JP4252613B1

JP4252613B1 - 発電機

Info

Publication number: JP4252613B1
Application number: JP2008031932A
Authority: JP
Inventors: 皓二反田
Original assignee: 皓二反田
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: WO2009101786A1; US20100289358A1; JP2009194992A; US7994673B2

Abstract

【課題】ローターの回転方向と逆方向にステーターを回転させ、発電機の出力向上を図る。
【解決手段】外力によって回転し、ローター２０を固定した主軸１０に対し、ステーター６０を少なくとも２個の軸受４１，５７を介して同心状で回転可能に支承し、主軸に固定した主歯車２５と、ステーターに対して固定関係にあるインナーリングギヤ３２との間に、ピニオン歯車４３を配置し、主軸が正転したときピニオン歯車及びシンナーリングギヤ３２によってステーターが逆転する如く構成する。ステーターと共に回転する後カバー７１に同心状に２個のスリップ環４ａ，４ｂを設けると共に、ステーターコイル５の出力回路６ａ，６ｂ，６ｃを整流回路６２を介してスリップ環４ａ，４ｂに接続する。基台５０に対して位置不動の後基材５５にスリップ環に接触するスリップ環用ブラシ７ａ，７ｂを設け、スリップ環用ブラシから出力を取出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に用いられる小型の発電機に関するものである。

自動車には、バッテリー充電用および電装用として小型の発電機が搭載されている。この発電機は、エンジン等からの外力によって回転するローターと、このローターを囲むようにして固定状態で設けられたステーターとで構成されている。

従来の発電機は、ローターのみを回転させて発電するので、発電効率に改善の余地がある。そこで、本発明は、ローターの回転方向とは逆方向にステーターを回転させることにより、発電機の出力向上を図ることを課題とするものである。

用語の定義：枢支とは軸受を配して回転自在に軸支されている状態をいう。

図１乃至図７を参考にして説明する。この発明に係る発電機は、外力によって回転する主軸１０の中間部分にローターコイル１を有する円筒状ローター２０を嵌装固定し、ローター２０後側の主軸１０に設置した２個のスリップリング２ａ，２ｂにローターコイル１の導線の両端１ａ，１ｂをそれぞれ接続し、スリップリング２ａ，２ｂには，整流回路６２に接続されたブラシ３ａ，３ｂが摺接し、ローター２０の前側の主軸１０には軸受４１を配して前カバー４０が嵌装され、前カバー４０の前面には，同心にインナーリングギヤ３２が固定され、前カバー用軸受４１の前側の主軸１０には，主歯車２５が嵌合固定され、主歯車２５とインナーリングギヤ３２とは同一平面上に位置し、主歯車２５の前側の主軸１０は基台５０に立設した前基材５１に枢支され、前基材５１に枢支されたピニオン軸４２の後端には，主歯車２５とインナーリングギヤ３２の両者に噛合うピニオン歯車４２が嵌合固定され、前カバー４０の後面外周に設けられた段部４０ａに前外筒３１の前端が嵌合固定され、前外筒３１の後側には略円筒状をしたステーターコア部６１，後外筒７０，後外筒嵌合用段部付後カバー７１が順次配置され、前カバー４０の外周から挿込んだ長ボルト７３を後カバー７１に通して締付ナット７３ａを締付け、前カバー４０，前外筒３１，ステーターコア部６１、後外筒７０，後カバー７１を一体化し、後カバー７１の後側に配置した後基材５５に前方に向かう筒部５６を突設し、後カバー７１の中心に挿入された筒部５６は，後カバー７１を回動可能に支持し、ステーター６０は，ローター２０の外周に僅かな隙間６３を介して配置し、ステーター６０の後方に位置する後外筒７０の内周面に，円環状の中間壁６５を設け、中間壁６５に整流回路６２を取付け、主軸１０の後部は中間壁６５と筒部５６とに接触することなく貫通して，基台５０に立設した後基材５５にて枢支され、後カバー７１の後面には，筒部５６と同心に大小二つのスリップ環４ａ，４ｂを設け、そのスリップ環４ａ，４ｂに整流回路の出力側８ａ，８ｂを接続し、このスリップ環４ａ，４ｂに後基材５５に設けたスリップ環用ブラシ７ａ，７ｂを摺接させ、ステーターコイルで発生した電力を出力回路６ａ，６ｂ，６ｃを経て整流回路６２，整流回路の主力側８ａ，８ｂ，スリップ環４ａ，４ｂ，スリップ環用ブラシ７ａ，７ｂ，を介して出力することを特徴とするものである。

