(57)【要約】  発電機１は、外郭構造体２の内部に、上面視で円環状を有する発電コイル３と、円環状の回転プレート４と、上面視で円環状となる第一永久磁石５と、上面視で円環状となる第二永久磁石６と、上面視で円環状を有する誘導コイル７と、発電コイル３で発電された電力を蓄電するメイン蓄電部８と、発電コイル３で発電された電力を蓄電すると共に誘導コイル７に電流を与えるためのサブ蓄電部９とを備える。この構成により、発電機１は、化石燃料などのエネルギー源を必要とせずに、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ半永久的に安定した発電を繰り返すことができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外郭構造体を有する発電機であって、
前記外郭構造体の内部には、
垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口側が内側に向くように複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する発電コイルと、
その外縁が前記発電コイルのコの字形状の開口空間に挿入された円環状の回転プレートと、
前記回転プレートの外縁側に装着され、上面視で円環状となる第一永久磁石と、
前記回転プレートの内縁側に装着され、上面視で円環状となる第二永久磁石と、
前記第二永久磁石に隣接するように当該第二永久磁石の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する誘導コイルと、
前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、
前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備えることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記発電機において、前記サブ蓄電部からの電流が前記誘導コイルに与えられることで、前記第二永久磁石と前記誘導コイルとが反発して、その結果、前記回転プレートが回転し、
当該回転プレートの回転によって前記第一永久磁石が前記発電コイルの開口空間で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、
当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部に分配して蓄電可能である、ことを特徴とする請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記発電機は、さらに、
前記発電コイルの出力側に設けられて、当該発電コイルの発電量を計測するための電力計測部と、
前記サブ蓄電部と前記誘導コイルとの間に配置されており、前記電力計測部からの計測電力値を信号として受信する電力量受信部、及び当該電力量受信部で受信した電力量に基づいて、前記サブ蓄電部から前記誘導コイルに流れる電流を制御することで前記回転プレートの回転量を制御する制御部を有するインバータ部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の発電機。
【請求項４】
前記発電コイルは、垂直断面がコの字形状の磁芯を有し、その外周に巻線が巻回されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項５】
前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に嵌合するカバー部とから成り、
前記複数の発電コイルは、前記ベース部の内側面に沿って配置されることで上面視で円環状となる、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項６】
前記ベース部及び前記カバー部は、磁気をシールドする鋼板素材で構成される、ことを特徴とする請求項５記載の発電機。
【請求項７】
前記ベース部及び前記カバー部には、空調のための開口が形成され、
前記回転プレートの表面にはフィン形状を有した冷却フィンが所定間隔で設けられる、ことを特徴とする請求項５記載の発電機。
【請求項８】
外郭構造体を有する発電機であって、
前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に装着される有底円筒形状のカバー部とから成り、
前記外郭構造体の内部には、
前記ベース部の中心から上下方向に立設されたシャフトと、
中心部に当該シャフトを挿通する挿通孔を有し、当該シャフトを中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレードと、
前記回転ブレードの上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイルと、
前記外郭構造体の内側面に沿って、上面視で円環状に配置されたステータと、を有し、
前記回転ブレードは、その上下面に、当該回転ブレードを浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石及び前記発電コイルと隣接する位置に配置された発電用永久磁石を備え、その側面に、前記ステータの有する誘電コイルと反発して当該回転ブレードを回転させるための回転用永久磁石を備える、ことを特徴とする発電機。   
【請求項９】
前記ベース部及び前記カバー部には、前記回転ブレードの浮上用永久磁石と対向する位置に、当該浮上用永久磁石と反発する反発用永久磁石を有する、ことを特徴とする請求項８記載の発電機。
【請求項１０】
前記回転ブレードは、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面を有し、前記浮上用永久磁石は、当該山条傾斜面の表面に配置され、
前記ベース部及び前記カバー部には、前記一対の山条傾斜面と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面を有し、前記反発用永久磁石は、当該谷条傾斜面の表面に配置される、ことを特徴とする請求項９記載の発電機。
【請求項１１】
前記浮上用永久磁石は、前記山条傾斜面において同心円状に複数列で、一定間隔にて配置され、
前記反発用永久磁石は、前記谷条傾斜面において、前記浮上用永久磁石と対向するように、同心円状で複数列で、一定間隔にて配置される、ことを特徴とする請求項１０記載の発電機。
【請求項１２】
前記一対の山条傾斜面には、前記浮上用永久磁石を嵌め込むための嵌合溝と、当該嵌合溝に外側から連通された空気抜き孔が形成され、
前記谷条傾斜面には、前記反発用永久磁石を嵌め込むための第二嵌合溝と、当該第二嵌合溝に外側から連通された第二空気抜き孔が形成される、ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の発電機。
【請求項１３】
前記発電用永久磁石は、前記回転ブレードの上下面の外縁側に水平状に配置される、ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１４】
前記発電機は、さらに、前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、
前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記ステータの有する誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備え、
前記回転ブレードの回転によって前記発電用永久磁石が前記発電コイルの隣接位置で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、
当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部に分配して蓄電可能である、ことを特徴とする請求項１３記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半永久的に安定した発電を繰り返すことができる発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気を発電する発電機としてはタービン発電機（Turbine Generator）がメインに使用されている。このタービン発電機は、タービンで駆動される発電機であって、原子力蒸気・化石燃料を用いる火力蒸気・地熱蒸気・水力・風力をタービンブレードに伝達し、その結果、コイル周囲でローター磁石を回転させて発電する構造となっている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２など参照）。【０００３】
また、小型の発電機としてダイナモが知られている。このダイナモは、コイル又は磁石部材を相対的に回転させることにより発生した交流電圧を、整流子を用いて直流電圧に変換して発電するものである。このようなダイナモとして、例えば、自転車のライトの発電機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１０６４３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“タービン発電機他”[平成３０年８月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.tmeic.co.jp/product/rotating_machinery/turbine/＞
