JP2019050692A - Power generation mechanism - Google Patents
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Abstract
【課題】外部ロータを構成部品とし、外部ロータの回転により発電可能とする事で、電源が不要な自己発電型の発電機構を提供する。【解決手段】発電機構を少なくとも、モータと、モータを収納している外部ロータから構成する。モータはロータとステータを有し、ロータ又はステータには、コイル又はマグネットがそれぞれ備えられている。外部ロータは中心軸を中心に回転し、その回転に伴いモータのステータのみが回転し、一方モータのシャフトとロータは回転されない。従ってモータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作により、モータで発電を行う。【選択図】図3A self-generating power generation mechanism that does not require a power source is provided by using an external rotor as a component and making it possible to generate power by rotating the external rotor. The power generation mechanism includes at least a motor and an external rotor that houses the motor. The motor has a rotor and a stator, and the rotor or the stator is provided with a coil or a magnet, respectively. The external rotor rotates about the central axis, and only the stator of the motor rotates with the rotation, while the shaft and rotor of the motor do not rotate. Therefore, electric power is generated by the motor by the relative rotation between the motor coil and the magnet. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、発電機構に関する。 The present invention relates to a power generation mechanism.
車両の車輪やベルトコンベアーのキャリアローラー等、何らかの回転体(以下、外部ロータと記載)を有する用途(例えば、特許文献1参照)では、外部ロータの回転速度制御のため、その外部ロータの回転動作の有無や回転数の検出が求められている。 In applications that have some kind of rotating body (hereinafter referred to as an external rotor) such as a vehicle wheel or a carrier roller of a belt conveyor (for example, refer to Patent Document 1), the rotational movement of the external rotor is performed to control the rotational speed of the external rotor. It is required to detect the presence or absence of rotation and the number of revolutions.
しかし、外部ロータの回転動作の有無や回転数の検出を有線通信で行おうとすると、外部ロータから配線を引き出さなければならず、外部ロータの回転に伴い配線に捩れが発生してしまう。そこで無線通信により検出を行う必要が有るが、無線検出の為には無線機を動作させるための電源が必要となる。 However, if it is intended to detect the presence or absence of the rotational movement of the external rotor and the number of rotations by wired communication, the wiring must be drawn from the external rotor, and twisting occurs in the wiring as the external rotor rotates. Therefore, although it is necessary to perform detection by wireless communication, a power supply for operating the wireless device is necessary for wireless detection.
しかし外部ロータ内に電源を備えると、その電源の交換や充電作業が必須となり、それら作業の度に外部ロータの回転動作を中断させなければならなかった。 However, when a power supply is provided in the external rotor, replacement of the power supply and charging work are essential, and it is necessary to interrupt the rotation operation of the external rotor each time these work.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、外部ロータを構成部品とし、外部ロータの回転により発電可能とする事で、電源が不要な自己発電型の発電機構の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a self-power generation type power generation mechanism that does not require a power supply by using an external rotor as a component and enabling power generation by rotation of the external rotor.
前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の発電機構は少なくとも、モータと、モータを収納している外部ロータから構成され、モータはロータとステータを有し、ロータ又はステータには、コイル又はマグネットがそれぞれ備えられており、外部ロータが中心軸を中心に回転し、その回転に伴いモータのステータのみが回転し、一方モータのシャフトとロータは回転されず、モータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作によりモータで発電が行われることを特徴とする。 The problems are solved by the present invention described below. That is, the power generation mechanism of the present invention comprises at least a motor and an external rotor housing the motor, the motor has a rotor and a stator, and the rotor or stator is provided with a coil or a magnet, respectively. The external rotor rotates around the central axis, and along with the rotation, only the motor's stator rotates, while the motor's shaft and rotor do not rotate, and the motor generates electricity by relative rotation between the motor's coil and magnet Is performed.
なお、モータのステータと外部ロータとは固定される。 The motor's stator and the external rotor are fixed.
