JP6427210B2

JP6427210B2 - カップリング、電力発生装置

Info

Publication number: JP6427210B2
Application number: JP2017009855A
Authority: JP
Inventors: 康廣小松
Original assignee: 小松康▲広▼
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: JP2018119565A

Description

本発明は、静止状態で停止維持トルクを生じる二つの磁力回転装置それぞれの回転軸を連結するカップリングに関する。

永久磁石（界磁体）が配置された回転体（回転子）と、この回転体の永久磁石の磁極に対して反発する磁力を生じさせる電磁石（固定子）とを備えた磁力回転装置が広く知られている（特許文献１及び２参照）。特許文献１及び２に記載の磁力回転装置は、一つの回転軸を中心に回転可能なように設けられた２枚の円盤状の回転体と、各回転体に取り付けられた永久磁石と、各回転体の永久磁石それぞれに向けて磁束を発生する電磁石とを備えている。回転体が回転することによって電磁石に最接近する位置に永久磁石が到達すると、電磁石が通電されて電磁石に磁束が発生する。これにより、電磁石と永久磁石との間に反発力が発生する。この力が回転体を回転させる方向に作用することによって回転体に対して回転トルクが発生し、回転体の回転軸から所望の回転力が得られる。

また、前記磁力回転装置を駆動源とし、前記磁力回転装置と略同じ構造の永久磁石式の発電機を回転させて、前記発電機から交流電力を取り出すようにした電力変換システムが知られている（特許文献３参照）。前記電力変換システムでは、磁力回転装置の回転軸と発電機の回転軸とがカップリングによって連結されている。

特開２００６−１８７０８０号公報特許第３７１３３２７号公報特開２００９−１１８７０６号公報

しかしながら、前記電力変換システムでは、カップリングによって各回転軸を連結した後に、各回転軸における回転方向の連結位置を変更しようとした場合、一旦カップリングによる各回転軸の連結を解除する必要がある。その後に、回転方向の位置を任意にずらして各回転軸をカップリングで連結する場合、磁力回転装置及び発電機それぞれにおける停止維持トルクの影響を受ける。そのため、各回転軸を任意の回転位置にずらす作業が困難であり、各回転軸を望ましい位置に容易に連結することができない。ここで、停止維持トルクは、永久磁石と電磁石の強磁性体との間で発生する磁気吸着力によって停止状態を維持しようとする力のことである。特に、前記電力変換システムのような電力発生装置において、磁力回転装置及び発電機それぞれの回転軸の連結位置を任意に調整して、電力の発生効率のよい条件を見いだす実験をする場合、各回転軸を回転方向に微小角度ずつずらして前記発生効率を確認する作業を行うのであるが、従来のカップリングでは、前記停止維持トルクがあるため、この作業が極めて困難である。

本発明の目的は、静止状態で停止維持トルクを生じる二つの磁力回転装置それぞれの回転軸を任意の方向へ容易に角度調整することが可能なカップリングを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、非励磁状態で停止維持トルクを生じる発電機駆動用磁力回転装置と、静止状態で前記停止維持トルクを生じる永久磁石式の発電機と、前記発電機駆動用磁力回転装置の第１回転軸と前記発電機の第２回転軸とを連結するカップリングと、を備える電力発生装置において、発電機駆動用磁力回転装置及び発電機それぞれの回転軸の連結位置を任意の方向に容易に調整可能にすることにある。

(1) 本発明は、静止状態で停止維持トルクを生じる二つの磁力回転装置それぞれの回転軸を連結するカップリングであって、一方の第１回転軸を固定するための第１固定部、及び前記第１固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第１円盤部材を有する第１連結部と、他方の第２回転軸を固定するための第２固定部、及び前記第２固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第２円盤部材を有する第２連結部と、前記第１円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置された複数の第１貫通孔と、前記第２円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ前記所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置されており、前記複数の第１貫通孔の孔数Ｎ_１とは異なる孔数Ｎ_２の複数の第２貫通孔と、前記第１円盤部材及び前記第２円盤部材それぞれの側面が対向された状態で、前記複数の第１貫通孔のうちのいずれかの前記第１貫通孔から前記複数の前記第２貫通孔のうちのいずれかの前記第２貫通孔に挿通された少なくとも二つの固定ボルトと、を備えることを特徴とする。

これにより、固定ボルトを各貫通孔から抜き取り、一方の円盤部材を回転させて任意の貫通孔同士を位置合わせした後に、位置合わせされた各貫通孔に再び固定ボルトを挿通させることで、回転軸の固定を解除することなく、カップリングによる各回転軸の連結位置を容易に調整することが可能となる。

つまり、前記第１貫通孔の孔数Ｎ_１と前記第２貫通孔の孔数Ｎ_２とは異なるので、固定ボルトが挿通されている位置の両方向に隣接する前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、両回転方向に僅かに位置ずれすることになる。このため、固定ボルトを貫通孔から抜き取る前、又は、固定ボルトを抜き取る最中に、どちらか一つの隣接する他の貫通孔に別の固定ボルトを挿通させると、他の貫通孔は位置ずれをしているため、別の固定ボルトは、その位置ずれに対応した分だけ斜めに傾きつつ途中まで挿通される。その後、抜け落ちの心配がある場合には別の固定ボルトにナットなどの固定具を取り付け、更にその後に、固定ボルトを貫通孔から抜き取る。そして、固定具をレンチなどで回して締め付けることにより、別の固定ボルトを第１円盤部材に対して垂直に配置する。以上が一つの作業工程であり、この作業を行うことによって、第１円盤部材及び第２円盤部材が軸周りに相対的に移動する。１回の作業での回転方向への移動量は僅かであり、また、固定ボルトなどが治具の働きをしていることもあって、その作業負荷は軽減し、作業の失敗も減少する。また、前記作業工程を繰り返し行うことによって、各円盤部材を所望の位置まで容易に移動させることができる。

