JP5598777B2 - 起電力安定化永久磁石発電機 - Google Patents

Description

本発明は安定化した起電力を出力する永久磁石発電機に関し、より詳しくは、原動機の回転速度に感応して起電力を安定的に出力し、起電力の波形も正弦波に近接するように安定させる起電力安定化永久磁石発電機に関する。

発電機は風力、水力、火力、原子力などの自然界のエネルギーを機械的エネルギーに変換する原動機に軸結合されて原動機の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、一般的に原動機に軸結合された回転子の回転磁束を回転子の外周面に孔隙を置いて固定された固定子に鎖交させて起電力を生成する。

そして、小型発電機は界磁巻線に代えた永久磁石を回転子に取り付けて固定子に巻かれた電機子巻線に回転磁束を鎖交させるように構成され、この際、従来にはＮ極及びＳ極の永久磁石を回転子の外周面に沿って交互に配置して、電機子巻線をＮ極と鎖交させた後、Ｓ極と鎖交させる過程を繰り返して正弦波に近い起電力を発生させる。

しかしながら、従来の発電機はＮ極とＳ極が軸方向に沿って境界をなして、境界部分には一定の離隔距離を置いているので、Ｎ極とＳ極との間で鎖交される磁束は急変するようになり、これによって誘起される起電力も正弦波をなされず歪められた。結局、正弦波をなしていない誘起起電力は高調波成分をたくさん含むようになるが、その時に含まれた高調波成分は電機子巻線での銅損を誘発して発電効率を低下させ、誘起起電力の供給を受ける負荷機器にも悪影響を及ぼすようになる問題点を誘発した。即ち、所望の正弦波の起電力に変換されるべきエネルギーの一部が効率低下及び悪影響を及ぼす高調波成分に変換されるものである。

また、電機子巻線のコイルが磁極（Ｎ極またはＳ極）と向き合って過ぎる時には、過ぎる間、均一な磁束のみで鎖交するようになるので、この時にも正弦波の起電力を発生させることができなくなる。

即ち、従来の発電機で磁極による磁束分布を円周面に沿って図示するようになれば、磁極の間の空いた空間で急激に変動される矩形波に近くなり、誘起される起電力を正弦波に作れないという問題点があった。

このような問題点を解決するために、従来には、多数個の巻線を固定子の外周面に沿って分散させた後、直列に連結して正弦波に近い起電力を得ることができたが、このような巻線方法は非常に複雑であるので小型発電機への適用は困難であった。

一方、誘起起電力は回転子の回転速度に従って変動されるので、一定の起電力を生成するために、従来には回転子に軸結合された原動機の速度を一定に維持させる方法を採用した。

しかしながら、風力や水力を用いる小型発電機で原動機の速度を一定に維持させるための制御手段を設置するということは、発電機設置費用及び設置空間の確保の面で非経済的であるので、そのような制御手段を使用できず、単に過発電を防止するために原動機と軸結合を解除する構成に取り替えてきた。これは、風力や水力を正しく活用できない結果をもたらして発電効率を低下させた。

本発明の目的は、回転子の磁極による磁束を断絶無しで連続して繋がるようにして、固定子の電機子巻線で発生する誘起起電力を正弦波に近くすることができる起電力安定化永久磁石発電機を提供することにある。

本発明の他の目的は、原動機から伝達される回転力が変動されても簡単な構成を付加して一定の範囲の起電力を発生させることができる起電力安定化永久磁石発電機を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、電機子巻線が巻かれた固定子１１０を内周面に備えたケース１００と、永久磁石を外周面に備え、原動機により回転する回転シャフト２１０に固定されてケース１００の内部に取り付けられる回転子１００を含んで構成される起電力安定化永久磁石発電機において、上記回転子２００は同一極性を有する複数個の一極永久磁石２２１を正面方向の尖頭から背面方向に行くほど広くなるようにし、固定子１１０の軸方向長さに合うように形成した後、外周面に周り方向に沿って固定した固定回転子２２０、及び上記一極永久磁石２２１と同一な形態に形成し、かつ上記一極永久磁石２２１とは異なる同一極性を有する複数個の他極永久磁石２３１を尖頭が背面方向に向けるようにして外周面に沿って周り方向に固定して、一極永久磁石２２１及び他極永久磁石２３１が互いに間隔（ｄ）を置いて噛合されるようにし、上記回転シャフト２１０に外挿されるガイド管２３３を備え、軸方向に沿って長突起形態からなるガイド突起２１３を上記回転シャフト２１０の外周面に造成し、軸方向に沿って長凹溝形態からなるガイド長凹溝２３６を上記ガイド管２３３の内周面に形成して上記ガイド突起２１３が上記ガイド長凹溝２３６に挟まれた状態で上記回転シャフト２１０の軸方向に沿ってガイドされて前後移動可能にした遠心分離回転子２３０を含んで構成されることを特徴とする。

