JP3216609U - Generator with central magnetic axis - Google Patents

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ウォルター マクゲル カブ
ウォルター マクゲル カブ
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Abstract

【課題】中央磁性軸を有する発電機の効率を高める。【解決手段】発電機300はステータとロータとを有し、ステータは、中央軸202の主中央部208がコイル204、204.1によって取り囲まれないように軸方向端部に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイルを有する中央軸を備え、コイルは中央軸を磁化するように構成されている。ステータは、複数の発電層220、224、228を備え、それぞれが、中央軸の周りに円周方向に設けられた発電巻線210を有し、ロータは、主中央部と整列した磁化層222、226を含む。少なくとも1つの発電層は、中央軸と同軸である管状体312と、軸方向端部に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイル314とを含む管状組立体310の形態であり、管状体の主中央部は、コイルによって囲まれておらず、コイルは管状体を磁化するように構成されている。【選択図】図1The efficiency of a generator having a central magnetic shaft is increased. A generator has a stator and a rotor, the stator having at least one axial direction at an axial end so that a main central portion of the central shaft is not surrounded by coils. And a central axis having a coil offset to the coil, the coil being configured to magnetize the central axis. The stator includes a plurality of power generation layers 220, 224, 228, each having a power generation winding 210 provided circumferentially around a central axis, and the rotor is a magnetized layer 222 aligned with the main central portion. 226. The at least one power generation layer is in the form of a tubular assembly 310 that includes a tubular body 312 that is coaxial with the central axis and at least one axially offset coil 314 at an axial end. The central part is not surrounded by the coil, and the coil is configured to magnetize the tubular body. [Selection] Figure 1

Description

本考案は、電気機械に関し、具体的には、発電機に関する。より詳細には、中央磁性軸を有する発電機に関する。   The present invention relates to an electric machine, and specifically to a generator. More particularly, it relates to a generator having a central magnetic shaft.

従来の発電機設計では、発電機の最も内側の中央部は、発電機の回転部材であるロータである。この回転部分は、発電機のEMF(電磁場)を生成する磁場(すなわち、磁化部材又は磁化層)の源である。このロータ生成磁場は、ステータの一部である巻線内の導体と交差又は「切断」し、電流を生成する。出願人は、複数のロータ層及び/又は複数のステータ層を有する発電機設計を認識している。   In the conventional generator design, the innermost central portion of the generator is a rotor that is a rotating member of the generator. This rotating part is the source of the magnetic field (ie the magnetized member or magnetized layer) that generates the generator's EMF (electromagnetic field). This rotor-generated magnetic field intersects or “cuts” the conductors in the windings that are part of the stator and generates a current. Applicants are aware of generator designs having multiple rotor layers and / or multiple stator layers.

本出願人が知る従来の設計のほとんどにおいて、磁場源はロータであり、一方、ステータは常に静止しており、発電機の導体である。他の設計では、ステータは磁場源ではない。本出願人は、発電機の発電能力を増大させるために磁束密度を増加させることが望ましいことに気づいた。   In most of the conventional designs known to the applicant, the magnetic field source is the rotor, while the stator is always stationary and is the generator conductor. In other designs, the stator is not a magnetic field source. The applicant has realized that it is desirable to increase the magnetic flux density in order to increase the power generation capacity of the generator.

本出願人は、ステータが磁場を形成し強化するのを補助するが、磁化層ではなく発電層である発電機を望んでいる。   Applicants want a generator that assists the stator in creating and strengthening the magnetic field, but being a power generation layer rather than a magnetized layer.

