JPH11225464A - 電動機と動力発生装置と電気掃除機と電気扇風機と電動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束の量を可変とする非接触直流電動機を実
現する。 【解決手段】 第１の物体７６は巻線８５ａ・８５ｂ・
８６ａ・８６ｂ・８７ａ・８７ｂを有し、第２の物体８
０は鉄心１０５と永久磁石１０１・１０２・１０３・１
０４を有し、第２の物体８０のインダクタンスは、各永
久磁石によって発生する磁極の直軸に対して非対称とす
る。以上の構成により、フレミングの左手の法則による
力（トルク）とリラクタンス力（トルク）が最大限に活
用でき、高効率の動力発生装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用や産業用に
使用され電気エネルギーを回転もしくは直線の運動エネ
ルギーに変換する電動機、および動力発生装置、また家
庭用などとして使用される電気掃除機と電気扇風機、ま
た各種輸送業務等に使用される電動車に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】まず、第１の従来の技術における電動機
およびこれを用いた動力発生装置を図９に示す。

【０００３】この動力発生装置は、第１の物体１を構成
する固定子と、第１の物体１の内側に回転自在に設けた
第２の物体２を構成する回転子によって構成された電動
機３７を設け、さらに磁極の位置を検知する位置検知手
段３３と、位置検知手段３３の信号によって第２の物体
２の回転を制御する制御回路３０と、制御回路３０の信
号によって第２の物体２を回転させるインバータ１７と
を備えている。

【０００４】第２の物体２は、円柱状の鉄心５と、鉄心
５の表面に設けた永久磁石３および永久磁石４と、出力
軸６を有している。永久磁石３は鉄心５の表面にＮ極が
外側になるように接着しており、永久磁石４は鉄心５の
表面にＳ極が外側になるように接着している。第１の物
体１は、珪素鋼板等を積層して構成した鉄心７と、鉄心
７によって構成したスロットの中に設けた巻線８ａ・９
ａ・１０ａ・８ｂ・９ｂ・１０ｂを有している。巻線８
ａ、巻線９ａ、巻線１０ａ、巻線８ｂ、巻線９ｂ、巻線
１０ｂはいずれも、巻線８ａ・８ｂと、巻線９ａ・９ｂ
と、巻線１０ａ・１０ｂとはそれぞれ直列に接続してお
り、３相巻線を構成するように６０゜ずつ離れた位置に
配置している。

【０００５】前記各巻線は、インバータ１７とインバー
タ１７を制御する制御回路３０によって駆動されてい
る。 また、商用交流電源１１と、商用交流電源１１を
整流する全波の整流回路１２と、この出力を波形成形す
るフィルタ回路４０と、フィルタ回路４０の出力によっ
て動作する出力回路１７を備えている。

【０００６】整流回路１２は、ダイオード１３・１４・
１５・１６をブリッジ接続して構成している。フィルタ
回路４０は、電解式の平滑コンデンサ４１とチョークコ
イル４２によって構成しており、整流回路１２の出力を
リプルが少ない、ほぼ完全な直流に波形整形している。
出力回路１７は、６個のスイッチング素子１８〜２３
と、６個のダイオード２４〜２９とを３相インバータに
接続した構成としている。

【０００７】制御回路３０は、駆動回路３１と論理回路
３２とを有しており、前記各スイッチング素子のゲート
端子は、すべて駆動回路３１に接続されている。

【０００８】位置検知手段３３は、第１の物体１と第２
の物体２との間の空隙部に設けたホール素子３４・３５
・３６によって構成しており、ホール素子に集積回路を
併用する一般にホールＩＣという名称で知られているも
のを使用していることにより、増幅第２の物体２が回転
運動する際に、永久磁石３・永久磁石４の位置を検知し
ているものであり、Ｎ極と対向している状態においては
ＨＩＧＨの論理を出力し、Ｓ極と対向している状態にお
いてはＬＯＷの論理を出力するものである。

