JP2020004937A - 磁気回転ディスク - Google Patents

Abstract

【課題】金属回転本体及び複数の磁気ユニットを主に含む磁気回転ディスクを提供する。【解決手段】磁気回転ディスク１において、金属回転本体１１は、金属である鉄からなり、複数の磁気ユニット１３は金属回転本体１１の周縁に均一に設けられる。各磁気ユニット１３は第１磁極部及び第２磁極部を含み、すべての第１磁極部及び第２磁極部は、複数の磁気ユニット１３における上部及び下部にそれぞれ属している。特に、金属回転本体１１の周縁外側に第１磁極部の磁力線だけが分布するよう、すべての磁気ユニット１３のうち、一の磁気ユニット１３における第２磁極部の下側は、部分的に他の磁気ユニット１３における第１磁極部の上側に吸着している。【選択図】図３

Description

本発明は電動機のユニット設計に関し、特に、電動機における回転子の構造設計に関する。

電動機はモータ（Ｍｏｔｏｒ）とも呼ばれ、各種電気機器に広く応用されている。主な機能としては、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換し、変換した力学的エネルギーを利用して、外部の電気機器に回転運動、直線運動、単弦運動又はその他の運動を行わせる運動エネルギーを発生させる。このうち、回転運動用のモータについては、各種業界、オフィススペース、居住スペース等に応用されており、生活の至る所に存在する。また、リニアモータとして知られる直線運動用のモータについては、半導体産業、オートメーション産業、大型機械、計器産業等に応用されている。

従来の電動機は、回転子（Ｒｏｔｏｒ）と固定子（Ｓｔａｔｏｒ）という２つのユニットに大別可能である。回転子とは回転可能なユニットであって、巻き線コイルを有して電流を通すことが可能である。一方、固定子は動かないよう固定されたユニットであり、磁極を有して磁場を提供可能である。この場合、電動機には外部から電気を供給可能であり、回転子のコイルが電流を通過させつつ磁場を発生させる。発生した磁場は固定子から提供される磁場との磁極間相互作用により、同極同士は反発し、異極同士は引き合うとの原理にしたがって、最終的には回転運動を行うことで外部の電気機器を駆動する。

しかし、従来の電動機は一般に広く利用されてはいるものの、依然として多くの欠点を有し、改良を要する部分も存在する。例えば、電動機には外部から電気を供給し、回転子のコイルに電流を通すことで磁場を発生させられる。しかし、電気エネルギーから磁場を発生させ、続いて磁場から力学的エネルギーを発生させる過程では、異なる形態のエネルギー変換があまりにも頻繁に行われるため、電気エネルギーから力学的エネルギーへの発生効率が過度に低下してしまう。このほか、巻き線コイルにより磁場を発生させる回転子には、それ自体に設計上の材料ロス率が一定程度存在しており、総体的にみて完全無欠とは言い難い。

これらに鑑みて、本発明の発明者は特に上記の課題について検討した結果、「電電併給」という新たな概念を提供するとともに、この新概念を実現する「磁気回転ディスク」を一般消費者による使用に供したいと考えた。以上が、本発明における研究開発の動機である。

本発明は、金属回転本体及び複数の磁気ユニットを主に含む磁気回転ディスクを提供することを目的とする。

前記金属回転本体は金属である鉄を含み、前記複数の磁気ユニットは金属回転本体の周縁に均一に設けられる。前記各磁気ユニットは第１磁極部及び第２磁極部をそれぞれ含み、前記すべての第１磁極部及び第２磁極部は、前記各磁気ユニットにおける上部及び下部にそれぞれ属している。前記金属回転本体の周縁外側に第１磁極部の磁力線だけが分布するよう、前記すべての磁気ユニットのうち、一の磁気ユニットにおける第２磁極部の下側は、部分的に他の磁気ユニットにおける第１磁極部の上側に吸着している。

本発明の好ましい実施例において、前記金属回転本体の周縁には、前記磁気ユニットが吸着配置されるよう、複数の対応する数量の配置溝が備わっている。前記金属回転本体は、円盤又は円環としてもよい。前記磁気ユニットの数としては、２×３×Ｎ又は６×Ｎが可能であり、Ｎは１〜１６の正の整数とすればよい。前記磁気ユニットは、曲率を有するシート構造としてもよい。前記磁気ユニットにおける第１磁極部及び第２磁極部は、それぞれ半分を占めている。

