WO2014007078A1 - エネルギー変換装置 - Google Patents

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WO2014007078A1
WO2014007078A1 PCT/JP2013/067070 JP2013067070W WO2014007078A1 WO 2014007078 A1 WO2014007078 A1 WO 2014007078A1 JP 2013067070 W JP2013067070 W JP 2013067070W WO 2014007078 A1 WO2014007078 A1 WO 2014007078A1
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magnet
magnet holder
conversion device
energy conversion
gear
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PCT/JP2013/067070
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Inventor
勝行 上林
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真銅 弘
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Priority to US14/240,364 priority patent/US8994238B2/en
Priority to EP13812983.8A priority patent/EP2871757B1/en
Priority to CA2873558A priority patent/CA2873558C/en
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the present invention relates to an energy conversion device that converts electric energy and mechanical energy from one to the other.
  • the generator converts mechanical energy into electrical energy.
  • the motor converts electrical energy into mechanical energy. Energy loss occurs during conversion between electrical and mechanical energy. In order to increase the utilization efficiency of the energy given to the generator or the motor, it is required to reduce the loss generated during the energy conversion as much as possible.
  • Patent Document 1 discloses a generator having high power generation efficiency while being small and lightweight.
  • the generator disclosed in this document includes a ring in which a plurality of permanent magnets are accommodated, a coil that is arranged so that the permanent magnets pass through the rotation of the ring, and a ring that rotates and supports the ring.
  • a roller conveyor is placed under the ring. According to this configuration, since the iron core of the coil is not necessary, the generator can be reduced in size and weight. Furthermore, since the ring can be rotated with a small force, the loss of mechanical energy is reduced. As a result, more electric energy can be extracted from the generator, so that power generation efficiency can be increased.
  • Patent Document 2 JP 2009-22140 A (Patent Document 2), a rubber roller for rotating the ring is added to the configuration in which a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape penetrates a plurality of coils as described above.
  • a rotary generator is disclosed. This rubber roller is in contact with the outer surface of the ring. Therefore, the ring is held by the rubber roller and rotates as the rubber roller rotates.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 7-23547 (Patent Document 3) and International Publication No. 2008/032410 (Patent Document 4) disclose configurations similar to those of Patent Document 2 described above. That is, in the generator disclosed in either Patent Document 3 or Patent Document 4, a ring for fixing the permanent magnet is in contact with the roller. The ring is held and rotated by this roller.
  • the output of the generator can be increased by increasing the number of permanent magnets.
  • increasing the number of permanent magnets or increasing the size of the permanent magnets causes a problem that the weight of the ring on which the permanent magnets are mounted increases.
  • the generators disclosed in each of the above Patent Documents 1 to 4 each have a structure for lightening the rotation of the ring.
  • the roller or the rolling element is pressed from above by the ring. This makes it difficult to achieve light rotation of the ring. If the ring cannot be rotated lightly, the loss of kinetic energy associated with the rotation of the ring increases. Therefore, the output of the generator cannot be increased as expected.
  • Patent Documents 1 to 4 show a structure for rotating and holding a ring on which a permanent magnet is mounted, there is nothing about a structure necessary for increasing the output of an energy conversion device (generator or motor). Not specifically described.
  • the present invention is for solving the above-described problems, and an object thereof is to make it possible to increase the output of an energy conversion device including permanent magnets arranged in a ring shape.
  • An energy conversion device is an energy conversion device that converts electric energy and mechanical energy from one to the other.
  • the energy conversion device includes a magnet ring.
  • the magnet ring is formed in a ring shape having a ring-shaped magnet holder formed with a magnet box having an open top, a permanent magnet accommodated in the magnet box of the magnet holder, and a width wider than the width of the magnet holder.
  • a cover attached to the upper surface of the magnet holder concentrically with the magnet holder and having an extending portion extending in a radial direction of the magnet holder from the magnet holder, and the cover and the magnet so as to be concentric with the magnet holder and the cover And a gear fixed to the holder.
  • the energy conversion device accommodates a magnet ring and has a ring-shaped case formed with a window portion that exposes a part of the gear to the outside, and a bottom surface of the case and a cover between the inner surface of the case and the magnet holder.
  • a plurality of wheels arranged so as to be in contact with the extending portion of each of the plurality of wheels, a regulating member for defining a relative distance between the plurality of wheels through which a rotation shaft of each of the plurality of wheels is passed, and a periphery of the case And at least one coil wound around.
  • the magnet ring is supported by a plurality of wheels sandwiched between the extended portion of the cover and the bottom surface of the case. Since the weight of the magnet ring is distributed to a plurality of wheels, the force applied to one wheel is reduced. Further, each wheel is in contact with the extended portion of the cover and the bottom surface of the case with a small area. For this reason, even if the weight of a magnet ring increases, a wheel can be rotated lightly. That is, the rotation of the magnet ring can be lightened. Since the rotation of the magnet ring becomes light, energy loss accompanying the rotation of the magnet ring can be reduced. Therefore, the output of an energy converter provided with a permanent magnet arranged in a ring shape can be increased.
  • the energy conversion device may be a device that converts electrical energy into mechanical energy (ie, a motor), or a device that converts mechanical energy into electrical energy (ie, a generator).
  • the number of magnet boxes formed on the magnet ring is not particularly limited as long as it is at least one. Similarly, there may be at least one coil, and there may be a plurality of coils.
  • each of the plurality of wheels includes at least two disks connected by a rotating shaft.
  • the energy conversion device further includes a rolling element disposed between the inner wall surface of the case and at least one of the cover and the magnet holder.
  • the rotation of the magnet ring can be stabilized.
  • centrifugal force acts on the magnet ring.
  • the rolling element can suppress the vibration of the magnet ring.
  • the rolling element assists the rotation of the magnet ring. Thereby, rotation of a magnet ring can be stabilized.
  • the inner radius of the gear is larger than the inner radius of the case.
  • the rolling element is disposed between the gear and the inner wall surface of the case.
  • the energy conversion device further includes a container provided above the case, and a spherical magnet accommodated in the container so as to be freely rotatable in the container.
  • the rotation of the magnet ring can be further reduced by utilizing the repulsive force and attractive force between the permanent magnet accommodated in the magnet holder and the spherical magnet.
  • the cross section of the magnet holder along the radial direction of the magnet holder is substantially rectangular.
  • the cross section of the case along the radial direction of the case is substantially rectangular.
  • the coil has a substantially rectangular cross section.
  • the gap between the magnet holder and the case can be reduced. Therefore, the clearance gap between the coil wound around the case and the permanent magnet accommodated in the magnet holder can also be reduced.
  • the magnetic coupling between the permanent magnet and the coil can be increased. Therefore, the output of the energy conversion device can be increased.
  • the energy conversion device is a generator.
  • the gear is meshed with the power source gear.
  • the energy conversion device is a motor.
  • the motor further includes a stator arranged to face the case.
  • the stator is provided outside the case.
  • the energy conversion device is provided on the outside of the stator and includes an additional magnet ring including a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape, an additional coil passed through the additional magnet ring, and an additional magnet ring And an additional stator disposed on the outside.
  • the stator is provided outside the case.
  • the energy conversion device is provided on the outer side of the stator, is formed with a gear having the same number of teeth as the gear, includes a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape, and passes through the additional magnet ring. And an additional coil and a synchronization mechanism for synchronizing the rotation of the magnet ring and the additional magnet ring with each other.
  • the synchronization mechanism includes a first gear that meshes with the gear, a second gear that meshes with the additional gear, and a rotating shaft that connects the first and second gears.
  • the number of teeth of the first gear is equal to the number of teeth of the second gear.
  • the stator can be shared between the two magnet rings.
  • the output of the energy conversion device can be further increased.
  • the magnet ring is supported and rotated by a plurality of wheels sandwiched between the extended portion of the cover and the bottom surface of the case. Therefore, even if the weight of a magnet ring increases, the rotation of the magnet ring can be lightened. Therefore, the output of an energy converter provided with a permanent magnet arranged in a ring shape can be increased.
  • FIG. 1 is a top perspective view schematically showing a main part of an energy conversion device according to a first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the cross section of the energy converter along the II-II direction of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the energy conversion device along III-III in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view of the magnet holder shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section of the magnet holder along the VV direction of FIG. 4. It is a figure for demonstrating arrangement
  • FIG. 15 is a top view of the defining member and the wheel shown in FIG. 14. It is the figure which showed another example of the structure of a prescription
  • FIG. 18 is a side view of the configuration shown in FIG. 17. It is the figure explaining the wheel comprised with a single disc. It is the figure which showed the structure of the 1st comparative example. It is the top view which showed the structure of the 2nd comparative example.
  • FIG. 22 is an elevational view showing a part of the comparative example shown in FIG. 21. It is the figure explaining the cross section of the general coil. It is sectional drawing which showed typically the arrangement
  • FIG. 31 is a side view schematically illustrating the configuration illustrated in FIG. 30. It is the figure which showed one Example in which the energy converter which concerns on embodiment of this invention is used as a motor (electric motor).
  • FIG. 33 is a side view schematically illustrating the configuration illustrated in FIG. 32. It is the schematic diagram which showed another Example of the energy converter which concerns on embodiment of this invention. It is the schematic diagram which showed another Example of the energy converter which concerns on embodiment of this invention. It is the figure which showed the structural example of the mechanism which rotates two magnet rings synchronously.
  • FIG. 1 is a top perspective view schematically showing the main part of the energy conversion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the energy conversion device along the II-II direction of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the energy conversion device taken along the line III-III in FIG.
  • the energy conversion device 100 is installed on a horizontal plane.
  • the term “horizontal plane” means a plane that intersects the direction of gravity, and is not limited to a plane that intersects the gravity direction at an angle of exactly 90 °. However, it is preferable in terms of the operation of the energy conversion device 100 to place the energy conversion device 100 on a surface as close to 90 ° as possible with the direction of gravity.
  • the vertical direction means the direction of gravity (vertical direction).
  • the energy conversion device 100 includes a permanent magnet 1, a magnet holder 2, a cover 3, a gear 4, a case 5, wheels 6, rolling elements 7, and a coil 8.
  • the permanent magnet 1, the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4 constitute a magnet ring.
  • the permanent magnet 1 is accommodated in a magnet box 2 a formed in the magnet holder 2.
  • ten permanent magnets are shown to be accommodated in the magnet holder 2.
  • this configuration is an example, and the number of permanent magnets 1 accommodated in the magnet holder 2 may be at least one.
  • a rare earth magnet is preferably used.
  • rare earth magnets have a stronger magnetic force (coercivity) than ferrite magnets of the same size.
  • a samarium cobalt magnet or a neodymium magnet can be used.
  • a neodymium magnet is particularly preferably used.
  • Neodymium magnets generally have the same size and strong magnetic force (coercivity) compared to samarium cobalt magnets. Therefore, for example, a small permanent magnet can be used. Or compared with the case where the samarium cobalt magnet of the same size is used, the output of an energy converter can be raised (a big energy is taken out) by using a neodymium magnet.
  • the embodiment of the present invention does not exclude permanent magnets other than rare earth magnets. Of course, a ferrite magnet can be used for the permanent magnet 1.
  • the magnet holder 2 is formed in a ring shape and holds the permanent magnet 1.
  • the upper part of the magnet box 2a is opened. Therefore, the permanent magnet 1 is inserted into the magnet box 2 a from above the magnet holder 2.
  • a plurality of magnet boxes are formed in the magnet holder 2. By inserting the permanent magnet 1 into the magnet box 2a, the permanent magnet 1 is arranged in a ring shape.
  • the permanent magnet 1 may be accommodated in all the magnet boxes 2a, and the permanent magnet 1 may not be contained in at least one of the plurality of magnet boxes 2a.
  • the magnet holder 2 is made of a nonmagnetic material. If it is a nonmagnetic material, the material of the magnet holder 2 will not be specifically limited. In one embodiment, the magnet holder 2 is formed of a nonmagnetic metal (eg, aluminum). If the temperature of the permanent magnet 1 becomes too high, the permanent magnet 1 may be demagnetized. That is, the magnetic force of the permanent magnet 1 may become weak. By forming the magnet holder 2 from a nonmagnetic metal, the heat generated in the permanent magnet 1 can be efficiently dissipated to the outside, so that the possibility of such a problem can be reduced. In another embodiment, the magnet holder 2 is formed of a resin material. By forming the magnet holder 2 with a resin material, the weight of the magnet holder 2 can be reduced. In addition, the magnet holder 2 can be easily molded.
  • a nonmagnetic metal eg, aluminum
  • the cover 3 is formed in a ring shape and covers the upper surface of the magnet holder 2.
  • the cover 3 is attached to the magnet holder 2 so as to be concentric with the magnet holder 2.
  • the cover 3 is formed wider than the magnet holder 2. Therefore, in the state where the cover 3 is attached to the magnet holder 2, the extending portion 3 a is formed in the cover 3.
  • the extending part 3 a is a part of the cover 3 protruding from the magnet holder 2. In this embodiment, the extending portion 3 a extends in the inner diameter direction of the magnet holder 2.
  • the gear 4 is mechanically fixed to the cover 3 and the magnet holder 2.
  • the gear 4 is formed in a ring shape and is arranged concentrically with the magnet holder 2 together with the cover 3.
  • a screw 11 is used to fix the gear 4 and the cover 3. The screw 11 passes through the gear 4 and the cover 3 and is fixed to the magnet holder 2.
  • the upper surface of the gear 4 is processed so that the head of the screw 11 does not protrude from the upper surface of the gear 4.
  • the gear 4 is formed with external teeth for meshing with a gear (not shown) outside the energy conversion device 100.
  • the external teeth of the gear 4 are directed outward with respect to the rotation axis of the magnet holder 2.