上記一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１は、平面状に広げた形態が二等辺三角形に形成されるようにすることができることを特徴とする。

上記回転シャフト２１０の回転速度が大きいほど正面方向に移動されるようにする遠心分離可動部３００、３００’が正面の端部に取り付けられて、上記回転シャフト２１０の回転速度が大きくなるほど遠心分離回転子２２０が固定子１１０の内部から徐々に離脱されるようにすることができることを特徴とする。

また、軸方向に沿ってガイド孔２１１を備えた中空管形態に上記回転シャフト２１０を形成し、正面側の端部に押圧円板２４１を備えた前後進シャフト２４０を上記回転シャフト２１０の中空２１２に内挿した後、上記ガイド孔２１１を通じて挟まれる固定ピン２３４で上記遠心分離回転子２３０を上記前後進シャフト２４０の背面側の端部に固定し、上記遠心分離可動部３００、３００’は上記押圧円板２４１を軸方向に沿って前後移動させるようにすることができることを特徴とする。

また、上記前後進シャフト２４０は、正面側の端部に備えられた押圧円板２４１を引張型の弾性体２４２で上記回転シャフト２１０の正面側の端部に弾支させたり、でなければ背面側の端部を上記回転シャフト２１０の中空２１２に内挿される引張型弾性体２４２Ａまたは圧縮型弾性体２４２Ｂで背面側方向に弾支させ、上記遠心分離可動部３００は、上記回転シャフト２１０の正面側の外周面に固定される支持台３１０と、折り曲げられたバー（bar）の形態に形成され、折り曲げられた内側面が回転シャフト２１０の軸方向に向けるようにし、背面側の端部を上記押圧円板２４１の背面にかかるようにした状態で折曲部位を上記支持台３１０の端部にヒンジ３２２により結合した遠心回動バー３２０を含んで構成されるようにすることができることを特徴とする。

また、上記遠心分離可動部３００’は前後進シャフト２４０の回転速度（ＲＰＭ）を感知する回転速度計３３０、上記回転速度計３３０で感知された回転速度によって上記押圧円板２４１を前後移動させる押圧円板移動調節部３４０を含んで構成されるようにすることができることを特徴とする。

上記のように構成される本発明によれば、回転子に備えられるＮ極磁石及びＳ極磁石を間隔を置いて互いに噛合される形態に配置して電機子巻線に鎖交される磁束が断絶無しで連続して繋がるようにするので、正弦波に近い起電力を誘起させることができるので発電効率を上げることができる。

また、本発明はＮ極磁石及びＳ極磁石のうち、いずれか１つの磁石（他極永久磁石）による鎖交磁束を回転力の大きさによって加減することができるので、原動機による回転力が変動されても一定の範囲の値を有する起電力を供給するので、過電力供給による電機子巻線の破損及び負荷機器の破損を防止することができる。

また、本発明は回転シャフト２１０に従って回転し、かつ内部中空に挟まれて回転シャフト２１０の軸方向にガイドされる前後進シャフト２４０を遠心分離回転子２３０に固定するので、遠心分離回転子２３０の移動のための構成を前後進シャフト２４０の端部に簡単に取り付けることができる。

本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の斜視図である。 本発明の第１実施形態における回転子２００の分離斜視図である。 本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の分離斜視図である。 本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の側面断面図である。 本発明の第２実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の側面断面図である。 本発明の実施形態における回転子に備えられた永久磁石を平面状に広げた図である。 本発明の実施形態における永久磁石の間隔を異なるように形成した永久磁石を平面状に広げた図である。 本発明の第１実施形態における弾性体を回転シャフト２１０の背面側に取付できることを示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照して当該分野に通常の知識を有する者が容易に実施できるように説明する。添付した図面において、構成に表記された参照番号は他の図面でも同一な構成を表記する時にできる限り同一な参照番号を使用していることに留意すべきである。また、以下、本発明を説明するに当たって、関連した公知の機能または公知の構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の斜視図である。

