JPH03190550A - 電磁回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 回転速度に比例し、しかも電圧リプルとノイズの無い発
電機（タコジェネレータ）若しくは出力トルクリプルの
ない直流電動機として利用されるものである。

〔従来の技術〕

本発明の装置に類似した構成の技術は数多（提案されて
いるが、理論的に錯誤があるものが多（、実用化された
例はない。

〔本発明が解決しようとしている課題〕第１の課題 複数相の発電機は、その直流出力にリプル電圧を含んで
いるので回転数に比例した直流出力を得ることができな
（、リプル電圧をコンデンサで平滑化すると時間お（れ
が発生して、回転速度の変化に正確に追随した電圧が得
られな（、特にタコジェネレータとして使用する場合の
欠点となる問題点がある。

第一の課題 複数相の直流電動機、特にブラシレス直流電動機の場合
には相数が少ないので、トルクリプルと電磁ノイズと機
械振動を発生する問題点がある＠第３の課題 ブラシレスの発電機、直流電動機の場合には、整流装置
が半導体回路となり、高価となり、相切換時の電磁ノイ
ズが発生する問題点がある。又機械振動を発生する欠点
がある。

第ダの課題 直流電動機の場合に、ブラシレスの電動機としたときに
、相数は１〜３相となるので、相切換のときの電機子コ
イルの磁気エネルギの消滅と蓄積に時間を要する。

従って高速度とすると、反トルクの発生が増大し、回転
速度の上昇に限界があり、又効率を劣化せしめる問題点
がある。毎分１０万回転以上とすると、鉄損が増大し、
従って発熱量も増大し、効率が著しく劣化する問題点が
ある。

第５の課題 電機子コイルの磁気エネルギの消滅と蓄積による鉄損が
あり、効率が劣化する問題点がある◇〔課題を解決する
為の手段〕 第１の手段 外周面がＮ極に１様に磁化されている円板状の第１の回
転子と、第１の回転子と同形で、外周面がＳ極に１様に
磁化されている第一の回転子と、内側面が円筒内側面と
同形の外筐ならびにその両側に固着された第１、第２の
側板と、第１、第２の側板の中央部に設けた軸受に回動
自在に支持された回転軸と、第１、第２の回転子の外周
回転面が設定された距離の空隙を介して外筐内周面に対
向するように第１、第２の回転子を離間して回転軸に固
定する手段と、外筐内周面にそりて外側円弧面が順次に
配設され、対向部が所定の空隙長を介して磁路が閉じら
れて外筐内側面に並置して固定された複数個の磁性体で
作られた円筒状の第１の固定電機子と、該電機子の円筒
部より円筒面にそって母線方向に等しい巾、等しいピッ
チで突設された第１の突出部と、隣接する突出部間の円
筒部に捲着された複数個の第１の電機子コイルと。

該電機子コイルの配置される円周方向の両側において・
電機子コイルを内部に収納するように固定電機子内側よ
り突出され、突出部が第１の回転子の外周回転面と僅か
な空隙を介して対向するとともに、電機子コイルによる
磁束の磁路の磁気抵抗を小さくするように磁性体により
作られた第２の突出部と、第１の固定電機子と同じ構成
で、外筐内周面に固着され、第１の突出部に対応する第
１の突出部ならびに第一の突出部に対応し、第一の回転
子の外周回転面と僅かな空隙を介して対向する第一の突
出部ならびに第１の電機子コイルに対応する第一の電機
子コイルを備えた第一の固定電機子と、第１．第１の突
出部の突出端面の対向部を所定の空隙長を介して磁路を
閉じる手段と、第１、第一の固定電機子の電機子コイル
による磁束の円周方向の磁路の磁気抵抗を第１の磁気抵
抗、第１、第２の固定電機子と第ｔ＊ｔｌｃ′７の突出
部により電機子コイルの磁路が閉じられる部分の磁気抵
抗を第２の磁気抵抗、第１．第２の固定電機子と第２、
第２の突出部により電機子コイルの磁路が閉じられる部
分の磁気抵抗を第３の磁気抵抗と呼称したときに、第１
、第２の磁気抵抗に比較し【第３の磁気抵抗を最も小さ
く構成する手段と、第１、第２の回転子の回転により、
各電機子コイルに誘起した発電電圧を導出する発電機若
しくは各電機子コイルに通電したときに、第１、第２の
回転子に１方向の出力トルクを発生する直流電動機のい
づれかとして構成されたものである。

第一の手段 外周面がＮ極に１様に磁化されている円板状の第１の回
転子と、第１の回転子と同形で、外周面がＳ極に１様に
磁化されている第一の回転子と、左右の側板の中央部に
設けた軸受により回動自在に支持された回転軸と、第１
、第２の回転子の外周回転面が設定された距離の空隙を
介して後述する固定電機子の内側面に対向するように第
１、第２の回転子を離間して回転軸に固定する手段と、
左右の側板に両端が固定された磁性体により作られた円
筒状の固定電機子と、該電機子の円筒面において、長手
方向が回転軸の方向となり、等しい巾と等しいピッチで
配設された矩形状の複数個の空孔と、磁心に捲着された
複数個の第１の電機子コイルならびに同じ構成で同じ数
の第一の電機子コイルと、第１の電機子コイルの磁心の
両端を、矩形状の空孔の左端において、円周方向の端面
に結合固定して磁路な閉じ、第一の電機子コイルの磁心
の両端を、矩形状の空孔の右端において、円周方向の端
面に結合固定して磁路を閉じる手段と、第１．第４の電
機子コイルの配置される円周方向の両側において、電機
子コイルを内部に収納するように固定電機子内側より突
出され、該突出端部が、それぞれ第１．第２の回転子の
外周回転面と僅かな空隙を介して対向するとともに、電
機子コイルによる磁束の磁路の磁気抵抗、を小さくする
ように磁性体により作られた突出部と、第１、第２の電
機子コイルによる磁束の円周方向の磁路の磁気抵抗を第
１の磁気抵抗、固定電機子の円周方向と垂直の方向の電
機子コイルによる磁束の磁路の閉じられる部分の磁気抵
抗を第一の磁気抵抗、電機子コイルの磁心と突出部によ
り電機子コイルの磁路が閉じられる部分の磁気抵抗を第
３の磁気抵抗と呼称したときに、第１、第２の磁気抵抗
に比較して第３の磁気抵抗を最も小さくするように、電
機子コイルの磁心と突出部の導磁率を固定電機子の導磁
率より小さく構成する手段と、第１、第２の回転子の回
転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧を導出す
る発電機若しくは各電機子コイルに通電したときに、第
１．第２の回転子に／方向の出力トルクを発生する直流
電動機の〜・づれかとして構成されたものである。

