CN114465375A

CN114465375A - 旋转电机

Info

Publication number: CN114465375A
Application number: CN202210131338.5A
Authority: CN
Inventors: 藤野胜昭
Original assignee: Air Corp
Current assignee: Air Corp
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2022-05-10
Also published as: KR20200024294A; KR102373398B1; PH12020500229A1; US11482914B2; US20210028677A1; CN110945763B; CA3070354C; JP2019030202A; MY187170A; CN110945763A; WO2019026725A1; AU2018309956B2; EP3648320A1; AU2018309956A1; CA3070354A1; EP3648320A4; JP6359747B1

Abstract

本发明提供旋转电机。其通过抑制反电动势的产生，即使不施加高电压也能够高速旋转，即使长时间持续高速旋转，也能够维持转子的可靠性。电动机(14)具备：转子(200)，其沿着旋转圆周(R1)配置多个磁铁(202)，磁铁(202)的磁极朝向沿着旋转轴线(L1)的方向；定子(300)，其沿着磁铁(202)的磁极朝向的方向上的旋转圆周(R1)配置有多个绕组。定子(300)被形成于在转子(200)朝向第一绕组(301)～第四绕组(304)的端部时从定子(300)的端部到定子(300)内的磁路与来自转子(200)的主磁通方向交叉的方向上。对于沿着转子(200)的旋转轴线(L1)设置的多个定子(300a、300b)，将绕组彼此的间隙配置于在旋转圆周方向上错开的位置。电动机(14)也能够作为发电机发挥功能。

Description

旋转电机

本申请是申请号为201880048429.4，发明名称为“旋转电机”，申请日为2018年7月25日的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具备基于磁铁的转子和基于绕组的定子的旋转电机。

背景技术

电动机、发电机等旋转电机具备转子和定子。定子对转子进行励磁，例如已知如专利文献1、2记载的现有的电动机那样，将绕组卷绕在铁芯上使得绕组的轴线朝向转子，或如专利文献3记载的现有的电动机那样，将绕组卷绕在C字状的铁芯的一部分上，将转子配置在相对的铁芯的两端部之间。

但在专利文献1～3记载的现有的电动机中，在转子的磁极通过定子的磁极时，定子的磁极和转子的磁极一瞬间成为相对的状态。因此，当转子旋转并通过定子前时，产生转子导致的大的磁通的变化，因此在转子旋转时，定子产生大的反电动势。因此，在现有的电动机中，在因定子使转子旋转时，定子产生大的反电动势，因此为了逆着反电动势使转子进行高速旋转，需要高电压。

在专利文献4中，记载了一种环形铁芯型执行元件，其具备将绕组卷绕到中空圆筒状的铁芯上的定子和由在圆周方向上交替地配置了m个N极和S极的磁铁构成并隔着微小的空气间隙自由旋转地配置在定子的铁芯内的转子。

根据该专利文献4，定子被形成于在转子的磁极朝向定子的端部时从定子的端部到定子内的磁路与来自转子的主磁通方向交叉的方向上。因此，在转子朝向定子的端部通过时，从定子的端部到定子内的磁路为与来自转子的主磁通方向交叉的方向，由此磁通的变化比使绕组的方向朝向半径方向的现有的电动机小，因此相比于专利文献 1～3记载的现有的电动机，能够减小反电动势。

专利文献1：日本特开2014-135852号公报

专利文献2：日本特开2014-147238号公报

专利文献3：日本特开昭60-226751号公报

专利文献4：日本特开2000-184627号公报

发明内容

在专利文献4记载的环形铁芯型执行元件中，图示出磁极数为2 的转子磁铁以旋转轴为中心旋转的转子部。

但是，在转子磁铁的磁极朝向定子的线圈，将多个转子磁铁沿着旋转圆周容纳在转子部的外壳而使其旋转时，当转子部高速旋转时，磁铁有可能由于离心力而从外壳向线圈的方向飞出。

这是因为：即使在外壳的外圆周面形成凹部，将转子磁铁容纳在该凹部并盖上盖子，使得转子磁铁不飞出，但由于转子磁铁和线圈之间为微小的空气间隙，越是减薄盖子的厚度，盖子越容易破坏。

因此，在将磁极朝向定子的线圈的转子磁铁容纳在外壳的外周面那样的转子部中，当转子部高速旋转时，不能在长时间的运转中维持可靠性。

因此，本发明的目的在于：提供一种旋转电机，其通过抑制反电动势的产生，即使不施加高电压也能够高速旋转，即使长时间持续进行高速旋转也能够维持转子的可靠性。

本发明的旋转电机的特征在于，具备：转子，其将多个磁铁沿着旋转圆周配置在外壳，上述磁铁的磁极朝向沿着旋转轴线的方向；定子，其具备沿着旋转圆周配置的多个绕组，其中，上述绕组被形成于在上述磁铁的磁极朝向上述绕组时从上述绕组的端部到绕组内的磁路与来自上述磁铁的主磁通方向交叉的方向上，沿着上述转子的旋转轴线具备多个上述定子，对于各个上述定子，将形成上述定子的绕组彼此的间隙配置于在旋转圆周方向上错开的位置。

根据本发明的旋转电机，在转子朝向定子的绕组的端部通过时，从绕组的端部到绕组内的磁路为与来自转子的主磁通方向交叉的方向，由此磁通的变化比绕组的方向朝向半径方向的现有的电动机小，因此相比于现有的电动机，能够减小反电动势。另外，转子的磁铁朝向沿着旋转轴线的方向，对于定子，沿着磁铁的磁极朝向的方向的旋转圆周配置有绕组。另外，沿着转子的旋转轴线具备多个定子，对于各个定子，将形成定子的绕组彼此的间隙配置于在旋转圆周方向上错开的位置。

