発電機
【課題】コギングがないまたは小さくでき、体積を大きくせずに、より高い電圧を発電できる発電機を提供する。
【解決手段】コイル２１１、２２１を有する固定子２００と、周方向に９０°ずつ磁極が変化するように配列された永久磁石列１１０と、１２０、１３０、１４０を有し、永久磁石列１１０、１２０、１３０、１４０が同心円状に配置され、永久磁石列１４０と永久磁石列１４０が、永久磁石列１１０と永久磁石列１２０よりも内側に配置され、コイル２１１が永久磁石列１１０と永久磁石列１２０との間に配置され、コイル２２１が永久磁石列１３０と永久磁石列１４０との間に配置される回転子１００と、を備える。
【解決手段】コイル２１１、２２１を有する固定子２００と、周方向に９０°ずつ磁極が変化するように配列された永久磁石列１１０と、１２０、１３０、１４０を有し、永久磁石列１１０、１２０、１３０、１４０が同心円状に配置され、永久磁石列１４０と永久磁石列１４０が、永久磁石列１１０と永久磁石列１２０よりも内側に配置され、コイル２１１が永久磁石列１１０と永久磁石列１２０との間に配置され、コイル２２１が永久磁石列１３０と永久磁石列１４０との間に配置される回転子１００と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機に関し、特に、風力発電用の発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用の発電機に鉄心を使用すると、コギングが起きるので、微風の時には回転しないという問題がある。コギングをなくすには、鉄心を用いない、コアレス発電機とすればいいが、単に鉄心を用いないだけでは、磁場が弱くなってしまい、所望の電圧を発生することができなくなってしまう。
【０００３】
磁場を高めるのに、ハルバッハ配列という永久磁石の配列方法があり、ハルバッハ配列された永久磁石を用いた永久磁石回転電機が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０１３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電機では、永久磁石をＮ極とＳ極とが交互になるように配置するが、Ｎ極とＳ極とを交互に配列した構造だと、磁場が磁石配列の表側と裏側の両方に発生してしまい、磁場を有効に利用できない。これに対して、ハルバッハ配列では、永久磁石の磁極を９０°ずつ回転させながら配列しているので、磁石配列の一方の側の磁場が弱まり、その磁石配列の他方の側では、その分磁場が強くなって、永久磁石の配列の片側に強い磁場を発生させることができる。
【０００６】
このようなハルバッハ配列をした永久磁石をリング状にした回転子と、コイルを備える固定子とを用い、回転子にシャフトを取り付け、シャフトを風力で回転させるようにすれば、風力発電用等の発電機を構成することができる。
【０００７】
このような風力発電用等の発電機では、発電する電圧を高くしたいという要望と、発電機の体積を小さくしたいという要望がある。電圧を高くするには、永久磁石の軸方向の厚さを厚くすればよいが、その分発電機の厚さも厚くなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の主な目的は、コギングがないまたは小さくでき、体積を大きくせずに、より高い電圧を発電することができる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】
【０００９】
本発明によれば、
第１のコイルと第２のコイルとを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能に設けられ、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第１の永久磁石を有する第１の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第１の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第１の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第２の永久磁石を有する第２の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側に配置され、前記第２の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第２の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第３の永久磁石を有する第３の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第３の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第３の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第４の永久磁石を有する第４の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側に配置され、前記第４の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第４の永久磁石列と、
を有し、
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが同心円状に配置され、
前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列が、前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列よりも内側に配置され、
前記第１のコイルが前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列との間に配置され、前記第２のコイルが前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列との間に配置される回転子と、
を備える発電機が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コギングがないまたは小さくでき、体積を大きくせずに、より高い電圧を発電することができる発電機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の好ましい第１の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部の概略部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい第１の実施の形態の発電機で発電される交流の周波数を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい第２の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい第３の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図６】図６は、図５のＸＸ線概略縦断面図である。
【図７】図７は、図５のＸＸ線概略斜視図である。
【図８】図８は、図５のＸＸ線概略部分斜視図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態の変形例を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１、図２を参照すれば、本実施の形態の発電機１は、回転子１００と固定子２００とを備えている。回転子１００にシャフト（図示せず）を取り付け、シャフト（図示せず）を風力で回転させるようにすれば、風力発電用の発電機を構成することができる。回転子１００は、永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０を備えている。固定子２００は、コイル配列２１０、２２０、２３０を備えている。永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０はそれぞれリング状に構成され、コイル配列２１０、２２０、２３０もそれぞれリング状に構成されている。永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０およびコイル配列２１０、２２０、２３０は同心円状に配置されている。永久磁石配列１２０は、永久磁石配列１１０の内側に設けられ、永久磁石配列１３０は、永久磁石配列１２０の内側に設けられ、永久磁石配列１４０は、永久磁石配列１３０の内側に設けられ、永久磁石配列１５０は、永久磁石配列１４０の内側に設けられ、永久磁石配列１６０は、永久磁石配列１５０の内側に設けられている。
【００１４】
発電機１は、３列の副発電機１１、１２、１３を備えている。副発電機１１は、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備え、コイル配列２１０は、永久磁石配列１１０と、永久磁石配列１２０の間に設けられている。副発電機１２は、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備え、コイル配列２２０は、永久磁石配列１３０と、永久磁石配列１４０の間に設けられている。副発電機１３は、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備え、コイル配列２３０は、永久磁石配列１５０と、永久磁石配列１６０の間に設けられている。
