WO2007086616A1

WO2007086616A1 - 発電装置

Info

Publication number: WO2007086616A1
Application number: PCT/JP2007/051865
Authority: WO
Inventors: Makoto Ogoshi
Original assignee: Crystalbay Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-08-02
Also published as: TW200737654A

Abstract

　発電装置は、ステータの内側を主ロータが回転する構造である。主ロータ(４４)と、主ロータの外周部に等間隔に取り付けられた複数の第１永久磁石ユニット(５１)と、第２永久磁石ユニット(５２)とを備える。第１永久磁石ユニット(５１)と、第２永久磁石ユニット(５２)とは、先端の磁極が相互に反対である。第１、第２永久磁石ユニット(５１，５２)は、磁極が厚さ方向両端にある磁石体(１２)と、稜線部から２つの斜面部が斜め方向に延び、常磁性体からなる屋根形部材(３０)と、これら一体的に連結する連結手段(２０)とを備える。第１、第２永久磁石ユニット(５１，５２)の周りに、ステータのコア(５３)が固定して設けられ、コアには巻線(５４)が巻き回されている。

Description

明細書

発電装置技術分野

本発明は、永久磁石ュニットを利用した発電装置に関する。背景技術

発電装置は、機械的エネルギーを電磁作用により電気的エネルギーに変換して、電力を得ている。本発明者は、特許文献 1 (国際公開 w o o 3 0 9 4 3 2 9号公報）のトルク伝達装置と、これを利用した発電装置を提案した。特許文献 1 の発明では、永久磁石を円周方向に多数配置したロータの円周方向複数箇所に、このロータより小径で、各々が円周方向に複数の永久磁石を有する磁石車を配置し、この磁石車をモータにより駆動することにより、ロータを回転させる。そして、この回転したロータにより、永久磁石を円周方向に多数配置した他のロータを回転させ、他のロータの上下に配置したコアレスコイルに起電力を生じさせるものである。

ロータ側の永久磁石と磁石車側の永久磁石とは、その極性が同一とされ、両者の反発によってロータが回され、更に、磁石車もその反発時にモータ駆動方向に加速されるようにしている。しかし、両者の永久磁石が接近する際に、接近に抵抗するように反発力が生じ、このため大きい発電力を得ることが困難であった。発明の開示

本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、その目的は、発電効率が高く、しかも構造が簡単で安価に製造できる、永久磁石を利用した発電装置を提供することである。

この課題を解決するために、本発明の発電装置は、回転軸に取り付けられた主ロータと、主ロータの外周に沿って交互に取り付けられた、先端側が一方の極性の第 1永久磁石ユニットおよび先端側が他方の極性の第 2久磁石ユニットと、回転軸を中心とした円周上に、複数の第 1 、第

2永久磁石ュニットの外側を一定の間隔で取り囲むように配置された複数のコアと、複数のコアの周りに巻き回された卷線と、を備え、第 1 、第 2永久磁石ュ-ットは、磁極が両端にある磁石体と、磁石体の一方の端面側に配置された、一方の端面に対して所定の角度を持つように斜面部を形成した第 1 のヨークと、を備える。

このように構成した本発明の発電装置において、主ロータを回転させると、第 1 、第 2永久磁石ユニットとコアとの間に作用する磁気力により、卷線に誘導電流が発生する。

本発明によれば、簡単な構造で製造コストが安く、効率が高く大きい発電力を得られる発電装置を得ることができる。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の第 1 の実施形態による発電装置の一部構成例を示す端面図である。

図 2は、図 1 の 2— 2線に沿った断面図である。

図 3 は、本発明の第 2の実施形態による発電装置の構成例を示す断面図である。

図 4 は、第 1 の実施形態による発電装置を利用した発電システムの概略構成を示す図である。

図 5は、図 1 の発電装置の電気系統図である。

図 6 は、本発明の発電装置に使用する永久磁石ュニットの構成例を示す斜視図である。

図 7は、図 6 に示した永久磁石ュュットの A— A線に沿った断面図である。

図 8 は、永久磁石ュニットの磁石体を構成する 1つの板状永久磁石の斜視図である。

図 9は、磁石体の上端面上に取り付けられる屋根形部材の構成例を示す斜視図である。

図 1 0は、別の実施形態に係る屋根形部材の構成例を示す斜視図である。

図 1 1 は、更に別の実施形態に係る屋根形部材の構成例を示す斜視図である。 '

図 1 2は、本発明の発電装置に使用する永久磁石ュニットの他の構成例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、図面を参照して、永久磁石ュニットを使用した本発明の発電装置について説明する。

図 1 は、本発明の第 1 の実施形態による発電装置 4 0 の一部構成例を示す端面図である。図 2は、図 1 の 2— 2線に沿った断面図である。発電装置 4 0は、卷き線を有するステータのコアの内側で、永久磁石ュニットを有する主ロータが回転し、コアに卷き回された卷き線に起電力が生じるものである。

図 1および図 2 において、図示しない支持部材に回転軸 4 3が回転自在に支持され、回転軸 4 3 に主ロータ 4 4が取り付けられる。主ロータ 4 4は、高さが比較的低い略円柱形状であり、その外周面には、永久磁石ュニット 5 1， 5 2 を取り付けるための支持面 4 5が設けられている。第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2 の取り付けは、支持面 4 5 に対するネジ止めや接着など、任意の方法で行うことができる。