  • the gear 4 is wider than the magnet holder 2.
  • the gear 4 extends from the magnet holder 2 in the inner diameter direction of the magnet holder 2.
  • the width of the gear 4 is smaller than the width of the cover 3.
  • the inner diameter of the gear 4 is larger than the inner diameter of the cover 3.
  • the outer diameter of the gear 4 is almost the same as the outer diameter of the cover 3. Therefore, a space is formed between the inner surface of the case 5 and the gear 4.
  • the rolling elements 7 are arranged in this space.
  • the case 5 accommodates the magnet ring, that is, the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4 in which permanent magnets are accommodated.
  • the case 5 is formed in a ring shape having a common center with the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4.
  • a point P indicates a common center of the magnet holder 2, the cover 3, the gear 4, and the case 5.
  • the center represented by the point P corresponds to the rotation axis shown in FIGS. Also in the drawings to be described hereinafter, the relationship between the point P and the rotation axis is the same as the above relationship, so the description will not be repeated.
  • a window portion 5a for exposing a part of the gear 4 to the outside is formed in the case 5.
  • An external gear (not shown) can be meshed with the gear 4 in the window portion 5a.
  • the location in which the window part 5a is formed is not limited.
  • the window part 5a is not limited to what is formed in one place of the case 5, and may be formed in the several place of the case 5.
  • the wheel 6 has discs 6a and 6b and a rotating shaft 6c that connects the discs 6a and 6b.
  • the wheel 6 is disposed between the inner surface of the case 5 and the magnet holder 2. Further, the wheel 6 is in contact with the bottom of the case 5 and the extending portion 3 a of the cover 3. That is, the wheel 6 supports the magnet holder 2 in which the permanent magnet 1 is accommodated by supporting the extending portion 3 a of the cover 3. As the magnet holder 2 rotates, the wheel 6 rotates. With the rotation of the wheel 6, the magnet holder 2 can be smoothly rotated.
  • the number of wheels 6 is preferably 2 or more. Furthermore, in order to rotate the magnet holder 2 stably, it is preferable that the number of the wheels 6 is three or more. Ideally, the wheel 6 and the cover 3 contact each other at a point. One plane is defined by three points. If the number of wheels 6 is 3, the cover 3 comes into contact with each wheel 6 so that the surface of the cover 3 coincides with the above "one plane". Therefore, for example, it is possible to prevent the cover 3 from tilting or vibrating up and down while the magnet holder 2 is rotating.
  • each wheel 6 is passed through the defining member 9. Thereby, the relative distance between the plurality of wheels 6 is defined. Even if the cover 3 rotates with the rotation of the magnet holder 2, the relative distance between the plurality of wheels 6 is not changed by the defining member 9. Thereby, while the wheel 6 can support the cover 3 stably, the magnet holder 2 can be continuously rotated smoothly.
  • the defining member 9 is preferably formed so that a contact portion with the rotating shaft 6c is as small as possible. A specific example of the defining member 9 will be described in detail later.
  • the magnet holder 2 is suspended from the cover 3 and the wheels 6 support the cover 3. Therefore, it is desirable that the cover 3 has a certain degree of strength.
  • the material of the cover 3 is not particularly limited, and is, for example, a metal or a resin.
  • the wheel 6 also needs to have a strength that can withstand the weight of the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4. Furthermore, when the magnet holder 2 rotates at high speed, the wheel 6 also rotates at high speed by the rotation of the cover 3. For this reason, it is preferable that the wheel 6 is as light as possible so that high-speed rotation is possible. Therefore, wheel 6 is formed of metal (for example, aluminum), for example.
  • the rolling element 7 is a non-magnetic sphere.
  • the rolling element 7 is in contact with the gear 4 and the inner surface of the case 5. Thereby, when the magnet holder 2 rotates, it can prevent that the magnet holder 2 vibrates in the left-right direction (the radial direction of the magnet holder 2).
  • the cover 3 is in contact with the wheel 6, the frictional force between the cover 3 and the wheel 6 is small. Therefore, when the magnet holder 2 rotates, the cover 3 may slide in the left-right direction due to centrifugal force.
  • the cover 3 By disposing the rolling element 7 in contact with the gear 4 and the inner surface of the case 5, the cover 3 can be prevented from sliding in the left-right direction, so that the magnet holder 2 vibrates in the left-right direction (the radial direction of the magnet holder 2). Can be prevented. Therefore, the rotation of the magnet holder 2 can be stabilized.
  • a ball bearing is constituted by the case 5, the rolling elements 7 and the gear 4.
  • the rotation of the magnet holder 2 can be assisted. This also makes it possible to stabilize the rotation of the magnet holder 2.
  • the rolling element 7 is in contact with the upper surface (the surface facing the gear 4) inside the case 5 in addition to the inner surface of the gear 4 and the case 5. Thereby, when the magnet holder 2 rotates, the vibration of the magnet holder 2 can be suppressed not only in the horizontal direction but also in the vertical direction.
  • a cylinder (roller) may be used for the rolling element 7.
  • the cylinder (roller) is provided such that the side surface of the cylinder (roller) is in contact with the inner surface of the gear 4 and the case 5. According to this configuration, it is possible to prevent the magnet holder 2 from vibrating in the left-right direction (the radial direction of the magnet holder 2).
  • the coil 8 is wound around the winding frame 10.
  • the reel 10 is passed through the case 5. Therefore, the coil 8 is wound around the case 5.
  • the wire material and the number of turns of the coil 8 are not particularly limited.
  • the reel 10 also serves as a support member for supporting the energy conversion device 100 on a plane.
  • the cross section of the magnet holder 2 is rectangular. Furthermore, the cross section of the case 5 is also rectangular.
  • the cross section of the winding frame is circular, the distance between the magnet holder 2 and the coil 8 may increase. When the distance between the coil 8 and the permanent magnet 1 increases, the magnetic coupling force between the coil 8 and the permanent magnet 1 decreases.
  • the cross section of the winding frame 10 is also rectangular, the distance between the magnet holder 2 and the coil 8 can be made as short as possible. Thereby, the fall of the magnetic coupling force between the coil 8 and the permanent magnet 1 can be suppressed.
  • the wheel 6 is greatly drawn in the left-right direction in order to clearly show the structure of the wheel 6.
  • the width of the wheel 6 in the left-right direction is preferably as small as possible.
  • the number of coils 8 may be at least one and is not particularly limited.
  • the number of the coils 8 is plural, it is preferable that the plural coils are arranged at an equal angle on the circumference defined by the case 5.
  • the energy conversion device 100 is configured to be able to convert from one of electrical energy (electric power) and mechanical energy (kinetic energy) to the other.
  • the energy conversion device 100 is used as a generator.
  • an external gear meshing with the gear 4 is rotated by a power source.
  • the kinetic energy for rotating the magnet holder 2 is given to the energy converter 100.
  • the permanent magnet 1 accommodated in the magnet holder 2 penetrates the inside of the coil 8, a voltage is generated in the coil 8. Therefore, electric energy can be taken out from the energy conversion device 100. That is, the energy conversion device 100 converts mechanical energy into electrical energy.
  • the energy conversion device 100 is used as a motor (electric motor).
  • the magnet holder 2 functions as a rotor, and the plurality of coils 8 function as stators.
  • electric energy is given to the energy conversion device 100.
  • the plurality of coils 8 are arranged at a predetermined electrical angle.
  • the polarity of the voltage applied to each of the plurality of first coils is switched in synchronization with the electrical angle.
  • the magnet holder 2 in which the permanent magnet 1 is accommodated rotates. That is, the energy conversion device 100 converts electrical energy into mechanical energy.
  • An example of the usage form of the energy conversion device 100 will be described in detail later.
  • FIG. 4 is a perspective view of the magnet holder 2 shown in FIGS.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section of the magnet holder 2 along the direction VV of FIG.
  • a plurality of magnet boxes 2 a are formed in the magnet holder 2.
  • the upper part of the magnet box 2a is opened.
  • the magnet holder 2 is formed with a screw hole 2b for fixing the screw 11 shown in FIGS.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement of permanent magnets in the magnet holder.
  • ten permanent magnets 1a to 1j are arranged and held along the circumference 12 inside magnet holder 2.
  • the two adjacent permanent magnets are arranged inside the magnet holder 2 so that the same poles (N poles or S poles) face each other. It is arranged with.
  • the number of permanent magnets accommodated in the magnet holder 2 may be at least one.
  • the number of permanent magnets stored in the magnet holder 2 is not limited to ten.
  • the number of permanent magnets accommodated in the magnet holder 2 is appropriately determined according to the performance, dimensions, the number and arrangement of the coils 8 of the energy conversion device 100.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a first configuration example of the permanent magnet.
  • permanent magnet 1 includes a plurality of magnet blocks 1.1 each formed in a fan shape.
  • the length of the outer periphery of the magnet block 1.1 (the thickness of the magnet block 1.1) is t1.
  • the outer peripheral length L1 of the permanent magnet 1 can be made as close as possible to the outer peripheral length of the magnet box 2a (see FIG. 4). Therefore, as many magnet blocks 1.1 as possible can be arranged inside the magnet box 2a.
  • Two adjacent magnet blocks are arranged so that the north and south poles face each other.
  • FIG. 8 is a diagram showing a second configuration example of the permanent magnet.
  • permanent magnet 1 includes a plurality of rectangular parallelepiped (square) magnet blocks 1.2.
  • the thickness of the magnet block 1.2 is t2.
  • the length L2 of the permanent magnet 1 is made as close as possible to the inner circumference of the magnet box 2a (see FIG. 4). Can do.
  • two adjacent magnet blocks are arranged so that the N pole and the S pole face each other.
  • a permanent magnet having a strong coercive force such as a neodymium magnet
  • a permanent magnet having a strong coercive force such as a neodymium magnet
  • one permanent magnet 1 is configured by arranging a plurality of magnet blocks side by side. The magnetic force can be adjusted by adjusting the number of magnet blocks. Therefore, the magnetic force of the permanent magnet 1 can be increased.
  • FIG. 9 is a view showing an example of the magnet holder 2 configured to be disassembled.
  • the magnet holder 2 can be disassembled into eight parts 2.1 to 2.8.
  • the magnet holder 2 is formed by joining the parts.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a structure related to joining of the components of the magnet holder.
  • four pin holes 2d, two concave portions 2e, and two convex portions 2f are formed on the joint surface of component 2.1.
  • a pin hole is formed at a position corresponding to the pin hole 2d on the joint surface side of the component 2.2, and the pin 2g is inserted into the pin hole.
  • the convex part 2h fitted to the concave part 2e of the part 2.1 and the convex part 2i fitted to the convex part 2f of the part 2.1 are formed on the joint surface of the part 2.2.
  • the component 2.1 and the component 2.2 are joined by inserting the pin 2g into the pin hole 2d and fitting the concave portion and the convex portion.
  • the structure for joining the other components is the same as that shown in FIG.
  • the cover 3, the gear 4 and the case 5 are also formed in a ring shape. Therefore, the cover 3, the gear 4, and the case 5 are also configured to be divided into a plurality of parts, like the magnet holder 2.
  • a configuration similar to the configuration in the magnet holder 2 can be applied to the configuration for joining a plurality of components.
  • FIG. 11 is a first diagram showing a configuration related to the coil 8.
  • FIG. 12 is a second diagram showing a configuration related to the coil. Referring to FIGS. 11 and 12, the winding frame 10 around which the coil 8 is wound is fixed to the base 15 with pins 10a and screws 10b. The surface of the base 15 corresponds to the installation surface of the energy conversion device 100. The pin 10 a is installed on the surface of the base 15.
  • screw holes are formed in the base 15.
  • a pin hole 10 c into which the pin 10 a is inserted is formed toward the inside of the winding frame 10, and a through hole for passing the screw 10 b is formed.
  • Both the pin and the screw are not limited to be necessary, and the winding frame 10 can be fixed to the base 15 by any one of the pin and the screw.
  • the winding frame 10 of the coil 8 may be configured such that it can be divided in the vertical direction, for example.
  • the winding frame 10 is assembled so as to sandwich the case 5, and the coil 8 is wound around the winding frame 10.
  • the winding frame 10 is installed on the base 15 as shown in FIGS. 11 and 12. Further, not only the winding frame 10 but also the coil 8 may be divided.
  • the energy conversion device can be assembled without dividing the magnet holder 2, the cover 3, the gear 4 and the case 5 into a plurality of parts.
  • the cover 3 attached to the magnet holder 2 is supported by a plurality of wheels 6. Furthermore, the plurality of wheels 6 rotate with the rotation of the magnet holder 2 (the rotation of the cover 3).
  • FIG. 13 is a top view showing the arrangement of the plurality of wheels 6.
  • the rotation shafts of the plurality of wheels 6 are passed through the defining member 9.
  • the defining member 9 is formed in an annular shape. Therefore, the plurality of wheels 6 are arranged on the circumference.
  • the relative distance between the two wheels 6 (distance D shown in FIG. 13) is kept constant by the defining member 9.
  • the some wheel 6 is arrange
  • the whole of the plurality of wheels 6 and the defining member 9 rotate along a circumference determined by the defining member 9.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of the defining member.
  • FIG. 15 is a top view of the defining member and the wheel shown in FIG. Referring to FIGS. 14 and 15, rotating shaft 6c is formed as a pin for fixing disks 6a and 6b. The discs 6a and 6b are formed with through holes for passing the rotating shaft 6c. Further, the defining member 9 is also formed with a through hole 9a for passing the rotating shaft 6c (pin).
  • FIG. 16 is a diagram showing another example of the configuration of the defining member.
  • notch 9 b is formed in defining member 9.
  • the notch 9 b is hooked on the rotating shaft 6 c of the wheel 6.
