WO2021215033A1 - シンクロナスモーターおよびモーターアッセンブリ - Google Patents

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WO2021215033A1
WO2021215033A1 PCT/JP2020/041069 JP2020041069W WO2021215033A1 WO 2021215033 A1 WO2021215033 A1 WO 2021215033A1 JP 2020041069 W JP2020041069 W JP 2020041069W WO 2021215033 A1 WO2021215033 A1 WO 2021215033A1
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WO
WIPO (PCT)
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motor
coil
field
permanent magnet
rotor
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/041069
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲夫 岡本
充 小池
Original Assignee
トクデンコスモ株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • This disclosure relates to a synchronous motor and a motor assembly equipped with this synchronous motor.
  • a synchronous motor is a rotor that rotates by providing a field in a rotor that can rotate around one rotation axis and making this field follow a fluctuating magnetic field applied from the outside of the rotor. It is a motor that realizes.
  • this synchronous motor a technique of arranging a plurality of permanent magnets around a rotor and arranging the magnetic poles on the rotor side in a unified state on either the S pole or the N pole. It was known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-136867).
  • an electromagnet which is an exciting element
  • the end on the rotor side is the rotor side of the permanent magnet.
  • a fluctuating magnetic field is generated by exciting the magnet so that it has the same type of magnetic pole as the magnetic pole of. Therefore, in the above-mentioned conventional technique, when exciting the exciting element, it is necessary to realize a state in which the permanent magnet and the electromagnet surrounding the rotor are repulsively urged by the mutual magnetic force, and thus when the exciting element is excited. Needed a lot of energy.
  • the present disclosure makes it possible to avoid the need for a large amount of energy when exciting an exciting element in a synchronous motor.
  • a synchronous motor including a rotor, a stator, a first field, a second field, and an exciting element.
  • the rotor is capable of rotational movement that rotates around one rotation axis.
  • the stator is arranged so as to surround the rotating shaft and the rotor.
  • the first field is an assembly having a plurality of permanent magnets arranged so as to surround the rotation axis in the rotor.
  • the second field is an assembly having a plurality of permanent magnets arranged so as to surround the rotation shaft and the rotor in the stator.
  • the exciting element is arranged in at least one of the spaces between the permanent magnets in the second field to generate a fluctuating magnetic field that gives the angular momentum for rotating the rotor to the first field.
  • Each permanent magnet in the first field is arranged so that its magnetization direction is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis, so that a magnetic field having magnetic field lines in a direction orthogonal to the radial direction is generated. generate.
  • Each permanent magnet in the second field has a magnetic pole on the rotor side unified to either S pole or N pole, and its magnetization direction coincides with the radial direction seen from the rotation axis.
  • the exciting element is an assembly including an exciting coil and a soft magnetic material.
  • the exciting coil can generate a fluctuating magnetic field by being excited so that the end on the rotor side becomes a magnetic pole of the same type as the magnetic pole on the rotor side in each permanent magnet of the second field. It is a coil that has been made.
  • the soft magnetic material is in a state of being adjacent to the exciting coil, protrudes from the stator toward the rotor side, and is magnetized in the same direction as the magnetic field line of this magnetic field according to the magnetic field applied from the outside. Is.
  • the exciting element when the exciting element is excited, the end on the rotor side of the soft magnetic material adjacent to the exciting coil is the permanent magnet of the second field and the magnetic pole on the rotor side of the exciting coil. It functions as another type of magnetic pole, and thus serves as a refuge for magnetic field lines passing through these magnetic poles.
  • the exciting element when the exciting element is excited, the influence of the magnetizing coil and the permanent magnets of the second field repelling each other is suppressed, and a large amount of energy is required to excite the exciting element. be able to.
  • each magnetic field of the first field and the second field when the rotor is rotating, each magnetic field of the first field and the second field generates a force having a component in a direction that keeps the stator and the rotor away from each other. This makes it possible to reduce the catching of the rotating rotor in the synchronous motor and reduce the electric energy required to drive the synchronous motor.
  • the synchronous motor and the motor assembly equipped with this synchronous motor can reduce the energy loss due to the disturbance of the magnetic field due to the operation and stop of the exciting element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 3 is an IV-IV line end view of FIG. It is a VV line end view of FIG.
  • It is explanatory drawing explaining the operation of the 1st motor 20 and the 2nd motor 30 of FIG.
  • It is explanatory drawing explaining the operation of the 1st motor 20 and the 2nd motor 30 of FIG. 3 in the mode developed so that the cylindrical surface 20A of FIG. 4 is a flat surface.
  • the motor assembly 10 includes a first motor 20 and a second motor 30, each of which is a synchronous motor according to an embodiment of the present disclosure.
  • the first motor 20 and the second motor 30 share one shaft 11 and rotate the shaft 11 by the electric energy supplied from the controller 10B.
  • the controller 10B is a power supply device capable of outputting both AC current and DC current, and the waveform of the output current is, for example, a sinusoidal wave, a triangular wave, a rectangular wave, or a pulse wave. It is a power supply device that can be set to any waveform including.
  • the shaft 11 is a round shaft portion 11A whose both ends have a long cylindrical shape, and the intermediate portion sandwiched between the round shaft portions 11A is a long regular four. It is a square shaft portion 11B having a prismatic shape.
  • the first motor 20 includes a first field field 23 which is an assembly having a plurality of (four in this embodiment) permanent magnets 23A.
  • the second motor 30 includes a first field field 33 which is an assembly having a plurality of (four in this embodiment) permanent magnets 33A.
  • an annular spacer is used between the first field 23 of the first motor 20 and the first field 33 of the second motor 30 to prevent them from coming close to each other. 10C (see FIG. 3) is provided.
  • the second motor 30 has the first motor 20 except that the arrangement position of the permanent magnet 33A is different from the arrangement position of the permanent magnet 23A in the first motor 20 (see FIG. 2).
  • the first motor 20 and the second motor 30 will be described in detail by the description of each configuration of the first motor 20.
  • the code assigned to each configuration of the first motor 20 is associated with a code in which the tens digit is replaced with "3" to correspond to the details. Explanation is omitted.
  • the first motor 20 comprises a rotor 21 forming a disk on which the first field 23 is arranged, and a stator 22 arranged around the rotor 21.
  • the rotor 21 can rotate around the rotating shaft 10A (circumferential direction) with the axis of the shaft 11 as the rotating shaft 10A. Will be done.
  • the stator 22 is formed so as to form a regular dodecagonal cylinder, and is placed in the housing 12 with the rotor 21 housed inside the cylinder, thereby surrounding the rotating shaft 10A and the rotor 21. Arranged in a state.
  • the housing 12 is a metal circular duct extending along the axis of the shaft 11 (that is, the rotating shaft 10A).
  • a base metal fitting 12A for screwing the housing 12 to another article (not shown) is provided on the outer surface of the housing 12.
  • the inner surface of the housing 12 engages with the stator 22 placed in the housing 12, so that the stator 22 moves in the radial direction and the circumferential direction of the shaft 11.
  • One screw 12D which is longer than the circular duct formed by the housing 12 (see FIG. 1), is inserted into each of the engaging portions 12B.
  • both ends of the circular duct formed by the housing 12 are closed by a closing plate 12C, respectively, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • Each of these closing plates 12C is fixed to the housing 12 by being fastened to four screws 12D.
  • each of the two closing plates 12C is provided with a bearing 12E, and the shaft 11 is pivotally supported in a state in which the above-mentioned rotational movement is possible.
  • the stator 22 forms a cylinder made of a soft magnetic substance (for example, silicon iron). From the inner side surface of this cylinder (the side surface on the rotating shaft 10A side in FIG. 4) toward the inner side (the side facing the rotating shaft 10A in FIG. 4), four salient poles 22A and eight salient poles. 22B is projected. These salient poles 22A and 22B are made of the same soft magnetic substance as the cylinder of the stator 22. In the present embodiment, the salient poles 22A and 22B of the stator 22 in the first motor 20 and the salient poles 32A and 32B of the stator 32 in the second motor 30 (see FIG. 5) are the circumferences of the shaft 11. The amount of misalignment seen in the direction is set to 0 °.
  • a soft magnetic substance for example, silicon iron
  • Each of the four salient poles 22A is an inner peripheral rib extending in the height direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 4) of the cylinder of the stator 22, and isotropically isotropic to the inner surface of the cylinder of the stator 22. Be arranged. These salient poles 22A are projected toward the inner side of the cylinder of the stator 22 (the side toward the rotating shaft 10A in FIG. 4), and each protruding tip surface is a regular quadrangular prism centered on the rotating shaft 10A. It is a flat surface that forms each side.
  • Each of the eight salient poles 22B is a plate-shaped inner peripheral rib extending in the height direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 4) in the cylinder of the stator 22, and is set between the four salient poles 22A. A set of two is arranged in each of the four spaces 20B. These salient poles 22B are projected toward the inner side of the cylinder of the stator 22 (the side toward the rotating shaft 10A in FIG. 4) with a projecting amount longer than the projecting amount of the salient pole 22A.
  • each salient pole 22B the end portion 22C on the rotation shaft 10A side is a surface scooped out so that the surface of the tip end constitutes a part of a virtual cylindrical surface 20A centered on the rotation shaft 10A.
  • the first distance 10D which is the shortest distance from the tip of the end 22C on the rotary shaft 10A side to the rotary shaft 10A, is made equal to each other.
  • the rotor 21 penetrates the outer surface of a phenolic resin cylinder that fits tightly to the square shaft portion 11B of the shaft 11 in the height direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 2).
  • the four dovetail grooves 21A extending in this way are arranged isotropically at an isotropic angle.
  • four permanent magnets 23A (specifically, for example, neodymium magnets) of the first field 23 are attached to each of these groove 21A.
  • Each permanent magnet 23A has a shape corresponding to the groove 21A, and is fitted so as not to be separated from the groove 21A over the entire length of the groove 21A.
  • the four permanent magnets 23A of the first field 23 form an assembly arranged so as to surround the rotation shaft 10A in the rotor 21.
  • the dovetail groove is a groove in which the width of the opening is narrower than the width of the bottom due to the slope of the wall, and the sliding dovetail is. It is a plate-shaped part that can be fitted by sliding it into the dovetail joint from the direction in which the dovetail joint extends.
  • the rotor 31 is a cylinder made of phenol resin that fits tightly to the square shaft portion 11B of the shaft 11.
  • the rotor 31A On the outer surface of the cylinder, four groove 31A extending through the height direction of the cylinder (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) are arranged isotropically and isotropically arranged.
  • Four permanent magnets 33A (specifically, for example, neodymium magnets) of the first field 33 are attached to each of these groove 31A.
  • Each permanent magnet 33A has a shape corresponding to the groove 31A, and is fitted so as not to be separated from the groove 31A over the entire length of the groove 31A.
  • the four permanent magnets 33A of the first field 33 form an assembly arranged so as to surround the rotation shaft 10A in the rotor 31.
  • each permanent magnet 23A of the first field 23 in the first motor 20 and each permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 are positioned as viewed in the circumferential direction of the shaft 11.
  • the first amount 45 ° in FIGS. 4 and 5
  • the four permanent magnets 23A of the first motor 20 are provided by the spacer 10C and the plate cover 21B from both sides in the direction in which the groove 21A extends (left and right sides in FIG. 3).
  • the groove 21A is prevented from coming off.
  • the spacer 10C is sandwiched between the rotor 21 of the first motor 20 and the rotor 31 of the second motor 30 and is fixed so as not to move with respect to the shaft 11.
  • the plate cover 21B is fixed to the end surface of the rotor 21 on the opposite side (left side in FIG. 3) of the second motor 30 by screwing.
  • each end portion 23D on the stator 22 side of the four permanent magnets 23A is exposed on the outer surface of the rotor 21, and the rest is semi-embedded inside the rotor 21. It is said to be in the state of.
  • each end portion 23D has an end face on the stator 22 side as a central axis so as not to come into contact with the stator 22 and each configuration provided on the stator 22.
  • the shape is rounded so as to form one cylindrical surface 23E.
  • each permanent magnet 23A of the first field 23 has its magnetization direction perpendicular to the radial direction seen from the rotation axis 10A (that is, rotation) as shown in FIG. It is arranged so as to be oriented along the circumferential direction of the shaft 10A). Therefore, each permanent magnet 23A generates a magnetic field 23B having a magnetic field line 23C in a direction orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A.
  • each permanent magnet 23A has an N pole on one side (counterclockwise side in FIG. 4) viewed in the circumferential direction of the rotating shaft 10A, and the other side (clockwise side in FIG. 4). Since the surface of the magnet is the S pole, the directions of the magnetic poles as seen in the circumferential direction of the rotating shaft 10A are unified.
  • each permanent magnet 24A (specifically, for example, neodymium magnets and other strong magnets) forming a flat plate are attached to each tip surface of the four salient poles 22A.
  • each permanent magnet 24A has a surface (that is, a surface) that is formed in the plate width direction by subjecting each end edge portion 24E forming the end surface in the plate width direction to be slanted. It exhibits a shape with a bevel). Further, each permanent magnet 24A is attached with its beveled surface facing the stator 22 side.
  • Each of the four permanent magnets 24A is a monopole magnet magnetized in the plate thickness direction, the north pole appearing on one side of the plate faces the rotor 21 side, and the south pole appearing on the other side faces the salient pole 22A. It is attached so as to cover the entire tip surface of the magnet. As a result, the four permanent magnets 24A form an assembly arranged so as to surround the rotor 21 in the stator 22. In the present embodiment, each of the four permanent magnets 24A is fixed to the salient pole 22A by screwing.
  • each of the four permanent magnets 24A is arranged so that its magnetization direction coincides with the radial direction seen from the rotation axis 10A, so that a magnetic field having magnetic field lines 24C in a direction coincide with the radial direction is provided.
  • Generate 24B That is, the assembly composed of the four permanent magnets 24A functions as a second field 24 that generates a magnetic field 24B having a magnetic field line 24C in the direction along the radial direction toward the rotation axis 10A.
  • each permanent magnet 24A of the second field 24 in the first motor 20 and each permanent magnet 34A of the second field 34 in the second motor 30 are viewed in the circumferential direction of the shaft 11. It can be said that the second amount, which is the amount of misalignment, is fixed so as not to change. It can also be said that the second quantity (45 ° in FIGS. 4 and 5) is set to be a different quantity from the first quantity (45 ° in FIGS. 4 and 5).
  • each of the eight salient poles 22B is wound with a winding 25C (see FIG. 2) and functions as an iron core of a solenoid coil.
  • These solenoid coils receive a current output by the controller 10B (see FIG. 1) and generate a fluctuating magnetic field or a steady magnetic field corresponding to the waveform of this current.
  • the magnetic field generated by each solenoid coil can be made strong enough to attract or retreat each permanent magnet 23A of the first field 23 by magnetic force.
  • each solenoid coil is arranged in each space 20B set between the salient poles 22A, and two adjacent solenoid coils arranged side by side in the circumferential direction of the rotating shaft 10A form an assembly.
  • This assembly functions as an exciting element 25 capable of generating a fluctuating magnetic field that gives an angular momentum for rotating the rotor 21 to each permanent magnet 23A of the first field 23.
  • each solenoid coil is provided with a structure in which the number of turns of the winding 25C at the end portion 22C on the rotation shaft 10A side at each salient pole 22B is partially reduced.
  • This structure is a structure that partially weakens the strength of the magnetic field generated at the end portion 22C of the salient pole 22B when each solenoid coil is excited, and corresponds to the "weak magnetic structure" in the present disclosure. ..
  • each exciting element 25 the solenoid coil located on one side (counterclockwise side in FIG. 4) of the rotating shaft 10A as viewed in the circumferential direction is referred to as the first coil 25A, and the other side (FIG. 4).
  • the solenoid coil located on the clockwise side will be described as the second coil 25B.
  • the first motor 20 includes four exciting elements 25 arranged one by one in the space 20B between the salient poles 22A.
  • each exciting element 25 is an assembly including a plurality of coils including the first coil 25A and the second coil 25B, which are two adjacent coils.
  • the first coil 25A and the second coil 25B are arranged in the space 20B between the permanent magnets 24A of the second field 24 in the circumferential direction of the rotation shaft 10A (that is, the rotation direction of the rotor 21). It can be said that it is arranged in a state of being.
  • each of the four permanent magnets 24A in the second field 24 extends from the end on the rotation shaft 10A side to the rotation shaft 10A in the central portion 24D viewed in the plate width direction.
  • the distance is the shortest.
  • This shortest distance (hereinafter, also referred to as “second distance 10E”; see FIG. 4) is set to be the same distance as the above-mentioned first distance 10D in all of the four permanent magnets 24A. ..
  • each permanent magnet 24A of the second field 24 is in contact with the above-mentioned virtual cylindrical surface 20A in the central portion 24D thereof. From here, each permanent magnet 24A of the second field 24 has a distance 24H from the edge portion 24E adjacent to the exciting element 25 to the rotating shaft 10A in these permanent magnets 24A, which is larger than the above-mentioned first distance 10D. It can be said that they are arranged so as to be long (see FIG. 2).
  • all of the first coils 25A are incorporated in one wiring system 25D and operate in synchronization with each other, as shown in FIG.
  • all of the second coils 25B are incorporated in one wiring system 25E independent of the wiring system 25D, and operate in synchronization with each other. Therefore, all the exciting coils of the four exciting elements 25 in the first motor 20 operate in synchronization with each other.
  • the exciting element 25 is operated by a current 10F having a repeating pattern output by the controller 10B.
  • the repeating pattern of the current 10F is represented by an energization time in which the current 10F flows (in the drawing, the current 10F is represented by a solid line) and a pause time in which the current 10F does not flow (in the drawing, the current 10F is a virtual line).
  • the controller 10B appropriately selects the repeating pattern of the output current 10F from a plurality of types of repeating patterns including the first pattern, the second pattern, and the third pattern, which will be described later. It is possible to switch.
  • the rotor 21 of the first motor 20 rotates on the first motor 20 toward the other side (the side B in FIG. 4) as seen in the circumferential direction of the rotation shaft 10A. It is a repeating pattern that realizes forward rotation. Further, the second pattern and the third pattern are on the first motor 20 and on one side (A side in FIG. 4) of the rotor 21 of the first motor 20 as viewed in the circumferential direction of the rotation shaft 10A. It is a repeating pattern that realizes reverse rotation that rotates toward.
  • the rotation direction of the rotor 21 is such that the S pole of the permanent magnet 23A attached to the rotor 21 is on the front side (right side in FIG. 7) of rotation.
