JP5540411B2

JP5540411B2 - Magnetic rotating device

Info

Publication number: JP5540411B2
Application number: JP2010058235A
Authority: JP
Inventors: 康▲広▼ 小松
Original assignee: 小松康廣
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP2011193650A; WO2011114982A1

Description

本発明は、磁力により回転体を回転させる磁力回転装置に関し、特に、永久磁石と電磁石との反発力及び吸引力を利用した磁力回転装置に関する。 The present invention relates to a magnetic rotating device that rotates a rotating body with a magnetic force, and more particularly to a magnetic rotating device that uses repulsive force and attractive force between a permanent magnet and an electromagnet.

従来から、回転可能な回転軸の円周領域に永久磁石を配置した回転体と、該回転体の永久磁石により生成される磁界に対して反発する磁界を発生する電磁石とを備えた磁力回転装置が発明されている（例えば、特許文献１参照）。この磁力回転装置によれば、永久磁石と電磁石との反発力によって回転体を回転させるトルクを発生して回転体を回転させる。 Conventionally, a magnetic rotating device including a rotating body in which a permanent magnet is arranged in a circumferential region of a rotatable rotating shaft, and an electromagnet that generates a magnetic field repelling a magnetic field generated by the permanent magnet of the rotating body. Has been invented (see, for example, Patent Document 1). According to this magnetic rotating device, the rotating body is rotated by generating torque for rotating the rotating body by the repulsive force between the permanent magnet and the electromagnet.

また、本発明者は、これまでに高速回転に適し、より高い電磁トルクを得るために、磁力により生ずる回転トルクと回転子の回転角度との関係において、電磁石に直流一定電流を連続通電した場合に回転子を負の方向に回転させる大値狭角度トルクを発生させる回転角度領域で前記電磁石への電流を遮断し、回転子を正の方向に回転させる小値広角度トルクを発生させる回転角度領域で電磁石へ通電することにより、回転子に磁力による回転力を付与する磁力回転装置を発明した（特許文献２参照）。 In addition, in order to obtain higher electromagnetic torque that has been suitable for high-speed rotation, the present inventor has continuously applied a constant DC current to the electromagnet in relation to the rotational torque generated by the magnetic force and the rotational angle of the rotor. Rotation angle that generates a small-value wide-angle torque that cuts off the current to the electromagnet and rotates the rotor in the positive direction in a rotation angle region that generates a large-value narrow-angle torque that rotates the rotor in the negative direction. Invented a magnetic rotating device that applies a rotating force by a magnetic force to a rotor by energizing an electromagnet in a region (see Patent Document 2).

特許第２９６８９１８号公報Japanese Patent No. 2968918 特許第３８９７０４３号公報Japanese Patent No. 3897043

特許文献１の磁力回転装置では、回転子に設けられた棒状の永久磁石と固定子に設けられた電磁石との反発力だけを利用している。この磁力回転装置では、永久磁石と電磁石の磁極が接近したときに電磁石にパルス状の電圧を短期間だけ加え、台形波状の電流を流している。永久磁石の磁極表面の磁束密度は大きいので、単位電流当りのトルクは大きい。つまり、トルク定数は大きい。従って、所望のトルクを得るために必要な電流は小さくなる。そのため、銅損は小さくなるように思われるが、この磁力回転装置では、所望の平均トルクを得るために短期間に比較的大きな電流を流さなければならないため、電流の実効値は大きくなる。銅損は、電流実効値の二乗×巻線（コイル）抵抗になるので、単位入力電力当たりの銅損は大きくなる。つまり、特許文献１の磁力回転装置では、銅損が大きくなるため、必ずしも高効率であるとはいえない。 In the magnetic rotating device of Patent Document 1, only the repulsive force between the rod-like permanent magnet provided on the rotor and the electromagnet provided on the stator is used. In this magnetic rotating device, when the permanent magnet and the magnetic pole of the electromagnet approach each other, a pulsed voltage is applied to the electromagnet for a short period of time, and a trapezoidal current flows. Since the magnetic flux density on the magnetic pole surface of the permanent magnet is large, the torque per unit current is large. That is, the torque constant is large. Therefore, the current required to obtain the desired torque is reduced. Therefore, although the copper loss seems to be small, in this magnetic rotating device, since a relatively large current must be passed in a short time in order to obtain a desired average torque, the effective value of the current becomes large. Since the copper loss is the square of the current effective value × the winding (coil) resistance, the copper loss per unit input power increases. In other words, the magnetic rotating device of Patent Document 1 does not necessarily have high efficiency because the copper loss increases.

また、特許文献２の磁力回転装置では、特許文献１の磁力回転装置が磁極面積の小さい永久磁石を用いているのに対して、平板状の永久磁石を用いている。また、この磁力回転装置では、上述したように特許文献１の磁力回転装置とは異なるタイミングで電磁石に対して通電を行っており、永久磁石と電磁石による吸引力と反発力を利用している。 Further, in the magnetic rotating device of Patent Literature 2, the magnetic rotating device of Patent Literature 1 uses a permanent magnet having a small magnetic pole area, whereas a flat permanent magnet is used. Further, in this magnetic rotating device, as described above, the electromagnet is energized at a timing different from that of the magnetic rotating device of Patent Document 1, and the attractive force and repulsive force of the permanent magnet and the electromagnet are used.

