(57)【要約】永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける回転を阻害する反力が小さく、ロータの回転負荷トルクを減少させて発電効率を向上させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、コイル毎に生じた電力を加算した電力を得ることができ大きな発電出力が得られる発電機を提供する。  本発明の発電機１は、回転軸２に取り付けられたロータ３と、ロータ３の回転方向に沿って端面６の磁極が交互に異なるように永久磁石５が複数配置された第一界磁部と、永久磁石５の端面に固着された第一磁束遮蔽部材７と、第一磁束遮蔽部材７の外側に配置され端部に第一磁束遮蔽部材７と対向する第一対向面１１を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコア１０と、コア１０に巻回されたコイル毎又はロータ３の回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイル１２と、を備える。
2009072623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なるように永久磁石が複数配置された第一界磁部と、前記永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、前記第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に前記第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイル毎又は前記ロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルと、を備えていることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記第一磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出していることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なり、かつ、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された永久磁石同士の端面の磁極が異なるように前記第一界磁部と並設された第二界磁部と、前記第二界磁部の端面に固着された第二磁束遮蔽部材と、前記コアの前記第一対向面の他端に形成され前記第二磁束遮蔽部材と対向する第二対向面と、を備え、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された前記第一界磁部の永久磁石の端面の中心と前記第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、前記第一対向面の中心と前記第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機。
【請求項４】
前記第二磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出していることを特徴とする請求項３に記載の発電機。
【請求項５】
前記第一磁束遮蔽部材及び／又は前記第二磁束遮蔽部材の底面が、前記永久磁石の端面に密接していることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載の発電機。
【請求項６】
前記第一磁束遮蔽部材及び／又は前記第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、前記永久磁石の端面が前記凹部に収装されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の発電機。
【請求項７】
前記永久磁石の他端面に固着されたロータ側磁束遮蔽部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を配置したロータの回転により、ステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、磁石を多数配置したロータと、ステータコイルを有するステータと、を備え、ロータを回転させることによりステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電機が知られている。
例えば、（特許文献１）には、「複数の永久磁石が円環列状に設けられた円板状のロータと、永久磁石の回転軌道面を両側から隙間をもって挟み込むように円環列状に配置されたコアレスコイルと、コアレスコイル間に配置され回転自在に形成された磁石車と、を備えた発電装置」が開示されている。
（特許文献２）には、「界磁極を形成するＮ磁極とＳ磁極とを交互に配設した磁極ロータと、ステータ鉄心にステータコイルを巻装したステータ極と、ステータ極のステータコイル毎又はロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するステータコイル群毎に接続された整流回路と、を備えた発電機」が開示されている。【０００３】
（特許文献３）及び（特許文献４）には、「ロータの外周に沿って配置された複数の永久磁石ユニットと、前記永久磁石ユニットの外側に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、を備えた発電機と、前記コイルより出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器により出力される直流電圧を入力して蓄電する蓄電池と、を備え、前記蓄電池により出力される電圧の一部を負荷に供給するとともに、前記蓄電池より出力される電圧の一部を前記ロータに回転駆動力を与えるモータへの入力電圧として供給する発電システム」が開示されている。また、明細書及び図面に、実施の形態として、永久磁石ユニットの上端面が描く円状の軌跡に沿って、軟鉄等の常磁性体からなるパイプ（５６）が設けられることが記載されている。
【特許文献１】ＷＯ２００３／０９４３２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１７９０号公報
【特許文献３】特開２００８−２２０１２０号公報
【特許文献４】特開２００８−２４５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術では、回転自在に形成された磁石車をコアレスコイル間に設けるため、構造が複雑化し保守も煩雑化するという課題を有していた。
（２）（特許文献２）に開示の技術では、（特許文献２）の段落〔００８３〕欄乃至段落〔００８８〕欄、図２３及び図２４に、駆動モータの負荷電流が５．１Ａ（ＡＣ）のときに、発電機の出力電圧が２９２．６Ｖ（ＤＣ）、出力電流が１０．３６Ａ（ＤＣ）との実施例が記載されており、発電効率が高いことが示されている。しかしながら、本実施例では、発電機の磁極ロータに電磁石を使用しているため、励磁のための電力が必要となる。本実施例の場合は、段落〔００８４〕欄に記載されているように、コイルへの印加電圧は約５０Ｖ、電流は３Ａのため、約１５０Ｗの電力が消費されている。この励磁のための消費電力により、発電機の発電効率が低下するという課題を有していた。また、磁極ロータに電磁石を使用する場合は、励磁のための電源回路が必要となり、さらに電源回路から磁極ロータに電流を導くためのスリップリングやブラシ等の電気的接点も必要となるため、構造が複雑化し保守も煩雑化するという課題を有していた。
（３）（特許文献３）及び（特許文献４）に開示された技術は、電磁石を使用することなく、磁極ロータに永久磁石を使用した同期発電機である。しかしながら、電磁石を単に永久磁石に置き換えた発電機は、磁極ロータを回転させる際に、磁極ロータを回転させる駆動モータの負荷電流が著しく大きくなることがわかった。以下、図面を参照してこの現象を説明する。【０００５】
図１０は、永久磁石を使用した従来の同期発電機の原理を説明する模式図である。
図中、１００は図示しない磁極ロータに配置された永久磁石、１０１は永久磁石１００の端面、１０２はコア、１０３は永久磁石１００の端面１０１と対向するコア１０２の対向面、１０４はコア１０２に巻回されたステータコイル、１０５はコア１０２の隣に矢印で示すロータの回転方向に沿って配置されたコア、１０６は永久磁石１００の端面１０１と対向するコア１０５の対向面、１０７はコア１０５に巻回されたステータコイルである。
以上のように構成された同期発電機において、永久磁石１００が配置された図示しない磁極ロータを回転させると、永久磁石１００の端面１０１（Ｎ磁極とする）から出てコア１０２、１０５に導かれた磁束が変化するので、永久磁石１００が離れていくステータコイル１０４には矢印で示す方向の電流が生じ、ステータコイル１０４に生じた電流によりコア１０２の対向面１０３はＳ磁極となる。一方、永久磁石１００が近づいてくるステータコイル１０７には矢印で示す方向の電流が生じ、ステータコイル１０７に生じた電流によりコア１０５の対向面１０６はＮ磁極となる。この結果、永久磁石１００は、端面１０１がコア１０５の対向面１０６に近づく間はコア１０５から反発力を受けるが、対向面１０６を通過したとたんにステータコイル１０７を流れる電流の向きが変わるので、コア１０５の対向面１０６がＳ磁極となり、コア１０５から強い吸引力を受ける。これにより、磁極ロータの回転負荷トルクが大きくなり、磁極ロータを回転させる駆動モータの負荷電流が著しく大きくなるのである。この結果、磁極ロータを回転させるための消費電力が著しく増大し、発電機の発電効率が大幅に低下するという課題を有していた。
このように、磁極ロータを回転させるのに大電力を消費するため、特許文献３及び４に記載されているように、発電機の出力電圧を蓄電池に充電し、この電圧を負荷とロータの駆動モータの両方に供給することは不可能であり、磁極ロータを回転させることができず、発電機を稼動できないという課題を有していた。【０００６】
（４）（特許文献３）及び（特許文献４）には、永久磁石ユニットの上端面が描く円状の軌跡に沿って、軟鉄等の常磁性体からなるパイプ（５６）を設けることが記載されている。軟鉄は強磁性体であるため、特許文献３及び４の「軟鉄等の常磁性体からなるパイプ」という記載は、パイプが軟鉄で形成されているのか、常磁性体で形成されているのかが不明である。強磁性体の軟鉄でパイプが形成されているとすれば、第一永久磁石ユニットと第二永久磁石ユニットからの反対向きの磁束が透磁率の高いパイプを流れ、磁束が相殺されるため、コアに磁束が流れることがなく、ステータコイルに起電力が生じないので発電を行なうことができない。また、常磁性体でパイプが形成されているとすれば、常磁性体は永久磁石が形成する磁場によって特定の方向に弱く磁化され、第一永久磁石ユニットと第二永久磁石ユニットからの反対向きの磁束がパイプを流れ、コアに導入される磁束密度が小さくなり、ステータコイルに生じる起電力が小さいため、発電によって得られる電力はわずかである。以上のように、永久磁石ユニットの上端面に「軟鉄等の常磁性体からなるパイプ」が設けられていると、発電機によって得られる電力が少ないので、発電機によって得られる電力よりロータを駆動させる消費電力が大きいため、蓄電池の電圧が短期間でロータの駆動電圧以下に下回ってしまう。このように、発電機の出力電圧を蓄電池に充電し、この電圧を負荷とロータの駆動モータの両方に供給することは不可能であり、発電機を稼動できないという課題を有していた。