JP3960360B1

JP3960360B1 - 回転システム

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Publication number: JP3960360B1
Application number: JP2006519011A
Authority: JP
Inventors: 由次近藤
Original assignee: 由次近藤
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2026-03-03
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Abstract

回転軸２同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、回転装置１の回転軸２に他の回転装置１のハウジング３を接続したり、一対の回転装置１の回転軸２同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させたハウジング同士を順次接続する。そして、例えば、始端の回転装置１以外の回転装置１に電力を供給しなければ、始端の回転装置１における回転軸２の回転数と、終端の回転装置１におけるハウジング３または回転軸２の回転数との回転差（終端の回転装置１に負荷体Ｗが接続されることによって生じる）によって電力が出力可能な発電機となり、電動機である始端の回転装置１と負荷体Ｗとの間から電力を回収することができ、したがって、利便性の向上、効率の向上が期待できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動機構を有する様々な装置において用いられる回転システムに関する。

オーディオ機器、家電機器等、その機器内部に回転駆動機構を有する様々な装置があるが、従来、この回転駆動機構は、その動力源を電動機とし、その電動機外部に設けたギア機構、あるいは電動機内部に設けたギア機構などを介して、所望の回転数に増速または減速させている。

例えば、モーターハウジング内に内周面にコイルが巻回された多数の極歯を有した磁性材料からなるリング形状のステーターを設け、ステーター内に位置するモーターハウジングに、内周面に軸線方向へ所定のリード角のねじが形成されたリング状の永久磁石からなるローターをステータの内周面に対して微少の間隙を有して回転可能に支持し、ローター内に位置するモーターハウジングに傘歯車をローター内周面のねじに噛合って回転可能に支持し、さらに、ローター内に位置するモーターハウジング中心部に、傘歯車と一体に回転するウォームに噛合うウォーム歯車を有した出力軸を回転可能に支持した減速機構付き電動機がある。

この減速機構付き電動機によれば、小型化を図りながら高い減速比で出力軸を回転させ、出力軸を外周側から駆動して高い回転トルクを得ることができる、としている（例えば特許文献１参照）。

また、従来の回転駆動機構は、上記したように、その動力源を電動機としているが、その電動機と、回転させる負荷体との間には、メカニカルな伝達部のみが介在している。

特開平７−２３６２５４号公報（段落０００９、００１０、図１）

しかしながら、従来の減速機構付き電動モーターのようなギア機構を内装させた電動機で、仮に増速を行うとした場合、電動モーターの最高回転数自体は同じであるため、当然のことながら、ギア比に依存することになり、自ずと限界があった。

また、上記したように、従来の回転駆動機構は、電動機の回転出力を直接的に負荷体に伝達しているが、上記した問題点を解消、すなわち、増速も可能にした上で、電動機と負荷体との間から電力を回収することができれば、利便性を向上することができ、また、効率の向上も期待できる。

そこで本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を達成できる回転システムを提供することを目的とする。

