(57)【要約】  【課題】  磁束を増加させて発電効率を高め、空冷させることができ、かつ回転子軸を介して感電のおそれが除去できる発電機・電動機用回転子を提供する。  【解決手段】回転子軸(10)と共に一体に軸回転する回転子(20)と、前記回転子の円周方向に沿って複数組のＮ極群(31)とＳ極群(32)が所定の間隔置きで備えられる磁石群と、前記回転子の一側で前記Ｎ極群とＳ極群が形成する磁力線上に備えられる磁力加速体(50)及び前記Ｎ極群とＳ極群との間に備えられる中間磁石(500) を含むことを特徴とする。回転子にはさらに補助コイル(60)を設けることもできる。【選択図】図２
2007300787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機又は電動機用の回転子であって、
回転子軸と共に一体に軸回転する回転子と、
前記回転子の円周方向に沿って少なくとも1組のＮ極群とＳ極群が所定間隔置きで備えられる磁石群と、
前記回転子の一側で前記Ｎ極群とＳ極群が形成する磁力線上に備えられる磁力加速体と、を含むことを特徴とする発電機・電動機用回転子。
【請求項２】
前記Ｎ極群とＳ極群との間に備えられ、回転子の半径方向に磁力線が形成されるようＮ極とＳ極が配置される中間磁石をさらに含む請求項１記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項３】
前記回転子は、
前記Ｎ極群と中間磁石との間及びＳ極群と中間磁石との間の少なくともいずれか一方の空間に冷却孔が形成された請求項２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項４】
前記磁石群のＮ極群には回転子の半径方向に沿って外側にＮ極が配置され、Ｓ極群にはＳ極が配置された請求項１又は２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項５】
前記磁石群のＮ極群とＳ極群は回転子の円周方向に沿って複数個の磁石体が備えられるが、中間に位置する磁石体が両方に位置する磁石体よりも強い磁力を有する請求項１又は２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項６】
前記回転子にＮ極群とＳ極群を離隔させる分離溝が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機又は電動機用回転子。
【請求項７】
前記回転子軸の外側に絶縁体からなる軸結合部が形成され、前記軸結合部に冷却孔が形成された請求項１又は２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項８】
前記回転子軸はステンレス鋼である請求項１又は２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項９】
前記回転子は前記回転子軸の軸方向に沿って積層されて備えられる複数個の回転子本体からなり、前記回転子本体は回転子軸の軸方向に沿って積層される複数個の回転板からなる請求項１又は２記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項１０】
前記回転子本体は、各回転子本体の中間磁石が隣接した他の回転子本体の中間磁石と回転子本体の円周方向に沿って相互に反対方向にずれて配置される請求項９記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項１１】
前記複数個の回転子本体を貫通して備えられる組立案内部材をさらに含む請求項９記載の発電機・電動機用回転子。
【請求項１２】
発電機用回転子であって、
回転軸が挿入結合される軸結合孔を有する円筒状の回転子本体と、
前記回転子本体の外側に放射状に挿入結合され、交互に配列されている多数のＮ極群及びＳ極群の永久磁石と、
前記永久磁石Ｎ極群及びＳ極群のそれぞれを包む形で前記回転子本体に巻線されている補助コイルと、を含むことを特徴とする発電機用回転子。
【請求項１３】
前記補助コイルには電流を供給する電流供給部が連結される請求項１２記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１４】
前記電流供給部は発電機の出力電圧を感知し、感知される電圧による電流を補助コイルに供給するＡＶＲである請求項１３記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１５】
前記電流供給部は、発電機の出力電圧が降下(drop)するときに自体充電電圧を放電して補助コイル６０に電源を供給するコンデンサである請求項１３記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１６】
前記Ｎ極群及びＳ極群は、その仮の原点が回転子本体の原点と一致するようにラウンド状になっており、内側に向かって弧の長さが次第に短くなる請求項１２ないし１５のいずれかに記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１７】
