(57)【要約】【課題】  この発明の目的は、磁石保持板が常にバランスよく回転して発電効率を保つとともに、三相交流以上の多相交流の発電が可能な発電機を提供することである。【解決手段】  筐体Ｈ内に、磁石保持板２６と絶縁体からなるコイル保持板２０，２１とを相対回転可能に設ける。そして、一対のコイル保持板の板面を、磁石保持板の両側におけるそれぞれの板面に対向させ、上記磁石保持板の両面には、上記相対回転方向に連続する複数の永久磁石２７，２８を設ける。さらに、上記コイル保持板であって磁石保持板と対向する板面に、導線をうず巻き状にした複数のコイル１８，１９を上記相対回転方向に連続して設け、上記磁石保持板の一方の板面に設けた磁石と他方の板面に設けた磁石との位相、あるいは一方のコイル保持板に設けたコイルと他方のコイル保持板に設けたコイルとの位相のいずれかをずらす構成にしている。【選択図】  図１
2005318752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、磁石保持板と絶縁体からなるコイル保持板とを相対回転可能に設けた発電機において、一対のコイル保持板の板面を、磁石保持板の両側におけるそれぞれの板面に対向させ、上記磁石保持板の両面には、上記相対回転方向に連続する複数の磁石を設け、上記コイル保持板であって磁石保持板と対向する板面に複数のコイルを上記相対回転方向に設けるとともに上記磁石の移動軌跡に対向する位置に円環状のコア部材を設け、上記磁石保持板の側面に設けた一方の磁石とコイル保持板に設けた一方のコイルおよびコア部材とで第１発電機構を構成し、磁石保持板の側面に設けた他方の磁石とコイル保持板に設けた他方のコイルおよびコア部材とで第２発電機構を構成し、これら第１，２発電機構の位相をずらすとともに、それら第１，２発電機構を出力回路に対して並列に接続した発電機。
【請求項２】
一対のケースを突き合わせて筐体を構成する一方、それらケースの対向面すなわち底面から、円環状のコア部材、コイルを設けたコイル保持板を順に重ね合わせるとともに、これらコア部材、コイルを設けたコイル保持板をケース内に充填した接着剤で固定した請求項１記載の発電機。
【請求項３】
平角導線をうず巻き状に巻いたコイルを基板に接着してなる請求項１又は２記載の発電機。
【請求項４】
コイル保持板の板面に、複数のコイルを直列に接続するための配線をプリントするとともに、その配線は、コイルの接点から直径方向に引き出し、その引き出し端側を磁石の移動軌跡よりも内側あるいは外側に配線した請求項１〜３のいずれかに記載の発電機。
【請求項５】
筐体あるいはその筐体内に温度センサーを設けるとともに、その温度が一定以上になったとき、発電用の出力回路を短絡させる請求項１〜４のいずれかに記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転動力を利用して発電する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電機として、特許文献１に記載したものが従来から知られているが、この従来の発電機を示したのが図６である。
この図６からも明らかなように、一対のケース１，２を突き合わせてなる筐体ｈに、図示していないプロペラに連係した回転軸３を貫通させるとともに、この回転軸３には、磁石保持板４を固定している。また、この磁石保持板４の一方の側面における周囲に複数の永久磁石５を固定している。
【０００３】
また、一方のケース１には、円環状のコア部材６を設けるとともに、このコア部材６の上面に複数のコイル７を設け、このコイル７を上記永久磁石５と対向させている。
上記のようにした発電機は、上記プロペラが回転することによって回転軸３とともに磁石保持板４が回転する。このように磁石保持板４が回転すると、コイル７に誘導電流が発生して発電されることになる。
【特許文献１】特開平１１−２９９２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにした従来の発電機では、磁石保持板４の一方の側面に永久磁石５を固定し、その永久磁石５を円環状のコア部材６に対向させるという構成にしているので、永久磁石５の磁力によって、その永久磁石５とコア部材６とが互いに引き合ってしまう。このように互いに引き合うことによって、磁石保持板４のスムーズな回転が損なわれることがあった。このように磁石保持板４のスムーズな回転が損なわれた場合には、発電効率が悪くなるという問題があった。また、ベアリングに軸方向の力が作用し、その寿命が短くなるという問題もあった。
