JP2016171615A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を適切に配置できることで効率良く駆動できる電動モータを提供する。
【解決手段】向い合わせて配された同極の磁石の磁極間１１に、磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じることを利用する電動モータであって、磁石の一方が永久磁石２０で構成されると共にその永久磁石２０に向い合わせて配される磁石が電磁石３０で構成される磁性体吸引部１０を円周等分の複数位置に備え、その磁性体吸引部１０と同数か異なる数の板状磁性体５５が磁極間１１を回転通過できるように円周等分位置に配設された回転体５０を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に、磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じることを利用する電動モータに関する。

従来から、電動モータの構造は、様々なものが提案されてきており、例えば、超電導磁気軸受を使用したモータにおいて、前記超電導磁気軸受に使用される冷却部材内に前記モータコイルを配置して前記モータの低損失を図るとともに、前記モータの出力軸に直接、または伝達部を介して慣性体を設けて、小型、高寿命な蓄電装置を構成するモータとこれを用いた蓄電装置（特許文献１参照）が、開示されている。

しかしながら、従来の電動モータでは、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に生じる吸引作用を合理的に利用したものが提案されておらず、より効率を高めることや、サーボ機能やブレーキ機能をより合理的に構成することが提案されていない。

特開平１０−１３６６０９号公報（第１頁）

電動モータに関して解決しようとする問題点は、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に生じる吸引作用を合理的に利用したものが提案されていないことである。
そこで本発明の目的は、磁石を適切に配置できることで効率良く駆動できる電動モータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る電動モータの一形態によれば、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に強い吸引磁界が生じることと、容量の大きな電磁石の磁性体と向い合わせの磁石の間には吸引磁界が弱くなることを利用して、該電磁石の磁性体に設けたコイルに流す電流をＯＮ・ＯＦＦすることによって吸引磁界力の強弱を導き出すと共に、前記電磁石の単体の磁力発生力より強い磁界力を生み出し、前記磁石と前記電磁石の間における回転軸に固設された磁性体の吸引・通過の運動を回転力として取り出すことを特徴とする。

また、本発明に係る電動モータの一形態によれば、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に、磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じることを利用する電動モータであって、前記磁石の一方が永久磁石で構成されると共に該永久磁石に向い合わせて配される磁石が電磁石で構成される磁性体吸引部を円周等分の複数位置に備え、該磁性体吸引部と同数か異なる数の板状磁性体が前記磁極間を回転通過できるように円周等分位置に配設された回転体を備える。

また、本発明に係る電動モータの一形態によれば、前記磁極間が前記回転体の回転軸に直交する方向に開いた間隙であり、前記板状磁性体が前記回転体の回転軸に直交する方向に張り出すように配設されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電動モータの一形態によれば、前記複数の磁性体吸引部が前記回転体の回転軸の方向に２ヶ所設けられ、これに対応して前記複数の板状磁性体が前記回転体の回転軸の方向に２ヶ所設けられることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電動モータの一形態によれば、前記磁極間が前記回転体の回転軸と平行となる方向に開いた間隙であり、前記板状磁性体が前記回転体の回転軸と平行となる方向に張り出すように配設されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電動モータの一形態によれば、前記電磁石の通電にかかる入切を、ブラシを介して行うことを特徴とすることができる。

本発明に係る電動モータによれば、磁石を適切に配置できることで効率良く駆動できるという特別有利な効果を奏する。

磁石による吸引効果の原理を説明する説明図である。 永久磁石と電磁石とによる吸引効果の原理を説明する説明図である。 本発明に係る電動モータの形態例を模式的に示す断面図である。 図３の形態例を模式的に示す正面図である。 図３の他の形態例を模式的に示す正面図である。 本発明に係る電動モータの第２の形態例を模式的に示す断面図である。 図６の形態例を模式的に示す正面図である。 本発明に係る電動モータの第３の形態例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係る電動モータの形態例を図面（図１〜８）に基づいて説明する。この電動モータは、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間１１に、磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じることを利用するものである。なお、磁性体としては、残留磁気が残らない材質の板状磁性体５５である電磁鋼板を用いるとよい。