  • the first coil 25A is located on the upstream side of the rotation with respect to the second coil 25B.
  • the second permanent magnet 24G is adjacent to the magnet from the side (right side in FIG. 8). In other words, the second permanent magnet 24G sandwiches the exciting element 25 together with the first permanent magnet 24F from both the upstream side and the downstream side of the rotation (both left and right sides in FIG. 9).
  • the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the second permanent magnet 24G from the state facing the central portion 24D of the first permanent magnet 24F (see the virtual line in FIG. 7).
  • the operation up to the state will be described.
  • FIGS. 7 to 9 only one of each of the four permanent magnets 23A in the first motor 20 and the four permanent magnets 33A in the second motor 30 are shown for the sake of simplicity. ..
  • the current 10F output by the controller 10B flows to the first coil 25A, and the second coil 25A flows. It is set to the first control state that does not flow through the coil 25B of 2.
  • the first coil 25A functions as an exciting coil that generates a fluctuating magnetic field 25F that is excited so that the end 22C on the rotor 21 side becomes the north pole.
  • the north pole is a magnetic pole of the same type as the magnetic pole on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second field 24. Therefore, in the first control state, the S pole of the permanent magnet 23A is attracted to the first coil 25A of the exciting element 25, thereby giving an angular momentum to rotate the rotor 21 and the shaft 11.
  • the second coil 25B functions as an inductor that generates an induced electromotive force due to the fluctuating magnetic field 25F generated by the first coil 25A.
  • the salient pole 22B of the second coil 25B is a soft magnetic material magnetized in the same direction as these magnetic field lines according to the fluctuating magnetic field 25F of the first coil 25A and the magnetic field 24B of the permanent magnet 24A applied from the outside. Functions as. That is, in the salient pole 22B of the second coil 25B, the end portion 22C which is the end on the rotor 21 side is the magnetic pole on the rotor 21 side in each of the permanent magnets 24A of the second field 24 and the first coil 25A. It functions as a magnetic pole (S pole) different from the N pole). Then, the salient pole 22B of the second coil 25B serves as an escape place (passage) for the magnetic field lines from the north pole to the south pole in each of the permanent magnets 24A of the second field 24 and the first coil 25A.
  • the S pole of the permanent magnet 23A also receives the attractive force of magnetic force from the edge portion 24E of the first permanent magnet 24F with the N pole facing the rotor 21 side.
  • the distance 24H from the edge portion 24E to the rotating shaft 10A is longer than the distance from the rotating shaft 10A to the end portion 22C of the salient pole 22B (first distance 10D).
  • the shortest distance 10G between the S pole of the permanent magnet 23A and the edge portion 24E of the first permanent magnet 24F is compared with the shortest distance 10H from the S pole of the permanent magnet 23A to the end portion 22C of the salient pole 22B. , The distance is longer by the difference between the distance 24H and the first distance 10D.
  • the attractive force of the magnetic force becomes smaller in inverse proportion to the square of the distance between the magnetic poles on which the attractive force acts. Therefore, in the permanent magnet 23A, the influence of the attractive force of the magnetic force received from the edge portion 24E of the first permanent magnet 24F is smaller than the influence of the attractive force of the magnetic force received from the first coil 25A.
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 has a second field on the downstream side in the rotation direction of the rotor 31.
  • a second state of being attracted to the permanent magnet 34A of the magnet 34 is realized. This pulling action becomes an angular momentum that rotates the shaft 11, and is transmitted to the rotor 21 of the first motor 20 via the shaft 11.
  • the permanent magnet 23A reaches a position facing the first coil 25A.
  • the controller 10B in the state where the first pattern is selected reaches the position facing the first coil 25A after the end portion 23D of the permanent magnet 23A passes the position facing the first permanent magnet 24F. Until the time is set, the first control state is realized.
  • the current 10F output by the controller 10B does not flow to the first coil 25A but flows to the second coil 25B, as shown in FIG. It is in the second control state.
  • the second coil 25B functions as an exciting coil that generates a fluctuating magnetic field (not shown) that is excited so that the end 22C on the rotor 21 side becomes the north pole.
  • the north pole is a magnetic pole of the same type as the magnetic pole on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second field 24.
  • the N pole of the permanent magnet 23A repels the N pole whose N pole is on the rotor 21 side in the first permanent magnet 24F, and the S pole is also the second coil 25B of the exciting element 25. Attracted to. As a result, the permanent magnet 23A is given an angular momentum to rotate the rotor 21 and the shaft 11.
  • the salient pole 22B of the first coil 25A is magnetized in the same direction as these magnetic field lines in response to the fluctuating magnetic field of the second coil 25B and the magnetic field of the permanent magnet 24A applied from the outside. Functions as a soft magnetic material. That is, in the salient pole 22B of the first coil 25A, the end portion 22C which is the end on the rotor 21 side is the magnetic pole on the rotor 21 side in each of the permanent magnets 24A of the second field 24 and the second coil 25B. It functions as a magnetic pole (S pole) different from the N pole).
  • the salient pole 22B of the first coil 25A serves as an escape place (passage) for magnetic field lines (not shown) from the north pole to the south pole in each of the permanent magnets 24A and the second coil 25B of the second field 24. ..
  • the N pole of the permanent magnet 23A generates an attractive force of magnetic force with respect to the salient pole 22B of the first coil 25A in a state of functioning as the other type of magnetic pole (S pole).
  • the first coil 25A functions as an inductor that generates an induced electromotive force due to the disappearance of the fluctuating magnetic field 25F (see FIG. 7) generated by itself and the fluctuating magnetic field generated by the second coil 25B.
  • the timing at which the end portion 22C of the salient pole 22B in the first coil 25A functions as the other type of magnetic pole (S pole) is delayed, so that the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the second coil 25B. Allow to reach the position. It is said that the controller 10B in the state where the first pattern is selected reaches the position facing the second coil 25B after the end portion 23D of the permanent magnet 23A passes the position facing the first coil 25A. Until the above time, the second control state is realized.
  • the current 10F output by the controller 10B does not flow to either the first coil 25A or the second coil 25B, as shown in FIG. It is the third control state.
  • the permanent magnet 23A repels the north pole whose north pole is on the rotor 21 side in the first permanent magnet 24F, and the south pole is also on the rotor 21 side in the second permanent magnet 24G. It becomes the first state which is attracted to the N pole which becomes.
  • the permanent magnet 23A is given an angular momentum to rotate the rotor 21 and the shaft 11.
  • each salient pole 22B of the first coil 25A and the second coil 25B is a soft magnetic material magnetized in the same direction as the magnetic field line according to the magnetic field of the permanent magnet 24A applied from the outside. Functions as. That is, in each salient pole 22B, the end portion 22C which is the end on the rotor 21 side is a different type of magnetic pole (S pole) from the magnetic pole (N pole) on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second field 24. ) Functions. Then, each salient pole 22B serves as an escape place (passage) for magnetic field lines (not shown) from the north pole to the south pole in each permanent magnet 24A of the second field 24.
  • the north pole of the permanent magnet 23A generates an attractive force of magnetic force for each salient pole 22B in a state of functioning as the other type of magnetic pole (s pole).
  • the salient pole 22B of the first coil 25A has a long distance from the north pole of the permanent magnet 23A, and the influence of the attractive force of the magnetic force generated between them is negligibly small.
  • the second coil 25B functions as an inductor that generates an induced electromotive force due to the disappearance of the fluctuating magnetic field generated by itself, and the end portion 22C of the salient pole 22B serves as another type of magnetic pole (S pole). Delay the timing of functioning. This allows the permanent magnet 23A to reach a position where its end 23D faces the second coil 25B.
  • the controller 10B in the state where the first pattern is selected faces the central portion 24D of the second permanent magnet 24G after the end portion 23D of the permanent magnet 23A passes the position facing the second coil 25B.
  • the third control state is realized until the time when the position is reached.
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 is on the downstream side in the rotation direction of the rotor 31. It faces the exciting element 25 and faces each other. Therefore, the action of attracting the permanent magnet 23A to the second permanent magnet 24G in the first motor 20 is transmitted to the rotor 31 of the second motor 30 via the shaft 11, and the angular momentum for rotating the rotor 31. Bring.
  • the controller 10B switches the control state from the third control state to the first control state.
  • the permanent magnet 23A repeats the above-described operation with the permanent magnet 24A whose end portion 23D is currently facing as the first permanent magnet 24F, thereby rotating the rotor 21.
  • each permanent magnet 23A of the first field 23, each permanent magnet 24A of the second field 24, and each exciting element 25 are, as shown in FIG. 4, respectively. Are arranged equiangularly and isotropically (that is, symmetrical about the rotation axis 10A four times). Therefore, each permanent magnet 23A and each exciting element 25 can face each other (see the virtual line in FIG. 4). Therefore, the permanent magnets 23A operate in synchronization without interfering with each other, thereby increasing the driving force for rotating the rotor 21.
  • each permanent magnet 33A of the first field 33, each permanent magnet 34A of the second field 34, and each exciting element 35 are each as shown in FIG. They are arranged equiangularly and isotropically (that is, symmetrical about the rotation axis 10A four times). Therefore, each permanent magnet 33A and each exciting element 35 can face each other (see the solid line in FIG. 5).
  • the arrangement position of the permanent magnet 33A of the first field 33 is the arrangement of the permanent magnet 23A of the first field 23 in the first motor 20. It is set to be different from the installation position (see FIG. 2).
  • each permanent magnet 23A of the first field 33 in the second motor 30 face each other in the first motor 20. (See the virtual line in FIG. 4), they are arranged so as to face each other of the permanent magnets 34A of the second field 34 in the second motor 30 (see the virtual line in FIG. 5). There is.
  • the rotation direction of the rotor 21 is such that the north pole of the permanent magnet 23A attached to the rotor 21 is on the front side of the rotation.
  • the second coil 25B is located on the upstream side of the rotation with respect to the first coil 25A.
  • the second coil 25B corresponds to the "second configuration" in the present disclosure
  • the first coil 25A corresponds to the "first configuration” in the present disclosure.
  • the permanent magnets 24A those adjacent to the exciting element 25 from the upstream side in the rotation direction of the rotor 21 are designated as the first permanent magnet 24F, and are also on the downstream side.
  • the second permanent magnet 24G is adjacent to the magnet. In other words, the second permanent magnet 24G sandwiches the exciting element 25 together with the first permanent magnet 24F from both the upstream side and the downstream side of the rotation.
  • the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the first permanent magnet 24F (see the solid line in FIG. 10). ) Will be explained.
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 has its end 33D facing between the first coil 35A and the second coil 35B in the exciting element 35. It becomes a state.
  • the current 10F output by the controller 10B is the first coils 25A and 35A. And it is set to a non-communication control state in which neither the second coil 25B nor the second coil 25B or 35B flows.
  • the permanent magnet 23A of the first field 23 in the first motor 20 has a salient pole 22B of the second coil 25B whose N pole functions as an S pole (see FIG. 4; in FIG. 10). (Not shown) attracted to.
  • the rotor 21 of the first motor 20 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 10).
  • the north pole thereof is the salient pole 32B of the first coil 35A in which the north pole functions as the south pole (see FIG. 5; FIG. (Not shown), the S pole repels the salient pole 32B of the second coil 35B, which also functions as the S pole.
  • the rotor 31 of the second motor 30 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 10).
  • the rotors 21, 31 and the shaft 11 are rotated in the reverse direction toward the one side (counterclockwise side in FIG. 10).
  • the end 33D of the permanent magnet 33A reaches a position facing the first coil 35A.
  • the controller 10B realizes the first control state in which the current 10F flows only in the first coil 35A of the second motor 30.
  • the controller 10B does not pass a current 10F to the first motor 20.
  • the first coil 35A functions as an exciting coil that generates a fluctuating magnetic field (not shown) that is excited so that the end 32C on the rotor 31 side becomes the north pole.
  • the salient pole 32B (see FIG. 5) of the second coil 35B exerts a function as a "soft magnetic material" in the present disclosure, and N in the first permanent magnet 34F and the second permanent magnet 34G. It serves as a refuge (passage) for magnetic field lines from the pole to the S pole, and further serves as a refuge (passage) for magnetic field lines generated by the excitation of the first coil 35A. Therefore, it is avoided that the first coil 35A requires a large amount of energy for its excitation.
  • the strength of excitation in the first coil 35A is exhibited by the salient pole 22B (see FIG. 4, not shown in FIG. 11) of the first coil 35A at the timing of the start point (see FIG. 10).
  • the strength is such that the function as the S pole is offset, and the repulsive force or attractive force due to the magnetic force acting on the permanent magnet 33A is reduced to a negligible level. Therefore, in the first control state, the S pole of the permanent magnet 33A repels the end 32C of the second coil 35B functioning as the S pole, and the N pole is also the second permanent magnet. It repels the north pole of 34G.
  • the magnetic field lines generated by the excitation of the first coil 35A use the salient pole 22B of the second coil 35B as an escape place (passage), thereby strengthening the function of the salient pole 22B as the S pole. Therefore, the magnitude of the force with which the S pole of the permanent magnet 33A repels the end 32C of the second coil 35B is larger than the magnitude of the force with which the N pole repels the N pole of the second permanent magnet 34G. Become.
  • the distance from the permanent magnet 33A to the portion closest to the permanent magnet 33A in the north pole of the second permanent magnet 34G is the same as that of the second coil 35B. It is longer than the distance to the end 32C.
  • the attractive force and / or repulsive force generated by the magnetic force becomes smaller in inverse proportion to the square of the distance between the magnetic poles on which the attractive force and / or the repulsive force acts.
  • the influence of the repulsive force of the magnetic force that the north pole receives from the north pole of the second permanent magnet 34G is the repulsive force of the magnetic force that the south pole also receives from the end 32C of the second coil 35B. Is less than the effect of.
  • the rotor 31 since the rotor 31 has an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 11), it tries to continue the reverse rotation. Further, the permanent magnet 23A of the first field 23 in the first motor 20 has a salient pole 22B of the second coil 25B whose N pole functions as an S pole (see FIG. 4; FIG. 11 in FIG. 11). I can't show it). As a result, the rotor 21 of the first motor 20 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise in FIG. 11), and this angular momentum is transmitted to the rotor 31 via the shaft 11.
  • the rotors 21, 31 and the shaft 11 are rotated in the reverse direction toward the one side (counterclockwise side in FIG. 11).
  • the end 23D of the permanent magnet 23A reaches a position facing the second coil 25B.
  • the current 10F output by the controller 10B to the first motor 20 is in the second control state in which only the second coil 25B flows, as shown in FIG.
  • the controller 10B realizes the second control state, the controller 10B does not pass the current 10F to the second motor 30.
  • the second coil 25B has a fluctuating magnetic field (not shown) excited so that the end 22C on the rotor 21 side becomes the north pole. ) Functions as an exciting coil.
  • the salient pole 22B (see FIG. 4) of the first coil 25A exerts a function as a "soft magnetic material” in the present disclosure, and N in the first permanent magnet 24F and the second permanent magnet 24G. It serves as a refuge (passage) for magnetic field lines from the pole to the S pole, and further serves as a refuge (passage) for magnetic field lines generated by the excitation of the second coil 25B. Therefore, it is avoided that the second coil 25B requires a large amount of energy for its excitation.
  • the strength of excitation in the second coil 25B is exhibited by the salient pole 22B (see FIG. 4, not shown in FIG. 12) of the second coil 25B at the timing of the start point (see FIG. 10).
  • the strength is such that the function as the S pole is offset, and the repulsive force or attractive force due to the magnetic force acting on the permanent magnet 23A is reduced to a negligible level. Therefore, in the second control state, the N pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end 22C of the first coil 25A functioning as the S pole, and the S pole is also the first permanent magnet. It is pulled to the north pole of the 24th floor.
  • the magnetic field lines generated by the excitation of the second coil 25B use the salient pole 22B of the first coil 25A as an escape place (passage), thereby strengthening the function of the salient pole 22B as the S pole. Therefore, the magnitude of the force with which the north pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end 22C of the first coil 25A is larger than the magnitude of the force with which the south pole is also pulled by the north pole of the first permanent magnet 24F. Become.
  • the distance from the permanent magnet 23A to the portion closest to the permanent magnet 23A in the north pole of the first permanent magnet 24F is the same as that of the first coil 25A. It will be longer than the distance to the end 22C.
  • the attractive force and / or repulsive force generated by the magnetic force becomes smaller in inverse proportion to the square of the distance between the magnetic poles on which the attractive force and / or the repulsive force acts. Therefore, in the permanent magnet 23A, the influence of the attractive force of the magnetic force that the south pole receives from the north pole of the first permanent magnet 24F is also the influence of the attractive force of the magnetic force that the north pole receives from the end 22C of the first coil 25A. Is smaller than.
  • the rotor 31 since the rotor 31 has an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 12), it tries to continue the reverse rotation.
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 has a salient pole 22B of the first coil 35A whose S pole functions as the S pole (see FIG. 5; FIG. 12). (Not shown), and the north pole also repels the north pole of the second permanent magnet 34G.
  • the distance between the south pole of the permanent magnet 33A and the salient pole 22B of the first coil 35A functioning as the south pole is shorter than the distance between the north pole and the north pole of the second permanent magnet 34G.
  • the influence of the repulsion between the S poles is larger than the influence of the repulsion between the N poles. Therefore, the rotor 31 of the second motor 30 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise in FIG. 11), and this angular momentum is transmitted to the rotor 21 via the shaft 11.
  • the rotors 21, 31 and the shaft 11 are rotated in the reverse direction toward the one side (counterclockwise side in FIG. 11).
  • the distance between the S poles in the second motor 30 gradually increases, so that the repulsive force between the S poles gradually weakens.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 33A is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A, and the magnetization direction of the second permanent magnet 34G coincides with the radial direction seen from the rotation axis 10A (FIG. 5).
  • the direction (azimuth) at which the S pole of the permanent magnet 33A is located as seen from the salient pole 22B of the first coil 35A functioning as the S pole gradually approaches the direction of reverse rotation in the rotor 31. (That is, the surface with "(S)" in the first coil 35A in FIG. 12 and the surface with "S” in the permanent magnet 33A gradually approach a state of being opposed to each other, or the above-mentioned magnetization.
  • the angle between the directions gradually changes (so that it approaches 0 °).
  • the repulsive force between the S poles acts in the direction along the azimuth angle.
  • the ratio of the repulsive force contributing to the reverse rotation of the rotor 31 that is, the influence of the repulsive force between the S poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction.