上記図１を参照すると、本発明の実施形態に従う発電機は、固定子及び回転子の間になされる電磁気誘導により起電力を発生させるケース１００を備え、回転子の回転シャフト２１０が上記ケース１００を軸方向に貫通するようにし、回転シャフト２１０の背面側の端部に原動機（図示せず）を固定して回転力の伝達を受けるようにし、回転シャフト２１０の正面側の端部には遠心分離可動部３００を取り付けて回転力の大きさによって誘起起電力を加減できるように構成される。

ここで、上記原動機（図示せず）は本発明を風力発電機に適用される場合にファンブレードアセンブリで構成されることができ、水力発電機に適用される場合に水車で構成できるように、原動力を得る方式に合うように構成される。

以下、図２乃至図４を参照して本発明の第１実施形態に従う細部構成を詳細に説明する。

図２は本発明の第１実施形態における回転子２００の分離斜視図であり、図３は本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の分離斜視図であり、図４は本発明の第１実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の側面断面図であって、遠心分離回転子２３０を移動させる前の側面図（ａ）と移動させた後の側面図（ｂ）である。

上記図２乃至図４を参照すると、本発明は固定子１１０を内周面に備えたケース１００と、永久磁石２２１、２３１を備え、ケース１００の内部に回転可能に取り付けられる回転子２００と、回転子２００の正面側の端部に取り付けられる遠心分離可動部３００とを含んで構成される。

上記ケース１００は円筒形の胴体を備え、電機子巻線が巻かれた固定子１１０が内面に沿って円周方向に固定され、背面は回転軸の中心に回転軸貫通口１３２を備えた後板１３０により塞がっており、正面は回転軸の中心に回転軸貫通口１２３を備えた正面カバー１２０により閉口できるように構成される。

ここで、上記正面カバー１２０は後述する遠心分離回転子２３０が回転軸方向に移動できる余裕空間を設けるために、円筒形の遠心分離回転子収容部１２１を備え、上記遠心分離回転子収容部１２１の背面側の外周面にフランジ１２４を造成して上記ケース１００の胴体の正面にボルト締結（１２５）して固定され、正面には回転軸の中心に回転軸貫通口１２３を備えた板により塞がっている。

そして、上記回転軸貫通口１２３、１３２にはベアリング１２２、１３１が挟まれているので、後述する回転子２００の回転シャフト２１０をベアリング１２２、１３１の内部に貫通させてケース１００に回転可能に支持する。

上記固定子１１０は、後述する永久磁石２２１、２３１の磁束に鎖交するように配置される電機子コイルが巻かれているので、永久磁石２２１、２３１が回転シャフト２１０を中心に回転すれば鎖交磁束による起電力を発生させて外部に供給する。

上記回転子２００は、回転軸となる回転シャフト２１０と、回転シャフト２１０に固定される固定回転子２２０と、回転軸方向に前後移動可能に回転シャフト２１０に取り付けられる遠心分離回転子２３０とを含んで構成される。

上記回転シャフト２１０は中空管形態に形成され、ケース１００の内部に収容される時に後方側がケース１００の後板１３０のベアリング１３１を貫通し、前方側がケース１００の正面カバー１２０のベアリング１２２を貫通して上記ベアリング１３１、１２２により回転可能に支持される。また、上記回転シャフト２１０で後述する遠心分離回転子２３０の移動範囲に該当する部分には軸方向に沿って長孔形態のガイド孔２１１と長突起形態のガイド突起２１３を造成し、正面側部分には軸方向に沿って長凹溝２１４を造成し、正面側の端部の外周面に雄ネジ２１５を造成する。

上記固定回転子２２０は上記回転シャフト２１０の外径よりは大きい直径を有する円筒形に形成されて上記回転シャフト２１０に外挿された状態で上記回転シャフト２１０に固定される第１磁石支持管２２２と、同一極性を有し、尖頭から背面方向に行くほど広くなるように形成され、上記第１磁石支持管２２２の外周面の周り方向に沿って固定されて上記第１磁石支持管２２２の周り方向に沿って見れば、ネジ山が連続した形態に配置される複数個の一極永久磁石２２１を含んで構成される。

