(57)【要約】【課題】回転子及び固定子の双方に永久磁石を用いた回転機でありながら、回転効率が格段に向上することのできる技術を提供する。【解決手段】盤面が対向する円盤状固定子１４と円盤状回転子１０とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機である。円盤状固定子１４と円盤状回転子１０のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外２列となるように形成される。他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外２列の間に位置するように形成される。いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられる。各永久磁石は、いずれも各環状列の軸線から傾斜して配置させ、そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
盤面が対向する円盤状固定子と円盤状回転子とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機であって、
前記円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外２列となるように形成され、かつ
他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外２列の間に位置するように形成されるとともに、
いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、
他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられ、
各永久磁石は、いずれも各環状列の軸線から傾斜して配置させ、
そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を、一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させることを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項２】
空気が流れる筒状体の任意箇所に、ファンを回転させることで発電させる発電部を配置させた気流型発電機であって、前記発電部のファン回転軸に、請求項１の永久磁石回転機を接続させることを特徴とする、請求項１の永久磁石回転機を用いた気流型発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、モータや発電機に適用される永久磁石回転機及びその適用例である気流型発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】  モータや発電機に適用される回転機として、従来より種々の構造が提案されている（特許文献１〜３）。
【特許文献１】  特開２００８−６１３３３（図１）
【特許文献２】  特開２００７−１５９１７０（図１、図５、図６）
【特許文献３】  特開２００６−２１１７３９（図１）
【特許文献４】  特開２００７−１５１３６４（００２４〜００２７段、００３５段、図３及び図５）
【特許文献５】  特開２００８−１８７７５８（００２１段、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  回転機の機構としては、固定子（ステータ）及び回転子（ロータ）のいずれにも永久磁石を用いる機構がもっとも簡易となるが、その反面、どうしても回転効率の向上が図れないという問題がある。【０００４】  この発明は、従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、固定子及び回転子の双方に永久磁石を用いた回転機でありながら、回転効率が格段に向上することのできる技術を提供し、あわせてその回転機を用いることで、低コストながら発電効率が格段に向上させることのできる発電機をも提供しようとするものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】  このため、まず本願に係る永久磁石回転機は、
盤面が対向する円盤状固定子と円盤状回転子とに、それぞれ永久磁石が周方向に沿って配置され、環状の列が形成される回転機であって、
前記円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、極性の異なる内外２列となるように形成され、かつ
