JP2009033930A

JP2009033930A - 発電機

Info

Publication number: JP2009033930A
Application number: JP2007197794A
Authority: JP
Inventors: Sanshiro Ogino; 三四郎荻野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-12
Also published as: KR20090012974A; KR100906001B1

Abstract

【課題】複雑な構造となることなく、発電機の発電効率の向上を一層図ることが出来、また、コギングの抑制も十分に図られる発電機を提供すること。
【解決手段】第１の磁石２６と、第１のコイル１１と、第２のコイル１４とを有し、第１の磁石２６と第１のコイル１１と第２のコイル１４は、中心軸９から順に、第１のコイル１１、第１の磁石２６、第２のコイル１４の順で配設され、第１の磁石２６と、第１のコイル１１および第２のコイル１４とは、いずれか一方が他方に対して相対的に中心軸９の周りに回転する発電機。
【選択図】図５

Description

本発明は、発電機に関する。

永久磁石等の磁石を有するロータ（回転子）とコアの周囲に巻回されるコイルを有するステータ（固定子）とを有する発電機においては、コイルの巻数が多いほど発電機の発電効率の向上を図ることができる。しかしながら、コイルの巻数を増やした場合には、発電機の大型化を招くことになる。

一方、例えば、特許文献１には、ロータ側の磁石とステータ側のコイルとを所定の位置関係に配設することにより、小型化と出力の向上とが図られたモータが開示されている。したがって、かかるモータの磁石とコイルの位置関係を発電機に採用すれば、発電効率が高い発電機を得ることができると考えられる。

また、上記のような磁石を有するロータとコアの周囲に巻回されるコイルを有するステータ（固定子）とを有する発電機においては、ロータが回転する際に、コアとの間にコギングトルクが発生することが知られている。このコギングトルクは、ロータとコアの磁極との間に生じている引力または斥力に起因するもので、ロータの回転にコギングを発生させる原因となるものである。したがって、コギングトルクによりロータの回転が不安定なものとなる。かかる点に関し、例えば、特許文献２には、ロータの磁石を取り付ける部分の形状を所定の形状とすることにより、ロータが回転する際の磁束の変化を穏やかにし、コギングを抑制する手段が開示されている。

特開２００６−３４０４２５号公報（要約等参照）特開２００６−１０１６９５号公報（要約等参照）

しかしながら、上述の従来技術は、いずれも構造が複雑であるとともに、発電機の発電効率の向上を十分に図ることが出来ず、また、コギングについてもその抑制は不十分なものであるという問題がある。

そこで、本発明は、複雑な構造となることなく、発電機の発電効率の向上を一層図ることが出来、また、コギングの抑制も十分に図られる発電機を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の発電機は、第１の磁石と、第１のコイルと、第２のコイルとを有し、第１の磁石と第１のコイルと第２のコイルは、中心軸から順に、第１のコイル、第１の磁石、第２のコイルの順で配設され、第１の磁石と、第１のコイルおよび第２のコイルとは、いずれか一方が他方に対して相対的に中心軸の周りに回転することとする。

このように発電機を構成することにより、簡単な構成で、発電機の発電効率を高めることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、第１のコイルについて設けられ、この第１のコイルの軸方向に沿う方向に磁極が配設される第２の磁石と、第２のコイルについて設けられ、この第２のコイルの軸方向に沿う方向に磁極が配設される第３の磁石とを有し、第１の磁石、第２の磁石および第３の磁石は、それぞれ中心軸の周りに等間隔に配設され、第２の磁石と第３の磁石とは互いに、中心軸の周方向に間隔が開かないように配設され、第２の磁石および第３の磁石は、磁極の方向を中心軸に沿って同一方向に向けて配設され、第１の磁石は、磁極の方向を第２の磁石および第３の磁石と反対方向に向けて配設されることとする。

このように発電機を構成することにより、第１の磁石と第１のコイルおよび第２のコイルとが相対的に回転するときに発生する、第１の磁石と第２の磁石および第３の磁石の間に発生するコギングを抑えながら、発電機の発電効率の向上を図ることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、第１の磁石と、第２の磁石と、第３の磁石とは同数かつ複数備えられ、これら第１の磁石、第２の磁石および第３の磁石の中心軸の周方向における幅の中心軸に対する中心角は、第１の磁石、第２の磁石および第３の磁石のそれぞれの個数をｎ個としたとき、３６０°／２ｎの角度であることとする。

