JPWO2015025857A1 - 発電機 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明において、高発電状態の前記起電力コイル部で発生した起電力の一部を、低発電状態の前記起電力コイル部に供給して、低発電状態の前記起電力コイル部にN極又はS極の磁界を発生させることにより、前記磁性体部の移動を促進させることが好ましい。
また、本発明において、供給された駆動電流によりN極又はS極の磁界を発生させることにより、前記磁石部を停止状態から所定方向に回転させる起動用の電磁石コイル部を備えることが好ましい。
図1に示すように、第1実施形態の発電機1は、発電機本体10と、保持部20(不図示)と、電源部30と、蓄電部40と、を備える。
図2に示すように、発電機本体10は、磁石部100と、カバー部120と、コイル部130と、を備える。なお、図2において、コイル部130は、水平方向に2分割した状態を示しているが、実際には一体に構成されている。
保持部20は、発電機本体10を保持する構造体である。保持部20は、図7に示すように、ステー部21と、取付板22と、を備える。ステー部21は、発電機本体10を固定する部材である。ステー部21は、L字形の枠材23を4つ組み合わせて構成される。ステー部21は、取付板22に配置される。発電機本体10は、外周の4箇所においてステー部21に保持される。
一方、磁石部100が回転すると、各起電力コイル部132では、磁石部100の磁性体部110が内部を通過した際に生じる電磁誘導により、それぞれ起電力を発生する。各起電力コイル部132で発生した起電力は、配線L4を介して蓄電部40に送電される。
第1実施形態の発電機1において、永久磁石対111は、コア部材101を径方向から挟むように組み合わされている。これによれば、磁力線が外側に放射される範囲が従来に比べて大きくなるため、起電力コイル部132における磁束密度も大きくなり、従来の発電機に比べて、より多くの起電力を得ることができる。従って、本実施形態の発電機1によれば、トーラス型の輪回転子(磁石部)を備えた従来の発電機に比べて、発電効率を向上させることができる。
第2実施形態における発電機1Aの基本的な構成は、第1実施形態の発電機1(図1参照)と同じである。以下、第2実施形態における発電機1Aの特徴的な構成について説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と同じ部材に同一符号を付して説明する。但し、同一符号を付した部材のうち、第1実施形態と実質的に同じ構成の部材については、機能の説明を省略する。
図9に示すように、発電機本体10Aは、磁石部100と、カバー部120と、コイル部(不図示)と、を備える。
起電力コイル部132は、図11に示すように、円周方向に沿ってグループA、グループB、グループCの3つのグループに分けて配置されている。各グループは、起電力コイル部132を16個備えている。第2実施形態では、磁石部100が2°回転する毎に、起電力を発生するグループ(以下、「発電グループ」ともいう)が切り替えられる。
また、第2実施形態の発電機1Aには、図1に示す蓄電部40の代わりに、双方向回路140(図1、図11に不図示)が接続されている。双方向回路140の構成については、後述する。
図12では、説明を容易にするため、磁石部100をコイル部130の内側に示す。磁石部100におけるN極及びS極の位置は、カバー部120に磁石部100を収容したときの位置と一致する。
一方、グループB及びCでは、各起電力コイル部132の中心と、磁石部100のN極又はS極におけるピークポイントとがいずれも一致しない。そのため、グループB及びCの起電力コイル部132からは、起電力が出力されない。
従って、図12において、グループAは、発電グループとなる。また、グループB及びCは、非発電グループとなる。
一方、グループA及びBでは、各起電力コイル部132の中心と、磁石部100のN極又はS極におけるピークポイントとがいずれも一致しない(不図示)。そのため、グループA及びBに含まれる起電力コイル部132からは、起電力が出力されない。
従って、磁石部100が図12の状態から反時計回りに2°回転した場合、グループCは、発電グループとなる。また、グループA及びBは、非発電グループとなる。
一方、グループA及びCでは、各起電力コイル部132の中心と、磁石部100のN極又はS極におけるピークポイントとがいずれも一致しない(不図示)。そのため、グループA及びCに含まれる起電力コイル部132からは、起電力が出力されない。
従って、磁石部100が図12の状態から反時計回りに4°(2°×2)回転した場合、グループBは、発電グループとなる。また、グループA及びCは、非発電グループとなる。
従って、磁石部11が反時計回りに1回転(360°)する間、各グループにおいて、それぞれ60回の発電が行われる。言い換えると、磁石部11が反時計回りに1回転する間、各グループは、1/60サイクル毎に発電グループとなる。
図13から図16の(A)は、起電力の発生するタイミングを模式的に示す図である。また、図13から図16の(A)に示す「+」、「−」の記号は、起電力の発生する方向を表している。
図13の(B)に示すように、下流側の発電コイルC1に磁石部100のN極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン1(図17(A)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン1に切り替えられると、発電コイルC1で発生した起電力の一部は、上流側の電磁コイルC2にN極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。上流側の電磁コイルC2に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC2にN極の磁界が発生する。