JP3068696B2

JP3068696B2 - 動力発生装置

Info

Publication number: JP3068696B2
Application number: JP3353116A
Authority: JP
Inventors: 輝男河合
Original assignee: 辻川慶子
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 2000-07-24
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: TW223191B; JPH0779559A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定子として電磁石を
使用し、回転子或いは可動子として永久磁石と軟鋼等の
磁性体との組合体を使用した動力変換装置に係り、詳し
くは永久磁石の磁力が本来的に保有しているエネルギと
しての磁力を最大限活用して磁気エネルギを作業エネル
ギに転換させる磁気エネルギの動力発生装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、固定子として電磁石を使用
し、回転子として軟鋼等の磁性体と永久磁石との組合体
を使用した動力発生装置として、例えばＨＢ（ハイブリ
ッド）型ステッピング・モータが知られている。

【０００３】例えば、図１５乃至図２０は従来のＨＢ型
ステッピング・モータの概略を示している。このＨＢ型
モータは、回転子５２の部分に特徴があり、回転子５２
の一方の構成要素である成層鋼板５３に形成した歯によ
りステップ角を小さくできるというＶＲ（バリアブル・
リラクタンス）型ステッピング・モータのもつ長所と、
回転子５２の他方の構成要素である永久磁石５４のため
に効率が高く小型化に有利であるというＰＭ（パーマネ
ント・マグネット）型ステッピング・モータのもつ長所
とを合わせもつものである。なお、固定子５０の鉄心の
部分はＶＲ型モータのものと同じであるが、コイルの巻
き方と結線の仕方が異なっている。

【０００４】図１７は永久磁石５４の作り出す磁束の通
り路（磁路）を示しており、ロータ軸５５の軸方向端部
にＮ極かＳ極の一方が均一に現れるユニポーラ形の分布
をとっている。これに対し、図１８は固定子５０の電磁
石５１が作り出す磁路を示しており、ロータ軸５５に垂
直な平面にＮＳＮＳ……という具合に偶数個の磁極が現
れるヘテロポーラ形の分布をとっている。このユニポー
ラ形の永久磁石磁束（永久磁石の磁界）とヘテロポーラ
形の巻線磁束（電磁石の磁界）とが作用し合ってトルク
を発生するようになっている。ここで、“永久磁石磁束
と巻線磁束とが作用し合って”とは、永久磁石５４と電
磁石５１との間のギャップにおいて磁力線の傾斜を生み
出すことを意味する。

【０００５】このＨＢ型モータのトルク発生のメカニズ
ムをリニア・モータ形式に展開したモデルを示す図１９
及び図２０を参照して説明する。図１９は永久磁石５４
のＳ側の断面を示し、図２０はＮ側の断面を示してい
る。これら図のなかで実線は電磁石５１による磁束を示
し、破線は永久磁石５４による磁束を示している。

【０００６】電磁石５１による磁界についてみると（図
１９の実線を参照）、永久磁石５４のＳ側の断面におい
て、中央のギャップでは磁力線が右下がりであるのに対
し、同図の右端側ギャップでは磁力線が右上がりで、両
者は打ち消し合う関係にある。また、永久磁石５４のＮ
側の断面においても同様である。

【０００７】ところが、電磁石５１による磁界と永久磁
石５４による磁界とが作用し合うとトルクが発生する。
すなわち、永久磁石５４のＳ側断面における中央のギャ
ップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１による磁界
と永久磁石５４による磁界とが同じ方向で強め合って図
１９の左方向の推力が回転子５２に現れるが、右側のギ
ャップ（電磁石５１のＳ側）では、両磁界が反対方向で
弱め合って同図の右方向の推力が現れる。しかし、この
力は小さく、全体としては図１９の左向きの推力が現れ
る。

【０００８】また、永久磁石５４のＮ側断面における中
央のギャップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１に
よる磁界と永久磁石５４による磁界とが反対方向で弱め
合って図２０の右方向の推力が回転子５２に現れるが、
この力は小さい。しかし、図２０の右側のギャップ（電
磁石５１のＳ側）では、両磁界が同じ方向で強め合って
図２０の左方向の推力は大きく、全体としては図２０の
左向きの推力が現れる。

