JP2897057B2 - Electromagnetic rotating machine - Google Patents

Electromagnetic rotating machine

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JP2897057B2
JP2897057B2 JP7680390A JP7680390A JP2897057B2 JP 2897057 B2 JP2897057 B2 JP 2897057B2 JP 7680390 A JP7680390 A JP 7680390A JP 7680390 A JP7680390 A JP 7680390A JP 2897057 B2 JP2897057 B2 JP 2897057B2
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armature
magnetic
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armature coil
stator
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五紀 伴
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 回転速度に比例し、しかも電圧リプルとノイズの無い
発電機(タコジエネレータ)若しくは出力トルクリプル
のない高効率の直流電動機として利用されるものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application field] The present invention is used as a generator (tachogenerator) which is proportional to the rotation speed and has no voltage ripple and noise or a high-efficiency DC motor having no output torque ripple.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明の装置に類似した構成の技術は数多く提案され
ているが、理論的に錯誤があるものが多く、実用化され
た例はない。例えば、特開昭53−89911号に記載された
技術がある。
Although many techniques having a configuration similar to the apparatus of the present invention have been proposed, there are many that have theoretical errors, and no examples have been put to practical use. For example, there is a technique described in JP-A-53-89911.

〔本発明が解決しようとしている課題〕[Problems to be solved by the present invention]

第1の課題 複数相の発電機は、その直流出力にリプル電圧を含ん
でいるので回転数に比例した直流出力を得ることができ
なく、リプル電圧をコンデンサで平滑化すると時間おく
れが発生して、回転速度の変化に正確に追随した電圧が
得られなく、タコジエネレータとして使用する場合の欠
点となる問題点がある。
First Problem Since a multi-phase generator includes a ripple voltage in its DC output, a DC output proportional to the number of revolutions cannot be obtained. If the ripple voltage is smoothed by a capacitor, a delay occurs. In addition, there is a problem that a voltage that accurately follows a change in the rotation speed cannot be obtained, which becomes a drawback when used as a tachogenerator.

第2の課題 複数相の直流電動機、特にブラシレス直流電動機の場
合には相数が少ないので、トルクリプルと電子ノイズと
機械振動を発生する問題点がある。
Second Problem In the case of a DC motor having a plurality of phases, particularly a brushless DC motor, the number of phases is small, so that there is a problem that torque ripple, electronic noise and mechanical vibration are generated.

第3の課題 ブラシレスの発電機、直流電動機の場合には、整流装
置が半導体回路となり、高価となり、相切換時の電磁ノ
イズが発生する問題点がある。又機械振動を発生する欠
点がある。
Third Problem In the case of a brushless generator or a DC motor, the rectifier is a semiconductor circuit, which is expensive, and there is a problem that electromagnetic noise is generated at the time of phase switching. There is also a drawback of generating mechanical vibration.

第4の課題 直流電動機の場合に、ブラシレスの電動機としたとき
に、相数は1〜3相となるので、相切換のときの電機子
コイルの磁気エネルギの消滅と蓄積に時間を要する。
Fourth Problem In the case of a DC motor, when a brushless motor is used, the number of phases is one to three, so that it takes time to extinguish and store the magnetic energy of the armature coil at the time of phase switching.

従って高速度とすると、反トルクの発生が増大し、回
転速度の上昇に限界があり、又効率の劣化せしめる問題
点がある。高速度(毎分10万回転以上)とすると鉄損が
増大し、発熱量が増大し、効率も劣化する問題点があ
る。
Therefore, when the speed is high, there is a problem that the generation of the anti-torque increases, there is a limit to the increase of the rotation speed, and the efficiency is deteriorated. At high speeds (100,000 revolutions per minute or more), there is a problem that the iron loss increases, the calorific value increases, and the efficiency deteriorates.

第5の課題 電機子コイルの磁気エネルギの消滅と蓄積による鉄損
があり、効率が劣化する問題点がある。高速度となると
前述したように大きい問題点となる。
Fifth problem There is a problem in that there is iron loss due to the disappearance and accumulation of the magnetic energy of the armature coil, and the efficiency is deteriorated. When the speed is high, there is a large problem as described above.

〔課題を解決する為の手段〕[Means for solving the problem]

第1の手段 両側の回転面がそれぞれN,S極に1様に磁化された円
板状のマグネット回転子と、該マグネット回転子の1つ
の極の側面に貼着された磁路となる磁性体回転子と、マ
グネット回転子の中心部に固定された回転軸と、平板状
の非磁性体により作られた固定子の中央部に設けた軸受
により前記した回転軸を回動自在に支持するとともに、
マグネット回転子の磁路開放端面を空隙を介して固定子
の側面に対向せしめる手段と、平板状で方形の磁性体で
作られた電機子磁心に電機子コイルを捲着した複数個の
電機子と、電機子コイルの巻線方向が径方向となるよう
に、又電機子コイルの平板状の側面のコイル部がマグネ
ット回転子の対向磁極面と僅かな空隙を介して対向する
ように、固定子に複数個の電機子を互いに離間して等し
いピッチで埋設固定する手段と、各電機子磁心の突出部
を磁性体回転子の1部に僅かな空隙を介して対向せしめ
て磁路を閉じる手段と、マグネット回転子の回転によ
り、各電機子コイルに誘起した発電電圧を導出する発電
機若しくは各電機子コイルに通電したときに、マグネッ
ト回転子に1方向の出力トルクを発生する直流電動機の
いづれかとして構成されたものである。
First Means A disk-shaped magnet rotor whose rotating surfaces on both sides are magnetized to N and S poles in a uniform manner, respectively, and a magnetized magnetic path adhered to a side surface of one pole of the magnet rotor. The above-mentioned rotating shaft is rotatably supported by a body rotor, a rotating shaft fixed to the center of the magnet rotor, and a bearing provided at the center of the stator made of a flat non-magnetic material. With
Means for causing the magnetic path open end face of the magnet rotor to face the side face of the stator via a gap, and a plurality of armatures in which an armature coil is wound around an armature core made of a flat and rectangular magnetic material. The armature coil is fixed so that the winding direction of the armature coil is in the radial direction, and the coil portion on the flat side surface of the armature coil faces the opposing magnetic pole surface of the magnet rotor with a small gap. Means for embedding and fixing a plurality of armatures to the armature at an equal pitch apart from each other, and closing the magnetic path by making the protruding portion of each armature core face a part of the magnetic rotor via a slight gap. Means and a generator for deriving a generated voltage induced in each armature coil by rotation of the magnet rotor or a DC motor for generating one-way output torque to the magnet rotor when energized to each armature coil. Configure as either The is intended.