【００１５】
永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０は、それぞれ永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１の磁極を９０°ずつ回転させながら配列したハルバッハ配列となっている。以下、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１を例にとって説明するが、副発電機１２、副発電機１３も同様である。
【００１６】
永久磁石配列１１０の永久磁石１１１の数と永久磁石配列１２０の永久磁石１２１の数は同じである、永久磁石配列１１０の永久磁石１１１のうち径方向に着磁した永久磁石１１１の磁極方向と、永久磁石配列１２０の永久磁石１２１のうち径方向に着磁した永久磁石１２１の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は同じである。永久磁石配列１１０の永久磁石１１１のうち周方向に着磁した永久磁石１１１の磁極方向と、永久磁石配列１２０の永久磁石１２１のうち周方向に着磁した永久磁石１２１の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は反対である。
【００１７】
副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では外側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例では内側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の片側（本実施例では内側）に強い磁場を発生させることができる。また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では内側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例で外側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の片側（本実施例では外側）に強い磁場を発生させることができる。
【００１８】
このように永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０とを構成しているので、永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間の空間の磁場は強くなり、その一方では、永久磁石配列１１０の外側と永久磁石配列１２０の内側には、磁場は殆ど漏れなくなる。そして、この永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間にコイル配列２１０を配置しているので、高い電圧を発生することができる。このように、コイル配列２１０が配置される領域の磁場が強くなるので、コイル配列２１０を構成するコイル２１１に鉄心を使用しなくても、高い電圧を発生することができるようになる。そして、鉄心を使用しないので、コギングをなくすかまたは小さくできる。なお、コイル配列２１０は複数のコイル２１１がＵ相−Ｖ相−Ｗ相の順に巻かれてＹ結線しており、３相交流を発生する。
【００１９】
本実施の形態では、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３との３列の副発電機１１、１２、１３を備えている。副発電機１１、１２、１３は同心円状に配置されている。永久磁石配列１１０に用いられている永久磁石１１１の個数と、永久磁石配列１２０に用いられている永久磁石１２１の個数は同じである。永久磁石配列１３０に用いられている永久磁石１３１の個数と、永久磁石配列１４０に用いられている永久磁石１４１の個数は同じである。永久磁石配列１５０に用いられている永久磁石１５１の個数と、永久磁石配列１６０に用いられている永久磁石１６１の個数は同じである。副発電機１１、１２、１３は半径が異なり、副発電機１１、１２、１３の永久磁石の数は半径に比例し、従って、極数も半径に比例し、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も半径に比例する。副発電機１１、１２、１３は極数が異なるために、出力周波数が、互いに異なる。図３に示すように、例えば半径が、副発電機１３の半径がｒであり、副発電機１２の半径が２ｒであり、副発電機１１の半径が３ｒのときには、副発電機１２で発電される交流の周波数は副発電機１３で発電される交流の周波数の２倍となり、副発電機１１で発電される交流の周波数は副発電機１３で発電される交流の周波数の３倍となる。副発電機１１、１２、１３で発電される交流をそれぞれ整流し、加え合わせれば、例えば、副発電機１１のみで発電した電圧よりもより高い電圧を取り出すことができる。さらに、副発電機１１、１２、１３は、同じ平面内に同心円状に配置されているので、発電機１の体積は大きくせずに、高い電圧を発電することができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図４を参照すれば、第１の実施の形態では、副発電機１１、１２、１３の極数が半径に比例し、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も半径に比例したが、本実施の形態では、副発電機１１、１２、１３を角度的に相似形状にしており、副発電機１１、１２、１３の極数は互いに同じであり、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も互いに同じである点が第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。
【００２１】
副発電機１１、１２、１３は同心円状に配置されている。永久磁石配列１１０に用いられている永久磁石１１１の個数と、永久磁石配列１２０に用いられている永久磁石１２１の個数と、永久磁石配列１３０に用いられている永久磁石１３１の個数と、永久磁石配列１４０に用いられている永久磁石１４１の個数と、永久磁石配列１５０に用いられている永久磁石１５１の個数と、永久磁石配列１６０に用いられている永久磁石１６１の個数は同じである。副発電機１１、１２、１３は半径が異なるが、副発電機１１、１２、１３の極数は互いに同じである。コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も互いに同じである。従って、副発電機１１、１２、１３の出力周波数は、互いに同じである。また位相も同じである。従って、副発電機１１、１２、１３を直列に接続して発電機２の出力を取り出す。このように、副発電機１１、１２、１３で発電される交流を加え合わせて発電機２の出力を取り出すので、例えば、副発電機１１のみで発電した電圧よりもより高い電圧を取り出すことができる。さらに、副発電機１１、１２、１３は、同じ平面内（同じ高さ）に同心円状に配置されているので、発電機２の体積は大きくせずに、高い電圧を発電することができる。
【００２２】
本実施の形態においても、副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では外側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例では内側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の片側（本実施例では内側）に強い磁場を発生させることができる。また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では内側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例で外側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の片側（本実施例では外側）に強い磁場を発生させることができる。従って、永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間の空間の磁場は強くなり、その一方では、永久磁石配列１１０の外側と永久磁石配列１２０の内側には、磁場は殆ど漏れなくなる。そして、この永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間にコイル配列２１０を配置しているので、高い電圧を発生することができる。このように、コイル配列２１０が配置される領域の磁場が強くなるので、コイル配列２１０を構成するコイル２１１に鉄心を使用しなくても、高い電圧を発生することができるようになる。そして、鉄心を使用しないので、コギングをなくすかまたは小さくできる。このことは、副発電機１２、１３についても同様である。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の好ましい第３の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図であり、図６は、図５のＸＸ線概略縦断面図であり、図７は、図５のＸＸ線概略斜視図であり、図８は、図５のＸＸ線概略部分斜視図であり、図７からコイル配列に関連する部分を削除して、磁石配列に関連する部分を示した図である。