【０００９】したがって、これらの推力により回転子５
２は図１９、２０の左方向の１／４歯ピッチ進行するこ
とになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のＨＢ型モータでは、前述したようにトルク方向と反
対の方向の力（回転子５２の回転を妨げる力）が存在す
る問題がある。これを電磁石５１の巻線に印加する電気
エネルギの観点からみると、図１９の右端の電磁石の巻
線や、図２０の中央の電磁石の巻線に印加される電流
は、回転子５２の運動を妨げようとする永久磁石５４の
磁界を打ち消すのに消費され、回転子５２の運動には何
ら寄与せず、エネルギ効率が低い。また、永久磁石５４
の磁気エネルギの観点からみると、電磁石５１の作る磁
界とともに回転子５２の運動に利用されるが、その一部
は回転子５２の運動を妨げてしまい、永久磁石５４の磁
気エネルギの有効利用が図られていない。

【００１１】上記ＨＢ型モータの問題は固定子として電
磁石を使用し、回転子として磁性体と永久磁石とを使用
した動力発生装置全般にいえることである。

【００１２】したがって、本発明は前記従来の問題点に
鑑みてなされたもので、回転子、可動子の運動方向と反
対方向に働く力が生じないようにして電磁石に印加する
電気エネルギの利用効率を高める一方、永久磁石のもつ
磁気エネルギの有効利用を図ることができる動力発生装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明に係る磁気エネルギを動力に変換する動
力発生装置は、支持部材に回転自在に装備された回転出
力軸の回りに配置されて、該回転出力軸と共に回転する
永久磁石と、前記永久磁石と同軸に配置されて前記回転
出力軸と共に回転する、前記永久磁石の磁束が通る磁性
体と、前記磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間
隔をおいて磁気回路が互いに独立するように前記支持部
材に固定装備された複数の電磁石と、前記複数の電磁石
のうち回転出力軸の回転方向の前方に位置する電磁石を
前記永久磁石の磁極の極性と逆極性に順次励磁する励磁
切換手段とを具備し、前記磁性体の外周部に切欠部と磁
歯部とが交互に形成され、その各磁歯部の少なくとも半
径方向端部が前記電磁石の周方向の幅よりも大なる周方
向の幅をもって形成されており、これにより前記回転方
向の前方に位置する前記電磁石を励磁したときに、前記
磁性体を通る磁束が前記励磁された電磁石と前記永久磁
石とをほぼ直線的に結ぶ範囲内に収束するとともに、前
記励磁された電磁石の回転方向後方に位置する非励磁の
電磁石に対向する前記磁性体部分は磁束の空白域とな
り、前記収束した前記磁束により前記回転出力軸に回転
トルクを付与してなることを特徴としている。

【００１４】また、第２の発明に係る磁気エネルギを動
力に変換する動力発生装置は、直線軌道に移動可能に配
置される移動体上に装備された永久磁石と、前記永久磁
石上に配置されて該永久磁石の磁束が通る磁性体と、前
記直線軌道に沿って適宜間隔をおいて配置され且つ磁気
回路が互いに独立した複数の電磁石と、前記複数の電磁
石のうち前記移動体の進行方向の前方に位置する前記電
磁石を前記永久磁石の磁極と逆極性に順次励磁する励磁
切換手段とを具備し、前記磁性体は、その前記進行方向
の長さが前記電磁石の前記進行方向の幅よりも大となる
ように形成されており、これにより前記進行方向の前方
に位置する前記電磁石を励磁したときに、前記磁性体を
通る磁束が前記励磁された電磁石と前記永久磁石とをほ
ぼ直線的に結ぶ範囲内に収束するとともに、前記励磁さ
れた電磁石の進行方向後方に位置する非励磁の電磁石に
対向する前記磁性体部分は磁束の空白域となり、前記収
束した前記磁束により前記移動体に駆動力を付与してな
ることを特徴としている。

