JPH03273858A - リニア発電機 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、リニア発電機に関する。

（従来の技術） 従来のリニア発電機として、米国特許明細書第４．３４
９，７５７号に記載されるものがある。

このリニア発電機は、固定鉄心と、該固定鉄心に軸方向
に直列に巻回した複数個のコイルを有する固定子と、該
固定子に所定の隙間を有して対向して配されると共に軸
方向に直列に且つ隣接同志で逆極性に配され、軸方向へ
往復動する複数個の永久磁石からなる可動子とを備え、
永久磁石１個の軸長を可動子の往復動ストローク及び複
数個のコイルの隣合う各コイル間の軸長と同等にすると
共に、固定子の軸長を可動子の軸長と該可動子の往復動
ストロークとの和と同等にしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記した従来のリニア発電機においては、可動子の駆動
周波数と同じ周波数の出力しか得ることができない。こ
れは、回転機の２極の発電機に相当する。

しかしながら、当該リニア発電機の駆動源としてスター
リングエンジンを用いた場合等では、エンジンの特性か
ら可動子の駆動周波数が商用周波数である５０．６０Ｈ
ｚよりも低い１例えば３〇七程度となる場合があり、上
記した従来のリニア発電機では商用周波数の電気出力（
起電力）が得られないという問題があった。

そこで本発明は、当該リニア発電機において、可動子の
駆動周波数の所定数倍の電気出力（起電力）を得ること
を、その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた手段は、当
該リニア発電機を、固定鉄心及び該固定鉄心に軸方向に
直列に巻回した複数個のコイルを有する固定子と、該固
定子に所定の隙間を有して対向して配されると共に軸方
向に直列に且つ隣接同志で逆極性に配される少なくとも
２個以上の偶数個の永久磁石からなり、軸方向へ往復動
する可動子とを備え、前記永久磁石１個の軸長を前記複
数個のコイルの隣合う各コイル間の軸長と同等にすると
共に、前記固定子の軸長を前記永久磁石の個数と所定数
との和と前記各コイル間の軸長との積と同等にした構成
とすることである。

または、当該リニア発電機を、固定鉄心及び該固定鉄心
に軸方向に直列に巻回した複数個のコイルを有する固定
子と、該固定子に所定の隙間を有して対向して配される
と共に軸方向に直列に且つ隣接同志で逆極性に配される
少なくとも３個以上の複数個の永久磁石からなり、軸方
向へ往復動する可動子とを備え、前記永久磁石の内の両
端に配される前記永久磁石１個の軸長を前記複数個のコ
イルの隣合う各コイル間の軸長の１／２と同等にし且つ
、残りの前記永久磁石１個の軸長を前記複数個のコイル
の隣合う各コイル間の軸長と同等にすると共に、前記固
定子の軸長を前記可動子の軸長と、前記各コイル間の軸
長と所定偶数の積との和と同等にした構成とすることで
ある。

（作用） 永久磁石により発生する磁束の磁路が、可動子と固定子
の相対的変位により変化し、コイルに鎖交する磁束量が
変化し、コイルに電圧を誘起する。そして、可動子と固
定子との相対的変位速度に比例した電圧が得られ、正弦
波状の速度で駆動すれば交流出力が得られる。

また、従来のリニア発電機においては、第８図に示すよ
うに可動子の一往復動によって磁束鎖交数Φ、磁束の変
化量ｄΦ／　ｄ　ｘが変化して、可動子の駆動周波数と
同じ周波数の出力電圧■しか得ることかできないが、上
記した手段によれば第３図に永久磁石の個数が２個で、
所定数が２の場合を示すように、可動子の駆動周波数の
２倍の周波数の出力電圧が得られる。

（実施例） 以下、本発明に従ったリニア発電機の実施例を説明する
。

第１図及び第２図において、図示しないスターリングエ
ンジンの往復動するロッドに結合されるシャフト１０は
、ヘアリング１１．１２を介してホルダー１３に軸方向
に往復動可能に支承されている。尚、シャフト１０．ヘ
アリング１１．１２及びホルダー１３は非磁性体で構成
されている。