上記技術課題を達成するために、本発明にかかる回転システムは、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかる回転システムは、回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個接続させてなる回転システムであって、回転軸同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、前記回転装置の回転軸に他の前記回転装置のハウジングが接続されてなり、始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、前記回転装置は、前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、前記キャリアに巻回された電機子コイルと、前記キャリアに設けられ、前記電機子コイルと導通された整流子と、前記電機子コイルを取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ、界磁磁束を発生させる永久磁石と、前記ハウジングに設けられ、前記整流子と導通されるブラシとを備えてなることを特徴とする。
請求項２にかかる回転システムは、回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個配設させてなる回転システムであって、一対の前記回転装置の回転軸同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させた前記ハウジング同士を順次接続されてなり、始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、前記回転装置は、前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、前記キャリアに巻回された電機子コイルと、前記キャリアに設けられ、前記電機子コイルと導通された整流子と、前記電機子コイルを取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ、界磁磁束を発生させる永久磁石と、前記ハウジングに設けられ、前記整流子と導通されるブラシとを備えてなることを特徴とする。
請求項３にかかる回転システムは、回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個接続させてなる回転システムであって、回転軸同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、前記回転装置の回転軸に他の前記回転装置のハウジングが接続されてなり、始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、前記回転装置は、前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、前記キャリアに環装され、界磁磁束を発生させる永久磁石と、前記永久磁石を取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ磁鉄と、前記ハウジングに設けられ、前記磁鉄に起磁力を発生させる電機子コイルと、前記ハウジング内に設けられ、前記キャリアの回転に基づいて前記電機子コイルへ流す電流の切り替えタイミングを検出する位置検出器とを備えてなることを特徴とする。
請求項４にかかる回転システムは、回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個配設させてなる回転システムであって、一対の前記回転装置の回転軸同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させた前記ハウジング同士を順次接続されてなり、始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、前記回転装置は、前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、前記キャリアに環装され、界磁磁束を発生させる永久磁石と、前記永久磁石を取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ磁鉄と、前記ハウジングに設けられ、前記磁鉄に起磁力を発生させる電機子コイルと、前記ハウジング内に設けられ、前記キャリアの回転に基づいて前記電機子コイルへ流す電流の切り替えタイミングを検出する位置検出器とを備えてなることを特徴とする。
請求項５にかかる回転システムは、請求項１乃至４のいずれかにおいて、全ての前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とすることを特徴とする。
請求項６にかかる回転システムは、請求項１または３において、終端の前記回転装置の回転軸に外部機器の回転入力部が接続され、始端の前記回転装置の回転軸の回転数と、終端の前記回転装置の回転軸の回転数との回転差を利用して、始端の前記回転装置以外の前記回転装置を発電機として電力が出力されるように構成されていることを特徴とする。
請求項７にかかる回転システムは、請求項６において、前記外部機器は、前記回転装置であると共に、前記回転入力部はその回転装置の回転軸であり、その回転装置を発電機として電力が出力されるように構成されていることを特徴とする。
請求項８にかかる回転システムは、請求項２または４において、終端の前記回転装置のハウジングに外部機器の回転入力部が接続され、始端の前記回転装置以外の前記回転装置を発電機として、始端の前記回転装置の回転軸の回転数と、終端の前記回転装置のハウジングまたは回転軸の回転数との回転差を利用して電力を出力させることを特徴とする。
請求項９にかかる回転システムは、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記始端の前記回転装置以外の前記回転装置に、少なくとも一つのフライホイールを環装させたことを特徴とする。
請求項１０にかかる回転システムは、請求項９において、前記フライホイールに電機子コイルが巻回されると共に、界磁磁束を発生させる永久磁石を、前記電機子コイルを取り囲むように配設させて発電機が構成されたことを特徴とする。

本発明にかかる回転システムによれば、回転軸同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、回転装置の回転軸に他の回転装置のハウジングを接続したり、一対の回転装置の回転軸同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させたハウジング同士を順次接続する等し、少なくとも始端の回転装置を電動機とし、例えば、始端の回転装置以外の回転装置を電動機とした場合、始端の回転装置における回転軸の回転数で他の回転装置自体が回転し、その、他の回転装置における回転軸が回転することで、終端の回転装置における回転軸は、結果的にｎ倍の回転出力を得ることができ、従来のギア機構を内装させた電動モーターに対して、回転軸の高速回転が容易にできる。

また、例えば、始端の回転装置以外の回転装置に電力を供給しなければ、始端の回転装置における回転軸の回転数と、終端の回転装置におけるハウジングまたは回転軸の回転数との回転差（終端の回転装置に負荷体が接続されることによって生じる）によって電力が出力可能な発電機となり、電動機である始端の回転装置と負荷体との間から電力を回収することができ、したがって、利便性の向上、効率の向上が期待できる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１にかかる回転システムは、回転軸２同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、回転装置１の回転軸２に他の回転装置１のハウジング３を接続させた例である。

ここで、上記した回転装置１を説明すると、回転軸２と、その回転軸２に磁鉄（図示せず）を介して巻回され電機子コイル４と、その回転軸２を支持させるハウジング３と、電機子コイル４を取り囲むようにハウジング３内に設けられ界磁磁束を発生させる永久磁石５と、回転軸２に設けられ電機子コイル４に導通させる整流子（図示せず）と、ハウジング３に設けられ整流子に摺接させて導通させるブラシ（図示せず）とを備えて構成され、電力を入力させることで回転軸２が回転されると共に、回転軸２を回転させることで電力が出力される可逆可能に構成されている。すなわち、この回転装置１は電動機でもあり発電機でもある。