図５の表には、特許文献１及び特許文献２の双方の磁力回転装置の比較を示している。その際、両装置の回転速度の一致、両装置の平均トルクの一致及び両装置の入力電力の一致を仮定している。また、電流波形も矩形波と仮定している。この図５に示す表によれば、単位入力電力当りの銅損は、それぞれ最下欄に示すように表される。但し、図５の表に示すように、ｋは特許文献２の通電期間Ｔ_ｏｎに対する特許文献１のコイルへの通電期間の割合を示す定数、ｍは両者のトルク定数の割合を示す定数、ｒは巻線（コイル）の抵抗、ａ_ｐは特許文献２のコイルの並列回路数、Ｕは特許文献２の電磁石の通電期間における逆起電力を表している。尚、損失としては、他に鉄損も考えられるが、ここでは永久磁石の回りに鉄芯がないので、簡単のために鉄損は考えないものとしている。 The table of FIG. 5 shows a comparison of both magnetic rotating devices of Patent Document 1 and Patent Document 2. At that time, it is assumed that the rotational speeds of both devices coincide, the average torques of both devices coincide, and the input powers of both devices agree. The current waveform is also assumed to be a rectangular wave. According to the table shown in FIG. 5, the copper loss per unit input power is expressed as shown in the bottom column. However, as shown in the table of FIG. 5, k is a constant indicating a ratio of a patent constant indicating the ratio of the conduction period of the document 1 coil, m is both the torque constant for conduction period T _on of the Patent Document 2, r Is the resistance of the winding (coil), _ap is the number of parallel circuits of the coil of Patent Document 2, and U is the counter electromotive force during the energization period of the electromagnet of Patent Document 2. In addition, as the loss, iron loss can be considered. However, since there is no iron core around the permanent magnet, the iron loss is not considered for the sake of simplicity.

図５の表の最下欄に表す関係式から、ｋ／ｍ^２の値が小さくなるように構成できれば、単位入力電力当たりの銅損を小さくすることができることが示されている。つまり、ｍの値を大きくして、ｋの値を小さくするように構成できれば、銅損を小さくすることができる。しかしながら、特許文献１の磁力回転装置では通電期間が短い、言い換えれば、ｋの値が大きくなる。また、特許文献２の磁力回転装置では、永久磁石が電磁石から離れている時に電流を流しているため、トルク定数が小さくなる。そのため、ｍの値が小さくなり、単位入力電力当たりの銅損が大きくなるので、特許文献２の磁力回転装置も、必ずしも高効率であるとはいえないという問題がある。 From the relational expression shown in the bottom column of the table of FIG. 5, it is shown that if the value of k / m ² can be reduced, the copper loss per unit input power can be reduced. That is, if the value of m can be increased and the value of k can be reduced, the copper loss can be reduced. However, in the magnetic rotating device of Patent Document 1, the energization period is short, in other words, the value of k is large. In addition, in the magnetic rotating device of Patent Document 2, since the current is passed when the permanent magnet is separated from the electromagnet, the torque constant becomes small. Therefore, since the value of m becomes small and the copper loss per unit input power becomes large, there is a problem that the magnetic rotating device of Patent Document 2 is not necessarily highly efficient.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、単位入力電力当たりの銅損を軽減させることにより、効率の良い磁力回転装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above subjects, Comprising: It aims at providing an efficient magnetic rotating apparatus by reducing the copper loss per unit input electric power.

上記目的を達成するために、本発明者は、図５の表における単位入力電力当りの銅損を示す関係式から、ｋ／ｍ^２の値が小さくなるように構成することにより、単位入力電力当たりの銅損を小さくし、より効率の良い磁力回転装置を得ることができることを導いた。そこで、通電期間が長く、トルク定数が大きくなるようにするために、請求項１記載の磁力回転装置は、表面及び裏面に磁極が形成された平板状の永久磁石が周方向に沿って等間隔でｎ個（ｎは１以上の整数）同じ向きに配置された回転子と、前記永久磁石の磁極と同極性の磁極が対向するように固定子の周方向に沿って等間隔で固定され、前記永久磁石に磁力を生じさせて前記回転子を回転させるｎ個の電磁石とを具備し、前記それぞれの永久磁石は、前記回転子を周方向にｎ分割したそれぞれの分割角度に対して４０〜７０％の割合を占めるように配置され、前記永久磁石の回転方向先端が前記電磁石と対向する際に、該電磁石に通電を行い、前記永久磁石の回転方向後端が前記電磁石を通過する際に、該電磁石への電流を遮断する動作を繰り返し行うことにより、前記回転子に磁力による回転力を付与することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present inventor configures the unit input power by reducing the value of k / m ² from the relational expression indicating the copper loss per unit input power in the table of FIG. The copper loss per hit was reduced, and a more efficient magnetic rotating device was obtained. Therefore, in order to make the energization period long and the torque constant large, the magnetic rotating device according to claim 1 is characterized in that flat permanent magnets having magnetic poles formed on the front and back surfaces are equidistant along the circumferential direction. And n (n is an integer of 1 or more) fixed in the same direction along the circumferential direction of the stator so that the rotor arranged in the same direction and the magnetic pole of the same polarity as the magnetic pole of the permanent magnet face each other, And n electromagnets that rotate the rotor by generating a magnetic force in the permanent magnets, and each of the permanent magnets is 40 to each divided angle obtained by dividing the rotor by n in the circumferential direction. It is arranged so as to account for 70%, when the rotation direction front end of the permanent magnet is opposed to the electromagnet performs energization to the electromagnet, when the rotation direction rear end of the permanent magnet passes the electromagnet the operation to cut off the current to the electromagnet By repeating, it is characterized by imparting a rotational force by the magnetic force to the rotor.

