(57)【要約】【課題】  回転増速部を有しながら小型で、増速比等の仕様を変更しても発電機の構成変更の必要がない発電機を提供する。【解決手段】  入力軸５２に取付けられた複数の低速ロータ磁石１２を有する低速ロータ１１と複数のステータポール１４を有するステータ１５および複数の高速ロータ磁石１７を有する高速ロータ１６よりなる磁気ギア機構による回転増速部８０と、回転増速部８０により増速回転する複数の発電磁石３１と、発電磁石３１の回転により起電する複数の発電コイル３２よりなる発電部９０を有する発電機１００において、低速ロータ磁石１２、高速ロータ磁石１７およびステータポール１４の数とは独立した対数の発電磁石３１を設ける。これにより回転増速部８０の仕様に係わらず発電部９０の仕様を自由に設定でき、回転増速部８０と発電部９０の接続による発電機の大型化を回避できる。【選択図】図１
2018078777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から回転駆動されて発電する発電機であって、
前記発電機は、回転駆動を増速する回転増速部と、回転により起電する発電部を有し、
複数の極対の磁石を有する低速ロータと、前記低速ロータの前記磁石の極対より少ない極対の磁石を有する高速ロータと、前記低速ロータと前記高速ロータの中間に配置され、複数の軟磁性体のポールを有するステータを有し、
前記低速ロータの前記磁石の極対数をＮＬ、前記高速ロータの前記磁石の極対数をＮＨ、前記ステータの前記ポールの数をＮＳとしたとき、ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨの関係を有し、
前記低速ロータが回転すると、前記高速ロータが前記低速ロータのＮＬ／ＮＨ倍で増速回転する磁気ギア機構による前記回転増速部と、
前記回転増速部により増速回転させられる発電磁石と、前記発電磁石の回転により起電する発電コイルよりなる前記発電部を有する、回転増速部を有する発電機において、
前記低速ロータの前記磁石の極対数、前記高速ロータの前記磁石の極対数および前記ステータの前記ポールの数とは独立した極対数の前記発電磁石が前記高速ロータに取り付けられていることを特徴とする、回転増速部を有する発電機。
【請求項２】
前記発電磁石の極対数をＮＭとし、前記発電コイルの個数をＮＣとしたとき、前記発電磁石の極対数に対する前記発電コイルの個数の比率が、
ＮＭ：ＮＣ＝２：３、またはＮＭ：ＮＣ＝１：３、またはＮＭ：ＮＣ＝４：３
であることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機。
【請求項３】
前記発電磁石の極対数をＮＭとし、前記発電コイルの個数をＮＣとしたとき、前記発電磁石の極対数に対する前記発電コイルの個数の比率が、
ＮＭ：ＮＣ＝１：１、またはＮＭ：ＮＣ＝１：２
であることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機。
【請求項４】
前記磁気ギア機構が前記低速ロータ、前記ステータ、前記高速ロータが同心状に配置されるラジアルギャップタイプで、前記高速ロータが最内周に配置され、前記高速ロータの前記磁石より内側に前記発電磁石が取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機。
【請求項５】
前記磁気ギア機構の前記低速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心と、前記高速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心と、前記発電磁石の回転軸方向の長さの中心が同一線上にあることを特徴とする、請求項４に記載された回転増速部を有する発電機。
【請求項６】
前記低速ロータおよび前記高速ロータはそれぞれ、回転軸方向に離れた２つ以上の軸受けで回転可能に保持され、前記低速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心、および前記高速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心はそれぞれを保持する２つ以上の前記軸受けの間にあることを特徴とする、請求項５に記載された回転増速部を有する発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海中または水中で使用される発電機、特に流速の遅い海中での使用に有利な磁気ギア機構による回転増速部を有する発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用した発電は太陽光発電、風力発電、水力発電等が実用化あるいは検討されている。
このうち水力発電ではダム等による大規模な水力発電所による発電以外に、用水路等を利用した小水力発電、海流や海の満ち引きを利用した潮流発電や潮汐発電等がある。この様な水力発電は太陽光発電のような夜間の発電停止や、風力発電のような天候による発電量の大幅な変化がないので、出力が比較的安定している安定電源となるので好ましい。
【０００３】
その反面、これらの小水力発電や潮流発電等では利用できる水流の流速が小さいことが多く、様々なタービンやプロペラを使用しても充分な回転数を得る事は困難で、発電機の前に回転増速部を組み込み、タービンやプロペラの回転を増速することがしばしば行われる。
【０００４】
例えば特許文献１に示されるバルブ形水車発電装置では、図１０に示すように、筒状の発電機本体９０１の中に回転自在に保持された水車ランナ９０２が潮流等により回転させられ、この回転が増速機構９０３を介して発電機９０４に伝えられる構造が提示されている。この様な構成の発電装置では、設置される河川等の水量や流速に応じて適切な増速比の増速機構９０３、および適切な容量の発電機９０４を選定使用することが可能で、好適な稼動状態で発電させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されているような発電装置では水車ランナ９０２と発電機９０４の間に増速機構９０３が組み込まれるため、発電機本体９０１の長さが長くなり発電装置が大型化する、また水車ランナ９０２の回転軸と増速機構９０３の入力軸、及び増速機構９０３の出力軸と発電機９０４の入力軸を、軸心を合わせた状態で接続する必要があり、組立ての工数が増加するという課題があった。
【０００６】
これに対し、非特許文献１に示されている磁気ギアード発電機は、図１１に示すように、外部の水車９１１に接続された、軟磁性体で複数の極を有する略リング状の低速ロータ９１２が回動可能に保持されており、低速ロータ９１２の外側には軟磁性体で複数の極を有する略リング状の固定部９１４が低速ロータ９１３と同心に固定され、固定部９１４の複数の極にはそれぞれ発電用のコイル９１５が装着され、低速ロータ９１２の内側には複数の磁石を有する略円柱状の高速ロータ９１３が回動可能に取付けられている。
