(57)【要約】【課題】異なる仕様であっても、同種の構成部品を共通して用いることができ且つ容易に製造できる発電装置を提供する。【解決手段】本発明の発電機１において、支持部材１５は基端部１５ａが回転シャフト５に固定され先端部１５ｂが回転シャフト５の径方向外方に延出しており、ヨーク１１は支持部材１５の先端部１５ｂに設けてあり、マグネット１３はヨーク１１の内周側部１７と外周側部１９との間に配置してあり且つヨーク１１の内周側部１７又は外周側部１９との間に隙間Ｓを設けてあり、コイル体２３は円筒状の本体２７と、コイル本体２７の端部を支持する環状のホイール２９とを有し、ホイール２９の外周面がコイル本体２７の内周面に嵌合固定されおり、コイル体保持部材２５は基端部２５ｂが外筒筺体３に固定してあり、先端部２５ａがコイル本体２７よりも内周側でホイール２９に固定してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク及びマグネットを回転シャフトに支持部材で支持し回転シャフトと共に回転するロータと、コイル体をコイル体保持部材で外筒筺体に固定してなるステータとを備え、回転シャフトの駆動によりコイル体から電流を導出する発電機であって、支持部材は基端部が回転シャフトに固定され先端部が回転シャフトの径方向外方に延出しており、ヨークは支持部材の先端部に設けてあり且つ互いに対向する内周側部と外周側部とを有し、マグネットはヨークの内周側部と外周側部との間に配置してあり且つヨークの内周側部又は外周側部との間に隙間を設けてあり、コイル体は円筒状の本体と、コイル本体の端部を支持する環状のホイールとを有し、ホイールの外周面がコイル本体の内周面に嵌合固定されおり、コイル体保持部材は基端部が外筒筺体に固定してあり、先端部がコイル本体よりも内周側でホイールに固定してあることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヨーク、マグネット、支持部材、コイル体、コイル体保持部材及び外筒筺体は、各々同一形状のものを複数個用いて、回転シャフトの軸線方向にロータ、ステータを複数個形成すると共に外筒筺体を複数並べて固定し、各コイル体から取り出す電力を直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
回転シャフトに風を受けて回転する風車体を取付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレスコイルを用いた発電装置に関し、特に風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、コアレスコイル（コイル体）をステータとして用いた発電装置が開示されている。この種の発電装置は、筒状のコイル体を、回転シャフトと共に回転するロータとしてのマグネットとヨークとの間に配置し、コイルに生じる電流を取り出しているが、要求される仕様（電力、電流、電圧等）に応じて、コイル体、マグネット及びステータ等について、個々にその寸法や形状を設計し、組立てていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３００７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、異なる仕様毎に、マグネット、ヨーク、コイル体等の寸法や形状の異なるものを設計し、製造し、組立てるのでは、製造に手間が係ると共にコスト高になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、異なる仕様であっても、同種の構成部品を共通して用いることができ且つ容易に製造できる発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、ヨーク及びマグネットを回転シャフトに支持部材で支持し回転シャフトと共に回転するロータと、コイル体をコイル体保持部材で外筒筺体に固定してなるステータとを備え、回転シャフトの駆動によりコイル体から電流を導出する発電機であって、支持部材は基端部が回転シャフトに固定され先端部が回転シャフトの径方向外方に延出しており、ヨークは支持部材の先端部に設けてあり且つ互いに対向する内周側部と外周側部とを有し、マグネットはヨークの内周側部と外周側部との間に配置してあり且つヨークの内周