電機子コイル及びこれを使用する発電機
【課題】発電効率が高く、放熱性の高い発電機及びそれに使用するコイル及びこれを使用する発電機を提供する。
【解決手段】中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形されたコイルからなり、該コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填した形成した。また、このコイルからなる電機子と、複数の永久磁石を前記電機子のコイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したことを特徴とする発電機。
【解決手段】中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形されたコイルからなり、該コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填した形成した。また、このコイルからなる電機子と、複数の永久磁石を前記電機子のコイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したことを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な電機子コイルに関し、さらにこれを用いた発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電等に使用される発電機や各種のモーター用のコイルとして、棒状のコア（鉄芯）にコイルを長い円筒状に巻いた電機子コイルを有するものが多用されている。しかし、コア入りの電機子コイルは、コアと永久磁石との間において互いに引き合う力が生じ、回転に必要なトルクが大きくなり、低風速時には発電出力が低下する問題点が有った。
【０００３】
そこで、風車の回転軸部側に結合され、前記波形部に対応する複数組の平板形状の界磁石と対向し、波形部をもつ様に環状の平板形状に巻かれたコアレスの電機子コイルからなるアウターロータ形コアレス発電機用コイルが提案されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０００−２８７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に提案されているコアレス発電機用コイルは、コア（鉄芯）よるトルクの増大や、低風速時における発電出力の低下は解消されるものの、電機子コイルが環状の平板形状に巻かれて作成されているため、コイルの品質にバラツキがあるという問題点があった。しかも、発電出力を増大させるためには、前記平板形状の界磁石の径を大きくする必要があり、必然的にコアレス発電機用コイルが大型化しコストアップとなるという問題点もあった。
【０００６】
そこで、本発明者らはインナーロータ方式の樹脂成形電機子コイルを使用した発電機（特願２００７−２１６３７号公報）によって、低風速であっても効率良く発電できる技術を提案したが、さらなる効率の高い発電機が熱望されている。
。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、従来の鉄心に替わる素材として磁性体を使用して、従来のコアレス発電機用コイルより効率の高い発電が可能な電機子コイルを提供することを目的とし、さらにこの電機子コイルを使った発電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明の電機子コイルは、中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形された電機子コイルからなり、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填し形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項１に記載された電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成した発電機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電機子コイルによれば、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填したため、熱伝導率が向上し発電に伴なう電機子コイルの温度上昇が抑えられるという優れた効果を有する。
【００１１】
上記電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したため、発電効率が向上するという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電機子コイルの一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の電機子コイルを使用した発電機の一実施例を示す斜視図である。
【図３】図２の構成を説明する断面構成説明図である。
【図４】本発明の電機子コイルの放熱特性を示すグラフである。
【図５】本発明の電機子コイルの発電効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電機子コイル及びこれを使用する発電機を一実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の電機子コイルの一実施例を示す説明図、図２は本発明の発電機の一実施例を示す斜視図、図３は図２の構成を説明する断面構成説明図である。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の電機子コイル１を示す説明図であり、図１（ａ）は電機子コイル１の一実施例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図、図１（ｃ）はコイル２の配置を示す説明平面図である。図に示すように、 電機子コイル１は環状に巻回されたコイル２を周方向に複数配置し、耐熱性樹脂３によって中孔円板形状に加熱及び加圧成形される。そしてコイル２のリード線（図示せず）は耐熱性樹脂３から外部へ引き出される。