〔作用〕

前述した問題点となる第１〜第Ｓの課題は、周知のｌ相
、２相、３相の電動機の共通の欠点である。これは相の
概念がある為の問題とも考えられる。３．；１，１．０
の概念から推定されることは。

相の概念より脱出して０相即ち無相の電動機とすること
により、上述した問題点が除去されるものである。

本発明装置は、無相の電動機を構成して、第１〜第３の
課題を解決したものである。

次にその作用を説明する。

電機子コイルには常に１方向の通電が設定値で行なわれ
ているので、相切換が無く、電機子コイルの磁気エネル
ギの太きい出入がない。

従って、発電機として使用した場合に、回転速度に正確
に比例した応等性の良い電圧出力が得られる作用がある
ので第１の課題が解決される。

電動機として使用した場合には、同じ理由により、トル
クリプルがな（、電気的若しくは機械的振動が除去され
るので第一の課題が解決される。

相切換をする整流装置が不要なので、その為のホール素
子を含む半導体制御回路が不要となり、直流電源より電
機子コイルに通電するのみで回転子の駆動力を得る電動
機を得ることができる。

上述した事情は発電機の場合も同様である。

従って第３の課題が解決される０ 電機子コイルに蓄積された磁気エネルギの増減、がない
ので／般の電動機の場合のように通電を断ったときの磁
気エネルギの放出による反トルクの発生がない。従って
、高速度（毎分１０万回転以上）の電動機を得ることが
できるので、第１の課題が解決される作用がある〇 電機子コイルに磁心はあるが、これを通る磁束量に変動
がないので、鉄損がな（、効率の良好な電動機を得るこ
とができる◇ 従りて、第５の課題を解決する作用がある。

本発明装置は、出力の大きい電動機若しくは発電機が得
られる特徴を有するものである・出力に寄与する電機子
コイルの磁束の磁路の磁気抵抗が小さく構成されている
ので上述した特徴があるＯこの詳細については実施例に
つき後述する。

〔実施例〕

第１図以降の実施例について本発明装置の詳細を説明す
る。図面の同一記号のものは同一部材を示しているので
、それ等の重複した説明は省略する。

第１図（ａ）は、本発明装置の回転子ダａと電機子コイ
ル５ａの説明図である。これ等の部材は第２図（ａ）に
おいて同一記号で示されているものである。

回転子すａは円板状となり、マグネット４ｔは省略して
図示していない。中央部には回転軸ｌが固定されている
。

回転子４１ａの外周は１様にＮ極に磁化されている。

点線で示す記号ｊａは電機子コイルで、方形に捲回され
ている。矢印７ａ、７ｂ、？ｃは、磁力線を示している
◇ 第１図（ｂ）は電機子コイルｊａ、磁力線７ａ、７ｂ、
７ｃを拡大して示したものである。

電機子コイル５ａは、図示のように、下側と上側の部分
が、回転子ＩＩａの回転軸方向となり、両側部は磁極面
に垂直となっている。回転子ｔＩａが矢印Ａ方向に回転
したときに、電機子コイル、ｔａに誘起される誘起電圧
の方向は、矢印ｇａ、ｇｂ。

ｇｃ、ざｄの方向となる。

矢印ｇａの方向の電圧に対し、他の辺に発生する誘起電
圧はすべて反対方向である。

下側のコイル部分を貫挿する磁束量と他の３辺のコイル
部分を貫挿する磁束量は等しいので、電機子コイル全体
の誘起電圧は消滅する。

電機子コイルｊａに矢印ｆｆａと反対方向に通電した場
合に、マグネット回転子ダを矢印Ａ方向に駆動するトル
クも同じ事情により発生しない。

本発明装置は、電機子コイルｊａの下側の底辺の１辺の
みを磁束が貫挿し、他の３辺のコイル部分を磁束が貫挿
しないように構成して、発電機若しくは電動機としたこ
とに特徴を有するものである・次に第１図（０）につき
、本発明による具体的手段を説明する。

第１図（Ｃ）において、記号／ｊａは磁性体の平板（第
４図Ｃａ＞の電機子磁心／、７ａに対応するもの）で、
電機子コイルｊａが捲着されている。磁心／、？ａの下
側には、コ型の磁性体３の磁路開放端が密着固定されて
いる。

記号ｌＩａは回転子で、表面が１様にＮ極に磁化されて
いる。電機子コイル＆ａに通電すると、その磁束は矢印
実線ｌａ、矢印点線２３ｂの方向となる。

矢印実線２Ｊａの磁束の磁路は磁性体により閉じられて
磁気抵抗が小さく、点線矢印２３ｂのａ束の磁路は空気
中を通るので磁気抵抗が著しく太き（、磁束は殆んど発
生しない。

回転子９ａの磁束は、矢印実線２１１ａ、２１１ｂとな
り、矢印端部はＳ極（図示せず）により閉じられている
。

電機子コイル３ａの右側の磁束は、矢印３ａと２４’ｂ
が加算されて、その和は増大し、左側の磁束は、矢印３
ａと２４’ａが減算されてその差は減少する・従って、
回転子＋ａは、矢印り方向の駆動力を発生して駆動され
る。

点線矢印ｐｂの磁束は殆んどな（、又矢印評ａ。

コ＋ｂの磁束は、磁心／、７ａの断面積が太き（構成さ
れているので、飽和することなく、従って上方に洩れる
磁束はないので、磁束：１！Ｉａ、２４（ｂと磁束２３
ｂとの相互作用がないので、反トルクの発生は抑止され
るものである。

