JPH07147759A - 動力発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転子の運動方向と反対方向に働く力が生じ
ないようにした動力発生装置を提供する。 【構成】 回転出力軸３１の回りに配置され、該回転出
力軸３１と共に回転する永久磁石１８と、該永久磁石１
８の磁界中に同軸に配置されて回転出力軸３１とともに
回転する磁性体２７と、該磁性体２７の周囲にその周方
向に沿って固定装備された複数の電磁石２１とを具備す
る。励磁切換手段により前記磁性体を通る磁束を一定方
向に収束して前記回転出力軸３１の回転トルクを付与す
るように、前記複数の電磁石のうち回転出力軸３１の回
転方向の前方に位置する電磁石を前記永久磁石の磁極と
逆極性に順次励磁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定子として電磁石を
使用し、回転子あるいは可動子として永久磁石と軟鋼な
どの磁性体とを組み合わせて使用した電力転換装置に係
り、詳しくは永久磁石が本来的に保有しているエネルギ
ーとしての磁力を最大限活用してこの磁気エネルギーを
回転力に転換させる動力発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、固定子として電磁石を使用
し、回転子として軟鋼等の磁性体と永久磁石との組合体
を使用した動力発生装置として、例えばＨＢ（ハイブリ
ット）型ステッピング・モーターが知られている。

【０００３】しかし、永久磁石の磁気エネルギーの観点
からみると、電磁石の作る磁界とともに回転子の運動に
利用されるが、永久磁石の磁気エネルギーの有効利用が
図られていない。

【０００４】ＨＢ型モーターの問題は固定子として電磁
石を使用し、回転子として磁性体と永久磁石とを使用し
た動力発生装置でありながら、この欠点は全般に共通し
て言えることである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転子の運
動方向と反対方向に働く力が生じないようにして電磁石
に印加する電気エネルギーの利用率を高める一方、永久
磁石のもつ磁気エネルギーの有効利用を図ることができ
る動力発生装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、支持部材に回転自在に装備された回転出力
軸の回りに配置されて、該回転出力軸と共に回転する永
久磁石と、該永久磁石と同軸に配置されて前記回転出力
軸と共に回転する、永久磁石の磁束が通る磁性体と、該
磁性体の周囲に固定装備された複数の電磁石と、該電磁
石を励磁する励磁切換手段とを装備し、該励磁切換手段
により、前記磁性体を通る磁束を一定方向に収束して前
記回転出力軸に回転トルクを付与するように、前記複数
の電磁石のうち回転出力軸の回転方向の前方に位置する
電磁石を前記永久磁石の磁極の極性と逆極性に順次励磁
するようにしてある。

【０００７】

【作用】本発明によれば、回転出力軸の回転方向前方に
位置する電磁石を励磁すると、励磁された電磁石によっ
て生じる磁界と永久磁石によって生じる磁界とが作用し
あい、磁性体を通る磁束が電磁石側に収束され、これに
より回転出力軸を該電磁石側の方向に所定角度回転させ
る。

【０００８】回転出力軸が所定角度回転したら前記電磁
石の励磁を中断する一方、新たに回転出力軸の回転方向
の前方に位置する電磁石を励磁する。このようにして、
電磁石を順次励磁することにより回転出力軸を所定方向
に回転することができるが、このとき、電磁石を、永久
磁石の磁極の極性と逆極性となるように励磁しており、
このため、磁性体内部で永久磁石の磁束が収束して該磁
性体突起部の後ろには、回転出力軸の回転を妨げる方向
の力は生じない。

【０００９】また、図のように電磁石の外極側に沿って
Ｎ・Ｓ極が互いに通い合うため漏洩磁束が少なく、磁気
効率が高い。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を、添付図面
を参照して詳細に説明する。図１乃至図６に示すよう
に、支持部材１７には、回転出力軸３１が軸受１９を介
して回転自在に装備されている。この回転出力軸３１
に、該回転出力軸３１と共に回転する、図のように着磁
されたリング状の永久磁石１８がそれぞれ嵌挿状態で配
置されている。

【００１１】また、電磁石１〜１２と永久磁石１８との
間の位置には、外周部に切欠部１４磁歯部１３とを交互
に有した、永久磁石の磁束が通る磁性体２７がそれぞれ
固定状態で配置されている。図面では、例えば、切欠部
１４を８個、磁歯部１３を８個形成した場合を示してい
る。永久磁石１８と磁性体２７は回転出力軸３１に対し
て同軸であり、両者はボルト等の締結手段により一体化
し、回転出力軸３１とともに回転する回転子をなしてい
る。

【００１２】ここで、支持部材１７は非磁性体であり、
回転出力軸３１は磁性体でもよい。支持部材１７は、例
えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合
金、合成樹脂等で形成され、また、回転出力軸３１は、
例えば、ステンレス鋼等で形成されている。また、磁性
体は、例えば、各種鉄材、ケイ素鋼板、パーマロイ等の
透磁率の高い磁性材料により形成されている。

