特許 7227792 磁力回転装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-14

(45)【発行日】2023-02-22

(54)【発明の名称】磁力回転装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20230215BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20230215BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

H02K21/16 M

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019036517

(22)【出願日】2019-02-28

(65)【公開番号】P2020141513

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】505001063

【氏名又は名称】小松 康▲広▼

(74)【代理人】

【識別番号】100135817

【弁理士】

【氏名又は名称】華山 浩伸

(72)【発明者】

【氏名】小松 康廣

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０５１８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３３８７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円周方向に沿って等間隔となるように複数の電磁石が設けられた固定子と、
回転軸を中心に回転可能に構成され、回転方向に沿って等間隔となるように複数の界磁部が設けられた回転子と、を有し、前記電磁石が前記界磁部に作用することによって前記回転子を回転させる磁力回転装置であって、
前記複数の界磁部それぞれは、
前記回転方向に隣接し且つ回転中に前記電磁石の磁極に対向するように配置された一対の永久磁石を含み、前記一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石における前記固定子側の磁極は前記電磁石の磁極と同極性であり、他方の永久磁石における前記固定子側の磁極は前記電磁石の磁極と異極性であり、
前記回転子に設けられ、前記一対の永久磁石それぞれの前記回転軸側の裏面に近接又は接触するように配置され、前記一方の永久磁石の前記裏面と前記他方の永久磁石の前記裏面との間の磁路を構成する磁性体を更に備えることを特徴とする磁力回転装置。

【請求項2】

前記一対の永久磁石それぞれは、直方体形状であり、前記回転軸の軸方向から見た場合にそれぞれの磁極面の組がＶ字形状を成すように配置され、且つ、所定の対称面を基準にして面対称となるように配置されている、請求項１に記載の磁力回転装置。

【請求項3】

前記対称面は、前記回転軸の中心線を含まない、請求項２に記載の磁力回転装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定子に設けられた電磁石が回転子に設けられた界磁部に作用することによって前記回転子を回転させる磁力回転装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、永久磁石が配置された回転体（回転子）と、この回転体の永久磁石の磁極に対して回転方向の磁力を生じさせる電磁石とを備えた磁力回転装置が広く知られている（特許文献１及び２参照）。この種の磁力回転装置において、前記回転体は、円盤状に形成されており、回転軸を中心に回転可能に設けられている。前記回転体には磁極が外向きとなるように永久磁石が取り付けられている。また、固定子には、前記回転軸と平行な磁束線を発生するように電磁石が設けられている。回転体が回転することによって電磁石に接近する位置に永久磁石が到達すると、電磁石が通電されて電磁石に磁束が発生し、電磁石の鉄心の磁極の表面に磁荷が生じる。これにより、電磁石の磁極の磁荷と永久磁石による磁場即ち磁力線との作用により電磁力が発生する。なお、磁力線は磁場の様子を表すものである。磁束密度は透磁率と磁場との積であるから、電磁力は、磁化と磁束線との作用によって発生するとも言える。なお、磁束線は、磁束密度を表す曲線である。この力が回転体を回転させる方向に作用することによって回転体に回転トルクが発生し、回転体の回転軸から所望の回転力が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１８７０８０号公報

【文献】特許第５７９２４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の磁力回転装置は、周方向に配置された各永久磁石のいずれかの永久磁石が形成する磁束線によって、電磁石の通電状態において逆回転方向に作用する磁力が生じるおそれがある。この逆回転方向の磁力は、磁力回転装置の回転効率を低下させ、回転出力も低下させる。

【0005】

本発明の目的は、回転駆動状態において逆回転方向に作用する磁力を弱めることが可能であり、長い円弧状（ドーム状）の磁束線を生じさせることにより、回転効率を向上させ、且つ、回転出力を増大させることが可能な磁力回転装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

