JPH0946964A

JPH0946964A - 発電装置

Info

Publication number: JPH0946964A
Application number: JP7191853A
Authority: JP
Inventors: Takeo Yoshioka; 武雄吉岡; Teru Matsumiya; ▲輝▼ 松宮; Atsushi Korenaga; 敦是永; Hirotomo Kamiyama; 拓知上山
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】装置全体を大型化することなく、発電力を向
上させる。【解決手段】左右１対の円筒状部２、３を有する固定
部１と、固定部１を貫通する回転軸４と、回転軸４を固
定部１に対してラジアル方向およびアキシアル方向に非
接触支持するラジアル磁気軸受10、11およびアキシアル
磁気軸受12を備えた発電装置である。円筒状部２、３の
互いに対向する端部に外向きフランジ５、６を設ける。
回転軸４に外向きフランジ７を固定状に設ける。円筒状
部２、３のフランジ５、６に、回転軸４のフランジ７の
両端面7aとアキシアル方向に間隔をおいて対向する対向
面5a、6aを設ける。回転軸４のフランジ７の端面7aと固
定部１の対向面5a、6aとの間に発電機８、９を構成す
る。発電機８、９を、回転軸４のフランジ７の端面7aに
周方向に間隔をおいて設けられた複数の永久磁石14と、
円筒状部２、３の対向面5a、6aに周方向に間隔をおいて
設けられた複数の発電用コイル16とで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転軸を固定部
に対してアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支
持する磁気軸受を備えた発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発電装置として、回転軸を固定部
に対してアキシアル方向に非接触支持する１組のアキシ
アル磁気軸受と、回転軸をラジアル方向に非接触支持す
る２組のラジアル磁気軸受と、回転軸の周面と固定部に
おける回転軸の周囲の部分との間で構成された発電機と
を備えており、発電機が、回転軸の周面に周方向に間隔
をおいて設けられた複数の永久磁石と、固定部における
回転軸の周囲の部分に周方向に間隔をおいて設けられた
複数の発電用コイルとよりなるものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発電装置では、発電用コイルの数を多くした多極発電機
を実現し、発電力を向上させるためには、当然のことな
がら回転軸の径を大きくし、その周囲に発電用コイルを
配する必要がある。したがって、発電装置全体が大型化
するという問題がある。

【０００４】この発明の目的は、上記問題を解決した発
電装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明による発電装置
は、回転軸を固定部に対してアキシアル方向およびラジ
アル方向に非接触支持する磁気軸受を備えた発電装置に
おいて、回転軸に径方向外向きフランジが固定状に設け
られ、固定部に、回転軸のフランジの端面とアキシアル
方向に間隔をおいて対向する対向面が設けられ、回転軸
のフランジの端面と固定部の対向面との間で発電機が構
成され、発電機が、回転軸のフランジの端面に周方向に
間隔をおいて設けられた複数の永久磁石と、固定部の対
向面に周方向に間隔をおいて設けられた複数の発電用コ
イルとよりなるものである。

【０００６】上記発電装置によれば、回転軸の径を大き
くすることなく、発電機の発電用コイルの数を増やすこ
とが可能になる。

【０００７】上記発電装置において、固定部に、回転軸
のフランジの両端面にアキシアル方向に間隔をおいて対
向する２つの対向面が設けられ、回転軸のフランジの両
端面と固定部の両対向面との間でそれぞれ発電機が構成
されている場合がある。

【０００８】この場合、１つのフランジに関して２つの
発電機を有することになり、発電力が一層向上する。

【０００９】固定部に２つの対向面が設けられている上
記発電装置において、回転軸を固定部に対してアキシア
ル方向に非接触支持するアキシアル磁気軸受が、回転軸
のフランジの両端面にそれぞれ周方向に間隔をおいて設
けられた複数の永久磁石と、固定部の両対向面にそれぞ
れ周方向に間隔をおいて設けられた複数の電磁石とより
なり、アキシアル磁気軸受の電磁石と発電機の発電用コ
イルとが、同一円周上において交互に設けられ、アキシ
アル磁気軸受の永久磁石と発電機の永久磁石とが共用さ
れていることがある。