  • the ratio of the repulsive force contributing to the reverse rotation of the rotor 31 that is, the influence of the repulsive force between the S poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction.
  • the distance between the N poles in the second motor 30 is gradually shortened, so that the repulsive force between the N poles is gradually increased.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 33A is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A, and the magnetization direction of the second permanent magnet 34G coincides with the radial direction seen from the rotation axis 10A (FIG.
  • the direction (azimuth angle) at which the N pole of the permanent magnet 33A is located as seen from the N pole of the second permanent magnet 34G gradually approaches the direction toward the shaft 11 (that is, the second one in FIG. 12).
  • the surface with "N” in the permanent magnet 34G gradually approaches the state of facing away from it, or the angle formed by the magnetization direction gradually becomes 90. Change (to get closer to °).
  • the repulsive force between the N poles acts in the direction along the azimuth angle.
  • the ratio of the repulsive force affecting the reverse rotation of the rotor 31 (that is, the influence of the repulsive force between the N poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction). ) Gradually decreases. Further, in the first motor 20, the magnitude of the force with which the north pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end portion 22C of the first coil 25A gradually increases, and the south pole is also the first permanent magnet 24F. The magnitude of the force pulled by the N pole gradually decreases. Therefore, the rotors 21, 31 and the shaft 11 maintain the reverse rotation as a whole, thereby realizing that the end portion 33D of the permanent magnet 33A reaches a position facing the central portion 34D of the second permanent magnet 34G.
  • each configuration of the first motor 20 is the timing of the start point (see FIG. 10). It becomes the same state as each configuration of the second motor 30 in. Further, each configuration of the second motor 30 is in the same state as each configuration of the first motor 20 at the timing of the start point (see FIG. 10). Therefore, the controller 10B switches between the output pattern of the current 10F to the first motor 20 and the output pattern of the current 10F to the second motor 30, thereby rotating the rotor 21, the rotor 31, and the shaft 11 in the reverse direction. (Not shown).
  • the controller 10B first positions the end 33D of the permanent magnet 33A at a position facing the first coil 35A by realizing the above-mentioned non-communication control state. Subsequently, the controller 10B realizes a state in which the current 10F flows only in the first coil 25A of the first motor 20 and the current 10F does not flow in the second motor 30, so that the end 33D of the permanent magnet 33A Is located at a position facing the second coil 35B. Then, the controller 10B realizes a state in which the current 10F flows only in the second coil 35B of the second motor 30 and the current 10F does not flow in the first motor 20. It is realized by the motor 30 of 2.
  • the rotor 31 of the second motor 30 has a force that is stronger than the force that the permanent magnet 33A in the second field 34 is pulled by the permanent magnet 24A as the first permanent magnet 34F.
  • the angular momentum in the reverse rotation direction is given by being pulled by the end portion 32C of the coil 35A.
  • the rotor 21 of the first motor 20 is given an angular momentum in the reverse rotation direction due to the action of a magnetic force between each permanent magnet 23A of the first field 23 and the first coil 25A.
  • the end portion 23D of the permanent magnet 23A in the first motor 20 reaches a position facing the central portion 24D of the second permanent magnet 24G, so that each configuration of the first motor 20 and the second motor 30 is configured.
  • the state is the same as the state at the timing of the start point (see FIG. 10).
  • controller 10B continues the reverse rotation of the rotor 21, the rotor 31, and the shaft 11 by repeating the switching of the output pattern.
  • the rotation direction of the rotor 21 is such that the north pole of the permanent magnet 23A attached to the rotor 21 is on the front side of the rotation.
  • the second coil 25B is located on the upstream side of the rotation with respect to the first coil 25A.
  • the second coil 25B corresponds to the "second configuration" in the present disclosure
  • the first coil 25A corresponds to the "first configuration” in the present disclosure.
  • the permanent magnets 24A those adjacent to the exciting element 25 from the upstream side in the rotation direction of the rotor 21 are designated as the first permanent magnet 24F, and are also on the downstream side.
  • the second permanent magnet 24G is adjacent to the magnet. In other words, the second permanent magnet 24G sandwiches the exciting element 25 together with the first permanent magnet 24F from both the upstream side and the downstream side of the rotation.
  • the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the first permanent magnet 24F (see the solid line in FIG. 13). ) Will be explained.
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 has its end 33D facing between the first coil 35A and the second coil 35B in the exciting element 35. It becomes a state.
  • the current 10F output by the controller 10B is the first coils 25A and 35A. And it is set to a non-communication control state in which neither the second coil 25B nor the second coil 25B or 35B flows.
  • the permanent magnet 23A of the first field 23 in the first motor 20 has a salient pole 22B of the second coil 25B whose N pole functions as an S pole (see FIG. 13; in FIG. 13). (Not shown) attracted to.
  • the rotor 21 of the first motor 20 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 13).
  • the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30 has a salient pole 32B of the first coil 35A whose N pole functions as an S pole (see FIG. 13; FIG. 13).
  • the S pole repels the salient pole 32B of the second coil 35B, which also functions as the S pole.
  • the rotor 31 of the second motor 30 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 13).
  • the rotors 21, 31 and the shaft 11 are rotated in the reverse direction toward the one side (counterclockwise side in FIG. 13), and the permanent magnet 23A is moved to a position facing the second coil 25B. Reach.
  • the current 10F output by the controller 10B to the first motor 20 flows to the second coil 25B, and the first coil 25B flows. It is set to the second control state that does not flow through the coil 25A.
  • the controller 10B does not pass the current 10F to the second motor 30.
  • the second coil 25B has a fluctuating magnetic field (not shown) excited so that the end 22C on the rotor 21 side becomes the north pole. ) Functions as an exciting coil.
  • the salient pole 22B of the first coil 25A exerts a function as a "soft magnetic material” in the present disclosure, and changes from the north pole to the south pole in the first permanent magnet 24F and the second permanent magnet 24G. It serves as a refuge (passage) for the magnetic field lines to be directed, and further serves as a refuge (passage) for the magnetic field lines generated by the excitation of the second coil 25B. Therefore, it is avoided that the second coil 25B requires a large amount of energy for its excitation.
  • the strength of excitation in the second coil 25B is as the S pole exhibited by the salient pole 22B (see FIG. 4, not shown in FIG. 13) of the second coil 25B in the non-communication control state.
  • the strength is such that the functions are offset and the repulsive force or attractive force due to the magnetic force acting on the permanent magnet 23A is reduced to a negligible level. Therefore, in the second control state, the N pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end 22C of the first coil 25A functioning as the S pole, and the S pole is also the first permanent magnet. It is pulled to the north pole of the 24th floor.
  • the magnetic field lines generated by the excitation of the second coil 25B use the salient pole 22B of the first coil 25A as an escape place (passage), thereby strengthening the function of the salient pole 22B as the S pole. Therefore, the magnitude of the force with which the north pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end 22C of the first coil 25A is larger than the magnitude of the force with which the south pole is also pulled by the north pole of the first permanent magnet 24F. Become.
  • the distance from the permanent magnet 23A to the portion closest to the permanent magnet 23A in the north pole of the first permanent magnet 24F is the same as that of the first coil 25A. It will be longer than the distance to the end 22C.
  • the attractive force and / or repulsive force generated by the magnetic force becomes smaller in inverse proportion to the square of the distance between the magnetic poles on which the attractive force and / or the repulsive force acts. Therefore, in the permanent magnet 23A, the influence of the attractive force of the magnetic force that the south pole receives from the north pole of the first permanent magnet 24F is also the influence of the attractive force of the magnetic force that the north pole receives from the end 22C of the first coil 25A. Is smaller than.
  • the rotor 21 since the rotor 21 has an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise direction in FIG. 14) given in the above-mentioned non-communication control state, the rotor 21 continues to rotate in the reverse rotation direction (that is, reverse rotation). Try to. Further, in the permanent magnet 33A of the first field 33 in the second motor 30, the S pole thereof is the salient pole 32B of the first coil 35A in which the S pole functions as the S pole (see FIG. 5; FIG. 14: FIG. (Not shown), and the north pole also repels the north pole of the second permanent magnet 34G.
  • the distance between the south pole of the permanent magnet 33A and the salient pole 22B of the first coil 35A functioning as the south pole is shorter than the distance between the north pole and the north pole of the second permanent magnet 34G. Therefore, the influence of the repulsion between the S poles is larger than the influence of the repulsion between the N poles. Therefore, the rotor 31 of the second motor 30 is given an angular momentum in the reverse rotation direction (counterclockwise in FIG. 14), and this angular momentum is transmitted to the rotor 21 via the shaft 11.
  • the rotors 21, 31 and the shaft 11 are rotated in the reverse direction toward the one side (counterclockwise side in FIG. 11).
  • the distance between the S poles in the second motor 30 gradually increases, so that the repulsive force between the S poles gradually weakens.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 33A is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A, and the magnetization direction of the second permanent magnet 34G coincides with the radial direction seen from the rotation axis 10A (FIG. 5).
  • the direction (azimuth) at which the S pole of the permanent magnet 33A is located as seen from the salient pole 22B of the first coil 35A functioning as the S pole gradually approaches the direction of reverse rotation in the rotor 31. (That is, the surface with "(S)" in the first coil 35A of FIG. 14 and the surface with "S” in the permanent magnet 33A gradually approach a state of being opposed to each other, or the above-mentioned magnetization.
  • the angle between the directions gradually changes (so that it approaches 0 °).
  • the repulsive force between the S poles acts in the direction along the azimuth angle.
  • the ratio of the repulsive force contributing to the reverse rotation of the rotor 31 that is, the influence of the repulsive force between the S poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction.
  • the ratio of the repulsive force contributing to the reverse rotation of the rotor 31 that is, the influence of the repulsive force between the S poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction.
  • the distance between the N poles in the second motor 30 is gradually shortened, so that the repulsive force between the N poles is gradually increased.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 33A is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A, and the magnetization direction of the second permanent magnet 34G coincides with the radial direction seen from the rotation axis 10A (FIG.
  • the direction (azimuth angle) at which the N pole of the permanent magnet 33A is located as seen from the N pole of the second permanent magnet 34G gradually approaches the direction toward the shaft 11 (that is, the second one in FIG. 14).
  • the surface with "N” in the permanent magnet 34G gradually approaches the state of facing away from it, or the angle formed by the magnetization direction gradually becomes 90. Change (to get closer to °).
  • the repulsive force between the N poles acts in the direction along the azimuth angle.
  • the ratio of the repulsive force affecting the reverse rotation of the rotor 31 (that is, the influence of the repulsive force between the N poles, which is proportional to the cosine of the angle formed by the magnetization direction). ) Gradually decreases. Further, in the first motor 20, the magnitude of the force with which the north pole of the permanent magnet 23A is pulled by the end portion 22C of the first coil 25A gradually increases, and the south pole is also the first permanent magnet 24F. The magnitude of the force pulled by the N pole gradually decreases. Therefore, the rotors 21, 31 and the shaft 11 maintain the reverse rotation as a whole, thereby realizing that the end portion 33D of the permanent magnet 33A reaches a position facing the central portion 34D of the second permanent magnet 34G.
  • each configuration of the first motor 20 is the timing of the start point (see FIG. 13). It becomes the same state as each configuration of the second motor 30 in. Further, each configuration of the second motor 30 is in the same state as each configuration of the first motor 20 at the timing of the start point (see FIG. 13). Therefore, the controller 10B switches between the output pattern of the current 10F to the first motor 20 and the output pattern of the current 10F to the second motor 30, thereby rotating the rotor 21, the rotor 31, and the shaft 11 in the reverse direction. (Not shown).
  • the controller 10B first positions the end 33D of the permanent magnet 33A at a position facing the second coil 35B by realizing the above-mentioned non-communication control state. Subsequently, the controller 10B realizes a state in which the current 10F flows only in the second coil 35B of the second motor 30 and the current 10F does not flow in the first motor 20. It is realized in the second motor 30. At this timing, the rotor 31 of the second motor 30 has a force that is stronger than the force that the permanent magnet 33A in the second field 34 is pulled by the permanent magnet 24A as the first permanent magnet 34F. The angular momentum in the reverse rotation direction is given by being pulled by the end portion 32C of the coil 35A.
  • the rotor 21 of the first motor 20 is given an angular momentum in the reverse rotation direction due to the action of a magnetic force between each permanent magnet 23A of the first field 23 and the first coil 25A.
  • the end portion 23D of the permanent magnet 23A in the first motor 20 reaches a position facing the central portion 24D of the second permanent magnet 24G, so that each configuration of the first motor 20 and the second motor 30 is configured.
  • the state is the same as the state at the timing of the start point (see FIG. 10).
  • controller 10B continues the reverse rotation of the rotor 21, the rotor 31, and the shaft 11 by repeating the switching of the output pattern.
  • the first motor 20 described above is a synchronous motor including a rotor 21, a stator 22, a first field 23, a second field 24, and an exciting element 25.
  • the rotor 21 is capable of rotational movement that rotates around one rotating shaft 10A.
  • the stator 22 is arranged so as to surround the rotating shaft 10A and the rotor 21.
  • the first field 23 is an assembly having a plurality of permanent magnets 23A arranged so as to surround the rotation shaft 10A in the rotor 21.
  • the second field 24 is an assembly having a plurality of permanent magnets 24A arranged so as to surround the rotating shaft 10A and the rotor 21 in the stator 22.
  • the exciting element 25 is arranged in at least one of the spaces 20B between the permanent magnets 24A in the second field 24, and the variation that gives the first field 23 the angular momentum for rotating the rotor 21. It generates a magnetic field of 25F.
  • Each permanent magnet 23A of the first field 23 is arranged so that its magnetization direction is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A, so that the magnetic field lines 23C in the direction orthogonal to the radial direction A magnetic field 23B having the above is generated.
  • the magnetic pole on the rotor 21 side is unified to either the S pole or the N pole, and the magnetization direction thereof is the motion seen from the rotation axis 10A.
  • the exciting element 25 is an assembly including an exciting coil (first coil 25A and second coil 25B) and a soft magnetic material (salting pole 22B).
  • the exciting coil the end (end 22C) on the rotor 21 side becomes a magnetic pole (N pole) of the same type as the magnetic pole (N pole) on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second field 24.
  • N pole magnetic pole
  • the soft magnetic material is placed adjacent to the exciting coil, protrudes from the stator 22 toward the rotor 21 side, and is magnetized in the same direction as the magnetic field line of this magnetic field according to the magnetic field applied from the outside. It is a thing.
  • the exciting element 25 when the exciting element 25 is excited, the end on the rotor 21 side of the salient pole 22B adjacent to the exciting coil is in each of the permanent magnets 24A and the exciting coil of the second field 24. It functions as a magnetic pole of a different type from the magnetic pole on the rotor 21 side, and thus serves as a refuge for magnetic field lines passing through these magnetic poles.
  • the exciting element 25 when the exciting element 25 is excited, the influence of the excitation coil and the permanent magnets 24A of the second field 24 being repelled by each other's magnetic force is suppressed, and a large amount of energy is required to excite the exciting element 25. You can avoid becoming.
  • the first field 23 is in a magnetically unstable balanced state.
  • this fluctuation becomes a perturbation that breaks the balanced state, and triggers the angular momentum for rotating the rotor 21 to be given to the first field 23.
  • the magnetic fields 23B and 24B of the first field 23 and the second field 24 keep the stator 22 and the rotor 21 away from each other. Generates a force with a directional component. As a result, it is possible to reduce the catching of the rotor 21 rotating in the first motor 20 and reduce the electric energy required to drive the first motor 20.
  • one exciting element 25 is arranged in each of the above spaces 20B, and each of these exciting coils operates in synchronization with each other.
  • the first motor 20 it is possible to operate the plurality of exciting elements 25 so as not to interfere with each other's functions, thereby increasing the driving force of the rotor 21 rotated by the exciting elements 25.
  • the first motor 20 in the exciting element 25, the first coil 25A and the second coil 25B, which are two coils adjacent to each other in the rotation direction of the rotor 21, are connected to a wiring system independent of each other. It is an assembly that was made.
  • Each of the first coil 25A and the second coil 25B has a core (slip pole 22B) made of a soft magnetic material that is magnetized in the same direction as the magnetic field applied from the outside.
  • the first motor 20 includes a controller 10B that switches between the first control state and the second control state described above.
  • a current 10F is passed through the first coil 25A to make the first coil 25A function as an exciting coil, but no current is passed through the second coil 25B.
  • the permanent magnet 23A of the first field 23 may be positioned at a position facing the solenoid coil that functions as the exciting coil in the exciting element 25. Then, the fluctuating magnetic field generated by the solenoid coil that functions as the exciting coil does not give the angular momentum that rotates the rotor 21 to the first field 23. At this time, the coil serving as the exciting coil in the exciting element 25 can be replaced to give the angular momentum to the first field 23.
  • the coil serving as the exciting coil when the coil serving as the exciting coil is replaced, the coil through which the current does not flow is induced to maintain the induced electromotive force in the direction of maintaining the magnetic field generated in this coil. It functions as an inductor that generates electromotive force. As a result, the loss caused by the core of the coil through which the current does not flow attracts the permanent magnet 23A of the first field 23 can be reduced.
  • the plurality of permanent magnets 24A in the second field 24 include the first permanent magnet 24F and the second permanent magnet 24G.
  • the first permanent magnet 24F is adjacent to the exciting element 25 from the upstream side in the rotational direction.
  • the second permanent magnet 24G is adjacent to the exciting element 25 from the downstream side in the rotational direction, and thus sandwiches the exciting element 25 together with the first permanent magnet 24F from both the upstream side and the downstream side.
  • the first coil 25A and the second coil 25B are arranged in the rotation direction in the space 20B between the first permanent magnet 24F and the second permanent magnet 24G, and the first coil 25A is arranged. Is arranged so as to be located on the upstream side of the second coil 25B.
  • the permanent magnet 23A of the first field 23 provided on the rotating rotor 21 passes the position facing the first permanent magnet 24F until it reaches the position facing the first coil 25A.
  • the first control state is realized in between.
  • the controller 10B is in a second control state from the time when the permanent magnet 23A of the first field 23 passes the position facing the first coil 25A to the time when it reaches the position facing the second coil 25B. To realize.
  • the time during which the fluctuating magnetic field giving the angular momentum for rotating the rotor 21 acts on the first field 23 is lengthened by the operation of the controller 10B, so that the rotor 21 is rotated more smoothly. Can be made to.
