KR20130025781A - 전동발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전용 전자석 사이에 공심 코일을 설치함으로써, 무부하로 전력을 취출하여, 모터용 전자석에 전력을 공급하는 축전지에 축전함으로써 전력소비를 억제할 수 있는 전동발전기를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전동발전기(1)는, 모터측의 제1 원반(21)에 설치된 제1 영구자석(7)과, 복수의 모터용 전자석(8)과, 발전측의 제2 원반(41)에 설치된 제2 영구자석(14)과, 발전용 전자석(9)과, 제1 원반(21)을 회전시키기 위해 모터용 전자석에 직류전력을 공급하는 축전지(13)를 구비하고, 상기 발전용 전자석(9) 사이에는 각각 배치되는 공심 코일(15)이 설치되고, 그 공심 코일(15)로부터 취출한 전력의 일부를 상기 축전지(13)로 축전하는 하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동발전기{Motor generator}

본 발명은 모터용 전자석에 직류전력을 공급하여 영구자석이 배치된 원반을 회전시킴으로써 발전하는 교류전압 출력 권선(捲線)을 구비한 전동발전기에 관한 것이다.

종래부터, 모터(전동기)와 발전기를 동축에서 직결하여, 모터를 회전시킴으로써 발전을 행하는 전동발전기가 알려져 있다.

또한, 본 발명자들은, 동일 회전체를 사용하여, 연속적인 기전력을 얻을 수 있는 발전기능을 발휘 가능한 교류전압 출력 권선을 구비한 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터를 발명하였다(특허문헌 1 참조). 이 일방향 통전형 브러시리스 DC 모터의 경우는, 직류전력이 공급됨으로써, 복수의 영구자석이 배치된 원반을 회전시키는 모터용 전자석과, 그 모터용 전자석에 의해 회전하는 원반 상에 형성되는 상기 복수의 영구자석의 이동에 따라 유도기전력을 발생하는 발전용 전자석을 동일 프레임에 고정함으로써, 모터(전동기)와 발전기를 일체형으로서 구비하고 있다. 이것에 의해, 직류전력이 공급되는 모터용 전자석에 의해 복수의 영구자석이 배치된 원반이 회전되어, 교류전압 출력 권선에 연속적으로 기전력을 얻을 수 있다.

일본국 특허 제4569833호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는, 영구자석과 모터용 전자석 사이에 반발력 및 흡인력을 발생시켜서 원반을 회전시키기 때문에 상기 모터용 전자석에 통전을 행함으로써 소정의 전력이 소비되어, 이 전력 소비를 억제하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 발전용 전자석 사이에 공심(空芯) 코일을 설치함으로써, 무부하로 전력을 취출하여, 모터용 전자석에 전력을 공급하는 축전지에 축전함으로써 전력소비를 억제할 수 있는 전동발전기를 공급하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 전동발전기는, 제1 프레임과, 그 제1 프레임에 회전축을 매개로 회전 자유자재로 장착된 제1 원반과, 제2 프레임과, 그 제2 프레임에 상기 회전축을 매개로 회전 자유자재로 장착된 제2 원반과, 상기 제1 원반 상의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극이 형성된 복수의 제1 영구자석과, 상기 제2 원반 상의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극이 형성된 폭이 넓은 평판형상의 복수의 제2 영구자석과, 상기 복수의 제1 영구자석에 대응하여 상기 제1 프레임에 고정된 제1 자성체 심과, 그 제1 자성체 심의 각각에 휘감기는 제1 권선을 갖는 복수의 모터용 전자석과, 상기 제1 원반을 회전시키기 위해, 상기 제1 권선에 직류전력을 공급하는 축전지와, 상기 복수의 제2 영구자석에 대응하여 상기 제2 프레임에 고정된 제2 자성체 심과, 그 제2 자성체 심에 휘감겨 전력소비장치에 접속되는 제2 권선을 갖고, 상기 모터용 전자석에 의해 상기 복수의 제1 영구자석에 자력을 작용시켜서 상기 제1 원반을 회전시킴으로써 상기 회전축을 매개로 회전하는 상기 제2 원반 상에 형성되는 상기 복수의 제2 영구자석의 이동에 따라 상기 제2 권선 주위의 자계가 변화됨으로써 유도기전력을 발생하는 복수의 발전용 전자석과, 그 복수의 발전용 전자석 사이에 각각 배치되는 공심 코일을 구비하고, 상기 제1 영구자석은, 상기 제1 원반의 중심과 당해 제1 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 제1 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°보다 크고 60° 이하가 되도록 배치됨으로써, 상기 제1 권선에 직류 일정전류를 연속 급전한 경우에, 당해 제1 권선으로의 비급전시에 상기 제1 자성체 심과 상기 제1 영구자석의 흡인력에 의해 발생하는 디텐트 토크(detent torque)가 0이 되는 안정 평형 동작상태의 상기 제1 영구자석에 대해 상기 제1 자성체 심을 기준으로 하여 측정한 상기 제1 영구자석의 회전각도와, 상기 제1 권선의 전류와 상기 제1 영구자석에 의한 전자 토크의 특성 곡선에 있어서, 상기 제1 원반을 역방향으로 회전시키는 회전각도 범위가 좁고 값이 큰 대치협각도(大値狹角度) 토크가 발생할 때 또는 상기 제1 원반을 정방향으로 회전시키는 회전각도 범위가 넓고 값이 작은 소치광각도(小値廣角度) 토크가 발생할 때 중 어느 하나에 있어서 상기 제1 권선에 상기 축전지로부터 직류전력을 공급하여, 상기 제2 원반의 회전에 수반되는 상기 제2 영구자석의 이동에 따라 상기 공심 코일에 생기는 유도기전력의 적어도 일부를 상기 축전지에 축전하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재된 전동발전기는, 상기 제2 영구자석은, 상기 제2 원반의 중심과 당해 제2 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 제2 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재된 전동발전기는, 상기 제1 원반 및 상기 제2 원반이 각각 2개씩 상기 회전축에 고정되고, 한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석과 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석은 극성이 반대로 되어 있고, 한쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석과 다른 쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석은 극성이 반대로 되어 있으며, 상기 제1 자성체 심은, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하도록 고정되며, 상기 제2 자성체 심은, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석에 대응하도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재된 전동발전기는, 상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 상기 제1 원반, 및 상기 제2 원반은, 각각 비금속의 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 전동발전기에 의하면, 복수의 발전용 전자석 사이에 각각 배치되는 공심 코일이 설치되어 있고, 이 공심 코일에 생기는 유도기전력을 모터용 전자석에 전력을 공급하는 축전지에 축전하기 때문에, 모터용 전자석에 통전할 때 축전지가 소비되는 전력을 억제할 수 있다. 또한, 공심 코일을 사용하고 있기 때문에, 통상의 철심이 있는 경우와 달리, 저항이 없어 무부하로 전력을 취출할 수 있기 때문에, 효율적이다.

