(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置され、かつ前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に少なくとも配置される磁束ガイド部材と、を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度より遅い回転電機。
【請求項２】
第１回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置され、かつ前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されている箇所に少なくとも配置される磁束ガイド部材と、を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度より遅い回転電機。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記移動体が一方向に移動する場合、前記一方向に交差する方向に配置される前記第１回転軸周りに、前記一方向に応じた回転方向に回転する請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石は、前記移動体が第２回転軸周りに回転する場合、前記第２回転軸と平行な前記第１回転軸周りに、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転する請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記永久磁石の外周面に連なる一側面の少なくとも一部と、前記移動体の外周面に連なる一側面の少なくとも一部とが離隔して対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体の外周面に連なる一側面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転する請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の総面積のうち、半分以下の面積で、前記移動体に対向配置される請求項４または５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第１回転軸は、前記第２回転軸の延長線上にあり、
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の全体で前記移動体に対向配置され、
前記永久磁石は、前記移動体と同じ方向に回転する請求項４または５に記載の回転電機。
【請求項８】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有し、各磁極は、対向配置された前記移動体の方向またはその反対の方向に磁化されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有し、
前記コイルは、１以上の前記磁極ごとに設けられる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面と前記移動体の一主面との間に配置される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造である請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第１磁束ガイド部材と、
前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される第２磁束ガイド部材と、を有する請求項１に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第１磁束ガイド部材と、
前記永久磁石と前記移動体とが対向配置された領域内の一部に配置される第２磁束ガイド部材と、を有する請求項２に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記コイルの内部に挿入され、前記コイルを通過する磁束の密度を増大させる芯部材を備える請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記永久磁石からの磁束を通過させる環状の磁束ガイド部材を備え、
前記コイルは、前記磁束ガイド部材に巻回されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１８】
前記第１回転軸の回転力により駆動される駆動体を備える請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１９】
前記駆動体は、モータである請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２０】
回転または移動自在な移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置され、かつ第１回転軸周りに回転する永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置され、かつ前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に少なくとも配置される磁束ガイド部材と、を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体を回転または移動させる回転電機。
【請求項２１】
第１回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置され、かつ前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に少なくとも配置される磁束ガイド部材と、を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度より遅い非接触発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で回転する回転電機と、非接触で発電する非接触発電機とに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非接触で発電する自転車用ダイナモが開示されている。特許文献１の自転車用ダイナモは、自転車のホイールの回転軸と直交する方向に延びる回転軸周りに回転する円環状の永久磁石の外周面を、ホイールの外周面に連なる一側面から離隔して配置している。
【０００３】
永久磁石は、複数の磁極を周方向に並べて配置したものであり、隣接する磁極では、磁化方向が逆になっている。例えば、永久磁石のＮ極がホイールの一側面に対向配置された状態でホイールが回転すると、永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に、ホイールの一側面に渦電流が発生する。この渦電流による磁束と永久磁石からの磁束との反発力および誘引力により、永久磁石は、ホイールの回転方向に回転する。
【０００４】
よって、永久磁石の周囲をコイルで巻回して、永久磁石からの磁束がコイルを鎖交するようにすれば、コイルから誘導電力を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開公報  ２０１４／０１３２１５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された自転車用ダイナモには、以下の課題がある。
【０００７】
１．ホイールの一側面に対向配置される永久磁石の面積が限られているため、ホイールと永久磁石との磁気結合量を大きくできない。よって、ホイールに発生する渦電流が小さくなり、永久磁石の回転力も弱くなる。
【０００８】