【非特許文献２】“中大容量モータ／タービン発電機他”[平成３０月８月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.tmeic.co.jp/product/rotating_machinery/＞
【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、このような従来型のタービン発電機は、発電機のローターを回転させる動力が必須であり、化石燃料などを使用するために必ず克服ができていない問題に直面する。【０００７】
すなわち、第一の問題としては、発電機を回転させる蒸気を得るために燃焼設備や廃熱装置など付属機器プラントが必要であり、維持管理に伴うメンテに掛かるコストが膨大であるという問題がある。【０００８】
また、第二の問題としては、燃料コストを要し、且つ原子力に於いては安全性、化石燃料に於いては限りある燃料の枯渇と温室効果ガス排出量の増大等の問題がある。【０００９】
また、第三の問題としては、ダイナモなどにおいては、より大きな出力電圧を得るためには、コイルの巻き数を増やす必要性があり、その結果、発電機が大型化するという問題もある。【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、化石燃料などのエネルギー源を必要とせずに、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ半永久的に安定した発電を繰り返すことができる発電機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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、外郭構造体を有する発電機であって、前記外郭構造体の内部には、垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口側が内側に向くように複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する発電コイルと、その外縁が前記発電コイルのコの字形状の開口空間に挿入された円環状の回転プレートと、前記回転プレートの外縁側に装着され、上面視で円環状となる第一永久磁石と、前記回転プレートの内縁側に装着され、上面視で円環状となる第二永久磁石と、前記第二永久磁石に隣接するように当該第二永久磁石の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する誘導コイルと、前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備えることを特徴とする。【００１２】
この発電機において、前記サブ蓄電部からの電流が前記誘導コイルに与えられることで、前記第二永久磁石と前記誘導コイルとが反発して、その結果、前記回転プレートが回転し、当該回転プレートの回転によって前記第一永久磁石が前記発電コイルの開口空間で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部に分配して蓄電可能であることが好ましい。【００１３】
この発電機において、前記発電機は、さらに、前記発電コイルの出力側に設けられて、当該発電コイルの発電量を計測するための電力計測部と、前記サブ蓄電部と前記誘導コイルとの間に配置されており、前記電力計測部からの計測電力値を信号として受信する電力量受信部、及び当該電力量受信部で受信した電力量に基づいて、前記サブ蓄電部から前記誘導コイルに流れる電流を制御することで前記回転プレートの回転量を制御する制御部を有するインバータ部と、を備えることが好ましい。【００１４】
この発電機において、前記発電コイルは、垂直断面がコの字形状の磁芯を有し、その外周に巻線が巻回されていることが好ましい。【００１５】
この発電機において、前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に嵌合するカバー部とから成り、前記複数の発電コイルは、前記ベース部の内側面に沿って配置されることが好ましい。【００１６】
この発電機において、前記ベース部及び前記カバー部は、磁気をシールドする鋼板素材で構成されることが好ましい。【００１７】
この発電機において、前記ベース部及び前記カバー部には、空調のための開口が形成され、前記回転プレートの表面にはフィン形状を有した冷却フィンが所定間隔で設けられることが好ましい。【００１８】
上記目的を達成するために本発明は、外郭構造体を有する発電機であって、前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に装着される有底円筒形状のカバー部とから成り、前記外郭構造体の内部には、前記ベース部の中心から上下方向に立設されたシャフトと、中心部に当該シャフトを挿通する挿通孔を有し、当該シャフトを中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレードと、前記回転ブレードの上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイルと、前記外郭構造体の内側面に沿って、上面視で円環状に配置されたステータと、を有し、前記回転ブレードは、その上下面に、当該回転ブレードを浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石及び前記発電コイルと隣接する位置に配置された発電用永久磁石を備え、その側面に、前記ステータの有する誘電コイルと反発して当該回転ブレードを回転させるための回転用永久磁石を備えることを特徴とする。   【００１９】
この発電機において、前記ベース部及び前記カバー部には、前記回転ブレードの浮上用永久磁石と対向する位置に、当該浮上用永久磁石と反発する反発用永久磁石を有することが好ましい。【００２０】
この発電機において、前記回転ブレードは、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面を有し、前記浮上用永久磁石は、当該山条傾斜面の表面に配置され、前記ベース部及び前記カバー部には、前記一対の山条傾斜面と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面を有し、前記反発用永久磁石は、当該谷条傾斜面の表面に配置されることが好ましい。【００２１】
この発電機において、前記浮上用永久磁石は、前記山条傾斜面において同心円状に複数列で、一定間隔にて配置され、前記反発用永久磁石は、前記谷条傾斜面において、前記浮上用永久磁石と対向するように、同心円状で複数列で、一定間隔にて配置されることが好ましい。【００２２】
この発電機において、前記一対の山条傾斜面には、前記浮上用永久磁石を嵌め込むための嵌合溝と、当該嵌合溝に外側から連通された空気抜き孔が形成され、前記谷条傾斜面には、前記反発用永久磁石を嵌め込むための第二嵌合溝と、当該第二嵌合溝に外側から連通された第二空気抜き孔が形成されることが好ましい。【００２３】
この発電機において、前記発電用永久磁石は、前記回転ブレードの上下面の外縁側に水平状に配置されることが好ましい。【００２４】
この発電機において、前記発電機は、さらに、前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記ステータの有する誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備え、前記回転ブレードの回転によって前記発電用永久磁石が前記発電コイルの隣接位置で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部に分配して蓄電可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る発電機によれば、外郭構造体の内部に、上面視で円環状を有する発電コイルと、円環状の回転プレートと、上面視で円環状となる第一永久磁石と、上面視で円環状となる第二永久磁石と、上面視で円環状を有する誘導コイルと、発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部とを備える。この構成により、本発明に係る発電機は、化石燃料などのエネルギー源を必要とせずに、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ半永久的に安定した発電を繰り返すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機の分解斜視図である。
【図２】（ａ）同上発電機のカバー部を外した状態の平面図、（ｂ）同上発電機のＡ―Ａ線断面図である。
【図３】同上発電機の電流の流れを説明するために参考図である。
【図４】同上発電機に備わる電力計測部の機能ブロック図である。
【図５】同上発電機に備わるインバータ部の機能ブロック図である。
【図６】（ａ）同上発電機に備わる発電コイルの構造の一例を示す平面図、（ｂ）同上発電コイルの斜視図である。
