CN101512879B

CN101512879B - 场磁体环旋转发电结构的发电机

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Publication number: CN101512879B
Application number: CN2006800557979A
Authority: CN
Inventors: 奥野猪一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: BRPI0622015A2; KR101051837B1; US7884519B2; US20090267439A1; CN101512879A; KR20090055571A; JPWO2008032410A1; WO2008032410A1

Abstract

本发明涉及发电机，强制使弯曲成圆形的棒状磁铁的同极性相互接近，卷成环形而构成场磁体环，通过在底座钢板上配置成Y形的3个内外侧滚筒装置，旋转自如地架设在该底座钢板上。而且，为使该场磁体环旋转，采取对该内外侧滚筒装置内的1个装置施加旋转驱动力的结构。另外，在内外侧滚筒装置间的空间内配置电枢线圈，且该电枢线圈以上述场磁体环的永久磁铁为芯进行卷绕，以将该电枢线圈包进来的方式将电枢芯安装在该电枢线圈的外周。并且，这是一种靠场磁体环的旋转使棒状磁铁的永久磁铁通过电枢线圈内，从而由永久磁铁产生的磁通通过电枢线圈，产生感应电动势结构的发电机。

Description

场磁体环旋转发电结构的发电机

技术领域

本发明涉及发电机，若要详细地说明，则为制作按圆形弯曲烧结成的棒状磁铁，并在其两侧粘贴（粘结）反磁性体的粘结构件。这是一种在该状态下强制使永久磁铁的相同极性相互接近，绕成环形而形成，构成场磁体环（field ring），通过配置成字母Y的3个内外侧滚筒装置，旋转自如地架设该场磁体环，并且，为使该场磁体环旋转，采取对该内外侧滚筒装置内的1个装置施加旋转驱动力的结构，另在内外侧滚筒装置间的空间配置电枢线圈，并以上述场磁体环的永久磁铁为芯卷绕该电枢线圈的结构。

另外，将电枢芯安装在该电枢线圈的外周，以便将该电枢线圈包在其中。另外，这是一种借助于场磁体环的旋转，棒状磁铁的永久磁铁通过电枢线圈内，从而由永久磁铁所产生的磁通通过电枢线圈，按照“楞次定律”产生感应电动势结构的发电机。

如说明其原理，则

e=N·dΦ/dt （V）……（1）式

N：电枢线圈数[匝]Φ：所通过的磁通[wb]

通过强制永久磁铁以同极性接近而连接，使磁通的射出方向性能够从磁轴方向弯曲90°而射出，从而使得通过电枢线圈的磁通与线圈呈直角相交而使磁通沿直角的方向通过。

按库仑定律，F=m₁m₂/4πμr²[N]……（2）式

m₁：磁极的强度[磁量]m₂：磁极的强度[磁量]

μ：介质的导磁率[H/m]r：距离[m]

磁极同极性相斥。但是，在为使两距离缩短而强制使之接近的情况下，对磁轴大致呈直角射出。并且，射出磁通密度增大。这是一种应用了该物理现象的发电机的结构。

借助于棒状磁铁的场磁体环旋转，形成一种其磁通与电枢线圈呈直角相切割的结构。按照该结构，由于该磁荷力与磁极间距的二次方成反比，磁通的衰减力得到大幅度改善，故提供了一种可由该现象产生感应电动势的发电机。并且，利用电枢线圈的线圈宽度与场磁体环的永久磁铁的宽度大致相同，使得可在矢量上抵消掉励磁的磁荷力，形成穿过该电枢线圈的磁通的极性交替通过来发电的结构。从而，得到该感应电动势是由交变磁通所产生的交流发电机。另外，使场磁体环旋转的能量由棒状磁铁的质量、旋转直径和旋转速度的公式算出。

W=1/2·Jω²……（3）式

并且，该场磁体环虽然质量最小，但从该场磁体环射出的磁通却较大，且通过采用在呈直角与电枢线圈相切割的方向射出的结构，与现有的各种发电机相比，可提供一种输出大、结构简单、而且以小的驱动力工作的发电机的结构。又，通过将该电枢线圈和电枢芯做成圆形，用电枢线圈能够可靠地捕捉到从场磁体环射出的磁通，通过备齐这种结构等条件，例如可构成场磁体环的旋转驱动力虽小、但磁通损失最少的发电机的结构。

背景技术

现有的发电机是一种为使场磁体的磁通大量产生而围绕场磁体设置励磁线圈，将电流流入该场磁体，对场磁体的励磁芯进行励磁，使之产生磁通。可按电磁式制成磁通密度大的场磁体。但是，为了制成场磁体的励磁极，线圈的卷绕数量和励磁材料的质量必须扩大，而该场磁体的质量增大，并且随之而来的例如励磁所需的电力必须从外部供给。从场磁体射出的磁通形成与电枢线圈呈直角交叉的状态进行发电。但是，为了形成该条件，如上所述，必须有促进使场磁体产生磁通的励磁的部分，由于存在从外部将场磁体旋转驱动的驱动力、为了该励磁所投入的电流的能量（输入能量）和构成励磁的部分的质量，故必须要有开动这些的动力源。该输入的动力源越小，就越能得到有良好效率的优良发电机。并且，磁通损失越低，就越能制造效率良好的发电机。