  • each coil (first coil 25A and second coil 25B) in the exciting element 25 projects toward the rotating shaft 10A from the side surface of the stator 22 on the rotating shaft 10A side. It is a solenoid coil formed by winding a winding around a salient pole 22B. Further, in each of the permanent magnets 24A of the second field 24, the distance from the edge portion 24E adjacent to the exciting element 25 to the rotating shaft 10A in these permanent magnets 24A is longer than the first distance 10D. It is arranged.
  • the first distance 10D is the shortest distance from the protruding end on the rotating shaft 10A side to the rotating shaft 10A at the salient pole 22B of the solenoid coil adjacent to the edge portion 24E.
  • the permanent magnet 23A of the first field 23 may face the solenoid coil that functions as the exciting coil in the exciting element 25.
  • the distance between the permanent magnet 23A and the solenoid coil functioning as the exciting coil becomes relatively short, and the magnetic poles of the permanent magnet 23A of the first field 23 and the permanent magnet 24A of the second field 24 The distance between them is relatively long.
  • the fluctuating magnetic field of the solenoid coil that functions as the exciting coil acts on the permanent magnet 23A of the first field 23
  • the magnetic field 24B of the permanent magnet 24A of the second field 24 acts on this action. The effect can be reduced.
  • each exciting element 25 is arranged in each of the spaces 20B. Further, the salient poles 22B in each exciting element 25 are arranged so that their first distances 10D are equal. Further, each permanent magnet 24A of the second field 24 is arranged so that the second distance 10E, which is the shortest distance from the end on the rotation shaft 10A side to the rotation shaft 10A, is equal. Further, the first distance 10D is set to be the same distance as the second distance 10E.
  • the second distance 10E which is the shortest distance from each permanent magnet 24A of the second field 24 to the rotating shaft 10A, is the rotating shaft from the tip of the solenoid coil of the exciting element 25. It is the same distance as the first distance 10D, which is the shortest distance to 10A.
  • the magnetic field 24B of each permanent magnet 24A of the second field 24 and the magnetic field of the solenoid coil that functions as the exciting coil in the exciting element 25 act strongly on each permanent magnet 23A of the first field 23. Therefore, the driving force of the rotor 21 can be increased.
  • each coil (first coil 25A and second coil 25B) in the exciting element 25 projects toward the rotating shaft 10A from the side surface of the stator 22 on the rotating shaft 10A side. It is a solenoid coil formed by winding a winding around a salient pole 22B. At the end of the solenoid coil salient pole 22B on the rotation shaft 10A side, a weak magnetic structure is provided that partially weakens the strength of the magnetic field generated at the end when the solenoid coil is excited. ing.
  • the strength of the can be weakened.
  • the energy required to operate the solenoid coil that functions as the exciting coil in the exciting element 25 can be reduced.
  • the weak magnetic structure is a structure in which the number of turns of the winding 25C at the end 22C of the solenoid coil in the exciting element 25 is partially reduced. Therefore, it is not necessary to form a part of the salient pole 22B around which the winding 25C is wound with a substance having a lower magnetic permeability than the other parts, and therefore, it is possible to reduce the labor in producing the first motor 20. Can be done.
  • the above-mentioned motor assembly 10 is a motor assembly including a plurality of synchronous motors including a first motor 20 and a second motor 30 that share one shaft 11 as a rotating shaft 10A.
  • first motor 20 each permanent magnet 23A of the first field 23 and each exciting element 25 are arranged equiangularly and isotropically, and each of the first field 23 is subjected to the rotational motion.
  • the first state in which the permanent magnet 23A is attracted to the permanent magnet 24A of the second field 24 located on the downstream side in the rotation direction of the rotor 21 is realized.
  • each of the permanent magnets 33A of the first field 33 and each exciting element 35 are arranged equiangularly and isotropically, and each of the first field 33 is subjected to the rotational motion.
  • a second state is realized in which the permanent magnet 33A is attracted to the permanent magnet 34A of the second field 34 located on the downstream side in the rotation direction.
  • the timing at which the first state is realized and the timing at which the second state is realized are set to be different timings.
  • the timing at which the magnetic attraction that causes the rotation of the shaft 11 occurs is increased by the cooperation of the first motor 20 and the second motor 30, thereby making the rotation of the shaft 11 smoother. be able to.
  • the permanent magnets of the second field 34 in the second motor 30 are arranged isotropically isotropically arranged, and the second state is realized at the timing when the first state is realized. Facing each other with the exciting element 25 in the motor 30 of the above.
  • each permanent magnet 33A of the first field 33 faces the exciting element 35, and the fluctuating magnetic field generated by the exciting element 35 causes the shaft 11 to move.
  • the angular momentum to be rotated may not be given to the first field 33.
  • the shaft 11 can be rotated by the action of each permanent magnet 23A of the first field 23 being attracted to the permanent magnet 24A of the second field 24 in the first motor 20.
  • a phase shift is set between the field and the first field 33.
  • This phase shift was stable in one of the permanent magnets 23A of the first field 23 in the first motor 20 and the permanent magnets 33A of the first field 33 in the second motor 30.
  • it becomes a balanced state prevent the other from becoming a balanced state. Therefore, it is avoided that both the permanent magnets 23A of the first field 23 in the first motor 20 and the permanent magnets 33A of the first field 33 in the second motor are in a stable balanced state.
  • the rotors 21 and 31 and the shaft 11 can be easily rotated.
  • the above-mentioned motor assembly 10 is a motor assembly including a plurality of synchronous motors including a first motor 20 and a second motor 30 that share one shaft 11 as a rotating shaft 10A.
  • Each exciting element 25 in the first motor 20 and each exciting element 35 in the second motor 30 have a first configuration (first coils 25A, 35A) that functions as a soft magnetic material, respectively, and a first structure (first coils 25A, 35A) that functions as an exciting coil. It has a configuration in which the rotors 21 and 31 are arranged on the downstream side in the rotation direction with respect to the two configurations (second coils 25B and 35B).
  • the permanent magnets 23A and 33A of the first fields 23 and 33 and the exciting elements 25 and 35 are arranged equiangularly and isotropically, respectively.
  • the second configuration faces the first field 23
  • the permanent magnets 23A, 33A of the first field 23, 33 which are excited with a strength that can ignore the repulsive force or attractive force due to the magnetic force acting on the permanent magnets 23A, 33A of 33, and face the second configuration. Realizes a third state in which is pulled by the first configuration.
  • the motor assembly 10 described above realizes the rotation of the shaft 11 by excitation to the extent that the functions as magnetic poles (S poles) at the salient poles 22B and 32B are offset. Therefore, when driving the motor assembly 10, the salient poles 22B and 32B that function as magnetic poles (S poles) are excited to become different types of strong magnetic poles (N poles) to become the permanent magnets 23A and 33A of the rotors 21 and 31. It is possible to eliminate the need to exert an attractive force and / or a repulsive force due to the magnetic force, thereby avoiding the need for a large amount of energy when exciting the exciting elements 25 and 35.
  • the first configuration (first coils 25A and 35A) is the same as this magnetic field depending on the magnetic field applied from the outside. It has a core (slip poles 22B, 32B) made of a soft magnetic material that is magnetized in the direction. Further, the first configuration (first coil 25A, 35A) is used when the ends of the permanent magnets 23A, 33A of the first fields 23, 33 on the stators 22 and 32 sides face the first configuration. This coil is excited with a strength such that the repulsive force or attractive force due to the magnetic force acting on the permanent magnets 23A and 33A of the first field magnets 23 and 33 facing the first configuration can be ignored.
  • the permanent magnets 24A of the second field 24 in the first motor 20 and the permanent magnets 34A of the second field 34 in the second motor 30 are equiangular. It is isotropically arranged. Further, it is the same as the first amount (45 °) which is the amount of misalignment of the first fields 23 and 33 seen in the circumferential direction of the shaft 11 in the first motor 20 and the second motor 30.
  • the second amount (0 °) which is the amount of misalignment of the fields 24 and 34 of 2 is different from each other.
  • the rotor 31 in the second motor 30 has the permanent magnets 23A and the second permanent magnets 23A in the first field 23. It is realized that the angular momentum in the rotation direction is given by the action of the magnetic force with one configuration (first coil 25A). Further, in the motor assembly 10, at the timing when the third state is realized in the second motor 30, the rotor 21 in the first motor 20 has the permanent magnets 23A and the first magnets 23A of the first field 23. It is realized that the angular momentum in the rotation direction is given by the action of the magnetic force with the configuration (first coil 35A).
  • each of the 24 permanent magnets 24A functions as a different type of magnetic pole (S pole) from the magnetic pole (N pole) on the rotor 21 side.
  • each permanent magnet 23A of the first field 23 is arranged so that its magnetization direction is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A. Therefore, at the timing when the third state is realized in the first motor 20, the rotor 21 has a second field on the upstream side in the rotation direction with respect to the permanent magnet 23A of the first field 23.
  • first permanent magnet 24F From 24 permanent magnets (first permanent magnet 24F), it receives a braking action due to the attractive force of magnetic force.
  • the rotor 21 is given an angular momentum in the rotational direction to the rotor 31 in the second motor 30 at the timing when the third state is realized in the first motor 20. , 31 and the shaft 11 can be rotated more smoothly as a whole.
  • the end of the first configuration (first coil 35A) on the rotor 31 side is the second. It functions as a magnetic pole (S pole) of a different type from the magnetic pole (N pole) on the rotor 31 side in each permanent magnet 34A of the field field 34. Further, each permanent magnet 33A of the first field 33 is arranged so that its magnetization direction is orthogonal to the radial direction seen from the rotation axis 10A. Therefore, at the timing when the third state is realized in the second motor 30, the rotor 31 has a second field on the upstream side in the rotation direction with respect to the permanent magnet 33A of the first field 33.
  • first permanent magnet 34F From 34 permanent magnets (first permanent magnet 34F), it receives a braking action due to the attractive force of magnetic force.
  • the rotor 21 is given an angular momentum in the rotational direction to the rotor 21 in the first motor 20 at the timing when the third state is realized in the second motor 30. , 31 and the shaft 11 can be rotated more smoothly as a whole.
  • one of the first motor 20 and the second motor 30 receives the rotor (rotor 21 or rotor 31) at the timing when the third state is realized.
  • the influence of the braking action can be suppressed by the angular momentum in the rotation direction also applied to the other rotor (rotor 31 or rotor 21), so that the rotation of the shaft 11 can be made smoother.
  • the first amount which is the amount of misalignment of the first field in the first motor and the second motor
  • the position of the second field is also the same.
  • the second amount which is the amount of deviation
  • the first amount and the second amount are different amounts.
  • the first quantity and the second quantity may be different quantities because the second quantity is not 0 ° and the first quantity is also 0 °. ..
  • the first amount and the second amount may not be 0 ° and may be different from each other.
  • the scope of application of the present disclosure is not limited to a motor assembly including a first motor and a second motor, each of which is a synchronous motor. That is, the present disclosure can be applied to a synchronous motor driven by itself. Further, the present disclosure can be applied to a motor assembly in which a plurality of synchronous motors are provided. In this embodiment, each synchronous motor may share its shaft or rotate a separate shaft.
  • the number of each permanent magnet in the first field, the number of each permanent magnet in the second field, and the number of exciting elements are arbitrarily set. Can be changed to a number.
  • the number of each permanent magnet in the second field is large (for example, five or more)
  • the difference from the distance (that is, the first distance) becomes small.
  • the rotor-side surface of each permanent magnet in the second field is a surface that is convex toward the rotor, and thus the distance from the edge of the permanent magnet to the rotation axis and the first distance. It is preferable to increase the difference with.
  • the exciting element is not limited to a set (assembly) of two solenoid coils. That is, the coil of the exciting element can be any kind of coil, for example, a spider coil or a honeycomb coil. Further, the coil of the exciting element has a weak magnetic structure in which a part of the core is made of a substance having a lower magnetic permeability than the other parts, thereby partially weakening the strength of the magnetic field generated at the end portion. May be set. Further, the coil of the exciting element may not have a weak magnetic structure in which the strength of the generated magnetic field is partially weakened. Further, the coil of the exciting element may be an assembly having three or more coils.
  • the exciting element may be an assembly including a soft magnetic material in which the winding is not wound and one exciting coil adjacent to the soft magnetic material.
  • the direction in which the soft magnetic material and the exciting coil are lined up is not limited to the rotation direction of the rotor, and can be appropriately set, for example, the direction along the rotation axis of the rotor.
  • the exciting elements 25 and 35 are arranged so that soft magnetic materials are arranged on the downstream side in the reverse rotation direction of the rotor with respect to the exciting coil. Can be replaced with (not shown).
  • the first motor and the second motor can be suitably rotated by selecting the above-mentioned third pattern as the repeating pattern of the current output by the controller.
  • the controller is not limited to the one in which the exciting element is operated by the output of a current having a repeating pattern selected as appropriate. That is, the controller may include, for example, a sensor that detects the position of each permanent magnet in the first field, and control the current output to the exciting element according to the position of these permanent magnets.
  • the north pole and the south pole of each permanent magnet of the first field and one or both of the permanent magnets of the second field are the first motor 20 ( It can be set to be the opposite of (see FIG. 4).

