(57)【要約】【課題】複雑な構造となることなく、また、コギングの抑制も十分に図られる発電機を提供すること。【解決手段】円筒状の中空部５と中空部５に向かう２の倍数の溝とを備えるロータヨーク４と、ロータ側永久磁石６Ｕ，６Ｌと、突出部８Ｕ，９，８Ｌと、中空部５に、周方向に巻き回される巻線部１８と、有するロータ部２と、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌと、永久磁石７Ｕ，７Ｌと対向する永久磁石１５Ｕ，１５Ｌと、突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2と、永久磁石１５Ｕ，１５Ｌのロータ部２と対向する側とは反対側に、周方向に巻き回される巻線部１７Ｕ，１７Ｌと、からなるステータ部材を、軸方向に隣接するステータ部材間で突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2と突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2とが互いに半ピッチずれるようにしたステータ部３と、を有する発電機１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性体からなり、円筒状の非磁性体部と前記非磁性体部に向かう２の倍数の溝とを備えるロータヨークと、前記各溝に配置され、軸方向にＮＳ着磁がなされたリング状のロータ側永久磁石と、前記ロータ側永久磁石よりもステータ部側に突出し、前記ロータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置される複数のロータ側突出部と、前記非磁性体部に、周方向に巻き回されるロータ側コイルと、を有するロータ部と、
軟磁性体からなり、ステータヨークと、前記ロータ側永久磁石と対向し軸方向に前記ロータ側永久磁石とは逆極性に着磁されたリング状のステータ側永久磁石と、前記ステータ側永久磁石よりも前記ロータ部側に突出し、前記ステータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置されるステータ側突出部と、前記ステータ側永久磁石の前記ロータ部と対向する側とは反対側に、周方向に巻き回されるステータ側コイルと、からなるステータ部材を、軸方向に隣接する前記ステータ部材間で前記ステータ側突出部が互いに半ピッチずれるようにしたステータ部と、
を有する、
ことを特徴とする発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機において、
前記非磁性体部が前記倍数の数だけ設置され、各非磁性体部は前記ロータ側永久磁石の隣接する２つの間を結ぶように軸方向に伸びその長さが当該両ロータ側永久磁石の軸方向両外端間の距離以上としたことを特徴とする発電機。
【請求項３】
軟磁性体からなり、円筒状の非磁性体部と前記非磁性体部に向かう２の倍数の溝とを備えるロータヨークと、前記各溝に配置され、軸方向にＮＳ着磁がなされたリング状のロータ側永久磁石と、前記ロータ側永久磁石よりもステータ部側に突出し、前記ロータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に配置される複数のロータ側突出部であって２つの前記ロータ側永久磁石の間に配置される前記ロータ側突出部は、その軸方向の長さを２等分する位置で互いに半ピッチずれるようにしたロータ側突出部と、前記非磁性体部に、周方向に巻き回されるロータ側コイルと、を有するロータ部と、
軟磁性体からなり、ステータヨークと、前記ロータ側永久磁石と対向し軸方向に前記ロータ側永久磁石とは逆極性に着磁されたリング状のステータ側永久磁石と、前記ステータ側永久磁石よりも前記ロータ部側に突出し、前記ステータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置されるステータ側突出部と、前記ステータ側永久磁石の前記ロータ部と対向する側とは反対側に、周方向に巻き回されるステータ側コイルと、からなるステータ部材を、軸方向に隣接する前記ステータ部材間で前記ステータ側突出部が一直線状で定ピッチにて配置されるようにしたステータ部と、
を有する、
ことを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項３記載の発電機において、
前記非磁性体部が前記倍数の数だけ設置され、各非磁性体部は前記ロータ側永久磁石の隣接する２つの間を結ぶように軸方向に伸びその長さが当該両ロータ側永久磁石の軸方向両外端間の距離以上としたことを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の発電機において、
前記ロータ側突出部と前記ステータ側突出部とが対向する部分の面積と、対向しない部分の面積は、前記ロータ部と前記ステータ部との回転方向の位置関係に係わらずそれぞれ一定であるように設定される、
ことを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項１または３項に記載の発電機において、
前記ステータ側永久磁石に代えて、非磁性体部を設けた、
ことを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電機と、
前記発電機の前記ステータ側コイルの発電電力を入力する第１のコンバータと、
前記発電機の前記ロータ側コイルの発電電力を入力する第２のコンバータと、
前記第１のコンバータの出力と前記第２のコンバータの出力とを並列に入力し、交流電力を出力するインバータと、
を有する、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電機と、
前記発電機の前記ステータ側コイルに接続される第１の機器の接続手段と、
前記発電機の前記ロータ側コイルに接続される第２の機器の接続手段と、
を有する、
ことを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機および発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石等の磁石を有するロータ（回転子）と、コイルを有するステータ（固定子）とを有する発電機においては、コイルの巻数が多いほど発電機の発電効率の向上を図ることができる。しかしながら、コイルの巻数を増やした場合には、発電機の大型化を招くことになる。
【０００３】
一方、たとえば、特許文献１には、ロータ側の磁石とステータ側のコイルとを所定の位置関係に配設することにより、小型化と出力の向上とが図られたモータが開示されている。したがって、かかるモータの磁石とコイルの位置関係を発電機に採用すれば、発電効率が高い発電機を得ることができると考えられる。
【０００４】
また、上記のような発電機においては、ロータが回転する際に、コアとの間にコギングトルクが発生することが知られている。このコギングトルクは、ロータとコアの磁極との間に生じている引力または斥力に起因するもので、ロータの回転にコギングを発生させる原因となるものである。したがって、コギングトルクによりロータの回転が不安定なものとなる。かかる点に関し、たとえば、特許文献２には、ロータの磁石を取り付ける部分の形状を所定の形状とすることにより、ロータが回転する際の磁束の変化を穏やかにし、コギングを抑制する手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４０４２５号公報（要約等参照）
【特許文献２】特開２００６−１０１６９５号公報（要約等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術は、いずれも構造が複雑であるとともに、コギングについてもその抑制は不十分なものであるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、複雑な構造となることなく、コギングの抑制も十分に図られると共に、大きな発電電力を得ることができる発電機および発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発電機は、軟磁性体からなり、円筒状の非磁性体部と非磁性体部に向かう２の倍数の溝とを備えるロータヨークと、各溝に配置され、軸方向にＮＳ着磁がなされたリング状のロータ側永久磁石と、ロータ側永久磁石よりもステータ部側に突出し、ロータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置される複数のロータ側突出部と、非磁性体部に、周方向に巻き回されるロータ側コイルと、を有するロータ部と、軟磁性体からなり、ステータヨークと、ロータ側永久磁石と対向し軸方向にロータ側永久磁石とは逆極性に着磁されたリング状のステータ側永久磁石と、ステータ側永久磁石よりもロータ部側に突出し、ステータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置されるステータ側突出部と、ステータ側永久磁石のロータ部と対向する側とは反対側に、周方向に巻き回されるステータ側コイルと、からなるステータ部材を、軸方向に隣接するステータ部材間でステータ側突出部が互いに半ピッチずれるようにしたステータ部と、を有するものである。
【０００９】
本発明の発電機では、非磁性体部が倍数の数だけ設置され、各非磁性体部はロータ側永久磁石の隣接する２つの間を結ぶように軸方向に伸びその長さが当該両ロータ側永久磁石の軸方向両外端間の距離以上とすることが好ましい。
