JP2001327138A - 磁束の収束現象を利用した電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率を達成できかつ始動性のよい電動機を
提供する。 【解決手段】 第１の発明による電動機は、磁性体円板
の外周に沿って等間隔に突設された突起部１０ａを備え
たロータ１０と、磁性体円板であるディスク４０とが回
転軸６０によって永久磁石２０を挟み込むように間隔を
おいて固接されており、その周囲に１２個の棒状電磁石
３０がそのロータ１０及びディスク４０の各外周縁の間
に差し渡されるように配設されている。ロータ１０及び
ディスク４０は電磁石３０の内方において回動自在に支
持されており、所定の電磁石３０を励磁することによ
り、永久磁石２０の各磁極の間を回磁していた磁束はデ
ィスク４０を介して励磁電磁石に収束される。これによ
り、無通電状態においてロータ１０を拘束するように作
用していた磁束は容易に解消され、円滑な起動が確保さ
れる。また、回転を阻害するような磁気的相互作用は防
止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石が有す
る磁束を利用した電動機に係わり、特に永久磁石に装着
された磁性材料内部に生じる磁束の収束現象を回転駆動
力の発生に有為な方向のみへ惹起させ、高効率高トルク
を達成することができる電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気エネルギーを機械的な出力、
例えばトルクとして取り出せるようにした変換システム
として、種々の電動機が開発されてきた。それら従来の
電動機にあっては、ステータ、ロータのいずれか又は両
方に電磁石が用いられており、それらの電磁石によって
回転磁界を生成してロータを追従させるもの（例えば誘
導電動機）、あるいは、永久磁石ステータの磁界中に極
性反転制御を可能として設けられたロータを回転自在に
配設し、ロータとステータとの間の磁束の相互作用によ
って回転力を得るもの（例えば一般的な直流電動機）な
どがある。

【０００３】このような在来の電動機については、永久
磁石から発生する磁束を利用してエネルギー変換効率を
高めようとする試みが種々なされてきた。発明者らは、
特に永久磁石が発生する磁束の分布を適切に制御するこ
とによって、出力トルクに抗して作用する磁気力を可及
的に低減し、これによる出力トルクの増大、電磁エネル
ギーから力学的エネルギーへの変換効率向上を達成すべ
く、さまざまな構成を有するトルク発生装置を試作開発
してきた。

【０００４】例えば、本願発明者らによる特開平７−７
９５５９号公報は、回転子に永久磁石を付加することに
よって、エネルギー変換効率を高めることができる動力
発生装置を提案している。この提案に係る一実施例によ
れば、図１及び図２に示すように、支持部材１０の間に
回転出力軸１１が軸受１１ａを介して回転自在に装備さ
れており、この回転出力軸１１の軸方向両端側には、軸
方向に着磁されたリング状の永久磁石１３が配置されて
いる。回転出力軸１１の側板１０ａと永久磁石１３との
間には、それぞれ３個の切欠部１４ａと磁歯部１４ｂと
が交互に設けられた磁性体１４がそれぞれ固定されてい
る。永久磁石１３と磁性体１４は回転出力軸１１に対し
て同軸であり、回転出力軸１１とともに回転する回転子
１２をなしている。このような構成を備えた動力発生装
置によれば、無通電状態にあっては図４に示すように、
磁歯部１４ｂと対向する電磁石１６ｃ、ｄ、ｇ、ｈ、
ｋ、ｌは、永久磁石１３の磁界中にある単なる磁性体と
なり（図４の薄墨部分参照）、磁歯部１４ｂ部分を吸引
し、回転子１２は停止状態にある。この状態から、図５
に示すように切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分
１４c1、１４c3及び１４c5に位置する電磁石１６ａ、
ｅ、ｉを同時に励磁すると、永久磁石１３の磁界と電磁
石１６ａ、ｅ、ｉの磁界とが作用し合い、磁性体１４を
通る磁束１４ｄが該電磁石１６ａ、ｅ、ｉ側に瞬時に収
束される。これにより、回転子１２は、電磁石１６ａ、
ｅ、ｉ側に吸引され、磁束１４ｄの幅を広げようとする
方向、すなわち図５の時計方向への回転トルクを受け
る。そして、このように磁歯部１４ｂの回転方向に位置
する電磁石１６を順次励磁していくことによって、永久
磁石１３と電磁石１６との間に生じる磁束によって磁気
吸引力が生起され、回転子１２の回転を持続させること
ができる。しかも、この際、各磁束１４ｄの回転方向後
方には、磁束がほとんど存在しない、いわば磁束の空白
域が生じるために、回転子１２の回転運動を妨げるよう
な後方の非励磁電磁石と永久磁石１３の間の相互作用は
可及的に低減されるものである。