【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける反発力や吸引力が少なく、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができ、また永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができるため、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れ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】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために本発明の発電機は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の発電機は、回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なるように永久磁石が複数配置された第一界磁部と、前記永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、前記第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に前記第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイル毎又は前記ロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルと、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）第一界磁部を構成する永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、を備えているので、永久磁石の磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、第一磁束遮蔽部材から出た磁束がコアに導かれる。ロータが回転してコアに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイルに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石の端面からコアに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に第一磁束遮蔽部材がコアから受ける吸引力（回転を阻害する力）が少なくなる。これにより、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
（２）さらに、コアに巻回されたコイル毎又はロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルを備えているので、永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができる。また、ステータコイル間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができる。また、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる。【０００９】
ここで、ロータとしては、円柱状や多角柱状等の柱状、板状等に形成されたものを用いることができる。柱状に形成されたロータに対しては、ロータの外周面に永久磁石を配置することができる。板状に形成されたロータに対しては、ロータの平板面に永久磁石を配置することができる。
ロータは、駆動用モータ等の回転駆動装置に連結することができる。また、風車や水車に連結することもできる。回転駆動装置の駆動力や風力、水力により、ロータを回転させて発電させることができる。これにより、自動車，船舶，鉄道，航空機，建設機械等に搭載する発電機として用いることができる。また、工場，店舗，住宅等に電力を供給する自家発電用等の発電機として用いることもできる。【００１０】
永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、サマリウム系，ネオジウム系等の希土類磁石等の中から、発電出力に応じて適宜選択して用いることができる。大きな出力を得る場合には、磁束密度も保磁力も大きな希土類磁石、特にネオジウム系の永久磁石を用いるのが好ましい。
永久磁石は、一つの部材で塊状等に形成されたものを用いることができる。また、板状の永久磁石を複数枚吸着させて重ねたものを用いることもできる。永久磁石の端面の形状は、特に限定する必要はなく、矩形状、円形状等の種々の形状を採用することができる。
端面の磁極が交互に異なるように複数の永久磁石をロータの外周面若しくは平板面に配置し、第一界磁部が構成される。【００１１】
第一磁束遮蔽部材としては、鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）等の強磁性体で、塊状，板状等に形成されたものを用いることができる。硬磁性体，軟磁性体のいずれも用いることができ、着磁を施したものを用いることもできる。厚い第一磁束遮蔽部材を一枚固着することができる。また、薄い第一磁束遮蔽部材を複数枚重ねて、永久磁石の端面に固着することができる。
永久磁石の種類に応じて、第一磁束遮蔽部材の材質を適宜選択することができる。材質によって第一磁束遮蔽部材の透磁率が変わり、磁気飽和を起こす磁束密度が変わり漏洩磁束が生じるからである。特に、保磁力が永久磁石材料の保磁力よりも小さい第一磁束遮蔽部材の中で、できるだけ保磁力が大きなものが用いられる。例えば、永久磁石として希土類磁石を用いた場合は、フェライト，アルニコ合金等の強磁性体が好適に用いられる。さらに、強磁性体に着磁を施したフェライト磁石，アルニコ磁石等の着磁処理済強磁性体が好適に用いられる。第一磁束遮蔽部材から出る磁束密度を大きくでき、発電の出力を上げられるからである。
第一磁束遮蔽部材の大きさとしては、永久磁石の端面より小さくて、端面の一部を覆うようなものでもよいが、端面と同一の大きさかそれより大きくするのが好ましい。永久磁石の端面を完全に覆うことにより、磁束のほとんど全てを第一磁束遮蔽部材の中に導くためである。
第一磁束遮蔽部材の材質や形状、大きさ、厚さ、枚数等を適宜選択することにより、第一磁束遮蔽部材がコアから受ける反発力や吸引力、ステータコアに生じる電流量を設計することができる。
第一磁束遮蔽部材は、永久磁石の端面に密接して固着することができる。また、端面に密接させずに適当な間隔をあけて固着することもできる。固着する手段としては、ボルト等の締結部材や接着剤等を用いることができる。また、合成樹脂製等で形成されたケース内に永久磁石と第一磁束遮蔽部材を収容することもできる。【００１２】
コアの第一対向面と対向する第一磁束遮蔽部材の表面の形状は、永久磁石の端面の回転軌道面の形状に応じて設計するのが好ましい。第一磁束遮蔽部材から出る磁束を均一化させるためである。具体的には、柱状に形成されたロータの外周面に永久磁石を配置した場合には、永久磁石の端面の回転軌道面は立体的な円環帯状面となるので、第一磁束遮蔽部材の表面は、中央部を突き出した湾曲状や山形状等に形成するのが好ましい。また、板状に形成されたロータの平板面に永久磁石を配置した場合には、永久磁石の端面の回転軌道面は平面的な円環状となるので、第一磁束遮蔽部材の表面は、平坦状に形成するのが好ましい。【００１３】
コアは、アルミニウム，ステンレス鋼，真鍮等の非磁性材料製や合成樹脂製等で形成されたケーシングに取り付けられ、磁気的に絶縁される。
コアに巻回されたステータコイルが接続される変圧器としては、変圧器、変成器、トランス等を用いることができる。ステータコイルを変圧器に接続することにより、所望する電圧に降圧させることができる。ステータコイル毎やステータコイル群毎に生じた交流電圧は、他のステータコイルやステータコイル群に生じた交流電圧に干渉されることなく、所望の交流電圧に変圧され負荷回路等に供給されるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができる。整流器と組み合わせて交流を直流に変換することもできる。【００１４】
ステータコイルが接続される整流器としては、サイリスタ、ダイオード等を用いることができる。整流器とインバータを組み合わせた電力変換装置を用いることもできる。ステータコイル毎やステータコイル群毎に生じた交流電流は、他のステータコイルやステータコイル群に生じた交流電流に干渉されることなく、所望の直流電流に変換され負荷回路や蓄電池等に供給されるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができる。【００１５】
第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面と、の間隔（ギャップ）は、発電効率に影響を与える。該間隔（ギャップ）を小さくすることで、発電効率を向上させることができ、回転数が低い場合でも発電量を多くすることができる。このため、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を調整する間隔調整手段を設けるのが望ましい。第一界磁部の外側にコアを配置して発電機を組み立てる際、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を、間隔調整手段を用いて所定の範囲内に調整することで、発電効率を高められるからである。
間隔調整手段としては、電動式，油圧式，機械式等の駆動機構を有し、永久磁石やコアを上下方向や左右方向に移動自在にして、第一磁束遮蔽部材と第一対向面の間隔を調整するものが用いられる。【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電機であって、前記第一磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出した構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから吸引力（回転を阻害する力）を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。【００１７】
ここで、第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出す方向としては、永久磁石の回転方向（回転軌道面）に沿わせるのが好ましい。第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受けるのは、永久磁石の回転方向に沿う方向だからである。
第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さとしては、隣り合う第一磁束遮蔽部材と接触しないような範囲で適宜設定されるが、回転方向の前方と後方の各々において、永久磁石の回転方向における端面の長さの１／３〜１倍が好適に用いられる。張り出し長さが１／３倍より短くなるか１倍より長くなると、いずれもステータコイルに生じる起電力が小さくなる傾向がみられるからである。
なお、第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さは、永久磁石の回転方向の前方と後方の各々において、同一長さでも異なっていてもよい。【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発電機であって、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なり、かつ、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された永久磁石同士の端面の磁極が異なるように前記第一界磁部と並設された第二界磁部と、前記第二界磁部の端面に固着された第二磁束遮蔽部材と、前記コアの前記第一対向面の他端に形成され前記第二磁束遮蔽部材と対向する第二対向面と、を備え、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された前記第一界磁部の永久磁石の端面の中心と前記第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、前記第一対向面の中心と前記第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されている構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部がコアから吸引力（又は反発力）を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力（又は吸引力）を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる。【００１９】
