CN108258864A - 减小磁阻的发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供减小磁阻且发电效率优异的发电机，具有圆筒状的转子(3)和固定于壳体(1)中的圆筒状的内侧定子(4)及外侧定子(5)，转子安装在能够旋转地被壳体(1)支撑的旋转轴(2)，内侧定子与转子(3)同心地配置，外侧定子同心地配置于外侧，转子(3)，在使多个永磁铁(31)的磁极在旋转方向上交替不同的状态下，将多个永磁铁在旋转方向上配置成圆筒状，内侧定子(4)及外侧定子(5)，在与转子对置的一侧且在与配置于转子的永磁铁(31)相对向的位置，并排设置有在转子(3)旋转时分别产生交流电压的多个线圈(41、51)，配置于内侧定子(4)及外侧定子(5)的线圈(41、51)中的至少一方线圈为高电感线圈。

Description

减小磁阻的发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，其具备具有永磁铁的圆筒状的转子和与所述转子同心地配置且配置有多个线圈的圆筒状的定子，在转子旋转时产生交流电压，该发电机减小了产生的阻止转子旋转那样的磁阻。

背景技术

以往公知有如下的发电机，该发电机利用电磁感应将磁铁的能量转换成电能来进行发电，其中，电磁感应是指，在磁铁的磁力线内移动线圈时，在线圈内产生电动势(电压)，从而在线圈内有电流流动。

然而，在上述以往的发电机中，在具有永磁铁的圆筒状的转子进行旋转并通过配置于其外侧的定子线圈的旁边时，在定子线圈内产生电流，由此在线圈的周围产生磁力线，该磁力线与由转子的永磁铁放出的磁力线以在互相相反的方向上相碰撞的形式产生排斥力，或以在相同方向上相重叠的形式产生吸引力，从而会产生阻止转子运动的作用(这便是磁阻)，这会招致发电效率降低，因而为了获得规定的输出功率，需要额外的外部能量来抗衡磁阻，从而会招致发电机的能量效率降低。

因此，以往，一直以来都在开发能消除或减小磁阻且具有良好发电效率的发电机，例如在日本特许第4524110号公报(专利文献1)中公开了一种发电机，其通过使多个发电机的各个磁铁的位置相对于轴以均等的角度错开来使磁铁的引力相互抵消，另外，在日本特许第3047180号公报(专利文献2)、日本特开2008-187872号公报(专利文献3)中公开了采用无芯的线圈的发电机，此外，在日本特开2015-339270号公报(专利文献4)中公开了一种发电机，其线圈中的铁芯在轴心方向上比线圈短。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4524110号公报

专利文献2：日本特许第3047180号公报

专利文献3：日本特开2008-187872号公报

专利文献4：日本特开2015-339270号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在所述专利文献1所记载的发电机中，需要将多个发电机例如至少4台或8台发电机并排设置在轴线方向上，设置这样的发电机不仅在轴线方向上需要很大的空间且经济负担很大。另外，专利文献2及专利文献3所记载的发电机虽然能够消除磁阻，但另一方面，由于磁通泄漏大，因而减少了高效纵穿线圈的磁通，从而发电效率降低，发电量低，不能够发挥发电机的功能。另外，在所述专利文献4所记载的发明中存在如下问题，即，为了减小磁阻且发电效率良好地发电，需要规定线圈中的铁芯的长度，且将配置有永磁铁的转子配置在配置有线圈的筒状的定子的外侧，发电效率不充分。

本发明的问题在于提供一种不仅能减小磁阻且发电效率优异的发电机。

用于解决问题的手段

用于解决所述问题的本发明的特征在于，具有圆筒状的转子、圆筒状的内侧定子及圆筒状的外侧定子，所述转子安装在旋转轴上，所述旋转轴以能够旋转的方式被壳体支撑，所述内侧定子固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的内侧，所述外侧定子固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的外侧；所述转子，在使多个永磁铁的磁极在旋转方向上交替不同的状态下，将多个永磁铁在旋转方向上配置成圆筒状，所述内侧定子及外侧定子，在与所述转子对置的一侧且在与配置于所述转子的永磁铁相对向的位置，并排设置有在转子旋转时分别产生交流电压的多个线圈，且配置于所述内侧定子及外侧定子的线圈中的至少一方的线圈为高电感线圈。

感应线圈是能够在流动的电流所形成的磁场中储蓄能量的无源元件(线圈)，能够储蓄的磁能的量由其电感所决定，根据安培定则，电线缠绕的圈数越多线圈内的磁场越强。根据法拉第电磁感应定律，与线圈内的磁场的变化成正比地产生感应电动势，根据楞次定律，感应电流在阻碍磁场的变化的方向流动。另外，电感器具有延迟并再度形成交流电流的能力。

