WO2005046032A1

WO2005046032A1 - トルク倍増装置及び発電装置

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Publication number: WO2005046032A1
Application number: PCT/JP2004/016902
Authority: WO
Inventors: Makoto Ogoshi
Original assignee: Pleiatech Co., Ltd.
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2005-05-19

Abstract

永久磁石を用いて入力よりも大きいトルク又は電力を得る。トルク増倍装置２０は、被動ロータ３６と、この被動ロータ３６の外周の円環帯状面４４に極性が同一方向に揃えられて、一定間隔で円環列状に設けられた複数の被動永久磁石４６と、前記被動永久磁石４６の回転軌道面に、その極性方向一方の側から隙間をもって隣接配置され、且つ、前記被動永久磁石４６の回転方向に回転自在の磁石車４８、５０、５２、５４を前記被動ロータ３６の円周方向に複数配置してなる磁石車群３８と、これら磁石車４８、５０、５２、５４を同期して回転駆動させるモータ４２と、を有してなり、前記磁石車４８、５０、５２、５４は、前記円環帯状面４４と同方向に回転する回転体５６の外周に、回転方向に等間隔で、複数の駆動永久磁石５８を備え、これら駆動永久磁石５８と前記被動永久磁石４６とにおける対向面の極性が同一となるように配置したものである。

Description

明細書トルク増倍装置及び発電装置技術分野

この発明は、永久磁石を利用した発電装置及びこの発電装置を駆動可能なトルク増倍装置に関する。背景技術

永久磁石を利用し、特に外部からの入力に対してこの入力を上回る出力を得るようにしたトルク増大装置としては、例えば特開平 9— 2 8 5 1 0 3号公報に開示された磁力回転装置がある。この磁力回転装置は、永久磁石と電磁石との反発力又は永久磁石同士の反発力を利用したものである。

又、ネオジム磁石（N d— F e— B o ) を用いた発電装置として、特開平 1 0 - 1 9 1 6 2 3号公報に開示されたような、棒状ネオジム磁石の両極から強磁性体を介して磁束を導き、円周方向に間欠的に複数の磁石ギャップを形成し、ここに回転するコイルを横切らせて、コィノレ端から電力を得るようにした発電装置がある。発明の開示

上記のような、磁力回転装置は、入力よりも出力を大きくすることができるとされているが、多くの永久磁石を複雑に組み合わせて装置が大型となるにも拘らず、入力と出力の差が僅かであり、即ち、トルク増大係数が僅かであり実用的でないという問題点がある。又、電磁石から発電するものではないため、発電のためにこの磁力回転装置の被動回転体に発電機を接続しなければならない。又、前記ネオジム磁石を用いた発電装置は、磁束を強磁性体を介して導くため、コィルが通過するギヤップ位置では磁力が低下するのみならず、前記強磁性体に、他の磁性体が接近していると、ここから磁束が漏れてしまうおそれがある。更に、 1本の棒磁石からの磁束を利用するので、出力を大きくするには限界がある。この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、構造が簡単であり、且つ、増倍係数の大きなトルク増倍装置及び入力に対して、効率よく出力を得ることができるようにした発電装置を提供することを目的とする。

この発明は、回転自在の被動ロータと、この被動ロータ上に、該被.動ロータの回転面及び回転中心軸線の一方に平行であって、前記回転中心軸線を中心として設定した円環帯状面に沿って、該円環帯状面と直交する方向で、極性が同一方向に揃えられて、且つ、円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の被動永久磁石と、前記被動ロータの回転による前記被動永久磁石の回転軌道面に、その極性方向一方の側から隙間をもって隣接配置され、且つ、前記被動永久磁石の ID転方向に回転自在の磁石車を前記被動ロータの円周方向に複数配置してなる磁石車群と、これら磁石車群の磁石車を同期して回転駆動させる駆動源と、を有してなり、前記被動ロータにおける前記円環帯状面の領域は非磁性材料から構成され、前記磁石車は、前記被動ロータの前記回転中心軸線と平行な回転中心軸線廻りに回転自在の回転体と、この回転体の外周に、回転方向に等間隔で、且つ、極性が前記回転体の回転中心軸線に対して同一方向になるように取付けられた複数の駆動永久磁石と、を備え、これら駆動永久磁石と前記被動永久磁石とは対向面の極性が同一となるように配置されたことを特徴とするトルク増倍装置により、上記目的を達成するものである。

又、本発明は、上記のようなトルク増倍装置により回転駆動される回転自在のロータと、このロータ上に、ロータの回転面及び回転中心軸泉の一方に平行であつて、前記回転中心軸線を中心として設定した円環帯状面に沿って、該円環帯状面と直交する方向で、極性が同一方向に揃えられ、且つ、円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の永久磁石と、コイル中心軸線が、前記円環帯状面と交差するようにして、前記円環帯状面に沿って円環列状に配列して前記固定側部林に支持された複数のコアレスコイルと、を有してなり、前記ロータにおける前記円環帯状面の領域は、非磁性材料により形成され、前記複数のコアレスコイルは、各々が、ロータの回転による前記永久磁石の回転軌道面を、その極性方向別紙 1 両側から隙間をもって挟み込むように回転軸と平行方向に整列して配置された一対の分巻きコィルから構成され、これら対をなす分卷きコィルの卷き方向が同一とされたことを特徴とする発電装置により上記目的を達成するものである。

本発明のトルク倍増装置は、被動ロータに取り付けられた被動永久磁石に対して、磁石車の外周に取り付けられ駆動永久磁石を接近させたとき、両者の反発力が被動ロータと磁石車とを、その回転方向に駆動するように配置したので、磁石車を小さい力で回転させることにより、被動ロータから大きい回転トルクを得ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例 1に係る発電装置を示す分解斜視図である。

