JP2017108505A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い出力電圧を安定して発電することができる発電装置を提供する。【解決手段】回転軸と、磁束を発生する磁束発生部と、磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、磁束発生部と1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、支持部は、1つもしくは複数の誘導コイル部及び磁束発生部を回転軸の近傍に位置させ、第1及び第2の回転部が回転軸を中心として回転するとき、第1の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部と磁束発生部との間の空間を横切り、第2の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、第1及び第2の回転部は、回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。【選択図】図1
Description
本開示は発電装置に関する。
特許文献1には、電機子巻線および界磁巻線を巻回した電機子鉄心と、磁気的突極を有する誘導子から構成される回転子と、を備えた回転機が開示されている。
しかしながら、特許文献1の発電装置では、高い出力電圧を安定して発電することができないという課題があった。
本開示の目的は以上の課題を解決し、高い出力電圧を安定して発電することができる発電装置を提供することにある。
本開示に係る発電装置は、
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、
回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、
磁束発生部と1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
支持部は、1つもしくは複数の誘導コイル部及び磁束発生部を回転軸の近傍に位置させ、第1及び第2の回転部が回転軸を中心として回転するとき、第1の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部と磁束発生部との間の空間を横切り、第2の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
第1及び第2の回転部は、回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、
回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、
磁束発生部と1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
支持部は、1つもしくは複数の誘導コイル部及び磁束発生部を回転軸の近傍に位置させ、第1及び第2の回転部が回転軸を中心として回転するとき、第1の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部と磁束発生部との間の空間を横切り、第2の回転部が1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
第1及び第2の回転部は、回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
本開示に係る発電装置によれば、高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
まず、本発明者の着眼点を以下に説明する。
回転式の発電機は、回転子を高速回転するものほど、高い出力を得られる。しかし、高速回転により、回転軸を受容する円筒軸受けまたはブラシの磨耗による故障の発生、および、振動騒音などが発生する。一方、出力を上げるためには、動作磁束密度を高くする方法がある。永久磁石を用いる回転機では、磁力が高い磁石を用いることで、動作磁束密度が高められる。しかし、高い磁力を有する磁石として、例えば希土類の磁性材料を用いた磁石などのコストが高い磁石が必要となる。
一方、特許文献1のような界磁巻線を用いる回転機では、電機子コイルの巻回数を多くすることで、起磁力を上げる。もしくは、界磁巻線を用いる回転機では、太いマグネットコイルの利用などによりコイルに流す電流を多くすることで、起磁力を上げる。これらにより、動作磁束密度が高められる。しかしながら、これらの対策を行う場合には、電機子自体が大きくなりかつ重くなるという課題が発生する。
以上の課題認識に基づいて、本発明者は、下記の実施形態に示される構成を創作するに至った。
実施形態1.
図1は本開示の実施形態1に係る発電装置1−1の構成を示す概略斜視図である。図1において、発電装置1−1は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を有する座標系において、Z軸方向に平行に位置し、回転方向102に回転する回転軸50と、当該回転軸50を中心にXY平面と平行に位置する平面上を一定の角速度で回転方向101,103にそれぞれ回転する回転部10,30と、磁束発生部70と、巻線を有する誘導コイル部80とを備えて構成される。
