JP2002191123A

JP2002191123A - 電動及び発電システム

Info

Publication number: JP2002191123A
Application number: JP2001147250A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kinoshita; 木下幸雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-07-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】電動機に付加した動力用電動機や内燃機関
等を活用して発電機能を持たせ、余剰な電力を蓄積した
り、システムの発電量が不足したりした場合の補助電源
として寿命的に長く、安定な蓄電などのエネルギー蓄積
装置を設ける。また、電力系統が来ていない地域や設置
が困難な場所などで、独自にその場所にあった簡単、適
切な構成にて発電システムを実現する。【効果】電圧、周波数の変動がなく系統との電力のやり
取りが自由にでき、しかも電圧調整器、周波数調整器、
蓄電装置及びエネルギー変換装置などが不要で、省資源
効果抜群なものとなる。また、小型複数機にて構築で
き、量産性が抜群で、コストが大幅に下げられ、設置、
輸送、運転中の騒音、強風時などの運転停止や保護装置
の設置等に大幅な改善が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】工場や民生の動力は一般には
動力のみの単一機能で運転されている。これらの単一機
能の機器で本来の動力機能以外にその機器をそのまま使
って、他の電動機や内燃機関、風力水力及び人力などを
動力源として発電を行わせる電動及び発電システム分
野。また、これらシステム等に用いる誘導電機や同期電
機等の回転電機及び電磁石の構造の分野。さらに健康を
目的とした運動中の人力などを動力源として発電を行わ
せる電動及び発電システム分野。

【０００２】

【従来の技術】現在工場や民生の回転電機を用いる動力
分野やポンプによる流体の輸送、茶畑の送風による霜取
りなど、通常動力やポンプや送風機能のみの単一機能で
運転されているのが一般的である。これら動力に使って
いる電動機を本格的に発電に活用しているものはない。
又健康を目的とした運動中の人力を使った発電機能を持
った機器はなく、さらに、電力系統と直接エネルギーの
やい取りをしているものは全くない。交通機関で電動機
を駆動に使っているものに、停止や傾斜地の降下時に回
生制動として使っているに過ぎない程度である。また、
誘導電機の回転子構造は駕籠型や巻線型など従来から一
般的に用いられているもので、特に発電機分野において
は特徴的なものは殆どない。また、磁石を用いる電動機
や発電機においては磁石の配置が円筒状、円盤状の材料
に着磁して磁石を形成したり、分離した磁石を円周状に
配置して使用いている為、磁石そのものの磁力に空隙の
磁界が左右され、自ずと其の出力、効率が決まってい
た。省資源、省エネルギー時代にはより高効率、省資源
が電動機や発電機分野にも例外なく強く要望されている
が満足のできるものになっていない。また最近脚光を浴
びているネオジユウム磁石等に代表される強力な磁石は
フエライト磁石に比べ非常に高く、用途に限界が有ると
同時に資源にも限りがあり、問題である。磁石のみの回
転子だと磁界の強さが固定化され、変動動力の発電機等
では発生電圧が回転数に比例して変動し、定電圧を得る
のに別途制御回路で複雑な制御を必要とした。現在使わ
れている固定子巻線は打ち抜き鉄心に複雑な巻線を施し
ているため生産性の改善が長年の懸案となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】（１）動力単独機能
電動機を応用して、その付加した電動機や内燃機関や外
部からの自然の風力や水力を利用したり、さらに健康機
器等にて手回しや足踏みなどの運動に伴う人力等を活用
して発電機能をも持たせること。（２）電動機を発電単独機能のみに利用する場合にお
いては発電機能への立ち上げをスムーズに行い、さらに
電動発電複合機能の場合は単一、複数台の電動―発電相
互の切り換えなど運転制御に適した経済的なシステムと
すること。（３）流体機械に適用する場合電動―発電相互の切り
換えを電気制御系のシステムを変更せずに、羽根や流体
移送機構などの機械構造系を変えるのみで行うこと（４）流体機械に適用する場合電動―発電相互の切り
換えを機械構造系のシステムを変更せずに、電気制御の
みで実現すること（５）発電して余剰な電力を蓄積したり、システムの
発電量が不足したりした場合の補助電源として寿命的に
長く、安定な蓄電及びエネルギー蓄積装置を設けるこ
と。（６）複数台で発電システムを構成する場合に単純で
安価な運転システムを実現すること。（７）発電システムにおいて、負荷、周囲環境や外部
動力の状況により、経済的に運用するための制御方法を
実現すること。（８）複数台にて構成した電動発電システムにおい
て、発電、電動及び複合運転を含めた経済的な方策を実
現すること。（９）電力系統が来ていない地域、設置が困難な場所
や交通機関などで、独自にその場所や機械にあった簡
単、適切な構成にて電動発電システムを実現すること。（10）電動発電システムとして用いる誘導電機におい
て、システムに適合し、電動発電特性、制御性に卓越し
た特性を有するものを実現することなど。（11）電動機や発電機の回転子と固定子の空隙部の磁
束密度の向上が性能向上や出力調整に直接関係すること
に着目して、空隙の磁束増加のための磁石の配置、磁束
の空隙への集中、磁石と電磁石の併用、固定子巻線及び
巻線型回転子巻線の生産性などの課題を解決することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（１）通常、工場や民
生では一般的になっている単一動力機能機器を応用して
追加した電動機や内燃機関及び風力や水力を利用した
り、さらに健康機器等にて人力を活用して発電機能をも
持たせるため、これら機器を同一電力系統に接続して電
動―発電システムとして構成し、従来から利用していた
電動機を動力としてのみでなく発電機としても活用し、
新たにシステムに追加付加する発電機を含め省資源時代
にマッチした、エネルギー発生システムを構築すること
ができる。（２）動力から発電機への切り換えをスムーズに行
い、さらに単一、複数台の運転に関係なく電圧変動のな
い電動―発電システムとするには、最も単純な方法の例
として電動機に誘導電動機を使用し、同期速度以下では
本来の動力機能として働かせ、さらに発電機として使用
する場合は同期速度以上で外部からの動力にて誘導発電
機として機能させるようにする。この場合交流の電源か
電力系統が設置場所にあれば、電動機の接続はそのまま
系統に接続して行うか、発電の際、動力として使用の場
合の逆の回転方向で行う必要のある時は、多相交流の電
源の場合は相順のみの変更で、また、単相交流の電源の
場合は主巻線か補助巻線の極性を反転したり、コンデン
サー駆動のものであればコンデンサーの接続端子を切り
替える等して行う。誘導発電機の場合発電電圧が電力系
統の電圧そのものとなり殆ど一定で、発電量は電流にて
系統に供給するようになり、発電時の電圧調整やエネル
ギー蓄積装置や過負荷調整負荷など一切不要となり非常
にシンプルで安価な電動―発電の複合機能システムが実
現出来る。勿論、他の磁石発電機や同期発電機などを用
いてもシステムが複雑にはなるが可能であることはいう
までもない。（３）流体機械に適用する場合,電動―発電相互の切
り換えを電気制御系のシステムを変更せずに、羽根や移
送機構などの機械構造系を変えるのみで行うには,例え
ばプロペラを用いた流体機械の場合に電気制御系を変更
せずに、プロペラを可変ピッチ構造にして、移送と発電
機能の切り換えは羽根のひねり角度を逆にして行う。又
遠心羽根の場合は機器によって異なるが、移送と発電機
能の切り換えは流体の取り入れ口を変更して、すなわち
吸い込み側を排出側に切り替えたり、換気装置などで全
周から風を取り入れるある種のものの場合にその外周に
風向ガイドを設けて風の方向に関係なく行うことなどで
実現可能となる。（４）流体機械に適用する場合電動―発電相互の切り
換えを機械構造系のシステムを変更せずに、電気制御の
みで実現するには、システムが単純な誘導電機について
伸べると、交流の電源か電力系統が来ていれば電動機の
接続は、多相交流の電源の場合相順のみの変更で、単相
交流の場合は主巻線か補助巻線の極性を反転するなどし
て回転方向を変えて行えば実現可能となる。（５）設置場所に電力系統がなかったり、回転電機に
誘導電機を使用しない場合は、発電電力を蓄積したり、
システムの発電量が不足したりした場合の補助電源とし
て寿命的に長い蓄電装置が必要であるが、自動車や電話
回線等に用いられている一般の蓄電池などは電解液と電
極との電荷のやり取りの際に金属イオンが電極に付着した
り、電極から電解液に溶解を繰り返す為,電極が破損し
て寿命に至る。又急速な充放電が機構上不可能となって
いる。これに対しクロームやバナジウムの電解液を用い
たレドックス電池は金属イオンと電極とのやり取りは一切
なく、電荷のやり取りのみで蓄電池が出来ており、急速
な充電が必要な場合にも陰・陽極側の電解液をそれぞれ
取り替えるだけで充電の必要がない画期的な蓄電池であ
る。陰・陽電極にはカーボン繊維を編んだものが使われ
ており、化学的に安定で蓄電池が機械的破損や容器の腐
食など構造的に壊れるまで半永久的に寿命があり非常に
優れたものである。これを自動車等に使用する場合は液
の取り替えが必要であるが本発電機システムに使用する
場合は液の取り替えは不要となる。尚、この電解液は放
電後充電さえすれば液は何回でも使用可能でリサイクル
性に優れたものである。この他、クリーンなエネルギー
蓄積装置は水電解による水素製造及び貯蔵システムや氷
蓄熱など多くあり、この中よりシステムに適するものを
選ぶことになる。（６）複数台で発電システムを構成する場合に単純で
安価な方策を実現するにはまず主要な構成機器である回
転電機に誘導電機を用いることである。電源には汎用の
電力系統がある場合にはそれを用い、ない場合にはシス
テム運用上容量的に十分な特設の交流発電機かインバー
ターなどの交流電源を用いる。これらの電源に複数台の
誘導電機を接続し、本来機能の動作の場合は電動機とし
て運転し、発電システムとして働かせる場合、必要に応
じ接続回路を変更などして、例えば電気回路が多相交流
時は相順を変え、単相の場合は主巻線の極性等を切り替
え回転方向を逆転して、同期速度以上にて発電状態に移
行し、電力は系統へそれぞれの機器の発電量に応じてラ
ンダムに供給する極めて単純明快なシステムを実現出来
る。（７）数台にて構成した電動発電システムを負荷、周
囲環境や外部動力の状況により、経済的に運用するため
の制御方法を実現するには、それぞれの外部動力の状
況、負荷の状況、流体の速さ、環境などの温度及び湿度
などのを各々のセンサーにてピックアップして自動的・
効率的に運転制御できるようにし、それぞれの機器の電
動機能や発電機能を最適且つ経済的に行うことで実現す
ることができる。（８）複数台にて構成した発電システムを複合運転を
含めた経済的な方策を実現するには、システムを複数台
にて構成し、例えば流体輸送機械の場合、それぞれの機
器の設置場所の風や水などの流体の速さや温度・湿度な
ど必要に応じて、必要な流体移送機械の運転数をリアル
タイムで決定し、残りの台数にて発電を自動的に行わせ
るようにして、システム全体を効率的に運転することが
可能となる。（９）電力系統が来ていない地域、設置が困難な場所
や交通機関などで、独自に電動発電システムを簡単に構
成実現するには、蓄電池・インバーターによる交流電源
や励磁用の交流同期発電機を用いて電圧や周波数を自由
に変更出来る系統の電源を設け、独自に、しかも特に電
動発電機には二次抵抗の調整可能な誘導電機や回転数の
調整に便利な回転子励磁式の非同期電機などにて構成
し、系統の電圧変動が小さく、安定なシステムが単数ま
たは複数台にて行えるようにすると同時に、さらに必要
に応じ電力系統に適した電圧や周波数にて運行し、進相
コンデンサーや誘導負荷を用いて系統全体の負荷をバラ
ンスさせることにより、独自の安価で安定的な電動発電
システムが構築出来る。また、汎用の電力系統がある場
合にも、原動機の出力や回転数にあわせて、それに適し
た電圧や周波数で運行することも可能である。（10）動発電システムとして用いる誘導電機におい
て、システムに適合した優れた特性を有するものを実現
するには、回転子の構造及び構成を在来のものにはな
い、起動や同期速度以上の発電特性改善に回転子導体に
流れる電流の周波数が同期回転数より離れるに従い大き
くなるのを利用して、リアクタンスが大きくなるよう
に、導体板や鉄心内径奥深くに配したローターバー、さ
らに、それら導体板、ローターバー及びエンドリングの
側壁や近傍に鉄心よりも強い強磁性体にて包囲するなど
して解決する。又ローターバーと巻き線導体の組み合せ
や在来のローターバー回転子の側壁に電磁コイルを配し
たり、回転子や固定子鉄心の幅をそれぞれ固定子や回転
子鉄心より大きくしてはみ出し効果を持たせ、効率の向
上、特性の改善及び制御幅を持たせてシステムにあった
誘導電機を実現する。さらに、発電機の場合に高速回転
にて使用されるケースが多くなることを考え、分割鉄心
にした場合などに、遠心力対策に適したピンやリングと
それらと系合する孔や溝を用いた回転子構造を実現して
いる。また、固定子や回転子の巻線にスロットレス円筒
状鉄心にコイルを接着剤等で固着して、コギングを少な
くして起動トルクを小さくしたり、効率を改善したりす
る回転電機で、固着したコイルが回転時に変形したり、
はがれたりしないように円筒状の保持具にて確実に固着
し、巻線や電工作業を簡単にし、信頼性をより高めるた
めに、イメージコイルにてコイル数を１／２に減らし、
作業性を一段と向上すると同時に、固着剤の中に磁性体
の粉末を含浸させて、磁束の不足を補って特性を改善し
ている。さらに、円筒状の保持具の代わりに、積層鉄心
にして、スロットやスキューを付けたりして、容量の大
きい機器に対応することも可能である。（11）隙の磁束増加のための磁石の配置について、空
隙の磁束増加のため、極毎に単一磁石で行う場合と複数
の磁石を組み合わせて行う場合がある。まず単一磁石に
ついて説明すると、各極鉄心に磁石を挿入する放射状の
スロットを設け磁石が放射方向に長さを調整できる様に
し、特に磁束を強くする時は強い磁石やスロットいっぱ
いの磁石を使うようにする。又着脱自在の構造にするこ
とにより、電動機や発電機の特性の変更や調整を容易に
することが可能となる。次に、単一の磁石では構造、磁
力に限界があり、さらに空隙の磁力を強くしたい場合に
極ごとに複数の磁石を用いたり、固定子の軸方向の長さ
より長くしたり、その他の活用できる空きスペースを利
用して、より効果的な磁束の増加が可能である。また、
空きスペースに限りが有る場合には磁極の立体空間を有
効に活用し、全面又は一部の面に磁石を有機的に配置し
て空隙部に磁束が集中するようにすることも可能で有
る。この場合磁石の１つ又は複数に代えて相互に磁束の
漏洩短絡のない電磁石に置き換えて配置し、空隙の磁束
の増減・磁極の極性の反転・停止等を自在に調整出来る
ようにする。次に磁束の空隙への集中について、各極鉄
心に磁石を挿入する放射状のスロットを設ける場合空隙
部の一極当たりの円周方向の長さに対しスロットの放射
方向の長さを長くしたり、固定子の軸方向の長さより磁
石を挿入する鉄心の長さを長くする等して自身の持つ磁
力をより強くすることが可能になる。すなわち、一極当
たりの固定子の回転子対峙面積より磁石の磁束発生側面
積が１／２以上になるように軸方向長さを長くする必要
が有る。それには各極の鉄心を分離構造又は機械的に必
要最小限の結合にとどめたり、結合を非磁性体にするこ
と等により空隙以外に磁束が出来るだけ漏れないように
することが肝要となる。鉄心以外を殆ど全て非磁性体の
材料で纏めるのも一つの方法である。又置換可能な電磁
石を併用することにより、磁束集中や磁束の時間的調整
も可能となり、出力や電圧の理想的な制御を可能にす
る。さらに、磁石と電磁石の併用について、磁石と電
磁石の併用を可能にするには、電磁石の構造を磁石と置
換出来る構造にする必要がある。単純な構造で置換が容
易な構造を考案してこれを可能にした。内外徑及び左右
の方向に、如何なる極数でも磁極を簡単に形成出来、ど
のような配置結合もできる。さらに、同じ方向の電磁石
を分割して構成時に合体して目的のサイズにして量的生
産性を上げることも可能になる。また、固定子巻線と生
産性について、現在型の電動機や発電機の固定子巻線
や巻線型回転子巻線は多少の合理化はされているものの
生産性では最大のネックになっている。そこで本考案の
ボビン型電磁石構造は生産性・コスト・電工作業の安定
性や信頼性に抜群の効果がある。単相は勿論多相の電機
用にも同一電磁石を相数個位相角に合わせて角度をか
え、組み合わせるだけで可能となる。この電磁石に用い
る鉄心は交流磁界による渦電流損の少ない例えば焼結
材、微細な鉄粉を樹脂等の結合剤で結合形成したものや
積層した電磁鋼板と焼結材、薄い鋼板やスリットを設け
るなどして損失を少なくした厚い鋼板を絞る等して成形
した磁極部の組み合せ品などを用いる。多相の場合に各
相単独ではなく隣り合わせの磁極を一体で製作すること
により、相毎に作るより少ない製作工具で磁極製作が可
能となる。例えば焼結材で製作する場合単一（各相製作
の場合少なくとも２個必要）の工具で間に合う。又大型
機か特殊な誘導電動機にしか用いられていなかった巻線
型回転子を本案のボビン電磁石を用いて中小型機にも容
易に応用可能となり一層の特性改善がはかれる。

