(57)【要約】      （修正有）【課題】低速でも効率よく発電することができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制し、また電磁コイルのコアを容易に交換して種々の大きさのディスクに対応できるようにした発電機及び直流電動機。【解決手段】互いに平行に回転可能に支持され、連動機構３１ａ，３２ａを介して互いに反対方向に連動して回転駆動される二本の回転軸と、各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の等角度間隔の位置にそれぞれ複数個の永久磁石を備えた少なくとも一対のディスクと、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイル３５と、を備え、各対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向け、且つその位相がディスク毎に順次に所定角度だけずれていて、何れか一方の回転軸が回転駆動されることにより、電磁コイル３５に発生する電力を出力する発電機。【選択図】図１０
2011120412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して、外部からの駆動力により回転駆動される二本の回転軸と、
各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の等角度間隔の複数位置にそれぞれ永久磁石を備えた少なくとも一対のディスクと、
前記二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、
を備えており、
各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、当該ディスクの周方向に関して互いに異なる極を外側に向けて配置されており、前記二本の回転軸が回転駆動されることにより、電磁コイルに発生する電力を出力する、
ことを特徴とする、発電機。
【請求項２】
前記各ディスクが磁性材料から構成され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】
互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して回転する二本の回転軸と、
各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の１８０度間隔の位置にそれぞれ永久磁石を備えた複数対のディスクと、
前記二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、
前記回転軸の回転に伴って各電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、
を備えており、
各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向けており、且つその位相が隣接する他の対のディスク毎に順次に所定角度だけずれるように当該回転軸に取り付けられ、
上記分配スイッチが、各対のディスクの永久磁石が対応する電磁コイルに接近する回転領域と当該電磁コイルから離反する回転領域で、当該電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換え、
上記分配スイッチが、各回転軸に取り付けられた円筒状の導電材と、この導電材を軸方向に三分割した領域にそれぞれ接触する三つのブラシ とから成り、
第一のブラシが電源側に接続されると共に、上記導電材の全周に亘って露出した導電体に電気的に接触しており、
第二及び第三のブラシが、電磁コイル側に接続されると共に、上記導電材の周面のうち、所定角度毎に交互に絶縁材に置き換えて構成された第二及び第三の領域に電気的に接触していて、
上記第二及び第三の領域における絶縁材の角度位置が、互いに所定角度だけずれていると共に、
各回転軸に設けられた分配スイッチの第二及び第三の領域における絶縁材の角度位置が互いに所定角度だけずれていて、
さらに、各ブラシが、その先端に、導電材の表面を転動する導電性材料から成る接触ローラーを備えている、
ことを特徴とする、直流電動機。
【請求項４】
前記各ブラシと導電材との間に、放電防止手段を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の直流電動機。
【請求項５】
互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して回転する二本の回転軸と、
各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の１８０度間隔の位置にそれぞれ永久磁石を備えた少なくとも一対のディスクと、
上記二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、
上記回転軸の回転に伴って各電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、
を備えており、
各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向けており、且つその位相が隣接する他の対のディスク毎に順次に所定角度だけずれるように当該回転軸に取り付けられ、
上記分配スイッチが、各回転軸に取り付けられた円板状のスリット板と、このスリット板の所定の半径方向位置でスリット板を挟んで互いに対向して配置された少なくとも一対の発光素子及び受光素子と、各電磁コイルの一方の巻線端末と電源側との間に設けられた個別スイッチ部と、から成り、
