WO2012108401A1 - 高効率発電機 - Google Patents
高効率発電機 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012108401A1 WO2012108401A1 PCT/JP2012/052667 JP2012052667W WO2012108401A1 WO 2012108401 A1 WO2012108401 A1 WO 2012108401A1 JP 2012052667 W JP2012052667 W JP 2012052667W WO 2012108401 A1 WO2012108401 A1 WO 2012108401A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- stator
- teeth
- stator coil
- rotor
- wound around
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
- H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
Definitions
- the present invention relates to a high-efficiency generator having a rotor including a permanent magnet and a stator including a stator coil, and more particularly to an improvement in the structure of the stator.
- the rotor When the generator is a permanent magnet type generator using a permanent magnet, the rotor has permanent magnets arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor.
- the stator has teeth formed so as to be opposed to the permanent magnets of the rotor, and a stator coil wound around the teeth.
- a voltage is induced in the stator coil by a magnetic field generated by the rotation of the rotor and the electromagnetic induction acting between the stator coil, and a current flows to generate power.
- the number of stator coils is usually 3 m (m is a positive integer), and the stator coils are arranged in the order of, for example, U, V, and W phases in the circumferential direction. Are arranged at regular intervals.
- the stator coils are arranged so that the electromotive force generated in each phase is the same, and three-phase alternating current having a phase difference of 120 °, that is, symmetrical three-phase alternating current can be extracted.
- stator coil that reduces the reaction against the permanent magnet moving in the circumferential direction, that is, the unevenness of the reverse torque, by arranging them at equal intervals in the circumferential direction as described above will be simply referred to as an equal load arrangement of the stator coils hereinafter. It is called structure.
- the stator coil arrangement structure capable of generating symmetrical three-phase AC power is hereinafter simply referred to as a stator coil uniform phase arrangement structure.
- Patent Document 1 describes a rotating electrical machine having a rotor in which a plurality of holes extending in the axial direction are formed at equal intervals in the circumferential direction, and permanent magnets are respectively disposed in the holes.
- Patent Document 2 discloses a three-phase AC generator having a cylindrical rotor having a permanent magnet disposed on the inner periphery and a stator provided at an interval on the inner periphery of the rotor. Yes.
- the stator has teeth provided so as to protrude outward in the radial direction, and a stator coil around which the teeth are wound.
- power generation is performed by an electromagnetic induction effect between a permanent magnet and a stator coil generated by rotation of the rotor.
- a stator coil is wound around an outer rotor in which permanent magnets are arranged in the circumferential direction on a cylindrical inner peripheral surface, and teeth that are provided in the rotor and project in the circumferential direction.
- a permanent magnet type AC generator having a stator is described.
- JP 2000-228838 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-166381 JP 2009-148020 A
- the stator coil has an equal load arrangement structure and an equal phase arrangement structure.
- a high-speed rotation region such as 1600, 2000, 3500, or 4000 rpm
- the heat generation naturally increases, so that the generator may be damaged or the life may be shortened.
- An object of the present invention is to provide a high-efficiency generator that has a simple structure and can achieve high output, as well as downsizing and material saving.
- the high-efficiency generator of the present invention is wound around a rotor fixed to an input shaft and having a plurality of permanent magnets in the circumferential direction, facing a rotor at a predetermined interval, and protruding in the opposite direction.
- a stator having a stator coil, and the stator coil is configured to have an uneven phase arrangement.
- teeth are provided at equal intervals in the circumferential direction of the stator, and stator coils wound around the teeth are connected to the output side so that the phase difference between the phases is not uniform. Is preferred.
- teeth are provided at equal intervals in the circumferential direction of the stator, and the number of stator coils wound around the teeth is smaller than the number of teeth, and the phase difference between the phases of these stator coils becomes uneven. In this way, it is preferable to connect each to the output side.
- a rotor having a plurality of permanent magnets in the circumferential direction; and a stator coil wound around a plurality of teeth facing the rotor at a predetermined interval and projecting in the opposite direction.
- a stator coil, and the stator coil is preferably configured to have an uneven load arrangement.
- stator coil can be arranged so as to be unevenly distributed in the circumferential direction of the stator.
- the wire diameter of the stator coil wound around one tooth is different from the wire diameter of the stator coil wound around another tooth.
- the number of turns of the stator coil wound around a certain tooth is different from the number of turns of the stator coil wound around another tooth.
- the magnetic force of a certain permanent magnet is preferably different from the magnetic force of another permanent magnet.
- stator coil can be wound around a plurality of adjacent teeth.
- stator coils are respectively connected to the output side so that the phase difference between the phases becomes uneven.
- the high efficiency generator of the present invention it is possible to achieve high output, simple size, and material saving with a simple structure.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a stator of a high-efficiency generator according to the present embodiment
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a rotor corresponding to the stator of FIG.
- the high-efficiency generator (hereinafter simply referred to as “generator”) 10 is a three-phase AC generator.
- the generator 10 includes a rotor 12 and a stator 14.
- the rotor 12 is rotatably arranged on the inner periphery of the stator 14 with a gap.
- the rotor 12 is a cylindrical magnetic body that is concentric with the input shaft 16 and is configured by, for example, laminating electromagnetic steel plates in the axial direction.
- the rotor 12 is fixed to the input shaft 16 so as to be able to rotate synchronously.
- 16 permanent magnets 18 are arranged on the rotor 12 in the circumferential direction. Specifically, 16 permanent magnets 18 are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 12.
- the number of permanent magnets 18 is an example, and the number of permanent magnets 18 can be 2n (n is a positive integer).
- each permanent magnet 18 is disposed on the outer peripheral surface of the rotor 12 along the axial direction.
- each permanent magnet 18 may be embedded in a hole formed in the rotor 12 so as to extend in the axial direction.
- this embodiment demonstrated the case where the rotor 12 was comprised by laminating
- the stator 14 is arranged around the rotor 12 with a slight gap.
- the stator 14 is a magnetic body having a cylindrical shape concentric with the input shaft 16 and is formed, for example, by laminating electromagnetic steel plates in the axial direction.
- the stator 14 is formed by punching a thin plate-shaped electrical steel sheet with a press, laminating a predetermined number of the punched electrical steel sheets in the axial direction, and processing the plurality of laminated electrical steel sheets by pressure caulking or the like. Are formed by combining.
- stator 14 may be shape
- the stator 14 includes an annular yoke 20 and teeth 22 that protrude radially inward from the inner periphery of the yoke 20 and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. As shown in FIG. 1, 24 teeth 22 of the present embodiment are arranged in the circumferential direction. The number of teeth 22 is an example.
- a slot 24 which is a groove-like space is formed between adjacent teeth 22.
- the conducting wire passes through the slot 24 and is wound around the teeth 22 to form a stator coil 26 (shown in FIG. 3).
- a voltage is induced in the stator coil 26 by the electromagnetic induction acting between the rotating magnetic field generated by the rotation of the rotor 12 and the stator coil 26, and a current flows to generate power. Done.
- the generator 10 of the present embodiment is characterized in that the stator coil 26 is configured to have an uneven phase arrangement.
- the non-uniform phase arrangement is an arrangement of the stator coils 26 that generates electric power that is not symmetrical three-phase alternating current, and is different from the uniform phase arrangement described in the prior art. Since the generator 10 that employs such a non-uniform phase arrangement of the stator coils 26 is suppressed in the counter-action against the rotating rotor 12, that is, an increase in the reverse torque with respect to each permanent magnet 18, compared with the one with the uniform phase arrangement. The number of rotations of the rotor 12 can be increased to increase the output.
- a specific configuration of the non-uniform phase arrangement of the stator coil 26 will be described.
- addresses U1 to U8 are assigned in order clockwise to the teeth 22 around which the U-phase stator coil 26 is wound. Similarly, with respect to the teeth 22 around which the V-phase stator coil 26 is wound. Thus, addresses from V1 to V6 are assigned, and further, addresses from W1 to W5 are assigned to the teeth 22 around which the W-phase stator coil 26 is wound. In the stator 14 shown in FIG. 1, there are five teeth 22 to which the address of the stator coil 26 is not attached.
- the coils U1 to U6 and U7 to U8 are wound around the teeth 22 with the teeth 22 for two phases interposed therebetween, and the coils U6 to U7 are teeth with the teeth 22 for three phases interposed therebetween.
- the coils U8 to U1 are wound around the teeth 22 for one phase.
- the coils V1 to V2, V3 to V4, and V5 to V6 are between the teeth 22 for two phases, and the coils V2 to V3 are between the teeth 22 for five phases. Is wound around the teeth 22 and the coils V6 to V1 are wound around the teeth 22 respectively.
- the coils W1 to W2 and W3 to W4 are between the teeth 22 for two phases, the coils W2 to W3 are between the teeth 22 for five phases, and the coils W4 to W5 are 6
- the teeth 22 are wound around the teeth 22 and the coils W5 to W1 are wound around the teeth 22, respectively.
- the stator coils of each phase are wound around the teeth between two phases, and are arranged so that the phase difference between each phase is equal to 120 °.
- the stator coil 26 is arranged so that the phase difference between the phases is not equal to 120 °, but at least partly becomes unequal. . With such a configuration, an uneven phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- the number of stator coils 26 wound around the teeth 22 is fewer than the number 24 of the teeth 22.
- the stator coils 26 are arranged so that the phase differences between the phases are not uniform. Even with such a configuration, an uneven phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- Such a structure in which the stator coils 26 are not arranged at equal intervals in the circumferential direction corresponds to an uneven load arrangement described later.
- the non-uniform phase arrangement and the non-uniform load arrangement of the stator coil 26 can be combined as described above.
- the present invention is not limited to the number 19 of the stator coils 26.
