WO2004001936A1

WO2004001936A1 - 発電装置

Info

Publication number: WO2004001936A1
Application number: PCT/JP2003/007703
Authority: WO
Inventors: Takumi Tamura
Original assignee: Takumi Tamura
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2003-12-31
Also published as: AU2003242450A1; JP2006025468A; TW200402184A

Description

技術分野

本発明は発電装置に関し、特に、磁力を利用した発電装置に関する。背景技術

従来の発電装置としては、水力、火力、原子力、風力等を利用したものがあるが、いずれも省資源の観点からは充分なものではなぐかつ、いずれも装置が大型化せざるを得なかった。

これに対して、水素などの元素のエネルギーや太陽エネルギーを利用した発電装置も開発されつつあるが、いずれも開発段階であって実用にはいまだ充分であるとはいいがたい。

さらに、従来の発電装置よりも小型であって、省資源を目指したものとして、

7久磁石を利用した磁力回転装置により発電を行うものがある。例えば、特開平 7— 8 7 7 2 5号公報（米国特許第 5， 5 9 4 , 2 8 9号明細書）に記載された磁力回転装置である。この磁力回転装置においては、永久磁石と電磁石との反発力を利用して、永久磁石が固定された回転子を回転させている。

しかし、従来の磁力回転装置においては、永久磁石を多数設ける必要があること、電磁石を用いるため装置が複雑化すること、さらには、回転バランサ等が必要であることなどにより、装置が複雑かつ大型化するという欠点を有している。さらに、装置が複雑であることにより製造工程も複雑化せざるを得ないため、製造コスト面においても不利である。発明の開示

そこで本発明の目的は、簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コス卜の低い発電装置を提供することにある。本発明の発電装置においては、軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸線上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸線について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第 1永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第 1永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第 2永久磁石と、ここで、第 1永久磁石と第 2永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸線の周りに、第 1永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第 2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第 1永久磁石の前記側面の一つと対向する第 2永久磁石の側面を順次変更することにより、第 1永久磁石と第 2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。

本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる発電装置 1の平面図である。

図 2は、図 1の線 Π— Πに沿って取った断面図である。

図 3は、本発明の第 1実施形態にかかる発電装置 1の側面図である。

図 4 Aは、回転盤 7上に設けられた永久磁石 9の正面図である。

図 4 Bは、永久磁石 9の側面図である。

図 5 Aは、固定板 1 7の下面に設けられる永久磁石 1 1及び一組の角柱中空咅 152 3 b 1、 2 3 b 2を示す正面図である。

図 5 Bは、図 5 Aに示した永久磁石 1 1及び一組の角柱中空部 2 3 b 1、 2 3 b 2の側面図である。

図 6 A、図 6 B、図 6 C、及び図 6 Dは、回転盤 7上に固定された永久磁石 9と上側固定板の下側面に回転可能に取り付けられた永久磁石 11との関係を概念的に示した図である。

図 7は、本発明の第 2実施形態にかかる発電装置 41の平面図である。

図 8は、図 7の線 —观に沿って取った断面図である。

図 9は、本発明の第 2実施形態にかかる発電装置 41の側面図である。説明のために永久磁石 51の取り付け具 63が見えるように描かれている。

図 10は、本発明の第 3実施形態にかかる発電装置 71の平面図である。図 1 1は、図 10の線 XI— XIに沿って取った断面図である。

図 12は、本発明の第 3実施形態にかかる発電装置 71の側面図である。説明のために永久磁石 81の取り付け具が見えるように描かれている。

図 13A、図 13B、及び図 13 Cは、回転盤 77の周縁部に固定された 4 つの永久磁石 79と架台 73の側面に設けられた板部材 89に回転可能に取り付けら'れた永久磁石 81との関係を説明する図である。

図 14は、本発明の第 4実施形態にかかる発電装置 1 1 1の平面図である。図 15は、図 14の線 XV— XVに沿って取った断面図である。

図 16は、本発明の第 4実施形態にかかる発電装置 1 11の側面図である。説明のために永久磁石 121の取り付け具 133及ぴモータ 150が見えるように描かれている。

図 17A、図 17B、及び 17 Cは、回転盤 117の周縁部に固定された 6 つの永久磁石 119 (119 a、 119 b、 119 c、 1 19 d、 1 19 e、 119 f ) と架台 1 13の側面に設けられた板部材 129に回転可能に取り付けられた永久磁石 121との関係を説明する図である。

図 18A、図 18B、図 18C、図 18D、図 18E、図 18F、図 18G、図 18 H、図 18 I、及び図 18 Jは、 7久磁石 121 (2極磁石駆動回転体）と回転盤 117 (6極磁石出力回転体）の回転角度とトルクの関係を説明する図である。図 1 9は、本発明の第 5実施形態にかかる発電装置 2 0 1の断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を、最良の形態に基づき図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

(第 1実施形態）

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる発電装置 1の平面図である。図 2は、図 1の線]！一 Πに沿って取った断面図である。図 3は、本発明の第 1実施形態にかかる発電装置 1の側面図である。

第 1実施形態にかかる発電装置 1は、架台 3、回転軸 5、回転盤 7、永久磁石 9及び 1 1、フライホイール 1 3、発電機 1 5などからなる。

架台 3は、長方形の 2枚の固定板 1 7及び 1 8からなる。固定板 1 7及び 1 8は、四隅に配置した 4本の円柱 1.9によって、並行に離間して配置されている。 2枚の固定板 1 7及び 1 8のそれぞれの中央部分には軸受 2 1が配置されており、両方の軸受 2 1の内輪を貫通して回転軸 5が設けられている。回転軸 5に発電機 1 5が取り付けられて、回転軸 5の回転により発電機 1 5が発電する。

