(57)【要約】  外力によって回転する主軸１６と、主軸１６の略中間部に固定され、外周面に周方向に沿って複数の第一磁石２１を等間隔で設けた内側ローター２０と、内側ローター２０の外周側に、内側ローター２０と同心状に、かつ、回転しない状態で設けられ、内周面に周方向に沿って、第一磁石２１と対向する複数の内側コイル束３１を固定し、外周面に周方向に沿って複数の外側コイル束３２を固定したステーター３０と、ステーター３０の外周側に、ステーター３０と同心状に回転自在に設けられ、内周面の中央部に周方向に沿って、外側コイル束３２と対向する複数の第二磁石４１を等間隔で設け、内周面の一方端部に内歯車４２を設けた外側ローター４０と、主軸１６の一方端部に固定された太陽歯車５０と、太陽歯車５０と外側ローター４０の内歯車４２との間に設けられ、太陽歯車５０と内歯車４２に噛み合う遊星歯車６０とで構成する。
2013099008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力によって回転する主軸（１６）と、前記主軸の略中間部に固定され，外周面に周方向に沿って複数の第一磁石（２１）を等間隔で設けた内側ローター（２０）と、前記内側ローターの外周側に，該内側ローターと同心状に，かつ，回転しない状態で設けられ，内周面に周方向に沿って，前記第一磁石と対向する複数の内側コイル束（３１）を固定し，外周面に周方向に沿って複数の外側コイル束（３２）を固定したステーター（３０）と、前記ステーターの外周側に，該ステーターと同心状に回転自在に設けられ，内周面の中央部に周方向に沿って，前記外側コイル束と対向する複数の第二磁石（４１）を等間隔で設け，前記内周面の一方端部に内歯車（４２）を設けた外側ローター（４０）と、前記主軸の一方端部に固定された太陽歯車（５０）と、前記太陽歯車と前記外側ローターの内歯車との間に設けられ，該太陽歯車と内歯車に噛み合う遊星歯車（６０）と、を備えることを特徴とする発電機。
【請求項２】
外力によって回転する主軸（１６）と、前記主軸の略中間部に固定され，外周面に周方向に沿って複数の第一磁石（２１）を等間隔で設けた内側ローター（２０）と、前記内側ローターの外周側に，該内側ローターと同心状に，かつ，回転しない状態で設けられ，内周面に周方向に沿って，前記第一磁石と対向する複数の内側コイル束（３１）を固定し，外周面に周方向に沿って複数の外側コイル束（３２）を固定したステーター（３０）と、前記ステーターの外周側に，該ステーターと同心状に回転自在に設けられ，内周面の中央部に周方向に沿って，前記外側コイル束と対向する複数の第二磁石（４１）を等間隔で設け，前記内周面の一方端部に内歯車（４２）を設けた外側ローター（４０）と、前記主軸の一方端部に固定された太陽歯車（５０）と、前記太陽歯車と前記外側ローターの内歯車との間に設けられ，該太陽歯車と内歯車に噛み合う遊星歯車（６０）と、を備え、前記ステーターの内周面に，前記内側コイル束を収納する内側凹部（３３）を複数形成すると共に，該ステーターの外周面に，前記外側コイル束を収納する外側凹部（３４）を複数形成したことを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力，水力，波浪等の自然エネルギーや自動車等に用いられる小型の発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車にはバッテリー充電用や電装用として小型の発電機が搭載されている。この発電機は、エンジン等からの外力によって回転するローターと、このローターを囲むようにして固定状態で設けられたステーターとで構成されている。【０００３】
また、この発電機は、ローターに固定した磁石と、ステーターに設けた電磁コイルを対向して配置し、ローターを回転させてステーターの電磁コイルに電気を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９４９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、こうした構成の従来の発電機において、発電能力を向上させるためにはローターの回転数を上げる必要がある。従って、その発電能力には自ずと限界がある。【０００６】
