(57)【要約】【課題】コギングトルクを低減し、かつ発電効率の低下を抑えられる発電機を提供する。【解決手段】回転するロータ３の磁力によってステータ２に起電力が発生する発電機１であって、ロータ３に介装される磁石３３と、この磁石３３の磁束をステータ２を迂回して導く磁歪素子５と、ロータ３の回転に伴って発生する遠心力を磁歪素子５に付与して変形させる遠心力付与部材（重り６）とを備え、磁歪素子５が変形するのに伴って磁歪素子５の透磁率が低下し、磁石３３の磁束が磁歪素子５を迂回してステータ２に導かれることにより、コギングトルクを低減する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロータの磁力によってステータに起電力が発生する発電機であって、
前記ロータに介装される磁石と、
この磁石の磁束を前記ステータを迂回して導く磁歪素子と、
前記ロータの回転に伴って発生する遠心力を前記磁歪素子に付与して変形させる遠心力付与部材とを備え、
前記磁歪素子が変形するのに伴って前記磁歪素子の透磁率が低下し、前記磁石の磁束が前記磁歪素子を迂回して前記ステータに導かれる構成としたことを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記ロータに遠心力付与部材を移動可能に収容する収容空間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記磁歪素子は前記ロータの外周部に設けられるロータ外周磁極の間に介装されることを特徴とする請求項２に記載の発電機。
【請求項４】
前記ロータに前記磁石の磁束を導く対のヨークを備え、
前記磁歪素子の両端部が前記各ヨークに支持され、
前記遠心力付与部材が前記磁歪素子に当接し前記各ヨークの間に介装されることを特徴とする請求項３に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するロータの磁力によってステータに起電力が発生する発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電機は、ロータの磁力によってステータを吸着するコギングトルクが発生するため、ロータの起動時にコギングトルクに打ち勝つ起動トルクをロータに与える必要がある。
【０００３】
特許文献１には、コギングトルクを低減するように各磁極を配置するものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、２つの発電機を互いに回転位相差を持たせるように連動させ、２つの発電機の間でコギングトルクを相殺するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３４７６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２５５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発電機にあっては、コギングトルクを低減するように磁極を配置すると、発電効率が低下するという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２の発電機にあっては、２つの発電機を連動させる機構を設ける必要があり、構造の複雑化を招くという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コギングトルクを低減し、かつ発電効率の低下を抑えられる発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転するロータの磁力によってステータに起電力が発生する発電機であって、ロータに介装される磁石と、この磁石の磁束をステータを迂回して導く磁歪素子と、ロータの回転に伴って発生する遠心力を磁歪素子に付与して変形させる遠心力付与部材とを備え、磁歪素子が変形するのに伴って磁歪素子の透磁率が低下し、磁石の磁束が磁歪素子を迂回してステータに導かれる構成としたことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、発電機の起動時に、ロータの磁束がステータを迂回して磁歪素子によって導かれることにより、コギングトルクを低減し、例えば弱い風力によって発電機を起動することができる。発電機が起動すれば、遠心力によって磁歪素子が変形するのに伴って、磁歪素子の透磁率が低下し、ロータの磁束が磁歪素子を迂回してステータに導かれることにより、発電効率が高まり、十分な発電電力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態を示すステータおよびロータの斜視図。
【図２】同じくステータおよびロータの正面図。