【０００９】以上の構成で、制御回路３０が位置検知手
段３３の信号を受けて６個のスイッチング素子１８〜２
３を順次駆動し、第２の物体２を回転させるものであ
る。

【００１０】図１０は図９の動力発生装置各部の電圧波
形を示したものである。図１０において、（ア）はホー
ル素子３４の信号波形、（イ）はホール素子３５の信号
波形、（ウ）はホール素子３６の信号波形、（エ）はス
イッチング素子１８への信号波形、（オ）はスイッチン
グ素子１９への信号波形、（カ）はスイッチング素子２
０への信号波形、（キ）はスイッチング素子２１への信
号波形、（ク）はスイッチング素子２２への信号波形、
（ケ）はとスイッチング素子２３への信号波形を示した
ものである。

【００１１】すなわち論理回路３２は、位置検知手段３
３を構成するホール素子３３・３４・３５の３つの信号
を論理演算することによって、３相インバータを構成す
る６個のスイッチング素子１８〜２３を駆動するハイ・
ロウの信号を作成しているものである。

【００１２】駆動回路３１はこの信号が、ハイ信号の場
合には当該スイッチング素子にゲート電流を供給してオ
ンさせ、ロウ信号の場合にはゲートに逆バイアスを印加
してオフ状態とするものである。

【００１３】ここで、論理回路３２は、その遅れ時間が
各ホール素子から入力される信号の周期に比して極めて
短い高速の回路、例えばＴＴＬやＣＭＯＳ式のロジック
回路などを使用するものである。

【００１４】これによって、第１の物体１に設けている
３相に配置した巻線８ａ・９ａ・１０ａ・８ｂ・９ｂ・
１０ｂに順次電流が流れるものである。

【００１５】図１１は、第２の物体２を基準として、第
１の物体１の各巻線に流れる電流の瞬時の状態を模式的
に図示したものである。図１１に見られるように、電流
ベクトルＩａが供給され、これによってフレミングの左
手の法則によるトルク（ＢＩＬトルク）が発生する。そ
の結果、図９および図１１では反時計方向にトルクが発
生するものである。このトルクは出力軸６を使用して、
外部の負荷に供給することができるものである。

【００１６】図１２は、図９に示した電動機のインダク
タンスの特性を示したものである。図１２において、β
は巻線電流Ｉａの横軸（ｑ軸）に対する進み角を示した
ものであるが、第１の従来の技術においては、円柱状の
鉄心５の周りに永久磁石３・４を貼り付けて設ける、Ｓ
ＰＭ構造となっていることにより、インダクタンス値は
βに関わらずほぼ一定である。したがって、例えば位置
検知手段３３からの信号を電気的あるいは機械的手法に
より、位相を変化させることにより、βの値を変化させ
ようともリラクタンストルクは発生せず、もっぱらＢＩ
Ｌトルクのみを利用するものとなり、このＢＩＬトルク
はβ＝０の条件で最大となる。

【００１７】図１３は、第２の従来の技術における電動
機の第２の物体の構成を示したものである。図１３は４
極の構成としているため、第１の物体としては図９の構
成を若干変更し、４極の巻線を有するものを用いたもの
となっている。

【００１８】また、インバータおよび位置検知手段を図
９と類似の構成とすることにより、回転の動力を出力軸
６に接続された機械的な負荷に供給することができるも
のである。

【００１９】図１３においては、鉄心４０はケイ素鋼板
をくり抜いたものを積層して構成しており、この中に永
久磁石４１・４２・４３・４４を挿入した、埋め込み形
の構造（ＩＰＭ）となっている。

【００２０】図１４は、図１３に示した第２の従来の技
術における、βとインダクタンスの関係を示したグラフ
であるが、前記第１の技術とは異なり、ＩＰＭ構造とな
っていることにより、β＝０（すなわちｑ軸上）におい
てインダクタンス値は最大（Ｌｍａｘ）となり、β＝±
π／２にて、インダクタンス値は最小（Ｌｍｉｎ）とな
る。

【００２１】図１５は、βとトルクとの関係を示したも
のであり、永久磁石４１・４２・４３・４４と巻線に供
給される電流の相互作用によって発生するＢＩＬトルク
は、β＝０にて最大となるが、リラクタンストルクにつ
いてはβ＝±π／２、０においては零となり、β＝π／
４において最大となる。

