(57)【要約】【課題】従来技術に比較して高い発電効率を有する発電装置を提供する。【解決手段】発電装置は、磁石部と、巻線を備え、磁石部と所定の間隔の空間を有して、磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた誘導コイル部と、回転軸に直交して回転可能に連結された回転部と、回転部に設けられ、磁石部から発生して誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる磁束変化部とを備える。磁石部と誘導コイル部は、回転部が回転するときに、磁束変化部が空間を通過するように固定される。磁石部は回転軸の長手方向と略平行な方向で磁化され、磁石部の外周部に順次配列された複数の磁石を備える。複数の磁石のうちの隣り合う各磁石の磁化方向は互いに異なる。【選択図】図７
2017135810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石部と、
第１の巻線を備え、前記磁石部と所定の間隔の第１の空間を有して、前記磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた第１の誘導コイル部と、
前記回転軸に直交して回転可能に連結された回転部と、
前記回転部に設けられ、前記磁石部から発生して前記第１の誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる第１の磁束変化部とを備え、
前記磁石部と前記第１の誘導コイル部は、前記回転部が回転するときに、前記第１の磁束変化部が前記第１の空間を通過するように固定され、
前記磁石部は前記回転軸の長手方向と略平行な方向で磁化され、前記磁石部の外周部に順次配列された複数の磁石を備え、
前記複数の磁石のうちの隣り合う各磁石の磁化方向は互いに異なる発電装置。
【請求項２】
前記回転部が回転するときに前記第１の空間を通過するように前記回転部に設けられた第２の磁束変化部をさらに備える請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
第２の巻線を備え、前記磁石部と所定の間隔の第２の空間を有して、前記磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた第２の誘導コイル部をさらに備え、
前記第２の誘導コイル部は、前記回転部が回転するときに、前記各磁束変化部が前記第２の空間を通過するように固定される請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
前記回転部は前記回転軸に直交する導体板であり、
前記各磁束変化部は前記回転部に形成された開口である請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項５】
前記各磁束変化部は前記開口に設けられた磁性体をさらに備える請求項４記載の発電装置。
【請求項６】
前記回転部は回転軸に直交する絶縁体板であり、
前記各磁束変化部は前記回転部に設けられた磁性体である請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項７】
前記各誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁石部に周回する磁路を形成するヨークをさらに備える請求項１〜６のうちのいずれか一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】
近年、列車や自動車で使用されるモータは、通常電気エネルギーを入力し、駆動回転力を得る。逆に、回転の運動エネルギーを入力し、回生発電を行って電気エネルギーを得る発電装置がある。
【０００３】
この種の発電装置として、例えばアキシャルギャップ型の発電装置がある。この発電装置は回転軸の長手方向に対向する磁石部と誘導コイル部とを備える。磁石部は回転軸に連動して回転し、誘導コイル部は回転軸の回転とは独立に固定される。この発電装置では、磁石部から発生する磁束は誘導コイル部と鎖交し、回転軸が回転することにより、磁石部が回転する。これにより、誘導コイル部と鎖交する磁束の磁束密度が変化し、ファラデーの電磁誘導の法則により、誘導コイル部に起電力が誘起される。
【０００４】
例えば、特許文献１は、上記した発電装置と同様に、回転軸の長手方向に対向する回転子マグネットと固定子コイルとを備えるモータを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２６９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、回転子マグネットは体積も重量もあるので、発電装置の入力エネルギーである運動エネルギーは、この体積も重量もある回転子を動作させることで消費され、発電効率が低下してしまう。
【０００７】
本開示の目的は、従来技術に比較して高い発電効率を有す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】
【０００８】
本開示の発電装置は、
磁石部と、
第１の巻線を備え、前記磁石部と所定の間隔の第１の空間を有して、前記磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた第１の誘導コイル部と、
前記回転軸に直交して回転可能に連結された回転部と、