(2) また、本発明のカップリングにおいて、前記複数の第１貫通孔の角度間隔をσ_１、前記複数の第２貫通孔の角度間隔をσ_２、前記孔数Ｎ_１と前記孔数Ｎ_２の最大公約数をＧとした場合に、各角度間隔の差Δσが０．５度以上１．０度以下の範囲内であり、且つ、前記最大公約数Ｇが前記孔数Ｎ_１と前記孔数Ｎ_２との差ΔＮと同じであることが好ましい。

孔数Ｎ_１，Ｎ_２の最大公約数Ｇは固定ボルトの最大数となる。固定ボルトの数、つまり前記最大公約数Ｇの値は、カップリングにおけるトルク値によって決定される事項である。前記最大公約数Ｇと前記差ΔＮの関係は、△Ｎ＝ｋＧとなる。ただし、ｋは自然数である。一方、一回転あたりのパターン数は３６０／｛（３６０／Ｎ1）−（３６０／Ｎ_２）｝＝Ｎ_１Ｎ_２／△Ｎ＝Ｎ_１Ｎ_２／ｋＧとなる。ここで、前記パターン数とは、３６０度当たりの両円盤の各孔が連結可能に一致する組合せ数（両円盤連結組合せ数）のことであり、換言すると、３６０度当たりの両円盤連結形態数である。例えば、ｋ＝１を採用した場合の前記パターン数は、Ｎ_１Ｎ_２／Ｇとなり、前記パターン数は最大となる。したがって、１回の作業工程での両円盤部材の相対的移動角度（移動量）は３６０Ｇ／Ｎ_１Ｎ_２〔°〕となり、最小となる。そのため、１回の作業工程での作業負荷は軽減し、作業性が更に良好となる。また、孔数Ｎ_１，Ｎ_２の小さな値の選択が可能となるから、第１貫通孔及び第２貫通孔の孔数の選択幅が増えて、カップリングの設計の自由度が増す。

(3) 本発明は、非励磁状態で停止維持トルクを生じる発電機駆動用磁力回転装置と、静止状態で前記停止維持トルクを生じる永久磁石式の発電機と、前記発電機駆動用磁力回転装置の第１回転軸と前記発電機の第２回転軸とを連結するカップリングと、を備え、前記発電機駆動用磁力回転装置によって回転される前記発電機から交流電力を発生させる電力発生装置であって、前記カップリングは、前記第１回転軸を固定するための第１固定部、及び前記第１固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第１円盤部材を有する第１連結部と、前記第２回転軸を固定するための第２固定部、及び前記第２固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第２円盤部材を有する第２連結部と、前記第１円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置された複数の第１貫通孔と、前記第２円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ前記所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置されており、前記複数の第１貫通孔の孔数Ｎ_１とは異なる孔数Ｎ_２の複数の第２貫通孔と、前記第１円盤部材及び前記第２円盤部材それぞれの側面が対向された状態で、前記複数の第１貫通孔のうちのいずれかの前記第１貫通孔から前記複数の前記第２貫通孔のうちのいずれかの前記第２貫通孔に挿通された少なくとも二つの固定ボルトと、を備えることを特徴とする。

これにより、当該電力発生装置において、磁力回転装置及び発電機それぞれの回転軸の連結位置を任意に調整して、電力の発生効率のよい条件を見いだす実験をする場合であっても、各回転軸を任意の回転方向に相対的に微小角度ずつずらして前記発生効率を確認する作業を行う際に、磁力回転装置及び発電機それぞれの回転軸の連結位置を任意の方向に容易に調整することが可能となる。

本発明のカップリングによれば、二つの磁力回転装置それぞれの回転軸を任意の方向へ容易に角度調整することが可能である。

また、本発明の電力発生装置によれば、電力の発生効率のよい条件を見いだす実験をする場合であっても、各回転軸を任意の回転方向に相対的に微小角度ずつずらして前記発生効率を確認する作業を行う際に、発電機用磁力回転装置及び発電機それぞれの回転軸の連結位置を任意の方向に容易に調整することが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る磁力回転装置１０の構成を示す斜視図である。図２は、磁力回転装置１０及び発電機１１を備える電力発生装置１００の構成を示す平面図である。図３は、永久磁石１９及び電磁石１７の配置を示す図であり、図２における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩの模式断面図である。図４は、カップリング５０の中央断面図である。図５は、カップリング５０を側方から見た図である。図６は、カップリング５０による連結位置の調整方法及び調整動作を説明するための図である。図７は、カップリング５０による連結位置の調整方法及び調整動作を説明するための図である。図８は、カップリング５０による連結位置の調整方法及び調整動作を説明するための図である。

以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［磁力回転装置１０］
図１及び図２に示されるように、本発明の実施形態に係る磁力回転装置１０は、主として、複数の電磁石１７を有する固定子１２と、複数の永久磁石１９を有する回転体１４（回転子の一例）と、を備えている。磁力回転装置１０は制御装置２１（図２参照）に電気的に接続されており、制御装置２１によって磁力回転装置１０の回転駆動が制御される。