(1) 本発明は、円周方向に沿って等間隔となるように複数の電磁石が設けられた固定子と、回転軸を中心に回転可能に構成され、回転方向に沿って等間隔となるように複数の界磁部が設けられた回転子と、を備え、前記電磁石が前記界磁部に作用することによって前記回転子を回転させる磁力回転装置である。本発明の磁力回転装置において、前記複数の界磁部それぞれは、前記回転方向に隣接し且つ回転中に前記電磁石の磁極に対向するように配置された一対の永久磁石を含み、前記一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石における前記固定子側の磁極は前記電磁石の磁極と同極性であり、他方の永久磁石における前記固定子側の磁極は前記電磁石の磁極と異極性である。また、本発明の磁力回転装置は、前記回転子に設けられ、前記一対の永久磁石それぞれの前記回転軸側の裏面に近接又は接触するように配置され、前記一方の永久磁石の前記裏面と前記他方の永久磁石の前記裏面との間の磁路を構成する磁性体を更に備える。

【0007】

このように本発明が構成されているため、非通電時に電磁石の鉄心と一対の永久磁石それぞれに作用する吸引力に加え、通電時に電磁石の磁極に生じた磁荷が一方の永久磁石に作用する磁極間反発力（磁力）と、他方の永久磁石に作用する磁極間吸引力（磁力）とが生じる。また、磁性体が設けられることによって、一対の永久磁石の裏面側の空間に磁束が生じない。つまり、一対の永久磁石の裏面側の二つの磁極が実質的に消滅する。これにより、一対の永久磁石の裏面の磁束が電磁石に作用することによって逆回転方向の磁力が生じることを防止できる。また、一対の永久磁石の表側の面（径方向外側の面）の二つの磁極間には円弧状（又はドーム状）の磁束線だけが形成される。このため、各表側の面の磁極から裏面の磁極に磁束が回り込むことが防止される。また、通電時に電磁石の磁極に磁荷が生じ、これが前記磁束線と作用することにより磁力が増加し、磁力回転装置の回転効率が向上する。また、通電時間を長くすることができるので、回転出力も増大する。

【0008】

(2) また、前記一対の永久磁石の二つの磁極面の組がＶ字形状を成すように配置されている。より詳細には、前記一対の永久磁石それぞれは、直方体形状であり、前記回転軸の軸方向から見た場合にそれぞれの磁極面の組がＶ字形状を成すように配置され、且つ、所定の対称面を基準にして面対称となるように配置されている。この対称面は、回転軸中心と平行である。例えば、前記一対の永久磁石それぞれの外側の各磁極面が成す角度θが、９０°＜θ＜１８０°に定められており、より好ましくは、１２０°＜θ＜１５０°に定められている。

【0009】

これにより、一対の永久磁石において、一方の磁極面から他方の磁極面に至る空間の磁束密度が大きくなり、接する他の一対の永久磁石との間で磁束線の回り込みが軽減する。その結果、回転駆動状態におけるトルク定数を大きくすることができる。

【0010】

(3) また、前記対称面は、前記回転軸の中心線を含まないことが好ましい。

【0011】

これにより、電磁石が通電されていない状態、つまり、磁力回転装置が停止した状態では、仮に、前記一対の永久磁石が前記電磁石に対向した位置に配置された場合、前記一対の永久磁石のそれぞれと電磁石の鉄心との距離に差が生じる。即ち、この場合、前記一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石は、他方の永久磁石よりも電磁石の鉄心に近くなる。したがって、このような構成であれば、前記一対の永久磁石のうち、前記鉄心に近いほうの特定の永久磁石と前記鉄心との吸引力が他方との吸引力よりも勝る。これにより、適切な向きの始動トルクを得ることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、回転駆動状態において逆回転方向に作用する磁力を無くすことが可能であり、長い円弧状（又はドーム状）の多数の磁束線を生じさせることにより、回転効率を向上させ、且つ、回転出力を増大させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る磁力回転装置１０の構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、磁力回転装置１０の概略構成を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、一対の永久磁石１９及び電磁石１７の配置を示す図であり、図２における切断線ＩＩＩ－ＩＩＩの模式断面図である。

