WO2008032410A1 - Générateur conçu pour générer une énergie électrique par des rotations en forme d'anneau - Google Patents

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armature coil
element ring
armature
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Iichi Okuno
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Iichi Okuno
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets

Definitions

  • the present invention is similar to a generator. Specifically, a bar magnet that is circular and baked into a curved shape is manufactured, and an adhesive member of a bright diamagnetic material is pasted (adhered) on both sides thereof. . In this state, the same polarity of the permanent magnet is forcibly brought close to each other in the opposite direction to form a ring shape.
  • this field element ring is rotatably mounted via three inner and outer roller devices arranged in a Y-shape, and this field element ring is rotated to rotate this field element ring. It is structured to give a rotational driving force to one of the inner and outer roller devices, and an armature coil is arranged in the space between the inner and outer roller devices, and the armature coil is used as the permanent magnet of the field element ring. It is a configuration to be dressed as ⁇ .
  • an armature core is attached to the outer periphery of the dragon armature coil so as to wrap the armature coil.
  • the magnetic flux generated from the permanent magnet passes through the armature coil and generates an induced electromotive force according to the Lenz's law. It is a generator with a structure to ⁇
  • the direction of the magnetic flux can be emitted by bending it 90 ° from the direction of the magnetic axis, and the magnetic flux passing through the armature coil intersects the coil at right angles.
  • the magnetic flux should pass in the direction of the right angle.
  • the magnetic poles repel with the same polarity. However, if it is forced to approach in order to shorten both distances, it is emitted at a right angle to the magnetic axis. And the emitted magnetic flux density increases. It is a generator structure that applies this physical phenomenon.
  • this magnetic charge is inversely proportional to the square of the distance between the magnetic poles, and the attenuation of magnetic flux is greatly improved.
  • This provides a generator that can generate induced electromotive force due to this phenomenon.
  • the magnetizing force excited by matching the coil width of the armature coil with the width of the permanent magnet of the field element ring can be canceled out in a vector-wise manner.
  • the structure is such that the polarity of the magnetic flux passing through is alternately passed through to generate electricity. Therefore, this induced electromotive force becomes an AC generator using an alternating magnetic flux.
  • the field element ring is also rotated. The energy is calculated by the equation of the mass of the bar magnet, the diameter of rotation, and the rotation speed.
  • an excitation coil is provided so as to surround the field element, and an electric current is passed through the field element to excite the excitation core of the field element.
  • the magnetic flux is generated.
  • the field element is electromagnetic and the magnetic flux density can be made large.
  • the magnetic flux emitted from the field element creates a state where it intersects with the armature coil 'at right angles to generate power.
  • a generator composed of an even number of permanent magnet rotors, characterized in that the rotor rotates at the center of the stator and generates electricity.
  • the purpose is to increase the amount of electricity generated in the coil by reducing the applied load and efficiently using the magnetic force of the permanent magnet.
  • the outline of the reference (2) is a structure that aims to improve the performance and efficiency of the rotary generator / motor (generator) and increase the magnetic flux in the gap between the rotor and stator.
  • a part of the magnetic pole shape of the rotor corresponds to the same polarity (or different polarity) relative to the magnetic pole of the stator.
  • the rotor's rear end of rotation is arranged up to a position corresponding to this different pole (or the same pole), and the rotor's rear end of the rotor's magnetic pole is always the stator during rotation when rotating at the synchronous speed.
  • the outline of the reference (3) is that a large number of hollow outer magnets are arranged in an annular shape so that the inner surface portion forms an opening portion, and an inner magnet having substantially the same shape as the opening portion is formed in the opening portion.
  • a large number are rotatably fitted in an annular shape, and the inner magnet is fixedly connected to a support plate having a zero rotation axis on the shaft core, and a power generation coil is attached to the inner surface of the inner magnet on the shaft core side.
  • the generator magnet and iron core are arranged in sequence. The repulsive action of the magnetic force generated by the outer magnet allows the magnet to move and rotate in a fixed direction, and the rotating magnetic force generated during this rotation and movement.
  • a magnetic power generator intended to generate electric power with a power generation coil by using the
  • the literatures (1) to (3) are based on the field element ring (rotor) and the armature. Since the core 'armature coil (stator) is not arranged close to the core, magnetic flux loss may occur, and it seems to be a problem to obtain the intended magnetic flux released from the permanent magnet.
  • the literatures (1) to (3) adopt a configuration in which a magnet is disposed as an opposite electrode, but this magnet is merely used to obtain a released magnetic flux at the opposite electrode. It is not considered a structure that takes into account the relationship between the magnetic field and the structure that does not require an excitation component and can emit a strong magnetic field with a small mass.
  • the entire field element ring is a permanent magnet, and there is no excitation coil and excitation core. .
  • this field element ring is composed of a permanent magnet bar magnet, this field element ring does not require an excitation component, so a magnetic flux with a strong magnetic field can be emitted with a small mass. It becomes a structure. '.
  • the armature coil can be rotated by being supported by an inner and outer roller device so that the field element ring can rotate in the middle space of the armature coil. To do.
  • the magnetic flux emitted from the bar magnet rotates while cutting the armature coil at a right angle, and the generator can generate an induced electromotive force.
  • the same poles are brought close to each other and connected.
  • the structure with the smallest mass of the field element ring and the large emitted magnetic flux reduces the input energy (smaller drive power source) and supplements the magnetic flux loss.
  • the output from the generator can be calculated as an expression of the amount and speed of the magnetic flux passing through the armature coil, the number of windings of the armature coil, the number of magnetic poles, and the waveform rate.
  • the capacity of the generator is the value of the current flowing through the armature coil, which is the product of these values multiplied.
  • This generator is configured by arranging it in a ring shape with rod-shaped permanent magnets, and the magnetic flux emitted from the field element ring changes its direction substantially perpendicular to the magnetic axis and is emitted.
  • the magnetic flux is structured to cut the armature coil at a right angle. Then, this field element ring rotates so that the magnetic flux emitted from the permanent magnet is emitted in a substantially right angle direction, and in order to form a 3 ⁇ 4 structure, a slight gap is provided between the field element ring and the armature.
  • the coil is wound and the armature core is covered with a half of a circular cylinder.
  • the magnetic flux emitted from the field element ring circulates in a path that passes through the armature coil and reaches the armature core. Then, a circulation circuit is configured that passes through the armature core, passes through the armature coil, and returns to the other pole of the field element ring.
  • the armature coil When the field element ring is rotated with this structure, the armature coil generates an induced electromotive force and becomes a generator.
  • the field element is a field element ring.
  • the structure is made by bending a rod-shaped permanent magnet and bonding diamagnetic material to both sides. Then, the diamagnetic material is sandwiched between the same poles of the permanent magnets, and the diamagnetic material is clamped and connected with a parent diamagnetic material connection member to form a ring shape.
  • this field element ring has a structure that emits magnetic flux at right angles to the magnetic axis of the permanent magnet, and the shape of the magnetic flux emitted from this field element ring is a circular emission shape. It will be an annular ring connecting 6 together. Then, by rotating the magnetic flux release phenomenon from this field element ring, it becomes a magnetically induced electromotive force and generates electricity.
  • This cylindrical circular half armature core is slightly larger than the radius of the armature coil, and on top of the insulating cylindrical circular half that forms a gap between the armature coil and the ferromagnetic half.
  • the armature core is housed in a base steel plate (catch plate) so that it does not rotate further.
  • the armature coil is also manufactured with the purpose of adjusting the height so that the field element ring can pass through the center.
  • the inner and outer rollers' devices are not all in the same direction, but include the centrifugal force generated by the rotation of the field element ring so as to withstand evenly. Support with an arrangement angle.
  • the armature coil current has a 90 ° delay with respect to the voltage.
  • Capacitors with equivalent capacitance to improve the phase lag of inductance ⁇ L of this armature coil Are connected in parallel to the armature coil.
  • a capacitor is connected in parallel to improve the power factor of the load circuit.
  • the present invention is a generator characterized by generating power by incorporating the above seven items into its configuration. .
  • Claim 1 is that the field element ring is made of a permanent magnet bar magnet that is baked and hardened in an arcuate shape, and both ends of the bar magnet (this is a bonded diamagnetic connecting member) It is a structure consisting of
  • the field element ring that holds the released magnetic flux is supported so as to be able to rotate in the base steel plate (the tray) via a three-point supported rotation mechanism,
  • a gap is formed on the field element ring, an armature coil is wound, and an armature core) is covered on the armature coil.