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Abstract

シンクロナスモーターは、ローターと、ステーターと、第1の界磁と、第2の界磁と、励磁素子とを備える。第1の界磁は、回転軸の周りを取り巻く複数の永久磁石を有する。第2の界磁は、回転軸およびローターの周りを取り巻く複数の永久磁石を有する。励磁素子は、第2の界磁における永久磁石の間のスペースに配設されて、ローターを回転させる変動磁場を発生させる。第1の界磁の各永久磁石は、回転軸から見た動径方向と直交する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。第2の界磁の各永久磁石は、回転軸から見た動径方向と一致する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。励磁素子は、変動磁場を発生させる励磁コイルと、励磁コイルと互いに隣り合い、外部からかけられる磁場の磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体とを含む。

Description

シンクロナスモーターおよびモーターアッセンブリ
 本開示は、シンクロナスモーターおよびこのシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリに関する。
 シンクロナスモーターとは、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターに界磁を設け、この界磁をローターの外部から印加される変動磁場に追従させることで、ローターの回転を実現させるモーターのことをいう。このシンクロナスモーターに関しては、複数の永久磁石を、ローターの周りを取り巻き、かつ、このローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一された状態に配設する技術が公知であった(例えば特開昭55-136867号公報を参照)。
 特開昭55-136867号公報に記載された従来の技術では、ローターの周りを取り巻く永久磁石の間に配設された励磁素子たる電磁石を、そのローター側の端が、上記永久磁石におけるローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁させることで、変動磁場を発生させる。このため、上記従来の技術では、励磁素子の励磁に際して、ローターの周りを取り巻く永久磁石および電磁石が互いの磁力により反発付勢された状態を実現させなければならず、もって励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となっていた。
 本開示は、シンクロナスモーターにおいて、励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることを可能とするものである。
 本開示における1つの特徴によると、ローターと、ステーターと、第1の界磁と、第2の界磁と、励磁素子と、を備えるシンクロナスモーターが提供される。ここで、ローターは、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なものである。また、ステーターは、回転軸およびローターの周りを取り巻いて配設されるものである。また、第1の界磁は、ローターにおいて回転軸の周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである。また、第2の界磁は、ステーターにおいて回転軸およびローターの周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである。また、励磁素子は、第2の界磁における永久磁石の間のスペースのうち少なくとも1つに配設されて、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与える変動磁場を発生させるものである。第1の界磁の各永久磁石は、その磁化方向が、回転軸から見た動径方向と直交するように配設されることで、この動径方向と直交する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。第2の界磁の各永久磁石は、そのローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一され、かつ、その磁化方向が、回転軸から見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。励磁素子は、励磁コイルと、軟磁性体と、を備えたアッセンブリである。ここで、励磁コイルは、ローター側の端が、第2の界磁の各永久磁石におけるローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁されることで、変動磁場を発生させることが可能とされたコイルである。また、軟磁性体は、励磁コイルと互いに隣り合う状態とされて、ステーターからローター側に向かって突出し、かつ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場の磁力線と同じ向きに磁化されるものである。
 上記のシンクロナスモーターによれば、励磁素子の励磁に際して、その励磁コイルに隣り合う軟磁性体におけるローター側の端が、第2の界磁の各永久磁石および励磁コイルにおけるローター側の磁極とは別種の磁極として機能し、もってこれら磁極を通る磁力線の逃げ場となる。これにより、励磁素子の励磁に際して、その励磁コイルおよび第2の界磁の各永久磁石が互いの磁力により反発する影響を抑え、もって励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることができる。
 また、上記のシンクロナスモーターでは、ローターが静止している場合において、第1の界磁は、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、励磁素子が発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与えるトリガーとなる。これにより、シンクロナスモーターにおいて停止しているローターを動きやすくして、シンクロナスモーターの始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
 また、上記のシンクロナスモーターでは、ローターが回転している場合において、第1の界磁および第2の界磁の各磁場がステーターとローターとを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、シンクロナスモーターにおいて回転しているローターのひっかかりを減らして、シンクロナスモーターの駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
 したがって、シンクロナスモーターおよびこのシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリは、励磁素子の稼働および停止にともなう磁場の乱れによるエネルギーのロスを減らすことができる。
本開示の一実施形態にかかるモーターアッセンブリ10を表した右側面図である。 図1のII-II線断面図である。 図2のIII-III線断面図である。 図3のIV-IV線端面図である。 図3のV-V線端面図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。
 以下に、本開示を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
 以下に、本開示を実施するための一実施形態にかかるモーターアッセンブリ10について説明する。このモーターアッセンブリ10は、図3に示すように、それぞれが本開示の一実施形態にかかるシンクロナスモーターである第1のモーター20および第2のモーター30を備える。これら第1のモーター20および第2のモーター30は、1本のシャフト11を共有して、このシャフト11をコントローラー10Bから供給される電気エネルギーによって回転させる。
 本実施形態においては、コントローラー10Bは、交流電流および直流電流のいずれをも出力することが可能な電源装置であり、かつ、出力する電流の波形を、例えば正弦波、三角波、矩形波、パルス波を含む任意の波形に設定することができる電源装置である。また、シャフト11は、図2および図3に示すように、その両端部が長尺の円柱形状を呈する丸シャフト部11Aとされ、これら丸シャフト部11Aに挟まれた中間部分が長尺の正四角柱形状を呈する角シャフト部11Bとされている。
 第1のモーター20は、図2ないし図4に示すように、複数(本実施形態では4つ)の永久磁石23Aを有するアッセンブリである第1の界磁23を備える。また、第2のモーター30は、図5に示すように、複数(本実施形態では4つ)の永久磁石33Aを有するアッセンブリである第1の界磁33を備える。本実施形態においては、第1のモーター20の第1の界磁23と第2のモーター30の第1の界磁33との間には、これらが互いに近接することを抑制する円環状のスペーサー10C(図3参照)が備えられる。
 ここで、第2のモーター30は、その永久磁石33Aの配設位置が、第1のモーター20における永久磁石23Aの配設位置と異なる(図2参照)点を除いて、第1のモーター20と全く同じ構成を有している。このため、以下においては、第1のモーター20および第2のモーター30について、その詳細な説明を第1のモーター20の各構成の説明により代表させて行う。そして、第2のモーター30の各構成については、第1のモーター20の各構成に付した符号から、その十の位の数字を「3」に置き換えた符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。
 第1のモーター20は、図2ないし図4に示すように、第1の界磁23が配設される円盤をなすローター21と、このローター21の周りを取り巻いて配されるステーター22とを備える。ローター21は、シャフト11の角シャフト部11Bが冷やしばめで一体化されることで、このシャフト11の軸線を回転軸10Aとしてこの回転軸10Aのまわり(周方向)に回転する回転運動が可能とされる。ステーター22は、正十二角筒をなすように形成されて、この筒の内部にローター21を収納した状態でハウジング12の中に入れられることで、回転軸10Aおよびローター21のまわりを取り巻いた状態に配設される。
 ハウジング12は、図1ないし図3に示すように、シャフト11の軸線(すなわち回転軸10A)に沿って延びる金属製の円形ダクトである。このハウジング12の外側面には、ハウジング12を他の物品(図示せず)にねじ止めするためのベース金具12Aが設けられている。
 また、ハウジング12の内側面には、図2および図3に示すように、このハウジング12に入れられるステーター22に対して係合し、もってステーター22がシャフト11の径方向および周方向に動くことを規制する台をなす4つの係合部12Bが設けられている。これら係合部12Bには、ハウジング12がなす円形ダクトよりも長尺(図1参照)のながねじ12Dが、1本ずつ挿通されている。
 また、ハウジング12がなす円形ダクトの両端は、図1および図3に示すように、それぞれふさぎ板12Cによってふさがれている。これらふさぎ板12Cは、それぞれが4本のながねじ12Dに締結されることで、ハウジング12に固定される。また、2枚のふさぎ板12Cは、それぞれが軸受け12Eを備えて、シャフト11を上記回転運動が可能な状態に軸支する。
 ステーター22は、図4に示すように、軟磁性物質(例えばケイ素鉄)からなる筒をなす。この筒の内側面(図4では回転軸10A側となる側面)からは、その内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて、4本の突極22Aおよび8本の突極22Bが突出されている。これらの突極22A、22Bは、ステーター22の筒と同じ軟磁性物質から構成される。本実施形態においては、第1のモーター20におけるステーター22の各突極22A、22B、および、第2のモーター30におけるステーター32の各突極32A、32B(図5参照)は、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量が0°となるようにされている。
 4本の突極22Aは、それぞれがステーター22の筒における高さ方向(図4では紙面に垂直な方向)に延びる内周リブであり、ステーター22の筒の内側面に等角等方的に配される。これらの突極22Aは、ステーター22の筒の内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて突出され、突出される各先端面が、回転軸10Aを中心軸とした正四角柱の各側面をなすような平面とされている。
 8本の突極22Bは、それぞれがステーター22の筒における高さ方向(図4では紙面に垂直な方向)に延びる板状の内周リブであり、4本の突極22A間に設定される4つのスペース20Bのそれぞれに2本1組で配される。これらの突極22Bは、ステーター22の筒の内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて、突極22Aの突出量よりも長い突出量で突出される。
 また、各突極22Bにおいて、回転軸10A側となる端部22Cは、その突端の面が回転軸10Aを中心軸とした仮想的な円筒面20Aの一部を構成するようにえぐれた面とされている。言いかえると、各突極22Bにおいて、回転軸10A側となる端部22Cの突端から回転軸10Aまでの最短距離である第1の距離10Dは、互いに等しくなるようにされている。
 ローター21は、シャフト11の角シャフト部11Bに対してしまりばめのはめあいをなすフェノール樹脂製の円筒の外側面に、この円筒をその高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に貫通して延びる4本のあり溝21Aを、等角等方的に配設したものである。これらのあり溝21Aには、図2ないし図4に示すように、第1の界磁23の4つの永久磁石23A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。
 各永久磁石23Aは、それぞれがあり溝21Aに対応したありさんの形状をなすことで、あり溝21Aの全長にわたってこのあり溝21Aから分離されないように嵌め合わされる。これにより、第1の界磁23の4つの永久磁石23Aは、ローター21において回転軸10Aの周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。ここで、あり溝(dovetail groove)とは壁部分に傾斜がつけられることで開口部分の幅が底部分の幅よりも狭くされた構成の溝のことをいい、ありさん(sliding  dovetail)とはあり溝に対してこのあり溝が延びる方向から滑り込ませて嵌め合わすことが可能な板状の部位のことをいう。
 また、第2のモーター30において、ローター31は、図5に示すように、シャフト11の角シャフト部11Bに対してしまりばめのはめあいをなすフェノール樹脂製の円筒である。この円筒の外側面には、この円筒の高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に貫通して延びる4本のあり溝31Aが、等角等方的に配設される。これらのあり溝31Aには、第1の界磁33の4つの永久磁石33A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。
 各永久磁石33Aは、それぞれがあり溝31Aに対応したありさんの形状をなすことで、あり溝31Aの全長にわたってこのあり溝31Aから分離されないように嵌め合わされる。これにより、第2のモーター30において、第1の界磁33の4つの永久磁石33Aは、ローター31において回転軸10Aの周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。また、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23A、および、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aは、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量である第1の量(図4および図5では45°)が変化しないように固定される。
 本実施形態においては、第1のモーター20の4つの永久磁石23Aは、図3に示すように、スペーサー10Cとプレートカバー21Bとによってあり溝21Aが延びる方向の両側(図3では左右両側)から挟まれることで、このあり溝21Aからの抜け止めがなされる。ここで、スペーサー10Cは、第1のモーター20のローター21と第2のモーター30のローター31との間に挟まれることで、シャフト11に対して動かないように固定される。また、プレートカバー21Bは、ローター21において第2のモーター30とは反対側(図3では左側)となる端面に、ねじ止めによって固定される。
 これにより、4つの永久磁石23Aは、図2ないし図4に示すように、そのステーター22側の端部23Dのみがローター21の外側面に露出され、残りがローター21の内部に埋まった半埋設の状態とされている。ここで、各端部23Dは、図2に示すように、ステーター22およびこのステーター22に設けられた各構成と接触されないように、そのステーター22側の端面が回転軸10Aを中心軸とした1つの円筒面23Eをなすように丸められた形状とされている。
 ところで、第1のモーター20において、第1の界磁23の各永久磁石23Aは、図4に示すように、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と直交する向き(すなわち回転軸10Aの周方向に沿う向き)となるように配設されている。このため、各永久磁石23Aは、回転軸10Aから見た動径方向と直交する方向の磁力線23Cを有する磁場23Bを発生させる。本実施形態においては、各永久磁石23Aは、回転軸10Aの周方向で見た一方側(図4では反時計回り側)の面がN極とされ、他方側(図4では時計回り側)の面がS極とされることで、回転軸10Aの周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配される。
 また、4本の突極22Aの各先端面には、それぞれ、板面が平らな板をなす4つの永久磁石24A(具体的には例えばネオジム磁石その他の強力磁石)が1つずつ取り付けられている。本実施形態においては、各永久磁石24Aは、その板幅方向の端面をなす各端縁部24Eに斜面取り加工が施されることで、板幅方向に対してはすとされた面(すなわちベベル)を備えた形状を呈する。また、各永久磁石24Aは、そのベベルにおけるはすとされた面がステーター22側を向いた状態に取り付けられる。
 4つの永久磁石24Aは、それぞれ、その板厚方向に磁化された単極の磁石であり、その片側の板面にあらわれるN極がローター21側を向き、反対側にあらわれるS極が突極22Aの先端面の全体を覆うように取り付けられる。これにより、4つの永久磁石24Aは、ステーター22においてローター21の周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。本実施形態においては、4つの永久磁石24Aは、それぞれ、突極22Aに対してねじ止めによって固定される。
 また、4つの永久磁石24Aは、それぞれ、その磁化方向が回転軸10Aから見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線24Cを有する磁場24Bを発生させる。すなわち、4つの永久磁石24Aからなるアッセンブリは、回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線24Cを有する磁場24Bを発生させる第2の界磁24として機能する。
 また、第2のモーター30において、4本の突極32Aの各先端面には、図5に示すように、それぞれ、板面が平らな板をなす4つの永久磁石34A(具体的には例えばネオジム磁石その他の強力磁石)が1つずつ取り付けられている。これらの永久磁石34Aからなるアッセンブリは、回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線34Cを有する磁場34Bを発生させる第2の界磁34として機能する。ここから、第1のモーター20における第2の界磁24の各永久磁石24A、および、第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石34Aは、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量である第2の量が変化しないように固定されているといえる。また、第2の量(図4および図5では45°)は、第1の量(図4および図5では45°)とは異なる量となるように設定されているともいえる。
 また、第1のモーター20において、8本の突極22Bは、それぞれ、巻線25C(図2参照)が巻き付けられて、ソレノイドコイルの鉄心として機能する。これらソレノイドコイルは、コントローラー10B(図1参照)が出力する電流を受けて、この電流の波形に対応した変動磁場または定常磁場を発生させるようになっている。ここで、各ソレノイドコイルが発生させる磁場は、第1の界磁23の各永久磁石23Aを磁力により引き寄せあるいは退けることが可能な強さとすることができるものである。
 このため、各ソレノイドコイルは、突極22A間に設定される各スペース20Bに配されて、回転軸10Aの周方向に並んで隣り合う2本が組(アッセンブリ)となる。このアッセンブリは、ローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23の各永久磁石23Aに与える変動磁場を発生させることが可能な励磁素子25として機能する。
 本実施形態においては、各ソレノイドコイルには、その各突極22Bにおいて回転軸10A側となる端部22Cにおける巻線25Cの巻き数を部分的に少なくした構造が設けられている。この構造は、各ソレノイドコイルが励磁したときにその突極22Bの端部22Cにて発生される磁場の強さを部分的に弱くする構造であり、本開示における「弱磁構造」に相当する。
 なお、以下においては、各励磁素子25において、回転軸10Aの周方向で見た一方側(図4では反時計回り側)に位置されるソレノイドコイルを第1のコイル25Aとし、他方側(図4では時計回り側)に位置されるソレノイドコイルを第2のコイル25Bとして説明を行う。
 すなわち、第1のモーター20は、突極22A間のスペース20Bに1つずつ配設される4つの励磁素子25を備えているということができる。また、各励磁素子25は、隣り合う2つのコイルである第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bを含む、複数のコイルを備えたアッセンブリであるということができる。また、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aの間にあるスペース20Bに、回転軸10Aの周方向(すなわちローター21の回転方向)に並んだ状態に配設されているということができる。
 ところで、第2の界磁24における4つの永久磁石24Aは、図4に示すように、それぞれ、その板幅方向で見た中央部分24Dにおいて、回転軸10A側となる端から回転軸10Aまでの距離が最短となる。この最短距離(以下、「第2の距離10E」とも称する。図4参照)は、4つの永久磁石24Aのいずれにおいても、上述した第1の距離10Dと同じ距離となるように設定されている。
 言いかえると、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、その中央部分24Dにおいて、上述した仮想的な円筒面20Aに接する。ここから、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、これら永久磁石24Aにおいて励磁素子25と隣り合う端縁部24Eから回転軸10Aまでの距離24Hが、上述した第1の距離10Dよりも長くなる(図2参照)ように配設されているといえる。
 また、第1のモーター20の4つの励磁素子25において、第1のコイル25Aは、図6に示すように、そのすべてが1つの配線系統25Dに組み込まれて、互いに同期して動作する。また、第2のコイル25Bは、そのすべてが、配線系統25Dとは独立した、1つの配線系統25Eに組み込まれて、互いに同期して動作する。したがって、第1のモーター20における4つの励磁素子25は、そのすべての励磁コイルが同期して動作することになる。
 ここで、第1のモーター20の動作の態様について説明する。第1のモーター20において、励磁素子25は、コントローラー10Bが出力する、繰り返しパターンを有する電流10Fによって動作する。この電流10Fの繰り返しパターンは、電流10Fが流れる通電時間(図面では電流10Fを実線とすることで表す。)と、電流10Fが流れない休止時間(図面では電流10Fを仮想線とすることで表す。)とを有する。本実施形態においては、コントローラー10Bは、出力する電流10Fの繰り返しパターンを、後述する第1のパターン、第2のパターン、および、第3のパターンを含む、複数種類の繰り返しパターンから適宜選択して切り替えることが可能とされている。ここで、第1のパターンは、第1のモーター20に、この第1のモーター20のローター21が回転軸10Aの周方向で見た他方側(図4ではBの側)に向かって回転する正回転を実現させる繰り返しパターンである。また、第2のパターンおよび第3のパターンは、第1のモーター20に、この第1のモーター20のローター21が回転軸10Aの周方向で見た一方側(図4ではAの側)に向かって回転する逆回転を実現させる繰り返しパターンである。
 まず、上記第1のパターンおよびこの第1のパターンによって実現される第1のモーター20の動作の態様について、主に図7ないし図9を用いて説明する。この態様においては、ローター21の回転の向きは、このローター21に取り付けられる永久磁石23AのS極が回転の前側(図7では右側)となる向きとなる。この向きの回転においては、第1のコイル25Aは、第2のコイル25Bよりも回転の上流側に位置される。
 また、第2の界磁24における永久磁石24Aのうち、励磁素子25に対してローター21の回転方向の上流側(図7では左側)から隣り合うものを第1の永久磁石24Fとし、同じく下流側(図8では右側)から隣り合うものを第2の永久磁石24Gとする。言いかえると、第2の永久磁石24Gは、第1の永久磁石24Fとともに励磁素子25を回転の上流側および下流側の両側(図9では左右両側)から挟み込む。
 以下においては、永久磁石23Aの端部23Dが、第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する状態(図7の仮想線を参照)から第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向する状態(図9の実線を参照)までの間の動作を説明する。また、図7ないし図9においては、第1のモーター20における4つの永久磁石23Aおよび第2のモーター30における4つの永久磁石33Aは、説明を簡単にするため、それぞれ1つずつのみを図示する。
