JPWO2008032384A1 - 発電機 - Google Patents

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Abstract

全ての巻線に同方向の起電力を発生させ、巻線の漏れ磁界の発生を防ぐことにより巻線からの漏れ磁界による回転子板の回転力低下を防ぎ、且つ、回路負担を伴わない高効率の発電機を提供する。固定されたリング状のコア5に複数に分割されて巻かれた第1の巻線15−1〜4と、該複数と同数に分割され、第1の巻線の分割された間隙部を覆うように巻かれた第2の巻線25−1〜4と、リング状のコア5の両面に対向して設置された第1及び第2の回転子板30、35とを有し、第1の回転子板は、第1の巻線に対向した第1の永久磁石40−1〜4を有し、第2の回転子板は、第2の巻線に対向した第2の永久磁石45−1〜4を有し、第1及び第2の回転子板30、35の回転により、第1及び第2の巻線15−1〜4、25−1〜4に発生する電力を取り出す。

Description

本発明は、外部から加えられる回転力により永久磁石を回転させて発電する発電機に係り、詳しくは、互いの巻線の起電力を同方向とし、漏洩磁束の発生を防止することにより、漏れ磁界による回転子板の回転力低下を防止することで発電効率を高めた発電機に関する。
特許文献1には、外部から加えられる回転力により永久磁石を回転させて発電する発電装置について記載されている。図7aにおいて該発電装置(100)は、固定子ケース(20)に保持された固定子(10)の両側に、左回転子板(5L)と右回転子板(5R)とを具備している。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。
図7bにおいて固定子(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。図8において巻線(L1)〜巻線(L6)は、整流器(D1)〜整流器(D5)を介して、直列接続されている。また、巻線(L6)は、整流器(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、整流器(D7)〜整流器(D11)を介して、直列接続されている。また、巻線(L12)は、整流器(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、各整流器(D1〜D12)には、それぞれ蓄電回路(H1〜H12)が設けてある。第1及び第2のトライアック(T1、T2)の第2端は、電流制限抵抗R1、R2を介して、コンデンサ(C)に接続されている。
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、整流器(D1)〜整流器(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。
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(L7)〜巻線(L12)で、整流器(D7)〜整流器(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。
このように、左回転子板(5L)では、永久磁石(6NL)から永久磁石(6SL)に向けて磁界が発生し、右回転子板(5R)では、永久磁石(6NR)から永久磁石(6SR)に向けて磁界が発生し、左回転子板(5L)および右回転子板(5R)が回転することにより、巻線(L1)〜巻線(L6)および巻線(L7)〜巻線(L12)に互いに逆相の起電力を発生している。このため、固定子(10)のリングコア(11)のトロイダル巻線(L1)〜巻線(L12)の、巻線(L1)〜巻線(L6)から電力を取り出している時は、巻線(L7)〜巻線(L12)からは取り出せないという問題があった。
また、逆相の起電力をカットするため、ホールセンサ(12)、第1のトライアック(T1)および第2のトライアック(T2)を設置する必要があり、回路負担を伴うことになっていた。さらに、巻線(L1)〜巻線(L6)および巻線(L7)〜巻線(L12)に発生する起電力は逆相にあるため、起電力により巻線(L1)〜巻線(L6)および巻線(L7)〜巻線(L12)に発生する磁界も逆方向となり、巻線から漏れ磁界が生じ、回転子板の回転力の低下を来たし、発電効率の低下となっていた。
特許第3783141号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、全ての巻線に同方向の起電力を発生させ、巻線の漏れ磁界の発生を防ぐことにより巻線からの漏れ磁界による回転子板の回転力低下を防ぎ、且つ、回路負担を伴わない高効率の発電機を提供することにある。
本発明の発電機は、固定されたリング状のコアに複数に分割されて巻かれた第1の巻線と、複数と同数に分割され、第1の巻線の分割された間隙部を覆うように巻かれた第2の巻線と、リング状のコアの両面に対向して設置された第1及び第2の回転子板とを有し、第1の回転子板は、分割された第1の巻線に対向した複数と同数の第1の永久磁石を有し、第2の回転子板は、分割された第2の巻線に対向した複数と同数の第2の永久磁石を有し、第1及び第2の回転子板の回転により、第1及び第2の巻線に発生する電力を取り出すことを特徴とする。
本発明の発電機は、第1及び第2の巻線の巻き線数と巻き線方向が同一であることを特徴とする。
本発明の発電機の第1及び第2の回転子板は、中心に回転のための共通の駆動軸を有し、駆動軸と第1の磁石との間に、磁路を形成する第1の磁路形成板と、駆動軸と第2の磁石との間に、磁路を形成する第2の磁路形成板とを有することを特徴とする。
本発明の発電機は、第1の巻線の一端が接地され、他端が第1の整流器の正極に接続され、第2の巻線の一端が接地され、他端が第2の整流器の正極に接続され、第1及び第2の整流器の負極が、キャパシタの一端に接続され、キャパシタの他端が接地され、キャパシタの一端から電力を取り出すことを特徴とする。
本発明の発電機によれば、全ての巻線に同方向の起電力を発生させることが可能となり、巻線の漏れ磁界の発生を防ぐことができ、巻線からの漏れ磁界による回転子板の回転力低下を防ぎ、且つ、逆方向の起電力をカットする回路負担を伴わない高効率の発電機を提供することが可能となる。
本発明の発電機の構成を示す構成図である。 本発明のリング状コアの巻線分解図である。 本発明の回転子板の構成図である。 第1の回転子板と第2の回転子板とによる磁路を示す磁路形成図である。 本発明の発電機の電気回路図である。 接続ノードPの出力波形を示す図である。 従来の発電装置の正面及び側面図である。 従来の発電装置の電気的接続を示す回路図である。
符号の説明
5 リング状のコア
15−1〜4 第1の巻線
25−1〜4 第2の巻線
30 第1の回転子板
35 第2の回転子板
40−1〜4 第1の永久磁石
45−1〜4 第2の永久磁石
50−1、2 磁路形成板
60 駆動軸
70 固定子
80−1、2 軸受
85−1、2 支持板
90−1、2 整流器
95 キャパシタ
97 台座
110 発電機
