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Description
本発明は、電磁誘導を利用した発電機に関する。 The present invention relates to a generator using electromagnetic induction.
電磁誘導を利用した発電機は、ロータ及びステータの一方に設けられた磁石と、他方に設けられたコイルとを有し、ステータに対してロータを相対回転させ、コイルに加わる磁界を変化させ、電磁誘導によってコイルに誘導電流を生じさせる。このような発電機には、磁石の一方の極と筒状のコイルの端面とがロータの回転軸に対する径方向に隙間を介して対向するように配置されたラジアルギャップ型や、磁石の一方の極と筒状のコイルの端面とが、ロータの回転軸と平行な方向に隙間を介して対向するように配置されたアキシャルギャップ型等がある。しかしながら、これらの発電機は、誘導電流によりコイルに発生する磁界によって、磁石及びコイルが互いに接近するときに反発力が生じ、磁石及びコイルが互いに離れるときに吸着力(吸引力)が生じる。これらの反発力及び吸引力は、発電機効率(ロータへの入力に対するコイルの出力の割合)を低下させる要因となる。 The generator using electromagnetic induction has a magnet provided on one of the rotor and the stator and a coil provided on the other, rotates the rotor relative to the stator, changes the magnetic field applied to the coil, An induction current is generated in the coil by electromagnetic induction. Such a generator includes a radial gap type in which one pole of the magnet and the end face of the cylindrical coil are arranged so as to face each other with a gap in the radial direction with respect to the rotation axis of the rotor, or one of the magnets There is an axial gap type in which the pole and the end face of the cylindrical coil are arranged so as to face each other with a gap in a direction parallel to the rotation axis of the rotor. However, in these generators, a repulsive force is generated when the magnet and the coil approach each other due to a magnetic field generated in the coil by an induced current, and an attractive force (attraction force) is generated when the magnet and the coil are separated from each other. These repulsive forces and attractive forces are factors that reduce the generator efficiency (the ratio of the coil output to the rotor input).
上記の形式と異なる発電機として、例えば、隙間を介して同極が互いに向き合うように一対の磁石を配置し、コイルが自身の軸線方向に沿って一対の磁石間を通過するように配置した発電機がある(例えば、特許文献1)。同極が向き合った各磁石の磁界の磁力線は、両磁石の中央において互いに反発して、両磁石の対向方向に対して放射状に延びる。そのため、コイルは、磁石間を通過するときに前半部と後半部で磁界の向きが逆転する。 As a generator different from the above-mentioned type, for example, a pair of magnets are arranged so that the same poles face each other through a gap, and the generator is arranged so that the coil passes between the pair of magnets along its own axial direction. There is a machine (for example, Patent Document 1). The magnetic field lines of the magnetic fields of the magnets with the same pole facing each other repel each other at the center of both magnets and extend radially with respect to the opposing direction of both magnets. Therefore, when the coil passes between the magnets, the direction of the magnetic field is reversed between the first half and the second half.
しかしながら、特許文献1の発電機は、コイル及び磁石が接近するときに生じる反発力及び離れるときに生じる吸着力が十分に低減されているとは言い難く、発電機効率の改善の余地がある。
However, in the generator of
本発明は、以上の背景を鑑み、電磁誘導を利用した発電機において、発電機効率を向上させることを課題とする。 In view of the above background, an object of the present invention is to improve generator efficiency in a generator using electromagnetic induction.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、発電機(1)であって、距離をおいて同極が対向するように配置された一対の磁石(15)を含む磁石対(17)と、所定の軸線(X)を有し、少なくとも一部が前記磁石対間を通過するコイル(5)とを有し、前記磁石対間を前記コイルが通過するときに、前記磁石対の対向方向(Y)と、前記コイルの軸線と、前記コイル及び前記磁石対の相対移動方向(Z)とが互いになす角度がそれぞれ90°±20°となり、前記磁石対の対向方向に沿った方向から見て、前記磁石が前記コイルの相対移動軌跡(C)と重ならない領域(15B)を有することを特徴とする。磁石は、永久磁石及び電磁石の少なくとも一方を含む。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the present invention is an electric generator (1), which includes a pair of magnets (17) including a pair of magnets (15) arranged so that the same poles face each other at a distance. ) And a coil (5) having a predetermined axis (X) and at least part of which passes between the magnet pairs, and when the coils pass between the magnet pairs, The angles formed by the facing direction (Y), the axis of the coil, and the relative movement direction (Z) of the coil and the magnet pair are 90 ° ± 20 °, respectively, and the direction along the facing direction of the magnet pair , The magnet has a region (15B) that does not overlap the relative movement locus (C) of the coil. The magnet includes at least one of a permanent magnet and an electromagnet.