【０００５】
この発明の目的は、磁石保持板が常にバランスよく回転して発電効率を保つとともに、ベアリングの寿命ものばすことができる発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、筐体内に、磁石保持板と絶縁体からなるコイル保持板とを相対回転可能に設けた発電機において、一対のコイル保持板の板面を、磁石保持板の両側におけるそれぞれの板面に対向させ、上記磁石保持板の両面には、上記相対回転方向に連続する複数の磁石を設け、上記コイル保持板であって磁石保持板と対向する板面に複数のコイルを上記相対回転方向に設け、これら磁石保持板の側面に設けた一方の磁石とコイル保持板に設けた一方のコイルおよびコア部材とで第１発電機構を構成し、磁石保持板の側面に設けた他方の磁石とコイル保持板に設けた他方のコイルおよびコア部材とで第２発電機構を構成し、これら第１，２発電機構の位相をずらすとともに、これら第１，２発電機構を出力回路に対して並列にした点に特徴を有する。
【０００７】
第２の発明は、一対のケースを突き合わせて筐体を構成する一方、それらケースの対向面すなわち底面から、円環状のコア部材、コイルを設けたコイル保持板を順に重ね合わせるとともに、これらコア部材、コイルを設けたコイル保持板をケース内に充填した接着剤で固定した点に特徴を有する。
第３の発明は、平角導線をうず巻き状に巻いたコイルを基板に接着した点に特徴を有する。
【０００８】
第４の発明は、コイル保持板の板面に、複数のコイルを直列に接続するための配線をプリントするとともに、その配線は、コイルの接点から直径方向に引き出し、その引き出し端を磁石の移動軌跡よりも内側あるいは外側に配線した点に特徴を有する。
第５の発明は、筐体あるいはその筐体内に温度センサーを設けるとともに、その温度が一定以上になったとき、出力回路を短絡させる点に特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、磁石保持板の両面に複数の磁石を設け、その両面における磁石をコイル保持板に設けたコア部材に対向させたので、磁石保持板の両側において磁力が作用する。このように磁石保持板の両側に磁力が作用するので、磁石保持板は磁気的にバランスがよく安定した状態に保たれる。したがって、磁石保持板は常にスムーズに回転するので、効率よく発電できるとともに、ベアリングにも過剰な力が作用しないので、ベアリングの寿命をのばすことができる。
また、第１，２発電機構の電流を合成できるので、出力電力を大きくすることができる。
【００１０】
一方、一対の発電機構の出力電流の位相を同じにしてそれを単純に合成しただけでは、その出力電流の振幅が大きくなる。しかし、第１の発明は、第１，２発電機構の位相をずらしているので、それらの合成電流は、脈動が小さいものにできる。このように脈動を小さくできれば、それをさらに平滑するためのコンデンサーの容量を小さくできるので、コンデンサーの発熱量も少なくでき、その分、発電効率もよくなる。
【００１１】
第２の発明によれば、コア部材、コイル保持板およびコイル保持板に設けたコイルをケース内に充填した接着剤で固定したので、これらの各部品を個別に固定する場合よりも、その組み付け効率が飛躍的に向上する。しかも、上記各部品をネジで止めたたりすると、どうしてもうず電流が発生してしまうが、第２の発明は、このうず電流の発生も防止でき、それだけ発電効率を上げることができる。
【００１２】
第３の発明によれば平角導線をうず巻き状に巻いたコイルを基板に接着したので、例えば、丸導線をうず巻き状に巻いたコイルを用いるよりも、その接着効率が飛躍的に向上する。しかも、平角導線を巻いた方が丸導線を巻いたときよりも巻き数を多くできるので、それだけ大きな電力を発電することができる。
第４の発明によれば、プリント配線を周方向に斜めに長く伸ばした場合よりも、うず電流の発生を少なく抑えることができる。
第５の発明によれば、発電機が何らかの理由で設定温度以上になったときには、出力回路を短絡させて発電機の回転を止めることができる。したがって、高温になると劣化する磁石、コイルおよび接着剤などの保護に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜図５に示した実施形態の筐体Ｈは、一対のケース１１，１２を突き合わせて構成したもので、この筐体Ｈには、図示していないプロペラに連係した回転軸１３を貫通させている。なお、図中符号１４，１５はケース１１，１２に設けた軸受で、回転軸１３を回転自在に支持するものである。