【００２４】
本実施の形態の発電機３の、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３は、第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じである。副発電機１１、１２、１３を直列に接続して発電機２の出力を取り出すのも第２の実施の形態と同じである。
【００２５】
本実施の形態では、コイル２１１、２２１、２３１を取り付けるコイル取り付け部材４００と、永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１を取り付ける永久磁石取り付け部材３００とを備えている。コイル取り付け部材４００は平板状であり、その中心に軸４１０が固定されて取り付けられている。軸４１０にはベアリング４２０が取り付けられている。永久磁石取り付け部材３００の中央部には、このベアリング４２０が取り付けられており、永久磁石取り付け部材３００は、軸４１０の回りをベアリング４２０を介して回転する。なお、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００は非磁性材料で構成されている。
【００２６】
永久磁石取り付け部材３００には、外側から順に溝３１１、３２０、３１２、３３０、３１３および中央部の凹部３４０が同心円状に形成されている。溝３１１の外側の側壁３０１の内側には永久磁石１１１が取り付けられている。溝３１１の内側の側壁３０２の外側には永久磁石１２１が取り付けられている。溝３１１内であって永久磁石１１１と永久磁石１２１の間には、コイル２１１が配置されている。コイル２１１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。溝３１２の外側の側壁３０３の内側には永久磁石１３１が取り付けられている。溝３１２の内側の側壁３０４の外側には永久磁石１４１が取り付けられている。溝３１２内であって永久磁石１３１と永久磁石１４１の間には、コイル２２１が配置されている。コイル２２１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。溝３１３の外側の側壁３０５の内側には永久磁石１５１が取り付けられている。溝３１３の内側の側壁３０６の外側には永久磁石１６１が取り付けられている。溝３１３内であって永久磁石１５１と永久磁石１６１の間には、コイル２３１が配置されている。コイル２３１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。
【００２７】
永久磁石１１１、１２１およびコイル２１１が設けられている溝３１１と、永久磁石１３１、１４１およびコイル２２１が設けられている溝３１２と、永久磁石１５１、１６１およびコイル２３１が設けられている溝３１３は、周方向に連続して設けられている。溝３２０は、溝３１１と溝３１２との間に設けられている。溝３３０は、溝３１２と溝３１３との間に設けられている。溝３２０、３３０は、それぞれ周方向に４分割して設けられている。溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在している。
【００２８】
永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１には、貫通孔３４２が設けられている。
【００２９】
少なくとも、コイル取り付け部材４００と、コイル取り付け部材４００に取り付けられたコイル２１１、２２１、２３１と、コイル取り付け部材４００に取り付けられた軸４１０により固定子２００が構成されている。少なくとも、永久磁石取り付け部材３００と、
永久磁石取り付け部材３００に取り付けられた永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１とにより回転子１００が構成されている。
【００３０】
回転子１００は、固定子２００の中心の軸４１０の回りをベアリング４２０を介して回転する。永久磁石取り付け部材３００の中央部には、シャフト４３０が取り付けられ、シャフト４３０にはブレード等（図示せず）が取り付けられ、風力でシャフト４３０が回転するように構成されており、風力発電用の発電機３を構成している。
【００３１】
固定子２００に対して回転子１００を回転すると、コイル２１１、２２１、２３１には起電力が生じて発電することができる。この際、コイル２１１、２２１、２３１に電流が流れることによって、コイル２１１、２２１、２３１が発熱するので、冷却することが好ましい。本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００の溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在している。壁３２２と壁３３２は、回転子１００が回転し、永久磁石取り付け部材３００が回転すると、回転し、永久磁石取り付け部材３００に取り付けた羽根のような作用をして、遠心力で空気を外側に押し出すので、空気の流れが生じてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。
【００３２】
図６を参照すれば、回転子１００を回転すると、永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１に設けた貫通孔３４２から空気が取り込まれ、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０６および永久磁石１６１との間を通り、その後、コイル２３１と永久磁石１６１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１３および永久磁石１６１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１５１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０５との間を通り、永久磁石取り付け部材３００の溝３３０に流入する。溝３３０に流入した空気は、溝３３０と溝３３０との間の壁３３２（図５、図８参照）によって遠心力で外側に押し出され、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０４および永久磁石１４１との間を通り、その後、コイル２２１と永久磁石１４１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１２および永久磁石１３１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１３１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０３との間を通り、永久磁石取り付け部材３００の溝３２０に流入する。溝３２０に流入した空気は、溝３２０と溝３２０との間の壁３２２（図５、図８参照）によって遠心力で外側に押し出され、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０２および永久磁石１２１との間を通り、その後、コイル２１１と永久磁石１２１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１１および永久磁石１１１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１１１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０１との間を通り、外部に放出される。
【００３３】
このように、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設け、溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在する構造であるので、永久磁石取り付け部材３００が回転すると、壁３２２、壁３３２は回転し、永久磁石取り付け部材３００に取り付けた羽根のような作用をして、遠心力で空気を外側に押し出すので、空気の流れが生じてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。なお、本実施の例では、壁３２２は周方向に４個設けられ、壁３３２も週方向に４個設けられているが、壁３２２のみでも、壁３３２のみでも遠心力で空気を外側に押し出すことができ、また、壁は少なくとも一つあれば、遠心力で空気を外側に押し出すことができる。また、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設けているので、永久磁石取り付け部材３００を軽量化することができ、発電機３を軽量化することができる。さらに、壁３２２，３３２は板状の部材で構成されていてなんら差支えない。
【００３４】