前記Ｎ極群及びＳ極群は、回転子本体の円周方向に所定距離離れて配列され、前記回転子本体の半径方向に所定距離離れて積層されている永久磁石からなる請求項１６記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１８】
前記回転子本体に挿入結合され、前記Ｎ極群３１とＳ極群３２が形成する磁力線上に配列されて磁力を増加させる磁力加速体の永久磁石をさらに含む請求項１７記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【請求項１９】
前記Ｎ極群とＳ極群との間の前記回転子本体には前記Ｎ極群とＳ極群を空間的に離隔させる分離溝が形成されており、前記分離溝内には前記補助コイルが巻線されている請求項１７記載の補助コイルを備えた永久磁石発電機用回転子。
【請求項２０】
前記回転軸の一端に結合されている軸受と、前記軸受の外周縁を包む形で前記軸受と結合され、固定子に結合固定される固定ブラケットと、前記軸受と前記固定ブラケットとの間に介在されており、回転子の磁束が前記回転軸を介して固定子に漏れることを遮断する非磁性体の絶縁スリーブを含む連結部材と、をさらに含む請求項１２ないし１５のいずれかに記載の補助コイルを備えた発電機用回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機又は電動機用回転子に関し、さらに詳しくは、発電機又は電動機用磁石式回転子に関する。また、本発明は補助コイルを備えた発電機用回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電機は、電磁気の誘導作用で起電力を発生させて機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する機器であって、その大部分は回転機であるが、直線運動によるものが開発されている。
【０００３】
発電機は、磁気場を作る磁石と起電力を発生させる導体とを必要とし、磁石と導体のいずれかが動くように構成すべきである。ここで、導体が停止し磁気場が回転するような発電機が回転界磁型であり、回転電機子型はそれと反対である。
【０００４】
小型発電機には永久磁石が用いられる例があるが、一般的にはコアにコイルを巻いて、これに直流を流す電磁石が用いられる。この場合には電流を加減すると磁石の強さも加減できるので起電力の大きさが自由に変えられる。
【０００５】
一方、従来の磁石式電動機及び発電機では、極鉄心に放射状のスリットを備えて複数の磁石を着脱して挿入できるように構成することにより、固定子と回転子との間の隙間で磁束を増加かつ調節することができた技術が公開されている（特許文献１）。
【０００６】
このように従来の回転子に永久磁石を挿入する技術が公開されているが、高速で軸回転する回転子において永久磁石による磁力線が初期の設計時とは異なって形成される可能性があり、これにより磁束に影響を与えられる変数を調整することが容易でない問題点があった。
【０００７】
また、永久磁石の配置により磁束と磁力線が変わるので配置に対する持続的な実験と研究が必要である。
【０００８】
一方、発電機の回転子と固定子には電磁気誘導現状により発熱されて過熱する問題点があった。
【０００９】
さらに、回転子軸を電導性金属で形成する場合、回転子に誘導される電気が回転子軸に通電される問題点があった。
【００１０】
発電機の場合、円筒状の固定子と、前記固定子の中空内に回転可能に収容され、回転軸が結合されている回転子を含んでなる。また、固定子の内側スロットにはコイルが巻線されており、回転子には永久磁石が結合されている。逆に、固定子に永久磁石が結合され、回転子にコイルが巻線されている構造のものもある。
【００１１】
発電機は、回転子を強制に回転させて回転子の永久磁石と固定子のコイル間の電磁気誘導作用により電力を発生させる装置であって、電磁気誘導作用により発生する起電力を出力電圧にして負荷に供給する。
【００１２】
このように負荷に出力電圧を供給する発電機は負荷に一定の大きさの電圧を持続的に供給して電気の品質を高める必要があるが、従来の発電機は初期の負荷投入時、又は負荷の大きさに急激な変動がある時に、電圧過度現象により出力電圧波形の歪みが発生されて電気の品質を落とすという問題がある。
【００１３】
さらに、発電機の出力電圧の大きさは回転子の回転速度により調整されるが、回転子の回転速度の精密な制御ができないことから、従来の発電機は出力電圧の微細調整が不可能であるという問題があるため、負荷の大きさが予想より大きくなり、永久磁石の磁力のみでは出力電圧に耐えられない場合がしばしば発生する問題があった。
【００１４】
なお、従来の発電機は、通常本体の外側に結合される永久磁石の断面が四角形状をしている。このように四角形状の磁石を用いる回転子は図１３に示すように本体内における磁束分布（磁力線）が均一に分布されずに、磁束が本体で損失される現象が発生して発電機の効率を落とす問題点がある。
