(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状または円筒状であって、前記円柱状または円筒状の外周には軸方向に長く周方向にＮＳ着磁がなされた棒状の複数の永久磁石を周方向に、かつ隣接する前記永久磁石の対向する磁極が同極となるように配置すると共に前記外周から径方向外方に突出するように配置される複数のセンタ側突出部を有する軟磁性体からなるセンタヨークと、
円筒状または円柱状であって、中心軸を中心として周方向に配置される複数の巻線部と、前記永久磁石に対向する位置に配置される複数の溝部と、前記センタ側突出部に対向して軸方向に半ピッチずれて配置されると共に前記溝部を周方向に挟むアウタ側突出部と、を有する軟磁性体からなるアウタヨークと、
を有する、
ことを特徴とするリニア発電装置。
【請求項２】
円柱状または円筒状であって、前記円柱状または円筒状の外周には軸方向に長く周方向にＮＳ着磁がなされた棒状の複数の永久磁石を周方向に、かつ隣接する前記永久磁石の対向する磁極が同極となるように配置すると共に周方向に配置される複数のセンタ側突出部を有し、前記永久磁石を挟む前記センタ側突出部の設置位置が隣接するものの間で軸方向に半ピッチずれて配置されるセンタヨークと、
円筒状または円柱状であって、中心軸を中心として周方向に配置される複数の巻線部と、前記永久磁石に対向する位置に配置される複数の溝部と、前記センタ側突出部に対向して周方向に一直線状に配置されると共に前記溝部を周方向に挟むアウタ側突出部と、を有するアウタヨークと、
を有する、  
ことを特徴とするリニア発電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のリニア発電装置であって、
前記溝部には軸方向に沿って配置されると共に対向する前記センタ側ヨークの永久磁石とは反対の極性となるようにＮＳ着磁がなされた永久磁石が配置される、
ことを特徴とするリニア発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニア発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復運動する永久磁石の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電機（またはレシプロ型発電機）がある（たとえば特許文献１参照）。本明細書では、このような振動発電機（またはレシプロ型発電機）をリニア発電装置と称することとする。リニア発電装置は、回転型発電機のロータに相当し往復運動（振動）するセンタヨークと回転型発電機のステータに相当するアウタヨークとを有する。一般的には、アウタヨーク側に巻線部（コイル部）を有し、センタヨーク側に永久磁石を有し、固定されたアウタヨーク内をセンタヨークが往復運動することによって巻線部に発生した電力を取り出すものである。また、回転型発電機では、回転軸の円滑な動きを得るために、コギングを抑制する技術を用いている例が多い（たとえば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６２２３４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０１６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、コギングの抑制は回転型発電機で行われており、リニア発電装置では、センタヨークの円滑な動きを得るためのコギングの抑制については例をみない。しかしながら、リニア発電装置においてもコギングは、センタヨークの往復運動を妨げる力になるため、効率の良い発電を行う上で好ましくない。
【０００５】
そこで、本発明は、コギングを十分に抑制することができるリニア発電装置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】
【０００６】
本発明のリニア発電装置は、円柱状または円筒状であって、円柱状または円筒状の外周には軸方向に長く周方向にＮＳ着磁がなされた棒状の複数の永久磁石を周方向に、かつ隣接する永久磁石の対向する磁極が同極となるように配置すると共に外周から径方向外方に突出するように配置される複数のセンタ側突出部を有する軟磁性体からなるセンタヨークと、円筒状または円柱状であって、中心軸を中心として周方向に配置される複数の巻線部と、永久磁石に対向する位置に配置される複数の溝部と、センタ側突出部に対向して軸方向に半ピッチずれて配置されると共に溝部を周方向に挟むアウタ側突出部と、を有する軟磁性体からなるアウタヨークと、を有するものである。
【０００７】
あるいは、本発明のリニア発電装置は、円柱状または円筒状であって、円柱状または円筒状の外周には軸方向に長く周方向にＮＳ着磁がなされた棒状の複数の永久磁石を周方向に、かつ隣接する永久磁石の対向する磁極が同極となるように配置すると共に周方向に配置される複数のセンタ側突出部を有し、永久磁石を挟むセンタ側突出部の設置位置が隣接するものの間で軸方向に半ピッチずれて配置されるセンタヨークと、円筒状または円柱状であって、中心軸を中心として周方向に配置される複数の巻線部と、永久磁石に対向する位置に配置される複数の溝部と、センタ側突出部に対向して周方向に一直線状に配置されると共に溝部を周方向に挟むアウタ側突出部と、を有するアウタヨークと、を有するものである。
【０００８】
さらに、本発明のリニア発電装置は、溝部には軸方向に沿って配置されると共に対向するセンタ側ヨークの永久磁石とは反対の極性となるようにＮＳ着磁がなされた永久磁石が配置されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コギングを十分に抑制することができるリニア発電装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニア発電装置を利用した発電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のリニア発電装置のセンタヨークとアウタヨークを軸方向（振動方向）から見た図である。