- the number of stator coils 26 may be less than 19, and 24 may be wound around all the teeth 22. Regardless of the configuration, the stator coil 26 provided on the tooth 22 and the output side are connected so that the phase difference between the phases becomes non-uniform, or a part of the stator coil 26 and the output are connected. By not connecting the sides, the non-uniform phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- the output circuit of the generator 10 includes output terminals of stator coils 26 of each phase, for example, coils U1, U2, U3... U8, and rectifier circuits 28 corresponding thereto. Are connected, and the outputs of the in-phase stator coils 26 are connected in parallel on the output side of the rectifier circuit 28.
- the output current of each phase can be increased as compared with a conventional output circuit in which a rectifier circuit is connected to each of three terminals of Y connection or ⁇ connection.
- the output voltage of each phase is lower than that of the conventional output circuit.
- the rotational speed of the rotor 12 increases as compared with the conventional example due to the non-uniform phase arrangement of the stator coils 26 as described above, a higher voltage can be achieved for each stator coil 26. Therefore, according to the configuration of the generator 10 of this embodiment and its output circuit, it is possible to reliably obtain a high output as compared with the conventional example, and in particular, the output power is directly supplied to a charger such as a secondary battery. Useful when charging.
- the output terminal of each stator coil 26 and the corresponding rectifier 28 are connected to each other, and on the output side, the stator coil is connected. It is preferable that the 26 outputs are connected in parallel, that is, configured by a single-phase output system.
- the generator 10 is an internal rotation generator in which the rotor 12 is disposed inside the stator 14, but the present invention is not limited to this configuration, and the rotor is outside the stator.
- An abduction type generator arranged in the can also be used.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a stator of a high efficiency generator according to another embodiment.
- symbol is attached
- the structure of the rotor corresponding to the stator of this embodiment is the same as FIG.
- the generator 30 of this embodiment is characterized in that the stator coil 26 is configured to have an uneven load arrangement.
- the uneven load arrangement is an arrangement of the stator coils 26 that causes a reaction against the permanent magnet moving in the circumferential direction, that is, unevenness of the reverse torque, and is different from the equal load arrangement described in the prior art. Since the generator 30 adopting such an uneven load arrangement of the stator coil 26 suppresses the reaction against the rotating rotor 12, that is, the increase of the reverse torque with respect to each permanent magnet 18, compared to the even load arrangement. The number of rotations of the rotor 12 can be increased to increase the output.
- a specific configuration of the uneven load arrangement of the stator coil 26 will be described.
- the stator coil 26 of this embodiment is arranged so as to be unevenly distributed in the circumferential direction of the stator 14.
- the uneven distribution in the circumferential direction means that it is biased to a predetermined region in the circumferential direction.
- nine teeth 22 are unevenly distributed in a fan-shaped region surrounded by a predetermined angle (for example, 120 °) from the center of the input shaft 16.
- a stator coil 26 is wound around each tooth 22.
- the stator coil 26 is arranged in a biased manner in a predetermined region in the circumferential direction.
- the number 9 of the teeth 22 and the stator coils 26 is an example, and the present invention is not limited to this number.
- the present invention is not limited to this configuration, and the teeth 22 are formed at equal intervals in the circumferential direction, and the stator coil 26 is rotated around the circumference.
- the teeth 22 may be wound around a part of the teeth 22 so as to be unevenly distributed in the direction.
- the phase of the stator coil 26 in this embodiment can be arbitrarily set. That is, output power can be taken out by an independent (single-phase) output system in which an output circuit is connected to each stator coil 26. Alternatively, the output power is obtained by a three-phase AC output method in which the stator coils 26 are arranged at equal intervals so as to be arranged in the order of the U, V, and W phases in the circumferential direction, that is, arranged in an equal phase, and an output circuit is connected to each phase. Can also be taken out.
- the output power can be taken out by a three-phase AC output system in which the stator coil 26 is arranged so that the U, V, and W phases are arranged in random order in the circumferential direction, and an output circuit is connected to each phase.
- An output terminal is provided for each stator coil 26, and the phase of the stator coil 26 can be arbitrarily set simply by changing the connection method of the output terminal. Adjustment is also easy.
- the teeth 22 and the corresponding stator coils 26 are arranged so as to be unevenly distributed in the circumferential direction of the stator 14.
- the stator coils arranged at equal intervals in the circumferential direction are arranged so that a predetermined reverse torque, so-called load, is applied to each permanent magnet moving in the circumferential direction at equal intervals. It was.
- the stator coils 26 are arranged so as to be unevenly distributed in the circumferential direction, so that the load applied to each permanent magnet when moving in the circumferential direction is not uniform but uneven. .
- the uneven distribution of the stator coil 26 can be realized by the uneven distribution of the stator coil 26 in the circumferential direction.
- the present invention is not limited to this configuration. If the load in the circumferential direction becomes uneven, the wire diameter of the stator coil 26 wound around one tooth 22 may be different from the wire diameter of the stator coil 26 wound around another tooth 22. Furthermore, the number of turns of the stator coil 26 wound around a certain tooth 22 may be configured to be different from the number of turns of the stator coil 26 wound around another tooth 22. Or even if it is the structure which combined these, the nonuniform load arrangement
- the load applied when these permanent magnets move in the circumferential direction is even. Rather, it can be non-uniform.
- the stator 14 of this embodiment is characterized by having an eccentric cylindrical shape with respect to the input shaft 16. Specifically, the center on the outer periphery of the stator 14 is different from the center on the inner periphery that is concentric with the input shaft 16.
- Such a configuration of the stator 14 is particularly useful when the stator coil 26 is unevenly distributed in the circumferential direction, and the stator 14 can be downsized. With this configuration, a region in which the length of the stator 14 in the radial direction is increased is generated, and in this region, the slot 24 and the teeth 22 that are longer in the radial direction can be formed while securing the width of the yoke 20.
- the slots 24 and the teeth 22 formed in this way it is possible to make at least one of the number of windings or the wire diameter of the conductor wound around one tooth 22 larger than that of a conventional stator having the same outer diameter.
- the capacity of the stator coil 26 can be increased.
- the number of windings is reduced, and for example, by using one, a larger output current can be obtained.
- the teeth 22 formed larger as described above are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the conventional example. All the conductors of the length used in can be wound.
- FIGS. 5 to 7 are diagrams showing examples of output characteristics of the high-efficiency generator of the present invention and the conventional generator, respectively.
- the output circuit of the conventional example is one in which a load is connected to the ⁇ connection via a rectifier, and the output circuit of the present invention adopts the same configuration as in FIG. It is assumed that a load is connected to the machine 30 via the rectifier 28. This load is the same for all three 100w / 12V lamps.
- the number of permanent magnets used in the conventional example and the present invention is 16, and the magnetizing force is the same.
- the number of turns of the winding is 25T
- the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 3.
- the measured values under these conditions were a rotor rotation speed of 425 rpm, an output voltage of 0.21 V, and an output current of 4 A.
- the measurement was performed by changing the number of turns of the winding to 50T and the number of the stator coils 26 from nine conditions. The measured values were as follows: the rotational speed of the rotor 12 was 925 rpm, the output voltage was 6.0 V, and the output current was 35 A.
- the conventional example is a condition that the number of winding turns is 35T, the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 1.
- the measured values under these conditions were a rotor rotation speed of 474 rpm, an output voltage of 0.2 V, and an output current of 7 A.
- the measurement was performed under the conditions of the conventional example by changing the number of turns of the winding wire to 21T, the number of stator coils 26 to 9, and the wire diameter to 1.1 ⁇ ⁇ 1.
- the measured values were such that the rotational speed of the rotor 12 was 785 rpm, the output voltage was 2.2 V, and the output current was 18 A. Since there is only one winding, a large current flows there, and the output current can be further increased by increasing the wire diameter.
- the conventional example is a condition that the number of turns of the winding is 65T, the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 2.
- the measured values under these conditions were a rotor rotation speed of 428 rpm, an output voltage of 0.37 V, and an output current of 1.5 A.
- the measurement was performed by changing the number of turns of the winding to 56T and the number of the stator coils 26 from nine conditions. The measured values were as follows: the rotational speed of the rotor 12 was 935 rpm, the output voltage was 17 V, and the output current was 17 A.
- the generator 30 has an increased number of rotations of the rotor 12 as compared with the conventional generator, and can obtain a high output. That is, by configuring the stator coil 26 to have an uneven load arrangement, the number of rotations of the rotor 12 increases and high output can be achieved. On the other hand, in the generator 30, since the number of stator coils 26 is reduced as compared with the conventional example, material saving is enabled.
- the generator 30 is an inversion generator in which the rotor 12 is disposed inside the stator 14 .
- the present invention is not limited to this configuration, and the rotor is outside the stator. It can also be set as the abduction type generator 32 arranged in the.
- FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a stator of a high efficiency generator according to another embodiment
- FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a rotor corresponding to the stator of FIG.
- symbol is attached
- the generator 32 includes a hollow cylindrical rotor 34 and a stator 36 provided at an inner periphery of the rotor 34 with a space therebetween.
- the rotor 34 and the input shaft 16 are fixed so as to be able to rotate synchronously at the axial end.
- permanent magnets 18 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
- 16 permanent magnets 18 are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 34.
- the number of permanent magnets 18 is an example, and the number of permanent magnets 18 can be 2n (n is a positive integer).
- the stator 36 of this embodiment has a hollow cylindrical shape that is eccentric with the input shaft 16 through which the input shaft 16 passes. That is, the center on the outer periphery of the stator 36 is different from the center on the inner periphery that is concentric with the input shaft 16. This configuration is particularly useful when the stator coil 26 (not shown) is unevenly distributed in the circumferential direction, similarly to the stator 14 of the above-described embodiment, and the stator 36 can be downsized.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a stator of a high-efficiency generator according to another embodiment.
- symbol is attached
- the structure of the rotor corresponding to the stator of this embodiment is the same as FIG.
- This generator 32 is an abduction type generator in which the rotor 34 is disposed outside the stator 40.
- the stator 40 has a hollow cylindrical shape concentric with the input shaft 16 through which the input shaft 16 passes. That is, the center on the outer periphery of the stator 40 is the same as the center on the inner periphery that is concentric with the input shaft 16.
