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技術 永久磁石回転機及びその回転機を用いた気流型発電機

出願人 橋爪元春
発明者 橋爪元春
出願日 2008年10月6日 (11年5ヶ月経過) 出願番号 2008-280470
公開日 2010年4月22日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2010-094005
状態 未査定
技術分野 風車 電動機,発電機と機械的装置等との結合
主要キーワード 小ダクト 端ダクト 所定線 他方部材 円筒状ケーシング 環状列 非常階段 各発電ユニット
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(2010年4月22日)のものです。
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図面 (9)

課題

回転子及び固定子の双方に永久磁石を用いた回転機でありながら、回転効率が格段に向上することのできる技術を提供する。

解決手段

盤面が対向する円盤状固定子14と円盤状回転子10とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機である。円盤状固定子14と円盤状回転子10のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外2列となるように形成される。他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外2列の間に位置するように形成される。いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられる。各永久磁石は、いずれも各環状列軸線から傾斜して配置させ、そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させる。

概要

背景

モータ発電機に適用される回転機として、従来より種々の構造が提案されている(特許文献1〜3)。
特開2008−61333(図1) 特開2007−159170(図1、図5、図6) 特開2006−211739(図1) 特開2007−151364(0024〜0027段、0035段、図3及び図5) 特開2008−187758(0021段、図2)

概要

回転子及び固定子の双方に永久磁石を用いた回転機でありながら、回転効率が格段に向上することのできる技術を提供する。盤面が対向する円盤状固定子14と円盤状回転子10とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機である。円盤状固定子14と円盤状回転子10のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外2列となるように形成される。他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外2列の間に位置するように形成される。いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられる。各永久磁石は、いずれも各環状列軸線から傾斜して配置させ、そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

盤面が対向する円盤状固定子円盤状回転子とに、それぞれ永久磁石周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機であって、前記円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外2列となるように形成され、かつ他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外2列の間に位置するように形成されるとともに、いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられ、各永久磁石は、いずれも各環状列軸線から傾斜して配置させ、そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を、一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させることを特徴とする永久磁石回転機

請求項2

空気が流れる筒状体任意箇所に、ファンを回転させることで発電させる発電部を配置させた気流型発電機であって、前記発電部のファン回転軸に、請求項1の永久磁石回転機を接続させることを特徴とする、請求項1の永久磁石回転機を用いた気流型発電機。

技術分野

0001

この発明は、モータ発電機に適用される永久磁石回転機及びその適用例である気流型発電機に関する。

背景技術

0002

モータや発電機に適用される回転機として、従来より種々の構造が提案されている(特許文献1〜3)。
特開2008−61333(図1) 特開2007−159170(図1図5図6) 特開2006−211739(図1) 特開2007−151364(0024〜0027段、0035段、図3及び図5) 特開2008−187758(0021段、図2

発明が解決しようとする課題

0003

回転機の機構としては、固定子ステータ)及び回転子ロータ)のいずれにも永久磁石を用いる機構がもっとも簡易となるが、その反面、どうしても回転効率の向上が図れないという問題がある。

0004

この発明は、従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、固定子及び回転子の双方に永久磁石を用いた回転機でありながら、回転効率が格段に向上することのできる技術を提供し、あわせてその回転機を用いることで、低コストながら発電効率が格段に向上させることのできる発電機をも提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0005

このため、まず本願に係る永久磁石回転機は、
盤面が対向する円盤状固定子円盤状回転子とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機であって、
前記円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外2列となるように形成され、かつ
他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外2列の間に位置するように形成されるとともに、
いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、
他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられ、
各永久磁石は、いずれも各環状列軸線から傾斜して配置させ、
そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させることを特徴とする(請求項1)。

0006

上よりなる本願に係る回転機の構造を、永久磁石の配置を模式的に示した図1により詳細に説明する。同図では、説明の便宜上、各永久磁石の列を直線状としているとともに(上記構成上は、各盤の周方向に沿った環状)、回転子盤側の永久磁石と、固定子盤側の永久磁石の両方を同一平面上に表している(上記構成上は両盤が対向する関係)。なお、本発明が同図の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。