このように発電機を構成することにより、第１の磁石と第１のコイルおよび第２のコイルとが相対的に回転するときに発生する、第１の磁石と第２の磁石および第３の磁石の間に発生するコギングを一層抑えながら、発電機の発電効率の向上を図ることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、第１の磁石が、中心軸の周りに回転することとする。

このように発電機を構成することにより、回転体を１部材とすることができ、回転エネルギーの損失を少なくすることができる。

本発明によれば、簡単な構成で、発電機の発電効率の向上を図ることが出来、また、コギングの抑制も十分に図られる発電機を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる発電機１について、図を参照しながら説明する。

先ず、発電機１の全体構成について、図１から図５を参照しながら説明する。図１は、発電機１の平面図であり、図２は、発電機１の側面図である。図３は、図１に示す切断線Ａ−Ａにおける発電機１の断面図であり、図４は、図１に示す切断線Ｂ−Ｂにおける発電機１の断面図である。また、図５は、図２における切断線Ｃ−Ｃにおける断面図である。図６は、図５に示す切断線Ｄ−Ｄにおける切り出し部分の断面図である。

発電機１は、基台２と、第１固定子３（図４，５参照）と、第２固定子４と、回転子５とを有する。基台２は、基板６と、第１固定子３が支持される支柱７と、第２固定子４が支持される支持台８とを有する。基板６は円盤状を呈し、また支柱７は略円柱状を呈している。支持台８は、略直方体を呈している。基板６、支柱７および支持台８は、樹脂材等の非磁性材から形成され、支柱７および支持台８は基板６に対して固定状態に取り付けられている。

なお、以下の説明において、基板６に対して支柱７が立設する側を上側（上方）、その反対側を下側（下方）とし、支柱７の中心を中心軸９とし、中心軸９から離れる方向を外側（外周側）、中心軸９の周囲から中心軸９に向かう方向を内側（内周側）として説明をする。また、中心軸９を中心とする円周の半径（または直径）に沿う方向を半径方向として説明をする。

第１固定子３と、第２固定子４と、回転子５とは、支柱７の周囲に、中心軸９から順に外側に向かって、第１固定子３、回転子５、そして第２固定子４の順で配設されている。第１固定子３は支柱７に、また、第２固定子４は支持台８にそれぞれ取り付けられている。すなわち、第１固定子３と第２固定子４は、共に基台２に対して固定された状態となっている。一方、回転子５は、第１固定子３および第２固定子４との間に配設され、中心軸９を回転中心として回転可能な状態で支柱７に取り付けられている。

第１固定子３は、４つのコア１０と、これら４つのコア１０について共通に備えられる第１のコイルとしてのコイル１１とを有する。コア１０は、中心軸９の周りに等間隔の４箇所に配設されている。また、コア１０には中心軸９の周方向に貫通する貫通孔１２が形成されている。コイル１１は、この貫通孔１２に通され、支柱７の周囲に巻回されている。

第２固定子４は、コア１０が配設される周よりも外周側となる位置に、コア１０と同様に、中心軸９の周りに等間隔の４箇所に配設されている。４つの第２固定子４は、それぞれ、コア１３と第２のコイルとしてのコイル１４とを有している。そして、コア１０と第２固定子４とは、中心軸９の周方向に交互に配設されている。

回転子５は、円筒形を呈し、この円筒形の回転子５は、支持部１５により支柱７に対して回転可能に支持されている。回転子５の内周側には、上述した４つのコア１０とこれら４つのコア１０に共通なコイル１１と有する第１固定子３が配設され、外周側には、上述した４つの第２固定子４が配設されている。すなわち、回転子５は、第１固定子３のコア１０と第２固定子４との間、すなわちコア１０の外周側の面を繋ぐ円周と第２固定子４の内周側の面を繋ぐ円周との間の隙間を通過するように、支持部１５を介して支柱７に回転可能に支持されている。

次に、第１固定子３の構成について詳しく説明する。第１固定子３のコア１０は、図４から図６、およびコア１０の分解斜視図である図７に示すように、鉄材から形成される鉄コア１６と第２の磁石としての永久磁石から構成される磁石コア１７とから構成されている。

