WO1998035425A1

WO1998035425A1 - Generatrice et moteur

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Publication number: WO1998035425A1
Application number: PCT/JP1997/000765
Authority: WO
Inventors: Fumihide Haba
Original assignee: Fumihide Haba
Priority date: 1997-02-09
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-08-13
Also published as: AU1939497A; JPH10225098A

Description

明細書発電機および電動機技術分野

本発明は、発電機と電動機に関するもので、特に外部からのエネルギー入力を最小限にして発電し、これによつて電動機を駆動する発電機と電動機に関するも、あ^ > o 背景技術

磁束によって起電力を得るためには、フレミングの右手の 3本指の法則が原則である。即ち、磁束を導電体で切ることが原則であり、斜めに切るよりも直角に切る方が当然のこと乍ら効率が良い。そして、その起電力は、 e = B l v 〔V〕 { B ：磁束密度（Tesla), 1 ：有効発電コイル長（m)， v ：磁束を切る速度 (mZ s ) } で与えられていることは周知の通りである。即ち、磁束密度の高い磁石を用いて、できるだけ長い発電コイルを用い、できるだけ高速で磁束を切れば、より多くの起電力を得ることができる。

磁石（電磁石、永久磁石、超電導磁石を含む）には、強磁性体を引きつける吸引力があり、透磁率の高い材料は強磁性体であるため、磁束を空中に放散させないで有効利用しょうとすれば強磁性体を使うことになるが、ク一ロンの法則により磁束密度は空中では距離の二乗に比例して減衰するため、磁石に近ずける必要が生じ、このため必ずこの強磁性体への吸引力の影響を受けることになり、磁束密度を高くすればするほど、この吸引力も増大する。

従来の磁束を切る方式の発電機は、その構造を要約すれば、回転軸から外側に向かって、回転軸ヨーク付き電磁石→エア ·ギヤップ→ス口ット固定の導電線 →ヨークの順になつていて、ヨーク付き電磁石が回転し、スロット固定導電線とヨークが固定子となっていて、スロットは通常強磁性体である。この構造では、発電部の導電線は回転軸に平行に張られていて、即ち発電部の磁束は回転軸に垂直に移動し、導電線が磁束を切るためにヨーク付き電磁石（以降回転子という）は、固定子のスロッ卜とヨークを構成している強磁性体との吸引力を振り切って回転せねばならず、そのために多大なエネルギーを消費して、発電を行っているのが、現状である。

なお、この種の発明の 1つとして、特開平 7— 2 3 5 5 6がある。この出願は永久磁石の片極、即ち N極、 S極のうちの一方のみを使用し、 S極のみが作動する駆動用の磁石配列と直流の O N/ 0 F Fの駆動電気回路を有する。発電用コィルは卷回されたものと想定されるが、モータ用コイル芯の場合と同様にコイル芯が無い場合およびコイル芯力非磁性体の場合は、プリッジダイォ一ドで整流しているため、この発電機は交流発電のものである。このため、永久磁石は交互に極性を変えて配列されているものと思われる。コイル芯が強磁性体の場合は、発電用コィル芯が永久磁石の前を通過している間、磁束はコィル芯の中を流れてコィルが起電力を得るが、強磁性体のコイル芯に永久磁石の吸引力が働くので、この吸引力を振り切つて回転するための大きな回転駆動力が必要とされる。発明の開示

本発明の目的は、前述のエネルギー損失を最小限にして、電力需要のある場所の近くで容易に発電でき、需給バランスも小型コンピュータ、システム L S I、あるいはマイクロ ·プロセッサなどで容易に発電量制御にフィ一ド 'バックでき、無公害な発電機構造とシステムに係わるものである。また、この発電を利用し、本発明の電動機を駆動して動力源を得んとすることにある。

その目的を達するために、本発明では、磁気回路を回転軸と平行にとり、発電用コイルをその平行磁気回路に回転軸に対し垂直になる角度で置き、また N極と S極で挟む形式をとり、従ってフレミングの右手 3指の法則のうち親指の力の働く方向 Fは発電用コィル環の両側で各々反対方向に働き相互に打ち消し合うため結果的には零となり、発電用コイルの固定には非磁性材料を用いて磁力による吸引力を無くし、発電用コイルの回転軸と同一の回転軸あるいはギア等の伝達機構を介して動力を伝える回転軸に電動機を設置して回転を得て、発電を行うシステムである。また本発明の発電機の磁束流は、駆動用の交番磁界を作る電磁石を除き、使用部材内を常に一定の方向で移動しているため、ヒステリシス損を生じない。更に、 2つ以上の並列の発電用コイル環を用いる場合は、発電用コイル環に挟まれた磁石環は、ヨーク無しで N極と S極の両方が同時に使えるため、効率が良く、また増設および大型化が容易である。

発電用および駆動用磁石は、簡易化のために永久磁石で示しているが、本発明では、これに限らず強い磁束を出せるもの、たとえば、電磁石、超電導磁石等を含むものである。また、電磁石を用いる場合は電力導入線が、また超電導磁石を用いる場合は外箱全体を覆う保温層と箱内全体を冷却する装置を付加する必要があ。

現在商業的に使える最も透磁性の高い材料でも 2 . 2〜2 . 3テスラで磁気飽和となるため、超電導電流をこれ以上の磁束密度で使おうとすると、空芯コイルで使わざるを得ない。従って、超電導コイルを使った超電導磁石の場合は、制御し易い 2 . 2〜2 . 3テスラの磁束密度を 1つの目安とし、これ以上の高い磁束密度で使う場合は、両端部では U字型をした磁石として使うことが望ましい。また、超電導磁石の場合も電磁石の場合も同じ使い方であるので、直流電流を使うことになる。

また、本発明の電動発電機では、駆動部は発電用コイル部の内周側にあるが、これは別に意味は無く、駆動部は発電用コィル磁石環の外周側でもかまわない。円周の半径が梃子の原理でトルクを発生させる構造となっているため、外周側に駆動部を置けば、その駆動部と被駆動部の比で、必要とされるトルクが変わるものである。

また、磁石は N極、 S極が交互に間隙なく配置されているカ^ 極間に間隙をおくことを否定するものでは無い。し力、し、間隙があるとその分だけ磁束の漏洩がありエネルギー源を失うことになる。逆に、間隙なく磁石を交互に異極を配置することにより、両隣間からの磁束漏洩を防止している。

本発明では、交流発電と直流発電の 2種類の発電がある。

本発明の交流発電システムは、一旦直流に整流して、そのまま直流で使う場合と再度適合する交流に直して交流電力として使う場合の 2種類の用途を考慮に入れている。従って、本発明の発電機の交流発電電力は、正弦波形の必要は全くなく、発電用磁石からできるだけ多くの電力を取り出せる方式を採っている。この結果、正弦波形と異つた 1相当りの交流波形が得られ、それを整流すると平滑回路の前で、より滑らかな、かつ大きな電力が得られる。発電用コイルの卷線法は詳細設計時は自由であるが、従来の卷線法（全節巻、短節巻、集中巻、分布巻、単相巻、重ね巻、波卷、鎖巻等）から選択することになり、単相発電か 3相発電かの選択、また 3相の相関接続法も設計裁量である。

本発明の電動発電機の駆動源は、発電機と同様に複数の磁束流を回転軸と平行して走らせ、その磁束流中に交番磁界を発生させる電磁石を設置して、引力 ·斤力による駆動力を得て回転し、発電用磁石あるいは発電用コイルあるいはその両方の回転軸につながれていて、小型コンピュータ、システム L S I、あるいはマイク口 ·プロセッサに制御されたインバータを含む電子回路にて制御される。この制御は、発電用としては主に回転速度、回転トルク、回転方向、回転同調性、および最も経済的な駆動電力消費であり、この制御は、発電用としては電力需要に対応するものである。従来の商業発電に於ては、その地域あるいは国で使われている交流周波数を正確に守る必要があり、従つて発電機の回転数を変えることはできないが、本発明では、一旦整流の上必要な交流電圧と交流周波数に変換するため、自由に回転速度を調整することができ、回転速度は発電量に比例しているため幅広い電力需要変動に対応することができる。