【図4】図４は、電磁石１７が非通電時の永久磁石１９の静止姿勢を示す部分拡大図である。

【図5】図５は、一対の永久磁石１９及び電磁石１７の配置と磁束の影響を説明するための部分拡大図である。

【図6】図６は、一対の永久磁石１９の他の構成、及び電磁石１７の配置と磁束の影響を説明するための部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0015】

［磁力回転装置１０］
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る磁力回転装置１０は、単相式であり、主として、複数の電磁石１７を有する固定子１２と、一対の永久磁石１９（１９Ａ，１９Ｂ）等を含む電磁石１７と同数の複数の界磁部１８を有する回転体１４（回転子の一例）と、を備えている。磁力回転装置１０は制御装置２１（図２参照）に電気的に接続されており、制御装置２１によって磁力回転装置１０の回転駆動が制御される。

【0016】

電磁石１７は、二つの磁極３４（３４Ａ，３４Ｂ、図２参照）を有する。制御装置２１は、回転体１４の回転軸３７（回転軸の一例）に取り付けられたロータリーエンコーダーなどの位置検出センサー４６（図２参照）からの信号に基づいて、回転軸３７の回転角度を算出し、後述の永久磁石１９が電磁石１７の磁極３４に接近したタイミングでコイル３２に電流を一時的に供給する。このように構成された磁力回転装置１０では、磁極３４の磁荷と永久磁石１９の磁束線との作用による力が生じる。そして、この電磁力が回転体１４の回転方向Ｄ１０へ作用することによって、回転体１４が回転する。

【0017】

本実施形態では、磁力回転装置１０は、直流電源からの駆動電圧が供給されることによって電動機（モーター）として動作する。以下、磁力回転装置１０の各構成要素について詳細に説明する。

【0018】

［回転体１４］
図２に示すように、回転体１４は、回転軸３７と、回転軸３７が中心を貫通する二つの支持円盤３９（３９Ａ，３９Ｂ）とを備えている。それぞれの支持円盤３９は同形同大に形成されており、これらは回転軸３７に固定されている。それぞれの支持円盤３９は、スペーサー４１（図１，図３参照）を介して所定間隔を隔てて、互いに平行を維持した状態で回転軸３７に固定されている。回転軸３７は、後述する一対の側板２５によって回転可能に支持されており、これにより、回転体１４は、回転軸３７を中心に回転可能となる。なお、各支持円盤３９の間隔は、電磁石１７の各磁極３４（３４Ａ，３４Ｂ）の間隔や永久磁石１９（１９Ａ，１９Ｂ）のサイズなどによって決定される。

【0019】

支持円盤３９は、合成樹脂材料によって一定厚みの円盤状に形成された部材である。具体的には、支持円盤３９は、エンジニアリングプラスチックの一種であるポリアセタール（ＰＯＭ）で形成されている。なお、支持円盤３９の材質はポリアセタールに限られず、エンジニアリングプラスチックであるポリカーボネートなどを用いることも可能である。

【0020】

図３は、支持円盤３９Ａに設けられた界磁部１８と固定子１２（図１及び図２参照）に設けられた電磁石１７との位置関係を示す図である。図３は、通電された電磁石１７と界磁部１８との間で回転方向Ｄ１０に最大のトルクが生じている状態を示す。図３に示すように、支持円盤３９Ａの一方（片方）の側面外縁部３９１に複数の界磁部１８が取り付けられている。界磁部１８は、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂと、これらを支持する磁性体からなる板状の磁性体４３と、を有する。なお、界磁部１８については後述する。各界磁部１８は、側面外縁部３９１付近に取り付けられている。本実施形態では、それぞれの支持円盤３９の側面外縁部３９１に４つの界磁部１８が取り付けられている。４つの界磁部１８は、支持円盤３９の一方の側面外縁部３９１のみに配置されている。

【0021】

全ての支持円盤３９において、４つの界磁部１８は、回転軸３７の円周に沿う周方向に沿って等角度で且つ等間隔に配置されている。言い換えると、４つの界磁部１８は、回転方向Ｄ１０に沿って等角度で且つ等間隔に配置されている。具体的には、界磁部１８は、回転軸３７を中心にして支持円盤３９を周方向に４分割した角度間隔α（＝９０度）で取り付けられている。