【０００７】
この磁気ギアード発電機では、低速ロータ９１２が水車９１１で回転駆動されると、磁気ギアの動作原理により高速ロータ９１３が高速回転させられ、この高速回転する高速ロータ９１３の磁石の磁力により、固定部９１４の極に取付けられたコイル９１５が起電し、増速装置つきの発電機として動作する。
【０００８】
この様に、非特許文献１に示されている磁気ギアード発電機は、複数の極を有する２つの略リング状の部品すなわち低速ロータ９１２と固定部９１４と、複数の磁石を有する１つの略円柱状の部品すなわち高速ロータ９１３と、固定部９１４の複数の極にそれぞれ装着されたコイル９１５という簡略な構成で、増速機構が組み込まれた発電機を実現している。
【０００９】
ところで、図１１に示す磁気ギアード発電機では、低速ロータ９１２の極数は２０極、高速ロータ９１３の磁石数は８極となっており、この２つの極数から磁気ギアとしての増速比は２０／８で２．５となることが非特許文献１に示されている。また、「低速ロータの極数は高速ロータの磁石数と固定部の極数の和」であるという関係式が示されており、この関係式から固定部９１４の極数は１２となり、コイル９１５の数も１２となる。この１２個のコイル９１５より３相交流出力が取り出せ、各相あたりのコイル９１５の数は４つである。この様に、非特許文献１に示されている磁気ギアード発電機は、増速比２．５の増速機構を内蔵した３相交流発電機が簡略な構造で実現されている。
【００１０】
しかしながら、上記の磁気ギアード発電機では製品の仕様を少しでも変更しようとすると、基本構成が変わってしまうという課題がある。例えば水量は豊富であるが水流が小さい潮流中で使用するために増速比をもう少し大きくしたいというような場合、以下に示すようにコイルの構成が変わり、場合によっては発電出力が取り出せなくなる。
【００１１】
例えば、増速比を大きくするために、高速ロータ９１３の磁石数は８極のままで低速ロータ９１２の極数を２０極から２４極に変更すると、増速比は２４／８で３となる。この時「低速ロータの極数は高速ロータの磁石数と固定部の極数の和」であるという関係式から固定部９１４の極数を１６極とする必要があり、これに伴いコイル数は１６個となる。
この構成では、高速ロータ９１３の磁石数が８極、すなわち４極対であることから、高速ロータ９１３が１回転すると各々のコイルには３６０°×４＝１４４０°分の起電力が発生する。すなわち高速ロータ９１３が１回転する間の電気角は１４４０°である。また、コイル９１５は１周に等間隔で１６個配置されるので、隣接コイル間の位相差は１４４０°÷１６＝９０°となる。
【００１２】
上記の増速比変更例では、コイル９１５の数が必然的に１６個となり１６は３で割り切れないため、３相出力の各相に同じ数のコイル９１５を割り当てることができない。また、隣接コイル間の位相差が９０°であることから、各相の位相差が２４０°である三相交流を取り出すことが出来ない。
以上の状況から、上記の増速比変更例では、あまり一般的ではない４相交流出力または最大起電圧が低くなることを許容して２相交流出力とすることになる。
【００１３】
また、増速比を大きくする方法として高速ロータ９１３の磁石数を少なくするという方法も考えられ、高速ロータ９１３の磁石数を６極に変更し、固定部９１４の極数を１２極のままとすることも可能である。この場合、「低速ロータの極数は高速ロータの磁石数と固定部の極数の和」であるという関係式から低速ロータ９１２の極数は１８極となり、増速比は１８／６で３となる。
【００１４】
しかしながら、高速ロータ９１３の磁石数を６極、すなわち３極対としたため、高速ロータ９１３が１回転する間の電気角は３６０°×３＝１０８０°となる。したがって、隣接コイル間の位相差は１０８０°÷１２＝９０°となり、各相の位相差が２４０°である三相交流を取り出すことは出来なくなる。
【００１５】
他の例として、増速比をより大きくするために、高速ロータ９１３の磁石数は変更せずに低速ロータ９１２の極数を３０極に変更すると、増速比は３０／８で３．７５となるが、固定部９１４の極数は２２極となる。これによりコイル９１５の数も２２個となり、コイルの隣接コイル間の位相差は１４４０°÷２２＝６５．４５４５・・・・°となる。
従ってこの構成では３相出力を取り出すことも４相出力を取り出すことも困難で、全く異なる発電出力取り出し形態を採用する必要がある。
【００１６】
以上のように、非特許文献１に示されている磁気ギアード発電機は、簡略な構造で増速機構を内蔵した発電機が実現できる優れた構造ではあるが、用途先の状況に対応して、例えば増速比を変える様な仕様変更を行うと、構成部品の極数の変更が生じ、これにより発電コイルの出力状態が大きく変わってしまい、発電機の構成が都度変わってしまうと言う課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１１５２７８号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】磁気ギアード発電機の提案  平成24年電気学会全国大会  5-043、pp71-72、2012.03  鴛海、平田  他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、回転増速部を有しながら小型で、増速比等の仕様を変更しても発電機の構成変更の必要がない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】
【００２０】
本発明の回転増速部を有する発電機における請求項１に係る発明は、
外部から回転駆動されて発電する発電機であって、前記発電機は、回転駆動を増速する回転増速部と、回転により起電する発電部を有し、複数の極対の磁石を有する低速ロータと、前記低速ロータの前記磁石の極対より少ない極対の磁石を有する高速ロータと、前記低速ロータと前記高速ロータの中間に配置され、複数の軟磁性体のポールを有するステータを有し、前記低速ロータの前記磁石の極対数をＮＬ、前記高速ロータの前記磁石の極対数をＮＨ、前記ステータの前記ポールの数をＮＳとしたとき、ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨの関係を有し、前記低速ロータが回転すると、前記高速ロータが前記低速ロータのＮＬ／ＮＨ倍で増速回転する磁気ギア機構による前記回転増速部と、前記回転増速部により増速回転させられる発電磁石と、前記発電磁石の回転により起電する発電コイルよりなる前記発電部を有する、回転増速部を有する発電機において、