本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。図1は、本発明の発電機の構成を示す構成図である。図1aにおいて、発電機110の固定子70は、台座97に固定され、リング状のコア5は、第1の巻線15−1〜4と第2の巻線25−1〜4とが巻かれた状態で、固定子70に設置されている。第1の回転子板30と第2の回転子板35とは、駆動軸60を介してそれぞれ支持板85−1、85−2を有する軸受80−1、80−2に設置され、軸受80−1、80−2は台座97に固定されている。また第1の回転子板30と第2の回転子板35とは、第1の永久磁石40−1〜4及び45−1〜4をそれぞれ有している。駆動軸60は、外部から回転駆動トルクを得て(図示せず)、第1の回転子板30と第2の回転子板35とを回転させ、回転磁界を発生させる。
図1bにおいて、第1の巻線15−1〜4と第2の巻線25−1〜4とが巻かれたリング状のコア5は、固定子70にはめ込まれて設置されている。図2は、図1bのリング状のコア5に第1の巻線15−1〜4と第2の巻線25−1〜4とが巻かれた状態をさらに詳しく説明するリング状コアの巻線分解図である。図2aにおいて、第1の巻線15−1〜4は、互いに90度の角度を成し、第1の巻線15−1と15−3とが対向し、15−2と15−4とが対向するようにリング状のコア5に巻かれている。図2bにおいて、第2の巻線25−1〜4は、互いに90度の角度を成し、第2の巻線25−1と25−3とが対向し、25−2と25−4とが対向し、第1の巻線15−1〜4の間隙部を覆うように45度ずれて、第1の巻線15−1〜4と同方向に同回数だけ巻かれている。
図3は、図1aの第1の回転子板30と第2の回転子板35との構成をより詳しく説明する回転子板構成図である。第1の永久磁石40−1〜40−4は、互いに90度の角度を成し、第1の永久磁石40−1と40−3とが対向し、40−2と40−4とが対向して第1の回転子板30に設置されている。第2の永久磁石45−1〜45−4は、互いに90度の角度を成し、第2の永久磁石45−1と45−3とが対向し、45−2と45−4とが対向して第2の回転子板35設置されている。また、第1の回転子板30と第2の回転子板35とは、第1の永久磁石40−1〜40−4に対し第2の永久磁石45−1〜45−4が、互いに45度ずれて設置されるように、駆動軸60に固定されている。さらに第1の回転子板30と第2の回転子板35は、磁路形成板50−1、50−2をそれぞれ有し、第1の永久磁石40−1〜40−4と第2の永久磁石45−1〜45−4との磁路を形成している。この磁路形成板50−1、50−2は、第1および第2の回転子板30、35全体を鉄材とすることで磁路を形成しても良い。
図4は、第1の回転子板30と第2の回転子板35とによる磁路の形成と、磁界の方向を示す磁路形成図である。図4において、第1の回転子板30の第1の永久磁石40−1のN極から、第2の回転子板35の第2の永久磁石45−1および45−4のS極に向けて磁界が発生する。この磁界は、再び、第2の永久磁石45−1および45−4のN極から、磁路形成板50−2及び50−1を経由して、第1の永久磁石40−1のS極へ向けて帰着する磁路を形成する。第1の回転子板30と第2の回転子板35とが、駆動軸60の回転トルクを受けて回転すると、図4に示される磁路の回転磁界が生成され、第1の巻線15−1〜4および第2の巻線25−1〜4に同方向の起電力が発生する。これにより全ての巻線に同方向の起電力を発生させることができ、発生磁界のすべてを有効に利用することができる。巻線の分割数及び磁石の分割数を4とした実施例を示したが、巻線及び磁石の分割数は8でも良く、分割数はこれに限定されるものではない。
図5は、本発明の発電機の電気回路図である。第1の巻線15−1〜4は、互いに直列に接続され、第1の巻線15−4の開放端は接地され、第1の巻線15−3の開放端は整流器90−1の正極に接続されている。同様に、第2の巻線25−1〜4は、互いに直列に接続され、第2の巻線25−3の開放端は接地され、第2の巻線25−2の開放端は整流器90−2の正極に接続されている。整流器90−1および整流器90−2の負極はキャパシタ95の一端に接続され、その接続ノードPから起電力が取り出される。キャパシタ95の他端は接地されている。第1の巻線15−1〜4および第2の巻線25−1〜4に発生した同方向の起電力により生じる磁界は、全て同方向であるため、リング状のコア5内に完全に閉じ込められる。このため、巻線からの漏れ磁界による回転子板30、35の回転力の低下は起きず、発電効率の低下を来たすことがない。
図6は、接続ノードPの出力波形を示す図である。図6aにおいて、第1の巻線15−1〜4および第2の巻線25−1〜4に発生した同方向の起電力の合成波が、時間軸に対し脈流となってキャパシタ95に入力される。図6bにおいて、キャパシタ95に蓄積された合成波は、平坦な直流成分として取り出すことができる。この直流成分をコンバータにより交流成分に変換し、変圧器により昇圧することにより、家庭用電力として供給することが可能となる。
以上説明したように本発明によると、全ての巻線に順方向の起電力を発生させることが可能となり、発生磁界のすべてを有効に利用することができる。また、巻線の漏れ磁界の発生を防ぐことができ、巻線からの漏れ磁界による回転子板の回転力の低下は起きず、発電効率の低下を来たすことがない。さらに、逆方向の起電力をカットするための特別の回路負担を伴わない。このため、電気回路が簡単で、高効率の発電機を提供することが可能となる。
図3は、図1aの第1の回転子板30と第2の回転子板35との構成をより詳しく説明する回転子板構成図である。第1の永久磁石40−1〜40−4は、互いに90度の角度を成し、第1の永久磁石40−1と40−3とが対向し、40−2と40−4とが対向して第1の回転子板30に設置されている。第2の永久磁石45−1〜45−4は、互いに90度の角度を成し、第2の永久磁石45−1と45−3とが対向し、45−2と45−4とが対向して第2の回転子板35設置されている。また、第1の回転子板30と第2の回転子板35とは、第1の永久磁石40−1〜40−4に対し第2の永久磁石45−1〜45−4が、互いに45度ずれて設置されるように、駆動軸60に固定されている磁路形成板50−1、50−2にそれぞれ固定されている。磁路形成板50−1、50−2、第1の永久磁石40−1〜40−4と第2の永久磁石45−1〜45−4との磁路を形成している。磁路形成については、次の図4で説明する。
図4は、第1の回転子板30と第2の回転子板35とによる磁路の形成と、磁界の方向を示す磁路形成図である。図4において、第1の回転子板30の第1の永久磁石40−1のN極から、第2の回転子板35の第2の永久磁石45−1および45−4のS極に向けて磁界が発生する。この磁界は、再び、第2の永久磁石45−1および45−4のN極から、磁路形成板50−2、駆動軸60、及び50−1を経由して、第1の永久磁石40−1のS極へ向けて帰着する磁路を形成する。第1の回転子板30と第2の回転子板35とが、駆動軸60の回転トルクを受けて回転すると、図4に示される磁路の回転磁界が生成され、第1の巻線15−1〜4および第2の巻線25−1〜4に同方向の起電力が発生する。これにより全ての巻線に同方向の起電力を発生させることができ、発生磁界のすべてを有効に利用することができる。巻線の分割数及び磁石の分割数を4とした実施例を示したが、巻線及び磁石の分割数は8でも良く、分割数はこれに限定されるものではない。

