(57)【要約】本発明は、発電機に関するものであり、詳細に説明すると、円形で湾曲に焼き固めた棒磁石を製作して、その両側に反磁性体の接続部材を接着し、この状態で永久磁石の同極性を合い向きに強制近接してリング形状に繞設形成して界磁子リングを構成する。そして、この界磁子リングは、ベース鋼板にＹ字に配置した３個の内外側ローラ装置を介して、このベース鋼板に回転自在に架承される。そして、この界磁子リングを回転させるために、この内外側ローラ装置内の１個に回転駆動力を与える構造とし、また内外側ローラ装置間のスペースに電機子コイルを配置し、かつこの電機子コイルは、前記界磁子リングの永久磁石を芯にして捲装される。  またこの電機子コイルを包み込むように、この電機子コイルの外周に電機子コアを装着する。また界磁子リングの回転で電機子コイル内を棒磁石の永久磁石が通過することで、永久磁石から発生する磁束が電機子コイルを通過して「レンツの法則」で誘導起電力を発生する構造の発電機である。  従って、本発明は、石油等の燃料及び／又は燃料を噴射しながら爆発する構成を採用しないことから、爆発等の危険性と、構造の複雑化を回避できる有益性・実用性等を備える。また海水中に、石油等の燃料が流出することによる海水汚染の心配も皆無である。さらに放射線を放出して人体に影響を与えることもない。
2008032410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁子リングが、弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した永久磁石の棒磁石と、この棒磁石の両端に接着した反磁性体の接続部材とでなる構成であって、
この界磁子リングは、その棒磁石の極性が同一になるように、これらを強制接近して、つなぎ合わせて接続し、この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、同一の極性間で同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性で接続した同一極性の磁束が放出され、かつ磁軸から直角方向に放出磁束ができて、その先端が潰れた楕円形の放出磁束が連続状態のリングとなることを特徴とし、
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してベース鋼板内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電機子コアで覆う構造とし、
さらに前記回転機構の１個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する駆動機構を装備する構成とした、界磁子リングの回転を介して電機子コイルに磁力誘導起電力を発生する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項２】
界磁子リングを支える支持数を３箇所で支える構造であって、
この１組の支持構造は、内側に１個の内側ローラ装置を持ち、また外側に２個の外側ローラ装置を持つ組み合わせであり、この外側ローラ装置は円形の磁石を包含するように角度をもって設置するとともに、この内外側ローラ装置は、回転の安定性と、摩擦抵抗値等を考慮し、３箇所で支持する構成とすること、
またこの内外側ローラ装置の駆動部分は、この内外側ローラ装置の軸両側から界磁子リング面に、略９０°の方向に圧力を加え、かつこの内外側ローラ装置の素材を、外周が膨らむ構造とし、この界磁子リング面に圧力を加える構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項３】
電機子コイルの外周に、円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる構成であって、
この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、この多数枚の薄板鋼板の短辺を弓状に曲げて積層し、この多数枚積層した状態で、その長辺を９０°の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、この隙間に微細粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を９０°捻りした半割り状態に仕上げてリング状の電機子コイルの上に被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、開放する。この開放により、例えば、界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和（界磁子リングからの磁束が、電機子コアが入出する時に、この電機子コアを励磁するが、この励磁力をベクトル的に相殺して緩和）する役目を加担できるように構成した構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項４】
電機子コイルに収容固定される界磁子リングは、
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リングが通過するように高さと、横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるように調整材を入れて調整し、
そして、この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、この電機子コイルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復帰による前後方向の振幅抑止と、またこの電機子コイルの負荷力率の変動等による位相のズレ防止と、電機子コイルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを図ることを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項５】
電機子コイルの負荷電力の力率変動で、この電機子コイルの反作用が生じることを回避する構成であって、
この電機子コイルの同期リアクタンスと同時に、この電機子コイルの捲線の抵抗とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るために、回路中にコンデンサを並列接続に投入し、このコンデンサ容量を適量に投入し、この界磁子リングの駆動動力容量に影響を与えず、かつ発電容量に変動を与えないことを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項６】
ベース鋼板に収容される電機子コアと、内外側ローラ装置の組合せ構造であって、
この電機子コアの数量と、内外側ローラ装置の数量は何組でも、適宜変更可能で、かつ組合せ成立可能とする構成とした構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項７】
界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、
この駆動機構は、界磁子リングに少し隙間を持たせ、かつ電機子コイルを捲き、電流を交互に流し、この界磁子リングの極性との関係で吸引と反発を繰り返し、この界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子コイルに直接電流を投入し、駆動電動機とした構成等を採用する構造の発電機。
【請求項８】
界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流を流すと電動機として、界磁子リングを回転する構造の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に関するものであり、詳細に説明すると、円形で湾曲に焼き固めた棒磁石を製作して、その両側に反磁性体の接着部材を貼り付ける（接着する）。この状態で永久磁石の同極性を合い向きに強制近接してリング形状に繞設形成して界磁子リングとし、この界磁子リングを、Ｙ字に配置した３個の内外側ローラ装置を介して回転自在に架承し、そして、この界磁子リングを回転させるために、この内外側ローラ装置内の１個に回転駆動力を与える構造とし、また内外側ローラ装置間のスペースに電機子コイルを配置し、かつこの電機子コイルを、前記界磁子リングの永久磁石を芯にして捲装する構成である。
またこの電機子コイルを包み込むように、この電機子コイルの外周に電機子コアを装着する。また界磁子リングの回転で電機子コイル内を棒磁石の永久磁石が通過することで、永久磁石から発生する磁束が電機子コイルを通過して「レンツの法則」で誘導起電力を発生する構造の発電機である。
その原理を説明すると、
ｅ＝Ｎ・ｄΦ／ｄｔ  （Ｖ）                              ・・・・・（１）式
Ｎ：電機子コイル数  ［ターン］  Φ：通過磁束  ［ｗｂ］
永久磁石を同極性で強制近接して接続することで、磁束の放出する方向性を磁軸方向から９０°曲げて放出できるようにして、電機子コイルを通過する磁束がコイルと直角に交わり直角の方向に磁束が通過するようにする。
クーロンの法則Ｆ＝ｍ１  ｍ２／４πμｒ２  ［Ｎ］        ・・・・・（２）式
ｍ１：磁極の強さ［磁荷］    ｍ２：磁極の強さ［磁荷］
μ：媒質の透磁率［Ｈ／ｍ］      ｒ：距離［ｍ］
磁極は同極性で反発する。しかし、両距離を短くさせるために強制接近させる場合は磁軸に対して略直角に放出される。そして、放出磁束密度が増大する。この物理現象を応用した発電機の構造である。