２．特許文献１では、永久磁石に単一相のコイルを巻回しているが、単一相のコイルでは、コイルが巻回していない部分の永久磁石の磁束を有効利用できないため、鎖交磁束量を増やすことはできない。また、コイルが巻回している部分の永久磁石の極性の向きが、回転軸を中心に対称である場合、常にコイルを鎖交する磁束の総量が打ち消し合ってしまうため、発電できないという問題がある。
【０００９】
３．永久磁石からの磁束は、空気中を伝搬するため、大きな磁気抵抗を受けることになり、磁気効率がよいとはいえない。
【００１０】
４．ヨークを用いていないため、磁束の漏れが生じやすく、また周囲に導電材料があると、磁路が変化してしまい、発電量に影響を与えてしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気効率がよく、磁束の漏れも少ない回転電機および非接触発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、第１回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度より遅い回転電機が提供される。
【００１３】
前記永久磁石は、前記移動体が一方向に移動する場合、前記一方向に交差する方向に配置される前記第１回転軸周りに、前記一方向に応じた回転方向に回転してもよい。
【００１４】
前記永久磁石は、前記移動体が第２回転軸周りに回転する場合、前記第２回転軸と平行な前記第１回転軸周りに、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転してもよい。
【００１５】
前記永久磁石の外周面に連なる一側面の少なくとも一部と、前記移動体の外周面に連なる一側面の少なくとも一部とが離隔して対向配置されてもよく、
前記永久磁石は、前記移動体の外周面に連なる一側面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体の回転方向に応じた方向に回転してもよい。
【００１６】
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の総面積のうち、半分以下の面積で、前記移動体に対向配置されてもよい。
【００１７】
前記第１回転軸は、前記第２回転軸の延長線上にあってもよく、
前記永久磁石は、前記移動体側の一側面の全体で前記移動体に対向配置され、前記永久磁石は、前記移動体と同じ方向に回転してもよい。
【００１８】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有し、各磁極は、対向配置された前記移動体の方向またはその反対の方向に磁化されていてもよい。
【００１９】
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の密度に応じた誘導電流を発生するコイルを備えてもよい。
【００２０】
前記永久磁石は、前記移動体に対向配置される２つ以上の磁極を有し、
前記コイルは、１以上の前記磁極ごとに設けられてもよい。
【００２１】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置されてもよい。
【００２２】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面と前記移動体の一主面との間に配置されていてもよい。
【００２３】
前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造であってもよい。
【００２４】
前記永久磁石から前記コイルを鎖交して前記永久磁石に戻る磁束の磁路内の少なくとも一部に配置される磁束ガイド部材を備えてもよい。
【００２５】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置されてもよい。
【００２６】
前記磁束ガイド部材は、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置されてもよい。
【００２７】
前記コイルは、前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面とは反対の側面側に配置され、
前記磁束ガイド部材は、
前記コイルの前記永久磁石に対向する面とは反対の面側に配置される第１磁束ガイド部材と、
前記永久磁石の前記移動体に対向する一側面側の前記移動体と前記永久磁石とが対向配置されていない箇所に配置される第２磁束ガイド部材と、を有していてもよい。
【００２８】
前記第２磁束ガイド部材は、前記永久磁石と前記移動体とが対向配置された領域内の一部に配置されてもよい。
【００２９】
前記コイルの内部に挿入され、前記コイルを通過する磁束の密度を増大させる芯部材を備えてもよい。
【００３０】
前記永久磁石からの磁束を通過させる環状の磁束ガイド部材を備え、
前記コイルは、前記磁束ガイド部材に巻回されていてもよい。
【００３１】
前記第１回転軸の回転力により駆動される駆動体を備えてもよい。
【００３２】
前記駆動体は、モータであってもよい。
【００３３】
本発明の他の一態様では、回転または移動する移動体の一主面上に離隔して対向配置され、前記移動体の回転または移動方向に応じて回転する永久磁石と、
前記移動体の一主面上に離隔して対向配置され、かつ前記永久磁石からの磁束が鎖交する場所に配置される第１コイルと、
前記永久磁石からの磁束が前記第１コイルを鎖交して前記永久磁石に戻るまでの磁路の少なくとも一部に配置される磁束ガイド部材と、を備え、
前記永久磁石の周速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度よりも遅い非接触発電機が提供される。
【００３４】
前記移動体の一主面上に離隔して対向配置され、かつ前記永久磁石からの磁束が鎖交する場所に配置される第２コイルを備え、
前記磁束ガイド部材は、前記永久磁石からの磁束が前記第１コイルを鎖交して前記永久磁石に戻るまでの磁路の一部と、前記永久磁石からの磁束が前記第２コイルを鎖交して前記永久磁石に戻るまでの磁路の一部とに配置されてもよい。
【００３５】
前記永久磁石は、前記移動体が所定の回転軸周りに回転する場合、前記所定の回転軸に交差する方向または前記所定の回転軸に平行な方向に延在する回転軸周りに回転し、
前記移動体の一主面上に離隔して対向配置される前記永久磁石の外周面は、前記移動体の一主面の回転方向と同じ方向に回転してもよい。
【００３６】
本発明の他の一態様では、回転または移動自在な移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置され、かつ第１回転軸周りに回転する永久磁石を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記移動体を回転または移動させる回転電機が提供される。
【００３７】
本発明の一態様では、第１回転軸周りに回転自在で、回転または移動する移動体の一主面から離隔して配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が前記移動体の一主面に対向して配置される永久磁石と、
前記永久磁石からの磁束が鎖交する位置に配置され、鎖交した磁束の変化量に応じた誘導電流を発生するコイルと、を備え、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に発生される渦電流に基づいて前記永久磁石に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の前記移動体に対向配置される前記一側面の表面速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の表面速度より遅い非接触発電機が提供される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、磁気効率がよく、磁束の漏れも少ない回転電機および非接触発電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態による非接触発電機の正面図。
