JP3718069B2 - 永久磁石式発電機およびそれを持ったディスケット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石式発電機に関し、特にフロッピーディスクドライブに挿入取り付けられるディスケットに組み込むことができるとともに、そのディスケットにメモリーを組み込んだときに、そのメモリーの入出力電源とすることのできる永久磁石式発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
個人の健康診断結果などの情報をＩＣカードに蓄積しておき、そのＩＣカードを持って医療機関などを訪れたときに、ＩＣカードに入っている情報を基にして医療を行うことができ、また医療を施したときのカルテの内容をＩＣカードに保管することができる。また、電子マネーとしてＩＣカードを使うことも検討されている。すなわち、ＩＣカードに使用する人の銀行口座、暗証番号、必要により口座の残高を記憶させておき、お金を使うたびにＩＣカードを経由して銀行口座との通信決済を行うというものである。
【０００３】
またデジタルカメラの撮像情報は比較的情報量が多いので、容量の大きいフラッシュメモリーに保管することが提案されている。フラッシュメモリーは数メガバイトから１０メガバイトの容量を持っているのでデジタルカメラの撮像情報をフラッシュメモリーに保管しておき、そのフラッシュメモリーをパソコンに接続することによって、パソコンで処理を行うことができ、その結果をフラッシュメモリーに蓄積することでＭＯのような追加の外部記憶装置を必要としないというものである。
【０００４】
これらのＩＣカードにしてもフラッシュメモリーにしても、それらの入出力装置として独自の機器が必要であり、この必要性のために普及が妨げられている。コンピュータ、特に広く用いられているパソコンの入出力装置としてはフロッピーディスクドライブ特に３．５" フロッピーディスクドライブが一般である。３．５" フロッピーディスクドライブを用いて、ＩＣカードやフラッシュメモリーの入出力が行なえると普及にはずみが付くものと考えられる。３．５" フロッピーディスクドライブを用いてＩＣカードやフラッシュメモリーなどの入出力を行うことも考えられており、３．５" フロッピーディスクドライブに挿入組み込むことのできるアダプターも提案されている。しかし、３．５" フロッピーディスクドライブはそれに挿入する３．５" ディスケット（通常の３．５" フロッピーディスケット）との間には情報の入出力用の磁気ヘッドと、フロッピーディスクを３００ｒｐｍで回転させるための駆動シャフトは付いているが、給電端子は付いていない。そこで、ディスケット形状をしたアダプターに組み込まれているＣＰＵの電源として、ボタン型の電池をアダプター内に組み込んで使われている。電池は使用するのに伴い消耗するので、長くとも数ヶ月毎にその取替えが必要である。
【０００５】
そこで、このディスケット内に発電機を組み込んでおき、３．５" フロッピーディスクドライブの駆動シャフトの回転を用いてその発電機を働かすことができれば、極めて有用なものとなり、ＩＣカードなどが広く利用されるようになるものと考えられる。事実、発電機を３．５" ディスケット内に組み込むことは既に提案されており、日本の特許公報特公平7-86912 号やＰＣＴの国際公表公報特表平7-500238号に記載されている。
【０００６】
特公平7-86912 号公報には、３．５" ディスケット内に発電機を組み込むことと、その発電機は回転子と固定子とレギュレータを持つと示されているが、その詳しい構成は示されていない。また、特表平7-500238号公報には、３．５" ディスケットに組み込まれた発電機としてはボスとともに回転する永久磁石が付けられていて、この永久磁石の付いたボスはフロッピーディスクドライブの駆動シャフトによって回転させられることが示されている。またこの永久磁石は円筒形をしており、円筒端面に多数の磁極があるように回転軸方向に磁化されている。固定子ヨークの磁極はこの円筒形永久磁石を挟むように配置されていて、円筒形永久磁石の両側の固定子ヨークの間に固定子コイルが設けられている。この円筒形永久磁石の円周面に磁極を設けた例も示されていて、その場合固定子ヨークの磁極はクローポール型をしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、これらの公報では、３．５" ディスケットに永久磁石式発電機を組み込むことを述べているが、それに使用するのに適した永久磁石の材質、詳細な回転子の構造、固定子の詳細な構造については述べていないので、いかなる出力を得られるようになったのか不明である。
