JP4915681B1 - 永久磁石と超伝導コイルを使用し、出力トルクが消費電力又は入力電力に比例関係しない直流電気モーター。 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子による消費電力を削減した直流電機モータを提供する。
【解決手段】回転子６００を永久磁石として回転子６００の消費電力を０〔ｗ〕とし、固定子８００を超伝導コイル９００による電機子としコイル内の固有抵抗を０〔Ω〕としてコイル９００の消費電力を０〔ｗ〕とし、コイル９００に保護抵抗を接続することで従来の固有抵抗を有するコイル９００と同様に電源供給を行うことができ、消費電力は保護抵抗分の消費電力だけと小さくなる。消費電力が小さくてもコイル抵抗が０〔Ω〕のためコイル９００の巻き数を従来の２倍或いは１００倍巻くことで巻き数に比例した出力トルクを得ることが出来る直流電気モーターの提供。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石と超伝導コイルを使用した直流電気モーターに関するものである。

従来の超伝導モーター特開２００５−２２４０２２は回転子に超伝導コイルを使用していて、回転子への給電方法として非接触による給電方法使用している。断熱方法として断熱槽を設けた構成とし、超伝導コイルへの電力供給源である整流回路を回転子内に設けてありここで発熱した熱を水素で冷却している。固定子には、例えばポリエステル銅線（ＰＥＷ）のコイルを使用している。

しかし、問題点が４点考えられる。
１．回転子に超伝導コイルを使用して磁場を発生させている。固定子には例えばポリエス テル銅線（ＰＥＷ）のコイルを使用して磁場を発生させている。このため固定子のコ イルに消費電力が発生する。
２．回転子内へ冷却剤を送るにはどこかで配管が接触による密閉が行われなくてはなりま せん。この密閉は回転している部分と動かない部分の接触ですから故障の原因となり ます。
３．前記超伝導コイルは回転子を一定の（変化のない）磁極の生成を行っているだけです
。この状態は永久磁石と何ら変わりません。
４．無抵抗の超電導コイルに直流を供給しているが、この時の電流は無限の電流が流れま す。このため整流子を使って磁極の変化を行うとアークが発生して電極切替が出来ま せん。故に超電導コイルの磁極変化を行うことが出来ないのです。

この改善策として、回転子を永久磁石とすることで、回転子の消費電力を０〔ｗ〕とし
、複雑な冷却装置を排除することが出来る。固定子を超伝導コイルによる電機子とすることで、コイル内の固有抵抗を０〔Ω〕としてコイルの消費電力を０〔ｗ〕とすることができる。回転子を永久磁石とし固定子に超伝導コイルを使用することで電力消費はなくなる
。固定子の超伝導コイルは０〔Ω〕のため電源を供給すると短絡事故を起こす。この事故を防ぐために保護抵抗を接続することで超伝導の起こらないコイルと同様に電源供給を行うことができる。消費電力は保護抵抗分の消費電力だけと小さくなる。消費電力が小さくてもコイル抵抗が０〔Ω〕のため巻き数を従来の２倍或いは１００倍巻くことで巻き数に比例した出力トルクを得ることが出来る直流電気モーターの提供。

特開２００５−２２４０２２ 特開平３−２８９３４４ 特開平６―１６５４７８ 特開２００８―５６５５ 特開２０１０―２８９０４

発明が解決しようとする課題は、従来の超伝導モーター特開２００５−２２４０２２は回転子に超伝導コイルを使用し、固定子に超伝導コイルを使用していない。このため固定子による消費電力が発生する。課題はこの消費電力の削減である。

回転子を永久磁石として回転子の消費電力を０〔ｗ〕とし、固定子を超伝導コイルによる電機子としコイル内の固有抵抗を０〔Ω〕とすることによりコイルの消費電力を０〔ｗ〕とし、コイルと直列に保護抵抗（電流制御用）を取り付け、電源を直流電源とすることにより誘導抵抗が０〔Ω〕になり消費電力が保護抵抗分のみとなります。コイル抵抗が０〔Ω〕のためコイルの巻き線数を多くすることができ、巻き数に比例した出力トルクを取り出す構成とした。

本発明の直流電気モーターは、次に列挙する利点がある。
１．本発明の直流電気モーターは、出力トルクが整流子モーターと同じように強力なモー ターである。
２．本発明の直流電気モーターは、消費電力が小さくても出力トルクが大きい。
３．本発明の直流電気モーターは、消費電力が少ないため炭酸ガスの排出量が少ない。
４．本発明の直流電気モーターは、省エネに貢献できる。

図１はモーターの構成説明斜視図である。（実施例１） 図２はモーターの説明図である。（実施例１） 図３はモーターの説明図である。（実施例１） 図４はモーターの電気説明図である。（実施例１） 図５はモーターの電気説明図である。（実施例１） 図６はモーターの磁気発生説明図である。（実施例１） 図７はモーターの回転説明図である。（実施例１） 図８はモーターの回転説明図である。（実施例１） 図９はモーターの回転説明図であ。（実施例１） 図１０はモーターの回転説明図である。（実施例１） 図１１はモーターの回転説明図である。（実施例１） 図１２は超伝導コイルを使用しない場合の図である。（実施例２）

