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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023007903
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】単極誘導発電機
(51)【国際特許分類】
   H02K 31/02 20060101AFI20230112BHJP
【FI】
H02K31/02
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021111031
(22)【出願日】2021-07-02
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】521294069
【氏名又は名称】三浦 均
(74)【代理人】
【識別番号】100093115
【弁理士】
【氏名又は名称】佐渡 昇
(72)【発明者】
【氏名】三浦 均
(57)【要約】
【課題】発電力を大きくすることができる単極誘導発電機を提供する。
【解決手段】軸線回りに回転可能に設けられ、軸線方向から見て円形の回転体10と、回転体10の周方向に沿って配置された複数個の回転子対20と、回転体10と複数個の回転子対20との間において回転体10の周方向に回転体10と一体に設けられた絶縁部11とを備え、各回転子対20は、絶縁部11を介し回転体10と当接して回転する導体と、この導体の軸線方向においてこの導体に隣接して設けられた磁石とを有する、導体の軸線方向から見て円形の第1回転子21と、第1回転子21の軸線と平行な軸線回りに回転可能な導体と、この導体の軸線方向においてこの導体に隣接して設けられた磁石とを有し、回転体10には当接せず、第1回転子21との導体外周面同士が当接することで回転する、導体の軸線方向から見て円形の第2回転子22とを備え、相隣接する回転子対20における第1回転子21の中心部と第2回転子22の中心部とが電気的に接続されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線(10A)回りに回転可能に設けられ、軸線(10A)方向から見て円形の回転体(10)と、
この回転体(10)の周方向に沿って配置された複数個の回転子対(20)と、
前記回転体(10)と複数個の回転子対(20)との間において、回転体(10)の周方向に回転体(10)と一体に設けられた絶縁部(11)と、
を備え、
各回転子対(20)は、
前記絶縁部(11)を介し回転体10と当接して回転する導体(21c)と、この導体(21c)の軸線(21A)方向においてこの導体(21c)に隣接して設けられた磁石(21m)とを有する、導体(21c)の軸線(21A)方向から見て円形の第1回転子(21)と、
前記第1回転子(21)の軸線(21A)と平行な軸線(22A)回りに回転可能な導体(22c)と、この導体(22c)の軸線(22A)方向においてこの導体(22c)に隣接して設けられた磁石(22m)とを有し、前記回転体(10)には当接せず、前記第1回転子(21)との導体外周面(21d、22d)同士が当接することで回転する、導体(22c)の軸線(22A)方向から見て円形の第2回転子(22)と、
を備え、
相隣接する回転子対(20)における第1回転子(21)の中心部(21g)と第2回転子(22)の中心部(22g)とが電気的に接続(30)されていることを特徴とする単極誘導発電機。
【請求項2】
請求項1において、
前記絶縁部(11)は摩擦材料からなることを特徴とする単極誘導発電機。
【請求項3】
請求項1または2において、
前記第1回転子(21)の導体(21c)の外径(D2)は磁石(21m)の外径(D1)より大きく、前記第2回転子(22)の導体(22c)の外径(D2’)は磁石(22m)の外径(D1’)より大きいことを特徴とする単極誘導発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、単極誘導発電機に関するものである。より詳しくは発電力を大きくすることができる単極誘導発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献1に見られるように、
「外周の集電部に頻繁に交換が必要なブラシを用いないことにより、保守・点検を容易にし、また、外周の集電部での摩擦損をなくした単極発電機を提供することを目的とし」
「単極発電機において、2つの導体円盤を用いて、導体円盤同士を周速差がないように接触させ、外周の集電部にブラシを用いない構造とする」(同文献要約欄)
単極発電機が知られている。
【0003】
しかし、この単極発電機は、2つの導体円盤を用いているので、発電力を大きくすることは困難である。
【0004】
また、従来、例えば特許文献2に見られるように、
「発電効率を高め、大電流を得ることができる単極発電機を得る」ことを課題とし、