또한, 전자 토크의 값이 큰 대치협각도 토크가 발생하는 타이밍에 제1 권선에 전력을 공급하면, 작은 전력으로 커다란 토크를 얻을 수 있다. 그리고, 발생하는 회전각도의 폭이 큰 소치광각도 토크가 발생하는 타이밍에 제1 권선에 전력을 공급하면, 급전시간을 길게 할 수 있기 때문에, 제1 자성체 심과 제1 권선으로 되는 전자석의 자기 인덕턴스(self inductance)에 기인하는 제1 권선에 흐르는 전류의 증가 및 감소에 소요되는 시간이 크더라도 제1 권선에 흘리는 전류를 크게 할 수 있다.

청구항 2에 기재된 전동발전기에 의하면, 폭이 넓은 평판형상으로 형성된 제2 영구자석은, 제2 원반의 중심과 당해 제2 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 제2 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°가 되도록 배치되어 있기 때문에, 발전용 전자석 및 공심 코일에 의한 발전시간을 길게 할 수 있다.

청구항 3에 기재된 전동발전기에 의하면, 제1 원반을 2개 구비하고, 한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 제1 영구자석과 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 제1 영구자석은 극성이 반대로 되어 있고, 제1 자성체 심은, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하도록 고정되어 있다. 따라서, 제1 자성체 심의 2개의 단부에 발생하는 전자력을 모두 상기 제1 원반의 회전에 이용할 수 있기 때문에, 전력으로부터 동력으로의 에너지의 변환효율을 향상시킬 수 있다.

청구항 4에 기재된 전동발전기에 의하면, 상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 상기 제1 원반, 및 상기 제2 원반은, 각각 비금속의 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 철손(鐵損)을 경감하여 직류전력으로부터 교류전력으로의 변환효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 전동발전기의 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 본 발명의 전동발전기의 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 전동발전기의 도 1의 B-B선 단면도이다.
도 4는 모터용 전자석에 전력을 공급하지 않는 경우의 θ-T 특성을 나타내는 설명도이다.
도 5는 모터용 전자석에 직류 일정 전류를 공급한 경우의 θ-T 특성을 나타내는 설명도이다.
도 6은 소치광각도 토크를 이용하는 경우의 모터용 전자석으로의 비급전시의 안정 평형 동작상태에 있어서의 제1 영구자석, 모터용 전자석, 위치 검출 원반의 착색영역 및 투명영역, 및 위치 검출 센서의 위치관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다.
도 7은 착색영역에 설치한 투명창영역(R)에 대해서 설명하는 설명도이다.
도 8은 대치협각도 토크를 이용하는 경우의 모터용 전자석으로의 비급전시의 안정 평형 동작상태에 있어서의 제1 영구자석, 모터용 전자석, 위치 검출 원반의 착색영역 및 투명영역, 및 위치 검출 센서의 위치관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명의 전동발전기(1)에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 전동발전기(1)는, 제1 회전체(2)와, 그 제1 회전체(2)를 지지하는 제1 프레임(3)과, 제2 회전체(4)와, 그 제2 회전체(4)를 지지하는 제2 프레임(5)을 구비하고 있다.

제1 회전체(2)는, 회전축이 되는 샤프트(6)에 2매의 제1 원반(21, 22)과, 1매의 원반(23)과, 1매의 위치 검출 원반(24)이 스페이서(60)를 매개로 각각 소정 간격 벌린 상태로 회전 자유자재로 고정되어 있다. 각각의 제1 원반(21, 22)의 한쪽 면에는, 제1 원반(21, 22)의 둘레 가장자리에 등간격으로 4개의 제1 영구자석(7, 7a)이 설치되어 있다. 한편, 제1 프레임(3)에는, 2개가 1조(組)가 되는 4조의 제1 영구자석(7)의 각각에 대응하여 4개의 모터용 전자석(8)이, 제1 지지부재(3a)에 의해 고정되어 있다. 이 모터용 전자석(8)은, 한쪽의 자극이 한쪽의 제1 원반(21)의 영구자석(7)(2개가 1조인 영구자석(7)의 한쪽)에 대응하고, 모터용 전자석(8)의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 제1 원반(22)의 영구자석(7a)(2개가 1조인 영구자석(7)의 다른 쪽)에 대응하고 있다.

제1 영구자석(7)은, 표면 및 이면에 자극이 형성된 평판형상의 것으로, 구체적으로는 네오듐계의 희토류 자석이다. 이와 같이, 표면과 이면에 N극 및 S극이 형성된 제1 영구자석(7)을 사용함으로써, 각 자극면이 넓어져, 모터로서의 회전체(2)의 회전 토크를 향상시킬 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 각 제1 영구자석(7, 7a)은, 각각 제1 원반(21, 22)에 수 ㎜ 정도 메어 넣어져 있다. 또한, 제1 영구자석(7, 7a)의 고정방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 쇠장식(金具) 등을 사용하여 제1 원반(21, 22)에 고정하도록 해도 된다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 제1 영구자석(7, 7a)은, 각각 제1 원반(21, 22)(제1 회전체(2))의 중심(O)으로부터 제1 영구자석(7, 7a)의 중심(P)을 통과하는 직선(L1)과, 제1 영구자석(7, 7a)의 자극방향, 즉 제1 영구자석(7, 7a)의 표면 또는 이면에 있어서의 법선방향의 직선(L2)이 교차하는 각도(α)가, 제1 원반(21, 22)의 중심(O)으로부터 보아, 0°<α≤60°가 되도록 고정되어 있다. 또한, 제1 영구자석(7, 7a)은, 제1 원반(21, 22)의 외측방향의 자극면의 극성이, 모터용 전자석(8)의 제1 원반(21, 22)에 대향하는 쪽의 자극의 극성과 동일하게 되어 있다.

또한, 한쪽의 제1 원반(21)과 다른 쪽의 제1 원반(22)의 각각에 4개씩 설치되어 있는 제1 영구자석(7)과 제1 영구자석(7a)의 외측방향(또는 내측방향)의 자극면의 극성은 반대로 되어 있다. 즉, 한쪽의 제1 원반(21)에 설치되어 있는 제1 영구자석(7)은 N극의 자극면이 원반(21)의 외측을 향하고 있고, 다른 쪽의 제1 원반(22)에 설치되어 있는 제1 영구자석(7a)은 S극의 자극면이 원반(22)의 외측을 향하고 있다. 이는, 모터용 전자석(8)의 2개의 자극의 극성이 상이하기 때문이다. 하나의 모터용 전자석(8)의 한쪽의 자극이 한쪽의 제1 원반(21)의 제1 영구자석(7)의 자극면과 대향하고, 당해 모터용 전자석(8)의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 제1 원반(22)의 제1 영구자석(7a) 외측의 자극면과 대향한다. 따라서, 하나의 모터용 전자석(8)의 한쪽의 자극에 대향하는 한쪽의 제1 원반(21)의 제1 영구자석(7)의 자극면의 극성과, 당해 모터용 전자석(8)의 다른 쪽의 자극에 대향하는 다른 쪽의 제1 원반(22)의 제1 영구자석(7a)의 자극면의 극성은 상이한 것이다. 2개의 제1 원반(21, 22)은, 각각이 구비하는 제1 영구자석(7, 7a)의 둘레방향의 위치가 동일해지도록 스페이서(60)를 매개로 포개어 겹쳐서 고정되어 있다. 따라서, 전동발전기(1)의 모터(전동기)측에서는, 2개가 1조인 제1 영구자석(7, 7a)을 4조, 합계 8개의 제1 영구자석(7, 7a)을 구비하고 있다. 한편, 전동발전기(1)의 모터(전동기)측의 모터용 전자석(8)의 수는, 4개이다.