この実施の形態１にかかる回転システムは、図１に示すように、当該回転システムを組み込ませる装置の機枠ｍなどにハウジング３が固定された１番目の回転装置１（始端の回転装置１）と、その１番目の回転装置１の回転軸２にハウジング３が固定された２番目の回転装置１と、その２番目の回転装置１の回転軸２にハウジング３が固定され回転軸２が負荷体Ｗに接続される３番目の回転装置１とを備えて構成される。この１番目から３番目の回転装置１同士の接続関係は、夫々の回転軸２が一直線状となるように接続されている。

なお、実施の形態１では、３つの回転装置１を直列状に接続させているが、このものに限らず、所望の段数だけ回転装置１を接続させても良い。
また、図面は、本発明を模式的に図示したもので、ハウジング３と回転軸２との接続は、図示したような直接的ではなく、具体的には取り付け部材を介して接続される。

また、ハウジング３が回転する２番目及び３番目の回転装置１に電力を供給したり、または電力を回収するためには、回転する２番目及び３番目のハウジング３の外周に、ブラシと接続された環状の第１の接点６を設け、当該回転システムを組み込ませる装置の機枠ｍなどから延設された第２の接点７を第１の接点６に摺接することで可能となる（図１において二点鎖線で図示）。

他の例として、図２に示すように、１番目の回転装置１ａのハウジング３ａに、ハウジング３ｂが回転する回転装置１ｂに接続させる固定端子６２を設け、２番目の回転装置１ｂのハウジング３ｂ底部にブラシ（２番目の回転装置１ｂのブラシ）と固定端子６２とを繋ぐ連結端子６３を設ける。この連結端子６３は、その中間部に圧縮スプリング６４が介在されており、固定端子６２を押圧するように固定端子６２と摺接されることで、電気的な接続がされるようになっている。

このように構成された実施の形態１にかかる回転システムは、３つの回転装置１の夫々に電力を供給すれば、始端である１番目の回転装置１における回転軸２の回転数で、２番目の回転装置１自体が回転し、２番目の回転装置１における回転軸２が回転することで、終端である３番目の回転装置１自体が回転し、さらに、３番目の回転装置１における回転軸２が回転することで、結果的に非常に高速な回転出力を得ることができるようになっている。

また、少なくとも、始端である１番目の回転装置１に電力を供給して、残りの２番目あるいは３番目の回転装置１の何れか一方または双方に電力を供給しなければ、３番目の回転装置１における回転軸２に接続された負荷体Ｗを主に回転させるために、１番目の回転装置１における回転軸２と３番目の回転装置１における回転軸２との間に回転差が生じる。

この回転差に基づいて、電力を供給していない回転装置１が発電して、電動機である始端の回転装置１と負荷体Ｗとの間から電力を回収することができ、したがって、利便性の向上、効率の向上が期待できるようになっている。

（実施の形態２）
実施の形態１にかかる回転システムは、図３に示すように、実施の形態１で説明した３番目の回転装置１の向きを逆にして、実施の形態１で説明した２番目の回転装置１における回転軸２と、３番目の回転装置１おける回転軸２とを接続させた例である。

その動作例は、基本的に実施の形態１と同じであるが、さらに、他の動作例に説明する。
まず、１番目と３番目の回転装置１のハウジング３双方を固定して、１番目の回転装置１に電力を供給して電動機とし、２番目と３番目の回転装置１には電力を供給しないで発電機とする。このようにすることで、２箇所から電力を出力することが可能になる。

（実施の形態３）
実施の形態３にかかる回転システムは、図４に示すように、実施の形態１で例示した回転装置１を２つ一組として回転軸２同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように、ハウジング３同士を順次接続させた例である（図４は２段を例示）。その動作例は、実施の形態１及び２と同じであるため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態４）
実施の形態４にかかる回転システムは、図５に示すように、実施の形態３で例示した２段の回転ユニットの中間部に、フライホイール８を設けた例である。

