JP2004282855A

JP2004282855A - 発電機

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Publication number: JP2004282855A
Application number: JP2003068919A
Authority: JP
Inventors: Hisami Ono; 久美大野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】磁石とコイルを用いた発電機において、磁石とコイル双方を固定し、それらを回転することなく発電すること。
【解決手段】磁石Ｍ１、Ｍ２をケース１１と蓋１２に固定し、コイルＣ１〜Ｃ４をケース１１に固定してある。コイルＣ１〜Ｃ４は、磁石Ｍ１、Ｍ２の間に配置してある。回転軸２１に遮蔽支持部材２２を固定し、その遮蔽支持部材２２にＵ字状のコイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２を固定してある。回転軸２１を回転するとコイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２が回転して、コイルＣ１〜Ｃ４を遮蔽し、さらに回転するとその遮蔽を解除する。コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２を回転してコイルＣ１〜Ｃ４の遮蔽と遮蔽解除を繰り返すと、その都度コイルＣ１〜Ｃ４を通過する磁束が変化してコイルＣ１〜Ｃ４に電流を誘起する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、磁石とコイルからなる発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５により従来の磁石とコイルからなる発電機を説明する。
従来コイルの両側に磁石を配置し、その磁石を回転してコイルに電流を誘起する発電機が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、発電機の固定軸と平行する方向の断面図である。
円筒状のケース（ハブ）３３１と円板状の蓋３３２は、軸受３２１，３２２により固定軸３１に回転自在に支持し、固定軸３１には円板状のコイル取付部材３８を固定してある。ケース３３１には、スペーサ３４を介在させて円板状の磁石取付部材３５を固定してある。ケース３３１の底部と磁石取付部材３５には、対向する磁石３６１，３６２を複数対接着等によって固定してある。コイル取付部材３８には、コイル３７を複数個取付けてある。各コイル３７は、磁石３６１，３６２の間に配置してある。
【０００４】
ケース３３１と蓋３３２は、外力によって固定軸３１の周囲を回転する。ケース３３１と蓋３３２が回転すると磁石３６１，３６２も回転する。その回転に伴い、磁石３６１，３６２とコイル３７は、図５のようにコイル３７が磁石３６１，３６２の間に介在するように並び、さらに回転すると磁石３６１，３６２は、コイル３７から離れる。このように磁石３６１，３６２は、回転の過程でコイル３７が介在する状態と介在しない状態を繰返す。磁石３６１，３６２の間にコイル３７が介在するときは、磁石３６１，３６２によって発生する磁束はコイル３７を通過する。したがって磁石３６１，３６２の間にコイル３７が介在する状態と介在しない状態を繰返すと、コイル３７の磁束が変化して、コイル３７に電流が誘起する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２７０２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発電機は、磁石３６１，３６２が回転してコイル３７が磁石３６１，３６２間に介在する状態になったとき、磁石３６１，３６２とコイル３７は、正確な位置関係を保つ必要がある。そのため発電機を組立てる際、磁石３６１，３６２とコイル３７の位置合わせを正確に行わなければならないが、磁石３６１，３６２は回転体であるから組立て時の位置合わせが難しい。また従来の発電機は、重い磁石とその磁石を支持するケース３３１や蓋３３２等を回転させなければならないから、大きな駆動力を要し、例えば発電機を自転車に装着する場合、運転者の負担が大きくなる。