从上述可见，如何减少所需输入能量来进行发电，这正是打开近年来能源不足的现状的道路。因此，正进行着与此相关的研讨和改善。

在此处，如举出现有的文献，则发现文献（1）的特开2006—14582的“永久磁铁发电机”、文献（2）的特开2005—218183的“旋转电机和电磁机”，以及文献（3）的特开昭55—79689的“磁力发电装置”。以下，说明这些发明的概要。

首先，文献（1）的概要是一种由定子和转子所构成的发电机，所述定子在定子磁轭内配置了三相绕组的线圈，所述转子配置在该定子的内侧、由N·S极彼此相互排斥的多个并且是偶数个永久磁铁而构成，所述发电机是一种以在该定子的中心上述转子旋转发电为特征的结构，其目的在于，通过减轻加在该发电机上的负载，高效率利用永久磁铁的磁力，来增大线圈内所产生的电量。

另外，文献（2）的概要是一种作为旋转发电机·电动机（定义为发电机），欲提高其性能和效率，并增加转子与定子的空隙部的磁通的结构，通过在由磁铁构成的转子内插入磁铁，将转子的磁极形状的一部分对着该定子的磁极，相对地与同极（或异极）对应，与此同时，将转子的旋转后端部配置到与该异极（或同极）对应的位置上，并在以同步速度旋转时，转子的磁极的后端部在旋转过程中总是保持与定子磁极之间的相对位置，且利用与该转子的磁极的后端部前后对峙的定子的磁极总是使吸引力和排斥力起作用，以便附带地增加旋转驱动力，在如上述结构中，提供一种以提高发电机的性能和效率并增加空隙部的磁通为目标的、对磁铁、铁芯的结构、尺寸和配置进行研究的发电机。

此外，文献（3）的概要是一种以对内面部形成开口部分的方式呈圆环状排列形成多个中空状的外磁铁，在该开口部分呈圆环状旋转自如地嵌插多个与该开口部分大致呈相同形状的内磁铁，与此同时，将该内磁铁固定连接在其轴心部具有旋转轴的支板上，并在该内磁铁的轴心一侧内面部依次配置发电线圈、发电磁铁和铁芯的结构，提供了一种利用该外内磁铁所产生磁力的排斥作用使内磁铁可在一定方向移动和旋转，同时欲利用该旋转及移动时所产生的旋转磁力在发电线圈内生成电力的磁力发电装置。

但是，在上述文献（1）~（3）中，由于不采用在接近位置对场磁体环（转子）配置电枢芯和电枢线圈（定子）的结构，有可能发生磁通损失，很难得到所希望的来自永久磁铁的射出磁通。并且，上述文献（1）~（3）有这样的问题：虽然采用以对峙极配备磁铁的结构，但该磁铁仅限于单纯地以对峙极得到射出磁通，而并不是考虑了磁铁与线圈之间的关系的结构，因此不能认为是无需励磁结构部分且质量小而能够射出强磁场的磁通的结构。

鉴于上述情况，本申请人

[1]采取将全部场磁体环作为永久磁铁，同时取消励磁线圈和励磁芯的结构。

[2]采取变更来自永久磁铁的磁通的射出方向的结构。

[3]并且，应用所谓的“库仑定律”，即强制使永久磁铁的同极之间以相同朝向接近并缩短距离而连接，使来自该永久磁铁的射出磁通呈直角变换朝向，按该定律所解析的磁量m₁、m₂为同极性而成为排斥力。另外，通过缩短该磁量m₁、m₂的距离，从磁轴射出的磁通同极且相斥，磁通的射出方向受到弯曲。但是，该射出的磁通对磁轴大致呈直角射出。因此，研究通过缩短同极的距离来增强磁极的强度m（Wb）的方法。

[4]如果只用永久磁铁的棒状磁铁构成该场磁体环，则该场磁体环上无需励磁结构部分，故得到能够以小的质量射出强磁场的磁通的结构。

[5]接着，在场磁体环上卷绕电枢线圈，按“楞次定律”使场磁体环旋转。

[6]另外，形成如下结构：使棒状磁铁通过电枢线圈内，电枢芯也制作成半分割状态后覆盖电枢线圈，安装被制作成圆筒圆形的电枢线圈和电枢芯的结构。

[7]以场磁体环在该电枢线圈的中空间内可旋转的方式用内外侧滚筒装置支撑并可使之旋转，将该内外侧滚筒装置中的1个作成旋转驱动滚筒而作为输入驱动源。

[8]通过使场磁体环旋转，来自棒状磁铁的射出磁通一边与电枢线圈呈直角相切割一边旋转，从而得到可产生感应电动势的发电机。

[9]并且，作为将该棒状磁铁的磁轴方向变换为直角的手段，例如可使同极彼此接近而连接。并且，通过以该场磁体环质量最小者制成射出磁通大的结构，减小输入能量（减小驱动动力源），并补足磁通损失部分。

