JP5906360B2 - 磁力回転装置、電動機、および電動発電機 - Google Patents

Description

本発明は、磁力回転装置、電動機、および電動発電機に関する。

従来より、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子とを備えた磁力回転装置などが提案されている（特許文献１〜３）。

例えば特許文献１には、永久磁石と捲線による電磁石との間に反発力が生じるように、回転体が種々の回転位置の領域にあるときに捲線に種々のパルス電流を流すようにした磁力回転装置が開示されている。

また、特許文献２には、複数の永久磁石を周方向に配置した回転子と複数の電磁石を周方向に配置した固定子とを備え、電磁石に間欠的に通電し、永久磁石と電磁石との間の吸引力と反発力によって回転子を回転させる磁力回転装置が開示されている。特許文献２では、永久磁石の数と電磁石の数とを互いに異ならせることによってディテントトルク（コギングトルク）を低減することが開示されている。

また、特許文献３には、回転体を回転させてモータとして機能させつつ、回転体の回転により直接的に発電する交流電圧出力巻線を備えた一方向通電形ブラシレスＤＣモータが開示されている。

このような磁力回転装置などによって、電動機または発電機を構成することが可能である。例えば、捲線に流れる電流による鉄心の磁界と永久磁石との吸引または反発によって回転トルクを発生させることにより、電動機として動作させることが可能である。また、外部の回転力によって回転子を回転させ、永久磁石の回転により鉄心に磁束の変化を起こして捲線から電流を取り出すことにより、発電機として動作することが可能である。

また、磁力回転装置による電動機と発電機とを同軸上に形成することによって、電動発電機を構成することが可能である。

特開２００６−１８７０８０号公報 特開２００９−１１８７０５号公報 ＷＯ２００９／０６０５４４号公報

しかし、上に述べた特許文献１、２に開示された磁力回転装置では、かなりのディテントトルクが発生するため、これが効率を低下させる１つの要因となっている。

また、特許文献３に開示されたブラシレスＤＣモータでは、ある程度のディテントトルクの低減が図られるとしても、まだ十分ではなかった。

また、この種の磁力回転装置を電動機として起動する際に、一時的なバックラッシュ（逆回転）を起こして円滑な起動がなされないことがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ディテントトルクをさらに低減させることが可能であり、高い効率の磁力回転装置および電動発電機を提供することを目的とする。

本明細書において開示される磁力回転装置の１つは、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた磁力回転装置であって、それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに異なっている。

好ましくは、前記回転子として、第１の回転子および第２の回転子が設けられており、前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記第１の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記第２の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いに異なるように配置されている。

また、前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記鉄心と前記永久磁石との吸引力によるディテントトルクが、前記第１の回転子と前記第２の回転子とで互いに打ち消し合うように、前記第１の位相角と前記第２の位相角とが設定されている。

また、本明細書において開示される電動発電機の１つは、電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、前記電動機および前記発電機は、それぞれ、捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔、および複数の前記永久磁石の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続され、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記対向磁極面の磁極が互いに異なっており、前記電動機の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている。

また、本明細書において開示される電動発電機の他の１つは、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記対向磁極面の磁極が、前記電動機の回転子においては互いに異なり、前記発電機の回転子においては互いに同じである。

また、前記電動機において、前記回転子は、自由状態において、それぞれの前記永久磁石体における少なくとも１つの前記対向磁極面の少なくとも一部が前記鉄心の端面とそれぞれ対面する状態で停止するように構成される。

本発明によると、ディテントトルクをさらに低減させることが可能であり、高い効率の磁力回転装置および電動発電機を提供することができる。

本発明に係る一実施形態の電動発電機の側面断面図である。 図１に示す電動発電機の正面断面図である。 図１の一部を拡大して示す図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 図４における矢印ＥＥ方向から見て展開した図である。 第１実施例の８極の電動機のＡ電動機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第１実施例の８極の電動機のＢ電動機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第１実施例の８極の発電機のＡ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第１実施例の８極の発電機のＢ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第２実施例の４極の発電機のＡ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第２実施例の４極の発電機のＢ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第３実施例の８極の電動機のＡ電動機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第３実施例の８極の電動機のＢ電動機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第３実施例の８極の発電機のＡ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第３実施例の８極の発電機のＢ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第４実施例の１６極の電動機のＡ電動機における永久磁石体の極性などを示す図である。 第４実施例の１６極の発電機のＡ発電機における永久磁石体の極性などを示す図である。 永久磁石体の構成の例を示す図である。 制御装置の構成の例を示すブロック図である。 制御装置による第３実施例の電動機の制御の様子を示すタイミング図である。 制御装置による第４実施例の電動機の制御の様子を示すタイミング図である。

図１および図２には、本発明に係る一実施形態の電動発電機１の側面断面図および正面断面図が示され、図３および図４にはそれらの一部を拡大した図が示されている。また、図５には、図４における矢印Ｍ１方向からみた図が示されている。なお、図２は、図１におけるＡＡ−ＡＡ線断面矢視図に相当する。図５は、回転軸の回転中心から鉄心の端面を見て平面上に展開した図である。図５において、矢印ＤＳは周方向を示し、矢印ＤＪは軸方向を示す。

なお、これらの図は、固定子、回転子、鉄心、永久磁石、および永久磁石体などの配置関係を示すことを主な目的としており、電動発電機１における固定子および回転子などの種々の部材を支持するための機械的な構造や連結関係を精密に示すものではない。

図１〜図５において、電動発電機１は、電動機Ｍ１および発電機Ｇ１を備え、それらの回転軸１１が共通に設けられている。なお、全ての実施例の電動機または発電機を代表して「電動機Ｍ」「発電機Ｇ」と記載することがある。

フレーム２１は、ステンレス鋼のような非磁性材料によって、電動機Ｍ１および発電機Ｇ１を機械的に維持するように設けられ、電動発電機１の外形を形成している。

回転軸１１は、フレーム２１に設けられたベアリングによって、フレーム２１に対し回転自在に支持されている。

電動機Ｍ１は、Ａ電動機ＭＡとＢ電動機ＭＢとの２つの部分によって構成される。発電機Ｇ１は、Ａ発電機ＧＡとＢ発電機ＧＢとの２つの部分によって構成される。

本実施形態において、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とは、その基本的な構造は同じである。例えば、鉄心３１の円周方向の配置における角度位置および角度間隔、永久磁石４１の円周方向の配置における角度位置および角度間隔は、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とで同じである。

つまり、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とにおいて、使用されている鉄心３１および永久磁石４１の形状および寸法について、ここで示された実施例では相違はほとんどない。また、それら部材の配置についても、円周方向つまり回転方向において同じ角度位置に同じ部材が配置されており、これらの間に位相差はない。

しかし、永久磁石４１の磁極の極性、永久磁石体ＪＴの構成または配置の位相角などについて、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とでは異なる点がある。詳しくは以下において説明する。

第一に、電動発電機１の構造および各部材の配置などについて説明し、第二に、永久磁石４１および永久磁石体ＪＴの極性、永久磁石体ＪＴの角度位置の位相関係などについて説明する。
〔電動発電機の構造についての説明〕
〔電動機〕
電動機Ｍ１は、回転軸１１、固定子１２、回転子１３、およびフレーム２１などを有する。
〔固定子〕
固定子１２は、捲線（コイル）３２を備えた複数の鉄心３１が円周方向に沿って等間隔で配置されたものである。なお、電動機Ｍ１に設けられた鉄心３１を「鉄心ＭＹ」と、発電機Ｇ１に設けられた鉄心３１を「鉄心ＧＹ」と、それぞれ記載することがある。

各鉄心３１は、外形がコ字形またはＵ字形の珪素鋼板を所定の厚さに積層したものであり、中央部に胴部３１１が、その両端に脚部３１２ａ，ｂが設けられた形状である。脚部３１２ａ，ｂの先端は、それぞれ長方形状の端面３１３ａ，ｂとなっており、２つの端面３１３ａ，ｂは、同じ平面上にあって回転軸１１の中心方向を向いた状態である。

捲線３２は、鉄心３１の各脚部３１２ａ，ｂにそれぞれ設けれた２つの捲線３２ａ，ｂを含む。捲線３２ａ，ｂに電流を流すことにより、鉄心３１に磁束および磁界が生じ、電磁石となる。２つの捲線３２ａ，ｂを例えば並列接続とし、鉄心３１内に同じ方向の磁束が生じるように電流を流すことにより、端面３１３ａ，ｂに互いに異なる磁極が形成される。つまり、端面３１３ａ，ｂの一方がＮ極、他方がＳ極となる。

本実施形態では、胴部３１１が軸方向と平行に延びるように、つまり２つの脚部３１２ａ，ｂが軸方向に沿って離れた位置となるような姿勢の１２個の鉄心３１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う鉄心３１同士の中心角が３０度（＝３６０度÷１２）となるように、配置されている。

つまり、各鉄心３１の中心を通りかつ固定子１２の中心つまり回転子１３の回転中心（回転軸１１の軸心）ＫＣを通過する中心線ＬＫが、互いに３０度の中心角をなすようになっている。隣り合う鉄心３１の端面と端面との間隔は、端面の幅とほぼ同じか、または若干狭い。

回転子１３は、鉄心３１の一方の脚部３１２ａに対向するＡ回転子１３ａと、他方の脚部３１２ｂに対向するＢ回転子１３ｂとからなる。これらＡ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとは、一体に回転し、基本的に互いに同じ構造であるので、Ａ回転子１３ａのみについて詳しく説明し、Ｂ回転子１３ｂについては主としてＡ回転子１３ａとの相違点について説明する。

なお、回転子１３の脚部３１２ａの側とＡ回転子１３ａとによって上に述べたＡ電動機ＭＡが構成され、回転子１３の脚部３１２ｂの側とＢ回転子１３ｂとによって上に述べたＢ電動機ＭＢが構成される。
〔Ａ回転子〕
まず、Ａ回転子１３ａは、複数の永久磁石４１が円周方向に沿って等間隔で配置されたものであり、固定子１２と対向した状態で、ここでは脚部３１２ａの端面３１３ａと対向した状態で、回転軸１１とともに回転する。