- the stator 40 includes an annular yoke 20 and teeth 22 that protrude radially outward from the outer periphery of the yoke 20 and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. As shown in FIG. 10, 24 teeth 22 of the present embodiment are arranged in the circumferential direction. The number of teeth 22 is an example. Between teeth 22 adjacent to each other, a slot 24 that is a groove-like space is formed.
- addresses 22a to 22i are sequentially assigned to the teeth 22 around which the stator coil 26 (not shown) is wound. Specifically, starting from the teeth 22a, addresses are sequentially assigned in the clockwise direction up to the teeth 22i with one tooth 22 in between. Therefore, nine stator coils 26 are unevenly distributed in a sectoral region surrounded by a predetermined angle (for example, 240 °) from the center of the input shaft 16. This arrangement is merely an example, and the present invention is not limited to this configuration. If the stator coils 26 are unevenly distributed in the circumferential direction, the number of stator coils 26 may be less than nine, or There may be many. Further, the location of the teeth 22 around which the stator coil 26 is wound is not limited, and the teeth 22 may be continuously wound around the adjacent teeth 22 or two teeth 22 may be interposed therebetween.
- the phase of the stator coil 26 in this embodiment can be arbitrarily set as in the above-described embodiment. That is, output power can be taken out by an independent (single-phase) output system in which an output circuit is connected to each stator coil 26. Alternatively, the output power is obtained by a three-phase AC output method in which the stator coils 26 are arranged at equal intervals so as to be arranged in the order of the U, V, and W phases in the circumferential direction, that is, arranged in an equal phase, and an output circuit is connected to each phase. Can also be taken out.
- the output power can be taken out by a three-phase AC output system in which the stator coil 26 is arranged so that the U, V, and W phases are arranged in random order in the circumferential direction, and an output circuit is connected to each phase.
- An output terminal is provided for each stator coil 26, and the phase of the stator coil 26 can be arbitrarily set simply by changing the connection method of the output terminal. Adjustment is also easy.
- FIGS. 11 to 13 are diagrams showing examples of output characteristics of the high-efficiency generator of the present invention and the conventional generator, respectively.
- the output circuit of the conventional example is a circuit in which a load is connected to the ⁇ connection via a rectifier, and the output circuit of the present invention adopts the same configuration as that of FIG. It is assumed that a load is connected to the machine 38 via the rectifier 28. This load is the same for all three 100w / 12V lamps.
- the number of permanent magnets used in the conventional example and the present invention is 16, and the magnetizing force is the same.
- the conventional example is under the condition that the number of turns of the winding is 25T, the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 3.
- the measured values under these conditions were a rotor rotation speed of 425 rpm, an output voltage of 0.21 V, and an output current of 7 A.
- the measurement was performed by changing the number of turns of the winding to 50T and the number of the stator coils 26 from nine conditions. The measured values were such that the rotation speed of the rotor 34 was 438 rpm, the output voltage was 6.0 V, and the output current was 15 A.
- the conventional example is a condition that the number of turns of the winding is 35T, the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 1.
- the measured values under these conditions were a rotor rotation speed of 178 rpm, an output voltage of 0.02 V, and an output current of 4.8 A.
- the measurement was performed under the conditions of the conventional example by changing the number of turns of the winding wire to 21T, the number of stator coils 26 to 8, and the wire diameter to 1.1 ⁇ ⁇ 1.
- the measured values were as follows: the rotational speed of the rotor 34 was 573 rpm, the output voltage was 15.7 V, and the output current was 18 A.
- the conventional example is a condition that the number of turns of the winding is 65T, the number of stator coils is 24, and the wire diameter is 0.85 ⁇ ⁇ 2.
- the measured values under these conditions were as follows: the number of rotations of the rotor was 0 rpm, that is, without rotation, the output voltage was 0 V, and the output current was 0 A.
- the measurement was performed by changing the number of turns of the winding to 56T and the number of the stator coils 26 from the condition of the conventional example to 6T. In spite of the same input, the measured values were the rotor 34 rotating at 935 rpm, the output voltage 40V, and the output current 35A.
- the generator 38 has an increased number of rotations of the rotor 34 as compared with the conventional generator, and can obtain a high output. That is, by configuring the stator coil 26 to have an uneven load arrangement, the number of rotations of the rotor 34 increases and high output can be achieved.
- stator coils of the high efficiency generator will be described with reference to four drawings.
- the teeth 22 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
- the teeth 22 arranged in the circumferential direction are usually rearranged linearly for easy viewing.
- FIG. 14 is a diagram showing the arrangement of the stator coils 26 in the stator 14 having 48 teeth 22.
- 32 permanent magnets 18 of the rotor are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. That is, the permanent magnet 18 is arranged on the rotor so that the interval between the N pole and S pole permanent magnets 18 adjacent in the circumferential direction is 1.5 times the interval between the teeth 14 adjacent in the circumferential direction. .
- addresses 1 to 48 are sequentially assigned to the teeth 22 from the left end to the right end.
- the addresses of U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 are also assigned to the stator coil 26 wound around the teeth 22.
- the coil U1 is wound around the 1st and 2nd teeth 22, the coil U2 is wound around the 13th and 14th teeth 22, and the coil U3 is 25,
- the coil U4 is wound around the 37th and 38th teeth 22 and wound around the 26th tooth 22.
- the coil V1 is wound around the 9th and 10th teeth 22, the coil V2 is wound around the 21st and 22nd teeth 22, and the coil V3 is the 33th and 34th teeth 22.
- the coil V4 is wound around the teeth 22 of Nos. 45 and 46.
- the coil W1 is wound around the 4th and 5th teeth 22
- the coil W2 is wound around the 16th and 17th teeth 22
- the coil W3 is the 28th and 29th coils.
- the coil W4 is wound around the teeth 22 of Nos. 40 and 41.
- the conventional generator is arranged so that the phase difference between the stator coils of each phase is equal to 120 °.
- the stator coil 26 is arranged as described above, so that the phase difference between the phases is not equal to 120 °. With such a configuration, an uneven phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- stator coil 26 is not wound around the teeth 22 other than the addresses described above. That is, the teeth 22 of Nos. 3, 6 to 8, 11, 12, 15, 18 to 20, 23, 24, 27, 30 to 32, 35, 36, 39, 42 to 44, 47, and 48 have a stator coil. 26 is not wound, and so-called empty teeth 22 exist. As described above, by providing the empty teeth 22, in other words, by reducing the number of stator coils 26 to be smaller than the number of teeth 22, an optimal layout for achieving the non-uniform phase arrangement of the stator coils 26 can be obtained. It becomes easy.
- the present invention is not limited to the number 12 of stator coils 26.
- the number of stator coils 26 may be less than the number 48 of all the teeth 22. Regardless of the configuration, the stator coil 26 provided on the tooth 22 and the output side are connected so that the phase difference between the phases becomes non-uniform, or a part of the stator coil 26 and the output are connected. By not connecting the sides, the non-uniform phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- 16 permanent magnets 18 of the rotor are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. That is, the permanent magnet 18 is arranged on the rotor so that the interval between the N pole and S pole permanent magnets 18 adjacent in the circumferential direction is 1.5 times the interval between the teeth 14 adjacent in the circumferential direction. .
- the stator coil 26 includes the first and second teeth 22, the fourth and fifth teeth 22, the seventh and eighth teeth 22, the tenth and eleventh teeth 22, the thirteenth teeth 22, 15, It is wound around the 16th tooth 22, the 18th and 19th teeth 22, and the 21st and 22nd teeth 22 respectively.
- the stator coil 26 is not wound around the teeth 22 other than the addresses described above. That is, the stator coil 26 is not wound around the teeth 22 of Nos. 3, 6, 9, 12, 14, 17, 20, 23, and 24, and so-called empty teeth 22 exist.
- the presence of the empty teeth 22 facilitates an optimal layout for achieving the non-uniform phase arrangement of the stator coils 26 as described above.
- the phase of the stator coil 26 in this embodiment can be set arbitrarily as in the embodiment already described. That is, output power can be taken out by an independent (single-phase) output system in which an output circuit is connected to each stator coil 26.
- the stator coil 26 can be arranged so that the U, V, and W phases are arranged in random order in the circumferential direction, and output power can be taken out by a three-phase AC output method in which an output circuit is connected to each phase.
- An output terminal is provided for each stator coil 26, and the phase of the stator coil 26 can be arbitrarily set simply by changing the connection method of the output terminal. Adjustment is also easy.
- FIG. 16 and 17 show an example of another embodiment of the output circuit different from FIG.
- the stator coils 26 of each phase are connected in parallel, and their output terminals are connected so as to correspond to the rectifier circuits 28, respectively.
- the output terminals of the coils U1, U2, U3 connected in parallel and the rectifier circuit 28 are connected, the output terminals of the coils V1, V2, V3 connected in parallel and the rectifier circuit 28 are connected, and the coils connected in parallel
- the output terminals W1, W2, and W3 and the rectifier circuit 28 are connected.
- the output current of each phase can be increased as compared with a conventional output circuit in which a rectifier circuit is connected to each of three terminals of Y connection or ⁇ connection.
- FIG. 17 shows a delta connection in which the stator coils 26 of each phase are connected in parallel and their output terminals are connected to correspond to the rectifier circuits 28, respectively. With such a configuration, the output current of each phase can be increased.
- the number of stator coils 26 of each phase is an example, and in this aspect, the number of stator coils 26 is not limited to three and can be realized if there are a plurality of stator coils 26.
- stator coils 26 when there are a plurality of stator coils 26 for each phase, their output terminals may be connected to different output circuits so that desired power, that is, DC power and AC power can be taken out simultaneously. In such a case, it is preferable to use the generator mounted on an apparatus that requires three-phase AC power and DC power simultaneously, such as an electric vehicle.
- stator coils 26 in the stator 14 having 18 teeth 22 will be described with reference to FIG.