鉄コア１６には中心軸９の周方向に貫く貫通孔１２が形成されている。また、鉄コア１６には、この貫通孔１２から鉄コア１６の外周側に開口する開口部１８（図７参照）が磁石コア１７の保持部として形成されている。この開口部１８は、中心軸９を通る半径方向から見た形状が矩形を呈している。また、開口部１８の上下方向の幅は、貫通孔１２の上下方向の幅よりも狭いものとなっていて、鉄コア１６は、中心軸９を通る上下方向の断面形状において、略Ｃ形を呈している。鉄コア１６は、上面１６Ａ、下面１６Ｂおよび内側面１６Ｃについては、それぞれ平面に形成され、開口部１８を挟んで上下に位置する外側面１６Ｄ，１６Ｄは中心軸９に曲率中心を有する円弧面に形成されている。また、貫通孔１２の内部の内側に位置する内部内側面１６Ｅと該内部の外側に位置する内部外側面１６Ｆも、共に中心軸９に曲率中心を有する円弧面に形成されている。なお、開口部１８の上下方向の幅と貫通孔１２の上下方向の幅とを同一としてもよい。

磁石コア１７は、外周側から見た形状が開口部１８と同様に矩形を呈し、また、上下方向から見た形状において、外周面１７Ａが鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄの曲率と同一の円弧であり、さらに内周面１７Ｂが鉄コア１６の内部外側面１６Ｆの曲率と同一の円弧である板体を呈している。磁石コア１７とこの磁石コア１７を保持する開口部１８とは、磁石コア１７が隙間無く丁度に嵌る形状および大きさに形成されている。すなわち、磁石コア１７が、開口部１８に保持された状態では、開口部１８の上下の部分と磁石コア１７の上下の部分とは隙間の無い状態であり、また、磁石コア１７の周方向の端面１７Ｃ，１７Ｃと鉄コア１６の周方向の側面１６Ｇ，１６Ｇとは連続した面となり、いわゆる面一の状態となっている。

磁石コア１７は、上述したように、外周面１７Ａが鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄの曲率と同一であり、また内周面１７Ｂは鉄コア１６の内側内周面１６Ｆの曲率と同一である。そのため、磁石コア１７が開口部１８に嵌め込まれたときに外側に位置する外側面１７Ａは、鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄと連続した円弧状の面となる。また、内側面１７Ｂは、鉄コア１６の内側外側面１６Ｆと連続した円弧状の面となる。すなわち、磁石コア１７の外側面１７Ａと鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄとは面一になっている。また、磁石コア１７の内側面１７Ｂと鉄コア１６の内側外側面１６Ｆとについても面一になっている。

磁石コア１７は、上側をＮ極、下側をＳ極として開口部１８に嵌め込まれている。したがって、コア１０には、磁石コア１７のＮ極から鉄コア１６を通って磁石コア１７のＳ極に戻る磁束１９が、貫通孔１２の周囲に形成されている。すなわち、磁束１９は、閉磁路として形成されている。

４つのコア１０はそれぞれ上述のように構成されている。図６に示すように、支柱７の外周面７Ａには、中心軸９の周囲に等間隔で４つの凹部７Ｂが形成されている。各コア１０は、それぞれ鉄コア１６の内側面１６Ｃの部分が凹部７Ｂに嵌合され、支柱７に対して固定された状態で取り付けられている。

磁石コア１７は、中心軸９の周方向の幅が、中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅に形成されている。すなわち、磁石コア１７の中心軸９の周方向における幅の中心軸９に対する中心角は、３６０°／（２×４）（ここで、４は、磁石コア１７の個数）の角度となっている。したがって、コア１０が上述したように、中心軸９の周囲に等間隔で配設されると、磁石コア１７は、中心軸９の周りに４５°間隔で配設されることになる。このように４つのコア１０が支柱７に取り付けられた状態において、支柱７の周りには、４つのコア１０の貫通孔１２が配設されることになる。そして、この４つの貫通孔１２を通して、支柱７の周りにコイル１１が巻回される。つまり、１つのコイル１１に４つのコア１０が備えられていることになる。

次に、第２固定子４の構成について詳しく説明する。第２固定子４のコア１３は、図３から図６、およびコア１３の分解斜視図である図８に示すように、鉄材から形成される鉄コア２０と第３の磁石としての永久磁石から構成される磁石コア２１とから構成されている。