第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2は、磁石体の一方の端面に常磁性体からなる屋根形部材 3 0を備えるとともに、他方の端面に常磁性体からなる基端側ヨーク 1 6 を備える。第 1永久磁石ュニット 5 1 の先端側、即ち屋根形部材 3 0側は S極、第 2永久磁石ユニット 5 2 の先端側は N極である。即ち、第 1 、第 2永久磁石ュ二 -y 卜 5 1 ' 5 2は先端側の磁極が異なり、他の点については同じである第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 , 5 2の詳細については後述する。

第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 , 5 2は、根形部材 3 0 を外側にして主ロータ 4 4の支持面 4 5に取り付けられる屋根形部材 3 0の稜線部は、生ロータ 4 4 の回転軸 4 3 に平行である主ロータ 4 4が回転したときの第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2の稜線部の軌跡の円を、図 1 中に 2点鎖線で示す。

図 2に示すように、主ロータ 4 4 の支持面 4 5 には、第 1永久磁石ュニット 5 1 と第 2永久磁石ュ二ット 5 2力回転軸 4 3 の軸方向に間隔をおレ、て配置され、ステータのコア 5 3 の 2 つのセグメント部 5 3 a ,

5 3 b と対向するようになっている。軸方向に配置された 2つの永久磁石ュニット 5 1， 5 2 の先端側 (セグメント部 5 3 a , 5 3 b側）の極性は、それぞれ S、 Nである。永久磁石ュニッ卜 5 1 ， 5 2の先端側の極性は、その他の配列とすることもできる。例えば、 N、 S とすることができ

上述のように、主ロータ 4 4の周方向には、第 1 、第 2永久磁石ュ二ッ卜 5 1 , 5 2が配置される。ここで、第 1永久磁石ュニット 5 1 と第

2永久磁石ュニット 5 2 とが交互に配置されるとが好ましい。また、第 1永久磁石ュニット 5 1 と第 2永久磁石ュ二 V 卜 5 2 とは等間隔で配置される（永久磁石ユニット 5 1 , 5 2を取り付けるための支持面 4 5 が円周方向に等間隔で設けられる）ことが好ましい。

主ロータ 4 4 の少なくとも支持面 4 5 の近傍は、常磁性体で構成しても良い。この場合は、常磁性体でできた支持面 4 5 の近傍が基端側ョーク 1 6 の作用をする。そのため、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 ， 5 2は、基端側ヨーク 1 6 を備えなくてもよい。この場合、第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2 を後述する締結ボルト 2 0で支持面 4 5 に直接固定しても良く、又はその他の任意の方法で固定することができる。発電装置 4 0は、ネ复の第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 ， 5 2 の外側を取り囲むよ 5 に、ステ一タのァ 5 3が円周上に設けられている。コア 5 3 は、等間隔で配置されるとが好ましい。コア 5 3の数は、第

1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 5 2の円周方向の数と同じである。図

1 の例では、第 1 、第 2永久磁石ュ二ッ卜 5 1 , 5 2 の円周方向の数は

8 なので、コア 5 3の数は 8 であるなお、コア 5 3の数は、第 1 、第

2永久磁石ュニ卜 5 1 ， 5 2 の円周方向の数と異なる数とすることができる。

図 2に示すよ Ό に、各コア 5 3 は、 2つのセグメント部 5 3 a , 5 3 bが連結部 5 3 c でつながり回転軸 4 3の方向の断面はほぼコの字形である。 2つのセグメント部 5 3 a 5 3 b の端面は、ほぼ平面であり

、第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 ， 5 2 とそれぞれ対向するように配される。

コア 5 3は、強磁性体ででさてレ、る。コァ 5 3 は、他の形状とすることもできる。

各コア 5 3 の 2つのセグメン卜部 5 3 a , 5 3 b の第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 ， 5 2 に対向する面には、非磁性で導電性の板状部材 5

5が設けられる板状部材 5 5 は、典型的にはアルミニウム板でめ。板状部材 5 5 は、セグメン卜部 o a a， 5 3 bの面とほぼ同じ形状おょぴ大きさである。

主ロータ 4 4が回転するとさ、第 1 、第 2永久磁石ュニッ h 5 1 , 5

2 の屋根形部材 3 0 と、ァ 5 3 のセグメン卜部 5 3 a , 5 3 b の板状部材 5 5 との間には、一定の間隔があくよになつている。板状部材 5

5 は、第 1 、第 2永久磁石ュ二ッ卜 5 1 , 5 2 とァ 5 3 のセグメント部 5 3 a , 5 3 b との間で生じる磁力線を女させ、発電効率を高める作用をする。

各コア 5 3の 2つのセグメント部 5 3 a 5 3 b の周りには、卷線 5

4 a， 5 4 b が巻き回されてレ、る。了 5 3のセグメント部 o 3 a , o

3 b を連結部 5 3 c に対して直角にまつすぐに延ばしたと仮定して、 2 つのセグメント部 5 3 a 5 3 bの卷線 5 4 a 5 4 b の卷き方向は、セグメント部 5 3 a， 5 3 b の軸線に対して互レ、にじ方向である。第

