JP2000069730A - 発電機 および 発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エネルギー消費を最小限にして発電を行い，ま
たその発電電力で回転駆動と磁力発生を行う発電システ
ムおよび駆動システムで，省エネルギーおよび環境保全
に寄与する。また，起動には蓄電池を用いる。 【構成】発電コイルを補強材あるいは補強構造で補強
し，交互に極性の異なる磁極を配列し，間隙を挟んで対
面にヨークあるいは対面の極性と異なる磁極を配列して
磁極層を２層つくり，前述の間隙に両面にエア・ギャッ
プを設けて発電コイルを配置し，磁石列とヨーク，ある
いは２層の磁石列，と発電コイルの一方を固定しもう一
方を回転可能に回転軸に固定して，いずれか一方が回転
することにより起電力を得て発電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，発電機と発電システム
に関するもので，外部からのエネルギー入力を最小にし
て発電し，またこれによって発電機を駆動する動力源を
電動機とする発電システムおよび発電機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電動機として駆動させるためには，外部
からの電気エネルギーの供給を必要とし，また発電機と
して稼働させるためには，回転動力用エネルギーの外部
からの供給を必要としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】既に

【０００１】に述べたように，発電のために使われる回
転動力用のエネルギーを最小にして，所期の目的を達成
しようとするものである。また，その発電によって得ら
れた電気エネルギーを電動機の駆動用電力としても使う
もので，これによって，原動機としての機能をもたせ，
省エネルギーの達成と環境問題の解決に寄与せんとする
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】磁束によって起電力を得
るためには，フレミングの右手の３本指の法則が原則で
ある。即ち，磁束を導電体で切ることが原則であり，斜
めに切るよりも直角に切る方が当然のこと乍ら効率が良
い。そして，その起電力は，ｅ＝Ｂｌｖ〔Ｖ〕｛Ｂ：磁
束密度（Ｔｅｓｌａ），ｌ：有効発電コイル長（ｍ），
ｖ：磁束を切る速度（ｍ／ｓ）｝で与えられていること
は周知の通りである。即ち，磁束密度の高い磁石を用い
て，できるだけ長い発電コイルを用い，できるだけ高速
で磁束を切れば，より多くの起電力を得ることができ
る。

【０００５】磁石（電磁石，永久磁石，超電導磁石を含
む）には，強磁性体を引きつける吸引力があり，透磁率
の高い材料は強磁性体であるため，磁束を空中に放散さ
せないで有効利用しようとすれば強磁性体を使うことに
なるが，クーロンの法則により磁束密度は空中では距離
の２乗に比例して減衰するため，磁極に近ずける必要が
生じ，このため必ずこの強磁性体への吸引力の影響を受
けることになり，磁束密度を高くすればするほど，この
吸引力も増大する。

【０００６】従来の磁束を切る方式の発電機は，その構
造を要約すれば，回転軸から外側に向かって，回転軸→
ヨーク付き電磁石→エア・ギャップ→スロット固定の導
電線→ヨークの順になっていて，ヨーク付き電磁石が回
転しスロット固定導電線とヨークが固定子となってい
て，スロットは通常強磁性体である。この構造では，発
電部の導電線は回転軸に平行に張られていて，即ち発電
部の磁束は回転軸に垂直に移動し，導電線が磁束を切る
ためにヨーク付き電磁石（以降回転子という）は固定子
のスロットとヨークを構成している強磁性体との吸引力
を振り切って回転せねばならず，そのために多大なエネ
ルギーを消費して，発電を行っているのが現状である。

