KR20140124768A - 리니어 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

리니어 발전 장치의 코깅을 충분히 억제하는 것. 원기둥형 또는 원통형이고, 원기둥형 또는 원통형의 외주에는 축 방향으로 길게 둘레 방향으로 NS 착자가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석(10)을 둘레 방향으로, 또한 인접하는 영구 자석(10)의 대향하는 자극이 동극이 되도록 배치하고, 둘레 방향으로 일직선상에 배치되는 복수의 센터 측 돌출부(11a)를 가지는 연자성체로 이루어지는 센터 요크(2); 및 원통형 또는 원기둥형이고, 중심축을 중심으로 하여 둘레 방향으로 배치되는 복수의 권선부(25), 영구 자석(10)에 대향하는 위치에 배치되는 복수의 홈부(22), 및 센터 측 돌출부(11a)에 대향하여 축 방향으로 반 피치 어긋나 배치되고, 홈부(22)를 둘레 방향으로 사이에 두는 아우터 측 돌출부(23a)를 가지는 연자성체로 이루어지는 아우터 요크(3)를 포함하는 발전기(1)를 구성한다.

Description

리니어 발전 장치 {LINEAR POWER GENERATOR}
본 발명은 리니어 발전 장치에 관한 것이다.
왕복 운동하는 영구 자석의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 진동 발전기(또는 레시프로형 발전기(reciprocating power generator)가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 본 명세서에서는, 이러한 진동 발전기(또는 레시프로형 발전기)를 리니어 발전 장치라고 부르기로 한다. 리니어 발전 장치는 회전형 발전기의 로터(rotor, 회전자)에 상당하고 왕복 운동(진동)하는 센터 요크(center yoke)와 회전형 발전기의 스테이터(stator, 고정자)에 상당하는 아우터 요크(outer yoke)를 가진다. 일반적으로는, 아우터 요크 측에 권선부(winnding portion)(코일부)를 가지고, 센터 요크 측에 영구 자석을 가지고, 고정된 아우터 요크 내를 센터 요크가 왕복 운동함으로써 권선부에 발생한 전력을 인출하는 것이다. 또한, 회전형 발전기에서는, 회전축의 원활한 움직임을 얻기 위하여, 코깅(cogging)을 억제하는 기술을 이용하고 있는 예가 많다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 평11-262234호 일본 공개특허공보 제2006-101695호
종래, 코깅의 억제는 회전형 발전기에서 행해지고 있고, 리니어 발전 장치에서는, 센터 요크의 원활한 움직임을 얻기 위한 코깅의 억제에 대하여는 그 예가 보이지 않는다. 그러나, 리니어 발전 장치에 있어서도 코깅은, 센터 요크의 왕복 운동을 방해하는 힘이 되기 때문에, 효율이 양호한 발전을 행하는 데 있어 바람직하지 않다.
그래서, 본 발명은 코깅을 충분히 억제할 수 있는 리니어 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 리니어 발전 장치는, 원기둥형 또는 원통형이고, 원기둥형 또는 원통형의 외주에는 축 방향으로 길게 둘레 방향으로 NS 착자(着磁)가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석을 둘레 방향으로, 또한 인접하는 상기 영구 자석의 대향하는 자극이 동극(同極)이 되도록 배치하고, 둘레 방향으로 일직선형으로 배치되는 복수의 센터 측 돌출부(center-side projecting portion)를 가지는 연자성체로 이루어지는 센터 요크; 및 원통형 또는 원기둥형이고, 중심축을 중심으로 하여 둘레 방향으로 배치되는 복수의 권선부, 상기 영구 자석에 대향하는 위치에 배치되는 복수의 홈부, 및 상기 센터 측 돌출부에 대향하여 축 방향으로 반 피치(half pitch) 어긋나 배치되고, 상기 홈부를 둘레 방향으로 사이에 두는 아우터 측 돌출부(outer-side projecting portion)를 가지는, 연자성체(soft magnetic material)로 이루어지는 아우터 요크를 포함하는 것이다.
또는, 본 발명의 리니어 발전 장치는, 원기둥형 또는 원통형이고, 원기둥형 또는 원통형의 외주에는 축 방향으로 길게 둘레 방향으로 NS 착자가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석을 둘레 방향으로, 또한 인접하는 상기 영구 자석의 대향하는 자극이 동극이 되도록 배치하고, 둘레 방향으로 배치되는 복수의 센터 측 돌출부를 가지고, 영구 자석을 사이에 두는 센터 측 돌출부의 설치 위치가 인접하는 것의 사이에서 축 방향으로 반 피치 어긋나 배치되는 센터 요크; 및 원통형 또는 원기둥형이고, 중심축을 중심으로 하여 둘레 방향으로 배치되는 복수의 권선부, 상기 영구 자석에 대향하는 위치에 배치되는 복수의 홈부, 및 상기 센터 측 돌출부에 대향하여 둘레 방향으로 일직선상으로 배치되고 상기 홈부를 둘레 방향으로 사이에 두는 아우터 측 돌출부를 포함하는 아우터 요크를 가지는 것이다.
또한 본 발명의 리니어 발전 장치는, 홈부에는 축 방향을 따라 배치되고 대향하는 센터 측 요크의 영구 자석과는 반대의 극성이 되도록 NS 착자가 행해진 영구 자석이 배치되도록 해도 된다.
본 발명에 의하면, 코깅을 충분히 억제할 수 있는 리니어 발전 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 발전 장치를 이용한 발전 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 리니어 발전 장치의 센터 요크와 아우터 요크를 축 방향(진동 방향)에서 본 도면이다.
도 3은, 도 2의 리니어 발전 장치의 센터 요크와 아우터 요크의 구성 부재를 분할하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 2, 도 3의 리니어 발전 장치의 센터 요크를 나타낸 사시도이다.
도 5는, 도 2, 도 3의 리니어 발전 장치의 아우터 요크의 일부인 타입 A를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 2, 도 3의 리니어 발전 장치의 아우터 요크의 다른 일부인 타입 B를 나타낸 사시도이다.