前記低速ロータの前記磁石の極対数、前記高速ロータの前記磁石の極対数および前記ステータの前記ポールの数とは独立した極対数の前記発電磁石が前記高速ロータに取り付けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、磁気ギア機構の磁石数構成に係わらず、最適な磁石数およびコイル数の発電機が構成できる。例えば磁気ギア増速機付き発電機をシリーズ品として製品化するような場合に、種々の増速比や発電容量の製品を製造する必要があるが、本発明の回転増速部を有する発電機では、磁気ギアの磁石構成に影響されない独立した自由な数の発電磁石を備えたので、磁気ギアの増速比や発電機の容量を様々に変化させても、発電機の磁石数およびコイル数を自由に選べる。これにより複数の発電コイルの起電力が同一位相となる構成が可能となり、複数のコイルを直列または並列のいずれの形態で接続することも可能となる上に、複数のコイルを接続しても起電力の最大電圧が低下せず、ロスの少ない発電機構成をとることができる。
また、磁気ギアの高速ロータに発電磁石が取付けられる構成としたので磁気ギア機構と発電機を接続する構造が不要となり、コンパクトな回転増速部を有する発電機を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、
前記発電磁石の極対数をＮＭとし、前記発電コイルの個数をＮＣとしたとき、前記発電磁石の極対数に対する前記発電コイルの個数の比率が、ＮＭ：ＮＣ＝２：３、またはＮＭ：ＮＣ＝１：３、またはＮＭ：ＮＣ＝４：３であることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機である。
【００２３】
本発明では、発電磁石の極対数ＮＭに対する発電コイルの個数ＮＣの比率を１：３または２：３または４：３としたので、隣接するコイルの位相差が１２０°または２４０°または４８０°、すなわち３６０°＋１２０°となるので、複数の発電コイルのうちの３つ目ごとのコイル、例えば１番目のコイルと４番目のコイルは同一位相となる。従って複数の発電コイルを３つ目ごとに接続すると、直列または並列のいずれの形態で接続することも可能で、複数のコイルを接続しても起電力の最大電圧が低下せず、ロスのない自由なコイル接続が可能となる。
また、隣接するコイルの位相差は１２０°または２４０°であるので、隣接するコイルおよびさらにその隣のコイルをそれぞれ３つ目ごとに接続することにより、ロスのない自由なコイル接続で３相交流を取り出すことが出来、より発電効率の良い回転増速部を有する発電機を提供することができる。
【００２４】
また、本発明における請求項３に係る発明は、
前記発電磁石の極対数をＮＭとし、前記発電コイルの個数をＮＣとしたとき、前記発電磁石の極対数に対する前記発電コイルの個数の比率が、ＮＭ：ＮＣ＝１：１、またはＮＭ：ＮＣ＝１：２であることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機である。
【００２５】
本発明では、発電磁石の極対数ＮＭに対する発電コイルの個数ＮＣの比率を１：２または１：１としたので、隣接するコイルの位相差が１８０°または３６０°となり、ロスなく、また自由なコイル接続で単相交流を取り出すことが出来、より発電効率の良い回転増速部を有する発電機を提供することができる。
【００２６】
また、本発明における請求項４に係る発明は、
前記磁気ギア機構が前記低速ロータ、前記ステータ、前記高速ロータが同心状に配置されるラジアルギャップタイプで、前記高速ロータが最内周に配置され、前記高速ロータの前記磁石より内側に前記発電磁石が取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載された回転増速部を有する発電機である。
【００２７】
磁気ギア機構の磁気ギア用の磁石は、最大伝達トルクを大きくするため径方向の外側に配置され、径方向の内側は使用されないことが多い。このため本発明によれば、発電部用の磁石を径方向の内側に配置することにより、磁気ギア機構に発電部を組み込んでも全体が大きくなることを回避できる。これによりさらに小型の、回転増速部を有する発電機を提供することができる。
【００２８】
また、本発明における請求項５に係る発明は、
前記磁気ギア機構の前記低速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心と、前記高速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心と、前記発電磁石の回転軸方向の長さの中心が同一線上にあることを特徴とする、請求項４に記載された回転増速部を有する発電機である。
【００２９】
本発明では高速ロータの磁石、ステータ、低速ロータの磁石、発電機の磁石の全ての軸方向長さの中心が同一線上にあるので、軸方向の長さを最小限とでき、装置の長さが短くなり、より小型の回転増速部を有する発電機を提供することができる。
【００３０】
また、本発明における請求項６に係る発明は、
前記低速ロータおよび前記高速ロータはそれぞれ、回転軸方向に離れた２つ以上の軸受けで回転可能に保持され、前記低速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心、および前記高速ロータの前記磁石の回転軸方向の長さの中心はそれぞれを保持する２つ以上の前記軸受けの間にあることを特徴とする、請求項５に記載された回転増速部を有する発電機である。
【００３１】
磁気ギア機構では、通常は低速ロータの回転軸および前記高速ロータの回転軸はいずれも側圧は受けないが、例えば回転軸の中心がずれた場合や高速ロータまたは低速ロータの複数の磁石の磁力に大きなばらつきがある場合等には、低速ロータや前記高速ロータの回転軸にラジアル方向の側圧が発生する。この様な場合でも本発明による回転増速部を有する発電機では、各々の回転軸の中心が２つの軸受けの間にあるので、ラジアル方向の側圧が２つの軸受けで受けられ、ラジアル方向の側圧で各々の回転軸が傾斜することが回避でき、安定した動作が維持できる。これにより回転増速部を有する発電機の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による回転増速部を有する発電機では、回転増速部を有しながら小型で、増速比を変更しても発電機の構成変更の必要がない発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面図である。
【図２】本実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施例の回転増速部の構成を示す図で、（ａ）は低速ロータの磁石配置を示す図、（ｂ）はステータのポール配置を示す図、（ｃ）は高速ロータの磁石配置を示す図である。