さらに幅広い電力需要変動に対応するためには、同じ寸法および容量の発電機で、発電用磁石と発電用コイルを相互に反回転させることにより、同じ回転数でその発電能力を 2倍に増大させることができ、 2倍の電力需要変動に対応することができる。

本発明の交流発電機は、発電磁石環盤と発電用コィル環を必要に応じて随時増すことができ、また回転軸と平行する発電用磁路数も円周方向の発電用磁石環層を增やすことにより随時増やすことができる。磁石環盤数と発電用コィル環数および円周方向での発電用磁石環層数は、必要に応じて設計次第であり、これらの数が増えるほど機器は大型化する。

発電用磁石および駆動用磁石に永久磁石を使用する場合は、永久磁石の特性として磁石の寸法比（L /D) および形状により磁荷が変わる。円柱型 N S K ® (鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウム、チタニウムなどが主成分）磁石を本発明では開示したが、他の永久磁石についても同様の寸法比性能曲線を有する。 N K S - 7 5 0を例にとると、円柱磁石で磁束密度 1 2テスラを得ようとすると LZD ^ 4を必要とする。すなわち、使用する円柱磁極直径の 4倍の磁石長さを必要とする。これでは寸法と重量が大きくなりすぎて実務上使用が限定される。着磁前に LZD特性に合わせて細分化し、細分化した着磁前の磁石を接着力の強い接着剤で合わせ、あるいは透磁性の高い材料で磁石側壁を覆い、また各々の細分化した磁石が磁気的に独立できるようにし、さらに必要な場合には形に合わせた型に入れ、また必要に応じて成型したうえで磁化することにより、各々の永久磁石材料が持つ磁力特性を 1 0 0 %発揮させることができると同時に、磁石を小型化することができる。さらに、集合させた永久磁石の使用する側の磁極（片側あるいは両側）にポール · ピースを設置することにより、均一な磁束を得ることができる。また、角柱あるいは円柱形永久磁石は、磁石内の磁軸以外の磁束流は両磁極に向かって放物線を描くが、適切な形状の卵形磁石にすることにより磁石内の磁束流の磁軸に平行して流れるため、目的とする形状の容器に卵形永久磁石を並べ、空隙に高透磁性材料を充填して、両極にポール' ピースを設けることにより、同様の高磁束永久磁石を作ることができる。この永久磁石の磁力強化法は、本発明の発電機、電動発電機および発電電動機以外の用途にも使用されるべき発明である。

発電用コイルのある間隙から発電用磁石の磁束漏洩を防ぐ方法として、交流発電機では、コイルの上端および下端に発電用磁石と同等の磁石を配して発電用磁束と同じ方向の磁束流を得て、発電用磁束の漏洩を防止するものである。また、直流発電においては、発電用コィル束の最外周部および最内周部にコィルを張り、発電機の外に取り出す直前の発電電流を例示の如く流して、ェルステツドの原理に基ずき例示の如く磁束流を得て、発電用磁束の外部への漏洩を防止し、発電部を通過する磁束流を増やすことにより起電力を向上させることができる。

本発明の発電機は、構造上大型化すると断面形状は回転中心軸から細長く伸びた円盤あるいは円筒状をしており、特に、発電用コイル部はほとんどが巻回コィルであり、また支持元以外の 3面は発電用磁石および中心回転軸あるいはその延長部でこれらの全てが回転しているため、発電用コィル部の支持構造は脆弱になり易い。そこで、本発明ではこの発電用コイル部の先端に非接触磁力回転体支持機構を設け、その支持構造をより強固にしている。この非接触磁力回転体支持機構は、片面が N極でもう一方の面が S極をした中空円盤状の磁石体を、もう一方の固定体ある、は回転体に固定された一ヶ所に 2組の磁石を、中空円盤状の磁石の N極に対し、 N極をまた S極に対し S極を対峙させて、そのような対峙個所と対峙面積を必要に応じた個所と対峙面積とし、その斤力あるいは反発力により、発電コイル部の先端を非接触で固定する。前記の中空円盤状磁石の両対面の組磁石は、中空円盤状磁石とすることもできる。また、この中空円盤状磁石は、型に組み込んだ磁石片の集合体とすることもできる。この磁石の斤力あるいは反発力による非接触磁力回転体支持装置は、本発明の主目的である発電機および電動機以外の用途にも使用されるべき発明である。

本発明の電動機および発電電動機は、駆動用磁石を回転軸と同じ円中心点をもつた一定の円周に沿って交互に磁極を 1つの環となるように並べ、回転軸と平行に磁束層流を走らせて、駆動用電磁石も同様に同寸法の円周上に磁石と同じあるいは類似の円周幅をもって環状となるように並べ、固定された電磁石環を両端にヨークの付いた 2組の磁石環がエア ·ギヤップを設けて両側に挟むように設置され、その 2組のヨーク付き磁石環は回転軸に固定され、 1組の磁石環を 2組のョーク付き電磁石環が挟むように固定設置され電磁石に電流を流して交番磁界をつくり、斤力と引力を得て磁石環を駆動し回転軸を回転させるものである。従って、駆動用電磁石環を固定しているため、回転軸には電気を伝えるスリップ · リングは無い。以上の説明は、電磁石環を固定しているが、逆に電磁石環を回転軸に結んで駆動することもできる力、この場合は電力供給のための配線とスリップ · リング ·セッ卜が必要となる。

本発明の駆動装置は、駆動用磁束を回転軸と平行にして走らせる構造に特徴があり、このために駆動磁石環の円周を大きくすれば、梃子の原理で、比例してより大きなトルクを得ることができる。更に、容易に駆動磁石環を多層化することができ、また、磁路を継いで同一回転軸に単層あるいは多層の駆動磁石環をもつた回転体ある、は回転盤を同一軸に複数設置することが容易で、大出力化することが容易である。また、駆動磁石環を有する回転体が、電磁石環に挟まれている場合は、ヨークなしで磁石の両極を直接利用できるため、効率が良い。

交番磁界を得る交流はサイリスタあるいは同等のパルス電流波形、パルス幅変調、パルス速度調整、電圧、電流等を調整可能な電動機駆動電子回路を使い、また運転制御のためにフォト 'エンコーダ、ホール素子、等を使った回転位置検出器を装備して駆動状況を検出して、マイクロ 'プロセッサ、システム L S Iあるいは小型コンピュータに入力してデータ処理し、その結果を駆動運転に戻して制御するものである。更に、電動発電機の場合は、現在の発電状況と電力需要との差異を検出しデータ入力して駆動運転制御を行う。それでも間に合わない急激な電力需要増加のために、また起動および急激な回転速度上昇のために、蓄電池をシステム内に装備して浮動充電を行い、出力としての電力需要のみでなく駆動装置自身の急激かつ一時的な電力需要増加に対応するものである。

本発明の電動機は、可変速運転にも適し、急速な回転速度上昇や速度低下に良い特性を発揮し、更に消費電力は出力に概ね比例する。図面の簡単な説明

第 1図は、第 2図に矢印 I 一 Iで示す断面図で、電動発電機の磁石の配置状況を示している。

第 2図は、第 1図に矢印 I I 一 I Iで示す断面図で、本発明の基本となる電動発電機の回転機構を示している。

第 3図は、第 1図に矢印 I I I 一 I I Iで示す断面図で、磁石の配置状況と極性を示している。

第 4図は、第 3図に於ける磁束の流れを磁束線で示している説明図。

第 5図は、第 4図の部分を拡大して磁束の流れを詳細に示している説明図。第 6図は、本発明に使われて、る発電用磁石の磁束強度を示した模擬図である c 第 7図は、従来使われている正弦波交流電気をつくる発電用磁石の磁束強度を示した模擬図である。

