WO1998044620A1 - Permanent magnet generator - Google Patents

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet generator that generates power using natural energy called hydropower (including wave power) or wind power.
  • This permanent magnet type generator is suitable for preventing the cogging phenomenon (the motor starts to rotate due to the magnetic attraction phenomenon at the time of starting) and reduces the weight of the generator.
  • this permanent magnet generator can be used in rivers and seas.
  • renewable energy is wind power, it can be installed on columns, supports, and building roofs.
  • the structure of a generator (for example, a three-phase motor) is composed of a stator for generating a rotating magnetic field, a rotor, and a bearing for maintaining the rotor with a fixed gap in the stator.
  • a generator utilizing natural energy such as hydraulic power and wind power has a central winding and a rotor supported by bearings rotates in a cylindrical stator having a stator winding. Generate electricity. Then, the electricity generated in the stator winding passes through a current collecting ring or brush and is connected to a resistor, a capacitor, and the like.
  • the stator is a magnet, so it consists of an iron core that easily conducts magnetic flux, and a stator winding for making magnetic stone.
  • the stator core is laminated with thin gay steel sheets in order to prevent loss due to current loss.
  • the rotor like the stator, is also composed of an iron core with thin gay steel sheets stacked and a rotor conductor.
  • the rotor conductor is formed by driving copper rods into a plurality of grooves formed around the rotor core, welding and brazing short-circuit rings to both ends of each of the copper rods. I have.
  • the rotor using the iron core as described above generates a so-called cogging phenomenon force with respect to the stator core, and as a result, a strong starting torque (electromotive force) as one characteristic of the generator or the motor is required.
  • annular magnet in which N poles and S poles are alternately arranged in a circumferential direction;
  • the annular magnet has a protruding claw (yoke piece) of a gay steel plate having the same number of poles (for example, 5 pieces), and a stator (power generation coil body) having an annular coil inside.
  • Each generator has a slit formed in the direction of the protrusion to reduce the electromotive force.
  • the electromotive force can be reduced, but the stator formed of a gay steel plate is held on the central axis via a bearing. Therefore, the structure has the disadvantage that the generator is heavy as a whole.
  • the purpose of the permanent magnet generator of the present invention is as listed below.
  • the generator can be made lighter. That is, it must be easily transportable.
  • stator winding can be lengthened.
  • the advantages include low inductance, no iron loss, and no magnetic attraction to the rotor.
  • the present invention (the invention according to claim 1) is an inner cylindrical permanent magnet rotor 1 that is integrally provided on a center shaft 2 via a driving blade 3 and that allows passage of a natural energy medium 4.
  • a fixed gap 12 is formed with respect to the outer peripheral wall of the permanent magnet rotor via a bearing member 11 that supports the center shaft, and is fixed to a conductor mounting portion 13.
  • the present invention is an inner cylindrical permanent magnet that is provided integrally with the central shaft 2A via the driving wing 3A and that allows the passage of the natural energy medium 4.
  • a constant gap 12 is formed between the stone rotor 1A and the outer peripheral wall of the permanent magnet rotor via a bearing member 11 that supports the center shaft, and a conductor is mounted.
  • the permanent magnet rotor 1A is integrated with the center shaft 2A via the drive blade 3A, with an outer cylindrical non-magnetic stator 1OA having a stator winding 16 in the section 13.
  • the respective components center shaft, driving blade, inner cylinder, especially on the rotor side, can be integrally formed.
  • the present invention is an inner cylindrical member which is provided integrally with the center shaft 2 B via the first driving blade 3 B and allows the passage of the force, the natural energy medium 4, and the like.
  • a second propeller-like second driving blade 7 is attached to the protruding end. Therefore, in this permanent magnet generator, the permanent magnet rotor rotates easily, especially when the wind is weak.
  • it can be installed at a desired place (for example, in a campsite, a stator is appropriately connected to a support base).
  • the present invention (the invention according to claim 5) is provided integrally with the center shaft 2C via the driving wing 3C, and has an inner cylindrical shape that allows passage of force, power, and the natural energy medium 4.
  • a permanent magnet rotor 1 and an outer peripheral wall of the permanent magnet rotor are provided so as to form a fixed gap 12 via a bearing member 11 C for supporting the center shaft, and
  • An outer cylindrical non-magnetic stator 10 C having a stator winding 16 C is provided on the conductor mounting portion 13, and one end of the center shaft 2 C is at least one side of the bearing member 11 C.
  • the permanent magnet type generator main body 30 is provided integrally with the center shaft 2 via the driving blades 3 so that the force, the power and the natural energy medium 4 can pass through.
  • a constant gap 12 is formed between the inner cylindrical permanent magnet rotator 1 that allows the pressure and the outer peripheral wall of the permanent magnet rotator through a bearing member 11 that supports the center shaft.
  • an outer cylindrical non-magnetic stator 10 D having a stator winding 16 D in the conductor mounting portion 13 D, and the stator 10 D is provided with less rudder 31.
  • At least one permanent magnet type generator body 30 is characterized in that it rotates in response to the wind direction via an arm-shaped support 32 that slidably supports the stator 10D. And Therefore, this permanent magnet generator is suitable for installation on the roof of a building, for example, in ordinary households.
  • the present invention is a system in which the long central shaft 2E is provided integrally with each of the driving blades 3 via the driving wings 3 to allow the passage of the force, the natural energy medium 4, and the The inner cylindrical permanent magnet rotor 1E and the outer peripheral walls of these permanent magnet rotors are provided so as to form a constant gap 12 via a bearing member 11 that supports the central shaft.