この態様によれば、コイル及び磁石対が互いに接近するときには、磁石対の対向方向に沿った方向から見て、磁石のコイルの移動軌跡と重ならない領域に生じる磁界の向きと、誘導電流によってコイルに生じる磁界の向きとが一致し、コイル及び磁石対間に引力が発生する。一方、コイル及び磁石対が互いに離れるときには、磁石対の対向方向に沿った方向から見て、磁石のコイルの移動軌跡と重ならない領域に生じる磁界の向きと、誘導電流によってコイルに生じる磁界の向きとが逆になり、コイル及び磁石対間に斥力が発生する。すなわち、コイル及び磁石対の相対移動方向にアシスト力が加わるようになる。これにより、磁石対及びコイルの相対移動を妨げる抵抗力が低下し、発電機効率が向上する。 According to this aspect, when the coil and the magnet pair approach each other, the direction of the magnetic field generated in the region that does not overlap with the movement trajectory of the magnet coil as seen from the direction along the opposing direction of the magnet pair, and the induced current The direction of the magnetic field generated in the magnetic field coincides with each other, and an attractive force is generated between the coil and the magnet pair. On the other hand, when the coil and the magnet pair are separated from each other, the direction of the magnetic field generated in the region that does not overlap the movement locus of the magnet coil and the direction of the magnetic field generated in the coil by the induced current when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair. And the reciprocal force is generated between the coil and the magnet pair. That is, an assist force is applied in the relative movement direction of the coil and the magnet pair. Thereby, the resistance force which prevents the relative movement of a magnet pair and a coil falls, and generator efficiency improves.
また、上記の態様において、前記磁石対の対向方向に沿った方向から見て、前記コイルの一端は前記磁石の中心付近を通過するとよい。 In the above aspect, when viewed from a direction along the opposing direction of the magnet pair, one end of the coil may pass near the center of the magnet.
この態様によれば、発電機効率を一層向上させることができる。磁石対の対向方向に沿った方向から見て、各磁石が発生する磁界の磁力線は、磁石の中心から放射方向に延びる。そのため、磁石対の対向方向に沿った方向から見て、コイルの移動軌跡が磁石の中心と重なる場合、コイルに作用する磁界の一部は互い逆向きになるため、発生する誘導電流が減少する。また、磁石対の対向方向に沿った方向から見て、コイルの移動軌跡が磁石の中心と重ならない場合、コイルに作用する磁界が弱くなり、発生する誘導電流が減少する。そのため、磁石対の対向方向に沿った方向から見て、コイルの一端が磁石の中心付近を通過するように配置することで、コイルに生じる誘導起電力を最大化することができる。 According to this aspect, the generator efficiency can be further improved. When viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair, the magnetic field lines of the magnetic field generated by each magnet extend in the radial direction from the center of the magnet. Therefore, when the movement trajectory of the coil overlaps with the center of the magnet when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair, a part of the magnetic field acting on the coil is opposite to each other, so that the induced current generated is reduced. . Further, when the coil movement trajectory does not overlap with the center of the magnet when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair, the magnetic field acting on the coil becomes weak and the generated induced current decreases. Therefore, the induced electromotive force generated in the coil can be maximized by arranging the coil so that one end of the coil passes through the vicinity of the center of the magnet when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair.
また、上記の態様において、前記磁石は、前記磁石対の対向方向に沿った方向から見て円形であるとよい。 Moreover, said aspect WHEREIN: The said magnet is good to be circular seeing from the direction along the opposing direction of the said magnet pair.
この態様によれば、同極が対向した磁石対では、磁力線は互いに反発することによって対向方向を中心とした放射状に延びるため、各磁石が円形に形成されることによって、各磁石から生じる磁界が磁石の中心に対して対称形になる。 According to this aspect, in the magnet pair in which the same poles face each other, the magnetic lines of force extend radially by repelling each other, so that each magnet is formed in a circular shape, so that a magnetic field generated from each magnet is generated. It becomes symmetrical with respect to the center of the magnet.
