JP2010071228A - Power generating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vane-motor type power generating device that has a high conversion efficiency from energy of a fluid pressure to electrical energy, and is reduced in size so as to be used in a small space. <P>SOLUTION: A turbine 1 includes: a casing 11 having a suction port and a discharge port of the fluid; a rotor 12 provided eccentrically inside the casing 11 and having a plurality of magnets inside thereof; a vane provided so as to be protrudable from and retractable into the rotor 12; a coil core 17 provided outside the casing 11 and having a plurality of branches extending radially in parallel to a rotating plane of the rotor 12, in which chip ends of the plurality of branches are arranged near respective magnetic poles; and a plurality of coils 18 wound around the plurality of branches, respectively. The vane receives a pressure difference of the fluid between the suction port and the discharge port to rotate the rotor 12, an alternate magnetic field generated by the rotation of the rotor 12 changes a magnetic flux density passing through the plurality of coils 18 to generate a voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、水や空気など流体の持つエネルギーを回転エネルギーに変換するための回転装置の一つであるベーンモーターを用いて発電する発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation device that generates electric power using a vane motor that is one of rotation devices for converting energy of a fluid such as water or air into rotation energy.

従来より、流体のエネルギーを回転エネルギーに変換する回転装置(タービン)として、ベーンモーターが知られている。ベーンモーターは、簡単な構成からなり、流体の圧力を直接回転力に変換するため、小型でありながら大出力を得ることができる回転装置である。   Conventionally, a vane motor is known as a rotating device (turbine) that converts fluid energy into rotational energy. The vane motor is a rotating device that has a simple configuration and directly converts a fluid pressure into a rotational force.

従来のベーンモーターについて、図7を用いて説明する。図7は、従来のベーンモーターについて説明するための図である。なお、図7において、上段の図は、ベーンモーターを上から見た場合の俯瞰図であり、下段の図は、上段の俯瞰図に示すベーンモーターを直線Aで切断した場合の断面図である。   A conventional vane motor will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional vane motor. In FIG. 7, the upper diagram is an overhead view when the vane motor is viewed from above, and the lower diagram is a cross-sectional view when the vane motor shown in the upper overhead view is cut along a straight line A. .

図7に示すように、従来のベーンモーターとしてのタービン4は、流体の吸入口45および排出口46を有し内壁が円形のケーシング41(外筒部材)と、ケーシング41の中に偏心されて配置されたローター42とから構成される。また、ローター42には、複数のベーン(図7では、ベーン43a、43b、43c、43d、43e、43fの6枚)が収納されており、各ベーン43a〜43fは、遠心力もしくはバネによって押されるなど、様々な方法によって引き出されることにより、常にケーシング41の内壁と接触し、流体の流路を完全に隔絶している。   As shown in FIG. 7, the turbine 4 as a conventional vane motor has a casing 41 (outer cylinder member) having a fluid inlet 45 and an outlet 46 and a circular inner wall, and is eccentric in the casing 41. The rotor 42 is arranged. The rotor 42 stores a plurality of vanes (in FIG. 7, six vanes 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, and 43f). The vanes 43a to 43f are pushed by centrifugal force or springs. By being drawn out by various methods, the inner wall of the casing 41 is always in contact, and the fluid flow path is completely isolated.

吸入口45内の流体と排出口46内の流体とに圧力差が発生すると、各ベーン43a〜43fに「断面積×圧力」の力がかかり、その力がローター42の回転力となる。例えば、吸入口45の圧力が高くなった時、各ベーン43a〜43fに圧力がかかるが、ローター42の中心は、ケーシング41に対して偏心の位置にあるため、ローター42から突出している各ベーン43a〜43fの長さがそれぞれ異なることとなり、各ベーン43a〜43fにおいて力を受ける断面積も異なる。ローター42は、各ベーン43a〜43fにかかる力の回転方向成分の総和によって回転するため、図7に示す構成において、ローター42は、結果として時計回りの回転を開始する。   When a pressure difference is generated between the fluid in the suction port 45 and the fluid in the discharge port 46, a force of “cross-sectional area × pressure” is applied to the vanes 43 a to 43 f, and this force becomes the rotational force of the rotor 42. For example, when the pressure of the suction port 45 is increased, pressure is applied to the vanes 43a to 43f. However, since the center of the rotor 42 is in an eccentric position with respect to the casing 41, the vanes protruding from the rotor 42 are provided. The lengths of 43a to 43f are different from each other, and the cross-sectional areas receiving the forces in the vanes 43a to 43f are different. Since the rotor 42 is rotated by the sum of the rotational direction components of the forces applied to the vanes 43a to 43f, in the configuration shown in FIG. 7, the rotor 42 starts to rotate clockwise as a result.

