JP3595955B2

JP3595955B2 - ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機

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Publication number: JP3595955B2
Application number: JP14928999A
Authority: JP
Inventors: 三四郎荻野
Original assignee: 三四郎荻野
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2000341921A; US6518681B2; DE60029873D1; EP1058372B1; AU759140B2; DE60029873T2; US20020175580A1; KR100454525B1; EP1058372A3; NZ504788A; EP1058372A2; KR20000077470A; US20030094860A1; US7116028B2; AU3646800A; TW477100B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベーシックファクターと呼ばれるハイブリッド型磁石を用いた直流パルスによって駆動される回転式またはステップモータ等の電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１２に示すハイブリッド型磁石が提案されている（特願平１０−２７８８４号、参照）。
【０００３】
図１２に示すように、ハイブリッド型磁石は、ベーシックファクターとも呼ばれ電磁石１０１及びその両端に密着した係合部材１０２を備えている。電磁石１０１は、基部１０３と、基部１０３の両端から同方向に突出した脚部１０４を備えたコ字状の磁性材料からなるヨーク１０５と、ヨーク１０５の基部１０３に巻回された励磁コイル１０６とを備えている。一方、係合部材１０２は、永久磁石１０７と、その両側を挟み込む磁性材１０８とを備えている。
【０００４】
ここで、図１２の状態において、ハイブリッド磁石の係合部材１０２の外面を作用面Ｘとし、接合面Ｐ，Ｑが吸着も反発も生じない状態において、作用面Ｘに近接する軟磁性材からなる可動部材１１０を想定する。励磁コイル１０６に電流を流すと永久磁石１０７の磁力線がハイブリッド型磁石１００内で、閉磁路を構成することなく、接合面Ｐ，Ｑを越えて可動部材に対してエアギャップを介して磁路を構成し、作用面Ｘにおいて、吸引力を発生させる。
【０００５】
図１３は、図１２のハイブリッド型磁石を用いた電動機の一例を示す図である（特願平１０−３２１０４４号、参照）。図１３を参照すると、電動機１２０は、２個のハイブリッド磁石１００を左右に対向して配置し、その間に紙面に対して垂直に摺動する摺動部材１１１を配置している。摺動部材１１１は、中央部に非磁性体からなる四角柱状の基部１１２を備えており、この基部１１２の上下２箇所に孔１１３が設けられていて、この孔１１３に図示を省略したレールが通っている。また、基部１１２の左右両側には、同じく非磁性体からなる取付板１１４が設けられていて、この取付板１１４の両端部には、磁性体からなる可動部材１１５が取り付けられている。この可動部材１１５とハイブリッド磁石１００の係合部材１０２とには、ギャップＧが形成されている。
【０００６】
このような構成の電動機１２０において、ハイブリッド磁石１００がすれ違う磁性体に及ぼす吸引力は、同じ電流値において、電磁石のみのときよりも大きく、また、摺動部材に及ぼすエネルギーが大となるという構成を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したハイブリッド磁石１００を用いた電動機１２０は、エネルギー効率の点からみれば、実用性において、なお、改善の余地があった。
【０００８】
また、従来のハイブリッド磁石を用いた電動機１２０に、発電機としての機能を備えていれば、さらに、有効にエネルギーを利用することができる。
【０００９】
そこで、本発明の第１の技術的課題は、小型化でき、エネルギー効率の改善され、実用性に優れたベーシックファクターを用いた電動機を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の技術的課題は、ベーシックファクターを用い、さらに、発電機の機能を合わせ持つベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の技術的課題は、前記ベーシックファクターを用いた電動機から構成されたリニアモータを提供することにある。
【００１２】
さらに、本発明の第４の技術的課題は、前記ベーシックファクターを用いた電動機から構成されたステッピング回転モータを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、両側に作用面を備えたベーシックファクターと、前記作用面に対向可能に設けられた磁性体からなり前記作用面に吸着可能な吸引部材とを備え、前記ベーシックファクターは、両側に夫々２本づつの磁脚を備えた断面Ｈ字状のコアに巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の着磁方向の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなる断面Ｉ形状を備え前記断面Ｈ字状のコアの両側の夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された２組の永久磁石部とを備え、前記２組の夫々の永久磁石部の両側面に前記作用面と前記接合面とが当該夫々の永久磁石部を介して対向するように前記作用面が前記ベーシックファクタの前記永久磁石部の外側に夫々形成されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記電磁石部に直流パルス電流を印加したときに、前記作用面が前記直流パルス電流の継続時間だけ前記吸引