【０００７】本 発明は，前述のエネルギー損失を最小
限にするため，電力需要のある場所の近くで容易に発電
でき，需給バランスもＩＣレギュレータ，ＬＳＩ，シス
テムＬＳＩ，小型コンピュータあるいはマイクロ・プロ
セッサなどで容易に発電量制御にフィード・バックで
き，無公害な発電機構造とシステムに係わるものであ
る。また，この発電を利用して，電動機を駆動して動力
源を得んとするものである。その目的を達するために，
本発明では，磁石の極性を交互に配置した円筒状体ある
いは円盤状体あるいは中空円盤状体を形成し，磁束が磁
極から飛び出す対面に，間隙を設けてヨーク盤を配置
し，前述の間隙に，両面にエア・ギャップを介して予め
筒状あるいは円盤状あるいは中空円盤状に回巻された発
電コイルを配置し，筒状あるいは円盤状中空円盤状に回
巻された発電コイルの物理的強度が不足する場合あるい
は製作上の必要がある場合には，電気的絶縁性と非磁性
を有する接着・硬化材を用いて部分的にあるいは全体を
一体化し，また／あるいは非磁性材を用いて補強し，あ
るいは非磁性材の発電コイル挿入に適合する断面形状を
有する管状体を並べて形状あるいは寸法に合う筒状ある
いは中空円盤状になるように部分的にあるいは全体を固
化した管に発電コイルを貫通挿入したもの，あるいは前
述の形状に予め成形された筒状あるいは中空円盤状体に
設けた管状孔に発電コイルを貫通挿入したものを用い，
前述の予め回巻された発電コイルを固定体に固定し，前
述の磁極円筒状体あるいは磁極円盤状体と筒状あるいは
円盤状あるいは中空円盤状のヨークを回転可能に同一の
回転軸に固定し，同じ角速度で回転させることにより，
磁石の吸引力を排除し，発電コイルが磁束を切ることに
より起電力を得て発電を行うものである。また，上記方
法とは逆に，前述の磁石円筒状体あるいは磁石円盤状体
あるいは磁石中空円盤状体とヨークを固定体に固定し，
筒状あるいは円盤状あるいは中空中空円盤状の発電コイ
ルを回転可能に回転軸に固定し，前例と同様に磁石の吸
引力を排除して回転を行い，発電コイルが磁束を切るこ
とにより起電力を得て発電を行うものである。

【０００８】また，本発明では，前述の筒状あるいは中
空円盤状を含む円盤状ヨークの替わりに，磁石の極性を
交互に配置した２組以上の磁極円筒状体あるいは中空円
盤状を含む磁極円盤状体を設け，Ｎ極の対面にはＳ極
を，またＳ極の対面にはＮ極を，相互に相対するように
配して，回転可能に回転軸に固定し，各磁極円筒状体あ
るいは中空円盤状を含む磁極円盤状体の間に間隙を設
け，その間隙に両面にエア・ギャップを設けて，筒状あ
るいは中空円盤状を含む円盤状の発電コイルを配置して
固定体に固定し，これによって回転軸を回転させること
により，発電コイルが磁束を切って起電力を得て発電を
行うものである。また，前述の如く，この場合に於て
も，予め回巻された発電コイルの物理的強度を得るため
にあるいは製作上必要とされる場合には，発電コイルの
一部分あるいは全体を接着硬化し，更に，物理的強度が
必要とされる場合には非磁性材にて補強を行い，あるい
は非磁性材の管状体を並べて形状および寸法に合う筒状
あるいは中空円盤状になるように部分的にあるいは全体
を固化した管に発電コイルを貫通挿入したもの，あるい
は前述の形状に予め成形された筒状あるいは中空円盤状
体に設けた管状孔に発電コイルを貫通挿入したものを用
いる。また，上記のケースとは逆に，磁極円筒状体ある
いは中空円盤状を含む磁極円盤状体を固定体に固定し，
予め円筒状あるいは中空円盤状を含む円盤状に回巻され
た発電コイルを回転可能に回転軸に固定して，回転軸を
回転させることにより起電力を得て発電を行うものであ
る。磁極円筒状体あるいは磁極円盤状体と予め回巻され
た筒状あるいは盤状の発電コイルのいずれを回転させる
にせよ，２つの異なった磁極に挟まれた間隙に発電コイ
ルを配置して発電を行う場合には，フレミングの右手の
法則に従い，Ｎ極側とＳ極側では起電の方向が異なるこ
とは周知の事実である。従って，２つの異なった磁極の
磁束強度の中心線上には発電コイルの配置を避けて発電
コイルを設け，また起電力の方向が異なる点に充分な配
慮が必要である。また，発電コイルの回巻法も，いまま
でに使われていない弊国際特願ＰＣＴ／ＪＰ９７／００
７６５に記載の同一角位置にて多重に回巻する発電コイ
ル回巻法も可能になる。

【０００９】磁束流は空気中では透磁抵抗が大きいた
め，発電コイル部の空隙を大きく取ることは，磁束流の
利用の上で不利である。従って，発電コイル部の空隙は
狭くなる傾向を有する。結果として，比較的厚みが少な
く，かつ一辺の長さの長い発電コイルが必要となるた
め，物理的強度が弱くなる傾向がある。本発明では，こ
の欠点を補うため，予め回巻された発電コイルの一方の
端を固定体に固定し，もう一方の端を，回転軸にベアリ
ングを介して設けた非磁性材の円板状体に固定して，発
電コイルの長さ方向の強度を得る。また，前述の各種方
法にて，筒状あるいは盤状の発電コイルの物理的強度を
強化する。

