(57)【要約】【課題】高い出力電圧を安定して発電することができる発電装置を提供する。【解決手段】回転軸と、磁束を発生する磁束発生部と、磁束と鎖交する巻線を有する１つもしくは複数の誘導コイル部と、回転軸を中心としてそれぞれ回転する第１及び第２の回転部と、磁束発生部と１つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、支持部は、１つもしくは複数の誘導コイル部及び磁束発生部を回転軸の近傍に位置させ、第１及び第２の回転部が回転軸を中心として回転するとき、第１の回転部が１つもしくは複数の誘導コイル部と磁束発生部との間の空間を横切り、第２の回転部が１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、第１及び第２の回転部は、回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
上記磁束と鎖交する巻線を有する１つもしくは複数の誘導コイル部と、
上記回転軸を中心としてそれぞれ回転する第１及び第２の回転部と、
上記磁束発生部と上記１つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
上記支持部は、上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部を上記回転軸の近傍に位置させ、上記第１及び第２の回転部が上記回転軸を中心として回転するとき、上記第１の回転部が上記１つもしくは複数の誘導コイル部と上記磁束発生部との間の空間を横切り、上記第２の回転部が上記１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
上記第１及び第２の回転部は、上記回転するときに上記空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部は、上記回転軸と略平行に順次配置され、
上記第１の回転部と上記第２の回転部とは、上記１つもしくは複数の誘導コイル部を挟んで互いに対向するように設けられる請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
上記第１の回転部及び上記第２の回転部はそれぞれ、上記回転するときに上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部と対向するように設けられる請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
上記複数の誘導コイル部は互いに同一の形状を有する請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項５】
上記複数の磁束変化部は互いに同一の形状を有する請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項６】
上記複数の回転部は、導体板であり、
上記複数の磁束変化部は、上記導体板に設けられる開口部である請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項７】
上記複数の回転部は、絶縁体板であり、
上記複数の磁束変化部は、上記絶縁体板に設けられた磁性体である請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項８】
上記１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線とそれぞれ鎖交する磁束を上記磁束発生部に周回する磁路を形成するためのヨークをさらに備えた請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項９】
上記磁束発生部は、上記１つもしくは複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に設けられる請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項１０】
上記磁束発生部は表面の位置によって異なる強さの磁束を発生する請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項１１】
上記第１の回転部と上記第２の回転部とは同一の速度で回転する請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項１２】
上記第１の回転部と上記第２の回転部とは同一の材料で形成され、同一の形状を有する請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電機子巻線および界磁巻線を巻回した電機子鉄心と、磁気的突極を有する誘導子から構成される回転子と、を備えた回転機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８００５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発電装置では、高い出力電圧を安定して発電することができないという課題があった。
【０００５】
本開示の目的は以上の課題を解決し、高い出力電圧を安定して発電することができる発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る発電装置は、