したがって、上記一極永久磁石２２１は固定子１１０と孔隙Ｇを置いて向き合う形態に配置されるものである。上記複数個の一極永久磁石２２１の形態を見ると、 平面状に広げて見ると、二等辺三角形の形態に形成され、尖頭が正面に向けて、底辺が背面に向けるようになる。この際、上記第１磁石支持管２２２の軸方向長さは上記一極永久磁石２２１の軸方向長さの半分未満にして、後述する第２磁石支持管２３２が上記第１磁石支持管２２２に接近しても後述する他極永久磁石２３１が上記一極永久磁石２２１に近接して噛合できるようにする。

ここで、上記一極永久磁石２２１の軸方向長さは上記固定子の軸方向長さに合うように製作され、二等辺三角形で説明すれば、その高さが上記固定子の軸方向の長さと合うように製作されるものである。したがって、後述する他極永久磁石２２１が前方側に移動して上記一極永久磁石２２１から遠ざかれば、他極永久磁石２２１による鎖交磁束が減少するようになる。

上記遠心分離回転子２３０は、上記第１磁石支持管２２２と同一な形態に形成されて上記回転シャフト２１０に外挿され、かつ上記第１磁石支持管２２２よりは正面方向に偏るように外挿される第２磁石支持管２３２と、上記一極永久磁石２２１と同一な形態を有し、上記第２磁石支持管２３２の外周面に沿って周り方向に配置されて固定され、かつ尖頭方向が背面方向に向けるようにして配置固定され、極性が上記一極永久磁石２２１とは異なる極性を有する複数個の他極永久磁石２３１と、上記第２磁石支持管２３２の内部側部分に該当する回転シャフト２１０に密着するように外挿されて回転シャフト２１０の軸方向に沿ってガイドされて前後移動可能に取り付けられ、上記第２磁石支持管２３２と固定されるガイド管２３２を含んで構成される。

具体的に、上記他極永久磁石２３１は上記一極永久磁石２２１をＮ極の外周面を有するように形成すれば、他極永久磁石２３１の外周面をＳ極に形成するものであり、第２磁石支持管２３２を第１磁石支持管２２２と同一に形成して互いに近接するようになれば、上記一極永久磁石２３１と間隔（ｄ）を置いて噛合され、その間隔（ｄ）は遠心分離回転子２３０の移動距離によって決まる。

ここで、上記遠心分離回転子２３０は上記固定回転子２２０のように回転シャフト２１０の回転によって回転し、同時に回転シャフト２１０の軸方向に沿って移動可能に構成され、このために本発明の実施形態では、上記回転シャフト２１０のガイド突起２１３に挟まれるガイド長凹溝２３６を上記ガイド管２３３の内部面に造成して上記遠心分離回転子２３０が上記回転シャフト２１０に沿ってガイドされて軸方向に移動し、かつ回転方向をガイド突起２１３がガイド長凹溝２３６に挟まれた状態を維持して回転シャフト２１０の回転によって共に回転するようになる。

また、上記遠心分離回転子２３０は、回転シャフト２１０の内部中空２１２に挟まれる前後進シャフト２４０に堅く固定される。

上記前後進シャフト２４０は、前方の端部に円板形態の押圧円板２４１を備えた棒の形状を有し、後方の端部に上下に貫通する貫通口２４４を備え、上記回転シャフト２１０の中空２１２に内挿される。ここで、上記前後進シャフト２４０を前後進させても上記押圧円板２４１が前方側に露出された状態を維持し、上記貫通口２４４は回転シャフト２１０に造成されたガイド孔２１１の範囲内から外れないように取り付けられる。即ち、上記遠心分離回転子２３０のガイド管２３２にピン挿入口２３５を造成し、上記ピン挿入口２３５、ガイド孔２１１、及び貫通口２４４を貫通する固定ピン２３４を挟んで置いて、遠心分離回転子２３０を前後進シャフト２４０に固定した状態でガイド孔２１１に沿って移動できるようにする。この際、上記固定ピン２３４は上記ガイド孔２１１にもかかっている状態であるので、遠心分離回転子２３０はガイド孔２１１の範囲内のみで移動可能である。

