JPH03212145A

JPH03212145A - 電磁回転機

Info

Publication number: JPH03212145A
Application number: JP462690A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1991-09-17

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
ない高効率の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く提案されて
いるか、理論的に錯誤かあるものが多く、実用化された
例はない。例えば、特開昭５３−８９９１１号に記載さ
れた技術がある。

〔本発明が解決しようとする課題〕

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
く、リプル電圧をコンデンサで平滑化すると時間おくれ
が発生して、回転速度の変化に正確に追随した電圧が得
られなく、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２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、トルクリプルと電子ノイズと機
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４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。高速度（毎分１０万回転以上）とすると鉄損が
増大し、発熱量が増大し、効率も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。高速度となると前
述したように大きい問題点となる。

〔課題を解決するための手段〕

第１の手段外周面が同極で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、外周面が反対極で１様
に磁化されている第２の回転子と、第１．第２の回転子
を内部に収納する非磁性体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空隙を介して外筐内面に
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、方形の電機子磁心の対向辺の少なくと
も１の辺に捲着された電機子コイルを設けた複数個の電
機子と、電機子磁心の前記した対向辺をそれぞれ第１．
第２の回転子の磁極回転面の回転方向にそって被捲着電
機子コイルとともに空隙を介して対向せしめるように、
外筐内側に等しいピッチで互いに離間して、電機子を配
設固定する手段と、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２の手段円板状のマグネット回転子と、該回転子の１つの回転側
面の外側がＮ極に１様に磁化され、内側がＳ極に１様に
磁化され、反対側の回転側面の外側がＳ極に１様に磁化
され、内側がＮ極に１様に磁化されたＮ、Ｓ磁極と、非
磁性体で作られた外筐に設けた軸受により回動自在に支
持された回転軸と、方形の電機子磁心の１つの辺に捲着
された電機子コイルを設けた複数個の電機子と、電機子
磁心の前記した１つの辺をマグネット回転子の外側磁極
回転面の回転方向にそって被捲着電機子コイルとともに
空隙を介して対向せしめ、対向する他の１つの辺を内側
磁極回転面に空隙を介して対向せしめて、外筐側面内側
に等しいピッチで互いに離間して、電機子を配設固定す
る手段と、固定電機子が外筐の片側の側面にのみ配設固
定されている場合には、他の側面に対向するマグネット
回転子のＮ、　　Ｓ磁極回転面に磁性体板を貼着して磁
路を閉じる手段と、マグネット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、マグネット回転
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３の手段両側の回転面がそれぞれＮ、　　Ｓ極に一様に磁化され
るとともに、回転軸が外筐側板に設けた軸受により支持
された円板状のマグネット回転子と、２つの外筐側板が
それぞれマグネット回転子のＮ。

Ｓ磁極に空隙を介して対向する外筐と、コ型の電機子磁
心の中央凹部に捲着された電機子コイルを設けた複数個
の電機子と、電機子磁心の前記した中央凹部を、マグネ
ット回転子の１つの磁極回転面の回転方向にそって被捲
着電機子コイルとともに空隙を介して対向せしめて、等
しいピッチで互いに離間して、電機子を外筐側板内側に
配設固定する手段と、コ型の電機子磁心の磁路開放端を
反対側の外筐側面において磁性体により磁路を閉じると
ともに、該磁性体をマグネット回転子の他の１つの磁極
回転面に空隙を介して対向せしめる手段と、マグネット
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、マグネット回転子に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４の手段両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に一様に磁化されると
ともに、回転軸か外筐側板に設けた軸受により支持され
た円板状のマグネット回転子と、２つの外筐側板がそれ
ぞれマグネット回転子のＮ。

Ｓ磁極に空隙を介して対向する外筐と、コ型の電機子磁
心の中央凹部に捲着された電機子コイルを設けた複数個
の第１の電機子ならびに同じ構成の複数個の第２の電機
子と、第１の電機子の電機子磁心の前記した中央凹部を
マグネット回転子の１つの磁極回転面の回転方向にそっ
て被捲着電機子コイルとともに空隙を介して対向せしめ
て、等しいピッチで互いに離間して、電機子を外筐側板
内側に配設固定し、第２の電機子の電機子磁心の中央凹
部をマグネット回転子の他の１つの磁極回転面の回転方
向にそって被捲着電機子コイルとともに空隙を介して対
向せしめ、第１．第２の電機子の電機子磁心の２つの磁
路開放端をそれぞれ密着して磁路を閉じる手段と、マグ
ネット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、マグネット回転子に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。

