WO2004010564A1

WO2004010564A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2004010564A1
Application number: PCT/JP2003/008807
Authority: WO
Inventors: Takeharu Ishikawa
Original assignee: Natsume Optical Corporation
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2004-01-29
Also published as: AU2003252496A1

Abstract

　ロータ磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電によりロータ磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石がロータ磁極コアの軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが回転軸の周囲に複数箇所で設けられたロータと、ステータ磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電によりステータ磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石がステータ磁極コアの軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが円環状に複数箇所で支持されてロータを囲繞して配置されている。

Description

技術分野

本発明は、電動機、発電機などに応用可能な回転電機に関する。背景技術

電動機の中でも、例えばステッピ明ングモー夕に代表されるブラシレスモータにおいては、ロータとして回転軸にロータ田マグネットを備え、ステ一タとしてハウジング側に固定されたステ一夕コア（積層コア）に電機子卷線が巻き回されたものが用いられている。一般に交流電源を全波整流して得られた直流電源よりインバ一タ回路を通じて所望の周波数を有するパルス電圧を生成して印加することにより、入力パルス電圧に比例した回転角だけマグネットロー夕が回転するようになっている。マグネットロー夕は、インナ一ロータ型とアウターロータ型があり、何れも電機子巻線への通電により形成される磁極との吸引若しくは反発で回転するようになっている。また、モータの出力トルクを補うために、ロー夕コアに口 —夕マグネット側から発生する磁束を補う永久磁石を埋め込んだモー夕なども提案されている（特開平 1 1— 1 13 1 98号、特開 2000— 50585号等）。或いは永久磁石と電機子コイルから発生する磁束を重畳したハイプリッド型の電磁石を利用したモー夕も提案されている（例えば特開 2000— 1 50228号公報、特開 200 1— 9 52 1 2号公報等）。

また、ロータ側にマグネットを使用せず磁性体のみで構成した電動機として、自己起動型の同期電動機が提案されている（例えば特開 200 1 - 25822 1 号公報）。この電動機は、固定子側には 90度ずつ位相をずらせて軸心方向へ突設された E型磁気ヨークが 4箇所に配置されている。各磁気ヨークの中心脚部に励磁巻線が巻き回され、脚部内端側に一対の磁性体吸引用基体が接合されている。磁性体吸引用基体は硬磁性体の両側に軟磁性体を結合された八イブリッド構造をしており、軟磁性体の脚部端面との接合面との反対側面（内面側）を磁束作用面に形成されている。また、回転子は筒状磁性体よりなり、周面部に複数の歯型状の磁極が形成されている。固定子側の磁性体吸引用基体は、磁気ヨークの励磁卷線に順次通電して、軟磁性体の磁束作用面による回転子の磁極のうち接近するものを吸引することにより回転子を回転駆動するようになっている。

上述した各種マグネットロ一夕型のモー夕においては、電機子巻線への通電によりステ一夕側の電磁石に形成される磁極とマグネットロータの永久磁石との吸引若しくは反発で回転するため、磁束が漏れ易くステ一夕コアを通過する磁束に基づく磁気エネルギーを有効に生かしきれていない。また、ステ一夕コアに巻き回された電機子巻線の抵抗ゃ通電時の発熱により発生するエネルギーロスが大きく、モータ一の出力効率を向上させるのにも限界があった。また、ステ一夕と口一夕間に形成される磁気回路を通過する磁束は、永久磁石又は電磁石の何れか一方から発生する磁束に限られているため、電磁石側のみから発生する磁束を増やしても、磁極間の吸引若しくは反発による十分な回転トルクも得られないという課題があった。

また、自己起動型の同期電動機においては、磁気ヨークにおいて電磁石で発生した磁束と磁性体吸引用基体で発生した磁束を重畳して磁束作用面より回転子の接近する磁極（歯型）に作用するようになっている。

しかしながら、回転子の歯型状磁極の磁束作用面及び磁気ヨークの磁束作用面の面積が小さい（特に棒状永久磁石の軟磁性体部分のみを利用している）ため、電磁石との相互作用により磁束作用面から発生する磁束が飽和し易く、磁極数が増えるほど或いは回転子が大型化すると吸引作用のみによる大幅な回転トルク性能や回転速度の向上は望めない。また、 E型磁気ヨークの中央磁脚部に励磁コィルを巻き付け、脚部内端側に磁性体吸引用基体を設ける構成であるため、回転子径に比べて固定子側の外径が大径化し易く、 E型磁気ヨークを非磁性体円筒内で設置数を増やすにはスペースに限界があり、回転子の回転位置に応じた高精細な通電制御がし難い。また、 E型磁気ヨークを非磁性体円筒内に周方向にバランス良く配置固定するのが難しいという課題があり、磁気ヨークの磁極端（先端）に接合されるハイプリッド構造の磁石は均一な磁性材料よりなる通常の永久磁石より高価であり、製造コストも嵩む。発明の開示

本発明の目的は、ロータ及びステ一夕に設けられた電磁石及び永久磁石から発生する磁束を重畳させて無駄なく活用して回転トルクや出力効率を向上させた汎用性の高い回転電機を提供することにある。

また、簡易な構成で回転トルクを向上させ、回転効率が良くエネルギーロスの少ない回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明に係る回転電機は次の構成を有する。

第 1の構成は放射状に配置されたロー夕磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電により前記口一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石が軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが回転軸の周囲に複数箇所で支持された円板状のロータと、前記ロータ磁極コアに対向して放射状に配置されたステ一夕磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石が軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが円環状に複数箇所で支持されて前記ロータを囲繞して配置されたステ一夕とを具備したことを特徴とする。

第 2の構成は、放射状に配置されたロータ磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石と、通電により前記ロー夕磁極コァに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石とが交互にリング状に配置され、これらが回転軸と一体に回転可能に支持されたロー夕と、前記ロー夕磁極コアに対向して放射状に配置されたステ一夕磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石と、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石とが交互にリング状に配置されたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕磁極コアが前記ロー夕磁極コアと対向するように前記ステ一夕がロータを囲繞して設けられていることを特徴とする。

第 3の構成は、円弧状に形成された口一夕磁極コアどうしを連結する連結部に電機子コイルが巻き回された電磁石どうしが、通電により前記ロータ磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石により前記電磁石のロータ磁極コアどうしが円環状に連結された口一夕と、前記円弧状に形成されたステ一夕磁極コアどうしを連結する連結部に電機子コイルが巻き回された電磁石どうしが、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石により前記電磁石のステ一夕磁極コァどうしが円環状に連結されたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕磁極コアが前記ロータ磁極コアと対向するように前記円環状のステ一夕が円環状のロータを囲繞して設けられていることを特徴とする。

また、第 4の構成は、回転軸と同軸状に嵌め込まれた筒状の磁性体の外周に非磁性部を介して等間隔で固定され、径方向に N極及び S極に着磁された可動側永久磁石を有するロータと、前記ロータを囲繞して設けられた筒状のステ一夕コアの内璧側に軸芯方向に突設された突極部が周方向に等間隔で形成され、各突極部間に周方向に N極及び S極に着磁され固定側永久磁石が同極側を各突極部に向けて設けられ、前記各突極部に巻き回された励磁コイルへの通電により各突極部の先端面に形成される磁束作用面より口一夕側に作用する磁束を発生させる電磁石を備えたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕コアの各突極部に巻き回された励磁コイルは、通電により突極部先端側に発生する磁極が隣接する固定側永久磁石の磁極と同極となるように巻き回されており、ステ一夕磁極は、選択された電磁石への通電により当該電磁石から発生した磁束に両側で隣接する固定側永久磁石の磁極から発生した磁束を重畳して突極部の磁束作用面より作用させ、同極の口一夕磁極との反発及び異極のロータ磁極との吸引によりロータが回転駆動されることを特徴とする。