  • a long outer cylindrical non-magnetic body stator 10 having stator windings 16 E at a plurality of conductor mounting portions 13 E provided corresponding to the positions of the permanent magnet rotors 1 E, respectively, is provided. E. Therefore, this permanent magnet type generator is suitable when it is desired to generate a large amount of power.
  • non-magnetic material refers to preventing the cogging phenomenon regardless of non-ferrous metal (for example, titanium, stainless steel, etc.) or non-metal (for example, synthetic resin, ceramics, cloth, paper, etc.). It is a weak magnetic substance (a substance with almost no magnetic substance), and it is lighter than iron.
  • natural energy medium refers to water or wind.
  • Natural power Natural energy
  • FIG. 1 is an explanatory perspective view showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view in which constituent members in FIG. 1 are disassembled.
  • Fig. 3 is an explanatory view from the left side in Fig. 1.
  • FIG. 4 is a schematic sectional explanatory view showing an axial direction in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic sectional explanatory view showing a radial direction in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a use state of the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing an operation state of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic sectional explanatory view of the second embodiment of the present invention (similar to FIG. 4).
  • FIG. 9 is an explanatory view (similar to FIG. 2) in which components of the second embodiment are exploded.
  • FIG. 10 is a schematic sectional explanatory view of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic sectional explanatory view of a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the fourth embodiment from a perspective.
  • FIG. 14 is a schematic sectional explanatory view of a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view of the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic sectional explanatory view of a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view of the sixth embodiment.
  • FIG. 1 to 7 show a first embodiment of a permanent magnet generator XI. This first embodiment is appropriate when the renewable energy medium is hydropower.
  • reference numeral 1 denotes an inner cylindrical permanent magnet rotor which is provided integrally with a center shaft 2 via a driving blade 3 and allows passage of a natural energy medium 4 (preferably water).
  • This permanent magnet rotor 1 is composed of a total of four permanent magnets la, lb, lc, and Id in which N poles and S poles are alternately arranged in a circumferential direction in an annular shape. Therefore, each of the permanent magnets la, lb, 1c, and 1d is curved with the same curvature so as to form a cylindrical magnetic coupling as shown in FIG.
  • the number of permanent magnets may be any number, such as two, three or five.
  • the center shaft 2 and the driving wings 3 are formed of a hard synthetic resin material.
  • the permanent magnet rotor 1 is formed in a short cylindrical shape in appearance, but may be in a long cylindrical shape.
  • the center shaft 2 and the drive blades 3 are made of a light material (for example, a synthetic resin material) in consideration of the weight of the permanent magnet generator XI.
  • Center shaft 2 is a short cylindrical permanent magnet rotor W
  • Ball bearings 5 and 5 are respectively provided at both ends slightly longer than 1 and protruding from the permanent magnet rotor 1.
  • the drive blade 3 is formed so as to be driven (rotated) by a natural energy medium (water flow) 4 passing through the inner cylindrical permanent magnet rotor 1.
  • the driving blades 3 are composed of a total of four blades, and extend while bending from one end side to the other end side of the permanent magnet rotor 1 as shown in FIG. 4 or FIG.
  • Each of the driving blades 3 is provided integrally with the center shaft 2 and the permanent magnet rotor 1 at an interval of about 45 degrees, and then 10 is disposed on the outer peripheral wall of the permanent magnet rotor 1 with respect to the center shaft 2.
  • stator 10 is provided so as to form a fixed gap 12 through a pair of left and right bearing members 11 supporting the bearing, and has a stator winding (generator coil) in a plurality of conductor mounting portions 13
  • the stator 10 is formed of a synthetic resin material in order to minimize the cogging phenomenon of the permanent magnet generator XI.
  • Other materials for the stator 10 include titanium, stainless steel, ceramics, hard paper and cloth.
  • This outer cylindrical stator comprises a stator body 15 having a conductor mounting portion 13 extending in the longitudinal direction on the outer peripheral wall, and a stator winding 16 wound around the conductor mounting portion 13. Become.
  • the bearing member 11 includes an annular circumferential body 17 externally fitted to the outer peripheral end of the stator 10, and a plurality of support arms extending integrally from the circumferential body 17 in the radial direction.
  • the hole 20 is formed.
  • a total of six conductor mounting portions 13 are provided irrespective of the number of poles of the permanent magnets 1a, 1b, 1c, and Id. These conductor mounting portions 13 project from the outer peripheral wall of the stator 10 at substantially equal intervals. And each conductor mounting part 1
  • the stator windings 16 are wound around 3 respectively.
  • the conductor mounting portion 13 may be provided on the bottom surface of the inner wall of the recess formed by the outer peripheral wall of the stator 10 or
  • this shield cover 2 1 The terminal is provided with a terminal outlet, and guides the electric cord 22 connected to the stator winding 16 to the outside.
  • the stators 10A to 10E are non-magnetic.
  • FIGS. 8 and 9 show the permanent magnet generator X2 of the second embodiment.
  • the main difference between the second embodiment and the first embodiment is that the inner cylindrical permanent magnet rotor 1 A force, the inner cylindrical body 6 made of synthetic resin, and the outer periphery of the inner cylindrical body 6 It consists of a plurality of permanent magnets 1a, 1b, 1c, 1d to ln in which N poles and S poles are alternately circumferentially arranged on the wall in the circumferential direction.
