JPH05168205A

JPH05168205A - 磁気制御同性磁極誘導発電機

Info

Publication number: JPH05168205A
Application number: JP33509391A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Yamazaki; 光信山崎; Masaru Oba; 勝大場
Original assignee: YAMAZAKI SHIYAARING KK
Current assignee: YAMAZAKI SHIYAARING KK
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1993-07-02
Also published as: CN1073555A

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な固定子及び回転子構造を有し、高起電
力で小型化、耐久耐震性に優れるとともに、廉価な磁気
制御同性磁極誘導発電機を提供する。【構成】円周上に同角で等間隔に連接配置された４個
の磁性体１〜４から成る固定子と、該磁性体と同角で間
飛び設置された磁石を円周上において互いに異極性の向
きに位置せしめた第１の磁極（２０，２０ａ，２０ｂ）
と、該第１の磁極と同角位置でかつ軸方向に所定間隔を
隔てて磁石を第１の磁極とは逆極性にて位置せしめた第
２の磁極（２１，２１ａ，２１ｂ）とを有する回転子
と、該回転子の回転により磁束密度を増減する上記磁性
体の部分であって、上記第１、第２の磁極間となる位置
に該磁束と鎖交する如く巻回された巻線１１〜１４と、
上記回転子を回転支持する非磁性体から成る回転軸２２
とを設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導の原理を利用
した発電機に係り、特に自転車のライト用発電機として
用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】発電機における発電原理は大別して、２
通りあり、その１つはフレミング右手の法則を利用した
ものであり、他の１つはレンツの法則に基づく電磁誘導
を利用したものである。

【０００３】上記電磁誘導の原理を利用した発電機を、
自転車の発電機に適用した一例として、ローター５とス
テータ１０を備えて成るの基本構成を有し、ローター５
には回転軸４及び該回転軸４を中心に円周状に配列され
た複数の磁極１を備え、ステータ１０は基板８、該基板
８から延設され上記磁極１に対向するように円状に形成
された磁極肢片７及び上記基板８に巻回された界磁線輪
９を備えてなるダイナモ発電機が提案されている（特公
昭２９−４３６４号公報）。

【０００４】また、円周上に等間隔配設された４個の磁
性体からなる固定子と、上記磁性体と同角で間飛び設置
されたフェライト系永久磁石を円周上において同極性に
位置せしめた磁極を有するとともに、回転軸に上記磁極
を挾んで固定子側ソレノイド発電捲線がそれぞれ遊嵌状
態で巻回された回転子との基本構成を有する磁気制御同
性磁極誘導発電機において、固定子の磁性体と該回転子
の磁極との対向が終わる退去時に一瞬間接面する補助磁
極と、該補助磁極が互いに接面した時該回転子の永久磁
石による磁束とは逆方向の磁束を磁路に発生させる逆励
磁用の小永久磁石とを設けて上記磁性体の残留磁気を積
極的に低減させ、あるいは上記補助電極及び小永久磁石
を使用せず、上記磁性体自身に残留磁気のない材質のも
のを用いるようにした磁気制御同性磁極誘導発電機が提
案されている（特公昭５９−４９７８４号公報、特公昭
６２−４５７８７号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公昭２９−４３６４号公報及び特公昭５９−４９７８４
号公報に記載されているものは、構造的に極めて複雑
で、大型化を招き、自転車用ライトの如き小型軽量乃至
は振動などに対する耐久性が要求されるものに適用する
ことが困難である。また、特公昭６２−４５７８７号公
報記載のものは、残留磁気のない材質を選定ないしは製
造する作業及び高度の技術が要求され、コスト高を招く
こととなる。