また、第 5の構成は、回転軸に交差して設けられた円板状の非磁性体の周縁部に軸方向に N極及び S極に着磁された可動側永久磁石が周方向に等間隔で配設されたロータと、軸方向断面がコ字状のステ一夕コアが両側脚部を軸芯方向に向け前記口一夕を囲繞して周方向に等間隔で配設され、各ステ一夕コアの胴部に励磁コィルが卷き回されてなる電磁石と、各ステ一夕コァの両側脚部の外側に各々設けられた軸方向に N極及び S極に着磁された固定側永久磁石と、該固定側永久磁石の外側に各々一体に重ね合わせられたリング状のヨークとを備えたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕コアの胴部に巻き回された励磁コイルは通電により当該ステ一夕コアの両側脚部に形成される磁極と両側で隣接する固定側永久磁石の磁極と同極となるように巻き回されており、ステ一夕磁極は、選択された電磁石への通電により当該電磁石から発生した磁束に隣接する固定側永久磁石の磁極から発生した磁束を重畳して両側脚部の内側対向面に形成される磁束作用面より作用させ、同極の口一夕磁極との反発及び異極の口一夕磁極との吸引により口一夕が回転駆動されることを特徴とする。

上述した第 1の構成乃至第 3の構成に係る回転電機を用いると、電機子コイルへの通電により、ロータ及びステ一夕に備えた電磁石及び永久磁石から発生する磁束を重畳させて対向する磁極部より作用させるので、強力な反発力及び吸引力を発生させて大きな回転トルクが得られ、.通電を停止してもロータ及びステ一夕の永久磁石より発生した磁束は、磁極コアや継鉄を通って N極から S極へ閉ル一プを描いて形成されるため、外部へ磁束の漏れはなくなるため、回転機の出力効率を向上させることができる。

また、第 4の構成及び第 5の構成に係る回転電機を用いると、ステ一夕に設けられた電磁石と固定側永久磁石の磁極から発生した磁束を重ね合わせてステ一夕磁極を通じて漏れなくロータ磁極へ作用させて磁極どうしの反発力及び吸引力を利用して大きな回転トルクが得られる。また、ステ一夕の通電されない各電磁石では、固定側磁石より発生した磁束は、ステ一夕コアを通じて磁気閉回路が形成されて磁束が外部に漏れないので、回転効率が良くエネルギーロスの少ない回転電機を提供できる。

また、口一夕磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の励磁コイルを選択して同時に通電する際に磁極どうしが反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極に吸引される通電パターンを繰り返すことにより、口一夕が確実に起動回転方向へ付勢されて回転駆動され、回転位置制御がし易い回転電機を提供できる。よつて、簡易な構成によって、省エネルギーで高トルクを実現したステッピングモー夕ゃサーボモ一夕などの汎用性の高いブラシレスモータや発電機を提供できる。図面の簡単な説明

図 1 A及び図 1 Bは第 1実施例に係るロータ及びステ一夕の構造を示す平面説明図であり、図 2は電磁石の説明図であり、図 3 A及び図 3 Bはロータの組付け構造を示す部分断面図及び平面図であり、図 4はロータとステ一夕の組付け状態を示す断面説明図であり、図 5はロータ若しくはステ一夕の電磁石の他例を示す説明図であり、図 6 A及び図 6 Bは他例に係る電磁石及び口一夕とステ一夕の組付け状態を示す平面図及び断面図であり、図 7 A及び図 7 Bは第 2実施例に係るロータ及びステ一夕の構造を示す平面説明図であり、図 8 A及び図 8 Bは他例に係るロータの構造を示す平面図及び部分分解説明図であり、図 9 A及び図 9 Bは第 3実施例に係るロータの構造を示す平面説明図であり、図 1 O A及び図 1 0 B は第 3実施例に係るステ一夕の構造を示す平面説明図及び側面図であり、図 1 1 A乃至図 1 1 Hは回転電機の回転動作を示す説明図であり、図 1 2は第 4実施例に係る回転電機の模式平面図であり、図 1 3はロータの斜視説明図であり、図 1 4は図 1 2の回転電機の部分拡大平面図であり、図 1 5 A乃至図 1 5 Dは回転電機の動作原理を示す説明図であり、図 1 6 A乃至図 1 6 Fはロータが 1回転する間のステ一夕の励磁コイルへの通電パターンを例示する夕イミングチャートであり、図 1 7 A乃至図 1 7 Fは図 1 6 A乃至図 1 6 Fの通電切換えが行われる際の口一夕の回転位置を示す説明図であり、図 1 8は第 5実施例に係る回転電機の模式平面図であり、図 1 9 A乃至図 1 9 Hはロータが 1 / 2回転する間のステ一夕の励磁コイルへの通電パターンを例示する夕イミングチャートであり、図 2 0 A乃至図 2 0 Hは図 1 9 A乃至図 1 9 Hの通電切換えが行われる際の口一夕の回転位置を示す説明図であり、図 2 1 A乃至図 2 1 Dは第 6実施例に係るステ一夕の分解斜視図、ステ一夕の側面図、ステ一夕の径方向断面図及びロータの斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。本発明に係る回転電機の実施の形態として、例えば電動機や発電機などに応用可能なィンナーロータ型の回転電機について説明する。図中、ロー夕及びステ一夕内に示す矢印は、磁極部の極性に応じて磁束の発生する向きを例示したものである。

(第 1実施例）

先ず、回転電機の全体構成について図 1及び図 2を参照して説明する。図 1 Aにおいて、口一夕 1の回転軸 2には環状部（フランジ部） 3が円環状に形成されている。この環状部 3に電磁石 4が周方向に一定間隔で保持されている。電磁石 4は、回転軸 2の周囲に放射状に配置されたコ字状の口一夕磁極コア 5の胴部 6 (図 2参照）に電機子コイル 7が巻き回されている。この電磁石 4には、通電により口一夕磁極コア 5に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石 8がロータ磁極コア 5の軸方向両側に一体に取り付けられている（図 2参照）。

また、図 1 Bにおいて、ステ一夕 9は、円環状の支持材 1 0に電磁石 1 1が周方向に一定間隔で支持されている。支持材 1 0は金属材（非磁性材）でも良いが、プラスチックなどの樹脂材により電磁石 1 1がー体にモールド成形されていても良い。電磁石 1 1はロータ磁極コア 5に対向して放射状に配置されたステ一タ磁極コア 1 2の胴部 1 3 (図 2参照）に電機子コイル 1 4が巻き回されている。こ. の電磁石 1 1には、通電によりステ一夕磁極コア 1 2に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石 1 5がステ一夕磁極コア 1 2の軸方向両側に一体に取り付けられている。

ステ一夕磁極コア 1 2がロータ磁極コア 5と対向するように円環状のステ一夕 9が円板状のロータ 1を囲繞して設けられている。

図 3 A及び図 3 Bは、ロータ 1'の組付け構造の一例を示す。回転軸 2には、径方向外側に拡径された環状部 3が形成されている。この環状部 3の外周面には溝部 3 aが形成されており、電機子コイル 7が嵌め込まれるようになつている。電磁石 4は口一夕磁極コァ 5の胴部 6及び永久磁石 8に端部が環状部 3の外周面に突き当てられ、電機子コイル 7の一部を溝部 3 aに嵌め込まれる。この状態で、磁性材料よりなる円環状の保持材（例えば継鉄） 1 6により永久磁石 8の外側面及び環状部 3の側面部 3 bに上下で重ね合わせてビス 1 7により固定され、回転軸 2と一体に回転可能に保持されている。この保持材 1 6を設けることで、瞵り合う永久磁石 8の異なる磁極どうしの間に磁路が形成され、電機子コイル 7への通電を停止しても、磁束がロータ磁極コア 5や保持材 1 6に形成される磁路より外部へ磁束が漏れないようになつている。