上記スリット板が、所定の半径位置毎に、互いに位相のずれた所定の角度範囲に円弧状のスリットを有しており、
上記受光素子の出力信号に基づいて、対応する電磁コイルの個別スイッチ部のオンオフまたは極性が切り換えられる
ことを特徴とする、直流電動機。
【請求項６】
前記電磁コイルがコアに巻回されていて、
上記コアが、少なくとも対応するディスク周面に対向する両端面の領域で交換可能に構成されており、
この交換可能な部分が、各ディスク周面に対向する両端面の大きさが異なる複数種類用意されていて、
対応するディスクの大きさに対応した大きさの両端面を有する部分が選択的に交換されることを特徴とする、請求項４または５に記載の直流電動機。
【請求項７】
請求項１から３の何れかの発電機と、請求項４から６の何れかの直流電動機と、から構成されていて、
上記発電機の回転軸と上記直流電動機の回転軸が、伝動機構を介して互いに連結されていることを特徴とする、直流電動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二本の回転軸に取り付けられ周縁に永久磁石を有するディスクの周面が電磁コイルを挟んで対向する構成の発電機，直流電動機及び直流電動発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような構成の直流電動機は、例えば特許文献１に開示されている。
即ち、特許文献１において、平行に配置された二本の回転軸に、樹脂製のディスクに埋め込んだ一つのディスクに対し二個の永久磁石が１８０度間隔に取り付けられ、前記二本の回転軸に取り付けられたディスクの間隔を空けて、その中間位置に両極を前記ディスクに向けてディスク二枚に対し一個の電磁コイルを取り付けられたものを一組とし、４数組がこの回転軸の長手方向所定間隔に永久磁石の位相を順次４５度ずつずらし取り付けられ、回転軸の回転に伴って前記永久磁石が電磁コイルに近づく領域と遠ざかる領域とで電磁コイルの励磁、非励磁を切り換える分配スイッチと、前記二本の回転軸の端部に取り付けられた互いに噛み合う二枚のタイミングギヤとから成り、前記永久磁石は二本の回転軸について互いに異なる極を外側に向けており、かつその位相がディスク毎に順次ずれるように複数組のディスクが回転軸に取り付けられていることを特徴とする、直流電動機が開示されている。
さらに、好ましくは、前記分配スイッチが、回転軸に取り付けられた短い円筒状の導電材の円筒面を軸方向に三分割して、それぞれにブラシを接触させると共に、中央部分は全周に亘って導電材を連続させ、両側部分は９０度毎に交互に絶縁材に置き換えて構成されている。
【０００３】
このような構成の直流電動機によれば、電磁コイルを励磁することにより、この電磁コイルに対向するディスクの永久磁石が同極の反発力を受けて、当該ディスクが回転する。回転するにつれて、この反発力は弱くなるが、各ディスクの永久磁石の位相が４５度ずつずれているので、順次に隣接するディスクにおいて、上述した同極の反発力により、ディスクの回転が継続される。
そして、ディスクが１８０度近くまで回転すると、反対位置にあるもう一つの永久磁石が電磁コイルに接近するので、同極の反発力により、ディスクの回転にブレーキがかかることになる。これに対して、分配スイッチが電磁コイルを非励磁に切り換える。
従って、ディスクは円滑に回転を継続し、回転軸が回転し続けることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、直流電動機は、入力と出力を入れ換えて、回転軸を外力により回転駆動すると、発電機として入力端子から交流電流を取り出すことができることが知られている。
しかしながら、特許文献１による直流電動機を発電機として使用する場合には、一つのディスクには二個の永久磁石が取り付けられているので、回転軸を高速回転させないと、発電することができない。また、ディスク自体は非金属でないと、出力を高くすることができない。
【０００６】
さらに、特許文献１による直流電動機においては、直流電動機として使用する場合に、以下の課題がある。
即ち、分配スイッチとして、回転軸と一体に回転する円筒状の導電材の周面に対してブラシを圧接している。このため、使用に伴って、ブラシ先端及び導電材の周面の接触領域が摩耗してしまう。
また、分配スイッチのブラシが導電材の周面において絶縁材の表面に移行して、所謂スイッチオフとなる際に、この接触部分に火花が発生してしまう。
従って、分配スイッチのブラシ機構を改良する必要がある。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成により、低速でも効率よく発電することができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制し、また電磁コイルのコアを容易に交換して種々の大きさのディスクに対応できるようにした発電機，直流電動機及び直流電動発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して、外部からの駆動力により回転駆動される二本の回転軸と、各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の等角度間隔の複数位置にそれぞれ永久磁石を備えた少なくとも一対のディスクと、二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、を備えており、各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向けており、前記二本の回転軸が回転駆動されることにより、電磁コイルに発生する電力を出力することを特徴とする発電機により、達成される。