図１（ａ）に示すように、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間には磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じる。図１（ａ）はＮ極同士が向い合わせて配されるように、一対の永久磁石２０、２０を示してあり、その一対のＮ極の磁極間１１に、板状磁性体５５（図３以下を参照）などの磁性体を吸引する力が強く生じる。なお、Ｓ極同士が向い合わせて配された場合も同様に磁性体を吸引する力が強く生じるのは勿論である。

これに対して、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、向い合わせて配された磁石の磁極が反対の場合（図１（ｂ））や、一方だけが磁石で他方が単なる磁性体（図示の形態例では巻線３１に通電されていない電磁石３０の鉄芯３２）である場合（図１（ｃ））は、磁性体を吸引する力が極めて小さい。

また、図２に示すように、磁石の一方が永久磁石２０で構成されると共にその永久磁石２０に向い合わせて配される磁石が電磁石３０で構成される磁性体吸引部１０となっている場合についても、図１に示すものと同様の原理で同様の作用を奏する。すなわち、向い合わせて配された磁石の磁極が同一の場合、その磁極間１１には磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じる（図２（ａ））。また、向い合わせて配された磁石の磁極が反対の場合、その磁極間１１には磁性体を吸引する力が小さい（図２（ｂ））。なお、磁性体としては、単純な板状磁性体５５（図３以下を参照）に限らず、他の形態であっても良いのは勿論である。

以上に説明した原理を、電動モータに適用すると、例えば図２（ａ）に示すように、永久磁石２０がＮ極のとき電磁石３０を同極のＮ極になるように通電すると、電磁石３０の磁力と対面する永久磁石の磁力との相乗効果により、電磁石３０単体の磁力より大きな磁力・吸引力を得ることができる。また、図１（ｃ）に示すように、磁性体の吸引を完了した時点で電磁石３０の通電を止めると、磁性体は強い引き戻しの力を受けることなく磁力圏を抜け出すことができる。

すなわち、本発明に係る電動モータによれば、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に強い吸引磁界が生じることと、容量の大きな電磁石３０の磁性体（鉄芯３２）と向い合わせの磁石の間には吸引磁界が弱くなることを利用して、その電磁石３０の磁性体（鉄芯３２）に設けたコイル（巻線３１）に流す電流をＯＮ・ＯＦＦすることによって吸引磁界力の強弱を導き出すと共に、電磁石３０の単体の磁力発生力より強い磁界力を生み出し、前記磁石と電磁石３０の間における回転軸に固設された磁性体の吸引・通過の運動を回転力として取り出すことを特徴とする。なお、電磁石３０と向い合わせの磁石としては、永久磁石と電磁石のどちらかを用いることができる。また、向い合わせて配された同極の磁石の間隔（磁極間）が狭いほど、より強い吸引磁界が生じる。

本発明に係る電動モータでは、図３〜８に示すように、磁石の一方が永久磁石２０で構成されると共にその永久磁石２０に向い合わせて配される磁石が電磁石３０で構成される磁性体吸引部１０を円周等分の複数位置に備え、その磁性体吸引部１０と同数か異なる数の板状磁性体５５が磁極間１１を回転通過できるように円周等分位置に配設された回転体５０を備える。なお、６０は軸受部であり、例えばボールベアリングによって構成できる。

これによれば、永久磁石２０を適切に配置することができ、回転体５０を効率良く回転駆動させることができる。また、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間１１に生じる吸引作用によって駆動させるため、サーボ機能やブレーキ機能を合理的に備えることができる。なお、本形態例の回転体５０の本体軸部（回転軸５１）は、全体的に非磁性体によって設けられ、板状磁性体５５が固定されている。

また、本発明に係る電動モータでは、向い合わせて配された同極の磁石の磁極間１１に生じる吸引作用を積極的に利用したもので、磁石が持つ反発作用を積極的に利用したものではない。このために、電磁石３０への通電状態を切換える状態を止める制御を行い、所定の状態を維持する操作をすることで、回転を止めて、その回転角度状態を維持・固定することができる。すなわち、サーボ機能とブレーキ機能とを適切に発揮させることができる。

なお、他の電動モータと同様の構成を適宜選択的に採用することができるのは勿論であり、例えばはずみ車を用いることで、回転の始動や、回転自体をスムースに行うことができる。また、円周の反対位置にある一対の磁性体（板状磁性体５５）同士を一体化することで、より吸引される力を高めることができ、より効率的な回転駆動を得ることが可能である。

