JP2008131732A - 回転子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子を軸受け無しで、固定子に設けたコイルで浮上させて回転する。
【解決手段】固定子と、該固定子の円弧状の内周面に沿って周方向に間隔をあけて配置された複数のコイルと、前記固定子の内周側に回転および移動自在に不支持に位置されると共に、周方向にＮ極とＳ極を交互に有する回転子と、前記各コイルに交流電流を給電する電源手段を備え、前記電源手段から各コイルへの給電により前記回転子との間に発生させる反発方向の磁界で、前記回転子を固定子から隙間をあけて保持しながら回転させる構成としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子の駆動装置に関し、詳しくは、回転子を固定材で軸受け支持することなくフリーな状態とし、固定子側のコイルで浮上させて回転させるものである。

従来、回転力を得る駆動手段としてはモータが用いられている。モータの構造は、例えば、特開２００５−２３７１７５号公報（特許文献１）に示すようにステータとロータからなり、ステータ側の電機子コイルに通電することで、回転磁界を発生させて永久磁石あるいは電磁石を備えたロータを回転させ、回転力をロータに接続された負荷に伝達する構成とされている。この種のモータでは、円環状のステータの内部にロータが軸受で回転自在に支持されている。

しかしながら、軸受によりロータの支軸を支持すると、軸受とロータの支軸とが摺接することで軸受が磨耗したり、振動、騒音が発生する問題がある。
そこで、近年では、ロータを非接触で支持する磁気軸受が提供されている。例えば、特開２０００−３１４４２１号公報（特許文献２）では、図７に示すように、回転可能なロータ１の内側に取りつけられたロータ磁石２と、これに対向するハウジング外縁部３に取り付けられたステータコイル４との間で回転力を発生させてロータ１を回転させる一方、ロータ１に固定された磁石５とハウジング外縁部３に固定された磁石６を軸受として用い、磁石間の磁力の作用によりロータ１を軸方向に支持している。

特開２００５−２３７１７５号公報 特開２０００−３１４４２１号公報

しかし、特許文献２では、磁気軸受のために磁石などの軸受用部材を別体で設けなくてはならず、部品点数が増加し駆動装置が大型化するという問題がある。
また、前記特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、ロータは固定側で機械的あるいは磁気的に軸受されているため、ロータの回転位置は定められている。

回転させながら移動させることが必要な場合、ロータを固定側に対してフリーな状態で回転させながら移動させることが必要となり、さらには、ロータが回転時に接触摩擦等により移動する場合、該ロータの回転移動に伴いコイルを取り付けたステータ側を移動させることが要望される場合もある。
しかしながら、従来の回転子の駆動装置では、前記要望を達成する駆動装置は提供されていない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、回転子を固定材で軸受支持することなく、固定材から浮上させて回転させ、さらに、回転移動可能な構成とする回転子の駆動装置を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
固定子と、
前記固定子の円弧状の内周面に沿って、周方向に間隔をあけて配置された複数のコイルと、
前記固定子の内周側に、回転および移動自在に不支持に位置されると共に、周方向にＮ極とＳ極を交互に有する回転子と、
前記各コイルに交流電流を給電する電源手段を備え、
前記電源手段から各コイルへの給電により前記回転子との間に発生させる反発方向の磁界で、前記回転子を固定子から隙間をあけて保持しながら回転させる構成としている回転子の駆動装置を提供している。

具体的には、例えば、前記複数のコイルは夫々単相コイルからなると共に、各コイルに給電する前記電源手段は単相交流電源からなり、かつ、前記回転子は少なくとも９０度間隔で外周面に前記Ｎ極とＳ極とを交互に設けた永久磁石を備えたものとしている。
また、前記回転子の１つの磁極に対して、前記固定子側に周方向に隣接配置する３つのコイルの磁界が作用する位置設定とすることが好ましい。

