JP2000217320A - 永久磁石式発電機およびそれを持ったディスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３．５″ディスケットに組み込むことができ
るような薄い永久磁石発電機であって、その発電機内の
無駄な空間をなくした構造を提供する、また、それを組
み込んだディスケットを提供する。 【解決手段】 外周に多数の磁極を有する円環状永久磁
石を持った回転子外周と実質的に同じ大きさの磁気空隙
を介して対向するように固定子磁極が設けられている。
固定子磁極をその一端に持つ磁極歯は少なくとも固定子
コイルの巻回されている部分は平行に並んでいて、隣り
合った固定子コイル同士の間の空隙を小さくしている。
隣り合った複数の磁極歯はブロックに分かれていて、各
ブロック内の磁極歯は少なくとも４本あり、磁極歯の磁
極同士は内ヨークで、固定子磁極と反対側の端部同士は
バックヨークで結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石式発電機に
関し、特にフロッピーディスクドライブに挿入取り付け
られるディスケットに組み込むことができるとともに、
そのディスケットにメモリーを組み込んだときに、その
メモリーの入出力電源とすることのできる永久磁石式発
電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】個人の健康診断結果などの情報をＩＣカ
ードに蓄積しておき、そのＩＣカードを持って医療機関
などを訪れたときに、ＩＣカードに入っている情報を基
にして医療を行うことができ、また医療を施したときの
カルテの内容をＩＣカードに保管することができる。ま
た、電子マネーとしてＩＣカードを使うことも検討され
ている。すなわち、ＩＣカードに使用する人の銀行口
座、暗証番号、必要により口座の残高を記憶させてお
き、お金を使うたびにＩＣカードを経由して銀行口座と
の通信決済を行うというものである。

【０００３】またデジタルカメラの撮像情報は比較的情
報量が多いので、容量の大きいフラッシュメモリーに保
管することが提案されている。フラッシュメモリーは数
メガバイトから１０メガバイトの容量を持っているので
デジタルカメラの撮像情報をフラッシュメモリーに保管
しておき、そのフラッシュメモリーをパソコンに接続す
ることによって、パソコンで処理を行うことができ、そ
の結果をフラッシュメモリーに蓄積することでＭＯのよ
うな追加の外部記憶装置を必要としないというものであ
る。

【０００４】これらのＩＣカードにしてもフラッシュメ
モリーにしても、それらの入出力装置として独自の機器
が必要であり、この必要性のために普及が妨げられてい
る。コンピュータ、特に広く用いられているパソコンの
入出力装置としてはフロッピーディスクドライブ特に
３．５″フロッピーディスクドライブが一般である。
３．５″フロッピーディスクドライブを用いて、ＩＣカ
ードやフラッシュメモリーなどのメモリーカードの入出
力が行なえると普及にはずみが付くものと考えられる。
３．５″フロッピーディスクドライブを用いてＩＣカー
ドやフラッシュメモリー等メモリーカードの（以下、メ
モリーカードと言う。）入出力を行うことも考えられて
おり、３．５″フロッピーディスクドライブに挿入組み
込むことのできるアダプターも提案されている。しか
し、３．５″フロッピーディスクドライブはそれに挿入
する３．５″ディスケット（通常の３．５″フロッピー
ディスケット）との間には情報の入出力用の磁気ヘッド
と、フロッピーディスクを３００ｒｐｍで回転させるた
めの駆動シャフトは付いているが、給電端子は付いてい
ない。そこで、ディスケット形状をしたアダプターに組
み込まれているＣＰＵの電源として、ボタン型の電池を
アダプター内に組み込んで使われている。しかしなが
ら、電池は使用するのに伴い消耗するので、長くとも数
ヶ月毎にその取替えが必要である。

【０００５】そこで、このディスケット内に発電機を組
み込んでおき、３．５″フロッピーディスクドライブの
駆動シャフトの回転を用いてその発電機を働かすことが
できれば、極めて有用なものとなり、メモリーカードな
どが広く利用されるようになるものと考えられる。事
実、発電機を３．５″ディスケット内に組み込むことは
既に提案されており、日本の特許公報特公平7-86912 号
やＰＣＴの国際公表公報特表平7-500238号に記載されて
いる。

【０００６】特公平7-86912 号公報には、３．５″ディ
スケット内に発電機を組み込むことと、その発電機は回
転子と固定子とレギュレータを持つと示されているが、
その詳しい構成は示されていない。また、特表平7-5002
38号公報には、３．５″ディスケットに組み込まれた発
電機としてはボスとともに回転する永久磁石が付けられ
ていて、この永久磁石の付いたボスはフロッピーディス
クドライブの駆動シャフトによって回転させられること
が示されている。またこの永久磁石は円筒形をしてお
り、円筒端面に多数の磁極があるように回転軸方向に磁
化されている。固定子ヨークの磁極はこの円筒形永久磁
石を挟むように配置されていて、円筒形永久磁石の両側
の固定子ヨークの間に固定子コイルが設けられている。
この円筒形永久磁石の円周面に磁極を設けた例も示され
ていて、その場合固定子ヨークの磁極はクローポール型
をしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、これらの
公報では、３．５″ディスケットに永久磁石式発電機を
組み込むことを述べているが、それに使用するのに適し
た永久磁石の材質、詳細な回転子の構造、固定子の詳細
な構造については述べていないので、いかなる出力を得
られるようになったのか不明である。