전술한 바와 같이, 한쪽의 제1 원반(21)과, 다른 쪽의 제1 원반(22)과, 1개의 원반(23)은, 전동발전기(1)의 회전축방향으로 원반(21), 원반(22), 원반(23)의 순으로 스페이서(60)에 의해 고정되어 있다. 그리고, 중앙의 원반(22)에는, 위치 검출 원반(24)이 동축이 되도록 고정되어 있다. 위치 검출 원반(24)은, 제1 영구자석(7, 7a)의 회전위치(회전각도)를 검출하기 위한 것이다. 위치 검출 원반(24)은, 제1 원반(21, 22) 및 원반(23)보다 직경이 약간 크게 되어 있고, 투명한 합성수지 등에 의해 형성되어 있다. 위치 검출 원반(24)의 원반(22)의 둘레 가장자리로부터 돌출된 직경이 큰 부분의 소정 영역은, 제1 영구자석(7, 7a)의 회전위치를 특정하기 위해 흑색으로 착색된 마커를 구비하고 있다. 그리고, 제1 프레임(3)에는 위치 검출 센서(10)가 지지부재(10a)에 의해 장착되어 있고, 이 위치 검출 센서(10)로 위치 검출 원반(24)의 당해 착색영역(마커)을 검출함으로써, 제1 영구자석(7, 7a)의 회전위치(회전각도)가 특정된다. 이와 같이 하여 제1 영구자석(7, 7a)의 회전위치(회전각도)를 특정함으로써, 모터용 전자석(8)으로의 통전의 타이밍이 결정된다. 또한, 제1 프레임(3), 지지부재(3a), 스페이서(60), 및 지지부재(10a)는 비금속의 재료로 형성되어 있고, 예를 들면, 합성수지에 의해 형성되어 있다.

제1 원반(21, 22), 원반(23), 및 위치 검출 원반(24)의 중심에는 샤프트(6)가 관통되어 있고, 이 샤프트(6)에 제1 원반(21, 22), 원반(23), 및 위치 검출 원반(24)이 고정되어, 제1 회전체(2)로서 일체로 회전한다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 회전체(2)의 둘레 가장자리 부분에는, 제1 원반(21), 제1 원반(22), 원반(23)의 둘레 가장자리 부분간의 전체에 걸치도록 필름(11)이 첩부(貼付)되어 있다. 이 필름(11)에 의해 제1 회전체(2)의 내부 공기가 봉지(封止)된다. 따라서, 제1 회전체(2)가 회전한 경우에 내부 공기가 제1 회전체(2)와 함께 회전하기 때문에, 제1 영구자석(7, 7a) 등이 회전에 의한 공기 저항을 받는 경우가 없다. 그 때문에, 제1 회전체(2)의 공기 저항을 감소시켜서 전동발전기(1)의 전동기측의 회전효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 필름(11)은, 제1 영구자석(7, 7a)과 모터용 전자석(8)의 전자력의 작용 및 반작용에 영향을 미치지 않는 소재로서, 두께가 얇은 것이 바람직하고, 예를 들면, 합성수지 필름 등을 사용할 수 있다.

모터용 전자석(8)은, 도 1 및 도 에 나타내는 바와 같이, 대략 U자형상의 자성체 심(80)에 권선(81)이 감긴 집중권(集中捲)이다. 모터용 전자석(8)의 경우는, 권선(81)에 전류가 흐름으로써 자성체 심(80)의 양단부에 각각 상이한 극성의 자극이 형성된다. 이 모터용 전자석(8)의 각 권선(81)은 적절히, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속되어 정리되고, 그 2단자에는 제어회로(12)로부터의 명령에 따라 축전지(13)로부터 직류전력이 공급된다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 모터용 전자석(8)은, 그 각 자극이 2개의 제1 원반(21, 22)에 2단으로 설치된 2개가 1조인 제1 영구자석(7, 7a)에 대응하도록 하여, 소정의 갭 길이로 배치되어 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 모터용 전자석(8)의 자극의 극성과, 그 모터용 전자석(8)의 각 자극에 대향하는 제1 영구자석(7)의 자극면의 극성은 동일하게 되어 있고, 한쪽의 제1 원반(21)과 다른 쪽의 제1 원반(22) 사이에서는, 한쪽의 제1 원반(21)에 설치된 제1 영구자석(7)의 자극면의 극성과 다른 쪽의 제1 원반(22)에 설치된 제1 영구자석(7a)의 극성이 반대로 되어 있다. 이와 같이 전동발전기(1)의 모터(전동기)측에서는, 제1 회전체(2)에 있어서, 한쪽의 제1 원반(21)에 고정하는 제1 영구자석(7)과 다른 쪽의 제1 원반(22)에 고정하는 제1 영구자석(7a)을 설치하여 2단의 구성으로 하고, 모터용 전자석(8)을 U자형상으로 하여 2개의 자극의 각각을 그 2단의 제1 영구자석(7)과 영구자석(7a)의 각각에 대응시키고 있다. 이와 같이 하여 제1 영구자석(7)과 영구자석(7a) 양쪽의 자속을 모두 제1 회전체(2)를 회전시키기 위해 이용함으로써, 전동발전기(1)의 전력으로부터 동력으로의 에너지의 변환효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 모터용 전자석(8)은, 제1 원반(21, 22)(제1 회전체(2))의 중심(O)으로부터 모터용 전자석(8)의 중심을 연결하는 직선(미도시)과, 모터용 전자석(8)의 자속 중심축(미도시)이 교차하는 각도(β)가 제1 원반(21)의 중심(O)방향으로부터 본 경우에, 0°<β≤20°가 되도록 제1 프레임(3)에 고정되어 있다. 각도(β)를 이와 같이 함으로써, β=0으로 하는 경우와 비교하여, 후술하는 θ-토크 특성이 변화된다고 하는 효과가 얻어진다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, β=0의 상태를 나타내고 있다.

제1 프레임(3)은, 샤프트(6)를 축심에 제1 회전체(2)를 회전 가능하게 지지하는 동시에, 모터용 전자석(8) 및 위치 검출 센서(10)를 고정하는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이, 소정의 간격으로 대향하여 서로 연결된 2매의 판형상의 것이다. 이 2매의 판형상의 제1 프레임(3)은, 제1 회전체(2)의 최대 직경, 즉, 위치 검출 원반(24)의 직경보다도 크게 되어 있다. 또한, 도시하지 않으나, 제1 프레임(3)의 샤프트(6)의 축을 지지하는 개소에는 베어링이 설치되어 있다.

