(57)【要約】 【課題】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。【解決手段】回転電機１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対向配置され、かつ外周面に連なる一側面の少なくとも一部が移動体の一主面に対向して配置される永久磁石２を備える。永久磁石２は、周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極２ｂと、複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する２つの磁極からの磁束を集中させて、移動体５の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材２ｇと、を有する。永久磁石２は、移動体の一主面上に磁束集中部材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磁束集中部材に働く反力により、第１回転軸周りに回転し、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、対向配置される移動体の一主面の表面速度よりも遅い。【選択図】図１
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【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対向配置され、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、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する２つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材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磁束集中部材に働く反力により、前記第１回転軸周りに回転し、
前記永久磁石の回転速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の回転速度または移動速度よりも遅い回転電機。
【請求項２】
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に記載の回転電機。
【請求項３】
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に記載の回転電機。
【請求項４】
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３に記載の回転電機。
【請求項５】
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３または４に記載の回転電機。
【請求項６】
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１に記載の回転電機。
【請求項７】
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を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
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７に記載の回転電機。
【請求項９】
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７に記載の回転電機。
【請求項１０】
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る請求項７乃至１０のいずれかに記載の回転電機。
【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１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
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る請求項１０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１０に記載の回転電機。
【請求項１４】
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る請求項１３に記載の回転電機。
【請求項１５】
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７乃至１４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１６】
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７乃至９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１７】
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１６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１８】
前記駆動体は、モータである請求項１７に記載の回転電機。
【請求項１９】
前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造である請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項２０】
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、鎖交した磁束の密度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、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する２つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
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、
前記永久磁石の回転速度は、対向配置される前記移動体の前記一主面の回転速度または移動速度よりも遅い非接触発電機。
【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対向配置され、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、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する２つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向またはその反対方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材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磁束集中部材に働く反力により、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も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してもよい。
【００１８】
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を備えてもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
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もよい。
【００２１】
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。
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、を有してもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
前記駆動体は、モータであってもよい。
【００３０】
前記永久磁石は、ハルバッハ配列構造であってもよい。
【００３１】
本発明の他の一態様では、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、
周状に離隔して配置され、周方向に沿って交互に異なる向きに磁化された複数の磁極と、
前記複数の磁極の間に配置され、周方向に隣接する２つの前記磁極からの磁束を集中させて、前記移動体の方向に向ける磁束集中部材と、を有し、
前記永久磁石は、前記移動体の前記一主面上に前記磁束集中部材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磁束集中部材に働く反力により、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も遅い非接触発電機が提供される。
【発明の効果】
【００３２】
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】
【００３３】
【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１５】ハルバッハ配列構造の概念図。
【図１６】磁束集中部材が永久磁石である場合のハルバッハ配列構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（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。永久磁石２の一側面２ｄは、移動体５の一側面５ｃに対向して配置されている。
【００３６】
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および図４に示すように、周方向に離隔して配置された複数の磁極２ｂと、周方向に隣接する２つの磁極２ｂの間に配置される磁束集中部材２ｇとを有する。図３では、４つの磁極２ｂと４つの磁束集中部材２ｇとを有する例を示すが、磁極２ｂと磁束集中部材２ｇの数には特に制限はない。
【００３７】
周方向に隣接する２つの磁極２ｂは、磁化方向が互いに逆である。各磁極２ｂの磁化方向は、図４に矢印で示すように、周方向を向いている。磁束集中部材２ｇは、周方向に隣接する２つの磁極２ｂからの磁束を集中させ、集中させた磁束を移動体５の方向またはその反対方向に向けている。
【００３８】
より詳細には、周方向に隣接する２つの磁束集中部材２ｇの一方は、移動体５の一側面５ｃの方向に磁束を向け、他方は、移動体５の一側面５ｃとは反対の方向に磁束を向ける。
【００３９】