  • a through hole 9a or a notch 9b is formed so that the contact portion between the rotating shaft 6c and the defining member 9 is as small as possible. It is preferable.
  • the present invention is not limited to the configuration shown in FIGS. 14 to 16, and various configurations can be adopted as the defining member.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the effect of the wheel 6. Referring to FIG. 17, to simplify the description, it is assumed that the cover 3 to which the magnet holder 2 is attached and the gear 4 attached to the cover 3 are supported by three wheels 6. A permanent magnet 1 is accommodated in the magnet holder 2. Also, for the sake of simplicity, the defining member 9 is not shown in FIG.
  • the whole weight of the magnet holder 2 including the permanent magnet 1, the cover 3 and the gear 4 is applied to the three wheels 6. Therefore, the force F1 (load) is applied downward to the portion of the wheel 6 that contacts the cover 3. On the other hand, a force F2 having the same magnitude as the force F1 is applied upward to a portion of the wheel 6 in contact with the case 5 due to a reaction to the load on the wheel 6.
  • the force F1 is equal to the weight of the magnet holder 2 including the permanent magnet 1, the weight of the cover 3, and the weight of the gear 4 divided by the number of wheels 6.
  • a plurality of wheels are used. Accordingly, the force F1 applied to one wheel 6 is reduced.
  • the force F1 decreases as the number of wheels 6 increases.
  • FIG. 18 is a side view of the configuration shown in FIG.
  • the contact portion 16a is a portion that contacts the cover 3 in the disc 6a.
  • the contact part 16b is a part which contacts the case 5 in the disc 6a.
  • the contact portion 16c is a portion that contacts the cover 3 in the disc 6b
  • the contact portion 16d is a portion that contacts the case 5 in the disc 6b.
  • the width of the wheel 6 is W
  • the width of the disks 6a and 6b is W1.
  • each of the forces F1 and F2 is distributed and applied to the two disks 6a and 6b. Therefore, the force applied to one disk is further reduced. Further, the width W1 of the contact portions 16a to 16d is small.
  • the weight of the magnet ring (magnet holder 2, cover 3 and gear 4) is distributed to the plurality of wheels 6, the force applied to one wheel 6 is reduced. Further, each wheel 6 is in contact with the extended portion of the cover 3 and the bottom surface of the case 5 with a small area. For this reason, even if the weight of a magnet ring increases, the wheel 6 can be rotated lightly. Thereby, rotation of a magnet ring can be lightened.
  • the wheel 6 is constituted by a single disk.
  • problems described below occur.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a wheel constituted by a single disc.
  • the width of the wheel 6 is the width W2 of the rotating shaft 6c, which is smaller than the width W shown in FIG. Therefore, the distance between the permanent magnet 1 and the coil (not shown in FIG. 19) can be shortened.
  • the forces F1 and F2 are applied only to the disc 6b. Accordingly, the disk 6b is pressed with a greater force than the configuration shown in FIG. Even if the widths of the contact portions 16a and 16b are reduced, the force applied to the disc 6b is increased, so that it is difficult to lightly rotate the disc 6b compared to the configuration shown in FIG.
  • the wheel 6 is constituted by a plurality of disks.
  • the force applied to each wheel is distributed to a plurality of disks, the force applied to one disk is reduced.
  • the area of the portion where one disc contacts the bottom surface of the cover 3 and the case 5 is small. Therefore, the rotation of the wheel 6 can be reduced.
  • the durability of the disk constituting the wheel 6 can be enhanced. By reducing the rotation of the wheel 6, energy loss can be reduced. Therefore, the output of the energy conversion device can be increased.
  • the wheel 6 is constituted by two disks 6a and 6b. However, when there is a margin in the allowable width of the wheel 6, the number of disks can be made larger than two.
  • FIG. 20 is a diagram showing a configuration of the first comparative example. This configuration is essentially the same as the configuration disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-283984). Referring to FIG. 20, bearing 21 is installed on the bottom surface of case 5. The magnet holder 2 is supported by being placed on the bearing 21.
  • the bearing 21 includes a support 21a and a ball 21b.
  • the ball 21b rotates. Thereby, rotation of the magnet holder 2 can be lightened.
  • the bottom surface of the magnet holder 2 comes into contact with the balls 21b spread under the magnet holder 2. Since the number of balls in contact with the magnet holder 2 increases, the total contact area increases.
  • the contact area between the magnet holder 2 and the ball 21b is reduced by increasing the size of the ball 21b.
  • the sectional area of the case 5 (the space inside the case 5) must be increased in order to accommodate both the magnet holder 2 and the bearing 21 in the case 5.
  • the cross-sectional area of the magnet holder 2 does not change. For this reason, the distance between the coil wound around the case 5 and the permanent magnet inside the magnet holder 2 is increased. When the distance between the coil and the permanent magnet is increased, the magnetic coupling force is reduced, so that it is difficult to increase the output of the energy conversion device.
  • the cover 3 attached to the magnet holder 2 is supported by the vertically placed wheels 6.
  • “Vertical placement” is a state in which the disks 6a and 6b are erected so that the rotation axis is in the horizontal direction.
  • the wheel 6 is in contact with only a small part of the cover 3, so the contact area is small. Therefore, the magnet holder 2 can be rotated lightly.
  • the diameter of the wheel 6 is approximately the same as the height of the magnet holder 2. Therefore, it is possible to eliminate the necessity of particularly expanding the space inside the case 5. Thereby, the distance between the permanent magnet accommodated in the magnet holder 2 and a coil can be shortened.
  • FIG. 21 is a top view showing the configuration of the second comparative example.
  • 22 is an elevational view showing a part of the comparative example shown in FIG.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-22140
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 7-23547
  • Patent Document 4 International Publication No. 2008/032410
  • This is a schematic illustration of the structure of the characteristic portion.
  • magnet holder 2 is supported by roller 23. Further, the roller 23 assists the rotation of the magnet holder 2.
  • the rotating shaft 23a of the roller 23 extends in the up-down direction. In other words, the roller 23 is placed horizontally.
  • the configuration shown in FIGS. 21 and 22 is essentially different from the configuration according to the embodiment of the present invention.
  • Increasing the number of permanent magnets 1 accommodated in the magnet holder 2 increases the weight of the magnet holder 2.
  • a rubber roller is used. Therefore, when the weight of the magnet holder 2 increases, the area of the portion (contact portion 23b) in contact with the magnet holder 2 on the surface of the roller 23 increases. As a result, the frictional force increases and the rotation of the magnet holder 2 becomes dull.
  • the rotating shaft 23a of the roller 23 may be inclined from the vertical direction due to the weight of the magnet holder 2. Thus, even when the roller 23 is distorted, the roller 23 is difficult to rotate. As a result, the rotation of the magnet holder 2 becomes dull.
  • the cover 3 attached to the magnet holder 2 is supported by the vertically placed wheels 6. Since force is applied in a direction perpendicular to the rotation axis of the wheel, the problem that the rotation axis of the wheel is inclined does not occur. Therefore, the magnet holder 2 can be rotated lightly compared with the structure of FIG. 21 and FIG.
  • the cross-sectional shape of the case 5 is substantially rectangular.
  • the cross-sectional shape is the shape of the cross section in the radial direction of the ring.
  • the cross-sectional shape of the winding frame 10 can also be made into a substantially rectangular shape.
  • the sectional shape of the magnet holder 2 is also substantially rectangular.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a cross section of a general coil.
  • the coil 8 has a circular cross section. Inside the coil 8, a magnet holder 2 that houses the permanent magnet 1 is disposed. However, useless space is increased inside the coil 8, and the distance between the permanent magnet 1 and the coil 8 is increased. Thereby, the magnetic coupling force between the permanent magnet 1 and the coil 8 is reduced.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing an arrangement relationship between the magnet holder and the coil according to the embodiment of the present invention.
  • the coil 8 has a rectangular cross section. That is, the coil 8 is wound around the magnet holder 2 so as to follow the cross-sectional shape of the magnet holder 2.
  • the magnetic coupling force between the permanent magnet 1 and the coil 8 can be increased. As a result, the output of the energy conversion device 100 can be increased.
  • the cover 3 is attached to the ring-shaped magnet holder 2 in which the permanent magnet 1 is accommodated.
  • the extension 3 a of the cover 3 is supported by the wheels 6.
  • the wheel 6 is placed vertically and contacts the extending portion 3 a of the cover 3 and the bottom surface of the case 5.
  • FIG. 25 is a top perspective view schematically showing the main part of the energy conversion device according to the second embodiment of the present invention.
  • an energy conversion device 101 according to the second embodiment includes a container 31 provided above the magnet holder 2 and a container 31 so as to be freely rotatable within the container 31. It differs from the energy converter 100 which concerns on 1st Embodiment by the point further provided with the spherical magnet 32 accommodated in 1st Embodiment. Since the configuration of other parts of energy conversion device 101 is the same as the configuration of the corresponding portion of energy conversion device 100 shown in FIG. 1, the following description will not be repeated.
  • the container 31 is disposed between the two coils 8.
  • the container 31 is supported by a support member installed so as to straddle the case 5, for example.
  • the arrangement of the container 31 is determined so that the support member does not interfere with the window 5 a of the case 5.
  • the method and means for fixing the container 31 are not particularly limited.
  • the spherical magnet 32 is a permanent magnet.
  • the spherical magnet 32 serves to assist the rotation of the permanent magnet 1 accommodated in the magnet holder 2.
  • the spherical magnet 32 is not particularly limited as long as it is a permanent magnet. Further, the size of the spherical magnet 32 can be appropriately determined.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining the rotation assistance of the permanent magnet by the spherical magnet.
  • FIG. 26 (a) shows a first stage of rotation of the permanent magnet.
  • FIG. 26 (b) shows a second stage of rotation of the permanent magnet.
  • FIG. 26 (c) shows a third stage of rotation of the permanent magnet.
  • the plurality of permanent magnets 1 are shown to move linearly from left to right on the page.
  • an attractive force is generated between the S pole of the permanent magnet and the N pole of the spherical magnet 32 in the second stage.
  • the rotation of the plurality of permanent magnets 1 is assisted by the component in the forward direction of the plurality of permanent magnets 1.
  • FIG. 26 shows the permanent magnet 1 accommodated in the magnet box 2 a of the magnet holder 2.
  • the permanent magnet 1 is composed of a plurality of magnet blocks (see FIGS. 7 and 8).
  • the effect acting between each of the plurality of magnet blocks and the spherical magnet 32 is the same as the effect shown in FIG.
  • the rotation of the magnet holder 2 in which the permanent magnet is accommodated can be further lightened by the spherical magnet.
  • the configuration of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention is not limited to the above configuration. Below, the modification of said structure for rotating the magnet holder 2 lightly is demonstrated. Note that the following modifications may be combined with the above configuration as appropriate.
  • FIG. 27 is a diagram showing a first modification of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • wheels 36 are provided inside case 5 in addition to wheels 6.
  • the wheel 36 has the same configuration as the wheel 6 and includes disks 36a and 36b and a rotation shaft 36c that connects the disks 36a and 36b.
  • a plurality of wheels 36 are provided like the wheel 6, it is preferable that a plurality of wheels 36 are provided. Therefore, a defining member 39 for defining a relative distance between the plurality of wheels 36 is provided.
  • the rotating shaft 36 c of the wheel 36 is passed through the defining member 39.
  • the configuration of the defining member 39 can be the same as the configuration of the defining member 9 shown in FIGS.
  • the wheel 36 is located on the opposite side of the wheel 6 with respect to the magnet holder 2, that is, on the outside with respect to the magnet holder 2.
  • the cover 3 is formed with an extending portion 3 b extending outward with respect to the magnet holder 2 along the radial direction of the cover 3.
  • the wheel 36 is in contact with the extending portion 3 b of the cover 3 and the bottom surface of the case 5.
  • the cover 3 to which the magnet holder 2 is attached is supported by the plurality of wheels 6 and the plurality of wheels 36.
  • all the weights of the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4 are distributed to more wheels. Therefore, since the force applied to one wheel becomes smaller, the rotation of the wheel becomes lighter. Therefore, the rotation of the magnet holder 2 can be lightened. Since the rotation of the magnet holder 2 can be lightened, for example, the number of permanent magnets accommodated in the magnet holder 2 can be increased. Thereby, the output of the energy conversion device can be further increased.
  • FIG. 28 is a diagram showing a second modification of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • the bottom of magnet holder 2 is processed so as to be in contact with rolling elements 7a and 7b.
  • the rolling elements 7 a and 7 b are arranged on the bottom surface of the case 5 and assist the rotation of the magnet holder 2.
  • FIG. 29 is a diagram showing a third modification of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • the teeth of gear 4 are directed to the rotating shaft side of magnet holder 2. Therefore, the window portion 5 a of the case 5 is formed toward the rotating shaft side of the magnet holder 2.
  • the teeth of the gear 4 may be on either the outer diameter side of the case 5 or the inner diameter side of the case 5.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating an example in which the energy conversion device according to the embodiment of the present invention is used as a generator.
  • FIG. 31 is a side view schematically illustrating the configuration shown in FIG.
  • the gear 4 meshes with the external gear 41.
  • the gear 41 is connected to a rotating shaft of a motor 42 as a power source.
  • the gear 41 rotates.
  • the gear 4 of the energy conversion device 100 is rotated. That is, mechanical energy is given to the energy conversion device 100. Since the magnet holder 2 is rotated by the rotation of the gear 4, the permanent magnet 1 passes through the coil 8. As a result, electric power is extracted from the coil 8.
  • FIG. 31 shows a motor 42 as a power source for rotating the gear 41.
  • the power source for rotating the gear 41 that is, the supply source of mechanical energy is not particularly limited.
  • an internal combustion engine (engine) can be used as a power source.
