TWI555306B - 高效率發電機 - Google Patents

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Description

高效率發電機
本發明係有關於一種包括具有永久磁鐵之轉子(rotor)、以及具有定子線圈(stator coil)之定子(stator)的高效率發電機，具體而言係有關於定子之構造的改良。
由習知可得知一種具有固定於輸入軸之轉子、以及配置有相對於該轉子空開間隔之定子的發電機。
發電機為採用永久磁鐵之永久磁鐵型的發電機時，轉子係具有以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置於該轉子之圓周方向的永久磁鐵。
另一方面，定子係具有齒(teeth)、以及定子線圈，該齒係與轉子之永久磁鐵相對突出而形成，該定子線圈係捲繞於該齒。
在如此構成的發電機中，藉由作用在以轉子的旋轉所產生的旋轉磁場與定子線圈之間的電磁感應作用，在定子線圈感應電壓而流動電流，進行發電。
藉由發電機發電之電力為3相交流時，通常，定子線圈的數量係為3m(m為正整數)個，且定子線圈係以例如U、V、W相之順序排列之方式等間隔地配置於圓周方向。並且，定子線圈係以取出在各相產生之電動勢大小相同、且分別具有120°相位差的3相交流，亦即對稱3相交流之電力的方式配置。以下，將如前述以等間隔地配置於圓周方向，從而降低對於向圓周方向移動之永久磁鐵之反作用， 亦即反向轉矩(counter torque)之定子線圈的配置構造，簡稱為定子線圈的均等負載配置構造。接著，以下，將能夠發電對稱3相交流之電力的定子線圈之配置構造，簡稱為定子線圈的均等相位配置構造。
在下述專利文獻1中，記載一種旋轉電機，該旋轉電機係具有以等間隔而複數形成於圓周方向而向軸方向延伸的孔，在這些孔內分別配置永久磁鐵而構成的轉子。
此外，在下述專利文獻2中，揭露一種3相交流發電機，該3相交流發電機係具有在內周配置有永久磁鐵之圓筒狀的轉子、以及於該轉子之內周空開間隔設置的定子。定子係具有齒、以及定子線圈，該齒係以向直徑方向外側突出之方式設置、而該定子線圈係捲繞於該齒。在該發電機中，藉由藉轉子的旋轉產生永久磁鐵與定子線圈的電磁感應作用而進行發電。
此外，在下述專利文獻3中，記載一種永久磁鐵式的交流發電機，該永久磁鐵式的交流發電機係具有在圓筒狀的內周面向圓周方向配置永久磁鐵的外轉子(Outer rotor)、以及在設置內裝於該轉子，且向圓周方向突出之齒捲繞定子線圈的定子。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2000-228838號公報。
專利文獻2：日本特開2004-166381號公報。
專利文獻3：日本特開2009-148020號公報。
在習知的3相交流發電機中，定子線圈係如前述為均等負荷配置構造及均等相位配置構造。以如此的構成下，藉由使轉子在1600、2000、3500或者4000rpm等之高速旋轉下旋轉，發電對稱3相交流的電力，即能夠滿足發電機的輸出組態特性。然而，當在如前述的高速旋轉下使轉子旋轉時，當然因使發熱增大，而有使發電機損傷、或者減短壽命的可能。
因此，可想到藉由僅使定子線圈數增加，且使轉子在1000rpm以下等之低速旋轉下旋轉，以抑制如前述之發熱。然而，在習知的3相交流發電機的構成中，會有因定子線圈的磁阻過大，且相對於各永久磁鐵的反向轉矩係均等地加算在各相而增加，故將導致轉子不旋轉，或者轉子無法獲得預期的旋轉數，結果無法獲得預期之輸出的問題點。
本發明之目的係在於提供能夠一種以簡單的構造，謀求高輸出化、並且謀求小型化與省材料化的高效率發電機。
本發明之高效率發電機係具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；定子，係具有對於轉子具預定的間隔而相對，且定子線圈捲繞於向該相對方向突出之齒；定子線圈係以不均等相位配置之方式構成。
此外，齒係等間隔地設置於定子的圓周方向，且捲繞於各齒的定子線圈係以使在各相之間的相位差不均等之方 式分別對於輸出側接線為佳。
此外，齒係等間隔地設置於定子的圓周方向，且捲繞於齒的定子線圈的數量係少於齒的數量，諸該定子線圈係以使在各相之間的相位差不均等之方式分別對於輸出側接線為佳。
此外，具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；定子，係具有對於轉子具預定的間隔而相對，且定子線圈分別捲繞於向該相對方向突出之複數個齒；且定子線圈係以不均等負載配置之方式構成為佳。
此外，定子線圈係能夠以偏在於定子之圓周方向之方式配置。
此外，捲繞於某齒之定子線圈的線徑係與捲繞於其他齒之定子線圈的線徑相異為佳。
此外，捲繞於某齒之定子線圈的匝數係與捲繞於其他齒之定子線圈的匝數相異為佳。
此外，某永久磁鐵的磁力係與其他永久磁鐵的磁力相異為佳。
此外，具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；定子，係具有對於轉子具預定的間隔而相對，且向該相對方向突出之齒；齒係等間隔地設置於定子的圓周方向；捲繞於齒的定子線圈係以數量少於齒之數量方式配置，並且以不均等相位方式構成為佳。
