(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石が円周方向に沿って配置された回転子と、
前記永久磁石に反発する磁極を発生する巻線に、前記永久磁石が接近すると磁化して吸引する磁性体がコアとして実装されたコイル部が、前記永久磁石に対向配置された固定子と、
前記巻線への通電を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記回転子が回転するときに、前記磁性体によって前記永久磁石を吸引させて、前記永久磁石が接近する前記コイル部には通電せず、前記永久磁石が離間する前記コイル部には前記巻線に前記永久磁石と反発する磁極を発生させる電流を通電する制御を行い、
前記コアの前記回転子側の端面は、前記巻線より奥まった位置に配置されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記回転子の軸線方向の一側に第１の磁極を向けると共に、他側に第２の磁極を向けて、前記回転子に配置され、
前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、
前記制御装置は、前記永久磁石の一側に位置する該コイル部に、第１の磁極を発生させ、他側に位置する該コイル部に、第２の磁極を発生させる請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記永久磁石は、円周方向に沿って交互に、第１の磁極または第２の磁極を向けて、前記回転子に配置され、
前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、
前記制御装置は、前記コイル部から離間する前記永久磁石の磁極に応じて、該コイル部に反発する磁極を発生させるよう、電流の向きを制御する請求項１記載の電動機。
【請求項４】
前記固定子には、前記回転子を跨いで前記コア同士を繋ぎ、前記永久磁石を挟んで両側に配置された一対の前記コイル部の磁路を形成するヨーク部を備えた請求項２または３記載の電動機。
【請求項５】
前記ヨーク部には、前記永久磁石を挟んで対向する前記コイル部が発生する前記第１の磁極および前記第２の磁極に合わせて、磁力を発生させる巻線が設けられている請求項４記載の電動機。
【請求項６】
前記コイル部の配置間隔が、前記永久磁石より大きいときに、前記配置間隔に対応させて前記永久磁石が複数個連続して配置されている請求項１記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低消費電力で回転させることができる電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石が円周方向に沿って配置された回転子と、回転子の周囲で磁界を形成して、回転子を回転させる固定子とを備えた電動機として、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載の永久磁石形同期電動機は、円周方向に配置された複数の永久磁石を有する回転子と、各永久磁石に対向配置された複数の突極磁極を有する固定子鉄心と、各突極磁極に巻回された複数の巻線と、永久磁石の移動位置に応じて、各巻線に交流電流を通電させる制御装置とを備えたものである。この制御装置は、各永久磁石の磁極と各突極磁極の磁極との位置関係に対応した位相の種類数と同数の位相を持つ交流電流を各巻線に通電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９６９４０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に記載の永久磁石形同期電動機では、それぞれの巻線に、位相を順次ずらした交流電流を通電させているため、常に、いずれかの巻線に電流が流れた状態である。従って、特許文献１に記載の永久磁石形同期電動機では、消費電力が大きく、発熱も大きいものと思われる。単に、電源電圧を低下させると、消費電力も電源電圧の低下の度合いに応じて低下するが、それではトルクが不足し、出力が低下してしまう。【０００５】
そこで本発明は、効率よく回転させることで、出力の低下を抑えつつ、消費電力を抑えることができると共に、発熱も抑えることができる電動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】
本発明の電動機は、永久磁石が円周方向に沿って配置された回転子と、前記永久磁石に反発する磁極を発生する巻線に、前記永久磁石が接近すると磁化して吸引する磁性体がコアとして実装されたコイル部が、前記永久磁石に対向配置された固定子と、前記巻線への通電を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記回転子が回転するときに、前記磁性体によって前記永久磁石を吸引させて、前記永久磁石が接近する前記コイル部には通電せず、前記永久磁石が離間する前記コイル部には前記巻線に前記永久磁石と反発する磁極を発生させる電流を通電する制御を行うことを特徴とする。【０００７】
本発明の電動機によれば、永久磁石の回転に寄与するコイル部による吸引を、コアとして実装された磁性体により行うと共に、コイル部による反発を、このコイル部への通電により行うことで、一方のコイル部には通電するが、他方のコイル部には通電しない状態ができる。他方のコイル部には通電しなくても、磁性体により永久磁石を吸引して回転子を回転させることができるので、効率よく回転させることができる。【０００８】