【００１０】
また、別の本発明の発電機は、軟磁性体からなり、円筒状の非磁性体部と非磁性体部に向かう２の倍数の溝とを備えるロータヨークと、各溝に配置され、軸方向にＮＳ着磁がなされたリング状のロータ側永久磁石と、ロータ側永久磁石よりもステータ部側に突出し、ロータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に配置される複数のロータ側突出部であって２つのロータ側永久磁石の間に配置されるロータ側突出部は、その軸方向の長さを２等分する位置で互いに半ピッチずれるようにしたロータ側突出部と、非磁性体部に、周方向に巻き回されるロータ側コイルと、を有するロータ部と、軟磁性体からなり、ステータヨークと、ロータ側永久磁石と対向し軸方向にロータ側永久磁石とは逆極性に着磁されたリング状のステータ側永久磁石と、ステータ側永久磁石よりもロータ部側に突出し、ステータ側永久磁石をはさんで互いに離れた位置に一直線状で定ピッチにて配置されるステータ側突出部と、ステータ側永久磁石のロータ部と対向する側とは反対側に、周方向に巻き回されるステータ側コイルと、からなるステータ部材を、軸方向に隣接するステータ部材間でステータ側突出部が一直線状で定ピッチにて配置されるようにしたステータ部と、を有するものである。
【００１１】
この別の本発明の発電機においても、非磁性体部が倍数の数だけ設置され、各非磁性体部はロータ側永久磁石の隣接する２つの間を結ぶように軸方向に伸びその長さが当該両ロータ側永久磁石の軸方向両外端間の距離以上とすることが好ましい。
【００１２】
また、上述の本発明の２つの発電機では、ロータ側突出部とステータ側突出部とが対向する部分の面積と、対向しない部分の面積は、ロータ部とステータ部との回転方向の位置関係に係わらずそれぞれ一定であるように設定されることが好ましい。
【００１３】
さらに別の本発明の発電機は、上述の本発明の２つの発電機におけるステータ側永久磁石に代えて、非磁性体部を設けた構成とすることもできる。
【００１４】
本発明の他の観点は、発電システムとしての観点である。本発明の発電システムは、上述の本発明の発電機と、発電機のステータ側コイルの発電電力を入力する第１のコンバータと、発電機のロータ側コイルの発電電力を入力する第２のコンバータと、第１のコンバータの出力と第２のコンバータの出力とを並列に入力し、交流電力を出力するインバータと、を有するものである。
【００１５】
あるいは、本発明の発電システムは、上述の本発明の発電機と、発電機のステータ側コイルに接続される第１の機器の接続手段と、発電機のロータ側コイルに接続される第２の機器の接続手段と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複雑な構造となることなく、コギングの抑制も十分に図られると共に、大きな発電電力を得ることができる発電機および発電システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機の要部をロータ部の中心軸を含む断面で示す図である。
【図２】図１の発電機のステータ部の構成を示す一部切欠斜視図であり、ロータ部とその挿入方向も併せて示す図である。
【図３】図１の発電機のロータ部の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図４】図１のロータ部のロータ側突出部（実線）と図２のステータ部のステータ側突出部（破線）との周方向（回転方向）の位置関係を示す図である。
【図５】図１のロータ部のロータ側突出部（実線）と図２のステータ部のステータ側突出部（破線）との所定の位置関係Ｓ１を示す図である。
【図６】図５の所定の位置関係である状態Ｓ１における発電機内の磁路の状態を模式的に示す図である。
【図７】図１のロータ部のロータ側突出部（実線）と図２のステータ部のステータ側突出部（破線）との所定の位置関係である状態Ｓ２を示す図である。
【図８】図７の所定の位置関係である状態Ｓ２における発電機内の磁路の状態を図７のＡ−Ａ線で切断して模式的に示す図である。
【図９】図１のロータ部のロータ側突出部（実線）と図２のステータ部のステータ側突出部（破線）との所定の位置関係である状態Ｓ３を示す図である。
【図１０】図９の所定の位置関係である状態Ｓ３における発電機内の磁路の状態を模式的に示す図である。
【図１１】図１のロータ部のロータ側突出部（実線）と図２のステータ部のステータ側突出部（破線）との時間の経過（時刻ｔ１〜ｔ５）に伴う位置関係の変化を示す図である。
【図１２】図１１の時間の経過（時刻ｔ１〜ｔ５）における発電機内の２つのステータ側巻線部における脈流電流の発生状態を、２つのステータ側巻線部を直列に接続して得られる交流電流の波形と共に模式的に示す図である。
【図１３】図１１の時間の経過（時刻ｔ１〜ｔ５）における発電機内のロータ側巻線部における交流電流の波形を、２つのステータ側巻線部を直列に接続して得られる交流電流の波形と比較しながら模式的に示す図である。
【図１４】比較例としてロータ部側のヨークにバイパス部を有する場合の発電機内の磁路の状態を模式的に示す図である。
【図１５】その他の実施の形態に係る発電機のロータ部およびステータ部の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図１６】その他の実施の形態に係る発電機の要部をロータ部の中心軸を含む断面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、磁束は、磁力線の束であり、磁路は、磁力線の通り道である。また、磁束によって磁路が形成されるという表記は、磁力線によって磁路が形成されると置き換えてもよい。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る発電機１は、図１〜図３に示すように、ロータ部２とステータ部３とを有している。ロータ部２は、円柱形状の軟磁性体からなるロータヨーク４を備えている。ロータヨーク４内には、断面四角の円筒状の中空部５と、ロータヨーク４の外周面ａから中空部５まで貫通すると共に、周方向に設けられた２つの溝６Ｕ，６Ｌとが設けられている。この溝６Ｕの壁面に挟まれるようにして、リング状の永久磁石７Ｕが設けられ、溝６Ｌの壁面に挟まれるようにして同じくリング状の永久磁石７Ｌが設けられている。中空部５は永久磁石７Ｕ，７Ｌの隣接する２つの間を結ぶように軸方向に伸びその長さは当該両永久磁石７Ｕ，７Ｌの軸方向両外端間の距離以上である。
【００２０】
ロータヨーク４は、永久磁石７Ｕの図１〜図３の各軸方向上側に磁性体からなる直方体状の複数の突出部８Ｕを有し、永久磁石７Ｌの図１〜図３の各軸方向下側に磁性体からなる直方体状の複数の突出部８Ｌを有し、永久磁石７Ｕ，７Ｌの間に磁性体からなる直方体状の複数の突出部９を有している。突出部８Ｕ，９，８Ｌの各外周面は、このロータヨーク４の外周面ａとなっている。突出部８Ｕ，９，８Ｌは、ロータヨーク４の中心軸Ｃに関してそれぞれ等角度間隔をなすように、かつ軸方向に直線状となるように配置されている。
【００２１】
また、ロータヨーク４の中心には、回転軸１０が設けられている。ロータヨーク４と回転軸１０とが接する部分は接合されており、回転軸１０が回転するのに伴って、ロータヨーク４も一体的に回転する。各突出部８Ｕ，９，８Ｌの外周面ａの軸方向から見た形状は円弧状になっている。図１〜図３の例では、１段のロータヨーク４が例示されているが、軸方向に複数のロータヨーク４が積み重ねられてもよい。これにより、溝６Ｕ，６Ｌを一組とすると、２組、３組のように、整数倍分設置され（すなわち、溝６Ｕ，６Ｌは２の倍数設置される。）、中空部５が２つ、３つとなるように、整数倍分の数だけ設置される。また、これに伴って、後述するステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの対も複数対、積み重ねられる。
【００２２】
図１〜図３では、発電機１の筐体の図示は省略するが、筐体内には、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌと、後述するステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2とが僅かなギャップを保持するようにしてロータ部２とステータ部３が収容されている。また、筐体からは回転軸１０が直接に、または歯車輪列などを介して間接的に外部に出ており、この回転軸１０に外部から回転トルクが与えられと、ロータ部２は、ステータ部３の内部で回転軸１０と共に回転する。なお、突出部８Ｕ，９，８Ｌは、ロータヨーク４の本体部と一体成形により製造され、また後述する突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2もステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌとそれぞれ一体成形により製造されている。
【００２３】
ロータ部２は、図１〜図３の例においては、上側の永久磁石７Ｕの上端面がＮ極であり、下端面がＳ極であり、下側の永久磁石７Ｌの上端面がＳ極であり、下端面がＮ極となるように構成されている。すなわち、リング状の永久磁石７Ｕ，７Ｌは共に軸方向にＮＳ着磁が施されているものであり、２つの永久磁石７Ｕ，７Ｌの対向する面が同極となるように配置されている。
【００２４】
ロータ部２を単体とした場合、上側の永久磁石７Ｕの磁束は、突出部８Ｕを通り、突出部９に流れ、Ｓ極に戻るものである。また同時に、下側の永久磁石７Ｌの磁束は、突出部８Ｌを通り、突出部９に流れ、Ｓ極に戻るものである。