本発明の発電機構に依れば、外部ロータの回転に伴いモータのステータのみが回転し、モータのコイルとマグネット間に相対的な回転動作が発生する。この回転動作により生じる電磁誘導によって、誘導起電力が生じてモータで発電を行う事が可能となる。従って、自己発電型の発電機構が実現出来るので、無線機を動作させる為の電源が不要となり、電源の交換や充電等の作業も皆無とする事が可能となる。従って、外部ロータの回転動作の有無や回転数の検出を、外部ロータの回転に伴い何時でも行う事が出来ると共に、外部ロータの回転動作を中断させる事態も回避する事が可能となる。 According to the power generation mechanism of the present invention, only the stator of the motor rotates with the rotation of the external rotor, and a relative rotational movement occurs between the coil of the motor and the magnet. It is possible to generate an induced electromotive force by the electromagnetic induction generated by the rotation operation and to generate electric power by the motor. Therefore, since a power generation mechanism of a self-power generation type can be realized, a power supply for operating the wireless device is not necessary, and it is possible to eliminate the work such as replacement of the power supply and charging. Therefore, the presence or absence of the rotational movement of the external rotor and the detection of the number of rotations can be performed at any time according to the rotation of the external rotor, and it is possible to avoid the situation where the rotational movement of the external rotor is interrupted.
更に、モータのシャフトを回転させないので、比較的細身なシャフトで生じる回転動作時のモーメント力を皆無とする事が出来る。従って、シャフトの変形や破壊が防止可能となり、発電機構の信頼性の向上及び発電機構の連続動作時間を延長させる事も可能となる。 Furthermore, since the shaft of the motor is not rotated, it is possible to completely eliminate the moment force generated by the relatively thin shaft during the rotation operation. Therefore, deformation and destruction of the shaft can be prevented, and the reliability of the power generation mechanism can be improved and the continuous operation time of the power generation mechanism can be extended.
更に、本発明に係る発電機構は、外部ロータを構成部品として有すると共に、その外部ロータを回転させ、モータのシャフトは回転させない。従って、シャフトを回転させる必要の無い用途へも本発明に係る発電機構を使用出来る。 Furthermore, the power generation mechanism according to the present invention has the external rotor as a component, and rotates the external rotor and does not rotate the shaft of the motor. Therefore, the power generation mechanism according to the present invention can be used for applications where it is not necessary to rotate the shaft.
本実施の形態の第一の特徴は、発電機構は少なくとも、モータと、モータを収納している外部ロータから構成され、モータはロータとステータを有し、ロータ又はステータには、コイル又はマグネットがそれぞれ備えられており、外部ロータが中心軸を中心に回転し、その回転に伴いモータのステータのみが回転し、一方モータのシャフトとロータは回転されず、モータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作によりモータで発電が行われる発電機構とした事である。 The first feature of the present embodiment is that the power generation mechanism comprises at least a motor and an external rotor housing the motor, the motor has a rotor and a stator, and the rotor or stator has a coil or magnet. The outer rotor is rotated about the central axis, and only the motor stator rotates with the rotation, while the motor shaft and rotor are not rotated, and the relative position between the motor coil and the magnet is maintained. It is a power generation mechanism in which power generation is performed by a motor by rotational operation.
なお、モータのステータと外部ロータとは固定される。また、モータに於けるロータ及びステータとは、モータを単体で動作させた際に回転する部品側をロータ、固定される部品側をステータとする。 The motor's stator and the external rotor are fixed. Further, the rotor and the stator in the motor have a component side that rotates when the motor is operated alone as a rotor, and a component side to be fixed as a stator.
この構成に依れば、外部ロータの回転に伴いモータのステータのみが回転し、モータのコイルとマグネット間に相対的な回転動作が発生する。この回転動作により生じる電磁誘導によって、誘導起電力が生じてモータで発電を行う事が可能となる。従って、自己発電型の発電機構が実現出来るので、無線機を動作させる為の電源が不要となり、電源の交換や充電等の作業も皆無とする事が可能となる。よって、外部ロータの回転動作の有無や回転数の検出を、外部ロータの回転に伴い何時でも行う事が出来ると共に、外部ロータの回転動作を中断させる事態も回避する事が可能となる。 According to this configuration, only the stator of the motor rotates with the rotation of the external rotor, and a relative rotation occurs between the coil of the motor and the magnet. It is possible to generate an induced electromotive force by the electromagnetic induction generated by the rotation operation and to generate electric power by the motor. Therefore, since a power generation mechanism of a self-power generation type can be realized, a power supply for operating the wireless device is not necessary, and it is possible to eliminate the work such as replacement of the power supply and charging. Therefore, it is possible to detect the presence or absence of the rotational movement of the external rotor and to detect the number of rotations at any time according to the rotation of the external rotor, and to avoid the situation where the rotational movement of the external rotor is interrupted.
