JP2005102413A - Generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネットと電機子コイルとを備え、当該マグネットが所定の外力により回転されることで電機子コイルに起電力を生じさせる発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation device that includes a magnet and an armature coil, and generates an electromotive force in the armature coil when the magnet is rotated by a predetermined external force.
一般に、発電機は電動機と基本構成を同一とすることで実現することができる。そして発電機は小型のものから、中型、大型のものまで、その用途および負荷電力に応じて種々のものが知られているが、何れの用途にしても起電力発生の増大および効率向上が基本的な課題となっている。 Generally, a generator can be realized by making the basic configuration the same as that of an electric motor. Various generators are known, ranging from small to medium-sized to large-sized generators, depending on their use and load power. It is a typical issue.
そこで、発電機の一例として以下の特許文献に記載されているものが知られている。下記の特許文献には、無整流子直流電動機及び発電機が示されており、電動機の主要構成として回転子20と対峙する固定子10に5つの巻線群11〜15が巻回され、各巻線11〜15に対して選択的に励磁電流を付与する電力スイッチ部65が設けられたものである。そして、上記構成において、発電機として使用する場合に、回転子20を外部からの動力を与えることで、図15に示すようなタイミングで電流を発生させようとするものである。
Then, what is described in the following patent documents is known as an example of a generator. In the following patent document, a non-commutator DC motor and a generator are shown, and five
上記特許文献に記載されている発電機やその他公知の発電機は、起電力を増大させようとすると巻線を太くしたり、巻回数を増やさなければならず、その分発電機自体が大型化するという問題を生じ、大きさに対して起電力の発生効率の向上が図れないという問題がある。 The generators described in the above-mentioned patent documents and other known generators have to make the windings thicker or increase the number of turns in order to increase the electromotive force. There is a problem that the generation efficiency of electromotive force cannot be improved with respect to the size.
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、装置の小型、薄型化を図りつつ起電力発生の増大および効率向上を図る発電装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power generator that increases electromotive force generation and improves efficiency while reducing the size and thickness of the device.
上記課題を解決するために、請求項1の発明では、マグネットと、電機子コイルとを備え、当該マグネットが所定の外力により回転されることで当該電機子コイルに起電力を生じさせるコアまたはヨークを備える発電装置であって、前記電機子コイルは、仮想的な円盤または円盤状のコアの周側面に対して、導体を所定数巻回した所定形状の中空の内部コイル体が所定数並列的に配置される内部コイル群と、前記内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、導体を所定数巻回した所定形状の中空の外部コイル体が当該内部コイル群を覆って所定数並列的に配置される外部コイル群と、を有する構成とする。
In order to solve the above-described problem, in the invention of
請求項2〜7の発明では、「前記電機子コイルに起電力を生じさせる前記コアまたはヨークは、スロットレスである」構成であり、
「前記内部コイル群の周側面と前記外部コイル群の周側面を、同一外周とする」構成であり、
「前記各内部コイル体および各外部コイル体は、中空の略台形状または中空の弓形状とされ、それぞれの当該内部コイル体を120度間隔で配置させ、それぞれの当該外部コイル体を当該各内部コイル体に対して60度ずらせて120度間隔で配置させる」構成であり、
「前記内部コイル体と前記外部コイル体との互いに対向する相同士で直列または並列に接続され、それぞれがスター結線される」構成であり、
「前記電機子コイルに生じた起電力を直流化する整流回路を備える」構成であり、
「前記整流回路は平滑手段を備える」構成である。
In the inventions of
“The peripheral side surface of the internal coil group and the peripheral side surface of the external coil group have the same outer periphery”,
“The internal coil bodies and the external coil bodies are each formed into a substantially hollow trapezoidal shape or a hollow arch shape, and the internal coil bodies are arranged at intervals of 120 degrees, and the external coil bodies are respectively connected to the internal coil bodies. It is a configuration in which the coil body is shifted by 60 degrees and arranged at intervals of 120 degrees.
"The internal coil body and the external coil body are connected in series or in parallel in mutually facing phases, and each is star-connected",
“A rectifier circuit that converts the electromotive force generated in the armature coil into a direct current” is configured,
“The rectifier circuit includes smoothing means”.
