JP7309113B2 - 低騒音な自己発電型の発電機 - Google Patents

Description

本発明は、スポーツフィットネス機器及び発電機の技術分野に関するものであり、ミュートの自己発電型の発電機に関するものである。

スポーツフィットネス業界の急速な発展に伴い、フィットネス機器に関連するダンパーの品質は、ますます高くなっている。自己発電の原理を電磁ダンパーとして使用することが最も科学的な方法であり、減衰力を取得すると同時に、フィットネス機器自体に使用できる電気エネルギーも取得するため、外部の電源が不要になり、電源がない場所でフィットネス機器を使用できる。

しかし、自己発電の過程において遭遇した技術的な問題は、自己発電型の発電機を使用している過程に常に振動とノイズを生成し、それがフィットネス機器の品質に影響を与えることである。既存の自己発電型の発電機（ダンパー）と永久磁石発電機にはすべてこの欠陥があり、いくつかの振動は非常に強い。

自己発電の原理は、常に三相発電の原理を採用している。三相発電巻線がチェーン埋め込み方式を採用している場合、振動とノイズは僅かに低くなり、フィットネス機器の防振要件を満たすことができない。

本発明の特徴及び利点は、以下の説明に部分的に記載されているか、又は説明から明らかであるか、又は本発明を実施することによって学習することができる。

本発明は、上記したような従来の技術において、前記問題点を解決するためになされたものであり、振動およびノイズの根本原因を排除し、自己発電型的な発電機をミュート状態で動作させる。特に自己発電型的な発電機は、さまざまなフィットネス機器の要件を満たしていることができるミュートの自己発電型の発電機を提供することにその目的がある。

本発明のミュートの自己発電型の発電機は、ステータアーマチュアと、ローターマグネットと、を備える。
前記ステータアーマチュアには、複数の円筒状誘導磁極がローターマグネットに面する方向に沿って延在され、円筒状誘導磁極に発電巻線が巻かれ、
前記ローターマグネットは、互いに取り付けられた少なくとも２つの層の構造を含み、一方の層は、非磁性材料からなり、他方の層は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石とからなり、いくつかの対の発電用励起磁石を形成し、強磁性材料励起磁石の極性の方向は径方向に配列される。

本発明の実施形態において、前記ステータアーマチュアと前記ローターマグネットは、外側ローターおよび内側ステータの構造を採用し、その中で、前記ステータアーマチュアは、内輪を有し、複数の円筒状誘導磁極が前記内輪から外向きに延在し、円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれている。

本発明の実施形態において、前記ローターマグネットは、前記ステータアーマチュアに向かう方向に順番に以下のような３層の構造を備え、
ローター外輪は、磁気伝導性材料からなり、
ローター中間層は、非磁性材料からなり、
ローター内輪は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石とからなる。

本発明の実施形態において、前記ステータアーマチュアに面する強磁性材料励起磁石の側面は、中間が厚く且つ内側円弧面を形成し、両側が薄く且つ傾斜面を形成する。

本発明の他の実施形態において、前記ステータアーマチュアと前記ローターマグネットは、外側ステータおよび内側ローターの構造を採用し、その中で、前記ステータアーマチュアは、外輪を有し、複数の円筒状誘導磁極が前記外輪から内向きに延在し、前記円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれている。

本発明の他の実施形態において、前記ローターマグネットは、前記ステータアーマチュアに向かう方向に順番に以下のような２層の構造を備え、
ローター内輪は、非磁性材料からなり、
ローター外輪は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石とからなる。

好ましくは、前記強磁性材料励起磁石の側面は、中間が厚く且つ外側円弧面を形成し、両側が薄く且つ傾斜面を形成する。

好ましくは、前記円筒状誘導磁極の数と励起磁石の数の組み合わせ比条件は、二重三相発電の要件を満たす。

好ましくは、前記円筒状誘導磁極の数は１２個であり、前記強磁性材料励起磁石の数は５対であり、組み合わせ比条件は、二重三相二極の発電機の要件を満たし、又は、前記円筒状誘導磁極の数は２４個であり、強磁性材料励起磁石の数は１０対であり、組み合わせ比条件は、二重三相四極の発電機の要件を満たす。