本実施の形態では、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３は、第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じであったが、本実施の形態の永久磁石取り付け部材３００に設けた溝３２０、溝３３０、溝３２０と溝３２０との間の壁３２２、溝３３０と溝３３０との間の壁３３２等の構造は、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３が、第１の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じ構造のものにも、適用でき、遠心力で空気を外側に押し出して、空気の流れを生じさせてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。また、発電機３を軽量化することができる。また、第１の実施の形態や第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と異なる他の構造にも適用できる。
【００３５】
本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設け、溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在し、壁３２２および壁３３２は、半径方向と平行な方向に設けられていたが、壁３２２および壁３３２は、半径方向と平行でなくても、所定の角度を有して設けられていてもよい。
【００３６】
本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１に設けた貫通孔３４２が空気取り込み口として作用しているが、空気取り込み口は、図９に示す貫通孔４４１のように、コイル取り付け部材４００の中央部に設けてもよく、永久磁石取り付け部材３００の中央部およびコイル取り付け部材４００の中央部の両方に設けてもよい。
【００３７】
また、第１〜第３の実施の形態では、３個の副発電機１１、１２、１３を使用したが、副発電機は２個でもよく、４個以上でもいい。
【００３８】
また、第１〜第３の実施の形態では、副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列して、配列の外側の磁場が弱まり、その配列の内側では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の内側）に強い磁場を発生させ、また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列して、配列の内側の磁場が弱まり、その配列の外側では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の外側に強い磁場を発生させたが、磁極を周方向に９０°ずつ回転させなくても、例えば、４５°ずつ回転させてもよく、周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように複数の第１の永久磁石を周方向に配列して、第１の永久磁石の配列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあうようにし、周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が第１の永久磁石とは反対方向に変化するように複数の第２の永久磁石を周方向に配列して、第１の永久磁石の配列の内側に配置し、第２の永久磁石の配列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあうように配置してもよい。
【００３９】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１、２、３ 発電機
１１、１２、１３ 副発電機
１００ 回転子
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ 永久磁石配列
１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１ 永久磁石
２００ 固定子
２１０、２２０、２３０ コイル配列
２１１、２２１、２３１ コイル
３００ 永久磁石取り付け部材
３０１、３０２、３０２、３０４、３０５、３０６ 側壁
３１１、３１２、３１３、３２０、３３０ 溝
３２２、３３２ 壁
３４０ 凹部
３４１ 底部
３４２ 貫通孔
４００ コイル取り付け部材
４１０ 軸
４２０ ベアリング
４３０ シャフト
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機に関し、特に、風力発電用の発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用の発電機に鉄心を使用すると、コギングが起きるので、微風の時には回転しないという問題がある。コギングをなくすには、鉄心を用いない、コアレス発電機とすればいいが、単に鉄心を用いないだけでは、磁場が弱くなってしまい、所望の電圧を発生することができなくなってしまう。
【０００３】
磁場を高めるのに、ハルバッハ配列という永久磁石の配列方法があり、ハルバッハ配列された永久磁石を用いた永久磁石回転電機が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０１３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電機では、永久磁石をＮ極とＳ極とが交互になるように配置するが、Ｎ極とＳ極とを交互に配列した構造だと、磁場が磁石配列の表側と裏側の両方に発生してしまい、磁場を有効に利用できない。これに対して、ハルバッハ配列では、永久磁石の磁極を９０°ずつ回転させながら配列しているので、磁石配列の一方の側の磁場が弱まり、その磁石配列の他方の側では、その分磁場が強くなって、永久磁石の配列の片側に強い磁場を発生させることができる。
【０００６】
このようなハルバッハ配列をした永久磁石をリング状にした回転子と、コイルを備える固定子とを用い、回転子にシャフトを取り付け、シャフトを風力で回転させるようにすれば、風力発電用等の発電機を構成することができる。
【０００７】
このような風力発電用等の発電機では、発電する電圧を高くしたいという要望と、発電機の体積を小さくしたいという要望がある。電圧を高くするには、永久磁石の軸方向の厚さを厚くすればよいが、その分発電機の厚さも厚くなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の主な目的は、コギングがないまたは小さくでき、体積を大きくせずに、より高い電圧を発電することができる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】
【０００９】
本発明によれば、
第１のコイルと第２のコイルとを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能に設けられ、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第１の永久磁石を有する第１の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第１の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第１の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第２の永久磁石を有する第２の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側に配置され、前記第２の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第２の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第３の永久磁石を有する第３の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第３の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第３の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第４の永久磁石を有する第４の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側に配置され、前記第４の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第４の永久磁石列と、
を有し、
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが同心円状に配置され、
前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列が、前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列よりも内側に配置され、
前記第１のコイルが前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列との間に配置され、前記第２のコイルが前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列との間に配置される回転子と、
