JP2003245000A - 発電機および発電装置 - Google Patents
発電機および発電装置Info
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Abstract
1の物体106と、鉄心109と永久磁石111、11
2、113、114を有する第2の物体107を設け、
インダクタンスは直軸に対して非対称とすることによ
り、リラクタンス力を有効に利用し、高効率の発電機1
01が実現できる。
Description
力、あるいは自然エネルギーから得られる回転運動など
の機械パワーを電気パワーに変換し、各種の負荷に供給
する発電機および発電装置に関するものである。
た従来の技術は、図9に示すように自転車用発電機1
を、ステータ部2、ロータ部3から構成し、発電用コイ
ル8およびマグネット14を設けたものであった。
後付けで取り付けることができ、ステータ部2に設けら
れた発電用コイル8とロータ部3のマグネット14とが
対向した状態となり、車輪17の回転によって、発電を
行うものとなっている。
術においては、マグネット14と発電コイル8との間隔
を小として発電コイル8を通る磁束を強くするという内
容は述べられているが、あくまでもマグネットすなわち
永久磁石と、発電用コイルすなわち巻線による電磁力を
利用した発電作用のみを示したものであり、巻線のイン
ダクタンス値はほぼ一定となる構成により、巻線のイン
ダクタンスの変化を利用した発電などは全く行わない構
成となっているものであった。
効率良く発電を行うためには、自ずから使用される永久
磁石を大とするか、強力なものとする必要があり、コス
トや形状の点で不利なものとなるという第1の課題があ
った。
のものであって、特に巻線のインダクタンスの変化を合
理的に利用して、コストや形状面で有利でありかつ、効
率の高い発電動作を実現するものである。
に本発明は、巻線を有する第1の物体と、鉄心と永久磁
石を有する第2の物体からなり、前記巻線のインダクタ
ンスは直軸に対して非対称であり、機械パワー(相対運
動)を電気パワーに変換することにより、巻線のインダ
クタンスの変化に起因して発生するリラクタンス力を介
して発電動作をさせ、コストや形状面で有利でありか
つ、効率の高い発電動作を実現するものである。
巻線を有する第1の物体と、前記第1の物体に対し相対
運動可能に設けられ鉄心と永久磁石を有する第2の物体
を備え、前記巻線は、巻線のインダクタンスが直軸に対
して非対称であり、かつ、前記第1の物体と前記第2の
物体との相対運動を入力として電気パワーを出力するこ
とにより、前記永久磁石と前記巻線の電流との相互作用
による電磁力に加え、巻線のインダクタンスの変化に起
因して発生するリラクタンス力を介して発電動作をさ
せ、コストや形状面で有利でありかつ、効率の高い発電
動作を実現する発電機を提供するものである。
の発電機の巻線のインダクタンスが極大点は、前記巻線
と永久磁石の相互作用によって発生する起電力の絶対値
の極大点よりも進んだ位相としたことにより、前記永久
磁石と前記巻線の電流による電磁力と、前記巻線のイン
ダクタンス変化に起因して発生するリラクタンス力の両
方をより、合理的に利用でき、より高効率が得るもので
ある。
は請求項2記載のいずれか1項記載の発電機の永久磁石
の厚さが不均一としたことにより、比較的簡単な構成で
実現でき、リラクタンス力の活用による高効率の発電動
作を実現するものである。
請求項3のいずれか1項に記載の発電機の巻線に接続さ
れた電気回路を有し、前記電気回路はスイッチング素子
と前記スイッチング素子をオンオフする駆動回路と位置
検知回路を有し、前記位置検知回路は第1の物体と第2
の物体の相対位置を検知して、前記駆動回路に出力する
ことにより、前記巻線に流れる電流の位相を、装置が高
効率で運転される状態に保つことができることから、非
常に高効率の発電動作を行うものである。
における発電装置の構成図を示している。発電機101
は、3相の巻線102、103、104を有しており、
巻線102、103、104に接続された電気回路10
5を有している。
第1の物体106に設けられており、一方第2の物体1
07は、軸108を中心として、回転自在に設けられた
ものであり、珪素鋼板を積層して構成した鉄心109と
永久磁石111、112、113、114を有するもの
となっている。
したスイッチング素子121、122、123、12
4、125、126と、電解形のコンデンサ127、ス
イッチング素子121、122、123、124、12
5、126をオンオフする駆動回路128、3個のホー