〔作　用〕

前述した問題点となる第１〜第５の課題は、周知の１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。３，２，１．０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５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
ギの大きい出入がない。

従って、発電機として使用した場合に、回転速度に正確
に比例した応答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
クリプルがなく、電気的若しくは機械的振動が除去され
るので第２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。

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
で一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４の課題が解決される作用かある。

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、鉄損がなく、効率の良好な電動機を得るこ
とができる。

従って、第５の課題を解決する作用がある。

〔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４ａ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４ａは円板状となり、マグネット４は省略して図
示していない。中央部には回転軸１が固定されている。

回転子４ａの外周は１様にＮ極に磁化されている。

点線で示す記号５ａは電機子コイルで、方形に捲回され
ている。矢印７ａ、７ｂ、７ｃは、磁力線を示している
。

第１図（ｂ）は電機子コイル５ａ、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４ａ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４ａが矢印Ａ方向に回転した
ときに、電機子コイル５ａに誘起される誘起電圧の方向
は、矢印８ａ、８ｂ。

８ｃ、８ｄの方向となる。

矢印８ａ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５ａに矢印８ａと反対方向に通電した場合
に、マグネット回転子４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。

以上の説明のように、一般的手段によって出力トルクを
得ることは不可能である。

本発明装置では、電機子コイルによる磁束を閉回路の磁
路を利用して単一のループ内にのみ通し、界磁磁束も同
じループ内に導入して出力トルクを次に実施例について
詳細を説明する。

第２図（ａ）において、円筒形の外筐１１の両側には側
板２ａ、２ｂが図示のように嵌着されている。

外筐１１は、プラスチック材若しくは、アルミニューム
ダイキャストのような非磁性体により作られている。外
筐１１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１１の両側にビス５ａ、　６ｂ、・・・により側板
２ａ、２ｂが締着されている。

側板２ａ、２ｂの中央部には、ボール軸受３ｇ。

３ｂが設けられ、回転軸１が回動自在に支持される。回
転軸１には、両側面がＮ、　　Ｓ極に１様に磁化された
円板状のマグネット４の中央部が固定されている。マグ
ネット４のＮ、Ｓ磁極に密着して、軟鋼円板４ａ、４ｂ
が設けられ、同軸で同期回転するように構成されている
。

軟鋼円板の回転子４ａ、４ｂは他の周知の磁性体で作る
こともできる。回転子４ａ、４ｂの外周回転面は、それ
ぞれＮ、Ｓ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磁性体で作られた電機子磁心１
３　ａ　＊　　１４　ａにより磁路が閉じられているが
、その詳細は後述する。

電機子磁心１３ａには、電機子コイル５ａ。

５ｂ、・・・、が装着されているがその詳細は第３図の
展開図により後述する。

記号７は、回転軸１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図は、上述した軟鋼で作られた円筒面状の電機子磁
心１３ａ、１３ｂ、−，１４ａ、１４ｂ。

・・・と電機子コイル５ａ、５ｂ、・・・６ａ、６ｂ、
・・・の１８０度の展開図である。

第３図の展開図は、第２図（ａ）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。

電機子磁心１３ａ、１４ｇはともにコ型の形状となり、
軟鋼板のプレス加工により作られる。

電機子磁心１３ａ、１４ｇの中央凹部に電機子コイル５
ａ、６ａを捲着した後に、両者の磁路間束は方形の磁心
１３ａ、１４ｂを通って閉回路の磁路により閉じられる
。

従って、電機子コイルによる磁束の大部分は、上述した
閉回路を通り洩れ磁束は殆どない。

電機子磁心１３ｂ、１４ｂ及びこれ等に捲着された電機
子コイルも同じ構成となっている。

電機子磁心１３ｃ、１４ｂ及び１３ｄ、１４ｅと電機子
コイル５ｃ、６ｃと５ｄ、６ｄも同じ構成となっている
。

記号２５ａ、２５ｂ及び記号２５ｃ、２５ｄはそれぞれ
電機子磁心の脚部の磁路開放端の衝合部を示している。

コ型の電機磁心の中央凹部は、回転子４ａと４ｂの外周
回転面に空隙を介して対向している。

矢印１７ａの区間は、第２図（ａ）の回転子４ａの外周
Ｎ極面に対向し、矢印１７ｂの区間は、回転子４ｂの外
周Ｓ極面に対向している。矢印１７Ｃの区間は回転子４
ａと４ｂとの離間距離である。