本願発明は、これらの点に鑑み、磁石とコイルの双方を回転することなく固定したままの状態で発電が可能な発電機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発電機は、磁石を対向させて配置し、その対向する磁石の間にコイルを配置し、コイル遮蔽部材を回転して前記コイルを周期的に遮蔽して発電することを特徴とする。
請求項２に記載の発電機は、請求項１に記載の発電機において、前記コイル遮蔽部材は、断面がＵ字状で、前記コイルと前記磁石の間を通過する平板部を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発電機は、磁石を対向させて配置し、その対向する磁石の間にコイルを配置し、前記磁石と前記コイルの間を通過する磁性材板を回転して前記磁石と前記コイルの間のギャップを周期的に変化させて発電することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４により本願発明の実施の形態を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を用いている。
図１は、本願発明の第１の実施形態に係る発電機の断面図である。
図１（ａ）は、図１（ｂ）のＸ２−Ｘ２部分の矢印方向の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１−Ｘ１部分の矢印方向の断面図である。
【０００９】
ケース１１と蓋１２は、図示しない支持部材に固定してある。回転軸２１は、ケース１１と蓋１２の軸受２３１，２３２に回転自在に支持してある。ケース１１の底部と蓋１２には、中央に穴のある円板状（ドウナツ状）の一対の磁石Ｍ１、Ｍ２を接着等によって固定してある。磁石Ｍ１、Ｍ２は対向するように配置してある。またケース１１の側内面には、コイル固定部１２１〜１２４により４個のコイルＣ１〜Ｃ４を固定してある。コイルＣ１〜Ｃ４は、磁石Ｍ１、Ｍ２の間に配置してある。
【００１０】
回転軸２１には、２つの非磁性材からなる遮蔽支持部材２２を固定し、その遮蔽支持部材２２には、コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２を固定してある。なお回転軸２１は、非磁性材により構成するのが望ましいが、磁石Ｍ１、Ｍ２の中央の穴の大きさにより磁性材を用いることもできる。
【００１１】
コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、磁性材からなり、断面がＵ字状で湾曲した板状の底部とその底部の両側に並立する平板部とからなる。コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、底部及び並立する平板部によってコイルを包み込むようにしてコイルを遮蔽するから、大きな遮蔽効果を奏する。なおコイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２の底部及び並立する平板部は、コイルの形状に応じてその形状に適した形状に形成すればよい。
コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、回転軸２１とともに回転し、コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２の並立する平板部が磁石Ｍ１とコイルＣ１〜Ｃ４の間、及び磁石Ｍ２とコイルＣ１〜Ｃ４の間を通過する。コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、コイルＣ１〜Ｃ４を順次遮蔽しながら回転する。図１の場合、コイルＣ１、コイルＣ３は遮蔽された状態にあり、コイルＣ２、Ｃ４は遮蔽されない状態にある。
【００１２】
磁石Ｍ１，Ｍ２から発生する磁束は、通常コイルＣ１〜Ｃ４を通過するが、コイルが遮蔽されると、例えばコイルＣ１、コイルＣ３が遮蔽された場合、磁束はコイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２に集中し、コイルＣ１、コイルＣ３をほとんど通過しなくなる。一方遮蔽されていないコイルＣ２、Ｃ４は、通常通り磁束が通過する。コイルＣ１〜Ｃ４は、コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２の回転とともに遮蔽、非遮蔽の状態を繰り返し、その都度コイルＣ１〜Ｃ４を通過する磁束が変化する。その磁束の変化によってコイルＣ１〜Ｃ４に電流が誘起する。
