JP2005318752A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転動力を利用して発電する発電機に関する。 The present invention relates to a generator that generates electric power using rotational power.
この種の発電機として、特許文献1に記載したものが従来から知られているが、この従来の発電機を示したのが図6である。
この図6からも明らかなように、一対のケース1,2を突き合わせてなる筐体hに、図示していないプロペラに連係した回転軸3を貫通させるとともに、この回転軸3には、磁石保持板4を固定している。また、この磁石保持板4の一方の側面における周囲に複数の永久磁石5を固定している。
As this type of generator, the one described in Patent Document 1 is conventionally known. FIG. 6 shows this conventional generator.
As apparent from FIG. 6, a casing h formed by abutting a pair of cases 1 and 2 passes through a rotating shaft 3 linked to a propeller (not shown). The plate 4 is fixed. A plurality of permanent magnets 5 are fixed around one side surface of the magnet holding plate 4.
また、一方のケース1には、円環状のコア部材6を設けるとともに、このコア部材6の上面に複数のコイル7を設け、このコイル7を上記永久磁石5と対向させている。
上記のようにした発電機は、上記プロペラが回転することによって回転軸3とともに磁石保持板4が回転する。このように磁石保持板4が回転すると、コイル7に誘導電流が発生して発電されることになる。
In the generator configured as described above, the magnet holding plate 4 rotates together with the rotating shaft 3 when the propeller rotates. When the magnet holding plate 4 rotates in this way, an induced current is generated in the coil 7 to generate power.
上記のようにした従来の発電機では、磁石保持板4の一方の側面に永久磁石5を固定し、その永久磁石5を円環状のコア部材6に対向させるという構成にしているので、永久磁石5の磁力によって、その永久磁石5とコア部材6とが互いに引き合ってしまう。このように互いに引き合うことによって、磁石保持板4のスムーズな回転が損なわれることがあった。このように磁石保持板4のスムーズな回転が損なわれた場合には、発電効率が悪くなるという問題があった。また、ベアリングに軸方向の力が作用し、その寿命が短くなるという問題もあった。 In the conventional generator as described above, the permanent magnet 5 is fixed to one side surface of the magnet holding plate 4 and the permanent magnet 5 is opposed to the annular core member 6. The permanent magnet 5 and the core member 6 are attracted to each other by the magnetic force of 5. By attracting each other in this way, smooth rotation of the magnet holding plate 4 may be impaired. Thus, when smooth rotation of the magnet holding plate 4 is impaired, there is a problem that power generation efficiency is deteriorated. There is also a problem that the axial force acts on the bearing and its life is shortened.
この発明の目的は、磁石保持板が常にバランスよく回転して発電効率を保つとともに、ベアリングの寿命ものばすことができる発電機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a generator capable of maintaining the power generation efficiency by always rotating the magnet holding plate in a balanced manner and extending the life of the bearing.
第1の発明は、筐体内に、磁石保持板と絶縁体からなるコイル保持板とを相対回転可能に設けた発電機において、一対のコイル保持板の板面を、磁石保持板の両側におけるそれぞれの板面に対向させ、上記磁石保持板の両面には、上記相対回転方向に連続する複数の磁石を設け、上記コイル保持板であって磁石保持板と対向する板面に複数のコイルを上記相対回転方向に設け、これら磁石保持板の側面に設けた一方の磁石とコイル保持板に設けた一方のコイルおよびコア部材とで第1発電機構を構成し、磁石保持板の側面に設けた他方の磁石とコイル保持板に設けた他方のコイルおよびコア部材とで第2発電機構を構成し、これら第1,2発電機構の位相をずらすとともに、これら第1,2発電機構を出力回路に対して並列にした点に特徴を有する。 1st invention WHEREIN: In the generator which provided the magnet holding plate and the coil holding plate which consists of an insulator in the housing | casing so that relative rotation was possible, the plate | board surface of a pair of coil holding plate was each in the both sides of a magnet holding plate. A plurality of magnets that are continuous in the relative rotational direction are provided on both surfaces of the magnet holding plate, and a plurality of coils are provided on the coil holding plate that faces the magnet holding plate. The first power generation mechanism is configured by one magnet provided on the side surface of the magnet holding plate, one coil provided on the coil holding plate and the core member, and the other provided on the side surface of the magnet holding plate. The magnet and the other coil and core member provided on the coil holding plate constitute a second power generation mechanism, the phases of these first and second power generation mechanisms are shifted, and these first and second power generation mechanisms are connected to the output circuit. And features in parallel To.