【図３】同じく図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】同じくステータおよびロータの正面図。
【図５】同じくステータおよびロータの正面図。
【図６】同じくステータおよびロータの正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は発電機１を構成するステータ２およびロータ３の斜視図であり、図２はステータ２およびロータ３の正面図である。
【００１４】
発電機１は、ステータ２の内側でロータ３が回転することにより、ロータ３の磁力によってステータ２のコイル２２（図４参照）に起電力が発生する。
【００１５】
発電機１は、ステータ２の内側でロータ３が回転するインナロータ式となっているが、これに限らず、ステータの外側でロータが回転するアウタロータ式としてもよい。
【００１６】
発電機１は、ステータ２の極数が９極、ロータ３の極数が９極である。なお、これに限らず、ステータ２、ロータ３の極数は任意に設定される。
【００１７】
図３はステータ２およびロータ３の一部を拡大した正面図である。ステータ２は円筒状のコア２０を備え、このコア２０は図示しないケースに固定される。コア２０の内側に９個のティース２１が突出するように形成され、この各ティース２１にコイル２２が巻かれる。
【００１８】
ロータ３は筒状の本体３０を備え、この本体３０は図示しないシャフト及び軸受を介してケースに回転可能に支持される。ロータ３はシャフトの中心線Ｏについて回転する。
【００１９】
本体３０は放射状に開口する９個の磁極凹部３１を有し、この磁極凹部３１に磁石３３、対のヨーク３２、３４が介装される。
【００２０】
対のヨーク３２、３４は、磁極凹部３１内に固定され、放射状に配置される。各ヨーク３２、３４の間に磁石３３が介装される。磁石３３の磁極（Ｎ極、Ｓ極）となる両端部３３ａ、３３ｂが各ヨーク３２、３４に当接する。板状のヨーク３２、３４は磁性材によって形成され、磁石３３の磁束がロータ３の外周面（ヨーク端部３２ａ、３４ａ）からステータ２へと導く磁路を構成する。各ヨーク端部３２ａ、３４ａが磁石３３の磁束をロータ３からステータ２へと導くロータ外周磁極を構成している。
【００２１】
各ヨーク３２、３４の間に磁歪素子５が介装される。梁状の磁歪素子５は、その両端部３５ａ、３５ｂが各ヨーク３２、３４の外周端部に支持される。磁歪素子５は、ロータ外周磁極（ヨーク端部３２ａ、３４ａ）の間に介装され、各ヨーク３２、３４によって導かれる磁石３３の磁束をステータ２を迂回して導く磁路を構成する。
【００２２】
磁歪素子５は、これが受ける荷重によって変形することにより、透磁率が変化する特性を有する。磁歪素子５は、自由状態で透磁率が高く、その変形量が大きくなるのに伴って透磁率が低下する。
【００２３】
発電機１は、ロータ３の回転に伴って磁歪素子５に遠心力を付与する遠心力付与部材を備える。この遠心力付与部材として、磁歪素子５に当接する重り６が各ヨーク３２、３４の間に介装される。
【００２４】
各ヨーク３２、３４の間に断面台形の収容空間１０が画成され、この収容空間１０に重り６が収容される。各ヨーク３２、３４は、ロータ３の回転中心線Ｏについて放射状に配置され、両者の間隔がロータ３の外径方向について次第に大きくなっている。
【００２５】
重り６は、断面台形のブロック状に形成される。重り６は、各ヨーク３２、３４の側面に摺動可能に当接し、ロータ３の外径方向について移動可能に介装される。これにより、この重り６はロータ３が回転するのに伴って生じる遠心力によって磁歪素子５に押し付けられる。
【００２６】
重り６は非磁性材によって形成され、各ヨーク３２、３４の間にて磁束が重り６を介して導かれないように遮断する。
【００２７】
なお、これに限らず、重り６自体を磁石によって形成し、この磁石を磁石３３と並列に配置してもよい。これにより、ロータ３の磁力を高められる。また、この重り（磁石）６を磁石３３と一体化してもよい。
【００２８】
重り６は凸部６ａを有し、この凸部６ａが磁歪素子５の中央部に当接する。重り６は遠心力によって凸部６ａが磁歪素子５に押し付けられ、磁歪素子５を曲げ変形させる。
【００２９】
なお、この凸部６ａが磁歪素子５を押圧する部位を、磁歪素子５の中央部にすることにより、各磁歪素子５の両端部３５ａ、３５ｂが各ヨーク３２、３４との支持部に対して、均一に力が伝わり、各磁歪素子５の透磁率のバラツキが少なくなる。この結果、各磁石３３からの磁束がステータ２に対して均等に導かれ、よりスムーズでむらのないステータ２の回転が実現できる。
【００３０】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００３１】
発電機１の停止時、磁歪素子５は、重り６から遠心力による荷重を与えられることなく、その透磁率が高い自由状態となる。このため、磁石３３の磁束は、図５に矢印で示すように、ステータ２を迂回し、磁歪素子５を通って導かれる。この磁束が導かれる磁気経路は、磁石３３のＮ極→ヨーク３４→磁歪素子５→ヨーク３２→磁石３３のＳ極となる。