本発明装置は、上述した駆動トルク発生の原理が採用さ
れている口 次に実施例につき詳細を説明する。

第２図（ａ）において１円筒形の外筐ｌ／の両側には側
板２ａ、コｂが図示のように嵌着されている。

外筐／／は、プラスチック付着しくは、アルミニューム
ダイキャストにより作られている。外筐／／の内周面は
、円筒の内周面と同形となっているが。

外周面は方形となっていても差支えない。

外筐／／の両側に、ビスＡ　ａ　ｒ　４　ｂ　＋・・・
により側板２ａ、コｂが締着されている。

側板Ｊａ、Ｊｂの中央部には、ゼール軸受Ｊａ。

３ｂが設けられ、回転軸ｌが回動自在に支持される・回
転軸ｌには、両側面がＮ、Ｓ極に１様に磁化された円板
状のマグネッ）４（の中央部が固定されている。

マグネッ）＋のＮ、１９磁極に密着して、軟鋼円板ｔＩ
ａ、４１ｂが設けられ、同軸で同期回転するように構成
されている。

外筺／／、軟鋼円板ｌＩａ、＃ｂは他の周知の磁性体で
作ることもできる。軟鋼円板ｌＩａ、４（ｂの外周回転
面は、それぞれＮ、８磁極に１様に磁化され、外周面と
所定の距離の空隙を介して対向する軟鋼円筒／Ｊ　ａ　
＋　／’ｌ　ａにより磁路が閉じられているが、その詳
細は後述する。

軟鋼円筒／Ｊａ、／４（ａには、電機子コイル＆ａ。

ｙｂ、・・・、Ａａ＋　６ｂ＋・・・が装着されている
かそ記号７は、回転軸ｌに矢印Ｃで示す連結部材により
連結された負荷である。発電機の場合には駆動源となる
。

第３図（ａ）（１））は、上述した軟鋼で作られた円筒
／、？ａ、／４’ａと電機子コイルｊａ、ｊｂ、−Ａａ
。

ｘｂ、・・・０１ｇ０度の展開図である。

第３図（ｂ）の展開図は、第２図（、）を矢印り即ち外
周方向よりみた展開図で、半周部が示され、他の半周部
は省略して図示していない。他の半周部も全く同じ構成
となっているものである。

第３図（ａ）において、記号／Ｊａ、／＋ａで示す電機
子磁心は、記号／Ｓで示すスペーサの空隙の部分で対向
され、磁路が閉じられている。

電機子磁心／、？ａ、／４’ａには１等しい巾の突出部
／、ｔａ・／３ｂ、・・・が等しいピッチで設けられ記
号／Ｓで示すスペーサを介して対向さ′れている。

記号／Ｓは、磁気的に空隙となっているもので、実際に
は、第２図（ａ）の外筐／ｌの内周面より突出されたリ
ング状のスペーサで非磁性体で構成されている。

スペーサ／Ｓは、後述するように、電機子磁心１３ａ、
／ｌｌａを外筐／／の左右より挿入固定するときのスペ
ーサとしても利用されている。

電機子磁心／Ｊａ、／４１ａが分離した状態のときに、
第３図（ｂ）に示すように電機子コイルｊａ、ｊｂ。

・°°とＡａ、Ａｂ、・・・が凹部となる空隙部／６ａ
、／Ａｂ、・・・に捲着される。

電機子磁心／、？ａ、／！ａは半周部のみなので、自動
巻線機により電機子コイルの捲着ができる。

電機子磁心／Ｊａ、／ｌａは後述するように、珪素鋼板
の積層体で作ることもできるが、軟鋼材の加工若しくは
その粉末の焼結によりて作ることができる。又珪素鋼粉
の焼結によって作ることができる。

本実施例では、電機子磁心／Ｊａ、／４ｔａはｔｇｏ度
の長さで、全円周をコ分割したが、３分割して構成する
こともできる。

す／Ｓに衝合固定される。このときに、電機子コイルの
外周部が外筐／／に接触しないように、外筐／ｌに空隙
部が設けられている。

側板Ｊａ、Ｊｂを左右から締着すると、その押圧力によ
り、電機子磁心／、？ａ、／４’ａの突出部がスペーサ
／Ｓを介して対向されて磁路が閉じられる。

この為に側板Ｊａ、Ｊｂには、突出部コー／、２−コが
設けられて、電機子磁心／Ｊａ、／！ｂを左右より押圧
するように構成されている。

以上の説明より理解されるように、外筐／／の内周面と
回転子＋ａ、４（ｂの外周面との距離は設定された空隙
長となり、電機子磁心／、？ａ、／ｌＩａと回転子９ａ
、ｔＩｂの外周面も等しい空隙長で対向している。

又電機子コイルｊａ、ｊｂ、・・・の内側は、回転子Ｑ
ａの外側回転面に対向し、電機子コイル６ａ。

６ｂ、・・・の内側面も、回転子＜ｚｂの外側回転面に
対向している。

従って、第３図（ｂ）の矢印／７ａ、／７ｂの巾は、そ
れぞれ回転子ｌＩａ、ｌＩｂの巾となっている。

空隙部／Ａａ　、　／Ａｂ　、−は、回転子ｌＩａ、ｌ
ｌｂのいづれにも対向していない部分となっている。

第２図（ａ）の点線Ｅを矢印方向よりみた断面の１ｇＯ
度の展開図、即ち第３図（１））の点線Ｊを矢印方向よ
りみた断面展開図が第９図（、）に示されているので次
にその説明をする。

第弘図（ａ）において、電機子磁心／、７ａの凹部には
、電機子コイルｊａ、ｊｂ、・・・が捲着され、その両
側の突出部の端部は、僅かな空隙を介して１回転子ｌＩ
ａの外周回転面のＮ極に対向している。

他の半周の電機子も同じ構成で、図示していないが、を
個の電機子コイルｊｅ　、　ｊｆ　、・・・が装着され
ている。

又電機子磁心／ｌＩａ及び電機子コイル６ａ、Ａｔｅ。

・・・も全（同じ構成となりている。

電機子コイル５ａを例としてその詳細を次に説明する。

第９図（１＋）において、電機子磁心／Ｊａの上面には
・プラスチック成型により作られた捲枠（コア）２２が
固定され、電機子コイルｊａは、コア２２と下面の凹部
との間に捲回されている。

