JP3819814B2 - 磁力による高効率回転装置。 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁石の両端部の面から発生する磁力を効果的に活用し、又、永久磁石が持つ吸着力と反撥力を利用して強力な回転運動を発生させる、磁力による高効率回転装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモーターの構造は、どのような種類のものであっても永久磁石や電磁石で成るステーターが一定の磁界をつくり、これにローターが反応して回転運動を生じるものであるが、従来のモーターのローターはステーターの対面から発生した磁気のみを受けており、更にローターも対極の磁気のみが作用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来のモーターがステーターの対面の磁気のみを利用し（片面は不利用）、更にローターはステーターが発した磁気をその外周辺の対極のみで受け（片面は不利用）、磁気の全量を利用していない（１／２のみ利用）現実に注目しこれに画期的な改革を施し、ステーターの両端全面から発生する磁気をステーターの両端全面に近接して配置したローターの外周辺にではなく、ローターの磁石面全面に反応させて強力な回転力を生じるとともに、整流子を２対設け、この整流子に接離する刷子又は磁気センサーを２対設けた、磁力による高効率回転装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この手段は、打ち抜いた硅素鋼板を重層して立体に成形し、これにコイルを重捲して成る電磁石を等間隔に複数本配列固定してステーターとし、このステーターの両端全面にステーターの電磁石と同数の永久磁石を、電磁石とほぼ同一間隔に配置した回転体の円盤面をステーターの電磁石面と僅かの間隙を保って駆動軸に固定してこれをローターとするとともに、この駆動軸６に整流子４を２個設け、この整流子４に接離する刷子７を２対設け、それぞれの対の整流子の刷子に電気的に接触する部分は周方向に４５度ずらされて配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっている磁気による高効率回転装置である。
【０００５】
【発明の形態】
本発明は、上記のように構成されたステーターの左右両端面に、ステーターの電磁石と同数の永久磁石を、ステーターの電磁石とほぼ同一間隔にローターに配置した永久磁石面を、ステーターの電磁石面と僅かの間隙を保って駆動軸に固定してあり、電源から入力された電流は、打ち抜いた硅素鋼板を重層して立体に成形しこれにコイルを重捲することによって電磁石となり、その両端部に磁気を発生させるとローターに配置した永久磁石が反応し、駆動軸に設けた整流子と刷子又は磁気センサーにより一定方向に回転運動を発生させるものである。
【０００６】
本発明は、ステーターの左右両端面の全面から発生させた磁力を、これに僅かの間隙で設置された左右２個のローターの永久磁石全面が反応して作動するものであり、強力な回転駆動力が得られる高効率回転装置である。更にステーターの磁石面とローターの磁石面の間隙は微妙に調整できる構造になっている。
また、本発明は駆動軸に整流子を２対設けるとともに、これらの整流子に接離する刷子を２対設け、それぞれの対の整流子の刷子に電気的に接触する部分は周方向に４５度ずらされて配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっているので、電流の切替え、即ち、ＮＳ、ＳＮの切替えが瞬時に行われ、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転し、極めて高効率で回転するものである。
【０００７】
【実施例】
本発明の請求項１の実施例を図面に基づき記述すると、図１に於いて、硅素鋼板を重層して立体に成形し、これにコイル１を重捲して成る電磁石２をほぼ等間隔に複数本配列固定してこれをステーターとし、このステーターの左右両端面に、ステーターの電磁石２と同数の永久磁石３をステーターの電磁石２とほぼ同一間隔に配置した円盤体の円盤面を、ステーターの電磁石２と永久磁石３は僅かの間隙を保って駆動軸６に固定してこれをローターとした、高効率回転装置であり、駆動軸６端部には電磁石２に重捲したコイル１から延長した２対の整流子４が配置されるとともに、この整流子４に接離する２対の刷子７が配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっている。かくして、ＮＳ、ＳＮが瞬時に切替えられるので、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転するものである。即ち本発明は従来のモーターとは異なり中央部にステーターを設け、その両端部にローターを設け、更に２対の整流子と２対の刷子を設け、電磁石２が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成されている。
【０００８】