【図３】図２のリニア発電装置のセンタヨークとアウタヨークの構成部材を分割して示す図である。
【図４】図２、図３のリニア発電装置のセンタヨークを示す斜視図である。
【図５】図２、図３のリニア発電装置のアウタヨークの一部であるタイプＡを示す斜視図である。
【図６】図２、図３のリニア発電装置のアウタヨークの他の一部であるタイプＢを示す斜視図である。
【図７】センタ側突出部とアウタ側突出部との対応関係を示す図である。
【図８】センタ側突出部とアウタ側突出部との位置関係において状態Ｓ１を示す図である。
【図９】図８の状態Ｓ１におけるリニア発電装置に発生する磁路の状態を示す図である。
【図１０】センタ側突出部とアウタ側突出部との位置関係において状態Ｓ２を示す図である。
【図１１】図１０の状態Ｓ２におけるリニア発電装置に発生する磁路の状態を示す図である。
【図１２】センタ側突出部とアウタ側突出部との位置関係において状態Ｓ３を示す図である。
【図１３】図１２の状態Ｓ３におけるリニア発電装置に発生する磁路の状態を示す図である。
【図１４】センタ側突出部とアウタ側突出部との時間の経過（時刻ｔ１〜ｔ５）に伴う位置関係の変化を示す図である。
【図１５】図１４の時間の経過（時刻ｔ１〜ｔ５）におけるリニア発電装置内の巻線部における電流の発生状態を模式的に示す図である。
【図１６】その他の実施の形態のリニア発電装置の構成および状態Ｓ１における磁路の状態を示す図である。
【図１７】その他の実施の形態のセンタヨークの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、磁束は、磁力線の束であり、磁路は、磁力線の通り道である。また、磁束によって磁路が形成されるという表記は、磁力線によって磁路が形成されると置き換えてもよい。なお、以下の説明では、「リニア発電装置」を単に「発電機」と称する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る発電機１は、図１に示すように、センタヨーク２と、アウタヨーク３と、発電した電力を出力する出力端子４と、を外観的な構成として有する。発電機１は、センタヨーク２がアウタヨーク３内を往復運動（振動）することによって発電を行う。たとえば、センタヨーク２は、エンジンなどによって回転する円盤５に連結部６により連結されるアーム７によって往復運動するように構成される。なお、アウタヨーク３は台座部８などに固定されている。また、以下の説明で、軸方向とは、センタヨーク２またはアウタヨーク３の上下方向（図１では左右方向）を指し、周方向とは、軸方向を中心とした円周方向であり、センタヨーク２またはアウタヨーク３の外周に沿う方向をいう。
【００１３】
図２は、発電機１のセンタヨーク２とアウタヨーク３を軸方向（振動方向）から見た図を示している。図２に対し、図３は、図２の発電機１のセンタヨーク２およびアウタヨーク３の構成部材を分割して示している。図３に示す分割の状態は、実際に分割可能であるか否かとは関係が無く、説明の便宜上において、分割して説明した方が分かり易い場合の説明上の分割の仕方を示している。たとえば、図２において、アウタヨーク３は、図３において、アウタヨーク３−１、３−２、３−３、３−４に分割される。このときアウタヨーク３は、実際には一体に成形されており、分割不可能であってもよい。このように、以下の説明では、各部材を分割して説明した方が分かり易い場合に、各部材の符号（たとえばアウタヨーク３）に枝番号を付与（たとえばアウタヨーク３−１、３−２、３−３、３−４）して説明することとする。さらにセンタヨーク２の４つの永久磁石１０についても分割して説明した方が分かり易い場合には、対向するアウタヨーク３−１〜３−４の永久磁石２４−１〜２４−４に対応させて永久磁石１０−１〜１０−４と記すことにする。
【００１４】
発電機１のセンタヨーク２は、図２、図４に示すように、永久磁石１０とセンタコア１１とを有し、円筒状に形成されている。すなわちこのセンタヨーク２は、軟磁性体からなるセンタコア１１を有し円柱状の外周ａに露出するように軸方向に沿い周方向にＮＳ着磁がなされた棒状の複数の永久磁石１０を有する。永久磁石１０は、センタヨーク２の周方向に複数等間隔で配置される。この実施の形態では４つの永久磁石１０が配置されている。なお、永久磁石１０は、隣接する永久磁石１０の対向する極が同極となるように配置されている。また、センタヨーク２は、軸方向から見て周方向に複数等間隔で配置されるセンタコア１１を有し、各センタコア１１は、軸方向に等間隔で平行に配置されると共に周方向に沿い、かつ外周ａから径方向外方に突出する複数のセンタ側突出部１１ａを有する。また、センタヨーク２は、中心部に空洞部１２を有する。空洞部１２は、効率の良い往復運動のために、センタヨーク２の質量を軽量化するために設けるものである。したがって、空洞部１２は、そのまま空洞としておくことが好ましいが、空洞部１２をアルミニュームなどの軽金属または合成樹脂などの軽量かつ非磁性体の材料で充填してもよい。
【００１５】
発電機１のアウタヨーク３は、図２に示すように、センタヨーク２が貫通する貫通孔２０を有する。アウタヨーク３は、軟磁性体からなる円筒状であって軸を中心として等角度毎に軸方向に沿う複数の非磁性体部２１を有する。この実施の形態では非磁性体部２１は空洞部となっている。さらにアウタヨーク３は、内周ｂから非磁性体部２１にそれぞれ至る複数の溝部２２を有する。さらにアウタヨーク３は、軸方向から見てこの実施の形態では４つに分割された軟磁性体からなる複数のアウタコア２３を有し、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａに対向して軸方向に等間隔で平行に配置されると共に周方向に沿い、かつ内周ｂから径方向内方に突出する複数のアウタ側突出部２３ａを有する。このようなセンタ側突出部１１ａおよびアウタ側突出部２３ａを形成することで、磁束の密度を上げ、吸引力を高めることができる。
【００１６】
