(57)【要約】【課題】永久磁石を備えた発電機においてロータを止めようとするブレーキ作用があっても、極めて高い発電効率を実現可能な発電システムを提供する。【解決手段】発電機１のロータに対してＤＣモータ２により回転駆動力を与えるように成し、発電機１の交流出力の一部を変圧器３、整流器４、バッテリ５を介してＤＣモータ２への入力電圧として供給することにより、発電機１おいてロータを止めようとする電磁ブレーキが生じても、ロータがＤＣモータ２から回転駆動力を得ることによって大きなプラストルクを得ることができるようにし、バッテリ５の電圧がモータ駆動に必要な電圧以下まで低下しない限り、ロータを回転させて発電し続けることができるようにする。バッテリ５は充電しながら電力を消費するので、電圧の低下速度は極めて遅く、長時間にわたって発電し続けることができる。【選択図】        図１
2008220120.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、上記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、上記複数の永久磁石ユニットの外側に配置された複数のコアおよび上記複数のコアの周りに巻回された複数のコイルを備え、上記ロータを回転させることによって上記複数のコイルに起電力を生じさせるようにした発電機と、
上記発電機のロータに回転駆動力を与えるモータと、
上記複数のコイルの交流出力を所望の電圧に変換する変圧器と、
上記変圧器で変圧された交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、
上記整流器より出力される直流電圧を入力して蓄電する蓄電器とを備え、
上記蓄電器より出力される電圧の一部を負荷に供給するとともに、上記蓄電器より出力される電圧の他の一部を上記モータへの入力電圧として供給するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
上記複数のコイルは各々独立した結線により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。  
【請求項３】
上記コイルがｋ個（ｋは２以上の整数）設けられるとともに、上記変圧器、上記整流器および上記蓄電器がそれぞれ上記ｋ個のコイルに対応してｋ個ずつ設けられ、ｋ個の上記蓄電器のうちｍ個（ｋ＞ｍ）の蓄電器より出力される電圧を上記負荷に供給するとともに、ｎ個（ｋ＞ｎ（＝ｋ−ｍ））の蓄電器より出力される電圧を上記モータへの入力電圧として供給するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
上記モータは直流モータであり、起動電圧を上記蓄電器から得ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
上記蓄電器がバッテリであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
上記蓄電器がキャパシタであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項７】
回転軸に取り付けられたロータ、上記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、上記複数の永久磁石ユニットの外側に配置された複数のコアおよび上記複数のコアの周りに巻回された複数のコイルを備え、上記ロータを回転させることによって上記複数のコイルに起電力を生じさせるようにした発電機と、
上記発電機のロータに回転駆動力を与えるモータと、
上記複数の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、
上記整流器より出力される直流電圧を入力して蓄電する蓄電器とを備え、
上記蓄電器より出力される電圧の一部を負荷に供給するとともに、上記蓄電器より出力される電圧の他の一部を上記モータへの入力電圧として供給するようにしたことを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電システムに関し、特に、永久磁石とコイルとを用いた発電システムに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を円周方向に多数配置したロータと、円周方向に多数配置したコアに対してコイルが巻回されたステータとを備え、永久磁石が配置されたロータを回転させることによって、ステータに配置されたコイルに起電力を生じさせるようにした発電機が存在する（例えば、非特許文献１および特許文献１〜４を参照）。
【非特許文献１】２００２年７月３１日  株式会社パワー社発行「永久発電機を考える」竹川敏夫著
【特許文献１】特開２０００−０５０５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−０９５２２０号公報
【特許文献３】特開２００２−２６２５３１号公報