【０００８】
特表平7-500238号公報に開示されているような３．５" フロッピーディスケットに組み込むことのできる大きさをした永久磁石式発電機で、その円筒形をした回転子永久磁石で円筒端面に多数の磁極を持つように回転軸方向に磁化されているものを考えてみる。この場合、円筒端面の両側に小さな磁気空隙を介して固定子磁極が配置されている。発電機に許される厚さは２．０〜２．５ｍｍなので永久磁石の厚みとしては０．５〜０．８ｍｍしか許されない。このように磁極間寸法の短い磁石では保磁力の大きなものを使っても起磁力の小さなものとなってしまう。また、磁石の厚さを大として起磁力を大きくした場合、固定子磁極に許される厚さが薄くなって磁束を十分に通すことができなくなってしまう。
【０００９】
また、同公報に示されている円筒状永久磁石の円周面に磁極を設けて、それに対向する固定子ヨークをクローポール型とした永久磁石式発電機の場合、クローポールの両磁極の端部ヨークが発電機に許された２．０〜２．５ｍｍの厚さのなかで対向して設けられて、その両端ヨークの間の永久磁石の間に固定子巻線を施すことになる。固定子巻線に許される長さは永久磁石の厚みよりも少し長い１ｍｍ以下であり、十分な巻線数を入れることができないために、出力電圧の低いものとなる。
【００１０】
発電機の出力をできるだけ大きくして、歪みのないものとするには、円筒型永久磁石の円周面の磁極が等角間隔で配置されているとともに、固定子ヨークの磁極数を回転子永久磁石の磁極数と同じにして、固定子磁極が永久磁石磁極と対向するようにしておく必要がある。このようにすると固定子磁極と回転子磁極との磁気的な吸引と反発の力が大きくなる。いわゆる、コギングトルクが大きいものとなる。３．５" フロッピーディスクドライブのように低トルクの駆動源を用いて発電機を回転させるとその回転にむらが生じることがあり、安定な出力が得られないことがある。
【００１１】
そこで、本発明では、ディスケットに組み込むことができるような薄い永久磁石式発電機であって、発電機のコギングトルクを低減することにより、３．５" フロッピーディスクドライブのように低トルクの駆動源によっても回転が円滑に行われて、安定な出力の得られる永久磁石式発電機を提供することを目的としている。
【００１２】
本発明では、永久磁石式発電機を組み込んだディスケットを提供することも目的としている。
【００１３】
本発明では、磁気カード入出力用ディスケットに組み込んだときの、入出力端子あるいはカードコンタクト端子による干渉をなくした構造をした永久磁石式発電機を持ったディスケットを提供することを他の目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石式発電機は、ボスとともに回転することのできる永久磁石を持ち、この永久磁石は実質的に等角間隔で並んだ複数の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに違った極性をしている回転子と、複数の回転子磁極のうち少なくとも１個を除いた残りの回転子磁極と磁気空隙を介して対向することのできる位置に固定子磁極を一端に有し軟磁性体材料からできた磁極歯を持ち、前記少なくとも１個と対向することのできる位置では磁極歯が欠落しており、連続して隣り合っている各磁極歯は他端では互いにバックヨークで結合されており、また固定子コイルが巻回されている、固定子とを有する永久磁石式発電機であって、固定子磁極を回転子磁極と同時に対向するように回転子を止めた状態で、固定子磁極と対向していない回転子磁極と対向している固定子磁極面には、その回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結ぶ軟磁性体片が設けられており、前記軟磁性体片の回転子磁極と対向する面には回転子磁極と対向する位置に溝が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また前記永久磁石式発電機は、前記軟磁性体に設けられた溝は、回転子永久磁石の磁極幅を２π（３６０°）／ｎ（ここでｎは極数）としたときに、溝の幅が回転子永久磁石の磁極幅の０．１４〜０．４であることを特徴とする。
【００１６】