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
磁束と鎖交する巻線を有する１つもしくは複数の誘導コイル部と、
回転軸を中心としてそれぞれ回転する第１及び第２の回転部と、
磁束発生部と１つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
支持部は、１つもしくは複数の誘導コイル部及び磁束発生部を回転軸の近傍に位置させ、第１及び第２の回転部が回転軸を中心として回転するとき、第１の回転部が１つもしくは複数の誘導コイル部と磁束発生部との間の空間を横切り、第２の回転部が１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
第１及び第２の回転部は、回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る発電装置によれば、高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態１に係る発電装置１−１の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の発電装置１−１の効果を説明するための従来の発電装置の構成を示す概略斜視図である。
【図３】図１の発電装置１−１のシミュレーションモデルを示す模式斜視図である。
【図４】図３のシミュレーションモデルのシミュレーション結果を示す磁束分布図である。
【図５】図４の磁束分布を得る瞬間において、コイル４０の位置Ｚ１での磁束密度分布を示すグラフである。
【図６】本開示の実施形態２に係る発電装置１−２の構成を示す概略斜視図である。
【図７】本開示の実施形態３に係る発電装置１−３の構成を示す概略図である。
【図８】本開示の実施形態４に係る発電装置１−４の構成を示す概略斜視図である。
【図９】本開示の実施形態５に係る発電装置１−５の構成を示す概略斜視図である。
【図１０】図９の発電装置１−５の分解斜視図である。
【図１１Ａ】図９の発電装置１−５の上面図である。
【図１１Ｂ】図１１ＡのＸＡ−ＸＡ線に沿って切断したときの縦断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｂの領域Ｒの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００１０】
まず、本発明者の着眼点を以下に説明する。
【００１１】
回転式の発電機は、回転子を高速回転するものほど、高い出力を得られる。しかし、高速回転により、回転軸を受容する円筒軸受けまたはブラシの磨耗による故障の発生、および、振動騒音などが発生する。一方、出力を上げるためには、動作磁束密度を高くする方法がある。永久磁石を用いる回転機では、磁力が高い磁石を用いることで、動作磁束密度が高められる。しかし、高い磁力を有する磁石として、例えば希土類の磁性材料を用いた磁石などのコストが高い磁石が必要となる。
【００１２】
一方、特許文献１のような界磁巻線を用いる回転機では、電機子コイルの巻回数を多くすることで、起磁力を上げる。もしくは、界磁巻線を用いる回転機では、太いマグネットコイルの利用などによりコイルに流す電流を多くすることで、起磁力を上げる。これらにより、動作磁束密度が高められる。しかしながら、これらの対策を行う場合には、電機子自体が大きくなりかつ重くなるという課題が発生する。
【００１３】
以上の課題認識に基づいて、本発明者は、下記の実施形態に示される構成を創作するに至った。
【００１４】
実施形態１．
図１は本開示の実施形態１に係る発電装置１−１の構成を示す概略斜視図である。図１において、発電装置１−１は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する座標系において、Ｚ軸方向に平行に位置し、回転方向１０２に回転する回転軸５０と、当該回転軸５０を中心にＸＹ平面と平行に位置する平面上を一定の角速度で回転方向１０１，１０３にそれぞれ回転する回転部１０，３０と、磁束発生部７０と、巻線を有する誘導コイル部８０とを備えて構成される。
【００１５】
回転部１０，３０は同一の材料で形成され、同一の形状を有する。本実施形態では、回転部１０，３０は略矩形形状の導体板から形成される。従って、各回転部１０，３０が磁束φを横切るときに渦電流がそれぞれに発生する。各回転部１０，３０は、各回転部１０，３０の一端で回転軸５０に固定され、他端に磁束変化部である開口部２０，４０が形成されている。誘導コイル部８０と、円筒形状を有する磁束発生部７０とは、支持部９０を用いて固定される。ここで、回転部１０と回転部３０とは平行に位置するようにそれぞれ回転する。すなわち、複数の回転部１０，３０はそれぞれ回転するときに誘導コイル部８０及び磁束発生部７０と対向するように設けられる。なお、回転軸５０は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
【００１６】