1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 , 5 2の先端側の極性により、卷線 5 4 a , 5 4 bの卷き方向は、異なっても良レ、。

また、 1つのコア 5 3 とそれに隣接するコア 5 3 とで卷線 5 4 a， 5

4 bの卷き方向は、互いに同じである。なお、卷線 5 4 a , 5 4 b の卷き方向は、異なっても良い。

図 3 は、本発明の第 2の実施形態による発電装置 4 0の構成例を示す図であり、図 2 と同じ面における断面図を示している。

第 2の実施形態では第 1 の実施形態と異なり、第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 , 5 2は、主ロータ 4 4の回転軸 4 3 の軸方向に、 1列について 4個配置されている。具体的には、第 1永久磁石ュニット 5 1 と第 2永久磁石ュュット 5 2 とがわずかな間隔をおいて一方のセグメント部

5 3 _a と対向するように配置され、そこから大きい間隔をおいて、第 2 永久磁石ュニット 5 2 と第 1永久磁石ュュット 5 1 とがわずかな間隔をおいて他方のセグメント部 5 3 b と対向するように配置される。

即ち、第 2の実施形態では、同じ列に配置された 4個の永久磁石ュニット 5 1， 5 2の先端側の極性は、順に S、 N、 N、 S となっている。なお、永久磁石ユニット 5 1 , 5 2の先端側の極性は、その他の順に配置することもできる。例えば、 N、 S、 S、 Nとすることができる。第 2の実施形態でも、 2つのセグメント部 5 3 a , 5 3 bの卷線 5 4 a , 5 4 b の卷き方向は、互いに同じであるなお、卷線 5 4 a ， 5 4 bの卷き方向は、異なっても良い。

また、 1つのコア 5 3 とそれに隣接するコァ 5 3 とで卷線 5 4 a , 5

4 bの卷き方向は、互いに同じである。なお、卷線 5 4 a ， 5 4 b の卷き方向は、異なっても良い。

更に、同じ列に永久磁石ユニット 5 1， 5 2 を 2 n ( ηは正の整数）個配置することもできる。 n = 3 の場合、同じ列に配 βした 6個の永久磁石ュ二ット 5 1， 5 2の先端側の極性は、順に S、 Ν 、 S 、 s 、 N、

S とすることができる。又は、 6個の永久磁石ュニッ卜 5 1 , 5 2 の先端側の極性は、その他の順に配置することもできる。例 X.ば、 N 、 s、

N、 N 、 S、 Nとすることができる。

図 4は、第 1 の実施形態による発電装置 4 0 を利用した発電システムの概略構成を示す。発電装置 4 0の主ロータ 4 4 を回転させるため、主ロータ 4 4 にプーリ 4 1 が設けられ、プーリ 4 1 は、ベル 4 9 によりモータ 4 2 に連結される。モータ 4 2 の駆動力をべノレ卜 4 9 を介してプーリ 4 1 に伝達することにより、主口一タ 4 4 を回転させることができるようになっている。又は、主ロータ 4 4 を他の動力源で回転させても良い。

主口一タ 4 4が回転すると、これに取り付けられた永久磁石ュニット

5 1， 5 2 も回転し、永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2 とコァ 5 3 との間に生じる磁力の変化により、卷線 5 4 a , 5 4 b に起電力が生じる。

なお、本実施形態の発電装置 4 0は、モータ 4 2 を時計回り方向または反時計回り方向に回転させることにより、主ロータ 4 4 を時計回り、反時計回りの何れの方向にも回転させることができる。

図 5 は、第 1 の実施形態による発電装 4 0の気系統図である。一方の卷線 5 4 a と他方の卷線 5 4 b とが直列に接され、各卷線 5 4 a

, 5 4 b の両端部から延びた導線 5 6 は、導線 5 7 に対して並列に接続される。導線 5 7は、変圧器 6 0に接される変圧器 6 0は、各卷線

5 4 a , 5 4 b 力らの交流出力を所望の圧に換する変圧器 6 0 は

、整流器 6 1 に lmされ O 流器 6 1 は、変圧 6 0で変圧された交流電圧を直流電圧に変換する。本実施形態では、整流器 6 1 は、ブリツジダイォードである。整流器 6 1 に対しては、ノテリ一 6 2が接続されている。

なお、各卷線 5 4 a ， 5 4 bからの導線 5 6 ， 5 7の接続は、図 5 に示すものに限定されず、電力の使用される用途によつて色々な部品に核 ¾ϊΕ れる。

次に、本発明の発電装置 4 0の主口タ 4 4 に取り付けられる永久磁石ユニット 5 1 , 5 2 について詳細に説明する。第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2 は、磁極の方向が異なるだけなので、以下では永久磁石ュニット 1 0 としてまとめて説明する。

図 6 は、本発明の発電装置 4 0 に使用する永久磁石ュニット 1 0 の斜視図である。図 7 は、図 6 に示した永久磁石ユニット 1 0の A— A線に沿った断面図である。

本実施形態による永久磁石ュニット 1 0は、磁極が厚さ方向両端にある磁石体 1 2 を備える。磁石体 1 2は、板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 Hを相互に吸着させて一体とした磁石連結体である。磁石体 1 2は、複数の板状永久磁石 1 2 A~ 1 2 Hを一体としたものではなく、 1つの部材で構成することもできる。