【００２２】総トルクは、ＢＩＬトルクとリラクタンス
トルクの和であることから、総トルクが最大となる条件
は、図１５の場合にはβ＝π／６（３０度）となるが、
この時にはＢＩＬトルクもリラクタンストルクもそれぞ
れの最大から外れた条件となっている。

【００２３】このため、総トルクの大きさはＢＩＬトル
クの最大とリラクタンストルクの最大値の合計よりも必
ず小さな値となり、第１の従来の技術に対しては、若干
の効率の改善等が得られるものの、その程度は小さいも
のとなる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来の構成の動
力発生装置は、電動機の第２の物体の鉄心が円柱状であ
り、その表面に永久磁石を貼り付けて設けていたことか
ら、第１の物体と第２の物体の相対位置に関わらず、イ
ンダクタンスがほぼ一定値となっていたことから、機械
出力（トルク）は、永久磁石と巻線の電流の積によって
定まる、いわゆるフレミングの左手の法則によるものが
得られるにすぎないものであったことから、効率が低い
という課題があった。

【００２５】また第２の従来の構成の電動機について
は、永久磁石をケイ素鋼板を積層して構成した鉄心の内
部に埋め込んだ構造の第２の物体を使用していることか
ら、直軸のインダクタンス値が、横軸のインダクタンス
値よりも小となる、逆突極特性を有するものであったこ
とから、巻線に供給する電流の位相を横軸（ｑ軸）に対
して進めた場合には、前記のフレミングの左手の法則に
よる機械力（トルク）の他に、リラクタンストルクを出
力することができるものであったが、その場合にはフレ
ミングの左手の法則によって発生する機械力が減少して
しまい、結果的に第１の従来の技術に対して、効率は向
上することもあったが、その効果は比較的小さなものに
留まってしまうという課題があった。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
従来の電動機が有している第１の課題および第２の課題
を解決するもので、第１の物体と、第２の物体から成
り、前記第１の物体は巻線を有し、前記第２の物体は鉄
心と永久磁石を有し、前記巻線と前記永久磁石の鎖交磁
束は前記第１の物体と前記第２の物体の相対位置によっ
て変化し、前記第２の物体のインダクタンスは、前記永
久磁石によって発生する磁極の直軸に対して非対称とし
たものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、第１
の物体と、第２の物体から成り、前記第１の物体は巻線
を有し、前記第２の物体は鉄心と永久磁石を有し、前記
巻線と前記永久磁石の鎖交磁束は前記第１の物体と前記
第２の物体の相対位置によって変化し、前記第２の物体
のインダクタンスは、前記永久磁石によって発生する磁
極の直軸に対して非対称としたことにより、フレミング
の左手の法則によって発生する機械力を低下させること
なく、大きなリラクタンス力をも発生させ、高効率を実
現することができるものである。

【００２８】請求項２に記載した発明は、請求項１記載
の電動機を構成する第２の物体を、直軸に対して非対称
な鉄心と、前記鉄心の表面に設けた永久磁石で構成した
ことにより、比較的簡単な構成によって、リラクタンス
力を発生させ、高効率を実現することができるものであ
る。

【００２９】請求項３に記載した発明は、請求項１また
は２記載の電動機と、位置検知手段と、インバータを有
し、前記位置検知手段は、第１の物体と第２の物体の相
対位置を検知し、前記インバータは前記位置検知手段か
らの信号に応じて、巻線に電流を供給し、前記第１の物
体と前記第２の物体の間には、前記巻線の電流と前記永
久磁石との作用による電磁力と、リラクタンス力の両方
を出力する動力発生装置とすることにより、直流電動機
とほぼ同様の優れた機械出力特性を有しながら、高効率
を実現することができるものである。

【００３０】請求項４に記載した発明は、請求項３記載
の動力発生装置と、ファンを有し、前記ファンは前記動
力発生装置によって回転駆動される掃除機とすることに
より、消費電力が小さく、または吸い込み仕事率が高い
掃除機を実現するものである。

【００３１】請求項５に記載した発明は、請求項３の動
力発生装置と、ファンを有し、前記ファンは前記動力発
生装置によって回転駆動される扇風機としたことによ
り、消費電力が小さく、または強い風を送ることができ
る電気扇風機を実現するものである。

