JP5644798B2

JP5644798B2 - 発電機

Info

Publication number: JP5644798B2
Application number: JP2012075327A
Authority: JP
Inventors: 片山　真吾; 真吾片山
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013207941A

Description

本発明は、歳差による回転運動を利用して発電する発電機に関する。

従来、歳差により回転子が回転することによって発電する発電機が知られている。例えば特許文献１に記載された発電機では、永久磁石を備えた回転子が歳差により回転する。回転子の近傍にコイルが設けられる。回転子の回転に伴い、回転子周辺の磁場は変化する。磁場の変化に伴い、コイルに誘導電流が発生する。以上のようにして発電機は発電する。この発電機は、歳差運動を利用することによって回転子を高速回転させることができるため、大きな誘導電流をコイルに発生させることが可能となる。

特開平１１−２８５２３６号公報

磁石によって発生する磁場が発電機外に漏れ出ることを抑止するため、通常、発電機は軟磁性体等のシールド材料によって覆われる。しかしながら特許文献１に記載された発電機がシールド材料によって覆われた場合、シールド材料が磁石によって着磁する可能性がある。このような場合、磁石とシールド材料との間に吸引力が作用して回転子の回転が妨げられ、発電効率が低下するという問題点がある。

なお、上述の問題点は、磁石の代わりにコイルを回転子に設け、回転子の周りに永久磁石を固定配置することによって解決するとも考えられる。しかしながらこの場合、コイルが回転することになるので、コイルに発生した誘導電流を外部に取り出すことが容易ではないという問題点がある。

本発明の目的は、回転子を継続して良好に回転させ、且つ、コイルに発生した誘導電流を外部に容易に取り出すことが可能な発電機を提供することである。

本発明に係る発電機は、コイル、前記コイルが巻回された回転体、および、前記回転体のうち対向する両側面から前記回転体の外側に向けて一直線上に延設する棒状の軸部を備え、前記軸部を回転軸として回転する第一態様、および前記軸部の延設方向中央を通って前記軸部と直交する方向に延びる仮想軸を回転軸として回転する第二態様で回転可能な回転子と、前記回転子が前記第二態様で回転した場合に前記軸部の両端部が通過する軌道を、前記仮想軸の延びる方向の両側から挟む位置に設けられた一対の環状部材であって、前記回転子が前記第二態様で回転する場合に、前記軸部の一端側が一方の前記環状部材に接触し、前記軸部の他端側が他方の前記環状部材に接触する前記一対の環状部材を備えた軸受部と、前記環状部材に接続する整流回路と、前記軸受部と同一位置、または、前記軸受部に対して前記回転体が配置する側と反対側に設けられた永久磁石とを備えた発電機であって、前記回転子が前記第二態様で回転した場合に、前記環状部材と前記軸部との接触により前記軸部に回転駆動力が加わり、前記回転子が前記第一態様で回転し、前記軸部は、互いに絶縁した二つの導体部であって、前記コイルの一端側に接続した第一導体部、および、前記コイルの他端側に接続した第二導体部を備え、前記環状部材と、前記第一導体部および前記第二導体部は、接触部分で電気的に接続することを特徴とする。

本発明の発電機では、回転子が永久磁石の内部を回転することによって、回転子の回転体に巻回されたコイルに誘導電流が発生し、発電する。発電機では、永久磁石が回転しないため、着磁した筐体等と永久磁石との間に吸引力が作用した状態でも、回転子は継続して良好に回転する。このため発電機は、高い発電効率を維持できる。また、コイルに発生した誘導電流を、軸部を介して外部に容易に取り出すことができる。発電機は、コイルに発生した誘導電流を取り出すための配線等が不要になるので、構成を簡素化することができる。また、コイルに発生した誘導電流を、軸部および環状部材を介して整流回路に通流（出力）させることが容易に可能となる。また、発電機を小型化することが容易に可能となる。