したがって、本考案は、ステータとロータとを有する発電機を提供する。
前記ステータは、中央軸を備え、前記中央軸の主中央部がコイルによって囲まれないように、前記中央軸の軸方向端部(コイル巻回部と称する)に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイルを有し、前記コイルは、前記中央軸が、一方の極が前記コイル巻回部に設けられ、他方の極が前記主中央部に設けられて軸方向に離間した異なる磁極を有するように前記中央軸を磁化するように構成され、
前記ステータは、それぞれが、前記中央軸の周りに円周方向に設けられ、前記中央軸に対して固定され、前記中央軸の前記主中央部と半径方向に整列した発電巻線を含む複数の発電層を含み、前記ロータは、前記第1の発電層の周りに同軸に配置され、前記主中央部と半径方向に整列した磁化層を備え、磁化層は、内側磁極が中央軸の主中央部と整列したそれとは異なる磁極を有するように半径方向に離間した異なる磁極を有し、
前記発電層の少なくとも1つは、
前記管状組立体は、前記中央軸と同軸の管状体と、
前記管状体の主中央部がコイルによって囲まれないように、前記管状体の軸方向端部(コイル巻回部と称する)に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイルを有する管状組立体の形態であり、前記コイルは、管状体が、一方の極が前記コイル巻回部に設けられ、他方の極が主中央部に設けられて軸方向に離間した異なる磁極を有するように管状体を磁化するように構成され、
前記発電巻線は、前記管状体の前記中央部に設けられているか、又は半径方向に整列している。
Accordingly, the present invention provides a generator having a stator and a rotor.
The stator includes a central shaft and is offset in at least one axial direction at an axial end portion (referred to as a coil winding portion) of the central shaft so that a main central portion of the central shaft is not surrounded by a coil. The central axis has different poles spaced apart in the axial direction with one pole provided in the coil winding section and the other pole provided in the main center section. Is configured to magnetize the central axis,
The stator includes a plurality of power generation windings each provided circumferentially around the central axis, fixed relative to the central axis, and radially aligned with the main central portion of the central axis. The rotor includes a power generation layer, and the rotor includes a magnetization layer coaxially disposed around the first power generation layer and radially aligned with the main central portion. The magnetization layer has a main center whose inner magnetic pole is a central axis. Having different magnetic poles spaced radially to have different magnetic poles from that aligned with the part,
At least one of the power generation layers is
The tubular assembly includes a tubular body coaxial with the central axis;
A tubular assembly having at least one axially offset coil at an axial end (referred to as a coil winding) of the tubular body such that the main central portion of the tubular body is not surrounded by the coil. The coil magnetizes the tubular body so that one of the poles is provided in the coil winding portion and the other pole is provided in the main central portion and has different magnetic poles spaced apart in the axial direction. Configured to
The power generation winding is provided at the central portion of the tubular body or is aligned in the radial direction.

主中央部は、中央軸が概ね発電層であっても、中央軸の活性部分又は磁化部分と見なすことができる。   The main central part can be regarded as an active part or a magnetized part of the central axis, even if the central axis is generally a power generation layer.

中央軸は、その一端に単一のコイルを有していてもよい。その場合、中央軸は、コイル巻回部に1つ、主中央部に1つの、2つの磁極を有していてもよい。主中央部及びコイル巻回部は、N−S又はS−N(本明細書を通してNはN極を表し、SはS極を表す)であってもよい。   The central shaft may have a single coil at one end. In that case, the central shaft may have two magnetic poles, one in the coil winding part and one in the main central part. The main central portion and the coil winding portion may be NS or SN (N represents N pole and S represents S pole throughout this specification).

中央軸は、その各端部に1つずつの一対のコイルを有していてもよい。その場合、中央軸は、各コイル巻回部に1つ、主中央部に1つの、3つの磁極を有していてもよい。3つの磁極は、例えば、N−S−N又はS−N−Sと交互に配置されてもよい。   The central shaft may have a pair of coils, one at each end. In that case, the central shaft may have three magnetic poles, one for each coil winding portion and one for the main central portion. The three magnetic poles may be alternately arranged with NSN or SNS, for example.

中央軸は、軸方向外側に発電層を越えて突出していてもよい。より具体的には、コイル巻回部は、発電層を越えて外側に突出する一方、主中央部が発電層によって取り囲まれるか覆われていてもよい。2つのコイルがある場合、中央軸の両端部は軸方向外側に発電層を越えて突出していてもよい。   The central shaft may protrude beyond the power generation layer on the outer side in the axial direction. More specifically, the coil winding portion may protrude outward beyond the power generation layer, while the main central portion may be surrounded or covered by the power generation layer. When there are two coils, both ends of the central shaft may protrude beyond the power generation layer in the axially outer side.

主中央部は、コイル巻回部の1〜5倍又はそれ以上大きく又は長く、より具体的には、2〜3倍長くてもよい。   The main central portion may be 1 to 5 times or more or longer than the coil winding portion, more specifically, 2 to 3 times longer.

発電層は第1の発電層であり、発電機は複数の発電層を含んでいてもよい。発電層は全てステータを含んでいてもよい。発電層は、互いに対して及び中央軸に対して固定されていてもよい。発電層は、発電機の支持構造体又はハウジングに対して固定されていてもよい。   The power generation layer is the first power generation layer, and the generator may include a plurality of power generation layers. All the power generation layers may include a stator. The power generation layers may be fixed relative to each other and to the central axis. The power generation layer may be fixed with respect to the generator support structure or housing.