本発明によれば、マグネットを回転させて電機子コイルに起電力を発生させる発電装置であり、当該電機子コイルが、仮想的な円盤または円盤状のコアの周側面に対して中空の内部コイル体を所定数並列的に配置させた内部コイル群と、当該内部コイル群を覆って中空の外部コイル体を所定数並列的に配置させた外部コイル群とで形成されることにより、装置の小型、薄型化を図りつつ起電力発生の増大および効率を向上させることができるものである。特に、電機子コイルに起電力を生じさせるコアまたはヨークをスロットレスタイプとすることで、マグネットの吸引力に対する回転トルクを最小とすることができ、微小な外力で電機子コイルを回転させることができるものである。 According to the present invention, a power generation device that generates an electromotive force in an armature coil by rotating a magnet, and the armature coil is an internal coil that is hollow with respect to a peripheral surface of a virtual disk or a disk-shaped core. The apparatus is formed by an internal coil group in which a predetermined number of bodies are arranged in parallel and an external coil group in which a predetermined number of hollow external coil bodies are arranged in parallel so as to cover the internal coil group. Thus, the increase in electromotive force generation and the efficiency can be improved while reducing the thickness. In particular, by using a slotless type core or yoke that generates electromotive force in the armature coil, the rotational torque with respect to the magnet's attractive force can be minimized, and the armature coil can be rotated with a minute external force. It can be done.
また、各内部コイル体および各外部コイル体のそれぞれ対向するコイル体を、並列接続するか、直列接続するかによって全体の電機子コイルの抵抗を選択することができることから、発生起電圧の増大、負荷電流の増大を選択的に対応させることができ、一方で発生起電力に応じたコイル体形成における線材太さ選択の自由度を向上させることができるものである。 In addition, since the resistance of the entire armature coil can be selected depending on whether the coil bodies facing each of the internal coil bodies and the external coil bodies are connected in parallel or in series, an increase in the generated electromotive voltage, It is possible to selectively cope with an increase in load current, while improving the degree of freedom in selecting the wire thickness in forming the coil body according to the generated electromotive force.
以下、本発明の最良の実施形態を図により説明する。本発明の発電装置は、インナロータ型、アウタロータ型の何れにも適用することができもので、また、本発明の構成は、小型から大型までの何れのタイプのものでも適用することができるものである。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The power generator of the present invention can be applied to both the inner rotor type and the outer rotor type, and the configuration of the present invention can be applied to any type from small to large. is there.
図1に本発明の第1実施形態に係る発電装置の構成図を示すと共に、図2に図1で示す発電装置の一部断面斜視図を示す。図1および図2はインナロータ形の発電装置を示したもので、図1(A)はハウジング内部の平面構成図、図1(B)は図1(A)のA−A断面図、図1(C)は蓋部を除いた底面からの構成図である。図1(A)〜(C)および図2において、発電装置11は、ロータ12を包含するようにステータ13が配置され、ハウジング14に収められる。ハウジング14は、円筒状で一方が開放され、他方の中央部分に円筒形状の軸支部が形成されたものである。
