(57)【要約】本発明は、永久磁石１４と、コイル３０と、ヨーク２０とで構成される発電機１０において、回転軸１２に対して放射状に配置され、永久磁石１４によって磁化される複数の被吸着片１８で構成される引力手段１９を含み、永久磁石１４と、コイル３０と、ヨーク２０と、引力手段１９が同一の回転軸１２に連結され、引力手段１９を構成する各被吸着片１８が、ヨーク２０を構成する各金属片の間を等分する位置に配置する構成を採用することで、回転軸１２に及ぶコギングトルクを減少させている。
2003056688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、
電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイルと、
前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片と、
を含む発電機であって、
回転軸に対し放射状に配置され、前記永久磁石によって磁化される複数の被吸着片を備えた引力手段を含み、
前記引力手段の各被吸着片が、前記各金属片と異なる位置に配置されている発電機。
【請求項２】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、
電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイルと、
前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片と、
を含む発電機であって、
回転軸に対し放射状に配置され、前記永久磁石によって磁化される複数の被吸着片を備えた引力手段を含み、
前記引力手段の各被吸着片が、前記各金属片の間を等分する位置に配置されている発電機。
【請求項３】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、
電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした２組の巻線手段とを含み、
前記一方の巻線手段の各金属片が、前記他方の巻線手段の各金属片と異なる位置に配置されている発電機。
【請求項４】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、
電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした２組の巻線手段とを含み、
前記一方の巻線手段の各金属片が、前記他方の巻線手段における各金属片の間を等分する位置に配置されている発電機。
【請求項５】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、
前記いずれか１組の発電手段の各金属片が、他の組の発電手段における各金属片と異なる位置に配置されている発電機。
【請求項６】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、
前記いずれか１組の発電手段の各金属片が、他の組の発電手段における各金属片の間を等分する位置に配置されている発電機。
【請求項７】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、
前記いずれか１組の発電手段の各磁極が、他の組の発電手段における各磁極と異なる位置に配置されている発電機。
【請求項８】
回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、
前記いずれか１組の発電手段の各磁極が、他の組の発電手段における各磁極の間を等分する位置に配置されている発電機。
【請求項９】
前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された円筒形状であり、
前記複数の各金属片が、前記永久磁石の外周に近接し、
前記引力手段の各被吸着片が、前記永久磁石の外周に近接する、
請求項１又は請求項２に記載の発電機。
【請求項１０】
前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された円筒形状であり、
前記複数の各金属片が、前記永久磁石の外周に近接する、
請求項３乃至請求項８に記載の発電機。
【請求項１１】
前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された環状であり、
前記複数の各金属片が、前記環状の永久磁石の内周に近接し、
前記引力手段の各被吸着片が、前記環状の永久磁石の内周に近接する、
請求項１又は請求項２に記載の発電機。
【請求項１２】
前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された環状であり、
前記複数の各金属片が、前記環状の永久磁石の内周に近接する、
請求項３乃至請求項８に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は発電機に関し、詳しくは、磁界を供給する手段がヨークを吸着することで発生する所謂コギングトルクにより回転軸に与える影響を、減少させる発電機に関する。
背景技術
発電機を動作原理で分類すれば、同期発電機、誘導発電機、直流発電機に分けられる。何れの方式でも、線材が巻かれたコイルに磁界が与えられることにより、コイルに起電力を生じさせている。
小型の同期発電機として一般的に知られている自転車の照明用発電機は、Ｎ極とＳ極とが交互に配された永久磁石を回転させることで、コイルを横切るよう設けられた鉄片が磁化され、コイルに起電力が生じる。
このようにコイルに設けられた鉄片は、コイルに効率的に磁界を与えるために永久磁石と短い隙間を保って近接している。ところで、強力な磁界をコイルに与えるために、永久磁石の磁力を強力なものにすると、この接近している鉄片と永久磁石の間に、永久磁石が鉄片を吸着しようとする大きな引力が働くことになる。この引力が回転軸に及ぼす力をコギングトルクという。このコギングトルクが大きいものであると、回転トルクの変動、異常振動あるいは騒音等の問題が発生する。例えば、自転車の発電機において車輪を回転させることに大きな負荷が生じることになる。また、風力発電等に用いられる発電機においては、コギングトルクが大きいと、回転翼が動き始める始動トルクが大きくなる。また、回転翼を連続して回転させるための抵抗も大きくなる。よって、微風の状態で発電することは困難であった。
発明の開示