好ましくは、二重三相二極の発電機の発電出力回路又は二重三相四極の発電機の発電出力回路は、単一グループの三相発電出力または二重グループの三相発電出力を使用することができる。

本発明のミュートの自己発電型の発電機において、構造の特徴から見て、励起磁石は、異なる材料の少なくとも２つの層から構成され、一方の層は、非磁性材料で構成され、他方の層は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石から構成される。このように、励起磁場の境界領域における磁気電位差の急激な変化を緩和し、発電機運転時の振動や騒音を効果的に低減することができる。

好ましくの実施形態において、強磁性材料励起磁石は、厚い中間および薄い側面を有する不規則な形状である。即ち、前記ステータアーマチュアに面する強磁性材料励起磁石の側面は、中間が厚く且つ内側円弧面を形成し、両側が薄く且つ傾斜面を形成するため、更に励起磁場の境界領域における磁気電位差の急激な変化を緩和し、更に発電機運転時の振動や騒音を効果的に低減することができる。

前記円筒状誘導磁極の数と励起磁石の数の組み合わせ比条件は、二重三相発電の要件を満たすことによって、励起磁場を鉄心の振動力を弱めるようにする。

本発明の上記の技術的解決方案の組み合わせにより、自己発電機によって発生する振動および騒音の発生源が根から排除され、スポーツフィットネス機器業界や需要が高い発電所に優れた新発電機製品を提供する。

説明書の記載により、この技術分野の技術者はこれらの技術的解決方案の特徴と内容をよりよく理解することができる。

以下、図面と実施例を組み合わせて本発明について詳細に説明し、本発明の目的、技術特徴と利点をより明確に理解するために、図面に示される内容は、単に本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するためのものではないが理解する。

本発明の第一実施形態に係る外側ローターおよび内側ステータの構造に二重三相二極の組み合わせ比を有するミュートの自己発電型の発電機の構造図である。 本発明の第二実施形態に係る外側ステータおよび内側ローターの構造に二重三相二極の組み合わせ比を有するミュートの自己発電型の発電機の構造図である。 図１のステータジェネレータアーマチュアの構造図である。 図１のローターマグネットの構造図である。 図１の単一の強磁性材料励起装置の断面図である。 図２の単一の強磁性材料励起装置の断面図である。 図１の単一グループの三相発電機出力を採用した場合の発電機巻線の構造図である。 図１にデュアルグループ三相発電機出力を採用した場合の発電機巻線構造の構造図である。 本発明の１つの実施形態における、外側ローターと内側ステータとの二重三相四極の組み合わせ比を有するミュートの自己発電型の発電機の構造図である。

図１、図３及び図４に示すように、本発明の第一実施形態に係るミュートの自己発電型の発電機１０は、ステータアーマチュア１２とローターマグネット１１と、を備える。ステータアーマチュア１２とローターマグネット１１は、外側ローターおよび内側ステータの構造を採用している。その中で、前記ステータアーマチュア１２は、内輪１２１を有し、複数の円筒状誘導磁極１２２が前記内輪１２１から外向きに延在し、円筒状誘導磁極１２２には、発電巻線１２３が巻かれている。

前記ローターマグネット１１は、前記ステータアーマチュア１２に向かう方向に順番に以下のような３層の構造を備える。

ローター外輪１１０は、磁場を遮蔽することができる磁気伝導性材料からなる。

ローター中間層１１２は、非磁性材料からなる。

ローター内輪１１１は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石１１１０と磁気透過性材料透過性磁石１１１１とからなる。

図５ａに示すように、好ましい実施形態において、強磁性材料励起磁石１１１０は、中間の厚さ（番号１１１５を参照する）および薄い側面（番号１１１２を参照する）を有する不規則な形状を有する。具体的には、ステータアーマチュア１２に面する強磁性材料励起磁石１１１０の側面は、中間が厚く且つ内側円弧面１１１３を形成し、両側が薄く且つ傾斜面１１１４を形成する。