【００３２】請求項６に記載した発明は、請求項３記載
の動力発生装置と、車輪を有し、前記車輪は前記動力発
生装置によって回転駆動される電動車としたことによ
り、消費電力（燃費）が小さく、または動力性能が高い
電動車を実現するものである。

【００３３】

【実施例】（実施例１）以下本発明の実施例について説
明する。図１は請求項１〜３に記載した発明に対応する
一実施例であり、電動機を用いた動力発生装置の構成図
である。

【００３４】図１の動力発生装置は、電動機９９、イン
バータ７８、位置検知手段９１を有しており、さらに第
２の物体８０の回転を制御する制御回路７２、商用の交
流電源５０と、交流電源５０を整流する全波の整流回路
５１と、この出力を波形整形するフィルタ回路５２を有
している。

【００３５】電動機９９は第１の物体７６を構成する固
定子と、第１の物体７６の内側に回転自在に設けた第２
の物体８０を構成する回転子を有している。

【００３６】第１の物体７６は、ケイ素鋼板等を積層し
て構成した鉄心７７を有している。３相の巻線はいずれ
も、巻線８５ａ・８５ｂと、巻線８６ａ・８６ｂと、巻
線８７ａ・８７ｂとはそれぞれ直列に接続しており、３
相巻線を構成するように６０゜ずつ離れた位置に配置し
ている。

【００３７】第２の物体８０は、ケイ素鋼板を積層し、
段差を設けることにより直軸に対して非対称とした鉄心
１０５、鉄心１０５の表面に接着して設けた永久磁石１
０１・１０２・１０３・１０４、出力軸８４を有してい
る。

【００３８】本実施例においては、永久磁石１０１・１
０２は厚さが６ｍｍのフェライト磁石であるのに対し
て、永久磁石１０３・１０４は厚さが１．２ｍｍの希土
類（ネオジ）磁石を用いている。

【００３９】インバータ７８は、６個のスイッチング素
子６０・６１・６２・６３・６４・６５、ダイオード６
６・６７・６８・６９・７０・７１を有しており、スイ
ッチング素子６０・６１・６２は、直流電源５３の高電
位側と３相の巻線８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８
７ａ・８７ｂの各端子間に接続し、他の３個のスイッチ
ング素子６３・６４・６５は、直流電源５３の低電位側
と３相の巻線８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８７ａ
・８７ｂの各端子間に接続し、第１の物体７６はインバ
ータ７８に接続された巻線８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８
６ｂ・８７ａ・８７ｂを有している。

【００４０】整流回路５１は、ダイオード５４・５５・
５６・５７をブリッジ接続して構成している。フィルタ
回路５２は、電解式の平滑コンデンサ５９とチョークコ
イル５８によって構成しており、直流電源５３の出力を
リプルが少ない、ほぼ完全な直流に波形整形している。

【００４１】制御回路７２は、駆動回路７３と論理回路
７４とを有しており、スイッチング素子６０・６１・６
２・６３・６４・６５のゲート端子は、すべて駆動回路
７３に接続されている。

【００４２】位置検知手段９１は、第１の物体７６と第
２の物体８０との間の空隙部に設けたホール素子８８・
８９・９０によって構成しており、第２の物体８０が回
転運動する際に、Ｎ極と対向している状態においてはＨ
ＩＧＨの論理を出力し、Ｓ極と対向している状態におい
てはＬＯＷの論理を出力するものである。

【００４３】インバータ７８は位置検知手段９１の信号
を受け、スイッチング素子６０・６１・６２・６３・６
４・６５はいずれも電気角で１２０度の期間導通するこ
とにより、巻線８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８７
ａ・８７ｂに横軸電流を供給するものとなっている。

【００４４】図２は、図１に示した電動機９９の第２の
物体８０の拡大構成をしめしたものである。永久磁石１
０１・１０４は、外側にＳ極が出るように設けられてお
り、永久磁石１０２・１０３は、外側にＮ極が出るよう
に設けられているものとなっているものである。

