特許 6243073 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6243073

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/16 20060101AFI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/16 M

   H02K21/16 G

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-94203(P2017-94203)

(22)【出願日】2017年5月10日

【審査請求日】2017年5月29日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516000088

【氏名又は名称】株式会社空

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(72)【発明者】

【氏名】藤野 勝昭

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１８４６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−１１８００７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５７８５２９６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７４９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２３１９５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ極又はＳ極のいずれか一方の磁極を回転半径方向の外側に向けて永久磁石が回転する回転子と、
前記回転子を回転駆動する磁束を励磁する固定子とを備え、
前記固定子は、前記回転子の磁極が前記固定子の端部に向いたときに、前記固定子の端部から前記固定子内への磁路が、前記回転子からの主磁束方向と交差する方向に形成され、
前記固定子は、前記回転子の回転軸線を中心して、円周方向に沿った円弧状に形成された巻線が、円環状に配置され、
前記複数の円弧状の巻線の端部同士の間に、直管状の巻線が設けられた回転電機。

【請求項2】

前記固定子を複数備え、
前記固定子のそれぞれは、前記固定子を形成する巻線同士の隙間が、円周方向にずれた位置に配置された請求項１記載の回転電機。

【請求項3】

前記直管状の巻線と同軸に、発電用巻線が設けられた請求項１又は２記載の回転電機。

【請求項4】

前記発電用巻線からの電流を調整する回転速度調整部が接続されている請求項３記載の回転電機。

【請求項5】

前記回転速度調整部は、前記発電用巻線に接続された整流部と、前記整流部からの電流を消費する消費部とを備えた請求項４記載の回転電機。

【請求項6】

前記固定子の巻線の端部同士を同極に励磁する制御回路が設けられた請求項１から５のいずれかの項に記載の回転電機。

【請求項7】

前記永久磁石は、球状に形成された請求項１から６のいずれかの項に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石による回転子と、巻線による固定子とを有する回転電機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電動機や発電機などの回転電機は、回転子と固定子とを備えている。固定子は、回転子に対して励磁するものであるが、例えば、特許文献１，２に記載の従来の電動機のように、巻線の軸線が回転子に向くように鉄心に巻線が巻かれていたり、特許文献３に記載の従来の電動機のように、Ｃ字状の鉄心の一部に巻線が巻かれ、向き合う鉄心の両端部の間に、回転子を配置したりしたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１３５８５２号公報

【特許文献2】特開２０１４−１４７２３８号公報

【特許文献3】特開昭６０−２２６７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１−３に記載の従来の電動機では、固定子の磁極を回転子の磁極が通過するときに、固定子の磁極と回転子の磁極とが一瞬向き合う状態となる。従って、回転子が回転して、固定子の前を通過すると、回転子による大きな磁束の変化が発生するため、回転子が回転する際に、固定子に大きな逆起電力が発生する。従って、従来の電動機では、固定子により回転子が回転するときに、固定子に対して、大きな逆起電力が発生する。従って、逆起電力に逆らって回転子を高回転とするには高電圧が必要となる。

【0005】

そこで本発明は、逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる回転電機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の回転電機は、Ｎ極又はＳ極のいずれか一方の磁極を回転半径方向の外側に向けて永久磁石が回転する回転子と、前記回転子を回転駆動する磁束を励磁する固定子とを備え、前記固定子は、前記回転子が前記固定子の端部に向いたときに、前記固定子の端部から前記固定子内への磁路が、前記回転子からの主磁束方向と交差する方向に形成されたことを特徴とする。

【0007】

本発明の回転電機によれば、回転子が固定子の端部を向いて通過するときに、固定子の端部から固定子内への磁路が、回転子からの主磁束方向と交差する方向となることで、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができる。

【0008】

前記固定子を、前記回転子の回転軸線を中心して、巻線が円周方向に沿った円弧状に形成することができる。固定子の巻線が、回転子の回転軸線を中心して円周方向に沿った円弧状であることにより、固定子の端部から固定子内への磁路を、回転子からの主磁束方向と交差する方向とすることができる。

【0009】

前記固定子が、複数の円弧状の巻線を円環状に配置したものとすることができる。複数の円弧状の巻線により回転子の周囲を円環状に囲うことができる。

【0010】

前記固定子のそれぞれは、巻線と隣接する巻線との隙間が、円周方向にずれた位置に配置されたものとすることができる。回転子が固定子の端部同士の隙間にて減速又は停止しようとしても、他の固定子にて回転駆動を付与することができる。

