JP5642840B2

JP5642840B2 - 発電機

Info

Publication number: JP5642840B2
Application number: JP2013109950A
Authority: JP
Inventors: 皓二反田
Original assignee: 皓二反田
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014230442A

Description

本発明は、自動車や各種の機械設備などに使用される小型の発電機に関するものである。

通常、自動車にはバッテリー充電用や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。

また、この発電機は一般に、ローターに固定した磁石とステーターに設けた電磁コイルを対向して配置し、ローターを回転させてステーターの電磁コイルに電気を発生させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１９４９９２号公報

しかし、こうした構成の従来の発電機において、発電能力を向上させるためにはローターの回転数を上げる必要がある。従って、その発電能力には自ずと限界がある。

本発明はこうした点に鑑み創案されたもので、ローターの回転数を上げることなく、発電能力を高めることのできる発電機を提供することを課題とする。

図１乃至図６を参照して説明する。請求項１に記載の発電機１は、外力によって回転する主軸２と、前記主軸２に同心状に固定され、当該主軸２と共に回転する主歯車３と、前記主軸２に同心状に固定されると共に電磁コイル５を備え、前記主軸２と共に回転するステーター４と、前記主軸２に同心状かつ回転自在に設けられ、前記電磁コイル５に近接して対向する磁石７を備えると共に、前記主軸２と同心状に配置され前記主歯車３より大径の内歯車８を備えるローター６と、前記主歯車３と前記内歯車８との間に設けられると共に、当該主歯車３と内歯車８に噛み合い、前記ローター６を前記ステーター４と逆の方向に回転させる中間歯車９とを備える。そして、前記電磁コイル５を外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材１２で固定している。また、該樹脂材１２の外周面をガイドリング１３で覆っている。

請求項２に記載の発電機１は、水平方向に配置され、外力によって回転する主軸２と、前記主軸２に同心状に固定され、当該主軸２と共に回転する主歯車３と、前記主軸２に同心状に固定されると共に電磁コイル５を備え、該主軸２と共に回転するステーター４と、前記主軸２に同心状かつ回転自在に設けられ、前記電磁コイル５の前面側または後面側に近接して対向する磁石７を備えると共に、前記主軸２と同心状に配置され前記主歯車３より大径の内歯車８を備えるローター６と、前記主歯車３と前記内歯車８との間に設けられると共に、当該主歯車３と内歯車８に噛み合い、前記ローター６を前記ステーター４と逆の方向に回転させる中間歯車９と、前記主軸２に固定され、前記電磁コイル５に電気的に接続されたスリップリング１０と、前記スリップリング１０に摺接するブラシ１１とを備える。そして、前記電磁コイル５を外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材１２で固定している。また、該樹脂材１２の外周面をガイドリング１３で覆っている。

請求項３に記載の発電機１は、水平方向に配置され、外力によって回転する主軸２と、前記主軸２に同心状に固定され、当該主軸２と共に回転する主歯車３と、前記主軸２に同心状に固定されると共に電磁コイル５を備え、該主軸２と共に回転するステーター４と、前記主軸２に同心状かつ回転自在に設けられ、前記電磁コイル５の前面側に近接して対向する磁石７を備えると共に、前記主軸２と同心状に配置され前記主歯車３より大径の内歯車８を備える第一ローター６ａと、前記主軸２に同心状に配置されると共に前記第一ローター６ａに接続され、前記電磁コイル５の後面側に近接して対向する磁石７を備える第二ローター６ｂと、前記主歯車３と前記内歯車８との間に設けられると共に、当該主歯車３と内歯車８に噛み合い、前記ローター６を前記ステーター４と逆の方向に回転させる中間歯車９と、前記主軸２に固定され、前記電磁コイル５に電気的に接続されたスリップリング１０と、前記スリップリング１０に摺接するブラシ１１とを備える。そして、前記電磁コイル５を外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材１２で固定している。また、該樹脂材１２の外周面をガイドリング１３で覆っている。