【００２５】
このような構成の本発明の実施の形態によるロータ部２においては、磁束は、常に突出部８Ｕ，８Ｌから放射され、突出部９に入射する。このような突出部８Ｕ，９，８Ｌを形成することで、磁束の密度を上げ、吸引力を高めることができる。
【００２６】
ロータ部２の中空部５内には、周方向にワイヤが巻回された巻線部１８が設けられている。図示は省略するが、巻線部１８のワイヤの端部は、外部に取り出され、外部の機器またはバッテリなどと電気的に接続可能な構成である。このような構成を実現するためには、既存のどのような技術を適用してもよい。その一例を挙げると、回転軸１０を中空のパイプ状部材により構成する。巻線部１８のワイヤの端部を、中空の回転軸１０の内部を通して外部に引き出す。中空の回転軸１０を通って外部に引き出されたワイヤの端部は、静止体と回転体との間で電力を伝達することのできるスリップリングを介し、外部から電気的に接続可能な状態にする。これにより、巻線部１８のワイヤからは発電機１で発生した電力が外部に導出される。
【００２７】
また、ステータ部３は、ロータ部２を入れるための円柱状の孔部１１を中心部に備えた円筒形状の軟磁性体からなるステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌを軸方向に積み重ねた２段重ね構造となっている。なお、本明細書では、説明の便宜上、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌを「２段重ねの構造」として説明するが、実際には、一つのヨーク部材からステータヨーク１２Ｕに相当する部分とステータヨーク１２Ｌに相当する部分を形成してもよいし、実際に、別体に形成された２つのステータヨーク１２Ｕとステータヨーク１２Ｌとを２段重ねに接合してもよい。また、前述したように、ロータヨーク４が軸方向に複数段積み重ねられている場合には、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの対も軸方向に複数対、積み重ねられる。
【００２８】
ステータ部３のステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌ内には、それぞれ断面四角のリング状の中空部１３Ｕ，１３Ｌと、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの内周面（孔部１１側）から中空部１３Ｕ，１３Ｌまで貫通するとともに円周状に設けられたリング状の溝１４Ｕ，１４Ｌとが設けられている。ステータヨーク１２Ｕの溝１４Ｕには、リング状の永久磁石１５Ｕが装着され、ステータヨーク１２Ｌの溝１４Ｌには、リング状の永久磁石１５Ｌが装着されている。永久磁石１５Ｕ，１５Ｌは、これに対向するロータ部２の永久磁石７Ｕ，７Ｌとは逆極性に着磁されている。すなわち、ロータ部２の永久磁石７Ｕ，７Ｌが図の上からＮ，Ｓ，Ｓ，Ｎと着磁されているのに対し、ステータ部３の永久磁石１５Ｕ，１５Ｌは図の上からＳ，Ｎ，Ｎ，Ｓと着磁されている。
【００２９】
孔部１１、すなわち、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの内側面には、永久磁石１５Ｕ，１５Ｌを軸方向に挟み込むように、縦方向に２つずつ２段に並んだ磁性体からなる突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2が設けられている。各突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の内周面ｂは、ロータヨーク４の外周面ａと対向するように構成されている。なお、ロータ部２の各突出部８Ｕ，９，８Ｌの軸方向から見た先端形状は凸形状の円弧状になっているため、ステータ部３の各突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の軸方向から見た先端形状は、突出部８Ｕ，９，８Ｌの円弧状突出面を受けるように、凹形状の円弧状になっている。
【００３０】
ステータヨーク１２Ｕの突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とステータヨーク１２Ｌの突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2とは、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの中心軸に対して周方向に、互いに半ピッチずれるように配置されている。また、突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2は、ステータヨーク１２Ｕの内側面に沿って周方向にステータヨーク１２Ｕの中心軸に関して、等角度間隔をなすように、かつ各突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2の内周面ｂの幅長と同一の長さの間隔を持つように隣接した突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2が形成されるように配置されている。突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2も突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2と同様に形成されているが突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2と突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とは上述したように半ピッチずれて形成されている。さらに、中空部１３Ｕ，１３Ｌ内には、周方向にワイヤが巻回された巻線部１７Ｕ，１７Ｌがそれぞれ設けられている。この巻線部１７Ｕは、周方向にワイヤが多重巻きされ、その両端（図示省略）がステータヨーク１２Ｕから外方に引き出される。巻線部１７Ｌも同様に、ワイヤが多重に巻かれ、その両端（図示省略）がステータヨーク１２Ｌから外方に引き出されている。各ワイヤからは発電機１の巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生した電力が外部に導出される。
【００３１】
図１、図２の例においては、ステータヨーク１２Ｕの永久磁石１５Ｕの上端面がＳ極であり、下端面がＮ極となるように構成されている。仮に、ロータ部２が孔１１に未挿入の状態におけるステータヨーク１２Ｕにおいては、通常は、永久磁石１５Ｕの下端面のＮ極から、ステータヨーク１２Ｕの内周面および内部を通って、ステータヨーク１２Ｕの下側に向かい、ステータヨーク１２Ｕとステータヨーク１２Ｌとの境目付近から折れ曲がって、ステータヨーク１２Ｕの中心から外側に向かい、外周側の位置で折れ曲がって、外周面に沿って、および外周側の内部を通って上昇し、上端側の位置で折れ曲がって、上端面に沿って、および上端の内部を通って半径方向内側に向かい、内周側の位置で折れ曲がって再び下降し、永久磁石１５ＵのＳ極に戻る磁路が形成されている（図示省略）。この磁路に加え、磁束の一部は、永久磁石１５ＵのＮ極付近のステータヨーク１２Ｕから孔１１側に出射し、永久磁石１５ＵのＳ極付近のステータヨーク１２Ｕに戻っていく磁路を形成する。
【００３２】
また同時に、図１、図２の例においては、ステータヨーク１２Ｌの永久磁石１５Ｌの下端面がＳ極であり、上端面がＮ極となるように構成されている。仮に、ロータ部２が孔１１に未挿入の状態におけるステータヨーク１２Ｌにおいては、通常は、永久磁石１５Ｌの上端面のＮ極から、ステータヨーク１２Ｌの内周面および内部を通って、ステータヨーク１２Ｌの上側に向かい、ステータヨーク１２Ｌとステータヨーク１２Ｕとの境目付近から折れ曲がって、ステータヨーク１２Ｌの中心から外側に向かい、外周側の位置で折れ曲がって、外周面に沿って、および外周側の内部を通って下降し、下端側の位置で折れ曲がって、下端面に沿って、および下端の内部を通って半径方向内側に向かい、内周側の位置で折れ曲がって再び上昇し、永久磁石１５ＬのＳ極に戻る磁路が形成されている（図示省略）。この磁路に加え、磁束の一部は、永久磁石１５ＬのＮ極付近のステータヨーク１２Ｌから孔１１側に出射し、永久磁石１５ＬのＳ極付近のステータヨーク１２Ｌに戻っていく磁路を形成する。
【００３３】
図１において示したステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2は、ロータ部２の突出部８Ｕ，９と対向していない（このとき図１では、突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2のステータヨーク１２Ｕとの付け根を実線で示している）。一方、図１において示したステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2は、ロータ部２の突出部９，８Ｌと対向している（このとき図１では、突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2のステータヨーク１２Ｌとの付け根を破線で示している）。このように発電機１では、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌは、ステータヨーク１２Ｌの突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2と完全に対向しているときには、ステータヨーク１２Ｕの突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とは対向している部分が全くない状態となる。
