JP2015080351A - 磁力回転装置および電動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機としてできるだけ大きい出力トルクを得ること。
【解決手段】捲線３２を備えた複数の鉄心３１が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子１２と、複数の永久磁石４１が円周方向に沿って等間隔で配置され固定子と対向した状態で回転する回転子１３とを備え、それぞれの永久磁石４１は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点ＴＰ１，ＴＰ２を有しかつ２つの頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角αｊを有して拡がって鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの永久磁石４１は、円周方向に隣り合う永久磁石において対向する磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されてなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁力回転装置および電動発電機に関する。

従来より、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子とを備えた磁力回転装置などが提案されている（特許文献１〜３）。

例えば特許文献１には、永久磁石と捲線による電磁石との間に反発力が生じるように、回転体が種々の回転位置の領域にあるときに捲線に種々のパルス電流を流すようにした磁力回転装置が開示されている。

また、特許文献２には、複数の永久磁石を周方向に配置した回転子と複数の電磁石を周方向に配置した固定子とを備え、電磁石に間欠的に通電し、永久磁石と電磁石との間の吸引力と反発力によって回転子を回転させる磁力回転装置が開示されている。特許文献２では、永久磁石の数と電磁石の数とを互いに異ならせることによってディテントトルク（コギングトルク）を低減することが開示されている。

また、特許文献３には、回転体を回転させてモータとして機能させつつ、回転体の回転により直接的に発電する交流電圧出力巻線を備えた一方向通電形ブラシレスＤＣモータが開示されている。

このような磁力回転装置などによって、電動機または発電機を構成することが可能である。例えば、捲線に流れる電流による鉄心の磁界と永久磁石との吸引または反発によって回転トルクを発生させることにより、電動機として動作させることが可能である。また、外部の回転力によって回転子を回転させ、永久磁石の回転により鉄心に磁束の変化を起こして捲線から電流を取り出すことにより、発電機として動作することが可能である。

また、磁力回転装置による電動機と発電機とを同軸上に形成することによって、電動発電機を構成することが可能である。

特開２００６−１８７０８０号公報 特開２００９−１１８７０５号公報 ＷＯ２００９／０６０５４４号公報

しかし、上に述べた特許文献１、２に開示された磁力回転装置では、かなりのディテントトルクが発生するため、これが電動発電機の効率を低下させる１つの要因となっている。

また、特許文献３に開示されたブラシレスＤＣモータでは、ある程度のディテントトルクの低減が図られるがまだ十分ではない。

また、これら従来の磁力回転装置では、電動機としての出力トルクを大きくすることが困難であった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、電動機としてできるだけ大きい出力トルクを得ることを目的とする。

本明細書において開示される磁力回転装置の１つは、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた磁力回転装置であって、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されてなる。

好ましくは、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形である２つの矩形部分と、前記２つの矩形部分の対向する面の間に配置された台形部分とが一体となった形状である。

また好ましくは、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形である２つの永久磁石部材と、前記２つの永久磁石部材の対向する磁極面の間に配置されてそれらの前記磁極面を磁気的に接続する磁性材料からなるつなぎ鉄心と、を有して構成される。

また好ましくは、前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、前記所定の中心角は４５度である。

また好ましくは、前記捲線に流れる電流を制御するための制御装置が設けられており、前記制御装置は、前記永久磁石の回転方向おける後方の前記磁極面に対して反発するように、かつ前記永久磁石の回転方向おける前方の前記磁極面に対して吸引するように、各前記鉄心の捲線に流れる電流をオンオフするスイッチング部を備える。

また好ましくは、前記制御装置は、前記永久磁石の回転方向おける後方の頂点が前記鉄心の中心にきたときに前記スイッチング部がオンするように制御し、その後に当該頂点が２７．５度回転するまでに前記スイッチング部がオフするように制御するタイミング制御部を備える。

本明細書において開示される電動発電機の１つは、電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、前記電動機および前記発電機は、それぞれ、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、前記電動機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、前記発電機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形であり、その一辺が前記鉄心と対向する対向面を形成するように円周の接線方向に沿って配置されてなる。

好ましくは、前記発電機のそれぞれの前記永久磁石は、前記対向面および前記対向面とは反対側の面がＮ極またはＳ極の磁極が形成された磁極面となっており、かつ、前記対向面に形成された磁極の極性が互いに同じとなっている。

また好ましくは、前記電動機の回転子に含まれる前記永久磁石の回転方向おける後方の頂点の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子に含まれる前記永久磁石の中心線の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている。

また好ましくは、前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、前記電動機の前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置され、前記所定の中心角は４５度であり、前記発電機の前記回転子において、８個または４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれ角Δγは、７．５〜２２．５度の範囲である。

また好ましくは、前記電動機における前記捲線に流れる電流を制御するための制御装置が設けられており、前記制御装置は、前記永久磁石の回転方向おける後方の前記磁極面に対して反発するように、かつ前記永久磁石の回転方向おける前方の前記磁極面に対して吸引するように、各前記鉄心の捲線に流れる電流をオンオフするスイッチング部を備える。

本明細書において開示される電動発電機の他の１つは、電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、前記電動機および前記発電機は、それぞれ、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、前記電動機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、前記発電機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、前記電動機の回転子の前記永久磁石の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子の永久磁石の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている。

好ましくは、前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれ角Δγは、４５度である。

本発明によると、電動機としてできるだけ大きい出力トルクを得ることができる。

本発明に係る第１の実施形態の電動発電機の側面断面図である。 図１に示す電動発電機の正面断面図である。 図１の一部を拡大して示す図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 図４における矢印ＥＥ方向から見て展開した図である。 電動機のＡ電動機における永久磁石の極性などを示す図である。 電動機のＢ電動機における永久磁石の極性などを示す図である。 発電機のＡ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 発電機のＢ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第２の実施形態のＡ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第２の実施形態のＢ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第３の実施形態のＡ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第３の実施形態のＢ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第４の実施形態のＡ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 第４の実施形態のＢ発電機における永久磁石の極性などを示す図である。 永久磁石Ｅの構成の例を示す図である。 永久磁石Ｅの構成の他の例を示す図である。 制御装置の構成の例を示すブロック図である。 制御装置による制御の様子を示すタイミング図である。

図１および図２には、本発明に係る第１の実施形態の電動発電機１の側面断面図および正面断面図が示され、図３および図４にはそれらの一部を拡大した図が示されている。また、図５には、図４における矢印Ｍ１方向からみた図が示されている。なお、図２は、図１におけるＡＡ−ＡＡ線断面矢視図に相当する。図５は、回転軸の回転中心から鉄心の端面を見て平面上に展開した図である。図５において、矢印ＤＳは周方向を示し、矢印ＤＪは軸方向を示す。

