專利名稱：發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用了磁路的磁阻變化的可變磁阻型的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于地球溫室效應(yīng)及節(jié)能對策，對風(fēng)力發(fā)電、小型水力發(fā)電、微型燃氣輪機等分散型發(fā)電的期待提高，為了實現(xiàn)分散型發(fā)電而自中容量到小容量的發(fā)電機的需求增多。特別是，在對用于風(fēng)力發(fā)電、小型水力發(fā)電的發(fā)電機中，由于需要使裝置小型化，因此一般使用高價的稀土類磁體。另一方面，由于實現(xiàn)能夠在低速下發(fā)電，使齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動變小，因此作為發(fā)電裝置的構(gòu)造，認為不具有芯體的所謂無芯型的發(fā)電裝置有前途。在這里，一般地說，齒槽轉(zhuǎn)矩是指開放繞線的狀態(tài)即沒有繞線電流流動的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩的脈動，當旋轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)子時利用磁體和鐵芯之間的相互吸引來產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。另一方面，轉(zhuǎn)矩脈動是指繞線連接有負載的狀態(tài)即有繞線電流流動的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩的脈動，當旋轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)子時在磁體、鐵芯及由繞線電流產(chǎn)生的電磁力之間的相互作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。在專利文獻3中，在由具有卷繞繞線而成的凸極的定子、以及具有凸極的轉(zhuǎn)子構(gòu)成的磁阻電動機中，對定子側(cè)的凸極和轉(zhuǎn)子側(cè)的凸極中的一個凸極的頂端面的角部進行倒角處理，使繞線的電感中不含有較大的高次諧波成分。在專利文獻4中，包含定子和轉(zhuǎn)子，以左右非對稱的方式對轉(zhuǎn)子的凸極部的頂端設(shè)置缺口，通過該缺口的作用效果降低再生運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩脈動。專利文獻1 日本特開平6-311711號公報專利文獻2 日本特開2002-262533號公報專利文獻3 日本特開2000-152577號公報(權(quán)利要求2、第(0020)、(0021)段)專利文獻4 日本特開2006-149030號公報(摘要)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題但是，在無芯型的發(fā)電裝置中，由于不僅輸出密度減小，還使用稀土類磁體等成本高的材料，因此存在不能實現(xiàn)發(fā)電裝置的廉價化的問題。在專利文獻1中，公開了能夠使2個電樞即轉(zhuǎn)子電性上成為180度范圍內(nèi)的任意位置關(guān)系的旋轉(zhuǎn)機結(jié)構(gòu)，但其只不過是用于使繞線的槽滿率提高、使勵磁提高。另一方面，在專利文獻2中，為了降低齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動，使用了轉(zhuǎn)子極的扭斜。 但是，在使用扭斜的情況下，雖然能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動，但存在發(fā)電機的輸出功率也降低的問題。在專利文獻3所公開的磁阻電動機中，只要將電感的分布設(shè)為正弦波，并且以正弦波電流進行勵磁，就能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動。但是，該磁阻電動機屬于被稱作開關(guān)磁阻電動機的種類，欲以高輸出功率、高效率運轉(zhuǎn)該電動機，一般利用矩形波電壓進行勵磁而不是正弦波。因而，可認為專利文獻3所公開的磁阻電動機即使能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動，輸出功率、效率也會差。根據(jù)專利文獻4所公開的發(fā)明，雖然能夠在某種程度上減小轉(zhuǎn)矩脈動，但在原理上不能使其為零。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種不會降低發(fā)電效率的低轉(zhuǎn)矩脈動的發(fā)電裝置。用于解決問題的方案本發(fā)明人根據(jù)不斷開發(fā)在定子中埋入永久磁體而成的三相可變磁阻型發(fā)電裝置等的經(jīng)驗，采用多個定子構(gòu)造，并且在外側(cè)配置轉(zhuǎn)子，在內(nèi)側(cè)配置定子，通過在定子上安裝磁體而形成具有芯體的構(gòu)造，另一方面，通過著力于轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)子極的頂端部形狀，而成功地使轉(zhuǎn)矩脈動降低到以往的50%以下，從而完成了本發(fā)明。此外，作為用于埋入定子的永久磁體，即使采用低成本的鐵素體磁體也能夠避免輸出功率降低。為了達到上述目的，本發(fā)明的第1方式的發(fā)電裝置包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子在定子主體的外周面排列有多個定子極用突起部，該轉(zhuǎn)子以能夠旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置于該定子周圍，并具有多個轉(zhuǎn)子極用突起部，多個定子極用突起部和多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的任意一者的各突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，多個定子極用突起部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離成第1定子極用突起組和第2定子極用突起組，第1定子極用突起組和第2定子極用突起組均以沿周向隔有間隔的方式排列上述定子極用突起部而構(gòu)成，轉(zhuǎn)子包括第1環(huán)部和第2環(huán)部，該第1環(huán)部和該第2環(huán)部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離；第1轉(zhuǎn)子極用突起組，其由多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在第1環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成；以及第2轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在第2環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成，第1定子極用突起組和上述第2定子極用突起組以相位相同的方式配置，并且第2轉(zhuǎn)子極用突起組設(shè)置為相對于第1轉(zhuǎn)子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180 度的機械角度。