 永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向するタイミングにおいては、図7に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aに流れ、第2のコイル25Bには流れない第1のコントロール状態とされる。
 この第1のコントロール状態において、第1のコイル25Aは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場25Fを発生させる励磁コイルとして機能する。ここで、N極は、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極と同種の磁極である。したがって、第1のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのS極が励磁素子25の第1のコイル25Aに引き寄せられ、もってローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。また、第2のコイル25Bは、第1のコイル25Aが発生させる変動磁場25Fによる誘導起電力を発生させるインダクターとして機能する。
 また、第2のコイル25Bの突極22Bは、外部からかけられる第1のコイル25Aの変動磁場25Fおよび永久磁石24Aの磁場24Bに応じて、これらの磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、第2のコイル25Bの突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第1のコイル25Aにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、第2のコイル25Bの突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第1のコイル25AにおいてN極からS極に向かう磁力線の逃げ場(通り道)となる。
 なお、第1のコントロール状態において、永久磁石23AのS極は、ローター21側にN極を向けた第1の永久磁石24Fの端縁部24Eからも磁力の引力を受ける。しかるに、この端縁部24Eから回転軸10Aまでの距離24Hは、この回転軸10Aから突極22Bの端部22Cまでの距離(第1の距離10D)よりも長い。また、永久磁石23AのS極と第1の永久磁石24Fの端縁部24Eとの最短距離10Gは、永久磁石23AのS極から突極22Bの端部22Cまでの最短距離10Hと比して、上記距離24Hと第1の距離10Dとの差の分だけ長い。また、磁力の引力は、この引力がはたらく磁極間の距離の2乗に反比例して小さくなる。このため、永久磁石23Aにおいて、第1の永久磁石24Fの端縁部24Eから受ける磁力の引力の影響は、第1のコイル25Aから受ける磁力の引力の影響よりも小さくなる。
 また、第1のモーター20が第1のコントロール状態にあるタイミングでは、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、ローター31の回転方向の下流側にある第2の界磁34の永久磁石34Aに引き寄せられる第2の状態を実現させる。この引き寄せの作用は、シャフト11を回転させる角運動量となり、このシャフト11を介して第1のモーター20のローター21に伝達される。
 上述した各作用の組み合わせにより、永久磁石23Aは、第1のコイル25Aに対向する位置にまで達する。なお、第1のパターンが選択された状態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fに対向する位置を通り過ぎてから第1のコイル25Aに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第1のコントロール状態を実現させる。
 永久磁石23Aの端部23Dが第1のコイル25Aに対向すると、図8に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aに流れず、第2のコイル25Bには流れる第2のコントロール状態とされる。この第2のコントロール状態において、第2のコイル25Bは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場(図示省略)を発生させる励磁コイルとして機能する。ここで、N極は、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極と同種の磁極である。
 したがって、第2のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が第1の永久磁石24Fにおいてローター21側となるN極に反発し、同じくS極が励磁素子25の第2のコイル25Bに引き寄せられる。これにより、永久磁石23Aには、ローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。
 第2のコントロール状態において、第1のコイル25Aの突極22Bは、外部からかけられる第2のコイル25Bの変動磁場および永久磁石24Aの磁場に応じて、これらの磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、第1のコイル25Aの突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第2のコイル25Bにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、第1のコイル25Aの突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第2のコイル25BにおいてN極からS極に向かう磁力線(図示省略)の逃げ場(通り道)となる。
 なお、第2のコントロール状態において、永久磁石23AのN極は、上記別種の磁極(S極)として機能している状態の第1のコイル25Aの突極22Bに対して、磁力の引力を発生させる。しかるに、第1のコイル25Aは、自身が発生させていた変動磁場25F(図7参照)の消失と、第2のコイル25Bが発生させる変動磁場とによる誘導起電力を発生させるインダクターとして機能する。これにより、第1のコイル25Aにおける突極22Bの端部22Cは、上記別種の磁極(S極)として機能するタイミングが遅れ、もって永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置に達することを許容する。なお、第1のパターンが選択された状態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第1のコイル25Aに対向する位置を通り過ぎてから第2のコイル25Bに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第2のコントロール状態を実現させる。
 永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向すると、図9に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bのいずれにも流れない第3のコントロール状態とされる。この第3のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が第1の永久磁石24Fにおいてローター21側となるN極に反発し、同じくS極が第2の永久磁石24Gにおいてローター21側となるN極に引き寄せられる第1の状態となる。これにより、永久磁石23Aには、ローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。
 第3のコントロール状態において、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bの各突極22Bは、外部からかけられる永久磁石24Aの磁場に応じて、その磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、各突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、各突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24AにおいてN極からS極に向かう磁力線(図示省略)の逃げ場(通り道)となる。
 なお、第3のコントロール状態において、永久磁石23AのN極は、上記別種の磁極(S極)として機能している状態の各突極22Bに対して、磁力の引力を発生させる。しかるに、第1のコイル25Aの突極22Bは、永久磁石23AのN極との距離が長く、これらの間に生じる磁力の引力の影響が無視できるほど小さくなるものである。また、第2のコイル25Bは、自身が発生させていた変動磁場の消失にともなう誘導起電力を発生させるインダクターとして機能し、その突極22Bの端部22Cが上記別種の磁極(S極)として機能するタイミングを遅らせる。これにより、永久磁石23Aは、その端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置に達することが許容される。なお、第1のパターンが選択された状態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置を通り過ぎてから第2の永久磁石24Gの中央部分24Dに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第3のコントロール状態を実現させる。
 また、第1のモーター20の永久磁石23Aが上記第1の状態にあるタイミングでは、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、ローター31の回転方向の下流側にある励磁素子25と互いに対向する。このため、第1のモーター20において永久磁石23Aが第2の永久磁石24Gに引き寄せられる作用は、シャフト11を介して第2のモーター30のローター31に伝達され、このローター31を回転させる角運動量をもたらす。
 永久磁石23Aの端部23Dが第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向すると、コントローラー10Bは、そのコントロール状態を第3のコントロール状態から第1のコントロール状態に切り替える。これにより、永久磁石23Aは、その端部23Dが現在対向している永久磁石24Aを第1の永久磁石24Fとして上述した動作を繰り返し、もってローター21を回転させる。
 ここで、第1のモーター20における、第1の界磁23の各永久磁石23A、第2の界磁24の各永久磁石24A、および、各励磁素子25は、図4に示すように、それぞれが等角等方的に(すなわち、回転軸10Aを軸として4回対称となるように)配設されている。したがって、各永久磁石23Aおよび各励磁素子25は、これらが互いに対向する(図4の仮想線を参照)ことが可能とされている。このため、各永久磁石23Aは、互いが干渉することなく同期して動作し、もってローター21を回転させる駆動力を大きくする。
 また、第2のモーター30における、第1の界磁33の各永久磁石33A、第2の界磁34の各永久磁石34A、および、各励磁素子35は、図5に示すように、それぞれが等角等方的に(すなわち、回転軸10Aを軸として4回対称となるように)配設されている。したがって、各永久磁石33Aおよび各励磁素子35は、これらが互いに対向する(図5の実線を参照)ことが可能とされている。
 ところで、第2のモーター30は、上述もしたように、その第1の界磁33の永久磁石33Aの配設位置が、第1のモーター20における第1の界磁23の永久磁石23Aの配設位置と異なる(図2参照)ように設定されている。具体的には、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aは、第1のモーター20において第1の界磁23の各永久磁石23Aと各励磁素子25とが対向しているとき(図4の仮想線を参照)に、第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石34Aと互いに対向する(図5の仮想線を参照)ように配設されている。
 続いて、上記第2のパターンおよびこの第2のパターンによって実現される第1のモーター20の動作の態様について、主に図10ないし図12を用いて説明する。この態様においては、ローター21の回転の向きは、このローター21に取り付けられる永久磁石23AのN極が回転の前側となる向きとなる。この向きの回転においては、第2のコイル25Bは、第1のコイル25Aよりも回転の上流側に位置される。ここで、第2のコイル25Bは本開示における「第2構成」に相当し、第1のコイル25Aは本開示における「第1構成」に相当する。
 また、第2の界磁24における永久磁石24A(図4参照)のうち、励磁素子25に対してローター21の回転方向の上流側から隣り合うものを第1の永久磁石24Fとし、同じく下流側から隣り合うものを第2の永久磁石24Gとする。言いかえると、第2の永久磁石24Gは、第1の永久磁石24Fとともに励磁素子25を回転の上流側および下流側の両側から挟み込む。
 また、以下においては、モーターアッセンブリ10における励磁素子25および励磁素子35の動作について、永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する状態(図10の実線を参照)からの動作をもって説明する。この状態においては、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、その端部33Dが、励磁素子35における第1のコイル35Aと第2のコイル35Bとの間を向いた状態となる。
 永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する始点のタイミングにおいては、図10に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25A、35Aおよび第2のコイル25B、35Bのいずれにも流れない不通のコントロール状態とされる。
 このとき、第1のモーター20における第1の界磁23の永久磁石23Aは、そのN極が、S極として機能している第2のコイル25Bの突極22B(図4参照。図10では図示せず)に引き付けられる。これにより、第1のモーター20のローター21には、逆回転方向(図10では反時計回り方向)の角運動量が与えられる。また、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、そのN極が、S極として機能している第1のコイル35Aの突極32B(図5参照。図10では図示せず)に引き付けられ、同じくS極が、S極として機能している第2のコイル35Bの突極32Bに反発する。これにより、第2のモーター30のローター31には、逆回転方向(図10では反時計回り方向)の角運動量が与えられる。
 上述した各作用の組み合わせにより、ローター21、31およびシャフト11は上記一方側(図10では反時計回り側)に向かって逆回転される。この逆回転においては、永久磁石33Aの端部33Dは第1のコイル35Aに対向する位置に達する。
 この際、コントローラー10Bは、図11に示すように、第2のモーター30において、その第1のコイル35Aのみに電流10Fが流れる第1のコントロール状態を実現させる。なお、コントローラー10Bが上記第1のコントロール状態を実現させるときには、コントローラー10Bは、第1のモーター20に電流10Fを流さない。
 この第1のコントロール状態において、第1のコイル35Aは、そのローター31側の端部32CがN極となるように励磁される変動磁場(図示省略)を発生させる励磁コイルとして機能する。このとき、第2のコイル35Bの突極32B(図5参照)は、本開示における「軟磁性体」としての機能を発揮して、第1の永久磁石34Fおよび第2の永久磁石34GにおいてN極からS極に向かう磁力線の逃げ場(通り道)となり、さらに、第1のコイル35Aの励磁により生じる磁力線の逃げ場(通り道)ともなる。このため、第1のコイル35Aは、その励磁にあたって大きなエネルギーが必要となることがさけられる。
 ここで、第1のコイル35Aにおける励磁の強さは、上記始点のタイミング(図10参照)において第1のコイル35Aの突極22B(図4参照。図11では図示せず)が発揮していたS極としての機能を相殺し、もって永久磁石33Aに対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度にまで小さくする程度の強さとされる。したがって、上記第1のコントロール状態においては、永久磁石33Aは、そのS極が、S極として機能している第2のコイル35Bの端部32Cに反発し、同じくN極が第2の永久磁石34GのN極に反発する。
 しかるに、第1のコイル35Aの励磁により生じる磁力線は、第2のコイル35Bの突極22Bを逃げ場(通り道)とし、もってこの突極22Bが発揮しているS極としての機能をより強くする。このため、永久磁石33AのS極が第2のコイル35Bの端部32Cに反発する力の大きさは、同じくN極が第2の永久磁石34GのN極に反発する力の大きさよりも大きくなる。
 また、永久磁石33Aから見た、第2の永久磁石34GのN極において永久磁石33Aに最も近い部分(すなわち永久磁石33A側の端縁部34E)までの距離は、同じく第2のコイル35Bの端部32Cまでの距離よりも長くなる。ここで、磁力により生じる引力および/または反発力は、この引力および/または反発力がはたらく磁極間の距離の2乗に反比例して小さくなる。このため、永久磁石33Aにおいて、そのN極が第2の永久磁石34GのN極から受ける磁力の反発力の影響は、同じくS極が第2のコイル35Bの端部32Cから受ける磁力の反発力の影響よりも小さくなる。
 また、ローター31は、逆回転方向(図11では反時計回り方向)の角運動量を有しているため、逆回転を続けようとする。また、第1のモーター20における第1の界磁23の永久磁石23Aは、そのN極が、S極として機能している第2のコイル25Bの突極22B(図4参照。図11では図示せず)に引き付けられる。これにより、第1のモーター20のローター21には、逆回転方向(図11では反時計回り方向)の角運動量が与えられ、この角運動量はシャフト11を介してローター31に伝達される。
 上述した各作用の組み合わせにより、ローター21、31およびシャフト11は上記一方側(図11では反時計回り側)に向かって逆回転される。この逆回転においては、永久磁石23Aの端部23Dは、第2のコイル25Bに対向する位置に達する。
 この際、コントローラー10Bが第1のモーター20に出力する電流10Fは、図12に示すように、第2のコイル25Bにのみ流れる第2のコントロール状態とされる。なお、コントローラー10Bが上記第2のコントロール状態を実現させるときには、コントローラー10Bは、第2のモーター30に電流10Fを流さない。
 上記の状態(本開示における「第3の状態」に相当する。)において、第2のコイル25Bは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場(図示省略)を発生させる励磁コイルとして機能する。このとき、第1のコイル25Aの突極22B(図4参照)は、本開示における「軟磁性体」としての機能を発揮して、第1の永久磁石24Fおよび第2の永久磁石24GにおいてN極からS極に向かう磁力線の逃げ場(通り道)となり、さらに、第2のコイル25Bの励磁により生じる磁力線の逃げ場(通り道)ともなる。このため、第2のコイル25Bは、その励磁にあたって大きなエネルギーが必要となることがさけられる。
 ここで、第2のコイル25Bにおける励磁の強さは、上記始点のタイミング(図10参照)において第2のコイル25Bの突極22B(図4参照。図12では図示せず)が発揮していたS極としての機能を相殺し、もって永久磁石23Aに対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度にまで小さくする程度の強さとされる。したがって、上記第2のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が、S極として機能している第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られ、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる。
 しかるに、第2のコイル25Bの励磁により生じる磁力線は、第1のコイル25Aの突極22Bを逃げ場(通り道)とし、もってこの突極22Bが発揮しているS極としての機能をより強くする。このため、永久磁石23AのN極が第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られる力の大きさは、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる力の大きさよりも大きくなる。
 また、永久磁石23Aから見た、第1の永久磁石24FのN極において永久磁石23Aに最も近い部分(すなわち永久磁石23A側の端縁部24E)までの距離は、同じく第1のコイル25Aの端部22Cまでの距離よりも長くなる。ここで、磁力により生じる引力および/または反発力は、この引力および/または反発力がはたらく磁極間の距離の2乗に反比例して小さくなる。このため、永久磁石23Aにおいて、そのS極が第1の永久磁石24FのN極から受ける磁力の引力の影響は、同じくN極が第1のコイル25Aの端部22Cから受ける磁力の引力の影響よりも小さくなる。
 また、ローター31は、逆回転方向(図12では反時計回り方向)の角運動量を有しているため、逆回転を続けようとする。また、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、そのS極が、S極として機能している第1のコイル35Aの突極22B(図5参照。図12では図示せず)に反発し、同じくN極が、第2の永久磁石34GのN極に反発する。しかるに、永久磁石33AのS極と、S極として機能している第1のコイル35Aの突極22Bとの距離は、同じくN極と第2の永久磁石34GのN極との距離よりも短いため、これらS極同士の反発の影響は、同じくN極同士の反発の影響よりも大きくなる。したがって、第2のモーター30のローター31には、逆回転方向(図11では反時計回り方向)の角運動量が与えられ、この角運動量はシャフト11を介してローター21に伝達される。
 上述した各作用の組み合わせにより、ローター21、31およびシャフト11は上記一方側(図11では反時計回り側)に向かって逆回転される。この逆回転においては、第2のモーター30における上記S極同士の間の距離は徐々に長くなるため、これらS極同士の反発力は徐々に弱くなる。しかるに、永久磁石33Aの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に直交しており、第2の永久磁石34Gの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に一致している(図5参照)。また、S極として機能している第1のコイル35Aの突極22Bから見た、永久磁石33AのS極が位置する方向(方位角)は、徐々にローター31における逆回転の方向に近づくように(すなわち図12の第1のコイル35Aにおいて「(S)」をつけた面と同じく永久磁石33Aにおいて「S」をつけた面とが徐々に対向した状態に近づくように、あるいは、上記磁化方向がなす角度が徐々に0°に近づくように)変化する。また、上記S極同士の間の反発力は、上記方位角に沿う向きにはたらく。このため、上記S極同士の間の反発力のうち、ローター31の逆回転に資する反発力の割合(すなわち上記磁化方向がなす角度の余弦に比例する、上記S極同士の反発の影響)は、上記逆回転において、徐々に大きくなる。また、上記逆回転においては、第2のモーター30における上記N極同士の間の距離は徐々に短くなるため、これらN極同士の反発力は徐々に強くなる。しかるに、永久磁石33Aの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に直交しており、第2の永久磁石34Gの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に一致している(図5参照)。また、第2の永久磁石34GのN極から見た、永久磁石33AのN極が位置する方向(方位角)は、徐々にシャフト11に向かう方向に近づくように(すなわち図12の第2の永久磁石34Gにおいて「N」をつけた面と同じく永久磁石33Aにおいて「N」をつけた面とが徐々にそっぽを向いた状態に近づくように、あるいは、上記磁化方向がなす角度が徐々に90°に近づくように)変化する。また、上記N極同士の間の反発力は、上記方位角に沿う向きにはたらく。このため、上記N極同士の間の反発力のうち、ローター31の逆回転に影響を及ぼす反発力の割合(すなわち上記磁化方向がなす角度の余弦に比例する、上記N極同士の反発の影響)は、徐々に小さくなる。また、第1のモーター20においては、永久磁石23AのN極が第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られる力の大きさは徐々に大きくなり、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる力の大きさは徐々に小さくなる。このため、ローター21、31およびシャフト11は全体として上記逆回転を維持し、もって永久磁石33Aの端部33Dが第2の永久磁石34Gの中央部分34Dと対向する位置に達することを実現させる。
 ところで、永久磁石33Aの端部33Dが第2の永久磁石34Gの中央部分34Dと対向するタイミング(図示省略)においては、第1のモーター20の各構成は、上記始点のタイミング(図10参照)における第2のモーター30の各構成と同じ状態になる。また、第2のモーター30の各構成は、上記始点のタイミング(図10参照)における第1のモーター20の各構成と同じ状態になる。このため、コントローラー10Bは、第1のモーター20への電流10Fの出力パターンと第2のモーター30への電流10Fの出力パターンとを切り替え、もってローター21、ローター31、および、シャフト11を逆回転させる(図示省略)。