前記永久磁石は、前記永久磁石は、前記回転子の軸線方向の一側に第１の磁極を向けると共に、他側に第２の磁極を向けて、前記回転子に配置され、前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、前記制御装置は、前記永久磁石の一側に位置する該コイル部に、第１の磁極を発生させ、他側に位置する該コイル部に、第２の磁極を発生させるのが望ましい。
回転子の永久磁石を挟んで、コイル部が両側に配置されていると、回転子を両側で、回転駆動できるため、高出力を得ることができる。【０００９】
前記永久磁石は、円周方向に沿って交互に、第１の磁極または第２の磁極を向けて、前記回転子に配置され、前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、前記制御装置は、前記コイル部から離間する前記永久磁石の磁極に応じて、該コイル部に反発する磁極を発生させるよう、電流の向きを制御するのが望ましい。
永久磁石がコイル部に反発して回転するときに、回転方向の前方に位置するコイル部に、永久磁石が反発する磁力が発生する。しかし、このコイル部は、磁極が反対となった永久磁石を反発させることになる。そのため、回転する永久磁石にとっては、回転方向の前方に位置するコイル部は吸引として作用する。従って、永久磁石はコイル部によって回転が阻害されることなく、反対に、回転が促進される。【００１０】
前記固定子には、前記回転子を跨いで前記コア同士を繋ぎ、前記永久磁石を挟んで両側に配置された一対の前記コイル部の磁路を形成するヨーク部を備えるのが望ましい。
ヨーク部により、一対のコイル部の磁路を形成することで、一対のコイル部が発生する磁力の漏れを抑え、永久磁石の反発に寄与させることができる。【００１１】
前記ヨーク部には、前記永久磁石を挟んで対向する前記コイル部が発生する前記第１の磁極および前記第２の磁極に合わせて、磁力を発生させる巻線が設けられているのが望ましい。そうすることで、対向配置されたコイル部により強い磁力を発生させることができる。【００１２】
前記コイル部の配置間隔が、前記永久磁石より大きいときに、前記配置間隔に対応させて前記永久磁石が複数個連続して配置されているのが望ましい。
コイル部の配置間隔が永久磁石より大きく、コイル部と比較して永久磁石が小さいときに、複数個の永久磁石を、この間隔に対応させて複数個連続して配置すれば、コイル部の大きさ、配置数に応じて回転子を構成することができる。【００１３】
前記コアの前記回転子側の端面が、前記巻線より奥まった位置に配置されているのが望ましい。そうすることで、コイル部の巻線をコアより、永久磁石に接近させて配置できるので、強い反発力を永久磁石に付与することができる。また、コアの回転子側の端面が、巻線より奥まった位置に配置されているため、永久磁石に対する吸引力を、コイル部の巻線による反発力に対して調整することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電動機は、他方のコイル部には通電しなくても、磁性体により永久磁石を吸引して回転子を回転させることができることにより、効率よく回転させることができる。よって、本発明の電動機は、効率よく回転させることで、出力の低下を抑えつつ、消費電力を抑えることができると共に、発熱も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動機を示す斜視図である。
【図２】図１に示す電動機の正面図である。
【図３】図１に示す電動機の回転子とセンサ部とを説明するための斜視図である。
【図４】図１に示す電動機の固定子を説明するための概略正面図である。
【図５Ａ】図１に示す電動機の制御装置を説明するための機能ブロック図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す制御装置の一例を示す回路図である。
【図６Ａ】図１に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続く、図１に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに続く、図１に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図６Ｄ】図６Ｃに続く、図１に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図７】図１に示す電動機の制御装置により各コイル部に通電されるタイミングを説明するためのタイムチャートである。
【図８】回転子の永久磁石を６０度ごとに１個ずつ使用した状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る電動機を示す正面図である。
【図１０】図９に示す電動機の固定子を説明するための概略正面図である。
【図１１】図９に示す電動機の制御装置により各コイル部に通電されるタイミングを説明するためのタイムチャートである。
【図１２Ａ】図９に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに続く、図９に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂに続く、図９に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｃに続く、図９に示す電動機の動作および使用状態を説明するための図である。
【図１３Ａ】図９に示す電動機のヨーク部に巻かれた巻線が、一側にＮ極、他側にＳ極を発生した状態を説明するための図である。
【図１３Ｂ】図９に示す電動機のヨーク部に巻かれた巻線が、一側にＳ極、他側にＮ極を発生した状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０，１００  電動機
