JP2008043198A - Electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気を利用したモータに関する。 The present invention relates to a motor using magnetism.
現在、様々な機械において動力源として用いる装置としては、外燃機関・内燃機関等の熱機関と、電力を利用したいわゆる電気モータが主に用いられている。 Currently, heat engines such as external combustion engines and internal combustion engines and so-called electric motors using electric power are mainly used as devices used as power sources in various machines.
外燃機関は、機関外で発生させた蒸気の圧力をエネルギーに変換して用いるものであり、いわゆるレシプロ機関型のものと、タービン型のものが一般に知られている。内燃機関は、ガソリンや軽油等の燃料を燃焼させることによって生じた空気の膨張・圧縮を利用し、回転力や推進力といった動力を得るものである。 The external combustion engine is used by converting the pressure of steam generated outside the engine into energy, and a so-called reciprocating engine type and a turbine type are generally known. An internal combustion engine uses the expansion and compression of air generated by burning fuel such as gasoline and light oil to obtain power such as rotational force and propulsive force.
一方、電気モータは、一般的には、磁場と電流との相互作用を利用して回転運動を得る原動機である。電気モータは、回転子、固定子、回転軸及びこれを支える軸受けを有する構造のものが一般的であり、例えば、固定子に周期的に変動磁場を与えることにより、回転子である永久磁石との間に相互作用を生じさせ、駆動力を得ることができる。また、電気モータとしては、回転運動を得るものとは別に、直接に直線運動を得る、リニアモータも知られている。 On the other hand, an electric motor is generally a prime mover that obtains a rotational motion by utilizing an interaction between a magnetic field and an electric current. An electric motor generally has a structure including a rotor, a stator, a rotating shaft, and a bearing that supports the rotor. For example, by periodically applying a varying magnetic field to the stator, It is possible to generate an interaction between the two to obtain a driving force. Further, as an electric motor, a linear motor that directly obtains a linear motion is known in addition to the one that obtains a rotational motion.
このように、動力源としては、内燃機関や電気モータが広く用いられ、用途に応じた種々の装置が開発され、実際に広く応用されている。しかし、これらの装置により動力を得るためには、この動力源に燃料や電気を供給する必要がある。近年、省エネルギーや地球温暖化防止の観点から、より少ない燃料や電力の供給にて仕事を行うことが可能な動力源が望まれている。 As described above, an internal combustion engine or an electric motor is widely used as a power source, and various devices corresponding to the application have been developed and applied widely in practice. However, in order to obtain power with these devices, it is necessary to supply fuel and electricity to this power source. In recent years, from the viewpoint of energy saving and prevention of global warming, a power source capable of performing work with less fuel and power supply is desired.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、少ない電力その他の駆動力の供給にて長時間回転し続けることのできるモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a motor that can continue to rotate for a long time by supplying a small amount of electric power or other driving force.
発明者が鋭意検討を重ねた結果、上記の課題は、磁石を備える回転子及び開閉可能な磁気回路を備える固定子を具備するモータ、又は、開閉可能な磁気回路を備える回転子及び磁石を備える固定子を具備するモータであって、前記回転子の回転に連動して前記磁気回路を開閉させるよう、又は外部動力を導入して前記回転子の回転に同期させて前記磁気回路を開閉させるように構成されるモータにより、解決できることを見いだした。 As a result of extensive studies by the inventor, the above-mentioned problem is provided with a motor including a rotor including a magnet and a stator including a magnetic circuit that can be opened and closed, or a rotor and a magnet including a magnetic circuit that can be opened and closed. A motor having a stator, which opens and closes the magnetic circuit in conjunction with the rotation of the rotor, or opens and closes the magnetic circuit in synchronization with the rotation of the rotor by introducing external power. We found that this could be solved by the motor configured in
磁気回路は、磁石とヨークとによって形成されると共に、回転子の回転に連動して磁気回路を開閉しうる開閉機構を有する。この開閉機構は、回転子の回転に伴って回転子又は固定子の磁石が接近すると回路を開き、回転子又は固定子の磁石が遠ざかると回路を閉じるように構成される。かかる開閉機構によって、磁気回路が回転子又は固定子の磁石から離れているときは、磁気回路が閉回路となるため、回路から漏洩する磁束は非常に小さくなり、当該磁気回路は全体として磁気を帯びていない強磁性体のようにふるまう。このため、当該磁気回路と回転子又は固定子の磁石との間に引力が作用し、これが回転子に回転力を加える。しかし、磁気回路と回転子又は固定子の磁石とが最近接点を過ぎ、離縁するフェーズにおいても、これらの間に引力が作用すると、当然ながらその引力は回転子の回転力を減ずる方向に働いてしまう。 The magnetic circuit is formed by a magnet and a yoke, and has an opening / closing mechanism that can open and close the magnetic circuit in conjunction with the rotation of the rotor. The opening / closing mechanism is configured to open the circuit when the rotor or the stator magnet approaches as the rotor rotates, and to close the circuit when the rotor or the stator magnet moves away. By such an opening / closing mechanism, when the magnetic circuit is separated from the magnet of the rotor or stator, the magnetic circuit becomes a closed circuit, so that the magnetic flux leaking from the circuit becomes very small, and the magnetic circuit as a whole does not generate magnetism. Acts like an uncharged ferromagnet. For this reason, an attractive force acts between the magnetic circuit and the rotor or the magnet of the stator, and this applies a rotational force to the rotor. However, even in the phase where the magnetic circuit and the rotor or stator magnet pass through the closest point and are separated from each other, if an attractive force acts between them, the attractive force naturally acts in a direction to reduce the rotational force of the rotor. End up.
しかし本発明のモータは上述の開閉機構を備えているため、磁気回路と回転子又は固定子の磁石とが接近すると、磁気回路が開かれる。すると、回路から磁束が漏洩し、磁気回路は磁石として振る舞うようになる。このため、回転子又は固定子の磁石と磁気回路との間に斥力が作用し、回転子にさらに回転力を加えるように作用する。 However, since the motor of the present invention includes the above-described opening / closing mechanism, the magnetic circuit is opened when the magnetic circuit and the rotor or the magnet of the stator approach each other. Then, the magnetic flux leaks from the circuit, and the magnetic circuit behaves as a magnet. For this reason, a repulsive force acts between the magnet of the rotor or the stator and the magnetic circuit, and acts to further apply a rotational force to the rotor.
このように、本発明のモータは、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が離れているときには、これらの間に引力が作用して回転子に回転力を加え、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときは、これらの間に斥力が作用して回転子に回転力を加える。このため本発明のモータは、起動時に外部動力により回転子に十分な回転力を与えると、その後は少ないエネルギー供給で、回転し続けることができる。従って本発明によるモータは省エネルギー性能に非常に優れている。そして、上述の原理により駆動するモータは、本願発明者が知る限り世に知られていない。 Thus, when the rotor or stator magnet and the magnetic circuit are separated from each other, the motor of the present invention applies an attractive force between them to apply a rotational force to the rotor, and the rotor or stator magnet. When the magnetic circuit and the magnetic circuit are close to each other, a repulsive force acts between them to apply a rotational force to the rotor. For this reason, if the motor of this invention gives sufficient rotational force to a rotor with external power at the time of starting, it can continue rotating with little energy supply after that. Therefore, the motor according to the present invention is very excellent in energy saving performance. And the motor driven by the above-mentioned principle is not known to the world as far as the inventors of the present application know.