「磁性体からなる回転軸6Aと、回転軸6Aに支持された導体からなる円板状の回転子1と、回転子1の両面を挟み、回転子1と一体的に回転するように設けられた一対の磁石8A,8Bと、一対の磁石8A,8Bの外側の磁極面を覆い、回転子1を貫いた磁束を回転軸6Aを通して周回させる磁路Lを構成するための、回転子1と一体的に回転するように設けられたヨーク9A,9Bとを備えた」(同文献要約欄)
単極発電機が知られている。
【0005】
しかし、この単極発電機は、1つの回転子1を用いているので、発電力を大きくすることは困難である。
【0006】
なお、この特許文献2の0008段落には、
図6は単極誘導の原理を説明する原理図である。」「ここで、上述した起電圧は、回転子1を回転させるだけでなく、回転子1とともに永久磁石8を回転させても同様に発生されることが知られている。」
との記述がある。
【0007】
また、従来、例えば特許文献3に見られるように、
「基となる単極誘導発電機の欠点である低電圧を改善し、磁石から直接電気エネルギーを取り出すことのできる効率のよい、コイルレスマグネット発電機を提供すること」を課題とし、
「単極発電機の磁石であるローターを複数に分割成層し、絶縁体を用い円盤状として回動軸に固着、同様の物を同軸上に併設し、内側の極性が反発するように設置して、それぞれの分割磁石の週縁部には、材質構成を分割磁石と同様として分割磁石の回動と共に、分割磁石の週縁面に対し適当なプレス圧を保ち回動し、それぞれ接続の極性は併設に対しても週設に対しても、反発するように設置した回動ブラシを具備し、併設する分割磁石の接続は各々対角する磁石の中心部同士を接続、上記の如く発電機を構成することにより、磁石内部の磁場作用を利用することにより、電圧を上げることができ逆トルクを軽微にすることがでる」(同文献要約欄)
コイルレスマグネット発電機が知られている。
【0008】
しかしこのコイルレスマグネット発電機は、上記のように、
「それぞれの分割磁石の週縁部には、材質構成を分割磁石と同様として分割磁石の回動と共に、分割磁石の週縁面に対し適当なプレス圧を保ち回動し、それぞれ接続の極性は併設に対しても週設に対しても、反発するように設置した回動ブラシを具備」しているものであるから、適当なプレス圧を付与するための、「図10で示す8のようなプレス機構」(同文献0005段落)が必要となる。
分割磁石と回動ブラシとは、反発する極性同士が接触する構造であり、全ての回動ブラシが分割磁石に接触する構造であるため、適当なプレス圧を付与するためのプレス機構は強固なものにならざるを得ないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2001-286117号公報
【特許文献2】特開平9-238458号公報
【特許文献3】特開2003-47226号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、発電力を大きくすることができ、強固なプレス機構も必要としない単極誘導発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために本発明の単極誘導発電機は、
軸線回りに回転可能に設けられ、軸線方向から見て円形の回転体と、
この回転体の周方向に沿って配置された複数個の回転子対と、
前記回転体と複数個の回転子対との間において、回転体の周方向に回転体と一体に設けられた絶縁部と、
を備え、
各回転子対は、
前記絶縁部を介し回転体と当接して回転する導体と、この導体の軸線方向においてこの導体に隣接して設けられた磁石とを有する、導体の軸線方向から見て円形の第1回転子と、
前記第1回転子の軸線と平行な軸線回りに回転可能な導体と、この導体の軸線方向においてこの導体に隣接して設けられた磁石とを有し、前記回転体には当接せず、前記第1回転子との導体外周面同士が当接することで回転する、導体の軸線方向から見て円形の第2回転子と、
を備え、
相隣接する回転子対における第1回転子の中心部と第2回転子の中心部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0012】
この単極誘導発電機は、上記の構成となっているので、次のような作用効果が得られる。
【0013】
回転体を軸線回りに回転させると、回転体の周方向に沿って配置された複数個の回転子対における第1回転子が、回転体の絶縁部に従動して回転するとともに、第2回転子が第1回転子に従動して回転する。
第1回転子および第2回転子は、いずれも、回転する導体とこの導体の軸線方向において導体に隣接して設けられた磁石とを有しているので、導体外周部と導体中心部との間には、前述した単極誘導の原理に従って直流電圧(起電圧)eが発生する。
そして、回転体の周方向に沿って配置された複数個の回転子対における第1回転子同士は前記絶縁部によって絶縁されており、第1回転子と第2回転子とは両者の導体外周面同士が当接することで回転し(すなわち、両者の導体同士が導通し)、相隣接する回転子対における第1回転子の中心部と第2回転子の中心部とが電気的に接続されているので、各回転子に発生した直流電圧eは累積されることとなる。
