JP2007067252A - Hybrid magnet, and electric motor and generator using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は永久磁石と電磁石を組み合わせてなるハイブリッド型磁石と、そのハイブリッド型磁石を用いた電動モータ及び発電機に関するものである。 The present invention relates to a hybrid magnet obtained by combining a permanent magnet and an electromagnet, and an electric motor and a generator using the hybrid magnet.
従来より、永久磁石と電磁石を組み合わせてなり、当該電磁石のコイルに流れる電流を制御することにより、外部へ及ぼす磁力の大きさを広い範囲で調節することができるハイブリッド型磁石に関する発明が知られている(例えば、特許文献1及び2を参照。)。
Conventionally, there has been known an invention relating to a hybrid magnet that is a combination of a permanent magnet and an electromagnet, and can control the magnitude of the magnetic force exerted on the outside by controlling the current flowing through the coil of the electromagnet. (For example, see
このハイブリッド型磁石について、図面に基づいて以下に説明する。
ハイブリッド型磁石の構造の一例を図12に示す。図12は、ハイブリッド型磁石の平面図である。
The hybrid magnet will be described below with reference to the drawings.
An example of the structure of the hybrid magnet is shown in FIG. FIG. 12 is a plan view of the hybrid magnet.
ハイブリッド型磁石61は、矩形の断面を有する「コ」字状の鉄心からなるヨーク62に励磁コイル63を巻き付けて構成した電磁石と、永久磁石65を両端から磁性部材66で挟み込むことにより構成した角棒状の係合部材67からなり、当該係合部材67はヨーク62の開口端部に密着接合されている。
The
ハイブリッド型磁石の作用を図13に基づいて説明する。図13は、ハイブリッド型磁石に軟磁性体を近接させた場合における磁力線を示したものである。
電磁石に電流を通じていない場合には、ハイブリッド型磁石61には、図13(a)に示すように、永久磁石による磁力69のみが発生し、この永久磁石の磁力69は永久磁石〜磁性部材〜ヨーク〜磁性部材〜永久磁石という閉回路を形成して磁束が外部へ漏洩することはないため、近接する軟磁性体68に吸引力は及ばない。
The operation of the hybrid magnet will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows lines of magnetic force when a soft magnetic material is brought close to a hybrid magnet.
When current is not passed through the electromagnet, only the
次に、永久磁石による磁力線69と反対方向であって永久磁石の磁力69よりも大きい磁力が発生するように電磁石の励磁コイルに電流を流すと、図13(b)に示すように、永久磁石の飽和状態を超えた磁力69が外部へ押し出されるようにして漏洩する。この漏洩した磁力には、電磁石からの磁力70が重畳して加わるため、近接する軟磁性体68には大きな吸引力が及ぶことになる。
Next, when a current is passed through the exciting coil of the electromagnet so that a magnetic force larger than the
なお、磁性部材をヨークの材料よりも飽和磁束密度の高い材料で形成することにより、この吸引力を更に高めることができる(特許文献2を参照。)。 Note that this attractive force can be further increased by forming the magnetic member with a material having a higher saturation magnetic flux density than the material of the yoke (see Patent Document 2).
また、永久磁石の磁力69と同方向の磁力71が発生するように励磁コイルに電流を流した場合には、図13(c)に示すように、永久磁石による磁力69が電磁石の磁力71により打ち消されるため、軟磁性体68に及ぶ吸引力は弱くなる。
When a current is passed through the exciting coil so that a
更に電流を増加させて電磁石の磁力71の大きさが永久磁石の磁力69を超えた場合には、図13(d)に示すように、永久磁石の磁力69はキャンセルされ、電磁石による磁力70はヨーク〜磁性部材〜永久磁石〜磁性部材〜ヨークという閉回路を形成して外部へ磁束が漏洩しなくなるため、軟磁性体68には吸引力は及ばなくなる。
Further, when the current is increased and the magnitude of the
以上のように、ハイブリッド型磁石61は、電磁石の励磁コイルに流す電流の向きと大きさを制御することにより、外部へ及ぼす磁力の大きさを広い範囲で調節することができるという特性を有するものである。
しかし、上記の説明から分かるように、ハイブリッド型磁石61が外部へ及ぼすことができる磁束の向きは、図13(b)に示すような永久磁石の磁力69の方向のみに限られることになる。
However, as can be understood from the above description, the direction of the magnetic flux that the
つまり、従来のハイブリッド型磁石においては、磁界の向きを変えることができないという問題があった。
そのため、ハイブリッド型磁石を永久磁石を回転子又は固定子とする電動モータや発電機に用いることは非常に困難であり、優れた特性を有しながらその用途を大きく制限する要因となっていた。
That is, the conventional hybrid magnet has a problem that the direction of the magnetic field cannot be changed.
