WO2009028107A1

WO2009028107A1 - 磁力包み形電動機

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Publication number: WO2009028107A1
Application number: PCT/JP2007/067360
Authority: WO
Inventors: Iichi Okuno
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2010-02-28

Abstract

本発明は、強磁性体の環状ハウジングに設けた駒形の永久磁石でなる固定子において、駒形の永久磁石を、同極同士が隣接し、磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、また駒形の永久磁石の内側面に、環状でなる電機子の強磁性体及び／又は電機子コイルでなる電機子を設け、電機子の中心に回転軸を貫設し、電機子コイルに制御電流を供給し、駒形の永久磁石の励磁極性に合わせた向きに制御電流を流す制御回路を設けた磁力包み型電動機である。

Description

明細書

磁力包み形電動機技術分野

本発明は、固定子が、駒形の永久磁石を、同極同士が強制的に隣接する構造とし、この磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とした磁力包み形電動機に関する。背景技術

従来の永久磁石を用いた電動機は、励磁極に用いる構成が主流である。しかし、この構成では、回転駆動のトルクを大きくするためには固定子（励磁極）と電機子との隙間を小さくする必要があり、当時にこの隙間維持に対して、精度が要求されている。しかしながら、この精度の確保にも限界があること、又はこの固定子と電機子との隙間を小さくする構造では、例えば、この小さい隙間に、ホコリ、粉塵等が入り込み、このホコリ等が故障の原因となり、これに対応した程度の隙間が必要である。以上の如く、従来の構成では、一長一短があるのが現状である。

そして、従来の電動機に関する改良として有効と考えられる先行文献として、次のような発明が挙げられる。

文献（1 ) は、特開 2 0 0 6— 1 0 9 6 0 2の「電動機」がある。この発明は、明細書の [請求項 1 ] に記載の如く、「弱磁性材料、強磁性材料でなる円筒状の電機子固定台と、この電機子固定台の円周方向に配列された弱磁性材料らなるコィル巻芯に巻回された環状の集中巻コイル、又は空芯でなる環状の集中巻コイルを備えた電機子側ユニットと、円筒又は円柱状の界磁鉄心と、この界磁鉄心上の円周方向に隣り合う磁極が互いに異極となるように配列された永久磁石を備えた界磁側ュニットとで構成し、この電機子側ユニットと界磁側ユニットとを、磁気的空隙を介して、集中巻コイルと永久磁石とが対向するように同軸に配置し、電機子側ュニット又は界磁側ュニッ卜のいずれか一方が回転できるようにした電動機」であり、所定の条件を設定し、「ジュール熱が小さい磁気回路を構成し、電動機の温度上昇を抑制する」ことを意図する。文献（2 ) は、特開平 7— 7 5 3 2 0号の「電動機」がある。この発明は、「界磁磁石に取付けたヨーク板の形状により、界磁磁石の総磁束を電機子の鉄心側に反転を繰返すように集中させ、界磁磁石の総磁束を分散させることなく集中させる構造」であり、「電機子側の構造を簡易に維持しつつ、界磁磁石からの磁束を常時最大限に利用し、磁極数及び有効磁束の双方を同時に増大可能とする」ことを意図する。

文献（3 ) は、特開平 8— 9 8 4 8 1号の「車両用交流発電機」がある。この発明は、「ハウジングに回転自在に嵌挿される駆動軸と、このハウジングの内周面に支持される円筒状の電機子鉄心と、この電機子鉄心に卷装される電機子コイルと、前記駆動軸に嵌着される界磁鉄心と、この界磁鉄心に卷装される界磁コイルと、この界磁鉄心の側面間に介設されて前記各界磁鉄心間の漏れ磁束を低減すると共に、前記電機子鉄心に磁束を鎖交させる永久磁石とを備える界磁回転型回転発電機」であり、「大きな出力電流を発生することが可能な界磁鉄心数 P /外径 Dの比率を有する車両用交流発電機を提供する」ことを意図する。