前記回転部に設けられ、前記磁石部から発生して前記第１の誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる第１の磁束変化部とを備え、
前記磁石部と前記第１の誘導コイル部は、前記回転部が回転するときに、前記第１の磁束変化部が前記第１の空間を通過するように固定され、
前記磁石部は前記回転軸の長手方向と略平行な方向で磁化され、前記磁石部の外周部に順次配列された複数の磁石を備え、
前記複数の磁石のうちの隣り合う各磁石の磁化方向は互いに異なる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、従来技術に比較して発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る発電装置１−１の構成を示す模式斜視図である。
【図２】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３】図２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】図３の磁束分布を得る瞬間において、コイル４０の位置ｙ１での磁束密度分布を示すグラフである。
【図５】実施形態２に係る発電装置１−２の構成を示す模式斜視図である。
【図６】実施形態３に係る発電装置１−３の構成を示す模式斜視図である。
【図７】実施形態４に係る発電装置１−４の構成を示す分解斜視図である。
【図８Ａ】図７の磁石部３２の斜視図である。
【図８Ｂ】図７の磁石部３２の第１の面３２ａの平面図である。
【図８Ｃ】図７の磁石部３２の第２の面３２ｂの平面図である。
【図９】図７の発電装置１−４のヨーク７０とヨーク８０とを組み合わせたときの外観図である。
【図１０Ａ】図７の発電装置１−４をヨーク７０側から見たときの平面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＸＢ−ＸＢ’線に沿う発電装置１−４の縦断面図である。
【図１０Ｃ】図１０ＡのＸＣ−ＸＣ’線に沿う発電装置１−４の横断面図である。
【図１１】図１０ＡのＸＩ−ＸＩ’線に沿う発電装置１−４の横断面図である。
【図１２】変形例１に係る発電装置１−１−１の構成を示す模式斜視図である。
【図１３】変形例２に係る発電装置１−１−２の構成を示す模式斜視図である。
【図１４】変形例３に係る発電装置１−４−１の構成を示す分解斜視図である。
【図１５】変形例４に係る発電装置１−４−２の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明者の着眼点を以下に説明する。
【００１２】
回転機発電機では、回転子を高速で回転するほど、より高い出力電力が得られる。しかし、高速回転により、回転軸受けまたはブラシの磨耗による故障が発生したり、振動騒音などが発生する。一方で、出力を上げるために、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、磁力が高い磁石として、一般的にコストが高い磁石、例えば希土類の磁性材料を用いた磁石が必要となる。
【００１３】
また、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、これらの方法は、電機子自体が大きくなり、かつ、重くなる。
【００１４】
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。以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
実施形態１．
図１は、実施形態１に係る発電装置１−１の構成を示す模式斜視図である。図１において、発電装置１−１は、回転板１０と、開口２０と、磁石３０と、コイル４０と、回転軸５０と、支持部６０とを備える。図１にｘｙ直交座標系が示され、ｘ方向は回転軸５０の長手方向に直交する方向であって、磁石３０とコイル４０との間での空間において回転板１０の移動方向であり、ｙ方向は回転軸５０の長手方向に平行な方向である。
【００１６】
図１の発電装置１−１において、磁石３０とコイル４０とは所定の間隔の空間を有して対向し、回転軸５０の長手方向に並置固定され、回転板１０は回転軸５０に直交して回転可能に連結される。回転板１０には開口２０が形成され、回転板１０が回転するときに、回転板１０の一部が磁石３０とコイル４０との間に挟まれ、開口２０が磁石３０とコイル４０との間の空間を通過する。これにより、コイル４０と鎖交する磁束の磁束密度が変化し、コイル４０に起電力が誘起されることを特徴とする。
【００１７】
以下に発電装置１−１の構成を詳細に説明する。図１において、回転板１０は略矩形形状の導体板であり、回転軸５０に直交して回転可能に連結される。ここで、回転板１０の長手方向の一端部１０ａには軸孔１０ｈが形成され、軸孔１０ｈに回転軸５０を挿入して固定される。これにより、回転板１０は回転軸５０に連結される。回転板１０の長手方向の他端部１０ｂには、回転板１０の長手方向と平行な長手方向を有する略矩形形状の開口２０が形成される。開口２０は磁石３０から発生してコイル４０と鎖交する磁束を変化させる磁束変化部として機能する。なお、回転板１０の一端部１０ａは長手方向において一端近傍の所定の領域を示し、回転板１０の他端部１０ｂは長手方向において他端近傍の所定の領域を示す。
【００１８】