  • one of the rotating mechanisms is equipped with a driving mechanism that applies a driving force to rotate the field element ring, and generates a magnetically induced electromotive force in the armature coil through the rotation of the field element ring.
  • Generator configured to generate electricity by rotating the ring shape.
  • Claim 2 is a structure that supports the number of supports that support the field element ring at three locations.
  • This set of support structure is a combination with one inner roller device on the inner side and two outer roller device on the outer side, and this outer roller device includes a circular magnet.
  • this outer roller device is designed to be supported at three locations in consideration of rotational stability and frictional resistance.
  • the drive part of the inner / outer roller device is connected to the boundary from both sides of the shaft of the inner / outer roller device.
  • 'Claim 3 is a configuration in which the outer circumference of the armature coil is covered with a half-circular armature core in the form of a cylindrical circle,
  • This cylindrical half armature core is slightly larger than the radius of the armature coil, and on top of the cylindrical half of the insulator that has a gap between the armature coil and the ferromagnetic half
  • a large number of deformed rectangular thin steel plates with a fan-shaped body, and the short sides (parts) of these thin steel plates are bent and laminated in a bow shape. (Part) is made into a structure suitable for making a circular cylindrical shape with a 90 ° twist.
  • the inner end portions of the armature core are circular and are manufactured in a trumpet shape and opened. By this opening, for example, when the field element ring comes out of the armature core, the pulling back of the field element ring due to excitation is eased. (When the armature core enters and exits the armature core, The generator is configured to generate electricity by rotating the ring shape so that it can play a role of canceling the excitation force in a vector-like manner.
  • the field element ring confined and fixed to the armature coil is:
  • the power generation is performed by rotating the ring shape of the structure that is intended to prevent phase shift due to fluctuations in the load power factor of the armature coil, and to prevent the demagnetization and magnetization of the armature coil. Generator configured.
  • Claim 5 is a configuration for avoiding the reaction of the armature coil caused by the power factor fluctuation of the load power of the armature coil, At the same time as the synchronous reactance of this armature coil, in order to improve the phase by making the impedance value consisting of the resistance of the armature coil's shoreline constant to some extent, a capacitor is connected in parallel in the circuit, and this capacitor capacity A generator configured to generate electricity by rotating the ring shape with a structure that does not affect the drive power capacity of this field element ring and does not change the power generation capacity.
  • Claim 6 is a combination structure of an armature core accommodated in a base steel plate and an inner / outer roller device.
  • any number of sets of armature cores and the number of inner and outer roller devices can be appropriately changed, and the generator is configured to generate power by rotating the ring shape so that the combination can be established.
  • Claim 7 is a configuration of a drive mechanism for rotating the field element ring, which has a little gap in the field element ring, winds a powerful armature coil, and alternates the current.
  • the structure of the drive motor rotating this field element ring repeatedly, or by applying current directly to this armature coil, A generator with a structure that employs the above-mentioned configuration.
  • Claim 8 is a generator having a structure in which a field element ring rotates as a motor when a current is passed through an armature coil using the field element ring as a rotor of the motor.
  • FIG. 1 shows the overall structure of the present invention, in which the armature core and part of the armature foil are omitted and the internal structure is shown.
  • the field magnet ring of the bar magnet is the armature.
  • the armature core and / or the armature coil are installed in the middle of these three places, and the field element ring is supported by three sets of inner and outer roller devices (three places).
  • the field element ring can be rotated by rotating one of the inner and outer roller devices.
  • the basic cross-sectional schematic diagram for explaining that the magnetic flux of the field element ring cuts the armature coil at a right angle and generates power by magnetic induction electromotive force. I will.
  • Fig. 2 shows the AA cross section of Fig. 1 and its BB 'cross section.
  • the structure in which the field element ring is supported by the inner and outer roller devices and the inner and outer roller devices are shown.
  • Schematic side view showing the rotation drive and the structure in which the field element ring is supported hollow by this inner and outer roller device It is.
  • FIG. 3-1 to Fig. 3-6 are enlarged views of the armature core
  • Fig. 3-1 is a sectional view of the armature core completed
  • Fig. 3-2 is Fig. 3-3 is a schematic view of the armature core manufacturing process in which a half-cut part is twisted 90 ° each B
  • Fig. 3-3 is a side perspective view of Fig. 3-2
  • Fig. 3-2 is a plan view of Fig. 3-2
  • — Fig. 3-5 is an exploded front view of Fig. 3-2
  • Fig. 3-6 is the manufacturing process of the armature core
  • FIG. 5 is a developed front view showing a part twisted by approximately 90 °.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the armature core and the armature coil, the field element ring, and the inner and outer roller devices.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the armature core, the armature coinole, the field element ring, and the inner and outer roller devices, and shows a state where the armature coil is wound.
  • Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an armature core and armature coil, and a three-part armature mounting position adjustment adjuster (armature casing) that accommodates the field element ring. It is.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view in which a field element ring support is mounted in the state shown in FIG.
  • FIG. 8-1 is a schematic front view showing components and connection states of the connection members of the field element ring
  • FIG. 8-1 is an exploded schematic view of FIG. 8-1.
  • Fig. 9 is an electrical circuit diagram of the generator. '
  • FIG. 10 is a chart showing the measured values of the parabolic dose of the magnetic flux density when the permanent magnets are close to each other with the same polarity. ...
  • Fig. 11 is a chart showing the measured values of the parabolic dose of the magnetic flux density when the permanent magnet is approached with the same polarity.
  • FIG. 1 shows the overall structure of the present invention, in which a drive motor 1 is provided in the approximate center of a base steel plate (receiving tray) 2 1, and a field element ring 4 driven by this drive motor 1 is connected to an inner roller It is configured to be supported by a device 1 0 (support roller device) and outer roller devices 1 1 and 1 2 (support roller device), and this field element ring 4 has a bar magnet (rod-like permanent magnet) in an annular shape. It is a structure arranged in In the figure, 2 indicates the drive shaft of the drive motor 1.
  • connection member I is a connection member I of a diamagnetic material that is bonded to both ends of another field element ring 4
  • 52 is a connection of a diamagnetic material that is bonded to both ends of another field element ring 4.
  • the connecting member ⁇ 5 2 is treated in the same manner as the connecting member 5 described above.
  • a bar magnet is annularly arranged via the connection member 5 and the connection member I 51, the connection member ⁇ 52, a plurality of connection nuts 53 and / or tightening bolts 55, and connection seats 54. To form a field element ring 4.
  • the field element ring 4 configured as described above is mounted on the base steel plate 21 via the inner roller device 10 and the outer roller devices 11 and 12.
  • the inner roller device 10 includes an inner roller 10 a and a support bolt shaft 10 b that supports the inner roller 1 O a.
  • the outer roller devices 1 1 and 1 2 are composed of outer rollers 1 1 a and 1 2 a and supporting bolt shafts 1 1 b and 1 2 b that support the outer rollers 1 1 a and 1 2 a. To do. This set of inner roller device 10, outer roller device 11, 1 2, and support bolts 10 c to l 2 c are securely supported at one place.
  • the set of the inner roller device 10 and the outer roller device 11 and '12 are installed in three places in this example, so that they are mounted on the base steel plate 21 as described above.
  • the support bolt shaft 1 lb of the outer roller 1 1 a is extended, and the roller pulley V pulley 1 7 is fixed to the support bolt shaft 1 1 b.
  • Drive V pulley 3 provided on the output shaft of drive motor 1 provided in the approximate center of 1 is connected via V belt 16. Accordingly, the supporting bolt shaft 11 b of the outer roller 11 a is rotated through the transmission mechanism of the driving motor 1 ⁇ the driving V pulley 3 ⁇ the V belt 16.
  • the armature coil 7 is mounted in a substantially tight contact state so that the magnetic flux loss is minimized. Then, the field element ring 4 and the armature coil 7, the armature core 8 surrounding the armature coil 7 in a tight state, the base 19 and the adjusting member for adjusting the armature mounting position (armature casing) ) Fit with 2 0. In addition, this surrounding and / or covering is also made into a structure capable of complementing the magnetic flux loss in a tight state.
  • the field element ring 4 is installed at the center of the armature coil 7, the armature core 8 (armature 6), and the armature mounting position adjusting adjuster 20.
  • the base 19 is detachably provided on the base steel plate 21.
  • Fig. 9 is an electric circuit diagram of this generator.