したがって、発電力を大きくすることが可能となる。
なお、回転体には第1回転子だけが接触するので、仮に回転体が磁石であったとしても強固なプレス機構は不要である。
【0014】
以上のように、この単極誘導発電機によれば、発電力を大きくすることができ、強固なプレス機構も必要としないという効果が得られる。
【0015】
なお、絶縁部は、回転体と別体のものを回転体と一体に設けてもよいし、回転体自体を絶縁体で構成することで絶縁部を構成しても良い。いずれにしても上述した作用効果が得られる。
【0016】
この単極誘導発電機においては、
前記絶縁部は摩擦材料からなる構成とすることができる。
このように構成すると、回転体と回転子対の第1回転子との回転力の伝達を高効率で行うことができ、発電効率を高めることができる。
【0017】
この単極誘導発電機においては、
前記第1回転子の導体の外径は磁石の外径より大きく、前記第2回転子の導体の外径は磁石の外径より大きい構成とすることができる。
このように構成すると、第1回転子と第2回転子との導体外周面同士の当接を確実かつ円滑にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明に係る単極誘導発電機の実施の形態を示す平面図。
図2】回転子対を示す図で、(a)は平面図、(b)は正断面図。
図3図1における複数個の回転子対20の展開図。
図4】他の実施の形態を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係る単極誘導発電機の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一部分ないし相当する部分には、同一の符号を付してある。
【0020】
図1に示す実施の形態の単極誘導発電機1は、
軸線10A回りに回転可能に設けられ、軸線方向から見て円形の回転体10と、
この回転体10の周方向に沿って配置された複数個(図示のものは20A~20Fの6個)の回転子対20と、
前記回転体10と複数個の回転子対20との間において、回転体10の周方向に回転体10と一体に設けられた絶縁部11と、
を備えている。
【0021】
図1および図2に示すように、各回転子対20(A~F)は、
前記絶縁部11を介し回転体10と当接して回転する導体21cと、この導体21cの軸線方向(図2(b)において上下方向)においてこの導体21cに隣接して設けられた磁石21m、21mとを有する、導体21cの軸線方向から見て円形の第1回転子21と、
第1回転子21の軸線21Aと平行な軸線22A回りに回転可能な導体22cと、この導体22cの軸線方向においてこの導体22cに隣接して設けられた磁石22m、22mとを有し、前記回転体10には当接せず、前記第1回転子21との導体外周面21d、22d同士が当接することで回転する、導体22cの軸線方向から見て円形の第2回転子22と、
を備えている。
【0022】
そして、図1図3に示すように、相隣接する回転子対20における第1回転子21の中心部21gと第2回転子の中心部22gとが電気的に接続されている。電気的接続部を符号30で示す。
【0023】
この単極誘導発電機1は、上記の構成となっているので、次のような作用効果が得られる。
【0024】
図1において、回転体10を軸線10A回りに(例えば反時計方向R2方向に)回転させると、回転体10の周方向に沿って配置された複数個の回転子対20における第1回転子21が、回転体10の絶縁部11に従動して(例えば時計方向R1方向に)回転するとともに、第2回転子22が第1回転子21に従動して(例えば反時計方向R2方向に)回転する。
【0025】
第1回転子21および第2回転子22は、いずれも、回転する導体21c、22cとこの導体21c、22cの軸線方向において導体に隣接して設けられた磁石21m、22mとを有しているので、導体外周部21d(22d)と導体中心部21g(22g)との間には、前述した単極誘導の原理に従って直流電圧(起電圧)eが発生する。
【0026】
そして、回転体10の周方向に沿って配置された複数個の回転子対20における第1回転子21同士は前記絶縁部11によって絶縁されており、第1回転子21と第2回転子22とは両者の導体外周面21d、22d同士が当接することで回転し(すなわち、両者の導体21c、22c同士が導通し(図2(a)の「接点」参照))、相隣接する回転子対20における第1回転子21の中心部21gと第2回転子22の中心部22gとが電気的に接続(30)されているので、各回転子21,22,21,22,・・・に発生した直流電圧eは累積されることとなる。
したがって、発電力を大きくすることが可能となる。
【0027】
なお、回転体10には第1回転子21だけが接触するので、仮に回転体10が磁石であったとしても強固なプレス機構は不要である。