本発明の回転子の駆動装置では、前記のように、固定子に配置した各コイルに電源手段により給電した交流電流により、回転子の磁極に対向するコイルの回転子側端を回転子の磁極（例えば、Ｎ極）と同じ磁極（Ｎ極）として、反発力を生じる磁界を発生させて、回転子が軸受なしで、固定子より非接触で浮上させている。
また、回転子の反回転方向（回転遅れ方向）に位置するコイルの回転子側端を回転子の磁極（Ｎ極）と同じ磁極（Ｎ極）に励磁として反発力を生じさせて、回転子を回転方向へ回転させている。かつ、回転子の回転方向（回転進行方向）に位置するコイルの回転子側端は、該コイルが対向する回転子のＳ極と同極性に励磁されてＳ極となっているため、この回転方向側のコイルのＳ極との間に吸引力を生じ、回転子を所要方向に回転されることとなる。
このように、回転子は固定子側のコイルとの反発力で、軸受なしで固定子より隙間をあけて、即ち、浮上した状態で保持できると共に、回転子の回転方向の前後の固定子側のコイルと間の反発力と吸引力とで回転子を回転させることができる。
よって、前記回転子に被作動材を連結すると、電源と接続して固定子（固定材）に取り付けたコイルから分離した状態で、作動材を回転子と連動させて、回転および回転移動させることが可能となる。

前記電源手段は、各単相コイルに第１交流電流と第２交流電流を給電し、前記第１交流電流で単相コイルの回転子側端を、対向する回転子の磁極と同極性に励磁して、前記回転子を固定子側より浮上させると共に、前記第１交流電流と位相をずらせた前記第２交流電流で前記回転子を回転させる構成としていることが好ましい。

即ち、第１交流電流を単相コイルに流して回転子側端を、回転子の磁極と同極性に励磁することで、回転子と単相コイルとの間に径方向の反発力を発生させ、回転子を浮上させることができる。なお、第１交流電流の振幅の大きさに比例して反発力は強くなるため、第１交流電流の振幅は回転子が浮上できる大きさとしている。
ついで、各単相コイルに第１交流電流と位相がずれた第２交流電流を流すと、該回転子の反回転方向に隣接して位置する単相コイルが回転子の磁極と同極性に励磁され、回転子の前記磁極と該単相コイルの磁極との間に回転方向への反発力が発生し、回転子を所要の回転方向に回転させることができる。
なお、第２交流電流の振幅の大きさを大きくすることで、回転方向の反発力を大きくして回転力を大きくすることができる。回転子に大きい負荷が接続された場合には、第２交流電流の振幅を調節して回転力を大きくし、負荷を駆動することができる。

このように、本発明の回転子の駆動装置は、固定子の周方向に配置する複数のコイルの磁気範囲内に回転子を配置し、前記コイルに交流電流を流すことで、回転子の浮上と回転を行うことができる。よって、特許文献２では回転子を浮上させるためのコイルと回転させるためのコイルを別に設けているが、本発明では浮上と回転用のコイルを共用化することができる。
このように、回転子を支持するための軸受を不要としているため、駆動装置を小型化できると共に、軸受を用いた場合に発生した振動や騒音、磨耗の問題を解消することができる。

前記固定子の上方に前記回転子を配置し、該回転子を浮上させて回転させている。
あるいは、前記回転子を固定面に回転自在に載置すると共に、該回転子の上方に前記固定子を配置し、該回転子は固定面上での回転で移動され、該回転子の回転移動に伴って前記固定子を移動させる構成とすることもできる。

回転子を固定材の軸受で軸受した場合は、回転子の回転位置は定められるが、本発明では、回転子は軸受なしで、固定材側とはフリーな状態としているため、回転子の回転移動も可能となる。
即ち、回転子が他部材と接触して回転し、接触摩擦等で移動する場合、この回転移動する回転子の移動に伴い、コイルを取り付けた固定子側を反発力で浮上させながら移動させることができる。
逆に、前記固定子が移動すると、前記コイルと回転子との間に発生させる前記吸引力と反発力により、前記固定子の移動に伴い回転子を固定子とは非接触で回転移動させることができる。