【０００５】また、同様の作用効果を目的として本願発
明者らが開発したものとして、特開平１０−３２９６７
号公報に記載されたトルク発生装置がある。この装置に
おいては、ロータコア２０の周囲にそれぞれ永久磁石２
２ａと磁性部材のロータ突極子２２ｂとを有する複数の
ロータ突極２２を設け、これらのロータ突極２２をステ
ータ突極１２を順次励磁することにより各々連続的に吸
引してトルクを得ようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置をはじめとする種々の試作機を通じてエネルギー変
換効率、発生トルク等の性能を検証したところ、一定の
性能向上は認められたものの、磁性部材内で予期された
ほどの磁束の収束が生じていない可能性があり、十分な
効率の向上が図れない場合があることが判明した。この
傾向は、各磁性体突極子の体積が小さい後者のトルク発
生装置の場合に、より顕著であると考えられる。

【０００７】また、回転子に永久磁石を組み込んである
ので、いずれの電磁石にも通電されていない状態では各
永久磁石と近接している特定の電磁石との間に吸引力が
作用していわば回転子が強固に拘束された状態となって
いる一方、電磁石に電流を供給して励磁したとしても、
前記したような磁束の収束が不十分であることにより、
その回転子の拘束状態が解除できず、回転子の始動が困
難となることがあるという問題点も確認された。

【０００８】この発明は、上記のような開発過程におい
て見出された問題点を、あらためて明らかとなった永久
磁石と磁性材料とを組合せて用いることの重要性に着目
しつつ解消するためになされたもので、その目的は、永
久磁石が持つ磁気エネルギーを有効に利用して高効率高
トルクを得られるとともに、始動性にも優れた永久磁石
電動機を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願の第１の発明に係わる電動機は、略円板状の
磁性体より形成され、その外周縁に沿って複数の径方向
突起部が設けられた出力部材と、その出力部材と間隔を
隔てて並置された、略円板状の磁性体よりなる磁束統御
部材と、前記出力部材と前記磁束統御部材とのそれぞれ
の外周縁の間にほぼ差し渡されるように配設され、その
一端部が前記出力部材の外周縁に、その他端部が前記磁
束統御部材の外周縁に沿って間隔をおいて配置されて、
各々それら出力部材および磁束統御部材と磁気的な相互
作用をなすようになっている複数の電磁石と、少なくと
も前記出力部材を前記複数の電磁石の内方において周方
向に回動自在に支持している支持手段と、前記出力部材
と前記磁束統御部材との間に、その出力部材と磁束統御
部材とを互いに異極性に磁化するように配設された磁化
手段と、前記出力部材および前記磁束統御部材の外周縁
と対向している前記電磁石のそれぞれは、その出力部材
と対向している各一端部が前記磁化手段によって与えら
れる出力部材側極性と異極性となるように、各電磁石に
所定のタイミングで励磁電流を供給する励磁電流供給手
段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】また、本願の第２の発明に係わる電動機
は、磁性体を用いて略円板状に形成された可動子部材で
あって、その一方の面上には周方向に対して磁束を収束
させつつ通過させ得るほぼ径方向に隆起形成された少な
くとも一の隆起部を備えた可動子部材を、一組間隔をお
いて並置するとともに、それら可動子部材を互いに固定
して回転子部材を形成し、前記並置された可動子部材の
それぞれの外周縁の間にほぼ差し渡されるように配設さ
れ、その各端部が前記各可動子部材の外周縁に沿って間
隔をおいて配置されて、各々それら可動子部材と磁気的
な相互作用をなすようになっている複数の電磁石と、前
記回転子部材を前記複数の電磁石の内方において周方向
に回動自在に支持している支承手段と、前記一組の可動
子部材の間に、それらの可動子部材を互いに異極性に磁
化するように配設された磁化手段と、前記各可動子部材
の外周縁と対向している前記電磁石のそれぞれの端部
が、それぞれ対向している可動子部材に前記磁化手段が
与える各極性とそれぞれ異極性となるように、各電磁石
に所定のタイミングで励磁電流を供給する励磁電流供給
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】ここで、前記磁化手段としては、永久磁石
又はその磁力が調整し得るように構成された電磁石を用
いることができる。

【００１２】また、前記第１の発明において、電磁石の
他端部がそれぞれ前記磁束統御部材に接続するようにし
てもよい。

【００１３】また、前記第１および第２の発明において
は、各電磁石は、それぞれが前記出力部材の周縁に配設
された突起部、あるいは前記可動子部材の周縁に臨む前
記隆起部を連続して吸引するように順次励磁されるよう
に構成する。