【００１０】この場合、回転軸を固定部に対してアキシ
アル方向に非接触支持するアキシアル磁気軸受が、回転
軸のフランジの両端面にそれぞれ周方向に間隔をおいて
設けられた複数の永久磁石と、固定部の両対向面にそれ
ぞれ周方向に間隔をおいて設けられた複数の電磁石とよ
りなるので、発電機を構成するための回転軸のフランジ
および固定部の対向面を利用してアキシアル磁気軸受を
設けることができ、これとは別個にアキシアル磁気軸受
を設ける場合に比較して、発電装置全体を小型化するこ
とができる。しかも、アキシアル磁気軸受の電磁石と発
電機の発電用コイルとが、同一円周上において交互に設
けられ、アキシアル磁気軸受の永久磁石と発電機の永久
磁石とが共用されているので、回転軸のフランジの径を
大きくする必要がなくなる。アキシアル磁気軸受の電磁
石と、発電機の発電用コイルとが、同一円周上ではなく
同心円上に設けられていると、回転軸のフランジの径お
よび固定部の対向面の大きさを大きくする必要があり、
発電装置全体が大型化する。

【００１１】上記すべての発電装置の場合、さらに、回
転軸の周面と固定部における回転軸の周囲の部分との間
で発電機が構成され、発電機が、回転軸の周面に周方向
に間隔をおいて設けられた複数の永久磁石と、固定部に
おける回転軸の周囲の部分に周方向に間隔をおいて設け
られた複数の発電用コイルとよりなることがある。

【００１２】この場合、発電力が一層向上する。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１
および図２の左右を左右というものとする。

【００１４】図１および図２はこの発明の発電装置の全
体構成を概略的に示し、図３〜図６はその要部の構成を
示す。

【００１５】図１および図２において、発電装置は、同
一軸線上に所定間隔をおいて配された左右１対の円筒状
部(2)(3)を有する固定部(1) と、固定部(1) を貫通する
ように配置された回転軸(4) とを備えている。両円筒状
部(2)(3)の互いに対向する端部には、それぞれ外向きフ
ランジ(5)(6)が一体に形成されている。各円筒状部(2)
(3)および外向きフランジ(5)(6)は非磁性材料により形
成されている。回転軸(4) における２つの円筒状部(2)
(3)間に位置する部分には径方向外向きフランジ(7) が
一体に形成されている。回転軸(4) および外向きフラン
ジ(7) は非磁性材料により形成されている。回転軸(4)
の外向きフランジ(7) の両端面(7a)と、固定部(1) にお
ける左側円筒状部(2) の外向きフランジ(5) の右向き面
（対向面）(5a)および右側円筒状部(3) の外向きフラン
ジ(6) の左向き面（対向面）(6a)とがアキシアル方向に
間隔をおいて対向している。

【００１６】固定部(1) における左側円筒状部(2) の外
向きフランジ(5) の右向き面(5a)および右側円筒状部
(3) の外向きフランジ(6) の左向き面(6a)と、回転軸
(4) の外向きフランジ(7a)の両端面(7a)との間でそれぞ
れ発電機(8)(9)が構成されている。また、固定部(1) の
左側円筒状部(2) の内周面と、回転軸(4) の周面との間
に左側ラジアル磁気軸受(10)が設けられ、固定部(1) の
右側円筒状部(3) の内周面と、回転軸(4) の周面との間
に右側ラジアル磁気軸受(11)が設けられ、固定部(1) に
おける左側円筒状部(2) の外向きフランジ(5) の右向き
面(5a)および右側円筒状部(3) の外向きフランジ(6) の
左向き面(6a)と、回転軸(4) の外向きフランジ(7) の両
端面(7a)との間にアキシアル磁気軸受(12)が設けられて
いる。

