JPH1031U - 高効率発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電力の高効率発電を行なう発電機の構
造に関する。 【解決手段】強化プラスチック製の円筒体の内面に対を
なして上下に位置させた集磁鉄芯を夫々収容して表面を
平滑に形成し、該円筒体の両端に夫々取付けた鏡板の中
心に設けた軸受に回転可能に軸承させた回転軸の一端に
外部から駆動力を伝える歯車を軸着する。回転軸には外
周面にＮ極とＳ極の２極を交互に有して円柱形をした２
個の回転磁石の磁極方向が、互いに反対にして前記円筒
体内に回転可能に軸着させ、両回転磁石は前記円筒体の
内面に設けた各集磁鉄芯に対応して磁気が連通するよう
に前記回転軸に固着し、前記集磁鉄芯に接続して円筒体
の外方に立ち上がらせた上方立鉄芯と下方立鉄芯に夫々
大径のコイルを巻回させて磁気的に接続し、各立鉄芯の
外端を横鉄芯で夫々磁気的に接続してある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、交流電力の高効率発電を行なう発電機の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の発電機は、長い歴史を有しているにもかかわらず発電効率が不満足であ った。特に、自然エネルギ−を利用することで蓄電池の充電が必要となる関係上 、交流を直流に変換する場合に、発電機の低効率が大きく影響するため自然エネ ルギ−を利用刷る場合に、の大きな障害となっている。

【０００３】 直流電力を得るためには交流を直流に調整することが必要であるが、この場合 、直流電力が著しく低下してしまって発電機効率は５０％台になってしまう。そ のため、得られる直流出力は交流発電機の電力の３５％程度に低下してしまうが 、直流発電機の重さは同じ出力の交流発電機の３倍近い重さを有している。

【０００４】 交流を直流に変換するには、整流装置により交流波形のプラス側とマイナス側 の頂上の小部分だけを取り出し、各プラス、マイナスの端子に接続することで直 流を得ている。このため直流電力は交流波の頂上部分における小部分だけの電流 によって直流出力を賄うことになり、この小部分の電流は直流出力の電力で計算 した電流の数倍になる。この部分での抵抗損失（以下銅損という）は、電流の２ 乗に比例して大きくなり、電流が著しく制限されて直流出力の電力が交流発電機 の出力の３５％程度に落ち込んでしまう。このことは交流発電機によって回転軸 を利用することによる機械的整流器を備えた直流発電機も同様である。

【０００５】 交流発電機において効率改良を目論んで高速回転にすること、また、高速回転 効果を出す目的で多極型発電機にすることで、誘起電圧を高めてコイル巻き数を 減らし、コイル抵抗を低減することによって銅損の改善も試みられた。しかし、 この方法では交流サイクルを増加させてしまって鉄芯渦電流損失（以下鉄損とい う）が増加し、効率改善の効果は全く得られなかった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

従来の発電機は、発電機の効率向上のためにコイル銅損を低減させるべく、コ イルの線径を太くすれば、鉄芯内部でコイルを巻く構造のため鉄芯外形が大きく なってしまう。また、鉄量を増して鉄損を増加させてしまうという欠点があった 。さらに、従来の発電機の鉄芯は、プレスによる打抜加工によって製作しなくて はならない形状のため、鉄損の少ない高硅素鋼板はプレス加工が不可能であって 、鉄損の大きい低硅素鋼板でなくては製造することができなかった。 このように、従来の発電機における効率改善は、既に行き詰まり状態であって 効率の向上はもはや望めない状態となっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、非磁性で電気絶縁性を有した強化プラスチック製の円筒体の内面に 設けた複数の凹入部内に、積層鋼板からなり夫々対をなして上下に位置させた集 磁鉄芯を夫々収容して内面を平滑に形成し、該円筒体の両端に位置して夫々取付 けた鏡板の中心に軸受を設け、該軸受に回転可能に軸承させた回転軸の一端に外 部から駆動力を伝える歯車を軸着してなり、該回転軸には、外周面にＮ極とＳ極 の２極を交互に有して円柱形をした２個の回転磁石の磁極方向が、互いに反対に なるように軸着し、両回転磁石が前記円筒体の内面に設けた各集磁鉄芯に対応し て磁気が連通するように前記回転軸に固着してあり、前記集磁鉄芯に接続して円 筒体の外方に貫通させて立ち上がらせた上方立鉄芯及び下方立鉄芯に夫々大径の コイルを巻回させて磁気的に接続し、各立鉄芯の外端を横鉄芯で夫々磁気的に接 続してなり、歯車による回転軸の回転により各集磁鉄芯に対応するＮ極とＳ極を 交互に配した回転磁石は、その回転により互いに相違する磁極が各集磁鉄芯によ り交互に切り替わり、各集磁鉄芯を通る磁力線が上下の横鉄芯によって連結して 回転磁石の磁気回路を往復循環し、各磁気回路の一部をなす各立鉄芯を往復交番 する磁力線により前記各立鉄芯に巻回された大径のコイルに交番電圧を誘起させ るようにしたことを特徴とする。

