(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力化には磁石粉末の性能をできる限り引き出す構成の磁石とするとともに，フライホイ−ルの蓄積エネルギーを利活用し，実使用環境が，概ね８０℃以下の高出力の永久磁石型発電機を得ること。【解決手段】フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力が５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素である永久磁石型発電機。【選択図】図６
2016086576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力が５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素である永久磁石型発電機。
【請求項２】
フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力が５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素であり，又は前記Ｆｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系のいずれかを含むことを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項３】
フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力が５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素であり，又は前記Ｆｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系のいずれかを含み，更にはＳｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｐ，Ｃの１種又は２種以上の組み合わせを用いたＲ−Ｆｅ−Ｂ−Ｍ系，Ｒ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂとのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）をもつかのいずれかであることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，外転型回転子の環状エポキシ樹脂ボンド磁石に含まれる磁気的に等方性の磁石粉末の常温の残留磁化Ｍｒが０．９Ｔ以上であることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，希土類−鉄系磁石粉末がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系，さらにはＨｆ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｇａ，Ａｌ，ＴａおよびＣの１種または２種以上の組合せを用いたＳｍ−Ｆｅ−Ｍ−Ｎ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ≒３）ナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ≒３）とのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）のいずれかであり，かつ，外転型回転子の環状エポキシ樹脂ボンド磁石に含まれる磁気的に等方性の磁石粉末の常温の残留磁化Ｍｒが０．９Ｔ以上であることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，環状エポキシ樹脂ボンド磁石の外半径をｒ１，内半径をｒ２，高さをｈとしたとき，ｈ／（ｒ１−ｒ２）が１０以下であることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，フライホイールの外半径をＲｏ，内半径をＲｉ，高さをＴとしたとき，（Ｒｏ−Ｒｉ）／（ｒ１−ｒ２）≧０．９，Ｔ≧ｈであることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，突極分割鉄心は集中巻の並列Ｙ結線であり，かつ該集中巻の突極分割鉄心の導体占積率σが４８％以上であることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項９】
請求項１乃至請求項３のいずれかに於いて，最大出力が５Ｗ以上，最大効率が８０％以上である，フライホイール外径が４０ｍｍ以下であることを特徴とする永久磁石型発電機。
【請求項１０】
永久磁石型発電機は，鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルと，前記固定子の突極分割鉄心に対して若干の間隙を有して環状に配設され，かつ，フライホイールの内周面に希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した回転子とから成り，前記永久磁石型発電機を錠箱内に配備し，操作手段の操作力により前記回転子の回転軸が回転すると，前記固定子の突極分割鉄心に前記回転子の環状エポキシ樹脂ボンド磁石からの磁束が印加され，電磁誘導の作用によって前記固定子コイルに電流が流れ，該電流を蓄電手段が蓄電し，蓄電された電気は，少なくとも制御部の電源として利用される電気錠。
【請求項１１】
請求項１０に於いて，磁石型発電機の外径が４０ｍｍ以下であり，また突極分割鉄心は集中巻の並列Ｙ結線であり，かつ該集中巻の突極分割鉄心の導体占積率σが４８％以上，最大出力が５Ｗ以上，最大効率が８０％以上であることを特徴とする電気錠。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，２次電池等にて蓄電する小型自立電源ユニットなどに用いる小型の永久磁石式発電機に関し，特に，固定子の突極分割鉄心に若干の隙間を有して対向する外転型回転子が，そのフライホイール内周面に環状エポキシ樹脂ボンド磁石を有する小型の永久磁石型発電機に関する。また本発明は，外転型回転子が環状エポキシ樹脂ボンド磁石を有する小型の永久磁石型発電機を備える電気錠に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通一般に発電機は，回転軸に取り付けられた磁石と，この磁石と離間して磁石からの磁束が印加される少なくとも１以上の磁心と，磁心に巻回されて磁心に印加された磁束により電圧が誘起されて電流が流れる導線とから構成されている。通常，磁石として２極以上に着磁された磁石が用いられる。ところで，着磁された磁石に関して，「固有保磁力（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）」なる概念がある。この保磁力は，抗磁力（こうじりょく）ともいわれ，磁化された磁性体（例えば本発明の環状エポキシ樹脂ボンド磁石）を磁化されていない状態に戻すために必要な反対向きの外部磁場の強さをいい，固有保磁力の単位には，例えばＳＩ単位ではアンペア毎メートル［Ａ／ｍ］が用いられ，１［Ａ／ｍ］は４π×１０−３［Ｏｅ］である。