部材を吸引することによって駆動されることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記吸引部材が直線状に間隔を置いて並設されており、リニアモータを構成していることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記ベーシックファクターは、第１のピッチ間隔で複数重ねて設けた中心部材を構成し、前記吸引部材は、前記中心部材の両側に、前記ベーシックファクターの重ね合わせ方向に沿って第２のピッチ間隔で複数設けられ、前記第１のピッチ間隔よりも、前記第２のピッチ間隔の方が狭くなるように構成されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記吸引部材が、複数同心円上に配置されてステータを構成し、前記ベーシックファクターが中心軸回りに回転するロータを構成することを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記ベーシックファクターは、中心軸を中心とする円周を４分割する位置に作用面を夫々備えていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機において、前記ロータは、複数の前記ベーシックファクターを前記中心軸方向に、夫々の中心軸を揃えて連設して形成され、前記複数のベーシックファクターの夫々は、互いに異なる円周位置に配置されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機が得られる。
【００２０】
本発明によれば、回転軸を中心軸として設けられ、外側に第１の作用面及び中心部側に第１の巻線部を備えた第１のベーシックファクターを有する第１の駆動部材と、前記第１のベーシックファクターの周囲に配置され、内側に第２の作用面及び外側に第２の巻線部を備えた第２のベーシックファクターを有する第２の駆動部材とを備え、前記第１の駆動部材の前記回転軸回りの一つの回転位置において、前記第１の作用面が前記第２の作用面に、予め定められた間隔をおいて、対向するように構成され、前記第1のベーシックファクタは、中心軸方向における両側に夫々２本づつの磁脚を備えた断面Ｈ字状のコアに第１の巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなる断面Ｉ形状を備え前記断面Ｈ字状のコアの両側の夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された２組の永久磁石部とを備え、前記２組の夫々の永久磁石部の両側面に前記第１の作用面と前記接合面とが当該夫々の永久磁石部を介して対向するように前記第１の作用面が前記永久磁石部の外側に前記第１のベーシックファクタの中心軸を介して対向するように夫々形成され、前記第２のベーシックファクタは、２本の磁脚を備えた断面コ字状のコアに第２の巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなるＩ形状を備え前記断面コ字状のコアの夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された一組の永久磁石部とを備え、前記永久磁石部の両側面に前記第２の作用面と前記接合面とが当該永久磁石部を介して対向するように前記第２の作用面が前記第２のベーシックファクタの前記永久磁石部の外側であって前記第２のベーシックファクタの内側に形成され、前記第１の巻線に直流パルス電流を印加することで前記直流パルス電流の継続時間だけ前記第１の作用面が前記第２の作用面に吸引力を与え、前記第１の駆動部材の前記第２の駆動部材に対する相対的な回転を行うとともに、前記第２の巻線に生じた直流パルス電流を取り出すように構成したことを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１及び第２のベーシックファクターは、前記回転軸方向に、夫々の中心軸を合わせてそれぞれ複数連設されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、前記回転軸を介して対称的に一対の作用面を備えていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、前記回転軸を中心にした円周の等分割角度位置に第１の作用面をそれぞれ有していることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、複数個回転軸方向に前記夫々の中心軸を合わせて連設され、前記複数の第１のベーシックファクターは、前記回転軸を中心とした円周上に９０度の等分割角度位置に配置された４個の第１の作用面をそれぞれ備え、前記各第１のベーシックファクターの第１の作用面は、前記回転軸を中心とした円周上において、それぞれ等角位置を成すように配置され、前記第２のベーシックファクターは、前記回転軸を中心軸とする円周上の等角度位置に前記第２の作用面が位置する複数箇所に配置されるとともに、前記複数箇所のそれぞれの第２のベーシックファクターは、前記回転軸方向に沿って連設された前記第１のベーシックファクターの数と同数、前記回転軸方向にそれぞれ連設されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、３個であり、互いに隣接する第１のベーシックファクターの第１の作用面が、それぞれ前記回転軸を中心として、３０度を成すように配置され、前記複数箇所の第２のベーシックファクターは、隣接するものが、互いに前記回転軸を中心にして９０度の角度をなすように、配置されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、前記いずれかのベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１の駆動部材は、ロータであり、前記第２の駆動部材はステータであることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の理解を容易にするために、本発明の電動機の原理について説明する。
