JPH0928066A

JPH0928066A - 回転機

Info

Publication number: JPH0928066A
Application number: JP7198108A
Authority: JP
Inventors: Shohei Imamura; 昌平今村; Yoshifumi Imamura; ▲吉▼文今村; Toru Imamura; 徹今村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】電動機として使用した場合、回転子の回転方
向を自由に制御できると共に、回転子を任意の角度で停
止させることが可能で、更には発電機として使用した場
合には、正弦波の電流を発電させることが可能な回転機
を提供する。【構成】各磁極３１、３２が回転軸３５と平行な方向
に対極する強い磁場を発生させ、しかも、円周方向で隣
り合う磁極３１、３２の回転軸３５と平行な方向の端部
の極性が異なる回転子１６と、回転子１６を囲繞して放
射状に取付けられ、そのコア２３がそれぞれ回転軸３５
と平行な方向を向いた複数の固定子１２〜１５とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部から電力を与
えることによって回転する電動機、外部から回転動力を
与えることによって電力を発生する発電機として使用で
きる回転機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動機は直流機及び交流機共に、
軸受によって回転自由に支持された回転子と、その周囲
に配置された固定子を有し、固定子によって回転子の周
囲に磁界を発生させ、一方、ブラシと整流子又は電磁誘
導によって回転子に電流を流して回転子に別磁界を作
り、固定子の磁界との相互作用によるフレミングの左手
の法則によって回転子に回転力を生じさせている。そし
て、回転力が吸引力によって生じる場合、磁力線が通過
する磁路が存在し、その磁路の磁気抵抗が小さいこと、
使用する磁性材料に鉄損の少ないこと、及び使用するコ
イルに銅損の少ないことが必要であり、前記した従来型
の電動機においては、極限の状態まで改良が進んでい
る。そこで、先に特開平２−２３７４５１号公報におい
て、回転軸方向に磁極を有する磁石を回転子に配置する
と共に、回転子の軸方向に対極するコアが配置された回
転機を提案した。この回転機は従来の回転機と異なり、
軸方向に磁極を対極させているので、回転子及び固定子
によって形成される磁路が短くなり、結果として従来の
電動機又は発電機に比較して効率のよい回転機を提供で
きることになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載の回転機を電動機して使用した場合、回転子が軸
方向に対極となって、更に固定子は軸方向に配置された
コアからなるので、対極するコアの磁極を切り換えて回
転させようとしても、回転子の回転方向が一定になら
ず、正逆の回転方向を自由にコントロールすることが難
しいという問題があった。また、前記回転機を発電機と
して使用する場合には、コアを通過する磁束が正弦波と
ならず、結果として発電される電流が歪むという問題が
あった。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、
電動機として使用した場合、回転子の回転方向を自由に
制御できると共に、回転子を任意の角度で停止させるこ
とが可能で、更には発電機として使用した場合には、正
弦波の電流を発電させることが可能な回転機を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の回転機は、各磁極が回転軸と平行な方向に対極す
る強い磁場を発生させ、しかも、円周方向で隣り合う磁
極の回転軸と平行な方向の端部の極性が異なる回転子
と、前記回転子を囲繞して放射状に取付けられ、そのコ
アがそれぞれ回転軸と平行な方向を向いた複数の固定子
とを有している。請求書２記載の回転機は、請求書１記
載の回転機において、前記回転子は、回転軸と平行な方
向に対極し、更に円周方向に対極する磁極を有する２極
回転子であって、円周方向に形成された各磁極は回転軸
と平行な方向に対極する強力永久磁石を、極性を合わせ
て複数枚重ねて回転軸に取付けている。請求項３記載の
回転機は、請求項１又は２記載の回転機において、前記
コアは非磁性体からなる框体に固定される積層電磁鋼板
からなるＵ字状コアからなって、コイルは該Ｕ字状コア
の両脚部に巻かれている。そして、請求項４記載の回転
機は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機にお
いて、前記回転子の回転角度位置を検知するセンサーが
設けられ、前記固定子に流す電流の方向をその検出角度
位置に応じて制御し、特に電動機として使用している。
なお、前記センサーには磁気センサー、光センサー、そ
の他の無接点センサーを使用するのが好ましい。

