JPH03284149A - 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（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。例えば、特開昭５３ｇ９９／／号に記載され
た技術がある。

〔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かできな
く、リプル電圧をコンデン、す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（、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ｑ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な裂する。

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ｌＯ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。

〔課題を解決する為の手段〕

第１の手段 両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に１様に磁化されだ円
板状のマグネット回転子と、該マグネット回転子の７つ
の極の側面に貼着された磁路となる磁性体回転子と、マ
グネット回転子の中心部に固定された回転軸と、平板状
の非磁性体により作られた固定子の中央部に設げた軸受
により前記した回転軸を回動自在に支持するとともに、
マグネット回転子の磁路開放端面を空隙を介して固定子
の側面に対向せしめる手段と、平板状で方形の磁性体で
作られた電機子磁心に電機子コイルを捲着で作られた電
機子磁心に電機子と、電機子コイルの巻線方向価かな空
隙を介して対向するように、固定子に複数個の電機子を
互いに離間して等しいピッチで埋設固定する手段と、各
電機子磁心の突出部を磁性体回転子の１部に僅かな空隙
を介して対向せしめ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／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 両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に１様に磁化された円
板状のマグネット回転子と、マグネット回転子の中心部
に固定された回転軸と、それぞれ円板状の磁性体、非磁
性体で作られ、外周部が固着された外筐と固定子の中央
部に設けた軸受によ及び固定子と僅かな空隙を介して対
向せしめる手段と、平板状で方形の磁性体で作られた電
機子磁心に電機子コイルを捲着で作られた電機子磁心に
電機子と、電機子コイルの巻線方向が径方向となるよう
に、するように、固定子に複数個の電機子を互いに離間
して等しいピッチで埋も【固定する手段と、各電機子磁
心の突出部を外筐の外周部に密着固定して磁路を閉じる
手段と、マグネット回転子の回転に一クー 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／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／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．／、０の
概念から推定されることは、相の概念より脱出してＯ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〇 電機子コイルには常に／方向の通電が設定値で行なわれ
ているので、相切換が無（、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、電気的若しくは根株的振動が除去され
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、第ダの課題が解決される作用がある。

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〜・ろの
で、それ等の重複した説明は省略する。第１図は、本発
明装置の外観図である・第１図において、内側にマグネ
ット回転子ｔが設けられたカップ状の軟鋼の回転子２の
中心部は回転軸ｌに固定されている。

記号ｇは非磁性例えばプラスチック成型により作られた
円板状の固定子である。

第２図（ａ＋に第１図を矢印Ｆ方向よりみた断面図が示
されているので、両者により構成の詳細を説明する。

第２図（ａ）において、カップ状の軟鋼で作られた回転
子２の中心部は、回転軸／に固定され、回転子コの内側
には、円環状のマグネット回転子ｑが固定されている。

マグネット回転子ダが第３図（ａ）に示されている。

マグネット回転子グの両側面は、Ｎ、Ｓ極に／様に磁化
されている。

マグネット回転子ｑのＳ極面は回転子λに貼着されてい
る。

非磁性体例えばプラスチック成型により作られた円板状
の固定子ｇ（打点部）の中央部には金属円筒３が埋設固
定され、その内部に嵌着されたボール軸受３ａ、３ｂに
より、回転軸／は、円筒３に対して上下に移動しないよ
うに構成されている。