ここで、流体のエネルギーによって回転するローターの中心軸を取り出して回転発電機に接続することにより発電を行なう技術が一般的に知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Here, a technique for generating electric power by taking out a central axis of a rotor that rotates by fluid energy and connecting it to a rotary generator is generally known (see, for example, Non-Patent Document 1).

水力発電のしくみ [平成20年9月12日], インターネット<URL: http://www.kepco.co.jp/kids/search/page28.html >Mechanism of hydropower generation [September 12, 2008], Internet <URL: http://www.kepco.co.jp/kids/search/page28.html>

ところで、上記した従来の技術は、発電を行なうためにローターの中心軸の一部をケーシング外部に出す必要があり、その際、作動流体が軸と軸受けの隙間から漏れないようにシーリングをする必要がある。しかし、シーリングすることによるトルク損失が発生トルクに対して比較的大きいと、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換効率が悪くなるという課題があった。   By the way, the above-mentioned conventional technology requires that a part of the central shaft of the rotor be taken out of the casing in order to generate electric power, and at that time, it is necessary to perform sealing so that the working fluid does not leak from the gap between the shaft and the bearing. There is. However, when the torque loss due to sealing is relatively large with respect to the generated torque, there has been a problem that the energy conversion efficiency from fluid pressure energy to electrical energy is deteriorated.

また、上記した従来の技術は、ベーンモーター外部に発電機を設置するスペースや、発電機とローターの中心軸とを連結するためのスペースが必要であり、狭い場所では使用が困難であるという課題があった。   In addition, the above-described conventional technology requires a space for installing the generator outside the vane motor and a space for connecting the generator and the central axis of the rotor, and is difficult to use in a narrow place. was there.

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高く、かつ、狭い場所でも使用できるように小型化されたベーンモーター型の発電装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and has a high conversion efficiency from fluid pressure energy to electrical energy, and is miniaturized so that it can be used even in a narrow place. Another object is to provide a vane motor type power generator.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、流体の吸入口と排出口とを有する外筒部材と、前記外筒部材の内部に偏心されて設けられ、着磁された、もしくは内部に複数の磁石を有する回転自在のローターと、前記ローターに対して突没自在に設けられたベーンと、前記外筒部材の外側に設けられ、前記ローターの回転軸を中心に当該ローターの回転面に平行して放射状に伸びた複数の枝を有し、当該複数の枝の先端それぞれが当該ローターの着磁部分、もしくは前記複数の磁石それぞれの磁極近傍に配置されるコイルコアと、前記コイルコアが有する前記複数の枝それぞれに巻かれた複数のコイルと、を備え、前記ベーンの先端が前記外筒部材の内壁に接して前記吸入口側と前記排出口側とを隔絶し、前記吸入口側と前記排出口側との流体の圧力差を前記ベーンに受けて前記ローターを回転させ、当該ローターの回転によって生じた交番磁界によって前記複数のコイルを通過する磁束密度を変化させて電圧を発生させることを要件とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, this device is provided with an outer cylinder member having a fluid inlet and outlet, and is eccentrically provided inside the outer cylinder member and magnetized. Alternatively, a rotatable rotor having a plurality of magnets therein, a vane provided so as to protrude and retract with respect to the rotor, and provided on the outer side of the outer cylinder member, the rotor of the rotor around the rotation axis of the rotor A coil core having a plurality of branches radially extending in parallel to the rotation surface, each of the tips of the plurality of branches being disposed near a magnetized portion of the rotor or the magnetic pole of each of the plurality of magnets; and the coil core A plurality of coils wound around each of the plurality of branches, and the tip of the vane is in contact with the inner wall of the outer cylinder member to isolate the suction port side from the discharge port side. Side and said exhaust Requirement to generate a voltage by changing the magnetic flux density passing through the plurality of coils by an alternating magnetic field generated by rotating the rotor by receiving the pressure difference of the fluid from the mouth side by the vane. And

開示の装置によれば、流体の満たされた内部から外部の空気中にローターの回転軸を発電のために取り出す必要が無いため、ローターを外筒部材の中に完全に密閉することができ、Oリングなどのシーリングに係るトルク損失をなくすことができ、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換効率を高くすることが可能となる。また、流体エネルギーを回転エネルギーに変換する回転装置(ベーンモーター)と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を一体化させることができ、狭い場所でも使用できるように小型化することが可能となる。   According to the disclosed apparatus, since it is not necessary to take out the rotating shaft of the rotor for generating electricity from the inside filled with fluid to the outside air, the rotor can be completely sealed in the outer cylinder member, Torque loss associated with sealing such as an O-ring can be eliminated, and the energy conversion efficiency from fluid pressure energy to electrical energy can be increased. In addition, a rotating device (vane motor) that converts fluid energy into rotational energy can be integrated with a generator that converts rotational energy into electrical energy, and can be downsized for use in tight spaces. Become.