0007

同図において、内外(図では上下。以下同じ)の列b1とb2が、円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面に形成される永久磁石yの列であり、それらは相互に極性が異なる。列b1とb2の間に位置する列aは他方の部材の盤面に形成される永久磁石xの列であり、その内外に極性の異なるb1とb2の列が配置されることで、内外いずれか側の列に吸着作用が生じると同時に、他方側の列に対して反発作用が生じる。なお、他方の部材の盤面にaの列が複数形成される形態では、一方の部材の盤面には各aに対応する内外の列がそれぞれ形成されることになる。

0008

いずれの列a,b1,b2の永久磁石も平行四辺形状のものが用いられるが、他方の部材の盤面の永久磁石xが、一方の部材の盤面の永久磁石yよりも長片のものとなる。そして、いずれの永久磁石x,yも、図示状の列の軸線L1〜L3(上記構成では環状列の軸線)から傾斜して配置されるが、そのうち、他方の部材の盤面の永久磁石xについては、その鋭角の角部側を、一方の部材の盤面の永久磁石yの列b1,b2に向けて傾斜させる(角部のうち鋭角の角部が鈍角の角部よりも列b1,b2に近づくような傾斜となる)。

0009

このような永久磁石y,xの傾斜の配置によって、一方の部材の盤面の永久磁石yと他方の部材の盤面の永久磁石xとの間も所定の傾斜をもって対向することになるが、このような対向位置における傾斜は、回転子の回転効率を向上させる。このことは、特開2007−151364(特許文献4。特に、0024〜0027段、0035段、図2及び図5参照)や特開2008−187758(特許文献5)に示されるとおりであるが、本願発明はその作用のみを利用するものでなく、むしろ上記した永久磁石の列a,b1,b2による吸着と反発の同時作用と、さらに、次に説明する新規な作用とによる複合的作用を利用するものである。

0010

まず、各列a,b1,b2の永久磁石y,xがそれぞれの列で傾斜して配置されることで、列中の隣接する磁石相互y−y,x−x間隔を可能な限り詰めることができ、各列a,b1,b2の磁力を強めて、上記した磁力の吸着と反発作用を向上させることが可能となる。本発明では、各永久磁石y,xは平行四辺形状のものを用い、それを傾斜させるので、図示のように、各列a,b1,b2中の隣接する永久磁石相互y−y,x−xは対向する面がずれ、角部が対向する。角部は磁力が弱いこともあり、永久磁石相互y−y,x−xの間隔が狭い場合に生じる磁力相互の干渉が減少し(磁力相互の干渉が強いと却って磁力が低下するので所定の間隔をあける必要がある)、両者の間隔をより詰めることが可能となるものである。

0011

また、他方の部材の盤面の永久磁石xは、その内外に位置することになる一方の部材の盤面の永久磁石yより長片であり、またその傾斜は、鋭角部が一方の部材の盤面の内外に位置する列b1,b2に向くことなるが、この構成が回転子の回転効率をさらに向上させることになる。例えば、図1において、b1の列を反発側、b2の列を吸着側とすると、他の盤面の列aの永久磁石xは、対角の鋭角角部がそれぞれ列b1,b2に近づき、腹部が斜めになりながら、各列b1,b2の小さい磁石yに対面する。列b1の各磁石yは列aの磁石と距離が近ければ近くなるほど反発力が強くなり、逆に、列b2の各磁石yは列aの磁石と距離が近ければ近くなるほど吸着力が強くなるので、図示の例において、列b1,b2が固定子側とすると、回転子側となる列aの各磁石xは向かって右から左に進行することになる。ここで、列aの各磁石xが最も列b2の磁石yに近づいたとき、その磁力が強すぎると、それが回転を阻止する力として作用することになるが、列b2の磁石yは小片のものを配置していることに加え、列aの磁石xのうち、もっとも列b2の磁石に接近する部位が鋭角部となるので、最接近したときの磁力が弱まり、列b2の後続の複数の磁石yの吸着力による回転力が勝って、回転子の回転が続行することになる。