[10]并且，来自发电机的输出可用通过电枢线圈的磁通的量、速度、该电枢线圈的绕组数、磁极数和波形系数的公式算出。

[11]另外，发电机的容量为用流过电枢线圈的电流的值与该值相乘所得之积。

[12]根据这些结果、场磁体环的磁通/质量的比率，增加所射出的磁通的量，使磁通与电枢线圈相切割的旋转速度上升，换言之，通过这种与能量放大器同样的结构，可提供高效的发电机。

发明内容

该发电机是一种由棒状的永久磁铁配置成环状来构成，从该场磁体环射出的磁通以大致从磁轴呈直角的方式改变朝向并被射出的结构，是该磁通呈直角与电枢线圈相切割的结构。并且，为了构成该场磁体环旋转而从永久磁铁射出磁通大致呈直角方向射出的结构，采取在与场磁体环之间持有少许间隙地卷绕电枢线圈，并在其上覆盖形成为圆筒圆形的半分割状态的电枢芯的结构。由于采用该结构，从该场磁体环射出的磁通按照通过电枢线圈而到达电枢芯的路径循环。并且，构成穿过电枢芯内通过电枢线圈而回归到场磁体环的另一极的循环回路。如果以该结构使场磁体环旋转，则该电枢线圈产生感应电动势而成为发电机。

以下，说明以上述结构发电的发电机的结构。

[1]场磁体采取场磁体环的形式。该结构中，以棒状永久磁铁弯曲的状态制作，在其两侧粘结反磁性体。并且，用永久磁铁的同极彼此之间夹持反磁性体，并用该反磁性体的连接构件紧固连接，形成环状。

用该结构得到该场磁体环对永久磁铁的磁轴呈直角射出磁通的结构，来自该场磁体环的射出磁通形状为圆形射出形状，得到使之连接起来的环状环。并且，通过使来自该场磁体环的磁通射出现象旋转而得到磁力感应电动势，进行发电。

[2]对场磁体环以3个组在3处呈字母Y形配置内外侧滚筒装置，使场磁体的旋转平滑地进行。对其中的1个从外部施加驱动力，使场磁体环旋转。

[3]在环的内外侧滚筒装置的中间空间在3处卷绕电枢线圈。并且，针对场磁体环的形状，保持少许间隙并在做成反磁性体的圆筒圆形的半分割状态之上卷绕电枢线圈。卷绕该电枢线圈的电线的粗细和匝数由电枢的设置面积决定。该面积由场磁体环的长度等决定。

[4]在电枢线圈的外周，覆盖做成圆筒圆形的半分割状态的电枢芯。该圆筒圆形的半分割电枢芯是以比电枢线圈的半径稍大的眼孔，在与该电枢线圈之间持有间隙的绝缘体的圆筒圆形的半分割基础之上制成强磁性材料的扇形的变形长方形的薄板钢材，是将其短边弯曲成弓形并层叠，且在该层叠了的状态下，以对其长边施加90°扭转的形状作成。

将该弓形短边集成在一起时在中央部分生成间隙，因此以在该间隙内填入微细粉末的强磁性材料并用粘结材料固定后作为电枢芯覆盖电枢线圈。换言之，将半分割的弓形薄板钢板加工成扭转了90°的半分割状态，覆盖在环状的电枢线圈之上。该电枢芯的内侧两端部的形状为圆形，制作并开放成喇叭状。这是为了根据此开放起到，例如场磁体环在拔出电枢芯时缓和因励磁所致的场磁体环被拖回来的作用。

[5]电枢芯以不再旋转的方式被收容在底座钢板（托盘）内。另外，电枢线圈的制作还兼顾了调整高度使场磁体环恰好可通过中央。

[6]作为稳定场磁体环并使之旋转的方法，内外侧滚筒装置的朝向并非全部同一方向，以均等地承受并包含场磁体环的旋转所产生的离心力的方式持有配置角度来支持。

[7]电枢线圈的电流对电压产生90°的延迟。并且，负载的功率因数一经变动，则感应电动势的电压与电流的相位得到放大。为了改善该电枢线圈的电感ωL的相位延迟，将具有适当电容的电容器与电枢线圈并联连接。例如，为了改善负载电路的功率因数而并联连接电容器。通过这样连接电容器，使感应电动势的电压与电流同相，并由电枢反作用的横轴反作用引起磁场偏移作用，因此可通过磁通分布的畸变来改善退磁作用。

本发明是一种以将以上7项纳入结构中而进行发电为特征的发电机。

发明效果

本发明的第1方面是一种环形旋转发电结构的发电机，在其结构中，场磁体环由棒状磁铁以及与该棒状磁铁的两端粘结的反磁性体的连接构件构成，其中棒状磁铁是在弯曲成弓形的状态下烧结制作成的永久磁铁，其剖面为圆形，其特征在于，

该场磁体环中，强制使其棒状磁铁以同一极性的方式接近，相互连接，该场磁体环的棒状磁铁的磁轴采取在同一极性之间射出同一极性的磁通的结构，而且，射出按该棒状磁铁的同一极性连接的同一极性的磁通，并从磁轴呈直角方向产生射出磁通，其前端磨钝了的椭圆形的射出磁通成为连续状态的环，