円筒状で上下に蓋を付けた筐体とし、Ｎ極とＳ極に磁化した円柱の両サイドを切り落とした形状の永久磁石を回転子とし、上記回転子の中心を円柱の回転軸が貫通し上記永久磁石と上記回転軸は共に回転可能となるように固定してある。上記回転軸の両端は上記筐体の上下の蓋の中心に軸受けを介して取り付けた回転体である。上記回転軸の端一方には出力を外部に誘導するためのギアが固定してあり、他方には筐体下部外部に突き出た部分に円盤状で外周に切り込みをもつ回転センサーが固定してある。鉄製で肉厚の円筒状でコイルを埋め込むための４角状の溝を内側の円周に沿って等間隔に複数個彫り込んだ形状の固定子が冷却槽内に密着固定してある。上記固定子には超低温で超伝導現象の起きる導線をコイルとして埋め込んである。Ｕ字溝を円形に並べた形状に成型した冷却槽とし、上記冷却槽は軸方向の断面が２個のＵ字形で上記回転軸を挟んで左右対称な形状である。上記冷却槽の外輪の内側の径が上記固定子の挿入を妨げない大きさとし内輪の外側の径も上記固定子の挿入の妨げない大きさとし固定子のコイルの高さが十分に収容出来る高さを保有する冷却剤を溜める器である。上記冷却槽の中央に上記固定子を挿入して上記固定子と上記冷却槽の中心が共に上記筐体の中心に重なるように上記筐体に固定してある。上記回転子の磁極の位置を読み取るための固定センサーは専用の取り付け枠に複数個等間隔で取り付けてある。センサー取付け枠は筐体底蓋に固定してある。地面に対してモーターが垂直に立つような脚を上記筐体外部の下部に設けた直流電気モーターである。

説明内で使用の数値は説明上のものであって、特許請求の範囲に記載した数値以外は特許請求の範囲には関係しません。実施例１はコイル抵抗を０〔Ω〕にした時の説明です。
１．構成及び働きについて。（００１２）
２．本発明の電気モーターが回転子に永久磁石を使用した理由。（００１３）
３．回転子が、決められた回転方向に回転を始める理由についての説明。（００１４）
４．回転が連続的に継続する理由についての説明。（００１５）
５．直流モーターの回転速度の制御方法についての説明。（００１６）
６．電気モーターの出力についての説明。（００１７）
７．本発明の直流電気モーターの電気回路についての説明。（００１８）
８．直流を使用する理由について。（００１９）
９．実施例２でコイルの導線抵抗を０〔Ω〕としない場合の説明。（００２０）
の順で説明します。