磁石３０とコイル４０とは、回転軸５０と平行に、回転軸５０の長手方向に対向して設けられる。ここで、磁石３０とコイル４０とは支持部６０によって上記空間を有し、回転板１０の回転時に開口２０が当該空間を通過するように支持されて固定される。磁石３０は例えば円柱形状の磁石であり、回転軸５０の長手方向に磁化され、当該長手方向に磁束φを発生する。コイル４０は巻線を巻回してなり、磁束φと鎖交するように設けられる。
【００１９】
以上のように構成された発電装置１−１の動作を説明する。回転軸５０は、例えばエンジンの回転運動と連動して、発電装置１−１を磁石３０側から見て左回りの回転方向１０１で回転し、このとき回転板１０は回転方向１０１と同方向の回転方向１０２で回転し、開口２０は磁石３０とコイル４０との間においてコイル４０と鎖交する磁束φが通過する空間を横切る。その結果、コイル４０と鎖交する磁束φの磁束密度が変化し、ファラデーの電磁誘導の法則により、この磁束密度の変化に応じて、コイル４０に起電力が誘起される。
【００２０】
以上説明したように、実施形態１に係る発電装置１−１によれば、磁石３０またはコイル４０などの大型で重い部材を回転させずに、比較的簡易でかつ軽量に構成することができる回転板１０を回転させることにより、発電を行うことができる。これにより、従来技術に比較して、小さい運動エネルギーに対しても発電効率を高めることができる。また、特に高速回転時に顕著に発生しうる回転時のトラブルおよび機械損などを低減することができる。
【００２１】
また、実施形態１に係る発電装置１−１によれば、回転板１０は導体板であるので、回転板１０に渦電流を生じさせることができ、磁石３０から発生する磁束φを回転板１０の回転方向１０２の前方に集中させることができる。これにより、回転板１０の開口２０は、磁石３０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４０に与えることができ、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。したがって、磁石３０を小型化でき、かつ、発電装置全体を小型化することができる。さらに、起磁力を増加させるために、希土類の磁性材料を用いた磁石などのコストが高い部材を用いる必要がなくなる。
【００２２】
また、実施形態１の発電装置１−１によれば、回転板１０に開口２０が設けられているので、回転板１０をさらに軽量化することができる。
【００２３】
さらに、実施形態１に係る発電装置１−１によれば、ブラシを用いずに、発電装置を構成することができる。これにより、ブラシの磨耗による故障などの発生を抑止できる。
【００２４】
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２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。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り、横軸はｘ方向の位置を示し、縦軸はｙ方向の位置を示す。図２において、ヨーク７０（例えば、図７参照）に対応する磁極７０ｍと、コイル４０と、磁石３０とはｙ方向に並んで配置され、回転板１０に対応する移動導体１０ｍは磁石３０とコイル４０との間の空間をｘ方向の移動方向１０３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３０は磁化方向１０４に磁化され、その磁束密度は１．２Ｔである。磁極７０ｍはケイ素鋼材からなり、移動導体１０ｍはアルミニウムからなる。また、移動導体１０ｍの長手方向の長さをＬ１とし、移動導体１０ｍ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。
【００２５】
このシミュレーションモデルでは、磁石３０と磁極７０ｍとによりｙ方向に静磁界が形成され、移動方向１０３に移動する移動導体１０ｍ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３０と磁極７０ｍ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。
【００２６】
図３は、図２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３は、移動導体１０ｍが静磁界中を横切る瞬間の磁束φの分布を示す。なお、図３における横軸及び縦軸は図２の横軸及び縦軸に対応する。また、図３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。
【００２７】
図４は、図３の磁束分布を得る瞬間において、コイル４０の位置ｙ１での磁束密度分布を示すグラフである。図４において、横軸はｘ方向の位置を示し、縦軸は磁束密度のｙ成分を示す。図４は、移動導体１０ｍの速度Ｖｍｃを最大値から零まで減速したときのコイル４０の位置ｙ１での磁束密度分布を示す。なお、移動導体１０ｍの速度Ｖｍｃは、回転速度１００ｒｐｍで正規化した値である。移動導体１０ｍ、磁石３０、コイル４０及び磁極７０ｍの寸法パラメータは一定である。
【００２８】
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１０ｍ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１０ｍ中に生じる。このとき、その誘導起電力によって移動導体１０ｍ中に渦電流が流れ、この渦電流は移動導体１０ｍ中を通過する磁束を阻止する方向に流れる。このため、図３に示されるように、移動導体１０ｍの前方に磁束φが集中する。