【特許文献４】特開２００６−１９１７９０号公報
【０００３】
上記非特許文献１に記載の発電機は、個々の独立した２個のコアを有するステータブロックを多数設け、ステータブロック毎に強力なプラス固定磁界磁力（モータ作用）を発生させることにより、マイナスの回転磁界（ロータを止めようとするブレーキ作用）を打ち消し、更に余力によってロータを自転させることを図ったものである。この発電機によれば、始動時に一度外部入力エネルギーでロータを回転させれば、その後はエネルギーの入力なしで常にロータを自転させることができる、とのことである。上記特許文献１〜４は、この種の発電機を実現するために必要な構成について竹川氏が特許出願したものである。
【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、非特許文献１自体にも記載されているように、この種の「完全永久電気エネルギー」を生む発電機は、実現が極めて困難なものである。すなわち、発電機のブレーキ作用を完全に打ち消すことは極めて困難であり、外部エネルギーの入力なしにロータを常に回転させ続けることは不可能である。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて成されたものであり、永久磁石を備えた発電機においてロータを止めようとする電磁的なブレーキ作用があっても、極めて高い発電効率を実現可能な発電システム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】
上記した課題を解決するために、本発明では、発電機のロータに対してモータにより回転駆動力を与えるように成し、発電機の交流出力の一部を変圧器、整流器、蓄電器を介してモータへの入力電圧として供給するようにしている。
【０００７】
本発明の他の態様では、発電機が備える複数のコイルを各々独立した結線により構成している。
【０００８】
本発明の更に別の態様では、結線が独立したコイル、変圧器、整流器および蓄電器を１組の回路として同様の回路をｋ組設け、ｋ個の蓄電器のうちｍ個（ｋ＞ｍ）の蓄電器より出力される電圧を負荷に供給するとともに、ｎ個（ｋ＞ｎ（＝ｋ−ｍ））の蓄電器より出力される電圧をモータへの入力電圧として供給するようにしている。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した本発明によれば、永久磁石を備えた発電機においてロータを止めようとする電磁ブレーキ作用（マイナストルク）が生じても、ロータがモータから回転駆動力を得ることによってロータに大きなプラストルクを発生させることができる。モータには蓄電器から入力エネルギーが与えられているので、蓄電器の電圧がモータ駆動に必要な電圧以下まで低下しない限り、ロータを回転させて発電し続けることができる。蓄電器は充電しながら電力を消費するので、電圧の低下速度は極めて遅く、長時間にわたってモータの入力エネルギーを確保し、発電し続けることができる。しかも、モータは本発電システムの外部よりエネルギーを入力して回転するのではなく、発電機自身で発電した電圧の一部を入力エネルギーとして得ているので、本発電システム内でエネルギーを効率的に循環させることができ、極めてエネルギー効率の良い発電システムを実現することができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様によれば、各コイルが独立しているので、個々のコイルのサイズが、各コイルを結線した場合におけるトータルの実質的なサイズよりも小さくなる。このため、起電力を発生するときに永久磁石から発している励磁磁力と各コイルに発生する磁界磁力との作用に起因する電磁的なブレーキ力をできるだけ小さくすることができ、ロータを止めようとするマイナストルクを小さくすることができる。これにより、ロータを回転させる際の負荷が小さくなり、より少ない入力エネルギーでロータを効率的に回転し、発電することができる。
【００１１】
本発明の更に別の態様によれば、個々のコイル毎に独立して発電することができ、個々で得られた電力を合算することによって大きな電力を得ることができる。そのうちｎ個の蓄電器の出力電圧をモータにフィードバックしてモータを回転させることにより、より大きな入力エネルギーによってモータを高速に回転させることができる。そして、モータからの駆動力によって発電機のロータが高速に回転すると、発電によって得られる電力はより大きなものとなる。これにより、発電効果の大きい極めて効率的な発電システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による発電システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の発電システム１０は、発電機１、ＤＣモータ２、変圧器３、整流器４およびバッテリ５を備えて構成されている。
【００１３】