【0011】

前記複数の円弧状の巻線の端部同士の間に、直管状の巻線を設けることができる。複数の巻線の端部同士の間で発生する磁力を、直管状の巻線により補完させることができるので、直管状の巻線により、回転子の回転駆動力を増強することができる。

【0012】

前記直管状の巻線と同軸に、発電用巻線が設けられていると、発電用巻線から電力を発生させることができる。

【0013】

前記発電用巻線からの電流を調整する回転速度調整部を接続することができる。
発電用巻線は、直管状の巻線と同軸であるため、発電用巻線に発生する磁界が直管状の巻線を助勢するように作用する。従って、回転速度調整部に流れる電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができる。

【0014】

前記回転速度調整部は、前記発電用巻線に接続された整流部と、前記整流部からの電流を消費する消費部とを備えたものとすることができる。消費部が整流部によって整流された直流を消費する電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができ、消費部で電流を有効活用することができる。

【0015】

前記固定子の巻線の端部同士を同極に励磁する制御回路が設けられていると、巻線の端部の磁界を増強することができる。

【0016】

前記永久磁石は、球状に形成されたものとすることができる。永久磁石が球状に形成されていることで、回転軸線から固定子側に膨出した凸形状の先端から主磁束が放出される。従って、固定子に向いた永久磁石の半球面の先端から固定子に向かって磁束を集中させて放出させることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の回転電機によれば、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施の形態１に係る回転電機としての電動機を説明するための図であり、回転軸線方向に沿った方向から見た図である。

【図2】図１に示す電動機の回転軸線方向と直交する方向から見た図である。

【図3】図１に示す電動機のセンサ部を説明するための図である。

【図4】図１に示す電動機における制御回路の励磁回路部の動作を説明するための回路図である。

【図5】図１に示す電動機の動作を説明するための図であり、（Ａ）は一方の端部がＮ極、他方の端部がＳ極を発生した状態の図、（Ｂ）は一方の端部がＳ極、他方の端部がＮ極を発生した状態の図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る回転電機としての電動機を説明するための図であり、（Ａ）は一方の固定子を回転軸線方向に沿った方向から見た図である。（Ｂ）は他方の固定子を回転軸線方向に沿った方向から見た図である。

【図7】図６に示す電動機の回転軸線方向と直交する方向から見た図である。

【図8】図６に示す電動機のセンサ部を説明するための図であり、（Ａ）は一方の固定子への通電タイミンを制御するためのセンサ部の図、（Ｂ）は他方の固定子への通電タイミンを制御するためのセンサ部の図である。

【図9】本発明の実施の形態３に係る回転電機としての電動機を説明するための図であり、回転軸線方向に沿った方向から見た図である。

【図10】図９に示す電動機の回転軸線方向と直交する方向から見た図である。

【図11】本発明の実施の形態４に係る回転電機としての電動機を説明するための図であり、回転軸線方向に沿った方向から見た図である。

【図12】図１１に示す電動機の回転軸線方向と直交する方向から見た図である。

【図13】図１１に示す電動機の発電用巻線に接続された回転速度調整部を説明するための回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。
なお、図１及び図２は本実施の形態１に係る電動機を説明するための概略図であり、固定子や出力軸を支持したり、センサ部などを支持したりする筐体は図示していない。
図１及び図２に示す電動機１０は、出力軸Ｏ１と同軸に形成された回転子２０と、回転子２０を回転駆動する磁束を励磁する固定子３０とを備えている。

【0020】

回転子２０は、円柱棒状の回転本体部２１と、回転本体部２１内部に収容された永久磁石２２とを備えている。
永久磁石２２は、Ｎ極またはＳ極のいずれか一方の磁極を回転半径方向の外側に向けていればよいが、本実施の形態では、球状に形成され、一方にＮ極が、反対側の他方にＳ極が、回転半径方向の外側に向けて回転本体部２１に配置されている。
永久磁石２２は、磁力が他の磁石より強いネオジム磁石が使用できる。

【0021】

固定子３０は、回転子２０が固定子３０の端部（端部３１Ｔ１，３２Ｔ１，３１Ｔ２，３２Ｔ２）に向いたときに、固定子３０の端部から固定子３０内への磁路Ｒが、回転子２０からの主磁束方向Ｆ１と交差する方向に形成されている。
本実施の形態１では、固定子３０は、回転子２０の回転軸線Ｌ１を中心して、巻線が円周方向に沿った円弧状に形成されている。この固定子３０は、一対の半円状の第１巻線３１及び第２巻線３２から形成されている。