前記文献（1 ) の如く、強磁性材料でなる円筒状の電機子固定台を採用する。しかし、磁気的空隙を介して、集中卷コイルと永久磁石とが対向するように同軸に配置した構造では、磁束密度の収れん性に問題が発生し易く、磁力を有効利用したとは考えられないこと、又は磁石のパワーが減衰される虞があり、機能面での改良の余地が考えられる。殊に、車輛用の駆動源としては、問題を抱えていると考えられる。また、前述の隙間の精度と、ホコリ、粉塵等が入り込み故障の原因となることに対する配慮が欠けていると、考えられる。

また文献（2 ) の如く、界磁磁石に取付けたヨーク板の形状により、界磁磁石の総磁束を電機子の鉄心側に反転を繰返すように集中させた構造では、形状の異なる (異形の）ヨーク板を、界磁磁石に取付けるために、装置が複雑化すること、またはその取付け作業が煩雑化すること等の改良の余地が考えられる。

さらに文献（3 ) の如く、電機子鉄心に磁束を鎖交させる異形の永久磁石を、異形籠型の榭脂性保持部材に組付け製作する構造では、この異形の永久磁石を、異形籠型の樹脂性保持部材に組付けるために、装置が複雑化すること、またはその取付け作業が煩雑化すること等の改良の余地が考えられる。発明の開示上記に鑑み、本発明は、永久磁石から放出される磁束密度を永久磁石の極性を同極にして強制的に接近させる構造とし、隣接する同極双方から放出される磁束密度を衝突し、この間の磁束密度を増強し、この磁力を利用することで、例えば、この磁束密度の数値は距離を狭めることで増強され、永久磁石から放出される磁束密度を向上させることが可能となる。そして、この結果、多数本の電機子コイルを通過して循環する磁束密度の中に、電流を流すことで、電機子を回転させることができる。従って、この磁束密度の値を上昇させることで、回転トルクの向上に役立つこと、また簡単な構造となり、もって、部品点数の減少化と、小型化が可能となり、さらに信頼性に非常に優れた、低価格な産業用の機械の動力源として、有益な磁力包み形電動機を提供すること等を意図する。

具体的には、請求の範囲第 1項では、大きな起動時の電流を必要とせず、簡素で部品点数が少なく小型で、しかも回転トルクと信頼性に非常に優れた、電機子回転の電動機を提供することを目的とする。またこの請求の範囲第 1項では、駒形の永久磁石を同極にして強制的に接近させて、これを固定し、磁束密度は内側に放出する構造とし、磁束密度を向上させることを意図する。そして、また、この請求の範囲第 1項では、駒形の永久磁石は分割結集した構造とし、その内側に回転電機子コイルを設ける構造とし、この回転電機子コイルに制御電流を流すことで、電機子を回転させる簡単な構造及び Z又は装置を提供することを意図する。

従って、この請求の範囲第 1項は、強磁性体で構成する環状ハウジングの內周壁面に設けた、数個の駒形の永久磁石で形成する固定子は、この駒形の永久磁石を、同極で隣接する構造とし、同極に強制的に接近させることで、磁束密度の向上と、束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、またこの固定子の駒形の永久磁石の内面側に、環状でなる電機子の強磁性体及ぴ Z又は電機子コイルとで形成する電機子（回転子）を設け、この電機子の中心に回転軸を貫設し、前記各駒形の永久磁石と各電機子コイル及び各ホール素子との間で、それぞれ循環磁束を形成し、また、この電機子の電機子コイルに制御電流が供給され、駒形の永久磁石の励磁極性に合わせた向きに制御電流を流す制御回路を設けた構成とした磁力包み形電動機である。

また、請求の範囲第 2項は、請求の範囲第 1項の目的を達成すること、この目的を達成するに最適な、固定子の構造と、この固定子と電機子のホール素子の構造を提供することを意図する。