上記構成とした本発明に係る発電機は、主軸１０が外力（例えばエンジン）によって正回転すると、それと共に主歯車２５が正回転し、その正回転がピニオン歯車４３及びインナーリングギヤ３２によって逆転し、ステーター６０を逆回転させる。従って、ローター２０の回転数を上昇させることなく、ステーター６０に対するローター２０の回転数が実質的に上昇させることができる。その結果、ステーター２０からの出力が向上し、従来技術のようにステーターを固定した場合と比較して、大きな電力を効率的に得ることができる。

本発明の実施形態に係る発電機を、自動車用三相交流発電機を例にして説明する。この発電機９は、主軸１０の中間部分に、ローターコイル１を有する略厚肉円筒状のローター２０をギザギザ状凸条を配して嵌装固定している。

また、主軸１０のローター２０後側には、２個のスリップリング２ａ，２ｂを設置し、ローターコイル１の導線の両端１ａ，１ｂをそれぞれ接続するようにしている。スリップリング２ａ，２ｂには、整流回路６２に接続されたブラシ３ａ，３ｂが摺接しており、ローターコイル１に励磁電流を流して、ローターコアにＮ極とＳ極を形成する。

ローター２０の前側の主軸１０には軸受４１を配して前カバー４０が嵌装されている。前カバー４０の前面には、同心にインナーリングギヤ３２が固定されている。

前カバー用軸受４１の前側の主軸１０は、キー２５ａを配して主歯車２５が嵌合固定され、主歯車２５とインナーリングギヤ３２とは同心で同一平面上に位置している。

主歯車２５の前側の主軸１０は、軸受５２を配して前基材５１に枢支されている。

前基材５１に軸受４４を配して枢支されたピニオン軸４２の後端には、キ−４３ａを配してピニオン歯車４２が嵌合固定されている。ピニオン歯車４２は、主歯車２５とインナーリングギヤ３２の両者に噛合っている。

前カバー４０の後面外周に設けられた段部４０ａに前外筒３１の前端が嵌合固定している。前外筒３１の後側には、略円筒状をしたステーターコア部６１，後外筒７０，後外筒嵌合用段部付後カバー７１が順次配置され前カバー４０の外周から後方に向け挿込んだ長ボルト７３を後カバー７１に通し、締付ナット７３ａを締付けることによって、前カバー４０，前外筒３１，ステーターコア部６１、後外筒７０，後カバー７１を一体化するようになっている。後カバー７１の後側に配置した後基材５５には前方に向かう筒部５６が突設してあり、後カバー７１の中心に挿入された筒部５６は、軸受５７を介して後カバー７１を回動可能に支持している。

ステーター６０は、Ｙ結線のステーターコイル５ａ，５ｂ，５ｃを有し、ローター２０の外周に僅かな隙間６３を介して配置してある。このステーター６０とローター２０とで、発電機の心臓部を形成している。

ステーター６０の後方に位置する後外筒７０の内周面には、円環状の中間壁６５を設け、中間壁６５に整流回路６２を取付けている。主軸１０の後部は、中間壁６５と筒部５６とに接触することなく貫通し、後基材５５に、軸受５８を介して枢支されている。

後カバー７１の後面には、筒部５６と同心に大小二つのスリップ環４ａ，４ｂを設け、そのスリップ環４ａ，４ｂに、整流回路の出力側８ａ，８ｂを接続している。また、このスリップ環４ａ，４ｂにはスリップ環用ブラシ７ａ、７ｂを摺接させて、ステーターコイル５ａ，５ｂ，５ｃで発生した電力を出力回路６ａ，６ｂ，６ｃを経てダイオード８０を有する整流回路６２を介して出力し、バッテリー８１や電装品８２に供給している。前基材５１と後基材５５はいずれも基台上５０に立設している。

本実施形態に係る発電機においては、エンジンの外力によって、プーリー１１を介して主軸１０を回転させると、ローター２０が正転すると共に、前外筒３１、後外筒７０、前カバー４０、後カバー７１が逆方向に回転する。これにより、前外筒３１と後外筒７０に固定されているステーター６０を回転させて、ステーターコイル５ａ，５ｂ，５ｃに電流を発生させ、その電流を、スリップ環用ブラシ７ａ，７ｂから取出す。

この際、ローター２０のみでなく、ステーター６０も同時に、かつ逆方向に回転するので、ローター２０のステーター６０に対する回転数が大幅に増加する。そのため、この回転するステーター６０に、従来の固定型ステーターと比較して、大きな電力を効率的に発生させることができる。