【図７】同上発電機を用いる配電システムの一例を示す参考図である。
【図８】上記実施の形態の変形例１に係る発電機の断面図である。
【図９】（ａ）上記実施の形態の変形例２係る発電機のカバー部を外した状態の平面図、（ｂ）同上発電機のＢ―Ｂ線断面図、（ｃ）同上発電機の空気の流れを説明するための図である。
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態２に係る発電機の外郭構造体を構成するベース部の平面図、（ｂ）同上発電機のＢ―Ｂ線断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）同上発電機のカバー部の浮上構造を説明するために参考図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｃ）同上発電機の回転ブレードの浮上構造を説明するために参考図である。
【図１３】（ａ）乃至（ｄ）同上発電機に備わる発電コイルを説明するために参考図である。
【図１４】（ａ）同上発電機に備わるベース部を示す参考写真図、（ｂ）同上回転ブレードの参考写真図である。
【図１５】同上ベース部の参考写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発電機について図面を参照して説明する。図１に示す発電機１は、発電した電力を外部に出力するための装置であり、発電の動力源は、自らが発電する電力を基に稼働することを特徴としている。
【００２８】
最初に、本実施の形態に係る発電機の構造について図面を参照しながら説明する。発電機１は、図１に示すように、有底円筒形状のベース部２ａと、ベース部２ａに嵌合するカバー部２ｂらなる外郭構造体２を有する。この外郭構造体２は、例えば金型により金属成型や樹脂成型されたものである。
【００２９】
この外郭構造体２の内部には、発電コイル３と、回転プレート４と、第一永久磁石５と、第二永久磁石６と、誘導コイル７と、メイン蓄電部８と、サブ蓄電部９とが収容されて構成される。
【００３０】
発電コイル３は例えば複数で構成され、垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口面３ａが内側に向くようにベース部２ａの内側面に沿って同心円状に配置され、その結果、上面視で円環状となって配置される。発電コイル３は、鉄などの磁芯の外周面に、例えば銅線などの巻線３ｂが巻回されている。この磁芯によって磁界の変化を大きくして誘導起電力（発電電力）を大きくできる。なお、磁芯は鉄等の軟磁性体材料が望ましく、コアが軟磁性体材料であれば、コイルで発生する磁束は増大する。例えば、コア材料は鉄、純鉄、鉄系合金、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金、センダスト等である。透磁率の高い材料ほどコイル内の磁束密度が大きくなる。
【００３１】
回転プレート４は、その外縁が発電コイル３のコの字形状の開口空間３ａに挿入された円環状のプレートである。なお、回転プレート４は、図２（ｂ）に示すように、浮遊し回転するコンパクトな構造であり、発電時には機械的接触がない。そのため接触損失がなく、且つ振動音を軽減できる。なお、回転プレート４の外縁側を遠心力で伸縮するような構成としてもよい。
【００３２】
第一永久磁石５は、回転プレート４の外縁側に装着され、上面視で円環状を有している。第一永久磁石５の磁界方向は例えば垂直（上下）方向であり、ＮＳの方向とＳＮの方向が交互に変化するなど、様々なパターンで磁界を構成するように複数の永久磁石が配置される。第二永久磁石６は、回転プレート４の内縁側に装着され、上面視で円環状となる。
【００３３】
誘導コイル（誘導磁石）７は、第二永久磁石６に隣接するように、第二永久磁石６の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する。メイン蓄電部８は、発電コイル３で発電された電力を蓄電する。具体的には、発電コイル３で発電された交流電流を整流した後の直流電流を蓄電する。サブ蓄電部（駆動用バッテリー）９は、発電コイル３で発電された電力を蓄電すると共に、誘導コイル７に電線を介して接続されて誘導コイル７に電流を与える。
【００３４】
発電機１の外郭構造体２の内部には、さらに、電力計測部１０及びインバーター部１１が収容される。電力計測部１０は、発電コイル３の発電量（電力使用量）を計測する。インバータ部１１は、メイン蓄電部８と誘導コイル７との間に配置されており、電力計測部１０で計測された電力量に基づいて、サブ蓄電部９から誘導コイル７に流れる電流を制御することで回転プレート４の回転量を制御する。
【００３５】
次に、発電機１の発電機構に関して説明する。最初に、図２（ｂ）に示すように、サブ蓄電部９からの電流が誘導コイル７に与えられることで、第二永久磁石６と誘導コイル７とが反発して、その結果、回転プレート４が回転し始める。すると、回転プレート４の回転によって第一永久磁石５が発電コイル３の開口空間３ａで回転し、発電コイル３に巻回された巻線３ａのそれぞれの磁界（磁束密度）を変化させることにより発電コイル３に誘導電流を発生させて発電する。この際には、いわゆるフレミングの右手の法則が成立するような磁石（磁力）と力（回転）と電気（電流）の関係を作り、発電コイル３の開口空間３ａ中にある第一永久磁石５を回転させることで複数の発電コイル３のそれぞれの磁界（磁束密度）を変化させて各発電コイル３から電力が出力される。そして、図３に示すように、発電電力はメイン蓄電部８とサブ蓄電部９に分配して蓄電可能であり、発電コイル３の発電をメイン蓄電部８及びサブ蓄電部９の少なくとも一方に蓄電する。
【００３６】
次に、発電機1に備わる電力計測部（コンディショナー）１０に関して説明する。電力計測機１０は、図４に示すように、発電コイル３の出力側に設けられて、例えば変流器（ＣＴ：Current Transformer)１０ａを用いて回路の電力を計測する。回路の電力を計測する際、例えば変流器１０ａが用いられ、一般的に、この変流器１０ａの受け側回路には電力計測部１０が接続される。この電力計測部１０は、変流器１０ａと接続される回路に負担抵抗１０ｂを挿入して、この負担抵抗１０ｂの両端の電圧を検出することで電流値を計測して電力演算を行う。
【００３７】
ここで、電力計測部１０の機能構成に関して説明する。電力計測部１０は、電流検出部１０１、電圧検出部１０２、及び電力演算部１０３を備える。電力演算部１０３に備わる乗算部１０３ａは、変流器（ＣＴ）１０ａに接続された電流検出部１０１において検出した電流値と、電圧検出部１０２において検出した電圧値とに基づいて電力（Ｗ）などの電力値演算を行う。伝送回路部１０３ｂは、乗算部１０３ａにおける演算結果を計測電力値として例えばインバータ部１１に出力する。
【００３８】
インバータ部１１は、図５に示すように、電力量受信部１１ａ及び制御部１１ｂを備える。電力量受信部１１ａは、電力計測機１０から計測電力値を信号として受信する。制御部１１ｂは、電力量受信部１１ａで受信した計測電力値に応じて、サブ蓄電部９から誘導コイル７に流す出力電流を調整する。このことで、発電機１の消費電力量に合わせて回転プレート４の回転量を制御して発電を行う。なお、インバータ部１１における制御は、アナログ回路で実現しても良いし、ソフトウェア制御で実現しても良い。
【００３９】
次に、発電コイル３の構造に関して図６を参照しながら説明する。発電コイル３は、例えば、垂直断面コの字形状の鉄芯（磁芯）の周囲に巻線３ｂが巻回された構造を有する。図６（ｂ）に示すようなコの字形状の板材が同心円状に併設されても良い。なお、巻線３ｂの出力は直列に接続されている複数の発電コイル３の巻線３ｂの両端となる。そして、例えば整流部（ダイオードやサイリスタなど）に発電コイル３で発電された交流電流が巻線３ｂを介して流れることで整流されて直流電流となり、直流化された電流がメイン蓄電部８及びサブ蓄電部９に分配されて蓄電可能となる。なお、発電コイル３の巻き方は多種多様であり、本例に限定されるものではない。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る発電機１を住宅用電源として使った配電システムＳに関して図７を参照しながら説明する。なお、発電機１は、電力需要に合わせた発電量毎のスペック別（都道府県市町村コミュニティ・工場・商業ビル・一般家庭・各運搬車両等） にラインナップを揃え、主要拠点に発電機を販売し、電力を供給する。また、発電機１の販売価格及び電気使用量の価格設定は、現状の電気料金よりも安価に提供できるコストパフォーマンスとなり得る。サイズの大きな発電機１の発電規模は５０ＭＷ（５万ＫＷ）で、一般家庭の年間電気使用量の１５，０００世帯を想定する。
【００４１】
図７に示すように、住宅用分電盤１２には、例えば１次側電路に電流制限装置（アンペアブレーカ）１２ａと漏電遮断器１２ｂとが直列に接続されて配設され、漏電遮断器１２ｂの負荷側端子に分岐ブレーカ１２ｃが接続されて配設されている。本実施の形態に係る発電機１は、例えば、この電流制限装置１２ａに接続できるように配置される。
【００４２】