  • the gear 41 may be rotated by a rotation mechanism using human power.
  • FIG. 32 is a diagram showing an example in which the energy conversion device according to the embodiment of the present invention is used as a motor (electric motor).
  • FIG. 33 is a side view schematically illustrating the configuration shown in FIG. Referring to FIGS. 32 and 33, a plurality of stators 45 are arranged at a predetermined electrical angle on the outside of magnet holder 2. The predetermined electrical angle is determined according to the arrangement of the plurality of coils 8. As shown in FIG. 32, when viewed in a plan view, one stator 45 is disposed between the two coils 8.
  • the stator 45 includes a core and a coil wound around the core.
  • the window portion 5a of the case 5 is formed, for example, on the upper portion of the case 5 so as not to interfere with the stator 45.
  • the gear 4 meshes with an external gear 46.
  • the polarity of the current of each stator 45 is switched by, for example, a commutator (not shown).
  • the commutator is rotated in conjunction with the magnet holder 2.
  • the commutator may rotate in conjunction with the gear 46.
  • a current may be applied to the coils of the stator 45 so that a rotating magnetic field is generated in the plurality of stators 45.
  • the magnet holder 2 in which the plurality of permanent magnets 1 are accommodated can be rotated by sequentially switching the magnetic fields generated in the plurality of stators 45 by applying various known techniques.
  • a current whose polarity is switched may be supplied to each of the plurality of coils 8 so that a rotating magnetic field is generated in the plurality of coils 8.
  • the magnet holder 2 can be rotated without depending on the stator 45.
  • FIG. 34 is a schematic diagram showing another example of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • stator 45 in energy conversion device 201, stator 45, magnet ring 51, coil 52, and stator 55 are added to energy conversion device 100.
  • the plurality of stators 45 are disposed outside the energy conversion device 100.
  • a magnet ring 51 is disposed so as to surround the plurality of stators 45.
  • the magnet ring 51 is composed of a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape.
  • the magnet ring 51 can be configured by a magnet holder having the same configuration as the magnet holder 2 and a plurality of permanent magnets inserted into the magnet holder.
  • the coil 52 is wound around the magnet ring 51.
  • the stator 55 is disposed outside the magnet ring 51 and the coil 52.
  • the inner magnet ring magnet holder 2 of the energy conversion device 100
  • the outer magnet ring 51 additional magnet ring
  • electric power can be taken out from energy converter 100 (coil 8) and coil 52 (additional coil). Therefore, the output of the energy conversion device can be further increased.
  • FIG. 35 is a schematic diagram showing still another example of the energy conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • energy conversion device 202 has a configuration in which stator 45, magnet ring 51, and coil 52 are added to energy conversion device 100.
  • a gear 56 is formed on the magnet ring 51.
  • the magnet ring 51 is configured by the same configuration as the magnet holder 2, the cover 3, and the gear 4.
  • the stator 45 is disposed between the energy conversion device 100 and the magnet ring 51. That is, in the configuration of FIG. 35, a stator 45 that is common to the inner magnet ring (magnet holder 2 of the energy conversion device 100) and the outer magnet ring 51 (additional magnet ring) is provided.
  • the number of teeth of the gear 56 of the magnet ring 51 is the same as the number of teeth of the gear 4 of the energy conversion device 100.
  • the magnet ring 51 rotates in synchronization with the gear 4, that is, the magnet holder 2 of the energy conversion device 100.
  • a synchronization mechanism described below is used.
  • the gear 4 is shown only in a part of the energy conversion device 100 and the gear 56 is shown only in a part of the magnet ring 51 in FIG.
  • the configuration of the energy conversion device 100 is as described above, and the gear 4 is formed over the entire circumference of the magnet ring.
  • the gear 56 is formed over the entire week of the magnet ring 51.
  • FIG. 36 is a diagram showing a configuration example of a mechanism for rotating two magnet rings in synchronization.
  • the synchronization mechanism 61 includes gears 62 and 63, a rotation shaft 64, and a support member 65.
  • the gear 62 meshes with the gear 4 of the energy conversion device 100.
  • the gear 63 meshes with the gear 56.
  • FIG. 36 shows a part of the gears 4 and 56.
  • the gears 62 and 63 are connected to the rotating shaft 64. Both ends of the rotation shaft 64 are supported by two support members 65, respectively.
  • the number of teeth of the gears 62 and 63 is the same.
  • both the magnet holder and the magnet ring 51 of the energy conversion device 100 can be rotated by one stator 45.
  • electric power can be extracted from the coil 8 and the coil 52 of the energy conversion device 100. Therefore, the output of the energy conversion device can be further increased.
  • the energy conversion device 202 may include the energy conversion device 101 according to the second embodiment instead of the energy conversion device 100.
  • a plurality of energy conversion devices 202 shown in FIG. 35 may be prepared, and the plurality of energy conversion devices 202 may be stacked in the vertical direction (corresponding to the vertical direction in FIG. 35). With this configuration, more outputs can be obtained.

Abstract

【課題】リング状に配置された複数の永久磁石を備えるエネルギー変換装置の出力を高めることを可能にする。 【解決手段】永久磁石１が収容されたリング状の磁石ホルダ２にカバー３が取り付けられる。カバー３の延在部は、車輪６によって支持される。車輪６は、カバー３の延在部およびケース５の底面に接する。これにより、磁石ホルダ２に収容される永久磁石１の数が増えることにより磁石ホルダ２の重量が増加しても、磁石ホルダ２を軽く回転させることができる。したがってエネルギー変換装置１００は与えられたエネルギーから、より多くのエネルギーを取り出すことができるので、その出力を高めることができる。

Description

エネルギー変換装置
　本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーとのうちの一方から他方へと変換するエネルギー変換装置に関する。
　発電機は、機械エネルギーを電気エネルギーへと変換する。モータは、電気エネルギーを機械エネルギーへと変換する。電気エネルギーと機械エネルギーとの間での変換の際に、エネルギーの損失が発生する。発電機あるいはモータに与えられたエネルギーの利用効率を高めるために、エネルギーの変換の際に生じる損失をできる限り小さくすることが要求される。
　たとえば、リング状に配置された複数の永久磁石が複数のコイルを貫通するように構成された発電機がこれまでに提案されている。たとえば特開２０１０－２８３９８３号公報（特許文献１）は、小型かつ軽量でありながら高い発電効率を有する発電機を開示している。この文献に開示された発電機は、複数の永久磁石が収容されたリングと、リングの回転によって永久磁石が通過するように配置されたコイルと、リングを回転させ、かつそのリングを支持するためのローラコンベアとを備える。ローラコンベアはリングの下に配置される。この構成によれば、コイルの鉄心が不要となるので、発電機の小型化および軽量化を図ることができる。さらにリングを少ない力で回転させることができるので、機械的エネルギーの損失が少なくなる。この結果、発電機からより多くの電気エネルギーを取り出すことができるので、発電効率を高めることができる。
　たとえば特開２００９－２２１４０号公報（特許文献２）は、上記のような、リング状に配置された複数の永久磁石が複数のコイルを貫通する構成に、リングを回転させるためのゴムローラが追加された回転型発電機を開示する。このゴムローラは、リングの外側面と接する。したがって、リングはゴムローラによって保持されるとともにゴムローラの回転にともなって回転する。
　上記の特許文献２と類似する構成がたとえば特開平７－２３５４７号公報（特許文献３）および国際公開第２００８／０３２４１０号（特許文献４）に開示されている。すなわち、特許文献３および特許文献４のいずれに開示された発電機においても、永久磁石を固定するためのリングがローラに接している。このローラによってリングが保持されるとともに回転させられる。
