JP2607747Y2 - 高効率発電機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】本考案は、交流電力の高効率
発電を行なうための発電機の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電機は、長い歴史を有している
にもかかわらず発電効率が不満足であった。特に、自然
エネルギ−を利用することで蓄電池の充電が必要となる
関係上、交流を直流に変換する場合には、発電機の低効
率が大きく影響するため自然エネルギ−を利用するのに
大きな障害となっている。

【０００３】直流電力を得るためには、交流を直流に整
流することが必要であるが、この場合、整流された直流
電力は著しく低下して発電機の効率は５０％台になって
しまう。そのため、得られる直流出力は交流発電機で発
電した電力の３５％程度に低下してしまうが、直流発電
機の重さは同じ出力の交流発電機の３倍近い重さを有し
ていた。

【０００４】交流を直流に変換するには、整流装置によ
り交流波形のプラス側とマイナス側の頂上の小部分だけ
を取り出し、各プラス、マイナスの端子を接続すること
で直流を得ている。このため直流電力は交流波の頂上部
分における小部分だけの電流によって直流出力を賄うこ
とになり、この小部分の電流は直流出力の電力で計算し
た電流の数倍になる。この部分での抵抗損失（以下銅損
という）は、電流の２乗に比例して大きくなり、電流が
著しく制限されて直流出力の電力が交流発電機の出力の
３５％程度に落ち込んでしまう。このことは交流発電機
によって回転軸を利用することによる機械的整流器を備
えた直流発電機も同様である。

【０００５】交流発電機において、発電の効率改良を目
論んで高速回転にすること、また、高速回転による効果
を出す目的で多極型発電機にすることにより、誘起電圧
を高めてコイル巻数を減らし、コイル抵抗を低減するこ
とによって銅損の改善も試みられた。しかし、この方法
では交流サイクルを増加させてしまって鉄芯渦電流損失
（以下鉄損という）が増加し、発電効率の改善効果は全
く得られなかった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】従来の発電機は、発電
機の効率向上のためにコイル銅損を低減させるべく、コ
イルの線径を太くすれば、鉄芯内部においてコイルを巻
回する構造のために鉄芯外形が大きくなってしまう。こ
の鉄芯外形が大きくなると、鉄量を増して鉄損を増加さ
せてしまうという欠点があった。

【０００７】さらに、従来の発電機に使用される鉄芯
は、プレスによる打抜加工によって製作しなくてはなら
ないような形状をしており、鉄損の少ない高硅素鋼板は
プレス加工が不可能で、鉄損の大きい低硅素鋼板でなけ
れば製造することができなかった。

【０００８】このように、従来の発電機における発電効
率の改善は、既に行き詰まり状態であって、発電効率の
向上はもはやほとんど望めない状態となっていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本考案は、非磁性で電気絶縁性を有した強化プラス
チック製の円筒体の内面に設けた複数の凹入部内に、集
磁鉄芯である高珪素鋼板からなり、且つ、上下に位置す
る鉄芯をそれぞれ収容して接着剤で前記鉄芯の内面前記
円筒体の内面を平滑に形成し、該円筒体の両端に位置さ
せてそれぞれ取付けた鏡板の中心に設けた軸受に回転可
能に軸承させた回転軸の一端に外部から駆動力を伝える
歯車を軸着し、外周面にＮ極とＳ極の２極を交互に有し
て円柱形をした２個の回転磁石の磁極方向が互いに反対
になるように前記回転軸に軸着させた両回転磁石を、前
記各鉄芯に対応して磁気が連通するようにして、前記円
筒体の内面と該回転子とを接近させて配置し、前記鉄芯
に接続して円筒体の外方に貫通してそれぞれ立ち上がら
せた高珪素鋼板からなる上下の立鉄芯にそれぞれ大径コ
イルを巻回すると共に、該立鉄芯の外端を高珪素鋼板か
らなる横鉄芯で夫々接続してなり、歯車による回転軸の
回転により各鉄芯に対応するＮ極とＳ極を交互に配した
回転磁石は、その回転により互いに相違する磁極が各鉄
芯により交互に切り替わり、各鉄芯を通る磁力線が前記
横鉄芯によって接続した回転磁石の磁気回路を往復循環
し、各磁気回路の一部をなす各立鉄芯を往復交番する磁
力線により前記各立鉄芯に巻回された大径コイルに交番
電圧を誘起させるようにしてなるものである。

