JP5950378B1

JP5950378B1 - 永久磁石回転機構およびこの永久磁石回転機構を備えた永久磁石発電装置

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Publication number: JP5950378B1
Application number: JP2015562613A
Authority: JP
Inventors: 芳長中井
Original assignee: NISSO CO., LTD.
Current assignee: NISSO CO., LTD.
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: WO2016059818A1; JPWO2016059818A1

Abstract

発電用などの永久磁石回転機構において、回転出力の安定化とともに、製作・調整の容易化を図る。中央磁石筒５ａと、その周りに配設された複数の外側磁石筒７ａ〜９ａとが磁気的結合により連動回転し、中央磁石筒５ａの回転力で発電機を駆動する永久磁石回転機構において、中央磁石筒５ａはＮ極またはＳ極の同一磁極に設定された第１の外周面を備え、外側磁石筒７ａ〜９ａはそれぞれ第１の外周面と同じ磁極の同一磁極に設定された第２の外周面を備えた。

Description

本発明は、それぞれ外周面が同一磁極に設定された複数の永久磁石部の間に作用する磁気結合力に基づいて当該永久磁石部を回転させるようにした永久磁石回転機構、およびこの永久磁石回転機構を用いたクリーンエネルギー発生源としての永久磁石発電装置に関する。

本発明の永久磁石回転機構は、構造が簡単で、その回転を動力として小型の発電機などに応用が可能であり、送電トラブルなどの送電停止時における発電や、送電が困難な山奥や離島などでの発電などにおいて用いることができる。

なお、本発明の永久磁石回転機構は、発電機駆動用途に限定されるものではなく、公園や遊園地で使用される遊具，扇風機などの電気機器，自転車などの乗物やその他の輸送手段，ミキサーや液送ポンプなどの産業機械器具，その他の各種回転駆動対象物に適用可能である。ただ、以下の記載では、説明の便宜上、クリーンエネルギー発生源として作用する「発電機」への適用を前提とする。

また、図１の左斜め下側や図２〜図６の手前側を「前」、それと反対の側を「後」とそれぞれ記し、図１の左斜め上側や図２〜図６の左側を「左」、それと反対の側を「右」とそれぞれ記す。

従来、一般家庭用の電力原として使用される小型の発電機（３ＫＷ〜５ＫＷ）としては、ガソリンや軽油などを燃料とするレシプロエンジンやガスタービンエンジンを動力として用いたものが利用されている。

また、このような小型の発電機に適する永久磁石を利用した動力発生機構として、回転可能なかたちで設けられ、外周に沿って複数の磁極を備えた中央円板と、当該中央円板の周囲に回転可能なかたちで複数設けられ、同様に外周に沿って複数の磁極を備えた外側円板と、を有するものが提案されている（下記特許文献１参照）。

特開平９−４７０５０号公報

このように、従来のレシプロエンジンやガスタービンエンジンを動力として用いた発電機では、使用する電力量に応じた燃料の貯蔵が必要であった。

また、従来の発電機用の永久磁石を利用した動力発生機構では、各磁石ユニット（円板）について、その外周にＮ極／Ｓ極が交互に設けているので、所定の形状で作成・着磁した永久磁石をＮ極／Ｓ極を反転させた最低２種以上の複数種類用意する必要がある、という問題点があった。

また、外周に異なる磁極を交互に配置した磁石ユニットは、周方向に磁力線の大きな変化があるため、必ず回転の脈動（コギング）が発生し、当該脈動による角速度の変化は、軸受や伝動ベルトなどでエネルギーの損失となって回転が止まりやすい、という問題点があった。

また、各磁石ユニット同士の回転位相を正確に同期させる歯車や歯付ベルトなどの機械的な構成や、製造時にその回転位相を合わせて調整する手間が必要であった。

そこで、本発明では、レシプロエンジンやガスタービンエンジンなどの複雑な構造の動力源を使用せず、またその燃料を不要とすることで、ローコスト化を図ることを目的とする。

また、各磁石ユニット（磁石筒）の外周をＮ極またはＳ極いずれか一方の同一磁極を備えた周方向の磁力線が略均一な磁石ユニットとすることで、当該磁石ユニットが回転するときの脈動（コギング）を低減して、回転出力の安定化を図ることを目的とする。