磁束発生部７０と、回転部１０と、誘導コイル部８０と、回転部３０とは、Ｚ軸方向と略平行に順次配置される。ここで、回転部１０及び回転部３０は、各回転部１０，３０が磁束φを横切るとき、誘導コイル部８０を挟んで互いに対向するように設けられる。ここで、支持部９０は、誘導コイル部８０及び磁束発生部７０を回転軸５０の近傍に位置させ、回転部１０，３０が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部１０が誘導コイル部８０と磁束発生部７０との間の空間を横切り、回転部３０が誘導コイル部８０の巻線を通過する磁束を横切るように支持する。また、回転部１０は、上記回転するときに誘導コイル部８０と磁束発生部７０との間の空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部である開口部２０，４０をそれぞれ有する。
【００１７】
磁束発生部７０はＺ軸と略平行方向に磁束を発生する。例えば、磁束発生部７０には、例えば磁化の小さい磁石などの小さい起磁力の磁束発生手段を用いる。この構成により、磁束発生部７０を小型化できるので、発電装置１−１を小型化することが可能となる。さらに、例えば希土類の磁性材料を用いる磁石などの高コストの部材を使用することなしに、起磁力を増加させることが可能となる。ここで、磁束発生部７０は、誘導コイル部８０と磁束発生部７０との間の空間において磁束φを発生する。
【００１８】
次に、本開示の実施形態１に係る発電装置１−１の動作について以下に説明する。
【００１９】
先ず、回転部３０が回転方向１０３で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部４０が横切る。同時に、回転部１０が回転方向１０１で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部７０と誘導コイル部８０との間の空間であって、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部２０が横切る。
【００２０】
従って、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部８０に起電力が誘起される。
【００２１】
図２は図１の発電装置１−１の効果を説明するための従来の発電装置の構成を示す概略斜視図である。図２の発電装置は、図１の発電装置１−１と比較すると、回転部３０及び開口部４０を削除したことが相違する。図２に図示するように、巻線と鎖交しない漏れ磁束Ｌφの量が増えるので、誘導コイル部８０に発生する誘導起電圧は小さくなる。これに対して、図１に図示するように、回転部３０及び開口部４０を設けることにより、磁束を誘導コイル部８０の巻線に鎖交するように誘導できるので、より効率的に、誘導コイル部８０における誘導起電圧を上昇させることが可能となる。
【００２２】
以上の実施形態に係る発電装置１−１によれば、回転部１０，３０がそれぞれ導体板で形成されるので、各回転部１０，３０が磁束を横切るときに渦電流がそれぞれに発生する。この渦電流は各回転部１０，３０を通過する磁束を阻止する方向に流れるので、磁束発生部７０と誘導コイル部８０との間の空間における磁束は各回転部１０，３０の回転方向の前方の領域に集中する。これにより、磁束発生部７０から発生する磁束の磁束密度よりも大きい磁束密度を有する磁束を効率的に生成することが可能となる。従って、磁束発生部７０から発生する磁束の磁束密度よりも大きい磁束密度の磁束を誘導コイル部８０に与えることができるので、誘導コイル部８０から高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
【００２３】
また、以上の実施形態に係る発電装置１−１によれば、大型で重い部材（誘導コイル８０及び磁束発生部７０）を回転させることなしに比較的簡易かつ軽量に構成される回転部１０，３０のみを回転させることにより発電することができる。従って、回転時に発生する例えば機械の故障などのトラブルを低減することが可能となる。
【００２４】
さらに、以上の実施形態に係る発電装置１−１によれば、ブラシを用いることなしに発電装置を構成できるので、ブラシの磨耗による故障の発生を抑止することが可能となる。
【００２５】
以下では、移動導体の前方における磁束の集中についてシミュレーションを行う。図３は図１の発電装置１−１のシミュレーションモデルを示す模式斜視図である。なお、図３における横軸及び縦軸は図１の横軸及び縦軸に対応する。このシミュレーションモデルは２次元磁界解析のモデルである。図３において、ヨーク（例えば図１０の磁性体ヨーク１２０，１２１参照）に対応する磁極７００ｍと、コイル４００と、磁石３００とはＺ方向に並んで配置され、回転部１０に対応する移動導体１００は磁石３００とコイル４００との間の空間をＸ方向の移動方向１０３０ｍに所定の間隔で繰り返し移動するように設けられる。磁石３００は磁化方向１０４０に磁化され、その磁束密度は１．２Ｔである。磁極７００ｍはケイ素鋼材からなり、移動導体１００はアルミニウムからなる。また、移動導体１００の長手方向の長さをＬ１とし、移動導体１００の繰り返し移動の所定の間隔をＬ２とする場合、Ｌ１：Ｌ２は約３：１０である。
【００２６】
このシミュレーションモデルでは、磁石３００と磁極７００ｍとによりＺ方向に静磁界が形成され、移動方向１０３０ｍに移動する移動導体１００が当該静磁界中を通過するときの磁束及び磁束密度の変化を解析した。なお、このシミュレーションモデルでは、磁石３００と磁極７００ｍとの寸法などのパラメータを変更して、シミュレーションを行うこともできる。
【００２７】