- twelve permanent magnets 18 of the rotor are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. That is, the permanent magnet 18 is arranged on the rotor so that the interval between the N pole and S pole permanent magnets 18 adjacent in the circumferential direction is 1.5 times the interval between the teeth 14 adjacent in the circumferential direction. .
- addresses 1 to 18 are sequentially assigned to the teeth 22 from the left end to the right end.
- the addresses U1, V1, and W1 are also assigned to the stator coil 26 wound around the teeth 22.
- the coil U ⁇ b> 1 is wound around the first and second teeth 22.
- the coil V ⁇ b> 1 is wound around the fourth and fifth teeth 22.
- the coil W ⁇ b> 1 is wound around the 9th and 10th teeth 22.
- stator coil 26 is arranged as described above, so that the phase difference between the phases is not equal to 120 °. With such a configuration, an uneven phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- stator coil 26 is not wound around the teeth 22 other than the addresses described above. That is, the stator coils 26 are not wound around the third, sixth to eighth, and eleventh to eighteenth teeth 22, and so-called empty teeth 22 exist. Thus, the presence of the empty teeth 22 facilitates the optimal layout for achieving the non-uniform phase arrangement of the stator coils 26.
- the present invention is not limited to the number of stator coils 26.
- the number of stator coils 26 may be less than the number 18 of all the teeth 22. Regardless of the configuration, the stator coil 26 provided on the tooth 22 and the output side are connected so that the phase difference between the phases becomes non-uniform, or a part of the stator coil 26 and the output are connected. By not connecting the sides, the non-uniform phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- stator coil 26 in the stator 14 having 15 teeth 22 will be described with reference to FIG.
- ten permanent magnets 18 of the rotor are arranged at equal intervals so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. That is, the permanent magnet 18 is arranged on the rotor so that the interval between the N pole and S pole permanent magnets 18 adjacent in the circumferential direction is 1.5 times the interval between the teeth 14 adjacent in the circumferential direction. .
- addresses 1 to 15 are assigned to the teeth 22 in order from the left end to the right end.
- the addresses U1, V1, and W1 are also assigned to the stator coil 26 wound around the teeth 22.
- the coil U ⁇ b> 1 is wound around the first and second teeth 22.
- the coil V ⁇ b> 1 is wound around the fourth and fifth teeth 22.
- the coil W ⁇ b> 1 is wound around the 9th and 10th teeth 22.
- stator coil 26 is arranged as described above, so that the phase difference between the phases is not equal to 120 °. With such a configuration, an uneven phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- stator coil 26 is not wound around the teeth 22 other than the addresses described above. That is, the stator coils 26 are not wound around the third, sixth to eighth and eleventh to fifteenth teeth 22, and so-called empty teeth 22 exist. Thus, the presence of the empty teeth 22 facilitates the optimal layout for achieving the non-uniform phase arrangement of the stator coils 26.
- the present invention is not limited to the number of stator coils 26.
- the number of stator coils 26 may be less than the number 18 of all the teeth 22. Regardless of the configuration, the stator coil 26 provided on the tooth 22 and the output side are connected so that the phase difference between the phases becomes non-uniform, or a part of the stator coil 26 and the output are connected. By not connecting the sides, the non-uniform phase arrangement of the stator coil 26 can be realized.
- stator coil 26 In the embodiment shown in FIGS. 14, 15, 18, and 19, the case where the stator coil 26 is wound around two adjacent teeth 22 has been mainly described, but the present invention is not limited to this configuration. . If the non-uniform phase arrangement can be achieved, the stator coil 26 may be wound around a plurality of adjacent two or more teeth 22, for example, three, four, or six teeth 22. In the embodiment shown in FIGS. 14, 15, 18, and 19, the case where the number of teeth 22 is 48, 24, 18, and 15 has been described. The number is not limited to 48, but may be more than 48, less than 15, or a number between 15 and 48.
- the present invention is not limited to this configuration.
- a plurality of, for example, two N poles may be arranged in order, and then a plurality of, for example, two, S poles may be arranged in order.
- FIG. 20 shows a configuration of a rotor corresponding to the stator of FIG. 1 in another aspect.
- the permanent magnets 18 are arranged in the order of N, N, S, S, N, N, S, S.
- FIG. 21 shows a configuration of a rotor corresponding to the stator of FIG. 1 in another aspect.
- the permanent magnets 18 are arranged in the order of N, N, S, S, N, N, S, S... And the number of permanent magnets 18 is doubled, that is, 16. From 32 to 32.
- the rotational speed of the rotor 12 can be reduced and an output about twice that of the generator using the rotor 12 shown in FIG. 2 can be obtained.
- the arrangement of these permanent magnets 18, that is, the arrangement in which the same-polarity permanent magnets 18 are adjacent to each other, is the rotor 34 shown in FIG. 9, the generator shown in FIGS. 14, 15, 18, and 19 is also used. It can also be applied to.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
高効率発電機において、簡易な構造で、高出力化を図るとともに、小型化と省材料化を図ることができるようにする。 高効率発電機30は、入力軸16に固定され、周方向に永久磁石18を複数有するロータ12と、ロータ12に対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出するティース22に巻き回されたステータコイル26を有するステータ14とを備える。そして、ステータコイル26が不均等相配置になるように構成される。このような簡易な構成により、発電機10の高出力化、小型化および省材料化を図ることができる。
Description
本発明は、永久磁石を含むロータと、ステータコイルを含むステータとを有する高効率発電機に関し、特にステータの構造の改良に関する。
従来から、入力軸に固定されたロータと、このロータに対して間隔を空けて配置されたステータとを有する発電機が知られている。
発電機が永久磁石を用いた永久磁石型の発電機である場合、ロータは、このロータの周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に配置される永久磁石を有する。
一方、ステータは、ロータの永久磁石に対向するように突出して形成されたティースと、このティースに巻き回されたステータコイルとを有する。
このように構成される発電機においては、ロータの回転で発生する回転磁界と、ステータコイルとの間で働く電磁誘導作用によりステータコイルに電圧が誘起されて電流が流れ、発電が行われる。
発電機により発電される電力が3相交流である場合、通常、ステータコイルの数は、3m(mは正の整数)個となり、ステータコイルが周方向に例えばU,V,W相の順に並ぶように等間隔に配置される。しかも、ステータコイルは、各相で発生する起電力の大きさが同じで、それぞれ120°位相差があるような3相交流、すなわち対称3相交流の電力が取り出せるように配置される。上述のような、周方向に等間隔に配置することで、周方向に移動する永久磁石に対する反作用、すなわち逆トルクのムラを低減するステータコイルの配置構造を、以降、単にステータコイルの均等負荷配置構造という。そして、対称3相交流の電力を発電可能なステータコイルの配置構造を、以降、単にステータコイルの均等相配置構造という。
下記特許文献1には、軸方向に延びる孔が周方向に等間隔で複数形成され、それらの孔内に永久磁石をそれぞれ配置して構成されるロータを有する回転電機が記載されている。
また、下記特許文献2には、内周に永久磁石が配置された円筒状のロータと、このロータの内周に間隔をあけて設けられたステータとを有する3相交流発電機が開示されている。ステータは、径方向外側に突出するように設けられたティースと、このティースの巻き回されたステータコイルとを有する。この発電機においては、ロータの回転により発生する永久磁石とステータコイルとの電磁誘導作用により発電が行われる。
また、下記特許文献3には、円筒状の内周面に永久磁石が周方向に配置されたアウターロータと、このロータに内装され、周方向に突出して設けられるティースにステータコイルが巻き回されたステータとを有する永久磁石式の交流発電機が記載されている。