本発明の好ましい実施例において、前記第１磁極部がＮ極の場合、前記第２磁極部はＳ極であり、前記第１磁極部がＳ極の場合、前記第２磁極部はＮ極である。任意の前記磁気ユニットにおける第１磁極部の上側は、近傍の磁力を強化するよう、補足の磁気ユニットと更に吸着可能である。前記補足の磁気ユニットにおける第１磁極部は磁力集中部を更に含み、前記補足の磁気ユニットの上側には斜面が備わっており、前記磁力集中部は前記斜面上に位置する。前記金属回転本体は鉄を含む。

本発明で提供する磁気回転ディスクは、それ自体が永久磁石としての特性を有しており、外部の磁場と直に磁極間相互作用を奏することが可能なことから、コイルに電流を通して磁場を発生させるとの過程を省略できる。また、金属回転本体の周縁外側には第１磁極部のみを露出させ、且つ、前記複数の磁気ユニットを均一に設けることで、金属回転本体の周縁外側において均一に分布する単一磁極の磁場を発生させる。よって、磁気回転ディスクは極めて小さな電気エネルギーを供給するだけで、外部の磁場と高効率の磁極間相互作用を奏することが可能である。換言すると、本発明で提供する磁気回転子によれば、極めて小さな電気エネルギーを供給するだけで極めて大きな力学的エネルギーを発生可能となる。そして、この力学的エネルギーによって電気エネルギーをいっそう効率的に発生させられるため、上述した電電併給との新概念を確実に実現可能となる。

本発明は、明細書内のいくつかの好ましい実施例と詳細な記述及び図面から理解可能である。なお、図中の同じ符号は本発明における同一の構成要素を示す。ただし、本発明のすべての好ましい実施例は説明のためのものにすぎず、特許請求の範囲を限定する主旨ではないと解釈すべきである。

図１は、本発明の磁気回転子の斜視図である。 図２は、本発明の磁気回転子の分解斜視図である。 図３は、本発明の磁気回転ディスクの斜視図である。 図４は、本発明の磁気回転ディスクの平面図である。 図５は、本発明の磁気回転ディスクの部分斜視図１である。 図６は、本発明の磁気回転ディスクの部分断面図１である。 図７は、本発明の磁気回転ディスクの部分断面図２である。 図８は、本発明の磁気回転ディスクの部分断面図３である。 図９は、本発明の磁気回転ディスクの部分斜視図２である。 図１０は、本発明の磁気回転ディスクの部分断面図４である。 図１１は、本発明の磁気回転子の動作を示す図である。

審査官殿に本発明の特徴及び達成可能な機能・効果を更に理解及び認識いただけるよう、以下に好ましい具体的実施例と詳細な説明を組み合わせて詳述する。

まず、本発明の磁気回転子の斜視図及び分解図を示す図１及び図２を合わせて参照する。本発明の主たる目的を達成する具体的実施例として、図１及び図２には磁気回転ディスクの技術的特徴が含まれている。図示するように、一又は複数の具体的実施例において、本発明の磁気回転子１００は、磁気回転ディスク１、バッファプレート３、バッファプレート５及び伝動基板７等のユニットから主に構成される。上記の構成要素は同軸の軸心孔を有し、当該軸心孔により同期して回転運動することが可能である。また、上記の構成要素は複数の固定部材９（例えばネジ）により緊締される。

上述したように、磁気回転ディスク１は磁気回転子１００のコアユニットである。磁気回転ディスク１は永久磁石としての特性を有し、均一に分布する単一磁極の磁場を発生可能とする。バッファプレート３及びバッファプレート５は、それぞれ磁気回転ディスク１の上側と下側に設けられており、磁気回転ディスク１を保護する役割を果たす。また、磁気回転ディスク１の上側と下側の磁場を隔離することで、磁場の分布を一方の平面に限定するとともに、磁力の不要な相殺を回避する。伝動基板７はバッファプレート５の下側に設けられており、複数の伝動歯（伝動基板７の周縁に設けられる）を有する。伝動基板７が回転することで、磁気回転子１００で発生した力学的エネルギーにより、その他の電気機器を効果的に駆動させられる。