更に、モータのシャフトを回転させないので、比較的細身なシャフトで生じる回転動作時のモーメント力を皆無とする事が出来る。従って、シャフトの変形や破壊が防止可能となり、発電機構の信頼性の向上及び発電機構の連続動作時間を延長させる事も可能となる。 Furthermore, since the shaft of the motor is not rotated, it is possible to completely eliminate the moment force generated by the relatively thin shaft during the rotation operation. Therefore, deformation and destruction of the shaft can be prevented, and the reliability of the power generation mechanism can be improved and the continuous operation time of the power generation mechanism can be extended.
単位時間当たりの発電量を増加させようとすると、ロータやステータが大型となり、相対的に細身のシャフトに係る回転動作時のモーメント力も増加し、シャフトの破損等を招き易かった。一方、シャフトの破損を防止しようとすると、シャフトも太くしなければならず、発電機構の大型化や重量の増加を招き、単位時間当たりの発電効率の低下を招いていた。 If it was attempted to increase the amount of power generation per unit time, the rotor and the stator became large, the momental force at the time of the rotation operation concerning the slender shaft also increased, and it was easy to cause breakage of the shaft. On the other hand, in order to prevent the breakage of the shaft, the shaft must also be thick, which causes the size of the power generation mechanism to be increased and the weight to be increased, resulting in a decrease in power generation efficiency per unit time.
しかしシャフトを回転させない事で、比較的細身なシャフトで発生する回転動作時のモーメント力を皆無とする事が出来る。従って、シャフトの変形や破壊が防止可能となり、発電機構の信頼性の向上及び発電機構の連続動作時間を延長させる事も可能となる。 However, by not rotating the shaft, it is possible to eliminate the moment force generated by the relatively thin shaft during rotational operation. Therefore, deformation and destruction of the shaft can be prevented, and the reliability of the power generation mechanism can be improved and the continuous operation time of the power generation mechanism can be extended.
更に、本発明に係る発電機構は、外部ロータを構成部品として有すると共に、その外部ロータを回転させ、モータのシャフトは回転させない。従って、シャフトを回転させる必要の無い用途へも本発明に係る発電機構を使用出来る。 Furthermore, the power generation mechanism according to the present invention has the external rotor as a component, and rotates the external rotor and does not rotate the shaft of the motor. Therefore, the power generation mechanism according to the present invention can be used for applications where it is not necessary to rotate the shaft.
第二の特徴は、シャフトが固定されるか、又は、シャフトに錘が取り付けられることで、シャフトが回転されない発電機構とした事である。 The second feature is that the shaft is fixed, or a weight is attached to the shaft, so that the power generation mechanism does not rotate the shaft.
この構成に依れば、より確実且つ簡易な方法で、モータのシャフトとロータを無回転とさせる事が可能となる。 According to this configuration, it is possible to make the motor shaft and the rotor non-rotating in a more reliable and simple manner.
第三の特徴は、シャフトに錘が取り付けられると共に、外部ロータ内にシャフトと錘が収納され、錘の重心が外部ロータの中心軸上に配置されていない発電機構とした事である。 The third feature is that the weight is attached to the shaft, and the shaft and the weight are accommodated in the outer rotor, and the weight center of the weight is not disposed on the central axis of the outer rotor.
この構成に依れば、モータのシャフトを固定する為の別部品や固定端が不要になると共
に、外部ロータ内にシャフトと錘が収納されるので、発電機構の構造の簡略化と小型化が可能となる。
According to this configuration, a separate part and a fixed end for fixing the motor shaft are not required, and the shaft and the weight are accommodated in the external rotor, so the structure of the power generation mechanism is simplified and miniaturized. It becomes possible.
第四の特徴は、モータが、コアードモータ又はコアレスモータである発電機構とした事である。 A fourth feature is that the motor is a power generation mechanism that is a cored motor or a coreless motor.
この構成に依れば、モータの構造を汎用性の有る型式とする事が出来るので、発電機構の作製が容易になると共に、発電機構の信頼性確保も容易になる。 According to this configuration, since the structure of the motor can be made into a versatile type, it is easy to manufacture the power generation mechanism and also to ensure the reliability of the power generation mechanism.
第五の特徴は、モータが、コギングレス構造である発電機構とした事である。 The fifth feature is that the motor has a coggingless power generation mechanism.
この構成に依れば、発電時にモータでのコギングを防止(コギングトルクの発生を防止)する事が可能となる。 According to this configuration, it is possible to prevent cogging in the motor at the time of power generation (prevent the generation of cogging torque).
第六の特徴は、シャフトの中心軸と、外部ロータの中心軸が、同一軸上に配置されている発電機構とした事である。 A sixth feature is that the power generation mechanism is such that the central axis of the shaft and the central axis of the outer rotor are disposed on the same axis.