【０００８】特表平7-500238号公報に開示されているよ
うな３．５″フロッピーディスケットに組み込むことの
できる大きさをした永久磁石式発電機で、その円筒形を
した回転子永久磁石で円筒端面に多数の磁極を持つよう
に回転軸方向に磁化されているものを考えてみる。この
場合、円筒端面の両側に小さな磁気空隙を介して固定子
磁極が配置されている。発電機に許される厚さは２．０
〜２．５ｍｍなので永久磁石の厚みとしては０．５〜
０．８ｍｍしか許されない。このように磁極間寸法の短
い磁石では保磁力の大きなものを使っても起磁力の小さ
なものとなってしまう。また、磁石の厚さを大として起
磁力を大きくした場合、固定子磁極に許される厚さが薄
くなって磁束を十分に通すことができなくなってしま
う。

【０００９】また、同公報に示されている円筒状永久磁
石の円周面に磁極を設けて、それに対向する固定子ヨー
クをクローポール型とした永久磁石式発電機の場合、ク
ローポールの両磁極の端部ヨークが発電機に許された
２．０〜２．５ｍｍの厚さのなかで対向して設けられ
て、その両端ヨーク間の永久磁石の外側に固定子巻線を
施すことになる。固定子巻線に許される長さは永久磁石
の厚みよりも少し長い１ｍｍ以下であり、十分な巻線数
を入れることができないために、出力電圧の低いものと
なる。

【００１０】また、発電機の出力をできるだけ大きくし
て、歪みのないものとするには、円筒型永久磁石の円周
面の回転子磁極が等角度間隔で配置されているととも
に、固定子ヨークの磁極数を回転子永久磁石の磁極数と
同じにして、固定子磁極が永久磁石磁極と実質的に同じ
大きさの磁気空隙を介して対向するようにしておく必要
がある。このような構造にして、厚さの薄い３．５″デ
ィスケットに収まるものとするには、固定子磁極歯が固
定子磁極から半径方向外側に放射状に出ているものとし
なければならない。しかも磁極の数を１２〜２４極とす
ると、内径が３０ｍｍの固定子ヨークの場合で、１磁極
に与えられている固定子ヨークの内周寸法は８〜４ｍｍ
と小さなものである。ここに４ｍｍ幅の固定子磁極が使
われていると、固定子磁極間の空隙が４ｍｍ以下とな
る。ところが、固定子磁極歯は放射状に延びているか
ら、その外周では磁極歯間の間隙が大きなものとなって
くる。

【００１１】発電機に許された厚さは、上に述べたよう
に、２．０〜２．５ｍｍであり、そのなかで固定子磁極
の厚さを０．８ｍｍとすると、固定子コイルに与えられ
る厚さは片側で０．６〜０．８ｍｍである。このように
コイルに許される厚さが薄いので、この許された厚さ一
杯にコイルを巻いてもコイルの巻数はそれほど多くする
ことができない。また、磁極歯の外周では磁極歯の間隙
が大きいために、コイルとコイルとの間隙も大きくなっ
て、他に使用できない空間いわゆるデッドスペースの大
きなものとなってしまう。これは小さなディスケットの
なかに永久磁石式発電機を組み込んだ場合、できるだけ
空間を節約する必要があるという目的に反したものとな
る。

【００１２】そこで、本発明ではディスケットに組み込
むことのできるような薄い永久磁石式発電機であって、
その発電機内の無駄な空間をなくした構造を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】また、この構造を基にして発電機のコギン
グトルクを低減することにより、３．５″フロッピーデ
ィスクドライブのように低トルクの駆動源によっても回
転が円滑に行われて、安定な出力の得られる永久磁石式
発電機を提供することを目的としている。

【００１４】本発明では、永久磁石式発電機を組み込ん
だディスケットを提供することも目的としている。

【００１５】本発明では、メモリーカード入出力用ディ
スケットに組み込んだときの、入出力端子あるいはカー
ドコンタクト端子による干渉をなくした構造をした永久
磁石式発電機を持ったディスケットを提供することを他
の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石式発電
機は、ボスと共に回転することのできる円環状永久磁石
を持ち、この永久磁石は円周面上に並んだ複数の回転子
磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに違った極
性をしている回転子と、軟磁性体材料からなる複数の磁
極歯を持ち、この磁極歯は円周面上に配置された前記複
数の回転子磁極と磁気空隙を介して対向することのでき
る位置から放射状に延びる固定子磁極部分を一端に有
し、他方の固定子コイルが巻回されている磁極歯部分は
少なくとも２つのブロックに分かれていると共に、各ブ
ロック内の磁極歯同士は実質的に平行であって隣り合う
固定子コイルは近接しており、各ブロック内の磁極歯は
前記固定子磁極の反対側端部で互いにバックヨークで結
合されている固定子と、を有することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の永久磁石式発電機は、ボス
と共に回転することのできる円環状永久磁石を持ち、こ
の永久磁石は円周面上に並んだ複数の回転子磁極を持
ち、これらの磁極は円周方向に互いに違った極性をして
いる回転子と、軟磁性体材料からなる複数の磁極歯を持
ち、この磁極歯は円周面上に配置された前記複数の回転
子磁極と磁気空隙を介して対向することのできる位置か
ら放射状に延びる固定子磁極部分を一端に有し、他方の
固定子コイルが巻回されている磁極歯部分は１つのブロ
ックに集約されていると共に、ブロック内の磁極歯同士
は実質的に平行であって隣り合う固定子コイルは近接し
ており、このブロック内の磁極歯は前記固定子磁極の反
対側端部で互いにバックヨークで結合されている固定子
と、を有することを特徴とする。

【００１８】上記において、各ブロック内の磁極歯は少
なくとも４本あることが好ましい。また、固定子磁極は
回転子磁極の円周面に沿って放射状に取り出した後、ブ
ロック内で実質的に横方向水平に延びて平行に隣り合う
磁極歯に連なっており、このとき隣り合う磁極歯の間隔
はそれぞれ不等間隔であることが好ましい。また、固定
子磁極は、互いに内ヨークで結合されていることが好ま
しい。