なお、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときに、これらの間に斥力を生じるためには、当然ながら、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときに、回転子又は固定子の磁石と磁気回路の磁石の磁極が対向するように配置することが必要である。また、引力と斥力を最大限に活用するには、回転子又は固定子の磁石と磁気回路とが最も近づいているときに、磁気回路を開くように構成することが好ましい。 In order to generate a repulsive force between the rotor or stator magnet and the magnetic circuit, of course, the rotor or stator magnet and the magnetic circuit are close to each other. In addition, it is necessary to arrange the rotor or stator magnet and the magnetic circuit magnet so as to face each other. Further, in order to make maximum use of attractive force and repulsive force, it is preferable that the magnetic circuit is opened when the rotor or stator magnet and the magnetic circuit are closest to each other.
本発明のモータに用いる磁石は省エネルギーの観点から永久磁石が望ましい。永久磁石としては、ネオジム磁石、サマリウム磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などを用いることができるが、最も強い駆動力が得られる点で、ネオジム磁石を用いることが望ましい。本発明のモータに用いるヨークは、透磁率及び飽和磁束密度が高い物質であることが好ましい。かかる物質としては、純鉄・軟鉄・珪素鉄などがあるが、純鉄は特に好適である。 The magnet used for the motor of the present invention is preferably a permanent magnet from the viewpoint of energy saving. As the permanent magnet, a neodymium magnet, a samarium magnet, a ferrite magnet, an alnico magnet, or the like can be used, but it is desirable to use a neodymium magnet because the strongest driving force can be obtained. The yoke used in the motor of the present invention is preferably a material having high magnetic permeability and saturation magnetic flux density. Examples of such substances include pure iron, soft iron, and silicon iron. Pure iron is particularly preferable.
本発明によるモータに用いる回転子の形状は、棒状・プロペラ状・円盤状・円環状・円柱状・円筒状など、様々な形状とすることが可能である。また、固定子の内側に回転子が配置される、いわゆるインナーロータ型とすることも可能であるし、固定子の外側に回転子が配置される、アウターロータ型とすることも可能である。回転子と固定子共に扁平な形状のものを用い、複数積層させて、高出力化するという実施態様をとることも可能である。 The shape of the rotor used in the motor according to the present invention can be various shapes such as a rod shape, a propeller shape, a disk shape, an annular shape, a columnar shape, and a cylindrical shape. Further, a so-called inner rotor type in which a rotor is arranged inside the stator can be used, or an outer rotor type in which a rotor is arranged outside the stator. It is also possible to adopt an embodiment in which both the rotor and the stator are flat, and a plurality of layers are stacked to increase the output.
磁気回路の開閉機構としては、回転子の回転に機械的に連動して開閉させる機構を採用してもよいし、電子制御による電気モータや内燃機関などを用いて回転子の回転に同期させて前記開閉子を開閉する機構を採用してもよい。電子制御により回転子の回転に同期させて磁気回路を開閉する機構を採用する場合は、摩擦力が大きい歯車やベルトなどを用いなくてよいと言う利点がある。 As the magnetic circuit opening / closing mechanism, a mechanism that mechanically interlocks with the rotation of the rotor may be adopted, or an electronically controlled electric motor or an internal combustion engine may be used to synchronize with the rotation of the rotor. A mechanism for opening and closing the opening / closing element may be employed. When a mechanism that opens and closes the magnetic circuit in synchronism with the rotation of the rotor by electronic control is employed, there is an advantage that it is not necessary to use a gear or a belt having a large frictional force.
本発明によるモータは、ネオジム磁石などの磁力が強い磁石を用いることにより、容易に微小化・薄型化が可能である。また、磁石の成型加工の自由度は非常に高いので、大型化も容易である。このため本発明は、例えば、ポータブルパソコンに内蔵できるような、回転子の直径が数センチ程度で厚さが1〜2センチ程度のモータから、大型の発電機等に用いられるような、回転子の直径が数十センチからメートル単位になるようなモータにまで、適用可能である。 The motor according to the present invention can be easily reduced in size and thickness by using a magnet having a strong magnetic force such as a neodymium magnet. Further, since the degree of freedom of magnet molding is very high, it is easy to increase the size. For this reason, the present invention provides a rotor that can be incorporated in a portable personal computer, for example, a motor having a diameter of the rotor of about several centimeters and a thickness of about 1 to 2 centimeters, and a large generator. The present invention can be applied to a motor having a diameter of several tens of centimeters to a meter unit.
本発明によるモータは、外部からのエネルギー供給をそれほど必要とせずに長時間稼動することができるため、省エネルギー性に非常に優れる。このため、パソコンその他携帯用機器の動力源として、冷蔵庫その他の家庭用機器の動力源として、更には工業用動力源として、幅広い分野に適用されることが可能である。 Since the motor according to the present invention can be operated for a long time without requiring much energy supply from the outside, it is very excellent in energy saving. For this reason, it can be applied to a wide range of fields as a power source for personal computers and other portable devices, as a power source for refrigerators and other household devices, and as an industrial power source.
本発明によるモータは、起動時に外部動力により回転子に十分な回転力を与えることにより、あるいは開閉子に少ない動力を掛け続けることにより、長時間回転し続けることができるので、家庭用発電機あるいは中型工業用発電機に応用することで、さらに、走行中は勿論、駐車中も発電可能であるので、電気自動車用発電機として開発することで、社会全体の省エネルギーに大きく貢献する。 The motor according to the present invention can continue to rotate for a long time by applying sufficient rotational force to the rotor by external power at the time of starting, or by continuing to apply a small amount of power to the opening / closing element. By applying it to medium-sized industrial generators, it is possible to generate electricity while driving as well as during parking, so developing it as a generator for electric vehicles greatly contributes to energy conservation in society as a whole.
本発明の好適な実施形態の例は添付の特許請求の範囲に記載されるが、本発明は、本明細書及び添付図面に明示的及び暗示的に記載される全ての特徴及びこれらの組み合わせをも、その範囲に包含する。 While examples of preferred embodiments of the present invention are set forth in the appended claims, the present invention covers all features and combinations thereof that are explicitly and implicitly described in this specification and the accompanying drawings. Are also included within the scope.
本発明の好適な実施形態の一つに、径方向に磁極が向くように配設される第1の磁石を備える回転子と、前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第2の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える固定子と、前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が前記磁気回路に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記第1の磁石が前記磁気回路から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段とを具備するモータがある。 In one preferred embodiment of the present invention, a rotor including a first magnet disposed so that a magnetic pole faces in a radial direction, and a circular path along which the first magnet moves as the rotor rotates. Is formed by a second magnet and a yoke that are fixedly adjacent to each other and arranged so that the opposing magnetic poles are the same as each other when the first magnet approaches as the rotor rotates. A stator having a magnetic circuit to be opened, and the first magnet is opened from the magnetic circuit in conjunction with the rotation of the rotor in conjunction with the first magnet approaching the magnetic circuit. There is a motor having an opening / closing means for closing the magnetic circuit in conjunction with the separation.
上記の実施形態に係るモータのさらに具体的な実施態様では、前記回転子は、径方向に延びる複数の腕部を有し、該腕部のそれぞれに、前記第1の磁石が前記径方向に同一の磁極を向けるように配設されるように構成されることができる。また前記回転子は、中心軸の周りに回転しうる円盤状の部材であり、前記円盤部材の周縁部に複数の前記第1の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように構成されてもよい。また前記回転子を、中心軸の周りに回転しうる円環状の部材であって、前記円環部材の円環部に複数の前記第1の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように構成しても良い。 In a more specific embodiment of the motor according to the above embodiment, the rotor has a plurality of arm portions extending in the radial direction, and the first magnet is disposed in the radial direction on each of the arm portions. It can be configured to be disposed so as to face the same magnetic pole. The rotor is a disk-shaped member that can rotate around a central axis, and is configured such that a plurality of the first magnets are respectively directed to the same magnetic pole in the radial direction at the peripheral edge of the disk member. May be. Further, the rotor is an annular member that can rotate around a central axis, and a plurality of the first magnets are respectively directed to the same magnetic pole in the radial direction in an annular portion of the annular member. You may comprise.
