JPH0974728A - 発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転子および固定子が共に構造簡単で小型薄
型化に適し、製造コストが低廉で且つ発電効率のよい発
電機を提供することを目的とする。 【構成】 周方向複数箇所に磁極を有し、その周方向に
隣り合う磁極の極性を交互に異ならせた永久磁石８ａ〜
８ｄ等の界磁発生手段を有する回転子２と、その回転子
２の周方向に巻回され上記複数箇所の磁極に対向させて
配置した円環状のコイル１０を有する固定子３とを備
え、そのコイル１０の上記磁極との対向側と反対側にリ
ング状をなす固定子側のヨーク１１を配置し、そのヨー
クの周方向複数箇所に上記コイル１０の互いに異なる側
面から回転子２との対向面側に交互に突出する突出片１
１ａ〜１１ｄを上記ヨーク１１と一体的に設けたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転運動を電気エネルギ
ーとして取り出す発電機に係り、特に小型の発電機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転運動を電気エネルギーとして
取り出す発電機としては、従来種々提案されているが、
構造が複雑で製造コストが嵩み、また小型薄型化するの
が困難であったり、発電効率が悪い等の問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は回転子および
固定子共に構造簡単で小型薄型化に適し、製造コストが
低廉で且つ発電効率のよい発電機を提供することを目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による発電機は、以下の構成としたものであ
る。

【０００５】即ち、周方向複数箇所に磁極を有し、その
周方向に隣り合う磁極の極性を交互に異ならせた界磁発
生手段を有する回転子と、その回転子の周方向に巻回さ
れ上記複数箇所の磁極に対向させて配置した円環状のコ
イルを有する固定子とを備え、そのコイルの上記磁極と
の対向側と反対側にリング状をなす固定子側のヨークを
配置し、そのヨークの周方向複数箇所に上記コイルの互
いに異なる側面から回転子との対向面側に交互に突出す
る突出片を上記ヨークと一体的に設けたことを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】上記のような構成としたことによって、回転子
および固定子共に構造簡単で小型薄型化に適し、製造コ
ストが低廉で且つ発電効率のよい発電機を提供すること
が可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明による発電機を図に示す実施例
に基づいて具体的に説明する。

【０００８】〔実施例１〕図１は本発明による発電機の
第１の実施例を示すもので、同図（ａ）はその縦断正面
図、同図（ｂ）は縦断側面図、図２は回転子および固定
子の分解斜視図である。

【０００９】図において、１は略短筒状の発電機本体ケ
ースで、その本体ケース１内に回転子２が回転可能に収
容配置され、その回転子２の周囲のケース内周面に固定
子３が取付けられている。図中、４は回転子２の回転
軸、５はベアリング等の軸受部材である。

【００１０】回転子２は、上記回転軸４の周囲に非磁性
体よりなる支持部材６を介して珪素鋼板等の軟磁性体よ
りなる端筒状のヨーク７を取付け、そのヨーク７の外周
に界磁発生手段として４つの永久磁石８ａ〜８ｄを周方
向に等間隔に配置すると共に、その隣り合う磁石間に非
磁性体よりなるスペーサ９を介在させた構成である。そ
の各磁石８ａ〜８ｄと各スペーサ９は図示例においては
同一形状に形成され、それらの外周面側の周長は等しく
形成されている。また各磁石８ａ〜８ｄは半径方向に磁
極が形成され、隣り合う磁石の極性は交互に反対方向に
なるように着磁されている。

【００１１】一方、固定子３は、回転子２の周方向に巻
回した円環状のコイル１０の外周面側に、軟磁性体より
なる１つのリング状のヨーク１１を配置した構成であ
る。そのヨーク１１にはコイル１０の側面から回転子２
の外周面と対向するコイル内周面側に突出する複数個の
突出片１１ａ〜１１ｄが周方向に等間隔に且つヨーク１
１と一体的に設けられ、その周方向に隣り合う突出片１
１ａ〜１１ｄはコイル１０の互いに反対側の側面からコ
イル内周面側に突出するように構成されている。また各
突出片１１ａ〜１１ｄのコイル内周面側の面、すなわち
回転子外周面との対向面の周方向長さ及び間隔は、各磁
石８ａ〜８ｄの外周面の周方向長さ及び間隔と略等しく
形成されている。