以经三点支撑的旋转机构可使保持该射出磁通的场磁体环在底座钢板（托盘）内旋转的方式来支撑该场磁体环，

而且，采取在该场磁体环之上引入间隙，卷绕电枢线圈，在其上用电枢芯覆盖的结构，

此外，还配备驱动机构，对上述旋转机构的1个机构施加使场磁体环旋转的驱动力，

使上述场磁体环旋转，将该场磁体环所产生的磁通变换为励磁磁通，通过该场磁体环的旋转在上述电枢线圈内产生磁力感应电动势。

本发明的第2方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，是以支撑场磁体环的支撑点数为3处的支撑结构，

该1组支撑结构是在内侧具有1个内侧滚筒装置、另在外侧具有2个外侧滚筒装置的组合，该外侧滚筒装置以包含圆形磁铁的方式持一定角度设置，同时该内外侧滚筒装置在考虑到旋转的稳定性和摩擦阻力值等后采取以3处支撑的结构，

而且，该内外侧滚筒装置的驱动部分在从该内外侧滚筒装置的轴两侧大致呈90°的方向对场磁体环面施加压力，该内外侧滚筒装置的坯料在外周鼓起，且对该场磁体环面施加压力。

本发明的第3方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，是在电枢线圈的外周覆盖以圆筒圆形的半分割形成的电枢芯的结构，

该圆筒圆形的半分割电枢芯是以比电枢线圈的半径稍大的眼孔，在与该电枢线圈之间持有间隙的绝缘体的圆筒圆形的半分割基础之上，由强磁性材料的制成扇形的变形长方形的多个薄板钢板构成，将该多个薄板钢板的短边（部）弯曲成弓形并层叠，在该多个层叠的状态下，对其长边（部）进行90°扭转以适合于制作成圆筒圆形，

当将该弓形短边集成在一起时在中央部分生成间隙，从而在该间隙内填入微细粉末的强磁性材料并用粘结材料固定之后作为电枢芯覆盖在电枢线圈上。换言之，以加工成将半分割的弓形薄板钢板扭转了90°的半分割状态，覆盖在环状的电枢线圈之上，

上述电枢芯的内侧两端部的形状制作并开放成圆形且喇叭状。根据该开放结构，例如，还起着在场磁体环拔出电枢芯时缓和因励磁所致的场磁体环被拖回来（来自场磁体环的磁通在电枢芯出入时对该电枢芯进行励磁，在矢量上抵消该励磁力而得到缓和）的作用。

本发明的第4方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，其构造如下：放入了调整部件，并且该调整部件以场磁体环通过电枢线圈的圆筒圆形的中心的方式在高度和横向上对由该电枢线圈收容固定的场磁体环进行调整，从而场磁体环能够通过电枢线圈的中央，

而且，通过场磁体环被收容固定在该电枢线圈中，抑制了场磁体环相对于该电枢线圈的旋转所伴随的旋转，或抑制了旋转所伴随的复位造成的前后方向的振幅，且防止因该电枢线圈的负载功率因数的变动等引起的相位偏移，以及防止了电枢线圈的退磁作用和磁化作用所造成的振幅。

本发明的第5方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，是一种借助于电枢线圈的负载功率的功率因数变动，避免产生该电枢线圈的反作用的结构，

为了使由该电枢线圈的同步电抗同时与该电枢线圈的绕组的电阻构成的阻抗值在某种程度上恒定来改善相位，在电路中并联连接地接入电容器，适量地接入该电容器电容，对该场磁体环的驱动动力容量不产生影响，并且不会使发电容量发生变动。

本发明的第6方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，是一种被收容在底座钢板上的电枢芯与内外侧滚筒装置的组合结构，

该电枢芯的数量和内外侧滚筒装置的数量不管有多少组合，均可作适当变更，并且均可以组合成立。

本发明的第7方面是根据第1方面所述的发电机，是一种使场磁体环旋转的驱动机构的结构，

采用该驱动机构使场磁体环具有少许间隙，并且卷绕电枢线圈，交互流入电流，按照与该场磁体环的极性的关系重复进行吸引和排斥，作为使该场磁体环旋转的驱动电动机的结构，或者采用向该电枢线圈直接流入电流并作为驱动电动机的结构等。

本发明的第8方面是根据第1方面所述的环形旋转发电结构的发电机，在其结构中，将场磁体环作为电动机的转子向电枢线圈流入电流时，作为电动机使场磁体环旋转。

附图说明

图1是本发明的总体结构，是截取电枢芯和电枢线圈的一部分示出内部结构的图，棒状磁铁的场磁体环贯通电枢芯，用内外侧滚筒装置3组（3处）来支撑该场磁体环，在该3处的中间设置电枢芯和/或电枢线圈，由电枢安装位置调整用调整部件围绕，使该内外侧滚筒装置的1个装置旋转，从而使场磁体环旋转成为可能。而且，这是一种基本的剖面模式图，用于说明通过使该场磁体环旋转，场磁体环的磁通呈直角与电枢芯相切割，以磁力感应电动势进行发电。