本發(fā)明的第2方式的發(fā)電裝置包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子在定子主體的外周面排列有多個定子極用突起部，轉(zhuǎn)子以能夠旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置于該定子周圍，并具有多個轉(zhuǎn)子極用突起部，多個定子極用突起部和多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的任意一者的各突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，多個定子極用突起部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離成第1定子極用突起組和第2定子極用突起組，第1定子極用突起組和第2定子極用突起組均以沿周向隔有間隔的方式排列定子極用突起部而構(gòu)成，轉(zhuǎn)子包括第1環(huán)部和第2 環(huán)部，該第1環(huán)部和該第2環(huán)部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離；第1轉(zhuǎn)子極用突起組，其由多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在第1環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成；以及第2轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在第2環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成，第1轉(zhuǎn)子極用突起組和第2轉(zhuǎn)子極用突起組以相位相同的方式配置，并且第2定子極用突起組設(shè)置為相對于第1定子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180度的機械角度。在上述第1及第2的任意一個方式中，優(yōu)選的是，多個轉(zhuǎn)子極用突起部分別具有第 1錐面和第2錐面，該第1錐面的突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向變低，該第2錐面的突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)反方向變低。特別是，多個轉(zhuǎn)子極用突起部的各頂端部在第1錐面和第2錐面之間具有截面圓弧狀的突出面。在上述第1及第2的任意一個方式中，優(yōu)選的是，多個定子極用突起部分別具有第 1錐面和第2錐面，該第1錐面的突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向變低，該第2錐面的突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)反方向變低。特別是，多個定子極用突起部的各頂端部在第1錐面和第2錐面之間具有截面圓弧狀的突出面。在上述第1及第2的任意一個方式中，優(yōu)選的是，在定子中，在夾著軸而相對的位置上以成對的方式設(shè)置有磁體，更優(yōu)選的是，磁體相對于定子的軸沿十字方向配置，該磁體可以使用鐵素體磁體。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的第1方式，多個定子極用突起部及多個轉(zhuǎn)子極用突起部的任意一者的各突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，即，將轉(zhuǎn)子極和定子極中的任意一者的頂端部設(shè)為錐狀，由此當轉(zhuǎn)子在定子周圍同軸旋轉(zhuǎn)時，能夠生成具有奇數(shù)次成分的轉(zhuǎn)矩波形。而且，由于第1定子極用突起組和第2定子極用突起組以相位相同的方式配置，并且第1轉(zhuǎn)子極用突起組的各突起部和第2轉(zhuǎn)子極用突起組的各突起部配置為電相位錯開180度即保持半個周期，因此能夠抵消上述轉(zhuǎn)矩波形的奇數(shù)次成分且只保留直流成分。因此，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。根據(jù)本發(fā)明的第2方式，多個定子極用突起部及多個轉(zhuǎn)子極用突起部的任意一者的各突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，即，將轉(zhuǎn)子極和定子極中的任意一者的頂端部設(shè)為錐狀，由此當轉(zhuǎn)子在定子周圍同軸旋轉(zhuǎn)時，能夠生成具有奇數(shù)次成分的轉(zhuǎn)矩波形。而且，由于第1轉(zhuǎn)子極用突起組和第2轉(zhuǎn)子極用突起組以相位相同的方式配置，并且第1定子極用突起組的各突起部和第2定子極用突起組的各突起部配置為電相位錯開180度即保持半個周期，因此能夠抵消上述轉(zhuǎn)矩波形的奇數(shù)次成分且只保留直流成分。因此，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。而且，由于在內(nèi)側(cè)配置有定子，在外側(cè)配置有轉(zhuǎn)子，在定子處配置有磁體、繞線，因此也能夠容易地實現(xiàn)小型化，由于采用了具有芯體的構(gòu)造，因此不會導(dǎo)致輸出功率降低。特別是，作為磁體而使用比稀土類磁體廉價的鐵素體磁體，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)廉價化。


圖1是本發(fā)明的第1實施方式的發(fā)電裝置的剖面圖；圖2示意地表示圖1所示的發(fā)電裝置中定子和轉(zhuǎn)子之間的關(guān)系，㈧為自某方向觀看的立體圖，(B)為自另一方向觀看的立體圖；圖3是表示圖1所示的發(fā)電裝置中定子和轉(zhuǎn)子之間的關(guān)系的側(cè)視圖；圖4是表示圖1所示的轉(zhuǎn)子的局部的側(cè)視圖；圖5是表示堆積了 2段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖；圖6是表示轉(zhuǎn)子中各突起部的一例的側(cè)視圖；圖7是表示圖6所示的切除角θ和轉(zhuǎn)矩波形之間的關(guān)系的圖，(A)表示切除角θ 為0°的情況，(B)表示切除角θ為3°的情況，(C)表示切除角θ為5°的情況；圖8是表示轉(zhuǎn)子中各突起部的其他例的側(cè)視圖；圖9是表示轉(zhuǎn)子中各突起部具有圖8所示的形狀的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖，(A)表示λ 1為4. 5mm、θ 1為5°的情況，(B)表示λ 1為4mm、θ 1為10°的情況，(C)表示λ 1 為6匪、θ 1為5°的情況，(D)表示λ 1為6匪、θ 1為10°的情況；圖10是表示突起部的頂端部在其兩側(cè)分別具有錐面且中央部具有彎曲面的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖；圖11是第2實施方式的發(fā)電裝置的側(cè)視圖；圖12是表示圖11所示的設(shè)置于定子的突起部的放大側(cè)視圖；圖13是表示在本發(fā)明的實施例中轉(zhuǎn)速為IOOOrpm下最大輸出功率時的轉(zhuǎn)矩波形的圖；圖14是表示在上述實施例中發(fā)電裝置的證實實驗系統(tǒng)的圖；圖15是表示在上述實施例中在解放出繞線的狀態(tài)即無負載狀態(tài)下繞線中感應(yīng)電壓波形的圖，(A)表示計算波形，(B)表示觀測波形；圖16是表示在上述實施例中各轉(zhuǎn)速下無負載感應(yīng)電壓的有效值的圖；圖17是表示試制的發(fā)電裝置的發(fā)電特性的圖；圖18是表示各轉(zhuǎn)速下最大輸出功率時的效率的實測值的圖；圖19是表示模擬結(jié)果的圖，(A)表示采用鐵素體磁體的情況，⑶表示采用釹磁體作為稀土類磁體的情況。附圖標記說明1 發(fā)電裝置；10、60 定子；11、61:定子主體；12,62 突起部(定子極用突起部)；12Α、62Α 第1突起組(第1定子極用突起組)；12Β 第2突起組(第2定子極用突起組)；13、66 繞線；14Α、14Β、14C、14D、64A、64B、64C、64D 磁體；15:中空;20,70 轉(zhuǎn)子；21A、71A 第 1 環(huán)部;21B:第 2 環(huán)部;22,72 突起部(轉(zhuǎn)子極用突起部)；22A、72A 第1突起組(第1轉(zhuǎn)子極用突起組)；22B.72B 第2突起組(第2轉(zhuǎn)子極用突起組)；23、63 突起部的頂端部；23A 突起部的中心部；24、65 相對面；24A、65A 第 1 錐面；24B、65B 第 2 錐面;MC、65C:彎曲面；24D、24E 錐面；面；25 外框;25A:圓筒部；25B、25C:側(cè)部；26 動力傳遞部；26A 頂端部；27:固定軸部；28 軸承；50 證實實驗系統(tǒng)；51:電動機；52 轉(zhuǎn)矩計。