【０００８】 駆動源に連動する歯車によって回転する回転軸が、磁極方向を逆にして固着さ せた対をなす回転磁石に対応し、非磁性で電気絶縁性を有した強靱な強化プラス チック製の円筒体の内面に設けた各集磁鉄芯を通る磁力線が、上方立鉄芯および 下方立鉄芯の外周に大径のコイルを巻回させ、該立鉄芯の端部を横鉄芯で夫々連 結してなる回転磁石の磁気回路を往復循環し、各磁気回路の一部をなす各立鉄芯 を往復交番する磁力線によって、各立鉄芯に巻かれた大径のコイルに交番電圧を 誘起させることができる。

【０００９】

【実施例】

本考案を実施例の図面に基づいて説明すると、図１は本考案にかかる発電機を 示すもので、円柱状に形成して周面にＮ極とＳ極を交互に有した２個の回転磁石 １、２は、その中心に回転軸３を貫通させ、各磁石の磁極方向を反対にして固定 してある。

【００１０】 ４は非磁性および電気絶縁性であって強靱な材料である強化プラスチック製で 形成した円筒体である。この円筒体４内に磁極の強力な前記回転磁石１、２を存 在させても、磁力線は磁気回路を構成する積層鋼板からなる集磁鉄芯以外には磁 気漏洩の影響はない。また、回転磁石１、２が円筒体４内で高速に回転しても、 該円筒体４は電気絶縁性のため渦電流の発生はない。

【００１１】 回転磁石１、２は、円筒体４の内部に回転可能に配置され、該円筒体４の両側 に取付けた鏡板７ａ、７ｂの中心部分に装着させた軸受８、９に前記回転軸３を 回転可能に軸承させ、該回転軸３の一端を、例えば鏡板７ｂの外部に突出させ、 その端部に歯車１７を軸着してある。

【００１２】 円筒体４の内面には、前記回転磁石１、２の各磁極に相対応する大きさで、各 磁極に対応して上下位置に夫々設けた４ケの凹入部２ａ、２ｂおよび３ａ、３ｂ の内部に夫々積層鉄板からなる集磁鉄芯５ａ、５ｂ及び６ａ、６ｂを収容し、強 力な接着剤によって前記円筒体４の内面と同一面になるように平滑に形成してあ る。

【００１３】 前記集磁鉄芯は、前記回転磁石１、２の磁極面の磁力線を効率よく集束させる ためのものである。さらに、集磁鉄芯５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂから円筒体４ の外側に向かう上方立鉄芯１２ａ、１３ａと、下方立鉄芯１２ｂ、１３ｂを磁気 的に連結して取付けてある。

【００１４】 この上方立鉄芯１２ａ、１３ａに夫々大径なコイル１４ａ及び１５ａを巻回し 、また、下方立鉄芯１２ｂ、１３ｂにも大径なコイル１４ｂ及び１５ｂをそれぞ れ巻回してある。該上方立鉄芯１２ａ及び１３ａと下方立鉄芯１２ｂ及び１３ｂ との外端を夫々横鉄芯１６ａ、１６ｂで磁気的に接続すると共に、強力な接着剤 によって一体に形成してある。