【図２】本発明の第１の実施形態による非接触発電機の斜視図。
【図３】永久磁石の斜視図。
【図４】永久磁石の磁化方向を示す図。
【図５】回転体の一側面に発生する渦電流に基づいて永久磁石が回転する原理を説明する図。
【図６】永久磁石の回転軸の延長線上に回転体の回転軸を設けた図。
【図７】本実施形態による非接触発電機の分解斜視図。
【図８】永久磁石とコイルの位置を逆にした分解斜視図。
【図９Ａ】コイルの両側面にヨークを対向配置した場合の斜視図。
【図９Ｂ】コイルの両側面にヨークを対向配置した場合の正面図。
【図９Ｃ】図９Ｂとはフロントヨークの位置を変えた正面図。
【図１０】回転体の代わりに移動体を用いた非接触発電機の正面図。
【図１１】コイルにティースを挿入する場合の分解斜視図。
【図１２】環状のヨーク４に複数のコイル３を巻回した場合の分解斜視図。
【図１３】非接触発電機１の制御系の機能ブロック図。
【図１４Ａ】本発明の第２の実施形態による回転電機の斜視図。
【図１４Ｂ】本発明の第２の実施形態による回転電機の正面図。
【図１５Ａ】第３の実施形態による非接触発電機１の外観図。
【図１５Ｂ】１個のコイルで発電を行う例を示す図。
【図１６】図１５の非接触発電機１内を流れる磁束の流れを示す図。
【図１７】永久磁石の代表的な変形例を示す平面図。
【図１８】ハルバッハ配列構造の概念図。
【図１９】永久磁石がハルバッハ配列構造である場合を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、回転電機および非接触発電機内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、回転電機および非接触発電機には以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。ただし、これらの省略した構成および動作も本実施形態の範囲に含まれるものである。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による非接触発電機１の正面図、図２は斜視図である。図１の非接触発電機１は、円環状の永久磁石２と、コイル３と、ヨーク（磁束ガイド部材）４とを備えている。
【００４２】
永久磁石２は、回転軸２ａ周りに回転自在とされている。永久磁石２は、図３に示すように、周状に配置された複数の磁極２ｂを有する。図３では、４つの磁極２ｂを有する例を示すが、磁極２ｂの数は１個以上であればよく、磁極２ｂの数には特に制限はない。
【００４３】
永久磁石２から離隔して配置される回転体５は、その回転軸５ａ周りに回転する。回転体５は、回転軸５ａ周りに一方向にのみ回転してもよいし、両方向に回転してもよい。
【００４４】
図１に示すように、永久磁石２の回転軸２ａと、回転体５の回転軸５ａとは平行に配置されており、永久磁石２の外周面２ｃに連なる一側面２ｄの少なくとも一部は、回転体５の外周面５ｂに連なる一側面５ｃに対向配置されている。より具体的には、永久磁石２が有する複数の磁極２ｂのうち、２つ以上の磁極２ｂが回転体５の一側面５ｃに対向配置されている。これにより、後述するように、永久磁石２と回転体５との磁気結合量を増やすことができ、回転体５の一側面５ｃ上に生じる渦電流を増大させることができる。
【００４５】
回転体５は、例えば車両の車輪やホイールなどである。回転体５は、永久磁石２に対向配置された一側面５ｃに渦電流を発生させる。渦電流を発生できるように、回転体５の少なくとも一側面５ｃは、金属などの導電材料で形成されている必要がある。
【００４６】
本実施形態では、永久磁石２の各磁極２ｂからの磁束により、回転体５の一側面５ｃに渦電流を発生させる。よって、永久磁石２の一側面２ｄと回転体５の一側面５ｃとの間の間隔は、永久磁石２の各磁極２ｂからの磁束が回転体５に到達可能な範囲内に制限される。
【００４７】
永久磁石２の各磁極２ｂは、対向する永久磁石２の一側面２ｄに向かう方向またはその反対方向に磁化されている。また、永久磁石２の隣接する磁極２ｂ同士の磁化方向は逆である。図４では、永久磁石２の各磁極２ｂの磁化方向を矢印で示している。図４に示すように、永久磁石２の一側面２ｄには、周状にＮ極とＳ極が交互に並んでいる。また、永久磁石２の回転体５に対向する一側面２ｄとは反対側の側面２ｅは、一側面とは逆極性になる。
【００４８】
図５は回転体５の一側面５ｃに発生する渦電流６ａ，６ｂにより永久磁石２が回転する原理を説明する図である。永久磁石２の一側面２ｄ上に周状に並ぶ複数の磁極２ｂのうち、回転体５の一側面５ｃに対向配置された磁極２ｂからの磁束は、回転体５の一側面５ｃ方向に伝搬する。永久磁石２の一側面２ｄと回転体５の一側面５ｃとの間は、エアギャップであり、永久磁石２からの磁極２ｂはこのエアギャップを伝搬する。
【００４９】
回転体５が回転すると、回転体５の一側面５ｃには、永久磁石２からの磁束の変化を妨げる方向に渦電流が生じ、この渦電流による磁束と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、永久磁石２は回転する。ただし、永久磁石２の一側面２ｄの表面速度は、対向する回転体５の一側面５ｃの表面速度よりも遅くなる。
【００５０】
例えば、永久磁石２のＮ極が回転体５の一側面５ｃに対向配置されている場合、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する回転体５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ａの向きと、Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束が到達する回転体５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ｂの向きとは相違している。Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束により発生する渦電流６ｂは、Ｎ極からの磁束とは反対方向の磁束を発生させる向きに流れる。一方、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する回転体５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ａは、Ｎ極からの磁束と同方向の磁束を発生させる向きに流れる。いずれの渦電流６ａ，６ｂも、回転体５の回転に伴う永久磁石２からの磁束の変化を妨げる方向に流れる。
【００５１】
上述したように、永久磁石２のN極の回転方向前方のエッジｅ１側では、渦電流６ａによる磁束と永久磁石２のＮ極からの磁束との方向が同じになることから、互いに引き寄せ合う誘引力が働く。一方、永久磁石２のN極の回転方向後方のエッジｅ２側では、渦電流６ｂによる磁束と永久磁石２のＮ極からの磁束とは反対方向になることから、互いに反発し合う反発力が働く。永久磁石２の一側面２ｄの表面速度が、対向する回転体５の一側面５ｃの表面速度より遅い場合には、上述した、永久磁石２と渦電流６ａ、６ｂの関係が常に成り立つ。これにより、永久磁石２は、対向する回転体５の一側面５ｃの移動表面を追いかけるようにして、対向する回転体５の一側面５ｃの表面速度よりも遅い表面速度で回転することになる。
【００５２】
なお、上述した永久磁石２の回転の原理は、ローレンツ力による反力にて説明することもできる。上述したように、永久磁石２のＮ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束による発生する渦電流６ａと、永久磁石２の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束による発生する渦電流６ｂとは、電流の向きが逆になっていて、Ｎ極の直下には常に一定方向の電流が流れる。これら渦電流６ａ，６ｂによる電流は、回転体５が図５の矢印の向きに回転する場合には、回転体５の回転方向とは反対方向のローレンツ力を受ける。よって、これら渦電流６ａ，６ｂによる磁束を受ける永久磁石２は、回転体５の回転方向への、ローレンツ力の反力を受けて回転する。