固定子磁極と対向していない前記回転子磁極は連続して少なくとも２極あり、その連続して少なくとも２極ある回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んで前記軟磁性体片が設けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明の永久磁石式発電機を持ったディスケットは、前記磁石式発電機がディスケット内に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
前記永久磁石式発電機を持ったディスケットは、ディスケットの入出力端子とカードコンタクト端子の少なくとも一方が、磁石式発電機の前記軟磁性体片の外側で磁極歯の欠落した部分に設けられていることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、本発明の永久磁石式発電機およびその永久磁石式発電機を組み込んでいるディスケットについて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の永久磁石式発電機を持ったディスケットで、図１（ａ）はディスケットの平面図（底面図）、図１（ｂ）は図１（ａ）の1B-1B 断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の部分拡大図を示す。図２はそこに組み込まれている永久磁石式発電機の平面図である。
【００２１】
本発明の永久磁石式発電機およびそれを組み込んだディスケットの構造を説明する。ここでは最も広く用いられている３．５" フロッピーディスクドライブに取り付けられる構造をしたディスケットを用いて説明するが、それ以外のサイズあるいは構造をしたディスケットについても応用できることは以下の説明から明らかとなるであろう。３．５" ディスケット（通常、３．５" フロッピーディスクと呼ばれているもの）１は、図１（ａ）に平面図（底面図）で示している構造をしており、その大きさは長さ９４ｍｍ、幅９０ｍｍ、厚さが３．５ｍｍのディスケットケースとなっている。ケースの一端に入出力用の磁気ヘッドが入り込むための開口１３があり、フロッピーディスクドライブに取り付けられる前方の部分にはスライドできるカバー１４が付いており開閉できるようになっている。ケースの略中央部にフロッピーディスクドライブの駆動シャフトの回転を伝えられるようになっているボス２１１があり、フロッピーディスクの場合、このボスと同軸にフロッピーディスクが取り付けられており、回転できるようになっている。
【００２２】
本発明の永久磁石式発電機を組み込んだディスケット１においては、ディスケット１の中央のボス２１１の周りに永久磁石式発電機２が組み込まれており、発電機２の回転子２１はそのボス２１１と、そのボス２１１の外周に取り付けられてボス２１１とともに回転できるようになった円環状の永久磁石２１２で構成されている。発電機の固定子２２は、回転子永久磁石２１２の外周に、永久磁石２１２の外周面との間に磁気空隙を持って設けられており、ディスケット内部に取り付けられている。なお、磁気空隙の形態は本例に限定されないが、図に示しているディスケット１は、ＩＣカードあるいは磁気カードなどのように磁気ストライプを持ったカード（以下「磁気カード」と呼ぶ）の入出力装置として使われるものなので、磁気カードを挿入するためのスペース１５があり、また磁気カードとの間で情報をやり取りするためのカードコンタクト端子１６が設けられている。このディスケットとフロッピーディスクドライブの磁気ヘッドとの間で情報のやり取りをするための入出力ターミナル１７が、磁気ヘッドが入り込むために開けられた開口１３のところに設けられている。入出力ターミナル１７とカードコンタクト端子１６の間で情報を処理するために必要によりＣＰＵ１８が設けられている。永久磁石式発電機２はＣＰＵ１８の駆動およびカードコンタクト端子１６などの駆動用電源として用いられるが、発電機からの電気にはリップル等を含んでいることがあり、整流と安定化を必要としており、安定化電源回路１９がディスケット内に設けられた発電機２の出力ラインに組み込まれている。
【００２３】
永久磁石式発電機２の回転子２１はそのボス２１１がフロッピーディスクドライブの駆動シャフトと係合して、駆動シャフトが回転することによって回転子２１が回転させられる。３．５" フロッピーディスクドライブの場合通常はその回転数は３００ｒｐｍである。このようにボス２１１がフロッピーディスクドライブの駆動シャフトと係合するので、ボス２１１の駆動シャフトとの係合部分の構造は通常のディスケットのボスの構造と同じにしておくことが好ましい。
【００２４】