このフライホイール８は、対向された２番目及び３番目の回転装置１のハウジング３基部同士と係合された係合部を備えた所要外径及び所要重量の円板状に形成されている。このフライホイール８を設けることで、回転エネルギーを貯蔵し、負荷体の負荷変動による回転ムラを抑制してスムーズな回転を実現させると共に、貯蔵された回転エネルギーによって発電の際の効率を向上させる。

（実施の形態５）
実施の形態５にかかる回転システムは、図６に示すように、実施の形態４で例示したフライホイール８付の回転システムにおいて、このフライホイール８を回転子として発電機を構成させた例である。

すなわち、実施の形態５にかかる回転システムは、接続された２番目及び３番目の回転装置１のハウジング基部同士が接続（固定）され、その２番目及び３番目の回転装置１のハウジングに所要外径及び所要重量の円板状に形成されたフライホイール８が取り付けられている。さらに、そのフライホイール８の外周面には巻回された電機子コイル９と、その電機子コイル９に導通させる整流子１０が設けられている。

一方、当該回転システムを組み込ませる装置の機枠ｍなどに、電機子コイル９を取り囲むように、界磁磁束を発生させる永久磁石１１が設けられていると共に、整流子１０に摺接させて導通させるブラシ１２がその機枠ｍなどに設けられている。

このように構成された実施の形態５にかかる回転システムは、２番目及び３番目の回転装置１のハウジングが回転することで、フライホイール８が共廻りし、そのフライホイール８が回転することで電力が発生して、ブラシ１２から電力を回収する。

（実施の形態６）
実施の形態６は、上記した回転装置の改良が例示されており、この回転装置単体で用いても良いものである。
すなわち、実施の形態６にかかる回転装置１３は、図７及び図８に示すように、別配線となるように回転軸２に磁鉄１６を介して巻回された一対の電機子コイル１４、１５と、その電機子コイル１４、１５を取り囲むようにハウジング１７内に設けられ界磁磁束を発生させる永久磁石１８と、電機子コイル１４、１５を中間に挟んで回転軸２に設けられ一対の電機子コイル１４、１５の夫々に導通するように割り当てられた一対の整流子１９、２０と、ハウジング１７に設けられ一対の整流子１９、２０の夫々に導通するように割り当てられた一対のブラシ２１、２２とを備えて構成されている。

このように構成することで、一方の一組のブラシ２１、２２に電力を供給して回転軸２を回転させることで、他方の一組のブラシ２１、２２から電力が出力され、利便性を向上させている。

（実施の形態７）
実施の形態７は、実施の形態６と同様に、上記した回転装置の改良が例示されており、この回転装置単体で用いても良いものである。
すなわち、実施の形態７にかかる回転装置２３は、ハウジング２４内に遊星歯車機構を組み込んだ例である。なお、実施の形態７にかかる回転装置２３は、整流子電動機（整流子発電機）の例であり、後述する実施の形態８は、ブラシレス電動機（ブラシレス発電機）の例である。

この実施の形態７にかかる回転装置２３は、図９に示すように、サンギア２６と、プラネタリーギア２７と、キャリア２８と、インターナルギア２９と、電機子コイル３０と、整流子３１と、永久磁石３２と、ブラシ３３とを備えて構成されている。

サンギア２６は、ハウジング２４内の底面中央に基部が固定されると共に先部に歯面が形成された軸状部材からなる。

プラネタリーギア２７は、一方にドーナツ状の壁面が形成され、その壁面の外周面がハウジング２４底面方向に向かって水平に延設されてなるキャリア２８に、その壁面から水平方向に突出するように回転可能に支持されたギアであり、上記したサンギア２６と噛合されている。なお、このプラネタリーギア２７は、対向するように２個所に配置したり、１８０度の間隔をおいた３箇所に配置、９０度毎の間隔をいた４個所に配置するなど、特に限定はされない。

インターナルギア２９は、ハウジング２４内に位置した回転軸２５の基端を拡径させてフランジ状の壁面が形成されると共に、その壁面の外周部がハウジング２４底面方向に向かって水平に延設されてなるカップ部２５ａの内周面に歯面が形成されてなり、上記したプラネタリーギア２７と噛合されている。