【０００５】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面を参
照して説明する。図１は在来の電動主体のシステムと本
案の電動発電システムを比較した説明図で、図１ａは在
来の電力系統１に接続された電動機１０、１０ａを応用
したシステムの例を示す説明図で、工作機２０と圧縮機
２１の動力として使われている例を示している。このよ
うに工場や民生の現場では電動機は単なる動力としての
みに使われているのが一般的である。これらの電動機１
０、１０ａや工作機２０，圧縮機２１は制御盤３０及び
３０ａにてコントロールされる。これに対し、図１ｂに
示す本案の電動発電システムでは在来の動力としてのみ
利用していた電動機を外部に付加的に原動機を敷設した
り、一体の電動発電機と置き換えたりして発電機として
も活用しようとするもので、省資源時代にマッチした電
動発電機システムを提供しようとするものである。在来
の電動機による発電システムでは発電量が不足の場合
は、新たな発電機専用の内燃機関４０ａや電動機１１ａ
に接続された発電機１０ｂ，１０ｃを付加することは勿
論差し支えない。電力系統１に接続されていた電動機１
０、１０ａの外部に原動機としての内燃機関４０と電動
機１１が付加され在来システムでは電動機として使用さ
れていた電動機１０、１０ａを発電機、１０’１０ａ’
としても使用しようとするものである。これらは制御盤
３０ｂ及び３０ｃにてコントロールされる。新しく付加
された発電機１０ｂ，１０ｃは制御盤３０ｄ及び３０ｅ
にてコントロールされる。余剰電力を蓄積したり、電力
不足時の電力補給に蓄電や蓄エネルギーを目的とした蓄
電池６０を備え、インバーター５０を介して電力系統１
との電力のやり取りが出来るようになっている。これら
発電システムにおいて、電動機に誘導電動機以外のもの
を使用する場合は電力系統１との間に複雑高価な電圧調
整器、周波数調整器及び電力変換器がそれぞれの機器に
必要になる。

【０００６】図２は図１にて説明したシステムを出来る
だけシンプルに構築するため、新旧のシステムの電動機
に誘導電機にて構築した例を示す説明図で、図２aは電
力系統１ａに接続された誘導電動機１２、１２ａ及び１
２ｂを応用した在来のシステムの例を示す説明図であ
る。流体機器を代表して誘導電動機１２には羽根７０を
取り付けて送風機として運転され、誘導電動機１２ａ，
１２ｂはそれぞれポンプ水車２２と圧縮機２３の動力と
して使われている。このように工場や民生の現場では電
動機は単なる動力としてのみに使われているのが一般的
である。これらの誘導電動機１２、１２ａ、１２ｂやポ
ンプ水車２２，圧縮機２３は制御盤３１、３１ａ及び３
１ｂにてコントロールされている。これに対し、図２ｂ
に示す本案の電動発電システムでは在来では誘導電動機
１２に羽根７０を取り付けて送風機として運転されてい
たものを、そのままにて電気回路を変更するのみで発電
機１２’として活用したり、または発電機１２ａ’は外
部からの水等を動力としたり、一体の電動発電機１３と
置き換えたりして発電機としても活用しようとするもの
で、電力系統１ａとの間に複雑高価な電力変換装置や電
圧調整装置などが不要な、省資源時代にマッチした廉価
で安定な電動発電システムを提供しようとするものであ
る。在来の誘導電動機１２’、１２ａ’及び１３による
発電機のみでは発電量が不足の場合は、新たな発電機専
用の内燃機関４１ａ、電動機１２ｅや人力２８にて駆動
される発電機１２ｃ，１２ｄ，１２ｆを付加することは
勿論差し支えない。１２’、１２ａ’及び１３による発
電機は制御盤３１ｃ，３１ｄ及び３１ｅにてコントロー
ルされ、新しく付加されたた発電機１２ｃ，１２ｄ、１
２ｆは制御盤３１ｆ、３１ｇ、３１ｈにてコントロール
される。また余剰電力を蓄積したり、電力不足時の電力
補給に，蓄電や蓄エネルギーを目的とした蓄電池６１等
のエネルギー備蓄装置を備え、インバーター５１などを
介して電力系統１ａとの電力のやり取りが出来るように
なっている。誘導電動機を発電機として利用する場合に
誘導発電機や非同期発電機など制御に適した回転子を巻
線型にしたり、深溝型などにして、１２’、１２ａ’及
び１３による発電機システムに適したものを優先的に活
用するのは勿論である。