【００１９】本発明の永久磁石式発電機では、固定子磁
極を回転子磁極と実質的に同じ大きさの磁気空隙を介し
て同時に対向するように回転子を止めた状態で、固定子
磁極と対向していない回転子磁極が少なくとも１極あ
り、その回転子磁極と対向している固定子内周面には、
その回転子磁極の両側にある磁極間を結ぶ軟磁性体片が
設けられていることが好ましい。

【００２０】またこの軟磁性体片にはその回転子磁極と
対向する面には軸方向の溝が設けられていることが好ま
しい。前記軟磁性体に設けられた軸方向の溝は、回転子
永久磁石の磁極幅を２π（３６０°）／ｎ（ここでｎは
極数）としたときに、溝の幅が回転子永久磁石の磁極幅
の０．１〜０．４であることが好ましい。

【００２１】本発明の永久磁石式発電機を持ったディス
ケットは、前記磁石式発電機がディスケット内に設けら
れていることを特徴とする。

【００２２】前記永久磁石式発電機を持ったディスケッ
トは、ディスケットの入出力端子とカードコンタクト端
子の少なくとも一方が、前記磁石式発電機の軟磁性体片
の外側に設けられていることが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、本発明
の永久磁石式発電機およびその永久磁石式発電機を組み
込んでいるディスケットについて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の永久磁石式発電機を持った
ディスケットで、図１（ａ）はディスケットの平面図
（底面図）、図１（ｂ）は図１（ａ）の1B-1B 断面図、
図１（ｃ）は図１（ｂ）の部分拡大図を示す。図２はそ
こに組み込まれている永久磁石式発電機の平面図であ
る。

【００２５】本発明の永久磁石式発電機およびそれを組
み込んだディスケットの構造を説明する。ここでは最も
広く用いられている３．５″フロッピーディスクドライ
ブに取り付けられる構造をしたディスケットを用いて説
明するが、それ以外のサイズあるいは構造をしたディス
ケットについても応用できることは以下の説明から明ら
かとなるであろう。３．５″ディスケット（通常、３．
５″フロッピーディスクと呼ばれているもの）１は、図
１（ａ）に平面図（底面図）で示している構造をしてお
り、その大きさは長さ９４ｍｍ、幅９０ｍｍ、厚さが
３．５ｍｍのディスケットケースとなっている。ケース
の一端に入出力用の磁気ヘッドが入り込むための開口１
３があり、フロッピーディスクドライブに取り付けられ
る前方の部分にはスライドできるカバー１４が付いてお
り開閉できるようになっている。ケースの略中央部にフ
ロッピーディスクドライブの駆動シャフトの回転を伝え
られるようになっているボス２１１があり、フロッピー
ディスクの場合、このボスと同軸にフロッピーディスク
が取り付けられており、回転できるようになっている。

【００２６】本発明の永久磁石式発電機を組み込んだデ
ィスケット１においては、ディスケット１の中央のボス
２１１の周りに永久磁石式発電機２が組み込まれてお
り、発電機２の回転子２１はそのボス２１１と、そのボ
ス２１１の外周に取り付けられてボス２１１とともに回
転できるようになった円環状の永久磁石２１２で構成さ
れている。発電機の固定子２２は、回転子永久磁石２１
２の外周に、永久磁石２１２の外周面との間に磁気空隙
を持って設けられており、ディスケット内部に取り付け
られている。図に示しているディスケット１は、ＩＣカ
ードあるいは磁気カードなどのように磁気ストライプを
持ったメモリーカードの入出力装置として使われるもの
なので、メモリーカードを挿入できるスペース１５があ
り、またメモリーカードとの間で情報をやり取りするた
めのカードコンタクト端子１６が設けられている。この
ディスケットとフロッピーディスクドライブの磁気ヘッ
ドとの間で情報のやり取りをするための入出力ターミナ
ル１７が、磁気ヘッドが入り込むために開けられた開口
１３のところに設けられている。入出力ターミナル１７
とカードコンタクト端子１６の間で情報を処理するため
に必要によりＣＰＵ１８が設けられている。永久磁石式
発電機２はＣＰＵ１８の駆動およびカードコンタクト端
子１６などの駆動用電源として用いられるが、発電機か
らの電気にはリップル等を含んでいることがあり、整流
と安定化を必要としており、安定化電源回路１９がディ
スケット内に設けられた発電機２の出力ラインに組み込
まれている。

【００２７】永久磁石式発電機２の回転子２１はそのボ
ス２１１がフロッピーディスクドライブの駆動シャフト
と係合して、駆動シャフトが回転することによって回転
子２１が回転させられる。３．５″フロッピーディスク
ドライブの場合通常はその回転数は３００ｒｐｍであ
る。このようにボス２１１がフロッピーディスクドライ
ブの駆動シャフトと係合するので、ボス２１１の駆動シ
ャフトとの係合部分の構造は通常のディスケットのボス
の構造と同じにしておくことが好ましい。

【００２８】図１（ａ）に破線で永久磁石式発電機２、
入出力ターミナル１７およびカードコンタクト端子１６
の位置関係を示しているが、永久磁石式発電機２の固定
子ヨークの外周が完全な円となっていると、固定子ヨー
ク２２１の外周とこれら入出力ターミナル１７やカード
コンタクト端子１６とが干渉する恐れがある。そこで、
発電機の外形をこれらの部分で切り欠いておくことが好
ましい。