また、各磁石ユニットに使用する永久磁石それぞれの磁極の設定方向を共通化して製作・調整の容易化を図ることを目的とする。

また、各磁石ユニット同士の回転位相を正確に同期させることを不要として、製作・調整の容易化を図ることを目的とする。

本発明は、以上の課題を次のようにして解決する。
（１）初期駆動対象の第１の永久磁石部（例えば後述の中央磁石筒５ａ，５ｃ，５ｄ，外側磁石筒２６ａ〜２９ａ）と、初期駆動対象外の第２の永久磁石部（例えば後述の中央磁石筒２５ａ，外側磁石筒７ａ〜９ａ，７ｃ〜９ｃ，７ｄ〜９ｄ）とが磁気的結合により逆方向に連動回転する永久磁石回転機構において、
前記第１の永久磁石部は、
第１の回転中心軸（例えば後述の中央軸５，外側軸２６〜２９）と、
Ｎ極またはＳ極の同一磁極に設定された第１の外周面と、を備え、
前記第２の永久磁石部はそれぞれ、
前記第１の回転中心軸と平行な第２の回転中心軸（例えば後述の外側軸７〜９，中央軸２５）と、
前記同一磁極に設定された第２の外周面と、を備えている、
構成態様のものを用いる。
（２）上記（１）において、
一つの前記第１の永久磁石部（例えば後述の中央磁石筒５ａ，５ｃ，５ｄ）の周囲に、複数の前記第２の永久磁石部（例えば外側磁石筒７ａ〜９ａ，７ｃ〜９ｃ，７ｄ〜９ｄ）を配設した、
構成態様のものを用いる。
（３）上記（２）において、
複数の前記第２の永久磁石部は、
互いに連結されて同期回転する、
構成態様のものを用いる。
（４）上記（１）において、
一つの前記第２の永久磁石部（例えば後述の中央磁石筒２５ａ）の周囲に、複数の前記第１の永久磁石部（例えば外側磁石筒２６ａ〜２９ａ）を配設した、
構成態様のものを用いる。
（５）上記（４）において、
複数の前記第１の永久磁石部は、
互いに連結されて同期回転する、
構成態様のものを用いる。
（６）上記（１）〜（５）において、
前記第１の永久磁石部および前記第２の永久磁石部は、
それぞれ円筒状部（例えば後述の中央磁石筒５ａ，２５ａ，外側磁石筒７ａ〜９ａ，２６ａ〜２９ａ）である、
構成態様のものを用いる。
（７）上記（１）〜（５）において、
前記第１の外周面および前記第２の外周面は、
それぞれの周方向に、複数の平板状永久磁石が同じ傾き角度で並置された周面（例えば後述の中央磁石筒５ｃ，外側磁石筒７ｃ〜９ｃの周面）である、
構成態様のものを用いる。
（８）上記（１）〜（５）において、
前記第１の永久磁石部および前記第２の永久磁石部は、
それぞれの外周面が、同じ傾き角度の周方向斜面（例えば後述の周方向斜面５ｆ）と、当該周方向斜面の外端側から筒中心部にいたる方向の垂直面（例えば後述の垂直面５ｇ）とを交互に有する筒状部（例えば後述の中央磁石筒５ｄ，外側磁石筒７ｄ〜９ｄ）であって、
前記周方向斜面の外端を通る外周円の接線方向に、前記垂直面に続く鉤状部（例えば後述の鉤状部５ｈ）が当該外端から突出し、
前記鉤状部の外周側面は、前記外周円に沿った円弧面である、
構成態様のものを用いる。

また、永久磁石発電装置として、
上記（１）〜（８）のいずれかに記載の永久磁石回転機構と、
前記永久磁石回転機構の回転力で駆動される発電機と、を備えた、
構成態様のものを用いる。

このような構成からなる永久磁石回転機構、および当該永久磁石回転機構を備えたクリーンエネルギー発生源としての永久磁石発電装置を本発明の対象としている。

本発明は以上の課題解決手段により、
(11)脈動（コギング）によるロスを低減できる、
(12)永久磁石の形状や磁極の方向を単一化して製作・調整の手間を減らすことができる、
(13)回転位相調整などの製作・調整の手間を減らすことができる、
などの効果を奏している。

永久磁石発電装置の全体構成を示す説明図である。図１の永久磁石発電装置の要部である永久磁石回転機構などの正面を示す説明図である。図１の永久磁石発電装置の電気系統の構成を示すブロック図である。磁石筒のバリエーションを示す説明図である。磁石筒のバリエーションを示す説明図である。永久磁石回転機構のバリエーションを示す説明図である。

図１〜図６を用いて本発明を実施するための形態を説明する。

これらの図においてアルファベット付き参照番号が示す構成要素（例えばスリット部３ａ）は原則として、アルファベットなしの参照番号の構成要素（例えば前側軸固定板３）の一部であることを示す。