FIG. 1 shows a configuration diagram of the power generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a partial cross-sectional perspective view of the power generator shown in FIG. 1 and 2 show an inner rotor type power generator, FIG. 1 (A) is a plan view of the inside of the housing, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. (C) is a block diagram from the bottom surface excluding the lid. 1A to 1C and FIG. 2, the
上記ロータ12は、シャフト21が椀状のマグネットヨーク22に固着され、当該マグネットヨーク22の外周に例えば4個(4極)のマグネット23A〜23Dが非接触で固着されたものである。そして、シャフト21が軸受(例えばボールベアリング)15A,15Bにより上記ハウジング14の軸支部に回転自在に取り付けられたものである。上記マグネット23A〜23Dは、例えばネオジウム・鉄系のマグネット、サマリウム・コバルト系のマグネット等の異方性マグネットが使用され、N極とS極とが交互に配置されて4極に着磁されている。
In the
上記ステータ13は、起電力発生のために主となる籠形の電機子コイルで形成されたもので、仮想的な円盤となるロータ12の周側面に対して、導体であるコイルを所定数巻回した略台形状(弓形状でもよい)の中空の内部コイル体31A〜31Cが並列的に配置される内部コイル群と、当該内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、導体であるコイルを所定数巻回した略台形状(弓形状でもよい)の中空の外部コイル体32A〜32Cが当該内部コイル群を覆って並列的に配置される外部コイル群とにより構成される(詳細は図3で説明する)。
The
上記ステータ13は、ハウジング14の側部内壁に設けられたスロットレスタイプのコイルヨーク(積層ヨーク)16と微小間隙(当接でもよい)で配置され、当該ステータ13の下方(ハウジング14の開口側)に例えば整流回路基板17が設けられる。当該コイルヨーク16は内部コイル群および外部コイル群に起電力を生じさせるためのものである。また、上記整流回路基板17は詳細を図4で説明するが、発生する起電力を例えば直流に変換してリード線19A,19Bより外部に出力させるものである。そして、ハウジング14の開放部分に蓋部20が設けられて略密閉状態としたものである。なお、当該整流回路17は、当該発電装置11の外部に設けてもよく、この場合には当該基板17は単に上記リード線(後述のa相、b相、c相、n相に対応)を外部に延出させるだけのものであってもよい。
The
ここで、図3に、図1に示す発電装置の電機子コイルの説明図を示す。図3(A)において、まず、内部コイル体31A〜31Cのそれぞれはコイルを整列巻きで往復に巻回した多層構造のもので、中空の略台形状(弓形状でもよい)としたものである。形状を上記略台形や弓形とすることにより、ハウジング14の軸支部の配置位置を確保することができるものである。なお、外部コイル体32A〜32Cにおいても大きさを異ならせただけで形状は同様である。
Here, FIG. 3 is an explanatory view of the armature coil of the power generator shown in FIG. In FIG. 3A, first, each of the
そこで、図3(A)に示すように、ロータ12を仮想的な円盤としての当該ロータ12の周側面に対して上記3つの内部コイル体31A〜31Cのそれぞれを120度間隔で並列的に配置させて図3(B)に示すような内部コイル群としたものである。また、この内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、当該内部コイル群を覆って3の外部コイル体32A〜32Cのそれぞれを上記内部コイル体31A〜31Cより60度ずらせて120度間隔で並列的に配置させて図3(C)に示すような外部コイル群としたものである。この場合、内部コイル群の周側面と前記外部コイル群の周側面を同一外周としている。なお、上記内部コイル体31A〜31Cおよび外部コイル体32A〜32Cの結線は、図4で説明する。
Therefore, as shown in FIG. 3A, each of the three
ここで、上記発電装置11の組立を簡単に説明すると、まず、マグネットヨーク22にシャフト21を圧入し、当該マグネットヨーク22の外周に上述のように着磁させたマグネット23A〜23Dを接着固定する。一方、ハウジング14の側部内壁にコイルヨーク16を挿入して接着固定すると共に、軸支部に軸受15A,15Bを取り付ける。
Here, the assembly of the
続いて、マグネット23A〜23D(マグネットヨーク22)で構成されたロータ12を微小ギャップで内包させて内部コイル体31A〜31Cのそれぞれを配置してこれらの当接する部分で接着固定し、当該内部コイル体31A〜31Cを覆うように外部コイル体32A〜32Cのそれぞれを上記のように配置してこれらの当接する部分および内部コイル体31A〜31Cのそれぞれと当接する部分で接着固定する。これにより、ロータ12を内包したステータ13のコイルアセンブリが形成される。なお、内部コイル体31A〜31Cおよび外部コイル体32A〜32Cの組立には対応の治具が使用される。
Subsequently, the
また、ハウジング14内に、上記コイルアセンブリを挿入(ハウジング14の軸支部の軸受15A,15Bにシャフト21を圧入)し、当該ハウジング14の上面(開口の反対側)の内壁と上記外部コイル体32A〜32Cの上部を接着固定する。そして、上記整流回路基板17を取り付け、蓋部20をハウジング14の開口部分にカシメ等により取り付けるものである。
Further, the coil assembly is inserted into the housing 14 (the