以下に添付図面を参照して、この発明に係る発電装置の好適な実施例について詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a power generator according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

実施例1における発電装置は、ベーンモーターとしてのタービン(回転装置)に発電機能が付加された装置である。以下、これについて、図1〜3を用いて説明する。なお、図1は、実施例1における発電装置の水平方向の断面図であり、図2は、実施例1における発電装置を上から見た場合の概観図であり、図3は、実施例1における発電装置の垂直方向の断面図である。ここで、図3は、実施例1における発電装置を、図1に示す直線Bで切断した場合の垂直方向の断面図である。   The power generation device according to the first embodiment is a device in which a power generation function is added to a turbine (rotary device) as a vane motor. Hereinafter, this will be described with reference to FIGS. 1 is a horizontal cross-sectional view of the power generation apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is an overview when the power generation apparatus according to the first embodiment is viewed from above, and FIG. It is sectional drawing of the perpendicular direction of the electric power generating apparatus in. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view in the vertical direction when the power generation device according to the first embodiment is cut along a straight line B shown in FIG.

図1に示すように、実施例1における発電装置としてのタービン1は、内壁が円形のケーシング11(外筒部材)の中に回転自在のローター12が偏心されて配置される。ケーシング11は、流体の吸入口15と排出口16を有し、また、ローター12には、複数のベーン(図1では、ベーン13a、13b、13c、13d、13e、13fの6枚)が収納されている。ローター12に対して突没自在に設けられた各ベーン13a〜13fは、例えば、図示しないバネによって押されることにより、常にケーシング11の内壁と接触し、流体の流路を完全に隔絶している。   As shown in FIG. 1, a turbine 1 as a power generation device according to the first embodiment is arranged such that a rotatable rotor 12 is eccentric in a casing 11 (outer cylinder member) having a circular inner wall. The casing 11 has a fluid suction port 15 and a discharge port 16, and the rotor 12 stores a plurality of vanes (in FIG. 1, six vanes 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, and 13f). Has been. The vanes 13a to 13f provided so as to be able to protrude and retract with respect to the rotor 12 are always in contact with the inner wall of the casing 11 by being pressed by a spring (not shown), for example, so as to completely isolate the fluid flow path. .

そして、図1に示すように、実施例1における発電装置としてのタービン1は、図7に示す従来のベーンモーターとしてのタービン4とは異なり、ローター12の内部に複数の磁石(図1では、磁石14a、14b、14c、14d、14e、14fの6個)を有する。ここで、6個の磁石14a〜14fは、図1に示すように、ローター12の回転軸を中心にして、角度60度ごとに配置されている。   As shown in FIG. 1, the turbine 1 as the power generation device in the first embodiment is different from the turbine 4 as the conventional vane motor shown in FIG. 7, and a plurality of magnets (in FIG. 1, 6 magnets 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f). Here, as shown in FIG. 1, the six magnets 14 a to 14 f are arranged at an angle of 60 degrees around the rotation axis of the rotor 12.

そして、図2に示すように、実施例1における発電装置としてのタービン1は、ケーシング11の外側(上面)に放射状に伸びた複数の枝を有する軟磁性体のコイルコア17が配置される。なお、コイルコア17が有する複数の枝それぞれは、ローター12の回転軸を中心にローター12の回転面に平行して放射状に伸びている。ここで、コイルコア17が有する6本の枝は、図2に示すように、ローター12の回転軸を中心にして、角度60度ごとに放射状に伸びている。   As shown in FIG. 2, in the turbine 1 as the power generation device according to the first embodiment, a soft magnetic coil core 17 having a plurality of radially extending branches is disposed on the outer side (upper surface) of the casing 11. Each of the plurality of branches of the coil core 17 extends radially around the rotation axis of the rotor 12 in parallel with the rotation surface of the rotor 12. Here, as shown in FIG. 2, the six branches of the coil core 17 extend radially every 60 degrees around the rotation axis of the rotor 12.

また、図2に示すように、コイルコア17が有する複数の枝それぞれには、コイル18が巻かれている。ここで、本実施例では、図2に示すように、コイルコア17が有する枝が6本であり、6本の枝それぞれに6個のコイル18が巻かれている場合について説明する。   As shown in FIG. 2, a coil 18 is wound around each of a plurality of branches of the coil core 17. Here, in this embodiment, as shown in FIG. 2, a case where the coil core 17 has six branches and six coils 18 are wound around each of the six branches will be described.

コイルコア17が有する6個の枝の先端それぞれは、図1に示した6個の磁石14a〜14fの磁極近傍に配置されている。すなわち、図3に示すように、コイルコア17が有する枝の先端部は、ケーシング11を挟んで、ローター12の内部にある磁石(図中では、磁石14fおよび磁石14c)の磁極近傍となるように配置されている。   The tips of the six branches of the coil core 17 are arranged in the vicinity of the magnetic poles of the six magnets 14a to 14f shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3, the tip of the branch of the coil core 17 is located near the magnetic poles of the magnets (magnets 14f and 14c in the figure) inside the rotor 12 with the casing 11 in between. Has been placed.