一方、上記押圧円板２４１は引張型の弾性体２４２によって上記回転シャフト２１０の正面側の端部面に弾性支持されて、背面側方向に引かれるようになる。本発明の実施形態では、上記弾性体２４２を引張型スプリングで構成した後、一端を上記押圧円板２４１の背面に固定し（２４１ａ）、他端を上記回転シャフト２１０の正面側の端部面に締結ナット２４３により固定した。ここで、上記締結ナット２４３は後述する遠心分離可動部３００の円筒管３１１を固定するための構成でもある。また、後述する遠心分離可動部３００を上記回転シャフト２１０の正面の端部に設置するために、上記押圧円板２４１を上記前後進シャフト２４０と分離して製作し、結合時には上記押圧円板２４１を上記前後進シャフト２４０の正面の端部にボルトにより固定するように（２４５、２４５ａ）構成した。

上記遠心分離可動部３００は、上記回転シャフト２１０の正面側の端部に外挿される円筒管３１１に複数個の枝形態に傾斜して伸びていく支持台３１０と、折り曲げられたバーの形態に形成されて折り曲げられた内側面が回転シャフト２１０の軸方向に向けるように配置された状態で折曲部位が上記支持台３１０の端部にヒンジ３２２により結合される遠心回動バー３２０を含んで構成される。

ここで、上記支持台３１０は円筒管３１１の外周面に沿って複数個で設けられ、 正面に向けながら徐々に広がる形態を有するようになる。

上記遠心回動バー３２０は回転シャフト２１０が回転しない時には概して正面に向けて伸びていき、後方側の端部が回転シャフト２１０に向けて折り曲げられた係止片３２１が設けられるように形成される構成であり、この際、上記係止片３２１が上記押圧円板２４１の背面にかかるようになる。そして、上記支持台３１０には係止片３２１にかかる垂れ防止突起３１２を設けて上記遠心回動バー３２０が下方に垂れることを防止する。

一方、円筒管３１１の内周面には軸方向に沿って長突起３１１ａを造成し、上記長突起３１１ａに挟まれる長凹溝２１４を回転シャフト２１０に造成して、上記長突起３１１ａと長凹溝２１４との結合により上記回転シャフト２１０の回転によって上記遠心分離可動部３００も回転できるようにした。

このように構成された本発明の第１実施形態における遠心分離可動部３００の動作による発電起電力の変動について説明すると、次の通りである。

原動機（図示せず）の回転力によって回転シャフト２１０が回転するようになれば、遠心回動バー３２０も回転して遠心力を受けるようになるので、遠心回動バー３２０の正面の端部が回転軸から遠ざかる形態に広がるようになり、これによって係止片３２１が押圧円板２４１を正面方向に押し出す。

結局、押圧円板２４１の前進移動によって遠心分離回転子２３０も正面方向に移動するので、一極永久磁石２１１と他極永久磁石２３１の間隔（ｄ）が遠ざかるようになり、固定子１１０に内挿された形態であった他極永久磁石２３１が徐々に離脱するようになって、遠心分離回転子２３０に固定された他極永久磁石２３１が固定子１１０から抜け出すようになる。これは、他極永久磁石２３１により固定子１１０に鎖交される磁束の量を減少させて固定子で発電される起電力も低めるようになる。

即ち、本発明によれば、原動機（図示せず）により回転力が弱い時には鎖交磁束を大きくし、回転力が強い時には鎖交磁束を減少させて、固定子で発電される起電力を大きい変動無しで一定に維持させることができる。

一般的な発電機の稼動を見ると、負荷機器（図示せず）を稼動させるための起電力は一定であるが、風力発電機のように回転力の変動が激しい場合には風力の強さによって回転力が大きく変動されるので発電される起電力も激しく変動せざるをえず、過電力発電による電気部品の破損の虞が発生することがあるが、本発明によれば、回転力に感応して起電力を一定にするので、このような虞を解消することができる。

図５は、本発明の第２実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機の側面断面図である。

上記図５に図示された第２実施形態によれば、回転速度計３３０及び押圧円板移動調節部３４０で遠心分離可動部３００’を構成したし、第１実施形態に弾性体２４２を備えていない。

ここで、上記回転速度計３３０は押圧円板２４１の回転速度（ＲＰＭ）を感知して回転シャフト２１０の回転速度値を測定する。

そして、上記押圧円板移動調節部３４０は測定した回転速度値によって押圧円板２４１を回転軸方向に前進あるいは後進させる。このために、押圧円板２４１の正面にベアリング３４２を設置して押圧円板２４１を回転可能にロード３４１に連結し、上記押圧円板移動調節部３４０が上記ロード３４１を回転軸方向に押すか引くように構成する。