【0022】

第１巻線３１及び第２巻線３２は、内周側が互いに向き合うように配置されていることで、固定子３０を円環状としている。
第１巻線３１及び第２巻線３２は、図３に示すように、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１同士が配線により接続されていることで、直列接続されているが、並列接続としてもよい。
第１巻線３１及び第２巻線３２の巻線は、通電すると、向き合う一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１同士、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２同士が同極を発生するように配線が巻かれている。

【0023】

図２に示すように、固定子３０には、制御回路４０が接続されている。
制御回路４０は、センサ部４１と、励磁回路部４２とを備えている。
センサ部４１は、出力軸Ｏ１に設けられている。
それぞれのセンサ部４１は、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１をＮ極とし、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２をＳ極とするタイミングを検出したり、反対に、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１をＳ極とし、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２をＮ極としたりするタイミングを検出したりするために、第１センサ部４１１と、第２センサ部４１２とを備えている。

【0024】

第１センサ部４１１及び第２センサ部４１２は、発光ダイオードとフォトダイオードとによる透過型のフォトインタラプタ４１ａと、回転子２０と共に回転して、透過型のフォトインタラプタ４１ａの発光ダイオードとフォトダイオードとの間を通過する円盤状の遮蔽板４１ｂとを備えている。

【0025】

図３及び図４に示すように、フォトインタラプタ４１ａは、第１センサ部４１１及び第２センサ部４１２に対応させて、それぞれ設けられているが、本実施の形態では、遮蔽板４１ｂは、第１センサ部４１１及び第２センサ部４１２に共通させて設けられている。なお、遮蔽板４１ｂは、第１センサ部４１１及び第２センサ部４１２にて共通して使用しているが、図４においては、フォトインタラプタ４１ａに対応させて遮蔽板４１ｂを別々に図示している。

【0026】

遮蔽板４１ｂの周縁の一部には、円周方向に沿って、通電タイミング及び通電時間を規定するための円弧状切欠部４１ｃが形成されている。この円弧状切欠部の位置は、永久磁石２２のＮ極の位置に合わせて９０度の範囲に形成されている。
フォトインタラプタ４１ａは、第１巻線３１と第２巻線３２とが向き合う一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１の位置を０度の位置、第１巻線３１と第２巻線３２とが向き合う他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２の位置を９０度の位置としたときに、３０度と１２０度の位置に形成されている。

【0027】

励磁回路部４２は、第１巻線３１及び第２巻線３２への通電を制御するものである。
図４に示す励磁回路部４２は、第１センサ部４１１部と第２センサ部４１２とを一組として、第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂから第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂまでのトランジスタにより、第１巻線３１及び第２巻線３２への通電方向を制御する。

【0028】

第１ＦＥＴ４２１ａと第３ＦＥＴ４２３ａとはｎ型ＦＥＴである。第２ＦＥＴ４２２ａ，４２２ｂは、ｐ型ＦＥＴである。
第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂは、ゲート端子Ｇが抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介してフォトインタラプタ４１ａに接続されている。また、第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂは、ソース端子Ｓが接地されている。

【0029】

第２ＦＥＴ４２２ａ，４２２ｂは、ソース端子ＳがダイオードＤ１１，Ｄ１２を介して電源に接続されていると共に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２を介して接地されている。また、第２ＦＥＴ４２２ａ，４２２ｂのゲート端子Ｇは、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介して第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂのドレイン端子Ｄに接続されていると共に、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２を介して第２ＦＥＴ４２２ａ，４２２ｂのソース端子Ｓに接続されている。第２ＦＥＴ４２２ａ，４２２ｂのドレイン端子Ｄは、ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノード端子Ａに接続されていると共に、第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂのドレイン端子Ｄに接続されている。

【0030】

第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂは、ゲート端子Ｇが抵抗Ｒ４１，Ｒ４２を介してフォトインタラプタ４１ａに接続されている。第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂのソース端子Ｓは接地されている。
第１巻線３１の他方の端部３１Ｔ２からの配線は、第２ＦＥＴ４２２ａのドレイン端子Ｄに接続されていると共に、第３ＦＥＴ４２３ａのドレイン端子Ｄに接続されている。
第２巻線３２の他方の端部３２Ｔ２からの配線は、第２ＦＥＴ４２２ｂのドレイン端子Ｄに接続されていると共に、第３ＦＥＴ４２３ｂのドレイン端子Ｄに接続されている。