因此，对于容纳在外壳的磁铁，离心力作用的方向与磁极朝向绕组的方向不同，因此即使将磁铁接近绕组地配置在外壳而使转子高速地旋转，也能够使得磁铁难以从外壳飞出。另外，即使转子由于定子的端部彼此的间隙要减速或停止，也能够通过其他定子施加旋转驱动。

另外，本发明的旋转电机的特征在于，具备：转子，其将多个磁铁沿着旋转圆周配置在外壳，上述磁铁的磁极朝向沿着旋转轴线的方向；定子，其具备沿着旋转圆周配置的多个绕组，其中，上述绕组被形成于在上述磁铁的磁极朝向上述绕组时从上述绕组的端部到绕组内的磁路与来自上述磁铁的主磁通方向交叉的方向上，在上述多个绕组的端部彼此之间设置有辅助用的绕组。

根据本发明的旋转电机，在转子朝向定子的绕组的端部通过时，从绕组的端部到绕组内的磁路为与来自转子的主磁通方向交叉的方向，由此磁通的变化比绕组的方向朝向半径方向的现有的电动机小，因此相比于现有的电动机，能够减小反电动势。另外，转子的磁铁朝向沿着旋转轴线的方向，对于定子，沿着磁铁的磁极朝向的方向的旋转圆周配置有绕组。另外，在多个绕组的端部彼此之间设置辅有助用的绕组。

因此，对于容纳在外壳的磁铁，离心力作用的方向与磁极朝向绕组的方向不同，因此即使将磁铁接近绕组地配置在外壳而使转子高速地旋转，也能够使得磁铁难以从外壳飞出。另外，能够通过辅助用的绕组补充在多个绕组的端部彼此之间产生的磁力，因此能够通过辅助用的绕组增强转子的旋转驱动力。

可以将上述转子夹着上述定子配置在两侧。

可以通过沿着上述转子的旋转圆周的圆弧状的上述绕组形成上述定子。定子的绕组是以转子的旋转轴线为中心沿着圆周方向的圆弧状，由此能够使从定子的端部到定子内的磁路成为与来自转子的主磁通方向交叉的方向。

可以通过沿着上述转子的旋转圆周的切线的轴线为直线状的上述绕组形成上述定子。通过将绕组的轴线设为直线状，而容易进行制作。

也可以通过将围绕上述转子的旋转中心的绕组并联连接而成的多条形成上述定子。通过并联连接的多条形成绕组，能够将绕组的电阻值抑制得低。

当针对上述绕组的截面，将沿着旋转轴线的方向的长度形成得比旋转圆周的半径方向的长度短时，能够接近绕组的轴线地配置磁铁。

当与上述辅助用的绕组同轴地设置有发电用绕组时，能够从发电用绕组产生电力。

可以连接调整来自上述发电用绕组的电流的转速调整部。

发电用绕组与辅助用的绕组同轴，因此其作用使得发电用绕组产生的磁场支援辅助用的绕组。因此，能够与流过转速调整部的电流对应地调整磁铁的转速。

上述转速调整部可以具备与上述发电用绕组连接的整流部和消耗来自上述整流部的电流的消耗部。能够与消耗部消耗通过整流部整流后的直流的电流对应地调整磁铁的转速，能够通过消耗部有效地活用电流。

根据本发明的旋转电机，磁通的变化比绕组的方向朝向半径方向的现有的电动机小，因此能够使反电动势比现有的电动机小，由此即使不施加高电压也能够高速旋转。另外，即使使转子高速地旋转，也能够使磁铁难以从外壳飞出。