【００４５】永久磁石１０１・１０２に比して永久磁石
１０・１０４の厚さは、４．８ｍｍ分の差があるので、
鉄心１０５には４．８ｍｍの差を設けることにより、表
面の段差は無いものとなっていて、かつ磁石の厚さの差
があるにも関わらず、材質の差を設けたことにより、本
実施例においては、各磁石とも表面の磁束密度はほぼ同
等の性能になっているものである。

【００４６】このため、図２に示すように、ｄ軸（直
軸）とｑ軸（横軸）が発生し、またインダクタンス面か
らは、ＬｍａｘとＬｍｉｎの方向が図２の通りとなる。

【００４７】図３は、巻線電流Ｉａの位相角βをベクト
ル図にて示したものであり、永久磁石１０１・１０２・
１０３・１０４によって発生する磁束Φと同方向の直軸
（ｄ軸）に対して、π／２の進み位相の向きに横軸（ｑ
軸）を取るものとすると、βは巻線電流Ｉａのベクトル
のｑ軸からの進み角を示すものとなる。

【００４８】この電流位相角βとインダクタンスＬとの
関係は、図４に示すように直軸（ｄ軸）に対して非対称
となり、本実施例においては、β＝−π／４の場合に最
大のインダクタンスＬｍａｘとなり、β＝π／４にて最
低のインダクタンスＬｍｉｎとなる。

【００４９】図５には、この電動機の位相角βと発生ト
ルクとの関係を示しており、本実施例においては、リラ
クタンストルクがβ＝０で最大となり、よってＢＩＬト
ルクの最大点とリラクタンストルクのピークはβ値が一
致する。

【００５０】したがって、総トルクもβ＝０の条件で最
大となり、ＢＩＬトルクとリラクタンストルクの両方を
より有効に活かした動作を実現することができ、電流一
定条件で第２の従来の技術よりも大きな総トルクを、出
力軸８４から負荷に機械的出力として供給することがで
きるものとなる。

【００５１】また、制御の点においても第２の従来の技
術においてリラクタンストルクを活用しようとする場合
には、制御回路で電気的に進相パルスを出力するか、も
しくは機械的に電気的中性点からずれた位置に位置検知
手段を移すなどの必要が発生するが、本実施例によれ
ば、β＝０の条件でも最大限のリラクタンストルクが得
られるものとなる。

【００５２】したがって、多くの場合、位置検知手段９
１を古典的な位置に設けていても、β＝０に近い電流位
相が実現でき、十分な効果を上げることが可能となるも
のである。

【００５３】ただし、巻線のインダクタンス等により、
電流の遅れが生ずる場合には、必要に応じて前述したよ
うな手法で進角制御を行い、さらに高効率等の特徴が得
られるものにしても良い。

【００５４】なお、本実施例においては、鉄心１０５の
構造を直軸に対して非対称とし、永久磁石の厚さを２種
類としたことにより、第２の物体のインダクタンスを磁
極の直軸に対して非対称のものとしている。

【００５５】しかしながら、請求項２記載の発明におい
ては、特にこのような構成に限るものではなく、磁石を
鉄心内に埋め込んで設けるような構成であってもよく、
また磁石を計４枚（各極２枚）としているが、これとて
も３枚あるいは４枚などして、段階的に磁石の厚さを変
化させることもできる。

【００５６】また、磁石の厚さを段階的に変えるのでは
なく、連続的に変化させてもよく、その場合には鉄心表
面はたとえば傾斜をもった半径とするものとなるが、こ
の場合にあってもインダクタンスは直軸に対して非対称
となり、リラクタンストルクが有効に活用できる構成が
実現できるものとなる。

【００５７】したがって、要は鉄心の特性として直軸に
対してインダクタンスが非対称となるものであれば他の
構成でもよい。

【００５８】また、本実施例においては、ちょうどβ＝
０の点でリラクタンストルクも最大となるように構成を
行ったことにより、ＢＩＬトルクとリラクタンストルク
の両方を最大限まで活用することができるものとなって
いるが、リラクタンストルクのピークは必ずしもβ＝０
の点に持ってくることは必要なものではなく、インダク
タンスを直軸に対してある程度非対称とすることによ
り、リラクタンストルクをより有効に活用することがで
きるものは、本願の範疇となる。