鉄コア２０には、図８に示すように、中心軸９の周方向に貫く貫通孔２２が形成されている。また、鉄コア２０には、この貫通孔２２から鉄コア２０の内周側に開口する開口部２３が磁石コア２１の保持部として形成されている。この開口部２３は、中心軸９を通る半径方向から見た形状が矩形を呈している。また、開口部２３の上下方向の幅は、貫通孔２２の上下方向の幅よりも狭いものとなっていて、鉄コア２０は、中心軸９を通る上下方向の断面形状において、略Ｃ形を呈している。鉄コア２０は、上面２０Ａ、下面２０Ｂおよび外側面２０Ｃについては、それぞれ平面に形成され、開口部２３を挟んで上下に位置する内側面２０Ｄ，２０Ｄは中心軸９に曲率中心を有する円弧面に形成されている。また、貫通孔２２の内部の内側に位置する内部内側面２０Ｅと該内部の外側に位置する内部外側面２０Ｆも、共に中心軸９に曲率中心を有する円弧面に形成されている。なお、開口部２３の上下方向の幅と貫通孔２２の上下方向の幅とを同一としてもよい。

磁石コア２１は、内周側から見た形状が開口部２３と同様に矩形を呈し、また、上下方向から見た形状において、外周面２１Ａが鉄コア２０の内部内側面２０Ｅの曲率と同一の円弧であり、さらに内周面２１Ｂが鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄの曲率と同一円弧である板体を呈している。磁石コア２１とこの磁石コア２１を保持する開口部２３とは、磁石コア２１が隙間無く丁度に嵌る形状および大きさに形成されている。すなわち、磁石コア２１が、開口部２３に保持された状態では、開口部２３の上下の部分と磁石コア２１の上下の部分とは隙間の無い状態であり、また、磁石コア２１の周方向の端面２１Ｃ，２１Ｃと鉄コア２０の周方向の側面２０Ｇ，２０Ｇとは面一となっている。

磁石コア２１は、上述したように、外周面２１Ａが鉄コア２０の内部内側面２０Ｅの曲率と同一の円弧であり、また内周面２１Ｂは鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄの曲率と同一の円弧である。そのため、磁石コア２１が開口部２３に嵌め込まれたときに内側に位置する内側面２１Ｂは、鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄと連続した円弧状の面となる。また、外側面２１Ａは、鉄コア２０の内側内周面２０Ｅと連続した円弧状の面となる。すなわち、磁石コア２１の内側面２１Ｂと鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄとは面一となっている。また、磁石コア２１の外側面２１Ａと鉄コア２０の内部内側面２１Ｅについても面一になっている。

磁石コア２１は、磁石コア１７と同様に上側をＮ極、下側をＳ極として開口部２３に嵌め込まれている。したがって、コア１３には、磁石コア２１のＮ極から鉄コア２０を通って磁石コア２１のＳ極に戻る磁束２４が、貫通孔２２の周囲に形成される。すなわち、磁束２４は閉磁路として形成されている。そして、鉄コア２０と磁石コア２１から構成されるコア１３には、貫通孔２２から外側面２０Ｃ側に巻回されるコイル１４が設けられ、第２固定子４が構成されている。

第２固定子４は、４つともそれぞれ上述のように構成され、４つの第２固定子４は、中心軸９の周囲に等間隔で、第１固定子３の外周側に配設されている。基板６の上面には樹脂等の非磁性体である支持台８が、中心軸９の周囲に等間隔で４箇所に形成され、４つの第２固定子４はそれぞれ各支持台８上に固定状態で取り付けられている。

磁石コア２１は、磁石コア１７と同様に、中心軸９の周方向の幅が、中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅に形成されている。すなわち、磁石コア２１も、その中心軸９の周方向における幅の中心軸９に対する中心角は、３６０°／（２×４）（ここで、４は、磁石コア２１の個数）の角度となっている。したがって、上述したように、第２固定子４が中心軸９の回りに等間隔で配設されると、磁石コア２１は、中心軸９の周りに４５°間隔で配設されることになる。

そして、コア１０とコア１３とは、中心軸９の周りに互いに４５°ずれた位置に交互に配設されている。また、磁石コア１７と磁石コア２１とは、互いに中心軸の周方向に間隔が開かないように、かつ、中心軸９を通る半径方向において重なり部分を有しないように、互いに中心軸９の周りに４５°のずれた位置にそれぞれ配設されている。互いにこのように配設される磁石コア１７と磁石コア２１とは、磁石コア１７の周方向の端縁（端面１７Ｃ，１７Ｃ）と磁石コア２１の周方向の端縁（端面２１Ｃ，２１Ｃ）とが、中心軸９の周方向に間隔が開かないように配設されている。すなわち、端面１７Ｃ，１７Ｃと端面２１Ｃ，２１Ｃとは中心軸９を通る半径方向に沿って配設されている。