図１〜図６において、
１は、永久磁石発電装置，
２は、筐体フレーム，
３は、筐体フレーム１の上部空間の左右方向に起立する態様で設けられた前側軸固定板，
３ａは、前側軸固定板３の上端および左右端から中央に向けてそれぞれ切り込まれたスリットと、当該スリットを挟んでその近傍に略同一長かつ平行な態様で設けられた２つ長穴とからなる三箇所のスリット部，
４は、筐体フレーム１の上部空間の左右方向に起立する態様で、前側軸固定板３と平行に設けられた後側軸固定板，
４ａは、後側軸固定板４に、スリット部３ａと同様の態様で設けられた三箇所のスリット部，
５は、初期駆動時に後述のモータ１５で駆動され、起動時に永久磁石回転機構の出力軸となって後述の発電機１７を駆動する中央軸，
５ａは、中央軸５の軸方向略中央に固定され、外周部に筒状に組み合わされた永久磁石を備え、外周面をＮ極に設定した中央磁石筒，
５ｂは、中央軸５の前端部に固定され中央軸プーリ，
５ｃは、中央軸５の軸方向略中央に固定され、外周面側がＮ極となるように外周部に等間隔で筒状に並べられた複数の永久磁石片を備える中央磁石筒（図４のみ），
５ｄは、中央軸５の軸方向略中央に固定され、外周部が鋸歯状に形成され、外周面側をＮ極に設定した中央磁石筒（図５のみ），
５ｅは、八箇所の鋸歯状凸部（図５のみ），
５ｆは、中央磁石筒５ｄの外周面に、同じ傾き角度で設けられた周方向傾面（図５のみ），
５ｇは、周方向傾面５ｅの外端側から中央磁石筒５ｄの中心にいたる方向で設けられた垂直面（図５のみ），
５ｈは、垂直面５ｆの外端側の一部が突出する態様で設けられた鉤状部（図５のみ），
５ｊは、中央磁石筒５ｄの外周部に設けられた八か所のくぼみ部（図５のみ），
６は、中央軸プーリ５ｂと後述のモータプーリ１５ａとの間に掛け渡され、起動時に中央軸５を駆動するための中央軸駆動ベルト，
７〜９は、中央軸５の周りに配設された三本の外側軸，
７ａ〜９ａは、外側軸７〜９の軸方向略中央に固定され、外周部に筒状に組み合わされた永久磁石を備え、外周面をＮ極に設定した外側磁石筒，
７ｂ〜９ｂは、外側軸７〜９の後端部にそれぞれ設けられた外側軸連動プーリ，
７ｃ〜９ｃは、外側軸７〜９の軸方向略中央に固定され、外周面側がＮ極となるように外周部に等間隔で筒状に並べられた複数の永久磁石片を備える外側磁石筒（図４のみ），
７ｄ〜９ｄは、外側軸７〜９の軸方向略中央に固定され、外周部に八箇所の鋸歯状凸部を有し、外周面側をＮ極に設定した外側磁石筒（図５のみ），
１０〜１２は、外側軸連動プーリ〜同士の間のそれぞれに掛け渡されて、外側軸７〜９を連動するための外側軸連動ベルト，
１３は、前側軸固定板３および後側軸固定板４にそれぞれ固定され、中央軸５の前後両端を支持し、当該中央軸の右回転（時計回り回転）のみを許容するワンウェイクラッチを備えた一対の固定軸受，
１４は、前側軸固定板３および後側軸固定板４にそれぞれ固定され、外側軸７〜９の左回転（反時計回り回転）のみを許容するワンウェイクラッチを備え、当該外側軸の前後両端を支持する三対の可動軸受，
１５は、前側軸固定板３に固定された減速ギヤボックス付きのモータ，
１５ａは、モータ１５の出力軸に固定され、当該出力軸の右回転のみを受けるためのワンウェイクラッチと、中央軸駆動ベルト６用の案内部と、後述の発電機駆動補助ベルト１９用の案内部とを備えたモータプーリ，
１６は、モータ１５の回転を制御するモータ制御回路，
１７は、永久磁石回転機構の回転出力を電気に変換する発電機，
１７ａは、発電機１７の入力軸に固定された、発電機プーリ，
１８は、中央軸プーリ５ｂと発電機プーリ１７ａとの間に掛け渡されて、運転状態の時に発電機の入力軸を駆動するための発電機駆動ベルト，
１９は、モータプーリ１５ａと発電機プーリ１７ａとの間に掛け渡されて、起動時に発電機の入力軸を駆動するための発電機駆動補助ベルト，
２０は、発電制御回路，
２０ａは、発電機１７からの電力を安定化し、後述のバッテリ２１への充電を制御する充電制御部，
２０ｂは、後述のバッテリ２１からの電力の取り出しを制御する放電制御部，
２０ｃは、ブレーキ信号の入力に応じて発電機１７の出力をショートすることで、発電機の回転を抑制するブレーキ制御部，
２１は、充電可能なバッテリ，
２２は、バッテリ出力をＡＣ１００Ｖに変換する交流変換回路，
２２ａは、ＤＣ−ＡＣインバータ，
２２ｂは、電気を利用する外部機器を取付けるためのＡＣソケット，
２３は、起動・停止の手順を実行する運転制御回路，
２３ａは、起動時に一定時間モータ１５を駆動状態に設定する起動タイマ部（モータ用），
２３ｂは、停止時に一定時間ブレーキ信号をブレーキ制御部２０ｃに出力する停止タイマ部（ブレーキ用），
２４は、利用者が運転・停止を指示するための操作部，
２４ａは、運転状態と停止状態とを選択する作動スイッチ，
２４ｂは、作動スイッチ２４ａの選択状態を示す作動表示ランプ，
Ｄ１は、中央磁石筒５ａと外側磁石筒７ａ〜９ａとの隙間，
Ｄ２は、中央磁石筒５ｃの磁石片と外側磁石筒７ｃ〜９ｃの磁石片との最小隙間
をそれぞれ示している。