具體實施例方式以下，參照附圖表示并詳細說明本發(fā)明的幾個實施方式。(第1實施方式)圖1是本發(fā)明的第1實施方式的發(fā)電裝置1的剖面圖，圖2示意地表示圖1所示的發(fā)電裝置1中定子10和轉(zhuǎn)子20之間的關(guān)系，㈧為自某方向觀看的立體圖，⑶為自另一方向觀看的立體圖。圖3是表示圖1所示的發(fā)電裝置1中定子10和轉(zhuǎn)子20之間的關(guān)系的主視圖。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的第1實施方式的發(fā)電裝置1具有定子10和轉(zhuǎn)子20。 定子10為圓筒形狀，在其外周曲面以呈圓周狀隔有間隔的方式設(shè)置有突起部12，在突起部 12上分別安裝有繞線13。特別地稱該突起部12為定子極用突起部或簡稱為定子極12。轉(zhuǎn)子20以與定子10的外周曲面相對的方式在同軸上具有沿軸向分離的第1環(huán)部21A和第2 環(huán)部21B，在第1環(huán)部21A和第2環(huán)部21B的內(nèi)周面分別設(shè)置有突起部22。特別地稱該突起部22為轉(zhuǎn)子極用突起部或簡稱為轉(zhuǎn)子極22。在后述中說明定子10和轉(zhuǎn)子20的詳細結(jié)構(gòu)。例如如圖1所示，發(fā)電裝置1除了定子10和轉(zhuǎn)子20之外，還包括外框25，其用于保持第1及第2環(huán)部21A、21B ；動力傳遞部沈，其用于對外框25傳遞動力；以及管狀的固定軸部27，其設(shè)置于動力傳遞部沈的軸的延長線上，并且配設(shè)于定子10的中心軸線上。以下，詳細說明這些外框25、動力傳遞部沈及固定軸部27。固定軸部27為管狀， 該固定軸部27貫穿定子10的中空部15。外框25由直徑大于第1環(huán)部21A和第2環(huán)部21B 的圓筒部25A、軸向一側(cè)的側(cè)部25B及另一側(cè)的側(cè)部25C —體地構(gòu)成。在外框25中的側(cè)部 25B、25C的軸向貫穿口中分別安裝有軸承觀，外框25利用軸承觀、觀能夠旋轉(zhuǎn)地安裝于固定軸部27。在固定軸部27的延長線上同軸地設(shè)置有動力傳遞部沈，在外框25中的一側(cè)的側(cè)部25B的軸線上自側(cè)部25B的外側(cè)靠近有固定軸部27。在動力傳遞部沈的頂端部26A 上形成有凸緣，動力傳遞部26的頂端部26A和外框25的一側(cè)的側(cè)部25B利用未圖示的螺釘?shù)劝惭b器具相連接。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，若風(fēng)力、水力作用下的旋轉(zhuǎn)力傳遞至動力傳遞部沈，則其旋轉(zhuǎn)力傳遞至外框25，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子20，另一方面，配設(shè)于定子10及其中心軸線上的固定軸部27仍處于固定狀態(tài)。此時，由于外框25中的軸向一側(cè)的側(cè)部25B和動力傳遞部沈利用未圖示的螺釘?shù)劝惭b器具相連接，在該外框25中的一側(cè)的側(cè)部25B和另一側(cè)的側(cè)部25C上分別夾裝有軸承觀、28，因此動力傳遞部沈的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由外框25而順暢地傳遞至轉(zhuǎn)子20。對定子10的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。定子10構(gòu)成為在圓筒形狀的定子主體11上以自作為定子極的定子主體11的外周面突出的方式設(shè)置有多個突起部12。詳細地說，在定子主體11的外周面以沿軸向隔有間隙的方式設(shè)置有第1突起組12A和第2突起組12B。第1 突起組12A和第2突起組12B的各定子極用突起部12自圓筒的中心軸以具有預(yù)定的中心角的方式形成為截面大致矩形形狀。在定子極用突起部12上分別呈線圈狀安裝有繞線13， 連接有各繞線13。繞線13例如經(jīng)由貫穿設(shè)置于固定軸部27的孔而配置于固定軸部27的中空處。在圖2的(A)、(B)中未示出繞線13。分別稱第1突起組12A、第2突起組12B為第1定子極用突起組、第2定子極用突起組。對轉(zhuǎn)子20的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。轉(zhuǎn)子20以與定子10呈同心圓狀的方式配置在定子10的圓筒外周面的外側(cè)。轉(zhuǎn)子20構(gòu)成為使第1環(huán)部21A和第2環(huán)部21B以沿軸向隔有間隙的方式固定設(shè)置于例如外框25中的圓筒部25A的內(nèi)側(cè)。在這里，第1環(huán)部21A以其內(nèi)周面與定子10中的第1定子極用突起組12A相對的方式設(shè)置。第2環(huán)部21B以其內(nèi)周面與定子10中的第2定子極用突起組12B相對的方式設(shè)置。在第1環(huán)部21A的內(nèi)周面設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子極用突起部22，由設(shè)置于第1環(huán)部21A的多個轉(zhuǎn)子極用突起部22構(gòu)成第1突起組22A。相同地，在第2環(huán)部21B的內(nèi)周面設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子極用突起部22，由設(shè)置于第2 環(huán)部21B的多個轉(zhuǎn)子極用突起部22構(gòu)成第2突起組22B。設(shè)置于第1及第2突起部21A、 21B的內(nèi)周面上的轉(zhuǎn)子極用突起部22起到轉(zhuǎn)子極的作用。分別稱第1突起組22A、第2突起組22B為第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A、第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B。由于定子10和轉(zhuǎn)子20如上述那樣構(gòu)成，因此若轉(zhuǎn)子20在外部的動力下旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生第1轉(zhuǎn)子極用突起組22k中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22與定子10中的第1定子極用突起組12A的各定子極用突起部12相對的狀態(tài)、不相對的狀態(tài)，相同地，產(chǎn)生第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22與定子10中的第2定子極用突起組12B的各定子極用突起部12相對的狀態(tài)、不相對的狀態(tài)。因此，在由定子10和轉(zhuǎn)子20形成的磁路中，磁阻發(fā)生變化，安裝于定子10的各定子極用突起部12上的繞線13產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在這里，說明轉(zhuǎn)子20中第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A和第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B之間的關(guān)系。第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A與第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B錯開相對于旋轉(zhuǎn)中心軸的預(yù)定的角度。具體地說，轉(zhuǎn)子20中的第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B設(shè)置為與轉(zhuǎn)子20中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A錯開使電相位錯開180度即半個周期的、相對于旋轉(zhuǎn)中心軸線的機械角度Φ。