【0022】

図１乃至図３に示すように、界磁部１８は、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂと、板状の磁性体４３と、を有する。

【0023】

一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ、表面及び裏面に磁極が形成された概ね正方形の平板状のものである。言い換えると、永久磁石１９Ａ，１９Ｂは平板状の直方体形状に形成されたものである。永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、その一方の側端部が支持円盤３９の外周縁において数ｍｍ程度埋め込まれることにより支持円盤３９に固定されている。

【0024】

永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれの一辺のサイズは、電磁石１７の磁極３４の長さと同等のサイズに定められている。

【0025】

永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転方向Ｄ１０に沿う周方向に互いに隣接しており、前記周方向に近接する端部同士が接触している。また、永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転体１４の回転中に電磁石１７の磁極３４に対向するように配置されている。なお、図３に示すように、支持円盤３９Ａに設けられた一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転体１４の回転中に電磁石１７の一方の磁極３４Ａ（Ｎ極）に対向する。また、支持円盤３９Ｂに設けられた一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転体１４の回転中に電磁石１７の他方の磁極３４Ｂ（Ｓ極）に対向する。なお、本実施形態では、図３乃至図５に示すように永久磁石１９Ａ，１９Ｂにおいて前記周方向に近接する端部同士が接触した構成を例示するが、各端部同士が微小な間隙を隔てて離間していてもよい。

【0026】

図３に示すように、支持円盤３９Ａの側面外縁部３９１においては、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂのうち、回転方向Ｄ１０の下流側に位置する一方の永久磁石１９Ａの外側の磁極はＮ極であり、電磁石１７の磁極３４（Ｎ極）と同極性である。一方、回転方向Ｄ１０の上流側に位置する他方の永久磁石１９Ｂの外側の磁極はＳ極であり、電磁石１７の磁極３４（Ｎ極）とは異なる極性（異極性）である。

【0027】

また、支持円盤３９Ｂの側面外縁部３９２においては、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、支持円盤３９Ａの一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂの配置位置とは逆の位置に配置されている。つまり、支持円盤３９Ｂの側面外縁部３９２においては、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂのうち、永久磁石１９Ｂが回転方向Ｄ１０の下流側の位置に配置されており、この永久磁石１９Ｂは、電磁石１７の磁極３４Ｂ（Ｓ極）と同極性である。また、永久磁石１９Ａが回転方向Ｄ１０の上流側の位置に配置されており、この永久磁石１９Ａは、電磁石１７の磁極３４Ｂ（Ｓ極）とは異なる極性（異極性）である。

【0028】

図１に示すように、各支持円盤３９Ａ，３９Ｂに設けられた永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転軸３７の軸方向に並んで配置されている。回転体１４が所定の回転角度になると、支持円盤３９Ａの永久磁石１９Ａの外側の磁極（Ｎ極）が電磁石１７の磁極３４Ａ（Ｎ極）に対向し、支持円盤３９Ｂの永久磁石１９Ｂの外側の磁極（Ｓ極）が電磁石１７の磁極３４Ｂ（Ｓ極）に対向する。

【0029】

界磁部１８は、永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれの回転軸３７側の裏面に近接又は接触するように板状の磁性体４３が設けられたものである。磁性体４３は、軟鉄などの強磁性体で構成されており、永久磁石１９Ａ，１９Ｂの裏面側に設けられることによって、永久磁石１９Ａの裏面と永久磁石１９Ｂの裏面との間の磁路を構成する。永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、磁性体４３によって裏面側で互いに連結されている。界磁部１８は、各支持円盤３９上に設置されている。なお、支持円盤３９は、回転軸３７に直交している。磁性体４３の一端は支持円盤３９に埋め込まれることによって支持円盤３９に支持されている。各支持円盤３９には四つの磁性体４３が支持されており、一つの磁性体４３に一対の永久磁石１９（１９Ａ，１９Ｂ）の裏面が結合されている。

