(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023007536
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】電動機
(51)【国際特許分類】
H02K 23/04 20060101AFI20230112BHJP
H02K 23/00 20060101ALI20230112BHJP
H02K 1/24 20060101ALI20230112BHJP
【ＦＩ】
H02K23/04
H02K23/00 A
H02K1/24 Z
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021110419
(22)【出願日】2021-07-01
(71)【出願人】
【識別番号】517429673
【氏名又は名称】砂畑 正一
(72)【発明者】
【氏名】砂畑 正一
【テーマコード（参考）】
5H601
5H623
【Ｆターム（参考）】
5H601AA24
5H601CC01
5H601CC09
5H601DD01
5H601DD09
5H601DD11
5H601GA02
5H601GB22
5H623BB07
5H623GG13
5H623GG16
5H623GG22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】従来型電動機の磁力は回転軸と固定子接続部である枠の間において阻まれ常時に回転力として作用しなく消滅しているため、消滅しない電動機を提供する。
【解決手段】回転子磁石のＮＳ極間中心磁力線の延長線上に回転軸を置かない位置にすることにより固定子と回転子間の最大磁力は回転軸に対し高トルクを与える。回転子磁石４と回転軸８の間に接続部９を設け磁石と軸をＬ型で接続することにより、固定子と回転子間で発生する中心磁力は回転軸に伝わり高トルクを発生する。
【選択図】図１
【解決手段】回転子磁石のＮＳ極間中心磁力線の延長線上に回転軸を置かない位置にすることにより固定子と回転子間の最大磁力は回転軸に対し高トルクを与える。回転子磁石４と回転軸８の間に接続部９を設け磁石と軸をＬ型で接続することにより、固定子と回転子間で発生する中心磁力は回転軸に伝わり高トルクを発生する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電動機の回転子磁石において、N極S極の中心磁力線を回転軸に交差させない位置にするため、回転軸に近い磁極であるN又はS極から回転子磁石の中心磁力線に対し９０度程度の角度で回転子磁石と回転軸間に接続部を設け、回転子磁石と固定子磁石間による中心磁力を消滅させないために回転子磁石の中心磁力と固定子磁石の磁力によって発生する最大磁力を回転力に転嫁させトルクの増大を図る電動機である。
【請求項2】
直流整流子電動機の回転子磁石において、電気子コイルを環状接続とした場合にすべての電気子コイルと整流子間の同一の位置に順方向にダイオードを接続することによりトルク減を伴わずに消費電力を軽減させる電動機である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、従来型の電動機において回転子磁石と固定子磁石の間に働く磁力のすべてが回転力として作用していなく損失している問題点を解決するために考案されたものである。
【0002】
本発明は回転子に電気子採用の電動機において、コイルが環状に結線されている場合に電流は全てのコイルを通過することにより発生する磁力の一部が回転力として作用していないため電力の損失が発生している問題点を解決するために考案されたものである。
【背景技術】
【0003】
図１aは従来型電動機における回転力の方向を１に示し、図１bは出願した電動機の回転力の方向を２及び３に示す。図１bにおいて回転子磁石４の中心磁力線５と固定子磁石６の中心磁力線７は瞬時において直線状態に有ると共に回転軸８に交差しない位置にあり、３の方向に力が働く。この位置は磁極の切り替え位置であり互いのNN極での最大磁力発生位置である。
【0004】
図１aの従来型の回転子は、固定子及び回転子の中心磁力１１が回転軸と枠に阻まれ最大磁力発生位置において常時消滅しており、中心磁力線１１に対し９０度横方向の磁力１のみで回転している。
図２bにおいて、回転軸の中心から中心磁力線５までの長さ９は、中心磁力線５による磁力３と中心磁力線５による９０度横方向の磁力２の合力により軸トルクを発生させ軸を回転させる。
図２bにおいて、回転軸の中心から中心磁力線５までの長さ９は、中心磁力線５による磁力３と中心磁力線５による９０度横方向の磁力２の合力により軸トルクを発生させ軸を回転させる。
【0005】
図２bにおいて、回転子磁石４のS極側と回転軸間に接続部を設けることにより固定子４の中心磁力線５は回転軸と交差しなくなる結果、軸トルクは数倍となり軸中心から中心磁力線５までの長さ９を変更することによりトルクは増減する。
【0006】