なお、図3に示すように、磁石14cは、N極が上面となっており、磁石14fは、S極が上面となっている。また、図には示さないが、磁石14cと同様に、磁石14aおよび磁石14eは、N極が上面となっており、磁石14fと同様に、磁石14bおよび磁石14dは、S極が上面となっている。すなわち、ローター12内の6個の磁石14a〜14fは、ローター12の回転軸に対して対向する磁石(例えば、磁石14fおよび磁石14c)の磁極の向きが互いに反対となるように配置されている。   As shown in FIG. 3, the magnet 14c has an N pole on the top surface, and the magnet 14f has an S pole on the top surface. Although not shown in the drawing, similarly to the magnet 14c, the magnet 14a and the magnet 14e have the N pole on the top surface, and similarly to the magnet 14f, the magnet 14b and the magnet 14d have the S pole on the top surface. ing. That is, the six magnets 14a to 14f in the rotor 12 are arranged such that the magnetic poles of the magnets (for example, the magnet 14f and the magnet 14c) facing the rotation axis of the rotor 12 are opposite to each other. .

これにより、ローター12内部の磁石(例えば、磁石14c)による磁力線は、コイルコア17の内部(枝)を通り、ローター12の回転軸に対して対向する別の磁石(例えば、磁石14f)へと導かれる。   Thereby, the magnetic lines of force due to the magnet (for example, magnet 14c) in the rotor 12 pass through the inside (branch) of the coil core 17 to another magnet (for example, magnet 14f) facing the rotation axis of the rotor 12. It is burned.

かかる構成において、吸入口15内の流体と排出口16内の流体とに圧力差が発生すると、ローター12は、各ベーン13a〜13fにかかる力の回転方向成分の総和によって回転し始め(図1においては、時計回り)、ローター12の内部に組み込まれた磁石14a〜14fも回転し、交番磁界が発生する。この交番磁界により、コイルコア17の中の磁束密度が変化してコイル18に誘導起電力が発生し、電力を取り出すことができる。   In such a configuration, when a pressure difference is generated between the fluid in the suction port 15 and the fluid in the discharge port 16, the rotor 12 starts to rotate by the sum of the rotational direction components of the forces applied to the vanes 13a to 13f (FIG. 1). In the clockwise direction), the magnets 14a to 14f incorporated in the rotor 12 also rotate to generate an alternating magnetic field. Due to this alternating magnetic field, the magnetic flux density in the coil core 17 changes, and an induced electromotive force is generated in the coil 18 so that the electric power can be taken out.

このようなことから、実施例1における発電装置としてのタービン1は、流体の満たされた内部から外部の空気中に動力軸(ローター12の回転軸)を発電のために取り出す必要が無いため、ローター12をケーシング11の中に完全に密閉することができ、Oリングなどのシーリングに係るトルク損失をなくすことができ、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換効率を高くすることが可能となる。   For this reason, the turbine 1 as the power generation device according to the first embodiment does not need to take out the power shaft (rotary shaft of the rotor 12) from the inside filled with fluid into the outside air for power generation. The rotor 12 can be completely sealed in the casing 11, torque loss related to sealing such as an O-ring can be eliminated, and the energy conversion efficiency from fluid pressure energy to electrical energy can be increased. It becomes.

また、実施例1における発電装置としてのタービン1は、流体エネルギーを回転エネルギーに変換するベーンモーターと、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を一体化させることができ、狭い場所でも使用できるように小型化することが可能となる。   Further, the turbine 1 as the power generation apparatus in the first embodiment can be integrated with a vane motor that converts fluid energy into rotational energy and a generator that converts rotational energy into electrical energy, and can be used even in a narrow place. It is possible to reduce the size.

上述した実施例1では、コイルコアが1つ設置される場合について説明したが、実施例2では、コイルコアが2つ設置される場合について、図4を用いて説明する。なお、図4は、実施例2における発電装置を説明するための図である。   In the first embodiment described above, the case where one coil core is installed has been described. In the second embodiment, the case where two coil cores are installed will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 4 is a figure for demonstrating the electric power generating apparatus in Example 2. FIG.

ここで、実施例1にて説明したタービン1の構成においては、ローター12内部に埋め込まれた磁石14a〜14fと、軟磁性体であるコイルコア17との間で引力が発生する。このため、実施例1にて説明したタービン1では、ローター12の回転軸部やローター12と、ケーシング11との間に、摩擦が生じ、エネルギー変換効率が低下する可能性がある。   Here, in the configuration of the turbine 1 described in the first embodiment, an attractive force is generated between the magnets 14a to 14f embedded in the rotor 12 and the coil core 17 that is a soft magnetic material. For this reason, in the turbine 1 demonstrated in Example 1, friction arises between the rotating shaft part of the rotor 12, the rotor 12, and the casing 11, and energy conversion efficiency may fall.