発電機１は、回転軸に取り付けられたロータと、ロータの外周に沿って配置された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の外側に配置された複数のコアと、複数のコアの周りに巻回された複数のコイルとを備え、ロータを回転させることによって複数のコイルに起電力を生じさせるようにしたものである。この発電機１の詳細な構成は後述する。
【００１４】
ＤＣモータ２は、発電機１のロータに回転駆動力を与えるものである。すなわち、発電機１とＤＣモータ２とがベルト６により連結される。そして、ＤＣモータ２の駆動力をベルト６を介して発電機１のロータに伝達することにより、ロータを回転させることができるようになっている。
【００１５】
変圧器３は、発電機１（複数のコイル）の交流出力を所望の電圧に変換する。整流器４は、変圧器４で変圧された交流電圧を整流して直流電圧に変換する。例えば、整流器４はブリッジダイオードで構成される。バッテリ５は、本発明の蓄電器に相当するものであり、整流器４より出力される直流電圧を入力して蓄電する。
【００１６】
本実施形態では、バッテリ５より出力される電圧の一部を、インバータ１００を介して負荷２００に供給するとともに、バッテリ５より出力される電圧の他の一部を、ＤＣモータ２への入力電圧として供給するようにしている。
【００１７】
図２は、発電機１の一部構成例を示す端面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。発電機１は、コイルを有するステータのコアの内側で、永久磁石を有するロータが回転し、コアに巻回されたコイルに起電力が生じるようにしたものである。
【００１８】
図２および図３において、図示しない支持部材に回転軸４１が回転自在に支持され、回転軸４１にロータ４２が取り付けられる。ロータ４２は、高さが比較的低い略円柱形状であり、その外周面には、永久磁石ユニット５１，５２を取り付けるための支持面４３が設けられている。第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の取り付けは、支持面４３に対するネジ止めや接着など、任意の方法で行うことができる。ロータ４２にはプーリ４４が設けられ、プーリ４４はベルト６によりＤＣモータ２に連結される。
【００１９】
図４は、永久磁石ユニット５１，５２の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示した永久磁石ユニット５１，５２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施形態の永久磁石ユニット５１，５２は、磁極が厚さ方向両端にある磁石体６０を備える。磁石体６０は、板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈを相互に吸着させて一体とした磁石連結体である。
【００２０】
板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈのそれぞれは、上下面が平面の円板状で、中央部には、上面から下面へ貫通するボルト孔６３が形成されている。板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈは、例えばネオジウム磁石（Ne-Fe-Co）でできていて、一方の面がＳ極、他方の面がＮ極である。ネオジウム磁石は残留磁束密度も保磁力も大きく、強い磁場を発生することができる点で好ましい。
【００２１】
なお、板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの形状は、板状であればよく、円板状に限定されない。例えば、４角形、その他の多角形でも良い。また、磁石材料はネオジウム系に限らず、サマリウム系、セリウム系、アルニコ系、フェライト系のものでも良い。ただし、ネオジウム系が最も強い磁石であるので、これを用いるのが好ましい。
【００２２】
設定した磁石体６０の高さと、使用する板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの１枚の厚さとにより、重ね合わせる板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの数を決める。板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの枚数を変えることにより、磁石体６０の高さ（厚さ）を容易に変えることができる。なお、磁石体６０は、複数の板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈを一体としたものではなく、１つの部材で構成することもできる。
【００２３】
本実施形態では、板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの数を８枚としたが、他の枚数でも良い。板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの数が少なく磁石体６０の高さが低いと、十分な磁束密度を得ることができない。一方、板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの数が多く磁石体６０の高さが高いと、永久磁石ユニット５１，５２全体の大きさと重量が増し、構造的に弱くなり、また、コストが高くなるという欠点がある。板状永久磁石６０Ａ〜６０Ｈの数は、２〜１０枚が好ましく、３〜８枚が更に好ましい。