本発明はこうした点に鑑み創案されたもので、ローターの回転数を上げることなく、発電能力を高めることのできる発電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１乃至図６を参照して説明する。第１の発明に係る発電機１５は、外力によって回転する主軸１６と、前記主軸１６の略中間部に固定され、外周面に周方向に沿って複数の第一磁石２１を等間隔で設けた内側ローター２０と、前記内側ローター２０の外周側に、該内側ローター２０と同心状に、かつ、回転しない状態で設けられ、内周面に周方向に沿って、前記第一磁石２１と対向する複数の内側コイル束３１を固定し、外周面に周方向に沿って複数の外側コイル束３２を固定したステーター３０と、前記ステーター３０の外周側に、該ステーター３０と同心状に回転自在に設けられ、内周面の中央部に周方向に沿って、前記外側コイル束３２と対向する複数の第二磁石４１を等間隔で設け、前記内周面の一方端部に内歯車４２を設けた外側ローター４０と、前記主軸１６の一方端部に固定された太陽歯車５０と、前記太陽歯車５０と前記外側ローター４０の内歯車４２との間に設けられ、該太陽歯車５０と内歯車４２に噛み合う遊星歯車６０とで構成される。【０００８】
第２の発明に係る発電機１５は、外力によって回転する主軸１６と、前記主軸１６の略中間部に固定され、外周面に周方向に沿って複数の第一磁石２１を等間隔で設けた内側ローター２０と、前記内側ローター２０の外周側に、該内側ローター２０と同心状に、かつ、回転しない状態で設けられ、内周面に周方向に沿って、前記第一磁石２１と対向する複数の内側コイル束３１を固定し、外周面に周方向に沿って複数の外側コイル束３２を固定したステーター３０と、前記ステーター３０の外周側に、該ステーター３０と同心状に回転自在に設けられ、内周面の中央部に周方向に沿って、前記外側コイル束３２と対向する複数の第二磁石４１を等間隔で設け、前記内周面の一方端部に内歯車４２を設けた外側ローター４０と、前記主軸１６の一方端部に固定された太陽歯車５０と、前記太陽歯車５０と前記外側ローター４０の内歯車４２との間に設けられ、該太陽歯車５０と内歯車４２に噛み合う遊星歯車６０とで構成される。【０００９】
また、前記ステーター３０の内周面に、前記内側コイル束３１を収納する内側凹部３３を複数形成すると共に、その外周面に、前記外側コイル束３２を収納する外側凹部３４を複数形成している。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係る発電機１５は、主軸１６が外力によって回転すると、それに固定されている内側ローター２０が同期して同一方向に回転する。一方、主軸１６の回転力は太陽歯車５０および遊星歯車６０を介して内歯車４２に伝達され、外側ローター４０を反対方向に回転させる。従って、内側ローター２０の第一磁石２１によってステーター３０の内側コイル束３１に電気が発生すると共に、外側ローター４０の第二磁石４１によってステーター３０の外側コイル束３２にも電気が発生する。その結果、回転数を上げることなく発電能力を高めることができる。【００１１】
なお、内側コイル束３１および外側コイル束３２ともに回転しないステーター３０に設けられているので回転しない。そのため、仮に、ステーター３０（従って、内側コイル束３１や外側コイル束３２）が回転する場合には必要とされるスリップリングやブラシなどの出力用の部材を必要としない。従って、発電機１５の構成を簡素化することができ、経済性に優れる。また、スリップリング等を使用しないことによって、出力取出しにおける損失も少なくすることができるので、高い出力効率を発揮することができる。【００１２】
第２の発明に係る発電機１５は、請求項１に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、ステーター３０の内周面に内側コイル束３１を収納する内側凹部３３を形成すると共に、外周面に外側コイル束３２を収納する外側凹部３４を形成しているので、内側コイル束３１および外側コイル束３２をステーター３０の所定箇所に確実かつ強固に固定することができる。これによって、発電機１の発電能力をより確実に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る発電機の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＦ−Ｆ線原理的断面図である。
【図３】図１のＧ−Ｇ線断面図である。
【図４】コイル束と磁石の関係を示す展開図である。