【００３２】
こうして磁石３３の磁束がステータ２を迂回して導かれることにより、ロータ３とステータ２の間における磁気吸引力によるコギングトルクが小さく抑えられ、発電機１を起動するのに必要な起動トルクが小さくなる。これにより、発電機１が例えば風力によって駆動される場合、弱い風力によっても発電機１が起動して発電することができる。
【００３３】
発電機１の作動時、磁歪素子５は、遠心力によって重り６の凸部６ａから与えられる荷重により曲げ変形し、その透磁率が低い状態となる。このため、磁石３３の磁束は、図６に矢印で示すように、磁歪素子５を迂回し、ステータ２を通って導かれる。この磁束が導かれる磁気経路は、磁石３３のＮ極→ヨーク３４→ステータ２→ヨーク３２→磁石３３のＳ極となる。
【００３４】
こうして磁石３３の磁束が磁歪素子５を迂回してステータ２に導かれることにより、この磁力によってコイル２２に起電力が発生する。発電機１が例えば風力によって駆動される場合、小さいトルクでロータ３が起動し、ロータ３の起動後は回転速度が高まるのに伴って磁歪素子５が大きく変形し、磁歪素子５の透磁率が低下することにより、コイル２２に導かれる磁束の割合が増加し、発電効率が高まる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、回転するロータ３の磁力によってステータ２に起電力が発生する発電機１であって、ロータ３に介装される磁石３３と、この磁石３３の磁束をステータ２を迂回して導く磁歪素子５と、ロータ３の回転に伴って発生する遠心力を磁歪素子５に付与して変形させる遠心力付与部材（重り６）とを備え、磁歪素子５が変形するのに伴って磁歪素子５の透磁率が低下し、磁石３３の磁束が磁歪素子５を迂回してステータ２に導かれる構成とした。
【００３６】
上記構成に基づき、発電機１の起動時に、ロータ３の磁束がステータ２を迂回して磁歪素子５によって導かれることにより、コギングトルクを低減し、例えば弱い風力によって発電機１を起動することができる。発電機１が起動すれば、遠心力によって磁歪素子５が変形するのに伴って、磁歪素子５の透磁率が低下し、ロータ３の磁束が磁歪素子５を迂回してステータ２に導かれることにより、発電効率が高まり、十分な発電電力が得られる。
【００３７】
本実施の形態では、ロータ３に遠心力付与部材（重り６）を移動可能に収容する収容空間１０が形成される構成とした。
【００３８】
上記構成に基づき、発電機１が起動すれば、遠心力によって遠心力付与部材（重り６）が磁歪素子５に押し付けられ、磁歪素子５が変形するのに伴って磁歪素子５を通る磁束を減らし、ステータ２に導かれる磁束が増えることによって発電効率が高まり、十分な発電電力が得られる。
【００３９】
本実施の形態では、ロータ３はその外周部に磁石３３の磁束をステータ２へと導く対のロータ外周磁極（ヨーク端部３２ａ、３４ａ）を有し、各ロータ外周磁極（ヨーク端部３２ａ、３４ａ）の間に磁歪素子５が介装される構成とした。
【００４０】
上記構成に基づき、ロータ３の回転停止時、磁歪素子５はロータ外周磁極（ヨーク端部３２ａ、３４ａ）の間で磁束を導くことにより、ステータ２に導かれる磁束を減らし、コギングトルクを低減する。
【００４１】
本実施の形態では、ロータ３に磁石３３の磁束を導く対のヨーク３２、３４を備え、磁歪素子５の両端部が各ヨーク３２、３４に支持され、遠心力付与部材（重り６）が磁歪素子５の当接し各ヨーク３２、３４の間に介装される構成とした。
【００４２】
上記構成に基づき、ロータ３の回転停止時、磁歪素子５は各ヨーク３２、３４の間で磁束を導き、ステータ２に導かれる磁束を減らすことによって、コギングトルクを低減する。発電機１が起動すれば、遠心力によって遠心力付与部材（重り６）が磁歪素子５に押し付けられ、磁歪素子５が変形するのに伴って磁歪素子５を通る磁束を減らし、ステータ２に導かれる磁束が増えることによって発電効率が高まり、十分な発電電力が得られる。
【００４３】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００４４】
１    発電機
２    ステータ
３    ロータ
５    磁歪素子
６    重り（遠心力付与部材）
１０  収容空間
２０    コア
２１    ティース
２２    コイル
３０    本体
３１    磁極凹部
３２    ヨーク
３２ａ  ヨーク端部（ロータ外周磁極）
３３    磁石
３４    ヨーク
３４ａ  ヨーク端部（ロータ外周磁極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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