【００２９】
このように、静磁界中を移動導体１０ｍが移動することで、移動導体１０ｍの速度と移動導体１０ｍ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４０に誘導起電圧が発生する。
【００３０】
以上によれば、例えば、磁石３０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４０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。
【００３１】
実施形態２．
図５は、実施形態２に係る発電装置１−２の構成を示す模式斜視図である。図５において、実施形態２の発電装置１−２は、図１に示す実施形態１の発電装置１−１に比較して以下の点が異なる。
（１）図１の回転板１０に代えて、回転板１１を備える。
（２）図１の開口２０に代えて、開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを備える。
以下、これらの相違点を詳細に説明する。
【００３２】
図５において、回転板１１は略円形形状の導体板であり、回転軸５０に直交して回転可能に連結される。ここで、回転板１１の中心１１ａには軸孔１１ｈが形成され、軸孔１１ｈに回転軸５０を挿入して固定される。これにより、回転板１１は回転軸５０に連結される。回転板１１の外周部１１ｂには、回転板１１の動径方向に長手方向を有する略矩形形状の開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、回転軸５０の周りにおいて互いに９０°の角度差を有する位置であって、回転板１１の周回方向に略等間隔で形成される。なお、回転板１１の外周部１１ｂは外周縁近傍の所定の領域を示す。
【００３３】
ここで、磁石３０とコイル４０とは支持部６０によって所定の間隔の空間を有するように設けられ、回転板１１の回転時に開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが当該空間を順次通過するように支持されて固定される。
【００３４】
以上のように構成された発電装置１−２の動作を説明する。回転軸５０は、例えばエンジンの回転運動と連動して回転方向１０１で回転し、このとき回転板１１は回転方向１０２で回転し、開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは磁石３０とコイル４０との間においてコイル４０と鎖交する磁束φが通過する空間を順次横切る。その結果、コイル４０と鎖交する磁束φの磁束密度が変化し、ファラデーの電磁誘導の法則により、この磁束密度の変化に応じて、コイル４０に起電力が誘起される。
【００３５】
実施形態２に係る発電装置１−２は、実施形態１に係る発電装置１−１と同様の作用効果を奏する。また、実施形態２に係る発電装置１−２によれば、回転板１１の回転により、コイル４０に起電力の誘起を４回生じさせることができ、１回転の回転運動においてより多くの出力電力を効率的に得ることができる。
【００３６】
実施形態３．
図６は、実施形態３に係る発電装置１−３の構成を示す模式斜視図である。図６において、実施形態３の発電装置１−３は、図５に示す実施形態２の発電装置１−２に比較して以下の点が異なる。
（１）図５の磁石３０に代えて、磁石３１を備える。
（２）図５のコイル４０に代えて、コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを備える。
以下、これらの相違点を詳細に説明する。
【００３７】
図６において、磁石３１は回転軸５０を中心とする環状の磁石であり、コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、回転軸５０の周りにおいて互いに９０°の角度差を有する位置であって、回転板１１の周回方向に略等間隔に設けられる。これにより、磁石３１とコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとは、回転軸５０の周りにおいて、回転軸５０の長手方向に対向して設けられる。ここで、磁石３１とコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとは支持部６０によって所定の間隔の空間を有するように設けられ、回転板１１の回転時に開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが当該空間を順次通過するように支持されて固定される。
【００３８】
磁石３１は回転軸５０の長手方向に磁化され、当該長手方向に磁束を発生する。各コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは巻線を巻回してなり、磁石３１からの磁束と鎖交するように設けられる。
【００３９】
コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、互いに直列に接続されてもよいし、互いに並列に接続されてもよい。直列に接続される場合出力電圧を大きくすることができ、一方、並列に接続される場合出力電流を大きくすることができる。或いは、コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、直列接続と並列接続とを組み合わせて接続されてもよい。