構成及び働きについての説明。
実施例１の構成及び働きを図１から図１１において説明します。
図１参照、図１は本発明の直流電気モーターの実施例１の断面斜視図である。
１００は筺体であり円筒状で内部構成部品を固定している。
１０１は筐体上部の蓋であり筐体の一部である。蓋１０１は、円盤状で筐体１００にボル ト１０５で固定してあり中心に軸受けを取り付ける円形の穴が開いている。目的は 回転軸３００を筐体１００の中心に回転可能に固定することである。又、材質は冷 気の放出を防ぐ為に断熱効果の優れた材料を使用している。又断熱材の代わりに真 空槽を設けてよい。１０２は蓋１０１に開けた穴である。目的は、冷却槽内を大気 圧と同じ圧力に保つためである。又、冷却槽内にあるコイルのリード線を引き出す 目的もある。
１０３は筐体下部の蓋であり筐体の一部である。蓋１０３は円盤状で筐体１００にボルト １０５で固定してあり中心に軸受けを取り付ける円形の穴が開いている。役目は回 転軸３００を筐体１００の中心で回転可能に固定することである。
１０４は筐体を支える架台である。架台１０４は筐体１００にボルト１０５で固定してあ る。架台１０４は、回転軸が大地に対して垂直に設置するための脚である。冷却剤 がこぼれないために大地に対して垂直に立つ必要がある。冷却槽を横にしても冷却 剤がこぼれない冷却槽であれば回転軸を水平状態に構成することも出来る。
１０５は筐体に部材を固定するボルトである。部材同士を堅固に固定する。
２００はキーで、回転軸３００に取り付けた部材とのスリップを防止する。
３００は回転軸で、回転軸３００のほぼ中央に永久磁石で作った回転子６００がスリップ 防止のキー２００を挟んで固定してある。端一方にギア４００を固定し、他方には 回転センサー１２００が固定してある。回転子６００の上下には回転摩擦を軽減す るための軸受け５００が取付けてある。上部軸受け５００は回転子６００とギア４ ００の間にあり筐体の蓋１０１の中央に固定してある。下部軸受け５００は回転子 ６００と回転センサー１２００の間にあり筐体の蓋１０３の中央に取り付けてあ る。働きは、回転子６００が発生した動力を外部に伝達するためと、回転センサー １２００を共に回転させることにある。
４００はギアで、筐体の蓋１０１より外部に突き出た部分の回転軸３００にキー２００を 挟んで固定してある。回転軸３００の回転出力を外部に伝達する目的である。
５００は軸受けで、筐体の上下の蓋１０１と１０３の中央に軸受け用の穴に圧入してあ
る。軸受け５００の内側は、回転軸３００が貫通固定している。働きは、軸受けを 使用しない場合は、筐体の蓋の穴と回転軸３００との間に大きな摩擦が生じる。軸 受けはこの摩擦を軽減する。
６００は永久磁石で作った回転子でＮ極とＳ極に磁化してある。円柱の両サイドを切り落 とした形状である。中心に回転軸３００が貫通するための穴が開いている。回転子 ６００と回転軸３００が一対である回転体は筐体１００の内部に収容してあり回転 軸３００は筐体の中心に軸受け５００を介して筐体蓋１０１と１０３に固定してあ る。働きは，固定子の電磁極８００と反発と吸引により回転力を発生させる。
７００は冷却槽で、筐体１００の内側に密着固定してあり、上部は筐体の蓋１０１に密着 している。形状はＵ字溝を円形に並べた形状で、一体に成型したものである。内径
，外径共円形であり中心が筐体１００の中心と重なっている。図２Ｂ図参照、冷却 槽の断面はＵ字形で回転軸３００を挟んで左右対称な形状である。又、冷却槽７０ ０の外輪の内側７０２で示す位置の大きさは、内部に固定子８００を挿入するのに 妨げ（支障）の無い大きさとし、内輪の外側７０３で示す位置の大きさも固定子８ ００を挿入するのに妨げ（支障）の無い大きさとしてある。高さについては固定子 にはめ込んだコイルが余裕を持って冷却液に浸る高さとしてある。材質は断熱効果 に優れた材質を使用している。又、断熱材の代わりに真空槽使用してもよい。目的 は冷却液を溜めて置くことと、冷気の放出を防ぐ。
７０１は冷却剤である。図２のＢ図参照、冷却剤７０１は大気圧において沸点が決まって いる。ということは、大気圧状態とすることで冷却液は沸点温度まで下がる。
液体ヘリュームは摂氏マイナス２７３．１５度である。
液体窒素の沸点は摂氏マイナス１９５．８度である。
目的はコイルを冷却することである。
７０２は冷却槽の外輪の内側円を表す記号である。
７０３は冷却槽の内輪の外側円を表す記号である。
８００は図１参照、冷却槽７００の内側に挿入してあり冷却槽７００と共に筐体１００に ボルト１０５で固定してある固定子である。固定子８００の中心は冷却槽の中心と 共に筐体１００の中心に重ねて取り付けてある。図３のＣ図及びＤ図参照、Ｃ図は 固定子の平面図であり、Ｄ図は固定子を軸方向に切断した断面図である。形状は肉 厚の円筒状で内側の円周に沿ってコイル９００をはめ込むための溝が８０１から８ １８までの１８個（複数個）彫り込んである。働きは、コイル９００の固定と磁極 の生成である。
９００は、図１参照、コイルである。コイルとはワイヤ（導線）を複数回巻いたものでコ イルの取り付け状態及び結線状態を（図２のＡ図、図２のＢ図、図４、図６）に記 載しました。図２のＡ図は、図１のＡ−Ａ断面図である。コイルを固定子にはめ込 んだ状態である。又、冷却液を満たした冷却槽７００にコイル９００をはめ込んだ 固定子８００が沈んだ状態を表している。又、各コイルのリード線は冷却槽外に引 き出し抵抗を２個介して隣のコイルと直列に結ばれていることを表している。図２ のＢ図は、図２のＡ図のＢ−Ｂ断面図である。コイル９００の材質は、超低温で超 伝導現象を起こす材質である。超伝導現象が起きると抵抗が０〔Ω〕となるのでワ イヤ（導線）を細くすることが出来る。ワイヤが０〔Ω〕だとコイルを何万回転巻 いても消費電力が発生しない。
９０１は、図４に示す１つのコイルである。図３のＣ図に示す固定子の溝８０１にコイル の巻きはじめと巻き終わりがくるようにはめ込んだコイルであり他のコイル（９０ ２から９１８）のコイルもコイル９０１と同様に固定子の溝８０２から８１８には め込んである。コイル群は固定子との組み合わせで磁極を生成する電機子で回転子 ６００の周囲に配置してある。前記固定子８００のＮ極の生成は回転子６００のＮ 極の後を追うように生成される。又、前記固定子８００のＳ極の生成は回転子６０ ０のＳ極の後を追うように生成される。
９２０から９３７は、図２のＡ図参照、各々のコイル９０１から９１８を接続した点であ る。接続点は電気的に各抵抗の中間点である。また、外部からの電源供給点である
。
９４０は保護抵抗である。図２のＡ図・図４参照、各コイルの巻き始めと巻き終わりに電 気抵抗９４０が直列に接続してある。図５参照、接続はコイル９０１の巻き始めの リード線に接続した抵抗９４０とコイル９１８の巻き終わりのリード線に接続した 抵抗９４０を介して２個のコイルは接続してある。又、コイル９０１の巻き終わり のリード線にも電気抵抗９４０が接続してあり、コイル９０２の巻きはじめのリー ド線に取り付けた電気抵抗９４０を介してこの２個のコイルも接続してある。各コ イル９０１から９１８はすべて上記説明と同じ条件で互いのリード線の先につけた 電気抵抗を介して電気的に接続してある。また抵抗９４０は、外部接続抵抗と限ら ずリード線及びコイル内の固有抵抗であっても効果は変わらない。実施例1で使用 のコイル９００は超伝導ワイヤを使用しているため電気抵抗が無抵抗である。この 無抵抗のコイルに電圧を加えると短絡状態となり膨大な電流が流れるため電源装置 や配線に損傷を与える。保護抵抗９４０はこの事故から機器を守るための保護抵抗 である。本発明のモーターの保護抵抗は０〔Ω〕を超えていれば何オームであって も問題はないが選択した抵抗の容量にあった電圧、電流を選択しなければならない
。保護抵抗は小さければ小さいほど消費電力が０〔ｗ〕に近づく。
１０００は、図１参照、固定センサー１１００を取り付ける枠であり、円筒状で本体を取 り付けるためのつばがある。円筒の中心は回転軸３００の中心と重なっている。枠 １０００は、筐体下部の蓋１０３に軸３００を中心に４０度以内で時計回転方向又 は、反時計回転方向に回転できるように取り付けてある。働きは、固定センサーの 支持及び、回転速度の調整である。
１１００は、図１参照、固定センサーである。固定センサー１１００は投光部と受光部を １組とした構成で光線の受光と遮光を繰り返すとき外部に信号を送る。
１１０１から１１１８は、図１及び、図２のＢ図及び、図１０のＥ図参照、各固定センサ ーで１８個（複数個）あり、取付け枠１０００に２０度毎に等間隔で固定してある
。センサーの光線は０．５φ程度である。働きは、回転センサー１２００が固定セ ンサー１１００の投光部と受光部の間を回転する構成となっていて、回転センサー １２００の切り込み部分が固定センサーの間を通過する時、電気信号を外部のコン トロールボックス１３００（図１参照）に送る。
１２００は回転センサーである。図１及び図１０のＥ図とＦ図参照、円盤状で中心が回転 軸３００の中心と同一で回転軸３００に固定してあり、回転センサー１２００は回 転軸３００とのスリップ防止のためキー２００がはめ込んである。形状は、図１０ のＥ図参照、円形で外周に切り込み（角度２３度で切り込まれた内側の孤は固定セ ンサーの先端より小さい径）があり中心を回転軸３００が貫通している。回転セン サー１２００が時計回転方向に回転するとき切り込みの先頭部分は回転子６００の 中心線と重なるように回転軸３００に固定してある。働きは、回転子６００の回転 位置（磁極の位置）を固定センサーに知らせる。回転センサーと固定センサーは１ 対で回転子の磁極の位置を電気信号に替えてコントロールボックスに送っているが 整流子と整流ブラシを使用すれば固定センサーと回転センサーとコントロールボッ クスを排除することも出来る。
１３００はコントロールボックスである。図１参照、モーター外部に取り付けてある。回 転センサー１２００の切り込み部分を固定センサーが感知して出力した信号により 決められたコイルの接続点に（＋）極と（−）極を出力する。回路は入力電力を整 流する回路や、制御用に変換する回路や、回転子６００の回転位置に合わせたコイ ルに電源を送る回路が収容してある。コントロールボックス１３００はモーター外 部に取り付けてあるがモーターと１対で仕事をするためモーターの一部である。コ ントロールボックスは消費電力は少ないが０〔ｗ〕ではないが、保護抵抗と直列に 接続してあり保護抵抗と共に電流制御を行うので保護抵抗に含めます。