なお、これらの図は、固定子、回転子、鉄心、永久磁石、および永久磁石体などの配置関係を示すことを主な目的としており、電動発電機１における固定子および回転子などの種々の部材を支持するための機械的な構造や連結関係を精密に示すものではない。

図１〜図５において、電動発電機１は、電動機Ｍ１および発電機Ｇ１を備え、それらの回転軸１１が共通に設けられている。

フレーム２１は、ステンレス鋼のような非磁性材料によって、電動機Ｍ１および発電機Ｇ１を機械的に維持するように設けられ、電動発電機１の外形を形成している。

回転軸１１は、フレーム２１に設けられたベアリングによって、フレーム２１に対し回転自在に支持されている。

電動機Ｍ１は、Ａ電動機ＭＡとＢ電動機ＭＢとの２つの部分によって構成される。発電機Ｇ１は、Ａ発電機ＧＡとＢ発電機ＧＢとの２つの部分によって構成される。

本実施形態において、電動機Ｍ１の固定子と発電機Ｇ１の固定子との基本的な構造は同じである。例えば、鉄心３１の個数、円周方向の配置における角度位置および角度間隔は、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とで同じである。

つまり、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とにおいて、使用されている鉄心３１の形状および寸法について相違はほとんどない。また、その配置についても、円周方向つまり回転方向において同じ角度位置に同じ部材が配置されており、これらの間に位相差はない。

また、電動機Ｍ１の回転子と発電機Ｇ１の回転子とは、永久磁石４１、５１の形状、磁極の極性、配置などは互いに異なる。しかし、永久磁石４１、５１を支持するための基本的な構造は互いに同じである。特に、両方の回転子が、共通に設けられた回転軸１１に所定の回転角度位置で取り付けられ、回転軸１１とともに一体で回転する。

以下において詳しく説明する。第一に、電動発電機１の構造および各部材の配置などについて説明し、第二に、永久磁石４１、５１の形状、磁極の極性、角度位置の位相関係などについて説明する。
〔電動発電機の構造についての説明〕
〔電動機〕
電動機Ｍ１は、回転軸１１、固定子１２、回転子１３、およびフレーム２１などを有する。
〔固定子〕
固定子１２は、捲線（コイル）３２を備えた複数の鉄心３１が円周方向に沿って等間隔で配置されたものである。なお、電動機Ｍ１に設けられた鉄心３１を「鉄心ＭＹ」と、発電機Ｇ１に設けられた鉄心３１を「鉄心ＧＹ」と、それぞれ記載することがある。

各鉄心３１は、外形がコ字形またはＵ字形の珪素鋼板を所定の厚さに積層したものであり、中央部に胴部３１１が、その両端に脚部３１２ａ，ｂが設けられた形状である。脚部３１２ａ，ｂの先端は、それぞれ長方形状の端面３１３ａ，ｂとなっており、２つの端面３１３ａ，ｂは、同じ平面上にあって回転軸１１の中心方向を向いた状態である。

捲線３２は、鉄心３１の各脚部３１２ａ，ｂにそれぞれ設けられた２つの捲線３２ａ，ｂを含む。捲線３２ａ，ｂに電流を流すことにより、鉄心３１に磁束および磁界が生じ、電磁石となる。２つの捲線３２ａ，ｂを例えば並列接続とし、鉄心３１内に同じ方向の磁束が生じるように電流を流すことにより、端面３１３ａ，ｂに互いに異なる磁極が形成される。つまり、端面３１３ａ，ｂの一方がＮ極、他方がＳ極となる。

本実施形態では、胴部３１１が軸方向と平行に延びるように、つまり２つの脚部３１２ａ，ｂが軸方向に沿って離れた位置となるような姿勢の１２個の鉄心３１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う鉄心３１同士の中心角が３０度（＝３６０度÷１２）となるように、配置されている。

つまり、各鉄心３１の中心を通りかつ固定子１２の中心つまり回転子１３の回転中心（回転軸１１の軸心）ＫＣを通過する中心線ＬＫが、互いに３０度の中心角をなすようになっている。

回転子１３は、鉄心３１の一方の脚部３１２ａに対向するＡ回転子１３ａと、他方の脚部３１２ｂに対向するＢ回転子１３ｂとからなる。これらＡ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとは、一体に回転し、基本的に互いに同じ構造であるので、Ａ回転子１３ａのみについて詳しく説明し、Ｂ回転子１３ｂについては主としてＡ回転子１３ａとの相違点について説明する。

なお、回転子１３の脚部３１２ａの側とＡ回転子１３ａとによって上に述べたＡ電動機ＭＡが構成され、回転子１３の脚部３１２ｂの側とＢ回転子１３ｂとによって上に述べたＢ電動機ＭＢが構成される。

なお、図１〜図５に示した回転子１３の回転角度位置は、回転が停止した状態における一例を示すものである。
〔Ａ回転子〕
まず、Ａ回転子１３ａは、複数の永久磁石４１が円周方向に沿って等間隔で配置されたものであり、固定子１２と対向した状態で、ここでは脚部３１２ａの端面３１３ａと対向した状態で、回転軸１１とともに回転する。

本実施形態では、４個の永久磁石４１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う永久磁石４１同士の中心角が９０度（＝３６０度÷４）となるように、配置されている。

永久磁石４１は、ネオジム（またはネオジウム）を成分として含んだ磁石（ネオジム磁石）である。

図４に示されるように、それぞれの永久磁石４１は、所定の中心角β２を隔てた位置にそれぞれ頂点ＴＰ１，ＴＰ２を有し、かつ２つの頂点ＴＰ１，ＴＰ２からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角αｊを有して拡がって鉄心３１と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面４１１ａ，ｂを有する。

それぞれの永久磁石４１は、円周方向に隣り合う永久磁石４１において対向する磁極面４１１ａ，４１１ｂの磁極の極性が互いに異なるように配置されている。つまり、１つの永久磁石４１の磁極面４１１ａの磁極はＮ極であり、これに対向する右隣の永久磁石４１の磁極面４１１ｂの磁極の極性はＳ極である。

図１６および図１７には、永久磁石４１の構成の例が示されている。図１６（Ａ）および図１７（Ａ）は正面図であり、図１６（Ｂ）および図１７（Ｂ）は側面図である。

図１６に示すように、それぞれの永久磁石４１は、軸方向から見た形状（正面形状）が矩形である２つの矩形部分４１ｋと、２つの矩形部分４１ｋの対向する面の間に配置された台形部分４１ｄとが一体となった形状である。

