特開 2023-98576 発電機

(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】P2023098576

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】発電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/14 20060101AFI20230703BHJP

【ＦＩ】

H02K21/14 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135324

(22)【出願日】2022-08-26

(31)【優先権主張番号】P 2021213873

(32)【優先日】2021-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】391047178

【氏名又は名称】熊澤 貞彦

(72)【発明者】

【氏名】熊澤 貞彦

【テーマコード（参考）】

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H621AA02

5H621HH01

(57)【要約】

【課題】本発明は、回転子極と固定子極から成る発電機に関し、磁極が持つ磁力とコイルが持つ鉄心との間に吸着力つまりその場所に留まろうとする働きが起きる、その吸着力が回転軸に与える影響を減少させる発電機に関する。
【解決手段】本発明の発電機において、回転子極と固定子極から成る発電機において、起電のコイルが持つ鉄心に、磁極の磁力が鉄心に吸着力が発生する、この吸着力に対して斥力を対峙させることでコギングトルクを相殺させる。固定子に１極のコイルと磁極を設置、回転子極には、回転子極に固定子極に向け２極の永久磁石を設置する、回転子の永久磁石は、１極は発電に寄与、２極目は斥力発生に働く、同一の極性で永久磁石を設置し、固定子極の磁極に斥力が発生するように、同一の極性で設置する、ここで発生する斥力を発電部位で発生するコギングトルクに対峙させ、この斥力でコギングトルクを相殺させ、回転軸に与える影響を減少させる発電機。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機のコイルには電磁誘導の鉄心が設けられている、この鉄心と磁極の間に吸着力が発生する、この吸着力が発生すると同時に、永久磁石の同一極性を対峙させることで発生する斥力を、吸着力に斥力の強度を調整して、吸着力と斥力で相殺をさせ回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項2】

前項の斥力を発生させる方法として、固定子の発電用コイル極を０度、１８０度の位置には、永久磁石を磁極として設置、回転子極には磁極として０度と１８０度の位置に、永久磁石を固定子磁極と斥力が発生するように配置する、これにより、発電用コイル極にはコギングトルクが発生し、同時に磁極では斥力が発生する、コギングトルクと斥力が同時に発生し、お互いのトルクが相殺され回転軸に与える影響を減少させる発電機

【請求項3】

この発電機に使用せれている永久磁石は基本的に、同一の大きさで能力は同一と考えて設置され、コギングトルクに最適な斥力を得るには、構造上固定子極を移動させることが容易であり、固定子磁極の周囲にシリンダーかガイドレールを設置することで、固定子極の位置は変動なく、固定子極と回転子極の間隔だけ移動させ、斥力を調整させ、コギングトルクと斥力を相殺でき、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項4】

請求項１の条件状態で回転子極が２極の場合では、回転軸が１回転した時、発電されるのは２回発電される、回転子の磁極を偶数個増やしたとき、発電の回数は回転子極の回数になる、依って、回転軸の円周の範囲で、同極の永久磁石の並列を設置が可能な範囲で増設が可能、請求項１に記載の効率向上された、コギングトルクが回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項5】

請求項４で回転子磁極を増設、固定子の起電コイル極を３極に斥力発生用磁極を３極に増やした時、回転子磁極を増設は、３起電コイル極回転子磁極の８極の場合、回転子軸１回転で２４回の発電の回数を得て、発電量の増量に寄与する、これも、コギングトルクにたいし、斥力が同時回転軸に影響し、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項6】

コギングトルクと斥力をもってコギングトルクを低くする装置として、固定子極の磁極を回転子極との間隔を調整できるように、ガイドレールあるいはシリンダーなど装置を設置、これらの装置により回転子極と固定子極の間隔のみを調整する、何本かのネジによる回転軸からの距離を調整する事で、斥力の強度とコギングトルクのバランス調整を可能にし、コギングトルクが回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項7】