なお、本実施の形態では、サンギア２６を固定させ、キャリア２８を回転させることで、キャリア２８の回転数よりインターナルギア２９の回転数、すなわち回転軸２５の回転数が増速されるようになっているが、このものに限定されず、サンギア２６を回動可能に設けて、キャリア２８の回転数よりインターナルギア２９の回転数、すなわち回転軸２５の回転数を減速させても良い。

電機子コイル３０は、ハウジング２４底面方向に向かって水平に延設されたキャリア２８の外周面に巻回されている。
整流子３１は、キャリア２８の外周面に設けられており、電機子コイル３０と導通されるようになっている。

永久磁石３２は、電機子コイル３０を取り囲むように、かつ、前記インターナルギア２９に隣接するようにカップ部２５ａの端部に設けられ、界磁磁束を発生させるようになっている。
ブラシ３３は、ハウジング２４に設けられ、整流子３１と導通可能に摺接されるようになっている。

以上のように構成された実施の形態７にかかる回転装置２３は、永久磁石３２によって発生した界磁磁束と、ブラシ３３、整流子３１を介して電機子コイル３０に電流が流れることにより発生した起磁力とによってキャリア２８と回転軸２５とに回転力が作用して回転する。そして、キャリア２８に回動可能に支持されたプラネタリーギア２７は固定されたサンギア２６の廻りを回転すると共に、プラネタリーギア２７によってインターナルギア２９が、プラネタリーギア２７のサンギア２６の廻り方向と同じ方向に向かって、キャリア２８の回転数より増速回転する。
また、永久磁石３２を回転軸２５に接続させ、遊星歯車機構を介して回転軸２５を回転させる構成にしたことにより、キャリア２８と回転軸２５とに回転差が生じ、従来の電動機と同じ回転数でもって回転軸２５を回転させた場合、消費電力を少なくすることが期待できる。

（実施の形態８）
実施の形態８にかかる回転装置３４は、上記したように、ハウジング３５内に遊星歯車機構を組み込んだもので、ブラシレス電動機（ブラシレス発電機）の例である。なお、この実施の形態８にかかる回転装置３４も、回転装置単体で用いても良いものである。

この実施の形態８にかかる回転装置３４は、図１０に示すように、サンギア３６と、プラネタリーギア３７と、キャリア３８と、インターナルギア３９と、永久磁石４０と、磁鉄４１と、電機子コイル４２と、位置検出器４３とを備えて構成されている。

サンギア３６は、ハウジング３５内の底面中央に基部が固定されると共に先部に歯面が形成された軸状部材からなる。

プラネタリーギア３７は、一方にドーナツ状の壁面が形成され、その壁面の外周面より一段下がった所要の位置からハウジング３５底面方向に向かって水平に、かつ、環状に延設されてなるキャリア３８に、その壁面から水平方向に突出するように回転可能に支持されたギアであり、上記したサンギア３６と噛合されている。

なお、キャリア３８の形状が実施の形態７にかかるキャリア３８の形状と若干異なっているが、何れの形状でも良く、本実施の形態にかかるキャリア３８の形状にすれば、図示したようにハウジング３５のスリム化が達成できる。
また、このプラネタリーギア３７は、実施の形態７と同様に配設個数は、特に限定はされない。

インターナルギア３９は、実施の形態７のインターナルギア３９と同様に、ハウジング３５内に位置した回転軸４４の基端を拡径させてフランジ状の壁面が形成されると共に、その壁面の外周部がハウジング３５底面方向に向かって水平に延設されてなるカップ部４４ａの内周面に歯面が形成されてなり、上記したプラネタリーギア３７と噛合されている。

なお、本実施の形態では、実施の形態７と同様に、サンギア３６を固定させ、キャリア３８を回転させることで、キャリア３８の回転数よりインターナルギア３９の回転数、すなわち回転軸４４の回転数が増速されるようになっているが、このものに限定されず、サンギア３６を回動可能に設けて、キャリア３８の回転数よりインターナルギア３９の回転数、すなわち回転軸４４の回転数を減速させても良い。