電機子磁心１３ａ、１３ｂ、　・−４４ａ、１４ｂ。

・−・は、軟鋼材の加工若しくはその粉末の焼結によっ
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。

電機子磁心１３ａ、１４ａと電機子磁心１３ｂ。

１４ｂは所定の距離たけ離間している。他の電機子磁心
も互いに所定の距離たけ離間している。

次に上述した各電機子を外筐１１の内側に配設固定する
手段について説明する。

第３図のように作られた電機子磁心１３ａ。

１３ｂ、・・・と１４ａ、１４ｂ、・・・は、電機子コ
イルの装着後に、第２図（ａ）の外筐１１の両側面の方
向から挿入される。

挿入位置を所定の位置とする為に、外筐１１の内周面に
は、電機子磁心の巾に対応する突出部が設けられ、該突
出部を案内部材として電機子磁心の挿入が行なわれて固
定される。

この為に側板２ａ、２ｂには、突出部２−１゜２−２が
設けられて、電機子磁心１３ａ、１３ｂと１４ａ、１４
ｂ、・・・を左右より押圧するように構成されている。

電機子磁心を外筐１１の内側の所定位置に配設固定する
手段は他の手段を採用することもできる。

以上の説明より理解されるように、外筐１１の内周面と
回転子４ａ、４ｂの外周面との距離は設定された空隙長
となり、各電機子磁心及び電機子コイルも回転子４ａ、
４ｂの外周回転面と等しい空隙長で対向している。

電機子コイルを電機子磁心とともに外筐１１に挿入する
為に、外筺１１には凹部が設けられている。

第３図の点線Ｂを矢印方向よりみた断面図が第４図（ａ
）に示されている。

第４図（ａ）において、回転子４ａのＮ極の磁束は、電
機子磁心１３ｂ、１４ｂを通り、回転子４ｂのＳ極で磁
路が閉じられている。

電機子磁心１３ａ、１４ａについても同様で、この磁路
が第３図の矢印２４ａ、２４ｂとして示されているもの
である。他の電機子磁心についても同様な磁路となる。

電機子コイル５ａ、６ａの通電による磁束は矢印２３で
示す磁路となる。

従って、電機子磁心１３ａ、１４ａの上側では電機子コ
イル５ａ、６ａによる磁束と回転子４ａ。

４ｂによる磁束は同一方向となり、磁束量が増大し、下
側では、両磁束は反対方向となり、磁束量は減少する。

従って、回転子４ａ、４ｂは、矢印し方向の駆動トルク
を受けて回転する。

他の電機子についても上述した事情は同じなので、同方
向の回転子４ａ、４ｂの駆動トルクを発生する電動機と
なる。

回転子４ａ、４ｂを駆動源により回転すると発電出力が
得られる。

各電機子コイルの直列接続体より、発電出力を得ること
ができる。

他の半周面の電機子による出力トルク若しくは発電出力
も同様にして得られるものである。

上述した場合に、電機子コイル６ａ、６ｂ、・・・を除
去して実施することもできる。この場合には、駆動トル
クと発電出力が減少するが、用途によってかかる手段を
採用することができるものである。

第４図（ａ）において、電機子磁心１３ｂ、１４ｂと回
転子４ａ、４ｂとの空隙長は、電機子コイルの下側のコ
イル部分の厚み以上の空隙長となるので、空隙長が大き
くなり、回転子４ａ、４ｂ間の磁気抵抗を大きくして界
磁磁界を弱くする不都合がある。

かかる不都合を除去する手段について第４図（ｂ）　（
ｃ）により説明する。

第３図の点線りを矢印方向よりみた断面が第４図（ｂ）
で、点線Ｃを矢印方向よりみた断面が第４図（ｅ）に示
されている。

各電機子コイルの両側には、突出部（第４図（ｂ）の記
号１３−１．　１３−２で示すものである。）が設けら
れる。この突出部は第４図（ｅ）で記号２２ａ、２２ｂ
として示されている。

上記した突出部は、僅かな空隙長で電機子磁心を回転子
４ａ、４ｂの外側回転面に対向せしめることができるの
で、磁気抵抗を小さくなり、第３図の矢印２４ａ、２４
ｂの磁束量が増大する。従って大きい出力の電動機の場
合に有効な手段となる。