請求項１に記載の発電機１は、ローター６を回転させると共に、ステーター４をローター６と逆の方向に回転させるので、ローター６の回転数を実質的に高めることができる。これにより、ステーター４に備えた電磁コイル５とローター６に備えた磁石７とによって発生する電気の量を大幅に増やし、発電能力を高めることができる。

また、この発電機１は、電磁コイル５を樹脂材１２で固定しているので、ステーター４が回転中に当該電磁コイル５が遠心力によって型崩れを起こすといった事態を未然に防止することができる。これにより、電磁コイル５の性能が恒久的に良好に維持されるので、優れた発電能力を長期にわたって発揮することができる。

請求項２に記載の発電機１は、請求項１に記載の発明と同様に、ローター６を回転させると共に、ステーター４をローター６と逆の方向に回転させるので、ローター６の回転数を実質的に増やして発電能力を高めることができる。また、電磁コイル５を樹脂材１２で固定しているので、電磁コイル５が遠心力によって型崩れを起こすことがなく、よって長期にわたって優れた発電能力を発揮することができる。

さらに、この発電機１はスリップリング１０とブラシ１１を備えるので、電磁コイル５に発生した電気を容易かつ円滑に取り出すことができる。

請求項３に記載の発電機１は、請求項１に記載の発明と同様に、ローター６を回転させると共にステーター４をローター６と逆の方向に回転させるので、ローター６の回転数を実質的に増やして発電能力を高めることができる。また、電磁コイル５を樹脂材１２で固定しているので、電磁コイル５が遠心力によって型崩れを起こすことがなく、よって長期にわたって優れた発電能力を発揮することができる。

また、この発電機１は、スリップリング１０とブラシ１１を備えるので、電磁コイル５に発生した電気を容易に取り出すことができる。さらに、当該発電機１は第一ローター６ａと第二ローター６ｂを備え、それぞれに備えた電磁コイル５に電気を発生させるので、発電能力のさらなる向上を図ることができる。

本発明に係る発電機の第一実施形態を示す一部断面側面図である。本発明に係る発電機の第二実施形態を示す一部断面側面である。本発明の第一および第二実施形態におけるステーターを示す概略正面図である。本発明の第一および第二実施形態におけるローターを示す概略正面図である。各磁石の正面図である。各磁石の平面図である。各磁石の端面図である。第一実施例の磁石の配置と電磁コイルの位置図である。第二実施例の磁石の配置と電磁コイルの位置図である。ボビン状のコイル群よりなる電磁コイルの原理的正面図である。つづら折り状のコイル群よりなる電磁コイルの原理的正面図である。図１，図２における主歯車，中間歯車，内歯車部分の垂直切断正面図である。

本発明に係る発電機１の第一実施形態を、図１、図３および図４に示す。これは、自動車に搭載してバッテリー充電用や電装用として使用する４極三相交流発電機１であり、主軸２、主歯車３、ステーター４、ローター６、中間歯車９、スリップリング１０、およびブラシ１１などを備える。

主軸２は、水平方向に配置され、外力であるエンジンによって回転する。この主軸２の一端部には、エンジンからの回転力を受けるプーリー２ａを備えている。

主歯車３は、主軸２の一端部側にキー１９によって同心状に固定され、その主軸２と共に同一方向に回転する。

ステーター４は、主軸２のほぼ中間部分に同心状にキー１９によって固定される円板体であり、その円板体に複数の電磁コイル５を放射状に備え、主軸２と共に同一方向に回転する。複数の電磁コイル５は、それぞれの間に充填されると共に、外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材１２によって移動や型崩れが起こらないように固められて覆われている。

また、このステーター４は、その外周面（樹脂材１２の外周面）の全体がガイドリング１３によって覆われている。このガイドリング１３はゴムや樹脂などの弾性材で形成することができる。

