JP2017005878A - 回転電機および非接触発電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気効率がよく、磁束の漏れも少ない回転電機および非接触発電機を提供する。
【解決手段】回転電機1は、第1回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して対向配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が移動体の一主面に対向して配置される永久磁石2を備える。永久磁石2は、周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極2bと、複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの磁極からの磁束を集中させて、移動体5の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材2gと、を有する。永久磁石2は、移動体の一主面上に磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて磁束集中部材に働く反力により、第1回転軸周りに回転し、永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される移動体の一主面の表面速度よりも遅い。
【選択図】図1
Description
本発明は、非接触で回転する回転電機と、非接触で発電する非接触発電機とに関する。
特許文献1には、非接触で発電する自転車用ダイナモが開示されている。特許文献1の自転車用ダイナモは、自転車のホイールの回転軸と直交する方向に延びる回転軸周りに回転する円環状の永久磁石の外周面を、ホイールの外周面に連なる一側面から離隔して配置している。
永久磁石は、複数の磁極を周方向に並べて配置したものであり、隣接する磁極では、磁化方向が逆になっている。例えば、永久磁石のN極がホイールの一側面に対向配置された状態でホイールが回転すると、永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に、ホイールの一側面に渦電流が発生する。この渦電流による磁束と永久磁石からの磁束との反発力および誘引力により、永久磁石は、ホイールの回転方向に回転する。
よって、永久磁石の周囲をコイルで巻回して、永久磁石からの磁束がコイルを鎖交するようにすれば、コイルから誘導電力を取り出すことができる。
しかしながら、特許文献1に開示された自転車用ダイナモには、以下の課題がある。
1.ホイールの一側面に対向配置される永久磁石の面積が限られているため、ホイールと永久磁石との磁気結合量を大きくできない。よって、ホイールに発生する渦電流が小さくなり、永久磁石の回転力も弱くなる。
2.特許文献1では、永久磁石に単一相のコイルを巻回しているが、単一相のコイルでは、コイルが巻回していない部分の永久磁石の磁束を有効利用できないため、鎖交磁束量を増やすことはできない。また、コイルが巻回している部分の永久磁石の極性の向きが、回転軸を中心に対称である場合、常にコイルを鎖交する磁束の総量が打ち消し合ってしまうため、発電できないという問題がある。
3.永久磁石からの磁束は、空気中を伝搬するため、大きな磁気抵抗を受けることになり、磁気効率がよいとはいえない。
4.ヨークを用いていないため、磁束の漏れが生じやすく、また周囲に導電材料があると、磁路が変化してしまい、発電量に影響を与えてしまうおそれがある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気効率がよく、磁束の漏れも少ない回転電機および非接触発電機を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、第1回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して対向配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石を備え、
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記磁束集中部材に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度よりも遅い回転電機が提供される。
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記磁束集中部材に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度よりも遅い回転電機が提供される。
前記永久磁石は、前記移動体が一方向に移動する場合、前記一方向に交差する方向に配置される前記第1回転軸周りに、前記一方向に応じた回転方向に回転してもよい。
前記永久磁石は、前記移動体が第2回転軸周りに回転する場合、前記第2回転軸と平行な前記第1回転軸周りに、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転してもよい。
前記永久磁石の外周面に連なる一側面の少なくとも一部と、前記移動体の外周面に連なる一側面の少なくとも一部とが離隔して対向配置されてもよく、
前記永久磁石は、前記移動体の外周面に連なる一側面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転してもよい。
前記永久磁石は、前記移動体の外周面に連なる一側面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転してもよい。
前記永久磁石は、前記移動体側の総面積のうち、半分以下の面積で、前記移動体に対向配置されてもよい。
前記第1回転軸は、前記第2回転軸の延長線上にあり、
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の全体で前記移動体に対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体と同じ方向に回転してもよい。
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の全体で前記移動体に対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体と同じ方向に回転してもよい。
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルを備えてもよい。