第４図（Ｃ）の電機子コイル５ｂを例として、電機子コ
イルによる磁束の説明をする。

第４図（Ｃ）において、電機子コイル５ｂによる磁束の
磁路は電機子磁心１３ｂ、１４ｂを通る前述した出力ト
ルクに有効な磁束以外に無効な磁束（反トルクを発生す
る場合もある。）がある。

かかる磁束の磁路が矢印２３ｃ、２３ｄとして示されて
いる。

矢印２３ｃの磁束は空間を通るので小量で問題はないが
、矢印２３ｄの磁束は、突出部２２ａ。

２２ｂと回転子４ａを通って閉じられる。回転子４ａは
磁性体なので磁気抵抗が小さく、電機子コイル５ｂによ
る磁束量が増大し、前記した矢印２３の磁束量を減少し
て出力トルクを著しく減少せしめる不都合がある。

かかる不都合を除去する手段を次に説明する。

第１の手段は、回転子４ａ、４ｂを第２図（ｄ）につい
て後述するように、マグネット回転子１０ｃ、１０ｄと
することである。この場合にはマグネットが突出部２２
ａ、２２ｂに対向するので、マグネットを通る磁路の磁
気抵抗は空気と同じ位となるので、上述した不都合を除
去することができる。第２の手段は、回転子４ａ、４ｂ
を第２図（Ｃ）に示すように変形して、外周回転面の巾
を小さくする。

外周回転面の巾が小さいので、回転子４ｇ。

４ｂの外周回転面の近傍では磁気的に飽和状態とするこ
とができる。

従って誘導常数が小さくなり、矢印２３ｄの磁路の磁気
抵抗が大きくなり前記した不都合を除去することができ
る。

電機子磁心が磁気的に飽和すると、洩れ磁束が増加し、
これが反トルクを発生するので、これを防止する為に電
機子磁心の断面積を十分に大きくする必要がある。

回転子４ａが、電機子コイル５ａの左右の突出部に対向
するときには、回転子４ａ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４ａ、４
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１３　ａ　、　　１３　ｂ　、−・・と１４
ａ、１４ｂ、・・・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、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出力の直流電動機が得られ
る特徴がある。

回転子４ａ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２図（ｂ）は、本発明装置の他の実施例である。

第２図（ｂ）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２図（ａ）と同
じ構成のものである。

回転軸１には、軟鋼型の円柱１０の中心部が固定され、
その両側には軟鋼型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９は、円環状のコア８に捲回され、コア８の
外周部は、電機子磁心１３ａと１４ａ及び他の１組の電
機子磁心の中央部に固定されている。

励磁コイル９に直流電源より通電すると、回転子１０ａ
、１０ｂの外周面は、それぞれ１様にＮ。

Ｓ極に励磁される。従って、回転子１０ａ、１０ｂは、
第２図（ａ）の回転子４ａ、４ｂ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
）の場合と全く同し作用効果を有するものとなる。又発
電機としても同し作用効果を有するものである。従って
、本発明の目的が達成される。

次に第２図（ｄ）に示す実施例について説明する。

第２図（ｄ）において、回転軸１には、軟鋼製の円柱１
０の中心部か嵌着され、その両側には、円環状のマグネ
ット１０ｃ、１０ｄの内周部が嵌着されている。マグネ
ット１０ｃの内周面はＳ極に、外周面はＮ極に１様に磁
化され、又マグネ、ソト１０ｄの内、外周面は、それぞ
れＮ、Ｓ極に１様に磁化されている。従って、マグネッ
ト１０ｃ。

１０ｄ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、４ｂと同
じ作用を行なうものとなるので、点線Ｂで示す外側部を
第２図（ａ）の外筐１１．電機子磁心１３ａ、１３ｂ、
−と１４ａ、１４ｂ、＝−電機子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５図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）に示すものは、本発明装
置の他の実施例を示したものである。第５図（ａ）にお
いて、外筐１５ａ、１５ｂは、プラスチック材若しくは
アルミニュームダイキャストのような非磁性体で作られ
、外周部で互いに嵌着されている。

ボール軸受３ａ、３ｂにより回転軸１は回動自在に支持
され、回転軸１には、円板状のマグネット部はＳ極に１
様に磁化されている。二ｈ　１）叉吋ｂｈ　ｋ４ｐ？　
＆ｌ　１軟鋼円板１９ａはＮ、　　Ｓ磁極面に貼着され
て磁路が閉じられている。マグネット回転子１９の下面
の磁極面には、記号１６ａ、１６ｃで示す電機子磁心及
び電機子コイル５ａ、５ｃが対向している。

