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技術 発電機及びその調整方法

出願人 林厨
発明者 林厨
出願日 2019年3月22日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-055249
公開日 2020年9月24日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-156288
状態 未査定
技術分野 電動機,発電機と機械的装置等との結合 その他の軸受(磁気軸受、静圧軸受等)
主要キーワード 微調整ボルト 縦中央断面図 上回転体 デジタルスコープ ゼロセット 圧縮度合 シンクロスコープ 無接触状態
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

定性に優れ、調整し易い無接触軸受が設けられた発電機を提供する。

解決手段

発電機1は、第1マグネットリング30、及びこれに対して磁気により浮上する第2マグネットリング32を有する下無接触軸受6と、第3マグネットリング50、及びこれに対して磁気により浮上する第4マグネットリング52を有する上無接触軸受10と、前記下無接触軸受6及び前記上無接触軸受10により回転可能に支持される回転体72と、回転体72に固定される下マグネット40及び上マグネット66と、下マグネット40及び上マグネット66に対して隣接可能に設けられたコイル22と、を備えている。

概要

背景

従来の発電機として、下記特許文献1に記載のものが知られている。この発電機は、磁気浮上軸受を備えている。当該磁気浮上軸受は、N極の面として水平面及びそこから上方へ突出する傾斜面を有する凸型リングマグネットと、この凸型リングマグネットの上側に配置されており、N極の面として水平面及びそこから上方へ凹む傾斜面を有する凹型リングマグネットと、を1組備えている。

概要

定性に優れ、調整し易い無接触軸受が設けられた発電機を提供する。発電機1は、第1マグネットリング30、及びこれに対して磁気により浮上する第2マグネットリング32を有する下無接触軸受6と、第3マグネットリング50、及びこれに対して磁気により浮上する第4マグネットリング52を有する上無接触軸受10と、前記下無接触軸受6及び前記上無接触軸受10により回転可能に支持される回転体72と、回転体72に固定される下マグネット40及び上マグネット66と、下マグネット40及び上マグネット66に対して隣接可能に設けられたコイル22と、を備えている。

目的

本発明の主な目的は、安定性に優れた軸受を有する発電機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1マグネットリング、及びこれに対して磁気により浮上する第2マグネットリングを有する下無接触軸受と、第3マグネットリング、及びこれに対して磁気により浮上する第4マグネットリングを有する上無接触軸受と、前記下無接触軸受及び前記上無接触軸受により回転可能に支持される回転体と、前記回転体に固定されるマグネットと、前記マグネットに対して隣接可能に設けられたコイルと、を備えていることを特徴とする発電機。

請求項2

前記第1マグネットリング及び前記第2マグネットリングにおける第1対向面及び第2対向面は、何れも傾斜面であり、前記第3マグネットリング及び前記第4マグネットリングにおける第3対向面及び第4対向面は、何れも傾斜面であることを特徴とする請求項1に記載の発電機。

請求項3

更に、前記第1マグネットリングの位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する下軸受調整手段を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電機。

請求項4

前記コイルは、コイル支持体に固定されており、前記コイル支持体は、メインシャフトに固定されており、前記メインシャフトには、弾性体が保持されており、前記回転体は、弾性体により上方に付勢されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の発電機。

請求項5

更に、前記弾性体の付勢力を調整する付勢力調整手段が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の発電機。

請求項6

前記弾性体と前記回転体との間に、ボール介装されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の発電機。

請求項7

前記回転体は、レーザーセンサレーザーをそれぞれ受入可能な孔を上下に有しており、各前記孔は、前記コイル、及び前記コイルを支持するコイル支持体の少なくとも一方に向かっていることを特徴とする請求項1ないし請求項6の何れかに記載の発電機。

請求項8

無接触軸受によって回転可能に支持される回転体と、前記回転体に固定されるマグネットと、前記マグネットに対して隣接可能に設けられており前記回転体内に配置されているコイルと、を備えた発電機における、前記マグネットと前記コイルとのギャップを調整する方法であって、前記コイル、及び前記コイルを支持するコイル支持体の少なくとも一方について、前記回転体に対する距離を測定し、その距離に基づいて前記ギャップを調整することを特徴とする発電機の調整方法

請求項9

前記距離は、複数測定されることを特徴とする請求項8に記載の発電機の調整方法。

請求項10

前記回転体は、上下に孔を有しており、前記距離は、レーザーセンサにより各前記孔を通じて測定されることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の発電機の調整方法。