同じ能力の永久磁石の磁力は、相手により吸着力は同じではない、永久磁石と鉄との吸着力と永久磁石同士の吸着力と比較した場合、磁石同士の吸着力が強く、この磁石で斥力を比較した場合、永久磁石と鉄との吸着力に勝る力がある、よって請求項６の回転子極と固定子磁極の間隔を調整する必要がある、従って請求項６で調整された斥力は、コギングトルクと斥力が相殺でき、コギングトルクが回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項8】

回転子極は、固定子極に対し軌道が定められている、これにより、磁力線は磁石の形にもよるが、規則正しく軌道を調整されたときは、作られた軌道を再現し進行できる、吸着力は定められた軌道に従い吸着軌道に従いコギングトルクを発生させ、斥力は定められた軌道に沿い極同士の間隔を得ようとする、よってコギングトルクと対峙、結果コギングトルクと斥力が均等化して、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項9】

コギングトルクは、運行中消費発電量が多い時、磁極が発電用コイル極に引き付けられる、こんな時にコギングトルクも大きくなる、このとき請求項６で固定子磁極と回転子磁極の隙間を調整して斥力を強くして、コギングトルクに対峙させ、コギングトルクと斥力を相殺させ、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項10】

磁極の磁束とコイルの関係上、コイルに磁力を与え電力を発電し、発電された電力を消費する時、コイルと電磁誘導の磁力が、コギングトルクとして増大する、よって請求項６の斥力を調性する事はコギングトルクの調整は、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【請求項11】

発電コイルが１極の場合で、回転子極が多い場合には、固定子磁極の位置はコギングが発生すると同時に斥力が発生することが必須条件で、この条件を満たせば自由に設置できる、発電コイル１極が０度で回転子磁極が４極の場合、固定子極は９０度１８０度２７０度と限られるが、いずれの位置でも固定子磁極の設置は可能で、回転軸に与える影響を減少させる発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は発電機に関し、詳しくは、磁界を供給する磁極が、磁力を電力とするコイルに効率よく磁界を供給できるよう鉄心が設けられている、この鉄心に吸引力が働き、コギングトルクが回転軸に与える影響を、減少させる発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

発電機を動作原理で分類すれば、同期発電機、誘導発電機、直流発電機に分けられる。何れの方式でも、線材が巻かれたコイルに磁界が与えられることにより、コイルに起電力を生じさせる。

【0003】

小型の同期発電機として一般的に知られている自転車の照明用発電機は、N極とS極とが交互に配された永久磁石永久磁石を回転させることで、コイルを横切るように設けられた鉄芯が磁化され、コイルに誘導起電流が生じる。

【0004】

このようにコイルに設けられた電磁誘導用の鉄心は、コイルに効率てきに磁界を与えるために永久磁石と狭い間隔を保って設置されている。ところで、強い磁界をコイルに与えるために、永久磁石の磁力を強力なものにすると、接近している鉄片と永久磁石の間に永久磁石が鉄片を吸着しようとする力が働くことになる。この吸引力が回転軸に与える影響力をコギングトルクと言う。このコギングトルクが大きなものになると、回転トルクの変動、異常振動あるいは騒音の問題が発生する。例えば、自転車の発電機において車輪を回転させることに大きな負荷が生じることになる。また風力発電などに用いられる発電機においては、コギングトルクが大きいと、回転翼が動き始める始動トルクが大きくなる。また、回転翼を連続して回転させるための抵抗も大きく、微風時の発電は困難であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、回転子極と固定子極から成る発電機に関し、磁極が持つ磁力とコイルに電磁誘導の効率を上げるための鉄心が備えられている、この鉄心との間に吸着力で回転子極が固定子極に留まろうとする力であるコギングが発生する、そのコギングトルクが回転軸に与え、振動や騒音の原因となる影響を減少させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