【００４０】
以上のように構成された発電装置１−３の動作を説明する。回転軸５０は、例えばエンジンの回転運動と連動して回転方向１０１で回転し、このとき回転板１１は回転方向１０２で回転し、開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは磁石３１とコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとの間において各コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと鎖交する磁束が通過する空間を順次横切る。その結果、各コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと鎖交する磁束の磁束密度が変化し、ファラデーの電磁誘導の法則により、これらの磁束密度の変化に応じて、各コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに起電力が誘起される。
【００４１】
以上説明したように、実施形態３に係る発電装置１−３は、実施形態１に係る発電装置１−１及び実施形態２に係る発電装置１−２と同様の作用効果を奏する。また、実施形態３に係る発電装置１−３によれば、回転板１１の回転により、各コイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに起電力の誘起を４回生じさせることができ、１回転の回転運動において、より多くの４つの出力電力を効率的に得ることができる。
【００４２】
実施形態４．
図７は実施形態４に係る発電装置１−４の構成を示す分解斜視図である。また、図８Ａは図７の磁石部３２の斜視図であり、図８Ｂは図７の磁石部３２の第１の面３２ａの平面図であり、図８Ｃは図７の磁石部３２の第２の面３２ｂの平面図である。また、図９は図７の発電装置１−４のヨーク７０とヨーク８０とを組み合わせたときの外観図である。また、図１０Ａは図７の発電装置１−４をヨーク７０側から見たときの平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ’線に沿う発電装置１−４の縦断面図であり、図１０Ｃは図１０ＡのＸＣ−ＸＣ’線に沿う発電装置１−４の横断面図である。
【００４３】
図７〜図１０Ｃにおいて、実施形態４の発電装置１−４は、図６に示す実施形態３の発電装置１−３に比較して以下の点が異なる。
（１）図６の回転板１１に代えて、回転板１２を備える。
（２）図６の開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに代えて、１５個の開口１５を備える。
（３）図６の磁石３１に代えて、磁石部３２を備える。
（４）図６のコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに代えて、誘導コイル部４１を備える。
（５）ヨーク７０、８０をさらに備える。
以下、これらの相違点を詳細に説明する。
【００４４】
図７及び図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、回転板１２は略円形形状の導体板であり、回転軸５０に直交して回転可能に連結される。ここで、回転板１２の中心１２ａには軸孔１２ｈが形成され、軸孔１２ｈに回転軸５０を挿入して例えば溶接により固定される。これにより、回転板１２は回転軸５０に連結される。回転板１２の外周部１２ｂには、略円形形状の例えば１５個の開口１５が、回転軸５０の周りにおいて互いに２４°の角度差を有する位置であって、回転板１２の周回方向に略等間隔で形成される。なお、回転板１２の外周部１２ｂは外周縁近傍の所定の領域を示す。
【００４５】
磁石部３２は回転軸５０を中心とする環状の磁石であり、回転軸５０の周りにおいて互いに３０°の角度差を有する位置であって、回転板１２の周回方向に略等間隔に設けられた１２個の磁石３３からなる。一方、誘導コイル部４１は、回転軸５０の周りにおいて互いに３０°の角度差を有する位置であって、回転板１２の周回方向に略等間隔に設けられた１２個のコイル４２を有する。これにより、磁石部３２と誘導コイル部４１とは、回転軸５０の周りにおいて磁石３３とコイル４２とが回転軸５０の長手方向に１対１で対向するように設けられる。ここで、磁石部３２と誘導コイル部４１とはヨーク７０、８０によって所定の間隔の空間を有し、回転板１２の回転時に開口１５が当該空間を順次通過するように支持されて固定される。
【００４６】
図８Ａ〜図８Ｃにおいて、磁石部３２の磁石３３は回転軸５０の長手方向と略平行な方向で磁化され、隣接する各磁石のＳ極からＮ極に向かう磁化方向が互いに異なるように回転軸５０の周りに配置される。これにより、磁石部３２の第１の面３２ａ及び第２の面３２ｂにおいて、Ｓ極とＮ極との磁極が回転軸５０の回転方向１０１で交互に配列され、回転軸５０の長手方向に磁束を発生する。磁石部３２は例えば接着材によりヨーク８０に接着されて固定される。
【００４７】
図７及び図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、誘導コイル部４１の各コイル４２は巻線を巻回してなり、各磁石３３からの磁束と鎖交するように設けられる。コイル４２は、互いに直列に接続されてもよいし、互いに並列に接続されてもよい。或いは、コイル４２は、直列接続と並列接続とを組み合わせて接続されてもよい。誘導コイル部４１は例えば接着材によりヨーク７０に接着されて固定される。