また、図１７に示すように、それぞれの永久磁石４１（４１Ｂ）を、軸方向から見た形状が矩形である２つの永久磁石部材４１ａ，４１ａと、２つの永久磁石部材４１ａ，４１ａの対向する磁極面の間に配置されてそれらの磁極面を磁気的に接続する磁性材料からなるつなぎ鉄心４１ｂとを有して構成することも可能である。この場合に、つなぎ鉄心４１ｂは、２つの永久磁石部材４１ａのＮ極とＳ極との間を接続することとなる。つなぎ鉄心４１ｂと２つの永久磁石部材４１ａ，４１ａとは、永久磁石部材４１ａ，４１ａの磁極面の磁力によって吸引されて一体化される。これによって全体が１つの永久磁石となり、その両端に２つの磁極面４１１ａ，４１１ｂが形成される。この場合の永久磁石４１は、２つの永久磁石部材４１ａを含んで構成されるので、これを「永久磁石体ＪＴ」と記載することがある。

なお、矩形部分４１ｋおよび永久磁石部材４１ａは、互いに同じ形状とすることが可能であり、全体として直方体の形状、つまりブロック状に形成することが可能である。

永久磁石４１における２つの磁極面４１１ａ，ｂは、いずれも、鉄心３１の正面にきたときに鉄心３１と対向するので、これらを「対向磁極面」または「対向磁極面ＴＪ」と記載することがある。

つまり、上に述べたように、永久磁石４１は、対向磁極面ＴＫが円周の接線方向に対し傾斜角αｊを有するように、しかも２つの対向磁極面ＴＫは互いに逆方向に傾斜角αｊを有するように配置される。

本実施形態においては、傾斜角αｊはほぼ４５度である。また、永久磁石４１の磁極面４１１ａ，ｂは、一辺が２５ｍｍ程度の正方形である。なお、鉄心３１の端面３１３ａ，ｂのサイズは、縦（軸方向）、横（周方向）ともに、永久磁石４１の磁極面４１１ａ，ｂの辺の長さとほぼ同じである。

永久磁石４１は、その中央を通過する線（中心線）ＬＴに対して左右対称である。この中心線ＬＴは、永久磁石４１の中心線であり、当該永久磁石４１の回転中心つまり回転子１３の回転中心ＫＣを通過する線である。

また、各永久磁石４１における鉄心３１に最も近い部分、つまり対向磁極面ＴＫの角部である頂点ＴＰ１，ＴＰ２を通りかつ回転中心ＫＣを通過する線（磁極線）ＬＵが、図４に示されている。

隣り合う２つの磁極線ＬＵの中心角、つまり永久磁石４１における２つの対向磁極面ＴＫの角部である頂点ＴＰ１，ＴＰ２を通過する中心線の互いの角度は、上に述べたように４５度である。

なお、図３に示すように、これらの永久磁石４１を支持し、かつ回転軸１１とともに一体的に回転するように連結するために、側板部材４５および中間部材４６などが設けられている。

側板部材４５は、それぞれの永久磁石４１を軸方向の両側から挟みかつ位置決めするように凹部が設けられた円板状の部材である。中間部材４６は、それぞれの永久磁石４１が貫通するようにかつそれらの軸方向の中央部を支持するように穴が設けられた円板状の部材である。

側板部材４５および中間部材４６は、非磁性体でありかつ絶縁体である合成樹脂からなっている。

側板部材４５および中間部材４６は、回転軸１１が貫通する円筒状のブシュ４７に固定されている。ブシュ４７は、キー４８によって、回転軸１１と一体に回転する。

なお、これら側板部材４５および中間部材４６の材質、形状、配置などは、上に説明した以外の種々のものとすることが可能である。
〔Ｂ回転子〕
次に、Ｂ回転子１３ｂについて説明する。

Ｂ回転子１３ｂは、上に述べたＡ回転子１３ａの構造と基本的に同じであり、対向磁極面ＴＫの極性がＡ回転子１３ａの場合と逆である。

つまり、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとにおいて、永久磁石４１の配置については、円周方向つまり回転方向においては同じ角度位置に同じ部材が配置されており、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとの間に位相差はない。

しかし、永久磁石４１における磁極の極性は、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとで互いに異なる（つまり逆である）。

つまり、鉄心３１における端面３１３ａの磁極と端面３１３ｂの磁極とは極性が互いに異なるので（つまり逆であるので）、永久磁石４１における磁極の極性は、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとで互いに異なる。例えば、Ａ回転子１３ａにおける対向磁極面ＴＫがＮ極の場合に、Ｂ回転子１３ｂにおける対向磁極面ＴＫはＳ極である。なお、対向磁極面ＴＫなどの極性については、後でも説明する。

また、Ｂ回転子１３ｂに設けられた側板部材４５および中間部材４６などは、Ａ回転子１３ａと共通のブシュ４７に固定されており、これによって、Ａ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂの円周方向の互いの位置決めがなされ、かつ一体的に回転する。
〔発電機〕
次に、発電機Ｇ１について説明する。

発電機Ｇ１は、上に述べたように、永久磁石５１の形状、磁極の極性、配置などを除いて、電動機Ｍ１の構造と基本的に同じである。

すなわち、発電機Ｇ１は、回転軸１１、固定子１６、回転子１７、およびフレーム２１などを有する。回転軸１１およびフレーム２１は、電動発電機１の全体において共通である。

固定子１６は、電動機Ｍ１の固定子１２と同様に、捲線３２を備えた１２個の鉄心３１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う鉄心３１同士の中心角が３０度となるように、配置されている。

回転子１７は、固定子１６の鉄心３１の一方の脚部３１２ａに対向するＡ回転子１７ａと、他方の脚部３１２ｂに対向するＢ回転子１７ｂとからなり、これらは電動機Ｍ１の回転子１３と基本的に同じ構造である。また、これらＡ回転子１７ａとＢ回転子１７ｂとは、一体に回転し、基本的に互いに同じ構造である。

発電機Ｇ１の永久磁石５１は、軸方向から見た形状が矩形であり、その一辺が鉄心３１と対向する対向面を形成するように円周の接線方向に沿って配置されている。つまり、永久磁石５１は、図１７に示した永久磁石部材４１ａとほぼ同じ直方体の形状である。

それぞれの永久磁石５１は、対向面および対向面とは反対側の面が、Ｎ極またはＳ極の磁極が形成された磁極面となっており、かつ、対向面に形成された磁極の極性が互いに同じとなるように配置されている。

本実施形態において、Ａ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂのそれぞれにおいて、８個の永久磁石５１が円周方向に沿って等間隔で配置されている。永久磁石５１の配置、特に位相角については後で詳しく説明する。

図１〜図５において説明した電動発電機１において、鉄心３１の個数または配置、永久磁石４１，５１の個数または配置などは、種々変更することが可能である。
〔永久磁石の極性などについての説明〕
図６〜図９には、第１の実施形態の回転子１３、１７の永久磁石４１，５１の配置および極性について、図１のＡＡ−ＡＡ線、ＢＢ−ＢＢ線、ＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が示されている。