在圖2的(A)、(B)及圖3表示的實施方式中，在定子10中的第1定子極用突起組 12A和第2定子極用突起組12B中設(shè)置有作為定子極的相同數(shù)量的定子極用突起部12，第1 突起組12A和第2突起組12B中的各定子極的數(shù)量χ為12個，另一方面，在轉(zhuǎn)子20中的第 1轉(zhuǎn)子極用突起組22A和第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B中設(shè)置有作為轉(zhuǎn)子極的相同數(shù)量的轉(zhuǎn)子極用突起部22，第1突起組22k和第2突起組22B中的各轉(zhuǎn)子極的數(shù)量y為16個。因此， 圖3所示的機械角度Φ成為3. 75°。一般來說，利用下式求出機械角度Φ。機械角度Φ = 180° X |l/x-l/y由此，使安裝于定子10中的第1定子極用突起組12A的各定子極用突起部12上的繞線13中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和安裝于定子10中的第2定子極用突起組12B的各定子極用突起部12上的繞線13中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢彼此的電相位差成為180度。但是，如圖示那樣，需要將第1定子極用突起組12A和第2定子極用突起組12B配置為相同相位。在這里，說明本發(fā)明的第1實施方式的主要特征點。第1，在本發(fā)明的第1實施方式中，如上述那樣，在定子10中，第1定子極用突起組12A和第2定子極用突起組12B具有相同的形狀，這些第1及第2定子極用突起組12A、 12B分別自圓筒的中心軸以具有預(yù)定的中心角的方式呈圓弧狀形成有多個定子極用突起部 12。此外，在轉(zhuǎn)子20中，相同形狀的第1環(huán)部21A和第2環(huán)部21B以沿軸向隔有間隔的方式配置。而且，轉(zhuǎn)子20中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A的各轉(zhuǎn)子極用突起部22和轉(zhuǎn)子20中的第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B的各轉(zhuǎn)子極用突起部22配置為電相位保持半個周期即180度。 換言之，由定子10中的第1定子極用突起組12A和轉(zhuǎn)子20中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A 構(gòu)成第1段PMRG，由定子10中的第2定子極用突起組12B和轉(zhuǎn)子20中的第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B構(gòu)成第2段PMRG，以使第1段PMRG和第2段PMRG之間的電相位保持180度的方式，使轉(zhuǎn)子20中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組22A和第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B之間呈同心圓狀沿軸向錯開利用上式求出的機械角度Φ。在這里，為了方便說明，PMRG (permanent magnet reluctance generator，永磁磁阻發(fā)電機)是指多個定子極和多個轉(zhuǎn)子極的配對，該多個定子極在定子10的外周面上以呈圓周狀隔有間隔的方式設(shè)置，該多個轉(zhuǎn)子極與這些定子極相對應(yīng)，在轉(zhuǎn)子20的內(nèi)周面上以呈圓周狀隔有間隔的方式設(shè)置。由此，能夠重疊電相位錯開半個周期的、相同形狀的轉(zhuǎn)矩波形，從而能夠抵消轉(zhuǎn)矩波形中的基本波和奇數(shù)次的高次諧波成分。因此，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。第2，在本發(fā)明的第1實施方式中，轉(zhuǎn)子20中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22具有以下形狀。圖4是表示轉(zhuǎn)子20的一部分的側(cè)視圖。在圖4中，僅示出圖3中示出的轉(zhuǎn)子20中的第 1環(huán)部21A的局部和一個自第1環(huán)部21A的內(nèi)周面向旋轉(zhuǎn)軸側(cè)突出的轉(zhuǎn)子極用突起部22。 由于第2環(huán)部21B也具有相同的結(jié)構(gòu)，因此省略圖示。如圖3和圖4所示，關(guān)于自轉(zhuǎn)子20中的第1及第2環(huán)部21A、21B的內(nèi)周面突出的各轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23，與定子10相對的相對面M以使突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)反方向變低的方式形成為錐狀，而且，與定子10相對的相對面M在相對面M的中心部23A處形成為截面圓弧狀。S卩，轉(zhuǎn)子20中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23具有第 1錐面24A，其以使突起高度沿用箭頭表示的旋轉(zhuǎn)方向變低的方式具有截面直線狀的平面； 第2錐面MB，其以使突起高度沿與箭頭相反的反方向的旋轉(zhuǎn)反方向變低的方式具有截面直線狀的平面；以及彎曲面MC，其設(shè)置于第1錐面24A和第2錐面24B之間。在這里，彎曲面24C具有相對于轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)中心軸線的預(yù)定的曲率半徑。通過使各轉(zhuǎn)子極用突起部22具有這種形狀，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。后述中說明其理由。第3，在本發(fā)明的第1實施方式中，在內(nèi)側(cè)設(shè)置有定子10，在定子10的周圍配置有轉(zhuǎn)子20。由于在定子10側(cè)設(shè)置用于構(gòu)成磁路的永久磁體和繞線13，因此即使是多極構(gòu)造的PMRG也能夠充分地確保磁體配置用空間。例如，如圖3所示，在定子主體11中，對供固定軸部27貫穿的中空部15呈截面十字形組裝各磁體14A、14B、14C、14D。圖3所示的“S” 和“N”表示各磁體14A、14B、14C、14D的極性。若詳細說明各磁體14A、14B、14C、14D的配置結(jié)構(gòu)，則第1磁體14A、第2磁體14B、第3磁體14C及第4磁體14D配置為相對于中空部15的中心軸線的中心角度呈90度。第1磁體14A配置為自中空部15向鉛垂上方延伸，第2 磁體14B配置在將第1磁體14A逆時針旋轉(zhuǎn)90度的位置即配置為自中空部15向水平橫向延伸，第3磁體14C配置為自中空部15向鉛垂下方延伸，第4磁體14D配置在隔著中空部 15的中心軸線與第2磁體14B對峙的位置。此時，各磁體14A、14B、14C、14D配置為在與軸向平行的面上彼此呈90度的面之間為同極。在圖3所示的例子中，設(shè)第1磁體14A中位于第2磁體14B側(cè)的面為N極，設(shè)第2磁體14B中位于第1磁體14A側(cè)的面為N極，設(shè)第2磁體14B中位于第3磁體14C側(cè)的面為S極，設(shè)第3磁體14C中位于第2磁體14B側(cè)的面為 S極，設(shè)第3磁體14C中位于第4磁體14D側(cè)的面為N極，設(shè)第4磁體14D中位于第3磁體 14C側(cè)的面為N極，設(shè)第4磁體14D中位于第1磁體14A側(cè)的面為S極。各磁體14A、14B、 14C、14D中的極性也可以相反。另外，在圖3所示的例子中，在定子10中在其中心軸周圍以等間隔組裝有4個磁體14A、14B、14C、14D，但也可以在其中心軸周圍以等間隔組裝多個磁體。在這里，作為磁體14A 14D的材料，可以使用釹類、鐵素體類等，但作為磁體 14A 14D，即使使用鐵素體磁體，也能夠得到與使用釹磁體的情況相同的發(fā)電輸出功率及效率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電裝置1的廉價化。在后面敘述這一點。另外，在定子10中未配置磁體的部位、轉(zhuǎn)子20由無方向性硅鋼板(也稱作無方向性電磁鋼板)構(gòu)成。