図１（ａ）に破線で永久磁石式発電機２、入出力ターミナル１７およびカードコンタクト端子１６の位置関係を示しているが、永久磁石式発電機２の固定子ヨークの外周が完全な円となっていると、固定子ヨーク２２１の外周とこれら入出力ターミナル１７やカードコンタクト端子１６とが干渉する恐れがある。そこで、発電機の外形をこれらの部分で切り欠いておくことが好ましい。
【００２５】
磁気カードの大きさは、通常長さ８５ｍｍ、幅５４ｍｍ、厚さ０．８ｍｍである。この磁気カードを入れるスペース１５をディスケット１に設けると、図１（ａ）〜（ｃ）に示しているように組み込んでいる永久磁石式発電機２と重なるので、３．５" ディスケット１の厚さ３．５ｍｍのなかで、両面のディスケットケースカバーの厚さ０．２ｍｍが２枚とすると、磁気カードの厚さが０．８ｍｍで、それの出し入れするための余裕を持たせると、発電機２の厚さは大きくとも２．０ｍｍである。これらのことから、発電機２のサイズは、例えば外径が約５５ｍｍ、厚さが２ｍｍで、その回転子２１のサイズはボス径２５ｍｍなので、回転子２１の外径は３０ｍｍ程度のものである。
【００２６】
図２に本発明の永久磁石式発電機２の平面図を、図３にその固定子ヨーク２２１の拡大平面図、図４に図２の4A-4A 断面を（ａ）に、4B-4B 断面を（ｂ）示している。２１は回転子で、ボス２１１の外周に円環状の永久磁石２１２が固定されていて、永久磁石２１２はその外周円周面上に実質的に等角間隔で配置された複数個の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに違った極性、すなわちＮＳＮＳ………と並んでいる。回転子２１のボス２１１は図示していない発電機ハウジングに付けられた軸に対して回転できるように、銅合金粉末などを焼結して作った含油軸受などで支えられている。
【００２７】
永久磁石２１２の外周に空隙を介して対向するように固定子２２に複数個の固定子磁極が設けられている。固定子磁極は、軟磁性体材料で作られた磁極歯２２３の永久磁石２１２の外周に対向する側の一端に設けられている。これら磁極歯２２３の磁極は、回転子磁極のうち少なくとも１個を除いた残りの回転子磁極と同時に対向することのできる位置に設けられている。すなわち、固定子磁極も隣り合っている固定子磁極と実質的に等角間隔で配置されている。連続して隣り合っている固定子磁極を持った磁極歯２２３は、その他端では互いにバックヨーク２２４で結合されている。磁極歯２２３には図１〜３に示しているように、固定子コイル２２５が巻回されている。磁極歯２２３に巻かれたコイル２２５は直列に結線しておくことが好ましい。
【００２８】
磁極歯２２３の回転子外周と対向するところにある固定子磁極は、その隣合っている固定子磁極との間で内ヨーク２２２で結合されていることが好ましい。回転子磁極に対し固定子磁極が同時に対向することができる位置に設けられているので、コギングトルクが大きなものとなる傾向があるが、内ヨーク２２２で固定子磁極間を結ぶことによって、磁極間での磁束の漏洩が生じるのでコギングトルクを小さくできている。しかし、コギングトルクを小さくするために、磁極間の漏洩をあまりにも大きくすると、磁極歯の中を通る有効磁束が小さくなるので、固定子磁極間にある内ヨーク２２２の断面積は、固定子磁極歯２２３の断面積よりも小さく作られており、例えば磁極歯幅を３ｍｍとして内ヨークの厚さを０．５ｍｍとして、回転子磁極から出た磁束のほとんどは固定子磁極歯の中を通るようになっている。
【００２９】
磁極歯の磁極を回転子磁極と同時に対向させたとき、回転子磁極のうちの少なくとも１極は磁極歯（固定子）磁極と対向しないことになる。この対向していない回転子磁極と対向している固定子磁極面には、軟磁性体片２２８、２２８′が設けられている。この軟磁性体片２２８は、回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んでいる。図２、３に示している、軟磁性体片２２８、２２８′では回転子磁極２極分２１３と２１４（２１３′と２１４′）の回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んでいて、しかも半径方向の長さは図４にあるように通常の磁極歯２２３よりも小さいものである。図２では、上部にある回転子磁極Ｓ２１３とＮ２１４は固定子磁極と対向していない。ここで軟磁性体片２２８の左端２２８ａは、このＳ極２１３とその左隣にあるＮ極２１５との間のところ２１６に位置していて、そこから右に軟磁性体片２２８が延びている。そして、上部にある対向していないＮ極２１４とその右隣にあるＳ極２１７との間のところ２１８まで続いている。この軟磁性体片２２８には、Ｓ極とＮ極と対向する面上には軸方向に溝２２９が各々設けられている。