つまり、図６には電動機Ｍ１のＡ回転子１３ａにおける磁極の極性が示され、図７には電動機Ｍ１のＢ回転子１３ｂにおける磁極の極性が示されている。また、図８には発電機Ｇ１のＡ回転子１７ａにおける磁極の極性が示され、図９には発電機Ｇ１のＢ回転子１７ｂにおける磁極の極性が示されている。これらの図は、Ａ回転子１３ａ、Ｂ回転子１３ｂ、Ａ回転子１７ａ、およびＢ回転子１７ｂが、互いに同じ時刻における回転角度位置の状態を示すものであり、これらは周方向における相対位置関係を維持した状態で同時に一体で回転する。

なお、図６〜図９において、固定子１２、１６については、いずれも１２個の鉄心３１が等間隔に配置された場合が示されている。１２個の鉄心３１の中心線ＬＫは、互いにβ１（＝３０度）の中心角をなす。

なお、これらの図は、主として磁極の極性および回転角度位置を説明するものであるので、構造などについての詳しい図示は省略されている。

図６〜図９において、１２個の鉄心３１、８個の永久磁石４１、および４個の永久磁石５１について、個々を識別するための符号が付されている。

すなわち、周方向に連続して隣り合う３つの鉄心３１を１組の鉄心群とすると、１〜４の４組の鉄心群に区画される。また、各組みの鉄心群について、３つの鉄心３１を、図の左回りに、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相とする。

そして、最上位置にある鉄心３１を「ＹＡ１」とし、左回りに、「ＹＢ１」「ＹＣ１」とする。次に、「ＹＡ２」「ＹＢ２」「ＹＣ２」とし、さらに、「ＹＡ３」「ＹＢ３」「ＹＣ３」、「ＹＡ４」「ＹＢ４」「ＹＣ４」とする。各符号の最初の「Ｙ」は「鉄心」を表す。

なお、図における真上の鉄心ＹＡ１を通過する中心線ＬＫの角度位置を「基準位置」ということがある。回転子１３、１７の回転方向は図の左方向であるから、基準位置を０度とし、左回転方向に角度位置を示すこととなる。

図６〜図７の永久磁石４１については、最上位置にある永久磁石４１を「Ｅ１」とし、右回りに、「Ｅ２」、「Ｅ３」、「Ｅ４」とする。また、いずれかの永久磁石Ｅ１〜Ｅ４を「永久磁石Ｅ」ということがある。

図８〜図９の永久磁石５１については、最上位置の右側にある永久磁石５１を「Ｆ１」とし、右回りに、「Ｆ２」、「Ｆ３」、「Ｆ４」…、「Ｆ８」とする。また、いずれかの永久磁石Ｆ１〜Ｆ８を「永久磁石Ｆ」ということがある。

捲線３２については、Ａ電動機ＭＡに設けられる捲線３２を「ＭＣＡ」と記載することがある。同様に、Ｂ電動機ＭＢ、Ａ発電機ＧＡ、Ｂ発電機ＧＢに設けられる捲線３２を、それぞれ、「ＭＣＢ」、「ＧＣＡ」、「ＧＣＢ」と記載することがある。

また、「ＹＡ１」の鉄心３１に巻かれた捲線３２を「ＣＡ１」、「ＹＢ１」の鉄心３１に巻かれた捲線３２を「ＣＢ１」などと記載することがある。

なお、図２、図４、図５、図６〜図９においては、捲線３２に電流を流すことなく、かつ回転軸１１に外部からの回転力を与えることのない自由状態において、回転子１３，１７が取り得る回転角度位置の１つの状態が示されている。

まず、図６〜図７に示す電動機Ｍ１について、４個の永久磁石Ｅの位置を示す磁極線ＬＵは、互いにβ２（＝４５度）の中心角をなす。永久磁石４１の中心線ＬＴは、互いにβ３（＝９０度）の中心角をなす。

図に示す状態では、永久磁石Ｅの一方の頂点ＴＰ１は、鉄心３１の中心である中心線ＬＫの位置にある。他方の頂点ＴＰ２は、２つの鉄心３１の中間位置にある。

それぞれ４個の永久磁石Ｅは、円周方向に隣り合う永久磁石Ｅにおいて対向する磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されている。永久磁石Ｅの回転方向おける後方の磁極面４１１ａの磁極がＮ極であり、前方の磁極面４１１ｂの磁極がＳ極である。

そして、図６のＡ回転子１３ａと図７のＢ回転子１３ｂとでは、それぞれ極性が互いに逆である。つまり、４個の永久磁石Ｅは、円周方向に隣り合う２つの永久磁石Ｅにおける互いに近接する側の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに異なっている。

したがって、Ａ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂにおいては、それぞれ４個の永久磁石Ｅによって８つの磁極が形成されており、８極ということになる。

また、図６および図７において、最上位置にある鉄心ＹＡ１に対向する永久磁石Ｅ１について見ると、鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石Ｅ１の中心線ＬＴとのなす中心角はγ０である。ここで、γ０は、
γ０＝（β２／２）
である。上に述べたように、β２＝４５度であるから、
γ０＝２２．５度
となる。

つまり、図６および図７に示す状態では、永久磁石Ｅ１の中心は基準位置から左方に２２．５度の位置にあることとなる。

また、永久磁石Ｅの一方の頂点ＴＰ１は、基準位置つまり０度の位置にあるから、この場合の基準位置と頂点ＴＰ１とのなる中心角はγ１、つまり基準位置からの頂点ＴＰ１のずれ量（γ１）は０度である。

次に、図８および図９に示す発電機Ｇ１のＡ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂにおいて、８個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ８は、この順に、円周方向に沿って等間隔で配置されている。つまり、永久磁石Ｆ１〜Ｆ８の各中心線ＬＴは、互いにβ４（＝４５度）の中心角をなす。

図８のＡ回転子１７ａでは、永久磁石Ｆの対向磁極面ＴＫはすべてＮ極であり、図９のＢ回転子１７ｂでは、永久磁石Ｆの対向磁極面ＴＫはすべてＳ極である。

したがって、Ａ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂにおいては、それぞれ８個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ８によって、互いに同じ位置に逆極性の８つの磁極が形成されており、８極ということになる。

また、図８および図９において、永久磁石Ｆ１について見ると、基準位置にある鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石Ｆ１の中心線ＬＴとのなす中心角はγ２である。つまり、永久磁石Ｆ１は基準位置から右方へγ２だけずれた位置にある。

中心角γ２は、図においては２２．５度で示されているが、後で述べるように異なった角度となることがある。

なお、図８および図９において、永久磁石Ｆ１の位置は、基準位置から右方へ２２．５度の位置であるから、電動機Ｍ１の２つの永久磁石Ｅ１とＥ２との中間の位置である。また、永久磁石Ｆ２の位置は、電動機Ｍ１の永久磁石Ｅ２の中心線ＬＴと一致する。
〔電動機と発電機の回転子の回転位置の位相関係〕
次に、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７との回転角度位置についての位相関係を説明する。