ルIC131、132、133によって構成した位置検
知回路134を有している。
第2の物体107の相対位置を検知して、駆動回路12
8に出力する作用がある。
て構成された負荷140が接続されており、機械パワー
を電気パワーに変換して負荷140に出力するものとな
っている。
示したものである。
トロンチウム型のフェライト磁石で厚さ7mmのものを
用いており、永久磁石113、114はネオジウム型で
厚さ1.2mmのものを用いている。
に対する耐量が減少して信頼性に問題が生ずるが、本実
施例においては、厚さが薄い永久磁石113、114を
ネオジウム型としたことにより、十分な減磁耐量を持
ち、高い信頼性を確保するものとなっている。
が磁路に存在すると、ほぼ真空中の透磁率として作用す
るため、インダクタンスの値は厚さが薄い永久磁石11
3、114の位相では大となり、逆に厚さが厚い永久磁
石111、112の位相では小となる。
は外側にN極を配して鉄心109に接着しており、永久
磁石112、113は外側にS極を配しているため、永
久磁石111、112、113、114により発生する
磁界の向き、すなわち直軸またはd軸と呼ばれる向きは
右向きとなり、直交する向きが横軸またはq軸と呼ばれ
る向きとなるがこれは上向きで図示されることになる。
クタンスL、またインダクタンスLの変化によって発生
するリラクタンストルクTr、回転によって永久磁石1
11、112、113、114の磁界が巻線102、1
03、104を切って発生する誘導起電力Eを示してい
る。
造であるため、リラクタンス力はリラクタンストルクと
して表現されるものとなる。
rについては巻線の電流を一定とした条件において、回
転の向きと逆方向に発生するものを正とし、発電機とし
ての入力トルクを示す極性で示したものとなっており、
インダクタンスをθで微分した値dL/dθに比例した
ものとなる。
るのは、Lmaxであるが、これは誘導起電力Eの最大
点であるθ=0の点よりも大きい+π/4の位置とな
る。
ミングの左手の法則により吸収される機械パワーは、巻
線電流が同一の場合には誘導起電力Eに比例するものな
るため、本実施例では発生する起電力の絶対値の極大
点、すなわちθ=0よりもπ/4だけ進んだ位相でイン
ダクタンスLの極大点が存在している構成となってい
る。
1、112、113、114の厚さを、不均一としたこ
とにより、巻線102、103、104のインダクタン
スは第2の物体107の回転に応じて変化し、かつ永久
磁石111、112、113、114による磁界の方
向、すなわち直軸に対して非対称なインダクタンスとな
り、図3に示すように、θ=0において、誘導起電力E
とリラクタンストルクTrの値は、いずれもほぼ絶対値
が最大となっており、かつ正の向きとなっていることか
ら、すなわちは同一の巻線電流で、最も機械パワーを大
きく吸収できる構成が実現されているものとなる。
ワーが吸収できるものとなり、その分巻線の巻数当たり
では、高電圧となり、出力の電気パワーが大となるもの
となって、効率の良い発電動作ができるものとなる。
出力信号(ア)、(イ)、(ウ)と、駆動回路128の
出力信号(エ)(オ)(カ)(キ)(ク)(ケ)の論理
を示しており、スイッチング素子121、122、12
3、124、125、126はHighでゲートがオン
するものとなっている。
回路132はbの位置、位置検知回路133はcの位置
にそれぞれ設けているものであり、第2の物体107が
反時計方向に回転するに従って、(ア)(イ)(ウ)の
相順で順々にHighの論理が順番に出力され、それに
応じて駆動回路128からの出力も、順序正しく、スイ
ッチング素子121、122、123、124、12
5、126に対して運転がなされるものとなっている。
号によって駆動回路の運転がなされることにより、巻線
102、103、104の電流は、ほぼq軸上となり、
すなわちθ=0の位相で流されるものとなるが、前述し
たごとく、リラクタンストルクと誘導起電力(フレミン
グの左手の法則)で発生するトルクは、どちらともほぼ
θ=0にて、ほぼ最大の物となることから、効率良く機
械パワーが吸収され、永久磁石だけによる場合よりも、
高電圧が巻線102、103、104から発生させるこ
とができるものとなり、極めて効率の良い発電装置が実
現されるものとなる。
らせば良いものとなり、その分巻線102、103、1
04の銅量を減らすなどする設計も可能であるし、銅量
を一定に保つようにターン数が減少した分、太い銅線を
用いれば、より銅損が少なく高効率の装置とすることが
できるものとなる。