第2の手段 両側の回転面がそれぞれN,S極に1様に磁化された円
板状のマグネット回転子と、マグネット回転子の中心部
に固定された回転軸と、それぞれの円板状の磁性体,非
磁性体で作られ、外周部が固着された外筐と固定子の中
央部に設けた軸受により前記した回転軸を回転自在に支
持するとともに、マグネット回転子の回転面をそれぞれ
外筐内側面及び固定子と僅かな空隙を介して対向せしめ
る手段と、平板状で方形の磁性体で作られた電機子磁心
に電機子コイルを捲着した複数個の電機子と、電機子コ
イルの巻線方向が径方向となるように、又電機子コイル
の平板状の側面のコイル部がマグネット回転子の対向磁
極面と僅かな空隙を介して対向するように、固定子に複
数個の電機子を互いに離間して等しいピッチで埋設固定
する手段と、各電機子磁心の突出部を外筐の外周部に密
着固定して磁路を閉じる手段と、マグネット回転子の回
転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧を導出す
る発電機若しくは各電機子コイルに通電したときに、マ
グネット回転子に1方向の出力トルクを発生する直流電
動機のいづれかとして構成されたものである。
Second Means A disk-shaped magnet rotor whose rotating surfaces on both sides are respectively magnetized to N and S poles in a uniform manner, a rotating shaft fixed to the center of the magnet rotor, and a disk-shaped magnet The rotating shaft is rotatably supported by an outer housing made of a magnetic material or a non-magnetic material and having an outer peripheral portion fixed thereto and a bearing provided at a central portion of the stator. Means for opposing the inner surface of the housing and the stator via a small gap, a plurality of armatures obtained by winding an armature coil around an armature core made of a flat and rectangular magnetic material, and an armature coil So that the winding direction of the armature coil is in the radial direction, and the coil portion on the flat side surface of the armature coil is opposed to the facing magnetic pole surface of the magnet rotor via a slight gap. Means for burying and fixing the armatures at an equal pitch apart from each other; Means for closing the magnetic path by closely fixing the protruding portion of each armature core to the outer peripheral portion of the outer casing, and a generator or each motor for deriving a generated voltage induced in each armature coil by rotation of the magnet rotor This is configured as any one of DC motors that generates a unidirectional output torque to the magnet rotor when current is supplied to the child coil.

〔作用〕[Action]

前述した問題点となる第1〜第5の課題は、周知の1
相,2相,3相の電動機の共通の欠点である。これは相の概
念がある為の問題とも考えられる。3,2,1,0の概念から
推定されることは、相の概念より脱出して0相即ち無相
の電動機とすることにより、上述した問題点が除去され
るものである。
The first to fifth problems, which are the problems described above, are the well-known ones.
It is a common drawback of two-phase, two-phase and three-phase motors. This may be a problem due to the concept of phases. What is deduced from the concept of 3,2,1,0 is that the above-mentioned problem is eliminated by escaping from the concept of phase and forming a zero-phase, ie, phaseless, motor.

本発明装置は、無相の電動機を構成して、第1〜第5
の課題を解決したものである。
The device of the present invention constitutes a phaseless motor, and
It is a solution to the above problem.

次にその作用を説明する。 Next, the operation will be described.

電機子コイルには常に1方向の通電が設定値で行なわ
れているので、相切換が無く、電機子コイルの磁気エネ
ルギの大きい出入がない。
Since the armature coil is always energized in one direction at a set value, there is no phase switching and there is no large ingress or egress of the magnetic energy of the armature coil.

従って、発電機として使用した場合に、回転速度に正
確に比例した応答性の良い電圧出力が得られる作用があ
るので第1の課題が解決される。
Therefore, when used as a generator, the first problem is solved because there is an operation of obtaining a voltage output with good responsiveness that is accurately proportional to the rotation speed.

電動機として使用した場合には、同じ理由により、ト
ルクリプルがなく、電気的若しくは機械的振動が除去さ
れるので第2の課題が解決される。
When used as an electric motor, for the same reason, there is no torque ripple and electric or mechanical vibration is eliminated, so that the second problem is solved.