【００１５】
また、従来技術は、回転子の回転子軸の一端に軸受と固定ブラケットとからなる連結部材が備えられて回転子と固定子とを結合させるが、前記連結部材を介して永久磁石回転子と固定子とが結合されることにより、回転子の磁束が回転子軸と連結部材を介して固定子に漏れ、回転子と固定子との間に循環磁束が流す問題点が発生する。
【００１６】
こうした漏れ磁束及び循環磁束は発電機の効率を落とし、軸受の早期磨耗を誘発し、漏れ磁束及び循環磁束をそのまま放置した場合は電気的損失をもたらす問題点がある。
【００１７】
【特許文献１】韓国特許登録第３７３４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を改善するためになされたもので、その目的は、磁束を増加させて発電効率を高め、空冷させることができ、かつ回転子軸を介して感電の恐れが除去できる発電機・電動機用回転子を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、回転子に補助コイルを備えることにより、初期負荷投入時、または急激な負荷変動時に出力電圧の過度現象を抑制し、急激な負荷変動時に磁力を調節して電圧の落ち、或いは揺れを補完し、永久磁石の形状をラウンド状にして回転子本体内における磁束の分布を均一にして磁束損失を減らして発電機の効率を高め、回転軸を介して永久磁石の磁束が漏れるか、或いは循環磁束が流すことを防止して発電機の効率を高め、軸受が早期に磨耗されることを防止し、電気的危険の発生を予防できる発電機・電動機用回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明による発電機・電動機用回転子は、回転子軸と共に一体に軸回転する回転子と、前記回転子の円周方向に沿って少なくも１組のＮ極群とＳ極群とが所定の間隔をおいて備えられる磁石群及び前記回転子の一側で前記Ｎ極群とＳ極群が形成する磁力線上に備えられる磁力加速体と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明は、前記Ｎ極群とＳ極群との間に設けられ、回転子の半径方向に磁力線が形成されるようＮ極とＳ極が配置される中間磁石をさらに含むのがよい。
【００２２】
前記回転子は、前記Ｎ極群と中間磁石との間及びＳ極群と中間磁石との間の少なくともいずれか一方の空間に冷却孔が形成されるのが好ましい。
【００２３】
前記磁石群のＮ極群には回転子の半径方向に沿って外側にＮ極が配置され、Ｓ極群にはＳ極が配置されるのがよい。
【００２４】
前記磁石群のＮ極群とＳ極群は回転子の円周方向に沿って複数個の磁石体が備えられるが、中間に位置する磁石体が両方に位置する磁石体よりも強い磁力を有するのがよい。
【００２５】
前記回転子にはＮ極群とＳ極群を離隔させる分離溝が形成されるのが好ましい。
【００２６】
前記回転子軸の外側に絶縁体からなる軸結合部が形成され、前記軸結合部に冷却孔が形成されるのが好ましい。
【００２７】
好ましくは、前記回転子軸はステンレス鋼製である。
【００２８】
前記回転子は回転子軸の軸方向に沿って積層されて備えられる複数個の回転子本体からなり、前記回転子本体は回転子軸の軸方向に沿って積層される複数個の回転板からなるのが好ましい。
【００２９】
前記各回転子本体の中間磁石は、隣接した他の回転子本体の中間磁石と回転子本体の円周方向に沿って相互に反対方向にずれて配置されるのが好ましい。
【００３０】
本発明は、前記複数個の回転子本体を貫通して備えられる組立案内部材をさらに含むのが好ましい。
【００３１】
本発明に係る補助コイルを備えた発電機用回転子は、回転軸が挿入結合される軸結合孔を有する円筒状の回転子本体と、前記回転子本体の外側に放射状に挿入結合され、交互に配列されている多数のＮ極群及びＳ極群の永久磁石と、前記永久磁石Ｎ極群及びＳ極群のそれぞれを包む形で前記回転子本体に巻線されている補助コイルと、を含むことを特徴とする。
【００３２】
前記補助コイルには、発電機の出力電圧を一定に維持するために前記補助コイルに電流を供給する電流供給部が連結されるのがよい。
【００３３】
前記Ｎ極群及びＳ極群は、その仮の原点が回転子本体の原点と一致するようにラウンド状になっており、内側に向かって弧の長さが次第に短くなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、磁力線上に磁石を追加で配置して磁束を増加させて発電効率を高めることができ、冷却孔を形成して空冷させることができる。また、本発明は、回転子軸を絶縁材質で形成して感電の恐れを除去できる効果がある。
【００３５】
また、本発明の発電機用回転子は、補助コイルを備えることにより出力電圧の微細調節が可能で、電圧の過度現状を改善し、大きな負荷の連結時に永久磁石の足りない磁力を補充して、より高品質の電源を供給するこどかできる。