電磁石１７は、二つの磁極３４を有する。制御装置２１は、回転体１４のシャフト３７（回転軸の一例）に取り付けられたロータリーエンコーダーなどの位置検出センサー４６（図２参照）からの信号に基づいて、シャフト３７の回転角度を算出し、永久磁石１９が電磁石１７の磁極３４に接近したタイミングでコイル３２に電流を一時的に供給する。なお、図１では、位置検出センサー４６の図示が省略されている。このように構成された磁力回転装置１０では、電磁石１７の磁極３４の磁界と永久磁石１９の磁界とが相互に作用することにより磁気反発力（磁極３４の磁荷と永久磁石１９の磁荷との磁気反発力）が生じる。そして、この磁気反発力が回転体１４の回転方向へ作用することによって、回転体１４が回転する。

本実施形態では、磁力回転装置１０は、駆動電圧が供給されることによって電動機（モーター）として動作する。一方、駆動電圧が供給されずに、外力が供給されて回転体１４が回転されることによって、交流電力を発生させる永久磁石式の発電機１１（図２参照）としても動作する。ただし、発電機１１においては、図３のγは０度に設定される。以下、磁力回転装置１０の各構成要素について詳細に説明する。

［回転体１４］
図２に示されるように、回転体１４は、シャフト３７と、シャフト３７が中心を貫通する二つの支持円盤３９（３９Ａ，３９Ｂ）とを備えている。それぞれの支持円盤３９は同形同大に形成されており、これらはシャフト３７に固定されている。それぞれの支持円盤３９は、図示しないスペーサーを介して所定間隔を隔てて、互いに平行を維持した状態でシャフト３７に固定されている。シャフト３７は、後述する一対の側板２５（２５Ａ，２５Ｂ）によって回転可能に支持されており、これにより、回転体１４は、シャフト３７を中心に回転可能となる。なお、各支持円盤３９の間隔は、電磁石１７の各磁極３４の間隔や永久磁石１９の間隔によって決定される。

図３に示されるように、各支持円盤３９の一方の側面（片面）の外縁部付近には複数の永久磁石１９が取り付けられている。それぞれの支持円盤３９には４個の永久磁石１９が取り付けられている。４個の永久磁石１９は、支持円盤３９の一方の側面のみに配置されている。全ての支持円盤３９において、４個の永久磁石１９は、シャフト３７の円周に沿う周方向に沿って等ピッチに配置されている。具体的には、永久磁石１９は、シャフト３７を中心にして支持円盤３９を周方向に４分割した角度間隔α（＝９０度）で取り付けられている。

また、図３に示されるように、永久磁石１９は、各支持円盤３９の各面において、周方向に４分割した角度間隔α（＝９０度）に対して４０〜７０％の割合の角度βを占めるように配置されている。つまり、角度間隔αが９０度の場合は、角度βが３６度〜６３度になるように永久磁石１９が配置される。図３では、角度βが３６度のときの状態が示されている。なお、シャフト３７の周方向に隣接する永久磁石１９同士による減磁を考慮すると、角度間隔αに対して永久磁石１９の占める割合、つまり角度間隔αにおける角度βの割合を７０％以下にすることが好ましい。

なお、本実施形態では、二つの支持円盤３９それぞれに永久磁石１９が取り付けられた回転体１４を例示するが、回転体１４は、上述の構成のものに限られない。例えば、両端に回転軸を有する円柱体又は筒状体を備え、その外周面に回転軸の周方向に沿って４個の永久磁石が取り付けられ、更にこの４個の永久磁石１９からなる永久磁石群が前記回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて二つ設けられた構成の回転体（回転子）であってもかまわない。また、本実施形態では、シャフト３７の周方向に４個の永久磁石１９が配置されているが、永久磁石１９の配置数は４個以上でも４個未満でも良く、６個でも５個でも３個でもよく、少なくとも１個の永久磁石１９が設けられていればよい。ただし、支持円盤３９に永久磁石１９が１個だけ取り付けられた構成の場合は、回転体１４の重量バランスを保つべく、シャフト３７を挟んで反対側に同質量のバランサーを設けることが望ましい。

永久磁石１９は、表面及び裏面に磁極が形成された概ね正方形の平板状のものである。この永久磁石１９は、その一方の側端部が支持円盤３９の外周縁において数ｍｍ程度埋め込まれることにより支持円盤３９に固定されている。

また、各永久磁石１９は、図３に示されるように、支持円盤３９の中心Ｏから永久磁石１９の重心を結ぶ直線Ｌ１と、永久磁石１９の磁極方向すなわち永久磁石１９の表面及び裏面を貫く法線方向を示す直線Ｌ２とが交わる角度γが、３０度以上６０度以下となるように配置されている。

永久磁石１９は、Ｎ極又はＳ極のいずれかが支持円盤３９の外方へ向けられた状態で支持円盤３９の側面に取り付けられている。本実施形態では、一方の支持円盤３９Ａでは、Ｓ極が回転体１４の径方向の外側の方（外方）へ向けられた状態で永久磁石１９が取り付けられている。また、他方の支持円盤３９Ｂでは、Ｎ極が回転体１４の径方向の外側の方（外方）へ向けられた状態で永久磁石１９が取り付けられている。このように永久磁石１９が取り付けられているため、回転体１４が所定の回転角度まで回転して、永久磁石１９が電磁石１７の磁極３４に最接近すると、永久磁石１９の磁極は、同じ極性の電磁石１７の磁極３４に対向する状態となる（図３参照）。