また、永久磁石ュニット 1 0は、磁石体 1 2の一方の端面（上端面） 1 3側に、当該上端面 1 3 に対して所定の角度を持つように斜面部 3 2 , 3 3 を形成した屋根形の屋根形部材 3 0 (本発明の第 1 のヨークに相当する）を備えている。また、永久磁石ユニット 1 0 は、磁石体 1 2の他方の端面（下端面） 1 5 に吸着された板状の基端側ヨーク 1 6 (本発明の第 2のヨークに相当）を備えている。

また、永久磁石ユニット 1 0は、磁石体 1 2 と、屋根形部材 3 0 と、基端側ヨーク 1 6 とを一体的に連結するための締結ボルト 2 0 を備えている。以下、永久磁石ユニット 1 0の説明において、屋根形部材 3 0の側を上、基端側ヨーク 1 6 の側を下とレヽう。また、永久磁石ユニット 1 0の磁石体 1 2の中心線を、軸線とする（ 2点鎖線で示す）。

以下、永久磁石ュニット 1 0を構成する各部材について説明する。図 8は、永久磁石ュニット 1 0の磁石体 1 2 を構成する 1 つの板状永久磁石 1 2 Aの斜視図である。図 8 に示すように、板状永久磁石 1 2 A は、上下面が平面の円板状で、中央部には、上面から下面へ貫通するボルト孔 2 1 が形成されている。板状永久磁石 1 2 Aの直径は、 Dである。板状永久磁石 1 2 Aは、例えばネオジゥム磁石（Ne- Fe-Co) でできていて、一方の面（例えば上面）が S極、他方の面（例えば下面）が N極である。ネオジゥム磁石は残留磁束密度も保磁力も大きく、強い磁場を発生することができる点で好ましい。他の板状永久磁石 1 2 B〜 1 2 H も同様の形状と材質である。板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 Hの面を相互に吸着させて一体として、磁石体 1 2を構成する。

板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 Hの形状は、板状であればよく、円板状に限定されない。例えば、 4角形、その他の多角形でも良い。また、磁石材料はネオジゥム系に限らず、サマリウム系、セリウム系、アルニコ系、フェライト系のものでも良い。ただし、ネオジゥム系が最も強い磁石であるので、これを用いるのが好ましい。

設定した磁石体 1 2の高さと、使用する板状永久磁石の 1枚の厚さとにより、重ね合わせる板状永久磁石の数を決める。板状永久磁石の枚数を変えることにより、磁石体 1 2の高さ（厚さ）を容易に変えることができる。なお、全体を 1つの永久磁石とすることもできる。

本実施形態では、板状永久磁石の数は 8枚としたが、他の枚数でも良い。板状永久磁石の数が少なく磁石体 1 2の高さが低いと、十分な磁束密度を得ることができない。一方、板状永久磁石の数が多く磁石体 1 2 の高さが高いと、永久磁石ユニット 1 0全体の大きさと重量が増し、構造的に弱くなり、また、コストが高くなるという欠点がある。板状永久磁石の数は、 2〜 1 0枚が好ましく、 3〜 8枚が更に好ましい。

図 9 は、磁石体 1 2 の上端面 1 3上に取り付けられる屋根形部材 3 0 の斜視図である。図 9 に示すように、屋根形部材 3 0 は、頂部に稜線部 3 1 を備え、稜線部 3 1 の上面は、滑らかな曲面である。稜線部 3 1 の上面は、平面とすることもできる。稜線部 3 1 の上面中央部に、締結ポルト 2 0 を通すためのボルト孔 3 4が形成されている。ポルト孔 3 4 には、締結ポルト 2 0 の頭部が埋め込まれる座ぐり部 3 4 Aが形成されている'。稜線部 3 1 から 2つの斜面部 3 2， 3 3が斜め下方向に延びる。斜面部 3 2， 3 3の上面と下面は、平行な長方形の平面である。

屋根形部材 3 0 は、軟鉄等の常磁性体からなる。ここで、屋根形部材 3 0 は、全体を 1 つの軟鉄等で構成しても良いし、複数の薄い軟鉄等を重ね合わせて構成しても良い。屋根形部材 3 0 として電磁鋼板を用いても良い。

また、屋根形部材 3 0は、適切な厚みに形成されている。屋根形部材 3 0の厚みは、全体が均一であっても良いし、均一でなくても良い。例えば、稜線部 3 1付近の厚みは薄くし、稜線部 3 1 から離れた端部付近では厚くするようにしても良い。または、一方の斜面部 3 2 と他方の斜面部 3 3 とで厚みを変えても良い。

本実施形態では、 2つの斜面部 3 2， 3 3の間の角度 0 は、 1 6 0 ° である。また、屋根形部材 3 0の各々の斜面部 3 2 , 3 3 と磁石体 1 2 の軸線との間の角度 0 i , 0 ₂は同じで、 0 = 0 ₂ = 8 0 ° である。

なお、 2つの斜面部 3 2 , 3 3の間の角度 0 は、 1 6 0 ° 以外の角度とすることができる。角度 0 が小さレ、と、屋根形部材 3 0の稜線部 3 1 と磁石体 1 2の上端面 1 3 との間の距離が大きくなり、磁石体 1 2の高さに対して永久磁石ユニット 1 0全体の高さが高くなる。一方、角度 0 が大きいと、磁石体 1 2の上端面 1 3 に平板の軟鉄を接続したのと大差がなくなってくる。角度 0 は、 9 0 ° 〜 1 7 0 ° の範囲が好ましく、 1 5 0。〜 1 6 5 ° の範囲が更に好ましい。