第 8 A図は、本発明に係わる電力波形図で、発電された 1相の交流波形。

第 8 B図は整流された直後の直流フィルター処理前の 1相の直流波形の説明図 c 第 9図は、本発明の回転軸と平行に走る磁束流に使われる発電用コィルの平角導線の横幅のサイジングの一案を示している拡大図。

第 1 0図は、第 2図と異なった機構で 2組の発電用磁石盤が回転する電動発電機の断面図である。

第 1 1図は、発電用磁石盤が固定され、発電用コイル部が回転する機構を持つた電動発電機の断面図である。

第 1 2図は、発電用磁石盤と発電用コイル部が反回転する機構を持った電動発電機の断面図である。

第 1 3図は、複数の発電用コイル盤と複数の発電用磁路層を有する電動発電機の一例で、発電用磁路層が 2層で発電用コィル盤が 4盤の例を示している断面図である。

第 1 4図は、第 1 3図に矢印 X I I I - X I I Iで示す断面の磁束流を示した説明図である。

第 1 5図は、電動直流発電機の一例の断面図。

第 1 6図は、電動直流発電機の他の例の断面図である。

第 1 7図は、電動直流発電機の他の例で発電部の磁路は回転軸に対して垂直とした機構の断面図である。

第 1 8図は、電動直流発電機の他の例で発電部の磁路は回転軸に対し垂直で異なったヨーク磁路を有する断面図である。

第 1 9図は、非接触回転体支持機構の一例を示した第 1 7図に矢印 X I Xで示し、かつ第 2 1図に矢印 X I X— X I Xで示す断面図である。

第 2 0図は、非接触回転体支持装置の他の例を示した断面図である。

第 2 1図は、第 1 9図に矢印 X X I - X X Iで示す非接触磁力回転体支持機構の部分を示す断面図。

第 2 2図は、第 1 9図に矢印 X X I I - X X I Iで示す非接触磁力回転体支持機構の部分を示す断面図。

第 2 3図は、永久磁石の LZD特性を示す一例で N S K磁石の例を示した図である。

第 2 4図は、着磁前の永久磁石を細分化し、また細分化された磁石材の各々の磁壁を独立して処理した後再集合させた状況を説明する斜視図である。第 2 5図は、第 2 4図の 1個の磁石材を示す斜視図である。

第 2 6図は、第 2 4図の側面図で両磁極にポール.ピースを装着した一例を示した説明図である。

第 2 7 A図は、第 2 5図に矢印 X X V I I 一 X X V I Iで示す断面図。

第 2 7 B図は、第 2 7 A図に示す磁石を複数個並べた断面図。

第 2 8 A図は、第 2 5図に示す磁石を卵形したもので、それを複数個並べた断面図。

第 2 8 B図は、第 2 8 A図の磁束線図を示す説明図。

第 2 9図は、直流発電機に適用される発電用磁束の漏洩防止の構成の一例を示す説明図である。

第 3 0図は、第 2 9図に示す構成の磁束の流れを示す説明図。

第 3 1図は、交流発電機に適用される発電用磁束の漏洩防止の他の構成を示す説明図。

第 3 2図は、交流発電機に適用される発電用磁束の漏洩防止の他の構成を示す説明図。

第 3 3図は、第 3 2図に矢印 X X X I I Iで示す拡大図。

第 3 4図は、駆動磁石による駆動メカニズムを示す説明図。

第 3 5図は、駆動用コイルによる駆動メカニズムを示す説明図。

第 3 6図は、駆動メカニズムを更に詳細に説明している説明図である。

第 3 7図は、駆動に使われるパルス電流の一例で、 1/2 サイクル分の駆動用交流パルス電流を説明している説明図である。

第 3 8図は、発電電動機の一例で、発電部と駆動部が回転軸に対し垂直に分かれている例を示した断面図である。

第 3 9図は、発電電動機の他の例で、発電部と駆動部が回転軸に対し平行に分かれている例を示した断面図である。

第 4 0図は、従来の無停電電源装置の回路説明図。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明を添付図面に沿って詳細に説明する。第 1図は本発明の発電機の基本構造を示す断面図である。この断面図は第 2図に矢印 I一 Iで示す断面図でもある。まず、第 1図について説明すると、回転軸 8の外周側に回転軸 8から距離をおいて第 1磁石環 4が一定の中心角度と幅をもって、 N極 S極を交互に配列している。この第 1磁石環（駆動用磁石環） 4は、回転体の駆動用で、第 2図および第 3 1図に示すように、電磁石 5と 6で電気的に駆動される。なお、第 2 図は第 1図に矢印 I I一 I Iで示す断面図である。

第 1図の第 2磁石環（発電用磁石環） 1は、発電用の磁石環で、第 2図の断面図でも解るように、環状発電用コイル 2を異なった磁極で挟んでいる。この第 2 磁石環 1が発電用コイル 2を挟んでいる状態は、第 1図に矢印 I I I— I I Iで示し第 3図に更に詳しく描かれている。そして、その磁束流の模式を第 4図に示している。

第 1図の 1 1は、回転体の飛散防止用の防護板で、回転体が高速で回転し、第 2磁石環 1の半径方向の厚味が大きくなると、非常に強い回転遠心力を受けるので、そのための飛散防止板である。第 1図の 1 3は通風口で、第 2図からも解るように、発電コイル 2への通風口 1 3は第 2図に示すエア 'ギャップ 7のみのため、発電コイル 2および駆動用電磁石 5、 6のコイルの通電による発熱を冷却するもので、図には示されていないが送風あるいは吸引扇をこの通風口 1 3に設置することにより、強制通風を可能にする。なお、通風口 1 3は駆動用磁石環 4が取付けられる取付体に形成され、取付体は回転軸 8に取付けられる。

第 1図に示す 1 5は、システム付属機材を組み込むスペースである。第 1図に示す 1 4は、外箱内部で発生する磁気を外部に出さないためのもので、強磁性体材料を用いるのが有効である。また、第 1図に示す 1 6は据付用基板であるが、内部の構造は設置方向を選ばないので、どの方向あるいは位置にも設けることができる。 1 0は非磁性体のリングであって第 1磁石 4と第 2磁石 1との間隔を定めるものである。

第 2図について説明すると、 3は第 2磁石 1のヨークで、第 1図に矢印 I I I 一 I I Iで示す断面を第 3図に示す。第 2磁石 1の磁束の動きは第 4図に示すように、 4 Aの部分は第 2磁石 1とヨーク 3、 4 Bの部分は発電用コイル 2で、一極の磁束は両隣の異極に 1/2ずつ左右に分かれて移動するため、 U字型ヨークに比べ 1/2 の厚みで済む。矢印のように磁束は移動して、この環をぐるぐる廻りする。磁極を飛び出した磁束は、磁極正面から見て全角方向に飛散し同じ第 2磁石 1の S極に戻って来るのが通常であるが、両隣に第 2磁石 1があり磁束が反対方向に流れているため、両隣方向には拡散できないので、より多くの磁束が発電用コイル 2を横断して対面の異極に吸引されることになり、ここを横切る発電用コィル 2はより多くの磁束を切ることになるため、発電量が多くなる。第 5図は、第 3図、第 4図で示す構造の磁束の様子を模式図化したものでここで 5 Cは磁軸である。第 2図に示す 9は回転軸 8を支える軸受である。なお、第 1図、第 2図に示す構造のうち駆動用磁石と駆動用コィルを除けば単独の発電機となる。

また、第 6図は本発明の発電用コイル 2の中心線部の磁束密度を模式化した図で、第 7図は従来使われている交流を発電するときの 1極の正弦波用磁束密度の模式図である。