【００１５】 円筒体４は内部に位置する回転磁石１、２と、該円筒体により支持されている 各集磁鉄芯との間に生じる強力な磁力による円筒体４の変形力や破壊力に対して も材質の強靱さを有しており、変形や破壊を防止して非磁性、電気絶縁性、強靱 性などに優れた強化プラスチックの性能が如何なくを発揮する。

【００１６】 次に、本実施例の作用にいつて説明する。 回転軸３の一端に軸着させた歯車１７によって該回転軸３が回転すると、該回 転軸に軸着させた回転磁石１、２に対する各磁極に対応して設けた集磁鉄芯５ａ 、５ｂ及び６ａ、６ｂに、回転磁石のＮ極とＳ極とが交互に切り替わる毎に、横 鉄芯１０ａと１０ｂを通って回転磁石１、２の間で磁力線が交番循環する。

【００１７】 このため磁気回路の一部をなす積層鋼板からなる上側立鉄芯１２ａ及び１３ａ と、下方立鉄芯１２ｂ及び１３ｂに巻かれた各大径のコイル１４ａ及び１５ａと 、１４ｂおよび１５ｂとに交流電圧が誘発され、該コイルは夫々接続されて発電 機の出力となって交流電力を供給するものである。

【００１８】 本考案にかかる発電機は、前記したように低効率の原因であるコイル銅損を極 力小さくするため、太径のコイルが使われている。これらは従来の発電機のよう なコイル巻線容積が鉄芯で制限される構造と違い、太いコイルを存分に使用でき る構造のため、従来の発電機の銅損を本考案の発電機の構造では４分の１に低減 することができた。

【００１９】 この発電機に用いる積層鋼板は、帯板を積み重ねた簡単な積層構造であって、 鉄芯容積が極めて小さく、プレス打抜き加工は全く必要がない。さらに、鉄芯容 積は磁力線数に対して最小限に有効に縮小設計が可能なこと、更に又、鉄芯材料 は鉄損の少ない高珪素鋼板の使用などで、従来の発電機における効率低下の原因 は全て除かれ、この効率は発電機の大小を問わず９０％に達する高効率を発揮す る。

【００２０】 また、交流発電機の交流を整流装置で直流に変換する場合、従来の発電機では 交流出力が直流出力では３５％程度に低下するが、コイルが太くて交流波形の頂 上部では電流が制限されることは少なく、直流整流により出力が著しく制限され ずに交流発電機の出力の８０％の直流出力が得られることで省エネルギ−に大き く貢献している。

【００２１】 なお、本考案の実施例は単相交流発電機であるが、前記した円筒体４の内面を １２０度の交流の位相角で分割し、３組の集磁鉄芯と磁気回路を構成する積層鉄 芯およびコイルを付した３組の単相交流発電部分を装着すれば３相交流となる。

【００２２】 この実施例において、第２図のような単相型はシリンダ内の磁極Ｎ、Ｓに対応 している両側の鉄芯６ａと６ｂと両方に磁力で引っ張られることで起動が困難で あるという欠点がある。本考案における実施例では、シリンダ内面を第３図のよ うな１２０度に分割して図のように単相型３個を装置してなる３相交流型とすれ ば、磁極Ｓ、Ｎに対応する鉄芯６ａ１と６ｂ１、６ｂ１と６ｂ２との磁力線の相 差は１２０度をなしていることで、回転磁石が受ける引っ張り磁力となる。以下 にその理由を第４図のベクトル合成磁力で説明することができる。

【００２３】 第４図でＡ方向の磁力線ｏ→ａに同じ強さの磁力線を１２０度のｂ方向で合成 すればｏ→ｂとなる。更に、これにｏ→ｃの同じ強さの磁力線を１２０度の方向 で合成すればｃ→ｏとなって原点に戻ることで、回転磁石が受ける引っ張り磁力 が０となる理由である。