技術分野

0001

本発明は、風力発電水力発電バイオ発電太陽熱発電等に利用可能な発電機、及びその調整方法に関する。

背景技術

0002

従来の発電機として、下記特許文献1に記載のものが知られている。この発電機は、磁気浮上軸受を備えている。当該磁気浮上軸受は、N極の面として水平面及びそこから上方へ突出する傾斜面を有する凸型リングマグネットと、この凸型リングマグネットの上側に配置されており、N極の面として水平面及びそこから上方へ凹む傾斜面を有する凹型リングマグネットと、を1組備えている。

先行技術

0003

特開2018−174693号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記発電機では、凸型リングマグネット及び凹型リングマグネットが1組設けられるため、回転体の支持がこれらのマグネットの磁力のみで行われることとなり、安定性に向上の余地がある。
又、これらのマグネットを互いに無接触状態で対向させるための調整が困難である。
そこで、本発明の主な目的は、安定性に優れた軸受を有する発電機を提供することである。
又、調整し易い無接触軸受が設けられた発電機の調整方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

請求項1に記載の発明は、発電機において、第1マグネットリング、及びこれに対して磁気により浮上する第2マグネットリングを有する下無接触軸受と、第3マグネットリング、及びこれに対して磁気により浮上する第4マグネットリングを有する上無接触軸受と、前記下無接触軸受及び前記上無接触軸受により回転可能に支持される回転体と、前記回転体に固定されるマグネットと、前記マグネットに対して隣接可能に設けられたコイルと、を備えていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、上記発明にあって、前記第1マグネットリング及び前記第2マグネットリングにおける第1対向面及び第2対向面は、何れも傾斜面であり、前記第3マグネットリング及び前記第4マグネットリングにおける第3対向面及び第4対向面は、何れも傾斜面であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明にあって、更に、前記第1マグネットリングの位置及び姿勢の少なくとも一方を調整する下軸受調整手段を備えていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明にあって、前記コイルは、コイル支持体に固定されており、前記コイル支持体は、メインシャフトに固定されており、前記メインシャフトには、弾性体が保持されており、前記回転体は、弾性体により上方に付勢されていることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、上記発明にあって、更に、前記弾性体の付勢力を調整する付勢力調整手段が設けられていることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、上記発明にあって、前記弾性体と前記回転体との間に、ボール介装されていることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、上記発明にあって、前記回転体は、レーザーセンサレーザーをそれぞれ受入可能な孔を上下に有しており、各前記孔は、前記コイル、及び前記コイルを支持するコイル支持体の少なくとも一方に向かっていることを特徴とするものである。

0006

請求項8に記載の発明は、発電機の調整方法において、無接触軸受によって回転可能に支持される回転体と、前記回転体に固定されるマグネットと、前記マグネットに対して隣接可能に設けられており前記回転体内に配置されているコイルと、を備えた発電機における、前記マグネットと前記コイルとのギャップを調整する方法であって、前記コイル、及び前記コイルを支持するコイル支持体の少なくとも一方について、前記回転体に対する距離を測定し、その距離に基づいて前記ギャップを調整することを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、上記発明にあって、前記距離は、複数測定されることを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、上記発明にあって、前記回転体は、上下に孔を有しており、前記距離は、レーザーセンサにより各前記孔を通じて測定されることを特徴とするものである。

発明の効果

0007

本発明の主な効果は、安定性に優れた軸受を有する発電機が提供されることである。
又、調整し易い無接触軸受が設けられた発電機の調整方法が提供されることである。

図面の簡単な説明

0008

本発明に係る発電機の縦中央断面図である。
図1の上部拡大図である。
図1の発電機における下軸受載置部の下面図である。
調整手段が合わせて示された図2のE部拡大図である。
図4の調整手段の出力が模式的に示されるグラフである。

実施例

0009

以下、本発明に係る実施の形態の例、及び変更例が、適宜図面に基づいて説明される。
尚、当該形態は、下記の例及び変更例に限定されない。

0010

[構成等]
図1は、本発明に係る発電機1の縦中央断面図である。
発電機1は、上下方向に延びる円筒形状のメインシャフト2と、メインシャフト2に固定される水平な円盤状のコイル保持部4と、メインシャフト2に対して下無接触軸受6を介して回転可能に支持される下回転体8と、メインシャフト2に対して上無接触軸受10を介して回転可能に支持される上回転体12と、を備えている。
メインシャフト2は、基礎あるいは水力発電装置ベース等に対して、適宜柱脚14等を介して固定される。