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置されてもよい。
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面と前記移動体の一主面との間に配置されてもよい。
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置される磁束ガイド部材を備えてもよい。
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置されてもよい。
前記磁束ガイド部材は、前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置されてもよい。
前記磁束ガイド部材は、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置されてもよい。
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第1磁束ガイド部材と、
前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される第2磁束ガイド部材と、を有してもよい。
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第1磁束ガイド部材と、
前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される第2磁束ガイド部材と、を有してもよい。
前記第2磁束ガイド部材は、前記永久磁石と前記移動体とが対向配置された領域内の一部に配置されてもよい。
前記コイルの内部に挿入され、前記コイルを通過する磁束の密度を増大させる芯部材を備えてもよい。
前記永久磁石からの磁束を通過させる環状の磁束ガイド部材を備え、
前記コイルは、前記磁束ガイド部材に巻回されていてもよい。
前記コイルは、前記磁束ガイド部材に巻回されていてもよい。
前記第1回転軸の回転力により駆動される駆動体を備えてもよい。
前記駆動体は、モータであってもよい。
前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造であってもよい。
本発明の他の一態様では、第1回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、を備え、
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記磁束集中部材に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度よりも遅い非接触発電機が提供される。
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、を備え、
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記磁束集中部材に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度よりも遅い非接触発電機が提供される。
本発明によれば、磁気効率がよく、磁束の漏れも少ない回転電機および非接触発電機を提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、回転電機および非接触発電機内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、回転電機および非接触発電機には以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。ただし、これらの省略した構成および動作も本実施形態の範囲に含まれるものである。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態による非接触発電機1の正面図、図2は斜視図である。図1の非接触発電機1は、円環状の永久磁石2と、コイル3と、ヨーク(磁束ガイド部材)4とを備えている。永久磁石2の一側面2dは、移動体5の一側面5cに対向して配置されている。
図1は本発明の第1の実施形態による非接触発電機1の正面図、図2は斜視図である。図1の非接触発電機1は、円環状の永久磁石2と、コイル3と、ヨーク(磁束ガイド部材)4とを備えている。永久磁石2の一側面2dは、移動体5の一側面5cに対向して配置されている。
永久磁石2は、回転軸2a周りに回転自在とされている。永久磁石2は、図3および図4に示すように、周方向に離隔して配置された複数の磁極2bと、周方向に隣接する2つの磁極2bの間に配置される磁束集中部材2gとを有する。図3では、4つの磁極2bと4つの磁束集中部材2gとを有する例を示すが、磁極2bと磁束集中部材2gの数には特に制限はない。
周方向に隣接する2つの磁極2bは、磁化方向が互いに逆である。各磁極2bの磁化方向は、図4に矢印で示すように、周方向を向いている。磁束集中部材2gは、周方向に隣接する2つの磁極2bからの磁束を集中させ、集中させた磁束を移動体5の方向またはその反対方向に向けている。
より詳細には、周方向に隣接する2つの磁束集中部材2gの一方は、移動体5の一側面5cの方向に磁束を向け、他方は、移動体5の一側面5cとは反対の方向に磁束を向ける。
このように、永久磁石2中に磁束集中部材2gを設けることで、移動体5の一側面5cの法線方向への磁束密度を高めることができ、後述するように、移動体5の一側面5c上に発生される渦電流を増やすことができるとともに、コイル3を鎖交する磁束密度も増やすことができる。コイル3は、磁束集中部材2gからの磁束が通過する場所に設ければよいため、コイル3の径を小さくすることができる。
永久磁石2から離隔して配置される回転体5は、その回転軸5a周りに回転する。回転体5は、回転軸5a周りに一方向にのみ回転してもよいし、両方向に回転してもよい。
図1に示すように、永久磁石2の回転軸2aと、回転体5の回転軸5aとは平行に配置されており、永久磁石2の外周面2cに連なる一側面2dの少なくとも一部は、回転体5の外周面5bに連なる一側面5cに対向配置されている。より具体的には、永久磁石2が有する複数の磁束集中部材2gのうち、2つ以上の磁束集中部材2gが回転体5の一側面5cに対向配置されている。これにより、後述するように、永久磁石2と回転体5との磁気結合量を増やすことができ、回転体5の一側面5c上に生じる渦電流を増大させることができる。
回転体5は、例えば車両の車輪やホイールなどである。回転体5は、永久磁石2に対向配置された一側面5cに渦電流を発生させる。渦電流を発生できるように、回転体5の少なくとも一側面5cは、金属などの導電材料で形成されている必要がある。