相切換をする整流装置が不要なので、その為のホール
素子を含む半導体制御回路が不要となり、直流電源より
電機子コイルに通電するのみで回転子の駆動力を得る電
動機を得ることができる。
Since a rectifier for phase switching is not required, a semiconductor control circuit including a Hall element for the rectification is not required, and an electric motor that obtains the driving force of the rotor can be obtained only by energizing the armature coil from the DC power supply.

上述した事情は発電機の場合も同様である。 The situation described above is the same in the case of a generator.

従って第3の課題が解決される。 Therefore, the third problem is solved.

電機子コイルに蓄積された磁気エネルギの増減がない
ので一般の電動機の場合のように通電を断ったときの磁
気エネルギの放出による反トルクの発生がない。従っ
て、高速度(毎分10万回転以上)の電動機を得ることが
できるので、第4の課題が解決される作用がある。
Since there is no increase or decrease in the magnetic energy stored in the armature coil, there is no generation of a counter torque due to the release of the magnetic energy when the energization is cut off as in a general electric motor. Therefore, it is possible to obtain a high-speed (more than 100,000 revolutions per minute) electric motor, so that the fourth problem is solved.

電機子コイルに磁心はあるが、これを通る磁束量に変
動がないので、鉄損がなく、効率の良好な電動機を得る
ことができる。
Although the armature coil has a magnetic core, there is no change in the amount of magnetic flux passing therethrough, so that an electric motor with no iron loss and high efficiency can be obtained.

従って、第5の課題を解決する作用がある。 Therefore, there is an operation to solve the fifth problem.

〔実施例〕〔Example〕

第1図以降の実施例について本発明装置の詳細を説明
する。図面の同一記号のものは同一部材を示しているの
で、それ等の重複した説明は省略する。第1図は、本発
明装置の外観図である。
Details of the apparatus of the present invention will be described with reference to the embodiment shown in FIG. The same reference numerals in the drawings denote the same members, and a duplicate description thereof will be omitted. FIG. 1 is an external view of the device of the present invention.

第1図において、内側にマグネット回転子4が設けら
れたカップ状の軟鋼の回転子2の中心部は回転軸1に固
定されている。
In FIG. 1, a central portion of a cup-shaped mild steel rotor 2 having a magnet rotor 4 provided inside is fixed to a rotating shaft 1.

記号8は非磁性例えばプラスチック成型により作られ
た円板状の固定子である。
Reference numeral 8 denotes a disk-shaped stator made of non-magnetic material such as plastic.

第2図(a)に第1図を矢印F方向よりみた断面図が
示されているので、両者により構成の詳細を説明する。
FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow F. The details of the configuration will be described with reference to both figures.

第2図(a)において、カップ状の軟鋼で作られた回
転子2の中心部は、回転軸1に固定され、回転子2の内
側には、円環状のマグネット回転子4が固定されてい
る。マグネット回転子4が第3図(a)に示されてい
る。
In FIG. 2 (a), a central part of a rotor 2 made of cup-shaped mild steel is fixed to a rotating shaft 1, and an annular magnet rotor 4 is fixed inside the rotor 2. I have. The magnet rotor 4 is shown in FIG.

マグネット回転子4の両側面は、N,S極に1様に磁化
されている。
Both side surfaces of the magnet rotor 4 are uniformly magnetized to the N and S poles.

マグネット回転子4のS極面は回転子2に貼着されて
いる。
The S pole face of the magnet rotor 4 is attached to the rotor 2.

非磁性体例えばプラスチック成型により作られた円板
状の固定子8(打点部)の中央部には金属円筒3が埋設
固定され、その内部に嵌着されたボール軸受3a,3bによ
り、回転軸1は、円筒3に対して上下に移動しないよう
に構成されている。
A metal cylinder 3 is embedded and fixed in the center of a disk-shaped stator 8 (dotted portion) made of a non-magnetic material, for example, plastic molding, and a rotating shaft is formed by ball bearings 3a and 3b fitted therein. Numeral 1 is configured not to move up and down with respect to the cylinder 3.

記号7aは、矢印Cで示すトルク伝達部材により駆動さ
れる負担で、この場合には電動機となり、記号7aが駆動
源となり、回転軸1を駆動する場合には発電機となる。
The symbol 7a is a load driven by the torque transmitting member indicated by the arrow C. In this case, the symbol 7a is a motor, and the symbol 7a is a drive source. When the rotary shaft 1 is driven, it is a generator.

記号12a,12cは、電機子コイル5a,5cの捲着された電機
子で、各電機子は、固定子8に埋されているものであ
る。
Symbols 12a and 12c are armatures around which armature coils 5a and 5c are wound. Each armature is embedded in the stator 8.

上述した電機子の詳細を第3図(b)につき説明す
る。第3図(b)において、円孔8a,8b,…は固定子8を
本体に固着する為のビス孔である。
The details of the above-described armature will be described with reference to FIG. In FIG. 3 (b), circular holes 8a, 8b,... Are screw holes for fixing the stator 8 to the main body.

第3図(b)は、第2図(a)を矢印D方向よりみた
平面図である。電機子磁心12a,12b,…には、電機子コイ
ル5a,5b,…が捲着されている。
FIG. 3 (b) is a plan view of FIG. 2 (a) viewed from the direction of arrow D. The armature coils 5a, 5b,... Are wound around the armature cores 12a, 12b,.

点線4a,4bは、マグネット回転子4の外径との内径の
円周面を示している。
Dotted lines 4a and 4b indicate the circumferential surfaces of the inner diameter and the outer diameter of the magnet rotor 4.