【００３６】
また、本発明は、永久磁石を内側に向かって弧の長さが短くなるラウンド状にして磁力線が屈曲なく滑らかに形成され、かつ均一に分布されることにより発電機の効率を高め、振動と騒音を防止することができる。
【００３７】
さらに、本発明は、回転子と固定子とを連結する軸受と固定ブラケットとの間に非磁性体の絶縁スリーブを介在することにより、漏れ磁束及び循環磁束を遮断して発電機の効率をより向上させ、軸受の早期磨耗を防止し、電気的危険の発生を予防できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付図面に基づき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明の一実施例による発電機又は電動機の概略的な側面断面構成図である。図２は図１に示された発電機又は電動機の回転子を示す分解斜視図である。図３は図２に示された回転子における回転板を示す斜視図である。図４は図２に示された回転子本体の平面図である。図５は発電機又は電動機の回転子の回転板の他の実施例を示す平面図である。図６は発電機又は電動機の回転子の回転板の更に他の実施例を示す平面図である。図７は発電機の一部切開断面と連結部材の分解状態を示す断面図である。図８は本発明による発電機回転子の斜視図である。図９は本発明による発電機回転子の平面図である。図１０は補助コイルの巻線図である。図１１は補助コイルに連結された電流供給部がコンデンサである場合の回路図である。図１２は補助コイルに連結された電流供給部がＡＶＲである場合の回路図である。図１３は従来技術による回転子の磁力線図である。図１４は本発明による回転子の磁力線図である。図１５は補助コイルが備えられた場合の発電機の出力電圧データである。図１６は補助コイルが備えられていない場合の発電機の出力電圧データである。
【００４０】
図１は本発明の一実施例による発電機又は電動機の概略的な側断面図である。図１に示された本発明の実施例によれば、固定子Ｓは回転子２０が収容される中空状をなし、中空を形成する壁面部には多数のスロットが形成されてコイルが巻線されている。回転子２０の中央には回転子軸１０が設けられ、回転子軸１０の端には冷却ファンＦが結合される。前記回転子２０は回転子軸１０と共に一体に軸回転し、前記回転子２０の円周方向に沿って複数組のＮ極群とＳ極群の永久磁石が所定の間隔で配列される。
【００４１】
図２は図１に示された発電機及び電動機の回転子を示す分解斜視図、図３は図２に示された回転板を示す斜視図、図４は図２に示された回転子本体の平面図である。
【００４２】
図２ないし図４を参照すると、本発明の一実施例による発電機又は電動機は、回転子軸１０と共に一体に軸回転する回転子２０と、前記回転子２０の円周方向に沿って複数組のＮ極群３１とＳ極群３２が所定の間隔をあけて設けられる磁石群と、前記回転子２０の一側で前記Ｎ極群３１とＳ極群３２が形成する磁力線上に設けられる磁力加速体５０及び前記Ｎ極群３１とＳ極群３２との間に設けられる中間磁石５００とを含んでなる。
【００４３】
前記回転子軸１０の材質はステンレス鋼からなる絶縁体である。従って、前記回転子軸１０と回転子２０は相互に通電されない。
【００４４】
前記回転子軸１０の外側には絶縁体からなる軸結合部１５が形成されて回転子軸１０と回転子２０が通電されることを二重で防止するようになっている。
【００４５】
前記軸結合部１５には多数個の軸冷却孔１５１が形成されている。前記軸冷却孔１５１の内側壁により冷却面積が広くなり、軸冷却孔１５１を通じて空気が出入りして回転子を冷却させる。
【００４６】
図２に示すように、前記回転子２０は前記回転子軸１０の軸方向に沿って複数個の回転子本体２１０が上下に積層されて形成される。
【００４７】
前記回転子本体２１０は、図３に示された形状の複数個の回転板２１１が回転子軸１０の軸方向を中心として積層される。
【００４８】
前記複数個の回転子本体２１０は図２に示すように、組立案内部材６００が貫通して嵌められることにより容易に組み立てられる。即ち、前記組立案内部材６００の外側形状が非対称形状で形成されるとともに、前記回転子本体２１０の一側に前記組立案内部材６００の外側形状と同一な形状の案内孔２１１ｆが形成されている。従って、前記組立案内部材６００の外側に前記案内孔２１１ｆを外嵌するように回転子本体２１０を組み立てれば、回転子本体２１０同士の相対位置が正確に合うようになる。
【００４９】
一方、前記回転子本体２１０は相互に同一な形状で形成される。しかし、図２に示すように、各回転子本体２１０に嵌められた中間磁石５００が、隣接した他の回転子本体２１０の中間磁石５００と回転子本体２１０の円周方向に沿って相互に反対方向にずれて配置される。
【００５０】
すなわち、１つの回転子本体２１０は、その回転子本体２１０に隣接する他の回転子本体２１０と千鳥状をなすように形成されている。これは回転子２０の初期軸回転駆動を容易にする。
【００５１】
