JP6858720B2 - フライホイールに用いる磁石及びフライホイール - Google Patents
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Description
モータは、マグネットとコイルから構成され、マグネットの位置に対応するコイルに電流を流すことで力を発生するものであり、構造原理は一般のモータと同じである。
フライホイールではロータを回転させるモータに起因したトルクの脈動が発生する。これをトルクリップルという。トルクリップルは出力トルクむらの要因となるため、その低減が要求される。
従来のモータでは、図2(b)のようにコイルに流す電流を矩形状、コイルに印加される磁束波形を正弦波に近い形状(図2(a))に設計していたが、従来の磁石の形状を直方体として、コイルに印加される磁束波形を正弦波に近い形状にしているため、電流の流し始めと終わり部分で磁束が充分印加されずトルクの発生が弱くなり、従来の磁石形状では高性能ホイールにおけるトルクリップルの要求を満足することができない解析結果が得られた。従来のフライホイールの出力トルク図を図3に示す。出力トルクは、最大トルクと最小トルクの差が大きく、トルク変動がトルクリップルとなっている。
フライホイールのロータは、前記永久磁石を円周上に背面101を円の半径の外向き方向に向くように複数配列される。このとき、円の内向き方向には傾斜面103a,103bが向くようにし、傾斜面103a,10bが交じった交線が上下方向になるようにして配列される。永久磁石は配置される円の半径方向の向きにS極とN極が交互になるように着磁される。
図5によれば、磁束密度の波形は、その時間軸上の変化をsin状のカーブに同期してそのsin状のカーブが正である半周期を台形、残りの半周期を逆向き台形に近似した。図5によれば、磁束密度の波形は、台形及び逆向き台形に近似し、台形の立ち上がり最大値から下り降りを開始するまでの両端部で高く、その中間部の磁束密度を両端部よりわずかに小さくするとともに、前記近似した逆向き台形の降り下がり最小値から立ち上がりを開始するまでの両端部で小さく、その中間部の磁束密度を両端部よりわずかに大きくする。
ステータスの所定のコイル204に順次電流を流すことにより永久磁石の磁束が作用し、この力により回転軸を中心にした所定方向にロータが回転する。コイルに流す電流は一定であり、永久磁石によるコイル部分の磁束密度の波形が、両端部で高く、中間部で低くほぼ高い状態を維持した平坦になるようにしているから、ほぼ一定のトルクを得ることができる。
本発明によるフライホイールの出力トルクを測定した結果、図6に示すように、出力トルクは、最大トルクの部分が平坦となりと最小トルクの差が図3と比較して小さく、トルク変動であるトルクリップルが従来のフライホイールの1/2程度まで低減し改善されている。
本発明は、定トルクリップルを要求されるモータ等について応用が可能である。
縦辺 101a,101b
側面 102a,102b
傾斜面 103a,103b
上下平面 104a,104b
Claims (2)
- 長方形の一面を形成する向かい合う2辺から当該長方形の前記一面に対し直角に延びる2つの側面と、前記2つの側面の辺端から前記側面に対し同じ傾斜角で前記一面に向かい前記2辺に平行に交わる2つの傾斜面と、前記一面と側面と傾斜面とを辺とする多角形を形成する面とからなり、前記一面に対し直角方向に着磁した永久磁石とであるとともに、前記永久磁石を円周上に長方形の一面である背面が円の半径の外向き方向に向くように複数配列するとともに、永久磁石を配置される円の半径方向の向きにS極とN極が交互となるよう着磁したことを特徴とするフライホイールに用いる磁石。
- 回転中心となる回転軸に支えられて回転するフライホイールにおいて、
前記回転軸を回転可能に取り付ける基台と、前記回転軸の回転とともに回転するロータと、前記ロータ上に前記回転軸から所定の距離に配置される複数の磁石と、前記ロータに配置されるコイルであってロータの所定の回転位置において前記磁石の磁束とコイルに流れる電流とを作用させることにより回転力を得るフライホイールであって、
磁石が請求項1に記載のものであり2つの傾斜面が交わる線がフライホイールの回転軸に平行になるように取り付けられ、前記磁石によりコイルに印加される磁束波形の時間軸上の変化を台形及び逆向き台形に近似し磁束密度の波形は、台形及び逆向き台形に近似し、台形の立ち上がり最大値から下り降りを開始するまでの両端部で高く、その中間部の磁束密度を両端部よりわずかに小さくするとともに、前記近似した逆向き台形の降り下がり最小値から立ち上がりを開始するまでの両端部で小さく、その中間部の磁束密度を両端部よりわずかに大きくするようにしたことを特徴とするフライホイール。
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