従って、各電機子コイルの上側の平面部は、僅かな空
隙を介してマグネット回転子4のN極回転面に対向して
いる。
Accordingly, the upper flat portion of each armature coil faces the N-pole rotating surface of the magnet rotor 4 with a small gap.

電機子磁心は軟鋼若しくは磁性体粉末の焼結体で作る
ことができる。
The armature core can be made of a sintered body of mild steel or magnetic powder.

電機子コイル5a,5b,…の巻線の巻き方向は、径方向と
なり、各電機子は等しいピッチで離間して固定子8に埋
設されている。
The winding direction of the windings of the armature coils 5a, 5b,... Is radial, and the armatures are buried in the stator 8 at equal intervals.

電機子磁心12a,12b,…の突出部12a−1,12b−1,…の先
端は、軟鋼円環7の下面に貼着固定されている。
The ends of the protruding portions 12a-1, 12b-1,... Of the armature magnetic cores 12a, 12b,.

円環7(同一記号で第2図(a)に示されている。)
の上側面は僅かな空隙を介して回転子2の内側と対向し
て磁路が閉じられている。
Ring 7 (shown in FIG. 2 (a) by the same symbol)
The upper side face is opposed to the inside of the rotor 2 via a small gap, and the magnetic path is closed.

次に、電機子磁心12aに捲着された電機子コイル5aを
例として、第4図(a)につき詳細を説明する。
Next, details will be described with reference to FIG. 4 (a), taking the armature coil 5a wound on the armature core 12a as an example.

第4図(a)は、第2図(a)の電機子磁心12aと電
機子コイル5aの近傍のみを拡大して示したものである。
第3図(b)を矢印B方向よりみた側面図ともなってい
る。
FIG. 4 (a) is an enlarged view of only the vicinity of the armature magnetic core 12a and the armature coil 5a of FIG. 2 (a).
FIG. 3B is also a side view as viewed from the direction of arrow B.

第4図(a)において、記号2は回転子2の1部であ
る。記号8a,8bは固定子8の上面と下面を示している。
In FIG. 4A, reference numeral 2 denotes a part of the rotor 2. Symbols 8a and 8b indicate the upper and lower surfaces of the stator 8, respectively.

点線4cはマグネット回転子4のN極回転面を示してい
る。
Dotted line 4c indicates the N pole rotation surface of magnet rotor 4.

電機子磁心12aの突出部12a−1の先端部2a−2は軟鋼
円環7に貼着されている。
The tip 2a-2 of the projection 12a-1 of the armature core 12a is attached to the mild steel ring 7.

円環7は僅かな空隙を介して回転子2に対向してい
る。
The ring 7 faces the rotor 2 with a small gap.

他の電機子も同じ構成で、電機子磁心12b,12c,12dの
突出部の先端は、円環7に貼着固定され、円環7の上側
面は僅かな空隙を介して回転子2の内側と対向して磁路
が閉じられている。
The other armatures have the same configuration. The tips of the protruding portions of the armature cores 12b, 12c, and 12d are attached and fixed to the ring 7, and the upper surface of the ring 7 is connected to the rotor 2 through a small gap. The magnetic path is closed facing the inside.

上述した電機子磁心の突出部が、第2図(a)におい
て、点線で同じ記号で示されている。
The protruding portions of the armature core described above are indicated by the same symbols by dotted lines in FIG.

上述した構成より理解されるように、マグネット回転
子4のN極の磁束は各電機子コイルの上面コイル部を貫
挿し、電機子磁心12a,12b,…とその突出部12a−1,12b−
1,…と円環7と回転子2を通り、S極面で磁路が閉じら
れる。
As understood from the above configuration, the magnetic flux of the N pole of the magnet rotor 4 penetrates through the upper coil portions of the armature coils, and the armature magnetic cores 12a, 12b,.
The magnetic path is closed at the S pole surface through the ring 7 and the rotor 2.

第3図(b)の点線矢印24aは上述した磁路の1部を
示すものである。
A dotted arrow 24a in FIG. 3 (b) indicates a part of the magnetic path described above.

各電機子コイルに直流電源より所定の方向の通電を行
なうと、フレミングの法則によるローレンツ力の駆動力
が発生して、マグネット回転子4は1方向の駆動力が得
られる直流電動機となる。
When a current is supplied to each armature coil in a predetermined direction from a DC power supply, a driving force of Lorentz force is generated according to Fleming's law, and the magnet rotor 4 becomes a DC motor capable of obtaining a driving force in one direction.

又マグネット回転子4を回転軸1により駆動源により
回転する発電機となる。
Also, the generator is a generator in which the magnet rotor 4 is rotated by the driving source by the rotating shaft 1.

発電機の場合には、各電機子コイルは直列に接続する
ことがよい。電機子の数は実施例では4個であるが、必
要に応じて増減することができる。
In the case of a generator, each armature coil is preferably connected in series. The number of armatures is four in the embodiment, but can be increased or decreased as needed.

駆動トルク発生の原理は、周知のボイスコイルモータ
に相似した出力の直流電動機が得られる特徴がある。マ
グネット回転子4を駆動源により1方向に駆動すると、
各電機子コイルには、誘起電圧が発生するので、直列接
続をして、誘起電圧を加算して導出すると発電機とな
る。小出力の場合にはタコジエネレータとして利用でき
る。
The principle of driving torque generation is that a DC motor having an output similar to a known voice coil motor can be obtained. When the magnet rotor 4 is driven in one direction by a drive source,
Since an induced voltage is generated in each armature coil, a series connection is made, and the induced voltage is added to derive to form a generator. In the case of small output, it can be used as a tachogenerator.

