JP2010239807A - Electromagnetic-force generating element structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電磁誘導により得られる電磁気力を利用した電動モーター又は発電機に関する。 The present invention relates to an electric motor or a generator using an electromagnetic force obtained by electromagnetic induction.
従来の電動モーター(以下モーターと称する)または発電機は、多岐にわたる仕様要求を満たすため、多数の性能の機種が存在していて、使用する際には、この多数の機種の中から最適な機種を選択して使用していた。 Conventional electric motors (hereinafter referred to as “motors”) or generators have a variety of performance models in order to meet a wide range of specification requirements. Was selected and used.
モーターまたは発電機を製造する際に於いては、個々の仕様毎に巻き線と磁石と筐体等の各部品を独自に設計製作し、組み立てていた。 When manufacturing motors or generators, each part such as windings, magnets, and housings was designed, manufactured, and assembled for each specification.
製造に際しても、使用に際しても、従来の様に目的の性能毎に多品種のモーターまたは発電機が存在する事は非効率であった。 In both production and use, it is inefficient to have various types of motors or generators for each target performance as in the past.
本発明は上記した様な非効率を排し、基本素子構造としてのモーターまたは発電機を、必要に応じて任意個数、多段連結接続して、目的の性能を得ることを可能にするものである。 The present invention eliminates the inefficiencies as described above, and enables the desired performance to be achieved by connecting a motor or a generator as a basic element structure in an arbitrary number of stages as necessary. .
つまり、基本素子構造としてのモーターまたは発電機を多段接続する事により、必要とする仕様性能のモーターまたは発電機が実現出来る様にするものであり、本発明は電磁気力発生の基本素子構造と云う事が出来るのである。 That is, a motor or a generator having a required specification performance can be realized by connecting a motor or a generator as a basic element structure in multiple stages, and the present invention is called a basic element structure for generating electromagnetic force. You can do things.
モーターまたは発電機に於いて、多段接続に付いて触れているものも多々あるが、これらは単に出力を増大させるために、段数を2段や3段に固定的に多段接続してケーシングしたものであり、本発明の様に、電磁力発生素子構造としての発想は無く、電気的、機械的な連結構造については、全く触れていない。 Many motors or generators are mentioned in connection with multi-stage connections, but these are simply casings with multi-stage connections fixed to two or three stages in order to increase the output. Thus, like the present invention, there is no idea as an electromagnetic force generating element structure, and no mention is made of an electrical and mechanical connection structure.
回転軸を中心に放射状に磁石を有する回転子と、この磁石の磁力線の運動より電磁誘導に与る電線(以下導線と記す)を放射状に配し、これらを結合線で結線した環状の固定子とを回転自在に近接対向させた一対を、電磁力発生素子構造として、任意個数、多段結合して回転子を回転させ、これにより任意の出力性能を得る事が出来、モーターに於いては目的のトルク、回転数を、発電機に於いては目的の電力を得ることが可能になる。 An annular stator in which a rotor having a magnet radially around the rotation axis and an electric wire (hereinafter referred to as a conducting wire) that is subjected to electromagnetic induction by the movement of the magnetic field lines of this magnet are arranged radially and connected by a connecting wire. As an electromagnetic force generation element structure, a pair of and facing each other in a freely rotating manner is combined in an arbitrary number and in multiple stages, and the rotor can be rotated to obtain an arbitrary output performance. It is possible to obtain the desired electric power in the generator with the torque and rotational speed of the generator.
回転軸を中心に放射状に磁石を有する回転子と、この磁石の磁力線の運動より電磁誘導に与る電線(以下導線と記す)を放射状に配した環状の固定子とを回転自在に近接対向させた一対を、電磁力発生素子構造として、任意個数、多段結合して回転子を回転させ、これにより任意の出力性能を得る事が出来、モーターに於いては目的のトルク、回転数を、発電機に於いては目的の電力を得ることが可能になる。 A rotor having a magnet radially around the rotation axis and an annular stator radially arranged with an electric wire (hereinafter referred to as a conducting wire) that is subjected to electromagnetic induction by the movement of the magnetic field lines of this magnet are rotatably adjacent to each other. As a result, an arbitrary number of output performances can be obtained by rotating the rotor by combining multiple pairs in an electromagnetic force generating element structure. In the machine, the target power can be obtained.
更に、この導線を取り替え可能にして、結合線との結合部を嵌合結合構造にすれば、太さの違う導線を選んでこれに結合すれば、発生するローレンツ力を任意にする事が可能になる。また、導線を巻き線にして結合する事も出来るので更に任意性の高い電磁力発生構造として利用可能になるのである。 Furthermore, if this conductor is replaceable and the joint with the coupling wire has a mating coupling structure, it is possible to make the Lorentz force generated by selecting a conductor with a different thickness and coupling it to this. become. Moreover, since it can also couple | bond together by making a conducting wire into a winding, it becomes possible to utilize as an electromagnetic force generation | occurrence | production structure with higher arbitraryness.