電磁コイルC2にN極の磁界が発生すると、電磁コイルC2から離れつつある磁石部100のN極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC2に近づきつつある磁石部100のS極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図13の(B)に示すように、下流側の発電コイルC3に磁石部100のS極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン2(図17(B)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン2に切り替えられると、発電コイルC3で発生した起電力の一部は、上流側の電磁コイルC4にS極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。上流側の電磁コイルC4に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC4にS極の磁界が発生する。電磁コイルC4にS極の磁界が発生すると、電磁コイルC4から離れつつある磁石部100のS極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC4に近づきつつある磁石部100のN極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図14の(B)に示すように、上流側の発電コイルC2に磁石部100のS極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン3(図17(C)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン3に切り替えられると、発電コイルC2で発生した起電力の一部は、下流側の電磁コイルC1にN極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。下流側の電磁コイルC1に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC1にN極の磁界が発生する。電磁コイルC1にN極の磁界が発生すると、電磁コイルC1から離れつつある磁石部100のN極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC4に近づきつつある磁石部100のS極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図14の(B)に示すように、上流側の発電コイルC4に磁石部100のN極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン4(図17(D)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン4に切り替えられると、発電コイルC4で発生した起電力の一部は、下流側の電磁コイルC3にS極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。下流側の電磁コイルC3に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC3にS極の磁界が発生する。電磁コイルC3にS極の磁界が発生すると、電磁コイルC3から離れつつある磁石部100のS極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC3に近づきつつある磁石部100のN極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図15の(B)に示すように、下流側の発電コイルC1に磁石部100のS極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン2(図17(B)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン2に切り替えられると、発電コイルC1で発生した起電力の一部は、上流側の電磁コイルC2にS極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。上流側の電磁コイルC2に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC2にS極の磁界が発生する。電磁コイルC2にS極の磁界が発生すると、電磁コイルC2から離れつつある磁石部100のS極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC2に近づきつつある磁石部100のN極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図15の(B)に示すように、下流側の発電コイルC3に磁石部100のN極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン1(図17(A)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン1に切り替えられると、発電コイルC3で発生した起電力の一部は、上流側の電磁コイルC4にN極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。上流側の電磁コイルC4に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC4にN極の磁界が発生する。電磁コイルC4にN極の磁界が発生すると、電磁コイルC4から離れつつある磁石部100のN極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC4に近づきつつある磁石部100のS極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図16の(B)に示すように、上流側の発電コイルC2に磁石部100のN極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン4(図17(D)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン4に切り替えられると、発電コイルC2で発生した起電力の一部は、下流側の電磁コイルC1にS極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。下流側の電磁コイルC1に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC1にS極の磁界が発生する。電磁コイルC1にS極の磁界が発生すると、電磁コイルC1から離れつつある磁石部100のS極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC1に近づきつつある磁石部100のN極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
図16の(B)に示すように、上流側の発電コイルC4に磁石部100のS極(ピークポイント)が達すると、双方向回路140は、パターン3(図17(C)参照)に切り替えられる。双方向回路140がパターン3に切り替えられると、発電コイルC4で発生した起電力の一部は、下流側の電磁コイルC3にN極の磁界を発生させるための駆動電流として供給される。下流側の電磁コイルC3に前記駆動電流が供給されると、電磁コイルC3にN極の磁界が発生する。電磁コイルC3にN極の磁界が発生すると、電磁コイルC3から離れつつある磁石部100のN極(磁極端)が反発すると共に、電磁コイルC3に近づきつつある磁石部100のS極(磁極端)が吸引される。そのため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
以上説明したように、双方向回路140は、磁石部100が回転して、発電コイルとして機能する起電力コイル部132の位置(上流側又は下流側)、及び発生する起電力の極性が変わる毎に、パターン1からパターン4のいずれかに切り替わる。
特に、第2実施形態の発電機1Aは、高発電状態の起電力コイル部132(発電コイル)で発生した起電力の一部を、低発電状態の起電力コイル部132に供給する双方向回路140を備える。そのため、発電機1Aにおいて、起電力の一部が供給された起電力コイル部132は、一時的にN極又はS極の電磁石コイルとなり、離れつつある同極性の磁石部100が反発すると共に、近づきつつある逆極性の磁石部100が吸引される。これにより、発電機1Aでは、磁石部100の回転速度に与える影響が低減されるため、磁石部100の進行方向への移動が促進される。
例えば、第1及び第2実施形態では、磁性体部110の回転体として、ボールベアリング114を用いた例について説明した。これに限らず、回転体は、ローラベアリングであってもよい。また、同等に機能し得るものであれば、他の回転機構を備えたものであってもよい。
第1及び第2実施形態では、電磁石コイル部131を2箇所に設けた例について説明した。これに限らず、電磁石コイル部131は、3箇所以上設けてもよい。
10、10A 発電機本体
20 保持部
30 電源部
40 蓄電部
100 磁石部
101 コア部材
110 磁性体部
114 ボールベアリング(回転体)
120 カバー部
130 コイル部
131 電磁石コイル部
132 起電力コイル部
133 コイル磁気センサ(極性検出部)
134 磁気センサ(極性検出部)
140 双方向回路
Claims (7)
- 磁性体部が円周方向に沿って配置され、全体としてリング状に構成された磁石部と、
前記磁石部が収容される中空の絶縁性容器であって、全体としてリング状に構成されたカバー部と、
前記カバー部の外側に設けられ、供給された駆動電流によりN極又はS極の磁界を発生する少なくとも2つの電磁石コイル部と、
前記カバー部の外側に設けられ、前記磁石部の前記磁性体部が内部を通過した際に生じる電磁誘導により、起電力を発生する起電力コイル部と、
前記磁石部、前記カバー部、前記電磁石コイル部、及び前記起電力コイル部の組み立て体としての発電機本体を保持する保持部と、
前記電磁石コイル部に駆動電流を供給する電源部と、
前記起電力コイル部において発生した起電力を蓄電する蓄電部と、
を備えた発電機であって、
前記磁石部は、リング状に形成されたコア部材を備え、
前記磁性体部は、前記コア部材を径方向から挟むように組み合わされたN極又はS極の永久磁石対により構成され、
前記電源部は、前記電磁石コイル部においてN極又はS極の磁界が交互に発生するように、極性の異なる駆動電流が供給可能に構成され、
前記電源部から前記電磁石コイル部に駆動電流を供給して、当該電磁石コイル部においてN極又はS極の磁界を発生させ、当該磁界に反応した前記磁性体部の移動により前記磁石部を前記カバー部の内部で回転させると共に、回転する前記磁石部の前記磁性体部が前記起電力コイル部の内部を通過した際に発生する起電力を前記蓄電部に蓄電することを特徴とする発電機。 - 請求項1に記載の発電機において、
前記電磁石コイル部の近傍に設けられ、前記磁石部が前記カバー部の内部で回転した際に、前記電磁石コイル部に接近する前記磁性体部の極性を検出する極性検出部を備え、
前記電源部は、前記極性検出部で検出された前記磁性体部の極性に基づいて、前記電磁
石コイル部に接近する前記磁性体部の極性と逆極性の磁界が前記電磁石コイル部において発生するように、前記電磁石コイル部にN極又はS極に対応する駆動電流を供給することを特徴とする発電機。 - 請求項1又は2に記載の発電機において、
前記磁石部は、重力方向において前記カバー部の底面と対向する領域に、回動自在に支持された回転体を備えることを特徴とする発電機。 - 請求項1から3のいずれかに記載の発電機において、
高発電状態の前記起電力コイル部で発生した起電力の一部を、低発電状態の前記起電力コイル部に供給して、低発電状態の前記起電力コイル部にN極又はS極の磁界を発生させることにより、前記磁性体部の移動を促進させることを特徴とする発電機。 - 請求項4に記載の発電機において、
高発電状態の前記起電力コイル部と低発電状態の前記起電力コイル部との間を電気的に接続する双方向回路を備えることを特徴とする発電機。 - 請求項1から5のいずれかに記載の発電機において、
供給された駆動電流によりN極又はS極の磁界を発生させることにより、前記磁石部を停止状態から所定方向に回転させる起動用の電磁石コイル部を備えることを特徴とする発電機。 - 請求項6に記載の発電機において、
前記起動用の電磁石コイル部は、前記前記磁性体部の隣接するN極及びS極のそれぞれ少なくとも半分の領域が同時に通過可能なコイル幅を有することを特徴とする発電機。
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