図４は図３のシミュレーションモデルのシミュレーション結果を示す磁束分布図である。図４は、移動導体１００が静磁界中を横切る瞬間の磁束φの分布を示す。なお、図４における横軸及び縦軸は図１の横軸及び縦軸に対応する。また、図４では、磁束φを明確に示すために、断面を示すハッチングを省略する。
【００２８】
図５は図４の磁束分布を得る瞬間において、コイル４００の位置Ｚ１での磁束密度分布を示すグラフである。図５において、横軸はＸ方向の位置を示し、縦軸は磁束密度のＺ成分を示す。図５は、移動導体１００の速度Ｖｍｃを最大値から零まで減速したときのコイル４００の位置Ｚ１での磁束密度分布を示す。なお、移動導体１００の速度Ｖｍｃは、回転速度１００ｒｐｍで正規化した値である。移動導体１００、磁石３００、コイル４００及び磁極７００ｍの寸法パラメータは一定である。
【００２９】
以上のシミュレーション結果から分かるように、移動導体１００が静磁界中を通過することで、その速度に応じた誘導起電力が移動導体１００中に生じる。このとき、その誘導起電力によって移動導体１００中に渦電流が流れ、この渦電流は移動導体１００中を通過する磁束を阻止する方向に流れる。このため、図４に示されるように、移動導体１００の前方に磁束φが集中する。
【００３０】
このように、静磁界中を移動導体１００が移動することで、移動導体１００の速度と移動導体１００の位置とに応じて、磁束密度の高低が発生する。したがって、この磁束密度の変化量に応じて、コイル４００に誘導起電圧が発生する。
【００３１】
以上によれば、例えば、磁石３００から発生する磁束φの磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束を、コイル４００の設置位置に生じさせることができ、磁石として、小さい起磁力の部材、例えば磁化の小さな磁石を用いる場合であっても、高い出力電力を安定して発電することができる。
【００３２】
実施形態１の変形例１．
上述した実施形態において、開口部２０，４０の代わりに磁性体がそれぞれ設けられてもよい。これにより、実施形態１と比較すると、磁性体によって磁束密度を増加することが可能となる。従って、実施形態１と比較すると、より効率的に、誘導コイル部における誘導起電圧を上昇させることができる。
【００３３】
実施形態１の変形例２．
上述した実施形態では、各回転部１０及び回転部３０は導体板でそれぞれ構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、各回転部１０及び回転部３０は絶縁体板でそれぞれ構成され、開口部２０及び開口部４０は当該絶縁体板に設けられた磁性体でそれぞれ構成されてもよい。これにより、各回転部１０及び回転部３０は絶縁体板でそれぞれ構成されるので、渦電流は発生しない。従って、電力損失を低減することができる。
【００３４】
さらに、開口部２０及び開口部４０には磁性体がそれぞれ形成されるので、誘導コイル部８０の巻線を鎖交する磁束量が変化する。従って、磁性体による磁束密度が増加するので、より効率的に、誘導コイル部８０における誘導起電圧を上昇させることができる。
【００３５】
実施形態１の変形例３．
上述した実施形態に係る発電装置１−１において、例えば磁性体ヨークなどのヨークをさらに備えてもよい。このとき、当該ヨークは、巻線と鎖交する磁束が磁束発生部７０に周回する磁路を形成してもよい。これにより、磁束発生部７０から発生する磁束を、ヨークを介して、再び、磁束発生部７０に導くことができる。従って、誘導コイル部８０に向かう磁束をより強くすることができる。
【００３６】
実施形態１の変形例４．
上述した実施形態では、磁束発生部７０は、磁石により構成された。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、磁束発生部７０は、コイルと磁性体コアとからなる電磁石を用いて構成されてもよい。これにより、実施形態１と比較すると、作用磁界を励起するための電磁石の起磁力を小さくすることが可能となる。従って、コイルに流す電流を小さくできるので、コイルの軽量化を実現でき、かつ、銅損も小さくすることができる。
【００３７】
実施形態２．
図６は本開示の実施形態２に係る発電装置１−２の構成を示す概略斜視図である。図６の発電装置１−２は、図１の発電装置１−１と比較すると、１つの開口部２０が形成される矩形状の回転部１０の代わりに磁束変化部として複数の開口部２２ａ〜２２ｄが形成される円盤状の導体板から形成される回転部２２を備え、１つの開口部４０を備えた矩形状の回転部３０の代わりに磁束変化部として複数の開口部２１ａ〜２１ｄを備えた円盤状の導体板から形成される回転部２１を備えたことを特徴とする。ここで、回転軸５０は回転部２１，２２の中心をそれぞれ貫通する。なお、回転軸５０は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
【００３８】
磁束発生部７０と、回転部２２と、誘導コイル部８０と、回転部２１とは、Ｚ軸方向と略平行に順次配置される。ここで、回転部２１，２２は、誘導コイル部８０を挟んで互いに対向するように設けられる。各回転部２１，２２は、回転軸５０を中心として一定の角速度でそれぞれ回転する。ここで、各回転部２１及び回転部２２は、開口部２２ａ〜２２ｄと開口部２１ａ〜２１ｄとがそれぞれＺ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、複数の回転部２１，２２はそれぞれ回転するときに誘導コイル部８０及び磁束発生部７０と対向するように設けられる。