【０００６】本発明は上記に鑑みてなされたもので、簡
易な固定子及び回転子構造を有し、高起電力で小型化、
耐久耐震性に優れるとともに、廉価な磁気制御同性磁極
誘導発電機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気制御同
性磁極誘導発電機は、円周上に同角で等間隔に連接配置
された４個の磁性体から成る固定子と、該磁性体と同角
で間飛び設置された磁石を円周上において互いに異極性
の向きに位置せしめた第１の磁極と該第１の磁極と同角
位置でかつ軸方向に所定間隔を隔てて磁石を第１の磁極
とは逆極性にて位置せしめた第２の磁極とを有する回転
子と、該回転子の回転により磁束密度を増減する上記磁
性体の部分であって、上記第１、第２の磁極間となる位
置に該磁束と鎖交する如く巻回された巻線と、上記回転
子を回転支持する非磁性体から成る回転軸とを設けてな
るものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、回転子が回転して、第１、第
２の磁極が固定子のある１つの磁性体に対して進入して
いくと、第１、第２の磁極が逆極性にされているので、
第１の磁極、上記ある１つの磁性体、第２の磁極、上記
ある１つの磁性体に対向する他の磁性体、第１の磁極と
いう磁路が形成される。この磁路の磁束が時間の経過と
ともに増大する。従って、この時、上記ある１つの磁性
体と、これに対向する磁性体に巻回された巻線に電磁誘
導によって電流が流れる。そして、第１、第２の磁極が
更に回転して、このある１つの磁性体及びこれに対向す
る磁性体に対して退却するようになると、時間の経過と
ともに磁束数は最大値から減少していくこととなる。従
って、この時にも、上記と同じ磁路において、同じ巻線
に誘導電流が逆向きに流れる。この現象は、磁極が９０
°回転する毎に順次隣りの磁性体に対して新しい磁路を
形成し、電流を発生する。隣同志の巻線に発生する電流
の向きは逆になるので、その巻線を交互に逆接続してお
けば、発生電流が重畳される。あるいは、それぞれが並
列に接続されたときは、発生電圧が重畳される。いずれ
にしても同値の起電力が得られる。そして、この起電力
がそのまま、あるいは平滑されて自転車の電球等に供給
されることとなる。

【０００９】

【実施例】第１図は本発明に係る発電機の概略構成図を
示し、図（ａ）は固定子、図（ｂ）は回転子である。

【００１０】図（ａ）において、固定子は同一板形状の
磁性体１〜４から構成されている。各磁性体は幅方向が
１／４の円弧形状を有し、軸方向は所定長を有してな
り、略中央位置には、それぞれ巻線１１〜１４が巻回さ
れている。固定子は、図に示すように４個の磁性体１〜
４を円周上に等間隔で、後述するように、わずかな隙間
を有して配設固定される。

【００１１】図（ｂ）において、回転子は第１、第２の
磁極、回転軸２２及び支持筒部材２３から構成されてい
る。第１、第２の磁極は回転軸２２に、その軸方向に所
定間隔を隔てて固設され、上記固定子が周囲に組み込ま
れた際には、その巻線１１〜１４が第１、第２の磁極間
に没入する形で位置し、これにより径方向寸法を小さく
し得るようにしている。

【００１２】第１の磁極は、磁性材料からなる円筒状の
基部２０及び該基部２０の周面上であって、上記磁性体
１〜４と同角で間飛び設置された磁石２０ａ，２０ｂを
円周上において互いに異極性の向きに位置せしめてなる
ものである。例えば、磁石２０ａの表面側がＮ極（裏面
側がＳ極）とすると、磁石２０ｂはその表面側がＳ極
（裏面側がＮ極）となるようにしてある。

【００１３】第２の磁極は、磁性材料からなる円筒状の
基部２１及び該基部２１の周面上であって、上記第１の
磁極と同角位置で磁石２１ａ，２１ｂを第１の磁極とは
逆極性になるように位置せしめてなるものである。すな
わち、上記の如く磁石２０ａの表面側がＮ極（裏面側が
Ｓ極）のときは、磁石２１ａの表面側がＳ極（裏面側が
Ｎ極）となり、磁石２１ｂはその表面側がＮ極（裏面側
がＳ極）となるようにしてある。

【００１４】回転軸２２は非磁性材料である、例えばス
テンレス等からなり、軸を介する磁束ループが形成され
ないようにしている。２３は第１、第２の磁極を所定間
隔を隔てて所定位置に固設するための非磁性材料からな
る支持筒部材である。２４は、発電機が自転車に取り付
けられた際に、タイヤに当接するようになされた円筒状
の外力作用部材で、該タイヤの回転により従動回転さ
れ、回転軸２２を回転させるものである。

【００１５】図２は、固定子を構成する磁性体の詳細構
造を示す図で、磁性体１１を例に説明するが、他の磁性
体１２〜１４も同一形状になされている。

【００１６】磁性体１は軸方向の略中央部が幅方向の両
側から所定寸法分だけ切り欠かれており、この部分に樹
脂等からなるボビン１１ａが嵌入されている。１ａは磁
性体１と該ボビン１１ａ間に介設された補助磁性体であ
る。この補助磁性体１ａは磁性体１と同一素材で構成さ
れており、該磁性体１と相似形ないしは四角形状を有し
てなるものである。そして、この状態で、ボビン１１ａ
に銅線が巻回され、巻線１１が形成されている。補助磁
性体１ａは、巻線１１位置での磁気抵抗を低減させるこ
とにより、誘導電流を増大させるためのものである。な
お、磁性体２にはボビン１２ａと補助磁性体２ａが、磁
性体３にはボビン１３ａと補助磁性体３ａが、磁性体４
にはボビン１４ａと補助磁性体４ａが、それぞれ同一形
状で設けられている。