図 4は、ロータ 1とステ一夕 9とが組付けられた状態を示すものである。ステ一夕 9は、電磁石 1 1とそのステ一夕磁極コア 1 2の両側に設けられた永久磁石 1 5が、図 1 Bに示す支持材 1 0に環状に一体に保持されたまま、環状に形成された断面コ字状の継鉄 2 0の凹部に嵌め込まれている。この継鉄 2 0は、軸方向に両側に設けられた永久磁石 1 5の異なる磁極どうしの間及び周方向に隣り合う永久磁石 1 5の異なる磁極どうしの間に各々磁路を形成する。この継鉄 2 0を設けることで、電機子コイル 1 4への通電を停止しても、磁束がステ一タ磁極コア 1 2や継鉄 2 0に形成される磁路より外部へ磁束が漏れないようになつている。ロー夕 1の電'磁石 4とステ一夕九の電磁石 1 1とは口一夕磁極コア 5とステ一夕磁極コア 1 2とが対向するように配置されている。そして、電機子コイル 7及び電機子コイル 1 4に通電することにより、 N極どうし及び S極どうしが対向するように磁極が形成されて反発により回転する。この場合、電磁石 4及び電磁石 1 1には、電機子コイル 7及び電機子コイル 1 4から発生する磁束に加えて永久磁石 8及び永久磁石 1 5から発生する磁束を重畳して作用させることができるので、反発力を強めて回転トルクを増大させることができる。

図 5は、口一夕 1とステ一夕 9との組付け状態の他例を示すものである。. 図 4 とはロータ 1とステ一夕 9の電磁石の構成が異なっている。図 4ではロー夕 1のロー夕磁極コア 5の胴部 6に電機子コイル 7が 1箇所に巻き回されていたが、本実施例ではコ字状のロータ磁極コア 5の脚部 1 8に電機子コイル 7が 2箇所に巻き回されて電磁石 4が形成されている。また、永久磁石 8は脚部 1 8どうしの間に嵌め込まれている。また、ステ一夕 9の電磁石 1 1の構成は図 4と同様である。本実施例の場合、ロータ 1の口一夕磁極コア 5に形成される磁極部は脚部 1 8の外面となるため、ステ一夕磁極コア 1 2の磁極部となる脚部 1 9の内面が軸方向に対向するよう配置されている。

また、ステ一夕 9に組み込まれる電磁石 1 1は、図 6 Aに示すように、電磁石 1 1を周方向に複数箇所に並べて永久磁石 1 5どうしを継鉄 2 0により連結された状態で並設されていても良い。この場合、 9 0度ずつ位相がずれた位置で設けられており、電磁石 1 1どうしは、リング状に形成された継鉄 2 0により保持されている。この継鉄 2 0を設けることで、隣り合う永久磁石 1 5の異なる磁極どうしの間に磁路が形成され、電機子コイル 1 4への通電を停止しても、磁束がステ一夕磁極コア 1 2や継鉄 2 0に形成される磁路よ.り外部へ磁束が漏れないようになっている。

ステ一夕 9とロータ 1との組付け状態について説明する。図 6 Bにおいてロータ 1は図 5と同様にコ字状のロー夕磁極コア 5の脚部 1 8に電機子コイル 7が 2 箇所に巻き回された電磁石 4が回転軸 2の環状部 3の周囲に保持されている。このロータ磁極コア 5の脚部 1 8の外側面に形成された磁極面と、ステ一夕磁極コァ 1 2の脚部 1 9の内側面に形成された磁極面とが対向するようにロータ 1及びステ一夕 9が配置されている。

(第 2実施例）

次に、回転電機の他例について図 7 A及び図 7 B、図 8 A及び図 8 Bを参照して説明する。第 1実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用する。図中、ロー夕及びステ一夕内に示す矢印は、磁束の発生する向きを例示したものである。図 7 Aにおいて、口一夕 1は回転軸 2の周囲に電磁石 4が周方向に一定間隔でリング状に設けられている。電磁石 4は、コ字状のロー夕磁極コア 5の胴部 6が周方向に沿って配置され、両側脚部 1 8が径方向に放射状に配置されている。口一夕磁極コア 5の胴部 6には電機子コイル 7が巻き回されている。この電磁石 4 どうしの間には、通電によりロータ磁極コア 5に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された弧状の永久磁石 8が配置され、電磁石 4と永久磁石 8とが交互に配置されて全体としてリング状に形成されている。

この電磁石 4及び永久磁石 8は、例えば図 8 Aに示すように、回転軸 2に設けられた環状部 3の外周面に沿って配置され、軸方向両側から円環状の保持材（例えば継鉄などの磁性材） 1 6により挟み込まれてビス 1 7により固定されている。具体的には、図 8 Bにおいて各口一夕磁極コア 5及び永久磁石 8の軸方向の端面には溝部 2 1が弧状に連続して形成されている。この溝部 2 1に保持材 1 6の係止片 1 6 aを嵌め込み、ビス孔 1 6 bにビス 1 7を嵌め込んで環状部 3にビス止めすることにより、各電磁石 4及び永久磁石 8は回転軸 2に一体に固定される。図 7 Bにおいて、ステ一夕 9は、電磁石 1 1が周方向に一定間隔で設けられている。電磁石 1 1はロータ磁極コア 5に対向して両側脚部 1 9が放射状に配置されたコ字状のステ一夕磁極コア 1 2の胴部 1 3に電機子コイル 1 4が巻き回されている。この電磁石 1 1には、通電によりステ一夕磁極コア 1 2に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された弧状の永久磁石 1 5が交互に配置され、全体としてリング状に形成されている。ステ一夕 9は、図 1 Bのように支持材 1 0 によりリング状に保持されていても良い。このステ一夕磁極コア 1 2が口一タ磁極コア 5と径方向に対向するように円環状のステ一夕 9が円板状のロータ 1を囲繞して設けられている。

ロータ 1の磁極部とステ一夕 9の磁極部とが対向する位置で同極となるように各電機子コイル 7、 1 4に通電され、ロータ 1が回転して磁極部どうしが異極となる位置で通電を停止する動作を繰り返してロー夕 1が回転駆動される。

(第 3実施例）

次に、回転電機の他例について図 9及び図 1 0を参照して説明する。図中、口一夕及びステ一夕内に示す矢印は、磁束の発生する向きを例示したものである。図 9 Aにおいて、口一夕 2 2は、円弧状に形成された磁極部が連結部 2 4により連結されたロータ磁極コア 2 3が 1対設けられている。各ロータ磁極コア 2 3 の連結部 2 4には電機子コイル 2 5が巻き回されて電磁石 2 6が形成されている。電磁石 2 6どうしは、通電により口一夕磁極コア 2 3に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石 2 7により口一夕磁極コア 2 3が円環状に連結され、ロータ 2 2が形成されている。

図 9 Bにおいて、ロータ 2 2は例えば回転軸 3 4と一体化した保持部材（非磁性材） 3 5により両側より挟み込まれて、ビス 3 6により一体に組付けられるようになっていても良い。

図 1 O Aにおいて、ステ一夕 2 8は、円弧状に形成された磁極部が連結部 2 9 により連結されたステ一夕磁極コア 3 0が 1対設けられている。各ステ一夕磁極コア 3 0の連結部 2 9には電機子コイル 3 1が巻き回されて電磁石 3 2が形成されている。電磁石 3 2どうしは、通電によりステ一タ磁極コア 3 0に形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石 3 3によりステ一夕磁極コア 3 0が円環状に連結され、ステ一夕 2 8が形成されている。

図 1 0 Bにおいて、ステ一夕 2 8は例えば環状の保持部材（非磁性材） 3 7により軸方向両側より挟み込まれて、ビス 3 8により一体に組付けられるようになつていても良い。 - ステ一夕磁極コア 3 0が口一夕磁極コア 2 3と対向するように円環状のステ一タ 2 8が円環状のロータ 2 2を囲繞して設けられている。ロータ 2 2及びステ一夕 2 8の対向する磁極部どうしが同極となるように各電機子コイル 2 5、 3 1に通電され、磁極間の反発によりロータ 2 2が回転して対向する磁極部どうしが異極となる位置で通電を停止する動作を繰り返してロータ 2 2が回転駆動される。