【0030】

図３に示すように、本実施形態では、互いに隣接する永久磁石１９Ａ，１９Ｂは、回転軸３７の軸方向から見た場合に、互いの外側の磁極面がＶ字形状を成すように配置されている。より詳細には、図３の拡大図に示すように、本実施形態では、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれは、回転軸３７の軸方向から見た場合に、それぞれの磁極面がＶ字形状を成すように配置されており、且つ、後述する所定の対称面Ｐ２に対して面対称となるように配置されている。永久磁石１９Ａ，１９Ｂの各磁極面が成す角度θは、磁力回転装置１０において要する電磁石１７の磁力や永久磁石１９Ａ，１９Ｂの磁束分布などに応じて適宜定められるが、９０°＜θ＜１８０°の範囲内で選択された任意の角度に定められており、より好ましくは、１２０°＜θ＜１５０°の範囲内で選択された任意の角度に定められている。

【0031】

本実施形態では、前記対称面Ｐ２は、界磁部１８の重心点Ｑ（図３の拡大図参照）を含み、支持円盤３９に垂直な面であって、且つ、所定の垂直面Ｐ１（図３の拡大図参照）に対して所定の角度δで交差する面であって、図３の拡大図において、前記垂直面Ｐ１に対して前記角度δだけ回転方向Ｄ１０とは反対側へ前記重心点Ｑを中心として回転した面である。ここで、前記垂直面Ｐ１は、回転軸３７の中心線、及び界磁部１８の重心点Ｑを含み、支持円盤３９に垂直な面である。

【0032】

一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれは、この対称面Ｐ２に対して面対称となるように配置されている。ここで、前記角度δは、永久磁石１９Ａ，１９Ｂの磁力や、永久磁石１９Ａ，１９Ｂと電磁石１７との距離などによって定められる角度であり、１度から５度の範囲で定められる角度である。本実施形態では、前記角度δは、１度または２度である。なお、前記角度δは微小であるため、各図において、永久磁石１９Ａ，１９Ｂに傾倒状態及び前記角度δの図示を省略している場合がある。

【0033】

このような対称面Ｐ２に対して面対称となるように一対の永久磁石１９（１９Ａ，１９Ｂ）が配置されているため、仮に、永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれが電磁石１７の鉄心３０に対向した位置に配置された場合、永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれと電磁石１７の鉄心３０との距離に差が生じる。即ち、図３の拡大図に示す例の場合、永久磁石１９Ａ，１９Ｂのうちの一方の永久磁石１９Ａは、他方の永久磁石１９Ｂよりも電磁石１７の鉄心３０に近くなる（図４参照）。したがって、このような構成であれば、電磁石１７が通電されていない状態、つまり、磁力回転装置１０が停止している状態では、電磁石１７と永久磁石１９とが図４に示す位置関係となり、鉄心３０に近いほうの特定の永久磁石１９Ａと鉄心３０との吸引力が、他方の永久磁石１９Ｂと鉄心３０との吸引力よりも勝る。したがって、図４に示す状態で停止する。

【0034】

磁力回転装置１０において、図４に示す停止状態でコイル３２が通電されると、鉄心３０の磁極がＮ極になり、回転方向Ｄ１０の始動トルクが生じ、回転体１４が回転方向Ｄ１０へ回転する。コイル３２への通電は、一対の永久磁石１９が電磁石１７を離れるまで継続し、一対の永久磁石１９が電磁石１７から離れるとコイル３２が非通電となり、慣性によって回転体１４が回転方向Ｄ１０へ回転する。そして、一対の永久磁石１９が回転方向Ｄ１０下流側の他の電磁石１７に近づくと、その電磁石１７のコイル３２が再び通電される。磁力回転装置１０はこのようにして運転可能となる。