屋根形部材 3 0の稜線部 3 1 の長さは Lであり、 2つの斜面部 3 2 , 3 3の下端間の距離は Wである。屋根形部材 3 0は、稜線部 3 1 を上にして磁石体 1 2の上に置いたとき、磁石体 1 2の上端面 1 3の半径方向外側まで届かない大きさであっても良いが、外側まで延びる大きさであることが好ましい。すなわち、稜線部 3 1 の長さ Lは、磁石体 1 2 (板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 H) の直径 Dより小さくても良いが、直径 D と等しいかそれより大きいのが好ましい。 2つの斜面部 3 2， 3 3の下端間の距離 Wは、磁石体 1 2の直径 Dより小さくても良いが、直径 D と等しいかそれより大きいのが好ましい。このようにすると、磁石体 1 2の上端面 1 3から出る磁力線は、殆ど全て屋根形部材 3 0に入ることになる。

なお、本実施形態では、稜線部 3 1 から 2つの斜面部 3 2， 3 3が磁石体 1 2の軸線に対して傾斜する角度 0 ！ , θ ₂は、共に同じ値とした。しかし、 2つの斜面部 3 2 ， 3 3が異なる角度（ ^ i ^^ G s ) で傾斜するようにすることもできる。また、本実施形態では、屋根形部材 3 0 は、稜線部 3 1 から 2つの斜面部 3 2 , 3 3が斜め下方向に延びる構成としているが、これに限定されない。例えば、斜面部を 1つのみとする、すなわち、平板状の軟鉄等を磁石体 1 2の上端面 1 3の上に傾けて載置するようにしても良い。その他、以下のように屋根形部材を構成しても良レ、。

図 1 0は、別の実施形態に係る屋根形部材 3 0 'の斜視図である。屋根形部材 3 0 'が屋根形部材 3 0 と異なるのは、 2つの斜面部 3 2 '， 3 3 ' の上面が、長方形ではなく、ほぼ半円形である点である。その他の点は、図 9に示す実施形態の屋根形部材 3 0 と同様である。稜線部 3 1 'の長さ L 'は、磁石体 1 2の直径 Dより小さくても良いが、直径 Dと等しいかそれより大きいのが好ましい。 2つの斜面部 3 2 '， 3 3 'の下端間の距離 W'は、磁石体 1 2の直径 Dより小さくても良いが、直径 Dと等しいかそれより大きいのが好ましい。図 1 0 の屋根形部材 3 0 'も、図 9 の屋根形部材 3 0 と同様の機能を果たす。

なお、屋根形部材の上面の形状は、長方形、半円形に限定されない。図 1 1 は、更に別の実施形態に係る屋根形部材 3 0 の斜視図である。屋根形部材 3 0 ''が屋根形部材 3 0 と異なるのは、稜線部がなく、斜面部 3 2 " , 3 3 ''が平面状でなく全体として湾曲形状となっている点である。その他の点は、図 9 に示す実施形態の屋根形部材 3 0 と同様である。斜面部 3 2， '， 3 3 ' 'の下端間の距離 W ' 'は、磁石体 1 2の直径 Dより小さくても良いが、直径 D と等しいかそれより大きいのが好ましい。斜面部 3 2 ' '， 3 3 "の下端間の距離 W' ' と直行する方向の長さ L ' 'は、磁石体 1 2 の直径 Dより小さくても良いが、直径 D と等しいかそれより大きいのが好ましい。図 1 1 のように構成した屋根形部材 3 0 ' ' も、図 9の屋根形部材 3 0 と同様の機能を果たす。

図 1 0、図 1 1 のように屋根形部材 3 0 ' , 3 0 ' 'を構成した場合も、図 9 の例で斜面部 3 2 , 3 3 の傾斜を異ならせたり（ Θ i≠ 0 ₂ ) 、厚みを異ならせたりしたのと同様に、屋根形部材 3 0 '， 3 0 の斜面部の傾きの大きさを不均一に形成したり、厚みを不均一に形成したりしても良レ、。

再度、図 6およぴ図 7 を参照し、磁石体 1 2 の下端面 1 5上に取り付けられる基端側ヨーク 1 6 について説明する。図示する基端側ヨーク 1 6は、直径が磁石体 1 2 の直径 D と等しいかこれより大きい円板状である。基端側ヨーク 1 6 の上下の面は、正方形または長方形とすることもできる。図 7 に示すように、基端側ヨーク 1 6 の中央部には、締結ポルト 2 0の先端部を受入れるためのボルト孔 1 7が形成され、ポルト孔 1 7には締結ボルト 2 0の先端部の牡ねじと螺合するための雌ねじが形成されている。基端側ヨーク 1 6は、軟鉄等の常磁性体からなる。

締結ボルト 2 0 は、磁石体 1 2 を構成する板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 Hと、屋根形部材 3 0 と、基端側ヨーク 1 6 とを一体的に連結するためのものである。締結ポルト 2 0の先端部には、基端側ヨーク 1 6 のポルト孔 1 7の雌ねじと螺合するための牡ねじが形成されている。