【００１０】添付の図では，発電用磁石は，電磁石で示
しているが，本発明では，これに限らず強い磁束を出せ
るもの，たとえば，永久磁石，超電導磁石等を含むもの
である。また，永久磁石を用いる場合は電力導入用スリ
ップ・リングは不要であり，また超電導磁石を用いる場
合は外箱全体を覆う保温層と箱内全体を冷却する装置を
付加する必要がある。

【００１１】本発明の発電システムは，一旦直流に整流
して，そのまま直流で使う場合と，整流して直流になっ
た電力をインバーター回路を使って再度交流に直して交
流電力として使う場合の２種類の用途を考慮に入れてい
る。従って，本発明の発電機の交流発電電力は，正弦波
形の必要は全くなく，発電用磁石からできるだけ多くの
電力を取り出せる方式を採っている。この結果，交流周
波数（Ｈｅｒｔｚ＝Ｈｚ）に関係無く発電できるため，
発電用磁石数および秒間回転数は自由に設定でき，一定
磁石数に於ては回転数の増加に比例して発電出力が増大
する。また，国および地域によって，交流周波数（Ｈ
ｚ）および電圧が異なることが多いが，これらの変化に
も，インバーター回路の周波数設定および電圧設定を行
うことにより容易に対応することができる。更に，発電
電力の整流回路とインバーター回路の間に，蓄電池を設
けて浮動充電を行い，より安定化した電力供給を得ると
共に，緊急の電力消費増に容易に対応できるシステムで
ある。

【００１２】

【作用】本発明は，前述のごとく，磁極の対面にヨーク
を設けた形式に於ては，円筒状あるいは円盤状に磁極を
交互に配置された発電用磁石部の磁束が放出されている
対面に，間隙を設けて，円筒状あるいは中空円盤状のヨ
ークが配置され，Ｎ極から出た磁束流は対面のヨークに
流れて中に入り，Ｓ極の対面から出て，Ｓ極に吸収さ
れ，さらにＮ極に戻ってくる循環を行う。この循環磁気
回路中，間隙部には発電コイルが設けられており，磁極
とヨーク，あるいは発電コイルのいずれかが回転してい
るため，間隙部を横断する磁束流を切ることになり，こ
れによって起電力を得るものである。また，磁極の対面
に極性の異なった磁極を設けた形式では，磁束はＮ極か
らＳ極へ発電コイル部の間隙を横断して，Ｓ極に入り，
磁気回路の形式により異なるがＮ極→間隙→Ｓ極→磁芯
→ヨーク：→磁芯→Ｎ磁極，あるいはＮ極→間隙→Ｓ極
→ヨーク→磁芯→ヨーク→Ｎ磁極のような磁気回路を通
って循環をする。この場合の発電のメカニズムは，磁極
の対面にヨークを設けた場合と同じであるが，空隙部あ
るいは発電コイル部を挟んだ両側に起磁部があるため，
設計により，また必要により，より強い磁束流を発電コ
イル部に流すことができる。

【００１３】

【実施例】本発明を，より詳細に説述するために，添付
の図面に従ってこれを説明する。第１図は，円筒状の内
周側に電磁石を，また外周側にヨークを設けた例で，本
発明の部分を除き，従来商業的に使われている発電機に
最も似ている例を示している。また，本図は，第２図の
矢印Ｉ−Ｉに示す断面図でもある。従来の発電機と異な
る主な点は，発電コイル４が，構成部として独立して，
磁極３と外周側ヨーク７との空隙にエア・ギャップ８を
設けて，固定体２１に発電コイル支持具１６にて固定さ
れており，また外周側ヨーク７は，非磁性材の回転用支
持具１５にて回転軸１１に回転可能に固定されている。
磁極３は電磁コイル２と磁芯１で作られており，磁芯１
は内周側ヨーク６に固定されており，また内周側ヨーク
６は，非磁性材の直径調整スペーサー１４を介して回転
軸１１に回転可能に固定されているので，磁極３は，外
周側ヨーク７と同一の角速度にて回転する。第１図の発
電コイル支持具１７は，非磁性材製であり，発電コイル
４の図に於ける上下振動および固定寸法の狂いを防止し
ており，その使用の可否は設計の裁量である。その他の
付随部材は，ベアリング１８およびスリップ・リング１
９である。なお，ブロックにて示すＭは，電動機，エン
ジン，その他動力伝達機構を含む回転動力駆動源を示し
ている。