【図５】電気回路の一例図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る発電機１５の実施形態を、図１乃至図６に示す。この発電機１５は、自動車用の４極三相交流発電機１５であり、主軸１６、内側ローター２０、ステーター３０、外側ローター４０、太陽歯車５０および遊星歯車６０を備える（図１参照）。
【００１５】
主軸１６は、外力（自動車エンジンの回転力）によって回転するもので、その一方側端部にプーリーＰを固定している。エンジンの回転力が、ベルトを介してこのプーリーＰに伝達され、主軸１６が回転する。なお、主軸１６の両側端部は、垂直方向に立設された一対の支持壁７０によって回転自在に支持される。
【００１６】
内側ローター２０は非磁気性の筒状であり、主軸１６の長さ方向のほぼ中間部分に第一固定キーＫ１によって固定されている。また、内側ローター２０の外周面には、等角度間隔で母線方向に沿って複数（１８本）の棒状の第一磁石（永久磁石）２１が、半径方向外側にＮ極とＳ極が交互になるような状態で等間隔で設けられている。
【００１７】
ステーター３０は、内側ローター２０の外周側に、当該内側ローター２０と同心状に、かつ、回転しない状態で設けられている。本実施形態のステーター３０は、その左右両端部が第一ベアリングＨ１を介して主軸１６に支持されており、これにより、当該ステーター３０は回転しない状態を維持する。
【００１８】
ステーター３０の中央部にはコイル取付部３０ａを形成し、そのコイル取付部３０ａの内周面には、周方向に沿って、第一磁石２１と対向する状態で複数（１２本）の内側コイル束３１を固定している。また、コイル取付部３０ａの外周面には、周方向に沿って複数（１２本）の外側コイル束３２を固定している（図２参照）。
【００１９】
コイル束３１，３２のコイルａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｃ１，ｃ２，ｃ３，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、図４に示す如く、コイルａ１〜ａ２，ａ２〜ａ３，ａ３〜ａ４間が順次導線５によって接続されると共にｂ１〜ｂ２，ｂ２〜ｂ３，ｂ３〜ｂ４及びｃ１〜ｃ２，ｃ２〜ｃ３，ｃ３〜ｃ４，Ａ１〜Ａ２，Ａ２〜Ａ３，Ａ３〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ２，Ｂ２〜Ｂ３，Ｂ３〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ２，Ｃ２〜Ｃ３，Ｃ３〜Ｃ４間が導線５によって接続され、またコイルａ１，ｂ１，ｃ１の基端はスター接続の基端連結部６で接続され、コイルａ４，ｂ４，ｃ４の末端は出力連結導線７を配して出力回路側で接続されている。同様にＡ１，Ｂ１，Ｃ１はスター接続の基端連結部６で接続され、Ａ４，Ｂ４，Ｃ４は出力連結導線７を配して出力回路側で接続されている。
【００２０】
外側ローター４０は非磁気性の筒状であり、ステーター３０の外周側に、当該ステーター３０と同心状に回転自在に設けられている。すなわち、外側ローター４０は、その左右両端部が第二ベアリングＨ２を介して主軸１６に回転自在に支持されている。
【００２１】
ローター２０，４０が回転すると半径方向の磁力成分（フレミングの右手の親指）を有する第一電磁石２１と第二電磁石４１の磁力線Ｙの母線方向成分（フレミングの右手の人差指）は円周の切線方向Ｘ２，Ｘ３に移動し、コイル束３１，３２の電導線の母線方向成分（フレミングの右手の中指）方向Ｚの電気を発生する。
【００２２】
外側ローター４０の内周面の中央部には、周方向に沿って、外側コイル束３２と対向する状態で複数（２４本）の棒状の第二磁石４１（永久磁石）が、Ｎ極とＳ極を交互に並べた状態で等間隔で設けられている。また、外側ローター４０の内周面の一方端部には、その内周面の全周に沿って内歯車４２が設けられている。なお、第二磁石４１の形状および数は限定されない。
【００２３】
太陽歯車５０は、主軸１６の一方端部に第二固定キーＫ２によって固定されており、主軸１６と同期して同一方向に回転する。
【００２４】
遊星歯車６０は、太陽歯車５０と外側ローター４０の内歯車４２との間に回転自在に設けられ、その太陽歯車５０と内歯車４２の双方に噛み合っている。また、この遊星歯車６０は、回転軸６１を備えており、この回転軸は支持壁７０に第三ベアリングＨ３を介して回転自在に支持されている。
【００２５】
なお、本実施形態におけるステーター３０は、肉薄でリング状のケイ素鋼板を十数枚重ねて形成し、その内周面に、複数（１２本（４組））の内側コイル束３１を収納する内側凹部３３を複数形成している。本実施形態の内側凹部３３は、各組間に間隔を形成するために２４個形成されている（図４、５、６参照）。