ここで、上述した回転電機を直流電動機として使用する場合の回転動作について、図 1 1 〜図1 1 H を参照して説明する。回転動作は、ロータが 1回転する間の動作について説明するものとする。尚、ロータ及びステ一夕の電機子コイルへの通電制御は、図示しない駆動回路により行なわれ、一般に交流電源を全波整流して得られた直流電源よりインバー夕回路を通じて所望の周波数のパルス電圧を生成して印加することにより口一夕が回転するようになっている。また、ロー夕にも電機子コイルが設けられていることから、公知の給電ブラシを用いて給電するようになつている。また、ロータの回転方向は時計回り方向とする。

図 1 1 Aにおいて、ロータ磁極部（S l、 S 2 ) とステ一タ磁極部（S ) 及びロータ磁極部（N l、 N 2 ) とステ一夕磁極部（N ) とが同極で対峙した状態でロー夕及びステ一夕の電機子コイルに通電する。このとき、同極どうしが反発し、異極どうしが吸引することから口一夕は時計回り方向へ回転し（図 1 1 B参照）、 9 0度回転した位置、即ち口一夕磁極部（S l、 S 2 ) とステ一夕磁極部（N) 及びロータ磁極部（N l、 2 ) とステ一夕磁極部（S ) とが対峙した状態で口一夕及びステ一夕の電機子コイルへの通電を停止する（図 1 1 C参照）。

また、このとき、ロータ磁極部とステ一夕磁極部は異極が対峙しているが、口一夕及びステ一夕に通電を停止したことで、ロー夕及びステ一夕の永久磁石より発生した磁束は、磁極コアや継鉄を通って N極から S極へ閉ループを描いて形成されるため、外部へ磁束の漏れはなくなる。このため、ロー夕は慣性により更に時計回り方向へ回転する（図 1 1 D参照）。そして、ロータは更に 9 0度回転した状態、ロータ磁極部（S 1、 S 2 ) とステ一夕磁極部（S ) 及び口一夕磁極部（N 1、 N 2 ) とステ一タ磁極部（N ) とが同極で対峙した状態でロータ及びステ一タの電機子コイルに再び通電する（図 1 1 E参照）。このとき、同極どうしが反発し、異極どうしが吸引することからロータは時計回り方向へ更に回転し（図 1 1 F参照）、 9 0度回転した位置、即ちロータ磁極部（S l、 S 2 ) とステ一夕磁極部（N) 及びロー夕磁極部（N l、 N 2 ) とステ一夕磁極部（S ) とが対峙した状態でロー夕及びステ一夕の電機子コイルへの通電を停止する（図 1 1 G参照）。また、このとき、ロータ磁極部とステ一夕磁極部は異極が対峙しているが、口 —夕及びステ一夕に通電を停止したことで、ロー夕及びステ一夕の永久磁石より発生した磁束は、磁極コアや継鉄を通って N極から S極へ閉ループを描いて形成されるため、外部へ磁束の漏れはなくなる。このため、ロータは慣性により更に時計回り方向へ回転する（図 1 1 H参照）。そして、口一夕は更に 9 0度回転した状態、即ちロー夕磁極部（S l、 S 2 ) とステ一夕磁極部（S ) 及び口一夕磁極部（N l、 N 2 ) とステ一夕磁極部（N) とが同極で対峙した状態（図 1 1 A参照）でロー夕及びステ一夕の電機子コイルに再び通電する動作を繰り返す。

このように、ロータ及びステ一夕の電磁石と永久磁石から発生した磁束を重畳させて対向する磁極部を通じて作用させることにより、強力な反発力及び吸引力を発生させて大きな回転トルクが得られ、電動機の出力効率を向上させることができる。

本発明は、上述した各実施の態様に限定されるものではなく、口一夕磁極コアゃステ一夕磁極コアの形状は任意であり、電機子コイルの数も更に多数設けても良い。また、回転電機は直流電動機のみならず、ロータを外力で回転させることにより、ロー夕側及びステ一夕側の電機子コィルょり誘導起電力を取り出すこともできるため発電機としても利用できる。

(第 4実施例）

次に第 4実施例に係る、回転電機の概略構成について図 1 2〜図 1 4を参照して説明する。図 1 2において、ロータ 4 1は、回転軸 4 2の外側に筒状の非磁性体 4 3及び磁性体 4 4が同心状に嵌め込まれている。磁性体 4 4の外周には非磁性部 4 3 aを介して可動側永久磁石 4 5が等間隔で固定されている。可動側永久磁石 4 5は、周方向に所定角度ずつ位相がずれた位置に配設されており、本実施例では 9 0度ずつ位相が異なる位置に 4極分設けられている。可動側永久磁石 4 5は径方向に N極及び S極に着磁されており、磁束作用面（外周面）が N極と S 極とが交互になるように配置されている。可動側永久磁石 4 5としてはネオジゥム系磁石やサマリゥム系磁石などの希土類磁石が好適に用いられる。

図 1 2において、ステ一夕 4 6は、筒状のステ一夕コア 4 7を備えている。ステ一夕コア 4 7は、ケィ素鋼鈑などの金属磁性板が内側に突起部を有するリング状に打ち抜かれたものを複数積層プレスして一体にかしめられた積層コアが用いられる。ステ一夕コア 4 7は内周側に軸心方向に向かって突極部 4 8が突設されている。突極部 4 8は、周方向に等間隔（3 0度間隔）で設けられており、本実施例では 1 2極分突設されている。各突極部 4 8の両側には、周方向に N極 - S 極に着磁された固定側永久磁石 4 9が吸着固定されている。口一夕 4 1とステ一夕 4 6との磁極数の比は 1対 3に構成されている。固定側磁石 4 9と瞵接する各突極部 4 8の両側面は Λの字状に傾斜面 5 0に形成されている。これにより、固定側永久磁石 4 9より発生したより多くの磁束が突極部 4 8を通過して磁束作用面（先端面） 5 1よりロー夕 4 1へ作用させることができる。固定側永久磁石 4 9としてはネオジゥム系磁石ゃサマリゥム系磁石などの希土類磁石が好適に用いられる。

また、図 1 2において、各突極部 4 8の胴部には励磁コイル 5 2が巻き回され、電磁石 5 3が形成される。各電磁石 5 3は、励磁コイル 5 2へ通電することにより各突極部 4 8の磁束作用面 5 1より口一夕 4 1側に作用する磁束を発生させる各励磁コイル 5 2は、通電により突極部 4 8に発生する磁極が隣接する固定側永久磁石 4 9の磁極と同極となるように巻き回されている。これにより、図 1 4において、ステ一夕コア 4 7の選択された電磁石 5 3への通電により当該電磁石 5 3から発生した磁束に両側で隣接する固定側永久磁石 4 9の磁極から発生した磁束を重畳して突極部 4 8の磁束作用面 5 1より作用させ、同極の口一夕磁極との反発及び異極のロータ磁極との吸引によりロータ 4 1が回転駆動される。

ステ一夕 4 6の電磁石 5 3に通電されない状態では、口一夕 4 1は磁気抵抗が最も少ない位置、即ち各ロータ磁極と突極部とが対向した位置で静止している（図 1 2参照）。よって、ロータ磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の電磁石の励磁コイル 5 2 (本実施例では 9 0度ずつ位相がずれた励磁コイル 5 2 ) を選択して同時に通電する際にロータ磁極が反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極にロータ磁極が吸引される通電パターンを繰り返すことにより、ロータ 4 1が回転方向に付勢されて回転駆動される

図 1 3において、ロータ 4 1の可動側永久磁石 4 5は、磁性体 4 4の外周に 4 箇所に吸着固定されている。可動側永久磁石 4 5は外周側コーナー部が面取りされており、該面取り部 4 5 aが非磁性部 4 3 aのテーパー状のガイド面 4 3 bに当接することにより径方向外側への脱落や位置ずれを抑えている。非磁性部 4 3 aは、筒状の磁性体 4 4に対して非磁性ブロック片が例えばビス 5 4により固定されている。非磁性ブロック片は、ビス 5 4の替わりに嵌合若しくは接着など他の方法で固定されていても良い。