【００１７】図５に示すように、回転軸(4) の外向きフ
ランジ(7) の両端面(7a)に、それぞれ周方向に間隔をお
いて複数、たとえば８つの凹所(13)が形成され、各凹所
(13)内に永久磁石(14)が嵌め入れられて固定されてい
る。各永久磁石(14)は左右両端部が逆の極性の磁気を帯
びている。たとえば、図３に示すように、外向きフラン
ジ(7) の左端面(7a)の永久磁石(14)の左端部はＮ極、右
端部はＳ極の磁気を帯びている。また、外向きフランジ
(7) の右端面(7a)の永久磁石(14)の左端部はＳ極、右端
部はＮ極の磁気を帯びている。図４に示すように、固定
部(1) における左側円筒状部(2) の外向きフランジ(5)
の右向き面(5a)および右側円筒状部(3) の外向きフラン
ジ(6) の左向き面(6a)に、それぞれ等角度間隔で複数、
たとえば３つの凹所(15)が形成され、各凹所(15)内に発
電用コイル(16)が配置されている。各発電用コイル(16)
は、左右方向にのびる磁束を集中させるためのコア(17)
の周囲に巻き付けられている。そして、回転軸(4) の外
向きフランジ(7) の左右両端面(7a)の永久磁石(14)と、
左側円筒状部(2) の外向きフランジ(5) の右向き面(5a)
の発電用コイル(16)、および右側円筒状部(3) の外向き
フランジ(6) の左向き面(6a)の発電用コイル(16)とによ
り、それぞれ発電機(8)(9)が形成されている。そして、
図３に破線で示すように、磁気回路が形成されるように
なっている。

【００１８】回転軸(4) における外向きフランジ(7) の
左右両側部分にそれぞれ被吸引部(18)が設けられるとと
もに、固定部(1) の左右両側円筒状部(2)(3)における被
吸引部(18)の周囲の部分にそれぞれ４つの吸引用電磁石
(19)が配置され、これにより左右両側のラジアル磁気軸
受(10)(11)が形成されている。図６に示すように、各被
吸引部(18)は、回転軸(4) の周面に周方向に間隔をおい
て形成された複数、たとえば８つの凹所(20)内にそれぞ
れ永久磁石(21)が嵌め入れられて固定されることにより
形成されている。各永久磁石(21)は、回転軸(4) の径方
向の内周側と外周側とで逆の極性の磁気を帯びており、
すべての永久磁石(21)の回転軸(4) の径方向の外周側は
それぞれ同一の極性の磁気を帯びている。回転軸(4) の
互いに直交する２つのラジアル方向にのびる軸をＸ軸お
よびＹ軸とすると、各ラジアル磁気軸受(10)(11)の吸引
用電磁石(19)はＸ軸上およびＹ軸上に２つずつ配置され
ている。各吸引用電磁石(19)は、左右両側円筒状部(2)
(3)の内周面に、周方向に間隔をおいて形成された４つ
の凹所(22)内に配置されている。なお、各ラジアル磁気
軸受(10)(11)の被吸引部(18)は、複数の永久磁石(21)に
代えて、磁性材料により形成されていてもよい。

【００１９】図４に示すように、固定部(1) における左
側円筒状部(2) の外向きフランジ(5) の右向き面(5a)、
および右側円筒状部(3) の外向きフランジ(6) の左向き
面(6a)に、それぞれ等角度間隔で複数、たとえば３つの
凹所(23)が形成され、各凹所(23)内に吸引用電磁石(24)
が配置されている。吸引用電磁石(24)は、発電用コイル
(16)と同一円周上において交互にかつ隣り合う電磁石(2
4)と発電用コイル(16)とが等間隔なるように配置されて
いる。そして、回転軸(4) の外向きフランジ(7) の左右
両端面(7a)の永久磁石(14)と、左側円筒状部(2) の外向
きフランジ(5)の右向き面(5a)の吸引用電磁石(24)、お
よび右側円筒状部(3) の外向きフランジ(6) の左向き面
(6a)の吸引用電磁石(24)とにより、アキシアル磁気軸受
(12)が形成されている。すなわち、アキシアル磁気軸受
(12)と、発電機(8)(9)とは永久磁石(14)を共用してい
る。