特開２０１０－２８３９８３号公報 特開２００９－２２１４０号公報 特開平７－２３５４７号公報 国際公開第２００８／０３２４１０号
　上記の構成の発電機においては、永久磁石の数を増やすことで発電機の出力を高めることができる。あるいは、より大きなサイズの永久磁石によって磁力を高めることで、発電機の出力を高めることも考えられる。しかしながら、永久磁石の数を増やす、あるいは、永久磁石のサイズを大きくすることによって、永久磁石が実装されたリングの重量が増大
するという課題が発生する。
　上記の特許文献１～４の各々に開示された発電機は、いずれもリングの回転を軽くするための構造を備えている。しかしながら、上記文献に開示されたいずれの構成も、リングの重量が増大すると、リングによってローラあるいは転動体が上から押さえつけられる。このために、リングの軽い回転を達成することが難しくなる。リングを軽く回転させることができなければ、リングの回転にともなう運動エネルギーの損失が大きくなる。したがって発電機の出力を期待されたほど高くすることができなくなる。
　たとえば、特許文献１の構成によれば、リングが重くなると、転動体（金属製のボール）がリングによって上から押さえつけられるために転動体の動きが鈍くなる。このような問題を解決するため、転動体を大きくして、リングに対する転動体の接触面積を小さくすることが考えられる。しかし転動体を大きくすることによって発電機のサイズが大型化する。さらに、コイルはリングおよびベアリングの周囲に巻かれているので、転動体のサイズを大きくすると、コイルの直径が大きくなる。この結果、コイルが磁石から遠ざかる。コイルが磁石から遠ざかることによって、発電機から取り出されるエネルギー（電力）が小さくなる。
　また、特許文献２に開示された構成によれば、リングが重たくなると、リングとゴムローラとの接触面積が増大する。接触面積が増大することによって、摩擦力が増大する。このためにリングの滑らかな動きが妨げられる。また、リングが重たくなることで、ゴムローラでリングを支えるための構造上の工夫が必要になるという課題も発生する。
　特許文献３および特許文献４に開示された構成の場合にも、リングの重量が増加すると、リングをローラで支えるための構造上の工夫が必要になると考えられる。さらに、リングを支持するためにローラを頑丈にすると、ローラを滑らかに回転させることが難しくなる可能性がある。
　なお、特許文献１～４に開示された発電機をモータとして使用する場合にも、同じような課題が発生する。すなわち、特許文献１～４に開示された構成によれば、永久磁石の数の増加、あるいは永久磁石のサイズの増大によってリングの重量が増加すると、リングを回転させにくくなるために、モータの出力を高めることが難しくなる。しかしながら、特許文献１～４は、永久磁石が実装されたリングを回転および保持する構造は示しているものの、エネルギー変換装置（発電機あるいはモータ）の出力をより高めるために必要な構造については何ら具体的に記載していない。
　本発明は上記の課題を解決するためのものであって、その目的は、リング状に配置された永久磁石を備えるエネルギー変換装置の出力を高めることを可能にすることである。
　本発明のある局面に係るエネルギー変換装置は、電気エネルギーと機械エネルギーとのうちの一方から他方へと変換するエネルギー変換装置である。エネルギー変換装置は磁石リングを備える。磁石リングは、上部が開口した磁石ボックスが形成された、リング状の磁石ホルダと、磁石ホルダの磁石ボックスに収容される永久磁石と、磁石ホルダの幅よりも広い幅を有するリング状に形成されて、磁石ホルダと同心に磁石ホルダの上表面に取り付けられて、磁石ホルダから磁石ホルダの径方向に延在する延在部を有するカバーと、磁石ホルダおよびカバーと同心になるようにカバーおよび磁石ホルダに固定されたギヤとを含む。エネルギー変換装置は、磁石リングを収容し、ギヤの一部を外部に露出させる窓部が形成された、リング状のケースと、ケースの内側面と磁石ホルダとの間に、ケースの底面とカバーの延在部とに接するように配置された複数の車輪と、複数の車輪の各々の回転
軸が通されて、複数の車輪の間の相対的な距離を規定する規定部材と、ケースの周囲に巻回された少なくとも１つのコイルとをさらに備える。
　この構成によれば、磁石リングが、カバーの延在部とケースの底面との間に挟まれた複数の車輪で支持される。磁石リングの重量が複数の車輪に分散されるため、１つの車輪に加わる力が小さくなる。さらに、各車輪はカバーの延在部およびケースの底面に対して小さな面積で接触している。このため、磁石リングの重量が増大しても、車輪を軽く回転させることができる。つまり、磁石リングの回転を軽くすることができる。磁石リングの回転が軽くなるので、磁石リングの回転にともなうエネルギーの損失を少なくすることができる。したがって、リング状に配置された永久磁石を備えるエネルギー変換装置の出力を高めることができる。
　上記の構成において、エネルギー変換装置は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置（すなわちモータ）でもよく、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する装置（すなわち発電機）であってもよい。
　磁石リングに形成される磁石ボックスの数は、少なくとも１つであればよく、特に限定されない。同じく、コイルは少なくとも１つあればよく、複数あってもよい。
　好ましくは、複数の車輪の各々は、回転軸によって接続される、少なくとも２つの円板を含む。
　この構成によれば、各々の車輪の回転を軽くすることができるだけでなく、車輪の耐久性を高めることができる。一重の円板によって車輪を構成した場合、各車輪に加わる力（リングの重量による荷重）に耐えるためには、円板の厚みを大きくしなければならない。しかしながら、円板の厚みを大きくすることによって、カバーの延在部およびケースの底面に対する車輪の接触面積が大きくなる。この結果、車輪の回転が悪くなる可能性がある。上記の構成によれば、各車輪に加わる力は、複数の円板に分散されるので、１つの円板に加わる力が小さくなる。円板の回転が軽くなるとともに、円板の耐久性も高められる。したがって、各々の車輪の回転を軽くすることができるだけでなく、車輪の耐久性を高めることができる。
　好ましくは、エネルギー変換装置は、ケースの内壁面と、カバーおよび磁石ホルダの少なくとも一方との間に配置された転動体をさらに備える。
　この構成によれば、磁石リングの回転を安定させることができる。磁石リングの回転に伴い、磁石リングには遠心力が作用する。磁石リングが水平面内で振動する可能性がある。転動体によって、磁石リングの振動を抑えることができる。さらに、転動体は、磁石リングの回転を補助する。これにより、磁石リングの回転を安定させることができる。
　好ましくは、ギヤの内半径は、ケースの内半径よりも大きい。転動体は、ギヤとケースの内壁面との間に配置される。
　この構成によれば、磁石リングの回転を安定させることができる。
　好ましくは、エネルギー変換装置は、ケースの上方に設けられた容器と、容器内で自在に回転可能なように容器に収容された球状磁石とをさらに備える。
　この構成によれば、磁石ホルダに収容された永久磁石と、球状磁石との間の反発力および吸引力を利用することで、磁石リングの回転をより軽くすることができる。
　好ましくは、磁石ホルダの径方向に沿った磁石ホルダの断面は、略矩形である。ケースの径方向に沿ったケースの断面は、略矩形である。コイルの断面は、略矩形である。
　この構成によれば、磁石ホルダとケースとの間の隙間を小さくすることができる。したがって、ケースの周囲に巻回されたコイルと、磁石ホルダに収容された永久磁石との間の隙間も小さくすることができる。永久磁石とコイルとの間の隙間を小さくすることによって永久磁石とコイルとの間の磁気結合を高めることができる。したがって、エネルギー変換装置の出力を高めることができる。
　好ましくは、エネルギー変換装置は、発電機である。ギヤは、動力源のギヤと噛み合わされる。
　この構成によれば、高出力の発電機を実現できる。
　好ましくは、エネルギー変換装置は、モータである。モータは、ケースに対向して配置された固定子をさらに備える。
　この構成によれば、高出力のモータを実現できる。
　好ましくは、固定子は、ケースに対して外側に設けられる。エネルギー変換装置は、固定子の外側に設けられ、リング状に配置された複数の永久磁石を含む、追加の磁石リングと、追加の磁石リングに通される、追加のコイルと、追加の磁石リングに対して外側に配置される、追加の固定子とをさらに備える。
　この構成によれば、より高出力のエネルギー変換装置を実現できる。
　好ましくは、固定子は、ケースに対して外側に設けられる。エネルギー変換装置は、固定子の外側に設けられ、ギヤと同じ歯数を有するギヤが形成され、リング状に配置された複数の永久磁石を含む、追加の磁石リングと、追加の磁石リングに通される、追加のコイルと、磁石リングおよび追加の磁石リングの回転を互いに同期させるための同期機構とをさらに備える。同期機構は、ギヤと噛み合う第１のギヤと、追加のギヤと噛み合う第２のギヤと、第１および第２のギヤをつなぐ回転軸とを有する。第１のギヤの歯数と第２のギヤの歯数とは等しい。
　この構成によれば、内側の磁石リングおよび、外側の磁石リング（追加の磁石リング）を同期して回転させることができるので、固定子を２つの磁石リングの間で共通化することができる。２つの磁石リングを同期して回転させることにより、エネルギー変換装置の出力をより高めることができる。
　本発明によれば、磁石リングを、カバーの延在部とケースの底面との間に挟まれた複数の車輪で支持するとともに回転させる。これにより、磁石リングの重量が増大しても、その磁石リングの回転を軽くすることができる。したがって、リング状に配置された永久磁石を備えるエネルギー変換装置の出力を高めることができる。
本発明の第１の実施の形態に係るエネルギー変換装置の主要部を概略的に示した上面透視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った、エネルギー変換装置の断面を示す断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩに沿った、エネルギー変換装置の断面を示す断面図である。 図１～図３に示した磁石ホルダの斜視図である。 図４のＶ－Ｖ方向に沿った磁石ホルダの断面を示す断面図である。 磁石ホルダにおける永久磁石の配置を説明するための図である。 永久磁石の第１の構成例を示す図である。 永久磁石の第２の構成例を示す図である。 分解可能に構成された磁石ホルダの例を示した図である。 磁石ホルダの構成部品同士の接合に関する構造の一例を示した図である。 コイルに関する構成を示した第１の図である。 コイルに関する構成を示した第２の図である。 複数の車輪の配置を示した上面図である。 規定部材の構成の一例を示した図である。 図１４に示された規定部材および車輪の上面図である。 規定部材の構成の別の例を示した図である。 車輪による効果を説明するための模式図である。 図１７に示された構成の側面図である。 一重の円板により構成される車輪を説明した図である。 第１の比較例の構成を示した図である。 第２の比較例の構成を示した上面図である。 図２１に示された比較例の一部を示した立面図である。 一般的なコイルの断面を説明した図である。 本発明の実施の形態に係る磁石ホルダとコイルとの間の配置関係を模式的に示した断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー変換装置の主要部を概略的に示した上面透視図である。 球状磁石による永久磁石の回転の補助を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第１の変形例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第２の変形例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第３の変形例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置が発電機として使用される一実施例を示した図である。 図３０に示した構成を模式的に説明した側面図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置がモータ（電動機）として使用される一実施例を示した図である。 図３２に示した構成を模式的に説明した側面図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の別の実施例を示した模式図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置のさらに別の実施例を示した模式図である。 ２つの磁石リングを同期して回転させる機構の構成例を示した図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
　［実施の形態１］
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエネルギー変換装置の主要部を概略的に示した上面透視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った、エネルギー変換装置の断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩに沿った、エネルギー変換装置の
断面を示す断面図である。
　図１から図３を参照して、エネルギー変換装置１００は、水平面に設置される。本明細書では、「水平面」との用語は、重力方向に対して交差する面を意味し、重力方向に対して厳密に９０°の角度で交差する面であると限定されるものではない。ただし、重力方向とのなす角度が９０°にできるだけ近い面にエネルギー変換装置１００を置くほうが、エネルギー変換装置１００の動作の上では好ましい。また、本明細書において上下方向とは、重力方向（鉛直方向）を意味するものとする。
　エネルギー変換装置１００は、永久磁石１と、磁石ホルダ２と、カバー３と、ギヤ４と、ケース５と、車輪６と、転動体７と、コイル８とを備える。永久磁石１と、磁石ホルダ２と、カバー３と、ギヤ４とによって磁石リングが構成される。
　永久磁石１は、磁石ホルダ２に形成された磁石ボックス２ａに収容される。図１では１０個の永久磁石が磁石ホルダ２に収容されるように示される。ただしこの構成は一例であり、磁石ホルダ２に収容される永久磁石１の個数は少なくとも１個であればよい。
　永久磁石１には、希土類磁石が好適に用いられる。一般に、同じ大きさのフェライト磁石に比較して、希土類磁石は強い磁力（保磁力）を有する。希土類磁石としては、たとえばサマリウムコバルト磁石あるいはネオジム磁石を用いることができる。本発明の実施の形態では特にネオジム磁石が好適に用いられる。
　ネオジム磁石は一般にサマリウムコバルト磁石に比較して、同じ大きさで強い磁力（保磁力）を有する。したがって、たとえば小型の永久磁石を用いることができる。あるいは、同じサイズのサマリウムコバルト磁石を用いた場合に比べて、ネオジム磁石を用いることによりエネルギー変換装置の出力を高める（大きなエネルギーを取り出す）ことができる。ただし本発明の実施の形態は、希土類磁石以外の永久磁石を排除するものではない。永久磁石１にフェライト磁石を使用することも、もちろん可能である。
　磁石ホルダ２は、リング状に形成されて、永久磁石１を保持する。磁石ボックス２ａの上部は開口している。したがって、永久磁石１は、磁石ホルダ２の上方から磁石ボックス２ａに挿入される。磁石ホルダ２には、複数の磁石ボックスが形成されている。磁石ボックス２ａに永久磁石１を挿入することにより、永久磁石１がリング状に配置される。なお、すべての磁石ボックス２ａに永久磁石１が収容されるように限定されるものではなく、複数の磁石ボックス２ａの少なくとも１つに永久磁石１が入っていなくてもよい。