記号７ａは、矢印Ｃで示すトルク伝達部材により駆動さ
れる負荷で、この場合には電動機となり、記号７ａが駆
動源となり、回転軸ｌを駆動する場合には発電機となる
。

記号／ｕａ、／、２ｃは、電機子コイル！；ａ、３ｃの
捲着された電機子で、各電機子は゛、固定子ｇに埋され
ているものである。

上述した電機子の詳細を第３図（ｂ）につき説明する０
第３図Ｃｂ）において、円孔ｇａ、ｇｂ、・・・は固定
子ｇを本体に固着する為のビス孔である。

第３図（ｂ）は、第２図（ａ）を矢印り方向よりみた平
面図である。電機子磁心／２ａ、／コｂ、・・・には、
電ｌ／ 様子コイル３ａ、３ｂ、・・が捲着されている。

点線４ａ、＋ｉ７ｂは、マグネット回転子グの外径と内
径の円周面を示している。

従って、各電機子コイルの上側の平面部は、僅かな空隙
を介してマグネット回転子ｔのＮ極回転面に対向してい
る。

電機子磁心は軟鋼若しくは磁性体粉末の焼結体で作るこ
とができる。

電機子コイル５ａ、５ｂ、・・の巻線の巻き方向は、径
方向となり、各電機子は等しいピンチで離間して固定子
ｇに埋設されている。

電機子磁心／２ａ、／２ｂ、・・・の突出部／、ｉａ−
／・／２ｂ−／、・・・の先端は、軟鋼円環７の下面に
貼着固定されている。

円環７（同一記号で第２図（ａ）に示されている。）の
上側面は僅かな空隙を介して回転子２の内側と対向して
磁路が閉じられている。

次に、電機子磁心／：ｌａに捲着された電機子コイル５
ａを例として、第９図（ａ）につき詳細を説明する０ 第１図（ａ）は、第２図（ａ）の電機子磁心／２ａと電
機子コイル５ａの近傍のみを拡大して示したものである
。第３図（ｂ）を矢印Ｂ方向よりみた側面図ともなって
いる。

第グ図（ａ）において、記号２は回転子２の１部である
。記号ｇａ、ｇ’ｂは固定子ｇの上面と下面を示してい
る。

点線４（Ｃはマグネット回転子ダのＮ極回転面を示して
いる。

電機子磁心／、２ａの突出部／、２ａ−／の先端部２ａ
２は軟鋼円環りに貼着されている。

円環７は僅かな空隙を介して回転子２に対向している。

他の電機子も同じ構成で、電機子磁心／２ｂ、／２ｃ、
／、２ｄの突出部の先端は、円環７に貼着固定され、円
環７の上側面は僅かな空隙を介して回転子λの内側と対
向して磁路が閉じられている。

上述した電機子磁心の突出部が、第２図（ａ）において
、点線で同じ記号で示されている。

上述した構成より理解されるように、マグネット回転子
ダのＮ極の磁束は各電機子コイルの上面コイル部を貫挿
し、電機子磁心／、２ａ　、　／、２ｂ　、・・・とそ
の突出部／；２ａ−／　、／、ｉｂ−／　、・・・と円
環りと回転子２を通り、Ｓ極面で磁路が閉じられる。

第３図（ｂ）の点線矢印、２部％ａは上述した磁路の７
部を示すものである。

各電機子コイルに直流電源より所定の方向の通電を行な
うと、フレミングの法則によるローレンツ力の駆動力が
発生して、マグネット回転子４は／方向の駆動力が得ら
れる直流電動機となる。

又マグネット回転子弘を回転軸ｌにより駆動源により回
転すると発電機となる。

発電機の場合には、各電機子コイルは直列に接続するこ
とがよい。電機子の数は実施例ではり個であるが、必要
に応じて増減することができる。

駆動トルク発生の原理は、周知のボイスコイルモータに
相似した出力の直流電動機が得られる特徴かある。マグ
ネット回転子ｑを駆動源により／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。

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太き（する必要がある。

第２図（ｂ）の実施例は、上述した実施例の電機子磁心
の突出部を変形して構成したもので、第２図（ｂ）は右
半分のみが示されている。左半分も同じ構成となってい
る。

第２図（ａ）の電機子磁心／２ｃの突出部／、２ｃｍ／
は除去され、右側より突出折曲部／２ｃｍｊが突出され
、僅かな空隙を介して回転子２の外側回転面と対向して
磁路が閉じられている。

作用効果は前実施と同様である。

この場合には、回転子２に鉄損が発生するので、鉄損を
除去する為には、突出部／Ωｃ−３の内側に軟鋼製の円
筒を貼着し、その内側を回転子２の外側回転面に対向せ
しめる必要がある。他の電機子磁心も全（同じ構成とな
っている。

第２図（Ｃ）は、本発明装置の他の実施例である。

第２図（Ｃ）において、カップ型の外筐／りは軟鋼で作
られ、下側の外筐となる固定子／／（打点部）は、プラ
スチック成形により作られた円板状のものである・外筐
／ｌＩ、固定子／／の中央部に設けたボール軸受３ａ、
３ｂにより回転軸／が回動自在に支持されている。