また、鉄コア１６の側面１６Ｇ，１６Ｇは磁石１７の端面１７Ｃ，１７Ｃに面一であり、鉄コア２０の側面２０Ｇ，２０Ｇも磁石２１の端面２１Ｃ，２１Ｃに面一である。したがって、鉄コア１６の側面１６Ｇ，１６Ｇと鉄コア２０の側面２０Ｇ，２０Ｇも、中心軸９の周方向に間隔が開かないように配設されている。すなわち、側面１６Ｇ，１６Ｇと側面２０Ｇ，２０Ｇとは中心軸９を通る半径方向に沿って配設されている。つまり、鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄと鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄとについても磁石コア１７と磁石コア２１と同様に、互いに中心軸９の周方向に間隔が開かないように、かつ、中心軸９を通る半径方向において重なり部分を有しないように、互いに中心軸９の周りに４５°のずれた位置にそれぞれ配設されている。

さらに、磁石コア１７と磁石コア２１は、上下方向の幅が同一に構成され、磁石コア１７と磁石コア２１とが、基板６から同一の高さに配設されるように、コア１０とコア１３とは構成されている。

次に、回転子５の構成について詳しく説明する。回転子５は、回転子５の斜視図である図９に示すように、樹脂材等の非磁性体２５と第１の磁石としての永久磁石である磁石２６および鉄等の磁性体２７とから構成され、これらが組み合わされて全体として円筒形に形成されている。すなわち、非磁性体２５、磁石２６および磁性体２７は、図９に示すように相互に接合したときには円筒形を構成するように、それぞれ同一曲率の円弧状の板体として形成されている。

図１から図４に示すように、回転子５の上部と下部には回転子５を支柱７に支持する支持部１５，１５が設けられ、この支持部１５，１５を介して回転子５が支柱７に支持されている。支持部１５，１５の中央部には、支柱７が通る円筒状のスリーブ２８，２８が形成されている。このスリーブ２８，２８内には、支柱７の外周面との間にボールベアリング２９，２９が備えられている。このボールベアリング２９，２９により、支持部１５，１５および回転子５は、中心軸９を回転中心とする自転が可能に支柱７の周囲に支持される。なお、図９は、上側の支持部１５を省略し回転子５の構成のみ示すもので、図１から図４に示すように、回転子５は、支持部１５，１５を介して支柱７に取り付けられる。

磁石２６は、中心軸９の周囲の４箇所に等間隔で配設され、磁石２６と磁石２６との間は非磁性体２５となっている。また、各磁石２６の上下には、磁性体２７が設けられている。磁石２６は、中心軸９の周方向の幅が、中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅に形成されている。上述したように、磁石２６は中心軸９の周囲の４箇所に等間隔で配設されている。そのため、中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅の磁石２６は、中心軸９の周囲に、磁石コア１７および磁石コア２１と同様に、中心軸９に対する中心角が４５°の等間隔で配設されている。また、磁石２６は、磁石コア１７および磁石コア２１とは逆に、下側がＮ極、上側がＳ極となるように配設され、上下方向の幅は、磁石コア１７および磁石コア２１と同一とされている。また、回転子５は、磁石２６が、基板６に対して磁石コア１７および磁石コア２１と同じ高さになるように支柱７に取り付けられる。

上述のように構成される回転子５は、円筒形の回転子５が、第１固定子３と第２固定子４との間を通過するように、支柱７に支持部１５を介して回転可能に支持される。第１固定子３と第２固定子４は、それぞれ第１固定子３の外側面１６Ｄ，１６Ｄと第２固定子４の内側面２０Ｄ，２０Ｄとの間に、回転子５の肉厚Ｈよりもやや広い間隔が開くように配設されている。そして、回転子５が支柱７に回転自在に支持された状態で、回転子５の内周側に第１固定子３が収容され、また、回転子５の周囲に第２固定子４が配設されるようになっている。そのため、支柱７の周りに回転する回転子５は、第１固定子３と第２固定子４との間を通過するように支柱７の周りを回転することになる。