永久磁石ュニット 1 0 を組立てるには、板状永久磁石 1 2 A〜 1 2 H を相互に吸着させて磁石体 1 2 とする。磁石体 1 2の上端面 1 3が S極、下端面 1 5が N極である。 S極と N極とは、逆にしても良い。基端側ヨーク 1 6 の上に磁石体 1 2を配置し、その上に稜線部 3 1が上になるようにして屋根形部材 3 0 を配置する。屋根形部材 3 0 の稜線部 3 1 のポルト孔 3 4カゝら締結ボルト 2 0 を挿入し、磁石体 1 2のポルト孔 2 1 を貫通させ、締結ボルト 2 0の先端部の牡ねじを基端側ヨーク 1 6 のボルト孔 1 7の雌ねじと螺合させる。屋根形部材 3 0 と磁石体 1 2 と基端側ヨーク 1 6 とを一体的に締め付けて固定し、永久磁石ュニット 1 0 を形成する。ここでは、屋根形部材 3 0の上端面 1 3の外周部と屋根形部材 3 0の一部とが接するように固定しているが、接触しないように締結ボルト 2 0で連結するようにしても良い。連結手段として締結ボルト 2 0を用いることにより、永久磁石ュニット 1 0 を構成する部材を簡単に固定することができる。

なお、本実施形態では、磁石体 1 2 と屋根形部材 3 0 ( 3 0 ' , 3 0 ' ' ) と基端側ヨーク 1 6 とを連結する連結手段として、締結ポルト 2 0 を用いたが、連結手段は締結ボルト 2 0に限定されるものではなく、他の方法で連結しても良い。例えば、磁石体 1 2 と屋根形部材 3 0 ( 3 0 ' ， 3 0 " ) と基端側ヨーク 1 6 とを樹脂で成形した枠（図示せず）に収容して固定することができる。または磁石体 1 2 と屋根形部材 3 0 ( 3 0 ' , 3 0 " ) と基端側ヨーク 1 6 とを樹脂系接着剤で接着することもできる。

図 1 2は、本発明の発電装置 4 0に使用する別の構成例に係る永久磁石ュニット 1 0 ' "の斜視図である。図 1 2に示す永久磁石ュニット 1 0 ' ' 'では、磁石体 1 2 ' ' 'は、複数の板状永久磁石を吸着させたものではなく、 1つの永久磁石で構成されている。屋根形部材 3 0 '''は略円形で、その外径は磁石体 1 2 ' ' 'の外径 Dに等しい。基端側ヨークは設けられていない。磁石体 1 2 ' ' ' と屋根形部材 3 0 ' ' ' とは、締結ボルトで固定するのではなく、接着剤で接着される。そのため、磁石体 1 2 ' ' ' と屋根形部材 3 0 ' " とには、締結ポルトを揷入するためのボルト孔は形成されていない。磁石体 1 2， ' 'の上面 1 3 ' ' 'の外周部の 2箇所には、屋根形部材 3 0 ' '' と接着するための接着面 1 3 aが設けられている。その他の点は、図 6 に示した永久磁石ュニット 1 0 と同じである。図 1 2に示す永久磁石ュニット 1 0 ' ' 'は、図 6に示した永久磁石ュニット 1 0 と同様の作用をする。図 1 2の永久磁石ユニット 1 0 ' "は、部品数が少なく、ポルト孔、ネジ等の加工が不要なので、加工が容易である。

再度、図 1およぴ図 2 を参照して、第 1 の実施形態による発電装置 4

0 の動作について説明する。

図 1 のように、主ロータ 4 4の第 1、第 2永久磁石ュ二ッ卜 5 1 , 5

2 とコア 5 3 とが互いに対向する位置にある初期状態のとき、モータ 4

2により主ロータ 4 4 を回転させると、主ロータ 4 4 の第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1， 5 2力ら出てコア 5 3の卷線 5 4 a , 5 4 bの周囲に生じる磁界が変化し、電磁誘導により卷線 5 4 a， 5 4 b に誘導電流が生じる。このとき、誘導電流により、卷線 5 4 a , 5 4 b の内部にある強磁性体のコア 5 3に磁力（磁界磁力）が生じる。

第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1， 5 2力 Sコア 5 3 に近づ < ときと、コア 5 3力、ら遠ざかるときとで、卷線 5 4 a , 5 4 b に生じる誘導電流の向きは異なる（ファラデーの法則）。このため、主口一タ 4 4の回転に伴って第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1， 5 2力 Sコ了 5 3 を通過するごとに、その通過の前後で卷線 5 4 a， 5 4 b に起電力が m起され、交流電流が発生する。このときコア 5 3 に生じる磁界磁力も、第 1 、第 2 永久磁石ユニット 5 1， 5 2 力ァ 5 3 を通過する前後で磁極が交互に反転する。また、 1 つのコア 5 3 とそれに隣接するコァ 5 3 とでは、卷線 5 4 a , 5 4 b の卷き方向が同じで、コア 5 3 に近接してレ、る第 1、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2から発している励磁磁力の磁 tl Kレ、に異なっている。このため、各コア 5 3 に発生する磁界磁力の磁極は交互に異なったものとなっている。