尚、請求項２に示す高効率回転装置は、本発明のステーターの電磁石の位置とローターの永久磁石の双方の磁石面の位置は完全に正対しておらず、ローター側の磁石が僅かに前後して固定されているので起動時には容易に回転方向に始動するのである。
【０００９】
本発明の駆動軸に設けた２対の整流子と２対の刷子の作用により、電源から送電された電流がステーターに作用して磁力を発生させるのであるが、この時ＮＳ〜ＳＮに瞬時に切替え入力を行う為の方法である。尚、これら整流子と刷子に代えて磁気センサーを使用することも可能である。
【００１０】
本発明が生産する、永久磁石の磁気を加えることによって加算されるトルクを試算すると。ステーターに入力する電力のトルクを１とすれば、ステーターの両端全面から発生する磁力は１（Ｎ１／２＋Ｓ１／２）であり、更にステーターの両端に対面するローターにはＮＳそれぞれ１の磁力を持つ永久磁石を採用したとすると、この装置から得られるトルクは、 〔入力電力〕＝１．．．．イ
〔ステーター出力トルク〕＝ Ｎ０．５＋Ｓ０．５＝出力トルク１．．．．ロ
〔ローター出力トルク〕 ＝ Ｎ １＋Ｓ １＝出力トルク２．．．．ハ
出力トルク３（ロ＋ハ）−入力トルク１（イ）＝２となる。
【００１１】
更に本発明のローターにトルク２という強いガウスを持った永久磁石を使用したと仮定してみると、本発明では入力トルクは常に１であるから
（ローターＡ）２＋（ローターＢ）２＋（ステーター）１＝出力トルク５
出力トルク５−入力トルク１＝加算されるトルク４となり、この仮定によるとローターに使用する永久磁石のガウス（トルク）を数倍もの強力な磁石にしても、入力トルクは常に１である為、加算されるトルクは強大なものになるのである。従って本発明は永久磁石の磁力を最大限利用した高効率な回転装置といえる。
【００１２】
また、図４に示すように本発明を二基縦列に配置すると、中央に位置するローターは１個が不要となるが、永久磁石の両面を利用することにより、そのトルク分が増加して出力トルクが強大になる。
【００１３】
従来のモーターを縦列に配置したとすれば、配置したモーターの数だけ入力電力も増加することになる。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明は、電磁石と縦列の時の永久磁石の両端部から発生する磁力のＮＳ両面の全面を効果的に活用して永久磁石が保有する吸着力と反撥力を利用し、２対の整流子と２対の刷子を採用し、電磁石が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成したことにより電流を瞬時に切替える、即ち、ＮＳ、ＳＮを瞬時に切り替えることができ、その結果、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転することができ、強力な回転運動を発生させる磁気による高効率回転装置である。また、出力トルクに永久磁石の磁力が加わり中央に設けたローターの両面の磁石が利用できる為、電源からステーターに入力するトルクと比較して出力トルクがかなり強力になり高い電動効率が得られる。従って一例を示せば、小型のバッテリーから得たエネルギーから強力な回転力を取り出す事ができ、産業機械．自動車．船舶．発電機などの広囲な分野に画期的な動力を提供できる。
【００１５】
図面５に示す従来のモーターは磁極ＮＳが両端にあるのに対して、本発明は磁極の数が多い点とステーターの左右両面の磁気を利用している点、２対の整流子と２対の刷子を利用している点、電磁石が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成した点、更に本発明の複数の本装置を縦列に配置した場合には、中央に位置する永久磁石も両面利用することになり、従来のモーターとは全く異なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】分解説明図
【図２】組立及び配線説明図
【図３】ステーターの電磁石の見取図
【図４】二基を並列した状態の説明図
【図５】従来のモーターの説明図
（注釈）１．ステーターの電磁石は硅素鋼板を重層したものであるが、重層した状態を図面上に表現すると微細な線を記入することになり、コイルの線と区別が困難になり図面が不鮮明になるので、硅素鋼板の重層は図面上表示せず単なる立体物で表示した。
３．図面上に記したＮＳはそれぞれＮ面Ｓ面である。
【符号の説明】
１．コイル
２．電磁石
３．永久磁石
４．整流子
５．磁気遮蔽仕切
６．駆動軸
７．刷子
８．軸受け
９．駆動軸穴
１０．従来のモーターのローター
１１．従来のモーターのステーター