【００３９】
ここで、誘導コイル部８０及び磁束発生部７０は、回転軸５０の近傍に位置させ、回転部２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２の開口部２２ａ〜２２ｄが誘導コイル部８０と磁束発生部７０との間の空間を横切るように配置される。また、回転部２１が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２１の開口部２１ａ〜２１ｄが誘導コイル部８０の巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部９０は、誘導コイル部８０及び磁束発生部７０を回転軸５０の近傍に位置させ、回転部２１，２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２が誘導コイル部８０と磁束発生部７０との間の空間を横切り、回転部２１が誘導コイル部８０の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、回転部２１，２２は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄをそれぞれ有する。
【００４０】
次に、本開示の実施形態２に係る発電装置１−２の動作について以下に説明する。
【００４１】
先ず、回転部２１が回転方向１０３で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部２１ａ〜２１ｄが横切る。同時に、回転部２２が回転方向１０１で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部７０と誘導コイル部８０との間の空間であって、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部２２ａ〜２２ｄが横切る。
【００４２】
従って、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部８０に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部８０に第１〜第４の起電力が誘起される。
【００４３】
以上の実施形態に係る発電装置１−２によれば、実施形態１に係る発電装置１−１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施形態１に係る発電装置１−１と比較すると、１つの誘導コイル部に複数の起電力を誘起させることができるので、１つの回転運動から、効率的に、より多くの出力電力を得ることができる。
【００４４】
実施形態３．
図７は本開示の実施形態３に係る発電装置１−３の構成を示す概略図である。図７の発電装置１−３は、図２の発電装置１−２と比較すると、誘導コイル部８０の代わりに巻線をそれぞれ有する誘導コイル部８０ａ〜８０ｄを備え、磁束発生部７０の代わりに磁束発生部７０Ａを備えたことを特徴とする。ここで、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄはＸＹ平面に平行に位置する同一平面上にそれぞれ位置される。
【００４５】
また、磁束発生部７０Ａは、回転軸５０を中心とした中空の円盤形状を有し、回転部２１及び回転部２２と略同一の半径を有している。さらに、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄと磁束発生部７０Ａとは支持部９０を用いて固定される。また、回転部２１及び回転部２２は、開口部２２ａ〜２２ｄと開口部２１ａ〜２１ｄとが平行に位置するようにそれぞれ回転する。すなわち、複数の回転部２１，２２はそれぞれ回転するときに複数の誘導コイル部８０ａ〜８０ｄ及び磁束発生部７０Ａと対向するように設けられる。ここで、回転軸５０は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
【００４６】
磁束発生部７０Ａと、回転部２２と、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄと、回転部２１とは、Ｚ軸方向と略平行に順次配置される。回転部２１と回転部２２とは、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄを挟んで互いに対向するように設けられる。各回転部２１，２２は、回転軸５０を中心として一定の角速度でそれぞれ回転する。ここで、各回転部２１及び回転部２２は、開口部２２ａ〜２２ｄと開口部２１ａ〜２１ｄとがそれぞれＺ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、回転部２１，２２はそれぞれ回転するときに誘導コイル部８０ａ〜８０ｄ及び磁束発生部７０Ａと対向するように設けられる。
【００４７】