【００１４】
上記のようにした筐体Ｈの各ケース１１，１２には、その対向面すなわちケース１１，１２の底面１１ａ，１２ａ側から円環状のコア部材１６，１７、コイル１８，１９を接着した合成樹脂製のコイル保持板２０，２１を重ね合わせるとともに、このケース１１，１２に樹脂製の接着剤２２，２３を充填して、上記コア部材１６，１７、コイル１８，１９を含めたコイル保持板２０，２１のそれぞれを一体的に固定している。
【００１５】
また、上記コア部材１６，１７は、帯状にした珪素鋼板を何枚も重ね合わせて円環状に形成したもので、残留磁気が発生しないようにするためのものである。さらに、絶縁体である合成樹脂製のコイル保持板２０，２１は、その一方の側面すなわち上記底面１１ａ，１２ａとは反対側面に、平角導線をうず巻き状にしたコイル１８，１９を固定している。
なお、コイル１８，１９は、上記したように平角導線をうず巻き状に巻いてコイル保持板２０，２１に接着しているが、コイル１８，１９に平角導線を用いることによって、丸導線を用いるよりも当該コイルの接着面を平滑にでき、それだけコイル保持板に対する接着効率を上げることができる。しかも、平角導線を巻いた方が丸導線を巻いたときよりも巻き数を多くできるので、それだけ大きな電力を発電することができる。
【００１６】
また、上記コイル１８，１９は、コイル保持板２０，２１の板面の円周方向に１２個設けている。そして、これらコイル１８，１９を設けた板面には、図３に示すように配線２４，２５をプリントしている。この配線２４，２５は、コイル１８，１９の接点からコイル保持板の中心に向かう直径方向に引き出し、その引き出し端側を、後で説明する永久磁石２７，２８の移動軌跡より内側に位置させている。このように、配線２４，２５を、コイル１８，１９の接点から直径方向に引き出すことによって、磁力線との交差時間が短くなるので、その分、うず電流の発生を抑えることができ、電力の損失も小さく抑えることができる。
なお、上記配線２４，２５は、コイル保持板の外側に向かう直径方向に引き出し、その引き出し端側を、永久磁石２７，２８の移動軌跡より外側に位置させるようにしてもよい。
【００１７】
さらに、上記コア部材１６，１７、コイル１８，１９を含めたコイル保持板２０，２１のそれぞれを接着剤２２，２３で一体的に固定したので、例えば、一つひとつの部品を個別に固定する場合に比べて、その組み付け作業の効率化を図ることができる。また、一つひとつの部品をネジで固定すると、ネジにうず電流が発生するが、この実施形態のように、接着剤２２，２３で固定することによって、うず電流の発生を防止できる。このようにうず電流の発生を防止できるので、それだけ発電効率を保つことができる。
【００１８】
上記のようにした筐体Ｈ内であって、コイル保持板２０，２１の対向部間に磁石保持板２６を配置するとともに、この磁石保持板２６を回転軸１３に固定し、回転軸１３とともに磁石保持板２６が回転する構成にしている。
上記のようにした磁石保持板２６の両面には、図２に示すように、円形にした１６個の永久磁石２７，２８を、その板面の円周方向に所定の間隔を保って設けている。そして、これら永久磁石２７，２８は、それらが隣り合う永久磁石同士で、その表面の磁極が反対になるようにしている。すなわち、Ｓ極とＮ極とが交互に表れるようにしている。
【００１９】
そして、上記磁石保持板２６に固定した永久磁石２７，２８の整列方向と、コイル１８，１９の整列方向とが互いに対向する構成にし、永久磁石２７とコイル１８およびコア部材１６とで第１発電機構ａを構成し、永久磁石２８とコイル１９およびコア部材１７とで第２発電機構ｂを構成する。
しかも、磁石保持板２６の一方の側面に固定した永久磁石２７と、他方の側面に固定した永久磁石２８とでは、図２に示すようにその位相をずらしている。言い換えると、第１発電機構ａと第２発電機構ｂとでその位相をずらしている。このように第１，２発電機構ａ，ｂの位相をずらしたのは、発電された電力の波を平滑化するためである。
【００２０】