ローター６は、主軸２の主歯車３とステーター４との間に同心状かつ回転自在に設けられた円板体であり、電磁コイル５の前面側（一端部側）に近接して対向する磁石７を備える。また、このローター６は、主軸２の一端部側に同心状に配置され主歯車３より大径の内歯車８を一体的に備える。この内歯車８は、主歯車３の外周側に位置する。

中間歯車９は、主歯車３と内歯車８との間に複数設けられると共に、その主歯車３と内歯車８の双方に噛み合い、ローター６をステーター４と逆の方向に回転させる。

スリップリング１０は三つ設けられ、それぞれが主軸２の他端部側に同心状に固定された円板体であり、電磁コイル５にリード２０によって電気的に接続されている。

また、ブラシ１１も三つ設けられ、それぞれが対応するスリップリング１０の外周面に摺接する状態で固定されている。

なお、本実施形態に係る発電機１は箱体１５を備えており、主軸２の一端部側と他端部側のそれぞれが第一軸受１６を介して当該箱体１５に回転自在に取付けられている。また、ローター６は、第二軸受１７を介して主軸２に回転自在に取付けられている。さらに、中間歯車９は、箱体１５に水平方向に固定した支持軸９ａに、第三軸受１８を介して回転自在に取付けられている。

本実施形態に係る発電機１は次のように作動する。まず、エンジンからの回転力がベルトなどを介してプーリー２ａに伝達されると、それによって主軸２が回転する。この主軸２の回転に伴い、主歯車３とステーター４とスリップリング１０が同時に同一方向に回転する。

また、主歯車３が回転することによって、中間歯車９を介して、内歯車８およびそれが一体的に設けられているローター６がステーター４と逆の方向に回転する。これにより、ローター６とステーター４が相互逆方向に回転するので、ローター６の回転数が実質的に増加する。

その結果、ローター６が備える磁石７とステーター４が備える電磁コイル５とで発生する電気の量が、ローター６のみが回転する場合と比較して大きく増加する。これにより、発電能力を大幅に高めることができる。

また、本実施形態に係る発電機１は、複数の電磁コイル５を樹脂材１２で固め、かつその全体を覆っているので、ステーター４が回転している際の遠心力によって電磁コイル５が動いてその形状を崩すといったことがない。これにより、優れた発電能力を長期にわたって継続的に発揮することができる。

さらに、この発電機１は樹脂材１２の外周面をガイドリング１３で覆っている。これにより、電磁コイル５の形状をより効果的に維持することができるので、優れた発電能力をさらに長期にわたって継続的に発揮することができる。

本発明に係る発電機１の第二実施形態を、図２乃至図４に示す。これも、第一実施形態と同様に自動車に搭載される４極三相交流発電機１であり、主軸２、主歯車３、ステーター４、第一ローター６ａ、第二ローター６ｂ、中間歯車９、スリップリング１０、およびブラシ１１などを備える。

主軸２は、水平方向に配置され、外力であるエンジンによって回転するもので、その一端部にエンジンからの回転力を受けるプーリー２ａを備える。

ステーター４は円板体であり、主軸２のほぼ中間部分に同心状にキー１９によって固定され、複数の電磁コイル５を放射状に備える。このステーター４は、主軸２と共に同一方向に回転する。複数の電磁コイル５は、樹脂材１２によって型崩れしないように固められて覆われている。また、このステーター４の外周面（樹脂材１２の外周面）は、その全体が弾性材製のガイドリング１３によって覆われている。

第一ローター６ａは、主軸２の主歯車３とステーター４との間に同心状かつ回転自在に設けられた円板体であり、電磁コイル５の前面側（一端部側）に近接して対向する磁石７ａを備える。また、この第一ローター６ａは、主軸２の一端部側に同心状に配置され主歯車３より大径の内歯車８を一体的に備える。この内歯車８は、主歯車３の外周側に位置する。

第二ローター６ｂは、主軸２の他端部側に同心状に配置されると共に、第一ローター６ａに接続部材１４を介して一体的に接続された円板体であり、電磁コイル５の後面側（他端部側）に近接して対向する磁石７ｂを備える。

