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技術 発電機

出願人 成田技研株式会社
発明者 成田藤昭
出願日 2004年4月21日 (17年1ヶ月経過) 出願番号 2004-125404
公開日 2005年11月4日 (15年7ヶ月経過) 公開番号 2005-312173
状態 拒絶査定
技術分野 風車 電動機、発電機の巻線 電動機、発電機の外枠 永久磁石型同期機
主要キーワード 軸固定台 可動マグネット デルタ接続 固定コイル 水力発電機 外周枠 正面断面 マグネット側
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年11月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

発電機の発電効率を高める。

解決手段

軸固定台13には垂直方向主軸1が固定され、主軸1にはベアリング2を介して上部軸受9が回転可能に取りつけられている。上部軸受9の上部には回転羽根機構が取りつけられている。主軸1には基板11が固定され、基板11の下面にはコイル8が設けられている。基板11の上方には上部回転円盤4が上部軸受9に固定されており、回転円盤4には基板11側に可動マグネット6が取り付けられている。基板11の下方には下部軸受10により下部回転円盤5が回転可能に取り付けられ、下部回転円盤5にはコイル8側に可動マグネット7が設けられている。コイル8は回転円盤4,5が回転することによりマグネット6,7が移動して形成する軌跡と対向する位置に配置されている。

概要

背景

風力を利用して発電を行なう風力発電機としては、風力の方向に回転軸をもつプロペラ式のものと、風力の方向にほぼ直交する方向の回転軸をもつ縦型のものが知られている。このうちプロペラ式のものは一般には大型であり、発電機の回転軸とプロペラの回転軸の方向が直交しており、風力を発電機に伝達するための機構においてエネルギー損失を生じる。

本発明は縦型の発電機に関するものであるが、縦型発電機としては垂直方向に設けたシャフトにプロペラ又は羽を取り付け、シャフトにマグネットを固定し、そのマグネットの周辺部にコイルを配置することにより、マグネットが回転して生じる磁界の変化によって起電力を発生させるものが提案されている(特許文献1,2参照。)。
特開2001−99048号公報
特開平7−97977号公報

概要

発電機の発電効率を高める。軸固定台13には垂直方向に主軸1が固定され、主軸1にはベアリング2を介して上部軸受9が回転可能に取りつけられている。上部軸受9の上部には回転羽根機構が取りつけられている。主軸1には基板11が固定され、基板11の下面にはコイル8が設けられている。基板11の上方には上部回転円盤4が上部軸受9に固定されており、回転円盤4には基板11側に可動マグネット6が取り付けられている。基板11の下方には下部軸受10により下部回転円盤5が回転可能に取り付けられ、下部回転円盤5にはコイル8側に可動マグネット7が設けられている。コイル8は回転円盤4,5が回転することによりマグネット6,7が移動して形成する軌跡と対向する位置に配置されている。

目的

しかし、それらの発電機では羽根の回転軸の軸心ぶれによってマグネットとコイルが接触するのを避けるために、マグネットとコイルの間隔をある程度広く設定しなければならず、発電効率はよくない。
そこで、本発明は、発電効率を高めることを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

軸固定台に固定され動力を受ける方向に対してほぼ直交する方向に配置された主軸と、前記主軸に対してベアリングを介して回転可能に取りつけられた軸受と、動力を受ける羽根が取り付けられた回転軸が前記軸受の上部に前記主軸と同軸上に固定されている回転羽根機構と、発電機部と、を備え、前記発電機部は、前記主軸に直交する方向に前記主軸に固定された基板、その基板に設けられた固定コイル、前記主軸に直交する方向に前記軸受に固定された回転円盤、及びその回転円盤に設けられた可動マグネットを有し、前記マグネットが移動する軌跡と対向する位置に前記コイルが配置されていることを特徴とする発電機。

請求項2

前記回転羽根機構が固定されている前記軸受は前記主軸に沿って少なくとも2個のベアリングを備えている請求項1に記載の発電機。

請求項3

前記少なくとも2個のベアリングは互いに隙間をもって配置されている請求項2に記載の発電機。

請求項4

前記回転円盤には前記基板を挟んで対向する互いに平行な下部回転円盤が配置され、前記発電機部の下部にはベアリングを介して前記主軸に回転可能に支持された下部軸受が設けられており、前記回転円盤と前記下部回転円盤が一体化されているとともに、前記下部回転円盤にも前記コイルに対向する可動マグネットが設けられている請求項1から3のいずれかに記載の発電機。