【００２９】メモリーカードの大きさは、通常長さ８５
ｍｍ、幅５４ｍｍ、厚さ０．８ｍｍである。このメモリ
ーカードを入れるスペース１５をディスケット１に設け
ると、図１（ａ）〜（ｃ）に示しているように組み込ん
でいる永久磁石式発電機２と重なるので、３．５″ディ
スケット１の厚さ３．５ｍｍのなかで、両面のディスケ
ットケースカバーの厚さ０．２ｍｍが２枚とすると、メ
モリーカードの厚さが０．８ｍｍで、それの出し入れす
るための余裕を持たせると、発電機２の厚さは大きくと
も２．０ｍｍである。これらのことから、発電機２のサ
イズは、例えば外径が約５５ｍｍ、厚さが２ｍｍで、そ
の回転子２１のサイズはボス径２５ｍｍなので、回転子
２１の外径は３０ｍｍ程度のものである。

【００３０】図２に本発明の永久磁石式発電機２の平面
図を、図３にその固定子ヨーク２２１の拡大平面図、図
４に図２の4A-4A 断面を（ａ）に、4B-4B 断面を（ｂ）
に示している。２１は回転子で、ボス２１１の外周に円
環状の永久磁石２１２が固定されていて、永久磁石２１
２はその外周円周面上に実質的に等角度間隔で配置され
た複数個の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向
に互いに違った極性、すなわちＮＳＮＳ………と並んで
いる。回転子２１のボス２１１は図示していない発電機
ハウジングに付けられた軸に対して回転できるように、
銅合金粉末などを焼結して作った含油軸受などで支えら
れている。

【００３１】永久磁石２１２の外周に実質的に同じ大き
さの磁気空隙を介して対向するように固定子２２に複数
個の固定子磁極２２７が設けられている。固定子磁極２
２７は、軟磁性体材料で作られた磁極歯２２３の永久磁
石２１２の外周に対向する側の一端に設けられている。
これら磁極歯２２３の磁極は、回転子磁極と実質的に同
じ大きさの磁気空隙を介して同時に対向することのでき
るように、回転子磁極と同様に実質的に等角度間隔で固
定子内径面に配置されている。そのために、固定子磁極
２２７は回転子磁極と極数を同じとするのが理想である
が、後で説明するようにここで示している実施例では固
定子２２に設けた切り欠き２２６、２２６′のために固
定子の磁極数はそれだけ少なくなっている。各磁極歯２
２３には固定子コイル２２５が巻回されていて、このコ
イルは直列に結線している。なお、ここで「実質的に同
じ大きさの磁気空隙を介して同時に対向する」と言うの
は、各磁極歯に設けた固定子コイルからの出力波形がほ
ぼ同じになって、固定子コイルを直列に結線したときに
出力の和として出て来る出力波形が大きく歪まない程度
を言う。

【００３２】そして、本実施例の固定子ヨーク２２１
は、隣り合っている複数の磁極歯はブロックに分かれて
いて、各ブロック内では磁極をその一端に持っている磁
極歯２２３は少なくとも４本あり、それらは実質的に平
行に並んでいる。固定子磁極２２７が回転子磁極と対向
することができるように実質的に等角度間隔すなわち回
転子に対して固定子磁極が放射状に配置されているが、
各ブロック内の磁極歯２２３の少なくともコイル２２５
の巻回されている部分同士は平行に並ぶように、磁極歯
２２３の先端の磁極の近くのところで曲がっている。そ
うすることによって、隣り合った固定子コイル２２５同
士が近接している。図２、３では隣り合った磁極歯２２
３は２つのブロック、すなわち左ブロックと右ブロック
となっている。各ブロック内にある磁極歯２２３は、磁
極とは反対側の端部をバックヨーク２２４により結合し
ている。また、本発明において磁極歯が集合したブロッ
ク数としては、全磁極歯で１つのブロックになっている
こともできるし、２〜４個程度のブロックにすることも
できる。しかし、ディスケットのように狭い空間に種々
の機器を組み込んでいるときには、できるだけ発電機の
スペースを小さくする必要があるので１〜２個のブロッ
クにしておくのがよい。

【００３３】図２、３に示している固定子ヨーク２２１
では、すべての磁極歯２２３の少なくともコイル２２５
の巻回されている部分が平行に並ぶようになっている。
しかし、ブロック毎に、ブロック内にある磁極歯をお互
いに平行に並ぶようにしておいて、別のブロックの磁極
歯とは平行にならないようにすることによって、ディス
ケット内に組み込まれる機器の取り付けられる場所を避
けることもできる。磁極歯が実質的に平行であるという
ことはこれらのことを含んでいる。

【００３４】また、各ブロック内にある磁極歯２２３は
その隣合っている固定子磁極間を内ヨーク２２２で結合
していることが好ましい。回転子磁極に対し固定子磁極
が同時に対向することができる位置に設けられているの
で、コギングトルクが大きなものとなる傾向があるが、
内ヨーク２２２で固定子磁極間を結ぶことによって、磁
極間での磁束の漏洩が生じるのでコギングトルクを小さ
くできている。しかし、コギングトルクを小さくするた
めに、磁極間の漏洩をあまりにも大きくすると、磁極歯
の中を通る有効磁束が小さくなるので、固定子磁極間に
ある内ヨーク２２２の断面積は、固定子磁極歯２２３の
断面積よりも小さく作られており、例えば磁極歯幅を３
ｍｍとして内ヨークの半径方向厚さを０．５ｍｍとし
て、回転子磁極から出た磁束のほとんどは固定子磁極歯
の中を通るようになっている。