外筐／４’、固定子／／の外周は、点線／／ａ、／／ｂ
の点でビスにより締着されている。

回転軸／には、リング状の支持体９か固定され、リング
９の外周には円環状のマグネット回転子ｌＯの内周部が
固着されている。

支持体９は非磁性体で作られる。

マグネット回転子１００回転面の表裏は図示の極性のＮ
、Ｓ極に磁化される。

プラスチック成型により作られた円板状の固定子／／（
打点部）には電機子磁心／、！ｉ’ａ、１５ｃ及びそレ
ソれに捲着された電機子コイル／Ａａ、／Ａｃが埋設固
定されている。

矢印り方向よりみた固定子／／が第３図（Ｃ）に示され
ているのでその詳細を説明する。

第３図（Ｃ）において、固定子／／には、電機子磁心１
５ａ　、／、ｌｔｂ、・・・９個が、捲着された電機子
コイル／６ａ　、／Ａｂ＋・・とともに互いに離間して
等しいピッチで埋設固定される。

第７図（ｂ）は、電機子磁心１５ａ、電機子コイル／乙
ａ、突出部／！ｒａ−／、１５ａ−２のみを示したもの
である。

第３図（ｃ）の空孔／／ａ、／／ｂ、・・・は、吋串ヰ
妄中外筐／Ｉ１．固定子／／の外周部を螺着する為のビ
ス孔である。

電機子磁心１５ａ、１５ｂ、・・・は方形の磁性体平板
で、軟鋼若しくは磁性体粉末の焼結体で構成され、それ
ぞれには突出部／ｊａ−／　、１５ｂ−／　、・・・カ
設げられている。

突出部／、ｔａ−ｌ、／、ｔｂ−／　、”・の先端部１
５ａ２、／５ｂ−２，・・・は、固定子ｌ／の外周部ま
で延長され、それ等の上面は、固定子／／の上面に露出
され、外筐／ｌＩと固定子／／を外周部で螺着したとき
に、電機子磁心と外筐／ｌｌの磁路が閉じられるように
構成されている。

従って、マグネット回転子１０のＮ極回転面のＮ極の磁
束は、電機子コイル／４ａ、＃＋ｂ、・・の上面のコイ
ル部を貫挿し、電機子磁心１５ａ、１５ｂ、・・・と、
突出部１５ａ−／　、１５ｂ−／　、・・・と突出部の
先端部１５ａ−，２，１５ｂ−２，・・・と外筺／ケを
通って磁路がＳ極回転面で閉じられる。

第３図（Ｃ）の点線面ａ、２ｑｃは上述した磁路の１部
を示しているものである。

第２図（Ｃ）のマグネット回転子ｌＯのＳ極回転配Ｎ極
回転面は、それぞれ僅かな空隙を介して外筐／クツ内面
と電機子コイル／乙ａ、／乙す、・・・の上面ノコイル
部と対向している。

電機子コイル／Ａａ、／Ａｂ、・・・の巻線の方向は、
径方向になっている。

以上の構成より理解されるように、各電機子コイルに直
流電源より所定の方向の通電をすると、フレミングの法
則によるローレンツ力が発生して、マグネット回転子ｌ
Ｏには／方向のトルクが得られて負荷７ａを駆動する直
流電動機となる。

又駆動源により回転軸ｌを回転すると、各電機子コイル
に誘起電圧が発生するので、これ等を加算して導出する
と発電機となる。その他の作用効果は前実施例と同様で
ある。

第９図（Ｃ）は、第３図（ｃ）の実施例の７部を変更し
たものである。

第９図（ｃ）は、第３図（Ｃ）の電機子磁心１５ａ、電
機子コイル／４ａの近傍のみを矢印Ｂ方向よりみた図で
ある。他の電機子も同じ構成となっている。

第弘図（ｃ）において、点線１０ｃは、マグネット回転
子ＩＯのＮ極回転面を示している。

電機子磁心／！；ａには、コ型の軟鋼ヨーク／Ａａ／の
両脚部が固着されている。

電機子コイル／６ａによる磁束は点線２３となり、マグ
ネット回転子のＮ極による磁束は、点線２３ａ。

２３１）となる。

磁性体ヨーク／４ａ−／の左右の脚部を通る磁束に差が
生ずる。即ち左脚部では、磁束コ３と２３ａの差となり
、右脚部では、両者の和となる。

従って、マグネット回転子２は矢印Ｅ方向の力を受けて
回転する。

電機子コイル／Ａａによる磁束の磁路は、磁性体により
閉じられているので磁束量が増大して、大きい駆動力の
ある電動機を得るととができる作用効果がある。

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か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（、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（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。