上記磁気回路は、前記円路の外側のみならず、内側に隣接して固設されてもよい。磁気回路が前記円路の外側に配されるときは、上記回転子は前記固定子の内側で回転し、磁気回路が前記円路の内側に配されるときは、上記回転子は前記固定子の外側で回転するという実施態様を取ることになる。 The magnetic circuit may be fixed not only on the outer side of the circular path but also on the inner side. When the magnetic circuit is arranged outside the circular path, the rotor rotates inside the stator, and when the magnetic circuit is arranged inside the circular path, the rotor is the stator. Will take the embodiment of rotating outside.
上記の実施形態に係るモータのある具体的な実施態様において、前記第1の磁石は円弧状を呈する。 In a specific embodiment of the motor according to the above embodiment, the first magnet has an arc shape.
上記の実施形態に係るモータのさらに具体的な実施態様において、前記磁気回路は、前記第2の磁石の一方の極に接合せしめられる第1のヨークと、前記第2の磁石の他方の極に接合せしめられる第2のヨークと、前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの両方に近接する第1位置及び前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの一方又は両方から離間する第2位置の間を回動可能に設けられる第3のヨークとを備えて構成され、前記開閉手段は、前記回転子において前記第1の磁石の近傍に設けられる第1の当接部と、前記第3のヨークに直接又は間接に固結せしめられると共に、前記第3のヨークに回転力を与えるべく前記回転子の回転中に前記第1の当接部に突き当たるように設けられる第2の当接部とを備えて構成されることができる。 In a more specific embodiment of the motor according to the above embodiment, the magnetic circuit includes a first yoke joined to one pole of the second magnet and the other pole of the second magnet. A second yoke to be joined, a first position proximate to both the first yoke and the second yoke, and a second position spaced from one or both of the first yoke and the second yoke. And a third yoke provided to be rotatable between the first magnet, and the opening / closing means includes a first contact portion provided in the vicinity of the first magnet in the rotor, and the third yoke. A second abutting portion that is directly or indirectly consolidated with the yoke and is provided to abut against the first abutting portion during rotation of the rotor so as to apply a rotational force to the third yoke. And can be configured with
上記の実施態様に係るモータのさらに別の具体的な実施態様において、前記磁気回路を、前記第2の磁石の一方の極に接合せしめられる第1のヨークと、前記第2の磁石の他方の極に接合せしめられる第2のヨークと、前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの両方に近接する第1位置及び前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの一方又は両方から離間する第2位置の間を回動可能に設けられる第3のヨークとを備えて構成し、前記開閉手段を、歯車・カム・ベルト・電動アクチュエータ・電気モータ・内燃機関・風力プロペラなどのいずれか1つ以上を用いて前記第3のヨークを回動せしめるように構成しても良い。 In still another specific embodiment of the motor according to the above embodiment, the magnetic circuit is joined to one pole of the second magnet, and the other of the second magnets. A second yoke joined to the pole, a first position proximate to both the first yoke and the second yoke, and a first position spaced from one or both of the first yoke and the second yoke. And a third yoke that is pivotable between two positions, and the opening / closing means is any one of a gear, a cam, a belt, an electric actuator, an electric motor, an internal combustion engine, a wind propeller, and the like. You may comprise so that the said 3rd yoke may be rotated using the above.
本発明の好適な実施形態の別の一つに、径方向に磁極が向くように配設される第2の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える回転子と、前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第2の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第1の磁石を備える固定子と、前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が前記第1の磁石に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記磁気回路が前記第1の磁石から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、を具備するモータがある。この実施態様においても、第1の磁石は、磁気回路の円路の外側に固設されてもよいし、内側に固設されてもよい。前者においてはインナーロータ型のモータになり、後者においてはアウターロータ型のモータになる。 In another preferred embodiment of the present invention, a rotor including a magnetic circuit formed by a second magnet and a yoke arranged so that the magnetic poles are directed in the radial direction, and rotation of the rotor Accordingly, the magnetic circuit is fixed adjacent to the moving circular path, and the opposing magnetic poles are arranged so as to have the same polarity when the second magnet comes close as the rotor rotates. A stator including a first magnet, and opening the magnetic circuit in conjunction with the rotation of the rotor, the magnetic circuit approaching the first magnet, and the magnetic circuit from the first magnet There is a motor provided with opening / closing means for closing the magnetic circuit in conjunction with the separation. Also in this embodiment, the first magnet may be fixed outside the circular path of the magnetic circuit, or may be fixed inside. The former is an inner rotor type motor, and the latter is an outer rotor type motor.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態の例について説明する。図1は、本発明に従うモータの一例であるモータ100の構造を模式的に表した図である。モータ100は、回転子102と、図示しない固定子に固定される磁気回路104a,104bとを有する。回転子102は、回転軸106によって反時計回りに回転するように構成されると共に、回転軸106から径方向に延びる2本の腕部108a,108bを有する。腕部108a,108bは、径方向に磁極が向くように配設される永久磁石110a,110bをそれぞれ有し、これらの磁石は、図1に描かれるように、径方向の磁極が同一になるように配設されている。(図1に描かれるように、この例では径方向にN極が向くように配設されている)。 Hereinafter, examples of preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a
