JP2008187872A - 発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で放熱性に優れ、発電出力の増加が容易なインナーロータ型コアレス発電機を提供する。
【解決手段】回転軸によって回転し界磁極を形成する永久磁石と、該永久磁石と対向して配置されたコイルからなる電機子と、から構成されるインナーロータ型コアレス発電機であって、前記電機子は耐熱性樹脂によって封入され中孔を有する円板形状に成形されたコイルからなり、該円板形状に成形されたコイルの外周は放熱性を有する金属枠にて保持され、また前記界磁極は中央部に回転軸を嵌入する円板形状のホルダーに複数の永久磁石を前記コイルと対向して放射状に配置して構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電機に関し、とくにインナーロータ方式のコアレス発電機に関するものである。

従来より、風力発電等に使用される発電機として、棒状のコア（鉄芯）にコイルを長い円筒状に巻いた電機子コイルと界磁用永久磁石とを有するものが多用されていた。しかし、コア入りの電機子コイルを用いた発電機は、コアと永久磁石との間において互いに引き合う力が生じ、回転に必要なトルクが大きくなり、低風速時には発電出力が低下する問題点が有った。

そこで、波形部をもつ様に環状の平板形状に巻かれたコアレスの電機子コイルと、風車の回転軸部側に結合され、前記波形部に対応する複数組の平板形状の界磁石とからなるアウターロータ形発電機が提案されている（特許文献１参照。）。

しかしながら、上記のアウターロータ型発電機によってコア（鉄芯）よるトルクの増大や、低風速時における発電出力の低下は解消されるものの、電機子コイルが中心部のシャフトに固定されており、さらに平板形状の界磁石からなるアウターロータによって覆われているため、発電時にコイルから発生する熱が発電機内に溜り易いという問題点があった。しかも、発電出力を増大させるためには、前記平板形状の界磁石の径を大きくする必要があり、必然的に発電機の大きさも大型化しコストアップとなるという問題点もあった。

そこで、小型で発電量を任意で制御できる車両用発電機が提案されている（特許文献２参照。）。

特願２０００−２８７４２６号公報 特開平９−９８５５８号公報

しかしながら、上記特許文献２に提案されている発電機は、永久磁石をロータに用いて小型軽量化を計るものであるが、耐熱性の樹脂で平板状に成形した電機子コイルと、平板に複数の永久磁石を放射状に配置した界磁極際を複数交互に積層する技術に関しては何ら言及されず、また、電機子コイルで発生する熱に関しても何らの示唆もないものであった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、インナーロータ型コアレス発電機であって、電機子コイルから生じる熱を効率よく放熱できると共に、耐熱樹脂によって電機子を成形することで界磁極間で挟持される隙間を狭くすることができ、しかも複数の電機子と界磁極を交互に積層して構成し、高い発電効率と発電出力を得る発電機を提供することを目的とする。

このため本発明の発電機は、回転軸によって回転し界磁極を形成する永久磁石と、該永久磁石と対向して配置されたコイルからなる電機子と、から構成されるインナーロータ型コアレス発電機であって、前記電機子は耐熱性樹脂によって封入され中孔を有する円板形状に成形されたコイルからなり、該円板形状に成形された電機子の外周を放熱性に優れる金属枠にて保持し、また前記界磁極は中央部に回転軸を嵌入する円板形状のホルダーに複数の永久磁石を前記電機子のコイルと対向して放射状に配置して構成したことを第一の特徴とする。

また、前記円板形状に成形された電機子と、前記複数の永久磁石を前記電機子のコイルと対向して放射状に配置して構成した界磁極を、回転軸方向に交互に複数積層して構成したことを第二の特徴とする。

そして、前記円板形状に成形された電機子表面の、少なくとも前記放射状に配置されて回転する永久磁石と対向する部分を周方向に窪ませて成形したことを第三の特徴とする。

本発明の発電機によれば、電機子は耐熱性樹脂によって封入され中孔を有する円板形状に成形されたコイルからなり、該円板形状に成形された電機子の外周を放熱性に優れる金属枠にて保持するため、コイルから発生する熱が発電機内に溜まらずに金属枠から外に放出されるため、放熱性に優れるという優れた効果を有する。

しかも、円板形状に成形された電機子と、前記複数の永久磁石を前記電機子のコイルと対向して放射状に配置して構成した界磁極を、回転軸方向に交互に複数積層して構成するため、発電機の径を大きくすることなく発電出力を大きくすることができ、小型化が可能であると共に、安価に製造できるという優れた効果を有する。

さらに、円板形状に成形された電機子表面の、すくなくとも前記放射状に配置されて回転する永久磁石と対向する部分を周方向に窪ませて成形したため、電機子のコイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上するという優れた効果を有する。

以下、本発明の発電機を実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の発電機の一実施例を示す斜視図、図２（ａ）は図１の平面図、図２（ｂ）は図１の縦断面説明図、図３は図２の構成を説明する断面構成説明図、図４は本発明に使用するコイルを示す説明図である。