【００３０】
また同図の右下の回転子磁極Ｓ２１３′，Ｎ２１４′は固定子磁極と対向していない。固定子磁極に代えて、軟磁性体片２２８′が対向して設けられている。この軟磁性体片２２８′は、このＳ極２１３′とその右上にあるＮ極２１５′との間のところ２１６′から始まって、対向していないＮ極２１４′とその右下にあるＳ極２１７′との間のところ２１８′まで続いている。この軟磁性体片２２８′には、Ｓ極２１３′とＮ極２１４′と対向する部分には軸方向に溝２２９′が各々設けられている。
【００３１】
固定子磁極が回転子磁極と対向する位置に来たときに固定子磁極と対向していない回転子磁極に対向する固定子磁極面には、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士をつなぐ軟磁性体片２２８、２２８′が設けられている。またこの軟磁性体片２２８、２２８′の上には回転子磁極と対向する位置に溝（軸方向に延びた）２２９、２２９′がある。そこで、回転子磁極が固定子磁極からずれた位置にあるときに、回転子磁極間を軟磁性体片が短絡することになる。このとき軟磁性体片が、その端部に対向している回転子磁極を吸引する。一方、回転子磁極が固定子磁極に対向する位置にあるときには軟磁性体片に設けられた軸方向に延びた溝と回転子磁極が対向することになって回転子磁極のその位置での静止が不安定となって、回転子を軟磁性体片の端部の方向に動かすように働く。
【００３２】
固定子磁極と対向している回転子磁極はその対向している位置に回転子を静止させようとするが、軟磁性体片と対向している回転子磁極はその位置から回転子を動かそうとするので、回転子のコギングトルクが小さくなる。
【００３３】
なお、軟磁性体片２２８、２２８′が「回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んでいる」と述べたが、この「回転子磁極と回転子磁極との間のところ」という用語は、円筒状永久磁石の外周面に多くの磁極を並べた場合、隣り合った異極性の磁極の中間点を必ずしも意味するものではなく、磁極の略中心を除いた周辺部を言っている。回転子磁極のあるもの（本明細書で言う「少なくとも１個を除いた残りの回転子磁極」）が、固定子磁極と対向したときに、その少なくとも１個の回転子磁極が軟磁性体片に設けられた溝と対向すれば、その位置での吸引力が減少し、その溝の側にある軟磁性体片に回転子磁極が吸引されて回転モーメントが与えられる程度に、軟磁性体片の端が回転子磁極からずれていればよい。
【００３４】
発電機の出力は回転子磁極と対向することのできるように設けてある固定子磁極歯に巻いた固定子コイルから得ることができるので、回転子磁極の数が１６極で、１極が固定子磁極と対向していないときには回転子永久磁石の磁力として１／１６だけ損失となるが、コイルの巻数を増やすことによって補償することができる。このように、回転子磁極と対向すべき場所の固定子磁極を取り除いて。それに代えて軟磁性体片を設けている。取り除かれた固定子磁極の数としては少なくとも１極としておくことがよい。好ましいのは、２極以上連続していることである。また、６極以下、好ましくは５極以下である。軟磁性体片に設けている溝の幅としては、回転子永久磁石の磁極幅の０．１４〜０．４であることが好ましい。ここで回転子永久磁石の磁極幅は、その極数をｎとしたときに、２π（３６０°）／ｎとして求めている。溝の深さとしては、回転子と固定子との磁気空隙以上あればよい。
【００３５】
図５は本発明の他の実施例の永久磁石式発電機を持ったディスケットの平面図（底面図）である。この永久磁石式発電機３は、図１に示す発電機２と形状が少し違っている。それに伴い、カードコンタクト端子１６、ＣＰＵ１８、安定化電源回路１９の位置が少しずれている。この図で永久磁石式発電機３およびその固定子３２に付けた参照符号を変えている以外は、図１と同じ参照符号を用いて示している。
【００３６】
ここで用いている永久磁石式発電機３は、その平面図を図６に示しているように回転子２１の外周面と磁気空隙を介して固定子ヨーク３２１が設けられている。回転子２１の構造は図１に使われているものと全く同じなので説明は省略する。固定子ヨーク３２１はほぼ平行に並んだ磁極歯３２３を持っており、各磁極歯３２３が回転子永久磁石２１２と対向する一端に固定子磁極を持っている。固定子磁極は回転子磁極と対向することができるようにほぼ等角間隔で位置している。磁極歯３２３は、この図では２つのブロックに分かれている。すなわち左のブロックと右のブロックである。各ブロックにある磁極歯３２３は、その他端同士をバックヨーク３２４で接続されている。出力を得るための固定子コイル３２５が各磁極歯３２３に巻かれている。