効果は電動機として使用した場合と同様である。 The effect is the same as when the motor is used.

出力電圧にリプル分がないので、有効な手段となる。 This is an effective means because there is no ripple in the output voltage.

電機子磁心が磁気的に飽和すると、洩れ磁束が増加
し、これが反トルクを発生するので、これを防止する為
に電機子磁心の断面積を十分に大きくする必要がある。
When the armature core is magnetically saturated, the leakage magnetic flux increases, which generates an anti-torque. Therefore, it is necessary to make the cross-sectional area of the armature core large enough to prevent this.

第2図(b)の実施例は、上述した実施例の電機子磁
心の突出部を変形して構成したもので、第2図(b)は
右半分のみが示されている。左半分も同じ構成となって
いる。
The embodiment shown in FIG. 2B is obtained by modifying the protrusion of the armature core of the above-described embodiment, and FIG. 2B shows only the right half. The left half has the same configuration.

第2図(a)の電機子磁心12cの突出部12c−1は除去
され、右側より突出折曲部12c−3が突出され、僅かな
空隙を介して回転子2の外側回転面と対向して磁路が閉
じられている。
The protruding portion 12c-1 of the armature core 12c shown in FIG. 2 (a) is removed, and the protruding bent portion 12c-3 protrudes from the right side, and faces the outer rotating surface of the rotor 2 via a slight gap. The magnetic path is closed.

作用効果は前実施と同様である。 The function and effect are the same as in the previous embodiment.

この場合には、回転子2に鉄損が発生するので、鉄損
を除去する為には、突出部12c−3の内側に軟鋼製の円
筒を貼着し、その内側を回転子2の外側回転面に対向せ
しめる必要がある。他の電機子磁心も全く同じ構成とな
っている。
In this case, iron loss occurs in the rotor 2. To remove the iron loss, a mild steel cylinder is adhered to the inside of the protrusion 12 c-3, and the inside thereof is fixed to the outside of the rotor 2. It is necessary to face the rotating surface. The other armature cores have exactly the same configuration.

第2図(c)は、本発明装置の他ノ実施例である。 FIG. 2 (c) shows another embodiment of the apparatus of the present invention.

第2図(c)において、カップ型の外筐14は軟鋼で作
られ、下側の外筐となる固定子11(打点部)は、プラス
チック成形により作られた円板状のものである。外筐1
4,固定子11の中央部に設けたボール軸受3a,3bにより回
転軸1が回動自在に支持されている。
In FIG. 2 (c), the cup-shaped outer casing 14 is made of mild steel, and the stator 11 (dotted portion) serving as the lower outer casing is a disc-shaped one made by plastic molding. Outer case 1
4, the rotating shaft 1 is rotatably supported by ball bearings 3a and 3b provided at the center of the stator 11.

外筐14,固定子11の外周は、点線11a,11bの点でビスに
より締着されている。
The outer peripheries of the outer casing 14 and the stator 11 are fastened by screws at dotted lines 11a and 11b.

回転軸1には、リング状の支持体9が固定され、リン
グ9の外周には円環状のマグネット回転子10の内周部が
固着されている。
A ring-shaped support 9 is fixed to the rotating shaft 1, and an inner peripheral portion of an annular magnet rotor 10 is fixed to an outer periphery of the ring 9.

支持体9は非磁性体で作られる。 The support 9 is made of a non-magnetic material.

マグネット回転子10の回転面の表裏は図示の極性のN,
Sに磁化される。
The front and back of the rotating surface of the magnet rotor 10 have N,
Magnetized to S.

プラスチック成型により作られた円板状の固定子11
(打点部)には電機子磁心15a,15c及びそれぞれに捲着
された電機子コイル16a,16cが埋設固定されている。
Disk-shaped stator 11 made by plastic molding
The armature cores 15a and 15c and the armature coils 16a and 16c wound around the cores are embedded and fixed to the (dotted portions).

矢印D方向よりみた固定子11が第3図(c)に示され
ているのでその詳細を説明する。
The stator 11 viewed from the direction of arrow D is shown in FIG. 3 (c), and its details will be described.

第3図(c)において、固定子11には、電機子磁心15
a,15b,…4個が、捲着された電機子コイル16a,16b,…と
ともに互いに離間して等しいピッチで埋設固定される。
In FIG. 3 (c), the stator 11 has an armature core 15
.. are buried and fixed at equal pitches apart from each other together with the wound armature coils 16a, 16b,.

第4図(b)は、電機子磁心15a,電機子コイル16a,突
出部15a−1,15a−2のみを示したものである。
FIG. 4 (b) shows only the armature magnetic core 15a, the armature coil 16a, and the protrusions 15a-1, 15a-2.

第3図(c)の空孔11a,11b,…は、外筐14,固定子11
の外周部を螺着する為のビス孔である。
The holes 11a, 11b,... In FIG.
Are screw holes for screwing the outer peripheral portion.

電機子磁心15a,15b,…は方形の磁性体平板で、軟鋼若
しくは磁性体粉末の焼結体で構成され、それぞれには突
出部15a−1,15b−1,…が設けられている。
The armature cores 15a, 15b,... Are rectangular magnetic plates and are made of a sintered body of mild steel or magnetic powder, and are provided with protrusions 15a-1, 15b-1,.