回転子４ＺａのＮ極の磁束は、矢印ｕ＋ａ、、２４（ｂ
。

２９で示すように、電機子磁心／、７ａを通り５次に突
出部と対向空隙部／！ｒ（第３図（１））図示）及びそ
の反対側の突出部、対向部と電機子磁心／４’ａを通り
、回転子＋ｂの外周回転面のＳ極で磁路が閉じられる。

電機子コイル５ａの通電による磁束は、矢印、２．７ａ
と矢印（点線）２３ｂとなるが、矢印２３ａで閉じられ
る磁束の磁気抵抗は、矢印Ｊ、７ｂで閉じられる磁束の
磁気抵抗に比較して著しく小さいので、実質的には矢印
２３ａの磁束のみと考えられる。

従って、電機子コイルの左側の磁束密度（矢印２３ａと
矢印２１１ｅｂの磁束の差となる。）は右側の磁束密度
（矢印コ３ａと矢印２’ｆｂの磁束の和となる。）に対
して小さくなる。

従りて、回転子４ａは矢印り方向の駆動力を発生して回
転する。

上述した事情は、電機子コイル６ａと電機子磁心／４ｔ
ａについても全く同様である。通電方向は、両電機子コ
イルによる回転トルクがｌ方向となるようにされる。

他の電機子コイルについても同じ作用があるので、回転
子９ａ、！ｂには駆動トルクが発生し、回転軸ｌを介し
て負荷を駆動する直流電動機となる。反トルクが発生す
るのは、矢印！、？ｂの磁束と、回転子ｔａの磁束の電
機子磁心／、？ａの上方えの洩れ磁束によるものである
が、これ等は著しく小さいので問題はない。

上述した条件を満足する為に、電機子磁心／、？ａ＋／
９ａの断面積を充分太き（して磁気飽和を防止する必要
がある。又電機子コイルの矢印２．７ａの磁束密度を太
き（する為に、磁気抵抗を小さくする必要がある。この
為に回転子Ｑａの外周面と電機子コイルの両側の突出部
との空隙を小さくする必要がある。回転子ｔＩａが軟鋼
製であることは、矢印２．７ａの磁路を閉じて磁束密度
を太き（する為の有効な手段の１つとなる。

回転子ｌＩａが、電機子コイルｊａの左右の突出部に対
向するときには、回転子９ａの外周面近傍の磁束密度が
増大するので、回転中に鉄損が発生する。回転子＆ａ、
！ｂを珪素鋼板の積層体で構成すると鉄損は僅少となる
。

電機子磁心／、？ａ　、　／４（ａを通る磁束密度は変
らないので鉄損はない。

直流電源より、各電機子コイルに通電すると直流電動機
として回転し、損失は銅損と機械損のみとなるので、効
率の良好な電動機が得られる効果がある。又トルクリプ
ルのないものが得られる効果がある。位置検知素子と半
導体回路がないので、耐熱性があり廉価なブラシレス電
動機が得られる効果がある。

相の切換えがないので、反トルクの発生がない。

従って高速度の電動機が得られる効果がある。

駆動トルク発生の原理は１周知の刷子型の重ね巻き直流
電動機に相似しているので大きい出力の直流電動機が得
られる特徴がある。

回転子ｌＩａ、ｌＩｂを駆動源により１方向に駆動する
と、各電機子コイルには、誘起電圧が発生するので、直
列接続をして、誘起電圧を加算して導出すると発電機と
なる。小出力の場合にはタコジェネレータとして利用で
きる。

効果は電動機として使用した場合と同様である。

出力電圧にリプル分がないので、有効な手段となる。

第９図（Ｃ）に示した実施例は、第１図（ｂ）の電機子
コイル５ａの両側の突出部を、図示のよ５に電機子コイ
ル！ｆ５Ｌを内部に収納するように突出せしめた点が異
なっている。

上述した構成の為に、突出部と回転子４（ａの外側回転
面との対向面積が増加するので、磁気抵抗が小さくなる
。

従って、矢印２１Ｉａ、Ｊ＆ｂの磁束密度及び矢印３ａ
の磁束密度が増大して出力トルクが増大する作用効果が
ある。

電機子の形状が少し錯雑となるので、珪素鋼の粉末の焼
結体により構成することがよい。

若しくは、周知の直流電動機の場合のように珪素鋼板の
積層体で構成することがよい。

第３図（Ｃ）に示すものは、珪素鋼板積層体を使用した
場合に有効な電機子構成の実施例である。

第３図（ｂ）では、電機子の磁心となる部分は、記号／
、７ａと／９ａとλつに分割されていたが、第３図（Ｃ
）においては、記号Ｊｌ）　ａ　、　Ｘ）　ｂならびに
記号、２／ａ。