因此，本发明的旋转电机通过抑制反电动势的产生，即使不施加高电压也能够高速旋转，即使长时间持续高速旋转，也能够维持转子的可靠性。

附图说明

图1是用于说明作为本发明的实施方式1的旋转电机的电动机的图，(A)是电动机的立体图，(B)是透视外壳和屏蔽板的状态的电动机的立体图。

图2是用于说明图1所示的电动机的控制电路的励磁电路部的动作的电路图。

图3是用于说明图1所示的电动机的动作的图，(A)是一个端部产生N极、另一个端部产生S极的状态的图，(B)是一个端部产生S极、另一个端部产生N极的状态的图。

图4是用于说明图1所示的电动机的转子的磁铁和定子的绕组的磁力线的状态的图。

图5是用于说明作为本发明的实施方式2的旋转电机的电动机的图，(A)是电动机的立体图，(B)是透视外壳和屏蔽板的状态的电动机的立体图。

图6是用于说明作为本发明的实施方式3的旋转电机的电动机的图，是表示转子、定子、传感器部和辅助用的绕组的图。

图7是用于说明图6所示的实施方式3的电动机的变形例子的图。

图8是用于说明作为本发明的实施方式4的旋转电机的电动机的图，是表示转子、定子、传感器部、辅助用的绕组和发电用绕组的图。

图9是用于说明图8所示的电动机的发电用绕组所连接的转速调整部的电路图。

图10是用于说明图9所示的实施方式4的电动机的变形例子的图。

图11是用于说明作为本发明的实施方式5的旋转电机的电动机的立体图。

图12是图11所示的电动机中的定子的用于卷绕绕组的铁芯的图。

图13是用于说明图11所示的电动机的动作的立体图。

图14是图13所示的电动机的上段的定子和与该定子相对的上段的磁铁的图。

图15是转子从图13所示的电动机的状态旋转了45度后的状态的立体图。

图16是图15所示的电动机的上段的定子和与该定子相对的上段和中段的磁铁的图。

图17是用于说明作为本发明的实施方式6的旋转电机的电动机的立体图。

图18是图5所示的电动机的定子为截面椭圆形状的绕组并夹着定子在相反侧也设置了转子的电动机的图。

图19是表示用于测定发明品的发电机和比较品的发电机的发电电力的测定系统的结构的图。

图20是通过图19所示的测定系统测定的针对输入电力的发电电力的表。

图21是用图表表示图20所示的表的各值的图。

【附图标记说明】

10、11、12、12a、13、13a、14、15、16：电动机；20、200：转子；200a：第一转子；200b：第二转子；200c：第三转子；21：外壳；22、202：磁铁；30、30a、30b、300、320：定子；300a：第一定子；300b：第二定子；301～304：绕组；310：铁芯；311：凸缘部； 312：芯材；305：连接线；31～34：第一绕组～第四绕组；31T1、31T2、 32T1、32T2、33T1、33T1、33T2、34T1、34T2：端部；33a～33d：绕组；35a～35d：发电用绕组；40：控制电路；41：传感器部；411：第一传感器部；412：第二传感器部；41a：光遮断器；41b：屏蔽板； 41c：圆弧状缺口部；42：励磁电路部；421a、421b：第一FET；422a、 422b：第二FET；423a、423b：第三FET；G：栅极端子；S：源极端子；D：漏极端子；R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42：电阻；C11、C12：电容器；D11、D12、D21、D22：二极管；50：转速调整部；51：整流部；52：消耗部；C1、C2、C3：绕组；O1：输出轴；R1：旋转圆周；F1：主磁通方向；L1：旋转轴线；L2、L3：轴线；R：磁路；S1：间隙；G1：发电机(发明品)；G2：发电机(比较品)；500：测定系统；501：电力计；502：电动机；504：负载部； 504a：二极管桥；504b：电容器；504c：电子负载装置。

具体实施方式

(实施方式1)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式1的旋转电机。

此外，图1(A)和图1(B)是用于说明本实施方式1的电动机的概要图，没有图示支持定子、输出轴或支持传感器部等的框体。

图1(A)和图1(B)所示的电动机10具备与输出轴O1同轴地形成的转子20和对旋转驱动转子20的磁通进行励磁的定子30。

对于转子20，将多个磁铁22沿着旋转圆周R1配置在外壳21，磁铁22的N极或S极的任一方磁极朝向沿着旋转轴线L1的方向。

外壳21形成为圆盘状，沿着旋转圆周R1等间隔地容纳磁铁22。

磁铁22形成为长方体，将N极或S极的任一方磁极交替地朝向定子30而配置在外壳21。在本实施方式1中，在外壳21针对每90 度设置有4个磁铁22。

磁铁22可以使用磁力比其他磁铁强的钕磁铁。

由多个绕组C1(第一绕组31～第四绕组34)形成定子30，沿着磁铁22的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置有绕组C1。

在转子20朝向绕组C1的端部(端部31T1、31T2、32T1、32T2、33T1、33T2、34T1、34T2)时从绕组C1的端部到绕组内的磁路R (参照图4)与来自转子20的主磁通方向F1交叉的方向上，形成定子30。

在本实施方式1中，对于定子30，以转子20的旋转轴线L1为中心，将绕组C1形成为沿着旋转圆周R1的圆弧状。

第一绕组31的端部31T1和第四绕组34的端部34T1与控制电路40的励磁电路部42连接，通过布线将相对的端部31T2与32T2 彼此、端部32T1与33T1彼此、以及端部33T2与34T2彼此连接起来，由此第一绕组31～第四绕组34被串联连接，但也可以并联连接。

第一绕组31～第四绕组34的绕组C1将布线卷绕得当通电时相对的一方的端部31T1与34T1彼此、端部32T1与33T1彼此同极、另一方的端部31T2与32T2、端部33T2与34T2产生同极。

控制电路40具备传感器部41和励磁电路部42。

传感器部41为了检测一方的端部31T1、34T1和端部32T1、33T1 成为N极、另一方的端部31T2、32T2和端部33T2、34T2成为S极的定时、或相反一方的端部31T1、34T1和端部32T1、33T1成为S 极、另一方的端部31T2、32T2和端部33T2、34T2成为N极的定时，而具备第一传感器部411和第二传感器部412。

第一传感器部411和第二传感器部412具备通过未图示的支持构件固定的基于发光二极管和光电二极管的透射型的光遮断器41a、和与转子20一起旋转而通过透射型的光遮断器41a的发光二极管与光电二极管之间的圆盘状的屏蔽板41b。

与第一传感器部411和第二传感器部412对应地分别设置图1 (A)和图1(B)所示的光遮断器41a，但在本实施方式中，对第一传感器部411和第二传感器部412共通地设置屏蔽板41b。此外，对第一传感器部411和第二传感器部412共通地使用屏蔽板41b，但在图2中，与光遮断器41a对应地分别地图示出屏蔽板41b。

在屏蔽板41b的周缘的一部分，沿着圆周方向形成有用于规定通电定时和通电时间的圆弧状缺口部41c(参照图1(A))。该圆弧状缺口部41c与磁铁22的N极的位置配合地形成在90度的范围内，并形成在屏蔽板41b的周缘的2个位置。

在设第一绕组31与第四绕组34相对的一方的端部31T1、34T1 的位置为0度的位置，第二绕组32与第三绕组33相对的一方的端部 32T1、33T1的位置为180度的位置时，光遮断器41a被形成在0度和90度的位置。

图2所示的励磁电路部42控制向第一绕组31～第四绕组34的通电。

励磁电路部42将第一传感器部411和第二传感器部412作为一组，通过从第一FET421a、421b到第三FET423a、423b的晶体管，控制向第一绕组31～第四绕组34的通电方向。

第一FET421a和第三FET423a是n型FET。第二FET422a和 422b是p型FET。

第一FET421a、421b的栅极端子G经由电阻R11、R12与光遮断器41a连接。另外，第一FET421a、421b的源极端子S接地。

第二FET422a、422b的源极端子S经由二极管D11、D12与电源连接，并且经由电容器C11、C12C接地。另外，第二FET422a、 422b的栅极端子G经由电阻R21、R22与第一FET421a、421b的漏极端子D连接，并且经由电阻R31、R32与第二FET422a、422b的源极端子S连接。第二FET422a、422b的漏极端子D与二极管D21、 D22的阳极端子A连接，并且与第三FET423a、423b的漏极端子D 连接。