磁気回路104a,104bは、図示しない固定子に、回転子102の回転円周に隣接して設置される。磁気回路104aは、永久磁石112aと、磁石112aのS極に接合せしめられるヨーク114a、及び磁石112aのN極に接合せしめられるヨーク116aを備えると共に、ヨーク114aとヨーク116aとの間に回動可能に設けられるヨーク118aを備える。ヨーク118aが、図1Bに描かれるようにヨーク114a及びヨーク116aに近接する位置にあるときは、磁石112aから発する磁束が殆どヨーク114a,ヨーク118a,ヨーク116aに閉じこめられることから、磁気回路104a全体から漏洩する磁束は極めて少なくなる。むろん、この状態であっても漏洩磁束はゼロにはならないが、少なくとも極めて少なくなる。従って、この状態、すなわち磁気回路104aが閉じた状態では、磁気回路104aは、全体として、磁性を帯びていない強磁性体のようにふるまう。一方、ヨーク118aが、図1Cに描かれるようにヨーク114a及びヨーク116aから離間した位置にあるときは、磁石112aから発する磁束はヨーク114a及びヨーク116aの開放端から外部へ漏洩する。従って、この状態、すなわち磁気回路104aの開放状態では、磁気回路104aは、全体として磁性を帯びた磁石としてふるまう。このようにヨーク118aは、自身が回動することで磁気回路104aを閉鎖又は開放し、磁気回路104aの性質を帯磁していない磁性体から帯磁している磁性体へと変化させる。 The
ヨーク118aを回転させる手段としては、回転子102の回転に機械的に連動して回転させる機構を採用してもよいし、電動モータや内燃機関などによりヨーク118aを回転させるように制御してもよい。後に、ヨーク118aを機械的に回転させる手段の一例を、別の実施例を用いて説明する。 As a means for rotating the
磁石112aは、回転子102の磁石110a又は110bが磁気回路104aに近接した位置にあるとき、すなわち図1Aのような状態にあるとき、磁石110a又は110bに対向する磁極が磁石110aや110bと同極になるように配置される。図1Aでは、対向する磁極がいずれもN極になるように描かれているが、むろん、対向する磁極がいずれもS極になるように配置しても構わない。 The
磁気回路104bも、磁気回路104aと同様に、永久磁石112bやヨーク114b、ヨーク118bを有する。磁気回路104bと磁気回路104aは同一の構造を有し、符号aとbは、単にこれらの構成要素を図1において区別するために付されたものである。図1の例では2つの磁気回路が設けられているが、磁気回路の数は、1つであったり4つであったり、具体的実施態様に係る要請に応じて様々な数を取ることができる。 Similarly to the
次に、図2を用いてモータ100の動作を説明する。モータ100がまだ駆動していないとき、図2Aに描くように、回転子102の磁石110a,110bは、磁気回路104a,104bとは離れた位置にある。この状態から、電気的・機械的など何らかの方法で、回転子102を反時計回りに回転させるとする(図2B)。 Next, the operation of the
このとき、磁気回路104aや104bは閉じた状態にあるため、上述したように、これらは全体として磁性を帯びていない強磁性体のようにふるまう。従って、磁石が鉄に引き寄せられるように、回転子102の磁石110a,110bは磁気回路104a,104bに引き寄せられる。この引力によって回転子102に回転力が与えられ、回転子はさらに回転する(図2C)。 At this time, since the
回転子102がさらに回転し、磁石110a,110bが磁気回路104a,104bに最も近づく位置(図2D参照)までやってくると、ヨーク118a,118bが回転し、磁気回路104a及び104bが開かれる。すると上述したように、磁気回路104a及び104bは全体として磁石として機能するようになる。図2Dに描かれる配置において、磁石112a,112bは、それぞれ磁石110a,110bに磁極が対向しているため、磁石110a,110bと磁気回路104a,104bとの間に強い斥力が働き、これが回転子102に回転力を与え、回転子102はさらに反時計回りに回転せしめられる(図2E)。その後、ヨーク118a及び118bは、磁気回路104a及び104bを閉鎖する位置に復帰し、磁石110a及び110bと磁気回路104a及び104bとは再び引きつけ合うようになる(図2F)。 When the
このようにモータ100は、ヨーク118a及び118bが磁気回路104a及び104bを開閉することによって、回転子102に設けられた磁石110a及び110bが磁気回路104a及び104bから離れた位置にあるときは、磁石110a及び110bと磁気回路104a及び104bとが引きつけ合い、磁石110a及び110bが磁気回路104a及び104bに近接した位置にあるときは、磁石110a及び110bと磁気回路104a及び104bとが反発し合うため、回転子102に回転力が次々に加えられる。このため回転子102は、一旦回転させられると、後は外部からのエネルギー供給をさほど必要とせずに回転し続けることができる。従って、モータ100は、非常に省エネルギーなモータである。 As described above, when the
むろん、磁気回路104a及び104bを開閉するためにはエネルギーが必要であり、系の摩擦に伴うエネルギー損失も発生するため、モータ100とても、外部からエネルギーを供給せずにいつまでも回転し続けることはできない。しかし、本発明に従うモータ100は、上述の独特の構成により、回転子に設けられた磁石と磁気回路とに引力・斥力が繰り返し作用することで、起動時に十分な回転力が与えられると、その後はモータ100自身で回転子102に回転力を加えることができる。このためモータ100は、従来のモータに比べて少ないエネルギーで長い時間回転し続けることが可能であり、省エネルギー性に非常に優れたモータであるということができる。 Of course, energy is required to open and close the
前にも少し述べたが、本発明に従うモータの回転子の形状は、回転子102のように、中心軸から2本の腕が延びる形状に限られるものではなく、腕部の数が3本や4本や5本であってもよいし、もっと多数であってもよい。もちろん、それぞれの腕部に磁石を径方向に同一の磁極を向けるように配設することが好ましい。また、円盤状や円環状の回転子を用いることも可能である。このような場合は、円盤や円環の外縁部に近いところに磁石を配設することが出来るだろう。磁石の数や間隔は、実施態様によって任意に選択することができる。むろん、磁石の磁極は、径方向に向けて全て同一とすべきである。回転子に設けられる磁石の数や固定子に設けられる磁気回路の数も、2つに限られず、3つや4つや5つ、あるいはそれ以上の任意の数であってよい。回転子や固定子に設置する磁石の数は、2つより3つや4つ、またはそれ以上である方が、回転子に加えられる引力や斥力の量が大きくなり、好ましいであろう。回転子の形状は、円柱状とすることも可能である。 As described a little earlier, the shape of the rotor of the motor according to the present invention is not limited to the shape in which the two arms extend from the central axis like the
104a,104bのような開閉可能な磁気回路を回転子側に配置し、110a,110bのような固定磁石を固定子側に配置するようなモータも、本発明に含まれる。このような実施形態においては、110aや110bに相当する磁石を、回転子の径方向に固定子上で移動可能に設置することが好ましい。固定子上の磁石と回転子上の磁気回路との径方向の距離を近づければ、これらの間に働く引力・斥力が増加し、径方向の距離を遠ざければ、これらの間に働く引力・斥力は減少する。従って、上記の実施形態においては、固定子上の磁石を移動させることにより、固定子上の磁石と回転子上の磁気回路との間に働く引力・斥力を変化させることができ、もって回転子の回転速度を変化させることができる。このように、回転子の回転速度を制御したい場合には、磁気回路を回転子上に設置して、固定子に設置する磁石を回転子の径方向に移動可能とする実施形態は、非常に有用である。むろん、図1や図2に例示されるモータ100においても、磁気回路104a,104bを移動可能に構成することもできるが、磁気回路全体を移動させるよりは、110aや110bのような単体の磁石を移動させるように構成するほうが、簡単であろう。 A motor in which an openable and closable magnetic circuit such as 104a and 104b is arranged on the rotor side and a fixed magnet such as 110a and 110b is arranged on the stator side is also included in the present invention. In such an embodiment, it is preferable to install magnets corresponding to 110a and 110b so as to be movable on the stator in the radial direction of the rotor. If the radial distance between the magnet on the stator and the magnetic circuit on the rotor is reduced, the attractive force / repulsive force acting between them increases, and if the radial distance is increased, the attractive force acting between them is increased.・ Repulsive force decreases. Therefore, in the above embodiment, by moving the magnet on the stator, the attractive force / repulsive force acting between the magnet on the stator and the magnetic circuit on the rotor can be changed. The rotation speed can be changed. Thus, when it is desired to control the rotational speed of the rotor, the embodiment in which the magnetic circuit is installed on the rotor and the magnet installed on the stator can be moved in the radial direction of the rotor is very Useful. Of course, in the
本実施例に係るモータ100は、回転子が固定子の内部で回転する。かかる構成においては、回転子を小型軽量なものとすることができるという利点がある。しかし本発明に係るモータは、回転子を固定子の外部で回転させる構成とすることも可能である。 In the
続いて、図3〜8を用いて本発明のより具体的な実施態様の例を説明する。 Then, the example of the more concrete embodiment of this invention is demonstrated using FIGS.