【００５９】請求項１記載の電動機については、鉄心の
非対称も限定条件ではなく、材質・構造などの変化によ
り、直軸に対するインダクタンスの非対称性を実現した
ものであってもよい。

【００６０】また、本実施例の電動機では、基本的に第
２の物体を２極としているが、特に２極にしなければな
らないというものではない。４極、６極、８極などでも
かまわない。

【００６１】また、本実施例では、位置検知手段として
ホールＩＣもしくはホール素子を用いているが、かなら
ずしもこのようなものを用いなければならないというも
のではなく、光学的に回転角を検知するものや、超音波
を使用するもの、あるいは第１の物体には別段の素子を
設けず、各巻線に誘起する電圧を用いて、第２の物体の
回転角度を検知するものであってもよい。

【００６２】また、スイッチング素子の種類について
も、各実施例においては、バイポーラ式のトランジスタ
を使用しているが、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどを使用
してもよい。

【００６３】また、動力発生装置の各実施例は、回転運
動を負荷に伝えることによって動力を発生するものを示
しているが、必ずしも回転に限るものではなく、例えば
リニアモータの様に直線運動を行うもの、２次元的に動
力を発生するものなどであっても良い。

【００６４】また、本実施例は、すべて第１の物体を固
定し、第２の物体が回転することによって動力を取り出
しているが、必ずしもこうする必要はなく、逆に第２の
物体を固定し、第１の物体の方から動力を取り出すよう
にしてもよい。

【００６５】本実施例のような、第２の物体を回転子と
して第１の物体の中で、高い回転速度で回転させる場合
には、永久磁石に大きな遠心力が作用することから、永
久磁石の飛散を防止するために、例えば非磁性の管を第
２の物体の外周に設けたりすることもできる。

【００６６】さらに、インバータ、制御回路、交流電
源、整流回路等の構成要素については、実施例ではすべ
て第１の物体と同様に固定されているように示されてい
る。しかし、特に固定する必要はなく、たとえばこれら
の構成要素の一部またはすべてを第２の物体上に設け、
電線をひきまわして最終的に、第１の物体に設けた巻線
に接続してもよい。その際に必要であればブラシとスリ
ップリング等で電流が供給できるように構成することも
できる。

【００６７】また、本実施例では、一方向のみの回転の
みで使用するものを示しているが、逆方向に回転（移
動）させてもよい。ただし、本発明の電動機は、リラク
タンス力（トルク）をＢＩＬトルクと同方向に作用させ
ることができるのは、一方向のみであり、逆方向に回転
させる場合には、リラクタンス力（トルク）がＢＩＬ力
（トルク）と逆方向となるため、効率的に不利となる場
合もあり得るが、その場合に得られる特性に満足する負
荷条件であれば、必要に応じて逆方向にも運転するもの
としてもかまわない。

【００６８】（実施例２）図６は、請求項４記載の発明
に対応する一実施例における電気掃除機の断面図であ
る。

【００６９】図６においては、回転運動を行う動力発生
装置１１０が設けられていて、ファン１１１が動力発生
装置１１０の軸に接続されている。紙パック１１２は、
吸い取ったゴミをためるためのもので、ホース１１３、
ノズル１１４が設けられている。電源コード１１５は、
１００Ｖの交流電源（周波数は６０Ｈｚ等）に接続する
ために設けられている。なお、前輪１１６、後輪１１７
は、掃除機を移動するときに、使い勝手が良いように設
けられているものである。

【００７０】以上の構成における動作は、電源コード１
１５によって、交流電源が動力発生装置１１０に供給さ
れ、それによってファン１１１が回転駆動され、空気と
一緒にゴミがノズル１１４、ホース１１３を経て紙パッ
ク１１２に集められることにより、掃除ができるもので
ある。

【００７１】ここで、動力発生装置１１０は、すでに実
施例１での説明で述べたように、ＢＩＬトルクとリラク
タンストルクを最大限活用することができることから、
高効率が実現できるものとなる。