第三FET423a、423b的栅极端子G经由电阻R41、R42与光遮断器41a连接。第三FET423a、423b的源极端子S接地。

来自第四绕组34的一方的端部34T1的布线与第二FET422a的漏极端子D连接，并且与第三FET423a的漏极端子D连接。

来自第一绕组31的一方的端部31T1的布线与第二FET422b的漏极端子D连接，并且与第三FET423b的漏极端子D连接。

根据附图说明如以上那样构成的本发明的实施方式1的电动机10的动作。

向图1(A)和图1(B)所示的控制电路40供给电源。

例如，当磁铁22的N极朝向第一传感器部411的光遮断器41a 的方向时，屏蔽板41b的圆弧状缺口部41c位于第一传感器部411的光遮断器41a。

通过屏蔽板41b的圆弧状缺口部41c，第一传感器部411的光遮断器41a的光透过，由此第一传感器部411的光遮断器41a的光敏晶体管通电。

如图2所示，第一传感器部411的光电二极管通电，由此经由电阻R11、R41与光遮断器41a连接的第一FET421a的栅极端子G和第三FET423a的栅极端子G成为第一FET421a和第三FET423a为接通状态的第一电压。

另外，如图3(A)所示，在圆弧状缺口部41c位于第一传感器部411的光遮断器41a时，圆弧状缺口部41c不位于第二传感器部412 的光遮断器41a，因此第二传感器部412的光遮断器41a处于非通电状态。

因此，如图2所示，经由电阻R12、R42与第二传感器部412的光遮断器41a连接的第一FET421b的栅极端子G和第三FET423b的栅极端子G成为第一FET421b和第三FET423b为关断状态的比第一电压低的第二电压(0V)。

在第一FET421b是关断状态时，经由电阻R21与第一FET421b 的漏极端子D连接的第二FET422b的栅极端子G通过与电源Vss连接的电阻R31成为第二FET422a为关断状态的第一电压。

在第一FET421a是接通状态时，电阻R22与第一FET421a的漏极端子D连接，因此第二FET422b的栅极端子G成为第二FET422b 为接通状态的第二电压。

这样当决定第一FET421a、421b～第三FET423a、423b的接通状态和关断状态时，来自电源Vss的电流经由二极管D12流入第二 FET422b的源极端子S，并从第二FET422b的漏极端子D流向第一绕组31的一方的端部31T1。

然后，电流从第一绕组31依次地流向第二绕组32、第三绕组33、以及第四绕组34，从第四绕组34的一方的端部34T1流向第三 FET423a的漏极端子D，从第三FET423a的漏极端子D流向源极端子S。

由此，如图3(A)所示，在第一绕组31的端部31T1、第四绕组34的端部34T1、第二绕组32的端部32T1、和第三绕组33的端部 33T1产生与磁铁22的N极排斥的同极(N极)的磁场，在另一方的端部31T2、端部32T2、端部33T2、34T2产生与磁铁22的S极排斥的同极(S极)的磁场。

由于第一绕组31～第四绕组34产生的磁场，磁铁22的两极排斥，转子20旋转。

另一方面，如图3(B)所示，屏蔽板41b的圆弧状缺口部41c 位于传感器部41中的第二传感器部412的光遮断器41a。

通过屏蔽板41b的圆弧状缺口部41c，第二传感器部412的光遮断器41a的光透过，由此第二传感器部412的光遮断器41a的光敏晶体管通电。

如图2所示，第二传感器部412的光电二极管通电，由此经由电阻R12、R42与光遮断器41a连接的第一FET421b的栅极端子G、第三FET423b的栅极端子G成为第一FET421b和第三FET423b为接通状态的第一电压。

另外，在圆弧状缺口部41c位于第二传感器部412的光遮断器 41a时，圆弧状缺口部41c不位于第一传感器部411的光遮断器41a，因此第一传感器部411的光遮断器41a处于非通电状态。因此，经由电阻R11、R41与第一传感器部411的光遮断器41a连接的第一FET421a的栅极端子G和第三FET423a的栅极端子G成为第一 FET421a和第三FET423a为关断状态的第二电压。

在第一FET421a是关断状态时，经由电阻R22与第一FET421a 的漏极端子D连接的第二FET422b的栅极端子G通过与电源Vss连接的电阻R32成为第二FET422b为关断状态的第一电压。

在第一FET421b是接通状态时，电阻R21与第一FET421b的漏极端子D连接，因此第二FET422a的栅极端子G成为第二FET422a 为接通状态的第二电压。

这样当决定第一FET421a、421b～第三FET423a、423b的接通状态和关断状态时，来自电源Vss的电流经由二极管D11流入第二 FET422a的源极端子S，并从第二FET422a的漏极端子D流向第四绕组34的一方的端部34T1。

然后，电流从第四绕组34依次地流向第三绕组33、第二绕组32、以及第一绕组31，从第一绕组31的一方的端部31T1流向第三 FET423b的漏极端子D，从第三FET423b的漏极端子D流向源极端子S。

由此，如图3(B)所示，在第一绕组31的端部31T1、第四绕组34的端部34T1、第二绕组32的端部32T1、第三绕组33的端部 33T1产生与磁铁22的S极排斥的同极(S极)的磁场，在另一方的端部31T2、端部32T2、端部33T2、34T2产生与磁铁22的N极排斥的同极(N极)的磁场。