ここで、上述した回転電機の動作原理について、図 1 5 A〜図 1 5 Dを参照して説明する。図 1 5 Aにおいて、平行に配置された棒状の鉄片 5 5の間に N Sに着磁された棒磁石 5 6を介在させて、両側鉄片 5 5が吸着されてコ字状の第 1の磁石 5 7が形成されている。この第 1の磁石 5 7の両側鉄片 5 5の長手方向の端面に磁性体 5 8 (鉄板など）を近づけると吸着される。このとき、.第 1の磁石 5 7及び磁性体 5 8には図の破線矢印 Pに示す磁路が形成されている。第 1の磁石 5 7に磁性体 5 8が吸着されると、棒磁石 5 6から発生した磁束が漏れなく矩形状に閉じた磁気閉回路が形成される。

次に、図 1 5 Bにおいて、対向する磁極が N Sに着磁された馬蹄形磁石 5 9を第 1の磁石 5 7の鉄片 5 5の外側より吸着させて第 2の磁石 6 0が形成されている。この第 2の磁石 6 0は、棒磁石 5 6と馬蹄形磁石 5 9の磁極が鉄片 5 5の両側より同極側が向かい合うようにして吸着されている。この第 2の磁石 6 0の両側鉄片 5 5の長手方向端面に磁極が形成されて、磁性体 5 8 (鉄板など）を近づけると吸着される。このとき、第 2の磁石 6 0及び磁性体 5 8には棒磁石 5 6より発生した破線矢印 Pに示す磁路の他に馬蹄形磁石 5 9より発生した破線矢印 Q に示す磁路が形成されている。棒磁石 5 6と馬蹄形磁石 5 9の磁極は同極どうしが対向配置されているので、鉄片 5 5及び磁性体 5 8内を同じ向きに通過する磁束が形成される。第 2の磁石 6 0に磁性体 5 8が吸着されると、棒磁石 5 6及び馬蹄形磁石 5 9から発生した磁束が漏れなく閉じた磁気閉回路が形成される。したがって、磁性体 5 8を通過する磁束密度が増える分、第 1の磁石 5 7に比べて、強固に磁性体 5 8を吸着することができる。

図 1 5 Cにおいて、第 2の磁石 6 0のうち棒磁石 5 6を棒状鉄片 5 5に置き換えると、実線矢印 Rに示す磁路が形成されて、馬蹄形磁石 5 9の対向する磁極より発生した磁束は、鉄片 5 5のブロックを直線的に通過して磁気閉回路が形成される。このため、第 2の磁石 6 0の両側鉄片 5 5の長手方向端面に、磁性体 5 8 (鉄板など）を近づけても、両側鉄片 5 5の長手方向には磁路が形成されないので、磁性体 5 8は吸着されない。

このように、鉄片 5 5間に棒磁石 5 6を介在させた場合と、鉄片 5 5を介在させた場合とで使い分けることにより、鉄片 5 5の長手方向端面において磁界を発生させたり発生させなくして、磁性体 5 8の吸着/吸着解除の制御が行える。そこで、図 1 5 Dにおいて、第 2の磁石 6 0の構成において、棒磁石 5 6に替えて電磁石 6 1を設けることにより、図 1 5 B及び図 1 5 Cの機能を併せ持つ第 3の磁石 6 2が形成できる。即ち、コ字状のヨーク（継鉄） 6 3の胴部 6 3 bに励磁コイル 6 4を卷き回し、両側脚部 6 3 aの外側より馬蹄形磁石 5 9を吸着させたものである。この励磁コイル 6 4は通電により対向する馬蹄継磁石 5 9の磁極と同極となるようにヨーク 6 3に巻き回されている。

よって、第 3の磁石 6 2において、励磁コイル 6 4に通電すると、図 1 5 Bと同様の磁界が発生して、ヨーク 6 3の両側脚部 6 3 aの長手方向に同じ向きで電磁石 6 1及び馬蹄形磁石 5 9より発生した磁束による磁路 A、 Bが形成され、ョーク 6 3の磁極である両側脚部 6 3 aの長手方向の端面に磁性体 5 8を強固な吸引力で吸着することができる。また、励磁コイル 6 4へ通電しないときには、図 1 5 Cと同様の磁界が発生して、馬蹄形磁石 5 9より発生した磁束はヨーク 6 3 の胴部 6 3 bを直線的に通過して磁気閉回路が形成される。このため、ヨーク 6 3の両側脚部 6 3 aの長手方向端面に磁性体 5 8 (鉄板など）を近づけても吸着されない。

本実施例のステ一夕 4 6は、図 1 5 Dに示す第 3の磁石 6 2の構成を応用したものである。即ち、図 1 4において、ヨーク 6 3に相当するステ一夕コア 4 7には、軸心方向に突設された突極部 4 8が周方向に等間隔で設けられている。各突極部 4 8には励磁コイル 5 2が巻き回されて電磁石 5 3が形成されている。また馬蹄形磁石 5 9の替わりに突極部 4 8の先端両側に固定側永久磁石 4 9を固着して設けられている。固定側永久磁石 4 9の磁極は、電磁石 5 3の励磁コイル 5 2 への通電により突極部 4 8に生ずる磁極と同極の磁極（例えば、ステ一夕磁極 P 1の場合には N極、ステ一夕磁極 P 1 'の場合には S極）が突極部 4 8に臨むように設けられている。

ステ一夕コア 4 7のステ一夕磁極 P 1、 P l ' 、 P 2に形成される磁気回路について説明する。ステ一夕磁極 P 1、 P 1 ' P 2に設けられた各電磁石 4 8の励磁コイル 5 2へ通電されない間は、突極部 4 8間の各固定側永久磁石 4 9の N S 磁極から発生した磁束は隣接する突極部 4 8を含むステ一夕コア 4 7を通じて図 1 4の破線矢印し 1、 L 1 ' 、 L 6 'のように互いに異なる向きに磁気閉回路が形成される。このとき、ステ一夕 4 6側からロータ 4 1へ磁束が漏れることはない。

ステ一夕磁極 P 1の励磁コイル 5 2のみに通電すると、破線矢印 L l、 L 6 ' の磁気回路は崩れて、電磁石 5 3により突極部 4 8の先端側が N極に磁化され、該電磁石 5 3より発生した磁束（矢印 E ) と、両側の固定側永久磁石 4 9の磁極 ( N極）より発生した磁束（矢印 M) とを重畳させて突極部 4 8の磁束作用面（先端面） 5 1より口一夕 4 1側に作用させるようになつている。尚、ステ一夕磁極 P 1は突極部 4 8の後端側が S極に磁化されるので、 S極側にはステ一夕コア 4 7の円弧部を通じて磁気閉回路 L 1 ' L 6 (図 1 2参照）からの磁束も収束させることができる。これにより、ステ一夕磁極 P 1に対向する同極（N極）の口一夕磁極 R 1が反発し、隣りの異極（S極）に磁化されたステ一夕磁極 P 2 ' (図 1 2参照）に吸引されることにより、図 1 4の矢印方向に強力な回転トルクが発生する。

次に、回転電機のロータ 4 1力 S 1回転する間のステ一夕 4 6の磁コイル 5 2 への通電パターンの一例について、図 1 6 A〜図 1 6 F に示すタイミングチヤ一卜に基づいて、図 1 7八〜図 1 7 Fのロータの回転位置を参照しながら説明する。図 1 6 〜図 1 6 F において、上段側がステ一夕磁極を示し、下段側がロー夕磁極を示す。また、ロータ 4 1の回転方向は、図 1 7 A〜図 1 7 B の矢印方向（時計回り方向）に回転するようになっているものとし、上段側のステ一夕磁極を P 1、 P 1 '〜P 6、 P 6 'とし、下段側のロ夕磁極を R 1〜R 4として説明する。尚、図 1 7A〜図 1 7F のステ一夕コア 47に記載された矢印はステータコァ 47に発生する磁束の向きを示す。