【０００７】図３は送風機やポンプに代表される流体機
械の発電機への応用例の説明図で、図３ａ１、図３ａ２
は送風機として運転している場合を示し、電力系統１ｂ
に接続され、羽根７１と電動機１４にて構成されている
送風機で、電動機１４は制御盤３２にて羽根７１を回転
し、図示の矢印の方向に風を出すようになっている。図
３ａ２は羽根７１の回転軸心から，ある半径の所の円周
上を断面して展開した断面図を示し、黒い矢印の回転方
向に回転することにより、風を矢印の方向に送り出すよ
うになっている。図３ｂ１及び図３ｂ２は図３ａ１、図
３ａ２の送風機を羽根７１などの機械的変更は一切行わ
ずに、電気的に多相機の場合は相順を変え、単相機の場
合は主巻線の極性などを変えて、送風機の回転方向をか
えるのみにて送風方向とは逆の外風を受けて発電を行う
ようにしている。この場合わずかな外風でも発電出来る
ように電動機１４ａにて同期速度近辺まで回転数を上げ
ておき、風力の大きさに見合った同期速度より大きな回
転数にて発電を行い、電圧は系統１ｂの電圧にて発電量
に見合う電流を系統１ｂに供給する。この送風機の制御
は制御盤３２ａにて行っている。図３ｂ２は図３ａ２と
全く同じ羽根７１の断面を示している。図３ｃ１及び図
３ｃ２は図３ａ１、図３ａ２の送風機を図３ｂ１、図３
ｂ２とは逆に、電気的な回路変更などは一切行わずに、
羽根７１などのひねり角度を逆にした羽根７１ａを使用
したり、遠心羽根の場合は流路などの機械的変更による
のみにて、送風方向と逆の外風を受けて発電を行うよう
にしている。この場合わずかな外風でも発電出来るよう
に電動機１４ｂにて同期速度近辺まで送風時と同じ回転
方向に回転数を上げておき、風の力の大きさに見合った
同期速度より大きな回転数にて発電を行い、電圧は系統
１ｂの電圧にて発電量に見合う電流を系統１ｂに供給す
る。この送風機の制御は制御盤３２ｂにて行っている。
図３ｃ２は図３ａ２と全く逆のひねり角の羽根７１ａの
断面を示している。

【０００８】図４ａ及び図４ｂは本案の複数台の流体機
械を用いた電動発電システムの中で、電動、発電、負荷
状態及び環境状態を各種センサー９１、９１ａ及び９１
ｂによりピックアップし、運転状態を把握した上で、中
央コントローラー８２、８３にてシステム全体の制御を
行い、効率的な運行を行うようにしたもので、図４ａは
電動か発電かをシステム全体で同時に切り替えるように
した例を示し、図４ｂは電動発電システム中の送風機の
全台数の内から発電か電動かの、それぞれの運転台数を
決定し、同時に発電・電動の複合運転を行わせるように
したシステムの例を示している。図４ａおよび図４ｂ中
１７、１７ａ，１７ｂ，は電動発電機、７２、７２ａ
及び７２ｂは羽根を示し、３４、３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ３４ｄ及び３４ｅはそれぞれの送風機を制御する制御
盤を示している。６３は蓄電池などのエネルギー蓄積装
置を示し、５３はインバーターなどのエネルギー変換装
置を示している。

【０００９】図５は電力系統がない場所や自動車などの
交通機関等に、本案電動発電システムを構築する場合の
例を示す説明図で、系統１ｄの電圧及び周波数はシステ
ムに最適なものを選べるようになっている。系統１ｄに
供給する電源として蓄電装置６４とインバーター５４か
交流同期発電機１８ｄを内燃機関等の原動機４３ｂで駆
動して発電する系統を示している。系統１ｄに接続した
電動発電部は前述の内容になっており、詳しい説明は省
略する。１８、１８ａは電動発電機，１８ｂ，１８ｃ，
１８ｄは発電機を示し、１９ａは発電機１８ｃの駆動用
電動機を示している。２６はポンプ水車を示し、４３ａ
および４３ｂは駆動用内燃機関等の原動機を示す。１０
０は系統負荷の力率改善や発電波形調整用のコンデンサ
ーで、１０１は系統１ｄにて電力を供給している総合負
荷器を示している。

【００１０】図６は送風機に空気を磁石１０４にて動か
すエレメントを装着した例を示す説明図で、図６ａは一
個、図６ｂは複数個装着した場合を示している。Ｈは磁
界が風の流れの方向に強くなるようにしした傾斜孔で、
空気中の酸素が常磁性体であるのを利用してエネルギー
無しに動かし、送風機の性能アップに資する用にしたも
のである。ちなみに磁界１テスラで０。６ｍ／ｓの風速
が得られる。図６ｂは磁石１０５エレメントを複数にし
た例を示し、より空気の移動をエネルギー無しにアップ
させることを狙っている。１５は電動機、７４は羽根、
１０２、及び１０３はフレームを表している。磁石に電
磁石を用いても同じ効果が得られるのは勿論よい。

【００１１】図７は全周より風を受けて発電する風力発
電機を示し、遠心羽根７５の周囲に風向ガイド１０７を
配し、何れの方向の風にても風が羽根に有効に働くよう
に工夫されている。図７ａは全体断面図をあらわし、図
７ｂは羽根７５と風向ガイド１０７の関係を示す断面図
である。１５ａは発電機を示している。風向ガイドは発
電効率を上げるのみでなく、羽根回転の安全カバーを兼
ねるとどう時に、プロペラ式発電機の回転による不安感
を無くする効果も狙っている。また、小型コンパクトに
まとまっているので、強風や落雷等に対する防御の点で
もプロペラ型より勝れている。

【００１２】図8は内転型の誘導電機で図８ａローター
バー１１１にて形成した回転子１１３単独や電磁石１２
０との組み合せにて構成した回転子１１３を有する誘導
電機の断面構造を示し、図８ｂは従来のローターバー回
転子１１３′を用いた誘導電機の断面構造を示す。コー
ド１１９、１１９'より固定子１１２、１１２'に巻き込
んでいるコイルに通電すれば回転磁界が発生し、それに
より回転子１１３、１１３′に発生した電流との間に電
磁力が発生し電動機として働く。又、回転子１１３は動
力源により外から駆動され、固定子１１２、１１２'に
巻き込んでいるコイル１１５に電源にて通電状態にして
おき、同期速度以上で固定子１１２、１１２'に巻き込
んでいるコイル１１５等に回転数に応じた電圧が発生
し、電気取り出しコード１１９、１１９'に抵抗等負荷
をつなげば電流が流れ電力を供給する。コイルの発生電
圧は固定子と回転子との空隙の磁束密度に比例し、又回
転数にも比例する。本発明は回転子１１３の構造や電磁
石１２０の組み合せ等の改善により、発電システムとし
ても適切なものとなっている。

【００１３】次に本発明の回転子について、その鉄心構
造・導体板・ローターバーや巻線構成等について以下図
面に基ずき説明する。図９は回転電機に用いられる本案
回転子の説明図で、図９ａ１，図９ａ２及び図９ａ３は
外周に切り欠き部Ｃを設け、ローターバー１１１ａを流
れてきた電流Ｉが外周を切り欠いた導体板１２６や外周
部の電気抵抗を大きくした円盤状導体板１２６’の内周
部を流れ、起動や出力特性を改善した誘導電機の例を説
明している。これにより導体板１２６、円盤状導体板１
２６’の両側壁に配した強磁性体１４０や鉄心１２４ａ
に囲まれて磁気抵抗を増し、周波数の高さに応じて電流
を制限するようにして起動特性や回転数に対する出力特
性を改善している。鉄心内周部に配したローターバー１
２５も導体板１２６、円盤状導体板１２６’と同様な作
用をもち、近傍に強磁性体１４１を配してその効果を増
す構造になっている。回転子鉄心１２４ａの軸方向の幅
は固定子鉄心１１２ａの軸方向幅より大きくして、磁束
密度の低減を計り、ローターバー中の電気抵抗を小さく
するため回転子鉄心１２４ａの中央部に配した導体板１
２６、円盤状導体板１２６’とエンドリング１２３ａと
の間で電気回路が出来るだけ短く形成出来るようにし
て、出力向上や効率アップに改善を加えている。１１５
ａは固定子巻線、１１８ａはシャフトを示している。１
２７ａは導体板１２６、円盤状導体板１２６’の外周部
に設けた貫通孔でローターバー１１１ａが貫通するよう
になっている。１２８は導体板１２６、円盤状導体板１
２６’の内周部に設けた貫通孔でローターバー１２５が
貫通するようになっている。１２９ａはシャフト１１８
ａの貫通孔を示している。また、図９ｂ１，図９ｂ２及
び図９ｂ３は本案のローターバー１１１ｂ，エンドリン
グ１２３ｂ及び回転子鉄心１２４ｂにより構成される回
転子の両側面に電磁コイル１２０ｂを配して、この電磁
コイルに流す直流で直流磁界をつくったり、単相や多相
の交流により回転磁界をつくりして、回転電機の起動や
出力特性の改善を行わせているものである。１１２ｂは
固定子鉄心、１１５ｂは固定子巻線及び１１８ｂはシャ
フトを示す。１２３ｂはエンドリングで、１２７ｂはロ
ーターバー１１１ｂの貫通孔で、１２９ｂはシャフト１
１８ｂの貫通孔を示す。勿論、鉄心１２４a，１２４ｂ
に磁石を挿入する磁石をスリットを設けて磁石を付加し
て磁石式回転電機の回転子として用いてもよい。

【００１４】図１０は図９ｂ１に示した駕籠型回転子と
本案コイル導体とを種々組み合わせて、回転電機に要求
される特性を実現する為の数例を示している。図１０ａ
１は図９ｂ１と全く同一で説明は割愛する。図１０ａ２
は回転子鉄心１２４ｃ内周深くコイル１３０を配し、外
周部にローターバー１１１ｃを配して構成した回転子を
示し、起動や発電機特性はコイル１３０にて大幅調整や
微調整に対処して、これを用いた誘導電機の例として説
明すると出力特性で図１２ａに示すグラフの如く回転数
特性を大幅に変えるのに用いる等。１１２ｃは固定子鉄
心、１１５ｃは固定子巻線及び１１８ｃはシャフトを表
している。図１０ａ３は回転子鉄心１２４ｃ内周深くロ
ーターバー１２５ａを配し、外周部にコイル１３０ａを
配して構成した回転子を示し、起動や発電機特性はロ―
ターバー１２５ａにて対処し、コイル１３０ａは主に同
期速度近辺の特性を図１２ｃに示すグラフの如く大幅に
変えるのに用いる等。１１２ｄは固定子鉄心、１１５ｄ
は固定子巻線及び１１８ｄはシャフトを示している。図
１０ａ４は図１０ａ３と同じ構成にて、回転子鉄心１２
４ｄの積厚を固定子鉄心１１２ｅの積厚よりました例を
示し、同期速度近辺の特性をコイル１３０ｂにて図１２
ｃに示すグラフの如く大幅に変えるのと同時に、鉄心の
はみ出し効果を狙ったもので、出力特性の全体のアップ
や効率改善を狙っている。１１２ｅは固定子鉄心、１１
５ｅは固定子巻線、１１８ｅはシャフト及び１２５ｂは
ローターバーを示している。図１０ａ５，図１０ａ６は
それぞれ図１０ａ３、図１０ａ４と回転子鉄心１２４
ｅ，１２４ｆの内周近辺に配したローターバー１２５
ｃ，１２５ｄと併置した単数又は複数の導体板１２６
ｂ，１２６ｃとの相乗効果を狙った他はほぼ同じ構成で
あるが、起動や出力特性の大幅な改善を図っている例を
示している。１１２ｆ，１１２ｇは固定子鉄心、１１５
ｆ，１１５ｇは固定子巻線、１１８ｆ，１１８ｇはシャ
フト及び１３０ｃ，１３０ｄはコイルを示している。ま
た、図１０ａ２〜図１０ａ６において、ローターバーの
代わりにコイルに置き換えることは勿論可能である。こ
れらのコイル中に回転子２次誘起電圧と９０度位相の異
なる電圧を印加して、任意に誘導発電機の力率を変える
ことができるので系統に繋がっている負荷に応じて力率
バランスを取るのに有効である。また、コイルに直流を
流して直流電磁石として、同期電機やブラシレス電機、
リニア電機、パンケーキタイプの電機等に用いることが
出来る。