また、図１に示されるように、各支持円盤３９Ａ，３９Ｂに設けられた永久磁石１９は、シャフト３７の軸方向に並んで配置されている。図１では、二つの永久磁石１９がシャフト３７の軸方向に並んで配置されている。回転体１４が所定の回転角度になると、前記軸方向に並設された複数の永久磁石１９のうち、所定の永久磁石１９のＳ極が電磁石１７の磁極３４（Ｓ極）に対向し、他の永久磁石１９のＮ極が電磁石１７の磁極３４（Ｎ極）に対向する。このように配置された永久磁石１９は、鉄などの強磁性体で構成された継鉄４３によって連結されている。具体的には、図１及び図２に示されるように、各永久磁石１９の裏面側に継鉄４３が設けられている。継鉄４３の一方端は支持円盤３９Ａに埋め込まれることによって支持円盤３９Ａに支持されている。また、継鉄４３は支持円盤３９Ｂに形成された図示しない貫通孔を前記軸方向に挿通されて、支持円盤３９Ｂに設けられた永久磁石１９の裏面まで延びている。このように配置された継鉄４３に各永久磁石１９の裏面が結合している。これにより、軸方向に並ぶ二つの永久磁石１９が、継鉄４３によって連結されている。なお、本実施形態では、四つの継鉄４３が支持円盤３９Ａ，３９Ｂに支持されており、一つの継鉄４３に、支持円盤３９Ａが有する一つの永久磁石１９と、支持円盤３９Ｂが有する一つの永久磁石１９とが結合されている。

［固定子１２］
図１及び図２に示されるように、固定子１２は、回転体１４の外側に設けられている。言い換えると、回転体１４が固定子１２の内側に設けられている。つまり、本実施形態の磁力回転装置１０は、所謂インナーロータタイプの回転装置である。なお、本発明は、インナーロータタイプのものに限られず、アウターロータタイプのものやフラットロータタイプのものにも適用可能である。

固定子１２は、フレーム２３と、フレーム２３に保持された電磁石１７とを備えている。フレーム２３は、支持円盤３９Ａ及び支持円盤３９Ｂそれぞれの更に外側に設けられた互いに平行な一対の側板２５と、一対の側板２５間に架け渡されて側板２５同士を前記軸方向に固定する四つの支持プレート３１とを有する。シャフト３７は、各側板２５それぞれの中央に形成された軸孔（不図示）にベアリング（不図示）を介して支持されており、これにより、回転体１４が回転可能となる。

フレーム２３には、全部で４個の電磁石１７が取り付けられている。後述するように、電磁石１７は、側板２５間に架け渡された四つの支持プレート３１に固定されている。なお、本実施形態では、フレーム２３に４個の電磁石１７が取り付けられた固定子１２を例示するが、固定子１２はこのような構成に限られず、少なくとも一つの電磁石１７がフレーム２３に設けられていればよい。

図２に示されるように、シャフト３７の一方端には、ロータリーエンコーダーなどの位置検出センサー４６が設けられている。位置検出センサー４６によって、回転体１４の永久磁石１９の回転位置が制御装置２１に通知される。制御装置２１は、この回転位置に基づいて電磁石１７のコイル３２に通電する。

［電磁石１７］
図２に示されるように、シャフト３７の軸方向に沿って二つの磁極３４が一列に並ぶように四つ電磁石１７が配置されている。本実施形態では、四つの支持プレート３１のそれぞれに一つの電磁石１７が固定されている。支持プレート３１は、樹脂や非磁性金属などで形成された厚みのある長尺状の板状部材であり、その長手方向の両端は、一対の側板２５それぞれにネジ等の連結具によって固定されている。図３に示されるように、四つの電磁石１７は、シャフト３７の周方向に角度間隔９０度のピッチで等角度に取り付けられている。なお、各電磁石１７は、配置位置が異なる以外は全て同じ構成である。

図４に示されるように、電磁石１７は、コア３０を有する。コア３０は強磁性体で構成されており、本実施形態では、板状のケイ素鋼板が複数枚重ね合わされたものが用いられている。各ケイ素鋼板には、通電時に渦電流が発生し難いように絶縁塗料が塗布されている。コア３０は、一方の側面（図４に示される面）から見た形状がアルファベットのＣ字形状、Ｕ字形状、又は片仮名のコの字状に形成されたものであり、Ｃ型コア又はＵ型コアとも称されている。コア３０は、シャフト３７の軸方向に隔てた二つの脚部を有しており、各脚部それぞれには、電線が巻回されてなるコイル３２が設けられている。各脚部には、同じ巻回数（ターン数）のコイル３２が設けられている。このコイル３２が通電されると、コア３０の一方側の脚部の端面に磁極３４（Ｓ極）が現れ、コア３０の他方側の脚部の端面に磁極３４（Ｎ極）が現れる。

［電力発生装置１００］
次に、図２を参照して、電力発生装置１００について説明する。ここで、図２は、電力発生装置１００の構成を示す模式図である。図２に示されるように、電力発生装置１００は、電動機としての磁力回転装置１０（発電用磁力回転装置の一例）と、発電機１１と、これらを連結するカップリング５０と、を備えている。電力発生装置１００は、カップリング５０によって磁力回転装置１０と発電機１１とが連結された構成であるため、連結磁力回転装置とも称される。