２０，２００  回転子
２０ａ  回転軸
２１，２０１  本体部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｘ，２２ｍ１，２２ｍ２，２２ｍ３，２２ｍ４，２２ｍ５，２２ｍ６  永久磁石
３０，３００  固定子
３１  第１のコイル部
３２  第２のコイル部
３３，３３ｘ  コイル部
３０ａ〜３０ｉ，３０ａ１，３０ａ２，３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｃ１，３０ｃ２，３０ｄ１，３０ｄ２，３０ｅ１，３０ｅ２，３０ｆ１，３０ｆ２，３０ｇ１，３０ｇ２，３０ｈ１，３０ｈ２，３０ｉ１，３０ｉ２，３０ｊ１，３０ｊ２，３０ｋ１，３０ｋ２，３０ｍ１，３０ｍ２  コイル部
３３ａ  巻線
３３ｂ  コア
３３ｂｓ  端面
３３ｃ  軸部
３３ｄ  円盤部
３４  ヨーク部
３５  巻線
４０，４００  制御装置
４１  センサ部
４１ａ  回転盤
４１ｂ  遮蔽片
４１ｃ  フォトインタラプタ
４１ｄ  ランプ
４２  装置本体
４２ｐ  電源部
４２ａ  蓄電部
４２ｂ  スイッチ部
ＢＴ  電池
Ｒ  抵抗
Ｄ  ダイオード
Ｆ  回転方向
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る電動機を、図面に基づいて説明する。なお、図１および図２においては、電動機を駆動するための電源は図示していない。
図１に示すように電動機１０は、回転子２０と、固定子３０と、制御装置４０とを備えている。
【００１８】
回転子２０は、図３に示すように、回転軸２０ａが軸線に配置された円盤状の本体部２１に、円柱状の永久磁石２２が円周方向に沿って配置されたものである。永久磁石２２は、回転子２０の本体部２１に、回転子２０の軸線方向（厚み方向）の一側に第１の磁極（例えば、Ｎ極。）を向けると共に、他側に第２の磁極（例えば、Ｓ極。）を向け、両端面を露出させて埋め込まれている。
本実施の形態１では、永久磁石２２は、２個を一組として、１２０度ごとに３組が、本体部２１に埋め込まれている。永久磁石２２は、磁力が強力な方が固定子３０との吸引力、反発力が強くなるため、ネオジム磁石が使用できる。
【００１９】
固定子３０は、第１のコイル部３１と、第２のコイル部３２とから構成されたコイル部３３と、ヨーク部３４とを備えている。本実施の形態１では、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とによる一対のコイル部３３とヨーク部３４とが、４０度ごとに９セット配置されている。
コイル部３３は、対向配置された永久磁石２２と反発する磁極を発生する巻線３３ａに、永久磁石２２が接近すると磁化して吸引する磁性体がコア３３ｂとして実装されている。
第１のコイル部３１は、永久磁石２２を挟んで一側に、第１の磁極を発生する永久磁石２２に対向配置されているため、制御装置４０により巻線３３ａに電流が通電されると、第１の磁極を発生する。第２のコイル部３２は、永久磁石２２を挟んで他側に、第２の磁極を発生する永久磁石２２に対向配置されているため、制御装置４０により巻線３３ａに電流が通電されると、第２の磁極を発生する。
【００２０】
第１のコイル部３１のコア３３ｂと、第２のコイル部のコア３３ｂとは、図４に示すように円柱状に形成された軸部３３ｃと、永久磁石２２と対向する先端部に形成された円盤部３３ｄとから形成されている。
【００２１】
ヨーク部３４は、コ字状に形成されている。ヨーク部３４は、図４に示すように、一対のコア３３ｂのそれぞれの基端部と一体的に繋がると共に、図１に示すように回転子２０を跨いで、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２との磁路を形成するものである。
【００２２】
制御装置４０は、回転子２０が回転するときに、磁性体であるコア３３ｂによって、回転子２０の永久磁石２２を吸引させて、永久磁石２２が接近するコイル部３３には通電しない制御を行うものである。また、制御装置４０は、永久磁石２２が離れるコイル部３３には巻線３３ａに永久磁石２２と反発する磁極を発生させる電流を通電する制御を行うものである。
制御装置４０は、回転子２０の回転位置を検出するためのセンサ部４１と、センサ部４１によって検出された回転子２０の回転位置に応じてコイル部３３に通電する装置本体４２とを備えている。
【００２３】
センサ部４１は、回転軸２０ａと共に回る回転盤４１ａと、回転盤４１ａの周縁部に設けられ、永久磁石２２をコイル部３３から離脱させる期間を示す遮蔽片４１ｂと、コイル部３３の位置に対応して配置され、遮蔽片４１ｂによって遮光されるフォトインタラプタ４１ｃとを備えている。なお、本実施の形態１では、フォトインタラプタ４１ｃの発光部と受光部とが遮蔽片４１ｂに遮蔽されている間に点灯するランプ４１ｄが設けられている。
【００２４】
図５Ａに示すように、装置本体４２には、電源部４２ｐからコイル部３３への急峻な給電を行うための蓄電部４２ａと、センサ部４１からの信号により蓄電部４２ａからの電流をコイル部３３へ供給するスイッチ部４２ｂとを備えている。
蓄電部４２ａとスイッチ部４２ｂとは、図５Ｂに示すような回路構成とすることができる。
図５Ｂでは、センサ部４１の１個のフォトインタラプタ４１ｃにより、一対のコイル部３３（第１のコイル部３１，第２のコイル部３２）の通電が制御される回路例を示している。
【００２５】
図５Ｂに示す回路は、電源部４２ｐとしての電池ＢＴと、蓄電部４２ａとしての直列接続された電気二重層コンデンサと、スイッチ部４２ｂとしてのｐ型ＭＯＳ  ＦＥＴと、により構成されている。蓄電部４２ａには、電池ＢＴへの逆方向電流を阻止するためのダイオードＤと、それぞれの電気二重層コンデンサに並列接続された抵抗Ｒとが配置されている。