前記磁石群は、各回転子本体２１０をなす多数個の回転板２１１を貫通して嵌められる。前記各回転板２１１は図３のように磁石群を収容する多数個の磁石収容孔２１１ａが形成されている。
【００５２】
図４に示すように、前記回転板２１１の円周方向に沿って２組のＮ極群３１とＳ極群３２が所定間隔で設けられる。即ち、前記回転板２１１の縁部に円周方向に沿って２つのＮ極群３１と２つのＳ極群３２が相互に極性を異にして交代に連続して所定の間隔おきに結合される。
【００５３】
１つのＮ極群３１から隣接する２つのＳ極群３２に出る磁力線が形成される。このため２つのＮ極群３１を備えた本発明の実施例では４つの磁力線が形成される。
【００５４】
図３によれば、前記回転板２１１の一側には、２つのＮ極群３１と２つのＳ極群３２が挿入される４つの磁石収容孔２１１ａが形成される。
【００５５】
図４によれば、前記Ｎ極群３１とＳ極群３２には回転板２１１の円周方向に沿って複数個の磁石が設けられる。中間に位置する磁石体３１１が両側方に位置する磁石体３１２よりも強い磁力を有する。従って、前記中間に位置する磁石体３１１は両側方の磁石体３１２よりさらに多い磁石からなっている。
【００５６】
前記Ｎ極群３１をなす磁石体３１１、３１２には回転子２０の半径方向に沿って外側にＮ極が配置され、Ｓ極群３２にはＳ極が配置される。
【００５７】
ここで、Ｎ極群３１から出た磁力線はＳ極群３２に入る。前記それぞれの回転板２１１にはＮ極群３１とＳ極群３２を離隔させる分離溝２１１ｂが形成されている。前記分離溝２１１ｂによりＮ極群３１とＳ極群３２とが完全に分離される、このためＮ極群３１から出てＳ極群３２に入る磁力線がさらに明らかに区分されて形成される。
【００５８】
前記それぞれの回転子本体２１０でＮ極群群３１とＳ極群３２との間に中間磁石５００が所定の間隔おきに設けられる。前記回転板２１１の一側には中間磁石５００が結合される第１磁石結合部２１１ｃが形成されている。
【００５９】
図４において、前記中間磁石５００は回転子２０の半径方向に磁力線が形成されるようにＮ極とＳ極が配置される。即ち、前記Ｎ極群やＳ極群の磁石体のように回転子２０の半径方向に沿ってＮ極とＳ極が配置される。
【００６０】
また、中間磁石５００は、回転子２０の回転方向に沿ってその中間磁石５００より後に位置する磁石群の極性に従う。回転子２０の回転方向に沿ってＮ極群３１と中間磁石５００及びＳ極群３２が順次配置された場合、その中間磁石５００はＳ極群３２と同一な極性を持つように配置される。したがって、Ｓ極群３２はＳ極がＮ極より外側に位置するので、中間磁石５００もまたＳ極がＮ極より外側に位置される。
【００６１】
ここで、Ｎ極群３１から出た磁力線はＳ極群３２と前記中間磁石５００に入る。前記Ｎ極群３１から出てＳ極群３２に入る磁力線は大きな楕円を形成するのに対し、Ｎ極群３１から出て中間磁石５００に入る磁力線はそれより小さな楕円の磁力線を形成する。
【００６２】
図３によると、前記Ｎ極群３１と中間磁石５００との間及びＳ極群３２と中間磁石５００との間に冷却孔２１１ｅがそれぞれ形成される。
【００６３】
前記磁力加速体５０は、一対のＮ極群３１とＳ極群３２が形成する磁力線上に配置されて磁束を増加させる役割を担う。即ち、前記磁力加速体５０は、回転子２０の分離溝２１１ｂ上に設けられる。前記回転板２１１の一側には、前記磁力加速体５０を収容する第２磁石結合部２１１ｄが形成されている。本実施例で前記第１磁石結合部２１１ｃと第２磁石結合部２１１ｄは前記分離溝２１１ｂと連通される。
【００６４】
前記磁力加速体５０は多数個のＮ極とＳ極とからなる磁石体であって、Ｓ極群３２の方にはＳ極が対向され、Ｎ極群３１の方にはＮ極が対向される。これは前記回転子２０の中心内側にはＳ極群３２のＮ極とＮ極群３１のＳ極が位置するからである。
【００６５】
したがって、前記Ｎ極群３１から出る磁力線はＳ極群３２に入り、Ｓ極群３２から出る磁力線は磁力加速体５０に入る。磁力加速体５０に入った磁力は再びＮ極群３１に入って全体的に楕円形の磁力線を形成する。このように、前記磁力加速体５０は回転子２０の内部を通過する磁力線上に備えられて回転子２０の内部で磁力線がさらに鮮明に形成されるように誘導するのみならず、その磁力を加速させる役割を担うようになる。
【００６６】
下記表１は、本発明の一実施例による回転子を用いた発電機の性能を測定した結果である。
【００６７】
【表１】
2007300787.tif 000003
【００６８】
前記表１において、発電機は３相交流／デルタ結線（DELTA-CONNECTION）方式である。固定子Ｓは５０Ｈｚ用であり、回転子の長さ２１６ｍｍ、固定子Ｓの長さ２１０ｍｍ、固定子Ｓの直径２２０ｍｍ、隙間２１８．３ｍｍである。
【００６９】
前記表１において負荷がない場合に比べ、負荷が２０ＫＷかかる場合はエンジン周波数が略１Ｈｚ程度降下（ＤＲＯＰ）されることが分かる。
【００７０】
【表２】
2007300787.tif 000004
【００７１】