従来の3相交流発電機においては、上述のように、ステータコイルは均等負荷配置構造及び均等相配置構造である。このような構成で、ロータを1600、2000、3500または4000rpmなどの高速回転域で回転させることによって、対称3相交流の電力が発電され、発電機の出力仕様特性を満たすことができる。しかしながら、上述のような高速回転域においてロータを回転させると、当然に発熱が増大するので、発電機が損傷してしまう、又は寿命が短くなってしまう可能性がある。
そこで、ステータコイルの数を単に増加させ、ロータを1000rpm以下などの低速回転域で回転させることにより、上述のような発熱を抑制することが考えられる。しかしながら、従来の3相交流発電機の構成では、ステータコイルの磁気抵抗が強すぎ、また各永久磁石に対する逆トルクが各相で均等に加算されて増加してしまうので、ロータが回転しない、あるいはロータが所望の回転数を得ることができず、結果として、所望の出力を得ることができないという問題があった。
本発明の目的は、簡易な構造で、高出力化を図るとともに、小型化と省材料化を図ることができる高効率発電機を提供することにある。
本発明の高効率発電機は、入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出するティースに巻き回されたステータコイルを有するステータと、を備え、ステータコイルが不均等相配置になるように構成されることを特徴とする。
また、ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、各ティースに巻き回されるステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線されることが好適である。
また、ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、ティースに巻かれるステータコイルの数は、ティースの数より少なく、それらのステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線されることが好適である。
また、入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出する複数のティースにそれぞれ巻き回されたステータコイルを有するステータと、を備え、ステータコイルが不均等負荷配置になるように構成されることが好適である。
また、ステータコイルが、ステータの周方向に偏在するように配置されることができる。
また、あるティースに巻かれるステータコイルの線径が、他のティースに巻かれるステータコイルの線径と異なることが好適である。
また、あるティースに巻かれるステータコイルの巻き数が、他のティースに巻かれるステータコイルの巻き数と異なることが好適である。
また、ある永久磁石の磁力は、他の永久磁石の磁力と異なることが好適である。
また、入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出するティースを有するステータと、を備え、ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、ティースに巻かれるステータコイルは、その数がティースの数より少なくなるように配置されるとともに、不均等相配置になるように構成されることが好適である。
また、ステータコイルは、隣接する複数のティースに対して巻かれることができる。
また、それらのステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線されることが好適である。
本発明の高効率発電機によれば、簡易な構造で、高出力化を図るとともに、小型化と省材料化を図ることができる。
以下、本発明に係る高効率発電機の実施形態について、図を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る高効率発電機のステータの構成を示す図であり、図2は、図1のステータに対応するロータの構成を示す図である。
本実施形態に係る高効率発電機(以下、単に「発電機」と記す)10は、3相交流発電機である。発電機10は、ロータ12と、ステータ14を有する。ロータ12は、ステータ14の内周に間隔を空けて回転可能に配置される。
ロータ12は、入力軸16と同心の円筒状の磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。ロータ12は、入力軸16に同期回転可能に固定される。ロータ12には、図2に示されるように、永久磁石18が周方向に16個配置される。具体的には、永久磁石18が、ロータ12の周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に16個配置される。なお、永久磁石18の数は一例であり、永久磁石18の数は、2n(nは正の整数)個とすることができる。
なお、本実施形態においては、各永久磁石18は、ロータ12の外周面に、軸方向に沿ってそれぞれ配置される。しかし、この構成に限定されず、各永久磁石18は、ロータ12に軸方向に延びて形成された孔内にそれぞれ埋め込まれて配置されてもよい。また、本実施形態では、ロータ12が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ロータ12が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。
ステータ14は、ロータ12の周囲に僅かな隙間を空けて配置される。ステータ14は、入力軸16と同心の円筒形状をした磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。具体的には、ステータ14は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に所定の枚数積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。
なお、本実施形態においては、ステータ14が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ステータ14が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。
ステータ14は、環状のヨーク20と、このヨーク20の内周から径方向内側に向けて突出し、周方向に所定の間隔をおいて配置されたティース22とを有する。本実施形態のティース22は、図1に示されるように、周方向に24個配置される。なお、ティース22の数は一例である。
互いに隣接するティース22の間には、溝状の空間であるスロット24が形成される。導線が、スロット24を通りつつ、ティース22に巻きつけられることでステータコイル26(図3に示す)を形成する。
このように構成される発電機10においては、ロータ12の回転で発生する回転磁界と、ステータコイル26との間で働く電磁誘導作用によりステータコイル26に電圧が誘起されて電流が流れ、発電が行われる。
本実施形態の発電機10は、ステータコイル26が不均等相配置になるように構成されることを特徴とする。不均等相配置とは、対称3相交流ではない電力が発電されるようなステータコイル26の配置であり、従来技術で述べた均等相配置とは異なる構成である。このようなステータコイル26の不均等相配置を採用する発電機10は、均等相配置のものに比べ、回転するロータ12に対する反作用、すなわち各永久磁石18に対する逆トルクの増加が抑制されるので、ロータ12の回転数が増加して高出力化を図ることができる。以下、ステータコイル26の不均等相配置の具体的な構成について説明する。
図1には、U相のステータコイル26が巻かれるティース22に対して、右回りに、U1~U8までアドレスが順に付され、同様に、V相のステータコイル26が巻かれるティース22に対して、V1~V6までアドレスが付され、さらに、W相のステータコイル26が巻かれるティース22に対して、W1~W5までアドレスが付されている。なお、図1に示されるステータ14においては、ステータコイル26のアドレスが付されていないティース22が5個ある。
U相のステータコイル26では、コイルU1~U6及びU7~U8が、2相分のティース22を間においてティース22に巻き回され、コイルU6~U7が、3相分のティース22を間においてティース22に巻き回され、コイルU8~U1が、1相分のティース22を間において巻き回される。V相のステータコイル26において、コイルV1~V2,V3~V4及びV5~V6が2相分のティース22を間において、コイルV2~V3が5相分のティース22を間において、コイルV4~V5が6相分のティース22を間において、そして、コイルV6~V1が1相分のティース22を間において、それぞれティース22に巻き回される。さらに、W相のステータコイル26では、コイルW1~W2及びW3~W4が2相分のティース22を間において、コイルW2~W3が5相分のティース22を間において、コイルW4~W5が6相分のティース22を間において、そして、コイルW5~W1が4相分のティース22を間において、それぞれティース22に巻き回される。
従来例の発電機においては、各相のステータコイルは、2相分のティースを間においてティースに巻きつけられ、各相の間における位相差が120°で均等になるように配置される。しかし、本発明の発電機10においては、ステータコイル26が、上述のように、各相の間における位相差がそれぞれ120°の均等ではなく、少なくとも一部が不均等になるように配置される。このような構成により、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
また、図1に示されるように、ティース22の数24個より、ティース22に巻かれるステータコイル26の数19個の方が少ない。そして、それらのステータコイル26が、各相の間における位相差が不均等になるように配置される。このような構成によっても、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。このようなステータコイル26が周方向において等間隔に配置されない構造は、後述する不均等負荷配置に対応する。本発明では、このように、ステータコイル26の不均等相配置と不均等負荷配置を組み合わせることもできる。
本実施形態においては、ステータコイル26の数が19個である場合について説明したが、本発明はこのステータコイル26の数19個に限定されない。ステータコイル26は、19個より少なくてもよく、全てのティース22に対して巻かれて24個であってもよい。いずれの構成であっても、ティース22に設けられたステータコイル26と出力側とを、各相の間における位相差が不均等になるように結線し、あるいは、一部のステータコイル26と出力側とを結線しないようにすることで、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
次に、発電機10の出力回路について、図3を用いて説明する。本発明の発電機10の出力回路は、図3に示されるように、各相のステータコイル26、例えばコイルU1,U2,U3・・・U8の各出力端子と、これらに対応する整流回路28がそれぞれ接続され、それらの整流回路28の出力側において、同相のステータコイル26の出力が並列に接続されるように構成される。このような出力回路により、従来の出力回路である、Y結線またはΔ結線の3つの端子に整流回路をそれぞれ接続したものに比べ、各相の出力電流の増大を図ることができる。一方、この出力回路においては、従来の出力回路に比べ各相の出力電圧は低下する。しかし、上述のようにステータコイル26の不均等相配置により、従来例に比べ、ロータ12の回転数が増加するので、ステータコイル26ごとの高電圧化が図られる。したがって、本実施形態の発電機10とその出力回路との構成によれば、従来例に比べ、確実に高出力を得ることができ、特に、出力電力を、そのまま二次電池などの充電器へ充電するときに有用である。また、発電機10により発電された電力を、充電器へ充電する場合には、各ステータコイル26の出力端子と、これに対応する整流器28とをそれぞれ接続し、それらの出力側において、ステータコイル26の出力が並列に接続されるように構成される、すなわち単相出力方式により構成されることが好適である。
本実施形態においては、発電機10が、ロータ12がステータ14の内側に配置された内転式発電機である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ロータがステータの外側に配置される外転式発電機とすることもできる。
次に、別の実施形態の発電機30について、図4を用いて説明する。図4は、別の実施形態に係る高効率発電機のステータの構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、この実施形態のステータに対応するロータの構成は、図2と同じである。
この実施形態の発電機30は、ステータコイル26が不均等負荷配置になるように構成されることを特徴とする。不均等負荷配置とは、周方向に移動する永久磁石に対する反作用、すなわち逆トルクのムラが生じるようなステータコイル26の配置であり、従来技術で述べた均等負荷配置とは異なる構成である。このようなステータコイル26の不均等負荷配置を採用する発電機30は、均等負荷配置のものに比べ、回転するロータ12に対する反作用、すなわち各永久磁石18に対する逆トルクの増加が抑制されるので、ロータ12の回転数が増加して高出力化を図ることができる。以下、ステータコイル26の不均等負荷配置の具体的な構成について説明する。
この実施形態のステータコイル26は、ステータ14の周方向において偏在するように配置される。周方向に偏在とは、周方向における所定の領域に偏っているというである。ティース22が、図4に示されるように、入力軸16の中心から所定の角度(例えば120°)により囲まれる扇形の領域に偏在して9個配置される。そして、各ティース22には、図4に示されていないが、ステータコイル26がそれぞれ巻き回される。このように、ステータコイル26が周方向における所定の領域に偏って配置される。なお、ティース22及びステータコイル26の数9個は一例であり、本発明はこの数に限定されない。また、本実施形態においては、ティース22が偏在化して形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ティース22が周方向に等間隔で形成され、ステータコイル26が周方向において偏在するように、それらのティース22の一部に巻かれて配置されてもよい。
この実施形態におけるステータコイル26の相は任意に設定可能である。すなわち、各ステータコイル26に、それぞれ出力回路を接続した独立(単相)出力方式により出力電力を取り出すことができる。または、ステータコイル26が、周方向にU,V,W相の順に並ぶように等間隔に配置、すなわち均等相配置され、各相に、それぞれ出力回路を接続した3相交流出力方式により出力電力を取り出すこともできる。あるいは、ステータコイル26が、周方向において順不同にU,V,W相が並ぶように配置し、各相に、それぞれ出力回路を接続した3相交流出力方式により出力電力を取り出すこともできる。ステータコイル26ごとに出力端子が設けられ、この出力端子の結線方法を変更するだけでステータコイル26の相を任意に設定可能になるので、ステータ14の設計自由度が向上するとともに、出力電力の調整も容易になる。