装置本体４２では、９セット設けられたコイル部３３に対応して、図５Ｂに示す回路が９セット形成されている。なお、電池ＢＴは９セットの個々に設けてもよいし、全部を共通させてもよい、
【００２６】
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１０の動作および使用状態を、図面に基づいて説明する。なお、図６においては、時計の１２時の位置にある一対のコイル部３３（第１のコイル部３１，第２のコイル部３２）をコイル部３０ａとし、コイル部３０ａから時計回りに、コイル部３０ｂ，コイル部３０ｃ，コイル部３０ｄ・・・コイル部３０ｉが配置されているものとして説明する。また、本実施の形態１では、２個の永久磁石２２がコイル部３０ｈからコイル部３０ｉへ移動するときの状態を説明する。また、２個の永久磁石２２のうち、回転方向の前側に位置する方を永久磁石２２ａ、後側に位置する方を永久磁石２２ｂとして説明する。
【００２７】
図６Ａに示す、回転している回転子２０の永久磁石２２ａ，２２ｂが、コイル部３０ｈ上に位置したとき、詳しくは、永久磁石２２ａがコイル部３３ｈの回転方向Ｆの前半円部分に、永久磁石２２ｂがコイル部３０ｈの回転方向の後半円部分に位置したときに、コイル部３０ｈに対応する遮蔽片４１ｂはフォトインタラプタ４１ｃを遮蔽していないためコイル部３０ｈは通電されていない。
【００２８】
永久磁石２２ａがコイル部３０ｉに接近すると、コイル部３０ｈの回転方向側に隣接するコイル部３０ｉのコア３３ｂを形成する磁性体が磁化し、永久磁石２２ａを吸引することで、回転子２０が回転方向に引かれ、駆動される。コア３３ｂには、巻線３３ａ内に実装される軸部３３ｃに、巻線３３ａの輪郭より大きい円盤部３３ｄが形成されているため、円盤部３３ｄが接近する永久磁石２２を幅広い範囲で吸引させることができる。
【００２９】
図６Ｂに示すように、永久磁石２２ａがコイル部３０ｉのコア３３ｂに吸引されて回転することで、永久磁石２２ａがコイル部３０ｉに掛かり、永久磁石２２ｂがコイル部３０ｈの回転方向の前半円部分に位置する。このとき遮蔽片４１ｂが、コイル部３０ｈに対応するフォトインタラプタ４１ｃを遮断する。
図５に示すように、フォトインタラプタ４１ｃを遮断されたことで、スイッチ部４２ｂが有効となり、蓄電部４２ａからの電流がコイル部３３（この場合、コイル部３０ｈ）に流れる。
【００３０】
図６Ｃに示すように、コイル部３０ｈに電流が流れることで、第１の磁極（例えば、Ｎ極。）が向いた永久磁石２２ｂに対向する第１のコイル部３１は第１の磁極を発生し、第２の磁極（例えば、Ｓ極。）が向いた永久磁石２２ｂに対向する第２のコイル部３２は第２の磁極を発生する。そうすることで、永久磁石２２ｂは、コイル部３０ｈに反発して、回転方向へ押され、駆動される。このようにして制御装置４０は、遮蔽片４１ｂがフォトインタラプタ４１ｃを遮蔽している間を、永久磁石２２ｂをコイル部３０ｈから離脱させる期間として、コイル部３０ｈに通電する。
【００３１】
図６Ｄに示すように、コイル部３０ｉのコア３３ｂによる永久磁石２２ａへの吸引と，コイル部３０ｈの巻線３３ａによる永久磁石２２ｂへの反発により、永久磁石２２ａ，２２ｂがコイル部３０ｉへ移動すると、図５Ｂと同様に、永久磁石２２ａがコイル部３０ａのコア３３ｂに吸引されると共に、遮蔽片４１ｂが、今度はコイル部３０ｉに対応するフォトインタラプタ４１ｃを遮断して、コイル部３０ｉが反発動作となる。このとき、遮蔽片４１ｂは、コイル部３０ｈに対応するフォトインタラプタ４１ｃを通過して遮断しなくなるため、コイル部３０ｈへは通電しなくなる。
【００３２】
このように、永久磁石２２とコイル部３３とによる吸引と反発の動作が、回転子２０の全部で１２０度ごとの３箇所で行われて、回転子２０が回転する。
コイル部３０ａからコイル部３０ｉの通電の状態を図７に示す。回転子２０の本体部２１に、永久磁石２２が、２個を一組として、３箇所に配置され、コイル部３３（第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とのセット）が、コイル部３０ａからコイル部３０ｉまで９本設けられているため、図７に示すように、それぞれのコイル部３０ａからコイル部３０ｉには、回転子２０の回転角度が１２０度のうち、１／３の４０度分が通電期間となり、２／３の８０度分が休止期間となる。
【００３３】
コイル部３０ａからコイル部３０ｉの休止期間であっても、磁性体により形成されたコア３３ｂにより永久磁石２２を吸引して回転子２０を回転させることができるので、効率よく回転させることができる。また、コイル部３３は、通電期間で電力を消費するが、休止期間は電力を消費しないため、消費電力を抑えることができる。更に、休止期間は電力を消費しないため、コイル部３３が発熱しない期間であると共に、放熱によりコイル部３３を冷やすことができる冷却期間ともなる。従って、電動機１０は、出力の低下を抑えつつ、消費電力を抑えることができると共に、発熱も抑えることができる。
【００３４】
本実施の形態１では、制御装置４０は、回転周りに４０度ごとに全部で９箇所に配置されたコイル部３３に対して、休止期間とした２本のコイル部３３ごとに、１本のコイル部３３を通電期間としている。これは、休止期間のコイル部３３と通電期間のコイル部３３とを交互にすると、永久磁石２２の磁力の強度やコイル部３３の磁力の強度が強いと、コア３３ｂにより吸引されている永久磁石２２が、このコア３３ｂの進行方向側に隣接するコイル部３３の反発の影響を受け、回転駆動が阻害されるためである。従って、永久磁石２２の磁力の強度やコイル部３３の磁力の強度に応じて、通電期間とするコイル部３３の間隔を調整するのが望ましい。