第2の発明は、一対のケースを突き合わせて筐体を構成する一方、それらケースの対向面すなわち底面から、円環状のコア部材、コイルを設けたコイル保持板を順に重ね合わせるとともに、これらコア部材、コイルを設けたコイル保持板をケース内に充填した接着剤で固定した点に特徴を有する。
第3の発明は、平角導線をうず巻き状に巻いたコイルを基板に接着した点に特徴を有する。
The second invention forms a casing by abutting a pair of cases, while an annular core member and a coil holding plate provided with a coil are sequentially overlapped from the facing surfaces, that is, the bottom surfaces of the cases, and these core members The coil holding plate provided with the coil is characterized by being fixed with an adhesive filled in the case.
The third invention is characterized in that a coil in which a rectangular conductive wire is spirally wound is adhered to a substrate.
第4の発明は、コイル保持板の板面に、複数のコイルを直列に接続するための配線をプリントするとともに、その配線は、コイルの接点から直径方向に引き出し、その引き出し端を磁石の移動軌跡よりも内側あるいは外側に配線した点に特徴を有する。
第5の発明は、筐体あるいはその筐体内に温度センサーを設けるとともに、その温度が一定以上になったとき、出力回路を短絡させる点に特徴を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, wiring for connecting a plurality of coils in series is printed on the plate surface of the coil holding plate, and the wiring is drawn out from the contact point of the coil in the diametrical direction. It is characterized by points wired inside or outside the trajectory.
The fifth invention is characterized in that a housing or a temperature sensor is provided in the housing and the output circuit is short-circuited when the temperature exceeds a certain level.
第1の発明によれば、磁石保持板の両面に複数の磁石を設け、その両面における磁石をコイル保持板に設けたコア部材に対向させたので、磁石保持板の両側において磁力が作用する。このように磁石保持板の両側に磁力が作用するので、磁石保持板は磁気的にバランスがよく安定した状態に保たれる。したがって、磁石保持板は常にスムーズに回転するので、効率よく発電できるとともに、ベアリングにも過剰な力が作用しないので、ベアリングの寿命をのばすことができる。
また、第1,2発電機構の電流を合成できるので、出力電力を大きくすることができる。
According to the first invention, a plurality of magnets are provided on both sides of the magnet holding plate, and the magnets on both sides are opposed to the core member provided on the coil holding plate, so that magnetic force acts on both sides of the magnet holding plate. Since the magnetic force acts on both sides of the magnet holding plate in this way, the magnet holding plate is kept in a stable state with a good magnetic balance. Therefore, since the magnet holding plate always rotates smoothly, power can be generated efficiently, and excessive force does not act on the bearing, so that the life of the bearing can be extended.
Further, since the currents of the first and second power generation mechanisms can be combined, the output power can be increased.
一方、一対の発電機構の出力電流の位相を同じにしてそれを単純に合成しただけでは、その出力電流の振幅が大きくなる。しかし、第1の発明は、第1,2発電機構の位相をずらしているので、それらの合成電流は、脈動が小さいものにできる。このように脈動を小さくできれば、それをさらに平滑するためのコンデンサーの容量を小さくできるので、コンデンサーの発熱量も少なくでき、その分、発電効率もよくなる。 On the other hand, if the phases of the output currents of the pair of power generation mechanisms are made the same and simply combined, the amplitude of the output current increases. However, since the first invention shifts the phases of the first and second power generation mechanisms, the combined current can be reduced in pulsation. If the pulsation can be reduced in this way, the capacity of the condenser for further smoothing it can be reduced, so the amount of heat generated by the condenser can be reduced, and the power generation efficiency is improved accordingly.
第2の発明によれば、コア部材、コイル保持板およびコイル保持板に設けたコイルをケース内に充填した接着剤で固定したので、これらの各部品を個別に固定する場合よりも、その組み付け効率が飛躍的に向上する。しかも、上記各部品をネジで止めたたりすると、どうしてもうず電流が発生してしまうが、第2の発明は、このうず電流の発生も防止でき、それだけ発電効率を上げることができる。 According to the second invention, since the core member, the coil holding plate, and the coil provided on the coil holding plate are fixed with the adhesive filled in the case, the assembly thereof is more than the case where each of these parts is fixed individually. Efficiency improves dramatically. In addition, if each of the above components is fastened with a screw, a current is inevitably generated. However, the second invention can prevent the generation of the eddy current and can increase the power generation efficiency accordingly.