先ず、図 1 7Aにおいて、口一夕磁極 R 1がステ一夕磁極 P 1、 P 1 'に対向した位置にあるとき、図 1 6 Aにおいてステ一夕磁極 P 1、 P 2 '、 P 4、 P 5 'に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、口一夕磁極 R 1〜R 4は近接するステ一夕磁極と同極どうし（ 1と？ 1、 R 2と P 2 '、 R 3と P

4、 R4と P 5 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（R 1 が P 2 'に、尺 2が 4に、 1^ 3が？ 5 'に、 4が？ 1に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（P 1 'と P 2、 P 3と P 3 '、 P 4 'と P

5、 6と？ 6 ' ) には、図 1 7 Aの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、ロータ 4 1は 60度時計回り方向へ回転して図 1 7 Bの位置まで回転する。ここで、図 1 6 Bにおいてステ一夕磁極 P 2、 P 3 '、 P 5、 P 6 'に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、口一夕磁極 R 1〜R4は近接するステ一夕磁極と同極どうし（ 1と 2、 R 2と P 3 '、 R3と P 4、 R 4と P 5 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（1^ 1が 3 'に、尺 2が？ 5に、 1 3が？ 6 'に、尺4が？ 2に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（P 1と P l '、 P 2 'と P 3、と P 4と P 4 '、？ 5 'と？ 6) には、図 1 7 Bの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、ロータ 41は更に 60度時計回り方向へ回転して図 1 7 Cの位置まで回転する。ここで、図 16 Cにおいてステ一夕磁極 P 1 '、 P 3、 P 4 '、 P 6 に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、ロー夕磁極 R 1〜R4 は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 3、 R2と P 4 '、 R3と P 6、 R4と P I ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（ 1が？ 4 'に、 2が？ 6に、 3が？ 1 'に、 R 4が P 3に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（P 2と P 2 '、 P 3 'と P 4、と P 5と P 5 '、？ 6 'と？ 1) には、図 1 7 Cの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、ロータ 41は更に 60度時計回り方向へ回転して図 1 7 Dの位置まで回転する。ここで、図 1 6 Dにおいてステ一夕磁極 P 1、 P 2 '、 P 4、 P 5 ' に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、ロータ磁極 R 1〜R4 は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 4、 R 2と P 5 '、 3と 1、尺4と？ 2 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（ 1が？

5 'に、 2が 6 'に、尺3が？ 2 'に、 4が？ 4に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一タ磁極間（P 1 'と P 2、 P 3と P 3 '、 P 4 'と P 5、 6と 6 ' ) には、図 1 7 Dの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一タコア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、ロータ 41は更に 60度時計回り方向へ回転して図 1 7 Eの位置まで回転する。ここで、図 1 6 Eにおいてステ一夕磁極 P 2、 P 3 '、 P 5、 P 6 ' に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、ロータ磁極 R 1〜R4 は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 5、 R 2と P 6 '、 1 3と？ 2、尺4と？ 3 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（1 1が？

6 'に、尺 2が 2に、尺 3が？ 3 'に、 R 4が P 5に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（P 1と P l '、 P 2 'と P 3、 P 4と P 4 '、 P 5 'と P 6) には、図 1 7 Eの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、ロー夕 1は更に 60度時計回り方向へ回転して図 1 7 Fの位置まで回転する。ここで、図 1 7 Fにおいてステ一夕磁極 P 1 '、 P 3、 P 4 '、 P 6に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、口一夕磁極 R 1〜R4は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 6、 R 2と P I '、 R 3と P 3、 R4と Ρ 4 ') が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（R 1が Ρ 1 'に、 1 2が？ 3に、尺 3が？ 4 'に、 1¾4が 6に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（P 2と P 2 '、 P 3 'と P 4、 P 5と P 5 '、？ 6 'と 1) には、図 1 7 Fの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一タコア 47に磁気閉回路が形成される。

更に 60度回転すると図 1 7 Aの位置に戻りロータ 41が 1回転する。以降は上述したステ一夕 46の励磁コイル 52への通電パターンが繰り返し行われる。尚、ステ一夕 46の各励磁コイル 52への通電制御は、ロー夕 41の回転位置をホール素子などの磁気センサーや、ロー夕リ一エンコーダを用いた回転位置検出に基づいて図示しない制御部により行なわれる。

(第 5実施例）

次に口一夕 1及びステ一夕 6の磁極数を変更した回転電機の他例について図 1 8〜図 20を参照して説明する。第 4実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。図 1 8は、ロー夕 41とステ一夕 46との磁極数の比が 1対 2に形成された場合を例示している。口一夕 41の可動側永久磁石 45は、 45度ずつ位相がずれた位置に R 1〜R 8まで 8極分設けられている。可動側永久磁石 45は径方向に N極及び S極に着磁されており、磁束作用面（外周面）が N極と S極とが交互になるように配置されている。また、ステ一夕 46の突極部 48は、周方向に等間隔 (22. 5度間隔）で設けられており、本実施例ではステ一夕磁極 P l、 P 1 '〜P 8、 P 8 'まで 1 6極分突設されている。各突極部

48の両側には、周方向に N極 · S極に着磁された固定側永久磁石 49が固着されている。

次に、回転電機のロー夕 41が 1Z2回転する間のステ一夕 46の励磁コイル ·

52への通電パターンの一例について、図 1 9 A〜図 1 9 Hに示す夕イミングチヤートに基づいて、図 2 OA〜図 20Hの口一夕 41の回転位置を参照しながら説明する。図 1 9 A〜図 1 9 Hにおいて、上段側がステ一夕磁極を示し、下段側がロータ磁極を示す。また、口一夕 4 1の回転方向は、図 2 OA〜図 20Hの矢印方向（時計回り方向）に回転するようになっているものとし、上段側のステ一夕磁極を P 1、 P 1 '〜P 8、 P 8 'とし、下段側のロータ磁極を R 1〜R 8として説明する。尚、図 2 OA〜図 2 0 Hのステ一夕コア 47に記載された矢印は通電によりステ一夕コア 4 7に発生する磁束の向きを示す。

先ず、図 2 OAにおいて、ステ一夕 46の電磁石 53に通電されない状態では、口一夕 4 1は磁気抵抗が最も少ない位置、即ち各ロータ磁極と突極部とが対向した位置で静止している。ロータ磁極 R 1がステ一夕磁極 P 1に対向した位置にあるとき、図 1 9 Aにおいてステ一夕磁極 P 1、 P l '、 P 3、 P 3 '、 P 5、 P 5 '、 P 7、 P 7 'に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、口一夕磁極 R 1〜R 8は近接するステ一夕磁極と同極どうし（ 1と？ 1、 R 2と P 1 ' , R 3と P 3、 R4と P 3 '、 R 5と P 5、 R 6と P 5 '、 R 7と P 7、 R 8と P 7 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（1 1が？ 1 'に、 R 3が P 3 'に、 R 5が P 5 'に、 R 7が P 7 'に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（？ 2と？ 2 '、 P 4と P 4 '、 P 6と P 6 一、 8と？ 8 ' ) には、 S2 OAの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、口一夕 4 1は 2 2. 5度時計回り方向へ回転して図 2 0 Bの位置まで回転する。ここで、図 1 9 Bにおいてステ一夕磁極 P 2 '、 P 3、 P 4 '、 P 5、 P 6 '、 P 7、 P 8 '、 P 1に相当する励磁コイル 5 2に同時に通電する。このとき、ロー夕磁極 R 1〜R 8は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 1、 R 2と P 2 '、 R 3と P 3、 R4と P 4 '、 R 5と P 5、 R 6と P 6 '、 R 7と P 7、 R 8と P 8 ') が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（R 2が P 3に、 1 4が 5に、 6が？ 7に、 1 8が 1に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（？ 1 'と 2、 P 3 'と P 4、 P 5 'と P 6、？ 7 'と？ 8) には、図 20 Bの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一タコア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、更に口一夕 4 1は 2 2. 5度時計回り方向へ回転して図 20 Cの位置まで回転する。ここで、図 1 9 Cにおいてステ一夕磁極 P 2、 P 2 P 4、 P 4 '、 Ρ 6、 Ρ 6 '、 Ρ 8、 Ρ 8 'に相当する励磁コイル 5 2に同時に通電する。このとき、ロータ磁極 R 1〜R 8は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 2、 R 2と P 2 '、 R 3と P 4、 R4と P 4 '、 R 5と P 6、 R 6と P 6 '、 R 7と P 8、 R 8と Ρ 8 ' ) が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（R 1が Ρ 2 'に、 R 3が Ρ 4 'に、 R 5が Ρ 6 'に、 R 7が Ρ 8 に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（ 1と？ 1 '、 Ρ 3と Ρ 3 '、 Ρ 5と Ρ 5 '、 7と？ 7 ' ) には、図 20 Cの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