この結果、 1相当りの発電される交流電力波形は第 8 A図のようになり、これを整流すると第 8 B図のようになる。第 8 A図の電力波形の傾斜は主に第 9図の R 1と R 2の円周の違いによるものである。この整流後の直流は、現在使われている 1相当りの正弦波の整流後の直流波形と較べると、非常に大きな差異を生ずる。この波形差は、即ち電力差であるから、本発明の方式の優位さがはっきりす。

本発明では回転軸 8に平行に走る磁束流を使って発電しているため、第 1図に示すごとく、発電用コイル 2は回転軸 8の中心点を基点とした円周を使うことになる。その結果、発電用コイル 2は第 9図のごとく、 2つの円周の間に放射線状に張られ発電用コイル 2が磁束を切る発電用コイル 2の実効部分となる。交流発電では、発電用の第 2磁石 1のピッチに合わせて、あるいは短節巻で巻かれるが、本発明の発電用の第 2磁石 1の 1個の角度を Θとすると、その Θ角に張られた発電用コイル 2の 1層の状況は第 9図のようになり、 2つの円周は R 1と R 2で示されており、その円周 R 1と R 2の間隔が前述した e = B 1 V 〔V〕の式の 1に当てはまる。普通は発電用コイル 2として同じ幅の平角線あるいは丸線を使うが、第 9図のように円周 R 1と R 2の円周が異なるため、 W 2幅の発電用コイル 2を使うと円周 R 1に隙間ができて磁束損失につながるため第 9図では幅 W 1と W 2 のように幅の異なる発電用コイル 2の例を示している。

第 1 0図は、第 2図に相当する断面図で、駆動用の第 1磁石環 4が 1つで、これを回転させる電磁石環 6を 2つとした例で、この駆動用の第 1磁石環 4に 2環の発電用の第 2磁石 1とそのヨーク 3が取り付けられている点が第 2図と異つている。 1 2は発電用コイル 2を支持する支持体で外箱 1 4に固定される。

第 1 1図は、駆動用の第 1磁石環 4に発電用コイル 2が取り付けられた例で、この例では発電用の第 2磁石 1と駆動用の電磁石 6が固定され、発電用コイル 2 が回転する。従って、発電された電力を取り出すのにスリップ · リング ·セット 1 7が必要となる。第 1 0図、第 1 1図に示す構造では、駆動用の第 1磁石環 4 は取付体に取付けられ、取付体は回転軸 8に取付ける。

第 1 2図は、発電用コイル 2に駆動用の第 1磁石環 4を取り付けて回転軸 8を廻し、この回転軸 8から遊星ギア 1 8を介してヨーク 3のついた発電用の第 2磁石環 1を反転させる機構を示している。これと同様に、ヨーク 3のついた発電用の第 2磁石環 1を駆動して回転軸 8を廻し、遊星ギア 1 8を介して発電用コイル 2を反転させることもできる。第 1 2図は、この様な発電用コイル 2と発電用の第 2磁石 1を反転回転させることのできる例を示している。

第 1 3図は、円周の異なる発電用の第 2磁石環 1を 2環列と駆動用の第 1磁石 4を 1環列として 1つの回転体に組み込み、両端の回転体にはこの他にヨーク 3 を加えて、この回転体として 5組を発電用コイル 2と駆動用の第 1電磁石環 4を取り付ける空隙を空けて、 1つの取付体を介して回転軸 8に取り付け、回転軸 8 と平行に片側 3列の磁束流層をつくり、この磁束流層の 1つは駆動用とし、残る 2層に発電用コイル 2を取り付ける一例を示している。この例は、磁束流の多層化と発電用コイル環の複数化を示した一例である。なお、図 1 3で示す発電用磁石と駆動用磁石は水平に N— Sの順序に並べているが、 S— Nの順序であつてもよい。

第 1 4図は第 1 3図に矢印 X I V— X I Vで示す断面図であり、磁束流の流れを模式図化したものである。既に説明した部材については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

第 1 5、 1 6、 1 7、および 1 8図は、直流発電機の断面構造を示したもので、図中の矢印は構造内の磁束の流れを示しており、交流発電機と異なって、発電用磁石 1は第 15および 16図に示す構造では 1 Aと 1 Bの 2枚の中空円盤形磁石であり、第 17および 18図では 1 A、 1 B、 1 C、 IDの 4つの円筒形磁石である。また第 17および 18図に示す発電用コイル部を切る磁束流は、回転軸 8 に対して垂直であるが、各側の 1つの発電用コイル円筒体を 2つの円筒形磁石がコイルを挟む形式をとつている。本発明の直流発電機は、 1極の磁極面積が大きくなり易く、それに比例してヨークの厚さも増える。第 17図に示す 19は非磁性体の材料で、発電用コイル 2を支える支持体 12の他端を支えるブロックである。

第 19、 20、 21および 22図は、非接触磁力回転体支持機構に関するもので、第 19図は第 17図に矢印 X I Xで示す拡大図であり、また、第 20図は第 19図で示す支持機構の他の例を示す。第 19図は第 21図および第 22図に矢印 X I X-X I Xで示す断面図でもある。第 21図および第 22図は第 19図に矢印 XXIZXXI I -XX I/XX I Iで示す断面図である。この非接触磁力回転体支持機構は永久磁石 22 a、 22 bの同じ極性を向かい合わせてその斤力で接触を防ぐ方法であり、決めた位置を保持できるだけの外部支持が必要である。そして、エア ·ギャップ 7に加わるぶれの力に対抗できる力は磁石 22 a、 22 bの磁束密度と面積の積であるから、より大き、対抗力を得るにはより強い磁束密度を有する磁石と面積を必要とする。そのような必要性のあるときは、第 22 図に示す如く磁石 22 aを円筒状にして対峙面積を増やす。

第 23図は、アルニコ永久磁石の 1つである NSK®磁石（主成分：鉄、ニッゲル、コバルト、アルミニウム、チタニウム）の円柱形永久磁石の長さ Lと直径 Dの比率に対する磁束密度 BR (単位 =テスラ T) を製造会社のカタログから引用した図である。図から明らかなごとく、たとえば 12テスラの磁束密度を得るには、 NSK— 750で L/D 4 すなわち L 4D 直径の 4倍の磁石長が必要である。他の永久磁石も同様の LZD特性を持っている。

第 24、 25、 26、 27 A、 27 B、 28 Aおよび 28 B図は、この永久磁石の特性を改良する手法を説明する図であり、第 24図は、 1個の磁石を集合させた斜視図であり、製造方法により異なるが、着磁前の磁石母材および第 25図に示す 1個の独立磁石として磁壁加工を施した後再集合させた形を示している。第 2 5図は、 1個の独立磁石 2 4としての単体磁石材、あるいは第 2 4図の集合磁石を作るべく粉末成形された磁石材を示しており、第 2 5図に示す方形状は 1 例であって、集合磁石を作った時に良い特性を示すようにどのような形状（例えば円柱、 3角柱、 6角柱等）でも良い。第 2 6図は、第 2 4図のごとく細分化した独立磁石材を集合させ一体化して着磁した完成磁石の側面図で、磁束密度を均一化するために磁石の両極にポール' ピース 2 6を施した例を示している。図には表現されていないが、集合磁石の物理的強度保持に必要な場合は、側壁部あるいは全体を高透磁性材料、たとえばパーメンジュール材、等でケーシングすることもできる。なお、図 2 7 Bに示す構成には縦に 2枚の板材を示しているが、これは 1枚でもよい。

また、第 5図に示す如く、角柱あるいは円柱形の永久磁石は、磁石内部で磁束が両磁極に向かって磁軸から離反するような放物線を描くため、磁石側壁から磁束の漏れがあり、 2つの磁壁を合わせたとき、磁極の位置が相反する場合は、第 5図に示すように磁壁部で磁束がループを組んで磁束還流となるため互いに吸引し合う力磁極の方向と位置が同じ場合は、斤力が働いて、各々の個別磁石に離反しようとする力が働く。この斤力を和らげるため、第 2 7 A図に示す如く高透磁性の側壁材 2 5で、各々の個別磁材の側壁を覆う。その上第 2 7 B図に示すように組み合わせて、第 2 4図に示す集合磁石とする。