中央軸５，外側軸７〜９および外側軸連動ベルト１０〜１２によって永久磁石回転機構を構成している。

以上の発電機構の各構成要素は金属製（例えばアルミニウム，鉄，チタンなど），合成樹脂製のものである。

また、中央磁石筒５ａ，５ｃ，５ｄ，外側磁石筒７ａ〜９ａ，７ｃ〜９ｃ，７ｄ〜９ｄに用いられる永久磁石の材質は既存のものを用いる。例えば信越化学工業株式会社製のレア・アースマグネットである信越ネオジウム磁石Ｎシリーズや信越サマリウム磁石Ｒシリーズなどである。

中央磁石筒５ａおよび外側磁石筒７ａ〜９ａは、曲板状の永久磁石を四個組み合わせて接着して筒状とし、その筒状両端に中央軸５，外側軸７〜９への取付け用のカバーキャップを接着・ねじ止めしたものである。当該カバーキャップは筒状となった磁石の内外の磁極を短絡しないように非磁性のステンレス製（オーステナイト系）またはアルミニウム製のものである。

前記のように永久磁石を四個組み合わせて接着し円筒形状にしているのは、磁石素材の表裏を異なる磁極とすることで、各磁極からの磁力線が最大限広がる態様となって、強く安定した着磁が容易になるためである。その反面、反発力に抗して着磁した磁石を筒状に固定する必要がある。強く安定した着磁が可能であれば、磁石素材をあらかじめ円筒形状に形成し、この形状のまま外周と内周とを異なる磁極に着磁するための着磁治具を利用すれば、反発力に抗して四個の磁石を筒状に固定する必要はない。

モータ１５およびこれを制御するモータ制御回路１６は、オリエンタルモーター株式会社製のギヤヘッド付きブラシレスモータユニットＢＬＶ６４０Ｋ２００Ｓ−３を採用している。
モータ制御回路１６は、回転・停止などの制御信号の入力に従ってモータ１５の回転を制御する。

発電機１７は、発電状態の安定化のために、脈動（コギング）トルクの少ないコアレス構造のものを選択し、軽量化も重視して、風力発電に使用される株式会社スカイ電子製のＳＫＹ−ＨＲ２００を採用している。

発電制御回路２０は、風力発電の制御に用いられるエフテック株式会社製のＦ０３４５−２４（適合バッテリ電圧２４Ｖ用）を採用している。

発電制御回路２０は、下記の機能を有している。
(21)発電機１７の出力を安定化してバッテリ２１に充電する。
(22)バッテリ２１の過充電や過放電を防止する。
(23)ブレーキ制御部２０ｃは、本来、風力発電し使用されるとき、強風時やバッテリの機能が失われた時に発電機の出力を短絡して発電機（風車）の過回転を防止するものである。本件の実施例では、永久磁石回転機構を止めるときこの出力短絡機能を用いている。

バッテリ２１は、イーグルピッチャーテクノロジーズ社製の電圧１２Ｖのディープサイクル鉛蓄電池ＣＦ−１２Ｖ３８ＤＣを採用し、これを二つ直列に接続したものをさらに二組並列接続して、使用電圧を２４Ｖとしている。

バッテリ２１は、起動時にモータ１５を回転させるため、あらかじめ充電されている必要がある。なお、未使用の鉛蓄電池は使用開始時に十分に充電状態となるので、初めての起動時のための充電作業は一般的に不要である。