【０００５】

【作用】請求項１〜４記載の回転機においては、回転子
の各磁極が回転軸と平行な方向に対極する磁場を発生さ
せ、しかも、固定子のコアの端部に形成される磁極がそ
れぞれ回転子方向、即ち回転子の軸心を向き、更にその
コアの主要部がそれぞれ回転軸と平行な方向を向いてい
るので、通過する磁路が最小となって全体の磁気抵抗を
小さくできる。また、回転子の円周方向に隣り合う磁極
の極性が異なるので、従来型の回転機と同様、発電機と
して使用する場合には、磁気変化が正弦波かあるいは正
弦波に近くなって、発生する電気に歪みが少なくなる。
そして、電動機として利用する場合には、回転子の隣り
合う磁極が異なるので、回転方向を制御することができ
る。特に、請求項２記載の回転機においては、回転子は
２極回転子であって、各磁極は回転軸と平行な方向に対
極する強力永久磁石を、極性を合わせて回転軸と平行な
方向に複数枚重ねて回転軸に取付けているので、所定形
状をした強い磁石板を所定枚数用意することによって、
簡単に回転子を形成できる。請求項３記載の回転機にお
いては、コアは積層電磁鋼板からなるＵ字状コアからな
って、コイルは該Ｕ字状コアの両脚部に巻かれているの
で、コイルが取付けられたＵ字状コアの底部から外側に
飛び出さず、結果として回転機の小型化が図れる。ま
た、請求項４記載の回転機においては、回転子の角度を
センサーで検知して固定子に流す電流の向きを決定して
いるので、回転数を制御できる。なお、このセンサーを
使用しない発電機としても使用できる。

【０００６】

【発明の効果】従って、請求項１〜４記載の回転機は、
全体としての磁気効率を向上させることによって、小型
で効率の良い回転機を提供できる。また、発電機として
使用する場合には、電力波形が正弦波又は正弦波に近く
になる。そして、電動機として使用する場合には、固定
子の励磁方向を変えることによって、任意の方向の回転
を得ることができる。特に、請求項２記載の回転機にお
いては、回転子に永久磁石を使用しているので、構造が
簡単となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る回転機の取付け断面図、図２は固定子の説明
図、図３は固定子の取付け状況を示す説明図、図４は回
転子の分解説明図、図５は回転子の斜視図、図６は回転
機を電動機として使用する場合の説明図である。図１に
示すように、本発明の一実施の形態に係る回転機１０
は、前後に図示しない軸受カバーを備えた框体（枠体）
１１と、框体１１内に配置される４個の固定子１２〜１
５と、両側を前記軸受カバーの取付けられたベアリング
によって支持される回転子１６とを有している。以下、
これらについて詳しく説明する。

【０００８】前記框体１１はアルミニウム等の非磁性材
料からなって、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように外側断
面が八角形となっている。そして、内側には固定子１２
〜１５を装着する溝１２ａ〜１５ａが形成され、その前
後方向両端の溝壁には棒状ストッパー２０が嵌入する窪
み２１がそれぞれ形成され、更に窪み２１内には雌ねじ
穴２２が形成されて、溝１２ａ〜１５ａ内に装着した固
定子１２〜１５が動かないように、軸方向前後から棒状
ストッパー２０で止めている。なお、棒状ストッパー２
０の両側には取付け孔２０ａ、２０ｂが形成され、図示
しないボルトによって、棒状ストッパー２０を框体１１
に固定するようになっている。

【０００９】前記固定子１２（１３〜１５も同じ）は、
図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、内側角部が直角の積
層電磁鋼板からなるＵ字状コア２３と、Ｕ字状コア２３
の両方の脚部２４に装着されたボビン２５に巻かれたコ
イル２６（図１参照）とを有している。そして、Ｕ字状
コア２３の磁極面２７、２８は積層方向に屈曲する円弧
状となって、内側を回転する回転子１６との隙間を最小
にできる構成となっている。また、Ｕ字状コア２３の外
側には前記棒状ストッパー２０が装着される溝２９、３
０が形成されている。