【００１３】前後側板間には、固定子となる複数個の電
磁石１〜１２が、磁性体を囲むように該磁性体の周方向
に沿って略等間隔に装備されている。図面では、例えば
１２個配置した場合を示している。これら電磁石の磁束
が互いに反対極側の電磁石の鉄心外周部を通じてクロス
されるようにしてある。

【００１４】そして、各電磁石１〜１２の鉄心は、回転
出力軸３１の軸心方向に延び且つ回転出力軸等に対して
放射状に装備され、それらの端部（磁極の部分）が磁性
体の周面とわずかなすき間をおいて対向している。

【００１５】電磁石１〜１２のうち、その一部は磁性体
２７の切欠部１４と磁歯部１３との境界部分の対応する
箇所に位置している。

【００１６】電磁石１〜１２を順次励磁する励磁切換手
段は、基本的には電磁石の各巻線にそれぞれ直流を供給
する通常の励磁回路から構成されているが、本実施例で
は電磁石への給電を切り換える切換部分は複数の光セン
サと該センサをオン・オフする遮光板とから構成されて
いる。

【００１７】光センサは、発光素子と受光素子とを遮光
板が通過し得る間隔をおいて対向配置してなるもので、
電磁石に対応する位置関係で前後側板の一方の外面に円
周方向に沿って等間隔に配置されている。また、遮光板
は、光センサが配置された後板から突出する回転出力軸
の端部に固定されている。

【００１８】本実施例では、遮光板によって光センサが
遮光されている間、該光センサに対応する電磁石に通電
するようにしてある。

【００１９】次いで、励磁切換手段により、切欠部１４
と磁歯部１３との境界部分に位置する電磁石を同時に励
磁すると、各々永久磁石の磁界と電磁石の磁界とが作用
しあい、磁性体の磁歯部を通る磁束が該電磁石（１、
４、７、１０）側に瞬時に収束される。図３、図６はこ
の状態を示したものである。これにより、回転子は各電
磁石側に吸引され、磁束の幅を広げようとする方向、す
なわち図３、図６の時計方向への回転トルクを受ける。

【００２０】図３と図６は、回転子２５の回転に伴う磁
束の幅の変化した状態を示しており、磁束の幅が最大と
なる時点で、永久磁石と電磁石との間に働く吸引力が最
大となるが、回転子に作用する回転トルクは零近くにな
る。

【００２１】回転子２５に作用する回転トルクが完全に
零になるか、弱まった位置、すなわち境界部分が回転方
向前方の別の電磁石に差しかかった時点で、励磁切換手
段により、これまでオンになっていた電磁石の励磁を停
止する一方、次の電磁石の励磁を開始すると、磁束がま
たそれぞれ次の電磁石側に収束され、前回と同様にして
回転子に回転トルクが作用する。

【００２２】この後、上記のようにして、電磁石１〜１
２を順次励磁することにより、永久磁石１８の磁界と電
磁石１〜１２の磁界が作用しあい、回転子２５に回転ト
ルクを付与する。

【００２３】永久磁石の磁束は磁性体を通って励磁中の
電磁石側に収束され（図３、図６参照）、磁性体の非励
磁の電磁石と対向する部分が磁束の通らないデッドゾー
ンになっている。したがって、回転子２５の回転を妨げ
るような力は生じない。

【００２４】これを、電磁石の印加する電気エネルギー
の観点からみると、印加された電気エネルギーの殆ど全
てが回転子の回転に寄与するのに消費され、また永久磁
石の磁気エネルギーの有効利用の観点からみると、磁気
エネルギーの殆ど全てが回転子の回転に寄与するのに利
用されるということができる。

【００２５】また、磁性体の外周部に切欠部と磁歯部と
を交互に設けると共に、これらの間の境界部分に対応す
る箇所にそれぞれ電磁石を配置してあるので、該電磁石
を励磁したとき境界部分と電磁石との間のギャップに生
じる磁力線を大きく傾かせることができ、電磁石の励磁
初期時に大きな回転トルクを得ることができる。

【００２６】次に、上記実施例に示す、すなわち図１乃
至図６に示した動力発生装置について実際に運転試験を
行った結果を説明する。

【００２７】磁性体として純鉄を使用した。寸法は幅３
０ｍｍ、磁歯部の直径２１８ｍｍ、切欠部の直径１５８
ｍｍであった。また、永久磁石としてサマリュームコバ
ルト磁石を使用した。その磁力は１２０００ガウスであ
った。電磁石への印加電圧は１００Ｖ、電流１．１５
Ａ、電力１１５Ｗであった。この条件の下で得られた回
転数は２００ＲＰＭ、トルクは６０．５２Ｋｇ、出力は
１２４．３２Ｗであった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定子としての複数の電磁石を対向する永久磁石の磁極と
逆極性にのみ励磁するようにしてあること、各電磁石の
外周方向の極は、同じく外周上の反対極と回磁する関係
にあること、更にまた、切欠突起を回転方向前方と後方
に分けて考えた場合、軸心近くにある永久磁石の磁束は
電磁石によって常に前方に収束されるため、回転子の運
動方向を妨げるような力が生じることがなく、電磁石に
印加する電気エネルギーの利用効率を高める一方、永久
磁石のもつ磁気エネルギーの有効利用を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の一部を省略して示した正
面図である。