図２に示すアウタ側突出部２３ａは、ひとつの溝部２２とこの溝部２２の隣に位置する溝部２２との間の周方向の中間点で半ピッチずれて配置されるものである。すなわち、図３に示すように、アウタヨーク３を４分割した状態でアウタヨーク３−１、３−２、３−３、３−４として示すとき、アウタヨーク３−１および３−３のアウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３（たとえばタイプＡ）とアウタヨーク３−２および３−４のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４（たとえばタイプＢ）とでは軸方向で見た場合、そのアウタ側突出部２３ａの位置が半ピッチずれている。
【００１７】
この半ピッチずれている状態について図５と図６を参照しながらさらに詳しく説明する。図５は、タイプＡであるアウタヨーク３−１および３−３の斜視図であり、図６は、タイプＢであるアウタヨーク３−２および３−４の斜視図である。図５、図６からも分かるように、たとえば図５の最も上方のアウタ側突出部２３ａ−１およびアウタ側突出部２３ａ−３は、外方に露出している一方、図６の最も上方のアウタ側突出部２３ａ―２および２３ａ−４は、外方に露出する位置ではなく内方側に位置し、両者を軸方向で見た場合、アウタ側突出部２３は半ピッチずれて配置される状態となる。このように、センタヨーク２が軸方向に振動するので、その動きに対し、コギングが生じないようにするため、アウタヨーク３は軸方向に半ピッチずれたアウタ側突出部２３ａを有する構成となっている。
【００１８】
また、アウタヨーク３は、図２、図３に示すように、溝部２２には軸方向に伸びた永久磁石２４が配置されている。この永久磁石２４はセンタ側ヨーク２の永久磁石１０とは対向するように配置され、かつその極性が周方向に見て互いに逆となるようにＮＳ着磁がなされている。さらにアウタヨーク３は、非磁性体部２１に巻き回される巻線部２５を有する。巻線部２５を形成した後、合成樹脂などの非磁性材料で非磁性体部２１を埋めるようにしてもよい。
【００１９】
たとえばセンタヨーク２のセンタコア１１とセンタ側突出部１１ａは一体成形により製造され、アウタヨーク３のアウタコア２３とアウタ側突出部２３ａは一体成形により製造される。永久磁石１０はセンタコア１１に接着され、永久磁石２４はアウタコア２３に接着されているが、センタコア１１やアウタコア２３の材料によっては永久磁石１０とセンタコア１１をインサート成形またはアウトサート成形により、永久磁石２４とアウタコア２３をインサート成形またはアウトサート成形してもよい。
【００２０】
図７は、図３に示すアウタヨーク３−１とアウタヨーク３−２との分割点からセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１つを周方向に展開した状態（実線）と、このセンタ側突出部１１ａに対向するアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１、２３ａ−２、２３ａ−３、２３ａ−４（破線）とを模式的に示している。図７の白抜きの矢印は、センタヨーク２がアウタヨーク３内を移動する方向を示している。
【００２１】
なお、以下の説明では、説明の便宜上、図７に図示した状態に基づき、センタ側突出部１１ａがアウタ側突出部２３ａ−２と対向可能な部分をセンタ側突出部１１ａの１段目、センタ側突出部１１ａがアウタ側突出部２３ａ−３と対向可能な部分をセンタ側突出部１１ａの２段目、センタ側突出部１１ａがアウタ側突出部２３ａ−４と対向可能な部分をセンタ側突出部１１ａの３段目、センタ側突出部１１ａがアウタ側突出部２３ａ−１と対向可能な部分をセンタ側突出部１１ａの４段目と称することにより、センタ側突出部１１ａの部位を分けて説明することとする。
【００２２】
図８は、センタ側突出部１１ａの２段目がアウタ側突出部２３ａ−３と対向し、センタ側突出部１１ａの４段目がアウタ側突出部２３ａ−１と対向している状態Ｓ１を示している。このときアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４はセンタ側突出部１１ａとは対向していない。
【００２３】
状態Ｓ１では、図９に示すように、センタ側突出部１１ａの２段目と、これに対向しているアウタ側突出部２３ａ−３、およびセンタ側突出部１１ａの４段目と、これに対向しているアウタ側突出部２３ａ−１との間で、互いの吸引力が最大になる。反対に、状態Ｓ１では、図９に示すように、センタ側突出部１１ａの１段目と、これに対向していないアウタ側突出部２３ａ−２、およびセンタ側突出部１１ａの３段目と、これに対向していないアウタ側突出部２３ａ−４との間で、互いの吸引力が最小になる。
【００２４】
この状態Ｓ１では、センタ側突出部１１ａとアウタ側突出部２３ａ―３、２３ａ―１とが対向しているため、センタヨーク２の永久磁石１０−１および１０−３の磁束は、アウタヨーク３の永久磁石２４−１および２４−３に吸引されやすくなり、永久磁石１０−１のＮ極→永久磁石２４−１のＳ極→永久磁石２４−１のＮ極→永久磁石１０−１のＳ極という磁路Ｍ１と、永久磁石１０−３のＮ極→永久磁石２４−３のＳ極→永久磁石２４−３のＮ極→永久磁石１０−３のＳ極という磁路Ｍ２が強い状態で形成される。また、状態Ｓ１では、センタヨーク２の永久磁石１０−２および１０−４の磁束は、その近くのセンタ側突出部１１ａがアウタ側突出部２３ａ―２、２３ａ―４と対向していないため、突部が一部対向している隣接した位置の突部に吸引される。すなわち永久磁石１０−２、１０−４の磁束はアウタヨーク３の永久磁石２４−１および２４−３に吸引されるので、永久磁石１０−４のＮ極→永久磁石２４−１のＳ極→永久磁石２４−１のＮ極→永久磁石１０−２のＳ極→永久磁石１０−２のＮ極→永久磁石２４−３のＳ極→永久磁石１０−４のＳ極という磁路Ｍ３、Ｍ４が形成される。
【００２５】
また、状態Ｓ１において、アウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４は、センタ側突出１１ａと対向していないので、アウタヨーク３−２および３−４にある永久磁石２４−２および２４−４の磁束はそれぞれアウタヨーク３−２および３−４から外に出ず、巻線部２５−２を通過する磁路Ｍ５および巻線部２５−４を通過する磁路Ｍ６を形成する。
【００２６】