【００３７】
左の磁極歯ブロックと右の磁極歯ブロックの間に当たる回転子の上部と下部には固定子磁極がない。回転子磁極を固定子磁極と対向するように止めたときには、この上部にある２極の回転子磁極が固定子磁極と対向しない。この対向していない回転子磁極と対向している固定子磁極面には、軟磁性体片３２８が設けられている。この軟磁性体片３２８は、回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んでいる。また、回転子の下部にある３極の回転子磁極が固定子磁極と対向していないことになる。この対向していない回転子磁極と対向している固定子磁極面には、固定子磁極に代えて軟磁性体片３２８′が設けられている。この軟磁性体片３２８′は３極の回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んでいる。また軟磁性体片３２８、３２８′の回転子磁極と対向するところには軸方向に溝３２９、３２９′が設けられている。このように軟磁性体片を設けることによって、回転子のコギングトルクが小さくなる。また、この軟磁性体片に回転子磁極と対向するところに溝を付けることで更に回転子のコギングトルクを小さくすることができる。
【００３８】
これら軟磁性体片２２８、２２８′、３２８、３２８′の設けられているところは発電機の固定子２２、３２に切り欠き２２６、２２６′、３２６、３２６′の設けられているところに相当する。これは図１（ａ）、図５に示したディスケット１のように入出力ターミナル１７やカードコンタクト端子１６が設けられている場合、これらと固定子ヨーク２２１、３２１とが干渉するのを避けるために設けられている。固定子ヨーク２２１、３２１に切り欠きが設けられているので、固定子２２、３２の磁極歯２２３、３２３の数は切り欠き２２６、２２６' 、３２６、３２６′の部分にあるべきものがなくなっているので、それだけ少なくなっている。しかし、残りの磁極歯２２３、３２３は回転子永久磁石２１２の磁極と同時に対向することができるように実質的に等各間隔で設けられている。切り欠かれて少なくなっている固定子磁極歯２２３、３２３の数は少なくとも１極であり、通常２から５極である。
【００３９】
固定子２２、３２の磁極歯２２３、３２３、内ヨーク２２２、３２２およびバックヨーク２２４、３２４は、ともに軟磁性体で作られている。飽和磁束密度Ｂｓが大きいことは、部品の断面積を小さくして、発電機全体の大きさを小さくする上から好ましいことなので、飽和磁束密度Ｂｓが１．２Ｔ以上の軟鉄、電磁軟鉄、圧粉磁心、４〜６％Ｓｉを含む珪素鋼板を使うことができる。各磁極歯２２３、３２３には出力を取り出すためのコイル２２５、３２５が巻かれている。この発電機２、３は全体として平板状をしており、最も厚いところでも２ｍｍ以下にする必要があるので、磁極歯２２３、３２３に巻いたコイル２２５、３２５の最外径、すなわち回転軸方向での厚さを２ｍｍ以下にすることが必要である。
【００４０】
回転子２１に用いている永久磁石２１２としては既に述べたように円環状の永久磁石が好ましい。この永久磁石２１２はボス２１１の外周に接着剤などで固定されている。この円環状の永久磁石は、回転軸方向に適当な長さ、すなわち厚さを持っている。永久磁石厚さは厚くとも２．０ｍｍであり、０．８〜２．０ｍｍで使用することができるが、好ましくは１．０〜１．８ｍｍである。しかしこの寸法は使われるディスケットの寸法や、一緒に組み込まれる機器の構成によって変わってくることは明らかである。
【００４１】
円環状永久磁石２１２は磁化方向の厚さができるだけ厚いことは起磁力の観点からは望ましい。半径方向に磁化容易軸すなわちラジアル異方性を持つ場合、ボス２１１を強磁性材料で作っておくと、円周面上の隣り合った磁極から磁石の半径方向に入った磁力線が強磁性体のボス２１１の中で反対極性の磁極から半径方向に入った磁力線に結び付く。また、極異方性の場合、磁石内部で反対極性の磁極同士を磁力線が結んでいる。いずれの場合も、永久磁石２１２の半径方向の厚さは磁極間距離の１／３〜１／４以上の厚さがあればよいが、２ｍｍ以上あることが好適である。
【００４２】