  • the center shaft 2A and the drive blade 3A are also formed of a synthetic resin material.
  • Reference numeral 1OA denotes a synthetic resin stator.
  • the permanent magnet rotor 1A is fixed to the center axis 2A via the driving blade 3A.
  • the plurality of permanent magnets 1a, lb, 1c, and Id may be formed by an annular integrated magnetic coupling member as in the first embodiment. In this state, it is annularly disposed on the inner cylinder 6.
  • the center shaft 2A, the drive blade 3A, and the inner cylinder 6 can be integrally formed of a material such as a synthetic resin material or ceramics. Therefore, there is an advantage that the permanent magnet rotor 1A can be easily manufactured.
  • FIGS. 10 and 11 show the permanent magnet generator X3 of the third embodiment.
  • This The main difference between the permanent magnet type generator X3 of the third embodiment and that of the first embodiment is that the tip of the central shaft 2B projects from the bearing member 11B on one side. That is, the second drive blade 7 in the form of a propeller is attached to the tip.
  • Reference numeral 10B denotes a stator made of synthetic resin.
  • FIGS. 12 and 13 show the permanent magnet type generator X4 of the fourth embodiment.
  • the main difference between the permanent magnet generator X4 of the fourth embodiment and that of the first embodiment is that the tip (one end) of the central shaft 2C has at least one bearing member 11.
  • the driving outer cylinder (member) 8 is fixedly provided at the protruding tip portion.
  • Reference numeral 10C denotes a synthetic resin stator, which is fixed to a support, a roof, or the like via a support arm (not shown).
  • the driving outer cylinder 8 is provided with a total of eight rotating wings 8 a whose inner ends are fixed to the central shaft 2 C, and is integrally provided at the outer end of the rotating wings 8 a.
  • an iron outer cylinder body 8b is provided integrally with the central shaft 2C via the rotary blade 8a, and co-rotates in the same direction with the permanent magnet rotor 1C.
  • the rotary wing 8 a is appropriately formed in a screw shape so that the driving outer cylinder 8 is easily rotated by wind power. Further, a slight second gap 9 is provided between the inner peripheral surface of the iron outer cylinder main body 8b and the shield cover 21C. Alternatively, the rotating wing 8a may be fixed to the rear end (the other end) of the central shaft 2C.
  • the child 1C has the advantage that it is easily rotated by the driving force of both driving (rotating) wings 8a and 3C. Also, since the outer cylinder body 8b of the driving outer cylinder 8 is made of iron, the distance between each permanent magnet of the permanent magnet rotor 1C and the outer cylinder body 8b is increased. As a result, the generated power of the stator winding 16 C is increased, and the cogging phenomenon is very small.
  • FIGS. 14 and 15 show the permanent magnet generator X5 of the fifth embodiment.
  • the fifth embodiment differs from the first embodiment mainly in the permanent magnet generator body (the same permanent magnet generator as in the first embodiment).
  • At least one rudder 31 is provided directly or indirectly through a shield cover, and the permanent magnet type generator body 30 is supported by an arm-shaped support body 32 in accordance with the wind direction. To rotate horizontally.
  • the rudder 31 is formed in a protruding shape in the axial direction above and below the outer peripheral wall of the stator main body 15D constituting the outer cylindrical stator made of synthetic resin or ceramics 10D.
  • the bearing body 32 is formed in a lip-groove type rope shape in appearance, and both ends 32a and 32a bent in the vertical direction are formed substantially in the center of the rudder 31.
  • the bearings 31a and 31a are slidably fitted.
  • the stator 10D of the fifth embodiment has no shield cover, the conductor mounting portion 13D is formed on the inner peripheral surface of the stator body 15D. Therefore, the stator winding 16D is slightly different from the permanent magnet type generator of the first embodiment, which is intrinsic to the stator body 15D.
  • the permanent magnet type generator main body 30 rotates in accordance with the wind direction, and has the same operation and effect as the first embodiment.
  • FIGS. 16 and 17 show the permanent magnet generator X6 of the sixth embodiment.
  • the sixth embodiment is different from the first embodiment mainly in that at least the synthetic resin stator 10E as the outer cylinder is formed in a long cylinder, Multiple permanent magnet rotors 1E in 10E (total of 3) are provided in a row with a required gap 35 in the axial direction through the long central shaft 2E. is there.
  • the shield cover 21E is also formed in a long cylindrical shape, and the stator winding 16E formed on the long cylindrical stator body 15E and the conductor mounting portion 13E for the E are also formed in the stator body.
  • a plurality (for example, in a row) is provided on the outer peripheral wall of the 15E in the axial direction corresponding to the position of the permanent magnet rotor 1E. This configuration has the advantage that the amount of power generation increases in proportion to the number of permanent magnet rotors 1E.
  • the permanent magnet type generator of the present invention is capable of generating power even with a very small cogging and weak natural energy, and is lightweight when the natural energy is hydraulic. It is suitable for use in campsites in rivers and seas. On the other hand, when the renewable energy is wind power, it is suitable to be used by mounting it on poles, supports, building roofs, engine rooms of automobiles, etc. Furthermore, if the basic configuration of the first embodiment is used, it can be used for a power storage device.