【００２４】
また、永久磁石ユニット５１，５２は、磁石体６０の一方の端面（下端面）に吸着された板状の基端側ヨーク６１を備えている。また、永久磁石ユニット５１，５２は、磁石体６０と基端側ヨーク６１とを一体的に連結するための締結ボルト６２を備えている。以下、永久磁石ユニット５１，５２の説明において、磁石体６０の中心線を軸線とする（２点鎖線で示す）。
【００２５】
基端側ヨーク６１は、直径が磁石体６０の直径と等しいかこれより大きい円板状である。基端側ヨーク６１の上下の面は、正方形または長方形とすることもできる。基端側ヨーク６１の中央部には、締結ボルト６２の先端部を受入れるためのボルト孔６３が形成され、ボルト孔６３には締結ボルト６２の先端部の牡ねじと螺合するための雌ねじが形成されている。基端側ヨーク６１は、例えば軟鉄等の常磁性体からなる。なお、基端側ヨーク６１を設ける代わりに、ロータ４２の少なくとも支持面４３の近傍を常磁性体で構成しても良い。
【００２６】
図３に示すように、ロータ４２の支持面４３には、第１永久磁石ユニット５１と第２永久磁石ユニット５２が、回転軸４１の軸方向に間隔をおいて配置され、ステータのコア５３の２つのセグメント部５３ａ，５３ｂと対向するようになっている。軸方向に配置された第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の先端側（セグメント部５３ａ，５３ｂ側）の極性は、それぞれＳ極、Ｎ極である。
【００２７】
なお、永久磁石ユニット５１，５２の先端側の極性は、その他の配列とすることもできる。例えば、第１永久磁石ユニット５１の先端側をＮ極、第２永久磁石ユニット５２の先端側をＳ極とすることができる。第１、第２永久磁石ユニット５１，５２は先端側の磁極が異なるだけで、他の点については同じである。
【００２８】
上述のように、ロータ４２の周方向には、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２が配置される。ここで、第１永久磁石ユニット５１と第２永久磁石ユニット５２とが交互に配置されることが好ましい。また、第１永久磁石ユニット５１と第２永久磁石ユニット５２とは等間隔で配置される（永久磁石ユニット５１，５２の支持面４３が円周方向に等間隔で設けられる）ことが好ましい。
【００２９】
複数の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の外側を取り囲むように、ステータのコア５３が円周上に設けられている。コア５３は、等間隔で配置されることが好ましい。コア５３の数は、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の円周方向の数と同じであっても良いし、異なっていても良い。図２の例では、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の円周方向の数は８個であり、コア５３の数も８個である。
【００３０】
図３に示すように、各コア５３は、２つのセグメント部５３ａ，５３ｂが連結部５３ｃでつながり、回転軸４１の方向の断面はほぼコの字形である。２つのセグメント部５３ａ，５３ｂの端面は、ほぼ平面であり、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とそれぞれ対向するように配置される。コア５３は、強磁性体でできている。なお、コア５３は、他の形状とすることもできる。
【００３１】
各コア５３の２つのセグメント部５３ａ，５３ｂの第１、第２永久磁石ユニット５１，５２に対向する面には、非磁性で導電性の板状部材５５が設けられている。板状部材５５は、典型的にはアルミニウム板である。板状部材５５は、セグメント部５３ａ，５３ｂの端面とほぼ同じ形状および大きさである。この板状部材５５は、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とコア５３のセグメント部５３ａ，５３ｂとの間で生じる磁力線を安定させ、発電効率を高める作用をする。
【００３２】
ロータ４２が回転したときの第１、第２永久磁石ユニット５１，５２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成るパイプ５６が設けられている。このパイプ５６は、締結ボルト６２によって第１、第２永久磁石ユニット５１，５２と一体的に取り付けられている。パイプ５６の表面とコア５３のセグメント部５３ａ，５３ｂの板状部材５５との間には、一定の間隔があくようになっている。
【００３３】
