JP6718969B2 - 回転抵抗緩和機能を有する発電機 - Google Patents

Description

本発明は発電機に関する。

発電機の従来の構造は、一般に２つの主要部分、「固定子」（固定部品）と「回転子」（回転部品）とからなり、これらは、磁石部と導体コイル部との間で交換可能である（片方の部分が回転する一方で、他方の部分が固定される）。これらの２つの部品は、機械的なエネルギーを回転子に入力し、導体コイルを貫く磁束の変化の結果として導体コイル中に起電力を生成することによって、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するように機能する。導体コイル中に誘導される起電力の電流が負荷に印加されると、電流は、そのような電流を誘導する元の磁気極性と同様の磁気極性を導体コイル中に生成するために、導体コイル自体を誘導することになる。同様の磁気極性が互いに向かって回転すると、押す力または抵抗力が生じることになる。逆に、反対の磁気極性が互いから離れて回転すると、引く力または引力が生じることになる。これらの力は、新しく誘導される磁気極性によって引き起こされるが、回転子に入力される機械力の回転の反対方向に作用することになる。これが、回転抵抗ならびに負担を引き起こし、負荷に供給される電力に応じたそのような回転抵抗に打ち勝つための機械力入力を増加させる。

別のタイプの発電機として、２つの回転部品を含むように設計されたものがある。両方の回転部品は、ともに機械的なエネルギー入力を受けるが、反対方向である。このタイプの発電機は、負荷に供給される電力に応じて、回転抵抗に打ち勝つためにさらなる機械力入力が必要な点においては、上述する発電機と同様である。
上述の問題に関連して、本発明は、そのような問題を緩和するための、回転抵抗緩和機能を有する発電機を提供することを意図する。

本発明における回転抵抗緩和機能を有する発電機は、機械力入力によって駆動され、水平または垂直の様態のいずれかで搭載され得る、同じシャフトに取り付けられる複数の磁石部品（以降は、「回転する磁石のセット」と呼ばれる）と、機械力入力の駆動なしに自由に回転可能であって、磁石部品が取り付けられたシャフトに平行な別のシャフトに取り付けられた導体コイルを含む、磁石部品と同じ量の複数の導体コイル部品（以降は、「回転する導体コイルのセット」と呼ばれる）と、を備える。回転する導体コイルのセットのシャフト上に、少なくとも１つのスリップリングが導体用に設けられる。誘導される磁気極性と負荷に供給される電力との反力は、機械力入力によって駆動される前記回転する磁石部品のセットの回転方向と反対の回転方向であり、これは、反時計回りまたは時計回りのいずれかでありうる。本発明は、互いに反対側に配置される、少なくとも２つの同様な回転する導体コイル部品のセットの間に位置する少なくとも１つの回転する磁石部品のセットを備える。

回転する磁石部品のセットは、ブラケットに取り付けられた複数の永久磁石を備える。磁気極性は、シャフト軸に沿ってシャフト軸上に固定されるように配置される。反対の磁気極性は、常に互いに隣接して位置決めされる。たとえば、１つの磁石の磁北極（Ｎ）は、次の磁石の磁南極（Ｓ）に隣接して位置決めされる。この配置構成によって、磁北極（Ｎ）から磁南極（Ｓ）に向かう磁束が可能になり、シャフトの軸の周りに磁束ループを完成させ、このことによって、導体コイル中に起電力を誘導することができる。

回転する磁石部品のセットは、水平または垂直の様態のいずれかで搭載され得る、同じシャフト上に固定される複数の磁石部品を備える。磁石間の好適な間隔は、正確に適切に設定される。同じ磁気極性が、シャフト軸に沿って位置決めされる。機械力入力が印加されて、回転シャフトを駆動し、磁束を変化させて、両側の回転する導体コイルのセットの導体コイルを誘導する。導体ワイヤが巻かれて複数の導体コイルを形成し、それらの長さは、シャフト軸に沿って延びている。シャフト軸に沿った導体コイル部品の数は、シャフト軸に沿った磁石部品の数に対応する。各導体コイルの長さは、各関係する磁石の長さ以上であるように構成される。導体コイルの断面積は、磁石の断面積以上であるように構成される。これは、シャフト軸に沿った導体コイルで生成される磁気極性のサイズが、各磁石の磁気極性のサイズ以上となることを可能にするためである。

