JPWO2004057736A1

JPWO2004057736A1 - 発電装置

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Publication number: JPWO2004057736A1
Application number: JP2004562004A
Authority: JP
Inventors: 哲夫岡本
Original assignee: 高橋　勲; 高橋勲
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP3783141B2; WO2004057736A1; US20050140234A1; US6975044B2

Abstract

外部からの回転力により回転される駆動軸（１）と、駆動軸（１）に取り付けられ且つ永久磁石（６ＮＬ，６ＳＬ）のＮ極とＳ極とを配置した磁極面を有する第１の回転子板（５Ｌ）と、第１の回転子板（５Ｌ）と空間をあけて駆動軸（１）に取り付けられ且つ第１の回転子板（５Ｌ）の磁極面と対向する永久磁石（６ＮＲ，６ＳＲ）の磁極面を有する第２の回転子板（５Ｒ）と、第１の回転子板（５Ｌ）と第２の回転子板（５Ｒ）の間に設置されたリングコア（１１）に第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）と第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）とを設けた固定子（１０）とを具備する。発電効率と放熱特性を向上できる。

Description

本発明は、発電装置に関し、更に詳しくは、外部からの回転力により永久磁石を回転させて発電する発電装置であって、発電効率が高く、放熱特性に優れた発電装置に関する。

従来、外部からの回転力により永久磁石を回転させて発電する発電装置では、永久磁石がドラム形をしている。
しかし、ドラム形永久磁石は回転子の重量が重くなる等の理由により、発電効率が低い問題点がある。また、ドラム形永久磁石の回転子と固定子巻線とは同軸円筒状になるため、放熱特性が悪い問題点がある。
そこで、本発明の目的は、外部からの回転力により永久磁石を回転させて発電する発電装置であって、発電効率が高く、放熱特性に優れた発電装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、外部からの回転力により回転される駆動軸（１）と、前記駆動軸（１）に取り付けられ且つ永久磁石（６ＮＬ，６ＳＬ）のＮ極とＳ極とを配置した磁極面を有する第１の回転子板（５Ｌ）と、前記第１の回転子板（５Ｌ）と空間をあけて前記駆動軸（１）に取り付けられ且つ前記第１の回転子板（５Ｌ）の磁極面と対向する永久磁石（６ＮＲ，６ＳＲ）の磁極面を有する第２の回転子板（５Ｒ）と、前記第１の回転子板（５Ｌ）と前記第２の回転子板（５Ｒ）の間に設置されたリングコア（１１）に第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）と第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）とを設けた固定子（１０）とを具備したことを特徴とする発電装置（１００）を提供する。
上記第１の観点による発電装置（１００）では、第１の回転子板（５Ｌ）および第２の回転子板（５Ｒ）がディスク形をしているため、回転子の重量が軽くなる。また、負荷電流が流れる巻線をリングコアにトロイダル巻きしているため、負荷電流による磁束が外部へほとんど出ず、電磁ブレーキがほとんど作用しないない。これらの理由等により、高い発電効率が得られる。また、第１の回転子板（５Ｌ）および第２の回転子板（５Ｒ）で固定子（１０）を挟むと共に第１の回転子板（５Ｌ）の磁極面と対向する第２の回転子板（５Ｒ）の磁極面とで磁極配置が同一であるため、第１の回転子板（５Ｌ）の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力と第２の回転子板（５Ｒ）の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力とが互いに加算方向となり、この点でも高い発電効率が得られる。さらに、ディスク形永久磁石の回転子と固定子巻線とは平面的に対向し、同軸円筒状にならないため、優れた放熱特性が得られる。
第２の観点では、本発明は、上記構成の発電装置（１００）において、前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）がダイオード（Ｄ１〜Ｄ５）を介して直列接続された６個の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）からなり、前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）がダイオード（Ｄ７〜Ｄ１１）を介して直列接続された６個の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）からなることを特徴とする発電装置（１００）を提供する。
上記第２の観点による発電装置（１００）では、ダイオード（Ｄ１〜Ｄ１２）により直流を得ることが出来る。