本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイルと、前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片とを含む発電機であって、回転軸に対し放射状に配置され、前記永久磁石によって磁化される複数の被吸着片を備えた引力手段を含み、前記引力手段の各被吸着片が、前記各金属片と異なる位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイルと、前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片とを含む発電機であって、回転軸に対し放射状に配置され、前記永久磁石によって磁化される複数の被吸着片を備えた引力手段を含み、前記引力手段の各被吸着片が、前記各金属片の間を等分する位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした２組の巻線手段とを含み、前記一方の巻線手段の各金属片が、前記他方の巻線手段の各金属片と異なる位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石と、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした２組の巻線手段とを含み、前記一方の巻線手段の各金属片が、前記他方の巻線手段における各金属片の間を等分する位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、前記いずれか１組の発電手段の各金属片が、他の組の発電手段における各金属片と異なる位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、前記いずれか１組の発電手段の各金属片が、他の組の発電手段における各金属片の間を等分する位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、前記いずれか１組の発電手段の各磁極が、他の組の発電手段における各磁極と異なる位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石、電気的に絶縁されたボビンに巻かれたコイル、及び前記永久磁石に対し相対的に回転して、前記永久磁石の磁束を前記コイルに印加する複数の金属片を組にした複数組の発電手段を含み、前記いずれか１組の発電手段の各磁極が、他の組の発電手段における各磁極の間を等分する位置に配置されている構成を採用している。
また、本発明においては、前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された円筒形状であり、前記複数の各金属片が、前記永久磁石の外周に近接し、前記引力手段の各被吸着片が、前記永久磁石の外周に近接する構成を採用している。
また、本発明においては、前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された円筒形状であり、前記複数の各金属片が、前記永久磁石の外周に近接する構成を採用している。
また、本発明においては、前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された環状であり、前記複数の各金属片が、前記環状の永久磁石の内周に近接し、前記引力手段の各被吸着片が、前記環状の永久磁石の内周に近接する構成を採用している。
また、本発明においては、前記永久磁石が、回転軸に対し放射状に、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された環状であり、前記複数の各金属片が、前記環状の永久磁石の内周に近接する構成を採用している。
発明を実施するための最良の形態
本発明における第１の実施形態を、図を用いて説明する。図１は第１実施形態における発電機１０の全体斜視図、図２は当該発電機１０の分解斜視図である。この発電機１０は、外部からの回転力が伝わる回転軸１２に対して放射状であって、且つ、円周方向に沿って交互に磁極が配置された永久磁石１４と、電気的に絶縁されたボビン３１に巻かれているコイル３０と、永久磁石１４から発生する磁束をコイル３０に印加するヨーク２０と、回転軸１２に対して放射状に配置され、永久磁石１４によって磁化される複数の被吸着片１８を備えた引力手段１９とから構成される。図１で示される矢印Ｒは回転軸の回転方向を示している。
本実施形態においては、ヨーク２０と、コイル３０と、引力手段１９を固定子とし、永久磁石１４を回転子としている。しかしながら、永久磁石１４を固定子として、ヨーク２０と、コイル３０と、引力手段１９を回転子としても良い。
まず、永久磁石１４について説明する。図２に示すように、永久磁石１４は適度に厚みを有した円板状に形成されており、その永久磁石１４の中心を回転軸１２によって固定している。この永久磁石１４は、回転軸１２を中心に４５度の角度を離して区切られた略扇状のＮ極とＳ極とが交互に配置されている。この円板状の永久磁石１４は、厚み方向の反対面に逆の磁極が形成されている。
また、この永久磁石１４におけるそれぞれの磁極の体積及び磁束密度はそれぞれ等しい。本実施の形態においては永久磁石１４を構成する材料にフェライトを使用している。また、以後、永久磁石１４において、ヨーク２０と近接する一側面をオモテ面と表現し、引力手段１９が近接する他側面を裏面と表現する。
本実施の形態においては、円板形状の永久磁石１４を使用しているが、回転軸１２に対して放射状に磁極を配置するのであれば、永久磁石１４の形状について限定されない。例えばそれぞれ独立した矩形状の永久磁石を、回転軸１２に対して放射状に配置する形状を採用しても良い。
この永久磁石１４の磁束密度は、それぞれの磁極の表面中央が最も強いものとみなし、永久磁石１４の位置を説明する際にはこの磁極の表面中央の位置をピッチの基準とする。また、後述する界磁鉄片２６及び被吸着片１８についても、それぞれの面積の中央における、回転軸１２から放射状に延びたピッチ線を、それぞれの位置を説明する際の基準とする。
次に、図３を用いてヨーク２０について説明する。図３はヨーク２０を構成している第１ヨーク２０ａと第２ヨーク２０ｂの斜視図である。第１ヨーク２０ａは、回転軸１２の軸周辺部２２ｂで一体となっている４枚の長板２２ａが、終端部でＬ字状に屈曲することにより、第１鉄片２２を形成している。この第１鉄片２２は、永久磁石１４のオモテ面と平行になるように近接してしている。永久磁石１４と第１鉄片２２との隙間の距離は約２ミリメートルである。この４枚の長板２２ａが、回転軸１２を中心に放射状に９０度の角度ピッチで展開され、さらにコイル３０を外側から被っている。よって第１鉄片２２は回転軸１２を中心に９０度の角度ピッチで配置されている。