【００３４】
発電機１は、図４に示すように、ロータ部２のロータヨーク４が回転軸１０の回転に伴い回転することにより、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌがステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2を周方向に横切りながら通過する。この際に生じる磁束の変化によって、ステータ部３の巻線部１７Ｕ，１７Ｌおよびロータ部１８の巻線部１８にはそれぞれ電流が流れて発電が行われる。巻線部１７Ｕ，１７Ｌおよび巻線部１８に流れる電流を適宜取り出すことによって、発電機１は蓄電を行ったり、負荷を駆動させることができる。なお、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2とが対向する部分の面積と、対向しない部分の面積は、ロータ部２とステータ部３との回転方向の位置関係に係わらずそれぞれ一定である。
【００３５】
たとえば、図５に示すように、ステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2がロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌのいずれとも対向しておらず、ロータ部２の突出部９の下半分がステータ部３の突出部１６Ｌ1と対向し、ロータ部２の突出部８Ｌがステータ部３の突出部１６Ｌ2と対向している状態をＳ１とする。
【００３６】
このような状態Ｓ１のときには、図６に示すように、ステータ部３のステータヨーク１２Ｕは、ロータ部２の突出部８Ｕ，９の吸引力の影響をさほど受けないので、ステータヨーク１２Ｕの永久磁石１５Ｕの多くの磁束は、永久磁石１５ＵのＮ極から中空部１３Ｕの周囲を通って永久磁石１５ＵのＳ極に戻る磁路Ｍ１（一点鎖線で図示）を形成する。また、このときロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束の多くは、ステータ部３のステータヨーク１２Ｕの突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2よりもロータ部２の外周面ａにより近い位置となるステータ部３の内周面ｂを有するステータヨーク１２Ｌの突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2の影響を強く受けるので、ステータヨーク１２ＬのＳ極側に流される。また、ステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2の内周面ｂと、ロータ部２の突出部９，８Ｌの外周面ａとが非常に近付くため、ロータ部２の永久磁石７Ｌの磁束のほとんどがロータ部２の突出部９，８Ｌからステータヨーク１２Ｌ側に流れ込むと共に、ステータ部３の永久磁石１５Ｌの磁束ほとんどがロータ部２に流れ込む。
【００３７】
これにより図６に示すように、ロータ部２側では、永久磁石７Ｕの上端面のＮ極から中空部５をロータヨーク４の上端部付近から周回してロータヨーク４の下端部付近でステータヨーク１２Ｌ側にいったん入り、ステータヨーク１２Ｌの上端部付近で再びロータ部２側に入って永久磁石７Ｕの下端面のＳ極に戻る磁路Ｍ２が形成される。また、ステータ部３のステータヨーク１２Ｌの永久磁石１５Ｌの磁束の多くは、ロータ部２の突出部９に流れ込むと共に、ロータ部２の永久磁石７Ｌの多くの磁束は、ステータ部３の突出部１６Ｌ2に流れ込み磁路Ｍ３が形成される。このように磁路Ｍ２が形成されるので、ロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束は、ステータ部３側にほとんど影響を与えず、またロータ部２の永久磁石７Ｌとステータ部３の永久磁石１５Ｌとの間での磁路Ｍ３の流れが効率化される。
【００３８】
このように状態Ｓ１では、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、状態Ｓ１の直前まで巻線部１７Ｌの周囲を通っていた永久磁石１５Ｌの磁束の多くがロータ部２側に吸引されて弱まる変化が生じ、また、状態Ｓ１の直前までロータ部２側に放射されていた永久磁石１５Ｕの磁束がステータ部３の巻線部１７Ｕに戻って強まる変化が生じる。これにより巻線部１７Ｕ，１７Ｌには、この変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流がそれぞれ流れる。なお、巻線部１７Ｕ，１７Ｌに流れる電流については詳しく後述する。
【００３９】
また、状態Ｓ１では、上述のような磁束の変化に伴って、巻線部１８においても磁束の変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流が流れる。なお、巻線部１８に流れる電流については、巻線部１７Ｕ，１７Ｌに流れる電流と共に詳細を後述する。
【００４０】
また、図７に示すように、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌの周方向からみた半分がステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の同じく周方向からみた半分とそれぞれ対向している状態をＳ２とする。このような状態Ｓ２のときには、図７のＡ−Ａ線で切断した断面図である図８に示すように、状態Ｓ１に比べてステータヨーク１２Ｕの永久磁石１５Ｕの磁束の一部がロータ部２側に流れ込むと共に、ステータ部３の突出部１６Ｕ2からロータ部２側に放射される。一方、ロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束の多くがステータ部３側に流れ込む。すなわちロータ部２側の突出部８Ｕからステータ部３側に流れ込む。その結果、ロータ部２側の永久磁石７ＵのＮ極からステータ部３側の永久磁石１５ＵのＳ極に向かい、ステータ部３側の永久磁石１５ＵのＮ極からロータ部２側の永久磁石７ＵのＳ極に向かう磁路Ｍ４が形成される。また、これに伴って、巻線部１７Ｕの周囲を通る磁路Ｍ５の磁束は状態Ｓ１の磁路Ｍ１に比べて弱められる（Ｓ１：太い一点鎖線→Ｓ２：細い一点鎖線として図示）。
【００４１】
また、状態Ｓ２のときには、状態Ｓ１でステータ部３のステータヨーク１２Ｌ側に放射されていたロータ部２の永久磁石７Ｌの磁束の一部が中空部５を経由してロータ部２側に戻る。また、ステータ部３の永久磁石１５Ｌの磁束も一部が巻線部１７Ｌの周囲を通るものとなる。すなわち、状態Ｓ１のときに比べ、弱い磁力線によって、ロータ部２側の永久磁石７ＬのＮ極からステータ部３側の永久磁石１５ＬのＳ極に向かい、ステータ部３側の永久磁石１５ＬのＮ極からロータ部２側の永久磁石７ＬのＳ極に向かう磁路Ｍ６が形成される。この磁路Ｍ６は先の磁路Ｍ３に比べ弱い磁路となる。また、巻線部１７Ｌの周囲を通る磁路Ｍ７の磁束は状態Ｓ１に比べて強められる（Ｓ１：一点鎖線無し→Ｓ２：細い一点鎖線として図示）。なお、先ほどの磁路Ｍ２は、ステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2と対向しているロータ部２で生じているが、その強さは弱くなっている。また、後述する磁路Ｍ９を発生しているが、その強さは徐々に強くなっていく途中となっている。
【００４２】
このように、状態Ｓ２では、状態Ｓ１と比べ、巻線部１７Ｕの周囲を通っていた磁束が弱められる変化が生じ、巻線部１７Ｌの周囲を通る磁束が強められる変化が生じるので、巻線部１７Ｕ，１７Ｌには、この変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流がそれぞれ流れる。なお、ロータ部２の永久磁石７Ｕ，７Ｌは、向かい合う部分が異極とされ、しかも中空部５が両者の間をつなぐようにされているので、状態Ｓ２では、各永久磁石７Ｕ，７Ｌの磁束が効率良くステータ部３に流れる。
【００４３】
また、状態Ｓ２では、上述のような磁束の変化に伴って、巻線部１８においても磁束の変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流が流れる。
【００４４】
また、図９に示すように、ステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2がロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌのいずれとも対向しておらず、ロータ部２の突出部９の上半分がステータ部３の突出部１６Ｕ2と対向し、ロータ部２の突出部８Ｕがステータ部３の突出部１６Ｕ1と対向している状態をＳ３とする。
【００４５】