【００３５】本発明では、ブロック当たりの磁極歯の数
を少なくとも４本としている。このことによってブロッ
クの数を少なく、例えば１〜４個とすることによって、
また平行に隣り合った固定子コイル間を近接させること
によって、ブロックとブロックの間のスペースを大きく
することができて、狭いスペースの中で発電機の占有面
積を小さくして、他の機器をブロック間に入れることが
できるようになる。事実、図２、３に示しているよう
に、回転子磁極数が１６で、固定子磁極数が１１の場合
は磁極歯２２３を２個のブロックとして、左右に分ける
ことによって、発電機２の長さ（図２で紙面上下方向の
長さ）が回転子２１の直径に固定子磁極部分の大きさを
加えただけの大きさとなり、ディスケットに組み込むの
に占有空間の小さなものとなる。これは、隣り合ってい
る固定子コイル２２５が互いに近接して平行に並んで、
コイル間にはほとんど無駄なスペースを持たないように
したことによるものである。

【００３６】さらに、本発明では、固定子磁極２２７は
回転子磁極の円周面に沿って一旦放射状に取り出した
後、ブロック内では実質的に平行に隣り合う磁極歯２２
３に連なるようにし、且つ隣り合う磁極歯の間隔はそれ
ぞれ不等間隔としている。これによって磁気飽和を回避
し固定子コイルが有効に近接して小型化をはかることが
出来る。すなわち、磁極部分を放射状に取り出さずにそ
のまま真っ直ぐ延ばしたのでは、円周の上下に位置する
磁極歯ほど細くなり各磁極歯の幅は大小ばらばらとな
る。細いものは磁気飽和を起こして出力が落ちるので好
ましくない。また予め一定幅に作られた固定子コイルを
組付けるには好ましくなく組立作業性が悪くなる。そこ
で放射状に取り出した後、磁極歯の幅を均一に保って横
方向平行に延ばすことによってこれらの問題点を解消し
たものである。しかしながら、これでもまだ固定子コイ
ルを巻いた後、隣り合う磁極歯間に無駄な空間が生じて
しまい省スペースの余地がある。そこで、本発明ではこ
のときの磁極歯同士のピッチを不等間隔にしたもので、
具体的には外側（上下方向）の磁極歯間の間隔を小さく
することによって固定子コイル間をさらに近接させるこ
とができ、さらなる省スペース小型化が達成できる。

【００３７】以上のようなことから、ディスケット１に
は既に述べたように、メモリーカードとのカードコンタ
クト端子１６とフロッピーディスクドライブとの入出力
ターミナル１７が情報の入出力のために設けられてい
る。これらのカードコンタクト端子１６と入出力ターミ
ナル１７と発電機２との干渉を避けることが、本発明の
発電機の場合可能となる。

【００３８】ところで、磁極歯２２３を左右のブロック
に分けることによって、回転子２１の上部および下部に
あるべき磁極歯がなくなる。この磁極歯の無くなった部
分、すなわち発電機２に作った切り欠き２２６、２２
６′のところには、固定子磁極は設けられていない。固
定子磁極を回転子磁極と同時に対向させたとき、回転子
磁極のうちでいくつかのものは、この切り欠き２２６、
２２６′のところに来るので、固定子磁極と対向しない
ことになる。この対向していない回転子磁極としては少
なくとも１極、好ましくは２極以上である。この対向し
ていない回転子磁極と対向している固定子内周面には、
軟磁性体片２２８、２２８′が設けられている。この軟
磁性体片２２８は、回転子磁極の両側にある磁極間を結
んでいる。図２、３に示している、軟磁性体片２２８、
２２８′では回転子磁極２極分２１３と２１４あるいは
３極分２１３′〜２１５′の磁極間を結んでいて、しか
も半径方向の長さは図４にあるように通常の磁極歯２２
３よりも短いものである。図２では、上部にある回転子
磁極Ｓ２１３とＮ２１４は固定子磁極と対向していな
い。ここで軟磁性体片２２８の左端２２８ａは、このＳ
極２１３とその左隣になるＮ極２１５との磁極間２１６
に位置していて、そこから右に軟磁性体片２２８が延び
ている。そして、上部にある対向していないＮ極２１４
とその右隣にあるＳ極２１７との磁極間２１８まで続い
ている。この軟磁性体片２２８には、Ｓ極とＮ極と対向
する面上には軸方向に溝２２９が各々設けられている。

【００３９】また同図の右下の回転子磁極Ｎ２１３′，
Ｓ２１４′、Ｎ２１５′は固定子磁極と対向していな
い。固定子磁極に代えて、軟磁性体片２２８′が対向し
て設けられている。この軟磁性体片２２８′は、このＮ
極２１３′とその右上にあるＳ極２１６′との磁極間２
１７′から始まって、対向していないＮ極２１５′とそ
の左上にあるＳ極２１８′との磁極間２１９′まで続い
ている。この軟磁性体片２２８′には、Ｎ極２１３′、
Ｓ極２１４′、Ｎ極２１５′と対向する部分には軸方向
に各々溝２２９′が設けられている。

【００４０】固定子磁極が回転子磁極と対向する位置に
来たときに固定子磁極と対向していない回転子磁極に対
向する固定子内周面には、磁極間をつなぐ軟磁性体片２
２８、２２８′が設けられている。またこの軟磁性体片
２２８、２２８′の上には回転子磁極と対向する位置に
溝（軸方向に延びた）２２９、２２９′がある。そこ
で、回転子磁極が固定子磁極からずれた位置にあるとき
に、回転子磁極間を軟磁性体片が短絡することになる。
このとき軟磁性体片が、その端部に対向している回転子
磁極を吸引する。一方、回転子磁極が固定子磁極に対向
する位置にあるときには軟磁性体片に設けられた軸方向
に延びた溝と回転子磁極が対向することになって回転子
磁極のその位置での静止が不安定となって、回転子を軟
磁性体片の端部の方向に動かすように働く。