【0031】

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る電動機の動作を図面に基づいて説明する。
図１及び図４に示す制御回路４０に電源が供給される。
例えば、永久磁石２２のＮ極が、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａの方向へ向くと、図３に示す第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａに遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃが位置する。
遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃにより、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａの光が透過することで、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａのフォトトランジスタが通電する。

【0032】

図４に示すように、第１センサ部４１１のフォトトランジスタが通電することで、フォトインタラプタ４１ａに、抵抗Ｒ１１，Ｒ４１を介して接続された第１ＦＥＴ４２１ａのゲート端子Ｇと、第３ＦＥＴ４２３ａのゲート端子Ｇとは、第１ＦＥＴ４２１ａと第３ＦＥＴ４２３ａとがオン状態となる、第１電圧となる。

【0033】

また、図３に示すように、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａに円弧状切欠部４１ｃが位置するときには、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａには円弧状切欠部４１ｃが位置しないので、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａは非通電状態にある。
従って、図４に示すように、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａに、抵抗Ｒ１２，Ｒ４２を介して接続された第１ＦＥＴ４２１ｂのゲート端子Ｇと、第３ＦＥＴ４２３ｂのゲート端子Ｇとは、第１ＦＥＴ４２１ｂと第３ＦＥＴ４２３ｂがオフ状態となる、第１電圧より低電圧の第２電圧（０Ｖ）となる。

【0034】

第１ＦＥＴ４２１ｂがオフ状態であるときには、第１ＦＥＴ４２１ｂのドレイン端子Ｄに抵抗Ｒ２１を介して接続された第２ＦＥＴ４２２ａのゲート端子Ｇは、電源Ｖｓｓに接続された抵抗Ｒ３１により第２ＦＥＴ４２２ａがオフ状態となる第１電圧となる。

【0035】

第１ＦＥＴ４２１ａがオン状態であるときには、抵抗Ｒ２２が第１ＦＥＴ４２１ａのドレイン端子Ｄに接続されているため、第２ＦＥＴ４２２ｂのゲート端子Ｇは、第２ＦＥＴ４２２ｂがオン状態となる、第２電圧になる。

【0036】

このようにして、第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂ〜第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Ｖｓｓからの電流が、第２ＦＥＴ４２２ｂのソース端子ＳにダイオードＤ１２を介して流れ込み、第２ＦＥＴ４２２ｂのドレイン端子Ｄから第２巻線３２の他方の端部３２Ｔ１へ流れる。
そして、電流が、第２巻線３２から第１巻線３１へ流れ、第１巻線３１の他方の端部３１Ｔ１から第３ＦＥＴ４２３ａのドレイン端子Ｄへ流れ、第３ＦＥＴ４２３ａのドレイン端子Ｄからソース端子Ｓへ流れることで、図５（Ａ）に示すように、第１巻線３１の一方の端部３１Ｔ１に、永久磁石２２のＮ極と反発する同極（Ｎ極）の磁界が発生し、他方の端部３１Ｔ２に、永久磁石２２のＳ極と反発する同極（Ｓ極）の磁界が発生する。
第１巻線３１及び第２巻線３２が発生した磁界により、永久磁石２２の両極が反発して、回転子２０が回転する。

【0037】

一方、図３に示すように、センサ部４１のうち、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａに遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃが位置する。
遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃにより、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａの光が透過することで、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａのフォトトランジスタが通電する。

【0038】

図４に示すように、第２センサ部４１２のフォトトランジスタが通電することで、フォトインタラプタ４１ａに、抵抗Ｒ１２，Ｒ４２を介して接続された第１ＦＥＴ４２１ｂのゲート端子Ｇと、第３ＦＥＴ４２３ｂのゲート端子Ｇとは、第１ＦＥＴ４２１ｂと第３ＦＥＴ４２３ｂとがオン状態となる、第１電圧となる。

【0039】

また、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａに円弧状切欠部４１ｃが位置するときには、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａには円弧状切欠部４１ｃが位置しないので、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａは非通電状態にある。従って、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａに、抵抗Ｒ１１，Ｒ４１を介して接続された第１ＦＥＴ４２１ａのゲート端子Ｇと、第３ＦＥＴ４２３ａのゲート端子Ｇとは、第１ＦＥＴ４２１ａと第３ＦＥＴ４２３ａがオフ状態となる、第２電圧となる。