このような状態Ｓ３のときには、図１０に示すように、図６に示した状態Ｓ１と天地が反転したような状態になる。すなわち、ステータ部３のステータヨーク１２Ｌは、ロータ部２の突出部９，８Ｌの吸引力の影響をさほど受けないので、永久磁石１５ＬのＮ極からの磁束は、中空部１３Ｌの周囲を通って永久磁石１５ＬのＳ極に戻る磁路Ｍ８（一点鎖線で図示）を形成する。また、このときロータ部２の永久磁石７Ｌの磁束は、ステータ部３のステータヨーク１２Ｌの突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2よりもステータヨーク１２Ｕの突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2の影響を強く受けるので、ロータ部２の磁束の多くがステータヨーク１２Ｕ側に放射される。また、ステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とロータ部２の突出部８Ｕ，９とが非常に近づくので、ロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束は、ロータ部２の突出部８Ｕからステータヨーク１２Ｕ側にほとんどが流れ込む。これにより図１０に示すように、ロータ部２側では、永久磁石７Ｌの下端面のＮ極から中空部５をロータヨーク４の下端部付近から周回してロータヨーク４の上端部付近でステータヨーク１２Ｕ側にいったん入り、ステータヨーク１２Ｕの下端部付近で再びロータ部２側に入って永久磁石７Ｌの上端面のＳ極に戻る磁路Ｍ９が形成される。
【００４６】
また、ステータ部３のステータヨーク１２Ｕの永久磁石１５Ｕの磁束は、ロータ部２の突出部９に流れ込み、ロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束は、ロータ部２の突出部８Ｕからステータ部３の突出部１６Ｕ1に流れ込むという磁路Ｍ１０が形成される。
【００４７】
このように状態Ｓ３では、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、状態Ｓ３の直前まで巻線部１７Ｕの周囲を通っていた永久磁石１５Ｕの磁束の多くがロータ部２側に吸引されて弱まる変化が生じ、また、状態Ｓ３の直前までロータ部２側に放射されていた永久磁石１５Ｌの磁束がステータ部３の巻線部１７Ｌの周囲を通る磁路に戻って強まり、磁路Ｍ８となる変化が生じる。これによれば巻線部１７Ｕ，１７Ｌには、この変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流がそれぞれ流れる。
【００４８】
また、状態Ｓ３では、上述のような磁束の変化に伴って、巻線部１８においても磁束の変化を妨げる方向に磁力線を発生させる電流が流れる。なお、巻線部１８における状態Ｓ３は、図６に示す状態Ｓ１とは、天地を逆にした状態であり、磁束の方向が異なるが同様の状態といえる。
【００４９】
図１１は、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2との位置関係を、上述した状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がＳ１→Ｓ２→Ｓ３と遷移する過程について時刻ｔ１〜ｔ５の経過と共に示している。また、図１２の上段および中段の図は、図１１に示す時刻ｔ１〜ｔ５のそれぞれの時点における発電機１の巻線部１７Ｕ，１７Ｌに発生する電流の状態を示している。さらに、図１２の下段の図には、巻線部１７Ｕ，１７Ｌを直列に接続することによって得られる交流電流の波形を示す。ただし、図１２の上段の図では、上がプラス側で下がマイナス側になっているのに対し、図１２の中段の図では、上がマイナス側で下がプラス側になっている。なお、ここでは説明の便宜上、発電機１の巻線部１７Ｕ，１７Ｌから出力される電流に着目して説明を行い、電圧についての説明は省略する。
【００５０】
図１２の上段および中段の図に示すように、ロータ部２が一定の回転速度で回転することによって、巻線部１７Ｕ，１７Ｌには、それぞれ電流方向が一定の脈動する電流（以下では、これを脈流と称する。）が発生する。これは巻線部１７Ｕ，１７Ｌを囲む磁束は、時刻ｔ１〜ｔ５の間で強弱の変化を繰り返すもののそれぞれ常に同じ方向を向いているからである。図１２の上段および中段の図の例では、巻線部１７Ｕ，１７Ｌには互いに電流方向が逆方向の脈流が発生している。これは巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおける巻線方向が同一であり、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおける磁力線の方向が互いに反対向きであるためである。これにより巻線部１７Ｕと巻線部１７Ｌとでは、脈流の位相が互いに逆になっている。すなわち、巻線部１７Ｕで最大電流値となるタイミング（Ｗ１１）には、巻線部１７Ｌには電流が流れていない（Ｗ２１）。同様に、巻線部１７Ｌで最大電流値となるタイミング（Ｗ２２）には、巻線部１７Ｕには電流が流れていない（Ｗ１２）。このような巻線部１７Ｕと巻線部１７Ｌとを直列に接続することにより、図１２の下段の図に示すように、電流方向が周期的に変化する交流電流を得ることができる。
【００５１】
たとえば、図１２において、時刻ｔ１は、図６に示す状態Ｓ１に対応している。時刻ｔ１は、ロータ部２の突出部９の下半分および突出部８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2とが対向し、巻線部１７Ｕの周囲の磁束は最大となり、その後、減少していくため、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤをある方向に流れ始める。この方向を仮にプラスとすると、プラス電流が流れ始める。この点は、図１２では、Ｗ１１として示される。一方、巻線部１７Ｌの周囲の磁束は最小となり、その後は増加していくため、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤを流れる。その流れる方向は巻線部１７Ｕとは逆方向になる。この方向は上述のプラスに対してマイナスとなる。この点は、図１２ではＷ２１として示される。このとき、ロータ部２の下方部分はステータ部３との間で、最大の吸引力を発生させている。
【００５２】
よって、時刻ｔ１では、図１２に示すように、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、電流の増減の逆転が発生する。これにより、時刻ｔ１では、図１２に示すように、巻線部１７Ｕではプラス方向の電流値が最大となり、巻線部１７Ｌではマイナス方向の電流値が最小となる（最小の電流値＝０アンペア）。
【００５３】
また、図１２において、時刻ｔ５は、図１０に示す状態Ｓ３に対応している。時刻ｔ５は、ロータ部２の突出部９の上半分および突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とが対向し、巻線部１７Ｌの周囲の磁束は最大となり、その後、減少していくため、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤをある方向に流れ始める。この点は、図１２では、Ｗ２２として示される。一方、巻線部１７Ｕの周囲の磁束は最小となり、その後は増加していくため、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤを流れる。その流れる方向は巻線部１７Ｌとは逆方向になる。この点は、図１２ではＷ１２として示される。このとき、ロータ部２の上方部分はステータ部３との間で、最大の吸引力を発生させている。
【００５４】
よって、時刻ｔ５では、図１２の上段および中段の図に示すように、巻線部１７Ｕにおいて、プラス側の最小の電流値（０アンペア）（Ｗ１２）となり、巻線部１７Ｌにおいて、マイナス側の最大の電流値（Ｗ２２）の電流が発生する。
【００５５】
時刻ｔ３は、図８に示す状態Ｓ２に対応している。時刻ｔ３は、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌの周方向の半分とステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の周方向の半分とが対向している。時刻ｔ３は、状態Ｓ１からＳ３に遷移する過程の中間点である。よって、時刻ｔ３では、図１２の上段および中段の図に示すように、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、正側および負側での最大値と最小値（＝０アンペア）の中間の電流が発生している。
【００５６】
時刻ｔ２，ｔ４は、それぞれ状態Ｓ１からＳ２、Ｓ２からＳ３に遷移する過程である。よって、時刻ｔ２では、図１２の上段および中段の図に示すように、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、それぞれ状態Ｓ１で発生する電流値（０アンペア）と状態Ｓ２で発生する電流値との中間の値の電流が発生する。また、時刻ｔ４では、図１２の上段および中段の図に示すように、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおいて、それぞれ状態Ｓ２で発生する電流値と状態Ｓ３で発生する電流値との中間の値の電流が発生する。
【００５７】
このようにして、時刻ｔ１〜ｔ５では、巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する脈流波形のうちの２分の１周期分の電流が発生する。すなわち、発電機１の回転軸１０が一定の回転速度で回転している場合、時刻ｔ１〜ｔ５の時間の２倍の時間で、巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する脈流波形の１周期分が終了する。これを直列に接続された巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する交流電流の波形としてみると、時刻ｔ１〜ｔ５の時間の２倍の時間で１周期分が終了する。
【００５８】