側部又は外周側部との間に隙間を設けてあり、コイル体は円筒状の本体と、コイル本体の端部を支持する環状のホイールとを有し、ホイールの外周面がコイル本体の内周面に嵌合固定されおり、コイル体保持部材は基端部が外筒筺体に固定してあり、先端部がコイル本体よりも内周側でホイールに固定してあることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、請求項１に記載のヨーク、マグネット、支持部材、コイル体、コイル体保持部材及び外筒筺体は、各々同一形状のものを複数個用いて、回転シャフトの軸線方向にロータ、ステータを複数個形成すると共に外筒筺体を複数並べて固定し、各コイル体から取り出す電力を直列又は並列に接続したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、回転シャフトに風を受けて回転する風車体を取付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、コイル本体は端部の内周面にホイールを嵌合固定してあり、コイル体を保持するコイル体保持部材は基端部を外筒筺体に固定し、先端部が円筒のコイル本体の内周に位置してホイールに固定しているので、出力が異なる発電装置を組立てる場合には、同種のロータ、ステータ及び外筒筺体を各々複数用意しておけば、異なる寸法の回転シャフトを用いるだけで、ロータ、ステータ及び外筒筺体の各部品の同種の部品を用いて組立てることができるので、異なる仕様であっても容易に製造できる。
【００１０】
コイル体保持部材は基端部を外筒筺体に固定して先端部を内周方向に延出しているので、コイル体の組付けが外筒筺体の一端部側からできるから、マグネットとヨークとの間の隙間にコイル体を挿入しておこなう位置決めが容易で、組立てが容易にできる。
【００１１】
コイル体保持部材は、基端部を外筒筺体に固定して、コイル体を固定する先端部を内周方向に延出しているので、回転シャフトの軸線方向の寸法を小さくできる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を得ることができると共に、例えば、２段（回転シャフトの軸線方向に設けた一組のロータ、ステータ及び外筒筺体で１段を構成する）ならば１段の２倍、３段ならば１段の３倍というように基本となる出力（１段の出力）の整数倍の出力設計の発電装置を容易に得ることができる。
【００１３】
ロータ、ステータ及び外筒筺体の段数の組付けは、回転シャフトの軸線方向に沿って順次組付けでき、製造し易い。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を得ることができると共に、風力発電装置は、特に用いる場所の地形、風力等の状況や電力の使用目的に応じて要求される仕様（出力）が異なることから、本発明の利便性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、添付図面の図１及び図２を参照して本発明の第１実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る発電装置の縦断面図であり、図２は第１実施の形態に係る発電装置であって図１の発電装置の出力（仕様）よりも小さい出力の発電装置の縦断面図である。
【００１６】
第１実施の形態に係る発電装置１は、支柱２に取付ける風力発電装置であり、回転シャフト５の先端５ａには、風を受けて回転する風車体（プロペラ、羽根を籠状に配置したもの等）を取付けるようになっている。
【００１７】
風力発電装置１は、回転シャフト５に取付けて回転シャフト５と共に回転するロータ７と、外筒筺体３に固定するステータ９とを備え、本実施の形態では回転シャフト５の軸線方向に３つのロータ７と、３つのステータ９と、３つの外筒筺体３が設けられており、ロータ７とステータ９と外筒筺体３とから構成される３つの段Ａ、Ｂ、Ｃの発電部分を有するものであるが、これらの各段Ａ、Ｂ、Ｃの構成部品は同一形状で且つ同一寸法の同種の部品であるから、同種の部品には同一の符号を付することによりその詳細な説明を省略し、以下の説明では１段目Ａの発電部分について主に説明する。
【００１８】
ロータ７は、ヨーク１１、マグネット１３と、支持部材１５とから構成されている。
【００１９】