ここで状態Ｓ１における巻線部２５−１および２５−３に係る磁束密度に着目すると、これらの巻線部２５−１および２５−３に係る磁束密度は、磁束がセンタヨーク２側に吸引されているために最小になる。一方、状態Ｓ１における巻線部２５−２および２５−４に係る磁束密度に着目すると、これらの巻線部２５−２および２５−４に係る磁束密度は、磁路Ｍ５、Ｍ６による磁束がそれぞれアウタヨーク３−２および３−４から外に出る程度がきわめて少なくなり各磁束密度は最大になる。
【００２７】
続いて状態Ｓ２では、図１０に示すように、センタ側突出部１１ａに対し、全てのアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４が均等に対向している。しかしながらセンタ側突出部１１ａとアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との対向面積は、それぞれのアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４において面積の半分ずつになる。これによれば、図１１に示すように、アウタヨーク３−１および３−３とセンタヨーク２との間で磁束の少ない磁路Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３が形成される。この磁路Ｍ１０は、図９に示す磁路Ｍ１に相当し、磁路Ｍ１１は磁路Ｍ２に相当し、磁路Ｍ１２は磁路Ｍ３に相当し、磁路Ｍ１３が磁路Ｍ４に相当する。さらに、図１１に示すように、アウタヨーク３−２および３−４とセンタヨーク２との間で磁束の少ない磁路Ｍ１４、Ｍ１５、Ｍ１６、Ｍ１７が形成される。この各磁路Ｍ１４、Ｍ１５、Ｍ１６、Ｍ１７は、磁路Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３とほぼ同様な強度となっている。
【００２８】
状態Ｓ２における巻線部２５−１〜２５−４に係る磁束密度に着目すると、これらの巻線部２５−１〜２５−４に係る磁束密度はほぼ均等になる。これにより、状態Ｓ１で最大の磁束密度であった巻線部２５−１および２５−３の磁束密度は減少し、状態Ｓ１で最小の磁束密度であった巻線部２５−２および２５−４の磁束密度は増加する。すなわち、磁路Ｍ５、Ｍ６は、約半分の磁束強度となる磁路Ｍ５ａ、Ｍ６ａとなり巻線部２５−１、２５−３には新たな磁路であり磁路Ｍ５ａ、Ｍ６ａと同じ程度の磁束密度になる磁路Ｍ７ａ、Ｍ８ａが形成される。
【００２９】
さらに図１２は、センタ側突出部１１ａの１段目がアウタ側突出部２３ａ−２と対向し、センタ側突出部１１ａの３段目がアウタ側突出部２３ａ−４と対向している状態Ｓ３を示している。このときアウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３はセンタ側突出部１１ａとは対向していない。
【００３０】
このような状態Ｓ３では、図１３に示すように、センタ側突出部１１ａの１段目および３段目と、これに対向しているアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４との間で、互いの吸引力が最大になる。このため磁路Ｍ１４は強い磁束密度をもつ磁路Ｍ２０となり、同様に弱い磁路Ｍ１５は強い磁路Ｍ２１となる。反対に、状態Ｓ３では、図１３に示すように、センタ側突出部１１ａの２段目および４段目と、これに対向していないアウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３との間で、互いの吸引力が最小になる。この状態Ｓ３は、状態Ｓ１を機械角度で９０度回転させた状態である。また、この状態Ｓ３は、状態Ｓ１を電気的に１８０度前進させた状態である。
【００３１】
このような状態Ｓ３における巻線部２５−２および２５−４に係る磁束密度に着目すると、これらの巻線部２５−２および２５−４に係る磁束は、センタヨーク２側に吸引されているために最小になる（図１３では図示省略）。一方、状態Ｓ３における巻線部２５−１および２５−３に係る磁束密度に着目すると、センタ側突出部１１ａとアウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３が対向していないため、永久磁石２４−１および２４−３の磁束は、アウタヨーク３−１および３−３から漏れる程度が非常に少なくなるので、巻線部２５−１および２５−３の磁束密度は最大になる。このとき、弱い磁束密度であった磁路Ｍ７ａは、強い磁束密度を有する磁路Ｍ７となり、同様に弱い強度の磁路Ｍ８ａは強い強度の磁路Ｍ８となる。
【００３２】
以上の図８〜図１３で説明したように、センタヨーク２がアウタヨーク３内を図７の白抜き矢印の方向（すなわち図７の右から左）に移動することにより、巻線部２５−１〜２５−４の磁束密度が最小と最大の間を繰り返す。これにより巻線部２５−１〜２５−４には、磁束密度の変化を妨げる方向に電流が発生する。また、図７の左端まで到達したセンタ側突出部１１が図７の左から右の方向に移動する際にも同様に、巻線部２５−１〜２５−４の磁束密度が最小と最大の間を繰り返す。これにより巻線部２５−１〜２５−４には、磁束密度の変化を妨げる方向に電流が発生する。このようにしてセンタヨーク２がアウタヨーク３内を往復運動することにより発電機１は連続して発電を行うことができる。
【００３３】
図１４は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との位置関係を、上述した状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がＳ１→Ｓ２→Ｓ３と遷移する過程について時刻ｔ１〜ｔ５の経過と共に示している。また、図１５は、図１４に示す時刻ｔ１〜ｔ５のそれぞれの時点における発電機１の巻線部２５−１、２５−２に発生する電流の状態を示している。なお、巻線部２５−３の電流波形は、巻線部２５−１と同じであり、巻線部２５−４の電流波形は、巻線部２５−２と同じであるため説明は省略する。図１４に示すように、センタヨーク２が一定の速度でアウタヨーク３内を移動することによって、図１５に示すように、巻線部２５−１、２５−２には正弦波の電流波形が発生する。
【００３４】