【0035】

なお、磁性体４３も、永久磁石１９Ａ，１９ＢのＶ字状の配置位置に対応して、周方向の中央が前記角度θとなるように屈曲している。

【0036】

本実施形態では、二つの支持円盤３９それぞれに界磁部１８が取り付けられた回転体１４を例示するが、回転体１４は、上述の構成のものに限られない。例えば、両端に回転軸を有する円柱体又は筒状体を備え、その外周面に回転軸の周方向に沿って４つの界磁部１８が取り付けられた構成の回転体（回転子）であってもかまわない。また、本実施形態では、各支持円盤３９において回転軸３７の周方向に４つの界磁部１８が配置されているが、各支持円盤３９における界磁部１８の配置数は４つ以上でも４つ未満でもよく、少なくとも１つの界磁部１８が設けられていればよい。ただし、支持円盤３９に界磁部１８が１つだけ取り付けられた構成の場合は、回転体１４の重量バランスを保つべく、回転軸３７を挟んで反対側に同質量のバランサーを設けることが望ましい。また、例えば、各支持円盤３９に４つの界磁部１８が設けられ、各界磁部１８に対応する８つの磁極３４が設けられた二相式の磁力回転装置１０に対しても、本発明は適用可能である。

【0037】

［固定子１２］
図１及び図２に示されるように、固定子１２は、回転体１４の外側に設けられている。言い換えると、回転体１４が固定子１２の内側に設けられている。つまり、本実施形態の磁力回転装置１０は、所謂インナーロータタイプの回転装置である。なお、本発明は、インナーロータタイプのものに限られず、アウターロータタイプのものやフラットロータタイプのものにも適用可能である。

【0038】

固定子１２は、フレーム２３と、フレーム２３に保持された電磁石１７とを備えている。フレーム２３は、各支持円盤３９それぞれの更に外側に設けられた互いに平行な一対の側板２５と、一対の側板２５間に架け渡されて側板２５同士を回転軸３７の軸方向に固定する四つの支持板３１とを有する。回転軸３７は、各側板２５それぞれの中央に形成された軸孔（不図示）にベアリング（不図示）を介して支持されており、これにより、回転体１４が回転可能となる。

【0039】

フレーム２３には、全部で４つの電磁石１７が取り付けられている。後述するように、電磁石１７は、側板２５間に架け渡された４つの支持板３１に固定されている。

【0040】

図２に示されるように、回転軸３７の一方端には、ロータリーエンコーダーなどの位置検出センサー４６が設けられている。位置検出センサー４６によって、回転体１４の永久磁石１９の回転位置が制御装置２１に通知される。制御装置２１は、この回転位置に基づいて電磁石１７のコイル３２に通電する。具体的には、支持円盤３９Ａの永久磁石１９Ａ（Ｎ極）が後述する磁極３４Ａに最接近し、支持円盤３９Ｂの永久磁石１９Ｂ（Ｓ極）が後述する磁極３４Ｂに最接近する位置に到達すると、電磁石１７を通電し、電磁石１７の磁極３４ＡにＮ極を生じさせ、磁極３４ＢにＳ極を生じさせて、各磁極３４に磁束を発生させる。

【0041】

［電磁石１７］
図２に示されるように、各電磁石１７は、回転軸３７の軸方向に沿って二つの磁極３４が一列に並ぶように配置されている。本実施形態では、４つの支持板３１のそれぞれに１つの電磁石１７が固定されている。支持板３１は、樹脂や非磁性金属などで形成された厚みのある長尺状の板状部材であり、その長手方向の両端は、一対の側板２５それぞれにネジ等の連結具によって固定されている。図３に示されるように、４つの電磁石１７は、回転軸３７の周方向（円周方向）に沿って、角度間隔９０度のピッチで等角度に取り付けられている。なお、各電磁石１７は、配置位置が異なる以外は全て同じ構成である。

【0042】

電磁石１７は、鉄心３０を有する。鉄心３０は強磁性体で構成されており、本実施形態では、板状のケイ素鋼板が複数枚重ね合わされたものが用いられている。各ケイ素鋼板には、通電時に渦電流が発生し難いように絶縁塗料が塗布されている。鉄心３０は、一方の側方から見た形状がアルファベットのＣ字形状、Ｕ字形状、又は片仮名のコの字状に形成されたものであり、Ｃ型コア又はＵ型コアとも称されている。鉄心３０は、回転軸３７の軸方向に隔てた二つの脚部を有しており、各脚部それぞれには、電線が巻回されてなるコイル３２が設けられている。各脚部には、同じ巻回数（ターン数）のコイル３２が設けられている。このコイル３２が通電されると、鉄心３０の一方側の脚部の端面に磁極３４Ａ（Ｎ極）が現れ、鉄心３０の他方側の脚部の端面に磁極３４Ｂ（Ｓ極）が現れる。

