JPH077907A

JPH077907A - 動力発生装置

Info

Publication number: JPH077907A
Application number: JP14653793A
Authority: JP
Inventors: Teruo Kawai; 輝男河合
Original assignee: NIPPON RIKEN KK
Current assignee: NIPPON RIKEN KK
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】回転子、可動子の運動方向と反対方向に働く
力が生じないようして電磁石に印加する電気エネルギの
利用効率を高める一方、永久磁石のもつ磁気エネルギの
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。【構成】回転出力軸の回りに配置され、該回転出力軸
と共に回転する永久磁石と、該永久磁石の磁界中に同軸
に配置されて回転出力軸と共に回転する磁性体と、該磁
性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をおいて固
定装備され、且つ磁気回路が互いに独立した、複数の電
磁石とを具備し、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
極と逆極性に順次励磁する。これにより、回転子、可動
子の運動方向と反対方向に働く力が生じない。

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、回転子或いは可動子として永久磁石と軟鋼等の
磁性体とを組み合わせて使用した動力変換装置に係り、
詳しくは永久磁石が本来的に保有しているエネルギとし
ての磁力を最大限活用してこの磁気エネルギを作業エネ
ルギ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
ッド）型ステッピング・モータが知られている。

【０００３】例えば、図１８乃至図２３は従来のＨＢ型
ステッピング・モータの概略を示している。このＨＢ型
モータは、図１８及び図１９に示すように、回転子５２
の部分に特徴があり、回転子５２の一方の構成要素であ
る成層鋼板５３に形成した歯によりステップ角を小さく
できるというＶＲ（バリアブル・リラクタンス）型ステ
ッピング・モータのもつ長所と、回転子５２の他方の構
成要素である永久磁石５４のために効率が高く小型化に
有利であるというＰＭ（パーマネント・マグネット）型
ステッピング・モータのもつ長所とを合わせもつもので
ある。なお、固定子５０の鉄心の部分はＶＲ型モータの
ものと同じであるが、コイルの巻き方と結線の仕方が異
なっている。

【０００４】図２０は永久磁石５４の作り出す磁束の通
り路（磁路）を示しており、ロータ軸５５の軸方向端部
にＮ極かＳ極の一方が均一に現れるユニポーラ形の分布
をとっている。これに対し、図２１は固定子５０の電磁
石５１が作り出す磁路を示しており、ロータ軸５５に垂
直な平面にＮＳＮＳ……という具合に偶数個の磁極が現
れるヘテロポーラ形の分布をとっている。このユニポー
ラ形の永久磁石磁束（永久磁石の磁界）とヘテロポーラ
形の巻線磁束（電磁石の磁界）とが作用し合ってトルク
を発生するようになっている。ここで、“永久磁石磁束
と巻線磁束とが作用し合って”とは、永久磁石５４と電
磁石５１との間のギャップにおいて磁力線の傾斜を生み
出すことを意味する。

【０００５】このＨＢ型モータのトルク発生のメカニズ
ムをリニア・モータ形式に展開したモデルを示す図２２
及び図２３を参照して説明する。図２２は永久磁石５４
のＳ側の断面を示し、図２３はＮ側の断面を示してい
る。これら図のなかで実線は電磁石５１による磁束を示
し、破線は永久磁石５４による磁束を示している。

【０００６】電磁石５１による磁界についてみると（図
２２の実線を参照）、永久磁石５４のＳ側の断面におい
て、中央のギャップでは磁力線が右下がりであるのに対
し、同図の右端側のギャップでは磁力線が右上がりで、
両者は打ち消す合う関係にある。また、永久磁石５４の
Ｎ側の断面においても同様である。

【０００７】ところが、電磁石５１による磁界と永久磁
石５４による磁界とが作用し合うとトルクが発生する。
すなわち、永久磁石５４のＳ側断面における中央のギャ
ップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１による磁界
と永久磁石５４による磁界とが同じ方向で強め合って図
２２の左方向の推力が回転子５２に現れるが、右側のギ
ャップ（電磁石５１のＳ側）では、両磁界が反対方向で
弱め合って同図の右方向の推力が現れる。しかし、この
力は小さく、全体としては図２２の左向きの推力が現れ
る。