図1は本開示の実施形態1に係る発電装置1−1の構成を示す概略斜視図である。図1において、発電装置1−1は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を有する座標系において、Z軸方向に平行に位置し、回転方向102に回転する回転軸50と、当該回転軸50を中心にXY平面と平行に位置する平面上を一定の角速度で回転方向101,103にそれぞれ回転する回転部10,30と、磁束発生部70と、巻線を有する誘導コイル部80とを備えて構成される。
回転部10,30は同一の材料で形成され、同一の形状を有する。本実施形態では、回転部10,30は略矩形形状の導体板から形成される。従って、各回転部10,30が磁束φを横切るときに渦電流がそれぞれに発生する。各回転部10,30は、各回転部10,30の一端で回転軸50に固定され、他端に磁束変化部である開口部20,40が形成されている。誘導コイル部80と、円筒形状を有する磁束発生部70とは、支持部90を用いて固定される。ここで、回転部10と回転部30とは平行に位置するようにそれぞれ回転する。すなわち、複数の回転部10,30はそれぞれ回転するときに誘導コイル部80及び磁束発生部70と対向するように設けられる。なお、回転軸50は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
磁束発生部70と、回転部10と、誘導コイル部80と、回転部30とは、Z軸方向と略平行に順次配置される。ここで、回転部10及び回転部30は、各回転部10,30が磁束φを横切るとき、誘導コイル部80を挟んで互いに対向するように設けられる。ここで、支持部90は、誘導コイル部80及び磁束発生部70を回転軸50の近傍に位置させ、回転部10,30が回転軸50を中心として回転するとき、回転部10が誘導コイル部80と磁束発生部70との間の空間を横切り、回転部30が誘導コイル部80の巻線を通過する磁束を横切るように支持する。また、回転部10は、上記回転するときに誘導コイル部80と磁束発生部70との間の空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部である開口部20,40をそれぞれ有する。
磁束発生部70はZ軸と略平行方向に磁束を発生する。例えば、磁束発生部70には、例えば磁化の小さい磁石などの小さい起磁力の磁束発生手段を用いる。この構成により、磁束発生部70を小型化できるので、発電装置1−1を小型化することが可能となる。さらに、例えば希土類の磁性材料を用いる磁石などの高コストの部材を使用することなしに、起磁力を増加させることが可能となる。ここで、磁束発生部70は、誘導コイル部80と磁束発生部70との間の空間において磁束φを発生する。
次に、本開示の実施形態1に係る発電装置1−1の動作について以下に説明する。
先ず、回転部30が回転方向103で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部40が横切る。同時に、回転部10が回転方向101で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部70と誘導コイル部80との間の空間であって、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部20が横切る。
従って、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部80に起電力が誘起される。
図2は図1の発電装置1−1の効果を説明するための従来の発電装置の構成を示す概略斜視図である。図2の発電装置は、図1の発電装置1−1と比較すると、回転部30及び開口部40を削除したことが相違する。図2に図示するように、巻線と鎖交しない漏れ磁束Lφの量が増えるので、誘導コイル部80に発生する誘導起電圧は小さくなる。これに対して、図1に図示するように、回転部30及び開口部40を設けることにより、磁束を誘導コイル部80の巻線に鎖交するように誘導できるので、より効率的に、誘導コイル部80における誘導起電圧を上昇させることが可能となる。
以上の実施形態に係る発電装置1−1によれば、回転部10,30がそれぞれ導体板で形成されるので、各回転部10,30が磁束を横切るときに渦電流がそれぞれに発生する。この渦電流は各回転部10,30を通過する磁束を阻止する方向に流れるので、磁束発生部70と誘導コイル部80との間の空間における磁束は各回転部10,30の回転方向の前方の領域に集中する。これにより、磁束発生部70から発生する磁束の磁束密度よりも大きい磁束密度を有する磁束を効率的に生成することが可能となる。従って、磁束発生部70から発生する磁束の磁束密度よりも大きい磁束密度の磁束を誘導コイル部80に与えることができるので、誘導コイル部80から高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
また、以上の実施形態に係る発電装置1−1によれば、大型で重い部材(誘導コイル80及び磁束発生部70)を回転させることなしに比較的簡易かつ軽量に構成される回転部10,30のみを回転させることにより発電することができる。従って、回転時に発生する例えば機械の故障などのトラブルを低減することが可能となる。
さらに、以上の実施形態に係る発電装置1−1によれば、ブラシを用いることなしに発電装置を構成できるので、ブラシの磨耗による故障の発生を抑止することが可能となる。