图2示出图1的A—A’剖面图，以及其B—B’剖面图，这是一种侧面模式图，示出了用内外侧滚筒装置支撑场磁体环的结构，内外侧滚筒装置的旋转驱动以及用该内外侧滚筒装置在中空的空间内支撑场磁体环的结构。

图3-1~图3-6是将电枢芯进行放大后示出的图，图3-1是电枢芯的完成状态下的剖面图，图3-2是电枢芯的制作过程，是将截取了一半的一部分大致扭转了90°后的状态下的模式图，图3-3是图3-2的侧面示意图，图3-4是图3-2的平面图，图3-5是图3-2的展开正视图，图3-6是电枢芯的制作过程，是将截取了一半的另一部分大致扭转了90°后状态下的展开正视图。

图4是电枢芯和电枢线圈，以及场磁体环和内外侧滚筒装置的剖面模式图。

图5是电枢芯和电枢线圈，以及场磁体环和内外侧滚筒装置的剖面模式图，示出卷绕了该电枢线圈后的状态。

图6是使收容了电枢芯和电枢线圈，以及场磁体环的一分为三的电枢安装位置调整用调整部件（电枢外壳）装卸自如地设置在底座钢板上的剖面模式图。

图7是在图6的状态下安装了场磁体环的支撑部件的剖面模式图。

图8-1是示出了场磁体环的连接构件的部件和连接状态的正视模式图，图8-2是图8-1的分解模式图。

图9是发电机的电路图。

图10是示出了使永久磁铁以同极接近时的磁通密度的抛物线量的测定值的图表。

图11是示出了使永久磁铁以同极接近状况时的磁通密度的抛物线量的测定值的图表。

符号说明

1 驱动电动机

2 驱动轴

3 驱动用V形滑轮

4 场磁体环

5 连接构件

51 连接构件Ⅰ

52 连接构件Ⅱ

53 连接螺母

54 连接座

55 紧固螺栓

6 电枢

7 电枢线圈

8 电枢芯

800 薄板钢板

801 薄板钢板

10 内侧滚筒装置

10a 内侧滚筒

10b 支撑螺栓轴

10c 支撑螺栓

11 外侧滚筒装置

11a 外侧滚筒

11b 支撑螺栓轴

11c 支撑螺栓

12 外侧滚筒装置

12a 外侧滚筒

12b 支撑螺栓轴

12c 支撑螺栓

16 V形带

17 滚筒驱动用V形滑轮

19 底座

20 电枢安装位置调整用调整部件（电枢外壳）

21 底座钢板（托盘）

C1 电容器

C2 电容器

E 磁力感应电动势

L 电感

R 线圈电阻

具体实施方式

根据有代表性的附图说明其实施例。

图1是本发明的总体结构，是一种在底座钢板（托盘）21的大致中央处设置驱动用电动机1，通过内侧滚筒装置10（支撑滚筒装置）、外侧滚筒装置11、12（支撑滚筒装置）架设以该驱动用电动机1所驱动的场磁体环4的结构，该场磁体环4是将棒状磁铁（棒状的永久磁铁）配置成环状的结构。图中，2表示驱动用电动机1的驱动轴。

并且，采取通过在该棒状磁铁的两侧分别粘结反磁性体的连接构件5，用反磁性体的连接构件5夹住棒状磁铁的各同极的结构，形成用连接螺母53和连接座54紧固连接了该连接构件5的环形。图中，51表示与另一场磁体环4的两端粘结的反磁性体的连接构件Ⅰ，另外，52表示与又一场磁体环4的两端粘结的反磁性体的连接构件Ⅱ，该连接构件Ⅱ52被进行与上述的连接构件5相同的处理。通过该连接构件5和连接构件Ⅰ51、连接构件Ⅱ52，多个连接螺母53和/或紧固螺栓55以及连接座54，将棒状磁铁配置成环状，形成场磁体环4。

如上述方式构成的场磁体环4通过内侧滚筒装置10、外侧滚筒装置11、12，被底座钢板21架设。例如，该内侧滚筒装置10由内侧滚筒10a和支撑该内侧滚筒10a的支撑螺栓轴10b构成。并且，外侧滚筒装置11、12由外侧滚筒11a、12a和支撑该外侧滚筒11a、12a的支撑螺栓轴11b、12b构成。通过该一组的内侧滚筒装置10、外侧滚筒装置11、12和支撑螺栓10c~12c可靠地支撑1处。另外，在本例中通过在3处设置该一组的内侧滚筒装置10、外侧滚筒装置11、12，如上所述，被架设在底座钢板21。另外，延长该外侧滚筒11a的支撑螺栓轴11b，将滚筒驱动用V形滑轮17固定在该支撑螺栓轴11b上，通过V形带16将该滚筒驱动用V形滑轮17与设置在底座钢板21的大致中央处的驱动用电动机1的输出轴上设置的驱动用V形滑轮3连结在一起。从而，该外侧滑轮11a的支撑螺栓轴11b经过上述驱动用电动机1→驱动用V形滑轮3→V形带16的传动机构而旋转。