この構成に依れば、モータを外部ロータ内に配置する際にモータの偏心を防止出来るの
で、外部ロータの回転に伴うモータのガタツキや振動の発生が防止され、外部ロータの回転に伴う発電機構の信頼性低下を防止する事が可能となる。
According to this configuration, eccentricity of the motor can be prevented when the motor is disposed in the external rotor, thereby preventing generation of rattling and vibration of the motor accompanying the rotation of the external rotor, and a power generation mechanism accompanying the rotation of the external rotor It is possible to prevent the reliability of
第七の特徴は、外部ロータと同一回転数で、ステータが回転する発電機構とした事である。 A seventh feature is that the power generation mechanism rotates the stator at the same rotational speed as the external rotor.
この構成に依れば、モータで生じる回転数(特にステータで生じる回転数)の管理が容易となり、発電量の制御も容易に行う事が可能となる。 According to this configuration, the control of the number of revolutions generated by the motor (in particular, the number of revolutions generated by the stator) can be facilitated, and the control of the amount of power generation can be easily performed.
第八の特徴は、無線機及びセンサを備える発電機構とした事である。 An eighth feature is that the power generation mechanism includes a wireless device and a sensor.
この構成に依れば、外部ロータの回転動作の有無や回転数(回転速度)の検出、及び発電された電圧量の検出を、無線通信で行う事が可能となる。 According to this configuration, it is possible to detect the presence or absence of the rotational operation of the external rotor, the detection of the number of rotations (rotational speed), and the detection of the generated voltage amount by wireless communication.
第九の特徴は、無線機及びセンサが、外部ロータ又はステータの何れかに固定されている発電機構とした事である。 The ninth feature is that the radio set and sensor are a power generation mechanism fixed to either the external rotor or the stator.
この構成に依れば、無線機及びセンサが外部ロータの回転と共に同一回転数で回転するので、配線の捩れが防止される。 According to this configuration, since the wireless device and the sensor rotate at the same number of revolutions as the external rotor rotates, twisting of the wiring is prevented.
以下に本発明に係る各実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。 Although each Example which concerns on this invention below is described, this invention is not limited only to a following example.
(実施例1)
以下、図1、図3、及び図4を参照して本発明に係る実施例1の発電機構1、及びその発電機構1による自己発電動作を説明する。なお、図1(a)は、図1(b)のA−A断面図である(図1(a)では、コイル6の図示は省略している。)。図3又は図4に示すように、実施例1に係る発電機構1は少なくとも、モータ2と、モータ2を収納している外部ロータ3から構成される。なお図3と図4では、外部ロータ3のみ切断した部分切断図を図示している。
Example 1
Hereinafter, the power generation mechanism 1 of the first embodiment according to the present invention and the self power generation operation by the power generation mechanism 1 will be described with reference to FIGS. 1, 3 and 4. In addition, Fig.1 (a) is AA sectional drawing of FIG.1 (b) (In FIG.1 (a), illustration of the coil 6 is abbreviate | omitted.). As shown in FIG. 3 or 4, the power generation mechanism 1 according to the first embodiment includes at least a
外部ロータ3は円筒形状に形成されており、それ自体に軸部品は無い。しかし、後述するように外部ロータ3は外力により回転するので、その回転時の中心軸3aは存在する。
The