請求項２記載の磁力回転装置における前記永久磁石は、回転子の中心から永久磁石の重心を結ぶ直線と、永久磁石の磁極方向の直線とが交わる角度が、回転子の中心方向からみた場合に３０°以上６０°以下となるように配置されていることを特徴としている。 The permanent magnet in the magnetic rotating apparatus according to claim 2, wherein the angle at which the straight line connecting the center of gravity of the permanent magnet from the center of the rotor and the straight line in the magnetic pole direction of the permanent magnet intersects the central direction of the rotor. It arrange | positions so that it may become 30 degrees or more and 60 degrees or less.

請求項３記載の磁力回転装置は、前記電磁石のコイルに電流を供給するための直流電源と、前記コイルに直列に接続され、当該コイルへの電流の供給のオン・オフを行うスイッチ部と、前記コイルに一方向のみの直流電流が流れるように前記スイッチ部にそれぞれ並列に接続される第１のダイオード及び第２のダイオードと、静電容量が１０μＦ以上２００μＦ以下であり、前記スイッチ部に並列に接続されるコンデンサと、該コンデンサに回生電流が流れるように前記直流電源のプラス端子側に接続される逆流阻止用ダイオードとを有するモータドライブ回路を備えることを特徴としている。 The magnetic rotating device according to claim 3, a DC power source for supplying current to the coil of the electromagnet, a switch unit connected in series to the coil, and for turning on and off the supply of current to the coil; The first diode and the second diode connected in parallel to the switch unit so that a DC current in only one direction flows through the coil, and the capacitance is 10 μF or more and 200 μF or less, and is parallel to the switch unit. And a back-flow prevention diode connected to the positive terminal side of the DC power supply so that a regenerative current flows through the capacitor.

請求項１記載の磁力回転装置によれば、回転子に配置される永久磁石が回転子を周方向にｎ分割したそれぞれの分割角度に対して４０〜７０％の割合を占めるように配置され、且つ、この永久磁石が電磁石と対向する間、通電を行うように構成されている。これにより、通電期間を長くすることができるとともに、トルク定数を大きくすることができるので、単位入力電力当たりの銅損を小さくし、より効率を良くすることができる。また、平板状の永久磁石を用いているので、棒磁石を用いる場合よりもギャップ長は必然的に長くなるため、永久磁石は減磁し難くなる。また、各永久磁石による磁束が両隣の永久磁石の磁束を強め合う構成になるということからも減磁し難くなる。 According to the magnetic rotating device according to claim 1, the permanent magnet arranged in the rotor is arranged so as to occupy a ratio of 40 to 70% with respect to each division angle obtained by dividing the rotor into n in the circumferential direction, And while this permanent magnet opposes an electromagnet, it is comprised so that it may energize. As a result, the energization period can be lengthened and the torque constant can be increased, so that the copper loss per unit input power can be reduced and the efficiency can be improved. Further, since a flat permanent magnet is used, the gap length is inevitably longer than when a bar magnet is used, so that the permanent magnet is difficult to demagnetize. Further, it is difficult to demagnetize because the magnetic flux generated by each permanent magnet strengthens the magnetic fluxes of the adjacent permanent magnets.

請求項２記載の磁力回転装置によれば、永久磁石は、回転子の中心から永久磁石の重心を結ぶ直線と、永久磁石の磁極方向の直線とが交わる角度が、回転子の中心方向からみた場合に３０°以上６０°以下となるように配置されているので、隣同士の永久磁石が減磁し合うのを抑制することができる。また、このような構成によれば、磁力回転装置の起動時には永久磁石の裏面側の磁極間力（電磁力）がトルクの発生に寄与し、起動してから少し経つと、永久磁石の表面側の磁極間力がトルクの発生に寄与する。従って、永久磁石の表面側の磁極及び裏面側の磁極によるトルクの合成トルクは、通電電流が一定であるならば、通電時間の全域において略一定の大きさのトルクを発生させることができる。また、磁極間距離も短いので、発生トルクを大きくできる。 According to the magnetic rotating device according to claim 2, the permanent magnet has an angle at which the straight line connecting the center of gravity of the permanent magnet from the center of the rotor and the straight line in the magnetic pole direction of the permanent magnet is viewed from the center direction of the rotor. In some cases, the permanent magnets are arranged so as to be 30 ° or more and 60 ° or less, so that it is possible to suppress demagnetization of adjacent permanent magnets. In addition, according to such a configuration, the magnetic force between the magnetic poles on the back side of the permanent magnet (electromagnetic force) contributes to the generation of torque at the time of starting the magnetic rotating device. The magnetic pole force contributes to the generation of torque. Accordingly, the combined torque of the magnetic poles on the front and back sides of the permanent magnet can generate a substantially constant magnitude over the entire energization time if the energization current is constant. Further, since the distance between the magnetic poles is short, the generated torque can be increased.