　磁石ホルダ２は非磁性材料によって作製される。非磁性材料であれば磁石ホルダ２の材質は特に限定されない。１つの実施形態において、磁石ホルダ２は非磁性金属（たとえばアルミニウム）によって形成される。永久磁石１の温度が高くなりすぎると永久磁石１が減磁する可能性がある。つまり永久磁石１の磁力が弱くなる可能性がある。磁石ホルダ２を非磁性金属によって形成することにより、永久磁石１に生じる熱を効率よく外部に放散することができるので、このような問題が生じる可能性を低減することができる。別の実施の形態において磁石ホルダ２は樹脂材料により形成される。樹脂材料により磁石ホルダ２を形成することで、磁石ホルダ２の重量を軽くすることができる。さらに磁石ホルダ２の成形が容易になるという利点も得ることができる。
　カバー３は、リング状に形成されるとともに、磁石ホルダ２の上面を覆う。カバー３は、磁石ホルダ２と同心となるように磁石ホルダ２に取り付けられる。カバー３の幅は、磁石ホルダ２の幅よりも広く形成されている。したがって、カバー３が磁石ホルダ２に取り付けられた状態において、カバー３には延在部３ａが形成される。延在部３ａは、磁石ホ
ルダ２から突出したカバー３の部分である。この実施の形態では、延在部３ａは、磁石ホルダ２の内径方向に延在する。
　ギヤ４は、カバー３および磁石ホルダ２に機械的に固定される。ギヤ４は、リング状に形成され、カバー３とともに、磁石ホルダ２と同心に配置される。ギヤ４およびカバー３を固定するためにネジ１１が用いられる。ネジ１１はギヤ４およびカバー３を貫通し、磁石ホルダ２に固定される。
　ネジ１１の頭がギヤ４の上表面から突出しないようにギヤ４の上表面が加工される。ギヤ４には、エネルギー変換装置１００の外部のギヤ（図示せず）と噛み合うために外歯が形成される。ギヤ４の外歯は、磁石ホルダ２の回転軸に対して外側に向けられている。
　カバー３と同様に、ギヤ４の幅は、磁石ホルダ２の幅よりも広い。ギヤ４をカバー３に取り付けたときに、ギヤ４は磁石ホルダ２から、磁石ホルダ２の内径方向に延在する。ギヤ４の幅はカバー３の幅よりも小さい。具体的には、ギヤ４の内径がカバー３の内径よりも大きい。ギヤ４の外径はカバー３の外径とほぼ同じ大きさである。したがって、ケース５の内側面とギヤ４との間にスペースが形成される。このスペースに転動体７が配置される。
　ケース５は、磁石リング、すなわち、永久磁石が収容された磁石ホルダ２とカバー３とギヤ４とを収容する。ケース５は、磁石ホルダ２とカバー３とギヤ４と共通の中心を有するリング状に形成される。点Ｐは、磁石ホルダ２、カバー３、ギヤ４およびケース５の共通の中心を示している。点Ｐで表される中心とは、図２および図３に示した回転軸に対応する。以後説明する図においても、点Ｐと回転軸との間の関係は上記の関係と同じであるので説明は繰り返さない。
　ギヤ４の一部を外部に露出させるための窓部５ａがケース５に形成される。窓部５ａにおいて、外部のギヤ（図示せず）をギヤ４に噛みあわせることができる。なお、ギヤ４の一部が露出可能であれば、窓部５ａが形成される箇所は限定されない。また、窓部５ａはケース５の１箇所に形成されるものと限定されず、ケース５の複数の箇所に形成されていてもよい。
　車輪６は、円板６ａ，６ｂと、円板６ａ，６ｂをつなぐ回転軸６ｃとを有する。車輪６は、ケース５の内側面と磁石ホルダ２との間に配置される。さらに車輪６は、ケース５の底とカバー３の延在部３ａとに接する。すなわち、車輪６は、カバー３の延在部３ａを支持することで、永久磁石１が収容された磁石ホルダ２を支持している。磁石ホルダ２の回転にともない、車輪６が回転する。車輪６の回転に伴い、磁石ホルダ２を滑らかに回転させることができる。
　磁石リングの重量、つまり、磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４の重量の合計を分散させるために、車輪６の個数は多いほど好ましい。このため、車輪６の個数は２以上であることが好ましい。さらに、磁石ホルダ２を安定的に回転させるため、車輪６の個数が３以上であることが好ましい。理想的には、車輪６とカバー３とは点で接する。３つの点によって１つの平面が規定される。車輪６の個数が３であれば、各車輪６にカバー３が接することで、カバー３の表面が、上記の「１つの平面」と一致する。したがって、たとえば磁石ホルダ２の回転中にカバー３が傾いたり上下に振動したりすることを防止することができる。
　各々の車輪６の回転軸６ｃは規定部材９に通される。これにより、複数の車輪６の間の相対的な距離が規定される。磁石ホルダ２の回転に伴ってカバー３が回転しても、規定部
材９によって複数の車輪６の間の相対的な距離は変化しない。これにより、車輪６がカバー３を安定的に支持することができるとともに、磁石ホルダ２を滑らかに回転させ続けることができる。車輪６をできるだけ滑らかに回転させるために、規定部材９は、回転軸６ｃとの接触部分ができるだけ小さくなるように形成されることが好ましい。規定部材９の具体例については後に詳細に説明する。
　この実施の形態では、磁石ホルダ２がカバー３に吊下げられるとともに車輪６がカバー３を支持している。したがってカバー３は、ある程度の強度を有することが望ましい。ただし、カバー３の材質は特に限定されず、たとえば金属、樹脂などである。また、車輪６も、磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４の重量に耐えうる強度を有する必要がある。さらに磁石ホルダ２が高速で回転した場合、カバー３の回転により車輪６も高速に回転する。このため高速の回転が可能なように、車輪６は、できるだけ軽量であることが好ましい。したがって車輪６は、たとえば金属（たとえばアルミニウム）により形成される。
　転動体７は、非磁性体の球である。転動体７はギヤ４とケース５の内側面とに接する。これにより、磁石ホルダ２の回転の際に、磁石ホルダ２が左右方向（磁石ホルダ２の径方向）に振動することを防止することができる。カバー３は車輪６と接しているが、カバー３と車輪６との間の摩擦力は小さい。したがって磁石ホルダ２の回転の際に、遠心力によってカバー３が左右方向にスライドする可能性がある。ギヤ４とケース５の内側面とに接する転動体７を配置することにより、カバー３が左右方向にスライドすることを防止できるので、磁石ホルダ２が左右方向（磁石ホルダ２の径方向）に振動することを防止することができる。したがって、磁石ホルダ２の回転を安定させることができる。
　さらに、ケース５、転動体７およびギヤ４によってボールベアリングが構成される。転動体７が回転することにより、磁石ホルダ２の回転を補助することができる。これによっても磁石ホルダ２の回転を安定させることができる。
　転動体７は、ギヤ４およびケース５の内側面に加えて、ケース５の内側の上面（ギヤ４と対向する面）に接する。これにより磁石ホルダ２の回転の際に、左右方向だけでなく、上下方向にも磁石ホルダ２の振動を抑えることができる。
　なお、転動体７に円柱（コロ）を用いてもよい。この場合、円柱（コロ）の側面がギヤ４とケース５の内側面に接するように円柱（コロ）が設けられる。この構成によれば、磁石ホルダ２が左右方向（磁石ホルダ２の径方向）に振動することを防止することができる。
　コイル８は、巻枠１０に巻回される。巻枠１０は、ケース５に通される。したがってコイル８はケース５の周囲に巻回される。コイル８の線材、巻数は特に限定されるものではない。また、巻枠１０は、エネルギー変換装置１００を平面上に支持するための支持部材としての役割も果たす。
　磁石ホルダ２の断面は矩形である。さらにケース５の断面も矩形である。巻枠の断面が円形である場合、磁石ホルダ２とコイル８との間の距離が大きくなる可能性がある。コイル８と永久磁石１との間の距離が大きくなるとコイル８と永久磁石１との間の磁気結合力が低下する。しかし、この実施の形態では、巻枠１０の断面も矩形であるので、磁石ホルダ２とコイル８との間の距離をできるだけ短くすることができる。これにより、コイル８と永久磁石１との間の磁気結合力の低下を抑えることができる。
　なお、図２および図３では車輪６の構造を明確に示すため、車輪６が左右方向に大きく描かれている。しかし車輪６の左右方向の幅はできるだけ小さいことが好ましい。
　図１では、５個のコイル８が示されている。しかしながらコイル８の個数は最低１つであればよく、特に限定されるものではない。コイル８の個数が複数である場合、それら複数のコイルはケース５によって規定される円周上に等角度で配置されることが好ましい。
　本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置１００は、電気エネルギー（電力）と機械エネルギー（運動エネルギー）とのうちの一方から他方へと変換可能なように構成される。１つの実施の形態において、エネルギー変換装置１００は発電機として使用される。この場合、ギヤ４と噛合う外部のギヤを動力源によって回転させる。これにより、磁石ホルダ２を回転させるための運動エネルギーがエネルギー変換装置１００に与えられる。磁石ホルダ２に収容された永久磁石１がコイル８の内部を貫通することで、コイル８に電圧が発生する。したがって、エネルギー変換装置１００から電気エネルギーを取り出すことができる。すなわち、エネルギー変換装置１００は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。
　他の実施の形態では、エネルギー変換装置１００はモータ（電動機）として用いられる。この場合には、磁石ホルダ２が回転子として機能し、複数のコイル８が固定子として機能する。複数のコイル８の各々に電圧が印加されることによって、エネルギー変換装置１００に電気エネルギーが与えられる。複数のコイル８は、所定の電気角で配置されている。複数の第１のコイルの各々に印加される電圧の極性が電気角に同期して切り替えられる。これにより永久磁石１が収容された磁石ホルダ２が回転する。すなわち、エネルギー変換装置１００は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。エネルギー変換装置１００の利用形態の一例については、後に詳細に説明する。
　図４は、図１～図３に示した磁石ホルダ２の斜視図である。図５は、図４のＶ－Ｖ方向に沿った磁石ホルダ２の断面を示す断面図である。図４および図５を参照して、磁石ホルダ２には複数の磁石ボックス２ａが形成される。磁石ボックス２ａの上部は開口している。さらに磁石ホルダ２には、図２および図３で示されたネジ１１を固定するためのネジ穴２ｂが形成される。
　図６は、磁石ホルダにおける永久磁石の配置を説明するための図である。図６を参照して、１０個の永久磁石１ａ～１ｊは、磁石ホルダ２の内部において、円周１２に沿うように配置されるとともに保持される。連続的に電気エネルギーを取り出すため、あるいは、連続的に磁石ホルダ２を回転させるため、隣り合う２つの永久磁石は、同じ極（Ｎ極またはＳ極）同士が対向するように磁石ホルダ２の内部で配置される。
　機械エネルギーと電気エネルギーとのうちの一方から他方へと変換する機能の観点からは、磁石ホルダ２に収容される永久磁石の個数は最低１つであればよい。ただし、磁石ホルダ２の重量のバランスを取る観点からは、磁石ホルダ２の内部において複数の永久磁石を等方的に配置することが好ましい。これにより、磁石ホルダ２の回転を安定させることができるので、磁石ホルダ２を高速で回転させることが可能となる。
　また、同極が対向するように永久磁石が配置されるのであれば、磁石ホルダ２に収納される永久磁石の個数は１０個に限定されるものではない。エネルギー変換装置１００の性能、寸法あるいはコイル８の個数および配置等によって、磁石ホルダ２に収納される永久磁石の個数は適切に定められる。
　図７は、永久磁石の第１の構成例を示す図である。図７を参照して、永久磁石１は、各々が扇状に形成された複数の磁石ブロック１．１を含む。磁石ブロック１．１の外周部の長さ（磁石ブロック１．１の厚み）はｔ１である。適切な個数の磁石ブロック１．１を並
べることにより、永久磁石１の外周の長さＬ１を、磁石ボックス２ａ（図４参照）の外周の長さにできるだけ近づけることができる。したがって、磁石ボックス２ａの内部に、できるだけ多くの磁石ブロック１．１を並べることができる。隣り合う２つの磁石ブロック同士は、Ｎ極とＳ極とが対向し合うように並べられる。
　図８は、永久磁石の第２の構成例を示す図である。図８を参照して、永久磁石１は、直方体（角型）の複数の磁石ブロック１．２を含む。磁石ブロック１．２の厚みはｔ２である。図７に示した構成と同様に、適切な個数の磁石ブロック１．１を並べることにより、永久磁石１の長さＬ２を磁石ボックス２ａ（図４参照）の内周の長さにできるだけ近づけることができる。図７に示された構成と同様に、隣り合う２つの磁石ブロック同士は、Ｎ極とＳ極とが対向し合うように並べられる。
　上述のように、永久磁石１には、たとえばネオジム磁石など、強い保磁力を有する永久磁石を適用することが可能である。しかしながら単一の磁石ブロックの場合、そのサイズが大きくなるほど、サイズに応じた磁力を得ることが困難となる。本実施の形態では、複数の磁石ブロックが並べて配置されることで１個の永久磁石１が構成される。磁石ブロックの個数を調整することで、磁力を調整することが可能となる。したがって永久磁石１の磁力を強めることができる。
　磁石ホルダ２を複数のコイル８に通すために、たとえば磁石ホルダ２が分解可能に構成される。図９は、分解可能に構成された磁石ホルダ２の例を示した図である。図９を参照して、たとえば磁石ホルダ２は、８つの部品２．１～２．８に分解可能である。部品同士の接合によって、磁石ホルダ２が形成される。
　図１０は、磁石ホルダの構成部品同士の接合に関する構造の一例を示した図である。図１０を参照して、部品２．１の接合面には４つのピン穴２ｄと、２つの凹部２ｅと、２つの凸部２ｆとが形成される。一方、部品２．２の接合面側にもピン穴２ｄに対応する位置にピン穴が形成され、そのピン穴にピン２ｇが挿入される。さらに、部品２．２の接合面には、部品２．１の凹部２ｅに嵌合される凸部２ｈと、部品２．１の凸部２ｆに嵌合される凸部２ｉとが形成される。ピン２ｇをピン穴２ｄに差し込み、凹部と凸部とを嵌合させることで部品２．１と部品２．２とが接合される。他の部品同士の接合の構造も図１０に示した構造と同じである。
　なお、カバー３、ギヤ４およびケース５もリング状に形成される。したがって、カバー３、ギヤ４およびケース５も磁石ホルダ２と同様に複数の部分に分割可能に構成される。複数の部品を接合するための構成には、磁石ホルダ２における構成と類似の構成を適用できる。
　図１１は、コイル８に関する構成を示した第１の図である。図１２は、コイルに関する構成を示した第２の図である。図１１および図１２を参照して、コイル８が巻回された巻枠１０がピン１０ａおよびネジ１０ｂによって土台１５に固定される。土台１５の表面がエネルギー変換装置１００の設置面に対応する。ピン１０ａは土台１５の表面に設置される。
　また、土台１５には、ネジ穴が形成される。土台１５の表面と接する巻枠１０の部分では、巻枠１０の内側に向かってピン１０ａが差し込まれるピン穴１０ｃが形成されるとともに、ネジ１０ｂを通すための貫通孔が形成される。ピンおよびネジの両方が必要と限定されるものではなく、ピンおよびネジのいずれか一方によって巻枠１０を土台１５に固定することもできる。
　コイル８の巻枠１０がたとえば上下方向に分割可能なように構成されていてもよい。この場合には、ケース５を挟むように巻枠１０を組立てて、その巻枠１０にコイル８が巻き付けられる。巻枠１０にコイル８が巻き付けられた後に、図１１および図１２に示されるように、土台１５に巻枠１０が設置される。さらに、巻枠１０だけでなくコイル８も分割されていてもよい。この構成の場合には、磁石ホルダ２、カバー３、ギヤ４およびケース５の各々を複数の部品に分割しなくてもエネルギー変換装置を組立てることが可能となる。
　続いて、磁石ホルダ２を支持および回転させるための構成について詳細に説明する。本発明の実施の形態では、磁石ホルダ２に取り付けられたカバー３を複数の車輪６によって支持する。さらに、複数の車輪６は、磁石ホルダ２の回転（カバー３の回転）に伴って回転する。