モータ2はロータ4とステータ5を有し、ロータ4又はステータ5には、コイル6又はマグネット7がそれぞれ備えられる。本実施例でのモータ2は、図1に示すようなブラシ8付きのコアードDCモータであり、ロータ4側にコイル6とシャフト10を、ステータ5側にマグネット7をそれぞれ備えている。なお、モータ2に於けるロータ4及びステータ5とは、モータ2を単体で動作させた際に回転する部品側をロータ4、固定される部品側をステータ5としている。
The
マグネット7はネオジム系マグネット(Nd-Fe-B系磁石)又はサマリウムコバルト系マグネット(SmCo系磁石)であり、モータ2の外周方向にN極又はS極と着磁した断面円弧状のマグネット片を4個、シャフト10の軸方向を点対称にして、円筒状のハウジングケース9の側壁に沿わせる事で環状に設けている。従ってマグネット7は、内側に円周面を有し、外側をハウジングケース9に密接させた形状である。シャフト10にはコア11、コア11に巻回されるコイル6、整流子12が設けられている。一方のステータ5側には、整流子12と接触するブラシ8、モータ2の端子部13、及びハウジングケース9が設けられている。
The
モータ2をコアードモータとする事により、モータ2の構造を汎用性の有る型式とする事が出来る。従って、発電機構1の作製が容易になると共に、発電機構1の信頼性確保も容易になる。
By making the motor 2 a cored motor, the structure of the
更にコアードモータをコギングレス構造とする事により、発電時にモータ2でのコギングを防止(コギングトルクの発生を防止)する事が可能となる。具体的には図1に示すコア11の長手方向(シャフト10の軸方向)を、シャフト10の軸方向に対して傾斜して形成するか、図示しないがコア11の断面に於ける円周形状を、マグネット7の内周面に対して非均等に形成することで、コギングレス構造とすれば良い。また、本実施例に於けるコアードモータとは、図1に示す通りインナーロータ型である。
Furthermore, by making the cored motor into a coggingless structure, cogging in the
更に、シャフト10の中心軸と、外部ロータ3の中心軸3aが、同一軸上に配置されている。シャフト10の中心軸と中心軸3aを同一軸上に配置する事により、モータ2を外部ロータ3内に配置する際にモータ2の偏心を防止する事が出来る。従って、外部ロータ3の回転に伴うモータ2のガタツキや振動の発生が防止され、外部ロータ3の回転に伴う発電機構1の信頼性低下を防止する事が可能となる。
Furthermore, the central axis of the
そのシャフト10は、一端が図示しない固定端に固定されるか、又は、シャフト10の一端に図3に示すように錘14が取り付けられる。また、ステータ5と外部ロータ3とは、図3に示すように外部ロータ3に形成された張り出し部分3bに、モータ2が圧入される事で固定される。外部ロータ3とステータ5が固定される事で、外部ロータ3は回転自在に配置される。張り出し部分3bは、外部ロータ3の内径方向に張り出すように一体に形成されている。更に張り出し部分3bの内側は、モータ2のハウジングケース9の外形に合わせて形成されている。
One end of the
更に、本実施例の発電機構1は、図4に示すように無線機16及びセンサ17を備える。無線機16が給電ワイヤー15によりモータ2に電気的に接続されていると共に、センサ17は無線機16に電気的に接続されている。センサ17としては、回転に伴って外部ロータ3の内部で発生する圧力や温度の変化を検出するセンサが挙げられる。無線機16及びセンサ17は、外部ロータ3、又はモータ2のステータ5の何れかに固定される。本実施例では無線機16及びセンサ17は、図4に示すように外部ロータ3の内周面上に固定される。
Furthermore, the power generation mechanism 1 of the present embodiment includes a
次に、発電機構1における自己発電の動作原理に関して説明する。外力が加わって外部ロータ3が中心軸3aを中心に回転すると、その回転に伴いモータ2のステータ5のみが回転する。一方、モータ2のシャフト10とロータ4は、シャフト10が固定されているか、又は、シャフト10に錘14が取り付けられているので回転しない。
Next, the operation principle of self-power generation in the power generation mechanism 1 will be described. When an external force is applied and the
従って、ステータ5側に備えられているマグネット7が、ロータ4側のコイル6に対して回転し、この回転動作によりマグネット7の磁界とコイル6との間で電磁誘導が作用し、誘導起電力が生じてモータ2で発電が起こる。従って、本実施例では無回転のコイル6に対しマグネット7のみ回転する動作が、モータ2のコイル6とマグネット7間の相対的な回転動作となり、この相対的な回転動作によりモータ2で発電が行われる。
Therefore, the
図3の例では、モータ2のサイズと、モータ2のステータ5の回転時に電磁誘導により発生する誘導起電力(V)に対し、モータ2のロータ4及びシャフト10が回転しない程度の位置エネルギー(J)が錘14で形成できれば良い。その位置エネルギーが形成出来る程度に、錘14の材料や寸法、重心位置14aが設定される。錘14の重心位置14aは、外部ロータ3の中心軸3a上に配置されておらず、図3の例では重心位置14aは中心軸3a上(即ち、シャフト10の中心軸方向)よりも下方に位置するように、錘14のサイズ等が設定されている。
In the example of FIG. 3, the position energy of the extent that the
シャフト10の一端が図示しない固定端に固定されるか、又は、シャフト10の一端に図3に示すように錘14が取り付けられる事で、より確実且つ簡易な方法で、モータ2のシャフト10とロータ4を無回転とさせる事が可能となる。
One end of the
また、外部ロータ3とモータ2のステータ5とが固定されているため、外部ロータ3と同一回転数で、ステータ5が回転される。よって、モータ2で生じる回転数(特にステータ5で生じる回転数)の管理が容易となり、発電量の制御も容易に行う事が可能となる。
Further, since the