第３の観点では、本発明は、上記構成の発電装置（１００）において、各ダイオード（Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ７〜Ｄ１２）を介して充電される蓄電回路（Ｈ１〜Ｈ５，Ｈ７〜Ｈ１１）を各ダイオード（Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ７〜Ｄ１２）に対応して設けたことを特徴とする発電装置（１００）を提供する。
上記第３の観点による発電装置（１００）では、蓄電回路（Ｈ１〜Ｈ５）の電圧が加算されるため高い直流電圧が得られる。また、蓄電回路（Ｈ７〜Ｈ１１）の電圧が加算されるため高い直流電圧が得られる。
第４の観点では、本発明は、上記構成の発電装置（１００）において、前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）を直列接続するダイオード（Ｄ１〜Ｄ５）に電流が流れる期間は前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）から出力し、前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）を直列接続するダイオード（Ｄ７〜Ｄ１１）に電流が流れる期間は前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）から出力するように切り替えるスイッチ回路（１２，１３，１４，Ｔ１，Ｔ２）を具備したことを特徴とする発電装置（１００）を提供する。
上記第４の観点による発電装置（１００）では、第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）から出力する期間と第２の巻線（Ｌ７〜ＬＩ２）から出力する期間とをスイッチ回路（１２，１３，１４，Ｔ１，Ｔ２）で切り替えるため、第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）と第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）を独立に扱うことが出来る。
第５の観点では、本発明は、外部からの回転力により回転される駆動軸と、前記駆動軸に取り付けられ且つ永久磁石のＮ極とＳ極とを交互にｍ個ずつ配置した磁極面を有する回転子板と、前記回転子板の磁極面と対向するように設置されたリングコアに第１から第２ｍまでの巻線を設けた固定子とを具備したことを特徴とする発電装置を提供する。
上記第５の観点による発電装置では、回転子板がディスク形をしている。このため、回転子の重量が軽くなる等の理由により、高い発電効率が得られる。さらに、ディスク形永久磁石の回転子と固定子巻線とは平面的に対向し、同軸円筒状にならないため、優れた放熱特性が得られる。
第６の観点では、本発明は、外部からの回転力により回転される駆動軸と、前記駆動軸に取り付けられ且つ永久磁石のＮ極とＳ極とを交互にｍ個ずつ配置した磁極面を有する第１の回転子板と、前記第１の回転子板と空間をあけて前記駆動軸に取り付けられ且つ前記第１の回転子板の磁極面と対向する永久磁石の磁極面を有する第２の回転子板と、前記第１の回転子板と前記第２の回転子板の間に設置されたリングコアに第１から第２ｍまでの巻線を設けた固定子とを具備したことを特徴とする発電装置を提供する。
上記第６の観点による発電装置では、第１の回転子板および第２の回転子板がディスク形をしているため、回転子の重量が軽くなる。また、負荷電流が流れる巻線をリングコアにトロイダル巻きしているため、負荷電流による磁束が外部へほとんど出ず、電磁ブレーキがほとんど作用しないない。これらの理由等により、高い発電効率が得られる。また、第１の回転子板および第２の回転子板で固定子を挟むと共に第１の回転子板の磁極面と対向する第２の回転子板の磁極面とで磁極配置が同一であるため、第１の回転子板の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力と第２の回転子板の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力とが互いに加算方向となり、この点でも高い発電効率が得られる。さらに、ディスク形永久磁石の回転子と固定子巻線とは平面的に対向し、同軸円筒状にならないため、優れた放熱特性が得られる。
第７の観点では、本発明は、上記構成の発電装置において、前記第ｉ（＝１〜２ｍ）の巻線がダイオードを介して直列接続された複数個の巻線からなることを特徴とする発電装置を提供する。
上記第７の観点による発電装置では、ダイオードにより直流を得ることが出来る。
第８の観点では、本発明は、上記構成の発電装置において、各ダイオードを介して充電される蓄電回路を各ダイオードに対応して設けたことを特徴とする発電装置を提供する。
上記第８の観点による発電装置では、蓄電回路の電圧が加算されるため高い直流電圧が得られる。
第９の観点では、本発明は、上記構成の発電装置において、前記第ｉの巻線に対応するダイオードに電流が流れる期間は前記第ｉの巻線から出力するように切り替えるスイッチ回路を具備したことを特徴とする発電装置を提供する。
上記第９の観点による発電装置では、第ｉの巻線から出力する期間をスイッチ回路で切り替えるため、第１から第２ｍの巻線を独立に扱うことが出来る。