【０００３】
このような磁化された磁性体は，固定子の突極分割鉄心に対して若干の間隙を有して環状に配設され，分銅等の外部動力によって回転軸が回転すると共に回転し，その結果，磁心に磁石からの磁束が印加され，電磁誘導の作用によって導線に交流電流が流れる。このようにして，発電機は，発電機に接続された外部負荷に対して連続的に電力を供給することができる。
【０００４】
近年，小型で高出力な永久磁石型発電機が求められている。このような永久磁石型発電機に用いられる磁石には，当然のこととして，高い固有保磁力（ｉＨｃ）と最大エネルギー積（（ＢＨ）max）を有するものが求められる。そこで最近では，小型で高出力な発電機の磁石として，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石やＳｍ−Ｃｏ系磁石等が用いられている。また，これらの中でも，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は，原料単価がＳｍ−Ｃｏ系磁石に比べて安価であるため，近年になって多く使用されている。
【０００５】
また，高い保磁力（ｉＨｃ）が得るために，「Ｒ２Ｆｅ１４Ｂを主として含む主相と，主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなり，ＲはＮｄを必須元素として含む希土類元素であり，前記焼結体はＧａを必須元素として含み，前記粒界相が，希土類元素の合計原子濃度の異なる第１粒界相と第２粒界相と第３粒界相とを含み，前記第３粒界相は，前記第１粒界相および前記第２粒界相より前記希土類元素の合計原子濃度が低く，かつ前記第１粒界相および前記第２粒界相よりＦｅの原子濃度が高いＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石」を備えた発電機等が幾つか提案されている（特開２０１２−１５１６８号公報，特開２０１２−１５１６９号公報）。これらの発電機のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は，Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすることなく，高い保磁力（ｉＨｃ）が得られ，しかもＤｙを添加したことによる磁化（Ｍ）の低下を抑制でき，優れた磁気特性が得られるというものである。
【０００６】
周知のように，例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石及びＳｍ−Ｃｏ系磁石は，高い固有保磁力（ｉＨｃ）を有するため，フェライト磁石よりも外部からの減磁界に対して強く，また，残留磁化（Ｉｒ）も高いという特徴を示す。しかし，これら高い保磁力（ｉＨｃ）を有する磁石においては，着磁に必要な磁界が大きく，多極着磁が困難であるという課題がある。このような課題が存在するにも関わらず，小型で高出力な永久磁石型発電機に多極着磁した磁石を使用すると，低回転においても磁束の変化率が大きく，高効率となることが期待できる。
【０００７】
そこで，フェライト磁石は，残留磁化（Ｍｒ）が低く，磁気特性が低いので永久磁石型発電機が高特性にならないという問題点に鑑み，残留磁化（Ｍｒ）が高く，着磁特性に優れた磁石を備えた小型で高出力な発電機が早くから貴庁に提案されている。例えば特開平１１−３０７３２６号公報には，「高い固有保磁力（ｉＨｃ）と最大エネルギー積（（ＢＨ）max）を有する発電機を得るために（発明の課題）」，「回転軸と，該回転軸に取り付けられた磁石と，該磁石と離間して該磁石からの磁束が印加される少なくとも１以上の磁心と，該磁心に巻回されて該磁心に印加された磁束により電圧が誘起されて電流が流れる導線とを具備してなり，前記磁石は，ｂｃｃ構造のＦｅ相，ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ相，ｂｃｃ構造のＦｅ（ＦｅＣｏ）相のうちの少なくとも１以上の相と，Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ相（Ｒは希土類元素のうち１種以上の元素を表わす）を含む結晶質相を有する硬磁性材料からなる発電機」が記載されている。
【０００８】
そして，該発電機の前記硬磁性材料の残留磁化（Ｍｒ）が０．８Ｔ以上であり，磁界を１．５Ｔ印加したときの磁化（Ｍ１．５）と残留磁化（Ｍｒ）との比である角形比（Ｍｒ／Ｍ１．５）が０，６以上であり，保磁力（ｉＨｃ）が１〜６ｋＯｅである。このように，発電機に希土類−鉄系磁石粉末を含む環状磁石或いは環状的磁石を用いることは周知事項である。
【０００９】
ところで，本発明の永久磁石型発電機の外転型（アウターロータ型）回転子の構造に関して，内転型（インナーロータ型）回転子の構造が，特開２０１３−２４０２０８号公報に記載されている。この公開公報に記載の発明の課題は，分割磁石により生じる問題を解消することができると共に，最適な保磁力分布（残留磁束密度分布）を有することができる磁石および回転機を提供することであり，その解決手段は，磁石３１は，固定子１１に隣接する表面３４を有し，回転機１が発電機として機能する場合，反磁界は，回転子２１の回転方向Ｒ側部分に加わり，これらの場合，反磁界は，磁石３１の表面３４の上記部分で極大値を示し，そこから磁石３４の内部へ向かうに従い，減少していくというものである。この発明の前記磁石３４の表面３４の一部に拡散領域３２を形成しているので，該拡散領域３２では，ＤｙやＴｂ等の重希土類元素が表面３４から内部に向けて拡散し，表面から内部に向かうに従って固有保磁力が減少していることから，固定子１１の内側で回転する内転型（インナーロータ型）回転子の分割磁石は，前記発明の課題を達成できるというものである（符号は公報記載のもの）。
【００１０】
また本発明の永久磁石型発電機の外転型（アウターロータ型）回転子の構造に関して，特許文献１に記載の発明が存在する。すなわち，この特許文献１には本発明にかかるフライホイ−ルの内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石を配置した回転子と，これら磁石に対向して，コイルを巻回した複数のコアを設けた固定子を備えた小型の永久磁石式発電機が開示されており，前記フライホイールの内周面に「Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ＰＰＳ樹脂ボンド磁石」を射出成形法にて一体成形する技術が開示されている。