を備える発電機が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コギングがないまたは小さくでき、体積を大きくせずに、より高い電圧を発電することができる発電機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の好ましい第１の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部の概略部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい第１の実施の形態の発電機で発電される交流の周波数を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい第２の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい第３の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図である。
【図６】図６は、図５のＸＸ線概略縦断面図である。
【図７】図７は、図５のＸＸ線概略斜視図である。
【図８】図８は、図５のＸＸ線概略部分斜視図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態の変形例を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１、図２を参照すれば、本実施の形態の発電機１は、回転子１００と固定子２００とを備えている。回転子１００にシャフト（図示せず）を取り付け、シャフト（図示せず）を風力で回転させるようにすれば、風力発電用の発電機を構成することができる。回転子１００は、永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０を備えている。固定子２００は、コイル配列２１０、２２０、２３０を備えている。永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０はそれぞれリング状に構成され、コイル配列２１０、２２０、２３０もそれぞれリング状に構成されている。永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０およびコイル配列２１０、２２０、２３０は同心円状に配置されている。永久磁石配列１２０は、永久磁石配列１１０の内側に設けられ、永久磁石配列１３０は、永久磁石配列１２０の内側に設けられ、永久磁石配列１４０は、永久磁石配列１３０の内側に設けられ、永久磁石配列１５０は、永久磁石配列１４０の内側に設けられ、永久磁石配列１６０は、永久磁石配列１５０の内側に設けられている。
【００１４】
発電機１は、３列の副発電機１１、１２、１３を備えている。副発電機１１は、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備え、コイル配列２１０は、永久磁石配列１１０と、永久磁石配列１２０の間に設けられている。副発電機１２は、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備え、コイル配列２２０は、永久磁石配列１３０と、永久磁石配列１４０の間に設けられている。副発電機１３は、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備え、コイル配列２３０は、永久磁石配列１５０と、永久磁石配列１６０の間に設けられている。
【００１５】
永久磁石配列１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０は、それぞれ永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１の磁極を９０°ずつ回転させながら配列したハルバッハ配列となっている。以下、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１を例にとって説明するが、副発電機１２、副発電機１３も同様である。
【００１６】
永久磁石配列１１０の永久磁石１１１の数と永久磁石配列１２０の永久磁石１２１の数は同じである、永久磁石配列１１０の永久磁石１１１のうち径方向に着磁した永久磁石１１１の磁極方向と、永久磁石配列１２０の永久磁石１２１のうち径方向に着磁した永久磁石１２１の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は同じである。永久磁石配列１１０の永久磁石１１１のうち周方向に着磁した永久磁石１１１の磁極方向と、永久磁石配列１２０の永久磁石１２１のうち周方向に着磁した永久磁石１２１の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は反対である。
【００１７】
副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では外側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例では内側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の片側（本実施例では内側）に強い磁場を発生させることができる。また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では内側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例で外側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の片側（本実施例では外側）に強い磁場を発生させることができる。
【００１８】
このように永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０とを構成しているので、永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間の空間の磁場は強くなり、その一方では、永久磁石配列１１０の外側と永久磁石配列１２０の内側には、磁場は殆ど漏れなくなる。そして、この永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間にコイル配列２１０を配置しているので、高い電圧を発生することができる。このように、コイル配列２１０が配置される領域の磁場が強くなるので、コイル配列２１０を構成するコイル２１１に鉄心を使用しなくても、高い電圧を発生することができるようになる。そして、鉄心を使用しないので、コギングをなくすかまたは小さくできる。なお、コイル配列２１０は複数のコイル２１１がＵ相−Ｖ相−Ｗ相の順に巻かれてＹ結線しており、３相交流を発生する。
【００１９】
本実施の形態では、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３との３列の副発電機１１、１２、１３を備えている。副発電機１１、１２、１３は同心円状に配置されている。永久磁石配列１１０に用いられている永久磁石１１１の個数と、永久磁石配列１２０に用いられている永久磁石１２１の個数は同じである。永久磁石配列１３０に用いられている永久磁石１３１の個数と、永久磁石配列１４０に用いられている永久磁石１４１の個数は同じである。永久磁石配列１５０に用いられている永久磁石１５１の個数と、永久磁石配列１６０に用いられている永久磁石１６１の個数は同じである。副発電機１１、１２、１３は半径が異なり、副発電機１１、１２、１３の永久磁石の数は半径に比例し、従って、極数も半径に比例し、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も半径に比例する。副発電機１１、１２、１３は極数が異なるために、出力周波数が、互いに異なる。図３に示すように、例えば半径が、副発電機１３の半径がｒであり、副発電機１２の半径が２ｒであり、副発電機１１の半径が３ｒのときには、副発電機１２で発電される交流の周波数は副発電機１３で発電される交流の周波数の２倍となり、副発電機１１で発電される交流の周波数は副発電機１３で発電される交流の周波数の３倍となる。副発電機１１、１２、１３で発電される交流をそれぞれ整流し、加え合わせれば、例えば、副発電機１１のみで発電した電圧よりもより高い電圧を取り出すことができる。さらに、副発電機１１、１２、１３は、同じ平面内に同心円状に配置されているので、発電機１の体積は大きくせずに、高い電圧を発電することができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図４を参照すれば、第１の実施の形態では、副発電機１１、１２、１３の極数が半径に比例し、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も半径に比例したが、本実施の形態では、副発電機１１、１２、１３を角度的に相似形状にしており、副発電機１１、１２、１３の極数は互いに同じであり、コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も互いに同じである点が第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。
【００２１】