そこで、図4に、図1に示す発電装置の電機子コイルおよび整流回路の説明図を示す。図4(A)、(B)は上記内部コイル体31A〜31Cおよび外部コイル体32A〜32Cの結線状態を示すと共に、発生起電力を直流化するための整流回路の一例を示したものである。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the armature coil and the rectifier circuit of the power generator shown in FIG. 4A and 4B show an example of a rectifier circuit for converting the generated electromotive force into a direct current as well as the connection state of the
図4(A)において、内部コイル群の各内部コイル体31A〜31Cのそれぞれはスター結線されると共に、外部コイル群の各外部コイル体32A〜32Cのそれぞれはスター結線され、互いに対向する相同士(a相〜c相および中性点n)で並列に接続されたものである。すなわち、内部コイル体31Aと外部コイル体32B(a相)、内部コイル体31Bと外部コイル体32C(b相)、内部コイル体31Cと外部コイル体32A(c相)、および互いの中性点nを接続したもので、これらa相、b相、c相およびn相が整流回路基板17に接続されるものである。
4A, each of the
整流回路基板17は、三相全波整流回路を一例として示したもので、6つのダイオードによりいわゆるブリッジ回路を形成した場合として示している。そして、上記ブリッジ回路の両端に、起電力を出力するための上記リード線19A,19Bが接続されるものである。なお、整流回路基板17において、ブリッジ回路の両端間に発生した起電力を平滑化する平滑手段としてのコンデンサCを設けてもよく、一方で、当該コンデンサCを当該整流回路基板17の外部の回路に設けてもよい。
The
また、図4(B)においては、内部コイル体31Aと外部コイル体32B(a相)、内部コイル体31Bと外部コイル体32C(b相)、内部コイル体31Cと外部コイル体32A(c相)を各直列に接続し、これらをスター結線(中性点n)させたもので、これらa相、b相、c相およびn相が整流回路基板17に接続されるものである。当該整流回路基板17は、上記説明と同様である。
4B, the
上記図4(A)に示すコイル接続とすることで出力負荷電流を増大させることができ、また図4(B)に示すコイル接続とすることで発生起電圧を増大させることができる。すなわち、各内部コイル体31A〜31Cおよび各外部コイル体32A〜32Cのそれぞれ対向するコイル体を、並列接続するか、直列接続するかで全体の電機子コイルの抵抗を選択することができ、これにより発生起電力の負荷状態に対応させることができ、一方で発生起電力に応じたコイル体の形成し易い線材太さを選択する幅が広がり、コイル体形成の自由度を向上させることができるものである。
The output load current can be increased by the coil connection shown in FIG. 4A, and the generated electromotive voltage can be increased by the coil connection shown in FIG. 4B. That is, the resistance of the entire armature coil can be selected by connecting the opposing coil bodies of the
そこで、図5に図4における電機子コイルに生じる起電圧の波形図を示す。図5(A)は、上記図4(B)に対応した波形図であり、各内部コイル体31A〜31Cおよび各外部コイル体32A〜32Cに生じる起電圧の状態を示したものである。すなわち、ロータ12が風力や水力、または回転体の回転力等の外力により回転すると、図5(A)に示すように、マグネット23A〜23Dの回転に応じて、内部コイル体31Aおよび外部コイル体32B(a相−n相)、内部コイル体31Bおよび外部コイル体32C(b相−n相)、内部コイル体31Cおよび外部コイル体32A(c相−n相)のそれぞれに起電圧が発生される。
FIG. 5 shows a waveform diagram of the electromotive voltage generated in the armature coil in FIG. FIG. 5 (A) is a waveform diagram corresponding to FIG. 4 (B), and shows the state of the electromotive voltage generated in each of the
そして、図5(B)に示すように、整流回路基板17のブリッジ回路のa相では内部コイル体31Aと外部コイル体32Bに発生した起電圧が全波整流されて重畳され、b相では内部コイル体32Aと外部コイル体32Cに発生した起電圧が全波整流されて重畳され、c相では内部コイル体31Cと外部コイル体32Aに発生した起電圧が全波整流されて重畳される。
As shown in FIG. 5B, the electromotive voltages generated in the
続いて、図5(C)に示すように、当該整流回路基板17のブリッジ回路の出力端子にはa相〜c相の起電圧のそれぞれが重畳されて、脈動した三相全波の起電圧が発生される。そして、図5(D)に示すように、整流回路基板17に適宜設けられた平滑コンデンサCにより平滑化された直流電圧とされてリード線19A,19Bより出力されるものである。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, each of the a-phase to c-phase electromotive voltages is superimposed on the output terminal of the bridge circuit of the