【０００９】
本発明による発電機は、好ましくは、各ディスクが磁性材料から構成されている。
【００１０】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して回転する二本の回転軸と、各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の１８０度間隔の位置にそれぞれ永久磁石を備えた複数対のディスクと、二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、上記回転軸の回転に伴って各電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、を備えており、各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向けており、且つその位相が隣接する他の対のディスク毎に順次に所定角度だけずれるように当該回転軸に取り付けられ、分配スイッチが、各対のディスクの永久磁石が対応する電磁コイルに接近する回転領域と当該電磁コイルから離反する回転領域で、当該電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換え、分配スイッチが、各回転軸に取り付けられた円筒状の導電材と、この導電材を軸方向に三分割した領域にそれぞれ接触する三つのブラシとから成り、第一のブラシが電源側に接続されると共に、導電材の全周に渡って露出した導電体に電気的に接触しており、第二及び第三のブラシが、電磁コイル側に接続されると共に、導電材の周面のうち、所定角度毎に交互に絶縁材に置き換えて構成された第二及び第三の領域に電気的に接触していて、第二及び第三の領域における絶縁材の角度位置が、互いに所定角度だけずれていると共に、各回転軸に設けられた分配スイッチの第二及び第三の領域における絶縁材の角度位置が互いに所定角度だけずれていて、さらに、各ブラシが、その先端に、導電材の表面を転動する導電性材料から成る接触ローラーを備えていることを特徴とする、直流電動機により達成される。
【００１１】
本発明による直流電動機は、好ましくは、各ブラシと導電材との間に、放電防止手段を備えている。
【００１２】
さらに、上記目的は、本発明の第三の構成によれば、互いに平行に回転可能に支持され、連動機構を介して互いに反対方向に連動して回転する二本の回転軸と、各回転軸に対してそれぞれ軸方向に所定間隔で取り付けられ、その周縁の１８０度間隔の位置にそれぞれ永久磁石を備えた少なくとも一対のディスクと、上記二本の回転軸の間の領域で、それぞれ対応する一対のディスクの中心を結ぶ中心線の周りに巻回された電磁コイルと、回転軸の回転に伴って各電磁コイルのオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、を備えており、各回転軸に取り付けられた一対のディスクに取り付けられた永久磁石が、互いに異なる極を外側に向けており、且つその位相が隣接する他の対のディスク毎に順次に所定角度だけずれるように当該回転軸に取り付けられ、分配スイッチが、各回転軸に取り付けられた円板状のスリット板と、このスリット板の所定の半径方向位置でスリット板を挟んで互いに対向して配置された少なくとも一対の発光素子及び受光素子と、各電磁コイルの一方の巻線端末と電源側との間に設けられた個別スイッチ部と、から成る光学式エンコーダであって、スリット板が、所定の半径位置毎に、互いに位相のずれた所定の角度範囲に円弧状のスリットを有しており、受光素子の出力信号に基づいて、対応する電磁コイルの個別スイッチ部のオンオフまたは極性が切り換えられることを特徴とする、直流電動機により達成される。
【００１３】
本発明による直流電動機は、好ましくは、電磁コイルがコアに巻回されていて、コアが少なくとも対応するディスク周面に対向する両端面の領域で交換可能に構成されており、この交換可能な部分が、各ディスク周面に対向する両端面の大きさが異なる複数種類用意されていて、対応するディスクの大きさに対応した大きさの両端面を有する部分が選択的に交換される。
【００１４】
また、上記目的は、本発明の第四の構成によれば、前述した何れかの発電機と、前述した何れかの直流電動機と、から構成されていて、発電機の回転軸と直流電動機の回転軸が伝動機構を介して互いに連結されていることを特徴とする、直流電動発電機により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
上記第一の構成によれば、一方の回転軸が外力により回転駆動されると、連動機構を介して他方の回転軸も逆方向に回転する。従って、双方の回転軸の取り付けられたディスクも回転軸と共に回転し、対となるディスクの周縁に取り付けられた永久磁石が、電磁コイルの両端付近に接近し、離反する。
これにより、電磁コイルの巻線には、永久磁石の接近に伴って電磁誘導により電流が発生する。また、この電流は各対のディスクの回転により永久磁石が電磁コイルから離反すると逆極性となる。
そして、各対のディスクが回転して、次の永久磁石が電磁コイルに接近すると、同様に電磁コイルに電流が発生し、電磁コイルから離反すると逆極性の電流が発生する。
このようにして、各対のディスクの周縁に取り付けられた永久磁石が順次に電磁コイルに接近・離反することにより、電磁コイルには交流電流が発生する。
【００１６】