本実施形態では、８個の永久磁石４１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う永久磁石４１同士の中心角が４５度（＝３６０度÷８）となるように、配置されている。

永久磁石４１は、ネオジム（またはネオジウム）を成分として含んだ磁石（ネオジム磁石）であり、全体として直方体の形状、つまりブロック状に形成されている。直方体の互いに対向する２つの面が磁極面４１１ａ，ｂであり、磁極面４１１ａ，ｂの一方がＮ極、他方がＳ極となってい。

２つの磁極面４１１ａ，ｂのうち、鉄心３１と対向する側を磁極面４１１ａとし、その反対側を磁極面４１１ｂとする。鉄心３１と対向する側の磁極面４１１ａを、「対向磁極面」または「対向磁極面ＴＪ」と記載することがある。

永久磁石４１は、対向磁極面ＴＫが円周の接線方向に対し傾斜角αｊを有するように配置される。

そして、円周方向に隣り合う２つの永久磁石４１が、１組の永久磁石体ＪＴを形成する。つまり、永久磁石４１が８個の場合に、４組の永久磁石体ＪＴが形成される。４組の永久磁石体ＪＴも、円周上に等間隔で、つまり隣り合う永久磁石体ＪＴ同士の中心角が９０度（＝３６０度÷４）となるように、配置されている。

各組の永久磁石体ＪＴにおいて、２つの永久磁石４１は、２つの対向磁極面ＴＫが互いに異なる磁極となるように配置される。しかも、永久磁石体ＪＴにおける２つの対向磁極面ＴＫは、円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように、つまり逆方向に傾斜角αｊを有するように配置される。

本実施形態においては、傾斜角αｊはほぼ４５度である。また、永久磁石４１は、一辺が２５ｍｍ程度の立方体である。なお、鉄心３１の端面３１３ａ，ｂのサイズは、縦（軸方向）、横（周方向）ともに、永久磁石４１の辺の長さとほぼ同じである。

そして、２つの永久磁石４１の２つの磁極面４１１ｂの間には、磁性材料からなるつなぎ鉄心４２が配置されている。つなぎ鉄心４２は、正面の形状が台形であり（図４参照）、その斜面に２つの永久磁石４１の磁極面４１１ｂが接触し、かつその磁力によって吸引されて一体化されている。これによって、永久磁石体ＪＴは、全体が１つの永久磁石となり、その両端に、半径方向外方に向かって傾斜した２つの磁極面４１１ａつまり対向磁極面ＴＫが形成されている。

永久磁石体ＪＴは、つなぎ鉄心４２の中央を通過する線（中心線）ＬＴに対して左右対称である。この中心線ＬＴは、永久磁石体ＪＴの中心線であり、当該永久磁石体ＪＴの回転中心つまり回転子１３の回転中心ＫＣを通過する線である。

また、各永久磁石４１における鉄心３１に最も近い部分、つまり対向磁極面ＴＫの角部である頂点ＴＰを通りかつ回転中心ＫＣを通過する線（磁極線）ＬＵが、図４に示されている。なお、永久磁石４１が立方体であってかつ傾斜角αｊが４５度の場合に、磁極線ＬＵは永久磁石４１の対角線と一致する。

隣り合う２つの磁極線ＬＵの中心角、つまり永久磁石体ＪＴにおける２つの対向磁極面ＴＫの角部である頂点ＴＰを通過する中心線の互いの角度は、上に述べたように４５度である。

なお、本実施形態では、それぞれ１個の永久磁石４１が１個の永久磁石によって構成されるが、複数の永久磁石によって構成されるようにしてもよい。例えば、板状または直方体状の永久磁石を複数枚重ねることにより１個の永久磁石４１を構成してもよい。

また、つなぎ鉄心４２として、傾斜が同じで底辺の長さの異なる複数の台形状のつなぎ鉄心部材を、跳び箱のように積み重ねたものを用いてもよい。また、後述のように、永久磁石体ＪＴの全体を１個の永久磁石で構成してもよい。

なお、これらの永久磁石４１、つなぎ鉄心４２、および永久磁石体ＪＴを支持し、かつ回転軸１１とともに一体的に回転するように連結するために、側板部材４５および中間部材４６などが設けられている。

側板部材４５は、それぞれの永久磁石４１およびつなぎ鉄心４２を軸方向の両側から挟みかつ位置決めするように凹部が設けられた円板状の部材である。中間部材４６は、それぞれの永久磁石４１およびつなぎ鉄心４２が貫通するようにかつそれらの軸方向の中央部を支持するように穴が設けられた円板状の部材である。

側板部材４５および中間部材４６は、非磁性体でありかつ絶縁体である合成樹脂からなっている。

側板部材４５および中間部材４６は、回転軸１１が貫通する円筒状のブシュ４７に固定されている。ブシュ４７は、キー４８によって、回転軸１１と一体に回転する。

なお、これら側板部材４５および中間部材４６の材質および形状などは、上に説明した以外の種々のものとすることが可能である。
〔Ｂ回転子〕
次に、Ｂ回転子１３ｂについて説明する。

Ｂ回転子１３ｂは、上に述べたＡ回転子１３ａの構造と基本的に同じであり、対向磁極面ＴＫの極性が互いに異なる。

すなわち、Ｂ回転子１３ｂ、つまり回転子１３における鉄心３１の脚部３１２ｂに対向する部分は、Ａ回転子１３ａと同様に、複数の永久磁石４１が円周方向に沿って等間隔で配置されたものであり、固定子１２と対向した状態で、ここでは脚部３１２ｂの端面３１３ｂと対向した状態で、回転軸１１とともに回転する。

また、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとは、正面方向、つり回転軸１１に沿った方向から見たときに、永久磁石４１および永久磁石体ＪＴの配置が互いに一致して一直線上に重なるのであり、したがって、それぞれの中心線ＬＴも互いに一致して重なる。

つまり、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとにおいて、永久磁石４１および永久磁石体ＪＴの配置については、円周方向つまり回転方向においては同じ角度位置に同じ部材が配置されており、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとの間に位相差はない。

しかし、永久磁石４１における磁極の極性は、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとで互いに異なる（つまり逆である）。

つまり、鉄心３１における端面３１３ａの磁極と端面３１３ｂの磁極とは極性が互いに異なるので（つまり逆であるので）、永久磁石４１における磁極の極性は、Ａ回転子１３ａとＢ回転子１３ｂとで互いに異なる。例えば、Ａ回転子１３ａにおける対向磁極面ＴＫがＮ極の場合に、Ｂ回転子１３ｂにおける対向磁極面ＴＫはＳ極である。

なお、対向磁極面ＴＫなどの極性については、後で詳しく説明する。

また、Ｂ回転子１３ｂに設けられた側板部材４５および中間部材４６などは、Ａ回転子１３ａと共通のブシュ４７に固定されており、これによって、Ａ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂの円周方向の互いの位置決めがなされ、かつ一体的に回転する。
〔発電機〕
次に、発電機Ｇ１について説明する。

発電機Ｇ１は、上に述べたように電動機Ｍ１の構造と基本的に同じである。

すなわち、発電機Ｇ１は、回転軸１１、固定子１６、回転子１７、およびフレーム２１などを有する。回転軸１１およびフレーム２１は、電動発電機１の全体において共通である。

固定子１６は、電動機Ｍ１の固定子１２と同様に、捲線３２を備えた１２個の鉄心３１が、円周上に等間隔で、つまり隣り合う鉄心３１同士の中心角が３０度となるように、配置されている。

回転子１７は、固定子１６の鉄心３１の一方の脚部３１２ａに対向するＡ回転子１７ａと、他方の脚部３１２ｂに対向するＢ回転子１７ｂとからなり、これらは電動機Ｍ１の回転子１３と基本的に同じ構造である。また、これらＡ回転子１７ａとＢ回転子１７ｂとは、一体に回転し、基本的に互いに同じ構造である。

なお、図１〜図５に示した回転子１３、１７の回転角度位置は、回転が停止した状態における一例を示すものである。

また、電動機Ｍ１における回転子１３は本発明の「第１の回転子」の、発電機Ｇ１における回転子１７は本発明の「第２の回転子」の、それぞれ一例を示すものである。

また、図１〜図５において説明した電動発電機１において、鉄心３１の個数または配置、永久磁石４１の個数または配置、永久磁石体ＪＴの構成または配置などは、種々変更することが可能である。
〔永久磁石の極性などについての説明〕
〔第１実施例、８極電動機−８極発電機〕
図６、図７、図８、図９には、回転子１３、１７の永久磁石体ＪＴにより形成される磁極が８極である場合の、図１のＡＡ−ＡＡ線、ＢＢ−ＢＢ線、ＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が、第１実施例として示されている。

つまり、図６には電動機Ｍ１のＡ回転子１３ａにおける磁極の極性が示され、図７には電動機Ｍ１のＢ回転子１３ｂにおける磁極の極性が示されている。また、図８には発電機Ｇ１のＡ回転子１７ａにおける磁極の極性が示され、図９には発電機Ｇ１のＢ回転子１７ｂにおける磁極の極性が示されている。これらの図は、Ａ回転子１３ａ、Ｂ回転子１３ｂ、Ａ回転子１７ａ、およびＢ回転子１７ｂが、互いに同じ時刻における回転角度位置の状態を示すものであり、これらは周方向における相対位置関係を維持した状態で同時に回転する。

なお、図６〜図９において、固定子１２、１６については、いずれも１２個の鉄心３１が等間隔に配置された場合が示されている。

なお、これらの図は、主として磁極の極性および回転角度位置を説明するものであるので、構造などについての詳しい図示は省略されている。

まず、図６において、１２個の鉄心３１の中心線ＬＫは、互いにβ１（＝３０度）の中心角をなす。８個の永久磁石４１の位置を示す磁極線ＬＵは、互いにβ２（＝４５度）の中心角をなす。永久磁石体ＪＴの中心線ＬＴは、互いにβ３（＝９０度）の中心角をなす。