このように、電機子コイルを内部コイル体31A〜31Cおよび外部コイル体32A〜32Cで構成することにより、最小限のスペースで小型、薄型化を図りつつ電機子コイルの巻線数を増加させてこれらの接続状態に応じて発生する発生起電圧や負荷電流を増大させることができるもので、特に上記のように電機子コイルが二重構造であっても内部コイル群の周側面と外部コイル群の周側面を同一外周とすることによってヨークとマグネットとのギャップを、例えば従前の内部コイル群のみを使用した一重構造と同一とさせることができることから当該発電装置11の大きさに対して起電力の発生効率を向上させることができるものである。
Thus, by configuring the armature coil with the
また、電機子コイルに起電力を生じさせるコアまたはヨークをスロットレスタイプとすることで、マグネットの吸引力に対する回転始動のための脱出トルクを最小とすることができ、微小な外力で電機子コイルを回転させることができるものである。すなわち、スロット付きのコイルヨークの場合、ロータ(電機子コイル)12を回転させるときにマグネット23A〜23Dの吸引力から脱出するトルクが必要となるが、スロットレスとすることにより当該ロータ12を回転させるときのいわゆるコギングが解消され、微風や微水力でも回転をスムーズにさせることができるものである。
In addition, by using a slotless core or yoke that generates electromotive force in the armature coil, it is possible to minimize the escape torque for rotational start with respect to the magnet's attractive force. Can be rotated. That is, in the case of a coil yoke with a slot, when the rotor (armature coil) 12 is rotated, a torque is required to escape from the attractive force of the magnets 23A to 23D, but the
例えば、本発明の発電装置11を水洗トイレの電源として使用する場合、水を流す毎に当該発電装置で発電させて蓄電させておくことでセンサや自動弁の動作電力を供給することができるものである。すなわち、従前の水洗トイレで使用されるセンサ用電源等はボタン電池が使用されて年に一度交換する必要があって手間と費用が要すると共に、弁等の駆動電力をコンセント等からの電源で供給していたが、本発明の発電装置を適用することでわずかな水流であっても発電することができ、しかも交換等を要しないと共に、電気配線等を不要とすることができるものである。これらのことは以下の他の実施形態においても同様である。
For example, when the
次に、図6に、本発明の第2実施形態に係る発電装置の構成図を示す。図6はアウタロータ形の発電装置を示したもので、図6(A)はハウジング内部の平面構成図、図6(B)は図6(A)のB−B断面図、図6(C)はベースを除いた底面から見た構成図である。図6(A)〜(C)において、発電装置41は、ロータ42がステータ43を包含するように配置され、ベース44に軸受45A,45Bを介して取り付けられたものである。ベース44は、円板状の中央部分に円筒状の軸支部が形成されたもので、当該軸支部の内壁に上記軸受45A,45Bが取り付けられる。
Next, FIG. 6 shows a configuration diagram of a power generator according to a second embodiment of the present invention. 6A and 6B show an outer rotor type power generation device, FIG. 6A is a plan view of the inside of the housing, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 6A, and FIG. These are the block diagrams seen from the bottom face except a base. 6 (A) to 6 (C), the
上記ロータ42は、逆椀状のマグネットヨーク51の中央部分にボス52が設けられ、当該ボス52にシャフト53が固着される。そして、当該マグネットヨーク51の側部内壁に上記同様の4極のマグネット54A〜54Dが固着されたものである。当該マグネット54A〜54Dは、図1に示すマグネット23A〜23Dと同様である。
In the rotor 42, a boss 52 is provided at the center portion of an inverted saddle-shaped magnet yoke 51, and a
上記ステータ43は、円盤状のスロットレスタイプの積層コア61がベース44の軸支部の外周に取り付けられ、当該積層コア61の周側面に対して、上記図3に示すような中空の内部コイル体62A〜62Cによる構成の内部コイル群および中空の外部コイル体63A〜63Cによる構成の外部コイル群が当該内部コイル群を覆って取り付けられたものである。
In the stator 43, a disk-shaped slotless type laminated
すなわち、図3と同様に、積層コア61の周側面に対して上記3つの内部コイル体62A〜62Cのそれぞれを120度間隔で並列的に配置させて内部コイル群とし、この内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、当該内部コイル群を覆って3の外部コイル体63A〜63Cのそれぞれを上記内部コイル体31A〜31Cより60度ずらせて120度間隔で並列的に配置させて外部コイル群とし、内部コイル群の周側面と前記外部コイル群の周側面を同一外周としたものである。なお、内部コイル体62A〜62Cおよび外部コイル体63A〜63Cは、図4(A)または図4(B)に示すようにスター結線されて互いに対向する相同士が接続されたものである。