【０００８】また、永久磁石５４のＮ側断面における中
央のギャップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１に
よる磁界と永久磁石５４による磁界とが反対方向で弱め
合って図２３の右方向の推力が回転子５２に現れるが、
この力は小さい。しかし、図２３の右側のギャップ（電
磁石５１のＳ側）では、両磁界が同じ方向で強め合って
図２３の左方向の推力は大きく、全体としては図２３の
左向きの推力が現れる。

【０００９】したがって、これらの推力により回転子５
２は図２２、図２３の左方向の１／４歯ピッチ進行する
ことになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のＨＢ型モータでは、前述したようにトルク方向と反
対の方向の力（回転子５２の回転を妨げる力）が存在す
る問題がある。これを電磁石５１の巻線に印加する電気
エネルギの観点からみると、図２２の右端の電磁石の巻
線や、図２３の中央の電磁石の巻線に印加される電流
は、回転子５２の運動を妨げようとする永久磁石５４の
磁界を打ち消すのに消費され、回転子５２の運動には何
ら寄与せず、エネルギ効率が低い。また、永久磁石５４
の磁気エネルギの観点からみると、電磁石５１の作る磁
界とともに回転子５２の運動に利用されるが、その一部
は回転子５２の運動を妨げてしまい、永久磁石５４の磁
気エネルギの有効利用が図られていない。

【００１１】上記ＨＢ型モータ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
した動力発生装置全般にいえることである。

【００１２】したがって、本発明は、回転子、可動子の
運動方向と反対方向に働く力が生じないようして電磁石
に印加する電気エネルギの利用効率を高める一方、永久
磁石のもつ磁気エネルギ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。

【００１３】

【課題を解決しようとするための手段】上記目的を達成
するための第１の発明では、磁気エネルギを動力に変換
する動力発生装置にして、支持部材に回転自在に装備さ
れた回転出力軸の軸方向両端に配置されて、該回転出力
軸と共に回転する永久磁石と、前記回転出力軸の軸方向
両端に前記永久磁石と同軸に配置されて、該回転出力軸
と共に回転する、該永久磁石の磁束が通る磁性体と、前
記支持部材に、前記回転出力軸と平行となるように前記
磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をおきか
つ磁気回路が互いに独立するよう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、かつ前記電磁石の鉄
心の軸方向両端部に前記磁性体の外周面側に延びる脚部
をそれぞれ連設し、該脚部の部分にコイルをそれぞれ巻
回して、前記電磁石を構成てなることを特徴としてい
る。

【００１４】また、第２の発明では、支持部材に回転自
在に装備された回転出力軸に配置されて、該回転出力軸
と共に回転する、円環状で外周側を一方の極性に、内周
側を他方の極性に着磁して形成された永久磁石と、中央
の空間部に前記永久磁石を嵌挿して該永久磁石と同軸に
前記回転出力軸に配置されて、該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、前記磁性体の周
囲にその周方向に沿って所定の間隔をおきかつ磁気回路
が互いに独立するように前記支持部材に装備された複数
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し
ている。

【００１５】また、第３の発明では、支持部材に回転自
在に装備された回転出力軸に配置されて、該回転出力軸
と共に回転する、円環状で外周側を一方の極性に、内周
側を他方の極性に着磁して形成された永久磁石と、中央
の空間部に前記永久磁石を嵌挿して該永久磁石と同軸に
前記回転出力軸に配置されて、該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、前記磁性体の周
囲にその周方向に沿って所定の間隔をおきかつ磁気回路
が互いに独立するように前記支持部材に装備された複数
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
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、前記磁性体の外周部に、
前記電磁石との間の隙間が回転子の回転方向に向かって
漸次広くなるように切欠部を複数設け、前記励磁切換手
段を、前記各切欠部と対向する前記電磁石のうち、狭い
側の隙間と対向する電磁石と広い側の隙間と対向する電
磁石との間に位置する中間幅の隙間と対向する電磁石
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している。

【００１６】

【作用】上記発明によれば、回転出力軸の回転方向に前
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
用し合い、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。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、そし
て励磁中の電磁石の磁気回路が、隣接する他の電磁石の
磁気回路と独立し、励磁中の電磁石から発生した磁束
が、隣接する他の電磁石の磁気回路を通って永久磁石の
磁極の極性と同極にするようなことがないため、回転出
力軸の回転を妨げる方向の力は生じない。