　図１３は、複数の車輪６の配置を示した上面図である。図１３を参照して、複数の車輪６の回転軸は、規定部材９に通される。規定部材９は円環状に形成される。したがって、複数の車輪６は、円周上に配置される。規定部材９によって、２つの車輪６の間の相対的な距離（図１３に示された距離Ｄ）が一定に保たれる。かつ、複数の車輪６は円周上において等角度に配置される。したがって、カバー３を安定的に保持することができる。これにより、カバー３に取り付けられた磁石ホルダ２を安定的に回転させることができる。なお、カバー３および磁石ホルダ２が回転する際には、複数の車輪６および規定部材９の全体が、規定部材９によって定まる円周に沿って回転する。
　図１４は、規定部材の構成の一例を示した図である。図１５は、図１４に示された規定部材および車輪の上面図である。図１４および図１５を参照して、回転軸６ｃは、円板６ａ，６ｂを固定するピンとして形成される。円板６ａ，６ｂには回転軸６ｃを通すための貫通孔が形成される。さらに規定部材９にも、回転軸６ｃ（ピン）を通すための貫通孔９ａが形成される。
　図１６は、規定部材の構成の別の例を示した図である。図１６を参照して、規定部材９には切欠き９ｂが形成される。切欠き９ｂが車輪６の回転軸６ｃに引っ掛けられる。回転軸６ｃと規定部材９との間の摩擦力をできるだけ少なくするために、回転軸６ｃと規定部材９との互いの接触部分ができるだけ小さくなるように、貫通孔９ａあるいは切欠き９ｂが形成されることが好ましい。なお、図１４～図１６に示された構成に限定されず、種々の構成を規定部材に採用することができる。
　図１７は、車輪６による効果を説明するための模式図である。図１７を参照して、説明を簡単にするため、磁石ホルダ２が取り付けられたカバー３、およびカバー３に取り付けられたギヤ４を３つの車輪６によって支持するものとする。磁石ホルダ２には永久磁石１が収容されている。また、説明を簡単にするため、規定部材９は図１７には示されていない。
　永久磁石１を含む磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４の全体の重量が３つの車輪６に印加される。したがって、車輪６においてカバー３と接する部分には力Ｆ１（荷重）が下向きに印加される。一方、車輪６への荷重に対する反作用によって、車輪６においてケース５と接する部分に、力Ｆ１と同じ大きさの力Ｆ２が上向きに印加される。
　力Ｆ１は、永久磁石１を含む磁石ホルダ２の重量、カバー３の重量およびギヤ４の重量を、車輪６の個数で割った大きさに等しい。本発明の実施の形態では、複数の車輪が用いられる。したがって、１つの車輪６にかけられる力Ｆ１は小さくなる。車輪６の個数を増やすほど、力Ｆ１が小さくなる。
　図１８は、図１７に示された構成の側面図である。図１８を参照して、接触部１６ａは、円板６ａにおいてカバー３に接する部分である。接触部１６ｂは、円板６ａにおいてケース５に接する部分である。同様に、接触部１６ｃは、円板６ｂにおいてカバー３に接する部分であり、接触部１６ｄは、円板６ｂにおいてケース５に接する部分である。車輪６の幅をＷとし、円板６ａ，６ｂの幅をＷ１とする。
　図１８に示されるように、本発明の実施の形態では、力Ｆ１，Ｆ２の各々は、２つの円板６ａ，６ｂに分散されて印加される。したがって、１つの円板に印加される力は、さらに小さくなる。さらに、接触部１６ａ～１６ｄの幅Ｗ１が小さい。
　このように、本発明の実施の形態によれば、磁石リング（磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４）の重量が複数の車輪６に分散されるため、１つの車輪６に加わる力が小さくなる。さらに、各車輪６はカバー３の延在部およびケース５の底面に対して小さな面積で接触している。このため、磁石リングの重量が増大しても、車輪６を軽く回転させることができる。これにより、磁石リングの回転を軽くすることができる。
　磁石リングの回転が軽くなるので、磁石リングの回転にともなうエネルギーの損失を少なくすることができる。したがって、エネルギー変換装置１００の出力を高めることができる。
　なお、磁石ホルダ２に収められた永久磁石１とコイル（図１８に示さず）との間の磁気結合力を高めるためには、両者の間の距離をできるだけ短くする必要がある。コイルはケース５の周囲に巻かれている。したがって、車輪６の幅をできるだけ短くするために、一重の円板によって車輪６を構成することが考えられる。しかしながら一重の円板を車輪６として用いた場合には、以下に説明されるような課題が発生する。
　図１９は、一重の円板により構成される車輪を説明した図である。図１９を参照して、車輪６の幅は、回転軸６ｃの幅Ｗ２となり、図１８に示された幅Ｗよりも小さい。したがって、永久磁石１とコイル（図１９に示さず）との間の距離を短くすることができる。しかしながら、円板６ｂにのみ力Ｆ１，Ｆ２が印加される。したがって図１８に示された構成に比べて、円板６ｂがより大きな力で押しつけられる。接触部１６ａ，１６ｂの幅を小さくしても、円板６ｂに加わる力が大きくなるために、図１８に示された構成に比べて、円板６ｂを軽く回転させることが難しくなる。また、円板６ｂに加わる力が大きいために、円板６ｂの耐久性の問題も懸念される。円板６ａの耐久性を高めるために、円板６ｂの幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、接触部１６ａ，１６ｂの幅が大きくなるので、車輪の回転が悪くなる可能性がある。
　本発明の実施の形態では、車輪６を複数の円板によって構成する。これにより、各車輪に加わる力が、複数の円板に分散されるので、１つの円板に加わる力が小さくなる。さらに、１つの円板がカバー３およびケース５の底面に接触する部分の面積が小さい。したがって、車輪６の回転を軽くすることができる。また、車輪６を構成する円板の耐久性も高めることができる。車輪６の回転を軽くすることによって、エネルギーの損失を小さくすることができる。したがって、エネルギー変換装置の出力を高めることができる。
　１つの車輪あたりの円板の個数を増やすことによって１つの円板に印加される力は小さくなるものの、車輪の幅が増大する。したがって、この実施の形態では車輪６が２枚の円板６ａ，６ｂによって構成される。ただし、車輪６の許容される幅に余裕がある場合には、円板の枚数を２より大きくすることができる。
　上記構成の特徴を、他の構成との比較により、さらに詳しく説明する。図２０は、第１の比較例の構成を示した図である。なお、この構成は、特許文献１（特開２０１０－２８３９８３号公報）に示された構成と本質的に同じである。図２０を参照して、ベアリング２１はケース５の底面に設置される。磁石ホルダ２は、ベアリング２１に載せられることによって支持される。
　ベアリング２１は、支持体２１ａおよびボール２１ｂを含む。磁石ホルダ２が回転する際には、ボール２１ｂが回転する。これにより、磁石ホルダ２の回転を軽くすることができる。しかしながら、磁石ホルダ２の下方に敷き詰められたボール２１ｂに磁石ホルダ２の底面が接触する。磁石ホルダ２に接触するボールの個数が多くなるので、接触面積の合計が大きくなる。
　また、磁石ホルダ２に収容される永久磁石１の数を増やすことで、磁石ホルダ２の重量が増大する。磁石ホルダ２の重量が増大すると、ボール２１ｂが磁石ホルダ２に押さえつけられる。磁石ホルダ２の表面粗さなどの理由により、磁石ホルダ２の底面とボール２１ｂとの間の摩擦が大きくなる。したがって、磁石ホルダ２の重量が増大すると、ボール２１ｂが転がりにくくなり、磁石ホルダの回転が鈍くなる。
　この問題を解決するために、ボール２１ｂを大きくすることで磁石ホルダ２とボール２１ｂとの接触面積を小さくすることが考えられる。しかし、ボール２１ｂを大きくすると、磁石ホルダ２とベアリング２１との両方をケース５に収容するためにケース５の断面積（ケース５の内部の空間）を大きくしなければならない。しかしながら磁石ホルダ２の断面積は変わらない。このため、ケース５の周囲に巻回されるコイルと、磁石ホルダ２の内部の永久磁石との間の距離が大きくなる。コイルと永久磁石との間の距離が大きくなると、磁気結合力が低下するので、エネルギー変換装置の出力を高めることが難しくなる。
　これに対して、本発明の実施の形態によれば、縦置きの車輪６によって、磁石ホルダ２に取り付けられたカバー３を支持する。「縦置き」とは、回転軸が水平方向となるように円板６ａ，６ｂを立てた状態である。図２０の構成に比べて、カバー３のごく一部分にしか車輪６が接触しないため、接触面積が小さい。したがって、磁石ホルダ２を軽く回転させることができる。さらに、車輪６の直径は、磁石ホルダ２の高さとほぼ同じ程度である。したがって、ケース５の内部の空間を特に広げる必要をなくすことができる。これにより、磁石ホルダ２の内部に収容された永久磁石とコイルとの間の距離を短くすることができる。
　図２１は、第２の比較例の構成を示した上面図である。図２２は、図２１に示された比較例の一部を示した立面図である。これらの図に示された構成は、特許文献２（特開２００９－２２１４０号公報）、特許文献３（特開平７－２３５４７号公報）、特許文献４（国際公開第２００８／０３２４１０号）に開示された特徴部分の構成を模式的に示したものである。図２１および図２２を参照して、磁石ホルダ２は、ローラ２３によって支持される。さらに、ローラ２３は磁石ホルダ２の回転を補助する。図２２に示されるように、ローラ２３の回転軸２３ａは、上下方向に延びている。言い換えると、ローラ２３は横置きされている。この点で図２１、図２２に示された構成は、本発明の実施の形態に係る構成と本質的に異なっている。
　磁石ホルダ２に収容される永久磁石１の数を増やすことで、磁石ホルダ２の重量が増大する。たとえば特許文献２の構成では、ゴムローラが用いられる。したがって、磁石ホルダ２の重量が増大すると、ローラ２３の表面のうち、磁石ホルダ２と接触する部分（接触部２３ｂ）の面積が増大する。これによって、摩擦力が増えるので磁石ホルダ２の回転が鈍くなる。さらに、磁石ホルダ２の重みによって、たとえばローラ２３の回転軸２３ａが
上下方向から傾く可能性が考えられる。このようにローラ２３が歪んだ場合にもローラ２３は回転しにくくなる。この結果、磁石ホルダ２の回転が鈍くなる。
　これに対して本発明の実施の形態によれば、縦置きの車輪６によって、磁石ホルダ２に取り付けられたカバー３を支持する。車輪の回転軸に対して垂直の方向に力がかかるため、車輪の回転軸が傾くという問題が発生しない。したがって、図２１および図２２の構成に比べて、磁石ホルダ２を軽く回転させることができる。
　さらに、本発明の実施の形態によれば、ケース５の断面形状が略矩形である。断面形状とは、リングの径方向の断面の形状である。これにより巻枠１０の断面形状も略矩形とすることができる。同じく磁石ホルダ２の断面形状も略矩形である。
　図２３は、一般的なコイルの断面を説明した図である。図２３を参照してコイル８の断面は円形である。コイル８の内部に、永久磁石１を収容した磁石ホルダ２が配置される。しかしながら、コイル８の内部に、無駄な空間が多くなり、永久磁石１とコイル８との間の距離が大きくなる。これにより、永久磁石１とコイル８との間の磁気結合力が低下する。
　図２４は、本発明の実施の形態に係る磁石ホルダとコイルとの間の配置関係を模式的に示した断面図である。図２４を参照して、コイル８の断面が矩形である。すなわちコイル８は、磁石ホルダ２の断面形状に沿うように、磁石ホルダ２の周囲に巻回されている。これにより、永久磁石１とコイル８との間の距離を短くできるので、図２３に示した構成に比較して永久磁石１とコイル８との間の磁気結合力を高めることができる。この結果、エネルギー変換装置１００の出力を高めることができる。
　以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、永久磁石１が収容されたリング状の磁石ホルダ２にカバー３が取り付けられる。カバー３の延在部３ａは、車輪６によって支持される。車輪６は、縦置きにされて、カバー３の延在部３ａおよびケース５の底面に接する。これにより、磁石ホルダ２に収容される永久磁石１の数が増えることにより磁石ホルダ２の重量が増加しても、磁石ホルダ２を軽く回転させることができる。すなわち、磁石ホルダ２の回転に伴うエネルギーの損失（運動エネルギーの損失）を小さくすることができる。したがって、第１の実施の形態によれば、エネルギー変換装置１００は与えられたエネルギーから、より多くのエネルギーを取り出すことができる。すなわち、第１の実施の形態によれば、エネルギー変換装置の出力を高めることができる。
　［実施の形態２］
　図２５は、本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー変換装置の主要部を概略的に示した上面透視図である。図１および図２５を参照して、第２の実施の形態に係るエネルギー変換装置１０１は、磁石ホルダ２の上方に設けられた容器３１と、容器３１内で自在に回転可能なように容器３１に収容された球状磁石３２とをさらに備える点で第１の実施の形態に係るエネルギー変換装置１００と異なる。なお、エネルギー変換装置１０１の他の部分の構成は、図１に示したエネルギー変換装置１００の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。
　容器３１は、２つのコイル８の間に配置される。容器３１は、たとえばケース５をまたぐように設置された支持部材によって支持される。この場合、当該支持部材がケース５の窓部５ａと干渉しないように、容器３１の配置が決定される。ただし容器３１を固定するための方法および手段は特に限定されるものではない。
　球状磁石３２は、永久磁石である。球状磁石３２は、磁石ホルダ２に収容された永久磁
石１の回転を補助する役割を果たす。球状磁石３２は、永久磁石であれば、その種類など特に限定されるものではない。また、球状磁石３２の大きさも適切に定めることができる。
　図２６は、球状磁石による永久磁石の回転の補助を説明するための図である。図２６（ａ）は、永久磁石の回転の第１の段階を示す。図２６（ｂ）は、永久磁石の回転の第２の段階を示す。図２６（ｃ）は、永久磁石の回転の第３の段階を示す。なお、図示の都合上、図２６において、複数の永久磁石１は、紙面の左から右に向かって直線的に移動するように示されている。
　まず、図２６（ａ）に示されるように、第１の段階において、球状磁石３２のＳ極が下に向いているものとする。複数の永久磁石１の移動の際に、ある永久磁石のＳ極が球状磁石３２のＳ極と近づく。したがって、その永久磁石と球状磁石３２とが反発する。永久磁石１は磁石ホルダ２内に保持されているので、球状磁石３２が反発力の影響を受ける。したがって球状磁石３２が回転する。球状磁石３２の回転によって、球状磁石３２のＮ極が下に向けられる。
　次に、図２６（ｂ）に示されるように、第２の段階において、永久磁石のＳ極と球状磁石３２のＮ極との間に吸引力が発生する。この吸引力のうち、複数の永久磁石１の前進方向の成分によって、複数の永久磁石１の回転が補助される。
　続いて、図２６（ｃ）に示されるように、第３の段階において、上記の永久磁石、あるいは、その次の永久磁石のＮ極が球状磁石３２のＮ極と近づく。これによって、反発力が再度発生し、球状磁石３２が再び回転する。球状磁石３２の回転により、球状磁石３２のＳ極が下に向けられる。永久磁石のＮ極と球状磁石３２のＳ極との間に吸引力が発生するので、複数の永久磁石１の前進方向の成分が発生する。以後、図２６（ａ）～図２６（ｃ）に示された状態が繰り返される。
　なお、説明を分かりやすくするため、図２６には、磁石ホルダ２の磁石ボックス２ａに収容された永久磁石１が示される。上記のように、永久磁石１は、複数の磁石ブロックによって構成される（図７および図８を参照）。複数の磁石ブロックの各々と球状磁石３２との間に働く効果は、図２６に示された効果と同じである。
　以上のように、第２の実施の形態によれば、球状磁石によって、永久磁石が収容された磁石ホルダ２の回転をより一層軽くすることができる。