たとえば図１４において、時刻ｔ１は、図９に示す状態Ｓ１に対応している。時刻ｔ１は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１の２段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３−３とが対向し、巻線部２５−２の周囲の磁束密度は最大となり、その後、減少していく。このため、巻線部２５−２には、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤをある方向に流れ始める。この方向を仮にプラスとすると、プラス電流が流れ始める。この点は、図１５では、Ｗ１１として示される。一方、巻線部２５−１の周囲の磁束密度は最小となり、その後は増加していくため、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤを流れる。その流れる方向は巻線部２５−２とは逆方向になる。この方向は上述のプラスに対してマイナスとなる。この点は、図１５ではＷ２１として示される。このとき、センタヨーク２のセンタ側突出部１１の２段目はアウタヨーク３のアウタ側突出部２３−３との間で、最大の吸引力を発生させている。
【００３５】
よって、時刻ｔ１では、図１５に示すように、巻線部２５−１、２５−２において、電流の流れる方向の逆転が発生するため、交流曲線のプラス、マイナスの中間点となる。すなわち、時刻ｔ１では、図１５に示すように、巻線部２５−１、２５−２において、プラス側の電流もマイナス側の電流も発生しない（電流の最小値＝０アンペア）。
【００３６】
また、図１５において、時刻ｔ５は、図１３に示す状態Ｓ３に対応している。時刻ｔ５は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１の１段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３−２とが対向し、巻線部２５−２の周囲の磁束密度は最小となり、その後、増加していく。このため、巻線部２５−２には、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤをある方向に流れ始める。この方向は、上述の基準に従うとプラスとなる。この点は、図１５では、Ｗ１２として示される。一方、巻線部２５−１の周囲の磁束密度は最大となり、その後は減少していく。このため、巻線部２５−１には、その変化を妨げる方向の磁力線を発生させる電流がワイヤを流れる。その流れる方向は巻線部２５−２とは逆方向になる。この方向は上述のプラスに対してマイナスとなる。この点は、図１５ではＷ２２として示される。このとき、センタヨーク２のセンタ側突出部１１の１段目はアウタヨーク３のアウタ側突出部２３−２との間で、最大の吸引力を発生させている。
【００３７】
よって、時刻ｔ５では、図１５に示すように、巻線部２５−２において、プラス側の最大値（Ｗ１２）の電流が発生し、巻線部２５−１において、マイナス側の最大値（Ｗ２２）の電流が発生する。
【００３８】
時刻ｔ３は、図１１に示す状態Ｓ２に対応している。時刻ｔ３は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１の半分とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３−１〜２３−４の半分とが対向している。時刻ｔ３は、状態Ｓ１から状態Ｓ３に遷移する過程の中間点である。よって、時刻ｔ３では、図１５に示すように、巻線部２５−１、２５−２において、正側および負側での最大値と最小値（＝０アンペア）の略中間値の電流が発生する。
【００３９】
時刻ｔ２，ｔ４は、それぞれ状態Ｓ１からＳ２、Ｓ２からＳ３に遷移する過程である。よって、時刻ｔ２では、図１５に示すように、巻線部２５−１，２５−２において、それぞれ状態Ｓ１で発生する電流値（０アンペア）と状態Ｓ２で発生する電流値との略中間値の電流が発生する。また、時刻ｔ４では、図１５に示すように、巻線部２５−１、２５−２において、それぞれ状態Ｓ２で発生する電流値と状態Ｓ３で発生する電流値（最大値）との略中間値の電流が発生する。
【００４０】
このようにして、時刻ｔ１〜ｔ５では、巻線部２５−１、２５−２で発生する正弦波状の電流波形のうちの４分の１周期分の電流が発生する。すなわち、発電機１のセンタヨーク２が一定の速度で移動している場合、時刻ｔ１〜ｔ５の時間の４倍の時間で、巻線部２５−１、２５−２で発生する正弦波状の電流波形の１周期分が終了する。
【００４１】
なお、上述した巻線部２５−１、２５−２の説明は、巻線部２５−１を巻線部２５−３、巻線部２５−２を巻線部２５−４にそれぞれ置き換えても同様である。
【００４２】
よって、巻線部２５−１および２５−３では互いに同じ方向に同じ強さの電流が発生し、巻線部２５−２および２５−４では、巻線部２５−１および２５−３とは逆方向になるが、互いに同じ方向に同じ強さの電流が発生している。そこで、巻線部２５−１〜２５−４を適宜接続して同方向の電流が得られるようにすることで、図１で示した出力端子４から出力することにより発電機１は電力を発生することができる。また、必要によっては、１８０度周期が異なる２つの電流を取り出すようにしてもよい。
【００４３】
ここで、一般的なリニア発電装置でコギングが発生する原因を考えてみると、センタヨーク２側とアウタヨーク３側との間の吸引力もしくは反発力がセンタヨークの位置によって変化することが原因である。これに対し、発電機１では、時刻ｔ１〜ｔ５のいずれの時刻においても突出部同士の対向面積は変化しない。すなわち、センタヨーク２とアウタヨーク３との位置関係に係わらずセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との対向面積は常に一定で、かつセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３の突出していない部分との対向面積は常に一定である。このため、センタヨーク２とアウタヨーク３との間の吸引力は常に一定になる。
【００４４】