【００１４】上記の構成を備えた前記本願第１の発明に
係る電動機によれば、前記いずれの電磁石も励磁されて
いない状態では、磁化手段からの磁束は、（磁化手段の
一方の磁極）→（出力部材の突起部）→（非励磁電磁石
（この状態では単なる磁性体））→（磁束統御部材の円
板状部）→（磁化手段の他方の磁極）という経路で回磁
しており、出力部材の各突起部はいずれかの非励磁電磁
石に吸引されて拘束された状態にある。しかし、励磁電
流供給手段からいずれかの電磁石に電流が供給されて励
磁されると、それまで非励磁の電磁石と磁化手段の一方
の極との間で磁束統御部材を構成する磁性体内にほぼ一
様に分布していた磁束は、その磁束統御部材の内部にお
いて励磁された電磁石と磁化手段との間を結ぶ各領域に
十分に収束し、無通電状態における出力部材と電磁石と
の間の拘束状態を解除することができる。そして、出力
部材の回動に応じて励磁電磁石を回転方向に順次切換え
ていくことで、出力部材を持続的に回転させることがで
きる。すなわち、本発明にあっては磁束統御部材を設け
たことにより、いったん所定の電磁石に通電されてこれ
が励磁されると、この磁束統御部材の内部で前記のよう
に磁束の収束が起こり、通電されていない電磁石に対す
る磁束の影響はほとんどなくなり、磁束は駆動力を発生
しようとする電磁石に集中する。いわば、磁束統御部材
は駆動力の発生を妨げるような磁束の動きをその内部で
統制するとともに、回転力に寄与し得るような磁束の状
態を整えているのである。

【００１５】さらに、出力部材と磁束統御部材との間に
磁化部材を配設し、この磁化部材が発生する磁束を励磁
電磁石から発せられる磁束に重畳して利用することがで
きるので、同等の回転トルクを得ようとする場合におけ
る所要入力電力が大幅に低減されることとなる。

【００１６】また、前記本願第２の発明に係る電動機に
よれば、前記いずれの電磁石も励磁されていない状態で
は、磁化手段からの磁束は、主として各可動子部材に形
成された隆起部が磁路として機能することにより、（磁
化手段の一方の磁極）→（一方の可動子部材に隆起形成
された隆起部）→（非励磁電磁石（この状態では単なる
磁性体））→（他方の可動子部材に隆起形成された隆起
部）→（磁化手段の他方の磁極）という経路で回磁して
おり、可動子部材の各隆起部は、いずれかの非励磁電磁
石との間に吸引作用が生じて拘束された状態にある。し
かし、励磁電流供給手段からいずれかの電磁石に電流が
供給されて励磁されると、それまで非励磁の電磁石と磁
化手段のいずれかの極との間で可動子部材の主として隆
起部を形成する磁性体内に分布していた磁束は励磁され
た電磁石と磁化手段との間で可動子部材を構成する円板
状磁性体（上記第１の発明における磁束統御部材に相当
する）を介して十分に収束し、前記無通電状態における
可動子部材隆起部と非励磁電磁石との間の拘束状態を解
除することができる。そして、可動子部材及びこれを組
合せてなる回転子部材の回動に応じて励磁電磁石を回転
方向に順次切換えていくことで、これを持続的に回転さ
せることができる。この第２の発明に係る電動機の構成
によれば、組み合わされた２個の可動子部材のいずれも
が回転トルクを発生することができるので、前記第１の
発明に比していっそう効率向上が図られることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
願第１の発明の一実施形態による電動機の概略構成を模
式的に示す側断面図である。なお、この図においては、
本装置の基本的な構成と作用とを明瞭にするため、装置
のハウジングやフレームなど、本発明の説明に関して本
質的でないと思われる部分については適宜図示を省略し
ている。

【００１８】図１に示すように、本実施形態の電動機
は、出力部材としてのロータ１０と、磁化手段である永
久磁石２０と、複数の電磁石３０と、その電磁石３０の
一端部と相互に磁気作用を及ぼしうる磁束統御部材であ
るディスク４０とを主として備えて構成されている。ロ
ータ１０は、磁性体材料を用いて略円板状に形成された
部材であり、その外周縁に沿って径方向にそれぞれ中心
角６０゜の突起部１０ａが４ヶ所等間隔に設けられてい
る。ディスク４０は磁性体材料を用いて形成された単純
な円板状の部材である。ロータ１０とディスク４０と
は、支持部材である回転軸６０を介して固接されてい
る。