回転する導体コイル部品のセットは、シャフト軸に沿って延びる導体コイルを備える。シャフト軸に沿った導体コイル部品の数は、シャフト軸に沿った磁石部品の数に対応する。導体コイルは、シャフトの周りに固定される歯付き円筒形回転子（cog cylindrical rotor）の溝（slot）の中に固定される。負荷に供給されるべき回路に接続されている回転する導体コイルから生成された電力が伝達可能なように、スリップリングがシャフト上に設けられる。回転する導体コイル部品のセットの歯付き円筒形回転子の直径は、磁石部品の直径より大きくなければならない。導体コイルの歯付き円筒形回転子の溝は、シャフト軸に沿って、円筒形回転子の外周に沿って設けられる。シャフト軸に沿った導体コイル部品の数は、シャフト軸に沿った磁石部品の数に対応する。好ましくは、本発明に係る発電機の導体コイルの導体ワイヤは、金属または任意の他のタイプの導体材料により形成される。好ましくは、本発明に係る発電機の導体コイルにおいて使用される導体ワイヤは、銅、アルミニウム、銀、または任意の他の導体金属材料から作ることができる。

本発明の目的は、従来の発電機において発生する、回転抵抗の影響を緩和することである。回転抵抗の影響を克服するための機械力入力は、負荷に供給される電力に応じて必然的に増加してしまう。一方、本発明の発電機は、電力が負荷に供給されるとき誘導される磁気極性によって生成されるそのような回転抵抗を、中間に位置する機械力入力で駆動される回転する磁石のセットとは反対方向に自由回転するように、両側に位置する回転する導体コイル部品のセットを押す機械力へと変換する。この配置構成によって、電力が負荷に供給される際に磁気エネルギー（potential magnetic energy）から電力が生成される期間の前記導体コイル５に誘導された磁気極性にもとづく前記回転する磁石部品のセット１０の回転抵抗成分を緩和することが可能になる。したがって、前記回転抵抗成分による損失を補うための関連負荷に応じたさらなる機械力入力は必要ではなく（むしろ、機械的摩擦にもとづくエネルギー損失を補うための機械力入力の増加だけが必要であり）、本発明の発電機により生成される出力電気エネルギーを負荷に供給することができる。

本発明の回転抵抗緩和機能を有する発電機のプロトタイプの斜視図。 図１の回転抵抗緩和機能を有する発電機の正面図。 回転する磁石部品のセットの回転シャフトの周りの磁束の方向を図示する、拡大正面図。 より大きい発電のための水平方向での、図２のジェネレータの容量拡大例の正面図。 発電所での実際の応用のための、垂直および水平両方の方向での、図２のジェネレータの容量拡大例の正面図。

図１は、本発明の回転抵抗緩和機能を有する発電機のプロトタイプの斜視図である。本発明の発電機は、回転する磁石部品のセット１０と、回転する磁石部品のセット１０の反対側にそれぞれ設置された少なくとも２つの回転する導体コイル部品のセット１１、１２と、を備える。回転する磁石部品のセット１０は、シャフト軸に取り付けられる。回転する磁石部品のセット１０は、たとえば水平の様態で、少なくとも２つの回転する導体コイル部品のセット１１、１２間に設けられる。回転する導体コイル部品のセット１１、１２の円筒形回転子の直径は、回転する磁石部品のセット１０の円筒形回転子の直径より大きく構成される。したがって、導体コイル部品と磁石部品の回転速度は異なり、このことにより、磁場の変化によって導体コイル内に起電力の誘導が引き起こされる。機械力入力６は、回転する磁石部品のセット１０のシャフト１上にのみ印加される。

各磁石部品９の構造は、回転する磁石部品のセット１０のシャフト１上に固定されるブラケット７に取り付けられた複数の永久磁石２を備える。磁気極性は、シャフト軸に沿って配置され、このことによって、図３に図示されるように、磁北極（Ｎ）から磁南極（Ｓ）に磁束が向かい、シャフト１の軸の周りに磁束ループを完成させ、導体コイル５中に起電力を誘導する。

回転する磁石部品のセット１０は、同じシャフト１上に固定される複数の磁石部品９を備える。磁石部品９間の好適な間隔は、正確に適切に設定される。複数の同じ磁気極性が、シャフト軸１に沿って位置決めされる。機械力入力６が提供されて、回転シャフト１が駆動され、磁束が変化して、両側の回転する導体コイル部品のセット１１、１２の導体コイル５を誘導する。導体コイル５は、導体ワイヤが巻かれて形成され、その長さ方向は、シャフト軸に沿って延びている。導体コイル部品５の数は、磁石部品９の数に対応する。導体コイル５の各々の長さは、対応する磁石部品９の各々の長さ以上であるように構成される。導体コイル５の断面積は、磁石部品９の断面積以上であるように構成される。これは、シャフト軸３に沿った導体コイル５で生成される磁気極性のサイズが、各磁石部品９の磁気極性のサイズ以上となることを可能にするためである。