第１図は、第１の実施形態に係る発電装置の正面図である。
第２図は、第１の実施形態に係る発電装置における左固定子板を示す側面図である。
第３図は、第１の実施形態に係る発電装置における固定子を示す正面図である。
第４図は、第１の実施形態に係る発電装置における回転子を示す正面断面図および側面図である。
第５図は、第１の実施形態に係る発電装置における電気的接続を示す回路図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
−第１の実施形態−
第１図は、第１の実施形態にかかる発電装置（１００）を示す構成図である。
この発電装置（１００）は、外部に設けたモータ，エンジン，タービン，水車，風車などの回転力により回転される駆動軸（１）と、駆動軸（１）に一体的に取り付けられた左回転子板（５Ｌ）と、左回転子板（５Ｌ）と空間をあけて駆動軸（１）に一体的に取り付けられた右回転子板（５Ｒ）と、左回転子板（５Ｌ）と右回転子板（５Ｒ）の間に設置された固定子ケース（２０）に保持された固定子（１０）とを具備してなる。
駆動軸（１）は、回転子（１０）の中央穴を貫通し、左支持板（２Ｌ）と左軸受（３Ｌ）および右支持板（２Ｒ）と右軸受（３Ｒ）により回転自在に支承されている。
第２図に示すように、左回転子板（５Ｌ）には、固定子（１０）と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石（６ＮＬ）が、Ｎ極を固定子（１０）に向けて接着されている。また、固定子（１０）と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石（６ＳＬ）が、Ｓ極を固定子（１０）に向けて接着されている。
同様に、右回転子板（５Ｒ）には、固定子（１０）と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石（６ＮＲ）が、Ｎ極を固定子（１０）に向けて接着されている。また、固定子（１０）と対向する方向に着磁された半円形の永久磁石（６ＳＲ）が、Ｓ極を固定子（１０）に向けて接着されている。
第３図に示すように、左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）は、磁路となるため、磁気抵抗の小さい材料（例えば鉄）で製作されている。
第４図に示すように、固定子（１０）は、リングコア（１１）に、トロイダル巻きした巻線（Ｌ１）〜巻線（Ｌ１２）を等角度に設けたものである。また、巻線（Ｌ１２）と巻線（Ｌ１）の間には、ホールセンサ１２が設けられている。
第５図は、第１の実施形態に係る発電装置（１００）における電気的接続を示す回路図である。
巻線（Ｌ１）〜巻線（Ｌ６）は、ダイオード（Ｄ１）〜ダイオード（Ｄ５）を介して、直列接続されている。また、巻線（Ｌ６）は、ダイオード（Ｄ６）を介して、第１のトライアック（Ｔ１）の第１端に接続されている。
一方、巻線（Ｌ７）〜巻線（Ｌ１２）は、ダイオード（Ｄ７）〜ダイオード（Ｄ１１）を介して、直列接続されている。また、巻線（Ｌ１２）は、ダイオード（Ｄ１２）を介して、第２のトライアック（Ｔ２）の第１端に接続されている。
また、各ダイオード（Ｄ１〜Ｄ１２）には、それぞれ蓄電回路（Ｈ１〜Ｈ１２）が設けてある。
第１のトライアック（Ｔ１）は、ホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＳ極からＮ極へ反転した時にゲート回路（１３，１４）により、オンになる。そして、ホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＮ極からＳ極へ反転した時にオフになる。
一方、第２のトライアック（Ｔ２）は、ホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＮ極からＳ極へ反転した時にゲート回路（１３）により、オンになる。そして、ホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＳ極からＮ極へ反転した時にオフになる。
第１のトライアック（Ｔ１）の第２端は、電流制限抵抗Ｒ１を介して、コンデンサ（Ｃ）に接続されている。
また、第２のトライアック（Ｔ２）の第２端は、電流制限抵抗Ｒ２を介して、コンデンサ（Ｃ）に接続されている。
そして、コンデンサ（Ｃ）の両端から直流が出力される。
次に動作を説明する。
駆動軸（１）は、第２図で時計方向に回転される。
駆動軸（１）の回転により左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）が回転すると、やがてホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＳ極からＮ極へ反転する。これにより、第１のトライアック（Ｔ１）がオンになり、第２のトライアック（Ｔ２）がオフになる。