なお、パイプ５６を設けることは必須ではないが、常磁性体から成るパイプ５６と基端側ヨーク６１とにより第１、第２永久磁石ユニット５１，５２を挟む構造とすることにより、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２から生じる磁力線を安定させ、発電効率を高めることができる。ここでは、１つの円筒状のパイプ５６により全ての第１、第２永久磁石ユニット５１，５２を覆う構成としているが、これに限定されない。例えば、個々の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２毎に、その上端面を覆うようにパイプを独立して設けるようにしても良い。
【００３４】
各コア５３の２つのセグメント部５３ａ，５３ｂの周りには、コイル５４ａ，５４ｂが巻き回されている。コア５３のセグメント部５３ａ，５３ｂを連結部５３ｃに対して直角にまっすぐに延ばしたと仮定して、２つのセグメント部５３ａ，５３ｂのコイル５４ａ，５４ｂの巻き方向は、セグメント部５３ａ，５３ｂの軸線に対して互いに同じ方向であっても良いし、異なっても良い。第１、第２永久磁石ユニット５１，５２の先端側の極性により、コイル５４ａ，５４ｂの巻き方向は、異なっても良い。また、１つのコア５３とそれに隣接するコア５３とでコイル５４ａ，５４ｂの巻き方向は、互いに同じである。
【００３５】
ロータ４２が回転すると、これに取り付けられた永久磁石ユニット５１，５２も回転し、永久磁石ユニット５１，５２とコア５３との間に生じる磁力の変化により、コイル５４ａ，５４ｂに起電力が生じる。なお、発電機１は、ＤＣモータ２を時計回り方向または反時計回り方向に回転させることにより、ロータ４２を時計回り、反時計回りの何れの方向にも回転させることができる。
【００３６】
図３のように、ロータ４２の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とコア５３とが互いに対向する位置にある初期状態のとき、ＤＣモータ２によりロータ４２を回転させると、ロータ４２の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２から出てコア５３のコイル５４ａ，５４ｂの周囲に生じる磁界が変化し、電磁誘導によりコイル５４ａ，５４ｂに誘導電流が生じる。このとき、誘導電流により、コイル５４ａ，５４ｂの内部にある強磁性体のコア５３に磁界磁力が生じる。
【００３７】
第１、第２永久磁石ユニット５１，５２がコア５３に近づくときと、コア５３から遠ざかるときとで、コイル５４ａ，５４ｂに生じる誘導電流の向きは異なる（ファラデーの法則）。このため、ロータ４２の回転に伴って第１、第２永久磁石ユニット５１，５２がコア５３を通過するごとに、その通過の前後でコイル５４ａ，５４ｂに起電力が誘起され、交流電流が発生する。
【００３８】
このときコア５３に生じる磁界磁力も、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２がコア５３を通過する前後で磁極が交互に反転する。また、１つのコア５３とそれに隣接するコア５３とでは、コイル５４ａ，５４ｂの巻き方向が同じで、コア５３に近接している第１、第２永久磁石ユニット５１，５２から発している励磁磁力の磁極が互いに異なっている。このため、各コア５３に発生する磁界磁力の磁極は交互に異なったものとなっている。
【００３９】
そして、このようにコア５３側に発生する磁界磁力と、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２から発している励磁磁力との間で、反発作用をする反発磁力と、吸引作用をする吸引磁力とが発生する。この両磁力は、ロータ４２の回転方向へ作用するプラストルク（推進力）と、逆方向へ作用するマイナストルク（電磁ブレーキ）とに分かれる。
【００４０】
例えば、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２がコア５３を通過した直後の状態において、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２が、回転方向に対して後方にあるコア５３（通過済みのコア５３）との間で反発磁力を受けると、これはプラストルクとして働く。この状態では、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２は、回転方向に対して前方にある次のコア５３との間で吸引磁力も受けるので、この吸引磁力もプラストルクとして作用する。
【００４１】
逆に、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２がコア５３を通過する直前の状態において、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２が、回転方向に対して前方にあるコア５３との間で反発磁力を受けると、これはマイナストルクとして働く。この状態では、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２は、回転方向に対して後方にある通過済みのコア５３との間で吸引磁力も受けるので、この吸引磁力もマイナストルクとして作用する。