第ダの効果 鉄損がな（、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（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、本発明装置の外観の側面図、第２図は、本発
明装置の構成の説明図、第３図（ａ）はマグネット回転
子の平面図、第３図（ｂ）（Ｃ）は、本発明装置の電機
子を含む固定子の平面図、第９図（ａ）は、第３図（ｂ
）を矢印Ｂ方向よりみた説明図、第９図（ｂ）。 は第３図（Ｃ）の電機子磁心と電機子コイルの平面図、
第４図（Ｃ）は、第３図（Ｃ）を矢印Ｂ方向よりみた説
明図をそれぞれ示す。 ／・・・回転軸、／り・・・外筐、　３ａ、Ｊｂ・・・
軸受、２・・・軟鋼回転子、　ｇ、／ハ・・非磁性体固
定子、３・・・円筒、　　＋　、　１０・・・マグネッ
ト回転子、５　ａ　＋　５　ｂ　１　”’　＋　’乙ａ
、／Ａｂ・・・電機子コイル。 ？ａ−・・負荷、　／、２ａ　、　／ｕｂ　、　−、／
３ａ、　／ｊ’ｂ　。 ・・・電機子磁心、　／２ａ−／、／、２ａ−，２，／
、２ｂ−／。 ／２ｂ　＋２．−、／ｊａ−／、１５ａ−，２，１５ｂ
−／。 １ｓｂ−λ・・・突出部、　　７・・・軟鋼円環、　９
・・・支持体、　ｇａ、　ｇｂ、・・、　／／ａ　、　
／／ｂ　、・・・空孔、ダＣ・・・マグネット回転字弘
のＮ極回転面、　２３２３ａ、２３ｂ、　、２／ｌａ　
、ユ４！ｃ・・・磁束の磁路の曲線。 ＋２３ ２ 副（Ｃ＞ ｉ″ １５ｄ−／’ ／／

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に１様に磁化さ
   れた円板状のマグネット回転子と、該マグネット回転子
   の１つの極の側面に貼着された磁路となる磁性体回転子
   と、マグネット回転子の中心部に固定された回転軸と、
   平板状の非磁性体により作られた固定子の中央部に設け
   た軸受により前記した回転軸を回動自在に支持するとと
   もに、マグネット回転子の磁路開放端面を空隙を介して
   固定子の側面に対向せしめる手段と、平板状で方形の磁
   性体で作られた電機子磁心に電機子コイルを捲着した複
   数個の電機子と、電機子コイルの巻線方向が径方向とな
   るように、又電機子コイルの平板状の側面のコイル部が
   マグネット回転子の対向磁極面と僅かな空隙を介して対
   向するように、固定子に複数個の電機子を互いに離間し
   て等しいピッチで埋設固定する手段と、各電機子磁心の
   突出部を磁性体回転子の１部に僅かな空隙を介して対向
   せしめ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。
2. （２）両側の回転面がそれぞれＮ、Ｓ極に１様に磁化さ
   れた円板状のマグネット回転子と、マグネット回転子の
   中心部に固定された回転軸と、それぞれ円板状の磁性体
   、非磁性体で作られ、外周部が固着された外筐と固定子
   の中央部に設けた軸受により前記した回転軸を回動自在
   に支持するとともに、マグネット回転子の回転面をそれ
   ぞれ外筐内側面及び固定子と僅かな空隙を介して対向せ
   しめる手段と、平板状で方形の磁性体で作られた電機子
   磁心に電機子コイルを捲着した複数個の電機子と、電機
   子コイルの巻線方向が径方向となるように、又電機子コ
   イルの平板状の側面のコイル部がマグネット回転子の対
   向磁極面と僅かな空隙を介して対向するように、固定子
   に複数個の電機子を互いに離間して等しいピッチで埋設
   固定する手段と、各電機子磁心の突出部を外筐の外周部
   に密着固定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。