本実施形態では、永久磁石2の各磁束集中部材2gからの磁束により、回転体5の一側面5cに渦電流を発生させる。よって、永久磁石2の一側面2dと回転体5の一側面5cとの間の間隔は、永久磁石2の各磁束集中部材2gからの磁束が回転体5に到達可能な範囲内に制限される。
永久磁石2の各磁束集中部材2gは、対向する永久磁石2の一側面2dに向かう方向またはその反対方向に磁化されている。また、永久磁石2の隣接する磁束集中部材2g同士の磁化方向は逆である。図4では、永久磁石2の各磁束集中部材2gの磁化方向を矢印で示している。図4に示すように、永久磁石2の一側面2dには、周状にN極とS極が交互に並んでいる。また、永久磁石2の回転体5に対向する一側面2dとは反対側の側面2eは、一側面とは逆極性になる。
図5は回転体5の一側面5cに発生する渦電流6a,6bにより永久磁石2が回転する原理を説明する図である。永久磁石2の一側面2d上に周状に離隔して配置された複数の磁束集中部材2gのうち、回転体5の一側面5cに対向配置された磁束集中部材2gからの磁束は、回転体5の一側面5c方向に伝搬する。永久磁石2の一側面2dと回転体5の一側面5cとの間は、エアギャップであり、永久磁石2からの磁束はこのエアギャップを伝搬する。
回転体5が回転すると、回転体5の一側面5cには、永久磁石2の磁束集中部材2gからの磁束の変化を妨げる方向に渦電流が生じ、この渦電流による磁束と永久磁石2の磁束集中部材2gからの磁束との相互作用(反発力および誘引力)により、永久磁石2は回転する。ただし、永久磁石2の一側面2dの表面速度は、対向する回転体5の一側面5cの表面速度よりも遅くなる。
例えば、永久磁石2のN極が回転体5の一側面5cに対向配置されている場合、N極の回転方向前方のエッジe1からの磁束が到達する回転体5の一側面5c部分に発生する渦電流6aの向きと、N極の回転方向後方のエッジe2からの磁束が到達する回転体5の一側面5c部分に発生する渦電流6bの向きとは相違している。N極の回転方向後方のエッジe2からの磁束により発生する渦電流6bは、N極からの磁束とは反対方向の磁束を発生させる向きに流れる。一方、N極の回転方向前方のエッジe1からの磁束が到達する回転体5の一側面5c部分に発生する渦電流6aは、N極からの磁束と同方向の磁束を発生させる向きに流れる。いずれの渦電流6a,6bも、回転体5の回転に伴う永久磁石2からの磁束の変化を妨げる方向に流れる。
上述したように、永久磁石2のN極の回転方向前方のエッジe1側では、渦電流6aによる磁束と永久磁石2のN極からの磁束との方向が同じになることから、互いに引き寄せ合う誘引力が働く。一方、永久磁石2のN極の回転方向後方のエッジe2側では、渦電流6bによる磁束と永久磁石2のN極からの磁束とは反対方向になることから、互いに反発し合う反発力が働く。永久磁石2の一側面2dの表面速度が、対向する回転体5の一側面5cの表面速度より遅い場合には、上述した、永久磁石2と渦電流6a、6bの関係が常に成り立つ。これにより、永久磁石2は、対向する回転体5の一側面5cの移動表面を追いかけるようにして、対向する回転体5の一側面5cの表面速度よりも遅い表面速度で回転することになる。
なお、上述した永久磁石2の回転の原理は、ローレンツ力による反力にて説明することもできる。上述したように、永久磁石2のN極の回転方向前方のエッジe1からの磁束による発生する渦電流6aと、永久磁石2の回転方向後方のエッジe2からの磁束による発生する渦電流6bとは、電流の向きが逆になっていて、N極の直下には常に一定方向の電流が流れる。これら渦電流6a,6bによる電流は、回転体5が図5の矢印の向きに回転する場合には、回転体5の回転方向とは反対方向のローレンツ力を受ける。よって、これら渦電流6a,6bによる磁束を受ける永久磁石2は、回転体5の回転方向への、ローレンツ力の反力を受けて回転する。
このように、永久磁石2と回転体5は、両者の対向面同士では同一方向に移動する。よって、図5のように、永久磁石2が回転体5の回転軸からずれて対向配置されている場合には、永久磁石2の回転方向は回転体5の回転方向とは逆になる。
図1に示すように、永久磁石2の回転体5に対向する一側面2dとは反対側の側面2eには、コイル3が対向配置されている。コイル3と、対向する永久磁石2の側面2eとの間には、エアギャップが設けられている。コイル3は固定されており、回転する永久磁石2からの磁束がコイル3を鎖交する。永久磁石2の周状に配置された複数の磁束集中部材2gの極性は、交互に変化するため、コイル3を鎖交する磁束はその向きが周期的に変化する交番磁束である。よって、コイル3には、永久磁石2からの磁束の変化を妨げる方向に誘導電流が発生し、この誘導電流を抽出することで、交流からなる誘導電力を生成することができる。
永久磁石2からの磁束は、図1の矢印y1,y2に示すように、コイル3を鎖交した後、空気中を伝搬して永久磁石2に戻る。磁束の通過する経路は磁路と呼ばれている。磁路の大部分が空気である場合、空気中の磁気抵抗は大きいことから、コイル3を通過する磁束密度が小さくなり、結果として誘導電流も小さくなる。また、磁束が空気中を伝搬している最中に磁束の漏れが生じたり、また、周辺の導電材料の影響で磁路が変化するおそれもある。そこで、図1に示すように、コイル3を鎖交した磁束が通過する磁路内にヨーク4を設けるのが望ましい。ヨーク4は、鉄などの透磁率の高い材料で形成されており、例えば、コイル3の永久磁石2に対向する面と反対側の面にヨーク4を密着配置することで、コイル3を鎖交した磁束を漏れなくヨーク4に導いて、ヨーク4内を通って永久磁石2に戻すことができる。これにより、磁束の漏れを防止でき、磁気効率を高くすることができる。
上述したように、回転体5の一側面5cのうち、永久磁石2の一側面2dに対向配置された部分に、渦電流が発生する。渦電流が発生する場所によっては、永久磁石2の回転を妨げることがありうる。このため、図1の永久磁石2は、回転体5方向の一側面の総面積のうち、半分未満の面積で、回転体5に対向配置されている。別の言い方をすると、図1において、永久磁石2の回転軸2aよりも上側では、回転体5の一側面5c上に渦電流が発生しないようにしている。これにより、回転体5の一側面5cには、永久磁石2の回転軸よりも下側部分からの磁束による渦電流が発生する。この渦電流は、永久磁石2を回転体5とは逆の方向に回転させることに寄与する。なお、永久磁石2が回転体5方向の一側面の総面積の半分以上の面積で対向配置されていると、永久磁石2の回転軸2aよりも上側部分からの磁束により、回転体5の一側面上に永久磁石2の回転を妨げるような渦電流が発生する。よって、永久磁石2と回転体5の一側面との対向面積は、永久磁石2の一側面の総面積の半分未満が望ましい。