図 2は、図 1の II— II線に沿う拡大断面図である。

図 3は、同発電装置の電気系統を示すブロック図である。

図 4は、図 1の IV— IV線に沿う拡大断面図である。

図 5は、本究明の実施例 2に係る発電装置の要部を示す略示断面図である。図 6は、本発明の実施例 3に係る発電装置の要部を示す分解斜視図である。図 7は、本発明の実施例 4に係る発電装置の電気系統を示すプロック図である。図 8は、同発電装置の出力波形を示す線図である。

図 9は、本発明の実施例 5に係る発電装置の要部を示す斜視図である。図 1 0は、本発明の実施例 6に係る発電装置の要部を示す斜視図である。図 1 1は、図 1 0の XI— XI線に沿う拡大断面図である。

図 1 2は、本発明の実施例 7に係る発電装置を示す斜視図である。

図 1 3は、本発明の実施例 8に係る発電装置を示す断面図である。

図 1 4は、本発明の実施例 9に係る発電装置における分卷きコイルの接続態様を示すブロック図である。

図 1 5は、本発明の実施例 1 0に係る発電装置を示す略示断面図である。図 1 6は、永久磁石の他の形状の例を示す略示斜視図である。発明を実施するための最良の形態

このトルク増倍装置は、円形の被動ロータと、この被動ロータを囲んで配置され、これを永久磁石の反発力によって回転駆動させる複数の磁石車と、これら磁石車を同期して駆動させるモータと、から構成し、被動ロータには、その外周面に被動ロータの半径方向に極性が同一方向に揃えられて、且つ円周方向一定間隔で円環列状に複数の被動永久磁石を設け、磁石車は、被動ロータの回転による被動永久磁石の回転軌道面に対して、その半径方向外側に隙間を持って隣接して配置され、且つ、前記被動永久磁石の回転方向に回転自在とされ、前記被動永久磁石との対向面の極性が同一となるように駆動永久磁石が配置されている。

[実施例 1 ]

以下本発明の実施例 1を図面を参照して詳細に説明する。

この発明の実施例 1に係る発電装置 1 0は、図 1に示されるように、外力により回転駆動されるように、固定側部材 1 1 (図 2参照）に回転自在に支持されたロータ 1 2と、このロータ 1 2上に、ロータ 1 2の回転中心軸線 1 3を中心として設定した円環帯状面 1 4に沿って、該円環帯状面 1 4と直交する方向で、即ちロータ 1 2の厚さ方向で極性が同一方向に揃えられ、且つ、円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の永久磁石 1 6と、コィノレ中心軸線 1 9力前記円環帯状面 1 4と交差するようにして、前記円環帯状面 1 4に沿って円環列状に配列して前記固定側部材 1 1に支持された複数のコアレスコィノレ 1 8と、を有してなり、前記ロータ 1 2がこのロータ 1 2の下方に配置されたトルク増倍装置 2 0から中心軸 2 2を経て入力される回転力により回転されるとき、永久磁石 1 6がコアレスコィノレ 1 8に沿って移動することにより、コアレスコィノレ 1 8から出力を得るようにしたものである。

前記永久磁石 1 6は、円板形状であって、前記円環帯状面 1 4の円周方向の外径（円板の直径にほぼ等しい） D mに対して、前記円環帯状面 1 4の円周方向の配列ピッチ P mは P m 2 Dmとされている。また、前記コアレスコイル 1 8は、円形リング状であって、前記円環帯状面 1 4の円周方向の外径 D cが前記永久磁石 1 6の外径 D mと等しくされ、円周方向の酉己列ピッチ P cは、外径 D cの 1〜 1 . 4倍、好ましくは 1 . 1〜1 . 3倍、更に好ましくは 1 . 2倍となるようにされている。

前記ロータ 1 2における少なくとも前記円環帯状面 1 4の領域は、例えばァノレミニゥム板等の非磁性材料により形成され、前記複数のコアレスコィノレ 1 8は、一対の分巻きコイル 1 8 A、 1 8 B力ら構成され、これら対をなす分巻きコイルの卷き方向が同一とされるとともに、図 2に示されるように、ロータ 1 2の回転による前記永久磁石 1 6の回転軌道面を、その極性方向両側から隙間をもって挟み込むように配置されている。

又、これら分巻きコィノレ 1 8 A、 1 8 Bは各コアレスコイル 1 8において直列に接続され、更に、各コアレスコイル 1 8は、図 1及び図 3に示されるように直列に接続されている。

前記コアレスコイル 1 8の出力端は変圧器 2 4を経て整流器 2 6に接続され、コアレスコイル: L 8における交流出力が最適電圧に変圧された後、整流器 2 6において直流に整流されるようになっている。

整流器 2 6に対しては、ノッテリー 2 8、負荷 3 0及びモータ 4 2 (詳細後述 ) が並列に接続されている。なおモータ 4 2はスィツチ 4 1を介して整流器 2 6 に接続されている。

前記永久磁石 1 6は、図 2に拡大して示されるように、同一サイズの板状円形磁石 1 7、 1 7を 2枚重ねにして、ロータ 1 2の前記円環帯状面 1 4内に予め口一タを板厚方向に貫通して形成された貫通孔 3 2に圧入し、且つ該貫通孔 3 2の外周端をかしめて取付け固定されている。

又、前記コアレスコィノレ 1 8は外周部の断面がコ字形状の円環状フレーム 3 4 に対して、図 2に示されるように、コ字形の内側上下に分卷きコイル 1 8 A、 1 8 Bがボルト 3 5により締め付け固定され、これら分巻きコイル 1 8 A、 1 8 B の間の隙間を前記ロータ 1 2における円環帯状面 1 4が回転通過できるようにされている。