ここで、第二界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材としては、前述の第一界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材と同様のものなので、説明を省略する。【００２０】
ずれ角αは、ロータの回転方向と略直交する位置に配置された第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、を求め、ロータの中心軸と界磁側中心線との間に投影面を置き、ロータの中心軸を視点として、界磁側中心線とコア側中心線上の任意の点と視点とを直線（投影線）で結んだ場合に、投影面上に形成された投影図における界磁側中心線とコア側中心線とのなす角である。
ずれ角αとしては、ロータの直径やロータに配設された永久磁石の間隔にもよるが、１〜２０°好ましくは３〜１０°が好適に用いられる。ずれ角αが３°より小さくなるにつれ、コアの磁界磁力により第一界磁部と第二界磁部が受ける吸引力や反発力によりコッキング（ロータの回転動作がギクシャクする現象）が生じ易くなるとともに、回転負荷トルクの軽減効果が低下する傾向がみられ、１０°より大きくなるにつれステータコイルに生じる電流に位相差が生じ出力電流が低下する傾向がみられる。特に、１°より小さくなるか２０°より大きくなると、これらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくない。【００２１】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発電機であって、前記第二磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出した構成を有している。
この構成により、請求項３で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第二磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第二磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第二磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第二磁束遮蔽部材がコアの第二対向面を通過する際に、第二磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。【００２２】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載の発電機であって、前記第一磁束遮蔽部材及び／又は前記第二磁束遮蔽部材の底面が、前記永久磁石の端面に密接した構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一磁束遮蔽部材及び／又は第二磁束遮蔽部材の底面が、永久磁石の端面に密接しているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。【００２３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項２又は４に記載の発電機であって、前記第一磁束遮蔽部材及び／又は前記第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、前記永久磁石の端面が前記凹部に収装された構成を有している。
この構成により、請求項２又は４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一磁束遮蔽部材及び／又は第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、永久磁石の端面が凹部に収装されているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。【００２４】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の内いずれか１に記載の発電機であって、前記永久磁石の他端面に固着されたロータ側磁束遮蔽部材を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至６の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ロータ側磁束遮蔽部材を有しているので、漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。【００２５】
ここで、ロータ側磁束遮蔽部材としては、前述の第一磁束遮蔽部材と同様に、鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で、板状等に形成されたものを用いることができる。ロータの外面に固着することができるが、ロータの外面の一部を、鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で形成してもよい。
第二界磁部が配置されている場合は、一枚のロータ側磁束遮蔽部材の両端側に、第一界磁部の永久磁石の他端面と第二界磁部の永久磁石の他端面とを固着することができる。これにより、さらに永久磁石の減磁を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の発電機によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）永久磁石の端面からコアに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に第一磁束遮蔽部材がコアから受ける反発力や吸引力が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる発電機を提供できる。
（２）永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れた発電機を提供できる。【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）第一磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなるので、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を大幅に向上させることができる発電機を提供できる。【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部がコアから吸引力（又は反発力）を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力（又は吸引力）を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる発電機を提供できる。【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、
（１）第二磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第二磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第二磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第二磁束遮蔽部材がコアの第二対向面を通過する際に、第二磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を大幅に向上させることができる発電機を提供できる。【００３０】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１の効果に加え、
（１）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ発電出力を高めることができる発電機を提供できる。【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、請求項２又は４の効果に加え、
（１）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の内いずれか１の効果に加え、
（１）漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ発電出力を高めることができる発電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１における発電機の側面図
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図
【図３】実施の形態１における発電機の正面図
【図４】実施の形態１における発電機を用いた発電システムの構成図
【図５】実施の形態１における発電機の原理を示す模式図
【図６】実施の形態１における変形例の発電機の原理を示す模式図
【図７】実施の形態２における発電機の要部側面図
【図８】実施の形態２における発電機の永久磁石に固着した第一磁束遮蔽部材の斜視図
【図９】実施の形態３における発電機の要部断面図
【図１０】永久磁石を使用した従来の同期発電機の原理を説明する模式図
【符号の説明】
【００３４】
１  発電機
２  回転軸
３  ロータ
４  ロータ側磁束遮蔽部材
５  永久磁石
６  端面
７，７ａ  第一磁束遮蔽部材
８  第一界磁部
９  ケーシング
１０，１０ａ，１０ｂ  コア
１１，１１ａ，１１ｂ  第一対向面
１２，１２ａ，１２ｂ  ステータコイル
１３  永久磁石
１４  端面
１５  第二磁束遮蔽部材
１６  第二界磁部
１７  第二対向面
１８  ステータコイル
１９，２０  締結部材
２１  発電システム
２２  変圧器
２３  第一のリレースイッチ
２４  整流器
２５  平滑コンデンサ
２６  第一のコンデンサ
２７  ゲート回路
２８  整流ダイオード
２９  第二のコンデンサ
３０  蓄電池
３１  第二のリレースイッチ
３２  タイマ
３３  スイッチ
４１  発電機
４２  第一磁束遮蔽部材
４３  凹部
４４  傾斜面
４５  薄肉部
４６  孔部
５１  発電機
５２  回転軸
５３，５４  ロータ
５５  永久磁石
５６  第一磁束遮蔽部材
５７  第一界磁部
５８  永久磁石
５９  第二磁束遮蔽部材
６０  第二界磁部
６１  コア
６２  第一対向面
６３  第二対向面
６４  ステータコイル
１００  永久磁石
１０１  端面
１０２，１０５  コア
１０３，１０６  対向面
１０４，１０７  ステータコイル
Ｘ  界磁側中心線
Ｙ  コア側中心線
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における発電機の側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図であり、図３は実施の形態１における発電機の正面図であり、図４は実施の形態１における発電機を用いた発電システムの構成図であり、図５は実施の形態１における発電機の原理を示す模式図である。