本発明の電気モーターが回転子に永久磁石を使用した理由。
回転子にコイルを使用するとコイル内の固有抵抗により電力消費が起こる。この電力消費をなくすには、超伝導コイルを使用しなくてはなりません。でも回転しているコイルを超低温に保つのは至難の業です。永久磁石は常温における超伝導現象と同じで電力を供給しなくても磁極を維持し続けます。永久磁石を使用することにより回転子の消費電力を０〔ｗ〕にすることが出来ます。このことにより整流子を使ったモーター或いは、誘導モーターに比べ消費電力が１／２に減少します。消費電力が１／２であると言うことは入力電力も１／２になります。

回転子が、決められた回転方向に回転を始める理由についての説明。
図７参照、回転子６００が図７の位置で停止していたとします。この状態でスイッチを入れると接続点９２０と９３７に（＋）接続点９２８と９２９に（−）の電気が供給されるように回転センサーと固定センサーの取付け位置により自動コントロールしています。図１０のＥ図参照、回転子６００の中心線と回転センサー１２００の切り込み線の先頭（回転子が時計方向に回転していく時の先頭）は重なるように、回転子６００と回転センサー１２００が回転軸３００を介して固定してある。この切り込み線が固定センサー１１０１の中心線と一直線上にあるので固定センサー１１０１は外部に出力しています。（センサーの光線は０．５φ程度と細いので切り込み線とセンサーの中心が一致した時、切り込み線が通過した後、信号が出力であれば出力、又、通過した後、信号が切りであれば切りとします。）又、固定センサー１１１８も切り込み内にあるので出力をしています。この状態を図１１のグラフ１に流れる電流を記載しました。図４及び図５参照、この図面はコイルの接続状態を示す図です。接続点９２０と接続点９３７に（＋）極、接続点９２８と接続点９２９に（−）極の電圧が加わると図６参照、固定子の溝８０１から８０８までに埋め込まれたコイルには、図示のように手前に向かう電流が流れるとします。この時磁界は右ネジの法則に従って反時計回転の方向の磁界が発生します。また、固定子の溝８１０から８１７に埋め込まれたコイルには手前から先方へ向かって電流が流れます。この時磁界は、右ネジの法則に従って時計回転と同じ回転方向の磁界が発生します。溝８１８に埋め込まれたコイル９１８は、巻きはじめの接続点９３７と巻き終わりの接続点９２０に同極の（＋）が加わっているため電流は流れません。また、溝８０９に埋め込まれたコイル９０９の巻きはじめの接続点９２８と巻き終わりの接続点９２９にも同極の（−）が加わっているためコイル９０９にも電流は流れません。この時全体の抵抗は電流が流れない抵抗分だけ小さくなります。抵抗が小さくなると電流は多く流れます。上記説明より固定子内の磁界の方向は各コイルに発生する磁界が全て同じ大きさのため矢印線で示すような大きな磁界となり、溝８１８がＮ極となり、溝８０９がＳ極となります。図７参照、固定子８００に上記説明のＮ極とＳ極が発生すると永久磁石である回転子６００のＮ極と固定子８００の電磁極（Ｎ極）が反発すると共に回転子６００のＳ極と固定子８００の電磁極Ｓ極も反発し回転が始まります。この時回転子の磁極は反発と同時に固定子８００に発生した異極（回転子６００のＮ極は固定子８００のＳ極と又、回転子６００のＳ極は固定子８００のＮ極）と互いに吸引しあって回転力を発生します。回転子６００と回転センサー１２００が共に回転します。固定センサーが２０度毎に配置してあり、固定子の溝８０１から８１８も２０度毎の配置としてあるため固定センサーの１個の固定位置が決まれば、回転子６００がどの位置で停止をしていても電源を入れると回転子６００を時計回転方向に反発できる位置に固定子８００の電磁極が励磁します。