他方の部材の盤面には、永久磁石の環状の列が、前記内外２列の間に位置するように形成されるとともに、
いずれの永久磁石も平行四辺形状のものが用いられる一方、
他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、一方の部材の盤面に配置させる永久磁石よりも長片のものが用いられ、
各永久磁石は、いずれも各環状列の軸線から傾斜して配置させ、
そのうち他方の部材の盤面に配置させる永久磁石は、その鋭角の角部側を一方の部材の盤面に形成される永久磁石の列に向けて傾斜させることを特徴とする（請求項１）。【０００６】  以上よりなる本願に係る回転機の構造を、永久磁石の配置を模式的に示した図１により詳細に説明する。同図では、説明の便宜上、各永久磁石の列を直線状としているとともに（上記構成上は、各盤の周方向に沿った環状）、回転子盤側の永久磁石と、固定子盤側の永久磁石の両方を同一平面上に表している（上記構成上は両盤が対向する関係）。なお、本発明が同図の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。【０００７】  同図において、内外（図では上下。以下同じ）の列ｂ１とｂ２が、円盤状固定子と円盤状回転子のいずれか一方の部材の盤面に形成される永久磁石ｙの列であり、それらは相互に極性が異なる。列ｂ１とｂ２の間に位置する列ａは他方の部材の盤面に形成される永久磁石ｘの列であり、その内外に極性の異なるｂ１とｂ２の列が配置されることで、内外いずれか側の列に吸着作用が生じると同時に、他方側の列に対して反発作用が生じる。なお、他方の部材の盤面にａの列が複数形成される形態では、一方の部材の盤面には各ａに対応する内外の列がそれぞれ形成されることになる。【０００８】  いずれの列ａ，ｂ１，ｂ２の永久磁石も平行四辺形状のものが用いられるが、他方の部材の盤面の永久磁石ｘが、一方の部材の盤面の永久磁石ｙよりも長片のものとなる。そして、いずれの永久磁石ｘ，ｙも、図示状の列の軸線Ｌ１〜Ｌ３（上記構成では環状列の軸線）から傾斜して配置されるが、そのうち、他方の部材の盤面の永久磁石ｘについては、その鋭角の角部側を、一方の部材の盤面の永久磁石ｙの列ｂ１，ｂ２に向けて傾斜させる（角部のうち鋭角の角部が鈍角の角部よりも列ｂ１，ｂ２に近づくような傾斜となる）。【０００９】  このような永久磁石ｙ，ｘの傾斜の配置によって、一方の部材の盤面の永久磁石ｙと他方の部材の盤面の永久磁石ｘとの間も所定の傾斜をもって対向することになるが、このような対向位置における傾斜は、回転子の回転効率を向上させる。このことは、特開２００７−１５１３６４（特許文献４。特に、００２４〜００２７段、００３５段、図２及び図５参照）や特開２００８−１８７７５８（特許文献５）に示されるとおりであるが、本願発明はその作用のみを利用するものでなく、むしろ上記した永久磁石の列ａ，ｂ１，ｂ２による吸着と反発の同時作用と、さらに、次に説明する新規な作用とによる複合的作用を利用するものである。【００１０】  まず、各列ａ，ｂ１，ｂ２の永久磁石ｙ，ｘがそれぞれの列で傾斜して配置されることで、列中の隣接する磁石相互ｙ−ｙ，ｘ−ｘ間隔を可能な限り詰めることができ、各列ａ，ｂ１，ｂ２の磁力を強めて、上記した磁力の吸着と反発作用を向上させることが可能となる。本発明では、各永久磁石ｙ，ｘは平行四辺形状のものを用い、それを傾斜させるので、図示のように、各列ａ，ｂ１，ｂ２中の隣接する永久磁石相互ｙ−ｙ，ｘ−ｘは対向する面がずれ、角部が対向する。角部は磁力が弱いこともあり、永久磁石相互ｙ−ｙ，ｘ−ｘの間隔が狭い場合に生じる磁力相互の干渉が減少し（磁力相互の干渉が強��と却って磁力が低下するので所定の間隔をあける必要がある）、両者の間隔をより詰めることが可能となるものである。【００１１】  また、他方の部材の盤面の永久磁石ｘは、その内外に位置することになる一方の部材の盤面の永久磁石ｙより長片であり、またその傾斜は、鋭角部が一方の部材の盤面の内外に位置する列ｂ１，ｂ２に向くことなるが、この構成が回転子の回転効率をさらに向上させることになる。例えば、図１において、ｂ１の列を反発側、ｂ２の列を吸着側とすると、他の盤面の列ａの永久磁石ｘは、対角の鋭角角部がそれぞれ列ｂ１，ｂ２に近づき、腹部が斜めになりながら、各列ｂ１，ｂ２の小さい磁石ｙに対面する。列ｂ１の各磁石ｙは列ａの磁石と距離が近ければ近くなるほど反発力が強くなり、逆に、列ｂ２の各磁石ｙは列ａの磁石と距離が近ければ近くなるほど吸着力が強くなるので、図示の例において、列ｂ１，ｂ２が固定子側とすると、回転子側となる列ａの各磁石ｘは向かって右から左に進行することになる。