전술한 위치 검출 센서(10)는, 제1 원반(21)과 함께 회전하는 위치 검출 원반(24)의 위치(회전각도)를 검출할 수 있는 것이라면 임의의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, 포토인터럽터(photointerrupter)를 사용할 수 있다. 위치 검출 센서(10)는, 축전지(직류전원)(13)로부터의 전력을 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 공급하기 위한 제어회로(12)와 접속되어 있어, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전하는 타이밍을 제어회로(12)에 부여한다. 본 실시형태의 위치 검출 센서(10)는, 위치 검출 원반(24)의 투명영역(착색영역(마커)이 아닌 부분)을 검출하고 있는 동안만큼, 투명영역을 검출하고 있는 것을 나타내는 검출 신호를 제어회로(12)에 송신한다. 제어회로(12)는, 위치 검출 센서(10)로부터의 검출 신호의 수신에 따른 타이밍에, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 축전지(12)로부터 직류전력을 공급한다. 구체적으로는, 제어회로(12)는, 예를 들면, 위치 검출 센서(10)로서의 포토인터럽터가 광신호를 수신하고 있는 동안은 스위치(미도시)를 온으로 하여 모터용 전자석(8)의 권선(81)으로 급전을 행하고, 광신호를 수신하고 있지 않은 동안은 스위치를 오프로 하여 급전을 정지한다.

전술한 착색영역(마커)은, 제1 원반(22)의 둘레 가장자리로부터 돌출된 위치 검출 원반(24)의 링형상의 직경이 큰 부분에 설치되어 있다. 이 착색영역의 위치를 조정하여, 착색영역이 위치 검출 센서(10)에 의해 검출될 때, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전한 경우에는, 제1 회전체(2)(제1 원반(21))의 역회전방향(도 2에 있어서의 시계방향)의 토크가 발생하도록 할 수 있고, 위치 검출 센서(10)가 착색영역(마커)을 검출하여 모터용 전자석(8)의 권선(81)으로의 급전을 정지함으로써 제1 회전체(2)의 역회전방향으로의 토크의 발생을 방지할 수 있다. 제어회로(12)에 대해서는 상세하게는 설명하지 않으나, 모터용 전자석(8)의 권선(81)의 에너지를 저항으로 소비하는 것이 아니라, 전원으로 회생되는 타입이 바람직하고, 예를 들면, 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor: SRM)에서 일반적으로 사용되고 있는 자기소호형 소자를 2개만 사용한 회로로 할 수 있다.

다음으로, 전동발전기(1)의 발전기측의 구성에 대해서 설명한다. 발전기측에 설치되는 제2 회전체(4)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 회전체(2)의 회전축과 동축인 샤프트(6)에 2매의 제2 원반(41, 42)과, 1매의 원반(43)이 스페이서(60)를 매개로 각각 소정 간격 벌린 상태에서 회전 자유자재로 고정되어 있다. 각각의 제2 원반(41, 42)의 한쪽 면에는, 제1 원반(21, 22)과 동일하게 그 둘레 가장자리에 등간격으로 4개의 제2 영구자석(14, 14a)이 설치되어 있다. 한편, 제2 프레임(5)에는, 2개가 1조가 되는 4조의 제2 영구자석(14)의 각각에 대응하여 4개의 발전용 전자석(9)이, 제2 지지부재(5a)에 의해 고정되어 있다. 이 발전용 전자석(9)은, 한쪽의 자극이 한쪽의 제2 원반(41)의 영구자석(14)(2개가 1조인 영구자석(14)의 한쪽)에 대응하고, 발전용 전자석(9)의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 제2 원반(42)의 영구자석(14a)(2개가 1조인 영구자석(14)의 다른 쪽)에 대응하고 있다.

제2 영구자석(14)은, 표면 및 이면에 자극이 형성된 평판형상의 것으로, 제1 영구자석(7)보다도 폭이 넓게 형성된 것을 사용하고 있다. 이 제2 영구자석(14)도 제1 영구자석(7)과 동일하게 네오듐계의 희토류 자석 등으로 형성되어 있다. 이와 같이, 표면과 이면에 N극 및 S극이 형성된 제2 영구자석(14)을 사용함으로써, 각 자극면이 넓어져, 발전기로서의 발전시간을 길게 할 수 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 제2 영구자석(14, 14a)도, 각각 제2 원반(41, 42)에 수 ㎜ 정도 메어 넣어져 있다. 또한, 이 제2 영구자석(14, 14a)의 고정방법도 특별히 한정되는 것은 아니고, 쇠장식 등을 사용하여 제2 원반(41, 42)에 고정하도록 해도 된다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 제2 영구자석(14, 14a)은, 각각 제2 원반(41, 42)(제2 회전체(4))의 중심(O)으로부터 제2 영구자석(14, 14a)의 중심(Q)를 통과하는 직선(L3)과, 제2 영구자석(14, 14a)의 자극방향, 즉 제2 영구자석(14, 14a)의 표면 또는 이면에 있어서의 법선방향의 직선(L4)이 이루는 각도가, 제2 원반(41, 42)의 중심(O)으로부터 보아, 0°가 되도록, 즉 직선(L3)과 직선(L4)이 겹치도록 고정되어 있다. 이것에 의해, 더욱 발전시간을 길게 할 수 있다. 또한, 제2 영구자석(14, 14a)은, 제2 원반(41, 42)의 외측방향의 자극면의 극성이, 발전용 전자석(9)의 제2 원반(41, 42)에 대향하는 쪽의 자극의 극성과 동일하게 되어 있다.

또한, 한쪽의 제2 원반(41)과 다른 쪽의 제2 원반(42)의 각각에 4개씩 설치되어 있는 제2 영구자석(14)과 제2 영구자석(14a)의 외측방향(또는 내측방향)의 자극면의 극성은 반대로 되어 있다. 즉, 한쪽의 제2 원반(41)에 설치되어 있는 제2 영구자석(14)은 N극의 자극면이 원반(41)의 외측을 향하고 있고, 다른 쪽의 제2 원반(42)에 설치되어 있는 제2 영구자석(14a)은 S극의 자극면이 원반(42)의 외측을 향하고 있다. 이는, 발전용 전자석(9)의 2개의 자극의 극성이 상이하기 때문이다. 하나의 발전용 전자석(9)의 한쪽의 자극이 한쪽의 제2 원반(41)의 제2 영구자석(14) 외측의 자극면과 대향하고, 당해 발전용 전자석(9)의 다른 쪽의 자극이 다른 쪽의 제2 원반(42)의 제2 영구자석(14a) 외측의 자극면과 대향한다. 따라서, 하나의 발전용 전자석(9)의 한쪽의 자극에 대향하는 한쪽의 제2 원반(41)의 제2 영구자석(14)의 자극면의 극성과, 당해 발전용 전자석(9)의 다른 쪽의 자극에 대향하는 다른 쪽의 제2 원반(42)의 제2 영구자석(14a)의 자극면의 극성은 상이하다. 2개의 제2 원반(41, 42)은, 각각이 구비하는 제2 영구자석(14, 14a)의 둘레방향의 위치가 동일해지도록 스페이서(60)에 의해 포개어 겹쳐서 고정되어 있다. 따라서, 전동발전기(1)의 발전기측에서는, 2개가 1조인 제2 영구자석(14, 14a)을 4조, 합계 8개의 제2 영구자석(14, 14a)을 구비하고 있다. 한편, 전동발전기(1)의 발전기측의 발전용 전자석(9)의 수는, 4개이다.