【0040】

第１ＦＥＴ４２１ａがオフ状態であるときには、第１ＦＥＴ４２１ａのドレイン端子Ｄに抵抗Ｒ２２を介して接続された第２ＦＥＴ４２２ｂのゲート端子Ｇは、電源Ｖｓｓに接続された抵抗Ｒ３２により第２ＦＥＴ４２２ｂがオフ状態となる第１電圧となる。

【0041】

第１ＦＥＴ４２１ｂがオン状態であるときには、抵抗Ｒ２１が第１ＦＥＴ４２１ｂのドレイン端子Ｄに接続されているため、第２ＦＥＴ４２２ａのゲート端子Ｇは、第２ＦＥＴ４２２ａがオン状態となる、第２電圧になる。

【0042】

このようにして、第１ＦＥＴ４２１ａ，４２１ｂ〜第３ＦＥＴ４２３ａ，４２３ｂのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Ｖｓｓからの電流が、第２ＦＥＴ４２２ａのソース端子ＳにダイオードＤ１１を介して流れ込み、第２ＦＥＴ４２２ａのドレイン端子Ｄから第１巻線３１の他方の端部３１Ｔ２へ流れる。
そして、電流が、第１巻線３１から第２巻線３２へ流れ、第２巻線３２の他方の端部３２Ｔ１から第３ＦＥＴ４２３ａのドレイン端子Ｄへ流れ、第３ＦＥＴ４２３ａのドレイン端子Ｄからソース端子Ｓへ流れることで、図５（Ｂ）に示すように、第１巻線３１の一方の端部３１Ｔ１に、永久磁石２２のＳ極と反発する同極（Ｓ極）の磁界が発生し、他方の端部３１Ｔ２に、永久磁石２２のＮ極と反発する同極（Ｎ極）の磁界が発生する。
第１巻線３１及び第２巻線３２が発生した磁界により、永久磁石２２の両極が反発して、回転子２０が回転する。

【0043】

次に、図５（Ａ）及び同図（Ｂ）に基づいて、回転子２０の回転について詳細に説明する。
図５（Ａ）に示すように、回転子２０のＮ極が、第１巻線３１，第２巻線３２の一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１から離れるタイミングで、遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃ（図３参照）が、第１センサ部４１１のフォトインタラプタ４１ａへ進入する。
これにより、回転子２０のＮ極側に位置する第１巻線３１，第２巻線３２の一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１が、回転子２０のＮ極に対して、同極（Ｎ極）を発生する。
また、回転子２０のＮ極と反対側のＳ極側に位置する第１巻線３１，第２巻線３２の他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２が、回転子２０のＳ極に対して、同極（Ｓ極）を発生する。

【0044】

Ｎ極を発生した第１巻線３１，第２巻線３２の一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１から、Ｓ極を発生した第１巻線３１，第２巻線３２の他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２へと、第１巻線３１，第２巻線３２の内側の円弧面に沿って磁力線が向かう。
回転子２０のＮ極側では、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１からの磁力線に伴って反発し、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２からの磁力線に伴って吸引されて、回転駆動させられる。また、回転子２０のＳ極側では、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２への磁力線に伴って反発し、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１からの磁力線に伴って吸引されて、回転駆動させられる。これにより、回転子２０は半周分回転する。

【0045】

次に、図５（Ｂ）に示すように、回転子２０のＳ極が、第１巻線３１，第２巻線３２の一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１から離れるタイミングで、遮蔽板４１ｂの円弧状切欠部４１ｃ（図３参照）が、第２センサ部４１２のフォトインタラプタ４１ａへ進入する。これにより、回転子２０のＳ極側に位置する第１巻線３１，第２巻線３２の一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１が、回転子２０のＳ極に対して、同極（Ｓ極）を発生する。
また、回転子２０のＳ極と反対側のＮ極側に位置する第１巻線３１，第２巻線３２の他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２が、回転子２０のＮ極に対して、同極（Ｎ極）を発生する。
第１巻線３１と第２巻線３２とが前記のように磁界を発生することで、回転子２０は更に、半周分回転する。これを繰り返すことで、回転子２０は回転し続けることができる。