図3は、本発明の別の実施例に係るモータ300の平面透視図であり、図4は図3のA矢視図である。モータ300は、回転軸11によって回転自在にフレーム1に支持される円盤状の回転子2と、フレーム1に固定される4つの磁気回路3,4,5,6とを備える。円盤状回転子2の周縁部には、円弧状の磁石16,17,18,19が等間隔に設置される。円弧状磁石16〜19は、いずれも、外径側と内径側で磁極が異なるような磁石であり、全て径方向に同一の極を向けるように設置される。 FIG. 3 is a plan perspective view of a
回転子2の外縁に隣接して等間隔に固設される磁気回路3〜6は、基本的には前例に現れた磁気回路104a,104bと同じものであり、棒状の磁石12〜15及びその磁極に接合せしめられたヨーク材と、当該ヨーク材の切れ目に回転可能なヨーク材が配される開閉子7〜10とを備える。棒状磁石12〜15は、回転子2に備えられる磁石16〜19が回転子2の回転に伴って最近接する際に、それらの磁極が磁石16〜19と同極対向するように配置される。開閉子7〜10は、前例で説明したヨーク118a及び118bのように、閉じられた位置においては棒磁石12〜15に接合せしめられるヨークに非常に近接するため、棒磁石12〜15から生ずる磁束を回路内部に閉じこめる作用を有する。従って開閉子7〜10が閉じた状態において、磁気回路3〜6は、閉鎖状態における前述の磁気回路104aや104bと同様に、帯磁していない単なる強磁性体のように振る舞う。(むろん、磁気回路3〜6から漏洩する磁束は0にはならないが、多くはない。)また開閉子7〜10が開いた位置に回動すると、棒磁石12〜15から生ずる磁束は回路内に閉じこめられることができなくなるため、磁気回路3〜6は、開放状態における前述の磁気回路104aや104bと同様に、磁石のように振る舞うことができる。 The
回転子2に備える磁石16〜19として、外径と内径で磁極が異なる円弧状の磁石を用いることで、回転中に磁気回路3〜6と近接する時間を長くすることができ、引力又は斥力を効果的に作用させる時間を長くとることができる。また、回転子2として円盤状又は円環状の部材を用いることの利点は、かかる利点を備える円弧状磁石を容易に装着できることである。 As the
次に、図5を用いて、モータ300における磁気回路を機械的に開閉する例について、開閉子7〜10の開閉機構の詳細を説明する。図5においては、図面の描画領域の関係で、円弧状磁石17が開閉子8に近接した状態のみを描いているが、他の円弧状磁石16,18,19や、開閉子7,9,10についても、同様の構造が形成されていることに留意されたい。 Next, the details of the opening / closing mechanism of the
回転子2は、円弧状磁石17の近傍に、回転子2の表面に固設されるピン保持台25と、ピン保持台25に保持されて回転子2の径方向に突設せしめられるピン状の当接部38とを備える。 The
開閉子8は、フレーム1から枠状に突設して形成される開閉子支持枠50と、支持枠50の梁部とフレーム1との間に渡される軸31aとを備え、ヨーク28が、軸31aによって、磁石13の極にそれぞれ接合せしめられるヨーク13a及び13bの間に回動可能に支持される。ヨーク28が回動することで、ヨーク13a及び13bが磁気的に結合したり離間せしめられたりする。 The opening /
さらに開閉子8は、ヨーク28の上部において、支持体50の2本の柱部の間に渡される平板32,平板32の上部で軸31aと一体化せしめられる軸柱31,軸柱31からヨーク28に平行に軸の両側に延伸せしめられるロッド29,平板32の回転子側の端部に設けられ、図示しないバネで付勢されることにより初期位置に安定する回動可能なレバー30a,レバー30aに結合せしめられ、平板32の裏から表に頭部を出し、ロッド29を係止するフック30などを備える。ロッド29は、ヨーク28に平行に延びているので、ヨーク28が閉じた状態にあるとき、回転子2の径方向に延びている。またロッド29は、回転子2の回転に伴ってピン38が開閉子8に近接するときピン38に突き当たるような長さを有する。またレバー30aも、ピン38が開閉子8に近接するときピン38に突き当たるように初期位置が定められる。 Further, the opening /
回転子2が反時計回りに回転し、図5に描かれるように磁石17が磁気回路4に最近接すると、まずピン38がレバー30aに突き当たることにより、レバー30aが反時計回りに倒れ、レバー30aに結合せしめられているフック30が平板30の下方に退避する。続いてピン38はロッド29に突き当たる。すると、フック30が平板30の下方に退避しているため、ロッド29は跳ね飛ばされ、軸柱31及び軸31aと共に時計回りに回転する。ヨーク28は、軸柱31及び軸31aを介してロッド29に連結せしめられているため、ロッド29が回転すると、ヨーク28も回転し、もって磁気回路4が開かれる。磁気回路4が開かれると、磁気回路4は磁石として振る舞うようになり、磁気回路4の磁石13が回転子2の磁石17に極が対向するように設置されていることから、磁気回路4と磁石17の間に斥力が働き、回転子2をさらに反時計回りに回転させようとする力が回転子2に加えられる。 When the
回転子2が磁気回路4の近傍を通り過ぎ、ピン38が通り過ぎると、レバー30aが図示しないバネに付勢されて初期位置に復帰し、それに伴いフック30も再び平板32上に突き出る。ロッド29は、ピン38に撥ね飛ばされた後、軸柱31やヨーク28と共に回転し続けるが、180度回転したところで、再び飛び出したフック30に突き当たり、回転を停止する。これによってヨーク28が回路閉鎖位置を過ぎて回転を続けることが防止される。しかもヨーク28は、ヨーク13a及び13bに磁気的に引き寄せられるため、安定して回路閉鎖位置で停止することが出来る。 When the
なお、図5に例示される実施形態において、レバー30aやフック30は平板32の上に突き出るように配されているが、これらを平板32の下側に突出するように配置してもよい。この場合、ピン38も平板32の下側を通るように構成される必要がある。このような実施態様では、ピン38に跳ね飛ばされたレバー30aに対して元の位置に戻るように重力が作用するため、レバー30aやフック30を初期位置に復帰させやすいという利点がある。そこで、レバー30aやフック30を初期位置に付勢するバネとして、図5に例示される実施形態にかかるモータよりも弾性力の弱いものを用いる実施形態や、バネを全く用いないという実施形態を採ることも可能である。 In the embodiment illustrated in FIG. 5, the
このように、モータ300の磁気回路開閉機構は、回転子2の回転に連動して、磁気回路3〜6を機械的に開閉することができる。従って、回転子が十分な回転力を保持する間は、磁気回路3〜6を開閉させるために別途外部から動力を供給する必要がないという利点を有する。また磁気回路3〜6を開閉させるためのアクチュエータや、開閉のタイミングを制御するための制御回路を別途用意する必要もないので、構造がシンプルになる。この実施態様では、タイミング制御の回路などを別途設けなくとも、ピン38を回転子2の磁石16〜19の近傍に設けることで、磁石16〜19が磁気回路3〜6に最も近づいたときに確実に磁気回路3〜6を開放することができる。モータ300は、回転子2の磁石16〜19が磁気回路3〜6に最近接するまでは、磁石16〜19と磁気回路3〜6の間に働く引力によって回転子2を加速することができる。しかし、磁石16〜19が磁気回路3〜6の近辺を通り過ぎてもこれらの間に相変わらず引力が働いていては、磁石16〜19が磁気回路3〜6の方に引き戻される力が働き、回転子2の回転を阻害することになる。ところがモータ300は、磁石16〜19が磁気回路3〜6に最近接したとたん、磁気回路3〜6が開いて磁石16〜19へ斥力を及ぼすようになり、回転子2をさらに加速させることができる。従ってモータ300は、回転子2と磁気回路3〜6の間に働く引力・斥力を、回転子2を回転させるために非常に効率的に利用することが可能である。 Thus, the magnetic circuit opening / closing mechanism of the
モータ300においては、ロッド29とピン38を衝突させることによって磁気回路を開くように構成したが、このロッドやピンが例示であることは言うまでもなく、板状や槌状など、衝突部の形状は様々なものを用いることができる。 The
モータ300の磁気回路開閉機構は、さらに、開閉子7〜10の開閉を容易とするための、補助機構を備えている。図5を参照すると、軸柱31には、軸31aとロッド29のいずれにも垂直に突き出ているロッド33が設けられ、ロッド33の両端には磁石34,35が取り付けられる。さらに支持枠50から突設せしめられるロッドに、磁石36,37が取り付けられる。磁石36,37は、ヨーク28が磁気回路4を閉じる位置にあるとき、磁石34,35に対向するように配置せしめられている。磁石34,35は、外径側が同極になるように取り付けられ、磁石36,37は、磁石34,35に対向する極が磁石34,35と同極になるように取り付けられている。従って、ヨーク28が磁気回路4を閉じる位置にあるとき、磁石34,35と、磁石36,37との間には、互いに斥力が働いている。 The magnetic circuit opening / closing mechanism of the
ヨーク28は、磁気回路4を閉じる位置にあるとき、ヨーク13a及び13bに磁気的に強く引き寄せられているため、これを回転させるには、それなりに大きな力を必要とする。しかし、磁石34,35と、磁石36,37との間に斥力が働いているため、ヨーク28が少しでも回転して磁石34,35と磁石36,37の水平位置にずれができると、これらの間に働く斥力が、ヨーク28を回転させるように作用する。このため、モータ300においては、磁石34〜37やロッド33を具備しない実施態様に比べて、少ない力でヨーク28を回転させることができる。これは、すなわち、回転子2がより長い時間回転し続けられるということである。 When the
