JP2003018811A

JP2003018811A - 球体発電機

Info

Publication number: JP2003018811A
Application number: JP2001202581A
Authority: JP
Inventors: Isamu Arai; 勇荒井
Original assignee: SUNSHINE TEXTILE KK
Current assignee: SUNSHINE TEXTILE KK
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波モータの特性を利用して、ローター形状
を略球形にすることにより、コンパクトな構成で、大き
な電力を発生することができるような球体発電機を提供
することにある。【解決手段】内部に磁石を設けたステーターと、表面に
コイルが巻回されたローターとを備え、上記磁石によっ
て形成される磁界内で、上記ステーター内で、超音波を
利用してローターを回転させることにより、コイルから
電力を発生させる発電機において、上記ローターの形状
を略球状に形成し、該ローターの表面に、コイルを円周
方向に沿って巻回するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ローターの回転に
よって、ローターに巻回されたコイルから電力を発生さ
せる球体発電機に関し、特に、超音波モータによって、
球形のローターを回転させる球体発電機の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁界の中でローターを回転させ
ることによって、電力を発生させる発電機は、例えば、
図４に示すように、ステーター１００に、相対峙して設
置された極性の異なる磁石１０１,１０２によって生成
される磁界内に、略円筒状のローター１０３が回転自在
に配されている。このローター１０３は、両端にＮ極又
はＳ極を形成する電磁石からなり、導線が複数回にわた
って巻回されたコイル１０４が配されている。これによ
り、ローター１０３を回転させると、コイル１０４の導
線に電流が流れて、電力を発生させるようになってい
る。

【０００３】また、コンパクトな構造で、高いトルクが
得られるという特性から、ローターの回転に、超音波モ
ータが提案されている。この超音波モータは、図５に示
すように、ローター１１０の表面に、圧電素子１１１を
円環状に貼付するとともに、圧電素子１１１の振動増幅
用として弾性体１１２が配されている。一方、ステータ
ー１２０には、圧電素子１１１に対応する位置に、圧着
板１２１が配され、円盤状の板ばね１２２によって、圧
電素子１１１をステーター１２０とローター１１０の間
で挟持するようになっている。これにより、圧電素子１
１１に、リード線１３０から高周波電圧が印加される
と、圧電素子１１１は、図６に示すように、同図矢印Ａ
方向に振動するとともに、振動の位相がずれるため、同
図矢印Ｂ方向に進行波が発生する。その結果、ローター
１１０は、弾性体１１２との摩擦により、上記進行波と
逆方向に移動する。この場合、圧電素子１１１は、ロー
ター１１０に円環状に配されているので、図５のロータ
ー１１０の軸１４０から回転力が得られる。

【０００４】ちなみに、この超音波モータを発電機とし
て利用する場合、ローター１１０を磁界の中に配して、
ローター１１０にコイルを巻回し、ローター１１０を回
転させると、コイルに電流が流れ、電力が発生する。そ
の場合、コイルは、通常、円筒状のローターに巻回さ
れ、電流が流れるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の発電
機では、大きな電力を発生するには、円筒状のローター
を、半径方向や軸方向に長くする必要があり、発電機自
体が大きくなってしまって、コンパクト性という観点か
ら好ましくないという問題があった。

【０００６】本発明は、上述のような事情によりなされ
たものであり、本発明の目的は、超音波モータを利用し
て、ローター形状を略球形にすることにより、コンパク
トな構成で、大きな電力を発生することができるような
球体発電機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、球体発電機に
関し、本発明の上記目的は、内部に磁石を設けたステー
ターと、表面にコイルが巻回されたローターとを備え、
上記磁石によって形成される磁界内で、超音波を利用し
てローターを回転させることにより、コイルに電流を流
して、電力を発生させる球体発電機において、上記ロー
ターの形状を略球状に形成し、該ローターの表面に、コ
イルを円周方向に沿って巻回するようにしたことにより
達成される。