永久磁石４０は、キャリア３８の環状に延設された筒部の外周面に界磁磁束が発生されるように環装されている。
磁鉄４１は、永久磁石４０を取り囲むように、かつ、前記永久磁石を取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸４４の基端部に設けられている。
電機子コイル４２は、磁鉄４１に並設されるように前記ハウジングに設けられており、磁鉄４１に起磁力を発生させるようになっている。なお、電機子コイル４２は、磁鉄４１から離間されている。
位置検出器４３は、ハウジング３５内に設けられた例えばホール素子からなり、キャリア３８の回転位置に基づいて、電機子コイル４２に流す電流の切り替えタイミングを検出するようになっている。

以上のように構成された実施の形態８にかかる回転装置３４は、永久磁石４０によって発生した界磁磁束と、位置検出器４３によって検出した電流の切り替えタイミングに基づいて電機子コイル４２に電流を正逆交互に流すことにより発生した起磁力とによってキャリア３８と回転軸４４に回転力が作用する。

そして、キャリア３８に回動可能に支持されたプラネタリーギア３７は固定されたサンギア３６の廻りを回転すると共に、プラネタリーギア３７によってインターナルギア３９が、プラネタリーギア３７のサンギア３６の廻り方向と同じ方向に向かって、キャリア３８の回転数より増速回転する。
また、磁鉄４１を回転軸４４に接続させ、遊星歯車機構を介して回転軸４４を回転させる構成にしたことにより、キャリア３８と回転軸４４とに回転差が生じ、従来の電動機と同じ回転数でもって回転軸４４を回転させた場合、消費電力を少なくすることが期待できる。

（実施の形態９）
実施の形態９にかかる回転システムは、回転軸４６の廻りに複数段の回転部を配置させた例である。以下、詳述する。

実施の形態９にかかる回転システムは、図１１に示すように、ハウジング４５と、第１回転部と、第２回転部と、第３回転部とを備えて構成されている。

ハウジング４５は、回転軸４６の基部側に向かって漸次縮径する階段状の中空円筒部材であり、回転軸４６を回動可能に支持させている。

第１回転部は、第１永久磁石４７と、第１ヨーク４８と、第１磁鉄４９と、第１電機子コイル５０と、第１位置検出器５１とを備えて構成されている。

第１永久磁石４７は、界磁磁束が発生されるように回転軸４６に環装されている。
第１ヨーク４８は、小径の筒部と大径の筒部とで中空の段付軸状に形成され、回転軸４６の先部側に小径の筒部を位置させて回転軸４６に回動可能に係合されると共に、第１永久磁石４７を取り囲むように大径の筒部が配設されてなる。

第１磁鉄４９は、第１ヨーク４８の大径の筒部の内側に、第１永久磁石４７を取り囲むように設けられている。
第１電機子コイル５０は、第１磁鉄４９に並設されるようにハウジング４５内に設けられており、第１磁鉄４９に起磁力を発生させるようになっている。
第１位置検出器５１は、ハウジング４５内に設けられた例えばホール素子からなり、第１永久磁石４７の回転位置に基づいて、電機子コイルに流す電流の切り替えタイミングを検出するようになっている。

第２回転部は、第２永久磁石５２と、第２ヨーク５３と、第２磁鉄５４と、第２電機子コイル５５と、第２位置検出器５６とを備えて構成されている。
第２永久磁石５２は、界磁磁束が発生されるように第１ヨーク４８の外周に環装されている。

第２ヨーク５３は、小径の筒部と大径の筒部とで中空の段付軸状に形成され、第１ヨーク４８の小径の筒部に第２ヨーク５３の小径の筒部が重なるように位置させて第１ヨーク４８の小径の筒部に回動可能に係合されると共に、第２永久磁石５２を取り囲むように大径の筒部が配設されてなる。

第２磁鉄５４は、第２ヨーク５３の大径の筒部の内側に、永久磁石を取り囲むように設けられている。
第２電機子コイル５５は、第２磁鉄５４に並設されるようにハウジング４５内に設けられており、第２磁鉄５４に起磁力を発生させるようになっている。

第２位置検出器５６は、ハウジング４５内に設けられた例えばホール素子からなり、第２永久磁石５２の回転位置に基づいて、第２電機子コイル５５に流す電流の切り替えタイミングを検出するようになっている。

第３回転部は、第３永久磁石５７と、第３ヨーク５８と、第３磁鉄５９と、第３電機子コイル６０と、第３位置検出器６１とを備えて構成されている。
第３永久磁石５７は、界磁磁束が発生されるように第２ヨーク５３の外周に環装されている。