さらに、図5をよく見ると分かるように、モータ300は、ヨーク28が磁気回路4を閉じる位置にあるとき、磁石34,35と磁石36,37との水平位置が、予めずらして配置されており、ヨーク28が磁気回路4を閉じる位置にあっても、磁石34,35と磁石36,37との間に働く斥力が、ヨーク28を回転させようとする方向へ作用するように構成されている。むろん、ヨーク28が磁気回路4を閉じる位置にあるときは、ヨーク28がヨーク13a及び13bに引きつけられていると共に、ロッド29がフック30に係止されて回転できなくなっているため、ヨーク28が回転することはない。しかし、磁石34,35と磁石36,37との間に働く斥力によって、ヨーク28を回転させるために必要な力がさらに小さくなり、回転子2は、より小さな力でロッド29を弾き飛ばすことができる。すなわち、回転子2が開閉子7〜10を開閉するために必要なエネルギーが更に減少することになり、モータ300がより長時間回り続けることを可能とする。 Further, as can be seen from a closer look at FIG. 5, when the
図6及び7を用いてモータ300の動作についてまとめる。図6に示すように、回転子2に備えられる円弧状磁石16〜19が、フレーム1に固設される磁気回路3〜6の間に位置しているときには、磁気回路3〜6に備えられる開閉子7〜10は閉じた状態となっている。この回転子に初動として外部から回転力を与えて反時計回りに回転させると、円弧状磁石16〜19が固定子の磁気回路3〜6に近づいていく。その際、回転子2に備えられる磁石と、16〜19と磁気回路3〜6に備えられる磁石12〜15は同磁極が対向するにもかかわらず、磁気回路3〜6の洩れ磁束が少ないため、お互いは反発しあわず、逆に磁気回路3〜6は単なる強磁性体として回転子2の磁石16〜19と引き合う。この引力によって、回転子2の回転が加速される。 The operation of the
さらに回転子2の磁石16〜19が磁気回路3〜6に最近接したとき、上述の開閉機構により磁気回路3〜6が開かれる。すると磁気回路内の磁石12〜15は、磁束が絶たれて回転子2の磁石16〜19と磁極が対向するため、回転子2の磁石16〜19に斥力を及ぼし、これによって回転子2にさらに回転力が加えられる。さらに回転して回転子2の磁石16〜19がフレーム1の磁気回路3〜6から離れると、上述の開閉機構により磁気回路3〜6は再び閉じた状態となる。回転子2に備えられた開閉機構のピンは、常に回転子の磁石が磁気回路に最も近接した位置で開閉子7〜10のロッドを撥ね、その度に開閉補助機構の力が加わり、開閉子は半回転してフックで留められる。したがって、常に、回転子に備えられた磁石が磁気回路に最近接するのと一致して、磁気回路は開き、回転子に備えられた磁石が磁気回路から離れたとき、磁気回路は閉じる。 Further, when the
磁気回路の機械的開閉機構としては、上記のようなピンによる機構以外にも、歯車やカムやベルトを用いて開閉子に力を伝えるなど、種々の方法を用いることができる。 As the mechanical opening / closing mechanism of the magnetic circuit, various methods such as transmission of force to the opening / closing element using a gear, a cam or a belt can be used in addition to the mechanism using the pins as described above.
また、開閉の補助機構としては、上記のような磁石のほか、バネやゼンマイや形状記憶合金や電磁石、また、電動アクチュエータを用いるなど、種々の機構を用いることができる。 In addition to the magnets described above, various mechanisms such as a spring, a spring, a shape memory alloy, an electromagnet, and an electric actuator can be used as the opening / closing auxiliary mechanism.
次に説明するモータ300の変形例は、図3〜図7で説明したモータ300における磁気回路4の開閉機構を、歯車を用いて実現した例である。図8を用いてこの変形例を説明する。図8は、本発明によるモータ1100の上面透視図と側面図である。モータ1100は、磁気回路4の開閉機構の他は、モータ300と同様の構成を有する。そこで、モータ300と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。 A modified example of the
図8に描かれるように、モータ1100は、回転子2に固定されると共に回転子2と同じ回転軸に対して回転しうるように設けられる第1の歯車1102と、磁気回路4の回転ヨーク28に直接又は間接に固定されて回転ヨーク28と同じ回転軸に対して回転しうるように設けられる、第2の歯車1104とを有する。第1の歯車1102と第2の歯車1104とは互いに噛み合うように設けられており、回転子2の回転に連動して磁気回路4を開閉できるように、特に、回転子2上の円弧状磁石17が磁気回路4に最近接したときに回転ヨーク28が磁気回路4を開くように、歯車の径や歯数が調節されている。回転子2のように、等間隔に4つの磁石を有する回転子の場合は、回転ヨークに連結される歯車の径は、回転子のそれの2分の1になる。 As illustrated in FIG. 8, the
かかる実施態様においては、磁気回路4の開閉を歯車を用いて行うため、回転子2の回転と磁気回路4の開閉とを安定的に連動させることができるという効果を有する。従って、モータを高速で回転させねばならないときに有利である。 In such an embodiment, since the magnetic circuit 4 is opened and closed using a gear, the rotation of the
かかる実施態様におけるさらなる利点として、回転ヨーク28を回転させるのに要する力の低減効果が挙げられる。磁気回路が閉じているとき、回転ヨーク28は両端を近接する他の磁気回路ヨーク13A,13Bに磁力で引き付けられており、この力は回転ヨークを開く際は引き戻そうとする方向に働いて抵抗となるが、開いた状態から閉じる際には引き寄せる方向に働く。従って、回転ヨークを回転させると双方向の力は相殺されることになる。回転ヨークの回転速度が上がるに連れて双方向の力の相殺効果は高くなるから、起動時に外部動力を導入してモータ1100の回転子2に十分な回転速度を与えることにより、連動する回転ヨーク28の回転抵抗を小さくすることができる。なお、磁気回路が1回開閉する間に回転子の回転に寄与する磁力は回転速度に関係なく一定であるので、一旦回転速度を上げたモータ1100は長時間回転を続ける。 A further advantage in such an embodiment is the effect of reducing the force required to rotate the
モータ1100は、さらに、歯車1104の上にフライホイール1106を装備している。フライホイール1106の慣性力により、回転ヨーク28を回転させる力が平均化され、磁気回路4の開閉動作をさらに安定的なものとすることができる。 The
次にモータ300のさらなる変形例を説明する。図9は本発明におけるモータ1150の上面透視図と側面図である。モータ1150の回転子2及び磁気回路4の構成はモータ300と同じである。図9では磁気回路を1個のみ描いているが、むろん、磁気回路はモータ300と同様に複数個備えてもよい。モータ1150の磁気回路開閉機構は、回転子と開閉子を歯車などで連動させて機械的に開閉するのではなく、回転ヨーク28を回転させるのに電気モータなどの外部駆動装置を用い、それを電子制御することで回転子の回転に同期させて磁気回路を開閉するものである。 Next, a further modification of the
図9に描かれるように、モータ1150は回転ヨーク28を回転させる駆動装置1152、回転子2の回転速度を精密に感知するセンサー1154及び駆動装置1152の出力を制御するコントローラ1156を備える。起動時に回転子2の円弧状磁石16を磁気回路4に正対させてから、駆動装置1152により、おもむろに回転ヨーク28の回転を開始すると、回転子2も回転を始め、回転子2は加速しながら次第に回転速度を上げる。センサー1154は回転子2の回転速度を精密に感知して逐次コントローラ1156に伝える。コントローラ1156は、回転子の円弧状磁石が磁気回路に最接近するのに一致して回転ヨーク28が回転して磁気回路を開閉するように、駆動装置1152の出力を制御する。かかる変形例の利点は少ないエネルギーでモータ1150が回転し続けることである。 As illustrated in FIG. 9, the motor 1150 includes a
モータ1150が少ないエネルギーで回転し続ける理由を説明する。駆動装置1152により回転ヨーク28が回転を始めると回転子2は加速しながら次第に回転速度を上げるので、それに追随して回転ヨーク28の回転速度も上げる。回転子2の回転速度が高速に達した時点で、回転子2に負荷装置1158により適切な(加速分に見合う)負荷を掛けて回転子2が等速回転するようにする(負荷装置の1例としてダイナモが挙げられる)。すると、センサー1154及びコントローラ1156の作用で駆動装置1152の出力は低下され、回転ヨーク28も回転子2に同期した等速回転に移行する。先述したように、回転ヨーク28を高速回転させると、回転抵抗となる磁気回路の磁力の影響は低減される。むろん、回転子に設置された円弧状磁石の磁力も磁気回路に及ぶから回転ヨーク28の回転抵抗となるが、円弧状磁石は回転ヨーク28に正確に同期して接近、離遠するので、これも磁気回路の磁力同様に、回転ヨーク28を回転方向に引き付ける力と引き戻す力はほぼ相殺される。また、等速回転する回転体の加速トルクはゼロなので、回転ヨーク28が高速かつ等速回転に移行した後、駆動装置1152が要する出力は非常に小さなものとなる。したがって、モータ1150は少ないエネルギーで回転し続けることができる。なお、回転子の回転力を強める為には磁気回路の磁力を強める必要があるが、磁気回路の磁力をある程度強めても、高速かつ等速回転においては、回転ヨークの回転抵抗は軸摩擦や空気抵抗にプラスアルファする値にほぼ収束し、以前とあまり変化しない。 The reason why the motor 1150 continues to rotate with less energy will be described. When the