以上の説明のように、本実施の形態に係る発電機１は、外郭構造体２の内部に、垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口側が内側に向くように複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する発電コイル３と、その外縁が発電コイル３のコの字形状の開口空間３ａに挿入された円環状の回転プレート４と、回転プレート４の外縁側に装着され、上面視で円環状となる第一永久磁石５と、回転プレート４の内縁側に装着され、上面視で円環状となる第二永久磁石６と、第二永久磁石６に隣接するように第二永久磁石６の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する誘導コイル７と、発電コイル３で発電された電力を蓄電するメイン蓄電部８と、発電コイル３で発電された電力を蓄電すると共に誘導コイル７に電線を介して接続されて誘導コイル７に電流を与えるためのサブ蓄電部９とを備える。この構成により、発電機１は、化石燃料などのエネルギー源を必要とせずに、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ半永久的に安定した発電を繰り返すことができる。
【００４３】
そして、発電機１は、自らが発電する電力を基に稼働し、外部エネルギー源が不要であり、半永久的に発電し続ける省エネ分散型発電でクリーンな次世代型発電機となり得る。すなわち、発電機１で自らの発電した電力にてサブ蓄電部９に補充し、その電力で回転プレート４を回転させて半永久的に安定した発電を繰り返す。また、電力計測部１０により積算電力量の把握と電圧・電流を感知し、インバータ部１１により回転プレート４の回転スピードをコントロールして駆動用の電力を電力消費に合わせて使用することができる。
【００４４】
また、発電機１は、外力エネルギー（原子力・化石燃料・地熱・水力・風力・太陽光）が不要のため、プラントの維持費軽減と省エネルギーであり二酸化炭素の排出量も大幅な軽減が可能なクリーンな電源となる。その結果、エネルギー基本方針である３E（資源自給率・電力コスト・温室効果ガス排出量）＋S（安全性）の電源構成の実現達成に貢献できる。さらに、多様な目的（戸建・マンション・商業ビル・各道府県のコミュニティ毎・車両・船舶等）に合わせてバリエーションを揃えて提供できる。またさらに、この建設、運転、維持管理を行うほか、発電機のアフターサービス等も含めロジスティックを踏まえたサプライチェーンを契機とした地域活性化 （産業振興、環境教育など）に貢献できる。従って、発電機１は、昨今の厳しい電力需給の状況と今後の自立分散型のエネルギー需給構造へのシフトを見据え、電力の安定供給に対応する次世代型発電機となり得る。
【００４５】
なお、図２に示すように、電力計測部１０に発信機１２を設けて、発信機１２からの積算電力量の信号を携帯端末のアプリケーションでキャッチして使用料と料金の把握と自動支払いが可能なシステムとすることも考え得る。このことで検電を省略できる。
【００４６】
（第一の変形例）
本実施の形態の第一の変形例について、図８を参照して説明する。本変形例１において、発電機１の外郭構造体２は、磁気をシールドする鋼板素材２ｃ（シールド材）で製管される。又は、シールド層を外郭構造体２の表面に被覆する。この構成により、内部磁界の外部への影響、例えば電磁波の人体及び周辺環境に及ぼす悪影響、及び外部磁界からの影響、例えばアナログ信号線を用いた電流信号に外来ノイズなどが重畳することなどを遮断することができる。なお、シールド材としては、上述したような軟磁性材料が好ましい。
【００４７】
この構成により、本変形例１に係る発電機１では、上記実施の形態の作用効果に加えて内部磁界の外部への影響を遮断して、より一層の安全化を図ることができる。なお、シールドの方法は様々であり、シールド面となる立設面を設けることもできる。
【００４８】
（第二の変形例）
本実施の形態の第二の変形例について、図９を参照して説明する。本変形例２では、図９に示すように、ベース部２ａ及びカバー部２ｂには、空調のための開口２ｄ及び２ｅが形成される。また、回転プレート４の表面にはフィン形状を有した冷却フィン４ａが所定間隔で設けられる。この構成により、図９（ｃ）の矢印に示すように、回転プレート４の回転に伴って冷却フィン４ａが空気の流れを形成して、外郭構造体２内が高温になることを適切に防止できる。
【００４９】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る発電機の実施の形態２に関して図１０乃至図１５を参照して説明する。なお、上記実施の形態１に係る発電機１と同様の構成には同符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同じ）。
【００５０】
本実施の形態２に係る発電機２０は、外郭構造体２１を有し、この外郭構造体２１は、図１０（ａ）に示すような有底円筒形状のベース部２１ａと、ベース部２１ａの上面に装着される有底円筒形状のカバー部２１ｂとから成る。なお、外郭構造体２１の半径は例えば８００ｍｍである。
【００５１】
外郭構造体２１の内部には、図１０に示すように、ベース部２１ａの中心から上下方向に立設されたシャフト２２と、中心部にシャフト２２を挿通する挿通孔２３ａを有してシャフト２２を中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレード２３と、回転ブレード２３の上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイル２４と、外郭構造体２１の内側面に沿って上面視で円環状に配置されたステータ２５と、を有する。回転ブレード２３の半径は例えば５６０ｍｍである。ステータ２５の巻線方式は例えば集中巻であり、リード線（図示せず）から電流が供給されることで電流の大きさに応じた磁気を帯びる。
【００５２】
回転ブレード２３は、その上下面に、回転ブレード２３を浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石２６、及び発電コイル２４と隣接する位置に配置された発電用永久磁石２７を備える。また、その外側の側面に、ステータ２５の有する誘電コイル（誘電体）と反発して回転ブレード２３を回転させるための回転用永久磁石２８を備える。ここで、永久磁石とは、外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことであり、例えばアルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などである。
【００５３】
外郭構造体２１のベース部２１ａ及びカバー部２１ｂには、回転ブレード２３の浮上用永久磁石２６と対向する位置に、浮上用永久磁石２６と反発する反発用永久磁石２９を有する。
【００５４】
ここで、図１１及び図１２を参照しながら、回転ブレード２３の浮上回転構造に関して説明する。回転ブレード２３は、図１２に示すように、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面３０を有し、浮上用永久磁石２６は、山条傾斜面３０の表面に配置される。ベース部２１ａ及び図１１に示すカバー部２１ｂには、一対の山条傾斜面３０と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面３１を有し、反発用永久磁石２９は、谷条傾斜面３１の表面に配置される。山条傾斜面３０及び谷条傾斜面３１は、図１１（ｃ）に示すように、同一の傾斜角度を有し、傾斜角度は例えば２５〜３０度の範囲となる。この傾斜角度は回転ブレード２３の大きさや重量、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の配列・数・形状・反発力に応じて適宜変更される。
【００５５】
浮上用永久磁石２６は、図１２に示すように、山条傾斜面３０において同心円状に複数列（本図では４列）で、一定間隔にて配置される。反発用永久磁石２９は、図１１に示すように、谷条傾斜面３１において、浮上用永久磁石２６と対向するように、同心円状で複数列（本図では４列）で、一定間隔にて配置される。なお、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の形状は円柱形状には限定されない。
【００５６】
山条傾斜面３０には、浮上用永久磁石２６を嵌め込むための嵌合溝３０ａと、嵌合溝３０ａに外側から連通された空気抜き孔３０ｂが形成される。一方、谷条傾斜面３１には、反発用永久磁石２９を嵌め込むための第二嵌合溝３１ａと、第二嵌合溝３１ａに外側から連通された第二空気抜き孔３１ｂが形成される。この構成により、図１２（ｃ）に示すように、回転ブレード２３は、横方向に対する振動を最小限にし、且つ浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の間の反発力により、常に宙に浮いた状態を保ちながら回転する。すなわち、回転ブレード２３を回転させても機械摩擦による熱損失が一切発生せず、非常に高効率で回転ブレード２３を回転させることができ、高効率発電機２０を実現できる。なお、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の配列・配置・形状などは回転ブレード２３の効率的な浮上状態を維持できる限り他の形態でも良いことは言うまでもない。
【００５７】