For this reason, it is very difficult to use a hybrid magnet for an electric motor or a generator having a permanent magnet as a rotor or a stator, which has been a factor that greatly restricts its application while having excellent characteristics.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、磁界の向きを変えることができるハイブリッド型磁石、並びにそのハイブリッド型磁石を用いた電動モータ及び発電機を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a hybrid magnet capable of changing the direction of a magnetic field, and an electric motor and a generator using the hybrid magnet. To do.
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の本発明は、「コ」字状に形成された第1の磁性材からなるヨークに励磁コイルを巻き回してなる電磁石と、永久磁石の両側を第2の磁性材により挟み込み前記ヨークの両端部の内側に密着接合した係合部材と、からなるハイブリッド型磁石において、前記永久磁石と前記第2の磁性材の少なくとも片方の飽和磁束密度は、前記第1の磁性材の飽和磁束密度よりも小さいことを特徴とするハイブリッド型磁石である。
In order to achieve the above object, the present invention according to
このように、ハイブリッド型磁石の部材を飽和磁束密度の異なる材料で形成することにより、ハイブリッド型磁石が外部へ及ぼす磁界の向きを変えることができる。 Thus, by forming the members of the hybrid magnet with materials having different saturation magnetic flux densities, the direction of the magnetic field exerted on the outside by the hybrid magnet can be changed.
請求項2に記載の本発明は、「コ」字状に形成された第1の磁性材からなるヨークに励磁コイルを巻き回してなる電磁石と、永久磁石の両側を第2の磁性材により挟み込み前記ヨークの両端部の内側に密着接合した係合部材と、からなるハイブリッド型磁石において、前記永久磁石と前記第2の磁性材の少なくとも片方の断面積は前記第1の磁性材の断面積よりも小さいことを特徴とするハイブリッド型磁石である。 According to the second aspect of the present invention, an electromagnet formed by winding an exciting coil around a yoke made of a first magnetic material formed in a “U” shape, and both sides of a permanent magnet are sandwiched between the second magnetic material. In the hybrid magnet comprising an engagement member tightly joined to the inside of both ends of the yoke, the cross-sectional area of at least one of the permanent magnet and the second magnetic material is greater than the cross-sectional area of the first magnetic material. It is a hybrid magnet characterized by being small.
このように、ハイブリッド型磁石の部材の寸法を変えることにより、ハイブリッド型磁石が外部へ及ぼす磁界の向きを変えることができる。 Thus, the direction of the magnetic field exerted to the outside by the hybrid magnet can be changed by changing the dimensions of the members of the hybrid magnet.
請求項3に記載の本発明は、前記励磁コイルの両端部付近のヨークに前記係合部材と反対側に延伸する突起部を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリッド型磁石である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the hybrid type according to the first or second aspect, wherein the yoke near both ends of the exciting coil is provided with a protrusion extending to the opposite side of the engaging member. It is a magnet.
この突起物を介して近接する対象物に磁力を及ぼすことにより、ハイブリッド型磁石に生じる磁気抵抗を低減することができるため、ハイブリッド型磁石の磁気エネルギーを効率的に使用することができる。 By applying a magnetic force to an object close to each other through the protrusions, it is possible to reduce the magnetic resistance generated in the hybrid magnet, so that the magnetic energy of the hybrid magnet can be used efficiently.
請求項4に記載の本発明は、回転軸を中心とする仮想円筒の側面上に複数の棒状の永久磁石を周方向に極性が交互に変わるように長手方向を前記回転軸に略平行に配置してなる回転子と、前記仮想円筒の側面と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる電動モータにおいて、前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略平行になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする電動モータである。
According to the fourth aspect of the present invention, a plurality of rod-shaped permanent magnets are arranged on the side surface of the virtual cylinder centered on the rotation axis so that the longitudinal direction is substantially parallel to the rotation axis so that the polarity is alternately changed in the circumferential direction. In the electric motor comprising the rotor formed in this manner and the stator facing the side surface of the virtual cylinder with a predetermined gap, the stator has a longitudinal direction of the engaging member substantially parallel to the rotation axis. It is an electric motor characterized by being the hybrid type magnet according to any one of
このように、ハイブリッド型磁石を電動モータの固定子として用いることにより、その特性を生かした高性能の電動モータを実現することができる。 Thus, by using a hybrid magnet as a stator of an electric motor, a high-performance electric motor that makes use of the characteristics can be realized.
