JP5172090B2 - 多頭発電機 - Google Patents

Description

本発明は、多頭発電機に係り、特に、回転軸周りに複数の発電子が配設され、小さな外力で、回転子が容易に回転しうる多頭発電機に関する。

例えば発電機における出力電圧は、磁束の変化量×コイル巻数によるため、強い磁石が使用されている。
また、コイル支持板を複数使用する提案が、特許文献１に記載されている。

特開２００４−３１２９１１号公報

発電機において、強い磁石を使用すると、コギングトルクが大であるため、電機子を回転させるために大きな外力が必要となる。そのため、例えば風力発電機においては、高速風では電機子が回転するが、弱風では電機子が回転し難いという問題がある。
また、特許文献１に記載のものは、コイルと磁石の数が同数で重なり合い、コギングトルクが大のものである。
本発明は、総磁力が同じであっても、コギングトルクが小であり、従って小さな外力で、回転子を容易に回転させることの出来る発電機を提供することを目的としている。

本発明の発電機は、回転軸周りに、複数の発電子と、発電子よりも多数の磁石とが配設されている。本発明の具体的な内容は次の通りである。

(1) 相対する磁石の間に発電子を介在させ、回転軸の回転に伴い磁束により間欠的に発電子に励磁されて発電される構成において、複数の発電基台と複数の磁極板とを回転軸方向に交互に層成し、磁極板には複数の永久磁石がＮＳ交互に軸方向に向けて軸心から等間隔に配設し、発電基台には、永久磁石の数より少数の複数の発電子を永久磁石と同じ軸心から等間隔に配設し、発電基台の周縁部に環状に配設した多数の位置決孔の位置を、支持体に嵌合して固定するようにし、かつ軸方向において、各発電基台の位置決孔の位置を定間隔で順次ずらして固定し、さらに前記磁極板を、発電基台の中心を貫通する回転軸に固定し、回転に伴い、磁極板の永久磁石から、対面方向の各発電子にそれぞれ間欠的に励磁するようにした多頭発電機。

（2） 前記各発電基台における発電子の数は同じとし、発電基台の周縁部における位置決孔は、３６０度を発電子の数で除した角度を、更に発電基台の枚数で除した角度毎に配設してなる前記（1）に記載の多頭発電機。

本発明によると、次のような効果がある。

前記（1）に記載の多頭発電機は、複数の発電基台を備え、それぞれに複数の発電子を配設して、発電子の数と、これに対面する磁極板の磁石の数とを異ならせてあるので、双方が全面で対向する確率が低く、かつ磁力線が間欠的に発電子に作用するので、総磁力線の量は同じであっても、１個の発電子に対する回転時におけるコギングトルクが極めて小であり、回転に要する外力が小の場合でも、高速回転をさせることができる。
従って、微風による風力発電、少流量の小落差による水力発電などに使用しても、効率のよい発電をさせることができる。また、発電基台の周縁部に、位置決孔が定ピッチで設けられているので、複数の発電基台を、上から順次、容易に位相をずらして支持体に装着することができる。

前記(2)に記載の多頭発電機は、各発電基台における発電子の数は同じとし、発電基台の周縁部における位置決孔は、３６０度を発電子の数で除した角度を、更に発電基台の枚数で除した角度毎に形成してあるので、上下の発電基台を、位置決孔の位置を１個ずつ移動させて支持体に固定することにより、上下の発電基台における発電子の位置が、上下で重ならないようにすることができる。

回転軸の長手方へ複数の発電基台を配設し、各発電基台に、複数の発電子を軸周りに配設する。

本願発明の実施例を、図面を参照して説明する。図１において、発電機(1)のケーシング(2)に内装されている発電装置(3)は、多数の回転子（4）と、複数の発電基台(10)とから構成されている。

回転子(4)は、回転軸(5)に複数の磁極板(6)を、一定間隔を開けて重層してなり、回転軸(5)は、複数の支持体(8)に支持された、上下の支持基盤(9)、（9）の軸受(9a)、(9a)によって、回転自在に支持されている。

磁極板(6)は、図２に示すように円盤状で、中央に軸孔(6a)が貫通形成され、軸孔(6a)を中心として、複数(図では８個)の嵌装孔(6b)が、定間隔で環状に形成されている。磁極板(6)の素材は、基本的にはどのようなものでもよいが、磁力の影響を受けないようにされている。

前記嵌装孔(6b)には、複数の永久磁石(7)、（7）が、Ｎ、Ｓ磁極を交互として軸方向に向けて嵌装されている。磁極板(6)または永久磁石(7)の厚さは、永久磁石(7)の磁力の強弱によって、適宜選択される。