コ／ｂ、・・・とに３分割されている。

電機子磁心２０ａ及び２０ｂの所定位置には、電機子コ
イル５ａ、、ｔ’ｂ、・・・及び電機子コイルＡａ。

ａｂ、・・・が等し、い離間角で捲着されている。

電機子磁心Ｘ）　ａ　、　：ｌｌ）　ｂの図示しない裏
面の構成は前実施例と同様である。点線Ｊを矢印方向よ
りみた断面図は、第９図（ａ）と同じである。

電機子磁心２０　ａ　、　２０　ｂは珪素鋼板を積層固
化して作られている。両者の中間部の部材２／ａ＋コ／
ｂ。

・・・は軟鋼で作られた直方体の形状となっている。

点線Ｋを矢印方向よりみた断面図が第９図（ｄ）に示さ
れている。

記号Ｘ）　ａ　、　Ｘ）　ｂは電機子磁心で、電機子コ
イル５ａ、Ａａ（点線で示す）の磁心となる部分で、珪
素鋼板積層体で作られている。

記号２／ａは軟鋼で作られている。

電機子磁心Ｘ）　ａ　、　Ｘ）　ｂの下側の突出部は、
回転子４＜ａ、４１ｂの外側回転面と僅かな空隙を介し
て対向している。

第３図（Ｃ）の矢印ｌざａ、／ｆｆｂは、それぞれ回転
子４ａ＋４（ｂの外周面の巾を示し、矢印／ｇｃは両者
の対向距離を示している。

第３図（Ｃ）の構成の電機子を第４図（ａ）の外筐／／
に固定する手段の７例を次に説明する。

軟鋼ブロック、２／ａ、、コ／ｂ、・・・（他の半周面
の軟鋼ブロックも含む）を外筐／ｌの内周面の所要位置
に固着する。次に外筐／ｌの両側より電機子Ｊａ。

〃ｂを挿入し、側板２ａ、コｂの締着により、Ｊａ・３
部（第９図（ｄ）図示）を圧接して磁路な閉じることに
より構成される。本実施例の作用効果は前実施例と同様
である。第９図（ｄ）の記号Ｊａは、外筺／／の内周面
より突出したスペーサで、電機子磁心、２６ａと軟鋼ブ
ロックコｌの対向面に挿入され、空隙を介して磁路が閉
じられるようになっている。

第３図（Ｃ）にスペーサ２！；ａが示されている。他の
スペーサ、２ｊｂ、＃Ｃ１・・・は、電機子磁心ａａと
軟鋼ブロック２１ｂ、２／ｃ、・・・の間のスペーサと
なっている。打点部は空孔となっている。

又電機子磁心Ｘ）　ａ　、　２０　ｂの円周方向の長さ
は、図示のように１ｇＯ度より設定角度だけ小さく構成
されている。従って、電機子磁心Ｘ　ａ　、　Ｘ）　ｂ
を外筐／／の内周面に前記した手段により装着したとき
に、同じ構成の他の半周分の電機子磁心との対向部に設
定された巾の空隙が介在される。この空隙を保持する為
には、外筐／／の内周面より、空隙の巾と同じ巾のスペ
ーサを突出して設けることが有効な手段となる。

上述した事情は、第３図（ｂ）の実施例についても全（
同様である。即ち電機子磁心／、？ａ、／４１ａの円周
方向の長さは１ｇＯ度より図示のように設定角度だけ小
さくされている。

従って、電機子磁心／、？ａ　、　／４（ａと他の半周
分の電機子磁心との対向部に設定された巾の空隙が介在
されている。

上述した空隙部のある理由については後述する。

第９図（Ｃ）の電機子コイルｊａの通電による矢印−２
３ａの磁束密度を更に増大して出力トルクを太き（する
手段が第９図（ｅ）に示されている。

第弘図（、）において、電機子磁心／、？ａにコ型の軟
鋼部材２３の磁路開放端が固着されて磁路が閉じられて
いる。

軟鋼部材コ３は、電機子コイル５ａの下側のコイル部分
を、電機子磁心／、７ａとともに内部に収納する形とな
っているので、矢印２Ｊａの磁束の磁路は完全に閉じら
れて磁束密度が著しく増大する。

回転子４１ａによる磁束は、矢印２１１ａ、２ダｂなの
で、電機子コイルよａの左右の磁束密度は第９図（Ｃ）
の場合より大きい差が発生し、回転子４Ｚａの矢印り方
向の駆動トルクが増大する作用がある。

他の作用効果は前実施例と同様である。

他の電機子コイルについても上述した構成となっている
ので同じ作用効果がある。

第弘図（、）と同じ目的を達成できる他の手段を第９図
（ｆ）について説明する。第９図（ｆ）は、第３図（ｋ
ｌ）の点線Ｊを矢印方向よりみた断面の１１０度の展開
図である。第９図（ｆ）において、記号２３−ｌは、軟
鋼で作られた円筒で、その内周面は、回転子４４ａの外
周回転面と僅かな空隙を介して対向し、外周面の突出部
は、電機子磁心／、７ａの内周面に密着固定されて磁路
が閉じられている。円筒２３−／の巾（紙面に垂直方向
の長さ）は、電機子コイルの巾（紙面に垂直方向の長さ
）と等しく構成されている。

従って、電機子コイルの磁束の磁路は、第９図（θ）の
コ型の磁心２３の場合と同じく電機子コイルを収納して
閉じられるので、その作用効果も又同様である。

他の電機子磁心も同じ構成となっているので同じ作用効
果がある。

第一図（ｂ）は、本発明装置の他の実施例である。

第４図（１））において、回転子１０ａ、１０ｂと軟鋼
円筒１０と励磁コイル９以外の部材は、第一図（ａ）と
同じ構成のものである。

回転軸／には、軟鋼製の円柱１０の中心部が固定され、
その両側には軟鋼製の円環で作られた回転子１０ａ、１
０ｂの内周部が嵌着されている。

励磁コイルデは５円環状のコアｇに捲回され、コアｇの
外周部は、電機子磁心／、？ａ　、　／ｌｌａの内周中
央部に固定されている。

励磁コイルデに直流電源より通電すると、回転子１０　
ａ　＋　／＜７　ｂの外周面は、それぞれ／様にＮ、Ｓ
極に励磁される。従りて、回転子１０ｈ、ＩＯｂは。

第２図（、）の回転子ダａ、４’ｂと同じ作用を行なう
ものとなるので、励磁型の直流電動機として、第２図（
ａ）の場合と全く同じ作用効果を有するものとなる。又
発電機としても同じ作用効果を有するものである。従っ
て１本発明の目的が達成される。

次に第一図（Ｃ）に示す実施例について説明する。

第一図（Ｃ）において、回転軸ｌには、軟鋼製の円柱１
０の中心部が嵌着され、その両側には、円環状のマグネ
ットｌ０Ｃ２１０ｄの内周部が嵌着されている。マグネ
ッｌ−１０ｃの内周面ばＳ極に、外周面はＮ極に／様に
磁化され、又マグネット／θｄの内。