図１乃至図３に示すように、本発明に係る発電機１は、回転軸２を嵌入し回転可能に保持した円板形状を有する一対の外側界磁極３と、一対の外側界磁極３に挟持された３個の中孔円板形状を有する電機子４と、電機子４と交互に配置され回転軸２を嵌入する２個の内側界磁極５と、回転軸２を挿通し電機子４を外周面で保持するする外ケース６とから構成され、回転軸２の回転による界磁極３、４の回転によって電機子４のコイル７に誘導電流が発生し発電する。

外側界磁極３・３は、回転軸２を嵌入する中央孔部８を有する段付き円板形状のホルダー９と、ホルダー９の片面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石１０と、永久磁石１０をホルダー９と接続する磁石ホルダー１１とからなり、夫々永久磁石１０を対向して配置され、対向する永久磁石１０の磁極はそれぞれ逆とされる。また、内側界磁極５・５は、回転軸２を嵌入する中央孔部８を有する段付き円板形状のホルダー１２と、ホルダー１２の両面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石１０と、から構成され、後述する電機子４と交互に積層されて回転軸２を嵌入される。尚、ホルダー９、１２はいずれもアルミ若しくはアルミ合金にて形成されている。

外ケース６は、中央部に回転軸２を回転可能に保持するベアリング１３が設けられ、上記した界磁極３、５及び電機子４をスペーサー１４を介して挟持する。また、回転軸２は円筒状に成形された鋼製部材からなり、外ケース６のベアリング１３及び上記界磁極３、４を嵌入して保持される。そして、外ケース６の外縁部に設けられた取り付け孔にボルトによって、上記した磁極３，５及び後述する電機子４が積層して取り付けられる。

図４は本発明の発電機１に使用される電機子４を示す説明図であり、図４（ａ）は電機子４の一実施例を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の平面図、図４（ｃ）はコイル７の配置を示す説明平面図である。図に示すように、 電機子４は環状に巻回されたコイル７を周方向に複数配置し、耐熱性樹脂１５によって中孔円板形状に加熱及び加圧成形しており、上記した界磁極３、５の永久磁石１０と対向する部分は周方向で窪み部１７が形成されている。また電機子４の外周部は２枚のアルミ製ホルダー１６によって挟持して保持されており、熱伝導性に優れる。そしてコイル７のリード線（図示せず）はホルダー１６から外部へ引き出される。

ここで、電機子４の製造方法を説明すると、まずコイル７を仕上がりサイズの円形に合わせて周方向に複数重ねて配置する。次に耐熱性樹脂１５をコイル７全体に注入する。そして金型（図示せず）を使用し加熱及び加圧成形機によって成形する。この際、金型には予め周方向で窪み部１７に対応する凸部が形成されており、この窪み部１７の位置と深さは上記の界磁極３及び５が電機子４を挟持する際に発電効率を考慮して設計される。また電機子４の成形に使用される耐熱性の樹脂は市販のものが使用可能であり、発電機１の設計温度に耐えるものであればかまわない。

上記の構成による本発明の発電機によれば、複数の界磁極と電機子を回転軸方向に交互に積層して構成するため、高出力の発電を行なうことが可能となり、しかも界磁極の径を大きくすることがないため小型化が図れ、さらに界磁極と電機子を規格化することで、コストを軽減することができる。

以上本発明による発電機は、インナーロータ型コアレス発電機であり、回転軸の回転によって界磁極が回転し、外側ホルダーに固定された界磁極と対向するコイルからなる電機子によって発電を行なうため、コイルに発生する熱が発電機内に溜まるず放熱性に優れる、しかも平板上に成形した電機子表面の永久磁石と対向する部分が周方向で窪ませてあり、永久磁石からなる界磁極同士の間隔を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する。さらに平板上に形成した電機子と、平板状のホルダーに永久磁石を配置した界磁極を回転軸方向に複数積層して発電機を構成することができ、小型で低コストであり、しかも出力の大きな発電機が得られる。

本発明の発電機の一実施例を示す斜視図である。 図１の平面図及び縦断面説明図である。 図２の構成を説明する断面構成説明図である。 本発明に使用するコイルを示す説明図である。

符号の説明

１ 発電機
２ 回転軸
３ 外側界磁極
４ 電機子
５ 内側界磁極
６ 外ケース
７ コイル
８ 中央孔部
９、１２、１６ ホルダー
１０ 永久磁石
１１ 磁石ホルダー
１３ ベアリング
１４ スペーサー
１５ 耐熱性樹脂
１７ 窪み部

Claims (3)

1. 回転軸によって回転し界磁極を形成する永久磁石と、該永久磁石と対向して配置されたコイルからなる電機子と、から構成されるインナーロータ型コアレス発電機であって、前記電機子は耐熱性樹脂によって封入され中孔を有する円板形状に成形されたコイルからなり、該円板形状に成形された電機子の外周を放熱性を有する金属枠にて保持し、また前記界磁極は中央部に回転軸を嵌入した円板形状のホルダーに複数の永久磁石を前記電機子のコイルに対向して放射状に配置して構成したことを特徴とする発電機。
2. 前記円板形状に成形された電機子と、前記複数の永久磁石を前記電機子のコイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、回転軸方向に交互に複数積層して構成したことを特徴とする請求項１記載の発電機。
3. 前記円板形状に成形された電機子表面の、少なくとも前記放射状に配置されて回転する永久磁石と対向する部分を周方向に窪ませて成形したことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機。

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