其他的構(gòu)件例如外框25、動力傳遞部沈及固定軸部27由非磁性體構(gòu)成即可。例如，外框25可以由鋁、不銹鋼等構(gòu)成。(轉(zhuǎn)矩脈動能夠降低的理由)在本發(fā)明的實施方式中，轉(zhuǎn)子20中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22具有上述那種面作為相對面24，因此能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。以下，一邊說明開發(fā)經(jīng)過一邊詳細說明這一點。欲降低轉(zhuǎn)矩脈動，組裝以呈圓周狀隔有間隔的方式具有定子極的定子、以及以呈圓周狀隔有間隔的方式具有轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子、即與設(shè)置1段PMRG相比沿軸向堆積多段PMRG 的構(gòu)造有效。但是，若采用堆積多段PMRG的構(gòu)造，則發(fā)電裝置整體大型化，構(gòu)造變得復(fù)雜。 因此，優(yōu)選的是，將定子10和轉(zhuǎn)子20如下設(shè)置成2段堆積構(gòu)造即2段的PMRG。具體地說， 如上述那樣，在定子10中，以具有相同形狀的第1定子極用突起組12A和第2定子極用突起組12B、且各定子極用突起組12A、12B相對于圓筒的中心軸具有預(yù)定的中心角的方式，呈圓弧狀配置多個定子極用突起部12。在轉(zhuǎn)子20中，以沿軸向隔有間隔的方式配置相同形狀的第1環(huán)部21A和第2環(huán)部21B。轉(zhuǎn)子20中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組22k的各轉(zhuǎn)子極用突起部22和轉(zhuǎn)子20中的第2轉(zhuǎn)子極用突起組22B的各轉(zhuǎn)子極用突起部22配置為電相位的錯位保持180度。通過組裝定子10和轉(zhuǎn)子20即設(shè)置PMRG為2段堆積構(gòu)造，能夠重疊電相位錯開半個周期的、相同形狀的轉(zhuǎn)矩波形，從而能夠抵消轉(zhuǎn)矩波形中基本波和奇數(shù)次高次諧波成分。因此，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動。但是，即使采用將定子10和轉(zhuǎn)子20的各突起組堆積成2段的構(gòu)造，也殘留有包含在定子10和轉(zhuǎn)子20的各突起組為1段的情況下的轉(zhuǎn)矩波形中的偶數(shù)次高次諧波成分。因此，本發(fā)明人成功地通過改進轉(zhuǎn)子極即轉(zhuǎn)子20的突起部22的形狀，來抑制轉(zhuǎn)矩波形的偶數(shù)的高次諧波成分，并設(shè)置PMRG為2段堆積構(gòu)造來降低轉(zhuǎn)矩脈動。作為理論研究， 進行了本技術(shù)領(lǐng)域中信賴性最高的解析方法之一即有限元法(Finite Element Method FEM)的電磁場解析，以下圖5至圖8中示出該結(jié)果。
圖5是表示堆積了 2段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖。在圖5中，橫軸表示轉(zhuǎn)子的位置，縱軸表示轉(zhuǎn)矩。根據(jù)圖5可知，第1段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形PMRGl (點線)和第2段 PMRG的轉(zhuǎn)矩波形PMRG2(單點劃線)之間的電相位差為180度。但是，第1段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形和第2段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形的頂點自中央分別向左右錯開。在圖中，由實線表示的波形為合成轉(zhuǎn)矩波形PMRG 1和轉(zhuǎn)矩波形PMRG2而成的波形。因此，可考慮如下情況通過使轉(zhuǎn)子極的頂端部分傾斜，使非相對位置正前方的磁阻變化更急劇，使轉(zhuǎn)矩波形中的自正的峰值至負的峰值的傾斜變得更大，其結(jié)果，在各轉(zhuǎn)矩波形中以峰值為交界呈左右對稱。圖6是表示轉(zhuǎn)子20中各轉(zhuǎn)子極用突起部22的一例的側(cè)視圖。關(guān)于設(shè)置于第1環(huán)部21A及第2環(huán)部21B的各轉(zhuǎn)子極用突起部22，如圖6所示，其頂端部23設(shè)置有使其突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的錐面MD。錐面MD自旋轉(zhuǎn)反方向的側(cè)面以切除角θ切掉旋轉(zhuǎn)方向的側(cè)面而形成。圖7是表示圖6所示的切除角θ和轉(zhuǎn)矩波形之間的關(guān)系的圖，(A)表示切除角θ為0°的情況，(B)表示切除角θ為3°的情況，(C)表示切除角θ為5°的情況。 橫軸是用角度表示轉(zhuǎn)子20的位置，縱軸表示轉(zhuǎn)矩。各波形的點線為僅有1段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形，實線表示組裝2段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形。另外，如圖6所示，轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23只不過形成有錐面MD。轉(zhuǎn)速設(shè)為lOOOrpm。最大輸出功率與脈動率分別在θ為0°的情況下為371W、46.4%，在θ為3°的情況下為350W、43. 5%，在θ為 5°的情況下為279W、60.8%。根據(jù)圖7可知，若切除角θ變大，則轉(zhuǎn)矩波形接近以負轉(zhuǎn)矩的峰值為交界呈左右對稱的形狀。與圖5表示的結(jié)果相比較，當切除角θ為0°、3°時轉(zhuǎn)矩脈動降低，當切除角θ為5°時成為最左右對稱的形狀。但是，當切除角θ為5°時，由于如在峰值附近能看到的那樣高次的高次諧波成分增加，因此脈動與切除角θ為0°時相比較大。可考慮為這是因為由于增加了切除角θ，磁通量集中在轉(zhuǎn)子極頂端的銳角部分。 伴隨著切除角θ的增加，輸出電力也減少。根據(jù)以上情況可知，各轉(zhuǎn)子極用突起部22在具有圖6所示的形狀的情況下在某種程度上能夠降低脈動。但是，為了進一步降低脈動，作為用于緩和磁通量的過度集中的形狀，考慮了圖8所示的形狀。圖8是表示轉(zhuǎn)子20中各轉(zhuǎn)子極用突起部22的其他例的側(cè)視圖。如圖8所示，設(shè)置于第1環(huán)部21Α和第2環(huán)部21Β的各轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23設(shè)置有使其突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的錐面ME。錐面24Ε是自突出面MF內(nèi)側(cè)以切除角θ切掉旋轉(zhuǎn)方向的側(cè)面而形成，該突出面MF自旋轉(zhuǎn)反方向的側(cè)面以預(yù)定長度垂直延伸。圖9是表示在轉(zhuǎn)子中各突起部具有圖8所示的錐面24Ε及突出面24F的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖，(A)表示λ 1為4. 5mm、θ 1為5°的情況，⑶表示λ 1為4mm、θ 1為10° 的情況，(C)表示λ 1為6mm、θ 1為5°的情況，(D)表示λ 1為6mm、θ 1為10°的情況。 各波形的點線為僅有1段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形，實線表示組裝2段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形。另外，是突出面24F為與側(cè)面正交的情況。轉(zhuǎn)速為lOOOrpm。圖8示出的長度 λ 為 9mm。根據(jù)圖9可知，即使增大切除角θ，峰值附近的轉(zhuǎn)矩波形也平滑，高次成分降低。 在圖9的(A)中的波形中，若轉(zhuǎn)矩脈動為34.7%、最大輸出功率為357W，則可得到比圖7中示出的各結(jié)果優(yōu)異的特性。