ここで "コアレスコィノレ" とは、鉄心等の磁性体からなるコアが設けられない意味であり、図 2に示されるように、コアレスコイル 1 8の巻き形状を安定させるために、例えば硬質樹脂等の非磁性体のコア 3 9を設けてもよい。

前記円環状フレーム 3 4は、フレームの一部を構成する前記固定側部材 1 1に取付け固定されている。図 1の符号 2 2はロータ 1 2の回転中心軸線 1 3上に、ロータ 1 2と一体的に設けられた中心軸を示す。

次に、前記ロータ 1 2を前記中心軸 2 2を介して回転駆動するためのトルク増倍装置 2 0について説明する。

このトルク増倍装置 2 0は、前記中心軸 2 2に連結して設けられ、前記ロータ 1 2と同軸一体的に回転駆動可能とされた 4枚の円形の被動ロータ 3 6と、この被動ロータ 3 6を永久磁石の反発力によって回転駆動させる磁石車群 3 8と、これら磁石束群 3 8を構成する 4個の磁石車 4 8、 5 0、 5 2、 5 4を同期して駆動させる 4個のモータ 4 2と、カら構成されている。

前記各被動ロータ 3 6は、その回転中心軸線（中心軸 2 2 ) を中心として外周面である円環帯状面 4 4と、これに沿って、該円環帯状面 4 4と直交する方向、即ち被動ロータ 3 6の半径方向に極性が同一方向に揃えられて、且つ円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の被動永久磁石 4 6とを備えている。

前記被動永久磁石 4 6は後述の駆動永久磁石 5 8と同一サイズの円板状であつて、前記円環帯状面 4 4上において、前記被動永久磁石 4 6間の、被動ロータ 3 6円周方向のピッチが該被動永久磁石 4 6の円周方向の外径の 1 . 0〜1 . 4倍、好ましくは 1 . 1 ~ 1 . 3倍、更に好ましくは 1 . 2倍の隙間が設けられている。又、前記被動ロータ 3 6における前記円環帯状面 4 4の領域は、非磁性材料から構成されている。例えば、被動ロータ 3 6の全体あるいは円環帯状面 4 4のみをアルミ板材から構成するなどして、円環帯状面 4 4を非磁性とする。

前記磁石車群 3 8は、前記被動ロータ 3 6の外周に沿って円周方向に等角度間隔で 4箇所に配置された磁石車 4 8、 5 0、 5 2、 5 4からなり、これらの磁石車は、前記被動ロータ 3 6の回転による前記被動永久磁石 4 6の回転軌道面に対して、その半径方向外側に隙間を持って隣接して配置され（図 4参照）、且つ、前記被動永久磁石 4 6の回転方向に回転自在とされている。前記モータ 4 2は、前記 4個の磁石車に各々連結され、該磁石車を前記方向に同期して回転できるようにされている。

前記磁石車 4 8 ~ 5 4は、前記 4枚の被動ロータ 3 6における円環帯状面 4 4 及び中心軸 2 2 (出力軸）と平行な回転中心軸線 5 6 A廻りに回転自在の 4枚の回転体 5 6と、各回転体 5 6の外周に、回転方向に等間隔で且つ、極性が前記回転体 5 6の中心軸線に対して同一方向となるように取付けられた 4枚の駆動永久磁石 5 8とを備え、これら駆動永久磁石 5 8と前記被動永久磁石 4 6とにおける対向面の極性が同一となるように配置されている。更に、前記駆動永久磁石 5 8は、図 4に詳細に示されるように、前記回転体 5 6の外周に、その回転中心軸線 5 6 A廻りに点対称に配置された板状磁石であり、前記被動永久磁石 4 6の回転軌道面に対する、板状体における前記回転方向先端の最接近距離 d l が回転方向後端の最接近距離 d 2 よりも大きくなるように取付けられている。

前記各被動永久磁石 4 6及び駆動永久磁石 5 8は、前記ロータ 1 2に取付けた永久磁石 1 6と同様に、 2枚の板状円形磁石 4 6 A、 4 6 8及び5 8 、 5 8 B をそれぞれ吸着状態で重ね合わせて構成されている。

次に、上記宪電装置 1 0により発電をする過程について説明する。

予めバッテリー 2 8を充電しておき、スィッチ 4 1をオンしてモータ 4 2を駆動させると、モータ 4 2は、磁石車 4 8〜 5 4をそれぞれ図 1において矢印で示される方向に同期して回転させる。

更に詳細には、磁石車 4 8を例として説明すると、図 4に示されるように、磁石車 4 8は、駆動永久磁石 5 8力その N極が外側になるように配列され、これに対して、被動ロータ 3 6の被動永久磁石 4 6ば、上側が N極、下側が S極となる極性で配置されている。

従って、図 4において、矢印で示されるように、磁石車 4 8を時計方向に回転させると、被動永久磁石 4 6の N極は上側の磁石車 4 8における永久磁石 5 8の N極が接近することによって、その反発力により左方向に押される。