また、上記の態様において、前記磁石対の対向方向に沿った方向から見て、前記コイルの軸線と前記磁石の中心とが重なるときに、前記コイルは前記磁石の中心と重なり、かつ前記コイルの一端が前記磁石の前記コイルの軸線と平行な径方向における半径の1/2の位置を通過するとよい。 Further, in the above aspect, when the axis of the coil and the center of the magnet overlap when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair, the coil overlaps the center of the magnet, and the coil One end may pass through a position of a radius in a radial direction parallel to the axis of the coil of the magnet.
この態様によれば、磁石対からコイルに作用する磁界の強さと、コイル及び磁石対の相対移動方向に作用するアシスト力の大きさとが両立し、発電機効率が最大になる。 According to this aspect, the strength of the magnetic field that acts on the coil from the magnet pair and the magnitude of the assist force that acts in the relative movement direction of the coil and the magnet pair are compatible, and the generator efficiency is maximized.
また、上記の態様において、前記磁石対は、所定の回転軸線(A)を有するロータ(3)に、前記磁石対の対向方向(Y)が前記回転軸線と略平行になるように支持され、前記コイルは、前記コイルの軸線(X)が前記回転軸線の径方向に延びるようにステータ(2)に固定されているとよい。或は、前記磁石対(211)は、所定の回転軸線(A2)を有するロータ(202)に、前記磁石対の対向方向(Y2)が前記回転軸線の径方向を向くように支持され、前記コイル(205)は、前記コイルの軸線(X2)が前記回転軸線と略平行にステータ(201)に固定されているとよい。 In the above aspect, the magnet pair is supported by the rotor (3) having a predetermined rotation axis (A) so that the facing direction (Y) of the magnet pair is substantially parallel to the rotation axis, The coil may be fixed to the stator (2) such that an axis (X) of the coil extends in a radial direction of the rotation axis. Alternatively, the magnet pair (211) is supported by a rotor (202) having a predetermined rotation axis (A2) so that the opposing direction (Y2) of the magnet pair faces the radial direction of the rotation axis, The coil (205) may be fixed to the stator (201) so that the axis (X2) of the coil is substantially parallel to the rotation axis.
これらの態様によれば、磁石対の対向方向と、コイルの軸線と、コイル及び磁石対の相対移動方向とが互いに90°±20°の角度をなす発電機を簡素な構成で形成することができる。 According to these aspects, the generator in which the facing direction of the magnet pair, the axis of the coil, and the relative movement direction of the coil and the magnet pair form an angle of 90 ° ± 20 ° with each other can be formed with a simple configuration. it can.
また、上記の態様において、前記磁石対の各対向面(15A)は、平面に形成され、前記コイルは、前記磁石対の各対向面と平行に対向する2つの外側面(5B)を有するとよい。 Further, in the above aspect, each opposing surface (15A) of the magnet pair is formed in a plane, and the coil has two outer surfaces (5B) facing the opposing surfaces of the magnet pair in parallel. Good.
この態様によれば、コイル及び磁石間のギャップを小さくして、コイルに作用する磁界を強くすることができる。 According to this aspect, the gap between the coil and the magnet can be reduced to increase the magnetic field acting on the coil.
以上の態様によれば、電磁誘導を利用した発電機において、発電機効率を向上させることができる。 According to the above aspect, generator efficiency can be improved in the generator using electromagnetic induction.