上述した電機子の詳細に次に説明する。

第５図（ａ）を矢印Ｐ方向よりみた電機子の平面図が第
６図（ａ）に示されている。

第６図（ａ）は、円周上にある電機子を全円周部即ち３
６０度の区間を示したものである。

第６図（ａ）において、磁性体のコ型の電機子磁心１６
ａ、１６ｂ、・・・の中央凹部には、電機子コイル５ａ
、５ｂ、・・・か捲着されている。

電機子磁心１６ａ、１６ｂ、・・・の磁路開放端には、
磁性体ヨーク２６ａ、２６ｂ、・・・の両端が密着固定
されて、電機子コイルによる磁束の磁路を閉じている。

電機子コイルを電機子磁心１６ａ、１６ｂ、・・・に装
着した後に、第５図（ａ）の外筐１５ｂの凹部（図示せ
ず）に電機磁心を嵌着する。このときに電機子コイルの
部分は、更に深い凹部として、その内部に収納する必要
がある。磁性体ヨーク２６ａ、２６ｂ、・・・も同じ手
段により、外筐１５ｂの凹部に嵌着される。

電機子磁心の径方向の巾は、第５図（ａ）に示されるよ
うに、マグネット回転子１９のＮ極の径方向の巾とほぼ
等しくされ、又磁性体ヨーク２６ａ。

２６ｂ、・・・を含む電機子磁心の突出部は、マグネッ
ト回転子のＳ極に対向している。

第７図（ｂ）は、第６図（ａ）の点線Ｑを矢印方向より
みた断面図である。

第７図（ａ）は、電機子の平面図である。

第７図（ｂ）において、電機子磁心１６ａは、Ｎ対向し
ている。

Ｎ極の磁束は、電機子磁心１６ａ１磁性体ヨーク２６ａ
を通って、Ｓ極で閉じられている。

この磁束が、第７図（ａ）で矢印２４ａ、２４ｂとして
示される。

電機子コイル５ａの通電による磁束は矢印２３として示
され、この磁路は空隙なしに閉じられているので、他の
部分の洩れ磁束は僅少となっている。

電機子磁心１６ａの右側の磁束は矢印２３嶌と２４ｂの
和となり、左側の磁束は、矢印２３”ｋと矢印２４ａの
差となるので、マグネット回転子１９は磁気反撥力によ
り矢印し方向に駆動される。

他の電機子コイルについても事情は同様なので、マグネ
ット回転子１９が矢印し方向に駆動される直流電動機と
なり、又マグネット回転子１９を駆動源により駆動する
と発電機となる。

第７図（ｂ）の点線３０ａ、３０ｂは、電機子磁心１６
ａに設けた突出部である。点線１は回転軸の位置を示し
ている。

突出部３０ａは、電機子コイル５ａの両側部にあり、突
出部３０ｂは、電機子磁心１６ａの左側に設けられる。

かかる手段によると、突出部３０ａ、３Ｑｂとマグネッ
ト回転子１９のＮ、　　Ｓ磁極回転面との間の空隙長が
小さくなり、矢印２４ａ、２４ｂで示した磁束量を増大
して出力トルクを増加できて有効な手段となる。第６図
（ａ）に示すように、本実施例では、電機子は４個であ
るが、使用目的により、電機子の数を増減できる。

第５図（ａ）に示すように、電機子は、外筐１５ｂの内
面にのみ配設したが、全く同じ構成の電機子を外筐１５
ａの内側に付加配設しても本発明の目的が達成されるも
のである。

第５図（ｂ）に示す実施例は、第５図（ａ）の外筐１５
ａを除去し、外筐１５ｂに対応する部分が記号１５ｃと
して示されている。

記号１５ｃは、電動機を使用する例えばハードデスクの
本体の１部を利用できるので、偏平に構成できる特徴が
ある。即ち本体の１部１５ｃが外筐１５ｂを兼ねている
ものである。本体に設けたボール軸受３ａ、３ｂには回
転軸１が回動自在に支持され、その下端には、カップ状
の軟鋼板で作られた回転子１９ａの底面中央部が固定さ
れる。