また適切な卵形形状をもつた永久磁石は、磁石内部の磁束流は磁軸と平行して流れるため、第 2 8 A図の断面図に示すように、卵形の寸法に合った容器に入れ、空隙部に高透磁性材 2 7、例えば、センダストを充塡して磁束が直進するように計り、両磁極をポール' ピースを兼ねたキャップ 2 6で覆い、磁束を均一化させて、集合磁石を作ることにより、その磁材の持つ L ZD特性以上の高磁束密度を得ることができる。第 2 8 B図は、卵形永久磁石を用いて集合磁石とした場合の磁束流を示している。

第 2 9および 3 0図は、直流発電機の発電用コイル 2に於る発電用磁束の漏洩防止法の説明図で、第 2 9図は第 1 7図の発電用コイル 2を拡大した図であり、第 3 0図は第 2 9図の磁束の流れを説明している図である。第 2 9図のように、環状の発電用コイル 2の内径端と外径端にコイル 2 3を張り、これに発電して外部に取り出す直前の電流を流すと、第 3 0図に示す磁束流がコイル 2 3の周りにできるため、発電部分の発電用磁束は漏洩を防止できる。

第 3 1、 3 2、および 3 3図は、交流発電機の発電用コイル 2の発電用磁束の漏洩防止法の説明図である。発電用の第 2磁石 1を第 3 1図のような断面形状に形成することにより空隙部が小さくなり漏洩空隙面積を減少すること、および空隙部が小さいとその部分の磁束流が増え、また磁束密度が多角なることの 2つの理由により発電用磁束漏洩を最小限に減らすことができる。第 3 3図は第 3 2図に矢印 XXX I I Iで示す拡大図で、 BK構成から得られる効果は第 3 1図の場合とほぼ同じである。第 3 2図に示す 2 0は、磁石で磁束の漏洩を防止するものであ <©。

第 3 4、 3 5、 3 6、および 3 7図は、本発明の駆動メカニズムを示す。第 3 4図は駆動用の電磁石 5、 6を固定し、エア 'ギャップ 7を挟んでその電磁石 5、 6の両側にある駆動用の第 1磁石 4および付帯するヨーク 3を白抜き矢印の方向に回転させる場合のメカニズムで、 MCLは磁束中心線を示し、 Gはギャップを示し、 Pはピッチを示し、（5、 6) Dおよび（5、 6) Eは電磁石で XYZと示されている列に位置している。 MCL— 1から MCL— 4は回転する第 1磁石 4の磁束中心線で、 MCL— 5および MCL— 6は電磁石（5、 6) D、（5、 6) Eの磁束中心線である。電磁石（5、 6) Dおよび（5、 6) Eの MCLがそれぞれ Xおよび Yの列にあるとき、電磁石（5、 6) Dの磁極 3 4八は^^極、電磁石（5、 6) Eの磁極 3 4 Bは S極となるように電流をながし、電磁石（5、 6) Dおよび（5、 6) Eの MCLがそれぞれ Yおよび Zの列にあるとき磁極 3 4 Aは S極で磁極 3 4 Bは N極となるよう電流を流すことにより、駆動用の第 1 磁石 4は交番磁界の切り替え速度に従って、白抜き矢印の方向に回転する。

第 3 5図は、駆動磁石 3 5 D、 3 5 Eがその両側に電磁石列 3 5 A、 3 5 B、 3 5 (：ぉょび3 5 &、 3 5 b、 3 5 cにより挟まれ、駆動されるメカニズムで、 MCL— 1から MCL— 4は電磁石の磁束中心線を示し、 MCL— 5および MC L一 6は駆動される磁石列の磁石 3 5 Dおよび 3 5 Eの磁束中心線を示す。 Gおよび Pは、第 3 1図に示すのと同じである。磁石 3 5 Dおよび 3 5 EのMCLがそれぞれ Yおよび Zの列にあるとき、電磁石 3 5 Bおよび 3 5 cの駆動される磁石 3 5 D、 3 5 Eに面した磁極は S、電磁石 3 5 Cおよび 3 5 bにより駆動される磁石 3 5 D、 3 5 Eに面した極は Nを、同様に、磁石 3 5 Dおよび 3 5 E力《それぞれ Xおよび Yの列にあるとき、電磁石 3 5 A、 3 5 B、 3 5 C、 3 5 a、 3 5 b、 3 5 cの駆動磁石 3 5 D、 3 5 Eの面の極は、電磁石 3 5 Aおよび 3 5 b が Sを、また電磁石 3 5 Bおよび 3 5 aが N極となるよう電流を流して交番磁界をつくると、磁石 3 5 D、 3 5 Eは白抜き矢印の方向に、交番磁界の変わる速さに従って回転駆動する。

上記駆動メカニズムを第 3 6図にて更に詳しく説明する。 3 6 Aは駆動を受ける磁石列を示し、 3 6 Bは交番磁界をつくるように固定された電磁石列を示す。 M C Lと表示されている破線は電磁石 3 6 Bの M C L (磁束中心線）である。また、駆動を受ける磁石 3 6 Aの M C Lは表示無しの破線で示されている。 Iで示す部分は被駆動磁石列 3 6八の〇1^が電磁石3 6 Bの M C Lを通過したところで電磁石 3 6 Bは図に示した極性になったところである。示した電磁石 3 6 Bの斤力と引力により磁石列 3 6 Aは白抜き矢印の方向に駆動される。 I Iで示す部分では、まだ Iで示す部分の状況が続く力この後すぐに電磁石 3 6 Bの電流が切れて、 I I Iで示す部分の状況、即ち電磁石 3 6 Bに極性がなくなる。磁石列 3 6 Aの M C Lが電磁石列 3 6 Bの M C Lを惰性で超えると、すぐに I Vで示す部分のごとく電磁石 3 6 Bは表示の極性に変わることにより、磁石列 3 6 Aは進行方向に駆動され、以上の工程を繰り返すことにより回転駆動を得る。以上の説明は、駆動原理の説明であり、駆動磁石 3 6 Aと電磁石 3 6 Bの M C Lが全部同時に重なり合うように説明しているが、回転を更に円滑に行うには、磁石によつて、あるいは磁石列 3 6 Aの部分を分割して、あるいは磁石列 3 6 Aあるいは磁石環により、 M C Lの重なり合う位置あるいは角度をずらすことにより、より円滑な回転を得ることができる。

第 3 7図は、第 3 6図の駆動電力を送るパルス電力例である。パルス 3 7 Eを除いた時間 3 7 Aのパルス電力波は従来の直流電動機の入力電力と同じで最も駆動力の高いパルス波である。パルス 3 7 Eは第 3 6図の I I Iで示す部分において電力は切れても磁芯に残留磁気が残つているため、この残留磁気を消去するノ、° ルス電流である。時間 3 7 Cのパルス電流で駆動されれば最も電力消費の少ない運転となり、駆動トルクも小さくなり高速回転になったとき、これに近い運転が可能になる。時間 3 7 Bは破線で示す正弦波交流に相当する電動機駆動用のパルス波である。

第 3 8図および第 3 9図は、発電電動機の一例を示す。第 3 8図では、 3 8 A で示す部分が駆動部で 3 8 Bで示す部分が発電部であり、駆動部 3 8 Aには回転軸 8に平行に、一例として 3層の磁束流を走らせ、また 3層の第 1磁石 4あるいは第 1磁石 4とヨーク 3を備えた回転体を 3盤の例を示している。発電部 3 8 B は同軸上に別置きしている。第 3 9図は、同じ回転体に一層の発電用磁束流と 2 層の駆動用磁束流を設けて 4盤の第 1磁石 4あるいは第 1磁石 4とヨーク 3を備えた回転体の例を示しており、 3 9 Aは駆動部をまた 3 9 Bは発電部を示している。単に駆動のみの場合は、駆動用の必要トルク、回転数等を考慮して最大消費電力を計算し、それに見合う発電を行うのが得策である。なお、既に述べたように、本発明では、回転軸 8と駆動部 3 9 Aの半径が設計次第で自由に変えることでき、駆動トルクは梃子の原理で駆動部 3 9 Aの半径に比例して増加させることができる。