【0046】

このように、電動機１０では、固定子３０が、回転子２０の回転軸線Ｌ１を中心して、第１巻線３１及び第２巻線３２が円周方向に沿った円弧状に形成されている。
そのため、固定子３０内の磁路は、巻線（第１巻線３１，第２巻線３２）の円弧状に沿ったものとなるので、回転子２０の各磁極が第１巻線３１及び第２巻線３２の端部を向いて通過するときに、固定子３０の端部から固定子３０内への磁路が、回転子２０からの主磁束方向と交差する方向となる。
従って、回転子２０からの主磁束は、第１巻線３１及び第２巻線３２の筒内に真っ直ぐ入るように横切らない。従って、電動機１０は、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができる。

【0047】

よって、本実施の形態１に係る電動機１０は、逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる。

【0048】

また、回転子２０の永久磁石２２は、球状に形成されているため、回転軸線Ｌ１から固定子３０側に膨出した凸形状の先端から主磁束が放出される。従って、固定子３０に向いた永久磁石２２の球面の先端から固定子３０に向かって磁束を集中させて放出させることができる。
固定子３０が、複数の円弧状の第１巻線３１、第２巻線３２を円環状に配置したものであるため、複数の円弧状の巻線により回転子２０の周囲を円環状に囲うことができる。

【0049】

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図１及び図２と同様に、図６及び図７においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図６及び図７において、図１及び図２と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。

【0050】

図６（Ａ）及び同図（Ｂ）と、図７に示すように、電動機１１は、固定子として、複数の固定子３０を備えている。
第１巻線３１と、この第１巻線３１と隣接する第２巻線３２との隙間Ｓ１が、円周方向にずれた位置となるように、固定子３０のそれぞれが配置されている。
本実施の形態２では、一対の固定子３０は、回転軸線Ｌ１を中心に９０度回転した位置に配置されている。

【0051】

図７に示すように、固定子３０が追加されたことにより、追加された固定子３０の第１巻線３１及び第２巻線３２の通電方向を制御する制御回路４０が追加されている。
追加された制御回路４０は、図８に示すように、追加された固定子３０の回転角度に合わせて、センサ部４１のフォトインタラプタ４１ａの位置が９０度回転している。

【0052】

実施の形態１に係る電動機１０では、固定子３０が第１巻線３１と第２巻線３２とにより形成されているため、第１巻線３１と第２巻線３２との間が、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１との間と、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２との間との２箇所できる。
一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１がＮ極となり、回転子２０のＮ極が反発して、回転したときに、Ｓ極を発生する他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２まで回転すると吸引されて、回転子２０が減速又は停止してしまうおそれがある。

【0053】

しかし、本実施の形態２に係る電動機１１では、固定子３０，３０を備えており、固定子３０を形成する第１巻線３１及び第２巻線３２の隙間が、９０度ずれた位置に配置されているため、回転子２０が固定子３０の端部同士の隙間にて減速又は停止しようとしても、他の固定子３０にて回転駆動することができる。そのため、回転子２０が減速することなく回転を継続させることができる。

【0054】

電動機１１は、固定子３０が、第１巻線３１と第２巻線３２との２本の巻線により形成されていたため、２組の固定子３０を９０度ずれた位置に配置していたが、３本の巻線であれば６０度ずれた位置、４本の巻線であれば４５度ずれた位置とすることができる。

【0055】

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図１及び図２と同様に、図９及び図１０においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図９及び図１０に示すものにおいて、図１及び図２と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。

【0056】

図９（Ａ）及び同図（Ｂ）と、図１０に示すように、電動機１２は、固定子として、複数の巻線（第１巻線３１，第２巻線３２）同士の間のそれぞれに、直管状の巻線３３，３４が設けられている。
図１０では図示していないが、一方の直管状の巻線３３は、一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１と同極を発生するように、また、他方の直管状の巻線３４は、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２と同極を発生するように、制御回路４０により制御される。

【0057】

複数の巻線（第１巻線３１，第２巻線３２）同士の間に、直管状の巻線３３，３４が、軸線を向けて、巻線の端部が発生する磁極と同極を発生するように設けられていることにより、第１巻線３１及び第２巻線３２のそれぞれの端部による磁力を巻線３３，３４により補完させることができる。
従って、直管状の巻線３３，３４により、回転子２０の回転駆動力を増強することができる。

【0058】

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図１と同様に、図１１及び図１２においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図１１及び図１２において、図９及び図１０と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。