【００４８】
図７、図９及び図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、ヨーク７０とヨーク８０とは、誘導コイル部４１と、回転板１２と、磁石部３２とを順次回転軸５０の長手方向で挟み込むように設けられる。
【００４９】
ヨーク７０は、底面部７１と、周側面部７２と、１２個の磁極７３とを備える。底面部７１は回転軸５０と直交する円形形状の平板であり、その中心には軸受け孔７０ｈが形成され、軸受け孔７０ｈに回転軸５０を挿入することにより、回転軸５０の回転とは独立して固定される。底面部７１の内面にはコイル４２に向けて突出し、回転軸５０の周りにおいて互いに３０°の角度差を有する位置であって回転板１１の周回方向に略等間隔に１２個の磁極７３が設けられ、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、各磁極７３には各コイル４２が巻回される。周側面部７２は、底面部７１の外周からヨーク８０に向けて回転軸５０と平行して延在する円筒形状を有し、誘導コイル部４１及び回転板１２の外周を覆う。ヨーク７０は磁性体からなり、後述するように、主に磁極７３と底面部７１とが磁路として機能し、さらにコイル４２を支持して固定する支持部として機能する。
【００５０】
ヨーク８０は、底面部８１と、周側面部８２とを備える。底面部８１は回転軸５０と直交する円形形状の平板であり、その中心には軸受け孔８０ｈが形成され、軸受け孔８０ｈに回転軸５０を挿入することにより、回転軸５０の回転とは独立して固定される。周側面部８２は、底面部８１の外周からヨーク７０に向けて回転軸５０と平行して延在する円筒形状を有し、磁石部３２の外周を覆う。ヨーク８０は磁性体からなり、後述するように、主に底面部８１が磁路として機能し、さらに磁石部３２を支持して固定する支持部として機能する。
【００５１】
以上のように構成された発電装置１−４の動作を説明する。回転軸５０は、例えばエンジンの回転運動と連動して回転方向１０１で回転し、このとき回転板１２は回転方向１０２に回転し、１５個の開口１５は磁石部３２の１２個の磁石３３と誘導コイル部４１の１２個のコイル４２との間において、各コイル４２と鎖交する磁束が通過する空間を順次横切る。その結果、各コイル４２と鎖交する磁束の磁束密度が変化し、ファラデーの電磁誘導の法則により、これらの磁束密度の変化に応じて、各コイル４２に起電力が誘起される。
【００５２】
図１１は、図１０ＡのＸＩ−ＸＩ’線に沿う発電装置１−４の横断面図である。図１１には、磁石部３２の隣り合う２つの磁石３３、回転板１２の隣り合う２つの開口１５、及び、誘導コイル部４１の隣り合う２つのコイル４２が示される。以下では、図１１において左側の磁石３３、開口１５及びコイル４２を一方の磁石３３、一方の開口１５及び一方のコイル４２と記し、右側の磁石３３、開口１５及びコイル４２を他方の磁石３３、他方の開口１５及び他方のコイル４２と記す。
【００５３】
図１１において、一方の磁石３３のＮ極から発生した磁束φは、一方の開口１５を通り、一方のコイル４２が巻回されたヨーク７０の磁極７３を通る。次に、磁束φは、ヨーク７０の底面部７１を通り、他方のコイル４２が巻回されたヨーク７０の磁極７３を通る。次に、磁束φは、他方の開口１５を通り、他方の磁石３３のＳ極へ進入し、当該他方の磁石３３のＮ極に到達する。次に、磁束φは、ヨーク８０の底面部８１を通り、一方の磁石３３のＳ極を通り、一方の磁石３３のＮ極に到達する。これにより、周回する磁路を形成する。
【００５４】
以上説明したように、実施形態４に係る発電装置１−４は、実施形態１〜３に係る発電装置１−１〜１−３と同様の作用効果を奏する。また、実施形態４に係る発電装置１−４によれば、磁石部３２の隣接する磁石３３の磁化方向が互いに異なるので、磁束は、ヨーク７０、８０の周側面部７２、８２を通らず、図１１に示すように底面部７１、８１を通って、隣接する磁石３３に着磁する。これにより、磁束の経路を短くすることができ、損失を低減することができる。また、磁束が隣り合う２つの磁石を通過するので、磁束密度の変化を大きくすることができる。これらの結果、発電効率を高めることができる。
【００５５】
また、実施形態４に係る発電装置１−４によれば、ヨーク７０、８０の周側面部７２、８２は磁路として機能しないので、周側面部７２、８２を削減することが可能であり、その結果、小型化が可能である。なお、構造体内部の遮蔽などの目的のために、周側面部７２、８２が設けられていてもよい。
【００５６】
なお、本開示は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
【００５７】
変形例１．
図１２は、変形例１に係る発電装置１−１−１の構成を示す模式斜視図である。図１２において、変形例１の発電装置１−１−１は、図１に示す実施形態１の発電装置１−１に比較して、回転板１０の開口２０に磁性体２２をさらに設けた点で異なる。これによれば、開口２０による磁束密度の変化に加えて、当該磁性体２２による磁束密度の増加を実現することができる。これにより、より効率的にコイル４０での誘導起電圧を大きくすることができる。
【００５８】
また、変形例１と同様に、実施形態２及び３において、回転板１１の各開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに磁性体をさらに設けてもよいし、実施形態４において、回転板１２の各開口１５に磁性体をさらに設けてもよい。