【００５３】
このように、永久磁石２と回転体５は、両者の対向面同士では同一方向に移動する。よって、図５のように、永久磁石２が回転体５の回転軸からずれて対向配置されている場合には、永久磁石２の回転方向は回転体５の回転方向とは逆になる。
【００５４】
図１に示すように、永久磁石２の回転体５に対向する一側面２ｄとは反対側の側面２ｅには、コイル３が対向配置されている。コイル３と、対向する永久磁石２の側面２ｅとの間には、エアギャップが設けられている。コイル３は固定されており、回転する永久磁石２からの磁束がコイル３を鎖交する。永久磁石２の周状に配置された複数の磁極２ｂの極性は、交互に変化するため、コイル３を鎖交する磁束はその向きが周期的に変化する交番磁束である。よって、コイル３には、永久磁石２からの磁束の変化を妨げる方向に誘導電流が発生し、この誘導電流を抽出することで、交流からなる誘導電力を生成することができる。
【００５５】
永久磁石２からの磁束は、図１の矢印ｙ１，ｙ２に示すように、コイル３を鎖交した後、空気中を伝搬して永久磁石２に戻る。磁束の通過する経路は磁路と呼ばれている。磁路の大部分が空気である場合、空気中の磁気抵抗は大きいことから、コイル３を通過する磁束密度が小さくなり、結果として誘導電流も小さくなる。また、磁束が空気中を伝搬している最中に磁束の漏れが生じたり、また、周辺の導電材料の影響で磁路が変化するおそれもある。そこで、図１に示すように、コイル３を鎖交した磁束が通過する磁路内にヨーク４を設けるのが望ましい。ヨーク４は、鉄などの透磁率の高い材料で形成されており、例えば、コイル３の永久磁石２に対向する面と反対側の面にヨーク４を密着配置することで、コイル３を鎖交した磁束を漏れなくヨーク４に導いて、ヨーク４内を通って永久磁石２に戻すことができる。これにより、磁束の漏れを防止でき、磁気効率を高くすることができる。
【００５６】
上述したように、回転体５の一側面５ｃのうち、永久磁石２の一側面２ｄに対向配置された部分に、渦電流が発生する。渦電流が発生する場所によっては、永久磁石２の回転を妨げることがありうる。このため、図１の永久磁石２は、回転体５に対向する一側面の総面積のうち、半分未満の面積で、回転体５に対向配置されている。別の言い方をすると、図１において、永久磁石２の回転軸２ａよりも上側では、回転体５の一側面５ｃ上に渦電流が発生しないようにしている。これにより、回転体５の一側面５ｃには、永久磁石２の回転軸よりも下側部分からの磁束による渦電流が発生する。この渦電流は、永久磁石２を回転体５とは逆の方向に回転させることに寄与する。なお、永久磁石２が回転体５に対向する一側面の総面積の半分以上の面積で対向配置されていると、永久磁石２の回転軸２ａよりも上側部分からの磁束により、回転体５の一側面上に永久磁石２の回転を妨げるような渦電流が発生する。よって、永久磁石２と回転体５の一側面との対向面積は、永久磁石２の一側面の総面積の半分未満が望ましい。
【００５７】
なお、図６に示すように、回転体５の回転軸５ａの延長線上に永久磁石２の回転軸２ａが設けられている場合、永久磁石２の一側面２ｄの全体が回転体５の一側面５ｃに対向配置されていても、回転体５の一側面５ｃに発生した渦電流は回転体５を同一方向に回転させることに寄与する。よって、図６のように、回転体５の回転軸５ａと永久磁石２の回転軸２ａとが同一延長線上にある場合は、永久磁石２の一側面２ｄからの磁束すべてにより発生される渦電流を、永久磁石２の回転のために有効利用できる。
【００５８】
図７は本実施形態による非接触発電機１の分解斜視図である。図７に示すように、コイル３は、永久磁石２の各磁極２ｂごとに１個以上設けられている。図７の例では、１個の磁極２ｂに対して３個のコイル３を設けているが、各磁極２ｂごとに設けるコイル３の数には特に制限はない。各コイル３は、対応する磁極２ｂからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、各磁極２ｂの外形サイズに合わせた形状を有する。これにより、永久磁石２の各磁極２ｂからの磁束を、１つ以上のコイル３に鎖交させることができ、コイル３を鎖交しない漏れ磁束をほとんどなくすことができる。
【００５９】
図７では、永久磁石２の各磁極２ｂからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、磁極２ｂの外形サイズに合わせたコイル３を円環状に配置しているが、コイル３が必ずしも全ての磁極２ｂを覆う必要はない。具体的には、コイル３が円環の半分の領域のみに配置されてもよいし、３分の１の領域のみに配置されてもよいし、周方向に任意の間隔を空けて複数のコイル３が配置されてもよい。コイル３を均一に配置しないことにより、コイル３と永久磁石２の磁気結合が強い回転位置では永久磁石２にかかる負荷トルクが大きくなり、コイル３と永久磁石２の磁気結合が弱い回転位置では永久磁石２にかかる負荷トルクが小さくなる。すなわち、永久磁石２の各回転位置での負荷トルクを制御することが可能となる。この永久磁石２の各回転位置で負荷トルクを制御可能とすることで、永久磁石２の回転方向に生じるリラクタンス力を低減することができる。  
【００６０】
コイル３にて発生される誘導起電力Ｅは、以下のようにして求めることができる。各コイル３の巻き数をｎ［ターン］、コイル３を鎖交する磁束をφ［Ｗｂ］、磁束の最大値をφmax、磁束φが変化する周波数をｆ［Ｈｚ」、角周波数をω＝２πｆとすると、磁束φは以下の（１）式で求められる。
【００６１】
φ＝φmax×ｓｉｎωｔ    …（１）
【００６２】
コイル３に誘起される電圧ｅ［Ｖ］は、以下の（２）式で表される。
【００６３】
ｅ＝−ｎ（ｄφ／ｄｔ）    …（２）
【００６４】
（２）式に（１）式を代入すると、以下の（３）式が得られる。
【００６５】
ｅ＝−ｎωφmaxｃｏｓωｔ    …（３）
【００６６】
（３）式のｎωφmaxは、誘起電圧ｅの最大値（振幅）を表す。電圧の実効値Ｅは、以下の（４）式で表される。
【００６７】
Ｅ＝ｎ (２πｆ)φmax／√２    …（４）
【００６８】
（４）式において、２π／√２≒４．４４である。
よって、（４）式は（５）式で表される。
【００６９】
Ｅ≒４．４４ｆｎφmax    …（５）
【００７０】
（５）式の周波数ｆは、永久磁石２の回転速度に依存する。よって、（５）式からわかるように、コイル３による誘導起電力Ｅは、永久磁石２の回転速度と、コイル３の巻き数ｎと、コイル３を鎖交する磁束φとの乗算に比例する。
【００７１】
永久磁石２の回転速度は、回転体５の一側面５ｃに発生する渦電流に依存するため、永久磁石２の回転に寄与する渦電流をできるだけ多く回転体５の一側面５ｃに発生させるのが望ましい。そのためには、永久磁石２の一側面２ｄと回転体５の一側面５ｃとの間隔をできるだけ狭めるのが望ましいが、間隔を狭めすぎると、何らかの原因で回転体５の回転が回転軸の延在方向にぶれたときに、回転体５と永久磁石２とが接触するおそれがあるため、両者のトレードオフで、上記間隔を設定するのが望ましい。
【００７２】
図７では、回転体５に近い側から、永久磁石２、コイル３およびヨーク４の順に配置しているが、図８に示すように、回転体５に近い側から、コイル３、永久磁石２およびヨーク４の順に配置してもよい。
【００７３】
コイル３は、典型的には、巻線を複数回巻回した構造を有するが、例えばプリント基板上に、導電パターンにより、平面状のコイル３を形成してもよい。平面状のコイル３は、軽薄短小化が可能で、製造コストも抑制できる。
【００７４】
図１等では、ヨーク４をコイル３の片側の側面だけに対向配置しているが、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、コイル３の両側面にヨーク４を対向配置してもよい。図９Ａは斜視図、図９Ｂは正面図である。
【００７５】
図９Ａおよび図９Ｂでは、永久磁石２の回転体５側の一側面２ｄで、回転体５に対向配置されていない箇所に別個のヨーク７を配置している。以下では、このヨーク４をフロントヨーク（第２磁束ガイド部材）７と呼び、図１等にも設けられているヨーク（第１磁束ガイド部材）４をバックヨーク４あるいはメインヨーク４と呼ぶ。