複数の磁化層があってもよい。磁化層及び発電層又は複数の発電層は、交互に配置されてもよい。磁化層はすべてロータを含んでいてもよい。磁化層は、互いに対して固定されていてもよい。代わりに、磁化層は逆回転してもよい。磁化層は交互の極性を有していてもよい。   There may be a plurality of magnetized layers. The magnetized layer and the power generation layer or the plurality of power generation layers may be alternately arranged. All the magnetic layers may include a rotor. The magnetized layers may be fixed with respect to each other. Alternatively, the magnetized layer may rotate in the reverse direction. The magnetized layers may have alternating polarities.

N個の磁化層及びN個の発電層が存在してもよく、Nは1以上である。   There may be N magnetized layers and N power generation layers, where N is 1 or greater.

N個の磁化層及びN+1個の発電層が存在してもよく、Nは1以上、例えば2であってもよい。最外層は発電層であってもよい。最外層は静止していてもよい。発電機は、最外層を包囲する円筒形の金属スリーブを含んでいてもよい。金属スリーブ及び最外層は、発電機のフレーム上に配置されるか、又は発電機のフレームに固定されてもよい。金属スリーブは、磁気戻り経路を提供し、磁場を成形する機能を有していてもよい。   There may be N magnetized layers and N + 1 power generation layers, and N may be 1 or more, for example, 2. The outermost layer may be a power generation layer. The outermost layer may be stationary. The generator may include a cylindrical metal sleeve that surrounds the outermost layer. The metal sleeve and outermost layer may be disposed on the generator frame or fixed to the generator frame. The metal sleeve may provide a magnetic return path and have the function of shaping the magnetic field.

開発にあたり、3層以上の磁化層(すなわち、N≧3)が存在する場合、交互の磁化層が回転してロータの一部を形成し、残りの磁化層は静止していてもよく、ステータの一部を形成する。磁化層の1つのセット(例えば、固定磁化層)は、交互の極性配置を維持するためにロータが回転するときに電子的に切換えるようにしてもよい。   In development, if there are more than two magnetized layers (ie, N ≧ 3), the alternating magnetized layers rotate to form part of the rotor, and the remaining magnetized layers may be stationary. Form a part of One set of magnetized layers (eg, a pinned magnetized layer) may be electronically switched as the rotor rotates to maintain an alternating polarity arrangement.

磁化層(又は各磁化層)は、永久磁石又は電磁石によって提供されてもよい。磁化層が電磁石によって提供される場合、これらの電磁石は、それらの極性を切換える又は逆にするために電子的に切換え可能としてもよい。   The magnetized layer (or each magnetized layer) may be provided by a permanent magnet or an electromagnet. If the magnetized layer is provided by electromagnets, these electromagnets may be electronically switchable to switch or reverse their polarity.

本考案による発電機の構成の目的は、
−磁性層の間の磁束を増加させ、それによって発電機の効率を高める。
−発電層(単数又は複数)内の導体(巻線内)によって垂直交点又は切断によって磁化層間の磁場を直線化する。
−最も内側の部分(すなわち中央軸)が磁束結合によってすべての層を中心に引き付けるため、遠心荷重が減少する。
−極間の距離を縮め、それによって発電機の効率を上げる。
The purpose of the generator configuration according to the present invention is
-Increase the magnetic flux between the magnetic layers, thereby increasing the efficiency of the generator.
-Linearize the magnetic field between the magnetized layers by perpendicular intersections or cuts by conductors (in the windings) in the power generation layer (s).
-Centrifugal load is reduced because the innermost part (ie the central axis) attracts all layers by flux coupling.
-Reduce the distance between the poles, thereby increasing the efficiency of the generator.

管状組立体の構成は、中央軸の構成と類似していることに留意されたい。管状組立体は、ステータの一部を形成することができる。   Note that the configuration of the tubular assembly is similar to the configuration of the central shaft. The tubular assembly can form part of the stator.

管状組立体は、その一端に単一のコイルを有していてもよい。その場合、管状組立体は、コイル巻回部に1つ、主中央部に1つの、2つの磁極を有していてもよい。主中央部及びコイル巻回部は、N−S又はS−Nであってもよい。   The tubular assembly may have a single coil at one end. In that case, the tubular assembly may have two magnetic poles, one in the coil winding part and one in the main central part. The main central part and the coil winding part may be NS or SN.

管状組立体は、その各端に1つずつ、一対のコイルを有していてもよい。そのような場合、管状組立体は、各コイル巻回部に1つ、主中央部に1つの、3つの磁極を有していてもよい。3つの磁極は、例えば、N−S−N又はS−N−Sと交互に配置されてもよい。   The tubular assembly may have a pair of coils, one at each end. In such a case, the tubular assembly may have three magnetic poles, one for each coil winding and one for the main center. The three magnetic poles may be alternately arranged with NSN or SNS, for example.