また、図１３の上段の図は、図１１に示す時刻ｔ１〜ｔ５のそれぞれの時点における発電機１の巻線部１８に発生する電流の状態を示している。なお、図１３の下段の図は、上段の図との比較のため、巻線部１７Ｕ，１７Ｌを直列に接続して得られる交流電流の波形を示す。
【００５９】
図１１に示すように、ロータ部２が一定の回転速度で回転することによって、巻線部１８には、図１３の上段の図に示すように交流の電流波形が発生する。
【００６０】
たとえば、図６に示す状態Ｓ１では、ロータ部２の磁束は、ステータヨーク１２Ｌ側に引っ張られてはいるものの多くの磁束が巻線部１８を通っている。
【００６１】
図８に示す状態Ｓ２では、ロータ部２の磁束は、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの双方に引っ張られることにより、巻線部１８を通る磁束は殆ど無くなる。
【００６２】
図１０に示す状態Ｓ３では、ロータ部２の磁束は、ステータヨーク１２Ｕ側に引っ張られてはいるものの多くの磁束が巻線部１８を通っている。
【００６３】
このようにして、巻線部１８を通る磁束は、状態Ｓ１で最多→状態Ｓ２で最少→状態Ｓ３で最多と変化する。すなわち、巻線部１８では、状態Ｓ１から状態Ｓ２までの磁束の変化と、状態Ｓ２から状態Ｓ３までの磁束の変化は、変化の方向は反対方向になるものの同じ変化が２回繰り返されている。これにより、巻線部１８では、状態Ｓ１から状態Ｓ２までの間と、状態Ｓ２から状態Ｓ３までの間で、磁束の変化を妨げようとする逆方向、且つ同レベルの電流がそれぞれ発生して発電が行われる。図１３の上段の図に示す巻線部１８で発生する電流波形の位相は、図１３の下段の図に示す巻線部１７Ｕ，１７Ｌを直列に接続して得られる交流電流の位相と比べると、４分の１周期分ずれている。
【００６４】
このようにして、ロータ部２が回転することにより、ロータ部２の巻線部１８とステータ部３の巻線部１７Ｕ，１７Ｌとでそれぞれ発電が行われる。すなわち、発電機１では、３系統の巻線部１７Ｕ，１７Ｌ，１８によって、同時に発電が実施される。これによれば、ロータ側またはステータ側のいずれか一方のみで発電を行う従来の発電機と比較してより大きい発電電力を得ることができる。しかもステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌは、２段重ねになっているため、一段のステータヨークのみの従来の発電機と比較してもより大きい発電電力を得ることができる。さらに、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの段数を増加させれば、さらに大きな発電電力を得ることができる。また、このときには、ロータ部２の巻線部１８についてもステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの倍数の数だけ設置される。これにより、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌの段数の増加により、巻線部１８による発電電力も増加させることができる。
【００６５】
しかしながら図１３で説明したように、ステータ部３の巻線部１７Ｕ，１７Ｌを直列に接続して得られる交流電流の位相とロータ部２の巻線部１８で得られる交流電流の位相とは互いに４分の１周期分ずれている。このため、巻線部１７Ｕ，１７Ｌ，１８をそのまま単純に並列または直列に接続して利用すると、巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する交流電力と巻線部１８で発生する交流電力とが互いに相殺される現象が発生する。そこで、巻線部１７Ｕ，１７Ｌと巻線部１８の発電電力の位相の相違を解消するための発電システムの構成例を以下に示す。
【００６６】
たとえば発電機１と、発電機１の巻線部１７Ｕ，１７Ｌの発電電力を入力する第１のコンバータと、発電機１の巻線部１８の発電電力を入力する第２のコンバータと、第１のコンバータの出力と第２のコンバータの出力とを並列に入力し、交流電力を出力するインバータと、を有する発電システムを構成する。
【００６７】
たとえば巻線部１７Ｕ，１７Ｌによって発生する交流電力と、巻線部１８によって発生する交流電力とをそれぞれ異なる２つのコンバータに入力して２系統の直流電力に変換し、この２つのコンバータからそれぞれ出力された２系統の直流電力を並列に入力して１系統の交流電力の出力に変換するインバータを用いればよい。あるいは、上記の２つのコンバータからそれぞれ出力された２系統の直流電力によって充電される１つのバッテリを用い、このバッテリを直流電源として利用することもできる。その他にも前記の２つのコンバータからそれぞれ出力される２系統の直流電力をそれぞれ別個に利用してもよい。
【００６８】
もしくは、発電機１と、発電機１の巻線部１７Ｕ，１７Ｌに接続される第１の機器の接続手段と、発電機１の巻線部１８に接続される第２の機器の接続手段と、を有する発電システムを構成してもよい。このとき接続手段として、たとえば巻線部１７Ｕ，１７Ｌの出力周波数が表示された端子と巻線部１８の出力周波数が表示された端子とを発電機１の出力側にそれぞれ設ければよい。これによりユーザは、出力周波数の表示を目視確認し、その出力周波数に適合する機器を端子に接続して利用することができる。なお、端子に代えて、コネクタやコンセントなど、どのような接続手段を設けるかは自由である。
【００６９】
このようにして、３系統の巻線部１７Ｕ，１７Ｌ，１８によって、同時に発電された電力を適宜に有効利用することができる。
【００７０】
さらに別の発電システムの例として、巻線部１７Ｕ，１７Ｌを直列に接続して交流電力を得るのではなく、巻線部１７Ｕおよび巻線部１７Ｌをそれぞれ単独で２系統の脈流（すなわち直流）の電源として利用することもできる。あるいは、巻線部１７Ｕと巻線部１７Ｌとで、ワイヤの巻き方向を互いに反対方向としたり、または、巻線部１７Ｕと巻線部１７Ｌとを直列に接続する際の接続方法を変えるなどにより、巻線部１７Ｕと巻線部１７Ｌとで発生する電流方向を一致させ、直流電力を発電させてもよい。この場合、巻線部１８からは交流電力が得られるので、交流と直流とを１つの発電機１で発電することができる交直両用の発電システムとなる。
【００７１】
さらに、発電機１は、以下に説明するように、コギングを抑えることができる。これによっても発電機１は、効率の良い発電を行い大きな発電電力を得ることができる。
【００７２】
ここで、一般的な発電機でコギングが発生する原因を考えてみると、ロータ側とステータ側との間の吸引力もしくは反発力がロータの位置によって変化することが原因である。これに対し、発電機１では、時刻ｔ１〜ｔ５のいずれの時刻に示すロータ部２とステータ部３との位置関係においてもロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2との間の吸引力は常に一定になる。これは前述したように、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2とが対向する部分の面積と、対向しない部分の面積は、ロータ部２とステータ部３との回転方向の位置関係に係わらずそれぞれ一定であるからである。
【００７３】
たとえば、時刻ｔ１（状態Ｓ１）においては、ロータ部２の突出部９の下半分および突出部８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2とは全面的に対向して最大の吸引力で引き合っている。その一方で、ステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2は、ロータ部２のいずれの突出部８Ｕ，９，８Ｌとも対向しておらず互いの吸引力は最小である。このことからロータ部２側の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３側の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2との間の吸引力の強さは、ロータ部２側の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３側の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2との間の対向面積部分の強さと非対向面積部分の強さの合計に依存すると考えることができる。
【００７４】
そこでステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1、または１６Ｌ2がロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌと対向する際の面積の最大値をＱｃｍ2（平方センチメートル）とし、１ｃｍ2単位当たりの吸引力の強さをＰ１とすると、時刻ｔ１において、ロータ部２の突出部９の下半分とステータ部３の突出部１６Ｌ1との間の対向面積はＱｃｍ2で吸引力はＱ×Ｐ１となる。また、ロータ部２の突出部８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｌ2との間の対向面積もＱｃｍ2で吸引力はＱ×Ｐ１となる。また、ロータ部２の突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1との間の非対向面積およびロータ部２の突出部９の上半分とステータ部３の突出部１６Ｕ2との間の非対向面積はそれぞれＱｃｍ2で非対向部分の１ｃｍ2単位当たりの吸引力の強さをＰ２とすると吸引力はそれぞれＱ×Ｐ２となる。よって、時刻ｔ１におけるロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の吸引力は「２Ｑ×Ｐ１＋２Ｑ×Ｐ２＝２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」である。