도 7은 센터 측 돌출부와 아우터 측 돌출부와의 대응 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 센터 측 돌출부와 아우터 측 돌출부와의 위치 관계에 있어서 상태 S1을 나타낸 도면이다.
도 9는, 도 8 상태 S1에서의 리니어 발전 장치에 발생하는 자로(磁路, magnetic path)의 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 센터 측 돌출부와 아우터 측 돌출부와의 위치 관계에 있어서 상태 S2를 나타낸 도면이다.
도 11은, 도 10 상태 S2에서의 리니어 발전 장치에 발생하는 자로의 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 센터 측 돌출부와 아우터 측 돌출부와의 위치 관계에 있어서 상태 S3을 나타낸 도면이다.
도 13은, 도 12 상태 S3에서의 리니어 발전 장치에 발생하는 자로의 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 센터 측 돌출부와 아우터 측 돌출부와의 시간의 경과(시각 t1∼t5)에 따른 위치 관계의 변화를 나타낸 도면이다.
도 15는, 도 14의 시간의 경과 (시각 t1∼t5)에서의 리니어 발전 장치 내의 권선부에서의 전류의 발생 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 그 외의 실시예의 리니어 발전 장치의 구성 및 상태 S1에서의 자로의 상태를 나타낸 도면이다.
도 17은 그 외의 실시예의 센터 요크의 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 이하의 설명에 있어서, 자속은 자력선의 다발이며, 자로는 자력선이 지나는 길이다. 또한, 자속에 의해 자로가 형성된다는 표기는, 자력선에 의해 자로가 형성되면 치환해도 된다. 그리고, 이하의 설명에서는, "리니어 발전 장치"를 단지 "발전기"라고 한다.
본 발명의 실시예에 따른 발전기(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 센터 요크(2), 아우터 요크(3), 및 발전한 전력을 출력하는 출력 단자(4)를 외관적인 구성으로서 가진다. 발전기(1)는, 센터 요크(2)가 아우터 요크(3) 내를 왕복 운동(진동)함으로써 발전을 행한다. 예를 들면, 센터 요크(2)는 엔진 등에 의해 회전하는 원반(5)에 연결부(6)에 의해 연결되는 암(arm)(7)에 의해 왕복 운동하도록 구성된다. 그리고, 아우터 요크(3)는 베이스부(base)(8) 등에 고정되어 있다. 또한, 이하의 설명에서, 축 방향이란 센터 요크(2) 또는 아우터 요크(3)의 상하 방향(도 1에서는 좌우 방향)을 가리키고, 둘레 방향이란 축 방향을 중심으로 한 원주 방향이며, 센터 요크(2) 또는 아우터 요크(3)의 외주에 따르는 방향을 말한다.
도 2는, 발전기(1)의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)를 축 방향(진동 방향)에서 본 도면을 나타내고 있다. 도 2에 대하여, 도 3은, 도 2의 발전기(1)의 센터 요크(2) 및 아우터 요크(3)의 구성 부재를 분할하여 나타내고 있다. 도 3에 나타낸 분할 상태는, 실제로 분할 가능한지 여부와는 관계가 없고, 설명의 편의상, 분할하여 설명하는 편이 알기 쉬운 경우의 설명상의 분할의 방법을 나타내고 있다. 예를 들면, 도 2에 있어서, 아우터 요크(3)는, 도 3에 있어서, 아우터 요크 3-1, 3-2, 3-3, 3-4로 분할된다. 이때 아우터 요크(3)는, 실제로는 일체로 성형되어 있고, 분할 불가능해도 된다. 이와 같이, 이하의 설명에서는, 각 부재를 분할하여 설명하는 편이 알기 쉬운 경우에, 각 부재의 부호(예를 들면, 아우터 요크(3)에 가지 번호(branch number)를 부여(예를 들면, 아우터 요크 3-1, 3-2, 3-3, 3-4)하여 설명하는 것으로 한다. 또한 센터 요크(2)의 4개의 영구 자석(10)에 대해서도 분할하여 설명한 편이 알기 쉬운 경우에는, 대향하는 아우터 요크 3-1∼3-4의 영구 자석 24-1∼24-4에 대응시켜 영구 자석 10-1∼10-4로 표기 하기로 한다.
발전기(1)의 센터 요크(2)는, 도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 영구 자석(10)과 센터 코어(11)를 가지고, 원통형으로 형성되어 있다. 즉 이 센터 요크(2)는, 연자성체로 이루어지는 센터 코어(11)를 가지고 원기둥형의 외주(a)에 노출되도록 축 방향을 따라 둘레 방향으로 NS 착자가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석(10)을 가진다. 영구 자석(10)은 센터 요크(2)의 둘레 방향으로 복수 등(等) 간격으로 배치된다. 이 실시예에서는 4개의 영구 자석(10)이 배치되어 있다. 그리고, 영구 자석(10)은, 인접하는 영구 자석(10)의 대향하는 극이 동극이 되도록 배치되어 있다. 또한, 센터 요크(2)는, 축 방향에서 볼 때 둘레 방향으로 복수 등 간격으로 배치되는 센터 코어(11)를 가지고, 각 센터 코어(11)는 축 방향으로 등 간격으로 평행하게 배치되고 둘레 방향을 따라, 또한 외주(a)로부터 직경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 복수의 센터 측 돌출부(11a)를 가진다. 또한, 센터 요크(2)는 중심부에 공동부(空洞部)(12)를 가진다. 공동부(12)는 효율이 양호한 왕복 운동을 위하여, 센터 요크(2)의 질량을 경량화하기 위해 설치하는 것이다. 따라서, 공동부(12)는 그대로 공동(空洞)으로 두는 것이 바람직하지만, 공동부(12)를 알루미늄 등의 경금속 또는 합성 수지 등의 경량이면서 비자성체인 재료로 충전해도 된다.