シャフトｌＯには、本実施例においては環状の鉄心１５
が介装されており、該鉄心１５を介して２個の環状の永
久磁石１６．１７が並置されている。永久磁石１６．１
７は逆極性に配されており、シャフト１０及び鉄心１５
とで本発明における可動子１４を構成している。

ホルダー１３．１４間には、周方向に積層されて環状を
呈する固定子鉄心１９と該固定子鉄心１９に環状に巻回
され直列に配される３個のコイル２０．２１．２２とか
らなる環状の固定子１８が永久磁石１６．１７に対して
所定の間隙を有して介装されている。尚、固定子１８の
外周上にはハウジング２３が嵌合されている。

しかして本実施例においては、永久磁石１個の軸長を各
コイル２０，２１．２２の隣合う各コイル２０，２１．
２２間のピッチＰと同等にし、可動子（永久磁石）１４
の軸長Ｌ１及び固定子１８の軸長Ｌ２を次の式で表され
る関係としている。

ＬＬ＝Ｎ−Ｐ。

Ｌ２＝　（Ｎ＋Ｘ）　　・Ｐ　−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−（１）尚、上記（１）式でＮは永久
磁石の個数を示し、Ｘは可動子１４の駆動周波数に対す
る周波数変換倍数を示し、本実施例においてＮ及びＸは
共に２である。

かかる構成の本実施例によれば、図示しないスターリン
グエンジンのロッドによりシャフト１０が往復動すると
、永久磁石１６．１７により発生する磁束の磁路が、可
動子１４と固定子１８の相対的変位により変化して、第
３図に可動子１４が一往復動じた時にリニア発電機の特
性を示すように、各コイル２０，２１．２２に鎖交する
磁束Φが変化し、各コイル２０，２１．２２に電圧が誘
起されて可動子と固定子との相対的変位速度に比例した
且つ可動子１４の駆動周波数の２倍の周波数の出力電圧
■が得られる。ここで、出力電圧Ｖは、Ｖ＝Ｎ−ｄΦ／
　ｄ　ｘ　−ｖで表される。尚、Ｎはコイルの巻数、ｄ
Φ／　ｄ　ｘは磁束の変化量（Ｗｂ／ｍ）、ｖは可動子
１４の速度で、可動子１４を正弦波状の速度で駆動すれ
ば交流出力が得られる。

第４図は、本発明の別の実施例を示し、この例において
は、周方向に積層されて環状を呈する固定子鉄心２９と
該固定子鉄心２９に環状に巻回され直列に配される５個
のコイル３０，３１，３２．３３．３４とからなる環状
の固定子２８と、該固定子２８内に環状の隙間を形成し
て嵌挿される環状の固定子３５を備えており、該環状の
隙間内に可動子を構成する４個の環状の永久磁石３６゜
３７．３８．３９が直列に且つ両固定子２８．３５間に
夫々隙間を有して往復動可能に遊嵌されている。この実
施例においては、その他の構成は上記した第１図及び第
２図に示した実施例であり、同様に、可動子を往復動さ
せることにより、可動子の駆動周波数の２倍の周波数の
出力電圧を得ることができる。

第５図は、本発明の別の実施例を示し、上記した第４図
の実施例と同様に配される固定子１２８．１３５間に往
復動可能に遊嵌される４個の永久磁石４０，４１，４２
．４３の両端に位置される永久磁石４０．４３の軸長を
、各コイル１３０゜１３１．１３２，１３３，１３４の
隣合う各コイル１３０，１３１，１３２，１３３，１３
４間のピッチＰの１／２と同等にし、両端に位置されな
い永久磁石４１．４２の軸長をピッチＰと同等にし、可
動子（永久磁石）の軸長Ｌ１及び固定子１２８．１３５
の軸長Ｌ２を次の式で表される関係としている。