回転軸 5の鉛直方向中央部には、円形の回転盤 7が固定されている。回転盤

7の中心 7 aは回転軸 5の軸線 5 a上にあって、回転盤 7と回転軸 5は一体となって回転可能である。

回転盤 7の上側表面 7 bの周縁部には、直方体形状の 2個の永久磁石 9 (第

1永久磁石)が回転盤 7の中心 7 aに対して対称に配置されている。図 4 Aは、回転盤 7の上側表面 7 b上に設けられた永久磁石 9の正面図である。図 4 Bは、永久磁石 9の側面図である。 2個の永久磁石 9ともに、図 2および図 4 Aに示すように、上面が N極、下面が S極となるように、かつ長手方向が回転盤 7の半径方向と一致するように固定されている。

回転盤 7の下側表面 7 cの周縁部には、輪状であって外径が回転盤 7の直径と同一のフライホイール 1 3が固定されている。フライホイール 1 3の内径は、回転盤 7上に配置された二つの永久磁石 9の間の距離よりやや長い。

上側の固定板 1 7の下側表面 1 7 aには、取り付け具 2 3を介して直方体形状の永久磁石（第 2永久磁石） 1 1が配置されている。この永久磁石 1 1は、回転盤 7上に配置された永久磁石 9と同一形状である。また、長手方向が回転盤 7の半径方向と一致するように取り付け具 2 3に取り付けられている。永久磁石 1 1の軸線 1 1 aは、回転軸 5の軸線 5 aに対してほぼ垂直である。

取り付け具 2 3は、一対の L字型金具 2 3 aと、一組の角柱中空部 2 3 b 1、 2 3 b 2とからなる。図 5 Aは、固定板 1 7の下面に設けられる永久磁石 1 1 及び一組の角柱中空部 2 3 b 1、 2 3 b 2を示す正面図である。図 5 Bは、図 5 Aに示した永久磁石 1 1及ぴ一組の角柱中空部 2 3 b l、 2 3 b 2の側面図である。一対の L字型金具 2 3 aは、固定板 1 7の一端部の下側表面 1 7 aに一定の間隔をおいて配置されて、永久磁石 1 1が、回転盤 7と共に回転する永久磁石 9と対向することができるように配置されている。それぞれの L字型金具 2 3 aの一辺は固定板 1 7の下側表面 1 7 aに固定されている。 L字型金具 2 3 aのもう一方の辺は、鉛直方向下向きに配置されており、その下側端部には角柱中空部 2 3 b l、 2 3 b 2から延在する軸 2 3 cを挿入可能な穴 2 3 d が設けられている。なお、 L字型金具 2 3 aの内側部分 2 3 eは互いに対向している。

角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2は、その一端部に開口 2 3 ίが設けられている。図 5 Αに示すように、開口 2 3 fから角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2 の内部へ直方体の永久磁石 1 1の端部を挿入して固定できるように、開口 2 3 fの断面は矩形となっている。軸 2 3 cは、角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2 の開口 2 3 f とは反対側の端部の外側に設けられており、 L字型金具 2 3 aの穴 2 3 dに軸受（不図示）を介して挿入されている。このように軸受を設けることにより軸 2 3 cと L字型金具 2 3 aの穴 2 3 dとの間の磨耗を少なくすることができるため、永久磁石 1 1をスムーズに回転させることができ、ひいてはエネルギーの損失を防ぐことができる。

以上の構成により、永久磁石 1 1の長手方向（軸方向）の両端部をそれぞれ別個の角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2内へ挿入し、両角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2から外側へ延在する軸 2 3 cをそれぞれ L字型金具 2 3 aの穴 2 3 dに挿入することができる。これによつて、永久磁石 1 1はその軸線 1 1 a を中心に回転可能に取り付け具 2 3に取り付けられている。なお、永久磁石 1 1の軸線 1 1 aと、両角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2から外側へ延在する軸 2 3 cの軸線が同軸になるように配置されているため、永久磁石 1 1はその軸線 1 1 aを中心に回転可能である。また、永久磁石 1 1の長手方向の 4つの側面のうちの対向する 2つの側面は、それぞれ N極および S極となっている。さらに永久磁石 1 1は、鉛直方向において、回転盤 7上の永久磁石 9の N極面と、永久磁石 1 1の側面とがちようど対向する位置に配置されている。

角柱中空部 2 3 b 1及び 2 3 b 2のうちの一方の角柱中空部 2 3 b 1には、プーリ 2 3 gが設けられている。プーリ 2 3 gの外周にはベルト 2 5が掛け回されている。ベルト 2 5の他端はモータ 2 7の回転軸 2 7 aに掛け回されている。この構成により、モータ 2 7の回転が回転軸 2 7 a及びプ一リ 2 3 gを介して角柱中空部 2 3 b 1に伝えられるため、モータ 2 7によって永久磁石 1 1 を回転させることができる。また、モ一夕 2 7に無段変速機 2 9を設けて、モ一夕 2 7の回転数を 0〜2 0 0 0回転の間で制御してもよい。あるいは、モー夕 2 7に制御装置を接続して、モータ 2 7の回転数を電気的に制御してもよい。一方、下側の固定板 1 8上には、回転軸 5の回転を電力に変換する発電機 1 5が設けられている。なお、回転軸 5の回転から得られるトルクの一部をモ一夕 2 7の動力に用いてもよい。

つづいて、図 6 A、図 6 B、図 6 C、及び図 6 Dを用いて、本実施形態にかかる発電装置 1の動作について説明する。図 6 A乃至 6 Dは、回転盤 7上に固定された永久磁石 9と上側固定板 1 7の下側面 1 7 aに回転可能に配置された永久磁石 1 1との関係を概念的に示したものである。図 6 A乃至 6 Dは、説明のために、永久磁石 9と永久磁石 1 1の磁極を側方から見た図と、回転盤 7 上における永久磁石 9の描く軌跡を上から見た図を組み合わせたものである。すなわち、永久磁石 9は、実際には、 N極が鉛直方向上側にあり、 S極が回転盤 7に取り付けられている。永久磁石 1 1は、実際には、水平方向の回転軸線 1 1 aの周りに回転して、 S極と N極が交互に下方を向いて、回転している永久磁石 9の N極と対向する。