このようにして、各対のディスクが一回転すると、複数個の永久磁石が順次に電磁コイルに接近・離反して、当該電磁コイルに電流が発生するので、ディスクが低速回転していても、電磁コイルでは十分に発電が行なわれ、電流が出力される。その際、各ディスクに取り付けられる永久磁石の個数が多いほど、発電量がより多くなる。
【００１７】
各ディスクが磁性材料から構成されている場合には、永久磁石による磁場が電磁コイルに対して十分に作用することになるので、発電量が増大する。
【００１８】
上記第二の構成によれば、特許文献1の直流電動機と同様に、電磁コイルを励磁することにより、各ディスクの永久磁石が当該電磁石に接近する際に吸引力を、また当該電磁石から離反する際に反発力を受けて、ディスクが回転する。その際、各電磁コイルが分配スイッチにより順次にオンオフされることによって、各ディスクの永久磁石が順次に吸引力または反発力を受けることになる。従って、ディスクは円滑に回転を継続する。
この場合、分配スイッチがブラシ構造を備えており、各ブラシの先端に設けられたローラーが導電材の周面を転動することにより、各ブラシと導電材との間の電気的接続が行なわれる。従って、各ブラシと導電材の周面との間の接触領域では、すべり摩擦が発生せず、転がり摩擦となるので、摩耗が大幅に低減される。
また、各ブラシと導電材との間に、放電防止手段を備えていることにより、各ブラシが導電材の表面において導電材部分と絶縁材の表面との間を移行するとき、この接触部分に火花が発生することがない。
【００１９】
上記第三の構成によれば、特許文献1の直流電動機と同様に作用すると共に、分配スイッチが、光学式エンコーダであるので、回転軸の回転角度を検出するために、従来のようなブラシ構造を備えていない。従って、各ブラシと導電材の周面との間の領域では、光学式エンコーダにより非接触で回転軸の回転角度を検出するので、すべり摩擦が発生せず、摩耗が完全に排除される。
【００２０】
電磁コイルが交換可能なコアに巻回されていて、各ディスク周面に対向する両端面の大きさが異なる複数種類のコアが用意されており、対応するディスクの大きさに対応した大きさの両端面を有するコアが選択的に交換される場合には、種々の大きさのディスクに簡単に且つ低コストで対応することができる。
【００２１】
上記第四の構成によれば、直流電動機の回転軸の回転を発電機の回転軸に与えることにより、ギヤ比の活用で発電機の駆動軸の回転数を高くすることができる。これにより、発電機を高速回転させ、より効率良く発電を行なうことができる。
【００２２】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、低速でも効率よく発電することができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制し、また電磁コイルのコアを容易に交換して種々の大きさのディスクに対応できるようにした発電機，直流電動機及び直流電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による発電機及び直流電動機を組み込んだ直流電動発電機の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の直流電動発電機の電気的構成を示す配線図である。
【図３】図１の直流電動発電機における直流電動機の一実施形態の構成を示す概略平面図である。
【図４】図３の直流電動機における対のディスクと電磁コイルとの関係を示す（Ａ）図３Ａ−Ａ線に沿う断面図及び（Ｂ）コアの変形例を示す部分断面図である。
【図５】図３の直流電動機における一方の回転軸に取り付けられた四つのディスクの永久磁石取付位置を示す概略斜視図である。
【図６】図３の直流電動機における分配スイッチの構成を示す斜視図である。
【図７】図６の分配スイッチにおける導電体の周面を平面で示す展開図である。
【図８】図６の分配スイッチの構成を示す（Ａ）部分拡大側面図及び（Ｂ）部分拡大平面図である。
【図９】図６の分配スイッチにおけるブラシ先端付近をさらに拡大して示す部分拡大側面図である。
【図１０】図１の直流電動発電機における発電機の一実施形態の構成を示す概略平面図である。
【図１１】図１０の発電機における部分断面図である。
【図１２】図３の直流電動機機における分配スイッチの構成を示す部分拡大側面図である。
【図１３】図１２の分配スイッチを示す概略平面図である。
【図１４】図１２の分配スイッチの内部構成を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。
【図１５】図１２の分配スイッチの各受光素子の出力信号を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１及び図２は、本発明による発電機及び直流電動機を組み込んだ直流電動発電機の構成を示している。
直流電動発電機１０は、直流電動機２０と、発電機３０と、バッテリ４０と、出力回路５０と、から構成されている。
この直流電動発電機１０は、発電機３０により電力を発生して、この電力を直流電動機２０に出力して再び発電機を駆動すると共に、第一のトランス１１及び整流回路１２を介してバッテリ４０を充電し、且つ第二のトランス１３を介して出力回路５０に出力する構成である。
【００２６】
直流電動機２０は、図３及び図４に示すように、二本の回転軸２１，２２と、各回転軸２１，２２にそれぞれ取り付けられた八対のディスク２３，２４と、各対のディスク２３，２４の間にそれぞれ配置された八個の電磁コイル２５と、各回転軸２１，２２の一端にそれぞれ取り付けられた分配スイッチ２６，２７と、整流回路２８と、各回転軸２１，２２のディスク取付領域を包囲するケーシング２９と、から構成されている。
【００２７】