【0043】

なお、本実施形態では、フレーム２３に４つの電磁石１７が取り付けられた固定子１２を例示するが、固定子１２はこのような構成に限られず、少なくとも一つの電磁石１７がフレーム２３に設けられていればよい。また、電磁石１７の数は、上述した界磁部１８と同数でもよく、また、界磁部１８の数の整数倍の数の電磁石１７が周方向に等角度で且つ等間隔に設けられていてもよい。

【0044】

［実施形態の作用・効果］
上述したように、磁力回転装置１０においては、各支持円盤３９に、回転方向Ｄ１０に隣接し且つ回転中に電磁石１７の磁極３４に対向するように配置された一対の永久磁石１９（１９Ａ，１９Ｂ）が設けられており、一対の永久磁石１９のうちの一方の永久磁石の外側の磁極は電磁石１７の磁極３４と同極性であり、他方の永久磁石１９の外側の磁極は電磁石１７の磁極３４と異極性である。また、一対の永久磁石１９それぞれの裏面に近接又は接触するように磁性体４３が設けられている。このため、非通電時に電磁石１７の鉄心３０と一対の永久磁石１９それぞれに作用する吸引力に加え、通電時に電磁石１７の磁極３４（例えば磁極３４Ａ）に生じた磁荷が一方の永久磁石１９（例えば永久磁石１９Ａ）に作用する磁極間反発力（磁力）と、他方の永久磁石（例えば永久磁石１９Ｂ）に作用する磁極間吸引力（磁力）とが生じる。

【0045】

図５は、永久磁石１９及び電磁石１７の配置と磁束の影響を説明するための部分拡大図である。図５（Ａ）は、電磁石１７の通電中に界磁部１８との間で回転方向Ｄ１０に最大のトルクが生じている状態を示す。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から回転方向Ｄ１０へ回転体１４が所定角度だけ回転して永久磁石１９Ｂと磁極３４Ａとが接近した状態を示す。図５に示すように、磁性体４３が設けられることによって、一対の永久磁石１９の裏面側の空間に磁束が生じずにその磁束は磁性体４３の内部を通過する。したがって、一対の永久磁石１９の裏面の磁極は実質的に消滅する。一対の永久磁石１９の裏面からの磁束が表側の磁極に回り込み、それが電磁石１７作用して逆回転方向の磁力が生じるということを防止できる。また、一対の永久磁石１９の外面側の空間１８１には、円弧状（又はドーム状）の磁束線Ｇ１１（破線参照）が形成されて、一対の永久磁石１９の各外面の磁極から裏面の磁極に磁束が回り込むことが防止される。すなわち、各外面の磁極から裏面の磁極に回り込むような磁束線が生じない。これにより、空間１８１における磁束密度が大きくなり、通電時に電磁石１７の各磁極に磁荷が生じ、これが前記磁束線Ｇ１１に作用することにより磁力が増加し、磁力回転装置１０の回転効率が向上する。

【0046】

また、図５において、一対の永久磁石１９は、それぞれの外側の磁極面がＶ字形状を成すように配置されており、且つ、前記対称面Ｐ２に対して面対称となるように配置されている。そのため、一対の永久磁石１９において、一方の磁極面から他方の磁極面に至る磁路だけが主に形成されることになり、空間１８１の磁束密度がより大きくなる。その結果、回転方向Ｄ１０に隣接する他の界磁部１８の他の永久磁石１９との間で形成される磁束線Ｇ１２（点線参照）を通る磁束の回り込みが軽減する。その結果、磁力回転装置１０が回転駆動状態であるときに、磁束線Ｇ１２による磁束と通電時の電磁石１７の磁極３４とによって生じる逆回転方向に作用する磁力を無くすことができる。その結果、回転効率を向上させることができる。また、通電時間を長くすることができるので、回転出力を増大させることも可能となる。