并且，在该场磁体环4的外周面上，电枢线圈7被卷绕成大致紧密的状态，从而制成竭力减少磁通损失的结构。并且，用底座19和电枢安装位置调整用调整部件（电枢外壳）20包嵌该场磁体环4和电枢线圈7，以及在紧密状态下围绕该电枢线圈7的电枢芯8。又，该围绕和/或包嵌也以紧密状态，形成为可补足上述磁通损失的结构。又，场磁体环4设置在电枢线圈7、电枢芯8（电枢6）和电枢安装位置调整用调整部件20的中心。并且，底座19装卸自如地被设置在底座钢板21上。

图3-1~图3-6是电枢芯8的半分割部分图的模式图。为了作成圆筒圆形的半分割状态，首先将薄板钢板800切断成扇形，再将使两端内侧形成圆形形状的板的短边弯曲成弓形，将长边扭转90°，从而该薄板钢板800被制作成短边为弓形、长边弯曲90°的薄板钢板801。若汇集该薄板钢板801，则构成其出入口为喇叭状的呈圆筒圆形的电枢芯8。并且，在该薄板钢板801的中间的间隙内作为强磁性材料充填微细的粉末材料（未图示），并用粘结剂（未图示）连接。

图9是该发电机的电路图。以有效值发出磁力感应电动势E，将电枢线圈7的线圈电阻R和电枢线圈7的电感L、3个电枢6连接。并且，将电容器C1与全部电枢线圈7并联连接，以改善电枢线圈7的反作用。并且，为了改善由负载的电力输送所产生的功率因数COSθ而采用并联连接电容器C2的结构。

图10示出了当强制使棒状磁铁接近时可测定被射出为缺少了其前端部分的椭圆形的磁通密度。这是在该棒状磁铁的连接中间位置处测定了隔离距离X的值。当在该X位置处卷绕电枢线圈7，则可代入计算磁力感应电动势的电压时的磁通中。

图11示出了当使棒状磁铁以同极强制接近时按弗来明定则产生与距离的2次方成反比的力。由于该力在对磁轴呈90°的方向射出，故随磁通密度B（G）的上升而出现。作为其证明，可测定中间地点的磁通密度B的值予以证实。

用上述本发明的主要部分的详细说明和输入输出的能量关系式对发电予以验证。使棒状磁铁以同极接近时的公式据库仑定律可认为是下式。

库仑定律F=m₁·m₂/（4πμr²）（N）

由于排斥力F与距离X的关系式为W的能量公式，

XF=W=BHV/2=B²V/2μ……（4）式

μ：空隙的空气的导磁率[H/m]W：磁能[J]

B：磁通密度[T] H：磁场强度[A/m]

V：空隙部的体积[m³]

故使该式的r变化，即可在同极的情况下使排斥力F的力变化，在距离缩短时该排斥力F增大。该排斥力F的力随磁通密度B的增加的变化而出现。并且，磁铁的漏泄磁通因以短距离形成环的关系，其漏磁所造成损失的部分变得极少。其次，如用棒状磁铁将异极彼此连接来形成场磁体环4，则射出到外部的磁通消失。按照其逆定律，如将同极彼此连接，则磁通向电枢线圈7射出。并且，若缩短该磁极间距，则该力与磁通密度B的增大有关联。另外，磁通密度B的流动方向沿着椭圆球面的前端部分被磨钝了的状态的球面流动。因此，如果不被电枢芯8包围，则形成椭圆形状而流动，由此，从该场磁体环4射出的磁通在圆形的内侧和外侧，其磁通路径产生差异，磁通的强度也产生差异。这使得在电枢线圈7的一圈之间也产生电压。从该场磁体环4射出的磁通的形状形成该椭圆形的磁极，在电枢线圈7内旋转。由于存在电枢芯8的关系，因此构成了一种既形成椭圆形变形的形状又与电枢线圈7大致呈直角相切割而旋转的理想结构。

接着，在将反磁性体夹持在同极彼此之间进行连接的情况以及用强磁性材料将同极彼此连接在一起的情况下，所射出的磁通密度产生差异，其中用反磁性体夹持时的射出磁通密度更高。究其原因，认为是由于建立了在同极所射出的磁通彼此之间在强磁性材料中完全碰撞而消失的磁通回路，导致该部分的减少。

因此，从场磁体环4得到内侧滚筒装置10、外侧滚筒装置11、12支撑而可旋转的状态开始。场磁体环4的旋转驱动力由外部输入，通过对内外侧滚筒装置10~12进行旋转驱动，场磁体环4旋转起来。接着，借助于通过电枢线圈7，形成电枢线圈7与永久磁铁所具有的磁通相切割的状态，在该状态下，在电枢线圈7内产生磁力感应电动势。如上所述，由场磁体环4所射出的磁通形成前端部分被磨钝了的形状的椭圆形，通过电枢线圈7，被电枢芯8捕捉。并且，形成从电枢芯8通过电枢线圈7再返回到场磁体环4的回路来进行循环。由此，场磁体环4的旋转是一种一边产生如此循环的磁通一边旋转的结构。因而，这是一种在遍及整个圈的长度上与电枢线圈7呈直角相切割的结构。