【００１７】表１は磁性体１〜４、補助磁性体１ａ〜４
ａ、基部２０，２１の各成分分析結果を示すものであ
る。

【００１８】

【表１】

【００１９】磁性体１〜４、補助磁性体１ａ〜４ａは、
例えばＳＵＹＰ（ＪＩＳＣ２５０４）の電磁軟鉄板
で、図６はこの磁気ヒステリシス特性曲線を示すもので
ある。すなわち、図６によれば、最大磁束密度Ｂｍが１
４（ＫＧ：キロガウス）で、残留磁束密度Ｂｒは６．２
（ＫＧ）であり、Ｂｒ／Ｂｍは略０．４程度となってい
る。

【００２０】図３は、回転軸２２及び固定子の各磁性体
１〜４を支持する支持部材を示す斜視図で、図（ａ）は
その一端側の支持部材、図（ｂ）は他方側で回転軸２２
を貫通支持する支持部材である。

【００２１】図（ａ）において、支持部材４は樹脂等か
らなり、円形状を有するとともに内側となる面の中央に
はステンレスなどの軸受４０が嵌挿されている。また、
支持部材４の内側面の所定の半径上には円形突起部４１
が形成され、前記固定子側の磁性体１〜４がその外周に
沿って等間隔で配設されるようになっている。この円形
突起部４１の外周半径は前記固定子の磁極がわずかな隙
間を有して回転しうる寸法に設定されている。

【００２２】４２〜４５は上記円形突起部４１の外周位
置であって、それぞれ９０°離間した位置に形成され
た、三角柱状の位置規制部材である。すなわち、各磁性
体１〜４の一端側がこの各位置規制部材間にそれぞれ配
置されることにより、磁性体１〜４の配置位置が固定さ
れることとなる。また、位置規制部材４２は各磁性体に
巻回された巻線の、例えば直列接続された一端側が孔４
２ａに通されて、電球（不図示）への配線のための外部
接続端子４２ｂに接続されている。４６は発電機のハウ
ジングに固定するためのビス穴である。

【００２３】図（ｂ）において、支持部材５は樹脂等か
らなり、円形状を有するとともに、９０°の位相位置毎
に逆曲率を有して円弧状に切り欠かれて（波形状になっ
て）相対的な突出部５２〜５５が形成されている。ま
た、支持部材５の内側となる面の中央には回転軸２２が
遊嵌する孔５０が穿設され、更にその周囲には上記円形
突起部４１と等しい外周半径を備えた円形突起部５１が
形成されている。

【００２４】５６〜５９は上記円形突起部５１の外周位
置であって、それぞれ９０°離間した、上記位置規制部
材４２〜４５と同一位置関係を有して形成された三角柱
状の位置規制部材である。すなわち、各磁性体１〜４の
他端側がこの各位置規制部材間にそれぞれ配置されるこ
とにより、磁性体１〜４の配置位置が固定されることと
なる。

【００２５】なお、不図示のハウジングはその内面が上
記支持部材５の形状に一致する波形状を有し、これによ
り該支持部材５のハウジングに対する回転規制が施され
ている。

【００２６】上記の構成において、次に発電動作につい
て、図４、図５を用いて説明する。なお、図４は固定子
と回転子とが組み込まれた状態の側断面図を示し、図５
はその軸方向断面で、図（ａ）は回転子が図４の状態に
あるとき、図（ｂ）はそれから９０°回転した状態を示
している。

【００２７】回転子が回転して磁石２０ａ，２１ａ及び
２０ｂ，２１ｂが磁性体１及び３に対向するように進入
し、図４、すなわち図５（ａ）に示す位置に来るまで
は、磁性体１と３に着目してみると、このとき、磁石２
０ａ、磁性体１、磁石２１ａ、基部２１、磁石２１ｂ、
磁性体３、磁石２０ｂ、基部２０という磁束の磁路６が
形成されている。そして、この間は磁石と磁性体１，３
との対向面積が増加、すなわち磁束数が増大する方向に
あるから、磁性体１と３に巻回された巻線１１、１３に
はプラス方向の電流が誘導される。一方、同様にこの間
は磁性体４と２についてみると、磁石が退却しているか
ら、磁性体４、２に巻回されている巻線１４、１２には
マイナス方向の電流が誘導されることとなる。そこで、
各巻線の極性を交互に逆向きに接続しておけば、誘導電
流を全て同方向にして重畳することができる。また、従
来技術のように回転軸２２や円筒部材２３部分で磁路の
一部を構成せず、巻線１１乃至１４が巻回された磁性体
１乃至４のみで磁路を構成したので、磁路長の短縮によ
り磁気抵抗を低減でき、その分、発電効率がアップす
る。