【００１５】
耐熱性樹脂３には、所定量の磁性体４が分散して投入されており、電機子コイル１が中孔円板形状に加熱及び加圧成形される際に、一体に形成される。尚、電機子コイル１の成形に使用される耐熱性樹脂３は市販のポリエステル樹脂・エポキシ樹脂などが使用可能であり、後述する発電機の設計温度に耐えるものであればかまわない。また、磁性体４としては、酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなどが使用される。
【００１６】
この構成からなる電機子コイル１をインナーロータ型発電機に使用し、発電性能と、放熱特性のテストを行なった。以下にその試験方法と結果を示す。
【００１７】
（放熱特性のテスト）
本発明の電機子コイルと従来の電機子コイルに直流電源から定電流（８Ａ）を流し、時間経過と温度変化を測定した。結果を図４に示す。
【００１８】
図４に示すように、本発明の電機子コイルを使用すると、従来の電機子コイルと比較して温度上昇が低いことが確認された。
【００１９】
（発電性能テスト)
風力発電機（Ａ−ＷＩＮＧ社製ＰＳ３−Ｋ３２Ｂ）に、本発明の電機子コイルと従来の電機子コイルを搭載して、それぞれモータによって回転させ、発電出力側に負荷抵抗をかけて、それぞれ１２Ｖ、２４Ｖの出力となるように調節した。その結果を図５に示す。
【００２０】
図５に示すように、本発明の電機子コイルを使用する発電機のほうが、約１０％発電効率が高くなることが確認された。
【００２１】
上記構成からなる、本発明の電機子コイルは、従来のコアレス発電機用電機子コイルと比較し、放熱特性に優れ、この電機子コイルを使用する発電機は発電効率が向上する。
【００２２】
次に図２及び図３に従って、本発明の電機子コイルを使用した発電機を説明する。図２は本発明の電機子コイル１を使用した発電機の一実施例を示す斜視図、図３は図２の構成を説明する断面構成説明図である。図に示すように、発電機１１は、回転軸１２を嵌入し回転可能に保持した円板形状を有する一対の外側界磁極１３と、一対の外側界磁極１３に挟持された３個の中孔円板形状を有する電機子コイル１４と、電機子コイル１４と交互に配置され回転軸１２を嵌入する２個の内側界磁極１５と、回転軸１２を挿通し電機子コイル１４を外周面で保持するする外ケース１６とから構成され、回転軸１２の回転による界磁極１３、１５の回転によって電機子コイル１４のコイル１７に誘導電流が発生し発電する。
【００２３】
外側界磁極１３・１３は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー１９と、ホルダー１９の片面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、永久磁石２０をホルダー１９と接続する磁石ホルダー２１とからなり、夫々永久磁石２０を対向して配置され、対向する永久磁石２０の磁極はそれぞれ逆とされる。また、内側界磁極１５・１５は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー２２と、ホルダー２２の両面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、から構成され、電機子１４と交互に積層されて回転軸１２を嵌入される。さらに、電機子１４の外周部は２枚のアルミ製ホルダー２６によって挟持して保持されている。尚、ホルダー１９、２２はいずれもアルミ若しくはアルミ合金にて形成されている。
【００２４】
外ケース１６は、中央部に回転軸１２を回転可能に保持するベアリング２３が設けられ、上記した界磁極１３、１５及び電機子コイル１４をスペーサー２４を介して挟持する。また、回転軸１２は円筒状に成形された鋼製部材からなり、外ケース１６のベアリング２３及び上記界磁極１３、１５を嵌入して保持される。そして、外ケース１６の外縁部に設けられた取り付け孔にボルトによって、上記した磁極１３，１５及び電機子コイル１４が積層して取り付けられる。
【００２５】
上記の構成からなる本発明の電機子コイルを使用する発電機によれば、複数の界磁極と電機子を回転軸方向に交互に積層して構成するため、高出力の発電を行なうことが可能となり、しかも界磁極の径を大きくすることがないため小型化が図れ、さらに界磁極と電機子を規格化することで、コストを軽減することができる。しかも電機子コイルを封止する耐熱樹脂に磁性体を分散してあるため熱伝導性が向上し、発電効率が向上する。
【００２６】
以上本発明による電機子コイルは、耐熱樹脂にて封止したため、コイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する。
【符号の説明】
【００２７】
１ 電機子コイル
２ コイル
３ 耐熱性樹脂
４ 磁性体
１１ 発電機
１２ 回転軸
１３ 外側界磁極
１４ 電機子
１５ 内側界磁極
１６ 外ケース
１７ コイル
１８ 中央孔部
１９、２２、２６ ホルダー
２０ 永久磁石
２１ 磁石ホルダー
２３ ベアリング
２４ スペーサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な電機子コイルに関し、さらにこれを用いた発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電等に使用される発電機や各種のモーター用のコイルとして、棒状のコア（鉄芯）にコイルを長い円筒状に巻いた電機子コイルを有するものが多用されている。しかし、コア入りの電機子コイルは、コアと永久磁石との間において互いに引き合う力が生じ、回転に必要なトルクが大きくなり、低風速時には発電出力が低下する問題点が有った。