第２ヨーク２０ｂは、ボビン３１の中空部分（回転軸１２が貫通する部分）で一体となっている４枚の短板２４ａが、終端部でＬ字状に屈曲することにより、第２鉄片２４を形成している。この第２鉄片２４は、永久磁石１４のオモテ面と平行になるように近接している。この４枚の短板２４ａが、回転軸１２を中心に放射状に９０度の角度ピッチを離して展開されている。つまり、第２鉄片２４は回転軸１２を中心に９０度の角度ピッチを離して配置されている。
この第１鉄片２２と第２鉄片２４は互いに回転軸１２を中心に４５度の角度をずらして互いが接続されている。また、第１鉄片２２及び第２鉄片２４は回転軸１２にベアリング６６を介して回転可能に接続されている。ここで第１鉄片２２及び第２鉄片２４の形状は矩形であるが、より広い面積で永久磁石１４と近接するために、永久磁石１４の磁極の形状と同じである略扇形の形状を採用しても良い。以後、第１鉄片２２及び第２鉄片２４については特に断りがない限り、界磁鉄片２６と表現する。本実施形態においては、この界磁鉄片２６はケイ素鋼板により形成されている。
次に図１を参照してコイル３０について説明する。コイル３０は、合成樹脂で形成されることで電気的に絶縁されている環状のボビン３１に銅線材が巻かれることで形成されている。また、このコイル３０に、第１ヨーク２０ａ及び第２ヨーク２０ｂが固定されることで固定子を形成している。回転軸１２が自在に回転できるように、ベアリング６６を介して一体となった固定子が回転軸１２を軸中心として固定されている。
次に図２を参照して引力手段１９について説明する。引力手段１９は、固定台３６と８枚の被吸着片１８とによって構成されている。図２に示すように、永久磁石１４の裏面側には、適度に厚みを有する円板状の固定台３６が回転軸１２を中心に軸支されている。この固定台３６は非磁性体で形成されており、永久磁石１４によって磁化されることはない。本実施の形態においては、合成樹脂によって形成されている。
この固定台３６における永久磁石１４側の表面には、界磁鉄片２６と同じ材質によって形成された計８枚の矩形の被吸着片１８が配置されている。この被吸着片１８は、界磁鉄片２６におけるそれぞれの鉄片の間隔を２分する位置と対応する位置に、回転軸１２に対して放射状に広がるように、固定台３６に固定されている。固定台３６は、ベアリング６６を介して回転軸１２に接続されている。よって、固定台３６は、回転軸１２を中心に回転自在となっている。
この永久磁石１４と被吸着片１８との隙間の距離は、界磁鉄片２６と永久磁石１４との隙間の距離と同じである。例えば、本実施の形態においては約２ミリメートルである。また、被吸着片１８の面積は、界磁鉄片２６の面積と同じである。また、被吸着片１８の形状及び面積は、界磁鉄片２６と同一形状、同一面積であることが望ましい。
次に、図２を参照して、界磁鉄片２６と被吸着片１８の位置関係を詳しく説明する。８枚の界磁鉄片２６は、回転軸１２を中心に円周を８分割した４５度の角度ピッチを離して均等に配置されている。また、８枚の被吸着片１８も、回転軸１２を中心に円周を８分割した４５度の角度ピッチを離して均等に配置されている。そして、８枚の界磁鉄片２６と８枚の被吸着片１８とは、４５度を２分割した２２．５度の角度をずらして配置されている。
ヨーク２０とコイル３０が一体となった固定子と、被吸着片１８が固定されている固定台３６とは、発電機１０を被う図示しないケースによって固定されている。よって、界磁鉄片２６と被吸着片１８との位置は、変動することなく２２．５度の角度をずらして固定されている。
本実施の形態の作用を説明する。この発電機１０において、永久磁石１４によって界磁鉄片２６に印加された磁束は、コイル３０を軸方向に横切ることでコイル３０に起電力を生じさせている。そして、永久磁石１４が回転軸１２と共に回転することにより、界磁鉄片２６に印加される磁極が交互に変化し、コイル３０を軸方向に横切る磁束の方向が交互に反転することでコイル３０に継続的に起電力を生じさせている。
図４は第１実施形態の発電機１０の断面を略して表しており、界磁鉄片２６と被吸着片１８が固定された状態で、永久磁石１４が回転している。永久磁石１４の回転方向は図１において表されている矢印Ｒの方向である。図４においては、この永久磁石１４の回転は、永久磁石１４が下から上に移動することにより表現されている。
図４（ａ）は、永久磁石１４が界磁鉄片２６に強い引力を及ぼしている状態を示している。図４（ｂ）は、永久磁石１４が（ａ）の状態から、回転軸１２を中心に、２２．５度を２分割した１１．２５度、回転させた状態を示している。図４（ｃ）は、（ｂ）の状態より更に永久磁石１４を１１．２５度、回転させた状態を示している。図４（ｄ）は、（ｃ）の状態より更に永久磁石１４を１１．２５度、回転させた状態を示している。以下では、図４において斜線で示した永久磁石１４と、界磁鉄片２６及び被吸着片１８との位置関係を説明する。
図４（ａ）において、界磁鉄片２６同士のスパンをｄとすると、界磁鉄片２６と被吸着片１８のスパンはｄ／２である。また、永久磁石１４が（ａ）の位置にあるときの、永久磁石１４と被吸着片１８との隙間における距離をｕとし、永久磁石１４と界磁鉄片２６との隙間における距離をｔとする。また、永久磁石１４が（ｂ）の位置にあるときの界磁鉄片２６及び被吸着片１８と永久磁石１４の隙間の距離をｒとする。ここで、距離ｔ、ｒ、ｕのそれぞれの長さは、ｔが最も短く、ｕは最も長い距離である。
図４（ａ）の状態においては、界磁鉄片２６が永久磁石１４のＮ極と距離ｔ離れているため、界磁鉄片２６には、逆極性の影像磁極であるＳ極が強く分布する。また、永久磁石１４のＳ極が被吸着片１８に対し距離ｕで離れているため、永久磁石１４からみて両側の被吸着片１８に逆極性の影像磁極であるＮ極が弱く分布する。
図４（ｂ）の状態においては、界磁鉄片２６が永久磁石１４のＮ極と距離ｒで離れているため、界磁鉄片２６の一方には逆極性の影像磁極であるＳ極が弱く分布する。また、被吸着片１８は永久磁石１４のＳ極と、距離ｒで離れているため、被吸着片１８の一方には逆極性の影像磁極であるＮ極が弱く分布する。この状態において、永久磁石１４が界磁鉄片２６に及ぼす引力と、永久磁石１４が被吸着片１８に及ぼす引力が釣り合っている。
図４（ｃ）の状態においては、永久磁石１４が界磁鉄片２６に距離ｕで離れているため、永久磁石１４のＮ極からみて両側の界磁鉄片２６に逆極性の影像磁極であるＳ極が弱く分布する。また、被吸着片１８が永久磁石１４のＳ極と距離ｔで離れているため、被吸着片１８には、逆極性の影像磁極であるＮ極が強く分布する。