発電機１１は、磁力回転装置１０からの回転駆動力を受けて回転して、交流電力を発生するものであり、その構成は磁力回転装置１０と略同じである。したがって、ここでは、磁力回転装置１０に付した符号と同じ符号を発電機１１に付し示すことにより、発電機１１の構成の説明を省略する。なお、発電機１１は、発電機１１の永久磁石１９が磁極３４に対して真正面に対向して配置されている点において、磁力回転装置１０とは構成が異なっている。

カップリング５０は、磁力回転装置１０のシャフト３７Ｇ（第１回転軸の一例）と、発電機１１のシャフト３７Ｍ（第２回転軸の一例）とを連結する連結部材である。カップリング５０によって、回転駆動される磁力回転装置１０のシャフト３７Ｍから回転駆動力が発電機１１のシャフト３７Ｇに伝達する。

ところで、磁力回転装置１０は、非通電時、つまり非励磁状態において停止時に停止維持トルクを生じる。また、発電機１１は、停止時に、前記停止維持トルクを生じる。なお、前記停止維持トルクは、永久磁石１９と電磁石１７のコア３０の脚部との間で発生する磁気吸着力によって固定子１２の停止状態を維持しようとする力に起因する。

従来のカップリングは、固定ボルトなどを挿通して固定するための多数の貫通孔は設けられていない。このため、電力発生装置１００に従来のカップリングを用いて、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを連結した後に、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇにおける回転方向の連結位置を変更しようとした場合、一旦、従来のカップリングによる各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結を解除する必要がある。その後に、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの回転方向の位置を任意にずらして各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを再び従来カップリングで連結する場合、磁力回転装置１０及び発電機１１それぞれにおける停止維持トルクの影響を受けるため、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを任意の回転位置にずらすことが困難であり、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを任意の回転位置で容易に連結することができない。特に、電力発生装置１００を用いて、磁力回転装置１０のシャフト３７Ｍ及び発電機１１のシャフト３７Ｇそれぞれの連結位置を回転方向に任意に調整して、電力の発生効率のよい条件を見いだす実験をする場合、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを回転方向に微小角度ずつずらして前記発生効率を確認する作業を行うのであるが、従来カップリングでは、前記停止維持トルクがあるため、この作業が極めて困難である。これに対して、本実施形態のカップリング５０は、後述するように構成されているため、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇをカップリング５０の各連結部５１，５２から取り外さずに固定したままの状態で、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇを任意の方向へ容易に角度調整することが可能である。つまり、各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結位置を任意の方向に容易に調整することが可能である。

以下、図４乃至図８参照して、カップリング５０について説明する。ここで、図４は、カップリング５０の中央断面図であり、図５は、カップリング５０を軸方向において発電機１１側から見た図であり、図６乃至図８は、カップリング５０による連結位置の調整方法及び調整動作を説明するための図である。

図４に示されるように、カップリング５０は、第１連結部５１と、第２連結部５２と、複数の固定ボルト５３（固定ボルトの一例）と、を備える。

第１連結部５１は、磁力回転装置１０のシャフト３７Ｍに取り付けられるものであり、シャフト３７Ｍを固定するための軸固定部５５Ｍ（第１固定部の一例）と、軸固定部５５Ｍを中心に備える板状の円盤部材５６Ｍ（第１円盤部材の一例）とを有する。

軸固定部５５Ｍは、例えば炭素鋼などの鋼材で形成されている。軸固定部５５Ｍは、中心にシャフト３７Ｍが挿通可能な断面円形状の貫通孔５７を有し、円筒形状に形成されている。軸固定部５５Ｍの直径は概ね３５ｍｍであり、貫通孔５７の内径は概ね１２．０ｍｍである。軸固定部５５Ｍにおいて、貫通孔５７の貫通方向の一方側の端部には、円盤部材５６Ｍが固定されるフランジ５８が一体に形成されている。フランジ５８は、直径５５ｍｍのサイズに形成されている。フランジ５８には、複数の固定用のネジ穴５９が形成されている。本実施形態では、四つのネジ穴５９がフランジ５８に形成されている。また、軸固定部５５Ｍには、その外周面から貫通孔５７に貫通するネジ穴６０が形成されている。このネジ穴６０に、シャフト３７Ｍを固定するための固定ビス６１が螺着されている。なお、本実施形態で示す軸固定部５５Ｍの直径や貫通孔５７の内径、また、以下に述べるその他の部分の寸法の具体的な数値は単なる一例であり、これらの寸法は、カップリング５０に求められる強度やサイズに応じて適宜定められる。

円盤部材５６Ｍは、樹脂材料で一定厚みの円盤状に形成された部材である。具体的には、エンジニアリングプラスチックの一種であるポリアセタール（ＰＯＭ）で形成されている。なお、円盤部材５６Ｍの材質はポリアセタールに限られず、エンジニアリングプラスチックであるポリカーボネートなどを用いることも可能である。また、円盤部材５６Ｍが透明であれば、後述の固定ボルト５３の緩みなどを確認し易くなり、保守又は点検における作業性が向上する。本実施形態の円盤部材５６Ｍは、直径が１２０ｍｍ、厚みが３ｍｍに形成されている。円盤部材５６Ｍには、軸中心から径方向へ所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置された複数の取り付け穴６５Ｍ（第１貫通孔の一例）が形成されている。複数の取り付け穴６５Ｍは、円盤部材５６Ｍの中心から径方向へ５０ｍｍ隔てた位置に形成されている。本実施形態では、３２個の取り付け穴６５Ｍが円盤部材５６Ｍに形成されている。各取り付け穴６５Ｍは、周方向へ等角度の間隔を開けて形成されている。本実施形態では、前記等角度は、例えば、３６０°／３２（≒１１．２５度）である。円盤部材５６Ｍの中央には、軸固定部５５Ｍが挿通される挿入穴６６が形成されている。また、円盤部材５６Ｍにおいて、挿入穴６６よりも径方向外側の位置に複数の固定用穴６７が形成されている。本実施形態では、四つの固定用穴６７は、フランジ５８のネジ穴５９に対応する位置に形成されている。