回転が連続的に継続する理由についての説明。
図８は、回転子６００が図７の位置より５度時計回転方向に回転した位置を示す。
図１１グラフ２参照、グラフ２は回転子６００が固定センサー１１０１の中心線より５°時計回転方向に回転したときの電流値を示したものである。各固定センサーの間隔が２０度に対して回転センサー１２００の切り込み部分は２３度のため、回転子が固定センサー１１０１の中心から２度時計回転方向に回転する間は固定センサー１１１８と１１０１の２個が出力しているが、グラフ２の時点では（右図参照）回転センサー１２００が５度回転しているので固定センサー１１０１のみの出力となっている。
図９は、回転子６００が図８の位置より１５度時計回転方向に回転した位置を示す。
図１１グラフ３参照、この時回転センサー１２００の切り込み線（先頭）は固定センサーの１１０２の中心の延長上にあるので固定センサー１１０２は出力をしたところである。固定センサー１１０１も出力をしています。電圧が供給されている接続点は（図９参照）９２０と９２１に（＋）、９２９と９３０に（−）が供給されています。この状態の磁気の発生は、最初にスイッチを入れた状態と同じです。この状態の電流値を図１１のグラフ４に記載しました。発生している磁極が２０度時計回転方向に移動しています。磁極が２０度回転して初期の状態になるということは、コイル及び接続点が２０度毎に配置してあるので回転が連続的に継続します。

直流モーターの回転速度の制御方法についての説明。
モーターは、回転力に対して負荷が小さいと回転速度が速くなります。一定の速度を保つには、負荷の大きさを随時変えるか、入力電圧を変えるか、反発力を制限すれば可能となります。本発明の直流電気モーターは、反発力を制御して回転速度を一定に保つように設計しました。その方法は、図８参照、回転している回転子６００の磁極の中心が、固定子８００の磁極の中心（溝８１８と溝８０１の間）より向かって右にある時は、時計回転方向に回転をする力が働くが電極切り替え時期を早くして回転子６００の中心と固定子８００の電磁極の中心が一致するようにすると通電の瞬間は回転力が発生しません。さらに電極切り替え時期を早めると回転子６００の中心が固定子８００の磁極の中心より向かって左側になると回転子は反時計回転方向の力が働き制動力となります。電極切り替え時期は固定子８００の電磁極の中心を回転子６００の中心が少し（０度から１０度）通りすぎた時切り替えるのが標準で回転速度に合わせて固定センサー取り付け枠１０００を反時計回転方に回転させたり、元に戻したり自動制御で行うと一定の回転速度が得られます。