【００１２】上記の構成において、例えば図１に示すよ
うに回転子２のいずれかの磁石８ａが、固定子３のヨー
ク１１の突出片１１ａに正対すると、他の磁石８ｂ〜８
ｄもそれぞれ突出片１１ｂ〜１１ｄに正対する。そし
て、例えば磁石８ａのＮ極から出た磁束ｆ１は、図３の
（ａ）の鎖線示のように固定子側のヨーク１１の突出片
１１ａからヨーク１１を経て隣の突出片１１ｂから磁石
８ｂのＳ極に入り、その磁石８ｂのＮ極から出た磁束ｆ
２は回転子側のヨーク７を経て磁石８ａのＮ極に戻る。

【００１３】この場合、上記の突出片１１ａと１１ｂの
側面は、互いにコイル１０の反対側に位置するので、上
記の磁束ｆ１・ｆ２は図中矢示のようにコイル１０を取
り囲むように周回することとなる。なお上記の磁石８ａ
のＮ極から出た磁束は、突出片１１ａからヨーク１１を
経て反対隣りの突出片１１ｄから磁石８ｄのＳ極にも入
り、その磁石８ｄのＮ極から出た磁束は回転子側のヨー
ク７を経て磁石８ａのＮ極に戻るが、それらの磁束は図
には省略した。また磁石８ｃのＮ極から出た磁束につい
ても固定子側のヨーク１１を経て両隣りの磁石８ｂ・８
ｃのＳ極に入り、それらの磁石のＮ極から出た磁束は回
転子側のヨーク７を経て磁石８ｃのＳ極に戻るが、図に
は省略した。以下の説明においても同様である。

【００１４】次に、上記図３の（ａ）の状態から回転子
２が図中矢印の方向に回動して同図（ｂ）のように磁石
８ａが突出片１１ａと１１ｂの中間位置に移動すると、
他の磁石８ｂ〜８ｄも隣り合う突出片間に位置して各磁
石は突出片と正対しない。従って、固定子側のヨークに
流入する磁束はなく、コイル１０を周回する磁束は生じ
ない。

【００１５】引き続き、回転子２が回転して磁石８ａが
突出片１１ｂに正対すると、他の磁石８ｂ、８ｃ、８ｄ
もそれぞれ突出片１１ｃ、１１ｄ、１１ａに正対する。
そのとき例えば磁石８ａのＮ極より出た磁束ｆ３は、図
３の（ｃ）に示すように突出片１１ｂ、固定子側のヨー
ク１１、突出片１１ａ、磁石８ｂのＳ極に入り、その磁
石８ｂのＮ極から出た磁束ｆ４は回転子側のヨーク７を
経て磁石８ａのＳ極に戻る。この磁束ｆ３、ｆ４も前記
図４の（ａ）の磁束ｆ１、ｆ２と同様にコイル１０を図
中矢印の方向に周回するが、その方向は前記の磁束ｆ
１、ｆ２とは逆方向となっている。

【００１６】このように回転子２が一定の角度、図示例
では９０度回転（１／４回転）する毎に交互に逆方向の
磁束がコイル１０を周回し、これを繰り返すことにな
る。その結果、コイル１０には鎖交する磁束の時間微分
に比例した電圧が誘起され、コイル１０の両端には回転
子２の回転数に比例した交互電圧が出力されるもので、
極めて簡単な構造で小型薄型化に適した発電機を提供す
ることが可能となる。

【００１７】〔実施例２〕図４は本発明による発電機の
第２の実施例を示すもので、同図（ａ）はその縦断正面
図、同図（ｂ）は縦断側面図、図５は回転子および固定
子の斜視図であり、前記実施例と同様の機能を有する部
材には同一の符号を付して説明する。