このとき、磁石車 4 8における駆動永久磁石 5 8は、被動永久磁石 4 6の表面に対して、回転方向前端側の最接近距離 d l が後端側の最接近距離 d 2 よりも大きくなるように配置されているので、駆動永久磁石 5 8の回転方向後端側に対する反発力がより大きくなる。従って、被動永久磁石 4 6は磁石車 4 8の回転により永久磁石間の反発力によって、図 4において右方向に駆動されることがない。被動ロータ 3 6は中心軸 2 2を介してロータ 1 2に一体的に連結されているので、磁石車 4 8を回転させて被動ロータ 3 6を駆動させようとしても、モータ 4 2の始動開始直後はロータ 1 2、被動ロータ 3 6の回転抵抗が大きく、磁石が反発力が不足であり磁石車 4 8の回転に対して、被動ロータ 3 6は追従できない。しかしながら、磁石車 4 8の回転にともなう、駆動永久磁石 5 8からの反発力によって被動ロータ 3 6の回転速度が少しずつ増大し、モータ 4 2の運転開始から一定時間経過後に、磁石車の回転速度と被動ロータ 3 6の回転速度が同期する。この過程で、被動ロータ 3 6に最接近していた駆動永久磁石 5 8が更に回転して被動ロータ 3 6から離間し、次の駆動永久磁石 5 8が接近したとき、この被動永久磁石 4 6にする磁石間反発力によって、反対方向、即ち図 4において右方向に被動ロータ 3 6を、駆動してしまう恐れがある。

この実施例 1のトルク増倍装置 2 0においては、被動永久磁石 4 6間の、被動ロータ 3 6の円周方向のピッチが該被動永久磁石 4 6の円周方向の外径の 1 . 0 · 〜1 . 4倍、好ましくは 1 . 1〜1 . 3倍、更に好ましくは 1 . 2倍の隙間があるので、上記のような、次の被動永久磁石 4 6及び駆動永久磁石 5 8間に、被動ロータ 3 6を逆転させる方向の反発力はほとんど生じない。

このようにして、 8個のモータ 4 2によって駆動される駆動永久磁石 5 8により、被動永久磁石 4 6を介して被動ロータ 3 6が定速回転状態となる。

前述のように被動ロータ 3 6は永久磁石の磁石間反発力により駆動されるが、この反発力は駆動永久磁石 5 8にも作用し、磁石車 4 8 ~ 5 4は、回転加速方向に反発力を受ける。従ってロータ 1 2は、定速回転状態になったとき、必要な駆動電力が、定速回転状態前よりも低下する。

被動ロータ 3 6、中心軸 2 2を介してロータ 1 2が回転されると、永久磁石 1 6は各コアレスコイル 1 8における分卷きコイル 1 8 A、 1 8 B間を一定速度で間欠的に通過することになる。

これによつて、各分卷きコイル 1 8 A、 1 8 Bには永久磁石 1 6が両者間を、 1秒当たりに通過する回数を周波数とする交流が発生する。

このとき、各分巻きコイル 1 8 A、 1 8 Bは直列に接続されると共に、コアレスコィノレ 1 8の全体も直列に接続されているので、分卷きコイルの数の総和分だけの高い電圧を得ることができる。

又、コアレスコィノレ 1 8間には、図 1に示されるように隙間があり、その隙間の大きさが、コアレスコイル 1 8 (分卷きコイル 1 8 A、 1 8 B ) の、円周方向の外径の 1 . 0 ~ 1 . 4、好ましくは 1 . 1〜1 . 3、更に好ましくは 1 . 2倍の大きさとされているので、 1つのコアレスコイル 1 8を通過した永久磁石 1 6 力 P 接するコアレスコイル 1 8の磁束変化の影響を受けて吸着力や反発力によつて回転抵抗を受けることがない。なお、コアレスコイルの卷き数を調整して、出力電圧が例えば 1 0 0 V、 2 0 0 V等の目標電圧となるようにすれば、変圧器は不要である。

又、コアレスコイル 1 8は文字通り、鉄心等の磁性体のコアがないので、この磁性体と永久磁石 1 6間の引張力による回転抵抗もない。更に、鉄心等の内部における渦電流損失による熱が生じることがない。

通常、ネオジム磁石は、 8 0 °C以上の環境では急速に性能が劣化してしまう。一方、モータ等における電磁コイルは、始動開始後、短時間で 1 0 0 °Cを超えてしまうことが多く、種々の熱対策にもかかわらず、ネオジム磁石の劣化は抑制できなかった。

又、前記トルク増倍装置 2 0では、被動ロータ 3 6力実質的に、モータにおける回転子となっているが、永久磁石の反発力によってのみ回転されるので、電磁コイルでの発熱がなく、又、モータ 4 2での発熱も、永久磁石と離間しているので影響がなく、被動永久磁石 4 6、駆動永久磁石 5 8の、熱による劣化が無い。上記のようにして発生した交流は変圧器 2 4によつて所定電圧に降圧された後、整流器 2 6により整流されて直流となり、バッテリー 2 8、負荷 3 0及ぴモータ 4 2にそれぞれ供給される。

ここで、後述の実施例 1 0の条件では、コアレスコィノレ 1 8から得られる出力 2 . 7 KWに対して、 4基のモータ 4 2において消費する電力は 0 . 7 KWであり、差し引き 2 . O KWの正味出力を得ることができた。

なお、バッテリー 2 8は、モータ 4 2及び負荷 3 0において消費する電力に余力がある場合は、これに蓄電し、不足がある場合は放電するように設定する。通常は、バッテリー 2 8にかかる電圧を浮動充電電圧に設定し、バッテリー 2 8には、定常状態ではその自己放電を補う程度の僅かの電流を供給するようにしておく。

[実施例 2 ]

次に、図 5を参照して、本発明の実施例 2について説明する。

この実施例 2に係る発電装置 6 0は、前記ロータ 1 2及びこれを取り囲む複数のコアレスコイル 1 8の組合せを 2組として中心軸 2 2に取付けたものである。このようにすると、トルク増倍装置 2 0におけるモータ 4 2の出力を増大するか、又はその設定数を増加することによって、装置容積を大幅に増大することなく、出力を倍増させることができる。