電気モーターの出力についての説明。
電気の説明をする上で公式は欠かせません。公式は周知の事項として扱います。公式についての説明は省きます。
使用する公式。
電力計算式
Ｅ＝Ｉ＊Ｒ＊ＣＯＳφ・・・式１
Ｅ：電圧〔Ｖ〕
Ｉ：電流〔Ａ〕
ＣＯＳφ：力率〔％〕。
オームの法則
Ｅ＝Ｉ＊Ｒ・・・式２
Ｅ：電圧〔Ｖ〕
Ｒ：抵抗〔Ω〕。
円形コイルの中心の磁界の強さを表す公式
Ｈ＝ＮＩ／２ｒ・・・式３
Ｈ：磁界の強さ〔Ａ／ｍ〕アンペア毎メートル
ｒ：半径〔ｍ〕メートル
Ｉ：電流〔Ａ〕アンペア
Ｎ：巻き数〔回〕。
現在交流電気モーターの出力は〔ｗ〕又は、〔ｋｗ〕で表されています。出力の求め方は式１の、電圧×電流×力率で求められこのモーターの出力はＸ〔ｋｗ〕のモーターであると名盤に表記されています。また、消費電力は式１、電圧×電流×力率とされています。又、入力電力も式１、電圧×電流×力率とされています。
このことから出力＝消費電力＝入力電力となる。この式から解ることは、出力とは消費電力のことであり、入力電力のことであり、抵抗が発熱する熱量のことである。と式は言っています。本来出力とはモーターより取り出せる力のことで消費電力ではありません。モーターの力とは磁力の反発力又は、吸引力を回転力に変換して運動エネルギーとして利用できる力の事です。このことからモーターの出力は、磁気の強さに関係し機械的損失（効率）を差し引いたものが出力です。そして磁気の強さは式３より電流とコイルの巻き数に比例するのです。電圧には関係しません。そのため超伝導閉回路における磁気は電圧を加え続けなくても強力な磁場を発生し続けるのです。合成抵抗に電圧を加えると電流が流れ電力消費が起こります。電力消費は、抵抗分の電力消費と誘導抵抗分の電力消費に分けられます。抵抗による電力消費を有効電力と呼び、誘導抵抗による電力消費を無効電力といいます。この有効電力と無効電力を合わせた電力を皮相電力といいます。皮相電力に対する有効電力の割合を力率といいＣＯＳφで表し電気的効率としています。無効電力は熱の発生とは無関係であるため入力電力及び消費電力に関係しません。磁気の強さも、式３、Ｈ＝ＮＩ／２ｒから解るように入力電力には関係していません。磁気の強さに関係するのは電流の大きさとコイルの巻き線数とコイルの直径（２ｒ）です。
例を上げて説明します。ＡＣ１００〔ｖ〕の単相で負荷電流が１０〔Ａ〕で力率が８０％で巻き線数８００〔回〕のモーターを例に説明します。この時の
電圧：１００〔ｖ〕
導線の固有抵抗：８〔Ω〕
無負荷時電流：１．７〔Ａ〕
無負荷時合成抵抗：約５８．８〔Ω〕
無負荷時の誘導抵抗：約５０．８〔Ω〕
負荷時電流：１０〔Ａ〕
負荷時合成抵抗：１０〔Ω〕
負荷時誘導抵抗：２〔Ω〕
出力：８００〔ｗ〕とします。
上記の電流が1つの円形コイルに流れた時の中心の磁界の強さは、
半径０．０５〔ｍ〕とすると、
Ｈ：１０〔Ａ〕×８００〔回〕／２ｒ＝８，０００／０．１〔Ａ／ｍ〕
Ｈ＝８０，０００〔Ａ／ｍ〕です。
この８０，０００〔Ａ／ｍ〕の磁力は、モーター全体の磁力です。この力が１／２に分かれて反発するのです。交流モーターの場合は負荷が小さいと電流は小さく負荷が大きくなるにつれて電流も大きくなります。これは回転子の磁束と固定子の磁束が互いに打ち消し合うことによる現象とされています。負荷が大きくなると磁束の打ち消し合う割合も大きくなるとされています。ここでは、８０，０００〔Ａ／ｍ〕の誘導抵抗（５８．８Ω）が２〔Ω〕になるまで減少しています。誘導抵抗５０．８〔Ω〕−２〔Ω〕＝４８．８〔Ω〕が打ち消されています。打ち消された抵抗分が負荷の大きさに比例するのです。この誘導抵抗が小さくなったために大きくなった電流は１０〔Ａ〕−１．７〔Ａ〕＝８．５〔Ａ〕です。負荷に相当する電流分です。このことをふまえて、コイルの導線の断面積を２倍にして恒長を２倍にすると導線の持つ固有抵抗は変わりません。この導線を使って上記例に使用したモーターのコイルを巻き替えたとすると（仮に固定子及び回転子にコイルを埋め込むことができるとする。）当然同じ電流が流れるまで負荷をかけます。
電圧：１００〔ｖ〕
電流：１０〔Ａ〕
合成抵抗：１０〔Ω〕
抵抗：８〔Ω〕
誘導抵抗：２〔Ω〕
磁界の強さＨ：１０〔Ａ〕×１，６００〔回〕／０．１＝１６０，０００〔Ａ／ｍ〕
消費電力：８００〔ｗ〕となりますが
出力：８００〔ｗ〕と言えるでしょうか。
最初の磁界の強さは
Ｈ＝８０，０００〔Ａ／ｍ〕であったのが、巻き替後は
Ｈ＝１６０，０００〔Ａ／ｍ〕
と磁界の強さが２倍になっています。
モーターの出力は磁界の強さによって決まるのですから消費電力が同じでも磁界の強さが２倍になればモーターの出力も２倍になります。このことにより従来の出力計算方法に基づいた出力の２倍の出力が得られます。このことから解るように電気抵抗（固有抵抗）を小さくして誘導抵抗を大きくすることにより入力電力をおさえしかも、出力を大きくすることが可能です。上記説明は、交流モーターについての説明ですが、直流モーターの場合は、誘導抵抗が発生しないだけで磁気の発生は同じです。本発明の直流電気モーターは、上記説明の電気抵抗（固有抵抗）を０〔Ω〕にするために超伝導現象の起きるワイヤ（導線）をコイルとして使用しています。がコイル抵抗（固有抵抗）の小さな導線を使用すれば超伝導コイルを使用しなくても同じ効果が得られます。