【００４１】固定子磁極と対向している回転子磁極はそ
の対向している位置に回転子を静止させようとするが、
軟磁性体片に設けられた溝と対向している回転子磁極は
その位置から回転子を動かそうとするので、回転子のコ
ギングトルクが小さくなる。

【００４２】なお、軟磁性体片２２８、２２８′が「回
転子磁極の両側にある磁極間を結んでいる」と述べた
が、この「磁極間」という用語は、円筒状永久磁石の外
周面に多くの磁極を並べた場合、隣り合った異極性の磁
極の中間点を必ずしも意味するものではなく、磁極の略
中心を除いた周辺部を言っている。回転子磁極のあるも
のが、固定子磁極と対向しているときに、他の回転子磁
極が軟磁性体片に設けられた溝と対向すれば、当該他の
回転子磁極の位置での吸引力が減少し、その溝の側にあ
る軟磁性体片に回転子磁極が吸引されて回転モーメント
が与えられる程度に、軟磁性体片の端が回転子磁極から
ずれていればよい。

【００４３】発電機の出力は回転子磁極と対向すること
のできるように設けてある固定子磁極歯に巻いた固定子
コイルから得るので、回転子磁極の数が１６極で、１極
が固定子磁極と対向していないときには回転子永久磁石
の磁力として１／１６だけ損失となるが、コイルの巻数
を増やすことによって補償することができる。このよう
に、回転子磁極と対向すべき場所の固定子磁極を取り除
いて。それに代えて軟磁性体片を設けている。取り除か
れた固定子磁極の数としては少なくとも１極としておく
ことがよい。好ましいのは、２極以上連続していること
である。軟磁性体片に設けている溝の幅としては、回転
子永久磁石の磁極幅の０．１〜０．４であることが好ま
しい。ここで回転子永久磁石の磁極幅は、その極数をｎ
としたときに、２π（３６０°）／ｎとして求めてい
る。溝の深さとしては、回転子と固定子との磁気空隙以
上あればよい。

【００４４】固定子２２の磁極歯２２３、内ヨーク２２
２およびバックヨーク２２４、ともに軟磁性体で作られ
ている。飽和磁束密度Ｂｓが大きいことは、部品の断面
積を小さくして、発電機全体の大きさを小さくする上か
ら好ましいことなので、飽和磁束密度Ｂｓが１．２Ｔ以
上の軟鉄、電磁軟鉄、圧粉磁心、４〜６％Ｓｉを含む珪
素鋼板を使うことができる。各磁極歯２２３には出力を
取り出すためのコイル２２５が巻かれている。この発電
機２は全体として平板状をしており、最も厚いところで
も２ｍｍ以下にする必要があるので、磁極歯２２３に巻
いたコイル２２５の最外径、すなわち回転軸方向での厚
さを２ｍｍ以下にすることが必要である。

【００４５】本発明の他の実施態様による永久磁石式発
電機を持ったディスケットでその裏板を取り除いた状態
の平面図を図５に示している。この図でディスケット１
の左半分にはプリント基板３が取り付けられており、そ
の上にカードコンタクト端子１６が設けられている。永
久磁石式発電機５がディスケット１の右半分に入ってい
る。ここで回転子２１は図１〜４に示したものと磁極の
付け方を除いて同じである。固定子５２の固定子ヨーク
５２１は、その磁極歯５２３全てで１つのブロックを構
成しており、磁極歯５２３の少なくともコイル５２５の
巻回されている部分がすべて近接して平行に並んでい
る。各磁極歯５２３はその先端にある磁極のところで曲
がって磁極部分は回転子に対して放射状に設けられてい
る。各磁極歯５２３は、またその磁極と反対側端部で互
いにバックヨーク５２４で結合されている。なお、固定
子磁極を回転子磁極と同時に対向するようにして、回転
子を止めたときに、回転子のこの図の左側の磁極は固定
子磁極と対向しないことになる。この対向していない回
転子磁極と対向する固定子内周面には軟磁性体片５２
８、５２８′が設けられている。軟磁性体片５２８、５
２８′は対向している回転子磁極の両側の磁極間を結ん
でいる。この作用については既に述べたことなので説明
は省略する。また、ここで１７は入出力ターミナルであ
るが、この働きについても説明は不要であろう。このよ
うに、磁極歯を１つのブロックとすることによって、狭
いディスケット内にプリント基板を設けるスペースを大
きくとることができる。

【００４６】回転子２１に用いている永久磁石２１２と
しては既に述べたように円環状の永久磁石が好ましい。
この永久磁石２１２はボス２１１の外周に接着剤などで
固定されている。この円環状の永久磁石は、回転軸方向
に適当な長さ、すなわち厚さを持っている。永久磁石厚
さは厚くとも２．０ｍｍであり、０．８〜２．０ｍｍで
使用することができるが、好ましくは１．０〜１．８ｍ
ｍである。しかしこの寸法は使われるディスケットの寸
法や、一緒に組み込まれる機器の構成によって変わって
くることは明らかである。

【００４７】円環状永久磁石２１２は磁化方向の厚さが
できるだけ厚いことは起磁力の観点からは望ましい。半
径方向に磁化容易軸すなわちラジアル異方性を持つ場
合、ボス２１１を強磁性材料で作っておくと、円周面上
の隣り合った磁極から磁石の半径方向に入った磁力線が
強磁性体のボス２１１の中で反対極性の磁極から半径方
向に入った磁力線に結び付く。また、極異方性の場合、
磁石内部で反対極性の磁極同士を磁力線が結んでいる。
いずれの場合も、永久磁石２１２の半径方向の厚さは磁
極間距離の１／３〜１／４以上の厚さがあればよいが、
２ｍｍ以上あることが好適である。