多段接続する際に於いて、回転子の回転軸は、環状の固定子の環内を貫通して次段の回転子と結合が容易になされる様に回転力結合構造を有し、固定子は次段の固定子と結合が容易になされ、且つこの固定子の導線又は巻き線の電気的接続が容易になされる様に、電気ソケットを兼ねる結合突起を有し、これにより回転子の回転力接続と固定子の電気的接続とがなされた多段接続が可能になる。 In multi-stage connection, the rotating shaft of the rotor has a rotational force coupling structure so that it can be easily coupled with the rotor of the next stage through the ring of the annular stator. Has a coupling protrusion that also serves as an electrical socket so that the stator can be easily coupled with the next stage stator and the electrical connection or winding of the stator can be easily made. A multistage connection in which a force connection and an electrical connection of the stator are made becomes possible.
上記した様に、回転自在な回転子と固定子からなる一対を多段接続してより大きな磁気力を得るのであり、目的の出力要求に対応する多段接続を行ない、回転子に於いては初段の回転軸と最終段の回転軸とにベアリングを介して筐体に回転可能に固定し、固定子に於いては各段を筐体に固定してケーシングする事により、目的性能のモーター又は発電機を実現するのである。 As described above, a pair of rotatable rotors and stators are connected in multiple stages to obtain a larger magnetic force, and a multistage connection corresponding to the desired output requirement is made. A motor or a generator with the desired performance is fixed to the casing through a bearing on the rotating shaft and the rotating shaft of the final stage, and each stage is fixed to the casing in the stator. Is realized.
モーターに於いては任意の回転力を得るために本発明を任意個数連結するだけで目的の回転性能のモーターが、発電機に於いては本発明を任意個数連結するだけで目的の発電性能の発電器を簡単に作る事が出来るのである。 In a motor, an arbitrary number of motors having the desired rotational performance can be obtained by simply connecting an arbitrary number of the present invention in order to obtain an arbitrary rotational force. In a generator, an arbitrary number of the present invention can be achieved by simply connecting an arbitrary number of the present invention. You can easily make a generator.
また出力性能だけでなく、形状の自由度も高く、例えば小口径、小出力の本発明を多数固、多段連結すれば、軸方向に細長いモーター又は発電器が実現できるし、大口径、大出力の本発明を少数固、多段接続すれば扁平で大口径のモーター又は発電器が実現できるのである。 In addition to output performance, the degree of freedom of shape is also high. For example, if a large number of the present inventions having a small diameter and a small output are connected in a multi-stage, a motor or generator that is elongated in the axial direction can be realized, and a large diameter and a large output If a small number of the present invention is connected in multiple stages, a flat and large-diameter motor or generator can be realized.
回転軸を中空にした本発明に於いては、この中空回転軸内のスペースに電池を設置したモーターにすれば、より小型のホイルインモーター自動車が実現する。これは、回転力をより有効に使用するためには、回転慣性モーメントを利用する事が有効であると云う観点から、外周側を重く、内周側は軽くすると云う事であり、理に叶った手段であると言える。 In the present invention in which the rotating shaft is hollow, a motor with a battery installed in the space inside the hollow rotating shaft can realize a smaller wheel-in motor vehicle. In order to use the rotational force more effectively, from the viewpoint that it is effective to use the rotational moment of inertia, the outer peripheral side is heavier and the inner peripheral side is lighter. It can be said that it is a means.
この中空回転軸内に風車を取り付ければ風力発電機として使用可能になり、更にこれを入れ子構造にすれば、微風の時は、内側の小さな風車だけが回転して発電するので、現在の風力発電機の様に、一定以上の風力を必ずしも必要としなくなり、高効率な風力発電を実現する。 If a windmill is installed in this hollow rotating shaft, it can be used as a wind power generator, and if this is nested, only a small windmill on the inside rotates to generate power when there is a light wind. Like a machine, it does not necessarily require a certain amount of wind power, and realizes highly efficient wind power generation.
本発明は、多段に連結して使用する事を想定し、容易に結合が可能な結合手段を有するものであるが、勿論、基本素子構造の一対のみで使用する事も可能であり、磁力の強度、導線の太さ等を適切に選択して、例えば超ミニチュアモーター等に、基本素子構造の一対のみで目的の出力を得て、これを使用してもよい。 The present invention is assumed to be used by being connected in multiple stages, and has a coupling means that can be easily coupled, but of course, it can also be used with only one pair of basic element structures, It is also possible to appropriately select the strength, the thickness of the conducting wire, etc., and obtain the target output with only a pair of basic element structures, for example, in an ultra-miniature motor or the like and use it.