請求項３記載の磁力回転装置によれば、電磁石のコイルに通電を行うためのモータドライブ回路に静電容量が１０μＦ以上２００μＦ以下という小さな静電容量のコンデンサを利用している。これにより、通電期間において永久磁石がコイルに接近する際に発生する逆起電力が電源電圧よりも大きくなることにより逆向きに流れる誘導電流（誘導ブレーキ電流）がコンデンサへと流れる。そのため、コンデンサ電圧が上昇して、誘導電流は減少して零となり、更に正になる。従って、コンデンサ電圧が上昇して、銅損を増加させる誘導ブレーキ電流を抑制するので、より効率を向上させることができる。 According to the magnetic rotating device of the third aspect, a capacitor having a small capacitance of 10 μF or more and 200 μF or less is used in the motor drive circuit for energizing the coil of the electromagnet. As a result, the counter electromotive force generated when the permanent magnet approaches the coil during the energization period becomes larger than the power supply voltage, so that an induced current (inductive brake current) that flows in the opposite direction flows to the capacitor. Therefore, the capacitor voltage rises, the induced current decreases to zero, and becomes more positive. Therefore, the capacitor voltage rises and the induced brake current that increases the copper loss is suppressed, so that the efficiency can be further improved.

本発明に係る磁力回転装置の構成の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of a structure of the magnetic rotating apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る磁力回転装置の図１のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 1 of the magnetic rotating apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る磁力回転装置のモータドライブ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the motor drive circuit of the magnetic rotating apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る磁力回転装置の磁極間力の作用の仕方を説明するための概略説明図であって、（ａ）は起動時の磁極間力、（ｂ）は起動から少し経過した際の磁極間力を示すものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic explanatory drawing for demonstrating the effect | action method of the force between magnetic poles of the magnetic rotating apparatus which concerns on this invention, Comprising: (a) is the force between magnetic poles at the time of starting, (b) is the magnetic pole when a little has passed since starting. It shows the interactivity. 特許文献１と特許文献２の磁力回転装置の比較表である。6 is a comparison table of the magnetic rotating devices of Patent Document 1 and Patent Document 2.

以下、本発明に係る磁力回転装置１について、図面を参照しながら説明する。この磁力回転装置１は、図１及び図２に示すように、平板状の永久磁石２がｎ個配置された回転体（回転子）３と、該回転子３を軸支するフレーム（固定子）４と、該フレーム４に固定される複数の電磁石５とを備えている。 Hereinafter, a magnetic rotating device 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic rotating device 1 includes a rotating body (rotor) 3 in which n plate-like permanent magnets 2 are arranged, and a frame (stator) that supports the rotor 3. ) 4 and a plurality of electromagnets 5 fixed to the frame 4.

回転子３は、回転軸となるシャフト６に２枚の円盤７と１枚の円盤７１がスペーサ６０を介して所定間隔で固定されており、各円盤７の下面に周方向に等間隔で８個の平板状の永久磁石２が配設されている。また、フレーム４には永久磁石２に対応して８箇所に電磁石５が固定されている。 In the rotor 3, two disks 7 and one disk 71 are fixed to a shaft 6 serving as a rotation axis at a predetermined interval via a spacer 60, and 8 on the lower surface of each disk 7 at equal intervals in the circumferential direction. A plurality of plate-like permanent magnets 2 are arranged. Further, electromagnets 5 are fixed to the frame 4 at eight locations corresponding to the permanent magnets 2.

永久磁石２は、表面及び裏面に磁極が形成された平板状のものであり、具体的にはネオジウム系の希土類磁石からなる。このように、表面と裏面にＮ極及びＳ極が形成された平板状の永久磁石２を用いることにより、各磁極面積を広くすることができるので、回転トルクの増加を図ることができる。 The permanent magnet 2 is a flat plate with magnetic poles formed on the front and back surfaces, and is specifically made of a neodymium rare earth magnet. Thus, by using the flat permanent magnet 2 having the N pole and the S pole formed on the front surface and the back surface, the area of each magnetic pole can be increased, so that the rotational torque can be increased.

図１に示すように、永久磁石２は、円盤７に数ｍｍ程度埋め込まれることにより固定されており、図２に示すように、１枚の円盤７に対して周方向に等間隔となるように８個固定されている。つまり、各永久磁石２は、円盤７の周縁部分に周方向に４５°の角度間隔をあけて配設されている。この永久磁石２の固定方法は特に限定されるものではなく、適宜金具等を用いて円盤７へ固定すれば良い。また、各永久磁石２は、円盤５を周方向に８分割した角度間隔α＝４５°に対して４０〜７０％の割合の角度βを占めるように配置されている。つまり、分割角度間隔αが４５°の場合には、βが約１８〜３１．５°になるように永久磁石６が配置される。尚、隣接する永久磁石２同士による減磁を考慮すると、分割角度間隔αに対して永久磁石２の占める割合を７０％以下にするのが得策である。 As shown in FIG. 1, the permanent magnet 2 is fixed by being embedded in the disk 7 by about several millimeters, and as shown in FIG. 2, the permanent magnet 2 is equally spaced in the circumferential direction with respect to one disk 7. Eight are fixed to each. That is, the permanent magnets 2 are disposed at the peripheral edge of the disk 7 with an angular interval of 45 ° in the circumferential direction. The method for fixing the permanent magnet 2 is not particularly limited, and may be fixed to the disk 7 using metal fittings or the like as appropriate. Moreover, each permanent magnet 2 is arrange | positioned so that the angle (beta) of the ratio of 40 to 70% may be sufficient with respect to the angle space | interval (alpha) = 45 degrees which divided the disk 5 into the circumferential direction. That is, when the division angle interval α is 45 °, the permanent magnet 6 is arranged so that β is about 18 to 31.5 °. In consideration of the demagnetization between the adjacent permanent magnets 2, it is advantageous to make the ratio of the permanent magnets 2 to 70% or less with respect to the division angle interval α.