図 5の符号 6 2 A、 6 2 Bは前記中心軸 2 2の上端及び下端を回転自在に支持するための軸受を示す。他の構成は、前記図 1〜図 4に示される実施の形態の第 1例と同様であるので、同一部分には同一符号を付することにより説明を省略するものとする。

[実施例 3 ]

次に、図 6に示される、本発明の実施例 3に係る発電装置 7 0について説明する。なお、図 6において、トルク増倍装置 2 0は図示省略されている。

この発電装置 7 0は、前記実施例 1に係る発電装置 1 0における、各コアレスコィノレ 1 8間の円周方向の隙間に、このコアレスコィノレ 1 8と巻き方向が逆向きの第 2コアレスコイル 7 2を、瞵接する永久磁石 1 6に対して直列になるように配置したものである。

この第 2コアレスコィノレ 7 2も、ロータ 1 2の上側及ぴ下側の分卷きコイル 7 2 A、 7 2 Bを直列に接続することによって構成されている。

この発電装置 7 0においては、コイルの巻き方向が逆向きの永久磁石 1 6と第 2コアレスコイル 7 2が交互に配置されているので、これらの分卷きコイル 1 8 A、 1 8 B間及び分卷きコィノレ 7 2 A、 7 2 B間を永久磁石 1 6が通過するとき、これら分巻きコイル 1 8 A、 1 8 B内を通る永久磁石 1 6からの磁束は、零から極大まで増大し、更に零に戻り、次に、隣接する分巻きコイル 7 2 A、 7 2 B間を通過するとき、これら分巻きコイルの卷き方向が逆向きであるので、磁束も逆方向にゼ口から極大まで増大し、且つ零まで減少する。

従って、相互に逆向きのコアレスコイル 1 8と第 2コアレスコイル 7 2を隣接して設けることによって、 2倍の電圧を得ることができる。

但し、この場合は、永久磁石 1 6がコアレスコイル 1 8の位置から第 2コアレスコィノレ 7 2に移動するとき、あるいはその逆のときに、各コイルにおいて磁束の変化と逆向きの電磁力が発生し、これによつて永久磁石 1 6が引張られて、口ータ 1 2の回転抵抗が増大する。

[実施例 4 ]

次に図 7に示される本発明の実施例 4に係る発電装置 8 0 (全体図示省略）について説明する。

図 7は、コアレスコイル、バッテリー、負荷及びモタのみを示しているが、他の構成は、前記発電装置 1 0あるいは 6 0と同一であるので図示及び説明を省略する。

この発電装置 8 0は、直流発電型であり、図 1に示される発電装置 1 0における各コアレスコイル 1 8間の隙間に、該コアレスコィノレ 1 8と同一卷き方向の直流用コアレスコイル 8 2を直列に配置したものである。

従って、図 7に示されるように、この発電装置 8 0においては、変圧装置や整流器は設けられていない。

上記のように、コアレスコイル 1 8とこれと同一巻き方向の直流用コアレスコィル 8 2を直列に且つ隙間無く円環列状に配置すると、ロータ 1 2の円環帯状面 1 4上に間欠的に配置された永久磁石 1 6がこれらコイルを通過するとき、図 8 に一点鎖/線及び二点鎖線で示されるように、コアレスコィノレ 1 8と直流用コアレスコイル 8 2とでは、位相が 1 8 0 ° 異なる正弦波の出力が得られるので、最高電圧が変動するが、実線で示されるように、両出力の和として擬似的な直流が得られる。

なお、このとき、コイルに対して永久磁石 1 6を大きくする力、又は永久磁石 1 6に対して、コアレスコィノレ 1 8と直流用コアレスコイル 8 2とを、円環帯状面 1 4の円周方向の外径が小さくなるようにすれば、前記位相のズレが小さくなつて、より最高電圧の変動が小さい直流を得ることができる。

[実施例 5 ]

次に、図 9に示される、本発明の実施例 5に係る発電装置 9 0について説明する。

この発電装置 9 0は、前記磁石車群 3 8を、ロータ 9 2の周囲に、前記コアレスコイル 1 8の間の位置に配置し、ロータ 9 2が、トルク増倍装置における被動ロータを兼ねたものである。

更に詳細には、前記ロータ 9 2の回転面に形成された円環帯状面 1 4 Aに永久磁石 1 6を取付け、磁石車群 3 8における磁石車 4 8〜 5 4を横向きにして、各々の駆動永久磁石 5 8を、ロータ 9 2の厚さ方向上側（又は下側）力隣接して配置したものである。

従って、この発電装置 9 0においては、永久磁石 1 6は、磁石車 4 8〜5 4に取付けられている駆動永久磁石 5 8によって一方向に回転駆動されると共に、磁石車群 3 8の間に配置された前記コアレスコイル 1 8における分巻きコィノレ 1 8 A、 1 8 B間を通過するときに、これらの分卷きコィノレ 1 8 A、 1 8 Bに電力を発生させるものである。

この発電装置 9 0の場合は、図 1の発電装置 1 0と比較して、コアレスコィノレ 1 8の設置数が減少するが、ロータ 9 2が被動ロータを兼ねているので、全体としての装置容積を小さくすることができる。又、同一の永久磁石 1 6を、トルク増倍用及び発電用の両方に兼用することができる。

[実施例 6 ]

前記のように、ロータが被動ロータを兼ね、且つ同一の永久磁石がトルク増倍用及び発電用を兼ねる場合は、図 1 0に示される実施例 6の発電装置 1 0 0のように、円環帯状ロータ 1 0 2を用いるとよい。

この場合、図 2の、分卷コイル 1 8 A、 1 8 Bを支持するための円環状フレーム 3 4に相当する円環状フレーム 1 0 4は、図 1 1に示されるように、前記円環帯状ロータ 1 0 2が貫通する閉断面 1 0 4 Aを形成することができる。