【００４２】
ロータ４２を回転させ始めた直後は、ロータ４２の回転速度が遅く、ロータ４２の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とコア５３との間のマイナストルクに抗して回転させなければならない。すなわち、ロータ４２の第１、第２永久磁石ユニット５１，５２は、コア５３に近づき、最も反発が強い位置を通り越して回転しなければならず、ロータ４２の回転抵抗が大きいので、ロータ４２を回転させるのにＤＣモータ２からの比較的大きい回転トルクが必要である。
【００４３】
ロータ４２の始動後、時間が経つにつれて、ＤＣモータ２からの駆動力と、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とコア５３との間で生じる磁界により受けるプラストルクとにより、ロータ４２の回転速度が次第に速くなると、ロータ４２は比較的大きな慣性力を得る。この慣性力と、第１、第２永久磁石ユニット５１，５２とコア５３との間の磁力により受けるプラストルクとによりロータ４２は大きな推進力を得る。この状態では、ロータ４２を回転させるのに必要な回転トルクは小さくなる。その結果、ＤＣモータ２の消費電力が低下する。
【００４４】
以上詳しく説明したように、本実施形態では、発電機１のロータ４２に対してＤＣモータ２により回転駆動力を与えるように成し、発電機１にて発電された交流出力を変圧器３、整流器４、バッテリ５を介してＤＣモータ２への入力電圧としてフィードバックするようにしている。この構成のため、発電機１の永久磁石ユニット５１，５２から発している励磁磁力とコア５３側に発生する磁界磁力との作用により電磁ブレーキが生じても、ロータ４２がＤＣモータ２から回転駆動力を得ることによってロータ４２に大きなプラストルクを発生させることができる。
【００４５】
ＤＣモータ２にはバッテリ５から入力エネルギーが与えられているので、バッテリ５の電圧がモータ駆動に必要な電圧以下まで低下しない限り、ロータ４２を回転させて発電し続けることができる。バッテリ５の蓄積電力は、負荷２００にて消費されるとともに、ＤＣモータ２でも消費されるが、ＤＣモータ２で消費された電力は発電機１における発電を生み、その結果生じた電力がバッテリ５に充電される。
【００４６】
つまり、バッテリ５は充電しながら電力を消費する。これにより、バッテリ５での電圧の低下速度は極めて遅く、長時間にわたってＤＣモータ２の入力エネルギーを確保し、発電機１にて発電し続けることができる。しかも、ＤＣモータ２は発電システム１０の外部よりエネルギーを入力して回転するのではなく、発電機１自身で発電した電圧の一部を入力エネルギーとして得ているので、発電システム１０内でエネルギーを効率的に循環させることができる。以上のことより、極めて効率的な発電システム１０を実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、発電機１に回転駆動力を与えるモータがＤＣモータ２であり、その起動電圧をバッテリ５から得ることができる。このため、ＡＣ電源などの外部エネルギーを使うことなく発電を開始することができるというメリットも有する。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図６は、第２の実施形態による発電システム２０の構成例を示す図である。なお、この図６において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００４９】
第２の実施形態では、発電機１のロータ４２に配置されている永久磁石ユニット５１，５２の数は４個、コイル５４の数も４個としている。これら４個のコイル５４は、各々独立した結線により構成されている。具体的には、コイル５４がｋ個（ｋは２以上の整数）設けられている場合に、変圧器３、整流器４およびバッテリ５をそれぞれｋ個のコイル５４に対応してｋ個ずつ設ける。すなわち、結線が独立したコイル５４、変圧器３、整流器４およびバッテリ５を１組の回路として、同様の回路２１〜２４をｋ組（図６の例では４組）設ける。
【００５０】
そして、ｋ個のバッテリ５のうち、ｍ個（図６の例では１個）のバッテリ５をインバータ１００を介して負荷２００に接続し、当該ｍ個のバッテリ５より出力される電圧を負荷２００に供給する。また、残りｎ個（図６の例では３個）のバッテリ５を直列に接続し、当該ｎ個のバッテリ５より出力される電圧をＤＣモータ２への入力電圧として供給する。なお、図６に示したスイッチ７は、ＤＣモータ２の電源スイッチである。
【００５１】
このように、各コイル５４を独立して結線することにより、個々のコイル５４のサイズが、各コイル５４を結線してまとめた場合におけるトータルの実質的なコイルサイズよりも小さくなる。このため、発電機１において起電力を発生するときに永久磁石ユニット５１，５２から発している励磁磁力と各コイル５４に発生する磁界磁力との作用に起因する電磁ブレーキをできるだけ小さくすることができ、ロータ４２を止めようとするマイナストルクを小さくすることができる。これにより、ロータ４２を回転させる際の負荷が小さくなり、より少ない入力エネルギーでロータ４２を効率的に回転し、発電することができる。
