JP2015080282A - 回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発電機または電動機に用いられる回転子であって、簡易な構成にして発電効率または回転効率を向上させることができる回転子を提供することを目的とする。【解決手段】発電機または電動機に用いられる回転子１である。中央部に回転軸３が固着される回転盤１１と、該回転盤１１の周縁部に等間隔で交互に設けられた異極性の磁石１２とを備える。前記磁石１２は、回転盤１１の径方向Ｋの外側の端面１２ｃの中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に所定角度θで傾斜する態様で回転盤１１に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機または電動機に用いられる回転子に関するものである。

従来より、回転子および固定子を用いた発電機または電動機が知られている。この回転子は、中央部に回転軸が固着される回転盤と、該回転盤の周縁部に等間隔で交互に設けられた異極性の磁石とを備える。一方、固定子は、該回転子の周囲に等間隔に設けられた複数の鉄心と該鉄心の周囲に巻き付けられたコイルを備える。

これにより、例えば発電機として使用した場合、回転子を回転軸を中心に回転させると、固定子の各鉄心の前で回転子の磁石のＮ極またはＳ極が順次移り変わっていき、そのときに固定子に生じる磁界の変化によりコイルに電流が流れることになる。一方、電動機として使用した場合、各コイルに単相交流や三相交流などの電流を流すと固定子に磁界の変化が生じ、その磁界の変化に伴って固定子の鉄心の極性は順次変わっていき、そのときに回転子の各磁石と固定子の鉄心が互いに引き合ったり反発し合うことにより回転子が回転軸を中心に回転することになる。

そして、発電機にとっては小さい回転力（または回転速度）でより大きな電力を得るという発電効率が重要であり、また電動機にとってはより少ない電力で大きな回転力（または回転速度）を得るという回転効率が重要であるため、従来より回転子や固定子に種々改良がなされてきた（特許文献１，２参照）

例えば、特許文献１には、継鉄の外周に複数対の異極性の永久磁石を固着し、各永久磁石を外周から非磁性の締付け環で保持し、隣接する異極性の永久磁石の平面形状を、底辺から軸方向に正弦波状、又は台形状にしていて、周囲方向に対し底辺を交互に反対側にした配置にした回転子が開示されている。

また、特許文献２には、永久磁石４ａ〜４ｄが回転子鉄心２に填め込まれた４極回転子１において、回転子鉄心２の各極において、回転子１の回転方向と逆側に、永久磁石４ａ〜４ｄと対向するように、空隙５ａ〜５ｄを設ける。永久磁石がこの空隙５ａ〜５ｄに対向する部分より発生する磁束が、この空隙５ａ〜５ｄを回り込むようにして誘導されるため、永久磁石４ａ〜４ｄより発生する磁束が回転子１の回転方向側に集中する回転子が開示されている。

特開平５−１５３７４４号公報 ２００１−１９７６９４号公報

しかしながら、従来の回転子は、いずれも回転盤の周縁部に設けられる磁石自体の磁束は回転盤の径方向と同一方向を向いているため、発電効率または回転効率を向上させるためには永久磁石を特殊な形状にしたり（特許文献１）、あるいは空隙を設けるなどしたり（特許文献２）と複雑な構成となるため、発電機または電動機の製造コストが高くなるという問題があった。また、発電機または電動機を組み立てる時の調整も煩雑になる場合もあった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、発電機または電動機に用いられる回転子であって、簡易な構成にして発電効率または回転効率を向上させることができる回転子を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、発電機または電動機に用いられる回転子であって、中央部に回転軸が固着される回転盤と、該回転盤の周縁部に等間隔で交互に設けられた異極性の磁石とを備え、前記磁石は、回転盤の径方向外側の端面の中央部における磁力線の接戦方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けられていることを特徴とする。

これによれば、磁石を磁束方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けるという簡易な構成にして、発電効率または回転効率を向上させることができる。

また、前記磁石は、回転盤の径方向外側の端面の中央部における磁力線の接戦方向が回転盤の径方向に対して回転方向に３度〜４５度の傾斜角度の範囲内で傾斜する態様で回転盤に設けられているのが好ましい。これによれば、発電効率または回転効率をより一層向上させることができる。