図１bにおいて、回転子磁石４と固定子磁石６の中心磁力線が一致した位置は、最大磁力の発生位置であると共に磁極切り替え位置であるため回転軸８の中心からの線１０は全体の位置関係を示す。
【0007】
図２aにおいて、従来直流整流子電動機の電気子コイルの結線方法は全コイルを環状に結線しているが、整流子からの電流は環状結線により左右２方向に分流されている。図２aのプラス側電流は整流子によりコイル１４と１２を経てマイナス側に至ると共にコイル１３を経てマイナス側にも至る。図２aの固定子及び電気子の位置関係では、コイル１３で発生する磁力は回転力に貢献しなく無駄な電力消費となっている。この現象を改善するため、全コイルの同一入力側と整流子間にダイオード１５，１６，１７を順方向で接続することにより、コイル１３の位置近くに到達したコイルの電流はダイオードに対し逆方向となり電流が遮断される。図２aの構成の直流電動機の場合、電流値は１/３となるがトルクの減少は無い。ダイオード１５，１６による電圧降下が１．４V発生するが電圧が十分に高い場合、軸トルクに影響しない。図２ｂは図２aの等価回路図である。
【0008】
図３aは２極直流整流子電動機の例であり、固定子２１の中心磁力線は回転軸方向にあるが、固定子中心磁力線が回転子方向にある場合の線１９との角度２５は固定子磁石と回転子磁石間の磁力及び軸トルクにおいて相関関係にある。
【0009】
図３bは同期型電動機の回転子磁石の配置例であり、回転子の永久磁石２３、２４、２５、２６は非磁性体の円筒状ブロック２７に回転軸８に対し回転子磁石２３、２４、２５，２６の中心磁力線２２が交差しない位置に埋め込まれる。
【0010】
図４は三相交流誘導電動機の回転子図であり、回転子鉄心２９に両端が短絡されたコイル３０を取り付け非磁性体の円筒ブロック３３に１２個埋め込まれる。１２個のコイルは独立しており誘導電流により磁化し、中心磁力線３２は全て回転軸３１と交差しない角度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとしている課題】
【0011】
２個の磁石間において最大の引力と反発力が発生するのは、互いの中心磁力線が直線状にある位置であることは不変であり、従来型電動機の回転理論と実用ではこの力は
ゼロとされているが、この出願による構成によれば電動機の大出力化と省電力化が実現できる。早急に採用されれば直近の課題である工業発展と省エネルギー社会へ貢献できる。
ゼロとされているが、この出願による構成によれば電動機の大出力化と省電力化が実現できる。早急に採用されれば直近の課題である工業発展と省エネルギー社会へ貢献できる。
【0012】
製造面においては、従来型と大差がなく容易である。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2022-06-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電動機の回転子において、Ｎ極S極の中心磁力線を回転軸に交差させない位置にするため、回転軸に近い磁極であるN又はS極を回転子磁石の中心磁力線に対し９０度程度の角度で非磁性体の円筒状又は柱状で正多角形の接続部により回転軸に接続する回転子磁石を有する電動機であり、回転軸と回転軸に近い磁極間の非磁性接続部により回転子磁石と固定子磁石間による中心磁力を回転軸に交差させなく又消滅させない電動機であり、回転子磁石の中心磁力と固定子磁石の中心磁力によって発生する最大磁力を回転力に転嫁させトルクの増大を図る電動機である。
【請求項2】
交流誘導電動機の回転子において、複数の磁心に対し全て単独で導電線を複数回巻き両端を短絡させた回転子コイルであり、複数の両端が短絡された回転子コイルにより交流誘導電動機の回転子部が構成され、回転子コイル内の複数の磁心は回転軸方向から見て全長の２分の１で回転軸に近い方の磁極が左右対称性のある回転子磁心を有する交流誘導電動機であり、一体化された回転子磁心とコイルは非磁性体の円筒状ブロックに磁心の中心線が回転軸に交差しない位置に均等に埋め込まれる回転子を有する交流誘導電動機である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、従来型の電動機及び先行技術において回転子磁石と固定子磁石間に働く磁力の全てが回転力として作用していなく損失している問題点を解決するために考案されたものである。
【背景技術】
【0002】
図１aは従来型の電動機におけるローレンツ力及び磁力による回転方向を１に示し、図１bは出願した電動機のローレンツ力と磁力による回転方向を２に示し、回転子中心磁力５の方向を３に示す。図１bにおいて回転子磁石４の中心磁力線５と固定子磁石６の中心磁力線７は瞬時において直線状態に有ると共に回転軸８に交差しない位置にあり、回転軸８と回転子磁石５の間に非磁性体の接続部１２を設けることにより３の方向に力が働き、図１bにおいて固定子磁石と回転子磁石の中心磁力線が一致した位置は磁極の切り替え位置であり、固定子磁石と回転子磁石間における最大磁力の発生位置である。
【発明の概要】
【0003】