ここで、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄ及び磁束発生部７０Ａは、回転軸５０の近傍に位置させ、回転部２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２の開口部２２ａ〜２２ｄが誘導コイル部８０ａ〜８０ｄと磁束発生部７０Ａとの間の空間を横切るように配置される。また、回転部２１が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２１の開口部２１ａ〜２１ｄが誘導コイル部８０ａ〜８０ｄの巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部９０は、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄ及び磁束発生部７０Ａを回転軸５０の近傍に位置させ、回転部２１，２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２が誘導コイル部８０ａ〜８０ｄと磁束発生部７０Ａとの間の空間を横切り、回転部２１が誘導コイル部８０ａ〜８０ｄの巻線を通過する磁束を横切るように支持し、回転部２１，２２は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄをそれぞれ有する。
【００４８】
磁束発生部７０Ａは磁束を発生する。例えば、磁束発生部７０Ａには、例えば磁化の小さい磁石などの小さい起磁力の磁束発生手段を用いる。この構成により、磁束発生部７０Ａを小型化できるので、発電装置１−３を小型化することが可能となる。さらに、例えば希土類の磁性材料を用いる磁石などの高コストの部材を使用することなしに、起磁力を増加させることが可能となる。
【００４９】
次に、本開示の実施形態３に係る発電装置１−３の動作について以下に説明する。
【００５０】
先ず、回転部２１が回転方向１０３で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄに備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部２１ａ〜２１ｄが横切る。同時に、回転部２２が回転方向１０１で回転軸５０を中心としてＸＹ平面と平行に位置する平面上を回転する。これにより、磁束発生部７０Ａと誘導コイル部８０ａ〜８０ｄとの間の空間であって、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄに備えられた巻線と鎖交する磁束φが通過する空間を開口部２２ａ〜２２ｄが横切る。
【００５１】
従って、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄに備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄに備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄに第１〜第４の起電力が誘起される。
【００５２】
以上の実施形態に係る発電装置１−３によれば、実施形態２に係る発電装置１−２と比較すると、複数の誘導コイル部に複数の起電力をそれぞれ誘起させることができるので、１つの回転運動から、効率的に、さらに多くの出力電力を得ることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、磁束発生部７０Ａは１つの磁束発生用の部材により構成されている。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、磁束発生部７０Ａは、複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に複数の磁束発生用の部材がそれぞれ配置されてもよい。さらに、複数の磁束発生用の部材のそれぞれは、互いに同じ強さの磁束を発生する部材であってもよいし、もしくは複数の磁束発生用の部材は、互いに異なる強さの磁束を発生する部材であってもよい。これにより、移動導体中を通過する磁束を阻止する方向に流れる渦電流が増大するので、磁束密度を増加することができる。従って、より効率的に、誘導コイル部における誘導起電圧を上昇させることができる。
【００５４】
実施形態４．
図８は本開示の実施形態４に係る発電装置１−４の構成を示す概略斜視図である。図８の発電装置１−４は、図７の発電装置１−３と比較すると、磁束発生部７０Ａと対向するように磁束発生部７０Ｂをさらに備えたことを特徴とする。ここで、磁束発生部７０Ａと、回転部２２と、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄと、回転部２１と、磁束発生部７０Ｂとは、Ｚ軸方向と略平行に順次配置される。
【００５５】
本開示の実施形態４に係る発電装置１−４は、実施形態３に係る発電装置１−３と同様の動作及び効果を得ることができる。さらに、実施形態３に係る発電装置１−３と比較すると、回転部２１と回転部２２との間の空間であって、誘導コイル部８０ａ〜８０ｄが配置される空間の静磁界の強度を上げることができる。これにより、開口部２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄによる磁束密度の変化量を、所望の大きさに調整することができる。
【００５６】
実施形態５．
図９は本開示の実施形態５に係る発電装置１−５の構成を示す概略斜視図であり、図１０は図９の発電装置１−５の分解斜視図であり、図１１Ａは図９の発電装置１−５の上面図であり、図１１Ｂは図１１ＡのＸＡ−ＸＡ線に沿って切断したときの縦断面図であり、図１１Ｃは図１１Ｂの領域Ｒの拡大図である。