第３ヨーク５８は、小径の筒部と大径の筒部とで中空の段付軸状に形成され、第２ヨーク５３の小径の筒部に第３ヨーク５８の小径の筒部が重なるように位置させて第２ヨーク５３の小径の筒部に係合されると共に、第３永久磁石５７を取り囲むように大径の筒部が配設されてなる。この大径の筒部は、図示したように、ハウジング４５に固定されている。

第３磁鉄５９は、第３ヨーク５８の大径の筒部の内側に、永久磁石を取り囲むように設けられている。
第３電機子コイル６０は、第３磁鉄５９に並設されるようにハウジング４５内に設けられており、第３磁鉄５９に起磁力を発生させるようになっている。

第３位置検出器６１は、ハウジング４５内に設けられた例えばホール素子からなり、第３永久磁石５７の回転位置に基づいて、第３電機子コイル６０に流す電流の切り替えタイミングを検出するようになっている。

このように実施の形態９にかかる回転システムは、第３回転部からみて、第１回転部、第２回転部が夫々独立して回転可能に構成されており、３つの回転部の夫々に電力を供給すれば、第３回転部で第２回転部を回転し、第２回転部で第１回転部を回転し、さらに、第１回転部で回転軸４６を回転することができ、結果的に非常に高速な回転出力を得ることができるようになっている。また、本実施の形態では第３回転部までを例示しているが、さらに複数段の回転部を設けても良い。

また、少なくとも、第３回転部に電力を供給して、残りの第１回転部あるいは第２回転部の何れか一方または双方に電力を供給しなければ、回転軸４６に接続された負荷体を主に回転させるために、回転軸４６と第３回転部との間に回転差が生じる。

この回転差に基づいて、電力を供給していない回転部が発電して、電動機である第３回転部と負荷体との間から電力を回収することができ、したがって、利便性の向上、効率の向上が期待できるようになっている。

また、他の動作例として、例えば、第１回転部に電力を供給することで、回転軸４６を回転し、回転軸４６に接続した負荷体Ｗを回転させる。その一方で、回転可能に支持した第１ヨーク４８、第２ヨーク５３、第３ヨーク５８が磁界の変化によって、夫々回転差を生じながら回転を開始し、その回転差に基づいて、電力を供給していない回転部が発電して、電力を回収することができる。したがって、利便性の向上、効率の向上が期待できるようになっている。

以上、本実施の形態にかかる回転システムを説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。例えば、交流の電動機（発電機）で構成しても良い。

実施の形態１にかかる回転システムの縦断側面図である。電気的な接続構造を示す縦断側面図である。実施の形態２にかかる回転システムの縦断側面図である。実施の形態３にかかる回転システムの縦断側面図である。実施の形態４にかかる回転システムの縦断側面図である。実施の形態５にかかる回転システムの縦断側面図である。実施の形態６にかかる回転装置の縦断側面図である。実施の形態６にかかる回転装置の縦断正面図である。実施の形態７にかかる回転装置の縦断側面図である。実施の形態８にかかる回転装置の縦断側面図である。実施の形態９にかかる回転システムの縦断側面図である。

符号の説明

１、１３、２３、３４…回転装置
２、２５、４４、４６…回転軸
３、１７、２４、３５、４５…ハウジング
４、９、１４、１５、３０、４２…電機子コイル
５、１１、１８、３２、４０…永久磁石
６…第１の接点
７…第２の接点
８…フライホイール
１０、１９，２０、３１…整流子
１２、２１、２２、３３…ブラシ
１６、４１…磁鉄
２６、３６…サンギア
２７、３７…プラネタリーギア
２８、３８…キャリア
２９、３９…インターナルギア
４７…第１永久磁石
４８…第１ヨーク
４９…第１磁鉄
５０…第１電機子コイル
５１…第１位置検出器
５２…第２永久磁石
５３…第２ヨーク
５４…第２磁鉄
５５…第２電機子コイル
５６…第２位置検出器
５７…第３永久磁石
５８…第３ヨーク
５９…第３磁鉄
６０…第３電機子コイル
６１…第３位置検出器
Ｗ…負荷体
ｍ…機枠