請求項5

前記回転羽根機構が固定されている軸受から前記軸固定台までの間に前記主軸に沿って配置されている部材は、前記主軸に沿って互いに隙間なく積み上げられている請求項1,2又は4に記載の発電機。

技術分野

0001

本発明は風力又は水力により、固定されたコイルに対向して配置されたマグネットを回転させ、その回転磁界によりコイルに起電力を発生させる発電機に関するものである。

背景技術

0002

風力を利用して発電を行なう風力発電機としては、風力の方向に回転軸をもつプロペラ式のものと、風力の方向にほぼ直交する方向の回転軸をもつ縦型のものが知られている。このうちプロペラ式のものは一般には大型であり、発電機の回転軸とプロペラの回転軸の方向が直交しており、風力を発電機に伝達するための機構においてエネルギー損失を生じる。

0003

本発明は縦型の発電機に関するものであるが、縦型発電機としては垂直方向に設けたシャフトにプロペラ又は羽を取り付け、シャフトにマグネットを固定し、そのマグネットの周辺部にコイルを配置することにより、マグネットが回転して生じる磁界の変化によって起電力を発生させるものが提案されている(特許文献1,2参照。)。
特開2001−99048号公報
特開平7−97977号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、それらの発電機では羽根の回転軸の軸心ぶれによってマグネットとコイルが接触するのを避けるために、マグネットとコイルの間隔をある程度広く設定しなければならず、発電効率はよくない。
そこで、本発明は、発電効率を高めることを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0005

本発明は固定コイル可動マグネットを平面内で対向できるように配置し、回転羽根機構によって可動マグネットを回転させて回転磁界を発生させ、コイルに起電力を発生させる。

0006

すなわち、本発明の発電機は、軸固定台に固定され動力を受ける方向に対してほぼ直交する方向に配置された主軸と、前記主軸に対してベアリングを介して回転可能に取りつけられた軸受と、動力を受ける羽根が取り付けられた回転軸が前記軸受の上部に前記主軸と同軸上に固定されている回転羽根機構と、発電機部とを備えた発電機であり、前記発電機部は、前記主軸に直交する方向に前記主軸に固定された基板、その基板に設けられた固定コイル、前記主軸に直交する方向に前記軸受に固定された回転円盤、及びその回転円盤に設けられた可動マグネットを有し、前記マグネットが移動する軌跡と対向する位置に前記コイルが配置されていることを特徴とするものである。
前記回転羽根機構が固定されている前記軸受は前記主軸に沿って少なくとも2個のベアリングを備えていることが好ましい。

0007

前記少なくとも2個のベアリングは互いに隙間をもって配置されていてもよい。
前記回転円盤には前記基板を挟んで対向する互いに平行な下部回転円盤が配置され、前記発電機部の下部にはベアリングを介して前記主軸に回転可能に支持された下部軸受が設けられており、前記回転円盤と前記下部回転円盤が一体化されているとともに、前記下部回転円盤にも前記コイルに対向する可動マグネットが設けられていてもよい。

0008

また、前記回転羽根機構が固定されている軸受から前記軸固定台までの間に前記主軸に沿って配置されている部材は、前記主軸に沿って互いに隙間なく積み上げられていてもよい。

発明の効果

0009

本発明の発電機は、固定コイルと可動マグネットを平面内で対向できるように配置したので、簡単な構造で両者の接触面積を大きくすることができ、起電力を大きくすることができる。

0010

回転羽根機構が固定されている軸受が主軸に沿って少なくとも2個のベアリングを備えているようにすれば、主軸を片ける方向(横方向)に力を受けたときにベアリングが少なくとも2個あるために主軸に対して軸受け傾くことが出来ない。したがって、横方向の抗力が主軸、軸受及びそれらのベアリングの強度によって強化され、マグネットを取りつけている回転円盤に傾く力が伝わらないためにマグネットがコイルや基板と接触することが防がれ、そのような接触による破壊が防がれる。このように、簡単な構造で横方向の抗力を強化できて強風下でも安定して回転できる。