제2 원반(41, 42) 및 원반(43)의 중심에는, 샤프트(6)가 관통되어 있고, 이 샤프트(6)에 제2 원반(41, 42) 및 원반(43)이 고정되어, 제2 회전체(4)로서 일체로 회전한다. 또한, 제2 회전체(4)는, 제1 회전체(2)와도 동축의 샤프트(6)에 고정되어 있기 때문에, 제1 회전체(2)가 회전함으로써 제2 회전체(4)도 회전하게 되어 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 회전체(4)의 둘레 가장자리 부분에는, 제2 원반(41), 제2 원반(42), 원반(43)의 둘레 가장자리 부분간의 전체에 걸치도록 필름(11)이 첩부되어 있어, 이 필름(11)에 의해 제2 회전체(4)의 내부 공기가 봉지된다. 따라서, 제2 회전체(4)가 회전한 경우에 내부 공기가 제2 회전체(4)와 함꼐 회전하기 때문에, 제2 영구자석(14, 14a) 등이 회전에 의한 공기 저항을 받는 경우가 없다. 그 때문에, 제2 회전체(4)의 공기 저항을 감소시켜서 전동발전기(1)의 발전기측의 회전효율을 향상시킬 수 있다.

발전용 전자석(9)도, 모터용 전자석(8)과 동일하게 U자형상의 자성체 심(90)에 권선(91)이 감긴 집중권이다. 이 발전용 전자석(9)은, U자형상의 자성체 심(90)의 양쪽 말단이 2개의 제2 원반(41, 42)에 2단으로 설치된 제2 영구자석(14, 14a)에 대응하도록 하여, 소정의 갭 길이로 배치되어 있다. 발전용 전자석(9)에 있어서는, 자성체 심(90)을 포함하는 권선(91) 주위의 자계가, 제2 회전체(4)의 회전에 의해 이동하는 제2 영구자석(14, 14a)에 따라 변화함으로써 전자유도에 의해 권선(91)의 양쪽 말단에 유도기전력이 발생한다. 따라서, 권선(91)이 교류전압 출력 권선이다. 또한, 이 발전용 전자석(9)의 각 권선(91)은 적절히, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속되어 단상(單相) 권선 또는 다상(多相) 권선으로서 구성되고, 그들은, 교류용 전등, 교류 모터 등의 다양한 교류전력 소비장치에 접속된다. 또한, 교류전압을 정류(整流)하여 직류전압으로서 직류전력 소비장치에 접속하는 것도 가능하다.

또한, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(1)의 발전측에서는, 4개의 발전용 전자석(9)의 각 권선(91) 사이에는, 2개의 제2 원반(41, 42)에 2단으로 설치된 제2 영구자석(14, 14a)에 대응하도록 하여, 소정의 갭 길이로 2개씩 공심 코일(15)이 설치되어 있다. 도 1에서는, 설명을 위해 상세하게 도시하고 있지 않으나, 이 공심 코일(15)도 발전용 전자석(9)과 동일하게 제2 지지부재(5a)에 고정되어 있다.

이 공심 코일(15)에 있어서는, 당해 공심 코일(15) 주위의 자계가, 제2 회전체(4)의 회전에 의해 이동하는 제2 영구자석(14, 14a)에 따라 변화하는 것에 의한 전자유도에 의해 유도기전력이 발생한다. 이 발생한 유도기전력의 일부는, 예를 들면, 정류기(미도시)를 매개로 교류전력을 직류전력으로 정류하여 축전지(13)로 충전된다. 이것에 의해, 모터용 전자석(8)에 직류전력을 공급하는 축전지(13)가 소비하는 전력을 억제할 수 있다. 또한, 공심 코일(15)을 사용하고 있기 때문에, 통상의 철심이 있는 경우와 달리, 저항이 없어 무부하로 전력을 취출할 수 있어, 효율적이다. 또한, 축전지(13)의 충전에 이용되는 전력 이외의 전력에 대해서는, 예를 들면, 교류용 전등, 교류 모터 등의 다양한 교류전력 소비장치에 이용하도록 해도 된다.

이하, 본 발명의 전동발전기(1)의 기동에 대해서 설명한다. 전술한 바와 같이(도 2 참조), 제1 영구자석(7, 7a)은, 제1 원반(21, 22)(제1 회전체(2))의 중심(O)으로부터 제1 영구자석(7, 7a)의 중심(P)을 통과하는 직선(L1)과, 제1 영구자석(7, 7a)의 자극방향, 즉 제1 영구자석(7, 7a)의 표면 또는 이면에 있어서의 법선방향의 직선(L2)이 교차하는 각도(α)가, 제1 원반(21, 22)의 중심(O)으로부터 보아, 0°<α≤60°로 되어 있다. 제1 영구자석(7, 7a)의 기울기를 이와 같이 한 경우, 모터용 전자석(8)의 중심으로부터 제1 회전체(2)(제1 원반(21, 22))의 정회전방향(도 3에 있어서의 반시계방향)으로 측정한 제1 영구자석(7, 7a)의 중심까지의 기계각을 θ로 하고, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전하지 않는 경우에 자성체 심(80)과 제1 영구자석(7, 7a) 사이의 흡인력에 의해 생기는 정회전방향의 토크인 디텐트 토크(코깅 토크)를 T로 하면, θ-T 특성은 도 4에 나타내는 바와 같이 된다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=0°가, 즉, 모터용 전자석(8)의 중심의 정면에 제1 영구자석(7)의 중심이 위치하는 상태에서, 디텐트 토크가 0이 되어 제1 원반(21)이 정지하는 안정 평형점이다.