また、実施例1にて説明したタービン1の構成においては、ローター12内部の磁石14a〜14fにおいて、コイルコア17に向かい合っていない側の磁極(図3に示すケーシング11の下側の磁極)では、磁路を形成するような磁性体はないため、磁極から出た磁力線は、空気中を通り、別の磁極へと還ってくる。このような磁力線は、発電システムの外部へと漏れ出し、外部の金属と引き付けあったり、もしくは、外部の電子機器や磁気カードなどへ悪影響を及ぼしたりする可能性がある。このため、外部に漏れる磁束の量を減らすために磁気シールドを設置する必要がある。   Further, in the configuration of the turbine 1 described in the first embodiment, in the magnets 14a to 14f in the rotor 12, the magnetic poles on the side not facing the coil core 17 (the magnetic poles on the lower side of the casing 11 shown in FIG. 3) Since there is no magnetic material that forms a magnetic path, the magnetic lines of force that emerge from the magnetic pole pass through the air and return to another magnetic pole. Such magnetic field lines may leak to the outside of the power generation system and be attracted to an external metal, or may have an adverse effect on an external electronic device or a magnetic card. For this reason, it is necessary to install a magnetic shield in order to reduce the amount of magnetic flux leaking to the outside.

これらの課題を解決するために、実施例2における発電装置としてのタービン2は、以下に説明するように構成される。   In order to solve these problems, the turbine 2 as the power generation device in the second embodiment is configured as described below.

実施例2における発電装置としてのタービン2は、図1を用いて説明したタービン1と同様の構成(吸入口および排出口を有するケーシング、6個の磁石が埋め込まれたローター、ローターに対して突没自在に設けられた6個のベーン)からなる。   The turbine 2 as the power generation apparatus in the second embodiment has a configuration similar to that of the turbine 1 described with reference to FIG. 1 (a casing having an inlet and an outlet, a rotor having six magnets embedded therein, and a rotor against the rotor. 6 vanes provided freely.

しかし、実施例2においては、図4に示すように、実施例1におけるコイルコア17と同じ構成からなる2つのコイルコア27aおよびコイルコア27bが、ケーシング21を挟み込むようにローター22の回転面に対して平行に配置される。ここで、図4は、図1に示す直線Bに対応する直線でタービン2を切断した場合の垂直方向の断面図となる。   However, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the two coil cores 27 a and the coil core 27 b having the same configuration as the coil core 17 in the first embodiment are parallel to the rotation surface of the rotor 22 so as to sandwich the casing 21. Placed in. Here, FIG. 4 is a vertical sectional view when the turbine 2 is cut along a straight line corresponding to the straight line B shown in FIG.

すなわち、図4に示すように、コイルコア27aは、ケーシング21の上面に配置され、コイルコア27bは、ケーシング21の下面に配置される。また、コイルコア27aおよびコイルコア27bが有する6本の枝それぞれには、6個のコイル28aおよび6個のコイル28bが巻かれている。また、コイルコア27aおよびコイルコア27bが有する6本の枝それぞれの先端部分は、ローター21に埋め込まれた6個の磁石(図4においては、磁石24fおよび磁石24cのみが示されている)の磁極近傍に配置される。   That is, as shown in FIG. 4, the coil core 27 a is disposed on the upper surface of the casing 21, and the coil core 27 b is disposed on the lower surface of the casing 21. In addition, six coils 28a and six coils 28b are wound around the six branches of the coil core 27a and the coil core 27b, respectively. The tip portions of the six branches of the coil core 27a and the coil core 27b are in the vicinity of the magnetic poles of six magnets embedded in the rotor 21 (only the magnet 24f and the magnet 24c are shown in FIG. 4). Placed in.

タービン2において、コイルコア27aおよびコイルコア27bの形状は、それぞれ同一であり、コイル28aおよびコイル28bにおける発電量は、それぞれ等しいことから、コイルコアと磁石との間に働く力は、全く等しく対称になり相殺されて零になる。   In the turbine 2, the coil core 27a and the coil core 27b have the same shape, and the power generation amounts in the coil 28a and the coil 28b are equal to each other. Therefore, the forces acting between the coil core and the magnet are completely symmetrical and cancel each other. To zero.

このようなことから、実施例2における発電装置としてのタービン2は、ローター22の回転軸部やローター22とケーシング21との間で摩擦が発生することが回避でき、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換効率をさらに高くすることが可能となる。   For this reason, the turbine 2 as the power generation apparatus according to the second embodiment can avoid friction between the rotating shaft portion of the rotor 22 and the rotor 22 and the casing 21, and can generate electricity from the fluid pressure energy. The energy conversion efficiency to energy can be further increased.