次に、図１〜４を参照する。このうち、図３及び図４は、それぞれ本発明における磁気回転ディスクの斜視図及び平面図を示す。図示するように、一又は複数の具体的実施例において、本発明の磁気回転ディスク１は、金属回転本体１３と複数の磁気ユニット１１から主に構成される。金属回転本体１３は金属（例えば鉄）を含んでなり、円盤又は円環状の外形を有してもよいがこれらに限らず、適切な外観であればよい。複数の磁気ユニット１１は、金属回転本体１３の周縁に均一に設けられている。金属回転本体１３の材質には金属として鉄が含まれることから、複数の磁気ユニット１１はその他の媒体を介して固定せずとも、金属回転本体１３の周縁表面に対し直に吸着可能である。

上述したように、複数の磁気ユニット１１は、金属回転本体１３の周縁表面に対し直に吸着可能であるとともに、磁気ユニット同士が完全には積層されずに吸着し合うことで連なって、金属回転本体１３の周縁に均一に設けられる。一又は複数の具体的実施例において、磁気ユニット１１は曲率を有するシート構造としてもよい。この曲率の存在よって、複数の磁気ユニット１１はより円滑に、完全には積層されることなく互いに連なり合い、金属回転本体１３の周縁に均一に設けられる。また、この曲率の大きさは磁気ユニット１１の総数にも影響する。一又は複数の具体的実施例において、複数の磁気ユニットの数は２×３×Ｎ又は６×Ｎとすればよい。なお、Ｎは１〜１６の正の整数とすればよい。これより、複数の磁気ユニットの数は６〜９６の範囲が最適となる。

次に、図５〜８を参照する。このうち、図５は本発明の磁気回転ディスクの部分斜視図１を示し、図６〜８は、本発明の磁気回転ディスクの部分断面図１〜３を示す。図６及び図８に示すように、一又は複数の具体的実施例において、本発明の金属回転本体１３の周縁には、複数の磁気ユニット１１が上述のように吸着配置されるよう、複数の対応する数量の配置溝１３１が備わっている。本発明の最も好ましい実施例では、複数の磁気ユニット１１の数が６〜９６の間であるため、複数の配置溝１３１の数もまた６〜９６の間とすべきである。複数の配置溝１３１を設けることで事前準備が完了しているため、複数の磁気ユニット１１がより安定的且つ均一に金属回転本体１３の周縁に吸着される。なお、一の磁気ユニット１１の下側は、対応する配置溝１３１に対し全体が吸着しているわけではない。これは、下側の一部が他の磁気ユニットの上側に吸着しているためである。

図５〜７に示すように、一又は複数の具体的実施例において、複数の磁気ユニット１１は第１磁極部１１１と第２磁極部１１３をそれぞれ含む。複数の第１磁極部１１１と複数の第２磁極部１１３は、複数の磁気ユニット１１各々の上部及び下部にそれぞれ属している。一又は複数の具体的実施例では、一の磁気ユニット１１における第２磁極部１１３の下側が、部分的に他の磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側に吸着することで連なっている。そのため、金属回転本体１３の周縁外側には複数の第１磁極部１１１の磁力線だけが分布することになる。本発明の最も好ましい実施例において、複数の磁気ユニット１１における第１磁極部１１１及び第２磁極部１１３は、それぞれ磁気ユニット１１の容積の半分を占めている。即ち、各磁気ユニット１１の外形及びサイズはいずれも同一であり、且つ、第１磁極部１１１及び第２磁極部１１３がそれぞれ半分を占めるよう、平均的に磁化することが可能である。これによれば、金属回転本体１３の周縁外側に複数の第１磁極部１１１の磁力線だけが分布するよう、一の磁気ユニット１１における第２磁極部１１３の下側は、ちょうど半分が他の磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側を被覆可能となっている。

なお、一又は複数の具体的実施例において、複数の磁気ユニット１１に含まれる第１磁極部１１１及び第２磁極部１１３については、磁極の種類を特に限定しない。換言すれば、複数の第１磁極部１１１がＮ極の場合、複数の第２磁極部１１３はＳ極となる。反対に、複数の第１磁極部１１１がＳ極の場合、複数の第２磁極部１１３はＮ極となる。本発明では、金属回転本体１３の周縁外側に、Ｎ極・Ｓ極に関わらず単一磁極の磁力線のみを分布させることが要点となる。このほか、金属回転本体１３の材質には金属として鉄が含まれており、且つ、複数の磁気ユニット１１が金属回転本体１３の周縁表面に直に吸着する。よって、複数の磁気ユニット１１の下側と金属回転本体１３の間の磁場が相殺される。同様に、一の磁気ユニット１１における第２磁極部１１３の下側と他の磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側との間の磁場もまた相殺される。