【０００３】
そこで、風車の回転軸部側に結合され、前記波形部に対応する複数組の平板形状の界磁石と対向し、波形部をもつ様に環状の平板形状に巻かれたコアレスの電機子コイルからなるアウターロータ形コアレス発電機用コイルが提案されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０００−２８７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に提案されているコアレス発電機用コイルは、コア（鉄芯）よるトルクの増大や、低風速時における発電出力の低下は解消されるものの、電機子コイルが環状の平板形状に巻かれて作成されているため、コイルの品質にバラツキがあるという問題点があった。しかも、発電出力を増大させるためには、前記平板形状の界磁石の径を大きくする必要があり、必然的にコアレス発電機用コイルが大型化しコストアップとなるという問題点もあった。
【０００６】
そこで、本発明者らはインナーロータ方式の樹脂成形電機子コイルを使用した発電機（特願２００７−２１６３７号公報）によって、低風速であっても効率良く発電できる技術を提案したが、さらなる効率の高い発電機が熱望されている。
。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、従来の鉄心に替わる素材として磁性体を使用して、従来のコアレス発電機用コイルより効率の高い発電が可能な電機子コイルを提供することを目的とし、さらにこの電機子コイルを使った発電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明の電機子コイルは、中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形された電機子コイルからなり、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填し形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項１に記載された電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成した発電機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電機子コイルによれば、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填したため、熱伝導率が向上し発電に伴なう電機子コイルの温度上昇が抑えられるという優れた効果を有する。
【００１１】
上記電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したため、発電効率が向上するという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電機子コイルの一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の電機子コイルを使用した発電機の一実施例を示す斜視図である。
【図３】図２の構成を説明する断面構成説明図である。
【図４】本発明の電機子コイルの放熱特性を示すグラフである。
【図５】本発明の電機子コイルの発電効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電機子コイル及びこれを使用する発電機を一実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の電機子コイルの一実施例を示す説明図、図２は本発明の発電機の一実施例を示す斜視図、図３は図２の構成を説明する断面構成説明図である。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の電機子コイル１を示す説明図であり、図１（ａ）は電機子コイル１の一実施例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図、図１（ｃ）はコイル２の配置を示す説明平面図である。図に示すように、 電機子コイル１は環状に巻回されたコイル２を周方向に複数配置し、耐熱性樹脂３によって中孔円板形状に加熱及び加圧成形される。そしてコイル２のリード線（図示せず）は耐熱性樹脂３から外部へ引き出される。
【００１５】
耐熱性樹脂３には、所定量の磁性体４が分散して投入されており、電機子コイル１が中孔円板形状に加熱及び加圧成形される際に、一体に形成される。尚、電機子コイル１の成形に使用される耐熱性樹脂３は市販のポリエステル樹脂・エポキシ樹脂などが使用可能であり、後述する発電機の設計温度に耐えるものであればかまわない。また、磁性体４としては、酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなどが使用される。
【００１６】
この構成からなる電機子コイル１をインナーロータ型発電機に使用し、発電性能と、放熱特性のテストを行なった。以下にその試験方法と結果を示す。
【００１７】
（放熱特性のテスト）
本発明の電機子コイルと従来の電機子コイルに直流電源から定電流（８Ａ）を流し、時間経過と温度変化を測定した。結果を図４に示す。
【００１８】
図４に示すように、本発明の電機子コイルを使用すると、従来の電機子コイルと比較して温度上昇が低いことが確認された。
【００１９】
（発電性能テスト)