【００１０】駆動源に連動する歯車によって回転する回
転軸に、磁極方向を逆にして対をなして固着した回転磁
石に対応し、非磁性で電気絶縁性を有した強靱な強化プ
ラスチック製の円筒体の内面に設けた凹入部に、鉄損の
少ない高珪素鋼板からなる鉄芯を収容して平滑に形成し
たため、各鉄芯を通る磁力線が夫々高珪素鋼板からなる
横鉄芯によって磁気的に接続した回転磁石の磁気回路を
往復循環し、磁気回路の一部をなす高珪素鋼板からなる
各立鉄芯を往復交番する磁力線によって該立鉄心に巻か
れた大径コイルに交番電圧を誘起させることができる。

【００１１】

【実施例】本考案を実施例の図面に基づいて説明する
と、図１は本考案にかかる発電機を示すもので、円柱形
に形成して周面にＮ極とＳ極を交互に有した２個の回転
磁石１、２は、その中心に回転軸３を貫通して取付け、
各磁石の磁極方向を反対にして固定してある。

【００１２】４は非磁性および電気絶縁性であって強靱
な材料である強化プラスチック製で形成した円筒体であ
る。この円筒体４の内部に磁極の強力な前記回転磁石
１、２を収容させても、磁力線は磁気回路を構成する積
層鋼板からなる焦磁用の鉄芯以外には磁気漏洩の影響は
ない。また、回転磁石１、２は、前記回転軸３を支点に
して円筒体４内において高速回転しても該円筒体４は電
気絶縁性のため渦電流の発生はない。

【００１３】回転磁石１、２は、円筒体４の内部に回転
可能に配置され、該円筒体４の両側に取付けた鏡板７
ａ、７ｂの中心部分に装着した軸受８、９に、前記回転
軸３の両側端を回転可能に軸承してある。この回転軸３
の一端を、例えば一方の鏡板７ｂから外部に突出させて
該回転軸の端部に歯車１７を軸着してある。

【００１４】円筒体４の内面には、前記回転磁石１、２
の各磁極に相対応する大きさであって、各磁極に対応し
て上下に位置させて夫々設けた４ケの凹入部２ａ、２ｂ
および３ａ、３ｂの内部に、夫々積層鋼板からなる集磁
鉄芯であって高珪素鋼板からなる鉄芯５ａ、５ｂ及び６
ａ、６ｂを収容し、強力な接着剤によって前記円筒体４
の内面と同一面になるように接着して平滑に形成してあ
る。これにより、該円筒体の内面は、非磁性材であるプ
ラスチック製の円筒体と、磁性材である鉄芯とを交互に
位置させて平滑面に形成してある。

【００１５】前記鉄芯は、前記回転磁石１、２の磁極面
に磁力線を効率よく集束させるためのもので、高珪素鋼
板からなり集磁させる鉄芯５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂ
から円筒体４の外方に向かって高珪素鋼板からなる上方
の立鉄芯１２ａ、１３ａおよび下方の立鉄芯１２ｂ、１
３ｂを夫々磁気的に連結して取付けてある。

【００１６】高珪素鋼板からなる上方の立鉄芯１２ａ、
１３ａには、大径コイル１４ａおよび１５ａを夫々巻回
し、また、同じく高珪素鋼板からなる下方の立鉄芯１２
ｂ、１３ｂにも、同じく大径コイル１４ｂ及び１５ｂを
夫々巻回してある。さらに、上方の立鉄芯１２ａ及び１
３ａと下方の立鉄芯１２ｂ及び１３ｂの外端を、高珪素
鋼板からなる横鉄芯１６ａ、１６ｂでそれぞれ磁気的に
接続すると共に、強力な接着剤によって一体に形成して
ある。