請求項5に記載の本発明は、回転軸を中心とする仮想円筒の垂直断面上に複数の棒状の永久磁石を周方向に極性が交互に変わるように長手方向を前記回転軸に略垂直に配置してなる回転子と、前記垂直断面の外周と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる電動モータにおいて、前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略垂直になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする電動モータである。
According to the fifth aspect of the present invention, the longitudinal direction of the plurality of rod-shaped permanent magnets is substantially perpendicular to the rotation axis so that the polarities alternately change in the circumferential direction on a vertical section of a virtual cylinder centered on the rotation axis. In the electric motor comprising a rotor formed and a stator facing the outer periphery of the vertical section with a predetermined gap, the stator has a longitudinal direction of an engaging member substantially perpendicular to the rotating shaft. An electric motor comprising the hybrid magnet according to any one of
このような構成をとることにより、ハイブリッド型磁石の磁気エネルギーをより効率的に回転力に変換することができる。 By adopting such a configuration, the magnetic energy of the hybrid magnet can be more efficiently converted into a rotational force.
請求項6に記載の本発明は、回転軸を中心とする仮想円筒の側面上に複数の棒状の永久磁石を周方向に極性が交互に変わるように長手方向を前記回転軸に略平行に配置してなる回転子と、前記仮想円筒の側面と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる発電機において、前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略平行になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする発電機である。
According to the sixth aspect of the present invention, a plurality of rod-shaped permanent magnets are arranged on the side surface of the virtual cylinder centering on the rotation axis so that the longitudinal direction is substantially parallel to the rotation axis so that the polarity changes alternately in the circumferential direction. And a stator that faces the side surface of the virtual cylinder with a predetermined gap, and the stator has a longitudinal direction of the engaging member substantially parallel to the rotation axis. It is a hybrid magnet in any one of
請求項4に記載の電動モータにおける回転子を外力で回転させることで、永久磁石の磁束が有効にハイブリッド型磁石のコイル巻線を方向を交互に変えて通るので、効率的な発電機としても使用することができる。
By rotating the rotor in the electric motor according to
請求項7に記載の本発明は、回転軸を中心とする仮想円筒の垂直断面上に複数の棒状の永久磁石を周方向に極性が交互に変わるように長手方向を前記回転軸に略垂直に配置してなる回転子と、前記垂直断面の外周と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる発電機において、前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略垂直になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする発電機である。
According to the seventh aspect of the present invention, the longitudinal direction of the plurality of rod-like permanent magnets is substantially perpendicular to the rotation axis so that the polarities alternately change in the circumferential direction on a vertical section of a virtual cylinder centered on the rotation axis. In the generator comprising a rotor formed and a stator facing the outer periphery of the vertical section with a predetermined gap, the stator has a longitudinal direction of an engaging member substantially perpendicular to the rotation axis. It is a hybrid magnet in any one of
請求項5に記載の電動モータにおける回転子を外力で回転させることで、永久磁石の磁束が有効にハイブリッド型磁石のコイル巻線を方向を交互に変えて通るので、より効率的な発電機としても使用することができる。
By rotating the rotor in the electric motor according to
本発明においては、ハイブリッド型磁石の磁性部材又は永久磁石をヨークの材料よりも飽和磁束密度の小さい材料で形成したこと、あるいは磁性部材又は永久磁石の断面積をヨークの断面積よりも小さくしたことにより、外部へ及ぼす磁界の方向を変えることができるハイブリッド型磁石を提供することができる。 In the present invention, the magnetic member or permanent magnet of the hybrid magnet is formed of a material having a saturation magnetic flux density smaller than that of the yoke material, or the cross-sectional area of the magnetic member or permanent magnet is made smaller than the cross-sectional area of the yoke. Thus, it is possible to provide a hybrid magnet that can change the direction of the magnetic field exerted to the outside.