【００１４】第２図は，第１図の矢印ＩＩ−ＩＩに示す
断面図で，回転軸１１を直角に切った断面を示してい
る。一例として磁極３の数も１２極の例を示している
が，実際の実施例としては偶数の磁極数であれば，何極
でもよく，設計の裁量である。また，発電コイル４の数
は紙面の都合で画いてあり，発電コイル４の数と結線の
方法および巻法は設計の裁量である。但し，許容できる
発電コイル用の空隙内に密にコイルを設けることは，発
電効率の向上となる。回転軸１１に非磁性材の直径調整
スペーサー１４が固定され，その外側に内周側ヨーク６
が固定され，更にその外側に磁芯１および磁極３が固定
される。９に示す部分は，磁極用スペーサーを設けて
も，あるいは空間のままでもよく設計の裁量である。磁
極３の外周側にエア・ギャップ８を設けて，円筒状に予
め回巻され固化した筒状の発電コイル５を，あるいは発
電コイルを挿入するために予め設け固化された管状孔に
発電コイルを貫通挿入した発電コイル筒状体５を固定体
に固定し，さらに，外側のエア・ギャップ８を設けて外
周側ヨーク７が配置されている。電磁コイル２は各磁芯
に巻かれている。以上の断面構造であるので，発電コイ
ル４が固定されている場合は，外周側ヨーク７と磁極３
より内周側が回転軸１１の回転と同じ角速度で回転す
る。また，発電コイル以外が固定されている場合は，発
電コイル支持・補強筒５と発電コイル４のみが回転す
る。

【００１５】第３図は，最外周に磁極用ヨーク７を設け
た例の１つで，発電用電磁石１は１つのみの例を示して
いる。また，本図は第４図の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩに示す
断面図でもある。電磁石芯１の回りに電磁コイル２が巻
かれ電磁石を構成している。この電磁石の両極にヨーク
６が固定され，その先端部はコ字形の切り欠き状の残留
部分が回転軸１２および１３と平行する角度に，即ち，
９０度内側に折り曲った形状で部材が設けられており前
述の切り欠きの各々の残留部分が磁極３を形成してい
る。さらに明瞭化するために，第４図に示す６ケの磁極
３がこれにあたる。このようにして，磁極３が交互に極
性を変えて設けられている。この磁極３の外周側にエア
・ギャップ８を設けて発電コイル４が配置固定され，そ
の外周側にエア・ギャップ８を設けて磁極用ヨーク７が
配置され，そのヨーク７は非磁性材の最外周ヨーク支持
部材１５にて回転軸１３に回転可能に固定されている。
発電コイル４は発電コイル支持部材１６を介して収納箱
あるいは固定体２１に固定され，さらに反対側先端部
は，図に於る上下振動および配置位置の保持のために発
電コイル保持体１７にて固定される。この発電コイル保
持体１７は，回転軸１３にベアリング１８を介して保持
されている。この発電コイル保持体１７の使用は，設計
の裁量によるものである。また，第３図に示す回転軸１
２および１３は，同一の中心線を有する回転軸である
が，この構造では磁芯部では回転軸１２も強磁性体であ
ることが好ましく，一方で他の部材および機器との兼ね
合いで磁気漏洩の懸念もあるため，本図では磁芯部では
強磁性体またそれ以外の部分では非磁性体とすることに
より２つの相容れない問題を解決している。このため図
に示す極性を示している。なお，ブロックに示すＭは，
電動機，エンジン，その他動力伝達機構を含む回転動力
駆動源を示している。

【００１６】第４図は，第３図の矢印ＩＶ−ＩＶに示す
断面図で１個の電磁石にて発電用磁極を４極以上設ける
１例を示し，また最外周に磁極用ヨーク７を設けた例を
示している。図では６磁極の例を示しているが，磁極数
の設定は設計の裁量である。回転軸１２は，前述のよう
に強磁性体であり，この回転軸に磁芯１が回転可能に固
定され，その外周に電磁用コイル２が回巻されている。
磁芯１で得られた磁束流はヨーク６を回路としてＳ磁極
にいたる。磁極の外周側にエア・ギャップ８を設けて予
め回巻され固化あるいは非磁性体で一体化されたあるい
は前述のような構造をした発電コイル４を含む発電コイ
ル円筒状体５を配置固定し，さらにその外周側にエア・
ギャップを設けて磁極用最外周ヨーク７を配置してい
る。発電コイルの電流の流れ方向を示す記号は，図の位
置に図に示す磁極が回転してきた瞬間の電流の流れを示
している。