前記発電基台(10)は、図４に示すように、中央部に、前記回転軸(5)の直径より大とした貫通孔(10a)を備えその周囲に、磁極板(6)の中心から、嵌装孔(6a)の中心までの距離と等しい半径上に、上下方向の３個の嵌装孔(10b)を、定間隔で環状に配設して形成されている。

各嵌装孔(10b)には、それぞれ発電子(11)が嵌合されている。発電子(11)は図３に示すように、鉄芯(11a)の周囲に、ソレノイド(11b)を卷着し、ソレノイド(11b)の外周は、絶縁体(11c)を装着したものである。図３における符号(11d)はコードである。

図４に示すように、発電基台(10)の周端部には、上下方向の多数の位置決孔(10c)が形成されている。この位置決孔(10c)は、３６０度を発電子(11)の数(3個)で除した角度（１２０度）を、更に発電基台(10)の枚数(図で８枚)で除した角度(１５度)ずつ位置をずらして設けられている。
すなわち、発電子(11)を３個配した発電基台(10)を、１０枚使用するときは１２度、２０枚使用するときは６度毎に形成される。

例えば８枚の発電基台(10)を重ね、上から順次、支持体（8）が嵌合される位置決孔(10c)の位相を１っずっずらして、支持体(8)を貫通させると、位置決孔(10c)に嵌装された支持体（8）により支持される発電基台(10)の発電子(11)は、上方から順次、位相が１５度づつ変位された位置に設定される。
従って、この発電基台(10)を８枚重ねした場合、上下の発電子(11)は、図１に示すように、位相が変位して、上下の発電子(11)が重なり合うことがない。

また、図２に示すように、磁極板(6)には、永久磁石(7)が偶数である２の乗数個(図では８個)配設され、図４に示す発電基台(10)の発電子(11)は、奇数の３個であるので、永久磁石(7)と発電子(11)のそれぞれの中心は、上下で位相が異なっており、永久磁石(7)の中心と、発電子(11)の鉄芯(11a)の中心とが、同時に重なるのは常に１個だけである。

多頭発電機（1）の組立てに際しては、図１において、下方の支持盤(9)に支持体(8)と回転軸(5)を立設する。回転軸(5)に磁極板(6)を嵌合して固定する。
次に支持体(8)にスペーサ(8a)を嵌着して、その上に発電基台(10)の位置決孔(10ｃ)を、支持体(8)に外嵌させて配設する。回転軸(5)にスペーサ(5a)を嵌着して、上から磁極板(6)を嵌着する。

これを繰返して、上方の支持盤(9)を支持体（8）に装着して固定する。これによって、回転軸(5)と複数の磁極板(6)からなる回転子(4)は、回転軸(5)と共回転する。また、各発電基台(10)の周縁部は、支持体(8)に固定されている。

上記の構成において、回転軸(5)を回転させると、磁極板(6)も共回転して、上下に作用する磁力が、発電基台(10)の発電子(11)に作用し、かつ上下に作用する磁力が、磁極板(6)の回転に伴って、間欠的に遮断されるため、各発電子(11)に電流が生じて、コード(11ｄ)から電流を得ることができる。

この場合、発電子(11)の鉄芯(11a)は、上下の磁極板(6)の永久磁石(7)に、強い磁力で吸引されるが、上下の永久磁石(7) と 鉄芯(11a)の、それぞれの中心部が同時に重なることはない。すなわち、例えば図５に示すように、１個の発電子(11)が１個の永久磁石(7)と中心部が重なっても、他の２個の発電子(11)は、永久磁石(7)と半分しか重ならず、合計で２個分の磁力を受けることとなる。

また磁極板(6)が２０度回転すると、２個の発電子(11)が２個の永久磁石(7)と中心部が重なる。そのため、１っの発電基台(10)で、永久磁石(7)の２個が正しく同時に重なって受ける磁力は、８個の磁石のうち、常に２個分ということになる。これはコギングトルクが４分の１になることを意味している。

磁極板(6)が１回転すると、1個の発電子(11)に対して、永久磁石(7)が間欠的に８回励磁する。これによって、発電子(11)は、小さいコギングトルクで、大きな発電量の発電をすることができる。

従って、例えばこの発電機を風力発電機に使用するときは、コギングトルクの影響が小で、微風でも容易に軽く高速回転をすることができ、効率のよい発電をすることができる。

図６は、積層された磁極板（6）の変位状態を示す、回転子(4)の平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。回転子(4)は、１本の回転軸(5)に９枚の磁極板(6)が、所定の間隔を開けて層成され、固定されている。

図１においては、上下で永久磁石（7）の位置は同じく設定されているが、図６に示すように、上方から下方へかけて各磁極板（6）は、永久磁石（7）の位置が５度ずつ変位されている。すなわち、図１において、発電基台（10）を上下で挟む磁極板（6）は、発電基台（10）よりも１個多い９個使用されている。