0011

図2は、発電機1の上部拡大図である。
コイル保持部4は、エポキシ樹脂製の円盤状のコイル支持体20と、その外周部に固定された複数のコイル22とを備えている。尚、コイル22は、1個でも良い。
各コイル22は、上下方向の磁束が通過可能であるように、上下方向の中心軸周りで巻かれている。
複数のコイル22は、周方向に並べられている。
各コイル22は、コイル支持体20及びメインシャフト2内を通る引出導線L(ここでは3相)によって、図示されない出力部に電気的に接続されている。

0012

下無接触軸受6(粗調整)は、水平なリング状の永久磁石である第1マグネットリング30と、その上側に配置される、水平なリング状の永久磁石である第2マグネットリング32とを有する。

0013

第1マグネットリング30の上部はS極であり、第1マグネットリング30の下部はN極である。
第1マグネットリング30の上面(第2マグネットリング32に対する第1対向面30F)は、傾斜面となっており、水平面(平坦面)を備えていない。傾斜面は、径方向外方が高く、径方向内方に行くに従い低くなるものとされている。尚、傾斜面は、径方向外方が低く、径方向内方に行くに従い高くなるものとされていても良い。
第1マグネットリング30の下面は、水平面となっている。

0014

メインシャフト2には、上面の少なくとも一部に水平部を有する下軸受載置部34が固定されており、当該水平部に、第1マグネットリング30が載せられている。
図3にも示されるように、下軸受載置部34は、上下方向に延びる下粗調整ボルト36(下軸受調整手段)を、複数(3個)備えている。各下粗調整ボルト36は、周方向で等間隔に(120°毎に)配置されている。各下粗調整ボルト36は、下端部の頭部を回すことで、第1マグネットリング30の下面に接触可能な上端部の位置を調整可能である。第1マグネットリング30の上下位置、及び第1マグネットリング30の仮想的な水平面からの傾き(姿勢)は、各下粗調整ボルト36における上端部の位置の調整によって、調節可能である。各下粗調整ボルト36には、ナット37が入れられている。各ナット37は、調整後の下粗調整ボルト36をロックして、下粗調整ボルト36の位置を保持する。尚、下軸受調整手段は、第1マグネットリング30の位置及び姿勢の何れか一方のみを調整するものであっても良い。

0015

第2マグネットリング32の上部はN極であり、第2マグネットリング32の下部はS極である。尚、互いに対向する第1マグネットリング30の上部と第2マグネットリング32の下部とが反発し合うように互いに同極であれば良く、よって第1マグネットリング30の上部及び第2マグネットリング32の下部が、双方ともN極であっても良い。
第2マグネットリング32の下面(第1マグネットリング30に対する第2対向面32F)は、第1マグネットリング30の上面と同様な傾斜角を有する傾斜面となっており、水平面を備えていない。第1対向面30F及び第2対向面32Fは、傾斜面が互いに同等の傾斜角度を有するよう、誤差の極めて少ない精度の良好な状態で精密に加工されている。かような精密な加工は、第1対向面30F及び第2対向面32Fが傾斜面に加えて水平面を有する場合に比べると、水平面の加工及び精度出しを行う必要がないため、より簡単に行うことができる。又、第1対向面30F(傾斜面)における仮想的な水平面に対する角度θを調整することで、第2マグネットリング32に及ぼす磁力(反発力)の上下方向(鉛直方向)の分力の大きさを調整することができ、下回転体8及び上回転体12の重量に応じた下無接触軸受6が簡単に提供される。下回転体8及び上回転体12の重量と、上記角度θとの関係は、計算により求めることができる。
第2マグネットリング32は、下回転体8に固定されている。
第2マグネットリング32は、磁気により第1マグネットリング30に対して浮上し、無接触状態で第1マグネットリング30に回転可能に支持される(磁気浮上式)。

0016

下無接触軸受6とメインシャフト2との間には、円筒状の下スペーサ38が挿入されている。
下スペーサ38は、下軸受載置部34に載せられている。
下スペーサ38は、メインシャフト2、下無接触軸受6及び下軸受載置部34に対して固着されていない。