従って、図 2においては片持ち状に支持されていた分卷コイル 1 8 A、 1 8 B は、図 1 0においては両持ちで閉断面 1 0 4 A内に支持されることになる。又、図 2に示される円環状フレーム 3 4の構造では、板状円形磁石 1 7と分巻コィノレ 1 8 A、 1 8 Bが引張り合うことによって分卷コィノレ 1 8 A、 1 8 Bが口ータ 1 2に接近する方向に変位する恐れがあるので、分卷コィノレ 1 8 A、 1 8 B とロータ 1 2の間の隙間は大きめに設定する必要がある。このため、板状円形磁石 1 7からの磁束が分卷コイル 1 8 A、 1 8 B外に漏れることがある。

しかしながら、図 1 0、図 1 1の構成では、分卷コィノレ 1 8 A、 1 8 Bを閉断面 1 0 4 Aを有する円環状フレーム 1 0 4によって両持ちで支持しているので、分卷コイル 1 8 A、 1 8 Bの、円環帯状ロータ 1 0 2方向への変形量を少なく抑制できる。従って、上記隙間を小さく設定して、磁束の漏れをより少なくすることができる。

又、この発電装置 1 0 0の場合は、円環帯状ロータ 1 0 2力ディスク状の口ータと比較して軽く、周囲の部材と接触圧が小さく回転駆動されるので、摩耗が少なく、従って機械寿命が長く、又メンテナンスコストも非常に小さくなる。図 1 1の符号 1 0 5は、円環帯状ロータ 1 0 2をその厚さ方向及び半径方向に一定値以上変位することを抑制するためのローラ軸受を示す。このローラ軸受 1 0 5は、円環帯状ロータ 1 0 2の下側面に沿って円周方向少なくとも 3箇所に設けられ、且つ円環帯状ロータ 9 6の下端角部に斜めに対向して配置されている。

[実施例 7 ]

上記各実施例において、被動ロータ 3 6における円環帯状面 4 4は、該被動口ータ 3 6の外周であり、その回転面と直角であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、永久磁石を取付けるための円環帯状面は、例えば図 1 2に示される実施例 7に係る発電装置 1 1 0のように、トルク増倍装置 1 1 2において、回転面と平行の円環帯状面 1 1 4 Aを備えた被動ロータ 1 1 4としてもよレ、。

この場合、円環帯状面 1 1 4 Aには、被動永久磁石 4 6が前記発電装置 1 0の円環帯状面 1 4におけると同様に埋め込み固定されている。又、磁石車 1 1 6、 1 1 7、 1 1 8、 1 1 9は、その回転中心軸が前記円環帯状面 1 1 4 Aと平行であり、且つ、被動ロータ 1 1 4の回転中心軸線と直交するように配置される。他の構成は前記磁石車 4 8〜 5 4と同一である。

[実施例 8 ]

又、図 5に示される発電装置 6 0のように、ロータを多段に構成した場合は、図 1 3に示される実施例 8の発電装置 1 2 0のように、厚さ方向に隣接する永久磁石及びコアレスコイルのピッチ、位相を一致させると、永久磁石の磁束を更に有効に利用して、発電効率を増大させることができる。図 1 3の発電装置 1 2 0において、複数のロータ 1 2 2、 1 2 4が相互に同軸的に、且つ、平行に、一体的に連結され、各ロータは 1 2 2、 1 2 4は、少なくともロータ回転面と平行、且つ、前記回転中心軸線 1 2 6からの半径が同一の円環帯状面 1 2 3、 1 2 5を有し、隣接するロータ 1 2 2、 1 2 4における前記コアレスコイル 1 8の円環帯状面 1 2 3、 1 2 5に沿った円周方向の配置は、同'ピツチ、同位相とされ、又、隣接する前記ロータ間の軸方向の距離は、前記円環帯状面 1 2 3、 1 2 5の位置で、コアレスコイル 1 8のコイル中心軸 ί泉方向の長さ、すなわち分卷きコイル 1 8 Α、 1 8 Βの長さの和よりもわずかに大きくされている。

[実施例 9 ]

更に、上記各実施例において、分巻きコイルは円環帯状面を挟み込む対をなす分巻きコィル間で直列に接続されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図 1 4に示される実施例 9のように、円環帯状面の一方の側の分卷きコイル 1 1 8 Αを直列に、同様に他の側の分巻きコイル 1 1 8 Βも直列に接続した上で、更にこれらから並列あるいは直列に出力を取り出すようにしてもよい。この場合、対をなす分巻きコイルを個々に直列に接続する必要がないので、コアレスコィルの配置が容易となる。

又、複数コアレスコイルを適宜グループ分けして、各グループ毎に直列に接続し、各グループ間は並列にして出力を得るようにしてもよい。

[実施例 1 0 ]

次に、図 1 5に示される実施例 1 0について説明する。

この実施例 1 0に係る発電装置 1 3 0は、 7枚のロータ 1 3 2を、回転中心軸 1 3 3に同軸一体的に連結し、各ロータ 1 3 2間の軸方向の隙間に各々、コアレスコィノレ 1 3 4を配列したものであり、各コアレスコィノレ 1 3 4には、その両側から永久磁石 1 3 6の磁力線が通る構成となっている。又、各コアレスコイル 1 3 4は、ロータ回転方向の同一位置で前記回転中心軸 1 3 3と平行な直線上に整列して配置されるとともに、前記ロータ 1 3 2は、各々に円環列状に配置された永久磁石 1 3 6が前記回転中心軸 1 3 3と平行な直線状に整列するように、前記回転中心軸 1 3 3に取付けられている。