中間歯車９は、主歯車３と内歯車８との間に複数設けられると共に、その主歯車３と内歯車８の双方に噛み合ってローター６をステーター４と逆の方向に回転させる。

また、ブラシ１１もスリップリング１０に対応して三つ設けられており、各ブラシ１１は対応するスリップリング１０の外周面に摺接するように固定されている。

なお、第二実施形態に係る発電機１も、第一実施形態と同様に箱体１５を備えており、主軸２の一端部側と他端部側のそれぞれを第一軸受１６を介して当該箱体１５に回転自在に取付けている。また、第一ローター６ａは、第二軸受１７を介して主軸２に回転自在に取付けられている。さらに、中間歯車９は、箱体１５に水平方向に固定した第三軸受１８を介して回転自在に取付けられている。

本実施形態に係る発電機１は次のように作動する。まず、エンジンからの回転力がベルトなどを介してプーリーに伝達されると、それによって主軸２が回転する。この主軸２の回転に伴い、主歯車３とステーター４とスリップリング１０が同時に同一方向に回転する。

また、主歯車３が回転することによって、中間歯車９を介して、内歯車８およびそれが一体的に設けられている第一ローター６ａおよび第二ローター６ｂがステーター４と逆の方向に回転する。これにより、第一ローター６ａおよび第二ローター６ｂとステーター４とが相互逆方向に回転するので、実質的に第一ローター６ａおよび第二ローター６ｂの回転数が増加する。

その結果、第一ローター６ａと第二ローター６ｂが備える磁石７とステーター４が備える電磁コイル５とで発生する電気の量が大きく増加する。これにより、発電能力を大幅に高めることができる。

また、本実施形態に係る発電機１は、電磁コイル５を樹脂材１２で固めると共に覆っているので、ステーター４が回転している際の遠心力によって電磁コイル５がその形状を崩すことがない。これにより、優れた発電能力を長期にわたって継続的に発揮することができる。

さらに、この発電機１は樹脂材１２の外周面をガイドリング１３で覆っているので電磁コイル５の形状をより効果的に維持することができる。これにより、優れた発電能力をさらに長期にわたって継続的に発揮することができる。

なお、上記第一実施形態および第二実施形態において、ステーター４の樹脂材１２は電磁コイル５が遠心力で動いてその形状が崩れることがないように機能すれば良く、よってその形態は限定されない。

発電回路について説明する。
磁石７は四角柱状で、その半径方向中立面Ｍ−Ｍの一方側がＮ極で、他方側がＳ極となっている。主軸２と平行な方向から見た場合、ローター６，６ａ，６ｂの同一面側の磁石においては一つ置きにＮ極とＳ極が同一面側となるように配置されている。

第二実施例（図２）の第一及び第二ローターの各磁石７ａ，７ｂは互いに向かい合う面がＳ極とＮ極になるようにしてある。

第一実施例の磁石を半径方向から見たとき、隣り合う磁石間に、図１０に示すような磁力線Ｌを生じ、磁力線の方向は一つ置きに逆方向になっており、電磁コイル５には、隣り合う磁石７を通過するたびに逆方向の電流を生じる。

第二実施例の磁石を回転方向に沿った円筒面で切断したときには、図１１に示す如く磁力線を生じ、向かい合う磁石間を通過するたびに逆方向の電流を生じる。

また、電磁コイルには、図１３に示す如く主軸２を中心とする仮想円環状ボビンとして巻いた電磁コイルボビンの一端を結線し、二つ置きのボビンの他端を結線してスリップリング１０に連結したものがある。第一実施形態用である。Ａは三相交流のアース側、Ｂ，Ｃ，Ｄは三相交流の各コイル回路及び各出力側である。

電磁コイルには、図１０に示す如く、主軸２の方向から見て複数の電導線を束ねて紐状としたもの二組を、それぞれつづら折り状に同一角角度差をもって配置し、二組の電導線の一端を連束し、各電導線の他端を別々のスリップリング１０に連結した電導線つづら折り状電磁コイル群がある。第二実施形態用である。