突出部15a−1,15b−1,…の先端部15a−2,15b−2,…
は、固定子11の外周部まで延長され、それ等の上面は、
固定子11の上面に露出され、外筐14と固定子11を外周部
で螺着したときに、電機子磁心と外筐14の磁路が閉じら
れるように構成されている。
The tip portions 15a-2, 15b-2, ... of the protrusions 15a-1, 15b-1, ...
Is extended to the outer peripheral portion of the stator 11, and the upper surfaces thereof are
The magnetic path between the armature core and the outer housing 14 is closed when the outer housing 14 and the stator 11 are exposed on the upper surface of the stator 11 and screwed around the outer periphery.

従って、マグネット回転子10のN極回転面のN極の磁
束は、電機子コイル16a,16b,…の上面のコイル部を貫挿
し、電機子磁心15a,15b,…と、突出部15a−1,15b−1,…
と突出部の先端部15a−2,15b−2,…と外筐14を通って磁
路がS極回転面で閉じられる。
Therefore, the magnetic flux of the N pole on the N pole rotating surface of the magnet rotor 10 penetrates through the coil portions on the upper surfaces of the armature coils 16a, 16b,... And the armature magnetic cores 15a, 15b,. , 15b−1,…
The magnetic path is closed by the S pole rotating surface through the outer case 14 and the end portions 15a-2, 15b-2,.

第3図(c)の点線曲線24cは上述した磁路の1部を
示しているものである。
The dotted curve 24c in FIG. 3 (c) shows a part of the above-described magnetic path.

第2図(c)のマグネット回転子10のS極回転面とN
極回転面は、それぞれ僅かな空隙を介して外筐14の内面
と電機子コイル16a,16b,…の上面のコイル部と対向して
いる。
The S-pole rotating surface of the magnet rotor 10 and N in FIG.
The polar rotating surfaces face the inner surface of the outer casing 14 and the coil portions on the upper surfaces of the armature coils 16a, 16b,.

電機子コイル16a,16b,…の巻線の方向は、径方向にな
っている。
The winding directions of the armature coils 16a, 16b,... Are radial.

以上の構成より理解されるように、各電機子コイルに
直流電源より所定の方向の通電をすると、フレミングの
法則によるローレンツ力が発生して、マグネット回転子
10には1方向のトルクが得られて負荷7aを駆動する直流
電動機となる。
As understood from the above configuration, when a current is supplied to each armature coil from a DC power supply in a predetermined direction, Lorentz force is generated according to Fleming's law, and the magnet rotor is driven.
The DC motor 10 receives a torque in one direction and drives the load 7a.

又駆動源により回転軸1を回転すると、各電機子コイ
ルに誘起電圧が発生するので、これ等を加算して導出す
ると発電機となる。その他の作用効果は前実施例と同様
である。
In addition, when the rotating shaft 1 is rotated by the driving source, an induced voltage is generated in each armature coil. Other functions and effects are the same as those of the previous embodiment.

第4図(c)は、第3図(c)の実施例の1部を変更
したものである。
FIG. 4 (c) is a partial modification of the embodiment of FIG. 3 (c).

第4図(c)は、第3図(c)の電機子磁心15a,電機
子コイル16aの近傍のみを矢印B方向よりみた図であ
る。他の電機子も同じ構成となっている。
FIG. 4C is a view of only the vicinity of the armature core 15a and the armature coil 16a in FIG. Other armatures have the same configuration.

第4図(c)において、点線10cは、マグネット回転
子10のN極回転面を示している。
In FIG. 4 (c), the dotted line 10c indicates the N pole rotation surface of the magnet rotor 10.

電機子磁心15aには、コ型の軟鋼ヨーク16a−1の両脚
部が固着されている。
Both legs of a U-shaped mild steel yoke 16a-1 are fixed to the armature core 15a.

電機子コイル16aによる磁束は点線23となり、マグネ
ット回転子のN極による磁束は、点線23a,23bとなる。
The magnetic flux generated by the armature coil 16a is indicated by a dotted line 23, and the magnetic flux generated by the N pole of the magnet rotor is indicated by dotted lines 23a and 23b.

磁性体ヨーク16a−1の左右の脚部を通る磁束に差が
生ずる。即ち左脚部では、磁束23と23aの差となり、右
脚部では、両者の和となる。
A difference occurs in the magnetic flux passing through the left and right legs of the magnetic yoke 16a-1. That is, in the left leg, the difference between the magnetic fluxes 23 and 23a is obtained, and in the right leg, the sum of the two is obtained.

従って、マグネット回転子2は矢印E方向の力を受け
て回転する。
Therefore, the magnet rotor 2 rotates by receiving a force in the direction of arrow E.

電機子コイル16aによる磁束の磁路は、磁性体により
閉じられているので磁束量が増大して、大きい駆動力の
ある電動機を得ることができる作用効果がある。
Since the magnetic path of the magnetic flux by the armature coil 16a is closed by the magnetic material, the amount of magnetic flux increases, and there is an operational effect that an electric motor having a large driving force can be obtained.

次に本発明装置を発電機若しくは電動機として構成し
た場合の特徴を次に説明する。
Next, the features of the present invention when configured as a generator or a motor will be described below.