これにより各ロータ 1 3 2に円環列状に配置された永久磁石 1 3 6は、回転方向に同期して、且つ、同時にコアレスコイル 1 3 4の中心軸線を横切ることができる。

トルク増倍装置 1 4 0は、 2枚の円形の被動ロータ 1 4 2を中心軸 1 4 4に一体的に連結し、且つ、これらの被動ロータ 1 4 2の外周に沿って、等角度間隔で 8基の磁石車 1 4 4を配置したものである。

前記各被動ロータ 1 4 2の外周面である円環帯状面 1 4 3には、円周方向等角度間隔で 2 4個所に、各々 8枚重ねの被動永久磁石 1 4 4が取り付けられている。又、磁石車 1 4 4は、前記 2枚の被動ロータ 1 4 2に対応して、 2枚の円形の回転体 1 4 6を有し、各回転体 1 4 6には、円周方向等角度間隔で 6個所に、各々 6'枚重ねの駆動永久磁石 1 4 8が取付けられている。

具体的には、発電装置 1 3 0は、直径が 4 0 O mm 厚さが 2 O mmのアルミ二ゥム製円板からなるロータ 1 3 2を 7枚、同軸状に間隙をおいて固定し、各口ータ間にコアレスコイル 1 3 4を配置して構成した。又、各トルク増倍装置 1 4 0における 2枚の被動ロータ 1 4 2を、各々直径が 1 2 0 c m、厚さ 2 O mmのァノレミニゥム製の円板とした。各磁石車 1 4 4は、前記 2枚の被動ロータ 1 4 2 に対応して、直径 3 0 O mmの 2枚の回転体 1 4 6を同軸上に備え、各々、図 1 に示されると同様の四角形状、且つ、四角形の各面に 6枚重ねで、 6 X 4 = 2 4枚の前記と同一のドーナツ形状の永久磁石を取り.付けた。

各被動ロータ及び磁石車に用いた永久磁石は、住友特殊金属（株）製のネオジム（N d— F e— B o ) 磁石（商品名ネオマックス）のであってロータ用は外径が 7 6 mm、内径が 4 2 mmのドーナツ形状で、厚さが 6 mmのものを 3枚重ねとして構成した。前記永久磁石の磁石性能は、磁束密度 K Gが 3 . 5、吸着力が 5 5 k gである。被動ロータ及び磁石車用の永久磁石は、外径が 3 5 mm, 内径が 5 mmのドーナツ型である。

又、コアレスコイル 1 3 4は、線径が 1 mmでそれぞれの分卷きコィルは、卷き数を 1 0 0 0、コイル外径を 7 5 φ、コイル軸方向長さを 3 0 mmとした。又、コアレスコィノレ 1 3 4とロータ 1 3 2の表面との隙間は 1 0 mmに設定した。モータは、日本サーボ（株）製直流モータを四基用い、作動電圧 2 4 V、合計の電流 3 0 A、消費電力が 7 2 0 W、回転速度は 7 0 0 r p m、のものを用いた。発電機出力は 2 . 7 KWで正味出力 2 . 0 KWを得られた。

なお、この実施例では、コアレスコイルを支持するフレームの剛性が小さく、コアレスコイルを永久磁石との間の吸着力の O N · O F Fにより振動が生じて、コアレスコイルとロータとが衝突するおそれがあつたので、前述のように分巻きコイルとロータ表面との隙間は 1 0 mmに限定したが、前記支持フレームの剛性を大きくして、前記隙間を小さくすれば更に大きな出力を得ることができる。更に、上記永久磁石 1 6、被動永久磁石 4 6、駆動永久磁石 5 8は、いずれも 2枚重ね、且つ、円形であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、 1枚又は 3枚重ね以上でもよく、形状は四角形、台形等任意である。あるいは、ロータの半径が小さい場合は、例えば図 1 6に示されるように全体を一方に凸に湾曲させた曲面磁石 1 5 0が好ましい。

Claims

請求の範囲

1 . 回転自在の被動ロータと、

この被動ロータ上に、該被動ロータの回転面及び回転中心軸線の一方に平行であって、前記回転中心軸線を中心として設定した円環帯状面に沿って、該円環帯状面と直交する方向で、極性が同一方向に揃えられて、且つ、円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の被動永久磁石と、

前記被動ロータの回転による前記被動永久磁石の回転軌道面に、その極性方向一方の側から隙間をもって隣接配置され、且つ、前記被動永久磁石の回転方向に回転自在の磁石車を前記被動ロータの円周方向に複数配置してなる磁石車群と、これら磁石車群の磁石車を同期して回転駆動させる駆動源と、を有してなり、前記被動ロータにおける前記円環帯状面の領域は非磁性材料から構成され、前記磁石車は、前記被動ロータの前記回転中心軸線と平行な回転中心軸線廻りに回転自在の回転体と、この回転体の外周に、回転方向に等間隔で、且つ、極性が前記回転体の回転中心軸線に対して同一方向になるように取付けられた複数の駆動永久磁石と、を備え、これら駆動永久磁石と前記被動永久磁石とは対向面の極性が同一となるように配置されたことを特徴とする 1、ルク増倍装置。

2 . 請求項 1において、

前記駆動永久磁石は、前記回転体の外周に沿って配置された板状体であり、この板状体における回転方向先端の前記被動永久磁石の回転軌道面に対する最接近距離が、回転方向後端の最接近距離よりも大きくなるように取付けられたことを特徴とするトルク増倍装置。

3 . 請求項 1又は 2において、

前記複数の磁石車は、前記被動ロータの円周方向に等角度間隔に配置されたことを特徴とするトルク增倍装置。

4 . 請求項 1乃至 3のいずれかにおいて、

前記被動ロータは同軸状に複数一体的に連結されてなり、前記各磁石車は、同軸状に、前記被動ロータと同数設けられた前記回転体と、これらの回転体の外周に各々取付けられた前記複数の馬区動永久磁石と、を有してなることを特徴とするトルク倍増装置。