【００２８】
図１（ａ）は本発明の電動機に用いられるベーシックファクターを示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のベーシックファクターの分解組立斜視図である。また、図１（ｃ）は図１（ｂ）の正面図、図１（ｄ）は図１（ａ）の正面図である。
【００２９】
図１（ａ）〜（ｄ）を参照すると、ベーシックファクター１０は、永久磁石部２０及び電磁石部３０とを備えている。永久磁石部２０は、ネオジウムマグネット（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）等の硬磁性体１の両側を、この硬磁性体の着磁方向に純鉄等の軟磁性体２で、挟み込むことによって形成されている。
【００３０】
一方、電磁石部３０は、基部５と、この基部５の両端からそれぞれ一方側に突出した一対の脚部６をそれぞれ備えたコの字状の純鉄等の軟磁性体からなるコアまたはヨーク４と、コア４の基部５に巻回された銅線からなるコイル７とを備えている。
【００３１】
図１（ａ）及び図１（ｄ）に最も良く示されているように、永久磁石部２０及び電磁石部３０のコア４の両端面との間には、接合面１１及び１２がそれぞれ形成されている。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）は図１（ａ）〜（ｄ）に示されたベーシックファクター１０の動作原理を説明に供せられる正面図である。
【００３３】
図２（ａ）を参照すると、電磁石部３０に通電していないときには、永久磁石部２０の磁力線は、矢印８に示されるようにベーシックファクター１０の閉磁路を回るだけで、周囲の空気中への磁束の漏れは殆どない。従って、接合面１１，１２は、強い吸着をしている。この際の接合面１１，１２の吸着力は、永久磁石部２０により形成される。この状態を第１の状態と呼ぶ。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、電磁石部３０に永久磁石部２０の磁束数より多量の磁束数を発生させる電流を、夫々同極同士を対向させて通電したときには、永久磁石部２０の磁力線は、電磁石部３０の磁力線に、閉磁路から、接合面１１，１２より上に押し戻されて永久磁石の飽和状態を越えれば、矢印９に示すように、空気中に放出される。この際、電磁石部３０の磁束数が充分多量であれば、空気中に放出される磁力線は、永久磁石部２０と電磁石部３０の合成されたものとなる。
【００３５】
従って、この時の接合面１１，１２の吸着力は、電磁石部３０のみによって形成されたものとなる。この状態を第２の状態と呼ぶ。
【００３６】
次に、図２（ｃ）に示すように、電磁石部３０に永久磁石部２０の磁束と同量の磁束数を発生させる電流を、永久磁石部２０と同極同士となるように対向させて通電し、かつベーシックファクター１０自体の残留磁束密度の飽和状態よりも、余裕があるときについて説明する。この場合も、上記同様に、同極同士を対向させて配置する。
【００３７】
この場合において、接合面１１，１２は、吸引も反発もしない無力化状態となる。これは、永久磁石部２０の磁力線も電磁石部３０の磁力線も、接合面１１，１２を境にして、互いに通い合うことが無いことを意味する。なお、ベーシックファクター１０自体の残留磁束密度の飽和状態を越える永久磁石部２０と電磁石部３０の磁束数が同量且つ多量であれば、接合面１１，１２は、反発力を持ち、各々の磁力線は、空中に漏れ磁束として放出される。この状態を第３の状態と呼ぶ。
【００３８】
この第３の状態において、図３に示すように、ベーシックファクター１０の作用面１３をＸとし、Ｘに近接する可動もしくは固定される吸引部材（Ｙ）４０を想定する。なお、吸引部材（Ｙ）４０は純鉄等の軟磁性体からなる。
【００３９】
図３の状態において、電磁石部３０に投入する電流値をαとおく。なお、接合面１１，１２が無力化しているポイントの値で、次の状態において、ベーシックファクター１０と吸引部材（Ｙ）４０とのエアギャップを縮めていくに従って、αの値は小さくなる。これは、永久磁石部２０の磁力線が接合面１１，１２を越えてベーシックファクター１０内で閉磁路を構成することなく、反対に吸引部材（Ｙ）４０に対してエアギャップを介して磁路を構成し、作用面（Ｘ）１３において、吸引力を発生させていることを意味する。このとき、電磁石部３０に投入するαは、接合面１１，１２において、永久磁石部２０の磁力線を遮断するに足る量ですむので、永久磁石部２０の磁力線が可動部材４０と磁路を構成しやすくなればなるほど、言い替えれば、作用面（Ｘ）１３の吸引力が増せば増すほどαの値は、小さくなる。尚、作用面（Ｘ）１３の吸引力の限界は、おのずと永久磁石の性能を限界としている。この状態を第４の状態と呼ぶ。
【００４０】
しかし、第２の状態のように、電磁石部３０に多量の電流を投入すれば、作用面（Ｘ）１３の吸引力は、永久磁石部２０の磁力線と電磁石部３０の磁力線の合成となるので、強力にすることができるが、エネルギー効率的には、悪化する。
【００４１】
前記第４の状態において、作用面（Ｘ）１３の吸引力を増し、且つαの値を小さくするための条件は、次の（１）〜（３）の３つである。
【００４２】
（１）作用面（Ｘ）１３のエアギャップを小さくする。
【００４３】
（２）永久磁石部２０のヨーク部分と、吸引部材（Ｙ）４０の軟磁性体の部分を電磁石のコアまたはヨークの部分よりも飽和時速密度の良い素材とする。
【００４４】
（３）ベーシックファクター１０内の閉磁路の距離Ｌ１に対して、永久磁石部２０とエアギャップを介して吸引部材（Ｙ）と構成する磁路の距離Ｌ２を短くする。なお、作用面Ｘの吸引力を増すには、当然永久磁石部２０そのものの性能（Ｂｒ，ＢＨ）を良くすることはいうまでもないことである。また、ネオジウム磁石に代わる素材例えば、超電導磁石等も使用することができる。
【００４５】
実際に設計する場合において、永久磁石部２０そのものの着磁方向の距離（幅）をＬ，永久磁石部２０の長さをＸＬとし、断面積をＺとすると、Ｌ，ＸＬは、ＺとＢｒ，ＢＨ曲線グラフとパーミナンス係数から適する値を算出できる。これにより、永久磁石部２０と吸引部材（Ｙ）４０の最適の寸法がでる。この永久磁石部２０と適合する電磁石部３０を第１〜第４の状態を考慮して設計すれば良い。