ヨーク１１は円筒形状であり、内周側部１７と外周側部１９と連続部２１とで回転シャフト５の軸線方向に沿った断面がコ字状を成し、コ字の開口がシャフトの軸線方向と平行な方向を向いている。
【００２０】
マグネット１３はヨーク１１の内周側部１７と外周側部１９との間に設けてあり、本実施の形態では外周側部１９の内周面に固定されている。ヨーク１１の内周側部１７とマグネット１３との間には隙間Ｓが形成されている。
【００２１】
支持部材１５は回転シャフト５から放射状に複数設けてあり、各支持部材１５は、基端部１５ａを回転シャフト５の外周面に固定し、先端部１５ｂが回転シャフト５の径方向外方に延出し、先端部１５ｂにヨーク１１が固定されている。
【００２２】
ステータ９は、コイル体２３とコイル体保持部材２５とを備えており、コイル体２３は円筒状の本体２７と、円筒状の本体２７を支持するホイール２９とから構成されている。ホイール２９は、円環状でコイル本体２７の端部においてコイル本体２７の内周面に嵌合固定されている。尚、ホイール２９の外周には本体２７をホイール２９に固定する為の補助部材２８が設けてある。
【００２３】
コイル本体２７は、複数の銅板をエッチングして線状加工し、各銅板の間に絶縁性接着剤を塗布して円筒状に加工製造してある。
【００２４】
コイル体保持部材２５は、回転シャフト５の軸線方向における縦断が略Ｌ字形状を成しており、基端部２５ｂは外筒筺体３に固定されて、中間部２５ｃは径方向内方に延出し、先端部２５ａはコイル本体２７の内周側でコイル体２３の円筒面に沿って延出し、コイル体２３のホイール２９に固定してある。
【００２５】
外筒筺体３の外周側に設けてあるのは、対向する前側ベース３１と後側ベース３２を固定する止めボルト３３であり、本実施の形態では周方向に等間隔で６箇所に設けある。尚、回転シャフト５の先端部にはディスク３５が固定してあり、ディスク３５と回転シャフト５の先端側ベース３１との間にはグリースが封入された隙間３７が形成されている。また、回転シャフト５と各ベース３１、３２との間にはベアリング３９が設けてある。
【００２６】
各コイル体２３から導出している端子コイル４１は、出力する電流を大きくする場合には並列に接続し、電圧を大きくする場合には直列に接続するが、いずれの接続もできるようになっている。
【００２７】
次に、第１実施の形態に係る発電装置１の組立て、作用及び効果について説明する。図１に示すように、ロータ７とステータ９とを３段Ａ、Ｂ、Ｃに組付ける場合には、回転シャフト５に、支持部材１５の基端部１５ａを間隔保持部材（カラー）４３を挟んで取付けることにより、１段目Ａのロータ７を取付け、同様にして２段目Ｂ、３段目Ｃのロータ７を間隔保持部材（カラー）４４を挟んで固定する。尚、支持部材１５には、予め先端部にヨーク１１及びマグネット１３が固定してある。
【００２８】
続いて、１段目Ａの外筒筺体３をヨーク１１の外周側に配置して一端を前側ベース３１に取付け、外筒筺体３の他端にコイル体保持部材２５の基端部２５ｂを取付ける。コイル体保持部材２５の先端２５ａには、予めコイル体２３のホイール２９が固定してあり、コイル体保持部材２５を外筒筺体３の端に配置するときにコイル本体２７をマグネット１３とヨーク１１の内周側部１７との間の隙間Ｓに挿入する。
【００２９】
そして、コイル体保持部材２５の基端部２５ｂに次の段（２段目Ｂ）の外筒筺体３を取付けて、１段目Ａの外筒筺体３と２段目Ｂの外筒筺体３とでコイル体保持部材２５の基端部２５ｂを挟持固定する。本構造では、外筒筺体３の両端に溝を掘り、そこにＯリング４５を配置することにより防水構造としている。
【００３０】
以下同様にして、２段目Ｂのコイル体２３を固定したコイル体保持部材２５を、３段目Ｃの外筒筺体３で挟持固定し、３段目Ｃのコイル体保持部材２５は３段目Ｃの外筒筺体３と後側ベース３２とで挟持固定する。
【００３１】
風力発電装置１は、使用する場所の地形、風力等の状況や電力の使用目的に応じて要求される仕様（出力）が異なることから、例えば、図１に示すロータ７及びステータ９が３段Ａ、Ｂ、Ｃからなる発電装置１よりも、要求される出力が小さい発電装置４２（図１示す風力発電装置の２/３の出力）を製造する場合には、図２に示すように、図１に示す回転シャフト５よりも軸寸法の小さい回転シャフト５を用い、ロータ７、ステータ９、外筒筺体３、ベース３１、３２は、図１に示す実施例のものと同種のものを用いて且つ図１に示す風力発電装置１の製造方法と同様の手順で組立てる。