第3の発明によれば平角導線をうず巻き状に巻いたコイルを基板に接着したので、例えば、丸導線をうず巻き状に巻いたコイルを用いるよりも、その接着効率が飛躍的に向上する。しかも、平角導線を巻いた方が丸導線を巻いたときよりも巻き数を多くできるので、それだけ大きな電力を発電することができる。
第4の発明によれば、プリント配線を周方向に斜めに長く伸ばした場合よりも、うず電流の発生を少なく抑えることができる。
第5の発明によれば、発電機が何らかの理由で設定温度以上になったときには、出力回路を短絡させて発電機の回転を止めることができる。したがって、高温になると劣化する磁石、コイルおよび接着剤などの保護に役立つ。
According to the third invention, since the coil in which the rectangular conductive wire is wound spirally is bonded to the substrate, for example, the bonding efficiency is dramatically improved as compared with the case where the coil in which the round conductive wire is wound spirally is used. In addition, since the number of turns can be increased when the flat wire is wound, compared with when the round wire is wound, a larger amount of electric power can be generated.
According to the fourth invention, it is possible to suppress the generation of eddy currents less than when the printed wiring is extended obliquely long in the circumferential direction.
According to the fifth aspect of the present invention, when the generator exceeds the set temperature for some reason, the output circuit can be short-circuited to stop the rotation of the generator. Therefore, it helps to protect magnets, coils and adhesives that deteriorate at high temperatures.
図1〜図5に示した実施形態の筐体Hは、一対のケース11,12を突き合わせて構成したもので、この筐体Hには、図示していないプロペラに連係した回転軸13を貫通させている。なお、図中符号14,15はケース11,12に設けた軸受で、回転軸13を回転自在に支持するものである。
The housing H of the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 is configured by abutting a pair of cases 11 and 12, and the housing H penetrates a rotating shaft 13 linked to a propeller (not shown). I am letting. In the figure,
上記のようにした筐体Hの各ケース11,12には、その対向面すなわちケース11,12の底面11a,12a側から円環状のコア部材16,17、コイル18,19を接着した合成樹脂製のコイル保持板20,21を重ね合わせるとともに、このケース11,12に樹脂製の接着剤22,23を充填して、上記コア部材16,17、コイル18,19を含めたコイル保持板20,21のそれぞれを一体的に固定している。
Synthetic resin in which the
また、上記コア部材16,17は、帯状にした珪素鋼板を何枚も重ね合わせて円環状に形成したもので、残留磁気が発生しないようにするためのものである。さらに、絶縁体である合成樹脂製のコイル保持板20,21は、その一方の側面すなわち上記底面11a,12aとは反対側面に、平角導線をうず巻き状にしたコイル18,19を固定している。
なお、コイル18,19は、上記したように平角導線をうず巻き状に巻いてコイル保持板20,21に接着しているが、コイル18,19に平角導線を用いることによって、丸導線を用いるよりも当該コイルの接着面を平滑にでき、それだけコイル保持板に対する接着効率を上げることができる。しかも、平角導線を巻いた方が丸導線を巻いたときよりも巻き数を多くできるので、それだけ大きな電力を発電することができる。
The
As described above, the
また、上記コイル18,19は、コイル保持板20,21の板面の円周方向に12個設けている。そして、これらコイル18,19を設けた板面には、図3に示すように配線24,25をプリントしている。この配線24,25は、コイル18,19の接点からコイル保持板の中心に向かう直径方向に引き出し、その引き出し端側を、後で説明する永久磁石27,28の移動軌跡より内側に位置させている。このように、配線24,25を、コイル18,19の接点から直径方向に引き出すことによって、磁力線との交差時間が短くなるので、その分、うず電流の発生を抑えることができ、電力の損失も小さく抑えることができる。
なお、上記配線24,25は、コイル保持板の外側に向かう直径方向に引き出し、その引き出し端側を、永久磁石27,28の移動軌跡より外側に位置させるようにしてもよい。
Further, twelve
The
さらに、上記コア部材16,17、コイル18,19を含めたコイル保持板20,21のそれぞれを接着剤22,23で一体的に固定したので、例えば、一つひとつの部品を個別に固定する場合に比べて、その組み付け作業の効率化を図ることができる。また、一つひとつの部品をネジで固定すると、ネジにうず電流が発生するが、この実施形態のように、接着剤22,23で固定することによって、うず電流の発生を防止できる。このようにうず電流の発生を防止できるので、それだけ発電効率を保つことができる。
Further, since the
上記のようにした筐体H内であって、コイル保持板20,21の対向部間に磁石保持板26を配置するとともに、この磁石保持板26を回転軸13に固定し、回転軸13とともに磁石保持板26が回転する構成にしている。
上記のようにした磁石保持板26の両面には、図2に示すように、円形にした16個の永久磁石27,28を、その板面の円周方向に所定の間隔を保って設けている。そして、これら永久磁石27,28は、それらが隣り合う永久磁石同士で、その表面の磁極が反対になるようにしている。すなわち、S極とN極とが交互に表れるようにしている。