また、前記磁石は、略直方体に形成され、径方向外側の端面の垂線方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で設けられているのが好ましい。これによれば直方体の磁石を回転盤に所定角度傾斜して設けるだけで良いため、本回転子を容易に組み立てることができる。

また、前記磁石は、回転盤の周縁部に４個以上の偶数個設けられているのが好ましい。これによれば、発電効率または回転効率をより一層向上させることができる。

また、本発明に係る発電機は、請求項１から請求項４に記載の回転子と、該回転子の周囲に等間隔に設けられた複数の鉄心と該鉄心の周囲に巻き付けられたコイルを備える固定子とから構成されることを特徴とする。これによれば磁石を磁束方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けるという簡易な構成にして、発電効率を向上させることができる。

また、本発明に係る電動機は、請求項１から請求項４に記載の回転子と、該回転子の周囲に等間隔に設けられた複数の鉄心と該鉄心の周囲に巻き付けられたコイルを備える固定子とから構成されることを特徴とするこれによれば、磁石を磁束方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けるという簡易な構成にして、回転効率を向上させることができる。

本発明によれば、磁石を磁束方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けるという簡易な構成にして、発電効率または回転効率を向上させることができる。このため発電機または電動機の製造コストを低く抑えることが可能となり、しかも発電機または電動機を簡単に組み立てることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転子および固定子の平面図である。 図１の回転子の平面図である。 図１の回転子の側面図である。 図１の回転子および固定子の磁束の状態を示す平面図である。

次に、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では回転子１を発電機に適用した場合について説明する。

本実施形態に係る発電機は、図１に示すように、回転軸を中心に回転する回転子１と、該回転子１の周囲に配置された固定子２とを備えてなる。

前記回転子１は、中央部に回転軸３が固着される薄板状の回転盤１１と、該回転盤１１の周縁部に設けられた磁石１２とを備えてなる。

前記回転盤１１は、非磁性材料からなり、中央部に形成された回転孔１１１に回転軸３が固着されている。また、この回転盤１１は、周縁部が周方向に沿って均等な鋸状に形成されており、磁石１２を取り付けるための８個の取付凹部１１２を周方向に等間隔で有している。この取付凹部１１２は、図４に示すように、垂線が回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に１５度傾斜した底面１１２ａと、該底面１１２ａから径方向Ｋの外側に約９０度の角度で延びる側面１１２ｂとを有している。

前記磁石１２は、図２および図３に示すように、幅Ｗが６０ｍｍ、長さＬが３０ｍｍ、高さＨが７０ｍｍの略直方体に形成されたＮ極またはＳ極の各４個の永久磁石である。これら異極性の各磁石１２は、回転盤１１の周縁部に等間隔で交互に設けられるように回転盤１１の取付凹部１１２に取り付けられている。具体的には、各磁石１２は、図４に示すように、底面１２ａが回転盤１１の取付凹部１１２の底面１１２ａに接し、かつ回転盤１１の進行方向側の側面１２ｂが回転盤１１の取付凹部１１２の側面１１２ｂに接するとともに、磁石１２の高さ方向の中央部が回転盤１１の位置となる態様でＬ字状の取付金具１３、１４により取付凹部１１２に取り付けられている。このため各磁石１２は、径方向外側の端面１２ｃの垂線方向（Ｇと一致）が回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に１５度の傾斜角度θで傾斜する態様で設けらることになる。

なお、回転盤１１の径方向Ｋとは、図４に示すように、回転盤の中心点Ｏから磁石１２の中央部に向けた方向である。

前記固定子２は、回転子１の周囲に設けられた環状部材２０と、該環状部材２０に等間隔に設けられた８個の鉄心２１と、該鉄心２１の周囲に巻き付けられたコイル２２とを備えてなる。

前記鉄心２１は、直方体に形成された鉄製の部材であり、環状部材２０から回転盤１１の径方向Ｋの内側および外側にそれぞれ突出する態様で設けられている。鉄心２１と磁石１２との最接近時の距離は、例えば１ｍｍに設定されている。

前記コイル２２は、鉄心２１における環状部材２０から径方向外側に突出した部分に金属製巻線が複数回巻きつけられたものであり。コイルボックス２３の内部に収容されている。