【００１１】
付言すると，特許文献１には，本発明にかかるフライホイ−ルの内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石を配置した外転型回転子と，これら磁石に対向して，コイルを巻回した複数のコアを設けた固定子を備えた小型永久磁石式発電機が開示されており，フライホイールの内周面に磁気的に等方性のＲ−ＴＭ−Ｂ系磁石粉末をＰＰＳ樹脂に分散したボンド磁石材料を射出成形法にて一体成形する技術が開示されている。
【００１２】
しかしながら，ボンド磁石では，その成形加工法によって磁石粉末の充填限界が存在し，射出成形法でのＲ−ＴＭ−Ｂ系磁石粉末の充填限界は６２ｖｏｌ．％とされている。これに対して，圧縮成形法の充填限界は８０ｖｏｌ．％とされる。ボンド磁石の残留磁化Ｍｒは磁石粉末の充填率に依存するため，圧縮成形法は射出成形法に比べて残留磁化Ｍｒが概ね３０％向上し，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは特許文献２に記載の水準の２倍以上の８０〜９０ｋＪ／ｍ３となる。
【００１３】
前記特許文献２には，上述したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の磁気特性に関して，永久磁石型発電機の環状Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の残留磁化Ｍｒが４１０〜４９０ｍＴ，保磁力ｉＨｃが５７３〜７３２ｋＡ／ｍ，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが２８〜３６ｋＪ／ｍ３である旨が開示されている。
【００１４】
さらに，Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石粉末を特定形状のボンド磁石とする手段としては，例えば特許文献３に開示されているようなエポキシ樹脂とともに圧縮した圧粉体とし，然る後，当該圧粉体に含まれるエポキシ樹脂を熱硬化せしめた最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘの大きなボンド磁石を得るのが好ましく，このような環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子を備えた永久磁石型発電機，及び該永久磁石型発電機を備える電気錠の出現が期待される。
【００１５】
加えて，特許文献４には，小型永久磁石式発電機の永久磁石として，要求される特性との兼ね合いで交換スプリング磁石と呼ばれているＳｍ２Ｆｅ１７ＮｘにαＦｅを含む磁石，Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢにαＦｅを含む磁石やＮｄ２Ｆｅ１４ＢにＦｅ３Ｂを含む磁石等が使用できるとしている。しかしながら，小型永久磁石型発電機の実使用環境での暴露温度を考慮していない。
【００１６】
本発明にかかるボンド磁石の不可逆熱減磁率に関しては固有保磁力ｉＨｃ水準を特定する必要がある。付言すると，発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末の保磁力ｉＨｃと残留磁化Ｍｒとはトレードオフの関係があり，本発明にかかる小型永久磁石型発電機の実使用環境での暴露温度を考慮した固有保磁力ｉＨｃの下限値を特定し，その範囲内で高い残留磁化Ｍｒを特定することが必要となる。この点に関して，例えば，Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ化学量論組成に近い合金組成Ｎｄ１２Ｆｅ７７Ｃｏ５Ｂ６（原子％）溶湯合金を片ロール法により急冷凝固した平均結晶粒径６０ｎｍ以下のナノ結晶（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）薄帯は，ビッカース硬度Ｈｖ８００〜１０００であり，脆性破壊により直線的に破砕した磁気的に等方性のＲ−ＴＭ−Ｂ系（ただし，Ｒは例えば９原子％以上のＮｄ，またはＰｒなどの軽希土類元素，ＴＭはＦｅ，またはＦｅの一部を２０原子％以下でＣｏ置換したような遷移金属元素）磁石粉末として知られる。
【００１７】
なお，この磁石粉末を，本発明にかかる永久磁石型発電機の外転型回転子磁石として利用するには，何らかの手段により当該磁石粉末を特定形状のバルク磁石とする技術が必要である。
【００１８】
以上のような背景技術の中で，実使用環境が，概ね８０℃以下の高出力の永久磁石型発電機を得ることが期待されている。また，該永久磁石型発電機を備えた電気錠の出現が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１３−２４０２０８号公報
【特許文献２】特開２００２−０７９９７号公報
【特許文献３】特開昭６２−２６３６１２号公報
【特許文献４】特開２００１−０９５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
背景技術から明らかなように，近年，より一層高性能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石が求められ，Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の固有保磁力などの磁気特性をより一層向上させることが要求されている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の固有保磁力を向上させる方法としては，Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くする方法が考えられる。しかし，Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くするほど，焼結後に固有保磁力（ｉＨｃ）の高い希土類永久磁石が得られるものの，Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると，磁化（Ｂｒ）が低下してしまう。このため，従来の技術では，Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の固有保磁力などの磁気特性を十分に高くすることは困難であった（特開２０１２−１５１６９号公報）。このような当業者の認識の基で，単なる室温（例えば１８度〜２７度）において高い固有保磁力を有する希土類永久磁石を備える永久磁石型発電機を得るのではなく，「常温」（その範囲は「２０℃±１５℃（５〜３５℃）」である）に於いて，高い固有保磁力を有する希土類永久磁石を備える永久磁石型発電機が要求されている。望ましくは，永久磁石型発電機は，建具用電気錠に用いることができるように「可能な限り小型化」するのが望ましい。