なお、図6に示すように、回転体5の回転軸5aの延長線上に永久磁石2の回転軸2aが設けられている場合、永久磁石2の一側面2dの全体が回転体5の一側面5cに対向配置されていても、回転体5の一側面5cに発生した渦電流は回転体5を同一方向に回転させることに寄与する。よって、図6のように、回転体5の回転軸5aと永久磁石2の回転軸2aとが同一延長線上にある場合は、永久磁石2の一側面2dからの磁束すべてにより発生される渦電流を、永久磁石2の回転のために有効利用できる。
図7は本実施形態による非接触発電機1の分解斜視図である。図7に示すように、コイル3は、永久磁石2の周方向に沿って密集して複数個配置されている。各コイル3は、対応する磁束集中部材2gからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、各磁束集中部材2gの外形サイズに合わせた形状を有する。これにより、永久磁石2の各磁束集中部材2gからの磁束を、1つ以上のコイル3に鎖交させることができ、コイル3を鎖交しない漏れ磁束をほとんどなくすことができる。
図7では、永久磁石2の磁束集中部材2gからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、磁束集中部材2gの外形サイズに合わせたコイル3を密集して円環状に配置しているが、コイル3が必ずしも密集して配置される必要はない。具体的には、コイル3が円環の半分の領域のみに配置されてもよいし、3分の1の領域のみに配置されてもよいし、周方向に任意の間隔を空けて複数のコイル3が配置されてもよい。コイル3を均一に配置しないことにより、コイル3と磁束集中部材2gの磁気結合が強い回転位置では永久磁石2にかかる負荷トルクが大きくなり、コイル3と磁束集中部材2の磁気結合が弱い回転位置では永久磁石2にかかる負荷トルクが小さくなる。すなわち、永久磁石2の各回転位置での負荷トルクを制御することが可能となる。この永久磁石2の各回転位置で負荷トルクを制御可能とすることで、永久磁石2の回転方向に生じるリラクタンス力を低減することができる。
コイル3にて発生される誘導起電力Eは、以下のようにして求めることができる。各コイル3の巻き数をn[ターン]、コイル3を鎖交する磁束をφ[Wb]、磁束の最大値をφmax、磁束φが変化する周波数をf[Hz」、角周波数をω=2πfとすると、磁束φは以下の(1)式で求められる。
φ=φmax×sinωt …(1)
コイル3に誘起される電圧e[V]は、以下の(2)式で表される。
e=−n(dφ/dt) …(2)
(2)式に(1)式を代入すると、以下の(3)式が得られる。
e=−nωφmaxcosωt …(3)
(3)式のnωφmaxは、誘起電圧eの最大値(振幅)を表す。電圧の実効値Eは、以下の(4)式で表される。
E=n (2πf)φmax/√2 …(4)
(4)式において、2π/√2≒4.44である。
よって、(4)式は(5)式で表される。
よって、(4)式は(5)式で表される。
E≒4.44fnφmax …(5)
(5)式の周波数fは、永久磁石2の回転速度に依存する。よって、(5)式からわかるように、コイル3による誘導起電力Eは、永久磁石2の回転速度と、コイル3の巻き数nと、コイル3を鎖交する磁束φとの乗算に比例する。
永久磁石2の回転速度は、回転体5の一側面5cに発生する渦電流に依存するため、永久磁石2の回転に寄与する渦電流をできるだけ多く回転体5の一側面5cに発生させるのが望ましい。そのためには、永久磁石2の一側面2dと回転体5の一側面5cとの間隔をできるだけ狭めるのが望ましいが、間隔を狭めすぎると、何らかの原因で回転体5の回転が回転軸の延在方向にぶれたときに、回転体5と永久磁石2とが接触するおそれがあるため、両者のトレードオフで、上記間隔を設定するのが望ましい。
図7では、回転体5に近い側から、永久磁石2、コイル3およびヨーク4の順に配置しているが、図8に示すように、回転体5に近い側から、コイル3、永久磁石2およびヨーク4の順に配置してもよい。
コイル3は、典型的には、巻線を複数回巻回した構造を有するが、例えばプリント基板上に、導電パターンにより、平面状のコイル3を形成してもよい。平面状のコイル3は、軽薄短小化が可能で、製造コストも抑制できる。
図1等では、ヨーク4をコイル3の片側の側面だけに対向配置しているが、図9Aおよび図9Bに示すように、コイル3の両側面にヨーク4を対向配置してもよい。図9Aは斜視図、図9Bは正面図である。
図9Aおよび図9Bでは、永久磁石2の回転体5側の一側面2dで、回転体5に対向配置されていない箇所に別個のヨーク7を配置している。以下では、このヨーク4をフロントヨーク(第2磁束ガイド部材)7と呼び、図1等にも設けられているヨーク(第1磁束ガイド部材)4をバックヨーク4あるいはメインヨーク4と呼ぶ。
フロントヨーク7は、図9Aに示すように、永久磁石2の一側面2dの外形輪郭の上側半分を覆う形状である。永久磁石2の上側半分からの磁束は、磁束集中部材2gの磁化方向によって、コイル3、バックヨーク4、コイル3、永久磁石2、およびフロントヨーク7を通過して永久磁石2に戻る磁路か、またはフロントヨーク7、永久磁石2、コイル3、バックヨーク4、およびコイル3を通過して永久磁石2に戻る磁路を通過する。
フロントヨーク7を設けることで、永久磁石2の上側半分の磁気抵抗を低下させて、コイル3での誘導起電力を向上させることができる。また、フロントヨーク7を設けることで、永久磁石2の上側半分からの漏洩磁束が回転体5の一側面5c上での渦電流の発生の妨げになるおそれを防止できる。このように、フロントヨーク7は、誘導起電力の向上と磁気シールドという両方の機能を持っている。
永久磁石2の上側半分での誘導起電力をさらに向上させたい場合は、永久磁石2とフロントヨーク7の間に、フロントヨーク7とほぼ同サイズのコイルを別個に配置してもよい。
なお、図9Aおよび図9Bでは、永久磁石2と回転体5とが対向配置された領域にはフロントヨーク7を配置していないが、永久磁石2と回転体5とが対向配置された領域のエッジ部分に条件によっては制動力が働き、この制動力は永久磁石2の回転を妨げる作用を行うため、運動エネルギの抽出にとって好ましくない。よって、フロントヨーク7を、永久磁石2と回転体5とが対向配置された領域のエッジ部にまで延在させ、永久磁石2と回転体5とが対向配置された領域の一部(特にエッジ部分)にフロントヨーク7を配置してもよい。このように、フロントヨーク7は、永久磁石2と回転体5とが対向配置されていない領域のみに配置されるとは限らない。