【００４６】
本発明のベーシックファクターと吸引部材（Ｙ）４０の組み合わせた構成は、電磁石２０と吸引部材４０とを組み合わせたものと比較するために、エアギャップ、素材、磁路の距離、断面積、体積、コイルの太さ、タン数等極力条件を同じくする。
【００４７】
比較のために本発明によるものと、比較例として、永久磁石部２０を持たず電磁石部３０及び吸引部材４０のみを有するものとの各作用面における吸引力が同じ時の投入電力量（Ｗ）において、本発明の方が、永久磁石部２０を持たない比較例よりも３〜４分の１以下ですむことが判明している。
【００４８】
また、この比較例を適用したリラクタンスモーターを想定すると通常３０％ほどのエネルギー変換効率となる。しかし、本発明を利用したリラクタンスモーターが比較例の形態よりも３０％以下の投入電力量ですめば、電気入力を越える出力が得られる計算になり、これは、永久磁石のエネルギーを力学的動力に変換していることを示している。
【００４９】
それでは、本発明の実施の形態について、図４乃至図１１を参照しながら説明する。
【００５０】
図４は本発明の第１の実施の形態によるベーシックファクターを用いた電動機の基本構造を示す図である。図４に示すように、ベーシックファクター１０の一端に吸引部材４０が近接して配置されている。励磁コイル７に入力値αを入力することによって、吸引部材４０に吸引力を与える。
【００５１】
図５は図４の基本構造を用いた電動機の基本構成例を示す側面図である。図５を参照すると、断面Ｈ字状態のコア１４に、銅からなる巻線１７が施されて、左右両側に作用面（Ｘ）１３ａ，１３ｃを有するベーシックファクター１０’が設けられている。この作用面１３ａ，１３ｃに対向して、外側に吸引部材４０が夫々設けられている。図５の状態では、図４の一面と同等の力を左右両側で、即ち、２倍出せることを示している。
【００５２】
図６（ａ）は図５の基本構造を有する回転モータの一例を示す正面図、図６（ｂ）は、（ａ）の回転モータの平面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、回転モータ５１は、中心軸１５方向に２つのベーシックファクター１０ａ’及び１０ｂ’が中心軸を合わせるとともに、左右両側に夫々作用面を有するように、上下に重ねて設けられた構造を有している。上部のベーシックファクター１０ａ’の周囲に、対向して吸引部材または可動部材４０ａ，４０ｂが配置され、一方下部のベーシックファクター１０ｂ’の周囲に、吸引部材４０ａ，４０ｂの対向方向と直交するように、ベーシックファクター１０ｂ’を介して互いに対向して吸引部材４０ａ’，４０ｂ’が夫々配置されている。
【００５３】
このような構成の回転モータ５１の動作について説明する。
【００５４】
まず、図６（ｂ）の位置で、ベーシックファクター１０ａ’の図示しない巻線に直流パルス電流を入力して動作させると、作用面１３ａ’と吸引部材４０ａ’及び作用面１３ｂ’と吸引部材４０ｂ’との間に吸引力が働き、作用面１３ａ’，１３ｂ’と吸引部材４０ａ’，４０ｂ’が対向するまで中心軸よりに、略９０度回転する。
【００５５】
次に、このベーシックファクター１０ａ’が回転した位置において、パルス電流がＯＦＦとなり、作用面１３ａ’，１３ｂ’の吸引力が無くなり、ベーシックファクター１０ａ’は、惰性で吸引部材４０ａ’，４０ｂ’との対向位置を作用面１３ａ’，１３ｂ’が夫々通りすぎるように回転する。次に、ベーシックファクター１０ｂ’の図示しない巻線に直流パルス電流を印加してベーシックファクター１０ｂ’を動作させると、作用面１３ａと吸引部材４０ｂ及び作用面１３ｂと吸引部材４０ａとの間に吸引力が働き、さらに、９０度中心軸回りに回転する。作用面１３ａと吸引部材４０ｂ及び作用面１３ｂと吸引部材４０ａとが夫々対向位置になったときに、パルス電流がＯＦＦとなり、ベーシックファクター１０ｂ’は、惰性で作用面１３ａと吸引部材４０ｂ及び作用面１３ｂと吸引部材４０ａとの対向位置よりも、更に若干回転する。
【００５６】
以下、同様に、ベーシックファクター１０ａ’→ベーシックファクター１０ｂ’→ベーシックファクター１０ａ’→ベーシックファクター１０ｂ’と順次予め定められたパルス幅の直流パルス電流を、各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’の巻線に交互に流すことによって、２つの連設されたベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’をロータとして、中心軸回りに回転する直流パルス電流駆動のステッピングモータを構成する。
【００５７】
なお、ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’を固定し、吸引部材４０ａ，４０ｂ，４０ａ’，４０ｂ’を回転させることも可能である。
【００５８】
図７は本発明の第２の実施の形態によるリニアモータを示す図である。図７に示すリニアモータは、図５のモータ構造を適用している。図７を参照すると、夫々同形状のベーシックファクター２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、断面Ｈ字状態のコアの２つを一側部同士を接合した王字状のコア１６に銅からなる巻き線１７をそれぞれ施され、左右両側に作用面２３ａ，２３ａ’と、２３ｂ，２３ｂ’と、２３ｃ，２３ｃ’とを夫々有する。これらのベーシックファクター２１ａ，２１ｂ，２１ｃが、予め定められた間隔（第１の間隔）を夫々置いて、３つ重ねるように連設されて、中心部材２１を構成している。中心部材２１の作用面２３ａ，２３ａ’と、２３ｂ，２３ｂ’と、２３ｃ，２３ｃ’との外側に吸引部材４１ａ〜ｉが作用面２３ａ，２３ａ’と、２３ｂ，２３ｂ’と、２３ｃ，２３ｃ’に対向する側面を有するように、予め定められた等間隔（第２の間隔と呼ぶ）で、重ね合わせ方向に沿って列を成して設けられている。
【００５９】