風力発電機（Ａ−ＷＩＮＧ社製ＰＳ３−Ｋ３２Ｂ）に、本発明の電機子コイルと従来の電機子コイルを搭載して、それぞれモータによって回転させ、発電出力側に負荷抵抗をかけて、それぞれ１２Ｖ、２４Ｖの出力となるように調節した。その結果を図５に示す。
【００２０】
図５に示すように、本発明の電機子コイルを使用する発電機のほうが、約１０％発電効率が高くなることが確認された。
【００２１】
上記構成からなる、本発明の電機子コイルは、従来のコアレス発電機用電機子コイルと比較し、放熱特性に優れ、この電機子コイルを使用する発電機は発電効率が向上する。
【００２２】
次に図２及び図３に従って、本発明の電機子コイルを使用した発電機を説明する。図２は本発明の電機子コイル１を使用した発電機の一実施例を示す斜視図、図３は図２の構成を説明する断面構成説明図である。図に示すように、発電機１１は、回転軸１２を嵌入し回転可能に保持した円板形状を有する一対の外側界磁極１３と、一対の外側界磁極１３に挟持された３個の中孔円板形状を有する電機子コイル１４と、電機子コイル１４と交互に配置され回転軸１２を嵌入する２個の内側界磁極１５と、回転軸１２を挿通し電機子コイル１４を外周面で保持するする外ケース１６とから構成され、回転軸１２の回転による界磁極１３、１５の回転によって電機子コイル１４のコイル１７に誘導電流が発生し発電する。
【００２３】
外側界磁極１３・１３は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー１９と、ホルダー１９の片面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、永久磁石２０をホルダー１９と接続する磁石ホルダー２１とからなり、夫々永久磁石２０を対向して配置され、対向する永久磁石２０の磁極はそれぞれ逆とされる。また、内側界磁極１５・１５は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー２２と、ホルダー２２の両面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、から構成され、電機子１４と交互に積層されて回転軸１２を嵌入される。さらに、電機子１４の外周部は２枚のアルミ製ホルダー２６によって挟持して保持されている。尚、ホルダー１９、２２はいずれもアルミ若しくはアルミ合金にて形成されている。
【００２４】
外ケース１６は、中央部に回転軸１２を回転可能に保持するベアリング２３が設けられ、上記した界磁極１３、１５及び電機子コイル１４をスペーサー２４を介して挟持する。また、回転軸１２は円筒状に成形された鋼製部材からなり、外ケース１６のベアリング２３及び上記界磁極１３、１５を嵌入して保持される。そして、外ケース１６の外縁部に設けられた取り付け孔にボルトによって、上記した磁極１３，１５及び電機子コイル１４が積層して取り付けられる。
【００２５】
上記の構成からなる本発明の電機子コイルを使用する発電機によれば、複数の界磁極と電機子を回転軸方向に交互に積層して構成するため、高出力の発電を行なうことが可能となり、しかも界磁極の径を大きくすることがないため小型化が図れ、さらに界磁極と電機子を規格化することで、コストを軽減することができる。しかも電機子コイルを封止する耐熱樹脂に磁性体を分散してあるため熱伝導性が向上し、発電効率が向上する。
【００２６】
以上本発明による電機子コイルは、耐熱樹脂にて封止したため、コイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する。
【符号の説明】
【００２７】
１ 電機子コイル
２ コイル
３ 耐熱性樹脂
４ 磁性体
１１ 発電機
１２ 回転軸
１３ 外側界磁極
１４ 電機子
１５ 内側界磁極
１６ 外ケース
１７ コイル
１８ 中央孔部
１９、２２、２６ ホルダー
２０ 永久磁石
２１ 磁石ホルダー
２３ ベアリング
２４ スペーサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形された電機子コイルからなり、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填し形成したことを特徴とする電機子コイル。
【請求項２】
請求項１に記載された電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したことを特徴とする発電機。
【請求項１】
中孔を有し、耐熱性樹脂によって封入され円板形状に成形された電機子コイルからなり、巻線コイルを封入する耐熱性樹脂に磁性体を分散して充填し形成したことを特徴とする電機子コイル。
【請求項２】
請求項１に記載された電機子コイルと、複数の永久磁石を前記電機子コイルに対向して放射状に配置して構成した界磁極を、交互に積層して構成したことを特徴とする発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２５１６９（Ｐ２０１１−１２５１６９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８２３２３（Ｐ２００９−２８２３２３）
【出願日】平成２１年１２月１２日（２００９．１２．１２）
【出願人】（５０８０１４７１８）Ａ−ＷＩＮＧインターナショナル株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１２日（２００９．１２．１２）
【出願人】（５０８０１４７１８）Ａ−ＷＩＮＧインターナショナル株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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