【００３５】
本実施の形態１では、永久磁石２２が、回転子２０の本体部２１の厚み方向の一側にＮ極を向けると共に、他側にＳ極を向けて、本体部２１に配置され、この永久磁石２２を挟んで一側に、第１のコイル部３１が配置されている共に、他側に、第２のコイル部３２が配置されている。
【００３６】
しかし、永久磁石２２を本体部２１の円周面に配置して、永久磁石２２の端面を半径方向の外側に向け、コイル部３３を、本体部２１の円周面に向けて放射状に配置して、永久磁石２２に対向させてもよい。このように永久磁石２２とコイル部３３とを配置すると、電動機として、回転軸２０ａからの直径が大きくなるだけでなく、一対のコイル部３３のうち、第１のコイル部３１または第２のコイル部３２のいずれか一方のみしか、放射状に配置できないため、高出力を得ることができない。
【００３７】
回転子２０の軸線方向（本体部２１の厚み方向）に配置された永久磁石２２を挟んで、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とが配置されていると、回転子２０を一側および他側の両側で、回転駆動できるため、高出力を得ることができる。
【００３８】
更に、ヨーク部３４が、回転子２０を跨いで、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とのコア３３ｂ同士を繋いで、磁路を形成しているため、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とが発生する磁力の漏れを抑え、永久磁石２２の反発に寄与させることができる。
【００３９】
回転子２０では、コイル部３３の配置間隔が、永久磁石２２より大きいときに、この配置間隔に対応させて、永久磁石２２が複数個連続して配置されている。本実施の形態１では、４０度ごとにコイル部３３が配置されており、コイル部３３の中心同士の間隔は、円柱状に形成された永久磁石２２の直径より大きい。従って、コイル部３３の大きさ、配置数に応じて、２個の永久磁石２２を一組にして配置することで、大きさが小さい永久磁石２２であっても、回転方向の前側の通電してないコイル部３３のコア３３ｂによる吸引と、回転方向の後側の通電したコイル部３３による反発とを、２個の永久磁石２２に対して、同時に作用させることができる。なお、永久磁石の大きさ（直径）が、コイル部３３の配置間隔とほぼ同じであれば、永久磁石は１個でよい。
【００４０】
例えば、図８に示すように、コイル部３３ｘが２０度ごとに１８本配置された固定子と、コイル部３３の間隔とほぼ同じ直径または少し大きい永久磁石２２ｘが６０度ごとに配置された回転子とによる電動機である場合には、回転方向の前側の通電してないコイル部３３ｘのコアによる吸引と、回転方向の後側の通電したコイル部３３ｘによる反発とを、１個の永久磁石２２ｘで同時に作用させることができる。従って、複数個の永久磁石２２ｘとする必要はない。また、直径が大きい１個の永久磁石２２ｘとすることで、永久磁石２２ｘの直径の半分の永久磁石を２個で使用するときより、コイル部３３ｘとの対向面積は２倍となり、磁力は２倍より更に大きくなるため、高出力を得ることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る電動機を、図面に基づいて説明する。なお、図９および図１０においては、図２および図４と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。また、図９においては、電動機を駆動するための電源は図示していない。
図９に示すように、電動機１００は、回転子２００と、固定子３００と、制御装置４００とを備えている。
【００４２】
回転子２００は、２枚の円盤により形成された本体部２０１の間に、円柱状の永久磁石２２が円周方向に沿って配置されている。永久磁石２２は、回転子２００の軸線方向の一側または他側に、第１の磁極（例えば、Ｎ極。）または第２の磁極（例えば、Ｓ極）を、円周方向に沿って交互に向けて、回転子２００に配置されている。永久磁石２２は、２枚の円盤の本体部２０１から両端面を露出させている。
本実施の形態２では、永久磁石２２は、円周方向に等間隔に、６個が１２０度ごとに本体部２０１に配置されている。なお、本体部２０１は、２枚の円盤から形成されているが、１枚の厚板により形成して、永久磁石２２を埋め込んでもよい。
【００４３】
固定子３００は、実施の形態１と同様に、第１のコイル部３１と、第２のコイル部３２とから構成されたコイル部３３と、ヨーク部３４とを備えている。本実施の形態２では、第１のコイル部３１と第２のコイル部３２とによる一対のコイル部３３とヨーク部３４とが、３０度ごとに１２セット配置されている。
コイル部３３は、永久磁石２２を挟んで両側に、第１の磁極を発生する第１のコイル部３１（一側）と、第２の磁極を発生する第２のコイル部３２（他側）とが、円周方向に沿って交互に配置されている。
第１のコイル部３１と、第２のコイル部３２とは、制御装置４００により、コイル部３３から離間する永久磁石２２の磁極に応じて、電流の向きを制御することで、第１の磁極または第２の磁極を発生させ、永久磁石２２に反発させる。
コイル部３３（第１のコイル部３１，第２のコイル部３２）は、図１０に示すように、巻線３３ａより、巻線３３ａが巻かれたコア３３ｂの方が短く形成されている。コア３３ｂの回転子２００側の端面３３ｂｓは、巻線３３ａより奥まった位置に配置されている。
コア３３ｂの端面３３ｂｓが巻線３３ａより奥まった位置に配置されていることによってできた空間は、空洞でもよいし、樹脂などの非磁性体によって埋めてもよい。