【００１７】

【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。

【００１８】第１実施例によれば、第１図及び第２図に
示すように、支持部材１０の前後側板１０ａ間には、回
転出力軸１１が軸受１１ａを介して回転自在に装備され
ている。この回転出力軸１１の軸方向両端側であって、
前後側板１０ａの内側位置には、該回転出力軸１１と共
に回転する、軸方向着磁されたリング状の永久磁石１３
がそれぞれ遊嵌状態で配置されている。また、回転出力
軸１１の側板１０ａと永久磁石１３との間の位置には、
外周部に切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとを交互に有し
た、永久磁石１３の磁束が通る磁性体１４がそれぞれ固
定状態で配置されている。図１では、例えば、切欠部１
４ａを３個、磁歯部１４ｂを３個形成した場合を示して
いる。永久磁石１３と磁性体１４は回転出力軸１１に対
して同軸であり、両者はボルト等の締結手段１５により
一体化し、回転出力軸１１とともに回転する回転子１２
をなしている。

【００１９】ここで、支持部材１０及び回転出力軸１１
は、共に非磁性体である。支持部材１０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１１は例えばステンレス鋼
等で形成されている。したがって、回転出力軸１１の軸
方向一端側の永久磁石１３と磁性体１４とからなる磁気
回路と、軸方向他端側の永久磁石１３と磁性体１４とか
らなる磁気回路とは、互いに独立している。また、磁性
体１４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体材料により形成されている。

【００２０】前後側板１０ａ間には、固定子となる複数
個の電磁石１６ａ乃至１６ｌが、磁性体１４を囲むよう
に該磁性体１４の周方向に沿って略等間隔に固定状態で
装備されている。図１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１６ａ乃至１６ｌは、その
磁気回路が互いに独立していて、励磁された電磁石の磁
束が隣接する電磁石の鉄心を通らないようにしてある。

【００２１】各電磁石１６ａ乃至１６ｌの鉄心１６１
は、図２に示すように、回転出力軸１１、永久磁石１
３、磁性体１４の軸線方向に延び且つ回転出力軸１１等
に対して平行に装備されている。そして、各鉄心１６１
の軸方向両端部分（磁極の部分）には、磁性体１４の外
周面側に延びかつ該外周面と僅かな隙間をおいて対向す
る脚部１６２がそれぞれ連設され、該脚部１６２にコイ
ル１６３がそれぞれ巻回されている。図２では、鉄心１
６１の軸方向一端部の脚部１６２（図２の左側）が対向
する磁性体１４の磁極（Ｎ極）と反対極のＳ極になるよ
うに、また他端部の脚部１６２（図２の右側）が対向す
る磁性体１４の磁極（Ｓ極）と反対極のＮ極になるよう
にそれぞれのコイル１６３に通電するようにしてある。

【００２２】電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち、その一部
は、磁性体１４の切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界
部分１４c₁乃至１４c₆に対応する箇所に位置している。
図１では、例えば、境界部分１４c₁に電磁石１６ａが、
境界部分１４c₂に電磁石１６ｂが、境界部分１４c₃に電
磁石１６ｅが、境界部分１４c₄に電磁石１６ｆが、境界
部分１４c₅に電磁石１６ｉが，境界部分１４c₆に電磁石
１６ｊがそれぞれ位置している場合を示している。

【００２３】電磁石を励磁していないときの永久磁石１
３の作り出す磁束の通路と、電磁石を励磁したときの、
永久磁石１３の作り出す磁束の通路と電磁石の巻線が作
り出す磁束の通路は、ともにその軸方向端部にＮ極かＳ
極のいずれか一方の極が均一に現れるユニポーラ形の分
布をとっている。電磁石の励磁時に永久磁石１３の磁界
と電磁石の磁界とが作用し合って回転トルクを発生す
る。

【００２４】電磁石１６ａ乃至１６ｌを順次励磁する励
磁切換手段１７は、基本的には電磁石１６ａ乃至１６ｌ
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１６ａ乃至１６
ｌへの給電を切り換える切換部分は複数の光センサ１８
と該光センサ１８をオン・オフする遮光板１９とから構
成されている。

【００２５】光センサ１８は、発光素子と受光素子とを
遮光板１９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１６ａ乃至１６ｌに対応する位置関係で
前後側板１０ａ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（図２及び図３では、例えば、後板外
面に配置した場合を示している。）。また、遮光板１９
は、光センサ１８が配置された後板１０ａから突出する
回転出力軸１１の端部に固定されている。

【００２６】本実施例では、遮光板１９によって光セン
サ１８が遮光されている間、該光センサ１８に対応する
電磁石に通電するようにしてある。

【００２７】次に上記第１実施例の作用を図４乃至図１
１を参照して説明する。

【００２８】励磁切換手段１７により電磁石１６ａ乃至
１６ｌに何ら通電しない場合には、図４に示すように、
磁歯部１４ｂと僅かなギャップをおいて対向する電磁石
１６ｃ、ｄ、ｇ、ｈ、ｋ、ｌの各脚部は、永久磁石１３
の磁界中にある単なる磁性体となり（図４の薄墨部分参
照）、磁歯部１４ｂ部分を吸引し、回転子１２は停止状
態にある。

【００２９】次いで、励磁切換手段により図５に示すよ
うに切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分１４c₁、
１４c₃及び１４c₅に位置する電磁石１６ａ、ｅ，ｉを同
時に励磁すると、永久磁石１３の磁界と電磁石１６ａ、
ｅ，ｉの磁界とが作用し合い、磁性体１４を通る磁束１
４ｄが該電磁石１６ａ、ｅ，ｉ側に瞬時に収束される。
これにより、回転子１２は、電磁石１６ａ、ｅ，ｉ側に
吸引され、磁束１４ｄの幅を広げようとする方向、すな
わち図５の時計方向への回転トルクを受ける。

【００３０】図６乃至図１０は、回転子１２の回転に伴
う磁束１４ｄの幅の変化を示しており、磁束１４ｄの幅
が最大となる時点、すなわち磁歯部１４ｂがのみが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉと対向する一方、切欠部１４ａが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉから完全に外れたときに、磁束１４ｄ
の幅が最大となって、永久磁石１３と電磁石１６ａ、
ｅ、ｉとの間に働く吸引力が最大となるが、回転子１２
に作用する回転トルクはゼロになる。

【００３１】回転子１２に作用する回転トルクが完全に
ゼロになる前、すなわち境界部分１４c₁、１４c₃及び１
４c₅が回転方向前方の別の電磁石１６ｂ、ｆ、ｊに差し
かかった時点で、励磁切換手段１７により電磁石１６
ａ、ｅ，ｉの励磁を停止する一方、電磁石１６ｂ、ｆ、
ｊの励磁を開始すると、図１１に示すように、磁束１４
ｄが電磁石１６ｂ、ｆ、ｊ側に収束され、前回と同様に
して回転子１２に回転トルクが作用する。

【００３２】この後、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋを励磁し、
回転子１２の回転に伴って境界部分１４c₁、１４c₃及び
１４c₅が回転方向前方の別の電磁石１６ｄ、ｈ、ｌに差
しかかった時点で、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋの励磁を停止
する一方、電磁石１６ｄ、ｈ、ｌの励磁を開始する。

【００３３】このようにして電磁石１６ａ乃至１６ｌを
順次励磁することにより、永久磁石１３の磁界と電磁石
１６ａ乃至１６ｌの磁界が作用し合い、回転子１２に回
転トルクを付与する。

【００３４】このとき、永久磁石１３の一方の磁極（例
えばＮ極）側と電磁石１６ａ乃至１６ｌの軸方向一端の
磁極（例えばＳ極）との間で回転トルクが生じると共
に、永久磁石１３の他方の磁極（例えばＳ極）側と電磁
石１６ａ乃至１６ｌの軸方向他端の磁極（例えばＮ極）
との間でも回転トルクが生じる。

【００３５】ここで、永久磁石１３の一方の磁極側、例
えばＮ極側では、電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち所定の
電磁石がＳ極のみに励磁されており、励磁中の電磁石か
ら隣接する他の電磁石に磁束が通ることにより磁気回路
を構成して永久磁石１３と同極のＮ極にすることがな
い。また、永久磁石１３の他方の磁極側、例えばＳ極側
では、所定の電磁石がＮ極のみに励磁されており、励磁
中の電磁石から隣接する他の電磁石に磁束が通ることに
より磁気回路を構成して永久磁石１３と同極のＳ極にす
るようなことがない。また、永久磁石１３の磁束は磁性
体１４を通って励磁中の電磁石側に収束され（図４Ｂ乃
至図４Ｈ中の磁束１４ｄ参照）、磁性体１４のうち非励
磁の電磁石と対向する箇所等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１２の回転を妨
げるような力は生じない。

【００３６】これを電磁石１６ａ乃至１６ｌに印加する
電気エネルギの観点からみると、印加された電気エネル
ギの殆ど全てが回転子１２の回転に寄与するのに消費さ
れ、また永久磁石１３の磁気エネルギの有効利用の観点
から見ると、磁気エネルギの殆ど全てが回転子１２の回
転に寄与するのに利用されるということができる。

【００３７】また、電磁石の鉄心１６１の軸方向両端に
磁性体１４の外周部側に延びる脚部１６２を連設し、該
脚部１６２にコイル１６３を巻回するようにしてあるの
で、コイル１６３への通電によって作り出された磁束が
電磁石と磁性体１４との間の隙間から漏れるのを可及的
に少なくすることができ、この点からも電磁石に印加す
る電気エネルギの有効利用が図られている。

【００３８】さらに、磁性体１４の外周部に切欠部１４
ａと磁歯部１４ｂ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
とがきる。

【００３９】次に、図１２及び図１３に示す変形例を説
明する。

【００４０】図１２に示す変形例では、磁性体１４を回
転出力軸１１の軸方向中間部にも設けた点と、永久磁石
１３０を図示するような配置で２個回転出力軸１１に遊
嵌した点と、鉄心１６１の軸方向中間部に磁性体１４の
外周面側に延びる脚部１６４を連設した点が、図１乃至
図３に示すモータと相違している。他の構成部分につい
ては基本的に図１乃至図３に示すモータと同じである。
回転出力軸１１は、磁性材、非磁性材により形成するこ
とができる。

【００４１】図面では、鉄心１６１の軸方向両端部の脚
部１６２が、対向する磁性体１４の磁極（Ｎ極）と反対
極のＳ極になるように、それぞれのコイル１６３に通電
するようにしてある。これにより、鉄心１６１の軸方向
中間部の脚部１６４の磁極は対向する磁性体１４の磁極
（Ｓ）と反対極のＮ極になる。

【００４２】この変形例でも、図１乃至図３に示す実施
例と同様に、電磁石の作り出す磁束の漏れを可及的に少
なくすることができる上に、鉄心１６１の軸方向中間部
にある脚部１６４と回転出力軸１１の軸方向中間部にあ
る磁性体１４との間でも回転トルクが得られるため、図
１乃至図３に示す実施例と電気消費量を同じにした場
合、それよりも回転トルクを高めることができる。

【００４３】図１３に示す別の変形例では、磁性体１４
を回転出力軸１１の軸方向中間部にも設けた点と、鉄心
１６１の軸方向中間部に磁性体１４の外周面側に延びる
脚部１６４を連設した点と、永久磁石を、軸方向着磁し
たものではなく、半径方向に着磁、例えば外周側をＮ
極、内周側をＳ極にした円環状の永久磁石１３１を使用
し、該永久磁石１３１を回転出力軸１１の軸方向両端部
に位置する磁性体１４の中央部に形成した空間部１４ｅ
に嵌挿した点が、図１乃至図３に示すモータと相違して
いる。他の構成部分については図１乃至図３に示すモー
タと同じである。図中、図１乃至図３に示す構成部分と
同一部分には同一符号を付してある。

【００４４】図面では、鉄心１６１の軸方向両端部の脚
部１６２が対向する磁性体１４の磁極（Ｎ極）と反対極
のＳ極になるように、それぞれのコイル１６３に通電す
るようにしてある。これにより、鉄心１６１の軸方向中
間部の脚部１６４の磁極は対向する磁性体１４の磁極
（Ｓ）と反対極のＮ極になる。

【００４５】この変形例では、回転出力軸１１を非磁性
材ではなく、磁性材により形成することができる。

【００４６】図１４は本発明の第２実施例を示す断面図
である。

【００４７】この第２実施例では、鉄心１６１の軸方向
中間部にコイル１６３を巻回して電磁石を構成し、そし
て、永久磁石を、軸方向着磁したものではなく、半径方
向に着磁、例えば外周側をＮ極、内周側をＳ極にした円
環状の永久磁石１３１を使用し、該永久磁石１３１を回
転出力軸１１の軸方向両端部に位置する磁性体１４の中
央部に形成した空間部１４ｅに嵌挿している。他の構成
部分については図１乃至図３に示すモータと同じであ
る。図中、図１乃至図３に示す構成部分と同一部分には
同一符号を付してある。

【００４８】この第２実施例では、回転出力軸１１を非
磁性材ではなく、磁性材により形成することができる。

【００４９】図１５乃至図１７は本発明の第３実施例を
示している。

【００５０】この第３実施例では、円環状の永久磁石１
３１を使用し、該永久磁石１３１を磁性体１４０の中央
部に形成した空間部１４０ｅに嵌挿し、磁性体１４０と
電磁石との間の隙間Ｇが回転子の回転方向に向かって漸
次広くなるように、磁性体１４０の外周部に切欠部１４
０ａを設け、狭い側の隙間Ｇと対向する電磁石と広い側
の隙間Ｇと対向する電磁石の間に位置する、中間幅の隙
間Ｇと対向する電磁石を順次励磁するようにしてあり、
他の構成部分については図１乃至図３に示すモータと同
じである。図中、図１乃至図３に示す構成部分と同一部
分には同一符号を付してある。なお、符号１４０ｄは磁
性体１４０を通る磁束で、電磁石を励磁したときの該磁
束の収束状態を示している。

【００５１】この第３実施例では、例えば図１５に示す
ように電磁石１６ａ、ｄ、ｇ、ｊを励磁し、次いで図１
６に示すように電磁石１６ｃ、ｆ、ｉ、ｌを励磁し、次
いで図１７に示すように電磁石１６ｂ、ｅ、ｈ、ｋを励
磁することにより、回転子を図１５の時計方向に回転さ
せることができ、上記第１実施例、その変形例及び第２
実施例に比して回転数は小さいが、安定した回転力と高
い回転トルクを得ることができる。

【００５２】なお、切欠部１４０ａの個数は、図１５に
示すように４個設ける他に、２個、３個設けることがで
きる。また、切欠部１４０ａを設けず、磁性体１４０全
体を偏心させて回転出力軸１１に取り付けるようにして
もよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明によれ
ば、固定子としての複数の電磁石を互いに磁気回路が独
立するようにし、そして電磁石を対向する永久磁石の磁
極と逆極性ににのみ励磁するようにしており、隣接する
電磁石に磁束が通って該電磁石が永久磁石の極性と同極
性になることがないので、回転子、可動子の運動方向を
妨げるような力が生じることがなく、また電磁石の作る
磁束の漏れが少なく、電磁石に印加する電気エネルギの
利用効率を高める一方、永久磁石のもつ磁気エネルギの
有効利用を図ることができる。

【００５４】また、第２の発明によれば、回転子、可動
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の利用効率を高める一方、
永久磁石のもつ磁気エネルギの有効利用を図ることがで
き、また回転出力軸を磁性、非磁性体のいずれの材料か
らでも構成できる自由度がある。

【００５５】また、第３の発明によれば、回転子、可動
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の利用効率を高める一方、
永久磁石のもつ磁気エネルギの有効利用を図ることがで
き、また安定した回転力と高い回転トルクを得ることが
できる。

【００５６】また、第１、２及び３の発明では、電磁石
を構成するコイルに流す電流の極性は一定であり、変化
させるようなことをしないので、コイルが発熱する問題
が殆ど無く、またコイルに流す電流の極性転換に伴って
生じる反発力のために振動したり、騒音を発したりする
問題もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のモータの一部切断、省略
して示した一側面図である。

【図２】図１に示すモータの縦断面図である。

【図３】遮光板を示す図１のモータの他側面図である。

【図４】図１のモータの電磁石を励磁する前の状態を説
明する説明図である。

【図５】図１のモータの電磁石を励磁したときの状態を
説明する説明図である。

【図６】図５の次のステップを説明する説明図である。

【図７】図６の次のステップを説明する説明図である。

【図８】図７の次のステップを説明する説明図である。

【図９】図８の次のステップを説明する説明図である。

【図１０】図９の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１１】図１０の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１２】図１のモータの変形例を示す縦断面図であ
る。