吸引部材４１の配列ピッチよりも、ベーシックファクター２１ａ，２１ｂ，２１ｃのピッチの方が広く形成されている。即ち、第１の間隔よりも、第２の間隔の方が狭く形成されている。
【００６０】
次に、図７のリニアモータの動作について説明する。
【００６１】
図７のリニアモータ５２は、ベーシックファクター２１ｂのコイル１７の夫々に所定時間、即ち、所定のパルス幅のパルス直流電流を印加すると、ベーシックファクター２１ｂの作用面２３ｂ，２３ｂ’と、吸引部材４１ｃ，４１ｃ’との間に吸引力が働き、中心部材２１が手前に、即ち、ベーシックファクター２１ａ，２１ｂ，２１ｃの重ね合わせ方向に移動する。この移動方向において、ベーシックファクター２１ｂは、吸引部材４１ｃの位置に、即ち、ベーシックファクター２１ｃの作用面２３ｃ，２３ｃ’と、吸引部材４１ｄ，４１ｄ’とが対向した位置関係となる。この状態においては、ベーシックファクター２１ｃの巻線１７に流されたパルス電流は、ＯＦＦとなる。しかし、この位置では、次のベーシックファクター２１ａと、吸引部材４１ｂとの位置関係が、図７に示す移動前のベーシックファクター２１ｂと吸引部材４１ｃ，４１ｃ’との位置関係と同様な位置関係となるので、このベーシックファクター２１ａの巻線１７に先と同様の長さのパルス電流を印加するとベーシックファクター２１ａの作用面２３ａ，２３ａ’と吸引部材４１ｂ，４１ｂ’が対向する位置に、ベーシックファクター２１ａ、即ち、中心部材２１が移動する。その際に、作用面２３ａ，２３ａ’と吸引部材４１ｂ，４１ｂ’との対向位置において、ベーシックファクター２１ａへのパルス電流がＯＦＦとなる。中心部材２１の移動方向４１ａの位置に、ベーシックファクター２１ａが位置するときに、ベーシックファクター２１ｃと吸引部材４１ｅ，４１ｅ’との関係は、図７の移動前のベーシックファクター２１ｂと吸引部材４１ｃ，４１ｃ’との同じ位置関係となるので、先と同様の直流パルス電流が印加される。ベーシックファクター２１ｃの作用面２３ｃ，２３ｃ’が吸引部材４１ｅ，４１ｅ’の対向位置、即ち、重ね合わせ方向の同じ位置に来たときに、直流パルス電流がＯＦＦとなり、以上の操作が繰り返される。即ち、ベーシックファクター２１ｂ→ベーシックファクター２１ａ→ベーシックファクター２１ｃ→ベーシックファクター２１ｂ→ベーシックファクター２１ａ→ベーシックファクター２１ｃと所定時間の直流パルス電流を繰り返してそれぞれの巻線に印加することによって、中心部材２１は、吸引部材４１ａ〜４１ｉ．．．，４１ａ’〜４１ｉ’．．．の連設方向に沿って、即ち、図７においては、左上方から右下方に至る方向に沿って、手前にパルス幅及び印加する直流パルス電流のインターバルに応じて段階的に移動する。
【００６２】
なお、図７に示したリニアモータ５２において、中心部材２１を移動し、吸引部材４１ａ〜４１ｉ．．．，４１ａ’〜４１ｉ’．．．固定する構造について説明したが、中心部材２１を固定し、吸引部材吸引部材４１ａ〜４１ｉ．．．，４１ａ’〜４１ｉ’．．．を段階的に移動させる構成とすることも可能である。
【００６３】
図８は本発明の第３の実施の形態による回転モータを示す平面図である。図９（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は、図８のＩＸＡ−ＩＸＡ線、ＩＸＢ−ＩＸＢ線、ＩＸＣ−ＩＸＣ線断面図である。第３の実施の形態による回転モータ５３は、図５のモータの基本構造を用いている。
【００６４】
図８及び図９に示すように、回転モータ５３は、中心軸１５に沿って３つ連設したベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’を有している。コア１６は、その上下一対の磁脚を半径方向に、十字状に４対、中心１５に関して９０°の等角位置となるように突出して設けられており、コア１６の夫々の一対の磁脚に永久磁石部２０が夫々接合されている。
【００６５】
したがって、各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’は、中心軸１５を中心にした円周の９０度等角位置に４個のベーシックファクター１０の作用面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられた構成を示している。
【００６６】
従って、各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’は、図５及び図６の同量の入力値αによって、上下左右の四方で図４の４倍の力が出せることになる。
【００６７】
図８に示すように、ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’の夫々は、４つの作用面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ互いに中心軸１５を中心にして、右回りに３０度づつずれた位置となるように配置されている。
【００６８】
図９を参照しながら、この回転モータ５３の動作について説明する。
【００６９】
まず、図９（ｂ）に示す位置において、ベーシックファクター１０ｂ’の図示しない巻線に、所定パルス幅を有する直流パルス電流を印加すると、作用面１３ａ〜１３ｄと吸引部材４２ａ〜４２ｄ間に、それぞれ吸引力が働き、中心軸の回りを右回りに３０度回転して、図９（ｃ）に示すものと同様の位置関係となる。この時点で、直流パルス電流がＯＦＦとなり、各作用面１３ａ〜１３ｄの吸引力が無くなる。
【００７０】
次に、この時点で、図９（ａ）に示すベーシックファクター１０ａ’が図９（ｂ）に示すベーシックファクターの作用面と、吸引部材との位置関係と同様な位置関係となるので、同様に直流パルス電流を、ベーシックファクター１０ａ’の図示しない巻線に印加すると、作用面１３ａ〜１３ｄと吸引部材４２ａ〜４２ｄ間にそれぞれ吸引力が働き、図９（ｃ）で示すベーシックファクターの作用面と吸引部材との関係と同様の位置関係となる。このときに、実際には、図９（ｃ）で示すベーシックファクター１０ｃ’は、図９（ｂ）に示す位置関係から、９０度右回りに回転した位置となる。
【００７１】