外周面は、それぞれＮ、Ｓ極に１様に磁化されている０
従って、マグネットｌ０Ｃ９１０ｄは回転子となり、外
周回転面は１様にＮ、Ｓ極に磁化され、第２図（ａ）の
回転子４ａ、ｅｂと同じ作用を行なうものとなるので、
点線Ｂで示す外側外筐部を第２図（ａ）の外筐／／、電
機子磁心／、？ａ　、　／Ｑａ　＋電機子コイル５ａ、
ｊｂ、−、Ａａ、＆ｂ、−、軸受Ｊａ。

３ｂにより構成すると、同じ作用効果を有する直流電動
機若しくは発電機となる。

従って本発明の目的を達成できるものである。

第４図（Ｃ）の実施例では、第９図（、）（ｆ）に示す
電機子コイルの磁路が必要となる。

第を図（１，）に示す手段とすると、電機子コイルの磁
束の磁路となる実ａ２Ｊ　ａの下側がマグネント回転子
１０ｃの外周回転面となり、磁気抵抗が空気と同じ程度
となり、磁束量が著しく減少して実施化が不可能となる
〇 第９図（ｅ）（ｆ）の実施例では、コ型の磁心３若しく
は軟銅円筒２３−ｌを磁束が通るので、上述した不都合
が除去されるので実施化することができるものである。

次に、第３図（ｂ）のスペーサ／Ｓと第３図（Ｃ）のス
ペーサｎａ　、　＃ｂ　、・・・による空隙ならびに電
機子磁心Δ？ａ、／４１ａとＸ）　ａ　、　２０　ｂと
他の半円分の電機子磁心との対向部の ＝；＝＝≠まｉ空隙の作用効果について説明する。

上述した空隙部を除去した場合には、電機子コイルの通
電による磁束の磁路は、３系統と分割される。

１つの磁路は、実線２３　ａで示されるものとなり、他
の１つは電機子磁心の円周面の方向（第３図（ｂ）の点
線Ｊの方向）のものとなり、他の１つは第３図（１））
（Ｃ）において１点線２／で示されるもので、左右に並
置されたコ個の電機子コイルの磁路となるものである。

上述した磁路を順次に第１．第２、第３の山路と呼称す
る。

出力トルク若しくは発電出力に関係する磁束は、第１の
磁路を通る磁束のみで、他の第２、第３の磁路を通る磁
束は無関係である。

電機子コイルによる磁束は、磁気抵抗の小さい第３図（
ｂ）（Ｃ）の点線２／で示す磁路を通り、又磁気抵抗が
数倍の電機子磁心／、？ａ　、　／９ａ　、　Ｊａ　、
　２０ｂの。

内周方向（例えば点線Ｊの方向）の磁路を通り閉じられ
る。両者の磁束は出力トルクに寄与しない。

従って、出力トルク、発電出力を著しく減少して実用性
が失なわれる・ 本発明装置では、第３．第２の磁路は、それぞれ空隙部
（スペーサ／Ｓ及びスペーサＩａ　、　＃ｂ　。

・・・）及び電機子磁心／、？ａ　、　／４（ａ　、　
、２６ａ　、　＃ｂ等の対向部の空隙を通るので、磁気
抵抗が増大し、第１の磁路を通る磁束量を増大せしめる
作用がある１３従って、出力トルクと発電出力が増大す
る効果がある。

第Ｓ図（ａ）（ｂ）に示すものは、電機子の他の実施例
を示したものである。第５図（ａ）において、電機子磁
心コロは磁性体で作られ、１ｔｒＱ度即ち半周分のみが
示されている。他の半周分も全（同じ構成となっている
。

前実施例と異なり、電機子は円筒状となり分割されてい
ない。

電機子磁心２６は、磁気抵抗の大きい磁性体で作られて
いる。例えば、軟鋼粉を混入したプラスチック成型材に
より作られている。軟鋼粉の混入量により、磁気抵抗を
所要値とすることができる。

この理由については後述する。

記号２７ａ、２７ｂ、・・・は長方形の空孔である。

第Ｓ図（ａ）の空孔２？ａ、２７ｂ、・・・に電機子コ
イルｊ；　ａ　１　！；　ｂ　＋・・・及び電機子コイ
ルＡａ、Ａｂ、・・・を装着したものが第５図（ｂ）に
示されている０第５図（１））において、打点部コ？ａ
、、２？ｂ、・・・は空孔となる。

磁心３０ａ、　３０ｂ、　−、ｊ／ａ　、　Ｊ／ｂ　、
　−には電機子コイル！　ａ　、　、ｔ　ｂ　、・・・
、Ａａ、Ａｂ、・・・が図示のよ５に捲着され、これ等
の磁心の両端を利用して空孔２？ａ、、２７ｂ、・・・
に固着されている。

固定電機子となる円筒状の電機子磁心２乙の両側は、第
２図（ａ）の外筐ｌ／の内周面に挿入固定されるので、
回転子ｌＩａ、４＜ｂの外周回転面は空隙を介して電機
子コイルｊａ、ｊｂ、・・・と電機子コイルｇａ、Ａ１
）、・・・〉キれぞれ対向している。対向部の巾が第Ｓ
図（ｂ）で矢印／？ａ、／７ｂとして示されている０外
筐ｌ／を除去し、電機子磁心２乙の両側に側板、２ａ、
２ｂの外周を固着しても同じ目的が達成できる。この場
合には、電機子磁心ａ乙が外筐を兼ねることとなる。

次に電機子コイルと、その磁心の詳細を電機子コイル！
ａを例として説明する。第６図（１）において、電機子
コイルｊａは、軟鋼板により作られた磁心３０ａに捲着
される。矢印Ｆ方向よりみた図が第６図（ｃ）、矢印Ｇ
方向よりみた図が第６図（１））なので、王者を併せて
説明する。

第６図（Ｃ）において、電機子コイル＆ａは、コ型の磁
心３θａＫ捲着され、磁心３θａは、第５図（ａ）の空
孔、２７ａの左端の裏面に図示のように固着される０固
着手段は周知のいかなる手段でもよいが、磁心３０ａと
電機子磁心コロとは磁路が閉じられている必要がある。