0017

下回転体8は、上向き皿状の円盤である。
下回転体8の周縁部内には、永久磁石である下マグネット40が、複数、周方向に並ぶように保持されている。尚、下マグネット40は、1個設けられても良い。
各下マグネット40は、上面を露出した状態で保持されている。
各下マグネット40は、所定の隙間(下ギャップGD)を置いて、各コイル22の下側を通過可能に、即ち各コイル22に隣接可能に配置されている。当該下ギャップGDは、下マグネット40とコイル22とが衝突しない範囲でなるべく小さいことが好ましく、例えば1mm(ミリメートル)前後である。
下回転体8の周縁部であって、各下マグネット40の径方向外側には、上下方向に延びる下孔42が、複数(3箇所)開けられている。各下孔42の上方には、コイル22の外周縁又はコイル支持体20の外周縁が位置しており、各下孔42は、コイル22又はコイル支持体20に向かっている。各下孔42は、常態では、図示されないネジによって塞がれている。着脱可能な蓋としてのネジにより、各下孔42からの雨水及び塵埃等の進入が防止される。

0018

上無接触軸受10(微調整)は、下無接触軸受6と同様に成り、水平なリング状の永久磁石である第3マグネットリング50と、その上側に配置される、水平なリング状の永久磁石である第4マグネットリング52とを有する。
第3マグネットリング50の上面である第3対向面50F、及び第4マグネットリング52の下面である第4対向面52Fは、傾斜面のみとなっており、互いに同極となっている。第3対向面50F及び第4対向面52Fは、傾斜面が同等の傾斜角度を有するよう、誤差の極めて少ない精度の良好な状態で精密に加工されている。
第3マグネットリング50は、コイル支持体20の上側に固定されている。
第4マグネットリング52は、上回転体12に固定されている。
第4マグネットリング52は、磁気により第3マグネットリング50に対して浮上し、無接触状態で第3マグネットリング50に回転可能に支持される(磁気浮上式)。
上無接触軸受10とメインシャフト2との間には、円筒状の上スペーサ58が、下スペーサ38と同様に挿入されている。

0019

上回転体12は、下向き皿状の円盤である。
上回転体12の中央部には、他の部分に対して更に上方に窪む窪み部8aが設けられており、窪み部8aに、第4マグネットリング52が嵌め込まれている。窪み部8aの径方向内方には、メインシャフト2の上端部が位置している。メインシャフト2の上端部内には、弾性体であるスプリング60が、上下方向に延びるように設けられている。スプリング60の上端部には、ボール62が設けられている。ボール62は、メインシャフト2の中心に配置されている。スプリング60は、下端部がメインシャフト2に対して固定されることで、上端部の下降によって圧縮され、上方へ付勢力を与える。
上回転体12の中心(回転中心)には、上下方向に延びる上微調整ボルト64(上軸受調整手段,付勢力調整手段)が設けられている。上微調整ボルト64の下端部は、ボール62に接触している。上微調整ボルト64は、上端部の頭部を回すことで、ボール62に対する上回転体12の位置を調整可能である。スプリング60の圧縮度合即ち付勢力の大きさ、及び第3マグネットリング50の第3対向面50Fと第4マグネットリング52の第4対向面52Fとの間隔は、上微調整ボルト64における下端部の位置の調整によって、調節可能である。上微調整ボルト64には、ナット65が入れられている。ナット65は、調整後の上微調整ボルト64をロックして、上微調整ボルト64の位置を保持する。
上微調整ボルト64は、上回転体12に入れられるため、上回転体12の一部とみることができる。ボール62は、上回転体12(上微調整ボルト64)とスプリング60との間に介装されている。

0020

上回転体12の周縁部内には、永久磁石である上マグネット66が、下マグネット40と同様に設けられている。
各上マグネット66は、下面を露出した状態で保持されている。
各上マグネット66は、所定の隙間(上ギャップGU)を置いて、各コイル22の上側を通過可能に、即ち各コイル22に隣接可能に配置されている。当該上ギャップGUは、下ギャップGDと同様であり、好ましくは下ギャップGDと同一値とされる。
各上マグネット66は、対応する下マグネット40と向かい合っており、これらの間において上下方向の磁場が発生している。
上回転体12の周縁部であって、各上マグネット66の径方向外側には、上下方向に延びる上孔68が、複数(3箇所)開けられている。各上孔68は、何れかの下孔42と対向するように配置されている。即ち、各上孔68と、対応する下孔42とは、上下方向の仮想的な同一の軸上で並べられている。各上孔68は、コイル22又はコイル支持体20に向かっている。
各上孔68は、常態では、着脱可能な蓋としてのネジ(図示略)によって塞がれている。