管状組立体の本体は、例えば、鋼製の金属製であってもよい。   The body of the tubular assembly may be made of, for example, steel metal.

管状体は、円形又は多角形(例えば、正方形、長方形)の断面形状を有していてもよい。   The tubular body may have a circular or polygonal (for example, square, rectangular) cross-sectional shape.

管状組立体の本体は、複数の積層体を含んでいてもよい。管状組立体の発電巻線を、積層体の間に設けてもよい。   The body of the tubular assembly may include a plurality of laminates. A power generation winding of the tubular assembly may be provided between the laminates.

磁化層は、管状組立体の半径方向内側に設けられてもよい。磁化層は、管状組立体の両側に設けられてもよい。磁化層又は各磁化層は、管状組立体の主中央部と整列されてもよい。磁化層又は各磁化層の隣接する極は、管状組立体の主中央部の極とは異なる極性を有していてもよい。管状組立体の各側に磁化層がある場合、磁化層に隣接する極は、管状組立体の主中央部のものと同じであってもよく、同じでなくてもよい。例えば、管状組立体の主中央部はS極性を有し、各磁化層の隣接する極はNであってもよい。   The magnetized layer may be provided on the radially inner side of the tubular assembly. The magnetized layer may be provided on both sides of the tubular assembly. The magnetized layer or each magnetized layer may be aligned with the main central portion of the tubular assembly. The magnetized layers or adjacent poles of each magnetized layer may have a different polarity than the main central pole of the tubular assembly. If there is a magnetized layer on each side of the tubular assembly, the poles adjacent to the magnetized layer may or may not be the same as that of the main central portion of the tubular assembly. For example, the main central portion of the tubular assembly may have S polarity and the adjacent poles of each magnetized layer may be N.

磁気スリーブが存在する場合、管状体は、磁気スリーブに物理的又は磁気的に結合されてもよい。   If a magnetic sleeve is present, the tubular body may be physically or magnetically coupled to the magnetic sleeve.

ここで、本考案を、添付の概略図を参照しながら、実施例としてさらに説明する。
図面では:
本考案による発電機の一実施形態の概略的な軸方向断面図であり、発電層としての管状組立体を含む。 本考案による発電機の別の実施形態の概略的な軸方向断面図であって、2つの管状組立体を発電層として含む。 本考案による発電機の別の実施形態の概略的な軸方向断面図であって、発電層としてのオフセット管状組立体を含む。 本考案による発電機の別の実施形態の概略的な軸方向断面図を示しており、発電層及び磁気スリーブとしてのオフセット管状組立体を含む。
The invention will now be further described by way of example with reference to the accompanying schematic drawings.
In the drawing:
1 is a schematic axial cross-sectional view of an embodiment of a generator according to the present invention, including a tubular assembly as a power generation layer. FIG. 5 is a schematic axial cross-sectional view of another embodiment of a generator according to the present invention, including two tubular assemblies as a power generation layer. FIG. 4 is a schematic axial cross-sectional view of another embodiment of a generator according to the present invention, including an offset tubular assembly as a power generation layer. FIG. 4 shows a schematic axial cross-section of another embodiment of a generator according to the present invention, including a power generation layer and an offset tubular assembly as a magnetic sleeve.

図1は、本考案による発電機300の第1の実施形態を示す。図のすべてにおいて、様々な層の厚さ及び層の間の間隙は、縮尺通りとは限らず、説明を明確にするために誇張、縮尺している場合もある。   FIG. 1 shows a first embodiment of a generator 300 according to the present invention. In all of the figures, the thicknesses of the various layers and the gaps between the layers are not necessarily to scale, and may be exaggerated and scaled for clarity of explanation.

発電機300は、機械的回転入力から出力電力を生成するための発電機である。発電機300は、発電機300のステータの基礎を形成する中央軸202を有する。中央軸302は、円筒状であり、細長い。中央軸302は、その各端部の周りに巻かれた2つの軸方向にオフセットされたコイル204、204.1を有する。コイル104、104.1が存在することにより、中央軸102を3つの部分、すなわち、2つのコイル巻回部206と主中央部208に分割する。主中央部208は、各コイル巻回部106の約3倍の長さである。   The generator 300 is a generator for generating output power from mechanical rotation input. The generator 300 has a central shaft 202 that forms the basis of the stator of the generator 300. The central shaft 302 is cylindrical and elongated. The central shaft 302 has two axially offset coils 204, 204.1 wound around each end thereof. The presence of the coils 104, 104.1 divides the central shaft 102 into three parts, namely two coil windings 206 and a main central part 208. The main central portion 208 is about three times as long as each coil winding portion 106.