【００１５】図１１は回転子鉄心を磁石を挿入する為等
に分割して構成する場合に、回転に伴い鉄心に働く遠心
力による変形や飛び出しを防止するため回転子構造の１
例を示す説明図で、図１１ａは本案を適用した回転電機
の固定子と回転子の断面図を示している。１１２ｈは固
定子鉄心、１１５ｈは固定子巻線を示している。回転子
は回転子鉄心１２４ｈは導体板１２６ｄや補強板にて中
央で分断され、回転子鉄心１２４ｈの両側面には導体と
補強を兼ねたエンドリング１２３ｃを，外周部にはロー
ターバー１１１ｄを配して構成されている。図１１ｂは
エンドリング１２３ｃにリング状の突起１３１などを設
け、鉄心１２４ｈに突起１３１と系合するリング状の溝
１３５が設けられている。エンドリング１２３ｃと鉄心
１２４ｈそれぞれに設けたリング状の突起と溝は、それ
ぞれ逆に設けて構成してもよいことは勿論である。１２
７ｃはローターバー１１１ｄが貫通する分割鉄心１２４
ｈに設けた孔で、１３４は分割鉄心１２４ｈを支えて固
定するスぺーサーである。図１１ｃは分割鉄心１２４ｈ
を分断して構成している導体板１２６ｄを遠心力による
変形や飛び出しを防止するために補強板としても利用し
た例を示し、導体板１２６ｄの両面に突起ピン１３６を
設け、分割鉄心１２４ｈには、これらピン１３６と系合
する孔１３３が多数設けている。導体板１２６ｄと鉄心
１２４ｈそれぞれに設けたピン状の突起と孔はそれぞれ
逆に設けて構成してもよいことは勿論である。１２７ｄ
は導体板１２６ｄに設けたローターバー１１１ｄが貫通
する孔である。

【００１６】図１２は各種誘導発電機の特性の変化を示
すグラフで、図１２ａは回転子の導体の抵抗変化による
発電機の特性変化を示している。グラフｃ１からｃ５に
いくに従い抵抗が大きくなっている。特に巻線型の回転
子の場合に特性を大きく変化出来ることになる。図１２
ｂは励磁用の電源の周波数を変えた場合の特性を示すグ
ラフで、発電特性を回転数に対し平行に移動し、固定子
巻線に印加する電源の周波数をかえて同期速度を変え、
特性を大きく変化させる場合に用いる。グラフｃ６から
ｃ８に向かって電源周波数が大きくなっている。図１２
ｃは回転子巻線に入れる励磁用の電源の電圧を変えた場
合の特性の変化を示すグラフで、同期速度近辺の特性を
大幅に変える場合に用いる。グラフｃ１０は特性を変え
る前の状態で、ｃ９は回転子巻線に流れる電流と逆位相
の電圧を加えた時のグラフで、変更前の回転数を下げた
状態で特性を平行に移動できる。ｃ１１は回転子巻線に
流れる電流と同位相の電圧を加えた時のグラフで、変更
前の回転数を上げた状態で特性を平行に移動できる。

【００１７】図１３は固定子鉄心１１２ｉ，１１２ｊの
軸方向の幅より回転子鉄心１２４ｉ，１２４ｊ，１２４
ｍの幅を伸ばし、はみ出し部のローターバー１１１ｅや
巻線１３０ｅを有効に使って、性能向上や効率アップな
どの特性改善を図ろうとしたものである。すなわち、エ
ンドリング１２３ｄや回転子巻線１３０ｅのコイルエン
ドＥを出来るだけ直径を小さくし、回転子外径の１／３
以下程度、シャフト１１８ｉ，１１８ｊの近傍に形成
し、図１３ａ２の如くローターバー内を流れる電流によ
り形成される磁界が、空隙部の磁界を増加させるように
構成している。この磁界形成をより確実にするため焼結
や積層で出来た鉄心１２４ｊ、１２４ｋ及び１２４ｎを
設けている。電流Ｉによって出来た磁束は一端外部の方
にぬけ、回転子側壁に設けた焼結材等で出来た鉄心１２
４ｋや１２４ｎの中を通って隣の極の鉄心より空隙に戻
っていくことになる。この磁界を強めるためコイル状に
数ターンまいたエンドコイルを付加したり、鉄心１２４
ｊ，１２４ｋ及び１２４ｎに窒化鉄等の強力な磁性焼結
体を使うことも可能である。エンドリング１２３ｄは鉄
心の奥深く形成されており、ローターバーの深溝効果を
発揮させることが可能となり、起動特性の改善、発電機
の特性改善及び特性調整の効果も有する。１１５ｉ，１
１５ｊは固定子巻線で、１２６ｅは前述の深溝ローター
バーやエンドリング１２３ｄと同じ働きをする導体板で
ある。

【００１８】図１４は固定子鉄心１１２ｋ，１１２ｍを
回転子鉄心１２４ｏ，１２４ｒの軸方向長さを長くして
特性向上や効率向上を狙ったもので、動作はローターバ
ー１１１ｆのはみ出し端部やエンドリング１２３ｅの作
用など図１３と全く同じである。図１４ａ１，図１４ａ
２ははみ出しローターバー１１１ｆいっぱいに固定子鉄
心１１２ｋを伸ばし、はみ出しバーを流れる電流Ｉと固
定子巻線１１５ｋとの間での付加的作用による特性アッ
プを狙うと同時に、端部は図１３での効果も狙ってい
る。図１４ｂ１，図１４ｂ２は図１３にて説明した、回
転子鉄心１２４ｒ，巻線１３０ｆ、鉄心１２４ｓ及びシ
ャフト１１８ｍにて構成される、はみ出し巻線回転子と
鉄心１１２ｍとコイル１１５ｍからなるボビン式固定子
とを組み合わせ、固定子のはみ出し効果をより確実にす
るのを狙った構成になっている。特にコイルエンドＥな
ども有効に作用させ、確実に特性向上に寄与させるよう
にした画期的なものである。１２４ｐ，１２４ｑは焼結
材などを使用した渦損失の少ない鉄心でつくられ、はみ
出し部の効果を有効に引き出すように構成されている。
１１８ｋはシャフト、１２６ｆは導体板である。

【００１９】図１５は固定子や回転子の巻線にスロット
レス円筒状鉄心１１２n，１２４ｕにコイル１１５n、１
３０ｆを接着剤等で固着して、コギングを少なくして起
動トルクを小さくしたり、効率を改善したりする回転電
機で、固着したコイル１１５n、１３０ｆが回転時に変
形したり、はがれたりしないように円筒状の保持具１５
０、１５０ａに設けている締結突起１５１にて円筒鉄心
１１２n，１２４ｕに設けた孔等で確実に固着し手い
る。また、巻線や電工作業を簡単にし、信頼性をより高
めるために、イメージコイルにてコイル数を本来の１／
２に減らし、作業性を一段と向上すると同時に、固着剤
１６０の中に磁性体の粉末１６０ａを含浸させて、磁束
の不足を十分に補って特性大幅に改善している。さら
に、円筒状の保持具１５０、１５０ａの代わりに、積層
鉄心にして、スロットやスキューを付けたりして、容量
の大きい機器に対応出来るようにしている。図１５ａ１
は固定子にスリットレス鉄心を適用した例の説明図で図
１５ａ２は回転子鉄心に適用した例を示している。１１
１ｇは駕籠型回転子のローターバーを示し、１２３ｓは
駕籠型回転子のエンドリングを示す。１１８n、１１８
ｏはシャフト、１１２ｏは固定子鉄心、１１５ｏは固定
子コイルを示している。図１５ａ３は巻線を円周方向に
展開した図で、イメージコイルで集中巻した例を示して
いる。図１５a４は図１５ａ３を側面より見た断面図で
円筒鉄心１１２とコイル１１５ｎ及び保持具１５０、締
結突起１５１の関係を示している。