【００７２】加えて、整流子やブラシがなく、したがっ
て長期間の使用によっても信頼性の確保が十分にできる
電気掃除機を実現しているものである。

【００７３】（実施例３）図７は、請求項５記載の発明
に対応する一実施例における電気扇風機の構成図であ
る。

【００７４】図７においては、回転運動を行う動力発生
装置１２０が設けられていて、ファン１２１が動力発生
装置１２０の軸に接続されている。ガード１２２は、フ
ァン１２１の周囲をカバーし、手などが直接ファン１２
１に触れないようにするものである。電源コード１２３
は、１００Ｖの交流電源（周波数は５０Ｈｚ等）に接続
するために設けられている。

【００７５】以上の構成における動作は、電源コード１
２３によって、交流電源が動力発生装置１２０に供給さ
れ、それによってファン１２１が回転駆動され、風が前
方に送られるものである。

【００７６】ここで、動力発生装置１２０は、すでに実
施例１での説明で述べたように、ＢＩＬトルクとリラク
タンストルクを最大限活用することができることから、
高効率が実現できるものとなる。

【００７７】（実施例４）図８は、請求項６記載の発明
に対応する一実施例における電動車の断面図である。

【００７８】図８においては、回転運動を行う動力発生
装置１３０が設けられていて、ベルト１３１を介して車
輪１３２が駆動されるものとなっている。

【００７９】また、車輪１３３は、走行により空回りす
るものとなっている。本実施例においては、直流電圧１
２ボルトのバッテリ１３４が設けられ、動力発生装置１
３０に接続されている。

【００８０】以上の構成における動作は、バッテリ１３
４からの直流電圧が動力発生装置１３０に供給され、回
転することによって、ベルト１３１を通じて車輪１３２
が回転され、地面との摩擦で走行するものとなる。

【００８１】ここで、動力発生装置１３０は、すでに実
施例１での説明で述べたように、ＢＩＬトルクとリラク
タンストルクを最大限活用することができることから、
高効率が実現できるものとなる。

【００８２】なお、本実施例では車輪１３２・１３３の
２つとしているが、必要に応じて数を１、２、３、４・
・・などにしても良い。

【００８３】また、運ぶ荷についても限定するものはな
く、貨物・人その他のものであってもよい。

【００８４】また、車輪１３２・１３３は地面上におい
ているが、鉄製のレールなどを用いることにより、走行
経路の案内や転がり摩擦の低減などを図るものでもよ
い。

【００８５】バッテリ１３４と動力発生装置１３０の間
に、開閉手段などを設け、それを人の手によって開閉し
たり、たとえばマイクロコンピュータのような電子回路
などによって自動的にオンオフするようにしてもよい。

【００８６】また、本実施例においては、動力発生装置
１３０の機械出力をベルト１３１によって車輪１３２に
伝えているが、特にこのような構成に限定されるもので
はなく、例えばいわゆるミッションと称される様なギア
（歯車）などを使用する構成を用いてもよく、その減速
比を何段階か、もしくは無断階に変化させることができ
るようにしても良く、また動力発生装置１３０の回転方
向が一方向であって途中のギア等の噛み合わせ方を変え
ることによって、車輪１３２の回転方向を正逆に切り換
えることができるようにしてもよい。

【００８７】その場合には、動力発生装置１３０のリラ
クタンストルクを有効に活用しながら、電動車の進行方
向を前後に切り換えることができるものとなる。

【００８８】加えて、他の動力源と併用し、例えば人力
や内燃機関などによっても車輪の駆動が行われ、それに
動力発生装置からの出力が足し合わされて駆動がなされ
るようにしてもよく、その場合にあっても、動力発生装
置の性能が高いことによる効果が得られることに変わり
はない。

【００８９】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、第１の物体
と、第２の物体から成り、前記第１の物体は巻線を有
し、前記第２の物体は鉄心と永久磁石を有し、前記巻線
と前記永久磁石の鎖交磁束は前記第１の物体と前記第２
の物体の相対位置によって変化し、前記第２の物体のイ
ンダクタンスは、前記永久磁石によって発生する磁極の
直軸に対して非対称としたことにより、高効率を実現す
ることができるものである。