また、このようなハイブリッド型磁石を電動モータ及び発電機に用いることにより、磁力を広い範囲で調節することができるというハイブリッド型磁石の特性を生かした効率的な電動モータ及び発電機を提供することができる。 Moreover, by using such a hybrid magnet for an electric motor and a generator, an efficient electric motor and a generator utilizing the characteristics of the hybrid magnet that the magnetic force can be adjusted in a wide range are provided. Can do.
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係るハイブリッド型磁石の第1の実施形態を図1に基づいて説明する。図1は、第1の実施形態の構造を示したものであり、図(a)は平面図を、図(b)は斜視図を、それぞれ示している。 A first embodiment of a hybrid magnet according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the structure of the first embodiment. FIG. 1 (a) shows a plan view and FIG. 1 (b) shows a perspective view.
この第1の実施形態のハイブリッド型磁石1は、矩形の断面を有する「コ」字状の磁性材からなるヨーク2に励磁コイル3を巻き付けてなる電磁石と、永久磁石5を両端から磁性部材6で挟み込んだ角棒状の係合部材7からなり、当該係合部材7はヨーク2の一部であるアーム部4の両端部の内側に密着接合されている。
The
係合部材7をアーム部4の内側に密着接合させたのは、アーム部7の端部を通じて磁束を外部へ作用させることで、電磁石の磁気エネルギーを有効に活用できるためである。
The reason why the engaging
この係合部材7を構成する永久磁石5と磁性部材6の少なくとも片方は、ヨーク2を形成する磁性材よりも飽和磁束密度が低い材料により形成されている。例えば、ヨーク2の材料が軟鉄である場合には、ニッケル、白鋳鉄又はねずみ鋳鉄などを用いることが好ましい。
At least one of the
第1の実施形態の作用を図2に基づいて説明する。図2は、第1の実施形態において磁性部材をヨークよりも飽和磁束密度が低い材料で形成した場合に発生する磁力を示したものである。 The operation of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the magnetic force generated when the magnetic member is formed of a material having a saturation magnetic flux density lower than that of the yoke in the first embodiment.
まず、永久磁石による磁力9と反対方向の磁力10が発生するように励磁コイル4に電流を流した場合には、図2(a)に示すように、従来のハイブリッド型磁石と同じく永久磁石の磁力9の向きと同じ方向の磁束を外部の対象物(軟磁性体)に及ぼすことができる。
First, when a current is passed through the
次に、永久磁石による磁力9と同じ方向の磁力11が発生するように励磁コイル4に電流を流した場合には、電流が小さく磁力が弱いときには、従来のようにハイブリッド型磁石内で閉回路を形成するため外部へ磁束が漏洩しないが、電流を大きくして磁力を強くしたときには、磁性部材6の飽和磁束密度がヨーク2のそれよりも小さいことから、図2(b)に示すように、磁性部材6の飽和状態を超えた磁束が外部へ漏洩するため、同じく軟磁性体8に磁束を及ぼすことができる。このときの磁束の向きは、図2(a)の場合と逆向きとなるので、これはハイブリッド型磁石の磁界が反転したことを意味するものである。
Next, when a current is passed through the
この飽和磁束密度について、図3に基づいて詳しく説明する。図3は、磁性体のB−H線図を示したものであり、横軸は外部磁場の強さを、縦軸は磁性体のN極からS極へ向かう磁束の密度(磁力の強さ)を表している。 This saturation magnetic flux density will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows a BH diagram of the magnetic material, where the horizontal axis indicates the strength of the external magnetic field, and the vertical axis indicates the density of magnetic flux from the N pole to the S pole of the magnetic material (the strength of the magnetic force). ).
磁性体に外部から磁場を加えると、磁気のない状態(点0)から磁気を帯びて次第に強い磁石となる。しかし、そのまま磁場を強めていくと、やがて磁束密度の限界が現れる。これを飽和磁束密度(図中の点A又は点B)といい、それを超える磁束密度は磁性体の外部空間へ漏洩するようになる。 When a magnetic field is applied to the magnetic material from the outside, the magnet becomes magnetized from a state without magnetism (point 0) and becomes a gradually strong magnet. However, if the magnetic field is increased as it is, the limit of magnetic flux density will eventually appear. This is called the saturation magnetic flux density (point A or point B in the figure), and the magnetic flux density exceeding this is leaked to the external space of the magnetic material.