図 6 Aは、永久磁石 1 1の S極が下側にあって、かつ、永久磁石 9の上側に配置された N極と対向している状態を示している。図 6 Bは、永久磁石 1 1が図 6 Aの状態から時計方向（図 3の矢印 Aで示す方向）に 9 0度回転して N極と S極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石 9が図 6 Aの状態から時計方向（図 1の矢印 Bで示す方向）に回転した状態を示している。図 6 Cは、永久磁石 1 1が図 6 Bの状態からさらに時計方向 Aに回転しており、かつ、もう一つの反対側の永久磁石 9が時計方向 Bに回転して、永久磁石 1 1に近づいてきた状態を示している。図 6 Dは、永久磁石 1 1が図 6 Aの状態から時計方向 Aに 2 7 0度回転して S極と N極とがほぼ水平方向に配置されており、かつ、永久磁石 9が図 6 Cの状態から時計方向 Bに回転して永久磁石 1 1にさらに近づいた状態を示している。

本実施形態においては以下のサイクルで回転盤 7が回転する。すなわち、図 6 Aは、本実施形態の初期状態である。図 6 Aにおいて、回転盤 7に固定された永久磁石 9の N極と上側固定板 1 7の下側面 1 7 aに配置された永久磁石 1 1の S極とが対向しているため、 N極と S極との間の吸引力により永久磁石 9が固定された回転盤 7は回転を停止している。この状態で、モー夕 2 7により永久磁石 1 1を時計方向に回転させると、永久磁石 1 1の S極と永久磁石 9 の N極との吸引力により永久磁石 9が時計方向 Bに回転し始める（図 6 B )。さらに、永久磁石 1 1を回転させると、永久磁石 1 1の N極と永久磁石 9の N 極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により永久磁石 9はさらに回転する。そして、さらに永久磁石 9と永久磁石 1 1とが回転すると、永久磁石 1 1の S極ともう一つの反対側の永久磁石 9の N極が接近してくる（図 6 C)。そして、さらに永久磁石 9と永久磁石 1 1とが回転すると、両者の吸引力により回転盤 7がさらに回転させられる（図 6 D)。つづけて、永久磁石 1 1を回転させると、永久磁石 1 1の S極と永久磁石 9の N極との間の吸引力の作用により、回転盤 7がさらに回転し、初期状態（図 6 A) になる。

初期状態までもどると、再び上述のサイクルにより回転盤 7が回転しつづける。本実施形態においては、回転盤 7の下側表面にフライホイール 1 3が設けられているため、回転盤 7上の永久磁石 9の吸引力および反発力に加えて、フライホイ一ル 1 3の慣性力の作用によって、回転盤 7をスムーズに回転させることができる。回転盤 7の回転により、発電機 1 5が発電する。

上述のように、第 1実施形態にかかる発電装置は構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。

また、小型モータ 2 7の小さなトルクで、回転軸 5に大きなトルクを発生することができる。小型モータ 2 7により駆動される永久磁石 1 1は、非接触でもって回転盤 7を回転させることができるので、摩擦損失などの機械損失が少ないという効果がある。

(第 2実施形態）

図 7は、本発明の第 2実施形態にかかる発電装置 4 1の平面図である。図 8 は、図 7の線！ [一 "\1に沿って取った断面図である。図 9は、本発明の第 2実施形態にかかる発電装置 4 1の側面図である。図 9においては、説明のために永久磁石 5 1の取り付け具 6 3が見えるように描いている。

以下の第 2実施形態についての説明は、第 1実施形態と異なる点を中心に行い、第 1実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。第 2実施形態にかかる発電装置 4 1は、架台 4 3、回転軸 4 5、回転盤 4 7、永久磁石 4 9、 5 1、フライホイール 5 3、発電機 5 5、プーリ 5 6、ベルト 6 5などからなる。

架台 4 3は、第 1実施形態と同様に設けられているが、正面から見て左側面 (図 8の左側）には永久磁石取り付け具 6 3を取り付けるための板部材 5 9が設けられている。板部材 5 9は、その長手方向が鉛直方向に延在している。板部材 5 9の上側端部 5 9 aは、架台 4 3の上側固定部材 5 7に固定されており、板部材 5 9の下側端部 5 9 bが架台 4 3の下側固定部材 5 8に固定されている。

回転軸 4 5の鉛直方向中央部には、円形の回転盤 4 7が固定されている。回転盤 4 7の中心 4 7 aは回転軸 4 5の軸線 4 5 a上にあって、回転盤.4 7と回転軸 4 5は一体となって回転可能である。

回転盤 4 7の周縁部にはフライホイール 5 3が設けられている。さらに、フライホイール 5 3の対向する 2箇所には、凹部 6 8が設けられ、それぞれの凹部 6 8の中には直方体形状の永久磁石 4 9が 1つずつ固定されている。 2つの永久磁石 4 9は、回転盤 4 7の中心 4 7 aに対して対称に配置されている。永久磁石 4 9の長手方向は鉛直方向に一致しており、回転盤 4 7の半径方向外側の面が N極となるように永久磁石 4 9は回転盤 4 7に固定されている。