【００１７】第５図は，第６図の矢印Ｖ−Ｖに示す断面
図で，円盤状に磁極３が配置され，また磁極に磁束流を
送るヨーク６を介して磁束をおくる源となる電磁石１
は，中心に１つ設けられ，磁極３の対面には発電コイル
４用の空隙を隔てて，磁極３から放出される磁束流を受
けるヨーク７が配置され，ヨーク７は非磁性の回転体１
５に固定され，回転体１５は回転軸１３に回転可能に固
定される。発電コイル４は両面にエア・ギャップ８が設
けられて収納箱あるいは固定体２１に発電コイル取り付
け具１６にて固定され，電磁石芯１および磁極に通ずる
ヨーク６は，回転軸１２に回転可能に固定される。ま
た，起磁用コイル２は電磁石芯１に回巻されている。な
お，回転軸１２および１３は，同一の中心線を持つ回転
軸で，番号が異なるのは，１２は強磁性体製であり，１
３は非磁性体製である。これは，強磁性体製の場合は電
磁石で得た磁力が他への漏洩および悪影響が懸念され，
また非磁性体の場合は起磁力への悪影響が懸念されるた
めである。なお，その他の番号に就いては，ベアリング
１８，スリップ・リング ユニット１９，カーボン・リ
ング２０，および外周蓋２２である。

【００１８】第６図は，第５図の矢印ＶＩ−ＶＩに示す
断面図で，発電用磁極の配列状況を示している。外周蓋
２２は，磁極３に回転可能に固定され，磁極３はヨーク
６を介して回転可能に回転軸１２に固定されている。ま
た，電磁石コイル２は電磁石芯１に回巻されており，電
磁石芯１は回転可能に回転軸１２に固定されている。９
は空隙あるいは非磁性体磁極間スペーサーであり，いず
れにするかは，設計の裁量である。なお外周蓋２２は，
磁極外周の寸法合わせ，およびスペーサー９の回転遠心
力による飛散防止のためである。

【００１９】第７図は，極性を交互に配列し，極性の異
なる磁極を空隙をもって相対面させ，その空隙に発電コ
イルを両側にエア・ギャップを設けて配置した構造を有
するケースを示す，回転軸を直角に切ったときの第２
図，第４図，および第６図に相当する部分断面図であ
る。回転軸から外周側に向かって，回転軸１１，非磁性
体の直径調整用スペーサー１４，内周側磁石用ヨーク
６，電磁石芯１，電磁石用コイル２，発電コイル５，発
電コイル用エア・ギャップ８，外周側磁石用ヨーク７の
順になっており，図に示すように，予め回巻され固化さ
れた，あるいは前述のような構造を有する筒状の発電コ
イル筒５は，両側にエア・ギャップ８を設けて，内周側
と外周側の磁石列に挟まれた構造をしており，向かい合
った各磁極は，交互に極性を異にしている。図に示す構
造を有する発電機は，発電コイル部の両側に起磁力を有
する磁極を設けてあるため，前述の如く，２つの異なっ
た極性の磁力の中心線（図にＣ−Ｃで示す）を境に，起
電力の方向が異なる。このため，発電コイル部には，少
なくとも２本の発電コイルを前述の中心線を挟んで設け
ることが効率的である。なお，図では各磁極に各々の電
磁石を設けているが，これは各々の磁極が起磁力を持っ
ていることを表現したもので，第３，４，５，６，９
Ａ，９Ｂ，１０，１１，１２，および１５図およびその
他の構造のヨークを利用して交互に異なった起磁力を有
する磁極を使用した場合も含むものである。

【００２０】第７図の磁気回路と発電部分を展延して拡
大した図が第８図である。図にＣ−Ｃで示している一点
破線が発電用磁極の磁力の中心線を示し，この中心線を
境に起電力の方向が異なることを示している。電磁石芯
１と起磁用コイル２で電磁石を構成し，磁極３は交互に
異なった極性で配列され，発電コイル部の空隙を設けて
相互に異なった極性の磁極に面し，予め回巻された発電
コイル４は非磁性の補強材５で補強されて円筒状（別の
構造では円盤状あるいは中空円盤状）に成形され，両側
にエア・ギャップ８を設けて発電コイル用空隙に挿入固
定され，発電コイル部に面する磁極と反対側の磁極はヨ
ーク１０に結合して各々両隣の磁石と磁気回路を構成し
ている。なお，９は空隙あるいは非磁性の磁石スペーサ
ーで空隙にするかあるいはスペーサーを使うかは設計の
裁量である。