従って、磁性部材をヨークの材料よりも飽和磁束密度の低い材料で形成した場合には、ヨークで発生した磁束のうち磁性部材の飽和磁束密度を超える磁束は外部へ漏洩することになる。このことは、永久磁石をヨークの材料よりも飽和磁束密度の低い材料で形成した場合でも同じである。 Therefore, when the magnetic member is formed of a material having a saturation magnetic flux density lower than that of the yoke material, magnetic flux exceeding the saturation magnetic flux density of the magnetic member out of the magnetic flux generated in the yoke leaks to the outside. This is the same even when the permanent magnet is made of a material having a saturation magnetic flux density lower than that of the yoke material.
本発明に係るハイブリッド型磁石の第2の実施形態を図4に示す。図4は第2の実施形態の構造を示す平面図であり、図1と共通する部分には、同一の符号を付している。 A second embodiment of the hybrid magnet according to the present invention is shown in FIG. FIG. 4 is a plan view showing the structure of the second embodiment, and portions common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
この第2の実施形態のハイブリッド型磁石20は、係合部材23を構成する永久磁石22と磁性部材21の少なくとも片方の断面積をヨーク2を形成する磁性材のそれよりも小さくすることにより、第1の実施形態と同じ効果を奏するものである。
In the
従って、永久磁石22及び磁性部材21とヨーク2の磁性材の材料は同じものであってもかまわない。
なお、図4においては、永久磁石22と磁性部材21を同一寸法としている。
Therefore, the material of the magnetic material of the
In FIG. 4, the
本実施形態の作用を説明すると、永久磁石22による磁力と同じ方向の磁力が発生するように電磁石に大きな電流を流した場合には、永久磁石22又は磁性部材21の断面積がヨーク2を構成する磁性材のそれよりも小さいため磁束密度は大きくなり、第1の実施形態における図2(b)のように、飽和状態を超えた磁束が外部へ漏洩することになる。
The operation of the present embodiment will be described. When a large current is passed through the electromagnet so that a magnetic force in the same direction as the magnetic force generated by the
なお、永久磁石22又は磁性部材21とヨーク2の磁性材との断面積の比は、50〜80%の範囲にあることが望ましい。
Note that the ratio of the cross-sectional area of the
本発明に係るハイブリッド型磁石の第3の実施形態を図5に示す。図5は第3の実施形態の構造及び使用方法を示す平面図であり、図1と共通する部分には、同一の符号を付している。 FIG. 5 shows a third embodiment of the hybrid magnet according to the present invention. FIG. 5 is a plan view showing the structure and use method of the third embodiment, and the same reference numerals are given to the portions common to FIG.
第3の実施形態のハイブリッド型磁石30は、第1の実施形態においてアーム部4を係合部材7とは反対方向へ延長することにより突起部31を形成したものである。
The
本実施形態の使用に際しては、係合部材7の側ではなく、この突起部31の側を対象物8(軟磁性体)に極めて近接させることにより、励磁コイル3の磁力はアーム部4よりも軟磁性体8に向かって漏洩するため吸引力を及ぼすことができる。
When using this embodiment, the magnetic force of the
また、このとき電磁石で生じる磁束はアーム部4を通らないことから、そこで生じる磁気抵抗を回避することができるため、第1及び第2の実施形態に比べてハイブリッド型磁石30の磁気エネルギーを有効に使用することができる。
Further, since the magnetic flux generated by the electromagnet does not pass through the
以上に説明した本発明に係るハイブリッド型磁石は、大きな磁力を有するとともに磁界の向きを変えることができるため、電動モータ及び発電機に適用することが可能である。 Since the hybrid magnet according to the present invention described above has a large magnetic force and can change the direction of the magnetic field, it can be applied to an electric motor and a generator.
本発明に係るハイブリッド型磁石を用いた電動モータの第1の実施形態を図6に示す。図6は、第1の実施形態に係る電動モータの構造を示す斜視図であり、磁石の極性を図中に「N」及び「S」で示している。 FIG. 6 shows a first embodiment of an electric motor using a hybrid magnet according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the electric motor according to the first embodiment, and the polarities of the magnets are indicated by “N” and “S” in the drawing.