次に、図１３乃至図１５を参照しながら、発電コイル２４の構造に関して説明する。発電用永久磁石２７は、図１４（ｂ）に示すように回転ブレード２３の上下面の外縁側に水平状に配置される。この発電用永久磁石２７に隣接する位置に図１５に示すように同心円状に複数の発電コイル２４が配置される。なお、発電用永久磁石２７と発電コイル２４の間隔はより近いほど好ましい。
【００５８】
回転ブレード２３の回転によって発電用永久磁石２７が発電コイル２４の隣接位置で回転し、発電コイル２４に巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、各発電コイル２４に設けられた給電用プラグ２４ａから発電された電力が供給される。発電機２０は、さらに、上記実施の形態１と同様に、発電コイル２４で発電された電力を蓄電するメイン蓄電部（図示せず）と、発電コイル２４で発電された電力を蓄電すると共に、ステータ２５の有する誘導コイルに電線を介して接続されて誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部（図示せず）とを備えても良い。
【００５９】
この構成により、本実施の形態２に係る発電機２０は、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ半永久的又は高効率発電機（例えば電気自動車用など）として安定した発電を繰り返すことができる。また、発電機２０で自らの発電した電力にてサブ蓄電部に補充し、その電力で回転ブレード２３を回転させて半永久的に安定した発電を繰り返すことも想定される。また、実施の形態１と同様に、電力計測部により積算電力量の把握と電圧・電流を感知し、インバータ部により回転ブレード２３の回転スピードをコントロールして駆動用の電力を電力消費に合わせて使用することもできる。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、発電コイル３の数やコイルの巻き数、永久磁石の磁界や数についても適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１，２０  発電機
２，２１  外郭構造体
２ａ，２１ａ  ベース部
２ｂ，２１ｂ  カバー部
２ｃ  鋼板素材
２ｄ,２ｅ  開口
３  発電コイル
３ａ  開口空間
３ｂ  巻線
４  回転プレート
４ａ  冷却フィン
５  第一永久磁石
６  第二永久磁石
７  誘導コイル
８  メイン蓄電部
９  サブ蓄電部
１０  電力計測部
１１  インバータ部
１１ａ  電力量受信部
１１ｂ  制御部
２２  シャフト
２３  回転ブレード
２４  発電コイル
２５  ステータ
２６  浮上用永久磁石
２７  発電用永久磁石
２８  回転用永久磁石
２９  反発用永久磁石
３０  山条傾斜面
３０ａ  嵌合溝
３０ｂ  空気抜き孔
３１  谷条傾斜面
３１ａ  第二嵌合溝
３１ｂ  第二空気抜き孔
【図１】
2020045320.tif 000002
【図２】
2020045320.tif 000003
【図３】
2020045320.tif 000004
【図４】
2020045320.tif 000005
【図５】
2020045320.tif 000006
【図６】
2020045320.tif 000007
【図７】
2020045320.tif 000008
【図８】
2020045320.tif 000009
【図９】
2020045320.tif 000010
【図１０】
2020045320.tif 000011
【図１１】
2020045320.tif 000012
【図１２】
2020045320.tif 000013
【図１３】
2020045320.tif 000014
【図１４】
2020045320.tif 000015
【図１５】
2020045320.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月28日(2020.1.28)
【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】
外郭構造体を有する発電機であって、
前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に装着される有底円筒形状のカバー部とから成り、
前記外郭構造体の内部には、
前記ベース部の中心から上下方向に立設されたシャフトと、
中心部に当該シャフトを挿通する挿通孔を有し、当該シャフトを中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレードと、
前記回転ブレードの上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイルと、
前記外郭構造体の内側面に沿って、上面視で円環状に配置されたステータと、を有し、
前記回転ブレードは、その上下面に、当該回転ブレードを浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石及び前記発電コイルと隣接する位置に配置された発電用永久磁石を備え、その側面に、前記ステータの有する誘電コイルと反発して当該回転ブレードを回転させるための回転用永久磁石を備える、ことを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記ベース部及び前記カバー部には、前記回転ブレードの浮上用永久磁石と対向する位置に、当該浮上用永久磁石と反発する反発用永久磁石を有する、ことを特徴とする請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記回転ブレードは、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面を有し、前記浮上用永久磁石は、当該山条傾斜面の表面に配置され、
前記ベース部及び前記カバー部には、前記一対の山条傾斜面と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面を有し、前記反発用永久磁石は、当該谷条傾斜面の表面に配置される、ことを特徴とする請求項２記載の発電機。
【請求項４】
前記浮上用永久磁石は、前記山条傾斜面において同心円状に複数列で、一定間隔にて配置され、
前記反発用永久磁石は、前記谷条傾斜面において、前記浮上用永久磁石と対向するように、同心円状で複数列で、一定間隔にて配置される、ことを特徴とする請求項３記載の発電機。
【請求項５】
前記一対の山条傾斜面には、前記浮上用永久磁石を嵌め込むための嵌合溝と、当該嵌合溝に外側から連通された空気抜き孔が形成され、
前記谷条傾斜面には、前記反発用永久磁石を嵌め込むための第二嵌合溝と、当該第二嵌合溝に外側から連通された第二空気抜き孔が形成される、ことを特徴とする請求項３又は４記載の発電機。
【請求項６】
前記発電用永久磁石は、前記回転ブレードの上下面の外縁側に水平状に配置される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項７】
前記発電機は、さらに、前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、
前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記ステータの有する誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備え、
前記回転ブレードの回転によって前記発電用永久磁石が前記発電コイルの隣接位置で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、
当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部の少なくとも一方に分配して蓄電可能である、ことを特徴とする請求項６記載の発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率で安定した発電を繰り返すことができる発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気を発電する発電機としてはタービン発電機（Turbine Generator）がメインに使用されている。このタービン発電機は、タービンで駆動される発電機であって、原子力蒸気・化石燃料を用いる火力蒸気・地熱蒸気・水力・風力をタービンブレードに伝達し、その結果、コイル周囲でローター磁石を回転させて発電する構造となっている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２など参照）。
【０００３】
また、小型の発電機としてダイナモが知られている。このダイナモは、コイル又は磁石部材を相対的に回転させることにより発生した交流電圧を、整流子を用いて直流電圧に変換して発電するものである。このようなダイナモとして、例えば、自転車のライトの発電機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１０６４３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“タービン発電機他”[平成３０年８月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.tmeic.co.jp/product/rotating_machinery/turbine/＞