なお、図3又は図4に示されるように、シャフト10に錘14が取り付けられると共に、
外部ロータ3内にシャフト10と錘14が収納され、錘14の重心(重心位置14a)が外部ロータ3の中心軸3a上に配置されていない構造がより望ましい。その理由は、モータ2のシャフト10を固定する為の別部品や固定端が不要になると共に、外部ロータ3内にシャフト10と錘14が収納されるので、発電機構1の構造の簡略化と小型化が可能となる為である。
As shown in FIG. 3 or 4,
More preferably, the
モータ2の発電により生じた電力が給電ワイヤー15を介して無線機16に供給され、別途任意に設置可能な赤外線等の無線機16及びセンサ17を起動することが可能となる。この無線機16とセンサ17により、外部ロータ3の回転動作の有無や回転数(回転速度)の検出、及び発電された電圧量の検出を、無線通信で行う事が可能となる。
The electric power generated by the electric power generation of the
無線機16及びセンサ17は、外部ロータ3又はステータ5の何れかに固定される事が好ましい。その理由は、無線機16及びセンサ17が外部ロータ3の回転と共に同一回転数で回転するので、配線の捩れが防止される為である。
It is preferable that the
外部ロータ3の回転数(回転速度)は、発電機構1が使用される用途に応じて変わり、外部ロータ3の回転数が同一だとしても、モータ2の逆起電圧定数Ke(mV/rpm)の設計により発電される電圧も変わる。発電される電圧値が、無線機16及びセンサ17の作動電圧値(例えば3V)以上確保されるように、Ke等を設定すれば良い。
The number of revolutions (rotational speed) of the
以上の本実施例の発電機構1に依れば、外部ロータ3の回転に伴いモータ2のステータ5のみが回転し、モータ2のコイル6とマグネット7間に相対的な回転動作が発生する。この回転動作により生じる電磁誘導によって、誘導起電力が生じてモータ2で発電を行う事が可能となる。従って、自己発電型の発電機構1が実現出来るので、無線機16を動作させる為の電源が不要となり、電源の交換や充電等の作業も皆無とする事が可能となる。よって、外部ロータ3の回転動作の有無や回転数の検出を、外部ロータ3の回転に伴い何時でも行う事が出来ると共に、外部ロータ3の回転動作を中断させる事態も回避する事が可能となる。
According to the power generation mechanism 1 of the present embodiment described above, only the stator 5 of the
更に、モータ2のシャフト10を回転させないので、比較的細身なシャフト10で生じる回転動作時のモーメント力を皆無とする事が出来る。従って、シャフト10の変形や破壊が防止可能となり、発電機構1の信頼性の向上及び発電機構1の連続動作時間を延長させる事も可能となる。
Furthermore, since the
単位時間当たりの発電量を増加させようとすると、ロータ4やステータ5が大型となり、相対的に細身のシャフト10に係る回転動作時のモーメント力も増加し、シャフト10の破損等を招き易かった。一方、シャフト10の破損を防止しようとすると、シャフト10も太くしなければならず、発電機構1の大型化や重量の増加を招き、単位時間当たりの発電効率の低下を招いていた。
When it is attempted to increase the amount of power generation per unit time, the
しかしシャフト10を回転させない事で、比較的細身なシャフト10で発生する回転動作時のモーメント力を皆無とする事が出来る。従って、シャフト10の変形や破壊が防止可能となり、発電機構1の信頼性の向上及び発電機構1の連続動作時間を延長させる事も可能となる。
However, by not rotating the
更に発電機構1は、外部ロータ3を構成部品として有すると共に、その外部ロータ3を回転させ、モータ2のシャフト10は回転させない。従って、シャフト10を回転させる必要の無い用途へも発電機構1を使用出来る。
Furthermore, the power generation mechanism 1 has the
なお、外部ロータ3が車輪である車両や、外部ロータ3がキャリアローラーであるベルトコンベアー等の分野に、発電機構1は適用可能である。
The power generation mechanism 1 is applicable to fields such as vehicles in which the
本実施例に係る発電機構1は、その技術的思想により種々変更可能であり、例えばモータ2はブラシレスモータに置き換え可能である。ブラシレスモータを発電機構1に備える場合、ロータ側にマグネット、ステータ側にコイルをそれぞれ備える。従ってこのような変更例では、無回転のマグネットに対しコイルのみ回転する動作が、モータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作となる。またモータ2はACモータでも良いし、アウターロータ型モータでも良い。また、モータ2のステータ5に、無線機16とセンサ17を取り付けても良い。
The power generation mechanism 1 according to the present embodiment can be variously changed according to the technical idea thereof. For example, the
(実施例2)
次に、図2〜図4を参照して本発明に係る実施例2の発電機構18を説明する。なお、実施例1と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化して記載する。
(Example 2)
Next, a power generation mechanism 18 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same reference numerals as in the first embodiment denote the same parts, and a redundant description will be omitted or simplified.