【００２６】
また、ステーター３０の外周面に、複数（１２本（４組））の外側コイル束３２を収納する外側凹部３４を複数形成している。この外側凹部３４は、同様の理由で２４個形成されている。なお、内側凹部３３および外側凹部３４の数は限定されない。
【００２７】
本実施形態に係る発電機１５は、次のように作動する。まず、自動車のエンジンを駆動すると、その回転力がベルトおよびプーリーＰ介して主軸１６に伝達され、これにより主軸１６が回転する（図３参照）。この主軸１６の回転によって、それに固定されている内側ローター２０が同期して同一方向に回転する。これによって、内側ローター２０の外周面に固定されている複数の第一磁石２１が周方向Ｘ２に沿って回転移動する。このとき、ステーター３０は回転しない状態で設けられているので、第一磁石２１の回転移動によってステーター３０の内周面に固定されている複数の内側コイル束３１に電気が発生する。
【００２８】
それと同時に、主軸１６の回転によって太陽歯車５０が当該主軸１６と同期して同一方向に回転する。これに伴い、太陽歯車５０に噛み合っている遊星歯車６０が、太陽歯車５０とは逆方向に回転し、この逆方向の回転が外側ローター４０の内歯車４２に伝達され、当該外歯車が同様に逆方向に回転する。これにより、外側ローター４０の内周面に固定されている第二磁石４１が周方向に回転移動するので、これに対向位置してステーター３０の外周面に固定されている複数の外側コイル束３２に電気が発生する。
【００２９】
上記した作用により、内側コイル束３１と外側コイル束３２の双方に電気が発生する。従って、発電機１５の発電能力を大幅に高めることができる。
【００３０】
また、内側コイル束３１および外側コイル束３２ともに回転しないステーター３０に設けられているので回転しない。そのため、仮に、ステーター３０が回転する場合には必要とされるスリップリングやブラシなどの出力用の部材を必要としない。これにより、発電機１５の構成を簡素化することができるので製造コストを削減することができ、経済性に優れる。また、スリップリング等を使用しないので、出力取り出しにおける損失も少なくすることができ、これによって発電機１５の出力効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００３１】
５        コイル間の導線
６        コイル束の基端スター連結部
７        コイル端の出力連結導線
８        整流素子
９        ＋−出力端
１５      発電機
１６      主軸
２０      内側ローター
２１      第一磁石
３０      ステーター
３０ａ    コイル取付部
３１      内側コイル束
３２      外側コイル束
３３      内側凹部
３４      外側凹部
４０      外側ローター
４１      第二磁石
４２      内歯車
５０      太陽歯車
６０      遊星歯車
６１      回転軸
７０      支持壁
ａｉ，ｂｉ，ｃｉ      内側コイル（ｉ＝１〜３）
Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ      外側コイル（ｉ＝１〜３）
Ｈ１      第一ベアリング
Ｈ２      第二ベアリング
Ｈ３      第三ベアリング
Ｋ１      第一固定キー
Ｋ２      第二固定キー
Ｎ        磁石のプラス側
Ｐ        プーリー
Ｓ        磁石のマイナス側
Ｘ１      主軸の回転方向
Ｘ２      内側ローターの回転方向
Ｘ３      外側ローターの回転方向
Ｙ        磁力線の方向
Ｚ        電流の流れる方向
【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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【国際調査報告】
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2013099008.tif 000009
2013099008.tif 000010
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