0021

下回転体8と上回転体12とは、それぞれの外周部において複数組設けられたボルト止め部に対してボルト70がそれぞれ通されることにより、互いに固定される。
よって、下回転体8及び上回転体12は、一体で回転する(回転体72)。

0022

[調整等]
下無接触軸受6における第1対向面30Fと第2対向面32Fとの隙間、及び上無接触軸受10における第3対向面50Fと第4対向面52Fとの隙間は、全体として一定でなければ、第1マグネットリング30に対して第2マグネットリング32が径方向の力を受けてずれを生じたり、第3マグネットリング50に対して第4マグネットリング52が径方向の力を受けてずれを生じたりする等、下無接触軸受6及び上無接触軸受10が無接触状態でうまく作動しない可能性がある。
そこで、発電機1の設置時(組立後)に、回転体72の下無接触軸受6及び上無接触軸受10による支持が、例えば次のように調整される(発電機1の調整方法)。

0023

即ち、上孔68及び下孔42のネジが外れた状態で、上孔68の上側にレーザーセンサAが設置され、下孔42の下側にレーザーセンサBが設置される(図4)。レーザーセンサAは、上孔68を通過するレーザーにより、自身からコイル22の上面あるいはコイル支持体20の上面までの距離に関する情報を出力するものである。レーザーセンサBは、下孔42を通過するレーザーにより、自身からコイル22の下面あるいはコイル支持体20の下面までの距離に関する情報を出力するものである。上孔68及び下孔42は、レーザーセンサA,Bのレーザーを受入可能である。レーザーセンサA,Bは、互いの出力を演算するために、情報を入出力可能な接続部Dによって接続されている。接続部Dあるいはこれに接続された機器において、レーザーセンサA,Bの出力の差分等が適宜演算される。レーザーセンサA,B及び接続部Dは、回転体72に対して径方向内方へ近づけることで取り付けられ、回転体72に対して径方向外方へ遠ざけることで取り外される。レーザーセンサA,B及び接続部Dは、上下方向において、測定位置における中心(コイル22,コイル支持体20からレーザーセンサA,Bが等距離となる位置)にセットされる(ゼロセット)。
レーザーセンサA,Bは、3箇所の上孔68及び下孔42に応じて、3組設置される。以下、レーザーセンサA,Bの各出力が順にA,Bとされる。尚、レーザーセンサA,Bは、1組若しくは2組、又は4組以上設置されても良い。又、レーザーセンサA,Bの何れか一方のみが設置されても良い。

0024

回転体72が3組のレーザーセンサA,Bと共に試験的に回転され、その際の双方の出力A,B及びコイル22の肉厚Cから、次に示される式(1)により、ギャップG(上ギャップGU,下ギャップGD)が算出される。
尚、好ましくは、コイル22(及びコイル支持体20)の厚みの公差は、±0.1mm以内とされる。

0025

0026

このようなギャップGは、3組のレーザーセンサA,Bにより3種演算される(ギャップG1,G2,G3)。これらのギャップG1〜G3は、回転体72の回転により、図5で示されるような時間変化となるところ、出力のピークが揃っていれば、全体として上ギャップGU及び下ギャップGDが一定となっている。
よって、かような出力を把握しながら、各下粗調整ボルト36が調整され、下無接触軸受6(第2マグネットリング32に対する第1マグネットリング30の位置及び姿勢)が調節される(粗調整,第1調整)。各下粗調整ボルト36の調整は、ギャップG1〜G3の出力の表示がなされたモニタを見た作業者により手動で行われても良いし、受信した当該出力に基づいて3つのボルト回し部(サーボ機構)を制御するロボットにより自動で行われても良い。
尚、粗調整は、2種以下あるいは4種以上のギャップにより行われても良いし、回転体72が静止している状態で行われても良いし、レーザーセンサA,Bの少なくとも一方が所定出力所定距離)を示すことに基づいて行われても良い。