【００７５】
同じように、時刻ｔ２においては、ロータ部２の突出部８Ｕの周方向の４分の１とステータ部３の突出部１６Ｕ1の周方向の４分の１とが対向し、ロータ部２の突出部９の上半分の周方向の４分の１とステータ部３の突出部１６Ｕ2の周方向の４分の１とが対向し、ロータ部２の突出部９の下半分の周方向の４分の３とステータ部３の突出部１６Ｌ1の周方向の４分の３とが対向し、ロータ部２の突出部８Ｌの周方向の４分の３とステータ部３の突出部１６Ｌ2の周方向の４分の３とが対向して互いに引き合っている。
【００７６】
ここで、ロータ部２の突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1およびロータ部２の突出部９の上半分とステータ部３の突出部１６Ｕ2との間の対向面積はそれぞれ（１／４）Ｑｃｍ2、ロータ部２の突出部９の下半分とステータ部３の突出部１６Ｌ1およびロータ部２の突出部８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｌ2との間の対向面積はそれぞれ（３／４）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ２におけるロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の対向する部分の吸引力の総和は、
（１／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（３／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（３／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝（８／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝２Ｑｃｍ2×Ｐ１
である。一方、非対向部分の吸引力は、同様に計算して、２Ｑｃｍ2×Ｐ２となる。よって時刻ｔ２においても吸引力は、時刻ｔ１と同じように「２Ｑ×Ｐ１＋２Ｑ×Ｐ２＝２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００７７】
同じように、時刻ｔ３においては、ロータ部２の突出部８Ｕの周方向の２分の１とステータ部３の突出部１６Ｕ1の周方向の２分の１とが対向し、ロータ部２の突出部９の上半分の周方向の２分の１とステータ部３の突出部１６Ｕ2の周方向の２分の１とが対向し、ロータ部２の突出部９の下半分の周方向の２分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ1の周方向の２分の１とが対向し、ロータ部２の突出部８Ｌの周方向の２分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ2の周方向の２分の１とが対向して互いに強く引き合っている。
【００７８】
ここで、ロータ部２の突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1、ロータ部２の突出部９の上半分とステータ部３の突出部１６Ｕ2、ロータ部２の突出部９の下半分とステータ部３の突出部１６Ｌ1、およびロータ部２の突出部８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｌ2との間の対向面積は、それぞれ（１／２）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ３におけるロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の対向する部分の吸引力の総和は、
（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝（４／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝２Ｑｃｍ2×Ｐ１
である。一方、非対向部分、すなわちステータ部３の各突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2ではない部分とロータ部２の各突出部８Ｕ，９，８Ｌが対向している部分の吸引力はその面積が２Ｑｃｍ2となるので、２Ｑｃｍ2×Ｐ２となる。よって、時刻ｔ３においての吸引力の総和は時刻ｔ１，ｔ２と同じように２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）となる。
【００７９】
同じように、時刻ｔ４においては、ロータ部２の突出部８Ｕの周方向の４分の３とステータ部３の突出部１６Ｕ1の周方向の４分の３とが対向し、ロータ部２の突出部９の上半分の周方向の４分の３とステータ部３の突出部１６Ｕ2の周方向の４分の３とが対向し、ロータ部２の突出部９の下半分の周方向の４分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ1の周方向の４分の１とが対向し、ロータ部２の突出部８Ｌの周方向の４分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ2の周方向の４分の１とが対向して互いに強く引き合っている。
【００８０】
ここで、ロータ部２の突出部８Ｕの４分の３とステータ部３の突出部１６Ｕ1の４分の３およびロータ部２の突出部９の上半分の４分の３とステータ部３の突出部１６Ｕ2の４分の３との間の対向面積は、それぞれ（３／４）Ｑｃｍ2であり、ロータ部２の突出部９の下半分の４分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ1の４分の１およびロータ部２の突出部８Ｌの４分の１とステータ部３の突出部１６Ｌ２の４分の１との間の対向面積は、それぞれ（１／４）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ４におけるロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の完全に対向している部分の面積の総和は、
（３／４）Ｑｃｍ2＋（３／４）Ｑｃｍ2＋（１／４）Ｑｃｍ2＋（１／４）Ｑｃｍ2
＝（８／４）Ｑｃｍ2
＝２Ｑｃｍ2
である。このため突出部同士が対向していることによる吸引力は「２Ｑ×Ｐ１」となる。一方、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌがステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2と対向している部分の面積はやはり２Ｑｃｍ2となり、全体の吸引力は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３と同じく「２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００８１】
同じように、時刻ｔ５（状態Ｓ３）においては、ロータ部２の突出部９の上半分および突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2とは対向して互いに強く引き合っているが、ステータ部３の突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2は、ロータ部２のいずれの突出部８Ｕ，９，８Ｌとも対向していない。このときのロータ部２の突出部９の上半分とステータ部３の突出部１６Ｕ2およびロータ部２の突出部８Ｕとステータ部３の突出部１６Ｕ1との間の対向面積は、それぞれＱｃｍ2である。よって、時刻ｋｔ５におけるロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2の完全に対向している部分の面積の総和は、
Ｑｃｍ2＋Ｑｃｍ2＝２Ｑｃｍ2
である。このため突出部同士が対向していることによる吸引力は「２Ｑ×Ｐ１」となる。一方、ロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌがステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2と対向している部分の面積はやはり２Ｑｃｍ2となり、全体の吸引力は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４と同じく「２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００８２】
このように、図１１、図１２における時刻ｔ１〜ｔ５のいずれの時刻においてもロータ部２とステータ部３との間の各突出部８Ｕ，９，８Ｌ，１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2での吸引力の総和は、「２Ｑｃｍ2×（Ｐ１＋Ｐ２）」であり変わらない。時刻ｔ１〜ｔ５で発生する電流波形は、巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する正弦波状の電流波形のうちの４分の１周期分の電流波形であるが、正弦波は、この４分の１周期分の電流波形が増減方向および正負方向を変えながら連続するものである。したがって、巻線部１７Ｕ，１７Ｌで発生する正弦波状の電流波形のいずれの部位においてもロータ部２の突出部８Ｕ，９，８Ｌとステータ部３の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2との間の吸引力は常に一定になることは自明である。このことは、ロータ部２とステータ部３との位置関係がどのようであってもロータ部２とステータ部３との間の吸引力は常に一定であることを意味している。これにより発電機１においては、コギングは発生しないことがわかる。