上述したようにコア１０、コア１３および回転子５が構成されることで、回転子５が回転すると、磁石２６は磁石コア１７と磁石コア２１とに交互に対向することとなる。また、磁石２６は、磁石コア１７または磁石コア２１のいずれか一方に全面に亘って対向しているときは、他方の磁石コア１７または磁石コア２１とは中心軸９を通る半径方向において重なりを有しないことになる。また、回転子５がどこの回転位置にいても、磁石２６が、磁石コア１７と中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角と、磁石２６が、磁石コア２１と中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角との合計は一定となる。また、回転子５が回転すると、磁性体２７，２７も鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄと鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄとに交互に対向することとなる。そして、磁性体２７，２７は、鉄コア１６の外側面１６Ｄ、１６Ｄまたは鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄのいずれか一方に全面に亘って対向しているときは、他方の外側面１６Ｄ，１６Ｄまたは内側面２０Ｄ，２０Ｄとは中心軸９を通る半径方向において重なりを有しないことになる。また、回転子５がどこの回転位置にいても、磁性体２７，２７が、外側面１６Ｄ，１６Ｄと中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角と、磁性体２７，２７が、内側面２０Ｄ，２０Ｄと中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角との合計は一定となる。

以上のように構成される発電機１は、回転子５が回転すると、回転子５の磁石２６が、第１固定子３の磁石コア１７の外側を通過する際に、コア１０を通過する磁束１９が変化し、コイル１１に誘導起電力が発生する。また、回転子５の磁石２６が、第２固定子４の磁石コア２１の内側を通過する際に、コア１３を通過する磁束２４が変化し、各第２固定子４のコイル１４に誘導起電力が発生する。したがって、回転子５が、例えば、水力や風力等の外力を受けて回転すると、コイル１１とコイル１４にそれぞれ起電力が発生し発電が行われる。コイル１１と４つのコイル１４には、それぞれ図示外の端子が備えられ、この端子から電力が出力される。つまり、発電機１においては、回転子５の内周側と外周側にそれぞれコイル１１およびコイル１４を配設しているため、発電の効率を向上させることができる。

ところで、一般に、発電機においては、回転子と固定子との間には、回転子側の磁石と固定子側の磁石との磁気力に起因してコギングトルクが発生し、回転子の回転の抵抗となる。しかしながら、本実施の形態にかかる発電機１は、上記のように構成することで、回転子５の磁石２６と第１固定子３の磁石コア１７との磁気力、および回転子５の磁石２６と第２固定子４の磁石コア２１との磁気力に起因して発生するコギングトルクが小さく抑えられている。上記の構成を採ることでコギングトルクを小さくすることができるのは、下記の理由によると考えられる。

回転子５と第１固定子３との間の磁力線は、回転子５側の磁性体２７と第１固定子３側のコア１０が互いに対向している部分については対向面に垂直な方向に形成される。すなわち、磁性体２７，２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとが互いに対向している部分については、磁石２６と磁石コア１７による磁力線は対向面に垂直な方向に形成される。また、回転子５と第２固定子４との間の磁力線も、回転子５側の磁性体２７と第２固定子４側のコア１３が互いに対向している部分の磁力線については対向面に垂直な方向に形成される。すなわち、磁性体２７，２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとが互いに対向している部分については、磁石２６と磁石コア２１による磁力線は対向面に垂直な方向に形成される。回転子５が回転する際に、磁性体２７は、中心軸９を通る半径方向において、磁性体２７，２７の全体が第１固定子３の外側面１６Ｄ，１６Ｄと第２固定子４の内側面２０Ｄ，２０Ｄの少なくとも一方に常に重なり部分を有する。

したがって、回転子５と第１固定子３および回転子５と第２固定子４との間の磁力線は、磁束漏れ等を考慮しない理想的な状態では、磁性体２７，２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとが対向する部分の対向面に垂直な磁力線と、磁性体２７，２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとが対向する部分の対向面に垂直な磁力線のみになると考えられる。そのため、磁性体２７，２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとの間、および磁性体２７，２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとの間には、磁性体２７の移動方向（中心軸９の周りの回転方向）に沿う磁力線が発生しない。つまり、磁性体２７，２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとの間、および磁性体２７，２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとの間には、磁性体２７（回転子５）が中心軸９の周りに回転する方向のコギングトルクが発生しないと考えられる。このように、磁性体２７，２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとの間、および磁性体２７，２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとの間のコギングトルクの発生が抑えられている。そのため、回転子５の回転がスムーズになり安定した発電を行うことができる。