一方、図9Cは、永久磁石2の一側面2dの全体を回転体5の一側面5cの半周面内に対向配置させるとともに、フロントヨーク7を永久磁石2の回転軸2aよりも下側に配置した例を示している。図9Cの場合、永久磁石2からフロントヨーク7を通る磁束は、回転体5には到達せず、フロントヨーク7が配置されていない永久磁石2の上半分の領域内の磁束が回転体5に到達して、渦電流の発生に寄与する。図9Cの場合は、永久磁石2と回転体5の回転方向が同一になり、回転トルクの点では図9Bよりも優れている。ところが、フロントヨーク7は、永久磁石2と回転体5とのギャップ中に配置されるため、ギャップの短縮化の観点では、図9Bの方が優れている。
また、フロントヨーク7がない場合でも、回転体5の外周に近い部分では、中心に近い部分よりも渦電流による反力が大きくなるため、永久磁石2は回転体5の外周部分と対向する面が同じ向きに移動するように回転可能である。
図1等では、コイル3に密着配置されるバックヨーク4を永久磁石2の外形に合わせて円板あるいは円筒状にしているが、永久磁石2の回転方向に生じるリラクタンス力を低減するために、バックヨーク4の形状を最適化してもよい。すなわち、バックヨーク4は、必ずしも永久磁石2の外形に合わせた形状であるとは限らない。バックヨーク4の形状を最適化することで、リラクタンス力が渦電流によるトルクより大きくなって永久磁石2が回転不能となるおそれがなくなる。
また、バックヨーク4の任意の位置での磁束の強さを制御するために、バックヨーク4に別個の永久磁石を固定してもよい。このような永久磁石を設けることで、発電量を大きくできるだけでなく、回転方向に生じるリラクタンス力を最小化することができる。
上述した図1〜図9では、永久磁石2の一側面2dに回転体5の一側面5cが離隔して対向配置される例を説明したが、本実施形態は、回転体5の代わりに、移動体を用いた場合にも適用可能である。
図10は回転体5の代わりに移動体8を用いた非接触発電機1の正面図である。移動体8の一主面8aと永久磁石の一側面2dとが離隔して配置されている。移動体8は、例えば、図10の矢印の向きに移動する。あるいは、移動体8は、矢印の向きとその反対側の向きとの双方向に移動してもよい。移動体8の少なくとも一主面8aは、渦電流を発生させる導電材料で形成されている。
図10の場合の動作原理は、図5と同じである。永久磁石2の一側面2dに対向配置された移動体8の一主面8a上に、磁束集中部材2gからの磁束の変化を妨げる向きに渦電流が発生する。この渦電流による磁束と磁束集中部材2gからの磁束との相互作用(反発力および誘引力)により、永久磁石2は移動体8の移動方向に応じた方向に回転する。
移動体8は、それ自身が移動する場合だけでなく、永久磁石2に対して相対的に移動するものでもよい。例えば、移動体8を列車が走行するレールとし、回転自在の永久磁石2と、固定されたコイル3およびヨーク4とを備えた列車をレール上で走行させ、レールの一側面に永久磁石2の一側面2dを対向配置させる場合にも本実施形態を適用可能である。このように、移動体8は、永久磁石2に対して相対的に移動するものでもよい。
上述した(5)式に示すように、コイル3を鎖交する磁束φが大きいほど、誘導起電力Eは大きくなる。コイル3の巻数を変えずに磁束密度φを増大させる一手法として、コイル3の内部に積層鋼板などの芯部材11を挿入することが考えられる。図11は、コイル3に密着配置されるヨーク4(バックヨーク4)に、コイル3の内部に挿入される凸形状のティース(芯部材)11を一体成形した例を示す。このティース11は、ヨーク4と一体成形してもよく、ティース11とヨーク4の材料は、透磁率が高い材料、例えば積層鋼板などを用いることができる。
また、ヨーク4とコイル3とを一体化した構造も考えられる。例えば、図12は、環状のヨーク4に複数のコイル3を巻回したものである。環状のヨーク4が回転しないように、平板状の透磁率の低い材料からなるキャリア12をヨーク4の内周側に配置して、このキャリア12の外周面の突起部12aにてコイル3を固定している。
このように、コイル3やヨーク4の形状には、種々のものが考えられ、本実施形態に適用可能なコイル3やヨーク4は上述したものには限定されない。
図13は本実施形態による非接触発電機1の制御系の機能ブロック図である。図13の機能ブロック図では、図1のように回転する回転体5と図10のように移動する移動体8とを総称して、移動体8としている。図13に示すように、本実施形態による非接触発電機1の制御系は、回転または移動する移動体8と、回転自在な永久磁石2と、コイル3と、コンバータ21と、コントローラ22と、を備えており、コンバータ21には各種の負荷23が接続可能である。
移動体8は、上述したように、永久磁石2に対して相対的に移動することで、永久磁石2に対向配置された一主面上に渦電流を発生させる。これはすなわち、移動体8の運動エネルギの一部を磁気エネルギに変換することを意味する。
永久磁石2は、永久磁石2からの磁束と渦電流による磁束との磁気的相互作用で、移動体8から運動エネルギを抽出する。永久磁石2の回転速度ω1は、移動体8の一側面の表面速度v2に依存する。
コイル3は、永久磁石2からの磁束が鎖交することで、永久磁石2の運動エネルギを電気エネルギに変換する。コイル3の誘導起電力周波数fe1は、永久磁石2の回転速度ω1に依存する。コイル3の数と永久磁石2中の磁束集中部材2gの数が、永久磁石2の回転速度ω1とコイル3の誘導起電力周波数fe1とに影響を与える。
コンバータ21は、電気エネルギの電力変換を行う。コンバータ21は、交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータでもよいし、単に整流器でもよい。コンバータ21の出力電力は、コントローラ22に供給されるとともに、負荷23の駆動にも用いられる。
コントローラ22は、コンバータ21の出力電力P'e1と、コイル3の誘導起電力Pe1と、周波数fe1と、の少なくとも一つをモニタして、コンバータ21の制御を行う。また、コントローラ22は、コイル3の誘導起電力周波数fe1に基づいて、移動体8の回転速度または移動速度を推定する。あるいは、コントローラ22は、コイル3の誘導起電力周波数fe1と、コンバータ21の出力電力P'e1と、コイル3の出力電圧Pe1と、の少なくとも一つに基づいて、移動体8の回転速度または移動速度を推定する。
移動体8の一側面の表面速度v2と永久磁石2の回転速度ω1との間には、滑りによる速度差が生じるため、コントローラ22は、この速度差を補正した推定演算を行う。
なお、コンバータ21の出力電力P'e1で負荷23を駆動する場合、負荷23の種類により滑りの量が変化する。一般には、負荷23が小さいほど滑り量は小さくなり、負荷23が大きいほど滑り量は大きくなる。
この他、コントローラ22は、推定した移動体8の回転速度や移動速度、発電量のピーク値、平均発電量などの履歴(ログ)情報を記憶してもよい。