バッテリ２１にモータ１５を回転させるための十分な電力が保持されていないときは、バッテリ２１を別途用意した充電器で充電してから永久磁石回転機構を起動するほかに、モータ１５を外部電源で駆動して起動する方法や、中央軸５・発電機１７を外部動力（例えば電動工具や手動治具）で回転させて起動する方法を用いるようにしてもよい。

外側軸連動ベルト１０〜１２は、伸張しやすい丸ベルトを使用している。
これは、外側軸７〜９は、厳密な回転位相の連動が不要で、多少のスリップがあっても問題ないこと、外側軸７〜９はスリット部３ａ，４ａに固定されるため軸間距離に誤差が大きいこと、また、中央軸５があるために、これを囲むかたちで設けられた外側軸７〜９同士の軸間距離を短くすることが困難で、丸ベルトであれば当該軸間を固定したままベルト自体の弾性に抗して伸ばして外側軸連動プーリ７ｂ〜９ｂに設定できること、などのためである。

なお、外側軸７〜９は、モータ１５や発電機１７に接続されていないので、運転状態の中央軸５による作用がない状態では自由に左回転できる。

発電機駆動ベルト１８は、中央軸５と発電機１７との軸間が固定であることや負荷が大きいことから、同サイズのＶベルトを２つ並べて掛け渡した二重ベルトを採用している。

中央軸駆動ベルト６および発電機駆動補助ベルト１９は、スリップロスをなくすため、歯付ベルトを使用している。組み付けるときには、固定しているボルトを緩めてモータ１５を移動し、モータプーリ１５ａを中央軸プーリ５ｂと発電機プーリ１７ａの間に近づけて軸間距離を小さくしてから、中央軸駆動ベルト６および発電機駆動補助ベルト１９を取り付ける。

交流変換回路２２は、自動車のバッテリ出力を変換して交流１００Ｖを電源とする電気機器を利用するために用いられる市販のＤＣ−ＡＣインバータを使用している。

図示の実施形態における永久磁石回転機構およびこれを用いた永久磁石発電装置の基本的特徴は、
(31)中央磁石筒およびこれを囲む複数の外側磁石筒それぞれ（各回転筒）の外周面磁極がＮ極またはＳ極の単一磁極である、
ことである。

上記(31)の基本的特徴により、
脈動（コギング）が生じにくく安定化を図れ、また、製作・調整が容易なのでコストダウン化が図れる。

図１は外側のカバー（図示せず）を外した状態の永久磁石発電装置の全体を示している。通常の使用時においては、感電事故や動作する機械部品への巻き込み事故などを防止するために、天面および周囲の各面に板状のカバーを取り付けて、中の機構に触れることができないようにする。

筐体フレーム２の上部側には永久磁石回転機構（中央軸５，外側軸７〜９，モータ１５，発電機１７など）が設けられ、下部側にはモータ１５や発電機１７の各種制御機構（２０，２２〜２４）とバッテリ２１が設けられている。

中央軸５，外側軸７〜９は相互に平行となるように固定されている。中央軸５の中央磁石筒５ａと各外側軸の外側磁石筒７ａ〜９ａとの隙間Ｄ１は５ｍｍ〜２０ｍｍとなるように設定さている。

中央軸５，外側軸７〜９には相互に強い反発力が働くため、接近させた状態を保持しながらこれらを前側軸固定板３，後側軸固定板４に固定するのは困難である。そのため、固定はスリット部３ａ，４ａを用いて以下のとおりにおこなう。
(41)中央軸５を前側軸固定板３、後側軸固定板４に固定軸受１３を介して固定する。
(42)外側軸７〜９を前側軸固定板３、後側軸固定板４のスリット部３ａ，４ａに可動軸受１４を介して仮固定する。
(43)中央軸５に外側軸７〜９を近づけて、隙間Ｄ１が所定の距離になったら、各可動軸受１４を固定する。

作動表示ランプ２４ｂには消費電力の少ないＬＥＤが採用されており、作動スイッチ２４ａの「入」状態に連動して点灯する。

停止状態から運転状態にして発電を開始するために、作動スイッチ２４ａを「入」にすると、起動タイマ部２３ａが作動し、以下の動作を順次実行する。
(51)モータ制御回路１６に電源を供給する。
(52)モータ制御回路１６にモータの回転開始を指示する。これによりモータ１５の軸が右回転し、モータプーリ１５ａのワンウェイクラッチが接続状態となって、中央軸５および発電機１７も同時に右回転する。回転する中央軸に設けられた中央磁石筒の外周表面からの磁力線は対向する外側磁筒の外周表面を同じ接線方向に誘導するため、各外側軸は、中央軸の回転方向とは逆に左回転する。
(53)一定時間（約５〜１０秒）後、モータ制御回路１６にモータ１５の回転停止を指示する。このときモータプーリ１５ａのワンウェイクラッチが切断され、モータプーリ１５ａは回転したまま、モータ１５の出力軸のみが回転を停止する。中央軸５は外側軸７〜９と協働して回転を継続し、発電機１７を回転させる（運転状態）。
(54)モータ制御回路１６への電源を遮断する。
なお、モータ制御回路１６への電源を遮断するのは、無駄な電力を消費させないためである。

