(57)【要約】      （修正有）【課題】突極型同期電動機・発電機においてコギングを解消する手段で、従来の電動機・発電機と同じ部品構成で可能とさせて、低速運転時での効率を向上させる。【解決手段】従来電動機・発電機の鉄心コア部位に極ピッチ単位で分割した円弧状のコアピース２０−Ｓを磁極ピッチの分周ピッチずつずらして集合構成した物で、極ピッチを複数等分してなる角度分をずらして隣接の分割コアピース同士でコギングトルクをキャンセルするように配備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石とコイルに働く電磁誘導作用エネルギーを利用する発電機及び電動機において、電磁誘導作用エネルギーは、コイルへの鎖交磁束に比例して増え磁気回路抵抗に反比例する。
コイルの中空部に透磁率の大きい磁性材料（鉄心コア）を使うと大幅に磁気抵抗を減らし磁束を増やす事が出来る。
磁気回路は、永久磁石Ｎ（Ｓ）極−−−−エアギャップ−−−−コア−−−−エアギャップ−−−−永久磁石Ｓ（Ｎ）極で構成される。この構成で永久磁石とコアの間に磁気吸引力が働く。この吸引力は、エアギャップを挟んで向き合う永久磁石とコアの磁極の距離を短くするように働き回転力を阻害する正負のベクトルを持つコギングトルクを派生する。多極構造のコアでコアを扇状に複数の相にまたがる単位（Ｎ極−Ｓ極の２極が最小）で分割して、極ピッチを複数等分してなる角度分をずらして隣接の分割コア相間でコギングトルクを打ち消すように配備した発電機及び電動機
【請求項２】
請求項１では、コギングトルクを打ち消す様に分割コア相間をずらして配備しているが、このずらした分割コアの相と同じ角度位置に永久磁石を複数相にずらしてコアの相間でのずれはない構造にする事で相対的に分割コアをずらした方法と同一になる。
永久磁石の複数極を極ピッチを複数等分してなる角度分をずらして隣接の複数極郡との間でコギングトルクを打ち消すように配備した発電機及び電動機
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、永久磁石と電磁誘導コイルの空芯に磁性材のコアを使用した発電機及び電動機の効率向上を図り量産製造を可能とする永久磁石とコア形状に関する。
【背景技術】
【０００２】発電機、電動機、リニアモータ、リニア発電機の所謂電動装置は磁界中に置かれた電導体（電流）と磁界（磁束）と電導体・磁界の相対移動運動力との３次元空間に働く電磁誘導作用を利用した物である。【０００３】電導体は、電磁作用を高めるために永久磁石の磁界を周回してなるコイルとして成形されている。ここで、永久磁石の磁界中にコイルを配備してなるコアレスタイプの電動装置は、永久磁石の磁極間にコイルの厚さ寸法の空間スペースを占めて、磁気回路のエアギャップは大きなものとなる。磁界強度はエアギャップの２乗に反比例の値となるので、コアレスタイプの装置は、永久磁石のポテンシャルエネルギーの低い動作範囲での使用となり、永久磁石の能力を十分に活用しきれていない。しかし、非磁性体のコイルと磁極との間で磁気吸引力は働かないため、永久磁石とコイルの相対運動は電磁誘導だけの影響作用となる。又、コアが無い事からコアの鉄損その物が無く電動装置の損失は銅損と運転摩擦損失のみとなり、高速運転で高効率の電動装置を可能とする。  なお、永久磁石とコイルの連続相対運動は永久磁石のＮ磁とＳ極を複数配置した位置でＮ磁とＳ極の磁極ピッチを周期とする作用で発電機の場合は発電、電動機の場合はローレンツ力として電気エネルギーから機械エネルギーの変換がされる。コイルは、その存在として幅寸法を持つため、極ピッチを周期とする電磁作用の不整脈動の所謂リップルを派生する。このリップルは、電動装置の振動、騒音の発生等の不具合を生じる。この対策として、磁極とコイルの電磁作用が漸増減する様に、電磁作用面に傾斜スキューをつける、多相巻きにコイル配置をする、磁極の分布を変える等の対応がされている。
これらの改善対処はいずれもリップル成分そのものを軽減するものではなく、主成分の一部の埋め合わせ補正する対処で万全な対処とはいえない。
又、多相巻き線の場合はコイルの極ピッチ間で重なりが出来て巻き線スペースと施線割合、スペースファクターが悪く、巻き線も分布巻きとなり作業性も悪くなる。【０００４】永久磁石のポテンシャルエネルギーの大きな動作点でコイルへの鎖交磁束を増やして電磁作用を高めるために中空コイルの内心部位に磁性材料を用いた所謂突極型同期発電機及び電動機が実用化されている。これのエアギャップは、永久磁石とコア（コイル）との相対運動を容易にするだけの狭い間隔でよく、磁束はエアギャップ寸法の二乗比で大幅に高まる。コアレスタイプでの実用機のエアギャップを５ｍｍ、コア入りタイプの実用機エアギャップを０．５×２ｍｍとして試算すると磁界強度は２５〜１００倍となる。磁界強度に比例する出力も大幅に改善されるはずである。ところで、同期機のコア形状は永久磁石と向き含う面に、永久磁石のＮ極とＳ極の対極間の寸法：磁極ピッチと同一ピッチで向き合う凹凸形状の磁極を持った構造になっている。このため、永久磁石と、磁性材のコア突極部の間で磁気吸引力が働く、この磁気吸引力は永久磁石とコア（コイル）との相対位置で磁極中心を最も短い間隔にしようとする磁気引力が働く。極性（Ｎ極・Ｓ極）には関係なく働く引力で磁極ピッチの中心線の半分ピッチで軸線に対象の正負の非直線回帰のベクトルを持つコギングを派生する。低速度での所定の出力を得るためには、速度に反比例した大きな電磁力を必要とする。電磁力を高くするとコギングトルクも比例して大きくなってしまう。このジレンマから低速度で使用される電動装置でもコギングを生じないコアレスタイプを選択する例が多い。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献】