【図４】本実施例の発電部の構成を示す図で、（ａ）は発電磁石の配置を示す図、（ｂ）は発電コイルの配置を示す図である。
【図５】本実施例の変形例の発電部の構成を示す図で、（ａ）は発電磁石の配置を示す図、（ｂ）は発電コイルの配置を示す図である。
【図６】本発明の他の変形例の内部構成を示す、発電機の一部を切り開いた斜視図である。
【図７】他の変形例を説明する図で、（ａ）は構成を示す断面図、（ｂ）は発電部の詳細な構成を示す部分詳細図である。
【図８】本発明の実施例２の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面図である。
【図９】実施例２の構成を示す断面図である。
【図１０】特許文献１による水車発電装置の構成を示す断面図である。
【図１１】非特許文献１によるギアード発電機の構成及び動作を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３４】
以下、図１から図４を参照に、本発明に係る回転増速部を有する発電機の実施例１を詳細に説明する。
はじめに、本実施例による回転増速部を有する発電機の外観および概略構造を、図１を参照に説明する。
【００３５】
本実施例による発電機１００は、図1（ａ）に示すように、平面視が略正方形の直方形で、入力軸５２が略正方形の面の略中央に突出している。
【００３６】
発電機１００は、図１（ｂ）に示すように、積層構造をしており、入力軸５２が突出する側の最外端は軸受け５５を介して入力軸５２を回動可能に保持する前側板５１である。入力軸５２が突出する面と反対側の前側板５１の内方面にはステータ１５が取り付けられる。ステータ１５は複数の軟磁性体のステータポール１４と、ステータポール１４を保持する非磁性のポールホルダ１３よりなる。
【００３７】
前側板５１の内方面側には軟磁性体の低速ロータ１１を収容する低速ロータ収容部５４が設けられており、入力軸５２に回動不能に保持された低速ロータ１１が低速ロータ収容部５４に収容される。
【００３８】
低速ロータ１１のステータ１５に対向する面には複数の低速ロータ磁石１２が取付けられ、低速ロータ磁石１２の磁極面は、わずかな隙間、すなわちギャップを介してステータポール１４の一方側の面と対向している。
【００３９】
ステータ１５の、前側板５１が取付けられている面の反対側の面には、間隔を空けて軟磁性体の後側板５９が取付けられる。ステータ１５のポールホルダ１３の略中央には、回転中心軸５３が回動不能に取付けられ、回転中心軸５３の先端部は後側板５９の中央孔５９ｂに挿通される。
【００４０】
後側板５９には複数のコイルヨーク５９ａが突出して設けられており、複数のコイルヨーク５９ａにはそれぞれ発電コイル３２が取付けられる。
【００４１】
ステータ１５と後側板５９の間の間隔部には軟磁性体の高速ロータ１６が軸受け５６を介して回転中心軸５３に回動可能に保持される。高速ロータ１６のステータ１５に対向する面には複数の高速ロータ磁石１７が取付けられ、高速ロータ磁石１７の磁極面はわずかなギャップを介してステータポール１４の他方側の面と対向している。また、高速ロータ１６の後側板５９に対向する面には複数の発電磁石３１が取付けられ、発電磁石３１の磁極面はわずかなギャップを介してコイルヨーク５９ａの上面と対向している。
【００４２】
次に、図２を参照に、本実施例による発電機１００のより詳細な構造と動作を説明する。
【００４３】
低速ロータ１１は略円板状で、中央で入力軸５２に回動不能に保持されている。低速ロータ１１のステータ１５に対向する面には、平面形状が略台形である複数の低速ロータ磁石１２が入力軸５２を中心とした円環状に並んで取付けられている。
なお、図２では、低速ロータ磁石１２の形状および取り付け状態を明確にするため、低速ロータ１１の視野後方にある複数の低速ロータ磁石１２のうちの数個の低速ロータ磁石１２の形状を破線にて表示した。
【００４４】
ステータ１５は、非磁性体で略中央に回転中心軸５３を固定する貫通孔を有するポールホルダ１３に、軟磁性体で平面形状が略台形である複数のステータポール１４が貫通孔を中心とした円環状に並んで取付けられている。
なお、図２では、ステータポール１４の形状および取り付け状態を明確にするため、ポールホルダ１３の視野後方にある複数のステータポール１４のうちの数個のステータポール１４の形状を破線にて表示した。
【００４５】
高速ロータ１６は略円板状で、中央に軸受け５６を有し、ステータ１５に対向する面には、平面形状が部分リング状である複数の高速ロータ磁石１７が軸受け５６の中央孔を中心とした円環状に並んで取付けられている。
【００４６】
また、高速ロータ１６の、後側板５９に対向する面には、平面形状が略台形である複数の発電磁石３１が軸受け５６の中央孔を中心とした円環状に並んで取付けられている。
なお、図２では、発電磁石３１の形状および取り付け状態を明確にするため、高速ロータ１６の視野後方にある複数の発電磁石３１のうちの数個の発電磁石３１の形状を破線にて表示した。
【００４７】
後側板５９は、略中央に回転中心軸５３が挿通される中央孔５９ｂを有し、複数のコイルヨーク５９ａが中央孔５９ｂを中心にして円環状に並んで設けられている。複数のコイルヨーク５９ａにはそれぞれ発電コイル３２が取付けられ、これにより後側板５９の高速ロータ１６に対向する面に複数の発電コイル３２が中央孔５９ｂを中心にして円環状に並ぶ。
【００４８】
発電機１００は組み立て状態で入力軸５２と回転中心軸５３が同芯となるので、それぞれ複数の低速ロータ磁石１２、ステータポール１４、高速ロータ磁石１７、発電磁石３１、発電コイル３２の円環形状は全て同一中心となる。加えて低速ロータ磁石１２、ステータポール１４、高速ロータ磁石１７、発電磁石３１の円環形状の平均直径、およびコイルヨーク５９ａの中心位置の直径は略同一となるように設定されている。
【００４９】
上記の構成部品のうち、低速ロータ磁石１２を有する低速ロータ１１及びステータ１５及び高速ロータ磁石１７を有する高速ロータ１６により磁気ギア機構による回転増速部８０が構成されており、高速ロータ１６に取付けられた発電磁石３１と後側板５９に取付けられた発電コイル３２により発電部９０が構成されている。
【００５０】
以上の構成により、本実施例による発電機１００は入力軸５２が外部より回転駆動されると磁気ギアの動作原理により高速ロータ１６が増速回転し、増速回転する高速ロータ１６に取付けられた発電磁石３１により発電コイル３２に大きな起電力が発生する。
【００５１】
次に、図３および図４を参照して、本実施例に係る発電機の低速ロータ磁石１２および高速ロータ磁石１７の磁石配列とステータポール１４の数、および発電磁石３１の磁石配列と発電コイル３２の数の関係を説明する。
【００５２】