本発明において、前記軸部における前記仮想軸方向の一方側に前記第一導体部が設けられ、他方側に前記第二導体部が設けられてもよい。これによって、コイルに発生した誘導電流を、一方の環状部材および他方の環状部材のそれぞれを伝導させることによって外部に適切に取り出すことができる。

本発明において、前記軸部における前記一端側に前記第一導体部が設けられ、前記他端側に前記第二導体部が設けられてもよい。これによって、コイルに発生した誘導電流を、一方の環状部材および他方の環状部材のそれぞれを伝導させることによって外部に適切に取り出すことができる。

本発明において、前記永久磁石を、前記回転子が配置する側と反対側から覆うシールド部材を備えてもよい。これによって発電機は、永久磁石によって発生する磁束が発電機の外部に漏れ出ることを効果的に抑止できる。

本発明において、前記永久磁石は、前記仮想軸方向に着磁してもよい。これによって発電機は、コイルを横切る磁力線の磁束密度を高めることができる。このため、発電機の発電効率を高めることが可能となる。

本発明において、前記永久磁石は、前記仮想軸方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記単位永久磁石が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有してもよい。永久磁石は同極対向構造を有しているため、周囲の磁力線の磁束密度は、単一の永久磁石が配置される場合と比較して大きくなる。このため、発電機の発電効率を更に高めることが可能となる。

本発明において、前記環状部材は前記永久磁石によって構成されてもよい。永久磁石と環状部材とを共通化することによって、永久磁石を別途設ける必要がなくなるので、発電機を小型化することが容易に可能となる。

本発明において、前記永久磁石の表面に、前記軸部との接触部分で前記軸部と導通するための導電膜が設けられてもよい。発電機は、軸部を伝導する電流を導電膜に流すことができる。これによって発電機は、軸部を伝導する電流を外部に確実に取り出すことが可能となる。

本発明において、前記軸部は非磁性体で形成されてもよい。これによって、軸部が着磁することを抑止できる。従って、軸部が着磁して永久磁石との間に吸引力が作用し、回転子の回転が妨げられることを防止できる。このため発電機は、高い発電効率を維持できる。

発電機１の斜視図である。発電機１の平面図である。図１のＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。図１のII−II線矢視方向断面図である。軸受部１０を傾けた状態における、図１のＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。発電機１が駆動する様子を示す図である。軸部２３の構成を示す図である。軸部２３の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１から図４を参照し、発電機１の構成について説明する。発電機１は、軸受部１０および回転子２０を備える。なお図１では、軸受部１０のうちシールド部材１３（図２〜図４参照）が省略されている。

回転子２０について説明する。回転子２０は、回転体２１、コイル２２、および軸部２３を備える。図１に示すように、回転体２１の形状は円柱形状である。回転体２１の軸線に沿って、軸部２３（２３Ａ、２３Ｂ）が一直線上に延びる。軸部２３の形状は棒状である。軸部２３は回転体２１を貫いている。図２に示すように、軸部２３Ａは、回転体２１の一方の側壁２１Ａの円中心から回転体２１の外側に向けて、側壁２１Ａに対して鉛直方向に延びる。軸部２３Ｂは、回転体２１の他方の側壁２１Ｂの円中心から回転体２１の外側に向けて、側壁２１Ｂに対して鉛直方向に延びる。軸部２３Ａ、２３Ｂの先端部は、軸部２３Ａ、２３Ｂの胴部よりも細い。なお、回転体２１の形状は円柱形状に限定されず、球形状であってもよいし立方体形状であってもよい。ただし、回転子２０を安定的に回転させるためには、回転体２１の形状は円柱形状や球形状であることが好ましい。