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Description

明 細 書 永久磁石型発電機 技術分野
本発明は水力 （波力も含む） 又は風力と言う自然エネルギーを利用して発電す る永久磁石型発電機に関する。 この永久磁石型発電機は、 コギング現象 （モータ が起動時に於いて、 磁力の引き合い現象によりガクガク回転すること。 ） を防止 、 発電機の軽量化等に適する。 またこの永久磁石型発電機は、 自然エネルギーが 水力の場合には、 川や海の中に入れて使用される。 一方、 自然エネルギーが風力 の場合には支柱、 支持台、 建物の屋根等に取付けられる。
背景技術
発電機 （例えば三相モータ） の構造は、 回転磁界をつくりだすための固定子と 、 回転子と、 回転子を固定子の中に一定の間隙を有するように保つ軸受とから成 る。 例えば水力、 風力等の自然エネルギーを利用した発電機は、 中心軸を有しか つ軸受で支えられた回転子が、 固定子巻線を有する筒状固定子の中で回転すると 、 固定子巻線に電気を発生させる。 そして、 固定子巻線に発生した電気は、 集電 環やブラシを通し、 抵抗器、 コンデンサ一等に接続される。
普通一般に、 固定子は、 磁石の役目であるから、 磁束の通り易い鉄心と、 電磁 石を作るための固定子巻線とからできている。 この場合固定子鉄心はゥズ電流に よる損失を防ぐために、 薄いゲイ素鋼板を重ね合せている。 一方、 回転子も固定 子と同様に薄いゲイ素鋼板を重ね合せた鉄心と回転子導体とからできている。 そ して、 前記回転子導体は、 回転子鉄心の周囲に形成された複数の溝にそれぞれ銅 棒を打ち込み、 各銅棒の両端に短絡環を溶接、 ロウ付け等をすることにより構成 されている。
ところで、 上記のように鉄心を用いた回転子は、 固定子鉄心に対し、 いわゆる コギング現象力生じ、 その結果、 発電機或いはモータの一特性としての強い起動 トルク （起電力） が必要になる。
したがって、 環境の条件によって、 弱い自然エネルギー （水力、 風力） を利用 して発電をしょうとする場合には、 前記コギング現象が発電の障害になる。
そこで、 従来、 固定子や回転子に鉄心 （固定子鉄心、 ロータコア） を用いた発 電機に於いて、 起電力を減少或いは低減することを目的とする技術が提案されて いる （特開平 6— 1 4 5 0 9号公報、 特開平 7— 1 8 4 3 6 0号公報） 。
しかして、 特開平 7— 1 8 4 3 6 0号公報に開示された第 1実施例には、 「N 極と S極とが周方向に交互に配置された環状磁石 （回転子） と、 この環状磁石内 に同極数 （例えば 5個） のゲイ素鋼板の突起爪 （ヨーク片） を有し、 かつ、 環状 コイルを内装する固定子 （発電コイル体） とから成り、 突起爪にはそれぞれ起電 力を減少するように突起方向にスリットを形成した発電機」 が示されている。
し力、しな力 <ら、 上記構成の発電機に於いては、 起電力を減少させることができ ると言うものの、 中心軸にベアリングを介してゲイ素鋼板で形成された固定子を 保持しているため、 その構造上、 全体として発電機が重いという欠点がある。
したがって、 本発明の永久磁石型発電機の目的は、 下記に列挙する通りである ο
記
①例えば川の中に入れ、 或いは支持台に取付けた場合に於いて、 弱い自然エネル ギ一でも使用可能であること。
②発電機を軽くすることができること。 すなわち、 容易に運搬可能であること。
③固定子卷線を長くすることができること。
④安価に製作することができると共に、 ランニングコストがかからないこと。
⑤小型化できること。
⑥固定子に鉄材を使用しないことによる利点を得ること。 この利点とは、 イング クタンスが小さい、 鉄損がない、 回転子に対して磁気吸引力がない等である。
発明の開示
本発明 （請求項 1に記載の発明） は、 中心軸 2に駆動羽 3を介して一体的に設 けられ、 かつ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1と、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1 を介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 力、つ、 導体取付け部 1 3に 固定子巻線 1 6を有する外筒状の非磁性体固定子 1 0とを備える。 したがって、 永久磁石型発電機は、 特に強い起動トルク （起電力） を必要とせず、 また発電機 を軽量化を図ることができる。
また本発明 （請求項 3に記載の発明） は、 中心軸 2 Aに駆動羽 3 Aを介して一 体的に設けられ、 かつ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁 石回転子 1 Aと、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸 受部材 1 1を介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、導体取付 け部 1 3に固定子巻線 1 6を有する外筒状の非磁性体固定子 1 O Aとを備え、 前 記永久磁石回転子 1 Aは、 中心軸 2 Aに駆動羽 3 Aを介して一体的に設けられ内 筒体 6と、 この内筒体の外周壁に N極と S極とが周方向に交互に環状配置された 複数個の永久磁石 l a、 …丄 nとから成ることを特徴とする。 したがって、 この 永久磁石型発電機は、 特に回転子側の各構成部材 （中心軸、 駆動羽、 内筒体） を 一体成形することができる。