【００１９】このロータ１０及びディスク４０の外周縁
の間に差し渡されるようにして、複数の電磁石３０が所
定の間隔を隔てて延設されている。各電磁石３０は、略
棒状のコアの外周側部に励磁用コイル３６が巻回されて
なっており、そのコアの一端部３２がロータ１０の外周
縁部と、他端部３４がディスク４０の外周縁部とそれぞ
れ近接して対向するように配設されている。本実施形態
においては、その作用に関して後述するように、１２個
の電磁石３０が３０゜ピッチでロータ１０及びディスク
４０を取り囲むように並設されている。前記回転軸６０
は、図示しない軸受によって支持されて、ロータ１０及
びディスク４０が環状に並設された電磁石３０の内方に
おいて回動自在となるようにしている。

【００２０】なお、この場合、各電磁石３０とロータ１
０及びディスク４０とは互いに近接して連続した磁気回
路を構成しうるようになっていればよい。したがって、
電磁石３０のコアとディスク４０とを固定的に連接する
ような構成を採用することも可能である。言うまでもな
く、このような構成とする際には、公知の構成によって
ディスク４０と回転軸６０との間で相対回転が可能とな
るようにしておくことになる。

【００２１】ディスク４０とロータ１０との間には、永
久磁石２０が設けられている。永久磁石２０はほぼ円筒
状であって、ロータ１０及びディスク４０とほぼ同心状
に設けられている。この実施形態にあっては、円板状の
ディスク４０の中心軸とほぼ同軸状に位置するように、
ディスク４０側がＳ極となるように固接されている。ま
た、永久磁石２０のＮ極側には前記ロータ１０が配設さ
れる。なお、この実施形態では、永久磁石２０の各端部
と磁性材料からなるロータ１０のボス部１０ｂ及びディ
スク４０のボス部４０ｂとがそれぞれ別部材として密接
するように構成されているが、永久磁石２０と各ボス部
１０ｂ、４０ｂとを糸駒状に形成された一体的な永久磁
石として構成しても構わない。

【００２２】制御装置７０は、適宜の電源に接続され
て、１２個の電磁石３０にそれぞれ設けられたコイル３
６に励磁用出力電流を順次供給するものであり、一般
に、リレー、トランジスタ、サイリスタ等の電流スイッ
チング機器又は素子と、それらのスイッチング素子等の
オンオフを制御するための制御回路とから構成されてい
る。この制御装置７０によって、電源電流は適宜整流さ
れるとともに、所定の出力周波数及び出力電流を有する
信号として各コイル３６に供給される。なお、本発明に
係る電動機では、基本的には各電磁石３０の順次励磁制
御にロータ１０が同期駆動されるため、駆動制御の面か
らはオープンループ構成としてさしつかえない。ただ
し、ロータ１０の回転角度を検出するために、例えば所
定の切欠き形状を備えた遮光板（図示省略）と組合せた
光センサやロータリエンコーダのような、既存の種々の
センサを適宜用いてロータ１０の速度制御を行うことが
できる。本実施形態にあっては、ロータ１０の回転角を
検出する回転センサ８０が設けられ、その出力信号は、
前記制御装置７０の制御回路に入力され、例えばロータ
１０の回転角度に応じて前記電流スイッチング素子等の
オンオフを制御するためのトリガ信号として使用され
る。

【００２３】次に、図２〜図６を参照して、上記の構成
を有する本発明の一実施形態に係わる電動機の作用を説
明する。まず、図２は、電磁石３０のコイル３６のいず
れにも制御装置７０から励磁電流が供給されておらず、
いずれの電磁石３０も励磁されていない状態、すなわち
電源オフの状態を示している。この状態では、永久磁石
２０のＮ極は、ロータ１０の各突起部１０ａを介してそ
れぞれ対向する電磁石３０の一端部３２ａ、３２ｃ、３
２ｄ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｉ、３２ｊ、３２ｌとの間
に磁気吸引力を及ぼしている。したがって、各ロータ突
起部１０ａには、その径方向外方へ向けて吸引力が作用
しているのみで、ロータ１０の中心に挿通固定されてい
る回転軸６０についてみると、各ロータ突起部１０ａに
作用する外方への吸引力は実質的にバランスがとれてい
るとともに、各ロータ突起部１０ａはそれぞれ対向する
電磁石３０の一端部３２との間でいわば拘束された状態
となっている。これは、ディスク４０側を含めて考える
と、（永久磁石２０のＮ極）→（ロータ突起部１０ａ）
→（電磁石３０の一端部３２）→（電磁石３０の他端部
３４）→（ディスク４０）→（永久磁石２０のＳ極）の
経路で磁束が回磁しており、この磁束による吸引力が、
各ロータ突起部１０ａを電磁石３０に対して固定させる
ように作用しているためである。