【００１３】
図１の場合、磁石Ｍ１、Ｍ２、コイルＣ１〜Ｃ４は、固定してあるから、発電機を組立てる際それらの位置合わせが容易になり、かつ運転時の経年変化等によりそれらの位置関係がずれることもない。コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、コイルＣ１〜Ｃ４を遮蔽できればよいから、位置合わせが容易になる。また本願発明の発電機は、磁石やケース等は回転せずに、コイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２のみが回転するから、従来の磁石やケース等を回転する発電機に比べて駆動力が小さくなる。またコイル遮蔽部材Ｓ１、Ｓ２は、対向する磁石Ｍ１、Ｍ２の間で両磁石の磁界内で回転するから、駆動力が小さくなる。
【００１４】
図２は、図１の磁石Ｍ１，Ｍ２に代えて夫々４個の磁石を用いた例、及びコイル遮蔽部材Ｓ１，Ｓ２に加えて磁路補助部材を設けた例を示す。
図２（ａ）は、図１の磁石Ｍ１に代えて４個の磁石Ｍ１１〜Ｍ１４を設け、夫々ケース１１の底部に接着等によって固定してある。図示しない蓋には、図１の磁石Ｍ２に代えて磁石Ｍ１１〜Ｍ１４と対向する４個の磁石を固定してある。
【００１５】
図２（ｂ）は、図１におけるコイル遮蔽部材Ｓ１，Ｓ２に加えて磁路補助部材Ｄ１，Ｄ２を設けてある。磁路補助部材Ｄ１，Ｄ２は、回転軸２１に固定した非磁性材からなる磁路補助支持部材２４に固定してある。磁路補助部材Ｄ１，Ｄ２は、図２（ｃ）のように非磁性材からなる磁性板取付部材Ｄｃと２枚の磁性材板Ｄａ，Ｄｂからなり、磁性材板Ｄａ，Ｄｂは、磁性板取付部材Ｄｃに並立するように取付けてある。磁路補助部材Ｄ１，Ｄ２の断面形状は、コイル遮蔽部材Ｓ１，Ｓ２と同様にＵ字状である。磁性材板Ｄａ，Ｄｂは、コイル遮蔽部材Ｓ１，Ｓ２とともに回転し、ケース１１側の磁石Ｍ１１〜Ｍ１４と図１のコイルＣ１〜Ｃ４の間、及び蓋側の磁石と図１のコイルＣ１〜Ｃ４の間を通過する。磁性材板Ｄａ，Ｄｂは、コイル遮蔽部材Ｓ１，Ｓ２が２個のコイルを遮蔽する位置にあるとき、他の２個のコイルの位置にある。磁性材板Ｄａ，Ｄｂが磁石とコイルの間に介在すると、磁石とコイルの間のギャップは実質的に小さくなり、コイルを通過する磁束が多くなる。
【００１６】
図２（ｃ）の磁路補助部材Ｄ１，Ｄ２は、磁性材板Ｄａ，Ｄｂに共通の磁性板取付部材Ｄｃと磁路補助支持部材２４を設けているが、磁路補助部材毎に別々に設けてもよい。
【００１７】
図３は、本願発明の第２実施形態に係る発電機の断面図である。
図３（ａ）は、図３（ｂ）のＸ２−Ｘ２部分の矢印方向の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ１−Ｘ１部分の矢印方向の断面図である。
【００１８】
ケース１１、蓋１２は、図１と同様に図示しない支持部材に固定し、回転軸２１は、軸受２３１，２３２に回転自在に支持してある。ケース１１には、４個の磁石Ｍ１１〜Ｍ１４を接着等によって固定し、蓋１２には、４個の磁石Ｍ２１〜Ｍ２４を接着等によって固定してある。またケース１１には、４個のコイルＣ１〜Ｃ４を固定してある。回転軸２１には、磁路補助支持部材２４を固定し、その磁路補助支持部材２４に磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４を固定してある。磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４の構成は、図２（ｃ）と同じである。
【００１９】