【００７６】
フロントヨーク７は、図９Ａに示すように、永久磁石２の一側面２ｄの外形輪郭の上側半分を覆う形状である。永久磁石２の上側半分からの磁束は、磁極２ｂの磁化方向によって、コイル３、バックヨーク４、コイル３、永久磁石２、およびフロントヨーク７を通過して永久磁石２に戻る磁路か、またはフロントヨーク７、永久磁石２、コイル３、バックヨーク４、およびコイル３を通過して永久磁石２に戻る磁路を通過する。
【００７７】
フロントヨーク７を設けることで、永久磁石２の上側半分の磁気抵抗を低下させて、コイル３での誘導起電力を向上させることができる。また、フロントヨーク７を設けることで、永久磁石２の上側半分からの漏洩磁束が回転体５の一側面５ｃ上での渦電流の発生の妨げになるおそれを防止できる。このように、フロントヨーク７は、誘導起電力の向上と磁気シールドという両方の機能を持っている。
【００７８】
永久磁石２の上側半分での誘導起電力をさらに向上させたい場合は、永久磁石２とフロントヨーク７の間に、フロントヨーク７とほぼ同サイズのコイルを別個に配置してもよい。
【００７９】
なお、図９Ａおよび図９Ｂでは、永久磁石２と回転体５とが対向配置された領域にはフロントヨーク７を配置していないが、永久磁石２と回転体５とが対向配置された領域のエッジ部分に条件によっては制動力が働き、この制動力は永久磁石２の回転を妨げる作用を行うため、運動エネルギの抽出にとって好ましくない。よって、フロントヨーク７を、永久磁石２と回転体５とが対向配置された領域のエッジ部にまで延在させ、永久磁石２と回転体５とが対向配置された領域の一部（特にエッジ部分）にフロントヨーク７を配置してもよい。このように、フロントヨーク７は、永久磁石２と回転体５とが対向配置されていない領域のみに配置されるとは限らない。
【００８０】
一方、図９Ｃは、永久磁石２の一側面２ｄの全体を回転体５の一側面５ｃの半周面内に対向配置させるとともに、フロントヨーク７を永久磁石２の回転軸２ａよりも下側に配置した例を示している。図９Ｃの場合、永久磁石２からフロントヨーク７を通る磁束は、回転体５には到達せず、フロントヨーク７が配置されていない永久磁石２の上半分の領域内の磁束が回転体５に到達して、渦電流の発生に寄与する。図９Ｃの場合は、永久磁石２と回転体５の回転方向が同一になり、回転トルクの点では図９Ｂよりも優れている。ところが、フロントヨーク７は、永久磁石２と回転体５とのギャップ中に配置されるため、ギャップの短縮化の観点では、図９Ｂの方が優れている。
【００８１】
また、フロントヨーク７がない場合でも、回転体５の外周に近い部分では、中心に近い部分よりも渦電流による反力が大きくなるため、永久磁石２は回転体５の外周部分と対向する面が同じ向きに移動するように回転可能である。
【００８２】
図１等では、コイル３に密着配置されるバックヨーク４を永久磁石２の外形に合わせて円板あるいは円筒状にしているが、永久磁石２の回転方向に生じるリラクタンス力を低減するために、バックヨーク４の形状を最適化してもよい。すなわち、バックヨーク４は、必ずしも永久磁石２の外形に合わせた形状であるとは限らない。バックヨーク４の形状を最適化することで、リラクタンス力が渦電流によるトルクより大きくなって永久磁石２が回転不能となるおそれがなくなる。
【００８３】
また、バックヨーク４の任意の位置での磁束の強さを制御するために、バックヨーク４に別個の永久磁石を固定してもよい。このような永久磁石を設けることで、発電量を大きくできるだけでなく、回転方向に生じるリラクタンス力を最小化することができる。
【００８４】
上述した図１〜図９では、永久磁石２の一側面２ｄに回転体５の一側面５ｃが離隔して対向配置される例を説明したが、本実施形態は、回転体５の代わりに、移動体を用いた場合にも適用可能である。
【００８５】
図１０は回転体５の代わりに移動体８を用いた非接触発電機１の正面図である。移動体８の一主面８ａと永久磁石の一側面２ｄとが離隔して配置されている。移動体８は、例えば、図１０の矢印の向きに移動する。あるいは、移動体８は、矢印の向きとその反対側の向きとの双方向に移動してもよい。移動体８の少なくとも一主面８ａは、渦電流を発生させる導電材料で形成されている。
【００８６】
図１０の場合の動作原理は、図５と同じである。永久磁石２の一側面２ｄに対向配置された移動体８の一主面８ａ上に、永久磁石２からの磁束の変化を妨げる向きに渦電流が発生する。この渦電流による磁束と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、永久磁石２は移動体８の移動方向に応じた方向に回転する。
【００８７】
移動体８は、それ自身が移動する場合だけでなく、永久磁石２に対して相対的に移動するものでもよい。例えば、移動体８を列車が走行するレールとし、回転自在の永久磁石２と、固定されたコイル３およびヨーク４とを備えた列車をレール上で走行させ、レールの一側面に永久磁石２の一側面２ｄを対向配置させる場合にも本実施形態を適用可能である。このように、移動体８は、永久磁石２に対して相対的に移動するものでもよい。
【００８８】
上述した（５）式に示すように、コイル３を鎖交する磁束φが大きいほど、誘導起電力Ｅは大きくなる。コイル３の巻数を変えずに磁束密度φを増大させる一手法として、コイル３の内部に積層鋼板などの芯部材１１を挿入することが考えられる。図１１は、コイル３に密着配置されるヨーク４（バックヨーク４）に、コイル３の内部に挿入される凸形状のティース（芯部材）１１を一体成形した例を示す。このティース１１は、ヨーク４と一体成形してもよく、ティース１１とヨーク４の材料は、透磁率が高い材料、例えば積層鋼板などを用いることができる。
【００８９】
また、ヨーク４とコイル３とを一体化した構造も考えられる。例えば、図１２は、環状のヨーク４に複数のコイル３を巻回したものである。環状のヨーク４が回転しないように、平板状の透磁率の低い材料からなるキャリア１２をヨーク４の内周側に配置して、このキャリア１２の外周面の突起部１２ａにてコイル３を固定している。
【００９０】
このように、コイル３やヨーク４の形状には、種々のものが考えられ、本実施形態に適用可能なコイル３やヨーク４は上述したものには限定されない。
【００９１】
図１３は本実施形態による非接触発電機１の制御系の機能ブロック図である。図１３の機能ブロック図では、図１のように回転する回転体５と図１０のように移動する移動体８とを総称して、移動体８としている。図１３に示すように、本実施形態による非接触発電機１の制御系は、回転または移動する移動体８と、回転自在な永久磁石２と、コイル３と、コンバータ２１と、コントローラ２２と、を備えており、コンバータ２１には各種の負荷２３が接続可能である。
【００９２】
移動体８は、上述したように、永久磁石２に対して相対的に移動することで、永久磁石２に対向配置された一主面上に渦電流を発生させる。これはすなわち、移動体８の運動エネルギの一部を磁気エネルギに変換することを意味する。
【００９３】
永久磁石２は、永久磁石２からの磁束と渦電流による磁束との磁気的相互作用で、移動体８から運動エネルギを抽出する。永久磁石２の回転速度ω1は、移動体８の一側面の表面速度ｖ2に依存する。
【００９４】
コイル３は、永久磁石２からの磁束が鎖交することで、永久磁石２の運動エネルギを電気エネルギに変換する。コイル３の誘導起電力周波数ｆe1は、永久磁石２の回転速度ω1に依存する。コイル３の数と永久磁石２中の磁極２ｂの数が、永久磁石２の回転速度ω1とコイル３の誘導起電力周波数ｆe1とに影響を与える。
【００９５】
コンバータ２１は、電気エネルギの電力変換を行う。コンバータ２１は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータでもよいし、単に整流器でもよい。コンバータ２１の出力電力は、コントローラ２２に供給されるとともに、負荷２３の駆動にも用いられる。
【００９６】