【0028】
以上のように、この単極誘導発電機1によれば、発電力を大きくすることができ、強固なプレス機構も必要としないという効果が得られる。
【0029】
なお、絶縁部11は、回転体10と別体のものを回転体10と一体に設けてもよいし、回転体10自体を絶縁体で構成することで絶縁部11を構成しても良い。いずれにしても上述した作用効果が得られる。
【0030】
前記絶縁部11は摩擦材料からなる構成とすることが望ましい。
このように構成すると、回転体10と回転子対20の第1回転子21との回転力の伝達を高効率で行うことができ、発電効率を高めることができる。
【0031】
図2(a)に示すように、第1回転子21の導体21cの外径D2は磁石21mの外径D1より大きく、第2回転子22の導体22cの外径D2’は磁石22mの外径D1’より大きい構成とすることが望ましい。
このように構成すると、第1回転子21と第2回転子22との導体外周面21d、22d同士の当接を確実かつ円滑にすることが可能となる。
【0032】
回転体10は、適宜の材料(例えば、金属、合成樹脂、セラミックス等)で構成でき、軸線方向から見て円形の任意の形状、例えば、円板状、円柱状、円筒状に構成することができる。
【0033】
回転体10を回転可能に支持する構造は、公知の適宜の構造を採用することができる。例えば、図1に示すような軸12を設け、この軸12を軸受部材(図示せず)で回転可能に支持することで、図示しないフレームやケーシングに回転可能に設けることができる。
【0034】
絶縁部11は、回転体10の周方向に回転体10と一体に(すなわち一緒に回転するように)設けられればそれでよく、別体のリング状の絶縁部11を回転体10の外周に固定・固着しても良いし、回転体10自体を絶縁材料で構成することで絶縁部11を構成しても良い。
【0035】
絶縁体11は、ゴム、高摩擦ゴム、高摩擦樹脂等、絶縁性を有する公知の高摩擦材で構成することができる。
【0036】
回転体10は、人力、風力、水力等によって回転させることができ、発電された電力(上述したようにして累積された電力)は、例えば、図1図3に示すように、(始端の)回転子対20Aの第1回転子21と(終端の)回転子対20Fの第2回転子22との間に電力取り出し部(集電部)31,31を設けて取り出すことができる。図3において、40は集電部31,31に接続される負荷である。
【0037】
図2に示すように、各回転子対20の導体21c、22cは、いずれも適宜の公知の導体(例えば銅等の金属)で構成することができ、軸線方向から見て円形の任意の形状、例えば、円板状、円柱状に構成することができる。
【0038】
導体21c、22cを回転可能に支持する構造は、公知の適宜の構造を採用することができる。例えば、図2に示すように、軸21j、22jを設け、この軸21j、22jをそれぞれ軸受部材(例えばベアリング)21b、22bで回転可能に支持することで、フレーム23やケーシングに回転可能に設けることができる。
【0039】
フレーム23は導電性を有しない(あるいは極めて小さい)合成樹脂等で構成する。
24はフレームを構成する、図において上下の板体23b、23bを連結する連結部材としてのボルトナットである。
る。
【0040】
この実施の形態の磁石21m、22mは、いずれも片面がN極、他面がS極となっている円板状の磁石であり、導体の円板部21f、22fを挟むように一対設けられている。
この実施の形態の磁石21m、22mは、いずれも導体21c、22cに固定されていて、導体21c、22cと一緒に回転するようになっているが、フレーム23側に固定するようにしてもよい。
【0041】
相隣接する回転子対20における第1回転子21の中心部21gと第2回転子の中心部22gとを電気的に接続する電気的接続部30は、公知の適宜の構成を採用することができる。図において、21k、22kは、それぞれ導体の軸端に接触するブラシである。
【0042】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。例えば、
【0043】
上記の実施の形態では、回転子対20は回転体10に対して外接する構成としたが、例えば図4に示すように内接する構成とすることもできる。
【0044】
上記の実施の形態では、集電部31,31から電力を取り出しているが、集電部31,31から電力を発電機1に供給することもでき、その場合、発電機1の回転部材(例えば回転体10)は供給される電力によって回転駆動されることとなる。
したがって、本願において(各請求項を含め)、「発電機」は「モーター」と読み替えることができる。
【符号の説明】
【0045】
1: 単極誘導発電機
10: 回転体
10A: 軸線
20: 回転子対
11: 絶縁部
21: 第1回転子
21A: 軸線
21c: 導体
21g: 中心部
21m: 磁石
22: 第2回転子
22A: 軸線
22c: 導体
22g: 中心部
22m: 磁石
図1
図2
図3
図4