このように、本実施形態による非接触発電機1で生成した誘導電力は、移動体8が車両の場合には、車両の電装機器類の電源電力として使用することができる。車両以外にも、導電性の移動体があれば、電源配線を引き回さなくても、移動体の近傍で発電し、電力を各種電気機器に供給することができる。
ところで、本実施形態のように、永久磁石2が移動体8に対して回転する場合、永久磁石2と移動体8との間隔の非対称性に基づくリラクタンス力が発生する。リラクタンス力は、コギングトルクを引き起こす。コギングトルクは、永久磁石2の回転速度の変動や、始動トルクの増加につながるため、できるだけ低減することが望ましい。コギングトルクTcogは、下記の(6)式で表される。
(6)式のWmagは磁気エネルギ、θは永久磁石2の回転角度である。
本実施形態は、上述したように、回転体5(移動体8)の回転(移動)に基づく運動エネルギを永久磁石2にて抽出し、この運動エネルギをコイル3にて電気エネルギに変換している。回転軸の周囲に設けられるベアリングや、空気抵抗などの機械的損失を無視すると、本実施形態による電力バランスは、以下の(7)式で表される。
P2−PLM+P1=0 …(7)
P2は、回転体5(移動体8)に働く制動力である。P2が正の値であれば、回転体5(移動体8)の表面に制動力が働いている、すなわち回転(移動)速度を低下させる方向に力が働いていることを意味する。P2が負の値であれば、回転体5(移動体8)の回転(移動)速度を上昇させる方向に力が働いていることを意味する。回転体5(移動体8)から運動エネルギを抽出する場合は、P2は正の値になる。P2の値が正の場合は、回転体(移動体8)の方が永久磁石2よりも対向する面の表面速度が速い状態になり、P2の値が負の場合は、回転体(移動体8)の方が永久磁石2よりも対向する面の表面速度が遅い状態になる。P2の正負によらず、永久磁石2の移動方向は、回転体5(移動体8)と同じ方向である。
PLMは、回転体5(移動体8)での電磁気的な損失であり、具体的には渦電流やヒステリシスによる損失などである。PLMは常に正の値である。
P1は、抽出される機械的な力であり、上述した永久磁石2を回転させる運動エネルギである。永久磁石2を回転させる運動エネルギは負の値である。P1は、以下の(8)式で表される。
P1=ωMW×TMW …(8)
(8)式において、ωMWは永久磁石2の回転速度、TMWは永久磁石2のトルクである。
また、P1は、以下の(9)式でも表される。
また、P1は、以下の(9)式でも表される。
PEL=PGL+P1 …(9)
PELは、抽出される電力である。永久磁石2で運動エネルギを抽出する場合には、PELは負の値になる。PGLは、コイル3の銅損などの発電機の損失である。PGLは常に正の値である。
(第1の実施形態の変形例)
図1では、回転体5に対して1個の永久磁石2を設けているが、1個の回転体5(移動体8)に対して複数の永久磁石2を設けてもよい。この場合、複数の永久磁石2のサイズや形状は、同じでもよいし、少なくとも一部が相違していてもよい。
図1では、回転体5に対して1個の永久磁石2を設けているが、1個の回転体5(移動体8)に対して複数の永久磁石2を設けてもよい。この場合、複数の永久磁石2のサイズや形状は、同じでもよいし、少なくとも一部が相違していてもよい。
例えば、径サイズの大きい永久磁石2の回転始動を補助するために、径サイズの小さい永久磁石2を用いることができる。具体的には、径サイズの大きい永久磁石2と、径サイズの小さい永久磁石2とを、1個の回転体5の一主面に対して近接配置させた場合、径サイズの大きい永久磁石2は、径サイズの小さい永久磁石2よりも回転始動に必要なトルクが大きいため、回転体5(移動体8)が低速域である場合、径サイズの小さい永久磁石2は回転するものの、径サイズの大きい永久磁石2は回転しないことが考えられる。そこで、例えば、径サイズの大きい永久磁石2の回転軸と径サイズの小さい永久磁石2の回転軸とにそれぞれ、発電機としても使用可能なモータを接続し、先に回転する径サイズの小さい永久磁石2の回転軸に接続された発電機で発電された電力を、径サイズの大きい永久磁石2の回転軸に接続されたモータの駆動電源として用いて、径サイズの大きい永久磁石2に始動トルクを付与してもよい。これにより、径サイズの大きい永久磁石2を低速域から回転させて発電することができる。図1に示す非接触発電機もモータとして駆動可能であるため、同様の構成が可能である。
また、本実施形態の非接触発電機で使用される永久磁石2には最適なサイズがある。最適なサイズの永久磁石2にて得られる誘導起電力よりも大きな誘導起電力が必要な場合に、必要な誘導起電力が得られるように永久磁石2を大きくすると、非接触発電機の全体サイズが極端に大きくなるおそれがある。よって、永久磁石2のサイズを大きくする代わりに、最適なサイズの永久磁石2を複数設けて、必要な誘導起電力を確保するようにした方が、非接触発電機の全体サイズを小さくできて望ましい場合もありうる。
回転体5(移動体8)の少なくとも一側面(一主面)は、渦電流の発生に適した導電材料(鋼鉄、アルミニウム、銅など)で形成されている必要があるが、回転体5(移動体8)の母材を樹脂やプラスチック等の絶縁材料とし、母材の表面に導電材料を接合したものでもよい。
図1等では、永久磁石2が複数の磁束集中部材2gを有する例を示したが、永久磁石2は、その回転位置によらず、回転体5(移動体8)に対向する面に向かって常に同じ極性の磁束集中部材2gが向くようにしてもよい。すなわち、磁束集中部材2gから、回転体5(移動体8)の一側面(一主面)に向かう磁束があれば、一側面(一主面)上の磁束集中部材2gに対向する領域に渦電流を発生させることができ、この渦電流による磁束と磁束集中部材2gからの磁束との相互作用(反発力および誘引力)により、永久磁石2を回転させることができる。ただし、この場合、永久磁石2は同極のみを有するため、永久磁石2の周囲にコイル3を配置しても、交番磁束は得られない。よって、コイル3により直接誘導電力を生成することはできない。ただし、永久磁石2の回転軸にモータなどの駆動体を取り付けることにより、駆動体を駆動することは可能である。
上述した例では、回転体5(移動体8)の回転(移動)に応じて、永久磁石2を回転させていたが、逆に、永久磁石2を回転させて、その回転に応じて、回転体5(移動体8)の一側面(一主面)上に渦電流を発生させ、磁束集中部材2gの磁束と渦電流による磁束との相互作用(反発力および誘引力)により、回転体5(移動体8)を回転(移動)させてもよい。すなわち、回転体5(移動体8)に運動エネルギを供給してもよい。