【００４８】永久磁石２１２の材質としては、焼結した
ＮｄＦｅＢ磁石が好適である。厚さが比較的薄い（磁化
方向の厚さの比較的薄い）永久磁石であるにもかかわら
ず、大きな逆磁界が印加される上に、形状的に反磁界係
数の大きいものなので、ＮｄＦｅＢ磁石のように保磁力
が大きく、大きな磁束密度を持っているものがよい。焼
結のＮｄＦｅＢ磁石は磁気異方性を持っているが、半径
方向に磁化容易軸を持つ、すなわちラジアル異方性を持
つもの、および円周面上にある隣り合った異極性の磁極
間をつなぐ方向に磁化容易軸を持つ、すなわち極異方性
を持つものがよい。ＮｄＦｅＢのボンド磁石と呼ばれて
いるＮｄＦｅＢ磁石粉をプラスチックバインダーなどで
結合したものも使用することができるが、ボンド磁石の
場合焼結ＮｄＦｅＢ磁石と比して磁石分の比率が小さい
ので、発生する磁束は小さくなる。しかし、必要とする
出力の小さい場合はボンド磁石を用いて作った永久磁石
式発電機でも十分なことがある。

【００４９】本発明の永久磁石式発電機の永久磁石とし
て、ＮｄＦｅＢ磁石以外に、（１）窒化物磁石例えばＳ
ｍＦｅＮ磁石、（２）交換スプリング磁石と呼ばれてい
るＳｍＦｅＮにα鉄を含む磁石、ＮｄＦｅＢにα鉄を含
む磁石やＮｄＦｅＢにＦｅ₃Ｂを含む磁石等、（３）Ｎ
ｄＦｅＢやＳｍＦｅＮなどのＨＤＤＲ（水素化・分解・
脱水素・再結合）磁石、（４）ＳｍＣｏ磁石なども、要
求される特性との兼ね合いで使用することができる。

【００５０】図では、円環状永久磁石２１２の外周面上
に１６極の磁極を持ったものを示しているが、本発明に
おいては極数として１２〜２４極とすることが好まし
く、１６〜２０極とすることは更に好ましいことであ
る。極数が少ないと、１極当たりの磁束量は大きくなる
が、発電機の出力の最も大きくなるのが１６〜２４極で
ある。しかし、極数を多くしていくと、固定子の半径方
向に延びた磁極歯間の空間が小さくなり、磁極歯のコイ
ルの巻き数が少なくなってくる。その上、固定子の製作
に困難が伴い、また出力の電圧波形に歪みが生じるなど
の問題があるので、１６〜２０極が最適である。

【００５１】固定子磁極歯２２３の磁極厚さは、永久磁
石２１２の回転軸方向長さ、すなわち厚さよりも小さく
することが必要である。すなわち、回転子軸方向長さよ
りも固定子磁極歯厚さが大きいか、同等の厚みの場合、
固定子巻線の厚み分以上固定子が回転子よりも厚くなる
事になる。軸方向長さの制約がはなはだしい本発明のよ
うな発電機の場合、限られた軸方向長さに対し空間の利
用効率を高くするには、固定子の磁極厚みと、それに巻
回された巻線との全体の軸方向長さを回転子の軸方向長
さとほぼ同じ長さとする事が重要である。この高い空間
の利用効率を実現するには、固定子磁極の歯厚みを回転
子の厚みに比べて薄くし、巻線を含めた固定子全体の厚
みを固定子の軸方向長さに近づけることが有効である。
このように固定子磁極歯２２３の厚さを永久磁石厚さよ
りも小さくすることによって、発電機２として大きな出
力が得られる。しかし、この固定子磁極歯２２３の磁極
厚さは永久磁石２１２から出る磁力線によって飽和しな
いだけの厚みを持っている必要がある。図４（ａ）に本
発明の永久磁石式発電機２の固定子２２と回転子２１の
主要部の断面を示し、固定子磁極歯の厚さｔ１と磁石厚
みｔ２を示している。この図でｔ１＜ｔ２であることが
必要である。これは固定子２２を構成している磁極歯２
２３の中に永久磁石２１２の磁極から出た磁力線を集中
させて磁極歯内の磁束密度を大きくするためである。永
久磁石２１２の持っている磁束密度と、固定子磁極歯２
２３の飽和磁束密度を比較してみると、既に述べたよう
に固定子磁極歯２２３は軟磁性材料で作られていて、そ
の飽和磁束密度は１．２Ｔ以上であるのに対して、永久
磁石２１２は最も磁力の強い焼結ＮｄＦｅＢ磁石であっ
てもその残留磁束密度が１．２〜１．３Ｔなので作動点
での磁束密度は１．０Ｔ程度である。焼結したＮｄＦｅ
Ｂ磁石を回転子永久磁石２１２として用いて、１．２Ｔ
以上の飽和磁束密度を持った固定子２２を用いている場
合、永久磁石厚みの３０％〜７０％の厚さを持った磁極
歯２２３が好ましい。

【００５２】尚、本発明で言うディスケットとは、３．
５″型フロッピーディスクに限定されるものではなく、
その形やサイズ、構造について任意に変更可能なもので
ある。また、カードについてもＩＣカードや磁気カード
に限定されるものではなく、フラッシュメモリ等を含む
広い意味でのメモリーカードに利用できるものである。