コイル204、204.1は使用時に付勢され、中央軸202を磁化する電磁石として働く。したがって、コイル204、204.1に通電すると、中央軸202は、軸方向に間隔を置いて配置された3つの磁極を形成する。この実施例では、コイル巻回部204、204.1はS極性を有し、主中央部208はN極性を有する。   The coils 204, 204.1 are energized during use and act as electromagnets that magnetize the central shaft 202. Therefore, when the coils 204 and 204.1 are energized, the central shaft 202 forms three magnetic poles that are spaced apart in the axial direction. In this embodiment, the coil winding portions 204 and 204.1 have S polarity, and the main central portion 208 has N polarity.

発電巻線210は、中央軸202の主中央部208の周りに設けられる。これらの発電巻線210は本質的に発電層220を構成する。巻線210は、中央軸202に非常に接近していても、それに接していてもよい。   The power generation winding 210 is provided around the main central portion 208 of the central shaft 202. These power generation windings 210 essentially constitute the power generation layer 220. The winding 210 may be very close to or in contact with the central shaft 202.

発電層220の周りには磁化層222が設けられ、発電層220を通って延びる磁束(概ね符号234で示す)を生成する。磁化層222は、電磁石212によって提供される。磁化層222によって提供される一対の磁極は、磁化層222の反対側の極(S)が極(N)の主中央部208と整列するように放射状に離間配置される。磁束234は、磁化層222と中央軸202の主中央部208との間を真っ直ぐに延びているので、発電層220の巻線210は、全回転の少なくとも2つの点で垂直に磁場234と交差する。   A magnetized layer 222 is provided around the power generation layer 220, and generates a magnetic flux (generally indicated by reference numeral 234) extending through the power generation layer 220. The magnetized layer 222 is provided by an electromagnet 212. The pair of magnetic poles provided by the magnetized layer 222 are radially spaced so that the opposite pole (S) of the magnetized layer 222 is aligned with the main central portion 208 of the pole (N). Since the magnetic flux 234 extends straight between the magnetized layer 222 and the main central portion 208 of the central shaft 202, the winding 210 of the power generation layer 220 intersects the magnetic field 234 vertically at at least two points of full rotation. To do.

さらに、発電機300は、複数の発生及び磁化層220〜228を有する。この実施形態では、N+1個の発電層220、224、228及びN個の磁化層222、226があり、N=2である。中央軸202の主中央部208及び磁化層222、226は、半径方向に交互になる磁極を有し、この磁極は、この実施例ではNSNSNのように配置されるので、中央軸202から外側に向けて(場合によっては内側に向けて)延びる、比較的半径方向に真っ直ぐに伸びる磁場又は磁束234を提供する。磁化層222、226は、電磁石212によって提供される。   Furthermore, the generator 300 has a plurality of generation and magnetization layers 220-228. In this embodiment, there are N + 1 power generation layers 220, 224, 228 and N magnetization layers 222, 226, where N = 2. The main central portion 208 of the central shaft 202 and the magnetized layers 222, 226 have magnetic poles that alternate in the radial direction, and this magnetic pole is arranged like NSNSN in this embodiment, so that it is outward from the central shaft 202. A magnetic field or flux 234 is provided that extends toward (and possibly inwards) and extends relatively radially straight. The magnetized layers 222 and 226 are provided by an electromagnet 212.

発電機300は、回転するように構成された磁化層222、226を有し、したがって、発電機300のロータ構造の一部を形成する。図示されていないが、磁化層222、226は、発電機200への回転入力部に接続される。磁化層222、226が発電層220、224、228に対して回転すると、半径方向外側に向いた磁束234が車輪のスポークのように回転し、発電層220、224、228の巻線210と直角に交差する巻線210に電流を誘導する。   Generator 300 has magnetized layers 222, 226 configured to rotate, and thus forms part of the rotor structure of generator 300. Although not shown, the magnetized layers 222 and 226 are connected to a rotation input unit to the generator 200. As the magnetized layers 222, 226 rotate relative to the power generation layers 220, 224, 228, the radially outwardly directed magnetic flux 234 rotates like a wheel spoke and is perpendicular to the winding 210 of the power generation layers 220, 224, 228. A current is induced in the winding 210 crossing.