この第1の実施形態の電動モータは、固定子40としてハイブリッド型磁石を用い、回転子41を永久磁石43から構成するものである。
In the electric motor of the first embodiment, a hybrid magnet is used as the
回転子41は、回転軸42を中心とする仮想的な円筒の側面上に、6本の棒状の永久磁石43を回転軸42の周方向に磁性が交互に異なるように、その長手方向を回転軸42とほぼ平行に配置することにより構成される。
The
また、隣り合う永久磁石43同士が相互に作用して磁力を打ち消さないように、それぞれの永久磁石43と回転軸42との間には非磁性材44が設けられている。
Further, a
固定子40であるハイブリッド型磁石1は任意の位置(図6では回転子41の下側)において、回転子41の永久磁石43がえがく仮想的な円筒側面に所定の距離をおいて対向しており、ハイブリッド型磁石1の係合部材7の長手方向が、回転子41の回転軸42とほぼ平行となる向きに配置されている。
The
本電動モータが回転する仕組みは通常の電動モータと同じであり、対向する永久磁石43の磁界と反対方向又は正方向の磁界がハイブリッド型磁石1に交互に生成するように励磁コイルの電流を制御することで、固定子40と回転子41の間に吸引力と斥力とを交互に発生させることにより回転子を回転させるものである。
The mechanism of rotation of the electric motor is the same as that of a normal electric motor, and the current of the exciting coil is controlled so that a magnetic field in the opposite direction or positive direction to the magnetic field of the opposing
また、本電動モータにおける回転子41を外力で回転させることにより、励磁コイルの巻線に永久磁石43の磁力が交互に作用するため、効率のよい発電機としても使用することができる。
Moreover, since the magnetic force of the
本発明に係るハイブリッド型磁石を用いた電動モータの第2の実施形態を図7に示す。図7は、第2の実施形態に係る電動モータの構造を示す斜視図である。 A second embodiment of an electric motor using a hybrid magnet according to the present invention is shown in FIG. FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the electric motor according to the second embodiment.
本実施形態は、第1の実施形態を変形したものであり、仮想的な円筒面上に永久磁石46を密に配置することにより、回転軸のないリング状の回転子45を構成するものである。なお、磁力の干渉を防ぐ非磁性材47は隣接する永久磁石46の間に配置される。
This embodiment is a modification of the first embodiment, and constitutes a ring-shaped
このようなリング状の回転子45を用いることにより、例えば自動車などの車輪に取り付けられた回転子45を介して、電動モータで直に車輪を駆動するようなことが可能となる。
By using such a ring-shaped
また、固定子40であるハイブリッド型磁石1は、図8に示す第3の実施形態のように、リング状の回転子45の内部に配置してもよい。
この場合には、電動モータの外側が回転する、いわゆるアウター・ローター式の電動モータとなるため、トルクを非常に大きく取ることができる。
Further, the
In this case, since the outer side of the electric motor rotates, a so-called outer rotor type electric motor can be obtained, so that a very large torque can be obtained.
なお、第2及び第3の実施形態に係る電動モータにおいても、第1の実施形態の場合と同様に、回転子45を外力で回転させることで発電機として使用できることはもちろんである。
Of course, the electric motors according to the second and third embodiments can be used as a generator by rotating the
本発明に係るハイブリッド型磁石を用いた電動モータの第4の実施形態を図9に示す。図9は、第4の実施形態に係る電動モータの構造を示す斜視図である。 FIG. 9 shows a fourth embodiment of the electric motor using the hybrid magnet according to the present invention. FIG. 9 is a perspective view showing the structure of the electric motor according to the fourth embodiment.
この電動モータは、第1〜第3の実施形態と同じく固定子としてハイブリッド型磁石を用い、回転子を永久磁石から構成するものであるが、回転子の回転軸に対してハイブリッド型磁石の係合部材の長手方向が、ほぼ垂直な向きに配置されている点に特徴がある。 This electric motor uses a hybrid magnet as a stator as in the first to third embodiments, and the rotor is composed of a permanent magnet. It is characterized in that the longitudinal direction of the combined member is arranged in a substantially vertical direction.
具体的な構成を以下に説明する。 A specific configuration will be described below.