한편, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에, 예를 들면, 직류전원(축전지)(13)을 사용하여 1.90 A의 직류전류를 공급한 경우에 모터용 전자석(8)과 제1 영구자석(7) 사이에 생기는 제1 원반(21)의 정회전방향의 전자 토크를 T로 하면, θ-T 특성은 도 5에 나타내는 바와 같이 된다. 또한, 모터용 전자석(8)에 공급하는 전류를 변경한 경우, 안정 평형점 및 불안정 평형점은 변화된다. 또한, 안정 평형점과 불안정 평형점은, 모터용 전자석(8)에 대한 제1 영구자석(7, 7a)의 위치가 안정 평형상태에 있는 하나의 위치(점)와 불안정 평형상태에 있는 하나의 위치(점)를 각각 의미한다. 안정 평형상태와 불안정 평형상태는 모두 모터용 전자석(8)과 제1 영구자석(7)의 흡인력과 반발력이 균형된 상태이다. 안정 평형상태에서는, 제1 원반(21)이 어느 한 방향으로 회전해도 모터용 전자석(8)과 제1 영구자석(7)의 자력에 의해 회전방향과 반대방향의 힘이 가해져, 재차 안정 평형상태로 되돌아간다. 한편, 불안정 평형상태에서는, 제1 원반(21)이 어느 한 방향으로 회전하면, 모터용 전자석(8)과 제1 영구자석(7)의 자력에 의해 그 회전방향으로의 힘이 가해져, 재차 불안정 평형상태로 되돌아가는 경우는 없다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=-20°, θ=70°가 안정 평형점이고, θ=-80°, θ=10°가 불안정 평형점이다. 그리고, 전자 토크 T가 마이너스가 되는 각도 폭은 30°이고, T가 플러스가 되는 각도 폭은 60°이다. T의 평균은 제로가 되기 때문에, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, T가 마이너스가 되는 부분에서는 각도 폭이 좁고 T의 절대값이 크다. 이에, T가 마이너스가 되는 부분의 T를 "대치협각도 토크"라 부른다. 한편, T가 플러스가 되는 부분에서는 각도 폭이 넓고 T의 절대값은 작다. 이에, T가 플러스가 되는 부분의 전자 토크 T를 "소치광각도 토크"라 부른다.

여기서, 소치광각도 토크를 이용하는 경우를 생각한다. 도 6은, 모터용 전자석(8)으로의 비급전시의 안정 평형상태(즉, 디텐트 토크가 제로이고 제1 원반(21, 22)이 정지해 있는 상태)에 있어서의 제1 영구자석(7), 모터용 전자석(8), 위치 검출 원반(24)의 착색영역 및 투명영역, 및 위치 검출 센서(10)의 위치 관계를 직선상으로 나타낸 설명도이다. 도 6에 있어서, 각도(β)는, 모터용 전자석(8)의 정면을 0°로 한, 제1 프레임(3) 등의 고정자 상에 표시된 각도로, 제1 회전체(2)(제1 원반(21, 22))인 회전자의 정방향 회전을 정의 방향으로 하고 있다. 또한, 정회전영역과 역회전영역은, 모터용 전자석(8)에 대해 고정된, 즉, 각도(β)에 관하여 고정된 영역이다. 정회전영역은, 제1 영구자석(7, 7a)이 제1 원반(21, 22)의 회전에 따라 이동하여 당해 영역에 위치했을 때, 제1 원반(21, 22)에 정회전방향의 전자 토크 T가 생기는 영역이다. 즉, 도 6의 정회전영역은, 도 5에 있어서 "소치광각도 토크"가 발생하는 θ의 각도범위에 대응하고 있다. 그리고, 역회전영역은, 제1 영구자석(7, 7a)이 제1 원반(21, 22)의 회전에 따라 이동하여 당해 영역에 위치했을 때, 제1 원반(21, 22)에 역회전방향의 전자 토크 T가 생기는 영역이다. 즉, 도 6의 역회전영역은, 도 5에 있어서 "대치협각도 토크"가 발생하는 θ의 각도범위에 대응하고 있다. 도 6에 있어서, 도면의 왼쪽방향이 제1 원반(21)의 정회전의 방향으로, 제1 영구자석(7)이 왼쪽으로 이동하면 위치 검출 원반(24)의 착색영역 및 투명영역도 왼쪽으로 이동한다. 또한, 정회전영역의 각도 폭과 투명영역의 각도 폭은 동일한 60°이고, 역회전영역의 각도 폭과 착색영역의 각도 폭은 동일한 30°이다. 그리고, 정회전영역 및 역회전영역과, 투명영역 및 착색영역은 연속하고 있고, 정회전영역 및 투명영역은 30°간격으로 존재하며, 역회전영역 및 착색영역은 60°간격으로 존재한다. 또한, 제1 영구자석(7, 7a)이 역회전영역 내에 위치하는 경우에 위치 검출 센서(10)는 착색영역 내에 있고, 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역 내에 위치하는 경우에 위치 검출 센서(10)는 투명영역 내에 있도록, 위치 검출 원반(24)과 위치 검출 센서(10)를 설정한다. 도 6의 예에서는, 위치 검출 센서(10)는, β=50°의 장소에 위치하고 있다.

도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 모터용 전자석(8)에 급전을 하지 않는 안정 평형상태에서는, 제1 영구자석(7)은 역회전영역에 위치하기 때문에, 위치 검출 원반(24)의 위치 검출 센서(10)가 센싱하는 장소는 착색영역이다. 따라서, 위치 검출 센서(10)로부터는 검출 신호가 제어회로(12)에 송신되기 때문에, 제어회로(12)는, 축전지(13)로부터의 전력을 모터용 전자석(8)에 공급하지 않는다. 이 때문에, 모터용 전자석(8)에 급전되지 않는 안정 평형상태에서 제1 원반(21)을 회전시켜서 전동발전기(1)의 모터측을 기동시키기 위해서는, 어떠한 종류의 고안이 필요해진다. 전동발전기(1)의 모터측을 기동시키기 위한 고안으로서는, 크게 나눠서, 비급전시의 안정 평형점을 정회전영역으로 이동시키는 제1 방법과, 기동시에 제1 영구자석(7)을 일단 강제적으로 정회전영역으로 이동시키는 제2 방법이 있다.

비급전시의 안정 평형점을 정회전영역으로 이동시키는 제1 방법이란, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 전력이 공급되지 않아 제1 원반(21, 22)이 디텐트 토크 0의 안정 평형상태에서 정지해 있을 때의 모터용 전자석(8)과 제1 영구자석(7)의 위치관계가, 모터용 전자석(8)의 권선(81)으로의 전력의 공급이 개시되었을 때에 제1 원반(21, 22)의 정방향의 토크가 제1 원반(21, 22)의 소정의 회전각도만큼 연속해서 발생하는 관계가 되도록, 이웃하는 모터용 전자석(8(8a))의 위치를 현재의 위치, 즉, 모터용 전자석(8)으로부터 90°떨어진 위치로부터 이동시킴으로써, 디텐트 토크(θ-T 특성)를 변화시켜서, 안정 평형상태에 있어서, 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역에 위치하도록 한다. 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역에 위치하면, 위치 검출 센서(10)의 센싱위치는 투명영역이 되기 때문에 급전이 개시되어 제1 원반(21, 22), 즉, 전동발전기(1)의 모터측을 기동하여 정회전시킬 수 있다.