また、タービン2において、磁石から出た磁力線は、そのほとんどがコイルコア27aおよびコイルコア27bの中を通ることにより、磁力線が外部へと漏れることはない。   In the turbine 2, most of the magnetic force lines emitted from the magnet pass through the coil core 27 a and the coil core 27 b so that the magnetic force lines do not leak to the outside.

このようなことから、実施例2における発電装置としてのタービン2は、磁力線の外部への漏れを防止でき、磁気シールドを設置する必要がなくなる。   For this reason, the turbine 2 as the power generation device according to the second embodiment can prevent leakage of the magnetic lines of force to the outside, and does not need to install a magnetic shield.

また、タービン2において、コイルコア27aおよびコイルコア27bそれぞれに巻かれたコイル28aおよびコイル28bそれぞれにおいて発電が行なわれる。   Further, in the turbine 2, power generation is performed in the coils 28a and 28b wound around the coil core 27a and the coil core 27b, respectively.

このようなことから、実施例2における発電装置としてのタービン2は、コイル28aおよびコイル28bを直列につなげれば、実施例1の構成と比較して2倍の発電電圧を得ることができ、コイル28aおよびコイル28bを並列につなげれば、2倍の電流を得ることができ、発電量と発電電圧とを増大することが可能になる。   For this reason, the turbine 2 as the power generation device in the second embodiment can obtain a power generation voltage twice that of the configuration of the first embodiment by connecting the coil 28a and the coil 28b in series. If 28a and coil 28b are connected in parallel, twice the current can be obtained, and the power generation amount and the power generation voltage can be increased.

上述した実施例2では、2つのコイルコアがケーシングを挟んで対称に配置される場合について説明したが、実施例3では、2つのコイルコアがケーシングを挟んで非対称に配置される場合について、図5および図6を用いて説明する。なお、図5は、実施例3における発電装置を上から見た場合の概観図であり、図6は、実施例3における発電装置を下から見た場合の概観図である。   In the above-described second embodiment, the case where the two coil cores are arranged symmetrically with the casing interposed therebetween has been described, but in the third embodiment, the case where the two coil cores are arranged asymmetrically with the casing interposed therebetween is illustrated in FIG. This will be described with reference to FIG. 5 is an overview diagram when the power generation device in the third embodiment is viewed from above, and FIG. 6 is an overview diagram when the power generation device in the third embodiment is viewed from below.

実施例2において説明したように、コイルコアと磁石との間には、磁力による引力が発生するが、この引力は、ローター回転時、磁石とコイルコア先端の距離に応じて変化する。すなわち、磁石とコイルコア先端とが再接近するときに最大となるような引力のむらが発生する。この引力のむらは、コギングトルクとなり、回転が円滑でなくなったり、騒音が発生したりする原因となる。   As described in the second embodiment, an attractive force due to a magnetic force is generated between the coil core and the magnet, and this attractive force changes according to the distance between the magnet and the tip of the coil core when the rotor rotates. In other words, unevenness of attraction that becomes maximum when the magnet and the coil core tip re-approach occurs. This unevenness of attractive force becomes cogging torque, which causes the rotation to become unsmooth or generate noise.

ここで、実施例2にて説明したタービン2の構成においては、コイルコア27aと、コイルコア27bとが上下対称(ローター22の回転軸に対して同一角度)で配置されている。このため、コイルコア27a先端およびコイルコア27b先端は、磁石に対して同時に再接近することとなり、コギングトルクが顕著に発生する。   Here, in the configuration of the turbine 2 described in the second embodiment, the coil core 27a and the coil core 27b are arranged vertically symmetrical (the same angle with respect to the rotation axis of the rotor 22). For this reason, the tip end of the coil core 27a and the tip end of the coil core 27b simultaneously approach the magnet again, and a cogging torque is remarkably generated.

この課題を解決するために、実施例3における発電装置としてのタービン3は、以下に説明するように構成される。   In order to solve this problem, the turbine 3 as the power generation device according to the third embodiment is configured as described below.

実施例3における発電装置としてのタービン3は、実施例2における発電装置としてのタービン2と同様の構成からなる。すなわち、タービン3は、吸入口35および排出口36を有するケーシング31、コイル38aが巻かれたコイルコア37aおよびコイル38bが巻かれたコイルコア37b(以上、図5および図6参照)と、6個の磁石が埋め込まれたローターおよびローターに対して突没自在に設けられた6個のベーン(図示せず)からなる。   The turbine 3 as the power generation device in the third embodiment has the same configuration as the turbine 2 as the power generation device in the second embodiment. That is, the turbine 3 includes a casing 31 having a suction port 35 and a discharge port 36, a coil core 37a wound with a coil 38a and a coil core 37b wound with a coil 38b (see FIGS. 5 and 6), and six It consists of a rotor in which magnets are embedded and six vanes (not shown) provided so as to protrude and retract with respect to the rotor.