各回転軸２１，２２は、互いに平行に配置され、ケーシング２９の両端壁に軸受２９ａ，２９ｂを介して回転可能に支持されている。
また、各回転軸２１，２２は、その他端付近に固定された連動機構としてのタイミングギヤ２１ａ，２２ａを備えている。これらのタイミングギヤ２１ａ，２２ａは、互いに噛合しているので、各回転軸２１，２２は互いに反対方向に連動して回転する。
【００２８】
各ディスク２３，２４は、例えば樹脂等の非磁性材料から平坦な円板状に形成されており、各回転軸２１，２２に対してそれぞれ所定間隔で取り付けられている。
そして、各対のディスク２３，２４は、その間に後述する電磁コイル２５が配置され得る間隙を画成している。
各ディスク２３，２４は、図４に示すように、その周縁の１８０度間隔の位置に、それぞれ永久磁石２３ａ，２４ａを備えている。
各永久磁石２３ａ，２４ａは、その外側面が対応するディスク２３，２４の外周面の一部を画成するように、ディスク２３，２４の周面に露出している。
ここで、各永久磁石２３ａ，２４ａは、それぞれ同じ極（永久磁石２３ａではＳ極、永久磁石２４ａではＮ極）を外側に向けて配置されている。
尚、永久磁石２３ａ，２４ａの大きさは、ディスク２３，２４の周方向に関して、その直径の三分の一〜三分の二程度である。
【００２９】
さらに、一方の回転軸２１に取り付けられるディスク２３に関して、永久磁石２３ａの取付位置（位相）は、図５に示すように、回転軸２１の一側から順次に４５度ずつずれて配置されている。
同様に、他方の回転軸２２に取り付けられるディスク２４については、永久磁石２４ａは、回転軸２１におけるディスク２３の永久磁石２３ａの取付位置に対して鏡面対象となるように配置されている。
【００３０】
各電磁コイル２５は、それぞれ対応する対のディスク２３，２４の中心を結ぶ中心線の周りに巻回されており、両端２５ａ，２５ｂが、図４に示すように、それぞれ当該ディスク２３，２４の周面に僅かな間隙をもって対向している。
尚、電磁コイル２５は、図示の場合、例えば鉄芯等のコア２５ｃの周りに巻回されている。
そして、各電磁コイル２５は、二つの巻線端末間が通電されたとき、中心に沿って磁束が発生して、対のディスク２３，２４に対向する端部２５ａ，２５ｂがそれぞれ例えばＳ極，Ｎ極に着磁される。
この場合、コア２５ｃは、対応するディスク２３，２４の周方向に関して、直径の約三分の二程度の大きさを有している。
また、各電磁コイル２５は、その磁場量を増大させるために、コア２５ｃの断面積を増大させ、図４（Ｂ）に示すように、コア２５ｃの両端を対向するディスク２３，２４の周面に沿って湾曲させるようにしてもよい。
さらに、各電磁コイル２５は、その磁場量を増大させるために、コア２５ｃの少なくとも両端部が交換可能に構成されていて、この交換可能な部分として、コア２５ｃのディスク２３，２４の周面に対向する両端面の大きさが異なる複数種類のものを用意しておいてもよい。
この場合、ディスク２３，２４の大きさに対応して、適宜の大きさの両端面を有する部分に交換することにより、種々の大きさのディスク２３，２４に対応することができ、できるだけ大きな磁場量を得ることができる。
尚、上述した交換可能な部分は、コア２５ｃ全体でもよく、また電磁コイル２５が巻回された状態のものを交換可能に構成することも可能である。
【００３１】
分配スイッチ２６，２７は、図３に示すように、回転軸２１，２２の一側の端部に配置され、互いに鏡面対象に形成されている。従って、以下、分配スイッチ２６について、説明する。
分配スイッチ２６は、回転軸２１に取り付けられた短い円筒状の導電材２６ａと、この導電材２６ａに対して弾性的に当接する三つのブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと、から構成されている。
これら三つのブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄにより、二セットのディスク２３，２４に関連する電磁コイル２５をオンオフ制御する。
【００３２】
導電材２６ａは、図６及び図７に示すように、軸方向に三分割され、各領域に対して、それぞれ回転軸２１に関して同じ角度位置で各ブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが接触し、導電材２６ａの周面に対してそれぞれバネ部材２６ｅ，２６ｆ，２６ｇにより導電材２６ａの周面に向かって付勢されている。
【００３３】
ここで、導電材２６ａは、分割された三つの領域のうち、中央の領域は全周に亘って導電材２６ａがそのまま露出している。
これに対して、両側の領域は、それぞれ図６及び図７に示すように、中心軸に関して１８０度毎に、４５度の角度範囲で絶縁材２６ｈにより表面が覆われている。
そして、双方の分配スイッチ２６，２７において、この絶縁材２６ｈの位相を互いに４５度だけずらしておくことにより、回転軸２１，２２にそれぞれ４５度ずつ位相をずらして配置された各ディスク２３，２４に対応する各電磁コイル２５に対して、各ブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと導電材２６ａとの接触，非接触による接触，非接触、即ち電磁コイル２５の励磁，非励磁が順次に切り換えられる。
【００３４】
その際、回転軸２１，２２には順次に永久磁石２３ａ，２４ａの取付位置が互いに４５度ずつ位相がずれた八対のディスク２３，２４が存在するので、回転軸２１，２２の一端から順次に一番目及び五番目のディスク２３，２４は、同じ位置に永久磁石２３ａ，２４ａを備えており、同様に二番目及び六番目、三番目及び七番目そして四番目及び八番目のディスク２３，２４が同じ位置に永久磁石２３ａ，２４ａを備えている。従って、一番目及び五番目の電磁コイル２５、そして二番目及び六番目、三番目及び七番目、四番目及び八番目の電磁コイル２５が、同じブラシに接続されることよって、これらの組み合わせの電磁コイル２５が同時に励磁，非励磁を切り換えられる。