발전기(1)의 아우터 요크(3)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 센터 요크(2)가 관통하는 관통 구멍(20)을 가진다. 아우터 요크(3)는, 연자성체로 이루어지는 원통형이고 축을 중심으로 하여 등 각도마다 축 방향을 따르는 복수의 비자성체부(21)를 가진다. 이 실시예에서는 비자성체부(21)는 공동부로 되어 있다. 또한 아우터 요크(3)는, 내주(b)로부터 비자성체부(21)에 각각 도달하는 복수의 홈부(22)를 가진다. 또한 아우터 요크(3)는, 축 방향에서 볼 때 이 실시예에서는 4개로 분할된 연자성체로 이루어지는 복수의 아우터 코어(23)를 가지고, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)에 대향하여 축 방향으로 등 간격으로 평행하게 배치되는 동시에 둘레 방향을 따라, 또한 내주(b)로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하는 복수의 아우터 측 돌출부(23a)를 가진다. 이와 같은 센터 측 돌출부(11a) 및 아우터 측 돌출부(23a)를 형성함으로써, 자속의 밀도를 올려 흡인력을 높일 수 있다.
도 2에 나타낸 아우터 측 돌출부(23a)는, 하나의 홈부(22)와 이 홈부(22)의 근처에 위치하는 홈부(22)와의 사이의 둘레 방향의 중간점에서 반 피치 어긋나 배치되는 것이다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 아우터 요크(3)를 4분할한 상태에서 아우터 요크(3-1, 3-2, 3-3, 3-4)로 나타낼 때, 아우터 요크(3-1, 3-3)의 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)(예를 들면, 타입 A)와, 아우터 요크(3-2, 3-4)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)(예를 들면, 타입 B)에서는, 축 방향에서 본 경우, 그 아우터 측 돌출부(23a)의 위치가 반 피치 어긋나있다.
이 반 피치 어긋나 있는 상태에 대해, 도 5로 도 6을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 타입 A인 아우터 요크(3-1, 3-3)의 사시도이며, 도 6은 타입 B인 아우터 요크(3-2, 3-4)의 사시도이다. 도 5, 도 6으로부터도 알 수 있듯이, 예를 들면, 도 5의 가장 위쪽의 아우터 측 돌출부(23a-1) 및 아우터 측 돌출부(23a-3)는 바깥쪽으로 노출되어 있는 한편, 도 6의 가장 위쪽의 아우터 측 돌출부(23a―2, 23a-4)는, 바깥쪽으로 노출되는 위치에는 없고 안쪽에 위치하고, 양자를 축 방향에서 본 경우, 아우터 측 돌출부(23)는 반 피치 어긋나게 배치되는 상태가 된다. 이와 같이, 센터 요크(2)가 축 방향으로 진동하므로, 그 동작에 대하여, 코깅이 생기지 않도록 하기 위하여, 아우터 요크(3)는 축 방향으로 반 피치 어긋난 아우터 측 돌출부(23a)를 가지는 구성으로 되어 있다.
또한, 아우터 요크(3)는, 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 홈부(22)에는 축 방향으로 신장된 영구 자석(24)이 배치되어 있다. 이 영구 자석(24)은 센터 측 요크(2)의 영구 자석(10)과는 대향하도록 배치되고, 또한 그 극성(極性)이 둘레 방향에서 볼 때 서로 반대로 되도록 NS 착자가 되어 있다. 또한 아우터 요크(3)는 비자성체부(21)에 돌려 감은 권선부(25)를 가진다. 권선부(25)를 형성한 후, 합성 수지 등의 비자성 재료로 비자성체부(21)를 메우도록 해도 된다.
예를 들면, 센터 요크(2)의 센터 코어(11)와 센터 측 돌출부(11a)는 일체 성형(integral molding)에 의해 제조되고, 아우터 요크(3)의 아우터 코어(23)와, 아우터 측 돌출부(23a)는 일체 성형에 의해 제조된다. 영구 자석(10)은 센터 코어(11)에 접착되고, 영구 자석(24)은 아우터 코어(23)에 접착되어 있지만, 센터 코어(11)나 아우터 코어(23)의 재료에 따라서는 영구 자석(10)과 센터 코어(11)를 인서트 성형(insert molding) 또는 아웃서트 성형(outsert molding)에 의해, 영구 자석(24)과 아우터 코어(23)를 인서트 성형 또는 아웃서트 성형해도 된다.
도 7은, 도 3에 나타낸 아우터 요크(3-1)와 아우터 요크(3-2)와의 분할점으로부터 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a) 중 하나를 둘레 방향으로 전개한 상태(실선)와, 이 센터 측 돌출부(11a)에 대향하는 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-2, 23a-3, 23a-4)(파선(破線)을 모식적으로 나타내고 있다. 도 7의 윤곽선 화살표(outline arrow)는, 센터 요크(2)가 아우터 요크(3) 내를 이동하는 방향을 나타내고 있다.
그리고, 이하의 설명에서는, 설명의 편의상, 도 7에 도시한 상태에 기초하여, 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 측 돌출부(23a-2)와 대향 가능한 부분을 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단, 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 측 돌출부(23a-3)와 대향 가능한 부분을 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단, 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 측 돌출부(23a-4)와 대향 가능한 부분을 센터 측 돌출부(11a)의 제3 단, 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 측 돌출부(23a-1)과 대향 가능한 부분을 센터 측 돌출부(11a)의 제4 단이라고 함으로써, 센터 측 돌출부(11a)의 부위를 나누어 설명하는 것으로 한다.
도 8은 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단이 아우터 측 돌출부(23a-3)와 대향하고, 센터 측 돌출부(11a)의 제4 단이 아우터 측 돌출부(23a-1)와 대향하고 있는 상태 S1을 나타내고 있다. 이때 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)는 센터 측 돌출부(11a)와는 대향하고 있지 않다.
상태 S1에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단과, 이에 대향하고 있는 아우터 측 돌출부(23a-3), 및 센터 측 돌출부(11a)의 제4 단로 이에 대향하고 있는 아우터 측 돌출부(23a-1)와의 사이에서, 서로의 흡인력이 최대가 된다. 반대로, 상태 S1에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단과, 이에 대향하고 있지 않은 아우터 측 돌출부(23a-2), 및 센터 측 돌출부(11a)의 제3 단이, 이에 대향하고 있지 않은 아우터 측 돌출부(23a-4)와의 사이에서, 서로의 흡인력이 최소가 된다.