回転軸２１が回転すると、磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４の磁性材板Ｄａは、磁石Ｍ１１〜Ｍ１４とコイルＣ１〜Ｃ４の間を通過し、磁性材板Ｄｂは、磁石Ｍ２１〜Ｍ２４とコイルＣ１〜Ｃ４の間を通過する。図３は、磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４の磁性材板Ｄａ，Ｄｂが、磁石Ｍ１１〜Ｍ１４とコイルＣ１〜Ｃ４の間、及びコイルＣ１〜Ｃ４と磁石Ｍ２１〜Ｍ２４の間に介在する状態を示す。この状態のとき各磁石と各コイルの間のギャップは、磁性材板Ｄａ，Ｄｂによって実質的に小さくなるから、各コイルを通過する磁束は多くなる。磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４がさらに回転して磁性材板Ｄａ，Ｄｂが各磁石と各コイルの間に介在しなくなると、各磁石と各コイルの間のギャップは実質的に大きくなるから、各コイルを通過する磁束は減少する。磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４の回転に伴い、磁性材板Ｄａ，Ｄｂが各磁石と各コイルの間に介在する状態と介在しない状態が繰返され、その都度各コイルを通過する磁束が変化する。その磁束の変化により各コイルには、電流が誘起する。
【００２０】
図３の場合、４個のコイルＣ１〜Ｃ４は同時に電流を誘起する、即ち４個のコイルは常に電流を誘起するから発電出力が大きくなる。
図３の場合、磁性材板Ｄａ，Ｄｂはいずれか一方のみであってもよい。例えば、磁性材板Ｄａのみを設けて、コイルＣ１〜Ｃ４と磁石Ｍ２１〜Ｍ２４のギャップをなくすこともできる。この場合には、コイルと磁石の間のギャップは、磁石Ｍ１１〜Ｍ１４側のギャップのみになる。したがってこの場合には、コイルを通過する磁束が多くなるとともに、磁路補助部材Ｄ１〜Ｄ４の構造が簡単になり、発電機の構造も簡単になる。
【００２１】
図４は、本願発明の実施の形態に係るコイルの一例を示す。
図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ３−Ｘ３部分の矢印方向の断面図である。
４個の扇形のコイルＣ１〜Ｃ４は、コアＣ１２〜Ｃ４２に巻線Ｃ１１〜Ｃ４１を施してある。扇形のコイルを使用する場合は、コイル遮蔽部材、磁路補助部材の磁性材板、磁石も扇形にするのが好ましい。
【００２２】
前記実施の形態は、４対の磁石と４個のコイルを配置した例について説明したが、磁石は一対以上、コイルは１個以上あればよい。コイルの形状は、四角形、扇形に限らず円形、楕円形等であってもよい。また磁石の形状は、円板状、四角形、扇形に限らず円形、楕円形、リング状等であってもよい
【００２３】
【発明の効果】
本願発明の発電機は、磁石とコイルを固定し、コイル遮蔽部材、磁路補助部材を回転するから、発電機の構造が簡単になり、かつ発電機を組立てる際、磁石とコイルの位置関係を正確に容易に規定することができる。したがって発電機の組立作業が簡単になる。また本願発明の発電機は、磁石を取付けたケースや蓋等を回転する必要がないから、発電機を小さな駆動力で回転することができ、自転車に装着した場合には、運転者の負担が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る発電機の断面図である。
【図２】図１の磁石に代えて複数対の磁石を用いた例、及びコイル遮蔽部材に加えて磁路補助部材を設けた例を示す図である。
【図３】本願発明の第２実施形態に係る発電機の断面図である。
【図４】本願発明の実施の形態において使用するコイルの形状の一例を示す図である
【図５】従来の発電機の断面図である。
【符号の説明】
１１ケース
１２蓋
１２１〜１２４コイル固定部
２１回転軸
２２遮蔽支持部材
２３１，２３２軸受
２４磁路補助支持部材
Ｃ１〜Ｃ４コイル
Ｃ１１〜Ｃ４１巻線
Ｃ１２〜Ｃ４２コア
Ｄ１〜Ｄ４磁路補助部材
Ｄａ，Ｄｂ磁性材板
Ｄｃ磁性板取付部材
Ｍ１、Ｍ２磁石
Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４磁石
Ｓ１、Ｓ２コイル遮蔽部材

Claims

磁石を対向させて配置し、その対向する磁石の間にコイルを配置し、コイル遮蔽部材を回転して前記コイルを周期的に遮蔽して発電することを特徴とする発電機。
請求項１に記載の発電機において、前記コイル遮蔽部材は、断面がＵ字状で、前記コイルと前記磁石の間を通過する平板部を備えていることを特徴とする発電機。
磁石を対向させて配置し、その対向する磁石の間にコイルを配置し、前記磁石と前記コイルの間を通過する磁性材板を回転して前記磁石と前記コイルの間のギャップを周期的に変化させて発電することを特徴とする発電機。