マグネット回転子１９（第５図（ａ）と同じもの）が回
転子１９ａに貼着されて、Ｎ、　Ｓ極の磁路が閉じられ
ている。

電機子磁心１６ａ、１６ｂ、・・・と磁性体ヨーク２６
ａ、２６ｂ、−・・は、第５図（ａ）の同じ記号のもの
と同じ構成となっているので、マグネット回転子１９は
、電機子コイル５ａ、５ｂ、・・・の通電により駆動さ
れて本発明の目的が達成される。

上述した実施例の各磁路の断面積は、磁束が飽和しない
ものとする必要がある。

次に第５図（Ｃ）に示す実施例について説明する。

第５図（ｅ）において、プラスチック材若しくはアルミ
ダイキャストのような非磁性体で作られた外筐１５ｂと
磁性体で作られた外筐１５ａは、外周部で嵌着され、そ
れぞれの中央部に設けたボール軸受３ａ、３ｂには、回
転軸１が回動自在に支持される。

回転軸１には、円板状のマグネット回転子３１の中央部
が固定される。

マグネット回転子３１の外周部の両側は、図示のように
Ｎ、　　Ｓ極に１様に磁化されている。

記号１８ａ、１８ｃは、外筐１５ｂに固定された電機子
磁心て、電機子コイル５ａ、＊が装着される。

次に電機子磁心と電機子コイルの詳細を説明する。

第６図（ｂ）は、外筺１５ｂを矢印Ｐ方向よりみた平面
図である。

第６図（ｂ）において、コ型の磁性体で作られた電機子
磁心１ｇａ、１８ｂ、・・・には、図示のように電機子
コイル５ａ、　５ｂ、・・・が捲着される。

磁心１８ａ、１８ｂ、−・・は、外筐１５ｂに設けた凹
部に嵌着固定され、電機子コイルの部分は更に深い凹部
となっている。

電機子磁心１８　ａ　、１８　ｂ　ｒ　・・・の端部は
、紙面に垂直方向に折曲直立した直立部２７ａ、２７ｂ
。

２７ｃ、２７ｄ、・・・が設けられる。

４個の各電機子は同じ構成なので、電機子磁心１８ｇを
例としてその詳細を第７図（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）　（
ｆ’）について説明する。

第７図（Ｃ）は、電機子磁心１８ａとこれに捲着された
電機子コイル５ａの平面図である。

第６図（ｂ）の点線Ｑを矢印方向よりみた断面図が第７
図（ｄ）である。

電機子磁心１８ａに捲着された電機子コイル５ａは空隙
を介してマグネット回転子３１のＮ極面に対向している
。

点線１は回転軸の位置を示している。

マグネット回転子３１のＮ極の磁束は、電機子磁心１８
ａとその端部の直立部２７ａを通り、外筐（磁性体）１
５ａを通ってＳ極面て閉しられる磁路を通る。

この磁束が第７図（ｃ）て矢印２４ａ、２４ｂとして示
されている。

電機子コイル５ａの通電による磁束は第７図ａ矢印２３
で示すものとなり、電機子磁心１８ａ１直立部２７ａ、
２７ｂ、外筐１５ａを通る磁束となる。

この磁路には空隙がないので、磁気抵抗が著しく小さく
、洩れ磁束は殆どない。

第７図（Ｃ）の電機子磁心１８Ｈの右側ではマグネット
回転子３１による磁束２４ｂと電機子コイル５ａによる
磁束２３が同じ方向となり加算される。

電機子磁心１８ａの左側では両者の差となる。

従って、磁気反撥力により、マグネット回転子３１は矢
印し方向の駆動力を発生して回転する。

他の電機子コイルについても上述した事情は同しなので
、マグネット回転子３１は１方向に駆動される直流電動
機となる。

マグネット回転子３１を駆動源により回転すると、電機
子コイルに発電力が発生して発電機となる。

各磁路の断面積は、磁束が飽和しない大きさとされてい
る。

マグネット回転子３１のＮ極の磁束は、電機子磁心１８
ａに入るときに、電機子コイル５ａの厚さだけの空間部
を通るので、磁気抵抗が大きくなる不都合がある。

電機子コイル５ａの両側部に点線２８て示す突出部を設
けると、突出部とマグネット回転子３１のＮ極面の空隙
を小さくできるので、磁気抵抗が著しく小さくなり、矢
印２４ａ、２４ｂの磁束量を大きくできて、出力トルク
を増大せしめることかできるので有効な手段となる。