【００２０】なお、図示は省略したが、両ラジアル磁気
軸受(10)(11)はそれぞれラジアル方向位置検出装置を備
えており、アキシアル磁気軸受(12)はアキシアル方向位
置検出装置を備えている。各ラジアル方向位置検出装置
は、回転軸(4) に設けられたセンサターゲットと、セン
サターゲットの周囲の部分において円筒状部(2)(3)の内
周面に周方向に間隔をおいて設けられた４つのセンサと
よりなる。センサは、Ｘ軸上およびＹ軸上に２つずつ配
置されている。アキシアル方向位置検出装置は、回転軸
(4) の外向きフランジ(7) の両端面(7a)に設けられたセ
ンサターゲットと、左側円筒状部(2) の外向きフランジ
(5) の右向き面(5a)および右側円筒状部(3) の外向きフ
ランジ(6) の左向き面(6a)にそれぞれ設けられたセンサ
とよりなる。そして、両ラジアル磁気軸受(10)(11)の吸
引用電磁石(19)、アキシアル磁気軸受(12)の吸引用電磁
石(24)、ラジアル方向位置検出装置のセンサ、およびア
キシアル方向位置検出装置のセンサは、それぞれ制御装
置に接続されており、制御装置がセンサよりの位置信号
に基いて吸引用電磁石(19)(24)に供給する電流を制御す
る。

【００２１】また、両ラジアル磁気軸受およびアキシア
ル磁気軸受として、公知のセンサレス磁気軸受を用いる
こともでき、この場合、ラジアル方向位置検出装置およ
びアキシアル方向位置検出装置は不要になる。

【００２２】このような発電装置において、回転軸(4)
が図示しない適当な回転駆動手段により回転駆動させら
れる。このとき、両ラジアル磁気軸受(10)(11)およびア
キシアル磁気軸受(12)により、回転軸(4) が、固定部
(1) に対して非接触支持される。そして、両発電機(8)
(9)により発電される。

【００２３】図７および図８はこの発明の第２の実施形
態の発電装置の全体構成を概略的に示し、図９はその要
部の構成を示す。

【００２４】第２の実施形態の場合、固定部(1) の左側
円筒状部(2) の内周面と、回転軸(4) の周面との間に、
アキシアル方向に離隔した２組のラジアル磁気軸受(30)
が設けられ、固定部(1) の右側円筒状部(3) の内周面
と、回転軸(4) の周面との間に、アキシアル方向に離隔
した２組のラジアル磁気軸受(31)が設けられている。各
ラジアル磁気軸受(30)(31)の構成は、第１の実施形態の
ラジアル磁気軸受(10)(11)と同じであり、同一部分に同
一符号を付している。

【００２５】固定部(1) の左側円筒状部(2) の内周面
と、回転軸(4) の周面との間における２組のラジアル磁
気軸受(30)の間の部分、および右側円筒状部(3) の内周
面と、回転軸(4) の周面との間における２組のラジアル
磁気軸受(31)の間の部分に、それぞれ発電機(32)(33)が
構成されている。

【００２６】図９に示すように、各発電機(32)(33)は、
回転軸(4) の周面に周方向に間隔をおいて形成された複
数、たとえば２つの凹所(34)内にそれぞれ嵌め入れられ
て固定された永久磁石(35)と、各円筒状部(2)(3)の内周
面に周方向に間隔をおいて形成された複数、たとえば４
つの凹所(36)内にそれぞれ配置された発電用コイル(37)
とにより形成されている。各永久磁石(35)は回転軸(4)
の径方向の内周側と外周側とで逆の極性の磁気を帯びて
おり、すべての永久磁石(35)の回転軸(4) の径方向の外
周側は同一の極性の磁気を帯びている。各発電用コイル
(37)は、回転軸(4) の径方向にのびる磁束を集中させる
ためのコア(38)の周囲に巻き付けられている。

【００２７】他は第１の実施形態と同じ構成であり、同
一部分に同一符号を付している。

【００２８】第２の実施形態の場合、回転軸(4) の回転
時に、両円筒状部(2)(3)の外向きフランジ(5)(6)と回転
軸(4) の外向きフランジ(7) との間で構成された２つの
発電機(8)(9)の他に、回転軸(4) の周面と円筒状部(2)
(3)の内周面との間で構成された２つの発電機(32)(33)
によって発電されるので、発電力が大きくなる。