【０００８】また、本発明の上記目的は、上記ローター
に、上記ステーターの磁石と異なる磁性の磁石を配し
て、上記ステーターと上記ローターの間にコイルを挟ん
で、磁界を形成するようにすれば、より効果的に達成さ
れる。

【０００９】本発明の上記目的は、上記ローターと上記
ステーターとの間に圧電素子を配することにより、該圧
電素子に高周波電圧を印加して、ローターの回転力を得
ることにより、より効果的に達成される。

【００１０】さらに、本発明の上記目的は、上記ステー
ターを、上記ローターの形状に対応して、略球状に形成
するとともに、上記ローターに配された圧電素子に対応
する位置に圧着部材を設けて、該圧着部材を介して、上
記ローターを上記ステーターに押圧するようにしたこと
により、より効果的に達成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る球体発電機
を、図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は、球体形状の発電機１の概略構成を
示し、同図において、発電機１のステーター２は、略球
形に形成されている。このステーター２は、同図上下
に、それぞれ円形の開口部３,３が形成されていて、該
開口部３を介して、後述するローターの回転軸４が上下
方向に延びている。また、上記ステーター２には、相対
峙する位置に、異なる極性（Ｎ極又はＳ極）の磁石５,
６が埋め込まれており、Ｎ極からＳ極に向けて磁束が走
り、ステーター２内に、一定方向の磁界が形成されてい
る。

【００１３】また、上記ステーター２内には、図２に示
すように、該ステーター２に対応した形状、すなわち略
球形のローター７が配されている。このローター７に
は、同図上下方向に、円周方向に沿って、複数の導線に
よって形成されるコイル８が巻回されている。このコイ
ル８は、その端部をステーター２の開口部３から外部に
取り出すようになっている。

【００１４】さらに、上記ステーター２およびローター
７には、中央に、超音波モータ９が配されている。この
超音波モータ９は、図３に示すように、ローター７に、
圧電セラミックス等からなる圧電素子１０が帯状に配さ
れ、該圧電素子１０の外側には、円環状の弾性体１１が
貼付されている。一方、ステーター２には、弾性体１１
に対応する位置に、摩擦リング１２を介して円盤状の圧
着板１３が配され、円盤状の板ばね１４によって、圧着
板１３をローター７側に押圧することによって、圧電素
子１０をステーター２とローター７の間に挟持するよう
になっている。

【００１５】この超音波モータ９は、圧電素子１０に、
９０度位相のずれた高周波電圧を印加することによっ
て、圧電素子１０が振動し、この振動は、弾性体１１に
よって増幅されて、進行波が発生する。このステーター
２の進行波は、板ばね１４に付勢された圧着板１３と弾
性体１１との間の摩擦によって、ローター７は、進行波
と反対方向に移動して、ローター７が回転する。

【００１６】そして、ローター７が回転すると、該ロー
ター７に巻回されたコイル８は、ステーター２内に形成
された磁界内で、磁束を横切って回転することになる。
その結果、コイル８には、フレミング右手の法則によ
り、電流が流れて、電力が発生する。

【００１７】したがって、上記実施例では、コイル８
は、略球形に形成されたローター７の外周に沿ってくま
なく巻回されているので、ローター７の外周面を有効に
利用することができる。その結果、ローター７のサイズ
が小さくても、大きな電力を発生させることが可能にな
り、所定の電力を発生するのに、発電機をコンパクトに
設計することができる。

【００１８】すなわち、磁束密度が一定の場合、起電力
は、磁界内に配されたコイル長に比例するので、ロータ
ー形状を球にした方が、円筒にするよりも、コイルを長
く巻くことができ、大きな電力を発生させることができ
る。例えば、比較を単純にするため、円筒の径および軸
方向の長さを、球の径ｒと同一にした場合、円筒の外周
に巻回されるコイルの長さは、２πｒ×ｒになるのに対
して、球の表面に巻回されるコイルの長さは、４πｒ^２
になる。その結果、ローター形状を球にする方が、円筒
にするよりも、２倍のコイルを巻回することができる。
よって、発電機のサイズに制限がある場合、ローター形
状を球形にした方が、大きな電力を発生させることがで
きる。