このように、第1の実施形態では、第1回転軸2a周りに回転自在で、回転または移動する移動体8から離隔して配置され、かつ外周面2cに連なる一側面2dの少なくとも一部が移動体8の一主面8a(例えば一側面5c)に対向して配置される磁束集中部材2gを設けるため、磁束集中部材2gからの磁束により、移動体8の一主面8a上に磁束集中部材2gからの磁束の変化を妨げる方向に渦電流を発生させることができる。永久磁石2は、この渦電流と磁束集中部材2gからの磁束との相互作用(反発力および誘引力)により、第1回転軸2a周りに回転する。永久磁石2の回転方向は、移動体8の回転または移動方向に応じた方向である。
第1の実施形態によれば、永久磁石2に磁束集中部材2gを設けることにより、永久磁石2からの磁束を集中させて移動体5の方向に向けることができ、移動体5の一側面5cに大きな渦電流を発生させることができるとともに、コイル3を鎖交する磁束密度を増やすことができる。これにより、移動体5の運動エネルギを永久磁石2にて効率よく抽出でき、また、抽出した運動エネルギをコイル3にて効率よく電気エネルギに変換することができる。
また、本実施形態によれば、特許文献1等の従来の非接触発電機1の課題を解決することができる。すなわち、本実施形態では、移動体8の一主面に対向配置される永久磁石2の一側面2dの面積を広くすることができるため、移動体8の一主面に発生される渦電流を大きくすることができ、渦電流による磁束と永久磁石2からの磁束との相互作用(反発力および誘引力)を強めることができて、従来よりも永久磁石2の回転力を高めることができる。
また、本実施形態によれば、特許文献1等の従来の非接触発電機1の課題を解決することができる。すなわち、本実施形態では、移動体8の一主面に対向配置される永久磁石2の一側面2dの面積を広くすることができるため、移動体8の一主面に発生される渦電流を大きくすることができ、渦電流による磁束と永久磁石2からの磁束との相互作用(反発力および誘引力)を強めることができて、従来よりも永久磁石2の回転力を高めることができる。
また、本実施形態では、永久磁石2の周状に配置された複数の磁束集中部材2gが移動する周上に密集して、1つ以上のコイル3を配置するため、永久磁石2からの磁束を漏れなくコイル3に鎖交させることができ、磁気効率が向上する。
さらに、本実施形態では、永久磁石2にコイル3を近接配置させ、かつコイル3に密着してヨーク4を配置するため、磁気抵抗を低減でき、より磁気効率を向上できる。また、必要に応じて、ヨーク4を永久磁石2の両側面側に配置することで、漏れ磁束が周辺の導電材料に悪影響を及ぼすことを防止でき、かつ漏れ磁束が渦電流の発生に悪影響を及ぼすおそれも防止できる。
上述した図1〜図13では、コイル3とヨーク4を備えた非接触発電機1について説明したが、多少の磁束の漏れや磁気抵抗の増加が生じても構わない場合は、ヨーク4を省略してもよい。また、永久磁石2を回転させることが目的で、誘導電力が特に必要ない場合は、コイル3も省略してよい。よって、本実施形態は、ヨーク4なしの回転電機や、コイル3とヨーク4を持たない回転電機にも適用可能である。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、永久磁石2の回転力により駆動される駆動体を設けるものである。
第2の実施形態は、永久磁石2の回転力により駆動される駆動体を設けるものである。
図14Aは本発明の第2の実施形態による回転電機の斜視図、図14Bは正面図である。図14Aの回転電機は、図1の非接触発電機1からコイル3を省略する代わりに、永久磁石2の回転軸2aに接続された標準電気機械(Standard electric machine)24を備えている。永久磁石2は、回転軸2aの軸端に接合された平板状のヨーク4に接合されている。永久磁石2、ヨーク4および回転軸2aは、一体に回転自在とされている。
標準電気機械24とは、回転軸の回転を利用して駆動される駆動体24である。駆動体24は、例えば、回転軸2aととともに回転する不図示のロータと、不図示のステータとを有する。ロータの回転により、負荷23を駆動する。駆動体24は、より具体的には、発電機や減速機などでもよい。また、駆動体24を、回転軸の回転力を利用して空気を圧縮するコンプレッサとして用いてもよい。このように、駆動体24には、回転軸の回転力を電気力に変換するものだけでなく、回転軸の回転力を機械力に変換するものも含まれる。
図14Bでは、回転電機の永久磁石2の外周面2cに連なる一側面2dを、回転体5の一側面5cと対向配置させる例を示しているが、回転体5の代わりに移動体8の一主面を永久磁石2の一側面2dと対向配置させてもよい。
第2の実施形態では、永久磁石2は回転体5(移動体8)からの運動エネルギの抽出だけに利用し、永久磁石2で生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのは標準電気機械24で行うようにして、運動エネルギと電気エネルギとを独立して生成することに特徴がある。これにより、回転電機の主要部である永久磁石2周辺の構造を簡略化できる。
第1の実施形態では、永久磁石2からの磁束を鎖交させるコイル3が必要で、コイル3のサイズや設置場所を考慮する必要があったが、本実施形態では、永久磁石2で生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのは標準電気機械24で行うため、永久磁石2周辺の構造を第1の実施形態よりも大幅に簡略化できる。
すなわち、永久磁石2は、最も効率よく運動エネルギを生成可能な形態に設計すればよい。同様に、標準電気機械24は、永久磁石2が生成した運動エネルギを最も効率よく電気エネルギに変換可能な形態に設計すればよい。このように、永久磁石2と標準電気機械24を別個に設計できるため、設計作業が容易になる。
図14Aの例では、永久磁石2とともに回転する平板状ヨーク4を、永久磁石2の回転体5に対向する面の反対側の面に密着配置して、この平板状ヨーク4の中心に取り付けられた回転軸2aを標準電気機械24に接続しているが、回転軸2aを省略して、平板状ヨーク4を直接標準電気機械24に接続して、永久磁石2の回転力を回転軸なしで標準電気機械24に伝達してもよい。
なお、図14A等に示した標準電気機械24は、上述した第1の実施形態における永久磁石2の回転軸2aに接続してもよい。
このように、第2の実施形態では、永久磁石2の磁束を用いて、永久磁石2が生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのではなく、永久磁石2が生成した運動エネルギを標準電気機械24に伝達して、標準電気機械24で運動エネルギを電気エネルギに変換するため、最適化された運動エネルギと電気エネルギを有する回転電機を設計しやすくなる。