回転体２１にコイル２２（２２Ａ、２２Ｂ）が巻回される。コイル２２は、回転体２１の側壁２１Ａ、２１Ｂおよび周壁２１Ｃに沿って巻回される。コイル２２Ａ、２２Ｂは離隔している。コイル２２Ａ、２２Ｂは、側壁２１Ａ、２１Ｂのうち軸部２３の延設部分を挟んで両側に配置する。図２〜図４に示すように、回転体２１には、周回する溝部２６Ａ、２６Ｂが設けられる。コイル２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ、溝部２６Ａ、２６Ｂに沿って回転体２１に巻回される。コイル２２Ａ、２２Ｂは、一方の端部同士が電気的に接続される。コイル２２Ａ、２２Ｂは同一方向に巻回される。コイル２２Ａ、２２Ｂの他方の端部は、軸部２３に接続される。詳細は後述するが、コイル２２に誘導した電流は、軸部２３を伝導し、発電機１外に取り出される。コイル２２Ａ、２２Ｂの巻回されている部分の幅長は、それぞれ、回転体２１の直径の略１／４である。なおコイル２２は、回転体２１全体に巻回されてもよい。またコイル２２は、回転体２１の周壁２１Ｃに沿って巻回されてもよい。

図１に示すように、回転子２０は、軸部２３を回転軸として回転することが可能である。以下、軸部２３を回転軸として回転する回転態様を、「第一態様」という。第一態様で回転する場合の回転方向は、矢印１０２で示される。また回転子２０は、軸部２３の延設方向中央を通って軸部２３と直交する方向に仮想的に定義される仮想軸１０３を回転軸として回転することも可能である。以下、仮想軸１０３を回転軸として回転する回転態様を、「第二態様」という。第二態様で回転する場合の回転方向は、矢印１０４で示される。詳細は後述する。

軸受部１０について説明する。軸受部１０は、永久磁石１１（１１Ａ、１１Ｂ）、１２（１２Ａ、１２Ｂ）、およびシールド部材１３（図２〜図４参照）を備える。図１に示すように、永久磁石１１、１２の形状は環状である。永久磁石１１、１２の直径は、軸部２３の長さと略同一である。永久磁石１１、１２は、回転子２０が第二態様（回転方向：矢印１０４）で回転する場合に軸部２３の先端部が通過する軌道を、仮想軸１０３の延びる方向の両側から挟む位置に設けられる。永久磁石１１、１２は対向する。永久磁石１１、１２の仮想軸１０３方向の長さは、回転体２１の半径よりも小さい。永久磁石１１、１２間に隙間１４が設けられる。永久磁石１１、１２は、隙間１４を隔てて離隔する。隙間１４の仮想軸１０３方向の長さは、軸部２３の先端部の直径よりも大きい。回転子２０が第二態様（回転方向：矢印１０４）で回転する場合、軸部２３の先端部は、永久磁石１１、１２間の隙間１４に沿って周回移動することになる。

図１に示すように、永久磁石１１は、単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂを備える。単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂは、仮想軸１０３の方向に並んでいる。単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂは接触している。永久磁石１２と近接する側に単位永久磁石１１Ｂが配置し、永久磁石１２と近接する側と反対側に単位永久磁石１１Ａが配置する。単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂは、仮想軸１０３の方向に着磁している。図３および図４に示すように、単位永久磁石１１Ａのうち単位永久磁石１１Ｂと近接する側がＮ極に着磁し、反対側がＳ極に着磁している。単位永久磁石１１Ｂのうち単位永久磁石１１Ａと近接する側がＮ極に着磁し、反対側がＳ極に着磁している。単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂは、Ｎ極が対向配置している。以下、単位永久磁石の同極同士が対応した構造を、同極対向構造という。

図１に示すように、永久磁石１２は、単位永久磁石１２Ａ、１２Ｂを備える。単位永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、仮想軸１０３の方向に並んでいる。単位永久磁石１２Ａ、１２Ｂは接触している。永久磁石１１と近接する側に単位永久磁石１２Ａが配置し、永久磁石１１と近接する側と反対側に単位永久磁石１２Ｂが配置する。単位永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、仮想軸１０３の方向に着磁している。図３および図４に示すように、単位永久磁石１２Ａのうち単位永久磁石１２Ｂと近接する側がＮ極に着磁し、反対側がＳ極に着磁している。単位永久磁石１２Ｂのうち単位永久磁石１２Ａと近接する側がＮ極に着磁し、反対側がＳ極に着磁している。単位永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、同極対向構造を有している。