进而，当转子20旋转时，形成在屏蔽板41b的其他圆弧状缺口部41c位于第一传感器部411的光遮断器41a，由此通过定子30产生图3(A)所示的磁极的磁场。

这样，在定子30中交替地产生图3(A)所示的磁极和图3(B) 所示的磁极，由此转子20能够持续地旋转。

在电动机10中，定子30以转子20的旋转轴线L1为中心，第一绕组31～第四绕组34形成为沿着圆周方向的圆弧状。

因此，如图4所示，定子30内的磁路成为沿着绕组(第一绕组 31～第四绕组34)的圆弧状。在转子20的磁铁22的各磁极朝向第一绕组31～第四绕组34的端部(在图4中，为第一绕组31的端部31T1、第四绕组34的34T1)通过时，从定子30的端部到定子30内的磁路成为与来自转子20的主磁通方向F1交叉的方向。

因此，来自转子20的主磁通不横切而笔直地进入绕组C1的筒内。由此，电动机10的磁通的变化比绕组的方向朝向半径方向的现有的电动机小，因此能够使反电动势比现有的电动机小。

另外，如图1所示，转子20的磁铁22朝向沿着旋转轴线L1的方向，对于定子30，沿着磁铁22的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1 配置有绕组C1。

因此，对于容纳在外壳21的磁铁22，离心力作用的方向(旋转圆周R1的半径方向)和磁极朝向绕组C1的方向为不同的方向，因此即使将磁铁22与绕组C1接近地配置在外壳21并使转子20高速地旋转，也能够使磁铁22难以从外壳21飞出。

因此，能够在维持转子20的高速旋转的状态下进行长时间的运转。

由此，本实施方式1的电动机10通过抑制反电动势的产生，即使不施加高电压也能够高速旋转，即使长时间持续高速旋转，也能够维持转子20的可靠性。

在本实施方式1中，如图1(B)所示，第一绕组31～第四绕组 34形成为沿着旋转圆周R1的圆弧状，作为定子30配置为圆形状，但只要从定子的端部到定子内的磁路为与来自转子的主磁通方向交叉的方向，则也可以将曲率形成得比旋转圆周大，或形成得比其小。另外，绕组的长度方向的中心也可以不与磁铁的磁极朝向的方向正交而倾斜。

(实施方式2)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式2的旋转电机。此外，与图1(A)和图1(B)同样，在图5(A)和图5(B) 中，也没有图示支持定子、输出轴、传感器部等的框体。另外，在图 5(A)和图5(B)中，对与图1(A)和图1(B)相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

本实施方式2的电动机11沿着磁铁22的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置有定子30a的绕组C2。另外，对于绕组C2，沿着转子20的旋转圆周R1的切线的轴线L2形成为直线状。

即使这样将定子30a的绕组C2的轴线L2形成为直线状，也在磁铁22朝向绕组C2的端部时从绕组C2的端部到绕组C2内的磁路与来自磁铁22的主磁通方向交叉的方向上，形成定子30a的绕组C2，另外沿着磁铁22的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1，配置绕组C2。因此，能够得到与实施方式1相同的作用/效果。

另外，绕组C2的轴线L2形成为直线状，因此在将线材卷绕到铁芯上时，与圆弧状的绕组C1(参照图1)相比，容易均匀地卷绕。因此，轴线L2为直线状的绕组C2能够提高工作性。

例如，在是设为轴线L2为直线状的绕组C2的定子30a的情况下，当将转子的磁铁的磁极朝向旋转半径方向的外方地配置在被定子 30a的绕组C2围住的中央部时，磁铁的磁极与绕组C2的距离在绕组 C1的主体部接近，在端部远离，而不固定。

但是，在电动机11中，转子20的磁铁22在沿着旋转圆周R1 配置的绕组C2的上方旋转，因此能够使磁铁22的磁极与绕组C2的距离固定。

(实施方式3)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式3的旋转电机。图6所示的实施方式3的电动机12是在图1(A)和图1(B)所示的实施方式1的电动机10中具备辅助用的绕组33a～33d。

此外，在图6中，对与图1(A)和图1(B)相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

如图6所示，辅助用的绕组33a～33d是形成为直管状的磁力增强用绕组。使绕组33a～33d的轴线朝向旋转圆周的半径方向地，将绕组 33a～33d配置在第一绕组31～第四绕组34各自的相对的端部彼此(端部31T1与端部34T1、端部31T2与端部32T2、端部32T1与端部33T1、端部33T2与端部34T2)的外方。

通过控制电路40进行控制，使得绕组33a与端部31T1和端部 34T1同极，绕组33b与端部31T2和端部32T2同极，另外绕组33c 与端部32T1和端部32T1同极，进而绕组33d与端部33T2和端部 34T21同极。

通过在多个绕组(第一绕组31～第四绕组34)彼此之间，朝向轴线地设置辅助用的绕组33a～33d使得产生与绕组的端部产生的磁极相同的磁极，能够通过绕组33a～33d补充第一绕组31～第四绕组34各自的端部的磁力。

因此，能够通过绕组33a～33d增强转子20的旋转驱动力。

(实施方式3的变形例子)

根据附图说明本实施方式3的电动机的变形例子。

图7所示的本实施方式3的电动机12a相对于图6所示的实施方式3的电动机12，使辅助用的绕组33a～33d的轴线L3沿着旋转轴线 L1朝向转子20侧，将定子30a的绕组C2形成在直线状的轴线L2上。

此外，在图7中，对与图5(A)和图5(B)以及图6相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

这样，对于辅助用的绕组33a～33d，当使其轴线L3沿着旋转轴线L1朝向转子20侧时，来自绕组33a～33d的磁通朝向转子20的方向。因此，能够通过绕组33a～33d更强力地增强第一绕组31～第四绕组34各自的端部的磁力。

(实施方式4)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式4的旋转电机。图8所示的本实施方式4的电动机13是在图6所示的实施方式3 的电动机12中具备发电用绕组35a～35d。

此外，在图8中，对与图6相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

如图8所示，对于电动机13，与辅助用的绕组33a～33d同轴地设置有发电用绕组35a～35d。

如图9所示，对发电用绕组35a～35d连接有转速调整部50。

转速调整部50具备整流部51和消耗部52。整流部51可以由二极管桥构成。

消耗部52可以为可变电阻器，但也可以代替可变电阻器而连接有效地利用电能的负载。例如，可以为电池的充电电路，或为照明器具，或为电动机。消耗部52可以是能够从短路状态到断开状态而设定电阻值的部件。