副発電機１１、１２、１３は同心円状に配置されている。永久磁石配列１１０に用いられている永久磁石１１１の個数と、永久磁石配列１２０に用いられている永久磁石１２１の個数と、永久磁石配列１３０に用いられている永久磁石１３１の個数と、永久磁石配列１４０に用いられている永久磁石１４１の個数と、永久磁石配列１５０に用いられている永久磁石１５１の個数と、永久磁石配列１６０に用いられている永久磁石１６１の個数は同じである。副発電機１１、１２、１３は半径が異なるが、副発電機１１、１２、１３の極数は互いに同じである。コイル２１１、２２１、２３１の直列個数も互いに同じである。従って、副発電機１１、１２、１３の出力周波数は、互いに同じである。また位相も同じである。従って、副発電機１１、１２、１３を直列に接続して発電機２の出力を取り出す。このように、副発電機１１、１２、１３で発電される交流を加え合わせて発電機２の出力を取り出すので、例えば、副発電機１１のみで発電した電圧よりもより高い電圧を取り出すことができる。さらに、副発電機１１、１２、１３は、同じ平面内（同じ高さ）に同心円状に配置されているので、発電機２の体積は大きくせずに、高い電圧を発電することができる。
【００２２】
本実施の形態においても、副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では外側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例では内側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の片側（本実施例では内側）に強い磁場を発生させることができる。また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（本実施例では内側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（本実施例で外側）では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の片側（本実施例では外側）に強い磁場を発生させることができる。従って、永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間の空間の磁場は強くなり、その一方では、永久磁石配列１１０の外側と永久磁石配列１２０の内側には、磁場は殆ど漏れなくなる。そして、この永久磁石配列１１０と永久磁石配列１２０との間にコイル配列２１０を配置しているので、高い電圧を発生することができる。このように、コイル配列２１０が配置される領域の磁場が強くなるので、コイル配列２１０を構成するコイル２１１に鉄心を使用しなくても、高い電圧を発生することができるようになる。そして、鉄心を使用しないので、コギングをなくすかまたは小さくできる。このことは、副発電機１２、１３についても同様である。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の好ましい第３の実施の形態の発電機を説明するための概略平面図であり、図６は、図５のＸＸ線概略縦断面図であり、図７は、図５のＸＸ線概略斜視図であり、図８は、図５のＸＸ線概略部分斜視図であり、図７からコイル配列に関連する部分を削除して、磁石配列に関連する部分を示した図である。
【００２４】
本実施の形態の発電機３の、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３は、第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じである。副発電機１１、１２、１３を直列に接続して発電機２の出力を取り出すのも第２の実施の形態と同じである。
【００２５】
本実施の形態では、コイル２１１、２２１、２３１を取り付けるコイル取り付け部材４００と、永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１を取り付ける永久磁石取り付け部材３００とを備えている。コイル取り付け部材４００は平板状であり、その中心に軸４１０が固定されて取り付けられている。軸４１０にはベアリング４２０が取り付けられている。永久磁石取り付け部材３００の中央部には、このベアリング４２０が取り付けられており、永久磁石取り付け部材３００は、軸４１０の回りをベアリング４２０を介して回転する。なお、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００は非磁性材料で構成されている。
【００２６】
永久磁石取り付け部材３００には、外側から順に溝３１１、３２０、３１２、３３０、３１３および中央部の凹部３４０が同心円状に形成されている。溝３１１の外側の側壁３０１の内側には永久磁石１１１が取り付けられている。溝３１１の内側の側壁３０２の外側には永久磁石１２１が取り付けられている。溝３１１内であって永久磁石１１１と永久磁石１２１の間には、コイル２１１が配置されている。コイル２１１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。溝３１２の外側の側壁３０３の内側には永久磁石１３１が取り付けられている。溝３１２の内側の側壁３０４の外側には永久磁石１４１が取り付けられている。溝３１２内であって永久磁石１３１と永久磁石１４１の間には、コイル２２１が配置されている。コイル２２１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。溝３１３の外側の側壁３０５の内側には永久磁石１５１が取り付けられている。溝３１３の内側の側壁３０６の外側には永久磁石１６１が取り付けられている。溝３１３内であって永久磁石１５１と永久磁石１６１の間には、コイル２３１が配置されている。コイル２３１はコイル取り付け部材４００に取り付けられている。
【００２７】
永久磁石１１１、１２１およびコイル２１１が設けられている溝３１１と、永久磁石１３１、１４１およびコイル２２１が設けられている溝３１２と、永久磁石１５１、１６１およびコイル２３１が設けられている溝３１３は、周方向に連続して設けられている。溝３２０は、溝３１１と溝３１２との間に設けられている。溝３３０は、溝３１２と溝３１３との間に設けられている。溝３２０、３３０は、それぞれ周方向に４分割して設けられている。溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在している。
【００２８】
永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１には、貫通孔３４２が設けられている。
【００２９】
少なくとも、コイル取り付け部材４００と、コイル取り付け部材４００に取り付けられたコイル２１１、２２１、２３１と、コイル取り付け部材４００に取り付けられた軸４１０により固定子２００が構成されている。少なくとも、永久磁石取り付け部材３００と、
永久磁石取り付け部材３００に取り付けられた永久磁石１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１とにより回転子１００が構成されている。
【００３０】
回転子１００は、固定子２００の中心の軸４１０の回りをベアリング４２０を介して回転する。永久磁石取り付け部材３００の中央部には、シャフト４３０が取り付けられ、シャフト４３０にはブレード等（図示せず）が取り付けられ、風力でシャフト４３０が回転するように構成されており、風力発電用の発電機３を構成している。
【００３１】
固定子２００に対して回転子１００を回転すると、コイル２１１、２２１、２３１には起電力が生じて発電することができる。この際、コイル２１１、２２１、２３１に電流が流れることによって、コイル２１１、２２１、２３１が発熱するので、冷却することが好ましい。本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００の溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在している。壁３２２と壁３３２は、回転子１００が回転し、永久磁石取り付け部材３００が回転すると、回転し、永久磁石取り付け部材３００に取り付けた羽根のような作用をして、遠心力で空気を外側に押し出すので、空気の流れが生じてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。
【００３２】
図６を参照すれば、回転子１００を回転すると、永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１に設けた貫通孔３４２から空気が取り込まれ、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０６および永久磁石１６１との間を通り、その後、コイル２３１と永久磁石１６１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１３および永久磁石１６１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１５１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０５との間を通り、永久磁石取り付け部材３００の溝３３０に流入する。溝３３０に流入した空気は、溝３３０と溝３３０との間の壁３３２（図５、図８参照）によって遠心力で外側に押し出され、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０４および永久磁石１４１との間を通り、その後、コイル２２１と永久磁石１４１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１２および永久磁石１３１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１３１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０３との間を通り、永久磁石取り付け部材３００の溝３２０に流入する。溝３２０に流入した空気は、溝３２０と溝３２０との間の壁３２２（図５、図８参照）によって遠心力で外側に押し出され、コイル取り付け部材４００と永久磁石取り付け部材３００の壁３０２および永久磁石１２１との間を通り、その後、コイル２１１と永久磁石１２１、永久磁石取り付け部材３００の溝３１１および永久磁石１１１との間を通り、その後、コイル取り付け部材４００と永久磁石１１１および永久磁石取り付け部材３００の壁３０１との間を通り、外部に放出される。