以下では、移動導体の前方における磁束の集中についてシミュレーションを行う。図3は図1の発電装置1−1のシミュレーションモデルを示す模式斜視図である。なお、図3における横軸及び縦軸は図1の横軸及び縦軸に対応する。このシミュレーションモデルは2次元磁界解析のモデルである。図3において、ヨーク(例えば図10の磁性体ヨーク120,121参照)に対応する磁極700mと、コイル400と、磁石300とはZ方向に並んで配置され、回転部10に対応する移動導体100は磁石300とコイル400との間の空間をX方向の移動方向1030mに所定の間隔で繰り返し移動するように設けられる。磁石300は磁化方向1040に磁化され、その磁束密度は1.2Tである。磁極700mはケイ素鋼材からなり、移動導体100はアルミニウムからなる。また、移動導体100の長手方向の長さをL1とし、移動導体100の繰り返し移動の所定の間隔をL2とする場合、L1:L2は約3:10である。
このシミュレーションモデルでは、磁石300と磁極700mとによりZ方向に静磁界が形成され、移動方向1030mに移動する移動導体100が当該静磁界中を通過するときの磁束及び磁束密度の変化を解析した。なお、このシミュレーションモデルでは、磁石300と磁極700mとの寸法などのパラメータを変更して、シミュレーションを行うこともできる。
図4は図3のシミュレーションモデルのシミュレーション結果を示す磁束分布図である。図4は、移動導体100が静磁界中を横切る瞬間の磁束φの分布を示す。なお、図4における横軸及び縦軸は図1の横軸及び縦軸に対応する。また、図4では、磁束φを明確に示すために、断面を示すハッチングを省略する。
図5は図4の磁束分布を得る瞬間において、コイル400の位置Z1での磁束密度分布を示すグラフである。図5において、横軸はX方向の位置を示し、縦軸は磁束密度のZ成分を示す。図5は、移動導体100の速度Vmcを最大値から零まで減速したときのコイル400の位置Z1での磁束密度分布を示す。なお、移動導体100の速度Vmcは、回転速度100rpmで正規化した値である。移動導体100、磁石300、コイル400及び磁極700mの寸法パラメータは一定である。
以上のシミュレーション結果から分かるように、移動導体100が静磁界中を通過することで、その速度に応じた誘導起電力が移動導体100中に生じる。このとき、その誘導起電力によって移動導体100中に渦電流が流れ、この渦電流は移動導体100中を通過する磁束を阻止する方向に流れる。このため、図4に示されるように、移動導体100の前方に磁束φが集中する。
このように、静磁界中を移動導体100が移動することで、移動導体100の速度と移動導体100の位置とに応じて、磁束密度の高低が発生する。したがって、この磁束密度の変化量に応じて、コイル400に誘導起電圧が発生する。
以上によれば、例えば、磁石300から発生する磁束φの磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束を、コイル400の設置位置に生じさせることができ、磁石として、小さい起磁力の部材、例えば磁化の小さな磁石を用いる場合であっても、高い出力電力を安定して発電することができる。
実施形態1の変形例1.
上述した実施形態において、開口部20,40の代わりに磁性体がそれぞれ設けられてもよい。これにより、実施形態1と比較すると、磁性体によって磁束密度を増加することが可能となる。従って、実施形態1と比較すると、より効率的に、誘導コイル部における誘導起電圧を上昇させることができる。
上述した実施形態において、開口部20,40の代わりに磁性体がそれぞれ設けられてもよい。これにより、実施形態1と比較すると、磁性体によって磁束密度を増加することが可能となる。従って、実施形態1と比較すると、より効率的に、誘導コイル部における誘導起電圧を上昇させることができる。
実施形態1の変形例2.
上述した実施形態では、各回転部10及び回転部30は導体板でそれぞれ構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、各回転部10及び回転部30は絶縁体板でそれぞれ構成され、開口部20及び開口部40は当該絶縁体板に設けられた磁性体でそれぞれ構成されてもよい。これにより、各回転部10及び回転部30は絶縁体板でそれぞれ構成されるので、渦電流は発生しない。従って、電力損失を低減することができる。
上述した実施形態では、各回転部10及び回転部30は導体板でそれぞれ構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、各回転部10及び回転部30は絶縁体板でそれぞれ構成され、開口部20及び開口部40は当該絶縁体板に設けられた磁性体でそれぞれ構成されてもよい。これにより、各回転部10及び回転部30は絶縁体板でそれぞれ構成されるので、渦電流は発生しない。従って、電力損失を低減することができる。
さらに、開口部20及び開口部40には磁性体がそれぞれ形成されるので、誘導コイル部80の巻線を鎖交する磁束量が変化する。従って、磁性体による磁束密度が増加するので、より効率的に、誘導コイル部80における誘導起電圧を上昇させることができる。
実施形態1の変形例3.
上述した実施形態に係る発電装置1−1において、例えば磁性体ヨークなどのヨークをさらに備えてもよい。このとき、当該ヨークは、巻線と鎖交する磁束が磁束発生部70に周回する磁路を形成してもよい。これにより、磁束発生部70から発生する磁束を、ヨークを介して、再び、磁束発生部70に導くことができる。従って、誘導コイル部80に向かう磁束をより強くすることができる。
上述した実施形態に係る発電装置1−1において、例えば磁性体ヨークなどのヨークをさらに備えてもよい。このとき、当該ヨークは、巻線と鎖交する磁束が磁束発生部70に周回する磁路を形成してもよい。これにより、磁束発生部70から発生する磁束を、ヨークを介して、再び、磁束発生部70に導くことができる。従って、誘導コイル部80に向かう磁束をより強くすることができる。
実施形態1の変形例4.