棒磁石の界磁子リングが回転することで電機子コイルを直角に磁束が切る構造にする。この構造であれば、この磁荷力は磁極間の距離の二乗に反比例し、磁束の減衰力は、大幅に改善されるので、この現象で誘導起電力が発生できる発電機を提供する。そして、電機子コイルのコイル幅と、界磁子リングの永久磁石の幅を略同一に合わすことで励磁する磁化力を、ベクトル的に相殺することができるようにし、この電機子コイルを通過する磁束の極性が、交互に通過して発電する構造とする。従って、この誘導起電力は交番磁束による交流発電機となる。また界磁子リングを回転させるエネルギーは、棒磁石の質量と回転直径と回転速度の式で算出される。
Ｗ＝１／２・Ｊω２                                      ・・・・・（３）式
そして、この界磁子リングは、質量が最も小さいが、この界磁子リングから放出される磁束が大きく、かつ電機子コイルを直角に切る方向に放出される構造を採用することで、従来の各発電機よりも、出力が大きく、かつ構造が簡単で、しかも小さい駆動力で働く、発電機の構造を提供できる。尚、この電機子コイルと電機子コアを円形にすることで、界磁子リングから放出される磁束を電機子コイルで的確に捉えることができる構造等の条件を整備することで、例えば、界磁子リングの回転駆動力が小さくても、最も磁束損失の少ない発電機の構造を構成できる。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電機は、界磁子の磁束を多く発生させるために、界磁子を囲繞するように励磁コイルを設け、この界磁子に電流を流して、界磁子の励磁コアを励磁し、磁束を発生させている。界磁子は電磁式で磁束密度は大きく作成できる。しかし、界磁子の励磁極を作成するためには、コイルの捲き数量と励磁材の質量の拡大が必要となり、この界磁子の質量が増大すること、またこれに伴って、例えば、励磁に必要な電力を外部より供給する必要が生じる。界磁子から放出する磁束は電機子コイルと直角に交差する状態を作成して発電をしている。しかし、この条件を作成するためには上記のように界磁子に磁束を発生させる励磁を促す部分が必要になり、外部より界磁子を回転駆動する駆動力と、この励磁するために投入する電流のエネルギー（入力エネルギー）と励磁を構成する部分の質量が存在するので、これらを動かす動力源が必要になる。この入力する動力源が小さいほど良好な効率の良い発電機となる。そして、磁束損失が低い程、良好で効率的な発電機ができる。
以上のことから、必要とする入力エネルギーを如何に少なくして発電することができるかが、昨今のエネルギー不足の現状を打開する道である。従って、これに関する検討及び改善が行われている。
ここで、先行文献を挙げると、文献（１）の特開２００６−１４５８２の「永久磁石発電機」と、文献（２）の特開２００５−２１８１８３「回転電機および電磁機器」と、また文献（３）の特開昭５５−７９６８９の「磁力発電装置」とが見当たる。以下、これらの発明の概要を説明する。
先ず、文献（１）の概要は、ステータヨーク内に三相巻線のコイルを配置した固定子と、この固定子の内側に配置した、Ｎ・Ｓ極同士が反発し合うように複数個で、かつ偶数個の永久磁石でなる回転子とで構成した発電機であって、この固定子の中心で前記回転子が回転し発電することを特徴とする構造であり、この発電機に掛かる負荷を軽減し、永久磁石の磁力を効率良く利用することで、コイルに発生する電気の量も大きくすることを目的とするものである。
また文献（２）の概要は、回転発電機・電動機（発電機とする）として、その性能・効率向上と、回転子と固定子の空隙部の磁束増加とを意図する構造であって、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、回転子の磁極形状の一部を、この固定子の磁極に対して、相対的に同極（又は異極）に対応するとともに、この異極（又は同極）に対応する位置まで回転子の回転後端部を配して、また同期速度で回転時において、回転子の磁極の後端部が、回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、かつこの回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子の磁極により常時吸引および反撥力を働かせて、回転駆動力を付加的に増加させるように構成したものであり、前述の如く、発電機の性能・効率向上と、また空隙部の磁束増加をねらった磁石、鉄心の構造・寸法・配置の工夫により目的とする発電機を提供する。
さらに文献（３）の概要は、内面部を開口部分を形成するようにして多数の中空状外磁石を円環状に配列形成し、この開口部分に、この開口部分と略同型状の内磁石を多数を円環状に回転自在に嵌挿するとともに、この内磁石を軸芯部に回転軸を有する支板に固定連結し、またこの内磁石の軸芯側内面部に発電コイルと、発電磁石、鉄芯を順次に配設した構成であり、この外内磁石による磁力の反撥作用にて内磁石を一定方向に移動・回転可能とするとともに、この回転かつ移動時に発生する回転磁力を利用して発電コイルにて電力を起成することを意図した磁力発電装置を提供する。
しかし、前記文献（１）〜（３）は、界磁子リング（回転子）に対して、電機子コア・電機子コイル（固定子）を、近接位置に配置する構造を採用しないことから、磁束損失の発生する可能性があり、意図する永久磁石からの放出磁束を得るには問題と思われる。そして、また前記文献（１）〜（３）は、磁石を対峙極で配備する構成を採用するが、この磁石は、単に、対峙極で放出磁束を得るのみに留まっており、磁石とコイルとの関係に配慮した構造でなく、励磁構成部分を不要とし、かつ小さな質量で、磁界の強い磁束を放出できる構造とは考えられず問題を抱えている。
上記に鑑み、本出願人は、
［１］  界磁子リング全体を永久磁石にするとともに、励磁コイルと励磁コアを無くする構造とする。
［２］  永久磁石からの磁束の放出方向を変更する構造とする。
［３］  そして、永久磁石の同極同士を同じ向きに強制近接させて距離を短くして接続し、この永久磁石からの放出磁束は直角に向きを変換させる、所謂、「クーロンの法則」を活用することであり、この法則で解析されている磁荷ｍ１、ｍ２は同極性であり反発力になる。またこの磁荷ｍ１、ｍ２の距離を短くすることで、磁軸から放出される磁束は同極で反発して磁束の放出方向が曲げられる。しかし、この放出される磁束は、磁軸に対して略直角に放出される。従って、磁極の強さｍ（Ｗｂ）を同極の距離を短くすることで強くする工夫をする。
［４］  この界磁子リングを、永久磁石の棒磁石だけで構成すると、この界磁子リングには、励磁構成部分が不必要になるので、小さな質量で、磁界の強い磁束を放出できる構造となる。
［５］  次に界磁子リングの上に電機子コイルを捲き、「レンツの法則」で界磁子リングを回転させる。
［６］  また電機子コイル内に棒磁石を通過させ、電機子コアも半割り状態に製作したものを電機子コイルに被せ、円筒円形状に製作した電機子コイルと電機子コアを装着する構造とする。
［７］  この電機子コイルの中空間に界磁子リングが回転できるように内外側ローラ装置で支えて回転可能とし、この内外側ローラ装置の１個を回転駆動ローラにして入力駆動源とする。
［８］  界磁子リングを回転させることで棒磁石からの放出磁束は電機子コイルを直角に切りながら回転し、誘導起電力を発生できる発電機となる。
［９］  そして、この棒磁石の磁軸方向を直角に変換する手段としては、例えば、同極同士を近接し接続する。そして、この界磁子リングの質量の最も小さいもので放出磁束の大きい構造とすることで、入力エネルギーを小さくし（駆動動力源を小さくし）、かつ磁束損失分を補足する。
［１０］  そして、発電機からの出力は、電機子コイルを通過する磁束の量と速度と、この電機子コイルの捲線数と磁極数と波形率の式として算出できる。
［１１］  また発電機の容量は、電機子コイルに流す電流の値で、この値を掛け合わせた積となる。
［１２］  これらの結果、界磁子リングの磁束／質量の比率より、放出される磁束の量を増やして、電機子コイルを磁束が切る回転速度を上昇させる構造にすることで、換言すると、エネルギーの増幅機と同様な構成となって、効率的な発電機を提供できる。
【発明の開示】
【０００３】
この発電機は、棒状の永久磁石で環状に配して構成し、この界磁子リングから放出される磁束は、磁軸から略直角に向きを変えて、放出される構成であって、この磁束は電機子コイルを直角に切るような構造とする。そして、この界磁子リングが回転して永久磁石からの放出磁束が略直角方向に放出される構造にするために、界磁子リングとの間に、僅かの隙間を持たせて電機子コイルを捲き、その上に電機子コアを円筒円形状の半割りにして覆う構成とする。この構成を採用することから、界磁子リングから放出する磁束は、電機子コイルを通過して電機子コアに達する経路で循環する。そして、電機子コア内を通り電機子コイルを通過して界磁子リングの他の極に帰ってくる循環回路を構成する。この構造で界磁子リングを回転させると、この電機子コイルは誘導起電力を起して発電機となる。
前述した構成で発電する発電機の構造を、以下に説明する。
［１］  界磁子は、界磁子リングとする。その構成は、棒状の永久磁石を曲げた状態に製作し、その両側に反磁性体を接着する。そして、永久磁石の同極同士で反磁性体を挟み、かつこの反磁性体の接続部材で締め付け接続してリング状に形成する。