実施例2が実施例1と異なる箇所は、図2に示すように本実施例でのモータ19が、ブラシ20付きのコアレスDCモータである、という点である。本実施例でも、ロータ21側にコイル22とシャフト23を、ステータ24側にマグネット25をそれぞれ備えている。なお、モータ19に於けるロータ21及びステータ24とは、モータ19を単体で動作させた際に回転する部品側をロータ21、固定される部品側をステータ24としている。
The second embodiment differs from the first embodiment in that the
図2の例では、モータ19は中空円筒型のコアレスモータである。更にモータ19は、円筒状のコイル22、コイル22の支持体26、支持体26に形成された整流子27、支持体26の中心を貫通して支持体26に固定されたシャフト23からなるロータ21を有する。また、本実施例に於けるコアレスモータとは、図2に示す通りインナーロータ型である。
In the example of FIG. 2, the
更にシャフト23は、中空円筒状のマグネット25内に挿通され、円筒状のハウジングケース28の一端側に配置された軸受29aと、ハウジングケース28の他端側に配置された軸受29bとで軸支されている。
Furthermore, the
一方のステータ24側には、マグネット25、整流子27と接触するブラシ20、モータ19の端子部30、及びハウジングケース28が設けられている。マグネット25はNd-Fe-B系磁石又はSmCo系磁石であり、外周もしくは内周が極数p(pは4以上の偶数)で多極着磁されている。
The
モータ19をコアレスモータとする事により、モータ19の構造を汎用性の有る型式とする事が出来る。従って、発電機構18の作製が容易になると共に、発電機構18の信頼性確保も容易になる。
By making the motor 19 a coreless motor, the structure of the
更にモータ19をコギングレス構造とする事が可能となり、発電時にモータ19でのコギングを防止する事が可能となる。実施例1のようにコアードモータを発電機構18に使用する場合、モータ型式や構造をコギングレス構造に変更しなければならない。従って、汎用性の有る型式ながら、コギングレス構造を達成出来ると云う点で、モータはコアレスモータの方がより好ましい。
Furthermore, the
シャフト23の中心軸と、外部ロータ3の中心軸3aは、同一軸上に配置される。従って、モータ19を外部ロータ3内に配置する際にモータ19の偏心が防止され、外部ロータ3の回転に伴うモータ19のガタツキや振動の発生も防止され、外部ロータ3の回転に伴う発電機構1の信頼性低下を防止する事が可能となる。
The central axis of the
シャフト23は実施例1と同様に、一端が図示しない固定端に固定されるか、又は、シャフト23の一端に図3に示すように錘14が取り付けられる。また、ステータ24を形成するハウジングケース28が張り出し部分3bに圧入されて、モータ19が外部ロータ3に固定される。
The
次に、発電機構18における自己発電の動作原理を説明する。外部ロータ3が回転すると、その回転に伴いモータ19のステータ24のみ回転する。一方、シャフト23とロータ21は、シャフト23が固定されているか、又は、シャフト23に錘14が取り付けられているので回転しない。
Next, the operation principle of self-power generation in the power generation mechanism 18 will be described. When the
従って、マグネット25がコイル22に対して回転し、この回転動作によりマグネット25の磁界とコイル22との間で電磁誘導が作用し、誘導起電力が生じてモータ19で発電が起こる。従って、本実施例では無回転のコイル22に対しマグネット25のみ回転する動作が、モータ19のコイル22とマグネット25間の相対的な回転動作となり、この相対的な回転動作によりモータ19で発電が行われる。
Therefore, the
図3の例では、モータ19のサイズと、ステータ24の回転時に電磁誘導により発生する誘導起電力(V)に対し、ロータ21及びシャフト23が回転しない程度の位置エネルギー(J)が錘14で形成できれば良い。その位置エネルギーが形成出来る程度に、錘14の材料や寸法、重心位置14aが設定される。
In the example of FIG. 3, the
外部ロータ3の回転数(回転速度)は、発電機構18が使用される用途に応じて変わり、外部ロータ3の回転数が同一だとしても、モータ19の逆起電圧定数Ke(mV/rpm)の設計により発電される電圧も変わる。発電される電圧値が、無線機16及びセンサ17の作動電圧値以上確保されるように、Ke等を設定すれば良い。
The number of rotations (rotational speed) of the
以上の本実施例の発電機構18に依れば、外部ロータ3の回転に伴いモータ19のコイル22とマグネット25間に相対的な回転動作が発生し、この回転動作により生じる電磁誘導によって、モータ19で発電を行う事が可能となる。従って、無線機16を動作させる電源が不要となり、外部ロータ3の回転動作の有無や回転数の検出を何時でも行え、外部ロータ3の回転動作を中断させる事態も回避出来る。
According to the power generation mechanism 18 of the present embodiment as described above, relative rotation operation is generated between the
更に、モータ19のシャフト23を回転させないので、比較的細身なシャフト23で生じる回転動作時のモーメント力を皆無とする事ができ、シャフト10の変形や破壊が防止可能となる。従って、発電機構18の信頼性向上及び連続動作時間の延長も可能となる。また、シャフト23を回転させる必要の無い用途へも発電機構18を使用出来る。
Furthermore, since the