【００２８】更に、回転軸２２が回転して図５（ｂ）に
示す状態になるまでは、磁性体４、２に生じる磁束が増
大しているから、前記とは逆に磁性体４と２にプラス方
向の電流が誘起され、一方、磁性体１と３にはマイナス
方向の電流が誘導されることとなり、これらの電流が同
一方向に重畳されて、不図示の電球に供給される。そし
て、かかる誘導電流波形は回転子の１回転当たり２パル
ス発生されることとなる。また、電磁誘導を利用した発
電なので、逆起電力の影響もなく、低トルクが実現でき
る。

【００２９】下記の表２は、本実施例にかかる発電機と
市販の自転車発電機との起電力性能を比較したものであ
る。

【００３０】

【表２】

【００３１】なお、資料１〜４は各磁石として１１００
ガウスのものを使用し、資料５，６は磁石として７００
〜７５０ガウスのものを使用している。

【００３２】この表２から分かるように、自転車での通
常回転数３０００ｒｐｍにおいて比較してみると、市販
品１，２では２．１〜２．７（Ｗ：ワット）であるのに
対し、資料１〜４では３（Ｗ）という好適な値が得ら
れ、資料５，６では２．６〜２．７（Ｗ）が得られてい
る。また、回転数の上昇に対する起電力を比較してみる
と、回転数５０００〜６０００ｒｐｍでは、資料１〜６
が殆ど４（Ｗ）を越えるのに対して、市販品ではいずれ
も４（Ｗ）を越えていない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定子及び回転子を簡易な構成にするとともに、磁極を
複数個設け、かつ磁極間に巻線を配置したので、大きな
起電力を得ながら径方向寸法を小さくでき、特に自転車
用の発電機のように小型軽量かつ耐震、耐久性が要求さ
れるものに用いて極めて好適となる。

【００３４】また、補助磁性体を巻線位置に嵌入したの
で、磁束数を増大でき、その分磁束数の変動数が大きく
取れて、起電力の増大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電機の概略構成図を示し、図
（ａ）は固定子、図（ｂ）は回転子である。

【図２】固定子側を構成する磁性体の詳細構造を示す図
である。

【図３】回転軸２２及び固定子の各磁性体１１〜１４を
支持する支持部材を示す斜視図で、図（ａ）はその一端
側の支持部材、図（ｂ）は他方側で回転軸２２を貫通支
持する支持部材である。

【図４】固定子と回転子とが組み込まれた状態の側断面
図を示している。

【図５】軸方向断面で、図（ａ）は回転子が図４の状態
にあるとき、図（ｂ）はそれから９０°回転した状態を
示している。

【図６】磁性体、補助磁性体の磁気ヒステリシス特性曲
線を示す図である。

【符号の説明】

１〜４磁性体１１〜１４巻線１ａ〜４ａ補助磁性体１１ａ〜１４ａボビン２０，２１基部２０ａ〜２１ｂ磁石２２回転軸２３円筒部材２４回転力作用部材４，５支持部材６磁路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円周上に同角で等間隔に連接配置された
４個の磁性体から成る固定子と、該磁性体と同角で間飛
び設置された磁石を円周上において互いに異極性の向き
に位置せしめた第１の磁極と、該第１の磁極と同角位置
でかつ軸方向に所定間隔を隔てて磁石を第１の磁極とは
逆極性にて位置せしめた第２の磁極とを有する回転子
と、該回転子の回転により磁束密度を増減する上記磁性
体の部分であって、上記第１、第２の磁極間となる位置
に該磁束と鎖交する如く巻回された巻線と、上記回転子
を回転支持する非磁性体から成る回転軸とを設けてなる
ことを特徴とする磁気制御同性磁極誘導発電機。
【請求項２】前記固定子は、磁性体と前記ソレノイド
発電捲線間に補助磁性体を介設してなることを特徴とす
る請求項１記載の磁気制御同性磁極誘導発電機。