【００２４】次に、図３に示すように、１２個の電磁石
３０のうち、等間隔に配置されている４個に、すなわち
電磁石３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに制御装置７０
から電流を供給して、そのロータ１０側の端部３２ａ、
３２ｄ、３２ｇ、３２ｊがＳ極となるように励磁する。
このとき、図２に示した無通電状態では永久磁石２０の
Ｎ極から電磁石３０ａ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｆ、３０
ｇ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｌを通って回磁していた磁束
は、異極性に励磁された前記電磁石３０ａ、３０ｄ、３
０ｇ、３０ｊに収束され、この磁気吸引力によってロー
タ１０には時計回りに回転トルクが作用することにな
る。

【００２５】この際に、ロータ１０の始動性を改善する
上で、ディスク４０内における磁束の挙動が重要な役割
を果たしている。すなわち、図２の無通電状態において
は、永久磁石２０のＳ極に入る磁束は、電磁石３０ａ、
３０ｃ、３０ｄ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｉ、３０ｊ、３
０ｌを通って回磁しており、ロータ１０の突起部１０ａ
を拘束させる作用をしていた。しかし、図３に示すよう
に、電磁石３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに電流を供
給してこれを励磁すると、永久磁石２０のＳ極に入る磁
束はこれらの電磁石の他端部３４ａ、３４ｄ、３４ｇ、
３４ｊに収束され、それまでロータ１０を拘束させる作
用をなしていた電磁石３０ｃ、３０ｆ、３０ｉ、３０ｌ
を介してロータ１０及び永久磁石２０のＮ極と回磁して
いた磁束は消滅し、前記電磁石３０ａ、３０ｄ、３０
ｇ、３０ｊが励磁されると同時に、図２に示したロータ
１０の拘束状態は完全に解除される。したがって、ロー
タ１０は前記電磁石に通電された直後から、時計方向に
作用する回転トルクによって円滑に回転動作を開始する
ことができるのである。

【００２６】図４、図５は、図３の状態に引き続いてロ
ータ１０が時計方向に磁気吸引力による回転トルクを受
けながら回転駆動される様子を示している。この間も、
ディスク４０内における磁束の収束状態は、図３に示し
た状態と変わらず、永久磁石２０のＳ極と励磁されてい
る電磁石の他端部３４ａ、３４ｄ、３４ｇ、３４ｊとの
間に集中して存在するため、ロータ１０の各突起部１０
ａは、回転方向前方に位置している励磁電磁石の一端部
３２ａ、３２ｄ、３２ｇ、３２ｊからの磁気吸引力のみ
を受け、回転を妨げるような他の非励磁電磁石３２ｃ等
との間の磁気的相互作用は存在しないこととなる。言い
換えれば、非励磁状態の各電磁石の端部３２、３４に対
向するロータ１０の磁性体内部は、実質的に磁束が存在
しない空白域（図示のロータ１０内薄墨以外の部分）と
されているのである。このことから、前記したような始
動性の改善とともに、効率の向上を図ることができる。

【００２７】ここで、図６に示すように、ロータ１０の
各突起部１０ａの回転方向に対する前端縁部がそれぞれ
各励磁電磁石に対して回転方向前方に隣接する非励磁の
電磁石３２ｂ、３２ｅ、３２ｈ、３２ｋと近接する位置
にまで到達したら、それまで励磁されていた電磁石３０
ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに対する電流供給を停止し
て、それまで非励磁であった前記隣接する電磁石３０
ｂ、３０ｅ、３０ｈ、３０ｋに電流を供給してこれらを
励磁する。この状態は、図３に示した起動初期状態と同
等の状態に相当し、各ロータ突起部１０ａは、時計方向
前方に位置する励磁電磁石の端部３２ｂ、３２ｅ、３２
ｈ、３２ｋと永久磁石２０のＳ極との間に収束する磁束
によって磁気吸引力を受け、引き続き時計回りの回転ト
ルクを発生させることになる。このとき、ディスク４０
内における磁束の挙動は、図３乃至図５について説明し
たように、永久磁石２０のＳ極と新たに励磁された電磁
石の他端部３４ｂ、３４ｅ、３４ｈ、３４ｋとの間に収
束され、非励磁とされた電磁石３０ａ、３０ｄ、３０
ｇ、３０ｊに回磁する磁束は消滅する。以下、制御装置
７０によって各電磁石３０に上記した手順で励磁電流を
供給することにより、ロータ１０は連続的に回転トルク
を発生することができる。

【００２８】次に、本願第２の発明を実施するための実
施形態について説明する。図７は、本願第２の発明の一
実施形態による電動機の概略構成を模式的に示す側断面
図であり、前記第１の実施形態における図１に対応して
いる。本装置の基本的な構成と作用とを明瞭にするた
め、装置のハウジングやフレームなど、本発明の説明に
関して本質的でないと思われる部分については適宜図示
を省略している点も同様である。