磁心３０ａの磁路開放端は、回転子＋ａのＮ極面に僅か
な空隙を介して対向されている。

電機子コイルｊａの通電による磁束は、矢印２３ａの方
向のものが大部分で点線矢印２Ｊｂの磁束は著しく小さ
い。回転子１ａは軟鋼なので、矢印３ａの磁束の磁気抵
抗が小さい為である。

回転子ダａの磁束は、矢印評、、２＆ａ、λｌｂの方向
となるので、磁心３０ａの左側と右側では、右側の磁心
内の磁束密度が太き（なり、回転子＜＜ａは、矢印り方
向の駆動トルクが得られて回転する。

他の電機子コイルについても同じ構成なので、！方向の
駆動トルクが得られて直流電動機として回転する。

回転子４１ａ、９ｂを駆動源により回転すると発電機と
なる。

作用効果は前実施例と同様である。

上述した説明より判るように、出力トルクが増大する作
用効果がある。他の電機子コイルｓｂ。

Ａｂ、・・・及び電機子コイルＡｂ、　６ｃ、・・・の
各１組のものも同じ構成なので同じ作用効果がある。

上述した論理は、磁束の通る磁路の磁性体が飽和しない
ことが条件となっている。従って、各部の磁束量に対応
した断面積と導磁率を考慮した磁性体磁心とする必要が
ある◎ 第Ｓ図（ｂ）は電機子磁心２Ａの１１０度の展開図であ
るが、他の半円分の部分も全（同じ構成となっている。

電機子コイルの通電による磁束の磁路は、前実施例と同
様に３系統に分割される。

その１つは、第６図（Ｃ）の実線２Ｊａで示す第１の磁
路、次の１つは第５図（ｂ）の点線Ｊの円周方向の第一
の磁路、次の１つは点線２／で示す並置したコ個の電機
子コイルを通る第３の磁路である。

第一、第３の磁路は、前述したように、磁気抵抗の大き
い電機子磁心ムを通るので、それぞれの磁気抵抗が大き
い。従って、電機子コイルの通電による総磁束の％位を
第１の磁路に通すことができるので、出力トルクと発電
出力を実用的に保持できる作用効果がある。

第３図（ｂ）、第３図（Ｃ）、第Ｓ図（１））において
、電機子コイル６ａ、Ａｂ、ｂｃ、・・・を除去しても
本発明を実施することができる。

この場合には、電機子磁心（／、？ｂ　、　２０に＋　
）は、回転子４１ｂのＳ極において磁路な閉じる為に使
用されている。

出力トルク、発電力は減少するが実用性が失なわれるこ
とはない。出力が小さいタコジェネレータの場合には構
成が簡素化されるので有効な技術となるものである。

本発明装置においては、毎分ｉｏ万回転位の高速回転で
も、回転子ｌＩａ、４１ｂ、１０ａ、１０ｂが軟鋼膜な
ので、遠心力による破損が防止される特徴がある０第２
図（１）の場合には、マグネットタの外周にニッケルス
リーブ３を被冠とすると、遠心力破損が防止される。

次に本発明装置を発電機若しくは電動機として構成した
場合の特徴を次に説明する〇 電機子コイルには、常に１方向にｌ定の電流が流れてい
るので、蓄積されている磁気エネルギの変化がない。従
って、電動機の場合にはトルクリプルのない出力トルク
が得られ、発電機の場合には、電圧リプルな含まない回
動速度に比例する電圧出力が得られる特徴がある。又速
度変動のある場合には、応答性の早い電圧出力が得られ
る特徴があるので、タコジェネレータとして有効な技術
を供与できる。

ブラシレスの構成となり、電機子コイルの通電制御の為
の電子回路が不要となるので小型廉価で耐熱性のある発
電機若しくは電動機が得られる。

電機子コイルの通電の切換の為の整流装置が不要となる
特徴がある。

電機子コイルの磁気エネルギの蓄積と放出がないので、
高速度でも反トルクの発生がなく、効率の良好な高速電
動機が得られる。又鉄損がないので効率が良好となる。

電機子電流が変化な（、又その方向も変らないので、電
磁的なノイズと機械振動の発生が除去される特徴がある
◇ 電動機の場合に、複数個ある電機子コイルの１個を発電
コイルとして使用し、他をトルク発生のコイルとするこ
とにより、発電コイルの出力により電機子コイルの通電
制御を行なうことができるので、定速制御を行なうこと
ができる。発電コイルの出力は時間お（れがないので、
正確で応答性のある定速制御が得られる特徴がある。

〔効果〕

第１の効果 トルクリプルのない平坦なトルク特性のある電動機若し
くはリプル電圧のない発電機が得られる。

第一の効果 整流装置が不要となり、ブラシレスとなり、又電機子電
流制御の為の通電制御回路が除去される・第３の効果 反トルクの発生がないので、高速度電動機を得ることが
できる。

第ダの効果 鉄損がな（１反トルクの発生もないので効率の良好な電
動機若しくは発電機を得ることができる。

第５の効果 電機子コイルの通電量は変化なく、又通電方向も変らな
いので、電磁ノイズと機械振動が著しく小さくなる。

第６の効果 回転子の回転面の磁極はＮ、Ｓ極となり、電機子磁心に
より閉じられる磁路長がみじかくなり、構成が簡素化さ
れ、強い磁界が得られ、又電機子コイルの数も回転子の
径を太き（することにより多（なって、より大きい出力
トルクを得ることができる。

