(57)【要約】【課題】放熱特性に優れるとともに、コアレス化を図ることにより、コイルと永久磁石との間の回転トルクを増大させ、高い発電効率が得られる発電装置を提供する。【解決手段】円盤状の回転子４，５と、各回転子４，５の内面に位置して隣り合う磁極の極性を交互に異ならせて円環状に配置した複数の永久磁石８と、各回転子４，５の間に位置して永久磁石１４ａと対向して設けられたコイル７とを備えた発電装置１において、コイル７を中空状に巻き回したコアレスとし、そのコイル７の両端を永久磁石８とギャップを有して平面的に対向するようにコイルホルダ６に取り付ける。【選択図】図１
2011050130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材に回転自在に軸支され、外部からの回転力により回転する駆動軸と、この駆動軸に間隔をおいて固定される一対の円盤状回転子と、この各回転子のそれぞれの内面に固定される複数の永久磁石と、前記回転子間に位置して固定したコイルホルダと、前記永久磁石とギャップを保って前記コイルホルダに取り付けるコイルとを備え、前記隣り合う永久磁石が、Ｎ極とＳ極とを交互に円環状に配置され、前記コイルは、その両端が前記永久磁石と平面的に対向するように中空状に巻き回してコイルホルダ取り付けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記回転子に前記永久磁石を保持する筒状の位置決め部と、この位置決め部の底部に位置して磁性体を嵌合する凹部を形成し、磁性体と永久磁石とを密着させて前記各回転子に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関し、特に外部からの回転力により永久磁石を回転させてコイルを通る磁束を変化させ、そのコイルに電流を発生させることにより発電を行う発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化対策の一環として二酸化炭素の排出を抑制するため使用電力削減が求められており、より効率的な発電能力を備えた発電装置の開発が求められている。例えば特許文献１には、ドラム状のロータ（回転子）に永久磁石を配置し、そのロータの外周または内周側に永久磁石と対向するようにコイルを配置したラジアルギャップ型の発電装置が知られている。また、特許文献２には、内面に永久磁石を装着したディスク状の回転子（ロータ）を駆動軸に間隔をおいて固着し、この回転子の間に分割した複数のリングコアを円筒状に配置したアキシャルギャップ型発電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−５４８５３号公報
【特許文献２】特許第３７８３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すラジアルギャップ型の発電装置は、永久磁石がドラム形であり永久磁石は回転子の重量が重くなる等の理由により、発電効率が低い問題点があるとともに、密閉された円筒の内部空間にコイルを配置することから、コイルを流れる電流によって発生した熱（ジュール熱）がハウジング内に蓄積されやすく、温度上昇に伴う永久磁石の磁気特性が劣化し易いという問題点があった。一方、特許文献２に示すアキシャルギャップ型の発電装置は、２枚のディスク状のロータでコイルを挟むように構成することで、磁気効率が良くなるとともに、発電時にコイルから発生する熱も発散しやすい。しかし、コイルが環状に配したリングコアに巻かれ、磁極からの磁束を効率良く鎖交するように作られているものの、リングコアがあることにより、リングコアと永久磁石との間において互いに引き合う磁気吸引力に起因するコギングトルクが生じ、初動トルクが大きくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、放熱特性に優れるとともに、コアレス化を図ることにより、コイルと永久磁石との間の回転トルクを増大させ、高い発電効率が得られる発電装置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】
【０００６】
請求項１の発電装置は、ベース部材に回転自在に軸支され、外部からの回転力により回転する駆動軸と、この駆動軸に間隔をおいて固定される一対の円盤状回転子と、この各回転子のそれぞれの内面に固定される複数の永久磁石と、前記回転子間に位置して固定したコイルホルダと、前記永久磁石とギャップを保って前記コイルホルダに取り付けるコイルとを備え、前記隣り合う永久磁石が、Ｎ極とＳ極とを交互に円環状に配置され、前記コイルは、その両端が前記永久磁石と平面的に対向するように中空状に巻き回してコイルホルダ取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発電装置によれば、駆動軸を回転させて回転子を回転すると、回転子に装着した永久磁石によって生じる磁界により、その磁束を横切るように配置したコイルのそれぞれには、順次方向を反転させながら連続的に磁界が印加される。これにより電磁誘導が引き起こされ、各コイルに交流電流が流れる。また、回転子の回転による空気の流れによって中空状のコイル内に空気が流れてコイルに発生する熱が効率的に排熱される。
【０００８】
請求項２の発電装置は、前記回転子に前記永久磁石を保持する筒状の位置決め部と、この位置決め部の底部に位置して磁性体を嵌合する凹部を形成し、磁性体と永久磁石とを密着させて前記各回転子に取り付けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発電装置によれば、各回転子に磁性体と永久磁石とを密着させて取付ることにより、磁束密度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発電装置によれば、コイルが中空状に巻き回してコアレス化することにより、コアと永久磁石との間に磁気トルクが発生せず、発電出力が増大する。また、円盤状の回転子と中空状のコイルとが平面的に対向し、コイルを流れる電流によって発生する熱（ジュール熱）が篭ることなく発散し、優れた放熱特性が得られる。特に、コイルを中空状とすることにより、回転子の回転による空気の流れによってコイルの内部にも空気が流れてコイルに発生する熱が効率的に排熱され、優れた放熱特性が得られる。これにより、ケース内に蓄積される熱を低減でき、永久磁石の磁気特性の劣化を防ぎ、発電効率の低下を防止することができる。さらに、各回転子に取り付けた各永久磁石には、その各永久磁石と密着するようにして円盤状の磁性体を取り付けているため、コイルをコアレス化しても磁束密度を高めて発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の発電装置の断面図である。