磁石コア１７と磁石コア２１とは、上述したように、中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅に形成され、それぞれ中心軸９の周囲に４５°の間隔で配設されている。そのため、磁石コア１７の周方向の端縁と磁石コア２１の周方向の端縁とは、中心軸９の周方向に間隔が開かないように配設されることとなる。また、磁石２６も中心軸９に対して４５°の中心角を有する幅に形成され、中心軸９の周囲に等間隔で配設される。すなわち、回転子５が回転しても、磁石２６が、中心軸９を通る半径方向において、磁石コア１７と重なっている面と磁石コア２１と重なっている面との中心軸９に対する中心角の合計は一定となる。また、磁性体２７，２７と鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄおよび鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄとについても、互いに中心軸９の周方向に間隔が開かないように、かつ、中心軸９を通る半径方向において重なり部分を有しないように、互いに中心軸９の周りに４５°のずれた位置にそれぞれ配設されている。そのため、磁性体２７，２７が、外側面１６Ｄ，１６Ｄと中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角と、磁性体２７，２７が、内側面２０Ｄ，２０Ｄと中心軸９を通る半径方向において重なっている面の中心軸９に対する中心角との合計は一定となる。

このように、磁石２６、磁石コア１７および磁石コア２１を配設し、また、磁性体２７，２７と鉄コア１６の外側面１６Ｄ，１６Ｄおよび鉄コア２０の内側面２０Ｄ，２０Ｄを配設することで、コイル１１を通過する磁束１９およびコイル１４を通過する磁束２４の変化量を多くしながら、磁石２６と磁石コア１７との磁気力、磁石２６と磁石コア２１との磁気力に起因して発生するコギングトルクの変動をできるだけ小さなものとすることができる。

つまり、例えば、図１０に模式的に示すように、磁石コア１７と磁石コア２１を中心軸９に対して３０°の中心角を有する幅とし、それぞれ中心軸９の周囲に６０°の間隔で配設した場合には、磁石コア１７の周方向の端縁と磁石コア２１の周方向の端縁との間には、中心軸９に対して１５°の間隔Ｓが開く。この間隔Ｓの部分においては、磁石２６は、磁石コア１７にも磁石コア２１にも対向しない。そのため、間隔Ｓの部分では、磁性体２７とコア１０の外側面１６Ｄ，１６Ｄとの間、および磁性体２７とコア１３の内側面２０Ｄ，２０Ｄとの間には、磁性体２７の移動方向（回転子５の回転方向）に沿う引力を有する磁気力が作用し、磁性体２７とコア１０との間、および磁性体２７とコア１３との間にコギングトルクが発生する。つまり、回転子５の回転のスムーズさが上述した実施の形態に示した構成に比べて劣ることとなる。このように、間隔Ｓが開くことでコキングトルクが発生するが、間隔Ｓが開いても開き量を小さくすることで発生するコギングトルクを小さくすることができる。

したがって、上述した実施の形態に示すように、磁石コア１７の周方向の端縁（端面１７Ｃ，１７Ｃ）と磁石コア２１の周方向の端縁（端面２１Ｃ，２１Ｃ）とが中心軸９の周方向に間隔が開かないように、また、鉄コア１６の側面１６Ｇ，１６Ｇと鉄コア２０の側面２０Ｇ，２０Ｇとについても互いに中心軸９の周方向に間隔が開かないように配設されることで、発電の効率を図りながらコギングトルクの増減の変化を抑えることができる。すなわち、発電の効率を図りながらコギングを抑えることができる。

（変形例）
上述の実施の形態では、コア１０、第２固定子４および磁石２６はそれぞれ４つ設けられているが、４つに限らず図１１に模式的に示すように３つずつ、または図１２に模式的に示すように６つずつ、あるいはそれ以上の数を設ける構成としてもよい。

この場合、上述したように、コア１０の磁石コア１７、第２固定子４の磁石コア２１、および回転子５の磁石２６の中心軸９に対する周方向の幅の中心軸９に対する中心角を、３６０°／２ｎ（ｎは、各磁石の個数で、図１１の場合には３個、図１２の場合には６個）とし、磁石コア１７、磁石コア２１および磁石２６はそれぞれ中心軸９の周りに等間隔に配設する。このようにすることで、上述したように、磁石コア１７の周方向の端縁と磁石コア２１の周方向の端縁とが、中心軸９の周方向に開かないように配設され、発電の効率を図りながらコギングトルクの発生を抑えることができる。