【００１８】本実施例は、前記実施例１と同様の回転子
２を用い、固定子３は実施例１と同様にコイル１０の外
周面側に前記実施例と同様の第１のヨーク１１を設け、
更にその外側に第２のヨーク１２を非磁性材よりなるリ
ング状のスペーサ１３を介して設けた構成である。上記
第１および第２のヨーク１１・１２には前記実施例と同
様にコイル１０の反対側の側面から交互にコイル内面側
に突出する複数個の突出片１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１
２ｄが一体的に設けられ、第１のヨーク１１の隣り合う
突出片１１ａ〜１１ｄ間に第２のヨーク１２の突出片１
２ａ〜１２ｄが周方向に順に並んで配置されている。

【００１９】上記の構成において、前記図４の（ａ）の
ように磁石８ａが第２のヨーク１２の突出片１２ａに正
対すると、他の磁石８ｂ〜８ｄもそれぞれ第２のヨーク
１２の突出片１２ｂ〜１２ｄに正対する。そのとき、例
えば磁石８ａのＮ極から出た磁束ｆ11は図６の（ａ）に
示すように突出片１２ａからヨーク１２を経て隣の突出
片１２ｂから磁石８ｂのＳ極に入り、磁石８ｂのＮ極か
ら出た磁束ｆ12は回転子側のヨーク７を経て磁石８ａの
Ｓ極に戻る。この場合、突出片１２ａ・１２ｂの側面は
互いにコイル１０の反対側に位置しているので磁束ｆ11
・ｆ12はコイル１０を周回する。

【００２０】上記の状態から回転子２が回転して図６の
（ｂ）のように磁石８ａが、突出片１２ａと第１のヨー
ク１１の突出片１１ａとの間に移動すると、上記の磁束
ｆ11・ｆ12と共に、磁石８ａのＮ極からの磁束ｆ13が、
第１のヨーク１１の突出片１１ａ、ヨーク１１、突出片
１１ｂを経て磁石８ｂのＳ極に入り、その磁石８ｂのＮ
極からの磁束ｆ14が回転子側のヨーク７を経て磁石８ａ
のＳ極に戻る。

【００２１】その磁束ｆ13・ｆ14は上記磁束ｆ11・ｆ12
と同じ方向でコイル１０を周回するので、前記図６の
（ａ）の状態と比べてコイル１０と鎖交する磁束の方向
および量は変化せず、従ってこの段階では電圧は誘起さ
れない。また磁束の経路は変わっても磁束の量および磁
気抵抗には殆ど変化がないので、磁束経路の変更、つま
り磁気回路の変更はあるが、それに伴う反力は生じな
い。

【００２２】引き続き、回転子２が回転して図６の
（ｃ）のように磁石８ａが第１のヨーク１１の突出片１
１ａにのみ正対すると、上記第２のヨーク１２を通る磁
束ｆ11およびｆ12は消滅して第１のヨーク１１を通る磁
束ｆ13とｆ14のみとなり、その磁束ｆ13とｆ14は上記の
ように磁束ｆ11およびｆ12と同じ方向でコイル１０を周
回するので、コイル１０と鎖交する磁束の量、方向は変
化せずコイル１０には電圧が誘起しないことになる。

【００２３】さらに回転子２が回転して同図（ｄ）のよ
うに磁石８ａが突出片１２ｂに正対すると、磁石８ａの
Ｎ極から出た磁束ｆ15は、第２のヨーク１２の突出片１
２ｂからヨーク１２および隣の突出片１２ｄ（１２ｃ）
を経て永久磁石８ｄ（８ｂ）のＳ極に入り、永久磁石８
ｄ（８ｂ）のＮ極よりでた磁束ｆ16は回転子側のヨーク
７を経て永久磁石８ａのＳ極に戻る。その磁束ｆ15・ｆ
16は前記の磁束ｆ11・ｆ12およびｆ13・ｆ14と対比して
コイル１０を周回する方向が反対となり、コイル１０に
は鎖交磁束の変化に比例した電圧が誘起される。以後は
磁石８ａが次の第２のヨーク１２の突出片１２ｃに正対
するまで同方向の磁束が励起され、突出片１２ｃに正対
したところで再び図６の（ａ）と同方向の磁束が励起さ
れてこれを繰り返すものである。