従って、請求の範囲第 2項は、請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であつて、前記固定子は、前記駒形の永久磁石を、同極同士が強制的に隣接する構造を採用し、磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、そして、この電機子に取付けたホール素子が、その回転位置で励磁極性を感知し、インバータを介して、多数本の電機子コイルの電圧及ぴ Z又は電流を制御し、回転速度調整を行う構成とした磁力包み形電動機である。

さらに、請求の範囲第 3項は、請求の範囲第 1項の目的を達成すること、この目的を達成するに最適な、電機子の構造と、この電機子と電機子コイルの構造を提供することを意図する。

従って、請求の範囲第 3項は、請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であつて、永久磁石を同極で強制的に接近させることで、磁束密度が向上し、放出される磁束は、永久磁石の励磁固定子から出て、電機子コイルを通り抜け、電機子内の強磁性体に入り強磁性体内で左右に 2分割で流れて移動して、異極の真下で他極から流れてきた磁束と合流して、電機子コイルを貫通し、励磁極へと循環する経路をたどる、この最短距離で形成される循環する磁束経路を構成する構造とした磁力包み形電動機である。発明の効果

請求の範囲第 1項の発明は、強磁性体で構成する環状ハウジングの內周壁面に設けた、数個の駒形の永久磁石で形成する固定子は、駒形の永久磁石を、同極で隣接する構造とし、同極に強制的に接近させることで、磁束密度の向上と、磁束は内!側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、また固定子の駒形の永久磁石の内面側に、環状でなる電機子の強磁性体及び Z又は電機子コイルとで形成する電機子 (回転子）を設け、電機子の中心に回転軸を貫設し、各駒形の永久磁石と各電機子コィル及び各ホール素子との間で、それぞれ循環磁束を形成し、また、電機子の電機子コィルに制御電流が供給され、駒形の永久磁石の励磁極性に合わせた向きに制御電流を流す制御回路を設けた構成とした磁力包み形電動機である。

従って、請求の範囲第 1項は、大きな起動時の電流を必要とせず、簡素で部品点数が少なく小型で、しかも回転トルクと信頼性に非常に優れた、電機子回転の電動機を提供できる特徴がある。またこの請求の範囲第 1項は、駒形の永久磁石を同極にして強制的に接近させて、これを固定し、磁束密度は内側に放出する構造とし、磁束密度は向上させ得る特徴がある。そして、また、この請求の範囲第 1項は、駒形の永久磁石は分割結集した構造とし、その内側に回転電機子コイルを設ける構造とし、この回転電機子コイルに制御電流を流すことで、電機子を回転させる簡単な構造及び/又は装置を提供できる実益がある。 ' 請求の範囲第 2項の発明は、請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であつて、

固定子は、駒形の永久磁石を、同極同士が強制的に隣接する構造を採用し、磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、そして、電機子に取付けたホール素子が、回転位置で励磁極性を感知し、インバータを介して、多数本の電機子コイルの電圧及び Z又は電流を制御し、回転速度調整を行う構成とした磁力包み形電動機である。

従って、請求の範囲第 2項は、請求の範囲第 1項の目的を達成できること、この目的を達成するに最適な、固定子の構造と、この固定子と電機子のホール素子の構造を提供できること等の特徴を有する。

請求の範囲第 3項の発明は、請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であつて、永久磁石を同極で強制的に接近させることで、磁束密度が向上し、放出される磁束は、永久磁石の励磁固定子から出て、電機子コイルを通り抜け、電機子内の強磁性体に入り強磁性体内で左右に 2分割で流れて移動して、異極の真下で他極から流れてきた磁束と合流して、電機子コイルを貫通し、励磁極へと循環する経路をたどる、この最短距離で形成される循環する磁束経路を構成する構造とした磁力包み形電動機である。

従って、請求の範囲第 3項は、請求の範囲第 1項の目的を達成できること、この目的を達成するに最適な、電機子の構造と、この電機子と電機子コイルの構造を提供できること等の特徴を有する。図面の簡単な説明