図１において、１は本発明の実施の形態１における発電機、２は回転軸、３は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円柱状に形成され回転軸２に取り付けられたロータ、４は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で板状に形成されロータ３の外周に固着されたロータ側磁束遮蔽部材、５は板状永久磁石を複数枚重ねて吸着させ一端面がロータ側磁束遮蔽部材４の一端部側に固着された永久磁石、６は永久磁石５の端面、７は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）等の強磁性体で板状に形成され永久磁石５の端面６に固着された第一磁束遮蔽部材、８はロータ３の回転方向に沿って永久磁石５の端面６の磁極が交互に異なるように（Ｎ極とＳ極が交互になるように）複数配置された第一界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第一磁束遮蔽部材７の外周部は、永久磁石５の端面６の外周部の外側に張り出して形成されている。ロータ３の回転方向の前方と後方の各々における第一磁束遮蔽部材７の張出量は、回転方向における永久磁石５の端面６の長さの１／３〜１倍である。また、第一磁束遮蔽部材７の底面は、永久磁石５の端面６に密接して固着されている。また、第一磁束遮蔽部材７の表面は、略中央部が突き出した鈍角三角，丸型三角，円弧状，膨出状等に形成されている。
９はアルミニウム，ステンレス鋼，真鍮等の非磁性材料製や合成樹脂製等で形成されたケーシング、１０は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で形成されケーシング９の内側に図示しないボルト等の締結部材で磁気的に絶縁された状態で第一磁束遮蔽部材７の外側に配置されたコア、１１は第一磁束遮蔽部材７と対向するコア１０の端部に形成された第一対向面、１２はコア１０に巻回されたステータコイルである。【００３６】
図２、図３において、１３は板状永久磁石を複数枚重ねて吸着させ一端面がロータ側磁束遮蔽部材４の他端部側に固着された永久磁石、１４は永久磁石１３の端面、１５は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で板状に形成され永久磁石１３の端面１４に固着された第二磁束遮蔽部材、１６はロータ３の回転方向に沿って永久磁石１３の端面１４の磁極が交互に異なるように（Ｎ極とＳ極が交互になるように）複数配置され、ロータ３の回転方向と略直交する位置に配置されて同一のロータ側磁束遮蔽部材４に固着された永久磁石５の端面６と永久磁石１３の端面１４の磁極が異なるように第一界磁部８と並設された第二界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第二磁束遮蔽部材１５の底面は、永久磁石１３の端面１４を完全に覆い、端面１４に密接して固着されている。また、第二磁束遮蔽部材１５の外周部は、永久磁石１３の端面１４の外周部の外側に対称状に張り出して形成されている。ロータ３の回転方向の前方と後方の各々における第二磁束遮蔽部材１５の張出量は、回転方向における永久磁石１３の端面１４の長さの１／３〜１倍である。また、第二磁束遮蔽部材１５の表面は、ロータ３の回転軌道面に沿って略中央部が突き出した鈍角三角，丸型三角，円弧状，膨出状等に形成されている。
１７はコア１０の他端部に形成され第二磁束遮蔽部材１５と対向する第二対向面、１８はコア１０の第二対向面１７の近くに巻回されステータコイル１２と接続されたステータコイル、１９は永久磁石５の端面６の外側に張り出した第一磁束遮蔽部材７に形成された孔部に挿通され第一磁束遮蔽部材７とロータ側磁束遮蔽部材４とを連結する非磁性のボルト等の締結部材、２０は永久磁石１３の端面１４の外側に張り出した第二磁束遮蔽部材１５に形成された孔部に挿通され第二磁束遮蔽部材１５とロータ側磁束遮蔽部材４とを連結する非磁性のボルト等の締結部材、Ｘはロータ３の回転方向と略直交する位置に配置された第一界磁部８の永久磁石５の端面６の中心と第二界磁部１６の永久磁石１３の端面１４の中心とを結ぶ界磁側中心線、Ｙはコア１０に形成された第一対向面１１の中心と第二対向面１７の中心とを結ぶコア側中心線、αは界磁側中心線Ｘとコア側中心線Ｙとのずれ角である。
本実施の形態においては、界磁側中心線Ｘはロータ３の回転方向と直交し、コア側中心線Ｙが界磁側中心線Ｘに対してずれ角α＝１〜２０°の範囲で斜交するようにコア１０が配置されている。【００３７】
図４において、２１は実施の形態１における発電機１を用いた発電システム、２２はステータコイル１２毎に接続された変圧器、２３はステータコイル１２と変圧器２２との間に直列に接続された第一のリレースイッチ、２４はダイオード等で構成された整流器、２５は整流器２４より出力される脈流を直流とする平滑コンデンサ、２６は整流器２４の出力電圧に基づき電荷を蓄積する第一のコンデンサ、２７はサイリスタ等で構成され第一のコンデンサ２６に接続されたゲート回路、２８はゲート回路２７に接続された整流ダイオード、２９はゲート回路２７に並列に接続された第二のコンデンサである。本実施の形態においては、第一のコンデンサ２６，ゲート回路２７，第二のコンデンサ２９が充電制御回路を構成している。
３０はゲート回路２７に直列に接続された蓄電池、３１は変圧器２２と整流器２４との間に直列に接続された第二のリレースイッチ、３２は第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１，ゲート回路２７に接続されたタイマであり、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１，ゲート回路２７は、タイマ３７から所定時間毎に供給される信号に従って所定時間毎に同期してオン／オフを切り替えるように設定されている。具体的には、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１が共にオンのときにゲート回路２７はオフとなり、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１が共にオフのときにゲート回路２７はオンとなるように同期させている。３３は蓄電池３０を放電させ図示しない負荷回路に電力を供給するスイッチである。【００３８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における発電機について、以下その動作を、図面を参照しながら説明する。
図５において、１０ａはコア、１１ａは永久磁石５に固着された第一磁束遮蔽部材７と対向するコア１０ａの第一対向面、１２ａはコア１０ａに巻回されたステータコイル、１０ｂはコア１０ａの隣に矢印で示す永久磁石５の回転方向に沿って配置されたコア、１１ｂは第一磁束遮蔽部材７と対向するコア１０ｂの第一対向面、１２ｂはコア１０ｂに巻回されたステータコイルである。
以上のように構成された発電機１において、第一磁束遮蔽部材７の外周部は永久磁石５の端面６の外周部の外側に張り出して形成されているので、永久磁石５の磁束のほとんどは第一磁束遮蔽部材７に遮蔽されて、図５に示すように永久磁石５の側方に導かれ、第一磁束遮蔽部材７から出た磁束がコア１０ａ，１０ｂに導かれる。ロータ３を図示しないモータ等により回転させてコア１０ａ，１０ｂに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイル１２ａ，１２ｂに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石５の端面からコア１０ａ，１０ｂに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材７に遮蔽され第一磁束遮蔽部材７の外周部に集中してコア１０ａ，１０ｂに向かい、第一磁束遮蔽部材７の対向面からコア１０ａ，１０ｂに真っ直ぐに向かう磁束が少なくなるので、第一磁束遮蔽部材７がコア１０ａの第一対向面１１ａやコア１０ｂの第一対向面１１ｂを通過する際に、第一磁束遮蔽部材７がコア１０ａ，１０ｂから受ける吸引力（回転を阻害する力）が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができる。【００３９】
図４を参照して、発電システム２１において、発電機１が発電した交流電圧は、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１が共にオンのときに、変圧器２２で降圧され整流器２４を介して直流に変換され、充電制御回路を構成する第一のコンデンサ２６に電荷が蓄積される。ゲート回路２７がオンに切り替わると、第一のコンデンサ２６に蓄積された電荷が放電されて蓄電池３０に充電される。ゲート回路２７がオンのときは、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１が共にオフとなるため、第一のコンデンサ２６の放電中には、ステータコイル１２に起電力は発生しない。
次に、ゲート回路２７がオフ、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１が共にオンに切り替わると、再び、発電機１が発電した交流電圧が変圧器２２で降圧され、整流器２４を介して直流に変換され、充電制御回路を構成する第一のコンデンサ２６に電荷が蓄積される。
このように発電システム２１では、ゲート回路２７，第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１の切り替えをステータコイル１２毎に行い、各々のステータコイル１２に生じた電力を各々に接続された蓄電池３０に充電させることができる。【００４０】
以上のように、本発明の実施の形態１における発電機は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）第一界磁部８を構成する永久磁石５の端面６に固着された第一磁束遮蔽部材７と、第一磁束遮蔽部材７と間隔をあけて配置され端部に第一磁束遮蔽部材７と対向する第一対向面１１を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコア１０と、を備えているので、永久磁石５の磁束が第一磁束遮蔽部材７に導かれ、第一磁束遮蔽部材７から出た磁束がコア１０に導かれる。ロータ３が回転してコア１０に導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイル１２に電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石５の端面からコア１０ａ，１０ｂに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材７に遮蔽され第一磁束遮蔽部材７の外周部に集中してコア１０ａ，１０ｂに向かい、第一磁束遮蔽部材７の対向面からコア１０ａ，１０ｂに真っ直ぐに向かう磁束が少なくなるので、第一磁束遮蔽部材７がコア１０の第一対向面１１を通過する際に第一磁束遮蔽部材７がコア１０から受ける吸引力（回転を阻害する力）が少なくなる。これにより、わずかな駆動力でロータ３を回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