度の期間に相当するオン時間で、スイッチング素子12
1、122、123、124、125、126のすべて
をオンさせたが、このような波形以外での運転を行うも
のであってもよく、例えば120度の期間内で例えば1
5.625kHzでのチョッパ動作(所定のオンデュー
ティでオンオフさせること)を行わせるもの、オンデュ
ーティに変調をかけて巻線102、103、104の電
流波形を正弦波などにするものとしてもよい。
気回路105を構成したものであっても良い。
第2の物体を、ともに直線とし、リニアモータと呼ばれ
るような直線運動をさせて、発電を行うものとし、リラ
クタンス力を効果的に用いて機械パワー(動力)を吸収
し、電気パワー(電力)に変換させるものとしても良
い。
極数については本実施例の2極以外でもよく、永久磁石
の数を増やし、巻線の仕様をそれに合わせることによ
り、4極、6極などでも設計することができることは、
一般の永久磁石を使用した電動機や発電機と同様であ
る。
方についても、その間のギャップ(空隙)を軸方向に設
ける構造も可能である。
装置は、巻線を有する第1の物体と、前記第1の物体に
対し相対運動可能に設けられ鉄心と永久磁石を有する第
2の物体を備え、前記巻線は、巻線のインダクタンスが
直軸に対して非対称であり、かつ、前記第1の物体と前
記第2の物体との相対運動を入力として電気パワーを出
力することで、発電機特に巻線のインダクタンスは直軸
に対して非対称として、機械パワーを電気パワーに変換
することにより、リラクタンス力を有効に発生させ、効
率の高い発電動作を実現するものとなる。
構成図
力とリラクタンストルクの特性図
8の出力の論理波形図
イッチング素子 128 駆動回路 134 位置検知回路
Claims (4)
- 【請求項1】 巻線を有する第1の物体と、前記第1の
物体に対し相対運動可能に設けられ鉄心と永久磁石を有
する第2の物体を備え、前記巻線は、巻線のインダクタ
ンスが直軸に対して非対称であり、かつ、前記第1の物
体と前記第2の物体との相対運動を入力として電気パワ
ーを出力する発電機。 - 【請求項2】 巻線のインダクタンスが極大点は、前記
巻線と永久磁石の相互作用によって発生する起電力の絶
対値の極大点よりも進んだ位相とした請求項1記載の発
電機。 - 【請求項3】 永久磁石の厚さが不均一とした請求項1
または請求項2記載のいずれか1項記載の発電機。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれか1項に
記載の発電機の巻線に接続された電気回路を有し、前記
電気回路はスイッチング素子と前記スイッチング素子を
オンオフする駆動回路と位置検知回路を有し、前記位置
検知回路は第1の物体と第2の物体の相対位置を検知し
て、前記駆動回路に出力する発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002043012A JP2003245000A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 発電機および発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002043012A JP2003245000A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 発電機および発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003245000A true JP2003245000A (ja) | 2003-08-29 |
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ID=27782930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002043012A Pending JP2003245000A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 発電機および発電装置 |
Country Status (1)
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- 2002-02-20 JP JP2002043012A patent/JP2003245000A/ja active Pending
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