また、図２、図４、図５、図６〜図９においては、捲線３２に電流を流すことなく、かつ回転軸１１に外部からの回転力を与えることのない自由状態において、回転子１３，１７が取り得る回転角度位置の１つの状態が示されている。

図に示す状態では、永久磁石４１の各頂点ＴＰは、鉄心３１の端面３１３ａの端縁に極く近い位置にある。そして、電動機Ｍ１では、永久磁石体ＪＴにおける２つの頂点ＴＰは、隣り合う鉄心３１における２つの端面３１３ａの互いに遠い側の端縁の極く近くにある。発電機Ｇ１では、永久磁石体ＪＴにおける２つの頂点ＴＰは、１つの鉄心３１を挟んで配置された２つの鉄心３１における２つの端面３１３ａの互いに近い側の端縁の極く近くにある。つまり、発電機Ｇ１では、永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫが鉄心３１の端面３１３ａとそれぞれ対面する状態である。

発電機Ｇ１におけるこの状態は、各永久磁石体ＪＴにとって鉄心３１との間の吸引力が強くなる状態であり、かつ４組の永久磁石体ＪＴの全体についても鉄心３１との間の吸引力が強くなる状態である。なお、後で説明するように、回転子１３，１７が自由状態において実際に停止する位置は、回転子１３，１７の永久磁石体ＪＴと鉄心３１との間の総合的な吸引力の強さによる。

さて、図６〜図９において、１２個の鉄心３１、８個の永久磁石４１、および４個の永久磁石体ＪＴについて、個々を識別するための符号が付されている。

すなわち、周方向に連続して隣り合う３つの鉄心３１を１組の鉄心群とすると、１〜４の４組の鉄心群に区画される。また、各組みの鉄心群について、３つの鉄心３１を、図の左回りに、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相とする。

そして、最上位置にある鉄心３１を「ＹＡ１」とし、左回りに、「ＹＢ１」「ＹＣ１」とする。次に、「ＹＡ２」「ＹＢ２」「ＹＣ２」とし、さらに、「ＹＡ３」「ＹＢ３」「ＹＣ３」、「ＹＡ４」「ＹＢ４」「ＹＣ４」とする。各符号の最初の「Ｙ」は「鉄心」を表す。

永久磁石体ＪＴについては、最上位置にある永久磁石体ＪＴを「Ｅ１」とし、左回りに、「Ｅ２」、「Ｅ３」、「Ｅ４」とする。

永久磁石４１については、各永久磁石体ＪＴの符号に、対向磁極面ＴＫの極性を追加して、「Ｅ１Ｎ」「Ｅ１Ｓ」、「Ｅ２Ｎ」「Ｅ２Ｓ」、「Ｅ３Ｎ」「Ｅ３Ｓ」、「Ｅ４Ｎ」「Ｅ４Ｓ」とする。

捲線３２については、Ａ電動機ＭＡに設けられる捲線３２を「ＭＣＡ」と記載することがある。同様に、Ｂ電動機ＭＢ、Ａ発電機ＧＡ、Ｂ発電機ＧＢに設けられる捲線３２を、それぞれ、「ＭＣＢ」、「ＧＣＡ」、「ＧＣＢ」と記載することがある。

また、「ＹＡ１」の鉄心３１に巻かれた捲線３２を「ＣＡ１」、「ＹＢ１」の鉄心３１に巻かれた捲線３２を「ＣＢ１」などと記載することがある。

まず、図６〜図９において、それぞれ８個の永久磁石４１は、対向磁極面ＴＫにおいてＮ極とＳ極とが交互に表れるように配置される。そして、図６のＡ回転子１３ａと図７のＢ回転子１３ｂ、図８のＡ回転子１７ａと図９のＢ回転子１７ｂとでは、それぞれ極性が互いに逆である。

次に、図６および図７に示す電動機Ｍ１のＡ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂにおいて、８個の永久磁石４１は、円周方向に隣り合う２つの永久磁石体ＪＴ（Ｅ１〜４）における互いに近接する側の２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに異なっている。

すなわち、図６のＡ回転子１３ａにおいて、例えば円周方向に隣り合う２つの永久磁石体Ｅ１、Ｅ２では、互いに近接する側の２つの永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ２Ｎの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＳ極、Ｎ極であり、互いに異なっている。また、永久磁石体Ｅ１、Ｅ４では、２つの永久磁石Ｅ１Ｎ、Ｅ４Ｓの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＮ極、Ｓ極であり、互いに異なっている。

また、図７のＢ回転子１３ｂにおいて、例えば円周方向に隣り合う２つの永久磁石体Ｅ１、Ｅ２では、互いに近接する側の２つの永久磁石Ｅ１Ｎ、Ｅ２Ｓの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＮ極、Ｓ極であり、互いに異なっている。また、永久磁石体Ｅ１、Ｅ４では、２つの永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ４Ｎの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＳ極、Ｎ極であり、互いに異なっている。

したがって、Ａ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂにおいては、それぞれ８個の永久磁石４１によって、互いに同じ位置に８つの磁極が形成されており、８極ということになる。

また、図６および図７において、最上位置にある鉄心ＹＡ１に対向する永久磁石体Ｅ１について見ると、鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石体Ｅ１の中心線ＬＴとのなす中心角は、いずれもγ２である。ここで、γ２は、
γ２＝（β２／２）−γ１
＝（β１／２）
である。上に述べたように、β１＝３０度、β２＝４５度であるから、
γ１＝７．５度
γ２＝１５度
となる。

つまり、電動機Ｍ１において、自由状態では、鉄心３１に対向する永久磁石４１は、その位置（磁極線ＬＵの位置）が鉄心３１の中心線ＬＫよりもγ１＝７．５度ずれた位置にある、ということである。

しかも、永久磁石体ＪＴにおける右側の永久磁石４１については、鉄心３１の中心線ＬＫの右側（マイナス側）へ７．５度、左側の永久磁石４１については中心線ＬＫの左側（プラス側）へ７．５度、それぞれずれた位置である。

また、電動機Ｍ１において、自由状態では、鉄心３１に対向する永久磁石体ＪＴは、その中心線ＬＴが鉄心３１の中心線ＬＫよりもγ２＝１５度ずれた位置にある、つまり２つの鉄心３１の中心線ＬＴの丁度中間位置にある、ということである。

次に、図８および図９に示す発電機Ｇ１のＡ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂにおいて、８個の永久磁石４１は、円周方向に隣り合う２つの永久磁石体ＪＴ（Ｅ１〜４）における互いに近接する側の２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに異なっている。

すなわち、図８のＡ回転子１７ａにおいて、例えば円周方向に隣り合う２つの永久磁石体Ｅ１、Ｅ２では、互いに近接する側の２つの永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ２Ｎの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＳ極、Ｎ極であり、互いに異なっている。また、永久磁石体Ｅ１、Ｅ４では、２つの永久磁石Ｅ１Ｎ、Ｅ４Ｓの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＮ極、Ｓ極であり、互いに異なっている。

また、図９のＢ回転子１７ｂにおいて、例えば円周方向に隣り合う２つの永久磁石体Ｅ１、Ｅ２では、互いに近接する側の２つの永久磁石Ｅ１Ｎ、Ｅ２Ｓの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＮ極、Ｓ極であり、互いに異なっている。また、永久磁石体Ｅ１、Ｅ４では、２つの永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ４Ｎの対向磁極面ＴＫの磁極は、それぞれＳ極、Ｎ極であり、互いに異なっている。

したがって、Ａ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂにおいては、それぞれ８個の永久磁石４１によって、互いに同じ位置に８つの磁極が形成されており、８極ということになる。

また、図８および図９において、最上位置にある鉄心ＹＡ１に対向する永久磁石体Ｅ１について見ると、鉄心ＹＡ１の中心線ＬＫと永久磁石体Ｅ１の中心線ＬＴとのなす中心角は、いずれもγ２である。ここで、γ２は、
γ２＝β１
である。つまり、中心線ＬＴは、１つ隣の鉄心ＹＣ４の中心線ＬＫと一致する。上に述べたように、β１＝３０度であるから、
γ２＝３０度
となる。

つまり、図８および図９に示すように、発電機Ｇ１において、自由状態では、鉄心３１に対向する永久磁石体ＪＴは、その中心線ＬＴが、２つの永久磁石４１の対向する２つの鉄心３１の間にある鉄心３１の中心線ＬＫと一致する、ということである。

なお、磁極線ＬＵの位置は、中心線ＬＫよりもγ１＝７．５度ずれた位置にあり、これについては変更はない。
〔電動機と発電機の回転子の回転位置の位相関係〕
次に、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７との回転角度位置についての位相関係を説明する。

電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とでは、同じ角度位置に配置された鉄心３１に対して、回転子１３と回転子１７とが一体に回転するものであるから、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とにおける中心角γ１，γ２の相違は、回転中においても常に保持される。したがって、中心角γ１，γ２は、図６〜図９に示した状態における中心角を示すものではあるが、γ１，γ２で示される中心角を「位相角」と記載することがある。

なお、電動機Ｍ１における中心角（位相角）γ１，γ２については、中心角（位相角）γ１Ｍ，γ２Ｍと記載し、発電機Ｇ１における中心角（位相角）γ１，γ２については、中心角（位相角）γ１Ｇ，γ２Ｇと記載して、両者を区別することがある。

図６と図８、図７と図９をそれぞれ較べると分かるように、電動機Ｍ１の回転子１３に含まれる各組の永久磁石体ＪＴにおける回転中心を通る中心線ＬＴの当該電動機Ｍ１の固定子１２に含まれる鉄心３１に対する位相角である第１の位相角γ２Ｍと、発電機Ｇ１の回転子１７に含まれる各組の永久磁石体ＪＴにおける回転中心を通る中心線ＬＴの当該発電機Ｇ１の固定子１６に含まれる鉄心３１に対する位相角である第２の位相角γ２Ｇとが、互いにずれた状態で、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とが一体的に回転するように連結されている。