Ｌ１＝（Ｎ−１）　　・Ｐ Ｌ２＝　（Ｎ−１＋Ｘ）　　・Ｐ　−−−−−−−−・
−−−−−−−−（２）尚、上記（２）式でＮは永久磁
石の個数を示し、Ｘは可動子の駆動周波数に対する周波
数変換倍数を示し、本実施例においてはＮ＝４．Ｘ＝２
である。

本実施例においても、同様に可動子を往復動させること
により、可動子の駆動周波数の２倍の周波数の出力電圧
を得ることができる。

第６図は、本発明の更なる別の実施例を示し、この実施
例においては、第４図と同様に配される固定子２８．３
５間に、直列に２個配される永久磁石５０．５１からな
る可動子を往復動可能に遊嵌している。本実施例におい
ては、可動子（永久磁石）の軸長Ｌ１及び固定子２８．
３５の軸長Ｌ２を上記（１）式で表される関係としてお
り、可動子（永久磁石）をある駆動周波数で往復動させ
ると、第７図に示すように、可動子が１往復動すること
により、磁束鎖交数Φ、磁束の変化量ｄΦ／　ｄ　ｘが
変化し、駆動周波数の４倍の周波数の出力電圧Ｖを得る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、商用周波数の１／２．１／３のエンジ
ン運転周波数で商用周波数の電気出力を得ることができ
る。また、これにより、周波数変換機として当該リニア
発電機を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ったリニア発電機の一実施例を示す
断面図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ断面図、第３図
は第１図に示す実施例における可動子の１往復動に対す
る磁束鎖交数Φ、磁束の変化量ｄΦ／　ｄ　ｘ及び出力
電圧■の関係を示す特性図、第４図、第５図及び第６図
は本発明の別の実施例を示す断面図、第７図は第６図に
示す実施例における可動子の１往復動に対する磁束鎖交
数Φ、Ｍ１束の変化量ｄΦ／　ｄ　ｘ及び出力電圧■の
関係を示す特性図、第８図は従来のリニア発電機におけ
る可動子の１往復動に対する磁束鎖交数Φ、磁束の変化
量ｄΦ／　ｄ　ｘ及び出力電圧Ｖの関係を示す特性図で
ある。 １０・・・シャフト、１４・・・可動子、１５・・・可
動鉄心、１６．１７・・・永久磁石、１８・・・固定子
、１９・・・固定鉄心、２０２１．２２・・・コイル、
Ｐ・・・ピッチ（隣合う各コイル間の軸長）、Ｌｌ・・
・可動子の軸長、Ｌ２・・・固定子の軸長。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定鉄心及び該固定鉄心に軸方向に直列に巻回し
   た複数個のコイルを有する固定子と、該固定子に所定の
   隙間を有して対向して配されると共に軸方向に直列に且
   つ隣接同志で逆極性に配される２個以上の偶数子の永久
   磁石からなり、軸方向へ往復動する可動子とを備え、前
   記永久磁石１個の軸長を前記複数個のコイルの隣合う各
   コイル間の軸長と同等にすると共に、前記固定子の軸長
   を前記永久磁石の個数と所定数との和と前記各コイル間
   の軸長との積と同等にしたことを特徴とするリニア発電
   機。
2. （２）固定鉄心及び該固定鉄心に軸方向に直列に巻回し
   た複数個のコイルを有する固定子と、該固定子に所定の
   隙間を有して対向して配されると共に軸方向に直列に且
   つ隣接同志で逆極性に配される少なくとも３個以上の複
   数個の永久磁石からなり、軸方向へ往復動する可動子と
   を備え、前記永久磁石の内の両端に配される前記永久磁
   石１個の軸長を前記複数個のコイルの隣合う各コイル間
   の軸長の１／２と同等にし且つ、残りの前記永久磁石１
   個の軸長を前記複数個のコイルの隣合う各コイル間の軸
   長と同等にすると共に、前記固定子の軸長を前記可動子
   の軸長と、前記各コイル間の軸長と所定偶数の積との和
   と同等にしたことを特徴とするリニア発電機。