この構成で、この界磁子リングは、永久磁石の磁軸に対して直角に磁束を放出する構造となり、この界磁子リングからの放出磁束形状は、円形放出形状となり、それを繋ぎ合わせた環状リングとなる。そして、この界磁子リングからの磁束放出現象を回転させることで磁力誘導起電力となり発電する。
［２］  界磁子リングに内外側ローラ装置を３個組みで３箇所にＹ字型に配置して界磁子の回転がスムースにできるようにする。その内の１個に外部から駆動力を与えて界磁子リングを回転させる。
［３］  リングの内外側ローラ装置の中間スペースに電機子コイルを３箇所に捲く。そして、界磁子リングの形状に合わせて、少しの隙間をもたせて反磁性体の円筒円形状の半割りした上に電機子コイルを捲き上げる。この電機子コイルを捲く電線の太さとターン数は、電機子の設置面積で決定する。この面積は界磁子リングの長さ等で決まる。
［４］  電機子コイルの外周に、円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる。この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼材であって、その短辺を弓状に曲げて積層し、この積層した状態で、その長辺を９０°の捻りを加えた形状で作成する。
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、この隙間に微細粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を９０°捻りした半割り状態に仕上げてリング状の電機子コイルの上に被せる。この電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、開放する。この開放により、例えば、界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和する役目を担うためである。
［５］  電機子コアは更に回転しないようにベース鋼板（受け皿）内に収容する。また電機子コイルは、界磁子リングが丁度中央を通過できるように高さを調整する意味を兼ねて製作する。
［６］  界磁子リングを安定して回転させる方法として、内外側ローラ装置の向きは全部同一方向ではなく、界磁子リングの回転で生じる遠心力を均等に耐えるように包含するように配置角度を持って支持する。
［７］  電機子コイルの電流は電圧に対して９０°の遅れが生じる。そして、負の力率が変動すると誘導起電力の電圧と電流の位相が拡大される。この電機子コイルのインダクタンスωＬの位相遅れを改善するために相当する容量を持つコンデンサを電機子コイルに並列接続する。例えば、負荷回路の力率改善のために並列にコンデンサを接続する。このようにコンデンサを接続することで、誘導起電力の電圧と電流を同相にして電機子反作用の横軸反作用による偏磁作用を起すので磁束分布の歪みを介して減磁作用を改善できる。
本発明は、以上の７項目を構成に組み入れて、発電することを特徴とする発電機である。
［発明の効果］
請求の範囲第１項は、界磁子リングが、弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した永久磁石の棒磁石と、この棒磁石の両端に接着した反磁性体の接続部材とでなる構成であって、
この界磁子リングは、その棒磁石の極性が同一になるように、これらを強制接近して、つなぎ合わせて接続し、この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、同一の極性間で同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性で接続した同一極性の磁束が放出され、かつ磁軸から直角方向に放出磁束ができて、その先端が潰れた楕円形の放出磁束が連続状態のリングとなることを特徴とし、
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してベース鋼板（受け皿）内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電機子コアで覆う構造とし、
さらに前記回転機構の１個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する駆動機構を装備する構成とした、界磁子リングの回転を介して電機子コイルに磁力誘導起電力を発生する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第２項は、界磁子リングを支える支持数を３箇所で支える構造であって、
この１組の支持構造は、内側に１個の内側ローラ装置を持ち、また外側に２個の外側ローラ装置を持つ組み合わせであり、この外側ローラ装置は円形の磁石を包含するように角度をもって設置するとともに、この内外側ローラ装置は、回転の安定性と、摩擦抵抗値等を考慮し、３箇所で支持する構成とすること、
またこの内外側ローラ装置の駆動部分は、この内外側ローラ装置の軸両側から界磁子リング面に、略９０°の方向に圧力を加え、かつこの内外側ローラ装置の素材を、外周が膨らむ構造とし、この界磁子リング面に圧力を加える構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第３項は、電機子コイルの外周に、円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる構成であって、
この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、この多数枚の薄板鋼板の短辺（部）を弓状に曲げて積層し、この多数枚積層した状態で、その長辺（部）を９０°の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、この隙間に微細粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を９０°捻りした半割り状態に仕上げてリング状の電機子コイルの上に被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、開放する。この開放により、例えば、界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和（界磁子リングからの磁束が、電機子コアが入出する時に、この電機子コアを励磁するが、この励磁力をベクトル的に相殺して緩和）する役目を加担できるように構成した構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第４項は、電機子コイルに収容固定される界磁子リングは、
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リングが通過するように高さと、横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるように調整材を入れて調整し、
そして、この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、この電機子コイルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復帰による前後方向の振幅抑止と、またこの電機子コイルの負荷力率の変動等による位相のズレ防止と、電機子コイルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを図ることを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第５項は、電機子コイルの負荷電力の力率変動で、この電機子コイルの反作用が生じることを回避する構成であって、
この電機子コイルの同期リアクタンスと同時に、この電機子コイルの捲線の抵抗とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るために、回路中にコンデンサを並列接続に投入し、このコンデンサ容量を適量に投入し、この界磁子リングの駆動動力容量に影響を与えず、かつ発電容量に変動を与えないことを意図する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第６項は、ベース鋼板に収容される電機子コアと、内外側ローラ装置の組合せ構造であって、
この電機子コアの数量と、内外側ローラ装置の数量は何組でも、適宜変更可能で、かつ組合せ成立可能とする構成とした構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第７項は、界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、
この駆動機構は、界磁子リングに少し隙間を持たせ、かつ電機子コイルを捲き、電流を交互に流し、この界磁子リングの極性との関係で吸引と反発を繰り返し、この界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子コイルに直接電流を投入し、駆動電動機とした構成等を採用する構造の発電機。