電機子コイルには、常に1方向に一定の電流が流れて
いるので、蓄積されている磁気エネルギの変化がない。
従って、電動機の場合にはトルクリプルのない出力トル
クが得られ、発電機の場合には、電圧リプルを含まない
回動速度に比例する電圧出力が得られる特徴がある。又
速度変動のある場合には、応答性の早い電圧出力が得ら
れる特徴があるので、タコジエネレータとして有効な技
術を供与できる。
Since a constant current always flows in one direction in the armature coil, there is no change in the stored magnetic energy.
Therefore, in the case of a motor, an output torque without torque ripple can be obtained, and in the case of a generator, a voltage output proportional to the rotation speed that does not include voltage ripple can be obtained. In the case where there is a speed fluctuation, a voltage output with a quick response can be obtained, so that an effective technique as a tachogenerator can be provided.

ブラシレスの構成となり、電機子コイルの通電制御の
為の電子回路が不要となるので小型廉価で耐熱性のある
発電若しくは電動機が得られる。
The brushless configuration eliminates the need for an electronic circuit for controlling the energization of the armature coil, so that a small, inexpensive, heat-resistant generator or motor can be obtained.

電機子コイルの通電の切換の為の整流装置が不要とな
る特徴がある。
There is a feature that a rectifier for switching the energization of the armature coil is not required.

電機子コイルの磁気エネルギの蓄積と放出がないの
で、高速度でも反トルクの発生がなく、効率の良好な高
速電動機が得られる。又鉄損がないので効率が良好とな
る。
Since there is no accumulation and release of magnetic energy of the armature coil, no anti-torque is generated even at high speed, and a high-efficiency high-speed motor can be obtained. Also, since there is no iron loss, the efficiency is improved.

電機子電流が変化なく、又その方向も変らないので、
電磁的なノイズと機械振動の発生が除去される特徴があ
る。
Since the armature current does not change and its direction does not change,
The feature is that generation of electromagnetic noise and mechanical vibration is eliminated.

電動機の場合に、複数個ある電機子コイルの1個を発
電コイルとして使用し、他をトルク発生のコイルとする
ことにより、発電コイルの出力により電機子コイルの通
電制御を行なうことができるので、定速制御を行なうこ
とができる。発電コイルの出力は時間おくれがないの
で、正確で応答性のある定速制御が得られる特徴があ
る。
In the case of a motor, by using one of a plurality of armature coils as a power generation coil and the other as a torque generating coil, the power supply of the armature coil can be controlled by the output of the power generation coil. Constant speed control can be performed. Since the output of the generating coil is not delayed, there is a feature that accurate and responsive constant speed control can be obtained.

〔効果〕〔effect〕

第1の効果 トルクリプルのない平坦なトルク特性のある電動機も
しくはリプル電圧のない発電機が得られる。
First Effect An electric motor having a flat torque characteristic without torque ripple or a generator having no ripple voltage can be obtained.

第2の効果 整流装置が不要となり、ブラシレスとなり、又電機子
電流制御の為の通電制御回路が除去される。
Second effect A rectifier is not required, brushless, and a power supply control circuit for armature current control is eliminated.

第3の効果 反トルクの発生がないので、高速度電動機を得ること
ができる。
Third effect Since no anti-torque is generated, a high-speed electric motor can be obtained.

第4の効果 鉄損がなく、反トルクの発生もないので効率の良好な
電動機若しくは発電機を得ることができる。
Fourth Effect Since there is no iron loss and no generation of anti-torque, an efficient motor or generator can be obtained.

第5の効果 電機子コイルの通電量は変化なく、又通電方向も変ら
ないので、電磁ノイズと機械振動が著しく小さくなる。
Fifth Effect Since the amount of energization of the armature coil does not change and the direction of energization does not change, electromagnetic noise and mechanical vibration are significantly reduced.