図４（ｄ）の状態においては、界磁鉄片２６が永久磁石１４のＮ極と距離ｒで離れているため、界磁鉄片２６の一方には逆極性の影像磁極であるＳ極が弱く分布する。また、被吸着片１８は永久磁石１４のＳ極と、距離ｒで離れているため、被吸着片１８の一方には逆極性の影像磁極であるＮ極が弱く分布する。この状態において、永久磁石１４が界磁鉄片２６に及ぼす引力と、永久磁石１４が被吸着片１８に及ぼす引力が釣り合っている。
図４（ａ）から（ｂ）の状態に移行するときの回転軸１２にかかる引力について説明する。永久磁石１４が、界磁鉄片２６に強く引力を及ぼす状態から、少しでも回転軸１２が回転すると、永久磁石１４が界磁鉄片２６に及ぼす引力は減少し、永久磁石１４が被吸着片１８に及ぼす引力は増加する。このとき、永久磁石１４が、界磁鉄片２６に最も強く引力が及ぶ状態から、少しでも回転軸１２が回転すると、被吸着片１８に発生した逆極性の影像磁極のＮ極が永久磁石１４のＳ極を引っ張る方向に力が働くことになる。これにより、永久磁石１４のＮ極が界磁鉄片２６に及ぼす引力をある程度打ち消すことになるので、回転軸１２にかかる引力であるコギングトルクが減少することになる。言い換えると、回転軸１２にかかるコギングトルクの最大値は減少しないが、回転軸１２が回転することに支障となる、永久磁石１４が界磁鉄片２６に及ぼす引力を、被吸着片１８と永久磁石１４とが引き合う方向に引力が働くことにより、減少させることができる。よって、永久磁石１４が界磁鉄片２６に、強い引力で引かれる時間が短くなる。
図４（ｂ）から（ｃ）の状態に移行するときの回転軸１２にかかる引力について説明する。永久磁石１４が界磁鉄片１６と被吸着片１８との間にある位置から少しでも回転軸１２が回転したならば、永久磁石１４と被吸着片１８との距離が短くなっていくので、永久磁石１４が被吸着片１８を引き付ける方向の引力が大きくなっていく。これに伴い、永久磁石１４と界磁鉄片２６との距離が長くなっていくので、永久磁石１４が界磁鉄片２６を引き付ける方向の引力が小さくなっていく。
図４（ｃ）の状態から（ｄ）の状態に移行するときの回転軸１２にかかる引力について説明する。永久磁石１４が、被吸着片１８に強く引力を及ぼす状態から、少しでも回転軸１２が回転すると、永久磁石１４が界磁鉄片２６に及ぼす引力は増加し、永久磁石１４が被吸着片１８に及ぼす引力は減少する。このとき、永久磁石１４が、被吸着片１８に最も強く引力がかかる状態から、少しでも回転軸１２が回転すると、界磁鉄片２６に発生した逆極性の影像磁極のＳ極が永久磁石１４のＮ極を引っ張る方向に力が働くことになる。これにより、永久磁石１４のＳ極が被吸着片１８に及ぼす引力をある程度打ち消すことになるので、回転軸１２にかかる引力であるコギングトルクが減少することになる。
図４（ｄ）から（ａ）の状態に移行するときの回転軸１２にかかる引力について説明する。永久磁石１４が界磁鉄片１６と被吸着片１８との間にある位置から少しでも回転軸１２が回転したならば、永久磁石１４と界磁鉄片２６との距離が短くなっていくので、永久磁石１４が界磁鉄片２６を引き付ける方向の引力が大きくなっていく。これに伴い、永久磁石１４と被吸着片１８との距離が長くなっていくので、永久磁石１４が被吸着片１８を引き付ける方向の引力が小さくなっていく。
被吸着片１８がない状態と比較すると、被吸着片１８が配置されることによって、新たにコギングトルクが発生する位置が増えることになる。しかし、回転軸１２の回転を阻害する方向のコギングトルクの最大値は同じであって、出現する位置が２倍になる。言い換えると、被吸着片１８がない状態と比較すると、コギングトルクの発生する周期が半分になる。
また、図４（ａ）から（ｂ）に移行する場合においては、界磁鉄片２６の間に配置された被吸着片１８が、積極的に永久磁石１４と引き合うことにより、永久磁石１４と界磁鉄片２６との間に働く引力を減少させている。また、図４（ｃ）から（ｄ）に移行する場合においては、被吸着片１８の間に配置された界磁鉄片２６が、積極的に永久磁石１４と引き合うことにより、永久磁石１４と被吸着片１８との間に働く引力を減少させている。
よって、回転軸１２にかかるコギングトルクの最大値は変動しないが、コギングトルクが回転軸１２に強く影響を与える時間が短くなるので、コギングトルクの周期が半分になることと相俟って、回転軸１２がスムーズに回転することになる。
第１の実施形態においては、磁極が８極の永久磁石１４を使用したが、設計上許される範囲内において、さらに多極化することもできる。永久磁石１４の多極化に伴い、界磁鉄片２６と被吸着片１８も、極数と同数に増やす。
また、第１の実施形態においては、永久磁石１４の裏面に被吸着片１８を設けているが、この被吸着片１８の替わりに、別のコイルに磁束を印加するヨークを配置しても良い。
次に、被吸着片１８の替わりに別のコイルに磁束を印加するヨークを配置する第２の実施形態を説明する。図５に示すように、第２の実施形態においては、１本の回転軸１２に固着された円板状の永久磁石１４の両面に、巻線手段１７ａ、１７ｂを対向させるように配置している。巻線手段１７ａ、１７ｂとは、界磁鉄片２６ａ、２６ｂとコイル３０ａ、３０ｂにより構成される。巻線手段１７ａと巻線手段１７ｂとは同じ構成である。一方の巻線手段１７ａを構成する界磁鉄片２６ａの間を２分する位置に、他方の巻線手段１７ｂを構成する界磁鉄片２６ｂが配置されている。永久磁石１４、界磁鉄片２６ａ、２６ｂ及びコイル３０ａ、３０ｂは、ともに第１の実施形態の界磁鉄片２６及びコイル３０と同じ構成である。
詳しくは、図５に示すように、巻線手段１７ａを構成している界磁鉄片２６ａの位置は、巻線手段１７ｂを構成している界磁鉄片２６ｂと２２．５度ずれて配置されている。これは、第１の実施形態における発電機１０の界磁鉄片２６と被吸着片１８との位置関係と同じである。
これにより、第１の実施形態と同様に、回転軸１２にかかるコギングトルクの周期が半分になり、コギングトルクが最大にかかる位置から少しでも回転軸１２が回転すると、他方の界磁鉄片２６が永久磁石１４を引き付けることにより、回転軸１２の回転を促すことになり、回転軸１２はスムーズに回転することになる。
ここで、界磁鉄片２６ａと界磁鉄片２６ｂとの角度が２２．５度離れて配置された場合における、コイル３０ａ及びコイル３０ｂの合成電圧について説明する。コイル３０ａとコイル３０ｂを直列に接続した場合には、位相がずれた正弦波が合成され、合成電圧となる。第２の実施形態においては、磁極は８極である。よって、永久磁石１４が１回転すると、コイル３０ａ、３０ｂに４周期の電圧が出力される。しかしながら、コイル３０ａから出力される電圧と、コイル３０ｂから出力される電圧とでは電気角で９０度位相がずれたものになる。よって、合成電圧の最大値は、コイル３０が発電する電圧の√２倍となる。第２の実施形態においては、界磁鉄片２６ａを２分する位置に、界磁鉄片２６ｂを配置しているが、このことは、極数が８極の場合においては、電気角を９０度ずらして配置することと、技術思想は同じである。つまり、８極においては、機械角で２２．５度ずらすことは、電気角で９０度ずらすことになる。