【００５９】
変形例２．
図１３は、変形例２に係る発電装置１−１−２の構成を示す模式斜視図である。図１３において、変形例２の発電装置１−１−２は、図１に示す実施形態１の発電装置１−１に比較して以下の点が異なる。
（１）図１の導体板の回転板１０に代えて、磁性体板の回転板１０Ａを備える。
（２）図１の回転板１０Ａ上に設けられた磁性体２２をさらに備える。
当該変形例２によれば、回転板１０Ａに渦電流が発生せず、渦電流の発生に起因する損失を低減することができる。また、磁性体２２がコイル４０を鎖交する磁束量を変化させるので、コイル４０において誘導起電圧を得ることができる。
【００６０】
また、変形例２と同様に、実施形態２及び３において、回転板１１は磁性体板であってもよく、このとき開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに代えて回転板１１上に磁性体が設けられてもよい。また、実施形態４において、回転板１２は磁性体板であってもよく、このとき開口１５に代えて絶縁体板上に磁性体が設けられてもよい。
【００６１】
変形例３．
図１４は、変形例３に係る発電装置１−４−１の構成を示す分解斜視図である。図１４において、変形例３の発電装置１−４−１は、図７に示す実施形態４の発電装置１−４に比較して、回転板１０Ａに磁石３３及びコイル４２の個数と同数である１２個の開口１５を形成する点で異なる。このように、磁石部３２の磁石３３の数と、誘導コイル部４１のコイル４２の数と、回転板１０Ａの開口１５の数とが同数であれば、各コイルに誘起される起電力の位相を揃えることができる。
【００６２】
また、実施形態４において、回転板１０は１以上の開口２０を備えてもよい。また、実施形態４において、誘導コイル部４１は１２個のコイル４２を備えたが、本開示はこれに限定されず、誘導コイル部４１は１以上のコイル４２を備えてもよい。また、実施形態４において、磁石部３２は１２個の磁石３３を備えたが、本開示はこれに限定されず、磁石部３２は２以上の磁石を備えてもよい。
【００６３】
変形例４．
図１５は、変形例４に係る発電装置１−４−２の横断面図である。なお、図１５は図１０ＡのＸＩ−ＸＩ’線に沿う横断面図に相当する。図１５において、変形例４の発電装置１−４−２は、図７に示す実施形態４の発電装置１−４に比較して、図７のヨーク７０、８０に代えてヨーク７０Ａ、８０Ａを備える点で異なる。ヨーク７０Ａは、磁路として機能しない周側面部７２に代えてアルミニウムからなる薄い円筒形状の板７２Ａを備え、ヨーク８０Ａは、磁路として機能しない周側面部８２に代えてアルミニウムからなる薄い円筒形状の板８２Ａを備える。これにより、ヨークの周側面部を薄くすることができ、小型化を実現することができる。
【００６４】
他の変形例．
ここで、本開示は以下の種々の変形が可能である。実施形態１において、回転板１０は導体板であったが、本開示はこれに限定されず、回転板１０はアルミニウム等の非磁性体であってもよい。同様に、実施形態２及び３において、回転板１１は非磁性体板であってもよく、このとき図１２に示す変形例１と同様に、各開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに磁性体２２をさらに設けてもよい。また、実施形態４において、回転板１２は絶縁体板であってもよく、このとき図１２に示す変形例１と同様に、１５個の開口１５に磁性体を設けてもよい。
【００６５】
また、実施形態１において、回転板１０は矩形形状であったが、本開示はこれに限定されず、回転板１０は円盤形状の板部材であってもよい。同様に、実施形態２及び３において、回転板１０は円盤形状の板部材であったが、本開示はこれに限定されず、回転板１０は矩形形状であってもよい。或いは、各開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは形成された複数の回転板を備えてもよい。
【００６６】
さらに、実施形態１及び２において、磁石３０に代えてコイルと磁性体コアからなる電磁石を用いてもよい。この場合、本開示の特徴により、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であり、コイルに流すＤＣ駆動電流を小さくできる。このため、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。
【００６７】
またさらに、実施形態２及び３において、回転板１１は４つの開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを備えたが、本開示はこれに限定されず、１つ以上の開口を備えてもよい。
【００６８】
また、実施形態３において、４つのコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを備えたが、本開示はこれに限定されず、２つ以上のコイルを備えてもよい。
【００６９】
さらに、実施形態３において、磁石３１を１つの磁石部材で構成したが、本開示はこれに限定されず、磁石３１を２以上の個別の磁石部材により構成してもよい。このとき、２以上の個別の磁石部材と、２以上のコイルとがそれぞれ対向するように配置されてもよい。また、個別の磁石部材のそれぞれは、同じ強さの磁束を発生する部材であってもよいし、異なる強さの磁束を発生する部材であってもよい。