図３は発電機１００の回転増速部８０の磁気ギア機構を構成する主要部品の磁石またはポールの配置を示す図で、（ａ）は複数の低速ロータ磁石１２が取付けられた低速ロータ１１の、ステータ１５と対向する面の磁石配列を示す図、（ｃ）は複数の高速ロータ磁石１７が取付けられた高速ロータ１６の、ステータ１５と対向する面の磁石配列を示す図である。また、図３の（ｂ）はポールホルダ１３に複数のステータポール１４が組み込まれたステータ１５の、低速ロータ１１と対向する面及び高速ロータ１６と対向する面のポール配列を示す図である。
なお、図３の（ｂ）に示すステータ１５のポール配列は、低速ロータ１１と対向する面でも高速ロータ１６と対向する面でも略同一であるため図は１枚のみとした。
【００５３】
図４は発電機１００の発電部９０を構成する主要部品の磁石またはコイルの配置を示す図で、（ａ）は複数の発電磁石３１が取付けられた高速ロータ１６の、発電コイル３２と対向する面の磁石配列を示す図、（ｂ）は複数の発電コイル３２が取付けられた後側板５９の、高速ロータ１６と対向する面のコイル配列を示す図である。
【００５４】
図３（ａ）に示す複数の低速ロータ磁石１２は隣り合う磁石の極性が互いに逆となるように等間隔で配置される。すなわち、図３（ａ）に磁石面に文字にて記載したように、ある磁石の極がＮであればその隣の磁石はＳでその更に隣の磁石は再びＮとなる様に配置される。なお、複数の低速ロータ磁石１２の極対数をＮＬと表すと、図３（ａ）に示す実施例１の場合、低速ロータ磁石１２の数は全部で２６個あり１３極対であるので、ＮＬ＝１３である。
【００５５】
図３（ｃ）に示す複数の高速ロータ磁石１７は隣り合う磁石の極性が互いに逆となるように等間隔で配置される。すなわち、図３（ｃ）に磁石面に文字にて記載したように、ある磁石の極がＮであればその隣の磁石はＳでその更に隣の磁石は再びＮとなる様に配置される。なお、複数の高速ロータ磁石１７の極対数をＮＨと表すと、図３（ｃ）に示す実施例１の場合、高速ロータ磁石１７の数は全部で６個あり３極対であるので、ＮＨ＝３である。
【００５６】
図３（ｂ）に示す複数のステータポール１４は略円環状に等間隔で配置される。ただしステータポール１４は軟磁性体で極性はない。ステータポール１４のポール数をＮＳと表すと、図３（ｂ）に示す実施例１の場合、ステータポール１４のポール数は１６個で、ＮＳ＝１６である。
【００５７】
実施例１に記載したような形式の磁気ギア機構では、低速ロータ磁石の極対数をＮＬ、高速ロータ磁石の極対数をＮＨ、ステータのポール数をＮＳとしたとき、ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨの関係を満足する必要がある。
上記の如く、実施例１ではＮＬ＝１３、ＮＨ＝３、ＮＳ＝１６となっているのでＮＳ＝ＮＬ＋ＮＨとなっており、ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨの関係を満足している。これにより本実施例の磁気ギア機構は回転増速動作し、増速比はＮＬ／ＮＨで、実施例１の場合では１３／３で４．３３３となる。
【００５８】
図４（ａ）に示す、複数の発電磁石３１は隣り合う磁石の極性が互いに逆となるように等間隔で配置される。すなわち、図４（ａ）に磁石面に文字にて記載したように、ある磁石の極がＮであればその隣の磁石はＳでその更に隣の磁石は再びＮとなる様に配置される。複数の発電磁石３１の極対数をＮＭとすると、図４（ａ）に示す実施例１の場合、発電磁石３１の数は全部で１６個あり８極対であるので、ＮＭ＝８である。
【００５９】
図４（ｂ）に示す複数の発電コイル３２は後側板５９に略円環状に等間隔で配置される。発電コイル３２のコイル数をＮＣとすると、図４（ｂ）に示す実施例１の場合、発電コイル３２の数は１２個で、ＮＣ＝１２である。
【００６０】
図４（ａ）に示す、複数の発電磁石３１が取付けられた高速ロータ１６を、図４（ｂ）に示す複数の発電コイル３２が取付けられた後側板５９に、わずかなギャップを介して対向させ高速ロータ１６を回転させると、複数の発電コイル３２にはそれぞれ交流の電圧が発生する。
【００６１】
複数の発電コイル３２のうちの、ある発電コイル３２の直上を複数の発電磁石３１のうちの例えばあるＮ極の磁石が通過したのち、隣のＳ極の磁石が通過し更に次のＮ極の磁石が通過する間に、その発電コイル３２に発生する交流電圧の位相角の変化量は３６０°である。したがって極対数がＮＭの発電磁石３１が取付けられた高速ロータ１６が１回転すると、それぞれの発電コイル３２には位相角が３６０°×ＮＭの交流電圧が発生する。
【００６２】
また、複数の発電コイル３２は後側板５９に等間隔で配置されている。それぞれの発電コイル３２に発生する交流電圧の位相はずれており、隣接するコイル間の位相差は高速ロータ１６が１回転する間に発生する位相角をコイル数で除した値となる。したがって、発電磁石３１の極対数がＮＭ、発電コイル３２のコイル数がＮＣであるときの隣接コイル間の位相差は
３６０°×ＮＭ／ＮＣ  となる。
【００６３】
発電出力として３相交流を取り出す場合、３相交流の各相の位相差は２４０°であるから、隣接コイルの位相差が２４０°であれば、効率よく起電力を取り出すことが出来る。
【００６４】
隣接コイル間の位相差が２４０°となるということは
３６０°×ＮＭ／ＮＣ＝２４０°  が成立する事である。したがって
ＮＭ／ＮＣ＝２４０／３６０＝２／３  となり、これより
ＮＭ：ＮＣ＝２：３  であればよい。
【００６５】
図４に示す実施例１の場合、発電磁石３１は８極対であるのでＮＭ＝８、また発電コイル３２の数は１２個であるのでＮＣ＝１２である。したがって
ＮＭ：ＮＣ＝８：１２＝２：３  であるので、隣接コイル間の位相差は２４０°となり、３相交流を効率よく取り出すことが出来る。
【００６６】
また、隣接コイル間の位相差が２４０°であるので、ある発電コイルとその３つ先の発電コイルの位相差は２４０°×３＝７２０°となり同一位相となり、さらに３つ先の発電コイルも同相となる。
【００６７】
この様に、隣接コイル間の位相差が２４０°の場合は３つ先ごと、すなわち２つ飛ばしごとに発電コイルは同相になる。したがって複数の全ての発電コイルのうち、２つ飛ばしの複数の発電コイルは全て同相となる。
複数の同相の発電コイルは直列にも並列にも、または直並列にも接続可能で、自由な接続が可能である。
【００６８】
なお、３相交流は隣接コイル間の位相差が２４０°の場合以外に、１２０°、４８０°でも効率よく取り出すことが出来る。これらの場合
３６０°×ＮＭ／ＮＣ＝１２０°または３６０°×ＮＭ／ＮＣ＝４８０°  が成立する必要がある。これらの関係式から
ＮＭ：ＮＣ＝１：３、またはＮＭ：ＮＣ＝４：３
であれば、３相交流を効率よく取り出すことが出来る。
【００６９】
以上より、発電磁石３１の極対数ＮＭと発電コイル３２の個数ＮＣの比率を２：３または１：３または４：３とすることにより、隣接するコイルの位相差は１２０°または２４０°となり、ロスのなく３相交流を取り出すことが出来る。