이 상태 S1에서는, 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 측 돌출부(23a―3, 23a―1)이 대향하고 있으므로, 센터 요크(2)의 영구 자석(10-1, 10-3)의 자속은, 아우터 요크(3)의 영구 자석(24-1, 24-3)에 흡인되기 쉬워져, 영구 자석(10-1)의 N극→영구 자석(24-1)의 S극→영구 자석(24-1)의 N극→영구 자석(10-1)의 S극이라는 자로 M1과, 영구 자석(10-3)의 N극→영구 자석(24-3)의 S극→영구 자석(24-3)의 N극→영구 자석(10-3)의 S극이라는 자로 M2가 강한 상태로 형성된다. 또한, 상태 S1에서는, 센터 요크(2)의 영구 자석(10-2, 10-4)의 자속은, 그 가까이의 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 측 돌출부(23a―2, 23a―4)와 대향하고 있지 않으므로, 돌출부가 일부 대향하고 있는 인접한 위치의 돌출부에 흡인된다. 즉 영구 자석(10-2, 10-4)의 자속은 아우터 요크(3)의 영구 자석(24-1, 24-3)에 흡인되므로, 영구 자석(10-4)의 N극→영구 자석(24-1)의 S극→영구 자석(24-1)의 N극→영구 자석(10-2)의 S극→영구 자석(10-2)의 N극→영구 자석(24-3)의 S극→영구 자석(10-4)의 S극이라는 자로 M3, M4가 형성된다.
또한, 상태 S1에 있어서, 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)는, 센터 측 돌출부(11a)과 대향하고 있지 않으므로, 아우터 요크(3-2, 3-4)에 있는 영구 자석(24-2 및 24-4의 자속은 각각 아우터 요크(3-2, 3-4)로부터 밖으로 나오지 않고, 권선부(25-2)를 통과하는 자로 M5 및 권선부(25-4)를 통과하는 자로 M6을 형성한다.
여기서 상태 S1에서의 권선부(25-1, 25-3)에 따른 자속밀도에 주목하면, 이들의 권선부(25-1, 25-3)에 따른 자속밀도는, 자속이 센터 요크(2) 측으로 흡인되어 있으므로, 최소가 된다. 한편, 상태 S1에서의 권선부(25-2, 25-4)에 따른 자속밀도에 주목하면, 이들의 권선부(25-2, 25-4)에 따른 자속밀도는, 자로 M5, M6에 의한 자속이 각각 아우터 요크(3-2, 3-4)로부터 밖으로 나오는 정도가 극히 적어져 각각의 자속밀도는 최대가 된다.
이어서, 상태 S2에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 센터 측 돌출부(11a)에 대하여, 모든 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)가 균등하게 대향하고 있다. 그러나, 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 대향 면적은, 각각의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)에 있어서 면적의 절반씩이 된다. 이에 따르면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 아우터 요크(3-1, 3-3)와 센터 요크(2)와의 사이에서 자속이 적은 자로 M10, M11, M12, M13가 형성된다. 이 자로 M10는, 도 9에 나타낸 자로 M1에 상당하고, 자로 M11은 자로 M2에 상당하고, 자로 M12는 자로 M3에 상당하고, 자로 M13가 자로 M4에 상당한다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 아우터 요크(3-2, 3-4)와 센터 요크(2)와의 사이에, 자속이 적은 자로 M14, M15, M16, M17이 형성된다. 이 각각의 자로 M14 , M15, M16, M17은 자로 M10, M11, M12, M13과 거의 동일한 강도로 되어 있다.
상태 S2에서의 권선부(25-1∼25-4)에 따른 자속밀도에 주목하면, 이들의 권선부(25-1∼25-4)에 관른 자속밀도는 대략 균등하게 된다. 이로써, 상태 S1에서 최대의 자속밀도인 권선부(25-1, 25-3)의 자속밀도는 감소하고, 상태 S1에서 최소의 자속밀도인 권선부(25-2, 25-4)의 자속밀도는 증가한다. 즉, 자로 M5, M6는 약 절반의 자속 강도가 되는 자로 M5a, M6a가 되고, 권선부(25-1, 25-3)에는 새로운 자로이며 자로 M5a, M6a와 같은 정도의 자속밀도가 되는 자로 M7a, M8a가 형성된다.
또한 도 12는 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단이 아우터 측 돌출부(23a-2)와 대향하고, 센터 측 돌출부(11a)의 제3 단이 아우터 측 돌출부(23a-4)와 대향하고 있는 상태 S3을 나타내고 있다. 이때 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)는 센터 측 돌출부(11a)와는 대향하고 있지 않다.
이와 같은 상태 S3에서는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단과, 이에 대향하고 있는 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)와의 사이에서, 서로의 흡인력이 최대가 된다. 그러므로, 자로 M14는 강한 자속밀도를 가지는 자로 M20이 되고, 마찬가지로 약한 자로 M15는 강한 자로 M21이 된다. 반대로, 상태 S3에서는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단과, 이에 대향하고 있지 않은 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)와의 사이에서, 서로의 흡인력이 최소가 된다. 이 상태 S3은, 상태 S1을 기계 각도로 90도 회전시킨 상태이다. 또한, 이 상태 S3은, 상태 S1을 전기적으로 180도 전진시킨 상태이다.
이와 같은 상태 S3에서의 권선부(25-2m, 25-4)에 따른 자속밀도에 주목하면, 이들의 권선부(25-2, 25-4)에 따른 자속은, 센터 요크(2) 측에 흡인되어 있으므로, 최소가 된다(도 13에서는 도시하지 않음). 한편, 상태 S3에서의 권선부(25-1, 25-3)에 따른 자속밀도에 주목하면, 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)가 대향하고 있지 않으므로, 영구 자석(24-1, 24-3)의 자속은, 아우터 요크 3-1, 3-3)로부터 누출되는 정도가 매우 적어지므로, 권선부(25-1, 25-3)의 자속밀도는 최대가 된다. 이때, 약한 자속밀도였던 자로 M7a는 강한 자속밀도를 가지는 자로 M7이 되고, 마찬가지로 약한 강도의 자로 M8a는 강한 강도의 자로 M8이 된다.