前記固定子は必ずしも円環形状とする必要はなく、内周面は半円状とし、該半円状の内周面に沿って前記複数のコイルの回転子側端を位置させてもよい。

前記コイルは超電導コイルから形成することが好ましい。
本発明の固定子側に設けたコイルと、回転子との間の隙間は隙間が大きくなるとコイルと回転子間の磁界が反比例して減少する。超電動線でコイルと形成すると強力な移動磁界を発生させることができ、固定子のコイルと回転子との隙間を大きくすることができる。
なお、コイルは常電導線でも良いが、この場合、コイルに鉄芯を備えたものとすることが好ましい。

さらに、前記回転子の位置検出手段を備え、検出された回転子の位置により各単相コイルへの給電を制御して、前記回転子と固定子間に所要の隙間が形成されるように各コイルの回転子側端の励磁状態を制御していることが好ましい。
該構成とすることで、回転子が回転作動時に固定子と接触するのを防止できると共に、回転子の軸線を一定位置に保持して、該回転子を被作動部材と連結する場合、該被作動部材を位置ずれなく作動させることができる。

本発明の回転子の駆動装置は、前記回転子を自動車のタイヤに固定する一方、前記固定子を車体側のタイヤハウス等に固定して、自動車のタイヤの回転駆動装置として用いることができる。
この場合、タイヤに固定した回転子が、車体側に固定したコイルとの間に発生する磁界で回転させると共に回転子とコイルとの間の反発力で車体を浮上させることとなる。

前記した自動車の駆動装置とすると、タイヤは地面と接触して回転し、この接触摩擦により走行し、タイヤに固定した回転子は回転しながら移動する。これに対して車体は、タイヤに固定した回転子との間の反発力で浮上し、かつ、回転子の移動に追従して浮上しながら移動する。
このように、タイヤに固定した回転子を車体側のコイルにより、タイヤを車体と非接触に回転させて走行させることができるため、従来のエンジンの動力でタイヤを回転駆動する自動車と比べて、エンジンの動力をタイヤに伝達するギアやシャフトなどが不要となるため、自動車の駆動効率を向上させることができる。

さらに、本発明の回転子の駆動装置は、前記回転子は換気ファンのファンとして設けると共に、前記固定子は前記ファンの外周を囲む環状の固定フレームとして設け、該固定フレーム内に軸受け無しのファンを備えたファン駆動装置として用いることができる。

この場合、ファンは中心軸部から周方向に９０度間隔をあけて突出させた４枚の羽根を備え、各羽根の外周面に前記したＳ極とＮ極とを交互に設けた配置とする一方、ファンを囲む円環状の固定フレームの外周面にコイルを周方向に所定の間隔をあけて配置し、これらコイルに交流電流を給電することで、ファンを軸受無しで回転させることができる。
其の際、ファンと固定フレームとの間に発生させる磁界で反発方向の力を大とすることで軸受け無しのファンを高速回転させることができると共に、固定フレーム側からファンに対する吸引方向の磁界の強度を増加することで、吸込空気に対しても固定フレームから離脱することなくファンの回転を持続することができる。
上記換気ファンは例えばトンネルの中の換気用ファン等に好適に用いることができる。
さらに、前記換気ファンと同様な機構となるジュット機の主推進器にも利用できる。其の際、例えば、燃料電池等で発電し、その電力でジェットエンジン部分に設けられた軸無しファンを高速回転させ、推進力を得る構成とすることができる。

前述したように、本発明の回転子の駆動装置によれば、固定子に取り付けた複数のコイルに交流電流を供給し、これらコイルと回転子の磁極との間に反発方向の磁界を発生させることで、回転子を軸受けで支持することなく、固定子と非接触で浮上させて回転させることができる。即ち、回転子の軸受機構を不要とした駆動装置とすることができる。
また、回転子を軸受なしとしてフリーな状態で回転駆動できるため、回転子を回転させながら移動させることも可能となり、該回転子の回転移動に固定子側を追従させることができる。逆に、固定子側を移動させて回転子も追従させて移動させることもできる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に、本発明の第１実施形態の回転子を浮上させた状態で回転駆動させる装置を示す。