【0047】

更にまた、永久磁石１９Ａ，１９Ｂが、垂直面Ｐ１に対して所定の角度δだけ回転方向Ｄ１０とは反対の逆回転方向側へ回転した対称面Ｐ２に対して面対称に配置されているため、上述したように、特定の永久磁石１９Ａと鉄心３０との吸引力が、他方の永久磁石１９Ｂと鉄心３０との吸引力よりも勝り、その結果、磁力回転装置１０が単相の電動機であったとしても、電磁石１７が通電されることにより回転方向Ｄ１０の始動トルクを得ることができる。

【0048】

なお、上述の実施形態では、互いに隣接する永久磁石１９Ａ，１９Ｂの外側の磁極面がＶ字形状を成すように永久磁石１９Ａ，１９Ｂが配置された構成を例示したが、本発明は、この構成に限られない。例えば、図６に示すように、互いに隣接する永久磁石１９Ａ，１９Ｂの外側の磁極面が同一面状に配置されていてもよい。この構成の場合も、上述したように、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれは、上述した対称面Ｐ２（図３の拡大図を参照）に対して面対称となるように配置されている。ここで、図６は、永久磁石１９及び電磁石１７の他の配置例と磁束の影響を説明するための部分拡大図である。図６（Ａ）は、電磁石１７の通電中に界磁部１８との間で回転方向Ｄ１０に最大のトルクが生じている状態を示す。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態から回転方向Ｄ１０へ回転体１４が所定角度だけ回転して永久磁石１９Ｂと磁極３４Ａとが接近した状態を示す。なお、図６では、永久磁石１９Ａ，１９Ｂにおいて前記周方向に近接する端部同士が微小な間隔を隔てて離間した構成を例示するが、各端部同士が接触していてもよい。

【0049】

ここで、図６に示す例では、回転方向Ｄ１０に隣接する他の界磁部１８の他の永久磁石１９との間で形成される磁束線Ｇ１２（点線参照）を通る磁束の磁路長がＶ字形状の場合と比べてやや長くなり、磁束線Ｇ１２の磁束と通電時の電磁石１７の磁極３４とによって生じる逆回転方向に作用する電磁力もやや増加する。そのため、このような課題を解消するためにも、図３に示すように、一対の永久磁石１９は、それぞれの表側の磁極面がＶ字形状を成すように配置されていることがより好ましい。この構成であれば、回転駆動状態において磁束線Ｇ１２による磁束と通電時の電磁石１７の磁極３４とによって生じる逆回転方向に作用する磁力を弱めることができ、回転効率を向上させ、且つ回転出力を増大させることが可能となる。なお、隣接する界磁部１８同士が近くに配置された構成の場合に上述した逆回転方向に作用する磁力の影響が大きくなるため、このような構成において本発明は好適である。

【0050】

また、上述の実施形態では、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれが、上述した対称面Ｐ２（図３の拡大図を参照）に対して面対称となるように配置された構成を例示したが、本発明はこの構成に限られない。つまり、一対の永久磁石１９Ａ，１９Ｂそれぞれが、上述した垂直面Ｐ１（図３の拡大図参照）に対して面対称となるように配置されていてもよい。この構成において、磁力回転装置１０が単相の構成である場合は、上述したような回転方向Ｄ１０の始動トルクを確実に得ることができないが、磁力回転装置１０が二相以上の多相の構成である場合は、各相の電磁石１７の通電タイミングを適宜制御することにより、回転方向Ｄ１０の始動トルクを得ることが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１０：磁力回転装置
１２：固定子
１４：回転体
１７：電磁石
１８：界磁部
１９，１９Ａ，１９Ｂ：永久磁石
２１：制御装置
２３：フレーム
２５：側板
３０：鉄心
３１：支持板
３２：コイル
３４，３４Ａ，３４Ｂ：磁極
３７：回転軸
３９，３９Ａ，３９Ｂ：支持円盤
４１：スペーサー
４３：磁性体
４６：位置検出センサー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】