0011

それらの少なくとも2個のベアリングを互いに隙間をもって配置すれば、横方向に力に対する抗力がさらに強化される。
下部軸受を介して下部回転円盤を設け、下部回転円盤にも可動マグネットを設ければ、起電力が増す。

0012

回転羽根機構が固定されている軸受から軸固定台までの間に配置されている部材が互いに隙間なく積み上げられているようにすることにより、発電機の上部につける羽根の重量が直接下に伝わるようになり、羽根の重量が大きくなっても耐えることができるようになり、構造上無理がなくなる。

発明を実施するための最良の形態

0013

図1から図4に本発明の一実施例を示す。
図1は発電機部の垂直断面図、図2(A)は全体の正面図であり、図2(B)は(A)のA−A線位置における羽根の断面形状を表わしたものである。

0014

基台20に軸固定台13が固定され、軸固定台13には垂直方向、すなわち、風力により動力を受ける方向に対してほぼ直交する方向、に主軸1が配置されて固定されている。
主軸1にはベアリング2を介して上部軸受9が回転可能に取りつけられている。

0015

上部軸受9の上部には回転羽根機構が取りつけられ、その回転羽根機構で風力を受ける羽根17が取り付けられた回転軸18が上部軸受9の上部に主軸1と同軸上に固定されている。基台20にはこの発電機を安定に支持するための支持枠16が設けられ、支持枠16の上端部で例えばベアリングを介して回転軸18を回転可能に支持している。

0016

羽根17の断面形状は円筒の一部を切った曲線を向かい合わせたような形をしており、風がどの方向から来ても回転力を発生できる形状となっている。ただし、羽根17の形状はこれに限らず、どの方向からの風も受けることのできる形状であけばよい。

0017

主軸1にはベアリング2の下側に基板保持金具14が固定され、基板保持金具14には主軸1に直交する方向に基板11が取りつけられ、基板11の下面にはコイル8が設けられている。コイル8からの配線は主軸1内を通って外部に導かれている。

0018

基板11の上方には主軸1に直交する方向の上部回転円盤4が上部軸受9に固定されており、回転円盤4には基板11側に可動マグネット6が取り付けられている。
基板保持金具14の下側には、主軸1に下部ベアリング3を介して下部軸受10が回転可能に取りつけられており、下部軸受10には基板11の下方で主軸1に直交する方向に下部回転円盤5が固定されている。下部回転円盤5にはコイル8側に可動マグネット7が設けられている。

0019

上部回転円盤4と下部回転円盤5は外周枠12によって一体化されている。
コイル8は回転円盤4,5が回転することによりマグネット6,7が移動して形成する軌跡と対向する位置に配置されている。コイル8とマグネット6,7の配置についてさらに詳細に説明すると、マグネット6,7は図3(A)に示されるように円周に沿って16個が配列され、コイル8は図4(A)に示されるように12個が同心円状に配置されている。コイル8はX、Y、Zの3組に分けられ、図4(C)のようにデルタ接続されていることにより、三相交流が発電されるようになっている。

0020

マグネット6,7と基板11又はコイル8との間隔は狭い方が発電効率がよい。しかしあまり狭く設定すると回転円盤4,5が傾いたときに接触する可能性が高くなる。その間隔は回転円盤4,5の傾きの範囲を考慮して、数mm以下、例えば0.5mm程度に設定する。この間隔は、後で図6図7を参照して説明する実施例のように回転円盤4,5の傾きを抑えることができる場合には狭く設定して発電効率をより高めることができる。

0021

回転羽根機構が固定されている軸受9から軸固定台13までの間に主軸1に沿って配置されている部材、すなわち、軸受9、ベアリング2、基板保持金具14、下部ベアリング3及び軸固定台13、は主軸1に沿って互いに隙間なく積み上げられている。