図１に駆動装置１０の概略的な構成を示し、固定子１４の上面に半円状とした凹部を設け、その内周面１４ａに沿って、周方向に等間隔をあけて５個の単相コイル１１（１１Ａ〜１１Ｅ）を配置している。
一方、前記固定子１４の内周面１４ａに沿って回転子１２を配置している。回転子１２は軸受等で支持せず、回転および上下方向等の移動も自由なフリーな状態としている。図１では、単相コイル１１に通電して回転子１２を浮上した状態で示している。

前記回転子１２はローラ形状で、図１（Ａ）に示すように、その外周面に９０度間隔をあけて永久磁石を配置して、Ｎ極とＳ極の４極（Ｎ−１，Ｓ−１，Ｎ−２，Ｓ−２）を交互に設けている。
なお、図１（Ｂ）、（Ｃ）のように永久磁石を配置して、外周面に９０度間隔をあけて前記Ｎ−１，Ｓ−１，Ｎ−２，Ｓ−２を設けてもよい。

前記固定子１４側に設置する５つの単相コイル１１（１１Ａ〜１１Ｅ）は、浮上させる回転子１２の中心Ｐを中心とした仮想円Ｃ上に、周方向に等ピッチで配置し、かつ、回転子１２の１つの極、図示の例では、Ｓ−１に対して３つの単相コイル１１（１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）の磁界が作用する角度設定で配置している。
即ち、図２（Ａ）に示すように、単相コイル１１を３０度間隔をあけて配置し、半円状の内周面１４ａの一端と回転子１２との中心Ｐを結ぶ線を基準線（角度０度）とし、他端を１８０度とすると、単相コイル１１Ａは３０度位置、単相コイル１１Ｂは６０度位置、単相コイル１１Ｃは９０度位置、単相コイル１１Ｄは１２０度位置、単相コイル１１Ｅは１５０度位置としている。

前記各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅは夫々単相交流電源１３Ａ〜１３Ｅと接続している。
該単相交流電源１３Ａ〜１３Ｅから各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅに、第１交流電流Ｉ１と第２交流電流Ｉ２とを組み合わせた交流電流を給電している。
前記第１交流電流Ｉ１で単相コイル１１の回転子側端を、対向する回転子１２の磁極と同極性に励磁して、回転子１２を固定子１４側より浮上させ、時間的にずらせて第２交流電流を給電して位相差を発生させ、第２交流電流Ｉ２で回転子１２の回転方向と反対方向に隣接する単相コイルを同極性に励磁し、反発力により回転体を回転させる構成としている。

本実施形態では、各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅは超電導線で形成し、よって、固定子１４は超電導温度に冷却された冷媒を充填した冷却容器としている。

次に、前記各単相コイル１１への給電により回転子１２を浮上させて回転させる動作原理について図２、図３に基づいて詳述する。

図２（Ａ）に示すように、回転子１２を前記０度位置から１８０度位置へと向けて図中矢印Ｘ方向の反時計回りに回転させるようにしている。
まず、時間ｔ＝０において、図２（Ａ）に示すように、回転子１２のＮ−１極、Ｎ−２極が水平方向（０度及び１８０度）にある場合、回転子１２の各磁極の回転方向の位置の極性を図２（Ｂ）のように表すことができる。

この状態で、単相交流電源１３Ａ〜１３Ｅは各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅに第１交流電流Ｉ１を流し、図２（Ｃ）に示すように、各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅの回転子側先端に、対向している回転子１２の磁極と同じ極性に励磁する。
即ち、回転方向９０度の位置では、図２（Ｂ）に示すように回転子１２のＳ−１極に対向する単相コイル１１Ｃに、図２（Ｃ）に示すようにＳ極に励磁する。この第１交流電流Ｉ１により、回転子１２のＳ−１極と単相コイル１１ＣのＳ極との間に径方向の反発力が発生する。第１交流電流Ｉ１の振幅の大きさに比例して、単相コイル１１Ｃで発生する磁界の強さｋ１が大きくなり反発力は強くなるため、第１交流電流Ｉ１の振幅を回転子１２の重量に合わせて調節し、回転子１２を浮上させている。