第 4 0図は、現在既に使われている無停電電源装置の整流回路および直流から正弦波交流をつくる回路と主要部での電力波形を示している。 4 O Aは整流器、 4 0 Bは直流リアクトル、 4 0 Cは蓄電池、 4 0 Dは直流フィルタ、 4 0 Eは逆変換器、 4 O Fは変圧器、 4 0 Gは交流フィルタ、 4 0 Hは前述の要素で構成するインバータである。このインバ一タ 4 0 Hの設計次第で交流電圧と交流周波数を自由に選択することができる。

なお、第 3 8図に示す発電部の発電用コイルは固定されているが、これを取付体に取り付けて、取付体を回転軸 8に取付けるようにしてもよい。この場合、取付体を二重構造の円筒形として、この二重構造の間に遊星ギアを設けて互いに反転するようにしてもよい。また、第 3 9図においても、発電用と駆動用のコイルは外箱に固定した形となっている力発電用コイルを取付体に取付け、かつ取付体を回転軸に回転可能に取付けることができる。この場合、取付体は二重構造の円筒形にして、この二重構造の間に遊星ギアを設けて互いに反転するようにしてもよい。さらに、第 3 9図に示す構造では、発電部を回転軸 8寄りにして電動部を発電部の外側に設けたが、電動部を回転軸 8寄りに、発電部を電動部の外側に設けてもよい。さらに発電部と電動部は歯車を介して互いに回転可能としてもよい。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる発電機および電動機は、例えば、電動発電機については需要地立地ができ、そのため犬がかりな送電および変電設備が不要になり、発電電動機についてはあらゆる動力源として利用することができ、永久磁石の磁束密度強化法については、非常に広範囲な高磁束密度磁石としての用途があり、また非接触磁力回転支持装置も小口径から大口径用また高速回転用の回転支持装置としての用途を含め広範囲な用途がある。

Claims

請求の範囲

1. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を少なくとも一つ設け、

前記発電用磁石環の開口内に、環状の非磁性体を介して、同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、前記発電用磁石環のそれぞれの磁石の極性を対向させて開口を有する駆動用磁石環を少なくとも一つ設け、

前記発電用磁石環と駆動用磁石環からなる磁石環状体を複数個所定間隔を置ゝて設けて、前記環状体のうちの一端側と他端側にある前記磁石環状体の外側面をヨークに接合し、

複数の前記磁石環状体の前記駆動用磁石環の開口を非磁性材料からなる取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

前記所定間隔に予め巻回された概ね環状の発電用コィルを、前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて挿入し、かつ予め巻回された概ね環状の駆動用コイルを前記駆動用磁石環との間でエア ·ギャップを持たせて挿入し、前記発電用コイルと駆動用コイルでコィル環状体を形成し、

これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより、少なくとも前記磁石環状体、および前記コィル環状体のいずれか一方が前記支持軸の周りを回転し、前記複数の発電用磁石環を通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する前記複数の発電用磁石環と前記ヨークを還流してなる発電機および電動機。

2. 請求項 1に記載の発電機および電動機において、前記発電用および駆動用磁石環の前記取付体は内側とそれを覆う外側の円筒状のものからなり、前記支持軸に固定された前記内側の取付体と前記外側の取付体との間の長手方向には遊星ギアが設けられて前記内側の取付体と前記外側の取付体とは前記支持軸の周りを互いに反転可能である。

3. 請求項 1に記載の発電機および電動機において、複数の前記環状体の前記駆動用磁石環の開口を非磁性材料からなる前記取付体にはめ込み、該取付体を遊星ギアを介して前記支持軸に取り付けてなる。

4. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を少なくとも一つ設け、

前記発電用磁石環からなる磁石環状体を複数個所定間隔を置いて設けて、前記磁石環状体のうちの一端側と他端側にある前記磁石環状体の外側面をヨークに接合し、

複数の前記磁石環状体の前記発電用磁石環の開口を非磁性材料からなる取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

前記所定間隔に予め巻回された概ね環状の発電用コィルを、前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて揷入してコイル環状体を形成し、

これによつて、少なくとも前記磁石環状体および前記コイル環状体のいずれか一方が前記支持軸の周りを回転し、前記複数の発電用磁石環を通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する前記複数の発電用磁石環と前記ョークを還流してなる発電機。

5. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する環状の発電用磁石環を少なくとも 1つ設けて、それぞれの前記発電用磁石環を、環状の非磁性体を介して、複数層の発電用磁石環を形成し、

前記発電用磁石環の前記複数層の内側の発電用磁石環の開口内に、環状の非磁性体を介して、同じ形状と寸法の複数の磁石を極性を交互に配列して内側の前記発電用磁石環のそれぞれの磁石の極性と同じ極性に対向させて開口を有する環状の駆動用磁石環を設け、内側の前記発電用磁石環と駆動用磁石環とで磁石環状体を形成し、

前記磁石環状体を複数個所定間隔を置いて設けて、前記磁石環状体のうちの一端側と他端側にある前記磁石環状体の外側面をヨークに接合し、

前記複数の磁石環状体の前記駆動用磁石環の開口を非磁性体からなる取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、前記所定間隔に予め卷回された概ね環状の発電用コイルを、前記磁石環状体のそれぞれの磁石との間でエア •ギャップを持たせて挿入し、力、つ予め巻回された概ね環状の駆動用コイルを前記駆動用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせ挿入して、コイル環状体を形成し、これを外箱に固定して設け、

これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより、前記磁石環状体を前記支持軸の周りに回転させ、前記複数の発電用磁石環を通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する前記複数の発電用磁石環と前記ヨークを還流してなる発電機および電動機。

6. 請求項 5に記載の発電機および電動機において、前記磁石環状体は、同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する環状の第 1発電用磁石環を設け、前記第 1発電用磁石環の開口内に、環状の非磁性体を介して、同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列して前記第 1 発電用磁石環のそれぞれの磁石の極性と同じ極性に対向させて開口を有する環状の第 2発電用磁石環を設け、前記第 2発電用磁石環の開口内に、環状の非磁性体を介して、同じ形状と寸法の複数の磁石を極性を交互に配列して前記第 2発電用磁石環のそれぞれの磁石の極性と同じ極性に対向させて開口を有する環状の駆動用磁石環を設けてなる。

7. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する環状の発電用磁石環を少なくとも 1つ設けて、それぞれの前記発電用磁石環状を、環状の非磁性体を介して、複数層の磁石環状体を形成し、

前記複数の磁石環状体の内側発電用磁石環の開口を非磁性体からなる取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

前記所定間隔に予め巻回された概ね環状の発電用コイルを、前記磁石環状体のそれぞれの磁石との間にエア ·ギヤップを持たせて挿入し、コイル環状体を形成して、これを外箱に固定して設け、

これによつて、前記磁石環状体を前記支持軸の周りに回転させることにより、前記複数の発電用磁石環を通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する前記複数の発電用磁石環と前記ヨークを還流してなる発電機。

8. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を支持軸中心に沿って切った断面において交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を所定間隔を置いて互し、に異なる極性に対向させて設け、

前記発電用磁石環を包むように前記発電用磁石環の二つの外側面を車のタイヤ形状のヨークに接合し、

前記所定間隔に、予め巻回され概ね環状で開口を有する発電用コイルを、前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて配置し、

前記発電用コィルの開口内に環状の非磁性体を介して同じ形状と寸法の複数の磁石をその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する環状の駆動用磁石環を設け、

