JPS627352A - 正弦波形出力を有する軸方向空隙型発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は正弦波形出力を有する軸方向空隙型発電機に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、軸方向空隙型回転電機については、多くの研究が
あり一般に既によく知られている。特に近年、小型扁平
モータの需要増に伴って著しい技術的発展をみるに至っ
た。しかしながらこの種の回転電機は主としてモータと
して用いられておシ、発電機としての開発には未だ充分
でなく種々の問題をかかえていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

軸方向空隙型発電機において、多くの場合、扇形の磁石
が用いられているが、この場合には、いわゆる矩形波を
発生するものであり、特に大きい電力の場合には、電波
障害等をひき起す可能性が多かった。また矩形波出力で
は、そのまま一般交流電気機器に供することは適当でな
く、整流、蓄電して用いるか、または整流子等を付して
直流発電機として使用することが考えられていた。すな
わち従来の軸方向空隙型発電機においては、特にその出
力の性質上、限られた用途にのみ供し得るものでしかな
かった。

さらにまた、円型の極面を持った磁石が使用されている
例も見うけられるが、この場合にも、後述のように正弦
波形から多少はみ出た出力曲線を画くことが示されたし
、円形の磁石では、これも後に述べるように磁極面積を
、特に多極時において、大きくすることが困難であり、
単位出力当りの製造原価の高騰をさけることができなか
った。

本発明は上記の諸点に濫みなされたもので、磁石円盤に
多数の極を有効に取り付けることができ、かつ正弦波出
力を得ることができて、上記の諸問題を一挙に解決し、
５０〜６０Ｈｚの汎用交流電力を手軽に得ることができ
る軸方向空隙型発電機の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段および作用〕本発明の正
弦波形出力を有する軸方向空隙型発電機は、図面を参照
して説明すれば、−辺が円弧の一部をなし、この一部円
弧の両端と対角を結ぶ二辺が僅かに湾曲して擬似三角形
を形成し、円弧と直角に交わる半径方向の直線が、上記
擬似三角形によって切られる切片の長さが回転角に対し
て正弦波形を画くように形成された擬似三角形の極面を
有する板状磁石を円盤上にＮ極、Ｓ（ｌ交互に嵌め込ん
で形成した磁石円盤２と、二個の相隣れるＮ極、Ｓ極両
極の中心線を二辺とする扇形コイルの群を固定したコイ
ル円盤ｌとからなり、磁石円盤２とコイル円盤１とを交
互に小間隔３をあけて積み重ね、磁石円盤群またはコイ
ル円盤群の何れか一方を固定し、他方を回転させるよう
にしたことを特徴とし二いる。

軸方向空隙型発電機においては、磁石円盤の極数を増や
すことによって、比較的低い回転速度で５０〜６０Ｈｚ
の正弦波交流出力を得ることができる。第３図〜第５図
に示すように周波数６０　Ｈｚの交流は１２極で６００
回転回転灯第３図参照）、２４極では３００回転回転灯
第４図参照）、４８極では１５０回転回転灯第５図参照
）の回転速度で得られるわけで、３００回転回転具下の
低い回転速度で５０〜６０Ｈｚ交流電力の発電が可能と
いうことは、現在大型発電機がもつ高速回転のための機
械的、材料力学的諸問題の解決を図ることができ、発電
費用の軽減に大きくつながるものである。

さらにまた、磁石円盤、コイル円盤を交互に重ね増すこ
とによって起電出力を増大することができ、軸方向に長
い形状のものを容易に製作し得ることが期待できるわけ
で、このことは高い落差の水力や高圧蒸気のような高価
なエネルギーを用いなくとも、風力や河川の流れの二う
な低い価値のエネルギー（工ｏｗ　ｖａｌｕｅ　　ｅｎ
ｅｒｇｙ　）を用いて充分大きい出力の汎用交流電力を
得ることのできる可能性を有している。

水車による水流のエネルギーを取る場合には、比較的よ
いとして、風車発電等では、風の強弱が起電出力に起伏
を生じ、易い。この点については定速度回転の方法があ
る。また風力の低下による回転速度の低下も起る。所定
の回転速度を離れた上下の場合は、何れも自動的に市販
電源に切り替え、この間整流して蓄電することもできる 磁石円盤に嵌め込まれる磁石の極面の形は、開角６０°
の場合について、第６図および第７図のようにして作図
的に求められた。第６図および第７図は、開角６０°の
場合の中心より右半分を図について示す。同図において
３０°開角の部分円○ａｂに内接する半円ｏ’ａｐを画
くと、２ｏｏ’＝　ｏ’ａとなる。