以下、同様にして、直流パルス電流を印加すると、作用面１３ａ〜１３ｄと、吸引部材４２ｄ、４２ａ〜４２ｃとの間にそれぞれ吸引力が働き、回転して、図９（ｃ）で示す位置から、９０度右回りに回転した位置関係となる。
【００７２】
以下、同様にして、ベーシックファクター１０ｂ’→ベーシックファクター１０ａ’→ベーシックファクター１０ｃ’→ベーシックファクター１０ｂ’→ベーシックファクター１０ａ’→ベーシックファクター１０ｃ’とそれぞれ等しいインターバルで所定時間（パルス幅）の直流パルス電流を夫々印加することによって、直流パルス電流毎に３０度ずつ右回りに回転することになる。
【００７３】
以上の第３の実施の形態の説明において、吸引部材４２ａ乃至４２ｄを固定したステータとし、３連のベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’ロータとして説明したが、吸引部材４２ａ乃至４２ｄをロータとし、３連のベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’を固定されたステータとして回転式ステップモータを構成することも可能である。
【００７４】
図１０は本発明の第４の実施の形態によるベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機の機能説明するための側面図である。図１１は図１０のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機を示す側面図である。
【００７５】
図１０及び図１１を参照すると、回転モータ５４は、回転軸２５を中心にベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’が３連設けられて第１の駆動部材であるロータ６０が形成されている。ロータ６０の各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’の４つの作用面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備え、夫々巻線２７ａ，２７ｂ，２７ｃを備えている。これらの各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’の４つの作用面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、夫々互いに３０度ずつずれた位置となるように形成されている。この作用面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの形成する円周を４分割する位置の外側に、間隔を置いて、中心軸２５の方向に３連設されたベーシックファクター１０，１０，１０が、夫々の作用面１３を内側に向けて４群設けられており、第２の駆動部材としてのステータ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄを構成している。
【００７６】
ここで、ステータ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの各ベーシックファクター１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのコイルには、電流を流さないので、図８及び図９の第３の実施の形態のところで説明したような吸引部材と同様な機能を果たす。
【００７７】
図８のところでで説明したものと同様に、図１０において、ロータ６０の各ベーシックファクター１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’の第１、第２、及び第３のコイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃに、ベーシックファクター１０ｂ’→ ベーシックファクター１０ａ’→ ベーシックファクター１０ｃ’→ ベーシックファクター１０ｂ’→ ベーシックファクター１０ａ’→ ベーシックファクター１０ｃ’と順次直流パルス電流を流すことによって、励磁し、内側のロータ６０が各パルス電流を印加する毎に３０度づつ回転する。
【００７８】
しかし、第４の実施の形態による回転モータが第３の実施の形態によるものと異なるところは、第１のコイル１７ａがパルスがＯＦＦになった瞬間、互いに磁路を形成していた永久磁石１ａと永久磁石１８ａ、及び永久磁石１８ａ’と永久磁石１ａ’と、これらの永久磁石同士の磁束が離れて、それぞれのコアの閉磁路に進路変更する。これによって、永久磁石１ａの磁束と第１のコイル７ａ、及び永久磁石１ａ’の磁束と第１のコイル７ａ’が鎖交して発電するための夫々の第１のコイル７ａ，７ａ’より、出力が得られる点である。
【００７９】
同様に、第２のコイル２７ｂのパルスがＯＦＦになった瞬間も、第３のコイル１７ｃのパルスがＯＦＦになった瞬間も、夫々の第２のコイル７ｂ，７ｂ’より、夫々の第３のコイル７ｃ，７ｃ’より、夫々出力が得られる点で、図８及び図９の回転モータとは異なる。
【００８０】
従って、ロータ６０が回転し、中心軸であるシャフト２５より出力が得られると同時に、ステータ７０のコイル７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’，７ｃ，７ｃ’より余剰の出力が得られる。即ち、回転モータ５４は、発電機能を有する。
【００８１】
このような構成の第４の実施の形態による回転モータ５４においては、コイル７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’，７ｃ，７ｃ’からの出力を第１、第２、及び第３のコイル２７ａ，２７ｂ，２７ｃに再び入力するように構成すると、さらに、エネルギー効率を高めることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー効率の改善され実用性にすぐれたベーシックファクターを用いたステップ電動機を提供することができる。
【００８３】
また、本発明によれば、ベーシックファクターを用い、さらに、発電機の機能を合わせ持つステップ電動機を提供することができる。