第6の効果 相の切換がないので、鉄損がない。従って、磁心とし
て軟鋼材若しくは、軟鋼粉,珪素鋼粉の焼結したものを
使用することができる。従って構成が容易となる。
Sixth effect Since there is no phase switching, there is no iron loss. Therefore, a mild steel material or a sintered material of mild steel powder or silicon steel powder can be used as the magnetic core. Therefore, the configuration becomes easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明装置の外観の側面図、第2図は、本発
明装置の構成の説明図、第3図(a)はマグネット回転
子の平面図、第3図(b)(c)は、本発明装置の電機
子を含む固定子の平面図、第4図(a)は、第3図
(b)を矢印B方向よりみた説明図、第4図(b),は
第3図(c)の電機子磁心と電機子コイルの平面図、第
4図(c)は、第3図(c)を矢印B方向よりみた説明
図をそれぞれ示す。 1…回転軸、14…外筐、3a,3b…軸受、2…軟鋼回転
子、8,11…非磁性体固定子、3…円筒、4,10…マグネッ
ト回転子、5a,5b,…,16a,16b…電機子コイル、7a…負
荷、12a,12b,…,15a,15b,…電機子磁心、12a−1,12a−
2,12b−1,12b−2,…,15a−1,15a−2,15b−1,15b−2…
突出部、7…軟鋼円環、9…支持体、8a,8b,…,11a,11
b,…空孔、4c…マグネット回転子4のN極回転面、23,2
3a,23b,24a,24c…磁束の磁路の曲線。
FIG. 1 is a side view of the appearance of the device of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of the structure of the device of the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view of a magnet rotor, 4) is a plan view of a stator including an armature of the device of the present invention, FIG. 4 (a) is an explanatory view of FIG. 3 (b) viewed from the direction of arrow B, and FIG. FIG. 4 (c) is a plan view of the armature core and the armature coil, and FIG. 4 (c) is an explanatory view of FIG. 3 (c) viewed from the direction of arrow B. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating shaft, 14 ... Outer casing, 3a, 3b ... Bearing, 2 ... Mild steel rotor, 8,11 ... Non-magnetic stator, 3 ... Cylindrical, 4,10 ... Magnet rotor, 5a, 5b, ..., 16a, 16b: armature coil, 7a: load, 12a, 12b, ..., 15a, 15b, ... armature core, 12a-1, 12a-
2,12b-1,12b-2, ..., 15a-1,15a-2,15b-1,15b-2 ...
Projection, 7: mild steel ring, 9: support, 8a, 8b, ..., 11a, 11
b, voids, 4c N-pole rotating surface of magnet rotor 4, 23,2
3a, 23b, 24a, 24c: Curves of magnetic flux paths.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】両側の回転面がそれぞれN,S極に1様に磁
化された円板状のマグネット回転子と、該マグネット回
転子の1つの極の側面に貼着された磁路となる磁性体回
転子と、マグネット回転子の中心部に固定された回転軸
と、平板状の非磁性体により作られた固定子の中央部に
設けた軸受により前記した回転軸を回動自在に支持する
とともに、マグネット回転子の磁路開放端面を空隙を介
して固定子の側面に対向せしめる手段と、平板状で方形
の磁性体で作られた電機子磁心に電機子コイルを捲着し
た複数個の電機子と、電機子コイルの巻線方向が径方向
となるように、又電機子コイルの平板状の側面のコイル
部がマグネット回転子の対向磁極面と僅かな空隙を介し
て対向するように、固定子に複数個の電機子を互いに離
間して等しいピッチで埋設固定する手段と、各電機子磁
心の突出部を磁性体回転子の1部に僅かな空隙を介して
対向せしめて磁路を閉じる手段と、マグネット回転子の
回転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧を導出
する発電機若しくは各電機子コイルに通電したときに、
マグネット回転子に1方向の出力トルクを発生する直流
電動機のいづれかとして構成されたことを特徴とする電
磁回転機。
1. A disk-shaped magnet rotator, whose rotating surfaces on both sides are uniformly magnetized to N and S poles, respectively, and a magnetic path adhered to a side surface of one pole of the magnet rotator. The above-mentioned rotary shaft is rotatably supported by a magnetic rotor, a rotary shaft fixed to the center of the magnet rotor, and a bearing provided at the center of the stator made of a flat non-magnetic material. Means for making the magnetic path open end face of the magnet rotor face the side face of the stator via a gap, and a plurality of armature coils wound around an armature core made of a flat and square magnetic material. So that the winding direction of the armature coil is in the radial direction, and the coil portion on the flat side surface of the armature coil is opposed to the facing magnetic pole surface of the magnet rotor via a slight gap. In addition, a plurality of armatures are separated from each other on the stator and have the same pitch. A means for burying and fixing, a means for closing a magnetic path by making a protruding portion of each armature core face a part of the magnetic rotor through a small gap, and a means for closing each magnetic path by rotating the magnet rotor. When power is applied to the generator or each armature coil that derives the induced generated voltage,
An electromagnetic rotating machine configured as any one of a DC motor that generates a unidirectional output torque to a magnet rotor.
【請求項2】両側の回転面がそれぞれN,S極に1様に磁
化された円板状のマグネット回転子と、マグネット回転
子の中心部に固定された回転軸と、それぞれ円板状の磁
性体,非磁性体で作られ、外周部が固着された外筐と固
定子の中央部に設けた軸受により前記した回転軸を回転
自在に支持するとともに、マグネット回転子の回転面を
それぞれ外筐内側面及び固定子と僅かな空隙を介して対
向せしめる手段と、平板状で方形の磁性体で作られた電
機子磁心に電機子コイルを捲着した複数個の電機子と、
電機子コイルの巻線方向が径方向となるように、又電機
子コイルの平板状の側面のコイル部がマグネット回転子
の対向磁極面と僅かな空隙を介して対向するように、固
定子に複数個の電機子を互いに離間して等しいピッチで
埋設固定する手段と、各電機子磁心の突出部を外筐の外
周部に密着固定して磁路を閉じる手段と、マグネット回
転子の回転により、各電機子コイルに誘起した発電電圧
を導出する発電機若しくは各電機子コイルに通電したと
きに、マグネット回転子に1方向の出力トルクを発生す
る直流電動機のいづれかとして構成されたことを特徴と
する電磁回転機。
2. A disk-shaped magnet rotor whose rotating surfaces on both sides are magnetized to have N and S poles, respectively, a rotating shaft fixed to the center of the magnet rotor, and a disk-shaped magnet respectively. The rotating shaft is rotatably supported by an outer housing made of a magnetic material or a non-magnetic material and having an outer peripheral portion fixed thereto and a bearing provided at a central portion of the stator. Means for facing the inner surface of the housing and the stator via a small gap, a plurality of armatures obtained by winding an armature coil around an armature magnetic core made of a flat and rectangular magnetic material,
The stator is arranged so that the winding direction of the armature coil is in the radial direction, and the coil on the flat side surface of the armature coil is opposed to the facing magnetic pole surface of the magnet rotor via a slight gap. Means for embedding and fixing a plurality of armatures at an equal pitch apart from each other, means for closely fixing the protruding portion of each armature core to the outer peripheral portion of the outer casing and closing the magnetic path, and rotation of the magnet rotor A generator that derives a generated voltage induced in each armature coil or a DC motor that generates a unidirectional output torque to a magnet rotor when energized to each armature coil. Electromagnetic rotating machine.
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