回転する導体コイル部品のセット１１、１２は、シャフト軸に沿って延びる導体コイル５を備える。導体コイル５の数は、磁石部品９の数に対応する。導体コイル５は、シャフト３の周りに固定される歯付き円筒形回転子４の溝（slot）の中に固定される。負荷に供給されるべき回路に接続されている回転する導体コイル５から生成された電力の伝達を可能にするため、スリップリング８がシャフト３上に設けられる。回転する導体コイルのセット５の歯付き円筒形回転子４の直径は、磁石部品９の直径より大きくなければならない。導体コイルの歯付き円筒形回転子４の溝は、シャフト軸に沿って、円筒形回転子の周囲の円周の周りに設けられる。導体コイル部品５の数は、磁石部品９の数に対応する。好ましくは、本発明に係る発電機の導体コイル５において使用される導体ワイヤは、金属または任意の他のタイプの導体材料から作ることができる。好ましくは、本発明に係る発電機の導体コイルにおいて使用される導体ワイヤは、銅、アルミニウム、銀、または任意の他の導体金属材料から作ることができる。

本発明の回転抵抗緩和機能を有する発電機は、機械力入力６がシャフト１を反時計回りに回転させるように印加されたときに機能し、シャフト１の周りの各極のすべての４つの側の、磁北極（Ｎ）から磁南極（Ｓ）に向かう磁束が、回路に接続されている導体コイル５に対して変化することになる。この結果、起電力が誘導され、電流がスリップリング８を通して送られることになる。起電力が負荷に印加されると、電流は、永久磁石２の元の磁気極性と同様の磁気極性自体を生成するように、導体コイル５を誘導することになる。押す力（pushing force）が導体コイルのセット１１、１２を押して、時計回りの方向に連続的に回転することになる。中間の回転する磁石のセットは、機械力入力６によってやはり連続的に回転される。回転する磁石のセット１０と回転する導体コイルのセット１１、１２との間の反応によって、電力が生成され負荷に供給されるとき、前記導体コイル５に誘導された磁気極性にもとづく前記回転する磁石部品のセット１０の回転抵抗成分が緩和される結果となる。したがって、前記回転抵抗成分による損失を補うための関係する負荷に応じたさらなる機械力入力６は必要ではなく（むしろ、単に機械的摩擦にもとづくエネルギー損失を補うための機械力入力の増加のみ要求され）、永久磁石に貯蔵されたエネルギーを変換することによって、負荷に供給されるべき電力を生成することができる。

図２は、図４および図５における容量拡張例のさらなる説明のため、図１の機械力入力の回転方向を図示する、図１の回転抵抗緩和機能を有する発電機の正面図である。

図３は、回転する磁石部品のセットの回転シャフトの周りの磁束の方向を図示する、拡大正面図である。

図４は、水平方向での、図２のジェネレータの容量拡大例の正面図である。たとえば、この実施形態は、図４に図示されるように、同じ方向の機械力入力６によって駆動される３つの回転する磁石のセット、および４つの回転する導体コイルのセットを備える。

図５は、発電所での実際の応用のための、垂直および水平両方の方向での、図２のジェネレータの容量拡大例の正面図である。本発明における回転抵抗緩和機能を有する発電機の各々は、同じ平面上で水平に拡大し、また他の方向に垂直に拡大することができる。すべてのそれらの回転する磁石部品のセットは、機械力入力によって同じ方向に駆動されなければならない。

Claims (4)