【００８４】
また、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機から構成されたリニアモータを提供することができる。
【００８５】
さらに、本発明によれば、前記ベーシックファクターを用いた電動機から構成されたステッピング回転モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の電動機に用いられるベーシックファクターを示す斜視図である。
（ｂ）は（ａ）のベーシックファクターの分解組立斜視図である。
（ｃ）は（ｂ）の正面図である。
（ｄ）は（ａ）の正面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１のベーシックファクターの動作原理の説明に供せられる正面図である。
【図３】図１のベーシックファクターの動作原理の説明に供せられる図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施の形態によるベーシックファクターを用いた電動機の基本構造を示す図である。
【図５】図４の基本構造を用いた電動機の基本構成を示す側面図である。
【図６】図５の基本構造を用いた回転モータを示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるリニアモータを示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による回転モータを示す平面図である。
【図９】（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は、夫々図８のＩＸＡ−ＩＸＡ線、ＩＸＢ−ＩＸＢ線、ＩＸＣ−ＩＸＣ線断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態によるベイシックファクターを用いた回転モータを示す側面図である。
【図１１】図１０の回転モータを示す平面図である。
【図１２】従来技術によるハイブリッド型磁石を示す図である。
【図１３】図１２のハイブリッド型磁石を用いた電動機の一例を示す図である。
【符号の説明】
１硬磁性体
１ａ，１ａ’，１ｂ，１ｂ’，１ｃ，１ｃ’ 永久磁石
２軟磁性体
４コアまたはヨーク
５基部
６脚部
７コイル（巻線）
７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’，７ｃ，７ｃ’ 第１、第２、及び第３のコイル
１０，１０’，１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ’ベーシックファクター
１１，１２接合面
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，２３ａ，２３ａ’，２３ｂ，２３ｂ’，２３ｃ，２３ｃ’ 作用面（Ｘ）
１４，１６コア
１５中心軸
１８ａ，１８ａ’ 永久磁石
２０永久磁石部
２１中心部材
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ第１、第２、及び第３のコイル
３０電磁石部
４０，４１ａ〜４１ｉ，４１ａ’〜４１ｉ’ 可動部材（Ｙ）
５１，５３，５４回転モータ
５２リニアモータ
６０ロータ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，７０，４０ａ，４０ｂ，４０ａ’，４０ｂ’ ステータ
１００ハイブリッド型磁石
１０１電磁石
１０２係合部材
１０３基部
１０４脚部
１０５ヨーク
１０６励磁コイル
１０７永久磁石
１０８磁性材
１１０電動機
１１１摺動部材
１１２基部
１１３孔
１１４取付板
１１５可動部材

Claims

両側に作用面を備えたベーシックファクターと、前記作用面に対向可能に設けられた磁性体からなり前記作用面に吸着可能な吸引部材とを備え、前記ベーシックファクターは、両側に夫々２本づつの磁脚を備えた断面Ｈ字状のコアに巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなる断面Ｉ形状を備え前記断面Ｈ字状のコアの両側の夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された２組の永久磁石部とを備え、前記２組の夫々の永久磁石部の両側面に前記作用面と前記接合面とが当該夫々の永久磁石部を介して対向するように前記作用面が前記ベーシックファクタの前記永久磁石部の外側に夫々形成されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項１記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記電磁石部に直流パルス電流を印加したときに、前記作用面が、前記パルス電流の継続時間だけ、前記吸引部材を吸引することによって駆動されることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項２記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記吸引部材が直線状に間隔を置いて並設されており、リニアモータを構成していることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項３記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記ベーシックファクターは、第１のピッチ間隔で複数重ねて設けた中心部材を構成し、前記吸引部材は、前記中心部材の両側に、前記ベーシックファクターの重ね合わせ方向に沿って第２のピッチ間隔で複数設けられ、前記第１のピッチ間隔よりも、前記第２のピッチ間隔の方が狭くなるように構成されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項２記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記吸引部材が、複数同心円上に配置されてステータを構成し、前記ベーシックファクターが中心軸回りに回転するロータを構成することを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項５記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記ベーシックファクターは、中心軸を中心とする円周を４分割する位置に作用面を夫々備えていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
