JP2015056991A - 多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】水量あるいは風量の増加に応じて、発電容量の増加、変更を容易に、かつ安価に実現できる、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを提供する。【解決手段】円盤表面上に、その外周に沿って等間隔に、N極、S極、交互に、配設された所定の数の永久磁石磁極１０を有する一対の同一形状の回転子円盤１４を、その一方のN極永久磁石磁極が他方のS極永久磁石磁極と対向するように、一対の側板１８，２０間に跨り、それらに軸受２２，２４を介して回転可能に支持された回転軸２６上に支持、固定する。表面上に、永久磁石磁極の回転軌跡に沿って、等間隔に、配設された所定の数の発電コイル２８有し、その中央部に回転軸の回転を許す孔３０を有する合成樹脂の固定子板３２を、発電コイルが永久磁石磁極と所定の空隙を介して対向するように、外周にねじ溝が切られた支持棒３４によって、位置決めし、かつ、一対の側板に支持、固定した。【選択図】図１

Description

本発明は、中小の河川、灌漑水路あるいは下水排水管中等に設置される中小容量の水車あるいは中小風量のサイトに設置される風車に係合される、例えば、回転数数１００ｒｐｍから１０００数１００ｒｐｍで、数１０Wから数ｋWの発電容量を有する多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットに関する。

従来、中小の河川、灌漑水路あるいは下水排水管中等に設置される中小容量の水車あるいは中小風量のサイトに設置される風車に係合される発電機は、それが設置されるサイトの水量あるいは風量に見合った発電容量の個別の発電機がその都度に選択され、設置されていた。従って、そのサイトの水量あるいは風量の増加が図られたような場合には、高価な費用を支払って、その増加分に見合った発電容量の独立した発電機を新たに導入する必要が生じた。

本発明が解決しようとする課題は、水量あるいは風量の増加に応じて、基本の発電機ユニットに、同一構造の共通構成部品を追加し、これらを支持、固定する部品を交換するだけで、発電容量の増加、変更を容易に、かつ安価に実現できる、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明では、 第1の共通構成部品である、それぞれの円盤表面上に、その外周に沿って、等間隔に、N極、S極、交互に、配設された所定の数の永久磁石磁極を有する一対の同一形状の回転子円盤を、その一方のN極永久磁石磁極が他方のS極永久磁石磁極と対向するように、一対の側板間に跨り、それらに軸受を介して回転可能に支持された回転軸上に支持、固定し、
第２の共通構成部品である、その表面上に、前記回転子円盤上の永久磁石磁極の回転軌跡に沿って、等間隔に、配設された所定の数の発電コイル有している、その中央部に前記回転軸の回転を許す孔を有する合成樹脂の固定子板を、前記永久磁石磁極を有する一対の対向する回転子円盤間に、前記それぞれの発電コイルが前記それぞれの永久磁石磁極と所定の空隙を介して対向するように、複数の、それぞれの外周にねじ溝が切られた支持棒によって、位置決めし、かつ、前記一対の側板に支持、固定して、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを構成した。

なお、ここで、前記回転軸および前記複数の支持棒は、交換部品として、ユニットの連設数に応じて交換されるものであり、かつ、前記永久磁石磁極を有する回転子円盤および前記発電コイルを有する固定子板は、共通構成部品として、ユニットの連設数に応じて追加されるものである。

また、前記永久磁石磁極が配設されるそれぞれの回転子円盤の外周側表面には、前記永久磁石磁極を位置決めし受け入れる浅い穴が形成されている。

本発明により、そのサイトの要求に応じてその発電容量を容易かつ安価に増加、変更できる、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを得ることが出来る。

さらに、本発明では、構造が簡単で製作容易な第1の共通構成部品である永久磁石磁極を有する一対の同一形状の回転子円盤と、同じく構造が簡単で製作容易な第２の共通構成部品である発電コイルを有する固定子板を使って発電機ユニットが構成されるので、低価格の多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットが実現できる。

さらにまた、本発明により、増設に際しては、基本となる多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットをベースに、基本ユニットのそれと同一構造の共通構成部品を追加し、組み合わせて、発電機が製作されるので、安価で性能のばらつきが少ない多連の永久磁石回転型交流発電機を得ることが出来る。

さらにまた、本発明は、簡単な構造の第1の共通構成部品である永久磁石磁極を有する一対の同一形状の回転子円盤および同様に簡単な構造の第２の共通構成部品である発電コイルを有する固定子板を、交換部品である回転子軸および複数の、それぞれの外周にねじ溝が切られた支持棒を使って一対の側板間に容易に組み立てられるので、これらの部品をキットとして発電機ユーザに販売し、ユーザ側で組み立てることも出来る。

さらにまた、同様に、本発明では、本発明のユニットを既に設置しているユーザが、増設を希望する場合には、第１および第２の共通構成部品および交換部品を、改造キットとして購入して、ユーザ側で既設の基本ユニットに、これら部品を簡単に組み合わせて、容易に多連の永久磁石回転型交流発電機を組み立てることが出来る。

さらにまた、本発明による多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットは、コアレスなので、コギングトルクによる不利益も受けない。

本発明の一実施態様に係る、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを２つ連ねた２連の永久磁石回転型交流発電機の概略断面図。 図1に示した、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット中の、その周辺に沿って配設された永久磁石磁極を担持している回転子円盤の概略平面図。 図1に示した、多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット中の、その周辺に沿って配設された発電コイルを担持している固定子板の概略平面図。

以下、図１−３を参照して、本発明多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットの一実施態様を説明する。

図１に断面図で示した永久磁石回転型交流発電機は、本発明の一実施態様である多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを２つ、即ち、第1の発電機ユニットおよび第２の発電機ユニットを連ねて構成した２連の永久磁石回転型交流発電機である。