図示されていないが、電子制御を用いて、中央軸202のコイル204、204.1を含む磁性層222、226の極を変えることができる。磁化層222、226は、同じ方向に回転するように構成することができ、又は各層222、226上の磁極が同じ極性を有すると反対方向に回転させることができる。磁化層222、226は、同じ速度又は異なる速度で反対方向に回転させることもできる。   Although not shown, the poles of the magnetic layers 222, 226 including the coils 204, 204.1 of the central shaft 202 can be changed using electronic control. The magnetized layers 222, 226 can be configured to rotate in the same direction, or can be rotated in the opposite direction if the magnetic poles on each layer 222, 226 have the same polarity. The magnetized layers 222, 226 can also be rotated in opposite directions at the same or different speeds.

磁束234の生成に積極的に関与する中央コア202が内側磁化層222内に同軸に配置されているので、磁場源間の距離は半分になる。クーロンの法則によれば、電荷に対する力は間接的に電荷間の距離の2乗に比例し、したがってクーロンの法則によれば、この動作(磁場源の位置決め)は、距離の減少に比例して電荷に対する力を増大させ、したがって発電機200の全体効率を増加させる。   Since the central core 202 that actively participates in the generation of the magnetic flux 234 is disposed coaxially in the inner magnetized layer 222, the distance between the magnetic field sources is halved. According to Coulomb's law, the force on the charge is indirectly proportional to the square of the distance between charges, so according to Coulomb's law, this action (positioning the magnetic field source) is proportional to the decrease in distance. Increases the force on the charge, thus increasing the overall efficiency of the generator 200.

発電機300もまた、単一の管状組立体310を備える。管状組立体310は、鋼製で中央軸202と同軸の円筒状の管状体312を有する。(図示されていないが、管状体312は、複数の積層された層を含み、発電巻線210は、積層された層の中及び間に画定されたスロット内に巻かれる。)発電巻線210は、中央軸202の主中央部208と半径方向に整列している。   The generator 300 also includes a single tubular assembly 310. The tubular assembly 310 has a cylindrical tubular body 312 made of steel and coaxial with the central shaft 202. (Although not shown, the tubular body 312 includes a plurality of stacked layers, and the generator winding 210 is wound in slots defined in and between the stacked layers.) Are radially aligned with the main central portion 208 of the central shaft 202.

管状体312の小さな軸方向断面のみが図示されている。管状体312は、発電機300の中央部を越えて突出しており、中央部は主中央部208及び磁石212と整列している。中央軸202と同様に、管状組立体300は、中央軸202の対応する部分208、206と整列した主中央部とコイル巻回部とに分割される。管状体312の各端部の周囲にはコイル324が設けられているので、管状体312のコイル巻回部はいわゆるものである。   Only a small axial section of the tubular body 312 is shown. The tubular body 312 protrudes beyond the central portion of the generator 300, and the central portion is aligned with the main central portion 208 and the magnet 212. Similar to the central shaft 202, the tubular assembly 300 is divided into a main central portion and a coil turn that are aligned with corresponding portions 208, 206 of the central shaft 202. Since the coil 324 is provided around each end of the tubular body 312, the coil winding portion of the tubular body 312 is a so-called one.

使用時には、コイル314は、効果的に付勢され、管状組立体310を軸方向に離間した極を有する電磁石に変換する(ここでも中央軸202の操作方法と同様)。(この実施例の)極はN−S−Nであり、中央軸202の磁極形状S−N−Sとは反対のコイル巻回部ではN、管状組立体310の主中央部ではSである。   In use, the coil 314 is effectively energized to convert the tubular assembly 310 into an electromagnet having axially spaced poles (again, similar to the manner of operation of the central shaft 202). The pole (in this embodiment) is NSN, N at the coil winding opposite the magnetic pole shape SNS of the central shaft 202, and S at the main center of the tubular assembly 310. .

本出願人は、管状組立体310を追加することにより、発生した磁場234の強度が著しく向上すると考えている。したがって、発電層222、226がより強い磁場234を通って(又はその逆に)移動するとき、発電層222、226はより多くの電流を生成する。   Applicants believe that adding the tubular assembly 310 significantly improves the strength of the generated magnetic field 234. Thus, when the power generation layers 222, 226 move through the stronger magnetic field 234 (or vice versa), the power generation layers 222, 226 generate more current.

管状組立体310自体がステータの一部を形成することができるが、本出願人は、ロータが例えば180°ごとに回転するときに、管状組立体310の極性を切換えるためにスイッチング装置が必要であることに気づいた。公知のスイッチング装置を使用することができる。   Although the tubular assembly 310 itself can form part of the stator, Applicants need a switching device to switch the polarity of the tubular assembly 310 when the rotor rotates, for example, every 180 °. I noticed that there was. A known switching device can be used.

