JP2007318992A

JP2007318992A - 永久磁石発電装置

Info

Publication number: JP2007318992A
Application number: JP2007139698A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tanaka; 保久田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】コイルの自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスを少なくして効率よく大きな出力を得る永久磁石発電装置を提供する。
【解決手段】磁束コントロールコイル２の磁束により永久磁石１の磁束を変化させ永久磁石の磁束と鎖交している出力コイル３から電磁誘導による出力を取り出す時、磁束コントロールコイルを２つ設けて磁束を互いに打ち消し合う方向に流し、さらに、永久磁石の磁束とも鎖交させないため自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり、さらに磁路の長さも短いため低電圧で高周波の電源でも大きな磁束が流れ強力な永久磁石の大きな磁束をコントロールすることが出来ることと、出力コイルも２つ設けて互いに負荷電流による磁束が打ち消し合う方向に流れるようにしているため、自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり出力コイルの巻数を増やして出力電圧を上げても大きな出力電流が流れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄心を流れる永久磁石の磁束をコントロールしてコイルに電磁誘導による誘導起電力を発生させ発電をする永久磁石発電装置に関するものである。

従来、永久磁石を使用した発電には永久磁石の吸引力または反発力を利用する方法と電磁誘導作用を利用した発電機があった。

しかしながら、地球温暖化防止に対し二酸化炭素の削減が要望されている中、二酸化炭素の発生を極力少なくした天候に左右されない効率の良い発電方法が必要となっている。電磁誘導作用を利用した発電では、入力側コイルの磁束を利用して永久磁石の磁束を変化させ、入力側コイルによる磁束と永久磁石の磁束が鎖交する出力側コイルに誘導起電力を発生させ電力を得る方法があるが、入力側コイルは永久磁石の磁束と鎖交していると永久磁石の磁束変化による誘導起電力と入力電流による誘導起電力の影響により入力側コイルに流れる電流が少なくなるという問題があった、この影響は入力側コイルの巻数の増加や入力側電源周波数が高くなるほど大きくなる。また、出力側コイルについても出力電流による誘導起電力の影響により出力側コイルに流れる電流が少なくなる。そのため、効率よく出力側コイルから大きな出力を得るにはこの影響を少なくする必要がある。