【0059】

図１１及び図１２に示すように、電動機１３は、直管状の巻線３３，３４と同軸に、発電用巻線３５，３６が設けられている。
発電用巻線３５，３６には、図１３に示すように、回転速度調整部５０が接続されている。
回転速度調整部５０は、整流部５１と、消費部５２とを備えている。整流部５１は、ダイオードブリッジにより構成することができる。
消費部５２は、可変抵抗器とすることができるが、可変抵抗器の代わりに電気エネルギーを有効利用する負荷を接続してもよい。例えば、バッテリの充電回路としたり、照明器具としたり、電動機としたりすることができる。消費部５２は、短絡状態から開放状態までに抵抗値を設定できるものとすることができる。

【0060】

次に、発電用巻線３５，３６からの電流を調整する回転速度調整部５０の動作について詳細に説明する。
図１１及び図１２に示す巻線３３，３４に通電することで発電用巻線３５，３６に起電力を発生させることができる。図１３に示す発電用巻線３５，３６からの電流は整流部５１により全波整流され、消費部５２に流れる。消費部５２では、発電用巻線３５，３６からの電力を、設定された抵抗値によって消費する。

【0061】

消費部５２の消費電流が大きくなると、巻線３３，３４に同軸に配置された発電用巻線３５，３６は、巻線３３，３４による電磁誘導よりも回転子２０の永久磁石２２による電磁誘導の方が大きくなり、発生した電流は巻線３３，３４を助勢する磁界を発生する。

【0062】

このとき、巻線３３，３４への入力電圧を一定にして、消費部５２が発電用巻線３５，３６から取り出す出力電流を大きくすると、消費部５２への出力電圧は低下するが、回転子２０の回転数は消費電流（出力電流）０Ａからある電流までは低下するものの、その後、徐々に早くなる。

【0063】

このように、電動機１３の回転速度調整部５０により消費電流を調整することで、回転数を調整することができるので、電動機１３は回転数を制御できる新規の電動機とすることができる。

【0064】

なお、消費部５２として機能する多機能電子負荷装置は、整流部５１を介して接続されていたが、消費部５２を短絡状態とするときには整流部５１は省略することができる。

【0065】

なお、本実施の形態１〜４では、図１，図６，図９及び図１１に示すように、固定子３０を、円弧状の巻線（第１巻線３１，第２巻線３２）を組み合わせて円環状に形成しているが、固定子の端部から固定子内への磁路が回転子からの主磁束方向と直交する方向となるように、固定子は、第１巻線及び第２巻線を平行に形成したものでもよい。
また、固定子として一対の巻線（第１巻線３１，第２巻線３２）により形成されていたが、３本以上の巻線により環状に形成されていてもよい。
固定子が３本以上の巻線により環状に形成されている場合には、隣接する巻線の端部が同極を発生するように巻方向及び通電方向を制御する。

【0066】

固定子を奇数本の巻線により形成した場合には、隣接する巻線の端部が同極となるようにしても、異極同士となる箇所が１箇所できる。しかし、異極同士となる箇所は、磁気回路としては擬似的に繋がった巻線と見なせる。そのため、問題は無いが、巻線同士の間に無駄な隙間ができるため、巻線は偶数本とすることが望ましい。

【0067】

本実施の形態１〜４では、電動機１１〜１３として説明したが、発電機として使用することも可能である。
また、本実施の形態１では、回転速度調整部５０が整流部５１を備えているが、発電用巻線３５，３６からの電力をそのまま消費できるのであれば、消費部５２を、発電用巻線３５，３６に、直接接続してもよい。

【0068】

（実施例１）
実施例１では、本実施の形態３に係る電動機１３（図１１及び図１２参照）を用いて逆起電力を測定した。
巻数は、第１巻線３１及び第２巻線３２の合計（１周分）で、銅クラッドアルミ線（Φ１．６ｍｍ）を６８０ターンしたものを使用しており、巻線３３，３４とは、それぞれ銅クラッドアルミ線（Φ１．６ｍｍ）を６８０ターンさせたものを使用した。
また、永久磁石２２は、直径約３．６ｃｍの球状のネオジム磁石を使用した。