【００５７】
図９〜図１１Ｃにおいて、発電装置１−５は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する座標系において、Ｚ軸方向に平行に位置し、回転方向１０２に回転する回転軸５０と、円盤形状を有する導体板から形成され、磁束変化部である１５個の開口部１４，２４をそれぞれ有する回転部１２，２２と、回転軸５０を中心とした中空の円盤形状を有し、回転部１２，２２と略同一の半径を有する磁束発生部７０Ａ，７０Ｂと、巻線コア８３をそれぞれ有する複数の誘導コイル部８２が同一のＸＹ平面上で接合される誘導コイル群８１と、ボビン２２０，２３０と、回転軸５０を支えるための円筒軸受け１１０，１１１，１１２と、磁性体ヨーク１２０，１２１とを備えて構成される。なお、回転軸５０は、エンジンまたは車軸またはファンなどの回転運動と連動して回転してもよい。
【００５８】
磁性体ヨーク１２０と、磁束発生部７０Ｂと、回転部１２と、ボビン２２０と、誘導コイル群８１と、ボビン２３０と、回転部２２と、磁束発生部７０Ａと、磁性体ヨーク１２１とは、Ｚ軸方向と略平行に順次配置される。回転部１２と回転部２２とは、誘導コイル群８１及びボビン２２０，２３０を挟んで互いに対向するように設けられる。ここで、磁性体ヨーク１２０，１２１は、磁束発生部７０Ｂと、回転部１２と、ボビン２２０と、誘導コイル群８１と、ボビン２３０と、回転部２２と、磁束発生部７０Ａとを挟み込むように支持する。
【００５９】
各回転部１２，２２は、回転軸５０を中心にＸＹ平面と平行に位置する平面上を一定の角速度で回転方向１０２にそれぞれ回転する。各回転部１２，２２は、中心部に開口部である回転軸接合部１３，２３をそれぞれ有し、回転軸接合部１３，２３は、回転軸５０の回転運動を回転部１２，２２にそれぞれ伝達する。ここで、各回転部１２，２２はそれぞれ、開口部１４，２４とがそれぞれＺ軸方向に略平行に位置するように回転する。すなわち、回転部１２，２２はそれぞれ回転するときに誘導コイル群８１及び磁束発生部７０Ａ，７０Ｂと対向するように設けられる。
【００６０】
磁束発生部７０Ａ，７０Ｂはそれぞれ、Ｚ軸方向の磁化を有し、回転部１２，２２に対してＺ軸方向の磁界を印加する磁石から構成される。磁束発生部７０Ａ，７０Ｂはそれぞれ磁束を発生する。各誘導コイル部８２はそれぞれ巻線を有する。
【００６１】
ここで、誘導コイル群８１及び磁束発生部７０Ａ，７０Ｂは、回転軸５０の近傍に位置させ、回転部１２，２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２の開口部２４が誘導コイル群８１と磁束発生部７０Ａとの間の空間を横切るように配置される。また、回転部１２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部１２の開口部１４が誘導コイル群８１の巻線と鎖交する磁束を横切るように配置される。すなわち、支持部としての磁性体ヨーク１２０，１２１は、誘導コイル群８１及び磁束発生部７０Ａ，７０Ｂを回転軸５０の近傍に位置させ、回転部１２，２２が回転軸５０を中心として回転するとき、回転部２２が誘導コイル群８１と磁束発生部７０Ａとの間の空間を横切り、回転部１２が誘導コイル群８１の巻線を通過する磁束を横切るように支持し回転部１２，２２は、上記回転するときに空間の磁束の磁束密度を変化させるための開口部１４，２４をそれぞれ有する。
【００６２】
本開示の実施形態５に係る発電装置１−５の動作について以下に説明する。
【００６３】
回転部１２が回転することにより、誘導コイル部８２に備えられた巻線と鎖交する磁束が通過する空間を開口部１４が横切り、回転部２２が回転することにより、誘導コイル部８２に備えられた巻線と鎖交する磁束が通過する空間を開口部２４が横切る。従って、各誘導コイル部８２に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度が変化するので、各誘導コイル部８２に備えられた巻線と鎖交する磁束φの磁束密度の変化に応じて、各誘導コイル部に開口部１４の数だけの複数の起電力が誘起される。
【００６４】
図１１Ｂでは、図９の発電装置１−５において形成される磁路が概略的に説明される。ここで、図１１Ａの一部の断面図を用いて磁路が矢印で示される。磁性体ヨーク１２０及び磁性体ヨーク１２１は、巻線と鎖交する磁束φが磁束発生部７０Ａ，７０Ｂに周回する磁路を形成する。
【００６５】
図１１Ｂに示すように、回転部１２及び回転部２２の回転が止まっている場合、Ｚ軸方向に磁化を有する磁束発生部７０Ａ，７０Ｂによって生じる磁束φは、回転部１２の開口部１４及び回転部２２の開口部２４を貫通する。その後、磁束φは、誘導コイル部８２を鎖交する。その後、磁束φは、磁性体ヨーク１２０と磁性体ヨーク１２１とを介して、磁束発生部７０Ａ，７０Ｂに周回する。
【００６６】
以上の実施形態に係る発電装置１−５によれば、実施形態４に係る発電装置１−４と同様の効果を得ることができる。さらに、発電装置１−５は、実施形態４に係る発電装置１−４と比較すると、磁性体ヨーク１２０，１２１をさらに設けているので、磁束の流れを誘導コイル部８２で有効に利用することが可能となる。従って、実施形態４に係る発電装置１−４と比較すると、さらに効率的に複数の電力を取り出すことができる。
【００６７】