【００１９】なお、超音波モータ９に供給する電力は、
上記ローター７の回転によって発生する電力に比し、発
電機の発電容量という観点で、無視することができるほ
どの微量である。

【００２０】また、上記実施例では、ステーター２を、
左半球と右半球に分けて、各部分をＮ極部分とＳ極部分
に設定したものについて説明したが、ステーター２およ
びローター７に、それぞれ極性の異なる磁石を配して、
その間をコイル８が移動するようにすれば、コイル８を
通る磁束強度が一定になると同時に、増大し、さらに大
きな電力を得ることが可能になる。

【００２１】また、上記実施例では、発電機の場合を説
明したが、上記実施例と同一構造で、磁石５、６によっ
て形成される磁界の中に配されたコイル８に電流を流す
ことにより、ローター７に巻回されたコイル８を回転方
向に移動させる力が作用する。すなわち、ローター７を
回転させて、その軸から駆動力を得ることができ、上記
実施例の発電機を、そのままモータとして利用すること
ができる。

【００２２】さらに、上記超音波モータ９は、ステータ
ー２の内側に配されたローター７の圧電素子１０に、高
周波電圧を内側から供給するようにしたが、ローター７
をステーター９の外側に配して、高周波電圧を外側から
供給するようにしてもよいことはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る球体発電機
によると、内部に磁石を設けたステーターと、表面にコ
イルが巻回されたローターとを備え、上記磁石によって
形成される磁界内で、超音波を利用してローターを回転
させることにより、コイルに電流を流して、電力を発生
させる球体発電機において、上記ローターの形状を略球
状に形成し、該ローターの表面に、コイルを円周方向に
沿って巻回した構成としたので、ローターの形状、すな
わち、略球形という形状により、ローターの外周面を全
面に亘って有効に利用することができ、大きな電力を発
生させることができる。換言すれば、一定の電力を発生
するのに、ステーターおよびローターによって規定され
る発電機の形状を小さくすることができ、コンパクトな
発電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る球体発電機の概略構造の一部を切
欠いた図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明に設けられた超音波モータの構造を説明
する図である。

【図４】従来の発電機の構造を説明する図である。

【図５】円盤状の超音波モータを説明する図である。

【図６】超音波モータの機能を説明する図である。

【符号の説明】１発電器２ステーター４軸５磁石６磁石７ローター８コイル９超音波モータ１０圧電素子１１弾性体１３圧着板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H621 AA00 HH00 5H680 AA00 AA19 BB03 BB17 BC00 CC07 DD01 DD23 DD35 DD53 DD65 DD73 DD85 DD87 FF25 FF33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に磁石を設けたステーターと、表面
にコイルが巻回されたローターとを備え、上記磁石によ
って形成される磁界内で、超音波を利用してローターを
回転させることにより、コイルから電力を発生させる発
電機において、上記ローターの形状を略球状に形成し、
該ローターの表面に、コイルを円周方向に沿って巻回し
たことを特徴とする球体発電機。
【請求項２】上記ローターに、上記ステーターの磁石
と異なる磁性の磁石を配して、上記ステーターと上記ロ
ーターの間に、コイルを挟んで磁界を形成するようにし
た請求項１に記載の球体発電機。
【請求項３】上記ローターは、上記ステーターとの間
に圧電素子が配され、該圧電素子に高周波電圧を印加す
ることによって、ローターの回転力を得るようにした請
求項１又は請求項２に記載の球体発電機。
【請求項４】上記ステーターは、上記ローターの形状
に対応して、略球状に形成されるとともに、上記ロータ
ーに配された圧電素子に対応する位置に圧着部材を設け
て、該圧着部材を介して、上記ローターを上記ステータ
ーに押圧するようにした請求項２に記載の球体発電機。