なお、コギングトルクはある程度発生するが、上述の図１０に示す構成としてもよい。さらに、第１固定子３と第２固定子４を共に回転子５の外側に配設したり、共に内側に配設してもよい。また、図１３に模式的に示すように、例えば、磁石コア１７と磁石コア２１を中心軸９に対して６０°の中心角を有する幅とし、それぞれ中心軸９の周囲に３０°の間隔で配設するようにしてもよい。なお、この図１３の場合には、磁石コア１７と磁石コア２１とには、中心軸９の周りに重なり部分Ｊが形成されているが、この重なり部分Ｊを小さくすることで発生するコギングトルクを小さくすることができる。

上述の実施の形態および変形例では、固定されている第１固定子３および第２固定子４に対して、回転子５を回転させているが、回転子５を固定とし、第１固定子３および第２固定子４の側を中心軸９の回りに回転させてもよい。しかしながら、回転子５に比べて、第１固定子３および第２固定子４は重量が大きく、また、構成が複雑である。したがって、回転子５を回転することにより、回転エネルギーの損失を少なくすることができる。なお、上述した構成では、磁石２６の磁極の方向を、磁石コア１７，２１の磁極の方向と異ならせているが、同一方向としてもよい。

なお、上述の実施の形態および変形例では、発電機１を示したが、本発明は、モータに対しても適用することができる。この場合には、上述の実施の形態においては、コイル１１およびコイル１４に交流電流を流すことにより、回転子５が動力の出力部として回転することになる。

本発明の実施の形態に係る発電機の平面図である。図１に示す発電機の側面図である。図１に示す発電機の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図１に示す発電機の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。図２に示す発電機の切断線Ｃ−Ｃにおける断面図である。図５に示す発電機の切断線Ｄ−Ｄにおける切り出し部分の断面図である。図５に示す第１固定子を構成するコアの分解斜視図である。図５に示す第２固定子を構成するコアの分解斜視図である。図１に示す発電機に使用される回転子の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態に示す発電機の効果を説明するための比較図である。本発明の実施の形態に示す発電機の変形例を示す図である。本発明の実施の形態に示す発電機の変形例を示す図である。本発明の実施の形態に示す発電機の変形例を示す図である。

符号の説明

１・・・発電機（回転電機）
２・・・基台
３・・・第１固定子
４・・・第２固定子
５・・・回転子
９・・・中心軸
１１・・・コイル（第１のコイル）
１４・・・コイル（第２のコイル）
１７・・・磁石コア（第２の磁石）
２１・・・磁石コア（第３の磁石）
２６・・・磁石（第１の磁石）

Claims

第１の磁石と、第１のコイルと、第２のコイルとを有し、
上記第１の磁石と上記第１のコイルと上記第２のコイルは、中心軸から順に、上記第１のコイル、上記第１の磁石、上記第２のコイルの順で配設され、
上記第１の磁石と、上記第１のコイルおよび上記第２のコイルとは、いずれか一方が他方に対して相対的に上記中心軸の周りに回転することを特徴とする発電機。
前記第１のコイルについて設けられ、この第１のコイルの軸方向に沿う方向に磁極が配設される第２の磁石と、
前記第２のコイルについて設けられ、この第２のコイルの軸方向に沿う方向に磁極が配設される第３の磁石と、
を有し、
前記第１の磁石、上記第２の磁石および上記第３の磁石は、それぞれ前記中心軸の周りに等間隔に配設され、
上記第２の磁石と上記第３の磁石とは互いに、前記中心軸の周方向に間隔が開かないように配設され、
上記第２の磁石および上記第３の磁石は、磁極の方向を前記中心軸に沿って同一方向に向けて配設され、
前記第１の磁石は、磁極の方向を上記第２の磁石および上記第３の磁石と反対方向に向けて配設され、
ることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
前記第１の磁石と、前記第２の磁石と、前記第３の磁石とは同数かつ複数備えられ、これら前記第１の磁石、前記第２の磁石および前記第３の磁石の前記中心軸の周方向における幅の前記中心軸に対する中心角は、前記第１の磁石、前記第２の磁石および前記第３の磁石のそれぞれの個数をｎ個としたとき、３６０°／２ｎの角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の発電機。
前記第１の磁石が、前記中心軸の周りに回転することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機。