一方、架台 4 3に設けられた板部材 5 9に、永久磁石取り付け具 6 3を介して直方体形状の永久磁石 5 1が取り付けられている。永久磁石 5 1は、永久磁石取り付け具 6 3の角柱中空部 6 3 b 1及び 6 3 b 2により、軸線 5 1 a回りに回転可能に取り付けられている。永久磁石 5 1は、回転盤 4 7のフライホイール 5 3の側表面と対向している。永久磁石 5 1は、回転するフライホイール 5 3に固定された永久磁石 4 9と対向することができる。永久磁石 5 1の長手方向に延在する 4つの側面のうちの対向する 2つの側面は、それぞれ N極および S極となっている。また、永久磁石 5 1は鉛直方向に延在しているため、その長手方向と回転盤 4 7上の永久磁石 4 9の長手方向は、共に鉛直方向である。よって、永久磁石取り付け具 6 3に取り付けられた永久磁石 5 1の側面と、回転盤 4 7上の永久磁石 4 9の側面とがちょうど対向するように配置されている。永久磁石 5 1の軸線 5 1 aは、回転軸 4 5の軸線 4 5 aとほぼ平行である。上側固定板 5 7と回転盤 4 7との間で、回転軸 4 5に、プーリ 5 6が固定されている。永久磁石取り付け具 6 3の角柱中空部 6 3 b 2から延在する軸 6 3 cにプーリ 6 6が固定されている。プーリ 5 6とプーリ 6 6に、ベルト 6 5が掛け回されている。この構成により、回転軸 4 5の回転トルクを永久磁石取り付け具 6 3の軸 6 3 cに伝えて、永久磁石 5 1の回転に供することができる。なお、回転盤 4 7及び回転軸 4 5の回転開始時においては、永久磁石取り付け具 6 3はモータ（不図示）からの動力を受けて永久磁石 5 1を回転させる。第 2実施形態にかかる発電装置 4 1の動作は以下のとおりである。

すなわち、第 2実施形態の初期状態においては、回転盤 4 7に固定された永久磁石 4 9の N極と架台 4 3の板部材 5 9に取り付けられた永久磁石 5 1の S極とが対向しているため、 N極と S極との間の吸引力により永久磁石 4 9が固定された回転盤 4 7は回転を停止している。この状態で、モ一夕（不図示）により、上から見て反時計方向（図 7の矢印 Cで示す方向）に永久磁石 5 1を回転させると、永久磁石 5 1の S極と永久磁石 4 9の N極との吸引力により永久磁石 4 9が固定された回転盤 4 7が時計方向（図 7の矢印 Dで示す方法）に回転し始める。さらに、永久磁石 5 1を回転させると、永久磁石 5 1の N極と永久磁石 4 9の N極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤 4 7はさらに回転する。そして、さらに永久磁石 5 1を回転して、永久磁石 5 1の S極と次の永久磁石 4 9の N極が接近してくると、両者の吸引力により回転盤 4 7はさらに回転し、初期状態までもどる。

上述のように、第 2実施形態にかかる発電装置 4 1は、第 1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストを低く抑えることが可能である。さらに、永久磁石 5 1を回転させるための駆動力を回転軸 4 5からとることができるため効率がよい。また、モータ（不図示）の小さなトルクで永久磁石 5 1を回転させることに. より、回転軸 4 5に大きなトルクを発生することができる。モ一タ（不図示）により駆動される永久磁石 5 1は、非接触でもって回転盤 4 7を回転させることができるので、摩擦損失などの機械損失が少ないという効果がある。

(第 3実施形態）

図 1 0は、本発明の第 3実施形態にかかる発電装置 7 1の平面図である。図 1 1は、図 1 0の線 X I - X Iに沿って取った断面図である。図 1 2は、本発明の第 3実施形態にかかる発電装置 7 1の側面図である。図 1 2においては、説明のために永久磁石 8 1の取り付け具 1 0 3が見えるように描いている。以下の第 3実施形態についての説明は、第 2実施形態と異なる点を中心に行い、第 1実施形態および第 2実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。

, 第 3実施形態にかかる発電装置 7 1においては、回転盤 7 7の周縁部の 4箇所に、回転軸 7 5を中心にして 9 0度ごとに凹部 9 8が設けられ、それぞれの凹部 9 8の中には直方体形状の永久磁石 7 9が 1つずつ固定されている。 4つの永久磁石 7 9のうちの 2つは、回転軸 7 5の軸線 7 5 aに対して対称に配置されている。永久磁石 7 9の長手方向は鉛直方向に一致しており、対向する永久磁石 7 9の二組のうちの一方の組は回転盤 7 7の半径方向外側の面が N極となるようにされ、他方の組みは回転盤 7 7の半径方向外側の面が S極となるようにされている。したがって、回転盤 7 7の周縁部に配置された 4つの永久磁石 7 9のそれぞれは、両隣の永久磁石 7 9と極性が逆向きとなるように配置されている。これ以外の構成については第 2実施形態と同様である。

つづいて、図 1 3 A、図 1 3 B、及び図 1 3 Cを参照して、第 3実施形態にかかる発電装置 7 1の動作について説明する。図 1 3 A〜1 3 Cは、回転盤 7 7の周縁部に固定された 4つの永久磁石 7 9と架台 7 3の側面に設けられた板部材 8 9に回転可能に取り付けられた永久磁石 8 1との関係を説明する図である。

図 1 3 Aは、永久磁石 8 1の S極が回転盤 7 7側にあって、かつ、永久磁石 7 9において左側に配置された N極と対向している状態を示している。図 1 3 Bは、永久磁石 8 1が図 1 3 Aの状態から反時計方向に 9 0度回転して、図 1 3 Bにおいて上側に S極、下側に N極が配置されており、かつ、永久磁石 7 9 が図 1 3 Aの状態から時計方向に 4 5度回転した状態を示している。図 1 3 C は、永久磁石 8 1が図 1 3 Bの状態から反時計方向に 9 0度回転して N極が回転盤 7 7側にあって、かつ、永久磁石 7 9が図 1 3 Aの状態から時計方向に 9 0度回転した状態を示している。