【００７０】
〔実施例１の変形例〕
図５に実施例１の変形例における発電部１９０を構成する主要部品の磁石またはコイルの配置を示す図で、（ａ）は複数の発電磁石１３１が取付けられた高速ロータ１６の、発電コイル３２と対向する面の磁石配列を示す図、（ｂ）は複数の発電コイル３２が取付けられた後側板５９の、高速ロータ１６と対向する面のコイル配列を示す図である。
【００７１】
なお、実施例１の変形例では高速ロータ１６に取付けられた複数の発電磁石１３１の数は実施例１の場合と異なるが、磁気ギア機構による回転増速部、および複数の発電コイル３２が取付けられた後側板５９は実施例１と同一である。
【００７２】
実施例１の変形例では、図５（ａ）に示すように、複数の発電磁石１３１は、実施例１と同様に、高速ロータ１６に隣り合う磁石の極性が互いに逆となるように等間隔で配置される。なお、図５（ａ）に示す実施例１の変形例の場合、発電磁石１３１の数は全部で１２個あり６極対であるので、発電磁石１３１の極対数はＮＭ＝６である。
【００７３】
この６極対の発電磁石１３１が取付けられた高速ロータ１６が１回転すると、発電コイル３２には位相角が３６０°×６＝２１６０°の交流電圧が発生する。これに対し発電コイル３２のコイル数は実施例１の場合と同一の１２個で、隣接コイル間の位相差は
２１６０°／１２＝１８０°
となる。すなわち、隣接する発電コイル３２に発生する交流電圧は逆相になる。したがって隣接する発電コイル３２を互いに逆極性にして接続すれば、効率よく単相交流を取り出すことが出来る。
【００７４】
なお、隣接コイル間の位相差が３６０°の場合でも、効率よく単相交流を取り出すことが可能で、この場合は全ての発電コイル３２を同極性で接続すればよい。
【００７５】
上記の内容を一般式で記述すると、高速ロータ１６の１回転で発生する交流電圧の位相角は３６０°×ＮＭとなる。したがってＭＣ個の発電コイル３２に発生する隣接コイル間の位相差は
３６０°×ＮＭ／ＮＣ
となる。
【００７６】
単相交流を取り出すためには、以上の隣接コイル間の位相差が１８０°または３６０°となれば良いので、
３６０°×ＮＭ／ＮＣ＝１８０°または３６０°×ＮＭ／ＮＣ＝３６０°
が成立すればよい。これらの関係式から
ＮＭ：ＮＣ＝１：２、またはＮＭ：ＮＣ＝１：１
であれば、単相交流を効率よく取り出すことが出来る。
【００７７】
以上より、発電磁石１３１の極対数ＮＭと発電コイル３２の個数ＮＣの比率を１：２または１：１とすることにより、隣接するコイルの位相差は１８０°または３６０°となり、ロスのなく単相交流を取り出すことが出来る。
【００７８】
〔実施例１の他の変形例〕
次に図６と図７を参照に、本発明に係る発電機の実施例１の他の変形例を説明する。図６は実施例１の他の変形例による発電機３００の一部を切り開いた、発電機３００の構成を示す斜視図である。図７（ａ）は実施例１の他の変形例による発電機３００の積層構造を示す断面図、（ｂ）は発電部２９０の詳細な構成を説明する断面図の部分拡大図である。
【００７９】
なお、実施例１の他の変形例では、発電部２９０の構成が実施例１の場合と異なるのみで、磁気ギア機構による回転増速部８０は実施例１と同一である。
【００８０】
実施例１の他の変形例では、図６に示すように、発電部２９０は複数の発電コイル２３２と、複数の発電磁石３１と、複数の後側発電磁石２３４を有する。
【００８１】
複数の発電磁石３１は、実施例１の場合と同様に、高速ロータ１６の発電コイル２３２に対向する面に略円環状に等間隔で並んで取付けられている。また、発電磁石３１と同数の複数の後側発電磁石２３４がバックヨーク２５１の発電コイル２３２に対向する面に略円環状に等間隔で並んで取付けられており、バックヨーク２５１は高速ロータ１６に固定されている。これにより複数の発電磁石３１と複数の後側発電磁石２３４は一体となり回転する。
【００８２】
発電磁石３１と後側発電磁石２３４はいずれも略円環状に取付けられており、発電磁石３１の各々の磁石と後側発電磁石２３４の各々の磁石は円周方向に同一の位置となるように取付けられる。すなわち複数の発電磁石３１と複数の後側発電磁石２３４は平面視にて見通すと同一位置となる。
【００８３】
発電磁石３１と後側発電磁石２３４の間には、図６および図７(a)，（ｂ）に示すように、コイル基板２３５上に略円環状に等間隔で配置された発電コイル２３２が配置され、発電磁石３１と発電コイル２３２、および後側発電磁石２３４と発電コイル２３２の間にはギャップが設けられている。また、発電コイル２３２をはさみ対向する発電磁石３１の磁極と後側発電磁石２３４の磁極は、図７（ｂ）に示すように、極性が互いに逆となるように配置される。すなわち、発電磁石３１の発電コイル２３２に対向する面がＮ極であれば、同じ位置の後側発電磁石２３４の発電コイル２３２に対向する面はＳ極となる様に配置される。
【００８４】
発電磁石３１と後側発電磁石２３４の極性は発電コイル２３２をはさみ磁性が逆となる様に配置されているので、例えば、ある発電磁石３１のＮ極から出た磁束は発電コイル２３２を通過して対向する後側発電磁石２３４のＳ極に流れ込むので、磁束を無駄なく使用することができ効率の良い発電が可能となる。
【００８５】
この様に、実施例１の他の変形例では発電部の構造を大きく変形させたが、低速ロータの磁石の極対数、高速ロータの磁石の極対数およびステータのポールの数とは独立した極対数の発電磁石が高速ロータに取り付けられている構造としたので、磁気ギア機構による回転増速部を変更することなく、発電部の構造を変形させることが可能となった。
【００８６】
なお、実施例１の他の変形例では発電コイルの中央にヨークがない、いわゆるコアレスの構造を例示したが、発電コイル中央に軟磁性体のヨーク等を設けても良い。
【００８７】
以上の実施例１、および実施例１の変形例、および実施例１の他の変形例では、発電部の構成を種々に変更したが、本発明では発電磁石の極対数を、低速ロータ磁石の極対数、高速ロータ磁石の極対数およびステータのポールの数とは独立して設定できるようにしたので、回転増速部は全て同一のまま発電部の構成を変更することが出来る。
同様にして、本発明によれば、発電部の構成を同一としたまま回転増速部の構成を変更することも可能である。
【実施例２】
【００８８】
以下、図８および図９を参照に、本発明に係る回転増速部を有する発電機の実施例２を詳細に説明する。
図８は本実施例の概略構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面図である。図９は本実施例に係る発電機の低速ロータ磁石３１２および高速ロータ磁石３１７の磁石配列とステータポール３１４の数、および発電磁石３３１の磁石配列と発電コイル３３２の数の関係を説明する図８（ａ）の平面図と平行な面での断面図である。