単位永久磁石１１Ｂにおける仮想軸１０３の延びる方向の側端面のうち、単位永久磁石１２Ａと近接する側端面に、導電膜１１Ｃが設けられる。単位永久磁石１２Ａにおける仮想軸１０３の延びる方向の側端面のうち、単位永久磁石１１Ｂと近接する側端面に、導電膜１２Ｃが設けられる。導電膜１１Ｃ、１２Ｃには、整流回路３０（図７参照、後述）が接続される。導電膜１１Ｃ、１２Ｃ、および整流回路３０の詳細は後述する。

図３および図４に示すように、シールド部材１３は、第一被覆部１３Ａ、第二被覆部１３Ｂ、および第三被覆部１３Ｃを備える。第一被覆部１３Ａは、永久磁石１１、１２の環状外側の面、即ち、永久磁石１１、１２のうち回転子２０が配置する側と反対側の面と、隙間１４とを覆う。第二被覆部１３Ｂは、単位永久磁石１１Ａにおける仮想軸１０３の延びる方向の側端面のうち、単位永久磁石１１Ｂと接触する側と反対側の側端面を覆う。第三被覆部１３Ｃは、単位永久磁石１２Ｂの仮想軸１０３の延びる方向の側端面のうち、単位永久磁石１２Ａと近接する側と反対側の側端面を覆う。シールド部材１３は、永久磁石１１、１２から発生する磁界が、発電機１の外部に漏えいすることを抑制する。シールド部材１３の材料として、例えば、鉄、ステンレスが挙げられる。

発電機１の発電動作について説明する。概要は次のとおりである。発電機１は、ジャイロ効果を利用して回転子２０を回転させることができる。回転子２０の回転によって、回転体２１に巻回されたコイル２２と、軸受部１０に設けられた永久磁石１１、１２との相対位置は変化する。相対位置の変化に伴い、コイル２２に作用する永久磁石１１、１２の磁束が変化する。これによってコイル２２に誘導電流が発生し、発電機１は発電する。詳細は以下のとおりである。

図１、図５、および図６を参照して説明する。はじめにユーザは、回転子２０を第一態様（回転方向：矢印１０２）で回転させる。例えばユーザは、回転子２０の周壁２１Ｃを手で繰り返し撫でることによって、回転子２０を第一態様で回転させる。また例えばユーザは、軸部２３に紐を巻き付け、この紐を引っ張ることによって、回転子２０を第一態様で回転させる。次にユーザは、軸受部１０を傾ける。図５に示すように、軸部２３の先端部は、永久磁石１１、１２に接触する。軸部２３が永久磁石１１、１２に接触することによって、軸部２３を介して回転子２０にトルクが加えられる。回転子２０は第一態様（回転方向：矢印１０２）で回転しているため、回転子２０は歳差運動を開始する。歳差運動とは、自転している物体の回転軸が、円を描くように振れる現象である。例えば図６に示すように、歳差運動によって軸部２３Ａの先端は矢印１１２の円を描くように振れ始める。

ここで図６の実線で示されるように、軸部２３Ａの先端部が単位永久磁石１１Ｂに接触し、軸部２３Ｂの先端部が単位永久磁石１２Ａに接触したとする。軸部２３Ａと単位永久磁石１１Ｂとの間、および、軸部２３Ｂと単位永久磁石１２Ａとの間に摩擦力が生じる。回転子２０は第一態様（回転方向：矢印１０２Ａ）で回転しているので、軸部２３Ａには、単位永久磁石１１Ｂとの間の摩擦力によって紙面手前方向の力が加わる。また軸部２３Ｂには、単位永久磁石１２Ａとの間の摩擦力によって紙面奥行き方向の力が加わる。回転子２０は、仮想軸１０３Ａを回転軸とした第二態様（回転方向：矢印１０４Ａ）での回転を開始する。