【００２０】図１６は外転型の発電機で図１６ａが本発
明の磁石２１４又は電磁石２４２、２４３及びこれらの
組み合せにて構成した回転子２０２を有する発電機の断
面構造を示し、図１６ｂは従来の円筒型磁石回転子２０
２’を有する発電機の断面構造を示す。回転子を動力源
により外から駆動されると固定子に巻き込んでいるコイ
ルに回転数に応じ電圧が発生し、電気取り出しコード２
０７に抵抗等負荷をつなげば電流が流れ電力を供給す
る。コイルの発生電圧は固定子と回転子との空隙の磁束
密度に比例し、又回転数にも比例する。空隙の磁束密度
をいかに高めるかが発電機の性能向上、効率向上に大き
く関係していることに着目して、本発明は特性を飛躍的
に向上出来る構造を考案した。また、回転子磁石の軸方
向長さを長くしたり、電機内部の空き空間を可及的に活
用して、安価な弱い磁石や電磁石及びこれら組み合せに
ても回転子外径をあまり大きくせずに、強力な磁石を用
いた場合と同じく特性を飛躍的に向上出来る経済的(約
１／３)構造を考案した。［００２１］次に磁石による空隙の磁束密度向上策につ
いて図１７及び図１８にて説明する。図１７は外転型発
電機、図１８は内転型発電機の実施例を示す。外転型発
電機断面図１７ａにおいて、回転子材質が非磁性体の動
力伝達外枠２１０、６個の分割鉄心（本例では６分割）
２１３及び６個の磁石２１４より構成されている。この
際磁石の固定子及び側外枠のａ，ｂ部と外枠２１０と鉄
心２１３に挟まれた空間２１６は空気か非磁性体で構成
されているか、回転子構成上鉄心や側板（強磁性体で構
成せざるを得ない場合）の一部でこの部分を構成せざる
を得ない場合も極力、磁束の漏洩がない様に磁気抵抗を
大きくして、磁石端部からの磁束の漏洩をふせぐ構成に
なっている。磁石２１４の半径方向の長さの２倍が鉄心
２１３の空隙部の一極あたりの円周方向の長さより大き
くすることにより磁石２１４の磁束より空隙部の磁束を
大きく出来ることになる。また、同様に外径が大きくで
きない場合や弱い磁石で強い空隙磁束を得ようとする場
合磁石鉄心の軸方向長さを長くしたり空き空間を活用し
て磁石の有効面積を空隙部の面積より大きくして、いわ
ゆる本案の磁束集中効果が達成でき，発電機の飛躍的性
能アップに繋がるわけである。磁石２１４の極性は一つ
の鉄心２１３に対し図面に示す如く同極に対峙するよう
に隣合わせの２つの鉄心２１３により形成されるスリッ
トに着脱自在に殆ど鉄心２１３とのギャップが生じない
ように挿入されている。また工作上やむおえずギャップ
が生じる場合は強磁性体の調整板や粉末状の磁性体（液
状の磁性流体でもよい）で磁気抵抗を極力小さくする。
ちなみにａ，ｂ部に鉄等の強磁性体が有、無の性能差は
発電機の一例ではあるが２〜３倍の出力差のデータがあ
る。ちなみに、有りの場合６００ｗであったものが無の
場合で１８００ｗに向上した。又空間２１６も大いに磁
束集中に一役かっている。磁石部の着脱自在構造にする
ことにより、磁力の同じものは半径方向の長さを変え、
長さの同じものは磁力の強さや軸方向の長さを変えて容
易に特性の変更や調整が出来るようになる。図１８ｂは
強さの異なる磁石２１４ａ，ｂをスリットに入れた例で
空隙の磁束分布の変化やより磁力を強くするのに有効で
ある。図１８ｃは空隙の磁束分布を均質にするのに有効
で断面が台形になっている。図１８ｄは強さの同じ磁石
を一極当たり２枚に増し空隙の一層の磁力アップに有効
で、さらに飛躍的な性能向上が期待出来る。図１８ｅは
２種類の磁石で主体は２１４ａ’で空隙の磁界は決定
し、２１４ｂ’で磁界の微調整をおこなう。図１８ｆは
従来の円筒磁石に本案の磁石を組み合わせることにより
強力な空隙磁界を期待出来る構成例である。これは弱い
磁石の組み合わせで強力な空隙磁束を得るのに有効で、
軸方向長さや空き空間等を組み合わせるとさらに強い経
済性に優れた磁石構造を提供できる。［００２２］図１８ａ〜ｆは内転型発電機のものである
が、図１７の外転型発電機の反転構造となっていて基本
的には同じなので説明は割愛する。又説明は発電機を例
に行なったが同じ技術はそのまま電動機にも当然適用可
能であることはいうまでもない。又この磁力集中の原理
は他の磁石を用いるあらゆる電機に適用出来るのはいう
までもない。例えばパンケーキタイプ電機、リニアーモ
ーター、磁石機器等。［００２３］図１９は前述の外転型発電機の回転子の分
割鉄心部の一例で平面図を示しているが、固定子との空
隙に面してスロット（図では３個）２３１を設けてあ
る。これは同期電動機や推力型プロペラを使用する風車
発電機などに磁石回転子を使う場合、複雑高価な電子回
路を使わなくても、自力で起動出来るようにするため、
簡単な誘導電動機等に使用されている駕篭型ローターや
巻線型ローターを形成するためのものである。起動を単
相または多相誘導電動機として起動させる。起動トルク
を上げるためにスロットの形状を種々変えて、例えば深
溝スロットなど必要に応じた対応も可能である。［００２４］図２０は図１９ａを用いて外転型発電機に
駕籠型ローターを形成した例で、駕籠型ローター部の構
成は図２０ｂ、ｃのようになっており、アルミや黄銅等
の導体で作られ、２枚の側板２１８と複数のバー２１９
によりカシメやダイキャストなどでローターの一体化を
図っている。ローターバーをスキュウさせて起動特性を
改善したり、固定子をスキュウさせて改善することも当
然可能である。本考案の磁石を軸方向に伸ばした場合に
図２０ｂの場合、鉄心を側板２１８にて分断することに
なるが、図２０ｃの如く側板２１８の半径方向の長さを
できるだけ少なくし、図２０ｃのように其の断面積を同
じくして軸方向に伸ばし、磁石鉄心の内周面に（内転型
の場合外周面に）配置して、両側に延長した磁石２１４
や電磁石２４２，２４３からの磁束が固定子空隙に集中
するように、固定子端面からの漏洩を防止するため設け
ている回転子鉄心の段差部２３２に配置するようにする
ことで磁路への影響を少なくしている。図２０ｄは回転
子の軸方向に磁石２１４のみを延長した場合を示し、図
２０ｅは固定子２１２に対峙している回転子磁石２１４
の両側に電磁石２４２、２４３を付加した場合を示して
いる。この場合電磁石２４２の磁束漏洩防止ギャップ２
５２及び電磁石２４３の磁束漏洩防止ギャップ２５３が
固定子への磁束の短絡防止に有効に働くように設けてい
る。［００２５］図２１は図１７ｆの例などで電動機や発電
機などで磁極配置の空間に限りが有る場合に、限られた
磁極空間を有効に活用して、立体面の全面または一部に
磁石を有機的に配置し、空隙部に磁束が最大限集中する
ようにした実施例である。組み合わせ磁石は一部構造的
に可能であれば一体構造にしてもよい。例えば磁石２１
４ａ″と軸方向の磁極面に配置した磁石２１４ｄをリン
グ状に形成したりして一体構造にして生産性を上げても
よいわけである。さらに磁石２１４ｃまたは２１４ｂ″
と組み合せてキャップ状にしてもよい。２１４ｃは磁極
の外周部に配置した円筒状磁石で、その外周に磁束の磁
路形成の鉄心２１３ａが配置されている。また、磁石２
１４ｄの外側に同じく鉄心２１３ｂが配置されており、
磁石２１４ｄが有効に働くようにしている。これらの磁
石は全て空隙部に磁束が集中するように各磁石の極性が
図示のＮ，Ｓのように設定配置されている。また、各磁
石が磁束の短絡や漏洩が最少になるように非磁性空間を
適切に設けることは当然の手段として行っている。［００２６］図２２、２３は本発明の他の磁石や電磁石
と結合可能なドーナツ構造をした電磁石の構造説明図
で、図２２は磁極が２極の例を、図２３は６極の例を示
している。次にこれら電磁石の詳細な説明を図２２にて
行う。図２２ａ，ｂは外周にＮ、Ｓ２極の磁極が形成
され、これを回転子として用いる場合は内転型に適用さ
れる。又他の磁石や電磁石と結合する場合は相手の磁極
と整合させてこの外周面で行うことになる。磁極の整合
はコイル２６０ａの端子ａ，ｂより直流電源の極性を変
えて行う。２５０は磁界形成時にＮ、Ｓ両極の磁束の
短絡を防止するギャップでその寸法は使用状況により漏
洩がない様に設定する。磁極の材質は直流電磁石の場合
は鉄等の強磁性体であればよい。しかし交流電磁石とし
て使用する場合は交番磁界による渦電流の発生の少ない
鉄等の強磁性体の焼結材か微細な鉄粉を結合材で成形し
た鉄心などを用いる。又珪素鋼板等の電磁鋼板を積層し
たり、複雑な形状の部分は焼結材等と組み合わせて鉄心
を形成してもよい。図２２ｂに示すカット部電気角度は
次式により求められ、カット部の電気角＝１８０度−｛２π×励磁しようとす
る相数／回転子の極数 ×電動機の相数｝度回転子の回転に伴なうコイル中に発生する電気の極性変
換に伴なう変換損失を最少にして電機の出力効率の向上
に寄与するもので、この機能を電子制御で行わせようと
した場合大幅なコスト高になるばかりではなく、極数が
増した場合にこれに比例して回路が複雑になり、信頼性
の大幅な低下を招く。本案は簡単な鉄心構造のみで実現
出来非常に効果的方法といえる。ちなみに、カット部の
有無による効率の差は、５００Ｗの発電機の例で７％あ
った。図２２ｃ、ｄは内周面に磁極を有するもので構造
は図２２ａ，ｂの外周面磁極の電磁石の反転構造となっ
ている。機能的には同じである。図２２ｅ，ｆは右面が
磁極になっており、また図２２g，hは左面が磁極になっ
ている。これら４っのタイプの電磁石で、他の磁石や電
磁石と内外左右のいかなる方向でも結合が可能となり、
種々の磁石結合により多種多様の磁石構造が可能とな
る。図２３は６極の４種類の電磁石の例であるが、構造
上の特徴から、在来の構造では実現不可能な多極のもの
が、本発明の電磁石構造では従来のものより多い多極の
ものが容易に実現出来、しかもコスト的に殆どアップす
ることなく出来る画期的なものである。図２４は内転及
び外転回転子の磁石を形成する場合の組み合せを分かり
易くするため、６極電機の４種類の電磁石と内外転回転
子用の磁石の略図を示している。略図１は外周磁極型電
磁石、略図２は内周磁極型電磁石、略図３は右面磁極型
電磁石、略図４は左面磁極型電磁石を示している。ま
た、略図５は外転回転子用の磁石、略図６は内転回転子
用磁石を示す。［００２７］図２５は内転回転子用の磁石と電磁石の組
み合せの例を示し、図２６は外転回転子用の磁石と電磁
石の組み合せの例を示す。ここでは図２６について説明
する。図２６aは外周磁極型電磁石一個のみにて磁極を
形成した例である。図２６ｂは内部に電磁石１個とその
外部に磁石１個で形成されている。図２６ｃは磁石と左
面磁極型電磁石との組み合せ例であるが、右面磁極型電
磁石を磁石左面に結合してもよい。図２６ｄ，ｉは電磁
石2個と３個の組み合せの例である。図２６ｅ，ｊは前
述のｄ，ｉの電磁石の外面に磁石を組み合わせた例であ
るが，磁石の側面に電磁石を結合してもよい。図２６
ｆ，ｇ，ｈは一個の磁石又は電磁石に2個の他の磁石又
は電磁石を組み合わせた例である。このように多種の組
み合せ例について説明したが、其の外にも考えられる。
いずれにせよ目的に応じて、それに合った結合を採用す
ればよい。いずれも電磁石が必ず入っており、空隙部の
磁束の調整や磁束の制御がリアルタイムで可能となり、
必要な特性を自在に達成可能となる。例えば風力発電機
等風の強さや負荷により回転数が大幅に変動し、発生電
圧が大きく変わる場合、その電圧を一定に保つ必要があ
る場合等電磁石により、その時々の状況にあった制御が
理想的に行えるようになる。［００２８］図２７、２８は２極及び６極の内外周磁極
型電磁石を3個用いた３相電機の固定子を形成した例を
示す。図２７ａ，ｂは外転型回転子の交流２極の電機の
固定子に適用するもので、図２７ａは固定子を示し、図
２７ｂは各相の結合時の電磁石の位置関係を示し、電気
角で１２０度ずつずらしている。図２７ｃ，ｄは内転型
回転子の電機の固定子に適用するものである。また、図
２８は３相６極の電機の固定子に適用するもので、図２
８ａは固定子を示し、図２８ｂは各相の結合時の電磁石
の位置関係を示し、２極同様電気角で１２０度ずつずら
している。図２８ｃ，ｄは内転型回転子の電機の固定子
に適用するものである。図２７、２８では交流三相の電
機の固定子の各相一個の電磁石にて構成した例を示した
が、各相複数個の電磁石で形成してもよい。その場合各
相の電磁石は集中又は分散の何れの構成でもよい。又固
定子についてその適用を伸べたが、大型機に多い巻線型
の回転子ばかりでなく、コスト的に適用が困難な中低容
量の電機にも適用することが可能となる。その場合図１
６に示す、外部より電磁石に給電するスリップリング２
４０が必要になる。［００２９］図２９は二極の電磁石鉄心の構造に関する
説明図で、製作工具１個にて製作出来る鉄心の構造を示
している。図２９ａ，ｂと図２９ｃ、ｄは１つの巻線用
でそれぞれ外周磁極と内周磁極の鉄心を示している。鉄
心２７２が外周磁極形、鉄心２７３が内周磁極形となっ
ている。また、図２９ｅ，ｆ，ｇと図２６ｈ，ｉ，ｊは
二つの巻線用でそれぞれ外周磁極と内周磁極の鉄心を示
している。二つの鉄心は一体構造となっていて電気角で
120度回転方向にずらした構造となっている。説明図は
二極の例を示しているが、多極の鉄心にも同じく応用出
来、在来のものと比べ多極になればなるほど生産性の優
れた構造となっている。又図２９ｅ，ｆ，ｇと図２９
ｈ，ｉ，ｊは三相の電機用として活用すると非常に有効
である。ここでは異相の鉄心の例を説明しているが、同
相にも二つの鉄心を対象構造にすることにより、当然応
用出来る。鉄心２７４が外周磁極形、鉄心２７５が内周
磁極形となっている。［００３０］図３０は交流電磁石の渦電流損を少なくす
る為の鉄心構造に関する説明図である。図３０ａ，ｂは
焼結や鉄粉を結合材で固めた鉄心構造を示している。形
状は複雑な形状でも対応出来る。図３０ｃ，ｄは電磁鋼
板２８１ｂと磁極の複雑な構造に十分対応出来る焼結や
鉄粉を結合材で固めた鉄心２８１ａとの組み合せ構造に
なっている。図３０ｅ，ｆは電磁鋼板２８２ｂと磁極の
複雑な構造に十分対応出来る渦電流損を減らす為設けた
スリット２８３を有する厚い鉄板（薄い鋼板の積層でも
可）の絞り構造をした鉄心２８２ａとの組み合せ構造に
なっていっる。交流の固定子や巻線形回転子の鉄心とし
て応用可能な鉄心を提供出来ると同時に、抜群の生産性
を持つ巻線と併用すれば画期的なコスト安の回転電機の
キー部品を提供できる有効な交流用鉄心である。