そして、第１，２発電機構ａ，ｂの出力回路３１を示したのが、図４であるが、この図４からも明らかなように上記第１，２発電機構ａ，ｂは出力回路３１に対して並列に接続している。また、上記出力回路３１は、一対の整流用ダイオードブリッジ３４ａ，３４ｂを備え、第１，２発電機構ａ，ｂの発電電流を、図５に示すように全波整流している。なお、図５において、実線で示した波形が第１発電機構ａから出力された電流波形３５であり、破線で示した波形が第２発電機構ｂから出力された電流波形３６である。そして、これら電流波形３５，３６が、出力回路内で合成されることによって、図５に示した合成電流波形３７になるが、この合成電流波形３７は脈動が非常に小さなものになる。
【００２１】
上記のように合成電流波形３７は、脈動が非常に小さいので、それをさらに整流しようとしたときに、コンデンサーの容量を小さくできる。コンデンサーの容量を小さくできれば、それだけコンデンサーの発熱量が少なくなり、出力電力を効率よく取り出すことができる。
さらに、上記筐体Ｈには、図４に示すように、この発明の温度センサーであるサーミスタ２９を設けるとともに、このサーミスタ２９に温度検出器３０を接続している。そして、この温度検出器３０は、発電機の出力回路３１を短絡させるためのリレー３２に接続している。ただし、このリレー３２に代えてサイリスタを用いてもよいこと当然である。
【００２２】
上記リレー３２は、通常は短絡スイッチ３３をオフの状態に保つが、温度検出器３０からの信号によって、短絡スイッチ３３をオンにして出力回路３１を短絡させるものである。そして、リレー３２を動作させる温度検出器３０は、サーミスタ２９で検出した筐体Ｈ内の温度が設定温度以上になったとき、リレー３２を動作させて短絡スイッチ３３をオンにするようにしている。このように短絡スイッチ３３がオンになって出力回路３１が短絡されると、回転軸１３すなわちプロペラにブレーキ力が作用し、それらを停止して永久磁石２７，２８、コイル１８，１９および接着剤２２，２３を保護する。
【００２３】
今、図示していないプロペラが風力によって回転すると、それにともなって回転軸１３および回転軸１３に固定した磁石保持板２６が回転する。磁石保持板２６が回転すると、その両面に設けた永久磁石２７，２８とそれに対向するコイル１８，１９とが相対回転するとともに、コイル１８，１９に永久磁石２７，２８の磁束が作用して、コイル１８，１９に誘導電流が発生する。つまり、第１，２発電機構ａ，ｂから発電電流が出力される。
【００２４】
上記のようにして発電された電力は、配線２４，２５を介して出力回路３１から出力される。そして、第１，２発電機構ａ，ｂから出力される電流は、出力回路３１で合成されて出力するので、電力の総計は、発電機構が一つの場合よりも大きくなる。しかも、第１，２発電機構ａ，ｂの出力電流の位相差を設けているので、それらの電力の波が平滑化される。
なお、上記実施形態では、磁石保持板２６に固定した永久磁石２７，２８の位相をずらしたが、互いに対向するコイル１８，１９の位相をずらしてもよいこと当然である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発電機の断面図である。
【図２】磁石保持板の磁石固定側の側面図である。
【図３】コイル保持板のプリント配線側の側面図である。
【図４】回路図である。
【図５】第１，２発電機構から出力された電流の波形図である。
【図６】従来の発電機の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｈ                筐体
１１，１２        ケース
１１ａ，１２ａ    底面
１６，１７        コア部材
１８，１９        コイル
２０，２１        コイル保持板
２２，２３        接着剤
２４，２５        配線
２６              磁石保持板
２７，２８        永久磁石
ａ                第１発電機構
ｂ                第２発電機構
２９              温度センサーであるサーミスタ
３１              出力回路
【図１】
2005318752.tif 000003
【図２】
2005318752.tif 000004
【図３】
2005318752.tif 000005
【図４】
2005318752.tif 000006
【図５】
2005318752.tif 000007
【図６】
2005318752.tif 000008