  • the magnetic induction electromotive force E is generated with an effective value, and the coil 'resistance R of the armature coil 7 and the inductance L of the armature coil 7 are connected to the armature 6.
  • the capacitor C 1 is connected in parallel to the entire armature coil 7 to improve the reaction of the armature coil 7.
  • the capacitor C 2 is connected in parallel in order to improve the power factor C 0 S 0 generated in the power transmission of the load.
  • FIG. 10 shows that when the bar magnet is forcibly approached, the magnetic flux density emitted in an ellipse lacking the tip can be measured. This is the value measured for the separation distance X at the intermediate connection position of this bar magnet. If the armature coil 7 is rolled at this X position, it can be substituted for the magnetic flux when calculating the voltage of the magnetically induced electromotive force. ,
  • Fig. 11 shows that when a bar magnet is forcedly contacted with the same polarity, a force that is inversely proportional to the square of the distance is generated according to the framing law.
  • the mosquito is emitted in the direction of 90 ° with respect to the magnetic axis, and thus appears as an increase in magnetic flux density B (G).
  • G magnetic flux density
  • the relation between the repulsive force F and the distance X is the formula for the energy of W.
  • Changing r in this formula means changing the force of repulsive force F in the case of the same polarity.
  • the repulsive force F increases as the distance decreases.
  • This repulsive force F appears as a change in the increase of magnetic flux density B.
  • the leakage flux of the magnet forms a loop at a short distance, and the portion that causes loss due to leakage is extremely reduced.
  • the magnetic flux emitted to the outside disappears. If the same polarity is connected by the inverse law of this, the magnetic flux is released to the armature coil 7. And if this gap between magnetic poles is shortened, the force will lead to an increase in magnetic flux density B.
  • the direction of flow of magnetic flux density B flows along the spherical surface with the tip of the elliptical spherical surface being crushed. Therefore, if it is not surrounded by the armature core 8, it flows in an elliptical shape, so that the magnetic flux emitted from the field element ring 4 can be different in the magnetic flux path between the inside and outside of the circle, and the strength of the magnetic flux There will be a difference.
  • This generates a voltage during one turn of the armature coil 7.
  • the shape of the magnetic flux emitted from the field element ring 4 is rotated in the electric machine coil 7 by creating this elliptical magnetic pole.
  • the armature core 8 is ideally configured to rotate while cutting the armature coil 7 at a right angle while creating an elliptical deformed shape.
  • the field element ring 4 is supported by the inner roller device 10 and the outer roller devices 11 and 12 and can be rotated.
  • the rotational driving force of the field ring 4 is inputted from the outside, and the inner and outer roller devices 10 to 12 are driven to rotate, whereby the field element ring 4 is rotated.
  • the armature coil 7 passes, the armature coil 7 turns off the magnetic flux of the permanent magnet, and in this state, a magnetically induced electromotive force is generated in the armature coil 7.
  • the magnetic flux emitted from the field element ring 4 forms an ellipse shape whose tip is crushed, passes through the armature coil 7 and is captured by the armature core 8.
  • the rotation of the field element ring 4 is a structure that rotates while generating the circulating magnetic flux. Therefore, the armature coil 7 is cut in a square shape with a length over the entire circumference.
  • the numerical value of this phenomenon is related to the straightness of the magnetic flux in the magnetic force induced electromotive force equation related to the output voltage as a generator.
  • Magnetically induced electromotive force ⁇ 1. 1 1 ⁇ & ⁇ ⁇ . ⁇ (5) Equation Waveform rate: 1. 1 1 Pa: Number of magnetic poles N: Number of rotations of field element ring (sec). Z: Armature coil Number (turn) ⁇ : Magnetic flux (Wb) And
  • Output power capacity P E I ' ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (6)
  • E The magnetic induction electromotive force E is multiplied by the armature coil torsion value I (A).
  • Friction mechanical loss W2 9.8 ⁇ p S V ⁇
  • V Peripheral speed of field element ring (m / S)
  • the loss in the armature core is proportional to the weight of the yoke, based on the relational expression between magnetic flux density B and frequency due to eddy current loss and hysteresis loss.
  • iron loss can be calculated as W i. '.
  • the magnetic excitation generated by the magnetic flux generated when the field element ring 4 passes through the armature has the same excitation force due to the distance and the circular shape in all directions in the tunnel. Therefore, it does not hinder the rotation of the field element ring 4, so the excitation loss of this armature is zero.
  • the performance as a generator is determined by the relationship between the mass of the field element and the magnetic flux emitted from the field element ring 4.
  • the value that generates a voltage with no load saturation is not a structure that generates an electromagnetic force by passing an exciting current, but uses the magnetic flux from the field element ring 4, so the rotation of the field element ring 4
  • the saturation voltage due to no-load saturation is measured by adjusting the speed.
  • the saturation voltage value is larger than that of the conventional synchronous generator.
  • the short-circuit ratio K increases by eliminating the excitation pole loss part necessary for conversion as in the conventional synchronous generator. This will improve the voltage drop of the load compared to the conventional generator.
  • the difference from the conventional synchronous generator is that the magnetic flux emitted from the field element ring 4 does not change because the rotation speed of the field element ring 4 is constant. It will be measured by adjusting the speed.
  • the performance of the field element ring 4 (the magnetic flux released when the magnetic poles of the same polarity are brought close to each other) and the structure of the cylindrical circular armature are effective as a generator.
  • the performance is determined by this structure.
  • the present invention can satisfy this best condition. It can be said to be a built-in generator.
  • the present invention can be released by forcibly approaching the same poles of the field element ring.'
  • a structure that rotates while increasing the magnetic flux density for example, it passes through the armature coil.
  • This generator uses a conventional method of rotating the field element ring by heat energy conversion and taking out the electric power, so that it does not adopt a structure that explodes while injecting fuel such as petroleum and Z or fuel. It has the danger of explosion and the benefits and practicality that can avoid the complexity of the structure.
  • the present invention is a structure that uses the power stored in the storage battery as energy to operate the device and uses it as a drive source, and returns from the load side of the power generated by the operation of the generator to charge the storage battery. Allows continuous operation. Therefore, in order to eliminate the disadvantage that the generation capacity cannot be secured by using only permanent magnets and to achieve power multiplication while achieving downsizing of the entire apparatus, in the present invention, a large number of small generators are installed. It is intended to meet demand for large power demand. As for peak load, it is possible to make a structure that generates power by setting the rated power value within a range where the rotation speed of the field ring can be expected, and it is clear that it can respond to various demands. . And, by reducing the number of parts required for this device and making it possible to purchase bracket parts at low cost, we can manufacture and provide low-cost generators that are practical and bring the gospel to the industry. It is clear. '
  • the present invention can be used as a power source for driving many industrial machines.