そして、このようにコア 5 3側に発生する磁界磁力と、第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2から発している励磁磁力との間で、反発作用をする反発磁力と、吸引作用をする吸引磁力とが発生する。この両磁力は、主ロータ 4 4 の回転方向へ作用するプラストルク（推進力）と、逆方向へ作用するマイナストルク（電磁ブレーキ）とに分かれる。

例えば、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2がコア 5 3 を通過した直後の状態において、第 1 、第 2永久磁石ュュット 5 1 ， 5 2が、回転方向に対して後方にあるコア 5 3 (通過済みのコア 5 3 ) との間で反発磁力を受けると、これはプラストルクとして働く。この状態では、第

1 、第 2水久石ュニット 5 1 , 5 2は、回転方向に対して j方にある次のコア 5 3 との間で吸引磁力も受けるので、この吸引磁力プラストノレクとして作用する,

逆に、第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2力 Sコア 5 3 を通過する直前の状態において、第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2が、回転方向に対して前方にあるコア 5 3 との間で反発磁力を受けると、これはマイナストルクとして働く。この状態では、第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 ， 5 2は、回転方向に対して後方にある通過済みのコァ 5 3 との間で吸引磁力も受けるので、この吸引磁力もマイナストルクとして作用する。

主ロータ 4 4 を回転させ始めた直後は、主ロータ 4 4の回転速度が遅く、主口ータ 4 4の第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 ， 5 2 とァ 5 3 との間のマイナストルクに抗して回転させなければならない即ち、主ロータ 4 4 の第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 , 5 2は、コァ 5 3 に近づき、最も反発が強い位置を通り越して回転しなければならず、主ロータ 4 4 の回転抵抗が大きいので、主ロータ 4 4を回転させるのにモータ 4 2からの比較的大きい回転トルクが必要である。

主ロータ 4 4 の始動後、時間が経つにつれて、モータ 4 2からの駆動力と、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2 と了 5 3 との間で生じる磁界により受けるプラストルクとにより、主口一タ 4 4の回転速度が次第に速くなると、主ロータ 4 4は比較的大さな慣性力を得る。この慣性力と、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 ， 5 2 とコァ 5 3 との間の磁力により受けるプラストルクとにより主口一タ 4 4は大さな推進力を得て、やがて定速回転状態となる。定速回転状態では、主 ―タ 4 4 を回転させるのに必要な回転トルクは小さ < なり、安定するその結果、モータ 4 2 の消費電力が低下する。

ところで、主ロータ 4 4 の第 1 、第 2永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2から屋根形部材 3 0 を取り外した状態にして、主一タ 4 4 を回転させようとすると、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 5 2がコア 5 3 に近づくとさの反発力が強く、主ロータ 4 4 を回すのに非常に強い力を必要とする。これに対して、第 1 、第 2永久磁石ュニク卜 5 1， 5 2 に屋根形部材 3 0 を取り付けた図 1 の状態では、これがないよりずつと弱い力で主ロータ 4 4を回転させることができる。

また、本実施形態による発電装置 4 0 は、第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 , 5 2が屋根形部材 3 0 を備えることにより、主ロータ 4 4に対して強いアシストカを得ることができるとともに、永久磁石ュニッ卜 5

1 ， 5 2がコア 5 3 に近づくときの反発力が弱められる。そのため、発電効率が高く、比較的小さい駆動力で大きい発電力を得ることができるよ / 、永久磁石ュニット 5 1 ， 5 2 の中心軸線が発電装置 4 0 の半径方向になるよう取り付けることができる。その口果、主口—タ 4 4の構造が簡単で、製造が容易である。

さらに、図 1 1 のように構成した屋根形部材 3 0 ' 'を用いる場合は、第 1 、第 2の永久磁石ユニット 5 1 ， 5 2がコァ 5 3 に近づぐときに受ける磁力線の作用と、第 1 、第 2の永久磁石ュッ卜 5 1 , 5 2がコア 5 3 に近づいたときに受ける磁力線の作用との切り替えがスムーズに行われ、より滑らかに回転トルクの伝達を行うことができる。

なお、本実施形態の発電装置 4 0で用レ、る永久磁石ュニット 5 1 ， 5

2 の屋根形部材 3 0 ( 3 0 ' ， 3 0 " ) は、その斜面部 3 2 , 3 3が磁石体 1 2の中心軸線に対して対称型となつているが、対称型となつてレ、なくても良い。例えば、斜面部 3 2， 3 3 の傾斜を異ならせてち良いし

( θ ₁≠ Θ ₂ ) 、厚みを異ならせても良い o

このようにすると、主ロータ 4 4 の第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1

, 5 2がコア 5 3 に近づくときに作用する磁力線と、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2力コア 5 3 に最も近づいてからコア 5 3から 3Sざかるときに作用する磁力線とが互いに異なるものとなる。これにより、第 1 、第 2永久磁石ユニット 5 1 , 5 2がコア 5 3 に近づくとさには反発力が小さくてより容易に近づき、第 1 、第 2永久磁石ュニッ卜 5 1 ,

5 2がコア 5 3 から遠ざかるときには主口ータ 4 4がより大きな推進力を得るようにすることができる。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによつて本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

(実験 1 )