発電を停止するために、作動スイッチ２４ａを「切」にすると、停止タイマ部２３ｂが作動し、以下の動作を順次実行する。
(61)ブレーキ信号をＯＮにする。このとき発電機１７がブレーキをかけるかたちで、中央軸５と発電機１７の回転が停止する。それと同時に各外側軸７〜９も回転を停止する（停止状態）。
(62)一定時間（約１〜２秒）後、ブレーキ信号をＯＦＦにする。

通常、燃料などを消費しないので停止する必要はないが、搬送時のベアリング類の保護や、バッテリやベルトの交換などのメンテナンス作業・点検作業などの安全性確保のために停止させる機能を設けている。

図４（ｂ）は、外周が永久磁石で連続した態様の中央磁石筒５ａや外側磁石筒７ａ〜９ａに代えて、複数の平板状永久磁石片を外周面の周方向に同じ角度で等間隔に並べて固定した、中央磁石筒５ｃや外側磁石筒７ｃ〜９ｃを用いたバリエーション例を示している。

この各永久磁石片は、磁石筒の外周側となる面がＮ極に、中心軸側となる面がＳ極になるように着磁され、磁石筒の外周側に寄せて配置して磁力を有効に利用するために、外周面側の端部は磁石筒の外周面に合わせて斜めに形成されている。

これらの永久磁石片を、接着剤やねじ止めによって鋸歯外周形状の円筒基部に八個固定して一つの磁石筒としている。

磁石筒の隙間に相当する、中央磁石筒５ｃの磁石片と外側磁石筒７ｃ〜９ｃの磁石片との最小隙間Ｄ２は３ｍｍ〜５ｍｍである。

図５（ａ）は、外周が永久磁石で連続した態様の中央磁石筒５ａや外側磁石筒７ａ〜９ａに代えて、外周部に八箇所の鋸歯状凸部が形成された、中央磁石筒５ｄや外側磁石筒７ｄ〜９ｄを用いたバリエーション例を示している。

図５（ｂ）は、中央磁石筒５ｄの詳細を示している。中央磁石筒５ｄは、円筒形の磁石素材から八箇所のくぼみ部５ｊを除去して鋸歯状凸部５ｅを形成し、外周をＮ極に、内周をＳ極に着磁して、製作される。

鋸歯状凸部５ｅの先端には鉤状部５ｈが設けられている。この鉤状部５ｈの外周側面は、中央磁石筒５ａの中心軸から等距離の円弧面になっている。

なお、外側磁石筒７ｄ〜９ｄについても中央磁石筒５ｄと同様に製作される。

磁石筒の隙間に相当する、中央磁石筒５ｄと外側磁石筒７ｄ〜９ｄとの最小隙間Ｄ３は３ｍｍ〜５ｍｍである。

図６は、外側軸を初期駆動対象とした永久磁石回転機構を示している。

図６に示す永久磁石回転機構と図２〜図３に示す永久磁石回転機構との違いは、
(71)初期駆動対象の永久磁石部の軸を、中央軸ではなく、外側軸としたこと、
(72)外側軸を三軸から四軸に増やしたこと、
(73)発電機の入力軸を、外側軸の一つ（外側軸２９）と継手などで軸方向に直結したこと、
などである。