電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とでは、同じ角度位置に配置された鉄心３１に対して、回転子１３と回転子１７とが一体に回転するものであるから、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とにおける中心角γ１（またはγ０），γ２の相違は、回転中においても常に保持される。

ここで、電動機Ｍ１の回転子１３の位置として頂点ＴＰ１の位置を用いると、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７との位相差Δγは、次の式で示される。

Δγ＝γ２−γ１
ここで、γ１が０度のときに、γ２を７．５〜２２．５度、または０度とすることが好ましい。つまり、位相差（ずれ角）Δγの好ましい範囲は次のとおりとなる。

７．５≦Δγ≦２２．５ または、 Δγ＝０
なお、中心角γ１，γ２は、図６〜図９に示した状態における中心角を示すものではあるが、γ１，γ２で示される中心角を「位相角」と記載することがある。

このように、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とは、永久磁石Ｅの頂点ＴＰ１の位置と永久磁石Ｆの中心位置とが、常に位相差Δγを維持した状態で回転しまたは静止する。

つまり、電動機Ｍ１の回転子１３に含まれる永久磁石Ｅの回転方向おける後方の頂点ＴＰ１の当該電動機Ｍ１の固定子１２に含まれる鉄心３１に対する位相角である第１の位相角γ１と、発電機Ｇ１の回転子に含まれる永久磁石Ｆの中心線ＬＴの当該発電機Ｇ１の固定子１６に含まれる鉄心３１に対する位相角である第２の位相角γ２とが、互いに位相差Δγだけずれた状態で、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１６とが一体的に回転する。

このように、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１６とで位相差Δγだけずれた状態とすることで、電動発電機１の起動を、特別な装置または回路を用いることなく容易に行うことが可能である。

また、電動機Ｍ１の鉄心３１と永久磁石Ｅとの吸引力によるディテントトルクと発電機Ｇ１の鉄心３１と永久磁石Ｆとの吸引力によるディテントトルクとが互いに打ち消し合い、または１回転中に分散されて均され、全体のディテントトルクが低減されることとなる。ディテントトルクが低減されることにより、電動発電機１の効率が向上する。

なお、回転子１３，１７の位相角を変更するには、例えば、回転軸１１に対する取り付け角度位置を変更すればよい。そのためには、例えば各回転子１３，１７に対するキー４８の角度位置を変更すればよい。

また、回転子１３，１７などの位相角（回転角度位置）は、固定子１２，１６の鉄心３１に対する相対角度位置であるから、回転子１３，１７の角度位置を変更することに代えて、またはこれとともに、固定子１２，１６の鉄心３１の配置（位相角）を変更してもよい。
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の電動発電機１Ｂについて説明する。

上の第１の実施形態で述べた電動発電機１において、発電機Ｇ１は、永久磁石Ｆにより形成される磁極が８極であった。ここで述べる電動発電機１Ｂでは、永久磁石Ｆにより形成される磁極が４極である発電機Ｇ１Ｂが用いられる。

つまり、ここでの電動発電機１Ｂは、発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂに用いられる永久磁石Ｆの個数および配置が異なるが、これ以外の構成は上に述べた電動発電機１と同じである。したがって、発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂの永久磁石Ｆの配置についてのみ説明し、他についてはここでの説明を省略しまたは簡略化する。

発電機Ｇ１Ｂでは、上に述べた発電機Ｇ１と較べて、同じ回転速度に対する出力の周波数が２分の１となる。したがって、８極の発電機Ｇ１では周波数が高過ぎる場合に、４極の発電機Ｇ１Ｂを用いた電動発電機１Ｂが用いられる。

図１０、図１１には、第２の実施形態の発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂの永久磁石５１の配置および極性について、図１のＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が示されている。

つまり、図１０には発電機Ｇ１ＢのＡ発電機ＧＡＢを構成するＡ回転子１７Ｂａにおける磁極の極性が示され、図１１には発電機Ｇ１ＢのＢ発電機ＧＢＢを構成するＢ回転子１７Ｂｂにおける磁極の極性が示されている。

図１０、図１１において、図８、図９に示す要素と同様な要素については同じ符号を付し、または同じ符号に符号「Ｂ」を追加して示す。

ここに示す発電機Ｇ１ＢのＡ回転子１７ＢａおよびＢ回転子１７Ｂｂでは、それぞれ４個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ４が円周方向に沿って等間隔で配置されている。永久磁石Ｆ１〜Ｆ４の各中心線ＬＴは、互いにβ４（＝９０度）の中心角をなす。

つまり、図８、図９に示す永久磁石Ｆ１〜Ｆ４は、図８、図９に示す永久磁石Ｆ１〜Ｆ８から永久磁石Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６、Ｆ８を除去したものである。

図１０のＡ回転子１７Ｂａでは、永久磁石Ｆの対向磁極面ＴＫはすべてＮ極であり、図１１のＢ回転子１７Ｂｂでは、永久磁石Ｆの対向磁極面ＴＫはすべてＳ極である。

したがって、Ａ回転子１７ＢａおよびＢ回転子１７Ｂｂにおいては、それぞれ４個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ４によって、互いに同じ位置に逆極性の４つの磁極が形成されており、４極ということになる。

また、永久磁石Ｆ１について見ると、基準位置にある鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石Ｆ１の中心線ＬＴとのなす中心角はγ２である。中心角γ２は、図においては２２．５度で示されているが、後で述べるように異なった角度となることがある。

第２の実施形態においても、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂとの位相差Δγは、次の式で示される。

Δγ＝γ２−γ１
また、位相差（ずれ角）Δγの好ましい範囲は次のとおりである。

７．５≦Δγ≦２２．５ または、 Δγ＝０
電動発電機１Ｂにおいても、起動が容易であり、全体のディテントトルクが低減され、効率が向上する。
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態の電動発電機１Ｃについて説明する。

上の第２の実施形態で述べた電動発電機１Ｂにおいて、発電機Ｇ１ＢのＡ回転子１７ＢａおよびＢ回転子１７Ｂｂにはそれぞれ４個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ４が用いられ、それぞれの対向磁極面ＴＫが磁極面であったが、第３の実施形態の電動発電機１Ｃでは、磁石Ｆ１〜Ｆ４のそれぞれの周方向の間に、永久磁石Ｆ５〜Ｆ８を、その周方向の２つの面が磁極面となるように配置する。

図１２、図１３には、第３の実施形態の発電機Ｇ１Ｃの回転子１７Ｃの永久磁石５１の配置および極性について、図１のＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が示されている。