ここで、列ａの各磁石ｘが最も列ｂ２の磁石ｙに近づいたとき、その磁力が強すぎると、それが回転を阻止する力として作用することになるが、列ｂ２の磁石ｙは小片のものを配置していることに加え、列ａの磁石ｘのうち、もっとも列ｂ２の磁石に接近する部位が鋭角部となるので、最接近したときの磁力が弱まり、列ｂ２の後続の複数の磁石ｙの吸着力による回転力が勝って、回転子の回転が続行することになる。【００１２】  このように、本願に係る種々の構成による作用が複合的に作用して、本発明に係る回転機は、その回転子の回転効率が格段に向上することになる。【００１３】  このため、このような回転機を発電機、例えば空気の流れでファンを回転させ、その回転力で発電する気流型発電機に用いれば、回転による発電効率を格段に向上させることができ有効となる。【００１４】  そこで、本願においては、空気が流れる筒状体の任意箇所に、ファンを回転させることで発電させる発電部を配置させた気流型発電機であって、前記発電部のファン回転軸に、請求項１の永久磁石回転機を接続させることを特徴とする気流型発電機も提案する（請求項２）。
【発明の効果】
【００１５】  以上説明したように、本願に係る回転機は、固定子と回転子に永久磁石を用いている構成であるにもかかわらず、回転効率が格段に向上するものとなる。【００１６】  それゆえ、その回転機を用いた気流型発電機は、低コストながら発電効率がきわめて良好となるという顕著な効果が認められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  本願に係る発明の具体的実施形態例を図面に基づき説明する。なお、本願に係る発明が以下の形態例に限定されるものでないことは当然である。【００１８】  図２は本願に係る回転機が用いられた電動機の一形態例であり、全体概要を示す。図中、１は回転機、２は付加モータ部、３は発電部であり、これら各部位１〜３が、電動機の円筒状ケーシング４内に配置されている。該円筒状ケーシング４には、回転軸５が回転自在に挿通されている。【００１９】  回転機１は、前記回転軸５に固着されるロータ盤１０と、円筒状ケーシング４内周面に固着されるステータ盤１４とから構成される。ロータ盤１０とステータ盤１４は、図示のように、各盤面が相互に対向するように配置される。また本形態例では、ステータ盤１４が２箇所に配置されるとともに、各ステータ盤１４を挟むように、１のステータ盤１４に対して２のロータ盤１０が配置される。回転効率を向上させるために、ロータ盤１０とステータ盤１４の枚数をさらに増加させても良い。【００２０】  ロータ盤１０は円盤状の不導体から形成され、図３（ａ）に示すように、その表面には、平行四辺形状の小片の永久磁石１１，１２が周方向に沿って配置され、環状の列１１ｂ，１２ｂが形成される。該列は、内外２列（１１ｂと１２ｂ）形成されるが、これは後述するステータ盤の列１６ａの数に応じて増加させても良い。内外２列１１ｂ，１２ｂはそれぞれ極性が異なるように、各永久磁石１１，１２が配置される。また、各列１１ｂ，１２ｂを形成する永久磁石１１，１２は、いずれも環状列の軸線Ｌ４，Ｌ５から傾斜して配置される。隣接する永久磁石同士１１−１１，１２−１２は図示のように、角部が対向部となり、その相互の隙間は磁力の強さにもよるが２〜５ｍｍ程度である。角部が対向しているので磁力の相互干渉が緩和され、隙間が２〜５ｍｍでも磁力に影響はない。また、裏面には、図３（ｂ）に示すように、二重の輪とそれらを結ぶ所定線から形成される形状の導線１３が貼付される。この導線１３は、磁力線内の電磁誘導を生じさせることで、永久磁石による回転を促進させる。【００２１】  ステータ盤１４も円盤状の不導体から形成され、その中央には、回転軸５を挿通させる孔１５が穿設される。図４に示すように、その盤面上には、平行四辺形状の永久磁石１６が周方向に沿って形成され、環状列１６ａが形成される。永久磁石１６は、前記ロータ盤１０の磁石１１，１２よりも約２．５倍の長さの長片のものが用いられる。列は、前記ロータ盤１０が対向する状態で、その内外２列の前記列１１ｂ，１２ｂの間に位置するように形成される。列１６ａを形成させる永久磁石１６は、いずれも環状列の軸線Ｌ６から傾斜して配置されるが、その鋭角の角部を、前記ロータ盤１０に形成される列１１ｂ，１２ｂに向けて傾斜させる。なお、以上の説明からも明らかなように、本形態例では、磁石の配置について、ロータ盤１０が前記一方部材（小片磁石で内外２列を形成等）、ステータ盤１４が前記他方部材（長片磁石で１列を形成等）に該当する形態となっているが、ロータ盤１０が他方部材、ステータ盤１４が一方部材に該当する形態としてももちろん良い。