ついで、単相交流電源１３（１３Ａ〜１３Ｅ）は各単相コイル１１（１１Ａ〜１１Ｅ）に第１交流電流Ｉ１と位相がズラせた第２交流電流Ｉ２を流し、回転子１２の磁極Ｓ−１極位置より回転方向Ｘより反対方向の６０度位置の単相コイル１１Ｂの回転子側端を回転子１２のＳ−１極と同じＳ極に励磁させる。これにより、回転子１２のＳ−１極と単相コイル１１Ｂとの間に回転方向に反発力が発生し、回転子１２をＸ方向に回転させることができる。
なお、第２交流電流Ｉ１の振幅を調節して磁界の強さｋ２を大きくすることで、回転力を大きくすることができる。回転子１２に大きい負荷が接続された場合には、第２交流電流Ｉ１の振幅を調節して回転力を大きくし、負荷を回転させる。

前記のように、第１交流電流Ｉ１により回転子１２を浮上させると共に、第２交流電流Ｉ２により回転子１２を回転させる、第１交流電流Ｉ１と第２交流電流Ｉ２の合成電流Ｉ３を各単相コイル１１Ａ〜１１Ｅに流し、各単相コイル１１の回転子側端に現れる磁界は図２（Ｅ）に示すようになる。

図３（Ａ）（Ｂ）は、時間ｔ＝ｔ１が経過して、回転子１２が６０度も回転した状態を示す。この状態で、前記６０度位置に回転子１２のＮ−１極が位置して単相コイル１１Ｂと対向し、１５０度位置にＳ−１極が位置して単相コイル１１Ｅと対向する。

この状態で、回転子１２のＮ−１極と対向する単相コイル１１Ｂに第１交流電流Ｉ１が流し、図３（Ｃ）に示すようにＮ極を発生させ、回転子１２のＮ−１極と単相コイル１１ＢＮ極との間で反発力を生じさせる。また、Ｓー１極と対向する単相コイル１１ＤにはＳ極を発生させ、回転子１２と単相コイル１１の間で反発力が生させる。これらの反発力で、回転子１２は浮上を維持している。
ついで、前記単相コイル１１Ｂより半回転方向の単相コイル１１Ａに図３（Ｄ）に示すようにＮ極を発生させ、回転子のＮ−１極と単相コイル１１ＡのＮ極との間に回転方向の反発力を発生させて、回転子１２を回転させる。

前記のように、回転子１２の回転に合わせて各単相コイル１１Ａ〜１１Ｆに流す第１交流電流Ｉ１と第２交流電流Ｉ２とを流すことで、常に回転子１２と単相コイル１１との間に反発力と回転力を発生させることで、回転子１２を浮上させながら、回転させることができる。

前記単相コイル１１Ａに流れる第１交流電流Ｉ１の時間変化は下式（１）で表される。
式（１）において、ｔは経過時間（ｓｅｃ）、Ｔは回転子１２が１回転する時間（ｓｅｃ）、Ｐは回転子１２の極数（本実施形態では４）である。

第２交流電流Ｉ２は下式（２）で表される。式（２）中、δは回転子１２の回転方向と反対位置の単相コイル１１Ａの一端に、回転子１２の磁極と同じの極性の磁極を発生させるための時間差（ｓｅｃ）である。

従って、単相コイル１１Ａに流す電流は、式（１）と式（２）の合成電流Ｉ３は下式（３）で表すことができる。

前記構成によれば、各単相コイル１１に前記した交流電流を供給することで、特許文献２のような回転子を浮上させるためのコイルを用いることなく、回転子を浮上させて回転せることができる。即ち、回転子を軸受け無しとすることができ、軸受機構を不要とて簡単な構成とできると共に、軸受を設けた場合の軸受部での異音発生や摩耗によるメンテナンスを不要とできる。当然のことながら、前記回転子を被作動材（図示せず）と連結することで、該回転子の回転力で被作動材を回転駆動することができる。
また、前記回転子の駆動装置では、各単相コイル１１に生じさせる磁力を調節することで、固定子からの回転子の浮上距離を調節できると共に、回転子の回転速度も調節することができる。