【００１５】

【作用】第１の発明によれば、回転出力軸の回転方向前
方に位置する電磁石を励磁すると、励磁された電磁石に
よって生じる磁界と永久磁石によって生じる磁界とが作
用し合い、磁性体を通る磁束が前記回転方向前方に位置
する励磁された電磁石側にほぼ直線的な範囲内に収束さ
れ、これにより回転出力軸を該電磁石側の方向に所定角
度回転させる。回転出力軸が所定角度回転したら前記電
磁石の励磁を中断する一方、新たに回転出力軸の回転方
向の前方に位置する電磁石を励磁する。このようにして
電磁石を順次励磁することにより、回転出力軸を所定方
向に回転することができる。また、このとき、前記回転
方向前方に位置する電磁石を、永久磁石の磁極の極性と
逆極性となるように励磁しており、そして励磁中の電磁
石の磁気回路が、隣接する他の電磁石の磁気回路と独立
していて、励磁中の電磁石から発生した磁束が、隣接す
る他の電磁石の磁気回路を通って永久磁石の磁極と同極
にするようなことがないこと、及び、励磁されていない
電磁石（回転方向に対して、前記励磁されている電磁石
のすぐ後方に位置している励磁されていない電磁石）に
対向する前記磁性体内部の部分は磁束の空白域となるこ
とから、回転出力軸の回転を妨げる方向の斥力及び引力
は生じない。

【００１６】また、第２の発明によれば、励磁切換手段
により移動体の移動方向前端の前方に位置する電磁石を
励磁すると、該電磁石によって生じる磁界と永久磁石に
よって生じる磁界とが作用し合い、磁性体を通る磁束が
前記移動体の移動方向前端の前方に位置する励磁された
電磁石側にほぼ直線的な範囲内に収束され、これにより
移動体を該電磁石側の方向に所定量移動させる。移動体
が所定量移動すると、移動体が前記電磁石の下方に位置
する一方、移動体の移動方向前端の前方には別の電磁石
が位置するようになる。この状態になったら、移動体の
上に位置する電磁石の励磁を中断する一方、新たに移動
体の移動方向前端の前方に位置するようになった電磁石
の励磁を開始する。このようにして電磁石を順次励磁す
ることにより、移動体を所定方向に移動することができ
るが、このときも第１の発明と同様に、前記移動方向前
端の前方に位置する電磁石を、永久磁石の磁極の極性と
逆極性となるように励磁しており、そして励磁中の電磁
石の磁気回路が、隣接する他の電磁石の磁気回路と独立
していて、励磁中の電磁石から発生した磁束が、隣接す
る他の電磁石の磁気回路を通って永久磁石の磁極と同極
にするようなことがないこと、及び、励磁されていない
電磁石（移動体の移動方向に対して、前記励磁されてい
る電磁石のすぐ後方に位置している励磁されていない電
磁石）に対向する前記磁性体内部の部分は磁束の空白域
となることから、移動体の移動を妨げる方向の斥力及び
引力は生じない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を、好ましい実施例を図示した
添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】第１実施例図１は本発明の第１実施例を示す一部切欠した正面図、
図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は遮光板の側
面図、図４乃至図１１は電磁石を励磁したときの作用を
説明する側面図、図１２、１３は電磁石を励磁したとき
の磁束の収束状態を示す断面図である。

【００１９】第１実施例によれば、図１及び図２に示す
ように、支持部材１０の前後側板１０ａ間には、回転出
力軸１１が軸受１１ａを介して回転自在に装備されてい
る。この回転出力軸１１の軸方向両端側であって、前後
側板１０ａの内側位置には、該回転出力軸１１と共に回
転する、軸方向に着磁されたリング状の永久磁石１３が
それぞれ遊嵌状態で配置されている。また、回転出力軸
１１の側板１０ａと永久磁石１３との間の位置には、外
周部に切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとを交互に有した、
永久磁石１３の磁束が通る磁性体１４がそれぞれ固定状
態で配置されている。図示のとおり、この磁性体１４が
有する各磁歯部１４ｂの半径方向端部は、後述する電磁
石１６ａ〜１６ｌの周方向の幅よりも大なる周方向の幅
をもって形成されている。図１では、例えば、切欠部１
４ａを３個、磁歯部１４ｂを３個形成した場合を示して
いる。永久磁石１３と磁性体１４は回転出力軸１１に対
して同軸であり、両者はボルト等の締結手段１５により
一体化し、回転出力軸１１とともに回転する回転子１２
をなしている。