Claims

回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個接続させてなる回転システムであって、
回転軸同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、前記回転装置の回転軸に他の前記回転装置のハウジングが接続されてなり、
始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、
前記回転装置は、
前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、
前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、
前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、
前記キャリアに巻回された電機子コイルと、
前記キャリアに設けられ、前記電機子コイルと導通された整流子と、
前記電機子コイルを取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ、界磁磁束を発生させる永久磁石と、
前記ハウジングに設けられ、前記整流子と導通されるブラシと
を備えてなることを特徴とする回転システム。
回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個配設させてなる回転システムであって、
一対の前記回転装置の回転軸同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させた前記ハウジング同士を順次接続されてなり、
始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、
前記回転装置は、
前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、
前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、
前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、
前記キャリアに巻回された電機子コイルと、
前記キャリアに設けられ、前記電機子コイルと導通された整流子と、
前記電機子コイルを取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ、界磁磁束を発生させる永久磁石と、
前記ハウジングに設けられ、前記整流子と導通されるブラシと
を備えてなることを特徴とする回転システム。
回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個接続させてなる回転システムであって、
回転軸同士が一直線状となるように、かつ、所望の段数となるように、前記回転装置の回転軸に他の前記回転装置のハウジングが接続されてなり、
始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、
前記回転装置は、
前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、
前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、
前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、
前記キャリアに環装され、界磁磁束を発生させる永久磁石と、
前記永久磁石を取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ磁鉄と、
前記ハウジングに設けられ、前記磁鉄に起磁力を発生させる電機子コイルと、
前記ハウジング内に設けられ、前記キャリアの回転に基づいて前記電機子コイルへ流す電流の切り替えタイミングを検出する位置検出器と
を備えてなることを特徴とする回転システム。
回転軸と、該回転軸を支持させるハウジングとを備え、電力を入力させることで前記回転軸が回転されると共に、前記回転軸を回転させることで電力が出力される可逆可能な回転装置を複数個配設させてなる回転システムであって、
一対の前記回転装置の回転軸同士を接続させてなる回転ユニットを、所望の段数となるように対向させた前記ハウジング同士を順次接続されてなり、
始端の前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とし、
前記回転装置は、
前記ハウジング内に前記回転軸の軸線上に固定または回動可能に設けられたサンギアと、
前記サンギアと噛合されたプラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを保持させるキャリアと、
前記ハウジング内に位置した前記回転軸の基端部に設けられ、前記プラネタリーギアと噛合されたインターナルギアと、
前記キャリアに環装され、界磁磁束を発生させる永久磁石と、
前記永久磁石を取り囲むように、かつ、前記インターナルギアに隣接するように前記回転軸の基端部に設けられ磁鉄と、
前記ハウジングに設けられ、前記磁鉄に起磁力を発生させる電機子コイルと、
前記ハウジング内に設けられ、前記キャリアの回転に基づいて前記電機子コイルへ流す電流の切り替えタイミングを検出する位置検出器と
を備えてなることを特徴とする回転システム。
全ての前記回転装置は、電力を入力させて前記回転軸を回転させる電動機とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転システム。
終端の前記回転装置の回転軸に外部機器の回転入力部が接続され、
始端の前記回転装置の回転軸の回転数と、終端の前記回転装置の回転軸の回転数との回転差を利用して、始端の前記回転装置以外の前記回転装置を発電機として電力が出力されるように構成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の回転システム。
前記外部機器は、前記回転装置であると共に、前記回転入力部はその回転装置の回転軸であり、その回転装置を発電機として電力が出力されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の回転システム。
終端の前記回転装置のハウジングに外部機器の回転入力部が接続され、
始端の前記回転装置以外の前記回転装置を発電機として、始端の前記回転装置の回転軸の回転数と、終端の前記回転装置のハウジングまたは回転軸の回転数との回転差を利用して電力を出力させることを特徴とする請求項２または４に記載の回転システム。
前記始端の前記回転装置以外の前記回転装置に、少なくとも一つのフライホイールを環装させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転システム。
前記フライホイールに電機子コイルが巻回されると共に、界磁磁束を発生させる永久磁石を、前記電機子コイルを取り囲むように配設させて発電機が構成されたことを特徴とする請求項９に記載の回転システム。