【００４４】
ヨーク部３４には磁力を発生させる巻線３５が設けられている。この磁力は、永久磁石２２を挟んで対向するコイル部３３（第１のコイル部３１，第２のコイル部３２）が発生する第１の磁極および第２の磁極に合わせて、制御装置４００が巻線３５に流れる電流を制御している。
【００４５】
制御装置４００は、回転子２００が回転するときに、磁性体であるコア３３ｂによって、回転子２００の永久磁石２２を吸引させて、永久磁石２２が接近するコイル部３３には通電しない制御を行う。また、制御装置４００は、永久磁石２２が離れるコイル部３３には巻線３３ａに永久磁石２２と反発する磁極を発生させる電流を通電する制御を行う。
【００４６】
以上のように構成された本発明の実施の形態２に係る電動機１００の動作および使用状態を、図面に基づいて説明する。
なお、図１１および図１２Ａ〜図１２Ｄにおいては、時計の１２時の位置を回転角度０度として、ここに位置する一対のコイル部３３のうち、第１のコイル部３１をコイル部３０ａ１とし、このコイル部３０ａ１に対向する第２のコイル部３２をコイル部３０ａ２とする。
そして、コイル部３０ａ１，３０ａ２から、回転子２００の回転方向である時計回りに、コイル部３０ｂ１，３０ｂ２、コイル部３０ｃ１，３０ｃ２，コイル部３０ｄ１，３０ｄ２・・・コイル部３０ｍ１，３０ｍ２が配置されているものとして説明する。
また、時計の１２時の位置にある永久磁石２２を永久磁石２２ｍ１とし、永久磁石２２ｍ１から時計回りに、２２ｍ２，２２ｍ３・・・２２ｍ６とする。
【００４７】
永久磁石２２は、回転子２００の本体部２０１に６０度ごとに配置されている。コイル部３３は、固定子３００に３０度ごとに配置されている。
従って、図１１および図１２Ａに示すように、例えば、回転している永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６がコイル部３０ａ１，３０ａ２、コイル部３０ｃ１，３０ｃ２、コイル部３０ｅ１，３０ｅ２、コイル部３０ｇ１，３０ｇ２、コイル部３０ｉ１，３０ｉ２、コイル部３０ｋ１，３０ｋ２と軸線同士が重なった後に、これらのコイル部３３から離間しようとする期間が通電期間となる。例えば、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６が、図１１Ｂに示す３０度ずれる位置までを通電期間とすることができる。
【００４８】
制御装置４００は、回転角度０度から３０度までの通電期間では、これらのコイル部３３のうち、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の第１の磁極（Ｎ極）と対向する、コイル部３０ａ１と、コイル部３０ｅ１と、コイル部３０ｉ１に第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。
また、その永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の裏側（第２の磁極（Ｓ極））と対向するコイル部３０ａ２と、コイル部３０ｅ２と、コイル部３０ｉ２とに第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。つまり、永久磁石２２の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置４００は、対向配置されたコイル部３３に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
【００４９】
また、制御装置４００は、回転角度０度から３０度までの通電期間では、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の第２の磁極（Ｓ極）と対向する、コイル部３０ｃ１と、コイル部３０ｇ１と、コイル部３０ｋ１に第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。
また、その永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の裏側（第１の磁極（Ｎ極））と対向するコイル部３０ｃ２と、コイル部３０ｇ２と、コイル部３０ｋ２とに第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。つまり、永久磁石２２の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置４００は、対向配置されたコイル部３３に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
【００５０】
このとき、図１１に示すように、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６が位置していない、コイル部３０ｂ１，３０ｂ２、コイル部３０ｄ１，３０ｄ２、コイル部３０ｆ１，３０ｆ２、コイル部３０ｈ１，３０ｈ２、コイル部３０ｊ１，３０ｊ２、コイル部３０ｍ１，３０ｍ２には、休止期間であるため、制御装置４００は通電しない。
【００５１】
このようにして、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６は、それぞれのコイル部３３から同じ磁極の磁力が発生しているため、反発することで回転力が付与される。また、コイル部３０ｂ１，３０ｂ２、コイル部３０ｄ１，３０ｄ２、コイル部３０ｆ１，３０ｆ２、コイル部３０ｈ１，３０ｈ２、コイル部３０ｊ１，３０ｊ２、コイル部３０ｍ１，３０ｍ２は、休止期間であるため通電されていないが、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６は、これらのコイル部３３のコア３３ｂに引き寄せられて回転力が付与される。