【００２９】図７に示す第２の実施形態に係る電動機が
第１の実施形態に係る装置と異なるのは、ロータ１０及
びディスク４０に代えて、可動子部材としての切欠ロー
タＲを備えていることである。この切欠ロータＲ単体の
斜視図を、図８に示す。図８からわかるように、切欠ロ
ータＲは、第１の実施形態におけるロータ１０とディス
ク４０とを一体的に接合して得られる形状を有してい
る。すなわち、この切欠ロータＲは、全体として略円板
状の磁性体部材として形成されているものの、その厚み
方向の１／２程度が所定の形状をもって切欠かれてお
り、その外周縁に沿って径方向にそれぞれ中心角６０゜
の突起部Ｒａが４ヶ所等間隔に設けられた構成となるよ
うに形成されているのである。そして、突起部Ｒａが設
けられない側の１／２厚み程度は、磁性体による円板状
部Ｒｃ（本願第１の発明における磁束統御部材に相当す
る）として形成されている。なお、ボス部Ｒｂは後述す
る回転軸６０が各切欠ロータＲと接合される部分であ
り、本実施形態では小径の円板状部材が別途嵌設される
ようにしているが、もちろんこのような構成に限定され
るわけではない。例えば、前記第１の実施形態において
説明したのと同様に、永久磁石２０と各ボス部Ｒｂとを
一体の糸駒状の永久磁石として形成するようにしてもよ
い。

【００３０】本実施形態では、図７に示すように、一組
の切欠ロータＲを突起部Ｒａの側が対向するように並置
し、それを支承部材としての回転軸６０によって固接し
て回転子部材である回転子ＲＲを構成している。ただ
し、切欠ロータＲを組合せる際の突起部Ｒａの向きはこ
の実施形態の構成に限定されるものではない。並置され
た切欠ロータＲの間に略円筒状の永久磁石２０が配設さ
れる構成、及び各切欠ロータＲの外周縁部の間に差し渡
されるように複数の電磁石３０が並設される構成は第１
の実施形態の場合と同様であり、また、電磁石３０に励
磁電流を順次供給する制御装置７０、及び回転子ＲＲの
回転を制御するための回転センサ８０を設ける構成も、
第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略す
る。

【００３１】次に、図９〜図１２を参照して、上記の構
成を有する本発明の第２の実施形態に係わる電動機の作
用を説明する。電源オフの状態（第１の実施形態におけ
る図２に相当する状態。図示略）から、図９に示すよう
に、１２個の電磁石３０のうち、等間隔に配置されてい
る４個に、すなわち電磁石３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３
０ｊに制御装置７０から電流を供給して、その一方の切
欠ロータＲ側の端部３２ａ、３２ｄ、３２ｇ、３２ｊが
Ｓ極となるように、他方の切欠ロータＲ側の端部３４
ａ、３４ｄ、３４ｇ、３４ｊがＮ極となるように励磁す
る。このとき、前記第１の実施形態の場合と異なるの
は、いずれの切欠ロータＲにおいても、その突起部Ｒａ
を介して永久磁石２０の各磁極との間に磁束の収束が起
こり、回転子ＲＲにおける回転トルクの発生に寄与しう
ることである。

【００３２】一方、本実施形態においては、回転子ＲＲ
の始動性を改善する上で、各切欠ロータＲの円板状部Ｒ
ｃ内における磁束の挙動が、第１実施形態におけるディ
スク４０内におけると同様の重要な役割を果たしてい
る。すなわち、無通電状態において各切欠ロータＲの突
起部Ｒａとそれぞれ対向した電磁石を通って回磁してい
た磁束は、その各切欠ロータＲの突起部Ｒａを互いに拘
束させる作用をしており、円滑な始動を困難にする原因
となっていたのであるが、図９に示すように、電磁石３
０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに電流を供給してこれを
励磁すると、永久磁石２０の各磁極に出入りする磁束は
これらの励磁電磁石の各端部３２ａ、３２ｄ、３２ｇ、
３２ｊ及び３４ａ、３４ｄ、３４ｇ、３４ｊに収束さ
れ、それまで突起部Ｒａを拘束させる作用をなしていた
磁束の回磁は消滅し、前記回転子ＲＲの拘束状態は完全
に解除される。したがって、第１の実施形態と同様に、
切欠ロータＲ及び回転子ＲＲは前記電磁石３０ａ、３０
ｄ、３０ｇ、３０ｊに通電された直後から、各切欠ロー
タＲの突起部Ｒａについて時計方向に作用する回転トル
クによって、円滑に回転動作を開始することができるの
である。