【００５３】

【実施例】本発明の永久磁石式発電機を、以下に示す実
施例によって更に詳しく説明する。

【００５４】表１に示す設計条件に基づいて作製した図
２に示す永久磁石式発電機の底面積は２，８６７ｍｍ²
であった。これに対して、同等の円形の発電機を作る
と、直径が７７ｍｍの円形の固定子ヨークが必要とな
り、発電機占有面積は３，４９０ｍｍ² 必要となる。こ
のことから本発明の発電機では、底面積が８２％とな
り、６２３ｍｍ² 削減することが可能となった。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
って３．５″ディスケットに組み込むことのできる全体
として平板状をしており、無駄な空間をなくした永久磁
石式発電機を得ることができた。この発電機では、従来
の円形の永久磁石式発電機に比して、底面積を８０％余
りとすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石式発電機を持ったディスケッ
トで、（ａ）はディスケットの平面図（底面図）、
（ｂ）は（ａ）の1B-1B 断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分
拡大図を示す。

【図２】図１のディスケットに使用している、本発明の
永久磁石式発電機の平面図である。

【図３】図２の永久磁石式発電機に用いている固定子ヨ
ークの平面図である。

【図４】図２に示す永久磁石式発電機の4A-4A 断面を
（ａ）に、4B-4B 断面を（ｂ）に示す。

【図５】本発明の他の実施態様による永久磁石式発電機
を持ったディスケットで、その裏板を取り除いた状態の
平面図である。

【符号の説明】

１ ディスケット １３ 開口 １４ カバー １５ （メモリーカード）スペース １６ カードコンタクト端子 １７ 入出力ターミナル １８ ＣＰＵ １９ 安定化電源回路 ２、５ （永久磁石式）発電機 ２１ 回転子 ２１１ ボス ２１２ 永久磁石 ２１３、２１４′、２１７、２１６′、２１８′ Ｓ
極 ２１３′、２１４、２１５、２１５′ Ｎ
極 ２１６、２１７′、２１８、２１９′ 磁
極間 ２２、５２ 固定子 ２２１、５２１ 固定子ヨーク ２２２ 内ヨーク ２２３、５２３ 磁極歯 ２２４、５２４ バックヨーク ２２５、５２５ コイル ２２６、２２６′ 切り欠き ２２７ 固定子磁極 ２２８、２２８′、５２８、５２８′ 軟磁性体片 ２２８ａ 左端 ２２９、２２９′ 溝 ３ プリント基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 俊子 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 三田 正裕 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボスと共に回転することのできる円環状
   永久磁石を持ち、この永久磁石は円周面上に並んだ複数
   の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに
   違った極性をしている回転子と、 軟磁性体材料からなる複数の磁極歯を持ち、この磁極歯
   は円周面上に配置された前記複数の回転子磁極と磁気空
   隙を介して対向することのできる位置から放射状に延び
   る固定子磁極部分を一端に有し、他方の固定子コイルが
   巻回されている磁極歯部分は少なくとも２つのブロック
   に分かれていると共に、各ブロック内の磁極歯同士は実
   質的に平行であって隣り合う固定子コイルは近接してお
   り、各ブロック内の磁極歯は前記固定子磁極の反対側端
   部で互いにバックヨークで結合されている固定子と、 を有することを特徴とする永久磁石式発電機。
2. 【請求項２】 前記各ブロック内の磁極歯は少なくとも
   ４本あることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式発
   電機。
3. 【請求項３】 ボスと共に回転することのできる円環状
   永久磁石を持ち、この永久磁石は円周面上に並んだ複数
   の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに
   違った極性をしている回転子と、 軟磁性体材料からなる複数の磁極歯を持ち、この磁極歯
   は円周面上に配置された前記複数の回転子磁極と磁気空
   隙を介して対向することのできる位置から放射状に延び
   る固定子磁極部分を一端に有し、他方の固定子コイルが
   巻回されている磁極歯部分は１つのブロックに集約され
   ていると共に、ブロック内の磁極歯同士は実質的に平行
   であって隣り合う固定子コイルは近接しており、このブ
   ロック内の磁極歯は前記固定子磁極の反対側端部で互い
   にバックヨークで結合されている固定子と、 を有することを特徴とする永久磁石式発電機。
4. 【請求項４】 前記固定子磁極は、回転子磁極と磁気空
   隙を介して対向することのできる位置から放射状に延
   び、その後横方向直線に延びて平行に隣り合う磁極歯部
   分に連なっており、このとき隣り合う磁極歯同士の間隔
   はそれぞれ不等間隔であることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の永久磁石式発電機。
5. 【請求項５】 前記固定子磁極は、互いに内ヨークで結
   合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載の永久磁石式発電機。
6. 【請求項６】 前記固定子磁極を回転子磁極と実質的に
   同じ大きさの磁気空隙を介して同時に対向するように回
   転子を止めた状態で、固定子磁極と対向していない回転
   子磁極が少なくとも１極あり、その回転子磁極と対向し
   ている固定子内周面には、その回転子磁極の両側にある
   磁極間を結ぶ軟磁性体片が設けられていることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁石式発電
   機。
7. 【請求項７】 前記軟磁性体片の回転子磁極と対向する
   面には軸方向の溝が設けられていることを特徴とする請
   求項６記載の永久磁石式発電機。
8. 【請求項８】 前記軟磁性体に設けられた軸方向の溝
   は、回転子永久磁石の磁極幅を２π（３６０°）／ｎ
   （ここでｎは極数）としたときに、溝の幅が回転子永久
   磁石の磁極幅の０．１〜０．４であることを特徴とする
   請求項７記載の永久磁石式発電機。
9. 【請求項９】 請求項１〜８いずれかに記載の磁石式発
   電機がディスケット内に設けられていることを特徴とす
   る永久磁石式発電機を持ったディスケット。
10. 【請求項１０】 ディスケットの入出力端子とカードコ
    ンタクト端子の少なくとも一方が、前記磁石式発電機の
    軟磁性体片の外側に設けられていることを特徴とする請
    求項９に記載の永久磁石式発電機を持ったディスケッ
    ト。