이상의 도 8∼도 13에서 설명한 바와 같이, 센터 요크(2)가 아우터 요크(3) 내를 도 7의 윤곽선 화살표의 방향(즉 도 7의 오른쪽에서 왼쪽)으로 이동함으로써, 권선부(25-1∼25-4)의 자속밀도가 최소와 최대 사이를 반복한다. 이로써, 권선부(25-1∼25-4)에는 자속밀도의 변화를 방해하는 방향으로 전류가 발생한다. 또한, 도 7의 좌단(左端)까지 도달한 센터 측 돌출부(11a)가 도 7의 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 이동할 때도 마찬가지로, 권선부(25-1∼25-4)의 자속밀도가 최소와 최대 사이를 반복한다. 이로써, 권선부(25-1∼25-4)에는, 자속밀도의 변화를 방해하는 방향으로 전류가 발생한다. 이와 같이 하여 센터 요크(2)가 아우터 요크(3) 내를 왕복 운동함으로써 발전기(1)는 연속하여 발전을 행할 수 있다.
도 14는 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 위치 관계를, 전술한 상태 S1, S2, S3이 S1→S2→S3로 천이하는 과정에 대하여 시각 t1∼t5의 경과와 함께 나타내고 있다. 또한, 도 15는, 도 14에 나타낸 시각 t1∼t5의 각각의 시점에서의 발전기(1)의 권선부(25-1, 25-2)에 발생하는 전류 상태를 나타내고 있다. 그리고, 권선부(25-3)의 전류 파형은, 권선부(25-1)와 같고, 권선부(25-4)의 전류 파형은, 권선부(25-2)와 같기 때문에 설명은 생략한다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 센터 요크(2)가 일정한 속도로 아우터 요크(3) 내를 이동함으로써, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에는 정현파(正弦波)의 전류 파형이 발생한다.
예를 들면, 도 14에 있어서, 시각 t1은, 도 9에 나타낸 상태 S1에 대응하고 있다. 시각 t1은, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3)가 대향하고, 권선부(25-2)의 주위의 자속밀도는 최대가 되고, 그 후, 감소하여 간다. 그러므로, 권선부(25-2)에는, 그 변화를 방해할 방향의 자력선을 발생시키는 전류가 와이어를 어느 방향으로 흐르기 시작한다. 이 방향을 만일 양(plus)으로 하면, 양의 전류가 흐르기 시작한다. 이 점은, 도 15에서는, W11로 나타낸다. 한편, 권선부(25-1)의 주위의 자속밀도는 최소가 되고, 그 후에는 증가하여 가기 때문에, 그 변화를 방해하는 방향의 자력선을 발생시키는 전류가 와이어를 흐른다. 그 흐르는 방향은 권선부(25-2)와는 역방향이 된다. 이 방향은 전술한 양에 대하여 음(minus)이 된다. 이 점은, 도 15에서는 W21로 나타낸다. 이때, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단은 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3)와의 사이에서, 최대의 흡인력을 발생시키고 있다.
따라서, 시각 t1에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에 있어서, 전류가 흐르는 방향의 역전이 발생하므로, 교류 곡선의 양, 음의 중간점이 된다. 즉, 시각 t1에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에 있어서, 양의 측의 전류도 음의 측의 전류도 발생하지 않는다(전류의 최소값=0암페어).
또한, 도 15에 있어서, 시각 t5는, 도 13에 나타낸 상태 S3에 대응하고 있다. 시각 t5는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2)가 대향하고, 권선부(25-2)의 주위의 자속밀도는 최소가 되고, 그 후, 증가하여 간다. 그러므로, 권선부(25-2)에는, 그 변화를 방해할 방향의 자력선을 발생시키는 전류가 와이어를 어느 방향으로 흐르기 시작한다. 이 방향은, 전술한 기준으로 따르면 양이 된다. 이 점은, 도 15에서는, W12로 나타낸다. 한편, 권선부(25-1)의 주위의 자속밀도는 최대가 되고, 그 후에는 감소하여 간다. 그러므로, 권선부(25-1)에는, 그 변화를 방해할 방향의 자력선을 발생시키는 전류가 와이어를 흐른다. 그 흐르는 방향은 권선부(25-2)와는 역방향이 된다. 이 방향은 전술한 양에 대하여 음이 된다. 이 점은, 도 15에서는 W22로 나타낸다. 이때, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단은 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2)와의 사이에서, 최대의 흡인력을 발생시키고 있다.
따라서, 시각 t5에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-2)에 있어서, 양의 측의 최대값(W12)의 전류가 발생하고, 권선부(25-1)에 있어서, 음의 측의 최대값(W22)의 전류가 발생한다.
시각 t3은, 도 11에 나타낸 상태 S2에 대응하고 있다. 시각 t3은, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 절반과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)의 절반이 대향하고 있다. 시각 t3은, 상태 S1에서 상태 S3으로 천이하는 과정의 중간점이다. 따라서, 시각 t3에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에 있어서, 양의 측 및 음의 측에서의 최대값과 최소값(=0암페어)의 대략 중간값의 전류가 발생한다.
시각 t2, t4는, 각각 상태 S1에서 S2로, S2에서 S3으로 천이하는 과정이다. 따라서, 시각 t2에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에 있어서, 각각 상태 S1에서 발생하는 전류값(0 암페어)과 상태 S2에서 발생하는 전류값과의 대략 중간값의 전류가 발생한다. 또한, 시각 t4에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 권선부(25-1, 25-2)에 있어서, 각각 상태 S2에서 발생하는 전류값과 상태 S3에서 발생하는 전류값(최대값)과의 대략 중간값의 전류가 발생한다.
이와 같이 하여, 시각 t)∼t5에서는, 권선부(25-1, 25-2)에서 발생하는 정현파형의 전류 파형 중 4분의 1주기분의 전류가 발생한다. 즉, 발전기(1)의 센터 요크(2)가 일정한 속도로 이동하고 있는 경우, 시각 t1∼t5의 시간의 4배의 시간에, 권선부(25-1, 25-2)에서 발생하는 정현파형의 전류 파형의 1주기분이 종료한다.