根據(jù)以上情況可知，通過使各轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23具有錐面24Ε和突出面MF，能夠緩和磁通量的過度集中。此外，通過增大切除角θ能夠降低所產(chǎn)生的高次的高次諧波成分。但是，在轉(zhuǎn)子極靠近定子極而即將開始與定子極相對之前、以及轉(zhuǎn)子極即將完全離開定子極之前，磁阻的變化均變得最大。其結(jié)果，轉(zhuǎn)矩波形產(chǎn)生脈動。因此，優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子20中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23具有突起高度沿圖4中箭頭表示的旋轉(zhuǎn)方向變低且截面為直線的平面狀的第1錐面24Α、以及突起高度沿與箭頭相反的反方向的旋轉(zhuǎn)反方向變低且截面為直線的平面狀的第2錐面MB。在此情況下，轉(zhuǎn)子20中的各轉(zhuǎn)子極用突起部22和定子10的定子極用突起部12之間的距離在各轉(zhuǎn)子極用突起部22的中心部23A 最靠近。因此，還能夠抑制發(fā)電裝置1的輸出功率降低。在這里，可以使第1錐面24A和第2錐面24B相鄰而彼此接觸，或者也可以使第1 錐面24A和第2錐面24B之間彼此不接觸。在中心部23A中，彎曲面24C可以朝向轉(zhuǎn)子20 的旋轉(zhuǎn)軸方向。此時，彎曲面24C既可以如圖4所示那樣具有截面凹形狀，也可以與圖4相反地具有截面凸形狀。圖10是表示轉(zhuǎn)子極用突起部22的頂端部23在其兩側(cè)分別具有錐面24A、24B且中央部具有彎曲面MC的情況下的轉(zhuǎn)矩波形的圖。各波形的點線為僅有1段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形，實線表示組裝2段PMRG的情況下的轉(zhuǎn)矩波形。另外，轉(zhuǎn)子極用突起部22的各尺寸為長度λ為9mm、長度λ1、λ2為2mm，切除角θ 1、θ 2為15°。根據(jù)圖10可知， 1段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形為上下左右大致對稱，僅由基本波和奇數(shù)次成分構(gòu)成。因此可知，在組裝2段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形即合成第1段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形和第2段PMRG的轉(zhuǎn)矩波形而成的波形中防止產(chǎn)生脈動。在上述突起部22的各尺寸中，能夠?qū)Πl(fā)電輸出功率的降低抑制在 14%，從而能夠使轉(zhuǎn)矩脈動降低62%。本發(fā)明的第1實施方式中的發(fā)電裝置1包括定子10和轉(zhuǎn)子20，該定子10沿圓筒外周面突出具有多個定子極12，該轉(zhuǎn)子20在定子10的外周外側(cè)具有多個環(huán)部21Α、21Β及自多個環(huán)部21Α、21Β向內(nèi)側(cè)突出的多個轉(zhuǎn)子極22。在定子10中，在夾著軸而相對位置上以成對的方式設(shè)置有磁體14A、14B、14C、14D。定子10中的多個定子極12以在軸向上隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置第1突起組12A和第2突起組12B，另一方面，轉(zhuǎn)子20中的多個轉(zhuǎn)子極22以在軸向上隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置第1突起組22A和第2突起組22B。轉(zhuǎn)子 20中的第2突起組22B設(shè)置為相對于轉(zhuǎn)子20中的第1突起組22A繞旋轉(zhuǎn)軸錯開使電相位錯開180度的機械角度，轉(zhuǎn)子20中的多個轉(zhuǎn)子極12的各頂端部23具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一個方向變低的錐面。特別是，轉(zhuǎn)子20中的多個轉(zhuǎn)子極22的各頂端部23具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的第1錐面24A和突起高度沿旋轉(zhuǎn)反方向變低的第2錐面22B。更優(yōu)選的是，在第1錐面 24A和第2錐面22B之間具有截面圓弧狀的突出面MF。由于在本發(fā)明的第1實施方式中的發(fā)電裝置1中具有上述那種構(gòu)造，因此能夠不會使發(fā)電效率降低地實現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩脈動。(第2實施方式)作為第1實施方式的變形例，說明第2實施方式。圖11是本發(fā)明的第2實施方式的發(fā)電裝置的側(cè)視圖，與表示第1實施方式的圖3 對應(yīng)。圖12是表示圖11所示的設(shè)置于定子60上的突起部62的放大側(cè)視圖。
在第2實施方式的發(fā)電裝置中，也與第1實施方式的發(fā)電裝置1相同，具有定子60 和轉(zhuǎn)子70。即，定子60沿圓筒外周面突出具有多個定子極。轉(zhuǎn)子70在定子60的外周外側(cè)具有第1環(huán)部71A和第2環(huán)部、以及自第1環(huán)部7IA和第2環(huán)部向內(nèi)側(cè)突出的多個轉(zhuǎn)子極。 在定子60中，在夾著軸而相對位置上以成對的方式設(shè)置有多個磁體64A、64B、64C、64D。此外，定子60中的多個定子極以在軸向上彼此隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置有同相位的第1 突起組和第2突起組。分別稱定子60側(cè)的第1突起組、第2突起組為第1定子極用突起組、 第2定子極用突起組。另一方面，轉(zhuǎn)子70中的多個轉(zhuǎn)子極以在軸向上彼此隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置有第1突起組和第2突起組。分別稱轉(zhuǎn)子70側(cè)的第1突起組、第2突起組為第1轉(zhuǎn)子極用突起組、第2轉(zhuǎn)子極用突起組。于是，轉(zhuǎn)子70中的第2轉(zhuǎn)子極用突起組設(shè)置為相對于轉(zhuǎn)子70中的第1轉(zhuǎn)子極用突起組繞旋轉(zhuǎn)軸錯開使電相位錯開180度的機械角度 Φ。在定子60中的突起部62中安裝有繞線66。到此為止的結(jié)構(gòu)與第1實施方式相同。與第1實施方式不同的是，在第2實施方式中，通過著力于定子60側(cè)的突出部(也稱作定子極用突起部)62中的頂端部63的形狀，而降低轉(zhuǎn)矩脈動。即，定子60中的各突起部62的頂端部63包括截面為直線狀的平面狀的第1錐面65A，其使突起高度沿用箭頭表示的轉(zhuǎn)子70的旋轉(zhuǎn)方向變低；截面為直線狀的平面狀的第2錐面65B，其使突起高度沿轉(zhuǎn)子70的與箭頭相反的反方向的旋轉(zhuǎn)反方向變低；以及彎曲面65C，其設(shè)置于第1錐面65A和第2錐面65B之間。在這里，彎曲面65C相對于定子60的軸具有預(yù)定的曲率半徑。通過使各突起部62具有這種形狀，能夠與第1實施方式相同地降低轉(zhuǎn)矩脈動。在本發(fā)明的第2實施方式的發(fā)電裝置中包括定子60和轉(zhuǎn)子70，該定子60沿圓筒外周面突出具有多個定子極62，該轉(zhuǎn)子70在定子60的外周外側(cè)具有多個環(huán)部71A及自多個環(huán)部71A向內(nèi)側(cè)突出的多個轉(zhuǎn)子極72。在定子60中，在夾著軸而相對位置上以成對的方式設(shè)置有磁體64A、64B、64C、64D。定子60中的多個定子極62以在軸向上隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置第1突起組62A和第2突起組，另一方面，轉(zhuǎn)子70中的多個轉(zhuǎn)子極72以在軸向上隔有預(yù)定距離的方式分離設(shè)置有第1突起組72A和第2突起組72B。轉(zhuǎn)子70中的第2 突起組72B設(shè)置為相對于轉(zhuǎn)子70中的第1突起組72A繞旋轉(zhuǎn)軸錯開使電相位錯開180度的機械角度，定子60中的多個定子極62的各頂端部具有突起高度沿轉(zhuǎn)子70的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低的錐面。