前記駆動用磁石環の前記開口を非磁性体の取付体にはめ込み、前記発電用コィルと非磁性体と駆動用磁石環と取付体とで磁石環状体を設け、

前記駆動用磁石環と対向して挟むようにエア ·ギヤップを置いて環状の駆動用コィルを設けてコィル環状体を形成してなり、

これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより、少なくとも前記磁石環状体および前記コィル環状体のいずれか一方が前記支持軸の周りを回転し、前記発電用磁石および発電用コイルを通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ前記ヨークを通して還流してなる発電機および電動機。

9. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側発電用磁石リングを設け、

前記外側発電用磁石リングの内側に、それぞれ所定間隔を置いて、他の発電用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに所定間隔を置いて内側発電用磁石リングを設けて第 1磁石リング体を形成し、

前記第 1磁石リング体の側面に対向して前記第 1磁石リング体と同じ第 2磁石リング体を形成し、

前記第 1および第 2磁石リング体の前記外側発電用磁石リングの外側面と前記内側発電用磁石リングの内側面をリング状のヨークに接合し、かつ前記第 1および第 2磁石リング体の両側面から中間位置に、前記外側発電用磁石リングから前記内側発電用磁石リングに至る複数の発電用磁石リングを前記所定間隔を保つように両端面を前記ヨークに接合した環状のプロックを設け、

前記複数の発電用磁石リングのそれぞれの前記所定間隔にエア ·ギヤップを持たせて予め巻回されたリング状の発電用コイルを支持体により固定して設け、前記支持体の基端部は外箱に固定し、他端部は前記プロックに形成された環状溝内にはまり込む状態で支持され、

前記内側発電用磁石リングの内側面に接合された前記ヨークから非磁性体を介してさらに内側に延び、前記ブロックと概ね同じ幅で、同じ形状と寸法の複数の磁石を、その極性を交互に配列したリング状の駆動用磁石を設け、

前記駆動用磁石の両側にエア 'ギヤップを持たせて対向させたリング状の駆動用コィルを前記外箱に固定して設け、

前記駆動用磁石の内側面に非磁性体の取付体を接合して該取付体を回転可能に支持軸に設けて、なり、

これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより、少なくとも前記第 1 および第 2磁石リング体と前記駆動用磁石、および前記発電用コイルと駆動用コィルのいずれか一方が前記支持軸に沿って回転し、前記第 1および第 2磁石リング発電用コィルを通る磁束流は前記支持軸と垂直に、かつ前記ョークを通して還流してなる発電機および電動機。

10. 請求項 9に記載の発電機および電動機において、前記環状溝は概ね U形状で磁石により形成され、かつ前記環状溝にはまり込む前記支持体の他端部は磁石で形成され、前記他端部の内側面および他側面の極性は前記環状溝内で対向する極性と同じである。

11. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を少なくとも一つ設け、

前記発電用磁石環の開口を他の発電用磁石環と所定間隔を置いて環状の取付体にはめ込み、

前記所定間隔に前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて予め巻回された環状の発電用コィルを揷入して、該発電用コィルが前記発電用磁石環のレ、ずれか一方を外箱に固定し、

前記複数の発電用磁石環のうちの両端のもののそれぞれの外側面をヨークに接合し、

前記取付体のその中心軸寄りに環状の駆動用磁石をはめ込み、該駆動用磁石の両側に対向させて予め卷回された環状の駆動用コィルを前記外箱に固定して設け、前記取付体を回転可能に支持軸に設けて、なり、これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより、前記発電用磁石環と前記発電用コィルおよび、駆動用磁石環のいずれか一方が前記支持軸の周りを回転し、前記発電用磁石環および発電用コィルを通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ前記ヨークを通して還流してなる発電機および電動機。

12. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を少なくとも一つ設け、前記発電用磁石環の開口を他の発電用磁石環と所定間隔を置いて環状の取付体にはめ込み、前記所定間隔に前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて予め巻回された環状の発電用コィノレ環を挿入して、該発電用コイル環を外箱に固定し、前記複数の発電用磁石環のうちの両端にあるもののそれぞれの外側面をヨークに接合し、前記取付体を支持軸に回転可能に取り付けて発電部を構成し、

同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、前記外側駆動用磁石リングの内側に、非磁性体を介して、他の駆動用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに非磁性体を介して開口を有する内側駆動用磁石リングを設けて磁石リング体を形成し、該磁石リング体を複数個所定間隔を置いて設け、該所定間隔にそれぞれの前記駆動用磁石リングに対向するようにエア ·ギヤップを持たせて予め巻回された環状の駆動コイルを外箱に固定して設け、前記内側駆動用磁石リングの開口を取付体にはめ込んで、それぞれの前記取付体を、前記発電部の支持軸を回転するように取り付けた電動部を構成し、

これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより前記磁石リング体は回転し、この回転により前記発電部から発電し、前記発電用磁石リングを通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する発電用磁石リングと前記ヨークを介して還流してなる発電機および電動機。

13. 請求項 1 2に記載の発電機および電動機において、前記発電用磁石リングは前記外箱に固定し、前記発電用コィル環は非磁性体の前記第 1取付体にはめ込み、前記第 2取付体を前記支持軸に回転可能に取り付ける。

14. 請求項 1 2に記載の発電機および電動機において、前記発電用コイル環は非磁性体の第 1取付体にはめ込み、前記第 1取付体を前記支持軸に回転可能に取り付け、前記発電用磁石リングの前記取付体および前記発電用コイル環のいずれか一方の前記支持軸に近い所に遊星ギアを設けて反転可能に設けた。

15. 請求項 1 2に記載の発電機および電動機において、前記電動部から前記発電部に回転動力を伝達するのに、前記電動部と前記発電部の間に回転数およびトルク変換 ·伝達機構を含む。

16. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、

前記外側駆動用磁石リングの内側に、それぞれ非磁性体を介して、他の駆動用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに非磁性体を介して内側駆動用磁石リングを設けて電動部を構成し、前記内側駆動用磁石リングの内側に非磁性体を介してリング状の外側発電用磁石リングを設け、前記外側発電用磁石リングの内側に、それぞれ非磁性体を介して、他の発電用磁石リングを複数個設け、これに引き続いてさらに非磁性体を介して開口を有する内側発電用磁石リングを設けて発電部を構成して、磁石リング体を形成し、

前記磁石リング体を複数個設け、複数の前記磁石リング体のうちの一端にあるものの外側面と他端にあるものの外側面をヨークに接合し、それぞれの前記磁石リング体の前記内側発電用磁石リングの開口を所定間隔を置いて取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

それぞれの前記磁石リング体の所定間隔に、それぞれの前記駆動用磁石とエア ·ギヤップを持たせて対向するように予め巻回されたリング状の駆動用コイル、および、それぞれの前記発電用磁石とエア ·ギヤップを持たせて対向するように ^"め巻回されたリング状の発電用コイルを、それぞれ外箱に固定して設けて、なり、

17. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する発電用磁石環を少なくとも一つ設け、前記発電用磁石環の開口を他の発電用磁石環と所定間隔を置いて環状の取付体にはめ込み、前記所定間隔に前記発電用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて予め巻回された環状の発電用コィノレ環を挿入して該発電用コィル環を円筒形状の第 1取付体にはめ込み、かつ該第 1取付体内に第 2取付体を挿入して、該第 2取付体を支持軸に回転可能に取り付けて発電部を構成し、

同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、前記外側駆動用磁石リングの内側に、非磁性体を介して、他の駆動用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに非磁性体を介して開口を有する内側駆動用磁石リングを設けて磁石リング体を形成し、該磁石リング体を複数個所定間隔を置いて設け、該所定間隔にそれぞれの前記駆動用磁石リングに対向するようにエア ·ギャップを持たせて予め巻回された環状の駆動コィノレ環を設け、前記内側駆動用磁石リングの開口を取付体にはめ込んで、それぞれの前記取付体を、前記発電部の支持軸を回転するように取り付けた電動部を構成し、これによつて、前記駆動用コイル環に給電することにより前記磁石リング体は回転し、この回転により前記発電部から発電し、前記発電用磁石環を通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する前記発電用磁石環と前記ョークを介して還流してなる発電機および電動機。