図４および図５に本発明の駆動装置１０を自動車３０のタイヤ駆動装置に用いた第２実施形態を示す。
自動車３０のタイヤ４０の内部に回転子１２を付設し、回転子１２とタイヤ４０の回転の中心点Ｐを一致させている。
複数の単相コイル１１を収容した固定子１４は、タイヤ４０の上方の自動車３０の車体（タイヤハウス）３１側に固定する。
前記第１実施形態と同様に、単相コイル１１は超電導線で形成し、固定子１４には冷却液を充填している。

また、図５に示すように、固定子１４の側面には、前記各単相コイル１１に対応する位置にそれぞれ位置センサ５０を取り付け、タイヤ４０と固定子１４との距離を検出している。位置センサ５０は制御手段５１と接続し、制御手段５１は位置センサ５０からの検出信号に基づき、各単相コイル１１に接続した単相交流電源１３に指令を出し、各単相コイル１１に流す電流値を制御している。

前記タイヤの駆動装置において、単相コイル１１に単相交流電源１３から合成電流Ｉ３を流すと、各タイヤ４０に付設した回転子１２と単相コイル１１との間に径方向に反発力が生じて固定子１４を浮上させる。其の際、各単相コイル１１に流す第１交流電流Ｉ１の振幅は車体３１が浮上できる大きさとして、固定子１４を取り付けた車体３１を浮上させる。
位置センサ５０によりタイヤ４０と単相コイル１１との距離が予め設定した距離よりも短くなっていることを検出した場合には、単相コイル１１Ｃに供給する電流量を大きくして反発力を増大させ、タイヤ４０と車体３１との距離を常に一定距離に保持している。

各単相コイル１１に第２交流電流Ｉ２が給電されると、回転方向にも反発力が生じてタイヤ４０が回転する。
前記タイヤ４０が地面上で回転すると、タイヤ４０は地面との摩擦により回転しながら走行し、タイヤ４０に固定した回転体１２が回転しながら移動することとなる。回転体１２が移動すると、回転体１２と単相コイル１１Ａ−１１Ｅ間の反発力で固定体１４が移動し、固定体１４を固定した車体３１が移動する。即ち、タイヤ４０の回転走行に連動して車体３１が走行することとなる。

前記構成によれば、タイヤ４０と車体３１を非接触として自動車３０を推進させることができ、従来の自動車３０と比べてエンジンの動力をタイヤ４０に伝えるギアなどが不要となるため、自動車３０の駆動効率を向上させることができる。
さらに、車体３１とタイヤ４０は非接触であり、単相コイル１１に流す電流値を制御することで車体３１とタイヤ４０の距離を制御できるため、サスペンションとして車体３１の振動を抑制することができる。

図６に、本発明の駆動装置１０を換気ファン６０の駆動装置に用いた第３実施形態を示す。該換気ファンは例えばトンネルの中に設ける場合等に好適である。
換気ファン６０は、ファン６１と、該ファン６１の外周に隙間をあけて配置する環状枠からなる固定フレーム６２を備え、前記ファン６１を回転子とすると共に前記固定フレーム６２を固定子としている。

前記ファン６１は中心軸部６１ａから周方向に９０度間隔をあけて突出させた４枚の羽根６１ｂを備え、各羽根６１ｂを径方向の外周側と内周側にＮ極とＳ極を有する永久磁石で形成し、第１実施形態と同様に９０度間隔で、Ｓ−１極、Ｎ−１極、Ｓ−２極、Ｎ−２極を配置している。
前記環状枠の固定フレーム６２の内周面の単相コイル１１を全周方向に所定の間隔をあけて配置している。これら単相コイル１１を単相交流電源に接続し、第１実施形態と同様に、交流電流を給電していると共に、単相コイル１１は超電導線で形成し、該単相コイル１１を超電導温度に冷却する冷媒を固定フレーム６２に充填して冷却容器として兼用している。