新たに用いられる符号は、図６において、
１５ｂは、モータ１５の出力軸に固定され、当該出力軸の左回転のみを受けるためのワンウェイクラッチと、後述の外側軸駆動ベルト３４用の案内部を二か所備えたモータプーリ，
２５は、中央軸，
２５ａは、中央軸２５の軸方向略中央に固定され、外周部に筒状に組み合わされた永久磁石を備え、外周面をＮ極に設定した中央磁石筒，
２６〜２９は、初期駆動時にはモータ１５で駆動され、運転状態の時に永久磁石回転機構の出力軸となって発電機１７を駆動する、中央軸２５の周りに配設された四本の外側軸，
２６ａ〜２９ａは、外側軸２６〜２９の軸方向略中央に固定され、外周部に筒状に組み合わされた永久磁石を備え、外周面をＮ極に設定した外側磁石筒，
２６ｂ〜２９ｂは、外側軸２６〜２９の後端部にそれぞれ設けられた外側軸連動プーリ，
２６ｃ，２９ｃは、外側軸２６，２９の前端部にそれぞれ設けられた外側軸駆動プーリ，
３０〜３３は、外側軸連動プーリ〜同士の間のそれぞれに掛け渡されて、外側軸２６〜３０を連動するための外側軸連動ベルト，
３４は、外側軸プーリ２６ｃと後述のモータプーリ１５ｂとの間に掛け渡され、起動時に外側軸２６〜２９を駆動する第１の外側軸駆動ベルト，
３５は、外側軸プーリ２９ｃと後述のモータプーリ１５ｂとの間に掛け渡され、起動時に外側軸２６〜２９を駆動する第２の外側軸駆動ベルト，
Ｄ４は、中央磁石筒２５ａと外側磁石筒２６ａ〜２９ａとの隙間，
をそれぞれ示している。

中央軸２５は、中央軸５と同様に、その右回転（時計回り回転）のみを許容するワンウェイクラッチを備えた一対の軸受（図示省略）によって、その前後両端を支持されている。
なお、中央軸２５は、モータ１５や発電機１７に接続されていないので、運転状態の外側軸２６〜２９による作用がない状態では自由に右回転できる。

また、外側軸７〜９と同様に、外側軸２６〜２９はそれぞれ、その左回転（反時計回り回転）のみを許容するワンウェイクラッチを備えた四対の可動軸受（図示省略）によって、その前後両端を支持されている。

中央軸２５，外側軸２６〜２９の材質や構造などは、中央軸５，外側軸７〜９と同様のものを使用する。外側軸連動ベルト３０〜３３は外側軸連動ベルト１０〜１２と同様のものを，外側軸駆動ベルト３４，３５は発電機駆動ベルト１８と同様の二重ベルトのものを使用する。

中央軸２５，外側軸２６〜２９は相互に平行となるように固定されている。中央軸２５の中央磁石筒２５ａと各外側軸の外側磁石筒２６ａ〜２９ａとの隙間Ｄ４は５ｍｍ〜２０ｍｍとなるように設定さている。

初期駆動対象の永久磁石部の軸を、中央軸ではなく、外側軸としたことから、モータ１５および発電機１７の回転方向は、図２〜図３に示す永久磁石回転機構とは逆の左回転になっている。

なお、起動・停止などの手順は、図２〜図３に示す永久磁石回転機構と同様であり、初期駆動対象の外側軸２６〜２９を一定時間モータ１５で駆動して起動し、発電機１７のブレーキ作用で外側軸２６〜２９を制動して停止する。

発電機１７と外側軸２９とを直結状態にしているので、外側軸２９から発電機１７への伝達ロスを少なくすることができる。また、発電機１７が中央磁石筒２５ａ，外側磁石筒２６ａ〜２９ａの背面に配置されるので、各磁石筒がじゃまにならず、大きな発電機を採用することができる。

本発明が、図示の永久磁石回転機構およびこれを用いた永久磁石発電装置に限定されないことは勿論であって例えば、
(81)磁石筒の外周をＳ極にする、
(82)各軸を連動させるベルトに代えて、歯車を用いる、
(83)モータ１５に代えて、またはモータ１５と併用して、手動の回転機構を用いる、
(84)バッテリ２１として鉛蓄電池の代わりに、リチウムイオン電池，リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池，ニッケルカドミウム電池などを用いる、
(85)バッテリ２１の組み合わせを使用電圧２４Ｖから、１２Ｖや４８Ｖなどにする、
(86)各ベルトの掛け方を、二つのプーリに対し一つのベルトを掛ける方式から、三つ以上のプーリに一つまたは複数のベルトを掛け渡す方式にしてベルトの種類を減らす、
(87)発電機駆動ベルト１８を二重ベルトに代えて、歯付ベルトにする、
(88)中央軸５，２５と外側軸７〜９，２６〜２９とを異なるサイズにする、
(89)別途設けたローラや摺動体などを各ベルトに押し付けて、張りを調節する、
(90)中央磁石筒５ａ，２５ａ，外側磁石筒７ａ〜９ａ，２６ａ〜２９ａそれぞれに用いる磁石の個数を四個から増減する、
(91)中央磁石筒５ｃ，外側磁石筒７ｃ〜９ｃそれぞれに用いる磁石片の個数を八個から増減する、
(92)中央磁石筒５ｄ，外側磁石筒７ｄ〜９ｄそれぞれに形成する鋸歯状凸部の数を八箇所から増減する、
ようにしてもよい。