図1の発電機300と同様の発電機350を図2に示すが、((第1の)管状組立体310に加えて)第2の管状組立体320を含む点で異なる。第2の管状組立体320は、第1の管状組立体310とほぼ同じ構成を有するが、半径方向外側の発電層228として機能する、より大きな直径を有する。第2の管状組立体320は、各端部に巻線324を有する管状体322を有するので、軸方向に離間した磁極を形成する。この構成では、極は、第1の管状組立体310の極とは反対のS−N−Sである。   A generator 350 similar to the generator 300 of FIG. 1 is shown in FIG. 2 except that it includes a second tubular assembly 320 (in addition to the (first) tubular assembly 310). The second tubular assembly 320 has substantially the same configuration as the first tubular assembly 310, but has a larger diameter that functions as a radially outer power generation layer 228. The second tubular assembly 320 has a tubular body 322 having a winding 324 at each end, thus forming poles that are axially spaced. In this configuration, the pole is SNS opposite the pole of the first tubular assembly 310.

図3は、単一の管状組立体330が設けられているという点では図1のものと同様の発電機400を示しているが、管状組立体330が軸方向に非対称であり、一端のみが、単一のコイル巻回部とコイル334のみを有する管状体332を有するという点では異なる。ここでも、部分又は管状組立体330及び中央軸202は半径方向に整列される。   FIG. 3 shows a generator 400 similar to that of FIG. 1 in that a single tubular assembly 330 is provided, but the tubular assembly 330 is axially asymmetric and only at one end. , Except that it has a tubular body 332 having only a single coil winding and a coil 334. Again, the portion or tubular assembly 330 and the central shaft 202 are radially aligned.

図4は、図3の実施例に基づく発電機450を示しているが、発電機450の支持フレーム(図示せず)を伴う金属スリーブ250も設けられている。最外発電層252は、スリーブ250の内側及び中央軸202の少なくとも一端に取り付けられている。これは、その中の磁束234を分離して強化する機能を有する。中央軸202の一端を外側発電層252の最外面に接続することによって、磁気戻り経路が提供される。   FIG. 4 shows a generator 450 according to the embodiment of FIG. 3, but a metal sleeve 250 with a support frame (not shown) of the generator 450 is also provided. The outermost power generation layer 252 is attached to the inside of the sleeve 250 and at least one end of the central shaft 202. This has the function of separating and strengthening the magnetic flux 234 therein. A magnetic return path is provided by connecting one end of the central shaft 202 to the outermost surface of the outer power generation layer 252.

この場合も、図2〜4のそれぞれの発電機350、400、450において、スイッチング装置を備えてコイル314、324、334を通る電流の方向を反転させて、管状組立体310、320、330によって生成された極の極性を、ロータがそれらに相対的に回転するにつれ、(例えば、発電機300、350、400、450が周方向に極を何個有するかにより、90度又は180度ごと)に切換えることができる。   Again, in each of the generators 350, 400, 450 of FIGS. 2-4, a switching device is provided to reverse the direction of the current through the coils 314, 324, 334 by the tubular assemblies 310, 320, 330. The polarity of the generated poles as the rotor rotates relative to them (eg, every 90 or 180 degrees, depending on how many poles the generators 300, 350, 400, 450 have in the circumferential direction) Can be switched to.

図1〜4の管状組立体310、320、330は、磁場234の強度又は密度を増加させる機能を有し、磁場234は、磁性スリーブ250の使用によってさらに強化されることができる。これは相応して、より大きな電流を発電巻線210に発生させる。しかし、それは機械の複雑性が増すという結果になるかもしれない。よって、正確な構成は、コスト、寸法、発電機出力及び効率などに応じて設計選択の問題となるであろう。   The tubular assemblies 310, 320, 330 of FIGS. 1-4 have the function of increasing the strength or density of the magnetic field 234, and the magnetic field 234 can be further enhanced by the use of a magnetic sleeve 250. This correspondingly generates a larger current in the generator winding 210. However, it may result in increased machine complexity. Thus, the exact configuration will be a matter of design choice depending on cost, size, generator output and efficiency.