コントローラ２２は、コンバータ２１の出力電力Ｐ'e1と、コイル３の誘導起電力Ｐe1と、周波数ｆe1と、の少なくとも一つをモニタして、コンバータ２１の制御を行う。また、コントローラ２２は、コイル３の誘導起電力周波数ｆe1に基づいて、移動体８の回転速度または移動速度を推定する。あるいは、コントローラ２２は、コイル３の誘導起電力周波数ｆe1と、コンバータ２１の出力電力Ｐ'e1と、コイル３の出力電圧Ｐe1と、の少なくとも一つに基づいて、移動体８の回転速度または移動速度を推定する。
【００９７】
移動体８の一側面の表面速度ｖ2と永久磁石２の回転速度ω1との間には、滑りによる速度差が生じるため、コントローラ２２は、この速度差を補正した推定演算を行う。
【００９８】
なお、コンバータ２１の出力電力Ｐ'e1で負荷２３を駆動する場合、負荷２３の種類により滑りの量が変化する。一般には、負荷２３が小さいほど滑り量は小さくなり、負荷２３が大きいほど滑り量は大きくなる。
【００９９】
この他、コントローラ２２は、推定した移動体８の回転速度や移動速度、発電量のピーク値、平均発電量などの履歴（ログ）情報を記憶してもよい。
【０１００】
このように、本実施形態による非接触発電機１で生成した誘導電力は、移動体８が車両の場合には、車両の電装機器類の電源電力として使用することができる。車両以外にも、導電性の移動体があれば、電源配線を引き回さなくても、移動体の近傍で発電し、電力を各種電気機器に供給することができる。
【０１０１】
ところで、本実施形態のように、永久磁石２が移動体８に対して回転する場合、永久磁石２と移動体８との間隔の非対称性に基づくリラクタンス力が発生する。リラクタンス力は、コギングトルクを引き起こす。コギングトルクは、永久磁石２の回転速度の変動や、始動トルクの増加につながるため、できるだけ低減することが望ましい。コギングトルクＴcogは、下記の（６）式で表される。
【０１０２】
【数１】
0006639810.tif 000002
【０１０３】
（６）式のＷmagは磁気エネルギ、θは永久磁石２の回転角度である。
【０１０４】
本実施形態は、上述したように、回転体５（移動体８）の回転（移動）に基づく運動エネルギを永久磁石２にて抽出し、この運動エネルギをコイル３にて電気エネルギに変換している。回転軸の周囲に設けられるベアリングや、空気抵抗などの機械的損失を無視すると、本実施形態による電力バランスは、以下の（７）式で表される。
【０１０５】
Ｐ2−ＰLM＋Ｐ1＝０    …（７）
【０１０６】
Ｐ2は、回転体５（移動体８）に働く制動力である。Ｐ2が正の値であれば、回転体５（移動体８）の表面に制動力が働いている、すなわち回転（移動）速度を低下させる方向に力が働いていることを意味する。Ｐ2が負の値であれば、回転体５（移動体８）の回転（移動）速度を上昇させる方向に力が働いていることを意味する。回転体５（移動体８）から運動エネルギを抽出する場合は、Ｐ2は正の値になる。Ｐ2の値が正の場合は、回転体（移動体８）の方が永久磁石２よりも対向する面の表面速度が速い状態になり、Ｐ2の値が負の場合は、回転体（移動体８）の方が永久磁石２よりも対向する面の表面速度が遅い状態になる。Ｐ2の正負によらず、永久磁石２の移動方向は、回転体５（移動体８）と同じ方向である。
【０１０７】
ＰLMは、回転体５（移動体８）での電磁気的な損失であり、具体的には渦電流やヒステリシスによる損失などである。ＰLMは常に正の値である。
【０１０８】
Ｐ1は、抽出される機械的な力であり、上述した永久磁石２を回転させる運動エネルギである。永久磁石２を回転させる運動エネルギは負の値である。Ｐ1は、以下の（８）式で表される。
【０１０９】
Ｐ1＝ωMW×ＴMW    …（８）
【０１１０】
（８）式において、ωMWは永久磁石２の回転速度、ＴMWは永久磁石２のトルクである。
また、Ｐ1は、以下の（９）式でも表される。
【０１１１】
ＰEL＝ＰGL＋Ｐ1    …（９）
【０１１２】
ＰELは、抽出される電力である。永久磁石２で運動エネルギを抽出する場合には、ＰELは負の値になる。ＰGLは、コイル３の銅損などの発電機の損失である。ＰGLは常に正の値である。
【０１１３】
（第１の実施形態の変形例）
図１では、回転体５に対して１個の永久磁石２を設けているが、１個の回転体５（移動体８）に対して複数の永久磁石２を設けてもよい。この場合、複数の永久磁石２のサイズや形状は、同じでもよいし、少なくとも一部が相違していてもよい。
【０１１４】
例えば、径サイズの大きい永久磁石２の回転始動を補助するために、径サイズの小さい永久磁石２を用いることができる。具体的には、径サイズの大きい永久磁石２と、径サイズの小さい永久磁石２とを、１個の回転体５の一主面に対して近接配置させた場合、径サイズの大きい永久磁石２は、径サイズの小さい永久磁石２よりも回転始動に必要なトルクが大きいため、回転体５（移動体８）が低速域である場合、径サイズの小さい永久磁石２は回転するものの、径サイズの大きい永久磁石２は回転しないことが考えられる。そこで、例えば、径サイズの大きい永久磁石２の回転軸と径サイズの小さい永久磁石２の回転軸とにそれぞれ、発電機としても使用可能なモータを接続し、先に回転する径サイズの小さい永久磁石２の回転軸に接続された発電機で発電された電力を、径サイズの大きい永久磁石２の回転軸に接続されたモータの駆動電源として用いて、径サイズの大きい永久磁石２に始動トルクを付与してもよい。これにより、径サイズの大きい永久磁石２を低速域から回転させて発電することができる。図１に示す非接触発電機もモータとして駆動可能であるため、同様の構成が可能である。
【０１１５】
また、本実施形態の非接触発電機で使用される永久磁石２には最適なサイズがある。最適なサイズの永久磁石２にて得られる誘導起電力よりも大きな誘導起電力が必要な場合に、必要な誘導起電力が得られるように永久磁石２を大きくすると、非接触発電機の全体サイズが極端に大きくなるおそれがある。よって、永久磁石２のサイズを大きくする代わりに、最適なサイズの永久磁石２を複数設けて、必要な誘導起電力を確保するようにした方が、非接触発電機の全体サイズを小さくできて望ましい場合もありうる。
【０１１６】
回転体５（移動体８）の少なくとも一側面（一主面）は、渦電流の発生に適した導電材料（鋼鉄、アルミニウム、銅など）で形成されている必要があるが、回転体５（移動体８）の母材を樹脂やプラスチック等の絶縁材料とし、母材の表面に導電材料を接合したものでもよい。
【０１１７】
図１等では、永久磁石２が複数の磁極２ｂを有する例を示したが、永久磁石２は、その回転位置によらず、回転体５（移動体８）に対向する面に向かって常に同じ極性の磁極が向くようにしてもよい。すなわち、永久磁石２から、回転体５（移動体８）の一側面（一主面）に向かう磁束があれば、一側面（一主面）上の永久磁石２に対向する領域に渦電流を発生させることができ、この渦電流による磁束と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、永久磁石２を回転させることができる。ただし、この場合、永久磁石２は同極のみを有するため、永久磁石２の周囲にコイル３を配置しても、交番磁束は得られない。よって、コイル３により直接誘導電力を生成することはできない。ただし、永久磁石２の回転軸にモータなどの駆動体を取り付けることにより、駆動体を駆動することは可能である。
【０１１８】
上述した例では、回転体５（移動体８）の回転（移動）に応じて、永久磁石２を回転させていたが、逆に、永久磁石２を回転させて、その回転に応じて、回転体５（移動体８）の一側面（一主面）上に渦電流を発生させ、永久磁石２の磁束と渦電流による磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、回転体５（移動体８）を回転（移動）させてもよい。すなわち、回転体５（移動体８）に運動エネルギを供給してもよい。
【０１１９】