図１aの従来型回転子は固定子磁石及び回転子磁石の中心磁力線１１が回転軸と枠に阻まれ最大磁力の発生位置において常時消滅しており、中心磁力線１１に対し９０度横方向のローレンツ力と磁力で図１aの１の方向に力が働いている。図１bにおいて回転子磁石４の中心磁力線５による磁力の方向を３に示し回転子磁石４の中心磁力線５と固定子磁石６の中心磁力線７による横方向の磁力を２に示す。回転軸８の中心から中心磁力線５までの長さ９は磁力の方向２とローレンツ力及び磁力の方向３の合力により軸トルクを発生させ、回転子磁心４の中心線磁力線５は中心磁力線の位置であり磁場が回転軸８側に移動しなくする必要により回転子磁心４は回転軸側から見て回転子磁心の全長の中心から図のＳ極の間において左右対称か対称に近い形態であり、回転子磁心４と非磁性体部１２の接続点は回転子磁心４のＮ極側を力点とすると支点となり回転軸８は作用点となる。
【0004】
図１bにおいて回転子磁石４のS極側と回転軸８の間に非磁性体の接続部１２を設けることにより回転子磁石４の中心磁力線５は回転軸と交差しなくなり、トルクは増大し回転軸８の中心から中心磁力線５までの長さ９を変更することによりトルクは増減する。
【0005】
図１bにおいて回転子磁石４の中心磁力線５と固定子磁石６の中心磁力線７が一致した位置は最大磁力の発生位置であると共に磁極の切り替え位置であり回転軸８の中心からの線１０は全体の位置関係を示し、回転軸８と回転子磁石４の接続が非磁性体であることにより回転子磁石４のS極側の磁場と中心磁力線５は回転軸８の方向に移動しないためトルク増となる。
【0006】
図２aは2極直流整流子電動機の例であり固定子磁石１５の中心磁力線１４は回転軸方向にあるが、固定子磁石１５の中心磁力線１４を回転子磁石の中心磁力線方向１３に直線状に配置するのが最適であり、図2aの2本の中心線１３，１４の角度１７は図1bの回転軸8と図1bの回転子接続部の長さ９とは軸トルクの増減において相関関係にある。図2aの空白部５７は非磁性の絶縁物質で埋められる。
【0007】
図２bは同期型電動機の回転子磁石の配置例であり回転子の永久磁石１８，１９，２０，２１は非磁性体の円筒状ブロック２２に埋め込まれ、回転軸２３に対し回転子磁石１８，１９，２０，２１の中心磁力線２４，２５，２６，２７は交差しない位置にある。
【0008】
図３は三相交流誘導電動機の回転子図であり回転子磁心４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４は非磁性体の円筒状ブロック４０に均等で埋め込まれ、全ての回転子磁心には両端が短絡されたコイル４２を取り付け全ての回転子磁心はコイルに架かる誘導電流により磁化し、回転子磁心の中心磁力線２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４３５，３６，３７，３８，３９は回転軸５５と交差しない角度であり１２個の磁心付きコイルは独立し、誘導コイル設置部の空白は絶縁樹脂等により埋められ、図３の４１は固定子設置部である。
【0009】
図４は三相交流誘導電動機の回転子の部分展開図であり全ての回転子磁心５９には単独で電線が複数回巻かれ両端を短絡された回転子誘導コイル５８であり、従来のかご型回転子コイルも可能であるが図４の回転子磁心に巻かれるコイルは線材の断面が円形又は円形から２分の１以上圧延された帯状電線であり、磁心に均等で平行に巻くことにより磁束の集束が可能となる。コイルの巻き数と線材の断面積は電流値により決定されるが電圧を上昇させることにより磁力を上昇させることができトルク増となり電流は減少し発熱の抑制につながり投入電力効率は上昇する。
【発明が解決しようとしている課題】
【0010】
固定子磁石と回転子磁石の磁極間において最大の引力と反発力が発生するのは互いの中心磁力線が近接し直線状態にある位置であることは物理上不変事項であり、従来型電動機の回転理論と実用面では回転子の中心磁力線の延長上に回転軸があるため磁力が遮られており理論上この方向の磁力はゼロとされている。先行技術文献においてもこの課題は解決されていないため出願することにより新構成による電動機での出力増加と省電力化が実現できる。早急に採用されれば直近の課題である工業発展と省エネルギー社会へ貢献できる。
【0011】
製造面においては従来型と大差がなく容易である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1a】従来型電動機の構成
【図1b】本発明に係る電動機の基本構成
【図2】本発明に係る電動機の種類別基本構成
【図3】本発明に係る誘導電動機の回転子基本構成
【図4】本発明に係る誘導電動機の回転子部分展開
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2022-07-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正2】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正４
【補正方法】削除
【補正の内容】