そして、更に口一夕 41は 22. 5度時計回り方向へ回転して図 20Dの位置まで回転する（ 1 Ζ.4回転）。ここで、図 19 Dにおいてステ一夕磁極 Ρ 1 '、 Ρ 2、 Ρ 3 '、 Ρ 4、 Ρ 5 '、 Ρ 6、 Ρ 7 '、 Ρ 8に相当する励磁コイル 52に同時に通電する。このとき、ロータ磁極 R 1〜R 8は近接するステ一夕磁極と同極どうし（R 1と P 3、 R2と P 3 '、 R 3と P 4、 R4と P 5 '、 R 5と P 5、 R 6と P 7 '、 R 7と P 8、 R 8と Ρ Ι ') が反発し、通電された隣りの異極側のステ一夕磁極に（R 2が Ρ 4に、 R 4が Ρ 5に、 R 6が Ρ 8に、 R 8が Ρ 2に）各々吸引されて矢印方向へ回転する。

尚、通電されないステ一夕磁極間（ 2 'と？ 3、 P 4 'と P 5、 P 6 'と Ρ 7、 P 8 'と P 1) には、図 20Dの矢印に示すように固定側永久磁石 49と両側突極部 48を含むステ一夕コア 47に磁気閉回路が形成される。

以下、ロータ 4 1が更に 1 /4回転する際の通電パターン（図 1 9 Ε〜図 1 9 Η) は、上述した図 1 9Α〜図 1 9Dと同様であり説明を省略する。このときのロータ 41の回転位置を図 20 Ε〜図 20 Ηに示す。このような、通電パターンを 4回繰り返すことにより、ロー夕 41は 1回転する。ロータ 41及びステ一夕 46の磁極数を増やすことで、回転角度の微細な制御を行うことができる。

(第 6実施例）

次に、回転電機の他例について図 2 1 A〜図 2 1 Dを参照して説明する。

図 2 1 Dにおいて、ロータ 65は、回転軸 66に交差して設けられた円板状の非磁性体 67が取り付けられている。この非磁性体 67の周縁部には軸方向に Ν 極及び S極に着磁された可動側永久磁石 68が周方向に等間隔で 8箇所（8極）配設されている。可動側永久磁石 6 8は、軸方向両端側に形成された磁束作用面が N極と S極とが交互になるように配置されている。可動側永久磁石 6 8としてはネオジゥム系磁石ゃサマリウム系磁石などの希土類磁石が好適に用いられる。また、可動側永久磁石 6 8は外周側コーナー部が面取りされており、該面取り部 6 8 aが非磁性体 6 7のテーパー状のガイド面 6 7 aに当接することにより径方向外側への脱落や位置ずれを抑えている。

次に、図 2 1 A〜図 2 1 Cを参照して、ステ一タ 6 9の構成について説明する。軸方向断面がコ字状のステ一夕コア 7 0が両側脚部 7 0 aを軸芯方向に向け、口 —夕 6 5を囲繞して周方向に等間隔で 1 6箇所（1 6極分）に配設されている（図 2 1 A参照）。ステ一夕コア 7 0は、ケィ素鋼飯などの金属磁性板が複数積層プレスして一体にかしめられた積層コアや、継鉄などのブロック状コアが用いられる。各ステ一夕コア 7 0の胴部 7 0 bには励磁コイル 7 1が巻き回されて電磁石 7 2 が形成されている。各ステ一夕コア 7 0の両側脚部 7 0 aの外側には、軸方向に N極及び S極に着磁された固定側永久磁石 7 3が各々設けられている。固定側永久磁石 7 3としてはネオジゥム系磁石ゃサマリゥム系磁石などの希土類磁石が好適に用いられる（図 2 1 C参照）。また、固定側永久磁石 7 3の外側にはリング状のヨーク（継鉄） 7 4が各々重ね合わせられ一体に設けられている。このリング状のヨーク 7 4は、固定側永久磁石 7 3を介して各電磁石 7 2どうしを周方向に連結し、固定側永久磁石 7 3の外側磁極どうしを結ぶ磁気閉回路を形成するものである。これにより、各電磁石 7 2に無通電状態において、固定側永久磁石 7 3 より発生した磁束が外部へ漏れないように、周方向に隣り合う固定側永久磁石 7 3どうしがステ一夕コア 7 0を通じて磁気閉回路を形成するようになっている

(図 2 1 B参照）。

ステ一夕コア 7 0の胴部 7 0 bに巻き回された励磁コイル 7 1は通電により当該ステ一夕コア 7 0の両側脚部 7 0 aに形成される磁極と隣接する固定側永久磁石 7 3の磁極と同極となるように巻き回されている。このため、ステ一夕磁極は、選択された電磁石 7 2への通電により当該電磁石 7 2から発生した磁束に隣接する固定側永久磁石 7 3の磁極から発生した磁束を重畳して両側脚部 7 0 aの内側対向面に形成される磁束作用面 7 0 cより作用させ、同極の口一夕磁極との反発及び異極の口一夕磁極との吸引によりロータ 6 5が回転駆動される。ステ一夕 6 9の電磁石 6 2に通電されない状態では、ロータ 6 5は磁気抵抗が最も少ない位置、即ち各ロータ磁極と突極部とが対向した位置で静止している。よって、口一夕磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の電磁石の励磁コィル（本実施例では 2 2 . 5ずつ位相がずれた励磁コイル） 7 1を選択して同時に通電する際に口一夕磁極が反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極にロータ磁極が吸引される通電パターンを繰り返すことにより、口一夕 6 5が回転方向に付勢されて回転駆動される。尚、励磁コイル 7 1への通電パターンは、第 5実施例と同様であるので説明を省略する。

以上のように、ステ一夕 4 6、 6 9に設けられた電磁石 5 3、 6 2に通電した際に、当該電磁石 5 3、 6 2から発生した磁束に固定側永久磁石 4 9、 6 3の磁極から発生した磁束を重ね合わせてステ一夕磁極からロータ磁極へ作用させて磁極どうしの反発力及び吸引力を利用して大きな回転トルクが得られる。また、通電されない電磁石 5 3、 6 2では、ステ一タコア 4 7、 7 0を通じて磁気閉回路が形成されて磁束が漏れないので、回転効率が良くエネルギーロスの少ない回転電機を提供できる。

また、ロータ磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の励磁コイル 5 2、 7 1を選択して同時に通電する際に磁極どうしが反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極に吸引される通電パターンを繰り返すことにより、口一夕 4 1、 6 5が確実に回転方向に付勢されて回転駆動され、回転位置制御がし易い回転電機を提供できる。

本発明は、上述した第 4乃至第 6実施例の態様に限定されるものではなく、口 —夕 4 1及びステ一夕 4 6、 6 9の極数や、通電パターンは任意に設計変更可能である等、発明の本旨を逸脱しない範囲で様々な改変をなし得る。