【００３３】
このように、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設け、溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在する構造であるので、永久磁石取り付け部材３００が回転すると、壁３２２、壁３３２は回転し、永久磁石取り付け部材３００に取り付けた羽根のような作用をして、遠心力で空気を外側に押し出すので、空気の流れが生じてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。なお、本実施の例では、壁３２２は周方向に４個設けられ、壁３３２も週方向に４個設けられているが、壁３２２のみでも、壁３３２のみでも遠心力で空気を外側に押し出すことができ、また、壁は少なくとも一つあれば、遠心力で空気を外側に押し出すことができる。また、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設けているので、永久磁石取り付け部材３００を軽量化することができ、発電機３を軽量化することができる。さらに、壁３２２，３３２は板状の部材で構成されていてなんら差支えない。
【００３４】
本実施の形態では、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３は、第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じであったが、本実施の形態の永久磁石取り付け部材３００に設けた溝３２０、溝３３０、溝３２０と溝３２０との間の壁３２２、溝３３０と溝３３０との間の壁３３２等の構造は、永久磁石配列１１０、１２０およびコイル配列２１０を備える副発電機１１と、永久磁石配列１３０、１４０およびコイル配列２２０を備える副発電機１２と、永久磁石配列１５０、１６０およびコイル配列２３０を備える副発電機１３が、第１の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と同じ構造のものにも、適用でき、遠心力で空気を外側に押し出して、空気の流れを生じさせてコイル２１１、２２１、２３１を冷却することができる。また、発電機３を軽量化することができる。また、第１の実施の形態や第２の実施の形態の副発電機１１、１２、１３と異なる他の構造にも適用できる。
【００３５】
本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００に溝３２０、溝３３０を設け、溝３２０と溝３２０との間には壁３２２が存在し、溝３３０と溝３３０との間には壁３３２が存在し、壁３２２および壁３３２は、半径方向と平行な方向に設けられていたが、壁３２２および壁３３２は、半径方向と平行でなくても、所定の角度を有して設けられていてもよい。
【００３６】
本実施の形態では、永久磁石取り付け部材３００の中央部の凹部３４０の底部３４１に設けた貫通孔３４２が空気取り込み口として作用しているが、空気取り込み口は、図９に示す貫通孔４４１のように、コイル取り付け部材４００の中央部に設けてもよく、永久磁石取り付け部材３００の中央部およびコイル取り付け部材４００の中央部の両方に設けてもよい。
【００３７】
また、第１〜第３の実施の形態では、３個の副発電機１１、１２、１３を使用したが、副発電機は２個でもよく、４個以上でもいい。
【００３８】
また、第１〜第３の実施の形態では、副発電機１１の永久磁石配列１１０では、永久磁石１１１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列して、配列の外側の磁場が弱まり、その配列の内側では、その分磁場が強くなって、永久磁石１１１の配列１１０の内側）に強い磁場を発生させ、また、永久磁石配列１２０では、永久磁石１２１の磁極を周方向に９０°ずつ回転させながら配列して、配列の内側の磁場が弱まり、その配列の外側では、その分磁場が強くなって、永久磁石１２１の配列１２０の外側に強い磁場を発生させたが、磁極を周方向に９０°ずつ回転させなくても、例えば、４５°ずつ回転させてもよく、周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように複数の第１の永久磁石を周方向に配列して、第１の永久磁石の配列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあうようにし、周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が第１の永久磁石とは反対方向に変化するように複数の第２の永久磁石を周方向に配列して、第１の永久磁石の配列の内側に配置し、第２の永久磁石の配列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあうように配置してもよい。
【００３９】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１、２、３ 発電機
１１、１２、１３ 副発電機
１００ 回転子
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ 永久磁石配列
１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１ 永久磁石
２００ 固定子
２１０、２２０、２３０ コイル配列
２１１、２２１、２３１ コイル
３００ 永久磁石取り付け部材
３０１、３０２、３０２、３０４、３０５、３０６ 側壁
３１１、３１２、３１３、３２０、３３０ 溝
３２２、３３２ 壁
３４０ 凹部
３４１ 底部
３４２ 貫通孔
４００ コイル取り付け部材
４１０ 軸
４２０ ベアリング
４３０ シャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと第２のコイルとを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能に設けられ、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第１の永久磁石を有する第１の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第１の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第１の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第２の永久磁石を有する第２の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側に配置され、前記第２の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第２の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第３の永久磁石を有する第３の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第３の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第３の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第４の永久磁石を有する第４の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側に配置され、前記第４の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第４の永久磁石列と、
を有し、
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが同心円状に配置され、
前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列が、前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列よりも内側に配置され、
前記第１のコイルが前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列との間に配置され、前記第２のコイルが前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列との間に配置される回転子と、
を備える発電機。
【請求項２】
前記回転子に、径方向に平行にまたは径方向と所定の角度を有して設けられた壁をさらに備える請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが、同じ高さに配置されている請求項１または２記載の発電機。