たとえば、時刻ｔ１（状態Ｓ１）においては、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目および４段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１とは、アウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３の最大の面積で対向して最大の吸引力で引き合っている。その一方で、アウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの一部の面積も対向しておらず吸引力は最小である。このことからセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との間の吸引力の強さは、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との間の対向面積部分の強さと非対向面積部分の強さの合計に依存すると考えることができる。
【００４５】
そこでアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４がセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａと対向する際の面積の最大値をＱｃｍ2（平方センチメートル）とし、１ｃｍ2単位当たりの吸引力の強さをＰ１とすると、時刻ｔ１において、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３との間の対向面積はＱｃｍ2で吸引力はＱ×Ｐ１となる。また、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの４段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１との間の対向面積もＱｃｍ2で吸引力はＱ×Ｐ１となる。また、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２との間の非対向面積およびセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの３段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−４との間の非対向面積はそれぞれＱｃｍ2で非対向部分の１ｃｍ2単位当たりの吸引力の強さをＰ２とすると吸引力はそれぞれＱ×Ｐ２となる。よって、時刻ｔ１におけるセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４の吸引力は「２Ｑ×Ｐ１＋２Ｑ×Ｐ２＝２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」である。
【００４６】
同じように、時刻ｔ２においては、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目の周方向の４分の１とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４の周方向の４分の１とが対向し、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目と４段目の４分の３とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１の周方向の４分の３とが対向して互いに引き合っている。
【００４７】
ここで、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４との間の対向面積はそれぞれ（１／４）Ｑｃｍ2、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目および４段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１との間の対向面積はそれぞれ（３／４）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ２におけるセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４の対向する部分の吸引力の総和は、
（１／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（３／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（３／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝（８／４）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝２Ｑｃｍ2×Ｐ１
である。一方、非対向部分の吸引力は、同様に計算して、２Ｑｃｍ2×Ｐ２となる。よって時刻ｔ２においても吸引力は、時刻ｔ１と同じように「２Ｑ×Ｐ１＋２Ｑ×Ｐ２＝２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００４８】
同じように、時刻ｔ３においては、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの周方向の２分の１とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４の周方向の２分の１とが対向とが対向して互いに強く引き合っている。
【００４９】
ここで、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との間の対向面積は、それぞれ（１／２）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ３におけるセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４の対向する部分の吸引力の総和は、
（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１＋（１／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝（４／２）Ｑｃｍ2×Ｐ１