0022

この実施例において、羽根17に風が当たると、軸受9を介して回転円盤4,5が回転し、それらの回転円盤4,5に取り付けられているマグネット6,7が回転して、その回転磁界によりコイル8に起電力が生じ、リード線により外部に取り出される。

0023

また、軸受9から軸固定台13までの間に配置されている部材が互いに隙間なく積み上げられているので、上からの重量がそれらの部材を介して下に伝わり、大きな重量に耐えることができる。
下部ベアリング3は必ずしも必要ではないが、防水対策と回転円盤5などの機械的寸法誤差を吸収してスムーズに回転させるために設けている方がよい。

0024

この実施例において、上部軸受9に取り付けられた羽根に強い風力が作用すると横方向の力が働く。このとき上部ベアリング2ではベアリングの性質上、図5に矢印で示されるように少し傾く方向に自由に動く。上部軸受9、上部回転円盤4、外周枠12、下部回転円盤5、下部軸受10及び下部ベアリング3へと力が伝わって横方向の力に対して抗力を発揮するが、その効力が十分でない場合には、上部ベアリング2が傾くと軸受9も傾き、回転しているマグネット7とコイル8、マグネット6と基板11が接触する可能性が出てくる。

0025

図6は横方向の力に対する抗力を高めた実施例を示したものである。図1の実施例と比較すると、主軸1に上部軸受9を支持する上部ベアリングが異なる。
すなわち、図6の実施例では、主軸1には主軸1に沿って2個のベアリング2a,2bを介して上部軸受9が回転可能に取りつけられている。ベアリング2a,2bは互いに密着した配置されている。他の構造は図1の実施例と同じである。

0026

この実施例においては、上部軸受9が横方向に力を受けても2個のベアリング2a,2bによって主軸1に力が逃げ、回転円盤4,5が傾くことが防止され、マグネット6,7と基板11やコイル8との接触が防止される。そのため、マグネット6,7と基板11又はコイル8との間隔をより狭く設定して発電効率を高めることができる。

0027

図6の実施例は上部軸受9のベアリング2a,2bを密着させて配置しているので、全体の高さを低くするのに適している。また、軸受9から軸固定台13までの間に配置されている部材が互いに隙間なく積み上げられているので、上からの重量がそれらの部材を介して下に伝わり、大きな重量に耐えることができる。

0028

図7はさらに他の実施例における上部軸受9とそのベアリング2a,2bを示したものである。
この実施例では、ベアリング2a,2bは互いに隙間をもって配置されている。このように、上部軸受9のベアリング2a,2bを、隙間をもって配置することにより、横方向に力に対する抗力がさらに強化される。その隙間は広い方が横方向に力に対する抗力が大きくなる反面、高さが高くなる。その隙間は使用するベアリングの外径寸法程度までが適当である。

0029

以上に示した実施例は風力発電機に本発明を適用したものであるが、上部軸受9に取り付けられる回転羽根機構を水力用羽根機構にすれば、水力発電機としても適用することができる。
なお、実施例では図示のように垂直方向に立てて配置して使用するように説明しているが、横向きに配置しても、下向きに配置しても使用することができる。

0030

本発明は風力発電機又は水力発電機として利用することができる。

図面の簡単な説明

0031

一実施例における発電機部近傍を示す垂直断面図である。
同実施例を示す図であり、(A)は正面図、(B)はそのA−A線位置における羽根の断面図である。
同実施例におけるマグネットの配置を示す図であり、(A)は回転円盤のマグネット側の平面図、(B)は回転中心とマグネット位置を示すための正面図である。
同実施例におけるコイルの配置を示す図であり、(A)は基板のコイル側の平面図、(B)は正面断面図、(C)はコイルの接続を示す結線図である。
同実施例における上部軸受のずれを示す断面図である。
他の実施例の発電機における発電機部近傍を示す垂直断面図である。
さらに他の実施例における上部軸受部を示す断面図である。

符号の説明

0032

1主軸
2,2a,2b 上部ベアリング
3 下部ベアリング
4 上部回転円盤
5 下部回転円盤
6,7可動マグネット
8コイル
9上部軸受
10下部軸受
11基板
12外周枠
13軸固定台
17回転羽根機構の羽根
18 回転羽根機構の回転軸
20 基台

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