ｏ’ａを半径とする１／４円ｏ’ａｃを畜き、円弧ａｃ
を１０等分してその第７図〜の灯影点を、横軸金回転角
にとり○′Ｑを１０等分した回転角に対してプロットす
ると正弦波曲線のいわゆる電気的π／２の図形が得られ
る。すなわち第７図に示す曲線”Ｒ３Ｑである。

つぎに部分円ｏａｂに内接する半円ｏ’ａｐが、中心Ｏ
を通過し、３０ン１０づつ変位する半径方向の直線を切
る切片（線分１〜９）の長さを第７図の横軸ｏＩ　Ｑに
対してプロットすると、同図ａ′Ｒ２Ｑで示された曲線
を得る。この曲線は、半径ｏ”ａ’＝ｏ’ａの円の第１
象限にある部分を示す（これはたまたま○’ａ’：Ｏ’
Ｑにとって作図されているからである）。

さらにまた、扇形ｏ’ａｂｃｌによって切断される半径
方向の直線の線分の長さを検討すると、この長さは半径
方向直線の０を中心とする回転角の変化とは無関係に、
どの角変位においても常に０’ａ＝ｂｄの長さに一定し
ている。従ってこの場合、図形が切る切片の長さと回転
角の関係は第７図のａ’Ｒ，’Ｑで示される。この場合
がいわゆる矩形波出力を示すものである。

部分円Ｏａｂニオイテ、角ｏ　（／ａｏｂ　）を１０等
分し、それぞれ線分１’ｏ、２’ｏ、３’Ｏ・・−・・
９’Ｏ、’ｔ）０を引く。ついで第７図の正弦波曲線ａ
’Ｒ３Ｑのそれぞれの角変位に相当する点の高さに等し
く１′Ｏ１２’Ｏ１３′○、４／　Ｏ１５’ｏ、６′０
．７’０．８’０．９’Ｏ上に１′１′、２′２′、３
′３′、＝−−−−９’９’を求める。かくて０′、１
′、２′、３′、・・・・・・９′、ｂを結ぶ曲線と円
弧ａｂおよび○′ａのなす擬似三角形が中心点Ｑを通る
半径方向の直線を切る切片の長さと回転角の関係は正確
に正弦波形を画くことになる。

第６図では、視覚的にも分かるようにその面積は扇形０
’ａ　ｂ（１）半円０’ａｌ））擬似三角形０／　ａｂ
９１ｓ　１・・・・・・３’２’ｌ’であシ、正確には
第７図のｏ’　ａ’Ｒ，Ｑ、、０’ａ；’　Ｒ２Ｑ、、
　ｏ’ａ’Ｒ３Ｑ（正弦波形）の面積ニ比例するはずで
ある。この場合には、擬似三角形の面積が最も小さいこ
とになる。第８図は開角６０°、３０°、および１５°
の場合の部分円に内接する円と擬似三角形を示す。

上述のように、扇形磁石では矩形波形となり、円形磁石
では正弦波に近いゆるやかな曲線を画くが、極数を増す
と１極当りの開角が小さくなり、極端に磁石の表面積が
小さくなってしまうことが分る。本発明における擬似三
角形の磁極は、第８図から一見して磁石円盤の多極化に
おいて好都合であることが理解されよう。

第９図および第１０図は第６図および第７図に示す方法
によって作図された開角３０°の場合の擬似三角形の半
図を示し、第１１図は同じく開角１５゜の場合の擬似三
角形を半図で示す。両図共にｏｏ’：Ｏ′ａ＝２：３に
なるように計算して作図されたものである。それは開角
が小さくなると扇形０’ａｂｄのＯ’ｄ辺が狭くなり、
実際問題としてコイル巻線が困雉となるからである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて
説明する。ｌはコイル円盤、２は擬似三角形の磁石を嵌
め込んだ磁石円盤、３は磁石円盤とコイル円盤との間隙
、４は電磁石用の入力端子で、磁石円盤の外側に環状に
取り付けられ、これよシ磁石円盤固定枠５の内側を通っ
て二つのコイルに通電し、同時に磁化するように構成さ
れている。６はプーリで、小型モータによって回転する
ように設けられている。７は発電機の取付脚であり、集
電接点８からの出力端子を兼ねている。　。