【0069】

従来の電動機として測定する場合には、電動機１３の固定子３０には通電せず、直管状の巻線３３，３４のみに通電した。
また、本発明の電動機として測定する場合には、直管状の巻線３３，３４には通電せず、固定子３０の第１巻線３１及び第２巻線３２のみに通電した。
そして、発電用巻線３５から発生する起電力を、図１３に示す整流部５１を介して印加される消費部５２の両端の直流電圧を測定した。
電動機１３を、従来の電動機として動作させた場合には４０Ｖであったが、本発明の電動機として動作させたときには２０Ｖであった。
このことからも、本実施の形態に係る電動機は、従来の電動機と比較して、逆起電力が小さいことが判る。

【0070】

（実施例２）
実施例２では、本実施の形態２に係る電動機１２（図９及び図１０）を用いて回転子２０を回転駆動することで、発電機として動作させ、起電力を測定した。
従来の発電機として測定する場合には、電動機１２の直管状の巻線３３を固定子とし、巻線３４を発電用巻線として、巻線３４からの出力電圧を測定した。
本発明の発電機として測定する場合には、電動機１２の直管状の巻線３３を固定子と、第１巻線３１及び第２巻線３２を発電用巻線として、第１巻線３１からの出力電圧を測定した。
なお、回転子２０の回転数は、従来の発電機及び本発明の発電機のいずれも７８００ｒｐｍとした。第１巻線３１及び第２巻線３２と巻線３３，３４との巻線数は、実施例１と同じである。

【0071】

電動機１２を従来の発電機として動作させたときの巻線３４からの出力は、プラス側の波高値が６６Ｖ、マイナス側の波高値が−６４Ｖ、実効値が２９Ｖであった。
電動機１２を本発明の発電機として動作させたときの第１巻線３１からの出力はプラス側の波高値が８．６Ｖ、マイナス側の波高値が−８．２Ｖ、実効値が５．１Ｖであった。

【0072】

このように、従来の発電機として動作する電動機１２では、回転子２０と向き合うように配置された巻線３３は、回転子２０からの主磁束が真っ直ぐ巻線３４へ向かうため、大きな起電力が生じる。
しかし、本発明の発電機として動作する電動機１２では、回転子２０からの主磁束が、第１巻線３１及び第２巻線３２の筒内に真っ直ぐ入るように横切らないため、従来の発電機として動作する電動機１２より、起電力が小さい。
このことからも、本発明の回転電機は、従来のものより逆起電力が小さくなることが判る。
従って、同じ回転数であれば、電動機１２は、低い電圧で回転駆動させることができ、同じ電圧であれば、高速に回転させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、複数の回転子により効率よく駆動力を得ることができるため、電動機が用いられる機械であれば好適である。

【符号の説明】

【0074】

１０，１１，１２，１３ 電動機
２０ 回転子
２１ 回転本体部
２２ 永久磁石
３０ 固定子
３１ 第１巻線
３１Ｔ１，３１Ｔ２ 端部
３２ 第２巻線
３２Ｔ１，３２Ｔ２ 端部
３３，３４ 巻線
３５，３６ 発電用巻線
４０ 制御回路
４１ センサ部
４１１ 第１センサ部
４１２ 第２センサ部
４１ａ フォトインタラプタ
４１ｂ 遮蔽板
４１ｃ 円弧状切欠部
４２ 励磁回路部
４２１ａ，４２１ｂ 第１ＦＥＴ
４２２ａ，４２２ｂ 第２ＦＥＴ
４２３ａ，４２３ｂ 第３ＦＥＴ
Ｇ ゲート端子
Ｓ ソース端子
Ｄ ドレイン端子
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２ 抵抗
Ｃ１１，Ｃ１２ コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２ ダイオード
５０ 回転速度調整部
５１ 整流部
５２ 消費部
Ｏ１ 出力軸
Ｆ１ 主磁束方向
Ｌ１ 回転軸線
Ｒ 磁路
Ｓ１ 隙間

【要約】

【課題】逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる回転電機を提供する。
【解決手段】電動機１０は、Ｎ極及びＳ極を回転半径方向の外側に向けて永久磁石２２が回転子本体部２１に収容されて回転する回転子２０と、回転子２０を回転駆動する磁束を励磁する固定子３０とを備えている。固定子３０は、回転子２０が第１巻線３１と第２巻線３２とによる固定子３０の端部（一方の端部３１Ｔ１，３２Ｔ１、他方の端部３１Ｔ２，３２Ｔ２）に向いたときに、固定子３０の端部から固定子３０内への磁路Ｒが、回転子からの主磁束方向Ｆ１と交差する方向に形成されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】