【００２０】ここで、支持部材１０及び回転出力軸１１
は、共に非磁性体であり、支持部材１０は例えばステン
レス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、合成樹脂等
で形成され、また回転出力軸１１は例えばステンレス鋼
等で形成されている。したがって、回転出力軸１１の軸
方向一端側の永久磁石１３と磁性体１４とからなる磁気
回路と、軸方向他端側の永久磁石１３と磁性体１４とか
らなる磁気回路とは、互いに独立している。また、磁性
体１４は、例えば各種鉄材、ケイ素鋼板、パーマロイ等
の透磁率の高い磁性体材料により形成されている。

【００２１】前後側板１０ａ間には、固定子となる複数
個の電磁石１６ａ乃至１６ｌが、磁性体１４の周囲に周
方向に沿って略等間隔に固定状態で装備されている。図
１では、例えば１２個配置した場合を示している。これ
ら電磁石１６ａ乃至１６ｌは、その磁気回路が互いに独
立していて、励磁された電磁石の磁束が隣接する電磁石
の鉄心を通らないようにしてある。そして、各電磁石１
６ａ乃至１６ｌは、回転出力軸１１、永久磁石１３、磁
性体１４の軸線方向に延び且つ回転出力軸１１等に対し
て平行に装備され、それらの軸方向両端部分（磁極の部
分）が磁性体１４の周面と僅かな隙間をおいて対向して
いる。電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち、その一部は、磁
性体１４の切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分１
４c₁乃至１４c₆に対応する箇所に位置している。図１で
は、例えば、境界部分１４c₁に電磁石１６ａ、境界部分
１４c₂に電磁石１６ｂ、境界部分１４c₃に電磁石１６
ｅ、境界部分１４c₄に電磁石１６ｆ、境界部分１４c₅に
電磁石１６ｉ，境界部分１４c₆に電磁石１６ｊがそれぞ
れ位置している場合を示している。

【００２２】図１２は電磁石を励磁していないときの永
久磁石１３の作り出す磁束の通路を示し、また図１３は
電磁石を励磁したときの、永久磁石１３の作り出す磁束
の通路と電磁石の巻線が作り出す磁束の通路とを示して
いる。これら図面から明らかなように、両者ともその軸
方向端部にＮ極かＳ極のいずれか一方の極が均一に現れ
るユニポーラ形の分布をとっている。電磁石の励磁時に
永久磁石１３の磁界と電磁石の磁界とが作用し合って回
転トルクを発生する。

【００２３】電磁石１６ａ乃至１６ｌを順次励磁する励
磁切換手段１７は、基本的には電磁石１６ａ乃至１６ｌ
の各巻線にそれぞれ直流を供給する通常の励磁回路から
構成されているが、本実施例では電磁石１６ａ乃至１６
ｌへの給電を切り換える切換部分は複数の光センサ１８
と該光センサ１８をオン・オフする遮光板１９とから構
成されている。

【００２４】光センサ１８は、発光素子と受光素子とを
遮光板１９が通過し得る間隔をおいて対向配置してなる
もので、電磁石１６ａ乃至１６ｌに対応する位置関係で
前後側板１０ａの一方の外面に円周方向に沿って等間隔
に配置されている（図２及び３では、例えば、前板外面
に配置した場合を示している。）。また、遮光板１９
は、光センサ１８が配置された側の側板１０ａから突出
する回転出力軸１１の端部に固定されている。

【００２５】本実施例では、遮光板１９によって光セン
サ１８が遮光されている間、該光センサ１８に対応する
電磁石に通電するようにしてある。

【００２６】次に上記第１実施例の作用を図４乃至図１
１を参照して説明する。

【００２７】励磁切換手段１７により電磁石１６ａ乃至
１６ｌに何ら通電しない場合には、図４に示すように、
磁歯部１４ｂと僅かなギャップをおいて対向する電磁石
１６ｃ、ｄ、ｇ、ｈ、ｋ、ｌは、永久磁石１３の磁界中
にある単なる磁性体となり（図４の薄墨部分参照）、磁
歯部１４ｂ部分を吸引し、回転子１２は停止状態にあ
る。