  • today's flower industry For example, it can be used for driving sources such as ship engine generators, industrial machine generators, etc. Contribute to the supply of useful energy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

• リング形状の回転で発電する構成とした発電機 技術分野
本発明は、 発電機に闋するものであり、 詳細に説明すると、 円形で湾曲に焼き固 めた棒磁石を製作して、 その両側に明反磁性体の接着部材を貼り付ける （接着する）。 この状態で永久磁石の同極性を合い向きに強制近接してリング形状に繞設形成して 田
界磁子リングとし、 この界磁子リングを、 ' Y字に配置した 3個の内外側ローラ装置を 介して回転自在に架承し、 そして、 この界磁子リングを回転させるために、 この内外 側ローラ装置内の 1個に回転駆動力を与える構造とし、また内外側ローラ装置間のス ペースに電機子コイルを配置し、 かっこの電機子コイルを、 前記界磁子リングの永久 磁石を^にして捲装する構成である。
またこの電機子コイルを包み込むように、 この竜機子コイルの外周に電機子コア を装着する。また界磁子リングの回転で電機子コイル内を棒磁石の永久磁石が通過す ることで、 永久磁石から発生する磁束が電機子コイルを通過して 「レンツの法則」 で 誘導起電力を発生する構造の発電機である。 ■
その原理を説明すると、
e = Ν · d Φ / d t (V) ( 1 ) 式 N :電機子コイル数 [ターン] Φ : :ϊ過磁束 [w b ]
永久磁石を同極性で強制近接して接続することで、磁束の放出する方向性を磁軸 方向から 9 0 ° 曲げて放出できるようにして、電機子コイルを通過する磁束がコイル と直角に交わり直角の方向に磁束が通過するようにする。'
クーロンの法則 F =m l m 2 4 π r 2 [N] ( 2 ) 式 m l ：磁極の強さ [磁荷] m 2 ：磁極の強さ [磁荷]
β ：媒質の透磁率 [H/m] r ：距離 [m]
磁極は同極性で反発する。 し力 し、 両距離を短くさせるために強制接近させる場 合は磁軸に対して略直角に放出される。 そして、 放出磁束密度が増大する。 この物理 現象を応用した発電機の構造である。
棒磁石の界磁子リングが回転することで電機子コイルを直角に磁束が切る構造 にする。 この構造であれば、 この磁荷カは磁極間の距離の二乗に反比例し、 磁束の減 衰カは、 大幅に改善されるので、 こ.の現象で誘導起電力が発生できる発電機を提供す る。 そして、 電機子コイルのコイル幅と、 界磁子リングの永久磁石の幅を略同一に合 わすことで励磁する磁化力を、 べクトル的に相殺することができるようにし、 この電 機子コイルを通過する磁束の極性が、 交互に通過して発電する構造とする。 従って、 この誘導起電力は交番磁束による交流発電機となる。また界磁子リングを回転させる. エネルギーは、 棒磁石の質量と回転直径と回転速度の式で算出される。
W= 1 Z 2 · J ω 2 ( 3 ) 式 そして、 この界磁子リングは、 質量が最も小さいが、 この界磁子リングから放出 される磁束が大きく、かつ電機子コイルを直角に切る方向に放出される構造を採用す ることで、 従来の各発電機よりも、 出力が大きく、 力 構造が簡単で、 しかも小さい 駆動力で働く、 発電機の構造を提供できる。 尚、 この電機子コイルと電機子コアを円 形にすることで、界磁子リングから放出される磁束を電機子コイルで的確に捉えるこ とができる構造等の条件を整備することで、 例えば、 界磁子リングの回転駆動力が小 さくても、 最も磁束損失の少ない発電機の構造を構成できる。 背景技術
従来の発電機は、 界磁子の磁束を多く発生させるために、 界磁子を囲繞するよう に励磁コイルを設け、 この界磁子に電流を流して、 界磁子の励磁コアを励磁し、 磁束 を発生させている。'界磁子は電磁式で磁束密库は大きく作成できる。 しかし、 界磁子 の励磁極を作成するためには、 コイルの捲き数量と励磁材の質量の拡大が必要となり、 この界磁子の質量が増大すること、 またこれに伴って、 例えば、 励磁に必要な電力を 外部より供給する必要が生じる。界磁子から放出する磁束は電機子コイル'と直角に交 差する状態を作成して発電をしている。 しかし、 この条件を作成するためには上記の ように界磁子に磁束を発生させる励磁を促す部分が必要になり、外部より'界磁子を回 転駆動する駆動力と、 この励磁するために投入する電流のエネルギー （入力エネルギ 一） と励磁を構成する部分の質量が存在するので、 これらを動かす動力源が必要にな る。 この入力する動力源が小さいほど良好な効率の良い発電機となる。 そして、 磁束 損失が低い程、 良好で効率的な発電機ができる。
以上のことから、必要とする入力エネルギーを如何に少なくして発電することが できるかが、 昨今のエネルギー不足の現状を打開する道である。 従って、 これに関す る検討及び改善が行われている。 .
ここで、 先行文献を挙げると、 文献 （.1 ) の特開 2 0 0. 6— 1 4 5 8 2の 「永久 磁石発電機」 と、 文献 （2 ) の特開 2 0 0 5 - 2 1 8 1 8 3 「回転電機および電磁機 器」 と、 また文献 （3 ) の特開昭 5 5— 7 9 6 8 9の「磁力発電装置」とが見当たる。 以下、 これらの発明の概要を説明する。 . 先ず、 文献 （1 ) の概要は、 ステータヨーク内に三相卷線のコイルを配置した固 定子と、 この固定子の内側に配置した、 N · S極同士が反発し合うように複数個で、 かつ偶数個の永久磁石でなる回転子とで構成した発電機であって、 この固定子の中心 で前記回転子が回転し発電することを特徼とする構造であり、 この発電機に掛かる負 荷を軽減し、 永久磁石の磁力を効率良く利用することで、 コイルに発生する電気の量 も大きくすることを目的とするものである。
' また文献 （2 ) の概要は、 回転発電機 ·電動機 （発電機とする） として、 その性 能 ·効率向上と、 回転子と固定子の空隙部の磁束増加とを意図する構造であって、 磁 石からなる回転子における磁石を挿入する上で、 回転子の磁極形状の一部を、 この固 定子の磁極に対して、 相対的に'同極 （又は異極） に対応するとともに、 この異極 （又 は同極） に対応する位置まで回転子の回転後端部を配して、 また同期速度で回転時に おいて、 回転子の磁極の後端部が、 回転中常に固定子 ¾極との相対位置を保ち、 かつ この回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子の磁極により常時吸引および反撥 力を働かせて、 回転駆動力を付加的に増加させるように構成したものであり、'前述の 如く、 発電機の性能 ·効率向上と、 また空隙部の磁束増加をねらった磁石、 鉄心の構 造，寸法 ·配置の工夫により目的とする発電機を提供する。
さらに文献 （3 ) の概要は、 内面部を開口部分を形成するようにして多数の中空 状外磁石を円環状に配列形成し、 この開口部分に、 この開口部分と略同型状の内磁石 を多数を円環状に回転自在に嵌揷するとともに、 この内磁石を軸芯部に 0転軸を有す る支板に固定連結し、 またこの内磁石の軸芯側内面部に発電コイルと、 発電磁石、 鉄 芯を順次に配設した構成であり、 この外內磁石による磁力の反撥作用にて內磁石を一 定方向に移動 ·回転可能とするとともに、 この回転かつ移動時に発生する回転磁力を 利用して発電コイルにて電力を起成することを意図した磁力発電装置を提供する。
し力 し、 前記文献 （1 ) 〜 （3 ) は、 界磁子リング （回転子） に対して、 電機子 コア '電機子コイル （固定子） を、 近接位置に配置する構造を採用しないことから、 磁束損失の発生する可能性があり、意図する永久磁石からの放出磁束を得るには問題 と思われる。 そして、 また前記文献 （1 ) 〜 （3 ) は、 磁石を対峙極で配備する構成 を採用するが、 この磁石は、 単に、 対峙極で放出磁束を得るのみに留まっており、 磁 石とコイルとの関係に配慮した構造でなく、励磁構成部分を不要とし、 かつ小さな質 量で、 磁界の強い磁束を放出できる構造とは考えられず問題を抱えている。
上記に鑑み、 本出願人は、 '
[ 1 ] 界磁子リング全体を永久磁石にするとともに、 励磁コイルと励磁コアを無 くする構造とする。 .
[ 2 ] 永久磁石からの磁束の放出方^を変更する構造とする。
[ 3 ] そして、 永久磁石の同極同士を同じ向きに強制近接させて距離を短くして 接続し、 この永久磁石からの放出磁束は直角に向きを変換させる、 所謂、 「クーロン の法則」を活用することであり、 この法則で解析されている磁荷 m 1、 m 2は同極性 であり反発力になる。 またこの磁荷 m l、 m 2の距離を短くすることで、 磁軸から放 出される磁束は同極で反発して磁束の放出方向が曲げられる。 しかし、 この放出され る磁束は、 磁軸に対して略直角に放出される。 従って、 磁極の強さ m (W b ) を同極 の距離を短くすることで強くする工夫をする。
[ 4 ] この界磁子リングを、 永久磁石の棒磁石だ で構成すると、 この界磁子リ ングには、 励磁構成部分が不必要になるので、 小さな質量で、 磁界の強い磁束を放出 できる構造となる。' . .