5 . 請求項 1乃至 4のいずれかにおいて、

前記駆動源は各々一つの磁石車を駆動するように磁石車と同数設けられたモータであることを特徴とするトルク増倍装置。

6 . 請求項 1乃至 5のいずれかにおいて、前記被動永久磁石は、複数の板状磁石を相互に吸着した状態に重ねて形成されたことを特徴とするトルク増倍装置。

7 . 請求項 1乃至 6のいずれかのトルク増倍装置における前記被動ロータと同軸一体的に回転する出力軸に入力軸を連結したことを特徴とする発電装置。

8 . 請求項 1乃至 5のいずれかのトルク増倍装置により回転駆動される回転自在のロータと、

このロータ上に、ロータの回転面及び回転中心軸線の一方に平行であって、前記回転中心軸線を中心として設定した円環帯状面に沿って、該円環帯状面と直交する方向で、極性が同一方向に揃えられ、且つ、円周方向一定間隔で円環列状に設けられた複数の永久磁石と、

コイル中心軸線が、前記円環帯状面と交差するようにして、前記円環帯状面に沿つて円環列状に配列して前記固定側部材に支持された複数のコアレスコイルと、を有してなり、

前記ロータにおける前記円環帯状面の領域は、非磁性材料により形成され、前記複数のコアレスコイルは、各々が、ロータの回転による前記永久磁石の回転軌道面を、その極性方向の少なくとも一方の側に隙間をもって隣接配置されたことを特徴とする発電装置。 '

9 . 請求項 8において、前記ロータは複数枚が同一回転軸上に、軸方向の間隙をもって取付け配置され、前記コアレスコイルは、少なくとも前記間隙に、ロータ回転方向の同一個所で回転軸と平行方向に整列して配置されたことを特徴とする

1 0 . 請求項 9において、前記ロータ回転方向の同一個所で回転軸と平行方向に整列して配置されたコアレスコイルは、コイノレ卷き方向が同一とされたことを特徴とする発電装置。 '

1 1 . 請求項 8において、前記複数のコアレスコイルは、各々力ロータの回転による前記永久磁石の回転軸道面を、その極性方向両側から隙間をもつて挟み込むように回転軸と平行方向に整列して配置された一対の分卷きコィルから構成され、これら対をなす分巻きコイルの巻き方向が同一とされたことを特徴とする発

1 2 . 請求項 1 1において、

前記一対の分巻きコイルが直列に接続されていることを特徴とする発電装置。

1 3 . 請求項 1 1において、

前記各コアレスコィルにおける、前記回転軌道面に対して同一側の分巻きコィルが、相互に直列に接続されていることを特徴とする発電装置。

1 4 . 請求項 8乃至 1 3のいずれかにおいて、

前記円環列状に配置された複数の永久磁石の円周方向の配列ピッチ P mは、該永久磁石の前記円周方向の外径 D mの 2倍以上とされたことを特徴とする発電装置。

1 5 . 請求項 8乃至 1 4のいずれかにおいて、

円環列状に配置された前記複数のコアレスコイルの円環における円周方向の外径 D cは、前記永久磁石の外径 D mと略等しくされたことを特徴とする発電装置。

1 6 . 請求項 8乃至 1 4のいずれかにおいて、前記複数のコアレスコイルの、前記円環帯状面に沿う円周方向に一定間隔で配置され、そのコイル卷き方向が同一とされ、前記コアレスコイルの間隔は、その円環における円周方向の外径 D cの 1〜1 . 4倍、 1 . 1〜1 . 3倍、 1 . 2倍の 1、ずれかとされたことを特徴とする発電装置。

1 7 . 請求項 8乃至 1 5のいずれかにおいて、

前記コアレスコイルは、円環の円周方向の外径において相互に密着して偶数個配置され、且つ、隣接するコアレスコイルにおける巻き方向が相互に反対方向とされたことを特徴とする発電装置。

1 8 . 請求項 8乃至 1 5のいずれかにおいて、

前記コアレスコイルは、円環の円周方向の外径において相互に密着して偶数個配置され、且つ、各コアレスコイルの卷き方向が同一とされたことを特徴とする

1 9 . 請求項 8乃至 1 8のいずれかにおいて、

前記永久磁石を、前記ロータの回転中心軸線に対して異なる複数の半径上に設定された複数の円環帯状面の各々に沿って円周方向一定間隔で円環列状に配置し、各永久磁石は対応する円環帯状面と直交する方向で、極性が同一方向に揃えられてなり、これら複数の円環列状の永久磁石に対応して、前記コアレスコイルを複数の円環列状に配置したことを特徴とする発電装置。

2 0 . 請求項 1 9において、

前記円環帯状面のうち少なくとも一つが、前記ロータの回転面と平行に設定され、残り力前記ロータの回転中心軸線と平行に設定されたことを特徴とする発

2 1 . 請求項 8乃至 2 0のいずれかにおいて、

前記ロータにおける前記円環帯状面の領域の厚さが、前記永久磁石の極性方向の厚さと略等しくされ、該永久磁石は、前記円環帯状面の領域に形成された厚さ方向の貫通孔に嵌め込み支持されたことを特徴とする発電装置。

2 2 . 請求項 8乃至 2 1のいずれかにおいて、

前記ロータは、前記円環帯状面と略相似形の円環帯状体から.なり、前記コアレスコィルは、前記円環帯状体が貫通する閉断面を有するフレームに支持されたことを特徴とする発電装置。