并且，由于磁量的强度m（Wb）与两极的距离r2成反比，故借助于通过电枢线圈7时的磁通密度B增大，磁通密度B的减速的下降率趋缓。该现象表示，通过磁通密度B的射出率增大，电压对负载变动的下降率降低。

该现象的数值与作为发电机的涉及输出电压的磁力感应电动势的公式的磁通值相关。

磁力感应电动势E=1.11PaNZΦ……（5）式

波形系数：1.11 Pa：磁极数N：场磁体环的转数（秒）

Z：电枢线圈数（匝）Φ：磁通（Wb）并且

输出功率容量P=EI ……（6）式

为电枢线圈的电流值I（A）与磁力感应电动势E相乘所得之积。

为了算出输出功率容量P，使场磁体环4旋转的容量可计算棒状磁铁的质量，按照W₁=1/2·Jω²算出。使场磁体环4旋转时，内外侧滚筒装置10、11、12的

摩擦机械损耗用W₂=9.8μpSv ……（7）式

进行计算，其中：

μ：摩擦系数p：场磁体环与内外侧滚筒装置的压力（kg/m²）

S：内外侧滚筒装置与场磁体环的接触面积（m²）

V：场磁体环的圆周速度（m/S）

接着，根据在电枢芯内由涡流损耗和磁滞损耗引起的磁通密度B与频率的关系式，其损耗与磁轭的重量成正比。并且，铁损可作为Wi进行计算。

铁损Wi=G·Wfc（W）……（8）式

G：重量（kg）Wfc：磁轭部分的损耗（W/kg）

接着，

电枢铜损Wc=I²R（W）……（9）式

如将数值代入该式中，则可求得发电机的输入与输出的比率。发电机的容量公式为

W=输出/输入=P/（W₁+W₂+Wi+Wc）……（10）式

在场磁体环4与电枢芯8的关系中，当场磁体环4旋转时，对电枢芯8的出入口进行强励磁。对于防止此时引起的场磁体环4的旋转的对策，使电枢芯8的形状成为喇叭状态，对用场磁体环4的极性励磁的磁轴，使矢量角度相应地增大。因而，制成减少阻止场磁体环4的旋转的现象的结构。若将该场磁体环4的磁极间的距离和电枢芯8的距离做成大致相同的距离，则场磁体环4的极性向电枢芯8的端部的出入位置为大致相同的位置，对电枢芯8进行励磁的力的关系也变得相同。在该现象中，场磁体环4的旋转力在旋转方向和逆旋转方向变得相同，阻止使场磁体环4旋转的情况下的旋转力的行为从外部驱动力而言大致为0（设为0），也可不包含在磁通损失内。并且，在输入输出公式的计算中，作为损失能量可从计算中除外。另外，在场磁体环4通过电枢内时引起的磁通所造成的强励磁在隧道内上下左右不管何种方向，其距离和圆形所造成的励磁力均相等，从而由励磁造成的磁通损失为0。因而，由于并非成为阻碍场磁体环4的旋转的主要原因，故该电枢的励磁损失设为0。作为发电机的性能，由场磁体的质量与场磁体环4所射出的磁通的关系决定。接着，由于无负载饱和时使电压得以发生的值并非流过励磁电流以电磁力发电的结构，而是使用来自场磁体环4的磁通，故要调整场磁体环4的旋转速度，测量由无负载饱和所得到的饱和电压。其结果是，饱和电压的值比由现有的同步发电机所得到的值大。并且，将电枢线圈7短路而流过电流的短路电流值与流过励磁电流而研究磁通和电枢线圈7的电流之比率的现有形式相比也不同，若通过场磁体环4改变励磁磁通使场磁体环4旋转，则该短路电流与旋转速度成正比增大，该比率的角度比现有的短路曲线描绘出更大的上升曲线。这样一来，向励磁极流过电流，并由其励磁对磁通变化的比率所判明的现象，在本装置中成为从场磁体环4所射出的磁通的变化。因而，通过将现有的同步发电机这样的变换所需的励磁极损失部分除外，短路比=K变大。由此，与现有的发电机相比，负载的电压降得到改善。

与现有的同步发电机不同的是，从恒定地测定场磁体环4的转数的结构变成由于场磁体环4的射出磁通不变而调整该场磁体环4的旋转速度来进行测定。作为结论，场磁体环4的性能（使极性相同的磁极彼此接近，此时所射出的磁通）和圆筒圆形的电枢的结构提高了作为发电机的效果，并由该结构决定性能。本发明可以说是一种能够满足该最佳条件的结构的发电机。