【００２２】  付加モータ部２は、回転軸５に固着された強磁性体のコア２０と、円筒状ケーシング４内周面に固着される突極の電磁石コイル２１とからなるＳＲモータとなっており、外部電力によりコア２０部が回転される。外部電力の一部は、後述する発電機部３から得る。【００２３】  発電部３は、回転軸５に固着されたリング型永久磁石３０と、円筒状ケーシング４内周面に固着されたコイル３１とから構成され、回転軸５の回転によって電気を得る。ここで発電した電気は、前記付加モータ部２の回転に供されるが、バッテリを備えさせて蓄電させたり、外部機器に利用させるものとしても良い。【００２４】  以上の電動機は、基本的には、外部電力によって付加モータ部２が動作し、回転軸５が回転することになるが、磁力による回転機１の動作によっても、回転軸５が回転する。上記したように、回転機１は、本願発明の回転機の作用により、回転効率が格段に向上するものとなっており、本形態例の電動機が必要な回転を得る際にも、付加モータ部２に要する外部電力はきわめて低量で済むものとなる。【００２５】  図５は、本願に係る回転機を用いた気流型発電機の一形態例であり、全体概要図を示す。図中、６は筒状体であるダクト、７は発電部であり、該発電部７は、ダクト６の中央のやや下部側に配置される。【００２６】  発電部７は、本形態例では、本願に係る回転機を含んだ発電ユニット７０が上下に３個連なって構成される。
各発電ユニット７０は、図６に示すように、箱形ケーシング７１と、該ケーシング７１内で非接触軸受７２に支持される回転軸７３と、その回転軸７３に接続されるファン７４、回転機７５、発電機７６とから構成される。
ファン７４は、４枚の羽のものを上下に２段連ねて配置される。
回転機７５は、前記形態例で用いたものと同様のロータ盤７５ａとステーター盤７５ｂとが１対用いられ、ロータ盤７５ａは回転軸７３に固着される一方、ステータ盤７５ｂはケーシング７１上面に固着され、両盤が相互に対向するように配置される。ロータ盤７５ａとステーター盤７５ｂの磁石の配置構成は、前記形態例と同様なのでその説明を省略する。
発電機７６は、回転軸７３に固着される発電磁石７６ａと、ケーシング７１に支持される発電コイル７６ｂとから構成される。該コイル７６ｂは、滑らかな回転を得るために鉄芯のないコアレスのものが用いられる。発電機７６には、発生した電力を制御するための制御部（図示なし）も配置される。このような発電機７６は、後述する上昇気流によるファン７４の回転により、発電コイル７６ｂに対して発電磁石７６ａを回転させ、それにより電気を得る。そして本形態例では、回転軸７３に回転機７５を接続したことによって、回転軸７３の回転を付勢させ、発生電力をより増加させている。より多くの電気を得るために、発電ユニット７０の個数をさらに増加させてもよいし、磁石歯車を採用してもよい。【００２７】  以上の発電ユニット７０は、図７に示すように、それぞれダクト６の中心部よりやや右又は左寄りに交互に配置され、すべての発電ユニット７０のファン７４に効率的に気流を当てるようにしている。また、ダクト６内にはガイド板６６が設置され、気流が発電部７にスムーズに向かうようにされている。【００２８】  ダクト６は、図５に示すように、二重管構造の複数の小ダクトが連接されて、全体で直径３０ｃｍ以上で長さ２０ｍ以上の１つの筒状体を形成している。ダクト６の内管と外管の板状体の結合部には、気流を通す小さな穴が設けられている。
各小ダクトは、上から、それぞれ先端ダクト部６４、レギュラーダクト部６０、ソーラヒート部６１、ジョイントダクト部６３、電気ヒート部６２、吸入ダクト部６５を形成しており、ソーラヒート部６１とジョイントダクト部６３との間に、前記発電部７が配置される。各ダクトの内管はアルミ又は銅製の管であり、その管内を上昇気流が流れ、前記発電部７のファン７４を回転させ、発電部７の発電を生じさせる。【００２９】  レギュラーダクト部６０は、加温して上昇する空気の熱を逃がさないように外管が断熱材により構成されている。ソーラヒート部６１は、外管がガラスなどの熱を吸収する素材で構成される一方、内管に粉炭を塗布させて、太陽光の熱によって内管を暖め、内部の空気を上昇させる。電気ヒート部６２は、外管が断熱材により構成される一方、内管にらせん状に電熱線が巻き付けられ、該電熱線による内管の加温で内部空気を上昇させる。ソーラヒート部６１と電気ヒート部６２は、任意に個数及び設置場所を選択して良い。【００３０】  ジョイントダクト部６３は、空気を取り込むためのダクトで、空気取り入れ口となる開口には、空気の逆流を防止するための逆流防止弁が設置される。