前記表２において、発電機は３相交流／スター結線（STAR-CONNECTION ）方式である。固定子Ｓは５０Ｈｚ用であり、回転子の長さ２１６ｍｍ、固定子Ｓの長さ２１０ｍｍ、固定子Ｓの直径２２０ｍｍ、隙間２１８．３ｍｍである。
【００７２】
前記表２において負荷がない場合に比べて負荷が１９ＫＷかかる場合はエンジン周波数が略１．２Ｈｚ程度降下（ＤＲＯＰ）されることが分かる。
【００７３】
図５は発電機又は電動機の回転子の回転板の他の実施例を示す平面図である。図６は発電機又は電動機の回転子の回転板の更に他の実施例を示す平面図である。
【００７４】
本実施例の回転子は、図５及び図６に示すように、回転板２１１’の縁部に円周方向に沿って２つのＮ極群３１’と２つのＳ極群３２’が連続して所定の間隔おきに結合される。２つのＮ極群３１’が相互に隣接し、２つのＳ極群３２’も相互に隣接する。
【００７５】
従って、１つのＮ極群３１’から隣接する１つのＳ極群３２’に出る磁力線が形成される。このため２つのＮ極群３１’を備えた本実施例では２本の磁力線が形成される。１本の磁力線を形成する１つのＮ極群３１とＳ極群３２には１つの磁力加速体５０がそれぞれ備えられている。図中、符号５０は磁力加速体である。
【００７６】
図７は発電機の一部切開断面及び連結部材の分解状態を示す断面図である。図７に示すように、発電機は、固定子Ｓと、固定子の内側中空に収容されている回転子２０と、前記回転子２０に軸結合されている回転子軸１０と、からなる。
【００７７】
連結部材１００は、前記回転子２０の回転子軸１０の一端に結合されている軸受１０１と、前記軸受１０１の外周縁を包む形で前記軸受１０１と結合され、前記固定子Ｓに結合固定される固定ブラケット１０５と、前記軸受１０１と前記固定ブラケット１０５との間に介在されており、前記回転子２０の磁束が前記回転子軸１０を介して前記固定子Ｓに漏れることを遮断する非磁性体の絶縁スリーブ１０３と、からなる。
【００７８】
前記絶縁スリープ１０３はステンレス又は非磁性体若しくは絶縁物質からなり、軸受１０１と固定ブラケット１０５との間に介在される。
【００７９】
絶縁スリーブ１０３は固定子Ｓと回転子２０との間に流れる漏れ電流及び循環磁束を遮断し、回転子２０の磁束が回転子軸１０を介して漏れることを防止する。
【００８０】
図８は本発明による発電機回転子の斜視図であり、図９は本発明による発電機回転子の平面図である。図８によると、本発明の回転子は回転子軸１０と円筒状の回転子２０及び補助コイル６０からなる。
【００８１】
前記回転子２０は多数個の円形板が回転子軸１０の軸方向に沿って積層されて円筒状をなし、発電機固定子の中空に収容されて回転子軸１０と共に回転する。
【００８２】
図９によると、円形板は磁性体物質であり、その中央には前記回転子軸１０が結合される軸結合孔２１が設けられている。なお、前記回転子軸１０は非磁性体物質のステンレスで構成されることから、永久磁石の磁化現象及び磁束の流失を防止する。
【００８３】
前記回転子２０の外側には、固定子コイルと電磁気誘導作用をする永久磁石が放射状に配列される。
【００８４】
即ち、Ｎ極が回転子２０の外側に向かうように、回転子２０に挿入結合されている永久磁石からなるＮ極群３１ａ、３１ｂと、Ｓ極が回転子２０の外側に向かうように回転子２０に挿入結合されている永久磁石からなるＳ極群３２ａ、３２ｂとが交互的かつ放射状に回転子２０の外側に円周方向に沿って配列されている。
【００８５】
なお、それぞれのＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂは多数個の永久磁石からなる。即ち、図８に示すように回転子２０の円周方向に所定距離離れている永久磁石が３列に配列され、各列の永久磁石は回転子２０の半径方向に所定距離離れて積層されている。
【００８６】
このようにＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂを構成する永久磁石を多数個にする方が１つにするより発電機の効率が高く、又Ｎ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂを構成する永久磁石同士を間隔をおいて離隔させるのは、回転子が高速で回転することにより、永久磁石が遠心により回転子２０から離脱することを防止するために、永久磁石同士に隙間を保持させるためである。
【００８７】
また前記回転子２０に挿入結合され、前記Ｎ極群３１ａ、３１ｂとＳ極群３２ａ、３２ｂが形成する磁力線上に配列されて磁束を増加させる磁力加速体５０の永久磁石をさらに含むことができる。
【００８８】
前記磁力加速体５０も多数個の永久磁石が所定距離離れて配列され、そのＮ極がＮ極群３１ａ、３１ｂの内側のＳ極を向き、そのＳ極がＳ極群３２ａ、３２ｂの内側のＮ極を向くように配置される。
【００８９】
前記磁力加速体５０はＮ極群３１ａ、３１ｂとＳ極群３２ａ、３２ｂが回転子２０内部で形成させる磁力線がさらに鮮明に形成されるよう誘導し、かつその磁力を増加させて発電機の効率を高くする。