上述した実施形態では、磁束発生部70は、磁石により構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、磁束発生部70は、コイルと磁性体コアとからなる電磁石を用いて構成されてもよい。これにより、実施形態1と比較すると、作用磁界を励起するための電磁石の起磁力を小さくすることが可能となる。従って、コイルに流す電流を小さくできるので、コイルの軽量化を実現でき、かつ、銅損も小さくすることができる。
上述した実施形態では、磁束発生部70は、磁石により構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、磁束発生部70は、コイルと磁性体コアとからなる電磁石を用いて構成されてもよい。これにより、実施形態1と比較すると、作用磁界を励起するための電磁石の起磁力を小さくすることが可能となる。従って、コイルに流す電流を小さくできるので、コイルの軽量化を実現でき、かつ、銅損も小さくすることができる。
実施形態2.
図6は本開示の実施形態2に係る発電装置1−2の構成を示す概略斜視図である。図6の発電装置1−2は、図1の発電装置1−1と比較すると、1つの開口部20が形成される矩形状の回転部10の代わりに磁束変化部として複数の開口部22a〜22dが形成される円盤状の導体板から形成される回転部22を備え、1つの開口部40を備えた矩形状の回転部30の代わりに磁束変化部として複数の開口部21a〜21dを備えた円盤状の導体板から形成される回転部21を備えたことを特徴とする。ここで、回転軸50は回転部21,22の中心をそれぞれ貫通する。なお、回転軸50は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
図6は本開示の実施形態2に係る発電装置1−2の構成を示す概略斜視図である。図6の発電装置1−2は、図1の発電装置1−1と比較すると、1つの開口部20が形成される矩形状の回転部10の代わりに磁束変化部として複数の開口部22a〜22dが形成される円盤状の導体板から形成される回転部22を備え、1つの開口部40を備えた矩形状の回転部30の代わりに磁束変化部として複数の開口部21a〜21dを備えた円盤状の導体板から形成される回転部21を備えたことを特徴とする。ここで、回転軸50は回転部21,22の中心をそれぞれ貫通する。なお、回転軸50は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
磁束発生部70と、回転部22と、誘導コイル部80と、回転部21とは、Z軸方向と略平行に順次配置される。ここで、回転部21,22は、誘導コイル部80を挟んで互いに対向するように設けられる。各回転部21,22は、回転軸50を中心として一定の角速度でそれぞれ回転する。ここで、各回転部21及び回転部22は、開口部22a〜22dと開口部21a〜21dとがそれぞれZ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、複数の回転部21,22はそれぞれ回転するときに誘導コイル部80及び磁束発生部70と対向するように設けられる。
ここで、誘導コイル部80及び磁束発生部70は、回転軸50の近傍に位置させ、回転部22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22の開口部22a〜22dが誘導コイル部80と磁束発生部70との間の空間を横切るように配置される。また、回転部21が回転軸50を中心として回転するとき、回転部21の開口部21a〜21dが誘導コイル部80の巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部90は、誘導コイル部80及び磁束発生部70を回転軸50の近傍に位置させ、回転部21,22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22が誘導コイル部80と磁束発生部70との間の空間を横切り、回転部21が誘導コイル部80の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、回転部21,22は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部21a〜21d,22a〜22dをそれぞれ有する。
次に、本開示の実施形態2に係る発電装置1−2の動作について以下に説明する。
先ず、回転部21が回転方向103で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部21a〜21dが横切る。同時に、回転部22が回転方向101で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部70と誘導コイル部80との間の空間であって、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部22a〜22dが横切る。
従って、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部80に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部80に第1〜第4の起電力が誘起される。
以上の実施形態に係る発電装置1−2によれば、実施形態1に係る発電装置1−1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施形態1に係る発電装置1−1と比較すると、1つの誘導コイル部に複数の起電力を誘起させることができるので、1つの回転運動から、効率的に、より多くの出力電力を得ることができる。
実施形態3.