18. 請求項 1 7に記載の発電機および電動機において、前記第 2取付体は内側とそれを覆う外側の円筒状のものからなり、前記支持軸に固定された前記内側の取付体と前記外側の取付体との間の長手方向には遊星ギアが設けられて前記内側の取付体と前記外側の取付体とは前記支持軸の周りを互いに反転可能である。

19. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、

前記磁石リング体を複数個設け、複数の前記磁石リング体のうちの一端にあるものの外側面と他端にあるものの外側面をヨークに接合し、それぞれの前記磁石リング体の前記内側発電用磁石リングの開口を所定間隔を置いて第 1取付体にはめ込み、該第 1取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

それぞれの前記磁石リング体の所定間隔に、それぞれの前記駆動用磁石とエア •ギャップを持たせて対向するように予め巻回されたリング状の駆動用コイル、および、それぞれの前記発電用磁石とエア ·ギヤップを持たせて対向するように予め巻回されたリング状の発電用コイルを、第 2取付体にはめ込み、該第 2取付体を回転可能に前記支持軸に取り付けてなり、

20. 請求項 1 9に記載の発電機および電動機において、前記第 2取付体は内側とそれを覆う外側の円筒状のものからなり、前記支持軸に固定された前記内側の取付体と前記外側の取付体との間の長手方向には遊星ギアが設けられて前記内側の取付体と前記外側の取付体とは前記支持軸の周りを互いに反転可能である。

21. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側発電用磁石リングを設け、

前記外側発電用磁石リングの内側に、それぞれ非磁性体を介して、他の発電用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに非磁性体を介して内側発電用磁石リングを設けて発電部を構成し、前記内側発電用磁石リングの内側に非磁性体を介してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、前記外側駆動用磁石リングの内側に、それぞれ非磁性体を介して、他の駆動用磁石リングを複数個設け、これに引き続いてさらに非磁性体を介して開口を有する内側駆動用磁石リングを設けて電動部を構成して、磁石リング体を形成し、

前記磁石リング体を複数個設け、複数の前記磁石リング体のうちの一端にあるものの外側面と他端にあるものの外側面をヨークに接合し、それぞれの前記磁石リング体の前記内側駆動用磁石リングの開口を所定間隔を置いて取付体にはめ込み、該取付体を回転可能に支持軸に取り付け、

それぞれの前記磁石リング体の所定間隔に、それぞれの前記発電用磁石とエア •ギヤップを持たせて対向するように予め巻回されたリング状の発電用コイル、および、それぞれの前記駆動用磁石とエア ·ギャップを持たせて対向するように予め巻回されたリング状の駆動用コイルを、外箱に固定して設けてなり、これによつて、前記駆動用コイルに給電することにより前記磁石リング体は回転し、この回転により前記発電部から発電し、前記発電用磁石リングを通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する発電用磁石リングと前記ヨークを介して還流してなる発電機および電動機。

22. 同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してなり、かつ開口を有する駆動用磁石環を少なくとも一つ設け、前記駆動用磁石環の開口を他の駆動用磁石環と所定間隔を置いて環状の取付体にはめ込み、前記所定間隔に前記駆動用磁石環との間でエア ·ギヤップを持たせて予め巻回され前記取付体に固定された環状の第 1駆動用コイルを揷入して、該第 1駆動用コイルあるいは前記駆動用磁石環のいずれか一方を外箱に固定し、前記複数の駆動用磁石環のうちの両端にあるもののそれぞれの外側面をヨークに接合し、前記取付体のいずれか一方を支持軸に回転可能に取り付けて第 1電動部を構成し、

同じ形状と寸法の複数の磁石のその極性を交互に配列してリング状の外側駆動用磁石リングを設け、前記外側駆動用磁石リングの内側に、非磁性体を介して、他の駆動用磁石リングを複数個設け、これに続いてさらに非磁性体を介して開口を有する内側駆動用磁石リングを設けて磁石リングを形成し、該磁石リング体を複数個所定間隔を置いて設け、該所定間隔にそれぞれの前記駆動用磁石リングに対向するようにエア ·ギャップを持たせて予め巻回され取付体に固定された環状の第 2駆動用コイルか磁石リング体のいずれか一方を外箱に固定して設け、前記内側駆動用磁石リングの開口を取付体にはめ込んで、それぞれの前記取付体を、前記支持軸を回転するように取り付けた第 2電動部を構成し、

これによつて、前記第 1および第 2駆動用コイルのいずれかに給電することにより、前記第 1および第 2電動部のいずれかが回転し、前記駆動用磁石環および駆動用磁石リングを通る磁束流は前記支持軸と平行に、かつ隣接する駆動用磁石と前記ヨークを通して還流してなる電動機。

23. 請求項 2 2に記載の電動機において、複数の前記駆動用磁石環のそれぞれの前記所定間隔に設けて形成した前記第 1電動部の両端部は、前記第 1駆動用コィルであり、両端部の前記第 1駆動用コイルは前記ヨークに接合され、かつ前記複数の前記磁石リング体のそれぞれの前記所定間隔に設けて形成した前記第 2電動部の両端部は、前記第 2駆動用コイルであり、両端部の前記第 2駆動用コイルは前記ヨークに接合されてなる。

24. 磁束を回転軸と平行に走らせる発電機であって、発電用コイルは前記回転軸に対して垂直に張られ、

前記発電用コィルは前記回転軸の中心軸を基点とした非磁性体の中空円盤状芯上に環状形に配置され、

前記発電用コィルの磁束を受ける面の環状体の内周側の前記発電用コィルの幅は、エア ·ギヤップを挟んで体面する発電用磁石の対応部分を前記発電用コイルの同区間の一層当たりのコイル配置数で割り算した値を有し、また前記発電用コィルの磁束を受ける面の環状体の外周側の前記発電用コイルの幅は、エア ·ギヤップを挟んで体面する前記発電用磁石の対応部分の幅から環状体取付用構造体および前記発電用コィルの固定用構造体の占める部分を差し引いた値を前記発電用コィルの同区間の一層当たりのコィル配置数で割り算した値を有するように前記発電用コイルを配置した発電機。

25. 磁石の磁束密度対 L/Dの特性を、固有の性能の範囲内で所定の特性が得られるように予め定められた断面形状と長さの永久磁石材を複数設け、

それぞれの前記永久磁石材の側壁を高透磁性材で覆い、それぞれの前記永久磁石材を集合して所定の形状の集合体を形成し、

前記集合体を、さらに高透磁性材で覆い、該集合体の両極部にポール · ピースを施して、集合した前記永久磁石材の極性を同じ極性となるように着磁してなる永久磁石。

26. 請求項 2 5に記載の永久磁石において、前記永久磁石材のそれぞれは、板部材でなる格子容器を設けて該格子容器に前記永久磁石材を揷入し固定してなる

27. 請求項 2 5に記載の永久磁石において、前記永久磁石材は卵形であって、該卵形永久磁石材を板部材でなる格子容器に挿入し、前記格子容器の空隙に磁石材を充填し、粉末や冶金法および焼結金属法のいずれかにより前記永久磁石材を固定する。

28. 磁石の磁束流が磁軸に概ね平行に流れる卵形の永久磁石材を複数設け、複数の前記卵形永久磁石材を予め定められた形状と寸法の容器に並べ、前記容器の両磁極の面には高透磁性材のポール' ピースを施し、前記卵形永久磁石材のそれぞれの空隙に高透磁性材を充填し、それぞれの前記卵形永久磁石材の極性が同じ極性となるように着磁してなる永久磁石。