そして、図３及び４に示す形態例では、磁極間１１が回転体５０の回転軸５１に直交する方向に開いた間隙であり、板状磁性体５５が回転体５０の回転軸５１に直交する方向に張り出すように配設されている。これによれば、簡易な形態で、吸引作用を駆動力として合理的に用いる電動モータを好適に構成できる。

図５に示す形態例は、図４に示す形態例と比較して磁性体吸引部１０と板状磁性体５５の数を３倍としたもので、これによれば、より回転トルクが高く、スムースな回転が可能な電動モータを実現できる。このように、磁石の極数は、適宜選択的に増やすことが可能であり、より多くすることで、回転性能を向上させてサーボ機能を高めることができる。

また、図６に示す形態例では、複数の磁性体吸引部１０が回転体５０の回転軸５１の方向に２ヶ所設けられ、これに対応して複数の板状磁性体５５が回転体５０の回転軸５１の方向に２ヶ所設けられる。これによれば、回転体５０の回転力を倍増できる共に、力のバランスを好適に取ることができ、より効率のよい回転駆動を実現できる。なお、７０はケーシングであり、非磁性体で構成され、永久磁石２０及び電磁石３０を保持・固定している。

また、図７及び８に示す形態例では、磁極間１１が回転体５０の回転軸５１と平行となる方向に開いた間隙であり、板状磁性体５５が回転体５０の回転軸５１と平行となる方向に張り出すように配設されている。これによれば、簡易な形態で、吸引作用を駆動力として合理的に用いる電動モータをコンパクトに構成できる。

さらに、電磁石３０の通電にかかる入切を、ブラシ４０を介して行うように構成することで、電磁石３０によって生じる磁極をタイミング良く適正に切換えることができる。なお、本発明にかかる電動モータの制御方法については、ブラシを用いる方法に限定されず、エンコーダによる制御、パルス信号による制御や、インバータ制御を用いるなど、他の電動モータで使用されている制御方法を適宜選択的に利用できるのは勿論である。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論ことである。

１０ 磁性体吸引部
１１ 磁極間
２０ 永久磁石
３０ 電磁石
３１ 巻線
３２ 鉄芯
４０ ブラシ
５０ 回転体
５１ 回転軸
５５ 板状磁性体
６０ 軸受部
７０ ケーシング

Claims (6)

1. 向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に強い吸引磁界が生じることと、容量の大きな電磁石の磁性体と向い合わせの磁石の間には吸引磁界が弱くなることを利用して、該電磁石の磁性体に設けたコイルに流す電流をＯＮ・ＯＦＦすることによって吸引磁界力の強弱を導き出すと共に、前記電磁石の単体の磁力発生力より強い磁界力を生み出し、前記磁石と前記電磁石の間における回転軸に固設された磁性体の吸引・通過の運動を回転力として取り出すことを特徴とする電動モータ。
2. 向い合わせて配された同極の磁石の磁極間に、磁性体を吸引する強い吸引磁界が生じることを利用する電動モータであって、
   前記磁石の一方が永久磁石で構成されると共に該永久磁石に向い合わせて配される磁石が電磁石で構成される磁性体吸引部を円周等分の複数位置に備え、
   該磁性体吸引部と同数か異なる数の板状磁性体が前記磁極間を回転通過できるように円周等分位置に配設された回転体を備えることを特徴とする電動モータ。
3. 前記磁極間が前記回転体の回転軸に直交する方向に開いた間隙であり、前記板状磁性体が前記回転体の回転軸に直交する方向に張り出すように配設されていることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記複数の磁性体吸引部が前記回転体の回転軸の方向に２ヶ所設けられ、これに対応して前記複数の板状磁性体が前記回転体の回転軸の方向に２ヶ所設けられることを特徴とする請求項３に記載の電動モータ。
5. 前記磁極間が前記回転体の回転軸と平行となる方向に開いた間隙であり、前記板状磁性体が前記回転体の回転軸と平行となる方向に張り出すように配設されていることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
6. 前記電磁石の通電にかかる入切を、ブラシを介して行うことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電動モータ。