発明を解決するための手段

出力コイルを２つ巻きつけたロの字型鉄心部２箇所と、ロの字型鉄心部をつなぐ２つの鉄心の磁路と、その２つの鉄心の磁路の中間に２つの永久磁石のＮ極とＳ極をそれぞれ取り付け、さらに、永久磁石の両側の鉄心の磁路に鉄心の磁路と交差する磁路の長さの短いループ状鉄心部を設け、そのループ状鉄心部に磁束コントロールコイルを２つ巻きつけたものであって、ロの字型鉄心部に巻きつけられた２つの出力コイルは、それぞれに発生する永久磁石の磁束変化による誘導起電力が加算される向きになるように直列に接続する。また、ループ状鉄心部に巻きつけられた２つの磁束コントロールコイルは電流を流した時、それぞれに発生する磁束が永久磁石を取り付けた鉄心の磁路に向かう方向になるように直列に接続する。さらに、永久磁石の左側にある上下のループ状鉄心部の磁束コントロールコイル同士も電流を流した時、発生する磁束の方向が永久磁石を取り付けた鉄心の磁路に向かうように直列に接続し、永久磁石の右側にある上下のループ状鉄心部の磁束コントロールコイル同士も電流を流した時、発生する磁束の方向が永久磁石を取り付けた鉄心の磁路に向かうように直列に接続した永久磁石発電装置を提供することにより上記課題を解決したものである。
上部の鉄心の磁路に取り付けた永久磁石のＮ極から出た磁束は左右のロの字型鉄心部を通り下部の鉄心の磁路に取り付けた永久磁石のＳ極に向かって流れるが、このときは永久磁石の磁束は一定なので出力コイルに誘導起電力は発生しない。つぎに、左右の磁束コントロールコイルに交互に電流を流すが、まず、左側の磁束コントロールコイルに電流を流すと左側のロの字型鉄心部に流れていた永久磁石の磁束はループ状鉄心部の磁束にさえぎられて減少し、反対に右側のロの字型鉄心部に流れる永久磁石の磁束が増加する。このため、左右のロの字型鉄心部の出力コイルに誘導起電力が発生する。つぎに、右側の磁束コントロールコイルに電流を流すと右側のロの字型鉄心部に流れていた永久磁石の磁束はループ状鉄心部の磁束にさえぎられて減少し、反対に左側のロの字型鉄心部に流れる磁束が増加する。このため、左右のロの字型鉄心部の出力コイルに誘導起電力が発生する。また、ループ状鉄心部に巻きつけた２つの磁束コントロールコイルは、電流を流すと発生する磁束が互いに打ち消しあう方向に流れ、また、永久磁石の磁束とも鎖交していないため自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり低電圧や高周波電圧でも大きな電流を流せるとともに磁路の長さが短いため少ない電流でも大きな磁束が発生し、強力な永久磁石の大きな磁束をコントロールすることが出来る。つぎに、左右のロの字型鉄心部に巻きつけた出力コイルに負荷を接続して誘導起電力による電流を流すと、左右それぞれのロの字型鉄心部に巻きつけた２つの出力コイルに発生する磁束はループ状鉄心部の磁束と永久磁石の磁束にさえぎられて永久磁石を取り付けた鉄心の磁路には流れ出さないでロの字型鉄心部を互いに磁束が打ち消しあう方向に流れるため自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり大きな出力電流を流すことが出来きる。また、出力コイルの巻数を増やして出力電圧を上げても合成インダクタンスが小さいため大きな出力電流を流すことが出来る。そのため、磁束コントロールコイルの入力に対し出力コイルから大きな出力が取り出せる。

発明の効果

上述したように磁束コントロールコイルを巻きつけたループ状鉄心部は磁路の長さも短く、また、２つの磁束コントロールコイルの磁束が打ち消しあう方向に流れ、さらに、永久磁石の磁束と鎖交していないため、磁束コントロールコイルの自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さく、低電圧や高周波の電源もしくは磁束コントロールコイルの巻数を増やしても大きな電流が流れ大きな磁束を発生させて強力な永久磁石の大きな磁束をコントロールすることが出来る。また、出力コイルは自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さいため、大きな出力電流が流れ大きな出力を取り出せる。また、出力コイルの巻数を増やして出力電圧を上げても大きな出力電流を流すことが出来る。さらに、左右の出力コイルに同時に出力が発生する。そのため、磁束コントロールコイルの入力に対し出力コイルから大きな出力が得取り出せる。また、天候に左右されなく二酸化炭素を発生しないで発電できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。

鉄心本体４は２箇所のロの字型鉄心部４Ａと、ロの字型鉄心部４Ａをつなぐ２つの鉄心の磁路と、それぞれの鉄心の磁路と交差する４箇所の磁路の長さの短いループ状鉄心部４Ｂからなる。

ロの字型鉄心部４Ａそれぞれには、２つの出力コイル３が巻きつけられており２つの出力コイル３同士は、それぞれに発生する永久磁石１の磁束変化による誘導起電力が加算される向きになるように直列に接続されている。

ロの字型鉄心部４Ａをつなぐ２つの鉄心の磁路の中間には２つの永久磁石１のＮ極側とＳ極側がそれぞれ取り付けられている。

２つの永久磁石１の両側にある鉄心の磁路と交差する４箇所のループ状鉄心部４Ｂそれぞれには２つの磁束コントロールコイル２が巻かれており、２つの磁束コントロールコイル２は電流を流した時、発生する磁束の方向が永久磁石１を取り付けた鉄心の磁路に向かうように直列に接続され、さらに、永久磁石１の左側にある上下のループ状鉄心部４Ｂの磁束コントロールコイル２同士も電流を流した時、発生する磁束の方向が永久磁石１を取り付けた鉄心の磁路に向かうように直列に接続され、永久磁石１の右側にある上下のループ状鉄心部４Ｂの磁束コントロールコイル２同士も電流を流した時、発生する磁束の方向が永久磁石１を取り付けた鉄心の磁路に向かうように直列に接続されている。