【００８３】
また、このようにコギングが発生しない発電機１では、外部から回転軸１０に加えられる回転トルクが、コギングトルクによって減ぜられることなく、そのほとんどが発電のためのトルクとして使用されるため、効率の高い発電を行うことができる。
【００８４】
また、発電機１では、ロータ部２の中空部５が２つの永久磁石７Ｕ，７Ｌにわたって連通している。これによれば、図６、図１０に示すように、ロータ部２の２つの永久磁石７Ｕ，７Ｌのそれぞれの磁束が分割されることなく、一つの磁路Ｍ２またはＭ９を形成し、一体的にステータ部３に入射するので巻線部１７Ｕまたは巻線部１７Ｌの周囲を通る磁束をほとんど完全に無くすと共にステータ部３に入射しない側では、その入射はほとんどなくなり巻線部１７Ｕまたは巻線部１７Ｌの周囲をとおる磁束を最大限近くにできる。この結果、発電の効率をさらに高めることができる。
【００８５】
図１４に、比較例として、２つの中空部５Ｕ，５Ｌを有するロータ部２Ａを示す。また、２つの中空部５Ｕ，５Ｌには、２つの巻線部１８Ｕ，１８Ｌを有する。図１４は、図６と同じく状態Ｓ１の例であるが、図１４に示す比較例では、ロータ部２Ａの永久磁石７Ｕの磁束によるループと永久磁石７Ｌの磁束によるループとが互いに分割されて別個の閉じたループである磁路Ｍ１１，Ｍ１２がそれぞれ形成される。これに伴い、巻線部１７Ｕの周囲に磁路Ｍ１３が発生し、巻線部１７Ｌの周囲に磁路Ｍ１４が発生する。これは図１１に示す時刻ｔ１〜ｔ５のいずれの状態でもほとんど変化しない。このため巻線部１７Ｕ，１７Ｌの周囲に発生する磁路の強さの最大と最小の差が小さくなり、発電機１Ａは発電機として十分機能しないことがわかる。しかしながら、この構成においてもある程度の磁束は発生するので、この構成を採用してもよい。
【００８６】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り、様々に変更が可能である。たとえば、中空部５は、巻線部１８を配設した後は、非磁性体、たとえばアルミや樹脂材を埋め込む構成としてもよい。また、各突出部８Ｕ，９，８Ｌはヨーク４の本体と一体成形され、各突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2はヨーク１２Ｕ，１２Ｌと一体成形されているとして説明したが、各突出部は一体成形とせず、別部材として各本体に接着などで固定するようにしてもよい。
【００８７】
また、図１５に示すように、ロータ部２Ｂとして軸方向に４つの突出部８Ｕ1，８Ｕ2，８Ｌ1，８Ｌ2を有し、この突出部８Ｕ1，８Ｕ2と突出部８Ｌ1，８Ｌ2とは、軸方向に互いに半ピッチずれて配置されている。これに対し、ステータ部３Ｂは、軸方向に同一ピッチの３つの突出部１６Ｕ，１６Ｍ，１６Ｌを有する。このような発電機１Ｂを構成しても上述した実施の形態における発電機１と同様の機能を有する発電機１Ｂを実現することができる。
【００８８】
この場合、ロータ部２Ｂは、中心軸方向に同一ピッチの突出部８Ｕ1，８Ｕ2を有するロータ部材と、中心軸方向に一直線状となると共に同一ピッチの突出部８Ｌ1，８Ｌ2を有するロータ部材とを、突出部８Ｕ1，８Ｕ2と突出部８Ｌ1，８Ｌ2とが互いに半ピッチずれるように２段に重ねて配置することで構成することができる。また、ステータ部３Ｂについても中心軸方向に一直線状となると共に同一ピッチの突出部１６Ｕと突出部１６Ｍ1を有するステータ部材と中心軸方向に一直線状となると共に同一ピッチの突出部１６Ｍ2と突出部１６Ｌを有するロータ部材とを、突出部１６Ｕ，１６Ｍ1，１６Ｍ2，１６Ｌとが一直線状となると共に互いに同一ピッチになるように２段に重ねて配置することで構成することができる。なお、ロータ部２Ｂおよび／またはステータ部３Ｂを１つのヨーク部材から削り出しなどによって構成してもよい。
【００８９】
また、発電機１，１Ｂは、２段重ね構造のステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌからなるステータ部３を有するとして説明したが、積み重ねる段数については偶数段であればどのような段数であってもよい。この場合、ロータ部２は、図１５に示すものを軸方向に重ねる構造のものとするのが好ましい。また、同様に、発電機１Ｂは、２段重ね構造のロータ部材からなるロータ部２Ｂを有するとして説明したが、同じ構造のロータ部２Ｂを積み重ねるのが好ましく、積み重ねる段数については偶数段であればどのような段数であってもよい。
【００９０】
また、上述の発電機１，１Ｂは、インナーロータ型のものとしているが、アウターロータ型のものとしてもよい。また、ロータヨーク４、ステータヨーク１２Ｕ，１２Ｌは軟磁性体が好ましいが単なる磁性体としてもよい。また、溝６Ｕ，６Ｌ，１４Ｕ，１４Ｌはそれぞれ永久磁石と一体成形されるときは溝が形成されないが、そのような一体形成の場合を含めて溝と称する。また、非磁性体部となる中空部５は、その軸方向長さが永久磁石７Ｕと永久磁石７Ｌの軸方向両外端間の距離以上に長くされているが軸方向両外端間の距離と同一またはやや長くしたり、もしくはやや短くしたりしてもよい。また、コギングをゼロにするには突出部の幅と突出部間の幅とが同一であるのが好ましいが他の要請により両者の幅を同一とせず、わずかに異なるようにしてもよい。
【００９１】
また、図１６に示すように、ステータ部３Ｃに、永久磁石１５Ｕ，１５Ｌを有さないステータヨーク１２ＣＵ，１２ＣＬを備える発電機１Ｃを構成することもできる。すなわち、発電機１Ｃは、発電機１のステータ部３から永久磁石１５Ｕ，１５Ｌを取り去った後の空間を非磁性体部として利用するようにしたものである。なお、ステータ部３から永久磁石１５Ｕ，１５Ｌを取り去った後の空間には、樹脂を充填したり、非磁性体であるアルミニュウムなどを充填してもよい。発電機１Ｃは、上述した実施の形態に係る発電機１，１Ｂと同様に動作するが、ステータ部３Ｃに永久磁石１５Ｕ，１５Ｌを有さないので、図１２に示す電流の波形は、巻線部１７Ｕ，１７Ｌでそれぞれ反転する。
【００９２】
たとえば、図１６に示す状態は、発電機１における図６に示した状態Ｓ１に対応している。発電機１において、図６に示した状態Ｓ１の場合を考えてみると、発電機１では、ステータヨーク１２Ｌに永久磁石１５Ｌを有するため、永久磁石１５Ｌの磁束がロータ部２側に吸引されるので、巻線部１７Ｌの周囲の磁束は弱くなる。これに対し、発電機１Ｃでは、ステータヨーク１２ＣＬに永久磁石１５Ｌが無いため、ロータ部２の永久磁石７Ｌの磁束が対向している突出部９，８Ｌと突出部１６Ｌ1，１６Ｌ2とを介してステータヨーク１２ＣＬ側に入り込む。これにより、磁路Ｍ１５が形成されて巻線部１７Ｌの周囲の磁束は強くなる。
【００９３】
同様に、発電機１では、ステータヨーク１２Ｕに永久磁石１５Ｕを有するため、状態Ｓ１の場合、永久磁石１５Ｕの磁束によって巻線部１７Ｕの周囲には磁路Ｍ１が形成されるので巻線部１７Ｕの周囲の磁束は強くなっている。これに対し、発電機１Ｃでは、ステータヨーク１２ＣＵに永久磁石１５Ｕが無いため、ロータ部２の永久磁石７Ｕの磁束がステータヨーク１２ＣＵ側に入り込んで磁路Ｍ１６を形成するものの、ステータ部３Ｃ側の突出部１６Ｕ1，１６Ｕ2は、ロータ部２の突出部８Ｕ，９と対向していないため、巻線部１７Ｕの周囲の磁束は弱くなる。
【００９４】
このように、発電機１と発電機１Ｃとを比較すると、巻線部１７Ｕ，１７Ｌにおける磁束の強弱の状態が逆転していることがわかる。よって、発電機１と発電機１Ｃとでは、図１２に示す電流の波形は、巻線部１７Ｕ，１７Ｌでそれぞれ反転する。また、同様に、巻線部１８で発生する電流の波形についても発電機１と発電機１Ｃとでは、図１３の上図に示す電流の波形は反転する。
【００９５】
また、中空部５にワイヤを入れず、完全な中空にしてもよいし、非磁性体のものを中空部５に詰め込んでもよい。これによれば、発電機１は、巻線部１７Ｕ，１７Ｌのみによって発電するものとなるが、発電機１は、コギングを無くしたものであると共に、２つの巻線部１７Ｕ，１７Ｌを有するので、コギングを有し、１つの巻線部からなる従来の発電機と比較して効率の良い発電を行うことができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…発電機、２…ロータ部、３…ステータ部、４…ロータヨーク（ロータ部材）、５…中空部（非磁性体部）、６Ｕ，６Ｌ，１４Ｕ，１４Ｌ…溝、７Ｕ，７Ｌ…永久磁石（ロータ側永久磁石）、１５Ｕ，１５Ｌ…永久磁石（ステータ側永久磁石）、８Ｕ，９，８Ｌ，８Ｕ1，８Ｕ2，８Ｌ1，８Ｌ2…突出部（ロータ側突出部）、１１…孔（ロータ部の挿入孔）、１２Ｕ，１２Ｌ…ステータヨーク（ステータ部材の一部）、１３Ｕ，１３Ｌ…中空部、１６Ｕ1，１６Ｕ2，１６Ｌ1，１６Ｌ2，１６Ｕ，１６Ｍ，１６Ｌ…突出部（ステータ側突出部）、１７Ｕ，１７Ｌ，１８…巻線部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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