（２）さらに、コア１０に巻回されたコイル毎に変圧器２２及び整流器２４に接続されたステータコイル１２を備えているので、永久磁石５の励磁磁力とコア１０の磁界磁力によってロータ３の回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータ３の回転負荷トルクを減少させることができる。また、ステータコイル１２間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル１２毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができる。また、ステータコイル１２毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる。
（３）第一磁束遮蔽部材７の外周部が、永久磁石５の端面６の外周部の外側に張り出しているので、磁束を遮蔽する第一磁束遮蔽部材７の面積が大きいため、第一磁束遮蔽部材７がコア１０の第一対向面１１を通過する際に、第一磁束遮蔽部材７がコア１０から吸引力（回転を阻害する力）を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
（４）第一界磁部８の永久磁石５の端面６の中心と第二界磁部１６の永久磁石１３の端面１４の中心とを結ぶ界磁側中心線Ｘと、第一対向面１１の中心と第二対向面１７の中心とを結ぶコア側中心線Ｙと、の間にずれ角αが形成されているので、ロータ３の回転により、第一界磁部８がコア１０から吸引力（又は反発力）を受けているときに、第二界磁部１６がコア１０から反発力（又は吸引力）を受けることになり、ロータ３のいかなる位相においてもロータ３の回転を阻害するコア１０の磁界磁力を軽減させることができ、ロータ３の回転負荷トルクを軽減させることができる。さらに、ずれ角α＝１〜２０°のため、コア１０の磁界磁力により第一界磁部８と第二界磁部１６が受ける吸引力や反発力によりコッキング（ロータの回転動作がギクシャクする現象）が生じ難く、さらにステータコイル１２に生じる電流に位相差が生じ難く出力電流の低下がみられない。
（５）第二磁束遮蔽部材１５の外周部が、永久磁石１３の端面１４の外周部の外側に張り出しているので、磁束を遮蔽する第二磁束遮蔽部材１５の面積が大きいため、第二磁束遮蔽部材１５がコア１０の第二対向面１７を通過する際に、第二磁束遮蔽部材１５がコア１０から吸引力（回転を阻害する力）を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータ３を回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
（６）第一磁束遮蔽部材７と第二磁束遮蔽部材１５の底面が、永久磁石５，１３の端面６，１４に密接しているので、永久磁石５，１３の端面６，１４から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材７や第二磁束遮蔽部材１５に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材７や第二磁束遮蔽部材１５の端部の磁束密度を高められるので、コア１０に導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
（７）ロータ側磁束遮蔽部材４を有しているので、漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材７や第二磁束遮蔽部材１５の端部の磁束密度を高められるので、コア１０に導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。【００４１】
また、以上のように本発明の実施の形態１における発電システムは構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）変圧器２２の一次側に第一のリレースイッチ２３が接続され、二次側に第二のリレースイッチ３１が接続され、第一のリレースイッチ２３，第二のリレースイッチ３１のオン／オフが充電制御回路（ゲート回路２７）と逆相で同期しているので、ゲート回路２７がオンに切り替わると、第一のコンデンサ２６に蓄積された電荷が放電されて蓄電池３０に充電され、また第一のコンデンサ２６の放電中には発電されず、さらに無駄な電力消費もなく蓄電効率に優れる。
（２）蓄電池３０と並列に第二のコンデンサ２９が接続されているので、第一のコンデンサ２６の放電電流が蓄電池３０に印加されるときの蓄電池３０に加わる負荷を軽減することができ、蓄電池３０が早期に劣化するのを防止することができる。【００４２】
ここで、本実施の形態においては、ステータコイル１２毎に変圧器２２が接続され、変圧器２２と直列に整流器２４が接続された場合について説明したが、変圧器２２又は整流器２４のいずれか一方のみが接続される場合もある。変圧器２２を接続することで所定値に変圧することができる。また、整流器２４を接続することで直流に変換できる。
また、ロータ３の周囲に配置するステータコイル１２の数を増やして、ロータ３の回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器２２又は整流器２４に接続する場合もある。
また、本実施の形態においては、界磁側中心線Ｘがロータ３の回転方向と直交し、コア側中心線Ｙが界磁側中心線Ｘに対してずれ角α＝１〜２０°の範囲で斜交するようにコア１０が斜めに配置された場合について説明したが、これに限定するものではなく、界磁側中心線Ｘをつくる永久磁石５，１３を斜めに配置する場合もある。また、永久磁石５，１３とコア１０の両方を斜めに配置する場合もある。これらの場合も同様の作用が得られる。
また、ステータコイル１２毎に取り出された電力が全て蓄電池３０に充電される場合について説明したが、一部を蓄電池３０に接続して残りを負荷に接続する場合もある。
また、４つのゲート回路２７が、タイマ３２からの信号に基づき全て同期してオン／オフする場合について説明したが、例えば、非同期で順番にオン／オフが切り替わるようにする場合もある。【００４３】
次に、実施の形態１における変形例の発電機について説明する。変形例の発電機が異なる点は、第一磁束遮蔽部材７及び第二磁束遮蔽部材１５の外周部が、永久磁石５，１３の端面６，１４の外周部と同一の大きさで形成されている点である。
図６は実施の形態１における変形例の発電機の原理を示す模式図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。【００４４】
図６において、７ａは鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で形成され外周部が永久磁石５の端面６の外周部と同一の大きさの第一磁束遮蔽部材である。
以上のように構成された発電機において、第一磁束遮蔽部材７ａの外周部は永久磁石５の端面６の外周部と同一の大きさで形成されているので、永久磁石５の磁束は、第一磁束遮蔽部材７ａに遮蔽されて永久磁石５の側方に導かれるものと、コア１０ａ，１０ｂ側に漏洩するものとに分かれる。ロータ３を図示しないモータ等により回転させてコア１０ａ，１０ｂに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイル１２ａ，１２ｂに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石５の端面からコア１０ａ，１０ｂに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材７ａに遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材７ａがコア１０ａの第一対向面１１ａやコア１０ｂの第一対向面１１ｂを通過する際に、第一磁束遮蔽部材７ａがコア１０ａ，１０ｂから受ける吸引力（回転を阻害する力）が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができる。【００４５】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における発電機の要部側面図であり、図８は実施の形態２における発電機の永久磁石に固着した第一磁束遮蔽部材の斜視図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、４１は本発明の実施の形態２における発電機、４２は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で板状に形成され永久磁石５の端面６に固着された第一磁束遮蔽部材、４３は第一磁束遮蔽部材４２の底面に略コ字型の溝状に形成され永久磁石５の端面６が密接して収装された凹部、４４は外周部が永久磁石５の端面６の外周部の外側に対称状に張り出し、下り勾配が形成された第一磁束遮蔽部材４２の傾斜面、４５は第一磁束遮蔽部材４２の表面の中央部を略平らに切削して形成された薄肉部であり、本実施の形態においては、傾斜面４４から中央部に向かう薄肉部４５の傾斜角度βが１〜５°に形成されている。また、傾斜面４４はロータ３の曲率とほぼ同じ曲率で湾曲して形成されている。また、ロータ３の回転方向の前方と後方の各々における第一磁束遮蔽部材４２の張出量は、回転方向における永久磁石５の端面６の長さの１／３〜１倍である。４６は薄肉部４５に形成され第一磁束遮蔽部材４２とロータ側磁束遮蔽部材４とを連結する非磁性のボルト等の締結部材が挿通される孔部である。【００４６】
以上のように、本発明の実施の形態２における発電機は構成されているので、実施の形態１に記載した作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一磁束遮蔽部材４２に凹部４３が形成され、永久磁石５の端面６が凹部４３に収装されているので、永久磁石５の端面６からの磁束のほぼ全てを第一磁束遮蔽部材４２に導くことができ、第一磁束遮蔽部材４２の磁束密度を上げて発電出力を高めることができる。
（２）第一磁束遮蔽部材４２に傾斜面４４が形成されているので、磁束を永久磁石５の斜め側方に導くとともに傾斜面４４の磁束密度を高め、コア１０に導かれる磁束密度を上げて発電出力を高めることができる。
（３）第一磁束遮蔽部材４２に薄肉部４５が形成されているので、第一磁束遮蔽部材４２に導かれた磁束の一部を薄肉部４５から漏洩させてコア１０に向かわせることができ、ロータ３を駆動させる初期の負荷は増加するが、コア１０に導かれる磁束密度を上げて、見かけの出力から負荷を差し引いた実質の出力を高めることができる。また、傾斜面４４から中央部に向かう薄肉部４５の傾斜角度βが１〜５°に形成されているので、負荷の増加を抑えて実質の発電出力を高めることができる。なお、傾斜角度βを１〜５°としたのは、βが１°より小さくなるか５°より大きくなると、実質の発電出力が低下する傾向がみられることがわかったからである。【００４７】
ここで、本実施の形態においては第一磁束遮蔽部材４２について説明したが、第二磁束遮蔽部材についても同様のものを用いることができ、同様の作用を得ることができる。【００４８】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３における発電機の要部断面図である。
図９において、５１は本発明の実施の形態３における発電機、５２は回転軸、５３は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円板状に形成され回転軸５２の直交方向に取り付けられたロータ、５４は非磁性の合成樹脂製やステンレス鋼等で円板状に形成されロータ５３と平行して回転軸５２の直交方向に取り付けられたロータ、５５は一端面がロータ５３のロータ５４側の平面に固着された永久磁石、５６は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で板状に形成され永久磁石５５の端面に固着された第一磁束遮蔽部材、５７はロータ５３の回転方向に沿って永久磁石５５の端面の磁極が交互に異なるように（Ｎ極とＳ極が交互になるように）複数配置された第一界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第一磁束遮蔽部材５６の外周部は、永久磁石５５の端面の外周部の外側に張り出して形成されている。また、第一磁束遮蔽部材５６の底面は、永久磁石５５の端面に密接して固着されている。