また、歳差運動に基づく軸部２３の回転方向は、発電機１を軸部２３Ａ側から見た場合に時計回り（矢印１１２）である。このため軸部２３には、永久磁石１１、１２との間の摩擦力によって加わる力の方向と同一方向に、歳差運動に基づく力が加えられる。回転子２０は、歳差運動に基づく力が加えられることによって、第二態様（回転方向：矢印１０４Ａ）での回転速度を加速させる。

永久磁石１１、１２との間の摩擦力が十分に大きく、且つ、第一態様での回転速度と、歳差運動によって軸部２３が回転する速度（周速）とが等しくなった場合、軸部２３は永久磁石１１、１２上を滑ることなく回転する。また、第一態様での回転速度よりも歳差運動による周速の方が大きい場合、第一態様での回転速度は、歳差運動に基づく力によって加速される。

従って、歳差運動に基づく力を回転子２０に対して適切に作用させることによって、回転子２０を高速に回転させることが可能となる。具体的には次の通りである。はじめにユーザは、回転子２０を第一態様（回転方向：矢印１０２Ａ）で低速回転させる。次にユーザは、軸受部１０を傾ける。図６に示すように、軸部２３Ａと単位永久磁石１１Ｂとが接触し、軸部２３Ｂと単位永久磁石１２Ａとが接触したとする。回転子２０は、第二態様（回転方向：矢印１０４Ａ）での回転を開始する。また、回転子２０に対してトルクが加えられることによって、回転子２０は歳差運動を開始する。歳差運動に基づく力が回転子２０に加えられることによって、回転子２０の第一態様（回転方向：矢印１０２Ａ）での回転速度は加速する。

歳差運動によって軸部２３Ａの先端が矢印１１２の円を描くように振れることによって、軸部２３Ａと単位永久磁石１１Ｂとが離隔したとする。ユーザは、軸部２３Ａと単位永久磁石１１Ｂとが離隔したタイミングで、軸受部１０を逆向きに傾ける。図６の点線で示されるように、軸部２３Ａは単位永久磁石１２Ａに接触し、軸部２３Ｂは単位永久磁石１１Ｂに接触する。この時点で、歳差運動に基づいて軸部２３に加えられる力の方向は、軸部２３Ａと単位永久磁石１１Ｂとが接触していた時点、および、軸部２３Ｂと単位永久磁石１２Ａとが接触していた時点とは逆向きになる。一方、軸部２３は第一態様（回転方向：１０２Ｂ）で回転しているため、軸部２３Ａには、単位永久磁石１２Ａとの間の摩擦力によって紙面奥行き方向の力が加わる。また軸部２３Ｂには、単位永久磁石１１Ｂとの間の摩擦力によって紙面手前方向の力が加わる。これらの方向は、歳差運動に基づいて軸部２３に加えられる力の方向と一致する。

ここで、軸受部１０を傾ける際の速度を大きくした場合、軸部２３に加わるトルクが大きくなり、歳差運動の周速も大きくなる。歳差運動（回転方向：矢印１１２）の周速が、第一態様（回転方向：矢印１０２）での回転速度を超えた場合、歳差運動に基づく力によって、第一態様での回転速度は加速する。第一態様での速度が加速した場合、歳差運動による軸部２３の振れは大きくなり、軸部２３が永久磁石１１、１２に押し付けられる力が増加する。これによって、歳差運動に基づいて軸部２３に加えられる力は更に大きくなり、第一態様での回転速度は更に加速する。なお、回転子２０の第一態様での回転、軸受部１０を傾けることによって軸部２３に加えられるトルク、および歳差運動によって回転子２０が上述のように回転する性質を、ジャイロ効果という。このように発電機１は、ジャイロ効果を利用することによって回転子２０を高速回転させることが可能となる。

回転子２０の回転に伴い、回転体２１に巻回されたコイル２２と、軸受部１０の永久磁石１１、１２との相対位置は変化する。このため、コイル２２に作用する永久磁石１１、１２の磁束は、回転子２０の回転に伴い連続的に変化する。これによってコイル２２に誘導電流が発生する。回転子２０の回転が高速化するほど、コイル２２に発生する誘導電流は大きくなる。このようにして発電機１は、ジャイロ効果による回転子２０の高速回転
によって、大きな電流をコイル２２に誘導させることが可能となる。