转速调整部50可以对发电用绕组35a～35d分别设置，另外也可以对发电用绕组35a～35d共通地设置。

接着，详细说明调整来自发电用绕组35a～35d的电流的转速调整部50的动作。

通过使图8所示的电动机13动作而对绕组33a～33d通电，能够使发电用绕组35a～35d产生电动势。来自图9所示的发电用绕组 35a～35d的电流通过整流部51进行全波整流，流过消耗部52。在消耗部52中，通过设定的电阻值消耗来自发电用绕组35a～35d的电力。

当消耗部52的消耗电流变大时，对于与绕组33a～33d同轴地配置的发电用绕组35a～35d，转子20的磁铁22的电磁感应比绕组 33a～33d的电磁感应大，所产生的电流产生支援绕组33a～33d的磁场。

这时，当将向绕组33a～33d的输入电压设为固定，增大消耗部 52从发电用绕组35a～35d取出的输出电流时，向消耗部52的输出电压降低，虽然从消耗电流(输出电流)0A降低到某电流，但转子20 的转速此后逐渐变快。

这样通过电动机13的转速调整部50调整消耗电流，由此能够调整转速，因此电动机13能够成为能够控制转速的新的电动机。

此外，经由整流部51连接消耗部52，但在将消耗部52设为短路状态时，能够省略整流部51。

(实施方式4的变形例子)

根据附图说明本实施方式4的电动机的变形例子。

图10所示的本实施方式4的电动机13a相对于图8所示的实施方式4的电动机12，使辅助用的绕组33a～33d和发电用绕组35a～35d 的轴线L3沿着旋转轴线L1朝向转子20侧，将定子30a的绕组C2 形成在直线状的轴线L2上。

此外，在图10中，对与图5(A)、图5(B)、图8相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

这样，对于辅助用的绕组33a～33d与辅助用的绕组33a～33d同轴地配置的发电用绕组35a～35d，当使其轴线L3沿着旋转轴线L1朝向转子20侧时，来自绕组33a～33d的磁通朝向转子20的方向。因此，能够通过绕组33a～33d更强力地增强第一绕组31～第四绕组34各自的端部的磁力，能够通过来自辅助用的绕组33a～33d的磁力使发电用绕组35a～35d发电。

(实施方式5)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式5的旋转电机。

此外，在图11～图16中，是用于说明本实施方式5的电动机的概要图，没有图示支持定子、输出轴、或支持传感器部等的框体。另外，没有图示保持转子的磁铁并使其以旋转轴线为中心旋转的外壳。进而，励磁电路部42(参照图2)可以使用同样的部件，因此省略说明。

如图11所示，本实施方式5的电动机14使转子200的圆柱状的磁铁202的N极或S极的任一方磁极朝向沿着转子200的旋转轴线 L1的方向，沿着转子200的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置定子300。

转子200夹着定子300配置在上下方向的两侧，与输出轴O1连接。在本实施方式5的电动机14中，转子200沿着上下方向具备上段(第一转子200a)、中段(第二转子200b)、下段(第三转子200c) 的3个。因此，在各个转子200之间配置有上段(第一定子300a)和下段(第二定子300b)的2个定子300。

因此，上段的定子300(第一定子300a)被上段和中段的转子 200(第一转子200a、第二转子200b)夹着，下段的定子300(第二定子300b)被中段和下段的转子200(第二转子200b、第三转子200c) 夹着。

从沿着旋转轴线L1的方向看，转子200各自的磁铁202位于同一位置。

上段的转子200(第一转子200a)被配置得磁铁202的N极和S 极交替地朝向下方的定子300。

中段的转子200(第二转子200b)的朝向上方的磁极(与上段的转子200的磁铁202相对的磁极)被配置得与上段的转子200同极。另外，中段的转子200的朝向下方的磁极是与中段的转子200的朝向上方的磁极相反的磁极。

下段的转子200(第三转子200c)的朝向上方的磁极(与中段的转子200的磁铁202相对的磁极)被配置得与中段的转子200的朝向下方的磁极同极。

沿着旋转轴线L1具备多个定子300的绕组301～304，对于上段的定子300(第一定子300a)和下段的定子300(第二定子300b)，绕组301～304彼此的间隙被配置在旋转圆周方向上错开45度的位置上。

向图12所示的铁芯310卷绕以转子200的旋转轴线L1为中心，沿着圆周方向将圆周4分割所得的圆弧状的绕组301～304，而形成定子300。

图12所示的铁芯310由位于双方的端部的圆盘状的凸缘部311、和连接磁轭部311之间并在周围卷绕绕组301～304的芯材312形成。

铁芯310既可以为金属制，也可以为树脂制。如果铁芯310为树脂制，则不产生磁饱和，因此在绕组301～304流过大电流时是理想的。

如图14所示，该定子300通过用连接线305连接各个绕组 301～304而串联连接。另外，来自串联连接的定子300(绕组301～304) 的两端的布线与控制电路40的励磁电路部42连接。

定子300的绕组301～304将布线卷绕得相对的端部彼此通过励磁电路部42产生同极。

未图示的传感器部与实施方式1的传感器部41(参照图1)同样，可以具备透射型的光遮断器和具有通过光遮断器的缺口部的屏蔽板。通过这样的传感器部，能够检测转子200的磁铁202的位置。在本实施方式5中，定子300具备4个绕组301～304，第一定子300a和第二定子300b沿着旋转圆周错开45度，因此形成得检测出绕组301～304 的端部彼此相对的4个位置。