Claims (5)

ステータとロータとを有する発電機であって、
前記ステータは、中央軸を備え、前記中央軸の主中央部がコイルによって囲まれないように、前記中央軸の軸方向端部(コイル巻回部と称する)に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイルを有し、前記コイルは、前記中央軸が、一方の極が前記コイル巻回部に設けられ、他方の極が主中央部に設けられて、軸方向に離間した異なる磁極を有するように前記中央軸を磁化するように構成され、
前記ステータは、複数の発電層を備え、該複数の発電層のそれぞれが、
前記中央軸の周りに円周方向に設けられ、前記中央軸に対して固定され、前記中央軸の前記主中央部と半径方向に整列した、発電巻線を備え、
前記ロータは、
第1の発電層の周りに同軸に配置され、前記主中央部と半径方向に整列した、磁化層を備え、
前記磁化層は、内側磁極が前記中央軸の前記主中央部と整列したそれとは異なる磁極を有するように半径方向に離間した異なる磁極を有し、
前記発電層の少なくとも1つは、
前記中央軸と同軸の管状体と、
前記管状体の主中央部が前記コイルによって囲まれないように、前記管状体の軸方向端部(コイル巻回部と称する)に少なくとも1つの軸方向にオフセットされたコイルと
を有する、管状組立体の形態であり、
前記コイルは、前記管状体が、一方の極が前記コイル巻回部に設けられ、他方の極が前記主中央部に設けられて、軸方向に離間した異なる磁極を有するように、管状体を磁化するように構成され、
前記発電巻線は、前記管状体の中央部に設けられているか、又は半径方向に整列している、発電機。
A generator having a stator and a rotor,
The stator includes a central shaft and is offset in at least one axial direction at an axial end portion (referred to as a coil winding portion) of the central shaft so that a main central portion of the central shaft is not surrounded by a coil. The coil has a central pole, and one pole is provided at the coil winding portion and the other pole is provided at the main central portion, so that the coils have different magnetic poles spaced in the axial direction. Is configured to magnetize the central axis,
The stator includes a plurality of power generation layers, each of the plurality of power generation layers,
A power generation winding provided circumferentially around the central axis, fixed relative to the central axis and radially aligned with the main central portion of the central axis;
The rotor is
A magnetic layer disposed coaxially around the first power generation layer and radially aligned with the main central portion;
The magnetized layer has different magnetic poles spaced radially such that the inner magnetic pole has a different magnetic pole than that aligned with the main central portion of the central axis;
At least one of the power generation layers is
A tubular body coaxial with the central axis;
A tubular assembly having at least one axially offset coil at an axial end (referred to as a coil winding portion) of the tubular body so that the main central portion of the tubular body is not surrounded by the coil. A three-dimensional form,
The coil has a tubular body so that the tubular body has different magnetic poles spaced apart in the axial direction, with one pole provided in the coil winding portion and the other pole provided in the main central portion. Configured to magnetize,
The power generator winding is provided at a central portion of the tubular body or is aligned in a radial direction.
複数の磁化層を備え、磁化層が前記管状組立体の両側に設けられている、
請求項1に記載の発電機。
A plurality of magnetized layers, the magnetized layers being provided on both sides of the tubular assembly;
The generator according to claim 1.
前記中央軸が、その一端に単一のコイルを有するとともに、前記中央軸の前記コイル巻回部に1つ、前記中央軸の前記主中央部に1つの、2つの磁極を有し、該2つの磁極はN−S又はS−Nであるか、又は
前記中央軸が、そのそれぞれの端部に一対のコイルを有するとともに、前記中央軸のコイル巻回部にそれぞれ1つずつ、前記中央軸の前記主中央部に1つの、3つの磁極を有し、該3つの磁極はN−S−N又はS−N−Sである、
請求項1に記載の発電機。
The central shaft has a single coil at one end thereof, two magnetic poles, one at the coil winding portion of the central shaft and one at the main central portion of the central shaft, The magnetic poles are NS or SN, or the central shaft has a pair of coils at each end thereof, and one each at the coil winding portion of the central shaft, the central shaft Having three magnetic poles in the main central portion of the main body, and the three magnetic poles are NS or SNS.
The generator according to claim 1.
最外層は静止しており、
発電機は、前記最外層を包囲する円筒形の金属スリーブを含み、前記金属スリーブは、磁気戻り経路を提供して磁場を成形する、
請求項1に記載の発電機。
The outermost layer is stationary,
The generator includes a cylindrical metal sleeve surrounding the outermost layer, the metal sleeve providing a magnetic return path to shape the magnetic field;
The generator according to claim 1.
前記中央軸の軸方向にオフセットされたコイル及び前記管状体の極性、並びに、前記磁化層の極性は、前記ロータの回転に従って電子的に切換わるか又は切換え可能であり、交互の極性配置を維持する、
請求項1に記載の発電機。
The polarity of the coil and the tubular body offset in the axial direction of the central axis, and the polarity of the magnetized layer can be electronically switched or can be switched according to the rotation of the rotor, and the alternating polarity arrangement is maintained. To
The generator according to claim 1.
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