つまり、第２の実施形態においては、永久磁石１４を２個の巻線手段１７ａ、１７ｂで共有することにより、コギングトルクの最大値を増加させないで、回転軸１２をスムーズに回転させることができる。この場合、電圧値も２個の巻線手段１７ａ、１７ｂを直列に接続した場合には、１個の巻線手段における電圧の最大値の√２倍になる。言い換えると、１個の巻線手段を用いた場合と比較して、同じ力で回転軸１２を回転させて、発電される電圧の最大値を√２倍にすることができる。これらは、回転軸１２に加わる慣性モーメント等を考慮しない場合である。
また、第２の実施形態においては、１本の回転軸１２に固着された円板状の永久磁石１４の両側面に巻線手段１７ａ、１７ｂを配置しているが、巻線手段１７及び、永久磁石１４の数はこれに限定されない。１本の回転軸１２に複数の永久磁石１４と、その複数の永久磁石１４の両側面に２組の巻線手段１７を配置した発電機も発明の範囲に含まれる。
複数の巻線手段１７を設けた場合には、界磁鉄片の位置は、複数の巻線手段１７を直列に接続した場合における合成電圧の位相が、基準となる１個の巻線手段１７の電圧と比較して電気角で４５度ずれるように配置されることが望ましい。言い換えると、例えば、４個の巻線手段１７を１本の回転軸に連結する場合においては、それぞれの巻線手段１７を構成する界磁鉄片２６の位置が、互いに等間隔で、１５度の角度でずれて三等分に配置されることが望ましい。この場合、２個の永久磁石１４における磁極の位置は同じ位置であることが前提である。
本発明における第３の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本発明における第３実施形態の発電機１０の断面を模式的に表現した図である。第３の実施形態においては、回転軸１２に、２組の起電手段１６（コイル３０、界磁鉄片２６、永久磁石１４、被吸着片１８、固定台３６の組み合わせ）を連結させる構造において、回転軸１２の回転をスムーズにすることを目的とした発電機１０について説明する。図６において左側を起電手段１６ａ、右側の起電手段を１６ｂと表現する。
２組の起電手段１６ａ、１６ｂを回転軸１２で連結する際に、この２組の起電手段１６ａ、１６ｂの界磁鉄片２６と永久磁石１４を回転軸１２に対して同じ位置に固定すると、コギングトルクの最大値は２倍となる。これは、摩擦抵抗などの要因を考慮しない場合の値である。
第３の実施形態においては、この２組の起電手段１６ａ、１６ｂの連結において、１組の起電手段１６ａはコギングトルクが最小値になる位置の状態に永久磁石１４を位置させ、もう１組の起電手段１６ｂはコギングトルクが最大値になる位置の状態に永久磁石１４を位置させて、回転軸１２に連結している
図６で示される左側の起電手段１６ａは、界磁鉄片２６と被吸着片１８の距離ｄ／２のちょうど中間（ｄ／４）に永久磁石１４が位置している。この位置は起電手段１６ａおいてコギングトルクが最小値になる位置である。また、図６で示される右側の起電手段１６ｂは、界磁鉄片２６が永久磁石１４の磁極に最も近づくように永久磁石１４が位置している。この位置は起電手段１６ｂにおいてコギングトルクが最大値になる位置である。
つまり、２組の起電手段１６ａ、１６ｂにおいて界磁鉄片２６と被吸着片１８の位置が固定台３６を隔てて対面する位置になる状態で、それぞれの永久磁石１４の位置は、一方はコギングトルクの最小値が発生する位置に、他方はコギングトルクの最大値が発生する位置になるように位置をずらして、回転軸１２に連結されている。
第３の実施形態においては、２組の起電手段１６ａ、１６ｂにおけるコギングトルクの最大値が発生する位置がそれぞれ異なる。よって、２組の起電手段１６ａ、１６ｂが同じ位置（界磁鉄片２６、被吸着片１８、永久磁石１４の位置が固定台３６を中心にして対面する位置にあること）である場合と比較すると、２組の起電手段１６を同時に回転させる際に発生するコギングトルクの最大値を減少させることができる。また、回転軸１２が回転する際に、コギングトルクの最大値が発生する周期が、２組の起電手段１６ａ、１６ｂが同じ位置にあるときよりも、半分になる。
また、第３の実施形態においては、一方の起電手段１６ａをコギングトルクが最大値になるよう永久磁石１４を位置させ、他方の起電手段１６ｂをコギングトルクが最小値になるよう永久磁石１４を位置させるようにして、回転軸１２に連結している。このことは、第１の実施形態における界磁鉄片２６と被吸着片１８との関係と同じである。つまり、一方の起電手段１６ａが、コギングトルクが最大となる位置から回転軸１２が少しでも回転すると、他方の起電手段１６ｂに、引き付ける方向の引力が加わり、一方の起電手段１６ａが発生する、回転軸１２にかかる引力を減少させている。よって、コギングトルクが回転軸１２に強く影響を与える時間が短くなるので、コギングトルクの周期が半分になることと相俟って、回転軸１２がスムーズに回転することになる。
第３の実施形態においては、２組の起電手段１６を同じ回転軸１２で連結させることを説明したが、連結する起電手段１６は２組に限定されない。３組以上の起電手段１６を回転軸１２に連結する場合には、コギングトルクの最大値が発生する位置が、それぞれの起電手段で異なる位置になるよう連結すればよい。異なる位置になるよう連結する方法には、第３実施形態のように、永久磁石１４の位置をずらす方法でも良いし、また、界磁鉄片２６の位置をずらす方法を採用しても良い。
また、第３の実施形態において起電手段１６を複数設ける場合には、各々の起電手段１６が発電する電圧を直列に接続した合成電圧の位相が、一つの起電手段１６における電圧の位相に対して電気角で４５度ずれるように、複数の起電手段１６を配置することが望ましい。
本発明における第４の実施形態を、図７を用いて説明する。図７は本発明における第４の実施形態における発電機１０の全体斜視図である。第４の実施形態においては、２組の発電手段（永久磁石、コイル、ヨークの組み合わせ）２８ａ、２８ｂを回転軸１２に連結する構成において、回転軸１２をスムーズに回転させることを目的とした発電機１０について説明する。
この発電機１０は、外部からの力により回転力が伝わる回転軸１２と、この回転軸１２に固定された界磁手段である第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２と、この第１永久磁石４０によって磁束が印加される８枚の鉄片で構成される第１ヨーク４４と、この第１ヨーク４４により磁束が印加される第１コイル３２と、前述の第２永久磁石４２によって磁束が印加される８枚の鉄片で構成される第２ヨーク４６と、この第２ヨーク４６により磁束が印加される第２コイル３４とから構成されている。