尚、分配スイッチ２６，２７は、それぞれ回転軸２１，２２に対して二個ずつ取り付けてもよい。この場合、各電磁コイル２５に対して、それぞれ独立的に一つのブラシを接続することができる。
【００３５】
ここで、分配スイッチ２６，２７による電磁コイル２５の励磁，非励磁の切り換えは、以下のタイミングで行なわれる。
即ち、図４において、電磁コイル２５が励磁され、右端がＳ極に、そして左端がＮ極になると、対応するディスク２３，２４の周縁に設けられた永久磁石２３ａ，２４ａが同極のため反発力を受けて、ディスク２３，２４が矢印で示すように回転する。その際、各ディスク２３，２４の回転角ωは、逆向きで常に等しい。
【００３６】
そして、ディスク２３，２４が回転するにつれて、上述した反発力は小さくなるが、回転角ωが１８０度に近づくと、ディスク２３，２４の反対位置に在る永久磁石２３ａ，２４ａが当該電磁コイル２５に接近して、同極の反発力により回転が制動されることになる。
従って、このような反発力によるディスク２３，２４の回転制動を排除するために、永久磁石２３ａ，２４ａが電磁コイル２５に接近する領域で、電磁コイル２５が非励磁となるように、分配スイッチ２６，２７が電磁コイル２５の励磁，非励磁を切り換える。
【００３７】
また、各ブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、それぞれ図８及び図９に示すように、その先端に枢着された接触ローラー２６ｉを備えている。
接触ローラー２６ｉは、回転軸２１，２２と平行な回転軸の周りに回転可能に支持されており、それ自体導電性材料から構成されると共に、導電性材料から成る支持部材２６ｊを介して、各ブラシ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに対して電気的に導通している。
【００３８】
このようにして、分配スイッチ２６，２７は、図２の等価回路で示すように、八個のスイッチを構成している。尚、図２に示すように、各スイッチには、それぞれオフ時の火花発生を防止するために、例えばコンデンサ及び抵抗から成る放電防止手段２６ｉが並列接続されている。
【００３９】
整流回路２８は、所謂ブリッジ整流回路であって、後述するように発電機３０から供給される交流を整流して、分配スイッチ２６，２７を介して各電磁コイル２５に供給する。
【００４０】
次に、発電機３０の構成について説明する。
発電機３０は、図１０及び図１１に示すように、二本の回転軸３１，３２と、各回転軸３１，３２にそれぞれ取り付けられた一対のディスク３３，３４と、この対のディスク３３，３４の間に配置された電磁コイル３５と、各回転軸３１，３２のディスク取付領域を包囲するケーシング３６と、から構成されている。
【００４１】
各回転軸３１，３２は、互いに平行に配置され、ケーシング３６の両端壁に軸受３６ａ，３６ｂを介して回転可能に支持されている。
また、各回転軸３１，３２は、その一端付近に固定された連動機構としてのタイミングギヤ３１ａ，３２ａを備えている。これらのタイミングギヤ３１ａ，３２ａは、前述した直流電動機２０のタイミングギヤ２１ａ，２２ａと比較して小径であり、直接にあるいは間に中間ギヤを介して互いに噛合している。これにより、各回転軸３１，３２は互いに反対方向に連動して回転する。
更に、発電機のギヤを小さくすることで直流電動機とのギヤ比を多くすることが出来、発電機のタイミングはギヤとギヤを噛み合わせることにより直流電動機のタイミングギヤで保たれている。
【００４２】
各ディスク３３，３４は、生鉄等の磁性材料から平坦な円板状に形成されており、各回転軸３１，３２に取り付けられている。
そして、この一対のディスク３３，３４は、その間に後述する電磁コイル３５が配置され得る間隔を画成している。
各ディスク３３，３４は、図１１に示すように、その周縁の４５度間隔の位置に、それぞれ永久磁石３３ａ，３４ａを備えている。
各永久磁石３３ａ，３４ａは、その外側面が対応するディスク３３，３４の外周面の一部を画成するように、ディスク３３，３４の周面に露出している。
ここで、各永久磁石３３ａ，３４ａは、それぞれ周方向に関して交互に異なる極を外側に向けて配置されている。
【００４３】
電磁コイル３５は、対応する対のディスク３３，３４の中心を結ぶ中心線の周りに巻回されており、両端３５ａ，３５ｂが、図１１に示すように、それぞれ当該ディスク３３，３４の周面に僅かな間隙をもって対向している。
そして、電磁コイル３５は、ディスク３３，３４の永久磁石３３ａ，３４ａが接近したとき、電流が発生し、その二つの巻線端末間に電位差が生ずる。
【００４４】
即ち、図１１において、回転軸３１，３２が回転駆動されると、対応するディスク３３，３４の周縁に設けられた永久磁石３３ａ，３４ａが電磁コイル３５の両端３５ａ，３５ｂに接近して、永久磁石３３ａ（Ｎ極）から反対側の永久磁石３４ａ（Ｓ極）に至る磁束が電磁コイル３５を横切る。その際、各ディスク３３，３４の回転角ωは、逆向きで常に等しい。
これにより、所謂フレミングの右手の法則に従って、電磁コイル３５の巻線を流れる電流が発生し、電磁コイル３５の巻線端末の間に電位差が生ずる。
【００４５】
さらにディスク３３，３４が回転すると、今度は永久磁石３４ａ（Ｎ極）から反対側の永久磁石３３ａ（Ｓ極）に至る磁束が電磁コイル３５を横切る。これにより、電磁コイル３５の巻線には、前述した電流とは逆向きの電流が流れることになる。