図7は本開示の実施形態3に係る発電装置1−3の構成を示す概略図である。図7の発電装置1−3は、図2の発電装置1−2と比較すると、誘導コイル部80の代わりに巻線をそれぞれ有する誘導コイル部80a〜80dを備え、磁束発生部70の代わりに磁束発生部70Aを備えたことを特徴とする。ここで、誘導コイル部80a〜80dはXY平面に平行に位置する同一平面上にそれぞれ位置される。
図7は本開示の実施形態3に係る発電装置1−3の構成を示す概略図である。図7の発電装置1−3は、図2の発電装置1−2と比較すると、誘導コイル部80の代わりに巻線をそれぞれ有する誘導コイル部80a〜80dを備え、磁束発生部70の代わりに磁束発生部70Aを備えたことを特徴とする。ここで、誘導コイル部80a〜80dはXY平面に平行に位置する同一平面上にそれぞれ位置される。
また、磁束発生部70Aは、回転軸50を中心とした中空の円盤形状を有し、回転部21及び回転部22と略同一の半径を有している。さらに、誘導コイル部80a〜80dと磁束発生部70Aとは支持部90を用いて固定される。また、回転部21及び回転部22は、開口部22a〜22dと開口部21a〜21dとが平行に位置するようにそれぞれ回転する。すなわち、複数の回転部21,22はそれぞれ回転するときに複数の誘導コイル部80a〜80d及び磁束発生部70Aと対向するように設けられる。ここで、回転軸50は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
磁束発生部70Aと、回転部22と、誘導コイル部80a〜80dと、回転部21とは、Z軸方向と略平行に順次配置される。回転部21と回転部22とは、誘導コイル部80a〜80dを挟んで互いに対向するように設けられる。各回転部21,22は、回転軸50を中心として一定の角速度でそれぞれ回転する。ここで、各回転部21及び回転部22は、開口部22a〜22dと開口部21a〜21dとがそれぞれZ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、回転部21,22はそれぞれ回転するときに誘導コイル部80a〜80d及び磁束発生部70Aと対向するように設けられる。
ここで、誘導コイル部80a〜80d及び磁束発生部70Aは、回転軸50の近傍に位置させ、回転部22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22の開口部22a〜22dが誘導コイル部80a〜80dと磁束発生部70Aとの間の空間を横切るように配置される。また、回転部21が回転軸50を中心として回転するとき、回転部21の開口部21a〜21dが誘導コイル部80a〜80dの巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部90は、誘導コイル部80a〜80d及び磁束発生部70Aを回転軸50の近傍に位置させ、回転部21,22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22が誘導コイル部80a〜80dと磁束発生部70Aとの間の空間を横切り、回転部21が誘導コイル部80a〜80dの巻線を通過する磁束を横切るように支持し、回転部21,22は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部21a〜21d,22a〜22dをそれぞれ有する。
磁束発生部70Aは磁束を発生する。例えば、磁束発生部70Aには、例えば磁化の小さい磁石などの小さい起磁力の磁束発生手段を用いる。この構成により、磁束発生部70Aを小型化できるので、発電装置1−3を小型化することが可能となる。さらに、例えば希土類の磁性材料を用いる磁石などの高コストの部材を使用することなしに、起磁力を増加させることが可能となる。
次に、本開示の実施形態3に係る発電装置1−3の動作について以下に説明する。
先ず、回転部21が回転方向103で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部80a〜80dに備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部21a〜21dが横切る。同時に、回転部22が回転方向101で回転軸50を中心としてXY平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部70Aと誘導コイル部80a〜80dとの間の空間であって、誘導コイル部80a〜80dに備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部22a〜22dが横切る。
従って、誘導コイル部80a〜80dに備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部80a〜80dに備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部80a〜80dに第1〜第4の起電力が誘起される。
以上の実施形態に係る発電装置1−3によれば、実施形態2に係る発電装置1−2と比較すると、複数の誘導コイル部に複数の起電力をそれぞれ誘起させることができるので、1つの回転運動から、効率的に、さらに多くの出力電力を得ることができる。
なお、本実施形態では、磁束発生部70Aは1つの磁束発生用の部材により構成されている。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、磁束発生部70Aは、複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に複数の磁束発生用の部材がそれぞれ配置されてもよい。さらに、複数の磁束発生用の部材のそれぞれは、互いに同じ強さの磁束を発生する部材であってもよいし、もしくは複数の磁束発生用の部材は、互いに異なる強さの磁束を発生する部材であってもよい。これにより、移動導体中を通過する磁束を阻止する方向に流れる渦電流が増大するので、磁束密度を増加することができる。従って、より効率的に、誘導コイル部における誘導起電圧を上昇させることができる。
実施形態4.