しかし、実施例3においては、上面のコイルコア37aに対して下面のコイルコア37bがローターの回転軸を軸にしてある程度回転した状態で配置される。例えば、図5および図6に示すように、コイルコア37aに対してコイルコア38bが、30度回転されて配置される。これにより、上面のコイルコア37aと下面のコイルコア38bとの位置関係が非対称となり、ローターの回転にともなってコイル38aで発生される電圧とコイル38bで発生される電圧とでは、位相が異なることとなる。   However, in the third embodiment, the lower coil core 37b is disposed with respect to the upper coil core 37a in a state where the coil core 37b is rotated to some extent about the rotation axis of the rotor. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the coil core 38 b is rotated 30 degrees with respect to the coil core 37 a. As a result, the positional relationship between the coil core 37a on the upper surface and the coil core 38b on the lower surface becomes asymmetric, and the phase of the voltage generated in the coil 38a and the voltage generated in the coil 38b with the rotation of the rotor are different. .

このようなことから、実施例3における発電装置としてのタービン3は、上面のコイルコア37a先端と、下面のコイルコア37b先端とが同時に再接近することがなくなり、コギングトルクを減らすことができ、ローターの回転を円滑にしてローター回転時における騒音を低減することが可能になる。   For this reason, in the turbine 3 as the power generation device in the third embodiment, the top end of the coil core 37a on the top surface and the top end of the coil core 37b on the bottom surface are not re-approached simultaneously, and cogging torque can be reduced. It becomes possible to reduce the noise during the rotation of the rotor by smoothing the rotation.

なお、実施例3では、コイルコア37aに対してコイルコア37bが、30度回転されて配置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上面のコイルコア37aと下面のコイルコア37bとの位置関係が非対称であることで、コイル38aにより発生される電圧の位相とコイル38bにより発生される電圧の位相とが異なるのであれば、任意の角度を適用することが可能である。   In the third embodiment, the case where the coil core 37b is arranged by being rotated by 30 degrees with respect to the coil core 37a has been described. However, the present invention is not limited to this, and the coil core 37a on the upper surface and the coil core on the lower surface are arranged. An arbitrary angle can be applied as long as the phase relationship of the voltage generated by the coil 38a and the phase of the voltage generated by the coil 38b are different because the positional relationship with respect to 37b is asymmetric.

また、上述の実施例1〜3に示した構成および動作はあくまで一例であり、本発明は実施例に限定されること無く適宜変形して利用することができるものである。例えば、実施例1〜3では、ローター内部に磁石を埋め込む構造を例に説明を行ったが、ローター自身を着磁することによって、磁場を作りだす構成としても本発明を実施することは可能である。このほか、磁石とコイルの数、細かい形状などは実際の使用状況によって変更可能である。   The configurations and operations shown in the first to third embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the embodiments and can be appropriately modified and used. For example, in the first to third embodiments, the structure in which the magnet is embedded in the rotor has been described as an example. However, the present invention can be implemented even in a configuration in which a magnetic field is created by magnetizing the rotor itself. . In addition, the number of magnets and coils, the fine shape, and the like can be changed according to the actual use situation.

このように、本発明にかかわる発電装置は、流体の圧力のエネルギーから効率よく電気エネルギーへの変換することができるので、摩擦抵抗を無視できるくらい大きな圧力や高回転を得るための大きな流量が得られないために利用することができなかった様々なエネルギーを利用して発電できるようになる。それは例えば、風力や、波力や、人の運動などに起因する力である。   As described above, the power generation apparatus according to the present invention can efficiently convert the fluid pressure energy into electric energy, so that a pressure large enough to ignore the frictional resistance and a large flow rate for obtaining a high rotation speed can be obtained. It becomes possible to generate electricity using various energy that could not be used because it was not possible. For example, it is a force caused by wind power, wave power, human movement, and the like.

また、本発明にかかわる発電装置は、その大きさを小型化、特に薄型化ができるので、これまでタービンを設置できなかった狭い場所(水道管の中や、ガス管の中、狭い壁の中など)でも利用できるようになる。また、小型軽量化して人体の身体に取り付け、人の運動によって流体が入ったタンクに圧力をかけてタービンを回転させ、その回転力を利用して発電を行なって、携帯機器に電力を供給することなどにも用いることができる。   In addition, since the power generation apparatus according to the present invention can be reduced in size, particularly reduced in thickness, a narrow place (in a water pipe, in a gas pipe, in a narrow wall where a turbine could not be installed so far) Etc.). In addition, it is reduced in size and weight and attached to the human body, pressure is applied to the tank containing the fluid by human movement, the turbine is rotated, and electric power is generated using the rotational force to supply power to the portable device. It can also be used for things.