また、各永久磁石２は、図２に示すように、円盤７（回転子３）の中心Ｏから永久磁石２の重心を結ぶ直線Ｌ１と、永久磁石２の磁極方向、即ち表面及び裏面上の法線方向の直線Ｌ２とが交わる角度γが、円盤７の中心Ｏ方向からみた場合に約３０°以上６０°以下となるように配置されている。永久磁石２のＮ極又はＳ極のうちいずれかの面が円盤７の外方へ向けられており、永久磁石２に対して所定の磁気ギャップを隔てて設けられる電磁石５の極性は対向する永久磁石２の外方の磁極と同極になっている。尚、本実施形態では円盤７に固定される永久磁石の数が８個の場合を用いて説明しているが、この数は特に限定されるものではない。 Further, as shown in FIG. 2, each permanent magnet 2 includes a straight line L1 connecting the center O of the disk 7 (rotor 3) to the center of gravity of the permanent magnet 2, and the magnetic pole direction of the permanent magnet 2, that is, on the front and back surfaces. The angle γ at which the normal line L2 intersects is arranged to be about 30 ° or more and 60 ° or less when viewed from the center O direction of the disk 7. Either the N pole or the S pole of the permanent magnet 2 is directed outward from the disk 7, and the polarity of the electromagnet 5 provided with a predetermined magnetic gap is opposed to the permanent magnet 2. It is the same polarity as the outer magnetic pole of the magnet 2. In this embodiment, the case where the number of permanent magnets fixed to the disk 7 is eight is described, but this number is not particularly limited.

同様にして、別の円盤７にも先と逆の極を外方に向けられた８個の永久磁石２が固定され、各８個の永久磁石２が固定され２枚の円盤７を互いの永久磁石２が周方向に同位置となるようにスペーサ６０を介して重ね合わされている。すなわち、永久磁石２は、磁力回転装置１に合計１６個８対設けられている。また、２枚の円盤７と１枚の円盤７１の計３枚の円盤もスペーサ６０を介して重ね合わされている。 In the same manner, eight permanent magnets 2 with opposite poles facing outward are fixed to another disk 7, and each of the eight permanent magnets 2 is fixed and the two disks 7 are connected to each other. The permanent magnets 2 are superposed via spacers 60 so as to be in the same position in the circumferential direction. That is, a total of 16 pairs of permanent magnets 2 are provided in the magnetic rotating device 1. In addition, a total of three discs, two discs 7 and one disc 71, are also superimposed via spacers 60.

また、円盤７１には、センサ検出盤８が同軸となるように固定されている。センサ検出盤８は、円盤７１よりも若干大径の透明なプラスチック板であり、円盤７１の周縁から突出した部分の所定部位にテープ等を貼り付けることにより、該部位を位置検出センサ９が検出するように構成されている。 Further, the sensor detection board 8 is fixed to the disk 71 so as to be coaxial. The sensor detection board 8 is a transparent plastic plate having a slightly larger diameter than the disk 71, and the position detection sensor 9 detects the part by attaching a tape or the like to a predetermined part of the part protruding from the periphery of the disk 71. Is configured to do.

各円盤７、７１の中心にはシャフト６が貫通されており、これらシャフト６、円盤７、７１、永久磁石２、及びセンサ検出盤８が固定されて、回転子３として一体に回転するようになっている。また、図１に示すように、回転子３の周縁部分には、各円盤７、７１の周縁部間に渡るようにフィルム１０が貼り付けられている。このように回転子３の周縁をフィルム１０で封止することにより、回転子３が回転した場合にフィルム１０で封止された回転子３の内部の空気が回転子３とともに回転するため、永久磁石２等が空気抵抗を受けることが少なくなる。これにより、回転子３の空気抵抗を減少させて磁力回転装置１の回転効率を向上させることができる。尚、フィルム１０は、永久磁石２と電磁石５との磁力の作用に影響しない素材であって、薄手のものが好ましく、例えばプラスチックフィルム等を用いることができる。 A shaft 6 passes through the center of each of the disks 7 and 71, and the shaft 6, the disks 7 and 71, the permanent magnet 2, and the sensor detection board 8 are fixed so as to rotate integrally as the rotor 3. It has become. As shown in FIG. 1, a film 10 is attached to the peripheral portion of the rotor 3 so as to extend between the peripheral portions of the disks 7 and 71. Since the periphery of the rotor 3 is sealed with the film 10 in this way, the air inside the rotor 3 sealed with the film 10 rotates together with the rotor 3 when the rotor 3 rotates. The magnet 2 or the like is less likely to receive air resistance. Thereby, the air resistance of the rotor 3 can be reduced and the rotation efficiency of the magnetic rotating device 1 can be improved. The film 10 is a material that does not affect the action of the magnetic force between the permanent magnet 2 and the electromagnet 5, and is preferably thin. For example, a plastic film or the like can be used.