【特許文献】特開２０１０−９８９４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】機械エネルギーから電気エネルギー（電気エネルギーから機械エネルギー）の変換を行う電動装置で永久磁石の磁束密度の高い動作点で使うためには電磁誘導コイルの空芯部に透磁率の高い磁性体：所謂鉄心コアを用いる事が知られている。ここで、鉄心コアを使用するとコアレスタイプの同様装置との比較で数１０〜数１００倍の高い磁束密度を得る事ができる。この事でコイルへの電磁作用も同一倍に拡大されるはずである。ところが、永久磁石と磁性体には磁気引力が働き所謂コギングトルク（回転機）、コギング力（リニア機）で運動阻害をしてしまう。低速運動の場合、磁力を運動速度に反比例して上げる事になるがコギングが大きくなって、逆に鉄心コアは利用できないケースが出てくる。【０００７】コギングをほぼ０にして電動装置の効率向上と、今までに実現不可能な低速運動でも機能する電動装置の開発を目的とする。【０００８】コギングは極ピッチ間で対称な非直線回帰のベクトル力であるので、複数の同一電動装置をコギングベクトルの正負対象位置に配置すれば個々の装置間でコギングを低減出来る。
８台の同一仕様定格の電動装置を極ピッチの８等配上に位置をずらしながら配置すると理論計算上８つのベクトル和は０になる。以上の事から８つの単体装置を連結した構造のシステムで実現できる。しかし、これは、部品点数が増えて構造も複雑になり量産は困難である。
従来装置と同じ部品構成でコストパフォーマンスの良い電動装置の開発を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】２対極（Ｎ極とＳ極の２極）以上の複数対極の永久磁石郡とこの磁極郡に対面する２対極から複数対極の磁極を持つコアをセットとして構成する。コアを構成する磁極には対極毎に電磁コイルが巻回されていてセット単体で突極型同期発電機又は同期電動機として機能する。このセットを８個作り磁極ピッチの８等分位置にコギングをセット同士で打ち消すようにずらして配置した物で、回転機の場合は各セットの両端で対極の間引きをしてあり、８個のセットは、３６０°円筒内に収まる。
【発明の効果】従来の電動装置と全く同じ部品構成で従来機ではコギングのため実現不可能な高い磁束とする事で低速回転でも高効率で機能する。  又、原理上コギングを打ち消す機構のためコアの突極部形状に制約が無くボビン巻のコイルを平行スロットに挿入可能とする。リップルもコギングと同様１／８位相差のベクトル和計算で理論上０になり効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】４台の電動機又は発電機を用いてコギングトルクを約４分の１に減らす手段を解説した図面である。ステージ１、２、３、４は同一仕様の特極型同期発電機である。４台のシャフト４２は連結されていて、コア２０−Ｓ１、−Ｓ２、−Ｓ３、−Ｓ４は、磁極ピッチを４等配する位置にずらして配置してある。コギングトルクは、永久磁石と磁性体との間に働く磁気吸引力で回転角位置に対して正負のベクトルを持つ。このため連結されたシャフトに働くコギングトルクは個々のステージに働くコギングトルクのベクトル和で表わされ、４台を用いた場合は計算上４分の１以下に減少される。
【図２】本発明の電動機・発電機の図面である。多ステージの発電機を１つのステージにするための手段を解説した物で、図例では４ステージでの発電機を１ステージにしている。磁極片２１は、１相（２極）で発電の機能を持つ、図例では、ステージ１の発電機から磁極片２１−ｓ１ａと２１−Ｓ１ｂの２相を残して以降２から４のステージの磁極片を配置している。
【図３】本発明の電動機・発電機の巻線を示す図面である。
【図４】本発明の扁平方電動機・発電機の図面
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】
【産業上の利用可能性】
【００１２】自然エネルギーの利用として、風力・水力・海水の波動力・等を利用した発電装置の開発が望まれている。自然エネルギーは、大きな質量・重力を持っているが変化速度が低い、この為、回転発電機の実例では、ギア・ベルト・ラックとピニオン等での増速伝達を行っている。多段の増速を必要とする事が多く、システム全体の効率を更に低下させている。
低速度で高効率の本電動装置は広い範囲で利用可能となる。
【符号の説明】
【００１３】  １０…
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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