【００８９】
本実施例に係る発電機４００は、図８に示すように、平面視が略円形の円柱形で、略円形の前側板３５１の略中央から入力軸３５２が突出しており、略円筒形状の各構成部品が入力軸３５２を中心に同心状に積層している。
【００９０】
図８（ａ）に略円形で示した前側板３５１は、図８（ｂ）に示すように、略円板状の上面の中央に孔部を有し、孔部の周囲が下方に大きく突出する筒部３５１ａとなっている。
筒部３５１ａの内側には２つのすべり軸受け３５５，３５６が組み込まれ、２つのすべり軸受け３５５，３５６の内径部に入力軸３５２が挿通される。この２つのすべり軸受け３５５，３５６と抜け止め部材により、入力軸３５２が定位置にて回動可能に保持される。
【００９１】
前側板３５１の筒部３５１ａの端部から下方に突出した入力軸３５２の下端側には有底円筒状の低速ロータ３１１が取付けられ、これにより入力軸３５２が回転すると低速ロータ３１１も回転する。
【００９２】
低速ロータ３１１の円筒形状外径部にはリングヨーク３１８が組み込まれ、複数の低速ロータ磁石３１２がリングヨーク３１８の内径面に取付けられる。
【００９３】
低速ロータ３１１の内周側には、複数のステータポール３１４と有底円筒状のポールホルダ３１３からなるステータ３１５が配される。ポールホルダ３１３の底部は中央に孔部を有し、この孔部が前側板３５１の筒部３５１ａの先端部に取付けられ、これによりステータ３１５が前側板３５１に固定される。
【００９４】
ステータ３１５の内周側には、略円筒状の高速ロータ３１６が２つの玉軸受け３５７により回動可能に保持される。
【００９５】
高速ロータ３１６の外径面には複数の高速ロータ磁石３１７が取付けられ、内径面には複数の発電磁石３３１が取付けられる。
【００９６】
高速ロータ３１６の内周側には、略円筒状のコイルバックヨーク３３３が前側板３５１の筒部３５１ａに回動不能に保持されている。コイルバックヨーク３３３は突出する複数のコイルヨーク３３３ａを有し、複数のコイルヨーク３３３ａには発電コイル３３２がそれぞれ取付けられ、それぞれの発電コイル３３２の図示しないコイルリードから起電力が取り出される。
【００９７】
次に図９を参照に、実施例２による発電機４００の、より詳細な構造と動作を説明する。
【００９８】
本実施例による発電機４００は、図９に示すように、最外周の低速ロータ３１１の内側に略円筒形状で軟磁性体のリングヨーク３１８が組み込まれ、リングヨーク３１８の内径面には複数の低速ロータ磁石３１２が、等間隔でわずかな隙間を有し円周方向に並んで配置されている。
【００９９】
低速ロータ磁石３１２は断面が略台形の磁石で、隣り合う磁石の着磁方向が互いに逆となるように配置される。すなわち、図９に白抜き矢印で示したように、ある低速ロータ磁石３１２において磁束が外径側から中心に向かう方向に着磁されていると、隣接する低速ロータ磁石３１２は磁束が中心から外径側に向かうように着磁されている。
なお、図９に示す実施例２では低速ロータ磁石３１２の個数は５６個で２８極対である。
【０１００】
低速ロータ３１１の内周側のステータ３１５は略円筒形状で非磁性体のポールホルダ３１３に、軟磁性体の複数のステータポール３１４が隙間を空けて等間隔で円周方向に並んで配置されている。
ステータポール３１４は断面が略四角形で、ステータポール３１４の外周側の面と低速ロータ磁石３１２の内周面の間にはわずかな隙間、すなわちギャップを有する。
【０１０１】
ステータ３１５の内周側には略円筒形状で軟磁性体の高速ロータ３１６が配置される。高速ロータ３１６の外径面には複数の高速ロータ磁石３１７が隙間を空けて等間隔で円周方向に並んで配置され、高速ロータ磁石３１７の外周側の面とステータポール３１４の内周面の間にはギャップを有する。
【０１０２】
高速ロータ磁石３１７は断面が部分リング状の磁石で、隣り合う磁石の着磁方向が互いに逆となるように配置される。すなわち、図９に白抜き矢印で示したように、ある高速ロータ磁石３１７において磁束が外径側から中心に向かう方向に着磁されていると、隣接する高速ロータ磁石３１７は磁束が中心から外径側に向かうように着磁されている。なお図９では、高速ロータ磁石３１７は円周方向に長いため、ひとつの高速ロータ磁石３１７中に着磁方向をあらわす白抜き矢印を複数個記入した。
また、図９に示す実施例２では高速ロータ磁石３１７の個数は６個で３極対である。
【０１０３】
本実施例による発電機４００の回転増速部３８０は、上記の低速ロータ磁石３１２を有する低速ロータ３１１、ステータポール３１４を有するステータ３１５、高速ロータ磁石３１７を有する高速ロータ３１６などより構成される。
ステータ３１５は発電機４００中で固定されており、低速ロータ３１１は入力軸３５２とともに回転する。また、高速ロータ３１６は磁気ギアの動作原理により、低速ロータ３１１の回転速度の２８／３＝９．３３３倍に増速され、反対方向に回転する。
【０１０４】
高速ロータ３１６の内径面には複数の発電磁石３３１が隙間を空けて等間隔で円周方向に並んで取付けられる。また、高速ロータ３１６の内周側には、軟磁性体で略円筒状のコイルバックヨーク３３３が回動不能に保持されており、コイルバックヨーク３３３には複数の発電コイル３３２が取付けられる。
【０１０５】
上記の複数の発電磁石３３１と複数の発電コイル３３２は発電部を構成し、回転増速部３８０により増速されて回転する高速ロータ３１６に取付けられた発電磁石３３１により、発電コイル３３２に大きな起電力が発生する。
【０１０６】
発電磁石３３１は断面が部分リング状の磁石で、隣り合う磁石の着磁方向が互いに逆となるように高速ロータ３１６の内径面に取付けられる。すなわち、図９に白抜き矢印で示したように、ある発電磁石３３１の磁束が外径側から中心に向かう方向に着磁されていると、隣接する発電磁石３３１は磁束が中心から外径側に向かうように着磁されている。
なお、図９に示す実施例２では発電磁石３３１の個数は１６個で８極対である。
【０１０７】
コイルバックヨーク３３３には円周方向に等間隔にならぶ複数のコイルヨーク３３３ａが径方向外側に突出しており、複数のコイルヨーク３３３ａには長円形に巻かれた発電コイル３３２がそれぞれ取付けられ、発電コイル３３２の図示しないコイルリードから起電力が取り出される。
なお、図９に示す実施例２ではコイルヨーク３３３ａの数および発電コイル３３２の個数はいずれも１２個である。
【０１０８】
なお、コイルヨーク３３３ａの外周側の面と発電磁石３３１の内周面の間にはギャップを有する。
【０１０９】
図９に示す実施例２では、発電磁石３３１の極対数は磁気ギア機構の磁石数とは独立した８極対となっており、発電コイル３３２の個数は１２個となっている。これより発電磁石３３１の極対数と発電コイル３３２の個数の比率は ８：１２＝２：３となっており、３つ目ごとの発電コイル３３２を接続することにより、３相交流発電に適した交流起電力が得られる。