電磁石５は、図１に示すように、Ｕ字の鉄芯５０にコイル５１が巻かれたものであり、コイル５１に電流が流れることにより鉄芯５０の両端部に夫々磁極が形成される。これにより、永久磁石２に磁力を発生させて回転子３を回転させる。図１に示すように、電磁石５は、その各磁極が各円盤７間に二段に構成された永久磁石２に対応するようにして、所定の磁気ギャップ長で配置されている。また、対応する二段の永久磁石２は、電磁石５の磁極と同極で対面するように、すなわち、電磁石５のＮ極に対応する永久磁石２はＮ極を外方へ向けて円盤７に固定されており、電磁石５のＳ極に対応する永久磁石２はＳ極を外方へ向けて円盤７に固定されている。このような電磁石５が、図２に示すように、回転子３の永久磁石２の配置に対応して、フレーム４に周方向に４５°異なる位置に８個固定されている。このように、回転子３に固定する一組の永久磁石２を二段の構成とし、電磁石５をＵ字状として該二段の永久磁石２に対応させて、電磁石５の両極から発生する磁束をともに回転子３を回転させるための磁力発生に用いることにより、磁力回転装置１の電力から動力へのエネルギーの変換効率が向上する。 As shown in FIG. 1, the electromagnet 5 is formed by winding a coil 51 around a U-shaped iron core 50, and magnetic poles are formed at both ends of the iron core 50 when a current flows through the coil 51. Thereby, magnetic force is generated in the permanent magnet 2 to rotate the rotor 3. As shown in FIG. 1, the electromagnet 5 is arranged with a predetermined magnetic gap length so that each magnetic pole thereof corresponds to the permanent magnet 2 formed in two stages between each disk 7. Further, the corresponding two-stage permanent magnet 2 faces the same pole as the magnetic pole of the electromagnet 5, that is, the permanent magnet 2 corresponding to the N pole of the electromagnet 5 faces the disk 7 with the N pole facing outward. The permanent magnet 2 corresponding to the S pole of the electromagnet 5 is fixed to the disk 7 with the S pole facing outward. As shown in FIG. 2, eight such electromagnets 5 are fixed to the frame 4 at positions that are different by 45 ° in the circumferential direction corresponding to the arrangement of the permanent magnets 2 of the rotor 3. In this way, the set of permanent magnets 2 fixed to the rotor 3 has a two-stage configuration, and the electromagnet 5 is formed in a U shape so as to correspond to the two-stage permanent magnet 2, and the magnetic flux generated from both poles of the electromagnet 5. Are used for generating a magnetic force for rotating the rotor 3, the energy conversion efficiency from electric power to power of the magnetic rotating device 1 is improved.

また、電磁石５は、円盤８（回転子３）の中心Ｏから電磁石５の重心を結ぶ直線（不図示）と、電磁石５の磁束中心軸（不図示）とが交わる角度が円盤７の中心Ｏ方向からみた場合に０°以上２０°以下となるようにフレーム４に固定されている。これにより、前記角度を０°とする場合と比較して、平均電磁トルクが増大するという利点がある。図２では、前記角度が０°の状態を示しているが、前述のように電磁石５は、０°以上２０°以下となるように固定されていれば良い。尚、永久磁石２の固定角度の変更は、磁力回転装置１を分解する必要があるため困難であるが、電磁石５の固定角度の変更は、容易に行うことができる。 The electromagnet 5 has an angle at which a straight line (not shown) connecting the center of gravity of the electromagnet 5 and the center O of the electromagnet 5 (not shown) intersects the center O of the disk 7. When viewed from the direction, the frame 4 is fixed so as to be 0 ° or more and 20 ° or less. Thereby, there is an advantage that the average electromagnetic torque is increased as compared with the case where the angle is set to 0 °. Although FIG. 2 shows a state where the angle is 0 °, the electromagnet 5 may be fixed so as to be 0 ° or more and 20 ° or less as described above. Note that changing the fixed angle of the permanent magnet 2 is difficult because it is necessary to disassemble the magnetic rotating device 1, but changing the fixed angle of the electromagnet 5 can be easily performed.

フレーム４は、回転子３を軸支するとともに、電磁石５及び位置検出センサ９を固定するものであり、図１に示すように、２枚のフレーム板４０が所定間隔で互いに対向するように連結されている。回転子３は、対向するフレーム板４０間において、シャフト６が軸支されていることにより、フレーム４に回転自在に設けられている。従って、２枚のフレーム板４０は、回転子３の外径より十分に大きなものである。また、図には示していないが、シャフト６を軸支する各フレーム板４０にはベアリングが適宜設けられている。 The frame 4 supports the rotor 3 and fixes the electromagnet 5 and the position detection sensor 9 and is connected so that two frame plates 40 face each other at a predetermined interval as shown in FIG. Has been. The rotor 3 is rotatably provided on the frame 4 by the shaft 6 being pivotally supported between the opposed frame plates 40. Accordingly, the two frame plates 40 are sufficiently larger than the outer diameter of the rotor 3. Further, although not shown in the drawing, each frame plate 40 that supports the shaft 6 is appropriately provided with a bearing.

また、フレーム４には、センサ検出盤８に対応して位置検出センサ９が設けられている。この位置検出センサ９としては、回転子３とともに回転するセンサ検出盤８の所定部位を検出できれば周知且つ任意のものを使用できる。また、位置検出センサ９は、電磁石５に電圧を供給するために各電磁石５に接続される回路（モータドライブ回路）１１と接続されており、電磁石５に電圧を供給するタイミングを回路１１に与えている。 The frame 4 is provided with a position detection sensor 9 corresponding to the sensor detection board 8. As the position detection sensor 9, a known and arbitrary one can be used as long as it can detect a predetermined portion of the sensor detection board 8 that rotates together with the rotor 3. Further, the position detection sensor 9 is connected to a circuit (motor drive circuit) 11 connected to each electromagnet 5 in order to supply a voltage to the electromagnet 5, and gives the circuit 11 timing to supply a voltage to the electromagnet 5. ing.