第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２は円筒状に形成されており、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２の中心に回転軸１２が固着されている。この第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２は、外周に沿ってＮ極とＳ極が交互に８極配置されている。言い換えると、外周側の磁極と対になる磁極は、内側である回転軸１２側に設けられている。また、第１永久磁石４０と第２永久磁石４２とは、それぞれの永久磁石における異なる磁極どうしが対向するように配置される。しかし、第１永久磁石４０と第２永久磁石４２とが影響し合わないよう、非磁性体の板（図示しない）により分離されている。
第１永久磁石４０により磁束が印加される第１ヨーク４４は、４枚の長い板状の第１長鉄片４８と４枚の短い板状の第１短鉄片５０で構成されている。ここで第１長鉄片４８の長さは、第１コイル３２と第１永久磁石４０の軸方向の長さを加えた長さにほぼ等しい。第１短鉄片５０の長さは、第１永久磁石４０の軸方向の長さにほぼ等しい。
４枚の第１長鉄片４８は長板状に形成され、その４枚の長板状の一端部が延長され、回転軸１２周辺でそれぞれが一体となるよう結合されている。この第１長鉄片４８の長板状の他端部が第１コイル３２と第１永久磁石４０の外周に近接している。この４枚の長板状の他端部は回転軸１２を中心に９０度の角度ピッチを離して設けられている。同様に、４枚の第１短鉄片５０は、その板状の一端部が延長され、回転軸１２周辺でそれぞれが一体となって結合している。
この第１短鉄片５０の板状の他端部が第１永久磁石４０の外周に近接し、一端部が第１コイル３２の内側に接している。この４枚の板状の他端部は回転軸１２を中心に９０度の角度ピッチを離して設けられている。この第１長鉄片４８及び第１短鉄片５０は回転軸１２を中心に回転自在に固定されている。
４枚の第１長鉄片４８及び第１短鉄片５０の位置関係は、第１長鉄片４８と第１短鉄片５０とが交互に回転軸１２を中心として放射状に配置されている。よって、第１長鉄片４８及び第１短鉄片５０は回転軸１２を中心に４５度ずれて配置されている。
第２永久磁石４２により磁束が印加される第２ヨーク４６は、上述の第１ヨーク４４と同じく４枚の長い板状の第２長鉄片５２と４枚の短い板状の第２短鉄片５４で構成されている。第２長鉄片５２及び第２短鉄片５４の構造は第１ヨーク４４に準ずる。
次に第１ヨーク４４と第２ヨーク４６の位置関係を説明する。第１ヨーク４４を構成している第１長鉄片４８及び第１短鉄片５０と、第２ヨーク４６を構成している第２長鉄片５２及び第２短鉄片５４とが回転軸１２を中心に交互に配置されている。例えば、第１ヨーク４４の第１長鉄片４８と第２ヨーク４６の第２長鉄片５２とは回転軸１２を中心として２２．５度ずらして配置されている。これは、第１の実施形態における、界磁鉄片２６と被吸着片１８との関係と同じである。
図８においては、この第１ヨーク４４及び第２ヨーク４６の各鉄片の位置が回転軸１２を中心としてどのように位置しているのかを模式的に表現している。図８（ａ）においては、回転軸１２を中心としたピッチ線を表しており、実線で表しているのが第１ヨーク４４を構成する鉄片のピッチ線であり、点線で表しているのが第２ヨーク４６を構成する鉄片のピッチ線である。また、図８（ｂ）は、第４実施形態の発電機１０の断面を模式的に表現したものである。つまり、第１ヨーク４４の鉄片どうしは回転軸１２を中心に４５度の角度ピッチで離れている。また、第１ヨーク４４の鉄片と第２ヨーク４６の鉄片とは、２２．５度ずれている。
第４の実施形態の作用を説明する。図８（ｂ）に示すように、第１ヨーク４４を構成する第１長鉄片４８がＳ極に着磁される。すると、第１短鉄片５０がＮ極に着磁される。つまり、第１短鉄片５０から第１長鉄片４８方向に磁力線が流れ、第１コイル３２を回転軸１２方向に横切る磁界が発生する。
図９は、発電手段２８ａのＡ−Ａ断面図と、発電手段２８ｂのＢ−Ｂ断面図を、図７に示す矢印Ｒの方向に回転軸１２を回転させた場合における、永久磁石１４と、第１ヨーク４４及び第２ヨーク４６との位置関係を模式的に表現したものである。これは回転軸１２が回転することにより、（ａ）〜（ｃ）のように永久磁石１４と、第１ヨーク４４及び第２ヨーク４６との位置関係が変化する様子を表現している。上段がＡ−Ａ断面図、下段がＢ−Ｂ断面図となる。
図９（ａ）上段のＡ−Ａ断面図においては、第１ヨーク４４を構成する鉄片（第１長鉄片４８、第１短鉄片５０）が、第１永久磁石４０の最大磁束密度のところ（Ｎ極、Ｓ極の中心）に位置している。この位置において第１ヨーク４４を構成する鉄片には強い引力が働くことになり、第１永久磁石４０が固着された回転軸１２には強いコギングトルクが発生する。
一方、図９（ａ）下段のＢ−Ｂ断面図に示すとおり第２ヨーク４６を構成する鉄片（第２長鉄片５２、第２短鉄片５４）は、第２永久磁石４２の磁極境界（Ｎ極とＳ極の境界）のところに位置している。この位置において第２ヨーク４６を構成する鉄片には弱い引力しか働かず、第２永久磁石４２が固着された回転軸１２には弱いコギングトルクが発生する。
回転軸１２に固定された第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２が回転軸１２中心に回転すると（ａ図状態からｂ図状態に移行する過程）、第１永久磁石４０が回転軸１２に及ぼすコギングトルクが徐々に弱まり、逆に第２永久磁石４２が回転軸１２に及ぼすコギングトルクは除々に強まる。図９（ｂ）の角度にそれぞれの永久磁石が移動するまでこの状態が続く。
図９（ｂ）においては、下段に示すＢ−Ｂ断面図のとおり第２ヨーク４６を構成する鉄片が、第２永久磁石４２の最大磁束密度のところに位置している。この位置において第２ヨーク４６を構成する鉄片には強い引力が働くことになり、第２永久磁石４２が固着された回転軸１２には強いコギングトルクが発生する。一方、第１ヨーク４４を構成する鉄片は、第１永久磁石４０の磁極境界のところに位置している。この位置において第１ヨーク４４を構成する鉄片には弱い引力しか働かず、第１永久磁石４０が固着された回転軸１２には弱いコギングトルクが発生することになる。
コギングトルクの強弱は、永久磁石が鉄片を吸引する引力により決定する。言い換えると、鉄片を吸引する力が強いということは、コギングトルクが強いということになる。逆に、鉄片を吸引する力が弱いということは、コギングトルク弱いということになる。