 すなわち、コントローラー10Bは、まず、上述した不通のコントロール状態を実現させることで、永久磁石33Aの端部33Dを第1のコイル35Aに対向する位置に位置させる。続いて、コントローラー10Bは、第1のモーター20の第1のコイル25Aのみに電流10Fが流れ、第2のモーター30には電流10Fが流れない状態を実現させ、もって永久磁石33Aの端部33Dを第2のコイル35Bに対向する位置に位置させる。そして、コントローラー10Bは、第2のモーター30の第2のコイル35Bのみに電流10Fが流れ、第1のモーター20には電流10Fが流れない状態を実現させ、もって上述した第3の状態を第2のモーター30において実現させる。このタイミングにおいては、第2のモーター30のローター31には、第2の界磁34における永久磁石33Aが第1の永久磁石34Fとしての永久磁石24Aに引っ張られる力よりも強い力で第1のコイル35Aの端部32Cに引っ張られることによる、逆回転方向の角運動量が与えられる。また、第1のモーター20のローター21には、同じく第1の界磁23の各永久磁石23Aと第1のコイル25Aとの間の磁力の作用による逆回転方向の角運動量が与えられる。これにより、第1のモーター20における永久磁石23Aの端部23Dは第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向する位置に達し、もって第1のモーター20および第2のモーター30の各構成は、上記始点のタイミング(図10参照)における状態と同じ状態となる。
 そして、コントローラー10Bは、上記出力パターンの切り替えの繰り返しにより、ローター21、ローター31、および、シャフト11の逆回転を継続させる。
 続いて、上記第3のパターンおよびこの第3のパターンによって実現される第1のモーター20の動作の態様について、主に図13および図14を用いて説明する。この態様においては、ローター21の回転の向きは、このローター21に取り付けられる永久磁石23AのN極が回転の前側となる向きとなる。この向きの回転においては、第2のコイル25Bは、第1のコイル25Aよりも回転の上流側に位置される。ここで、第2のコイル25Bは本開示における「第2構成」に相当し、第1のコイル25Aは本開示における「第1構成」に相当する。
 また、第2の界磁24における永久磁石24A(図4参照)のうち、励磁素子25に対してローター21の回転方向の上流側から隣り合うものを第1の永久磁石24Fとし、同じく下流側から隣り合うものを第2の永久磁石24Gとする。言いかえると、第2の永久磁石24Gは、第1の永久磁石24Fとともに励磁素子25を回転の上流側および下流側の両側から挟み込む。
 また、以下においては、モーターアッセンブリ10における励磁素子25および励磁素子35の動作について、永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する状態(図13の実線を参照)からの動作をもって説明する。この状態においては、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、その端部33Dが、励磁素子35における第1のコイル35Aと第2のコイル35Bとの間を向いた状態となる。
 永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する始点のタイミングにおいては、図13に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25A、35Aおよび第2のコイル25B、35Bのいずれにも流れない不通のコントロール状態とされる。
 このとき、第1のモーター20における第1の界磁23の永久磁石23Aは、そのN極が、S極として機能している第2のコイル25Bの突極22B(図4参照。図13では図示せず)に引き付けられる。これにより、第1のモーター20のローター21には、逆回転方向(図13では反時計回り方向)の角運動量が与えられる。また、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、そのN極が、S極として機能している第1のコイル35Aの突極32B(図5参照。図13では図示せず)に引き付けられ、同じくS極が、S極として機能している第2のコイル35Bの突極32Bに反発する。これにより、第2のモーター30のローター31には、逆回転方向(図13では反時計回り方向)の角運動量が与えられる。
 上述した各作用の組み合わせにより、ローター21、31およびシャフト11は上記一方側(図13では反時計回り側)に向かって逆回転され、永久磁石23Aは第2のコイル25Bに対向する位置にまで達する。
 なお、ローター31の逆回転においては、永久磁石33Aの端部33Dが第1のコイル35Aに対向する対向位置を通り過ぎる際(図示省略)に、永久磁石33AのN極をS極として機能する第1のコイル35Aの端部32Cから引き離すことにともなう、角運動量のロスが生じる。しかるに、この角運動量のロスは、上記始点のタイミング以降にローター21、31およびシャフト11に与えられる角運動量の総和よりも少ないため、永久磁石33Aの端部33Dは、上記対向位置で停止することなく、この対向位置を通り過ぎる。また、永久磁石33Aの端部33Dが上記対向位置を通り過ぎると、ローター31には、その永久磁石33AのS極が、S極として機能している第1のコイル35Aの突極32Bに反発することによる、逆回転方向(図13では反時計回り方向)の角運動量が与えられる。
 永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向すると、図14に示すように、コントローラー10Bが第1のモーター20に出力する電流10Fは、第2のコイル25Bに流れ、第1のコイル25Aには流れない第2のコントロール状態とされる。なお、コントローラー10Bが第1のモーター20に出力する電流10Fが第2のコントロール状態にあるときには、コントローラー10Bは、第2のモーター30に電流10Fを流さない。
 上記の状態(本開示における「第3の状態」に相当する。)において、第2のコイル25Bは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場(図示省略)を発生させる励磁コイルとして機能する。このとき、第1のコイル25Aの突極22Bは、本開示における「軟磁性体」としての機能を発揮して、第1の永久磁石24Fおよび第2の永久磁石24GにおいてN極からS極に向かう磁力線の逃げ場(通り道)となり、さらに、第2のコイル25Bの励磁により生じる磁力線の逃げ場(通り道)ともなる。このため、第2のコイル25Bは、その励磁にあたって大きなエネルギーが必要となることがさけられる。
 ここで、第2のコイル25Bにおける励磁の強さは、不通のコントロール状態において第2のコイル25Bの突極22B(図4参照。図13では図示せず)が発揮していたS極としての機能を相殺し、もって永久磁石23Aに対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度にまで小さくする程度の強さとされる。したがって、上記第2のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が、S極として機能している第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られ、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる。
 しかるに、第2のコイル25Bの励磁により生じる磁力線は、第1のコイル25Aの突極22Bを逃げ場(通り道)とし、もってこの突極22Bが発揮しているS極としての機能をより強くする。このため、永久磁石23AのN極が第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られる力の大きさは、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる力の大きさよりも大きくなる。
 また、永久磁石23Aから見た、第1の永久磁石24FのN極において永久磁石23Aに最も近い部分(すなわち永久磁石23A側の端縁部24E)までの距離は、同じく第1のコイル25Aの端部22Cまでの距離よりも長くなる。ここで、磁力により生じる引力および/または反発力は、この引力および/または反発力がはたらく磁極間の距離の2乗に反比例して小さくなる。このため、永久磁石23Aにおいて、そのS極が第1の永久磁石24FのN極から受ける磁力の引力の影響は、同じくN極が第1のコイル25Aの端部22Cから受ける磁力の引力の影響よりも小さくなる。
 また、ローター21は、上記不通のコントロール状態において与えられた逆回転方向(図14では反時計回り方向)の角運動量を有しているため、この逆回転方向の回転(すなわち逆回転)を続けようとする。また、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、そのS極が、S極として機能している第1のコイル35Aの突極32B(図5参照。図14では図示せず)に反発し、同じくN極が、第2の永久磁石34GのN極に反発する。しかるに、永久磁石33AのS極と、S極として機能している第1のコイル35Aの突極22Bとの距離は、同じくN極と第2の永久磁石34GのN極との距離よりも短いため、これらS極同士の反発の影響は、同じくN極同士の反発の影響よりも大きくなる。したがって、第2のモーター30のローター31には、逆回転方向(図14では反時計回り方向)の角運動量が与えられ、この角運動量はシャフト11を介してローター21に伝達される。
 上述した各作用の組み合わせにより、ローター21、31およびシャフト11は上記一方側(図11では反時計回り側)に向かって逆回転される。この逆回転においては、第2のモーター30における上記S極同士の間の距離は徐々に長くなるため、これらS極同士の反発力は徐々に弱くなる。しかるに、永久磁石33Aの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に直交しており、第2の永久磁石34Gの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に一致している(図5参照)。また、S極として機能している第1のコイル35Aの突極22Bから見た、永久磁石33AのS極が位置する方向(方位角)は、徐々にローター31における逆回転の方向に近づくように(すなわち図14の第1のコイル35Aにおいて「(S)」をつけた面と同じく永久磁石33Aにおいて「S」をつけた面とが徐々に対向した状態に近づくように、あるいは、上記磁化方向がなす角度が徐々に0°に近づくように)変化する。また、上記S極同士の間の反発力は、上記方位角に沿う向きにはたらく。このため、上記S極同士の間の反発力のうち、ローター31の逆回転に資する反発力の割合(すなわち上記磁化方向がなす角度の余弦に比例する、上記S極同士の反発の影響)は、上記逆回転において、徐々に大きくなる。また、上記逆回転においては、第2のモーター30における上記N極同士の間の距離は徐々に短くなるため、これらN極同士の反発力は徐々に強くなる。しかるに、永久磁石33Aの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に直交しており、第2の永久磁石34Gの磁化方向は回転軸10Aから見た動径方向に一致している(図5参照)。また、第2の永久磁石34GのN極から見た、永久磁石33AのN極が位置する方向(方位角)は、徐々にシャフト11に向かう方向に近づくように(すなわち図14の第2の永久磁石34Gにおいて「N」をつけた面と同じく永久磁石33Aにおいて「N」をつけた面とが徐々にそっぽを向いた状態に近づくように、あるいは、上記磁化方向がなす角度が徐々に90°に近づくように)変化する。また、上記N極同士の間の反発力は、上記方位角に沿う向きにはたらく。このため、上記N極同士の間の反発力のうち、ローター31の逆回転に影響を及ぼす反発力の割合(すなわち上記磁化方向がなす角度の余弦に比例する、上記N極同士の反発の影響)は、徐々に小さくなる。また、第1のモーター20においては、永久磁石23AのN極が第1のコイル25Aの端部22Cに引っ張られる力の大きさは徐々に大きくなり、同じくS極が第1の永久磁石24FのN極に引っ張られる力の大きさは徐々に小さくなる。このため、ローター21、31およびシャフト11は全体として上記逆回転を維持し、もって永久磁石33Aの端部33Dが第2の永久磁石34Gの中央部分34Dと対向する位置に達することを実現させる。
 ところで、永久磁石33Aの端部33Dが第2の永久磁石34Gの中央部分34Dと対向するタイミング(図示省略)においては、第1のモーター20の各構成は、上記始点のタイミング(図13参照)における第2のモーター30の各構成と同じ状態になる。また、第2のモーター30の各構成は、上記始点のタイミング(図13参照)における第1のモーター20の各構成と同じ状態になる。このため、コントローラー10Bは、第1のモーター20への電流10Fの出力パターンと第2のモーター30への電流10Fの出力パターンとを切り替え、もってローター21、ローター31、および、シャフト11を逆回転させる(図示省略)。
 すなわち、コントローラー10Bは、まず、上述した不通のコントロール状態を実現させることで、永久磁石33Aの端部33Dを第2のコイル35Bに対向する位置に位置させる。続いて、コントローラー10Bは、第2のモーター30の第2のコイル35Bのみに電流10Fが流れ、第1のモーター20には電流10Fが流れない状態を実現させ、もって上述した第3の状態を第2のモーター30において実現させる。このタイミングにおいては、第2のモーター30のローター31には、第2の界磁34における永久磁石33Aが第1の永久磁石34Fとしての永久磁石24Aに引っ張られる力よりも強い力で第1のコイル35Aの端部32Cに引っ張られることによる、逆回転方向の角運動量が与えられる。また、第1のモーター20のローター21には、同じく第1の界磁23の各永久磁石23Aと第1のコイル25Aとの間の磁力の作用による逆回転方向の角運動量が与えられる。これにより、第1のモーター20における永久磁石23Aの端部23Dは第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向する位置に達し、もって第1のモーター20および第2のモーター30の各構成は、上記始点のタイミング(図10参照)における状態と同じ状態となる。
 そして、コントローラー10Bは、上記出力パターンの切り替えの繰り返しにより、ローター21、ローター31、および、シャフト11の逆回転を継続させる。
 上述した第1のモーター20は、ローター21と、ステーター22と、第1の界磁23と、第2の界磁24と、励磁素子25と、を備えるシンクロナスモーターである。ここで、ローター21は、1本の回転軸10Aのまわりに回転する回転運動が可能なものである。また、ステーター22は、回転軸10Aおよびローター21の周りを取り巻いて配設されるものである。また、第1の界磁23は、ローター21において回転軸10Aの周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石23Aを有するアッセンブリである。また、第2の界磁24は、ステーター22において回転軸10Aおよびローター21の周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石24Aを有するアッセンブリである。また、励磁素子25は、第2の界磁24における永久磁石24Aの間のスペース20Bのうち少なくとも1つに配設されて、ローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23に与える変動磁場25Fを発生させるものである。第1の界磁23の各永久磁石23Aは、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と直交するように配設されることで、この動径方向と直交する方向の磁力線23Cを有する磁場23Bを発生させる。第2の界磁24の各永久磁石24Aは、そのローター21側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一され、かつ、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線24Cを有する磁場24Bを発生させる。励磁素子25は、励磁コイル(第1のコイル25Aおよび第2のコイル25B)と、軟磁性体(突極22B)と、を備えたアッセンブリである。ここで、励磁コイルは、ローター21側の端(端部22C)が、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極(N極)と同種の磁極(N極)となるように励磁されることで、変動磁場25Fを発生させることが可能とされたコイルである。また、軟磁性体は、励磁コイルと互いに隣り合う状態とされて、ステーター22からローター21側に向かって突出し、かつ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場の磁力線と同じ向きに磁化されるものである。
 上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25の励磁に際して、その励磁コイルに隣り合う突極22Bにおけるローター21側の端が、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび励磁コイルにおけるローター21側の磁極とは別種の磁極として機能し、もってこれら磁極を通る磁力線の逃げ場となる。これにより、励磁素子25の励磁に際して、その励磁コイルおよび第2の界磁24の各永久磁石24Aが互いの磁力により反発する影響を抑え、もって励磁素子25を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることができる。
 また、上述した第1のモーター20では、ローター21が静止している場合において、第1の界磁23は、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、励磁素子25が発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23に与えるトリガーとなる。これにより、第1のモーター20において停止しているローター21を動きやすくして、第1のモーター20の始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
 また、上述した第1のモーター20では、ローター21が回転している場合において、第1の界磁23および第2の界磁24の各磁場23B、24Bがステーター22とローター21とを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、第1のモーター20において回転しているローター21のひっかかりを減らして、第1のモーター20の駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
 上述した第1のモーター20においては、励磁素子25は、上記スペース20Bのそれぞれに1つずつ配設されて、これらの各励磁コイルが同期して動作するものである。
 上述した第1のモーター20によれば、複数の励磁素子25を互いのはたらきを妨害しないように稼働させ、もって励磁素子25により回転されるローター21の駆動力を大きくすることができる。
 上述した第1のモーター20においては、励磁素子25は、ローター21の回転方向に並んで隣り合う2つのコイルである第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bが、互いに独立した配線系統につなげられたアッセンブリである。第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bは、それぞれ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯(突極22B)を備えている。さらに、第1のモーター20は、上述した第1のコントロール状態と第2のコントロール状態との切り替えを行うコントローラー10Bを備えている。ここで、第1のコントロール状態は、第1のコイル25Aに電流10Fを流してこの第1のコイル25Aを励磁コイルとして機能させながら、第2のコイル25Bには電流を流さないことでこの第2のコイル25Bの芯を軟磁性体として機能させる状態である。また、第2のコントロール状態は、第1のコイル25Aに電流を流さないことでこの第1のコイル25Aの芯を軟磁性体として機能させながら、第2のコイル25Bには電流を流してこの第2のコイル25Bを励磁コイルとして機能させる状態である。
 上述した第1のモーター20では、第1の界磁23の永久磁石23Aが、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルに対向する位置に位置されるときがある。すると、励磁コイルとして機能するソレノイドコイルが発生させる変動磁場がローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23に与えなくなる。このときには、励磁素子25において励磁コイルとなるコイルを入れ替えて上記角運動量を第1の界磁23に与えることができる。
 また、上述した第1のモーター20では、励磁コイルとなるコイルの入れ替えに際して、電流が流されなくなるコイルは、このコイルにおいて発生していた磁場を維持させる向きの誘導起電力を維持するように誘導起電力を生じさせるインダクターとして機能する。これにより、上記電流が流されなくなるコイルの芯が、第1の界磁23の永久磁石23Aと引き合うことによるロスを低減させることができる。
 上述した第1のモーター20においては、第2の界磁24における複数の永久磁石24Aに、第1の永久磁石24Fと、第2の永久磁石24Gと、が含まれる。ここで、第1の永久磁石24Fは、励磁素子25に対して上記回転方向の上流側から隣り合うものである。また、第2の永久磁石24Gは、励磁素子25に対して上記回転方向の下流側から隣り合い、もって第1の永久磁石24Fとともに励磁素子25を上記上流側および上記下流側の両側から挟み込むものである。また、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bは、第1の永久磁石24Fと第2の永久磁石24Gとの間にあるスペース20Bに、上記回転方向に並び、かつ、第1のコイル25Aが第2のコイル25Bよりも上記上流側に位置される状態に配設される。コントローラー10Bは、回転するローター21に設けられた第1の界磁23の永久磁石23Aが第1の永久磁石24Fに対向する位置を通り過ぎてから第1のコイル25Aに対向する位置に達するまでの間において第1のコントロール状態を実現させる。また、コントローラー10Bは、第1の界磁23の永久磁石23Aが第1のコイル25Aに対向する位置を通り過ぎてから第2のコイル25Bに対向する位置に達するまでの間において第2のコントロール状態を実現させる。
 上述した第1のモーター20によれば、ローター21を回転させる角運動量を与える変動磁場が第1の界磁23に作用する時間をコントローラー10Bの動作により長くし、もってローター21をよりスムーズに回転させることができる。
 上述した第1のモーター20においては、励磁素子25における各コイル(第1のコイル25Aおよび第2のコイル25B)は、ステーター22において回転軸10A側となる側面からこの回転軸10Aに向かって突出される突極22Bに巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルである。また、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、これら永久磁石24Aにおいて励磁素子25と隣り合う端縁部24Eから回転軸10Aまでの距離が、第1の距離10Dよりも長くなるように配設されている。ここで、第1の距離10Dは、端縁部24Eに隣り合うソレノイドコイルの突極22Bにおける、回転軸10A側となる突端から回転軸10Aまでの最短距離である。
 また、上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルに第1の界磁23の永久磁石23Aが対向するときがある。このときには、この永久磁石23Aと上記励磁コイルとして機能するソレノイドコイルとの距離が比較的近くなるとともに、第1の界磁23の永久磁石23Aと第2の界磁24の永久磁石24Aとの磁極間の距離が比較的遠くなる。これにより、第1の界磁23の永久磁石23Aに上記励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの変動磁場が作用するときに、この作用に対して第2の界磁24の永久磁石24Aの磁場24Bがおよぼす影響を少なくすることができる。
 上述した第1のモーター20においては、励磁素子25は、上記スペース20Bのそれぞれに1つずつ配設される。また、各励磁素子25における突極22Bは、その第1の距離10Dが等しくなるように配設される。また、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、その回転軸10A側となる端から回転軸10Aまでの最短距離である第2の距離10Eが等しくなるように配設される。また、第1の距離10Dが、第2の距離10Eと同じ距離となるように設定されている。
 上述した第1のモーター20によれば、第2の界磁24の各永久磁石24Aから回転軸10Aまでの最短距離である第2の距離10Eが、励磁素子25のソレノイドコイルの突端から回転軸10Aまでの最短距離である第1の距離10Dと同じ距離となる。これにより、第1の界磁23の各永久磁石23Aに対して第2の界磁24の各永久磁石24Aの磁場24Bおよび励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの磁場を強く作用させ、もってローター21の駆動力を大きくすることができる。
 上述した第1のモーター20においては、励磁素子25における各コイル(第1のコイル25Aおよび第2のコイル25B)は、ステーター22において回転軸10A側となる側面からこの回転軸10Aに向かって突出される突極22Bに巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルである。このソレノイドコイルの突極22Bにおいて回転軸10A側となる端部には、ソレノイドコイルが励磁したときに上記端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造が設けられている。
 上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルが稼働する際に、第1の界磁23の永久磁石23A側となる端部22Cにて発生される磁場の強さを弱くすることができる。これにより、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの稼働に必要なエネルギーを減らすことができる。
 また、上述した第1のモーター20においては、上記弱磁構造が、励磁素子25においてソレノイドコイルの端部22Cにおける巻線25Cの巻き数を部分的に少なくする構造である。このため、巻線25Cが巻かれる突極22Bの一部を他の部分よりも透磁率の低い物質により構成する必要がなく、それゆえに第1のモーター20を生産する際の手間を少なくすることができる。