この回路１１としては、例えば、図３に示すように、電磁石５の各コイル５１に電流を供給するための直流電源１２と、コイル５１に直列に接続され、コイル５１への電流の供給のオン・オフを行うスイッチ部ＳＷ１、ＳＷ２と、コイル５１の有する電磁エネルギーがコンデンサ１３に回生されるようにスイッチ部ＳＷ２に並列に接続される第１のダイオードＤ１及びスイッチ部ＳＷ１に並列に接続される第２のダイオードＤ２と、スイッチ部ＳＷ１、ＳＷ２に並列に接続されるコンデンサ１３と、該コンデンサ１３に回生電流が流れるように直流電源１２のプラス端子に接続される逆流阻止用ダイオードＤ３とを備えるものを用いる。 As this circuit 11, for example, as shown in FIG. 3, a DC power source 12 for supplying a current to each coil 51 of the electromagnet 5 and a series connection to the coil 51, and turning on the supply of current to the coil 51. The switch units SW1 and SW2 to be turned off and the first diode D1 connected in parallel to the switch unit SW2 and the switch unit SW1 are connected in parallel so that the electromagnetic energy of the coil 51 is regenerated in the capacitor 13. A second diode D2, a capacitor 13 connected in parallel to the switch units SW1 and SW2, and a backflow prevention diode D3 connected to the positive terminal of the DC power supply 12 so that a regenerative current flows through the capacitor 13 are provided. Use things.

この回路１１のコンデンサ１３には、通常は静電容量が大きいものを用いるが、ここでは、静電容量が１０μＦ以上２００μＦ以下であるコンデンサ１３を用いている。これにより、コイル５１への通電期間の始めにおいて永久磁石２がコイル５１に接近する際に発生する逆起電力が電源電圧よりも大きくなることにより逆向きの誘導電流（誘導ブレーキ電流）がコンデンサ１３へと流れる。この電流は負のトルクを発生する。この電流により、コンデンサ電圧Ｖｃが上昇していき、誘導電流は減少して零となり、更に正になる。この誘導ブレーキ電流は銅損や鉄損を増加させる。回路１１は、銅損，鉄損を増加させる誘導ブレーキ電流を抑制するので、磁力回転装置１の効率を向上させることができる。尚、回路１１を、例えば、一方向通電形モータであるＳＲＭ（スイッチトリラクタンスモータ）に適用することもできる。 A capacitor 13 having a large capacitance is usually used as the capacitor 13 of the circuit 11. Here, a capacitor 13 having a capacitance of 10 μF or more and 200 μF or less is used. As a result, the counter electromotive force generated when the permanent magnet 2 approaches the coil 51 at the beginning of the energization period of the coil 51 becomes larger than the power supply voltage, so that a reverse induced current (inductive brake current) is generated in the capacitor 13. It flows to. This current generates a negative torque. With this current, the capacitor voltage Vc increases, the induced current decreases to zero, and becomes more positive. This induced brake current increases copper loss and iron loss. Since the circuit 11 suppresses the induction brake current that increases the copper loss and the iron loss, the efficiency of the magnetic rotating device 1 can be improved. The circuit 11 can also be applied to, for example, an SRM (switched reluctance motor) that is a one-way conduction motor.

次に、この磁力回転装置１において、磁力による付勢力を与えて回転子３を回転させる動作について説明する。この磁力回転装置１では、図２に示すように、永久磁石２は、円盤５を周方向に８分割した角度間隔α＝４５°に対して４０〜７０％の割合の角度βを占めるように配置されている。このような永久磁石２が電磁石５に対向する間、該電磁石５に回路１１による通電を行い、永久磁石２が電磁石５の磁極付近を通過した後、電磁石５への電流を遮断することにより、回転子３に磁力による回転力を付与する。つまり、永久磁石２の回転方向先端が電磁石５と対向する際に、回路１１により電磁石５に通電を行い、その後、回転子３が角度β回転して永久磁石２の回転方向後端が電磁石５を通過するまでの間、通電を続ける。そして、永久磁石２の回転方向後端が電磁石５を通過すると、回路１１による電流の供給を遮断する。磁力回転装置１が動作する場合には、このような一連の動作を繰り返し行われる。このように、磁極面積の大きな平板状の強力な永久磁石２を用いることにより磁力回転装置１は、通電期間を長くすることができるとともに、トルク定数を大きくすることができるので、単位入力電力当たりの銅損を小さくし、より効率を良くすることができる。 Next, an operation of rotating the rotor 3 by applying an urging force by magnetic force in the magnetic rotating device 1 will be described. In the magnetic rotating device 1, as shown in FIG. 2, the permanent magnet 2 occupies an angle β of 40 to 70% with respect to an angular interval α = 45 ° obtained by dividing the disk 5 into eight in the circumferential direction. Has been placed. While the permanent magnet 2 is opposed to the electromagnet 5, the electromagnet 5 is energized by the circuit 11, and after the permanent magnet 2 passes near the magnetic pole of the electromagnet 5, the current to the electromagnet 5 is interrupted. A rotational force by magnetic force is applied to the rotor 3. That is, when the rotation direction front end of the permanent magnet 2 faces the electromagnet 5, the electromagnet 5 is energized by the circuit 11, and then the rotor 3 rotates by an angle β and the rotation direction rear end of the permanent magnet 2 is the electromagnet 5. Continue energizing until it passes. Then, when the rear end of the permanent magnet 2 in the rotational direction passes through the electromagnet 5, the current supply by the circuit 11 is cut off. When the magnetic rotating device 1 operates, such a series of operations is repeated. As described above, the magnetic rotating device 1 can increase the energization period and the torque constant by using the plate-shaped strong permanent magnet 2 having a large magnetic pole area. The copper loss can be reduced and the efficiency can be improved.

