JP2013505696A - 永久磁石バイパスディスクモーター - Google Patents

Abstract

（１）本発明は永久磁石を利用したディスクタイプのモーターであって、永久磁石をディスクタイプの回転子（３００）に排列し、固定子（２００）にはステータコア（２０２）と発電コイル（２０４）を配置して、駆動と同時に自家発電が可能な高効率のモーターを提供する。（２）駆動のための電気エネルギーの消耗を減らすために特別な装置が必要となり、磁石の磁力をバイパスさせる特殊な回路が必要になった。（３）磁力をバイパスさせるために、バイパスコア（１０１、２０５）と、磁石コア（３０１）を発明して磁力をバイパスさせる回路を構成し、磁力をバイパスさせるための磁束経路を形成して、駆動のための電気エネルギーを画期的に減少することができる特別な回路を発明して解決した。（４）本発明は動力とエネルギーが必要な全ての分野、自動車用モーター、動力用モーター、発電用モーターなどに活用することができる。

Description

本発明は永久磁石を利用したディスクモーターに関する。モーターは永久磁石を利用するモーターと、誘導電流を利用するモーターなどに分けられるが、その種類は１２〜１５種に達する。このようなモーターの特性を簡単に説明すれば、一般的な誘導電動機はその効率が約３０〜５０％で、ＤＣ磁石モーターは約７０％であり、コアレスモーターは８０〜９０％の高い効率を有しているが、大型化しにくい実情である。

本発明では、永久磁石を効果的に利用して、大型化と効率を極大化し、同時に発電が可能な構造の永久磁石バイパスディスクモーターを提供する。

従来の永久磁石を利用したモーターは、フェライトや、ネオジム磁石を利用してモーターを製作したが、小型ＤＣモーターが中心であり、永久磁石、ステータコア、駆動コイル、回転子からなるモーターが大部分である。

本発明では、永久磁石の磁力を利用したディスクタイプのモーターで、ステータコアと、磁石の両面を同時に使用するようにし、今までにない特殊な磁力バイパス回路を形成して、駆動用反発磁力を形成するために巻線コイルに供給する電気エネルギーの消耗を最小化し、駆動と同時に自家発電が可能な構造を採択して、始動時には一般電気やバッテリーから電気を受けて駆動し、正常運転時には、自家発電された電気を整流してバッテリーに貯蔵し、貯蔵された電気を利用してモーターを駆動し、バッテリーの電力が不足する場合には予備バッテリーや一般電気を利用するようにして電気エネルギーの消耗を画期的に減少することができる高効率モーターを発明した。

本発明が達する技術的課題を説明すれば、永久磁石の吸引力を最大限に利用するために、回転子の磁石と対応して固定子にケイ素鋼板のステータコアを配置して、回転子の磁石が吸引されるようにし、吸引された磁石がステータコアから離脱する時に、ステータコアに対する磁石の吸引力（磁力）を減少させて容易に離脱できるようにする特別な構造の回路と構造が必要である。

また、モーターの回転運転と同時に、発電可能な構造を採択して自家発電可能にし、駆動のための電気エネルギーの消耗を最小化して効率を高めることができる構造にしなければならない。永久磁石モーターの限界である大型化にも簡単に対応することができる。

このために、本発明の永久磁石バイパスディスクモーターでは、固定子と回転子を円盤状のディスクタイプに形成して固定子のステータコアと、回転子の磁石の両面を使うことができるようにしてその効率を倍増する。

固定子にはケイ素鋼板からなるステータコアが構成され、ここには巻線コイルを巻いて、ステータコア内に吸引された磁石に対して、回転子の磁石位置に沿ってセンサーから信号を受けて、Ｎ、Ｓ極に対する対抗磁力を巻線コイルに発生させて磁石を排斥して回転するようにする。

固定子のステータコアと次のステータコアとの間の空間に、コアレスボンディングコイルを巻いて配置して、回転される磁場によって発電されるようにする。ボンディングコイルには鉄心がないので、クーロンの法則によって、負荷変動なしに電気が発生される、ただし、磁束経路である鉄心がないことから磁石Ｎと磁石Ｓの距離が近く、磁力のガウスが強いほど発電効率が良い。固定子のベースは鉄や非鉄金属を用いれば、回転子の磁力によるジュール熱やアラゴの円盤法則などによって回転が妨害されるので、高強度の樹脂板などの材料を用いて加工しなければならない。

回転子はベースをディスクタイプのアルミニウムなどの非鉄金属で作って、モーターの大きさと出力などを考慮して所定大きさのφと数字（極）の磁石コアを配置する。ベースをアルミニウム、銅などの非鉄金属を用いることは回転子の駆動に非鉄金属は差し支えがない。