回転子51は、回転軸52を中心とする仮想的な円筒の垂直断面上に、6本の棒状の永久磁石53を回転軸52の周方向に磁性が交互に異なるように、その長手方向を回転軸52とほぼ垂直に配置することにより構成される。
The
また、固定子50であるハイブリッド型磁石1は任意の位置(図9では回転子51の下側)において、回転子51の永久磁石53がえがく仮想的な円周に所定の距離をおいて対向しており、ハイブリッド型磁石1の係合部材7の長手方向が、回転子51の回転軸52とほぼ垂直となる向きに配置されている。
Further, the
なお、回転子51において、それぞれの永久磁石53と回転軸52の間に非磁性材54を設けることは第1の実施形態と同じである。
In the
このような構成をとることにより、第1〜第3の実施形態に係る電動モータに比べて、ハイブリッド型磁石の磁気エネルギーを効率的に回転力に変換することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to efficiently convert the magnetic energy of the hybrid magnet into a rotational force as compared with the electric motors according to the first to third embodiments.
また、本実施形態においても回転子51を外力により回転することで、高効率の発電機としても使用することができる。
Also in this embodiment, the
本発明に係るハイブリッド型磁石を用いた電動モータの第5の実施形態を図10に示す。図10は、第5の実施形態に係る電動モータの構造を示す斜視図である。 FIG. 10 shows a fifth embodiment of an electric motor using a hybrid magnet according to the present invention. FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the electric motor according to the fifth embodiment.
本実施形態は、第4の実施形態を変形したものであり、仮想的な円筒の垂直断面上に永久磁石56を密に配置することにより、回転軸のないリング状の回転子55を構成するものである。また、磁力の干渉を防ぐ非磁性材57は隣接する永久磁石56の間に配置される。
The present embodiment is a modification of the fourth embodiment, and a ring-shaped
このようなリング状の回転子55を用いることにより、電動モータで直に車輪を駆動するようなことが可能となるのは、第2の実施形態に係る電動モータの場合と同じである。
また、固定子50であるハイブリッド型磁石1を、図11に示す第6の実施形態のように、リング状の回転子55の内部に配置してもよい。
By using such a ring-shaped
Further, the
更に、第5及び第6の実施形態に係る電動モータにおいても、回転子55を外力で回転させることで高効率の発電機としても用いることができる。
Furthermore, the electric motors according to the fifth and sixth embodiments can also be used as a highly efficient generator by rotating the
以上に説明したように、いずれの実施形態においても、ハイブリッド型磁石の特性を有効に利用した効率的な電動モータ又は発電機を実現することができる。 As described above, in any of the embodiments, an efficient electric motor or generator that effectively uses the characteristics of the hybrid magnet can be realized.
なお、図6〜図11の図面においては、ハイブリッド型磁石として第1の実施形態を示しているが、第2又は第3の実施形態であってもよいことはもちろんである。また、永久磁石の形状及び本数、並びにハイブリッド型磁石の個数も、これらの図面に示すものに限られるものではない。 6 to 11 show the first embodiment as a hybrid magnet, it is needless to say that the second or third embodiment may be used. Further, the shape and number of permanent magnets and the number of hybrid magnets are not limited to those shown in these drawings.
1 第1の実施形態のハイブリッド型磁石
2 ヨーク
3 励磁コイル
4 アーム部
5 永久磁石
6 磁性部材
7 係合部材
8 軟磁性体
9 永久磁石による磁力
10 電磁石による磁力(永久磁石と反対向き)
11 電磁石による磁力(永久磁石と同じ向き)
20 第2の実施形態のハイブリッド型磁石
21 磁性部材
22 永久磁石
23 係合部材
30 第3の実施形態のハイブリッド型磁石
31 突起部
40、50 電動モータにおける固定子
41、51 電動モータにおける回転子
42、52 回転軸
43、53 回転子の永久磁石
44、54 非磁性材
45、55 リング状の回転子
46、56 リング状の回転子の永久磁石
47、57 リング状の回転子の非磁性材
61 従来のハイブリッド型磁石
62 ヨーク
63 励磁コイル
64 アーム部
65 永久磁石
66 磁性部材
67 係合部材
68 軟磁性体
69 永久磁石による磁力
70 電磁石による磁力(永久磁石と反対向き)
71 電磁石による磁力(永久磁石と同じ向き)
DESCRIPTION OF
11 Magnetic force by electromagnet (same direction as permanent magnet)
20
71 Magnetic force by electromagnet (same direction as permanent magnet)
Claims (7)
永久磁石の両側を第2の磁性材により挟み込み前記ヨークの両端部の内側に密着接合した係合部材と、からなるハイブリッド型磁石において、
前記永久磁石と前記第2の磁性材の少なくとも片方の飽和磁束密度は前記第1の磁性材の飽和磁束密度よりも小さいことを特徴とするハイブリッド型磁石。 An electromagnet formed by winding an exciting coil around a yoke made of a first magnetic material formed in a “U” shape;
A hybrid magnet comprising: an engaging member sandwiched between both ends of the yoke by sandwiching both sides of the permanent magnet with a second magnetic material;
A hybrid magnet, wherein a saturation magnetic flux density of at least one of the permanent magnet and the second magnetic material is smaller than a saturation magnetic flux density of the first magnetic material.