図8は本開示の実施形態4に係る発電装置1−4の構成を示す概略斜視図である。図8の発電装置1−4は、図7の発電装置1−3と比較すると、磁束発生部70Aと対向するように磁束発生部70Bをさらに備えたことを特徴とする。ここで、磁束発生部70Aと、回転部22と、誘導コイル部80a〜80dと、回転部21と、磁束発生部70Bとは、Z軸方向と略平行に順次配置される。
図8は本開示の実施形態4に係る発電装置1−4の構成を示す概略斜視図である。図8の発電装置1−4は、図7の発電装置1−3と比較すると、磁束発生部70Aと対向するように磁束発生部70Bをさらに備えたことを特徴とする。ここで、磁束発生部70Aと、回転部22と、誘導コイル部80a〜80dと、回転部21と、磁束発生部70Bとは、Z軸方向と略平行に順次配置される。
本開示の実施形態4に係る発電装置1−4は、実施形態3に係る発電装置1−3と同様の動作及び効果を得ることができる。さらに、実施形態3に係る発電装置1−3と比較すると、回転部21と回転部22との間の空間であって、誘導コイル部80a〜80dが配置される空間の静磁界の強度を上げることができる。これにより、開口部21a〜21d,22a〜22dによる磁束密度の変化量を、所望の大きさに調整することができる。
実施形態5.
図9は本開示の実施形態5に係る発電装置1−5の構成を示す概略斜視図であり、図10は図9の発電装置1−5の分解斜視図であり、図11Aは図9の発電装置1−5の上面図であり、図11Bは図11AのXA−XA線に沿って切断したときの縦断面図であり、図11Cは図11Bの領域Rの拡大図である。
図9は本開示の実施形態5に係る発電装置1−5の構成を示す概略斜視図であり、図10は図9の発電装置1−5の分解斜視図であり、図11Aは図9の発電装置1−5の上面図であり、図11Bは図11AのXA−XA線に沿って切断したときの縦断面図であり、図11Cは図11Bの領域Rの拡大図である。
図9〜図11Cにおいて、発電装置1−5は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を有する座標系において、Z軸方向に平行に位置し、回転方向102に回転する回転軸50と、円盤形状を有する導体板から形成され、磁束変化部である15個の開口部14,24をそれぞれ有する回転部12,22と、回転軸50を中心とした中空の円盤形状を有し、回転部12,22と略同一の半径を有する磁束発生部70A,70Bと、巻線コア83をそれぞれ有する複数の誘導コイル部82が同一のXY平面上で接合される誘導コイル群81と、ボビン220,230と、回転軸50を支えるための円筒軸受け110,111,112と、磁性体ヨーク120,121とを備えて構成される。なお、回転軸50は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
磁性体ヨーク120と、磁束発生部70Bと、回転部12と、ボビン220と、誘導コイル群81と、ボビン230と、回転部22と、磁束発生部70Aと、磁性体ヨーク121とは、Z軸方向と略平行に順次配置される。回転部12と回転部22とは、誘導コイル群81及びボビン220,230を挟んで互いに対向するように設けられる。ここで、磁性体ヨーク120,121は、磁束発生部70Bと、回転部12と、ボビン220と、誘導コイル群81と、ボビン230と、回転部22と、磁束発生部70Aとを挟み込むように支持する。
各回転部12,22は、回転軸50を中心にXY平面と平行に位置する平面上を一定の角速度で回転方向102にそれぞれ回転する。各回転部12,22は、中心部に開口部である回転軸接合部13,23をそれぞれ有し、回転軸接合部13,23は、回転軸50の回転運動を回転部12,22にそれぞれ伝達する。ここで、各回転部12,22はそれぞれ、開口部14,24とがそれぞれZ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、回転部12,22はそれぞれ回転するときに誘導コイル群81及び磁束発生部70A,70Bと対向するように設けられる。
磁束発生部70A,70Bはそれぞれ、Z軸方向の磁化を有し、回転部12,22に対してZ軸方向の磁界を印加する磁石から構成される。磁束発生部70A,70Bはそれぞれ磁束を発生する。各誘導コイル部82はそれぞれ巻線を有する。
ここで、誘導コイル群81及び磁束発生部70A,70Bは、回転軸50の近傍に位置させ、回転部12,22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22の開口部24が誘導コイル群81と磁束発生部70Aとの間の空間を横切るように配置される。また、回転部12が回転軸50を中心として回転するとき、回転部12の開口部14が誘導コイル群81の巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部としての磁性体ヨーク120,121は、誘導コイル群81及び磁束発生部70A,70Bを回転軸50の近傍に位置させ、回転部12,22が回転軸50を中心として回転するとき、回転部22が誘導コイル群81と磁束発生部70Aとの間の空間を横切り、回転部12が誘導コイル群81の巻線を通過する磁束を横切るように支持し回転部12,22は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための開口部14,24をそれぞれ有する。
本開示の実施形態5に係る発電装置1−5の動作について以下に説明する。
回転部12が回転することにより、誘導コイル部82に備えられた巻線と鎖交する磁束が通過する空間を開口部14が横切り、回転部22が回転することにより、誘導コイル部82に備えられた巻線と鎖交する磁束が通過する空間を開口部24が横切る。従って、各誘導コイル部82に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、各誘導コイル部82に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、各誘導コイル部に開口部14の数だけの複数の起電力が誘起される。
図11Bでは、図9の発電装置1−5において形成される磁路が概略的に説明される。ここで、図11Aの一部の断面図を用いて磁路が矢印で示される。磁性体ヨーク120及び磁性体ヨーク121は、巻線と鎖交する磁束φが磁束発生部70A,70Bに周回する磁路を形成する。