特別是，定子60中的多個定子極62的各頂端部63具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的第1錐面65A和突起高度沿旋轉(zhuǎn)反方向變低的第2錐面65B。更優(yōu)選的是，在第1錐面 65A和第2錐面65B之間具有截面圓弧狀的突出面65C。(其他實施方式)在第1實施方式、第2實施方式中，均將定子10、60中的第1突起組(也稱作第1 定子極用突起組)12A、62A和第2突起組(也稱作第2定子極用突起組)12B配置為相同相位，并且將轉(zhuǎn)子20、70中的第2突起組(也稱作第2轉(zhuǎn)子極用突起組)22B.72B設(shè)置為相對于轉(zhuǎn)子20、70中的第1突起組(也稱作第1轉(zhuǎn)子極用突起組)22A、72A繞軸錯開使電相位錯開180度的機械角度。但是，本發(fā)明不限于此，也可以將第1轉(zhuǎn)子極用突起組和第2轉(zhuǎn)子極用突起組配置為相同相位，并且將第2定子極用突起組設(shè)置為相對于第1定子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180度的機械角度。實施例
以下，利用實施例進一步詳細說明。試制圖1至圖4所示的第1實施方式的發(fā)電裝置1。在試制的發(fā)電裝置1中，在各段中具有12個定子極和16個轉(zhuǎn)子極。關(guān)于定子10的大小，將連結(jié)突起部12的頂端的虛擬圓的直徑設(shè)為135. 6mm，將定子10中的定子主體11的內(nèi)直徑設(shè)為30mm，將定子主體11的外直徑設(shè)為104mm。關(guān)于轉(zhuǎn)子20的大小，將第1及第2環(huán)部21A、21B的外直徑設(shè)為180mm，將內(nèi)直徑設(shè)為160mm，使突起部22的頂端與突起部12之間的間隙為0. 2mm。此外，關(guān)于轉(zhuǎn)子 20的各突起部22，將寬度λ設(shè)為9mm，將第1及第2錐面24A、24B自外側(cè)的寬度λ 1、λ 2 設(shè)為2mm，將切除角θ 1、θ 2設(shè)為15°。此外，關(guān)于磁體14Α 14D，使用了鐵素體磁體。圖13是表示在轉(zhuǎn)速為IOOOrpm下最大輸出功率時的轉(zhuǎn)矩波形的圖。橫軸用角度表示轉(zhuǎn)子的位置，縱軸為轉(zhuǎn)矩。波形中由點線及虛線表示的波形為各段PMRG所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波形，是實際測量繞線電流而利用有限元素模型解析而求出的。如圖13中用各點線所示那樣，各段PMRG所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波形的相位彼此錯開半個周期。此外，這些轉(zhuǎn)矩波形也以一個周期自正峰值至正峰值呈大致上下左右對稱。因此可知，合成這些波形而求出的合成轉(zhuǎn)矩的波形如實線所示那樣轉(zhuǎn)矩脈動較小。圖14是表示發(fā)電裝置1的證實實驗系統(tǒng)50的圖。如圖14所示，利用PM電動機 51以任意的轉(zhuǎn)速驅(qū)動發(fā)電裝置1。在PM電動機51和發(fā)電裝置1之間安裝轉(zhuǎn)矩計52，利用轉(zhuǎn)矩計52測量輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。圖15是表示在解放出繞線的狀態(tài)即無負載狀態(tài)下繞線中感應(yīng)的電壓波形的圖， (A)表示計算波形，(B)表示觀測波形。轉(zhuǎn)速設(shè)為lOOOrpm。uUvUwl為第1段PMRG的電壓波形，U2、v2、w2為第2段PMRG的電壓波形。根據(jù)圖15可知，計算波形與觀測波形良好地一致。此外，根據(jù)各波形的相位差也相等的情況，可知第1段PMRG和第2段PMRG之間的電相位差也正確地再現(xiàn)。圖16是表示各轉(zhuǎn)速中無負載感應(yīng)電壓的有效值的圖。實線為有限元素法的解析結(jié)果，標點為實測值?？芍嬎憬馕鼋Y(jié)果與實測結(jié)果良好地一致。圖17是表示試制的發(fā)電裝置的發(fā)電特性的圖。伴隨著負載電流的增加，輸出電壓 V0表現(xiàn)出平滑的減少傾向，一旦機械輸入功率Rii增加而負載電流達到4A以上則表現(xiàn)出飽和傾向，輸出電力1 表現(xiàn)出與機械輸入功率Rn相同的傾向。效率η急劇增加至1. 5Α且之后大致恒定。在這里，最大輸出電力為754W，效率η為81.7%。圖18是表示各轉(zhuǎn)速下最大輸出功率時的效率的實測值的圖。除了各段中定子數(shù)為12且轉(zhuǎn)子數(shù)為16即12/16的PMRG的情況之外，對各段中定子數(shù)為12且轉(zhuǎn)子數(shù)為8即 12/8PMRG、各段中定子數(shù)為6且轉(zhuǎn)子數(shù)為4即6/4PMRG也分別進行了試驗。根據(jù)圖18可知，在任意的發(fā)電裝置1中，效率η均伴隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。在發(fā)電裝置1為12/16 的PMRG的情況下，即通過增加轉(zhuǎn)子極、定子極的數(shù)量，即使在低速下也能夠提高效率η。接著，說明分別使用了釹類磁體、鐵素體磁體來作為磁體14Α 14D的情況下的有限元素法的模擬。定子10和轉(zhuǎn)子20的形狀均為如圖2所示那種形狀。但是，使用釹類磁體時和使用鐵素體磁體時在軸上的中空部的大小上不同，采用釹類磁體的情況下的中空部的尺寸大于采用鐵素體磁體的情況。這是因為由于釹類磁體與鐵素體磁體相比具有約3 4倍的磁通量，因此若加入以與組裝鐵素體磁體的組裝區(qū)域相同的體積組裝釹類磁體，則會導(dǎo)致定子極和轉(zhuǎn)子極磁飽和，發(fā)電輸出功率、效率降低。即，通過改變中空部的尺寸，利用能
15夠得到最大發(fā)電輸出功率的磁體尺寸來避開。圖19是表示模擬結(jié)果的圖，(A)表示采用鐵素體磁體的情況，(B)表示采用釹磁體作為稀土類磁體的情況。各圖的橫軸為負載電流，左邊的縱軸為輸出電壓V(l、效率n，右邊的橫軸為輸出電壓l^g、機械輸入功率Rii。作為磁體14A 14D無論是使用了鐵素體磁體的情況，還是使用了釹磁體的情況， 均伴隨著負載電流的增加，輸出電壓Vtl表現(xiàn)出平滑的減少傾向，一旦機械輸入功率Rll增加而負載電流超過約2A則表現(xiàn)出略微減少的傾向，輸出電力1 表現(xiàn)出與機械輸入功率RiI相同的傾向。效率Π急劇增加至約0.25Α且之后大致恒定。因此可知，即使在作為磁體14Α 14D使用鐵素體磁體的情況下，也表現(xiàn)出與使用釹磁體的情況相同的傾向，即使使用廉價的鐵素體磁體，發(fā)電特性、特別是轉(zhuǎn)換效率也不會降低。在本發(fā)明的各實施方式中，由于形成外轉(zhuǎn)子型、即在外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子20，并在定子 10中組裝鐵素體磁體作為磁軛，以使電相位錯開180度的方式將定子10和轉(zhuǎn)子20中定子極和轉(zhuǎn)子極的組形成2段組結(jié)構(gòu)，因此能夠抵消轉(zhuǎn)矩脈動的基本波和奇數(shù)次成分。此外，由于將轉(zhuǎn)子極的頂端部23設(shè)為錐形狀，因此能夠抑制轉(zhuǎn)矩脈動的高次諧波成分。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，降低轉(zhuǎn)矩脈動，從而能夠以低成本實現(xiàn)具有較高效率的發(fā)電。本發(fā)明不限于上述實施方式中的說明，在不改變發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可以適宜地改變。例如，在各實施方式的任意者中，成為定子極的突起部12、成為轉(zhuǎn)子極的突起部22均具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的第1錐面和突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的第2錐面，但既可以僅具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)方向變低的錐面，也可以僅具有突起高度沿旋轉(zhuǎn)反方向變低的錐