図１は、二重三相二極の発電機のステータアーマチュア１２とローターマグネット１１の構造図であり、その発電機は、外側にローターが装着され、内側にステータが装着されている。円筒状誘導磁極１２２の数とローターマグネット１１の強磁性材料励起磁石１１１０の数との組み合わせ比は、二重三相の発電条件を満たしている。図１に示す強磁性材料励起磁石１１１０の数は、１０個であり、円筒状誘導磁極１２２の数は、１２個である。１０個の励起磁石に対応する１２個の円筒形誘導磁極は、磁気回路分布構造全体でデュアル三相二極の発電条件を構成する。具体的には、図１に示すＡ１とＡ１°は、１番目のグループの三相の中のＡ相が占める対応する円筒状誘導磁極１２２の位置を表している。図のＡ２とＡ２°は、２番目のグループの三相の中のＡ相が占める対応する円筒状誘導磁極１２２の位置を表している。図１のＡ１、Ｂ１、Ｃ１の１２０度の電気角は、三相二極の発電条件を満たし、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の１２０度の電気角は、三相二極の発電条件を満たしているため、全部の発電機システムでは、三相二極の発電機の条件を満たしている。

二重三相二極の発電機の主な構造は、図３に示すように、ステータアーマチュアに内輪があり、複数の円筒状誘導磁極が前記内輪から外向きに延在し、円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれている。

図４に示すように、ローターマグネット１１は、３つの異なる材料の３層構造で構成されている。３つの異なる材料の３層の構造は、それぞれローター外輪１１０、ローター中間層１１２、ローター内輪１１１である。前記ローター外輪１１０は、磁気伝導性材料からなり、前記磁気伝導性材料は、電気純鉄、鋳鉄、鋳造鋼等々である。前記ローター中間層１１２は、非磁性材料からなり、前記非磁性材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、プラスチックなどである。前記ローター内輪１１１は、交互に配置された強磁性材料励起磁石１１１０及び磁気伝導性材料磁気伝導性磁石１１１１からなる。強磁性材料励起磁石１１１０は、ネオジメチル鉄ボロン、フェライトなどである。磁気伝導性材料磁気伝導性磁石１１１１は、鉄板、鋼板などである。勿論、強磁性材料励起磁石１１１０は、永久磁石励起又は電磁励起を採用することができる。

加工方法：ローター外輪１１０は、一般に、ローターの他の部分と一緒に鋳造することができる。ローター中間層１１２は、一般に、別々に円形に加工され、ローター外輪１１０に挿入される。ローター内輪１１１は、強磁性材料励起磁石１１１０が加工して成形された後、磁化することによって自己発電型的な発電機を励起する。磁気伝導性材料磁気伝導性磁石１１１１は、鉄または鋼板から打ち抜かれ、小さな鉄の棒を形成する。２つの強磁性材料励起磁石１１１０（例えば、永久磁石や電磁材料等々である）の間には、小さな鉄の棒が埋め込まれる。従って、Ｎ極とＳ極の間の磁気電位差を緩和し、即ち、励起磁場の境界領域での磁気電位差の突然の変化を緩和することができる。

本発明の円筒状誘導磁極の数と励起磁石の数の組み合わせ比条件は、二重三相発電機の要件を満たし、従って、鉄心上の励起磁場の振動力が弱められる。

二重三相二極または二重三相四極の発電機の発電出力回路は、単一グループの三相発電出力によって接続することができ、または二重グループの三相発電出力によって接続することができる。

図６は、図１で単一グループの三相発電機出力を使用した場合の発電機巻線の構造図である。図のＡ相の開始端は、１°番号の円筒形誘導磁極から巻き始め、他の１°番号の円筒形誘導磁極に巻き続け、Ａ相の巻きを完了した後、Ａ相の終了端を１°番号の円筒形誘導磁極から引き出す。具体な巻線方法について、図６の発電機巻線を参照してください。図６のＢ相とＣ相の巻き方はＡ相と同じである。ＡＳ、ＢＳ、およびＣＳは、それぞれＡ相の開始端、Ｂ相の開始端、およびＣの開始端を表し、ＡＷ、ＢＷ、ＣＷは、それぞれＡ相の終了端、Ｂ相の終了端、およびＣ相の終了端を表す。

図７は、図１の二重三相の発電出力を採用した場合の発電巻線構造図である。Ａ１Ｓ、Ｂ１Ｓ、およびＣ１Ｓは、それぞれＡ１相の開始端、Ｂ１相の開始端、およびＣ１相の開始端を表し、Ａ１Ｗ、Ｂ１Ｗ、およびＣ１Ｗは、それぞれＡ１相の終了端、Ｂ１相の終了端、およびＣ１相の終了端を表す。Ａ２Ｓ、Ｂ２Ｓ、Ｃ２Ｓは、それぞれＡ２相の開始端、Ｂ２相の開始端、およびＣ２相の開始端を表し、Ａ２Ｗ、Ｂ２Ｗ、Ｃ２Ｗは、それぞれＡ２相の終了端、Ｂ２相の終了端、およびＣ２相の終了端を表す。図７の第一グループの三相は、Ａ１相の開始端（１番号）がＡ１相の終了端（１°番号）に接続され、Ｂ１相の開始端（３°番号）がＢ１相の終了端（３番号）に接続され、Ｃ１の開始端（５番号）がＣ１相の終了端（５°番号）に接続されている。図７の第二グループの三相は、Ａ２相の開始端（２番号）がＡ２相の終了端（２°番号）に接続され、Ｂ２相の開始端（４°番号）がＢ２相の終了端（４番号）に接続され、Ｃ２の開始端（６番号）がＣ２相の終了端（６°番号）に接続されている。

図８は、本発明の１つの実施形態において、外側ローターと内側ステータとの二重三相四極の組み合わせ比を有するミュートの自己発電型の発電機の構造図である。ミュートの自己発電型の発電機３０は、ステータアーマチュア３２とローターマグネット３１と、を備える。ステータアーマチュア３２とローターマグネット３１は、外側ローターおよび内側ステータの構造を採用している。その中で、ステータアーマチュア３２は、内輪を有し、複数の円筒状誘導磁極が内輪から外向きに延在し、円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれている。ローターマグネット３１は、ステータアーマチュア３２に向かう方向に順番に以下のような３層の構造を備える。

ローター外輪３１０は、磁気伝導性材料からなる。

ローター中間層３１２は、非磁性材料からなる。

ローター内輪３１１は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石３１１０と磁気透過性材料透過性磁石３１１１とからなる。

その構造原理は、図１とほぼ同じであるが、図８のローターマグネット３１には、２０個の強磁性材料励起磁石３１１０が含まれ、ステータアーマチュア３２の２４個の円筒形誘導磁極を囲んでいる。磁気回路分布は二重三相四極の発電機の条件を満たす。

二重三相四極の発電機である場合、各相の巻線構造原理は、二重三相二極の発電機と同じであり、詳細には説明しない。例えば、ステータアーマチュア３２の円筒形誘導磁極の上には、４つのＡ１のマークが付いており、互いに９０度の角度で分布しており、第一グループの三相四極のＡ相発電巻線が占める位置を示している。他の各相は、この方法に従って類推する。

実験によって、二重三相二極の発電機出力回路又は二重三相四極の発電機出力回路は、単一グループの三相発電出力または二重グループの三相発電出力を使用することができる。防振効果に影響を与えない。

図２に示すように、本発明の他の実施形態において、ミュートの自己発電型の発電機２０は、ステータアーマチュア２２とローターマグネット２１と、を備える。ステータアーマチュア２２とローターマグネット２１は、外側ステータおよび内側ローターの構造を採用している。その中で、ステータアーマチュア２２は、外輪を有し、複数の円筒状誘導磁極１２２が外輪から外向きに延在し、円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれている。

ローターマグネット２１は、ステータアーマチュア２２に向かう方向に順番に以下のような２層の構造を備える。

ローター内輪２１２は、非磁性材料からなる。

ローター内輪２１１は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石２１１０と磁気透過性材料透過性磁石２１１１とからなる。

図２の構造はローター内輪励起磁石であるため、強磁性材料励起磁石２１１０がローター外輪２１１に取り付けられ、導電性材料２１１１と交互に配置される。ローター内輪のシャフトおよび他の部分は一般に鋼材料で作られ、磁気透過性材料であるため、ローター励起磁石２１は通常２層を使用し、磁場を遮蔽するために追加の磁気伝導性材料は必要とされない。

図５ｂに示すように、好ましい実施形態において、強磁性材料励起磁石２１１０は、中間の厚さ（番号２１１５を参照する）および薄い側面（参照番号２１１２を参照）を有する不規則な形状を有する。具体的には、強磁性材料励起磁石２１１０の側面は、中間が厚く且つ外側円弧面２１１３を形成し、両側が薄く且つ傾斜面２１１４を形成する。

図２は、ローターマグネットが異なることを除いて、原理的には図１と同じである。ステータとローター構造が交換される。図２は、ここでは詳細に説明しない。

本発明のミュートの自己発電型の発電機において、構造の特徴から見て、励起磁石は、異なる材料の少なくとも２つの層から構成され、強磁性材料励起磁石は、厚い中間および薄い側面を有する不規則な形状である。方法の特徴から見て、二重三相電磁回路が使用される。従って、ミュートの自己発電型の発電機は、振動や騒音の発生源を排除し、スポーツフィットネス機器業界や需要が高い発電所に優れた新発電機製品を提供する。

本発明は、具体的な実施例により説明したが、この技術分野の技術者は、本発明の範囲を逸脱しない状況で、様々な変更と同等の代替が可能であることを理解できる。また、特定の状況について、本発明の範囲を逸脱しない状況で、本発明について、様々な修正が可能である。従って、本発明は、公開された具体的な実施例に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲に属するすべての実施例を含むべきである。

Claims (6)

1. ステータアーマチュアと、ローターマグネットと、を備える低騒音な自己発電型の発電機であって、
   前記ステータアーマチュアには、複数の円筒状誘導磁極がローターマグネットに面する方向に沿って延在され、円筒状誘導磁極に発電巻線が巻かれ、
   前記ローターマグネットは、互いに取り付けられた少なくとも２つの層の構造を含み、一方の層は、非磁性材料からなり、他方の層は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石とからなり、いくつかの対の発電用励起磁石を形成し、前記強磁性材料励起磁石の極性の方向は径方向に配列され、
   前記ステータアーマチュアと前記ローターマグネットは、外側ローターおよび内側ステータの構造を採用し、その中で、前記ステータアーマチュアは、内輪を有し、複数の円筒状誘導磁極が前記内輪から外向きに延在し、円筒状誘導磁極には、発電巻線が巻かれ、
   前記ローターマグネットは、前記ステータアーマチュアに向かう方向に順番に以下のような３層の構造を備え、
   ローター外輪は、磁気伝導性材料からなり、
   ローター中間層は、非磁性材料からなり、
   ローター内輪は、円周方向に交互に配置された強磁性材料励起磁石と磁気透過性材料透過性磁石とからなることを特徴とする低騒音な自己発電型の発電機。
2. 前記ステータアーマチュアに面する強磁性材料励起磁石の側面は、中間が厚く且つ内側円弧面を形成し、両側が薄く且つ傾斜面を形成することを特徴とする請求項１に記載の低騒音な自己発電型の発電機。
3. 前記強磁性材料励起磁石の側面は、中間が厚く且つ外側円弧面を形成し、両側が薄く且つ傾斜面を形成することを特徴とする請求項１に記載の低騒音な自己発電型の発電機。
4. 前記円筒状誘導磁極の数と励起磁石の数の組み合わせ比条件は、二重三相発電の要件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の低騒音な自己発電型の発電機。
5. 前記円筒状誘導磁極の数は１２個であり、前記強磁性材料励起磁石の数は５対であり、組み合わせ比条件は、二重三相二極の発電機の要件を満たし、又は、前記円筒状誘導磁極の数は２４個であり、強磁性材料励起磁石の数は１０対であり、組み合わせ比条件は、二重三相四極の発電機の要件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の低騒音な自己発電型の発電機。
6. 前記二重三相二極の発電機の発電出力回路又は前記二重三相四極の発電機の発電出力回路は、単一グループの三相発電出力または二重グループの三相発電出力を使用することができることを特徴とする請求項５に記載の低騒音な自己発電型の発電機。