[ 5 ] 次に界磁子リングの上に電機子コイルを捲き、 「レンツの法則」で界磁子リ ングを回転きせる。
[ 6 ] また電機子コイル内に棒磁石を通過させ、 電機子コアも半割り状態に製作 したものを電機子コィルに被せ、円筒円形状に製作した電機子コィノレと電機子コアを 装着する構造とする。 '
[ 7 ] この電機子コイルの中空間に界磁子リングが回転できるように内外側ロー ラ装置で支えて回転可能とし、 この内外側ローラ装置の 1個を回転駆動ローラにして 入力駆動源とする。
[ 8 ] 界磁子リングを回転させることで棒磁石からの放出磁束は電機子コイルを 直角に切りながら回転し、 誘導起電力を発生できる発電機となる。 [ 9 ] そして、 この棒磁石の磁軸方向を直角に変換する手段としては、 例えば、 同極同士を近接し接続する。そして、 この界磁子リングの質量の最も小さいもので放 出磁束の大きい構造とすることで、入力エネルギーを小さくし （駆動動力源を小さく し)、 かつ磁束損失分を補足する。
[ 1 0 ] そして、 発電機からの出力は、 電機子コイルを通過する磁束の量と速度 と、 この電機子コイルの捲線数と磁極数と波形率の式として算出できる。
[ 1 1 ] また発電機の容量は、 電機子コイルに流す電流の値で、 この値を掛け合 わせた積となる。
[ 1 2 ] これらの結果、 界磁子リングの磁束/質量の比率より、 放出される磁束 の量を増やして、電機子コイルを磁束が^る回転速度を上昇させる構造にすることで、 換言すると、 エネルギーの増幅機と同様な構成となって、 効率的な発電機を提供でき る。
' 発明の開示
この発電機は、棒状の永久磁石で環状に配して構成し、 この界磁子リングから放 出される磁束は、 磁軸から略直角に向きを変えて、 放出される構成であって、 この磁 束は電機子コイルを直角に切るような構造とする。 そして、 この界磁子リングが回転 して永久磁石からの放出磁束が略直角方向に放出され ¾構造にするために、界磁子リ ングとの間に、 僅かの隙間を持たせて電機子コイルを捲き、 その上に電機子コアを円 筒円形状の半割りにして覆う構成とする。 この構成を採用すること.から、 界磁子リン グから放出する磁束は、電機子コィルを通過して電機子コァに達する経路で循環する。 そして、電機子コア内を通り電機子コイルを通過して界磁子リングの他の極に帰って くる循環回路を構成する。 この構造で界磁子リングを回転させると、 この電機子コィ ルは誘導起電力を起して発電機となる。
前述した構成で発電する発電機の構造を、 以下に説明する。 '
[ 1 ] 界磁子は、 界磁子リングとする。 その構成は、 棒状の永久磁石を曲げた状 態に製作し、 その両側に反磁性体を接着する。 そして、 永久磁石の同極同士で反磁性 体を挟み、 かっこの反磁性体の接続部材で締め付け接続してリング状に形成する。
この構成で、 この界磁子リングは、永久磁石の磁軸に対して直角に磁束を放出す る構造となり、 この界磁子リン 'グからの放出磁束形状は、 円形放出形状となり、 それ 6 を繋ぎ合わせた環状リングとなる。 そして、 この界磁子リングからの磁束放出現象を 回転させることで磁力誘導起電力となり発電する。
[ 2 ] 界磁子リングに內外側ローラ装置を 3個組みで 3箇所に Y字型に配置して 界磁子の回転がスムースにできるようにする。その内の 1個に外部から駆動力を与え て界磁子リングを回転させる。 '
[ 3 ] リングの内外側ローラ装置の中間スペースに電機子コイルを 3箇所に捲く。 , そして、 界磁子リングの形状に合わせて、少しの隙間をもたせて反磁性体の円筒円形 状の半割りした上に電機子コイルを捲き上げる。 この電機子コイルを捲く電線の太さ とターン数は、 電機子の設置面積で決定する。 この面積は界磁子リングの長さ等で決 まる。
[4 ] 電機子コイルの外周に、 円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる。 こ の円筒円形状の半割り電機子コアは、 電機子コイルの半径より少し大き目で、 この電 機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇 子形をした変形長方形状の薄板鋼材であって、 その短辺を弓状に曲げて積層し、 この 積層した状態で、 その長辺を 9 0 ° の捻りを加えた形状で作成する。
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、 この隙間に微細粉末 の強磁性体を入れて接着材で固めた.ものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。 換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を 9 0 ° 捻りし 半割り状態に仕上げてリング 状の電機子コイルの上に被せる。 この電機子コアの内側両端部の形状は円形でラツバ 状に製作し、 開放する。 この開放に り、 例えば、 界磁子リングが電機子コアを抜け 出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和する役目を担うためである。
[ 5 ] 電機子コアは更に回転しないようにベース鋼板 （受け皿） 内に収容する。 また電機子コイルは、界磁子リングが丁度中央を通過できるように高さを調整する意 味を兼ねて製作する。
[ 6 ] 界磁子リングを安定して回転させる方法として、 内外側ローラ'装置の向き は全部同一方向ではなく、界磁子リングの回転で生じる遠心力を均等に耐えるように 包含するように配置角度を持って支持する。
[ 7 ] 電機子コイルの電流は電圧に対して 9 0 ° の遅れが生じる。 そして、 負荷 の力率が変動すると誘導起電力の電圧と電流の位相が拡大される。 この電機子コイル のィンダクタンス ω Lの位相遅れを改善するために相当する容量を持つコンデンサ を電機子コイルに並列接続する。 例えば、負荷回路の力率改善のために並列にコンデ ン'サを接続する。 このようにコンデンサを接続することで、誘導起電力の電圧と電流 を同相にして電機子反作用の横軸反作用 (こよる偏磁作用を起すので磁束分布の歪み を介して減磁作用を改善できる。
本発明は、 以上の 7項目を構成に組み入れて、 発電することを特徴とする発電機 である。 .
. 発明の効果
請求の範囲第 1項は、 界磁子リングが、 弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した 永久磁石の棒磁石と、 この棒磁石の両端 (こ'接着した反磁性体の接続部材とでなる構成 であって、
この界磁子リングは、 その棒磁石の極性が同一になるように、 これらを強制接近 して、 つなぎ合わせて接続し、 この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、 同一の極性間で • 同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性で接続した同一極 性の磁束が放出され、 かつ磁軸から直角方向に放出磁束ができて、 その先端が潰れた 楕円形の放出磁束が連続状態のリングとなることを特徴とし、 ，
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してべ一ス鋼 板 （受け皿） 内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電機子 ) コアで覆う構造とし、 ， ·
さらに前記回転機構の 1個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する駆動 機構を装備する構成とした、界磁子リングの回転を介して電機子コイルに磁力誘導起 電力を発生す'る構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第 2項は、界磁子リングを支える支持数を 3箇所で支える構造であつ て、 '
この 1組の支持構造は、 内側に 1個の内側ローラ装置を持ち、 また外側に 2個の 外側口ーラ装置を持つ組み合わせであり、 この外側ローラ装置は円形の磁石を包含す るように角度をもって設置するとともに、 この內外側ローラ装置は、 回転の安定性と、 摩擦抵抗値等を考慮し、 3箇所で支持する構成とすること、
またこの内外側ローラ装置の駆動部分は、 この内外側ローラ装置の軸両側から界 磁子リング面に、 略 9 0 ° の方向に圧力を加え、 かっこの内外側ローラ装置の素材を、 外周が膨らむ構造とし、 この界磁子リング面に圧力を加える構造のリング形状の回転 で発電する構成とした発電機。
' 請求の範囲第 3項は、 電機子コイルの外周に、 円筒円形状の半割りした電機子コ ァを被せる構成であって、
' この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、 . この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性 体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、 この多数枚の薄板鋼板の 短辺 （部） を弓状に曲げて積層し、 この多数枚積層した状態で、 その長辺 （部） を 9 0 ° の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、
こ'の弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、 この隙間に微細粉末 の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。 換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を 9 0 ° 捻りした半割り状態に仕上げてリング 状の電機子コイルの上に被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、 開放する。 この 開放により、 例えば、 界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子 リングの引き戻しを緩和 （界磁子リングからの磁束が、 電機子コアが入出する時に、 この電機子コアを励磁するが、 この励磁力をべクトル'的に相殺して緩和） する役目を 加担できるように構成した構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第 4項は、 電機子コイルに収寧固定される界磁子リングは、 .