【非特許文献２】“中大容量モータ／タービン発電機他”[平成３０月８月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.tmeic.co.jp/product/rotating_machinery/＞
【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、このような従来型のタービン発電機は、発電機のローターを回転させる動力が必須であり、化石燃料などを使用するために必ず克服ができていない問題に直面する。
【０００７】
すなわち、第一の問題としては、発電機を回転させる蒸気を得るために燃焼設備や廃熱装置など付属機器プラントが必要であり、維持管理に伴うメンテに掛かるコストが膨大であるという問題がある。
【０００８】
また、第二の問題としては、燃料コストを要し、且つ原子力に於いては安全性、化石燃料に於いては限りある燃料の枯渇と温室効果ガス排出量の増大等の問題がある。
【０００９】
また、第三の問題としては、ダイナモなどにおいては、より大きな出力電圧を得るためには、コイルの巻き数を増やす必要性があり、その結果、発電機が大型化するという問題もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ高効率で安定した発電を繰り返すことができる発電機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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、外郭構造体を有する発電機であって、前記外郭構造体は、有底円筒形状のベース部と、当該ベース部の上面に装着される有底円筒形状のカバー部とから成り、前記外郭構造体の内部には、前記ベース部の中心から上下方向に立設されたシャフトと、中心部に当該シャフトを挿通する挿通孔を有し、当該シャフトを中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレードと、前記回転ブレードの上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイルと、前記外郭構造体の内側面に沿って、上面視で円環状に配置されたステータと、を有し、前記回転ブレードは、その上下面に、当該回転ブレードを浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石及び前記発電コイルと隣接する位置に配置された発電用永久磁石を備え、その側面に、前記ステータの有する誘電コイルと反発して当該回転ブレードを回転させるための回転用永久磁石を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発電機において、前記ベース部及び前記カバー部には、前記回転ブレードの浮上用永久磁石と対向する位置に、当該浮上用永久磁石と反発する反発用永久磁石を有することが好ましい。
【００１３】
この発電機において、前記回転ブレードは、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面を有し、前記浮上用永久磁石は、当該山条傾斜面の表面に配置され、前記ベース部及び前記カバー部には、前記一対の山条傾斜面と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面を有し、前記反発用永久磁石は、当該谷条傾斜面の表面に配置されることが好ましい。
【００１４】
この発電機において、前記浮上用永久磁石は、前記山条傾斜面において同心円状に複数列で、一定間隔にて配置され、前記反発用永久磁石は、前記谷条傾斜面において、前記浮上用永久磁石と対向するように、同心円状で複数列で、一定間隔にて配置されることが好ましい。
【００１５】
この発電機において、前記一対の山条傾斜面には、前記浮上用永久磁石を嵌め込むための嵌合溝と、当該嵌合溝に外側から連通された空気抜き孔が形成され、前記谷条傾斜面には、前記反発用永久磁石を嵌め込むための第二嵌合溝と、当該第二嵌合溝に外側から連通された第二空気抜き孔が形成されることが好ましい。
【００１６】
この発電機において、前記発電用永久磁石は、前記回転ブレードの上下面の外縁側に水平状に配置されることが好ましい。
【００１７】
この発電機において、前記発電機は、さらに、前記発電コイルで発電された電力を蓄電するメイン蓄電部と、前記発電コイルで発電された電力を蓄電すると共に、前記ステータの有する誘導コイルに電線を介して接続されて前記誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部と、を備え、前記回転ブレードの回転によって前記発電用永久磁石が前記発電コイルの隣接位置で回転し、前記発電コイルに巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、当該発電コイルの発電を前記メイン蓄電部及び前記サブ蓄電部に分配して蓄電可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る発電機によれば、外郭構造体の内部には、ベース部の中心から上下方向に立設されたシャフトと、中心部にシャフトを挿通する挿通孔を有してシャフトを中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレードと、回転ブレードの上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイルと、外郭構造体の内側面に沿って上面視で円環状に配置されたステータと、を有する。回転ブレードは、その上下面に、回転ブレードを浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石及び発電コイルと隣接する位置に配置された発電用永久磁石を備え、その側面に、ステータの有する誘電コイルと反発して回転ブレードを回転させるための回転用永久磁石を備える。この構成により、本発明に係る発電機は、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ高効率で安定した発電を繰り返すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発電機の分解斜視図である。
【図２】（ａ）同上発電機のカバー部を外した状態の平面図、（ｂ）同上発電機のＡ―Ａ線断面図である。
【図３】同上発電機の電流の流れを説明するために参考図である。
【図４】同上発電機に備わる電力計測部の機能ブロック図である。
【図５】同上発電機に備わるインバータ部の機能ブロック図である。
【図６】（ａ）同上発電機に備わる発電コイルの構造の一例を示す平面図、（ｂ）同上発電コイルの斜視図である。
【図７】同上発電機を用いる配電システムの一例を示す参考図である。
【図８】上記実施の形態１の変形例１に係る発電機の断面図である。
【図９】（ａ）上記実施の形態１の変形例２係る発電機のカバー部を外した状態の平面図、（ｂ）同上発電機のＢ―Ｂ線断面図、（ｃ）同上発電機の空気の流れを説明するための図である。
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態２に係る発電機の外郭構造体を構成するベース部の平面図、（ｂ）同上発電機のＢ―Ｂ線断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）同上発電機のカバー部の浮上構造を説明するために参考図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｃ）同上発電機の回転ブレードの浮上構造を説明するために参考図である。
【図１３】（ａ）乃至（ｄ）同上発電機に備わる発電コイルを説明するために参考図である。
【図１４】（ａ）同上発電機に備わるベース部を示す参考写真図、（ｂ）同上回転ブレードの参考写真図である。
【図１５】同上ベース部の参考写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発電機について図面を参照して説明する。図１に示す発電機１は、発電した電力を外部に出力するための装置であり、発電の動力源は、自らが発電する電力を基に稼働することを特徴としている。
【００２１】
最初に、本実施の形態１に係る発電機の構造について図面を参照しながら説明する。発電機１は、図１に示すように、有底円筒形状のベース部２ａと、ベース部２ａに嵌合するカバー部２ｂらなる外郭構造体２を有する。この外郭構造体２は、例えば金型により金属成型や樹脂成型されたものである。
【００２２】
この外郭構造体２の内部には、発電コイル３と、回転プレート４と、第一永久磁石５と、第二永久磁石６と、誘導コイル７と、メイン蓄電部８と、サブ蓄電部９とが収容されて構成される。
【００２３】