通常の発電機の場合、コイルに電磁誘導の効率を上げるため鉄心が備えられている、その磁力がコイルに備えられた鉄心を吸着させるコギングトルクが発生させる、固定子極と回転子磁極の間で回転子極が固定子極に留まろうとする力が発生する、このコギングトルクである吸着力に対し、固定子極と回転子極の間で発生するコギングトルクに斥力である同一極性の磁極を対峙させた時、お互いの磁石の距離を得ようとする斥力が発生する。回転子磁極と固定子磁極の間に斥力を発生させ、この斥力とコギングトルクとを同一基盤同一回転子上で対峙させ、お互いのトルクを相殺させ、コギングトルクが回転軸に回転運動を妨げる影響を減少させる。

【0007】

固定子極に斥力を発生させる磁極と、発電コイルに電磁誘導の鉄心備えられた極の計２極を設置された場合、回転子極には、発電のためのコイル極に磁力を与える磁極と回転子極と固定子磁極との間に斥力を発生させる磁極の２極である。前記の必要条件を満たすためには、回転子極の磁極は全て同一の磁極を固定子に向ける、固定子磁極は回転子に向け同一の極性で永久磁石を設置、尚、固定子極と回転子極共に同一基盤上の極は各極の中心部から１８０度の位置とする、よって回転子極と固定子極は同時に４極が対峙することになる、必然的にコギングが発生すると同時に斥力が発生し、コギングトルクが回転軸に回転運動を妨げる影響を少なくさせる。

【0008】

発電機部位での回転子極と固定子極の間隔は、固定子極と接触しない程度の間隔をもって設置される、発電部位で発生するコギングトルクに請求項２の設置で斥力を効率よく利用できるように、回転子極の永久磁石との隙間を、固定子極の永久磁石を固定子基板上にガイドかシリンダーの軌道を設けて、軌道にそって固定子極である永久磁石をネジなどの稼働装置を設置して、位置は移動させず回転子との距離だけ調整する事を目的とした、発電機部位で発生するコギングトルクと斥力を調整、コギングトルクを固定子基盤と回転子軸の間で対峙させることにより、コギングトルクが回転軸に与える影響を減少させる。

【0009】

発電機の電磁誘導鉄芯を備えたコイルを固定子極０度とし、その固定子基盤の円周上１８０度の位置に斥力発生のための永久磁石を回転子極向け設置。また回転子極には永久磁石を固定子極に向け円周上０度と１８０度の位置に何れも同じ極性で固定子に向け設置する、この時、固定子極に備えられたコイルの１８０度の位置に永久磁石も回転子極に向け、同一の極性で設置、回転子磁極が固定子極の０度の位置に設置されたコイルに備えられた鉄心と吸引関係に或るとき、固定子極１８０度の位置に設置された永久磁石と回転子極の間に、斥力が発生している、このことから、コギングトルクが発生すると同時に斥力が発生することでコギングトルクと斥力と相殺できるように斥力前項０００８調整する、これによりコギングトルクを斥力で相殺、回転子軸に与える影響を減少させる。

【0010】

極数を増やし効率を上げるときの極の配置は、固定子極に起電コイルを設置したとき、1極目を０度に設置した場合、起電極コイルを３極にした場合０度・１２０度・２４０度の３極と斥力発生用固定子磁極３極の設置場所は、６０度・１８０度・３００度の３磁極。回転子極９０度か１８０度・２７０度の３磁極。回転子１回転の起電回数は１２回の起電を数える。

【0011】

発明を解決するための手段の項目００１０の回転子極を８極にした場合、固定子極コイル３に８を乗じた２４回の発電を行うこととなり、十分発電機として成果を上げる。固定子に、起電コイル極３と斥力発生の磁極固定子３極に回転子極が固定子磁極を相手として、斥力が発生するように磁極を設置する、回転子極を磁極４極とした場合、永久磁石を固定子極の磁極性と同一極性で設置されており、コギングが発生すると同時に斥力が発生する、回転子基盤の直径と同一磁極性の並列は、斥力の効果に影響のない範囲で増設する。