本発明に係る発電機１は、自動車に搭載されエンジンの回転力によって作動するのみでなく、他の機械的動力や自然エネルギー（例えば、風力、水力、波浪等）によっても作動することができる。

１発電機
２主軸
２ａプーリー
３主歯車
４ステーター
５電磁コイル
６ローター
６ａ第一ローター
６ｂ第二ローター
７，７ａ，７ｂ磁石
８内歯車
９中間歯車
９ａ支持軸
１０スリップリング
１１ブラシ
１２樹脂材
１３ガイドリング
１４接続部材
１５箱体
１６第一軸受
１７第二軸受
１８第三軸受
１９キー
２０リード
Ａ三相交流のアース側
Ｂ，Ｃ，Ｄ三相交流の各コイル回路及び各出力側
Ｌ磁力線
Ｍ−Ｍ中立面

Claims

外力によって回転する主軸（２）と、前記主軸に同心状に固定され，該主軸と共に回転する主歯車（３）と、前記主軸に同心状に固定されると共に電磁コイル（５）を備え，前記主軸と共に回転するステーター（４）と、前記主軸に同心状かつ回転自在に設けられ，前記電磁コイルに近接して対向する磁石（７）を備えると共に，前記主軸と同心状に配置され前記主歯車より大径の内歯車（８）を備えるローター（６）と、前記主歯車と前記内歯車との間に設けられると共に，該主歯車と内歯車に噛み合い，前記ローターを前記ステーターと逆の方向に回転させる中間歯車（９）と、を備え、前記電磁コイルが外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材（１２）で固められ、該樹脂材の外周面にガイドリング（１３）が覆われていることを特徴とする発電機。
水平方向に配置され，外力によって回転する主軸（２）と、前記主軸に同心状に固定され，該主軸と共に回転する主歯車（３）と、前記主軸に同心状に固定されると共に電磁コイル（５）を備え，該主軸と共に回転するステーター（４）と、前記主軸に同心状かつ回転自在に設けられ，前記電磁コイルの前面側または後面側に近接して対向する磁石（７，７ａ，７ｂ）を備えると共に，前記主軸と同心状に配置され前記主歯車より大径の内歯車（８）を備えるローター（６）と、前記主歯車と前記内歯車との間に設けられると共に，該主歯車と内歯車に噛み合い，前記ローターを前記ステーターと逆の方向に回転させる中間歯車（９）と、前記主軸に固定され，前記電磁コイルに電気的に接続されたスリップリング（１０）と、前記スリップリングに摺接するブラシ（１１）と、を備え、前記電磁コイルが外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材（１２）で固められ、該樹脂材の外周面がガイドリング（１３）に覆われていることを特徴とする発電機。
水平方向に配置され，外力によって回転する主軸（２）と、前記主軸に同心状に固定され，該主軸と共に回転する主歯車（３）と、前記主軸に同心状に固定されると共に電磁コイル（５）を備え，該主軸と共に回転するステーター（４）と、前記主軸に同心状かつ回転自在に設けられ，前記電磁コイルの前面側に近接して対向する磁石（７，７ａ，７ｂ）を備えると共に，前記主軸と同心状に配置され前記主歯車より大径の内歯車（８）を備える第一ローター（６ａ）と、前記主軸に同心状に配置されると共に前記第一ローターに接続され，前記電磁コイルの後面側に近接して対向する磁石を備える第二ローター（６ｂ）と、前記主歯車と前記内歯車との間に設けられると共に，該主歯車と内歯車に噛み合い，前記ローターを前記ステーターと逆の方向に回転させる中間歯車（９）と、前記主軸に固定され，前記電磁コイルに電気的に接続されたスリップリング（１０）と、前記スリップリングに摺接するブラシ（１１）と、を備え、前記電磁コイルが外周面側と前面側と背面側に設けられた樹脂材（１２）で固められ、該樹脂材の外周面がガイドリング（１３）に覆われていることを特徴とする発電機。