１７】また、この発電機１０では、固定軸１２の
軸方向に隣接する位置に配置される永久磁石２６が、固
定軸１２を中心とする電機子１８の周囲の円周上に１２
０°ずつずらされて固定されるので、固定軸１２の軸方
向に隣接する電機子１８からそれぞれ別の相を交流を得
ることができ、３相用の電機子巻線１６をそれぞれ同一
円周上に配置する必要が無い。また、筒状体２０の長さ
を長くすれば電機子１８の数すなわち極数を増やすこと
ができ、この理由からも回転子としての筒状体２０の直
径を大きくする必要はない。この実施例の発電機１０の
構造によればそれぞれの相の電機子巻線１６の線の太さ
を比較的太くでき、鉄心１４の大きさを十分に確保で
き、胴損および鉄損を減少させることができる。

【００１８】図６は、本願発明にかかる発電機の他の例
を示す断面図解図である。この実施例では、図１に示し
た実施例と比べて羽根の構造および筒状体２０の支持構
造において異なり、その他の点については同様である。
図６に示す発電機３０は、有底筒状の枠体３２を含む。
枠体３２は、回転子としての筒状体２０をすっぽりと包
むようにして配置される。枠体３２と筒状体２０との間
は円環状の軸受部材３４を介して支持される。固定軸１
２の一端部は枠体３２の底部に固着される。固定軸１２
の他端部は円板状の支持部材２２が固着され、支持部材
２２の周囲には円環状の軸受部材２４を介して筒状体２
０が回動自在に支持される。筒状体２０内部の電機子１
８と永久磁石２６との関係は図１に示した発電機１０と
同様である。枠体３２は水平に配置され、地面に面した
側面がステージ３６上に軸受部材３９を介して支持され
る。枠体３２は、軸受部材３９によって水平方向に３６
０°回転自在に支持される。ステージ３６は、支柱４２
上に固定される。また、枠体３２の底部の外側には、発
電機３０を風の吹く向きに向きやすくするための尾翼４
０が取り付けられる。筒状体２０の一端部は、枠体３２
の外側へ略円筒状に延びだされ、羽根取り付け部２０ａ
として形成される。羽根取り付け部２０ａには、風力を
正面側から受けて側面側へ倒れる捩じれ羽根３８が固着
される。この場合には、固定軸１２に平行な方向へ吹く
風を受けて発電することができ、図１に示した実施例と
同様の効果を得ることができる。なお、捩れ羽根３８の
捩れ角度を変化させて調整する調整装置を羽根取り付け
部２０ａに設けてもよい。

【００１９】図７は、本願発明にかかる発電機のさらに
他の例を示す斜視図である。図７に示す実施例の発電機
５０は、図６に示したものに比べて捩じれ羽根３８の取
り付け位置および筒状体２０の支持構造において異な
り、その他の点はほぼ同様のものである。この発電機５
０は、固定軸１２の一端部が筒状体２０の外側へ軸方向
へ延びだされ固定部材５２に固定される。固定部材５２
は、水平方向に３６０°回転自在の軸受部材３９上に載
置され、軸受部材３９は支柱４２上に支持される。固定
軸１２の延長線上には、発電機５０を風の向きに向かい
やすくするための尾翼４０が取り付けられる。なお、捩
じれ羽根３８の枚数は３枚に限るものではなく、適宜増
減されるのはもちろんのことである。図７に示す発電機
５０でも上述と同様の効果を得ることができる。

【００２０】図８は、本願発明にかかる発電機の別の例
を示す斜視図であり、図９は図８に示す発電機の断面図
解図である。この実施例では、図１に示した実施例と比
べて固定軸１２の構造、電機子１８の配置状況等が異な
り、その他の点では同様である。図８に示す発電機６０
の固定軸１２は、図９に示すように環状に形成される。
環状の固定軸１２は支持部材６２および軸受部材３９を
介して支柱４２に支持される。固定軸１２の外周部には
電機子１８が複数固定される。固定軸１２には断面略コ
の字形状の枠部材６６が一体に設けられる。枠部材６６
に円環状の軸受部材６４を介して回転子としての筒状体
２０が回動自在に支持される。筒状体２０の内周面には
電機子１８に対応して界磁となる複数の永久磁石２６が
固定される。筒状体２０の外周部には羽根２８が固定さ
れる。羽根２８は前向き羽根を図示したが捩れ羽根でも
よい。羽根８の枚数は本願発明の目的を達成できる範囲
内において適宜増減される。図８および図９に示す発電
機６０は上述と同様の効果が得られるとともに薄型にで
きてしかも支持が容易である。

【００２１】なお、筒状体２０を回動させるために風圧
を用いることに限らず、たとえば水圧、蒸気圧などを用
いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本願発明によれば、界磁としての筒状体
が電機子の周囲を回動するよう形成されているので、電
機子で囲まれた中心に回転子を設けて回転させる発電機
よりも同一外径・同一回転速度で比較して電機子が界磁
の磁束を横切る速度が速くなる。そのため、従来の発電
機に比べて発電効率を向上させ易い発電機を得ることが
できる。また、この発電機は巻線が回転しないので保守
も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明にかかる発電機の一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１に示す線Ａ−Ａにおける断面図解図であ
る。

【図３】図２に示す線Ｂ−Ｂにおける断面図解図であ
る。

【図４】図２に示す線Ｃ−Ｃにおける断面図解図であ
る。

【図５】図２に示す線Ｄ−Ｄにおける断面図解図であ
る。

【図６】本願発明にかかる発電機の他の例を示す断面図
解図である。

【図７】本願発明にかかる発電機のさらに他の例を示す
斜視図である。

【図８】本願発明にかかる発電機の別の例を示す斜視図
である。

【図９】図８に示す発電機の断面図解図である。

【図１０】従来の発電機の一例を示す断面図解図であ
る。

【符号の説明】

１０，３０，５０，６０ 発電機 １２ 固定軸 １４ 鉄心 １６ 電機子巻線 １８ 電機子 ２０ 筒状体 ２２ 支持部材 ２４ 軸受部材 ２６ 永久磁石 ２８ 前向き羽根 ３２ 枠体 ３４ 軸受部材 ３６ ステージ ３８ 捩じれ羽根 ４０ 尾翼 ４２ 支柱

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定軸、 前記固定軸に固定される電機子、 前記固定軸を中心とする前記電機子の周囲の円周上を周
   面が回動するよう設けられる筒状体、 前記筒状体の内周面に固定される永久磁石、および前記
   筒状体の外周面に固定され、流体の圧力を回転力に変換
   する羽根を含む、発電機。
2. 【請求項２】 前記電機子は前記固定軸の軸方向に複数
   配列され、前記永久磁石は前記電機子に対応して複数設
   けられた、請求項１に記載の発電機。
3. 【請求項３】 前記固定軸の軸方向に隣接する位置に配
   置される永久磁石が、前記固定軸を中心とする前記電機
   子の周囲の円周上に１２０°ずつずらされて固定され
   た、請求項２に記載の発電機。
4. 【請求項４】 前記羽根は、圧力を正面側から受けて背
   面側へ倒れる前向き羽根であることを特徴とする、請求
   項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電機。
5. 【請求項５】 前記羽根は、圧力を正面側から受けて側
   面側へ倒れる捩じれ羽根であることを特徴とする、請求
   項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電機。
6. 【請求項６】 前記筒状体の外周面を軸受部材を介して
   支持する枠体と、 前記枠体を水平方向に回動自在に支持する支持体とを含
   む、請求項５に記載の発電機。