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公開番号2021151175
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210927
出願番号2020068640
出願日20200318
発明の名称ティース部増設型発電機
出願人個人
代理人
主分類H02K 1/14 20060101AFI20210830BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 コアと巻き線からなるコイルや永久磁石、並びに鉄芯で形成する発電機構の変換効率を高め、更に低コストな構成により広く一般的に普及することができるティース部増設型発電機を得ることにある。
【解決手段】 軸を中心に回転し、回転磁界を構成する永久磁石を設け、次に巻線をコアに巻回してなるコイルやヨーク部、並びにティース部からなるステータを設け、当該コアの一端に磁気伝導部を設け、当該永久磁石の回転外周に、当該コアの磁路方向と当該永久磁石の回転面とが概ね垂直となり、且つ当該永久磁石の磁極面と当該磁気伝導部の磁気伝導面とが対向するように設け、当該コアの他端に当該ヨーク部や当該ティース部を設け、当該ティース部は当該コイルの磁気回路を形成するものであり、当該永久磁石の磁極面と当該ティース部の磁気伝導面とをギャップ、並びに当該磁気伝導部を介して設けることでティース部増設型発電機を構成している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
軸を中心に回転し、回転磁界を構成する永久磁石を設け、次に巻線をコアに巻回してなるコイルやヨーク部、並びにティース部からなるステータを設け、当該コアの一端に磁気伝導部を設け、当該永久磁石の回転外周に、当該コアの磁路方向と当該永久磁石の回転面とが概ね垂直となり、且つ当該永久磁石の磁極面と当該磁気伝導部の磁気伝導面とが対向するように設け、当該コアの他端に当該ヨーク部や当該ティース部を設け、当該ティース部は当該コイルの磁気回路を形成するものであり、当該永久磁石の磁極面と当該ティース部の磁気伝導面とをギャップ、並びに当該磁気伝導部を介して設けることを特徴とするティース部増設型発電機。
続きを表示(約 310 文字)【請求項2】
請求項1における、永久磁石を固定子とし、巻線をコアに巻回してなるコイルやヨーク部、並びにティース部からなる電機子を設け、当該電機子を軸を中心に回転する回転子とする構成であり、当該電機子の回転面と当該永久磁石の磁極面とが平行になるように設け、当該コアの一端に磁気伝導部を設け、当該永久磁石の磁極面と当該磁気伝導部の磁気伝導面とを対向するように設け、当該コアの他端に当該ヨーク部や当該ティース部を設け、当該ティース部は当該コイルの磁気回路を形成するものであり、当該永久磁石の磁極面と当該ティース部の磁気伝導面とをギャップ、並びに当該磁気伝導部を介して設けることを特徴とするティース部増設型発電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、永久磁石やコイル、並びにヨークやティースからなる発電機構であり、効率よく動力を電気エネルギーに変換することができるティース部増設型発電機に関するものである。
続きを表示(約 4,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、永久磁石で回転磁界を構成し、コイルやコア、並びにヨークやティースでステータを構成し、回転力を電力に変換するものがある。
【0003】
従来の技術として自転車前照灯の電源とする小型発電機があり、回転子である永久磁石の外周に複数のティースを設け、巻線とコアからなるコイルのコア両端と前記ティースを連結し、前記ティースはステータの構成材で磁気回路を形成するものであり、このティースを肉厚の薄い複数枚の磁性鉄板を重ね合わせて形成することで鉄損の低減を図り、効率を高めている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
公開実用新案平2−97870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
文献1に示される先行技術は、その大きさや形状が自転車への搭載が適しているため広く普及しており、その高効率化が重要な課題となっているが、前記先行技術においても発電効率は約70パーセントと低い比率であるため、更なる高効率化を図る必要がある。
【0006】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するための本発明の第1の解決手段として、本発明は、軸を中心に回転し、回転磁界を構成する永久磁石を設け、次に巻線をコアに巻回してなるコイルやヨーク部、並びにティース部からなるステータを設け、当該コアの一端に磁気伝導部を設け、当該永久磁石の回転外周に、当該コアの磁路方向と当該永久磁石の回転面とが概ね垂直となり、且つ当該永久磁石の磁極面と当該磁気伝導部の磁気伝導面とが対向するように設け、当該コアの他端に当該ヨーク部や当該ティース部を設け、当該ティース部は当該コイルの磁気回路を形成するものであり、当該永久磁石の磁極面と当該ティース部の磁気伝導面とをギャップ、並びに当該磁気伝導部を介して設けることでティース部増設型発電機を構成している。
【0008】
次に、本発明の第2の解決手段としては、前記第1の解決手段における、永久磁石を固定子とし、巻線をコアに巻回してなるコイルやヨーク部、並びにティース部からなる電機子を設け、当該電機子を軸を中心に回転する回転子とする構成であり、当該電機子の回転面と当該永久磁石の磁極面とが平行になるように設け、当該コアの一端に磁気伝導部を設け、当該永久磁石の磁極面と当該磁気伝導部の磁気伝導面とを対向するように設け、当該コアの他端に当該ヨーク部や当該ティース部を設け、当該ティース部は当該コイルの磁気回路を形成するものであり、当該永久磁石の磁極面と当該ティース部の磁気伝導面とをギャップ、並びに当該磁気伝導部を介して設けることでティース部増設型発電機を構成している。
【発明の効果】
【0009】
本発明の発電効率を高めることができる機能は非常に有用であり、例えば背景技術に示すような自転車前照灯用発電機の発電効率は70〜80パーセントであるため、本発明を利用することで大幅な高効率化が期待できる。