【０１１０】
上記の様に実施例２による発電機４００では、図９に示すように、回転増速部３８０の各構成部品は、外径側から順に低速ロータ３１１、ステータ３１５、高速ロータ３１６が同心状に積層しており、発電部３９０を構成する発電磁石３３１および発電コイル３３２は最内周側の高速ロータ３１６の更に内周側に配置されている。
【０１１１】
ところで、磁気ギア機構で最大伝達トルクを出来るだけ大きくするには、低速ロータ磁石、ステータポールおよび高速ロータ磁石はすべて、回転中心から極力離れた位置に配置することが有利である。このため、低速ロータ磁石、ステータポールおよび高速ロータ磁石は最大径部近傍に集中し、回転中心部近傍には磁気ギア機構の構成部品が配置されないことが多い。
【０１１２】
本実施例による発電機４００でも、上述の理由により、磁気ギア機構による回転増速部３８０を構成する低速ロータ磁石３１２を有する低速ロータ３１１、ステータポール３１４を有するステータ３１５、高速ロータ磁石３１７を有する高速ロータ３１６を最大径部近傍に配置した。一方、発電部３９０を構成する発電磁石３３１および発電コイル３３２は磁気ギア機構が使用していない高速ロータ３１６の更に内径側に配置し、発電部を組み込むことにより発電機の外形が大きくなることを回避した。
これにより、磁気ギア機構に発電部を組み込んだ回転増速部を有する発電機をコンパクトに製作することが可能となった。
【０１１３】
また、本実施例による発電機４００では、図８（ｂ）に示すように、低速ロータ磁石３１２の軸方向長さの中心位置である低速ロータ磁石中心位置ＣＬ１と、高速ロータ磁石３１７の軸方向長さの中心位置である高速ロータ磁石中心位置ＣＬ２と、発電磁石３３１の軸方向長さの中心位置である発電磁石中心位置ＣＬ３を同一線上とした。
【０１１４】
磁気ギア機構で最大伝達トルクを出来るだけ大きくするには低速ロータ磁石３１２と高速ロータ磁石３１７が対向する面積を出来るだけ大きくする方が有利である。本実施例による発電機４００では低速ロータ磁石中心位置ＣＬ１と高速ロータ磁石中心位置ＣＬ２を同一線上としたので、磁石サイズが同一であれば低速ロータ磁石３１２と高速ロータ磁石３１７が対向する面積が最大となり、最大伝達トルクがより大きい磁気ギア機構が実現できる。
【０１１５】
また、本実施例による発電機４００では低速ロータ磁石中心位置ＣＬ１と高速ロータ磁石中心位置ＣＬ２および発電磁石中心位置ＣＬ３を同一線上とした。これにより低速ロータ磁石３１２、高速ロータ磁石３１７または発電磁石３３１の、何れかの磁石の一方端のみが他の磁石の端部から飛び出すことが回避できるので、３つの磁石全体の軸方向長さを最小限とすることが出来、発電機４００を小型とすることが出来る。
【０１１６】
ところで、本実施例による発電機４００の構造では、理想的には複数の低速ロータ磁石３１２および複数の高速ロータ磁石３１７にはラジアル方向の力が均等に働き、低速ロータ３１１および高速ロータ３１６にはラジアル方向の力は生じず、２つのすべり軸受け３５５，３５６および２つの玉軸受け３５７にはラジアル方向の荷重は発生しない。
【０１１７】
しかしながら、低速ロータ磁石３１２、複数のステータポール３１４および複数の高速ロータ磁石３１７の外径寸法、半径位置、磁力または磁気特性にばらつきがあると、各々の低速ロータ磁石３１２または高速ロータ磁石３１７に働くラジアル方向の力に差が生じ、これにより低速ロータ３１１または高速ロータ３１６にラジアル方向の側圧が生じる虞がある。
【０１１８】
本実施例による発電機４００では、図８（ｂ）に示すように、低速ロータ磁石中心位置ＣＬ１が低速ロータ３１１を回動可能に保持する２つのすべり軸受け３５５，３５６の間隔の間となるように配置し、高速ロータ磁石中心位置ＣＬ２が高速ロータ３１６を回動可能に保持する２つの玉軸受け３５７の間隔の間となるように配置した。
【０１１９】
これにより、低速ロータ３１１または高速ロータ３１６にラジアル方向の側圧が生じた場合でも、２つのすべり軸受け３５５，３５６および２つの玉軸受け３５７によりラジアル方向の側圧を分担して受けられるので安定した動作が実現できる。また、低速ロータ３１１および高速ロータ３１６が傾斜することを回避できるので、発電機の信頼性をより高めることが出来る。
【０１２０】
以上、実施例１および実施例２により本発明の詳細を記載したが、本発明は実施例１または実施例２に記載された事項に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明により、回転増速部を有しながら小型で、増速比を変更しても発電機の構成変更の必要がない発電機の提供が可能となる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１    低速ロータ
１２    低速ロータ磁石
１３    ポールホルダ
１４    ステータポール
１５    ステータ
１６    高速ロータ
１７    高速ロータ磁石
３１    発電磁石
３２    発電コイル
５１    前側板
５２    入力軸
５３    回転中心軸
５４    低速ロータ収容部
５５    軸受け
５６    軸受け
５９    後側板
５９ａ  コイルヨーク
５９ｂ  中央孔
８０    回転増速部
９０    発電部
１００    発電機
１３１    発電磁石
１９０    発電部
２３２    発電コイル
２３４    後側発電磁石
２３５    コイル基板
２５１    バックヨーク
２９０    発電部
３００    発電機
３１１    低速ロータ
３１２    低速ロータ磁石
３１３    ポールホルダ
３１４    ステータポール
３１５    ステータ
３１６    高速ロータ
３１７    高速ロータ磁石
３１８    リングヨーク
３３１    発電磁石
３３２    発電コイル
３３３    コイルバックヨーク
３３３ａ    コイルヨーク
３５１    前側板
３５１ａ    筒部
３５２    入力軸
３５５    すべり軸受け
３５６    すべり軸受け
３５７    玉軸受け
３８０    回転増速部
３９０    発電部
４００    発電機
９０１    発電機本体
９０２    水車ランナ
９０３    増速機構
９０４    発電機
９１１    水車
９１２    低速ロータ
９１３    高速ロータ
９１４    固定部
９１５    コイル
ＣＬ１    低速ロータ磁石中心位置
ＣＬ２    高速ロータ磁石中心位置
ＣＬ１    発電磁石中心位置
【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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