発電コイル３は例えば複数で構成され、垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口面３ａが内側に向くようにベース部２ａの内側面に沿って同心円状に配置され、その結果、上面視で円環状となって配置される。発電コイル３は、鉄などの磁芯の外周面に、例えば銅線などの巻線３ｂが巻回されている。この磁芯によって磁界の変化を大きくして誘導起電力（発電電力）を大きくできる。なお、磁芯は鉄等の軟磁性体材料が望ましく、コアが軟磁性体材料であれば、コイルで発生する磁束は増大する。例えば、コア材料は鉄、純鉄、鉄系合金、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金、センダスト等である。透磁率の高い材料ほどコイル内の磁束密度が大きくなる。
【００２４】
回転プレート４は、その外縁が発電コイル３のコの字形状の開口空間３ａに挿入された円環状のプレートである。なお、回転プレート４は、図２（ｂ）に示すように、浮遊し回転するコンパクトな構造であり、発電時には機械的接触がない。そのため接触損失がなく、且つ振動音を軽減できる。なお、回転プレート４の外縁側を遠心力で伸縮するような構成としてもよい。
【００２５】
第一永久磁石５は、回転プレート４の外縁側に装着され、上面視で円環状を有している。第一永久磁石５の磁界方向は例えば垂直（上下）方向であり、ＮＳの方向とＳＮの方向が交互に変化するなど、様々なパターンで磁界を構成するように複数の永久磁石が配置される。第二永久磁石６は、回転プレート４の内縁側に装着され、上面視で円環状となる。
【００２６】
誘導コイル（誘導磁石）７は、第二永久磁石６に隣接するように、第二永久磁石６の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する。メイン蓄電部８は、発電コイル３で発電された電力を蓄電する。具体的には、発電コイル３で発電された交流電流を整流した後の直流電流を蓄電する。サブ蓄電部（駆動用バッテリー）９は、発電コイル３で発電された電力を蓄電すると共に、誘導コイル７に電線を介して接続されて誘導コイル７に電流を与える。
【００２７】
発電機１の外郭構造体２の内部には、さらに、電力計測部１０及びインバーター部１１が収容される。電力計測部１０は、発電コイル３の発電量（電力使用量）を計測する。インバータ部１１は、メイン蓄電部８と誘導コイル７との間に配置されており、電力計測部１０で計測された電力量に基づいて、サブ蓄電部９から誘導コイル７に流れる電流を制御することで回転プレート４の回転量を制御する。
【００２８】
次に、発電機１の発電機構に関して説明する。最初に、図２（ｂ）に示すように、サブ蓄電部９からの電流が誘導コイル７に与えられることで、第二永久磁石６と誘導コイル７とが反発して、その結果、回転プレート４が回転し始める。すると、回転プレート４の回転によって第一永久磁石５が発電コイル３の開口空間３ａで回転し、発電コイル３に巻回された巻線３ａのそれぞれの磁界（磁束密度）を変化させることにより発電コイル３に誘導電流を発生させて発電する。この際には、いわゆるフレミングの右手の法則が成立するような磁石（磁力）と力（回転）と電気（電流）の関係を作り、発電コイル３の開口空間３ａ中にある第一永久磁石５を回転させることで複数の発電コイル３のそれぞれの磁界（磁束密度）を変化させて各発電コイル３から電力が出力される。そして、図３に示すように、発電電力はメイン蓄電部８とサブ蓄電部９に分配して蓄電可能であり、発電コイル３の発電をメイン蓄電部８及びサブ蓄電部９の少なくとも一方に蓄電する。
【００２９】
次に、発電機1に備わる電力計測部（コンディショナー）１０に関して説明する。電力計測機１０は、図４に示すように、発電コイル３の出力側に設けられて、例えば変流器（ＣＴ：Current Transformer)１０ａを用いて回路の電力を計測する。回路の電力を計測する際、例えば変流器１０ａが用いられ、一般的に、この変流器１０ａの受け側回路には電力計測部１０が接続される。この電力計測部１０は、変流器１０ａと接続される回路に負担抵抗１０ｂを挿入して、この負担抵抗１０ｂの両端の電圧を検出することで電流値を計測して電力演算を行う。
【００３０】
ここで、電力計測部１０の機能構成に関して説明する。電力計測部１０は、電流検出部１０１、電圧検出部１０２、及び電力演算部１０３を備える。電力演算部１０３に備わる乗算部１０３ａは、変流器（ＣＴ）１０ａに接続された電流検出部１０１において検出した電流値と、電圧検出部１０２において検出した電圧値とに基づいて電力（Ｗ）などの電力値演算を行う。伝送回路部１０３ｂは、乗算部１０３ａにおける演算結果を計測電力値として例えばインバータ部１１に出力する。
【００３１】
インバータ部１１は、図５に示すように、電力量受信部１１ａ及び制御部１１ｂを備える。電力量受信部１１ａは、電力計測機１０から計測電力値を信号として受信する。制御部１１ｂは、電力量受信部１１ａで受信した計測電力値に応じて、サブ蓄電部９から誘導コイル７に流す出力電流を調整する。このことで、発電機１の消費電力量に合わせて回転プレート４の回転量を制御して発電を行う。なお、インバータ部１１における制御は、アナログ回路で実現しても良いし、ソフトウェア制御で実現しても良い。
【００３２】
次に、発電コイル３の構造に関して図６を参照しながら説明する。発電コイル３は、例えば、垂直断面コの字形状の鉄芯（磁芯）の周囲に巻線３ｂが巻回された構造を有する。図６（ｂ）に示すようなコの字形状の板材が同心円状に併設されても良い。なお、巻線３ｂの出力は直列に接続されている複数の発電コイル３の巻線３ｂの両端となる。そして、例えば整流部（ダイオードやサイリスタなど）に発電コイル３で発電された交流電流が巻線３ｂを介して流れることで整流されて直流電流となり、直流化された電流がメイン蓄電部８及びサブ蓄電部９に分配されて蓄電可能となる。なお、発電コイル３の巻き方は多種多様であり、本例に限定されるものではない。
【００３３】
次に、本実施の形態１に係る発電機１を住宅用電源として使った配電システムＳに関して図７を参照しながら説明する。なお、発電機１は、電力需要に合わせた発電量毎のスペック別（都道府県市町村コミュニティ・工場・商業ビル・一般家庭・各運搬車両等） にラインナップを揃え、主要拠点に発電機を販売し、電力を供給する。また、発電機１の販売価格及び電気使用量の価格設定は、現状の電気料金よりも安価に提供できるコストパフォーマンスとなり得る。サイズの大きな発電機１の発電規模は５０ＭＷ（５万ＫＷ）で、一般家庭の年間電気使用量の１５，０００世帯を想定する。
【００３４】
図７に示すように、住宅用分電盤１２には、例えば１次側電路に電流制限装置（アンペアブレーカ）１２ａと漏電遮断器１２ｂとが直列に接続されて配設され、漏電遮断器１２ｂの負荷側端子に分岐ブレーカ１２ｃが接続されて配設されている。本実施の形態１に係る発電機１は、例えば、この電流制限装置１２ａに接続できるように配置される。
【００３５】
以上の説明のように、本実施の形態１に係る発電機１は、外郭構造体２の内部に、垂直断面がコの字形状となり、当該コの字形状の開口側が内側に向くように複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する発電コイル３と、その外縁が発電コイル３のコの字形状の開口空間３ａに挿入された円環状の回転プレート４と、回転プレート４の外縁側に装着され、上面視で円環状となる第一永久磁石５と、回転プレート４の内縁側に装着され、上面視で円環状となる第二永久磁石６と、第二永久磁石６に隣接するように第二永久磁石６の上下位置において複数が同心円状に配置され、上面視で円環状を有する誘導コイル７と、発電コイル３で発電された電力を蓄電するメイン蓄電部８と、発電コイル３で発電された電力を蓄電すると共に誘導コイル７に電線を介して接続されて誘導コイル７に電流を与えるためのサブ蓄電部９とを備える。この構成により、発電機１は、化石燃料などのエネルギー源を必要とせずに、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ高効率で安定した発電を繰り返すことができる。
【００３６】
そして、発電機１は、自らが発電する電力を基に稼働し、外部エネルギー源が不要であり、高効率で発電し続ける省エネ分散型発電でクリーンな次世代型発電機となり得る。すなわち、発電機１で自らの発電した電力にてサブ蓄電部９に補充し、その電力で回転プレート４を回転させて高効率で安定した発電を繰り返す。また、電力計測部１０により積算電力量の把握と電圧・電流を感知し、インバータ部１１により回転プレート４の回転スピードをコントロールして駆動用の電力を電力消費に合わせて使用することができる。
【００３７】
また、発電機１は、外力エネルギー（原子力・化石燃料・地熱・水力・風力・太陽光）が不要のため、プラントの維持費軽減と省エネルギーであり二酸化炭素の排出量も大幅な軽減が可能なクリーンな電源となる。その結果、エネルギー基本方針である３E（資源自給率・電力コスト・温室効果ガス排出量）＋S（安全性）の電源構成の実現達成に貢献できる。さらに、多様な目的（戸建・マンション・商業ビル・各道府県のコミュニティ毎・車両・船舶等）に合わせてバリエーションを揃えて提供できる。またさらに、この建設、運転、維持管理を行うほか、発電機のアフターサービス等も含めロジスティックを踏まえたサプライチェーンを契機とした地域活性化 （産業振興、環境教育など）に貢献できる。従って、発電機１は、昨今の厳しい電力需給の状況と今後の自立分散型のエネルギー需給構造へのシフトを見据え、電力の安定供給に対応する次世代型発電機となり得る。