【００２１】第９Ａ図および第９Ｂ図は，電磁石の形式
で，普通の棒状の電磁石の他に，第９Ａ図はＵ字形を示
し，第９Ｂ図はＨ字形を示している。起磁コイル以外は
同一の材質の強磁性体である。１は電磁石芯部，２は起
磁コイル，３は磁極，４はヨーク部を示している。第１
０図は，第９Ａ図に示すＵ字形電磁石を横に継げた一例
を示している。また，第１１図は，第９Ｂ図に示すＨ字
形電磁石を横に継げた一例を示している。示した数字は
上の記載と同じである。第１２図以降にこれらのＵ字
形，Ｈ字形，連続Ｕ字形，連続Ｈ字形を用いた実施例示
す。

【００２２】第１２図は，第２，４，６，および７図に
相当する回転軸を直角に切ったときの部分断面図で，簡
易化のために発電コイルを除外してある。また，磁極は
交互に異なった極性で配列され，発電コイル部の空隙を
挟んで対面の極性は相互に異なった極性をしている。図
は第１１図に示す連続Ｈ字形電磁石を応用した一例であ
る。発電コイル用空隙２３を挟んで，相互に異なった極
性をもつ磁極３が向かい合い，内周側の磁極にはヨーク
６を通って，また，外周側の磁極にはヨーク７を通って
磁流が流れる。２は起磁用コイル，２２は非磁性体の外
周蓋であり，１４は直径調整用非磁性体のスペーサーで
ある。第１２図に示す矢印Ｘ ＩＩＩ−Ｘ ＩＩＩおよ
び矢印Ｘ ＩＶ−Ｘ ＩＶは．各々第１３図および第１
４図にその断面図を示している。第１３図は，前述のご
とく第１２図の矢印Ｘ ＩＩＩ−Ｘ ＩＩＩの断面図で
ある。電磁石芯相当部１に起磁コイル２が回巻され，ヨ
ーク部６および７を磁束が流れて磁極３になる。発電コ
イル設置スペース２３は電磁石部を挟んで左右に各々１
ケ所（合計２ケ所）ある。１４は直径に合わせて用意さ
れる非磁性体のスペーサー兼回転支持部材である。ま
た，２４は内周側の電磁石筒状体と外周側の電磁石筒状
体を連結して固定する連結固定部材である。以上に列挙
した部材総てが互いに連結固定されて回転軸に回転可能
に固定され，一体となって回転軸と一緒に回転し，発電
コイルは収納箱あるいは固定体に固定されて，回転軸が
回転することにより，起電力を得て発電を行う。あるい
は逆に，これら一体化された部材が収納箱あるいは固定
体に固定され，発電コイルが回転可能に回転軸に固定さ
れて回転することにより，起電力を得て発電を行う。ま
た，前述の２ケ所の発電コイル設置スペースは，第１２
図を変更せずに，右側かあるいは左側かの１ケ所に変更
することもできる。右側か左側かの１ケ所にした場合
は，前述の電磁石の形式は第１０図に示す連続Ｕ字形と
なる。第１４図は，前述のごとく第１２図の矢印Ｘ Ｉ
Ｖ−Ｘ ＩＶの断面図である。第１２図および第１３図
が示すように，この発電機は２組の第１４図に示す連続
Ｈ字形電磁石を使っている。

【００２３】第１５図も，第２，４，６，７，および１
２図と同様に回転軸に対して直角に切ったときの，また
発電コイルを除外した時の部分断面図で，矢印Ｘ ＶＩ
−ＸＶＩおよび矢印Ｘ ＶＩＩ−Ｘ ＶＩＩの断面図で
ある第１６図および第１７図からも明らかのように，第
９Ｂ図に示す独立したＨ字形電磁石を円柱状の非磁性体
直径調整スペーサー兼磁石支持部材１４の外周面に円周
方向の磁極が交互に極性を異になるように並べて回転軸
に回転可能に固定し，予め回巻され前述の補強処理ある
いは補強構造された発電コイルを，両側にエア・ギャッ
プを設けて発電コイル設置スペース２３に配置のうえ収
納箱あるいは固定体に固定し，もって円中心に設けた回
転軸を回転させることにより，起電力を得て発電を行う
ものである。あるいは前述とは逆に，発電コイルを回転
軸に回転可能に固定し，その他の磁極構成部材を固定体
に固定して，回転軸を回転することにより，起磁力を得
て発電を行う。第１５図，第１６図，および第１７図に
共通した表示であるが，１は電磁石芯，２は電磁石コイ
ル，３は磁極，６は内周側電磁石用ヨーク，７は外周側
電磁石用ヨーク，９は空隙あるいは非磁性材スペーサ
ー，１４は非磁性体直径調整スペーサー兼磁石支持部
材，２２は外周蓋，２３は発電コイル設置スペースであ
る。