【００２１】
そこで，本願発明の主たる目的は，このような要求を満たす高出力な永久磁石型発電機を得ることである。具体的には，高出力化には磁石粉末の性能をできる限り引き出す構成の磁石とするとともに，フライホイ−ルの蓄積エネルギーを利活用し，実使用環境が，概ね８０℃以下の高出力の永久磁石型発電機を得ることである。また本願発明の従たる目的は，固定子の突極分割鉄心，該突極分割鉄心に対する固定子コイルの導体占積率及び回転子の大きさ等の各バランスを考慮して，磁気特性のみならず，機械的特性（強度性や耐久性）にも優れた小型の永久磁石型発電機を得ることである。
【００２２】
さらに，本願発明の主たる目的に関連して，金属間化合物の磁性について説明を加えると，Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ金属間化合物のＲとして有用な磁性（磁石性能）が得られる元素は，原子番号３９のＹ（イットリウム），およびランタノイド系列のＣｅ（セシウム），Ｐｒ（プラセオジム），Ｎｄ（ネオジム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｔｂ（テリビウム），Ｄｙ（デスプロシウム），Ｈｏ（ホルミウム）なので，本願発明の永久磁石型発電機は，希土類−鉄系磁石粉末が，Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素としている。
【００２３】
ここで，さらに技術的観点から，発明が解決しようとする課題を詳しく説明する。本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末とエポキシ樹脂とのコンパウンドを環状キャビティに所定量充填し，前述した常温にて一軸の圧縮圧力を加えて環状圧粉体とする際に，当該環状圧粉体の局部圧力は加圧パンチからの距離の増加に伴って急激に減衰する。
【００２４】
上記のような環状圧粉体の局部圧力の減衰に関して，環状キャビティに充填したコンパウンドを圧縮したとき，一般に当該圧力は環状キャビティの壁面との摩擦によって失われる。そこで，環状圧粉体の半径方向の圧力（密度）の変化（分布）を無視できると仮定したとき，薄肉環状圧粉体の力の釣合（平衡）方程式は下記の式（１）で表すことができる。
［式１］
2016086576.tif 000003
【００２５】
ただし，ｒ１は環状圧粉体の外半径，ｒ２は内半径，μはコンパウンドとキャビティ壁面間の摩擦係数，ｋは圧力変換定数（軸方向圧縮圧力，すなわち垂直圧力を水平方向の圧力に変換させる比例定数）である。圧縮圧力をＰ０，加圧パンチからの距離Ｌにおける圧力をＰとし，式（１）を積分すると，下記の式（２）となる。
［式２］
2016086576.tif 000004
【００２６】
式（２）から，局部圧力Ｐの関数を求めると下記の式（３）が得られる。すなわち，式（３）はコンパウンド（環状圧粉体）中の局部圧力Ｐが加圧パンチＰｏからの距離Ｌに対して指数関数で減少することを示している。また，（ｒ１−ｒ２）を小さく（薄肉化），或いはＬを大きく（長尺化）すると局部圧力分布，すなわち，局部密度分布が比例して大きくなることを示している。換言すれば，環状磁石の磁極面積を一定にして磁石を薄くすると肉厚（ｒ１−ｒ２）と距離Ｌの両者に対して圧力，すなわち密度が指数関数で減衰するという課題がある。
［式３］
2016086576.tif 000005
【００２７】
ところで，本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石の残留磁化をＭｒとすれば，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘはＭｒ２に，ほぼ比例する。また，ＭｒはＭｓ・Ｖｍ・Ｒｓにより概ね決まる。ただし，Ｍｓは磁石粉末の飽和磁化，Ｖｍはボンド磁石中の磁石粉末の体積分率，Ｒｓは異方性磁石粉末における配向度であり，ナノ結晶性に基づくレマネンスエンハンスメント効果のない等方性磁石粉末では０．５である。なお，磁石粉末の体積分率Ｖｍは当該磁石の密度ｄに比例する。
【００２８】
一方，前述したように，特許文献４には小型永久磁石式発電機の永久磁石として，要求される特性との兼ね合いで交換スプリング磁石と呼ばれているＳｍ２Ｆｅ１７ＮｘにαＦｅを含む磁石，Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢにαＦｅを含む磁石やＮｄ２Ｆｅ１４ＢにＦｅ３Ｂを含む磁石等が使用できるとしている。しかしながら，小型永久磁石型発電機の実使用環境での暴露温度を考慮していない。本発明にかかるボンド磁石の不可逆熱減磁率に関しては固有保磁力ｉＨｃ水準を特定する必要がある．また，本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末の固有保磁力ｉＨｃと残留磁化Ｍｒとはトレードオフの関係があり，本発明にかかる小型永久磁石型発電機の実使用環境での暴露温度を考慮した固有保磁力ｉＨｃの下限値を特定し，その範囲内で高い残留磁化Ｍｒを特定することが必要となる。
【００２９】
さらに，前述したように，特許文献１にはフライホイ−ルの内周面に所定の間隔をおいて複数の磁石を配置した外転型回転子と，これら磁石に対向して，コイルを巻回した複数のコアを設けた固定子を備えた小型永久磁石型発電機が開示されているものの，当該フライホイ−ルの蓄積エネルギーなどの発電性能への利活用や効果に関しては何ら開示がない。本発明は，発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石の実使用環境での熱安定性を確保したうえで，磁石粉末の残留磁化Ｍｒを特定し，かつ環状形状を数値限定することで均一で高い磁気特性を備えた磁石とし．さらに当該磁石形状とフライホイ−ル形状とを関連づけることにより，当該フライホイ−ルの発電性能への一定の効果を引き出すものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の永久磁石型発電機は，フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素であることを特徴とする（請求項１）。
【００３１】
また本発明の永久磁石型発電機は，フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素であり，又は前記Ｆｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系のいずれかを含むことを特徴とする（請求項２）。
【００３２】