５８は一端面がロータ５４のロータ５３側の平面に固着された永久磁石、５９は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で板状に形成され永久磁石５８の端面に固着された第二磁束遮蔽部材、６０はロータ５４の回転方向に沿って永久磁石５８の端面の磁極が交互に異なるように（Ｎ極とＳ極が交互になるように）複数配置され、ロータ５３，５４の回転方向と略直交する対向位置に配置された永久磁石５５の端面と永久磁石５８の端面の磁極が異なるように第一界磁部５７と並設された第二界磁部である。
ここで、本実施の形態においては、第二磁束遮蔽部材５９の底面は、永久磁石５８の端面を完全に覆い、端面に密接して固着されている。また、第二磁束遮蔽部材５９の外周部は、永久磁石５８の端面の外周部の外側に張り出して形成されている。ロータ５３，５４の回転方向の前方と後方の各々における第一磁束遮蔽部材５６，第二磁束遮蔽部材５９の張出量は、回転方向における永久磁石５５，５８の端面の長さの１／３〜１倍である。
６１は鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で形成され磁気的に絶縁された状態で第一磁束遮蔽部材５６及び第二磁束遮蔽部材５９と間隔をあけて図示しないケーシングに配置されたコア、６２はコア６１の端部に形成され第一磁束遮蔽部材５６と対向する第一対向面、６３はコア６１の他端部に形成され第二磁束遮蔽部材５９と対向する第二対向面、６４はコア６１に巻回されたステータコイルである。【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態３における発電機は構成されているので、実施の形態１に記載した作用と同様の作用が得られる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１で説明した発電機を用いて発電出力を調べる実験を行った。
実施例１の発電機では、直径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状のロータを用いた。ロータの外周面の８箇所にケイ素鉄製で幅３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの板状のロータ側磁束遮蔽部材を等間隔になるように配置した。永久磁石は、短手方向の長さ３０ｍｍ、長手方向の長さ６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの板状のネオジウム系希土類磁石（板状永久磁石１枚当たりの吸着力３０ｋｇｆ（２９４Ｎ）。表面磁束密度４００ｍＴ。住友特殊金属製）を３枚重ねたものを用いた。ロータ側磁束遮蔽部材の両側に、永久磁石（板状永久磁石を３枚重ねたもの）を端面の磁極が交互に異なり、永久磁石の短手方向がロータの回転方向と一致するように配置して、第一界磁部と第二界磁部を形成した。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材は、鉄製で、ロータの回転方向の長さ７０ｍｍ、ロータの回転方向と直交する方向の長さ８０ｍｍ、厚さ４ｍｍとし、外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に対称状に張り出させ、表面をロータの回転方向に沿って湾曲状（曲率はロータの曲率とほぼ同じ）に形成したものを用いた。ロータの回転方向に隣り合う第一磁束遮蔽部材同士の間隔は約１０ｍｍであった。同様に、第二磁束遮蔽部材も約１０ｍｍの間隔であった。
第一対向面及び第二対向面を有する略コ字状に形成したコアを、ロータの周囲の３箇所に配置した。第一対向面及び第二対向面の近傍に、線径１．８ｍｍの銅線を各々６００回巻いてステータコイルを形成した。コアの第一対向面と第一磁束遮蔽部材の間隔、コアの第二対向面と第二磁束遮蔽部材の間隔は、１０ｍｍとした。以上のように構成することで、実施例１の発電機を得た。【００５１】
（実施例２）
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材（厚さ１５ｍｍ）の裏面に、永久磁石の端面を収装できる深さ５ｍｍの凹部を形成した。第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の表面の中央部を平坦状に切削して薄肉部を形成した。薄肉部の厚さは１０ｍｍとした。その他は実施例１と同様にして、実施例２の発電機を得た。【００５２】
（実施例３）
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を、ロータの回転方向の長さ３０ｍｍ、ロータの回転方向と直交する方向の長さ６０ｍｍ、厚さ４ｍｍとし、外周部の大きさを永久磁石の端部の外周部の大きさと同一にした。その他は実施例１と同様にして、実施例３の発電機を得た。【００５３】
（実施例４）
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材をフェライト磁石製にした以外は、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の形状，長さ，幅，厚さ、その他の構成は実施例１と同様にして、実施例４の発電機を得た。【００５４】
（比較例１）
永久磁石の端面に固着した第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を除去し、ロータの第一対向面及び第二対向面と永久磁石の端面とを１０ｍｍの間隔をあけて対向させた以外は実施例１と同様にして、比較例１の発電機を得た。【００５５】
（回転負荷トルクの測定）
ロータを回転させる駆動モータをロータに連結しない状態で、バネはかり式の測定器の先端を第一磁束遮断部材の端に掛け、接線方向に静かに引っ張り、ロータが回転し始める測定値から、ロータの回転負荷トルクを測定した。その結果、実施例１、実施例２及び実施例４の発電機の回転負荷トルクは、比較例１の発電機の回転負荷トルクの１／１５であった。また、実施例３の発電機の回転負荷トルクは、比較例１の発電機の回転負荷トルクの７／１５であった。
以上のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで、ロータの回転負荷トルクが低下することが確認された。特に、実施例１、実施例２及び実施例４の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、回転負荷トルクが著しく低下することが確認された。【００５６】
（駆動モータの負荷電流の測定）
ロータと駆動モータを連結して、駆動モータの負荷電流を測定した。駆動モータとしては定格電圧が２４Ｖの直流モータ（出力４００Ｗ、２４００ｒｐｍ）を用い、ロータを８００ｒｐｍの回転数で回転させた。
比較例１の発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は５０Ａであり、定常時における負荷電流は１２Ａであった。
これに対し、実施例１の発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は１５Ａであり、定常時における負荷電流は４Ａであった。
また、実施例２の発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は１８Ａであり、定常時における負荷電流は５Ａであった。
また、実施例３の発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は２５Ａであり、定常時における負荷電流は７Ａであった。
また、実施例４の発電機に連結した駆動モータの始動時における負荷電流は２０Ａであり、定常時における負荷電流は６Ａであった。
以上のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで、駆動モータの負荷電流が低下することが確認された。特に、実施例１、実施例２及び実施例４の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、負荷電流が著しく低下することが確認された。【００５７】
（発電出力の測定）
ロータと駆動モータを連結して、ロータを８００ｒｐｍの回転数で回転させ、各ステータコイルに生じた交流起電力を整流器によって整流し、合算した出力電圧（直流）及び出力電流（直流）を測定した。
比較例１の発電機の出力電圧は２７０Ｖ、出力電流は９Ａであり、実施例１及び実施例３の発電機の出力電圧・出力電流もほぼ同じであった。
これに対し、実施例２の発電機の出力電圧は３００Ｖ、出力電流は１２Ａであった。また、実施例４の発電機の出力電圧は５００Ｖ、出力電流は３０Ａであった。
第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材を設けることで駆動モータの負荷電流が低下するため、駆動モータの消費電力を減らすことができ、その結果、駆動モータの消費電力を差し引いた出力電力が向上することが確認された。特に、実施例１及び実施例２の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の外周部を永久磁石の端部の外周部の外側に張り出させることにより、効果が大きくなることが確認された。さらに、実施例２の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材の底部に凹部を形成し、凹部に永久磁石の端面を収装することで、出力が大きくなるため、出力電力をさらに高められることが確認された。
また、実施例４の発電機のように、第一磁束遮蔽部材及び第二磁束遮蔽部材にフェライト磁石、即ち永久磁石材料の保磁力よりも小さな保磁力の強磁性体に着磁を施した着磁処理済強磁性体を用いることで、出力電力をさらに高められることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、永久磁石を配置したロータの回転によりステータコイルに誘導電圧を生じさせる発電機に関し、永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける反発力や吸引力が少なく、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができ、また永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができるため、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れた発電機を提供できる。
【図１】
2009072623.tif 000003
【図２】
2009072623.tif 000004
【図３】
2009072623.tif 000005
【図４】
2009072623.tif 000006
【図５】
2009072623.tif 000007
【図６】
2009072623.tif 000008
【図７】
2009072623.tif 000009
【図８】
2009072623.tif 000010
【図９】
2009072623.tif 000011
【図１０】
2009072623.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【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】