１２．従来のモーターのローターがステーターからの磁気に反応する部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁石の両端部の面から発生する磁力を効果的に活用し、又、永久磁石が持つ吸着力と反撥力を利用して強力な回転運動を発生させる、磁力による高効率回転装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモーターの構造は、どのような種類のものであっても永久磁石や電磁石で成るステーターが一定の磁界をつくり、これにローターが反応して回転運動を生じるものであるが、従来のモーターのローターはステーターの対面から発生した磁気のみを受けており、更にローターも対極の磁気のみが作用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来のモーターがステーターの対面の磁気のみを利用し（片面は不利用）、更にローターはステーターが発した磁気をその外周辺の対極のみで受け（片面は不利用）、磁気の全量を利用していない（１／２のみ利用）現実に注目しこれに画期的な改革を施し、ステーターの両端全面から発生する磁気をステーターの両端全面に近接して配置したローターの外周辺にではなく、ローターの磁石面全面に反応させて強力な回転力を生じるとともに、整流子を２対設け、この整流子に接離する刷子又は磁気センサーを２対設けた、磁力による高効率回転装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この手段は、打ち抜いた硅素鋼板を重層して立体に成形し、これにコイルを重捲して成る電磁石を等間隔に複数本配列固定してステーターとし、このステーターの両端全面にステーターの電磁石と同数の永久磁石を、電磁石とほぼ同一間隔に配置した回転体の円盤面をステーターの電磁石面と僅かの間隙を保って駆動軸に固定してこれをローターとするとともに、この駆動軸６に整流子４を２個設け、この整流子４に接離する刷子７を２対設け、それぞれの対の整流子の刷子に電気的に接触する部分は周方向に４５度ずらされて配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっている磁気による高効率回転装置である。
【０００５】
【発明の形態】
本発明は、上記のように構成されたステーターの左右両端面に、ステーターの電磁石と同数の永久磁石を、ステーターの電磁石とほぼ同一間隔にローターに配置した永久磁石面を、ステーターの電磁石面と僅かの間隙を保って駆動軸に固定してあり、電源から入力された電流は、打ち抜いた硅素鋼板を重層して立体に成形しこれにコイルを重捲することによって電磁石となり、その両端部に磁気を発生させるとローターに配置した永久磁石が反応し、駆動軸に設けた整流子と刷子又は磁気センサーにより一定方向に回転運動を発生させるものである。
【０００６】
本発明は、ステーターの左右両端面の全面から発生させた磁力を、これに僅かの間隙で設置された左右２個のローターの永久磁石全面が反応して作動するものであり、強力な回転駆動力が得られる高効率回転装置である。更にステーターの磁石面とローターの磁石面の間隙は微妙に調整できる構造になっている。
また、本発明は駆動軸に整流子を２対設けるとともに、これらの整流子に接離する刷子を２対設け、それぞれの対の整流子の刷子に電気的に接触する部分は周方向に４５度ずらされて配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっているので、電流の切替え、即ち、ＮＳ、ＳＮの切替えが瞬時に行われ、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転し、極めて高効率で回転するものである。
【０００７】
【実施例】
本発明の請求項１の実施例を図面に基づき記述すると、図１に於いて、硅素鋼板を重層して立体に成形し、これにコイル１を重捲して成る電磁石２をほぼ等間隔に複数本配列固定してこれをステーターとし、このステーターの左右両端面に、ステーターの電磁石２と同数の永久磁石３をステーターの電磁石２とほぼ同一間隔に配置した円盤体の円盤面を、ステーターの電磁石２と永久磁石３は僅かの間隙を保って駆動軸６に固定してこれをローターとした、高効率回転装置であり、駆動軸６端部には電磁石２に重捲したコイル１から延長した２対の整流子４が配置されるとともに、この整流子４に接離する２対の刷子７が配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっている。かくして、ＮＳ、ＳＮが瞬時に切替えられるので、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転するものである。即ち本発明は従来のモーターとは異なり中央部にステーターを設け、その両端部にローターを設け、更に２対の整流子と２対の刷子を設け、電磁石２が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成されている。
【０００８】
尚、請求項２に示す高効率回転装置は、本発明のステーターの電磁石の位置とローターの永久磁石の双方の磁石面の位置は完全に正対しておらず、ローター側の磁石が僅かに前後して固定されているので起動時には容易に回転方向に始動するのである。
【０００９】
本発明の駆動軸に設けた２対の整流子と２対の刷子の作用により、電源から送電された電流がステーターに作用して磁力を発生させるのであるが、この時ＮＳ〜ＳＮに瞬時に切替え入力を行う為の方法である。尚、これら整流子と刷子に代えて磁気センサーを使用することも可能である。
【００１０】