【図２】本発明の第一実施例の中央縦断側面図である。

【図３】本発明の第一実施例の作用説明図であり、磁束
の収束状態を示している。

【図４】本発明の第二実施例の一部を省略して示した正
面図である。

【図５】本発明の第二実施例の中央縦断側面図である。

【図６】本発明の第二実施例の作用説明図であり、磁束
の収束状態を示している。

【符号の説明】

１〜１２ 電磁石 １３ 磁歯部 １４ 切欠部 １５ 永久磁石側の磁束 １６ 電磁石間のすき間 １７ 支持部材 １８ 永久磁石 １９ 軸受け部 ２０ 回転出力軸 ２１ 電磁石体 ２５ 回転子 ２７ 切り欠きのある磁性体 ２８ 鉄リング ３１ 回転出力軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気エネルギーを動力に変換する動力発
   生装置にして、支持部材に回転自在に装備された回転出
   力軸の回りに配置されて、該回転出力軸と共に回転する
   永久磁石と、 前記永久磁石と同軸に配置されて前記回転出力軸と共に
   回転する、該永久磁石の磁束が通る磁性体と、 前記磁性体周囲にその周方向に沿って前記支持部材に固
   定装備された複数の電磁石と、 前記磁性体を通る磁束を一定方向に収束して前記回転出
   力軸に回転トルクを付与するように、前記複数の電磁石
   のうち回転出力軸の回転方向の前方に位置する電磁石を
   前記永久磁石の磁極の極性と逆極性に順次励磁する励磁
   切換手段とを具備してなることを特徴とする動力発生装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１ 記載の動力発生装置にして、 前記磁性体の外周部に、切欠部と磁歯部とを交互に形成
   し、 前記電磁石のうち一部を、該切欠部と該磁歯部との境界
   部分に対向する箇所に配置し、 前記励磁切換手段を、前記境界部分に対向する箇所に位
   置する前記複数の電磁石のうち、回転出力軸の回転方向
   の前方に位置する電磁石を前記永久磁石の磁極の極性と
   逆極性に順次励磁するように構成してなることを特徴と
   する動力発生装置。
3. 【請求項３】 請求項１ 記載の動力発生装置にして、 前記磁性体の外周部に、切欠部と磁歯部を形成し、 前記電磁石を前記切欠部と前記磁歯部との境界部分に対
   向する箇所に配置し、 前記励磁切換手段を、前記切欠部と前記磁歯部との境界
   部分に対向する箇所に位置する電磁石のうち、回転出力
   軸の回転方向の前方に位置する電磁石を前記永久磁石の
   磁極の極性と逆極性に順次励磁するように構成してなる
   ことを特徴とする動力発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３のいずれか一つに 記
   載の動力発生装置にして、 前記電磁石を前記回転出力軸と平行に装備し、 前記回転出力軸の軸方向に両端側であって電磁石の軸方
   向と直角をなす露出面とにそれぞれ前記永久磁石と前記
   磁性体を配置し、 前記電磁石によって前記各磁性体を通る磁束をそれぞれ
   一定方向に収束することにより、前記回転出力軸に回転
   トルクを付与することを特徴とする動力発生装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４のいずれか一つ
   に 記載の動力発生装置にして、 前記電磁石を回転軸の軸芯方向へ逆放射状に突出させ
   て、磁性体の外周面に延びる脚部となし、該脚部の各部
   分にコイルをそれぞれ巻回して構成したことを特徴とす
   る動力発生装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５のいずれか
   一つに 記載の動力発生装置にして、 前記磁性体の中央
   部分に空間部を形成し、 前記永久磁石を円環状に形成して、直径方向、円弧の内
   外方向に着磁し、該永久磁石を、前記空間部内に嵌挿し
   てなることを特徴とする動力発生装置。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５又は６のいず
   れか一つに 記載の動力発生装置にして、 前記励磁切換手段は、前記複数の電磁石と対応する位置
   関係で前記支持部材に配置された複数のセンサと、前記
   回転出力軸の回転に伴って該センサをオン・オフするよ
   うに回転出力軸に装備されたオン・オフ部材とを具備し
   てなることを特徴とする動力発生装置。
8. 【請求項８】 請求項７に 記載の動力発生装置にして、 前記センサは受光素子と発光素子とを所定の間隔をおい
   て対向配置してなる光センサで、前記オン・オフ部材は
   受光素子と発光素子との間に配置される遮光板であるこ
   とを特徴とする動力発生装置。
9. 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６、７又は
   ８のいずれか一つに 記載の動力発生装置にして、 該電磁石への入力方法としてブラシ入力（接触式入力）
   を特徴とする動力発生装置。