即ち、上記押圧円板移動調節部３４０は、回転速度値が大きくなれば上記ロード３４１を引き、回転速度値が低くなれば上記ロード３４１を押して、押圧円板２４１を回転軸方向に前進または後進させるものであり、上記ロード３４１をシリンダー（図示せず）の内部に繋がるようにして油圧モータ（図示せず）で前後進させる油圧機器、でなければ、上記ロード３４１を前後進させることができるステッピングモータ（stepping motor、図示せず）で構成できるが、本発明は油圧機器やステッピングモータに限定されるものではない。

このように構成されることで、本発明の第２実施形態は、動力装置である押圧円板移動調節部３４０を使用して電力を消耗するが、弾性体２４２及び遠心分離可動部３００に押圧円板２４１を移動させる第１実施形態よりは精密な回転速度値によって押圧円板２４１の移動量を正確に調節することができる。

図６は本発明の実施形態に従う起電力安定化永久磁石発電機における回転子に備えられた永久磁石を平面状に広げた図である。上記図６では固定子１１０の巻線を３相巻線で構成し、便宜上、１つの３相対（Ｒ、Ｓ、Ｔ）のみ図示した。ここで、図６の（ａ）は回転シャフト２１０の回転速度が小さい状態であり、図６の（ｂ）は回転シャフト２１０の回転速度が大きい状態である。

上記図６を参照すると、複数個の一極永久磁石２２１が間隔（Ｄ１）を置いて、第１磁石支持管２２２に配置され、併せて複数個の他極永久磁石２３１が間隔（Ｄ１）を置いて第２磁石支持管２３２に配置され、第２磁石支持管２３２が移動する前には一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１が間隔（ｄ１）を置いて互いに噛合された形態で噛み合っている（図６のａ）。そして、永久磁石２２１、２３１の間隔（Ｄ１）は永久磁石２２１、２３１の底辺長さと同一にした。

そして、回転子２００が回転して一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１が回転すれば、固定子１１０の巻線Ｒ、Ｓ、Ｔには一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１の全体磁束が鎖交される。この際、各巻線Ｒ、Ｓ、Ｔのコイルが過ぎながら鎖交される磁束は一極永久磁石２２１の磁束が大きくなりながら同時に他極永久磁石２３１の磁束が減少したり、でなければ、永久磁石２２１の磁束が減少しながら同時に他極永久磁石２３１の磁束が減少するようになる。また、一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１との間では一極永久磁石２２１による磁束が終わると共に、 他極永久磁石２３１による磁束が鎖交される。

したがって、従来には磁極を直四角形に形成することによって一極から他極に繰り越す時に磁束変化が急変して巻線Ｒ、Ｓ、Ｔに誘起される起電力の波形が正弦波とならなかったが、本発明によれば一極永久磁石２２１から他極永久磁石２３１に繰り越す時に連続的な磁束変化がなされて誘起起電力の波形が正弦波に近くなる。結局、本発明は従来に比べて高調波成分を最小化することができるので、高調波成分による電力損失を減らすことができる。

また、図６の（ｂ）は回転シャフト２１０の回転速度が増加して遠心分離回転子２３０が固定回転子２２０から遠ざかった状態であって、磁極の間の間隔（ｄ２）が図６の（ａ）で間隔（ｄ１）より大きくなり、これによって他極永久磁石２３１による鎖交磁束が減少するようになるので、誘起起電力が減少するようになって回転速度が変動しても誘起起電力の大きさを安定するように維持することができる。この時にも、一極と他極との間に離れた部分が発生することがあるが、コイルに鎖交される磁束は一極永久磁束２２１によって従来に比べて良好な波形を維持することができる。

図７は本発明の実施形態における永久磁石の間隔を狭く形成した回転子を平面状に広げた図である。ここで、図７の（ａ）は回転シャフト２１０の回転速度が小さい状態であり、図７の（ｂ）は回転シャフト２１０の回転速度が大きい状態である。

即ち、ネジ山形態に配列される一極永久磁石２２１の間の間隔（Ｄ２）は上記図６の実施形態における間隔（Ｄ１）より小さくし、他極永久磁石２３１の間の間隔（Ｄ２）も同一にして、一極永久磁石２２１と他極永久磁石２３１との間の間隔（ｄ３）を図６の実施形態より小さくしたものである。