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リン'グが通過するように高さと、 横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるように調整材を 入れて調整し、
そして、 この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、 この電機子コ ィルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復^による前後 方向の振幅抑止と、またこの電機子コィルの負荷力率の変動等による位相のズレ防止 と、電機子コィルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを図ることを意図する構造 のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第 5項は、 電機子コイルの負荷電力の力率変動で、 この電機子コイル の反作用が生じることを回避する構成であって、 この電機子コィルの同期リアクタンスと同時に、 この電機子コィルの捲線の抵抗 とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るために、回路中 にコンデンサを並列接続に投入し、 このコンデンサ容量を適量に投入し、 この界磁子 リングの駆動動力容量に影響を与えず、力つ発電容量に変動を与えないことを意図す る構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第 6項は、 ベース鋼板に収容される電機子コアと、 内外側ローラ装置. の組合せ構造であって、
この電機子コアの数量と、 内外側ローラ装置の数量は何組でも、 適宜変更可能で、 かつ組合せ成立可能とする構成とした構造のリング形状の回転で発電する構成とし た発電機。
請求の範囲第 7項は、 界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、 この駆動機構は、 界磁子リングに少し隙間を持たせ、 力つ電機子コイルを捲き、 電流を交互に流し、 この界磁子リングの極性との関係で吸引と反発を繰り返し、 この 界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子コイルに直接電流 を投入し、 駆動電動機とした構成等を採用する構造の発電機。
請求の範囲第 8項は、界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流 を流すと電動機として、 界磁子リングを回転する構造の発電機。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の全体構造であって、 雩機子コアと電機子ユイルの一部を欠截 して内部の構造を示したものであり、棒磁石の界磁子リングが電機子コアを貫通し、 この、 界磁子リングを内外側ローラ装置 3組 （3箇所） で支持し、 この 3箇所の中間 に電機子コア及び 又は電機子コイルを設置し、.電機子取付け位置調整用調整材で囲 繞し、 この内外側ローラ装置の 1個に回転を与えて界磁子リングを回転可能とする。 そして、 この界磁子リングを回転することで、 界磁子リングの磁束が電機'子コイルを 直角に切り、磁力誘導起電力で発電することを説明するための基本的な断面摸式図で める。
第 2図は、 第 1図の A— A， 断面図と、 その B— B ' 断面図を示しており、 界磁 子リングを内外側ローラ装置で支えている構造と、内外側ローラ装置の回転駆動と、 この内外側ローラ装置で界磁子リングを中空に支持する構造とを示した側面模式図 である。
第 3—1図〜第 3— 6図は、 電機子コアを拡大して示した図であり、 第 3—1図 は、 電機子コアが完成した状態の断面図、 第 3— 2図は、 電機子コアの製作過程であ つて、 半裁した一部を、 B各 9 0 ° 捻った状態の模式図、 第 3— 3図は、 第 3— 2図の 側面斜視図、 第 3— 4図は、 第 3— 2図の平面図、 箄 3— 5図は、 第 3— 2図の展開 正面図、 第 3— 6図は、 電機子コアの製作過程であって、 半截した他の一部を、 略 9 0 ° 捻った状態の展開正面図である。
. 第 4図は、 電機子コァ及び電機子コイルと、 界磁子リング及び内外側ローラ装置 の断面模式図である。
' 第 5図は、 電機子コァ及び電機子コィノレと、 界磁子リング及び内外側ローラ装置 の断面模式図であって、 この電機子コイルを卷いた状態を示している。
第 6図は、 電機子コア及び電機子コイルと、 界磁子リングを収容した三分割の電 機子取付け位置調整用調整材 （電機子ケーシング） をベース鋼板に着脱自在に設けた 断面模式図である。
第 7図は、 第 6図の状態に界磁子リングの支持材を装着した断面模式図である。 第 8— 1図は、界磁子リングの接続部材の部品と接続状態を示した正面模式図、 第 8— 2図は第 8— 1図の分解模式図である。 ·
第 9図は、 発電機の電気回路図である。 '
第 1 0図は、永久磁石を同極で近接させた時の磁束密度の放物線量の測定値を示 した図表である。 . . , ·
第 1 1図は、永久磁石を同極で接近させる状況時の磁束密度の放物線量の測定値 を示した図表である。 発明を実施するための最良の形態
代表的な図面を基にして、 その実施例を説明する。 ' 第 1図は、 本発明の全体構造であってベース鋼板 （受け皿） 2 1の略中央に駆動 用電動機 1を設け、 この駆動用電動機 1で駆動される界磁子リング 4を、 内側ローラ 装置 1 0 (支持ローラ装置）、 外側ローラ装置 1 1、 1 2 (支持ローラ装置） を介し て架承する構成であり、 この界磁子リング 4は、 棒磁石 （棒状の永久磁石） を環状に 配した構造である。 図中 2は駆動用電動機 1の駆動シャフトを示す。 そして、 この棒磁石の両側に反磁性体の接続部材 5を、 それぞれ接着することで、 棒 磁石の同極同士を反磁性体の接続部材 5で挟み込む構成とし、 この接続部材 5を接続 ナット 5 3と接続座 5 4で締付け接続した.リング形状とする。図中 5 1は他の界磁子 リング 4の両端に接着される反磁性体の接続部材 I、また 5 2はさらに他の界磁子リ ング 4の両端に接着される反磁性体の接続部材 Πを示しており、 この接続部材 Π 5 2 は、'前述の接続部材 5と同じ取扱いがされる。 この接続部材 5と接続部材 I 5 1、 換 続部材 Π 5 2と、複数の接続ナツト 5 3及び/又は締付けボルト 5 5と、接続座 5 4 ,とを介して棒磁石を環状に配して界磁子リング 4を形成する。
以上のようにして構成した界磁子リング 4は、 内側ローラ装置 1 0、 .外側ローラ 装置 1 1、 1 2を介してベース鋼板 2 1に架承されている。 例えば、 この内側ローラ 装置 1 0は、 内側ローラ 1 0 aと、 この内側ローラ 1 O aを支持する支持ボルト軸 1 0 bで構成する。 そして、 また外側ローラ装置 1 1、 1 2は、 外側ローラ 1 1 a、 1 2 aと、 この外側ローラ 1 1 a、 1 2 aを支持する支持ボルト軸 1 1 b、 1 2 bで構 成する。 この一組の内側ローラ装置 1 0、 外側ローラ装置 1 1、 1 2と、 支持ボルト 1 0 c〜l 2 cを介して確実に 1箇所を支持する。 そして、 この一組の内側ローラ装 置 1 0、 外側ローラ装置 1 1、 '1 2を、 この例では 3箇所設置することで、 前述の如 く、 ベース鋼板 2 1に架承されている。 またこの外側ローラ 1 1 aの支持ボルト軸 1 l bを延長し、 この支持ボルト軸 1 1 bにローラ駆動用 Vプーリ 1 7を固止し、 この ローラ駆動用 Vプーリ 1 7.と、ベース鋼板 2 1の略中央に設けた駆動用電動機 1の出 力軸に設けた駆動用 Vプーリ 3とを Vベルト 1 6,を介して連繋する。 従って、'この外 側ローラ 1 1 aの支持ボルト軸 1 1 bは、前記駆動用電動機 1→駆動用 Vプーリ 3→ Vベルト 1 6の伝達機構を介して回転される。