また本発明 （請求項 4に記載の発明） は、 中心軸 2 Bに第 1駆動羽 3 Bを介し て一体的に設けられ、 力、つ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永 久磁石回転子 1 Bと、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承す る軸受部材 1 1 Bを介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、 導 体取付け部 1 3に固定子巻線 1 6 Bを有する外筒状の非磁性体固定子 1 0 Bとを 備え、 前記中心軸 2 Bの一端部は一方側の軸受部材 1 1 Bから突出し、 この突出 端部にプロペラ状の第 2駆動羽 7力取付けられていることを特徴とする。 したが つて、 この永久磁石型発電機は、 特に風力が弱い時であっても、 永久磁石回転子 が容易に回転する。 また所望する場所 （例えばキャンプ場に於いて、支持台に固 定子を適宜に連結する。 ） に設置することができる。
また本発明 （請求項 5に記載の発明） は、 中心軸 2 Cに駆動羽 3 Cを介して一 体的に設けられ、 力、つ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁 石回転子 1じと、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸 受部材 1 1 Cを介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、 導体取 付け部 1 3に固定子巻線 1 6 Cを有する外筒状の非磁性体固定子 1 0 Cとを備え 、 前記中心軸 2 Cの一端部が少なくとも一方側の軸受部材 1 1 Cから突出し、 こ の突出端部に前記永久磁石回転子 1 Cと共に同方向に共働回転する鉄製の駆動用 外筒体 8を固定的に設けたことを特徵とする。 したがって、 この永久磁石型発電 機は、 特に固定子巻線の発電量を大きくすることができる。
また本発明 （請求項 6に記載の発明） は、 永久磁石型発電機本体 3 0が、 中心 軸 2に駆動羽 3を介して一体的に設けられ、 力、つ、 自然エネルギー媒体 4の通過 を許容する内筒状の永久磁石回転子 1と、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を介して一定の間隙 1 2を形成するように設 けられ、 力、つ、 導体取付け部 1 3 Dに固定子巻線 1 6 Dを有する外筒状の非磁性 体固定子 1 0 Dとを備え、 前記固定子 1 0 Dに方向舵 3 1を少なくも 1つ以上設 け、 また永久磁石型発電機本体 3 0は固定子 1 0 Dを摺動自在に軸支するアーム 状支承体 3 2を介し、 風向きに対応して回動することを特徴とする。 したがって 、 この永久磁石型発電機は、 例えば普通一般の家庭に於いて、 建物の屋根に設置 するのに適する。
最後に、 本発明 （請求項 7に記載の発明） は、 長い中心軸 2 Eにそれぞれ駆動 羽 3を介して一体的に設けられ、 力、つ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する 複数個の内筒状永久磁石回転子 1 Eと、 これらの永久磁石回転子の外周壁に対し 、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を介して一定の間隙 1 2を形成するように 設けられ、 かつ、 前記各永久磁石回転子 1 Eの位置に対応して複数個設けられた 導体取付け部 1 3 Eにそれぞれ固定子巻線 1 6 Eを有する長い外筒状の非磁性体 固定子 1 0 Eとを備える。 したがって、 この永久磁石型発電機は、 発電量を多く 取りたい場合に適する。
ここで「非磁性体」 とは、 非鉄金属 （例えばチタン、 ステンレス等） 又は非金 属 （合成樹脂、 セラミックス、 布、紙等） を問わず、 コギング現象を防ぐと言う 発明の目的との関係で、 弱磁性体 （磁性体が殆ど存在しない物質） であり、 かつ 、 鉄よりも軽い材料を言う。 またここで 「自然エネルギー媒体」 とは、 水又は風 を言う。 また 「自然力 （自然エネルギー） 」 とは、 水力又は風力を言う。
図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】
第 1図は、 本発明の第 1実施例を示す斜視からの説明図。
第 2図は、 第 1図に於いて、 構成部材を分解した説明図。 第 3図は、 第 1図に於いて、 左側面からの説明図。
第 4図は、 第 1図に於いて、 軸方向を示す概略断面説明図。
第 5図は、 第 1図に於いて、 半径方向を示す概略断面説明図。
第 6図は、 第 1実施例の使用状態の一例を示す説明図。
第 7図は、 第 1実施例の作動状態を示す説明図。
第 8図は、 本発明の第 2実施例の概略断面説明図 （第 4図と同様の図） 。
第 9図は、 第 2実施例の構成部材を分解した説明図 （第 2図と同様の図） 。 第 1 0図は、 本発明の第 3実施例の概略断面説明図。
第 1 1図は、 第 3実施例の斜視からの説明図。
第 1 2図は、 本発明の第 4実施例の概略断面説明図。
第 1 3図は、 第 4実施例の斜視からの分解説明図。
第 1 4図は、 本発明の第 5実施例の概略断面説明図。
第 1 5図は、 第 5実施例の斜視からの説明図。
第 1 6図は、 本発明の第 6実施例の概略断面説明図。
第 1 7図は、 第 6実施例の斜視からの説明図。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を添付図面を参照に詳細に説明する。
第 1図乃至第 7図は、 永久磁石型発電機 X Iの第 1実施例である。 この第 1実 施例は、 自然エネルギー媒体が水力の場合に相応しい。