以下、図面を参照して、本発明の発電機の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a generator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2に示すように、発電機1は、ステータとしてのハウジング2と、ハウジング2に回転可能に支持されたロータ3とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ハウジング2は、軸線Aを中心とした円筒形に形成されている。ハウジング2の内周面には、少なくとも1つのコイル5が設けられている。コイル5は、エナメル等の絶縁被膜によって覆われた巻線5Aを環状に巻き回したものであり、その中央に鉄心6が設けられている。本実施形態では、鉄心6が四角柱状に形成され、鉄心6の外周に巻き回れたコイル5は四角筒形に形成されている。コイル5の軸線Xが軸線Aの径方向と一致するように、コイル5はハウジング2の内周面に配置されている。コイル5は、軸線Aを中心とした径方向における外端においてハウジング2の内周面に支持されており、径方向における内端がハウジング2の内周面から軸線A側に突出している。本実施形態では、2つのコイル5が軸線Aを中心として180°の間隔をおいて配置されている。コイル5の軸線A方向における一側及び他側における外側面5Bは、軸線Aと直交する平面と平行に配置されている。
The
ロータ3は、軸線Aを回転軸線としたロータ軸11と、ロータ軸11から径方向に突出した第1アーム12及び第2アーム13とを有する。ロータ軸11の一端は、動力源に接続される。第1アーム12は、ロータ軸11から軸線Aを中心として互いに相反する径方向に延びている。第2アーム13は、第1アーム12と軸線A方向に距離をおいて配置され、第1アーム12と同じ方向に延びている。
The
第1アーム12及び第2アーム13の各突出端には、磁石15が設けられている。磁石15は、永久磁石や電磁石であってよい。本実施形態では、磁石15に永久磁石が使用されている。磁石15は、円板状に形成され、その軸線が軸線Aと平行に配置されている。各磁石15の軸線A方向における一側及び他側における端面は、軸線Aと直交する平面に形成されている。第1アーム12及び第2アーム13の互いに対向する突出端にそれぞれ設けられた磁石15は軸線A方向において中心Bが一致するように配置され、磁石対17を形成している。磁石対17を形成する磁石15は、互いの対向面15Aが所定の距離をおき、同極となっている。磁石対17の対向方向Y(磁石対17を形成する各磁石15の中心Bを通る方向)は、軸線Aと平行となっている。
コイル5の内端部は、磁石対17の間を通過可能に配置されている。図1(B)に示すように、磁石対17の対向方向Yに沿った方向から見て、磁石15はコイル5の相対移動軌跡Cと重ならない領域を、軸線Aを中心とした径方向における内側に有する。すなわち、各磁石15の軸線Aを中心とした径方向における内側部分15Bはコイル5の相対移動軌跡Cと重ならず、各磁石15の軸線Aを中心とした径方向における外側部分15Cはコイル5の相対移動軌跡Cと重なるようになっている。本実施形態では、磁石対17の対向方向Yに沿った方向から見て、コイル5の内端縁が磁石15の中心Bを通過するように磁石15及びコイル5の位置が設定されている。本実施形態では、コイル5の外端は、磁石15よりも軸線Aを中心とした径方向外方に突出している。
The inner end portion of the
なお、コイル5の内端縁は、磁石15の中心B付近を通過するように磁石15及びコイル5の位置が設定されているとよい。他の実施形態では、例えば、磁石対17の対向方向Yに沿った方向から見て、コイル5の軸線Xと磁石15の中心Bとが重なる(一致する)ときに、コイル5は磁石15の中心Bと重なり、かつコイル5の内端縁(一端)が磁石15のコイル5の軸線Xと平行な径方向における半径の1/2の位置を通過してもよい。
The position of the
磁石対17が軸線Aを回転軸とするロータ3に支持されているため、磁石対17間をコイル5が通過するときの磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zは、軸線Aを中心とした円の接線方向になる。コイル5の軸線X、磁石対17の対向方向Y、及び磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zは、互いに90°の角度をなす。なお、他の実施形態では、コイル5の軸線X、磁石対17の対向方向Y、及び磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zが、互いになす角度はそれぞれ略90°であればよく、例えば90°±20°であってもよい。
Since the
図3(A)及び(B)に示すように、磁石対17を構成する各磁石15が発生する磁界の向きを表す磁力線MLは、各磁石15の対向面15A間の中央に位置して各対向面15Aと平行な仮想面31を境界として、互いに反発して屈曲し、磁石対17の対向方向Yを中心とした放射方向に延びる。これにより、磁力線MLは、軸線Aの径方向(コイル5の軸線X方向)において内方を向く成分と、外方を向く成分とを有する。
As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), the magnetic force lines ML representing the directions of the magnetic fields generated by the