図11Bに示すように、回転部12及び回転部22の回転が止まっている場合、Z軸方向に磁化を有する磁束発生部70A,70Bによって生じる磁束φは、回転部12の開口部14及び回転部22の開口部24を貫通する。その後、磁束φは、誘導コイル部82を鎖交する。その後、磁束φは、磁性体ヨーク120と磁性体ヨーク121とを介して、磁束発生部70A,70Bに周回する。
以上の実施形態に係る発電装置1−5によれば、実施形態4に係る発電装置1−4と同様の効果を得ることができる。さらに、発電装置1−5は、実施形態4に係る発電装置1−4と比較すると、磁性体ヨーク120,121をさらに設けているので、磁束の流れを誘導コイル部82で有効に利用することが可能となる。従って、実施形態4に係る発電装置1−4と比較すると、さらに効率的に複数の電力を取り出すことができる。
なお、回転軸接合部13,23は、回転軸50と回転部12,22とを直接接合して、同じ回転数で回転部12,22を回転させてもよいし、もしくは回転軸接合部13,23には、ギアなどが設けられてもよい。この構成により、回転速度を変更することにより、誘導起電圧を変更することが可能となる。
以上説明したように、第1の態様に係る発電装置は、
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
上記磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、
上記回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、
上記磁束発生部と上記1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
上記支持部は、上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部を上記回転軸の近傍に位置させ、上記第1及び第2の回転部が上記回転軸を中心として回転するとき、上記第1の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部と上記磁束発生部との間の空間を横切り、上記第2の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
上記第1及び第2の回転部は、上記回転するときに上記空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
上記磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、
上記回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、
上記磁束発生部と上記1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
上記支持部は、上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部を上記回転軸の近傍に位置させ、上記第1及び第2の回転部が上記回転軸を中心として回転するとき、上記第1の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部と上記磁束発生部との間の空間を横切り、上記第2の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
上記第1及び第2の回転部は、上記回転するときに上記空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
第2の態様に係る発電装置は、第1の態様に係る発電装置において、
上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部は、上記回転軸と略平行に順次配置され、
上記第1の回転部と上記第2の回転部とは、上記1つもしくは複数の誘導コイル部を挟んで互いに対向するように設けられる。
上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部は、上記回転軸と略平行に順次配置され、
上記第1の回転部と上記第2の回転部とは、上記1つもしくは複数の誘導コイル部を挟んで互いに対向するように設けられる。
第3の態様に係る発電装置は、第1または第2の態様に係る発電装置において、上記第1の回転部及び上記第2の回転部はそれぞれ、上記回転するときに上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部と対向するように設けられる。
第4の態様に係る発電装置は、第1〜第3の態様に係る発電装置において、上記複数の誘導コイル部は互いに同一の形状を有する。
第5の態様に係る発電装置は、第1〜第4の態様に係る発電装置において、上記複数の磁束変化部は互いに同一の形状を有する。
第6の態様に係る発電装置は、第1〜第5の態様に係る発電装置において、上記複数の回転部は、導体板であり、上記複数の磁束変化部は、上記導体板に設けられる開口部である。
第7の態様に係る発電装置は、第1〜第5の態様に係る発電装置において、上記複数の回転部は、絶縁体板であり、上記複数の磁束変化部は、上記絶縁体板に設けられた磁性体である。
第8の態様に係る発電装置は、第1〜第7の態様に係る発電装置において、上記1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線とそれぞれ鎖交する磁束を上記磁束発生部に周回する磁路を形成するためのヨークをさらに備えた。
第9の態様に係る発電装置は、第1〜第8の態様に係る発電装置において、上記磁束発生部は、上記1つもしくは複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に設けられる。
第10の態様に係る発電装置は、第1〜第9の態様に係る発電装置において、上記磁束発生部は表面の位置によって異なる強さの磁束を発生する。
第11の態様に係る発電装置は、第1〜第10の態様に係る発電装置において、上記第1の回転部と上記第2の回転部とは同一の角速度で回転する。
第12の態様に係る発電装置は、第1〜第11の態様に係る発電装置において、上記第1の回転部と上記第2の回転部とは同一の材料で形成され、同一の形状を有する。
以上詳述したように、高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