まず 1は中心軸 2に駆動羽 3を介して一体的に設けられ、 かつ、 自然エネルギ 一媒体 4 (望ましくは水） の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子である。 こ の永久磁石回転子 1は、 N極と S極とが周方向に交互に環状配置された合計 4個 の永久磁石 l a、 l b、 l c、 I dで構成されている。 したがって、 各永久磁石 l a、 l b、 1 c、 1 dは、 図 5で示すように筒状の磁気結合体になるように同 一曲率で湾曲形成されている。 永久磁石の数は、 2個、 3個、 5個等任意の数で 良い。 前記中心軸 2並びに駆動羽 3は、 硬質の合成樹脂材で形成されている。 永 久磁石回転子 1は、 外観上短筒状に形成されているが、 長筒状であっても良い。 前記中心軸 2並びに駆動羽 3は、 永久磁石型発電機 X Iの重量を考慮し、 軽い 素材 （例えば合成樹脂材） を選択している。 中心軸 2は短筒状の永久磁石回転子 W
6
1よりも多少長く、 永久磁石回転子 1から突出する両端部には、 玉軸受 5、 5が それぞれ設けられている。
また前記駆動羽 3は、 内筒状の永久磁石回転子 1内を通過する自然エネルギー 媒体 （水流） 4により駆動 （回転） するように形成されている。 本実施例では、 例えば駆動羽 3は合計 4枚で構成され、 図 4又は図 5で示すように永久磁石回転 子 1の一端部側から他端部側へと湾曲しながら延びている。 そして、 各駆動羽 3 は、 略 4 5度の間隔で中心軸 2並びに永久磁石回転子 1に一体的に設けられてい 次に 1 0は永久磁石回転子 1の外周壁に対し、 中心軸 2を支承する左右一対の 軸受部材 1 1、 1 1を介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、 複数個の導体取付け部 1 3に固定子巻線 （発電コイル） を有する外筒状の合成樹 脂製固定子である。 この固定子 1 0は、 本実施例では永久磁石型発電機 X Iのコ ギング現象を極力防ぐために、 合成樹脂材で形成されている。 固定子 1 0のその 他の材質としてはチタン、 ステンレス、 セラミックス、硬質の紙、 布がある。 こ の外筒状の固定子は、 外周壁に長手方向に延びる導体取付け部 1 3を有する固定 子本体 1 5と、 前記導体取付け部 1 3に巻装された固定子巻線 1 6とから成る。
しかして、 前記軸受部材 1 1は、 固定子 1 0の外周端部に外嵌合する環状の周 胴部 1 7と、 この周胴部 1 7から半径方向に一体的に延びる複数本の支持アーム
1 8と、 これらの支持アーム 1 8に支持された玉軸受用中心嵌合部 1 9と、 この 中心嵌合部 1 9や支持アーム 1 8によって形成された複数個の自然エネルギー媒 体用流通孔 2 0から形成されている。
また前記導体取付け部 1 3は、 本実施例では永久磁石 1 a、 1 b、 1 c、 I d の極数に関係なく、 合計 6個設けられている。 これらの各導体取付け部 1 3は、 固定子 1 0の外周壁に略等間隔に突設されている。 そして、 各各導体取付け部 1
3には固定子巻線 1 6がそれぞれ巻装されている。 この場合導体取付け部 1 3は 、 固定子 1 0の外周壁の形成した凹所の内壁底面に設けても良いし、 又は固定子
1 0の内周壁に適宜に設けていも良い。
2 1は筒状のシールドカバーで、 このシールドカバー 2 1は、 軸受部材 1 1、
1 1と相待って固定子 1 0の全体をカバ一する。 なお、 このシールドカバ一 2 1 には端子出口が設けられ、 前記固定子巻線 1 6に接続された電気コ一ド 2 2を外 に案内する。
上記構成に於いて、 図 6及び図 7で示すように、 例えば永久磁石型発電機 X 1 をキャンプ場付近の川 Rの中に入れると、 仮に川の流れ力遅い場合 （自然ェネル ギ一が弱い場合） であっても、 駆動羽 3は流通孔 2 0を介して永久磁石回転子 1 内を一方向に通過する水流 4のエネルギーを受け、 中心軸 2が回転する。 したが つて、 永久磁石回転子 1は、 中心軸 2及び駆動羽 3と共に回転する。 そうすると 、 永久磁石回転子 1の磁界が固定子 1 0の固定子巻線 1 6に対して交差方向に横 切ることになるから、 誘起電圧が発生し、 前記固定子巻線 1 6から電気を取出す ことができる。
他の実施例
次に第 1実施例の構成をそのまま含む他の実施例について説明する。 なお、 他 の実施例を説明するに当たって、 第 1実施例と同一の構成部分には、 同一又は同 様の符号を付し、 重複する説明を省略する。 また固定子 1 0 A乃至 1 0 Eは非磁 性体である。
まず第 8図及び第 9図は、 第 2実施例の永久磁石型発電機 X 2である。 この第 2実施例に於いて、 第 1実施例のそれと主に異なる点は、 内筒状の永久磁石回転 子 1 A力、 合成樹脂製の内筒体 6と、 この内筒体 6の外周壁に N極と S極とが周 方向に交互に環状的配置された複数個の永久磁石 1 a、 1 b、 1 c、 1 d〜 l n とから成ることである。 なお、 中心軸 2 A及び駆動羽 3 Aも合成樹脂材で形成さ れている。 また符号 1 O Aは合成樹脂製固定子である。
したがって、 この永久磁石回転子 1 Aは、 駆動羽 3 Aを介して中心軸 2 Aに固 定されている。 また複数個の永久磁石 1 a、 l b、 1 c、 I dは、 第 1実施例と 同様に環状の一体的磁気結合体であつても良い力 各永久磁石はそれぞれ多少離 れた （分割的） 状態で内筒体 6に環状に配設されている。