３６０度を８で除すると４５度になり。４５度を９個の磁極板(6)で除すと５度になる。従って図６において、上の磁極板(6)に対して、下の磁極板(6)は、順次、永久磁石(7)の位相を５度ほどずらして固定する。

すなわち、図６に点線で示す永久磁石(7)は、最初のＮ極が、下方にさがるに従って、５度ずつ左廻りに位相が変位した状態が示されている。これによって、磁極の位置が少しずつ変化してくる。

図７は、最上と２番目の磁極板(6)の、永久磁石(7)の位置関係を示す平面図である。２番目の磁極板(6)を５度右周りにすると、Ｓ極の永久磁石(7)の下方に、少し位相がずれてＮ極の永久磁石(7)が位置する。

２番目の磁極板(6)に対して、３番目の磁極板(6)の永久磁石(7)の位置関係もこれに準じている。これによると、上下の各磁極板(6)における永久磁石(7)同士は、交互にＳＮ極の対面配置となる同極同士の、反発関係となっている。

このように、上下の各磁極板(6)における、永久磁石(7)を少し変位させて対向させることによって、回転時におけるコギングトルクを、小とすることができる。また、上下の各永久磁石(7)間の同極反発を利用することによって、逃げによる回転効果を得ることができる。

図８は、発電基台(10)の一例を示す平面図、図９は磁極板(6)の平面図、図１０は発電基台(10)と磁極板(6)を組合わせた要部正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。磁極板(6)を固定し、発電基台(10)を回転軸(5)と同期して回転させるものである。

図９において、磁極板(6)には、２の乗数(図では８個)の永久磁石(7)が配設されている。また磁極板(6)の周縁部には、位置決孔(6c)が、定間隔で形成されている。これは使用される磁極板(6)が９個の時は、３６０度を８で除して４５度になるので、これを更に磁極板(6)の枚数９で除すと５度となるため、上方から下方へかけて磁極板(6)を、５度ずつ変位させるための位置決孔(6c)である。

９層の磁極板(6)のそれぞれの間に、発電基台(10)が図１０に示すように配設される。発電基台(10)が回転軸(5)と共に回転すると、１個の発電子(11)に対して、８個の永久磁石(7)の励磁を受けるが、発電基台（10）の上下に位置する磁極板(6)の永久磁石(7)の位相が変化しているので、１６回の励磁を受けることになる。

このように、コギンクトルクは小であるが、発電量は大となる。従って、例えば風力発電機では、弱風でも回転速度があがり、発電効率を高めることができる。

なおこの発明は、実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。

コギングトルクを小とすることができるので、微風での風力発電、少水流、小落差での水力発電などに適している。

本発明に係る多頭発電機の縦断正面図である。 図１における磁極板の平面図である。 図１における発電子の縦断正面図である。 図１における発電基台の平面図である。 図１における発電基台と磁極板の位置関係を示す平面図である。 積層する磁極板の変位状態を示す平面図である。 上下の磁極板の変位状態を示す平面図である。 発電基台の一例の平面図である。 磁極板の一例の平面図である。 磁極板と発電基台の組合わせの一例を示す縦断正面図である。

(1) 多頭発電機
(2) ケーシング
(3) 発電装置
(4) 回転子
(5) 回転軸
(5a)スペーサ
(6) 磁極板
(6a)軸孔
(6b)嵌装孔
(6c)位置決孔
(7) 永久磁石
(8) 支持体
(8a)スペーサ
(9) 支持盤
(9a)軸受
(10)発電基台
(10a)貫通孔
(10b)嵌装孔
(10c)位置決孔
(11) 発電子
(11a)鉄芯
(11b)ソレノイド
(11c)絶縁体
(11d)コード

Claims (2)

1. 相対する磁石の間に発電子を介在させ、回転軸の回転に伴い磁束により間欠的に発電子に励磁されて発電される構成において、複数の発電基台と複数の磁極板とを回転軸方向に交互に層成し、磁極板には複数の永久磁石をＮＳ交互に軸方向に向けて軸心から等間隔に配設し、発電基台には、永久磁石の数より少数の複数の発電子を永久磁石と同じ軸心から等間隔に配設し、発電基台の周縁部に環状に配設した多数の位置決孔の位置を、支持体に嵌合して固定するようにし、かつ軸方向において、各発電基台の位置決孔の位置を定間隔で順次ずらして固定し、さらに前記磁極板を、発電基台の中心を貫通する回転軸に固定し、回転に伴い、磁極板の永久磁石から、対面方向の各発電子にそれぞれ間欠的に励磁するようにしたことを特徴とする多頭発電機。
2. 前記各発電基台における発電子の数は同じとし、発電基台の周縁部における位置決孔は、３６０度を発電子の数で除した角度を、更に発電基台の枚数で除した角度毎に配設してなることを特徴とする請求項１に記載の多頭発電機。

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