上述した実施例は、外筐１５ｂに電機子が配設固定され
ているが、外筐１５ａに電機子を付加して配設して出力
を２倍とすることができる。

この手段が第７図（ｅ）（ｆ’）に示されている。

第７図（ｅ）の電機子は、第７図（ｅ）に示すように変
更される。即ち電機子磁心１９ａの磁路開放端は直線状
となる。直立部の上方は垂直に折曲されて記号２９ａ、
２９ｂとして示されている。

電機磁心１９ａは、前実施例と同じ手段により外筺１５
ｂの内側に配設固定される。

電機子磁心２０ａは、電機子磁心１９ａの直立部とその
折曲部２９ａ、２９ｂが除去されたコ型の形状となり、
その中央凹部に電機子コイル６−ａから捲着されている
。

電機子磁心２０ａは、外筐１５ａの内側に、同じ手段に
より配設固定されている。外筐１５ａは非磁性体で作ら
れている。

マグネット回転子３１のＮ極の磁束は、電機子磁心１９
ａを通り、その突出部、直立部　２９ａ。

２９ｂ部を通り、電機子磁心２０ａを通って、Ｓ極面で
閉じられる磁路を通る。

この磁束が第７図（ｅ）において、矢印２４ａ。

２４ｂとして示され、電機子磁心２０ａでは、右方向と
なる。

電機子コイル５ａと６ａによる磁束は、第７図（ｅ）で
矢印２３の方向となり、電機子磁心２０ａのコ型の部分
を通って閉じられる。

磁束２４ｂと磁束２３は、電機子磁心１９ａ。

２０ａの右側では同方向となり加算され、電機子磁心１
９ａ、２０ａの左側では差となるので、マグネット回転
子３１は、矢印し方向の駆動トルクが得られて回転する
直流電動機となる。

点線２８ａ、２８ｂで示す突出部を電機子コイル５ａ、
６ａのそれぞれの両側に突出して設けると、その作用効
果は、第７図（ｄ）の点線２８の突山部と同しとなり、
矢印２４ａ、２４ｂで示す磁束量を大きくして、出力ト
ルクを大きくすることができる。

電機子磁心１９ａ、２０ａの１組の電機子は、外筐１５
ａ、１５ｂの円周面にそって複数個配設され、それぞれ
の電機子は、第７図（ｆ）の構成となって同一方向の出
力トルクを発生する直流電動機を構成できる。又マグネ
ット回転子３１を駆動源により回転すると発電機を構成
することができる。

従って本発明の目的を達成できるものである。

第２図（ａ）　（ｂ）に示す本発明装置においては、毎
分１０万回転位の高速回転でも、回転子４ａ。

４ｂ、１０ａ、１０ｂが軟鋼製なので、遠心力による破
損が防止される特徴がある。第２図（ａ）の場合には、
マグネット４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。

電機子コイルには、常に１方向に一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、電圧リプルを含まない回
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
動機が得られるふ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く、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くれがないので、
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もし
くはりプル電圧のない発電機が得られる。

第２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４の効果鉄損がなく、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の効果相の切換がないので、鉄損がない。従って、磁心として
軟鋼材若しくは、軟鋼粉、珪素鋼粉の焼結したものを使
用することができる。従って構成が容易となる。