以下図を使って、導線を固定子に配置し、磁石を回転子に配置した中空回転軸の本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention of a hollow rotating shaft in which a conducting wire is disposed on a stator and a magnet is disposed on a rotor will be described with reference to the drawings.
本発明は一対の電磁力発生用の素子構造であって、この一対を多数固結合して使用するのであり、図1〜図3はこの一対構成を示した図であり、アクリル素材を使用している例である。 The present invention is a pair of element structures for generating electromagnetic force, and a large number of these pairs are solid-coupled and used. FIGS. 1 to 3 are diagrams showing the configuration of these pairs, and an acrylic material is used. This is an example.
この一対構造の、一方の構成要素であるところの固定子100は、結合構造である結合スタッド180を有し、両端部は結合凸部186と結合凹部184となっていて、固定子100同士を結合する際はこの部分が嵌合し、簡単に多段連結する事が出来るのである。
The
導線150は、透明アクリル製の環状で円盤状を呈するこの固定子100に放射状に配され、この両端は結合線155で直列に結線されて結合電極端子159で終端されていて、電気ソケットを兼ねる電気ソケット兼結合スタッド190の内部を貫通し次段の結合電極端子159を介して次段の導線150と電気的接続がなされる。
The
他方の構成要素であるところの回転子200も、アクリル製の透明円盤状であり、これに磁石250が上記導線150に対応して放射状に取り付けられている。
The
そしてこの回転軸280は中空状であり、キー溝の付いた回転軸結合凹部284と結合キーを有する回転軸結合凸部286とを両端部に有する事により、回転伝達可能に結合が簡単になされるのである。
The
そして、回転子200の回転軸280は環状の固定子100の環内を貫通し、両者は可能な限り近接して回転自在に対向して一対と成り、電磁力発生素子となるのである。
The rotating
この様な構成の本発明を発電機として使うため、回転子200を回転させると、磁石250の磁力線が導線150を垂直に貫通しつつ横切るので、これによりローレンツ力が作用してこの導線150にはフレミングの法則に従った起電力が発生し、結合電極端子159には一定電圧が現れる。
In order to use the present invention having such a configuration as a generator, when the
この回転を継続させると交流電圧が継続的に発生するので、実用的な交流発電機として機能するのである。 If this rotation is continued, an AC voltage is continuously generated, so that it functions as a practical AC generator.
本発明をモーターとして使うためには、結合電極端子159に電力を供給すると、導線150には電気が流れ、電気力線が磁石250を貫通するので、これによりローレンツ力が作用して回転子の磁石にはフレミングの法則に従った力が発生し、回転子を回転せしめるのである。
In order to use the present invention as a motor, when electric power is supplied to the
この電力供給の際には、磁気センサーで磁石250と導線150との近接を検出して、タイミング良く印加電圧を反転させて交流電圧を継続して供給する事により、連続的回転が得られるので実用的な交流モーターとして機能するのである。
When this power is supplied, the proximity of the
図4は本発明同士を結合した図であるが、本発明の固定子100同士は結合電極端子159及び結合スタッド180の嵌合により機械的結合と電気的結合が簡単になされ、回転子200同士は回転軸結合凹部284と回転軸結合凸部286が嵌合してキー溝により回転伝達可能に、環状の固定子100の環内を貫通して簡単に結合されるのである。
FIG. 4 is a diagram in which the present invention is coupled to each other. However, the
図5は数多段結合した本発明を筐体500でケーシングした図である。固定子100同士は任意個数多段連結され、初段と終段の結合スタッド180をネジ止め等で筐体500に固定される。回転子200同士も同様に任意個数多段連結されて、初段と終段に延長回転軸が取り付けられ、ベアリング400を介し、スラスト負荷対策等を考慮して、筐体500に回転自在に支承されて、アッセンブルが完了し、目的性能の電磁気力発生装置が完成するのである。
FIG. 5 is a view of the present invention, which is coupled in several stages, cased in a
本説明に於ける回転子には、磁石250が導線150に対して、一つおきに配置されているが、これは磁極の向きを同一にして配置しているためで、磁石250と導線150を一対一に対応させたい場合には、隣り合う磁石250の磁極の向きを互いに逆にして磁石を配置すればよい。
In the rotor in the present description, every
次に、図6〜図7に示す様に有芯コイル160を放射状に配置した固定子と、この芯断面に対応させて磁石250を取り付けた回転子からなる本発明の例について説明する。
Next, an example of the present invention comprising a stator in which cored coils 160 are arranged radially as shown in FIGS. 6 to 7 and a rotor to which a
透明で環状のアクリル円板の固定子100には、凹型のコアに巻き線した有芯コイル160が放射状に配置され、それぞれが結合線155で直列に結線され、結合用電極端子159で終端されている。
A transparent and circular
回転子200には、上記有芯コイル160の芯断面に対向する凹型の永久磁石260が放射状に配置されている。
In the
固定子の環内に回転子の回転軸260が貫通して、両者は可能な限り回転自在に近接し一対構成の素子構造となり、これにより磁石250の磁極面と有芯コイル160芯断面も近接対面する。
The rotor rotating shaft 260 passes through the stator ring, and they are as close as possible to each other so that they can be rotated as much as possible to form a pair of element structures, so that the magnetic pole surface of the
そして回転子が回転すると上記説明したと同様の経緯で電磁誘導によるローレンツ力が発生するのであり、この様な有芯コイル160からなる本発明も、多数固多段結合されて目的の出力性能が得られるのである。
When the rotor rotates, a Lorentz force due to electromagnetic induction is generated in the same manner as described above, and the present invention comprising such a cored
尚、上記説明に於いては透明アクリル素材を使用しているが、強度が必要な場合等は非磁性の金属等を使用する事も考えられる。更に、例えば薄板状の基板等に、銅箔をエッチングして導線を形成する等した固定子を使用して軽量化することにより、マイクロサイズの発電機、又はモーターを実現する事も可能になる。 In the above description, a transparent acrylic material is used. However, when strength is required, a non-magnetic metal or the like may be used. Furthermore, for example, a micro-sized generator or motor can be realized by reducing the weight by using a stator such as a thin plate-like substrate by etching a copper foil to form a conductive wire. .
図8は導線を交換可能なように、結合線155に導線の結合構造158を有する例である。この結合構造158は導線150を機械的及び電気的に結合可能にする構造になっていて、図9に示す様に、この導線結合構造158に巻き線を結合する事も可能であり、これにより、柔軟性に富んだ電磁力発生装置が実現できる。
FIG. 8 shows an example in which a conductive
図10〜図13は、導線150と結合線155が、銅板を打ち抜いて作られていて、磁石250は回転子の腕木220に取り付けられ、回転軸280が中空ではない本発明の例である。
10 to 13 are examples of the present invention in which the
放射状に配された導線150とこれらを結線する結合線155は一体的に銅板を打ち抜いて作られ星型環状を呈している。回転子は、腕木220を介して磁石250が上記導線150に対応して放射状に取り付けられていて、回転軸280は中空ではなく円柱状となっている。この様な構造であるから、強度が大きく、大電力用の電磁発生機としての使用に耐えうるのである。
The conducting
上記例に於いては、放射状に配置した導線又は有芯コイルのそれぞれを直列接続した例であるが、勿論それぞれを並列接続する事も可能であり、更に磁石の配置も目的に応じて、導線又は有芯コイル毎に一対一にしたり、数個置きに配置する等すれば、更に多彩なバリエーションの出力性能を得る事が可能となるのである。 In the above example, the radially arranged conductors or cored coils are connected in series. Of course, they can be connected in parallel, and the magnets can be arranged according to the purpose. Alternatively, if the number of the cored coils is one-to-one or every few coils, the output performance can be further varied.
更にまた、上記説明に於いては、回転子が磁石であり、個定子が導線である構成の例を述べているが、回転子が磁石で固定子が導線であっても、上記説明した様な経緯により電磁力が発生するのは当然であって、その様な構成の本発明に於いては回転する導線の集電又は給電を摺動電極で行う等の考慮する。 Furthermore, in the above description, an example in which the rotor is a magnet and the individual stator is a conductor is described. However, even if the rotor is a magnet and the stator is a conductor, as described above. It is natural that electromagnetic force is generated due to various circumstances, and in the present invention having such a configuration, consideration is given to collecting current or supplying power to a rotating conductor with a sliding electrode.
また本発明の一対のみを、筐体でケーシングして製品化し、これを任意個連結する様にすれば、完成部品としての本発明のモーター又は発電機を多段接続にして任意の出力性能を得る事が可能になる。これにより目的個数連結した固定子と回転子をアッセンブルし筐体でケーシングする作業が不要となる。 In addition, if only one pair of the present invention is made into a product by casing it in a casing and any number of them are connected, the motor or generator of the present invention as a finished part is connected in multiple stages to obtain any output performance. Things are possible. As a result, it is not necessary to assemble the stator and the rotor, which are connected by the desired number, and casing them in the casing.
100 固定子
150 導線
155 結合線
158 導線結合構造
159 結合電極端子
160 有芯コイル
180 結合スタッド
184 結合スタッド凹部
186 結合スタッド凸部
190 電気ソケット兼結合スタッド
200 回転子
220 腕木
250 磁石
280 回転軸
284 回転子結合凹部
286 回転子結合凸部
100
155
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009086271A JP2010239807A (en) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Electromagnetic-force generating element structure |
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