【００２９】上記２つの実施形態においては、アキシア
ル磁気軸受(12)の吸引用電磁石(24)と、発電機(8)(9)の
発電用コイル(16)とが、円筒状部(2)(3)の外向きフラン
ジ(5)(6)の右向き面(5a)および左向き面(6a)において同
一円周上に交互に設けられているが、これに代えて、ア
キシアル磁気軸受(12)の吸引用電磁石(24)と発電機(8)
(9)の発電用コイル(16)とが、円筒状部(2)(3)の外向き
フランジ(5)(6)の右向き面(5a)および左向き面(6a)にお
いて２つの同心円上に別々に設けられていてもよい。

【００３０】また、上記２つの実施形態においては、ア
キシアル磁気軸受(12)は、発電機(8)(9)が設けられてい
る円筒状部(2)(3)の外向きフランジ(5)(6)と、回転軸
(4) の外向きフランジ(7) との間に設けられ、永久磁石
(14)を共用しているが、これに代えて、発電機(8)(9)と
は別個の位置にアキシアル磁気軸受を設けておいてもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】この発明の請求項１の発電装置によれ
ば、上述のように、回転軸の径を大きくすることなく、
発電機の発電用コイルの数を増やすことが可能になるの
で、装置全体を大型化することなく、発電力を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す発電装置全体
の一部切欠き斜視図である。

【図２】同じく縦断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図２のIV−IV線断面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】図２のVI−VI線拡大断面図である。

【図７】この発明の第２の実施形態を示す発電装置全体
の一部切欠き斜視図である。

【図８】同じく縦断面図である。

【図９】図８のIX−IX線拡大断面図である。

【符号の説明】 (1) 固定部 (4) 回転軸 (5a) 右向き面（対向面） (6a) 左向き面（対向面） (7) 外向きフランジ (7a) 端面 (8) 発電機 (9) 発電機 (10) ラジアル磁気軸受 (11) ラジアル磁気軸受 (12) アキシアル磁気軸受 (14) 永久磁石 (16) 発電用コイル (30) ラジアル磁気軸受 (31) ラジアル磁気軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松宮 ▲輝▼ 茨城県つくば市並木１丁目２番地工業技術院機械技術研究所内 (72)発明者是永敦茨城県つくば市並木１丁目２番地工業技術院機械技術研究所内 (72)発明者上山拓知大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を固定部に対してアキシアル方向
およびラジアル方向に非接触支持する磁気軸受を備えた
発電装置において、回転軸に径方向外向きフランジが固定状に設けられ、固
定部に、回転軸のフランジの端面とアキシアル方向に間
隔をおいて対向する対向面が設けられ、回転軸のフラン
ジの端面と固定部の対向面との間で発電機が構成され、
発電機が、回転軸のフランジの端面に周方向に間隔をお
いて設けられた複数の永久磁石と、固定部の対向面に周
方向に間隔をおいて設けられた複数の発電用コイルとよ
りなる発電装置。
【請求項２】固定部に、回転軸のフランジの両端面に
アキシアル方向に間隔をおいて対向する２つの対向面が
設けられ、回転軸のフランジの両端面と固定部の両対向
面との間でそれぞれ発電機が構成されている請求項１記
載の発電装置。
【請求項３】回転軸を固定部に対してアキシアル方向
に非接触支持するアキシアル磁気軸受が、回転軸のフラ
ンジの両端面にそれぞれ周方向に間隔をおいて設けられ
た複数の永久磁石と、固定部の両対向面にそれぞれ周方
向に間隔をおいて設けられた複数の電磁石とよりなり、
アキシアル磁気軸受の電磁石と発電機の発電用コイルと
が、同一円周上において交互に設けられ、アキシアル磁
気軸受の永久磁石と発電機の永久磁石とが共用されてい
る請求項２記載の発電装置。
【請求項４】さらに、回転軸の周面と固定部における
回転軸の周囲の部分との間で発電機が構成され、発電機
が、回転軸の周面に周方向に間隔をおいて設けられた複
数の永久磁石と、固定部における回転軸の周囲の部分に
周方向に間隔をおいて設けられた複数の発電用コイルと
よりなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の発電装
置。