【0012】

極数を増やす方法として、起電コイルの１極が円周に占める割合を少なくする方法として、
固定子極の長さ方向を延長させ、電磁誘導鉄心の長さを延長すると同時に回転子磁極も同様に固定子の電磁誘導鉄心に合わせる、これにより１極の円周に占める割合を小さくでき、
同一極性の並列を容易にする、効率向上が寄与する。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る発電機によれば、コギングトルクによる回転軸への影響を低減することができ、回転軸を滑らかな回転をさせることができる。

【0014】

発明を明確に目視できるよう実験した実験方法として、図２の斥力発生のための部位を排除して、回転軸の始動を試みた結果、計測範囲１キログラムのバネばかりで図中Wを地上方向に荷重を計測、８００ｇで始動確認後、本発明の図２４－２と附合を設置後の計測では、１５０グラムの地上方向に荷重を測定、１５０グラムでの初動を確認できた、よって本発明の効果を確認できた。

【0015】

この発明で得られる電力は直流である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】固定子に発電用コイルと斥力発生用の磁極を備え、永久磁石２極の回転子磁極備え、４極全ての極が仕事をしていると同時に斥力を弱めに調整して静止安定している極の相関図。(斥力をコギングトルクより小さめに調整している)

【図2】本発明の実験した立体図。

【図3】斥力が発生している磁力線図。

【図4】固定子極に起電コイル３極と斥力発生磁極３極、回転子極２極の相関図。

【図5】起電コイル３磁極と斥力発生の回転子極４磁極の相関図。

【図6】固定子極に１発電コイル１斥力発生磁極、回転子８磁極。

【図7】ポリカーボネイト２ミリ厚×２枚の間隔で直径１５ミリ厚さ５ミリの円形ネオジム磁石の斥力を観察した測定図。

【図8】前記条件下で磁石を２個にして斥力を観察した測定図。

【図9】前記の観察条件を以下の様に変更し観察した、２枚のポリカーボネイトボードの間に木片を置き、磁石の間隔を１１．５ミリに拡大して磁石を１個で斥力を観察した測定図。

【図10】前記観察の磁石を各２個にして観察測定図。

【図11】ポリカーボネイト２ミリ厚で鉄片Cと直径１５ミリ厚さ５ミリ円形ネオジム磁石との吸引力の測定をした測定結果図。

【図12】磁石を台紙に張り空中にぶら下げて接近させた、明らかにお互いの磁石に接近し始めた距離を測定した。

【図13】回転子極と固定子極の隙間が小さいと、AのS極がBのN極に吸引され、実験では何度もA磁石が裏返りBに吸着した。

【図14】ポリカーボネート４ミリ厚のボードを挟んで鉄片を固定してネイジム磁石を接近させた結果、１５ミリあたりで吸着した。

【発明を実施するための形態】

【0017】

固定子極に起電コイルをと斥力発生の磁極を設、回転子極には磁極を同一磁極性で設置すると共に、固定子磁極と斥力が発生する極性で設置する

【0018】

各極の位置は、固定子に起電コイル極を設置０度とした、固定子磁極を同一円周上１８０度の位置に、回転子極２と固定子極２の場合には、固定子１８０度の位置に１磁極と回転子２磁極の円周上０度と１８０度の磁極を３極を設置。

【0019】

前記００１７、００１８で各極の位置関係を示した、回転子磁極と子起電コイルの電磁誘導用の鉄心に吸着力に、斥力の調整することで起電コイルと磁極との間で発生する吸着力が回転子軸に与える影響を少なくする。

【0020】

回転子極を２極の状態で、起電コイル極を３極にして構築する場合は、固定子の起電コイルと回転子磁極の間で吸着力が発生すると同時に、斥力を同時に発生させる必要がある、従って起電コイルの設置角度表示で、固定子０度１２０度２４０度の３起電コイル、６０度１８０度３００度の３磁極が必要。