請求の範囲第８項は、界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流を流すと電動機として、界磁子リングを回転する構造の発電機。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の全体構造であって、電機子コアと電機子コイルの一部を欠截して内部の構造を示したものであり、棒磁石の界磁子リングが電機子コアを貫通し、この、界磁子リングを内外側ローラ装置３組（３箇所）で支持し、この３箇所の中間に電機子コア及び／又は電機子コイルを設置し、電機子取付け位置調整用調整材で囲繞し、この内外側ローラ装置の１個に回転を与えて界磁子リングを回転可能とする。そして、この界磁子リングを回転することで、界磁子リングの磁束が電機子コイルを直角に切り、磁力誘導起電力で発電することを説明するための基本的な断面摸式図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ’断面図と、そのＢ−Ｂ’断面図を示しており、界磁子リングを内外側ローラ装置で支えている構造と、内外側ローラ装置の回転駆動と、この内外側ローラ装置で界磁子リングを中空に支持する構造とを示した側面模式図である。
第３−１図〜第３−６図は、電機子コアを拡大して示した図であり、第３−１図は、電機子コアが完成した状態の断面図、第３−２図は、電機子コアの製作過程であって、半截した一部を、略９０°捻った状態の模式図、第３−３図は、第３−２図の側面斜視図、第３−４図は、第３−２図の平面図、第３−５図は、第３−２図の展開正面図、第３−６図は、電機子コアの製作過程であって、半截した他の一部を、略９０°捻った状態の展開正面図である。
第４図は、電機子コア及び電機子コイルと、界磁子リング及び内外側ローラ装置の断面模式図である。
第５図は、電機子コア及び電機子コイルと、界磁子リング及び内外側ローラ装置の断面模式図であって、この電機子コイルを巻いた状態を示している。
第６図は、電機子コア及び電機子コイルと、界磁子リングを収容した三分割の電機子取付け位置調整用調整材（電機子ケーシング）をベース鋼板に着脱自在に設けた断面模式図である。
第７図は、第６図の状態に界磁子リングの支持材を装着した断面模式図である。
第８−１図は、界磁子リングの接続部材の部品と接続状態を示した正面模式図、第８−２図は第８−１図の分解模式図である。
第９図は、発電機の電気回路図である。
第１０図は、永久磁石を同極で近接させた時の磁束密度の放物線量の測定値を示した図表である。
第１１図は、永久磁石を同極で接近させる状況時の磁束密度の放物線量の測定値を示した図表である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
代表的な図面を基にして、その実施例を説明する。
第１図は、本発明の全体構造であってベース鋼板（受け皿）２１の略中央に駆動用電動機１を設け、この駆動用電動機１で駆動される界磁子リング４を、内側ローラ装置１０（支持ローラ装置）、外側ローラ装置１１、１２（支持ローラ装置）を介して架承する構成であり、この界磁子リング４は、棒磁石（棒状の永久磁石）を環状に配した構造である。図中２は駆動用電動機１の駆動シャフトを示す。
そして、この棒磁石の両側に反磁性体の接続部材５を、それぞれ接着することで、棒磁石の同極同士を反磁性体の接続部材５で挟み込む構成とし、この接続部材５を接続ナット５３と接続座５４で締付け接続したリング形状とする。図中５１は他の界磁子リング４の両端に接着される反磁性体の接続部材Ｉ、また５２はさらに他の界磁子リング４の両端に接着される反磁性体の接続部材ＩＩを示しており、この接続部材ＩＩ５２は、前述の接続部材５と同じ取扱いがされる。この接続部材５と接続部材Ｉ５１、接続部材ＩＩ５２と、複数の接続ナット５３及び／又は締付けボルト５５と、接続座５４とを介して棒磁石を環状に配して界磁子リング４を形成する。
以上のようにして構成した界磁子リング４は、内側ローラ装置１０、外側ローラ装置１１、１２を介してベース鋼板２１に架承されている。例えば、この内側ローラ装置１０は、内側ローラ１０ａと、この内側ローラ１０ａを支持する支持ボルト軸１０ｂで構成する。そして、また外側ローラ装置１１、１２は、外側ローラ１１ａ、１２ａと、この外側ローラ１１ａ、１２ａを支持する支持ボルト軸１１ｂ、１２ｂで構成する。この一組の内側ローラ装置１０、外側ローラ装置１１、１２と、支持ボルト１０ｃ〜１２ｃを介して確実に１箇所を支持する。そして、この一組の内側ローラ装置１０、外側ローラ装置１１、１２を、この例では３箇所設置することで、前述の如く、ベース鋼板２１に架承されている。またこの外側ローラ１１ａの支持ボルト軸１１ｂを延長し、この支持ボルト軸１１ｂにローラ駆動用Ｖプーリ１７を固止し、このローラ駆動用Ｖプーリ１７と、ベース鋼板２１の略中央に設けた駆動用電動機１の出力軸に設けた駆動用Ｖプーリ３とをＶベルト１６を介して連繋する。従って、この外側ローラ１１ａの支持ボルト軸１１ｂは、前記駆動用電動機１→駆動用Ｖプーリ３→Ｖベルト１６の伝達機構を介して回転される。
そして、この界磁子リング４の外周面には、電機子コイル７が略密着状態に捲装されることで、磁束損失を極力少なくする構造とする。そして、この界磁子リング４と電機子コイル７、この電機子コイル７を緊密状態に囲繞する電機子コア８とを、ベース１９と電機子取付け位置調整用調整材（電機子ケーシング）２０で被嵌する。尚、この囲繞及び／又は被嵌も、緊密状態として、前記磁束損失を補完できる構造とする。尚、界磁子リング４は、電機子コイル７、電機子コア８（電機子６）と電機子取付け位置調整用調整材２０の中心に設置する。そして、ベース１９はベース鋼板２１に着脱自在に設けられる。
第３−１〜３−６図は、電機子コア８の半割り部分図の摸式図である。円筒円形状の半割りを作成するために薄板鋼板８００を、先ず扇型に切断して両端内側を円形にした形状板の短辺を弓状に曲げて、長辺を９０°に捻ると、この薄板鋼板８００は短辺が弓状になり、長辺が９０°に曲がった薄板鋼板８０１が製作される。この薄板鋼板８０１を寄せ集めると円筒円形状で出入り口がラッパ状の電機子コア８が構成される。そして、この薄板鋼板８０１の中間の隙間に強磁性体で微細な粉末材（図示せず）を充填し、かつ接着剤（図示せず）で接続する。
第９図は、この発電機の電気回路図である。磁力誘導起電力Ｅを実効値で発電して電機子コイル７のコイル抵抗Ｒと電機子コイル７のインダクタンスＬ、３電機子６を接続する。そして、電機子コイル７全体にコンデンサＣ１を並列接続して電機子コイル７の反作用を改善する。そして、負荷の電力送電で生じる力率ＣＯＳθを改善させるためにコンデンサＣ２を並列に接続する構造である。
第１０図は、棒磁石を強制接近させると、先端部分が欠如した楕円形に放出される磁束密度が測定できる。この棒磁石の接続中間位置で離隔距離Ｘを測定した値である。このＸの位置に電機子コイル７を捲くと、磁力誘導起電力の電圧を計算する時の磁束に代入できる。
第１１図は、棒磁石を同極で強制接近させるとフレーミングの法則で距離の２乗に反比例する力が出る。その力は磁軸に対して９０°の方向に放出されるので磁束密度Ｂ（Ｇ）の上昇となって現れる。この証明として中間地点の磁束密度Ｂの値を測定して実証する。
前述した本発明の主要素部の詳細な説明と入出力のエネルギー関係式で発電することを検証する。棒磁石を同極で近づけた場合の式はクーロンの法則から次の式になるものと考えられる。
クーロンの法則  Ｆ＝ｍ１・ｍ２／（４πμｒ２）（Ｎ）
反発力Ｆと距離Ｘとの関係式はＷのエネルギーの式になるので
ＸＦ＝Ｗ＝ＢＨＶ／２＝Ｂ２Ｖ／２μ                      ・・・・・（４）式
μ：空隙の空気の透磁率［Ｈ／ｍ］        Ｗ：磁気エネルギー［Ｊ］
Ｂ：磁束密度［Ｔ］      Ｈ：磁界の強さ［Ａ／ｍ］
Ｖ：空隙部の体積［ｍ３］
この式のｒを変化させることは、同極の場合は反発力Ｆの力を変化させることになり、距離の短縮でその反発力Ｆは増大する。この反発力Ｆの力は磁束密度Ｂの増加の変化になり現れる。そして、磁石の漏洩磁束は短い距離でループを形成する関係で漏洩による損失となる部分が極端に少なくなる。次に、棒磁石で異極同士を接続して界磁子リング４を形成すれば外部に放出される磁束は消える。このことの逆法則で同極同士を接続すれば磁束は電機子コイル７に放出される。そして、この磁極間を短縮したら、その力は磁束密度Ｂの増大に繋がる。また、磁束密度Ｂの流れる方向は楕円球面の先端部分が潰れた状態の球面に沿って流れて行く。従って、電機子コア８で囲われなければ楕円形状を形成して流れることで、この界磁子リング４より放出される磁束は円形の内側と外側では磁束経路に差ができ、磁束の強さに差ができることになる。これは電機子コイル７の一周の間でも電圧が発生することになる。この界磁子リング４からの放出磁束の形状は、この楕円形状の磁極を作成して電機子コイル７内で回転する。電機子コア８がある関係で楕円形状が変形した形状を作成しながら略電機子コイル７を直角に切りながら回転する理想的な構成となる。
次に、同極同士間に反磁性体を挟んで接続した場合と、これを強磁性体で接続した場合では放出される磁束密度に差が生じて、反磁性体で挟んだ方がより放出磁束密度が高い。その原因と考えられることは、同極で放出される磁束同士が強磁性体の中で完全衝突して消滅する磁束回路が成立することで、その部分の減少が生じるものと考えられる。
そこで、界磁子リング４が内側ローラ装置１０、外側ローラ装置１１、１２、で支えられて回転できる状態から始める。界磁子リング４の回転駆動力は外部より入力されて、内外側ローラ装置１０〜１２を回転駆動することで、界磁子リング４が回転する。次に電機子コイル７を通過することで、永久磁石が持つ磁束を電機子コイル７が切る状態になり、この状態で電機子コイル７に磁力誘導起電力が発生する。上記で述べたように界磁子リング４より放出された磁束は先端部分が潰れたような形状の楕円形を形成して電機子コイル７を通過して電機子コア８に捉えられる。そして電機子コア８からまた電機子コイル７を通過して界磁子リング４に戻る回路を形成し循環する。これにより、界磁子リング４が回転することは、このように循環する磁束を生じさせながら回転する構造である。よって、電機子コイル７を全周に渡る長さで直角に切る構造である。