【００２４】 この型式は、本考案にかかる発電機においてはいたって製作容易な実用的型式 であり、自然エネルギ−の波力発電や風力発電において、本考案の高効率発電機 の大小各種が実施されていること各所で、既に、長いものは運転年数が６年を越 えて驚異的高効率の威力を発揮して省エネルギ−に極めて貢献をしている。

【００２５】 また、本実施例における回転磁石を電磁石にし、さらに、電気動力機械の可逆 性として発電機と電動機は何れも構造的の区別は存在しない。

【００２６】

【考案の効果】

本考案は、従来の発電機のような巻線容積が狭くコイル径を制限されることが ないので、コイル捲線容積の大きい大径のコイルを巻回することができ、大きな 銅損を解消して銅損を従来の発電機の４分の１に低下させることができる。また 、発電機製造における鉄芯のプレス加工を不要にしたことで鉄芯量を大幅に減ら し、高硅素鋼板の使用を可能にして発電機鉄損を従来の発電機の４分の１に低減 させることができる。このように、従来の発電機の効率低下の原因を総て除いた ため、従来の発電機効率の６０％〜６５％を９０％に向上させることができる。 即ち、本考案に係る高効率発電機により、世界の消費電力の半ばを占めている動 力電力の３０％、全電力の１５％を節約させることで、省エネルギ−に大きく貢 献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる実施例を示した発電機の縦断側
面図である。

【図２】発電機の正面図で向かって右半分は第１図Ａ−
Ａ線断面を示している。

【図３】３相交流用の発電機の縦断面図である。

【図４】１２０°の位相差を有した磁力ベクトル合成図
である。

【図５】図３の中央縦断面図である。

【符号の説明】

１ 回転磁石 ２ 回転磁石 ２ａ 凹入部 ２ｂ 凹入部 ３ａ 凹入部 ３ｂ 凹入部 ４ 円筒体 ５ａ 集磁鉄芯 ５ｂ 集磁鉄芯 ６ａ 集磁鉄芯 ６ｂ 集磁鉄芯 ７ａ 鏡板 ７ｂ 鏡板 ８ 軸受 ９ 軸受 １２ａ 上方立鉄芯 １２ｂ 下方立鉄芯 １３ａ 上方立鉄芯 １３ｂ 下方立鉄芯 １４ａ コイル １４ｂ コイル １５ａ コイル １５ｂ コイル １６ａ 横鉄芯 １６ｂ 横鉄芯 １７ 歯車

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性で電気絶縁性を有した強化プラス
   チック製の円筒体の内面に設けた複数の凹入部内に、積
   層鋼板からなり夫々対をなして上下に位置させた集磁鉄
   芯を夫々収容して内面を平滑に形成し、 該円筒体の両端に位置させて夫々取付けた鏡板の中心に
   軸受を設け、該軸受に回転可能に軸承させた回転軸の一
   端に外部から駆動力を伝える歯車を軸着してなり、 該回転軸には、外周面にＮ極とＳ極の２極を交互に有し
   て円柱形をした２個の回転磁石の磁極方向が互いに反対
   になるように軸着し、両回転磁石が前記円筒体の内面に
   設けた各集磁鉄芯に対応して磁気が連通するように前記
   回転軸に固着してあり、 前記集磁鉄芯に接続して円筒体の外方に貫通させて立ち
   上がらせた上方立鉄芯及び下方立鉄芯に夫々大径のコイ
   ルを巻回させて磁気的に接続し、各立鉄芯の外端を横鉄
   芯で夫々磁気的に接続し、 歯車による回転軸の回転により各集磁鉄芯に対応するＮ
   極とＳ極を交互に配した回転磁石は、その回転により互
   いに相違する磁極が各集磁鉄芯により交互に切り替わ
   り、各集磁鉄芯を通る磁力線が上下の横鉄芯によって連
   結して回転磁石の磁気回路を往復循環し、各磁気回路の
   一部をなす各立鉄芯を往復交番する磁力線により前記各
   立鉄芯に巻回された大径のコイルに交番電圧を誘起させ
   るようにしたことを特徴とする高効率発電機。