根据附图说明以上那样构成的本发明的实施方式5的电动机14 的动作。

如图13和图14所示，首先作为初始状态，上段的转子200(第一转子200a)的磁铁202位于上段的定子300(第一定子300a)的绕组301～304的中央部附近，而中段的转子(第二转子200b)和下段的转子(第三转子200c)的磁铁202位于下段的定子300(第二定子300b) 的绕组301～304的端部附近。

当传感器部检测出中段的转子(第二转子200b)和下段的转子 (第三转子200c)位于下段的定子300的绕组301～304的端部附近时，励磁电路部42对上段的定子300(第一定子300a)通电，使得绕组 301和绕组302相对的端部彼此为N极，绕组302和绕组303相对的端部彼此为S极，绕组303和绕组304相对的端部彼此为N极，绕组 304和绕组301相对的端部彼此为S极。

另外，如图13所示，励磁电路部42对下段的定子300(第二定子300b)通电，使得绕组301和绕组302相对的端部彼此为S极，绕组302和绕组303相对的端部彼此为N极，绕组303和绕组304相对的端部彼此为S极，绕组304和绕组301相对的端部彼此为N极。

如根据图13和图14可知的那样，中段和下段的转子200和下段的定子300位于同极彼此相对的位置，因此排斥而旋转。

当转子200与定子300排斥而旋转45°，传感器部检测到上段和中段的磁铁202接近绕组301～304的端部时，励磁电路部42使上段的定子300和下段的定子300的电流的方向反转，由此绕组301～304 各自的磁极反转。

由于绕组301～304各自的磁极反转，上段和中段的转子200的磁铁202的与上段定子300的同极彼此相对，因此如图15和图16所示，排斥而旋转。

这样，当中段和下段的转子200与下段的定子300排斥时，定子 300的磁极反转，当上段和中段的转子200与上段的定子300排斥时，定子300的磁极反转。通过重复，转子200能够持续地旋转。

如图11所示，电动机14的磁铁202的N极或S极的任一方磁极朝向沿着转子200的旋转轴线L1的方向，沿着转子200的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置定子300。

因此，绕组301～304的端部彼此相对，不朝向转子200的磁铁 202的方向，因此来自磁铁202的主磁通不横切而笔直地进入绕组 301～304的筒内。

因此，电动机14与作为现有的发电机动作的电动机相比，电动势小，因此与现有技术相比能够减小反电动势。由此，如果是相同的转速，电动机14则能够以低的电压进行旋转驱动，如果是相同的电压，电动机14则能够高速地旋转。

另外，与实施方式1的电动机10(参照图1)同样，图11所示的转子200的磁铁202朝向沿着旋转轴线L1的方向，定子300沿着磁铁202的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置有绕组C1。

因此，对于容纳在外壳(未图示)的磁铁202，离心力作用的方向和接近绕组301～304的方向为不同的方向，因此即使与绕组301～304 接近地将磁铁202配置在外壳并使转子200高速地旋转，也不会使磁铁202从外壳飞出。

因此，能够在维持转子200的高速旋转的状态下进行长时间的运转。

进而，在电动机14中，将绕组301～304的间隙在第一定子300a 和第二定子300b中配置在沿着圆周方向错开45度的位置。因此，即使转子200在定子300的端部彼此的间隙处要减速或停止，也能够通过其他定子300进行旋转驱动。因此，能够使转子200不减速地持续旋转。

(实施方式6)

以电动机为例子，根据附图说明本发明的实施方式6的旋转电机。此外，在图17中，对与图5(B)相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。

对于图17所示的本实施方式6的电动机15，与实施方式2的电动机11同样，沿着磁铁22的磁极朝向的方向上的旋转圆周R1配置以成为转子20的旋转中心的输出轴O1为中心围绕的定子30b的绕组 C2，沿着转子20的旋转圆周R1的切线的轴线L2形成为直线状。另外，在平行的2条排列在旋转圆周R1的半径方向上的状态下电并联连接绕组C2。

通过这样并联连接轴线L2形成为直线状的定子30b的多个绕组 C2，能够将定子30b的电阻值抑制得低。

因此，绕组C2为多条时比为1条时能够流过更多的电流，因此能够增强转子20的驱动力。

在本实施方式6中，由2条一组的绕组C2形成定子30b，但也可以将3条以上作为一组。另外，也可以沿着输出轴O1的旋转轴线 L1配置多条绕组C2。

此外，在本实施方式1～6中，作为定子，由图1、图5、图6、图7、图8、图11、以及图17所示的第一绕组31～第四绕组34、绕组 301～304形成，但也可以为半周的一对绕组，或为每120度的3条绕组，或为5条以上的绕组，或形成为环状。

在任意的情况下，控制卷绕方向和通电方向，使得相邻的绕组的端部产生同极。

在由奇数条的绕组形成定子的情况下，即使相邻的绕组的端部为同极，也有一处成为不同极彼此的位置。但是，可以将成为不同极彼此的位置看作为虚拟地连接为磁回路的绕组。因此，没有问题，但绕组彼此之间有浪费的间隙，因此理想的是绕组为偶数条。

在实施方式1～6中，说明为电动机10～15，但也可以作为发电机使用。

另外，在实施方式4中，图9所示的转速调整部50具备整流部 51，但只要能够直接消耗来自发电用绕组35a～35d的电力，则也可以将消耗部52与发电用绕组35a～35d直接连接。

另外，也可以在图5(A)所示的实施方式2的电动机11、图11 所示的实施方式5的电动机14、图17所示的实施方式5的电动机15、图18所示的电动机16中，设置实施方式3的电动机12的直管状的绕组33a～33d(参照图6)、实施方式4的电动机13的直管状的绕组 33a～33d和发电用绕组35a～35d(参照图8)。

在图11所示的实施方式5的电动机14中，设置上段和下段的2 段定子300，并设置3段转子200使得夹着定子300，但定子300和转子200也可以是各一个，使转子200和定子300的个数配合。