Inside the housing H as described above, the
As shown in FIG. 2, sixteen
そして、上記磁石保持板26に固定した永久磁石27,28の整列方向と、コイル18,19の整列方向とが互いに対向する構成にし、永久磁石27とコイル18およびコア部材16とで第1発電機構aを構成し、永久磁石28とコイル19およびコア部材17とで第2発電機構bを構成する。
しかも、磁石保持板26の一方の側面に固定した永久磁石27と、他方の側面に固定した永久磁石28とでは、図2に示すようにその位相をずらしている。言い換えると、第1発電機構aと第2発電機構bとでその位相をずらしている。このように第1,2発電機構a,bの位相をずらしたのは、発電された電力の波を平滑化するためである。
The alignment direction of the
In addition, the
そして、第1,2発電機構a,bの出力回路31を示したのが、図4であるが、この図4からも明らかなように上記第1,2発電機構a,bは出力回路31に対して並列に接続している。また、上記出力回路31は、一対の整流用ダイオードブリッジ34a,34bを備え、第1,2発電機構a,bの発電電流を、図5に示すように全波整流している。なお、図5において、実線で示した波形が第1発電機構aから出力された電流波形35であり、破線で示した波形が第2発電機構bから出力された電流波形36である。そして、これら電流波形35,36が、出力回路内で合成されることによって、図5に示した合成電流波形37になるが、この合成電流波形37は脈動が非常に小さなものになる。
FIG. 4 shows the output circuit 31 of the first and second power generation mechanisms a and b. As apparent from FIG. 4, the first and second power generation mechanisms a and b include the output circuit 31. Are connected in parallel. The output circuit 31 includes a pair of rectifying diode bridges 34a and 34b, and full-wave rectifies the generated currents of the first and second power generation mechanisms a and b as shown in FIG. In FIG. 5, the waveform indicated by the solid line is the
上記のように合成電流波形37は、脈動が非常に小さいので、それをさらに整流しようとしたときに、コンデンサーの容量を小さくできる。コンデンサーの容量を小さくできれば、それだけコンデンサーの発熱量が少なくなり、出力電力を効率よく取り出すことができる。
さらに、上記筐体Hには、図4に示すように、この発明の温度センサーであるサーミスタ29を設けるとともに、このサーミスタ29に温度検出器30を接続している。そして、この温度検出器30は、発電機の出力回路31を短絡させるためのリレー32に接続している。ただし、このリレー32に代えてサイリスタを用いてもよいこと当然である。
As described above, the pulsation of the composite current waveform 37 is very small, so that the capacitance of the capacitor can be reduced when it is further rectified. If the capacity of the capacitor can be reduced, the amount of heat generated by the capacitor is reduced, and the output power can be extracted efficiently.
Further, as shown in FIG. 4, the housing H is provided with a thermistor 29 which is a temperature sensor of the present invention, and a
上記リレー32は、通常は短絡スイッチ33をオフの状態に保つが、温度検出器30からの信号によって、短絡スイッチ33をオンにして出力回路31を短絡させるものである。そして、リレー32を動作させる温度検出器30は、サーミスタ29で検出した筐体H内の温度が設定温度以上になったとき、リレー32を動作させて短絡スイッチ33をオンにするようにしている。このように短絡スイッチ33がオンになって出力回路31が短絡されると、回転軸13すなわちプロペラにブレーキ力が作用し、それらを停止して永久磁石27,28、コイル18,19および接着剤22,23を保護する。
The
今、図示していないプロペラが風力によって回転すると、それにともなって回転軸13および回転軸13に固定した磁石保持板26が回転する。磁石保持板26が回転すると、その両面に設けた永久磁石27,28とそれに対向するコイル18,19とが相対回転するとともに、コイル18,19に永久磁石27,28の磁束が作用して、コイル18,19に誘導電流が発生する。つまり、第1,2発電機構a,bから発電電流が出力される。
When a propeller (not shown) is rotated by wind force, the rotating shaft 13 and the
上記のようにして発電された電力は、配線24,25を介して出力回路31から出力される。そして、第1,2発電機構a,bから出力される電流は、出力回路31で合成されて出力するので、電力の総計は、発電機構が一つの場合よりも大きくなる。しかも、第1,2発電機構a,bの出力電流の位相差を設けているので、それらの電力の波が平滑化される。
なお、上記実施形態では、磁石保持板26に固定した永久磁石27,28の位相をずらしたが、互いに対向するコイル18,19の位相をずらしてもよいこと当然である。
The power generated as described above is output from the output circuit 31 via the
In the above embodiment, the phases of the
H 筐体
11,12 ケース
11a,12a 底面
16,17 コア部材
18,19 コイル
20,21 コイル保持板
22,23 接着剤
24,25 配線
26 磁石保持板
27,28 永久磁石
a 第1発電機構
b 第2発電機構
29 温度センサーであるサーミスタ
31 出力回路
H casing 11, 12 case 11a,
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