しかして、 このように構成すると、 中心軸 2 A、 駆動羽 3 A及び内筒体 6を合 成樹脂材、 セラミックス等の材料で一体に成形することができる。 したがって、 永久磁石回転子 1 Aを容易に製作することができると言う利点がある。
次に第 1 0図及び第 1 1図は、 第 3実施例の永久磁石型発電機 X 3である。 こ の第 3実施例の永久磁石型発電機 X 3に於いて、 第 1実施例のそれと主に異なる 点は、 中心軸 2 Bの先端部が一方側の軸受部材 1 1 Bから突出し、 この突出先端 部にプロペラ状の第 2駆動羽 7が取付けれていることである。 なお、 符号 1 0 B は合成樹脂製固定子である。
しかして、 このように構成すると、 自然エネルギー媒体力風である場合に、 自 然カ （風力） が第 2駆動羽 7と第 1駆動羽 3 Bの両方にそれぞれ吹き当たるので 、 永久磁石回転子 1 Bは両方の駆動羽 7、 3 Bの駆動力により （駆動羽 7、 3 B カ湘待って） 、 容易に回転すると言う利点がある。 したがって、 弱い自然エネル ギ一を利用しても、 殆どコギング現象が生じることなく、 電磁誘導にて固定子卷 線 1 6 Bから電気を取り出せる。
次に第 1 2図及び第 1 3図は、 第 4実施例の永久磁石型発電機 X 4である。 こ の第 4実施例の永久磁石型発電機 X 4に於いて、 第 1実施例のそれと主に異なる 点は、 中心軸 2 Cの先端部 （一端部） が少なくとも一方側の軸受部材 1 1じから 突出し、 この突出先端部に駆動用外筒体 （部材） 8を固定的に設けたことである 。 なお、 符号 1 0 Cは合成樹脂製固定子であり、 図示しない支持アームを介して 支柱、 屋根等に固定される。
しかして、 前記駆動用外筒体 8は、 内端部が中心軸 2 Cに固定された合計 8本 の回転羽 8 aと、 この回転羽 8 aの外端部に一体的に設けられた鉄製外筒本体 8 bとから成る。 したがって、 鉄製外筒本体 8 bは回転羽 8 aを介して中心軸 2 C に一体的に設けられ、 永久磁石回転子 1 Cと共に同方向に共働回転する。
なお、 前記回転羽 8 aは、 風力により駆動用外筒体 8が容易に回転するように スクリュウ状に適宜形成されている。 また鉄製外筒本体 8 bの内周面とシールド カバー 2 1 Cとの間には、 多少の第 2間隙 9が設けられている。 また回転羽 8 a を中心軸 2 Cの突出後端部 （他端部） に固定しても良い。
このように構成すると、 自然エネルギー媒体が風である場合に、 自然力 （風力 ) が駆動用外筒体 8の回転羽 8 aと第 1駆動羽 3 Cの両方にそれぞれ吹き当たる ので、 永久磁石回転子 1 Cは両方の駆動 （回転） 羽 8 a、 3 Cの駆動力により、 容易に回転すると言う利点がある。 また駆動用外筒体 8の外筒本体 8 bは鉄 （ョ ーク） であることから、 永久磁石回転子 1 Cの各永久磁石と外筒本体 8 bとの間 で発生する磁力が強くなり、 その結果、 固定子巻線 1 6 Cの発電量が大きく成る と共に、 コギング現象が非常に小さ L、と言う利点がある。
次に第 1 4図及び第 1 5図は、 第 5実施例の永久磁石型発電機 X 5である。 こ の第 5実施例に於いて、 第 1実施例のそれと主に異なる点は、 永久磁石型発電機 本体 （第 1実施例と同様の永久磁石型発電機） 3 0の固定子 1 0 Dに直接又はシ —ルドカバ一を介して間接的に方向舵 3 1を少なくも 1つ以上設け、 また永久磁 石型発電機本体 3 0はアーム状の支承体 3 2を介し、 風向きに対応して水平方向 に回動することである。
しかして、 前記方向舵 3 1は外筒状の合成樹脂製固定子又はセラミックス製固 定子 1 0 Dを構成する固定子本体 1 5 Dの外周壁の上下にそれぞれ軸芯方向に向 かって突片状に設けられ、 また前記支承体 3 2は外観上リップミゾ型綱形状に形 成され、 その垂直方向に折曲された両端部 3 2 a、 3 2 aは、 前記方向舵 3 1の 略中央に形成された軸受部 3 1 a、 3 1 aに摺動自在に嵌合している。 なお、 こ の第 5実施例の固定子 1 0 Dは、 シールドカバーが存在しない反面、 導体取付部 1 3 Dが固定子本体 1 5 Dの内周面に形成されている。 したがって、 固定子巻線 1 6 Dは、 固定子本体 1 5 Dに対して内在型である点力《第 1実施例の永久磁石型 発電機と多少異なる。
このように構成すると、 自然エネルギー媒体が風である場合に、 永久磁石型発 電機本体 3 0は風向きに対応して回転すると共に、 第 1実施例と同一の作用 ·効 果がある。
次に第 1 6図及び第 1 7図は、 第 6実施例の永久磁石型発電機 X 6である。 こ の第 6実施例に於いて、 第 1実施例のそれと主に異なる点は、 少なくとも外筒体 としての合成樹脂製固定子 1 0 Eが長い筒状に形成され、 この長筒状固定子 1 0 Eの中に複数個 （合計 3個） 永久磁石回転子 1 Eが長い中心軸 2 Eを介して軸芯 方向に所要の間隙 3 5を有して列状に設けられていることである。
したがって、 シールドカバ一 2 1 Eも長筒状に形成され、 また長筒状の固定子 本体 1 5 Eに形成された固定子巻線 1 6 E用導体取付け部 1 3 Eも、 固定子本体 1 5 Eの外周壁に軸芯方向に永久磁石回転子 1 Eの位置に対応して複数個 （例え ば列状に） 設けられている。 このように構成すると、 永久磁石回転子 1 Eの数に比例して発電量が多くなる という利点がある。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明の永久磁石型発電機は、 コギングが非 常に小さくて弱い自然エネルギーでも発電可能である、 軽量である等の理由から 、 自然エネルギーが水力の場合には、 キャンプ場に於いて、 川や海の中に入れて 使用する場合に適している。 一方、 自然エネルギーが風力の場合には、 支柱、 支 持台、 建物の屋根、 自動車のエンジンルーム等に取付けて使用するのに適してい る。 さらに、 第 1実施例の基本的な構成を利用すれば、 電力貯蔵装置に用いるこ ともできる。