此外，定子線圈係能夠對於鄰接之複數個齒捲繞。
此外，諸該定子線圈係以使在各相之間的相位差不均 等之方式分別對於輸出側接線為佳。
根據本發明的高效率發電機，能夠以簡單的構造，謀求高輸出化、並且謀求小型化與省材料化。
以下參照圖面說明本發明之高效率發電機的實施形態。第1圖係為顯示本實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。第2圖係為顯示與第1圖之定子相對應之轉子的構成之圖。
本實施形態之高效率發電機(以下簡稱「發電機」)10係為3相交流發電機。發電機10係具有轉子12、以及定子14。轉子12係以可旋轉的方式空開間隔地配置於定子14之內周。
轉子12係為與輸入軸16同心之圓筒狀的磁性體，例如向軸方向疊層電磁鋼板而構成者。轉子12係固定成能夠與輸入軸16同步旋轉。如第2圖所示，在轉子12中向圓周方向配置16個永久磁鐵18。具體而言，永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置16個於轉子12之圓周方向。另外，永久磁鐵18之數量係為一例，永久磁鐵18之數量係可設為2n(n為正整數)個。
另外，在本實施形態中，各永久磁鐵18係沿著軸方向而分別配置於轉子12的外圓周面。惟並不限定於該構成，各永久磁鐵18亦可各個埋設在向軸方向延伸而形成於轉子12之孔內而配置。此外，在本實施形態中，雖針對轉 子12係疊層電磁鋼板而構成之情形進行說明，惟並不限定於該構成，轉子12亦可為由鐵粉芯所成形者。
定子14係與轉子12之周圍空開些微間隙而配置。定子14係為與輸入軸16同心之圓筒形狀而成之磁性體，例如向軸方向疊層電磁鋼板而形成者。具體而言，定子14係以沖床(press)沖裁薄板狀之電磁鋼板，而向軸方向疊層預定枚數之沖裁後的電磁鋼板，再施以加壓斂縫(caulking)等處理結合疊層之複數枚電磁鋼板所成形者。
另外，在本實施形態中，雖針對定子14係疊層電磁鋼板而構成之情形進形說明，惟並不限定於該構成，定子14亦可為由鐵粉芯所成形者。
定子14係具有環狀的軛(yoke)20、以及齒22，該齒22係從該軛20之內周朝向內側直徑方向突出，且空開預定之間隔而配置於圓周方向。如第1圖所示，本實施形態的齒22係配置24個於圓周方向。另外，齒22的數量係為一例。
在相互毗鄰的齒22之間，形成屬於溝狀空間的線槽(slot)24。導線係以一面通過線槽24、一面纏繞於齒22之方式形成定子線圈(如第3圖所示)。
在如此構成的發電機10中，藉由作用在以轉子12的旋轉所產生的旋轉磁場與定子線圈26之間的電磁感應作用，在定子線圈26感應電壓而流動電流，進行發電。
本實施形態的發電機10，其特徵係使定子線圈26構成為不均等相位配置。不均等相位配置，係指如發電為非 對稱3相交流之電力的定子線圈26的配置，為與習知技術所述均等相位配置不同之構成。採用如此之定子線圈26的不均等相位配置的發電機10，因相較於均等相位配置，可抑制對於旋轉之轉子12的反作用，亦即抑制對於各永久磁鐵18的反向轉矩的增加，故能夠使轉子12的旋轉數增加而謀求高輸出化。以下，針對定子線圈26之不均等相位配置其具體構成進行說明。
在第1圖中，對於捲繞有U相之定子線圈26的齒22，順時針地依序標示自U1至U8為止之位址(address)，同樣地，對於捲繞有V相之定子線圈26的齒22，標示自V1至V6為止之位址，復對於捲繞有W相之定子線圈26的齒22，標示自W1至W5為止之位址。另外，在如第1圖所示之定子14中，有5個無標示定子線圈26之位址的齒22。
在U相之定子線圈26中，線圈U1至U6以及U7至U8係分隔2相份的齒22而捲繞於齒22，線圈U6至U7係分隔3相份齒22而捲繞於齒22，而線圈U8至U1係分隔1相份的齒22而捲繞於齒22。在V相之定子線圈26中，線圈V1至V2、V3至V4以及V5至V6係分隔2相份的齒22，線圈V2至V3係分隔5相份的齒22，線圈V4至V5係分隔6相份的齒22，然後V6至V1係分隔1相份的齒22而分別捲繞於齒22。復在W相之定子線圈26中，線圈W1至W2以及W3至W4係分隔2相份的齒22，線圈W2至W3係分隔5相份的齒22，線圈W4至W5係分隔6相份的齒22，然後線圈W5至W1係分隔4相份的齒22而分別捲繞於齒22。
在習知例子的發電機中，各相的定子線圈係分隔2相份的齒而捲繞於齒，使在各相之間相位差以120°均等地方式配置。惟在本發明之發電機10中，定子線圈26並非如前述地在各相之間相位差分別為120°的均等，而是至少一部份以不均等方式配置。藉由如前述之構成，即可實現定子線圈26的不均等相位配置。
此外，如第1圖所示，19個捲繞在齒22的定子線圈26的數量，較少於24個齒22的數量。然後，諸該定子線圈26係以在各相之間相位差不均等之方式配置。即使藉由如此的構成，亦能夠實現定子線圈26的不均等相位配置。如此之不等間隔地配置定子線圈26在圓周方向的構造，係對應於後述的不均等負載配置。在本發明，亦能夠如前述將定子線圈之不均等相位配置與不均等負載配置予以結合。
在本實施形態中，雖針對定子線圈26的數量為19個之情形進行說明，惟本發明不限定該定子線圈26的數量為19個。定子線圈26亦可少於19個，亦可為對全部齒22捲繞24個。以上任一種構成，均能夠以使在各相之間相位差不均等的方式將設置於齒22的定子線圈26與輸出側接線，或者以將部份的定子線圈26與輸出側不接線之方式，實現定子線圈26的不均等相位配置。
接著，使用第3圖針對發電機10的輸出電路進行說明。本發明之發電機10的輸出電路，如第3圖所示，分別連接各相的定子線圈26例如U1、U2、U3…U8的各輸出端子與諸該輸出端子對應的整流電路28，且在諸該整流電路 28的輸出側，以並聯連接同相之定子線圈26的輸出之方式構成。藉由如前述的輸出電路，相較於在Y接線或者△接線的3個端子分別連接整流電路的習知之輸出電路，可謀求增大各相輸出電流。另一方面，在該輸出電路中，相較於習知的輸出電路係降低各相的輸出電壓。惟，藉由如前述之定子線圈26的不均等相位配置，因相較於習知例，增加轉子12的旋轉數，故仍可謀求每個定子線圈26的高電壓化。因此，如根據本實施形態之發電機10與其輸出電路的構成，即能夠相較於習知例子，確實地獲得高輸出，尤其有益於直接將輸出電力向二次電池等之充電器進行充電時。此外，在將藉由發電機10發電的電力向充電器進行充電時，分別連接各定子線圈26的輸出端子、及與輸出端子對應的整流器28，且在諸該輸出側，以並聯連接定子線圈26的輸出之方式構成，亦即藉由單相輸出方式構成者為佳。
在本實施形態中，發電機10係針對轉子12屬於配置於定子14之內側的內轉式發電機之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成，亦可供轉子配置於定子外側的外轉式發電機。
接著，使用第4圖針對另一實施形態之發電機30進行說明。第4圖係顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。另外，針對與前述實施形態同樣的構成要素係標示相同的符號。此外，與該實施形態之定子對應的轉子之構成係為與第2圖同樣。
該實施形態之發電機30，其特徵係使定子線圈26構成為不均等負載配置。不均等負載配置係指，使對於於圓周方向移動之永久磁鐵之反作用，亦即反向轉矩產生差量的定子線圈26的配置，為與習知技術所述的均等負載配置不同之構成。採用如此之定子線圈26的不均等負載配置的發電機30，因較於均等負載配置，能夠抑制對於旋轉之轉子12的反作用，亦即對於各永久磁鐵18的反向轉矩的增加，故能夠使轉子12的旋轉數增加而謀求高輸出化。以下，針對定子線圈26之不均等負載配置其具體構成進行說明。
該實施形態的定子線圈26係以偏在之方式配置在定子14的圓周方向中。在圓周方向偏在係指稱為偏向在圓周方向之預定的區域。如第4圖所示，齒22係9個配置偏在於藉由以輸入軸16的中心之預定的角度(例如120°)所圍起之扇形的區域。接著，在各齒22分別捲繞未顯示於第4圖的定子線圈26。根據前述，定子線圈26係配置偏向在圓周方向之預定的區域。另外，9個齒22以及定子線圈26的數量係為一例，本發明不限定於該數量。此外，在本實施形態中，雖針對偏在化形成齒22之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成，亦可在圓周方向以等間隔形成齒22，且以定子線圈26偏在於圓周方向中之方式，捲繞在諸該型齒22的一部份而配置。
在該實施形態的定子線圈26之相位係為能夠任意地設定。亦即，能夠在各定子線圈26，藉由分別連接輸出電 路之獨立(單相)輸出方式，俾以取出輸出電力。或者，定子線圈26，以U、V、W相之順序排列之方式等間隔地配置，亦即均等相位配置於圓周方向，亦能夠在各相藉由分別連接輸出電路之3相交流輸出方式，俾以取出輸出電力。或者，定子線圈26，在圓周方向中以順序不同地U、V、W相排列之方式配置，亦能夠在各相藉由分別連接輸出電路之3相交流輸出方式，俾以取出輸出電力。因在每個定子線圈26設置輸出端子，且僅變更該輸出端子的接線方法即能夠任意地設定定子線圈26的相位，故提升了定子14的設計自由度，並且使輸出電力的調整亦變得容易。
如此，在該實施形態中，齒22、與齒對應之定子線圈26係以偏在於定子14的圓周方向之方式配置。在習知例子的發電機中，等間隔地配置在圓周方向的定子線圈，對於在圓周方向移動之永久磁鐵之預定的反向轉矩，即所謂的負載係以每個等間隔地施加之方式進行配置。惟，在此發明的發電機30中，定子線圈26因以偏在於圓周方向之方式配置，故各永久磁鐵於圓周方向移動時被施加的負載並非均等，而變得不均等。如此，藉由在圓周方向的定子線圈26的偏在化，即能夠實現定子線圈26的不均等負載配置。
在本實施形態中，雖針對藉由定子線圈26的偏在化，構成定子線圈26的不均等負載配置之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成。只要使在圓周方向之負載不均等，捲繞於某齒22之定子線圈26的線徑，亦可以與其他捲繞 於齒22之定子線圈26的線徑相異之方式構成。再者，捲繞於某齒22之定子線圈26的匝數，亦可以與其他捲繞於齒22之定子線圈26的匝數相異之方式構成。或者，即使結合該等之構成，亦能夠實現定子線圈26的不均等負載配置。再者，使配置於轉子12之某永久磁鐵18的磁力，以與其他的永久磁鐵18之磁力相異之方式構成，俾使諸該永久磁鐵於圓周方向移動時被施加的負載並非均等，亦能夠達到不均等。
回到第4圖，該實施形態的定子14，其特徵係為與輸入軸6偏心的圓筒形狀。具體而言，在定子14之外圓周的中心，與屬於與輸入軸16同心之內圓周的中心相異。如此之定子14的構成，在謀求在圓周方向中定子線圈26的偏在化時，極為特別有益，且謀求定子14的小型化。藉由該構成，產生使在直徑方向之定子14的長度變大(增長)的區域，在該區域，能夠確保軛20的寬度，並且形成較直徑方向長之線槽24與齒22。藉由形成如此的線槽24與齒22，相較於外徑相同之習知的定子，即能夠使捲繞於每1個齒22之導線的匝數或者線徑之至少一方更增加，即能夠謀求定子線圈26之容量的增大。再者，隨著線徑的增大，減少繞線的數量，例如以1條即能夠獲得更大的輸出電流。再者，本實施形態之定子14與習知例為相同外徑時，在如前述之形成為更大的齒22中，即能夠將使用在習知例之以等間格配置在圓周方向的定子線圈之長度的導線，予以全部捲繞。
接著，使用從第5圖至第7圖針對該實施形態之發電機30的輸出特性進行說明。從第5圖至第7圖係為分別顯示本發明之高效率發電機與習知例之發電機的輸出特性之一例之圖。另外，在從第5圖至第7圖中，習知例子的輸出電路係為於△接線經由整流器連接負載，而本發明的輸出電路係採用與第3圖相同之構成，於發電機30，經由整流器28連接負載。該負載係全部共通為3個100瓦(w)/12伏特(V)的燈泡。此外，使用於習知例子與本發明的永久磁鐵之數量，均為16個，且磁化力亦相同。
如第5圖所示，習知例係以繞線匝數為25T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×3條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為425rpm、輸出電壓為0.21V、輸出電流為4安培(A)。另一方面，在本發明中係以從習知例子的條件改變為繞線匝數50T、定子線圈26數量9個之條件進行測量。該測量值係轉子12的旋轉數為925rpm、輸出電壓為6.0V、輸出電流為35A。
在第6圖中，習知例為繞線匝數為35T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×1條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為474rpm、輸出電壓為0.2V、輸出電流為7A。另一方面，在本發明中係以從習知例的條件改變為繞線匝數21T、定子線圈26數量9個、線徑1.1 φ×1條之條件進行測量。該測量值係轉子12的旋轉數為785rpm、輸出電壓為2.2V、輸出電流為18A。藉由使繞線為1條，而在該繞線流動大電流，並且增大線徑，即能夠更增大輸 出電流。
在第7圖中，習知例係以繞線匝數為65T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×2條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為428rpm、輸出電壓為0.37V、輸出電流為1.5A。另一方面，在本發明中係以從習知例的條件改變為繞線匝數56T、定子線圈26數量9個之條件進行測量。該測量值係轉子12的旋轉數為935rpm、輸出電壓為17V、輸出電流為17A。
如諸該輸出特性所示，發電機30相較於習知的發電機，能夠增加轉子12的旋轉數，而獲得高輸出。亦即，使定子線圈26以不均等負載配置之方式構成，從而增加轉子12的旋轉數，並能夠達到高輸出化。在另一方面，在發電機30中，因相較於習知例子減少定子線圈26的數量，故能夠達到省材料化。
在本實施形態中，發電機30係針對轉子12屬於配置於定子14之內側的內轉式發電機之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成，亦可提供為轉子配置於定子外側的外轉式發電機32。
使用第8圖、第9圖針對該發電機32之構成進行說明。第8圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖，第9圖係為顯示與第8圖之定子相對應之轉子的構成之圖。另外，針對與前述2個實施形態相同之構成要素係標示相同的符號，且省略詳細的說明。
發電機32係具有中空之圓筒形狀的轉子32、以及與 轉子34之內周空開間隔設置的定子36。轉子34與輸入軸16係能夠同步旋轉地固定在軸方向端部。在轉子34的內周，以等間隔在圓周方向配置永久磁鐵18。具體而言，永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式於轉子34之圓周方向等間隔地配置16個。另外，永久磁鐵18之數量係為一例，永久磁鐵18之數量係可設為2n(n為正整數)個。
該實施形態的定子36係為貫通地插入輸入軸16與輸入軸16偏心的中空圓筒形狀。亦即，在定子36之外圓周的中心，與屬於與輸入軸16同心之內圓周的中心相異。該構成係與前述之實施形態的定子14同樣，在謀求在圓周方向中定子線圈26(未圖示)的偏在化時，極為特別有益，且謀求定子36的小型化。
接著，使用第10圖針對另一實施形態的發電機38進行說明。第10圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。另外，針對與前述實施形態相同之構成要素係標示相同的符號，且省略詳細的說明。此外，與該實施形態之定子相對應的轉子之構成係為與第9圖相同。
該發電機32係為轉子34配置於定子40之外側的外轉式發電機。定子40係為貫通地插入輸入軸16與輸入軸16同心的中空圓筒形狀。亦即，在定子40之外圓周的中心，與屬於與輸入軸16同心之內圓周的中心相同。
定子40係具有環狀的軛20、以及齒22，該齒22係從該軛20之外周朝向外側直徑方向突出，且空開預定之間隔而配置於圓周方向。如第10圖所示，本實施形態的齒 22係於圓周方向配置24個。另外，齒22的數量係為一例。在相互毗鄰的齒22之間，形成屬於溝狀空間的線槽24。
在第10圖中，對於捲繞有定子線圈26(未圖示)的齒22，順時針地依序標示自22a至22i為止之位址。具體而言，以齒22a作為起點，順時針地，分隔1個齒22，而依序地標示至齒22i為止之位址順序。藉此，定子線圈26係9個配置偏在於藉由以輸入軸16的中心之預定的角度(例如240°)所圍起之扇形的區域。另外，該配置係為一例，本發明不限定於該構成，只要形成定子線圈26在圓周方向的偏在化，亦可使定子線圈26的數量少於或者多於9個。此外，亦不限定捲繞有定子線圈26之齒22的位置，亦可連續地捲繞於鄰接的齒22，亦可分隔2個齒22。
在該實施形態之定子線圈26的相位，係與前述之實施形態同樣地為能夠任意地設定。亦即，在各定子線圈26，能夠藉由分別連接輸出電路之獨立(單相)輸出方式，俾以取出輸出電力。或者，定子線圈26，以U、V、W相之順序排列之方式等間隔地配置，亦即均等相位配置於圓周方向，亦能夠在各相藉由分別連接輸出電路之3相交流輸出方式，俾以取出輸出電力。或者，定子線圈26，在圓周方向中以順序不同地U、V、W相排列之方式配置，亦能夠在各相藉由分別連接輸出電路之3相交流輸出方式以取出輸出電力。因在每個定子線圈26設置輸出端子，且僅變更該輸出端子的接線方法即能夠任意地設定定子線圈26的相位，故提升了定子40的設計自由度，並且使輸出電力的 調整亦變得容易。
接著，使用從第11圖至第13圖針對該實施形態之發電機38的輸出特性進行說明。從第11圖至第13圖係為分別顯示本發明之高效率發電機與習知例子之發電機的輸出特性之一例之圖。另外，在從第11圖至第13圖中，習知例子的輸出電路係為於△接線經由整流器連接負載，而本發明的輸出電路係採用與第3圖相同之構成，於發電機38，經由整流器28連接負載。該負載係全部共通為3個100w/12V的燈泡。此外，使用於習知例子與本發明的永久磁鐵之數量，均為16個，且磁化力亦相同。
如第11圖所示，習知例子係以繞線匝數為25T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×3條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為425rpm、輸出電壓為0.21V、輸出電流為7A。另一方面，在本發明中係以從習知例子的條件改變為繞線匝數50T、定子線圈26數量9個之條件進行測量。該測量值係轉子34的旋轉數為438rpm、輸出電壓為6.0V、輸出電流為15A。
在第12圖中，習知例子係以繞線匝數為35T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×1條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為178rpm、輸出電壓為0.02V、輸出電流為4.8A。另一方面，在本發明中係以從習知例子的條件改變為繞線匝數21T、定子線圈26數量8個、線徑1.1 φ×1條之條件進行測量。該測量值係轉子34的旋轉數為573rpm、輸出電壓為15.7V、輸出電流為18A。
在第13圖中，習知例子係以繞線匝數為65T、定子線圈數量為24個、線徑為0.85 φ×2條之條件。在該條件的測量值係轉子的旋轉數為0rpm，亦即無旋轉、輸出電壓為0V、輸出電流為0A。另一方面，在本發明中係以從習知例子的條件改變為繞線匝數56T、定子線圈26數量6個之條件進行測量。雖輸入相同，但測量值係轉子34的旋轉數為935rpm、輸出電壓為40V、輸出電流為35A。
如諸該輸出特性所示，發電機38相較於習知的發電機，能夠增加轉子34的旋轉數，而獲得高輸出。亦即，使定子線圈26以不均等負載配置之方式構成，從而增加轉子34的旋轉數，並能夠達到高輸出化。
接著，使用4個圖式針對另一實施形態之高效率發電機的定子線圈的配置進行說明。在使用於諸該圖式的定子，齒22係等間隔地配置在圓周方向。惟在諸該等圖式中，為了容易閱讀，將通常配置於圓周方向的齒22直線性地排序顯示。
第14圖係為顯示在具有48個齒22的定子14中，定子線圈26的配置之圖。雖未圖示，惟轉子的永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置32個於圓周方向。亦即，以使永久磁鐵18在圓周方向中鄰接之N極與S極的間隔，相對於在圓周方向中鄰接的齒14的間隔為1.5倍之方式，使永久磁鐵18配置於轉子。
在第14圖中，對於齒22，從左端至右端為止依序地標示1至48的位址。然後，對於捲繞於齒22的定子線圈 26，亦標示U1至U4、V1至V4然後W1至W4為止的位址。
具體而言，在U相之定子線圈26中，線圈U1捲繞於編號1、2之齒22、線圈U2捲繞於編號13、14之齒22、線圈U3捲繞於編號25、26之齒22、線圈U4捲繞於編號37、38之齒22。在V相之定子線圈26中，線圈V1捲繞於編號9、10之齒22、線圈V2捲繞於編號21、22之齒22、線圈V3捲繞於編號33、34之齒22、線圈V4捲繞於編號45、46之齒22。然後，在W相之定子線圈26中，線圈W1捲繞於編號4、5之齒22、線圈W2捲繞於編號16、17之齒22、線圈W3捲繞於編號28、29之齒22、線圈W4捲繞於編號40、41之齒22。
在習知例子的發電機中係使在各相的定子線圈之間的相位差為120°而均等的方式配置。惟在該實施形態中，定子線圈26藉由如前述之配置，使在各相之間相位差並非分別為120°的均等。藉由如前述之構成，即可實現定子線圈26的不均等相位配置。
然後，在前述位址以外的齒22，不捲繞定子線圈26。亦即，在編號3、6至8、11、12、15、18至20、23、24、27、30至32、35、36、39、42至44、47、48的齒22，不捲繞定子線圈26，即存在所謂空置的齒22。如此，藉由使空置的齒22存在，換言之，藉由使定子線圈26的數量較少於齒22的數量，而容易形成供以達成定子線圈26的不均等相位配置之最佳的配置。
在本實施形態中，雖針對定子線圈26的數量為12個 之情形進行說明，惟本發明不限定該定子線圈26的數量為12個。定子線圈26只要為較全部的齒22的數量48個少的數量即可。任一個的構成，均能夠將設置於齒22的定子線圈26與輸出側以使在各相之間的相位差不均等的方式接線，或者將部分的定子線圈26與輸出側不接線之方式，實現定子線圈26的不均等相位配置。
接著，使用第15圖針對在具有24個齒22的定子14中定子線圈26的配置進行說明。雖未圖示，惟轉子的永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置16個於圓周方向。亦即，使永久磁鐵18在圓周方向中鄰接之N極與S極的間隔，相對於在圓周方向中鄰接的齒14的間隔為1.5倍之方式，使永久磁鐵18配置於轉子。
在第15圖中，對於齒22，從左端至右端為止依序地標示1至24的位址。定子線圈26，分別對於編號1、2的齒22、編號4、5的齒22、編號7、8的齒22、編號10、11的齒22、編號13的齒22、編號15、16的齒22、編號18、19的齒22、編號21、22的齒22進行捲繞。然後，在前述位址以外的齒22，不捲繞定子線圈26。亦即，在編號3、6、9、12、14、17、20、23、24的齒22，不捲繞定子線圈26，即存在所謂空置的齒22。如此，藉由使空置的齒22存在，如前述，容易形成供以達成定子線圈26的不均等相位配置之最佳的配置。
在該實施形態之定子線圈26的相位，係與已說明之實施形態同樣地為能夠任意地設定。亦即，在各定子線圈 26，能夠藉由分別連接輸出電路之獨立(單相)輸出方式以取出輸出電力。或者，定子線圈26，在圓周方向中以順序不同地將U、V、W相排列之方式配置，亦能夠在各相藉由分別連接輸出電路之3相交流輸出方式，俾以取出輸出電力。因在每個定子線圈26設置輸出端子，且僅變更該輸出端子的接線方法即能夠任意地設定定子線圈26的相位，故提升了定子40的設計自由度，並且使輸出電力的調整亦變得容易。
在第16圖、第17圖係顯示與第3圖相異之另一態樣的輸出電路之一例。如第16圖所示，各相之定子線圈26係分別並聯連接，且各相之定子線圈26的輸出端子以與分別對應之各整流電路28之方式連接。例如，並聯連接之線圈U1、U2、U3的輸出端子與整流電路28連接、並聯連接之線圈V1、V2、V3的各輸出端子與整流電路28連接、並聯連接之線圈W1、W2、W3的各輸出端子與整流電路28連接。藉由如此的輸出電路，相較於在Y接線或者△接線的3個端子分別連接整流電路，即可謀求各相輸出電流的增大。此外，在該輸出電路中，因降低對於在發電時轉子12的磁阻，故使轉子12的旋轉數增加，結果謀求每個定子線圈26的高電壓化。在第17圖中，係顯示各相之定子線圈26係分別並聯連接，且各相之定子線圈26的輸出端子以與分別對應的各整流電路28之方式連接的三角形接線(△接線)。藉由如此之構成，亦能夠謀求各相之輸出電流的增大。另外，各相之定子線圈26的數量係為一例，在該態樣 中不限定定子線圈26的數量為3個，只要複數個即能夠實現。此外，如有複數之各相之定子線圈26時，亦可各相之定子線圈26的輸出端子分別與另一輸出電路接線，俾以構成同時取出預期之電力，亦即直流電力與交流電力。如此之情形，將該發電機，使用在同時要求3相交流電力與直流電力之裝置，例如搭載於電動車為佳。
接著，使用第18圖針對在具有18個齒22的定子14中定子線圈26的配置進行說明。雖未圖示，惟轉子的永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置12個於圓周方向。亦即，使永久磁鐵18在圓周方向中鄰接之N極與S極的間隔，相對於在圓周方向中鄰接的齒14的間隔為1.5倍之方式，使永久磁鐵18配置於轉子。
在第18圖中，對於齒22，從左端至右端為止依序地標示1至18的位址。然後，對於捲繞於齒22的定子線圈26，亦標示U1、V1然後W1的位址。
具體而言，在U相之定子線圈26中，線圈U1對於編號1、2之齒22捲繞。在V相之定子線圈26中，線圈V1對於編號4、5之齒22捲繞。然後，在W相之定子線圈26中，線圈W1對於編號9、10之齒22捲繞。
在該實施形態中，定子線圈26藉由如前述之配置，並非使在各相之間相位差分別為120°的均等。藉由如此之構成，即可實現定子線圈26的不均等相位配置。
然後，在前述位址以外的齒22，不捲繞定子線圈26。亦即，在編號3、6至8、11至18的齒22，不捲繞定子線 圈26，即存在所謂空置的齒22。如此，藉由使空置的齒22存在，容易形成供以達成定子線圈26的不均等相位配置之最佳的配置。
在本實施形態中，雖針對定子線圈26的數量為3個之情形進行說明，惟本發明不限定該定子線圈26的數量為3個。定子線圈26的數量只要為較全部的齒22的數量18個少即可。任一個的構成，均能夠將設置於齒22的定子線圈26以使在各相之間的相位差不均等的方式與輸出側接線，或者將部分的定子線圈26與輸出側不接線之方式，實現定子線圈26的不均等相位配置。
最後，使用第19圖針對在具有15個齒22的定子14中的定子線圈26的配置進行說明。雖未圖示，惟轉子的永久磁鐵18係以N極與S極交替排列之方式等間隔地配置10個於圓周方向。亦即，以永久磁鐵18在圓周方向中鄰接之N極與S極的間隔，相對於在圓周方向中鄰接的齒14的間隔為1.5倍之方式，使永久磁鐵18配置於轉子。
在第19圖中，對於齒22，從左端至右端為止依序地標示1至15的位址。然後，對於捲繞於齒22的定子線圈26，亦標示U1、V1然後W1的位址。
具體而言，在U相之定子線圈26中，線圈U1對於編號1、2之齒22捲繞。在V相之定子線圈26中，線圈V1對於編號4、5之齒22捲繞。然後，在W相之定子線圈26中，線圈W1對於編號9、10之齒22捲繞。
在該實施形態中，定子線圈26藉由如前述之配置， 並非使在各相之間相位差分別為120°的均等。藉由如此之構成，即可實現定子線圈26的不均等相位配置。
然後，在前述位址以外的齒22，不捲繞定子線圈26。亦即，在編號3、6至8、11至15的齒22，不捲繞定子線圈26，即存在所謂空置的齒22。如此，藉由使空置的齒22存在，容易形成供以達成定子線圈26的不均等相位配置之最佳的配置。
在本實施形態中，雖針對定子線圈26的數量為3個之情形進行說明，惟本發明不限定該定子線圈26的數量為3個。定子線圈26的數量只要為較全部的齒22的數量18個少即可。任一個的構成，均能夠將設置於齒22的定子線圈26與輸出側以使在各相之間的相位差不均等的方式接線，或者將部分的定子線圈26與輸出側不接線之方式，實現定子線圈26的不均等相位配置。
在第14、15、18、19圖所示之實施形態中，雖主要針對定子線圈26對於鄰接2個齒捲繞之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成。只要能夠達成不均等相位配置，定子線圈26亦可對於鄰接之2個以上的複數個齒22，例如3個、4個或者6個齒捲繞。再者，在第14、15、18、19圖所示之實施形態中，雖針對齒22的數量為48、24、18、15個之情形進行說明，惟本發明不限定該齒之數量，亦可多於48個、少於15個、或者為15至48個之間的數量。
此外，在第14、15、18、19圖所示之實施形態中， 雖針對轉子的永久磁鐵18係以交替排列N極與S極之方式等間隔地配置於圓周方向之情形進行說明，惟本發明不限定於該構成。亦可以在依序排列複數個N極，例如依序排列2個N極之後，再依序排列複數個S極，例如依序排列2個S極之方式構成。
在第20圖中，顯示對應於第1圖之定子的另一態樣的轉子之構成。在該態樣的轉子12中，永久磁鐵18係依N、N、S、S、N、N、S、S…之順序排列。以如此的構成，即能夠獲得相較於使用在第2圖所示之轉子12的發電機約2倍的輸出。此外，在第21圖中，顯示對應於第1圖之定子的另一態樣的轉子之構成。在該態樣的轉子12中，永久磁鐵18係依N、N、S、S、N、N、S、S…之順序排列，並且永久磁鐵18的數量為2倍，亦即從16個成為32個。以如此的構成，即能夠較使用在第2圖所示之轉子12的發電機更使轉子12的旋轉數降低，而獲得約2倍的輸出。該等該永久磁鐵18的排列，亦即使同極的永久磁鐵18鄰接的排列，即使於第9圖所示之轉子34，以及於第14、15、18、19圖所示之發電機所採用的轉子亦能夠適用。
10、30、32、38‧‧‧高效率發電機
12、34‧‧‧轉子
14、36、40‧‧‧定子
16‧‧‧輸入軸
18‧‧‧永久磁鐵
20‧‧‧軛
22、22a至22i‧‧‧齒
24‧‧‧線槽
26‧‧‧定子線圈
28‧‧‧整流器
U1至U8、V1至V6、W1至W5‧‧‧線圈
第1圖係為顯示本發明實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。
第2圖係為顯示與第1圖之定子相對應之轉子的構成之圖。
第3圖係為顯示輸出電路之圖。
第4圖係顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。
第5圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第6圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第7圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第8圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。
第9圖係為顯示與第8圖之定子相對應之轉子的構成之圖。
第10圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子的構成之圖。
第11圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第12圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第13圖係為顯示本發明之高效率發電機與習知例子的輸出特性的一例之圖。
第14圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子線圈的配置之圖。
第15圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子線圈的配置之圖。
第16圖係為顯示另一態樣的輸出電路之圖。
第17圖係為顯示另一態樣的輸出電路之圖。
第18圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子線圈的配置之圖。
第19圖係為顯示另一實施形態之高效率發電機之定子線圈的配置之圖。
第20圖係為顯示對應於第1圖之定子的另一態樣之轉子的構成之圖。
第21圖係為顯示對應於第1圖之定子的另一態樣之轉子的構成之圖。
14‧‧‧定子
16‧‧‧輸入軸
20‧‧‧軛
22‧‧‧齒
24‧‧‧線槽
30‧‧‧高效率發電機

Claims (4)

  1. 一種高效率發電機，其具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；及定子，係具有對於該轉子具預定的間隔而相對，且有定子線圈捲繞於向該相對方向突出之複數個齒之至少一部分；其中，該複數個齒係等間隔地設置於該定子的圓周方向；該定子線圈係捲繞於鄰接的2個該齒；該定子線圈所捲繞的該齒之間存在有從1至3所選擇之數目之空置的該齒；藉由該空置的該齒之數目的選擇，該定子線圈係以偏在於該定子之圓周方向之方式配置且以不均等負載配置之方式構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高效率發電機，其中，該定子線圈係包含U相、V相、W相線圈，並藉由該空置的該齒之數目的選擇而以各相之間的相位差成為不均等且該定子線圈以不均等相位配置之方式構成。
  3. 一種高效率發電機，其具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；及定子，係具有對於該轉子具預定的間隔而相對，且有定子線圈捲繞於向該相對方向突出之複數個齒之至 少一部分；其中，該複數個齒係等間隔地設置於該定子的圓周方向；該定子線圈係捲繞於鄰接的2個該齒；該定子線圈所捲繞的該齒之間存在有1個與2個之空置的該齒；藉由該空置的該齒之數目的選擇，該定子線圈係以偏在於該定子之圓周方向之方式配置且以不均等負載配置之方式構成。
  4. 一種高效率發電機，其具備有：轉子，係固定於輸入軸，且在圓周方向具有複數個永久磁鐵；及定子，係具有對於該轉子具預定的間隔而相對，且有定子線圈捲繞於向該相對方向突出之複數個齒之至少一部分；其中，該複數個齒係等間隔地設置於該定子的圓周方向；該定子線圈係混合存在有捲繞於鄰接的2個該齒或單一的該齒之2種類的定子線圈；藉由該2種類的定子線圈的混合存在，該定子線圈係以偏在於該定子之圓周方向的方式配置，並且以不均等負載配置方式構成。
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