【００２４】以上のように上記第２の実施例では、回転
子２が如何なる位置にあっても各磁石８ａ〜８ｄが、固
定子側の第１または第２のヨーク１１・１２の少なくと
も一方の突出片に正対してコイル１０を周回する磁気回
路が常時形成され、開回路となることはない。従って、
回転子２の回転に伴って開回路と閉回路相互間の移行に
伴って生じる反磁界や反力の発生を可及的に低減するこ
とが可能となる。厳密的には、反力はコイルへの誘起電
力に伴い外部に電流が取り出された結果としてしか生じ
ないことになる。これは理論的には入力された回転力は
全て電力として取り出されることになり、極めて効率の
よい発電機が実現できることを示している。

【００２５】また上記第１と第２の実施例では利用でき
る総磁束量が同じであるが、後者の方がコイルと鎖交す
る磁束変化は急峻であり、従って誘起電圧も高くなる。
理論的には２倍の電圧が発生するので発電機を理想的な
電圧源として近似すると第２の実施例による発電機はデ
ューティも考慮して第１の実施例による発電機の２倍の
電力を発生すると考えられる。

【００２６】なお上記各実施例は、発明の一例を示した
のみであって、本発明の要旨に反しない範囲において構
造や構成部材の材質・形状等は適宜変更可能である。例
えば上記各実施例では磁石として永久磁石を用いたが、
電磁石を用いることも可能であり、その場合、電磁石へ
の電力供給のためにスリップリングやブラシ等が必要で
あるが、それらは何れも公知の技術であるので具体的な
説明は省略する。

【００２７】また上記実施例は回転子の外周側に固定子
を配置したが、回転子の側方に配置することも可能であ
り、また回転子の磁極の配置構成や個数、および固定子
側ヨークの枚数、並びに突出片の形状や個数等は適宜変
更することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明による発電機
は、周方向複数箇所に磁極を有し、その周方向に隣り合
う磁極の極性を交互に異ならせた永久磁石８ａ〜８ｄ等
の界磁発生手段を有する回転子２と、その回転子２の周
方向に巻回され上記複数箇所の磁極に対向させて配置し
た円環状のコイル１０を有する固定子３とを備え、その
コイル１０の上記磁極との対向側と反対側にリング状を
なす固定子側のヨーク１１（１２）を配置し、そのヨー
クの周方向複数箇所に上記コイル１０の互いに異なる側
面から回転子２との対向面側に交互に突出する突出片１
１ａ〜１１ｄ（１２ａ〜１２ｄ）を上記ヨーク１１（１
２）と一体的に設けただけの極めて簡単な構造で効率の
よい発電機を提供することが可能となるもので、この種
の発電機の小型化・薄型化および発電効率の向上に効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による発電機の一実施例を示す
縦断正面図。（ｂ）はその縦断側面図。

【図２】上記実施例による発電機の回転子と固定子の斜
視図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は上記実施例による発電機の動
作原理を示す説明図。

【図４】（ａ）は本発明による発電機の他の実施例を示
す縦断正面図。（ｂ）はその縦断側面図。

【図５】上記実施例による発電機の回転子と固定子の斜
視図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は上記実施例による発電機の動
作原理を示す説明図。

【符号の説明】

１ 本体ケース ２ 回転子 ３ 固定子 ４ 回転軸 ７ 回転子側ヨーク ８ａ〜８ｄ 磁石 １０ コイル １１、１２ 固定子側ヨーク １１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄ 突出片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向複数箇所に磁極を有し、その周方
   向に隣り合う磁極の極性を交互に異ならせた界磁発生手
   段を有する回転子と、その回転子の周方向に巻回され上
   記複数箇所の磁極に対向させて配置した円環状のコイル
   を有する固定子とを備え、そのコイルの上記磁極との対
   向側と反対側にリング状をなす固定子側のヨークを配置
   し、そのヨークの周方向複数箇所に上記コイルの互いに
   異なる側面から回転子との対向面側に交互に突出する突
   出片を上記ヨークと一体的に設けたことを特徴とする発
   電機。
2. 【請求項２】 前記の突出片を有する固定子側のヨーク
   を、前記磁極との対向側と反対側に複数個設け、その各
   ヨークの突出片を周方向に交互に並べて配置するように
   したことを特徴とする請求項１記載の発電機。