그리고, 전술한 권선부(25-1, 25-2)의 설명은, 권선부(25-1)를 권선부(25-3)로, 권선부(25-2)를 권선부(25-4)로 각각 치환하여도 마찬가지이다.
따라서, 권선부(25-1, 25-3)에서는 서로 같은 방향으로 같은 강도의 전류가 발생하고, 권선부(25-2, 25-4)에서는, 권선부(25-1, 25-3)와는 역방향이 되지만, 서로 같은 방향으로 같은 강도의 전류가 발생하고 있다. 그래서, 권선부(25-1∼25-4)를 적절히 접속하여 같은 방향의 전류를 얻을 수 있도록 함으로써, 도 1에서 나타낸 출력 단자(4)로부터 출력함으로써 발전기(1)는 전력을 발생시키는 것이 가능하다. 또한, 필요에 따라서는, 180도 주기가 상이한 2개의 전류를 인출하도록 해도 된다.
여기서, 일반적인 리니어 발전 장치에서 코깅이 발생하는 원인을 생각해 보면, 센터 요크(2) 측과 아우터 요크(3) 측과의 사이의 흡인력 또는 반발력이 센터 요크의 위치에 따라서 변화하는 것이 원인이다. 이에 대하여, 발전기(1)에서는, 시각 t1∼t5 중 어느 시각에 있어서도 돌출부끼리의 대향 면적은 변화하지 않는다. 즉, 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 위치관계에 무관하게 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 대향 면적은 항상 일정하고, 또한 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 돌출되어 있지 않은 부분과의 대향 면적은 항상 일정하다. 그러므로, 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 흡인력은 항상 일정하게 된다.
예를 들면, 시각 t1(상태 S1)에 있어서는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)는, 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)의 최대의 면적으로 대향하여 최대의 흡인력으로 끌어당기고 있다. 그 한편, 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 일부의 면적도 대향하고 있지 않아 흡인력은 최소이다. 이로부터 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 사이의 흡인력의 강도는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 사이의 대향 면적 부분의 강도와 비대향 면적 부분의 강도의 합계에 의존한다고 생각할 수 있다.
거기서 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)가 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 대향할 때의 면적의 최대값을 Qcm2(제곱 센티미터)라고 하고, 1cm2 단위당 흡인력의 강도를 P1라고 하면, 시각 t1에 있어서, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3)와의 사이의 대향 면적은 Qcm2이고 흡인력은 Q×P1이 된다. 또한, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제4 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1)와의 사이의 대향 면적도 Qcm2이고 흡인력은 Q×P1이 된다. 또한, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2)와의 사이의 비대향 면적 및 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제3 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-4)와의 사이의 비대향 면적은, 각각 Qcm2이고 비대향 부분의 1cm2 단위당 흡인력의 강도를 P2라고 하면 흡인력은 각각 Q×P2가 된다. 따라서, 시각 t1에서의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)의 흡인력은 "2Q×P1＋2Q×P2=2Q(P1＋P2)"이다.
마찬가지로, 시각 t2에 있어서는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단의 둘레 방향의 4분의 1과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)의 둘레 방향의 4분의 1이 대향하고, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단과 제4 단의 4분의 3과, 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)의 둘레 방향의 4분의 3이 대향하여 서로 끌어당기고 있다.
여기서, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)와의 사이의 대향 면적은, 각각 (1/4)Qcm2, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)와의 사이의 대향 면적은, 각각 (3/4)Qcm2이다. 따라서, 시각 t2에서의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)의 대향하는 부분의 흡인력의 총계는,
(1/4)Qcm2×P1＋(1/4)Qcm2×P1＋(3/4)Qcm2×P1＋(3/4)Qcm2×P1
=(8/4)Qcm2×P1
=2Qcm2×P1
이다. 한편, 비대향 부분의 흡인력은, 마찬가지로 계산하여, 2Qcm2×P2가 된다. 따라서 시각 t2에 있어서도 흡인력은, 시각 t1과 같이 "2Q×P1＋2Q×P2=2 Q(P1＋P2)"가 된다.
마찬가지로, 시각 t3에 있어서는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 둘레 방향의 2분의 1과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)의 둘레 방향의 2분의 1이 대향하여 서로 강하게 끌어당기고 있다.
여기서, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 사이의 대향 면적은, 각각 (1/2)Qcm2이다. 따라서, 시각 t3)에서의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23)a-1∼23a-4)의 대향하는 부분의 흡인력의 총계는,
(1/2)Qcm2×P1＋(1/2)Qcm2×P1＋(1/2)Qcm2×P1＋(1/2)Qcm2×P1
=(4/2)Qcm2×P1
=2Qcm2×P1
이다. 한편, 비대향 부분, 즉 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)가 아닌 부분과 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)가 대향하고 있는 부분의 흡인력은, 그 면적이 2Qcm2가 되므로, 2Qcm2×P2가 된다. 따라서, 시각 t3에서의 흡인력의 총계는 시각 t1, t2과 같이 2Q(P1＋P2)가 된다.
마찬가지로, 시각 t4에 있어서는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단의 둘레 방향의 4분의 3과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)의 둘레 방향의 4분의 3이 대향하고, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단의 둘레 방향의 4분의 1과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)의 둘레 방향의 4분의 1이 대향하여 서로 강하게 끌어당기고 있다.
여기서, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)와의 사이의 대향 면적은, 각각 (3/4)Qcm2이며, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)과의 사이의 대향 면적은, 각각 (1/4)Qcm2이다. 따라서, 시각 t4에서의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)의 완전히 대향하고 있는 부분의 면적의 총계는,
(3/4)Qcm2＋(3/4)Qcm2＋(1/4)Qcm2＋(1/4)Qcm2
=(8/4)Qcm2
=2Qcm2
이다. 그러므로, 돌출부끼리가 대향하고 있는 것에 의한 흡인력은 "2Q×P1"이 된다. 한편, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)가 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와 대향하고 있지 않은 비대향 부분의 면적은 역시 2Qcm2가 되고, 전체의 흡인력은 시각 t1, t2, t3과 동일하게 "2Q(P1＋P2)"가 된다.