【００２８】次いで、励磁切換手段により図５に示すよ
うに切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分１４ｃ
１、１４ｃ３及び１４ｃ５に位置する電磁石１６ａ，
ｅ，ｉを同時に励磁すると、永久磁石１３の磁界と電磁
石１６ａ，ｅ，ｉの磁界とが作用し合い、磁性体１４を
通る磁束１４ｄが該電磁石１６ａ，ｅ，ｉ側に瞬時にし
てほぼ直線的に収束される。これにより、回転子１２
は、電磁石１６ａ，ｅ，ｉ側に吸引され、磁束１４ｄの
幅を広げようとする方向、すなわち図５の時計方向への
回転トルクを受ける。

【００２９】図６乃至図１０は、回転子１２の回転に伴
う磁束１４ｄの幅の変化を示しており、磁束１４ｄの幅
が最大となる時点、すなわち磁歯部１４ｂがのみが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉと対向する一方、切欠部１４ａが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉから完全に外れたときに、磁束１４ｄ
の幅が最大となって、永久磁石１３と電磁石１６ａ、
ｅ、ｉとの間に働く吸引力が最大となるが、回転子１２
に作用する回転トルクはゼロになる。

【００３０】回転子１２に作用する回転トルクが完全に
ゼロになる前、すなわち境界部分１４ｃ１、１４ｃ３及
び１４ｃ５が回転方向前方の別の電磁石１６ｂ、ｆ、ｊ
に差しかかった時点で、励磁切換手段１７により電磁石
１６ａ，ｅ，ｉの励磁を停止する一方、電磁石１６ｂ，
ｆ，ｊの励磁を開始すると、図１１に示すように、磁束
１４ｄが電磁石１６ｂ，ｆ，ｊ側にほぼ直線的に収束さ
れ、前回と同様にして回転子１２に回転トルクが作用す
る。

【００３１】この後、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋを励磁し、
回転子１２の回転に伴って境界部分１４c₁、１４c₃及び
１４c₅が回転方向前方の別の電磁石１６ｄ、ｈ、ｌに差
しかかった時点で、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋの励磁を停止
する一方、電磁石１６ｄ、ｈ、ｌの励磁を開始する。

【００３２】このようにして電磁石１６ａ乃至１６ｌを
順次励磁することにより、永久磁石１３の磁界と電磁石
１６ａ乃至１６ｌの磁界が作用し合い、回転子１２に回
転トルクを付与する。

【００３３】このとき、永久磁石１３の一方の磁極（例
えばＮ極）側と電磁石１６ａ乃至１６ｌの軸方向一端の
磁極（例えばＳ極）との間で回転トルクが生じると共
に、永久磁石１３の他方の磁極（例えばＳ極）側と電磁
石１６ａ乃至１６ｌの軸方向他端の磁極（例えばＮ極）
との間でも回転トルクが生じる。

【００３４】ここで、永久磁石１３の一方の磁極側、例
えばＮ極側では、電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち所定の
電磁石がＳ極のみに励磁されており、励磁中の電磁石か
ら隣接する他の電磁石に磁束が通ることにより磁気回路
を構成して永久磁石１３と同極のＮ極にすることがな
い。また、永久磁石１３の他方の磁極側、例えばＳ極側
では、所定の電磁石がＮ極のみに励磁されており、励磁
中の電磁石から隣接する他の電磁石に磁束が通ることに
より磁気回路を構成して永久磁石１３と同極のＳ極にす
るようなことがない。また、永久磁石１３の磁束は磁性
体１４を通って励磁中の電磁石側に収束され（図４Ｂ乃
至Ｈ中の磁束１４ｄ参照）、磁性体１４の非励磁の電磁
石と対向する部分が磁束の通らないデッドゾーン、つま
り磁束の空白域になっている。したがって、この非励磁
の電磁石と永久磁石１３との間には吸引力を生じさせる
ような磁束が存在しないから、回転子１２の回転を妨げ
るような方向の引力は生じない。