【００１７】円筒体４は、内部に位置する回転磁石１、
２と該円筒体により支持されている焦磁用の各鉄芯との
間に生じる強力な磁力による円筒体４の変形力や破壊力
に対しても材質の強靱さを有しており、該変形や破壊を
防止して非磁性、電気絶縁性、強靱性などに優れた強化
プラスチックの性能を如何なくを発揮している。

【００１８】次に、本実施例の作用について説明する
と、一端に軸着させた歯車１７によって回転軸３を回転
させると、該回転軸に軸着して回転する回転磁石１、２
に対する各磁極に対応して設けた集磁用の高珪素鋼板か
らなる鉄芯５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂに、回転磁石の
Ｎ極とＳ極が交互に切り替わる毎に高珪素鋼板からなる
前記横鉄芯１０ａ及び１０ｂを通って回転磁石１、２の
間において磁力線が交番循環する。

【００１９】磁気回路の一部をなす積層鋼板からなる前
記立鉄芯１２ａ及び１３ａと、１２ｂ及び１３ｂとに巻
回された大径コイル１４ａ及び１５ａと、１４ｂ及び１
５ｂとに交流電圧が誘発され、該大径コイルが夫々接続
して発電機の出力となって交流電力を供給するものであ
る。

【００２０】本考案にかかる発電機は、前記したように
低効率の原因であるコイル銅損を極力小さくするために
大径コイルが使われている。これらは従来の発電機のよ
うにコイル容積が鉄芯によって制限される構造と違い、
大径コイルを存分に使用できる構造のため、従来の発電
機の銅損を本考案の発電機の構造では４分の１に低減す
ることができた。

【００２１】発電機に用いる積層鋼板からなる鉄芯は、
帯板を積み重ねた積層構造であって、鉄芯容積が極めて
小さく、プレス打抜き加工は全く必要ない。さらに、鉄
芯容積は磁力線数に対して最小限に有効な縮小設計が可
能なこと、更に又、鉄芯材料は鉄損の多い低珪素鋼板を
使用しないで鉄損の少ない高珪素鋼板を使用することに
より、従来の発電機における効率低下の原因が全て除か
れるため、本考案は発電機の大小を問わず９０％に達す
る高効率を発揮できる。

【００２２】交流発電機で発電した交流を整流装置で直
流に変換する場合、従来の発電機では交流出力が直流出
力では３５％程度に低下する。しかし、コイルが大径で
交流波形の頂上部では電流が制限されることが少なく、
直流整流により出力が著しく制限されずに交流発電機の
出力の８０％の直流出力が得られることで、省エネルギ
−に大きく貢献できる。

【００２３】なお、本考案の実施例は単相交流発電機で
あるが、前記した円筒体４の内面を１２０度の交流の位
相角で分割し、３組の集磁用の鉄芯と磁気回路を構成す
る積層鋼板からなる鉄芯およびコイルを巻回した３組の
単相交流による発電部分を装着すれば３相交流となる。

【００２４】この実施例において、第２図に示したよう
な単相型は、円筒体内の磁極Ｎ、Ｓに対応している両側
の鉄芯６ａと６ｂの両方に磁力で引っ張られることで起
動が困難であるという欠点がある。さらに、円筒体の内
面を第３図のような１２０度に分割して、単相型３個を
装置して３相交流型とすれば、磁極Ｓ、Ｎに対応する鉄
芯６ａ１と６ａ２、６ｂ１と６ｂ２、６ｃ１と６ｃ２と
の磁力線の相差が１２０度をなしていることで、回転磁
石が受ける引っ張り磁力となる。

【００２５】第４図のベクトル合成磁力により説明する
と、Ｏを起点とした回転磁石のａ方向の磁力線ｃ→ａに
同じ強さの磁力線を１２０度のｂ方向で合成すれば磁力
線ａ→ｂとなる。さらに、合成した磁力線ｂに同じ強さ
の磁力線を１２０度で合成すれば、回転磁石のｃ方向の
磁力線ｂ→ｃとなって起点Ｏに戻る。このように起点０
に戻ることで、回転磁石が受ける引っ張り磁力は０とな
る。