　＜エネルギー変換装置の構成の変形例＞
　本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の構成は、上記の構成に限定されるものではない。以下において、磁石ホルダ２を軽く回転させるための上記の構成の変形例を説明する。なお、上記の構成に以下の変形例を適宜組み合わせることも可能である。
　図２７は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第１の変形例を示した図である。図２７を参照して、ケース５の内部に、車輪６に加えて車輪３６が設けられる。車輪３６は、車輪６と同様の構成を有し、円板３６ａ，３６ｂと、円板３６ａ，３６ｂをつなぐ回転軸３６ｃとを備える。なお、車輪６と同様に、車輪３６も複数設けられることが好ましい。このため、複数の車輪３６の間の相対的な距離を規定するための規定部材３９が設けられる。車輪３６の回転軸３６ｃは、規定部材３９に通される。規定部材３９の構成については、図１４～図１６に示された規定部材９の構成と同様の構成を採用することができる。
　車輪３６は、磁石ホルダ２に対して車輪６の反対側、すなわち、磁石ホルダ２に対して外側に位置する。図２７に示された構成では、カバー３の径方向に沿って磁石ホルダ２に対して外側に延在する延在部３ｂがカバー３に形成される。車輪３６は、カバー３の延在部３ｂとケース５の底面とに接する。
　この構成によれば、複数の車輪６および複数の車輪３６によって、磁石ホルダ２が取り付けられたカバー３が支持される。これにより、磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４のすべての重量が、より多くの車輪に分散される。したがって、１つの車輪に印加される力がより小さくなるので、車輪の回転が軽くなる。したがって、磁石ホルダ２の回転を軽くすることができる。磁石ホルダ２の回転を軽くすることができるので、たとえば磁石ホルダ２に収容される永久磁石の数を増やすこともできる。これによって、エネルギー変換装置の出力をより一層高めることができる。
　図２８は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第２の変形例を示した図である。図２８を参照して、磁石ホルダ２の底部は、転動体７ａ，７ｂと接するように加工されている。転動体７ａ，７ｂは、ケース５の底面に配置されて、磁石ホルダ２の回転を補助する。
　上記のように、車輪６がない場合には、磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４のすべての重量が転動体７ａ，７ｂに印加される。このため、磁石ホルダ２の重量が増大すると磁石ホルダ２の回転が鈍くなる可能性がある。しかしながら、本発明の実施の形態では、車輪６によって磁石ホルダ２が取り付けられたカバー３が支持されている。したがって、転動体７ａ，７ｂに印加される力は小さい。なお、磁石ホルダ２の底部の２箇所の両方に転動体が配置されるように限定する必要はない。図２８に示された磁石ホルダ２の底部の２箇所のうちいずれか１箇所にのみ転動体が設けられていてもよい。
　図２９は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の第３の変形例を示した図である。図２９を参照して、ギヤ４の歯が磁石ホルダ２の回転軸側に向けられている。したがって、ケース５の窓部５ａは、磁石ホルダ２の回転軸側に向けて形成されている。このようにギヤ４の歯がケース５の外径側、ケース５の内径側のいずれの側にあってもよい。
　＜応用例＞
　図３０は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置が発電機として使用される一実施例を示した図である。図３１は、図３０に示した構成を模式的に説明した側面図である。
　図３０および図３１を参照して、ギヤ４は、外部のギヤ４１と噛合う。ギヤ４１は動力源としてのモータ４２の回転軸に接続される。電源４３からモータ４２に電力が供給されることによってギヤ４１が回転する。これにより、エネルギー変換装置１００のギヤ４が回転させられる。つまり、エネルギー変換装置１００に機械エネルギーが与えられる。ギヤ４の回転によって磁石ホルダ２が回転するので、永久磁石１がコイル８を通過する。これによりコイル８から電力が取り出される。
　発電機の用途およびコイル８から取り出された電力の用途は特に限定されるものではない。また、図３１には、ギヤ４１を回転させるための動力源としてモータ４２が示されている。しかし、ギヤ４１を回転させるための動力源、すなわち機械エネルギーの供給源は特に限定されない。たとえば内燃機関（エンジン）を動力源とすることも可能である。また、たとえば人の力を利用した回転機構によってギヤ４１が回転してもよい。
　図３２は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置がモータ（電動機）として使
用される一実施例を示した図である。図３３は、図３２に示した構成を模式的に説明した側面図である。図３２および図３３を参照して、磁石ホルダ２の外側に複数の固定子４５が所定の電気角で配置される。所定の電気角は、複数のコイル８の配置に従って決定される。なお、図３２に示されるように、平面的に見た場合、２つのコイル８の間に１つの固定子４５が配置される。固定子４５は、コアおよびそのコアに巻かれたコイルによって構成される。
　ケース５の窓部５ａは、固定子４５と干渉しないように、たとえばケース５の上部に形成される。ギヤ４は、外部のギヤ４６と噛合う。複数の固定子４５の電流の極性が切り替えられることにより、磁石ホルダ２にリング状に配置された複数の永久磁石１が回転する。
　各々の固定子４５の電流の極性は、たとえば整流子（図示せず）によって切替られる。この場合、整流子を磁石ホルダ２に連動して回転させる。たとえばギヤ４６と連動して整流子が回転してもよい。あるいは、複数の固定子４５に回転磁界を生じさせるように固定子４５のコイルに電流を印加してもよい。各種の公知の技術を適用して複数の固定子４５に発生する磁界を順次切り替えることで、複数の永久磁石１が収容された磁石ホルダ２を回転させることができる。
　この構成によれば、磁石ホルダ２の回転によって、機械エネルギーをエネルギー変換装置１００から取り出すことができる。さらに、複数のコイル８に電力を発生させることもできる。複数のコイル８に発生した電力は、種々の目的で活用することができる。
　なお、複数のコイル８に回転磁界を生じさせるように複数のコイル８の各々に、極性が切り替わる電流を流してもよい。この場合には、固定子４５に依存せずに磁石ホルダ２を回転させることができる。
　図３４は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置の別の実施例を示した模式図である。図３４を参照して、エネルギー変換装置２０１は、エネルギー変換装置１００に、固定子４５と、磁石リング５１と、コイル５２と、固定子５５とが追加される。複数の固定子４５は、エネルギー変換装置１００の外側に配置される。複数の固定子４５を囲むように、磁石リング５１が配置される。磁石リング５１は、リング状に配置された複数の永久磁石から構成される。たとえば磁石ホルダ２と同様の構成を有する磁石ホルダと、その磁石ホルダに挿入される複数の永久磁石とによって磁石リング５１を構成することができる。
　コイル５２は、磁石リング５１の周囲に巻き回される。固定子５５は、磁石リング５１およびコイル５２の外側に配置される。固定子４５，５５の各々に極性が切り替わる電流を流すことで、内側の磁石リング（エネルギー変換装置１００の磁石ホルダ２）および外側の磁石リング５１（追加の磁石リング）を回転させることができる。これにより、エネルギー変換装置１００（コイル８）およびコイル５２（追加のコイル）から電力を取り出すことができる。したがってエネルギー変換装置の出力をより一層高めることができる。
　図３５は、本発明の実施の形態に係るエネルギー変換装置のさらに別の実施例を示した模式図である。図３５を参照して、エネルギー変換装置２０２は、エネルギー変換装置１００に、固定子４５と、磁石リング５１と、コイル５２とが追加された構成を有する。磁石リング５１にはギヤ５６が形成される。たとえば磁石ホルダ２、カバー３およびギヤ４と同様の構成によって磁石リング５１を構成する。
　固定子４５は、エネルギー変換装置１００と、磁石リング５１との間に配置される。す
なわち、図３５の構成では、内側の磁石リング（エネルギー変換装置１００の磁石ホルダ２）および、外側の磁石リング５１（追加の磁石リング）に共通する固定子４５が設けられる。
　磁石リング５１のギヤ５６の歯数は、エネルギー変換装置１００のギヤ４の歯数と同じである。磁石リング５１は、ギヤ４、すなわちエネルギー変換装置１００の磁石ホルダ２と同期して回転する。このために、たとえば以下に説明する同期機構が用いられる。なお、図が煩雑になるのを防ぐために図３５では、エネルギー変換装置１００の一部分のみにギヤ４を示し、磁石リング５１の一部分のみにギヤ５６を示している。ただし、エネルギー変換装置１００の構成については上述のとおりであり、磁石リングの全周にわたりギヤ４が形成される。同じくギヤ５６は磁石リング５１の全週にわたり形成される。
　図３６は、２つの磁石リングを同期して回転させる機構の構成例を示した図である。図３６を参照して、同期機構６１は、ギヤ６２，６３と、回転軸６４と、支持部材６５とを備える。ギヤ６２は、エネルギー変換装置１００のギヤ４と噛合する。ギヤ６３は、ギヤ５６と噛合する。なお図３６は、ギヤ４，５６の一部分を示すものである。ギヤ６２，６３は回転軸６４に接続される。回転軸６４の両端は、２つの支持部材６５によってそれぞれ支持される。ギヤ６２，６３の歯数は互いに同じである。
　図３５，図３６に示された構成によれば、１つの固定子４５によって、エネルギー変換装置１００の磁石ホルダおよび磁石リング５１の両方を回転させることができる。２つの磁石リングを同時に回転させることによって、エネルギー変換装置１００のコイル８および、コイル５２から電力を取り出すことができる。したがって、エネルギー変換装置の出力をより一層高めることができる。
　なお、図３５および図３６に示された構成において、エネルギー変換装置２０２は、エネルギー変換装置１００に代えて、第２の実施の形態に係るエネルギー変換装置１０１を含んでもよい。また、図３５に示されたエネルギー変換装置２０２を複数準備し、それら複数のエネルギー変換装置２０２を上下方向（図３５の紙面垂直に相当）方向に積んでもよい。このように構成することで、より多くの出力を得ることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　永久磁石、２　磁石ホルダ、１．１，１．２　磁石ブロック、２　磁石ホルダ、２．１～２．８　部品、２ａ　磁石ボックス、２ｂ　ネジ穴、２ｄ，１０ｃ　ピン穴、２ｅ
　凹部、２ｆ，２ｈ，２ｉ　凸部、２ｇ　ピン、３　カバー、３ａ，３ｂ　延在部、４，４１，４６，５６，６２，６３　ギヤ、５　ケース、５ａ　窓部、６，３６　車輪、６ａ，６ｂ，３６ａ，３６ｂ　円板、６ｃ，２３ａ，３６ｃ，６４　回転軸、７　転動体、８，５２　コイル、９，３９　規定部材、９ａ　貫通孔、１０　巻枠、１０ｂ，１１　ネジ、１２　円周、１５　土台、１６ａ～１６ｄ，２３ｂ　接触部、２１　ベアリング、２１ａ　支持体、２１ｂ　ボール、２３　ローラ、３１　容器、３２　球状磁石、４２　モータ、４３　電源、４５，５５　固定子、４７　整流子、５１　磁石リング、６１　同期機構、６５　支持部材、１００，１０１，２０１，２０２　エネルギー変換装置。

Claims (10)

  1. 　電気エネルギーと機械エネルギーとのうちの一方から他方へと変換するエネルギー変換装置であって、
    　磁石リングを備え、前記磁石リングは、
    　上部が開口した磁石ボックスが形成された、リング状の磁石ホルダと、
    　前記磁石ホルダの前記磁石ボックスに収容される永久磁石と、
    　前記磁石ホルダの幅よりも広い幅を有するリング状に形成されて、前記磁石ホルダと同心に前記磁石ホルダの上表面に取り付けられて、前記磁石ホルダから前記磁石ホルダの径方向に延在する延在部を有するカバーと、
    　前記磁石ホルダおよび前記カバーと同心になるように前記カバーおよび前記磁石ホルダに固定されたギヤとを含み、
    　前記エネルギー変換装置は、
    　前記磁石リングを収容し、前記ギヤの一部を外部に露出させる窓部が形成された、リング状のケースと、
    　前記ケースの内側面と前記磁石ホルダとの間に、前記ケースの底面と前記カバーの前記延在部とに接するように配置された複数の車輪と、
    　前記複数の車輪の各々の回転軸が通されて、前記複数の車輪の間の相対的な距離を規定する規定部材と、
    　前記ケースの周囲に巻回された少なくとも１つのコイルとをさらに備える、エネルギー変換装置。
  2. 　前記複数の車輪の各々は、
    　前記回転軸によって接続される、少なくとも２つの円板を含む、請求項１に記載のエネルギー変換装置。
  3. 　前記ケースの内壁面と、前記カバーおよび前記磁石ホルダの少なくとも一方との間に配置された転動体をさらに備える、請求項１または２に記載のエネルギー変換装置。
  4. 　前記ギヤの内半径は、前記ケースの内半径よりも大きく、
    　前記転動体は、前記ギヤと前記ケースの前記内壁面との間に配置される、請求項３に記載のエネルギー変換装置。
  5. 　前記ケースの上方に設けられた容器と、
    　前記容器内で自在に回転可能なように前記容器に収容された球状磁石とをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
  6. 　前記磁石ホルダの径方向に沿った前記磁石ホルダの断面は、略矩形であり、
    　前記ケースの径方向に沿った前記ケースの断面は、略矩形であり、
    　前記コイルの断面は、略矩形である、請求項１から５のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
  7. 　前記エネルギー変換装置は、発電機であり、
    　前記ギヤは、動力源のギヤと噛み合わされる、請求項１～６のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
  8. 　前記エネルギー変換装置は、モータであり、
    　前記モータは、前記ケースに対向して配置された固定子をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
  9. 　前記固定子は、前記ケースに対して外側に設けられ、
    　前記エネルギー変換装置は、
    　前記固定子の外側に設けられ、リング状に配置された複数の永久磁石を含む、追加の磁石リングと、
    　前記追加の磁石リングに通される、追加のコイルと、
    　前記追加の磁石リングに対して外側に配置される、追加の固定子とをさらに備える、請求項８に記載のエネルギー変換装置。
  10. 　前記固定子は、前記ケースに対して外側に設けられ、
    　前記エネルギー変換装置は、
    　前記固定子の外側に設けられ、前記ギヤと同じ歯数を有するギヤが形成され、リング状に配置された複数の永久磁石を含む、追加の磁石リングと、
    　前記追加の磁石リングに通される、追加のコイルと、
    　前記磁石リングおよび前記追加の磁石リングの回転を互いに同期させるための同期機構とをさらに備え、
    　前記同期機構は、
    　前記ギヤと噛み合う第１のギヤと、
    　前記追加のギヤと噛み合う第２のギヤと、
    　前記第１および第２のギヤをつなぐ回転軸とを有し、
    　前記第１のギヤの歯数と前記第２のギヤの歯数とは等しい、請求項８に記載のエネルギー変換装置。
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