本実施例に係る発電機構18は、その技術的思想により種々変更可能であり、例えばモータ19はブラシレスモータに置き換え可能である。ブラシレスモータを発電機構18に備える場合、ロータ側にマグネット、ステータ側にコイルをそれぞれ備える。従ってこのような変更例では、無回転のマグネットに対しコイルのみ回転する動作が、モータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作となる。またモータ19はACモータでも良いし、アウターロータ型モータでも良い。また、モータ19のステータ24に、無線機16とセンサ17を取り付けても良い。
The power generation mechanism 18 according to the present embodiment can be variously changed according to the technical concept, and for example, the
なお、外部ロータ3とモータ2、19の固定方法は、本実施例で説明した張り出し部分3bへのモータ2、19の圧入に限定されない。具体的には圧入に代えて、ハウジングケース9又は28を外部ロータ3の内周面に接着させても良いし、すり割り付き止めネジ(いわゆる、イモネジ)でハウジングケース9又は28を外部ロータ3に固定しても良い。
In addition, the fixing method of the
1、18 発電機構
2、19 モータ
3 外部ロータ
3a 外部ロータの中心軸
3b 張り出し部分
4、21 モータのロータ
5、24 モータのステータ
6、22 コイル
7、25 マグネット
8、20 ブラシ
9、28 ハウジングケース
10、23 シャフト
11 コア
12、27 整流子
13、30 モータの端子部
14 錘
14a 錘の重心位置
15 給電ワイヤー
16 無線機
17 センサ
26 支持体
29a、29b 軸受
1, 18
3a Center axis of external rotor
10, 23 shafts
11 cores
12, 27 Commutator
13, 30 Motor terminal part
14 weight
14a Center of gravity position of weight
15 feeding wire
16 radio
17 sensors
26 Support
29a, 29b bearings
Claims (9)
モータはロータとステータを有し、ロータ又はステータには、コイル又はマグネットがそれぞれ備えられており、
外部ロータが中心軸を中心に回転し、その回転に伴いモータのステータのみが回転し、一方モータのシャフトとロータは回転されず、モータのコイルとマグネット間の相対的な回転動作によりモータで発電が行われる発電機構。 The power generation mechanism comprises at least a motor and an external rotor housing the motor,
The motor has a rotor and a stator, and the rotor or stator is provided with a coil or a magnet, respectively.
The external rotor rotates around the central axis, and along with the rotation, only the motor's stator rotates, while the motor's shaft and rotor do not rotate, and the motor generates electricity by relative rotation between the motor's coil and magnet The power generation mechanism that takes place.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017174482A JP2019050692A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Power generation mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017174482A JP2019050692A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Power generation mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019050692A true JP2019050692A (en) | 2019-03-28 |
Family
ID=65905968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017174482A Pending JP2019050692A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Power generation mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019050692A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110971018A (en) * | 2019-12-03 | 2020-04-07 | 中信戴卡股份有限公司 | A generator mounted on a rotating object |
-
2017
- 2017-09-12 JP JP2017174482A patent/JP2019050692A/en active Pending
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