工业上的可利用性

如上所述，本发明是一边通过强制使场磁体环的同极彼此接近而增大所射出的磁通密度量，一边采用旋转的结构，例如经由通过电枢线圈内的磁通而产生磁力感应电动势的结构的发电机。并且，该发电机由于采取靠现有的热能变换使场磁体环旋转并取出电力的方式，而不采用石油等燃料和/或一边喷射燃料一边爆炸的结构，故具备可避免爆炸等危险性和结构复杂性的有益性和实用性等。另外，也完全没有因石油等燃料流到海水中而造成海水污染的顾虑。此外，也没有射出放射线而对人体造成影响的情况。

因此，为了消除仅靠使用永久磁铁不能确保发电容量的缺点，并且既实现整个装置的小型化同时又得到功率的放大率，在本发明中，采取供给多台此种小型发电机设备的结构，以满足要求大功率的需要。另外，应对最大负载时，也可采取通过在预计场磁体环的旋转速度上升的范围内确定额定功率值来发电的结构，显然可应对各种要求。并且，由于减少了该装置所需的零部件数目，并且这些零部件也可廉价购入，故可制作并提供低价格的发电机，显然在实用的意义上，为业界带来了福音。

由于具备如上所述的经济性、实用性和有益性，故本发明可作为众多的产业用机械的驱动电源采用。尤其是在当今的备受瞩目的产业上更是如此。例如，包括以装载到汽车的引擎在内，例如，被采用于船舶的发电机、机械产业的发电机等的驱动源，尤其是，最大的目的在于设置于发电厂内，可对有益于人类生活的能量供给作出贡献。

Claims

1.一种场磁体环旋转发电结构的发电机，在其结构中，场磁体环由棒状磁铁以及与该棒状磁铁的两端粘结的反磁性体的连接构件构成，其中棒状磁铁是在弯曲成弓形的状态下烧结制作成的永久磁铁，其剖面为圆形，其特征在于，

以经三点支撑的旋转机构可使保持该射出磁通的场磁体环在作为托盘的底座钢板内旋转的方式来支撑该场磁体环，

而且，采取在该场磁体环之上与该场磁体环持有间隙地卷绕电枢线圈，并在其上用电枢芯覆盖的结构，

2.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，其具有以支撑场磁体环的支撑点数为3处进行支撑的支撑结构，

该支撑结构是在内侧具有1个内侧滚筒装置、另在外侧具有2个外侧滚筒装置的组合，该外侧滚筒装置以包含场磁体环的方式持一定角度设置，同时该内外侧滚筒装置在考虑到旋转的稳定性和摩擦阻力值后采取以3处支撑的结构，

而且，该内外侧滚筒装置的驱动部分从该内外侧滚筒装置的轴两侧在与场磁体环面大致呈90°的方向对该场磁体环面施加压力，该内外侧滚筒装置的坯料在外周鼓起，且对该场磁体环面施加压力。

3.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，是在电枢线圈的外周覆盖圆筒圆形的半分割的电枢芯的结构，

该圆筒圆形的半分割电枢芯是以比电枢线圈的半径稍大的眼孔，在与该电枢线圈之间持有间隙的绝缘体的圆筒圆形的半分割基础之上，由强磁性材料的制成扇形的变形长方形的多个薄板钢板构成，将该多个薄板钢板的短边弯曲成弓形并层叠，在该多个层叠的状态下，对其长边进行90°扭转以适合制作成圆筒圆形，

当将该弓形短边集成在一起时在中央部分生成间隙，从而在该间隙内填入微细粉末的强磁性材料并用粘结材料固定之后作为电枢芯覆盖在电枢线圈上，

上述电枢芯的内侧两端部的形状制作并开放成圆形且喇叭状，根据该开放结构，还起着在场磁体环拔出电枢芯时缓和因励磁所致的场磁体环被拖回来的作用。

4.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，其构造如下：

放入了调整部件，并且该调整部件以场磁体环通过电枢线圈的圆筒圆形的中心的方式在高度和横向上对由该电枢线圈收容固定的场磁体环进行调整，从而场磁体环能够通过电枢线圈的中央，

而且，通过场磁体环被收容固定在该电枢线圈中，抑制了场磁体环相对于该电枢线圈的旋转所伴随的旋转，或抑制了旋转所伴随的复位造成的前后方向的振幅，且防止了该电枢线圈的相位偏移，以及防止了电枢线圈的退磁作用和磁化作用所造成的振幅。

5.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，是一种借助于电枢线圈的负载功率的功率因数变动，避免产生该电枢线圈的反作用的结构，

6.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，是一种被收容在底座钢板上的电枢芯与内外侧滚筒装置的组合结构，

该电枢芯的数量为多个，内外侧滚筒装置的数量为多个。

7.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，是一种使场磁体环旋转的驱动机构的结构，

该驱动机构采用使场磁体环具有少许间隙，并且卷绕电枢线圈，交互流入电流，按照与该场磁体环的极性的关系重复进行吸引和排斥，使该场磁体环旋转的结构，或者采用向该电枢线圈直接流入电流并作为驱动电动机的结构。

8.根据权利要求1所述的场磁体环旋转发电结构的发电机，在其结构中，

将场磁体环作为电动机的转子向电枢线圈流入电流时，上述发电机作为电动机使场磁体环旋转。