【００９０】また請求項２に記載した発明は、請求項１
記載の電動機を構成する第２の物体を、直軸に対して非
対称な鉄心と、前記鉄心の表面に設けた永久磁石で構成
したことにより、比較的簡単な構成によって、高効率を
実現することができるものである。

【００９１】また請求項３に記載した発明は、請求項１
または２記載の電動機と、位置検知手段と、インバータ
を有し、前記位置検知手段は、第１の物体と第２の物体
の相対位置を検知し、前記インバータは前記位置検知手
段からの信号に応じて、巻線に電流を供給し、前記第１
の物体と前記第２の物体の間には、前記巻線の電流と前
記永久磁石との作用による電磁力と、リラクタンス力の
両方を出力する様にしたことにより、直流電動機とほぼ
同様の優れた機械出力特性を有し、かつ高効率を実現す
ることができるものである。

【００９２】また請求項４に記載した発明は、請求項３
記載の動力発生装置と、ファンを有し、前記ファンは前
記動力発生装置によって回転駆動される構成とした構成
とすることにより、消費電力が小さく、または吸い込み
仕事率が高い掃除機を実現するものである。

【００９３】また請求項５の電気扇風機は、請求項３記
載の動力発生装置と、ファンを有し、前記ファンは前記
動力発生装置によって回転駆動される構成としたことに
より、消費電力が小さく、または強い風を送ることがで
きる電気扇風機を実現するものである。

【００９４】また請求項６の電動車は、請求項３記載の
動力発生装置と、車輪を有し、前記車輪は前記動力発生
装置によって回転駆動される構成としたことにより、消
費電力（燃費）が小さく、または動力性能が高い電動車
を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における電動機および動力発
生装置の回路図

【図２】同、第２の物体の断面図

【図３】同、ベクトル図

【図４】同、電流位相角βとインダクタンスのグラフ

【図５】同、電流位相角βと発生トルクのグラフ

【図６】本発明の実施例２における電気掃除機の断面構
成図

【図７】本発明の実施例３における電気扇風機の断面構
成図

【図８】本発明の実施例４における電動車の断面構成図

【図９】第１の従来の技術の動力発生装置の回路図

【図１０】同、各部の動作波形図

【図１１】同、第２の物体の断面図

【図１２】同、電流位相角βとインダクタンスのグラフ

【図１３】第２の従来の技術の第２の物体の断面図

【図１４】同、電流位相角βとインダクタンスのグラフ

【図１５】同、電流位相角βと発生トルクのグラフ

【符号の説明】

７６ 第１の物体 ８０ 第２の物体 ８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８７ａ・８７ｂ 巻
線 ９９ 電動機 １０１・１０２・１０３・１０４ 永久磁石 １０５ 鉄心

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の物体と、第２の物体から成り、前
   記第１の物体は巻線を有し、前記第２の物体は鉄心と永
   久磁石を有し、前記巻線と前記永久磁石の鎖交磁束は前
   記第１の物体と前記第２の物体の相対位置によって変化
   し、前記第２の物体のインダクタンスは、前記永久磁石
   によって発生する磁極の直軸に対して非対称である電動
   機。
2. 【請求項２】 第２の物体は、直軸に対して非対称な鉄
   心と、鉄心の表面に設けた永久磁石で構成した請求項１
   記載の電動機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電動機と、位置
   検知手段と、インバータを有し、前記位置検知手段は、
   第１の物体と第２の物体の相対位置を検知し、前記イン
   バータは前記位置検知手段からの信号に応じて、巻線に
   電流を供給し、前記第１の物体と前記第２の物体の間に
   は、前記巻線の電流と前記永久磁石との作用による電磁
   力と、リラクタンス力の両方を出力する動力発生装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の動力発生装置と、ファン
   を有し、前記ファンは前記動力発生装置によって回転駆
   動される電気掃除機。
5. 【請求項５】 請求項３記載の動力発生装置と、ファン
   を有し、前記ファンは前記動力発生装置によって回転駆
   動される電気扇風機。
6. 【請求項６】 請求項３記載の動力発生装置と、車輪を
   有し、前記車輪は前記動力発生装置によって回転駆動さ
   れる電動車。