このように、この実施形態においては、ティース22と、これに対応するステータコイル26とが、ステータ14の周方向に偏在するように配置される。従来例の発電機においては、周方向に等間隔に配置されるステータコイルが、周方向に移動する各永久磁石に対して所定の逆トルク、いわゆる負荷が等間隔ごとにかかるように配置されていた。しかし、この発明の発電機30においては、ステータコイル26が周方向に偏在するように配置されるので、各永久磁石は、周方向に移動する際にかかる負荷が均等ではなく、不均等になる。このように、周方向におけるステータコイル26の偏在化により、ステータコイル26の不均等負荷配置を実現することができる。
本実施形態においては、ステータコイル26の偏在化により、ステータコイル26の不均等負荷配置が構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。周方向における負荷が不均等になるのであれば、あるティース22に巻かれるステータコイル26の線径が、他のティース22に巻かれるステータコイル26の線径と異なるように構成されてもよい。さらに、あるティース22に巻かれるステータコイル26の巻き数が、他のティース22に巻かれるステータコイル26の巻き数と異なるように構成されてもよい。または、これらを組み合わせた構成であっても、ステータコイル26の不均等負荷配置を実現することができる。さらに、ロータ12に配置される、ある永久磁石18の磁力が、他の永久磁石18の磁力と異なるように構成することで、それらの永久磁石が、周方向に移動する際にかかる負荷が均等ではなく、すなわち不均等にすることもできる。
図4に戻り、この実施形態のステータ14は、入力軸16と偏心の円筒形状であることを特徴とする。具体的には、ステータ14の外周における中心と、入力軸16と同心である内周における中心とが異なる。このようなステータ14の構成は、周方向におけるステータコイル26の偏在化を図る際に、特に有用であり、ステータ14の小型化が図られる。この構成により、径方向におけるステータ14の長さが大きくなる領域が生じ、その領域に、ヨーク20の幅を確保しつつ、径方向により長いスロット24とティース22とを形成することができる。このように形成されるスロット24とティース22により、外径が同じ従来のステータに比べ、ティース22の1個あたりに巻きつけられる導線の巻き線数または線径の少なくとも一方をより大きくすることができ、ステータコイル26の容量の増大を図ることができる。また、線径の増大に伴い、巻き線の本数を少なく、例えば1本にすることでより大きな出力電流を得ることができる。また、本実施形態のステータ14と従来例のものが同じ外径である場合、上述のような、より大きく形成されるティース22には、従来例の周方向に等間隔で配置されたステータコイルで使用される長さの導線を、全て巻きつけることができる。
次に、この実施形態に係る発電機30の出力特性について、図5から7を用いて説明する。図5から7は、それぞれ、本発明の高効率発電機と従来例の発電機との出力特性の一例を示す図である。なお、図5から7において、従来例の出力回路は、Δ結線に整流器を介して負荷が接続されたものであり、本発明の出力回路は、図3と同じ構成のものを採用し、発電機30に、整流器28を介して負荷が接続されたものとする。この負荷は、100w/12Vのランプが3個で全て共通である。また、従来例と本発明に使用される永久磁石の数は、ともに16個で、着磁力も同じとする。
図5に示されるように、従来例は、巻き線のターン数が25T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×3本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が425rpm、出力電圧が0.21V、出力電流が4Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を50T、ステータコイル26の数を9個という条件に変えて測定した。この測定値は、ロータ12の回転数が925rpm、出力電圧が6.0V、出力電流が35Aであった。
図6では、従来例が、巻き線のターン数が35T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×1本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が474rpm、出力電圧が0.2V、出力電流が7Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を21T、ステータコイル26の数を9個、線径を1.1φ×1本という条件に変えて測定した。この測定値は、ロータ12の回転数が785rpm、出力電圧が2.2V、出力電流が18Aであった。巻き線が1本であることにより、そこに大きな電流が流れ、しかも線径を大きくすることで、出力電流をさらに大きくすることができる。
図7では、従来例が、巻き線のターン数が65T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×2本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が428rpm、出力電圧が0.37V、出力電流が1.5Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を56T、ステータコイル26の数を9個という条件に変えて測定した。この測定値は、ロータ12の回転数が935rpm、出力電圧が17V、出力電流が17Aであった。
これらの出力特性に示されるように、発電機30は、従来の発電機に比べ、ロータ12の回転数が増加し、高出力を得ることができた。すなわち、ステータコイル26が不均等負荷配置になるように構成することで、ロータ12の回転数が増加し、高出力化を可能にする。一方で、発電機30においては、従来例に比べてステータコイル26の数が削減されるので、省材料化を可能にする。
この実施形態においては、発電機30が、ロータ12がステータ14の内側に配置された内転式発電機である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ロータがステータの外側に配置される外転式発電機32とすることもできる。
この発電機32の構成について、図8,9を用いて説明する。図8は、別の実施形態の高効率発電機のステータの構成を示す図であり、図9は、図8のステータに対応するロータの構成を示す図である。なお、上述した二つの実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
発電機32は、中空の円筒形状のロータ34と、ロータ34の内周に間隔を空けて設けられたステータ36とを有する。ロータ34と入力軸16とは軸方向端部において同期回転可能に固定される。ロータ34の内周には、周方向に等間隔で永久磁石18が配置される。具体的には、永久磁石18が、ロータ34の周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に16個配置される。なお、永久磁石18の数は一例であり、永久磁石18の数は、2n(nは正の整数)個とすることができる。
この実施形態のステータ36は、入力軸16が貫通する中空の、入力軸16と偏心の円筒形状である。すなわち、ステータ36の外周における中心と、入力軸16と同心である内周における中心とが異なる。この構成は、上述の実施形態のステータ14と同様に、周方向におけるステータコイル26(図示せず)の偏在化を図る際に、特に有用であり、ステータ36の小型化が図られる。
次に、別の実施形態の発電機38について、図10を用いて説明する。図10は、別の実施形態に係る高効率発電機のステータの構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、この実施形態のステータに対応するロータの構成は、図9と同じである。
この発電機32は、ロータ34がステータ40の外側に配置される外転式発電機である。ステータ40は、入力軸16が貫通する中空の、入力軸16と同心の円筒形状である。すなわち、ステータ40の外周における中心と、入力軸16と同心である内周における中心とが同じである。
ステータ40は、環状のヨーク20と、このヨーク20の外周から径方向外側に向けて突出し、周方向に所定の間隔をおいて配置されたティース22とを有する。本実施形態のティース22は、図10に示されるように、周方向に24個配置される。なお、ティース22の数は一例である。互いに隣接するティース22の間には、溝状の空間であるスロット24が形成される。
図10には、ステータコイル26(図示せず)が巻かれるティース22に対して、右回りに22a~22iまでアドレスが順に付されている。具体的には、ティース22aを起点として、右回りに、1個のティース22を間において、順にティース22iまでアドレスが順に付されている。よって、ステータコイル26は、入力軸16の中心から所定の角度(例えば240°)により囲まれる扇形の領域に偏在して9個配置される。なお、この配置は一例であり、本発明はこの構成に限定されず、周方向におけるステータコイル26の偏在化が形成されるのであれば、ステータコイル26の数を9個より少なくても、あるいは多くてもよい。また、ステータコイル26が巻き回されるティース22の場所も限定されず、隣接するティース22に連続的に巻き付けても、2個のティース22を間においてもよい。
この実施形態におけるステータコイル26の相は、上述した実施形態と同様に、任意に設定可能である。すなわち、各ステータコイル26に、それぞれ出力回路を接続した独立(単相)出力方式により出力電力を取り出すことができる。または、ステータコイル26が、周方向にU,V,W相の順に並ぶように等間隔に配置、すなわち均等相配置され、各相に、それぞれ出力回路を接続した3相交流出力方式により出力電力を取り出すこともできる。あるいは、ステータコイル26が、周方向において順不同にU,V,W相が並ぶように配置し、各相に、それぞれ出力回路を接続した3相交流出力方式により出力電力を取り出すこともできる。ステータコイル26ごとに出力端子が設けられ、この出力端子の結線方法を変更するだけでステータコイル26の相を任意に設定可能になるので、ステータ40の設計自由度が向上するとともに、出力電力の調整も容易になる。
次に、この実施形態に係る発電機38の出力特性について、図11から13を用いて説明する。図11から13は、それぞれ、本発明の高効率発電機と従来例の発電機との出力特性の一例を示す図である。なお、図11から13において、従来例の出力回路は、Δ結線に整流器を介して負荷が接続されたものであり、本発明の出力回路は、図3と同じ構成のものを採用し、発電機38に、整流器28を介して負荷が接続されたものとする。この負荷は、100w/12Vのランプが3個で全て共通である。また、従来例と本発明に使用される永久磁石の数は、ともに16個で、着磁力も同じとする。
図11に示されるように、従来例は、巻き線のターン数が25T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×3本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が425rpm、出力電圧が0.21V、出力電流が7Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を50T、ステータコイル26の数を9個という条件に変えて測定した。この測定値は、ロータ34の回転数が438rpm、出力電圧が6.0V、出力電流が15Aであった。
図12では、従来例が、巻き線のターン数が35T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×1本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が178rpm、出力電圧が0.02V、出力電流が4.8Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を21T、ステータコイル26の数を8個、線径を1.1φ×1本という条件に変えて測定した。この測定値は、ロータ34の回転数が573rpm、出力電圧が15.7V、出力電流が18Aであった。
図13では、従来例が、巻き線のターン数が65T、ステータコイルの数が24個、線径が0.85φ×2本という条件である。この条件における測定値は、ロータの回転数が0rpm、すなわち回転せずに、出力電圧が0V、出力電流が0Aであった。一方、本発明では、従来例の条件から、巻き線のターン数を56T、ステータコイル26の数を6個という条件に変えて測定した。同じ入力にも関わらず、測定値は、ロータ34の回転数が935rpm、出力電圧が40V、出力電流が35Aであった。
これらの出力特性に示されるように、発電機38は、従来の発電機に比べ、ロータ34の回転数が増加し、高出力を得ることができた。すなわち、ステータコイル26が不均等負荷配置になるように構成することで、ロータ34の回転数が増加し、高出力化を可能にする。
次に、別の実施形態に係る高効率発電機のステータコイルの配置について、4つの図を用いて説明する。これらの図に用いられるステータには、ティース22が周方向に等間隔に配置されているものとする。しかし、これらの図においては、通常、周方向に配置されるティース22を、見易くするため、直線的に並び替えて表している。
図14は、48個のティース22を有するステータ14におけるステータコイル26の配置を示す図である。図示しないが、ロータの永久磁石18は、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に32個配置される。すなわち、周方向において隣接するN極とS極の永久磁石18の間隔は、周方向において隣接するティース14の間隔に対して1.5倍になるように、永久磁石18がロータに配置される。
図14には、ティース22に対して、左端から右端まで1~48のアドレスが順に付されている。そして、ティース22に巻かれるステータコイル26に対しても、U1~U4、V1~V4そしてW1~W4までアドレスが付されている。
具体的には、U相のステータコイル26では、コイルU1が1,2番のティース22に対して巻き回され、コイルU2が13,14番のティース22に巻き回され、コイルU3が25,26番のティース22に巻き回され、コイルU4が37,38番のティース22に巻き回される。V相のステータコイル26では、コイルV1が9,10番のティース22に対して巻き回され、コイルV2が21,22番のティース22に巻き回され、コイルV3が33,34番のティース22に巻き回され、コイルV4が45,46番のティース22に巻き回される。そして、W相のステータコイル26では、コイルW1が4,5番のティース22に対して巻き回され、コイルW2が16,17番のティース22に巻き回され、コイルW3が28,29番のティース22に巻き回され、コイルW4が40,41番のティース22に巻き回される。
従来例の発電機においては、各相のステータコイルの間における位相差が120°で均等になるように配置される。しかし、この実施形態においては、ステータコイル26が、上述のように配置されることにより、各相の間における位相差がそれぞれ120°の均等ではなくなる。このような構成により、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
そして、上述したアドレス以外のティース22には、ステータコイル26が巻き回されていない。すなわち、3,6~8,11,12,15,18~20,23,24,27,30~32,35,36,39,42~44,47,48番のティース22には、ステータコイル26が巻き回されず、いわゆる空きのティース22が存在することになる。このように、空きのティース22を存在させることにより、言い換えれば、ステータコイル26の数をティース22の数より少なくすることにより、ステータコイル26の不均等相配置を達成するための最適なレイアウトが容易になる。