また、開口に面した内壁にはガイド板が設けられている。【００３１】  先端ダクト部６４は、図８に示すように、ダクト６内を上昇してきた気流を外部に排出するためのダクトで、空気の逆流防止や防雨対策・気流排出対策のために、Ｌ字管が用いられ、排出口は水平方向に向くように設定される。また、排出を容易にするため、排出側に向かって排出口を広角に形成させている。先端ダクト６４は、その下部のレギュラーダクト部６０に対して回転自在に連接されるとともに、その排出口上部に、風を受けるフィン６４ａが設けられる。該フィン６４ａが風を受けることで、排出口が風下を向くように回転させ、排出口からの排出を無理なく行わせている。また、そのフィン６４ａの下にはそのフィン６４ａの下を通過する気流を上昇させるガイド板６４ｂが設置され、それによる上昇気流に、排出口からの気流を巻き込ませて、ダクト６からの排出を一気に行わせている。側面には乱気流防止のため、側部フィン６４ｃが設置される。【００３２】  吸入口ダクト部６５の先端部は、空気を吸引し易くするため、空気接触面を広くし傾斜を設けてカットされる。吸入口付近の乱気流を防ぎ、気流を多く取り込むために吸入口にフィンが設置される。【００３３】  以上の気流型発電機によれば、ダクト６内に効率的に上昇気流が流れることになり、発電部７のファン７４が効率的に回転することに加え、回転機６による回転付勢によって、きわめて効率的に発電されることになる。しかも、上昇気流を促進させるヒータとしてソーラを用い、一方回転機７５は磁力を用いる構成なので、ランコストもきわめて低廉で済み、環境にもきわめて優しい構成となっている。【００３４】  以上のような形態例において、ダクト６を立てかけて設置できる場所が確保できれば、住宅・工場・ビル・マンション等の壁面の他、狭い場所でも簡単に取り付けることができる。特に高層建物では、ダクトが長く上昇気流が多く発生するので発電量が多くなる。建物関係では、ビル冷却機の送風・エレベータの上下風・非常階段・排気口等の気流が発生する場所でも活用できる。また、農業用ハウス等の高温の空気が発生する場所の上昇気流を取り込むことによって、冷暖房装置にも活用できる。さらには、照明灯、街路灯、ネオン棟、信号機、交通案内板のダクトをパイプに変えて中空状態とし、気流発電機を設置させることによって、電力を節減することができる。また、上昇気流を利用しない構成とすることもでき、例えばダクトに前記発電部７だけを設けた構成を、自動車、電車、船舶、航空機等に取り付けても良い。なお、気流が発生していないときは、発電できないため、現在使用されている方法の補助として使用したり、バッテリーを備えさせて蓄電させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】  本願に係る発明は、電動機や発電機として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  本願に係る回転機の永久磁石の配置とその作用を説明するための模式図である。
【図２】  本願に係る回転機が用いられた電動機の具体的形態例を示し、装置の概要を示した側面図である。
【図３】  図２の形態例におけるロータ盤を示し、（ａ）は表面、（ｂ）は裏面の説明図である。
【図４】  図２の形態例におけるステータ盤を示した説明図である。
【図５】  本願に係る気流型発電機の具体的形態例を示し、装置の概要を示した側面図である。
【図６】  図５の形態例における発電部の内部構造を示した説明図である。
【図７】  図５の形態例における発電部の側面図であり、発電ユニットの配置状態を示す図である。なお、発電ユニットのみ平面から見た図となっており、また発電ユニットはファンの部分を示している。
【図８】  図５の形態例における先端部を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】１              回転機
６              ダクト（筒状体）
７              発電部
１０            ロータ盤（回転子）
１１，１２      永久磁石
１１ｂ，１２ｂ  環状列
１４            ステータ盤（固定子）
１６            永久磁石
１６ａ          環状列
７３            回転軸
７４            ファン
７５            回転機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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