本発明が生産する、永久磁石の磁気を加えることによって加算されるトルクを試算すると。ステーターに入力する電力のトルクを１とすれば、ステーターの両端全面から発生する磁力は１（Ｎ１／２＋Ｓ１／２）であり、更にステーターの両端に対面するローターにはＮＳそれぞれ１の磁力を持つ永久磁石を採用したとすると、この装置から得られるトルクは、 〔入力電力〕＝１．．．．イ
〔ステーター出力トルク〕＝ Ｎ０．５＋Ｓ０．５＝出力トルク１．．．．ロ
〔ローター出力トルク〕 ＝ Ｎ １＋Ｓ １＝出力トルク２．．．．ハ
出力トルク３（ロ＋ハ）−入力トルク１（イ）＝２となる。
【００１１】
更に本発明のローターにトルク２という強いガウスを持った永久磁石を使用したと仮定してみると、本発明では入力トルクは常に１であるから
（ローターＡ）２＋（ローターＢ）２＋（ステーター）１＝出力トルク５
出力トルク５−入力トルク１＝加算されるトルク４となり、この仮定によるとローターに使用する永久磁石のガウス（トルク）を数倍もの強力な磁石にしても、入力トルクは常に１である為、加算されるトルクは強大なものになるのである。従って本発明は永久磁石の磁力を最大限利用した高効率な回転装置といえる。
【００１２】
また、図４に示すように本発明を二基縦列に配置すると、中央に位置するローターは１個が不要となるが、永久磁石の両面を利用することにより、そのトルク分が増加して出力トルクが強大になる。
【００１３】
従来のモーターを縦列に配置したとすれば、配置したモーターの数だけ入力電力も増加することになる。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明は、電磁石と縦列の時の永久磁石の両端部から発生する磁力のＮＳ両面の全面を効果的に活用して永久磁石が保有する吸着力と反撥力を利用し、２対の整流子と２対の刷子を採用し、電磁石が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成したことにより電流を瞬時に切替える、即ち、ＮＳ、ＳＮを瞬時に切り替えることができ、その結果、ローターがどのような位置にあっても一定方向に回転することができ、強力な回転運動を発生させる磁気による高効率回転装置である。また、出力トルクに永久磁石の磁力が加わり中央に設けたローターの両面の磁石が利用できる為、電源からステーターに入力するトルクと比較して出力トルクがかなり強力になり高い電動効率が得られる。従って一例を示せば、小型のバッテリーから得たエネルギーから強力な回転力を取り出す事ができ、産業機械．自動車．船舶．発電機などの広囲な分野に画期的な動力を提供できる。
【００１５】
図面５に示す従来のモーターは磁極ＮＳが両端にあるのに対して、本発明は磁極の数が多い点とステーターの左右両面の磁気を利用している点、２対の整流子と２対の刷子を利用している点、電磁石が２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して異なる対の整流子が接続されるように構成した点、更に本発明の複数の本装置を縦列に配置した場合には、中央に位置する永久磁石も両面利用することになり、従来のモーターとは全く異なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】分解説明図
【図２】組立及び配線説明図
【図３】ステーターの電磁石の見取図
【図４】二基を並列した状態の説明図
【図５】従来のモーターの説明図
（注釈）１．ステーターの電磁石は硅素鋼板を重層したものであるが、重層した状態を図面上に表現すると微細な線を記入することになり、コイルの線と区別が困難になり図面が不鮮明になるので、硅素鋼板の重層は図面上表示せず単なる立体物で表示した。
【符号の説明】
１．コイル
２．電磁石
３．永久磁石
４．整流子
５．磁気遮蔽仕切
６．駆動軸
７．刷子
８．軸受け
９．駆動軸穴
１０．従来のモーターのローター
１１．従来のモーターのステーター
１２．従来のモーターのローターがステーターからの磁気に反応する部分
Claims (2)
- 硅素鋼板を打ち抜きこれを重層して立体を形成し、この立体の硅素鋼板にコイル１を重捲して成る電磁石２を等間隔に複数本配列固定してステーターとし、このステーターの左右両端面に、ステーターの電磁石２と同数の永久磁石３をステーターの電磁石２と同一間隔に配置した円盤体の円盤面を、ステーターの電磁石面と僅かの間隙を保って駆動軸６に固定してこれをローターとするとともに、この駆動軸６に整流子４を２対設け、この整流子４に接離する刷子７を２対設け、それぞれの対の整流子の刷子に電気的に接触する部分は周方向に４５度ずらされて配置され、それぞれの対の刷子は周方向に関して同じ位置であって、軸方向においてずらされて配置され、ステーターの電磁石は２組に分かれて電気的に接続され、それぞれの電磁石の組に対して、異なる対の整流子が接続されるようになっている磁力による高効率回転装置。
- ステーターの電磁石２とローターの永久磁石３の双方の磁石面を極めて接近させ、この双方のローターの磁石面は完全に成対せず僅かに前後して固定した、請求項１の磁力による高効率回転装置。
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