【0021】

３起電コイルで４回転子極の場合は、００１６項で明記した固定子に対し、回転子極が０度９０度１８０度２７０度の４極で、回転子軸１回転で１２回の起電回数が起きる。

【0022】

回転子磁極８極の場合には、図６に示すように固定子極に起電コイル１極に１磁極、配置は０度に起電コイル１８０度の位置に斥力用の磁極を設置、回転子極は、０度４５度９０度１３５度１８０度２４５度２９０度３３５度とする。回転子軸１回転の起電回数は８回となる。

【0023】

図１４のネオジム磁石と鉄片の吸着距離を測定し、これに対し斥力の結果を対比させて精査した結果、徹片とネオジム磁石の吸着力と対比した結果、斥力が十分コギングトルクに見合うと判断でき、図２で計測した結果と相応する。

【産業上の利用可能性】

【0024】

以上の様に本発明においては、起電コイルに効率よく磁界を得る方法として、鉄心を備えられている、この鉄心に磁極の磁力による吸引現象であるコギングトルクが起きる、この磁力のコギングトルクである吸引力に相当する斥力を、コギングトルクが発生する固定子基板と回転子基板上に、コギングトルクが発生すると同時に斥力が発生するように、双方の基板上に永久磁石を斥力が発生するように設置し、コギングトルクに相応する斥力を固定子の永久磁石と、回転子極の間隔を調整することで斥力を調整でき、コギングトルクに斥力を対峙させることで、コギングトルクを弱め、回転力のトルクを小さな力で回転させることができる、従って変動が激しい風力発電や山間部などの澤水の利用・農業用水のマイクロ発電効率をあげられる。

【0025】

回転子極基盤と固定子極基盤との間で発生するコギングトルクを、同一回転子基盤と固定子極基盤の双方の基板上に、永久磁石を使用した磁極を設け斥力が発生するように配置することで、発電部位でコギングトルク発生すると同時に、回転子極と固定子間に発生する斥力により、コギングトルクのピークが低くなることで、回転軸に与える影響を小さくでき回転軸の滑らかな運用が可能になる。

【0026】

コギングが発生し、同時に斥力が発生している状態で、コギングトルクよりも斥力が抑えられ、回転子極が安定して、小さな回転トルクで回転軸が始動可能な状態である。斥力がコギングトルクより強い状態であれば、１－１の回転子磁極は図の位置では留まるこことなく、角度的に２－１から距離を得ることになり、斥力が回転運動に寄与する証明にもなり、１－２と４－１の間隔は斥力を有効に発揮できる最大の調整で注意が必要となる。

【0027】

斥力の及ぼす範囲を測定し、永久磁石の厚みが斥力の働く範囲を確定する条件を確認したと同時に、図１３と図１０を比較した時、回転子極と固定子極の間隔が適度に広いことが斥力に影響することがわかる。

【0028】

図面７，８，９，１０で条件を変えて測定した結果から、回転子極と固定子極の間隔が大きい場合斥力の範囲は増す。磁石の吸着範囲は図１１の実験方法で観察した結果、１５ミリメートル身辺で推移した、従って、斥力を発生させることはできる。

【0029】

図１４と図９を比較精査した結果、図２での実験結果は納得できる数値と判断できる、従って課題に準じた結果をえた。

【符号の説明】

【0030】

１－１・・・固定子極に向け全て同一極性の回転子磁極、１－２・・・１－１と同一磁極性の回転子磁極、２－１・・・固定子起電コイル極、４・・・斥力発生用磁極で－以降は位置の極の位置を示す、５・・・固定子極可動斥力調整、A・・・仮想回転子磁極、B・・・仮想固定子磁極、C・・・仮想コイル電磁誘導鉄、D・・・画用紙、E・・・鉄片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】