回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なるように永久磁石が複数配置された第一界磁部と、外周部が前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出し底面に前記永久磁石の端面が収装される凹部が形成され前記永久磁石の端面に密接して固着された第一磁束遮蔽部材と、前記第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に前記第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイル毎又は前記ロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルと、を備えていることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記第一磁束遮蔽部材に、前記永久磁石の保磁力よりも小さな保磁力の強磁性体に着磁を施した着磁処理済強磁性体を用いることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なり、かつ、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された永久磁石同士の端面の磁極が異なるように前記第一界磁部と並設された第二界磁部と、前記第二界磁部の端面に固着された第二磁束遮蔽部材と、前記コアの前記第一対向面の他端に形成され前記第二磁束遮蔽部材と対向する第二対向面と、を備え、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された前記第一界磁部の永久磁石の端面の中心と前記第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、前記第一対向面の中心と前記第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機。
【請求項４】
前記第二磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出していることを特徴とする請求項３に記載の発電機。
【請求項５】
前記第二磁束遮蔽部材の底面が、前記永久磁石の端面に密接していることを特徴とする請求項３又は４に記載の発電機。
【請求項６】
前記第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、前記永久磁石の端面が前記凹部に収装されていることを特徴とする請求項４に記載の発電機。
【請求項７】
前記永久磁石の他端面に固着されたロータ側磁束遮蔽部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１に記載の発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
く磁化され、第一永久磁石ユニットと第二永久磁石ユニットからの反対向きの磁束がパイプを流れ、コアに導入される磁束密度が小さくなり、ステータコイルに生じる起電力が小さいため、発電によって得られる電力はわずかである。以上のように、永久磁石ユニットの上端面に「軟鉄等の常磁性体からなるパイプ」が設けられていると、発電機によって得られる電力が少ないので、発電機によって得られる電力よりロータを駆動させる消費電力が大きいため、蓄電池の電圧が短期間でロータの駆動電圧以下に下回ってしまう。このように、発電機の出力電圧を蓄電池に充電し、この電圧を負荷とロータの駆動モータの両方に供給することは不可能であり、発電機を稼動できないという課題を有していた。
［０００７］
本発明は上記従来の課題を解決するもので、永久磁石がコアの対向面を通過する際にコアから受ける反発力や吸引力が少なく、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を向上させることができ、また永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぎ、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができるため、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れ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
［０００８］
上記従来の課題を解決するために本発明の発電機は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の発電機は、回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なるように永久磁石が複数配置された第一界磁部と、外周部が前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出し底面に前記永久磁石の端面が収装される凹部が形成され前記永久磁石の端面に密接して固着された第一磁束遮蔽部材と、前記第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に前記第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイル毎又は前記ロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルと、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
（１）第一界磁部を構成する永久磁石の端面に固着された第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と間隔をあけて配置され端部に第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面を有し各々が磁気的に絶縁された複数のコアと、を備えているので、永久磁石の磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、第一磁束遮蔽部材から出た磁束がコアに導かれる。ロータが回転してコアに導かれた磁束が変化すると、電磁誘導によりステータコイルに電流が流れて発電を行うことができる。一方、永久磁石の端面からコアに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に第一磁束遮蔽部材がコアから受ける吸引力（回転を阻害する力）が少なくなる。これにより、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
（２）さらに、コアに巻回されたコイル毎又はロータの回転に伴い同位相の交流起電力が発生するコイル群毎に変圧器又は整流器に接続されたステータコイルを備えているので、永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができる。また、ステータコイル間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができる。また、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れる。
（３）第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから吸引力（回転を阻害する力）を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
（４）第一磁束遮蔽部材の底面が、永久磁石の端面に密接しているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
（５）第一磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、永久磁石の端面が凹部に収装されているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［０００９］
ここで、ロータとしては、円柱状や多角柱状等の柱状、板状等に形成されたものを用いることができる。柱状に形成されたロータに対しては、ロータの外周面に永久磁石を配置することができる。板状に形成されたロータに対しては、ロータの平板面に永久磁石を配置することができる。
ロータは、駆動用モータ等の回転駆動装置に連結することができる。また、風車や水車に連結することもできる。回転駆動装置の駆動力や風力、水力により、ロータを回転させて発電させることができる。これにより、自動車，船舶，鉄道，航空機，建設機械等に搭載する発電機として用いることができる。また、工場，店舗，住宅等に電力を供給する自家発電用等の発電機として用いることもできる。
【手続補正４】
【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】
に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができる。
［００１５］
第一磁束遮蔽部材と、第一磁束遮蔽部材と対向する第一対向面と、の間隔（ギャップ）は、発電効率に影響を与える。該間隔（ギャップ）を小さくすることで、発電効率を向上させることができ、回転数が低い場合でも発電量を多くすることができる。このため、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を調整する間隔調整手段を設けるのが望ましい。第一界磁部の外側にコアを配置して発電機を組み立てる際、第一磁束遮蔽部材と第一対向面との間隔を、間隔調整手段を用いて所定の範囲内に調整することで、発電効率を高められるからである。
間隔調整手段としては、電動式，油圧式，機械式等の駆動機構を有し、永久磁石やコアを上下方向や左右方向に移動自在にして、第一磁束遮蔽部材と第一対向面の間隔を調整するものが用いられる。
ここで、第一磁束遮蔽部材の外周部が永久磁石の端面の外周部の外側に張り出す方向としては、永久磁石の回転方向（回転軌道面）に沿わせるのが好ましい。第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受けるのは、永久磁石の回転方向に沿う方向だからである。
第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さとしては、隣り合う第一磁束遮蔽部材と接触しないような範囲で適宜設定されるが、回転方向の前方と後方の各々において、永久磁石の回転方向における端面の長さの１／３〜１倍が好適に用いられる。張り出し長さが１／３倍より短くなるか１倍より長くなると、いずれもステータコイルに生じる起電力が小さくなる傾向がみられるからである。
なお、第一磁束遮蔽部材の外周部の張り出し長さは、永久磁石の回転方向の前方と後方の各々において、同一長さでも異なっていてもよい。
［００１６］
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電機であって、前記第一磁束遮蔽部材に、前記永久磁石の保磁力よりも小さな保磁力の強磁性体に着磁を施した着磁処理済強磁性体を用いる構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一磁束遮蔽部材から出る磁束密度を大きくでき、発電の出力を上げられる（出力電力を高められる。）。
［００１７］
【手続補正５】
【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】
［００１８］