＝２Ｑｃｍ2×Ｐ１
である。一方、非対向部分、すなわちアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４ではない部分とセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａが対向している部分の吸引力はその面積が２Ｑｃｍ2となるので、２Ｑｃｍ2×Ｐ２となる。よって、時刻ｔ３においての吸引力の総和は時刻ｔ１，ｔ２と同じように２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）となる。
【００５０】
同じように、時刻ｔ４においては、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目の周方向の４分の３とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４の周方向の４分の３とが対向し、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目および４段目の周方向の４分の１とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１の周方向の４分の１とが対向して互いに強く引き合っている。
【００５１】
ここで、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４との間の対向面積は、それぞれ（３／４）Ｑｃｍ2であり、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目および４段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１との間の対向面積は、それぞれ（１／４）Ｑｃｍ2である。よって、時刻ｔ４におけるセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４の完全に対向している部分の面積の総和は、
（３／４）Ｑｃｍ2＋（３／４）Ｑｃｍ2＋（１／４）Ｑｃｍ2＋（１／４）Ｑｃｍ2
＝（８／４）Ｑｃｍ2
＝２Ｑｃｍ2
である。このため突出部同士が対向していることによる吸引力は「２Ｑ×Ｐ１」となる。一方、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａがアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４と対向していない非対向部分の面積はやはり２Ｑｃｍ2となり、全体の吸引力は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３と同じく「２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００５２】
同じように、時刻ｔ５（状態Ｓ３）においては、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４とは対向して互いに強く引き合っているが、アウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１は、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとは対向していない。このときのセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの１段目および３段目とアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４との間の対向面積は、それぞれＱｃｍ2である。よって、時刻ｔ５におけるセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４の完全に対向している部分の面積の総和は、
Ｑｃｍ2＋Ｑｃｍ2＝２Ｑｃｍ2
である。このため突出部同士が対向していることによる吸引力は「２Ｑ×Ｐ１」となる。一方、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａの２段目および４段目がアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−３および２３ａ−１と対向していない非対向部分の面積はやはり２Ｑｃｍ2となり、全体の吸引力は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４と同じく「２Ｑ（Ｐ１＋Ｐ２）」となる。
【００５３】
このように、図１４における時刻ｔ１〜ｔ５のいずれの時刻においてもセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４での吸引力の総和は、「２Ｑｃｍ2×（Ｐ１＋Ｐ２）」であり変わらない。時刻ｔ１〜ｔ５で発生する電流波形は、巻線部２５−１〜２５−４で発生する正弦波状の電流波形のうちの４分の１周期分の電流波形であるが、正弦波は、この４分の１周期分の電流波形が正負方向を変えながら連続するものである。したがって、巻線部２５−１〜２５−４で発生する正弦波状の電流波形のいずれの部位においてもセンタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４との間の吸引力は常に一定になることは自明である。このことは、センタヨーク２とアウタヨーク３との位置関係がどのようであってもセンタヨーク２とアウタヨーク３との間の吸引力は常に一定であることを意味している。これにより発電機１においては、コギングは発生しないことがわかる。
【００５４】
また、このようにコギングが発生しない発電機１では、外部からセンタヨーク２に加えられる往復運動（振動）が、コギングトルクによって減ぜられることなく、そのほとんどが発電のためのトルクとして使用されるため、効率の高い発電を行うことができる。