つまり、上に述べたように、図６および図７に示される第１の位相角γ２（γ２Ｍ）は１５度であり、図８および図９に示される第２の位相角γ２（γ２Ｇ）は３０度である。また、第１の位相角γ２と第２の位相角γ２とでは方向が逆であるので、これらの位相差は、１５＋３０＝４５度である。

つまり、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とは、永久磁石体ＪＴの位置（中心線ＬＴ）が４５度の位相差を持つように連結され、その状態で回転することとなっている。

なお、電動機Ｍ１についての図６、図７と発電機Ｇ１についての図８、図９とを較べると分かるように、同じ位置の永久磁石４１に対して、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とでは、つなぎ鉄心４２の設けられる位置が互いに４５度ずれており、これからも永久磁石体ＪＴの位相差が４５度であることが理解できる。

このように、永久磁石体ＪＴの位相角について、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１との間で異ならせることによって、鉄心３１と永久磁石４１との吸引力によるディテントトルクが、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とで互いに打ち消し合い、全体のディテントトルクが大幅に低減されることとなる。

なお、図６、図７と図８、図９とを比較すると分かるように、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とは、永久磁石４１および永久磁石体ＪＴの配置に関して、鉄心ＹＡ１に対向する永久磁石４１の磁極線ＬＵを対称線として、線対称の関係にある。

つまり、これらの図では、鉄心ＹＡ１の中心線ＬＴから７．５度ずれた磁極線ＬＵを中心線として、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とが、互いに鏡像の関係にある。

言い換えれば、例えば図６または図７における当該磁極線ＬＵを中心線として、回転子１３の永久磁石体ＪＴの配置を左右反転すると、図８または図９における回転子１７の永久磁石体ＪＴの配置と一致する。

電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とをこのように配置することにより、鉄心３１と永久磁石４１との吸引力によるディテントトルクが、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とで互いに打ち消し合い、または低減されることとなり、ディテントトルクが全体として大幅に低減される。

ディテントトルクが低減されることにより、電動発電機１の効率が向上する。

なお、電動発電機１においてディテントトルクが低減される理由は次のように推測される。

図６および図７に示すＡ回転子１３ａおよびＢ回転子１３ｂ、つまり回転子１３において、各永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫと、それらが対向する２つの鉄心３１との間で吸引力が働き、この吸引力がディテントトルクとなる。図６および図７に示す位置は、自由状態における回転子１３の安定位置の１つである。回転子１３は、左右いずれの方向においても、鉄心３１の配置ピッチβ１である３０度回転する毎に、同じ状態となって安定する可能性がある。

また、図８および図９に示すＡ回転子１７ａおよびＢ回転子１７ｂにおいて、各永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫと、それらが対向する２つの鉄心３１との間で吸引力が働き、この吸引力がディテントトルクとなる。図８および図９に示す位置は、自由状態における回転子１７の安定位置の１つである。

ところで、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とは、上に述べたように、永久磁石体ＪＴの位相差が４５度である。しかし、ディテントトルクの発生源である鉄心３１と永久磁石４１との間の吸引力について見ると、３０度毎に同じ状態となり、３０度を１周期として、ディテントトルクの大きさと方向についての変化が繰り返される。したがって、ディテントトルクの変化については、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７との位相差は１５度（４５度−３０度）である。

そうすると、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１の回転子１７とは、永久磁石４１によるディテントトルクの変化について、互いに逆の位相であるということになり、それぞれのディテントトルクが互いに打ち消し合って、合成されたディテントトルクはゼロになるか、または大幅に低減される。つまり、自由状態において、回転軸１１にはディテントトルクが作用することなく、回転軸１１は手で容易に回転させることができる状態となる。

したがって、電動機Ｍ１の回転子１３および発電機Ｇ１の回転子１７は、自由状態において、図６〜９に示す角度位置に特定されることなく、どのような角度位置でも静止可能ということになる。

したがって、回転子１３，１７の永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫの磁力の強さ、鉄心３１との間隙の大きさなどを適宜選択して設計することにより、自由状態における停止位置を所望の位置とすることが可能である。
〔第２実施例、８極電動機−４極発電機〕
上に述べた第１実施例の電動発電機１において、発電機Ｇ１は、永久磁石体ＪＴにより形成される磁極が８極であった。ここで述べる第２実施例の電動発電機１Ｂでは、永久磁石体ＪＴにより形成される磁極が４極である発電機Ｇ１Ｂが用いられる。

つまり、ここでの電動発電機１Ｂは、電動機Ｍ１および発電機Ｇ１Ｂを備え、それらの回転軸１１が共通に設けられている。なお、電動機Ｍ１は上に述べたのと同じ８極のものである。

発電機Ｇ１Ｂでは、上に述べた発電機Ｇ１と較べて、同じ回転速度に対する出力の周波数が２分の１となる。したがって、８極の発電機Ｇ１では周波数が高過ぎる場合に、４極の発電機Ｇ１Ｂを用いた電動発電機１Ｂが用いられる。

図１０、図１１には、発電機Ｇ１Ｂの回転子１７の永久磁石体ＪＴにより形成される磁極が４極である場合の、図１のＣＣ−ＣＣ線、ＤＤ−ＤＤ線の各位置における断面矢視図が示されている。

つまり、図１０には第２実施例の発電機Ｇ１ＢのＡ発電機ＧＡＢを構成するＡ回転子１７Ｂａにおける磁極の極性が示され、図１１には発電機Ｇ１ＢのＢ発電機ＧＢＢを構成するＢ回転子１７Ｂｂにおける磁極の極性が示されている。

なお、図１０、図１１において、図８、図９に示す要素と同様な要素については同じ符号を付し、または同じ符号に符号「Ｂ」を追加して示し、その説明を省略しまたは簡略化する。第３実施例以降においても、符号「Ｃ」「Ｄ」などとすることはあるが同様である。

ここに示す４極の発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂと、先に説明した８極の発電機Ｇ１の回転子１７とでは、つなぎ鉄心４２の配置および対向磁極面ＴＫの極性が相違する。

すなわち、図８、図９と図１０、図１１とを比較すれば分かるように、回転子１３と回転子１７Ｂとでは、つなぎ鉄心４２が配置された角度位置が互いに４５度ずれており、これによって永久磁石体ＪＴの角度位置に４５度のずれがある。

ただし、永久磁石４１の配置については、回転子１３および回転子１７Ｂについて、永久磁石４１が配置された角度位置は互いに一致しており、一直線上に重なる。

換言すれば、電動機Ｍ１の回転子１３および発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂは、電動機Ｍ１の回転子１３に含まれる全部の永久磁石体ＪＴにより形成される磁極の極数である第１の極数ＮＰ１と、発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂに含まれる全部の永久磁石体ＪＴにより形成される磁極の極数である第２の極数ＮＰ２とが、互いに異なるように、永久磁石体ＪＴにおける対向磁極面ＴＫの磁極が配置されている。

つまり、発電機Ｇ１Ｂの回転子１７Ｂにおいて、円周方向に隣り合う２つの永久磁石体ＪＴにおける互いに近接する側の２つの対向磁極面ＴＫの磁極が、互いに同じとなっている。

そして、回転子１３に含まれる各組の永久磁石体ＪＴにおける位相角である第１の位相角と、回転子１７Ｂに含まれる各組の永久磁石体ＪＴにおける位相角である第２の位相角とが、互いに同じ状態で、回転子１３と回転子１７Ｂとが一体的に回転するように連結されている。

すなわち、回転子１３において、円周上に配置された８ｎ（ｎは整数）個の永久磁石４１によって４ｎ個の永久磁石体ＪＴが形成され、円周方向に隣り合う２つの永久磁石体ＪＴにおける互いに近接する側の２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに異なっており、これによって８ｎ極の磁極が形成されている。

また、回転子１７Ｂにおいて、円周上に配置された８ｍ（ｍは整数）個の永久磁石４１によって４ｍ個の永久磁石体ＪＴが形成され、円周方向に隣り合う２つの永久磁石体ＪＴにおける互いに近接する側の２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに同じとなっており、これによって４ｍ極の磁極が形成されている。

なお、図１０、図１１に示す例では、ｎ、ｍともに１である。

また、回転子１７Ｂは、互いに一体に回転するＡ回転子１７ＢａとＢ回転子１７Ｂｂとを含む。Ａ回転子１７ＢａとＢ回転子１７Ｂｂとは、対向磁極面ＴＫの極性が互いに異なるが、基本的な構造は同じである。

具体的には、図１０の回転子１７Ｂａにおいて、例えば円周方向に隣り合う永久磁石体Ｅ１、Ｅ２では、互いに近接する側の２つの永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ２Ｓの対向磁極面ＴＫの磁極は、いずれもＳ極であり、互いに同じである。また、永久磁石体Ｅ１、Ｅ４では、２つの永久磁石Ｅ１Ｎ、Ｅ４Ｎの対向磁極面ＴＫの磁極は、いずれもＮ極であり、互いに同じである。

したがって、回転子１７Ｂａにおいては、永久磁石Ｅ１Ｓ、Ｅ２ＳによってＳ極、永久磁石Ｅ２Ｎ、Ｅ３ＮによってＮ極、永久磁石Ｅ３Ｓ、Ｅ４ＳによってＳ極、永久磁石Ｅ４Ｎ、Ｅ１ＮによってＮ極が、それぞれ形成され、極数（第２の極数ＮＰ２）は４となる。なお、これらの磁極の位置は、隣り合う永久磁石体ＪＴの中間位置であり、各永久磁石体ＪＴの磁極線ＬＵに対して４５度ずれた位置である。

なお、回転子１７Ｂａと回転子１７Ｂｂとでは、極性が互いに逆である。

電動発電機１Ｂにおいても、永久磁石体ＪＴの位相角について、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１との間で異なっており、鉄心３１と永久磁石４１との吸引力によるディテントトルクが、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１とで互いに打ち消し合うこととなり、ディテントトルクが低減されることとなる。