第１永久磁石４０に働く引力が、回転軸１２に固定された第２永久磁石４２に働く引力により弱められることになる。よって、回転軸１２に伝わるコギングトルクの最大値が、２個の発電機を同じ位置にした状態と比較すると小さくなる。
回転軸１２に固定された第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２が更に回転を続けると（ｂ図からｃ図に移るまでの状態）、第２永久磁石４２に働く引力が除々に弱まり、逆に、第１永久磁石４０に働く引力は除々に強まっていく。これは、図９（ｃ）の角度にそれぞれの永久磁石が移動するまでこの状態が続く。このとき、第２永久磁石４２に働く引力が、回転軸１２に固定された第１永久磁石４０に働く引力により弱められることになる。よって、回転軸１２に伝わるコギングトルクの最大値が、２個の発電機を同じ位置にした状態と比較すると小さくなる。
第４の実施形態においては、２組の発電手段２８ａ、２８ｂにおけるコギングトルクの最大値が発生する位置がそれぞれ異なる。よって、２組の発電手段２８ａ、２８ｂが同じ位置である場合と比較すると、２組の発電手段２８を同時に回転させる際に発生するコギングトルクの最大値を減少させることができる。また、回転軸１２が回転する際に、コギングトルクの最大値が発生する周期が、２組の発電手段２８ａ、２８ｂが同じ位置にあるときよりも、半分になる。
また、第４の実施形態においては、一方の発電手段２８ａをコギングトルクが最大値になるよう第１ヨーク４４を位置させ、他方の発電手段２８ｂをコギングトルクが最小値になるよう第２ヨーク４６を位置させるようにして、回転軸１２に連結している。このことは、第１の実施形態における界磁鉄片２６と被吸着片１８との関係と同じである。つまり、一方の発電手段２８ａが、コギングトルクが最大となる位置から回転軸１２が少しでも回転すると、他方の発電手段２８ｂに、引き付ける方向の引力が加わり、一方の発電手段２８ａが発生する、回転軸１２にかかる引力を減少させている。よって、コギングトルクが回転軸１２に強く影響を与える時間が短くなるので、コギングトルクの周期が半分になることと相俟って、回転軸１２がスムーズに回転することになる。
第４の実施形態においては、２組の発電手段２８を同じ回転軸１２で連結させることを説明したが、連結する発電手段２８は２組に限定されない。３組以上の発電手段２８を回転軸１２に連結する場合には、コギングトルクの最大値が発生する位置が、それぞれの発電手段で異なる位置になるよう連結すればよい。異なる位置になるよう連結する方法には、第４実施形態のように、ヨークの位置をずらす方法でも良いし、また、永久磁石の位置をずらす方法を採用しても良い。
また、第４の実施形態において発電手段２８を複数設ける場合には、各々の発電手段２８が発電する電圧を直列に接続した合成電圧の位相が、一つの発電手段２８における電圧の位相に対して電気角で４５度ずれるように、複数の発電手段２８を配置することが望ましい。
図１０は本発明おける、第５の実施形態の発電機１０について示したものである。図１１は、第５の実施形態における発電機１０の断面図である。第５の形態における発電機１０は、回転軸１２に固定された第１コイル５６及び第２コイル５８と、その第１コイル５６及び第２コイル５８の外周に沿って配置された複数の鉄片から構成される第１ヨーク６６及び第２ヨーク６８と、その第１ヨーク６６及び第２ヨーク６８の外周に沿って配された永久磁石６４から構成されている。この第１コイル５６と第１ヨーク６６の組み合わせと、第２コイル５８と第２ヨーク６８の組み合わせが、回転軸１２に固定されている。
回転軸１２に固定された第１コイル５６及び第２コイル５８は、合成樹脂により形成された円筒形のボビン（図示せず）に銅線が巻かれることにより形成されている。これらの第１コイル５６及び第２コイル５８はボビンの中央を貫く回転軸１２に固定されている。よって、回転軸１２を回転させることにより、これら第１コイル５６及び第２コイル５８が回転することになる。
第１コイル５６の外周に配置された第１ヨーク６６は、１４枚の鉄片が、回転軸１２を中心に放射状に均等に配置された第１鉄片６０と、同じく１４枚の鉄片が、回転軸１２を中心に放射状に均等に配置された第２鉄片６２により構成されている。これら２８枚の鉄片の長さは、第１コイル５６の軸方向の厚みとほぼ同じ長さを有する。第１鉄片６０は、１４枚の鉄片が第１コイル５６の外周を被うように配置され、回転軸１２に固定されている。
また、第２鉄片６２は１４枚の鉄片が第１コイル５６の外周を、第１鉄片６０とは反対の側面から被うように配置され、回転軸１２に固定されている。つまり、第１コイル５６の両側面から、第１鉄片６０と第２鉄片６２とによって第１コイル５６を挟み込むように被っている。
第２コイル５８も第１コイル５６と同様に、計２８枚の第１鉄片６０及び第２鉄片６２で覆われている。第１コイル５６における、第１鉄片６０を構成する１４枚の鉄片は、それぞれ永久磁石６４と近接する面の中心を基準とすると、回転軸１２を中心に円周を１４等分した約２５．７度の角度ピッチを離して設けられている。
また、第１鉄片６０を構成する１４枚の鉄片どうしの間に第２鉄片６２を構成する１４枚の鉄片が配置されている。つまり、第１鉄片６０を構成する１４枚の鉄片と第２鉄片６２を構成する１４枚の鉄片は、円周を２８等分した約１２．９度の角度ピッチを離して近接している。また、第２コイル５８においても、この第２コイル５８を被う２８枚の鉄片は同じく約１２．９度の角度ピッチを離して近接している。
第１コイル６０を被う第１ヨーク６６と、第２コイル５８を被う第２ヨーク６８の位置関係を説明する。この第１コイル５６を被う２８枚の鉄片は、それぞれ回転軸１２を中心に約１２．９度の角度ピッチを離して配置されているが、この２８枚の鉄片どうしの間に第２コイル５８を被う２８枚の鉄片における各々の中心を位置させている。
つまり、第１ヨーク６６と第２ヨーク６８とは、回転軸１２を中心に円周を５６等分した約６．４度ずらして位置している。言い換えると、第１コイル５６を被う鉄片と第２コイル５８を被う鉄片とは、約６．４度ずれて回転軸１２を中心に固定されている。
環状の永久磁石６４の内周に近接して、第１鉄片６０及び第２鉄片６２が設けられている。この永久磁石６４は１４個のＮ極と１４個のＳ極とが交互に配置され、合計２８極の磁極を有している。この永久磁石６４の磁極は回転軸１２の軸方向と平行に配置されている。
この永久磁石６４は、図１０で示されるように、円周を４分割した弓形状の永久磁石を４個組み合わせることで、第１コイル５６及び第２コイル５８のそれぞれの第１鉄片６０及び第２鉄片６２の外周を被う構造を採用している。