以下、上記構成の動作を説明する。
図２のように鉄心本体４の上部の鉄心の磁路に取り付けた永久磁石１のＮ極から出た磁束は左右のロの字型鉄心部４Ａを通り下部の鉄心の磁路に取り付けた永久磁石１のＳ極に向かって流れるが、このときは永久磁石１の磁束は一定なので出力コイル３に誘導起電力は発生しない。つぎに、永久磁石１の左右にある磁束コントロールコイル２に交互に電流を流すが、まず、左側のループ状鉄心部４Ｂに巻きつけた磁束コントロールコイル２に図３のように磁束の方向が鉄心の磁路に向かう向きになるような電流を流すと、ループ状鉄心部４Ｂの磁束が鉄心の磁路に向かって流れ、鉄心の磁路に流れる永久磁石の磁束をさえぎるため左側のロの字型鉄心部４Ａに流れていた永久磁石１の磁束は減少し、反対に右側のロの字型鉄心部４Ａに流れる磁束が増加する。このため、左右のロの字型鉄心部４Ａの出力コイル３に誘導起電力が発生する。つぎに、左側の磁束コントロールコイル２に流れている電流を０にし右側の磁束コントロールコイル２に磁束の方向が鉄心の磁路に向かう向きになるような電流を流すと、ループ状鉄心部４Ｂの磁束が鉄心の磁路に向かって流れ、鉄心の磁路に流れる永久磁石１の磁束をさえぎるため右側のロの字型鉄心部４Ａに流れていた永久磁石１の磁束は減少し反対に左側のロの字型鉄心部４Ａに流れる磁束が増加する。このため、左右のロの字型鉄心部４Ａの出力コイル３に誘導起電力が発生する。また、左右のループ状鉄心部４Ｂに巻きつけた２つの磁束コントロールコイル２は、図４のように接続されているため電流を流すと発生する磁束が互いに打ち消しあう方向に流れ、また、永久磁石１の磁束とも鎖交していないため自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり低電圧や高周波電圧でも大きな電流を流せるとともに磁路の長さが短いため少ない電流でも大きな磁束が発生し、強力な永久磁石の大きな磁束をコントロールすることが出来る。つぎに、左右のロの字型鉄心部４Ａに巻きつけた出力コイル３の端子に負荷を接続して誘導起電力による電流を流すと、左右それぞれのロの字型鉄心部４Ａに巻きつけた２つの出力コイル３に発生する磁束はループ状鉄心部４Ｂの磁束と永久磁石１の磁束にさえぎられて永久磁石１を取り付けた鉄心の磁路には流れ出さないで図５のようにロの字型鉄心部４Ａを互いに磁束が打ち消しあう方向に流れるため自己誘導と相互誘導による合成インダクタンスが小さくなり大きな出力電流が流れる。また、出力コイル３の巻数を増やして出力電圧を上げても合成インダクタンスが小さいため大きな出力電流を流すことが出来る。そのため、磁束コントロールコイル２の入力に対し出力コイル３から大きな出力が取り出せる。

実施例１として図６のようにロの字型鉄心部４Ａを１つにした出力１箇所タイプ鉄心本体５の脚部にエアーギャップを設けて２つの永久磁石１のＮ極とＳ極をそれぞれ取り付けエアーギャップに永久磁石１のずれ止めとして間座６を挿入した方法がある。これは、エアーギャップの磁気抵抗が出力１箇所タイプ鉄心本体５の磁気抵抗よりも大きいため磁束コントロールコイル２に電流を流していない時は、永久磁石１のＮ極から出た磁束のほとんどがエアーギャップを通らないでロの字型鉄心部４Ａを通ってもう１つの永久磁石１のＳ極に流れるが、磁束コントロールコイル２に電流を流した時はロの字型鉄心部４Ａ側を流れる永久磁石１の磁束は減少しエアーギャップ間を通るようになり、ロの字型鉄心部４Ａを通る永久磁石１の磁束が変化し出力コイル３に誘導起電力が発生する。