そして磁荷の強さｍ（Ｗｂ）は両極の距離をｒ２に反比例するので、電機子コイル７を通過する時の磁束密度Ｂが増大することで、磁束密度Ｂの減速の低下度が緩やかになる。この現象は、磁束密度Ｂの放出度が増大することで、負荷変動に対する電圧の降下率が低くなることを表している。
この現象の数値は、発電機としての出力電圧に関する磁力誘導起電力の式の磁束の値に関係してくる。
磁力誘導起電力Ｅ＝１．１１  Ｐａ  Ｎ  ＺΦ              ・・・・・（５）式
波形率：１．１１  Ｐａ：磁極数      Ｎ：界磁子リングの回転数（ｓｅｃ）
Ｚ：電機子コイル数（ターン）  Φ：磁束      （Ｗｂ）    そして、
出力電力容量Ｐ＝ＥＩ                                    ・・・・・（６）式
磁力誘導起電力Ｅに電機子コイルの電流値Ｉ（Ａ）を掛けたものとなる。
出力電力容量Ｐを算出するのに、界磁子リング４を回転させる容量は棒磁石の質量を計算して、Ｗ１＝１／２・Ｊω２で算出できる。界磁子リング４を回転させるとき内外側ローラ装置１０、１１、１２の、
摩擦機械損失Ｗ２＝  ９．８μｐＳｖ                      ・・・・・（７）式
μ：摩擦係数    ｐ：界磁子リングと内外側ローラ装置の圧力（ｋｇ／ｍ２）
Ｓ：内外側ローラ装置と界磁子リングの接触面積（ｍ２）
ｖ：界磁子リングの周辺速度（ｍ／Ｓ）
で計算する。次に電機子コア内をうず電流損とヒステリシス損による磁束密度Ｂと周波数の関係式より、その損失は継鉄の重量に比例する。そして、鉄損はＷｉとして計算できる。
鉄損Ｗｉ＝Ｇ・Ｗｆｃ（Ｗ）                              ・・・・・（８）式
Ｇ：重量（ｋｇ）  Ｗｆｃ：継鉄部分の損失（Ｗ／ｋｇ）  である。
次に、
電機子銅損Ｗｃ＝１２Ｒ（Ｗ）                            ・・・・・（９）式
この式に数値を代入すれば発電機の入力と出力の比率を求めることができる。発電機の容量式は、
Ｗ＝出力／入力  ＝Ｐ／（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗｉ＋Ｗｃ）      ・・・・・（１０）式
界磁子リング４と電機子コア８との関係において、界磁子リング４が回転する時に電機子コア８の出入り口を強励磁する。この時に起きる界磁子リング４の回転を防止する行為に対しては、電機子コア８の形状をラッパ状態にして、界磁子リング４の極性で励磁される磁軸に対してベクトル角度が大きくなるようにして対応している。よって界磁子リング４の回転が阻止される現象を少なくする構造を作成している。この界磁子リング４の磁極間の距離と電機子コア８の距離を略同じ距離にすると、界磁子リング４の極性は電機子コア８の端部への入出位置は略同じ位置になり、電機子コア８を励磁する力の関係も同じとなる。この現象で界磁子リング４の回転力は、回転方向と逆回転方向が同じになり、界磁子リング４を回転させた場合の回転力を阻止する行為は外部駆動力からは略０（０とする）となり、磁束損失には含まなくてもよい。そして、また、入出式の計算には損失エネルギーとして計算から除外することができる。また界磁子リング４が電機子内を通過する時に起きる磁束による強励磁はトンネル内の上下左右どの方向も距離と円形による励磁力は等しいので、励磁による磁束損失は０である。よって界磁子リング４の回転を阻害する要因とはならないので、この電機子の励磁損失は０とする。発電機としての性能は、界磁子の質量と界磁子リング４から放出する磁束との関係で決まることになる。次に、無負荷飽和で電圧を発生させる値は励磁電流を流して電磁力で発電する構造ではなく、界磁子リング４からの磁束を用いているので、界磁子リング４の回転速度を調整して無負荷飽和による飽和電圧を計測することになる。この結果飽和電圧の値は従来の同期発電機による値よりも大きな値となる。そして電機子コイル７を短絡して、流れる電流で短絡電流値の値も励磁電流を流して磁束と電機子コイル７の電流の比率を調べる従来の形式とは異なり、界磁子リング４が励磁磁束に変わったことで界磁子リング４を回転させると、この短絡電流は回転速度に比例して大きくなり、この比率の角度は従来の短絡曲線よりも上昇カーブを描くことになる。このようにして、励磁極に電流を流して、その励磁により磁束変化に対する比率で判明した現象が、この装置では界磁子リング４から放出される磁束の変化となる。よって、従来の同期発電機のような変換に必要な励磁極損失部分が除外されることで、短絡比＝Ｋは大きくなる。このことで、負荷の電圧降下は従来の発電機よりも改善されることになる。
従来の同期発電機との違いは、界磁子リング４の回転数を一定で測定していたものを界磁子リング４の放出磁束の変化はないので、この界磁子リング４の回転速度を調整して測定することになる。結論として、界磁子リング４の性能（極性の同じ磁極同士を接近させて、その時の放出磁束）と円筒円形状の電機子の構造が発電機として効果を上げる、この構造で性能が決まる。本発明はこの最も良い条件を満足できる構造の発電機といえる。
【符号の説明】
【０００６】
１              駆動電動機
２              駆動シャフト
３              駆動用Ｖプーリ
４              界磁子リング
５              接続部材
５１            接続部材Ｉ
５２            接続部材ＩＩ
５３            接続ナット
５４            接続座
５５            締付けボルト
６              電機子
７              電機子コイル
８              電機子コア
８００          薄板鋼板
８０１          薄板鋼板
１０            内側ローラ装置
１０ａ          内側ローラ
１０ｂ          支持ボルト軸
１０ｃ          支持ボルト
１１            外側ローラ装置
１１ａ          外側ローラ
１１ｂ          支持ボルト軸
１１ｃ          支持ボルト
１２            外側ローラ装置
１２ａ          外側ローラ
１２ｂ          支持ボルト軸
１２ｃ          支持ボルト
１６            Ｖベルト
１７            ローラ駆動用Ｖプーリ
１９            ベース
２０            電機子取付け位置調整用調整材（電機子ケーシング）
２１            ベース鋼板（受け皿）
Ｃ１            コンデンサ
Ｃ２            コンデンサ
Ｅ              磁力誘導起電力
Ｌ              インダクタンス
Ｒ              コイル抵抗
【産業上の利用可能性】
【０００７】
以上のように、本発明は、界磁子リングの同極同士を強制接近させることで放出磁束密度量を増やしながら、回転する構造を採用することで、例えば、電機子コイル内を通過する磁束を介して磁力誘導起電力を発生する構成の発電機である。そして、この発電機は従来の熱エネルギー変換で界磁子リングを回転し、電力を取出す方式とすることで、石油等の燃料及び／又は燃料を噴射しながら爆発する構成を採用しないことから、爆発等の危険性と、構造の複雑化を回避できる有益性・実用性等を備えるまた海水中に、石油等の燃料が流出することによる海水汚染の心配も皆無である。さらに放射線を放出して人体に影響を与えることもない。
即ち、本発明は、装置を稼動させるエネルギーとして蓄電池に蓄積した電力を使用して駆動源とする構造であり、発電機の運転で生じた電力の負荷側からリターンし、蓄電池を充電して継続運転を可能とする。従って、永久磁石だけの使用では発電容量を確保できない欠点を解消し、かつ装置全体の小型化を達成しながら電力の倍率を図るために、本発明では、この小型の発電機を多数基設備して供給する構造とし、要望がある大電力の需要に応じることを意図する。またピーク負荷の対応としては、界磁子リングの回転速度の上昇を見込める範囲に定格電力値を定めることで発電する構造にすることも可能であり、各種の要望に対応できることは明らかである。そして、この装置に必要とする部品点数を少なくし、かつこの部品も安価に購入可能であることから、低価格の発電機を製作、かつ提供でき、実用的で、業界に福音をもたらすことは明らかである。
以上のような経済性、実用性、また有益性を備えることから、本発明は、多くの産業用機械の駆動の電源として採用できる。殊に、今日の花形産業である。例えば、自動車のエンジンへの搭載を始めとして、例えば、船舶の発電機、産業機械の発電機等の駆動源への採用と、殊に、最大の目的は、発電所に設置し、人類の生活に役立つエネルギーの供給に貢献できる。
【図２】
2008032410.tif 000003
【図３−２】
2008032410.tif 000004
【図３−３】
2008032410.tif 000005
【図３−４】
2008032410.tif 000006
【図３−５】
2008032410.tif 000007
【図３−６】
2008032410.tif 000008
【図８−１】
2008032410.tif 000009
【図８−２】
2008032410.tif 000010
【図９】