また、図４の（ａ）に示すように、磁力回転装置１の通電初期には、永久磁石２の内側（裏面側）の磁極Ｓに磁極間力Ｆ１が生じ、これは矢印で示す正方向のトルクの発生に寄与する。その際、永久磁石２の外側（表面側）の磁極Ｎには反発力Ｆ２が生じるが、これはトルクにはほとんど寄与しない。また、図４の（ｂ）に示すように、通電してから少し経過した際には、外側の磁極Ｎの磁極間力Ｆ４が矢印で示す正方向のトルクの発生に寄与する。その際、内側の磁極Ｓには磁極間力Ｆ３が生じるが、これはトルクにはほとんど寄与しない。従って、永久磁石３の表面側の磁極Ｎ及び裏面側の磁極Ｓによるトルクの合成トルクは、通電電流が一定であるならば、通電時間の全域において略一定の大きさのトルクを発生させることができる。また、磁極間力は磁荷間の距離の二乗に反比例するものであるが、本発明では磁極間距離が短くなるので、発生トルクを大きくすることができる。 Further, as shown in FIG. 4A, at the initial energization of the magnetic rotating device 1, a magnetic pole force F1 is generated in the magnetic pole S on the inner side (back side) of the permanent magnet 2, and this is a positive direction indicated by an arrow. This contributes to the generation of torque. At that time, a repulsive force F2 is generated in the magnetic pole N on the outer side (front side) of the permanent magnet 2, but this hardly contributes to the torque. Further, as shown in FIG. 4B, when a little has passed after energization, the inter-pole force F4 of the outer magnetic pole N contributes to the generation of the positive torque indicated by the arrow. At that time, an inter-pole force F3 is generated in the inner magnetic pole S, but this hardly contributes to the torque. Accordingly, the combined torque of the magnetic pole N on the front surface side and the magnetic pole S on the back surface side of the permanent magnet 3 can generate a substantially constant torque throughout the energization time if the energization current is constant. it can. Further, the force between the magnetic poles is inversely proportional to the square of the distance between the magnetic charges, but in the present invention, the distance between the magnetic poles is shortened, so that the generated torque can be increased.

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。 Note that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the embodiment can be appropriately changed without departing from the scope of the idea of the present invention.

１磁力回転装置
２永久磁石
３回転体（回転子）
４フレーム（固定子）
５電磁石
５１コイル
１１回路（モータドライブ回路）
１２直流電源
１３コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２スイッチ部
Ｄ１第１のダイオード
Ｄ２第２のダイオード
Ｄ３逆流阻止用ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic rotating apparatus 2 Permanent magnet 3 Rotating body (rotor)
4 frames (stator)
5 electromagnet 51 coil 11 circuit (motor drive circuit)
12 DC power supply 13 Capacitor SW1, SW2 Switch part D1 1st diode D2 2nd diode D3 Backflow prevention diode

Claims

A rotor in which plate-shaped permanent magnets having magnetic poles formed on the front surface and the back surface are arranged at equal intervals along the circumferential direction (n is an integer of 1 or more), and a magnetic pole having the same polarity as the magnetic pole of the permanent magnet And n electromagnets that are fixed at equal intervals along the circumferential direction of the stator so as to face each other, generate a magnetic force in the permanent magnet, and rotate the rotor,
Each of the permanent magnets is arranged so as to occupy a ratio of 40 to 70% with respect to each division angle obtained by dividing the rotor into n in the circumferential direction.
When the rotation direction front end of the permanent magnet is opposed to the electromagnet performs energization to the electromagnet, when the rotation direction rear end of the permanent magnet passes the electromagnet, an operation to cut off the current to the electromagnet A magnetic force rotating device that applies a rotating force by a magnetic force to the rotor by repeating the operation .

The angle between the straight line connecting the center of the rotor and the center of gravity of the permanent magnet and the straight line in the magnetic pole direction of the permanent magnet is 30 ° or more and 60 ° or less when viewed from the center direction of the rotor. The magnetic rotating apparatus according to claim 1, wherein the magnetic rotating apparatus is disposed in a magnetic field.

A DC power source for supplying current to the coil of the electromagnet, a switch unit connected in series with the coil to turn on / off the supply of current to the coil, and a DC current in only one direction to the coil A first diode and a second diode connected in parallel to the switch unit so as to flow, a capacitance of 10 μF to 200 μF, and a capacitor connected in parallel to the switch unit; 3. The magnetic rotating device according to claim 1, further comprising a motor drive circuit having a backflow prevention diode connected to the positive terminal side of the DC power supply so that a regenerative current flows.