0012

このように、本願に係る種々の構成による作用が複合的に作用して、本発明に係る回転機は、その回転子の回転効率が格段に向上することになる。

0013

このため、このような回転機を発電機、例えば空気の流れでファンを回転させ、その回転力で発電する気流型発電機に用いれば、回転による発電効率を格段に向上させることができ有効となる。

0014

そこで、本願においては、空気が流れる筒状体任意箇所に、ファンを回転させることで発電させる発電部を配置させた気流型発電機であって、前記発電部のファン回転軸に、請求項1の永久磁石回転機を接続させることを特徴とする気流型発電機も提案する(請求項2)。

発明の効果

0015

以上説明したように、本願に係る回転機は、固定子と回転子に永久磁石を用いている構成であるにもかかわらず、回転効率が格段に向上するものとなる。

0016

それゆえ、その回転機を用いた気流型発電機は、低コストながら発電効率がきわめて良好となるという顕著な効果が認められる。

発明を実施するための最良の形態

0017

本願に係る発明の具体的実施形態例を図面に基づき説明する。なお、本願に係る発明が以下の形態例に限定されるものでないことは当然である。

0018

図2は本願に係る回転機が用いられた電動機の一形態例であり、全体概要を示す。図中、1は回転機、2は付加モータ部、3は発電部であり、これら各部位1〜3が、電動機の円筒状ケーシング4内に配置されている。該円筒状ケーシング4には、回転軸5が回転自在に挿通されている。

0019

回転機1は、前記回転軸5に固着されるロータ盤10と、円筒状ケーシング4内周面に固着されるステータ盤14とから構成される。ロータ盤10とステータ盤14は、図示のように、各盤面が相互に対向するように配置される。また本形態例では、ステータ盤14が2箇所に配置されるとともに、各ステータ盤14を挟むように、1のステータ盤14に対して2のロータ盤10が配置される。回転効率を向上させるために、ロータ盤10とステータ盤14の枚数をさらに増加させても良い。

0020

ロータ盤10は円盤状の不導体から形成され、図3(a)に示すように、その表面には、平行四辺形状の小片の永久磁石11,12が周方向に沿って配置され、環状の列11b,12bが形成される。該列は、内外2列(11bと12b)形成されるが、これは後述するステータ盤の列16aの数に応じて増加させても良い。内外2列11b,12bはそれぞれ極性が異なるように、各永久磁石11,12が配置される。また、各列11b,12bを形成する永久磁石11,12は、いずれも環状列の軸線L4,L5から傾斜して配置される。隣接する永久磁石同士11−11,12−12は図示のように、角部が対向部となり、その相互の隙間は磁力の強さにもよるが2〜5mm程度である。角部が対向しているので磁力の相互干渉緩和され、隙間が2〜5mmでも磁力に影響はない。また、裏面には、図3(b)に示すように、二重の輪とそれらを結ぶ所定線から形成される形状の導線13が貼付される。この導線13は、磁力線内の電磁誘導を生じさせることで、永久磁石による回転を促進させる。

0021

ステータ盤14も円盤状の不導体から形成され、その中央には、回転軸5を挿通させる孔15が穿設される。図4に示すように、その盤面上には、平行四辺形状の永久磁石16が周方向に沿って形成され、環状列16aが形成される。永久磁石16は、前記ロータ盤10の磁石11,12よりも約2.5倍の長さの長片のものが用いられる。列は、前記ロータ盤10が対向する状態で、その内外2列の前記列11b,12bの間に位置するように形成される。列16aを形成させる永久磁石16は、いずれも環状列の軸線L6から傾斜して配置されるが、その鋭角の角部を、前記ロータ盤10に形成される列11b,12bに向けて傾斜させる。なお、以上の説明からも明らかなように、本形態例では、磁石の配置について、ロータ盤10が前記一方部材(小片磁石で内外2列を形成等)、ステータ盤14が前記他方部材(長片磁石で1列を形成等)に該当する形態となっているが、ロータ盤10が他方部材、ステータ盤14が一方部材に該当する形態としてももちろん良い。