第 3実施形態においては、以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図 1 3 Aは、本実施形態の初期状態である。図 1 3 Aにおいて、回転盤 7 7に固定された永久磁石 7 9の N極と架台 7 3の板部材 8 9に配置された永久磁石 8 1の S極とが対向しているため、永久磁石 7 9が固定された回転盤 7 7は、 N極と S極との間の吸引力により回転を停止している。この状態で、モータ（不図示）により永久磁石 8 1を反時計方向に回転させると、永久磁石 8 1の S極と永久磁石 7 9の N極との吸引力により、永久磁石 7 9が固定された回転盤 7 7は時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石 8 1を回転させると、永久磁石 8 1の N極と永久磁石 7 9の N極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤 7. 7はさらに回転する。また、図 1 3 Bの位置まで回転すると永久磁石 8 1の N極と次の永久磁石 7 9の S極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤 7 7は回転し、初期状態（図 1 3 A) から 9 0度回転した状態となる（図 1 3 C)。

図 1 3 Cの状態になると、その後は上述のサイクルと同様に回転盤 7 7が回転しつづける。上述のように、第 3実施形態にかかる発電装置 7 1は、第 1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストを低く抑えることが可能である。また、永久磁石 8 1を回転させるための駆動力を回転軸 7 5からとることができるため効率がよい。さらに、回転盤 7 7上の永久磁石 7 9と架台 7 3の板部材 8 9に回転可能に取り付けられた永久磁石 8 1との間の反発力または吸引力の作用をより細かく変化させているため、回転盤 7 7の回転はよりスムーズになる。また、モータ（不図示）の小さなトルクで永久磁石 8 1を回転させることにより、回転軸 7 5に大きなトルクを発生することができる。モータ（不図示）により駆動される永久磁石 8 1は、非接触でもって回転盤 7 7を回転させることができるので、摩擦損失などの機械損失が少ないという効果がある。

(第 4実施形態）

永久磁石は、取り出しても取り出しても磁力は、永久に残っている。

問題は、磁力の取り出し方である。同極同士（N極と N極、又は、 S極と S 極）は反発し、異極同士（N極と S極、又は S極と N極）は吸引する。この力を連続して引き出せば、連続して仕事ができる。

そこで、連続した力を引き出すために「回転力」を考えてみる。

従来の回転機（回転エネルギー変換）の場合、蒸気機関、内燃機関に共通するものは、「反発力」である（反発エネルギー）。

したがって、反発力の場合は、エネルギーを供給しつづけなければならない。さらに、最も代表的な電気エネルギーは、負荷に逆らって流れる「電流」によって仕事をする。これも「反発力」、つまり反発エネルギーである。

しかし、磁力は「反発力」と「吸引力」とで成り立つている。この「反発力」と「吸引力」を制御して回転出力を取り出しているのが電動機である。

回転電動機は、回転磁界側と固定磁界側から成り立つており、一方向の回転出力を取り出すことができるように、回転磁界側を適当に電流の流れる巻線相を切り替えることにより、それを可能にしている。

そして、最近の小型モータは、固定磁界側を永久磁石にすることにより、高トルクのモータが得られた。当然である。一方が、電力供給ゼロである。さらに、もう一方も永久磁石にすれば、より高効率の出力を取り出すことが可能となる。

ここで、電流を流す導体巻線（コイル）の巻線相を切り替える手段（整流）の代わりに解決する手段として登場するのが「フライホイ一ル効果」である。もともと「反発力」は、不安定な力である。それに対して「吸引力」は安定な力である。

不安定な力とは、少しの外力でも変化しょうとする力である。それに対して安定な力とは、少しぐらいの外力でも、それ自身があまり位置の変化をしない。この不安定な力と安定な力を仕事の出力として取り出す解決手段が、小型で強力な永久磁石と慣性力と同期タイミングの取り方である。

具体的な手段として、第 4実施例を説明する。

第 4実施形態は、回転盤に 6つの永久磁石を固定して、架台の側面の板部材に回転可能に取り付けた永久磁石を小型モータで回転させることを特徴とし、小型モー夕を 6 0 0 0 r p mで回転させることにより、回転盤を 2 0 0 0 r p mで回転させる。

図 1 4は、本発明の第 4実施形態にかかる発電装置 1 1 1の平面図である。図 1 5は、図 1 4の線： X V— XVに沿って取った断面図である。図 1 6は、本発明の第 4実施形態にかかる発電装置 1 1 1の側面図である。図 1 6においては、説明のために永久磁石 1 2 1の取り付け具 1 3 3及びモータ 1 5 0が見えるように描いている。以下の第 4実施形態についての説明は、第 3実施形態と異なる点を中心に行い、第 3実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。第 4実施形態にかかる発電装置 1 1 1は、架台 1 1 3、回転軸 1 1 5、回転盤 1 1 7、永久磁石 1 1 9、 1 2 1、フライホイール 1 2 3、発電機 1 2 5などからなる。

架台 1 1 3は、第 3実施形態と同様に設けられているが、正面から見て左側面（図 1 5の左側）には永久磁石 1 2 1の取り付け具 1 3 3を取り付けるための板部材 1 2 9が設けられている。板部材 1 2 9は、その長手方向が鉛直方向に延在している。板部材 1 2 9の上側端部 1 2 9 aは、架台 1 1 3の上側固定部材 1 3 7に固定されており、板部材 1 2 9の下側端部 1 2 9 bが架台 1 1 3 の下側固定部材 1 3 8に固定されている。

回転軸 1 1 5の鉛直方向中央部には、円形の回転盤 1 1 7が固定されている。回転盤 1 1 7の中心 1 1 Ί aは回転軸 1 1 5の軸線 1 1 5 a上にあって、回転盤 1 1 7と回転軸 1 1 5は一体となって回転可能である。