図９及び図１０を参照する。ここで、図９は本発明の磁気回転ディスクの部分斜視図２であり、図１０は本発明の磁気回転ディスクの部分断面図４である。図示するように、一又は複数の具体的実施例では、磁力線の集中・強化効果をより発揮させるために、一定数の磁気ユニット１１間隔で、近傍の磁力が強化されるよう、任意の複数の磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側に補足の磁気ユニット１５を吸着させてもよい。一又は複数の具体的実施例において、補足の磁気ユニット１５は曲率を有するシート構造としてもよい。ただし、面積については、吸着する磁気ユニット１１よりも小さいことが原則となる。これは、吸着する磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側が他の磁気ユニット１１における第２磁極部１１３の下側と吸着するためである。同様に、本発明における最も好ましい実施例では、複数の磁気ユニット１１の数を６〜９６の間とし、磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の上側に対し、６個間隔で補足の磁気ユニット１５を吸着させてもよい。この場合、複数の補足の磁気ユニット１５の数は１〜１６の間とすればよい。

図１０に示すように、一又は複数の具体的実施例において、補足の磁気ユニット１５は第１磁極部１５１及び第２磁極部１５３をそれぞれ含む。任意の複数の磁気ユニット１１における上側と補足の磁気ユニット１５が吸着する際には、磁気ユニット１１の第１磁極部１１１と補足の磁気ユニット１５の第２磁極部１５３が吸着するため、これらの間の磁場についても相殺される。同様に、任意の複数の磁気ユニット１１における上側と補足の磁気ユニット１５が吸着する際、補足の磁気ユニット１５は、吸着する磁気ユニット１１における第１磁極部１１１の半分を被覆する。これにより、金属回転本体１３の周縁外側には複数の第１磁極部１１１及び複数の第１磁極部１５１の磁力線のみが分布することになる。即ち、複数の第１磁極部１１１が磁気ユニット１５に覆われるため、複数の第１磁極部１１１の磁力線分布が第１磁極部１５１の磁力線分布に置換される。

図９及び図１０に示すように、一又は複数の具体的実施例において、複数の補足の磁気ユニット１５における第１磁極部１５１は、磁力集中部１５５及び斜面を更に含む。磁力集中部１５５は前記斜面上に位置しており、自身が属す磁極の磁力を集中及び強化するとの機能を発揮する。また、自身が属す磁極の磁力に更なるレベル及び方向性を持たせることで、より効率的に外部の磁場と磁極間相互作用を奏する。なお、複数の補足の磁気ユニット１５の面積については、吸着する磁気ユニット１１よりも小さくすることが原則である。しかし、本発明の最も好ましい実施例において、シート構造の磁気ユニット１５については、斜面のうち薄い側の厚さを同様のシート構造の磁気ユニット１１と同等とする。こうすることで、磁気ユニット１５による磁力の集中及び強化効果がより最適化される。

ここで、本発明の磁気回転子の動作を示す図１１を合わせて参照する。図示するように、一又は複数の具体的実施例において、磁気回転子１００の周縁外側には複数の誘導回転子２００を設けてもよい。誘導回転子２００は、磁気誘導ユニット２１及び伝動基板２７から主に構成される。誘導回転子２００の磁気誘導ユニット２１は、磁気回転子１００における複数の磁気ユニット１１又は複数の磁気ユニット１５に対応して設けられ、これらの間に磁極間相互作用が存在する。また、誘導回転子２００の磁気誘導ユニット２１は更に斜面を備える。当該斜面は、磁気回転子１００の補足の磁気ユニット１５における斜面上の磁力集中部１５５に対応しており、磁極間の相互作用を最適化する。また、誘導回転子２００の伝動基板２７は磁気回転子１００の伝動基板７に対応して設けられ、これらの間には噛合関係が存在する。なお、誘導回転子２００における磁気誘導ユニット２１の伝動基板２７は、複数の伝動歯を有してもよい。また、伝動歯の総和は、回転運動が同期されるよう、磁気回転子１００の伝動基板７における複数の伝動歯の数と同等とする。誘導回転子２００における磁気誘導ユニット２１及び伝動基板２７と磁気回転子１００との連携によって、磁気回転子１００が極めて小さな電気エネルギーを供給するだけで、誘導回転子２００との高効率の磁極間相互作用が可能となり、円滑且つ高速の回転運動が発生する。そのため、本発明で提供する磁気回転子１００によれば、極めて小さな電気エネルギーを供給するだけで極めて大きな力学的エネルギーを発生可能となる。そして、この力学的エネルギーによって電気エネルギーをいっそう効率的に発生させられるため、上述した電電併給との新概念を確実に実現可能となる。