むしろ、モーターのステータコアによって発生する磁場に対応するかご型ローターの役割も期待することができる。回転軸の中心ではモーターの冷却のための空気孔を形成し、その孔の一方を櫛状に傾斜するように形成して、回転の時に、空気が吸出されるようにして、モーターの冷却を図る。

本永久磁石バイパスディスクモーターはモーターを円滑に駆動するために、今までにない新しい構造の磁力バイパス回路を構成するバイパスコアと、磁束経路に使われる磁石コアを発明した。

磁力バイパスコアは、ディスクタイプの固定子に設置されたケイ素鋼板のステータコアに吸引された回転子の磁石が簡単に離脱されることができるようにするために、回転子の磁石を両方で純鉄やケイ素鋼板で包んで接着して磁束経路として使われる磁石コアを作る。

バイパスコアは、純鉄板やケイ素鋼板などの磁気抵抗の少ない金属で作られ、外部バイパスコアはモーター固定子と固定子との間のハウジングに固定され、回転子が回転する時に、磁石コアφの末端部分が所定バイパスコアの位置に到逹すれば、磁石コアとバイパスコアが当接して回転されるようにする。このように当接して回転すれば、磁石コアのＮ、Ｓ極が連結されて磁力がステータコアの方より鉄板を磁束経路にしてバイパスコアを通じてバイパスされて閉磁路を形成する。

従って、ステータコアに対する磁力が減少される効果が発生して磁石コアの離脱が簡単になる。これに対応するステータコアには磁力が減少されない回転子の磁石コアが強く吸引されることから、バイパスコアにある磁石コアは容易に離脱されることができる。このような磁力バイパスコアは駆動軸の方にも設置され、これは固定子に固定される。

磁石コアとバイパスコアを構成する鉄板は、磁気抵抗の少ない純鉄やケイ素鋼板を使わなければならない。それは回転子が回転しながら磁石の極性が交差して変わり、ステータコアの極性も交差して変わるので、磁気の流れに抵抗を与えてはならないからである。

本発明による磁力バイパスコアによる磁力減少効果と同時に自家発電機能によってモーターの駆動に必要な電力の消耗を画期的に減少すれば、動力やエネルギーを要する全ての分野に幅広く使われることができ、化石燃料の使用の減少による二酸化炭素減少効果とともに地球の環境保護に非常に役に立つのであろう。

本発明の側断面図である。 本発明の固定子の構造図である。 回転子の構造図である。

本発明を実施するための具体的な内容を図面を参照して説明すれば次の通りである。

図１は本発明の側断面図で、円形のハウジング１００内にディスクタイプの円盤状の固定子２００がハウジング１００に固定され、固定子２００は非鉄金属ではない高強度の樹脂などで作られる。

非鉄金属で作る場合には、回転子３００の磁石が回転する時にジュール熱が発生し、アラゴ円盤の法則によって回転を妨害するからである。

固定子２００には、図２のようにケイ素鋼板の積層ステータコア２０２をモーターの大きさ及びパワーによって必要な所定極数に作り、ステータコア２０２には駆動コイル２０１を巻いてモーターの駆動の時にステータコア２０２に吸引された磁石コア３０１の離脱行程の時に、センサー１０２の信号によって駆動コイルに流れる反発電流の反発磁力によって離脱されるようにする。

ステータコア２０２の間の空間には発電用コイル２０４をコアレスボンディングコイルに作って内装して、回転子磁石の回転の時に誘導磁場によって発電可能にし、発電された電気は整流されてバッテリーに貯蔵して使う。

この時の発電は、コイル２０４に鉄心コアがないことから鉄心の吸引力抵抗なしにクーロンの法則による無負荷発電が可能である。

固定子２００の中心部にはモーター熱の冷却のための空気循環口２０３を形成し、回転子３００の回転の時に発生する回転力による図３の空気孔３０４を櫛状のファン形態に作って空気が循環されるようにしてモーターの熱を冷却させるようにする。

図３の回転子３００のベースは非鉄金属や高強度の樹脂などで作ることができ、ステータコア２０２に対応する磁石コア３０１が作られ、磁石コア３０１は、図１の３０１のように、永久磁石３０１Ａを両方でケイ素鋼板や純鉄板３０１Ｂで包んで接着して作る。理由は、永久磁石３０１Ａは異方性磁石で作って磁力が両方から出るようにし、ここから出る磁力がステータコア２０２に磁石コア３０１が吸引された後に、バイパスコア１０１、２０５を通じて磁力がバイパス（Ｎ極→Ｓ極）されてステータコア２０２に対する磁力が減少されるようにするための磁束経路として利用するためのものである。

磁石コア３０１の磁力は回転によってその極性がＮ、Ｓに交差して変わるので、磁束経路として利用するための磁石コア鉄板３０１Ｂは磁気抵抗の少ないケイ素鋼板や純鉄板を用いなければならない。

ステータコア２０２に吸引された磁石コア３０１を磁力を減少させて容易に離脱させるためのバイパス回路を作るためにバイパスコア１０１、２０５を作った。位置は磁石コア３０１がステータコア２０２に半分程度の位置に吸引された時点から磁力がバイパスコア１０１、２０５を通じてバイパスされながら減少されるようにして、磁石コア２０２がステータコア２０２を完全に離脱するまでバイパス回路が保持されて磁力が減少される。

重要なのは、バイパスコア１０１、２０５は磁石コア３０１との空隙（エアギャップ）をステータコア２０２との空隙より微細に作って磁束の流れを良くする。磁石コア３０１でステータコア２０２を通じて流れていた磁力が回転子の磁石コア３０１が所定バイパスコア１０１、２０５の位置に進入すれば、磁力が磁石コア３０１の純鉄板３０１Ｂを通路にしてバイパスコア１０１、２０５に流れてバイパス（Ｎ極→Ｓ極）されながら、ステータコア２０２に対する磁力が減少されるようにする。

磁力が磁石コア３０１からステータコア２０２に流れている途中、磁石コア３０１がバイパスコア１０１、１０５の位置に進入すれば、磁石コア３０１を通じてバイパスコア１０１、２０５で磁力がバイパスされて、ステータコア２０２に対する磁力減少効果が発生して、回転子３００の回転を容易にして、反発磁力を作るための電気エネルギーの消耗を減少させることができる。

バイパスコア１０１、２０５の吸引力と離脱抵抗は、３極の場合に、対応する極で相殺させるので大きな負荷の差は発生しない。３極の場合に、１番はステータコア２０２に進入中である時、２番は吸引直前であり、３番は離脱完了状態になって吸出が均衡になって、バイパスコア１０１、２０５による負荷の増加は些細である。

本発明によるモーターはパワーを増加したり減少させる必要がある場合には、必要によって回転子３００のφを大きくするか、固定子２００と回転子３００のディスクを積層及び加減してその出力を加減することができ、運転の中の速度の加減は駆動コイル２０１に対する電流の流れを調節して簡単に制御することができるという長所を有する。

Claims (7)

1. 永久磁石バイパスディスクモーターにおいて、モーターの固定子（２００）と回転子（３００）を円盤状のディスクタイプに形成し、固定子（２００）にステータコア（２０２）と駆動コイル（２０１）があり、コアレスボンディングコイルの発電コイル（２０４）が内装され、
   円盤の回転子（３００）に磁石コア（３０１）が作られ、バイパスコア（１０１、２０５）が固定子（２００）のステータコア（２０２）の両方に配置されて磁力を減少させることができることを特徴とする永久磁石バイパスディスクモーター。
2. 固定子（２００）と回転子（３００）を円盤状のディスクタイプに形成し、モーター出力の加減の必要によってディスクタイプの固定子（２００）と回転子（３００）を積層したり減少させてモーターのパワーを増減することができることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石バイパスディスクモーター。
3. 固定子（２００）のステータコア（２０２）の間にコアレスボンディングコイルの発電コイル（２０４）が内装されて発電可能な構造を特徴とする永久磁石バイパスディスクモーター。
4. 回転子（３００）に磁石コア（３０１）が磁石（３０１ａ）を包み、両方で磁気抵抗の少ないケイ素鋼板（３０１ｂ）や純鉄で包んで接着して形成された磁束経路があることを特徴とする永久磁石バイパスディスクモーター。
5. ステータコア（２０２）に磁石コア（３０１）が吸引され、バイパスコア（１０１、２０５）の位置に磁石コアが進入した時に、ステータコア（２０２）に流れていた磁石コア（３０１）の磁力が、バイパスコア（１０１、２０５）を通じて、Ｎ極からＳ極にバイパスされて流れ、ステータコア（２０２）に対する磁石コア（３０１）の磁力を減少させることができるバイパスコア（１０１、２０５）があることを特徴とする永久磁石バイパスディスクモーター。
6. 回転子（３００）が固定子（２００）に、固定子（２００）が回転子（３００）に変わって配置され、回転軸（４００）がバイパスコアの役割を果たすことができる構造を特徴とする永久磁石バイパスディスクモーター。
7. 回転子に櫛状のファン形態の空気孔（３０４）が形成されてモーターを冷却させることができる空気孔（３０４）を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石バイパスディスクモーター。

Images