【００２６】この型式は、本考案にかかる発電機におい
て極めて製作容易な実用的型式であり、従来の発電機の
ような巻線容積が狭くてコイル径を制限されることがな
いため、コイル巻線容積の大きい大径コイルを巻回で
き、銅損を従来の発電機の４分の１に低下させることが
できる。そのため、自然エネルギ−である波力発電や風
力発電において、本考案の高効率発電機の大小各種のも
のが各所で実施されていることからも理解できる。既
に、長いものでは運転年数が６年を越えて驚異的高効率
の威力を発揮しているものもある。

【００２７】本実施例における回転磁石を電磁石にし、
さらに、電気動力機械の可逆性として発電機と電動機と
は何れも構造的の区別は存在しないものである。

【００２８】

【考案の効果】本考案は、積層構造でプレス加工を不要
にして鉄芯量を大幅に減らすと共に、高硅素鋼板を使用
して鉄芯を形成するため鉄芯容積が磁力線数に対して最
小限に有効な縮小設計を可能にし、各鉄芯に大径コイル
を巻回して発電機鉄損を従来の発電機より著しく低減さ
せ、従来の発電機の効率低下の原因をすべて除いたた
め、従来の発電効率を一段と向上させて省エネルギ−に
大きく貢献することができる。また、円筒体の内面に設
けた凹入部に鉄芯を収容して接着剤で内面を平滑に形成
したため、この円筒体の内面と回転子との間を接近して
取付けることができ、前記鉄芯と回転子の表面に設けた
磁極を通る磁力線による誘起電力を高めて発電効率を高
めることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる実施例を示した発電機の縦断側
面図である。

【図２】発電機の正面図で向かって右半分は第１図Ａ−
Ａ線断面を示している。

【図３】３相交流用の発電機の縦断側面図である。

【図４】１２０°の位相差を有した磁力ベクトル合成図
である。

【図５】図３の中央縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 回転磁石 ２ 回転磁石 ２ａ 凹入部 ２ｂ 凹入部 ３ａ 凹入部 ３ｂ 凹入部 ４ 円筒体 ５ａ 鉄芯 ５ｂ 鉄芯 ６ａ 鉄芯 ６ｂ 鉄芯 ７ 鏡板 ８ 軸受 ９ 軸受 １２ａ 立鉄芯 １２ｂ 立鉄芯 １３ａ 立鉄芯 １３ｂ 立鉄芯 １４ 大径コイル １５ 大径コイル １６ 横鉄芯 １７ 歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 21/16 H02K 7/116 H02K 16/00 H02K 29/00

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性で電気絶縁性を有した強化プラス
   チック製円筒体の内面の上下に設けた複数の凹入部内
   に、高珪素鋼板からなる積層構造の鉄芯をそれぞれ収容
   して接着剤で前記鉄芯の内面と前記円筒体の内面を平滑
   に形成し、 該円筒体の両端に位置させてそれぞれ取付けた鏡板の中
   心に設けた軸受に回転可能に軸承させた回転軸の一端に
   外部から駆動力を伝える歯車を軸着し、 外周面にＮ極とＳ極の２極を交互に有して円柱形をした
   ２個の回転磁石の磁極方向が互いに反対になるように前
   記回転軸に軸着させた両回転磁石を、前記各鉄芯に対応
   して磁気が連通するようにして、前記円筒体の内面と該
   回転子とを接近させて配置し、 前記鉄芯に接続して円筒体の外方に貫通してそれぞれ立
   ち上がらせた高珪素鋼板からなる上下の立鉄芯に大径コ
   イルをそれぞれ巻回させると共に、該立鉄芯の外端を高
   珪素鋼板からなる横鉄芯で夫々接続してなり、 歯車による回転軸の回転により各鉄芯に対応するＮ極と
   Ｓ極を交互に配した回転磁石は、その回転により互いに
   相違する磁極が各鉄芯により交互に切り替わり、各鉄芯
   を通る磁力線が前記横鉄芯によって接続した回転磁石の
   磁気回路を往復循環し、各磁気回路の一部をなす各立鉄
   芯を往復交番する磁力線により前記各立鉄芯に巻回され
   た大径コイルに交番電圧を誘起させるようにしてなる高
   効率発電機。