2008032410.tif 000011
【図１０】
2008032410.tif 000012
【図１１】
2008032410.tif 000013
【図１】
2008032410.tif 000014
【図３−１】
2008032410.tif 000015
【図４】
2008032410.tif 000016
【図５】
2008032410.tif 000017
【図６】
2008032410.tif 000018
【図７】
2008032410.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁子リングが、弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した永久磁石で、断面が円形でなる棒磁石と、この棒磁石の両端に接着した反磁性体の接続部材とでなる構成であって、
この界磁子リングは、その棒磁石の極性が同一になるように、これらを強制接近して、つなぎ合わせて接続し、この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、同一の極性間で同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性で接続した同一極性の磁束が放出され、かつ磁軸から直角方向に放出磁束ができて、その先端が潰れた楕円形の放出磁束が連続状態のリングとなることを特徴とし、
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してベース鋼板（受け皿）内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電機子コアで覆う構造とし、
さらに前記回転機構の１個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する駆動機構を装備する構成とし、
前記界磁子リングを回転し、この界磁子リングで発生する磁束を、励磁磁束に変換し、この界磁子リングの回転を介して、前記電機子コイルに磁力誘導起電力を発生する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項２】
界磁子リングを支える支持数を３箇所で支える構造であって、
この１組の支持構造は、内側に１個の内側ローラ装置を持ち、また外側に２個の外側ローラ装置を持つ組み合わせであり、この外側ローラ装置は円形の磁石を包含するように角度をもって設置するとともに、この内外側ローラ装置は、回転の安定性と、摩擦抵抗値等を考慮し、３箇所で支持する構成とすること、
またこの内外側ローラ装置の駆動部分は、この内外側ローラ装置の軸両側から界磁子リング面に、略９０°の方向に圧力を加え、かつこの内外側ローラ装置の素材を、外周が膨らむ構造とし、この界磁子リング面に圧力を加える構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項３】
電機子コイルの外周に、円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる構成であって、
この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、この多数枚の薄板鋼板の短辺を弓状に曲げて積層し、この多数枚積層した状態で、その長辺を９０°の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、この隙間に微細粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作して開放し、この開放により、界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和（界磁子リングからの磁束が、電機子コアが入出する時に、この電機子コアを励磁して生成される励磁力をベクトル的に相殺して緩和）する役目を加担できるように構成した請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項４】
電機子コイルに収容固定される界磁子リングは、
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リングが通過するように高さと、横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるように調整材を入れて調整し、
そして、この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、この電機子コイルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復帰による前後方向の振幅抑止と、またこの電機子コイルの負荷力率の変動等による位相のズレ防止と、電機子コイルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを図ることを意図する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項５】
電機子コイルの負荷電力の力率変動で、この電機子コイルの反作用が生じることを回避する構成であって、
この電機子コイルの同期リアクタンスと同時に、この電機子コイルの捲線の抵抗とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るために、回路中にコンデンサを並列接続に投入し、このコンデンサ容量を適量に投入し、この界磁子リングの駆動動力容量に影響を与えず、かつ発電容量に変動を与えないことを意図する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項６】
ベース鋼板に収容される電機子コアと、内外側ローラ装置の組合せ構造であって、
この電機子コア（又は界磁子）の数量と、内外側ローラ装置の数量は何組でも、適宜変更可能で、かつ組合せ成立可能とする構成とした構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【請求項７】
界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、
この駆動機構は、界磁子リングに少し隙間を持たせ、かつ電機子コイルを捲き、電流を交互に流し、この界磁子リングの極性との関係で吸引と反発を繰り返し、この界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子コイルに直接電流を投入し、駆動電動機とした構成等を採用する構造の請求項１に記載の発電機。
【請求項８】
界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流を流すと電動機として、界磁子リングを回転する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
本発明は、発電機に関するものであり、詳細に説明すると、円形で湾曲に焼き固めた棒磁石を製作して、その両側に反磁性体の接着部材を貼り付ける（接着する）。この状態で永久磁石の同極性を合い向きに強制近接してリング形状に繞設形成して界磁子リングとし、この界磁子リングを、Ｙ字に配置した３個の内外側ローラ装置を介して回転自在に架承し、そして、この界磁子リングを回転させるために、この内外側ローラ装置内の１個に回転駆動力を与える構造とし、また内外側ローラ装置間のスペースに電機子コイルを配置し、かつこの電機子コイルを、前記界磁子リングの永久磁石を芯にして捲装する構成である。
またこの電機子コイルを包み込むように、この電機子コイルの外周に電機子コアを装着する。また界磁子リングの回転で電機子コイル内を棒磁石の永久磁石が通過することで、永久磁石から発生する磁束が電機子コイルを通過して「レンツの法則」で誘導起電力を発生する構造の発電機である。
その原理を説明すると、
ｅ＝Ｎ・ｄΦ／ｄｔ  （Ｖ）                              ・・・・・（１）式
Ｎ：電機子コイル数  ［ターン］  Φ：通過磁束  ［ｗｂ］
永久磁石を同極性で強制近接して接続することで、磁束の放出する方向性を磁軸方向から９０°曲げて放出できるようにして、電機子コイルを通過する磁束がコイルと直角に交わり直角の方向に磁束が通過するようにする。
クーロンの法則Ｆ＝ｍ１・ｍ２／４πμｒ２  ［Ｎ］      ・・・・・・（２）式
ｍ１：磁極の強さ［磁荷］    ｍ２：磁極の強さ［磁荷］
μ：媒質の透磁率［Ｈ／ｍ］        ｒ：距離［ｍ］
磁極は同極性で反発する。しかし、両距離を短くさせるために強制接近させる場合は磁軸に対して略直角に放出される。そして、放出磁束密度が増大する。この物理現象を応用した発電機の構造である。
棒磁石の界磁子リングが回転することで電機子コイルを直角に磁束が切る構造
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
にする。この構造であれば、この磁荷力は磁極間の距離の二乗に反比例し、磁束の減衰力は、大幅に改善されるので、この現象で誘導起電力が発生できる発電機を提供する。そして、電機子コイルのコイル幅と、界磁子リングの永久磁石の幅を略同一に合わすことで励磁する磁化力を、ベクトル的に相殺することができるようにし、この電機子コイルを通過する磁束の極性が、交互に通過して発電する構造とする。従って、この誘導起電力は交番磁束による交流発電機となる。また界磁子リングを回転させるエネルギーは、棒磁石の質量と回転直径と回転速度の式で算出される。
