JP2000308288A

JP2000308288A - 磁石式電動機及び発電機

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Publication number: JP2000308288A
Application number: JP11148627A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kinoshita; 幸雄木下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】［課題］磁石や電磁石回転子を使った電動機や発電機
の性能向上や効率向上の為に、空隙部の磁束増加をねら
った磁石及び電磁石の単独または組み合せ、鉄心の構造
・寸法・配置の工夫により狙いの電機を得る。［解決手段］空隙の磁束増加のため、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や軸方
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毎に複数の磁石や電磁石を
効果的に組み合わせて行う。また弱い安価な磁石でも軸
方向の長さの調整や空き空間の可及的磁石鉄心配置及び
磁極の立体面をフルに活用して、強い磁石並みの特性が
一層可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の属する技術分野］この発明は、磁
石や電磁石単独及び併用して用いる電動機や発電機にお
いて、出力向上や調節及び効率向上、さらに生産性を飛
躍的に高める等のための磁極構造に関する。

【０００２】［従来の技術］従来、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］そこでこ
の発明は、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］この発明は
上記の目的を達成する為に課題の解決手段を順を追って
説明する。空隙の磁束増加のための磁石の配置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。磁束の空隙への集中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。磁石と電磁石の併用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。固定子巻線と生産性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外転型発電機を例に説明する。図１
は外転型の発電機で図１ａが本発明の磁石１４又は電磁
石４２、４３及びこれらの組み合せにて構成した回転子
２を有する発電機の断面構造を示し、図１ｂは従来の円
筒型磁石回転子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７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。

【０００６】次に磁石による空隙の磁束密度向上策につ
いて図２及び図３にて説明する。図２は外転型発電機、
図３は内転型発電機の実施例を示す。外転型発電機断面
図２ａにおいて、回転子材質が非磁性体の動力伝達外枠
１０、６個の分割鉄心（本例では６分割）１３及び６個
の磁石１４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１０と鉄心１３に挟まれた空
間１６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１４の
半径方向の長さの２倍が鉄心１３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１４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１４の極性は一つの鉄心１３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１３に
より形成されるスリットに着脱自在に殆ど鉄心１３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１６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２ｂは強さの異なる磁石１４ａ，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２ｃ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２ｄ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
２ｅは２種類の磁石で主体は１４ａ’で空隙の磁界は決
定し、１４ｂ’で磁界の微調整をおこなう。図２ｆ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。

【０００７】図３ａ〜ｆは内転型発電機のものである
が、図２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。

【０００８】図４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）３１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。

【０００９】図５は図４ａ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５ｂ、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１８と複数のバー１９によりかし
め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５ｂの
場合、鉄心を側板１８にて分断することになるが、図５
ｃの如く側板１８の半径方向の長さをできるだけ少なく
し、図５ｃ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１４や電磁石４２，４３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
３２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５ｄは回転子の軸方向に磁石１４のみを延
長した場合を示し、図５ｅは固定子１２に対峙している
回転子磁石１４の両側に電磁石４２、４３を付加した場
合を示している。この場合電磁石４２の磁束漏洩防止ギ
ャップ５２及び電磁石４３の磁束漏洩防止ギャップ５３
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。

【００１０】図６は図２ｆ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１４ａ″
と軸方向の磁極面に配置した磁石１４ｄ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１４ｃまたは１４ｂ″と組み合せて
キャップ状にしてもよい。１４ｃ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１
３ａが配置されている。また、磁石１４ｄの外側に同じ
く鉄心１３ｂが配置されており、磁石１４ｄ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。

【００１１】図７、８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
７は磁棒が２極の例を、図８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７にて行う。図７
ａ，ｂは外周にＮＳ２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６０ａの
端子ａ，ｂより直流電源の極性を変えて行う。５０は磁
界形成時にＮＳ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もちいる。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７
ｂに示すカット部電気角度は次式により求められ、回カット部の電気角＝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７ｃ、ｄは内周面に磁極を有するもので構造は図
７ａ，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７ｅ，ｆは右面が磁極に
なっており、また図７ｇ，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
８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９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。

【００１２】図１０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１１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１０について説明
する。図１０ａ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１０ｂ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１０ｃ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１０ｄ，ｉは電磁
石２個と３個の組み合せの例である。図１０ｅ，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１０
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。

【００１３】図１２、１３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１２ａ，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１２（ａ）は固定子を示
し、図１２（ｂ）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１２ｃ，
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１３は３相６極の電機の固定子に適用する
もので、図１３（ａ）は固定子を示し、図１３（ｂ）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１３ｃ，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１２、
１３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に示す、外部より電磁石に給電
するスリップリング４０が必要になる。図１４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１４ａ，ｂと
ｃ、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７２が外周磁極形、鉄心７３が
内周磁極形となっている。また、図１４ｅ，ｆ，ｇと
ｈ，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１４ｅ，
ｆ，ｇと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７４が外周磁極形、鉄心７５
が内周磁極形となっている。図１５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１５ａ，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１５
ｃ，ｄは電磁鋼板８１ｂ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８１ａとの組み
合せ構造になっている。１５ｅ，ｆは電磁鋼板８２ｂ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
設けたメリット８３を有する厚い鉄板（薄い鋼板の積層
でも可）の絞り構造造をした鉄心８２ａ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］以上説明したように、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２】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３】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４】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５】外転型発電機の駕籠型回転子を形成した例を示
す図。

【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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、１’ ：回転子２：磁石回転子２’ ：円筒型磁石回転子３、３’ ：固定子４、４’ ：シャフト５、５’ ：軸受け６、６’ ：軸受け保持パイプ７、７’ ：電源コード８、８’ ：エンドブラケット１０：外枠１２：固定子１３，１３ａ，１３ｂ：分割鉄心１４、１４’，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４
ａ’，１４ｂ’，１４ａ”，１４ｂ” ：磁石１５：シャフト１６，ａ，ｂ：非磁性空間１８：側板１９：バーＮ，Ｓ：磁石の極性２０：ハウジング２１：非磁性ホルダー２２：固定子２３：分割鉄心２４、２４’，２４ａ，２４ｂ，２４ａ’，２４ｂ’，
２４ａ”，２４ｂ” ：磁石２５：シャフト２６、ａ，ｂ：非磁性空間３０：分割鉄心３１：スロット３２：鉄心切り欠き部４０：スリップリング４１：電磁石電源線４２、４３、：電磁石４４、４５、４６、４７、４４’、４５’，４６’，４
７’、４８、４９、７０、７１，７２，７３，７４，７
５，８０，８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ：電磁石
鉄心５０、５１、５２、５３、５０’、５１’、５２’、５
０、５１、５２、５４、５３’、５８、５９、７８、７
９：磁束漏洩防止ギャップ６０ａ，６０ｃ，６０ｅ，６０ｇ、６０ａ’，６０
ｃ’，６０ｅ’，６０ｇ’６０ｆ，６０ｈ，６０ｉ，６
０ｊ、６０ｋ，６０ｌ，６０ｍ，６０ｎ，６０ｒ，６０
ｓ，：電磁石コイル８３：スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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２】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３】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４】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１記
載の磁石式電動機及び発電機。
【請求項５】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径寸法を磁石鉄心の径に対して段
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４の分
離鉄心。
【請求項６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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