そして、 'この界磁子リング 4の外周面には、電機子コイル 7が略密着状態に捲装 されることで、 磁束損失を極力少なくする構造とする。 そして、 この界磁子リング 4 と電機子コイル 7、 この電機子コイル 7を緊密状態に囲繞する電機子コア 8とを、 ベ ース 1 9と電機子取付け位置調整用調整材 （電機子ケーシング） 2 0で被嵌する。 尚、 この囲繞及び/又は被嵌も、 緊密状態として、 前記磁束損失を補完できる構造とする。 尚、 界磁子リング 4は、 電機子コイル 7、 電機子コア 8 (電機子 6 ) と電機子取付け 位置調整用調整材 2 0の中心に設置する。 そして、 ベース 1 9はベース鋼板 2 1に着 脱自在に設けられる。 第 3—：！〜 3— 6図は、 電機子コア 8の半割 :り部分図の摸式図である。 円筒円形 状の半割りを作成するために.薄板鋼板 8 0 0を、先ず扇型に切断して両端内側を円形 にした形状板の短辺を弓状に曲げて:、 長辺を 9 0 ° に捻ると、 この薄板鋼板 8 0 0は 短辺が弓状になり、 長辺が 9 0 ° に曲がった薄板鋼板 8 0 1が製作される。 この薄板 鋼板 8 0 1を寄せ集めると円筒円形状で出入り口がラッパ状の電機子コア 8が構成 される。 そして、 この薄板鋼板 8 0 1の中間の隙間に強磁性体で微細な粉末材 （図示. せず） を充填し、 かつ接着剤 （図示せず） で接続する。
. 第 9図は、 この発電機の電気回路図である。 磁力誘導起電力 Eを実効値で発電し て電機子コィル 7のコィル '抵抗 Rと電機子コイル · 7のインダグタンス L'、 3電機子 6 を接続する。 そして、 電機子コイル 7全体にコンデンサ C 1を並列接続して電機子コ ィル 7の反作用を改善する。 そして、負荷の電力送電で生じる力率 C 0 S 0を改善さ せるためにコンデンサ C 2を並列に接続する構造である。
' 第 1 0図は、 棒磁石を強制接近させると、 先端部分が欠如した楕円形に放出され る磁束密度が測定できる。 この棒磁石の接続中間位 で離隔距離 Xを測定した値であ る。 この Xの位置に電機子コイル 7を捲くと、磁力誘導起電力の電圧を計算する時の 磁束に代入できる。，
第 1 1図は、棒磁石を同極で強制接.近させるとフレーミングの法則で距離の 2乗 に反比例する力が出る。そのカは磁軸に対して 9 0 ° の方向に放出されるので磁束密 度 B (G) の上昇となって現れる。 この証明として中間地点の磁束密度 Bの値を測定 して実証する。 ' . . ，
前述した本発明の主要素部の詳細な説明と入出力のェネルギ一関係式で発電す ることを検証する。棒磁石を同極で近づけた場合の式はクーロンの法則から次の式に なるものと考えられる。
クーロンの法則 F =m l - m 2 / ( 4 π μ r 2 ) (N)
反発力 Fと距離 Xとの関係式は Wのエネルギーの式になるので '
X F =W= B HV/ 2 = B 2 V/ 2 μ ( 4 ) 式 μ ：空隙の空気の透磁率 [H//m] W：磁気エネルギー [ J ]
B ：磁束密度 [T] H：磁界の強さ [AZm]
V：空隙部の体積 [m 3 ]
この式の rを変化させることは、同極の場合は反発力 Fの力を変化させることに 1
13 なり、 距離の短縮でその反発力 Fは増大する。 この反発力 Fの力は磁束密度 Bの増加 の変化'になり現れる。 して.、磁石の漏洩磁束は短い距離でループを形成する関係で 漏洩による損失となる部分が極端に少なくなる。 次に、 棒磁石で異極同士を接続して 界磁子リング 4を形成すれば外部に放出される磁束は消える。 このことの逆法則で同 極同士を接続すれば磁束は電機子コイル 7に放出される。 そして、 この磁極間を短縮 したら、 その力は磁束密度 Bの増大に繋がる。 また、 磁束密度 Bの流れる方向は楕円 球面の先端部分が潰れた状態の球面に沿って流れて行く。 従って、 電機子コア 8で囲 われなければ楕円形状を形成して流れることで、 この界磁子リング 4より放出される 磁束は円形の内側と外側では磁束経路に差ができ、磁束の強さに差ができることにな る。 これは電機子コイル 7の一周の間で 電圧が発生することになる。 この界磁子リ ング 4からの放出磁束の形状は、 この楕円形状の磁極を作成して電機芋コイル · 7内で 回転する。電機子コア 8がある関係で楕円形状が変形した形状を作成しながら略電機 子コイル 7を直角に切りながら回転する理想的な構成となる。
次に、 同極同士間に反磁性体を挟んで接続した場合と,、 これを強磁性体で接続し た場合では放出される磁束密度に差が生じて、反磁性体で挟んだ方がより放出磁束密 度が高い。 その原因と考えられることは、 同極で放出される磁束同士が強磁性体の中 で完全衝突して消滅する磁束回路が成立することで、その部分の減少が生じるものと 考えらォ る。
そこで、 界磁子リング 4が内側ローラ装置 1 0、 外側ローラ装置 1 1、 1 2、 で 支えられて回転できる状態から始める。界磁^;リング 4の回転駆動力は外部より入力 されて、 内外側ローラ装置 1 0〜1 2を回転駆動することで、界磁子リング 4が回転 する。 次に電機子コイル 7を通過することで、 永久磁石が持つ磁束を電機子コイル 7 が切る状態になり、 この状態で電機子コイル 7に磁力誘導起電力が発生する。 上記で 述べたように界磁子リング 4より放出された磁束は先端部分が潰れたような形状の 楕円形を形成して電機子コイル 7を通過して電機子コア 8に捉えられる。 ^して電機 子コア 8からまた電機子コイル 7を通過して界磁子リング 4に戻る回路を形成し循 環する。 これにより、 界磁子リング 4が回転することは、 このように循環する磁束を 生じさせながら回転する構造である。 よって、 電機子コイル 7を全周に渡る長さで直 角に切る構造である。
そして磁荷の強さ m (W b ) は両極の距離を r 2に反比例するので、 電機子コィ 18451
14 ル 7を通過する時の磁束密度 Bが増大することで、磁束密度 Bの減速の低下度が緩や かになる。 この現象は、 磁束密度 Bの放出度が増大することで、 負荷変動に対する電 圧の降下率が低くなることを表している。
この現象の数値は、発電機としての出力電圧に関する磁力誘導起電力の式の磁束 の ί直に関係してくる。
磁力誘導起電力 Ε= 1. 1 1 Ρ & Ν Ζ .Φ (5) 式 波形率： 1. 1 1 P a :磁極数 N：界磁子リングの回転数 （s e c) . Z ：電機子コイル数 （ターン） Φ :磁束 （Wb) そして、
出力電力容量 P = E I ' · · ·' · · (6) 式 磁力誘導起電力 Eに電機子コイルの竃流値 I (A) を掛けたものとなる。
出力電力容量 Pを算出するのに、界磁子リング 4を回転させる容量は棒磁石の質 量を計算して、 W1= 1.Z2 - J ω2 で算出できる。 界磁子リング 4を回転させると き内外側ローラ装置 1 0、 1 1、 1 2の、
• 摩擦機械損失 W2= 9. 8 μ p S V · .· · · · (7) 式 μ ：摩擦係数 ρ ：界磁子リングと内外側ローラ装置の圧力 （ k g m 2 )
S ：内外側ローラ装置と界磁子リングの接触面積 （m 2 )
V ：界磁子リングの周辺速度 （m/S)
で計算する。次に電機子コア内をうず電流損とヒステリシス損による磁束密度 B と周波数の関係式より、 その損失は継鉄の重量に比例する。 そして、 鉄損は W iとし て計算できる。 ' . .