永久磁石２１２の材質としては、焼結したＮｄＦｅＢ磁石が好適である。厚さが比較的薄い（磁化方向の厚さの比較的薄い）永久磁石であるにもかかわらず、大きな逆磁界が印加される上に、形状的に反磁界係数の大きいものなので、ＮｄＦｅＢ磁石のように保磁力が大きく、大きな磁束密度を持っているものがよい。焼結のＮｄＦｅＢ磁石は磁気異方性を持っているが、半径方向に磁化容易軸を持つ、すなわちラジアル異方性を持つもの、および円周面上にある隣り合った異極性の磁極間をつなぐ方向に磁化容易軸を持つ、すなわち極異方性を持つものがよい。ＮｄＦｅＢのボンド磁石と呼ばれているＮｄＦｅＢ磁石粉をプラスチックバインダーなどで結合したものも使用することができるが、ボンド磁石の場合焼結ＮｄＦｅＢ磁石と比して磁石分の比率が小さいので、発生する磁束は小さくなる。しかし、必要とする出力の小さい場合はボンド磁石を用いて作った永久磁石式発電機でも十分なことがある。
【００４３】
本発明の永久磁石式発電機の永久磁石として、ＮｄＦｅＢ磁石以外に、（１）窒化物磁石例えばＳｍＦｅＮ磁石、（２）交換スプリング磁石と呼ばれているＳｍＦｅＮにα鉄を含む磁石、ＮｄＦｅＢにα鉄を含む磁石やＮｄＦｅＢにＦｅ₃ Ｂを含む磁石等、（３）ＮｄＦｅＢやＳｍＦｅＮなどのＨＤＤＲ（水素化・分解・脱水素・再結合）磁石、（４）ＳｍＣｏ磁石なども、要求される特性との兼ね合いで使用することができる。
【００４４】
図では、円環状永久磁石２１２の外周面上に１６極の磁極を持ったものを示しているが、本発明においては極数として１２〜２４極とすることが好ましく、１６〜２０極とすることは更に好ましいことである。極数が少ないと、１極当たりの磁束量は大きくなるが、発電機の出力の最も大きくなるのが１６〜２４極である。しかし、極数を多くしていくと、固定子の半径方向に延びた磁極歯間の空間が小さくなり、磁極歯のコイルの巻き数が少なくなってくる。その上、固定子の製作に困難が伴い、また出力の電圧波形に歪みが生じるなどの問題があるので、１６〜２０極が最適である。
【００４５】
固定子磁極歯２２３、３２３の磁極厚さは、永久磁石２１２の回転軸方向長さ、すなわち厚さよりも小さくすることが必要である。すなわち、回転子軸方向長さよりも固定子磁極歯厚さが大きいか、同等の厚みの場合、固定子巻線の厚み分以上固定子が回転子よりも厚くなる事になる。軸方向長さの制約がはなはだしい本発明のような発電機の場合、限られた軸方向長さに対し空間の利用効率を高くするには、固定子の磁極厚みと、それに巻回された巻線との全体の軸方向長さを回転子の軸方向長さとほぼ同じ長さとする事が重要である。この高い空間の利用効率を実現するには、固定子磁極の歯厚みを回転子の厚みに比べて薄くし、巻線を含めた固定子全体の厚みを固定子の軸方向長さに近づけることが有効である。このように固定子磁極歯２２３、３２３の厚さを永久磁石厚さよりも小さくすることによって、発電機２、３として大きな出力が得られる。しかし、この固定子磁極歯２２３、３２３の磁極厚さは永久磁石２１２から出る磁力線によって飽和しないだけの厚みを持っている必要がある。図４（ａ）に永久磁石式発電機２の固定子２２と回転子２１の主要部の断面を示し、固定子磁極歯の厚さｔ１と磁石厚みｔ２を示している。この図でｔ１＜ｔ２であることが必要である。これは固定子２２を構成している磁極歯２２３の中に永久磁石２１２の磁極から出た磁力線を集中させて磁極歯内の磁束密度を大きくするためである。永久磁石２１２の持っている磁束密度と、固定子磁極歯２２３の飽和磁束密度を比較してみると、既に述べたように固定子磁極歯２２３は軟磁性材料で作られていて、その飽和磁束密度は１．２Ｔ以上であるのに対して、永久磁石２１２は最も磁力の強い焼結ＮｄＦｅＢ磁石であってもその残留磁束密度が１．２〜１．３Ｔなので作動点での磁束密度は１．０Ｔ程度である。焼結したＮｄＦｅＢ磁石を回転子永久磁石２１２として用いて、１．２Ｔ以上の飽和磁束密度を持った固定子２２を用いている場合、永久磁石厚みの３０％〜７０％の厚さを持った磁極歯２２３、３２３が好ましい。
【００４６】
【実験例】
本発明の永久磁石式発電機を、以下に示す実験によって更に詳しく説明するとともに、その実施条件などを明らかにする。
【００４７】
表１に示す設計条件に基づいて作製した図２に示す永久磁石式発電機について、軟磁性体片に設けた溝（深さ１．５ｍｍ）の幅を０ｍｍから２．２ｍｍまで変えて、その時のコギングトルクと出力電圧を測定した。その結果を表２に示す。
【００４８】