예를 들면, 디텐트 토크(θ-T 특성)를 변화시킴으로써, 안정 평형상태에 있어서, 모터용 전자석(8) 근방의 제1 영구자석(7)이 β=11°에 위치하도록 하면, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 영구자석(7, 7a)은 정회전영역에 포함되고, 위치 검출 센서(10)의 센싱위치는 투명영역에 포함된다. 제1 원반(21)의 정회전방향에는 70°-11°=59°에 걸쳐 정회전영역이 계속해서 존재해, 마찬가지로, 59°에 걸쳐 투명영역이 계속해서 존재한다. 따라서, 제1 원반(21, 22)이 59°만큼 회전하는 동안만큼 모터용 전자석(8)에 급전되어 제1 원반(21, 22)은 정회전한다. 제1 원반(21, 22)의 회전각도가 60°에 도달하여 β=71°가 되면 제1 영구자석(7, 7a)은 역회전영역에 포함된다. 그러나, 위치 검출 센서(10)의 센싱위치도 착색영역에 포함되기 때문에 모터용 전자석(8)으로의 급전이 정지된다. 그러면, 모터용 전자석(8)에 의한 전자 토크 T는 제로가 되어, 디텐트 토크 T가 나타난다. 역회전영역에 있어서의 디텐트 토크 T는 대략 양의 값이며, 또한, 제1 원반(21, 22)에는 관성 모멘트가 존재하기 때문에, 제1 원반(21, 22)은 정회전을 계속한다. 각도 폭이 30°인 역회전영역을 넘으면 재차 제1 영구자석(7, 7a)은 각도 폭 60°의 정회전영역으로 들어가기 때문에 제1 원반(21, 22)은 정회전을 계속한다. 모터용 전자석(8)에 급전하지 않는 디텐트 토크 T의 안정 평형상태에서, 모터용 전자석(8) 근방의 제1 영구자석(7, 7a)을 β=11°에 위치시키기 위해서는, 양쪽 이웃하는 모터용 전자석(8(8a))을 각각 제1 원반(21, 22)의 정회전방향으로 22°만큼 이동시키면 된다. 즉, 모터용 전자석(8(8a))을 β=90°의 위치에서 β=112°의 위치로 이동시키면 된다. 단, β=112°가 적당한 것은, 모터용 전자석(8)이 2개이고 모터용 전자석(8(8a))이 2개인 경우이다.

한편, 기동시에 제1 영구자석(7)을 일단 강제적으로 정회전영역으로 이동시키는 제2 방법으로서는, 위치 검출 센서(10)에 의한 착색영역의 검출에 상관없이 모터용 전자석(8)에 일시적으로 급전하는 방법(2-1)과, 착색영역에 폭이 좁은 투명영역을 마련하는 방법(2-2)이 있다.

위치 검출 센서(10)에 의한 착색영역의 검출에 상관없이 모터용 전자석(8)에 일시적으로 급전하는 방법(2-1)에 있어서는, 축전지(13)의 직류전력을 모터용 전자석(8)에 공급하는 전술한 제어회로(12)에, 예를 들면, 누름 버튼(B)(미도시)을 누른 경우에 소정의 기간만큼 직류전력을 모터용 전자석(8)에 공급하는 제어회로(미도시)를 추가함으로써 실현한다. 보다 구체적으로는, 전동발전기(1)의 기동시에, 누름 버튼(B)을 누름으로써 모터용 전자석(8)에 급전하여, 도 6에 나타내는 안정 평형상태에서 정지해 있는 제1 원반(21, 22)(제1 영구자석(7, 7a))을 일시적으로 역방향으로 회전시킴으로써, 역회전영역에 위치하는 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역으로 이동하여, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고, 당해 정회전영역 내에서 제1 원반(21, 22)을 정회전으로 바꿔진다. 즉, 누름 버튼(B)을 누른 경우에는, 제1 원반(21, 22)이 역회전하여 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역에 도달하고, 당해 제1 영구자석(7, 7a)이 그 정회전영역 내에 있는 중에 제1 원반(21, 22)이 정회전으로 바뀌는데 필요한 기간(회전각도분량)만큼 모터용 전자석(8)에 급전된다.

착색영역에 폭이 좁은 투명영역을 마련하는 방법(2-2)의 경우는, 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 전력이 공급되지 않아 제1 원반(21)이 디텐트 토크 T의 안정 평형상태에서 정지해 있는 상태에 있어서의 위치 검출 센서(10)의 센싱위치의 위치 검출 원반(24)에 소정 폭의 투명영역을 마련한다. 즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 30°의 각도 폭의 착색영역 내에 소정 각도 폭의 투명창영역(R)을 마련한다. 투명창영역(R)은, 위치 검출 센서(10) 중앙의 센싱위치로부터 제1 원반(22)(위치 검출 원반(24))의 정회전방향으로 폭을 가지고 있다. 이와 같이, 위치 검출 센서(10)의 센싱위치에 투명창영역(R)이 위치하기 때문에, 제어회로(12)를 동작시키면, 바로 일정 기간(회전각도분량)만큼 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전된다. 이와 같이 하여 모터용 전자석(8)에 급전함으로써, 제1 원반(21, 22)(제1 영구자석(7, 7a))을 역방향으로 회전시켜, 역회전영역에 위치하는 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역으로 이동하여, 그대로 역회전방향의 역회전영역에 도달하지 않고, 당해 정회전영역 내에서 제1 원반(21)을 정회전으로 바뀌게 한다. 따라서, 투명창영역(R)의 각도 폭은, 제1 원반(21, 22)이 역회전하여 제1 영구자석(7, 7a)이 정회전영역에 도달하고, 당해 제1 영구자석(7, 7a)이 그 정회전영역 내에 있는 중에 제1 원반(21, 22)이 정회전으로 바뀌는데 필요한 기간만큼 모터용 전자석(8)에 급전되는 각도 폭이다. 또한, 통상의 회전시에, 위치 검출 센서(10)의 과도 특성의 좋지 못함에 의해, 투명창영역(R)은 검출되지 않아, 제어동작은 생기지 않는다.

다음으로, 대치협각도 토크를 이용하는 경우를 생각한다. 이 경우, 소치광각도 토크를 이용하는 경우의 위치 검출 원반(24)과 위치 검출 센서(10)의 설정을 나타내는 도 6에 있어서, 위치 검출 원반(24)의 착색영역을 투명영역으로, 투명영역을 착색영역으로 변경하면 된다. 이 변경을 행한 모습을 나타내는 것이 도 8이다. 도 8은 모터용 전자석(8)으로의 비급전시의 안정 평형상태(즉, 디텐트 토크가 제로이고 제1 원반(21, 22)이 정지해 있는 상태)를 나타내고 있다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 영구자석(7, 7a)은 역회전영역에 존재하고, 위치 검출 센서(10)는 투명영역 내에 있기 때문에, 위치 검출 센서(10)로부터 검출 신호가 제어회로(12)에 송신되고, 제어회로(12)는, 축전지(13)로부터의 전력을 모터용 전자석(8)에 급전함으로써, 전동발전기(1)는 역회전방향으로 회전한다. 이와 같이, 대치협각도 토크를 이용하는 경우에는, 전동발전기(1)를 기동시키기 위한 고안은 특별히 필요 없다. 단, 모터용 전자석(8(8a))의 배치를 정위치에서 조금 이동시키는 경우, 비급전시의 안정 평형상태에 있어서 제1 영구자석(7, 7a)이 역회전영역 외로 이동하지 않도록 주의하면 된다.