【発明の効果】産業界や民生には電力系統に接続して使
用されている各種の電動機が無数に有り、又今後新たに
敷設されるものを考えると膨大な数になる。これら電動
機に内燃機関などの原動機を付加したり、新たに一体型
電動発電機としてあらゆる機械に敷設しておけば在来の
電動力応用のみにとどまらず、発電機能を併せ持つこと
になり、電力会社に殆ど頼っている電力を独自で持つこ
とが出来、電気料の低減、電力ピーク問題の解消、さら
には社会全体の発電能力の大幅なアップ等その効果は甚
大なものがある。電動発電機に誘導電動機を使用すれば
電圧、周波数の変動がなく系統との電力のやり取りが系
統に繋がっている電動機や発電機に関係なく個々に、独
立して電力のやり取りができ、しかも電圧調整器、周波
数調整器、蓄電装置及びエネルギー変換装置などを必要
とせずシステムが構築でき、省資源効果抜群な発電シス
テムが実現できる。風力や水力の自然のエネルギーを活
用する場合に単数で大型の機器で行う場合には製造が一
品生産となり、高価で、設置、輸送、運転中の騒音、強
風時などの運転停止や保護装置の設置等問題点が多く存
在するのに対し、本システムを利用して、小型複数機に
てシステムを構築すれば量産性が抜群にあがり、コスト
が大幅に下げられ、設置、輸送、運転中の騒音等に大幅
な改善が実現出来ると同時に、電圧調整器、周波数調整
器、蓄電装置及びエネルギー変換装置などが不要で経済
効果大なるシステムの構築ができる。また、レドックス
電池はこれからの蓄電装置として活用すれば寿命的に半
永久的に持ち、民生や産業界に普及すれば余剰エネルギ
ーの蓄積や負荷アンバランスの是正など、エネルギー有
効利用の見地からその経済的効果は大いに期待できる。
本システムに有効な電機として誘導電機等の回転電機の
特性改善や制御性に勝れた固定子や回転子の数々の構造
の考案を行っており、システムを効果的、経済的に実現
するのに威力を発揮出来る。さらに、本発明は磁石式回
転子の磁石及び結合可能な内外周及び左右面に磁極を有
する４種類の電磁石との組み合せにより空隙の磁束を大
幅に向上すると同時に出力や電圧等の特性の調整や制御
が容易に出来る技術を提供出来る。また、特に外形が制
限されている小型機器や磁極配置空間に限りが有る場合
等で、安価で資源的に豊富なフエライト磁石等を用い
て、キド類磁石に代表されるネオジウウム等の強力な磁
石並みの性能や効率を達成できる経済的な発電機や電動
機を提供できる。又本発明の電磁石を組み合わせて生産
性抜群の固定子や回転子が相数に関係なくコストフリー
で実現できる画期的考案である。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動発電システムの一実施例を示す説
明図と在来の電動主体のシステムの例の説明図