【００３３】図１０、図１１は、図９の状態に引き続い
て各切欠ロータＲが時計方向に励磁電磁石からの磁気吸
引力による回転トルクを受けながら回転駆動される様子
を示している。この間も、各切欠ロータＲの円板状部Ｒ
ｃ内における磁束の収束状態は、図９に示した状態と変
わらないので、切欠ロータＲの各突起部Ｒａは、回転方
向前方に位置している励磁電磁石の各端部３２ａ、３２
ｄ、３２ｇ、３２ｊ及び３４ａ、３４ｄ、３４ｇ、３４
ｊからの磁気吸引力のみを受け、回転を妨げるような他
の非励磁電磁石３０ｃ等との間の磁気的相互作用は存在
しないこととなる。このことから、第１の実施形態と同
様の始動性の改善とともに、いっそうの効率向上を図る
ことができる。

【００３４】また、回転子ＲＲに連続的に回転トルクを
発生させるためには、図１２に示すように、それまで励
磁されていた電磁石３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに
対する電流供給を停止して、それまで非励磁であった回
転方向前方に隣接する電磁石３０ｂ、３０ｅ、３０ｈ、
３０ｋに電流を供給してこれらを励磁する。この状態
は、図９に示した起動初期状態と同等の状態に相当し、
各切欠ロータＲの突起部Ｒａは、時計方向前方に位置す
る各励磁電磁石の端部３２ｂ、３２ｅ、３２ｈ、３２ｋ
及び３４ｂ、３４ｅ、３４ｈ、３４ｋと永久磁石２０の
各磁極との間に収束する磁束によって磁気吸引力を受
け、引き続き時計回りの回転トルクを発生させる。この
とき、各切欠ロータＲの円板状部Ｒｃ内における磁束の
挙動は、図９乃至図１１について説明したように、永久
磁石２０の各磁極と新たに励磁された電磁石３０ｂ、３
０ｅ、３０ｈ、３０ｋとの間に収束され、非励磁とされ
た電磁石３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに回磁してい
た磁束は消滅する。そして、以後、制御装置７０によっ
て各電磁石３０に上記した手順で励磁電流を順次供給す
ることにより、切欠ロータＲ及び回転子ＲＲは連続的に
回転トルクを発生することができる。

【００３５】以上説明した本願発明の第１及び第２の実
施形態において、ロータ１０又は回転子ＲＲの回転速度
制御を行う場合、各電磁石３０への励磁電流を切換える
タイミングは、ロータ１０又は切欠ロータＲの周囲に環
設される電磁石３０の数、すなわち固定子側の極数ｎに
よって定まり、（３６０／ｎ）゜毎に切り替える必要が
ある。したがって、この実施形態にあっては固定子側の
極数ｎ＝１２であるから、（３６０／１２）＝３０゜毎
に励磁される電磁石３０を切り換えていけばよい。励磁
する電磁石３０を切り換えていく方向は、所望の回転方
向にしたがって定めればよい。

【００３６】また、上記説明の中では、ロータ１０の突
起部１０ａあるいは各切欠ロータＲの突起部Ｒａの回転
方向前端部がそれまでの励磁電磁石の前方に隣接する各
非励磁電磁石に近接する位置に達したときに励磁電流を
切り換える構成をとっていた。しかし、より厳密には、
ロータ１０あるいは切欠ロータＲが回転していく際の磁
束分布の変化を有限要素法を用いて逐次解析するなどの
手法を採用したり、電磁石３０に対する励磁切換タイミ
ングをパラメータとして出力特性を測定比較したりする
ことによって、出力トルクの増大やエネルギー変換効率
の向上だけでなく、トルク変動抑制等の他の要素を加味
して最適な励磁電流切換タイミングを見出すことが可能
である。そして、ロータ１０あるいは切欠ロータＲの回
転角を検出する前記回転センサ８０の出力信号がその最
適化条件を満たすように、センサの設定条件を調整すれ
ばよいのである。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、上記の構成
を備えた本発明に係る電動機によれば、無通電状態にお
いて出力部材又は可動子部材の突起部に対向する電磁石
を介して磁化手段の各磁極間を回磁する磁束によって拘
束されていた前記出力部材及び可動子部材は、その磁束
が磁束統御部材あるいは可動子部材円板状部を介して新
たに励磁された電磁石のみに収束されることによって拘
束状態が解除され、励磁電磁石から受ける磁気吸引力に
よって円滑に始動させることができる。

【００３８】そして、前記出力部材及び可動子部材は、
もっぱら前記励磁電磁石からの磁気吸引力のみを受け、
他の非励磁電磁石との間には前記磁束の収束現象によっ
て回転を阻害するような磁気力は作用しないこととなる
から、出力効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の構成を示す側断面図である。