このように、第１の実施形態では、第１回転軸２ａ周りに回転自在で、回転または移動する移動体８から離隔して配置され、かつ外周面２ｃに連なる一側面２ｄの少なくとも一部が移動体８の一主面８ａ（例えば一側面５ｃ）に対向して配置される永久磁石２を設けるため、永久磁石２からの磁束により、移動体８の一主面８ａ上に永久磁石２からの磁束の変化を妨げる方向に渦電流を発生させることができる。永久磁石２は、この渦電流と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、第１回転軸２ａ周りに回転する。永久磁石２の回転方向は、移動体８の回転または移動方向に応じた方向である。
【０１２０】
第１の実施形態によれば、特許文献１等の従来の非接触発電機１の課題を解決することができる。すなわち、本実施形態では、移動体８の一主面に対向配置される永久磁石２の一側面２ｄの面積を広くすることができるため、移動体８の一主面に発生される渦電流を大きくすることができ、渦電流による磁束と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）を強めることができて、従来よりも永久磁石２の回転力を高めることができる。
【０１２１】
また、本実施形態では、永久磁石２の周状に配置された複数の磁極２ｂのそれぞれごとに、１つ以上のコイル３を配置するため、永久磁石２からの磁束を漏れなくコイル３に鎖交させることができ、磁気効率が向上する。
【０１２２】
さらに、本実施形態では、永久磁石２にコイル３を近接配置させ、かつコイル３に密着してヨーク４を配置するため、磁気抵抗を低減でき、より磁気効率を向上できる。また、必要に応じて、ヨーク４を永久磁石２の両側面側に配置することで、漏れ磁束が周辺の導電材料に悪影響を及ぼすことを防止でき、かつ漏れ磁束が渦電流の発生に悪影響を及ぼすおそれも防止できる。
【０１２３】
上述した図１〜図１３では、コイル３とヨーク４を備えた非接触発電機１について説明したが、多少の磁束の漏れや磁気抵抗の増加が生じても構わない場合は、ヨーク４を省略してもよい。また、永久磁石２を回転させることが目的で、誘導電力が特に必要ない場合は、コイル３も省略してよい。よって、本実施形態は、ヨーク４なしの回転電機や、コイル３とヨーク４を持たない回転電機にも適用可能である。
【０１２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、永久磁石２の回転力により駆動される駆動体を設けるものである。
【０１２５】
図１４Ａは本発明の第２の実施形態による回転電機の斜視図、図１４Ｂは正面図である。図１４Ａの回転電機は、図１の非接触発電機１からコイル３を省略する代わりに、永久磁石２の回転軸２ａに接続された標準電気機械（Standard electric machine）２４を備えている。永久磁石２は、回転軸２ａの軸端に接合された平板状のヨーク４に接合されている。永久磁石２、ヨーク４および回転軸２ａは、一体に回転自在とされている。
【０１２６】
標準電気機械２４とは、回転軸の回転を利用して駆動される駆動体２４である。駆動体２４は、例えば、回転軸２ａととともに回転する不図示のロータと、不図示のステータとを有する。ロータの回転により、負荷２３を駆動する。駆動体２４は、より具体的には、発電機や減速機などでもよい。また、駆動体２４を、回転軸の回転力を利用して空気を圧縮するコンプレッサとして用いてもよい。このように、駆動体２４には、回転軸の回転力を電気力に変換するものだけでなく、回転軸の回転力を機械力に変換するものも含まれる。
【０１２７】
図１４Ｂでは、回転電機の永久磁石２の外周面２ｃに連なる一側面２ｄを、回転体５の一側面５ｃと対向配置させる例を示しているが、回転体５の代わりに移動体８の一主面を永久磁石２の一側面２ｄと対向配置させてもよい。
【０１２８】
第２の実施形態では、永久磁石２は回転体５（移動体８）からの運動エネルギの抽出だけに利用し、永久磁石２で生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのは標準電気機械２４で行うようにして、運動エネルギと電気エネルギとを独立して生成することに特徴がある。これにより、回転電機の主要部である永久磁石２周辺の構造を簡略化できる。
【０１２９】
第１の実施形態では、永久磁石２からの磁束を鎖交させるコイル３が必要で、コイル３のサイズや設置場所を考慮する必要があったが、本実施形態では、永久磁石２で生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのは標準電気機械２４で行うため、永久磁石２周辺の構造を第１の実施形態よりも大幅に簡略化できる。
【０１３０】
すなわち、永久磁石２は、最も効率よく運動エネルギを生成可能な形態に設計すればよい。同様に、標準電気機械２４は、永久磁石２が生成した運動エネルギを最も効率よく電気エネルギに変換可能な形態に設計すればよい。このように、永久磁石２と標準電気機械２４を別個に設計できるため、設計作業が容易になる。
【０１３１】
図１４Ａの例では、永久磁石２とともに回転する平板状ヨーク４を、永久磁石２の回転体５に対向する面の反対側の面に密着配置して、この平板状ヨーク４の中心に取り付けられた回転軸２ａを標準電気機械２４に接続しているが、回転軸２ａを省略して、平板状ヨーク４を直接標準電気機械２４に接続して、永久磁石２の回転力を回転軸なしで標準電気機械２４に伝達してもよい。
【０１３２】
なお、図１４Ａ等に示した標準電気機械２４は、上述した第１の実施形態における永久磁石２の回転軸２ａに接続してもよい。
【０１３３】
このように、第２の実施形態では、永久磁石２の磁束を用いて、永久磁石２が生成した運動エネルギを電気エネルギに変換するのではなく、永久磁石２が生成した運動エネルギを標準電気機械２４に伝達して、標準電気機械２４で運動エネルギを電気エネルギに変換するため、最適化された運動エネルギと電気エネルギを有する回転電機を設計しやすくなる。
【０１３４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、永久磁石２の外周面が移動体８の一主面に対向配置されるものである。
図１５Ａは第３の実施形態による非接触発電機１の外観図である。図１５Ａの非接触発電機１は、回転軸周りに回転する永久磁石２と、２個のコイル（第１コイル３ａと第２コイル３ｂ）と、ヨーク４とを備えている。
【０１３５】
永久磁石２は、回転または移動する移動体８の一主面８ａ上に離隔して対向配置され、移動体８の回転または移動方向に応じて回転する。永久磁石２は、少なくとも２個の磁極２ｂを有し、各磁極２ｂの磁化方向は、永久磁石２の外周面の法線方向である。
【０１３６】
永久磁石２の外周面２ｃは、移動体８の一主面８ａから離隔して配置されており、永久磁石２は、移動体８の一主面８ａに接触することなく、回転自在とされている。図１５Ａの例では、２個のコイル３のうち一方の第１コイル３ａは、移動体８の回転または移動方向に対して永久磁石２の後方側に配置されている。２個のコイル３のうち他方の第２コイル３ｂは、移動体８の回転または移動方向に対して永久磁石２の前方側に配置されている。第１および第２コイル３ａ，３ｂは、移動体８の一主面８ａ上に離隔して配置されている。
【０１３７】
また、図１５Ａの例では、第１および第２コイル３ａ，３ｂの内部と上部には、コの字状のヨーク４が配置されている。ヨーク４と永久磁石２との間には隙間があり、同様に、永久磁石２と第１および第２コイル３ａ，３ｂとの間にも隙間がある。これら隙間はエアギャップである。よって、永久磁石２は、移動体８の一主面と、第１および第２コイル３ａ，３ｂと、ヨーク４とで囲まれる領域内で回転する。
【０１３８】
なお、コイル３は、永久磁石２からの全磁束が集中する場所に配置すればよく、図１５Ａのコイル３の配置例は一例に過ぎない。また、ヨーク４の形状も図１５Ａに示すものに限定されない。
【０１３９】
例えば、図１５Ｂは１個のコイル３で発電を行う例を示す図である。永久磁石２の上方には、ヨーク４に巻回されたコイル３が配置されている。ヨーク４は永久磁石２の上方から移動体８の移動方向の両側に延びて、永久磁石２を取り囲むように配置されている。コイル３は、永久磁石２からの磁束のほぼすべてを鎖交させるため、必ずしも複数のコイル３を設ける必要はない。なお、コイル３を配置する場所は、永久磁石２からの全磁束が集中する場所（例えば、永久磁石２のＮ極とＳ極の少なくとも一方の近傍）であればよい。また、ヨーク４は、磁路内における移動体５とのエアギャップができるだけ小さい構造であれば、図１５Ａや図１５Ｂに示した構造に限定されない。例えば、円筒体や立方体形状でもよい。