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発電機であって、前記ロータの回転方向に沿って端面の磁極が交互に異なり、かつ、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された永久磁石同士の端面の磁極が異なるように前記第一界磁部と並設された第二界磁部と、前記第二界磁部の端面に固着された第二磁束遮蔽部材と、前記コアの前記第一対向面の他端に形成され前記第二磁束遮蔽部材と対向する第二対向面と、を備え、前記ロータの回転方向と略直交する位置に配置された前記第一界磁部の永久磁石の端面の中心と前記第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、前記第一対向面の中心と前記第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されている構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部がコアから吸引力（又は反発力）を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力（又は吸引力）を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる。
［００１９］
ここで、第二界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材としては、前述の第一界磁部における永久磁石、第二磁束遮蔽部材と同様のものなので、説明を省略する。
［００２０］
ずれ角αは、ロータの回転方向と略直交する位置に配置された第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、を求め、ロータの中心軸と界磁側中心線との間に投影面を置き、ロータの中心軸を視点として、界磁側中心線とコア側中心線上の任意の点と視点とを直線（投影線）で結んだ場合に、投影面上に形成された投影図における界磁側中心線とコア側中心線とのなす角である。
ずれ角αとしては、ロータの直径やロータに配設された永久磁石の間隔にもよるが、１〜２０°好ましくは３〜１０°が好適に用いられる。ずれ角αが３°より小さくなるにつれ、コアの磁界磁力により第一界磁部と第二界磁部が受ける吸引力や反発力によりコッキング（ロータの回転動作がギクシャクする現象）が生じ易くなるとともに、回転負荷トルクの軽減効果が低下する傾向がみられ、１０°より大きくなるにつれステータコイルに生じる電流に位相差が生じ出力電流が低下する傾向がみられる。特に、１°より小さくなるか２０°より大きくなると、これらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくない。
［００２１］
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発電機であって、前記第二磁束遮蔽部材の外周部が、前記永久磁石の端面の外周部の外側に張り出した構成を有している。
この構成により、請求項３で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第二磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第二磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第二磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第二磁束遮蔽部材がコアの第二対向面を通過する際に、第二磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
［００２２］
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発電機であって、前記第二磁束遮蔽部材の底面が、前記永久磁石の端面に密接した構成を有している。
この構成により、請求項３又は４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（１）第二磁束遮蔽部材の底面が、永久磁石の端面に密接しているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［００２３］
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発電機であって、前記第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、前記永久磁石の端面が前記凹部に収装された構成を有している。
この構成により、請求項４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）第二磁束遮蔽部材の底面に凹部が形成され、永久磁石の端面が凹部に収装されているので、永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第二磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［００２４］
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の内いずれか１に記載の発電機であって、前記永久磁石の他端面に固着されたロータ側磁束遮蔽部材を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至６の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ロータ側磁束遮蔽部材を有しているので、漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［００２５］
ここで、ロータ側磁束遮蔽部材としては、前述の第一磁束遮蔽部材と同様に、鉄，ケイ素鉄，パーマロイ，フェライト，アルニコ合金等の強磁性体で、板状等に形成されたものを用いることができる。ロータの外面に固着することができるが、ロータの外面の一部を、鉄，ケイ素鉄，パーマロイ等の強磁性体で形成してもよい。
第二界磁部が配置されている場合は、一枚のロータ側磁束遮蔽部材の両端側に、
【手続補正８】
【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】
第一界磁部の永久磁石の他端面と第二界磁部の永久磁石の他端面とを固着することができる。これにより、さらに永久磁石の減磁を抑制することができる。
発明の効果
［００２６］
以上のように、本発明の発電機によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）永久磁石の端面からコアに真っ直ぐに向かう磁束は、第一磁束遮蔽部材に遮蔽されて少なくなるので、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に第一磁束遮蔽部材がコアから受ける反発力や吸引力が少なくなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ、発電効率を向上させることができる発電機を提供できる。
（２）永久磁石の励磁磁力とコアの磁界磁力によってロータの回転方向に作用する吸引力と反発力をバランスさせて、ロータの回転負荷トルクを減少させることができ、また、ステータコイル間の干渉を防ぐことができるため、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に独立して生じた電力を加算した電力を得ることができ、発電出力を高めることができ、さらに、ステータコイル毎又はステータコイル群毎に異なる負荷や蓄電池に接続して、各々の電力を利用したり蓄えたりすることができ自在性に優れた発電機を提供できる。
（３）第一磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第一磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第一磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第一磁束遮蔽部材がコアの第一対向面を通過する際に、第一磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなるので、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を大幅に向上させることができる発電機を提供できる。
（４）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
（５）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第一磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第一磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［００２７］
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）第一磁束遮蔽部材から出る磁束密度を大きくでき、発電の出力を上げられる（出力電力を高められる。）。
［００２８］
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）第一界磁部の永久磁石の端面の中心と第二界磁部の永久磁石の端面の中心とを結ぶ界磁側中心線と、第一対向面の中心と第二対向面の中心とを結ぶコア側中心線と、の間にずれ角αが形成されているので、ロータの回転により、第一界磁部が
【手続補正９】
【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】
コアから吸引力（又は反発力）を受けているときに、第二界磁部がコアから反発力（又は吸引力）を受けることになり、ロータのいかなる位相においてもロータの回転を阻害するコアの磁界磁力を軽減させることができ、ロータの回転負荷トルクを軽減させることができる発電機を提供できる。
［００２９］
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、
（１）第二磁束遮蔽部材の外周部が、永久磁石の端面の外周部の外側に張り出しているので、磁束は第二磁束遮蔽部材の外周部に集中し、永久磁石の端面から第二磁束遮蔽部材を通過してコアに向かう磁束が少なくなるため、第二磁束遮蔽部材がコアの第二対向面を通過する際に、第二磁束遮蔽部材がコアから反発力や吸引力を受ける時間が短くなり、わずかな駆動力でロータを回転させることができ発電効率を大幅に向上させることができる発電機を提供できる。
［００３０］
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は４の効果に加え、
（１）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ発電出力を高めることができる発電機を提供できる。
［００３１］
請求項６に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、
（１）永久磁石の端面から出たほとんど全ての磁束が第二磁束遮蔽部材に導かれ、漏洩磁束が生じ難いため、第二磁束遮蔽部材の外周部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ、発電出力を高めることができる。
［００３２］
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の内いずれか１の効果に加え、
（１）漏洩磁束を抑え第一磁束遮蔽部材や第二磁束遮蔽部材の端部の磁束密度を高められるので、コアに導かれる磁束密度を上げることができ発電出力を高めることができる発電機を提供できる。
図面の簡単な説明
［００３３］
［図１］実施の形態１における発電機の側面図
［図２］図１のＡ−Ａ線における断面図
【国際調査報告】
2009072623.tif 000013
2009072623.tif 000014