次に図4〜図6を参照して、磁石対17及びコイル5が相対移動するときに、磁石15及びコイル5に作用する力について説明する。最初に、図5及び図6を参照して比較例として従来のラジアルギャップ型発電機100の作用について説明する。図5に示すように、ラジアルギャップ型発電機100は、軸線A1を中心とした円筒形のハウジング101の内周面にコイル102が設けられ、軸線A1を回転軸線としたロータ103の外周面に永久磁石である磁石104が設けられている。コイル102の軸線X1及び磁石104の軸線Y1は軸線A1を中心とした径方向に延在し、コイル102及び磁石104の相対移動方向Z1は、軸線A1を中心とした円の接線方向、すなわちコイル102の軸線X1及び磁石104の軸線Y1に対して直交する方向となっている。
Next, the force acting on the
図6(A)に示すように、コイル102に対して磁石104が接近するときには、コイル102に作用する磁石104の磁界が強くなるため、電磁誘導によってコイル102には誘導電流が発生し、誘導電流によって磁石104の磁界と反対向きの磁界41が発生する。これにより、コイル102と磁石104との間には斥力、すなわち相対移動方向においてコイル102に対して磁石104の接近を妨げる力42、43が発生する。
As shown in FIG. 6A, when the
図6(B)に示すように、磁石104の中心がコイル102の軸線X1上に到達した後は、図6(C)に示すように、コイル102に対して磁石104が離れ、コイル102に作用する磁石104の磁界が弱くなるため、電磁誘導によってコイル102には誘導電流が発生し、誘導電流によって磁石104の磁界と同じ向きの磁界45が発生する。これにより、コイル102と磁石104との間には引力、すなわち相対移動方向においてコイル102に対して磁石104の離脱を妨げる力46、47が発生する。
As shown in FIG. 6B, after the center of the
このように、コイル102に対する磁石104の接近時及び離脱時には、コイル102及び磁石104の相対移動を妨げる抵抗力が作用する。そのため、ロータ103に入力されるエネルギーの一部が抵抗力によって消費され、発電機効率が低下する。
Thus, when the
一方、本実施形態に係る発電機1では、動力源によってロータ3が回転すると、磁石対17は軸線Aを中心として回転し、コイル5に対して相対移動する。図4(A)に示すように、コイル5に対して磁石対17が接近し、磁石対17間にコイル5が進入するときには、磁石対17の対向方向Yから見て磁石15の外側部分15Cとコイル5の内端部が重なる。これによりコイル5の内端部には磁石対17によって径方向外向きの磁界が作用する。コイル5に対して磁石対17が接近するときには、コイル5に作用する径方向外向きの磁界が強くなるため、電磁誘導によってコイル5には誘導電流が発生し、誘導電流によって径方向内向きの磁界51が発生する。コイル5が発生する磁界51は、磁石15の外側部分15Cが発生する径方向外向きの成分と逆方向になり、コイル5及び磁石対17に斥力52、すなわち相対移動方向Zにおいてコイル5に対して磁石15の接近を妨げる力を発生させる。一方、コイル5が発生する磁界51は、磁石15の内側部分15Bが発生する径方向内向きの成分と同方向となるため、コイル5及び磁石対17に引力53、すなわち相対移動方向Zにおいてコイル5に対して磁石対17の接近を促進する力(アシスト力)を発生させる。コイル5は、磁石15の内側部分15Bよりも外側部分15Cとの距離が近いため、磁石15に生じる斥力52は引力53よりも大きくなる。コイル5には、斥力52及び引力53を合成した力に対する反力54(斥力)が発生する。磁石15に生じる引力53は、コイル5及び磁石対17間に生じる斥力を低減させるため、コイル5及び磁石対17の接近に要する力が低減される。
On the other hand, in the
図4(B)に示すように、磁石15の中心Bがコイル5の軸線X上に到達した後は、図4(C)に示すように、コイル5に対して磁石対17が離れる方向に移動する。コイル5に対して磁石対17が離れるときには、コイル5に作用する径方向外向きの磁界が弱くなるため、電磁誘導によってコイル5には誘導電流が発生し、誘導電流によって径方向外向きの磁界55が発生する。コイル5が発生する磁界55は、磁石15の外側部分15Cが発生する径方向外向きの成分と同方向となるため、コイル5及び磁石対17に引力56、すなわち相対移動方向Zにおいてコイル5に対して磁石15の離脱を妨げる力を発生させる。一方、コイル5が発生する磁界55は、磁石15の内側部分15Bが発生する径方向内向きの成分と逆方向になり、コイル5及び磁石対17に斥力57、すなわち相対移動方向Zにおいてコイル5に対して磁石15の離脱を促進する力(アシスト力)を発生させる。コイル5は、磁石15の内側部分15Bよりも外側部分15Cとの距離が近いため、磁石15に生じる引力56は斥力57よりも大きくなる。コイル5には、引力56及び斥力57を合成した力に対する反力58(引力)が発生する。磁石15に生じる斥力57は、コイル5及び磁石対17間に生じる引力を低減させるため、コイル5及び磁石対17が離れるために要する力が低減される。
As shown in FIG. 4 (B), after the center B of the
以上のように、本実施形態に係る発電機1では、コイル5に対して磁石対17が接近するときにコイル5及び磁石対17に引力53が作用し、コイル5に磁石対17が離脱するときにコイル5及び磁石対17に斥力57が作用するため、ロータ3の回転抵抗が低減され、発電機効率(=コイル5の出力/ロータ3への入力)が向上する。
As described above, in the
第1実施形態に係る発電機1は、摩擦や鉄損等の影響を除いた場合、計算上、発電機効率を99%まで向上させることができる。なお、図5及び図6に示した比較例に係る発電機100は、計算上、発電機効率は90%程度である。
The
また、コイル5は、軸線A方向における両側に、各磁石15の対向面15Aと平行な平面状の外側面5Bを有するため、コイル5及び各磁石15のギャップを小さくして、磁石15からコイル5に作用する磁界を強くすることができる。
In addition, since the