That is, as in FIG. 3, the three
また、ベース44上であって、ステータ43の下方には例えば整流回路基板46が設けられる。この整流回路基板46は上述と同様に発生する起電力を例えば直流に変換してリード線48A,48Bより外部に出力させるものである。
A
ここで、上記発電装置41の組立を簡単に説明すると、まず、マグネットヨーク51にボス52をカシメ等により固定し、当該ボス52にシャフト53を圧入させる。当該マグネットヨーク51の側部内壁に上述のように着磁させたマグネット54A〜54Dを互いに非接触で配置して接着固定する。一方、積層ヨーク61に内部コイル体62A〜62Cのそれぞれを配置してこれらの当接する部分および当該積層ヨーク61との当接部分で接着固定する。
Here, the assembly of the
また、当該内部コイル体62A〜62Cを覆うように外部コイル体63A〜63Cのそれぞれを上記のように配置してこれらの当接する部分および内部コイル体31A〜31Cのそれぞれと当接する部分で接着固定する。これにより、積層ヨーク61を内包したステータ43のコイルアセンブリが形成される。
Further, each of the external coil bodies 63A to 63C is arranged as described above so as to cover the internal coil bodies 62A to 62C, and is bonded and fixed at a portion where they abut and a portion where they abut each of the
続いて、リード線48A,48Bが接続された整流回路基板46を上記コイルアセンブリに取り付け対応のタップ等ではんだ付け等が行われる。また、ベース44に軸受45A,45Bを取り付け、上記コイルアセンブリをベース44の軸支部の外周に接着固定する。そして、当該軸受45A,45Bにロータ42のシャフト53を圧入するものである。
Subsequently, the
このような発電装置41の起電力発生は上記発電装置11と同様である。すなわち、上記同様に、電機子コイルを内部コイル体62A〜62Cおよび外部コイル体63A〜63Cで構成することにより、最小限のスペースで小型、薄型化を図りつつ電機子コイルの巻線数を増加させてこれらの接続状態に応じて発生する発生起電圧や負荷電流を増大させることができるもので、特に上記のように電機子コイルが二重構造であっても内部コイル群の周側面と外部コイル群の周側面を同一外周とすることによってヨークとマグネットとのギャップを、例えば従前の内部コイル群のみを使用した一重構造と同一とさせることができることから当該発電装置11の大きさに対して起電力の発生効率を向上させることができるものである。また、コイルヨーク61をスロットレスタイプとすることで回転始動時の脱出トルクを最小とすることができることから、微小な外力でもロータを回転させることができ、は電力発生の効率を向上させることができるものである。
The generation of the electromotive force of the
次に、図7に、本発明の第3実施形態に係る発電装置の構成図を示す。図7はアウタロータ形のブラシ付きコアレスモータを示したもので、図7(A)はブラシ台を除いて底面より見た構成図、図7(B)は図7(A)のC−C断面図、図7(C)はブラシ台の構成図である。図7(A)〜(C)において、発電装置71は、ステータ72を包含するようにロータ73が配置され、ハウジング74に収められる。ハウジング74は、円筒状で一方が開放され、他方の中央部分に円筒形状の軸支部が形成されたものである。
Next, FIG. 7 shows a configuration diagram of a power generator according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows an outer rotor type brushless coreless motor. FIG. 7A is a structural view seen from the bottom, excluding the brush base, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. FIG. 7C is a configuration diagram of the brush base. 7A to 7C, the
上記ステータ72は、円盤状のマグネットヨーク81が上記軸支部の内壁に固着され、当該マグネットヨーク81の外周に界磁束発生の主となる例えば4個のマグネット82A〜82Dが固着されたものである。当該マグネット82A〜82Dは上述と同様のものである。
In the
上記ロータ73は、シャフト91が円板状のハブ92の中央を貫通して固着され、当該シャフト91の一方側のハブ92に例えば6つの整流子93A〜93F(6セグメント)が固着される。これら整流子93A〜93Fは対向する整流子同士が短絡される(図8(A)参照)。また、上記ステータ72およびハブ92を仮想的な円盤とし、その周側面に対して上記図3に示すような中空の内部コイル体94A〜94Cによる構成の内部コイル群および中空の外部コイル体95A〜95Cによる構成の外部コイル群が当該内部コイル群を覆って取り付けられたものである。そして、
In the
すなわち、図3と同様に、ステータ72およびハブ92を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して上記3つの内部コイル体94A〜94Cのそれぞれを120度間隔で並列的に配置させて内部コイル群とし、この内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、当該内部コイル群を覆って3の外部コイル体95A〜95Cのそれぞれを上記内部コイル体94A〜94Cより60度ずらせて120度間隔で並列的に配置させて外部コイル群とし、内部コイル群の周側面と前記外部コイル群の周側面を、同一外周としたものである。