実施例２として磁束コントロールコイル２の入力を出力コイル３の出力から直接得る方法と二次電池９から得る方法があるが、図７は二次電池９から得る方法のしくみの１例を示したもので、図１の構成に充電極性切替回路７及び起動回路８及び二次電池９をプラスしたものである。まず、起動回路８により左右の磁束コントロールコイル２に交互に時間差をあけて電流を流し出力コイル３に発生した誘導起電力を二次電池９で充電するが出力コイル３の誘導起電力の極性は出力コイル３と鎖交する永久磁石１の磁束が増加する時と減少する時では逆になるため充電極性切替回路７で極性を切り替える。

実施例３として図１の構成から下部にあるループ状鉄心部４Ｂを取り除き図８のように上部にあるループ状鉄心部４Ｂの２箇所にする方法で、この場合は出力コイル３の端子に負荷を接続して電流が流れた時に発生する磁束が鉄心本体４の上部に取り付けた永久磁石１のＮ極に常に向かうように出力コイル３と直列にダイオード１０を接続して逆方向の電流を流さないようにする。これは、逆方向の電流が流れると鉄心本体４の上部と下部に取り付けた永久磁石１の極性と出力コイル３に発生した磁束の方向が一致し、出力コイル３の磁束が永久磁石１の磁束に影響を与えるためこの影響を防止する。

実施例４として図９のようにループ状鉄心部４Ｂに巻きつける磁束コントロールコイル２を１つにして磁束コントロールコイル２の損失を少なくする方法がある。この場合は、磁束コントロールコイル２の自己誘導による逆起電力の影響が出てくる。

地球温暖化防止のため天候に左右されなく、二酸化炭素を発生しない発電装置として使用できる。また、使用方法としては車両などの電池と一緒に搭載し車両の未使用時充電用としての使用、また単独での充電用や直接電源として使用することが出来る。

本発明にかかる永久磁石発電装置の構成を示す外観図本発明の永久磁石の磁束の流れ図本発明の磁束コントロールコイルの磁束の流れ図本発明の磁束コントロールコイルの配線と磁束の流れ図本発明の出力コイルにより発生した磁束の流れ図本発明の実施例１の斜視図本発明の実施例２の構成図本発明の実施例３の斜視図本発明の実施例４の斜視

符号の説明

１永久磁石
２磁束コントロールコイル
３出力コイル
４鉄心本体
４Ａロの字型鉄心部
４Ｂループ状鉄心部
５出力１箇所タイプ鉄心本体
６間座
７充電極性切替回路
８起動回路
９二次電池
１０ダイオード

Claims

出力コイルを２つ巻きつけたロの字型鉄心部２箇所と、２箇所のロの字型鉄心部をつなぐ２つの鉄心の磁路と、その２つの鉄心の磁路の中間に２つの永久磁石のＮ極とＳ極をそれぞれ取り付け、さらに、永久磁石の両側の鉄心の磁路に、鉄心の磁路と交差するループ状鉄心部を設け、そのループ状鉄心部に磁束コントロールコイルを巻きつけた永久磁石発電装置。
永久磁石の磁束が通る鉄心の磁路と交差するループ状鉄心部に磁束コントロールコイルを巻きつけ電流を流してループ状鉄心部に磁束を流し、鉄心の磁路に流れる永久磁石の磁束を流れ難くさせることにより永久磁石の磁束をコントロールし、且つ、磁束コントロールコイルが永久磁石の磁束と鎖交しないことにより永久磁石の磁束の影響を受けないようにした請求項１の永久磁石発電装置。