従って、ディスク３３，３４の各永久磁石３３ａ，３４ａのＮ極，Ｓ極が順次に交互に電磁コイル３５の両端に接近することによって、電磁コイル３５には交互に逆向きの電流が発生する。電磁コイル３５には、交互に反転する電流が流れることになり、交流が出力される。
【００４６】
バッテリ４０は、公知の構成の蓄電池であって、第二のトランス１３を介して後述する出力回路５０に給電して、出力回路５０を駆動させると共に、発電機３０から脈流が給電されることによって、第一のトランス１１及び整流回路１２を介して、直流が供給され充電される。
また、出力回路５０は、給電により動作する任意の回路である。
【００４７】
本発明実施形態によるシステム１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。
発電機３０の回転軸３１，３２のタイミングギヤ３１ａ，３２ａと直流電動機２０のタイミングギヤ２１ａ，２１ｂとを図示しない伝動機構を介して互いに噛み合わせて、互いに反対方向に回転し、各ディスク３３，３４も連動して互いに反対方向に回転する。
このとき、伝動機構は、例えば直流電動機２０の回転軸の回転数を増加して発電機３０に伝達するように、構成されている。
これにより、各ディスク３３，３４の周縁に配置された永久磁石３３ａ，３４ａが順次に電磁コイル３５の両端３５ａ，３５ｂの近傍を通過し、その都度電磁コイル３５の巻線に電流が発生し、交流として出力される。
【００４８】
これにより、直流電動機２０の電磁コイル２５には、発電機３０からの脈流が整流回路２８及び分配スイッチ２６，２７を介して供給される。従って、各電磁コイル２５が間欠的に駆動されることにより、ディスク２３，２４の周縁に取り付けられた永久磁石２３ａ，２４ａが順次に反発力を受けて、ディスク２３，２４が回転する。これにより、回転軸２１の出力軸２１ｂが回転し、この出力軸２１ｂに連結された各種機器の回転軸等が回転駆動されることになる。
【００４９】
また、バッテリ４０には、発電機３０からの脈流が第一のトランス１１及び整流回路１２を介して供給され、充電が行なわれる。
これにより、出力回路５０は、バッテリ４０そして発電機３０から第二のトランス１３を介して給電され、動作する。
従って、バッテリ４０は、発電機３０からの給電により充電されると共に、同時に出力回路５０を駆動することになる。
尚、バッテリ４０は、切り換えスイッチを設けて、発電機３０または出力回路５０の何れか一方のみに切り換え接続するようにしてもよい。
【００５０】
図１２及び図１３は、上述した直流電動機２０における分配スイッチ２６，２７の変形例を示している。
図１２及び図１３において、分配スイッチ６０は、直流電動機２０の回転軸２１の一端に設けられた光学式エンコーダであって、回転軸２１に取り付けられた円板状のスリット板６１と、このスリット板６１の複数の半径方向位置でスリット板６１を挟んで対向する複数組（図示の場合、四組）の発光素子６２及び受光素子６３と、各電磁コイル２５または３５に接続された個別スイッチ６４（図３参照）から構成されている。
【００５１】
スリット板６１は、図１４に示すように、平坦な円板状であって、その複数、図示の場合４つの半径方向位置に、それぞれ同心の円弧状のスリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを備えている。
各スリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、スリット板６１の中心に関してそれぞれ所定の角度範囲（４５度）に形成されており、図示の場合には、互いに４５度ずつずれた角度位置に形成されている。
【００５２】
各発光素子６２及び受光素子６３は、図１３に示すように、基板６２ａ，６３ａ上に実装されていると共に、図１４（Ｂ）に示すように、スリット板６１の中心に対して一方向に整列して、それぞれ各スリット６１ａから６１ｄの半径方向位置で互いに対向している。
これにより、回転軸２１の回転に伴って、スリット板６１が回転すると、発光素子６２と受光素子６３の間の光路にスリット６１ａから６１ｄが整合したとき、発光素子６２からの光が受光素子６３により検出される。
各受光素子６３は、図１５のタイムチャートに示すように、順次に検出信号を出力する。
従って、各受光素子６３の検出信号に基づいて、対応する電磁コイル２５に接続された個別スイッチ６４をオンして、電磁コイル２５を励磁するようにすれば、分配スイッチ２６，２７と同様に、電磁コイル２５の励磁，非励磁を切り換えることができる。
この場合、分配スイッチ６０は、非接触で回転軸２１の回転位置を検出できるので、部品が摩耗したり、回転軸２１の回転に影響を与えることがない。
【００５３】
上述した発電機３０においては、各ディスク３３，３４の周縁に八個の永久磁石３３ａ，３４ａが取り付けられているので、ディスク３３，３４が一回転すると、電磁コイル３５の両端３５ａ，３５ｂに対して八回永久磁石が接近・離反する。
また、ディスク３３，３４が磁性材料から構成されていることにより、永久磁石３３ａ，３４ａの周囲のディスク領域も電磁コイル３５に対して磁束をもたらすので、電磁コイル３５に作用する磁場量が増大する。従って、ディスク３３，３４が低速回転であっても、電磁コイル３５により十分な発電が行なわれる。
その際、各ディスク３３，３４に取り付けられる永久磁石３３ａ，３４ａの個数が多くなるほど、また各ディスク３３，３４の回転数が高くなるほど、電磁コイル３５の発電量が増大する。
【００５４】
直流電動機２０においては、各ディスク２３，２４の周縁の表面に永久磁石２３ａ，２４ａが露出しているので、電磁コイル２５の励磁による反発力が大きくなり、回転軸２１の出力軸２１ｃの回転トルクが向上する。