左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）がさらに回転すると、巻線（Ｌ１）〜巻線（Ｌ６）で、ダイオード（Ｄ１）〜ダイオード（Ｄ６）の順方向に起電力が発生し、蓄電回路（Ｈ１）〜（Ｈ６）が充電される。このとき、蓄電回路（Ｈ１）〜（Ｈ６）の電圧が加算される。そして、蓄電回路（Ｈ６）の電圧で、第１のトライアック（Ｔ１）および電流制限抵抗（Ｒ１）を介して、コンデンサ（Ｃ）が充電され、コンデンサ（Ｃ）の両端から直流が出力される。この間、巻線（Ｌ７）〜巻線（Ｌ１２）では、ダイオード（Ｄ７）〜ダイオード（Ｄ１２）の逆方向に起電力が発生するが、第２のトライアック（Ｔ２）はオフであり、直流の出力に関係しない。
左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）がさらに回転すると、やがてホールセンサ（１２）が検知する磁束の極性がＮ極からＳ極へ反転する。これにより、第１のトライアック（Ｔ１）がオフになり、第２のトライアック（Ｔ２）がオンになる。
左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）がさらに回転すると、巻線（Ｌ１）〜巻線（Ｌ６）で、ダイオード（Ｄ１）〜ダイオード（Ｄ６）の逆方向に起電力が発生するが、第１のトライアック（Ｔ１）はオフであり、直流の出力に関係しない。一方、巻線（Ｌ７）〜巻線（Ｌ１２）では、ダイオード（Ｄ７）〜ダイオード（Ｄ１２）の順方向に起電力が発生し、蓄電回路（Ｈ７）〜（Ｈ１２）が充電される。このとき、蓄電回路（Ｈ７）〜（Ｈ１２）の電圧が加算される。そして、蓄電回路（Ｈ１２）の電圧で、第２のトライアック（Ｔ２）および電流制限抵抗（Ｒ２）を介して、コンデンサ（Ｃ）が充電され、コンデンサ（Ｃ）の両端から直流が出力される。
上記第１の観点による発電装置（１００）によれば、左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）がディスク形をしており、回転子の重量が軽くなる等の理由により、高い発電効率が得られる。また、左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）で固定子（１０）を挟むと共に左回転子板（５Ｌ）の磁極面と対向する右回転子板（５Ｒ）の磁極面とで同極性の磁極配置であるため、左回転子板（５Ｌ）の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力と右回転子板（５Ｒ）の磁極面に対向する側の巻線部分で発生する起電力とが互いに加算方向となり、この点でも高い発電効率が得られる。さらに、左回転子板（５Ｌ）および右回転子板（５Ｒ）と固定子（１０）とは平面的に対向し、同軸円筒状にならないため、優れた放熱特性が得られる。
−第２の実施形態−
第１の実施形態では、固定子（１０）を２つの回転子板（５Ｌ，５Ｒ）で挟んだが、一方の回転子板を省略してもよい。
−第３の実施形態−
第１の実施形態では、一つの回転子板について略１／２円形の永久磁石を２個としたが、略１／２ｋ円形の永久磁石を２ｋ（ｋは２以上の整数）個としてもよい。なお、磁極面にＮ極とＳ極とが同一周期で交互に現れるように配置するならば、必ずしも１個ずつＮ極とＳ極が交互に反転するように配置しなくてもよい。例えば、略１／４円形の永久磁石を４個とし、１個ずつＮ極とＳ極が交互に反転するように円周状に配置してもよいし、２個を続けてＮ極とし、他の２個を続けてＳ極としてもよい。ただし、２個を続けてＮ極とし、他の２個を続けてＳ極とするのは、略１／２円形の永久磁石を２個とする場合と実質的に等価である。
また、磁極面にＮ極とＳ極とが同一周期で交互に現れるように着磁した１個の円形の永久磁石を用いてもよい。
磁極面が１回転する間にホールセンサ（１２）でＳ極からＮ極への反転をｍ回検出するならば、リングコア（１）に２ｍ個の巻線（ここでいう１個の巻線が複数個の巻線からなるようにしてもよい）を設け、それら巻線に対応するトライアックを択一的にオンにして出力を取り出せばよい。例えば、略１／４円形の永久磁石を４個とし、１個ずつＮ極とＳ極が交互に反転するように円周状に配置したならば、ｍ＝２であるため、リングコア（１）に４個の巻線を設け、それらにトライアックを割り当て、４個のトライアックを択一的にオンにして出力を取り出せばよい。ここでいう１個の巻線は、ダイオードを介して直列接続した隣接する例えば３個の巻線としてもよい（この場合、実際には、リングコア（１）に１２個の巻線を設けることになる）。