第１連結部５１は、円盤部材５６Ｍの挿入穴６６に軸固定部５５Ｍが挿入されて、フランジ５８が円盤部材５６Ｍの側面に当接した状態で、固定用穴６７からネジ穴５９に固定用ビスが螺合されることにより構成されている。これにより、円盤部材５６Ｍと軸固定部５５Ｍとが一体とされた第１連結部５１が組み立てられる。第１連結部５１は、シャフト３７Ｍに取り付けられている。具体的には、固定ビス６１がネジ穴６０から抜き出された状態で、シャフト３７Ｍが貫通孔５７に挿通され、その後に固定ビス６１がネジ穴６０に螺合される。このとき、固定ビス６１の先端が貫通孔５７内のシャフト３７Ｍの外周面に強く当接する。これにより、軸固定部５５Ｍにシャフト３７Ｍが回転不能に固定される。

第２連結部５２は、発電機１１のシャフト３７Ｇに取り付けられるものであり、シャフト３７Ｇを固定するための軸固定部５５Ｇ（第２固定部の一例）と、軸固定部５５Ｇを中心に備える板状の円盤部材５６Ｇ（第２円盤部材の一例）とを有する。軸固定部５５Ｇは、上述した軸固定部５５Ｍと同じ構成である。また、円盤部材５６Ｇは、上述した円盤部材５６Ｍと略同じ構成である。円盤部材５６Ｇには、その中心から径方向へ５０ｍｍ隔てた位置に複数の取り付け穴６５Ｇ（第２貫通孔の一例）が形成されている。本実施形態では、３４個の取り付け穴６５Ｇが円盤部材５６Ｇに形成されている。各取り付け穴６５Ｇは、周方向へ等角度の間隔を開けて形成されている。本実施形態では、前記等角度は、例えば、３６０°／３４（≒１０．５６度）である。

円盤部材５６Ｍの取り付け穴６５Ｍの孔数をＮ_１（＝３２個）、円盤部材５６Ｇの取り付け穴６５Ｇの孔数をＮ_２（＝３４個）とした場合に、上述したように、孔数Ｎ_１と孔数Ｎ_２とが異なっている。すなわち、第２連結部５２は、取り付け穴６５Ｇの孔数Ｎ_２が取り付け穴６５Ｍの孔数Ｎ_１と異なっている点を除き、上述した第１連結部５１と同じ構成である。したがって、以下においては、第２連結部５２において共通する構成については、第１連結部５１に付した符号と同じ符号を第２連結部５２に付し示すことにより、第２連結部５２の構成の説明を省略する。

複数の固定ボルト５３は、第１連結部５１と第２連結部５２とを互いに対向配置された状態で、それぞれを固定するためのものである。本実施形態では、二つの固定ボルト５３を用いて、第１連結部５１と第２連結部５２とを固定している。二つの固定ボルト５３は、二分割線上に位置している。なお、固定ボルト５３の数は単なる一例であり、孔数Ｎ_１と孔数Ｎ_２の適切な値の選択によって少なくとも二つ以上の固定ボルト５３を用いることができる。例えば、孔数Ｎ_１が３２であり、孔数Ｎ_２が３４の場合は、それらの最大公約数Ｇ（＝２）に等しい数の固定ボルト５３を用いることができる。この場合、各固定ボルト５３は、前記最大公約数Ｇで分割した分割線上に位置する。

固定ボルト５３は、図４に示されるように、先端がテーパー加工されており、つまり、先端が先細り形状に形成されている。つまり、固定ボルト５３はテーパー付きのボルトである。固定ボルト５３は、先端形状が円錐台形状のものが適用されるが、先端形状は円錐台形状に限られず、円錐形状であってもよい。要するに、固定ボルト５３の先端は、ネジが切られているネジ部分の外径よりも小さい外径に形成されていればよい。本実施形態では、固定ボルト５３は、その頭部にフランジ（座金）が一体に形成されたものを用いてもよい。または、固定ボルト５３の頭部の直径の大きなトルクスネジを用いてもよい。

本実施形態のカップリング５０において、第１連結部５１の外側面５１Ａと、第２連結部５２の外側面５２Ａとが対向するように配置させ、外側面５１Ａ，５２Ａ間に、互いのフランジ５８が接触しないように金属製又は樹脂製の環状スペーサー７５を介在させた状態で、二つの固定ボルト５３を第２連結部５２の取り付け穴６５Ｇから第１連結部５１の取り付け穴６５Ｍに挿通させる。具体的には、図５に示されるように、複数の取り付け穴６５Ｇのうち、１８０度の間隔を隔てたいずれか二つの取り付け穴６５Ｇに固定ボルト５３を挿通させる。その後、緩み止め加工が施されたフランジ（座金）付きのナット７６を固定ボルト５３に螺合する。これにより、第１連結部５１の円盤部材５６Ｍと第２連結部５２の円盤部材５６Ｇとが互いに回転方向にズレ無いように固定される。