That is, as in FIG. 3, each of the three
なお、内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cは、互いに対向する相同士のコイル同士が並列または直列でスター結線で接続され、結線された状態でそれぞれの開放端子が整流子93A〜93Fに接続される。本実施形態では、内部コイル体94Aの一端が整流子93Aに接続され、内部コイル体94Bの一端が整流子93Bに接続され、内部コイル体94Cの一端が整流子93Cに接続され、外部コイル体95Aの一端が整流子93Dに接続され、外部コイル体95Bの一端が整流子93Eに接続され、外部コイル体95Cの一端が整流子93Fに接続される。
The
この場合、内部コイル群と外部コイル群とが所定数の補強リング96で補強固定される。なお、当該補強リング96は、電機子コイルの回転時に離脱しないようにするために念のためとして設けたものであるが、本来、内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cは互いに接着剤等により固着されることから、従前のコイル体同士の接着より強度に固着され、回転による離脱防止が増強されているものである。
In this case, the inner coil group and the outer coil group are reinforced and fixed by a predetermined number of reinforcing rings 96. The reinforcing
そして、シャフト91が軸受(例えばスリーブ形ベアリングであり、上述のボールベアリングでもよい)75により上記ハウジング74の軸支部の内壁に回転自在に取り付けられ、当該シャフト91のハウジング74より延出した部分にEリング76が設けられたものである。
Then, the shaft 91 is rotatably attached to the inner wall of the shaft support portion of the
一方、ハウジング74の蓋部の役割をもなすブラシ台77が当該ハウジング74の開口側に設けられ、対応のブラシ固定部に例えば2つ(4つでもよい)のブラシ78A,78Bが90度間隔で配置され、上記整流子93A〜93Fと当接させて広がらないように固定される。上記ブラシ78Aはリード線79Aと接続され、上記ブラシ78Bはリード線79Bと接続される。そして、ブラシ台77をハウジング74の開口部分に嵌合固定させることで当該ハウジング74内を略密閉状態としている。なお、ハウジング74は、コイルヨークの役割をも為し、回転時のコギングに影響するスロットは半ば当然的に形成されない。
On the other hand, a brush base 77 serving as a lid portion of the
ここで、上記発電装置71の組立を簡単に説明すると、まず、マグネットヨーク81に軸受75を圧入(または接着)し、当該マグネットヨーク81の外周に上述のように着磁させたマグネット82A〜82Dを互いに非接触で配置して接着固定する。一方、シャフト91にハブ77を圧入し、上記マグネット82A〜82Dを微小ギャップで内包させて内部コイル体94A〜94Cをハブ77に接着固定する(これらは専用の治具が使用される)。また、当該内部コイル体94A〜94Cを覆うように外部コイル体95A〜95Cのそれぞれを上記のように配置してこれらの当接する部分および内部コイル体94A〜94Cのそれぞれと当接する部分で接着固定すると共に、補強リング96で当該内部コイル群と外部コイル群とを接着固定する。
Here, the assembly of the
一方、シャフト91に、適宜対向同士で短絡された整流子93A〜93Fを取り付け、当該整流子93A〜93Fのライザに各対応の内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cの片方のタップをはんだ付け等により接続し、他方のタップを上記補強リング96にはんだ付け等により固着する。また、マグネットヨーク81をハウジング74の軸支部内壁に挿入して接着固定する。
On the other hand, commutators 93A to 93F that are appropriately short-circuited to each other are attached to the shaft 91, and one of the corresponding
他方、ブラシ台77にブラシ78A,78Bを取り付けて対応する同士で接続すると共に、対応のリード線79A,79Bをはんだ付け等により接続し、当該ブラシ台77をハウジング74に当該ブラシ78A,78Bを広げながら取り付ける。そして、リード線79A,79Bを電源に接続することでモータとの動作をさせるために電流を供給することによって当該ブラシ台77を回転させながら適切なタイミング位置に合わせてハウジング74にカシメまたは接着剤等により取り付けるものである。
On the other hand, the brushes 78A and 78B are attached to the brush base 77 and connected to each other, and the
そこで、図8および図9に、図7に係る発電装置における発電状態の説明図を示す。図8(A)は整流子とブラシを示した説明図、図8(B)は各コイル体に生じる起電力の状態を示した波形図である。 8 and 9 are explanatory diagrams of the power generation state in the power generation device according to FIG. FIG. 8A is an explanatory diagram showing a commutator and a brush, and FIG. 8B is a waveform diagram showing a state of electromotive force generated in each coil body.