0027

粗調整によりギャップG1〜G3のピークが所定程度以上に揃ったら、上微調整ボルト64の調整により上無接触軸受10等を調節する(微調整,第2調整)。当該微調整は、粗調整と同様に、手動あるいは自動で行われても良い。
回転体72の荷重は、上無接触軸受10及び下無接触軸受6、並びにスプリング60によって支持される。回転体72は、スプリング60の付勢力(反力)の分、軽くなる。上無接触軸受10及び下無接触軸受6、並びにスプリング60における支持する荷重の割合は、好ましくは上無接触軸受10及び下無接触軸受6:スプリング60=90:10、あるいはこの割合から95:5の割合までの間の割合である。又、好ましくは、上無接触軸受10及び下無接触軸受6が負担する荷重の比率は、1:1(同等)程度とされる。そして、好ましくは、かような割合がまかなえるように、第1〜第4マグネットリング30〜52の磁力、並びにスプリング60のバネ定数が選択される。
回転体72は、上微調整ボルト64のボール62に対する点接触により、一点のみの接触において支持される。
微調整は、ギャップG1〜G3の出力を例えばオシロスコープシンクロスコープデジタルスコープ、又はこれらのレコーダー等で把握しながら行われ、ギャップG1〜G3の波形における振幅(ピークの大きさ)が揃ったら(図5における一点鎖線の直線参照)、調整が完了する。ここでの出力は、粗調整の場合と同様に変更されても良い。
粗調整後において、各ナット37により下粗調整ボルト36がロックされ、微調整後において、各ナット65により上微調整ボルト64がロックされる。
尚、粗調整及び微調整は、繰り返し行われても良い。又、上述の粗調整及び微調整は、他の発電機にも適用可能である。被災後又メンテナンス時等において、上述の粗調整及び微調整が行われることが好ましい。

0028

[動作例等]
このような発電機1は、例えば次のように動作する。
回転体72には、例えば、風車又は水車からの回転力が、適宜方向変換及び増減速の少なくとも何れかを経て伝達される。発電機1は、風車と組み合わせられると風力発電装置となり、水車と組み合わせられると水力発電装置となる。
回転体72が回転すると、コイル保持部4の各コイル22が、各上マグネット66と下マグネット40との間に発生している磁場を相対的に通過し、各コイル22に起電力が生じる。当該起電力による電力は、上述の出力部から出力される。各上マグネット66及び各下マグネット40が各コイル22に近接しているため、当該電力は、効率良く生起され、発電機1のサイズに比して極めて大きなものとなる。尚、各コイル22は、鉄芯を備えず(コアレス)、よって各コイル22ひいては発電機1が軽量化される。

0029

回転体72は、上無接触軸受10及び下無接触軸受6によって回転可能に支持されるため、1つの軸受で支持される場合に比べて、より安定した回転が可能となっている。
又、回転体72は、各上マグネット66と各コイル22とのギャップGUが一定に調整され、又各下マグネット40と各コイル22とのギャップGDが一定に調整されているため、各上マグネット66及び各下マグネット40が各コイル22に隣接した状態であっても、コイル保持部4に衝突することなく、仮想的な水平面に対する振れがなく水平に安定して回転する。

0030

[効果等]
以上の発電機1は、第1マグネットリング30、及びこれに対して磁気により浮上する第2マグネットリング32を有する下無接触軸受6と、第3マグネットリング50、及びこれに対して磁気により浮上する第4マグネットリング52を有する上無接触軸受10と、前記下無接触軸受6及び前記上無接触軸受10により回転可能に支持される回転体72と、回転体72に固定される下マグネット40及び上マグネット66と、下マグネット40及び上マグネット66に対して隣接可能に設けられたコイル22と、を備えている。よって、下無接触軸受6及び上無接触軸受10により回転体72が安定して回転する発電機1が提供される。
又、第1マグネットリング30及び第2マグネットリング32における第1対向面30F及び第2対向面32Fは、何れも傾斜面であり、第3マグネットリング50及び第4マグネットリング52における第3対向面50F及び第4対向面52Fは、何れも傾斜面である。よって、下無接触軸受6及び上無接触軸受10が、対向面に水平面を含む場合に比べて容易に形成可能である。
更に、第1マグネットリング30の位置及び姿勢を調整する各下粗調整ボルト36を備えている。よって、発電機1は調整し易い下無接触軸受6を有するものとなり、又調整により回転体72の回転が十分に安定する。
又、各コイル22は、コイル支持体20に固定されており、コイル支持体20は、メインシャフト2に固定されており、メインシャフト2には、スプリング60が保持されており、回転体72は、スプリング60により上方に付勢されている。よって、発電機1における回転体72の回転が十分に安定する。
更に、スプリング60の付勢力を調整する上微調整ボルト64が設けられている。よって、発電機1は、微調整により調整し易い上無接触軸受10を有するものとなり、又微調整により回転体72の回転が十分に安定する。
又更に、スプリング60と回転体72との間に、ボール62が介装されている。よって、回転体72は、スプリング60に点接触し、略無接触で回転可能に支持されて、より安定して支持される。
又、回転体72は、レーザーセンサA,Bのレーザーをそれぞれ受入可能な各下孔42及び各上孔68を有しており、各下孔42及び各上孔68は、コイル22、又はコイル22を支持するコイル支持体20に向かっている。よって、回転体72がコイル22に対して極めて精度良く調整可能となり、かような調整により回転体72の回転が十分に安定する。