以上のように、本発明に係る発電装置は、流体の持つエネルギーを回転エネルギーに変換して発電する場合に有用であり、特に、流体の圧力のエネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高く、かつ、狭い場所でも使用できることに適する。   As described above, the power generation device according to the present invention is useful when power is generated by converting the energy of a fluid into rotational energy, and in particular, the conversion efficiency from fluid pressure energy to electrical energy is high, and Suitable for use in narrow spaces.

実施例1における発電装置の水平方向の断面図である。It is sectional drawing of the horizontal direction of the electric power generating apparatus in Example 1. FIG. 実施例1における発電装置を上から見た場合の概観図である。It is a general-view figure at the time of seeing the electric power generating apparatus in Example 1 from the top. 実施例1における発電装置の垂直方向の断面図である。It is sectional drawing of the orthogonal | vertical direction of the electric power generating apparatus in Example 1. FIG. 実施例2における発電装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electric power generating apparatus in Example 2. FIG. 実施例3における発電装置を上から見た場合の概観図である。It is a general-view figure at the time of seeing the electric power generating apparatus in Example 3 from the top. 実施例3における発電装置を下から見た場合の概観図である。It is a general-view figure at the time of seeing the electric power generating apparatus in Example 3 from the bottom. 従来のベーンモーターについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional vane motor.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4 タービン
11、21、31、41 ケーシング
12、22、32、42 ローター
13a、13b、13c、13d、13e、13f、43a、43b、43c、43d、43e、43f ベーン
14a、14b、14c、14d、14e、14f、24c、24f 磁石
15、35、45 吸入口
16、36、46 排出口
17、27a、27b、37a、37b コイルコア
18、28a、28b、38a、38b コイル
1, 2, 3, 4 Turbine 11, 21, 31, 41 Casing 12, 22, 32, 42 Rotor 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f Vane 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 24c, 24f Magnet 15, 35, 45 Suction port 16, 36, 46 Discharge port 17, 27a, 27b, 37a, 37b Coil core 18, 28a, 28b, 38a, 38b Coil

Claims (3)

流体の吸入口と排出口とを有する外筒部材と、
前記外筒部材の内部に偏心されて設けられ、着磁された、もしくは内部に複数の磁石を有する回転自在のローターと、
前記ローターに対して突没自在に設けられたベーンと、
前記外筒部材の外側に設けられ、前記ローターの回転軸を中心に当該ローターの回転面に平行して放射状に伸びた複数の枝を有し、当該複数の枝の先端それぞれが当該ローターの着磁部分、もしくは前記複数の磁石それぞれの磁極近傍に配置されるコイルコアと、
前記コイルコアが有する前記複数の枝それぞれに巻かれた複数のコイルと、
を備え、
前記ベーンの先端が前記外筒部材の内壁に接して前記吸入口側と前記排出口側とを隔絶し、前記吸入口側と前記排出口側との流体の圧力差を前記ベーンに受けて前記ローターを回転させ、当該ローターの回転によって生じた交番磁界によって前記複数のコイルを通過する磁束密度を変化させて電圧を発生させることを特徴とする発電装置。
An outer cylinder member having a fluid inlet and outlet;
A rotatable rotor provided eccentrically inside the outer cylinder member, magnetized, or having a plurality of magnets inside;
A vane provided so as to freely protrude and retract with respect to the rotor;
The outer cylinder member has a plurality of branches radially extending around the rotation axis of the rotor and parallel to the rotation surface of the rotor, and each of the ends of the plurality of branches is attached to the rotor. A magnetic core, or a coil core disposed near the magnetic pole of each of the plurality of magnets;
A plurality of coils wound around each of the plurality of branches of the coil core;
With
The tip of the vane is in contact with the inner wall of the outer cylinder member to isolate the suction port side and the discharge port side, and the vane receives a pressure difference between the suction port side and the discharge port side to the vane. A power generator that rotates a rotor and generates a voltage by changing a magnetic flux density passing through the plurality of coils by an alternating magnetic field generated by the rotation of the rotor.
前記コイルコアとして、前記外筒部材を挟み込むように前記ローターの回転面に対して平行に配置された第一のコイルコアおよび第二のコイルコアを有することを特徴とする請求項1に記載の発電装置。   2. The power generator according to claim 1, wherein the coil core includes a first coil core and a second coil core arranged in parallel to a rotation surface of the rotor so as to sandwich the outer cylinder member. 前記第一のコイルコアが有する前記複数のコイルで発生される電圧の位相と、前記第二のコイルコアが有する前記複数のコイルで発生される電圧の位相とが異なるように、当該第二のコイルコアが当該第一のコイルコアに対して前記ローターの回転軸を中心として回転された状態で配置されることを特徴とする請求項2に記載の発電装置。   The second coil core is configured so that the phase of the voltage generated in the plurality of coils included in the first coil core is different from the phase of the voltage generated in the plurality of coils included in the second coil core. The power generator according to claim 2, wherein the power generator is arranged in a state of being rotated about the rotation axis of the rotor with respect to the first coil core.
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