また、回転子となるファン６１の径方向位置と軸線方向位置を検出する位置センサ６６を設け、ファン６１の外周面と固定フレーム６２の内周面の間の隙間Ｃを一定に保持すると共に、ファン６１と固定フレーム６２の軸線方向位置を一定に保持するように、単相コイル１１に励磁している。
即ち、ファン６１の回転によりエアを吸い込んだ状態で、その風圧に対してファンの軸線方向位置を保持して固定フレーム６２から離脱しないように、固定フレーム６２の単相コイル１１からの吸引方向の磁界を強めている。また、ファン６１と固定フレーム６２の隙間Ｃを一定に保持するように、固定フレーム６２の単相コイル１１からの反発方向の磁界を制御している。
他の構成は第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

前記した軸受け無しのファン６１を設けると、軸受けされた場合に生じる摺接摩擦がないため、ファン６１を高速回転して換気性能を高めることができると共に、軸受機構が無いために、固定フレーム６２の内周面で囲まれた中空部の全体でエアーを吸い込むことができ、この点からも換気性能を高めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

本発明の第１実施形態の回転子の駆動装置の概略的な構成を示す図面である。 前記駆動装置の動作原理の説明図である。 前記駆動装置の動作原理の説明図である。 自動車のタイヤ駆動装置に適用した第２実施形態を示す図である。 駆動装置に位置センサと制御手段を備えた図である。 （Ａ）は換気ファンのファン駆動装置に適用した第３実施形態を示す概略正面図、（Ｂ）は断面図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１１（１１Ａ〜１１Ｅ） 単相コイル
１２ 回転子
１３（１３Ａ〜１３Ｅ） 単相交流電源
１４ 固定子
３１ 自動車の車体
４０ タイヤ
５０ 位置センサ
５１ 制御手段
６０ 換気ファン
６１ ファン
６２ 固定フレーム
Ｃ 仮想円
Ｉ１ 第１交流電流
Ｉ２ 第２交流電流

Claims (9)

1. 固定子と、
   前記固定子の円弧状の内周面に沿って、周方向に間隔をあけて配置された複数のコイルと、
   前記固定子の内周側に、回転および移動自在に不支持に位置されると共に、周方向にＮ極とＳ極を交互に有する回転子と、
   前記各コイルに交流電流を給電する電源手段を備え、
   前記電源手段から各コイルへの給電により前記回転子との間に発生させる反発方向の磁界で、前記回転子を固定子から隙間をあけて保持しながら回転させる構成としている回転子の駆動装置。
2. 前記複数の各コイルは単相コイルからなると共に、各コイルに給電する前記電源手段は単相交流電源からなり、かつ、
   前記回転子は少なくとも９０度間隔で外周面に前記Ｎ極とＳ極とを交互に設けた永久磁石を備えている請求項１に記載の回転子の駆動装置。
3. 前記電源手段は、各単相コイルに第１交流電流と第２交流電流を給電し、前記第１交流電流で単相コイルの回転子側端を、対向する回転子の磁極と同極性に励磁して、前記回転子を固定子側より浮上させると共に、前記第１交流電流と位相をずらせた前記第２交流電流で前記回転子を回転させる構成としている請求項２に記載の回転子の駆動装置。
4. 前記固定子の上方に前記回転子を配置し、該回転子を浮上させて回転させ、
   あるいは、前記回転子を固定面に回転自在に載置すると共に、該回転子の上方に前記固定子を配置し、該回転子は固定面上での回転で移動され、該回転子の回転移動に伴って前記固定子を移動させる構成としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。
5. 前記固定子の内周面は半円状であり、該半円状の内周面に沿って前記複数のコイルの回転子側端を位置させている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。
6. 前記コイルは超電導コイルからなる請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。
7. 前記回転子の位置検出手段を備え、検出された回転子の位置により各単相コイルへの給電を制御して、前記回転子と固定子間に所要の隙間が形成されるように各コイルの回転子側端の励磁状態を制御している請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。
8. 前記回転子は自動車のタイヤに固定する一方、前記固定子は車体側に固定して、タイヤの回転駆動装置としている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。
9. 前記回転子は換気ファンのファンとして設けると共に、前記固定子は前記ファンの外周を囲む環状の固定フレームとして設け、固定フレーム内に軸受け無しのファンを備えた構成としている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転子の駆動装置。

Images