【０１４０】
移動体８が回転軸周りに回転する場合、移動体８の回転軸と、永久磁石２の回転軸とは交差する方向、より具体的には直交する方向に配置されていてもよいし、あるいは、移動体８の回転軸と永久磁石２の回転軸とが平行に配置されていてもよい。
なお、本
【０１４１】
図１５Ａおよび図１５Ｂの移動体８の一主面上には、永久磁石２からの磁束の変化を妨げる方向に渦電流が発生する。渦電流による磁束と永久磁石２からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、永久磁石２は、移動体８の回転または移動方向に応じて回転する。このとき、永久磁石２の周速度は、対向配置される移動体８の一主面の表面速度よりも遅くなる。
【０１４２】
図１６は図１５の非接触発電機１内を流れる磁束の流れを示す図である。永久磁石２からの磁束は、移動体８、第１および第２コイル３ａ，３ｂの内部、およびヨーク４を通過して永久磁石２に戻る磁路に沿って伝搬するか、あるいは、ヨーク４、第１および第２コイル３ａ，３ｂの内部、および移動体８を通過して永久磁石２に戻る磁路に沿って伝搬する。図１６に示すように、永久磁石２に出入りする磁束はヨーク４を通過し、また、ヨーク４に出入りする磁束はコイル３内を通過するため、永久磁石２と、ヨーク４と、コイル３との間を出入りする磁束には漏れがほとんど生じない。また、磁路中のエアギャップの割合を小さくできるため、磁気抵抗を下げて磁気効率を上げることができる。
【０１４３】
第３の実施形態による非接触発電機１は、永久磁石２が回転する原理は、上述した第１および第２の実施形態と同様である。第１および第２の実施形態に対する利点は、永久磁石２の磁極２ｂ数が２極だけでも、コイル３を通過する鎖交磁束量を増大できることである。永久磁石２と移動体８の一主面との隙間、コイル３と移動体８の一主面との隙間、およびヨーク４と永久磁石２との隙間をできるだけ小さくすることで、磁路から漏れる磁束量を低減でき、また、磁気抵抗を下げることができるため、磁気効率を向上できる。このように、第３の実施形態による非接触発電機１は、上述した特許文献１に開示された非接触発電機と比べて、新たにヨーク４を設けて磁気抵抗を下げたことと、永久磁石２の磁極数が少なくて済むという長所を有する。
【０１４４】
なお、第３の実施形態における永久磁石２の回転軸に、第２の実施形態で説明した標準電気機械２４を接続してもよい。
【０１４５】
このように、第３の実施形態では、永久磁石２の周囲に近接して、２個のコイル３、移動体８の一主面、およびヨーク４を配置するため、永久磁石２からの磁束をほとんど漏れなくコイル３およびヨーク４を通過させることができ、磁気効率を向上させることができる。
【０１４６】
上述した第１〜第３の実施形態で使用される永久磁石２の磁極の配置は、図４等に示したものに限定されない。図１７は永久磁石２の代表的な変形例を示す平面図である。図１７は、図１４の実施形態に示す永久磁石２をヨーク４に直接固定した例を示しているが、実施形態によっては、永久磁石２とヨーク４を固定しない場合や、ヨーク４を省略することもある。永久磁石２とヨークを直接固定しない場合は、永久磁石２を固定部材やベアリング等により回転軸に固定する必要がある。固定部材は、漏れ磁束や、不要な渦電流による損失の発生を避けるため、透磁率および導電率の低い樹脂等の部材を用いることが望ましい。
【０１４７】
永久磁石２Ａは、周方向に配置された各磁極間にギャップを設けている。永久磁石と移動体８（回転体５）との隙間（エアギャップ）よりも磁極間のギャップが狭い場合、磁極間近傍の磁束は移動体８（回転体５）まで到達せずに、隣の磁極との間で閉磁路を形成してしまう。そこで、永久磁石２Ａのように、隣接する磁極間にギャップを設けて閉磁路の形成を防止することができる。
【０１４８】
永久磁石２Ｂは、各磁極の形状を円形にしたものであるが、各磁極の形状は任意であり、永久磁石２Ａや２Ｂ以外の形状でもよい。
【０１４９】
永久磁石２Ｃは、移動体８（回転体５）に対向する一側面の全体を同一極（Ｎ極またはＳ極）にしたものである。移動体８（回転体５）に発生する渦電流は、移動体８（回転体５）が磁束に対して相対的に移動することに起因するため、永久磁石２Ｃからの磁束の向きが変化しなくても、移動体８（回転体５）には渦電流が発生し、永久磁石には渦電流による反力が働く。この場合、永久磁石２の回転位置にかかわらず磁束が常に一定となるため、回転方向のリラクタンストルクをゼロにできるという利点がある。ただ、コイル３を配置しても、コイル３を鎖交する磁束量は変化しないため、永久磁石２から直接コイル３にて誘導起電力を発生させることはできない。
【０１５０】
永久磁石２Ｃは円環状であったのに対し、永久磁石２Ｄは円板状である。永久磁石２Ｄでも、移動体８（回転体５）に対向する一側面の全体を同一極にする点では、永久磁石２Ｃと同様である。
【０１５１】
上述した図８のように、永久磁石２と移動体５の間にコイル３が配置されている場合、永久磁石２からの磁束はコイル３側のみに出入りすればよい。このため、永久磁石２をハルバッハ配列構造にしてもよい。図１８はハルバッハ配列構造の概念図である。ハルバッハ配列構造では、隣接する磁極の向きを９０度ずつずらすことで、磁石の片側面に磁束を集中させることができる。これにより、例えば図８のように、永久磁石２と移動体５との間にコイル３が配置されている場合には、コイル３を鎖交する磁束量を増やすことができる。よって、ヨーク４を省略したとしても、磁束の漏れが少なくなり、磁束の有効利用が図れる。
【０１５２】
図１９は図８の永久磁石２をハルバッハ配列構造にした例を示す図である。図１９は、永久磁石２中に、周方向に磁極が配置された領域２ｂと、周面の法線方向に磁極が配置された領域２ｇとを交互に配置している。このように、ハルバッハ配列構造の永久磁石２であれば、ヨーク４を省略したとしても、永久磁石２の片側に磁束を集中させることが出来る。
【０１５３】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【０１５４】
１  非接触発電機、２  永久磁石、３  コイル、４  ヨーク、５  回転体、７  フロントヨーク、８  移動体、１１  ティース、１２  キャリア、２１  コンバータ、２２  コントローラ、２３  負荷
【図１】
0006639810.tif 000003
【図２】
0006639810.tif 000004
【図３】
0006639810.tif 000005
【図４】
0006639810.tif 000006
【図５】
0006639810.tif 000007
【図６】
0006639810.tif 000008
【図７】
0006639810.tif 000009
【図８】
0006639810.tif 000010
【図９Ａ】
0006639810.tif 000011
【図９Ｂ】
0006639810.tif 000012
【図９Ｃ】
0006639810.tif 000013
【図１０】
0006639810.tif 000014
【図１１】
0006639810.tif 000015
【図１２】
0006639810.tif 000016
【図１３】
0006639810.tif 000017
【図１４Ａ】
0006639810.tif 000018
【図１４Ｂ】
0006639810.tif 000019
【図１５Ａ】
0006639810.tif 000020
【図１５Ｂ】
0006639810.tif 000021
【図１６】
0006639810.tif 000022
【図１７】
0006639810.tif 000023
【図１８】
0006639810.tif 000024
【図１９】
0006639810.tif 000025