なお発電機１では、回転子２０の回転体２１に巻回されたコイル２２が回転し、軸受部１０の永久磁石１１、１２は回転しない。このため、固定されたコイル内で永久磁石を回転させることによってコイルに誘導電流を発生させる従来の発電機と比較して、回転子２０を良好に回転させることができる。理由は、永久磁石を回転させる従来の発電機では、永久磁石と筐体等との間に吸引力が発生することによって永久磁石の回転が妨げられ、発電効率が低下しやすいのに対し、発電機１では、永久磁石１１、１２は回転しないので、回転子２０の回転は妨げられないためである。このため、回転子２０は継続して良好に回転することになるので、発電機１は高い発電効率を維持できる。

また発電機１は、固定されたコイル内で永久磁石を回転させる従来の発電機と比較して、コイル２２と永久磁石１１、１２間の間隔を小さくすることができるので、回転子２０の回転に伴いコイル２２に発生する誘導電流は更に大きくなる。従って、発電機１の発電効率を高めることができる。

また単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂは、仮想軸１０３（図１参照）の延びる方向（図１の上下方向）に着磁している。この場合、永久磁石１１、１２に基づいて発生する磁力線の磁束密度は、永久磁石１１、１２の環状内側で高くなる。このため、永久磁石１１、１２の環状内側に配置するコイル２２を横切る磁力線の磁束密度は高くなる。従って、回転子２０の回転に伴いコイル２２に発生する誘導電流は大きくなるので、発電機１の発電効率は向上する。

さらに、単位永久磁石１１Ａ、１１Ｂは同極対向構造を有しているため、周辺の磁束密度は、同極対向構造を有しない場合と比較して高くなる。永久磁石１２についても同様である。このため、コイル２２と永久磁石１１、１２との相対位置が変化した場合、より大きな電流がコイル２２に誘起する。このため、発電機１の発電効率は更に向上する。

加えて発電機１では、軸部２３Ａ、２３Ｂの先端が接触する環状部材自体が永久磁石１１、１２で構成される。このため、コイル２２と永久磁石１１、１２との間の距離を極力小さくすることができるので、発電機１の発電効率は更に向上する。加えて、環状部材と永久磁石１１、１２とを別体の部材として設ける場合と比較して、発電機１を小型化することが容易に可能となる。

軸部２３について、図７を参照して詳細に説明する。なお図７では、回転子２０のうち回転体２１が省略され、コイル２２が模式的に示されている。軸部２３は、第一導体部２３１、第二導体部２３２、および絶縁部２３３を備える。第一導体部２３１は、軸部２３を軸線方向に沿って仮想軸１０３（図１参照）の方向に二分した場合の一方側の部分に相当する。第二導体部２３２は、軸部２３を軸線方向に沿って仮想軸１０３の方向に二分した場合の他方側の部分に相当する。絶縁部２３３は、第一導体部２３１および第二導体部２３２の間に挟まれる。絶縁部２３３の形状は板状である。第一導体部２３１および第二導体部２３２は、絶縁部２３３によって絶縁される。

コイル２２Ａの両端部のうちコイル２２Ｂと接続する側と反対側の端部２２１は、第一導体部２３１に接続する。コイル２２Ｂの両端部のうちコイル２２Ａと接続する側と反対側の端部２２２は、第二導体部２３２に接続する。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち一方の極性の電荷は、端部２２１を伝って第一導体部２３１に流れ込む。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち他方の極性の電荷は、端部２２２を伝って第二導体部２３２に流れ込む。