이러한 본 발명의 전동발전기(1)에 의하면, 모터측의 제1 회전체(2)(제1 원반(21, 22))를 모터로서 기능시켜서 회전시킴으로써, 동축의 샤프트(6)에 고정되어 있는 발전기측의 제2 회전체(4)(제2 원반(41, 42))가 회전한다. 이것에 의해, 제2 원반(41, 42)에 각각 설치된 제2 영구자석(14, 14a)이 이동함으로써, 발전기측에 설치되는 발전용 전자석(9) 및 공심 코일(15) 주위의 자계가 변화되는 것에 의한 전자유도에 의해 유도기전력이 발생한다. 또한, 본 발명의 전동발전기(1)의 경우는, 발전용 전자석(9)으로 발전된 전력은 교류전력 소비장치에 이용되고, 공심 코일(15)로 발전된 전력의 일부는, 축전지(13)로 축전된다.

또한, 본 실시형태에서는, 전동발전기(1)의 모터측 및 발전측에 각각 4개씩 모터용 전자석(8)과 발전용 전자석(9)을 설치하였으나, 이 수는 이것에 한정되지 않고, 적절히 변경해도 된다. 단, 서로 이웃하는 모터용 전자석(8)끼리 또는 서로 이웃하는 발전용 전자석(9)끼리가 전자적인 결합을 하지 않는 간격이 되는 수인 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시형태에서는, 모터측 및 발전측에서는, 각각 제1 원반(21, 22) 및 제2 원반(41, 42)의 2개(2단) 구비하는 구성으로 하였으나, 제1 원반(21) 및 제2 원반(41)은, 하나(1단)여도 된다. 그러나, 전동발전기(1)의 모터로서의 에너지효율을 높이기 위해서는, 2개씩 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 도 5에 있어서 전자 토크 T가 플러스의 값을 취하는 타이밍, 즉, 소치광각도 토크가 발생하는 타이밍에 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전을 행하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 전자 토크 T가 마이너스의 값을 취하는 타이밍, 즉, 대치협각도 토크가 발생하는 타이밍에 모터용 전자석(8)의 권선(81)에 급전을 행하도록 해도 된다.

또한, 본 발명의 실시형태는 전술한 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있는 것이다.

본 발명의 전동발전기는, 직류전력을 교류전력으로 효율적으로 변환하여 가정 전기제품 등에 교류전력을 공급하기 위한 전동발전기 등으로서 유효하게 이용할 수 있다.

1 발전기
2 제1 회전체
21, 22 제1 원반
3 제1 프레임
4 제2 회전체
41, 42 제2 원반
5 제2 프레임
6 샤프트(회전축)
7, 7a 제1 영구자석
8 모터용 전자석
80 자성체 심(제1 자성체 심)
81 권선(제1 권선)
9 발전용 전자석
90 자성체 심(제2 자성체 심)
91 권선(제2 권선)
13 축전지(직류전원)
14, 14a 제2 영구자석
15 공심 코일

Claims (4)

1. 제1 프레임과,
   그 제1 프레임에 회전축을 매개로 회전 자유자재로 장착된 제1 원반과,
   제2 프레임과,
   그 제2 프레임에 상기 회전축을 매개로 회전 자유자재로 장착된 제2 원반과,
   상기 제1 원반 상의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극이 형성된 복수의 제1 영구자석과,
   상기 제2 원반 상의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 표면 및 이면에 자극이 형성된 폭이 넓은 평판형상의 복수의 제2 영구자석과,
   상기 복수의 제1 영구자석에 대응하여 상기 제1 프레임에 고정된 제1 자성체 심과, 그 제1 자성체 심의 각각에 휘감기는 제1 권선(捲線)을 갖는 복수의 모터용 전자석과,
   상기 제1 원반을 회전시키기 위해, 상기 제1 권선에 직류전력을 공급하는 축전지와,
   상기 복수의 제2 영구자석에 대응하여 상기 제2 프레임에 고정된 제2 자성체 심과, 그 제2 자성체 심에 휘감겨 전력소비장치에 접속되는 제2 권선을 갖고, 상기 모터용 전자석에 의해 상기 복수의 제1 영구자석에 자력을 작용시켜서 상기 제1 원반을 회전시킴으로써 상기 회전축을 매개로 회전하는 상기 제2 원반 상에 형성되는 상기 복수의 제2 영구자석의 이동에 따라 상기 제2 권선 주위의 자계가 변화됨으로써 유도기전력을 발생하는 복수의 발전용 전자석과,
   그 복수의 발전용 전자석 사이에 각각 배치되는 공심(空芯) 코일을 구비하고,
   상기 제1 영구자석은, 상기 제1 원반의 중심과 당해 제1 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 제1 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°보다 크고 60° 이하가 되도록 배치됨으로써,
   상기 제1 권선에 직류 일정전류를 연속 급전한 경우에, 당해 제1 권선으로의 비급전시에 상기 제1 자성체 심과 상기 제1 영구자석의 흡인력에 의해 발생하는 디텐트 토크(detent torque)가 0이 되는 안정 평형 동작상태의 상기 제1 영구자석에 대해 상기 제1 자성체 심을 기준으로 하여 측정한 상기 제1 영구자석의 회전각도와, 상기 제1 권선의 전류와 상기 제1 영구자석에 의한 전자 토크의 특성 곡선에 있어서, 상기 제1 원반을 역방향으로 회전시키는 회전각도 범위가 좁고 값이 큰 대치협각도(大値狹角度) 토크가 발생할 때 또는 상기 제1 원반을 정방향으로 회전시키는 회전각도 범위가 넓고 값이 작은 소치광각도(小値廣角度) 토크가 발생할 때 중 어느 하나에 있어서 상기 제1 권선에 상기 축전지로부터 직류전력을 공급하여,
   상기 제2 원반의 회전에 수반되는 상기 제2 영구자석의 이동에 따라 상기 공심 코일에 생기는 유도기전력의 적어도 일부를 상기 축전지에 축전하는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 영구자석은, 상기 제2 원반의 중심과 당해 제2 영구자석의 중심을 통과하는 직선과, 당해 제2 영구자석의 자극면의 중심에 있어서의 법선이 이루는 각도가 0°가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 원반 및 상기 제2 원반이 각각 2개씩 상기 회전축에 고정되고,
   한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석과 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석은 극성이 반대로 되어 있고,
   한쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석과 다른 쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석은 극성이 반대로 되어 있으며,
   상기 제1 자성체 심은, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 제1 원반에 배치된 상기 제1 영구자석에 대응하도록 고정되고,
   상기 제2 자성체 심은, 한쪽의 단부가 한쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석에 대응하고, 다른 쪽의 단부가 다른 쪽의 상기 제2 원반에 배치된 상기 제2 영구자석에 대응하도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 상기 제1 원반, 및 상기 제2 원반은, 각각 비금속의 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동발전기.

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