本発明の第 1 の実施形態による発電装置 4 0 を使用して、発電実験を行った。

1 実施例では、始動時にモータ 4 2の入力に 1 0 0 Vを印加すると、モータ 4 2 に 2 O Aの入力電流が流れた。主ロータ 4 4 の回転数が 1 0 0 r p m以上に上がり定速回転状態になると、モータ 4 2 への入力電流は 4 Aに減少した。

この状態で、発電装置 4 0 の出力に定格 1 0 O V、 1 0 0 Wの白熱電球 3 6個を接続すると、モータ 4 2への入力力 S l O O V、 6 A ( 6 0 0 W) になり、出力は 1 0 0 V、 3 6 A ( 3 6 0 0 W) を示し、接続した 3 6個の白熱電球は全て通常の明るさで点灯した。

次に、発電装置 4 0の出力を短絡させ、発電装置 4 0の電磁プレーキをかけた。出力のショート電流は、 1つの卷線 5 4 a ， 5 4 b について 3 Aであり、これに卷線 5 4 a , 5 4 b の数 8 X 2列を乗じると、合計で 4 8 Aであった。このとき、起動モータ 4 2の入力電流は 6 Aであつた。

(実験 2 )

本発明の第 1 の実施形態による発電装置 4 0 を使用して、アルミユウムの板状部材 5 5を外した状態で、実験 1 と同様に発電実験を行った。発電装置 4 0 のコア 5 3のセグメント部 5 3 a , 5 3 b の端面のアルミニゥムプレート 5 5 を外して、実験 1 と同様に、 3 6個の白熱電球を接続して発電装置 4 0 を作動させた。発電装置 4 0の入力は実験 1 と同じ 1 0 0 V、 6 A ( 6 0 0 W) であり、出力は 1 0 0 V、 1 2 A ( 1 2 0 0 W) であった。接続した 3 6個の白熱電球は、実験 1 と比較して暗かった。産業上の利用可能性

本発明による発電装置は、様々な技術に有用である。例えば自動車、船舶、一般住宅、工場、非常電源、発電所等の発電装置として使用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸に取り付けられた主ロータと、

上記主ロータの外周に沿って交互に取り付けられた、先端側が一方の極性の第 1永久磁石ユニットおよび先端側が他方の極性の第 2久磁石ュニットと、

上記回転軸を中心とした円周上に、複数の上記第 1 、第 2永久磁石ュニットの外側を一定の間隔で取り囲むように配置された複数のコアと、上記複数のコアの周りに巻き回された卷線と、を備え、

上記第 1、第 2永久磁石ュニットは、磁極が両端にある磁石体と、上記磁石体の一方の端面側に配置された、上記一方の端面に対して所定の角度を持つように斜面部を形成した第 1 のヨークと、を備えることを特徵とする発電装置。

2 . 請求の範囲第 1項において、上記第 1 、第 2永久磁石ユニットは等間隔に配置され、上記複数のコアは等間隔に配置されていることを特徴とする発電装置。

3 . 請求の範囲第 1項または第 2項において、上記複数のコアの上記第 1 、第 2永久磁石ュニットに対向する面に非磁性体の板状部材を備えることを特徴とする発電装置。

4 . 請求の範囲第 3項において、上記板状部材は、アルミニウム板であることを特徴とする発電装置。

5 . 請求の範囲第 1項〜第 4項の何れか 1項において、上記コアは、 2 つのセグメント部が連結部でつながり、断面がほぼコの字形であり、上記 2つのセグメント部の端部が上記第 1 、第 2永久磁石ュニットの外側を一定の間隔で取り囲むことを特徴とする発電装置。

6 . 請求の範囲第 5項において、上記回転軸の軸方向に間隔をおいて、上記第 1、第 2永久磁石ュニットが、合わせて 2個以上設けられていることを特徴とする発電装置。

7 . 請求の範囲第 6項において、上記コアの一方のセグメント部に対応して上記第 1 、第 2永久磁石ュニットが合わせて 2個設けられ、他方のセグメント部に対応して上記第 1 、第 2永久磁石ュニットが合わせて 2 個設けられていることを特徴とする発電装置。

8 . 請求の範囲第 1項〜第 7項の何れか 1項において、上記コアの数は、上記第 1、第 2永久磁石ユニットの円周方向の数に等しいことを特徴とする発電装置。

9 . 請求の範囲第 1項〜第 8項の何れか 1項において、動力源としてモータを用いて、上記主ロータを回転させることを特徴とする発電装置。

1 0 . 請求の範囲第 1項〜第 9項の何れか 1項において、上記第 1 、第 2永久磁石ュニットの上記磁石体は、複数の板状永久磁石を相互に吸着して重ねて一体とした磁石連結体であることを特徴とする発電装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項〜第 1 0項の何れか 1項において、上記第 1 のヨークは、稜線部から 2つの平面状の斜面部が延びる形状で構成されることを特徴とする発電装置。

1 2 . 請求の範囲第 1項〜第 1 0項の何れか 1項において、上記第 1 のヨークは、上記斜面部が湾曲形状で構成されることを特徴とする永久磁石ュニット。

1 3 . 請求の範囲第 1項〜第 1 0項の何れか 1項において、上記第 1 、第 2永久磁石ュニットは、上記磁石体の他方の端面側に配置された板状の第 2 のヨークを備えることを特徴とする発電装置。