JP4085128B1 - 発電機 - Google Patents

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。
【選択図】図１ａ

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は、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。

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。

Claims (5)

1. 巻線が施されたリング状のコアと、
   複数の永久磁石がそれぞれ配列され、且つ、前記コアを挟んで対向して駆動軸に設置された第１及び第２の回転子板とを有し、
   前記第１の回転子板の対向面に配列された前記複数の永久磁石の磁極は、同一の磁極が現れるように配列され、
   前記第２の回転子板の対向面に配列された前記複数の永久磁石の磁極は、前記同一の磁極とは反対の磁極が現れるよう配列され、
   且つ、前記第１の回転板の対向面に配列された前記複数の永久磁石は、互いに所定の間隔を持って配置され、前記第２の回転板の対向面に配置された前記複数の永久磁石は、前記間隔と対向するよう配置されていることを特徴とする発電機。
2. 前記巻線は、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、
   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の巻線を有し、
   前記分割された第１の巻線は、前記第１の回転板の対向面に配列された前記複数の永久磁石に対向して前記リング状のコアに巻かれ、
   前記分割された第２の巻線は、前記第２の回転板の対向面に配列された前記複数の永久磁石に対向して前記リング状のコアに巻かれ、
   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請求項１に記載の発電機。
3. 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２に記載の発電機。
4. 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の永久磁石との間に、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の永久磁石との間に、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２又は３に記載の発電機。
5. 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２乃至４のいずれかに記載の発電機。

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