このように、永久磁石２中に磁束集中部材２ｇを設けることで、移動体５の一側面５ｃの法線方向への磁束密度を高めることができ、後述するように、移動体５の一側面５ｃ上に発生される渦電流を増やすことができるとともに、コイル３を鎖交する磁束密度も増やすことができる。コイル３は、磁束集中部材２ｇからの磁束が通過する場所に設ければよいため、コイル３の径を小さくすることができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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が有する複数の磁束集中部材２ｇのうち、２つ以上の磁束集中部材２ｇ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。
【００４２】
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。
【００４３】
本実施形態では、永久磁石２の各磁束集中部材２ｇ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の各磁束集中部材２ｇ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。
【００４４】
永久磁石２の各磁束集中部材２ｇ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の隣接する磁束集中部材２ｇ同士の磁化方向は逆である。図４では、永久磁石２の各磁束集中部材２ｇ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。
【００４５】
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上に周状に離隔して配置された複数の磁束集中部材２ｇのうち、回転体５の一側面５ｃに対向配置された磁束集中部材２ｇ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からの磁束はこのエアギャップを伝搬する。
【００４６】
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の磁束集中部材２ｇ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の磁束集中部材２ｇ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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束集中部材２ｇ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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方向の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方向の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。
【００５４】
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。
【００５５】
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の周方向に沿って密集して複数個配置されている。各コイル３は、対応する磁束集中部材２ｇからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、各磁束集中部材２ｇ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の各磁束集中部材２ｇ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。
【００５６】
図７では、永久磁石２の磁束集中部材２ｇからの磁束のほぼすべてが鎖交するように、磁束集中部材２ｇの外形サイズに合わせたコイル３を密集して円環状に配置しているが、コイル３が必ずしも密集して配置される必要はない。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と磁束集中部材２ｇ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と磁束集中部材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。
【００５７】
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。
【００５８】
φ＝φmax×ｓｉｎωｔ    …（１）
【００５９】
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。
【００６０】
ｅ＝−ｎ（ｄφ／ｄｔ）    …（２）
【００６１】
（２）式に（１）式を代入すると、以下の（３）式が得られる。
【００６２】
ｅ＝−ｎωφmaxｃｏｓωｔ    …（３）
【００６３】
（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。
【００６４】
Ｅ＝ｎ (２πｆ)φmax／√２    …（４）
【００６５】
（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。
【００６６】
Ｅ≒４．４４ｆｎφmax    …（５）
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、磁束集中部材２ｇ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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、磁束集中部材２ｇ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磁束集中部材２ｇ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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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中の磁束集中部材２ｇ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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
【数１】
2017005878.tif 000003
【０１００】
（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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
Ｐ2−ＰLM＋Ｐ1＝０    …（７）
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
Ｐ1＝ωMW×ＴMW    …（８）
【０１０７】
（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。
【０１０８】
ＰEL＝ＰGL＋Ｐ1    …（９）
【０１０９】
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。
【０１１０】
（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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１等では、永久磁石２が複数の磁束集中部材２ｇ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束集中部材２ｇが向くようにしてもよい。すなわち、磁束集中部材２ｇ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）上の磁束集中部材２ｇ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磁束集中部材２ｇ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。
【０１１５】
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、磁束集中部材２ｇ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。
【０１１６】
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磁束集中部材２ｇを設けるため、磁束集中部材２ｇからの磁束により、移動体８の一主面８ａ上に磁束集中部材２ｇ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、この渦電流と磁束集中部材２ｇ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。
【０１１７】
第１の実施形態によれば、永久磁石２に磁束集中部材２ｇを設けることにより、永久磁石２からの磁束を集中させて移動体５の方向に向けることができ、移動体５の一側面５ｃに大きな渦電流を発生させることができるとともに、コイル３を鎖交する磁束密度を増やすことができる。これにより、移動体５の運動エネルギを永久磁石２にて効率よく抽出でき、また、抽出した運動エネルギをコイル３にて効率よく電気エネルギに変換することができる。
また、本実施形態によれば、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。
【０１１８】
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束集中部材２ｇが移動する周上に密集して、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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
上述した第１および第２の実施形態における永久磁石２は、周方向に配置された複数の磁極の向きを交互に変えることにより磁束を集中させるハルバッハ配列構造にすることができる。図１５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。
【０１３２】
図１６は第１および第２の実施形態の永久磁石２をハルバッハ配列構造にした例を示す図である。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。
【０１３３】
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】
【０１３４】
１  非接触発電機、２  永久磁石、２ｂ  磁極、２ｇ  磁束集中部材、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】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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