마찬가지로, 시각 t5(상태 S3)에 있어서는, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)와는 대향하여 서로 강하게 끌어당기고 있지만, 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)는 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와는 대향하고 있지 않다. 이때의 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제1 단 및 제3 단과 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)와의 사이의 대향 면적은, 각각 Qcm2이다. 따라서, 시각 t5에서의 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)의 완전히 대향하고 있는 부분의 면적의 총계는,
Qcm2＋Qcm2=2Qcm2
이다. 그러므로, 돌출부끼리가 대향하고 있는 것에 의한 흡인력은 "2Q×P1"가 된다. 한편, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)의 제2 단 및 제4 단이 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-3, 23a-1)와로 대향하고 있지 않은 비대향 부분의 면적은 역시 2Qcm2가 되고, 전체의 흡인력은 시각 t1, t2, t3, t4와 동일하게 "2Q(P1＋P2)"가 된다.
이와 같이, 도 14에서의 시각 t1∼t5 중 어느 시각에 있어서도 센터 요크(2)로 아우터 요크(3)와의 사이의 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)에서의 흡인력의 총계는, "2Qcm2×(P1＋P2)"이고 변함없다. 시각 t1∼t5에서 발생하는 전류 파형은, 권선부(25-1∼25-4)에서 발생하는 정현파형의 전류 파형 중 4분의 1주기분의 전류 파형이지만, 정현파는, 이 4분의 1주기분의 전류 파형이 음양 방향을 바꾸면서 연속하는 것이다. 따라서, 권선부(25-1∼25-4)에서 발생하는 정현파형의 전류 파형의 어느 부위에 있어서도 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)와의 사이의 흡인력은 항상 일정하게 되는 것은 자명하다. 이것은, 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 위치 관계가 어떠해도 센터 요크(2)와 아우터 요크(3)와의 사이의 흡인력은 항상 일정하다 것을 의미하고 있다. 이로써, 발전기(1)에 있어서는, 코깅은 발생하지 않는다 것을 알 수 있다.
또한, 이와 같이 코깅이 발생하지 않는 발전기(1)에서는, 외부로부터 센터 요크(2)에 가해지는 왕복 운동(진동)이, 코깅 토크(torque)에 의해 감소되지 않고, 그 대부분이 발전을 위한 토크로서 사용되므로, 효율이 높은 발전을 행할 수 있다.
(그 외의 실시예)
전술한 실시예는, 그 요지를 일탈하지 않는 한, 여러 가지로 변경이 가능하다. 예를 들면, 공동부(12) 및 비자성체부(21)는 중공으로 하지 않고, 비자성체, 예를 들면, 알루미늄이나 수지재를 매립하는 구성으로 해도 된다. 또한, 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)는 센터 요크(2) 및 아우터 요크(3)의 본체와 일체 성형되어 있는 것으로 하여 설명하였으나, 각각의 돌출부(11a, 23a-1∼23a-4)는 일체 성형으로 하지 않고, 별개의 부재로서 각각의 본체에 접착 등으로 고정하도록 해도 된다.
또한, 전술한 실시예에서는, 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1, 23a-3)와 아우터 측 돌출부(23a-2, 23a-4)가 축 방향으로 서로 반 피치 어긋난다고 하여 설명하였다. 이에 대하여, 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)가 영구 자석(10)을 경계로 하여 축 방향으로 반 피치 어긋나도록 하고, 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a-1∼23a-4)의 피치의 어긋남은 없게 해도 된다. 이로써도 전술한 실시예와 동일한 동작, 작용 효과를 달성할 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 센터 요크(2)의 축 방향의 길이, 및 도 5, 도 6에 나타낸 아우터 요크(3)의 축 방향의 길이는, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 최소의 축 방향의 길이는 센터 요크(2)의 센터 측 돌출부(11a)와 아우터 요크(3)의 아우터 측 돌출부(23a) 중 어느 한쪽이 1단으로 되고, 다른 쪽이 반 피치 어긋난 상태로 2단으로 되는 구성이면 발전기(1)를 구성할 수 있다.
또한, 권선부(25-1∼25-4)를 축 방향으로 복수 병렬로 설치해도 된다. 즉 전술한 바와 같이, 발전기(1)의 최소의 축 방향의 길이에 대하여 1세트의 권선부(25-1∼25-4)를 설치하고, 이것을 복수 단에 겹쳐 쌓도록 해도 된다. 이에 따르면 단 수(段數)(길이)에 따라, 발전량을 변경할 수 있다.
또한, 전술한 발전기(1)는, 센터 요크(2)가 왕복 운동(진동)하는 것으로 하여 설명하였으나 센터 요크(2)를 고정하여 두고, 아우터 요크(3)가 왕복 운동해도 된다. 또한, 센터 요크(2) 및 아우터 요크(3)는 연자성체가 바람직하지만 단순한 자성체로 해도 된다. 또한, 아우터 코어(23)와 영구 자석(24)이 인서트 성형 등으로 일체 성형될 때는 홈부(22)가 형성되지 않지만, 그와 같은 일체 형성의 경우를 포함하여 해당 부분을 홈부라고 한다.
또한, 도 16에 나타낸 바와 같이, 아우터 요크(3A)에, 영구 자석을 갖지 않는 발전기(1A)를 구성할 수도 있다. 즉, 발전기(1A)는, 발전기(1)의 아우터 요크(3)로부터 영구 자석(24)을 제거한 후의 홈부(22)를 비자성체부로서 이용하도록 한 것이다. 그리고, 아우터 요크(3)로부터 영구 자석(24)을 제거한 후의 공간에는, 수지를 충전한 비자성체인 알루미늄 등을 충전해도 된다. 발전기(1A)는, 전술한 실시예에 따른 발전기(1)와 동일하게 동작하지만, 아우터 요크(3A)에 영구 자석을 갖지 않기 때문에, 전류의 파형은 권선부(25-1, 25-2)에서, 도 15에 나타낸 것과는 각각 반전한다.