Ｗ＝１／２・Ｊω２                                      ・・・・・（３）式
そして、この界磁子リングは、質量が最も小さいが、この界磁子リングから放出される磁束が大きく、かつ電機子コイルを直角に切る方向に放出される構造を採用することで、従来の各発電機よりも、出力が大きく、かつ構造が簡単で、しかも小さい駆動力で働く、発電機の構造を提供できる。尚、この電機子コイルと電機子コアを円形にすることで、界磁子リングから放出される磁束を電機子コイルで的確に捉えることができる構造等の条件を整備することで、例えば、界磁子リングの回転駆動力が小さくても、最も磁束損失の少ない発電機の構造を構成できる。
背景技術
従来の発電機は、界磁子の磁束を多く発生させるために、界磁子を囲繞するように励磁コイルを設け、この界磁子に電流を流して、界磁子の励磁コアを励磁し、磁束を発生させている。界磁子は電磁式で磁束密度は大きく作成できる。しかし、界磁子の励磁極を作成するためには、コイルの捲き数量と励磁材の質量の拡大が必要となり、この界磁子の質量が増大すること、またこれに伴って、例えば、励磁に必要な電力を外部より供給する必要が生じる。界磁子から放出する磁束は電機子コイルと直角に交差する状態を作成して発電をしている。しかし、この条件を作成するためには上記のように界磁子に磁束を発生させる励磁を促す部分が必要になり、外部より界磁子を回転駆動する駆動力と、この励磁するために投入する電流のエネルギー（入力エネルギー）と励磁を構成する部分の質量が存在するので、これらを動かす動力源が必要になる。この入力する動力源が小さいほど良好な効率の良い発電機となる。そして、磁束損失が低い程、良好で効率的な発電機ができる。
以上のことから、必要とする入力エネルギーを如何に少なくして発電することが
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
コア・電機子コイル（固定子）を、近接位置に配置する構造を採用しないことから、磁束損失の発生する可能性があり、意図する永久磁石からの放出磁束を得るには問題と思われる。そして、また前記文献（１）〜（３）は、磁石を対峙極で配備する構成を採用するが、この磁石は、単に、対峙極で放出磁束を得るのみに留まっており、磁石とコイルとの関係に配慮した構造でなく、励磁構成部分を不要とし、かつ小さな質量で、磁界の強い磁束を放出できる構造とは考えられず問題を抱えている。
上記に鑑み、本出願人は、
［１］  界磁子リング全体を永久磁石にするとともに、励磁コイルと励磁コアを無くする構造とする。
［２］  永久磁石からの磁束の放出方向を変更する構造とする。
［３］  そして、永久磁石の同極同士を同じ向きに強制近接させて距離を短くして接続し、この永久磁石からの放出磁束は直角に向きを変換させる、所謂、「クーロンの法則」を活用することであり、この法則で解析されている磁荷ｍ１、ｍ２は同極性であり反発力になる。またこの磁荷ｍ１、ｍ２の距離を短くすることで、磁軸から放出される磁束は同極で反発して磁束の放出方向が曲げられる。しかし、この放出される磁束は、磁軸に対して略直角に放出される。従って、磁極の強さｍ（Ｗｂ）を同極の距離を短くすることで強くする工夫をする。
［４］  この界磁子リングを、永久磁石の棒磁石だけで構成すると、この界磁子リングには、励磁構成部分が不必要になるので、小さな質量で、磁界の強い磁束を放出できる構造となる。
［５］  次に界磁子リングの上に電機子コイルを捲き、「レンツの法則」で界磁子リングを回転させる。
［６］  また電機子コイル内に棒磁石を通過させ、電機子コアも半割り状態に製作したものを電機子コイルに被せ、円筒円形状に製作した電機子コイルと電機子コアを装着する構造とする。
［７］  この電機子コイルの中空間に界磁子リングが回転できるように内外側ローラ装置で支えて回転可能とし、この内外側ローラ装置の１個を回転駆動ローラにして入力駆動源とする。
［８］  界磁子リングを回転させることで棒磁石からの放出磁束は電機子コイルを直角に切りながら回転し、誘導起電力を発生できる発電機となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
を電機子コイルに並列接続する。例えば、負荷回路の力率改善のために並列にコンデンサを接続する。このようにコンデンサを接続することで、誘導起電力の電圧と電流を同相にして電機子反作用の横軸反作用による偏磁作用を起すので磁束分布の歪みを介して減磁作用を改善できる。
本発明は、以上の７項目を構成に組み入れて、発電することを特徴とする発電機である。
発明の効果
請求の範囲第１項は、界磁子リングが、弓状に曲げた状態に焼き固めて製作した永久磁石で、断面が円形でなる棒磁石と、この棒磁石の両端に接着した反磁性体の接続部材とでなる構成であって、
この界磁子リングは、その棒磁石の極性が同一になるように、これらを強制接近して、つなぎ合わせて接続し、この界磁子リングの棒磁石の磁軸は、同一の極性間で同一極性の磁束が放出される構成とし、またこの棒磁石の同一極性で接続した同一極性の磁束が放出され、かつ磁軸から直角方向に放出磁束ができて、その先端が潰れた楕円形の放出磁束が連続状態のリングとなることを特徴とし、
この放出磁束を保持する界磁子リングを、三点支持の回転機構を介してベース鋼板（受け皿）内に回転できるように支持し、
またこの界磁子リングの上に隙間を入れて電機子コイルを捲き、その上に電機子コアで覆う構造とし、
さらに前記回転機構の１個に界磁子リングを回転させる駆動力を付与する駆動機構を装備する構成とし、
前記界磁子リングを回転し、この界磁子リングで発生する磁束を、励磁磁束に変換し、この界磁子リングの回転を介して、前記電機子コイルに磁力誘導起電力を発生する構造のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第２項は、界磁子リングを支える支持数を３箇所で支える構造であって、
この１組の支持構造は、内側に１個の内側ローラ装置を持ち、また外側に２個の外側ローラ装置を持つ組み合わせであり、この外側ローラ装置は円形の磁石を包含するように角度をもって設置するとともに、この内外側ローラ装置は、回転の安定性と、摩擦抵抗値等を考慮し、３箇所で支持する構成とすること、
またこの内外側ローラ装置の駆動部分は、この内外側ローラ装置の軸両側から界
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
磁子リング面に、略９０°の方向に圧力を加え、かつこの内外側ローラ装置の素材を、外周が膨らむ構造とし、この界磁子リング面に圧力を加える構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第３項は、電機子コイルの外周に、円筒円形状の半割りした電機子コアを被せる構成であって、
この円筒円形状の半割り電機子コアは、電機子コイルの半径より少し大き目で、この電機子コイルとの間に隙間のできる絶縁体の円筒円形状の半割りの上に、強磁性体の扇子形をした変形長方形状の薄板鋼板を多数枚構成し、この多数枚の薄板鋼板の短辺（部）を弓状に曲げて積層し、この多数枚積層した状態で、その長辺（部）を９０°の捻りを加えて円筒円形状に製作するのに適した構造とし、
この弓状の短辺を集積すると中央部分に隙間ができるので、この隙間に微細粉末の強磁性体を入れて接着材で固めたものを電機子コアとして電機子コイルに被せる。換言すると、半割りの弓状の薄板鋼板を９０°捻りした半割り状態に仕上げてリング状の電機子コイルの上に被せる構成とし、
前記電機子コアの内側両端部の形状は円形でラッパ状に製作し、開放する。この開放により、例えば、界磁子リングが電機子コアを抜け出した時に励磁による界磁子リングの引き戻しを緩和（界磁子リングからの磁束が、電機子コアが入出する時に、この電機子コアを励磁するが、この励磁力をベクトル的に相殺して緩和）する役目を加担できるように構成した請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第４項は、電機子コイルに収容固定される界磁子リングは、
この電機子コイルの円筒円形状の中心に界磁子リングが通過するように高さと、横方向に調整して界磁子リングが電機子コイルの中央を通過できるように調整材を入れて調整し、
そして、この電機子コイルへの界磁子リングの収容固定を介して、この電機子コイルに対する界磁子リングの回転に伴う回転抑止と、又は回転に伴う復帰による前後方向の振幅抑止と、またこの電機子コイルの負荷力率の変動等による位相のズレ防止と、電機子コイルの減磁作用と磁化作用による振幅防止とを図ることを意図する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第５項は、電機子コイルの負荷電力の力率変動で、この電機子コイルの反作用が生じることを回避する構成であって、
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この電機子コイルの同期リアクタンスと同時に、この電機子コイルの捲線の抵抗とからなるインピーダンス値をある程度に一定にして位相改善を図るために、回路中にコンデンサを並列接続に投入し、このコンデンサ容量を適量に投入し、この界磁子リングの駆動動力容量に影響を与えず、かつ発電容量に変動を与えないことを意図する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第６項は、ベース鋼板に収容される電機子コアと、内外側ローラ装置の組合せ構造であって、