第1の発電機ユニットと第２の発電機ユニットの構成は同じなので、図の左側の第1の発電機ユニットについてのみ説明し、第1の発電機ユニットの説明に際してそのそれぞれの構成要素に付したと同じ参照番号を対応する第２の発電機ユニットの構成要素にも付してその説明を省略する。

第1の発電機ユニットでは、図２に示したようなその表面上の周辺に沿って等間隔に、N極、S極、交互に、1６極のNｄ-Fe-B系の永久磁石磁極１０が配設された、一対のそれぞれ取り付け用のスリーブ１２を備えたスチール製回転子円盤１４、１６が、一方のN極が他方のS極と対向するように、第１および第２の２つの発電機ユニットに共通なアルミニウム製の一対の側板１８、２０にベアリング２２，２４を介して回転可能に支持された、水車、あるいは風車等の動力源に係合される回転軸２６に取り付けられており、またこの一対の回転子円盤１４，１６間には、図３に示したような、その一方の表面上に回転子円盤１４，１６上の永久磁石磁極１０の回転軌跡に沿って等間隔に配設された所定のターン数、例えば、８０ターンを有する１２個の略楕円形状に巻かれた発電コイル２８を担持した、回転軸２６の回転を許す孔３０を有する合成樹脂の固定子板３２が、固定子板３２上の発電コイル２８がその両側の回転子円盤１４，１６上の永久磁石磁極１０と所定の空隙３４、例えば、１〜１．５ｍｍの空隙を介して対向するように、一対の側板１８，２０に支持された外側にねじ溝を形成された４本の支持棒３４上のナット３６によって調整、位置決めされ、固定されている。

それぞれの回転子円盤１４，１６上の1６個の永久磁石１０は、図１および図２から分るように、回転子円盤１４，１６の外周側表面に沿って等間隔に形成された永久磁石位置決め用の浅い穴に嵌め込まれ接着剤等で固定されている。

固定子板３２上の1２個の発電コイル２８は、それぞれ２つ跳びに直列に接続されて、U,V,W三相のY結線に接続されている。

同様にY結線された第２の発電機ユニットの固定子板３２上の発電コイル２８とは、要求される発電電圧、電流に応じて直列、並列、あるいは直並列に接続される。この点はユニットを３連、４連等とした場合にも同様である。

図２に示した孔３８は回転軸２６が挿入される孔であり、周辺の複数個の孔４０は回転子円盤1２、１４の重量を低減するために切り欠いた孔である。

図３に示した４つの孔４２は、外側にねじ溝を形成された４本の支持棒３４をそれぞれ受け入れる孔である。

以上説明した実施態様では、1６極、１２発電コイルの多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニットを説明したが、極数および発電コイル数は、ユニットが対象とする発電容量の範囲によっていろいろに変更可能であり、比較的発電容量の大きな範囲をカバーするシリーズには、例えば、２４極、１８発電コイルとしても良い。

また、以上説明した実施態様では、発電コイル２８を担持した固定子板３２は４本の支持棒３４で支持したが、支持する固定子板３２の重量によって自由に変更できる。

なおまた、以上の説明では、第１および第２の共通構成部品は、追加すべき部品として説明したが、既設のこれら部品に不具合等が生じた場合には、勿論、交換部品として交換される。

以上説明した望ましい実施の態様は、本発明の原理を示すことを狙ったもので、本発明の範囲を限定するものではない。この実施の態様に対するその他の実施の態様および変形例は、当業者にとっては明らかであろうし、また以下の請求項で規定する本発明の精神および範囲から逸脱することなく容易に実施できるであろう。

１０ 永久磁石磁極
１２ スリーブ
１４、1６ 回転子円盤
１８，２０ 側板
２２，２４ 軸受
２６ 回転軸
２８ 発電コイル
３０ 回転軸の回転を許す孔
３２ 固定子板
３４ 支持棒
３６ ナット
３８ 回転軸挿入孔
４０ 切リ欠き孔
４２ 支持棒受け入れ孔

Claims (3)

1. 一対の側板間に跨り、それらに軸受を介して回転可能に支持された回転軸；
   対向するそれぞれの円盤の外周側表面に沿ってN極、S極、交互に、等間隔に配設された所定の数の永久磁石磁極を有しており、かつ、一方の円盤上のN極永久磁石には、他方の円盤上のS極永久磁石が対向するように、前記回転軸に取り付けられている一対の回転子円盤；
   前記永久磁石磁極を有する一対の対向する回転子円盤間に配設され、かつ、その表面上に、前記回転子円盤上の永久磁石磁極の回転軌跡に沿って、等間隔に配設された所定の数の発電コイル有している、中央部に前記回転軸の回転を許す孔を有する合成樹脂の固定子板；
   前記固定子板上の発電コイルが、前記回転子円盤上の前記永久磁石磁極と所定の空隙を介して対向するように、前記発電コイルを有する固定子板を位置決めし、かつ前記一対の側板によって固定、支持されている、複数の、それぞれの外周にねじ溝が切られている支持棒；
   から構成される多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット。
2. 前記回転軸および前記複数の支持棒は、交換部品として、ユニットの連設数に応じて交換可能であり、かつ、前記永久磁石磁極を有する回転子円盤および前記発電コイルを有する固定子板は、共通構成部品として、ユニットの連設数に応じて追加可能である、請求項１に記載の多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット。
3. 前記永久磁石磁極が配設されるそれぞれの回転子円盤の外周側表面には、前記永久磁石磁極を位置決めし受け入れる浅い穴が形成されている、請求項１に記載の多連化可能な永久磁石回転型交流発電機ユニット。