【図２】本発明の電動発電システムを単純化のため誘導
電機を用いた一実施例を示す説明図と在来の電動主体シ
ステムも誘導電機を用いた例の説明図

【図３】送風機やポンプに代表される流体機械の発電機
への応用例の説明図

【図４】本案の複数台の流体機械を用いた電動発電シス
テムで、流速や温度などのセンサー群にて各個別の運転
状態を把握、制御するようにした例の説明図

【図５】本案電動発電システムを構築する場合、電力系
統がない場所などに構築した例を示す説明図

【図６】本案磁石による空気の加速エレメントの例を示
す説明図

【図７】本案全周より風を吸い込み発電する風力発電機
の構造の例の説明図

【図８】本案の回転電機の回転子構造の例と在来の回転
子構造を示す説明図

【図９】本案の回転電機の回転子構造の内、導体板の機
能を示す説明図

【図１０】本案の巻線型と駕籠型導体を種々組み合わせ
た例を示す説明図

【図１１】本案の分割鉄心構造にて遠心力強度をました
例を説明する図

【図１２】本案の誘導発電機の各種特性を示す図

【図１３】本案の回転子鉄心の固定子鉄心よりはみ出し
た場合の効果についての説明図

【図１４】本案の固定子鉄心の回転子鉄心よりはみ出し
た場合の効果についての説明図

【図１５】本案のスロットレス鉄心構造を持つ回転電機
の本案改善例を示す図

【図１６】本案の軸方向に磁石や電磁石を伸ばして回転
子を形成した一実施例を示す発電機の構造図と従来の発
電機の構造説明図

【図１７】本案の外転型発電機の磁石式回転子の断面説
明図で、空隙の磁束集中の説明図で６通りの実施例を示
めす図。

【図１８】本案の内転型発電機の磁石式回転子の断面説
明図で、空隙の磁束集中の説明図で６実施例を示めす
図。

【図１９】本案の外転型発電機の磁石式回転子の分割鉄
心構造の実施例を示す図。

【図２０】本案の外転型発電機の駕籠型回転子を形成し
た例を示す図。

【図２１】本案の外転型発電機の磁石式回転子の分割鉄
心の立体面全てに磁石を配した例を示す図

【図２２】本案の他の磁石と結合可能なドーナツ構造を
した磁極が二極の電磁石の説明図

【図２３】本案の他の磁石と結合可能なドーナツ構造を
した磁極が六極の電磁石の説明図

【図２４】本案の磁石と電磁石の組み合せの理解のた
め、六極電機の回転子の４種類の電磁石と２種類の磁石
の略記号説明図

【図２５】本案の内転型回転子用の磁石と電磁石の組み
合わせ例を示す説明図

【図２６】本案の外転型回転子用の磁石と電磁石の組み
合わせ例を示す説明図

【図２７】本案の内外周磁極型電磁石を３個用いて３相
２極電機の固定子を形成した例を示す図

【図２８】本案の内外周磁極型電磁石を３個用いて３相
６極電機の固定子を形成した例を示す図

【図２９】本案の二極の電磁石鉄心の生産性を向上した
構造に関する説明図

【図３０】本案の交流電磁石の渦電流損を少なくする為
の鉄心構造に関する説明図

【符号の説明】

１，１a，１b，１c，１ｄ
：電力系統１０，１０a，１１，１１ａ，１２，１２ａ，１２ｂ，
１２ｅ，１４,１５、１５ａ
: 電動機１０b，１０ｃ，１０’ ，１０a’，１２’，１２ａ’
１２ｃ，１２ｄ，１２ｆ，１４ａ，１４ｂ，１８ｂ，１
８ｃ、１８ｄ：発電機１３，１７，１７ａ，１７ｂ，１８，１８ａ：電動発電
機２０，２２，２４，２６
：ポンプ水車２１，２３，２５，２７
：圧縮機２８
：人力３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３
１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１
ｆ，３１ｇ，３１ｈ，３２，３２ａ，３２ｂ，３４，３
４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ３５，３５ａ，
３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ：制御盤４０、４０ａ，４１，４３ａ，４３ｂ：内燃機関５０，５１，５３，５４
：インバーター６０，６１，６３，６４
：蓄電池７０，７１，７１ａ，７２，７２ａ，７２ｂ，７３，７
４，７５：羽根８２，８３，
：中央コントローラー９１，９１ａ，９１ｂ
：センサー１００：コ
ンデンサー１０１：総
合負荷器１０２，１０３
：フレーム１０４，１０５，１０６
：磁石１０７
：風向ガイドＨ
：加速孔１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ，１
１１ｅ，１１１ｆ，１１１g，１２５，１２５ａ，１２
５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ：ローターバー１１２，１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１２’，１
１２ｅ，１１２ｆ，１１２ｇ，１１２ｈ，１１２ｉ，１
１２ｊ，１１２ｋ，１１２ｍ，１１２ｎ，１１２ｏ
：
固定子鉄心１１３，１１３’
：回転子１１４，１１４’
：ハウジング１１５，１１５ａ，１１５ｃ，１１５ｄ，１１５ｅ，１
１５ｆ，１１５ｇ，１１５ｈ，１１５ｉ，１１５ｊ，１
１５ｋ，１１５ｍ，１１５n，１１５o，１１５’：固定
子巻線１１６，１１６’
：エンドブラケット１１７，１１７’
：軸受け１１８，１１８ａ，１１８，１２８ｂ，１１８ｃ，１１
８ｄ，１１８ｅ，１１８ｆ，１１８ｇ，１１８ｉ，１１
８ｊ，１１８ｋ，１１８ｍ，１１８ｎ，１１８ｏ：シャ
フト１１９，１１９’ ：コード１２０：電磁石１２１，１２１’ ：ベースＣ：切り欠き
部Ｉ：電流Ｅ：コイルエ
ンド１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，
１２３ｆ：エンドリング１２４，１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１
２４ｅ，１２４ｆ，１２４ｈ，１２４ｉ，１２４ｊ，１
２４ｋ，１２４ｍ，１２４ｎ，１２４ｏ，１２４ｐ，１
２４ｑ，１２４ｒ，１２４ｓ，１２４ｔ、１２４ｕ
：回転子鉄心１２６，１２６’，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ，１
２６ｅ，１２６ｆ：導体板１２７ａ，１２７ｂ，１２７ｃ，１２７ｄ、１２８，１
２９ａ，１２９ｂ：貫通孔１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１
３０ｅ，１３０ｆ：回転子コイル１３１：リング
状突起１３３：孔１３４：スぺー
サー１３５：リング
状溝１３６：ピン１４０，１４１：強磁性
体１５０，１５０ａ：保持具１６０：固着剤１６０ａ：磁性粉２０１，２０１’
：回転子２０２
：磁石回転子２０２’ ：円筒型磁石回転子２０３、２０３’ ：固定子２０４、２０４’ ：シャフト２０５、２０５’ ：軸受け２０６、２０６’ ：軸受け保持パイプ２０７、２０７’ ：電源コード２０８、２０８’ ：エンドブラケット２１０：外枠２１２：固定子２１３，２１３ａ，２１３ｂ：分割鉄心２１４、２１４’，２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２
１４ｄ，２１４ａ’，２１４ｂ’，２１４ａ”，２１４
ｂ” ：磁石２１５：シャフト２１６，ａ，ｂ：非磁性空間２１８：側板２１９：バーＮ，Ｓ：磁石の極性２２０：ハウジング２２１：非磁性ホルダー２２２：固定子２２３：分割鉄心２２４、２２４’，２２４ａ，２２４ｂ，２２４ａ’，
２２４ｂ’，２２４ａ”，２２４ｂ” ：磁石２２５：シャフト２２６、ａ，ｂ：非磁性空間２３０：分割鉄心２３１：スロット２３２：鉄心切り欠き部２４０：スリップリング２４１：電磁石電源線２４２、２４３、：電磁石２４４、２４５、２４６、２４７、２４４’、２４
５’，２４６’，２４７’、２４８、２４９、２７０、
２７１，２７２，２７３，２７４，２７５，２８０，２
８１ａ，２８１ｂ，２８２ａ，２８２ｂ：電磁石鉄
心２５０，２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２
５０’，２５８、２５９、２７８、２７９，２５１’，
２５２’，２５３’，：磁束漏洩防止ギャップ２６０ａ，２６０ｃ，２６０ｅ，２６０ｇ、２６０
ａ’，２６０ｃ’，２６０ｅ’，２６０ｇ’２６０ｆ，
２６０ｈ，２６０ｉ，２６０ｊ、２６０ｋ，２６０ｌ，
２６０ｍ，２６０ｎ，２６０ｒ，２６０ｓ，：電磁石コ
イル２８３：スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般の産業や民生にて、動力源として電動
機を用いて構成され、同一電力系統にて使われる各種機
械において、回転電機を一体または分離した電動発電機
と置き換えたり、内燃機関などの原動機を電動機の外部
に付設したり．特に羽根や流体流路の変更にて外部流体
のエネルギー、たとえば風力や水力を動力にして発電機
能を持たせるようにしたり、さらに健康機器等で手回し
や足踏み等の人力にても発電機能を持たせるようにして
発電機能を持たせるようにしたことを特徴とする電動及
び発電システム。
【請求項２】一般の産業や民生にて、動力源として電動
機を用いて構成され、同一電力系統にて使われる各種機
械において、発電単一機能の場合は停止時から、電動発
電複合機能の場合はその動力機能を止めて、外部からの
動力にて発電機能を持たせるようにしたシステムにおい
て、単一または複数台を同時に、発電体制へスムーズに
移行させるため、発電単一機能の場合は、まず電動機や
流体などの外部動力などで起動させ同期回転数近くまで
上げた上で発電機をスイッチオンして、わずかな外部動
力にても発電状態に移れるようにし、また電動発電複合
機能の場合は電動機として運転中からの場合は一端無負
荷状態とし、停止中からの場合は一端電動機として起動
させ同期速度近くまで上げるか、外部流体の力同期回転
数近くまで上げた上で発電機をスイッチオンし、わずか
な外部からの動力にても発電状態に移れるようにし、運
転台数に関係なく並列運転にて、それぞれの発電出力に
応じて、電圧変動や周波数変動を伴わずに出力できるよ
うに、これらを電力系統または安定な交流電源にて励磁
した誘導電機にて構成し、低速から高速時までの広範囲
の発電に適するようにしたことを特徴とする電動及び発
電システム。
【請求項３】羽根や水車等と回転電機にて構成される一
般の産業や民生に使われる流体機械において、プロペラ
機器の場合羽根の可変ピッチ等でひねり角度を逆にし
て、また遠心機器の場合に流体の取り入れ口を吸入側か
ら排気側に切り替えたり風向に関係なく全周に設置した
風向ガイドにて、制御回路など変更することなく流体機
械本来の送風やポンプなどの流体移送機能から発電シス
テムに切り替えるようにしたことを特徴とする流体発電
システム。
【請求項４】充放電に半永久的に耐える多イオン価をもつ
クロームやバナジウムなどの電解液にて構成した設置型
に適したレドックス蓄電池や電気分解による水素発生装
置と水素吸蔵合金などのエネルギー蓄積装置をシステム
の中に持ち、夜間電力、燃料電池及び内燃機関等による
発電及びこのエネルギーを使う負荷の変動などに十分対
処でき、しかもクリーンなコウゼネを狙ったことを特徴
とする請求項１から3請求項10の発電システム。
【請求項５】電動力として用いられる回転電機にて構成
される一般の産業や民生に使われる各種機械において、
その動力機能を止めて、外部からの動力にて発電機能を
持たせるようにしたシステムにおいて、発電単一機能の
場合及び電動発電複合機能の場合のいずれにおいても、
停止や動力機能から発電システムに切り替える際に、負
荷の状況、流体などの外部動力の状態（流速、温度、湿
度など），外部発電機の発電状況その他制御に必要なデ
ータなどをそれぞれに適した把握センサーにて検知し、
そのデータに基ずき自動的・効率的及び経済的で切り換
え電流を最少にして安全にシステム全体を運転制御でき
るようにしたことを特徴とする電動発電システム。
【請求項６】電動力として用いられる回転電機にて構成
される一般の産業や民生に使われる各種機械において、
発電単一機能の場合は停止時から、電動発電複合機能の
場合はその動力機能を止めて、外部からの動力にて発電
機能を持たせるようにしたシステムにおいて、単一また
は複数台にて構成し、停止時や動力機能から発電システ
ムに切り替える際に、負荷の状況などの把握センサーに
て、単一の場合はその運転状態を制御し、複数台の場合
は必要な動力機械の運転数を決定し、残りの台数にて発
電を自動的に行わせるようにし、システム全体を効率的
・経済的に運転するようにしたことを特徴とする電動発
電システム。
【請求項７】汎用の電力系統はいうに及ばず、汎用の電
力系統がない場所や自動車などの交通機関等で、蓄電池
・インバーターによる交流電源や励磁用の交流同期発電
機を用いて電圧や周波数を自由に変更出来る系統の電源
を設け、特に電動発電機には二次抵抗二次リアクタンス
の調整可能な巻線型や深溝型回転子を有する誘導電機や
回転数の調整に便利な回転子励磁式の非同期電機などに
て構成し、系統の電圧変動が小さく、安定的なシステム
が単数または複数台にて行えるようにすると同時に、さ
らに必要に応じ電力系統や原動機の出力や回転特性に適
した電圧や周波数にて運行し、進相コンデンサーや誘導
負荷を用いて系統全体の負荷をバランスさせ、安価で安
定なシステムが実現出来るように構成したことを特徴と
する電動発電システム。
【請求項８】羽根を用いる送風や全方向から風を取り入
れ風力発電を行わせる電動発電システムで、全周からの
風等を効率よく羽根に風を導く風向ガイドを取付け、単
数又は複数機を有機的の構成し、ビルや一般住宅の屋
上、電柱の上部、櫓や橋或いは道路際の建造物などにも
簡単に単数又は複数台設置運転出来、しかも安定した電
力系統さえあれば、これらで発電した電力を電圧調整
器、周波数調整器、電力変換装置や蓄電装置を運転台数
や発電状態に関係なく、必要としないように、主電機に
誘導電機を用いて構成したことを特徴とする風力発電シ
ステム。
【請求項９】羽根を用いる送風や風力発電を行わせる電
動発電システムで、流路に単数又は複数個の永久磁石や
電磁石にて傾斜磁界を形成し、空気中の酸素とこの傾斜
磁界により常に空気を動かし、１テスラの磁場の単一の
永久磁石を用いた場合にもエネルギーを使わずに最大
０．６ｍ／ｓの風をおこし、又電磁石を用いても磁場を
作るのみのほんのわずかなエネルギーで１段又は数段で
空気を重畳的に加速し、自然の風のエネルギーにプラス
して、起動や送風及び発電を効率的に行わせるようにし
たことを特徴する風力発電システム。
【請求項１０】羽根や水車等と回転電機にて構成される
一般の産業や民生に使われる流体機械において、発電単
一機能の場合は停止時から、電動発電複合機能の場合は
流体移送機能を止めて外部からの流体を動力として発電
機能を持たせるようにしたシステムにおいて、プロペラ