另外，在交链磁通随时间变化时，线圈中会产生电动势(电磁感应现象)，将此时产生的电动势称为感应电动势，将因感应电动势而在回路中流动的电流称为感应电流，感应电动势与磁通链数(匝数×交链磁通)随时间的变化成正比(法拉第定律)，感应电动势产生于阻碍交链磁通的变化的方向上(楞次定律等)。

在本发明中，配置于所述内侧定子及外侧定子的线圈为高电感线圈，由此因发电时的线圈极性使发电机的交链磁通与感应电流的相位发生180度的延迟，从而能够消除或减小磁阻。

另外，在本发明中，与以往的具备一个转子配一个定子的发电机，或者具备一个定子配多个转子的发电机不同，而是在一个转子的两侧具备具有产生感应电流的线圈的内侧定子和外侧定子，从而能够产生至少以往两倍以上的电动势，超额弥补了因减小磁阻所造成的电动势减小的情况。

另外，在本发明中，由用于形成所述内侧定子及外侧定子的磁性体所形成的磁轭呈大致T字形，所述磁轭的顶面大致沿所对置的转子的内侧面或外侧面弯曲，所述磁轭的轴线被配置为朝向所述旋转轴的中心，在此情况下，能够容易地设置本发明所需要的高电感线圈。

进而，在本发明中，尤其，通过使用于形成所述线圈的磁轭由硅钢板形成来减小磁阻，并且通过使所述磁轭的轴部的宽度在3mm以下，且使所述线圈具有至少20匝(turns)以上的匝数，从而使交链磁通变为20倍，因发电时的线圈极性使发电机的交链磁通与感应电流的相位发生180度的延迟，从而能够消除或减小磁阻，并且，能够获得仅与“交链磁通Φ×线圈的匝数N”随时间的变化率成正比的电动势。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能减小磁阻且发电效率优异的发电机。

附图说明

图1是本发明的优选实施方式的剖面概要图。

图2是图1所示的实施方式的交链磁通、感应电动势以及感应电流的关系图。

图3A、图3B是图1所示的实施方式中的高电感线圈与以往的电感线圈的概要图。

图4是在图1所示的实施方式中使用以往的电感线圈时的交链磁通、感应电动势以及感应电流的关系图。

附图标记说明

1 壳体

2 旋转轴

3 转子

4 内侧定子

5 外侧定子

31 永磁铁

41 线圈

51 线圈

具体实施方式

图1示出本发明的优选实施方式的剖面概要图，具有圆筒状的转子3、圆筒状的内侧定子4及圆筒状的外侧定子5，所述转子3安装在旋转轴2上，该旋转轴2以能够旋转的方式被壳体1支撑，所述内侧定子4固定于壳体1中，以与所述转子3同心的方式配置于所述转子3的内侧，所述外侧定子5固定于壳体1中，以与所述转子3同心的方式配置于所述转子3的外侧。

并且，所述转子3，在使多个永磁铁31的磁极S、N在旋转方向上交替不同的状态下，将多个永磁铁31在旋转方向上配置成圆筒状，且所述内侧定子4及外侧定子5，在与所述转子3对置的一侧且在与配置于所述转子3的永磁铁31相对向的位置，并排设置有在转子3旋转时分别产生交流电压的多个线圈41、51。

在本实施方式中，形成转子3的永磁铁31设置有12个，且12个永磁铁31分别被设置成相对于轴心占据30度的角度。对于各永磁铁31，在需要获得高的感应电动势时，优选选择并使用发挥高磁性的材质的永磁铁。

另外，对于所述内侧定子4及外侧定子5，18个线圈41及18个线圈51相对于轴心分别占据20度的角度，且线圈41及线圈51以使轴线同轴的方式放射状地相邻配置。

此外，在本实施方式中，构成所述内侧定子4及外侧定子5的线圈41及线圈51为高电感线圈，例如，如图3A所示，优选该线圈41及线圈51具有T字形的磁轭，所述磁轭的顶面沿构成转子3的磁铁31的内周面或外周面弯曲，所述磁轭例如由硅钢板形成，所述磁轭的轴部的宽度为3mm以下，并且，该线圈41及线圈51具有至少20匝以上的匝数。