続いて説明する変形例は、磁気回路を上下2段にした実施例である。図10及び11を用いてこの実施例を説明する。この実施例に係るモータ1200は、モータ300と同様に、円盤状の回転子1202と、回転子1202に設置された円弧状磁石1204と、回転子1202の回転に連動して開閉する磁気回路1206,1208とを有する。図示されていないが、回転子1202上には、上述の回転子2と同様に、円弧状磁石1204と同様の磁石が1/4周ごとに4つ配されている。磁気回路1206や1208は、上述の磁気回路4と同じように、棒磁石及びその両端に接合せしめられたヨークと、磁気回路を開閉しうるように回動自在に設けられたヨークとから構成されるが、それぞれの棒磁石1210と1212は、極の方向が互いに反対向きになるように配置される。磁気回路1206と1208は、互いの磁力が影響子しあわないように、上下に所定の間隔を置いて重なるように設置される。さらに、磁気回路1206を開閉する回転ヨーク1214と、磁気回路1208を開閉する回転ヨーク1216は、互いの角度が直角を保つように交差設置され、同じ回転軸の周りを回転するように構成される。このため磁気回路1206と1208とは、一方が閉じているとき他方は開いているという配置関係を有する。 The modification described subsequently is an embodiment in which the magnetic circuit is arranged in two upper and lower stages. This embodiment will be described with reference to FIGS. Similar to the
かかる構成の利点は、回転子を回転させる力を増大させることができることである。円弧状磁石1204が磁気回路1206及び1208に接近する段階においては、磁気回路1206は開いており、磁気回路1208は閉じているので、磁気回路1206との間には磁石の異極同士が引き合う力が働き、磁気回路1208と間には磁性体を引きつけようとする力が働く。一方、磁石1204が磁気回路1206及び1208から離遠する段階においては、磁気回路1206は閉じ、磁気回路1208は開いているので、磁気回路1206との間には、磁性体を引きつけようとする力が働くため、回転を妨げる方向に力が作用するものの、磁気回路1208との間には、同極互いに反発する力が働く。 The advantage of such a configuration is that the force to rotate the rotor can be increased. When the arc-shaped
そこで、磁気回路が一回開閉する間に作用する回転力の大きさを計算してみる。まず、磁気回路が閉じているときに回転子の磁石と磁気回路とに働く引力の大きさを1、磁気回路が開いているときに回転子の磁石と磁気回路とに働く斥力又は引力の大きさを2と表す。磁気回路が開いているときの方が力が強い理由は、磁気回路が閉じているときには磁気回路は磁性を有していないのに対し、磁気回路が開いているときは、磁気回路自体が磁石として作用するからである。磁石1204が磁気回路1206及び1208に接近する段階においては、磁気回路1206によって加わる回転力は2,磁気回路1208によって加わる回転力は1で、合計3である。磁石1204が磁気回路1206及び1208から離遠する段階においては、磁気回路1206によって加わる回転力は−1、磁気回路1208によって加わる回転力は2で、合計1である。従って、モータ1200において、磁気回路が一回開閉する間に作用する回転力の大きさは、4と見積もられる。 Therefore, the magnitude of the rotational force acting while the magnetic circuit is opened and closed once is calculated. First, the magnitude of the attractive force acting on the rotor magnet and the magnetic circuit when the magnetic circuit is closed is 1, and the magnitude of the repulsive force or attractive force acting on the rotor magnet and the magnetic circuit when the magnetic circuit is open. This is expressed as 2. The reason why the force is stronger when the magnetic circuit is open is that when the magnetic circuit is closed, the magnetic circuit has no magnetism, whereas when the magnetic circuit is open, the magnetic circuit itself is a magnet. Because it acts as. At the stage where the
一方、上述のモータ300のように磁気回路が一層の場合、磁気回路が一回開閉する間に回転子と固定子との間に作用する力は、回転子の磁石が接近する段階における引力で1,離遠するときの斥力で2の、合計3である。このように、磁気回路を二層にすることで、回転子を回転させる力を増大させることができることが理解される。 On the other hand, when the magnetic circuit is a single layer like the
モータ1200のような実施形態においては、モータ300のような実施形態に比べて磁気回路が二層になる分、回転子の磁石の縦幅を厚くしておくことが好ましい。その他の開閉機構や開閉補助機構は、上述の機構を適用することが可能である。 In the embodiment such as the
本発明にかかる幾つかの実施形態を説明したが、次にこれらの実施形態における磁気回路開閉補助機構として、回転ヨークに巻線を施して、電子制御などにより回転ヨークを開く瞬間のみ巻線に通電し、回転ヨークを電磁石化する例を説明する。図示しないが、回転ヨークを電磁石化する以外、この例の構成はモータ300やモータ1100やモータ1150と基本的に同じでよい。回転ヨークを電磁石化する利点は、これを用いない場合に比べて、さらに開閉子を開く力を軽減できることである。 Several embodiments according to the present invention have been described. Next, as a magnetic circuit opening / closing auxiliary mechanism in these embodiments, a winding is applied to the rotating yoke, and only when the rotating yoke is opened by electronic control or the like. An example will be described in which a current is applied and the rotary yoke is electromagnetized. Although not shown, the configuration of this example may be basically the same as that of the
回転ヨークに巻線を施して電磁石化する例の実施態様を説明する。開閉機構は上述の機構が適用される。回転ヨークを開く際、磁気回路の磁力は引き戻す方向に働き、回転抵抗となる。従って、回転ヨークを開く瞬間、回転ヨークの巻線に通電して電磁石化し、回転ヨークの両端と対向する磁気回路ヨークとの間に斥力が生じるようにすれば、回転抵抗を大幅に減じることができる。なお、回転ヨークが開いた瞬間に通電は断たれるから、回転ヨークが半回転して閉じる際は、通常の回転ヨークと同様に、磁気回路の磁力に引き寄せられる。通電は一瞬であるので消費電力も少なく、この開閉補助機構は有用である。 An embodiment of an example in which a rotating yoke is wound to form an electromagnet will be described. The above-mentioned mechanism is applied as the opening / closing mechanism. When the rotating yoke is opened, the magnetic force of the magnetic circuit acts in the direction of pulling back and becomes a rotational resistance. Therefore, at the moment when the rotating yoke is opened, the rotational resistance can be greatly reduced by energizing the windings of the rotating yoke to form an electromagnet, and generating a repulsive force between the opposite ends of the rotating yoke and the magnetic circuit yoke. it can. Since the energization is cut off at the moment when the rotating yoke is opened, when the rotating yoke is half-rotated and closed, it is attracted to the magnetic force of the magnetic circuit in the same manner as a normal rotating yoke. Since energization is instantaneous, power consumption is small, and this opening / closing assist mechanism is useful.