【００７０】
なお、上述の実施の形態１から４に記載の構成は、それぞれ、適宜、組み合わされてもよい。
【００７１】
特許請求の範囲に記載された本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
【００７２】
実施態様の要旨のまとめ．
第１の態様に係る発電装置は、
磁石部と、
第１の巻線を備え、前記磁石部と所定の間隔の第１の空間を有して、前記磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた第１の誘導コイル部と、
前記回転軸に直交して回転可能に連結された回転部と、
前記回転部に設けられ、前記磁石部から発生して前記第１の誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる第１の磁束変化部とを備え、
前記磁石部と前記第１の誘導コイル部は、前記回転部が回転するときに、前記第１の磁束変化部が前記第１の空間を通過するように固定され、
前記磁石部は前記回転軸の長手方向と略平行な方向で磁化され、前記磁石部の外周部に順次配列された複数の磁石を備え、
前記複数の磁石のうちの隣り合う各磁石の磁化方向は互いに異なる。
【００７３】
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、
前記回転部が回転するときに前記第１の空間を通過するように前記回転部に設けられた第２の磁束変化部をさらに備える。
【００７４】
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、
第２の巻線を備え、前記磁石部と所定の間隔の第２の空間を有して、前記磁石部と回転軸の長手方向に対向して設けられた第２の誘導コイル部をさらに備え、
前記第２の誘導コイル部は、前記回転部が回転するときに、前記各磁束変化部が前記第２の空間を通過するように固定される。
【００７５】
第４の態様に係る発電装置は、第１〜３の態様のうちのいずれか一つに係る発電装置において、
前記回転部は前記回転軸に直交する導体板であり、
前記各磁束変化部は前記回転部に形成された開口である。
【００７６】
第５の態様に係る発電装置は、第４の態様に係る発電装置において、
前記各磁束変化部は前記開口に設けられた磁性体をさらに備える。
【００７７】
第６の態様に係る発電装置は、第１〜３の態様のうちのいずれか一つに係る発電装置において、
前記回転部は回転軸に直交する絶縁体板であり、
前記各磁束変化部は前記回転部に設けられた磁性体である
請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載の発電装置。
【００７８】
第７の態様に係る発電装置は、第１〜６の態様のうちのいずれか一つに係る発電装置において、
前記各誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁石部に周回する磁路を形成するヨークをさらに備える。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本開示にかかる発電装置は、例えば、車両用発電機または充電用発電機などに応用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１−１、１−２、１−３、１−４、１−１−１、１−１−２、１−４−１、１−４−２…発電装置、
１０、１０Ａ、１１、１２、１２Ａ…回転板、
１０ａ…一端部、
１０ｂ…他端部、
１０ｈ、１１ｈ…軸孔、
１０ｍ…移動導体、
１１ａ、１２ａ…中心、
１１ｂ、１２ｂ…外周部、
１５、２０、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…開口、
２２…磁性体、
３０、３１、３３…磁石、
３２…磁石部、
３２ａ…第１の面、
３２ｂ…第２の面、
４０、４２、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…コイル、
４１…誘導コイル部、
５０…回転軸、
６０…支持部、
７０、７０Ａ、８０、８０Ａ…ヨーク、
７０ｈ、８０ｈ…軸受け孔、
７０ｍ…磁極、
７１、８１…底面部、
７２、７２Ａ、８２、８２Ａ…周側面部、
７３…磁極。
【図１】
2017135810.tif 000003
【図２】
2017135810.tif 000004
【図３】
2017135810.tif 000005
【図４】
2017135810.tif 000006
【図５】
2017135810.tif 000007
【図６】
2017135810.tif 000008
【図７】
2017135810.tif 000009
【図８Ａ】
2017135810.tif 000010
【図８Ｂ】
2017135810.tif 000011
【図８Ｃ】
2017135810.tif 000012
【図９】
2017135810.tif 000013
【図１０Ａ】
2017135810.tif 000014
【図１０Ｂ】
2017135810.tif 000015
【図１０Ｃ】
2017135810.tif 000016
【図１１】
2017135810.tif 000017
【図１２】
2017135810.tif 000018
【図１３】
2017135810.tif 000019
【図１４】
2017135810.tif 000020
【図１５】
2017135810.tif 000021