【００３５】これを電磁石１６ａ乃至１６ｌに印加する
電気エネルギの観点からみると、印加された電気エネル
ギの殆ど全てが回転子１２の回転に寄与するのに消費さ
れ、また永久磁石１３の磁気エネルギの有効利用の観点
から見ると、磁気エネルギの殆ど全てが回転子１２の回
転に寄与するのに利用されるということができる。

【００３６】また、磁性体１４の外周部に切欠部１４ａ
と磁歯部１４ｂとを交互に設けると共に、これらの間の
境界部分に対応する箇所にそれぞれ電磁石を配置してあ
るので、該電磁石を励磁したとき境界部分と電磁石との
間のギャップに生じる磁力線を大きく傾かせることがで
き、電磁石の励磁初期時に大きな回転トルクを得ること
がきる。

【００３７】次に上記第１実施例に示すモータについて
実際に運転試験を行った結果を説明する。

【００３８】磁性体として純鉄を使用した。寸法は幅30
mm、磁歯部の直径218mm、切欠部の直径158mmであった。
また、永久磁石としてフェライト磁石を使用した。その
磁力は1,000ガウスであった。電磁石への印加電圧は17
Ｖ、電流1.15Ａ、電力19.55Ｗであった。この条件の下
で得られた回転数は100rpm、トルクは60.52Kg・cm、出
力は62.16Ｗであった。

【００３９】第２実施例図１４Ａ乃至Ｈはリニア・モータ形式にした本発明の第
２実施例の作用を説明する説明図である。

【００４０】本実施例によれば、フレームにローラを多
数並列に配置したローラコンベヤ形式の直線軌道２０上
を移動する移動体２１に永久磁石２２を設置すると共
に、該永久磁石２２上面に該永久磁石２２の磁束が通る
平板状の磁性体２３を固定して可動子２４が構成されて
いる。そして、可動子２４上には、直線軌道２０に沿っ
て固定子２５としての複数の電磁石２５ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、…が並列に配置されている。これら電磁石２５ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、…は、その磁気回路が互いに独立してお
り、図示しない励磁切換手段によって永久磁石２２の磁
極と逆極性に順次励磁されるように構成されている。な
お、移動体２１の側面には動力取出軸２１ａが設けられ
ている。また、前記磁性体２３の進行方向の長さは、対
向する各電磁石２５ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…の進行方向の幅
よりも大となるように形成されている。

【００４１】次に上記第２実施例の作用を説明する。

【００４２】電磁石になんら通電しない場合には、図１
４Ａに示すように、可動子２４の真上に位置する電磁石
２５ａ、２５ｂは永久磁石２２の磁界中にある単なる磁
性体となり（図１４Ａの薄墨部分参照）、磁性体２３部
分を吸引し、可動子２４は停止状態にある。

【００４３】次いで、励磁切換手段により図１４Ｂに示
すように可動子２４の前端の移動方向前方に位置する電
磁石２５ｃを励磁すると、永久磁石２２の磁界と電磁石
２５ｃの磁界とが作用し合い、磁性体２３を通る磁束２
３ａが該電磁石２５ｃ側に瞬時にして直線的に収束され
る。これにより、可動子２３は、電磁石２５ｃ側に吸引
され、磁束２３ａの幅が広がる方向、すなわち図１４Ｂ
の矢印方向の推力を受けて直線軌道２０上を移動する。

【００４４】図１４Ｃ乃至図１４Ｅは、可動子２４の移
動に伴う磁束２３ａの幅の変化を示しており、磁束２３
ａの幅が最大となる時点、すなわち可動子２４の磁性体
２３部分の前端部が電磁石２５ｃを通過する直前まで移
動してきたときに、磁束２３ｄの幅が最大となって、永
久磁石２２と電磁石２５ｃとの間に働く吸引力が最大と
なるが、可動子２４に作用する推力はゼロになる。