したがって、１つの磁極によりコイルに加えられる磁束が図６の実施形態より一層短くした磁極間の間隔（Ｄ２）のみでなされて、図６の実施形態より一層安定した起電力を供給することができる。さらに、回転速度が増加して図７の（ｂ）のようになった状態を見ると、コイルが一極永久磁石２２１から他極永久磁石２３２に繰り越す時に断絶無しで繋がるようにする。

一方、他極永久磁石２３２の最大移動距離は、最大に移動しても固定子１１０により鎖交できるように軸方向長さより短くした。本発明の実施形態では他極永久磁石２３２の最大移動距離を他極永久磁石２３２の軸方向長さの２／３位にし、このような移動距離は回転シャフト２１０に造成されるガイド孔２１１の長さを調節してなされる。

図８は、本発明の第１実施形態における弾性体を回転シャフト２１０の背面側に取付できることを示す図である。

即ち、上記図８に図示された実施形態を参照すると、弾性体が前後進シャフト２４０の押圧円板２４１側に取り付けられるものでなく、原動機（図示せず）が取り付けられる回転シャフト２１０の背面側中空２１２に取り付けられる。

具体的に、図８（ａ）の実施形態において、弾性体２４２Ａは回転シャフト２１０の背面側の中空２１２に内挿されて一端を前後進シャフト２４０の背面側の端部に固定させ（２４５）、他端を回転シャフト２１０の背面側の端部に固定させて（２５０Ａ）取り付けられるものであり、この際、上記弾性体２４２Ａは引張型スプリングで構成される。

また、図８（ｂ）の実施形態では、回転シャフト２１０の背面側中空２１２の部分を正面側よりは直径を大きくして中空２１２の内で段差が付くようにした後、弾性体２４２Ｂを内挿して正面側の段部がかかるようにする形態で取り付けられる。併せて、前後進シャフト２４０の背面側の端部から背面方向に延びる棒２４６を形成し、上記棒２４６を弾性体２４２Ｂに内挿させた後、上記棒２４６の背面側の端部を上記弾性体２４２Ｂの背面側の端部に固定する（２４６Ａ、２４６Ｂ）。この際、上記弾性体２４２Ｂは圧縮型スプリングで構成される。

即ち、本発明は前後進シャフト２４０が背面側方向に弾性力を受けるように構成するに当たって、図１乃至図４に示すように、弾性体２４２を前後進シャフト２４０の前方側に取り付けることもできるが、上記図８に図示された実施形態のように回転シャフト２１０の中空２１２に内挿することができる弾性体２４２Ａ、２４２Ｂを設けて前後進シャフト２４０の後方側に取付できることを示す。

以上、本発明の技術的思想を例示するために具体的な実施形態にて図示及び説明したが、本発明は上記のように具体的な実施形態と同一な構成及び作用のみに限定されず、多様な変形が本発明の範囲から外れない限度内で実施できる。したがって、そのような変形も本発明の範囲に属するものと見なすべきものであり、本発明の範囲は後述する特許請求範囲により決まるべきである。

１００ ケース
１１０ 固定子
１２０ 正面カバー
１２１ 遠心分離回転子収容部
１２２ ベアリング
１２３ 回転軸貫通口
１２４ フランジ
１２５ ボルト
１３０ 後板
１３１ ベアリング
１３２ 回転軸貫通口
２００ 回転子
２１０ 回転シャフト
２１１ ガイド孔
２１２ 中空
２１３ ガイド突起
２２０ 固定回転子
２２１ 一極永久磁石
２２２ 第１磁石支持管
２３０ 遠心分離回転子
２３１ 他極永久磁石
２３２ 第２磁石支持管
２３３ ガイド管
２３４ 固定ピン
２３５ ピン挿入口
２３６ ガイド長凹溝
２４０ 前後進シャフト
２４１ 押圧円板
２４２ 弾性体
２４３ 締結ナット
２４４ 貫通口
３００ 遠心分離可動部
３１０ 支持台
３１１ 円筒管
３１２ 垂れ防止突起
３２０ 遠心回動バー
３２１ 係止片
３２２ ヒンジ
３３０ 回転速度計
３４０ 押圧円板移動調節部

Claims (6)