回転子２０（図１等参照）がジャイロ効果によって回転し、図７中実線で示すように、単位永久磁石１１Ｂに設けられた導電膜１１Ｃに第一導体部２３１が接触したとする。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち一方の極性の電荷は、第一導体部２３１を伝導し、導電膜１１Ｃに流れ込む。一方、単位永久磁石１２Ａに設けられた導電膜１２Ｃに第二導体部２３２が接触する。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち他方の極性の電荷は、第二導体部２３２を伝導し、導電膜１２Ｃに流れ込む。導電膜１１Ｃ、１２Ｃに電荷が流れこむことで通流する（できる）誘導電流は、導電膜１１Ｃ、１２Ｃに接続された整流回路３０によって整流され、図示外の蓄電部（コンデンサなど）に蓄電される。

以上のように発電機１では、回転子２０のコイル２２に発生した誘導電流を、軸部２３および導体膜１１Ｃ、１２Ｃを介して回転子２０の外部に通流（出力）させる。このため、コイル２２を回転させることによって発電する場合でも、コイル２２に発生した誘導電流を容易に外部に取り出すことが可能となる。また、軸部２３および導電膜１１Ｃ、１２Ｃに誘導電流を通流させるため、誘導電流を取り出すための配線等が不要になる。このため、発電機１の構成を簡素化することができるので、発電機１の小型化が可能となる。

加えて軸部２３は、非磁性体で形成される。このため、永久磁石１１、１２の磁力によって軸部２３が着磁されることが抑止される。従って、軸部２３が着磁して永久磁石１１、１２との間に吸引力が作用し、回転子２０の回転が妨げられることを防止できる。このため発電機１は、高い発電効率を維持できる。

本発明は上述の実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上述の実施形態では、シールド部材１３は永久磁石１１、１２の周囲を覆うように設けられていた。これに対してシールド部材１３は、回転子２０全体を覆うように設けられてもよい。これによって、永久磁石１１、１２に基づく磁束が発電機１外に漏れ出ることを更に効果的に抑制することができる。

永久磁石１１、１２の着磁方向は、仮想軸１０３の方向に限定されない。例えば永久磁石１１、１２は、環状中心から外側に放射状に延びる方向に着磁していてもよい。永久磁石１１、１２は、３以上の単位永久磁石を備えていてもよい。永久磁石１１、１２の仮想軸１０３の方向の長さは、回転子２０の仮想軸１０３の方向の長さより長くてもよい。永久磁石１１、１２は同極対向構造を有していなくてもよい。永久磁石１１、１２を単一の永久磁石で構成することによって、発電機１を更に小型化することが可能となる。

永久磁石１１、１２とは別に、環状部材が設けられていてもよい。この場合、環状部材は導体で構成され、環状部材に整流回路３０が接続されてもよい。またこの場合、永久磁石１１、１２は、環状部材と同一位置か、または、環状部材に対して回転子２０が設けられている側と反対側に設けられていればよい。軸部２３との接触部分に、軸部２３との接触時における摩擦力が大きくなる膜材料を設けてもよい。

上述の実施形態において、軸部２３は、第一導体部２３１、第二導体部２３２、および絶縁部２３３を備えていた。軸部２３は別の構成であってもよい。例えば軸部２３は、図８のように構成されていてもよい。以下、詳説する。

図８を参照し、軸部２３の別の構成について説明する。軸部２３は、第一導体部２３６、第二導体部２３７、および絶縁部２３８を備える。第一導体部２３６は、軸部２３を軸線方向略中央で二分した場合の、軸部２３Ａ側の部分に相当する。第二導体部２３７は、軸部２３を軸線方向略中央で二分した場合の、軸部２３Ｂ側の部分に相当する。第一導体部２３６および第二導体部２３７の軸線方向の長さは、軸部２３の軸線方向の長さの略半分である。絶縁部２３８は、第一導体部２３６および第二導体部２３７の間に挟まれる。絶縁部２３８の形状は、円形板状である。第一導体部２３６および第二導体部２３７は、絶縁部２３８によって絶縁される。