图4是示出利用所述图3B所示的轴部与本实施方式不同即不细的通常的线圈以与图1所示的本发明的实施例同样的方式形成的发电机(未图示)中的交链磁通、感应电动势、感应电流的关系的图，感应电流I相对于感应电动势e产生了稍微滞后的相位。与线圈内的磁场的变化成正比地产生感应电动势，根据楞次定律，感应电流在阻碍磁场的变化的方向流动。另外，电感器(inductor)具有延迟并再度形成交流电流的功能，在交链磁通随着时间而变化时，在线圈中产生电动势(电磁感应现象)，因此时产生的电动势而在回路中流动的感应电动势与磁通链数(匝数×交链磁通)随时间的变化成正比(法拉第定律)，且感应电动势产生于阻碍交链磁通的变化的方向上，因而会产生磁阻。

与此相对，在本实施方式中，如图2所示，通过使配置于所述内侧定子4及外侧定子5的线圈41及线圈51为高电感线圈，因发电时的线圈极性使发电机的交链磁通与感应电流的相位发生180度延迟，从而能够消除或减小磁阻。

另外，本实施方式中的配置于内侧定子4及外侧定子5的线圈41及线圈51利用高电感线圈，该高电感线圈并非仅由无轴芯(磁轭)的线圈形成，而使用了T字形的磁轭，该磁轭由电阻小的硅钢板形成，该磁轭的轴部的宽度为3mm以下，并且该高电感线圈具有至少20匝以上的匝数。由于使用这样的高电感线圈，因发电时的线圈极性使发电机的交链磁通与感应电流的相位发生180度延迟，从而不仅能够消除或减小磁阻，而且与采用通常的线圈的情况相比，虽然减少了磁阻，但是依然能够确保发电容量。尤其是，以隔着转子3的方式在内侧和外侧分别设置采用了高电感线圈的内侧定子4和外侧定子5，因此，虽然所占用的体积小但也能够确保大的发电量。

另外，在本实施方式中，如上述那样，示出了使配置于内侧定子4及外侧定子5的线圈41及线圈51为高电感线圈的情况，然而，例如，也可以改变内侧定子的线圈的电感与外侧定子的电感，使用于减小磁阻的线圈的高电感化具有差异，或者使内侧定子4及外侧定子5中的一方为高电感线圈。

此外，在本实施方式中，示出了如下情况，即，配置于内侧定子4及外侧定子5的线圈41及线圈51利用由硅钢板形成且轴部的宽度为3mm以下的T字形的磁轭，并且具有至少20匝以上的匝数，由此形成高电感线圈。然而，在本发明中，当然可以是通过本发明的方式消除或减小磁阻的高电感线圈，也可以是通过其它结构形成的高电感线圈，其中，在本发明的方式中，具有圆筒状的转子、圆筒状的内侧定子及圆筒状的外侧定子，所述转子安装在旋转轴上，该旋转轴以能够旋转的方式被壳体支撑，所述内侧定子固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的内侧，所述外侧定子固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的外侧；所述转子，在使多个永磁铁的磁极在旋转方向上交替不同的状态下，使多个永磁铁在旋转方向上配置成圆筒状，且所述内侧定子及外侧定子，在与所述转子对置的一侧且在与配置于所述转子的永磁铁相对向的位置，并排设置有在转子旋转时分别产生交流电压的多个线圈；且配置于所述内侧定子及外侧定子的线圈中的至少一方的线圈因发电时的线圈极性使发电机的交链磁通与感应电流的相位发生180度延迟。

Claims (3)

1.一种减小磁阻的发电机，其特征在于，

具有圆筒状的转子、圆筒状的内侧定子以及圆筒状的外侧定子，

所述转子安装在旋转轴上，所述旋转轴以能够旋转的方式被壳体支撑，

所述内侧定子，固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的内侧，

所述外侧定子，固定于壳体中，以与所述转子同心的方式配置于所述转子的外侧，

所述转子，在使多个永磁铁的磁极在旋转方向上交替不同的状态下，将多个永磁铁在旋转方向上配置成圆筒状，

所述内侧定子以及外侧定子，在与所述转子相对置的一侧且在与配置于所述转子的永磁铁相对向的位置，并排设置有在转子旋转时分别产生交流电压的多个线圈，

且配置于所述内侧定子及外侧定子的线圈中的至少一方的线圈为高电感线圈。

2.根据权利要求1所述的减小磁阻的发电机，其特征在于，

由用于形成所述内侧定子及外侧定子的磁性体所形成的磁轭呈大致T字形，所述磁轭的顶面大致沿所对置的转子的内侧面或外侧面弯曲，所述磁轭的轴线被配置为朝向所述旋转轴的中心。

3.根据权利要求2所述的减小磁阻的发电机，其特征在于，

用于形成所述线圈的磁轭由硅钢板形成，并且，所述磁轭的轴部的宽度为3mm以下，且所述线圈具有至少20匝以上的匝数。