なお、回転軸接合部１３，２３は、回転軸５０と回転部１２，２２とを直接接合して、同じ回転数で回転部１２，２２を回転させてもよいし、もしくは回転軸接合部１３，２３には、ギアなどが設けられてもよい。この構成により、回転速度を変更することにより、誘導起電圧を変更することが可能となる。
【００６８】
以上説明したように、第１の態様に係る発電装置は、
回転軸と、
磁束を発生する磁束発生部と、
上記磁束と鎖交する巻線を有する１つもしくは複数の誘導コイル部と、
上記回転軸を中心としてそれぞれ回転する第１及び第２の回転部と、
上記磁束発生部と上記１つもしくは複数の誘導コイル部とを支持する支持部とを備え、
上記支持部は、上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部を上記回転軸の近傍に位置させ、上記第１及び第２の回転部が上記回転軸を中心として回転するとき、上記第１の回転部が上記１つもしくは複数の誘導コイル部と上記磁束発生部との間の空間を横切り、上記第２の回転部が上記１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線を通過する磁束を横切るように支持し、
上記第１及び第２の回転部は、上記回転するときに上記空間の磁束の磁束密度を変化させるための磁束変化部をそれぞれ有する。
【００６９】
第２の態様に係る発電装置は、第１の態様に係る発電装置において、
上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部は、上記回転軸と略平行に順次配置され、
上記第１の回転部と上記第２の回転部とは、上記１つもしくは複数の誘導コイル部を挟んで互いに対向するように設けられる。
【００７０】
第３の態様に係る発電装置は、第１または第２の態様に係る発電装置において、上記第１の回転部及び上記第２の回転部はそれぞれ、上記回転するときに上記１つもしくは複数の誘導コイル部及び上記磁束発生部と対向するように設けられる。
【００７１】
第４の態様に係る発電装置は、第１〜第３の態様に係る発電装置において、上記複数の誘導コイル部は互いに同一の形状を有する。
【００７２】
第５の態様に係る発電装置は、第１〜第４の態様に係る発電装置において、上記複数の磁束変化部は互いに同一の形状を有する。
【００７３】
第６の態様に係る発電装置は、第１〜第５の態様に係る発電装置において、上記複数の回転部は、導体板であり、上記複数の磁束変化部は、上記導体板に設けられる開口部である。
【００７４】
第７の態様に係る発電装置は、第１〜第５の態様に係る発電装置において、上記複数の回転部は、絶縁体板であり、上記複数の磁束変化部は、上記絶縁体板に設けられた磁性体である。
【００７５】
第８の態様に係る発電装置は、第１〜第７の態様に係る発電装置において、上記１つもしくは複数の誘導コイル部の巻線とそれぞれ鎖交する磁束を上記磁束発生部に周回する磁路を形成するためのヨークをさらに備えた。
【００７６】
第９の態様に係る発電装置は、第１〜第８の態様に係る発電装置において、上記磁束発生部は、上記１つもしくは複数の誘導コイル部のそれぞれに対向する位置に設けられる。
【００７７】
第１０の態様に係る発電装置は、第１〜第９の態様に係る発電装置において、上記磁束発生部は表面の位置によって異なる強さの磁束を発生する。
【００７８】
第１１の態様に係る発電装置は、第１〜第１０の態様に係る発電装置において、上記第１の回転部と上記第２の回転部とは同一の角速度で回転する。
【００７９】
第１２の態様に係る発電装置は、第１〜第１１の態様に係る発電装置において、上記第１の回転部と上記第２の回転部とは同一の材料で形成され、同一の形状を有する。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上詳述したように、高い出力電力を安定して発電することが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
１−１〜１−５…発電装置、
１０，１２，２１，２２，３０…回転部、
１３，２３…回転軸接合部、
１４，２０，２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄ，２４，４０…開口部、
５０…回転軸、
８０，８０ａ〜８０ｄ…誘導コイル部、
６１…誘導コイル群、
７０，７０Ａ，７０Ｂ…磁束発生部、
９０…支持部、
１００…移動導体、
１１０，１１１，１１２…円筒軸受け、
１２０，１２１…磁性体ヨーク、
３００…磁石、
４００…コイル、
７００ｍ…磁極、
１０３０ｍ…移動方向。
【図１】
2017108505.tif 000003
【図２】
2017108505.tif 000004
【図３】
2017108505.tif 000005
【図４】
2017108505.tif 000006
【図５】
2017108505.tif 000007
【図６】
2017108505.tif 000008
【図７】
2017108505.tif 000009
【図８】
2017108505.tif 000010
【図９】
2017108505.tif 000011
【図１０】
2017108505.tif 000012
【図１１Ａ】
2017108505.tif 000013
【図１１Ｂ】
2017108505.tif 000014
【図１１Ｃ】
2017108505.tif 000015