【００９０】
また、前記Ｎ極群３１ａ、３１ｂとＳ極群３２ａ、３２ｂとの間の前記回転子２０には、これらを空間的に分離する分離溝２３が形成される。前記分離溝２３はＮ極群３１ａ、３１ｂから出てＳ極群３２ａ、３２ｂに入る磁力線がさらに明らかに区分されて形成されるようにする。
【００９１】
また、前記Ｎ極群３１ａ、３１ｂとＳ極群３２ａ、３２ｂとの間の回転子２０の外側には銅棒７０が挿入結合される。前記銅棒７０は非磁性体物質銅棒であって、ヒステリシス損を減らして波形を滑らかにする。即ち、周波数波形の高調波を除去することにより、出力波形を滑らかにして発電機の振動及び騒音を低減させることができる。
【００９２】
さらに、前記Ｎ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂは内側に向かって弧の長さが次第に短くなるようにラウンド状になっており、その仮の原点が回転子２０の原点と一致するように回転子２０の外側に配列される。
【００９３】
このようにＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂを構成する永久磁石が内側に向かって弧の長さが次第に短くなるようにラウンド状になり、その仮の原点と一致するように配列したことは、回転子２０内において磁力線が均一に分布し、かつ磁束が損失されることを防止するためである。
【００９４】
本発明の回転子は回転子２０に補助コイル６０が設けられる。前記補助コイル６０は図９に示すように、それぞれのＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂを包む形で回転子２０の分離溝２３に巻線される。その巻線方向の一例が図１０に示されている。
【００９５】
前記補助コイル６０は初期負荷投入時、または急激な負荷変動時に電圧過度現状を改善し、出力電圧の微細調整及び大きな負荷連結時の永久磁石の足りない磁束を補充する役割を担う。
【００９６】
回転子が回転して固定子のコイルと回転子の永久磁石との間に電磁気誘導作用が発生すると、補助コイル６０には前記電磁気誘導作用に影響を受けて微細電流が流れるようになり、補助コイル６０が回転子２０に巻線されているだけで電圧過度現状が改善され、かつ永久磁石の足りない磁束が補充され得るが、その効果は僅かしかない。したがって、これらをより積極的に行うために補助コイル６０には電源供給部８０が連結される。
【００９７】
図１１は補助コイルに連結された電流供給部がコンデンサである場合の回路図であり、図１１ｂは、補助コイルに連結された電流供給部がＡＶＲである場合の回路図である。
【００９８】
前記電源供給部８０は図１１に示すように、自体充電電圧を放電して補助コイル６０に電源を供給するコンデンサ８１である。
【００９９】
また、図１２に示すように発電機の出力電圧を感知し、感知される電圧の大きさに応じる電源を補助コイル６０に供給するＡＶＲ(AUTOＶOLTAGE REGULATOR)８２とすることもできる。
【０１００】
図１３は従来技術による回転子の磁力線図であり、図１４は本発明による回転子の磁力線図である。
【０１０１】
図１３はＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂの永久磁石が長方形である従来技術の回転子の磁力線図であって、Ｎ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂが形成する磁力線が滑らかでないことから、屈曲が多くて均一に分布されていないことがわかる。
【０１０２】
他方、図１４はＮ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂの永久磁石がラウンド状である本発明による回転子の磁力線図である。
【０１０３】
Ｎ極群３１ａ、３１ｂ及びＳ極群３２ａ、３２ｂが形成する磁力線が滑らかで、屈曲が殆どなく、回転子２０内で均一に分布されていることがわかる。
【０１０４】
このような、磁力線が曲がっているか否か、均一に分布しているか否かは発電機の効率における違いをもたらし、発電機の駆動時に振動と騒音にも影響を与える。即ち、本は発明は発電機の効率がより高く、発電機の駆動時に振動と騒音が少ない。
【０１０５】
以下では補助コイル６０の機能をさらに詳しく説明する。発電機の出力電圧は、回転子の回転速度のみで調整されるのが既存の方式であった。しかし回転子の回転速度は現在の技術では密に制御され難い。
【０１０６】
したがって、発電機の出力電圧が希望する大きさの電圧を有するようにするためには別途の手段が必要であるが、これが本発明の補助コイル６０である。
【０１０７】
即ち、補助コイル６０に直流電流を供給し、該供給される電流の大きさを調節することにより、発電機の出力電圧を調整する。補助コイル６０に直流電流が流れると補助コイル６０は電磁石の役割を担い、固定子のコイルと電磁気誘導作用を行い、補助コイル６０に流れる電流の大きさは微細調節可能なことから発電機の出力電圧を微細に調整することができる。