【００３８】
なお、図２に示すように、電力計測部１０に発信機１２を設けて、発信機１２からの積算電力量の信号を携帯端末のアプリケーションでキャッチして使用料と料金の把握と自動支払いが可能なシステムとすることも考え得る。このことで検電を省略できる。
【００３９】
（第一の変形例）
本実施の形態１の第一の変形例について、図８を参照して説明する。本変形例１において、発電機１の外郭構造体２は、磁気をシールドする鋼板素材２ｃ（シールド材）で製管される。又は、シールド層を外郭構造体２の表面に被覆する。この構成により、内部磁界の外部への影響、例えば電磁波の人体及び周辺環境に及ぼす悪影響、及び外部磁界からの影響、例えばアナログ信号線を用いた電流信号に外来ノイズなどが重畳することなどを遮断することができる。なお、シールド材としては、上述したような軟磁性材料が好ましい。
【００４０】
この構成により、本変形例１に係る発電機１では、上記実施の形態１の作用効果に加えて内部磁界の外部への影響を遮断して、より一層の安全化を図ることができる。なお、シールドの方法は様々であり、シールド面となる立設面を設けることもできる。
【００４１】
（第二の変形例）
本実施の形態１の第二の変形例について、図９を参照して説明する。本変形例２では、図９に示すように、ベース部２ａ及びカバー部２ｂには、空調のための開口２ｄ及び２ｅが形成される。また、回転プレート４の表面にはフィン形状を有した冷却フィン４ａが所定間隔で設けられる。この構成により、図９（ｃ）の矢印に示すように、回転プレート４の回転に伴って冷却フィン４ａが空気の流れを形成して、外郭構造体２内が高温になることを適切に防止できる。
【００４２】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る発電機の実施の形態２に関して図１０乃至図１５を参照して説明する。なお、上記実施の形態１に係る発電機１と同様の構成には同符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同じ）。
【００４３】
本実施の形態２に係る発電機２０は、外郭構造体２１を有し、この外郭構造体２１は、図１０（ａ）に示すような有底円筒形状のベース部２１ａと、ベース部２１ａの上面に装着される有底円筒形状のカバー部２１ｂとから成る。なお、外郭構造体２１の半径は例えば８００ｍｍである。
【００４４】
外郭構造体２１の内部には、図１０に示すように、ベース部２１ａの中心から上下方向に立設されたシャフト２２と、中心部にシャフト２２を挿通する挿通孔２３ａを有してシャフト２２を中心に回転可能な略円盤形状の回転ブレード２３と、回転ブレード２３の上下位置において同心円状に配置された複数の発電コイル２４と、外郭構造体２１の内側面に沿って上面視で円環状に配置されたステータ２５と、を有する。回転ブレード２３の半径は例えば５６０ｍｍである。ステータ２５の巻線方式は例えば集中巻であり、リード線（図示せず）から電流が供給されることで電流の大きさに応じた磁気を帯びる。なお、供給される電流は、高効率発電機としての利用に際しては図１４（ａ）に示すようなリード線などを用いて商用電力（すなわち外部電力）から供給される電流でも良いし、発電機２０で発電されて蓄電された電流を再利用しても良い。
【００４５】
回転ブレード２３は、その上下面に、回転ブレード２３を浮上させながら回転させるための浮上用永久磁石２６、及び発電コイル２４と隣接する位置に配置された発電用永久磁石２７を備える。また、その外側の側面に、ステータ２５の有する誘電コイル（誘電体）と反発して回転ブレード２３を回転させるための回転用永久磁石２８を備える。ここで、永久磁石とは、外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことであり、例えばアルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などである。
【００４６】
外郭構造体２１のベース部２１ａ及びカバー部２１ｂには、回転ブレード２３の浮上用永久磁石２６と対向する位置に、浮上用永久磁石２６と反発する反発用永久磁石２９を有する。
【００４７】
ここで、図１１及び図１２を参照しながら、回転ブレード２３の浮上回転構造に関して説明する。回転ブレード２３は、図１２に示すように、その上下面の内縁側において、外側から内縁側に向かって傾斜した一対の山条傾斜面３０を有し、浮上用永久磁石２６は、山条傾斜面３０の表面に配置される。ベース部２１ａ及び図１１に示すカバー部２１ｂには、一対の山条傾斜面３０と対向する位置に、内側から外側に向かって傾斜した谷条傾斜面３１を有し、反発用永久磁石２９は、谷条傾斜面３１の表面に配置される。山条傾斜面３０及び谷条傾斜面３１は、図１１（ｃ）に示すように、同一の傾斜角度を有し、傾斜角度は例えば２５〜３０度の範囲となる。この傾斜角度は回転ブレード２３の大きさや重量、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の配列・数・形状・反発力に応じて適宜変更される。
【００４８】
浮上用永久磁石２６は、図１２に示すように、山条傾斜面３０において同心円状に複数列（本図では４列）で、一定間隔にて配置される。反発用永久磁石２９は、図１１に示すように、谷条傾斜面３１において、浮上用永久磁石２６と対向するように、同心円状で複数列（本図では４列）で、一定間隔にて配置される。なお、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の形状は円柱形状には限定されない。
【００４９】
山条傾斜面３０には、浮上用永久磁石２６を嵌め込むための嵌合溝３０ａと、嵌合溝３０ａに外側から連通された空気抜き孔３０ｂが形成される。一方、谷条傾斜面３１には、反発用永久磁石２９を嵌め込むための第二嵌合溝３１ａと、第二嵌合溝３１ａに外側から連通された第二空気抜き孔３１ｂが形成される。この構成により、図１２（ｃ）に示すように、回転ブレード２３は、横方向に対する振動を最小限にし、且つ浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の間の反発力により、常に宙に浮いた状態を保ちながら回転する。すなわち、回転ブレード２３を回転させても機械摩擦による熱損失が一切発生せず、非常に高効率で回転ブレード２３を回転させることができ、高効率発電機２０を実現できる。なお、浮上用永久磁石２６及び反発用永久磁石２９の配列・配置・形状などは回転ブレード２３の効率的な浮上状態を維持できる限り他の形態でも良いことは言うまでもない。
【００５０】
次に、図１３乃至図１５を参照しながら、発電コイル２４の構造に関して説明する。発電用永久磁石２７は、図１４（ｂ）に示すように回転ブレード２３の上下面の外縁側に水平状に配置される。この発電用永久磁石２７に隣接する位置に図１５に示すように同心円状に複数の発電コイル２４が配置される。なお、発電用永久磁石２７と発電コイル２４の間隔はより近いほど好ましい。
【００５１】
回転ブレード２３の回転によって発電用永久磁石２７が発電コイル２４の隣接位置で回転し、発電コイル２４に巻回された巻線のそれぞれの磁界を変化させることにより発電し、各発電コイル２４に設けられた給電用プラグ２４ａから発電された電力が供給される。発電機２０は、さらに、上記実施の形態１と同様に、発電コイル２４で発電された電力を蓄電するメイン蓄電部（図示せず）と、発電コイル２４で発電された電力を蓄電すると共に、ステータ２５の有する誘導コイルに電線を介して接続されて誘導コイルに電流を与えるためのサブ蓄電部（図示せず）の少なくとも一つを備えても良い。
【００５２】
この構成により、本実施の形態２に係る発電機２０は、メンテナンスに要するコストを低減しつつ、且つ高効率発電機（例えば電気自動車用など）として安定した発電を繰り返すことができる。また、発電機２０で自らの発電した電力にてサブ蓄電部に補充し、その電力で回転ブレード２３を回転させて安定した発電を繰り返すことも想定される。また、実施の形態１と同様に、電力計測部により積算電力量の把握と電圧・電流を感知し、インバータ部により回転ブレード２３の回転スピードをコントロールして駆動用の電力を電力消費に合わせて使用することもできる。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、発電コイル３の数やコイルの巻き数、永久磁石の磁界や数についても適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１，２０  発電機
２，２１  外郭構造体
２ａ，２１ａ  ベース部
２ｂ，２１ｂ  カバー部
２ｃ  鋼板素材
２ｄ,２ｅ  開口
３  発電コイル
３ａ  開口空間
３ｂ  巻線
４  回転プレート
４ａ  冷却フィン
５  第一永久磁石
６  第二永久磁石
７  誘導コイル
８  メイン蓄電部
９  サブ蓄電部
１０  電力計測部
１１  インバータ部
１１ａ  電力量受信部
１１ｂ  制御部
２２  シャフト
２３  回転ブレード
２４  発電コイル
２５  ステータ
２６  浮上用永久磁石
２７  発電用永久磁石
２８  回転用永久磁石
２９  反発用永久磁石
３０  山条傾斜面
３０ａ  嵌合溝
３０ｂ  空気抜き孔
３１  谷条傾斜面
３１ａ  第二嵌合溝
３１ｂ  第二空気抜き孔