1. 電機子巻線が巻かれた固定子（１１０）を内周面に備えたケース（１００）と、永久磁石を外周面に備え、原動機により回転する回転シャフト（２１０）に固定されてケース（１００）の内部に取り付けられる回転子（２００）とを含んで構成される起電力安定化永久磁石発電機であって、前記回転子（２００）は、
   外周面の極性が互いに同一な複数個の一極永久磁石（２２１）を尖頭から背面方向に行くほど広くなるようにし、固定子（１１０）の軸方向長さに合うように形成した後、前記回転シャフト（２１０）を軸にして外周面に周り方向に沿って配置して前記回転シャフト（２１０）に固定させた固定回転子（２２０）と、
   前記一極永久磁石（２２１）と同一な形態に形成し、かつ前記一極永久磁石（２２１）の外周面の極性と反対になる極性の外周面を有する複数個の他極永久磁石（２３１）を尖頭が背面方向に向けるようにして外周面に沿って周り方向に固定して、一極永久磁石（２２１）及び他極永久磁石（２３１）が互いに間隔（ｄ）を置いて噛合されるようにし、前記回転シャフト（２１０）に外挿されるガイド管（２３３）を備え、軸方向に沿って長突起形態からなるガイド突起（２１３）を前記回転シャフト（２１０）の外周面に造成し、軸方向に沿って長凹溝形態からなるガイド長凹溝（２３６）を前記ガイド管（２３３）の内周面に形成して前記ガイド突起（２１３）が前記ガイド長凹溝（２３６）に挟まれた状態で前記回転シャフト（２１０）の軸方向に沿ってガイドされて前後移動可能にした遠心分離回転子（２３０）と、
   を含んで構成されることを特徴とする、起電力安定化永久磁石発電機。
2. 前記一極永久磁石（２２１）と他極永久磁石（２３１）は、平面状に広げた形態が二等辺三角形に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の起電力安定化永久磁石発電機。
3. 前記回転シャフト（２１０）の回転速度が大きいほど正面方向に移動されるようにする遠心分離可動部（３００、３００’）が正面の端部に取り付けられて、前記回転シャフト（２１０）の回転速度が大きくなるほど遠心分離回転子（２２０）が固定子（１１０）の内部から徐々に離脱されるようにすることを特徴とする、請求項２に記載の起電力安定化永久磁石発電機。
4. 軸方向に沿ってガイド孔（２１１）を備えた中空管形態に前記回転シャフト（２１０）を形成し、正面側の端部に押圧円板（２４１）を備えた前後進シャフト（２４０）を前記回転シャフト（２１０）の中空（２１２）に内挿した後、前記ガイド孔（２１１）を通じて挟まれる固定ピン（２３４）で前記遠心分離回転子（２３０）を前記前後進シャフト（２４０）の背面側の端部に固定し、
   前記遠心分離可動部（３００、３００’）は、前記押圧円板（２４１）を軸方向に沿って前後移動させることを特徴とする、請求項３に記載の起電力安定化永久磁石発電機。
5. 前記前後進シャフト（２４０）は、
   正面側の端部に備えられた押圧円板（２４１）を引張型の弾性体（２４２）で前記回転シャフト（２１０）の正面側の端部に弾支させたり、でなければ背面側の端部を前記回転シャフト（２１０）の中空（２１２）に内挿される引張型弾性体（２４２A）または圧縮型弾性体（２４２Ｂ）で背面側方向に弾支させ、
   前記遠心分離可動部（３００）は、
   前記回転シャフト（２１０）の正面側の外周面に固定される支持台（３１０）と、折り曲げられたバー（bar）の形態に形成され、折り曲げられた内側面が回転シャフト（２１０）の軸方向に向けるようにし、背面側の端部を前記押圧円板（２４１）の背面にかかるようにした状態で折曲部位を前記支持台（３１０）の端部にヒンジ（３２２）により結合した遠心回動バー（３２０）を含んで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の起電力安定化永久磁石発電機。
6. 前記遠心分離可動部（３００’）は、
   前後進シャフト（２４０）の回転速度（ＲＰＭ）を感知する回転速度計（３３０）と、
   前記回転速度計（３３０）で感知された回転速度によって前記押圧円板（２４１）を前後移動させる押圧円板移動調節部（３４０）と、
   を含んで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の起電力安定化永久磁石発電機。

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