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電裝置，包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子在定子主體的外周面排列有多個定子極用突起部，該轉(zhuǎn)子以能夠旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置于該定子周圍，并具有多個轉(zhuǎn)子極用突起部，上述多個定子極用突起部和上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的任意一者的各突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，上述多個定子極用突起部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離成第1定子極用突起組和第2 定子極用突起組，上述第1定子極用突起組和上述第2定子極用突起組均以沿周向隔有間隔的方式排列上述定子極用突起部而構(gòu)成，上述轉(zhuǎn)子包括第1環(huán)部和第2環(huán)部，該第1環(huán)部和該第2環(huán)部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離；第1轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在上述第1環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成；以及第2轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在上述第2環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成，上述第1定子極用突起組和上述第2定子極用突起組以相位相同的方式配置，并且上述第2轉(zhuǎn)子極用突起組設(shè)置為相對于上述第1轉(zhuǎn)子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180 度的機械角度。
2.一種發(fā)電裝置，包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子在定子主體的外周面排列有多個定子極用突起部，該轉(zhuǎn)子以能夠旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置于該定子周圍，并具有多個轉(zhuǎn)子極用突起部，上述多個定子極用突起部和上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的任意一者的各突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，上述多個定子極用突起部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離成第1定子極用突起組和第2 定子極用突起組，上述第1定子極用突起組和上述第2定子極用突起組均以沿周向隔有間隔的方式排列上述定子極用突起部而構(gòu)成，上述轉(zhuǎn)子包括第1環(huán)部和第2環(huán)部，該第1環(huán)部和該第2環(huán)部在軸向上隔開預(yù)定距離而分離；第1轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在上述第1環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成；以及第2轉(zhuǎn)子極用突起組，其由上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部呈圓周狀以隔有間隔的方式在上述第2環(huán)部的內(nèi)周面上排列而成，上述第1轉(zhuǎn)子極用突起組和上述第2轉(zhuǎn)子極用突起組以相位相同的方式配置，并且上述第2定子極用突起組配置為相對于上述第1定子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180 度的機械角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電裝置，其中，上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部分別具有第1錐面和第2錐面，該第1錐面的突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向變低，該第2錐面的突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)反方向變低。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電裝置，其中，上述多個轉(zhuǎn)子極用突起部的各頂端部在上述第1錐面和上述第2錐面之間具有截面圓弧狀的突出面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電裝置，其中，上述多個定子極用突起部分別具有第1錐面和第2錐面，該第1錐面的突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向變低，該第2錐面的突起高度沿上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)反方向變低。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電裝置，其中，上述多個定子極用突起部的各頂端部在上述第1錐面和上述第2錐面之間具有截面圓弧狀的突出面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電裝置，其中，在上述定子中，在夾著軸而相對的位置上以成對的方式設(shè)置有磁體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其中， 上述磁體相對于上述定子的軸沿十字方向配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的發(fā)電裝置，其中， 上述磁體為鐵素體磁體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)電裝置，其包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子在定子主體的外周面排列有多個定子極用突起部，該轉(zhuǎn)子以能夠旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置于該定子周圍，并具有多個轉(zhuǎn)子極用突起部。多個定子極用突起部形成為突起高度沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)反方向中的任意一方向變低，并且包括在軸向上隔開預(yù)定距離而分離的第1及第2定子極用突起組，第1及第2定子極用突起組均以沿周向隔有間隔的方式排列定子極用突起部而構(gòu)成。轉(zhuǎn)子包括在軸向上隔開預(yù)定距離而分離的第1及第2環(huán)部、以及由多個轉(zhuǎn)子極用突起部中的一半轉(zhuǎn)子極用突起部分別呈圓周狀以隔有間隔的方式在第1及第2環(huán)部的各內(nèi)周面上排列而成的第1及第2轉(zhuǎn)子極用突起組，第1及第2轉(zhuǎn)子極用突起組以相位相同的方式配置，并且第2轉(zhuǎn)子極用突起組設(shè)置為相對于第1轉(zhuǎn)子極用突起組繞軸錯開使電相位錯開180度的機械角度。
文檔編號H02K19/24GK102396137SQ20098015870
公開日2012年3月28日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月14日
發(fā)明者一之倉理, 中村健二 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué)