(57)【要約】【課題】大電力を安定的に発生することができる発電装置を提供する。【解決手段】発電装置は、回転軸１０と、回転軸１０に連結された回転部２０と、磁束を発生する少なくとも１つの永久磁石３０と、少なくとも１つのコイル４０と、少なくとも１つの磁性体ヨーク５０とを備える。磁性体ヨーク５０は、少なくとも１つの永久磁石３０及び少なくとも１つのコイル４０を含む閉磁路であって、永久磁石３０から発生してコイル４０と鎖交する磁束が永久磁石３０に戻る閉磁路を形成する。回転部２０は、各永久磁石３０から発生して各コイル４０と鎖交する磁束を変化させる少なくとも１つの開口２１を備える。回転部２０、永久磁石３０、コイル４０、及び磁性体ヨーク５０は、回転部２０が回転軸１０の周りに回転するとき、閉磁路を開口２１が横切るように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に連結された回転部と、
磁束を発生する少なくとも１つの磁束発生部と、
少なくとも１つの誘導コイル部と、
少なくとも１つの磁性体ヨークとを備えた発電装置であって、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記少なくとも１つの磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、前記磁束発生部から発生して前記誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁束発生部に戻る閉磁路を形成し、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記回転軸から見て、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在し、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在しないように形成され、
前記回転部は、前記少なくとも１つの磁束発生部から発生して前記少なくとも１つの誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる少なくとも１つの磁束変化部を備え、
前記回転部、前記少なくとも１つの磁束発生部、前記少なくとも１つの誘導コイル部、及び前記少なくとも１つの磁性体ヨークは、前記回転部が前記回転軸の周りに回転するとき、前記少なくとも１つの磁性体ヨークに対応する少なくとも１つの前記閉磁路を前記磁束変化部が横切るように配置される、
発電装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記磁束発生部は、前記回転軸に最も近接した区間以外の部分に設けられる、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記誘導コイル部は、当該閉磁路を前記磁束変化部が横切る位置に最も近接した部分に設けられる、
請求項１又は２記載の発電装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記磁性体ヨークは、当該閉磁路を前記磁束変化部が横切る位置に最も近接した部分にポールピースを備え、
前記ポールピースは先端に向かうにつれて次第に細くなる、
請求項１〜３のうちの１つに記載の発電装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは積層鋼板にてなる、
請求項１〜４のうちの１つに記載の発電装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれは２つの磁束発生部を含み、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記誘導コイル部は前記２つの磁束発生部の間に設けられる、
請求項１〜５のうちの１つに記載の発電装置。
【請求項７】
前記回転部は導体板を含み、
前記磁束変化部は前記導体板に形成された開口である、
請求項１〜６のうちの１つに記載の発電装置。
【請求項８】
前記磁束変化部は前記開口に設けられた磁性体をさらに備える、
請求項７記載の発電装置。
【請求項９】
前記回転部は絶縁体板を含み、
前記磁束変化部は前記絶縁体板上に設けられた磁性体である、
請求項１〜６のうちの１つに記載の発電装置。
【請求項１０】
前記発電装置は、複数の磁束発生部と、複数の誘導コイル部と、複数の磁性体ヨークとを備え、
前記複数の磁性体ヨークのそれぞれは、前記複数の磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び前記複数の誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、前記磁束発生部から発生して前記誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁束発生部に戻る閉磁路を形成し、
前記回転部、前記複数の磁束発生部、前記複数の誘導コイル部、及び前記複数の磁性体ヨークは、前記回転部が前記回転軸の周りに回転するとき、前記複数の磁性体ヨークに対応する複数の前記閉磁路を前記磁束変化部が横切るように配置され、
前記複数の閉磁路は、前記回転軸から見て、互いに異なる角度方向に設けられ、
前記複数の磁性体ヨークのうちの互いに隣接する角度方向に設けられた任意の２つの磁性体ヨークは、所定距離を有して互いに離隔する、
請求項１〜９のうちの１つに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電機子巻線及び界磁巻線を巻回した電機子鉄心と、磁気的突極を有する誘導子からなる回転子とを備えた回転機（発電装置）を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８００５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の発電装置では、大電力を発生しようとすると、しばしば、回転子を高速回転させる必要が生じたり、発電装置の構成要素の重量を増加させる必要が生じたりした。従って、従来の発電装置では、発生する電力の大きさと、発電装置の機械的な安定性との間にトレードオフが存在し、発電装置の構成要素の機械的な安定性を維持しながら、大電力を発生することが困難であった。
【０００５】
本開示の目的は、大電力を安定的に発生することができる発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の発電装置は、
回転軸と、
前記回転軸に連結された回転部と、
磁束を発生する少なくとも１つの磁束発生部と、
少なくとも１つの誘導コイル部と、
少なくとも１つの磁性体ヨークとを備えた発電装置であって、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記少なくとも１つの磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、前記磁束発生部から発生して前記誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁束発生部に戻る閉磁路を形成し、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記回転軸から見て、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在し、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在しないように形成され、
前記回転部は、前記少なくとも１つの磁束発生部から発生して前記少なくとも１つの誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる少なくとも１つの磁束変化部を備え、
前記回転部、前記少なくとも１つの磁束発生部、前記少なくとも１つの誘導コイル部、及び前記少なくとも１つの磁性体ヨークは、前記回転部が前記回転軸の周りに回転するとき、前記少なくとも１つの磁性体ヨークに対応する少なくとも１つの前記閉磁路を前記磁束変化部が横切るように配置される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る発電装置によれば、大電力を安定的に発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る発電装置の構成を示す模式斜視図である。
【図２】図１の発電装置のシミュレーションモデルを示す断面図である。
【図３】図２のシミュレーションモデルのシミュレーション結果を示す磁束分布図である。
【図４】図３の瞬間に得られる、コイル４０ｍの位置ｙ１における磁束密度分布を示すグラフである。
【図５】図１の発電装置の構成を示す概略図である。
【図６】実施形態１の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図７】実施形態１の別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図８】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図９】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１０】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１１】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１２】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１３】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１４】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１５】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１６】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１７】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１８】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図１９】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図２０】実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。
【図２１】実施形態２に係る発電装置の外観を示す斜視図である。
【図２２】図２１の発電装置の上面図である。
【図２３】図２２のＡ−Ａ’線における縦断面図である。
【図２４】図２１の発電装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２５】実施形態２の第１の変形例に係る発電装置の構成を示す縦断面図である。
【図２６】実施形態２の第２の変形例に係る発電装置の構成を示す縦断面図である。
【図２７】実施形態３に係る発電装置の外観を示す斜視図である。
【図２８】図２７の発電装置の上面図である。
【図２９】図２８のＢ−Ｂ’線における縦断面図である。
【図３０】図２７の発電装置の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、本発明者の着眼点を以下に説明する。
【００１０】
回転機発電機では、回転子を高速で回転するほど、より大きな出力電力が得られる。しかし、高速回転により、回転軸受け又はブラシの磨耗による故障が発生したり、振動及び騒音などが発生したりすることがある。一方で、出力電力を上げるために、動作磁束密度を高くする方法がある。永久磁石を用いる回転機では、磁力が高い磁石を用いることで、動作磁束密度を高めることができる。しかし、磁力が高い磁石として、一般的にコストが高い磁石、例えば希土類の磁性材料を用いた磁石が必要となる。
【００１１】
また、特許文献１のような界磁巻線を用いる回転機では、電機子コイルの巻回数を多くすることで、起磁力を上げる。もしくは、界磁巻線を用いる回転機では、太いマグネットコイルの利用などによりコイルに流す電流を多くすることで、起磁力を上げる。これらにより、動作磁束密度が高められる。しかし、これらの構成では、電機子自体が大きくなり、かつ、重くなる。
【００１２】
以上の課題認識に基づいて、本発明者は、下記の実施形態に示される構成を創作するに至った。以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
実施形態１．
図１は、実施形態１に係る発電装置の構成を示す模式斜視図である。図１の発電装置は、回転軸１０、回転部２０、少なくとも１つの永久磁石３０−１〜３０−４、少なくとも１つのコイル４０−１〜４０−４、及び少なくとも１つの磁性体ヨーク５０−１〜５０−４を備えている。回転部２０には少なくとも１つの開口２１ａ〜２１ｄが設けられている。
【００１４】
回転部２０及び回転軸１０は、発電装置の回転子を構成する。回転部２０は回転軸１０に連結され、回転軸１０の周りに回転する。回転部２０は、例えば、回転軸１０に垂直な面内に設けられた円板であり、円板の中心で回転軸１０に連結されている。回転部２０は、例えば、アルミニウム等の非磁性体であってもよい。
【００１５】
永久磁石３０−１〜３０−４、コイル４０−１〜４０−４、及び磁性体ヨーク５０−１〜５０−４は、発電装置の固定子を構成する。
【００１６】
永久磁石３０−１〜３０−４は、回転軸１０に平行な方向に磁化されて磁束を発生する磁束発生部である。永久磁石３０−１〜３０−４は、互いに同じ強さの磁束を発生してもよく、互いに異なる強さの磁束を発生してもよい。
【００１７】
コイル４０−１〜４０−４は、永久磁石３０−１〜３０−４から発生した磁束が鎖交するように、回転軸１０に平行な方向において永久磁石３０−１〜３０−４から所定距離を有して固定された誘導コイル部である。コイル４０−１〜４０−４は、互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。直列に接続される場合には出力電圧を大きくすることができ、一方、並列に接続される場合には出力電流を大きくすることができる。或いは、コイル４０−１〜４０−４は、直列接続及び並列接続の組み合わせで接続されてもよい。
【００１８】
磁性体ヨーク５０−１は、永久磁石３０−１から発生してコイル４０−１と鎖交する磁束が永久磁石３０−１に戻る閉磁路を形成する。磁性体ヨーク５０−１は例えば積層鋼板にてなる。磁性体ヨーク５０−２〜５０−４も同様に、永久磁石３０−２〜３０−４から発生してコイル４０−２〜４０−４と鎖交する磁束が永久磁石３０−２〜３０−４に戻る閉磁路をそれぞれ形成する。４つの閉磁路は、回転軸１０から見て、互いに異なる角度方向（図１では９０度ずつ離れた角度方向）に設けられる。さらに、磁性体ヨーク５０−１〜５０−４のうちの互いに隣接する角度方向に設けられた任意の２つの磁性体ヨークは、所定距離を有して互いに離隔している。従って、磁性体ヨーク５０−１〜５０−４のそれぞれは、回転軸１０から見て、少なくとも１つ（図１では４つ）の角度範囲において磁性体が存在し、少なくとも１つ（図１では４つ）の角度範囲において磁性体が存在しないように形成される。
【００１９】
開口２１ａ〜２１ｄは、永久磁石３０−１〜３０−４から発生してコイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束を変化させる磁束変化部である。開口２１ａ〜２１ｄは、回転部２０上で、４つの閉磁路と同じ角度幅（９０度）で設けられている。
【００２０】
回転部２０、永久磁石３０−１〜３０−４、コイル４０−１〜４０−４、及び磁性体ヨーク５０−１〜５０−４は、回転部２０が回転軸１０の周りに回転するとき、各閉磁路を開口２１ａ〜２１ｄが順次に横切るように配置されている。回転部２０は、例えば、永久磁石３０−１〜３０−４及びコイル４０−１〜４０−４の間に設けられる。
【００２１】
永久磁石３０−１〜３０−４、コイル４０−１〜４０−４、及び磁性体ヨーク５０−１〜５０−４の相対位置は、例えば、発電装置の筐体によって固定される。これらの相対位置を固定するために、永久磁石３０−１〜３０−４及びコイル４０−１〜４０−４がそれぞれ直接に磁性体ヨーク５０−１〜５０−４に固定されてもよい。コイル４０−１〜４０−４は、回転部２０に近い磁性体ヨーク５０−１〜５０−４の先端に配置されてもよい。このとき、コイル４０−１〜４０−４を樹脂などの非磁性体で構成されるボビンを用いて固定してもよい。
【００２２】
図１の発電装置は以下のように動作する。回転軸１０及び回転部２０は、動力源（例えば、エンジン、車軸、又はファン）の回転運動と連動し、図１の上方から見て時計回りの回転方向に回転する。このとき、永久磁石３０−１〜３０−４及びコイル４０−１〜４０−４の間の空間であって、コイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束が通過する空間を、開口２１ａ〜２１ｄが通過する。コイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束が通過する空間を開口２１ａ〜２１ｄが通過することにより、コイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束の磁束密度が変化する。コイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束の磁束密度の変化に応じて、ファラデーの電磁誘導の法則により、コイル４０−１〜４０−４に起電力が誘起される。
【００２３】
次に、図２〜図４を参照して、図１の発電装置の動作をシミュレーションにより説明する。
【００２４】
図２は、図１の発電装置のシミュレーションモデルを示す断面図である。図２は、図１において回転部２０が回転軸１０の周りに回転するときに開口２１〜２１ｄが移動する軌道（回転軸１０を中心とする円周）を直線に展開したモデルを示す。図２の横軸Ｘは、図１において回転部２０が回転軸１０の周りに回転するときに開口２１〜２１ｄが移動する、回転軸１０を中心とする円周上の位置に対応し、図２の縦軸Ｙは、回転軸１０に平行な方向の位置に対応する。図２のモデルは、図１の永久磁石３０−１、コイル４０−１、及び磁性体ヨーク５０−１にそれぞれ対応する永久磁石３０ｍ、コイル４０ｍ、及び磁性体ヨーク５０ｍを備えている。永久磁石３０ｍは磁化方向１０４を有する。磁性体ヨーク５０ｍ、コイル４０ｍ、及び永久磁石３０ｍはＹ方向に並んで配置され、永久磁石３０ｍ及び磁性体ヨーク５０ｍによりそれらの間で＋Ｙ方向に静磁界が形成される。図２のモデルはさらに、永久磁石３０ｍ及びコイル４０ｍの間の空間を通過するように、Ｘ方向に沿って周期的に設けられた無限個の導体板２０ｍを備えている。導体板２０ｍは図１の回転部２０に対応し、隣接する２つの導体板２０ｍの間隔は図１の開口２１ａ〜２１ｄに対応する。導体板２０ｍを方向１０３に所定速度で移動させることは、図１の回転部２０が回転軸１０の周りに所定速度で回転するときに、永久磁石３０−１及びコイル４０−１の間の空間を開口２１〜２１ｄが周期的に通過することに相当する。
【００２５】
図２のシミュレーションモデルを用いて２次元磁界解析を行い、永久磁石３０ｍ及び磁性体ヨーク５０ｍの間の静磁界を導体板２０ｍが周期的に通過する場合の、コイル４０ｍの位置における磁束及び磁束密度の変化を解析した。シミュレーションでは、導体板２０ｍの速度、永久磁石３０ｍ及び磁性体ヨーク５０ｍの寸法、などがパラメータとして変更可能であった。導体板２０ｍはアルミニウムであるとし、磁性体ヨーク５０ｍはケイ素鋼材であるとした。永久磁石３０ｍの磁化は１．２Ｔであるとした。導体板２０ｍのＸ方向に沿った長さをＬ１とし、隣接する２つの導体板２０ｍの間隔をＬ２とする場合、Ｌ１：Ｌ２は約３：１０であった。
【００２６】
図３は、図２のシミュレーションモデルのシミュレーション結果を示す磁束分布図である。図３は、導体板２０ｍが静磁界中を横切る瞬間の磁束の分布を示す。なお、図３における横軸及び縦軸は図２の横軸及び縦軸に対応する。また、図３では、磁束を明確に示すために、図２のコイル４０ｍを省略し、導体板２０ｍ、永久磁石３０ｍ、及び磁性体ヨーク５０ｍの断面を示すハッチングを省略した。
【００２７】
図４は、図３の瞬間に得られる、コイル４０ｍの位置ｙ１における磁束密度分布を示すグラフである。図４において、横軸はＸ方向の位置を示し、縦軸は磁束密度のＹ成分を示す。図４は、導体板２０ｍの速度Ｖｍｃをパラメータとして変更した場合、すなわち、導体板２０ｍの速度Ｖｍｃを最大値から零まで減速したときのコイル４０ｍの位置ｙ１での磁束密度分布を示す。なお、導体板２０ｍの速度Ｖｍｃは、回転部２０の回転速度を表す速度１００ｒｐｍで正規化した値である。導体板２０ｍ、永久磁石３０ｍ、コイル４０ｍ、及び磁性体ヨーク５０ｍの寸法のパラメータは一定であった。
【００２８】
以上のシミュレーション結果から分かるように、導体板２０ｍが静磁界を通過することで、導体板２０ｍの速度に応じた誘導起電力が導体板２０ｍ中に生じる。このとき、その誘導起電力によって導体板２０ｍ中に渦電流が流れる。この渦電流は、導体板２０ｍを通過する磁束の変化を打ち消すように流れる。このため、図３に示すように、導体板２０ｍの前方に磁束が集中する。その結果、永久磁石３０ｍから発生する磁束の磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束が生じる。
【００２９】
このように、静磁界中を導体板２０ｍが移動することで、導体板２０ｍの速度と導体板２０ｍの位置とに応じて、磁束密度の高低が発生する。したがって、この磁束密度の変化量に応じて、コイル４０ｍに起電力が発生する。
【００３０】
以上によれば、例えば、永久磁石３０−１〜３０−４から発生する磁束の磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束を、コイル４０−１〜４０−４の位置に生じさせることができる。従って、永久磁石３０−１〜３０−４として、小さい起磁力の磁石、例えば磁化の小さな磁石を用いる場合であっても、従来よりも大きな出力電力を発生することができる。
【００３１】
次に、実施形態１に係る発電装置の効果について説明する。
【００３２】
実施形態１に係る発電装置によれば、各閉磁路を開口２１ａ〜２１ｄが横切ることにより、永久磁石３０−１〜３０−４から発生する磁束の磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束をコイル４０−１〜４０−４に与えることができる。これにより、永久磁石３０−１〜３０−４として、小さな起磁力の磁石、例えば小さな磁化を有する磁石を用いてもよく、このとき、永久磁石３０−１〜３０−４を小型化することができ、かつ、発電装置の全体を小型化することができる。さらに、起磁力を増加させるために、希土類の磁性材料を用いた磁石などの、高価な磁石を用いる必要がなくなる。このように、図１の発電装置によれば、安価な、小さい起磁力の永久磁石３０−１〜３０−４を用いる場合であっても、従来よりも大きな出力電力を発生することができる。
【００３３】
また、実施形態１に係る発電装置では、回転軸１０から見て、磁性体ヨーク５０−１〜５０−４が位置した角度方向では磁束密度が高くなり、磁性体ヨーク５０−１〜５０−４の間の角度方向では磁束密度が低くなる。磁性体ヨークがリング状に連結されている場合、又は、発電装置が磁性体ヨークをもたない場合、回転軸１０から見て、磁束は全角度方向にわたって一様に分布する。この場合に比較すると、実施形態１に係る発電装置では、コイル４０−１〜４０−４と鎖交する磁束の磁束密度の変化が大きくなり、誘起される起電力も大きくなる。
【００３４】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、回転により発生する熱を磁性体ヨーク５０−１〜５０−４間の隙間から発電装置の外部に放出することができるので、熱による損失及び性能の低下（永久磁石３０−１〜３０−４の減磁など）を防ぐことができる。
【００３５】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、積層鋼板にてなる磁性体ヨーク５０−１〜５０−４を用いたことにより、磁性体ヨークに生じる渦電流の損失を低減することができる。
【００３６】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、回転部２０は導体板であるので、回転部２０に渦電流が生じる。これにより、永久磁石３０−１〜３０−４から発生する磁束を、回転部２０の移動方向の前方に集中させることができる。その結果、永久磁石３０−１〜３０−４から発生する磁束の磁束密度よりも大きな磁束密度の磁束を、より効率的に生成することができる。
【００３７】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、互いに等しい個数の閉磁路（永久磁石３０−１〜３０−４、コイル４０−１〜４０−４、及び磁性体ヨーク５０−１〜５０−４）及び開口２１ａ〜２１ｄを備えている。このとき、閉磁路は回転軸１０の周りに所定角度幅で設けられ、開口２１ａ〜２１ｄは回転軸１０の周りに複数のコイル４０−１〜４０−４と同じ角度幅で設けられている。これにより、各コイル４０−１〜４０−４に誘起される起電力の位相を揃えることができる。
【００３８】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、回転子には、比較的簡易かつ軽量に構成することができる回転軸１０及び回転部２０のみが設けられる。永久磁石３０−１〜３０−４、コイル４０−１〜４０−４、及び磁性体ヨーク５０−１〜５０−４などの大型で重い構成要素は固定子に設けられる。これにより、動力源が小さい運動エネルギーを発生する場合であっても、従来技術に比較して発電効率を高めることができる。また、特に高速回転時に顕著に発生しうる回転時のトラブル及び機械損などを低減し、安定的に発電することができる。
【００３９】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、回転部２０に開口２１〜２１ｄを設けたことにより、回転部２０を軽量化することができる。これにより、回転時のトラブル及び機械損などをさらに低減し、安定的に発電することができる。
【００４０】
また、実施形態１に係る発電装置によれば、永久磁石３０−１〜３０−４及びコイル４０−１〜４０−４の両方が固定子に設けられるので、ブラシを用いずに発電装置を構成することができる。これにより、ブラシの磨耗による故障などの発生を抑止できる。
【００４１】
以上説明したように、実施形態１に係る発電装置によれば、大電力を安定的に発生することができる。
【００４２】
次に、図５〜図２０を参照して、実施形態１の変形例に係る発電装置について説明する。以下の変形例では、発電装置の閉磁路を構成するさまざまな方法を示す。
【００４３】
図５は、図１の発電装置の構成を示す概略図である。図５では、簡単化のため、図１の永久磁石３０−１〜３０−４のうちの１つを永久磁石３０として示し、コイル４０−１〜４０−４のうちの１つをコイル４０として示し、磁性体ヨーク５０−１〜５０−４のうちの１つを磁性体ヨーク５０として示す。また、図１の開口２１ａ〜２１ｄのうちの１つを開口２１として示す。図５〜図２０では、磁束発生部、誘導コイル部、及び磁性体ヨークからなる１つの閉磁路のみを示すが、図５〜図２０の各発電装置において他の閉磁路も同様に構成される。図５の構成によれば、永久磁石３０及びコイル４０は回転部２０に近接して設けられている。従って、閉磁路において、コイル４０は、閉磁路を開口２１が横切る位置に最も近接した部分に設けられている。コイル４０を回転部２０に近接して設けたことにより、開口２１によって生じた磁束密度の変化がコイル４０に伝わりやすくなり、磁束密度の変化を効率よく起電力に変換することができる。また、図５の構成によれば、磁性体ヨーク５０を一体的に形成し、構造を簡単化することができる。また、図５の構成によれば、永久磁石３０により、ＤＣ界磁を簡単に発生することができる。
【００４４】
図６は、実施形態１の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。閉磁路において、永久磁石３０を設ける位置は回転軸１０及び回転部２０の近傍に限定されず、永久磁石３０は、回転軸１０に最も近接した区間以外の部分に設けられてもよい。図６の発電装置は、図５の磁性体ヨーク５０に代えて磁性体ヨーク５０Ａを備える。図６の構成によれば、磁性体ヨーク５０Ａは磁性体ヨーク５０Ａａ及び５０Ａｂに分離され、永久磁石３０は磁性体ヨーク５０Ａａ及び５０Ａｂの間に挿入されている。永久磁石３０は、高温にさらされると、磁力が減少するおそれがある。図６の構成によれば、永久磁石３０を回転軸１０の近傍に近接して設ける場合（図５）よりも、永久磁石３０は回転により発生する熱の影響を受けにくくなるので、永久磁石３０の減磁を防ぎ、磁力を保ちやすくなる。
【００４５】
図７は、実施形態１の別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図７の発電装置は、図５の磁性体ヨーク５０に代えて磁性体ヨーク５０Ｂを備える。図７の構成によれば、磁性体ヨーク５０Ｂは磁性体ヨーク５０Ｂａ及び５０Ｂｂに分離され、永久磁石３０は磁性体ヨーク５０Ｂａ及び５０Ｂｂの間に挿入されている。図７の構成によれば、永久磁石３０は、閉磁路において回転軸１０から最も遠隔した部分に設けられる。図７の構成によれば、図６の構成よりもさらに、永久磁石３０は回転により発生する熱の影響を受けにくくなる。また、図７の構成によれば、永久磁石３０を回転軸１０から見て発電装置の外周に設けたことにより、大きな起磁力が必要である場合に永久磁石３０のサイズを大きくしやすくなる。
【００４６】
図８は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。各閉磁路には、複数の磁束発生部が設けられてもよい。図８の発電装置は、図５の磁性体ヨーク５０及び永久磁石３０に代えて、磁性体ヨーク５０Ｃ及び永久磁石３０ａ及び３０ｂを備える。図８の構成によれば、磁性体ヨーク５０Ｃは磁性体ヨーク５０Ｃａ〜５０Ｃｃに分離され、磁性体ヨーク５０Ｃａ及び５０Ｃｂの間に永久磁石３０ａが挿入され、磁性体ヨーク５０Ｃｂ及び５０Ｃｃの間に永久磁石３０ｂが挿入されている。閉磁路において、永久磁石３０ａ及び３０ｂは同じ方向に磁化されている。閉磁路において、コイル４０は永久磁石３０ａ及び３０ｂの間に設けられる。永久磁石３０ａ及び３０ｂ、コイル４０、及び磁性体ヨーク５０Ｃａ、５０Ｃｂ、及び５０Ｃｃは、永久磁石３０ａから発生してコイル４０と鎖交する磁束が永久磁石３０ｂを通って永久磁石３０ａに戻る閉磁路を形成するように配置されている。図８の構成によれば、１つの閉磁路に複数の永久磁石３０ａ及び３０ｂを挿入することにより、１つの永久磁石のみの場合よりも大きな磁束密度の磁束をコイル４０の位置に生じさせることができる。
【００４７】
図９は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図９の発電装置は、磁束発生部として、図５の永久磁石３０に代えて電磁石３１を備える。電磁石３１は、磁性体ヨーク５０の周囲に巻回された巻線を備えてもよく、磁性体ヨーク５０とは別の磁性体コア及びその周囲に巻回された巻線を備えてもよい。図９の構成によれば、界磁の強さを外部の制御回路から調整することができる。この場合、本開示の特徴により、作用磁界を励起するための電磁石３１の起磁力を小さくすることが可能であり、電磁石３１の巻線に流すＤＣ駆動電流を小さくできる。このため、電磁石３１の巻線の軽量化を実現でき、かつ、銅損も小さくすることができる。また、図９の構成によれば、閉磁路において、電磁石３１は、回転軸１０に最も近接した区間以外の部分に設けられてもよい。この場合、電磁石３１を回転軸１０の近傍に設ける場合よりも、電磁石３１の巻線は空間的な制約を受けにくくなり、従って、磁束密度を増大させるために巻線の巻数を増大させやすくなる。また、この場合、巻線を発電装置の外部に引き出しやすくなる。また、この場合、電磁石３１を回転軸１０の近傍に設ける場合よりも、電磁石３１から発生する熱を発電装置の外部に放出しやすくなる。
【００４８】
図１０は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。前述のように、各閉磁路には、複数の磁束発生部が設けられてもよい。図１０の発電装置は、図５の永久磁石３０に代えて、電磁石３１ａ及び３１ｂを備える。図１０の構成によれば、１つの閉磁路に複数の電磁石３１ａ及び３１ｂを挿入することにより、１つの電磁石のみの場合よりも大きな磁束密度の磁束をコイル４０の位置に生じさせることができる。
【００４９】
図１１は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。磁束発生部として、永久磁石及び電磁石を組み合わせてもよい。図１１の発電装置は、図５の各構成要素に加えて、電磁石３１を備える。永久磁石３０によって大まかな磁束密度を決定し、電磁石３１によって磁束密度を微調整することができる。
【００５０】
図１２は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図１２の発電装置は、図７の各構成要素に加えて、電磁石３１を備える。永久磁石３０は電磁石３１よりも熱の影響を受けやすい。図１２の構成によれば、閉磁路において回転軸１０から最も遠隔した部分に永久磁石３０を設けたことにより、図１１の構成よりも、永久磁石３０は回転により発生する熱及び電磁石３１から発生する熱の影響を受けにくくなる。
【００５１】
図１３は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。閉磁路において、コイル４０を設ける位置は回転軸１０及び回転部２０の近傍に限定されず、コイル４０は、回転軸１０に最も近接した区間以外の部分に設けられてもよい。図１３の構成によれば、コイル４０は、閉磁路において回転軸１０から最も遠隔した部分に設けられる。この場合、コイル４０を回転軸１０の近傍に設ける場合よりも、コイル４０の巻線は空間的な制約を受けにくくなり、従って、起電力を増大させるために巻線の巻数を増大させやすくなる。また、この場合、巻線を発電装置の外部に引き出しやすくなる。また、この場合、コイル４０を回転軸１０の近傍に設ける場合よりも、コイル４０は回転により発生する熱の影響を受けにくくなる。
【００５２】
図１４は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。各閉磁路には、複数の誘導コイル部が設けられてもよい。図１４の発電装置は、図７のコイル４０に代えて、コイル４０ａ及び４０ｂを備える。コイル４０ａ及び４０ｂは、互いに直列に接続されても、互いに並列に接続されてもよい。図１４の構成によれば、コイルの個数を増やすことにより、図７の場合よりも、起電力を増大させることができる。また、図１４の構成によれば、コイル４０ａ及び４０ｂを回転部２０に近接して設けたことにより、開口２１によって生じた磁束密度の変化がコイル４０ａ及び４０ｂに伝わりやすくなり、磁束密度の変化を効率よく起電力に変換することができる。
【００５３】
図１５は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図１５の発電装置は、図５の構成に加えて、開口２１に設けられた磁性体２２をさらに備えている。導体板である回転部２０に設けられた開口２１と、磁性体２２とは、永久磁石３０から発生してコイル４０と鎖交する磁束を変化させる磁束変化部を構成する。図１５の構成によれば、磁性体２２を備えたことにより、永久磁石３０から発生してコイル４０と鎖交する磁束の磁束密度を、図５の発電装置の場合よりも大きく変化させることができる。これにより、図５の発電装置の場合よりも、コイル４０における起電力を増大させ、より大きな出力電力を発生することができる。
【００５４】
図１６は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図１６の発電装置は、図５の発電装置の回転部２０に代えて回転部２０Ａを備えている。回転部２０Ａは、回転軸１０に垂直な面内に設けられた絶縁体の円板であり、円板の中心で回転軸１０に連結されている。図１６の発電装置は、回転部２０Ａ上に設けられた磁性体２２をさらに備えている。図１５の発電装置は、導体板である回転部２０に設けられた開口２１と、磁性体２２との両方を、磁束変化部として備えていた。一方、図１６の発電装置のように、磁性体２２のみを磁束変化部として備えてもよい。図１６の発電装置では、回転部２０Ａは絶縁体であるので、渦電流が流れない。したがって、渦電流による損失を低減することができる。図１６の構成によれば、絶縁体上に設けられた磁性体により、コイル４０の巻線と鎖交する磁束量が変化する。これにより、図５等の発電装置と同様に、コイル４０において起電力を得ることができる。
【００５５】
図１７は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図示の簡単化のため、図１７〜図１９では、永久磁石（又は電磁石）及びコイルを省略する。磁極から出る磁束を所望の分布状態に変化させるために、磁性体ヨーク５０の先端にポールピースを設けてもよい。磁性体ヨーク５０は、閉磁路を開口２１が横切る位置に最も近接した部分（磁性体ヨーク５０の先端）にポールピース５１ａ及び５１ｂを備える。ポールピース５１ａ及び５１ｂは先端に向かうにつれて次第に細くなる。ポールピース５１ａ及び５１ｂは、磁性体ヨーク５０と一体的に形成されてもよく、磁性体ヨーク５０とは別に形成されたものを磁性体ヨーク５０に取り付けてもよい。図１７の構成によれば、磁束発生部から発生する磁束の磁束密度はポールピース５１ａ及び５１ｂにより増大し、この増大した磁束密度の磁束が回転部２０と鎖交するので、誘導コイル部における起電力をより高めることができる。
【００５６】
図１８は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図１８の発電装置は、図１７のポールピース５１ａ及び５１ｂに代えて、ポールピース５１Ａａ及び５１Ａｂを備える。ポールピース５１Ａａ及び５１Ａｂは平坦な先端部を有する。図１８の構成によれば、ポールピース５１Ａａ及び５１Ａｂの間において、磁束を広範囲に発生させることができる。
【００５７】
図１９は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図１９の発電装置は、図１７のポールピース５１ａ及び５１ｂに代えて、ポールピース５１Ｂａ及び５１Ｂｂを備える。ポールピース５１Ｂａ及び５１Ｂｂは凹型に湾曲した先端部を有する。図１９の構成によれば、ポールピース５１Ｂａ及び５１Ｂｂの間において、平坦な磁束を発生させることができる。
【００５８】
図２０は、実施形態１のさらに別の変形例に係る発電装置の構成を示す概略図である。図２０の発電装置は、図５の回転部２０及び磁性体ヨーク５０に代えて、回転部２０Ｂ及び磁性体ヨーク５０Ｄを備える。図５等の発電装置では、永久磁石３０及びコイル４０は、回転軸１０に平行な方向において互いに所定距離を有して固定されていた。一方、図２０の構成によれば、永久磁石３０及びコイル４０は、回転軸１０に垂直な方向において互いに所定距離を有して固定されている。回転部２０Ｂは底部及び側面部を含み、回転部２０Ｂの側面部に開口２１が設けられている。回転部２０Ｂの底部は、例えば、回転軸１０に垂直な面内に設けられた円板であり、円板の中心で回転軸１０に連結されている。回転部２０Ｂの側面部は、回転軸１０上に中心軸を有する円筒面内に設けられた、所定面積を有する導体板であり、底部のエッジに固定されている。回転部２０Ｂの底部及び側面部は一体的に形成されてもよく、別個の部品から形成されてもよい。コイル４０は、閉磁路において、永久磁石３０よりも回転軸１０から遠隔して設けられている。発電装置の寸法上の要件などに応じて、永久磁石３０及びコイル４０は、図５等に示すように配置されてもよく、図２０に示すように配置されてもよい。図２０の構成において、図６〜図１９を参照して説明した他の構成を適用してもよい。
【００５９】
実施形態１のさらに別の変形例について説明する。
【００６０】
磁性体ヨークはバルク磁鉄であってもよい。本開示の発電装置は、ＤＣ界磁を発生し、渦電流が少ないので、バルク磁鉄を磁性体ヨークとして用いていても良好に動作する。これにより、磁性体ヨークを安価に製造することができる。また、磁性体ヨークはフェライトであってもよい。これにより、磁性体ヨークの形状に関する自由度が高くなる。
【００６１】
発電装置は、４つ以外の複数の閉磁路（永久磁石、コイル、及び磁性体ヨーク）を備えてもよい。
【００６２】
発電装置は、複数の閉磁路に代えて、例えば図５〜図２０のうちの１つに示す、１つの閉磁路のみを備えてもよい。この場合、発電装置は、回転軸と、回転軸に連結された回転部と、少なくとも１つの磁束発生部と、少なくとも１つの誘導コイル部と、１つの磁性体ヨークとを備える。磁性体ヨークは、少なくとも１つの磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び少なくとも１つの誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、磁束発生部から発生して誘導コイル部と鎖交する磁束が磁束発生部に戻る閉磁路を形成する。磁性体ヨークは、回転軸から見て、所定の角度範囲において磁性体が存在し、残りの角度範囲において磁性体が存在しないように形成される。回転部、少なくとも１つの磁束発生部、少なくとも１つの誘導コイル部、及び磁性体ヨークは、回転部が回転軸の周りに回転するとき、閉磁路を磁束変化部が横切るように配置される。この構成でも、磁性体ヨークがリング状に連結されている場合、又は、発電装置が磁性体ヨークをもたない場合に比較して、誘導コイル部と鎖交する磁束の磁束密度の変化が大きくなり、誘起される起電力も大きくなる。
【００６３】
回転部は、４つ以外の１つ又は複数の磁束変化部を備えてもよい。
【００６４】
また、閉磁路（永久磁石、コイル、及び磁性体ヨーク）の個数及び開口の個数は互いに異なっていてもよい。このとき、複数の閉磁路は回転軸１０の周りに所定角度幅で設けられ、複数の開口は回転軸１０の周りに複数の閉磁路とは異なる角度幅で設けられる。
【００６５】
図１の発電装置では、回転部２０の形状を円形に示したが、回転部は、磁束変化部を設けることができるのであれば、円形に限らず、任意の形状を有してもよい。例えば、回転部において、磁束変化部を設けるために不要な部分を除去することにより、回転部をさらに軽量化することができる。これにより、回転時のトラブル及び機械損などをさらに低減し、安定的に発電することができる。
【００６６】
図１の発電装置では、開口２１の形状を矩形に示したが、磁束発生部から発生して誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させるのであれば、矩形に限らず、円形、楕円形、他の多角形など、任意の形状及び寸法を有してもよい。
【００６７】
磁性体ヨークの形状は、図１、図５〜図２０に示したものに限定されず、磁束発生部から発生して誘導コイル部と鎖交する磁束が元の磁束発生部に戻る閉磁路を形成するのであれば、任意の形状及び寸法を有してもよい。また、互いに隣接する角度方向に設けられた任意の２つの磁性体ヨークは、部分的に、互いに接触していてもよく、互いに連結されていてもよい。
【００６８】
１つの回転軸上の複数の異なる位置に、複数の発電装置をそれぞれ連結してもよい。複数の発電装置を備えることにより、回転軸の１回転からより大きな出力電力を効率的に得ることができる。
【００６９】
実施形態２．
図２１は、実施形態２に係る発電装置の外観を示す斜視図である。図２２は、図２１の発電装置の上面図である。図２３は、図２２のＡ−Ａ’線における縦断面図である。図２４は、図２１の発電装置の構成を示す分解斜視図である。
【００７０】
図２１の発電装置は、回転軸１０、軸受け１１ａ，１１ｂ、支持部１２ａ，１２ｂ、回転部２０、８個の永久磁石３０、８個のコイル４０、及び８ペアの磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂを備えている。回転部２０には８個の開口２１が設けられている。各磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂの先端には、ポールピース５１ａ，５１ｂが設けられている。図２１の発電装置では、１個の永久磁石３０、１個のコイル４０、及び１ペアの磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂをそれぞれ含む８個の閉磁路が形成される。図２１の発電装置は、実質的に、図７の構成及び図１７の構成の組み合わせに対応する構成を有する。
【００７１】
回転軸１０は、軸受け１１ａ，１１ｂによって支持される。軸受け１１ａ，１１ｂは支持部１２ａ，１２ｂに固定される。
【００７２】
回転部２０は導体板である。回転部２０は連結部２３（図２４）において回転軸１０に連結され、回転軸１０の周りに回転する。回転部２０は例えば溶接により回転軸１０に連結される。
【００７３】
各永久磁石３０は、対応する各閉磁路において、回転軸１０から最も遠隔した部分に設けられる。各永久磁石３０は、回転軸１０から見て発電装置の外周において、磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂの間に挿入されている。各永久磁石３０は、回転軸１０に平行な方向に磁化されている。各永久磁石３０によって発生した磁束は、対応する磁性体ヨーク５０Ｂａを通って回転部２０と鎖交し、対応する磁性体ヨーク５０Ｂｂを通って再び各永久磁石３０に戻る。これにより、回転部２０には、回転軸１０に平行な方向の磁界が印加される。
【００７４】
各コイル４０は、対応する各閉磁路において、閉磁路を開口２１が横切る位置に最も近接した部分に設けられている。各コイル４０は、対応する磁性体ヨーク５０Ｂｂの周りに巻回されて固定されている。
【００７５】
各磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂは磁性鋼板である。各磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂは支持部１２ａ，１２ｂにそれぞれ固定される。ポールピース５１ａ，５１ｂは、磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂと一体的に形成される。ポールピース５１ａ及び５１ｂは先端に向かうにつれて次第に細くなる。
【００７６】
支持部１２ａ，１２ｂは、アルミニウムなどの非磁性材料からなる。支持部１２ａ，１２ｂは、図２１の発電装置を内部に格納する筐体の一部であってもよい。各磁性体ヨーク５０Ｂａ，５０Ｂｂを支持部１２ａ，１２ｂにそれぞれ固定することにより、各永久磁石３０及び各コイル４０の位置も固定される。また、軸受け１１ａ，１１ｂを支持部１２ａ，１２ｂに固定することにより、回転軸１０及び回転部２０は回転可能に支持される。
【００７７】
図２１の発電装置は以下のように動作する。回転部２０が回転軸１０の周りに回転するとき、１つの永久磁石３０及び１つのコイル４０の間の空間であって、当該コイル４０と鎖交する磁束が通過する空間を、各開口２１が順次に通過する。コイル４０と鎖交する磁束が通過する空間を８個の開口２１のそれぞれが通過する毎に、コイル４０と鎖交する磁束の磁束密度が変化する。コイル４０と鎖交する磁束の磁束密度の変化に応じて、ファラデーの電磁誘導の法則により、コイル４０に起電力が誘起される。回転部２０が回転軸１０の周りに回転するとき、他のコイル４０にも同様に起電力が誘起される。
【００７８】
なお、連結部２３は、回転軸１０と回転部２０とを直接に連結して、回転軸１０と同じ回転数で回転部２０を回転させてもよい。もしくは、連結部２３にはギアなどが設けられてもよい。これにより、回転軸１０の回転数が同じであっても、回転部２０の回転速度を変えることで起電力を変えることができる。
【００７９】
８個のコイル４０は、互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。或いは、８個のコイル４０は、直列接続及び並列接続の組み合わせで接続されてもよい。
【００８０】
図２１の発電装置によれば、実施形態１に係る発電装置と同様に、大電力を安定的に発生することができる。
【００８１】
図２５は、実施形態２の第１の変形例に係る発電装置の構成を示す縦断面図である。図２５の発電装置は、実質的に、図５の構成に対応する構成を有する。図２５に示すように回転部２０が停止しているとき、回転軸１０に平行な方向に磁化された永久磁石３０によって生じる磁束は、開口２１を介して回転部２０を貫通する。その後、磁束はコイル４０と鎖交する。その後、磁束は磁性体ヨーク５０（５０ａ，５０ｂ）を通って永久磁石３０に戻る。図２５の発電装置もまた、図２１の発電装置と同様に、大電力を安定的に発生することができる。
【００８２】
図２６は、実施形態２の第２の変形例に係る発電装置の構成を示す縦断面図である。図２６の発電装置は、実質的に、図８の構成に対応する構成を有する。各閉磁路は２つの永久磁石３０ａ及び３０ｂを含み、各閉磁路において、コイル４０は２つの永久磁石３０ａ及び３０ｂの間に設けられる。永久磁石３０ａ及び３０ｂは、回転軸１０に平行な方向であって、互いに同じ方向に磁化されている。永久磁石３０ａ及び３０ｂ、コイル４０、及び磁性体ヨーク５０（５０ａ，５０ｂ）は、永久磁石３０ａから発生してコイル４０と鎖交する磁束が永久磁石３０ｂを通って永久磁石３０ａに戻る閉磁路を形成するように配置されている。図２６の発電装置によれば、コイル４０を配置する空間における静磁界の強度を上げることができる。これにより、開口２１による磁束密度の変化量を所望の大きさに調整することができる。
【００８３】
実施形態３．
図２７は、実施形態３に係る発電装置の外観を示す斜視図である。図２８は、図２７の発電装置の上面図である。図２９は、図２８のＢ−Ｂ’線における縦断面図である。図３０は、図２７の発電装置の構成を示す分解斜視図である。
【００８４】
図２７の発電装置は、回転軸１０、軸受け１１ａ，１１ｂ、支持部１２ａ，１２ｂ、回転部２０Ｂ、１０個の永久磁石３０、１０個のコイル４０、及び１０ペアの磁性体ヨーク５０Ｄａ，５０Ｄｂを備えている。回転部２０Ｂには１０個の開口２１が設けられている。図２７の発電装置では、１個の永久磁石３０、１個のコイル４０、及び１ペアの磁性体ヨーク５０Ｄａ，５０Ｄｂをそれぞれ含む１０個の閉磁路が形成される。図２７の発電装置は、実質的に、図２０の構成を有する。
【００８５】
図２７の発電装置によれば、実施形態１に係る発電装置と同様に、大電力を安定的に発生することができる。
【００８６】
なお、上述の実施形態１〜３で説明した構成は、適宜に組み合わされてもよい。
【００８７】
なお、本開示は、上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。特許請求の範囲に記載した本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
【００８８】
本開示に係る発電装置は、以下の構成を備えたことを特徴とする。
【００８９】
第１の態様に係る発電装置は、
回転軸と、
前記回転軸に連結された回転部と、
磁束を発生する少なくとも１つの磁束発生部と、
少なくとも１つの誘導コイル部と、
少なくとも１つの磁性体ヨークとを備えた発電装置であって、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記少なくとも１つの磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、前記磁束発生部から発生して前記誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁束発生部に戻る閉磁路を形成し、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは、前記回転軸から見て、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在し、少なくとも１つの角度範囲において磁性体が存在しないように形成され、
前記回転部は、前記少なくとも１つの磁束発生部から発生して前記少なくとも１つの誘導コイル部と鎖交する磁束を変化させる少なくとも１つの磁束変化部を備え、
前記回転部、前記少なくとも１つの磁束発生部、前記少なくとも１つの誘導コイル部、及び前記少なくとも１つの磁性体ヨークは、前記回転部が前記回転軸の周りに回転するとき、前記少なくとも１つの磁性体ヨークに対応する少なくとも１つの前記閉磁路を前記磁束変化部が横切るように配置される。
【００９０】
第２の態様に係る発電装置は、第１の態様に係る発電装置において、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記磁束発生部は、前記回転軸に最も近接した区間以外の部分に設けられる。
【００９１】
第３の態様に係る発電装置は、第１又は第２の態様に係る発電装置において、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記誘導コイル部は、当該閉磁路を前記磁束変化部が横切る位置に最も近接した部分に設けられる。
【００９２】
第４の態様に係る発電装置は、第１〜第３のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記磁性体ヨークは、当該閉磁路を前記磁束変化部が横切る位置に最も近接した部分にポールピースを備え、
前記ポールピースは先端に向かうにつれて次第に細くなる。
【００９３】
第５の態様に係る発電装置は、第１〜第４のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記少なくとも１つの磁性体ヨークのそれぞれは積層鋼板にてなる。
【００９４】
第６の態様に係る発電装置は、第１〜第５のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれは２つの磁束発生部を含み、
前記少なくとも１つの閉磁路のそれぞれにおいて、前記誘導コイル部は前記２つの磁束発生部の間に設けられる。
【００９５】
第７の態様に係る発電装置は、第１〜第６のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記回転部は導体板を含み、
前記磁束変化部は前記導体板に形成された開口である。
【００９６】
第８の態様に係る発電装置は、第７の態様に係る発電装置において、
前記磁束変化部は前記開口に設けられた磁性体をさらに備える。
【００９７】
第９の態様に係る発電装置は、第１〜第６のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記回転部は絶縁体板を含み、
前記磁束変化部は前記絶縁体板上に設けられた磁性体である。
【００９８】
第１０の態様に係る発電装置は、第１〜第９のうちの１つの態様に係る発電装置において、
前記発電装置は、複数の磁束発生部と、複数の誘導コイル部と、複数の磁性体ヨークとを備え、
前記複数の磁性体ヨークのそれぞれは、前記複数の磁束発生部のうちの少なくとも１つ及び前記複数の誘導コイル部のうちの少なくとも１つを含む閉磁路であって、前記磁束発生部から発生して前記誘導コイル部と鎖交する磁束が前記磁束発生部に戻る閉磁路を形成し、
前記回転部、前記複数の磁束発生部、前記複数の誘導コイル部、及び前記複数の磁性体ヨークは、前記回転部が前記回転軸の周りに回転するとき、前記複数の磁性体ヨークに対応する複数の前記閉磁路を前記磁束変化部が横切るように配置され、
前記複数の閉磁路は、前記回転軸から見て、互いに異なる角度方向に設けられ、
前記複数の磁性体ヨークのうちの互いに隣接する角度方向に設けられた任意の２つの磁性体ヨークは、所定距離を有して互いに離隔する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本開示にかかる発電装置は、例えば、車両用発電機又は充電用発電機などに応用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１０…回転軸、
１１ａ，１１ｂ…軸受け、
１２ａ，１２ｂ…支持部、
２０，２０Ａ，２０Ｂ…回転部、
２１，２１ａ〜２１ｄ…開口、
２２…磁性体、
２３…連結部、
３０，３０−１〜３０−４，３０ａ，３０ｂ，…永久磁石、
３１，３１ａ，３１ｂ…電磁石、
４０，４０−１〜４０−４，４０ａ４０ｂ…コイル、
５０，５０ａ，５０ｂ，５０−１〜５０−４，５０Ａ，５０Ａａ，５０Ａｂ，５０Ｂ，５０Ｂａ，５０Ｂｂ，５０Ｃ，５０Ｃａ，５０Ｃｂ，５０Ｃｃ，５０Ｄ…磁性体ヨーク、
５１ａ，５１ｂ，５１Ａａ，５１Ａｂ，５１Ｂａ，５１Ｂｂ…ポールピース。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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