本実施形態においては、ステータコイル26の数が12個である場合について説明したが、本発明はこのステータコイル26の数12個に限定されない。ステータコイル26は、全てのティース22の数48個より少なければよい。いずれの構成であっても、ティース22に設けられたステータコイル26と出力側とを、各相の間における位相差が不均等になるように結線し、あるいは、一部のステータコイル26と出力側とを結線しないようにすることで、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
次に、24個のティース22を有するステータ14におけるステータコイル26の配置について、図15を用いて説明する。図示しないが、ロータの永久磁石18は、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に16個配置される。すなわち、周方向において隣接するN極とS極の永久磁石18の間隔は、周方向において隣接するティース14の間隔に対して1.5倍になるように、永久磁石18がロータに配置される。
図15には、ティース22に対して、左端から右端まで1~24のアドレスが順に付されている。ステータコイル26は、1,2番のティース22と、4,5番のティース22と、7,8番のティース22と、10,11番のティース22と、13番のティース22と、15,16番のティース22と、18,19番のティース22と、21,22番のティース22に対してそれぞれ巻き回される。そして、上述したアドレス以外のティース22には、ステータコイル26が巻き回されていない。すなわち、3,6,9,12,14,17,20,23,24番のティース22には、ステータコイル26が巻き回されず、いわゆる空きのティース22が存在することになる。このように、空きのティース22を存在させることにより、上述したように、ステータコイル26の不均等相配置を達成するための最適なレイアウトが容易になる。
この実施形態におけるステータコイル26の相は、既に述べた実施形態と同様に、任意に設定可能である。すなわち、各ステータコイル26に、それぞれ出力回路を接続した独立(単相)出力方式により出力電力を取り出すことができる。または、ステータコイル26が、周方向において順不同にU,V,W相が並ぶように配置し、各相に、それぞれ出力回路を接続した3相交流出力方式により出力電力を取り出すこともできる。ステータコイル26ごとに出力端子が設けられ、この出力端子の結線方法を変更するだけでステータコイル26の相を任意に設定可能になるので、ステータ40の設計自由度が向上するとともに、出力電力の調整も容易になる。
図16,17に、図3とは異なる別の態様の出力回路の一例を示す。図16に示されるように、各相のステータコイル26が並列にそれぞれ接続され、それらの出力端子が各整流回路28にそれぞれ対応するように接続される。例えば、並列接続されたコイルU1,U2,U3の出力端子と整流回路28が接続され、並列接続されたコイルV1,V2,V3の各出力端子と整流回路28が接続され、並列接続されたコイルW1,W2,W3の各出力端子と整流回路28が接続される。このような出力回路により、従来の出力回路である、Y結線またはΔ結線の3つの端子に整流回路をそれぞれ接続したものに比べ、各相の出力電流の増大を図ることができる。また、この出力回路においては、発電時におけるロータ12に対する磁気抵抗が低下するので、ロータ12の回転数が増加し、結果としてステータコイル26ごとの高電圧化が図られる。図17には、各相のステータコイル26が並列にそれぞれ接続され、それらの出力端子が各整流回路28にそれぞれ対応するように接続されるデルタ結線が示される。このような構成にすることによっても、各相の出力電流の増大を図ることができる。なお、各相のステータコイル26の数は一例であり、この態様ではステータコイル26の数3個に限定されず、複数個あれば実現できる。また、各相のステータコイル26が複数ある場合、それらの出力端子がそれぞれ別の出力回路に結線され、所望の電力、すなわち直流電力と交流電力を同時に取り出せるように構成されてもよい。このような場合、この発電機を、三相交流電力と直流電力とを同時に必要とする装置、例えば電気自動車に搭載して使用することが好適である。
次に、18個のティース22を有するステータ14におけるステータコイル26の配置について、図18を用いて説明する。図示しないが、ロータの永久磁石18は、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に12個配置される。すなわち、周方向において隣接するN極とS極の永久磁石18の間隔は、周方向において隣接するティース14の間隔に対して1.5倍になるように、永久磁石18がロータに配置される。
図18には、ティース22に対して、左端から右端まで1~18のアドレスが順に付されている。そして、ティース22に巻かれるステータコイル26に対しても、U1、V1そしてW1のアドレスが付されている。
具体的には、U相のステータコイル26では、コイルU1が1,2番のティース22に対して巻き回される。V相のステータコイル26では、コイルV1が4,5番のティース22に対して巻き回される。そして、W相のステータコイル26では、コイルW1が9,10番のティース22に対して巻き回される。
この実施形態においては、ステータコイル26が、上述のように配置されることにより、各相の間における位相差がそれぞれ120°の均等ではなくなる。このような構成により、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
そして、上述したアドレス以外のティース22には、ステータコイル26が巻き回されていない。すなわち、3,6~8,11~18番のティース22には、ステータコイル26が巻き回されず、いわゆる空きのティース22が存在することになる。このように、空きのティース22を存在させることにより、ステータコイル26の不均等相配置を達成するための最適なレイアウトが容易になる。
本実施形態においては、ステータコイル26の数が3個である場合について説明したが、本発明はこのステータコイル26の数3個に限定されない。ステータコイル26は、全てのティース22の数18個より少なければよい。いずれの構成であっても、ティース22に設けられたステータコイル26と出力側とを、各相の間における位相差が不均等になるように結線し、あるいは、一部のステータコイル26と出力側とを結線しないようにすることで、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
最後に、15個のティース22を有するステータ14におけるステータコイル26の配置について、図19を用いて説明する。図示しないが、ロータの永久磁石18は、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に10個配置される。すなわち、周方向において隣接するN極とS極の永久磁石18の間隔は、周方向において隣接するティース14の間隔に対して1.5倍になるように、永久磁石18がロータに配置される。
図19には、ティース22に対して、左端から右端まで1~15のアドレスが順に付されている。そして、ティース22に巻かれるステータコイル26に対しても、U1、V1そしてW1のアドレスが付されている。
具体的には、U相のステータコイル26では、コイルU1が1,2番のティース22に対して巻き回される。V相のステータコイル26では、コイルV1が4,5番のティース22に対して巻き回される。そして、W相のステータコイル26では、コイルW1が9,10番のティース22に対して巻き回される。
この実施形態においては、ステータコイル26が、上述のように配置されることにより、各相の間における位相差がそれぞれ120°の均等ではなくなる。このような構成により、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
そして、上述したアドレス以外のティース22には、ステータコイル26が巻き回されていない。すなわち、3,6~8,11~15番のティース22には、ステータコイル26が巻き回されず、いわゆる空きのティース22が存在することになる。このように、空きのティース22を存在させることにより、ステータコイル26の不均等相配置を達成するための最適なレイアウトが容易になる。
本実施形態においては、ステータコイル26の数が3個である場合について説明したが、本発明はこのステータコイル26の数3個に限定されない。ステータコイル26は、全てのティース22の数18個より少なければよい。いずれの構成であっても、ティース22に設けられたステータコイル26と出力側とを、各相の間における位相差が不均等になるように結線し、あるいは、一部のステータコイル26と出力側とを結線しないようにすることで、ステータコイル26の不均等相配置を実現することができる。
図14,15,18,19に示された実施形態においては、主に、ステータコイル26が隣接する2個のティース22に対して巻かれる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。不均等相配置の達成が可能であれば、ステータコイル26が、隣接する2個以上の複数のティース22、例えば3個、4個または6個のティース22に対して巻かれても良い。また、図14,15,18,19に示された実施形態においては、ティース22の数が、48,24,18,15個である場合について説明したが、本発明はこれらのティース22の数に限定されず、48個より多くても、15個より少なくても、あるいは、15から48個の間の数であってもよい。
また、図14,15,18,19に示された実施形態においては、ロータの永久磁石18は、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように等間隔に配置される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。N極を複数個、例えば2個順に並べた後に、S極を複数個、例えば2個順に並ぶように構成することもできる。
図20には、別の態様の、図1のステータに対応するロータの構成が示されている。この態様のロータ12においては、永久磁石18が、N,N,S,S,N,N,S,S・・・の順に配列されている。このような構成にすることで、図2で示されるロータ12を使用した発電機より、約2倍の出力を得ることができる。また、図21には、別の態様の、図1のステータに対応するロータの構成が示されている。この態様のロータ12においては、永久磁石18が、N,N,S,S,N,N,S,S・・・の順に配列されているとともに、永久磁石18の数が2倍、すなわち16個から32個になっている。このような構成にすることで、図2で示されるロータ12を使用した発電機より、ロータ12の回転速度が低下して、約2倍の出力を得ることができる。これらの永久磁石18の配列、すなわち同極の永久磁石18を隣接させる配列は、図9に示されるロータ34であっても、図14,15,18,19に示される発電機も用いられるロータにも適用することができる。
10,30,32,38 高効率発電機、12,34 ロータ、14,36,40 ステータ、16 入力軸、18 永久磁石、20 ヨーク、22 ティース、24 スロット、26 ステータコイル、28 整流器。
Claims (11)
- 入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、
ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出するティースに巻き回されたステータコイルを有するステータと、
を備え、
ステータコイルが不均等相配置になるように構成される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項1に記載の高効率発電機において、
ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、
各ティースに巻き回されるステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項2に記載の高効率発電機において、
ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、
ティースに巻かれるステータコイルの数は、ティースの数より少なく、
それらのステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、
ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出する複数のティースにそれぞれ巻き回されたステータコイルを有するステータと、
を備え、
ステータコイルが不均等負荷配置になるように構成される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項4に記載の高効率発電機において、
ステータコイルが、ステータの周方向に偏在するように配置される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項4に記載の高効率発電機において、
あるティースに巻かれるステータコイルの線径が、他のティースに巻かれるステータコイルの線径と異なる、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項4に記載の高効率発電機において、
あるティースに巻かれるステータコイルの巻き数が、他のティースに巻かれるステータコイルの巻き数と異なる、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項4に記載の高効率発電機において、
ある永久磁石の磁力は、他の永久磁石の磁力と異なる、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 入力軸に固定され、周方向に永久磁石を複数有するロータと、
ロータに対して所定の間隔をもって相対し、その相対する方向に突出するティースを有するステータと、
を備え、
ティースが、ステータの周方向に等間隔に設けられ、
ティースに巻かれるステータコイルは、その数がティースの数より少なくなるように配置されるとともに、不均等相配置になるように構成される、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項9に記載の高効率発電機において、
ステータコイルは、隣接する複数のティースに対して巻かれる、
ことを特徴とする高効率発電機。 - 請求項9に記載の高効率発電機において、
それらのステータコイルが、各相の間における位相差が不均等になるように出力側に対してそれぞれ結線される、
ことを特徴とする高効率発電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/984,284 US20140001907A1 (en) | 2011-02-08 | 2012-02-07 | High-efficiency power generator |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011025380 | 2011-02-08 | ||
JP2011-025380 | 2011-02-08 | ||
JP2011-153950 | 2011-07-12 | ||