また本発明の永久磁石型発電機は，フライホイールの内周面に２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲を常温とする固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子と，中心部の鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径外方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルとから成る永久磁石型発電機であって，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素であり，又は前記Ｆｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系のいずれかを含み，更にはＳｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｐ，Ｃの１種又は２種以上の組み合わせを用いたＲ−Ｆｅ−Ｂ−Ｍ系，Ｒ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂとのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）をもつかのいずれかであることを特徴とする（請求項３）。
【００３３】
さらに，本発明の電気錠は，永久磁石型発電機は，鉄心継鉄と該鉄心継鉄から半径方向に延在する複数の突極分割鉄心とを有する固定子と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイルと，前記固定子の突極分割鉄心に対して若干の間隙を有して環状に配設され，かつ，フライホイールの内周面に希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した回転子とから成り，前記永久磁石型発電機を錠箱内に配備し，操作手段の操作力により前記回転子の回転軸が回転すると，前記固定子の突極分割鉄心に前記回転子の環状エポキシ樹脂ボンド磁石からの磁束が印加され，電磁誘導の作用によって前記固定子コイルに電流が流れ，該電流を蓄電手段が蓄電し，蓄電された電気は，少なくとも制御部の電源として利用されることを特徴とする（請求項１０）。
【発明の効果】
【００３４】
（ａ）独立請求項に記載の各発明は，フライホイールの内周面に希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した回転子を備え，前記希土類−鉄系磁石粉末がＲ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素なので，「常温」に於いて，高い固有保磁力を有する希土類永久磁石を備える永久磁石型発電機を得ることができる。
（ｂ）従属項に記載の各発明は，固定子の突極分割鉄心，該突極分割鉄心に対する固定子コイルの導体占積率及び回転子の大きさ等の各バランスを考慮して，磁気特性のみならず，機械的特性（強度性や耐久性）にも優れた小型の永久磁石型発電機を得ることができる。また，後述するように加減速による発電量を１０％以上高めることができる。さらに，２次電池等にて蓄電する高出力の小型自立電源ユニット（例えば電気錠）の構成が容易となる。
（ｃ）請求項１０に記載の発明は，電気配線工事が不要であると共に，小型で高い出力が得られる永久磁石型発電機を備えた電気錠を得ることができる。
（ｄ）本発明の構成・効果について，さらに付言すると，次のとおりである。すなわち，本発明は，フライホイールの内周面に常温の固有保磁力が５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石を配置した外転型回転子，ならびに突極分割鉄心（集中巻される分割鉄心）と鉄心継鉄（ヨーク）とを一体的に剛体化した固定子から成る，望ましくは小型の永久磁石型発電機である。また，当該発電機の実使用環境は概ね８０℃以下である。
【００３５】
また，Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の保磁力を高めるため，本発明にかかる常温の固有保磁力ｉＨｃが５００  ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末としては，Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素，又はＦｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系を含み，更にはＳｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｐ，Ｃの１種または２種以上の組み合わせを用いたＲ−Ｆｅ−Ｂ−Ｍ系，Ｒ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂとのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）のいずれかをもち，かつ磁気的に等方性で常温の残留磁化Ｍｒが０．９Ｔ以上の磁石粉末を挙げることができる。
【００３６】
また，本発明にかかる常温の固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末としてはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系，さらにはＨｆ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｇａ，Ａｌ，ＴａおよびＣの１種または２種以上の組合せを用いたＳｍ−Ｆｅ−Ｍ−Ｎ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ≒３）ナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ≒３）とのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）をもち，かつ磁気的に等方性で常温の残留磁化Ｍｒが０．９Ｔ以上の磁石粉末を挙げることができる。
【００３７】
また，以上のような本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を用いた環状エポキシ樹脂ボンド磁石の外半径をｒ１，内半径をｒ２，高さをｈとしたとき，ｈ／（ｒ１−ｒ２）を１０以下とするものである。ｈ／（ｒ１−ｒ２）が１０を超えると密度の不均化に伴う磁気特性の低下や，例えば，特許文献１との優位性が減少するので好ましくない。
【００３８】
また，本発明にかかるフライホイールの外半径をＲｏ，内半径をＲｉ，高さをＴとしたとき，