本発明の一例を説明する。

図面の説明をすると、第 1図は、実施形態の駒形の永久磁石を強制的に接近させて固定した、一部欠截の模式図、第 2— 1図は、固定子、励磁極との関係を示した断面の模式図、第 2— 2図は、第 2— 1図の W—W，断面図、第 3— 1図は、電機子との関係を示した断面の模式図、第 3— 2図は、第 3— 1図の X— X ' 断面図、第 4図は、駒形の永久磁石の半割りを同極に強制的に接続する拡大模式図、第 5— 1図は、磁力包み形電動機、内部断面との関係を示した模式図、第 5— 2図は、第 5— 1図の Y— Y ' 断面図、第 6図は、回転速度調節制御回路の制御系統図、第 7—1図は、駒形の永久磁石の励磁極、固定子と電機子間を循環する磁束経路の模式図、第 7— 2図は、第 7— 1図の Z— Z ' 断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の構造を説明すると、 1は強磁性体で構成する鍔片 1 0 0を備えた環状ハウジングで、この環状ハウジング 1は、半割りでなる環状の扁平器形 1 a、 l bを、合体して形成するものであり、中心に貫通孔 1 0 1を備えており、この鍔片 1 0 0を利用して、図示しない取付け部に固定する。そして、この環状ハウジング 1の内周壁面 1 cに、環状に収容される複数個の駒形の永久磁石 2 0 0で構成する固定子 2が設けられている。そして、第 1図、第 4図等に示すように、この駒形の永久磁石 2 0 0 を、同極同士が隣接する構造を採用し、磁束密度の向上と、磁束が内側の電機子 3に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とする。またこの駒形の永久磁石 2 0 0は、四角錐台の形状であり、隣接時に円周方向において、空間 Sを複数個形成することと、環状ハウジング 1の内周壁面 1 cに対で、かつその軸線方向（矢印「ィ」）に対峙するように収容される。そして、この空間 Sの裾部に、後述する電機子の強磁性体 3 0 0及び又は電機子コイル 3 0 1が揷入及び又は緊締収容される環状の収容空間 S 1が形成される。尚、この空間 Sは、駒形の永久磁石 2 0 0の同極同士の隣接を確保するために形成する。また収容空間 S 1は、前記の挿入（収容）空間確保及び又は緊締確保と、磁束密度の向上と、磁束が内側の電機子 3に向けて放出する励磁極特性を構成するためである。

そして、この固定子 2の駒形の永久磁石 2 0 0の内面側 2 0 0 aには、環状でなる電機子の強磁性体 3 0 0及びノ又は電機子コイル 3 0 1とで形成する環状でなる電機子 3 (回転子）が設けられている。この環状でなる電機子の強磁性体 3 0 0に、複数本の電機子コイル 3 0 1が、環状方向と直交する方向に捲装するとともに、この複数本の電機子コイル 3 0 1の基端に、ホール素子 3 0 2をそれぞれ設ける。そして、 3 0 3は電機子コイルの端子で、この電機子コイルの端子 3 0 3は、電機子コイル 3 0 1の両基端にある。また図中 3 0 4はセラミック絶縁体であり、このセラミック絶縁体 3 0 4で、電機子の強磁性体 3 0 0を囲繞（被覆）する。

この電機子 3の中心に回転軸 5を貫設し、電機子 3の電機子コイル 3 0 1に制御電流が供給され、駒形の永久磁石 2 0 0の励磁極性に合わせた向きに制御電流を流す制御回路 6 (速度調節制御回路）を設けた構成の磁力包み形電動機である。

前述の如く、駒形の永久磁石 2 0 0を同極性にして強制的に接近させて、これを固定すると磁束は内側の電機子 3に向けて放出するように仕向けた励磁極の固定子 2を有しており、この電機子 3に取付けたホール素子 3 0 2の回転位置で励磁極性を感知してインバー夕（図示せず）及び又は制御回路 6を介して、複数本の電機子コィル 3 0 1の電圧と、その電流を制御して、回転速度調節を行う構造である。