 また、上述したモーターアッセンブリ10は、1本のシャフト11を回転軸10Aとして共有する第1のモーター20および第2のモーター30を含む、複数のシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリである。第1のモーター20における、第1の界磁23の各永久磁石23Aおよび各励磁素子25は、それぞれが等角等方的に配設されて、上記回転運動に際して第1の界磁23の各永久磁石23Aがローター21の回転方向の下流側にある第2の界磁24の永久磁石24Aに引き寄せられる第1の状態を実現させる。第2のモーター30における、第1の界磁33の各永久磁石33Aおよび各励磁素子35は、それぞれが等角等方的に配設されて、上記回転運動に際して第1の界磁33の各永久磁石33Aが上記回転方向の下流側にある第2の界磁34の永久磁石34Aに引き寄せられる第2の状態を実現させる。第1の状態が実現されるタイミングと、第2の状態が実現されるタイミングとが、異なるタイミングとなるように設定されている。
 上述したモーターアッセンブリ10では、シャフト11の回転をもたらす、磁力による引き寄せが生じるタイミングを、第1のモーター20と第2のモーター30との協働によって増やし、もってシャフト11の回転をよりスムーズにすることができる。
 上述したモーターアッセンブリ10においては、第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石は、等角等方的に配設されて、第1の状態が実現されるタイミングにおいて、第2のモーター30における励磁素子25と互いに対向する。
 上述したモーターアッセンブリ10によれば、第2のモーター30において第1の界磁33の各永久磁石33Aが励磁素子35に対向して、この励磁素子35にて発生される変動磁場がシャフト11を回転させる角運動量を第1の界磁33に与えなくなるときがある。このときには、第1のモーター20において第1の界磁23の各永久磁石23Aが第2の界磁24の永久磁石24Aに引き寄せられる作用により、シャフト11を回転させることができる。
 また、上述したモーターアッセンブリ10では、第1のモーター20における第2の界磁24から見た第1の界磁23の回転位相と、第2のモーター30における第2の界磁34から見た第1の界磁33との間に位相のずれが設定される。この位相のずれは、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23A、および、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aのうち、一方が安定したつり合い状態となる場合に他方がつり合い状態とならないようにする。したがって、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23Aおよび第2のモーターにおける第1の界磁33の各永久磁石33Aの両方が安定したつり合い状態となることを回避して、各ローター21、31とシャフト11とを回転させやすくすることができる。
 また、上述したモーターアッセンブリ10は、1本のシャフト11を回転軸10Aとして共有する第1のモーター20および第2のモーター30を含む、複数のシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリである。第1のモーター20における各励磁素子25および第2のモーター30における各励磁素子35は、それぞれ、軟磁性体として機能する第1構成(第1のコイル25A、35A)が励磁コイルとして機能する第2構成(第2のコイル25B、35B)に対してローター21、31の回転方向の下流側に並んだ構成を有する。第1のモーター20および第2のモーター30において、第1の界磁23、33の各永久磁石23A、33Aおよび各励磁素子25、35は、それぞれが等角等方的に配設され、第1の界磁23、33の永久磁石23A、33Aにおけるステーター22、32側の端部が第2構成に対向するときに、この第2構成が、これに対向される第1の界磁23、33の各永久磁石23A、33Aに対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度の強さで励磁され、第2構成に対向される第1の界磁23、33の永久磁石23A、33Aが第1構成に引っ張られる第3の状態を実現させる。
 上述したモーターアッセンブリ10は、突極22B、32Bにおける磁極(S極)としての機能を相殺する程度の励磁によりシャフト11の回転を実現させる。したがって、モーターアッセンブリ10の駆動にあたり、磁極(S極)として機能する突極22B、32Bを別種の強力な磁極(N極)となるように励磁させてローター21、31の永久磁石23A、33Aに磁力による引力および/または反発力をおよぼす必要をなくし、もって励磁素子25、35を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることができる。
 また、上述したモーターアッセンブリ10は、その第1のモーター20および第2のモーター30において、第1構成(第1のコイル25A、35A)が、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯(突極22B、32B)を有する。また、第1構成(第1のコイル25A、35A)は、第1の界磁23、33の永久磁石23A、33Aにおけるステーター22、32側の端部が第1構成に対向するときに、この第1構成に対向される第1の界磁23、33の永久磁石23A、33Aに対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度の強さで励磁されるコイルである。
 上述したモーターアッセンブリ10によれば、S極として機能する第1のコイル35Aの端部32Cから永久磁石33AのN極を引き離す際、および、S極として機能する第1のコイル25Aの端部22Cから永久磁石23AのN極を引き離す際における角運動量のロスを減らして(またはなくして)、シャフト11の回転をよりスムーズにすることができる。
 また、上述したモーターアッセンブリ10では、第1のモーター20における第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石34Aは、それぞれが等角等方的に配設される。また、第1のモーター20および第2のモーター30における、シャフト11の周方向で見た第1の界磁23、33の位置ずれの量である第1の量(45°)と、同じく第2の界磁24、34の位置ずれの量である第2の量(0°)とは、互いに異なる量とされる。これにより、モーターアッセンブリ10では、第1のモーター20において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第2のモーター30におけるローター31に、同じく第1の界磁23の各永久磁石23Aと第1構成(第1のコイル25A)との間の磁力の作用による回転方向の角運動量を与えることが実現される。また、モーターアッセンブリ10では、第2のモーター30において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第1のモーター20におけるローター21に、同じく第1の界磁23の各永久磁石23Aと第1構成(第1のコイル35A)との間の磁力の作用による回転方向の角運動量を与えることが実現される。
 上述したモーターアッセンブリ10では、第1のモーター20において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第1構成(第1のコイル25A)は、そのローター21側の端が、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。また、第1の界磁23の各永久磁石23Aは、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と直交するように配設されるものである。このため、第1のモーター20において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいては、ローター21は、第1の界磁23の永久磁石23Aに対して回転方向上流側にある第2の界磁24の永久磁石(第1の永久磁石24F)から、磁力の引力によるブレーキ作用を受ける。しかるに、上述したモーターアッセンブリ10によれば、第1のモーター20において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第2のモーター30におけるローター31に回転方向の角運動量を与えることで、ローター21、31およびシャフト11を全体としてよりスムーズに回転させることができる。
 同様に、上述したモーターアッセンブリ10では、第2のモーター30において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第1構成(第1のコイル35A)は、そのローター31側の端が、第2の界磁34の各永久磁石34Aにおけるローター31側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。また、第1の界磁33の各永久磁石33Aは、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と直交するように配設されるものである。このため、第2のモーター30において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいては、ローター31は、第1の界磁33の永久磁石33Aに対して回転方向上流側にある第2の界磁34の永久磁石(第1の永久磁石34F)から、磁力の引力によるブレーキ作用を受ける。しかるに、上述したモーターアッセンブリ10によれば、第2のモーター30において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、第1のモーター20におけるローター21に回転方向の角運動量を与えることで、ローター21、31およびシャフト11を全体としてよりスムーズに回転させることができる。
 すなわち、上述したモーターアッセンブリ10によれば、第1のモーター20および第2のモーター30の一方において上記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、その一方のローター(ローター21またはローター31)がうけるブレーキ作用の影響を、同じく他方のローター(ローター31またはローター21)に与えられる回転方向の角運動量により抑え、もってシャフト11の回転をよりスムーズにすることができる。
 以上、本開示を実施するための形態について、上述した一実施形態によって説明した。しかしながら、当業者であれば、本開示の目的を逸脱することなく種々の代用、手直し、変更が可能であることは明らかである。すなわち、本開示を実施するための形態は、本明細書に添付した請求の範囲の精神および目的を逸脱しない全ての代用、手直し、変更を含みうるものである。例えば、本開示を実施するための形態として、以下のような各種の形態を実施することができる。
(1)上述したモーターアッセンブリでは、第1のモーターおよび第2のモーターにおける、第1の界磁の位置ずれの量である第1の量が0°でなく、同じく第2の界磁の位置ずれの量である第2の量が0°とされることで、第1の量と第2の量とが異なる量とされる。しかしながら、第1の量と第2の量とは、この第2の量が0°でなく、同じく第1の量が0°とされることで、異なる量とされるものであってもよい。また、第1の量と第2の量とは、いずれも0°でなく、かつ互いに異なる量とされるものであってもよい。
(2)本開示の適用対象は、それぞれがシンクロナスモーターである第1のモーターおよび第2のモーターを備えるモーターアッセンブリに限定されない。すなわち、本開示は、単体で駆動するシンクロナスモーターに適用することができる。また、本開示は、シンクロナスモーターを3以上の複数備えた形態のモーターアッセンブリに適用することができる。この形態においては、各シンクロナスモーターは、そのシャフトを共有するものであっても、別個のシャフトを回転させるものであってもよい。
(3)本開示のシンクロナスモーターにおいて、第1の界磁の各永久磁石の数、第2の界磁の各永久磁石の数、および、励磁素子の数は、それぞれ、任意に設定された数に変更することができる。ここで、第2の界磁の各永久磁石の数が多い(例えば5つ以上)場合、これら永久磁石の端縁部から回転軸までの距離と、励磁素子のソレノイドコイルから回転軸までの最短距離(すなわち第1の距離)との差が小さくなる。この場合においては、第2の界磁の各永久磁石におけるローター側の面を、このローター側に凸となる面とし、もって永久磁石の端縁部から回転軸までの距離と上記第1の距離との差を大きくすることが好ましい。
(4)本開示のシンクロナスモーターにおいて、励磁素子は、2本のソレノイドコイルの組(アッセンブリ)であるものに限定されない。すなわち、励磁素子のコイルは、例えばスパイダーコイルまたはハニカムコイルなどの、任意の種類のコイルとすることができる。また、励磁素子のコイルは、その芯の一部を他の部分よりも透磁率の低い物質により構成することで、端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造を設定したものであってもよい。また、励磁素子のコイルは、発生される磁場の強さが部分的に弱くされた弱磁構造を有さないものであってもよい。また、励磁素子のコイルは、3つ以上のコイルを有してなるアッセンブリであってもよい。この場合において、アッセンブリをなす複数のコイルのいずれに電流を流し、いずれに電流を流さないかの設定は、適宜に設定することができる。また、励磁素子は、巻線が巻かれていない軟磁性体と、この軟磁性体と並んで隣り合う1つの励磁コイルと、を備えたアッセンブリであってもよい。この場合において、軟磁性体と励磁コイルとが並ぶ方向は、ローターの回転方向に限定されず、例えばローターの回転軸に沿う方向など、適宜に設定することができる。例えば、上述したモーターアッセンブリ10においては、その励磁素子25、35(図4および図5を参照)を、励磁コイルに対して軟磁性体がローターの逆回転方向下流側に並んだ構成の励磁素子に置き換えることができる(図示省略)。この場合においては、コントローラーが出力する電流の繰り返しパターンとして上述した第3のパターンを選択することで、第1のモーターおよび第2のモーターを好適に回転させることができる。
(5)本開示のシンクロナスモーターにおいて、コントローラーは、適宜選択される繰り返しパターンを有する電流の出力によって励磁素子を動作させるものに限定されない。すなわち、コントローラーは、例えば第1の界磁の各永久磁石の位置を検出するセンサーを備えて、これら永久磁石の位置に応じて励磁素子に出力する電流をコントロールするものであってもよい。
(6)本開示のシンクロナスモーターにおける、第1の界磁の各永久磁石および第2の界磁の各永久磁石の一方あるいは両方について、そのN極とS極とが第1のモーター20(図4参照)とは逆となるように設定することができる。

Claims (13)

  1.  1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターと、
     前記回転軸および前記ローターの周りを取り巻いて配設されるステーターと、
     前記ローターにおいて前記回転軸の周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである第1の界磁と、
     前記ステーターにおいて前記回転軸および前記ローターの周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである第2の界磁と、
     前記第2の界磁における永久磁石の間のスペースのうち少なくとも1つに配設されて、前記ローターを回転させる角運動量を前記第1の界磁に与える変動磁場を発生させる励磁素子と、
    を備え、
     前記第1の界磁の各永久磁石は、その磁化方向が、前記回転軸から見た動径方向と直交するように配設されることで、この動径方向と直交する方向の磁力線を有する磁場を発生させ、
     前記第2の界磁の各永久磁石は、その前記ローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一され、かつ、その磁化方向が、前記回転軸から見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線を有する磁場を発生させ、
     前記励磁素子は、
     前記ローター側の端が、前記第2の界磁の各永久磁石における前記ローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁されることで、前記変動磁場を発生させることが可能とされたコイルである励磁コイルと、
     前記励磁コイルと互いに隣り合う状態とされて、前記ステーターから前記ローター側に向かって突出し、かつ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場の磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体と、
    を備えたアッセンブリである、
    シンクロナスモーター。
  2.  請求項1に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記励磁素子は、前記スペースのそれぞれに1つずつ配設されて、これらの前記各励磁コイルが同期して動作するものである、
    シンクロナスモーター。
  3.  請求項1または請求項2に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記励磁素子は、前記ローターの回転方向に並んで隣り合う2つのコイルである第1のコイルおよび第2のコイルが、互いに独立した配線系統につなげられたアッセンブリであり、
     前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、それぞれ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯を備え、
    さらに、
     前記第1のコイルに電流を流して当該第1のコイルを前記励磁コイルとして機能させながら、前記第2のコイルには電流を流さないことで当該第2のコイルの芯を前記軟磁性体として機能させる状態である第1のコントロール状態と、
     前記第1のコイルに電流を流さないことで当該第1のコイルの芯を前記軟磁性体として機能させながら、前記第2のコイルには電流を流して当該第2のコイルを前記励磁コイルとして機能させる状態である第2のコントロール状態と、
    の切り替えを行うコントローラーを備えている、
    シンクロナスモーター。
  4.  請求項3に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記第2の界磁における複数の永久磁石に、
     前記励磁素子に対して前記回転方向の上流側から隣り合う第1の永久磁石と、
     前記励磁素子に対して前記回転方向の下流側から隣り合い、もって前記第1の永久磁石とともに前記励磁素子を前記上流側および前記下流側の両側から挟み込む第2の永久磁石と、
    が含まれ、
     前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石との間にある前記スペースに、前記第1のコイルが前記第2のコイルよりも前記上流側に位置される状態に配設され、
     前記コントローラーは、
     回転する前記ローターに設けられた前記第1の界磁の永久磁石が前記第1の永久磁石に対向する位置を通り過ぎてから前記第1のコイルに対向する位置に達するまでの間において前記第1のコントロール状態を実現させ、
     前記第1の界磁の永久磁石が前記第1のコイルに対向する位置を通り過ぎてから前記第2のコイルに対向する位置に達するまでの間において前記第2のコントロール状態を実現させる、
    シンクロナスモーター。
  5.  請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記励磁素子における各コイルは、前記ステーターにおいて前記回転軸側となる側面から当該回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルであり、
     前記第2の界磁の各永久磁石は、これら永久磁石において前記励磁素子と隣り合う端縁部から前記回転軸までの距離が、この前記端縁部に隣り合う前記ソレノイドコイルの前記突極における、前記回転軸側となる突端から前記回転軸までの最短距離である第1の距離よりも長くなるように配設されている、
    シンクロナスモーター。
  6.  請求項5に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記励磁素子は、前記スペースのそれぞれに1つずつ配設され、
     前記各励磁素子における前記突極は、その前記第1の距離が等しくなるように配設され、
     前記第2の界磁の各永久磁石は、その前記回転軸側となる端から前記回転軸までの最短距離である第2の距離が等しくなるように配設され、
     前記第1の距離が、前記第2の距離と同じ距離となるように設定されている、
    シンクロナスモーター。
  7.  請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記励磁素子における各コイルは、前記ステーターにおいて前記回転軸側となる側面から当該回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルであり、
     前記ソレノイドコイルの前記突極において前記回転軸側となる端部には、前記ソレノイドコイルが励磁したときにこの端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造が設けられている、
    シンクロナスモーター。
  8.  請求項7に記載されたシンクロナスモーターであって、
     前記弱磁構造が、前記ソレノイドコイルの端部における前記巻線の巻き数を部分的に少なくした構造である、
    シンクロナスモーター。
  9.  請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターを複数備えたモーターアッセンブリであって、
     複数の前記シンクロナスモーターは、1本のシャフトを前記回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含み、
     前記第1のモーターにおいて、前記第1の界磁の各永久磁石および前記各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、前記回転運動に際して前記第1の界磁の各永久磁石が前記ローターの回転方向の下流側にある前記第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第1の状態を実現させ、
     前記第2のモーターにおいて、前記第1の界磁の各永久磁石および前記各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、前記回転運動に際して前記第1の界磁の各永久磁石が前記回転方向の下流側にある前記第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第2の状態を実現させ、
     前記第1の状態が実現されるタイミングと、前記第2の状態が実現されるタイミングとが、異なるタイミングとなるように設定されている、
    モーターアッセンブリ。
  10.  請求項9に記載されたモーターアッセンブリであって、
     前記第2のモーターにおける前記第2の界磁の各永久磁石は、等角等方的に配設されて、前記第1の状態が実現されるタイミングにおいて、前記第2のモーターにおける前記励磁素子と互いに対向する、
    モーターアッセンブリ。
  11.  請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターを複数備えたモーターアッセンブリであって、
     複数の前記シンクロナスモーターは、1本のシャフトを前記回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含み、
     前記第1のモーターにおける前記各励磁素子および前記第2のモーターにおける前記各励磁素子は、それぞれ、前記軟磁性体として機能する第1構成が前記励磁コイルとして機能する第2構成に対して前記ローターの回転方向の下流側に並んだ構成を有し、
     前記第1のモーターおよび前記第2のモーターにおいて、前記第1の界磁の各永久磁石および前記各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、前記第1の界磁の永久磁石における前記ステーター側の端部が前記第2構成に対向するときに、当該第2構成が、これに対向される前記第1の界磁の永久磁石に対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度の強さで励磁され、前記第2構成に対向される前記第1の界磁の永久磁石が前記第1構成に引っ張られる第3の状態を実現させる、
    モーターアッセンブリ。
  12.  請求項11に記載されたモーターアッセンブリであって、
     前記第1のモーターおよび前記第2のモーターにおいて、前記第1構成は、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯を有し、かつ、前記第1の界磁の永久磁石における前記ステーター側の端部が前記第1構成に対向するときに、当該第1構成に対向される前記第1の界磁の永久磁石に対してはたらく磁力による反発力または引力を無視できる程度の強さで励磁されるコイルである、
    モーターアッセンブリ。
  13.  請求項11または請求項12に記載されたモーターアッセンブリであって、
     前記第1のモーターにおける前記第2の界磁の各永久磁石および前記第2のモーターにおける前記第2の界磁の各永久磁石は、それぞれが等角等方的に配設され、
     前記第1のモーターおよび前記第2のモーターにおける、前記シャフトの周方向で見た前記第1の界磁の位置ずれの量である第1の量と、同じく前記第2の界磁の位置ずれの量である第2の量とは、互いに異なる量とされることで、
     前記第1のモーターにおいて前記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、前記第2のモーターにおける前記ローターに、同じく前記第1の界磁の各永久磁石と前記第1構成との間の磁力の作用による前記回転方向の角運動量を与えることと、
     前記第2のモーターにおいて前記第3の状態が実現されるタイミングにおいて、前記第1のモーターにおける前記ローターに、同じく前記第1の界磁の各永久磁石と前記第1構成との間の磁力の作用による前記回転方向の角運動量を与えることと、
    を実現させる、
    モーターアッセンブリ。
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