【００４５】可動子２４に作用する推力が完全にゼロに
なる前、すなわち可動子２４の磁性体２３部分の前端部
が電磁石２５ｃを通過しようとする時点で、励磁切換手
段により電磁石２５ｃの励磁を停止する一方、電磁石２
５ｄの励磁を開始すると、図１４Ｆに示すように、磁束
２３ａが電磁石２５ｄ側にほぼ直線的に収束され、前回
と同様にして可動子２４に推力が作用する。

【００４６】この後、可動子２４の移動に伴って図１４
Ｇ、Ｈに示すように磁束２３ａの幅が広くなり、同様の
作用が繰り返される。

【００４７】このようにして電磁石を順次励磁すること
により、永久磁石２２の磁界と電磁石の磁界が作用し合
い、可動子２４に推力を付与する。

【００４８】ここで、電磁石と対向する側の永久磁石２
２の磁極が例えばＮ極の場合、電磁石２５ｃはＳ極のみ
に励磁されており、電磁石２５ｃから隣接する他の電磁
石２５ｂ、２５ｄに磁束が通ることにより磁気回路を構
成して永久磁石２２の磁極と同極のＮ極にすることがな
い。したがって、第１実施例の場合と同様に可動子２４
の移動を妨げるような力は生じない。

【００４９】

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定子としての複数の電磁石を互いに磁気回路が独立する
ようにし、そして電磁石を対向する永久磁石の磁極と逆
極性にのみ励磁するようにしており、隣接する電磁石に
磁束が通って該電磁石が永久磁石の極性と同極性になる
ことがないこと、及び、前記磁性体内部の励磁されてい
ない電磁石（運動方向に対して、前記励磁されている電
磁石のすぐ後方に位置している励磁されていない電磁
石）に対向する部分は磁束の空白域となることから、回
転子、可動子の運動を妨げる方向の斥力及び引力は生じ
ることがなく、電磁石に印加する電気エネルギの利用効
率を高める一方、永久磁石のもつ磁気エネルギの有効利
用を図ることができる。

【００５１】また、電磁石を構成するコイルに流す電流
の極性は一定であり、変化させるようなことをしないの
で、コイルが発熱する問題が殆ど無く、またコイルに流
す電流の極性転換に伴って生じる反発力のために振動し
たり、騒音を発したりする問題もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のモータの一部切欠、一部
省略した示した正面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】遮光板を装備した上記モータの後面図である。

【図４】図１のモータの電磁石を励磁する前の状態を説
明する説明図である。

【図５】図１のモータを励磁したときの状態を説明する
説明図である。

【図６】図５の次のステップを説明する説明図である。

【図７】図６の次のステップを説明する説明図である。

【図８】図７の次のステップを説明する説明図である。

【図９】図８の次のステップを説明する説明図である。

【図１０】図９の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１１】図１０の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１２】図１のモータの電磁石を励磁しないときの永
久磁石の作り出す磁束の通路を説明する説明図である。

【図１３】図１のモータの電磁石を励磁したときの、永
久磁石の作り出す磁束の通路と電磁石の作り出す磁束の
通路とを説明する説明図である。

【図１４】図１４Ａ乃至Ｈはリニア・モータ形式にした
本発明の第２実施例の作用を説明する説明図である。

【図１５】従来のＨＢ型ステッピング・モータの断面図
である。

【図１６】図１５に示すモータの軸方向一端から見た一
部切断、省略して示した側面図である。

【図１７】図１５のモータの永久磁石の磁束を通路を説
明する説明図である。

【図１８】図１５のモータの電磁石の磁束を通路を説明
する説明図である。

【図１９】永久磁石のＳ側における永久磁石の磁界と電
磁石の磁界との間の作用を説明する説明図である。

【図２０】永久磁石のＮ側における永久磁石の磁界と電
磁石の磁界との間の作用を説明する説明図である。

【符号の説明】１０支持部材１１回転出力軸１２回転子１３永久磁石１４磁性体１４ａ切欠部１４ｂ磁歯部１４c₁乃至１４c₆ 境界部分１６ａ乃至１６ｌ電磁石１７励磁切換手段１８光センサ１９遮光板２０直線軌道２１移動体２２永久磁石２３磁性体２４可動子２５固定子２５ａ乃至２５ｄ等電磁石