Claims

請求の範囲

1 . 放射状に配置されたロータ磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電により前記ロータ磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石が軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが回転軸の周囲に複数箇所で支持された円板状のロータと、

前記口一夕磁極コアに対向して放射状に配置されたステ一夕磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石に、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石が軸方向両側に一体に取り付けられ、これらが円環状に複数箇所で支持されて前記ロー夕を囲繞して配置されたステ一夕とを具備したことを特徴とする回転電機。

2 . 前記ロー夕磁極コア及びステ一夕磁極コアはコ字状に各々形成されており、胴部が軸方向に沿って配置され、両側脚部どうしが径方向に対向するように配置されていることを特徴とする請求項 1記載の回転電機

3 . 前記ロータ及びステ一夕の対向する磁極部どうしが同極となるように各電機子コイルに通電され、前記ロー夕が回転して対向する磁極部どうしが異極となる位置で通電を停止する動作を繰り返して前記ロータが回転駆動されることを特徴とする請求項 1記載の回転電機。

4 . 放射状に配置されたロータ磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石と、通電により前記ロータ磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された永久磁石とが交互にリング状に配置され、これらが回転軸と一体に回転可能に支持されたロータと、

前記口一夕磁極コアに対向して放射状に配置されたステ一夕磁極コアの胴部に電機子コイルが巻き回された電磁石と、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極^ I·が対向するよう着磁された永久磁石とが交互にリング状に配置されたステ一夕とを具備し、

前記ステ一夕磁極コアが前記ロータ磁極コアと対向するように前記ステ一夕がロータを囲繞して設けられていることを特徴とする回転電機。

5 . 前記ロータ磁極コア及びステ一夕磁極コアはコ字状に各々形成されており、各磁極コアは胴部が周方向に沿って配置され、両側脚部どうしが径方向に対向するように配置されていることを特徴とする請求項 4記載の回転電機。

6 . 前記口一夕の磁極部とステ一夕の磁極部とが対向する位置で同極となるように各電機子コイルに通電され、前記口一夕が回転して磁極部どうしが異極となる位置で通電を停止する動作を繰り返して前記ロー夕が回転駆動されることを特徴とする請求項 4記載の回転電機。

7 . 円弧状に形成されたロー夕磁極コアどうしを連結する連結部に電機子コィルが卷き回された電磁石どうしが、通電により前記口一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石により前記電磁石の口一夕磁極コアどうしが円環状に連結された口一夕と、 ' 前記円弧状に形成されたステ一夕磁極コアどうしを連結する連結部に電機子コィルが巻き回された電磁石どうしが、通電により前記ステ一夕磁極コアに形成される磁極と同極側が対向するよう着磁された円弧状の永久磁石により前記電磁石のステ一夕磁極コアどうしが円環状に連結されたステ一夕とを具備し、

前記ステ一夕磁極コアが前記ロー夕磁極コアと対向するように前記円環状のステ一夕が円環状のロータを囲繞して設けられていることを特徴とする回転電機。

8 . 前記ロー夕及びステ一夕の対向する磁極部どうしが同極となるように各電機子コイルに通電され、前記ロー夕が回転して対向する磁極部どうしが異極となる位置で通電を停止する動作を繰り返して前記ロータが回転駆動されることを特徴とする請求項 7記載の回転電機。

9 . 回転軸と同軸状に嵌め込まれた筒状の磁性体の外周に非磁性部を介して等間隔で固定され、径方向に N極及び S極に着磁された可動側永久磁石を有する口一夕と、

前記ロータを囲繞して設けられた筒状のステ一夕コアの内璧側に軸芯方向に突設された突極部が周方向に等間隔で形成され、各突極部間に周方向に N極及び S 極に着磁された固定側永久磁石が同極側を各突極部に向けて設けられ、前記各突極部に卷き回された励磁コイルへの通電により各突極部の先端面に形成される磁束作用面よりロータ側に作用する磁束を発生させる電磁石を備えたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕コアの各突極部に巻き回された励磁コイルは、通電により突極部先端側に発生する磁極が隣接する固定側永久磁石の磁極と同極となるように巻き回されており、ステ一夕磁極は、選択された電磁石への通電により当該電磁石から発生した磁束に両側で隣接する固定側永久磁石の磁極から発生した磁束を重畳して突極部の磁束作用面より作用させ、同極のロータ磁極との反発及び異極の口一夕磁極との吸引により口一夕が回転駆動されることを特徴とする回転電機。

1 0 . ロータ磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の電磁石の励磁コィルを選択して同時に通電する際にロータ磁極が反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極にロータ磁極が吸引される通電パターンを繰り返すことにより、前記口一夕が回転方向に付勢されて回転駆動されることを特徴とする請求項 9記載の回

1 1 . 前記固定側磁石が隣接する各突極部の両側面は傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項 9記載の回転電機。

1 2 . 回転軸に交差して設けられた円板状の非磁性体の周縁部に軸方向に N極及び S極に着磁された可動側永久磁石が周方向に等間隔で配設されたロー夕と、軸方向断面がコ字状のステ一夕コアが両側脚部を軸芯方向に向け前記ロータを囲繞して周方向に等間隔で配設され、各ステ一夕コアの胴部に励磁コイルが巻き回されてなる電磁石と、各ステ一夕コアの両側脚部の外側に各々設けられた軸方向に N極及び S極に着磁された固定側永久磁石と、該固定側永久磁石の外側に各々一体に重ね合わせられたリング状のヨークとを備えたステ一夕とを具備し、前記ステ一夕コアの胴部に巻き回された励磁コイルは通電により当該ステ一夕コァの両側脚部に形成される磁極と両側で隣接する固定側永久磁石の磁極と同極となるように巻き回されており、ステ一夕磁極は、選択された電磁石への通電により当該電磁石から発生した磁束に隣接する固定側永久磁石の磁極から発生した磁束を重畳して両側脚部の内側対向面に形成される磁束作用面より作用させ、同極の口一夕磁極との反発及び異極のロータ磁極との吸引によりロータが回転駆動されることを特徴とする回転電機。

1 3 . ロー夕磁極が対向するステ一夕磁極と同極となる位置の電磁石の励磁コィルを選択して同時に通電する際にロータ磁極が反発し、異極となる隣りのステ一夕磁極にロー夕磁極が吸引される通電パターンを繰り返すことにより、前記口 —夕が回転方向に付勢されて回転駆動されることを特徴とする請求項 1 2記載の回転電機。

1 4 . 回転軸に交差して延設され、軸方向に N極及び S極に着磁された可動側永久磁石を有するロー夕と、

ハウジング内に軸方向に固定側永久磁石を対向配置させ、該固定側永久磁石間に電磁石を介在させることにより前記ハウジングを介して磁気閉回路が形成されたステ一夕とを備え、

前記口一夕の可動側永久磁石が、前記ステ一夕の磁極に対向するようにハゥジング内に組み込まれており、前記電磁石の励磁コイルは、通電によりヨークに発生する磁極が対向する固定側永久磁石の磁極と同極となるようにヨークに巻き回されていることを特徴とする回転電機。

1 5 . 前記ステ一夕の電磁石は固定側永久磁石間にコ字状のヨークの両側脚部が固定側永久磁石に各々吸着され、該ヨークの中間胴部に励磁コイルが巻き回されていることを特徴とする請求項 1 4記載の回転電機。

1 6 . 前記ステ一夕の電磁石は固定側永久磁石間にコ字状のヨークの両側脚部が固定側永久磁石に各々吸着され、該両側脚部に励磁コイルが巻き回されていることを特徴とする請求項 1 4記載の回転電機。

1 7 . 前記ステ一夕のハウジング内に固定側永久磁石を介して複数の電磁石が軸方向に配置され、前記口一夕の回転軸に軸方向に複数箇所に設けられた可動側永久磁石が、前記ステ一夕の磁極に対向するようにハウジング内に組み込まれていることを特徴とする請求項 1 4記載の回転電機。