以上のように構成した第1実施形態に係る発電機1は、コイル5及び磁石対17の数を任意に変更することができる。例えば、図7に示すように、コイル5の数を3、磁石対17の数を6としてもよい。6つの磁石対17を支持するために、第1アーム12及び第2アーム13は平板状に形成され、その外周部に磁石15が軸線Aを中心として等間隔に配置されるとよい。
The
また、図7に記載の実施形態では、磁石対17の対向方向Yに沿った方向から見て、コイル5の軸線Xと磁石15の中心Bとが重なる(一致する)ときに、コイル5は磁石15の中心Bと重なり、かつコイル5の内端縁(一端)が磁石15のコイル5の軸線Xと平行な径方向における半径の1/2の位置を通過している。このようにコイル5及び磁石対17を配置すると、磁石対17からコイル5に作用する磁界の強さと、コイル5及び磁石対17の相対移動方向に作用するアシスト力の大きさとが両立し、発電機効率が最大になる。
In the embodiment shown in FIG. 7, when the axis X of the
コイル5の軸線X、磁石対17の対向方向Y、及び磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zが、互いになす角度はそれぞれ90°±20°の角度であればよく、コイル5の軸線Xと磁石対17の対向方向Yとがなす角度と、磁石対17の対向方向Yと磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとがなす角度と、磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとコイル5の軸線Xとなす角度とは、互いに同一であってよく、互いに相違していてもよい。例えば、図8に示すように、コイル5の軸線Xと磁石対17の対向方向Yとがなす角度を90°、磁石対17の対向方向Yと磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとがなす角度を90°、磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとコイル5の軸線Xとなす角度が75°のように設定してもよい。この場合、ロータ3の軸線Aの径方向Rに対してコイル5の軸線Xが傾斜する。
The axis X of the
他の実施形態では、コイル5の軸線Xと磁石対17の対向方向Yとがなす角度、及び磁石対17の対向方向Yと磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとがなす角度もそれぞれ独立して任意に90°から変化させてもよい。この場合、対向方向Yが軸線Aに対して傾斜するように磁石対17をロータ3に配置してもよい。なお、コイル5の軸線Xと磁石対17の対向方向Yとがなす角度と、磁石対17の対向方向Yと磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとがなす角度と、磁石対17及びコイル5の相対移動方向Zとコイル5の軸線Xとなす角度とは、それぞれが90°に近づくほど、発電機効率が向上することが計算上確認されている。
In another embodiment, the angle formed by the axis X of the
図9は、第2実施形態に係る発電機200を示す。ステータ201は、平板状に形成され、軸線A2を回転中心としてロータ202のロータ軸203を回転可能に支持している。ステータには、2つのコイル205が支持されている。2つのコイル205は、円筒形に形成され、コイル205の軸線X2が軸線Aと平行になり、軸線A2を中心とした仮想円上に配置されている。コイル5の内側には鉄心207が配置されている。
FIG. 9 shows a
ロータ軸203には、軸線A2を中心として径方向に互いに相反する方向に延びるアーム208が設けられている。アーム208の両端部には、それぞれ2つの磁石210からなる磁石対211が設けられている。磁石対211を構成する各磁石210は、面が軸線A2を中心とした径方向を向き、径方向に互いに距離を置いて配置されている。磁石対211を構成する各磁石210の距離は、コイル205の外径よりも大きく形成され、両磁石210間をコイル205が通過可能になっている。磁石対211を構成する各磁石210の互いに対向する面には、同極が配置されている。磁石対211を構成する各磁石210が発生する磁界の向きを表す磁力線は、互いに反発して屈曲し、磁石対211の対向方向Y2(軸線Aの径方向)を中心とした放射方向に延びる。
The
ロータ202がステータ201に対して回転すると、磁石対211は軸線A2を中心とした周方向に移動し、コイル205に対して相対回転する。磁石対211間をコイル205が通過するときに、コイル205に対する磁石対211の相対移動方向Z2は、軸線Aを中心とした円の接線方向になる。コイル205の軸線X2、磁石対211の対向方向Y2、及び磁石対211及びコイル205の相対移動方向Z2は、互いに90°の角度をなす。
When the
第2実施形態に係る発電機200は、磁石対211及びコイル205が相対移動するときに、図4に示す第1実施形態に係る発電機1と同様に、磁石対211及びコイル205にアシスト力が作用し、ロータ3の回転抵抗が低減され、発電機効率が向上する。
In the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態では、コイル5の中央に鉄心6を配置した例を示したが、鉄心6は省略してもよい。また、コイル5の内端及び磁石15の中心Bの位置関係は、任意に変更することができる。コイル5の内端及び磁石15の中心Bの位置関係は、磁石対17の対向方向Yに沿った方向から見て、磁石15がコイル5の相対移動軌跡Cと重ならない領域を有していればよく、コイル5の内端は、磁石15の中心Bよりも軸線Aを中心とした径方向内方又は径方向外方を通過してもよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. In the above embodiment, an example in which the