本発明の発電装置によれば、回転子がディスク形をしている。このため、回転子の重量が軽くなる等の理由により、高い発電効率が得られる。さらに、ディスク形永久磁石の回転子と固定子巻線とは平面的に対向し、同軸円筒状にならないため、優れた放熱特性が得られる。

Claims

外部からの回転力により回転される駆動軸（１）と、前記駆動軸（１）に取り付けられ且つ永久磁石（６ＮＬ，６ＳＬ）のＮ極とＳ極とを配置した磁極面を有する第１の回転子板（５Ｌ）と、前記第１の回転子板（５Ｌ）と空間をあけて前記駆動軸（１）に取り付けられ且つ前記第１の回転子板（５Ｌ）の磁極面と対向する永久磁石（６ＮＲ，６ＳＲ）の磁極面を有する第２の回転子板（５Ｒ）と、前記第１の回転子板（５Ｌ）と前記第２の回転子板（５Ｒ）の間に設置されたリングコア（１１）に第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）と第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）とを設けた固定子（１０）とを具備したことを特徴とする発電装置（１００）。
請求の範囲第１項に記載の発電装置（１００）において、前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）がダイオード（Ｄ１〜Ｄ５）を介して直列接続された６個の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）からなり、前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）がダイオード（Ｄ７〜Ｄ１１）を介して直列接続された６個の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）からなることを特徴とする発電装置（１００）。
請求の範囲第２項に記載の発電装置（１００）において、各ダイオード（Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ７〜Ｄ１２）を介して充電される蓄電回路（Ｈ１〜Ｈ５，Ｈ７〜Ｈ１１）を各ダイオード（Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ７〜Ｄ１２）に対応して設けたことを特徴とする発電装置（１００）。
請求の範囲第２項または第３項に記載の発電装置（１００）において、前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）を直列接続するダイオード（Ｄ１〜Ｄ５）に電流が流れる期間は前記第１の巻線（Ｌ１〜Ｌ６）から出力し、前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）を直列接続するダイオード（Ｄ７〜Ｄ１１）に電流が流れる期間は前記第２の巻線（Ｌ７〜Ｌ１２）から出力するように切り替えるスイッチ回路（１２，１３，１４，Ｔ１，Ｔ２）を具備したことを特徴とする発電装置（１００）。
外部からの回転力により回転される駆動軸と、前記駆動軸に取り付けられ且つ永久磁石のＮ極とＳ極とを交互にｍ個ずつ配置した磁極面を有する回転子板と、前記回転子板の磁極面と対向するように設置されたリングコアに第１から第２ｍまでの巻線を設けた固定子とを具備したことを特徴とする発電装置。
外部からの回転力により回転される駆動軸と、前記駆動軸に取り付けられ且つ永久磁石のＮ極とＳ極とを交互にｍ個ずつ配置した磁極面を有する第１の回転子板と、前記第１の回転子板と空間をあけて前記駆動軸に取り付けられ且つ前記第１の回転子板の磁極面と対向する永久磁石の磁極面を有する第２の回転子板と、前記第１の回転子板と前記第２の回転子板の間に設置されたリングコアに第１から第２ｍまでの巻線を設けた固定子とを具備したことを特徴とする発電装置。
請求の範囲第５項または第６項に記載の発電装置において、前記第ｉ（＝１〜２ｍ）の巻線がダイオードを介して直列接続された複数個の巻線からなることを特徴とする発電装置。
請求の範囲第７項に記載の発電装置において、各ダイオードを介して充電される蓄電回路を各ダイオードに対応して設けたことを特徴とする発電装置。
請求の範囲第７項または第８項に記載の発電装置において、前記第ｉの巻線に対応するダイオードに電流が流れる期間は前記第ｉの巻線から出力するように切り替えるスイッチ回路を具備したことを特徴とする発電装置。