1. 水平または垂直の様態のいずれかで搭載可能な回転する磁石部品のセット（１０）と、
   前記回転する磁石部品のセット（１０）が間に配置された、少なくとも２つの回転する導体コイル部品のセット（１１、１２）と、
   を備え、
   前記少なくとも２つの回転する導体コイル部品のセット（１１、１２）は、
   前記磁石部品の両側のシャフト軸（３）に平行に設置され、直径が前記回転する磁石部品のセット（１０）の直径より大きく、したがって前記導体コイル部品と前記磁石部品の回転速度がそれゆえ異なり、反時計回りまたは時計回りのいずれかでありうる機械力入力（６）が前記回転する磁石部品のセット（１０）のシャフト上にのみ印加される、
   回転抵抗緩和機能を有する発電機であって、
   各磁石部品（９）は、ブラケット（７）に取り付けられた複数の永久磁石（２）を有し、その磁気極性が前記シャフト軸（１）に沿って固定して配置され、磁北極（Ｎ）から磁南極（Ｓ）に向かう磁束が前記シャフト軸（１）の周りに磁束ループを完成させることによって、導体コイル（５）中に起電力を誘導し、
   前記回転する磁石部品のセット（１０）は、前記シャフト（１）上に固定される複数の磁石部品（９）を有し、前記磁石部品（９）間の好適な間隔が正確に適切に設定され、同じ磁気極性は前記シャフト軸（１）に沿って位置決めされ、前記機械力入力（６）が提供されると、前記シャフト（１）が回転駆動されて前記磁束が変化することで、導体ワイヤが巻かれて形成された両側の前記導体コイル（５）を誘導し、前記導体コイル（５）の数は前記磁石部品（９）の数に対応し、各導体コイル（５）の長さは対応する磁石部品（９）の長さ以上であり、前記導体コイル（５）の断面積は前記磁石（９）の断面積以上であり、したがって前記シャフト軸（３）に沿った前記導体コイル（５）で生成される磁気極性のサイズが、各磁石部品（９）の前記磁気極性のサイズ以上となることを可能にし、
   前記回転する導体コイル部品のセット（１１）、（１２）は、前記シャフト軸に沿って延びる導体コイル（５）を有し、前記導体コイル部品の数は前記磁石部品（９）の数に対応し、前記導体コイルは前記シャフト（３）の周りに固定される歯付き円筒形回転子（４）の溝の中に固定され、負荷に供給されるべき回路に接続されている前記回転する導体コイル（５）から生成された電力の伝達を可能にするようスリップリング（８）が前記シャフト（３）上に設けられ、前記回転する導体コイルのセット（５）の前記歯付き円筒形回転子（４）の直径が前記磁石部品（９）の直径より大きくなければならず、前記歯付き円筒形回転子の前記溝が、前記シャフト軸（３）に沿って、前記円筒形回転子の周囲の円周の周りに設けられ、前記導体コイル（５）の前記数が前記磁石部品（９）の数に対応し、
   前記機械力入力（６）が前記シャフト（１）を反時計回りの方向に回転させるように印加されたときに、本発明の前記回転抵抗緩和機能を有する前記発電機が機能し、前記シャフト（１）の周りの各極のすべての４つの側の磁北極（Ｎ）から磁南極（Ｓ）に向かう前記磁束が、回路に接続されている前記導体コイル（５）に対して変化して起電力が誘導され、電流がスリップリング（８）を通して送られて負荷に供給され、前記電流が、次いで、前記永久磁石（２）の元の前記磁気極性と同様の磁気極性を生成するように前記導体コイル（５）自体を誘導し、前記永久磁石の前記磁気極性が回転されて押す力が生じ、その結果、前記導体コイル部品のセット（１１）、（１２）は、前記押す力によって押されて前記機械力入力（６）によって連続的に回転される中間の前記回転する磁石部品のセット（１０）の回転方向と反対である時計回りの方向に連続的に回転され、前記回転する導体コイル部品のセット（１１）、（１２）と、これらともに回転する前記回転する磁石部品のセット（１０）との反応によって、前記電力が前記導体コイル中で生成され前記負荷に供給されるとき、前記導体コイル（５）に誘導された磁気極性にもとづく前記回転する磁石部品のセット（１０）の回転抵抗成分が緩和される結果となり、したがって、永久磁石に貯蔵された磁気エネルギーを変換することによって、負荷に供給されるべき電力を生成することができるので、前記回転抵抗成分による損失を補うためのさらなる機械力入力（６）が不要である、
   回転抵抗緩和機能を有する発電機。
2. 前記発電機の容量は、
   垂直方向および水平方向の少なくとも一方または両方で、連続的な態様で拡張されるとともに、これらの全ての回転する磁石部品のセット（１０）は、前記機械力入力（６）によって同じ方向に回転駆動される、
   請求項１に記載の発電機。
3. 前記導体コイルに用いられる導体ワイヤは、
   金属その他の導体材料から作られる、
   請求項１または２に記載の発電機。
4. 前記導体コイルに用いられる導体ワイヤは、
   銅、アルミニウム、銀、その他の導体金属材料から作られる、
   請求項１または２に記載の発電機。

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