回転盤 1 1 7の周縁部にはフライホイール 1 2 3が設けられている。さらに、フライホイール 1 2 3の円周方向に等間隔（6 0度間隔）で 6つの凹部 1 2 4 が設けられ、それぞれの凹部 1 2 4の中には直方体形状の永久磁石 1 1 9が 1 つずつ固定されている。 6つの永久磁石 1 1 9は、隣り合う二つの永久磁石 1 1 9の外側の極が異なるように交互に S , N, S , N, S , Nの順に配置されている。永久磁石 1 1 9の長手方向は鉛直方向に一致しており、永久磁石 1 1 9は回転盤 1 1 7のフライホイール 1 2 3に固定されている。永久磁石 1 1 9 の重量とフライホイール 1 2 3の重量とにより、慣性力を向上して回転盤 1 1 7が安定して回転するようにしている。

一方、架台 1 1 3に設けられた板部材 1 2 9に、永久磁石取り付け具 1 3 3 を介して直方体形状の永久磁石 1 2 1が回転可能に取り付けられている。 7c久磁石 1 2 1は、永久磁石取ひ付け具 1 3 3の角柱中空部 1 3 3 b 1及び 1 3 3 b 2により、軸線 121 a回りに回転可能に取り付けられている。永久磁石 1 21は、回転盤 117のフライホイール 123の側表面と対向している。永久磁石 121は、回転するフライホイール 123に固定された永久磁石 119と対向することができる。永久磁石 121の長手方向に延在する 4つの側面のうちの対向する 2つの側面は、それぞれ N極および S極となっている。また、永久磁石 121は鉛直方向に延在しているため、その長手方向と回転盤 117上の永久磁石 1 19の長手方向は、共に鉛直方向である。よって、永久磁石取り付け具 133に取り付けられた永久磁石 121の側面と、回転盤 117上の永久磁石 119の側面とがちょうど対向するように配置されている。永久磁石 1 21の軸線 121 aは、回転軸 115の軸線 115 aとほぼ平行である。

角柱中空部 133 b 2の軸には、カップリング 140を介してモー夕 150 が接続されている。モータ 150の回転により、永久磁石 121が回転する。モータ 150には、制御装置（不図示）が接続されており、モータ 150の回転数を 0〜10000 r pmの範囲で制御することができる。第 4実施例においては、モータ 150を 6000 r pmで一定に維持することができるように制御する。モー夕 150は安定装置を内蔵している。

一方、下側固定板 138上には、回転軸 115の回転を電力に変換する発電機 125が設けられている。なお、回転軸 115の回転から得られる出力の一部をベルトを介して直接永久磁石 121を回転させるようにしてもよい。また、回転軸 115の回転から得られる出力の一部を電力として蓄えて、モータ 15 0を駆動するようにしてもよい。

つぎに、第 4実施形態にかかる発電装置 111の動作を、図 17A、図 17 B、及び図 17Cを参照して、説明する。

図 17A〜17Cは、回転盤 117の周縁部に固定された 6つの永久磁石 1 19 (119 a、-119b、 119 c、 119d、 119 e、 119 f ) と架台 113の側面に設けられた板部材 129に回転可能に取り付けられた永久磁石 121との関係を説明する図である。

図 17 Aは、永久磁石 121の S極が回転盤 1 17側にあって、かつ、永久磁石 119 aの外側に向いた N極と対向している状態を示している。図 17B は、永久磁石 121が図 17 Aの状態から反時計方向（矢印 Gで示す方向）に 90度回転して、図 17 Bにおいて上側に S極、下側に N極が配置されており、かつ、永久磁石 119 aが図 17 Aの状態から時計方向（矢印 Hで示す方向）に 30度回転した状態を示している。図 17 Cは、永久磁石 121が図 17B の状態から反時計方向に 90度回転して N極が回転盤 117側にあって、かつ、永久磁石 119 aが図 17 Aの状態から時計方向に 60度回転した状態を示している。

第 4実施形態においては、以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図 17 Aは、本実施形態の初期状態である。図 17 Aにおいて、回転盤 117 に固定された永久磁石 119 aの N極と架台 113の板部材 129に配置された永久磁石 121の S極とが対向しているため、永久磁石 119 aが固定された回転盤 1 17は、 N極と S極との間の吸引力により回転を停止している。この状態で、モータ 150により永久磁石 121を反時計方向に回転させると、永久磁石 121の S極と永久磁石 119 aの N極との吸引力により、永久磁石 119 aが固定された回転盤 117は時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石 121を回転して、図 13 Bに示す 90度の位置まで回転すると、永久磁石 121は、永久磁石 119 aと次の永久磁石 119 bとの中間点と対向する。図 13 Bに示す状態は、 Ξつの永久磁石 121、 119 a、 119 bの磁力のバランスが取れて、磁場的には死点である。しかし、フライホイール 12, 3の慣性力により、この死点を瞬時に通過する。死点を通過すると、永久磁石 12 1の N極と永久磁石 119bの S極が接近してくるため、両者の吸引力が次第に強力になり回転盤 117は回転する。さらに、永久磁石 121と回転盤 11 7が回転して、図 17 Cの状態になると、永久磁石 121の N極と永久磁石 1 19 bの S極との吸引力が安定した状態になるが、フライホイール 123の慣性力により、回転盤 117は回転を続ける。図 17Cの状態から、永久磁石 1 21を 180度回転させると、永久磁石 121の S極と回転盤 117に固定された永久磁石 119 cの N極とが対向する。

すなわち、永久磁石 121を回転させるモータ 150の回転数と、回転盤 1 17の回転数とを、 3対 1の割合で同期させることにより、回転盤 117を安定して回転させることができる。第 4実施例においては、例えば、永久磁石 1 21の回転数を 6000 r pmとすれば、. 回転盤 117の回転数が 2000 r pmとなり、永久磁石 121に直結されているモ一夕 150の負荷を軽減できる。