コギングトルクは表２から明らかなように、軟磁性体片を設けることによって小さくすることができ、軟磁性体片に設けた溝の幅を３．１から８．６°の間とすることによって、コギングトルクが更に小さくすることができた。回転子の磁極幅は３６０°／１６極から求めると２２．５°／極なので、その０．１４〜０．４の溝を設けるとよいことがわかる。このときの出力は変化せず４．２Ｖであった。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によって３．５" ディスケットに組み込むことのできる全体として平板状をしており、コギングトルクの小さい永久磁石式発電機が得ることができた。この発電機では、ディスケットに組み込む際に問題となる入出力端子およびカードコンタクト端子を避けるために切り欠きを付けており、その部分でコギングトルクを小さくするようにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の永久磁石式発電機を持ったディスケットで、（ａ）はディスケットの平面図（底面図）、（ｂ）は（ａ）の1B-1B 断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図を示す。
【図２】図１のディスケットに使用している、本発明の永久磁石式発電機の平面図である。
【図３】図２の永久磁石式発電機に用いている固定子ヨークの平面図である。
【図４】図２に示す永久磁石式発電機の4A-4A 断面を（ａ）に、4B-4B 断面を（ｂ）に示す。
【図５】本発明の他の実施例の永久磁石式発電機を持ったディスケットの平面図（底面図）である。
【図６】図５のディスケットに使用している、本発明の永久磁石式発電機の平面図である。
【符号の説明】
１ ディスケット
１３ 開口
１４ カバー
１５ （磁気カード）スペース
１６ カードコンタクト端子
１７ 入出力ターミナル
１８ ＣＰＵ
１９ 安定化電源回路
２、３ （永久磁石式）発電機
２１ 回転子
２１１ ボス
２１２ 永久磁石
２１３、２１３′、２１７、２１７′ Ｓ極
２１４、２１４′、２１５、２１５′ Ｎ極
２２、３２ 固定子
２２１、３２１ 固定子ヨーク
２２２、３２２ 内ヨーク
２２３、３２３ 磁極歯
２２４、３２４ バックヨーク
２２５、３２５ コイル
２２６、２２６’、３２６、３２６′ 切り欠き
２２８、２２８′、３２８、３２８′ 軟磁性体片
２２８ａ 左端
２２９、２２９′、３２９、３２９′ 溝

Claims (5)

1. ボスとともに回転することのできる永久磁石を持ち、この永久磁石は実質的に等角間隔で並んだ複数の回転子磁極を持ち、これらの磁極は円周方向に互いに違った極性をしている回転子と、複数の回転子磁極のうち少なくとも１個を除いた残りの回転子磁極と磁気空隙を介して対向することのできる位置に固定子磁極を一端に有し軟磁性体材料からできた磁極歯を持ち、前記少なくとも１個と対向することのできる位置では磁極歯が欠落しており、連続して隣り合っている各磁極歯は他端では互いにバックヨークで結合されており、また固定子コイルが巻回されている、固定子とを有する永久磁石式発電機であって、固定子磁極を回転子磁極と同時に対向するように回転子を止めた状態で、固定子磁極と対向していない回転子磁極と対向している固定子磁極面には、その回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結ぶ軟磁性体片が設けられており、前記軟磁性体片の回転子磁極と対向する面には回転子磁極と対向する位置に溝が設けられていることを特徴とする永久磁石式発電機。
2. 前記軟磁性体に設けられた溝は、回転子永久磁石の磁極幅を２π（３６０°）／ｎ（ここでｎは極数）としたときに、溝の幅が回転子永久磁石の磁極幅の０．１４〜０．４であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式発電機。
3. 固定子磁極と対向していない前記回転子磁極は連続して少なくとも２極あり、その連続して少なくとも２極ある回転子磁極の両側にある、回転子磁極と回転子磁極との間のところ同士を結んで前記軟磁性体片が設けられていることを特徴とする請求項１あるいは２記載の永久磁石式発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の磁石式発電機がディスケット内に設けられていることを特徴とする永久磁石式発電機を持ったディスケット。
5. ディスケットの入出力端子とカードコンタクト端子の少なくとも一方が、磁石式発電機の前記軟磁性体片の外側で磁極歯の欠落した部分に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式発電機を持ったディスケット。

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