【請求項４】
前記複数の第１の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第１の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第２の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第２の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第１の永久磁石の磁極の方向と前記複数の第２の永久磁石の磁極の方向が、径方向の磁極の方向については同じ方向であり、周方向の磁極の方向については反対方向であり、
前記複数の第３の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第３の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第４の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第４の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第３の永久磁石の磁極の方向と前記複数の第４の永久磁石の磁極の方向が、径方向の磁極の方向については同じ方向であり、周方向の磁極の方向については反対方向である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項５】
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第２の永久磁石の個数は同じであり、
前記複数の第３の永久磁石の個数と、前記複数の第４の永久磁石の個数は同じであり、
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第３の永久磁石の個数の比は、前記第１の永久磁石列の半径と、前記第３の永久磁石列の半径の比に等しい請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項６】
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第２の永久磁石の個数と、前記複数の第３の永久磁石の個数と、前記複数の第４の永久磁石の個数は同じである請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項７】
前記回転子は、前記複数の第１〜第４の永久磁石を取り付ける永久磁石取り付け部材をさらに備え、
前記永久磁石取り付け部材は、周方向に設けられた複数の溝を有し、前記壁は、前記複数の溝間の壁である請求項２記載の発電機。
【請求項８】
前記回転子または前記固定子の少なくとも一方の中央部に設けられた空気取り込み口をさらに備える請求項２または７記載の発電機。
【請求項１】
第１のコイルと第２のコイルとを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能に設けられ、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第１の永久磁石を有する第１の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第１の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第１の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第２の永久磁石を有する第２の永久磁石列であって、前記第１の永久磁石列の内側に配置され、前記第２の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第２の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように周方向に配列された複数の第３の永久磁石を有する第３の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側の磁場が強めあい、外側の磁場が弱めあう前記第３の永久磁石列と、
周方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が前記第３の永久磁石列とは反対方向に変化するように周方向に配列された複数の第４の永久磁石を有する第４の永久磁石列であって、前記第３の永久磁石列の内側に配置され、前記第４の永久磁石列の外側の磁場が強めあい、内側の磁場が弱めあう前記第４の永久磁石列と、
を有し、
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが同心円状に配置され、
前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列が、前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列よりも内側に配置され、
前記第１のコイルが前記第１の永久磁石列と前記第２の永久磁石列との間に配置され、前記第２のコイルが前記第３の永久磁石列と前記第４の永久磁石列との間に配置される回転子と、
を備える発電機。
【請求項２】
前記回転子に、径方向に平行にまたは径方向と所定の角度を有して設けられた壁をさらに備える請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記第１の永久磁石列と、前記第２の永久磁石列と、前記第３の永久磁石列と、前記第４の永久磁石列とが、同じ高さに配置されている請求項１または２記載の発電機。
【請求項４】
前記複数の第１の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第１の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第２の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第２の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第１の永久磁石の磁極の方向と前記複数の第２の永久磁石の磁極の方向が、径方向の磁極の方向については同じ方向であり、周方向の磁極の方向については反対方向であり、
前記複数の第３の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第３の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第４の永久磁石の磁極の方向が周方向に９０°ずつ回転するように前記複数の第４の永久磁石が周方向に配列され、
前記複数の第３の永久磁石の磁極の方向と前記複数の第４の永久磁石の磁極の方向が、径方向の磁極の方向については同じ方向であり、周方向の磁極の方向については反対方向である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項５】
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第２の永久磁石の個数は同じであり、
前記複数の第３の永久磁石の個数と、前記複数の第４の永久磁石の個数は同じであり、
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第３の永久磁石の個数の比は、前記第１の永久磁石列の半径と、前記第３の永久磁石列の半径の比に等しい請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項６】
前記複数の第１の永久磁石の個数と、前記複数の第２の永久磁石の個数と、前記複数の第３の永久磁石の個数と、前記複数の第４の永久磁石の個数は同じである請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項７】
前記回転子は、前記複数の第１〜第４の永久磁石を取り付ける永久磁石取り付け部材をさらに備え、
前記永久磁石取り付け部材は、周方向に設けられた複数の溝を有し、前記壁は、前記複数の溝間の壁である請求項２記載の発電機。
【請求項８】
前記回転子または前記固定子の少なくとも一方の中央部に設けられた空気取り込み口をさらに備える請求項２または７記載の発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６２９８９（Ｐ２０１３−６２９８９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１０９２（Ｐ２０１１−２０１０９２）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年８月１日 社団法人 電気設備学会発行の「２０１１年（第２９回）電気設備学会全国大会講演論文集」に発表
【出願人】（５０１２４１６４５）学校法人 工学院大学 (14)
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年８月１日 社団法人 電気設備学会発行の「２０１１年（第２９回）電気設備学会全国大会講演論文集」に発表
【出願人】（５０１２４１６４５）学校法人 工学院大学 (14)
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