进而，在本实施方式5中，磁铁202形成为圆柱状，但也可以形成为球状。

进而，图5所示的电动机11的绕组C2的轴线L2形成为直线状，与轴线L2正交的截面是圆形状，但例如也可以如图18所示，将电动机16的绕组C3形成得轴线L3是直线状，与轴线L3正交的截面为椭圆形状。

另外，夹着定子320设置一对转子20。

这样，绕组C3形成为旋转轴线L1的方向压垮的椭圆形状，因此在夹着定子320将转子20配置在两侧时，与截面为圆形状的情况相比，能够使磁铁22彼此接近地配置。

因此，能够接近磁力强的绕组C3的轴线L3地配置磁铁22的磁极，因此能够增加转子20的旋转力。

此外，在本实施方式中，夹着定子320在两侧设置有转子20，但定子320也可以是任意一方。

另外，对于绕组，使磁铁22的磁极与绕组的轴线接近即可，因此绕组的截面形成得沿着旋转轴线L1的方向的长度(厚度)比旋转圆周R1的半径方向的长度(宽度)短即可。因此，也可以为绕组的截面的厚度比宽度薄的长方形、菱形、其他的多边形状。

另外，在图18中，绕组C3的轴线L3形成为直线状，但即使图 1所示的绕组C1是圆弧状，也可以将该绕组C1设为旋转轴线L1的方向压垮的形状。另外，也可以如图17所示的电动机15那样，平行地设置多条绕组C1。

(实施例)

制作本发明涉及的旋转电机并使其作为发电机动作，测定发电电力。

本实施例的发电机为图11所示的电动机14那样的多段式的发电机。

作为发明品的发电机的定子由4个绕组构成一段，配置3段。

将粗0.7mm的铜线卷绕到直径为10mm、长度为80mm的铁芯上而得到绕组。圈数是970匝。

转子的磁铁采用了磁力的等级为N52的钕磁铁。

接着，根据图19说明测定发明品的电力的测定系统。

测定系统500具备测定输入电力的电力计501、调整电压和频率的逆变器502、用于驱动作为发明品的发电机G1和用于与发明品比较的比较品的发电机G2的电动机503和负载部504。

电力计501使用了欧姆龙公司的KM50-C。

逆变器502使用了三菱电机公司的FR-A820-1.5K-1。

电动机503使用了东芝公司的 IKH3-FCKLA21E-4P-1.5KW-220。

负载部504具备对来自发明品的发电机的输出进行全波整流的二极管桥504a、对来自二极管桥504a的脉动电流进行平滑的电容器 504b、和能够调整消耗电力的电子负载装置504c。

电力负载装置504c使用了测量技研公司(計測技研社)的 LN-1000C-G7。

比较品G2是日本电产公司(日本電産社)的MCT-500。

使用上述测定系统500，测定发明品的发电机G1、比较品的发电机G2的输入电力和输出电力，汇总为表，并制作了图表。

此外，在图20所示的表中，将从通过电力计501测定的电力(总消耗电力)减去将电子负载装置504c设为负载状态(开放状态)时的消耗电力所得的电力作为输入电力。因此，将电子负载装置504c 设为负载状态(开放状态)时的输入电力为0W。

另外，为了测定发电机G1的发电电力，在逐渐提高向发电机 G1的输入电力而测定发电电力结束后，使其与测定发电机G1的发电电力时的输入电力配合地逐渐提高向发电机G2的输入电力，测定向发电机G2的发电电力。

如根据图20所示的表和图21所示的图表可知的那样，可知作为发明品的发电机G1具有比作为比较品的发电机G2高的发电能力。

因此，可知本发明的旋转电机不只作为电动机发挥功能，作为发电机也充分发挥功能。

工业上的可利用性

本发明能够通过多个转子更高效地得到驱动力，因此只要是使用电动机的机械都适合。

Claims

1.一种旋转电机，包括：

第一转子、第二转子和第三转子，所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子中的每一个包括沿旋转圆周设置的多个永磁体，其中所述永磁体的磁极朝向沿旋转轴的方向；以及

第一定子和第二定子，所述第一定子设置在所述第一转子和所述第二转子之间，所述第二定子设置在所述第二转子和所述第三转子之间，每个所述定子具有沿旋转圆周设置的多个绕组，在相邻的所述绕组之间具有间隙，

其中，每个所述绕组形成于当所述永磁体的所述磁极朝向所述绕组时从所述绕组的端部到所述绕组的内部的磁路与来自所述永磁体的主磁通方向交叉的方向；

其中，所述第一定子和所述第二定子沿所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子的旋转轴设置，并且

其中，所述第一定子和所述第二定子分别配置在所述第一定子的所述间隙和所述第二定子的所述间隙在旋转圆周方向上彼此错开的位置。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述第一转子的所述多个永磁体、所述第二转子的所述多个永磁体和所述第三转子的所述多个永磁体彼此重叠地定位。

3.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，

所述第一转子的所述多个永磁体中的一个永磁体的磁极与所述第二转子的所述多个永磁体中的对应的一个永磁体的相对磁极相同。

4.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，

所述第二转子的所述多个永磁体中的一个永磁体的磁极与所述第三转子的所述多个永磁体中的对应的一个永磁体的相对磁极相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述第一定子和所述第二定子的所述绕组中的每一个具有沿所述转子的所述旋转圆周的圆弧形状。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述第一定子的所述绕组和所述第二定子的所述绕组围绕所述转子的旋转中心并相互平行。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述第一定子和所述第二定子分别配置在所述第一定子的所述间隙和所述第二定子的所述间隙在所述旋转圆周方向上相互错开45度的位置。

8.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述旋转电机还包括控制电路，该控制电路控制对所述第一定子的所述多个绕组和所述第二定子的所述多个绕组的通电。

9.根据权利要求8所述的旋转电机，其中，

所述控制电路控制对所述第一定子的所述多个绕组以及对所述第二定子的所述多个绕组的通电方向。