図12を用いて本発明に係るモータを利用した発電機の例を紹介する。図12Aに描かれるように、発電機1400は、フレーム1406の中に、モータ1402及びダイナモ1404が組み込まれた構造を有している。モータ1402の詳細は、図12B及び図12Cに描かれている。モータ1402は、周縁部に円環状磁石1410を等間隔に4つ備えた円環状の回転子1408と、上述の磁気回路4や4’と同様の開閉可能な磁気回路1412を4つ備える固定子とを有するモータを、6つ積層した構造を有している。1つ1つのモータは、回転子の形状が円環状であることを除けば、上述のモータ300や1100と同様なモータである。個々の回転子1408は、軸受1405aに回動可能に保持された軸1405に固定されるフレーム1403に固定されることで、軸1405を中心軸として回転できるように構成されている。モータ300や1100と同様に、回転子1408の回転に連動し、各々の磁気回路1412が開閉するように構成されている。 An example of a generator using the motor according to the present invention will be introduced with reference to FIG. As illustrated in FIG. 12A, the
個々の磁気回路1412は、上述の回転ヨーク28と同様の回転ヨークを備えており、これらは縦方向に同じ回転軸の周りを回転するように連結されている。ヨーク回転軸の頂部及び底部には、フライホイール1414が連結されており、その慣性力で磁気回路1412の開閉が安定して行われるように構成されている。 ダイナモ1404は、フレーム1403の内部に回転軸を共有して設置される。既に説明された本発明の原理によりモータ1402が回転すると、ダイナモによって発電が行われる。 Each
以上、実施例を用いて本発明を詳しく説明したが、本発明の実施態様は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な実施形態を取りうるものであることには留意すべきである。 Although the present invention has been described in detail using examples, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the present invention can be implemented in various ways without departing from the scope of the present invention. It should be noted that it can take the form.
1 フレーム
2 回転子
3,4,5,6 磁気回路
7,8,9,10 開閉子
12,13,14,15 棒磁石
16,17,18,19 円弧状磁石
25 ピン保持台
28 ヨーク
29 ロッド
30 フック
30a レバー
31a 軸
32 平板
34,35,36,37 磁石
38 ピン状の当接部
50 開閉子支持枠
100 モータ
102 回転子
104a,104b 磁気回路
106 回転軸
108a,108b 腕部
110a,110b 永久磁石
112a,112b 永久磁石
114a,114b ヨーク
116a,116b ヨーク
118a,118b ヨーク1
Claims (10)
前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第2の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える固定子と、
前記回転子の回転に伴い前記第1の磁石が前記磁気回路に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記第1の磁石が前記磁気回路から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、
を具備し、
前記磁気回路は、前記第2の磁石の一方の極に接合せしめられる第1のヨークと、前記第2の磁石の他方の極に接合せしめられる第2のヨークと、前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの両方に近接する第1位置及び前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの一方又は両方から離間する第2位置の間を回動可能に設けられる第3のヨークとを備えて構成される、
モータ。A rotor comprising a first magnet arranged so that the magnetic poles face in the radial direction;
The first magnet is fixed adjacent to the circular path along which the rotor rotates, and the opposing magnetic poles are the same as each other when the first magnet comes close as the rotor rotates. A stator comprising a magnetic circuit formed by a second magnet and a yoke arranged to be
As the rotor rotates, the magnetic circuit is opened in conjunction with the approach of the first magnet to the magnetic circuit, and the magnetic in conjunction with the separation of the first magnet from the magnetic circuit. Opening and closing means for closing the circuit;
Comprising
The magnetic circuit includes: a first yoke bonded to one pole of the second magnet; a second yoke bonded to the other pole of the second magnet; the first yoke; A first yoke adjacent to both of the second yokes and a third yoke rotatably provided between a second position spaced from one or both of the first yoke and the second yoke. Composed of
motor.
前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第2の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第1の磁石を備える固定子と、
前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が前記第1の磁石に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記磁気回路が前記第1の磁石から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、
を具備し、
前記磁気回路は、前記第2の磁石の一方の極に接合せしめられる第1のヨークと、前記第2の磁石の他方の極に接合せしめられる第2のヨークと、前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの両方に近接する第1位置及び前記第1のヨーク及び前記第2のヨークの一方又は両方から離間する第2位置の間を回動可能に設けられる第3のヨークとを備えて構成される、
モータ。A rotor comprising a magnetic circuit formed by a second magnet and a yoke arranged so that the magnetic poles face in the radial direction;
The magnetic circuit is fixed adjacent to a circular path along which the rotor rotates, and the opposing magnetic poles become the same polarity when the second magnet comes close as the rotor rotates. A stator comprising a first magnet disposed on
As the rotor rotates, the magnetic circuit opens as the magnetic circuit approaches the first magnet, and the magnetic circuit moves away from the first magnet as the magnetic circuit moves away from the first magnet. Opening and closing means for closing the circuit;
Comprising
The magnetic circuit includes: a first yoke bonded to one pole of the second magnet; a second yoke bonded to the other pole of the second magnet; the first yoke; A first yoke adjacent to both of the second yokes and a third yoke rotatably provided between a second position spaced from one or both of the first yoke and the second yoke. Composed of
motor.
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| JP2007207194A JP2008043198A (en) | 2006-07-13 | 2007-07-12 | Electric motor |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2008043198A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022167795A (en) * | 2021-04-22 | 2022-11-04 | エコモ カンパニー リミテッド | Device |
-
2007
- 2007-07-12 JP JP2007207194A patent/JP2008043198A/en active Pending
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