【００３２】
本実施の形態によれば、コイル体２３は円筒形状の本体２７の内周面にホイール２９が固定してあり、コイル体２５を保持するコイル体保持部材２５は基端部２５ｂを外筒筺体３に固定し、先端部２５ａがコイル本体２７の内周に位置してホイール２９に固定しているので、ロータ７とステータ９とを回転シャフト５の軸線方向に沿って複数段並べて順次取付けることができる。また、コイル体保持部材２５を後側ベース３２に立設する構成でないから、回転シャフト５の軸線方向の寸法を小さくできるものであり、１段Ａのみからなる風力発電装置を組立てる場合であっても、回転シャフト５の回転方向の寸法を小さくできる。
【００３３】
したがって、同種のロータ７、ステータ９及び外筒筺体３を各々複数用意しておけば、出力の異なる仕様に応じた段数として同種の部品を用いて組立てることができるので、異なる仕様（出力）であっても、その使用に応じた発電装置を容易に製造できる。
【００３４】
コイル体保持部材２５は基端部２５ｂを外筒筺体３の端に取付けて先端部２５ａを内周方向に延出しているので、コイル体２３の組付けが外筒筺体３の一端側からできるから、マグネット３とヨーク内周側部１７との間の隙間にコイル本体２７を挿入しておこなう位置決めが容易である。
【００３５】
本実施の形態では、例えば、２段ならば１段の２倍、３段ならば１段の３倍というように基本となる出力（１段の出力）の整数倍の出力設計の発電装置を容易に得ることができる。
【００３６】
各段Ａ、Ｂ、Ｃの組付けは、回転シャフトの軸線方向に沿って順次組付けでき、製造し易い。
【００３７】
次に、図３を参照して、本発明の第２実施の形態について説明する。この第２実施の形態では、ロータ７及びステータ９の段数を２段Ａ、Ｂにする例を示しており、２段目Ｂのコイル体２３はロータ７を１段目Ａとは反対方向、即ちヨーク１１とマグネット１３との隙間Ｓの開口が互いに対向するように配置している。コイル体保持部材２５は、断面略Ｔ字形状に形成して、両端部２５ａ、２５ａを各々コイル体２３のホイール２９に固定している。
【００３８】
この第２実施の形態では、上述した第１実施の形態と同様な作用効果を奏する共に、１段目Ａと２段目Ｂとで一つのコイル保持部材２５を共用でき、部品点数を少なくできると共に回転シャフト５の軸線方向の寸法を小さくできる。
【００３９】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００４０】
例えば、ロータ７及びステータ９の段数は、上述した２段Ａ、Ｂ及び３段Ａ、Ｂ、Ｃにすることに限らず、１段Ａのみであっても良いし、４段であってもよく、その段数は制限されない。
【００４１】
第１実施の形態において、３段目Ｃのロータ７を第２実施の形態の２段目Ｂのロータ７のように向きを反対にして取付け、２段目Ｂで使用するコイル体保持部材２５を第２実施の形態のものを用いて、２段目Ｂと３段目Ｃの構成を第２実施の形態のようにしても良い。同様に、第１実施の形態において、２段目のロータの向きを反対にして取付けて１段目Ａと２段目Ｂとの間に配置するコイル体保持部材２５を第２実施の形態のものを用いて、１段目Ａと２段目Ｂとを第２実施と同様な構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施の形態に係る発電装置の縦断面図である。
【図２】第１実施の形態に係る発電装置であって図１の発電装置の出力（仕様）よりも小さい出力の発電装置の縦断面図である。
【図３】第２実施の形態に係る発電装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、４２  発電装置
３        外筒筺体
５        回転シャフト
７        ロータ
９        ステータ
１１      ヨーク
１３      マグネット
１５      支持部材
１７      内周側部
１９      外周側部
２３      コイル体
２５      コイル体保持部
２７      コイル本体
２９      ホイール
Ｓ        隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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