つまり、図１２には発電機Ｇ１ＣのＡ発電機ＧＡＣを構成するＡ回転子１７Ｃａにおける磁極の極性が示され、図１３には発電機Ｇ１ＣのＢ発電機ＧＢＣを構成するＢ回転子１７Ｃｂにおける磁極の極性が示されている。

図１２、図１３において、図８、図９に示す要素と同様な要素については同じ符号を付し、または同じ符号に符号「Ｃ」を追加して示す。

ここに示す発電機Ｇ１ＣのＡ回転子１７ＣａおよびＢ回転子１７Ｃｂでは、それぞれ８個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ８が円周方向に沿って等間隔で配置されている。つまり、永久磁石Ｆ１〜Ｆ８の各中心線ＬＴは、互いにβ４（＝４５度）の中心角をなす。

図１２のＡ回転子１７Ｃａでは、永久磁石Ｆ１、Ｆ３の対向磁極面ＴＫはＮ極であり、永久磁石Ｆ２、Ｆ４の対向磁極面ＴＫはＳ極である。また、永久磁石Ｆ５〜８は、周方向の２つの面が磁極面であり、それぞれの磁極面の極性は、隣り合う永久磁石Ｆ１〜Ｆ４の対向磁極面ＴＫと同じ極性である。つまり、永久磁石Ｆ５、Ｆ７は、回転方向の前方の面がＮ極であり後方の面がＳ極である。永久磁石Ｆ６、Ｆ８は、回転方向の前方の面がＳ極であり後方の面がＮ極である。

このように、永久磁石Ｆ５〜８は、これによって新たな磁極を形成するのではなく、永久磁石Ｆ１〜Ｆ４により形成される磁極の間を繋ぐ役目を果たすのである。

図１３のＡ回転子１７Ｃｂでは、各永久磁石Ｆ１〜Ｆ８の磁極の極性が図１２のＡ回転子１７Ｃａの場合と逆になっている。

したがって、Ａ回転子１７ＣａおよびＢ回転子１７Ｃｂにおいては、それぞれ８個の永久磁石によって、互いに同じ位置に逆極性の４つの磁極が形成されており、４極ということになる。

電動発電機１Ｃにおいても、起動が容易であり、全体のディテントトルクが低減され、効率が向上する。
〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態の電動発電機１Ｄについて説明する。

上の第１〜３の実施形態で述べた電動発電機１、１Ｂ，１Ｃでは、発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃの回転子１７に直方体形状の永久磁石Ｆを用いたが、第４の実施形態の電動発電機１Ｄの発電機Ｇ１Ｄでは、電動機Ｍ１に用いた永久磁石Ｅと同じ形状の４個の永久磁石Ｅを用いる。したがって、ここで用いる永久磁石Ｅについては、電動機Ｍ１の永久磁石Ｅについての説明を参照すればよい。

そして、ここでは、発電機Ｇ１Ｄにおける４個の永久磁石Ｅを、電動機Ｍ１における４個の永久磁石Ｅに対して、基準位置にある鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫを中心（境界）として互いに鏡像の関係となるように配置する。

図１４、図１５には、第４の実施形態の発電機Ｇ１Ｄの回転子１７Ｄの永久磁石５１の配置および極性について、図１のＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が示されている。

つまり、図１４には発電機Ｇ１ＤのＡ発電機ＧＡＤを構成するＡ回転子１７Ｄａにおける磁極の極性が示され、図１５には発電機Ｇ１ＤのＢ発電機ＧＢＤを構成するＢ回転子１７Ｄｂにおける磁極の極性が示されている。

図１４、図１５において、図８、図９に示す要素と同様な要素については同じ符号を付し、または同じ符号に符号「Ｄ」を追加して示す。

ここに示す発電機Ｇ１ＤのＡ回転子１７ＤａおよびＢ回転子１７Ｄｂでは、それぞれ４個の永久磁石Ｅ１〜Ｅ４が円周方向に沿って等間隔で配置されている。つまり、永久磁石Ｅ１〜Ｅ４の各中心線ＬＴは、互いにβ３（＝９０度）の中心角をなす。

図１４に示すＡ回転子１７Ｄａにおいて、それぞれ４個の永久磁石Ｅ１〜Ｅ４は、円周方向に隣り合う永久磁石Ｅにおいて対向する磁極面の磁極の極性が互いに同じとなるように配置されている。つまり、永久磁石Ｅ１，Ｅ３では、回転方向おける前方の磁極面の磁極がＮ極であり、後方の磁極面の磁極がＳ極である。永久磁石Ｅ２，Ｅ４では、回転方向おける前方の磁極面の磁極がＳ極であり、後方の磁極面の磁極がＮ極である。

そして、図１４のＡ回転子１７Ｄａと図１５のＢ回転子１７Ｄｂとでは、それぞれの永久磁石Ｅの極性が互いに逆である。

また、Ａ回転子１７ＤａおよびＢ回転子１７Ｄｂにおいて、永久磁石Ｅ１の回転方向おける前方の頂点ＴＰ２が、基準位置の中心線ＬＫの位置にある。

つまり、Ａ回転子１７ＤａとＢ回転子１７Ｄｂとでは、永久磁石Ｅ１〜４の配置は同じであり、極性が互いに逆である。

また、Ａ回転子１７ＤａおよびＢ回転子１７Ｄｂにおいては、それぞれ４個の永久磁石Ｅによって４つの磁極が形成されており、４極ということになる。

また、永久磁石Ｅ１について見ると、基準位置にある鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石Ｆ１の中心線ＬＴとのなす中心角はγ０である。中心角γ０は、図においては右方向に２２．５度で示されている。

また、永久磁石Ｅ１の後方の頂点ＴＰ１の基準位置に対する位相角γ２は、右方向に４５度である。

したがって、発電機Ｇ１Ｄの回転子１７Ｄの永久磁石Ｅの位置は、電動機Ｍ１の回転子１３の永久磁石Ｅの位置に対して、位相差Δγ＝γ２−γ１＝４５度だけずれており、回転方向について４５度だけ遅れている。

このように、図６、図７と図１４、図１５とを比較すると分かるように、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１Ｄの回転子１７Ｄとは、永久磁石Ｅの配置に関して、極性を差し置けば、鉄心ＹＡ１に対向する永久磁石４１、５１の磁極線ＬＵを対称線として、線対称の関係にある。

言い換えれば、例えば図６または図７における当該磁極線ＬＵを中心線として、回転子１３の永久磁石Ｅの配置を左右反転すると、図１４または図１５における回転子１７Ｄの永久磁石Ｅの配置と一致する。

電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１Ｄの回転子１７Ｄとをこのように配置することにより、鉄心３１と永久磁石Ｅとの吸引力によるディテントトルクが、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１Ｄとで互いに打ち消し合い、または低減されることとなり、ディテントトルクが全体として大幅に低減される。ディテントトルクが低減されることにより、電動発電機１Ｄの効率が向上する。