【００２４】第１８図は，現在既に使われている無停電
電源装置の整流回路および直流から正弦波形をつくるイ
ンバーター回路と主要部での電力波形を示している。１
８Ａは整流器，１８Ｂは直流リアクトル，１８Ｃは蓄電
地，１８Ｄは直流フィルター，１８Ｅは逆変換器，１８
Ｆは変圧器，１８Ｇは交流フィルター，１８Ｈは前述の
要素で構成するインバーターである。このインバーター
の設計次第で交流電圧と交流周波数を自由に選択するこ
とができる。また，本発明は，このインバーターを使
い，あるいは類似の専用のインバーター回路を別に設け
て１８Ｃの蓄電地に結線し発電機駆動用電動機の駆動回
路として電動機を回転させ，また起磁用電力も前述のＩ
Ｃレギュレーター，マイクロ・プロセッサーなどで電流
制御して電磁石に供給し，発電量（電圧及び電流）を制
御して．自己完結を行わんとするものである。

【００２５】

【発明の効果】上記のように構成された発電機および発
電システムを使い，起動時に蓄電池から起動用電力と起
磁用電力の供給を得て駆動を始めるとすぐに発電を始め
るので，一定の回転速度に達すれば，駆動用電力消費よ
りも発電量を多くすることができる。発電機として使う
場合は，このようにして消費電力よりも発電量を多くし
て発電機とし，駆動用動力源として使う場合は発電量の
ほとんどを駆動用として消費することにより，大きな動
力源となる。また蓄電池は浮動充電を行い乍ら使用する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【第１図】 第２図に矢印Ｉ−Ｉで示す断面図で，最外
周にヨークを用いた場合の発電機の回転軸方向の断面構
造を示している。

【第２図】 第１図に矢印ＩＩ−ＩＩで示す断面図で，
最外周にヨークを用いた場合の発電機の回転軸を直角に
切ったときの断面構造を示している

【第３図】 第４図に矢印ＩＩＩ−ＩＩＩで示す断面図
で，主に最外周にヨークを用い電磁石は中心部に１つの
みの場合の発電機の回転方向の断面構造を示している。

【第４図】 第３図に矢印ＩＶ−ＩＶで示す断面図で，
主に最外周にヨークを用い電磁石は中心部に１つのみの
場合の磁極の配置状況を含めた，回転軸を直角に切った
ときの断面構造を示している。

【第５図】 第６図に矢印Ｖ−Ｖで示す断面図で，主に
中心部に設けた１つの電磁石からヨークを使って磁極を
円盤状にした場合の回転軸方向の断面図を示している。

【第６図】 第５図に矢印ＶＩ−ＶＩで示す断面図で，
主に中心部に設けた１つの電磁石からヨークを使って磁
極を円盤状にした場合の回転軸を直角に切ったときの磁
極の配置を含む断面構造を示している。

【第７図】 円筒状に配置した２層の電磁石層が，両側
にエア・ギャップを設けた発電コイルを挟んで，相互に
異極が向かい合う構造をした発電機の，回転軸を直角に
切ったときの部分断面図を示している。

【第８図】 第７図の発電コイルを挟んで磁極が相向か
い合う部分を，拡大展延して示し，発電コイル部と起電
の方向を示している断面図である。

【第９Ａ図】 Ｕ字形電磁石を示す断面図である。

【第９Ｂ図】 Ｈ字形電磁石を示す断面図である。

【第１０図】 連続Ｕ字形電磁石の一例を示す断面図で
ある。

【第１１図】 連続Ｈ字形電磁石の一例を示す断面図で
ある。

【第１２図】 連続Ｈ字形電磁石を用いて円筒状電磁石
層を２層設け，その磁極列の層間に発電コイルを配置す
る空隙を設けた構造を有する発電機を，回転軸を直角に
切ったときの部分断面図である。

【第１３図】 第１２図の矢印Ｘ ＩＩＩ−Ｘ ＩＩＩ
に示す断面図である。

【第１４図】 第１２図の矢印Ｘ ＩＶ−Ｘ ＩＶに示
す断面図である。

【第１５図】 Ｈ字形の電磁石を用いて円筒状電磁石層
を２層設け，その磁極列の層間に発電コイルを配置する
空隙を設けた構造を有する発電機を，回転軸を直角に切
ったときの部分断面図である。