【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４図は、電機子コイルと電機子磁心の詳細な説明図、
第５図は、本発明装置の他の実施例の説明図、第６図は
、第５図示の実施例の電機子コイルを含む外筐の平面図
、第７図は第５図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）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
。１・・・回転軸、　２ａ、２ｂ・・・側板、　３ａ。３　ｂ　・・・軸受、　４，４ａ、４ｂ、１０，１０ａ
。１０ｂ、１９．３１・・・マグネットと回転子、５ａ、
５ｂ、　・、６ａ、６ｂ、−＝電機子コイル、７・・・
負荷、　８ａ、８ｂ、・・・通電方向、　７ａ。７ｂ、・・・磁力線の方向、　３・・・ニッケルスリー
ブ、８・・・巻枠（コア）、　９・・・励磁コイル、　
１１゜１５ａ、１５ｂ、１５ｃ＝・外筐、　　１３ａ。１３ｂ、−，１４ａ、１４ｂ、−，１６ａ。１６ｂ、−１８ａ、１８ｂ、−，１９ａ。１９ｂ、・・・、２０ａ、２０ｂ、・・・・・・電機子
磁心、１３−１．１３−２，２２ａ、２２ｂ、３０ａ。３０ｂ、２８，２８ａ、２８ｂ−・・突出部、２７ａ、
２７ｂ、　・＝直立部、　２６ａ、２６ｂ。・・・磁性体ヨーク、Ｂ・・・電動機の外筺部分、２３
．２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂ−・・磁束の方向、
１９ａ・・・軟鋼円板。本図（α）塾図（６） μｍ−Ｕ帛２因（Ｃ）、Ｂ蔓回（ｄ）第３図羊４臼（ａ＞羊４回（４）羊づ國（（Ｌ＞帛り日（−６）某図（Ｃ＞享 θ ｆｉｌｍ＞塾６図（４）藝７図（ＣＬ）奈７図（Ｃ）塾図（ｄ）手続補正書（自発）平成２年２月−２３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外周面が同極で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、外周面が反対極
で１様に磁化されている第２の回転子と、第１、第２の
回転子を内部に収納する非磁性体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空隙を介して外筐
内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、方形の電機子磁心の対向辺の少
なくとも１の辺に捲着された電機子コイルを設けた複数
個の電機子と、電機子磁心の前記した対向辺をそれぞれ
第１、第２の回転子の磁極回転面の回転方向にそって被
捲着電機子コイルとともに空隙を介して対向せしめるよ
うに、外筐内側に等しいピッチで互いに離間して、電機
子を配設固定する手段と、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）円板状のマグネット回転子と、該回転子の１つの
回転側面の外側がＮ極に１様に磁化され、内側がＳ極に
１様に磁化され、反対側の回転側面の外側がＳ極に１様
に磁化され、内側がＮ極に１様に磁化されたＮ、Ｓ磁極
と、非磁性体で作られた外筐に設けた軸受により回動自
在に支持された回転軸と、方形の電機子磁心の１つの辺
に捲着された電機子コイルを設けた複数個の電機子と、
電機子磁心の前記した１つの辺をマグネット回転子の外
側磁極回転面の回転方向にそって被捲着電機子コイルと
ともに空隙を介して対向せしめ、対向する他の１つの辺
を内側磁極回転面に空隙を介して対向せしめて、外筐側
面内側に等しいピッチで互いに離間して、電機子を配設
固定する手段と、固定電機子が外筐の片側の側面にのみ
配設固定されている場合には、他の側面に対向するマグ
ネット回転子のＮ、Ｓ磁極回転面に磁性体板を貼着して
磁路を閉じる手段と、マグネット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、マグネット回
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。
（３）両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に一様に磁化さ
れるとともに、回転軸が外筐側板に設けた軸受により支
持された円板状のマグネット回転子と、２つの外筐側板
がそれぞれマグネット回転子のＮ、Ｓ磁極に空隙を介し
て対向する外筐と、コ型の電機子磁心の中央凹部に捲着
された電機子コイルを設けた複数個の電機子と、電機子
磁心の前記した中央凹部を、マグネット回転子の１つの
磁極回転面の回転方向にそって被捲着電機子コイルとと
もに空隙を介して対向せしめて、等しいピッチで互いに
離間して、電機子を外筐側板内側に配設固定する手段と
、コ型の電機子磁心の磁路開放端を反対側の外筐側面に
おいて磁性体により磁路を閉じるとともに、該磁性体を
マグネット回転子の他の１つの磁極回転面に空隙を介し
て対向せしめる手段と、マグネット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、マグネット
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。
（４）両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に一様に磁化さ
れるとともに、回転軸が外筐側板に設けた軸受により支
持された円板状のマグネット回転子と、２つの外筐側板
がそれぞれマグネット回転子のＮ、Ｓ磁極に空隙を介し
て対向する外筐と、コ型の電機子磁心の中央凹部に捲着
された電機子コイルを設けた複数個の第１の電機子なら
びに同じ構成の複数個の第２の電機子と、第１の電機子
の電機子磁心の前記した中央凹部をマグネット回転子の
１つの磁極回転面の回転方向にそって被捲着電機子コイ
ルとともに空隙を介して対向せしめて、等しいピッチで
互いに離間して、電機子を外筐側板内側に配設固定し、
第２の電機子の電機子磁心の中央凹部をマグネット回転
子の他の１つの磁極回転面の回転方向にそって被捲着電
機子コイルとともに空隙を介して対向せしめ、第１、第
２の電機子の電機子磁心の２つの磁路開放端をそれぞれ
密着して磁路を閉じる手段と、マグネット回転子の回転
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、マグ
ネット回転子に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。