この第１コイル５６及び第２コイル５８の外周に設けられた永久磁石６４は、第１鉄片６０及び第２鉄片６２に磁界を供給している。回転軸１２が回転すると、この永久磁石６４に交互に配置された磁極により、第１鉄片６０及び第２鉄片６２に交互に異なる磁極の磁界が供給され、第１コイル５６及び第２コイル５８を横切る磁束の方向が交互に入れ替わることになる。このことで、第１コイル５６及び第２コイル５８に連続的に起電力を生じさせている。回転軸１２が１回転する間に、第１コイル５６及び第２コイル５８を横切る磁束の方向の変化が２８回行われる。
また、永久磁石６４は、この永久磁石６４を被う図示しないケースと共に図示しないベアリングを介して回転軸１２に固定されている。この場合、固定子が永久磁石６４で、回転子が、第１コイル５６と第１ヨーク６６、及び、第２コイル５８と第２ヨーク６８の組み合わせとなる。
第５の実施形態の作用を説明する。第５実施形態においては、回転軸１２に対して異なる位置でそれぞれの鉄片が固定されている。鉄片が永久磁石６４に磁化されることにより発生するコギングトルクは、そのコギングトルクの最大値が発生する位置が互いに異なる位置になる。
よって、第１コイル５６及び第２コイル５８を被っている、第１ヨーク６６及び第２ヨーク６８におけるそれぞれの鉄片の位置が同じである場合と比較すると、第５の実施形態の発電機１０においては、コギングトルクの最大値が減少することになる。加えて、コギングトルクの最大値の発生する周期が半分になることから、よりスムーズに回転軸１２が回転することになる。
この第５の実施形態においては、第１コイル５６及び第２コイル５８を被っている鉄片の位置をずらすことにより、コギングトルクの最大値が発生する位置をずらしているが、鉄片の位置をずらす替わりに、第１コイル５６及び第２コイル５８を被う鉄片に磁束を供給する永久磁石６４の磁極の位置をずらすことでも良い。また、同じ回転軸１２に連結するコイルと鉄片の組み合わせの数は２組に限られない。設計上許される範囲内においてコイルとそのコイルを被う鉄片との組み合わせの数を増やすことも可能である。
発明の実施の形態においては、実施の形態を５例挙げて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
産業上の利用可能性
以上のように本発明においては、コイルに磁界を印加する界磁鉄片の各々の間に、被吸着片を設けて、永久磁石が被吸着片に及ぼす引力を利用することにより、回転軸の回転を促すことができる。よって、回転軸に伝わるコギングトルクによる抵抗が緩やかになる。また、コギングトルクが回転軸に影響を与えている時間が短くなるので、発電機の異常振動あるいは騒音等が減少する。よって、自転車の発電機において本発明の発電機を使用すると、車輪をスムーズに回転させることができる。
また、被吸着片を設けることにより、コギングトルクの最大値が発生する周期が短くなり、コギングトルク値の変動が少なくなることと相俟って、回転軸をスムーズに回転させることができる。
また、本発明においては、巻線手段（界磁鉄片とコイルの組み合わせ）を複数設けてもよい。この場合、界磁鉄片と被吸着片との関係を、一方の巻線手段と他方の巻線手段で置き換えることになる。すなわち、例えば、１個の永久磁石を２個の巻線手段で共有し、一方の巻線手段の鉄片と他方の巻線手段の鉄片との位置を等間隔でずらすことにより、コギングトルクの最大値を増加させないで、回転軸をスムーズに回転させることができる。この場合、電圧値も２個の巻線手段を直列に接続した場合には、１個の巻線手段における電圧の最大値の√２倍になる。言い換えると、１個の巻線手段を用いた場合と比較して、同じ力で回転軸を回転させて、発電される電圧の最大値を√２倍にすることができる。
さらに、本発明においては、コギングトルクの最大値が発生する位置をずらした発電手段（コイル、ヨーク、永久磁石の組み合わせ）を、回転軸に複数接続することにより、コギングトルクが回転軸に強く影響を与えている時間が短くなるので、スムーズに回転軸を回転させることが可能となる。また、コギングトルクの最大値が発生する周期が短くなることにより、よりスムーズに回転軸が回転することができる。
また、本発明の発電機を風力発電に用いた場合、コギングトルクによる回転軸への影響が減少するので、微風でも回転翼を始動させることができる。また、微風でも回転翼を回転させ続けることができるので、微風地域における風力発電の発電機として有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施形態における発電機の斜視図である。
第２図は、本発明の第１の実施形態における発電機の分解斜視図である。
第３図は、本発明の第１の実施形態におけるヨーク２０を構成している第１ヨークと第２ヨークの斜視図である。
第４図は、本発明の第１の実施形態における発電機の界磁鉄片と永久磁石と被吸着片の位置関係を示した断面図であり、回転軸の回転に伴い、永久磁石の磁極と界磁鉄片及び被吸着片との距離を模式的に表現している。
第５図は、本発明の第２の実施形態における発電機を模式的に表した断面図である。
第６図は、本発明の第３の実施形態における発電機の断面を模式的に表現した図である。
第７図は、本発明の第４の実施形態における発電機の斜視図である。
第８図は、本発明の第４の実施形態における発電機の界磁鉄片の位置関係を表現している断面図である。
第９図は、本発明の第４の実施形態における発電機の界磁鉄片と永久磁石の磁極との位置関係を、回転軸の回転に伴い変化する様子を表現している断面図である。（ａ）から（ｃ）において、上段がＡ−Ａ断面図、下段がＢ−Ｂ断面図となる。
第１０図は、本発明の第５の実施形態における発電機の分解斜視図である。
第１１図は、本発明の第５の実施形態における発電機の断面図である。
【図１】
2003056688.tif 000003
【図２】
2003056688.tif 000004
【図３】
2003056688.tif 000005
【図４】
2003056688.tif 000006
【図５】
2003056688.tif 000007
【図６】
2003056688.tif 000008
【図７】
2003056688.tif 000009
【図８】
2003056688.tif 000010
【図９】
2003056688.tif 000011
【図１０】
2003056688.tif 000012
【図１１】
2003056688.tif 000013
【国際調査報告】
2003056688.tif 000014
2003056688.tif 000015
2003056688.tif 000016
2003056688.tif 000017