ところで、ディテントトルクを低減するには、鉄心３１と永久磁石４１との吸引力によるディテントトルクが、電動機Ｍ１の回転子１３と発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂの回転子１７，１７Ｂとで互いに打ち消し合うように、磁極を配置すればよい。

したがって、図６〜図１１に示した以外に、例えば次のような磁極の配置としてもよい。
（１） 電動機Ｍ１については図６、図７に示すようにし、発電機Ｇ１については、永久磁石体ＪＴを図８、図９に示す配置とし、かつ、対向磁極面ＴＫの極性を、互いに近接する側の２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの磁極を同じにする。つまり、この場合には、発電機Ｇ１の回転子１７の極数（第２の極数ＮＰ２）が４となる。
（２） 電動機Ｍ１については図６、図７に示すようにし、発電機Ｇ１Ｂについては、回転子１７Ｂの位相角を、図１０、図１１に示す位置よりも左右のいずれかに４５度ずらせる。つまり、この場合は、回転子１７Ｂの永久磁石体ＪＴの配置は図８、図９に示すとおりとなり、その永久磁石体ＪＴの互いに近接する２つの永久磁石４１の対向磁極面ＴＫの極性を同じにしたものとなる。

なお、回転子１３，１７，１７Ｂの位相角を変更するには、例えば、回転軸１１に対する取り付け角度位置を変更すればよい。そのためには、例えば各回転子１３，１７，１７Ｂに対するキー４８の角度位置を変更すればよい。

また、回転子１３，１７，１７Ｂなどの位相角（回転角度位置）は、固定子１２，１６の鉄心３１に対する相対角度位置であるから、回転子１３，１７，１７Ｂの角度位置を変更することに代えて、またはこれとともに、固定子１２，１６の鉄心３１の配置（位相角）を変更してもよい。

また、上の実施形態では、電動機Ｍ１と発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂとの間でディテントトルクを打ち消すようにしたが、電動機Ｍ１または発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂのそれぞれの内部においてディテントトルクを打ち消すように、複数の回転子１３，１７，１７Ｂまたは鉄心３１の配置、磁極、位相角などを設定してもよい。
〔第３実施例、８極電動機−８極発電機〕
次に、第３実施例の電動発電機１Ｃについて説明する。第３実施例の電動発電機１Ｃは、電動機Ｍ１Ｃおよび発電機Ｇ１Ｃを備える。

図１２には、電動機Ｍ１ＣのＡ回転子１３Ｃａにおける磁極の極性が示され、図１３には電動機Ｍ１ＣのＢ回転子１３Ｃｂにおける磁極の極性が示されている。また、図１４には発電機Ｇ１ＣのＡ回転子１７Ｃａにおける磁極の極性が示され、図１５には発電機Ｇ１ＣのＢ回転子１７Ｃｂにおける磁極の極性が示されている。これらの図は、互いに同じ時刻における回転角度位置の状態を示すものであり、周方向における相対位置関係を維持した状態で一体で回転する。

図１２および図１３に示されるように、第３実施例の電動機Ｍ１Ｃは、第１実施例の電動機Ｍ１と同じ構造である。ただし、回転子１３Ｃは、自由状態において、それぞれの永久磁石体ＪＴにおける少なくとも１つの対向磁極面ＴＫの少なくとも一部が、鉄心３１の端面とそれぞれ対面する状態で停止するようになっている。

つまり、それぞれの永久磁石体ＪＴにおいて、２つの対向磁極面ＴＫにおける鉄心３１に近い側の角部であるそれぞれの頂点ＴＰが、回転子１３Ｃの回転方向後方の対向磁極面ＴＫの頂点ＴＰについては、対面する鉄心３１の端面における回転子１３Ｃの回転方向前方側の端縁部に位置し、回転子１３Ｃの回転方向前方の対向磁極面ＴＫの頂点ＴＰについては、対面する鉄心３１の端面における回転子１３Ｃの回転方向後方側の端縁部に位置した状態で、停止するようになっている。

換言すれば、固定子１２において、１２個の鉄心３１が隣り合う鉄心同士の中心角が３０度で配置されており、回転子１３Ｃにおいて、円周上に配置された８個の永久磁石４１によって４個の永久磁石体ＪＴが形成され、８個の永久磁石４１の８個の頂点ＴＰは頂点同士の中心角が４５度で配置されており、各永久磁石体ＪＴにおける２つの対向磁極面ＴＫは、１つの鉄心３１を挟んで配置された２つの鉄心３１の端面とそれぞれ対面する状態で停止するようになっている。

図１２および図１３には、それぞれの頂点ＴＰを通りかつ回転中心ＫＣを通過する磁極線ＬＵが示されている。隣り合う２つの磁極線ＬＵの中心角は、上に述べたように４５度である。

永久磁石体ＪＴの中心線ＬＴは、鉄心３１の中心線ＬＫと一致しており、最上位置にある永久磁石体ＪＴ（Ｅ１）の中心線ＬＴは、最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫから左方向にγ２＝３０度ずれた位置にある、ということである。

つまり、第３実施例の回転子１３Ｃは、図６に示す第１実施例の回転子１３よりも左方向に１５度回転した位置で停止していることとなる。

この状態では、最上位置にある永久磁石体ＪＴ（Ｅ１）の回転方向後方の対向磁極面ＴＫの頂点ＴＰを通る磁極線ＬＵは、最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫから左方向にγ１＝７．５度ずれた位置にある。この場合に、図で分かるように、頂点ＴＰは、鉄心３１の端面における回転方向後方側の端縁に丁度位置した状態であり、各永久磁石体ＪＴの各対向磁極面ＴＫは、鉄心３１の端面とそれぞれ対面する状態で停止するようになっている。

回転子１３Ｃにおいて、各永久磁石体ＪＴの各対向磁極面ＴＫが鉄心３１の端面とそれぞれ対面する状態では、鉄心３１と永久磁石体ＪＴとの吸引力によるディテントトルクが大きいといえる。

図１４および図１５に示されるように、第３実施例の発電機Ｇ１Ｃは、軸方向から見た形状が矩形であって、円周の接線方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が形成された８個の永久磁石５１が用いられる。つまり、各永久磁石５１として、永久磁石体ＪＴに用いられる永久磁石４１とほぼ同じ直方体の形状の永久磁石５１がそのまま用いられる。

最上位置にある永久磁石５１を「Ｆ１」とし、右回りに、「Ｆ２」、「Ｆ３」、「Ｆ４」…、「Ｆ８」とする。また、いずれかの永久磁石Ｆ１〜Ｆ８を「永久磁石Ｆ」ということがある。

８個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ８は、この順に、円周方向に沿って等間隔で配置されている。つまり、永久磁石Ｆ１〜Ｆ８の各中心線ＬＴは、互いにβ４（＝４５度）の中心角をなす。最上位置にある永久磁石Ｆ１の中心線ＬＴは、最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫから右方向にγ２＝１５度ずれた位置にある。つまり、８個の永久磁石Ｆ１〜Ｆ８のうち、１つ置きの４個の永久磁石Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７は、鉄心３１と鉄心３１との間に位置し、他の４個の永久磁石Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８は、鉄心３１の端面と対面した位置にある。

それぞれの永久磁石Ｆは、円周方向に隣り合う永久磁石Ｆにおいて対向する磁極面の磁極の極性が互いに同じとなるように配置されている。また、各永久磁石５１の磁極面の端縁は、鉄心３１の端縁とほぼ一致した位置にある。したがって、回転子１７Ｃについては、この状態において、鉄心３１と永久磁石Ｆとの吸引力によるディテントトルクは大きいものとなる。

電動発電機１Ｃでは、電動機Ｍ１Ｃおよび発電機Ｇ１Ｃのいずれの回転子１３Ｃ，１７Ｃにおいても図１２〜図１５に示す状態でディテントトルクが最も大きくなる。または、回転子１３Ｃ，１７Ｃについて合成されたディテントトルクが最も大きくなる。その結果、自由状態において、図に示す状態で停止する。

したがって、図１２〜図１５に示す停止状態から起動する際に、電動機Ｍ１Ｃの各永久磁石体ＪＴの回転方向後方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で反発力が作用するように、回転方向前方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で吸引力が作用するように、各鉄心３１の捲線３２に電流を流して磁化することによって、回転子１３Ｃは大きな回転トルクを得て円滑に回転を開始することができる。起動した後は、回転トルクが維持されるように、永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫの回転位置に応じたタイミングで捲線３２に流す電流を切り替えればよい。

電動発電機１Ｃが起動し定常回転となった後で、捲線３２に流す電流をオフにすれば、回転子１３Ｃ，１７Ｃは図１２〜図１５に示す状態で停止する。この状態において、磁気的な吸引力によって静止トルクが作用し、自由状態における回転子１３Ｃ，１７Ｃの角度位置が保持される。

上に述べた例では、各永久磁石４１の頂点ＴＰの位置が鉄心３１の端縁とほぼ一致しており、対向磁極面ＴＫは鉄心３１の端面とほぼ全面的に対面した状態の場合を説明した。この場合は、起動の最初における回転トルクが最大となって円滑な起動に寄与する。しかし、各永久磁石体ＪＴにおける２つの対向磁極面ＴＫのうち、いずれか一方のみが鉄心３１の端面と対面するような状態でもよく、また、両方またはいずれか一方の対向磁極面ＴＫの一部が鉄心３１の端面と対面するような状態でも、十分な回転トルクが得られれば円滑な起動が可能である。

また、自由状態で回転子１３Ｃが図１２〜図１５に示す位置となりさえすれば、ディテントトルクはできるだけ小さい方が起動電流が少なく、起動が容易である。したがって、永久磁石体ＪＴの対向磁極面ＴＫ、永久磁石５１、鉄心３１の端面などの寸法および形状などを種々選択し、最適の起動特性が得られるようにすればよい。

また、上に述べた例では、８極の電動機Ｍ１Ｃとしたが、これ以外の極数、例えば４極、１２極、または次に述べるような１６極などとしてもよい。また、発電機Ｇ１Ｃとして、永久磁石５１の個数、配置、磁極の向き、寸法、形状など、種々変更することも可能である。