従って、図１２Ｂに示すように、回転子２００の、例えば、永久磁石２２ｍ１は、コイル部３０ａ１，３０ａ２から、コイル部３０ｂ１，３０ｂ２へ向かう。
【００５２】
永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６）は、通電期間にあるコイル部３３の反発力より、休止期間にあるコイル部３３のコア３３ｂへの吸引力の方が大きい。そのため、永久磁石２２が、通電期間にあるコイル部３３の反発により回転方向Ｆへ移動して、通電期間が終了すると、今度は永久磁石２２に対して、コア３３ｂによって引き戻される。
そこで、本実施の形態２に係るコイル部３３では、図１０に示すように、コア３３ｂの回転子２００側の端面３３ｂｓが、巻線３３ａより奥まった位置に配置されている。そうすることで、コイル部３３の巻線３３ａをコア３３ｂより、永久磁石２２に接近させて配置できるので、強い反発力を永久磁石２２に付与することができる。また、コア３３ｂの回転子２００側の端面３３ｂｓが、巻線３３ａより奥まった位置に配置されているため、永久磁石２２に対する吸引力を、コイル部３３の巻線３３ａによる反発力に対して調整することができる。
従って、永久磁石２２がコイル部３３を通過して休止期間に入ったとしても、コア３３ｂによって永久磁石２２が引き戻されるような力を減少させることができる。
【００５３】
次に、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６の回転角度が３０度となると、次の位置のコイル部３３に位置する。
図１２Ｃに示すように、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の第１の磁極（Ｎ極）が、コイル部３０ｂ１と、コイル部３０ｆ１と、コイル部３０ｊ１とに対向して離間するときに、制御装置４００は、第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。
また、その永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の裏側（第２の磁極（Ｓ極））が、コイル部３０ｂ２と、コイル部３０ｆ２と、コイル部３０ｊ２とに対向して離間するときに、制御装置４００は第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。
【００５４】
また、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の第２の磁極（Ｓ極）が、コイル部３０ｄ１と、コイル部３０ｈ１と、コイル部３０ｍ１とに対向して離間するときに、制御装置４００は、第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。
更に、その永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の裏側（第１の磁極（Ｎ極））が、コイル部３０ｄ２と、コイル部３０ｈ２と、コイル部３０ｍ２とに、と対向して離間するときに、制御装置４００は第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。
【００５５】
このとき、図１１および図１２Ｃに示すように、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６が位置していない、コイル部３０ａ１，３０ａ２、コイル部３０ｃ１，３０ｃ２、コイル部３０ｅ１，３０ｅ２、コイル部３０ｆ１，３０ｆ２、コイル部３０ｉ１，３０ｉ２、コイル部３０ｋ１，３０ｋ２には、休止期間であるため、制御装置４００は通電しない。
【００５６】
このようにして、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６は、それぞれのコイル部３３から同じ磁極の磁力が発生しているため、反発することで回転力が付与される。また、コイル部３０ａ１，３０ａ２、コイル部３０ｃ１，３０ｃ２、コイル部３０ｅ１，３０ｅ２、コイル部３０ｆ１，３０ｆ２、コイル部３０ｉ１，３０ｉ２、コイル部３０ｋ１，３０ｋ２は、休止期間であるため通電されていないが、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６は、コア３３ｂに引き寄せられて回転力が付与される。
従って、回転子２００の、例えば、永久磁石２２ｍ１は、コイル部３０ｂ１，３０ｂ２から、コイル部３０ｃ１，３０ｃ２へ向かう。
【００５７】
次に、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６の回転角度が６０度となると、次の位置のコイル部３３に位置する。
永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の第１の磁極（Ｎ極）が、コイル部３０ｃ１と、コイル部３０ｇ１と、コイル部３０ｋ１とに対向して離間するときに、制御装置４００は、第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。従って、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６の回転角度が０度のときと、電流が反転して反対の磁極となる。