1 :発電機
2 :ハウジング(ステータ)
3 :ロータ
5 :コイル
5B :外側面
15 :磁石
15A :対向面
15B :内側部分
15C :外側部分
17 :磁石対
200 :発電機
201 :ステータ
202 :ロータ
205 :コイル
210 :磁石
211 :磁石対
A、A1、A2:軸線(回転軸線)
B :磁石の中心
C :相対移動軌跡
ML :磁力線
X、X1、X2:コイルの軸線
Y、Y1、Y2:磁石対の対向方向
Z、Z1、Z2:コイル及び磁石対の相対移動方向1: Generator 2: Housing (stator)
3: Rotor 5:
B: Magnet center C: Relative movement trajectory ML: Magnetic field lines X, X1, X2: Coaxial axes Y, Y1, Y2: Opposing directions of magnet pairs Z, Z1, Z2: Relative moving directions of coils and magnet pairs
Claims (7)
所定の軸線を有し、少なくとも一部が前記磁石対間を通過するコイルとを有し、
前記磁石対間を前記コイルが通過するときに、前記磁石対の対向方向と、前記コイルの軸線と、前記コイル及び前記磁石対の相対移動方向とが互いになす角度がそれぞれ90°±20°となり、前記磁石対の対向方向に沿った方向から見て、前記磁石が前記コイルの相対移動軌跡と重ならない領域を有することを特徴とする発電機。A magnet pair including a pair of magnets arranged so that the same poles face each other at a distance;
A coil having a predetermined axis and at least a portion passing between the magnet pair,
When the coil passes between the magnet pairs, the angle between the facing direction of the magnet pair, the axis of the coil, and the relative movement direction of the coil and the magnet pair is 90 ° ± 20 °, respectively. The generator has a region where the magnet does not overlap with the relative movement locus of the coil when viewed from the direction along the opposing direction of the magnet pair.
前記コイルは、前記コイルの軸線が前記回転軸線の径方向に延びるようにステータに固定されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つの項に記載の発電機。The magnet pair is supported by a rotor having a predetermined rotation axis so that the facing direction of the magnet pair is substantially parallel to the rotation axis,
The generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the coil is fixed to a stator such that an axis of the coil extends in a radial direction of the rotation axis.
前記コイルは、前記コイルの軸線が前記回転軸線と略平行にステータに固定されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つの項に記載の発電機。The magnet pair is supported by a rotor having a predetermined rotation axis so that the opposing direction of the magnet pair faces the radial direction of the rotation axis,
The generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the coil has an axis of the coil fixed to the stator substantially parallel to the rotation axis.
前記コイルは、前記磁石対の各対向面と平行に対向する2つの外側面を有することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つの項に記載の発電機。Each facing surface of the magnet pair is formed in a plane,
The generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the coil has two outer surfaces facing in parallel with each facing surface of the magnet pair.
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