【０１０８】
図１５は補助コイルが備えられた場合の発電機の出力電圧データであり、図１６は補助コイルが備えられていない場合の発電機の出力電圧データである。
【０１０９】
図１５に示すように、本実施例の発電機は３相のデルタ結線で、６０Ｈｚである。補助コイル６０が備えられた場合、発電機負荷の大きさに関係なく各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の出力電圧は２２０Ｖに近接して保持される。
【０１１０】
しかし、図１６のように、補助コイル６０が備えられていない場合は、負荷の大きさが大きくなるに従い各相の出力電圧が２２０Ｖより小さくなることがわかる。
【０１１１】
また、発電機に大きな負荷が連結されて回転子永久磁石の磁力のみでは負荷に耐えられない場合は、補助コイル６０に電流を供給すれば、補助コイル６０が永久磁石の足りない磁力を補充するようになる。
【０１１２】
なお、初期の負荷投入時や急激な負荷変動時には出力電圧に電圧過度現象が発生される。即ち、初期の負荷投入時や急激な負荷変動時に出力電圧が直ちに一定大きさの安定した電圧を持つことができず、アンダーシュート(UNDER SHOOT)が発生して電圧が降下と降圧を繰り返す、つまり出力電圧波形の歪みが発生するが、一定時間が経過すると一定大きさの安定した電圧になる。
【０１１３】
この電圧過度現象は電気の品質を落とすものであって、アンダーシュートの大きさを減らすことにより電圧が安定にするまでの時間を減らして電気の品質を高める必要がある。これが本発明の補助コイル６０である。
【０１１４】
即ち、出力電圧の大きさを感知して電圧過度現象(OVER SHOOT)の発生時に出力電圧が一定大きさ以上に降圧かつ降下されると、補助コイル６０に電流を供給して出力電圧がそれ以上降圧かつ降下されることを防止し、出力電圧がより速やかに一定大きさの安定した電圧に達するようにする。
【０１１５】
以上、本発明は実施例に限定されるものではなく、当業者による本発明の発電機又は電動機用回転装置に基づいた種々の変形及び設計変更が可能である。しかし、こうした設計変更又は変形は本発明の保護範囲に属するものとみなす。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施例による発電機又は電動機の概略的な側断面図である。
【図２】図１に示された発電機及び電動機の回転子を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示された回転板を示す斜視図である。
【図４】図２に示された回転子本体の平面図である。
【図５】発電機又は電動機の回転子の回転板の他の実施例を示す平面図である。
【図６】発電機又は電動機の回転子の回転板の更に他の実施例を示す平面図である。
【図７】発電機の一部切開断面図と連結部材の分解断面図である。
【図８】本発明による発電機の回転子の斜視図である。
【図９】本発明による発電機の回転子の平面図である。
【図１０】補助コイルの巻線図である。
【図１１】補助コイルに連結された電流供給部がコンデンサである場合の回路図である。
【図１２】補助コイルに連結された電流供給部がＡＶＲである場合の回路図である。
【図１３】従来技術による回転子の磁力線図である。
【図１４】本発明による回転子の磁力線図である。
【図１５】補助コイルが備えられた場合の発電機の出力電圧データを示す図である。
【図１６】補助コイルが備えられていない場合の発電機の出力電圧データを示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０    回転子軸
１５    軸結合部
２０    回転子
２１０    回転子本体
３１    Ｎ極群永久磁石
３２    Ｓ極群永久磁石
５０    磁力加速体
６０    補助コイル
７０    銅棒
８０    電源供給部
５００    中間磁石
６００    組立案内部材
【図１】
2007300787.tif 000005
【図２】
2007300787.tif 000006
【図３】
2007300787.tif 000007
【図４】
2007300787.tif 000008
【図５】
2007300787.tif 000009
【図６】
2007300787.tif 000010
【図７】
2007300787.tif 000011
【図８】
2007300787.tif 000012
【図９】
2007300787.tif 000013
【図１０】
2007300787.tif 000014
【図１１】
2007300787.tif 000015
【図１２】
2007300787.tif 000016
【図１３】
2007300787.tif 000017
【図１４】
2007300787.tif 000018
【図１５】
2007300787.tif 000019
【図１６】
2007300787.tif 000020