また、分配スイッチ２６，２７，３６，３７の各ブラシが先端に接触ローラーを備えており、導電材２６ａの表面に対してころがり接触するので、摩耗画低減され、メンテナンス性が向上する。
さらに、分配スイッチの各スイッチに対して、それぞれ放電防止手段２６ｉが並列接続されているので、オフ時における火花の発生が抑制される。
【００５５】
ここで、発電機３０において、永久磁石３３ａ，３４ａの個数、ディスク３３，３４の材質を変更した場合の実験例を示す。
何れの場合も、ディスク３３，３４の直径３００ｍｍ，回転数１４４１回転／分，永久磁石の大きさ５０ｍｍ角とする。
実験例１では、ディスク３３，３４を木材により構成し、その周縁に８個の永久磁石を取り付ける。この場合、発電量は４０２Ｗであり、発電効率は５３％である。
実験例２では、ディスク３３，３４を鉄の鋼材を使用し、その周縁に１６個の永久磁石を取り付ける。この場合、発電量は１２６Ｗであり、発電効率は１６．８％である。
実験例３では、ディスク３３，３４を鉄の鋼材を使用し、その周縁に８個の永久磁石を取り付ける。この場合、発電量は５１７Ｗであり、発電効率は６８．９％である。
実験例２では、永久磁石間の距離が短く、隣接する永久磁石の影響を受けて、発電の波形が小さくなったため、発電量が少なくなったと考えられる。また実験例３では、永久磁石間の距離が長く、発電の波形が大きくなったので、発電量が多くなったと考えられる。
従って、隣接する永久磁石間の距離を確保しつつ、ディスクの周縁にできるだけ多く永久磁石を取り付けると、発電効率が向上することが分かる。
さらに、対のディスク３３，３４及び電磁コイル３５の組み合わせを１セットとして、セット数を多くすることにより、回転数を上げることなく、発電量をより増大させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、発電機３０においては、一組のディスク３３，３４及び電磁コイル３５を備えているが、これに限らず、複数組のディスク３３，３４及び電磁コイル３５を備えるようにしてもよい。この場合、組数の増加に伴って、発電量が増大することになる。
【００５７】
上述した実施形態においては、分配スイッチ６０の受光素子６３は、発光素子６２の光を受けたとき、Ｈレベルの信号を出力し、受光しないときＬレベルの信号を出力するようになっているが、これに限らず、バイナリ信号，ＢＣＤ信号を出力するようにしてもよい。
また、分配スイッチ６０は四組のスリット，発光素子及び受光素子を備えているが、これに限らず、制御すべき電磁コイル２５または３５の個数に応じて、増やすことも可能である。
【００５８】
上述した実施形態においては、直流電動機２０と発電機３０を組み合わせた直流電動発電機１０について説明したが、これに限らず、直流電動機２０及び発電機３０は、それぞれ単体でも動作することは明らかである。
さらに、上述した実施形態においては、分配スイッチ２６，６０は、いずれも電磁コイルのオンオフ、すなわち励磁・非励磁を切り換えるように構成され、電磁コイルと永久磁石との間に作用する反発力のみによって、ディスクを回転駆動するように構成されているが、これに限らず、ディスクに取り付けられた永久磁石が電磁コイルに接近する際に、電磁コイルに対して逆方向の電流を流すことにより、電磁コイルの極性を切り換えて、電磁コイルと永久磁石との間に吸引力を作用させるようにしてもよい。
これにより、永久磁石と電磁コイルとの間に生ずる吸引力及び反発力によって、ディスクがより効率良く回転駆動されることになる。
また、このような逆方向の電流によって電磁コイルを励磁して、永久磁石と電磁コイルとの間に発生する吸引力のみによって、ディスクを回転駆動することも可能である。
【００５９】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成により、低速でも効率よく発電することができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制し、また電磁コイルのコアを容易に交換して種々の大きさのディスクに対応できるようにした、極めて優れた発電機，直流電動機及び直流電動発電機が提供される。
【符号の説明】
【００６０】
１０    直流電動発電機
１１    第一のトランス
１２    整流回路
１３    第二のトランス
２０    直流電動機
２１，２２  回転軸
２３，３４  ディスク
２３ａ，２４ａ  永久磁石
２５    電磁コイル
２６，２７  分配スイッチ
２８    整流回路
２９    ケーシング
３０    発電機
３１，３２  回転軸
３３，３４  永久磁石
３５    電磁コイル
３６    ケーシング
４０    バッテリ
５０    出力回路
【図１】
2011120412.tif 000003
【図２】
2011120412.tif 000004
【図３】
2011120412.tif 000005
【図４】
2011120412.tif 000006
【図５】
2011120412.tif 000007
【図６】
2011120412.tif 000008
【図７】
2011120412.tif 000009
【図８】
2011120412.tif 000010
【図９】
2011120412.tif 000011
【図１０】
2011120412.tif 000012
【図１１】
2011120412.tif 000013
【図１２】
2011120412.tif 000014
【図１３】
2011120412.tif 000015
【図１４】
2011120412.tif 000016
【図１５】
2011120412.tif 000017