【図２】同上、発電装置の一部を切り欠いた側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の発電装置の断面図を示しており、同図において、発電装置１は、ベース部材２と、このベース部材２に回転自在に軸支した駆動軸３と、この駆動軸３に相対向して固定される一対の回転子４，５と、この各回転子４，５の間に配置したコイルホルダ６と、このコイルホルダ６に取り付けた複数の中空状のコイル７と、このコイル７に対応して前記各回転子４，５の内面に装着した複数の永久磁石８と、前記コイルホルダ６を固定して前記各回転子４，５を覆うカバー９とを主要構成部品としている。なお、本実施例では前記駆動軸３をモータ１０で回転駆動しているが、駆動軸３を回転する駆動源としはモータ１０に限らず、エンジン，タービン，水車，風車などで回転駆動してもよい。
【００１３】
前記ベース部材２には、前記駆動軸３を駆動するモータ１０と、前記駆動軸３を回転自在に支持する一対の軸受部材１１，１２とが固定されている。また、前記回転子４，５は、全体として円盤状を成し、中央部に駆動軸３を固定するための固定筒部１４を形成するとともに、周縁部に永久磁石８を保持する筒状の位置決め部１５が周方向に並んで等間隔毎に形成されている。本実施例では各回転子４，５にはそれぞれ１２個の永久磁石８が固定され、この永久磁石８を固定する位置決め部１５が３０度の間隔毎に形成されており、その各位置決め部15と前記固定筒部１５との間には複数の開口部１６が形成されている。また、永久磁石８は磁束密度が高く、強磁力のネオジム磁石を用いるとともに、この永久磁石８を固定する前記各位置決め部１５の底部に鉄などの磁性体８ａを嵌合するための凹部１５ａが形成され、この凹部１５ａ内の磁性体８ａに密着するようにして前記各位置決め部１５に装着した永久磁石８が前記各回転子４，５にそれぞれネジ止めされている。このように、各回転子４，５に固定される永久磁石８が隣り合う永久磁石８の極性は交互に反対方向になるように着磁されている。すなわち、隣り合う永久磁石８は交互にＳ極とＮ極となるように各回転子４，５に円環状に配置されている。
【００１４】
前記コイルホルダ６は、前記各回転子４，５間に位置して前記ベース２に配置されている。このコイルホルダ６には前記各回転子4，5に取り付けた永久磁石８，８に対応して前記コイル７を装着するための１２個の筒部１７が周方向に３０度の間隔毎に一体形成されている。また、前記コイル７は、例えば、７０巻きで軸方向に１０列、中空状に巻き付けた巻線構造であり、その各コイル７の端末を相互に結線して直列に接続されるとともに、コイル７の開放端には前記コイル７群に生じた起電力を直流化する図示しない整流回路が接続されている。
【００１５】
また、この各コイル７を取り付けるコイルホルダ６と、コイルホルダ６を固定するカバー９はそれぞれ非磁性材料から成り、カバー９は前記各回転子４，５を含んで前記コイルホルダ６を覆うように円筒状に形成され、その外周面に前記ベース部材２に固定する取付座１８を一体形成するとともに、内周面には前記コイルホルダ６を固定するための取付リング２０を固着している。また、前記ベース２は、取付フレーム２５の上側に固定され、この取付フレーム２５に固定したケース２６内に前記駆動軸３、回転子４，５を含むコイルホルダ６を収納している。
【００１６】
次の本実施例の動作について説明する。モータ１０によって駆動軸３を回転させて駆動軸３に固定した左右の回転子４，５が回転すると、回転子４，５に装着した永久磁石８によって生じる磁界により、一対の回転子４，５の間に発生する磁束を横切るように配置したコイル７に電磁誘導が引き起こされ、各コイル７に交流電流が流れる。コイル７を流れる電流は、コイル７から延出したリード線（図示しない）で外部に取り出され、例えば、ダイオードで整流されて、バッテリ（図示しない）に蓄積される。
【００１７】
以上のように構成される本実施例は、回転子４，５が円盤状であるとともに、永久磁石８と駆動軸３との間に複数の開口部１６が形成され、回転子４，５の軽量化により小さな初動トルクで回転子４，５を回転させることができる。さらに、本実施例に用いるコイル７は中空状に巻き回してコイルホルダ６の筒部１７の内部に嵌挿されたコアレスであり、コアと永久磁石８との間に磁気トルクが発生せず、発電出力が増大する。また、円盤状の回転子４，５と中空状のコイル７とが平面的に対向し、コイル７を流れる電流によって発生する熱（ジュール熱）が篭ることなく発散し、優れた放熱特性が得られる。特に、コイル７は中空状であり、回転子４，５の回転による空気の流れによってコイル７の内部にも空気が流れてコイル７に発生する熱が効率的に排熱され、優れた放熱特性が得られる。これにより、ケース２６内に蓄積される熱を低減でき、永久磁石８の磁気特性の劣化を防ぎ、発電効率の低下を防止することができる。さらに、各回転子４，５に取り付けた各永久磁石８には、その各永久磁石８と密着するようにして円盤状の磁性体８ａを回転子４，５に取り付けているため、コイル７をコアレス化しても磁束密度を高めて発電効率を高めることができる。
【００１８】
以上、本発明の一実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では駆動源としてモータを用いた例を示したが、駆動軸に回転羽根を取り付けて風力発電用の発電装置とするなどに広く適用するが可能であり、また、永久磁石やコイルの個数やこれらの取付構造なども前記実施例に限定することなく、適宜選定すればよい。
【符号の説明】
【００１９】
１  発電装置
２  ベース部材
３  駆動軸
４，５  回転子
６  コイルホルダ
７  コイル
８  永久磁石
８ａ  磁性体
１５ａ  凹部
【図１】
2011050130.tif 000003
【図２】
2011050130.tif 000004