なお、本発明によれば、永久磁石 121 (2極磁石駆動回転体）の回転と回転盤 117 (6極磁石出力回転体）の回転のタイミングが重要であり、夕イミングが取れれば、回転盤 117の回転数が上昇するほど、スムーズに回転し、しかも、永久磁石 121 (2極磁石駆動回転体）のモータ 150の負荷も軽減できる。また、モータの電力の一部又は全部は、発電機の出力の一部から取ることもできる。

つぎに、永久磁石 121 (2極磁石駆動回転体）と回転盤 117 (6極磁石出力回転体）の回転角度とトルクの関係を図 18 A、図 18B、図 18C、図 18 D、図 18E、図 18F、図 18G、図 18H、図 181、及び図 18 J を参照して説明する。

なお、以下の説明においては、永久磁石 121 (以下、 2極磁石駆動回転体という。）は、時計方向（図 18A、図 18C、図 18E、図 18G、及び図 18 Iの矢印 Kで示す方向）に回転し、回転盤 117 (以下、 6極磁石出力回転体という。）は、反時計方向（図 18A、図 18C、図 18E、図 18 G、及び図 18 Iの矢印 Lで示す方向）に回転するものとする。

図 18 Aは、 6極磁石出力回転体の回転角度が 0度のときの 2極磁石駆動回転体と 6極磁石出力回転体との関係を示す図であり、図 18Cは、 6極磁石出力回転体の回転角度が 15度のときの関係を示す図であり、図 18Eは、 6極磁石出力回転体の回転角度が 30度のときの関係を示す図であり、図 18Gは、 6極磁石出力回転体の回転角度が 45度のときの関係を示す図であ.り、及び図 18 Iは、 6極磁石出力回転体の回転角度が 60度のときの関係を示す図である。図 18B、図 18D、図 18F、図 18 H、及び図 18 Jは、 6極磁石出力回転体の回転角度と加速トルク及び静トルクの関係を示す図であり、それぞれ、 6極磁石出力回転体の回転角度が 0度、 15度、 30度、 45度、及び 6 0度のときの状態を黒点で示している。

慣性力の十分小さい 2極磁石駆動回転体と大きな慣性力を持った 6極磁石出力回転体が、接線方向の狭い空隙を挟んで互いに回転自在であり、かつ 3対 1の同期回転数比の関係にある。

2極磁石駆動回転体と 6極磁石出力回転体の磁力の相互作用により、発生する静トルクは、正の静トルクと負の静トルクを発生するが、図 18 Aに示す 0 度の前後では、静トルクはあまり大きくは変化しない（図 18B)。そして、図 18 Cに示す 15度の前後で静トルクは大きく変化し（図 18D)、さらに図 18 Eに示す 30度の前後で静トルクが負から正に向かって急激に変化し (図 18F)、図 18 Gに示す 45度の前後まで正の静トルクを維持する（図 18H)。そして、図 18 Iに示す 60度の前後で再び静トルクはあまり大きくは変化しない。

一方、 6極磁石出力回転体は、フライホイール 123を有しているので、 6 極磁石出力回転体それ自体が大きな慣性力を持っている。したがって、 6極磁石出力回転体の回転角度が 0度から 15度（図 18Bから図 18D) へ変化する領域では、 6極磁石出力回転体の慣性力があまり落ちない状態が実現する。つぎに、 6極磁石出力回転体の回転角度が 15度から 30度（図 18Dから図 18 F) へ変化する領域は、負の静トルクが働く領域であるが、負の静トルクが大きくても、負の静トルク発生領域が狭いので、 6極磁石出力回転体の十分大きな慣性力で通過することができる。さらにつぎに、 6極磁石出力回転体の回転角度が 3 0度から 4 5度（図 1 8 Fから図 1 8 H) へ変化する領域で、 6 極磁石出力回転体は正の静トルクを貰い、 6極磁石出力回転体の加速トルクが大きくなる。さらにつぎに、 6極磁石出力回転体の回転角度が 4 5度から 6 0 度（図 1 8 Hから図 1 8 J ) へ変化する領域において、 6極磁石出力回転体それ自体の大きな慣性力で慣性飛行しながら通過できる。以上のようなステップを、順次同じように繰り返して、 6極磁石出力回転体は、 2極磁石駆動回転体からトルクを貰いながら回転する。

ただし、 6極磁石出力回転体の慣性力が大きすぎると、前記各ステップの同期タイミングが取りずらくなり（同期を維持する負荷角が小さくなる）、出力トルクが外部負荷変動に対して不安定になり同期から脱調してしまう。

したがって、互いの磁力の相互誘導により発生する静トルクと、 6極磁石出力回転体の持つ慣性力とは、適当な関係（トルク Z慣性比と角度位相の関係）が維持されなければならない。

したがって、 2極磁石駆動回転体と 6極磁石出力回転体の相互の回転角度位置関係と発生出力トルク（加速トルク）の関係は、図 1 8 A〜図 1 8 Jに示すような関係となる。

そして、 2極磁石駆動回転体が時計方向に 1 8 0度回転駆動したとき、 6極磁石出力回転体が反時計方向に 6 0度回転することになる。

したがって、最初の起動時のときだけ、ガバナーモータ（調速機）で起動運転すれば、あとの常時運転中は非常に少ない駆動トルクで大きな出力を得ることが可能となる。

(第 5実施形態）

図 1 9は、本発明の第 5実施形態にかかる発電装置 2 0 1の断面図である。第 5実施形態において、図 1 5に示した第 4実施形態と同様の構成には同様の参照符号を付して説明を省略する。

回転軸 1 1 5の回転力を電力に変換する発電機 1 2 5は、外部電動装置 2 1 0に接続されている。外部電動装置 2 1 0の負荷が変化すると、発電機 1 2 5 の負荷が変化するため、回転軸 1 1 5の回転速度に変動が生じる。回転軸 1 1 5の回転速度の変動は、永久磁石 1 2 1 ( 2極磁石駆動回転体）の回転と回転盤 1 1 7 ( 6極磁石出力回転体）の回転のタイミングに影響を及ぼすため、脱調のおそれがある。