第１の効果 第９図（ｂ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）について説明した理由
により、出力トルク若しくは発電出力を増大せしめるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置のマグネット回転子によるトルク
発生と誘起電圧発生の原理の説明図、第２図は、本発明
装置の構成の説明図、第３図は、固定電機子の展開図、
第を図は、電機子コイルと電機子磁心の詳細な説明図、
第Ｓ図は、固定電機子の他の実施例の展開図、第６図は
、第５図の実施例の電機子コイルと電機子磁心の詳細な
説明図をそれぞれ示す。 ハ・・回転軸、　２ａ、；２ｂ・・・側板、　Ｊａ。 ｊｂ−・・軸受、　Ｑ、　ｌＩａ、ｌｔｂ、１０，１０
ｒｓ、、１０ｂ・・・マグネットと回転子、　ｊａ、ｊ
ｂ、・・・、６ａ。 ｘｂ、・・・電機子コイル、　　７・・・負荷、　　ざ
ａ、ｆｆｂ、・・・通電方向、　　？ａ、７ｂ、・・・
磁力線の方向、３・・・ニッケルスリーブ、　ｇ・・・
巻枠（コア）、？・・・励磁コイル、　ｌ／・・・外筐
、　／ｊ、　＃ａ　、　２！；心、　Ｂ・・・電動機の
外筐部分、　／ｂａ、／ｂｂ、・・・、２？ａ　、　、
２７１）　、　＝−・空孔、　　２／ａ、２／ｂ、・・
・軟鋼ブロック、　２３ａ、　Ｑ７ｂ　、　２１１ａ、
評す、２ＩＩ・・・磁束の方向、　２＝・・・コイルの
捲枠、　ｊ・・・境界部、　３０ａ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周面がＮ極に１様に磁化されている円板状の第
   １の回転子と、第１の回転子と同形で、外周面がＳ極に
   １様に磁化されている第２の回転子と、内側面が円筒内
   側面と同形の外筐ならびにその両側に固着された第１、
   第２の側板と、第１、第２の側板の中央部に設けた軸受
   に回動自在に支持された回転軸と、第１、第２の回転子
   の外周回転面が設定された距離の空隙を介して外筐内周
   面に対向するように第１、第２の回転子を離間して回転
   軸に固定する手段と、外筺内周面にそって外側円弧面が
   順次に配設され、対向部が所定の空隙長を介して磁路が
   閉じられて外筺内側面に並置して固定された複数個の磁
   性体で作られた円筒状の第１の固定電機子と、該電機子
   の円筒部より円筒面にそって母線方向に等しい巾、等し
   いピッチで突設された第１の突出部と、隣接する突出部
   間の円筒部に捲着された複数個の第１の電機子コイルと
   、該電機子コイルの配置される円周方向の両側において
   、電機子コイルを内部に収納するように固定電機子内側
   より突出され、突出部が第１の回転子の外周回転面と僅
   かな空隙を介して対向するとともに、電機子コイルによ
   る磁束の磁路の磁気抵抗を小さくするように磁性体によ
   り作られた第一の突出部と、第１の固定電機子と同じ構
   成で、外筐内周面に固着され、第１の突出部に対応する
   ＠第１＠の突出部ならびに第２の突出部に対応し、第２
   の回転子の外周回転面と僅かな空隙を介して対向する＠
   第２＠の突出部ならびに第１の電機子コイルに対応する
   第２の電機子コイルを備えた第一の固定電機子と、第１
   、＠第１＠の突出部の突出端面の対向部を所定の空隙長
   を介して磁路を閉じる手段と、第１、第２の固定電機子
   の電機子コイルによる磁束の円周方向の磁路の磁気抵抗
   を第１の磁気抵抗、第１、第２の固定電機子と第１、＠
   第１＠の突出部により電機子コイルの磁路が閉じられる
   部分の磁気抵抗を第２の磁気抵抗、第１、第２の固定電
   機子と第２、＠第２＠の突出部により電機子コイルの磁
   路が閉じられる部分の磁気抵抗を第３の磁気抵抗と呼称
   したときに、第１、第２の磁気抵抗に比較して第３の磁
   気抵抗を最も小さく構成する手段と、第１、第２の回転
   子の回転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧を
   導出する発電機若しくは各電機子コイルに通電したとき
   に、第１、第２の回転子に１方向の出力トルクを発生す
   る直流電動機のいづれかとして構成されたことを特徴と
   する電磁回転機。
2. （２）外周面がＮ極に１様に磁化されている円板状の第
   １の回転子と、第１の回転子と同形で、外周面がＳ極に
   １様に磁化されている第２の回転子と、左右の側板の中
   央部に設けた軸受により回動自在に支持された回転軸と
   、第１、第２の回転子の外周回転面が設定された距離の
   空隙を介して後述する固定電機子の内側面に対向するよ
   うに第１、第２の回転子を離間して回転軸に固定する手
   段と、左右の側板に両端が固定された磁性体により作ら
   れた円筒状の固定電機子と、該電機子の円筒面において
   、長手方向が回転軸の方向となり、等しい巾と等しいピ
   ッチで配設された矩形状の複数個の空孔と、磁心に捲着
   された複数個の第１の電機子コイルならびに同じ構成で
   同じ数の第２の電機子コイルと、第１の電機子コイルの
   磁心の両端を、矩形状の空孔の左端において、円周方向
   の端面に結合固定して磁路を閉じ、第２の電機子コイル
   の磁心の両端を、矩形状の空孔の右端において、円周方
   向の端面に結合固定して磁路を閉じる手段と、第１、第
   ２の電機子コイルの配置される円周方向の両側において
   、電機子コイルを内部に収納するように固定電機子内側
   より突出され、該突出端部が、それぞれ第１、第２の回
   転子の外周回転面と僅かな空隙を介して対向するととも
   に、電機子コイルによる磁束の磁路の磁気抵抗を小さく
   するように磁性体により作られた突出部と、第１、第２
   の電機子コイルによる磁束の円周方向の磁路の磁気抵抗
   を第１の磁気抵抗、固定電機子の円周方向と垂直の方向
   の電機子コイルによる磁束の磁路の閉じられる部分の磁
   気抵抗を第２の磁気抵抗、電機子コイルの磁心と突出部
   により電機子コイルの磁路が閉じられる部分の磁気抵抗
   を第３の磁気抵抗と呼称したときに、第１、第２の磁気
   抵抗に比較して第３の磁気抵抗を最も小さくするように
   、電機子コイルの磁心と突出部の導磁率を固定電機子の
   導磁率より小さく構成する手段と、第１、第２の回転子
   の回転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧を導
   出する発電機若しくは各電機子コイルに通電したときに
   、第１、第２の回転子に１方向の出力トルクを発生する
   直流電動機のいづれかとして構成されたことを特徴とす
   る電磁回転機。