以下、図６乃至図８を参照して、カップリング５０によるシャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結位置の調整方法及び調整動作を説明する。なお、説明の便宜上、図６では、全ての固定ボルト５３は示されておらず、一つの固定ボルト５３が示されている。図６（Ａ）は、第１連結部５１と第２連結部５２とが固定ボルト５３によりしっかりと連結された状態を示す。カップリング５０によってシャフト３７Ｍとシャフト３７Ｇとが連結された状態（図６（Ａ）参照）では、図７（Ａ）に示すように、円盤部材５６Ｍの取り付け穴６５Ｍが３２個（＝Ｎ_１）であり、円盤部材５６Ｇの取り付け穴６５Ｇが３４個（＝Ｎ_２）であるため、固定ボルト５３が実際に取り付けられている取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇに隣接する両隣の他の取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇそれぞれは、微小であるが回転方向に位置ずれをしている。

円盤部材５６Ｍ及び円盤部材５６Ｇを相対的に回転させたい方向を、図７（Ａ）の矢印Ｄ１と仮定する。この場合、固定ボルト５３を取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇから取り外す前に、別の固定ボルト５３Ａ（固定ボルトの一例）を図７（Ｂ）において左隣の取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇに挿通する（図６（Ｂ）参照）。このとき、別の固定ボルト５３Ａが挿通された取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇは、互いに位置ずれをしているため、図７（Ｂ）に示すように、斜めに傾斜した状態となる。この状態で、次に、元の固定に用いられていた全ての固定ボルト５３のナット７６を緩めて固定ボルト５３を取り外し、全ての固定ボルト５３を取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇから抜き出す（図６（Ｃ）、図７（Ｃ）参照）。仮に、この状態で、円盤部材５６Ｍ及び円盤部材５６Ｇのいずれかに回転トルクがかかって回転しようとしても、別の固定ボルト５３Ａが取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇに挿通されているため、別の固定ボルト５３Ａが仮止めとして作用し、回転が制止される。なお、別の固定ボルト５３Ａの抜け落ちを防止するために、別の固定ボルト５３Ａの先端にナットを付けておいてもよい。

続いて、図８（Ａ）に示すように、円盤部材５６Ｍ側からナット７６で固定する。具体的には、ナット７６を固定ボルト５３に螺合して締め付ける。この締め付け過程において、別の固定ボルト５３Ａに対するナット７６の締め付けトルクを受けて別の固定ボルト５３Ａが円盤部材５６Ｇ，５６Ｍに対して垂直になろうとする。具体的には、別の固定ボルト５３Ａが取り付け穴６５Ｇの内面に当接して、円盤部材５６Ｇを矢印Ｄ１に示す周方向へ押す力を付与し、また、取り付け穴６５Ｍの内面に当接して、円盤部材５６Ｍを矢印Ｄ１に示す周方向へ押す力を付与し、円盤部材５６Ｇ，５６Ｍが回転方向へ沿って徐々に回転する。ナット７６が別の固定ボルト５３Ａに完全に螺着されると、図８（Ｂ）に示すように、別の固定ボルト５３Ａが円盤部材５６Ｇ，５６Ｍに対して垂直になる。

このようにして円盤部材５６Ｇ，５６Ｍが回転方向に相対的に回転することができるが、一度の作業で所望する連結位置に回転させることができない場合は、円盤部材５６Ｍ，５６Ｇが所望する連結位置に到達するまで上述の作業行程を繰り返し行う。これにより、停止維持トルクがあって円盤部材５６Ｇ，５６Ｍを回転させるのが困難である場合であっても、円盤部材５６Ｍ，５６Ｇからシャフト３７Ｍ，３７Ｇを取り外すことなく、カップリング５０による各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結位置を容易に調整することが可能となる。

［実施例］
以下、上述した実施形態に係るカップリング５０の具体的な実施例について説明する。上述の実施例では、円盤部材５６Ｍに３２個の取り付け穴６５Ｍが形成され、円盤部材５６Ｇに３４個の取り付け穴６５Ｇ形成された例について説明した。しかしながら、本発明は、以下に述べる各条件を満たした場合は、表１に示す孔数Ｎ_１，Ｎ_２となるように各取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇが各円盤部材５６Ｍ，５６Ｇに形成された実施例であってもよい。

具体的には、上述したカップリング５０において、第１連結部５１の軸固定部５５Ｍおよび第２連結部５２の軸固定部５５Ｇそれぞれの直径が３５ｍｍあり、軸固定部５５Ｍおよび軸固定部５５Ｇそれぞれの貫通孔５７の内径が１２．０ｍｍであり、軸固定部５５Ｍおよび軸固定部５５Ｇそれぞれのフランジ５８の直径が５５ｍｍであり、円盤部材５６Ｍ及び円盤部材５６Ｇの直径が１２０ｍｍであり厚みが３ｍｍであり、円盤部材５６Ｍにおける中心から取り付け穴６５Ｍまでの距離が５０ｍｍであり、円盤部材５６Ｇにおける中心から取り付け穴６５Ｇまでの距離が５０ｍｍであり、円盤部材５６Ｍと円盤部材５６Ｇとの間隔が５．０ｍｍであり、固定ボルト５３，５３Ａのネジ部分の有効径が約２．７ｍｍ（ＪＩＳで定められるＭ３相当）であり、取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇの直径が３．０ｍｍ、である場合に、各取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇの孔数Ｎ_１，Ｎ_２は、下記の表１に示す組合せとなることが好ましい。各取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇが下記表１に示す孔数Ｎ_１，Ｎ_２に定められたカップリング５０であれば、カップリング５０による各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結位置の調整作業が良好であることが、出願人が実施した実験によって確認済みである。なお、表１において、Ｇは、孔数Ｎ_１とＮ_２の最大公約数であって、円盤部材５６Ｍと円盤部材５６Ｇとが相対的に回転されたときに取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇが一致する最大数を示す。また、Δσは、取り付け穴６５Ｍの角度間隔をσ_１とし、取り付け穴６５Ｇの角度間隔をσ_２とした場合に、各角度間隔の角度差（＝σ_１−σ_２）を示す。また、上述したように、パターン数は、３６０度当たりの取り付け穴６５Ｍ及び取り付け穴６５Ｇが連結可能に一致する組合せ数（両円盤連結組合せ数）を示す。また、ΔＮは、孔数Ｎ_１とＮ_２の差（＝｜Ｎ_１−Ｎ_２｜）を示す。