このように、電動機Ｍ１Ｃと発電機Ｇ１Ｃとの組み合わせを種々に変更することが可能であり、回転子１３Ｃ，１７Ｃまたは鉄心３１の配置、磁極、位相角などを種々設定してもよい。また、電動機Ｍ１Ｃを単体として用いてもよい。
〔第４実施例、１６極電動機−８極発電機〕
次に、第４実施例の電動発電機１Ｄについて説明する。第４実施例の電動発電機１Ｄは、電動機Ｍ１Ｄおよび発電機Ｇ１Ｄを備える。

図１６には、電動機Ｍ１ＤのＡ回転子１３Ｄａにおける磁極の極性が示されている。また、図１７には発電機Ｇ１ＤのＡ回転子１７Ｄａにおける磁極の極性が示されている。なお、動機Ｍ１ＤのＢ回転子１３Ｄｂおよび発電機Ｇ１ＤのＢ回転子１７Ｄｂについては、他の実施形態と同様の関係にあるので、ここでの説明は省略する。

図１６に示されるように、第４実施例の電動機Ｍ１Ｄの回転子１３Ｄは、８個の永久磁石体ＪＴＤを備え、それらが円周上に等間隔で、つまり隣り合う永久磁石体ＪＴＤ同士の中心角が４５度となるように配置されている。

各永久磁石体ＪＴＤは、２個の永久磁石４１Ｄと１個のつなぎ鉄心４２Ｄとによって構成される。各永久磁石体ＪＴＤにおいて、２つの永久磁石４１Ｄは、対向磁極面ＴＫが互いに異なる磁極となるように配置される。しかも、２つの対向磁極面ＴＫは、円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように、つまり逆方向に傾斜角αｊを有するように配置される。本実施例においては、傾斜角αｊはほぼ６０度である。つなぎ鉄心４２Ｄは、正面の形状が三角形である。

永久磁石体ＪＴＤの磁極は、円周方向に隣り合う永久磁石体ＪＴＤ同士の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに異なっている。

図１７に示されるように、第４実施例の発電機Ｇ１Ｄの回転子１３Ｄは、電動機Ｍ１Ｄと同様な構造の８個の永久磁石体ＪＴＤを備える。ただし、永久磁石体ＪＴＤの磁極は、円周方向に隣り合う永久磁石体ＪＴＤ同士の対向磁極面ＴＫの磁極が互いに同じとなっている。

電動機Ｍ１Ｄおよび発電機Ｇ１ＣＤにおいて、図１６および図１７に示す状態で、回転子１３Ｄ，１７Ｄについて合成されたディテントトルクが最も大きくなる。その結果、回転子１３Ｄは、自由状態において、図１６に示す状態、つまり回転子１３Ｄにおけるそれぞれの永久磁石体ＪＴＤにおける少なくとも１つの対向磁極面ＴＫの少なくとも一部が、鉄心３１の端面とそれぞれ対面する状態で停止するようになっている。

この状態において、回転子１３Ｄａの最上位置にある永久磁石体ＪＴＤの中心線ＬＴは、最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫから左方向にγ２＝１７．５度ずれた位置にある。また、回転子１７Ｄａの最上位置にある永久磁石体ＪＴＤの中心線ＬＴは、最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫから右方向にγ２＝５度ずれた位置にある。つまり、回転子１３Ｄａと回転子１７Ｄａとでは、永久磁石体ＪＴＤの中心線ＬＴの位置の互いのずれ（位相差）は、１７．５＋５＝２２．５度である。

したがって、この第４実施例においても、第３実施例の場合と同様に、図１６に示す停止状態から起動する際に、電動機Ｍ１Ｄの各永久磁石体ＪＴＤの回転方向後方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で反発力が作用するように、回転方向前方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で吸引力が作用するように、各鉄心３１の捲線３２に電流を流して磁化することによって、回転子１３Ｄは大きな回転トルクを得て円滑に回転を開始することができる。

なお、自由状態における回転子１３Ｄの位置としては、回転子１３Ｄにおける対向磁極面ＴＫの少なくとも一部が鉄心３１の端面と対面する状態で停止するのであれば、図１６に示す位置と異なっていてもよい。
〔永久磁石体の構成について〕
上に述べた各実施例においては、２個の永久磁石４１，４１Ｄと１個のつなぎ鉄心４２，４２Ｄとによって永久磁石体ＪＴを構成した。しかし、永久磁石体ＪＴは、その磁気を利用して回転トルクを得るものであるから、磁気的な機能が同じであれば、次に述べるようにこれとは異なった構成とすることが可能である。永久磁石体ＪＴＤについても同様である。

図１８には永久磁石体ＪＴの構成の例が示されている。図１８（Ａ）は正面図であり、図１８（Ｂ）は側面図である。

図１８に示すように、永久磁石体ＪＴは、２つの永久磁石４１と２つのつなぎ鉄心４２とが１個の永久磁石として一体に形成されてなる。つまり、永久磁石体ＪＴは、軸方向から見た形状（正面形状）が矩形である２つの矩形部分４１ｋと、２つの矩形部分４１ｋの対向する面の間に配置された台形部分４１ｄとが一体となった形状である。

永久磁石体ＪＴにおける両端の２つの磁極面４１１ａ，ｂは、いずれも、鉄心３１の正面にきたときに鉄心３１と対向する対向磁極面ＴＪである。

このように、本発明における「永久磁石体」は、１個または複数個の部品としての永久磁石および必要に応じてつなぎ鉄心を用いて構成することができる。
〔制御などに関して〕
次に、電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの制御について説明する。

図１において、回転軸１１の回転角度位置を検出するために、フォトインタラプタ６１が設けられている。回転軸１１には、遮蔽円板６２が取り付けられて一体に回転し、遮蔽円板６２の回転角度位置によって、フォトインタラプタ６１における１つまたは複数のフォトセンサがオンオフする。フォトインタラプタ６１のフォトセンサのオンオフ信号に基づいて、回転軸１１の回転角度位置、つまり回転子１３，１３Ｃ，１３Ｄ，１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの回転角度位置が検出される。

図１９には制御装置７１の構成の例が示され、図２０および図２１には制御装置７１による電動機Ｍの捲線３２の電流のオンオフの制御の様子が示されている。図２０は８極の電動機Ｍに対する制御であり、図２１は１６極の電動機Ｍに対する制御である。

図１９において、制御装置７１は、ゲート制御部７２およびスイッチング部７３を備える。スイッチング部７３は、Ａ相スイッチング部７３Ａ、Ｂ相スイッチング部７３Ｂ、およびＣ相スイッチング部７３Ｃを有する。

ゲート制御部７２は、フォトインタラプタ６１の出力する信号Ｓ１に基づいて、電動機Ｍの各捲線３２に流す電流をオンオフするためのタイミング信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃを作成する。

つまり、図４も参照して、電動機Ｍの永久磁石４１の回転方向おける後方側の頂点ＴＰが、各相に対応する鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの中心にきたときに、またはそれより若干の回転角度を過ぎたときに、対応するスイッチング部７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃがオンするように制御する。そして、それぞれオンした後、当該頂点ＴＰがオン角度θ２だけ回転したときに、それぞれ対応するスイッチング部７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃがオフするように制御する。

ここでのオン角度θ２は、永久磁石４１の形状、配置、負荷の大きさなどによって異なり、最適のオン角度θ２となるように調整される。例えば、θ２＝２７．５度（機械角）となるように調整される。また、オン角度θ２を、２７．５度以外の適当な値、例えば２７．５度以下の適当な値となるように調整してもよい。具体的には、例えば、２７度、２５度、２４度などとしてもよい。但し、オン角度θ２は３０度を越えないことが好ましい。つまり、各相の捲線３２に電流が流れるタイミングが互いに重ならないようにすることが好ましい。また、オン角度θ２を３０度（電気角では１２０度）よりも小さくすることによって、励磁による残存エネルギーが次の対向磁極面ＴＫとの間の作用によりブレーキとなることがなくなり、効率が向上する。

オン角度θ２の調整のために、種々の方法を採用することができる。例えば、遮蔽円板６２における遮蔽角度または透過角度を変更してオン角度θ２を調整することができる。例えば、遮蔽円板６２において光を遮蔽するように黒く塗った部分を拡げまたは狭めることにより、オン角度θ２を調整することが可能である。

また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のそれぞれに対して専用のフォトインタラプタ６１を設け、各相ごとに回転角度位置を検出してもよい。

また、ゲート制御部７２において、適当なタイマー手段を用い、頂点ＴＰを検出してから経過した時間を可変することによってオン角度θ２を調整することができる。その場合に、電動機Ｍの回転速度の信号をも用いて演算を行うことによって、オン角度θ２を精密に調整することが可能である。

各相のスイッチング部７３は、タイミング信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃを受けて、これに基づいて各相の捲線３２に流す電流をオンオフする。

各相のスイッチング部７３Ａ，Ｂ，Ｃの出力端子には、それぞれに対応する相の鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの捲線３２が並列に接続されている。

各相のスイッチング部７３は、永久磁石４１の回転方向おける後方側の磁極面に対して反発するように、かつ永久磁石４１の回転方向おける前方側の磁極面に対して吸引するように、対応する各鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの捲線３２に流れる電流をオンオフする。捲線３２には、所定の幅と大きさを持った方形波に近い直流電流が流れる。但し、過度現象および電機子反作用などによって波形は歪む。

捲線３２に電流が流れると、それに対応する鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣが励磁され、鉄心ＹＡ，ＹＢ，ＹＣの端面３１３ａ，３１３ｂにＮ極またはＳ極の磁極が形成される。これにより、回転子１３の永久磁石４１の対向磁極面ＴＫとの間で吸引力または反発力が生じ、これによって、回転トルクが発生し、回転軸１１が回転駆動される。

なお、スイッチング部７３において、捲線３２に流れる電流をオンオフするために、ＦＥＴ、双方向サイリスタなどの電力用半導体スイッチング素子を用いることが可能である。これらのスイッチング素子は、ゲートに制御信号を入力することによって制御される。上に述べたゲート制御部７２、スイッチング部７３は、それぞれ本発明における「スイッチング部」、「タイミング制御部」の例である。