永久磁石の両側を第2の磁性材により挟み込み前記ヨークの両端部の内側に密着接合した係合部材と、からなるハイブリッド型磁石において、
前記永久磁石と前記第2の磁性材の少なくとも片方の断面積は前記第1の磁性材の断面積よりも小さいことを特徴とするハイブリッド型磁石。 An electromagnet formed by winding an exciting coil around a yoke made of a first magnetic material formed in a “U” shape;
A hybrid magnet comprising: an engaging member sandwiched between both ends of the yoke by sandwiching both sides of the permanent magnet with a second magnetic material;
A hybrid magnet, wherein a cross-sectional area of at least one of the permanent magnet and the second magnetic material is smaller than a cross-sectional area of the first magnetic material.
前記仮想円筒の側面と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる電動モータにおいて、
前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略平行になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする電動モータ。 A rotor formed by arranging a plurality of rod-shaped permanent magnets on a side surface of a virtual cylinder centering on the rotation axis, the longitudinal direction being arranged substantially parallel to the rotation axis so that the polarity is alternately changed in the circumferential direction;
In an electric motor comprising a stator facing the side surface of the virtual cylinder with a predetermined gap,
4. The electric motor according to claim 1, wherein the stator is a hybrid magnet according to claim 1, wherein the stator is disposed so that a longitudinal direction of the engaging member is substantially parallel to the rotation shaft. 5.
前記垂直断面の外周と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる電動モータにおいて、
前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略垂直になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする電動モータ。 A rotor formed by arranging a plurality of rod-shaped permanent magnets on a vertical cross section of a virtual cylinder centering on the rotation axis, the longitudinal direction being substantially perpendicular to the rotation axis so that the polarity is alternately changed in the circumferential direction;
In the electric motor consisting of the outer periphery of the vertical cross section and the stator facing with a predetermined gap,
4. The electric motor according to claim 1, wherein the stator is a hybrid magnet according to claim 1, wherein the stator is disposed so that a longitudinal direction of the engaging member is substantially perpendicular to the rotation shaft.
前記仮想円筒の側面と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる発電機において、
前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略平行になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする発電機。 A rotor formed by arranging a plurality of rod-shaped permanent magnets on a side surface of a virtual cylinder centering on the rotation axis, the longitudinal direction being arranged substantially parallel to the rotation axis so that the polarity is alternately changed in the circumferential direction;
In the generator comprising the side surface of the virtual cylinder and the stator facing with a predetermined gap,
4. The generator according to claim 1, wherein the stator is a hybrid magnet according to claim 1, wherein the engaging member is disposed so that a longitudinal direction of the engaging member is substantially parallel to the rotation shaft. 5.
前記垂直断面の外周と所定の間隙をおいて対向する固定子と、からなる発電機において、
前記固定子は、係合部材の長手方向が前記回転軸に略垂直になるように配置された請求項1乃至3のいずれかに記載のハイブリッド型磁石であることを特徴とする発電機。 A rotor formed by arranging a plurality of rod-shaped permanent magnets on a vertical cross section of a virtual cylinder centering on the rotation axis, the longitudinal direction being substantially perpendicular to the rotation axis so that the polarity is alternately changed in the circumferential direction;
In the generator comprising the outer periphery of the vertical cross section and the stator facing with a predetermined gap,
4. The generator according to claim 1, wherein the stator is a hybrid magnet according to claim 1, wherein the stator is disposed so that a longitudinal direction of the engaging member is substantially perpendicular to the rotation shaft. 5.
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