符号の説明
XI、 X2、 X3、 X4、 X5、 X 6…永久磁石型発電機、
1、 1A、 1B、 1 C、 1D、 IE…永久磁石回転子、
2、 2A、 2B、 2 C、 2D、 2E…中心軸、
3、 3A、 3B、 3C…駆動羽、
4…自然エネルギー媒体、
7…第 2駆動羽、
8…駆動用外筒体、
8 a…回転羽、
8 b…鉄製外筒本体、
9…第 2間隙、
10、 10A、 10B、 10C、 10D、 10E…固定子、
11、 11 C…軸受部材、
12、 35…間隙、
13、 13 D、 13 E…導体取付け部、
15、 15D、 15 E…固定子本体、
16、 16B、 16C、 16 D…固定子巻線、
21、 21 C、 2 IE…シールドカバー。

Claims

請求の範囲
1. 中心軸 2に駆動羽 3を介して一体的に設けられ、 かつ、 自然エネルギー媒 体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1と、 この永久磁石回転子の外周 壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を介して一定の間隙 1 2を形成す るように設けられ、 かつ、 導体取付け部 1 3に固定子巻線 1 6を有する外筒状の 非磁性体固定子 1 0とを備える永久磁石型発電機。
2. 請求項 1に於いて、 非磁性体固定子 1 0は、 非金属の素材で形成されてい ることを特徴とする永久磁石型発電機。
3. 中心軸 2 Aに駆動羽 3 Aを介して一体的に設けられ、 かつ、 自然エネルギ 一媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1 Aと、 この永久磁石回転子 の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を介して一定の間隙 1 2を 形成するように設けられ、 かつ、 導体取付け部 1 3に固定子巻線 1 6を有する外 筒状の非磁性体固定子 1 0 Aとを備え、 前記永久磁石回転子 1 Aは、 中心軸 2 A に駆動羽 3 Aを介して一体的に設けられ内筒体 6と、 この内筒体の外周壁に N極 と S極とが周方向に交互に環状配置された複数個の永久磁石 1 a、 一I nとから 成ることを特徴とする永久磁石型発電機。
4. 中心軸 2 Bに第 1駆動羽 3 Bを介して一体的に設けられ、 かつ、 自然エネ ルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1 Bと、 この永久磁石回 転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1 Bを介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、 導体取付け部 1 3に固定子巻線 1 6 Bを 有する外筒状の非磁性体固定子 1 0 Bとを備え、 前記中心軸 2 Bの一端部は一方 側の軸受部材 1 1 Bから突出し、 この突出端部にプロペラ状の第 2駆動羽 7が取 付けれていることを特徴とする永久磁石型発電機。
5. 中心軸 2 Cに駆動羽 3 Cを介して一体的に設けられ、 かつ、 自然エネルギ 一媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1 Cと、 この永久磁石回転子 の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1 Cを介して一定の間隙 1 2 を形成するように設けられ、 かつ、 導体取付け部 1 3に固定子巻線 1 6 Cを有す る外筒状の非磁性体固定子 1 0 Cとを備え、 前記中心軸 2 Cの一端部が少なくと も一方側の軸受部材 1 1 Cから突出し、 この突出端部に前記永久磁石回転子 1 C と共に同方向に共働回転する鉄製の駆動用外筒体 8を固定的に設けたことを特徴 とする永久磁石型発電機。
6. 永久磁石型発電機本体 3 0が、 中心軸 2に駆動羽 3を介して一体的に設け られ、 かつ、 自然エネルギー媒体 4の通過を許容する内筒状の永久磁石回転子 1 と、 この永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を 介して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 力、つ、 導体取付け部 1 3 Dに 固定子卷線 1 6 Dを有する外筒状の非磁性体固定子 1 0 Dとを備え、 前記固定子 1 0 Dに方向舵 3 1を少なくも 1つ以上設け、 また永久磁石型発電機本体 3 0は 固定子 1 0 Dを摺動自在に軸支するアーム状支承体 3 2を介し、 風向きに対応し て回動することを特徴とする永久磁石型発電機。
7. 長い中心軸 2 Eにそれぞれ駆動羽 3を介して一体的に設けられ、 かつ、 自 然エネルギー媒体 4の通過を許容する複数個の内筒状永久磁石回転子 1 Eと、 こ れらの永久磁石回転子の外周壁に対し、 前記中心軸を支承する軸受部材 1 1を介 して一定の間隙 1 2を形成するように設けられ、 かつ、 前記各永久磁石回転子 1 Eの位置に対応して複数個設けられた導体取付け部 1 3 Eにそれぞれ固定子巻線 1 6 Eを有する長い外筒状の非磁性体固定子 1 0 Eとを備える永久磁石型発電機
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