1−1〜1−5…発電装置、
10,12,21,22,30…回転部、
13,23…回転軸接合部、
14,20,21a〜21d,22a〜22d,24,40…開口部、
50…回転軸、
80,80a〜80d…誘導コイル部、
61…誘導コイル群、
70,70A,70B…磁束発生部、
90…支持部、
100…移動導体、
110,111,112…円筒軸受け、
120,121…磁性体ヨーク、
300…磁石、
400…コイル、
700m…磁極、
1030m…移動方向。
10,12,21,22,30…回転部、
13,23…回転軸接合部、
14,20,21a〜21d,22a〜22d,24,40…開口部、
50…回転軸、
80,80a〜80d…誘導コイル部、
61…誘導コイル群、
70,70A,70B…磁束発生部、
90…支持部、
100…移動導体、
110,111,112…円筒軸受け、
120,121…磁性体ヨーク、
300…磁石、
400…コイル、
700m…磁極、
1030m…移動方向。
Claims (12)
- 回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
上記磁束と鎖交する巻線を有する1つもしくは複数の誘導コイル部と、
上記回転軸を中心としてそれぞれ回転する第1及び第2の回転部と、
上記磁束発生部と上記1つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
上記支持部は、上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部を上記回転軸の近傍に位置させ、上記第1及び第2の回転部が上記回転軸を中心として回転するとき、上記第1の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部と上記磁束発生部との間の空間を横切り、上記第2の回転部が上記1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
上記第1及び第2の回転部は、上記回転するときに上記空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有することを特徴とする発電装置。 - 上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部は、上記回転軸と略平行に順次配置され、
上記第1の回転部と上記第2の回転部とは、上記1つもしくは複数の誘導コイル部を挟んで互いに対向するように設けられる請求項1記載の発電装置。 - 上記第1の回転部及び上記第2の回転部はそれぞれ、上記回転するときに上記1つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部と対向するように設けられる請求項1または2記載の発電装置。
- 上記複数の誘導コイル部は互いに同一の形状を有する請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記複数の磁束変化部は互いに同一の形状を有する請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記複数の回転部は、導体板であり、
上記複数の磁束変化部は、上記導体板に設けられる開口部である請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の発電装置。 - 上記複数の回転部は、絶縁体板であり、
上記複数の磁束変化部は、上記絶縁体板に設けられた磁性体である請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の発電装置。 - 上記1つもしくは複数の誘導コイル部の巻線とそれぞれ鎖交する磁束を上記磁束発生部に周回する磁路を形成するためのヨークをさらに備えた請求項1〜7のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記磁束発生部は、上記1つもしくは複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に設けられる請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記磁束発生部は表面の位置によって異なる強さの磁束を発生する請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記第1の回転部と上記第2の回転部とは同一の速度で回転する請求項1〜10のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 上記第1の回転部と上記第2の回転部とは同一の材料で形成され、同一の形状を有する請求項1〜11のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015239501A JP2017108505A (ja) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | 発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=59060972
Family Applications (1)
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JP2015239501A Pending JP2017108505A (ja) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | 発電装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2017108505A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102049514B1 (ko) * | 2018-10-04 | 2019-11-27 | 김용식 | 전기 발전기 |
-
2015
- 2015-12-08 JP JP2015239501A patent/JP2017108505A/ja active Pending
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