（Ｒｏ−Ｒｉ）／（ｒ１−ｒ２）≧０．９
，Ｔ≧ｈとする。これにより，蓄積エネルギー放出により，例えば加減速による発電量を１０％以上高めることができる。
さらに，本発明にかかる集中巻分割鉄心では並列Ｙ結線とし，かつスロットの導体占積率σが４８％以上，最大出力が５Ｗ以上，最大効率が８０％以上である外径４０ｍｍ以下の増速機を備えた小型永久磁石型発電機とする。これにより，２次電池等にて蓄電する高出力小型自立電源ユニット（例えば電気錠或いは電気錠ユニット）を構成する要素とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
図１乃至図６は本発明の第１実施形態を示す各説明図（永久磁石型発電機Ｘ），図７乃至図９は本発明の第２実施形態を示す各説明図（電気錠）。
【図１】環状圧粉体形成過程（緻密化過渡）における断面モデル。
【図２】フライホイールの斜視図。
【図３】Ｌ／（ｒ１−ｒ２）と磁石の密度の関係を示す特性図。
【図４】永久磁石式発電機の構成を示す要部断面図。
【図５】スロット占積率とエネルギー変換効率を示す特性図。
【図６】図６（ａ）と図６（ｂ）は、瞬時の機械エネルギーによる発電特性図。
【図７】電気錠（電気錠ユニット）の全体構成を示す概略説明図。
【図８】電気錠の配線状態を示す概略説明図。
【図９】電気錠を構成する増速手段の概略説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１乃至図６は，本発明の第１実施形態である永久磁石型発電機に関する各説明図である。以下，各図を参照にして永久磁石型発電機Ｘの構成を説明する。
先ず，本発明にかかる常温の固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末について説明する。本発明にかかる磁石粉末としては，Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系，但しＲはＹを含むＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類元素，またＦｅの一部をＣｏで置換したＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ系を含み，更にはＳｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｐ，Ｃの１種または２種以上の組み合わせを用いたＲ−Ｆｅ−Ｂ−Ｍ系，Ｒ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂナノ結晶組織，またはαＦｅとＲ２Ｆｅ１４Ｂ，Ｒ２Ｆｅ（Ｃｏ）１４Ｂとのナノ複合組織をもつ磁気的に等方性の希土類−鉄系急冷凝固粉末を挙げることができる。より好ましくはＰｒ２Ｆｅ１４Ｂ結晶粒を２０〜３０ｎｍ，αＦｅ結晶粒を約１５  ｎｍに微細化し，残留磁化Ｍｒが１．１７Ｔ，固有保磁力ｉＨｃが６４０  ｋＡ／ｍ，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが１８０．７ｋＪ／ｍ３のαＦｅ／Ｒ−ＴＭ−Ｂ系急冷凝固粉末などがある。
【００４１】
また，本発明にかかる常温の固有保磁力ｉＨｃが５００ｋＡ／ｍ以上の希土類−鉄系磁石粉末としては，さらに，Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系，さらにはＨｆ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｇａ，Ａｌ，ＴａおよびＣの１種または２種以上の組合せを用いたＳｍ−Ｆｅ−Ｍ−Ｎ系および不可避不純物からなる合金組成を有するＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ  （ｘ≒３）ナノ結晶組織（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ），又はαＦｅとＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ≒３）とのナノ複合組織（ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）をもつ磁気的に等方性の希土類−鉄系急冷凝固粉末を挙げることができる。
特に好適な磁石成分としては合金組成（Ｓｍ０．７Ｚｒ０．３）（Ｆｅ０．７  Ｃｏ０．２）９  Ｂ０．１Ｎαを急冷凝固したのち，窒素浸入型金属間化合物としたＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ結晶粒，ならびにαＦｅ結晶粒を１０〜３０ｎｍとした残留磁化Ｍｒが１．０７  Ｔ，固有保磁力ｉＨｃが６４０ｋＡ／ｍ，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが１８０ｋＪ／ｍ３のαＦｅ／Ｒ−ＴＭ−Ｎ系急冷凝固粉末などがある。
次に，本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石について図面を用いて説明する。図１は環状圧粉体形成過程（緻密化過渡）における断面モデルを示す。
【００４２】
図１において，１は本発明にかかるコンパウンド，２は環状成形型キャビティの内周面に位置するセンターコア，３はキャビティ外周面に位置するダイ，４は加圧パンチ，１３はコンパウンド１が接するダイ３のキャビティ内壁である。また，ｒ１は本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石の外半径，ｒ２は内半径，μは本発明にかかるコンパウンド１を，加圧パンチ４を介して一軸の圧力Ｐｏで圧縮したときのキャビティ壁面１３との間に生じる摩擦係数，ｋは軸方向から径方向への圧力変換定数，ｄｏは軸方向端部の密度，Ｌは軸方向端部（加圧パンチ）からの距離である。ここで，環状圧粉体の密度をｄとしたとき，圧力Ｐと密度ｄとがｄ∝Ｐなる関係にあると仮定すれば，距離Ｌと局部密度ｄｏとの関係は下記の式（４）で表すことができる。
［式４］
2016086576.tif 000006
【００４３】
ここで，本発明では、Ｌ／（ｒ１−ｒ２）を１０以下とする。つまり，本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石は圧力軸方向の密度が均質化することを意味している。    
【００４４】
つぎに，本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石とともに外転型回転子を構成するフライホイールの蓄積エネルギーＥについて説明する．
回転体の力学におけるエネルギー基本式は下記の式（５）である。
［式５］
Ｅ＝Ｊω２／２＝Ｊ（２πｎ）２／２＝ＭＲ２（２πｎ）２／２