本発明の直流電気モーターの電気回路についての説明。
図４参照、固定子８００内のコイルのみを抜粋した図である。各コイル全てを書くと解りにくいのでコイル９０１と９１０のみ実線で書き、他のコイルは一部破線で書きました
。コイル９０１からコイル９１８は超伝導ワイヤを巻いたコイルである。図５を参照、接続方法はコイル９０１の巻き終わりと次のコイル９０２の巻き始めのコイルが２個の抵抗９４０を挟んで接続してある。各コイルが同じ接続方法でループ（輪）に接続してある。
抵抗９４０について説明します。抵抗９４０を外した状態で接続点９２０に（＋）、接続点９２９に（−）の電圧を供給した時、各コイルの抵抗は０〔Ω〕であるから短絡状態に
なり膨大な電流が流れて電源装置或いは、配線等が損傷します。このような事故を防ぐには電流制御が必要です。機器を損傷から守る抵抗のことを保護抵抗と言います。又、電流が流れすぎるのを防ぐための抵抗を電流制御用抵抗とも言います。抵抗９４０を各接続点の両側につけるのは接続点が電極（＋）或いは（−）になった時、図５参照、（仮に接続点９２０が＋、接続点９２９−）両端の抵抗が同じでないと時計回転方向に流れる電流と反時計回転方向に流れる電流が異なります。どちらも同じ大きさの電流を流すために抵抗９４０が各コイルのリード線に取り付けてあります。（上記抵抗は巻き始めのリード線のみ或いは、巻き終わりのリード線のみでも支障はありません。抵抗を２個にしたのは図を見た時左右の電気回路が対称に見えるようにしたのです。）抵抗９４０は外部抵抗とは限らずリード線或いはコイル内の固有抵抗であっても加える電力が固有抵抗の容量に見合っていれば何ら問題はありません。又、抵抗が小さければ小さいほど消費電力が０〔ｗ〕に近づきます。コイル抵抗が０〔Ω〕のため消費電力は保護抵抗分のみとなります。直流モーターについて説明します。直流電源の場合コイル抵抗（誘導抵抗）は０〔Ω〕で固有抵抗も超伝導コイルであると０〔Ω〕である。それ故、コイルが何万回巻いてあっても発熱の恐れはありません。又、電力損失もありません。０〔ｗ〕です。リード線に付けた抵抗の合計が０．１〔Ω〕とすると１０〔Ａ〕の電流を流すにはＥ＝Ｉ＊Ｒより1〔ｖ〕の電圧があれば１０〔Ａ〕の電流が流れます。この時の消費電力は、Ｐ＝Ｅ＊ＩよりＰ＝１〔
ｖ〕×１０〔Ａ〕＝１０〔ｗ〕となります。消費電力が１０〔ｗ〕であっても磁場の強さは式３（Ｈ＝ＮＩ／２ｒ）より巻き線数を増やすことにより強力な磁場が発生し大きなトルクを出力することが出来ます。次に、抵抗を０．０１〔Ω〕にしてみます。電流を同じ１０〔Ａ〕流すにはＥ＝Ｉ＊ＲよりＥ＝１０〔Ａ〕×０．０１〔Ω〕＝０．１〔ｖ〕となり消費電力はＰ＝Ｅ＊Ｉ＝０．１〔ｖ〕×１０〔Ａ〕＝１〔ｗ〕となり抵抗が１／１０に小さくなると消費電力も比例して１／１０と小さくなります。コイルの固有抵抗が０〔Ω
〕であるからコイルの巻き数を１，０００倍巻いても保護抵抗により電流制御された一定の電流が流れます。電流が一定であればコイルの巻き数を１０倍巻けば１０倍の出力トルクが得られ、１００倍巻けば１００倍の出力トルクを得ることが出来ます。このため消費電力は保護抵抗分だけでも電流と巻き線回数により強力な磁場の発生が可能であり、強力な磁場が発生すれば磁場に相当する出力トルクを取り出す事が出来ます。この時、回転子（永久磁石）の磁界の強さも固定子の磁界の強さと同じ強さにする事が望ましいです。上記の説明により、回転子及び固定子の消費電力は０〔ｗ〕となります。消費電力は保護抵抗（電流制御用抵抗も含まれる）分だけです。出力トルクは、電流が一定でもコイルの巻き数に比例します。入力電力（電圧と電流）が一定でも、コイルの巻き数が多くなると出力トルクは大きくなることが解ります。このことから本発明の直流電気モーターは消費電力（入力電力）が小さくても出力トルクを大きくすることが出来ます。

直流を使用する理由について。
本発明の直流電気モーターは回転子６００に永久磁石を使用しているため電源に交流を使用すると固定子内の電極がＮ極とＳ極に激しく変化します。５０〔ＨＺ〕の場合１秒間に５０回電磁極が変化します。このことにより回転子６００は反発して回転しようとしたとたんに今度は吸引して引き戻されます。このためモーターとして成り立ちません。直流電源を使用すると電源を切り替えるまで同じ極性の電磁極を作り続けます。故に回転力が発生しモーターとしての役目を果たします。直流電源とは流れる方向が一方向の電源であるので脈流も直流に含まれます。本発明の直流電気モ−ターは直流であっても脈流であっても同じ効果が得られます。