羽根や遠心羽根などの機械的システムは一切変えずに、
発電単一機能の場合は電動機として起動させて同期回転
数近くまで上げ、わずかな外部流体にても発電状態に移
れるようにし、また電動発電複合機能の場合は回転電機
の回転方向を、多相機器においては相順変更により、単
相機器においては主巻線か補助巻線の極性変更やコンデ
ンサー駆動の場合はコンデンサー端子の切り換えなど、
電気的に回転磁界の方向を変更するのみにて変え、まず
起動の上回転を同期回転数近くまで上げて、わずかな外
部流体の動力にても発電システムに簡単に移行可能に構
成したことを特徴とする流体発電システム。
【請求項１１】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機等
の起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性をリ
アルタイムに調整出来るようにした回転子において、積
層鉄心中にサンドイッチ状に設けた単数又は複数の導体
板を起動時や、発電機として用いる場合に同期速度より
大きく離れた場合に、同期速度より離れるに従って大き
くなる周波数の交流電流を制限するように、導体板の外
周部分はローターバー間を短絡的に流れないように内周
に向かって深く切り込みを設け、導体板を流れる電流は
大きく迂回して隣接の鉄心奥深くを流れることにより、
リアクタンス抵抗を増し電流を制限するようにしたこと
を特徴とする回転電機。
【請求項１２】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機等
の起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性をリ
アルタイムに調整出来るようにした回転子において、請
求項１１の導体板と積層鉄心の内周奥深く軸方向に設け
たローターバーや巻線と組み合わせることにより、より
一層リアクタンス抵抗を増し回転子中を流れる電流を制
限するようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項１３】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機の
起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性をリア
ルタイムに調整出来るようにした回転子において、請求
項１１の導体板や切り欠きのない円盤状などの導体板を
単数または複数枚用いて特性、特に出力や効率を上げる
ため、回転子積層鉄心を固定子鉄心の軸方向長さよりは
みだし的に長くしたことを特徴とする回転電機。
【請求項１４】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機な
どの起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性を
リアルタイムに調整出来、請求項１１の導体板や切り欠
きのない円盤状などの導体板を単数または複数枚を用い
て特性、特に出力や効率を上げるため、回転子積層鉄心
を固定子鉄心の軸方向長さよりはみだし的に長くした回
転子において、エンドリングの外径を回転子外径に比較
して小さくしてローターバーの延長部をエンドリング外
周部に形成したり、巻線のエンド部をできるだけ内周に
くるように組み線して、ローターバーや巻線の延長部を
流れる電流によって発生する磁界が空隙部の磁界を付加
的に高めるように積層や焼結鉄心を付加するなどして、
はみだし部の磁気形成が有効に形成出来るように構成し
たことを特徴とする回転電機。
【請求項１５】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機な
どの起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性を
リアルタイムに調整出来、請求項１１の導体板や切り欠
きのない円盤状などの導体板を単数または複数枚を用い
て特性、特に出力や効率を上げるため、固定子積層鉄心
を回転子鉄心の軸方向長さよりはみだし的に長くした回
転子において、エンドリングの外径を回転子外径に比較
して小さくしてローターバーの延長部をエンドリング外
周部に形成したり、巻線のエンド部をできるだけ内周に
くるように組み線して、ローターバーや巻線の延長部を
流れる電流によって発生する磁界が空隙部の磁界を付加
的に高めるように積層や焼結鉄心を付加するなどして、
はみだし部の磁気形成が有効に形成出来るように構成
し、ボビン巻線固定子等で形成したはみ出し固定子とロ
ーターバーや巻線の延長部を対峙させて出力や効率を向
上させるように構成したことを特徴とする回転電機。
【請求項１６】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機な
どの起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性を
リアルタイムに調整出来るようにした回転子において、
積層鉄心の内周奥深く軸方向に設けたローターバー、積
層鉄心の外周に設けた巻線及び、請求項７の導体板や切
り欠きのない円盤状などの導体板を単数または複数枚を
一部又は全部を組み合わせることにより、回転子中を流
れる電流を正確にコントロールするようにしたことを特
徴とする回転電機。
【請求項１７】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機等
の起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性をリ
アルタイムに調整出来るようにした回転子において、回
転子とその側壁に配した片側又は両側の巻線式回転子と
の組み合せにより、性能向上や流れる電流を正確にコン
トロールし易くするようにしたことを特徴とする回転電
機
【請求項１８】回転電機にて構成される一般の産業や民
生に使われる各種機械で用いる、誘導電機や同期電機な
どの起動特性や出力特性を改善したり、また出力特性を
リアルタイムに調整出来るようにした回転子において、
請求項１１の導体板と積層鉄心の内周奥深く軸方向に設
けたローターバーの単独又は組み合せにて、より一層リ
アクタンス抵抗を増し、回転子中を流れる電流を制限す
るように導体板の側壁部やローターバーの外周近傍及び
エンドリングの外壁に積層鉄心より強い磁性体を配した
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１９】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の回転子において、回転子鉄心を磁石
等を挿入する為分割構造にする場合に請求項１１の導体
板や別途補強を目的とした円盤等に遠心力にて鉄心が外
周に広がるのを防止するために、系合ピンやリングを設
け、さらに、これと系合する鉄心のピン孔やリング溝に
て、その遠心力に十分耐えるようにしたことを特徴とす
る回転電機。
【請求項２０】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の固定子や回転子にスロットレスの状
態で接着等で固定された巻線において、固定子と回転子
の空隙部と対峙する内周又は外周に筒状の金属、セラミ
ックスや熱硬化性樹脂などで保持し空隙長を均一にする
と同時に回転中の接触変形を無くすようにしたことを特
徴とする回転電機
【請求項２１】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の固定子や回転子にスロットレスの状
態で接着等で固定された巻線において、固定子と回転子
の空隙部と対峙する内周又は外周に筒状の金属、セラミ
ックスや熱硬化性樹脂などで保持し空隙長を均一にする
と同時に回転中の接触変形を無くすようにしたものにお
いて、これら筒状の金属等に鉄心と締結する突起等を設
けて確実に鉄心に固定したり、巻線相互を分離保持する
為の複数個の壁を設け、起動時や運転中或いは長時間の
運転にコイルが変形したり、接触したり、容量の大きい
場合に強いトルクにて接着がはがれたりしないようにし
たことを特徴とする回転電機
【請求項２２】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の固定子や回転子にスロットレスの状
態で接着等で固定された巻線や固定子と回転子の空隙部
と対峙する内周又は外周に筒状の金属、セラミックスや
熱硬化性樹脂などで保持し、空隙長を均一にすると同時
に回転中の接触変形を無くすようにしたものにおいて、
コイルと鉄心との固着剤の中に鉄粉等の磁性粉を含浸さ
せ、スロットレスに伴う特性の低下を補うようにしたこ
とを特徴とする回転電機
【請求項２３】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の固定子や回転子にスロットレスの状
態で接着等で固定された巻線や固定子と回転子の空隙部
と対峙する内周又は外周に筒状の金属、セラミックスや
熱硬化性樹脂などで保持し、空隙長を均一にすると同時
に回転中の接触変形を無くすようにしたものにおいて、
巻線や電工作業をより簡単にするようにイメージコイル
にて集中巻きしてコイル数を半分にすると同時に、コイ
ルと鉄心との固着剤の中に磁性粉を含浸させ、スロット
レスに伴う特性の低下を補うようにしたことを特徴とす
る回転電機
【請求項２４】一般の産業や民生に使われる各種機械で
用いる、回転電機の固定子や回転子にスロットレスの状
態で接着等で固定された巻線や固定子と回転子の空隙部
に対峙する内周又は外周に筒状の金属、セラミックスや
熱硬化性樹脂などで保持し、空隙長を均一にすると同時
に回転中の接触変形を無くすようにしたものにおいて、
この筒状保持具をスロット（無しでもよい）やスキュー
を付けた積層鉄心として、スロットレス鉄心との間にコ
イルを保持して、スロットレスに伴う特性の低下を補う
ようにしたことを特徴とする回転電機［請求項２５］磁石による固定子と回転子間の空隙の磁
束の増加や調節のため、各極鉄心に単数または複数の磁
石を挿入する放射状のスリットを設け、磁石の放射方向
の長さや軸方向の長さの調節や磁石の着脱が自在に出来
るようにし、磁石の強さや長さの変更、放射、軸方向共
に磁力の異なる複数の磁石の組み合わせを行わせる他、
これら磁石の磁界形成を電磁石により一部または全てを
置き換え、より電動機及び発電機の特性の変更や調節を
容易に出来るように構成したことを特徴とする磁石式電
動機及び発電機。［請求項２６］磁石を挿入する放射状のスリットの軸方
向の長さが巻線を施した固定子又は回転子の軸方向の長
さより大きくし、固定子と回転子間の空隙の磁束を増加
した長さに比例して増加できるようにすると同時に、そ
の長さや面積の差を数倍大きくとることにより、安いフ
エライト磁石などでもネオジユウム磁石並みの空隙磁束
を実現できるようにすると同時に、その一部又は全てを
電磁石に置き換えることにより、特性の向上、変更、及
び調節がよりスムーズにリアルタイムで行えるようにし
たことを特徴とする磁石式電動機及び発電機。［請求項２７］磁石配置にスペースが限られる場合に各
極の複数の磁石又は電磁石を用いて、磁極の立体面の全
て又は一部を使って有機的に配置することにより、空隙
部の磁束の集中を最大限に発現するようにしたことを特
徴とする磁石式電動機及び発電機。［請求項２８］空隙部の磁束を有効に発生させるため、
磁石配置部の鉄心を完全に分離構造とし、さらに、固定
子との空隙部より軸方向にはみ出した部分に段差や電磁
石鉄心の場合には適当なギャップを設ける等して、空隙
以外からの磁束の漏洩を極力少なくした構造とし、軸方
向長さの異なる巻線用固定子鉄心とは独自に、しかも経
済的に製作できるようにしたことを特徴とする請求項２
５記載の磁石式電動機及び発電機。［請求項２９］回転磁界により駆動させる為の導体部を
形成するためのスロットを設け、磁石を挿入する放射状
のスリットの軸方向の長さを長くした場合にも起動用の
回転子が形成できるように鉄心の軸方向端部の片側又は
両端を切り欠き、また、はみ出し部に電磁石を用いた場
合それらの電磁石鉄心の徑寸法を磁石鉄心の徑に対して
段差を形成し、その部分に回転子導体部の側板や巻線端
末を配置できるようにしたことを特徴とする請求項２８
の分離鉄心。［請求項３０］分離鉄心及び分割電磁石構造での磁界の
ロスを少なくするため、放射状スリットと磁石の間のギ
ャップ調節や鉄心と電磁石、電磁石間のギャップ調節に
強磁性体の薄いシート・磁粉末・磁性流体等を用いたこ
とを特徴とする磁石式電動機及び発電機。［請求項３１］外形寸法に制限の有る場合に高出力や安
い弱い磁石で比較的高性能な特性を得ようとした場合に
磁束鉄心以外は殆どの部品は非磁性体で構成し、空きス
ペースはすべて磁石鉄心及び磁石や電磁石で占めるよう
にしたことを特徴とする磁石式電動機及び発電機。［請求項３２］磁石の一部又は全てを電磁石に置き換え
可能にするため内外徑及び左右の何れの方向に連結して
も相互の磁束の漏洩や短絡を最少にするように鉄心を形
成し、また極数の多少に関係なくしかも最もシンプルで
生産性抜群な構造とし、さらに、ボビン構造の生産性抜
群の巻線とで構成出来るようにしたことを特徴とした電
磁石の構造。［請求項３３］連結可能な電磁石構造で同一構造のもの
を複数組み合わせることにより一つの大きな電磁石を形
成して量産性を高め得る構造とし、製造工具のコストを
極力少なくすると同時に部品の生産量確保により、生産
コストを飛躍的に低減した電磁石の構造。［請求項３４］電磁石鉄心に渦電流損の少ない焼結鉄
心、鉄粉を樹脂等で固めた鉄心及び電磁鋼板の積層や絞
り加工した磁極部材（焼結部材でも可）や渦電流損を少
なくするため厚い鋼板にスリットを設ける等して絞り加
工した磁極部材と組み合せて電磁鉄心を形成して、渦電
流損の少ない交流磁界形成可能な電磁石にすることによ
り、単相は勿論多相交流機の固定子及び巻線型回転子に
用いた電動機及び発電機。［請求項３5］単相又は多相交流機の固定子や巻線型回
転子に本発明の交流磁界形成可能な電磁石を用いる場
合、隣り合わせの相の磁極を一体に成形又は組み合せ加
工等してモジュール化し、相数の数の磁極鉄心を角度を
ずらさずに単純に連結するのみで、固定子や巻線型回転
子を製作可能にし、さらに製造工具が単数（相毎に製作
した場合複数必要）でよい生産性に優れた鉄心構造。［請求項３６］本発明の単相又は多相交流機の固定子と
磁石、電磁石又はその組み合せにより形成した回転子を
組み合せた電動機及び発電機。［請求項３７］本案電磁石構造において鉄心部の磁極の
一部をカットし、、そのカット部が電気角で次の式で示
される角度とし、磁極切り換え時の転換損失を複雑・高
価・不安定な電子制御回路を用いずに、鉄心の構造のみ
で低減するようにした鉄心。カット部の電気角＝１８０度−｛２π×励磁しようとす
る相数／回転子の極数 × 電動機の相数｝度