上述した第1および第2の実施形態における永久磁石2は、周方向に配置された複数の磁極の向きを交互に変えることにより磁束を集中させるハルバッハ配列構造にすることができる。図15はハルバッハ配列構造の概念図である。ハルバッハ配列構造では、隣接する磁極の向きを90度ずつずらすことで、磁石の片側面に磁束を集中させることができる。これにより、例えば図8のように、永久磁石2と移動体5との間にコイル3が配置されている場合には、コイル3を鎖交する磁束量を増やすことができる。よって、ヨーク4を省略したとしても、磁束の漏れが少なくなり、磁束の有効利用が図れる。
図16は第1および第2の実施形態の永久磁石2をハルバッハ配列構造にした例を示す図である。このように、ハルバッハ配列構造の永久磁石2であれば、ヨーク4を省略したとしても、永久磁石2の片側に磁束を集中させることが出来る。
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 非接触発電機、2 永久磁石、2b 磁極、2g 磁束集中部材、3 コイル、4 ヨーク、5 回転体、7 フロントヨーク、8 移動体、11 ティース、12 キャリア、21 コンバータ、22 コントローラ、23 負荷
Claims (20)
- 第1回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して対向配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石を備え、
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記磁束集中部材に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の回転速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の回転速度または移動速度よりも遅い回転電機。 - 前記永久磁石は、前記移動体が一方向に移動する場合、前記一方向に交差する方向に配置される前記第1回転軸周りに、前記一方向に応じた回転方向に回転する請求項1に記載の回転電機。
- 前記永久磁石は、前記移動体が第2回転軸周りに回転する場合、前記第2回転軸と平行な前記第1回転軸周りに、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転する請求項1に記載の回転電機。
- 前記永久磁石の外周面に連なる一側面の少なくとも一部と、前記移動体の外周面に連なる一側面の少なくとも一部とが離隔して対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体の外周面に連なる一側面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転する請求項3に記載の回転電機。 - 前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の総面積のうち、半分以下の面積で、前記移動体に対向配置される請求項3または4に記載の回転電機。
- 前記第1回転軸は、前記第2回転軸の延長線上にあり、
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の全体で前記移動体に対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体と同じ方向に回転する請求項1に記載の回転電機。 - 前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルを備える請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置される請求項7に記載の回転電機。
- 前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面と前記移動体の一主面との間に配置される請求項7に記載の回転電機。
- 前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置される磁束ガイド部材を備える請求項7乃至10のいずれかに記載の回転電機。
- 前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される請求項10に記載の回転電機。 - 前記磁束ガイド部材は、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される請求項10に記載の回転電機。
- 前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第1磁束ガイド部材と、
前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される第2磁束ガイド部材と、を有する請求項10に記載の回転電機。 - 前記第2磁束ガイド部材は、前記永久磁石と前記移動体とが対向配置された領域内の一部に配置される請求項13に記載の回転電機。
- 前記コイルの内部に挿入され、前記コイルを通過する磁束の密度を増大させる芯部材を備える請求項7乃至14のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記永久磁石からの磁束を通過させる環状の磁束ガイド部材を備え、
前記コイルは、前記磁束ガイド部材に巻回されている請求項7乃至9のいずれか1項に記載の回転電機。 - 前記第1回転軸の回転力により駆動される駆動体を備える請求項1乃至16のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記駆動体は、モータである請求項17に記載の回転電機。
- 前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造である請求項1乃至18のいずれか1項に記載の回転電機。
- 第1回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の密度に応じた誘導電流を発生するコイルと、を備え、
前記永久磁石は、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する2つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第1回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の回転速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の回転速度または移動速度よりも遅い非接触発電機。
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