0031

加えて、以上の発電機1の調整方法は、下無接触軸受6及び上無接触軸受10によって回転可能に支持される回転体72と、回転体72に固定される下マグネット40及び上マグネット66と、下マグネット40及び上マグネットに対して隣接可能に設けられており回転体72内に配置されているコイル22と、を備えた発電機1における、下マグネット40及び上マグネット66とコイル22とのギャップG(GU,GD)を調整する方法であって、コイル22又はコイル22を支持するコイル支持体20について、回転体72に対する距離を測定し、その距離に基づいてギャップGを調整するものである。よって、下無接触軸受6及び上無接触軸受10により回転可能に支持された発電機1の回転体72が、十分に安定して回転可能に調整される。
又、前記距離は、複数(3箇所)測定される。よって、安定した回転のための下無接触軸受6及び上無接触軸受10の調整の精度が、より良好になる。
更に、回転体72は、各下孔42及び各上孔68を有しており、前記距離は、レーザーセンサA,Bにより各下孔42及び各上孔68を通じて測定される。よって、回転体72内にコイル22が配置されるような発電機1において、ギャップGが適切に調整可能となり、回転体72が十分に安定して回転可能に調整される。

0032

[変更例]
尚、上述の形態の例あるいは変更例を更に変更して成る、本発明の他の形態が次に例示される。
コイル保持部4は、回転体72と反対の方向に回転(反転)されても良い。
下マグネット40及び上マグネット66の何れか一方は、省略されても良い。
各種の永久磁石は、電磁石とされても良い。
レーザーセンサA,B以外の距離測定手段により、上述の距離が測定されても良い。

0033

本発明に係る発電機は、回転体が無接触軸受により支持されるため、回転体が浮上して支持されて無重力状態となり、トルクが従来の1/10〜1/20程度に大幅に低減可能となり、又軸受を潤滑するためのオイルは不要であり、摺動による摩擦及び摩耗が発生せず、メンテナンスフリーで半永久的に使用可能である。更に、無接触軸受が上下に設けられるので、無給油無重力状態で支持される回転体の回転が極めて安定する。よって、本発明に係る発電機では、従来の1/3〜1/5程度である毎分75回転での超低回転における作動が可能となり、河川流、海流あるいは潮流における水力発電装置、及び従来避けられていた風の弱い場所に設置される風力発電装置等に搭載して、自然エネルギーを利用して極めて効率良く長期的に発電することが可能となる。
又、無接触軸受における浮上のバランス点は非常にクリティカルであるところ、上述の各種調整手段及びギャップ調整の少なくとも何れか等により、当該バランス点を確保することが可能となり、無給油、無重力である無接触軸受による回転体の安定した回転が実現され、優れた効率及び動作安定性を有する発電機が提供される。

0034

1・・発電機、2・・メインシャフト、6・・下無接触軸受、10・・上無接触軸受、20・・コイル支持体、22・・コイル、30・・第1マグネットリング、30F・・第1対向面、32・・第2マグネットリング、32F・・第2対向面、36・・下粗調整ボルト(下軸受調整手段)、40・・下マグネット、42・・下孔(孔)、50・・第3マグネットリング、50F・・第3対向面、52・・第4マグネットリング、52F・・第4対向面、60・・スプリング(弾性体)、62・・ボール、64・・上微調整ボルト(上軸受調整手段)、66・・上マグネット、68・・上孔(孔)、72・・回転体、A,B・・レーザーセンサ、G(GU,GD)・・ギャップ。

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