なお、上記表１においてΔσ＝３６０°／パターン数である。Δσが０．５度程度になると、孔数Ｎ_１，Ｎ_２が増えて、隣接する取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇの壁間の距離が小さくなり強度が低下する。角度差Δσが０．５度以上であり１．０度以下である場合に、カップリング５０による各シャフト３７Ｍ，３７Ｇの連結位置の調整作業性が良好であることが分かる。更にまた、孔数Ｎ_１，Ｎ_２の最大公約数Ｇが、孔数Ｎ_１とＮ_２の差ΔＮ（＝｜Ｎ_１−Ｎ_２｜）と同じ場合は、孔数Ｎ_１，Ｎ_２の組合せ数が多いほど、カップリング５０における各取り付け穴６５Ｍ，６５Ｇの孔数の選択幅が増えるため、カップリング５０の設計の自由度が向上する。

１０：磁力回転装置
１１：発電機
１２：固定子
１４：回転体
１７：電磁石
１９：永久磁石
３０：コア
３２：コイル
３４：磁極
３７Ｍ，３７Ｇ・・・シャフト
５０：カップリング
５１：第１連結部
５２：第２連結部
５６Ｍ，５６Ｇ：円盤部材

Claims

静止状態で停止維持トルクを生じる二つの磁力回転装置それぞれの回転軸を連結するカップリングであって、
一方の第１回転軸を固定するための第１固定部、及び前記第１固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第１円盤部材を有する第１連結部と、
他方の第２回転軸を固定するための第２固定部、及び前記第２固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第２円盤部材を有する第２連結部と、
前記第１円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置された複数の第１貫通孔と、
前記第２円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ前記所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置されており、前記複数の第１貫通孔の孔数Ｎ₁とは異なる孔数Ｎ₂の複数の第２貫通孔と、
前記第１円盤部材及び前記第２円盤部材それぞれが前記回転軸の軸方向に対向された状態で、前記複数の第１貫通孔のうちのいずれかの前記第１貫通孔から前記複数の前記第２貫通孔のうちのいずれかの前記第２貫通孔に挿通された少なくとも二つの固定ボルトと、を備え、
前記複数の第１貫通孔の角度間隔をσ ₁ 、前記複数の第２貫通孔の角度間隔をσ ₂ 、前記孔数Ｎ ₁ と前記孔数Ｎ ₂ の最大公約数をＧとした場合に、各角度間隔の差Δσが０．５度以上１．０度以下の範囲内であり、且つ、前記最大公約数Ｇが前記孔数Ｎ ₁ と前記孔数Ｎ ₂ との差ΔＮと同じであることを特徴とするカップリング。
非励磁状態で停止維持トルクを生じる発電機駆動用磁力回転装置と、
静止状態で前記停止維持トルクを生じる永久磁石式の発電機と、
前記発電機駆動用磁力回転装置の第１回転軸と前記発電機の第２回転軸とを連結するカップリングと、を備え、前記発電機駆動用磁力回転装置によって回転される前記発電機から交流電力を発生させる電力発生装置であって、
前記カップリングは、
前記第１回転軸を固定するための第１固定部、及び前記第１固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第１円盤部材を有する第１連結部と、
前記第２回転軸を固定するための第２固定部、及び前記第２固定部を中心に備える板状樹脂材からなる第２円盤部材を有する第２連結部と、
前記第１円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置された複数の第１貫通孔と、
前記第２円盤部材に形成され、軸中心から径方向へ前記所定間隔を隔てた位置に軸周り方向へ等角度に配置されており、前記複数の第１貫通孔の孔数Ｎ₁とは異なる孔数Ｎ₂の複数の第２貫通孔と、
前記第１円盤部材及び前記第２円盤部材それぞれが前記回転軸の軸方向に対向された状態で、前記複数の第１貫通孔のうちのいずれかの前記第１貫通孔から前記複数の前記第２貫通孔のうちのいずれかの前記第２貫通孔に挿通された少なくとも二つの固定ボルトと、を備え、
前記複数の第１貫通孔の角度間隔をσ ₁ 、前記複数の第２貫通孔の角度間隔をσ ₂ 、前記孔数Ｎ ₁ と前記孔数Ｎ ₂ の最大公約数をＧとした場合に、各角度間隔の差Δσが０．５度以上１．０度以下の範囲内であり、且つ、前記最大公約数Ｇが前記孔数Ｎ ₁ と前記孔数Ｎ ₂ との差ΔＮと同じであることを特徴とする電力発生装置。