制御装置７１には、電源を供給するための端子ＴＢ１，２が設けられ、端子ＴＢ１，２に直流電源が接続される。直流電源として、例えば、電圧が数十ボルト〜百数十ボルト程度、例えば具体的には８０Ｖ程度の安定化直流電源、またはバッテリーなどを用いることができる。これにより電動機Ｍを駆動し、発電機Ｇから例えば２ｋＷ程度の商用交流電力を取り出すことができる。

図２０において、第３実施例の８極の電動機Ｍ１Ｃについて、後方側の頂点ＴＰの回転角度位置に対応する各相のオンオフのタイミングが示されている。

例えば、回転子１３Ｃが回転し、後方側の頂点ＴＰが基準位置にきたとき、鉄心ＹＡの捲線３２の電流ＩＡがオンとなり、この電流ＩＡはオン角度θ２の間持続する。当該頂点ＴＰが回転して基準位置からオン角度θ２の位置に達したとき、電流ＩＡはオフする。

なお、基準位置として、例えば最上位置にある鉄心３１の中心線ＬＫの位置とすることができる。そして、基準位置を０度とする。

捲線３２に電流ＩＡが流れると、鉄心ＹＡの端面３１３ａにはＮ極、磁極端面３１３ｂにはＳ極の磁極がそれぞれ形成される。したがって、Ａ回転子１３Ｃａの永久磁石４１の後方側の頂点ＴＰを含む対向磁極面ＴＫはＮ極であるので、これと対向する鉄心ＹＡの端面３１３ａのＮ極と反発し、図の左方向への回転トルクを発生する。同時に、その後方側の永久磁石４１の前方側の頂点ＴＰを含む対向磁極面ＴＫはＳ極であるので、鉄心ＹＡの端面３１３ａのＮ極に吸引され、左方向への回転トルクを発生する。

また、Ｂ回転子１３Ｃｂの永久磁石４１の後方側の頂点ＴＰを含む対向磁極面ＴＫはＳ極であり、鉄心ＹＡの端面３１３ｂはＳ極となるので、同様に反発と吸引によって左方向への回転トルクを発生する。これらＡ回転子１３Ｃａの回転トルクとＢ回転子１３Ｃｂの回転トルクとが合成されて、回転軸１１を回転駆動する。

また、頂点ＴＰが次の鉄心ＹＢの中心位置にきたときも、上に述べたと同様に鉄心ＹＢの捲線３２の電流ＩＢがオンとなり、これによって回転トルクが発生する。さらに、頂点ＴＰが次の鉄心ＹＣの中心位置にきたときも、上に述べたと同様に鉄心ＹＣの捲線３２の電流ＩＣがオンとなり、これによって回転トルクが発生する。このようにして、連続的に回転トルクが発生し、回転軸１１は回転を継続する。

図２１において、第４実施例の１６極の電動機Ｍ１Ｄについて、後方側の頂点ＴＰの回転角度位置に対応する各相のオンオフのタイミングが示されている。

例えば、回転子１３Ｄが回転し、後方側の頂点ＴＰが基準位置にきたとき、鉄心ＹＡの捲線３２の電流ＩＡがオンとなり、この電流ＩＡはオン角度θ２の間持続する。当該頂点ＴＰが回転して基準位置からオン角度θ２の位置に達したとき、電流ＩＡはオフする。

１６極の場合は、角度θ２は１５度以下であり、回転子１３Ｄが９０度回転する間に、４５度ごとにつまり２回オンする。しかし、角度θ２を１５度以上とすることも可能である。角度θ２を１５度以上とすることにより、捲線３２に供給される合計電力が３６０度を越え、より大きい回転トルクを得ることが可能である。ただし、その場合でも、角度θ２は３０度を越えないようする必要がある。

なお、電動発電機１Ｃ、１Ｄを起動する際には、上にも述べたように、自由位置で停止した状態から、後方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で反発力が作用するように、かつ、前方側の対向磁極面ＴＫに対面する鉄心３１との間で吸引力が作用するように、捲線３２に電流を流して起動させ、その後は図２０または図２１などに示すように制御すればよい。

また、電動発電機１を起動するには、基本的には電動発電機１Ｃ、１Ｄの場合と同じであるが、例えば図６および図７に示す位置で停止した状態から起動するには、後方側の頂点ＴＰが対向する鉄心３１の１つ後方側の鉄心３１との間で反発力が作用するように、かつ、前方側の頂点ＴＰが対向する鉄心３１の１つ前方側の鉄心３１との間で吸引力が作用するように、捲線３２に電流を流して起動させ、その後は図２０に示すように制御すればよい。

上の各実施例の電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄでは、電動機Ｍ１の回転子１３に設けた永久磁石４１のＮ極およびＳ極の両極を対向磁極面ＴＫとし、鉄心１３との間の反発と吸引の両方を回転トルクに変換することができ、大きな回転トルクを発生させることができる。

また、オン角度θ２を調整することによって、発生する回転トルクを最適化または最大化することが可能である。

また、上の制御例では、頂点ＴＰが鉄心の中心位置にきたと同時に捲線３２に電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを流したが、これらのタイミングを前後にずらすことも可能である。つまり、頂点ＴＰ１が鉄心の中心位置を通過して角度θ１だけ回転したときに、捲線３２に電流を流すようにしてもよい。この角度θ１は、微少な角度であり、負の角度となることもある。例えば、角度θ１を、０〜３度程度の範囲とし、または０〜８度程度の範囲とし、または、３度、６度、７．５度などとすることが可能である。

また、発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄでは、電動機Ｍ１の回転軸１１によって回転子１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが回転駆動されることにより、固定子１６の捲線３２に誘導起電力が発生し、これが外部に交流電力として取り出される。固定子１６の捲線３２を３相結線とすることにより、正弦波の３相交流電力が出力される。特に、電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの回転子１３，１３Ｃ，１３Ｄ、１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの全体のディテントトルクを小さくすることによって、回転速度のムラがなくなり、発電機の出力波形を綺麗な正弦波とすることができる。

例えば第３実施例の電動発電機１Ｃにおいても、電動機Ｍ１Ｃの回転子１３Ｃおよび発電機Ｇ１Ｃの回転子１７Ｃについて、永久磁石体ＪＴおよび永久磁石５１の磁力の強さ、鉄心３１との間隙の大きさなどを適宜選択して設計することにより、自由状態における停止位置を所望の位置として起動を円滑なものとし、かつ、発電機Ｇ１Ｃの出力波形を歪みのない綺麗な正弦波とすることができる。

なお、制御装置７１において、電動機Ｍに出力する電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣの周期または周波数、大きさなどを可変調整することが可能であり、これにより電動機Ｍの回転速度およびパワー（出力）を制御することができる。

上に述べた実施形態において、傾斜角αｊを種々設定することができる。例えば３０〜９０度の範囲、またはこれ以外の範囲から選択することが可能である。

その他、回転軸１１、固定子１２，１６、回転子１３，１３Ｃ，１３Ｄ，１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ、フレーム２１、鉄心３１、捲線３２、永久磁石４１，４１Ｄ，５１、つなぎ鉄心４２、永久磁石体ＪＴ，ＪＴＤ、電動機Ｍ１，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄ、発電機Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄ、または電動発電機１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各部または全体の構成、構造、形状、個数、配置、方向、極性、極数、電圧、電力、周波数などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。第１実施例から第４実施例の構成、構造、形状、個数などを相互に入れ替えて組み合わせてもよい。

本発明の磁力回転装置、電動機、および電動発電機は、電気自動車用、ハイブリッドカー用、鉄道車両用、その他の運輸機関用、または種々の産業用の電動機または発電機として、水力、火力、風力、または潮力などによる種々の発電用の発電機として、または周波数変換用または電圧変換用などの電動発電機などとして、またはその他の用途に利用することが可能である。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電動発電機
１１ 回転軸
１２ 固定子（第１の固定子）
１３，１３Ｃ，１３Ｄ 回転子（第１の回転子）
１６ 固定子（第２の固定子）
１７，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ 回転子（第２の回転子）
２１ フレーム
３１ 鉄心
３２ 捲線
４１，４１Ｄ 永久磁石
４２ つなぎ鉄心
７１ 制御装置
ＪＴ，ＪＴＤ 永久磁石体
Ｍ１，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄ 電動機
Ｇ１，Ｇ１Ｂ，Ｇ１Ｃ，Ｇ１Ｄ 発電機
γ１，γ２ 位相角
ＬＵ 磁極線
ＬＴ 中心線

Claims (30)

1. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた磁力回転装置であって、
   それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
   円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、
   円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに異なっている、
   ことを特徴とする磁力回転装置。
2. 前記回転子として、第１の回転子および第２の回転子が設けられており、
   前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記第１の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記第２の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いに異なるように配置されている、
   請求項１記載の磁力回転装置。
3. 前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記鉄心と前記永久磁石との吸引力によるディテントトルクが、前記第１の回転子と前記第２の回転子とで互いに打ち消し合うように、前記第１の位相角と前記第２の位相角とが設定されている、
   請求項２記載の磁力回転装置。
4. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた磁力回転装置であって、
   それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
   円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続され、
   前記回転子として、第１の回転子および第２の回転子が設けられており、
   前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記第１の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数である第１の極数と、前記第２の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数である第２の極数とが、互いに異なるように、前記永久磁石体における前記対向磁極面の磁極が配置されている、
   ことを特徴とする磁力回転装置。
5. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された第１の固定子および第２の固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置されて互いに一体的に回転する第１の回転子および第２の回転子と、を備えた磁力回転装置であって、
   前記第１の固定子と前記第１の回転子とが対向しかつ前記第２の固定子と前記第２の回転子とが対向するよう配置され、
   それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
   円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、
   円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに異なっている、
   ことを特徴とする磁力回転装置。
6. 前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記第１の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記第２の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いに異なるように配置されている、
   請求項５記載の磁力回転装置。
7. 前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記鉄心と前記永久磁石との吸引力によるディテントトルクが、前記第１の回転子と前記第２の回転子とで互いに打ち消し合うように、前記第１の位相角と前記第２の位相角とが設定されている、
   請求項６記載の磁力回転装置。
8. 前記第１の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記第１の固定子における前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記第２の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記第２の固定子における前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記第１の回転子と前記第２の回転子とが一体的に回転するように連結されている、
   請求項５記載の磁力回転装置。
9. 前記第１の回転子および前記第２の回転子において、それぞれ、円周上に配置された８個の前記永久磁石によって４個の前記永久磁石体が形成され、
   前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれは４５度である、
   請求項８記載の磁力回転装置。
10. 前記第１の回転子および前記第２の回転子は、前記第１の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数である第１の極数と、前記第２の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数である第２の極数とが、互いに異なるように、前記永久磁石体における前記対向磁極面の磁極が配置されている、
    請求項５記載の磁力回転装置。
11. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された第１の固定子および第２の固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置されて互いに一体的に回転する第１の回転子および第２の回転子と、を備えた磁力回転装置であって、
    前記第１の固定子と前記第１の回転子とが対向しかつ前記第２の固定子と前記第２の回転子とが対向するよう配置され、
    それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が、前記第１の回転子または前記第２の回転子のいずれか一方においては互いに異なり、いずれか他方においては互いに同じである、
    ことを特徴とする磁力回転装置。
12. 前記第１の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記第２の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いに同じ状態で、前記第１の回転子と前記第２の回転子とが一体的に回転するように連結されている、
    請求項１１記載の磁力回転装置。
13. 前記第１の回転子において、円周上に配置された８ｎ（ｎは整数）個の前記永久磁石によって４ｎ個の前記永久磁石体が形成され、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに異なっており、これによって８ｎ極の磁極が形成されており、
    前記第２の回転子において、円周上に配置された８ｍ（ｍは整数）個の前記永久磁石によって４ｍ個の前記永久磁石体が形成され、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに同じとなっており、これによって４ｍ極の磁極が形成されている、
    請求項１２記載の磁力回転装置。
14. 前記第１の固定子および前記第２の固定子において、それぞれ、１２個の前記鉄心が円周上に配置されている、
    請求項２ないし１３のいずれかに記載の磁力回転装置。
15. 前記第１の固定子と前記第１の回転子とによって電動機が形成され、前記第２の固定子と前記第２の回転子とによって発電機が形成される、
    請求項２ないし１３のいずれかに記載の磁力回転装置。
16. 電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、
    前記電動機および前記発電機は、それぞれ、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、
    複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、
    複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔、および複数の前記永久磁石の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、
    それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記対向磁極面の磁極が互いに異なっており、
    前記電動機の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の当該電動機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第１の位相角と、前記発電機の回転子に含まれる各組の前記永久磁石体における回転中心を通る中心線の当該発電機の固定子に含まれる前記鉄心に対する位相角である第２の位相角とが、互いにずれた状態で、前記電動機の回転子と前記発電機の回転子とが一体的に回転するように連結されている、
    ことを特徴とする電動発電機。
17. 前記電動機の回転子および前記発電機の回転子において、それぞれ、円周上に配置された８個の前記永久磁石によって４個の前記永久磁石体が形成され、
    前記第１の位相角と前記第２の位相角とのずれは４５度である、
    請求項１６記載の電動発電機。
18. 電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、
    前記電動機および前記発電機は、それぞれ、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、
    複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で前記回転軸とともに回転する回転子と、を備え、
    複数の前記鉄心の円周方向の配置における角度間隔、および複数の前記永久磁石の円周方向の配置における角度間隔が、前記電動機と前記発電機とで同じであり、
    それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記対向磁極面の磁極が、前記電動機の回転子においては互いに異なり、前記発電機の回転子においては互いに同じである、
    ことを特徴とする電動発電機。
19. 前記電動機の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数は８であり、前記発電機の回転子に含まれる全部の前記永久磁石体により形成される磁極の極数は４である、
    請求項１８記載の電動発電機。
20. 捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備えた電動機であって、
    それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、
    前記回転子は、自由状態において、それぞれの前記永久磁石体において、２つの前記対向磁極面における前記鉄心に近い側の角部であるそれぞれの頂点が、前記回転子の回転方向後方の前記対向磁極面の前記頂点については、対面する前記鉄心の端面における前記回転子の回転方向前方側の端縁部に位置し、前記回転子の回転方向前方の前記対向磁極面の前記頂点については、対面する前記鉄心の端面における前記回転子の回転方向後方側の端縁部に位置した状態で、停止する、
    ことを特徴とする電動機。
21. 円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石体における互いに近接する側の２つの前記永久磁石の前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面の磁極が互いに異なっている、
    請求項２０記載の電動機。
22. 前記固定子において、１２個の前記鉄心が隣り合う鉄心同士の中心角が３０度で配置されており、
    前記回転子において、円周上に配置された８個の前記永久磁石によって４個の前記永久磁石体が形成され、８個の前記永久磁石の８個の前記頂点は頂点同士の中心角が４５度で配置されており、
    前記各永久磁石体における２つの前記対向磁極面は、１つの前記鉄心を挟んで配置された２つの前記鉄心の端面とそれぞれ対面する状態で停止する、
    請求項２０記載の電動機。
23. 請求項２０ないし２２のいずれかに記載の電動機と、
    前記電動機の回転軸と同軸上で一体に回転する回転軸が設けられた発電機と、
    を備え、
    前記発電機は、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された第２の固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記第２の固定子と対向した状態で回転する第２の回転子と、を備え、
    前記第２の回転子において、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形であり、円周の接線方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が形成されてなる、
    ことを特徴とする電動発電機。
24. 前記発電機において、前記永久磁石は、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石において互いに対向する磁極が同じ磁極となるように配置されてなる、
    請求項２３記載の電動発電機。
25. 電動機および発電機を備えそれらの回転軸が共通に設けられた電動発電機であって、
    前記電動機は、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記固定子と対向した状態で回転する回転子と、を備え、
    それぞれの前記永久磁石は、Ｎ極またはＳ極のいずれかの磁極を有し前記鉄心と対向する側の磁極面である対向磁極面が、円周の接線方向に対し傾斜角を有するように配置され、
    円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石を含む各組の永久磁石体において、２つの前記永久磁石は、２つの前記対向磁極面が互いに異なる磁極となるようにかつ円周の接線方向に対する傾斜が互いに逆となるように配置され、かつ、２つの前記対向磁極面が当該永久磁石体の両端の磁極となるように磁性材料からなるつなぎ鉄心によって磁気的に接続されてなり、
    前記回転子は、自由状態において、それぞれの前記永久磁石体における少なくとも１つの前記対向磁極面の少なくとも一部が前記鉄心の端面とそれぞれ対面する状態で停止し、
    前記発電機は、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された第２の固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記第２の固定子と対向した状態で回転する第２の回転子と、を備え、
    前記第２の回転子において、それぞれの前記永久磁石は、軸方向から見た形状が矩形であり、円周の接線方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が形成され、
    前記永久磁石は、円周方向に隣り合う２つの前記永久磁石において互いに対向する磁極が同じ磁極となるように配置され、
    前記第２の固定子において、１２個の前記鉄心が隣り合う鉄心同士の中心角が３０度で配置されており、
    前記第２の回転子において、８個の前記永久磁石が隣り合う永久磁石同士の中心角が４５度で配置されており、
    前記第２の回転子は、前記回転子が自由状態において停止したときに、８個の前記永久磁石のうちの中心角が９０度である４個の永久磁石が、２つの前記鉄心を挟んで配置された２つの前記鉄心の端面とそれぞれ対面する状態で停止するような位相角で、前記回転子と前記第２の回転子とが一体的に回転する、
    ことを特徴とする電動発電機。
26. 前記固定子において、１２個の前記鉄心が隣り合う鉄心同士の中心角が３０度で配置されており、
    前記回転子において、円周上に配置された１６個の前記永久磁石によって８個の前記永久磁石体が形成され、８個の前記永久磁石体が永久磁石体同士の中心角が４５度で配置されている、
    請求項２０記載の電動機。
27. 請求項２６記載の電動機と、
    前記電動機の回転軸と同軸上で一体に回転する回転軸が設けられた発電機と、
    を備え、
    前記発電機は、
    捲線を備えた複数の鉄心が円周方向に沿って等間隔で配置された第２の固定子と、複数の永久磁石が円周方向に沿って等間隔で配置され前記第２の固定子と対向した状態で回転する第２の回転子と、を備え、
    前記第２の回転子において、それぞれの前記永久磁石は、円周上に配置された１６個の前記永久磁石によって８個の前記永久磁石体が形成され、８個の前記永久磁石体が永久磁石体同士の中心角が４５度で配置されており、
    前記回転子の前記永久磁石体と前記第２の回転子の前記永久磁石体との位相角が互いに２２．５度ずれた状態で、前記回転子と前記第２の回転子とが一体的に回転する、
    ことを特徴とする電動発電機。
28. 前記電動機の前記捲線に流れる電流を制御するための制御装置が設けられており、
    前記制御装置は、
    それぞれの前記永久磁石体に対し、前記回転子の回転方向後方の対向磁極面対して反発するように、かつ前記回転子の回転方向前方の前記対向磁極面に対して吸引するように、各前記鉄心の捲線に流れる電流をオンオフするスイッチング部を備える、
    請求項２０ないし２２のいずれかに記載の電動機。
29. 前記制御装置は、
    前記永久磁石の回転方向後方の頂点が前記鉄心の中心にきたとき以降に前記スイッチング部がオンするように制御し、その後に当該頂点が２７．５度回転するまでに前記スイッチング部がオフするように制御するタイミング制御部を備える、
    請求項２８記載の電動機。
30. 前記永久磁石体は、２つの前記永久磁石と前記つなぎ鉄心とが１個の永久磁石として一体に形成されてなる、
    請求項１ないし２９のいずれかに記載の磁力回転装置、電動発電機、または電動機。

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