前記制御回路 6は、第 6図に示すように、速度調節計 1 0と、電力調整器 1 1と、電源 1 2等を備えており、この電源 1 2と電力調整器 1 1を介して、電機子コイル 3 0 1に電流を流す構造であり、この電力調整器 1 1に対すコントロールは、目標値 9 (回転速度）による速度調節計 1 0への指令で行う構造である。そして、本発明では、駒形の永久磁石 2 0 0を同極にして強制的に接近させ固定させることで、その中間より放出される磁束密度 Bの値を向上させることができる構造を利用すると、電動機の性能は、磁束密度 Bと電機子コイル 3 0 1の長さ Lと電流 Iとの積で、その成果を達成できる。この結果、同じ大きさのトルクを得る場合は、磁束密度 Bの値が極端に大きくなることと、電機子コイル 3 0 1の長さ Lが大きくなることにより、例えば、投入する電流 I (駆動消費電力）を少なくできる特徴がある。

尚、図中 7は、回転軸 5と環状ハウジング 1に設けたベアリングを示す。

また、第 7— 1図、第 7— 2図に示すように、循環磁束 Aは、駒形の永久磁石 2 0 0の励磁極、固定子 2と電機子 3間を循環し、前記各駒形の永久磁石 2 0 0と、各電機子コイル 3 0 1並びに、各ホール素子 3 0 2間で、それぞれ形成される構成である。符号の説明

1 環状ハウジング 1 a 扁平器形

1 b 扁平器形

1 c 内周壁面

1 0 0 鍔片

1 0 1 貫通孔

2 固定子

2 0 0 駒形の永久磁石

2 0 0 a 内面側

3 電機子

3 0 0 電機子の強磁性体

3 0 1 電機子コイル

3 0 2 ホール素子

3 0 3 電機子コイルの端子

3 0 4 セラミック絶縁体

5 回転軸

6 制御回路

7 ベアリング

9 目標値

1 0 速度調節計

1 1 電力調整器

1 2 電源

A 循環磁束

S 空間

S 1 収容空間産業上の利用可能性

本発明にかかる永久磁石を同極にして強制的に接近させ、磁束の放出方向を内側に放出固定させる方式で電動機とする構成は、簡潔で小型、高信頼性の特徴を有し、回転駆動装置として、また、回転を抑止するブレーキの役目を兼ねた用途にも適用でさる。

Claims

請求の範囲

強磁性体で構成する環状ハウジングの内周壁面に設けた、数個の駒形の永久磁石で形成する固定子は、この駒形の永久磁石を、同極で隣接する構造とし、同極に強制的に接近させることで、磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、

またこの固定子の駒形の永久磁石の内面側に、環状でなる電機子の強磁性体及び/又は電機子コイルとで形成する電機子（回転子）を設け、

この電機子の中心に回転軸を貫設し、前記各駒形の永久磁石と各電機子コィル及び各ホール素子との間で、それぞれ循環磁束を形成し、

また、この電機子の電機子コイルに制御電流が供給され、駒形の永久磁石の励磁極性に合わせた向きに制御電流を流す制御回路を設けた構成とした磁力包み形電動機。

請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であって、

前記固定子は、前記駒形の永久磁石を、同極同士が強制的に隣接する構造を採用し、磁束密度の向上と、磁束は内側の電機子に向けて放出する励磁極特性を備えた構成とし、

そして、この電機子に取付けたホール素子が、その回転位置で励磁極性を感知し、インパータを介して、多数本の電機子コイルの電圧及び/又は電流を制御し、回転速度調整を行う構成とした磁力包み形電動機。

請求の範囲第 1項に記載の磁力包み形電動機であって、

永久磁石を同極で強制的に接近させることで、磁束密度が向上し、放出される磁束は、永久磁石の励磁固定子から出て、電機子コイルを通り抜け、電機子内の強磁性体に入り強磁性体内で左右に 2分割で流れて移動して、異極の真下で他極から流れてきた磁束と合流して、電機子コイルを貫通し、励磁極へと循環する経路をたどる、この最短距離で形成される循環する磁束経路を構成する構造とした磁力包み形電動機。