而して、回転子１を回転軸３を中心に右回りに回転させると、固定子２の各鉄心２１の前で回転子１の磁石１２のＮ極またはＳ極が順次移り変わっていき、そのときに固定子２に生じる磁界の変化によりコイル２２に電流が流れることになる。このとき各磁石１２は、図４に示すように、径方向外側の端面１２ｃの垂線方向（Ｇと一致）が回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に１５度の傾斜角度θで傾斜する態様で設けらているため、その結果として回転盤１１の径方向Ｋの外側の端面１２ｃの中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に１５度の傾斜角度θで傾斜する。このため回転子１を小さいモーメントで回転させることができる。よって、回転子１のモーメントに対して大きな電力が得られるため、発電効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、回転盤１１の径方向外側の端面１２ｃの中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に所定角度傾斜するものとして、直方体の磁石１２を回転盤１１に所定角度θで傾斜して設けるものとしたが、これに限られるものではない。要は、回転盤１１の径方向Ｋの外側の端面１２ｃの中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に所定角度傾斜するものであれば、磁石１２はどのような形状や配置であってもよい。

また、回転盤１１の径方向外側の端面１２ｃの中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤１１の径方向Ｋに対して回転方向に１５度の傾斜角度の範囲内で傾斜するものとしたが、その他の傾斜角度で傾斜してもよい。ただ、発電効率または回転効率を考慮すると、３度〜４５度の範囲内の傾斜角度が好ましい。

また、磁石１２を回転盤１１に８個設けるものとしたが、その他の個数設けるものとしてもよい。ただ、発電効率または回転効率を考慮すると、磁石１２は４個以上の偶数個とし、固定子２の鉄心２１の個数を磁石の個数よりも１個多い奇数個とするのが好ましい。

また、磁石１２は永久磁石としたが、電磁石であってもよい。

また、本回転子２を発電機に適用する場合について説明したが、電動機に適用してもよい。この場合、各コイル２２に単相交流や三相交流などの電流を流すと固定子２に磁界の変化が生じ、その磁界の変化に伴って固定子２の鉄心２１の極性は順次変わっていき、そのときに回転子１の各磁石１２と固定子２の鉄心２１が互いに引き合ったり反発し合うことにより回転子が回転軸を中心に回転することになる。このとき回転盤１１の径方向外側の端面の中央部における磁力線の接戦方向Ｇが回転盤の径方向Ｋに対して回転方向に所定の傾斜角度で傾斜しているため、回転子１を小さいモーメントで回転させることができる。よって固定子２に流れる電流に対して小さなモーメントとなるため、回転効率を向上させることが可能となる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１…回転子
１１…回転盤
１１１…回転孔
１１２…取付凹部
１２…磁石
１３，１４…取付金具
２・・・固定子
２０…環状部材
２１…鉄心
２２…コイル
２３…コイルボックス
３・・・回転軸

Claims (6)

1. 発電機または電動機に用いられる回転子であって、
   中央部に回転軸が固着される回転盤と、該回転盤の周縁部に等間隔で交互に設けられた異極性の磁石とを備え、前記磁石は、回転盤の径方向外側の端面の中央部における磁力線の接戦方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で回転盤に設けられていることを特徴とする回転子。
2. 前記磁石は、回転盤の径方向外側の端面の中央部における磁力線の接戦方向が回転盤の径方向に対して回転方向に３度〜４５度の傾斜角度の範囲内で傾斜する態様で回転盤に設けられている請求項１に記載の回転子。
3. 前記磁石は、略直方体に形成され、径方向外側の端面の垂線方向が回転盤の径方向に対して回転方向に所定角度傾斜する態様で設けられている請求項１または請求項２に記載の回転子。
4. 前記磁石は、回転盤の周縁部に４個以上の偶数個設けられている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転子。
5. 請求項１から請求項４に記載の回転子と、
   該回転子の周囲に等間隔に設けられた複数の鉄心と該鉄心の周囲に巻き付けられたコイルを備える固定子とから構成されることを特徴とする発電機。
6. 請求項１から請求項４に記載の回転子と、
   該回転子の周囲に等間隔に設けられた複数の鉄心と該鉄心の周囲に巻き付けられたコイルを備える固定子とから構成されることを特徴とする電動機。