この電機子コアの数量と、内外側ローラ装置の数量は何組でも、適宜変更可能で、かつ組合せ成立可能とする構成とした構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
請求の範囲第７項は、界磁子リングを回転させる駆動機構の構成であって、
この駆動機構は、界磁子リングに少し隙間を持たせ、かつ電機子コイルを捲き、電流を交互に流し、この界磁子リングの極性との関係で吸引と反発を繰り返し、この界磁子リングを回転する駆動電動機とした構成や、又はこの電機子コイルに直接電流を投入し、駆動電動機とした構成等を採用する構造の請求項１に記載の発電機。
請求の範囲第８項は、界磁子リングを電動機のロータにして電機子コイルに電流を流すと電動機として、界磁子リングを回転する構造の請求項１に記載のリング形状の回転で発電する構成とした発電機。
図面の簡単な説明
第１図は、本発明の全体構造であって、電機子コアと電機子コイルの一部を欠截して内部の構造を示したものであり、棒磁石の界磁子リングが電機子コアを貫通し、この、界磁子リングを内外側ローラ装置３組（３箇所）で支持し、この３箇所の中間に電機子コア及び／又は電機子コイルを設置し、電機子取付け位置調整用調整材で囲繞し、この内外側ローラ装置の１個に回転を与えて界磁子リングを回転可能とする。そして、この界磁子リングを回転することで、界磁子リングの磁束が電機子コイルを直角に切り、磁力誘導起電力で発電することを説明するための基本的な断面摸式図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ’断面図と、そのＢ−Ｂ’断面図を示しており、界磁子リングを内外側ローラ装置で支えている構造と、内外側ローラ装置の回転駆動と、この内外側ローラ装置で界磁子リングを中空に支持する構造とを示した側面模式図
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第３−１〜３−６図は、電機子コア８の半割り部分図の摸式図である。円筒円形状の半割りを作成するために薄板鋼板８００を、先ず扇型に切断して両端内側を円形にした形状板の短辺を弓状に曲げて、長辺を９０°に捻ると、この薄板鋼板８００は短辺が弓状になり、長辺が９０°に曲がった薄板鋼板８０１が製作される。この薄板鋼板８０１を寄せ集めると円筒円形状で出入り口がラッパ状の電機子コア８が構成される。そして、この薄板鋼板８０１の中間の隙間に強磁性体で微細な粉末材（図示せず）を充填し、かつ接着剤（図示せず）で接続する。
第９図は、この発電機の電気回路図である。磁力誘導起電力Ｅを実効値で発電して電機子コイル７のコイル抵抗Ｒと電機子コイル７のインダクタンスＬ、３電機子６を接続する。そして、電機子コイル７全体にコンデンサＣ１を並列接続して電機子コイル７の反作用を改善する。そして、負荷の電力送電で生じる力率ＣＯＳθを改善させるためにコンデンサＣ２を並列に接続する構造である。
第１０図は、棒磁石を強制接近させると、先端部分が欠如した楕円形に放出される磁束密度が測定できる。この棒磁石の接続中間位置で離隔距離Ｘを測定した値である。このＸの位置に電機子コイル７を捲くと、磁力誘導起電力の電圧を計算する時の磁束に代入できる。
第１１図は、棒磁石を同極で強制接近させるとフレーミングの法則で距離の２乗に反比例する力が出る。その力は磁軸に対して９０°の方向に放出されるので磁束密度Ｂ（Ｇ）の上昇となって現れる。この証明として中間地点の磁束密度Ｂの値を測定して実証する。
前述した本発明の主要素部の詳細な説明と入出力のエネルギー関係式で発電することを検証する。棒磁石を同極で近づけた場合の式はクーロンの法則から次の式になるものと考えられる。
クーロンの法則  Ｆ＝ｍ１・ｍ２／（４πμｒ２）（Ｎ）
反発力Ｆと距離Ｘとの関係式はＷのエネルギーの式になるので
ＸＦ＝Ｗ＝ＢＨＶ／２＝Ｂ２Ｖ／２μ                      ・・・・・（４）式
μ：空隙の空気の透磁率［Ｈ／ｍ］      Ｗ：磁気エネルギー［Ｊ］
Ｂ：磁束密度［Ｔ］      Ｈ：磁界の強さ［Ａ／ｍ］
Ｖ：空隙部の体積［ｍ３］
この式のｒを変化させることは、同極の場合は反発力Ｆの力を変化させることに
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
なり、距離の短縮でその反発力Ｆは増大する。この反発力Ｆの力は磁束密度Ｂの増加の変化になり現れる。そして、磁石の漏洩磁束は短い距離でループを形成する関係で漏洩による損失となる部分が極端に少なくなる。次に、棒磁石で異極同士を接続して界磁子リング４を形成すれば外部に放出される磁束は消える。このことの逆法則で同極同士を接続すれば磁束は電機子コイル７に放出される。そして、この磁極間を短縮したら、その力は磁束密度Ｂの増大に繋がる。また、磁束密度Ｂの流れる方向は楕円球面の先端部分が潰れた状態の球面に沿って流れて行く。従って、電機子コア８で囲われなければ楕円形状を形成して流れることで、この界磁子リング４より放出される磁束は円形の内側と外側では磁束経路に差ができ、磁束の強さに差ができることになる。これは電機子コイル７の一周の間でも電圧が発生することになる。この界磁子リング４からの放出磁束の形状は、この楕円形状の磁極を作成して電機子コイル７内で回転する。電機子コア８がある関係で楕円形状が変形した形状を作成しながら略電機子コイル７を直角に切りながら回転する理想的な構成となる。
次に、同極同士間に反磁性体を挟んで接続した場合と、これを強磁性体で接続した場合では放出される磁束密度に差が生じて、反磁性体で挟んだ方がより放出磁束密度が高い。その原因と考えられることは、同極で放出される磁束同士が強磁性体の中で完全衝突して消滅する磁束回路が成立することで、その部分の減少が生じるものと考えられる。
そこで、界磁子リング４が内側ローラ装置１０、外側ローラ装置１１、１２、で支えられて回転できる状態から始める。界磁子リング４の回転駆動力は外部より入力されて、内外側ローラ装置１０〜１２を回転駆動することで、界磁子リング４が回転する。次に電機子コイル７を通過することで、永久磁石が持つ磁束を電機子コイル７が切る状態になり、この状態で電機子コイル７に磁力誘導起電力が発生する。上記で述べたように界磁子リング４より放出された磁束は先端部分が潰れたような形状の楕円形を形成して電機子コイル７を通過して電機子コア８に捉えられる。そして電機子コア８からまた電機子コイル７を通過して界磁子リング４に戻る回路を形成し循環する。これにより、界磁子リング４が回転することは、このように循環する磁束を生じさせながら回転する構造である。よって、電機子コイル７を全周に渡る長さで直角に切る構造である。
そして磁荷の強さｍ（Ｗｂ）は両極の距離をｒ２に反比例するので、電機子コイ
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ル７を通過する時の磁束密度Ｂが増大することで、磁束密度Ｂの減速の低下度が緩やかになる。この現象は、磁束密度Ｂの放出度が増大することで、負荷変動に対する電圧の降下率が低くなることを表している。
この現象の数値は、発電機としての出力電圧に関する磁力誘導起電力の式の磁束の値に関係してくる。
磁力誘導起電力Ｅ＝１．１１  Ｐａ  Ｎ  Ｚ  Φ            ・・・・・（５）式
波形率：１．１１  Ｐａ：磁極数    Ｎ：界磁子リングの回転数（ｓｅｃ）
Ｚ：電機子コイル数（ターン）  Φ：磁束    （Ｗｂ）    そして、
出力電力容量Ｐ＝ＥＩ                                    ・・・・・（６）式
磁力誘導起電力Ｅに電機子コイルの電流値Ｉ（Ａ）を掛けたものとなる。
出力電力容量Ｐを算出するのに、界磁子リング４を回転させる容量は棒磁石の質量を計算して、Ｗ１＝１／２・Ｊω２で算出できる。界磁子リング４を回転させるとき内外側ローラ装置１０、１１、１２の、
摩擦機械損失Ｗ２＝９．８μｐＳｖ                        ・・・・・（７）式
μ：摩擦係数    ｐ：界磁子リングと内外側ローラ装置の圧力（ｋｇ／ｍ２）
Ｓ：内外側ローラ装置と界磁子リングの接触面積（ｍ２）
ｖ：界磁子リングの周辺速度（ｍ／Ｓ）
で計算する。次に電機子コア内をうず電流損とヒステリシス損による磁束密度Ｂと周波数の関係式より、その損失は継鉄の重量に比例する。そして、鉄損はＷｉとして計算できる。
鉄損Ｗｉ＝Ｇ・Ｗｆｃ（Ｗ）                              ・・・・・（８）式
Ｇ：重量（ｋｇ）  Ｗｆｃ：継鉄部分の損失（Ｗ／ｋｇ）  である。
次に、
電機子銅損Ｗｃ＝Ｉ２Ｒ（Ｗ）                            ・・・・・（９）式
この式に数値を代入すれば発電機の入力と出力の比率を求めることができる。発電機の容量式は、
Ｗ＝出力／入力＝Ｐ／（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗｉ＋Ｗｃ）        ・・・・・（１０）式
界磁子リング４と電機子コア８との関係において、界磁子リング４が回転する時に電機子コア８の出入り口を強励磁する。この時に起きる界磁子リング４の回転を防止する行為に対しては、電機子コア８の形状をラッパ状態にして、界磁子リング４の
【国際調査報告】
2008032410.tif 000020
2008032410.tif 000021
2008032410.tif 000022
2008032410.tif 000023
2008032410.tif 000024
2008032410.tif 000025