コイル２２Ａの両端部のうちコイル２２Ｂと接続する側と反対側の端部２２１は、第一導体部２３６に接続する。コイル２２Ｂの両端部のうちコイル２２Ａと接続する側と反対側の端部２２２は、第二導体部２３７に接続する。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち一方の極性の電荷は、端部２２１を伝って第一導体部２３６に流れ込む。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち他方の極性の電荷は、端部２２２を伝って第二導体部２３７に流れ込む。

回転子２０（図１等参照）がジャイロ効果によって回転し、図８中実線で示すように、単位永久磁石１１Ｂに設けられた導電膜１１Ｃに第一導体部２３６が接触したとする。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち一方の極性の電荷は、第一導体部２３６を伝導し、導電膜１１Ｃに流れ込む。一方、単位永久磁石１２Ａに設けられた導電膜１２Ｃに第二導体部２３７が接触する。コイル２２に発生した誘導電流に基づく電荷のうち他方の極性の電荷は、第二導体部２３７を伝導し、導電膜１２Ｃに流れ込む。導電膜１１Ｃ、１２Ｃに流れ込んだ誘導電流は、導電膜１１Ｃ、１２Ｃに接続された整流回路３０によって整流される。

以上のように発電機１は、第一導体部２３６、第二導体部２３７、および絶縁部２３８を軸部２３に設けることによって、第一導体部２３１、第二導体部２３２、および絶縁部２３８が軸部２３に設けられる場合と同様の効果を奏することができる。同時に、軸部２３の製造を容易化することができる。

１発電機
１０軸受部
１１、１２永久磁石
１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ単位永久磁石
１１Ｃ、１２Ｃ導電膜
１３シールド部材
２０回転子
２１回転体
２２、２２Ａ、２２Ｂコイル
２３、２３Ａ、２３Ｂ軸部
３０整流回路
２３１、２３６第一導体部
２３２、２３７第二導体部
２３３、２３８絶縁部

Claims

コイル、前記コイルが巻回された回転体、および、前記回転体のうち対向する両側面から前記回転体の外側に向けて一直線上に延設する棒状の軸部を備え、前記軸部を回転軸として回転する第一態様、および前記軸部の延設方向中央を通って前記軸部と直交する方向に延びる仮想軸を回転軸として回転する第二態様で回転可能な回転子と、
前記回転子が前記第二態様で回転した場合に前記軸部の両端部が通過する軌道を、前記仮想軸の延びる方向の両側から挟む位置に設けられた一対の環状部材であって、前記回転子が前記第二態様で回転する場合に、前記軸部の一端側が一方の前記環状部材に接触し、前記軸部の他端側が他方の前記環状部材に接触する前記一対の環状部材を備えた軸受部と、
前記環状部材に接続する整流回路と、
前記軸受部と同一位置、または、前記軸受部に対して前記回転体が配置する側と反対側に設けられた永久磁石と
を備えた発電機であって、
前記回転子が前記第二態様で回転した場合に、前記環状部材と前記軸部との接触により前記軸部に回転駆動力が加わり、前記回転子が前記第一態様で回転し、
前記軸部は、互いに絶縁した二つの導体部であって、前記コイルの一端側に接続した第一導体部、および、前記コイルの他端側に接続した第二導体部を備え、
前記環状部材と、前記第一導体部および前記第二導体部は、接触部分で電気的に接続することを特徴とする発電機。
前記軸部における前記仮想軸方向の一方側に前記第一導体部が設けられ、他方側に前記第二導体部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
前記軸部における前記一端側に前記第一導体部が設けられ、前記他端側に前記第二導体部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
前記永久磁石を、前記回転子が配置する側と反対側から覆うシールド部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発電機。
前記永久磁石は、前記仮想軸方向に着磁していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発電機。
前記永久磁石は、
前記仮想軸方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記単位永久磁石が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有したことを特徴とする請求項５に記載の発電機。
前記環状部材は前記永久磁石によって構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発電機。
前記永久磁石の表面に、前記軸部との接触部分で前記軸部と導通するための導電膜が設けられ、
前記整流回路は、前記導電膜に接続することを特徴とする請求項７に記載の発電機。
前記軸部は非磁性体で形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の発電機。