上記のように構成された発電機において、小型モータを
回転し、プーリ６で減速して磁石円盤２を回転させる。

発生する電力はオシロスコープで、波形や出力が容易に
観察できた。第１２図は第１　。

図および第２図における磁石円盤とコイル円盤を示した
もので、第１２図に示されるように、コイルは１０回巻
き扇形コイルを１対のＮＷｉとＳ極にわたって５個を直
列に結んで図のように配置し、他の相隣れるＮ、Ｓ極に
ついても同様に計４組のコイルを対置するようにコイル
円盤を作シ、４組のコイμを直列に結んで構成したもの
である。

第１３図の計算値波形図において、ａ、　ｂ”、Ｃ１ｄ
、　ｅはそれぞれ１０回巻きの扇形コイル個々の発生電
力の波形と考えられ、その合成はＡで示す波形となる。

オシロスコープで観察された波形もこの形に一致した。

なお実施例では電磁石を使用したが、擬似三角形の永久
磁石を使用すれば、装置はさらに簡単化される。また磁
石円盤２を回転させる代りに、コイル円盤ｌを回転し、
磁石円盤２を固定するように構成することも可能である
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、軸方向空隙型発電機に
おいて、磁石円盤に嵌め込む磁石の極面の形を擬似三角
形とすることによって多極化が可能となり、従って低い
回転速度で充分に汎用電力と同じ５０〜５ＱＨｚの正弦
波形交流電力を手軽に得ることができる。しかも磁石円
盤とコイル円盤を小間隙を介して積み重ねることによっ
て、いくらでも大きな出力を期待し得るわけであるから
、その効用は広範に及ぼすことができる。

さらにまた、近年環境破壊や景観阻害、さらには公害問
題等により、発電所建設は先々の電力需給問題にかげり
を見せている。この意味において河川の流れや風力のよ
うな入手可能な手近のエネルギーを汎用電力に転換して
電力消費の助けとなることが望ましい。風・水力発電は
新しい技術ではないが、これに本発明の正弦波形出力を
有する軸方向空隙型発電機を使用することの意義は大き
いものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の正弦波形出力を有する軸方向空隙型発
電機の正面説明図、第２図は同左側面説明図、第３図〜
第５図は極数と回転数との関係を示す説明図、第６図お
よび第７図は磁石極面の作図的説明図で、開角６０°の
場合の中心より右半分について示している。第８図は開
角６０°、８Ｑ’、１５Ｊ０の場合の部分円に固接する
円と擬似三角形とを示す説明図、第９図および第１０図
は第６図および第７図に示す方法によって作図された開
角３０゜の場合の擬似三角形を示す説明図、第１１図は
開角１５°の場合の擬似三角形を示す説明図、第１２図
は磁石円盤とコイル円盤の配置を示す説明図、第１３図
は計算値波形図である。 １・・・コイル円盤、２・・・磁石円盤、３・・・間隙
、４・・・入力端子、５・・・固定枠、６・・・プーリ
、７・・・取付脚、８・・・集電接点 出　願　人　　日本セーフティ株式会社第ｆ図 第Ｚ図 第す図 第７図 第０図 第１１図 第９図 第１θ図 第１２図 ｄ 第ｆり図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　一辺が円弧の一部をなし、この一部円弧の両端と対
   角を結ぶ二辺が僅かに湾曲して擬似三角形を形成し、円
   弧と直角に交わる半径方向の直線が、上記擬似三角形に
   よつて切られる切片の長さが回転角に対して正弦波形を
   画くように形成された擬似三角形の極面を有する板状磁
   石を円盤上にＮ極、Ｓ極交互に嵌め込んで形成した磁石
   円盤と、二個の相隣れるＮ極、Ｓ極両極の中心線を二辺
   とする扇形コイルの群を固定したコイル円盤とからなり
   、磁石円盤とコイル円盤とを交互に小間隔をあけて積み
   重ね、磁石円盤群またはコイル円盤群の何れか一方を固
   定し、他方を回転させるようにしたことを特徴とする正
   弦波形出力を有する軸方向空隙型発電機。