Claims (4)

  1. 固定されたリング状のコアに複数に分割されて巻かれた第1の巻線と、
    前記複数と同数に分割され、前記第1の巻線の分割された間隙部を覆うように巻かれた第2の巻線と、
    前記リング状のコアの両面に対向して設置された第1及び第2の回転子板とを有し、
    前記第1の回転子板は、前記分割された第1の巻線に対向した前記複数と同数の第1の永久磁石を有し、
    前記第2の回転子板は、前記分割された第2の巻線に対向した前記複数と同数の第2の永久磁石を有し、
    前記第1及び第2の回転子板の回転により、前記第1及び第2の巻線に発生する電力を取り出すことを特徴とする発電機。
  2. 前記第1及び第2の巻線の巻き線数と巻き線方向が同一であることを特徴とする請求項1に記載の発電機。
  3. 前記第1及び第2の回転子板は、中心に回転のための共通の駆動軸を有し、
    前記駆動軸と前記第1の磁石との間に、磁路を形成する第1の磁路形成板と、
    前記駆動軸と前記第2の磁石との間に、磁路を形成する第2の磁路形成板とを有することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発電機。
  4. 前記第1の巻線の一端が接地され、他端が第1の整流器の正極に接続され、
    前記第2の巻線の一端が接地され、他端が第2の整流器の正極に接続され、
    前記第1及び前記第2の整流器の負極が、キャパシタの一端に接続され、
    前記キャパシタの他端が接地され、
    前記キャパシタの前記一端から電力を取り出すことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の発電機。
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