【００１０】前記回転子１６は、図４、図５に示すよう
に２つの磁極３１、３２を有する２極回転子からなっ
て、それぞれの磁極３１、３２は複数の磁石板３３を積
層した構造となっている。なお、回転子は全体として考
えれば磁極を４つ有する４極の回転子と解することもで
きる。前記磁石板３３としては、例えば、サマリュー
ム、コバルト磁石、ネオジウム、鉄ボロン系の強力な永
久磁石を使用し、外周は円弧状部が、内側には装着溝３
４がそれぞれ形成されている。そして、一方の磁極３１
は手前側がＮ極となるように、磁石板３３を複数枚重ね
て形成し、他方側の磁極３２は手前側がＳ極になるよう
にして複数の磁石板３３を重ねて形成し、これらをステ
ンレス等の非磁性体からなる回転軸３５と平行な方向に
対極させて装着している。

【００１１】回転軸３５には、前記装着溝３４に嵌入す
る四角柱部３６、四角柱部３６の端部にあるストッパー
部３７及び雄ねじ部３８、及び軸受に装着される両側の
円柱部３９、４０を有し、前記対向する磁極３１、３２
を装着した後は、図５に示すように、ナット４１を用い
て回転軸３５に固着するようにしている。なお、回転時
に発生する遠心力によって両方の磁極３１、３２が分離
しないように、磁極３１、３２に貫通孔を設けて連結板
とボルトによって連結すること、又は磁石板３３の装着
溝３４を内側に拡幅する蟻溝状に形成し、回転軸の装着
部分をその形状に合わせて外れないようにすること、あ
るいは蟻溝部分に楔等を打ち込んで分離しないようにす
ることもできる。このように形成することによって、回
転子１６の磁極３１、３２はそれぞれ回転軸３５と平行
な方向の端部が異極の磁極を有し、更には直径方向（円
周方向）の両端部が異極の磁極を有している。従って、
回転子１６を回転させると、固定子１２〜１５のそれぞ
れには、正弦波又は正弦波に非常に近い磁束が働くこと
になる。

【００１２】従って、この回転機１０を発電機として使
用する場合には、回転軸３５をエンジン等の回転動力機
関で回せば、回転子１６が回転し、固定子１２〜１５の
コイル２６に正弦波の交流電力を発生させる。この場
合、回転子１６の磁極３１、３２と固定子１２〜１５の
隙間を僅少にすれば、コア自体の磁路は短いのでより効
率的に電力を発生させることができる。そして、回転子
１６が永久磁石であるので、これを励磁する電力が不要
で、スリップリング等の複雑な電気装置も不要となる。

【００１３】次に、この回転機１０を電動機として使用
する場合には、回転子１６が永久磁石であるので、固定
子１２〜１５を励磁するコイル２６の電流の方向を順次
変える必要があり、図１に示すように回転子１６の回転
角度に応じてコイル２６に供給する電流の方向を変える
スイッチング素子（例えば、パワートランジスタ）を備
えた制御装置４２が必要となる。以下、この制御方法に
ついて、図６を参照しながら説明する。

【００１４】まず、回転子１６の位置を検出するセンサ
ーの一例であるホール素子４３〜４６を各固定子１２〜
１５の片側の極の中央部付近に取付けておき、これによ
って片側の磁極３１のＮ極側を検知するようにしてお
く。各固定子１２〜１５に巻かれているコイル２６は前
記ホール素子４３〜４６の信号によって切り換えられる
パワートランジスタによって制御され、ホール素子４３
〜４６がＮ極を検知した場合には、それぞれの固定子１
２〜１５のＮ極を検知する側の極がＮ極になり、対向す
る側の固定子がＳ極になるようになっている。なお、図
６は固定子１２〜１５の正面側の極性を示しているもの
とする。