なお、上に述べた回転子１７Ｄの永久磁石Ｅ１〜Ｅ４では、円周方向に隣り合う永久磁石Ｅにおいて対向する磁極面の磁極の極性が互いに同じとなるように配置したが、円周方向に隣り合う永久磁石Ｅにおいて対向する磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置してもよい。その場合には８つの磁極が形成されることとなる。
〔制御などに関して〕
次に、電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの制御について説明する。

図１において、回転軸１１の回転角度位置を検出するために、フォトインタラプタ６１が設けられている。回転軸１１には、遮蔽円板６２が取り付けられて一体に回転し、遮蔽円板６２の回転角度位置によって、フォトインタラプタ６１における１つまたは複数のフォトセンサがオンオフする。フォトインタラプタ６１のフォトセンサのオンオフ信号に基づいて、回転軸１１の回転角度位置、つまり回転子１３，１７，１７Ｂ，１７Ｃの回転角度位置が検出される。

図１８には制御装置７１の構成の例が示され、図１９には制御装置７１による捲線３２の電流のオンオフの制御の様子が示されている。

図１８において、制御装置７１は、ゲート制御部７２およびスイッチング部７３を備える。スイッチング部７３は、Ａ相スイッチング部７３Ａ、Ｂ相スイッチング部７３Ｂ、およびＣ相スイッチング部７３Ｃを有する。

ゲート制御部７２は、フォトインタラプタ６１の出力する信号Ｓ１に基づいて、電動機Ｍ１の各捲線３２に流す電流をオンオフするためのタイミング信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃを作成する。

つまり、電動機ＭＡの永久磁石４１の回転方向おける後方の頂点ＴＰ１が、各相に対応する鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの中心にきたときに、対応するスイッチング部７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃがオンするように制御する。そして、それぞれオンした後、当該頂点ＴＰ１がオン角度θ２だけ回転したときに、それぞれ対応するスイッチング部７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃがオフするように制御する。

ここでのオン角度θ２は、永久磁石４１の形状、配置、負荷の大きさなどによって異なり、最適のオン角度θ２となるように調整される。例えば、θ２＝２７．５度となるように調整される。また、オン角度θ２を、２７．５度以外の適当な値、例えば２７．５度以下の適当な値となるように調整してもよい。具体的には、例えば、２７度、２５度、２４度などとしてもよい。但し、オン角度θ２は３０度を越えないことが好ましい。つまり、各相の捲線３２に電流が流れるタイミングが互いに重ならないようにすることが好ましい。

オン角度θ２の調整のために、種々の方法を採用することができる。例えば、遮蔽円板６２における遮蔽角度または透過角度を変更してオン角度θ２を調整することができる。例えば、遮蔽円板６２において光を遮蔽するように黒く塗った部分を拡げまたは狭めることにより、オン角度θ２を調整することが可能である。

また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のそれぞれに対して専用のフォトインタラプタ６１を設け、各相ごとに回転角度位置を検出してもよい。

また、ゲート制御部７２において、適当なタイマー手段を用い、頂点ＴＰ１を検出してから経過した時間を可変することによってオン角度θ２を調整することができる。その場合に、電動機Ｍ１の回転速度の信号をも用いて演算を行うことによって、オン角度θ２を精密に調整することが可能である。

各相のスイッチング部７３は、タイミング信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃを受けて、これに基づいて各相の捲線３２に流す電流をオンオフする。

各相のスイッチング部７３Ａ，Ｂ，Ｃの出力端子には、それぞれに対応する相の鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの捲線３２が並列に接続されている。

各相のスイッチング部７３は、永久磁石４１の回転方向おける後方の磁極面に対して反発するように、かつ永久磁石４１の回転方向おける前方の磁極面に対して吸引するように、対応する各鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの捲線３２に流れる電流をオンオフする。捲線３２には、所定の幅と大きさを持った方形波に近い直流電流が流れる。但し、過度現象および電機子反作用などによって波形は歪む。

捲線３２に電流が流れると、それに対応する鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣが励磁され、鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの端面３１３ａ，３１３ｂにＮ極またはＳ極の磁極が形成される。これにより、回転子１３の永久磁石４１の対向磁極面ＴＫとの間で吸引力または反発力が生じ、これによって、回転トルクが発生し、回転軸１１が回転駆動される。

なお、スイッチング部７３において、捲線３２に流れる電流をオンオフするために、ＦＥＴ、双方向サイリスタなどの電力用半導体スイッチング素子を用いることが可能である。これらのスイッチング素子は、ゲートに制御信号を入力することによって制御される。上に述べたゲート制御部７２、スイッチング部７３は、それぞれ本発明における「スイッチング部」、「タイミング制御部」の例である。

制御装置７１には、電源を供給するための端子ＴＢ１，２が設けられ、端子ＴＢ１，２に直流電源が接続される。直流電源として、例えば、電圧が数十ボルト〜百数十ボルト程度、例えば具体的には８０Ｖ程度の安定化直流電源、またはバッテリーなどを用いることができる。これにより電動機Ｍ１を駆動し、発電機Ｇ１から例えば２ｋＷ程度の商用交流電力を取り出すことができる。

図１９において、頂点ＴＰ１の回転角度位置に対応する各相のオンオフのタイミングが示されている。

例えば、回転子１３が回転し、頂点ＴＰ１が基準位置つまり０度の位置にきたとき、鉄心ＹＡの捲線３２の電流ＩＡがオンとなり、この電流ＩＡはオン角度θ２の間持続する。頂点ＴＰ１が回転して基準位置からオン角度θ２の位置に達したとき、電流ＩＡはオフする。

捲線３２に電流ＩＡが流れると、鉄心ＹＡの端面３１３ａにはＮ極、磁極端面３１３ｂにはＳ極の磁極がそれぞれ形成される。したがって、Ａ回転子１３ａの永久磁石４１の頂点ＴＰ１を含む対向磁極面ＴＫはＮ極であるので、これと対向する鉄心ＹＡの端面３１３ａのＮ極と反発し、図の左方向への回転トルクを発生する。同時に、その後方の永久磁石４１の頂点ＴＰ２を含む対向磁極面ＴＫはＳ極であるので、鉄心ＹＡの端面３１３ａのＮ極に吸引され、左方向への回転トルクを発生する。

また、Ｂ回転子１３ｂの永久磁石４１の頂点ＴＰ１を含む対向磁極面ＴＫはＳ極であり、鉄心ＹＡの端面３１３ｂはＳ極となるので、同様に反発と吸引によって左方向への回転トルクを発生する。これらＡ回転子１３ａの回転トルクとＢ回転子１３ｂの回転トルクとが合成されて、回転軸１１を回転駆動する。