【００５２】
また、個々のコイル５４毎に独立して発電することができ、個々で得られた電力を合算することによって大きな電力を得ることができる。そのうちｎ個のバッテリ５を直列接続してその出力電圧をＤＣモータ２にフィードバックすることにより、より大きな入力エネルギーによってＤＣモータ２を高速に回転させることができる。
【００５３】
すなわち、ＤＣモータ２は、入力電圧が大きくなるほど高速に回転する。第２の実施形態では、３個のバッテリ５の合計電圧がＤＣモータ２に印加されるので、ＤＣモータ２への入力電圧は大きなものとなる。このため、ＤＣモータ２は非常に高速に回転することができる。そして、ＤＣモータ２からの駆動力によって発電機１のロータ４２も高速に回転する。このとき、上述したようにロータ４２は低負荷で効率よく高速回転する。ロータ４２が高速に回転すると、発電によって得られる電力は、より大きなものとなる。このような仕組みにより、発電効果の大きい極めて効率的な発電システム２０を実現することができる。
【００５４】
なお、上記第２の実施形態では、コイル５４、変圧器３、整流器４およびバッテリ５から成る発電回路２１〜２４を４組設け、そのうち１個のバッテリ５を負荷２００に接続し、３個のバッテリ５をＤＣモータ２に接続したが、これに限定されない。負荷２００の消費電力が大きい場合は、１個のバッテリ５だけでは電力が不足するかもしれない。その場合は、例えば２個のバッテリ５を負荷２００に接続し、残り２個のバッテリ５をＤＣモータ２に接続すれば良い。
【００５５】
ただし、この場合は、３個のバッテリ５をＤＣモータ２に接続する場合に比べてＤＣモータ２の回転速度は低下し、発電機１での発電量も落ちる。そのため、負荷２００やＤＣモータ２での電力消費量に対して、発電機１での発電量が不足し、バッテリ５の消耗が早くなるかもしれない。この場合は、発電回路の数を４組より多くし（例えば６組）、そのうち２個のバッテリ５を負荷２００に接続し、残り４個のバッテリ５をＤＣモータ２に接続するようにしても良い。
【００５６】
また、上記第１および第２の実施形態では、蓄電器としてバッテリ５を用いる例について説明したが、これに限定されない。例えば、キャパシタを用いても良い。この場合、容量の大きいキャパシタを単数で用いても良いし、ある程度の容量のキャパシタを複数接続して用いても良い。
【００５７】
また、上記第１および第２の実施形態では、モータとしてＤＣモータ２を用いる例について説明したが、ＡＣモータを用いても良い。ただし、この場合はバッテリ５とＡＣモータとの間にインバータを接続する必要がある。インバータを接続することにより、ここで電力の消費が発生する。したがって、発電したエネルギーを効率的に循環させるという観点から、ＡＣモータを使用するよりＤＣモータ２を使用する方が好ましい。
【００５８】
また、上記第１および第２の実施形態では、変圧器３を用いる例について説明しているが、これは必須の構成ではない。すなわち、発電機１のコイル５４で発電された電圧が既に所望の電圧になっていれば、変圧器３は必ずしも設ける必要はない。
【００５９】
その他、上記第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の発電システムは、様々な技術分野にて有用である。例えば自動車、船舶、住宅、店舗、工場、非常電源、発電所等の発電装置として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態による発電システムの構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態による発電機の一部構成例を示す端面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】第１および第２の実施形態による永久磁石ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図５】図４に示した永久磁石ユニットのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第２の実施形態による発電システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  発電機
２  ＤＣモータ
３  変圧器
４  整流器
５  バッテリ（蓄電器）
４２  ロータ
５１，５２  永久磁石ユニット
５３  コア
５４  コイル
【図１】
2008220120.tif 000003
【図２】
2008220120.tif 000004
【図３】
2008220120.tif 000005
【図４】
2008220120.tif 000006
【図５】
2008220120.tif 000007
【図６】
2008220120.tif 000008