そこで、第 5実施形態においては、永久磁石 1 2 1 ( 2極磁石駆動回転体）の回転と回転盤 1 1 7 ( 6極磁石出力回転体）の回転のタイミングがずれないように、タイミングベルト 2 4 0を設けた。

回転盤 1 1 7の回転軸 1 1 5には、大径プーリ 2 2 0が固定されており、永久磁石 1 2 1の回転軸 2 0 5には、小径プーリ 2 3 0が固定されている。大径ブー U 2 2 0と小径ブー U 2 3 0に、タイミングベルト 2 4 0が張り渡されている。大径プーリ 2 2 0と小径プーリ 2 3 0の直径は、回転盤 1 1 7と永久磁石 1 2 1の回転数の比が 3対 1になるように設計されている。

タイミングベルト 2 4 0を設けたことにより、発電機 1 2 5の負荷変動が生じても、永久磁石 1 2 1 ( 2極磁石駆動回転体）の回転と回転盤 1 1 7 ( 6極磁石出力回転体）の回転のタイミングのずれを防止することができ、安定した運転を実現することができる。

以上の実施例において、フライホイールの重量は、フライホイールに固定される永久磁石の重量の 3倍から 5 0 0倍程度あるとよく、好ましくは、 5倍から 1 0 0倍程度あるとよく、さらに好ましくは、 1 0倍から 5 0倍程度であるとよい。これによつて、フライホイ一ルは、回転したときに十分大きな慣性力を有する。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、永久磁石の磁力を用いて、小トルクの小型モータから、非接触で大トルクを発生させることができ、特に有用になるものである。

本発明においては、永久磁石間の吸引力及び反発力を利用して回転盤及び回転軸を回転させることにより発電を行っているため、簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することができる。本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その特徵事項から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。例えば、本実施形態において、例示した磁極について N極と S極とを逆に設定してもよい。また、 2極磁石駆動回転体を電動モータで駆動する例を示したが、これに限らず、風力タービン、蒸気タービン、又は水力タービンにより 2極磁石駆動回転体を回転させてもよい。また、駆動回転体は、 2極磁石に限らず、 3極以上の 4極磁石、 6極磁石などでもよい。さらにまた、出力回転体が発電機に接続されて電気を発生させる例を示したが、これに限らず、出力回転体から直接回転駆動力を取り出すようにしてもよい。本発明の範囲は、請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

Claims

請求の範囲

1 . 軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、

回転軸の外周に設けられ、その中心が前記回転軸の軸線上にある円板状の回 ' 転盤と、

回転盤上において前記回転軸の軸線について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第 1永久磁石と、

前記架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、前記側面の一つが前記第 1永久磁石の前記側面の一つと対向するようにされている第 2永久磁石とを備え

前記第 1永久磁石と前記第 2永久磁石との間の吸引力または反発力により、前記回転軸の軸線の周りに、前記 1永久磁石が固定された前記回転盤および前記回転軸が回転し、前記回転軸の回転トルクを取り出して発電を行う発電装置であって、

前記第 2永久磁石をその長手方向の軸線を中心に回転させることにより、前記第 1永久磁石の前記側面の一つと対向する前記第 2永久磁石の前記側面を順次変更することにより、前記第 1永久磁石と前記第 2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させる発電装置。

2 . 前記第 1永久磁石は、前記回転盤の周縁部において前記回転軸の軸線について対象に固定された 2つの永久磁石であり、上側の側面に N極が配置されている請求項 1に記載の発電装置。

3 . 前記第 1永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた 2つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸線について対象に固定された 2つの永久磁石であり、前記回転盤の半径方向外側の側面に N極が配置されている請求項 1に記載の発電装置。

4. 前記第 1永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた 4つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸線について対象に固定された 4つの永久磁石であり、対向する前記第 1永久磁石の組の一方は前記回転盤の半径方向外側の側面に N極が配置され、他方は前記回転盤の半径方向外側の側面に S極が配置されている請求項 1に記載の発電装置。 .

5 . 少なくとも 2つの磁極を有する駆動回転体と、

少なくとも 2つの磁極を有する出力回転体と、

前記駆動回転体の回転と前記出力回転体の回転が同期するように前記駆動回転を回転させる手段と、

前記出力回転体の軸に接続され、電力を発生する発電機とを含み、前記出力回転体は、永久磁石と、十分に大きな慣性を有するフライホイ一ルとを有しており、

前記駆動回転体は、永久磁石を含んでおり、

前記駆動回転体の前記少なくとも 2つの磁極と前記出力回転体の前記少なくとも 2つの磁極とが対向することができるように、前記駆動回転体と前記出力回転体が配置されている磁力回転装置。

6 . 前記駆動回転体の軸線と前記出力回転体の軸線とがほぼ垂直に交差する請求項 5に記載の磁力回転装置。

7 . 前記駆動回転体の軸線と前記出力回転体の軸線とがほぼ平行である請求項 5に記載の磁力回転装置。

8 . 前記駆動回転体を回転させる手段がモータである請求項 5乃至 7 に記載の磁力回転装置。

9 . 前記モータは、前記発電機が発生す'る電力により駆動される請求項 8に記載の磁力回転装置。

1 0 . 前記フライホイールの重量は、前記出力回転体に含まれる永久磁石の重量の 3倍から 5 0 0倍の範囲にある請求項 5乃至 7に記載の磁力回

1 1 . 少なくとも 2つの磁極を有する駆動回転体と、

少なくとも 2つの磁極を有する出力回転体と、

前記駆動回転体の回転と前記出力回転体の回転が同期するように前記駆動回転を回転させる手段とを含み、

前記出力回転体は、永久磁石と、十分に大きな慣性を有するフライホイールとを有しており、

前記駆動回転体は、永久磁石を含んでおり、