１：永久磁石発電装置
２：筐体フレーム
３：前側軸固定板
３ａ：スリット部
４：後側軸固定板
４ａ：スリット部
５：中央軸
５ａ：中央磁石筒
５ｂ：中央軸プーリ
５ｃ：中央磁石筒（図４のみ）
５ｄ：中央磁石筒（図５のみ）
５ｅ：鋸歯状凸部（図５のみ）
５ｆ：周方向傾面（図５のみ）
５ｇ：垂直面（図５のみ）
５ｈ：鉤状部（図５のみ）
５ｊ：くぼみ部（図５のみ）
６：中央軸駆動ベルト
７〜９：外側軸
７ａ〜９ａ：外側磁石筒
７ｂ〜９ｂ：外側軸連動プーリ
７ｃ〜９ｃ：中央磁石筒（図４のみ）
７ｄ〜９ｄ：中央磁石筒（図５のみ）
１０〜１２：外側軸連動ベルト
１３：固定軸受
１４：可動軸受
１５：モータ
１５ａ：モータプーリ
１６：モータ制御回路
１７：発電機
１７ａ：発電機プーリ
１８：発電機駆動ベルト
１９：発電機駆動補助ベルト
２０：発電制御回路
２０ａ：充電制御部
２０ｂ：放電制御部
２０ｃ：ブレーキ制御部
２１：バッテリ
２２：交流変換回路
２２ａ：ＤＣ−ＡＣインバータ
２２ｂ：ＡＣソケット
２３：運転制御回路
２３ａ：起動タイマ部（モータ用）
２３ｂ：停止タイマ部（ブレーキ用）
２４：操作部
２４ａ：作動スイッチ
２４ｂ：作動表示ランプ
Ｄ１：中央磁石筒５ａと外側磁石筒７ａ〜９ａとの隙間
Ｄ２：中央磁石筒５ｃの磁石片と外側磁石筒７ｃ〜９ｃの磁石片との最小隙間
Ｄ３：中央磁石筒５ｄと外側磁石筒７ｄ〜９ｄとの最小隙間

（図６のみで使用）
１５ｂ：モータプーリ
２５：中央軸
２５ａ：中央磁石筒
２６〜２９：外側軸
２６ａ〜２９ａ：外側磁石筒
２６ｂ〜２９ｂ：外側軸連動プーリ
２６ｃ，２９ｃ：外側軸駆動プーリ
３０〜３３：外側軸連動ベルト
３４：第１の外側軸駆動ベルト
３５：第２の外側軸駆動ベルト
Ｄ４：中央磁石筒２５ａと外側磁石筒２６ａ〜２９ａとの隙間

Claims

初期駆動対象の第１の永久磁石部と、初期駆動対象外の第２の永久磁石部とが磁気的結合により逆方向に連動回転する永久磁石回転機構において、
前記第１の永久磁石部は、
第１の回転中心軸と、
Ｎ極またはＳ極の同一磁極に設定された第１の外周面と、を備え、
前記第２の永久磁石部はそれぞれ、
前記第１の回転中心軸と平行な第２の回転中心軸と、
前記同一磁極に設定された第２の外周面と、を備えている、
ことを特徴とする永久磁石回転機構。
一つの前記第１の永久磁石部の周囲に、複数の前記第２の永久磁石部を配設した、
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転機構。
複数の前記第２の永久磁石部は、
互いに連結されて同期回転する、
ことを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転機構。
一つの前記第２の永久磁石部の周囲に、複数の前記第１の永久磁石部を配設した、
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転機構。
複数の前記第１の永久磁石部は、
互いに連結されて同期回転する、
ことを特徴とする請求項４記載の永久磁石回転機構。
前記第１の永久磁石部および前記第２の永久磁石部は、
それぞれ円筒状部である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の永久磁石回転機構。
前記第１の外周面および前記第２の外周面は、
それぞれの周方向に、複数の平板状永久磁石が同じ傾き角度で並置された周面である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の永久磁石回転機構。
前記第１の永久磁石部および前記第２の永久磁石部は、
それぞれの外周面が、同じ傾き角度の周方向斜面と、当該周方向斜面の外端側から筒中心部にいたる方向の垂直面とを交互に有する筒状部であって、
前記周方向斜面の外端を通る外周円の接線方向に、前記垂直面に続く鉤状部が当該外端から突出し、
前記鉤状部の外周側面は、前記外周円に沿った円弧面である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の永久磁石回転機構。
請求項１乃至８いずれかに記載の永久磁石回転機構と、
前記永久磁石回転機構の回転力で駆動される発電機と、を備えた、
ことを特徴とする永久磁石発電装置。