【0010】
また、本発明はコアと巻き線からなるコイルや永久磁石、並びに鉄芯で形成する発電機構であり、この構成は極めて利用範囲が広く有用であり、更に本発明は一般に普及している低コストな構成材を用いても大きな効果を期待できるという点も優れている。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の第1実施形態を示す斜視図
本発明の第1実施形態を示す正面図
本発明の第1実施形態の約30°回転状態を示す平面図
本発明の第1実施形態の約30°回転状態を示す正面図
本発明の第1実施形態の約45°回転状態を示す平面図
本発明の第1実施形態の約45°回転状態を示す正面図
本発明の第1実施形態の約150°回転状態を示す平面図
本発明の第1実施形態の約150°回転状態を示す正面図
本発明の第2実施形態を示す分解斜視図
本発明の第2実施形態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【0012】
先ず、本発明の第1実施形態を図1、及び図2を参照し説明すれば軸a(7)を中心に回転磁界を構成する永久磁石a(3)を設け、コア(15)に巻線を巻回してなるコイル(4)を設け、支柱(8)に支持されるヨーク部a(1)を設け、それぞれのコア(15)の一端をヨーク部a(1)を介して連結し、コア(15)それぞれの他端に磁気伝導部a(5)を設け、永久磁石a(3)磁極面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面とがギャップを介して対向するように設け、一端をヨーク部a(1)と連結するティース部a(2)を設け、それぞれのティース部a(2)の他端である磁気伝導面と永久磁石a(3)の磁極面とが磁気伝導部a(5)やギャップ(6)を介して対向するように設ける構成である(請求項1記載)。
【0013】
次に、本発明の機能を図3、及び図4を参照し説明すれば、この図は回転子である永久磁石a(3)が回転方向(17)へ回転し、永久磁石a(3)の磁極面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面とが離れる状態を示すものであり、コイル(4)に誘導起電力や起磁力が発生し、磁力線a(9)や磁力線b(16)に示す磁気回路を形成する。
【0014】
このとき永久磁石a(3)と磁気伝導部a(5)との吸引力となる磁力は磁気伝導部a(5)で2方向へ磁路を形成するため、回転子である永久磁石a(3)の回転方向(17)への抗力が小さくなる。
【0015】
次に、図5、及び図6に示すように永久磁石a(3)が、更に回転方向(17)へ回転し永久磁石a(3)の磁極面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面とが大きく離れるときも、磁力線b(16)の磁束の変化により、コイル(4)の誘導電力や起磁力となる。
【0016】
このときの永久磁石a(3)の磁極面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面との距離が離れているため吸引力の作用は小さいものであり、ティース部a(2)の磁気伝導面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面との距離はギャップ(6)に示すように近い位置であるためコイル(4)の磁力は磁力線a(9)に示す磁気回路を形成する。
【0017】
なお、この構成の磁気伝導部a(5)やティース部a(2)の機能により形成する磁力線(9)に示す磁気回路が本発明のポイントである。
【0018】
次に、図7、及び図8は永久磁石a(3)が回転方向(17)へ回転し、永久磁石a(3)の磁極面と磁気伝導部a(5)の磁気伝導面との距離が近づくときを示すものであり、例えば回転速度が速く磁力線b(16)に示す磁束変化が大きいときは、コイル(4)の起磁力が磁気抵抗となり、磁気伝導部a(5)で2方向へ磁路を形成し、回転子の回転力となる磁力線C(18)に示す磁気回路を形成する。
【0019】
従来の発電機は磁気伝導部a(5)やティース部a(2)を設けていない構成であるため、磁力線C(18)に示す磁気回路を形成せずに漏れ磁束となる。この漏れ磁束は図2に示す位置では磁力線b(16)に示す磁束の一部となるため、回転子の抗力である吸引力が大きくなり、低効率なものとなっている。
【0020】
次に、ギャップ(6)のギャップ長については、ギャップ長を短くすると磁力線C(18)に示す磁気回路を形成しやすくなり、その吸引力が回転子の回転力となるが、磁力線b(16)に示す磁束密度の変化が小さくなり誘導起電力が低くなるという問題がある。
【0021】
従って、誘導起電力を効率よく発生しつつ漏れ磁束の少ないギャップ長にすることが望ましい。
【0022】
次に、本発明の第2実施形態を図9、及び図10を参照し説明すれば固定子とする永久磁石b(13)を設け、次に軸b(12)を中心に回転する電機子として、巻線とコア(15)からなるコイル(4)やヨーク部b(11)、並びにティース部b(10)を設ける構成であり、それぞれのコア(15)の一端をヨーク部b(11)を介して連結し、コア(15)それぞれの他端に磁気伝導部b(14)を設け、永久磁石b(13)の磁極面と磁気伝導部b(14)の磁気伝導面とがギャップを介して対向するように設け、ティース部b(10)の中央部をヨーク部b(11)と連結し、それぞれのティース部a(2)の端に形成される磁気伝導面と永久磁石b(13)の磁極面とが磁気伝導部b(14)やギャップを介して対向するように設ける構成である(請求項2記載)。
【0023】
この構成では永久磁石b(13)を固定子とするため、接着による形成でも剥がれる心配がないという利点がある。
【0024】
この構成のコイル(4)の誘導電流の伝達にはスリップリングを用いることができ、また整流子とするカーボンブラシを用いることもできる。
【符号の説明】
【0025】
1 ヨーク部a
2 ティース部a
3 永久磁石a
4 コイル
5 磁気伝導部a
6 ギャップ
7 軸a
8 支柱
9 磁力線a
10 ティース部b
11 ヨーク部b
12 軸b
13 永久磁石b
14 磁気伝導部b
15 コア
16 磁力線b
17 回転方向
18 磁力線C

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