図8(A)において、上記各内部コイル体94A〜94Cと各外部コイル体95A〜95Cとは並列または直列でスター結線され、これらの各相が上述のように6セグメントの整流子93A〜93Fにそれぞれ接続されると共に、対向する整流子同士(93Aと93D、93Bと93E、93Cと93F)が短絡されたものである。また、このような整流子93A〜93Fに対して90度で隣接配置されたブラシ78A,78Bが当接されたものである。なお、整流子93A〜93F接続された内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cに対向するマグネット82A〜82Dを破線で示している。
In FIG. 8A, the
そして、シャフト91を介してロータ73(内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95C)が回転されると、図8(B)に示すように、各内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cのそれぞれはマグネット82A〜82DのN極とS極の境界で最大の起電力が、マグネット82A〜82Dの極性の切り替わり時に起電力は発生されない。すなわち、図8(B)の斜線で示す起電力が各内部コイル体94A〜94Cおよび外部コイル体95A〜95Cのそれぞれに発生する。
Then, when the rotor 73 (
この場合、整流子93A〜93Fは上述のように対向する同士が短絡されていることから、当該短絡された整流子同士では、図9(A)に示すように、それぞれの起電力が重畳された状態となる。また、これら整流子同士で重畳された起電力が、図9(B)に示すように、リード線79A,79B間で重畳されたものとなり、その最小から最大までのものが図9(C)で示すようにリード線79A,79B間に生じた起電力Pとなるものである。
In this case, since the commutators 93A to 93F are short-circuited as described above, the electromotive forces are superimposed on the short-circuited commutators as shown in FIG. 9A. It becomes the state. Further, as shown in FIG. 9B, the electromotive force superimposed between the commutators is superimposed between the
このように、6セグメントの整流子を備えるアウタロータ形のブラシ付きの発電装置71であっても、上記同様に、電機子コイルを内部コイル体31A〜31Cおよび外部コイル体32A〜32Cで構成することにより、最小限のスペースで小型、薄型化を図りつつ電機子コイルの巻線数を増加させてこれらの接続状態に応じて発生する発生起電圧や負荷電流を増大させることができるもので、特に上記のように電機子コイルが二重構造であっても内部コイル群の周側面と外部コイル群の周側面を同一外周とすることによってヨークとマグネットとのギャップを一重構造と同一とさせることができることから当該発電装置11の大きさに対して起電力の発生効率を向上させることができるものである。また、マグネットの吸引力に対する回転始動時の脱出トルクを最小とすることができ、微小な外力で電機子コイルを回転させることができることから、回転時のコギングが解消されて微風や微水力でも回転をスムーズにさせることができるものである。
Thus, even in the outer rotor type brushed
本発明の発電装置は、風力や水力等の外力や、回転体等の外部からの回転力(外力)により起電力を発生させ、内蔵電源として、また送電困難な場所や自動車のダイナモ等の種々の用途に使用される場合に適している。 The power generator of the present invention generates an electromotive force by an external force such as wind power or hydraulic power, or a rotational force (external force) from the outside of a rotating body, etc. It is suitable for use in applications.
11,41,71 発電装置
12 ロータ
13 ステータ
16 コイルヨーク
22 マグネットヨーク
23A〜23D マグネット
31A〜31C 内部コイル体
32A〜32C 外部コイル体
11, 41, 71
Claims (7)
前記電機子コイルは、
仮想的な円盤または円盤状のコアの周側面に対して、導体を所定数巻回した所定形状の中空の内部コイル体が所定数並列的に配置される内部コイル群と、
前記内部コイル群を仮想的な円盤とした場合の周側面に対して、導体を所定数巻回した所定形状の中空の外部コイル体が当該内部コイル群を覆って所定数並列的に配置される外部コイル群と、
を有することを特徴とする発電装置。 A power generation device including a magnet and an armature coil, and including a core or a yoke that generates an electromotive force in the armature coil by rotating the magnet by a predetermined external force,
The armature coil is
An internal coil group in which a predetermined number of hollow internal coil bodies each having a predetermined shape wound around a virtual disk or a disk-shaped core are arranged in parallel;
A predetermined number of hollow external coil bodies, each having a predetermined number of turns, are arranged in parallel to cover the inner coil group with respect to the peripheral side surface when the internal coil group is a virtual disk. An external coil group;
A power generator characterized by comprising:
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