ただし，Ｅはエネルギー，Ｊは慣性モーメント，Ｍは半径Ｒ上にある質量，Ｒは回転半径，ωは角速度，ｎは回転数である．すなわち，回転体のエネルギーＥは回転速数ｎの２乗に比例，慣性モーメントＪに比例，質量Ｍの１乗と半径Ｒの２乗に比例する。
なお，（５）式は回転の中心（軸）から半径Ｒにある質量Ｍの質点（質量だけがあって大きさのない点）が回転数ｎで回っている回転体が持つエネルギーである。実際のフライホイールに適用するために図２のリングモデルに式（５）を変換する。
【００４５】
図２は本発明にかかるフライホイールの斜視図である。図２において，内半径Ｒｉ，外半径Ｒｏ，厚さＴとすれば，Ｊ＝（１／２）πρＴ（Ｒｏ２−Ｒｉ２）（Ｒｏ２＋Ｒｉ２）となる。ここで，Ｍ＝  πρＴ（Ｒｏ２−Ｒｉ２）なので，Ｊ＝Ｍ｛（Ｒｏ２＋Ｒｉ２）／２｝である。さらに，実効半径をＲｒとすれば，ＲｒはＲｏとＲｉのｒｍｓ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｖａｌｕｅ）なので，Ｊ＝ＭＲｒ２となる。そこで，内外径の比Ｒｉ／ＲｏをＫｒ，厚さＴと外半径Ｒｏの比をＫｔとすると，Ｒｉ＝ＫｒＲｏ，およびＴ＝ＫｔＲｏとなる。したがって，質量Ｍ，実効半径Ｒｒは，それぞれ下記の式（６），（７）となる。
［式６］
Ｍ＝πρＴ（Ｒｏ２−Ｒｉ２）＝πρＫｔ  Ｒｏ｛Ｒｏ２  −（ＫｒＲｏ）２）｝＝πρＫｔＲｏ３（１−Ｋｒ２）
［式７］
2016086576.tif 000007
【００４６】
したがって，慣性モーメントＪは下記の式（８）で示される。
［式８］
Ｊ＝Ｍ  Ｒｒ２＝πρＫｔ  Ｒｏ３（１−Ｋｒ２）Ｒｏ２｛（１＋Ｋｒ２）／２｝＝（１／２）πρｋｔＲｏ５（１−Ｋｒ４）
すなわち，慣性モーメントＪ（ｋｇｍ２）は外半径Ｒｏの５乗，厚さＴの４乗に比例して増大することになる。また，フライホイールのもつエネルギーＥは，式（５）と式（８）から，外半径Ｒｏの５乗に比例し，回転数ｎの２乗に比例する。
【００４７】
本発明にかかるフライホイールの外半径をＲｏ，内半径をＲｉ，高さをＴ，環状エポキシ樹脂ボンド磁石の外半径をｒ１，内半径をｒ２としたとき，（Ｒｏ−Ｒｉ）／（ｒ１−ｒ２）≧０．９，Ｔ≧ｈとすることで，蓄積エネルギー放出により，例えば加減速による発電量を１０％以上高めることができる。
【００４８】
さらに，本発明にかかる突極分割鉄心（集中巻される分割鉄心）と鉄心継鉄（ヨーク）は並列Ｙ結線とする。並列Ｙ結線が好ましい理由は，下記の表１のように，巻線の導体径を直列Ｙ結線１に対して０．７，巻線の巻数比を直列Ｙ結線１に対して２．０とすることができ，これにより，集中巻の突極分割鉄心（スロット）の導体占積率σを４８％以上とともに鎖交磁束量を高めることができるからである。  
【００４９】
【表１】
2016086576.tif 000008
【００５０】
並列Ｙ結線直列Ｙ結線巻線の導体径比０．７１巻線の巻数比２．０１
また，必要に応じて適宜増速した瞬時加速のみの機械入力においても最大出力が５Ｗ以上，最大効率８０％以上の高出力，高効率発電が可能な外径４０ｍｍ以下の小型永久磁石型発電機を提供することができる．これにより，たとえば瞬時の機械エネルギーを２次電池等に蓄電する小型自立電源ユニットなどとして提供することができる。
【実施例】
【００５１】
この実施例の欄では，本発明を実施例により，さらに詳しく説明する。ただし，本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
［コンパウンド］
エポキシ樹脂としては常温で固体のジグリシジルエーテルビスフェノールＡ型エポキシオリゴマー（数平均分子量Ｍｎ１０４０），およびメチルエチルケトンオキシムにてイソシアナート基をブロックした４−４’ジフェニルメタンジイソシアナート再生体とした。また，その配合はエポキシオリゴマーの分子鎖内水酸基と再生体のイソシアナート基との当量比で１とした。一方の磁石粉末は，粒子径１５０μｍ以下，残留磁化Ｍｒ０．９５  Ｔ，固有保磁力ｉＨｃ５５０ｋＡ／ｍのαＦｅ／Ｐｒ２Ｆｅ１４Ｂナノ複合組織磁石粉末を使用した。
【００５３】
上記磁石粉末を９７．５ｗｔ．％，エポキシ樹脂を２．５  ｗｔ．％となるよう秤量し，先ず，エポキシ樹脂を濃度５０ｗｔ．％のメチルエチルケトン溶液とした。次いで，磁石粉末と常温で湿式混合したのち，当該混合物を９０℃に加熱して溶媒を除去し，然る後，常温で固体の塊状混合物とした。続いて，この塊状混合物を破砕し，粒子径３５〜５３μｍに分級し，潤滑剤として０．０２ｗｔ．％の脂肪酸金属石鹸（ステアリン酸カルシウム）を添加し，平均粒子径Ｄｐ５０＝１９０μｍのコンパウンドとした。
【００５４】
［ボンド磁石］
先ず，本発明にかかる直径１５ｍｍ，高さ１５ｍｍ，密度６．０２Ｍｇ／ｍ３の円柱ボンド磁石の２０℃における残留磁化Ｍｒは０．７４Ｔ，固有保磁力ｉＨｃは５５０ＭＡ／ｍ，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘは９２ｋＪ／ｍ３であった。ただし，測定はＤＣＢ−Ｈトレーサ（測定磁界Ｈｍ±２．４ＭＡ／ｍ）による。
【００５５】
図３は図１に示した環状圧粉体形成過程（緻密化過渡）における断面モデルにおいて，外半径ｒ１を１６．０ｍｍ，内半径ｒ２を１４．３ｍｍとし，加圧パンチからの距離（長さ）をＬとしたとき，Ｌ／（ｒ１−ｒ２）と本発明にかかる環状エポキシ樹脂ボンド磁石の密度の関係を示す特性図である。図３に示したＬ／（ｒ１−ｒ２）と密度ｄの関係を式（４），すなわちｄ＝ｄｏ・ｅｘｐ［−（μ・ｋ）／（Ｌ／（ｒ１−ｒ２）］にフィッティングさせるとｄ＝６．０６  ｅｘｐ［−０．００４３  Ｌ／（ｒ１−ｒ２）］となり，その相関係数は０．９８７８であった．すなわち，Ｌ／（ｒ１−ｒ２）による密度ｄは指数関数で減少する。また，その（μ・ｋ）値は０．００４３であった。ここで，（μ・ｋ）値は０から１の範囲であり，０．００４３の水準はキャビティ壁面との脂肪酸金属石鹸による潤滑効果は発現していると見なせる。
【００５６】
以上のように，本発明にかかるＬ／（ｒ１−ｒ２）を１０以下とすると密度は５．８  Ｍｇ／ｍ３以上となる．この水準は特許文献１に開示された射出成形法によるＰＰＳ樹脂をバインダーとしたボンド磁石の密度上限を４．９  Ｍｇ／ｍ３とすれば，本発明にかかるボンド磁石は残留磁化Ｍｒ≧１２０％，最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ≧１４０％となり，実使用環境が概ね８０℃以下のとき，不可逆熱減磁を抑制しつつ，本発明にかかる永久磁石型発電機の高出力化が図れる。
【００５７】
［永久磁石式発電機Ｘ］
図４は本発明にかかる小型永久磁石式発電機Ｘの構成を示す要部断面図である。ただし，図中１は突極分割鉄心（集中巻分割鉄心）と分割鉄心継鉄（ヨーク）とを一体剛体化した固定子，１１ａは突極分割鉄心，１１ｂは分割鉄心継鉄（ヨーク），１１ｃは集中巻分割鉄心（固定子コイル），２は外転型永久磁石回転子，２１は希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石，２２はフライホイールである。
【００５８】
また，下記の表２は図４に対応する本発明にかかる小型永久磁石式発電機の主要諸元を示す．また，図５は巻数変更に伴うスロット占積率σと電流振幅０．７２Ａで駆動したときの１２００  ｒｐｍにおけるエネルギー変換効率を示す特性図である。図から明らかなように，突極分割鉄心（スロット）１１ａに対する巻線（固定子コイル）１１ｃの占積率σを４８％以上とすることで，高位安定なエネルギー変換効率を確保できる。なお、Ｔ字形状の突極分割鉄心１１ａのフランジ状外端面と環状エポキシ樹脂ボンド磁石２２の前記フランジ状外端面と対向する内周面との若干の間隙（ギャップ）は、例えば０．２ｍｍである。
【００５９】
【表２】
2016086576.tif 000009
【００６０】
図６（ａ）（ｂ）は瞬時の機械エネルギーとして，平均ハンドル操作力２Ｎｍ（初期１．２Ｎｍ，最大２．８Ｎｍ）ハンドル操作角３５度，増速比４９倍で表２に示す小型永久磁石型発電機を駆動したときの回転数と出力の関係を示す特性図である．図において，領域▲１▼は機械エネルギーにより，外転型回転子が加速されることで発電する領域であり，領域▲２▼はフライホイールの蓄積エネルギーで発電する領域を意味している．図６（ａ）は（Ｒｏ−Ｒｉ）＝１．５，すなわち（ｒ１−ｒ２）の０．９倍とし，Ｔ＝ｈとした本発明にかかるフライホイールを備えた特性図であり，図６（ｂ）は（Ｒｏ−Ｒｉ）＝０．５，すなわちＳＰＣＣを絞り加工したブラケットを磁石のバックヨークとして配置した構成のもので（ｒ１−ｒ２）の０．２９倍である。
【００６１】
図６（ａ）（ｂ）から明らかなように，フライホイールの外半径をＲｏ，内半径をＲｉ，高さをＴ，環状エポキシ樹脂ボンド磁石の外半径をｒ１，内半径をｒ２としたとき，（Ｒｏ−Ｒｉ）／（ｒ１−ｒ２）≧０．９，Ｔ≧ｈとすることで，フライホイールの蓄積エネルギーにより，瞬時加減速による発電量を１０％以上高めることができる。
【００６２】
次に，図７乃至図９を参照にして，上記の永久磁石式発電機Ｘを備える電気錠Ｙについて説明する。電気錠Ｙに用いる永久磁石式発電機Ｘは，小型であるのが望ましい。そこで，集中巻分割鉄心では並列Ｙ結線とし，かつ突極分割鉄心（スロット）１１ａに対する巻線（固定子コイル）１１ｃの導体占積率σが４８％以上，最大出力が５Ｗ以上，最大効率が８０％以上である外径４０ｍｍ以下の小型の永久磁石型発電機Ｘを用いている。これにより，例えば２次電池等にて蓄電する高出力の小型自立電源ユニットの構成が容易となる。
【００６３】
しかして，第２実施形態としての電気錠Ｙの主要部は，小型の永久磁石型発電機Ｘ，該小型の永久磁石型発電機で発生した電気を蓄電する蓄電手段（例えば２次電池）１５，蓄電手段に蓄積された電気を電源とするための単数又は複数の電源線１６，扉に取付け座を介して設けられた操作部材としてのハンドル３１，望ましくは該ハンドルの軸３２と前記小型の永久磁石型発電機Ｘを構成する回転子２の中心部に設けられた回転軸３３との間に配設され，前記回転軸３３の速度を増速する増速手段３４，扉３５に取付けられた錠箱３６に設けられると共にデッドボルト３７ａを電気的に出没させることができる電気錠本体３７，電気錠用の制御部（メモリー部も含む）３８，前記制御部３８と有線又は無線で電気的に接続するタグ用認証手段３９を備え，前記小型の永久磁石型発電機Ｘは，鉄心継鉄１１ｂと該鉄心継鉄から半径方向に延在する複数の突極分割鉄心１１ａとを有する固定子１と，前記突極分割鉄心に巻装された固定子コイル１１ｃと，前記固定子１の突極分割鉄心１１ａに対して若干の間隙を有して環状に配設され，かつ，フライホイール２２の内周面に希土類−鉄系磁石粉末を含む環状エポキシ樹脂ボンド磁石２１を配置した回転子２とから成り，前記小型の永久磁石型発電機Ｘを錠箱３６内に配備し，操作手段３１の操作力により，例えば増速手段３４を介して回転軸３３が回転すると，該回転軸３３の回転力により前記回転子２が回転して前記固定子１の突極分割鉄心１１ａに前記回転子の環状エポキシ樹脂ボンド磁石２１からの磁束が印加され，電磁誘導の作用によって前記固定子コイル１１ｃに電流が流れ，該電流を蓄電手段１５が蓄電し，蓄電された電気は，少なくとも電気錠本体用の制御部３８の電源として利用される。この第２実施形態では，複数の電源線１６が，電源１５と電気錠本体用の制御部３８等に接続している。
【００６４】
なお、実施形態では、蓄電手段（例えば２次電池）１５に蓄電された電気(電源)は、電気錠本体用の制御部３８と、タグ用認証手段３９と、望ましくは電気錠本体３７の図示しない駆動源(アクチュエータ)に利用されている。
図９は電気錠を構成する増速手段の概略説明図であり，増速手段３４は，例えばハンドルの軸３２に固定的に外嵌合する大きいプーリ３４ａと，回転子２の中心部に固定された回転軸３３に固定的に外嵌合する小さいプーリ３４ｂと，前記大きいプーリと前記小さいプーリに架設された伝動ベルト３４ｃとから成る。
【００６５】
なお，電気錠Ｙの構成にタグ用認証手段３９を含む場合には，該タグ用認証手段３９は扉の壁面又は扉の近傍の壁，床，天井等の適宜場所に配設される。
また、ステータについて、実施形態では、幅広な用途(ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ、交流モータ、直流モータ)を考慮し、好ましくは突極分割鉄心は集中巻の並列Ｙ結線であり，かつ該集中巻の突極分割鉄心の導体占積率σが４８％以上のものを使用している。さらに、電気錠を構成する増速手段は、ラック或いは初期歯車、該初期歯車に噛合する中間歯車、該中間歯車に噛合する最終歯車等の歯車群で構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は，永久磁石型発電機とそれを用いた電気錠に利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｘ…永久磁石型発電機，
１…固定子，
１１ａ…突極分割鉄心，
１１ｂ…鉄心継鉄，
１１ｃ…固定子コイル，
２…回転子，
１５…蓄電手段（例えば２次電池），
１６…電源線，
２１…環状エポキシ樹脂ボンド磁石，
２２…フライホイール，
３１…ハンドル，
３２…ハンドルの軸，
３３…回転子の回転軸，
３４…増速手段，
３５…扉，３６…錠箱，
３７…電気錠本体，３７ａ…デッドボルト，
３８…電気錠用の制御部，
３９…タグ用認証手段。
【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１】
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