0022

付加モータ部2は、回転軸5に固着された強磁性体コア20と、円筒状ケーシング4内周面に固着される突極電磁石コイル21とからなるSRモータとなっており、外部電力によりコア20部が回転される。外部電力の一部は、後述する発電機部3から得る。

0023

発電部3は、回転軸5に固着されたリング型永久磁石30と、円筒状ケーシング4内周面に固着されたコイル31とから構成され、回転軸5の回転によって電気を得る。ここで発電した電気は、前記付加モータ部2の回転に供されるが、バッテリを備えさせて蓄電させたり、外部機器に利用させるものとしても良い。

0024

以上の電動機は、基本的には、外部電力によって付加モータ部2が動作し、回転軸5が回転することになるが、磁力による回転機1の動作によっても、回転軸5が回転する。上記したように、回転機1は、本願発明の回転機の作用により、回転効率が格段に向上するものとなっており、本形態例の電動機が必要な回転を得る際にも、付加モータ部2に要する外部電力はきわめて低量で済むものとなる。

0025

図5は、本願に係る回転機を用いた気流型発電機の一形態例であり、全体概要図を示す。図中、6は筒状体であるダクト、7は発電部であり、該発電部7は、ダクト6の中央のやや下部側に配置される。

0026

発電部7は、本形態例では、本願に係る回転機を含んだ発電ユニット70が上下に3個連なって構成される。
各発電ユニット70は、図6に示すように、箱形ケーシング71と、該ケーシング71内で非接触軸受72に支持される回転軸73と、その回転軸73に接続されるファン74、回転機75、発電機76とから構成される。
ファン74は、4枚の羽のものを上下に2段連ねて配置される。
回転機75は、前記形態例で用いたものと同様のロータ盤75aとステーター盤75bとが1対用いられ、ロータ盤75aは回転軸73に固着される一方、ステータ盤75bはケーシング71上面に固着され、両盤が相互に対向するように配置される。ロータ盤75aとステーター盤75bの磁石の配置構成は、前記形態例と同様なのでその説明を省略する。
発電機76は、回転軸73に固着される発電磁石76aと、ケーシング71に支持される発電コイル76bとから構成される。該コイル76bは、滑らかな回転を得るために鉄芯のないコアレスのものが用いられる。発電機76には、発生した電力を制御するための制御部(図示なし)も配置される。このような発電機76は、後述する上昇気流によるファン74の回転により、発電コイル76bに対して発電磁石76aを回転させ、それにより電気を得る。そして本形態例では、回転軸73に回転機75を接続したことによって、回転軸73の回転を付勢させ、発生電力をより増加させている。より多くの電気を得るために、発電ユニット70の個数をさらに増加させてもよいし、磁石歯車を採用してもよい。

0027

以上の発電ユニット70は、図7に示すように、それぞれダクト6の中心部よりやや右又は左寄りに交互に配置され、すべての発電ユニット70のファン74に効率的に気流を当てるようにしている。また、ダクト6内にはガイド板66が設置され、気流が発電部7にスムーズに向かうようにされている。

0028

ダクト6は、図5に示すように、二重管構造の複数の小ダクト連接されて、全体で直径30cm以上で長さ20m以上の1つの筒状体を形成している。ダクト6の内管外管板状体の結合部には、気流を通す小さな穴が設けられている。
各小ダクトは、上から、それぞれ先端ダクト部64、レギュラーダクト部60、ソーラヒート部61、ジョイントダクト部63、電気ヒート部62、吸入ダクト部65を形成しており、ソーラヒート部61とジョイントダクト部63との間に、前記発電部7が配置される。各ダクトの内管はアルミ又は銅製の管であり、その管内を上昇気流が流れ、前記発電部7のファン74を回転させ、発電部7の発電を生じさせる。

0029

レギュラーダクト部60は、加温して上昇する空気の熱を逃がさないように外管が断熱材により構成されている。ソーラヒート部61は、外管がガラスなどの熱を吸収する素材で構成される一方、内管に粉炭を塗布させて、太陽光の熱によって内管を暖め、内部の空気を上昇させる。電気ヒート部62は、外管が断熱材により構成される一方、内管にらせん状に電熱線巻き付けられ、該電熱線による内管の加温で内部空気を上昇させる。ソーラヒート部61と電気ヒート部62は、任意に個数及び設置場所を選択して良い。