上記は本発明の好ましい実施例である。当業者であれば、上記は本発明を説明するためのものであって、本発明で主張する権利範囲を限定するものではないと解釈すべきである。なお、具体的な権利範囲は後述の特許請求の範囲及びこれと同等の領域により決定される。当業者が本特許の精神又は範囲を逸脱することなく実施する変更及び補足は、いずれも本発明で開示する精神の下で遂行される等価の変形又は設計とみなされ、且つ、後述する特許請求の範囲に含まれる。

本文で記載する「一の実施例」又は「一部実施例」とは、少なくとも一つの実施例に含まれる実施例で記載する特定の特徴、構造及び特性のことをいう。よって、全文各所における「一の実施例では」又は「一部実施例では」とは、必ずしも同じ実施例とは限らないが、同じ実施例を指す場合もある。また、本文に開示の内容より、一又は複数の実施例においては、当該技術を知るものにとっては周知のように、特定の特徴、構造又は特性を任意の適切な方式で組み合わせることが可能である。また、本発明の特許請求の範囲から大きく逸脱しないことを前提に、明細書については各種の修正が可能であり、且つ、上記詳細によりサポートすることが可能である。本発明は、特定の形式や図面及び明細書に開示の詳細事項に限定されない。したがって、明細書及び図面は説明のための記載であり、本発明を限定する主旨ではない。

本発明は、新規性、進歩性及び産業上の利用可能性を真に備え、本邦特許法に規定される特許出願要件を確実に満たしている。よって、法に基づき出願する。早期の権利化を切に期待する。

１００ 磁気回転子
１ 磁気回転ディスク
１１ 金属回転本体
１１１ 第１磁極部
１１３ 第２磁極部
１３ 磁気ユニット
１３１ 配置溝
１５ 磁気ユニット
１５１ 第１磁極部
１５３ 第２磁極部
１５５ 磁力集中部
３ バッファプレート
５ バッファプレート
７ 伝動基板
９ 固定部材
２００ 誘導回転子
２１ 磁気誘導ユニット
２７ 伝動基板

Claims (10)

1. 金属回転本体と、
   当該金属回転本体の周縁に均一に設けられる複数の磁気ユニットであって、これら磁気ユニットは、それぞれ第１磁極部及び第２磁極部を含み、これら第１磁極部及びこれら第２磁極部は、これら磁気ユニットの上部及び下部にそれぞれ属する複数の磁気ユニット、を含み、
   当該金属回転本体の周縁外側にこれら第１磁極部の磁力線だけが分布するよう、一のこれら磁気ユニットにおける第２磁極部の下側は、部分的に他のこれら磁気ユニットにおける第１磁極部の上側に吸着している磁気回転ディスク。
2. 当該金属回転本体の周縁には、これら磁気ユニットが吸着配置されるよう、複数の対応する数量の配置溝が備わっている請求項１に記載の磁気回転ディスク。
3. 当該金属回転本体としては、円盤又は円環が可能である請求項１に記載の磁気回転ディスク。
4. これら磁気ユニットの数としては、２×３×Ｎ又は６×Ｎが可能であり、Ｎは１〜１６の正の整数とすればよい請求項１に記載の磁気回転ディスク。
5. これら磁気ユニットとしては、曲率を有するシート構造が可能である請求項１に記載の磁気回転ディスク。
6. これら磁気ユニットにおける当該第１磁極部及び当該第２磁極部は、それぞれ半分を占めている請求項１に記載の磁気回転ディスク。
7. これら第１磁極部がＮ極の場合、これら第２磁極部はＳ極であり、これら第１磁極部がＳ極の場合、これら第２磁極部はＮ極である請求項１に記載の磁気回転ディスク。
8. 任意のこれら磁気ユニットにおける第１磁極部の上側は、近傍の磁力を強化するよう、補足の磁気ユニットと更に吸着可能である請求項１に記載の磁気回転ディスク。
9. 当該補足の磁気ユニットにおける第１磁極部は、磁力集中部及び斜面を更に含み、当該磁力集中部は当該斜面上に位置している請求項８に記載の磁気回転ディスク。
10. 当該金属回転本体は、鉄を含む請求項１に記載の磁気回転ディスク。