同様に、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ１，２２ｍ３，２２ｍ５）の裏側（第２の磁極（Ｓ極））が、コイル部３０ｃ２と、コイル部３０ｇ２と、コイル部３０ｋ２とに対向して離間するときに、制御装置４００は第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。これも、永久磁石２２ｍ１〜２２ｍ６の回転角度が０度のときと、電流が反転して反対の磁極となる。
【００５８】
また、制御装置４００は、永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の第２の磁極（Ｓ極）と対向する、コイル部３０ｅ１と、コイル部３０ｉ１と、コイル部３０ａ１に第２の磁極（Ｓ極）を発生させる。
また、その永久磁石２２（永久磁石２２ｍ２，２２ｍ４，２２ｍ６）の裏側（第１の磁極（Ｎ極））と対向するコイル部３０ｅ２と、コイル部３０ｉ２と、コイル部３０ａ２とに第１の磁極（Ｎ極）を発生させる。つまり、永久磁石２２の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置４００は、対向配置されたコイル部３３に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
【００５９】
このようにして、回転子２００の回転角度が６０度となっても、同様に、永久磁石２２は、回転方向Ｆの後方側のコイル部３３と反発しながら、前方側のコイル部３３のコア３３ｂに吸引することで、回転子２００は、回転が促進される。
従って、回転子２００は、図１２Ａから図１２Ｄに示す動作を繰り返して回転する。
【００６０】
本実施の形態２では、永久磁石２２が、円周方向に沿って交互に、第１の磁極または第２の磁極を向けて、回転子２００に配置されていると共に、コイル部３３が、永久磁石２２を挟んで両側に配置されている。そして、制御装置４００が、コイル部３３から離間する永久磁石２２の磁極に応じて、このコイル部３３に反発する磁極を発生させている。
永久磁石２２がコイル部３３に反発して回転するときに、回転方向Ｆの前方に位置する通電期間のコイル部３３に、永久磁石２２が反発する磁力が発生する。
しかし、このコイル部３３は、磁極が反対となった永久磁石２２を反発させている。そのため、回転する永久磁石２２にとっては、回転方向Ｆの前方に位置する通電期間のコイル部３３は吸引として作用する。従って、永久磁石２２はコイル部３３によって回転が阻害されることなく、反対に、回転が促進される。
また、コイル部３３が発生する磁力が永久磁石２２の回転を阻害しないので、コイル部３３の間隔を狭く配置することができる。
【００６１】
このとき、ヨーク部３４の巻線３５には、制御装置４００により、通電期間に電流が通電される。
例えば、図１２Ａに示すように、永久磁石２２ｍ１が、コイル部３０ａ１とコイル部３０ａ２との間に位置しているものとする。そうした場合に、永久磁石２２ｍ１は、コイル部３０ａ１側がＮ極であり、コイル部３０ａ２側がＳ極である。また、コイル部３０ａ１は巻線３３ａに電流が通電するとＮ極を発生し、コイル部３０ａ２は巻線３３ａに電流が通電するとＳ極を発生する。
制御装置４００は、図１３Ａに示すように、ヨーク部３４に巻かれた巻線３５に、コイル部３０ａ１側がＮ極、コイル部３０ａ２側がＳ極となるような電流を通電する。
【００６２】
また、図１２Ｄに示すように、永久磁石２２ｍ６が、コイル部３０ａ１とコイル部３０ａ２との間に位置した場合では、永久磁石２２ｍ１は、コイル部３０ａ１側がＳ極であり、コイル部３０ａ２側がＮ極である。従って、コイル部３０ａ１はＳ極を発生し、コイル部３０ａ２はＮ極を発生する。
この場合では、制御装置４００は、図１３Ｂに示すように、ヨーク部３４に巻かれた巻線３５に、コイル部３０ａ１側がＳ極、コイル部３０ａ２側がＮ極となるような電流を通電する。
そうすることで、対向配置されたコイル部３０ａ１とコイル部３０ａ２とにより強い磁力を発生させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の電動機は、消費電力を抑え、発熱を抑えることができるので、回転駆動が必要な、さまざまな産業に用いることができる。
【図４】
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【図５Ａ】
0005985760.tif 000003
【図５Ｂ】
0005985760.tif 000004
【図７】
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【図１０】
0005985760.tif 000006
【図１１】
0005985760.tif 000007
【図１３Ａ】
0005985760.tif 000008
【図１３Ｂ】
0005985760.tif 000009
【図１】
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【図２】
0005985760.tif 000011
【図３】
0005985760.tif 000012
【図６Ａ】
0005985760.tif 000013
【図６Ｂ】
0005985760.tif 000014
【図６Ｃ】
0005985760.tif 000015
【図６Ｄ】
0005985760.tif 000016
【図８】
0005985760.tif 000017
【図９】
0005985760.tif 000018
【図１２Ａ】
0005985760.tif 000019
【図１２Ｂ】
0005985760.tif 000020
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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