請求項６記載のベーシックファクターを用いた電動機において、前記ロータは、複数の前記ベーシックファクターを前記中心軸方向に夫々の中心軸を揃えて連設して形成され、前記複数のベーシックファクターの夫々は、互いに異なる円周位置に配置されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた電動機。
回転軸を中心軸として設けられ、外側に第１の作用面及び中心部側に第１の巻線部を備えた第１のベーシックファクターを有する第１の駆動部材と、前記第１のベーシックファクターの周囲に配置され、内側に第２の作用面及び外側に第２の巻線部を備えた第２のベーシックファクターを有する第２の駆動部材とを備え、前記第１の駆動部材の前記回転軸回りの一つの回転位置において、前記第１の作用面が前記第２の作用面に、予め定められた間隔をおいて、対向するように構成され、
前記第1のベーシックファクタは、中心軸方向における両側に夫々２本づつの磁脚を備えた断面Ｈ字状のコアに第１の巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなる断面Ｉ形状を備え前記断面Ｈ字状のコアの両側の夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された２組の永久磁石部とを備え、前記２組の夫々の永久磁石部の両側面に前記第１の作用面と前記接合面とが当該夫々の永久磁石部を介して対向するように前記第１の作用面が前記永久磁石部の外側に前記第１のベーシックファクタの中心軸を介して対向するように夫々形成され、
前記第２のベーシックファクタは、２本の磁脚を備えた断面コ字状のコアに第２の巻線が施されてなる電磁石部と、永久磁石の両側を当該永久磁石の着磁方向に一対の軟磁性体で挟み込んでなるＩ形状を備え前記断面コ字状のコアの夫々の磁脚の先端面を繋ぐように夫々の接合面を介して配置された一組の永久磁石部とを備え、前記永久磁石部の両側面に前記第２の作用面と前記接合面とが当該永久磁石部を介して対向するように前記第２の作用面が前記第２のベーシックファクタの前記永久磁石部の外側であって前記第２のベーシックファクタの内側に形成され、
前記第１の巻線に直流パルス電流を印加することで前記直流パルス電流の継続時間だけ前記第１の作用面が前記第２の作用面に吸引力を与え、前記第１の駆動部材の前記第２の駆動部材に対する相対的な回転を行うとともに、前記第２の巻線に生じた直流パルス電流を取り出すように構成したことを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項８記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１及び第２のベーシックファクターは、前記回転軸方向に、夫々の中心軸を合わせてそれぞれ複数連設されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項８記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、前記回転軸を介して対称的に一対の作用面を備えていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項１０記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、前記回転軸を中心にした円周の等分割角度位置に第１の作用面をそれぞれ有していることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項１１記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、複数個回転軸方向に前記夫々の中心軸を合わせて連設され、前記複数の第１のベーシックファクターは、前記回転軸を中心とした円周上に９０度の等分割角度位置に配置された４個の第１の作用面をそれぞれ備え、前記各第１のベーシックファクターの第１の作用面は、前記回転軸を中心とした円周上において、それぞれ等角位置を成すように配置され、前記第２のベーシックファクターは、前記回転軸を中心軸とする円周上の等角度位置に前記第２の作用面が位置する複数箇所に配置されるとともに、前記複数箇所のそれぞれの第２のベーシックファクターは、前記回転軸方向に沿って連設された前記第１のベーシックファクターの数と同数、前記回転軸方向にそれぞれ連設されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項１２記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１のベーシックファクターは、３個であり、互いに隣接する第１のベーシックファクターの第１の作用面が、それぞれ前記回転軸を中心として、３０度を成すように配置され、前記複数箇所の第２のベーシックファクターは、隣接するものが、互いに前記回転軸を中心にして９０度の角度をなすように、配置されていることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。
請求項８乃至１３の内のいずれかに記載のベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機において、前記第１の駆動部材は、ロータであり、前記第２の駆動部材はステータであることを特徴とするベーシックファクターを用いた発電機能を有する電動機。