0030

ジョイントダクト部63は、空気を取り込むためのダクトで、空気取り入れ口となる開口には、空気の逆流を防止するための逆流防止弁が設置される。また、開口に面した内壁にはガイド板が設けられている。

0031

先端ダクト部64は、図8に示すように、ダクト6内を上昇してきた気流を外部に排出するためのダクトで、空気の逆流防止防雨対策・気流排出対策のために、L字管が用いられ、排出口は水平方向に向くように設定される。また、排出を容易にするため、排出側に向かって排出口を広角に形成させている。先端ダクト64は、その下部のレギュラーダクト部60に対して回転自在に連接されるとともに、その排出口上部に、風を受けるフィン64aが設けられる。該フィン64aが風を受けることで、排出口が風下を向くように回転させ、排出口からの排出を無理なく行わせている。また、そのフィン64aの下にはそのフィン64aの下を通過する気流を上昇させるガイド板64bが設置され、それによる上昇気流に、排出口からの気流を巻き込ませて、ダクト6からの排出を一気に行わせている。側面には乱気流防止のため、側部フィン64cが設置される。

0032

吸入口ダクト部65の先端部は、空気を吸引し易くするため、空気接触面を広くし傾斜を設けてカットされる。吸入口付近の乱気流を防ぎ、気流を多く取り込むために吸入口にフィンが設置される。

0033

以上の気流型発電機によれば、ダクト6内に効率的に上昇気流が流れることになり、発電部7のファン74が効率的に回転することに加え、回転機6による回転付勢によって、きわめて効率的に発電されることになる。しかも、上昇気流を促進させるヒータとしてソーラを用い、一方回転機75は磁力を用いる構成なので、ランコストもきわめて低廉で済み、環境にもきわめて優しい構成となっている。

0034

以上のような形態例において、ダクト6を立てかけて設置できる場所が確保できれば、住宅・工場ビルマンション等の壁面の他、狭い場所でも簡単に取り付けることができる。特に高層建物では、ダクトが長く上昇気流が多く発生するので発電量が多くなる。建物関係では、ビル冷却機送風エレベータの上下風・非常階段排気口等の気流が発生する場所でも活用できる。また、農業用ハウス等の高温の空気が発生する場所の上昇気流を取り込むことによって、冷暖房装置にも活用できる。さらには、照明灯街路灯ネオン信号機交通案内板のダクトをパイプに変えて中空状態とし、気流発電機を設置させることによって、電力を節減することができる。また、上昇気流を利用しない構成とすることもでき、例えばダクトに前記発電部7だけを設けた構成を、自動車電車船舶航空機等に取り付けても良い。なお、気流が発生していないときは、発電できないため、現在使用されている方法の補助として使用したり、バッテリーを備えさせて蓄電させてもよい。

0035

本願に係る発明は、電動機や発電機として適用可能である。

図面の簡単な説明

0036

本願に係る回転機の永久磁石の配置とその作用を説明するための模式図である。 本願に係る回転機が用いられた電動機の具体的形態例を示し、装置の概要を示した側面図である。図2の形態例におけるロータ盤を示し、(a)は表面、(b)は裏面の説明図である。図2の形態例におけるステータ盤を示した説明図である。 本願に係る気流型発電機の具体的形態例を示し、装置の概要を示した側面図である。図5の形態例における発電部の内部構造を示した説明図である。図5の形態例における発電部の側面図であり、発電ユニットの配置状態を示す図である。なお、発電ユニットのみ平面から見た図となっており、また発電ユニットはファンの部分を示している。図5の形態例における先端部を示した斜視図である。

符号の説明

0037

1回転機
6ダクト(筒状体)
7発電部
10ロータ盤(回転子)
11,12永久磁石
11b,12b環状列
14ステータ盤(固定子)
16 永久磁石
16a 環状列
73回転軸
74ファン
75 回転機

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