【第１６図】 第１５図の矢印Ｘ ＶＩ−Ｘ ＶＩに示
す断面図である。

【第１７図】 団１５図の矢印Ｘ ＶＩＩ−Ｘ ＶＩＩ
に示す断面図である。

【第１８図】 無停電電源装置の回路説明図

【符号の説明】

１：電磁石芯（部） ２：電磁石用起磁コイル ３：磁極 ４：発電コイル ５：発電コイル固化・補強材 ６：磁極の内周側／内側ヨーク ７：磁極の外周側／外側ヨーク ８：エア・ギャップ ９：空隙あるいは非磁性材スペーサー １０：ヨーク １１：回転軸 １２：強磁性材回転軸 １３：非磁性材回転軸 １４：非磁性材の直径調整用スペーサー兼回転支持部材 １５：非磁性材の外側ヨーク回転支持具 １６：発電コイル支持具 １７：円板状発電コイル支持具 １８：ベアリング １９：スリップ・リング・ユニット ２０：カーボン・リング ２１：収納箱あるいは固定体 ２２：外周蓋 ２３：発電コイル設置スペース ２４：非磁性材の磁石連結部材 Ｎ：Ｎ極 Ｓ：Ｓ極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状あるいは円盤状に交互に極性をもつ
   磁極を配置して，その磁束流が流れる対面に，間隙を置
   いてヨークを配置し，また前記間隙に磁石極面およびヨ
   ークの両面にエア・ギャップを置いて，予め回巻された
   円筒状あるいは円盤状の発電コイルを他の固定体に固定
   してなり，また磁極が配置された前記円筒状体あるいは
   円盤状体とヨークは同じ回転軸に同一の角速度で回転可
   能に固定してなり，もって回転軸を回転させることによ
   り，起電力を得て発電を行う発電機。
2. 【請求項２】請求項１にあって，磁極の極性を交互に配
   列された円筒状あるいは円盤状体とヨークが他の固定体
   に固定され，予め回巻された円筒状あるいは円盤状の発
   電コイルが回転軸に回転可能に固定され，もって回転軸
   を回転することにより，発電コイルが起電力を得て発電
   することを特徴とする発電機。
3. 【請求項３】円筒状あるいは円盤状に交互に極性をもつ
   磁極を配置して，その磁束流が流れる対面に，間隙を置
   いて，前記円筒状あるいは円盤状に交互に極性をもつ磁
   極が配置されたと逆の極性を有する磁極を交互に配列し
   た円筒状あるいは円盤状体に配置し，前記間隙の両面に
   エア・ギャップを設けて，予め回巻された円筒状あるい
   は円盤状の発電コイルを他の固定体に固定してなり，ま
   た磁極が配列された前記２つの円筒状あるいは円盤状体
   は回転可能に回転軸に固定してなり，もって回転軸を回
   転することにより，起電力を得て発電することを特徴と
   する発電機。
4. 【請求項４】請求項３に於て，磁極を交互に配列した前
   記２つの円筒状あるいは円盤状体が，他の固定体に固定
   してなり，また前記間隙の両面にエア・ギャップを置い
   て配置され予め回巻された円筒状あるいは円盤状の発電
   コイルは，回転可能に回転軸に固定され，もって回転軸
   を回転することにより，起電力を得て発電することを特
   徴とする発電機。
5. 【請求項５】請求項１，２，３および４に於て，発電コ
   イルは，導電線と電気的絶縁および接着・硬化強度の強
   い非磁性硬化剤よりなる。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４および５に於て，発
   電コイルは，導電線と物理的強度を得るための補強用非
   磁性材よりなる。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５および６に於
   て，発電コイルは，予め非磁性材の管状体を並べて形状
   および寸法に合う筒状あるいは円盤状になるように部分
   的にあるいは全体を固化した管に発電コイルを貫通挿入
   したもの，あるいは同様の形状に予め成形された筒状あ
   るいは円盤状体に設けた管状孔に発電コイルを貫通挿入
   したものを含む。
8. 【請求項８】請求項１，２，３，５，６および７に於
   て，予め回巻された発電コイルの一方の端が，回転軸に
   ベアリングを介して設けられた発電コイル支持体により
   支持されることを特徴とする発電機。
9. 【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７および
   ８に於て，回転軸に回転駆動動力を与える駆動源は電動
   機であることを特徴とする発電システム。