鉄損 W i = G · W f c (W) ( 8 ) 式
G：重量 （k g) Wf c ：継鉄部分の損失 （WZk g) である。
次に、 ·
電機子銅損 W c = I 2 R (W) ( 9 ) 式 この式に数値を代入すれば発電機の入力と出力の比率を求めることができる。発 電機の容量式は、
W=出力 Z入力 =PZ (Wl +W2 +W i +Wc) (1 0) 式 界磁子リング 4と電機子コア 8との関係において、界磁子リング 4が回転する時 に電機子コア 8の出入り口を強励磁する。 この時に起きる界磁子リング 4の回転を防 止する行為に対しては、 電機子コア 8の形状をラッパ状態にして、 界磁子リング 4の 06 318451
15 極性で励磁される磁軸に対してベク トル角度が大きくなるようにして対応している。 よって界磁子リング 4の回転.が阻止.される現象を少なくする構造を作成している。 こ の界磁子リング 4の磁極間の距離と電機子コア 8の距離を略同じ距離にすると、界磁 子リング 4の極性は電機子コア 8の端部への入出位置は略同じ位置になり、電機子コ ァ 8を励磁する力の関係も同じとなる。 この現象で界磁子リング 4の回転力は、 回転 方向と逆回転方向が同じになり、界磁子リング 4を回転させた場合の回転力を阻止す. る行為は外部駆動力からは略 0 ( 0とする） となり、 磁束損失には含まなくてもよい。 そして、 また、 入出式の計算には損失エネルギーとして計算から除外することができ る。 また界磁子リング 4が電機子内を通過する時に起きる磁束による強励 はトンネ ル内の上下左右どの方向も距離と円形による励磁力は等しいので、励磁による磁束損 失は 0である。 よって界磁子リング 4の回転を阻害する要因とはならないので、 この 電機子の励磁損失は 0とする。 発電機としての性能は、 界磁子の質量と界磁子リング 4から放出する磁束との関係で決まることになる。 次に、 無負荷飽和で電圧を発生さ せる値は励磁電流を流して電磁力で発電する構造ではなく、界磁子リング 4からの磁 束を用いているので、界磁子リング 4の回転速度を調整して無負荷飽和による飽和電 圧を計測するこ,とになる。 この結果飽和電圧の値は従来の同期発電機による値よりも 大きな値となる。 そして電機子コイル 7を短絡して、 流れる電流で短絡電流値の値も 励磁電流を流して磁束と電機子コィル 7の電流の比率を調べる従来の形式とは異な り、 界磁子リング 4が励磁磁束に変わったことで界磁子リング 4を回転させると、 こ の短絡電流は回転速度に比例して大きくなり、，この比率の角度は従来の短絡曲線より も上昇カーブを描くことになる。 このようにして、 励磁極に電流を流して、 その励磁 により磁束変化に対する比率で判明した現象が、 この装置では界磁子リング 4から放 出される磁束の変化となる。 よって、 従来の同期発電機のような変換に必要な励磁極 損失部分が除外されることで、 短絡比 = Kは大きくなる。 このことで、 負荷の電圧降 下は従来の発電機よりも改善されることになる。 '
従来の同期発電機との違いは、界磁子リング 4の回転数を一定で測定していたも のを界磁子リング 4の放出磁束の変化はないので、 この界磁子リング 4の回転速度を 調整して測定することになる。 結論として、 界磁子リング 4の性能 （極性の同じ磁極 同士を接近させて、 その時の放出磁束） と円筒円形状の電機子の構造が発電機として 効果を上げる、 この構造で性能が決まる。 本発明はこの最も良い条件を満足できる構 造の発電機といえる。 符号の説明
1 駆動電動機
2 駆動シャフト '
3 駆動用 Vプーリ
4 界磁子リング
.5 接続部材 '
51 接続部材 I
52 接続部材 Π
53 接続ナツト
54 接続座
55 締付けボルト
6 電機子
7 電機子コイル
8 , 電機子コア '
800 薄板鋼板
801 薄板鋼板
10 内側ローラ装置
10 a 内側ローラ
10 b 支持ボルト軸
10 c 支持ボルト
1 1 外側ローラ装置
1 1 a 外側ローラ l i b 支持ボルト軸
1 1 c 支持ボルト
12 外側ローラ装置
12 a 外側ローラ
12 b 支持ボルト軸
12 c 支持ボルト 1 6 Vベルト
1 7 ローラ駆動用 Vプーリ
1 9 ベース
2 0 電機子取付け位置調整用調整材 （電機子ケーシング)
2 1 ベース鋼板 （受け皿）
C 1 コンデンサ
C 2 コンデンサ
. E 磁力誘導起電力
L インダクタンス
R コイル抵抗 産業上の利用可能性
' 上のように、本発明は、 界磁子リングの同極同士を強制接近させることで放出 ' 磁束密度量を増やしながら、 回転する構造を採用することで、 例えば、 電機子コイル 内を通過する磁束を介して磁力誘導起電力を発生する構成の発電機である。そして、 この発電機は従来の熱エネルギー変換で界磁子リングを回転し、電力を取出す方式と することで、石油等の燃料及び Z又は燃料を噴射しながら爆発する構成を採用しない こと力 ら、 爆発等の危険性と、 構造の複雑ィヒを回避できる有益性 ·実用性等を備える。 また海水中に、 石油等の燃料が流出することによる海水汚染の心配も皆無である。 さ らに放射線を放出して人体に影響を与えることもない。 .
即ち、 本発明は、装置を稼動させるエネルギーとして蓄電池に蓄積した電力を使 用して駆動源とする構造であり、発電機の運転で生じた電力の負荷側からリターンし、 蓄電池を充電して継続運転を可能とする。 従って、 永久磁石だけの使用では発電容量 を確保できない欠点を解消し、かつ装置全体の小型化を達成しながら電力の倍率を図 るために、 本発明では、 この小型の発電機を多数基設備して供給する構; l とし、 要望 がある大電力の需要に応じることを意図する。 またピーク負荷の対応としては、 界磁 子リングの回転速度の上昇を見込める範囲に定格電力値を定めることで発電する構 造にすることも可能であり、 各種の要望に対応できることは明らかである。 そして、 この装置に必要とする部品点数を少なくし、かっこの部品も安価に購入可能であるこ と力 ら、 低価格の発電機を製作、 かつ提供でき、 実用的で、 業界に福音をもたらすこ とは明らかである。 '
以上のような経済性、 実用性、 .また有益性を備えることから、 本発明は、 多くの 産業用機械の駆動の電源として採用できる.。 殊に、 今日の花形産業である。 例えば、 自動車のエンジンへの搭載を始めとして、 例えば、 船舶の発電機、 産業機械の発電機 等の駆動源への採用と、 殊に、 最大の目的は、 発電所に設置し、 人類の生活に役立つ エネルギーの供給に貢献できる。

Claims

請 求 の 囲
界磁子リングが、 弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した永久磁石の棒磁石 と、この棒磁石の両端に接着した反磁性体の接続部材とでなる構成であって、 この界磁子リングは、 その棒磁石の極性が同一になるように、 これらを強制 接近して、 つなぎ合わせて接続し、 この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、 同一 の極性間で同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性 で接続した同一極性の磁束が放出され、かつ磁軸から直角方向に放出磁束がで きて、その先端が潰れた楕円形の放出磁束が連続状態のリングと ¾ることを特 ί敷とし、 .
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してべ一 ス鋼板内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電 機子コアで覆う構造とし、 '
さらに前記回転機構の 1個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する 駆動機構を装備する構成とした、界磁子リングの回転を介して電機子コイルに 磁力誘導起電力を発生する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発 電機。
界磁子リングを支える支持数を 3箇所で支える構造であって、
この 1組の支持構造は、 内側に 1個 內側ローラ装置を持ち、 また外側に 2 個の外側口ーラ装置を持つ組み合わせであり、この外側ローラ装置は円形の磁 石を包含するように角度をもって設置するとともに、この内外側ローラ装置は、 回転の安定性と、摩擦抵抗値等を考慮し、 3箇所で支持する構成とすること、 またこの內外側ローラ装置の駆動部分は、 この内外側ローラ装置の軸両側か ら界磁子リング面に、 略' 9 0 ° の方向に圧力を加え、 かっこの内外側ローラ装 置の素材を、外周が膨らむ構造とし、 この界磁子リング面に圧力を加える構造 のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
電機子コイルの外周に、 円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる構成で めって、
この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目 で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上 に、 強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、 この多 数枚の薄板鋼板の短辺を弓状に曲げて積層し、 この多数枚積層した状態で、 そ の長辺を 9 0 ° .の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、 この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、 この隙間に微細 粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コィ. ルに被せる。 換言すると、 半割りの弓状の薄板鋼板を 9 0 ° 捻りした半割り状 態に仕上げてリング状の電機子コイルの上に被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、.開放する。 この開放により、例えば、界磁子])ングが電機子コアを抜け出した時に励磁に よる界磁子リングの引き戻しを緩和 （界磁子リン'グからの磁束力 S、 電機子コア が入出する時に、 この電機子コアを励磁するが、 この励磁力をべクトル的に相 殺して緩和）する役目を加担できるように構成した構造のリング形状の回転で 発電する構成とした発電機。
電機子コイルに収容固定される界磁子リングは、
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リングが通過するように高 さと、横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるよう に調整材を入れて調整し、 '
そして、 この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、 この電機 子コイルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復帰 による前後方向の振幅抑止と、またこの電機子コィルの負荷力率の変動等によ る位相のズレ防止と、電機子コイルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを 図ることを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。 ' 電機子コイルの負荷電力の力率変動で、 この電機子コイルの反作用が生じる ことを回避する構成であって、 '
この電機子コイルの同期リアクタンスと同時に、 この電機子コイルの捲線の 抵抗とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るた めに、回路中にコンデンサを並列接続に投入し、 このコンデンサ容量を適量に 投入し、 この界磁子リングの駆動動力容量に影響を与えず、 かつ発電容量に変 動を与えないことを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした 発電機。
ベース鋼板に収容される電機子コアと、 内外側ローラ装置の組合せ構造であ つて、 ·
この電機子コアの数量と、 内外側ローラ装置の数量は何組でも、適宜変更可 能で、かつ組合せ成立可能とする構成とした構造のリング形状の回転で発電す る構成とした発電機。
界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、
この駆動機構は、 界磁子リングに少し隙間を持たせ、 かつ電機子コイルを捲 き、電流を交互に流し、 この界磁子リングの極性との関係で吸引と.反発を繰り 返し、 この界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子 •コイルに直接電流を投入し、駆動電動機とした構成等を採用する構造の発電機。 界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流を流すと電動機と して、 界磁子リングを回転する構造の発電機。
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