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気エネルギを動力に変換する動力発生
装置にして、支持部材に回転自在に装備された回転出力軸の回りに配
置されて、該回転出力軸と共に回転する永久磁石と、前記永久磁石と同軸に配置されて前記回転出力軸と共に
回転する、前記永久磁石の磁束が通る磁性体と、前記磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をお
いて磁気回路が互いに独立するように前記支持部材に固
定装備された複数の電磁石と、前記複数の電磁石のうち回転出力軸の回転方向の前方に
位置する電磁石を前記永久磁石の磁極の極性と逆極性に
順次励磁する励磁切換手段とを具備し、前記磁性体の外周部に切欠部と磁歯部とが交互に形成さ
れ、その各磁歯部の少なくとも半径方向端部が前記電磁
石の周方向の幅よりも大なる周方向の幅をもって形成さ
れており、これにより前記回転方向の前方に位置する前
記電磁石を励磁したときに、前記磁性体を通る磁束が前
記励磁された電磁石と前記永久磁石とをほぼ直線的に結
ぶ範囲内に収束するとともに、前記励磁された電磁石の
回転方向後方に位置する非励磁の電磁石に対向する前記
磁性体部分は磁束の空白域となり、前記収束した前記磁
束により前記回転出力軸に回転トルクを付与してなるこ
とを特徴とする動力発生装置。
【請求項２】請求項１に記載の動力発生装置にして、前記電磁石のうち一部を、前記切欠部と前記磁歯部との
境界部分に対向する箇所に配置し、前記励磁切換手段
を、前記複数の電磁石のうち回転出力軸の回転方向の前
方に位置する電磁石であって、前記境界部分に対向する
箇所に位置する電磁石を前記永久磁石の磁極と逆極性に
順次励磁するように構成してなることを特徴とする動力
発生装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の動力発生装置に
して、前記電磁石を前記回転出力軸と平行に装備し、また前記
回転出力軸の軸方向両端側であって電磁石の軸方向両端
側と対向する箇所にそれぞれ前記永久磁石と前記磁性体
を配置し、前記電磁石によって前記各磁性体を通る磁束
をそれぞれ一定方向に収束することにより、前記回転出
力軸に回転トルクを付与することを特徴とする動力発生
装置。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載の動力発生装
置にして、前記励磁切換手段は、前記複数の電磁石と対応する位置
関係で前記支持部材に配置された複数のセンサと、前記
回転出力軸の回転に伴って該センサをオン・オフするよ
うに回転出力軸に装備されたオン・オフ部材とを具備し
てなることを特徴とする動力発生装置。
【請求項５】請求項４に記載の動力発生装置にして、前記センサは受光素子と発光素子とを所定の間隔をおい
て対向配置してなる光センサで、前記オン・オフ部材は
受光素子と発光素子との間に配置される遮光板であるこ
とを特徴とする動力発生装置。
【請求項６】磁気エネルギを動力に変換する動力発生
装置にして、直線軌道に移動可能に配置される移動体上に装備された
永久磁石と、前記永久磁石上に配置されて該永久磁石の磁束が通る磁
性体と、前記直線軌道に沿って適宜間隔をおいて配置され且つ磁
気回路が互いに独立した複数の電磁石と、前記複数の電磁石のうち前記移動体の進行方向の前方に
位置する前記電磁石を前記永久磁石の磁極と逆極性に順
次励磁する励磁切換手段とを具備し、前記磁性体は、その前記進行方向の長さが前記電磁石の
前記進行方向の幅よりも大となるように形成されてお
り、これにより前記進行方向の前方に位置する前記電磁
石を励磁したときに、前記磁性体を通る磁束が前記励磁
された電磁石と前記永久磁石とをほぼ直線的に結ぶ範囲
内に収束するとともに、前記励磁された電磁石の進行方
向後方に位置する非励磁の電磁石に対向する前記磁性体
部分は磁束の空白域となり、前記収束した前記磁束によ
り前記移動体に駆動力を付与してなることを特徴とする
動力発生装置。