【図１３】図１のモータの別の変形例を示す縦断面図で
ある。

【図１４】本発明の第２実施例を説明する縦断面図であ
る。

【図１５】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。

【図１６】図１５のモータの電磁石を励磁したときの状
態を説明する説明図である。

【図１７】図１６の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１８】従来のＨＢ型ステッピング・モータの断面図
である。

【図１９】図１８に示すモータの軸方向一端から見た一
部切断、省略して示した側面図である。

【図２０】図１８に示すモータの永久磁石の磁束を通路
を説明する説明図である。

【図２１】図１８に示すモータの電磁石の磁束を通路を
説明する説明図である。

【図２２】図１８に示すモータの永久磁石のＳ側におけ
る該永久磁石の磁界と電磁石の磁界との間の作用を説明
する説明図である。

【図２３】図１８に示すモータの永久磁石のＮ側におけ
る該永久磁石の磁界と電磁石の磁界との間の作用を説明
する説明図である。

【符号の説明】

１０支持部材１１軸受１３、１３０、１３１永久磁石１４磁性体１４ａ、１４０ａ切欠部１４ｂ磁歯部１４ｅ空間部１６ａ乃至１６ｌ電磁石１６１鉄心１６２、１６４脚部１６３コイル１７励磁切換手段Ｇ隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気エネルギ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軸方向両
端に配置されて、該回転出力軸と共に回転する永久磁石
と、前記回転出力軸の軸方向両端に前記永久磁石と同軸に配
置されて、該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、前記支持部材に、前記回転出力軸と平行となるように前
記磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をおき
かつ磁気回路が互いに独立するよう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、かつ前記電磁石の鉄心の軸方向両端部に前記磁性体の外
周面側に延びる脚部をそれぞれ連設し、該脚部の部分に
コイルをそれぞれ巻回して、前記電磁石を構成てなるこ
とを特徴とする動力発生装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の動力発生
装置にして、前記回転出力軸の軸方向中間部に前記磁性体を取り付
け、前記回転出力軸の軸方向一端部にある第１の磁性体と前
記軸方向中間部にある第３の磁性体との間及び前記回転
出力軸の軸方向他端部にある第２の磁性体と前記第３の
磁性体との間に、軸方向着磁された永久磁石をそれぞれ
配置し、前記一方の永久磁石の前記第３の磁性体側の磁極の極性
と、前記他方の永久磁石の前記第３の磁性体側の磁極の
極性とが同極性になるようにし、前記電磁石の鉄心の軸方向中間部に、前記第３の磁性体
１４の外周面側に延びる脚部を連設してなることを特徴
とする動力発生装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
の動力発生装置にして、前記回転出力軸の軸方向両端部に配置された前記磁性体
の中央部分にそれぞれ空間部を形成し、前記各永久磁石を、円環状に形成し、その外周側を一方
の極性に内周側を他方の極性に着磁し、該永久磁石を前
記磁性体の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。
【請求項４】磁気エネルギ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に配置され
て、該回転出力軸と共に回転する、円環状で、外周側を
一方の極性に、内周側を他方の極性に着磁して形成され
た、永久磁石と、中央の空間部に前記永久磁石を嵌挿して該永久磁石と同
軸に前記回転出力軸に配置されて、該回転出力軸と共に
回転する、永久磁石の磁束が通る磁性体と、前記磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をお
きかつ磁気回路が互いに独立するように前記支持部材に
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。
【請求項５】磁気エネルギ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に配置され
て、該回転出力軸と共に回転する、円環状で、外周側を
一方の極性に、内周側を他方の極性に着磁して形成され
た、永久磁石と、中央の空間部に前記永久磁石を嵌挿して該永久磁石と同
軸に前記回転出力軸に配置されて、該回転出力軸と共に
回転する、永久磁石の磁束が通る磁性体と、前記磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔をお
きかつ磁気回路が互いに独立するように前記支持部材に
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、前記磁性体の外周部に、前記電磁石との間の隙間が回転
子の回転方向に向かって漸次広くなるように切欠部を複
数設け、前記励磁切換手段を、前記各切欠部と対向する前記電磁
石のうち、狭い側の隙間と対向する電磁石と広い側の隙
間と対向する電磁石との間に位置する中間幅の隙間と対
向する電磁石を、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。