また、頂点ＴＰ１が次の鉄心ＹＢの中心位置にきたときも、上に述べたと同様に鉄心ＹＢの捲線３２の電流ＩＢがオンとなり、これによって回転トルクが発生する。さらに、頂点ＴＰ１が次の鉄心ＹＣの中心位置にきたときも、上に述べたと同様に鉄心ＹＣの捲線３２の電流ＩＣがオンとなり、これによって回転トルクが発生する。このようにして、連続的に回転トルクが発生し、回転軸１１は回転を継続する。

上の各実施形態の電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄでは、電動機Ｍ１の回転子１３に設けた永久磁石４１のＮ極およびＳ極の両極を対向磁極面ＴＫとし、鉄心１３との間の反発と吸引の両方を回転トルクに変換することができ、大きな回転トルクを発生させることができる。

また、オン角度θ２を調整することによって、発生する回転トルクを最適化または最大化することが可能である。

また、上の制御例では、頂点ＴＰ１が鉄心の中心位置にきたと同時に捲線３２に電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを流したが、これらのタイミングを前後にずらすことも可能である。つまり、頂点ＴＰ１が鉄心の中心位置を通過して角度θ１だけ回転したときに、捲線３２に電流を流すようにしてもよい。この角度θ１は微少な角度であり、負の角度であってもよい。

また、発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄでは、電動機Ｍ１の回転軸１１によって回転子１７，１７Ｂ，１７Ｃが回転駆動されることにより、固定子１６の捲線３２に誘導起電力が発生し、これが外部に交流電力として取り出される。固定子１６の捲線３２を３相結線とすることにより、正弦波の３相交流電力が出力される。

なお、制御装置７１において、電動機Ｍ１に出力する電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣの周期または周波数、大きさなどを可変調整することが可能であり、これにより電動機Ｍ１の回転速度およびパワー（出力）を制御することができる。

上に述べた実施形態においては、傾斜角αｊを４５度としたが、これ以外の角度であってもよい。傾斜角αｊを、例えば０〜９０度の範囲さらには３０〜６０度の範囲から選択することが可能である。

その他、回転軸１１、固定子１２，１６、回転子１３，１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ、フレーム２１、鉄心３１、捲線３２、永久磁石４１，５１、電動機Ｍ１、発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄ、または電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各部または全体の構成、構造、形状、個数、配置、方向、極性などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電動発電機
１１ 回転軸
１２ 固定子
１３ 回転子
１６ 固定子
１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ 回転子
２１ フレーム
３１ 鉄心
３２ 捲線
４１ 永久磁石
５１ 永久磁石
Ｍ１ 電動機
Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄ 発電機
γ１ 位相角（第１の位相角）
γ２ 位相角（第２の位相角）
Δγ 位相差（ずれ角）
θ２ オン角度
ＬＵ 磁極線
ＬＴ 中心線

Claims (13)

1. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた磁力回転装置であって、
   それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、
   それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されてなる、
   ことを特徴とする磁力回転装置。
2. それぞれの前記永久磁石は、
   軸方向から見た形状が矩形である２つの矩形部分と、前記２つの矩形部分の対向する面の間に配置された台形部分とが一体となった形状である、
   請求項１記載の磁力回転装置。
3. それぞれの前記永久磁石は、
   軸方向から見た形状が矩形である２つの永久磁石部材と、
   前記２つの永久磁石部材の対向する磁極面の間に配置されてそれらの前記磁極面を磁気的に接続する磁性材料からなるつなぎ鉄心と、を有して構成される、
   請求項１記載の磁力回転装置。
4. 前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、
   前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、前記所定の中心角は４５度である、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の磁力回転装置。
5. 前記捲線に流れる電流を制御するための制御装置が設けられており、
   前記制御装置は、
   前記永久磁石の回転方向おける後方の前記磁極面に対して反発するように、かつ前記永久磁石の回転方向おける前方の前記磁極面に対して吸引するように、各前記鉄心の捲線に流れる電流をオンオフするスイッチング部を備える、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の磁力回転装置。
6. 前記制御装置は、
   前記永久磁石の回転方向おける後方の頂点が前記鉄心の中心にきたときに前記スイッチング部がオンするように制御し、その後に当該頂点が２７．５度回転するまでに前記スイッチング部がオフするように制御するタイミング制御部を備える、
   請求項５記載の磁力回転装置。
7. 電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、
   前記電動機および前記発電機は、それぞれ、
   捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、
   複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、
   複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、
   前記電動機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、
   前記発電機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形であり、その一辺が前記鉄心と対向する対向面を形成するように円周の接線方向に沿って配置されてなる、
   ことを特徴とする電動発電機。
8. 前記発電機のそれぞれの前記永久磁石は、前記対向面および前記対向面とは反対側の面がＮ極またはＳ極の磁極が形成された磁極面となっており、かつ、前記対向面に形成された磁極の極性が互いに同じとなっている、
   請求項７記載の電動発電機。
9. 前記電動機の回転子に含まれる前記永久磁石の回転方向おける後方の頂点の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子に含まれる前記永久磁石の中心線の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている、
   請求項８記載の電動発電機。
10. 前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、
    前記電動機の前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置され、前記所定の中心角は４５度であり、
    前記発電機の前記回転子において、８個または４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、 前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれ角Δγは、７．５〜２２．５度の範囲である、
    請求項９記載の電動発電機。
11. 電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、
    前記電動機および前記発電機は、それぞれ、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、
    複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、
    複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、
    前記電動機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、
    前記発電機の前記回転子において、それぞれの前記永久磁石は、所定の中心角を隔てた位置にそれぞれ頂点を有しかつ２つの前記頂点からそれぞれ円周の接線方向に対し互いに逆となるように傾斜角を有して拡がって前記鉄心と対向可能なＮ極またはＳ極の磁極を持つ２つの磁極面を有し、それぞれの前記永久磁石は、円周方向に隣り合う前記永久磁石において対向する前記磁極面の磁極の極性が互いに異なるように配置されており、
    前記電動機の回転子の前記永久磁石の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子の永久磁石の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている、
    ことを特徴とする電動発電機。
12. 前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記固定子において、１２個の前記鉄心が円周上に配置されており、
    前記電動機および前記発電機のそれぞれの前記回転子において、４個の前記永久磁石が円周上に配置されており、
    前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれ角Δγは、４５度である、
    請求項１１記載の電動発電機。
13. 前記電動機における前記捲線に流れる電流を制御するための制御装置が設けられており、
    前記制御装置は、
    前記永久磁石の回転方向おける後方の前記磁極面に対して反発するように、かつ前記永久磁石の回転方向おける前方の前記磁極面に対して吸引するように、各前記鉄心の捲線に流れる電流をオンオフするスイッチング部を備える、
    請求項７ないし１２のいずれかに記載の電動発電機。

Images