【図２】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その１である。

【図３】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その２である。

【図４】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その３である。

【図５】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その４である。

【図６】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その５である。

【図７】 本願第２の発明の一実施形態に係わる電動機
の構成を示す側断面図である。

【図８】 本願第２の発明の一実施形態に係わる電動機
に用いる切欠ロータの概略図である。

【図９】 本願第２の発明の一実施形態に係わる電動機
の作用を示す図その１である。

【図１０】 本願第２の発明の一実施形態に係わる電動
機の作用を示す図その２である。

【図１１】 本願第２の発明の一実施形態に係わる電動
機の作用を示す図その３である。

【図１２】 本願第１の発明の一実施形態に係わる電動
機の作用を示す図その４である。

【符号の説明】

１０ ロータ １０ａ 突起部（ロータ１０の） ３０ 電磁石 ４０ ディスク（磁束統御部材） ７０ 励磁制御装置（励磁電流制御手段） Ｒ 切欠ロータ（可動子部材） Ｒａ 突起部（切欠ロータＲの） Ｒｃ 円板状部（可動子部材の） ＲＲ 回転子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 29/06 Ｈ０２Ｋ 29/06 Ｚ Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AA05 AB07 AC06 AE06 AE07 5H019 AA04 BB01 BB13 BB20 CC03 CC06 CC08 CC10 DD07 DD09 EE01 5H621 BB07 BB10 GA04 GA09 GA12 HH01 HH10 JK03 5H622 AA03 CA02 CA06 CA07 CB03 PP01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円板状の磁性体より形成され、その外
   周縁に沿って複数の径方向突起部が設けられた出力部材
   と、 その出力部材と間隔を隔てて並置された、略円板状の磁
   性体よりなる磁束統御部材と、 前記出力部材と前記磁束統御部材とのそれぞれの外周縁
   の間にほぼ差し渡されるように配設され、その一端部が
   前記出力部材の外周縁に、その他端部が前記磁束統御部
   材の外周縁に沿って間隔をおいて配置されて、各々それ
   ら出力部材および磁束統御部材と磁気的な相互作用をな
   すようになっている複数の電磁石と、 少なくとも前記出力部材を前記複数の電磁石の内方にお
   いて周方向に回動自在に支持している支持手段と、 前記出力部材と前記磁束統御部材との間に、その出力部
   材と磁束統御部材とを互いに異極性に磁化するように配
   設された磁化手段と、 前記出力部材および前記磁束統御部材の外周縁と対向し
   ている前記電磁石のそれぞれは、その出力部材と対向し
   ている各一端部が前記磁化手段によって与えられる出力
   部材側極性と異極性となるように、各電磁石に所定のタ
   イミングで励磁電流を供給する励磁電流供給手段とを備
   えた電動機。
2. 【請求項２】 磁性体を用いて略円板状に形成された可
   動子部材であって、その一方の面上には周方向に対して
   磁束を収束させつつ通過させ得るほぼ径方向に隆起形成
   された少なくとも一の隆起部を備えた可動子部材を、一
   組間隔をおいて並置するとともに、それら可動子部材を
   互いに固定して回転子部材を形成し、 前記並置された可動子部材のそれぞれの外周縁の間にほ
   ぼ差し渡されるように配設され、その各端部が前記各可
   動子部材の外周縁に沿って間隔をおいて配置されて、各
   々それら可動子部材と磁気的な相互作用をなすようにな
   っている複数の電磁石と、 前記回転子部材を前記複数の電磁石の内方において周方
   向に回動自在に支持している支承手段と、 前記一組の可動子部材の間に、それらの可動子部材を互
   いに異極性に磁化するように配設された磁化手段と、 前記各可動子部材の外周縁と対向している前記電磁石の
   それぞれの端部が、それぞれ対向している可動子部材に
   前記磁化手段が与える各極性とそれぞれ異極性となるよ
   うに、各電磁石に所定のタイミングで励磁電流を供給す
   る励磁電流供給手段とを備えた電動機。
3. 【請求項３】 前記磁化手段は永久磁石である請求項１
   又は請求項２に記載の電動機。
4. 【請求項４】 前記磁化手段はその磁力が調整し得るよ
   うに構成された電磁石を含んでいる請求項１又は請求項
   ２に記載の電動機。
5. 【請求項５】 前記電磁石の他端部がそれぞれ前記磁束
   統御部材に接続されている請求項１に記載の電動機。
6. 【請求項６】 前記各電磁石は、それぞれが前記出力部
   材の周縁に配設された突起部を連続して吸引するように
   順次励磁される請求項１に記載の電動機。
7. 【請求項７】 前記各電磁石は、それぞれが前記可動子
   部材の周縁に臨む前記隆起部を連続して吸引するように
   順次励磁される請求項２に記載の電動機。