【００５５】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り、様々に変更が可能である。たとえば、空洞部１２および非磁性体部２１は、中空とせず、非磁性体、たとえばアルミや樹脂材を埋め込む構成としてもよい。また、各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４はセンタヨーク２およびアウタヨーク３の本体と一体成形されているとして説明したが、各突出部１１ａ、２３ａ−１〜２３ａ−４は一体成形とせず、別部材として各本体に接着などで固定するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述の実施の形態では、アウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１および２３ａ−３とアウタ側突出部２３ａ−２および２３ａ−４とが軸方向に互いに半ピッチずれるとして説明した。これに対し、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａが永久磁石１０を境にして軸方向に半ピッチずれるようにし、アウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａ−１〜２３ａ−４のピッチのずれは無くしてもよい。これによっても上述の実施の形態と同様な動作、作用効果を達成することができる。
【００５７】
また、図４に示すセンタヨーク２の軸方向の長さ、および図５、図６に示すアウタヨーク３の軸方向の長さは、これに限定されるものではない。すなわち、最小の軸方向の長さは、センタヨーク２のセンタ側突出部１１ａとアウタヨーク３のアウタ側突出部２３ａのいずれか一方が１段となり、他方が半ピッチずれた状態で２段となる構成であれば発電機１を構成することができる。
【００５８】
また、巻線部２５−１〜２５−４を軸方向に複数並列に設けてもよい。すなわち上述したように、発電機１の最小の軸方向の長さに対して１組の巻線部２５−１〜２５−４を設け、これを複数段に積み重ねるようにしてもよい。これによれば段数（長さ）に応じて発電量を変えることができる。
【００５９】
また、上述の発電機１は、センタヨーク２が往復運動（振動）するとして説明したがセンタヨーク２を固定しておき、アウタヨーク３が往復運動してもよい。また、センタヨーク２およびアウタヨーク３は軟磁性体が好ましいが単なる磁性体としてもよい。また、アウタコア２３と永久磁石２４とがインサート成形などで一体成形されるときは溝部２２が形成されないが、そのような一体形成の場合を含めて該当部分を溝部と称する。
【００６０】
また、図１６に示すように、アウタヨーク３Ａに、永久磁石を有さない発電機１Ａを構成することもできる。すなわち、発電機１Ａは、発電機１のアウタヨーク３から永久磁石２４を取り去った後の溝部２２を非磁性体部として利用するようにしたものである。なお、アウタヨーク３から永久磁石２４を取り去った後の空間には、樹脂を充填したり非磁性体であるアルミニュウムなどを充填してもよい。発電機１Ａは、上述した実施の形態に係る発電機１と同様に動作するが、アウタヨーク３Ａに永久磁石を有さないので、電流の波形は、巻線部２５−１、２５−２で図１５に示すものとはそれぞれ反転する。
【００６１】
たとえば、図１６に示す状態は、発電機１における図９に示した状態Ｓ１に対応している。発電機１において、図９に示した状態Ｓ１の場合を考えてみると、発電機１では、アウタヨーク３−１に永久磁石２４−１を有するため、永久磁石２４−１の磁束がセンタヨーク２側に吸引されるので、巻線部２５−１を通過する磁束密度は最小になる。これに対し、発電機１Ａでは、アウタヨーク３−１に永久磁石が無いため、センタヨーク２の永久磁石１０−１の磁束が対向しているアウタ側突出部２３ａ−１を介して永久磁石１０−１からの磁束がアウタヨーク３−１側に入り込む磁路Ｍ３０が形成される。これにより巻線部２５−１の周囲の磁束密度は最大になる。同様に永久磁石１０−３からの磁束による磁路Ｍ３１が形成される。されには永久磁石１０−２、１０−４からの磁束による磁路Ｍ３２、Ｍ３３が形成される。
【００６２】
このように、発電機１と発電機１Ａとを比較すると、巻線部２５−１における磁束密度の最大最小の状態が逆転していることがわかる。これは他の巻線部２５−２〜２５−４についても同様である。よって、発電機１と発電機１Ａとでは、図１５に示す電流の波形は反転する。
【００６３】
また、センタヨーク２は、図１７に示すように、永久磁石１０が入り込む部分に隣接するセンタコア１１をつなぐつなぎ部１１ｂを設けるようにしてもよい。同様に、アウタヨーク３の溝部２２に、アウタコア２３をつなぐつなぎ部を設けてもよい。さらに永久磁石１０、２４はそれぞれ等間隔で配置されているが、各磁石が対向するように配置するのが好ましいため、それぞれは等間隔でない配置とし、かつ永久磁石１０と永久磁石２４とが対向するように配置してもよい。また、永久磁石１０と永久磁石２４は、完全に対向するように配置することが好ましいが、若干ずれて配置してもよい。
【００６４】
また、上述の各実施の形態では、センタヨーク２が巻線部２５を有するアウタヨーク３内を相対移動するインナータイプとしているが、巻線部２５を有する部分がインナ側となるアウタータイプとしてもよい。この場合、センタヨーク２は、アウタヨーク３の外側を相対移動することとなる。さらに各実施の形態では巻線部２５が非磁性体部２１の１個毎に１個配置されているが、巻線部２５は適宜の数としてよい。たとえば、第一の実施の形態の発電機１において１つの巻線部２５−１のみとしたり、２つの巻線部２５−１、２５−３のみとしたり、２つの巻線部２５−１、２５−２のみとしたりしてもよい。さらには１つの非磁性体部２１に２つの巻線部を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ…発電機、２…センタヨーク、３…アウタヨーク、４…出力端子、１０、２４…永久磁石、１１…センタコア、１１ａ…センタ側突出部、１２…空洞部、２１…非磁性体部、２２…溝部、２３…アウタコア、２３ａ…アウタ側突出部、２５…巻線部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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