なお、電力を効率的に発生させることができるため、従来技術より低速回転で同等の電力をえることができ、省エネルギーに貢献することもできる。例えば、従来の発電機では所定量の電力を得るためにローター２０を１２００回転させる必要があったが、上記実施形態に係る発電機では７００回転程度で足りる。

本発明に係る発電機は、各部材同士を組み立てた後、それらを組付けて構成することができる。また、上記実施形態では、三つのピニオン歯車４３を使用しているが、本発明はこれに限定されず、三つ以外のピニオン歯車４３を使用することができる。さらに、本発明の自家発電式の発電機として他の物にも適用することができる。

本発明は、自動車走行用電池専用充電発電機として利用出来る。大型風力発電から家庭用風力発電に利用出来る。家庭用風力発電は翼を円同型などでコンパクト化することが出来る。また、工業用から家庭用発電及び非常用発電として利用出来る。

本発明の実施形態に係る発電機を示す一部切欠縦断正面図、図２のＸ−Ｘ断面図である。図１の略Ｒ−Ｒ視側面図である。図１のＰ−Ｑ範囲の略Ｓ−Ｓ視図である。図１のＰ−Ｑ範囲の略Ｔ−Ｔ視図である。図１のＰ−Ｑ範囲の略Ｕ−Ｕ視図である。図１の略Ｗ−Ｗ視図である。図１に示す発電機の結線図である。

符号の説明

１ローターコイル
１ａ，１ｂローターコイルの両端
２ａ，２ｂスリップリング
３ａ，３ｂスリップリング用ブラシ
４ａ，４ｂスリップ環
５ａ，５ｂ，５ｃステーターコイル
６ａ，６ｂ，６ｃステーターコイルの出力回路
７ａ，７ｂスリップ環用ブラシ
８ａ，８ｂ整流回路の出力側
９発電機
１０主軸
１０ａギザギザ凸条
１１プーリー
１１ａプーリー用キー
２０ローター
２５主歯車
２５ａ軸受（主歯車用の）
３１前外筒
３２リングギヤ
４０前カバー
４０ａ前カバーの段部
４１軸受（前カバーの）
４２ピニオン軸
４３ピニオン歯車
４３ａキー（ピニオン歯車用の）
５０基台
５１前基材
５２軸受（前基材に対する主軸の）
５５後基材
５６筒部
５７軸受（後カバーの筒部に対する）
５８軸受（後基材と主軸との間の）
６０ステーター
６１ステーターコア部
６２整流回路
６３隙間
６５中間壁
７０後外筒
７１後カバー
７３長ボルト
７３ａ締付ナット
８０ダイオード
８１バッテリー
８２電装品

Claims

外力によって回転する主軸の中間部分にロータコイルを有する円筒状ローターを嵌装固定し、ローター後側の主軸に設置した２個のスリップリングにローターコイルの導線の両端をそれぞれ接続し、スリップリングには，整流回路に接続されたブラシが摺接し、ローターの前側の主軸には軸受（４１）を配して前カバーが嵌装され、前カバーの前面には，同心にインナーリングギヤが固定され、前カバー用軸受（４１）の前側の主軸には，主歯車が嵌合固定され、主歯車とインナーリングギヤとは同一平面上に位置し、主歯車の前側の主軸は基台に立設した前基材に枢支され、前基材に枢支されたピニオン軸の後端には、主歯車とインナーリングギヤの両者に噛合うピニオン歯車が嵌合固定され、前カバーの後面外周に設けられた段部に前外筒の前端が嵌合固定され、前外筒の後側には略円筒状をしたステーターコア部，後外筒，後外筒嵌合用段部付後カバーが順次配置され、前カバーの外周から挿込んだ長ボルトを後カバーに通して締付ナットを締付け、前カバー，前外筒，ステーターコア部，後外筒，後カバーを一体化し、後カバーの後側に配置した後基材には前方に向かう筒部を突設し、後カバーの中心に挿入された筒部は，後カバーを回動可能に支持し、ステーターは，ローターの外周に僅かな隙間を介して配置し、ステーターの後方に位置する後外筒の内周面に，円環状の中間壁を設け、中間壁に前記整流回路を取付け、主軸の後部は中間壁と筒部とに接触することなく貫通して，基台に立設した後基材にて枢支され、後カバーの後面には，筒部と同心に大小二つのスリップ環を設け、そのスリップ環に整流回路の出力側を接続し、このスリップ環に後基材に設けたスリップ環用ブラシを摺接させ、ステーターコイルで発生した電力を出力回路を経て整流回路，整流回路の出力側，スリップ環，スリップ環用ブラシを介して出力することを特徴とする発電機。