図１２を基に実施例２の説明をします。
実施例２は実施例１の直流電気モーターに於いて、コイルワイヤ（導線）を超伝導ワイヤとしない場合です。コイルに使用するワイヤ（導線）は超伝導現象の起きない一般に市販されているワイヤ（導線）例えばポリエステル銅線（ＰＥＷ）です。固有抵抗を導線内に残すのは電圧を加えたとき短絡事故を防ぐための保護抵抗分です。図１２参照、図１２は図１の冷却槽７００を排除した図面です。固有抵抗を小さくするにはワイヤ（導線）の断面積を大きくします。例えば、コイルの直径が１０ｃｍのコイルで、ワイヤの断面積を２倍にすると恒長を２倍にしても電気抵抗は変わりません。上記コイルワイヤを直径１０ｃｍのコイルに巻き替えると巻数は２倍になります。コイルの巻き数が２倍になると磁界の強さは式３のＨ＝ＮＩ／２ｒよりＮが２倍になるので磁界の強さＨも２倍になります。磁界の強さが２倍になると出力トルクも２倍になります。上記説明により固有抵抗（保護抵抗）が一定で使用する電圧が同じであれば消費電力も一定です。ワイヤ（導線）の断面積を大きくして恒長を長くして巻線回数を大きくすることで出力トルクが巻き線数に比例して大きくなります。従来のコイルワイヤの選定では２０〔Ａ〕から２５〔Ａ〕／平方ミリメートル程度で設計されています。例えば５．５〔ｋｗ〕のモーターで説明します。例題のモーターはワイヤの太さが０．９φで電圧がＡＣ２００〔ｖ〕で△結線とし、力率９０％とします。力率は供給電力側の問題でありコイル自体には関係しません。と言うことはコイルに流れる電流は力率改善用コンデンサーを外しても変わらないと言うことです。コイル自体の力率は約５０から６０％です。ここでは力率６０％で計算します。電力計算式（式１）Ｐ＝Ｅ＊Ｉ＊√３＊ＣＯＳφから皮相電力を求めると、５５００〔ｗ〕／０．６〔力率〕≒９１６７〔ＶＡ〕。
合成電流を求めると、
Ｉ０＝Ｐ／Ｅ＊√３＝９１６７〔ＶＡ〕／２００〔ｖ〕×１．７３≒２５．２〔Ａ〕です。コイル１本に流れる電流は△結線の場合、
Ｉ＝Ｉ０／√３＝２５．２／１．７３≒１４．６〔Ａ〕です。
導線の太さは０．９φですから面積に直すと、
０．４５×０．４５×３．１４≒０．６５平方ミリメートルとなります。
単位面積当たりの電流値を求めると
１４．６〔Ａ〕／ ０．６５平方ミリメートル≒２２．５〔Ａ〕／平方ミリメートル
となります。本発明の直流電気モーターはコイルワイヤの断面積を従来のコイルワイヤの断面積の１．５倍以上とするため単位面積当たりの電流値は約２２．５／１．５＝１５〔Ａ〕となります。本発明のモーターの保護抵抗値を定義づけると１５〔Ａ〕／平方ミリメートル以下の電流値となる抵抗値を保護抵抗とします。保護抵抗値は加える電圧によって変化をします。例えば１０〔Ａ〕の電流を１００〔ｖ〕で流すには１０〔Ω〕ですが、同じ１０〔Ａ〕を流すにも１０〔ｖ〕の時は１〔Ω〕となります。消費電力は保護抵抗分だけでも電流と巻き線回数により強力な磁場の発生が可能であり、強力な磁場が発生すれば磁場に相当する出力トルクを取り出す事が出来ます。

回転力を必要とする機器への応用でエネルギーの削減と炭酸ガスの発生を抑制する。

１００は、筺体。
１０１は、筐体上部の蓋。
１０２は、筐体上部の蓋に開けた穴。
１０３は、筐体下部の蓋。
１０４は、筐体を支える脚。
１０５は、部材同士を固定するボルト。
２００は、キー。
３００は、回転軸。
４００は、ギア。
５００は、軸受け。
６００は、回転子。
７００は、冷却槽。
７０１は、冷却液。
７０２は、冷却槽の外枠の内輪。
７０３は、冷却槽の内枠の外輪。
８００は、固定子。
８０１〜８１８は、固定子に彫り込んだ溝。
９００は、コイル。
９０１は、固定子の溝８０１に埋め込んだコイル。
９０２は、固定子の溝８０２に埋め込んだコイル。
９０３は、固定子の溝８０３に埋め込んだコイル。
９０４は、固定子の溝８０４に埋め込んだコイル。
９０５は、固定子の溝８０５に埋め込んだコイル。
９０６は、固定子の溝８０６に埋め込んだコイル。
９０７は、固定子の溝８０７に埋め込んだコイル。
９０８は、固定子の溝８０８に埋め込んだコイル。
９０９は、固定子の溝８０９に埋め込んだコイル。
９１０は、固定子の溝８１０に埋め込んだコイル。
９１１は、固定子の溝８１１に埋め込んだコイル。
９１２は、固定子の溝８１２に埋め込んだコイル。
９１３は、固定子の溝８１３に埋め込んだコイル。
９１４は、固定子の溝８１４に埋め込んだコイル。
９１５は、固定子の溝８１５に埋め込んだコイル。
９１６は、固定子の溝８１６に埋め込んだコイル。
９１７は、固定子の溝８１７に埋め込んだコイル。
９１８は、固定子の溝８１８に埋め込んだコイル。
１０００は、固定センサー取付け枠。
１１００は、固定センサー。
１２００は、回転センサー。
１３００は、コントロールボックス。

Claims (2)

1. Ｎ極とＳ極に磁化した永久磁石を回転子とし、前記回転子の中央を回転軸が貫通固定した回転体であり、前記回転体は筐体内部の中央に回転可能に取り付けてあり、固定子側に超電導ワイヤーを巻いたコイル群を埋め込んだ直流モーターであり、各々のコイルはコイルの巻き始めに抵抗の一端を接続し前記コイルの巻き終わりに前記コイルの巻き始めの抵抗以外の抵抗の一端を接続し各々のコイルは前記コイルの巻き終わりに接続した抵抗と別のコイルの巻き始めに接続した抵抗を直列接続し前記接続方法と同じ接続方法でコイル全体をループ状に接続して前記抵抗と抵抗の接続点は電源供給点であり電源供給は前記回転子の回転に合わせて順次回転移動することを特徴とする直流電気モーター。
2. 内部抵抗を有するコイルワイヤを使用し、ワイヤの単位面積（１平方ミリメートル）当たりの電流値を１５〔Ａ〕以下の電流値とする抵抗値を保護抵抗とし、消費電力を保護抵抗分とし、コイルの巻き数に比例した出力トルクを取り出すことを特徴とする請求項１の直流電気モーター。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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