예를 들면, 도 16에 나타낸 상태는, 발전기(1)에서의 도 9에 나타낸 상태 S1에 대응하고 있다. 발전기(1)에 있어서, 도 9에 나타낸 상태 S1의 경우를 고찰하면, 발전기(1)에서는, 아우터 요크(3-1)에 영구 자석(24-1)을 가지므로, 영구 자석(24-1)의 자속이 센터 요크(2) 측에 흡인되므로, 권선부(25-1)를 통과하는 자속밀도는 최소가 된다. 이에 대하여, 발전기(1A)에서는, 아우터 요크(3-1)에 영구 자석이 없기 때문에, 센터 요크(2)의 영구 자석(10-1)의 자속이 대향하고 있는 아우터 측 돌출부(23a-1)를 통해 영구 자석(10-1)으로부터의 자속이 아우터 요크(3-1) 측으로 들어가는 자로 M30이 형성된다. 이로써, 권선부(25-1)의 주위의 자속밀도는 최대가 된다. 마찬가지로 영구 자석(10-3)으로부터의 자속에 의한 자로 M31가 형성된다. 또한 영구 자석(10-2, 10-4)으로부터의 자속에 의한 자로 M32, M33가 형성된다.
이와 같이, 발전기(1)와 발전기(1A)를 비교하면, 권선부(25-1)에서의 자속밀도의 최대 최소 상태가 역전하고 있음을 알 수 있다. 이것은 다른 권선부(25-2∼25-4)에 대해서도 마찬가지이다. 따라서, 발전기(1)와 발전기(1A)에서는, 도 15에 나타낸 전류의 파형은 반전한다.
또한, 센터 요크(2)는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 영구 자석(10)이 들어가는 부분에 인접하는 센터 코어(11)를 연결하는 연결부(11b)를 설치하도록 해도 된다. 마찬가지로, 아우터 요크(3)의 홈부(22)에, 아우터 코어(23)를 연결하는 연결부를 설치해도 된다. 또한 영구 자석(10, 24)은 각각 등 간격으로 배치되어 있지만, 각 자석이 대향하도록 배치하는 것이 바람직하므로, 각각은 등 간격이 아닌 배치로 하고, 또한 영구 자석(10)과 영구 자석(24)이 대향하도록 배치해도 된다. 또한, 영구 자석(10)과 영구 자석(24)은, 완전히 대향하도록 배치하는 것이 바람직하지만, 약간 어긋나 배치해도 된다.
또한, 전술한 각 실시예에서는, 센터 요크(2)가 권선부(25)를 가지는 아우터 요크(3) 내를 상대 이동하는 이너 타입(inner type)으로 하고 있지만, 권선부(25)를 가지는 부분이 이너 측으로 되는 아우터 타입(outet type)으로 해도 된다. 이 경우, 센터 요크(2)는 아우터 요크(3)의 바깥쪽을 상대 이동하게 된다. 또한 각 실시예에서는 권선부(25)가 비자성체부(21) 1개마다 1개 배치되어 있지만, 권선부(25)는 적절한 수로 해도 된다. 예를 들면, 제1 실시예의 발전기(1)에 있어서 1개의 권선부(25-1)만으로 하거나, 2개의 권선부(25-1, 25-3)만으로 하거나, 2개의 권선부(25-1, 25-2)만으로 하거나 해도 된다. 또한 1개의 비자성체부(21)에 2개의 권선부를 설치해도 된다.
1, 1 A: 발전기, 2: 센터 요크, 3: 아우터 요크, 4: 출력 단자, 10, 24: 영구 자석, 11: 센터 코어, 11a: 센터 측 돌출부, 12: 공동부, 21: 비자성체부, 22: 홈부, 23: 아우터 코어, 23a: 아우터 측 돌출부, 25: 권선부

Claims (3)

  1. 원기둥형 또는 원통형이고, 상기 원기둥형 또는 원통형의 외주에는 축 방향으로 길게 둘레 방향으로 NS 착자(着磁)가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석을 둘레 방향으로, 또한 인접하는 상기 영구 자석의 대향하는 자극이 동극(同極)이 되도록 배치하고, 둘레 방향으로 일직선형으로 배치되는 복수의 센터 측 돌출부를 가지는 연자성체로 이루어지는 센터 요크; 및
    원통형 또는 원기둥형이고, 중심축을 중심으로 하여 둘레 방향으로 배치되는 복수의 권선부, 상기 영구 자석에 대향하는 위치에 배치되는 복수의 홈부, 및 상기 센터 측 돌출부에 대향하여 축 방향으로 반 피치(half pitch) 어긋나 배치되고 상기 홈부를 둘레 방향으로 사이에 두는 아우터 측 돌출부를 가지는, 연자성체로 이루어지는 아우터 요크
    를 포함하는 리니어 발전 장치.
  2. 원기둥형 또는 원통형이고, 상기 원기둥형 또는 원통형의 외주에는 축 방향으로 길게 둘레 방향으로 NS 착자가 행해진 봉형의 복수의 영구 자석을 둘레 방향으로, 또한 인접하는 상기 영구 자석의 대향하는 자극이 동극이 되도록 배치하고, 둘레 방향으로 배치되는 복수의 센터 측 돌출부를 가지고, 상기 영구 자석을 사이에 두는 상기 센터 측 돌출부의 설치 위치가 인접하는 것의 사이에서 축 방향으로 반 피치 어긋나 배치되는 센터 요크; 및
    원통형 또는 원기둥형이고, 중심축을 중심으로 하여 둘레 방향으로 배치되는 복수의 권선부, 상기 영구 자석에 대향하는 위치에 배치되는 복수의 홈부, 및 상기 센터 측 돌출부에 대향하여 둘레 방향으로 일직선상으로 배치되고 상기 홈부를 둘레 방향으로 사이에 두는 아우터 측 돌출부를 포함하는 아우터 요크
    를 포함하는 리니어 발전 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈부에는 축 방향을 따라 배치되고 대향하는 상기 센터 측 요크의 영구 자석과는 반대의 극성이 되도록 NS 착자가 행해진 영구 자석이 배치되는, 리니어 발전 장치.
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