【００１５】従って、図６（Ａ）は回転子１６が静止し
ている状態で、図６（Ｂ）に示すように、固定子１２、
１３の正面側をＳ極に、固定子１４、１５の正面側をＮ
極になるようにコイル２６を励磁すると、回転子１６と
磁石の吸引力と反発力によって時計方向に回転する。次
に、回転子１６のＮ極が固定子１２の位置になったこと
をホール素子４３で検出して、固定子１２、１４の極性
を切り換えそれぞれＮ極及びＳ極になるように変える
と、回転子１６と固定子１２〜１５との間の発生する反
発力及び吸引力によって、更に時計方向に回転する。そ
して、回転子１６のＮ極が固定子１３の中心を通過した
ことを、ホール素子４４で検出して、固定子１３、１５
の極性を切り換えると、更に時計方向に回転する。以上
の動作を繰り返すことによって、回転子１６が連続的に
回転する。

【００１６】回転子１６を反時計方向に回転させる場合
には、図６（Ａ）の静止の状態から、固定子１４、１５
をＳ極に、固定子１２、１３をＮ極に励磁することによ
って逆回転し、ホール素子４６によって回転子１６のＮ
極を検知した後、固定子１５、１３の極性を切り換え、
以下同様な動作をすることによって、回転子１６が反時
計方向に回転する。この場合、前記ホール素子４３〜４
６を固定子とは独立に特定の円形リングに取り付け、こ
の位相をずらすことによって、固定子１２〜１５の切り
換え位相を制御し、更に効率等を良好に制御することも
可能である。なお、前記ホール素子４３〜４６の信号は
制御装置４２に入力され、制御装置４２内のパワートラ
ンジスタ等によってその極性を切り換えて固定子１２〜
１５のそれぞれのコイル２６に通電している。なお、図
６において左右のＡ〜Ｄはそれぞれ同一角度であること
を示す。

【００１７】前記実施の形態では、回転子を２極回転子
の場合について説明したが、３極以上の多極とすること
も可能であり、固定子の数を更に増加することもでき
る。また、前記実施の形態は回転子を永久磁石によって
構成したが、電磁石とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る回転機の取付け断
面図である。

【図２】固定子の説明図である。

【図３】固定子の取付け状況を示す説明図である。

【図４】回転子の分解説明図である。

【図５】回転子の斜視図である。

【図６】回転機を電動機として使用する場合の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０回転機１１框体１２固定子１２ａ溝１３固定子１３ａ溝１４固定子１４ａ溝１５固定子１５ａ溝１６回転子２０棒状スト
ッパー２１窪み２２雌ねじ穴２３Ｕ字状コア２４脚部２５ボビン２６コイル２７磁極面２８磁極面２９溝３０溝３１磁極３２磁極３３磁石板３４装着溝３５回転軸３６四角柱部３７ストッパー部３８雄ねじ部３９円柱部４０円柱部４１ナット４２制御装置４３ホール素子４４ホール素
子４５ホール素子４６ホール素
子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今村昌平福岡県北九州市門司区丸山２丁目４番220 −202号 (72)発明者今村 ▲吉▼文福岡県北九州市門司区白野江１丁目17−３ (72)発明者今村徹福岡県北九州市門司区丸山１丁目21−６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各磁極が回転軸と平行な方向に対極する
強い磁場を発生させ、しかも、円周方向で隣り合う磁極
の回転軸と平行な方向の端部の極性が異なる回転子と、前記回転子を囲繞して放射状に取付けられ、そのコアが
それぞれ回転軸と平行な方向を向いた複数の固定子とを
有することを特徴とする回転機。
【請求項２】前記回転子は、回転軸と平行な方向に対
極し、更に円周方向に対極する磁極を有する２極回転子
であって、円周方向に形成された各磁極は回転軸と平行
な方向に対極する強力永久磁石を、極性を合わせて複数
枚重ねて回転軸に取付けた請求項１記載の回転機。
【請求項３】前記コアは非磁性体からなる框体に固定
される積層電磁鋼板からなるＵ字状コアからなって、コ
イルは該Ｕ字状コアの両脚部に巻かれている請求項１又
は２記載の回転機。
【請求項４】前記回転子の回転角度位置を検知するセ
ンサーが設けられ、前記固定子に流す電流の方向をその
検出角度位置に応じて制御し、特に電動機として使用す
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機。