JP2011153950A JP4927226B1 (ja) | 2011-02-08 | 2011-07-12 | 高効率発電機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2012108401A1 true WO2012108401A1 (ja) | 2012-08-16 |
Family
ID=45490372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2012/052667 WO2012108401A1 (ja) | 2011-02-08 | 2012-02-07 | 高効率発電機 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140001907A1 (ja) |
JP (2) | JP4927226B1 (ja) |
CN (2) | CN202127310U (ja) |
TW (1) | TWI555306B (ja) |
WO (1) | WO2012108401A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014144540A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Flux Energy Systems, Llc | Electric motor |
CN112003391B (zh) * | 2020-08-20 | 2021-07-20 | 珠海格力电器股份有限公司 | 定子铁芯、磁悬浮轴承、电机 |
CN112994281B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-03-15 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电机定子和永磁同步电机 |
DE102021119832A1 (de) | 2021-07-30 | 2023-02-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine, Antriebsstrang mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08182280A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-12 | Okuma Mach Works Ltd | 電動機 |
JPH11252845A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-17 | Mitsuba Corp | 交流発電機 |
JP2000236651A (ja) * | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 回転電機 |
JP2001286114A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-10-12 | Toshiba Corp | 電動機及びエレベータ装置 |
JP2002252941A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-09-06 | Moric Co Ltd | 永久磁石型回転電機 |
JP2004023950A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Yaskawa Electric Corp | 永久磁石同期モータの電機子およびそれを用いた永久磁石同期モータ |
JP2007124733A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スピンドルモータ |
JP2010098939A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-30 | Yamaha Motor Electronics Co Ltd | 三相磁石式発電機および輸送機器 |
WO2010128674A1 (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Kinoshita Yukio | 回転電機を用いた駆動力発生機 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475051A (en) * | 1982-08-27 | 1984-10-02 | International Business Machines Corporation | Low inertia high torque variable reluctance motor |
JPH0545087Y2 (ja) * | 1989-07-07 | 1993-11-17 | ||
US5045742A (en) * | 1990-02-23 | 1991-09-03 | General Electric Company | Electric motor with optimum core dimensions |
US5313191A (en) * | 1990-11-26 | 1994-05-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Warning device for an electric vehicle |
US5723930A (en) * | 1995-01-05 | 1998-03-03 | Industrial Technology Research Institute | Stators incorporating blank winding slots for a permanent magnet brushless motor and method of winding thereof |
JPH10225028A (ja) * | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | 回転電動機 |
EP1217713B1 (en) * | 2000-12-20 | 2010-02-10 | Yamaha Motor Electronics Kabushiki Kaisha | Permanent magnet type rotor and permanent magnet type rotary electrical machine |
WO2003098781A1 (en) * | 2002-05-16 | 2003-11-27 | Mitsuba Corporation | Dynamo electric machine |
JP2005160143A (ja) * | 2003-11-20 | 2005-06-16 | Toyota Motor Corp | 回転電機の固定子 |
JP2005308027A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sony Corp | 自動平衡装置及び当該装置を搭載した回転装置 |
DE102004044701B4 (de) * | 2004-09-15 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Synchronmaschine |
US20060275155A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-12-07 | Robert Thibodeau | Rotational apparatus |
US7388311B2 (en) * | 2005-09-14 | 2008-06-17 | Ashman Technologies | Redundant windings with current limiting means for electric machines |
TWI343689B (en) * | 2006-12-28 | 2011-06-11 | Delta Electronics Inc | Permanent magnet rotary structure of electric machinery |
JP2010063283A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Toshiba Corp | 永久磁石形モータ |
JP5305887B2 (ja) * | 2008-12-18 | 2013-10-02 | 株式会社東芝 | 永久磁石式回転電機 |
CN202840703U (zh) * | 2011-07-12 | 2013-03-27 | 福杨久庆 | 高效率发电机 |
-
2011
- 2011-05-10 CN CN2011201525598U patent/CN202127310U/zh not_active Expired - Lifetime
- 2011-07-12 JP JP2011153950A patent/JP4927226B1/ja active Active
- 2011-12-19 JP JP2011276837A patent/JP5824349B2/ja active Active
-
2012
- 2012-02-06 TW TW101103747A patent/TWI555306B/zh active
- 2012-02-07 US US13/984,284 patent/US20140001907A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-07 WO PCT/JP2012/052667 patent/WO2012108401A1/ja active Application Filing
- 2012-07-12 CN CN201210241766XA patent/CN102891545A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08182280A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-12 | Okuma Mach Works Ltd | 電動機 |
JPH11252845A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-17 | Mitsuba Corp | 交流発電機 |
JP2000236651A (ja) * | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 回転電機 |
JP2001286114A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-10-12 | Toshiba Corp | 電動機及びエレベータ装置 |
JP2002252941A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-09-06 | Moric Co Ltd | 永久磁石型回転電機 |
JP2004023950A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Yaskawa Electric Corp | 永久磁石同期モータの電機子およびそれを用いた永久磁石同期モータ |
JP2007124733A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スピンドルモータ |
JP2010098939A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-30 | Yamaha Motor Electronics Co Ltd | 三相磁石式発電機および輸送機器 |
WO2010128674A1 (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Kinoshita Yukio | 回転電機を用いた駆動力発生機 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201242220A (en) | 2012-10-16 |
JP2012182969A (ja) | 2012-09-20 |
CN202127310U (zh) | 2012-01-25 |
JP2012182973A (ja) | 2012-09-20 |
TWI555306B (zh) | 2016-10-21 |
US20140001907A1 (en) | 2014-01-02 |
JP4927226B1 (ja) | 2012-05-09 |
CN102629810A (zh) | 2012-08-08 |
CN102891545A (zh) | 2013-01-23 |
JP5824349B2 (ja) | 2015-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4440275B2 (ja) | 三相回転電機 | |
WO2016132450A1 (ja) | 永久磁石式三相二重化モータおよび電動パワーステアリング装置 | |
US20120256514A1 (en) | Brushless synchronous motor | |
US20110018384A1 (en) | Motor | |
JP5542849B2 (ja) | スイッチドリラクタンスモータ | |
JP2010531130A (ja) | 12個のステータ歯と10個のロータ極とを有する同期モータ | |
JP6327803B2 (ja) | 大出力高効率単相多極発電機 | |
JP4927226B1 (ja) | 高効率発電機 | |
CN108631472B (zh) | 旋转电机以及定子绕组 | |
EP2536004B1 (en) | Stator of rotating electrical machine, and rotating electrical machine | |
JP2008252979A (ja) | アキシャルギャップ型回転機 | |
CN101262151B (zh) | 低速大转矩永磁无刷电机的分数槽绕组 | |
JP2015512241A (ja) | 電気機械 | |
JP2013197275A (ja) | 回転電機の励磁装置 | |
WO2012119307A1 (zh) | 一种三相永磁伺服电动机 | |
JP2016197941A (ja) | 回転電機 | |
JP2007306746A (ja) | 多相電動機 | |
JP2013198258A (ja) | 回転電機の励磁装置 | |
WO2022264588A1 (ja) | モータ | |
CN105191088A (zh) | 磁铁式发电机 | |
JP5869322B2 (ja) | 発電機 | |
JP2007306745A (ja) | 多相電動機 | |
WO2021019703A1 (ja) | 三相交流発電機 | |
JP5924913B2 (ja) | 発電機 | |
JP2015095996A (ja) | ステータ及びモータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12745237 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13984284 Country of ref document: US |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12745237 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |