(57)【要約】［課題］コギングトルクを低減し、回転トルクを増加させることのできる永久磁石型回転機を提供する。［解決手段］永久磁石３０が配設される回転子２４と、電磁石４８が配設される固定子４０と、永久磁石３０の位置情報を取得する位置情報取得部６０と、位置情報に基づき電磁石４８をオンオフ制御する電磁石制御部とを備え、電磁石４８は、永久磁石３０の磁極に対向するコア５０の磁極を永久磁石３０の磁極と反対の極性に励磁させる第１電磁石コイル５２と、永久磁石３０の磁極に対向するコア５０の磁極を永久磁石３０の磁極と同一の極性に励磁させる第２電磁石コイル５４とを同軸に配設して構成され、位置情報に基づき第１電磁石コイル５２をオン制御してからオフ制御する間に、第２電磁石コイル５４をオン制御し、第２電磁石コイル５４をオフ制御してから電磁石４８による残留磁気が０になる前に、第１電磁石コイル５２をオン制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方に、複数の永久磁石が周方向に等間隔で配設され、他方に、前記永久磁石の磁極に対向するコアの磁極を有する複数の電磁石が周方向に等間隔で配設される回転子及び固定子と、
前記電磁石に対する前記永久磁石の位置情報を取得する位置情報取得部と、
取得した前記永久磁石の位置情報に基づき、前記各電磁石をオンオフ制御する電磁石制御部と、
を備え、
前記各電磁石は、前記永久磁石の磁極に対向する前記コアの磁極を前記永久磁石の磁極と反対の極性に励磁させる第１電磁石コイルと、前記永久磁石の磁極に対向する前記コアの磁極を前記永久磁石の磁極と同一の極性に励磁させる第２電磁石コイルとを同軸に配設して構成され、
前記電磁石制御部は、取得した前記永久磁石の位置情報に基づき、前記各第１電磁石コイルをオン制御してからオフ制御する間に、前記各第２電磁石コイルをオン制御し、前記各第２電磁石コイルをオフ制御してから前記各第２電磁石コイルによる前記コアの残留磁気が０になる前に、前記各第１電磁石コイルをオン制御することを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項２】
請求項１記載の永久磁石型回転機において、
前記各電磁石の磁極間の軸線方向は、前記永久磁石の磁極間の軸線方向に対して、前記回転子の回転方向に所定角度傾斜して設定されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項３】
請求項１記載の永久磁石型回転機において、
前記永久磁石は、前記電磁石と前記永久磁石とが接近する場合、前記電磁石に接近する面の前記永久磁石の磁極間方向の長さが、前記永久磁石の磁力が最大となる部分の前記磁極間方向の長さよりも短く設定されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の永久磁石型回転機において、
前記永久磁石は、前記コアの両端の磁極に対向して配設され、前記両端に配設される前記各永久磁石の対向する磁極は、互いに反対の極性に設定されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項５】
請求項４記載の永久磁石型回転機において、
前記回転子の回転方向に隣接する前記永久磁石は、前記コアに対向する磁極の極性が異なることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項６】
請求項４又は５記載の永久磁石型回転機において、
前記各電磁石の軸線方向は、水平状態に配設され、前記回転子は、水平面内で回転するように構成されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項７】
請求項４又は５記載の永久磁石型回転機において、
前記各電磁石の軸線方向は、鉛直状態に配設され、前記回転子は、水平面内で回転するように構成されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項８】
請求項１記載の永久磁石型回転機において、
前記永久磁石は、前記コアの両端の磁極に対向して配設され、前記両端に配設される前記各永久磁石の対向する磁極は、互いに反対の極性に設定され、
前記各電磁石の前記コアは、略V字状に折曲され、前記コアの両端の磁極に対向して配設される前記各永久磁石に対して、前記コアが傾斜した状態で配設されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石型回転機において、
前記位置情報取得部は、
前記永久磁石に対応する位置に形成されるスリットを有し、前記回転子と一体的に回転するスリット板と、
前記スリット板に導かれる光を出力する発光素子と、
前記スリットを通過する前記光を受光する受光素子と、
を備え、前記スリットを通過し、又は、前記スリット板により遮光された前記光に基づき、前記永久磁石の位置情報を取得することを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石型回転機において、
前記位置情報取得部は、前記位置情報を前記回転子の回転角度に係る情報として取得するロータリエンコーダから構成されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の永久磁石型回転機において、
前記回転子及び前記固定子からなる回転機構を複数有し、
前記各回転機構を構成する前記各永久磁石と前記各電磁石との配置関係は、前記各回転機構を構成する前記各電磁石の前記コアの残留磁気が０になるタイミングが異なるように設定されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の永久磁石型回転機において、
前記回転子の回転軸は、発電機の回転子により構成されることを特徴とする永久磁石型回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子又は固定子の一方に永久磁石が配設され、他方に電磁石が配設され、前記電磁石を制御して前記回転子を回転させる永久磁石型回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型回転機は、例えば、永久磁石を回転子に配設する一方、電磁石を固定子に配設し、永久磁石の磁力と電磁石により発生する磁力とを用いて回転子を回転させる装置である。従来から、種々の永久磁石型回転機が提案されている。この種の永久磁石型回転機は、コギングトルクが大きいと、回転子の回転むらや回転速度の低減を惹起し、エネルギ損失が生じるため、充分な回転トルクを得ることができない。従って、永久磁石型回転機では、コギングトルクを低減させることが重要な課題となっている。【０００３】
そこで、例えば、特許文献１に開示された永久磁石型回転機は、コギングトルクを低減させるため、複数の永久磁石を周方向に等間隔で配設させた回転子と、この回転子の周囲に複数の電磁石を周方向に等間隔で配設させた固定子とを備える。そして、固定子の電磁石間には、１又は複数の磁性体が配設されている。回転子は、固定子の各電磁石が間欠的に通電されることで、永久磁石と電磁石との間に生じる磁力の斥力によって回転される。また、電磁石が間欠的に通電されることによる磁界の変化は、電磁石の両側に配設されている磁性体により分散吸収される。従って、この永久磁石型回転機では、磁界の変化によるコギングトルクを低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電磁石のコアは、発生した磁界により磁化されるため、コアの残留磁気は、電磁石に供給する電流をオフにしても直ちに０にならない。従って、特許文献１では、コアの残留磁気により回転子の回転が阻害されるため、コギングトルクを充分に低減させることができない。また、コアの残留磁気は、回転子の回転を阻害するため、回転子が所定の回転速度に達するまでにかなりの時間を要するだけでなく、回転子に充分な回転トルクが付与されないという問題がある。【０００６】
本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、コギングトルクを低減し、十分な回転トルクを得ることのできる永久磁石型回転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】
【０００７】
本発明に係る永久磁石型回転機は、一方に、複数の永久磁石が周方向に等間隔で配設され、他方に、前記永久磁石の磁極に対向するコアの磁極を有する複数の電磁石が周方向に等間隔で配設される回転子及び固定子と、前記電磁石に対する前記永久磁石の位置情報を取得する位置情報取得部と、取得した前記永久磁石の位置情報に基づき、前記各電磁石をオンオフ制御する電磁石制御部と、を備え、前記各電磁石は、前記永久磁石の磁極に対向する前記コアの磁極を前記永久磁石の磁極と反対の極性に励磁させる第１電磁石コイルと、前記永久磁石の磁極に対向する前記コアの磁極を前記永久磁石の磁極と同一の極性に励磁させる第２電磁石コイルとを同軸に配設して構成され、前記電磁石制御部は、取得した前記永久磁石の位置情報に基づき、前記各第１電磁石コイルをオン制御してからオフ制御する間に、前記各第２電磁石コイルをオン制御し、前記各第２電磁石コイルをオフ制御してから前記各第２電磁石コイルによる前記コアの残留磁気が０になる前に、前記各第１電磁石コイルをオン制御することを特徴とする。【０００８】
前記永久磁石型回転機において、前記各電磁石の磁極間の軸線方向は、前記永久磁石の磁極間の軸線方向に対して、前記回転子の回転方向に所定角度傾斜して設定されることを特徴とする。【０００９】
前記永久磁石型回転機において、前記永久磁石は、前記電磁石と前記永久磁石とが接近する場合、前記電磁石に接近する面の前記永久磁石の磁極間方向の長さが、前記永久磁石の磁力が最大となる部位の前記磁極間方向の長さよりも短く設定されることを特徴とする。【００１０】
前記永久磁石型回転機において、前記永久磁石は、前記コアの両端の磁極に対向して配設され、前記両端に配設される前記各永久磁石の対向する磁極は、互いに反対の極性に設定されることを特徴とする。【００１１】
前記永久磁石型回転機において、前記回転子の回転方向に隣接する前記永久磁石は、前記コアに対向する磁極の極性が異なることを特徴とする。【００１２】
前記永久磁石型回転機において、前記各電磁石の軸線方向は、水平状態に配設され、前記回転子は、水平面内で回転するように構成されることを特徴とする。【００１３】
前記永久磁石型回転機において、前記各電磁石の軸線方向は、鉛直状態に配設され、前記回転子は、水平面内で回転するように構成されることを特徴とする。【００１４】
前記永久磁石型回転機において、前記永久磁石は、前記コアの両端の磁極に対向して配設され、前記両端に配設される前記各永久磁石の対向する磁極は、互いに反対の極性に設定され、前記各電磁石の前記コアは、略V字状に折曲され、前記コアの両端の磁極に対向して配設される前記各永久磁石に対して、前記コアが傾斜した状態で配設されることを特徴とする。【００１５】
前記永久磁石型回転機において、前記位置情報取得部は、前記永久磁石部に対応する位置に形成されるスリットを有し、前記回転子と一体的に回転するスリット板と、前記スリット板に導かれる光を出力する発光素子と、前記スリットを通過する前記光を受光する受光素子と、を備え、前記スリットを通過し、又は、前記スリット板により遮光された前記光に基づき、前記永久磁石の位置情報を取得することを特徴とする。【００１６】
前記永久磁石型回転機において、前記位置情報取得部は、前記位置情報を前記回転子の回転角度に係る情報として取得するロータリエンコーダから構成されることを特徴とする。【００１７】
前記永久磁石型回転機において、前記回転子及び前記固定子からなる回転機構を複数有し、前記各回転機構を構成する前記各永久磁石部と前記各電磁石との配置関係は、前記各回転機構を構成する前記各電磁石の前記コアの残留磁気が０になるタイミングが異なるように設定されることを特徴とする。【００１８】
前記永久磁石型回転機において、前記回転子の回転軸は、発電機の回転子により構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の永久磁石型回転機は、第１電磁石コイルをオン制御することで発生する磁界により、永久磁石と電磁石とを吸引させて回転子を回転させる。次いで、永久磁石型回転機は、第２電磁石コイルをオン制御して、第１電磁石コイルと反対の極性の磁界を発生させ、第１電磁石コイルによるコアの残留磁気を速やかに消磁させる。その後、永久磁石型回転機は、第２電磁石コイルによる反対極性の磁界により永久磁石と電磁石とを反発させて回転子の回転を加速させる。【００２０】
この場合、永久磁石と電磁石とが吸引されることで相互に接近したとき、電磁石のコアの残留磁気は、第２電磁石コイルによって発生した磁界により速やかに消磁される。従って、電磁石のコアは、永久磁石に引力が働かない無力化された状態とされるため、コギングトルクを効果的に低減させることができる。次いで、電磁石のコアの磁極の極性は、無力化された状態から、第２電磁石コイルにより、第１電磁石コイルの極性と反対の極性に直ちに切り替えられる。そのため、永久磁石と電磁石との間には、斥力が働き、回転子が充分な回転トルクを得ることができる。従って、回転子は、短時間で所定の回転速度に達し、充分な回転トルクを得て回転を継続させることができる。この結果、永久磁石型回転機は、永久磁石の磁気エネルギを効率的に利用して回転駆動力を得ることができる。【００２１】
また、永久磁石型回転機は、回転子に発電機を連結させることにより、永久磁石の磁気エネルギを効率的に利用して電力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の永久磁石型回転機の斜視図である。
【図２】図１に示す永久磁石型回転機の平面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２の左側面図である。
【図５】第１実施形態の永久磁石型回転機の制御ブロック図である。
【図６】第１実施形態の永久磁石型回転機における電磁石により発生する磁界の説明図である。
【図７】第２実施形態の永久磁石型回転機の斜視図である。
【図８】図７に示す永久磁石型回転機の平面図である。
【図９】第２実施形態の永久磁石型回転機における電磁石により発生する磁界の説明図である。
【図１０】位置情報取得部を構成するスリット板の変形例の説明図である。
【図１１】永久磁石型回転機の制御ブロックの変形例の説明図である。
【図１２】第３実施形態の永久磁石型回転機の斜視図である。
【図１３】図１２に示す永久磁石型回転機の平面図である。
【図１４】図１３のXIV−XIV線断面図である。
【図１５】図１５Ａは、第３実施形態の永久磁石型回転機に使用される永久磁石の斜視図であり、図１５Ｂは、永久磁石の側面説明図である。
【図１６】第３実施形態の永久磁石型回転機における電磁石により発生する磁界の説明図である。
【図１７】図１７Ａは、第４実施形態の永久磁石型回転機の斜視図であり、図１７Ｂは、図１７Ａにおける電磁石及び永久磁石の配置説明図である。
【図１８】図１８Ａは、図１７ＡのXVIII−XVIII線断面図であり、図１８Ｂは、第４実施形態の変形例の断面図である。
【図１９】図１９Ａは、第５実施形態の永久磁石型回転機の断面図であり、図１９Ｂは、第５実施形態の変形例の断面図である。
【図２０】第６実施形態の永久磁石型回転機の一部分解斜視図である。
【図２１】第６実施形態の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
＜第１実施形態の構成＞
図１は、第１実施形態の永久磁石型回転機１０の斜視図である。図２は、図１に示す永久磁石型回転機１０の平面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。図４は、図２の左側面図である。
【００２５】
永久磁石型回転機１０は、複数の永久磁石３０が配設される回転子２４と、複数の電磁石４８が配設される固定子４０と、永久磁石３０の位置情報を取得する位置情報取得部６０と、電磁石制御部９２（図５）とを備える。
【００２６】
基台１２の上部には、一方側にブラケット１４が固定され、他方側にブラケット１６が固定される。ブラケット１４は、板材１４ａの両側部に板材１４ｂ及び１４ｃを連結して構成される。また、ブラケット１６は、略Ｌ字状の板材から構成される。ブラケット１４は、発電機１８が備える発電機用固定子２０及び発電機用回転子２２の一端部を支持する。ブラケット１６は、発電機用固定子２０及び発電機用回転子２２の他端部を支持する。発電機用回転子２２は、発電機用固定子２０の外周部に回転自在に装着される。
【００２７】
発電機用回転子２２の外周部には、回転子２４が連結される。回転子２４は、２枚の円板２６ａ、２６ｂと、複数個の永久磁石３０とから構成される。円板２６ａ、２６ｂは、発電機用回転子２２の外周部に固定される。永久磁石３０は、円板２６ａ、２６ｂ間の外周部の周方向に、ブラケット２８を介して等間隔で配設される。各永久磁石３０は、２つの磁極３０ａ及び３０ｂ（図３）のうち、回転子２４の外周側の磁極３０ａが全て同一の極性に設定される。例えば、永久磁石型回転機１０では、１６個の永久磁石３０がブラケット２８に配設され、磁極３０ａの極性はＳに設定されている。
【００２８】
また、基台１２の上部には、発電機１８の両側部にブラケット３２及び３４が固定される。ブラケット３２及び３４は、それぞれ板材３２ａ、３２ｂ及び３４ａ、３４ｂから構成される。ブラケット３２及び３４は、連結板３６及び３８を介して、固定子４０を構成する円板４２を支持する。円板４２の一部は、基台１２に形成されたピット１２ａに挿入される。円板４２は、回転子２４と同軸であり、回転子２４よりもブラケット１６側に配設される。円板４２の中央部に形成された円形開口部４４には、発電機用回転子２２が挿通される。
【００２９】
円板４２の回転子２４側の面４２ａには、図３に示すように、クランプ４６により複数個の電磁石４８が固定される。各電磁石４８は、円板４２の周方向に等間隔で配設される。なお、本実施形態では、８個の電磁石４８が面４２ａに配設されている。円周に沿って配設された電磁石４８の内周側には、回転子２４に装着された永久磁石３０が対向して配設される。各電磁石４８には、磁性体からなる１本のコア５０に対して、正磁コイル５２（第１電磁石コイル）及び逆磁コイル５４（第２電磁石コイル）が同軸に巻回される。正磁コイル５２は、永久磁石３０の磁極３０ａに近接する位置に配設される。逆磁コイル５４は、永久磁石３０の磁極３０ａから離間する位置に配設される。コア５０の両端の磁極５０ａ及び５０ｂ（図３）のうち、磁極５０ａは、永久磁石３０の磁極３０ａに近接する。コア５０の磁極５０ａ及び５０ｂの磁極間を結ぶ軸線５６は、永久磁石３０の磁極３０ａ及び３０ｂの磁極間を結ぶ軸線５８に対して、傾斜角度θだけ傾斜する。磁極５０ａ側が回転子２４の回転方向Ｒに傾斜する傾斜角度θは、例えば、０°≦θ≦２０°、好ましくは、３°≦θ≦２０°の範囲に設定される（図３）。角度θは、電磁石４８による永久磁石３０に対する引力が最大となる角度に設定されることが望ましい。正磁コイル５２は、コア５０の磁極５０ａが、永久磁石３０の磁極３０ａと反対の極性となるように励磁される。逆磁コイル５４は、コア５０の磁極５０ａが、永久磁石３０の磁極３０ａと同一の極性となるように励磁される。なお、永久磁石型回転機１０では、正磁コイル５２による磁極５０ａの極性がＮ、逆磁コイル５４による磁極５０ａの極性がＳに設定されている。
【００３０】
固定子４０とブラケット１６との間には、電磁石４８に対する永久磁石３０の位置情報を取得する位置情報取得部６０が配設される（図２）。位置情報取得部６０は、図４に示すように、発電機用回転子２２の外周部に固定され、回転子２４と一体的に回転するスリット板６２を備える。スリット板６２の外周側には、各永久磁石３０の位置に対応して、円弧状の複数の外周スリット６４が形成される。また、スリット板６２の内周側には、各永久磁石３０の位置に対応して、円弧状の複数の内周スリット６６が形成される。外周スリット６４は、正磁コイル５２をオンオフ制御するための位置情報を生成する。内周スリット６６は、逆磁コイル５４をオンオフ制御するための位置情報を生成する。外周スリット６４及び内周スリット６６は、後述する図６に示すように、正磁コイル５２及び逆磁コイル５４のオンオフ制御のタイミングが得られる配置関係に設定される。なお、永久磁石型回転機１０には、１６個の永久磁石３０の各位置に対応して、１６個の外周スリット６４と、１６個の内周スリット６６とが形成されている。
【００３１】
図４に示すように、外周スリット６４の一端部６４ａから他端部６４ｂまでの長さをＬ１とし、中心Ｐに対するスリット板６２の回転角をαとする。長さＬ１は、回転角αと、中心Ｐから外周スリット６４までの距離との積によって決まる。また、内周スリット６６の一端部６６ａから他端部６６ｂまでの長さをＬ２とし、中心Ｐに対するスリット板６２の回転角をβとする。長さＬ２は、回転角βと中心Ｐから内周スリット６６までの距離との積によって決まる。回転角αにより規定される外周スリット６４の長さＬ１は、正磁コイル５２をオン制御することで発生する磁界により永久磁石３０を吸引する時間に基づいて設定される。同様に、回転角βにより規定される内周スリット６６の長さＬ２は、逆磁コイル５４をオン制御することで発生する磁界により永久磁石３０を反発させる時間に基づいて設定される。さらに、外周スリット６４及び内周スリット６６には、スリット板６２の回転方向Ｒに対して、一部が重畳する範囲ΔＬ１２（図６）が設定される。範囲ΔＬ１２は、内周スリット６６の一端部６６ａと、外周スリット６４の他端部６４ｂとの間の回転方向Ｒの距離である。この重畳する範囲ΔＬ１２は、逆磁コイル５４をオン制御してから正磁コイル５２をオフ制御するまでの時間に基づいて設定される。さらにまた、外周スリット６４及び内周スリット６６には、スリット板６２の回転方向Ｒに対して、重畳しない離間する範囲ΔＬ２１（図６）が設定される。範囲ΔＬ２１は、内周スリット６６の他端部６６ｂと、外周スリット６４の一端部６４ａとの間の回転方向Ｒの距離である。この離間する範囲ΔＬ２１は、逆磁コイル５４をオフ制御してから正磁コイル５２をオン制御するまでの時間に基づいて設定される。
【００３２】
また、位置情報取得部６０は、ブラケット６８に連結される２組のファイバ保持部７０及び７２を備える。ファイバ保持部７０及び７２は、スリット板６２を両側から挟む形状に構成される。ファイバ保持部７０には、外周スリット６４の位置に対応して、投光部７６ａ及び受光部７６ｂが対向して配設される。また、ファイバ保持部７２には、内周スリット６６の位置に対応して、投光部８２ａ及び受光部８２ｂが対向して配設される。投光部７６ａ及び受光部７６ｂと、投光部８２ａ及び受光部８２ｂとは、スリット板６２の中心Ｐを通る同一直線上に配設される。
【００３３】
図５は、第１実施形態の永久磁石型回転機１０の制御ブロック図である。永久磁石型回転機１０は、発光素子８４、８６と、受光素子８８、９０と、電磁石制御部９２とを備える。発光素子８４、８６は、位置情報取得部６０を構成する投光部７６ａ、８２ａに光ファイバ７４ａ、８０ａを介して光を供給する。受光素子８８、９０は、外周スリット６４及び内周スリット６６を通過した光を受光部７６ｂ、８２ｂ及び光ファイバ７４ｂ、８０ｂを介して受光する。電磁石制御部９２は、発光素子８４、８６及び受光素子８８、９０を制御する。
【００３４】
電磁石制御部９２は、受光素子８８、９０が検出した光から得られる永久磁石３０の位置情報に基づき、正磁コイル５２及び逆磁コイル５４をオンオフ制御する。ここで、オン制御とは、正磁コイル５２又は逆磁コイル５４の少なくとも一方に電流を供給する制御である。また、オフ制御とは、正磁コイル５２又は逆磁コイル５４の少なくとも一方への電流を遮断する制御である。
【００３５】
＜第１実施形態の動作＞
本実施形態の永久磁石型回転機１０は、基本的には以上のように構成される。次に、その動作について、図６に従って説明する。
【００３６】
図６は、永久磁石型回転機１０の電磁石４８により発生する磁界の説明図である。図６のグラフの横軸は、永久磁石３０の位置を示す。グラフの縦軸は、電磁石４８のコア５０の磁極５０ａにおける磁界の強さ（絶対値）を示す。点線で示すグラフは、磁界の強さＨｎ及びＨｓを示す。Ｈｎは、正磁コイル５２のみが励磁されたときのコア５０の磁極５０ａにおける磁界の強さである。Ｈｓは、逆磁コイル５４のみが励磁されたときのコア５０の磁極５０ａにおける磁界の強さである。また、実線で示すグラフは、コア５０の磁極５０ａにおける磁界の強さＨを示す。磁界の強さＨは、磁界の強さＨｎ及びＨｓを主とする磁界の強さと、電磁石４８に接近した永久磁石３０により誘導された磁界の強さとに基づいて得られる。正磁コイル５２によってコア５０の磁極５０ａに発生される磁界の極性は、永久磁石３０の磁極３０ａの極性と反対である。また、逆磁コイル５４によってコア５０の磁極５０ａに発生される磁界の極性は、永久磁石３０の磁極３０ａの極性と同一である。なお、以下の説明では、永久磁石３０の磁極３０ａの極性をＳとし、正磁コイル５２によりコア５０の磁極５０ａに発生する磁界の極性をＮとし、逆磁コイル５４によりコア５０の磁極５０ａに発生する磁界の極性をＳとする。
【００３７】
（１）ステップ１
先ず、電磁石制御部９２は、発光素子８４、８６を駆動する。発光素子８４、８６から出力された光は、光ファイバ７４ａ、８０ａを介して位置情報取得部６０の投光部７６ａ、８２ａに供給される。この状態において、回転子２４は、回転方向Ｒ（図３）の回転力が付与され、回転子２４が回転される。投光部７６ａ、８２ａから射出された光は、スリット板６２の外周スリット６４又は内周スリット６６を通過して受光部７６ｂ又は８２ｂに入射する。次いで、受光部７６ｂ又は８２ｂに入射した光は、光ファイバ７４ｂ又は８０ｂを介して受光素子８８又は９０に供給され、永久磁石３０の位置情報として電磁石制御部９２に供給される。電磁石制御部９２は、受光素子８８又は９０から供給された位置情報に基づき、固定子４０の正磁コイル５２又は逆磁コイル５４をオン制御する。なお、以下の説明では、正磁コイル５２が先にオン制御されるものとする。
【００３８】
（２）ステップ２
正磁コイル５２がオン制御されて電流が供給されると、コア５０の磁極５０ａがＮに励磁される。図６の（ａ）は、このときの永久磁石３０と電磁石４８との位置関係を示す。正磁コイル５２による磁界の強さＨｎは、正磁コイル５２に流れる電流に比例して徐々に大きくなる。コア５０の磁極５０ａがＮに励磁されると、永久磁石３０の磁極３０ａがＳであるため、永久磁石３０と電磁石４８との間で引力が働く。従って、永久磁石３０は、電磁石４８に吸引され、回転子２４が図３の回転方向Ｒに回転する。
【００３９】
ここで、電磁石４８の軸線５６は、永久磁石３０の磁極３０ａに垂直である軸線５８に対して、磁極５０ａ側が回転子２４の回転方向Ｒに角度θだけ傾斜して設定されている。この場合、コア５０の磁極５０ａによる引力は、離れた位置から永久磁石３０に作用する。従って、永久磁石３０は、十分な吸引時間が確保された状態で電磁石４８により吸引され、回転子２４が速やかに回転を開始する。
【００４０】
（３）ステップ３
永久磁石３０が電磁石４８に吸引されて回転子２４が回転し、電磁石４８のコア５０に近づいたとき、スリット板６２に形成されている内周スリット６６の一端部６６ａが投光部８２ａと受光部８２ｂとの間に配置される。図６の（ｂ）は、このときの永久磁石３０と電磁石４８との位置関係を示す。投光部８２ａから供給された光は、内周スリット６６を通過して受光部８２ｂに入射する。受光部８２ｂに入射した光は、光ファイバ８０ｂを介して受光素子９０に供給され、内周スリット６６に基づく永久磁石３０の位置情報として電磁石制御部９２に供給される。電磁石制御部９２は、受光素子９０から供給された位置情報に基づき、固定子４０の逆磁コイル５４をオン制御する。
【００４１】
ここで、外周スリット６４及び内周スリット６６には、スリット板６２の回転方向Ｒに対して、図４及び図６に示すように、一部が重畳する範囲ΔＬ１２が設定されている。従って、正磁コイル５２がオフ制御される前に逆磁コイル５４がオン制御される。
【００４２】
逆磁コイル５４を正磁コイル５２がオフ制御される前にオン制御する理由は、２つある。第１の理由は、正磁コイル５２による永久磁石３０に対する引力を充分に得るためである。第２の理由は、電磁石４８のコア５０の残留磁気を後述するＡ点において速やかに０にするためである。逆磁コイル５４は、正磁コイル５２よりも永久磁石３０から離れた位置に配設されている。そのため、逆磁コイル５４がオン制御されてから、逆磁コイル５４により発生した磁力がコア５０の磁極５０ａに現れるまでの時間は、正磁コイル５２がオン制御されてから、正磁コイル５２により発生した磁力がコア５０の磁極５０ａに現れるまでの時間よりも遅れる。従って、正磁コイル５２がオフ制御される前に逆磁コイル５４をオン制御した場合、正磁コイル５２による永久磁石３０に対する引力は、急激に減衰せず、永久磁石３０を充分な時間、吸引することができる。また、正磁コイル５２がオフ制御されたとき、逆磁コイル５４は、既にオン制御されているため、正磁コイル５２によるコア５０の残留磁気は、速やかに０となる。その結果、永久磁石３０がコア５０を吸引する力は、殆どなくなり、コア５０の無力化が達成されてコギングトルクの発生が抑制される。なお、逆磁コイル５４は、正磁コイル５２よりも永久磁石３０から離れた位置に配設されている。そのため、図６に示すように、正磁コイル５２のオン制御からオフ制御までの磁界の強さＨｎの立ち上がりは、逆磁コイル５４のオン制御からオフ制御までの磁界の強さＨｓの立ち上がりより早くなっている。磁界の強さＨｎの立ち下がりと磁界の強さＨｓの立ち下がりは同じである。
【００４３】
（４）ステップ４
発光素子８４からの光は、外周スリット６４の他端部６４ｂが投光部７６ａ、受光部７６ｂ間を通過すると、遮断される。そのとき、電磁石制御部９２は、正磁コイル５２をオフ制御する。この場合、コア５０には、正磁コイル５２がオフ制御されても、残留磁気が残っているため、磁極５０ａの極性はＮのままである。しかしながら、逆磁コイル５４が既にオン制御されているため、コア５０の残留磁気は、逆磁コイル５４によって発生する反対方向の磁界により速やかに０となる。その結果、コア５０は、図６に示すＡ点で無力化され、永久磁石３０を吸引しない状態となる。図６の（ｃ）は、このときの永久磁石３０と電磁石４８との位置関係を示す。
【００４４】
永久磁石３０が図６の（ｃ）の位置から移動すると、コア５０の磁極５０ａの極性は、残留磁気が０の状態から逆磁コイル５４の磁界により速やかにＳとなる。コア５０の磁極５０ａがＳに励磁されると、永久磁石３０の磁極３０ａがＳであるため、永久磁石３０と電磁石４８のコア５０との間には斥力が働く。そのため、永久磁石３０は、電磁石４８に対して反発し、回転子２４が図３の回転方向Ｒに回転する。従って、回転子２４は、電磁石４８が無力化された状態から永久磁石３０と電磁石４８のコア５０との間に生じた斥力により回転トルクが付与されるため、コギングトルクが抑制されて回転速度が増加する。
【００４５】
（５）ステップ５
その後、回転子２４は、逆磁コイル５４の磁界による斥力により所定角度回転する。図６の（ｄ）は、このときの永久磁石３０と電磁石４８との位置関係を示す。この場合、電磁石４８は、コア５０の軸線５６が永久磁石３０の軸線５８に対して角度θだけ傾斜して設定されている。そのため、電磁石４８には、逆磁コイル５４による磁界の強さＨｓが最大となるとき、磁極５０ａの角部５１に永久磁石３０の回転方向Ｒの後方の角部３１が最も接近する。永久磁石３０と電磁石４８との間の磁力は、コア５０の角部５１と永久磁石３０の角部３１とが最も接近したときに最も強くなる。従って、永久磁石３０は、電磁石４８から最大の斥力を受け、回転子２４が回転する。次いで、発光素子８６からの光は、内周スリット６６の他端部６６ｂが投光部８２ａ、受光部８２ｂ間を通過すると、遮断される。そのとき、電磁石制御部９２は、逆磁コイル５４をオフ制御する。
【００４６】
（６）ステップ６
逆磁コイル５４がオフ制御された後、逆磁コイル５４によるコア５０の残留磁気が０になる前に、外周スリット６４の一端部６４ａが投光部７６ａ、受光部７６ｂ間を通過する。従って、発光素子８４からの光は、受光素子８８により受光される。電磁石制御部９２は、正磁コイル５２を再びオン制御し、コア５０の磁極５０ａの極性をＮに励磁し、永久磁石３０を吸引する動作を繰り返す。この場合、電磁石制御部９２は、逆磁コイル５４がオフ制御された後に正磁コイル５２をオン制御することにより、逆磁コイル５４による斥力を最大限利用して、回転子２４を回転させることができる。
【００４７】
永久磁石型回転機１０では、以上のステップ１〜６を繰り返すことにより、コギングトルクが抑制された状態で回転子２４を回転させ、短時間で所定の回転速度を得ることができる。すなわち、回転子２４は、電磁石４８の引力により永久磁石３０が吸引されて回転する。次いで、永久磁石３０が電磁石４８の所定位置まで近づいた時点で、電磁石４８の残留磁気は０になり、電磁石４８と永久磁石３０との間に引力が働かない無力化された状態となる。従って、回転子２４は、引力によるトルク変動の影響を受けないため、この時点では、回転子２４にコギングトルクが発生しない。次いで、回転子２４は、逆磁コイル５４によって極性が反転された電磁石４８の斥力により反発され、回転力が増加した状態で回転を継続する。この結果、回転子２４は、速やかに所望の回転速度に到達することになる。
【００４８】
また、発電機１８は、回転子２４の回転に伴い、回転子２４に連結された発電機用回転子２２が回転するため、発電機用固定子２０から電力を取り出すことができる。
【００４９】
この場合、永久磁石型回転機１０は、永久磁石３０に蓄えられている磁気エネルギを効率的に利用して回転子２４を回転させるため、電磁石４８に供給する電力よりも多くの電力を発電機１８から得ることができる。また、永久磁石型回転機１０は、発電機１８における発電開始後に、発電機１８から取り出した電力の一部を電磁石４８に供給する。その後、永久磁石型回転機１０は、外部から電力が供給されることなく、回転動作を継続する。
【００５０】
＜第２実施形態の構成＞
図７は、第２実施形態の永久磁石型回転機１００の斜視図である。図８は、図７に示す永久磁石型回転機１００の平面図である。以下の説明において、第１実施形態の永久磁石型回転機１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
第１実施形態の永久磁石型回転機１０は、回転子２４、固定子４０及び位置情報取得部６０からなる一組の回転機構を備えている。これに対して、第２実施形態の永久磁石型回転機１００は、第１回転機構１０５Ａと、第２回転機構１０５Ｂとの二組の回転機構を備えている。第１回転機構１０５Ａは、回転子１０２ａ、固定子１０４ａ及び位置情報取得部１０６ａからなる。第２回転機構１０５Ｂは、回転子１０２ｂ、固定子１０４ｂ及び位置情報取得部１０６ｂからなる。なお、回転子１０２ａ、１０２ｂは、回転子２４と同様に構成される。また、固定子１０４ａ、１０４ｂは、固定子４０と同様に構成される。さらに、位置情報取得部１０６ａ、１０６ｂは、位置情報取得部６０と同様に構成される。
【００５２】
第１回転機構１０５Ａは、ブラケット１４側に配設される。回転子１０２ａは、発電機１８の発電機用回転子２２に固定され、発電機用回転子２２とともに回転自在に構成される。固定子１０４ａは、円形開口部４４に発電機用回転子２２が挿通され、連結板３６、３８を介してブラケット３３ａ、３５ａにより基台１２に固定される。なお、固定子１０４ａの一部は、基台１２に形成されたピット１２ａに挿入される。位置情報取得部１０６ａは、スリット板６２が発電機用回転子２２に固定され、固定子１０４ａに配設された複数の電磁石４８に対する回転子１０２ａに装着された永久磁石３０の位置情報を取得する。第２回転機構１０５Ｂは、ブラケット１６側に配設される。固定子１０４ｂは、連結板３６、３８を介してブラケット３３ｂ、３５ｂにより基台１２に固定される。なお、固定子１０４ｂの一部は、基台１２に形成されたピット１２ｂに挿入される。位置情報取得部１０６ｂは、スリット板６２が発電機用回転子２２に固定され、固定子１０４ｂに配設された複数の電磁石４８に対する回転子１０２ｂに装着された永久磁石３０の位置情報を取得する。
【００５３】
回転子１０２ａに配設される永久磁石３０と、回転子１０２ｂに配設される永久磁石３０とは、図７及び図８に示すように、回転子１０２ａ及び１０２ｂの回転方向Ｒに対して位相差Δだけずらせて配置される。また、固定子１０４ａに配設される電磁石４８と、固定子１０４ｂに配設される電磁石４８とは、回転方向Ｒに対して位相差が０である同じ位置に配置される。すなわち、回転子１０２ａ、１０２ｂに配設される永久磁石３０と、固定子１０４ａ、１０４ｂに配設される電磁石４８との配置関係は、固定子１０４ａの電磁石４８の磁極５０ａの残留磁気が０になるタイミングと、固定子１０４ｂの電磁石４８の磁極５０ａの残留磁気が０になるタイミングとが異なるように設定される。なお、位相差Δは、回転子１０２ａの永久磁石３０が、回転子１０２ｂの２つの永久磁石３０の中央の位置となるように設定することが望ましい。
【００５４】
＜第２実施形態の動作＞
次に、永久磁石型回転機１００の動作について説明する。
【００５５】
図９は、第２実施形態の永久磁石型回転機１００における電磁石４８により発生する磁界の説明図である。点線で示す磁界の強さＨｎａ及びＨｓａは、固定子１０４ａにおける電磁石４８の正磁コイル５２及び逆磁コイル５４によるコア５０の磁極５０ａでの磁界の強さ（絶対値）を示す。また、点線で示す磁界の強さＨｎｂ及びＨｓｂは、固定子１０４ｂにおける電磁石４８の正磁コイル５２及び逆磁コイル５４によるコア５０の磁極５０ａでの磁界の強さ（絶対値）を示す。さらに、実線で示す磁界の強さＨａ及びＨｂは、磁界の強さＨｎａ及びＨｓｂを主とする磁界の強さと、接近した永久磁石３０により誘導された磁界の強さとに基づいて得られるコア５０の磁極５０ａにおける磁界の強さ（絶対値）を示す。
【００５６】
回転子１０２ａ及び固定子１０４ａによる回転動作と、回転子１０２ｂ及び固定子１０４ｂによる回転動作とは、第１実施形態の永久磁石型回転機１０の場合と同じである。相違点は、固定子１０４ａの電磁石４８の残留磁気が０になって無力化されるときの永久磁石３０の位置である点Ａと、固定子１０４ｂの電磁石４８の残留磁気が０になって無力化されるときの永久磁石３０の位置である点Ｂとが異なる位置となるようにしている点である。
【００５７】
この場合、点Ａでは、固定子１０４ａの電磁石４８の残留磁気が０になるため、一方の回転子１０２ａに対して回転トルクが働かないが、他方の回転子１０２ｂには、固定子１０４ｂの電磁石４８の正磁コイル５２による引力が働いている。また、点Ｂでは、固定子１０４ｂの電磁石４８の残留磁気が０になるため、他方の回転子１０２ｂに対して回転トルクが働かないが、一方の回転子１０２ａには、固定子１０４ａの電磁石４８の逆磁コイル５４による斥力が働いている。従って、回転子１０２ａ又は１０２ｂには、いずれか一方に常に回転トルクが働く。この結果、回転子１０２ａ又は１０２ｂのコギングトルクは、さらに低減され、且つ、一層効率的に回転トルクを得ることができる。
【００５８】
なお、回転子１０２ａ、１０２ｂにおける永久磁石３０の間隔は、電磁石４８と永久磁石３０と間の引力及び斥力に大きく影響する。永久磁石３０の間隔が広すぎると、電磁石４８と永久磁石３０との距離が大きくなるため、引力及び斥力が充分に働かない。また、永久磁石３０の間隔が狭すぎると、正磁コイル５２の引力を受ける永久磁石３０が正磁コイル５２に近すぎるため、引力により吸引されている時間を充分に得ることができない。
【００５９】
永久磁石型回転機１００では、永久磁石３０を２つの回転子１０２ａ及び１０２ｂに分散することにより、各回転子１０２ａ及び１０２ｂにおける永久磁石３０の間隔を広くすることができる。従って、各回転機構は、各永久磁石３０を電磁石４８の引力により吸引する十分な時間を確保し、引力を充分に得て回転子１０２ａ、１０２ｂを効果的に回転させることができる。また、回転機構は、各回転子１０２ａ及び１０２ｂにより回転力を相互に補完することで、回転数を容易に制御することができる。
【００６０】
＜位置情報取得部の変形例＞
図１０は、位置情報取得部６０、１０６ａ、１０６ｂを構成するスリット板６２の変形例の説明図である。
【００６１】
スリット板１０６は、第１円板１０８、第２円板１１２及び第３円板１１４から構成される。第２円板１１２は、外周径が第１円板１０８と同一で中央部に円形開口部１１０を有する。第２円板１１２は、第１円板１０８に重畳される。第３円板１１４は、第２円板１１２の円形開口部１１０に装着される。第１円板１０８には、正磁コイル５２用のスリット１０８ａ及び逆磁コイル５４用のスリット１０８ｂが形成される。第２円板１１２には、正磁コイル５２用のスリット１１２ａが形成される。第３円板１１４には、逆磁コイル５４用のスリット１１４ａが形成される。
【００６２】
第２円板１１２は、長孔１１６ａ〜１１６ｃを介して、ねじ１１８ａ〜１１８ｃにより第１円板１０８に連結される。従って、スリット１０８ａ、１１２ａによる光通過域の弧の長さは、第１円板１０８と第２円板１１２との重なり角度を調整することにより、容易に調整することができる。同様に、第３円板１１４は、長孔１２０ａ〜１２０ｃを介して、ねじ１２２ａ〜１２２ｃにより第１円板１０８に連結される。従って、スリット１０８ｂ、１１４ａによる光通過域間の遮光域の長さは、第１円板１０８と第３円板１１４との重なり角度を調整することにより、容易に調整することができる。
【００６３】
なお、電磁石制御部９２は、スリット１０８ａ、１１２ａによる光通過域を用いて、正磁コイル５２を制御する。また、電磁石制御部９２は、スリット１０８ｂ、１１４ａによる光通過域間の遮光域を用いて、逆磁コイル５４を制御する。もちろん、正磁コイル５２及び逆磁コイル５４の制御は、スリット板１０６の光通過域又は遮光域のいずれを用いて行ってもよい。
【００６４】
永久磁石型回転機１０、１００の仕様の変更や、正磁コイル５２又は逆磁コイル５４のオンオフ制御のタイミングの調整は、スリット板１０６を図１０に示すように構成することで容易に行うことができる。
【００６５】
図１１は、永久磁石型回転機１０、１００の制御ブロックの変形例の説明図である。この制御ブロックは、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂの回転位置に係る情報を位置情報として取得するロータリエンコーダ１２４（位置情報取得部）を用いる場合を示す。電磁石４８は、ロータリエンコーダ１２４から取得した回転子２４、１０２ａ、１０２ｂの基準位置に対する回転角度、すなわち、電磁石４８に対する永久磁石３０の位置情報に基づいてオンオフ制御される。
【００６６】
また、電磁石４８のオンオフ制御は、予め設定されたタイミングデータに基づいて行うこともできる。すなわち、電磁石制御部９２には、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂの回転速度と、電磁石４８をオンオフ制御するタイミングデータとの関係を予め計測して記憶させておく。そして、電磁石制御部９２は、ロータリエンコーダ１２４により検出した回転位置の情報に基づいて回転速度を算出し、そのときの回転速度に対応するタイミングデータに従って電磁石４８をオンオフ制御する。これにより、電磁石制御部９２は、電磁石４８と永久磁石３０との実機上の位置関係に従った正確なタイミングで、永久磁石３０をオンオフ制御することができる。
【００６７】
＜第３実施形態の構成＞
図１２は、第３実施形態の永久磁石型回転機２００の斜視図である。図１３は、図１２に示す永久磁石型回転機２００の平面図である。図１４は、図１３のXIV−XIV線断面図である。図１５Ａは、第３実施形態の永久磁石型回転機２００に使用される永久磁石２０２の斜視図であり、図１５Ｂは、永久磁石２０２の側面説明図である。以下の説明において、第１実施形態の永久磁石型回転機１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
永久磁石型回転機２００は、複数の永久磁石２０２が配設される回転子２０４と、複数の電磁石４８が配設される固定子２０６とを備える。回転子２０４は、回転軸２０８により回転可能に支持される。回転軸２０８は、両端部がブラケット２１０ａ、２１０ｂにより支持される。回転軸２０８の端部には、回転子２０４の回転角度を検出するロータリエンコーダ１２４が連結される。
【００６９】
各電磁石４８は、図１４に示すように、コア５０の軸線５６が回転子２０４の回転軸２０８の中心を通るように設定される。
【００７０】
永久磁石２０２は、略台形形状に形成される。各永久磁石２０２は、コア５０の磁極５０ａに対向する磁極の極性が全て同じとなるように設定される。永久磁石２０２の角部２１２ａ、２１２ｂ間の長さをＭ１とし、角部２１４ａ、２１４ｂ間の長さをＭ２とし、角部２１６ａ、２１６ｂ間の長さをＭ３とする。長さＭ１〜Ｍ３は、Ｍ２＞Ｍ１＞Ｍ３の関係に設定される。従って、永久磁石２０２は、コア５０に対向する角部２１４ａ及び２１６ａ間の磁極面２０２ａと、コア５０に対向する２１２ａ及び２１４ａ間の磁極面２０２ｃとが、コア５０に対して傾斜して設定されることになる。角部２１４ｂ及び２１６ｂ間の磁極面２０２ｂと、２１２ｂ及び２１４ｂ間の磁極面２０２ｄとは、磁極面２０２ａ及び２０２ｃの場合と同様に、傾斜して設定される。このような形状からなる永久磁石２０２は、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、磁極間の長さＭ３が短い角部２１６ａ、２１６ｂ側から、磁極間の長さＭ２が長い角部２１４ａ、２１４ｂ側に向かい、磁力が徐々に強くなる。そして、永久磁石２０２の磁力は、角部２１４ａ、２１４ｂ寄りの点線で示す部分２１８ａ、２１８ｂにおいて、最も強くなる。
【００７１】
なお、永久磁石２０２の寸法は、例えば、Ｍ１＝３５ｍｍ、Ｍ２＝４５ｍｍ、Ｍ３＝２５ｍｍ、Ｍ４＝１７ｍｍ、Ｍ５＝２５ｍｍである。永久磁石２０２は、角部２１６ａ、２１６ｂ側の面を回転子２０４の回転方向Ｒ側として、回転子２０４に固定される。従って、電磁石４８のコア５０に対向する永久磁石２０２の磁極は、回転子２０４の回転に伴って磁極面２０２ａがコア５０に徐々に接近することになる。
【００７２】
＜第３実施形態の動作＞
次に、永久磁石型回転機２００の動作について説明する。なお、以下の説明では、永久磁石２０２は、電磁石４８側の磁極面２０２ａの極性がＳ、電磁石４８から離間した磁極面２０２ｂの極性がＮに設定されているものとする（図１４）。また、永久磁石型回転機２００は、図１１に示す制御回路によって制御される。
【００７３】
図１６は、永久磁石型回転機２００の電磁石４８により発生する磁界の説明図であり、図６に示す第１実施形態の磁界の特徴と同じである。図１６のグラフの横軸は、ロータリエンコーダ１２４により検出された回転子２０４の基準位置２２０（図１４）からの回転角度φであり、電磁石４８に対する永久磁石２０２の回転位置に対応する。
【００７４】
（１）ステップ１
回転子２０４は、外部から回転方向Ｒの回転力が付与され、回転が開始される。回転子２０４の基準位置２２０からの回転角度φは、ロータリエンコーダ１２４により検出される。
【００７５】
（２）ステップ２
次に、第１実施形態のステップ２と同様にして、回転子２０４が回転する。すなわち、回転子２０４が基準位置２１４から角度φ１だけ回転したことをロータリエンコーダ１２４が検出し、電磁石４８と永久磁石２０２とが図１６（ａ）に示す位置関係になると、電磁石制御部９２は、電磁石４８の正磁コイル５２をオン制御する。正磁コイル５２がオン制御されると、コア５０の永久磁石２０２側の磁極５０ａがＮに励磁される。従って、電磁石４８は、永久磁石２０２を吸引し、回転子２０４が図１２及び図１４の回転方向Ｒに回転する。
【００７６】
ここで、永久磁石２０２は、コア５０に対向する磁極面２０２ａが傾斜しており、コア５０と永久磁石２０２の回転方向Ｒ側の角部２１６ａとが離間している。従って、電磁石４８は、永久磁石２０２を吸引する時間が長く、その間に回転子２０４に十分な回転力が付与される。
【００７７】
また、永久磁石２０２は、図１５Ｂの磁力線２２２ａ、２２２ｂで示すように、角部２１６ａ、２１６ｂ間の長さＭ３が角部２１２ａ、２１２ｂ間の長さＭ１よりも短い。そのため、角部２１６ａ、２１６ｂ側の磁力は、角部２１２ａ、２１２ｂ側の磁力よりも弱くなる。従って、電磁石４８は、永久磁石２０２の磁極面２０２ｂ側の磁極（極性Ｎ）による斥力の影響を殆ど受けることなく、永久磁石２０２を効率的に吸引することができる。
【００７８】
（３）ステップ３
第１実施形態のステップ３と同様に、電磁石制御部９２は、回転子２０４が基準位置２１４から角度φ２だけ回転したことをロータリエンコーダ１２４が検出し、電磁石４８と永久磁石２０２とが図１６（ｂ）に示す位置関係になると、逆磁コイル５４をオン制御する。次いで、電磁石制御部９２は、回転子２０４が所定角度回転した後、正磁コイル５２をオフ制御する。このとき、永久磁石２０２の磁極面２０２ａにおける磁力は、角部２１６ａから角部２１４ａ側に向かって徐々に強くなり、角部２１４ａ寄りの部分２１８ａ（図１５Ａ）において最も強くなっている。従って、電磁石４８は、永久磁石２０２が接近するに従って徐々に強くなる磁力により、永久磁石２０２を吸引する。この結果、回転子２０４には、十分な回転力が付与される。
【００７９】
（４）ステップ４
第１実施形態のステップ４と同様に、回転子２０４が基準位置２１４から角度φ３だけ回転し、図１６（ｃ）に示す位置関係になった時点において、コア５０の残留磁気は、逆磁コイル５４によって発生する反対方向の磁界により消磁され、０となる。この結果、電磁石４８は、図１６に示すＡ点において無力化され、永久磁石２０２を吸引しない状態となる。このとき、永久磁石２０２の角部２１４ａは、電磁石４８の軸線５６とほぼ一致した位置にある。
【００８０】
（５）ステップ５
次いで、第１実施形態のステップ５と同様に、電磁石４８のコア５０の磁極５０ａの極性は、逆磁コイル５４の磁界により、速やかにＳとされる。このとき、コア５０には、最大磁力が発生する部分２１８ａに近い永久磁石２０２の角部２１４ａが接近している。そのため、永久磁石２０２は、電磁石４８から強い斥力を受ける。また、永久磁石２０２の角部２１４ａがコア５０の軸線５６を通過すると、磁極面２０２ａと反対の方向に傾斜する永久磁石２０２のＳの磁極面２０２ｃがコア５０に対向する。この場合、電磁石４８による斥力は、磁極面２０２ｃを介して永久磁石２０２を回転方向Ｒに押圧する力となる。従って、永久磁石２０２には、電磁石４８の斥力によって回転方向Ｒに強い力が付与される。
【００８１】
（６）ステップ６
第１実施形態のステップ６と同様に、電磁石制御部９２は、回転子２０４が基準位置２２０から角度φ４だけ回転したことをロータリエンコーダ１２４が検出し、電磁石４８と永久磁石２０２とが図１６（ｄ）に示す位置関係になると、電磁石４８の逆磁コイル５４をオフ制御する。その後、回転子２０４は、ステップ１からの処理が繰り返されて回転動作が継続される。
【００８２】
＜第４実施形態の構成＞
図１７Ａは、第４実施形態の永久磁石型回転機３００の斜視図であり、図１７Ｂは、図１７Ａにおける電磁石４８及び永久磁石２０２、２０３の配置説明図である。図１８Ａは、図１７ＡのXVIII−XVIII線断面図である。以下の説明において、第３実施形態の永久磁石型回転機２００と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８３】
永久磁石型回転機３００は、矩形状に構成されるフレーム３０２を備える。フレーム３０２の最下部には支持板３０４が固定され、最上部には支持板３０６が固定される。支持板３０４、３０６には、鉛直状態に設定された回転軸３０８の上下両端部が支持される。回転軸３０８の上端部には、回転軸３０８の回転角度を検出するロータリエンコーダ１２４が連結される。
【００８４】
永久磁石型回転機３００は、回転子３１０と、回転子３１０の上下に配設される固定子３１２及び３１４とを備える。回転子３１０は、２枚の円板３１６ａ、３１６ｂと、複数の電磁石４８とを備える。複数のスペーサ３１８を介して連結される円板３１６ａ、３１６ｂは、中心部が回転軸３０８に固定され、水平面内で回転する。複数の電磁石４８は、ブラケット３２０を介して円板３１６ａ、３１６ｂの上下に配設される。各電磁石４８は、コア５０が水平状態に設定され、円板３１６ａ、３１６ｂの回転方向に等間隔で配設される。コア５０の軸線５６（図１７Ｂ）は、回転子３１０の回転軸３０８の中心を通る。本実施形態では、円板３１６ａの上に８個の電磁石４８が配設され、円盤３１６ｂの下に８個の電磁石４８が配設される。
【００８５】
固定子３１２及び３１４は、矩形状の支持板３２２ａ、３２２ｂ及び３２４ａ、３２４ｂと、複数の永久磁石２０２、２０３とを備える。永久磁石２０３は、永久磁石２０２と同じ形状である（図１５Ａ、１５Ｂ）。永久磁石２０２は、回転子３１０の内周側に配設され、永久磁石２０３は、回転子３１０の外周側に配設される。複数のスペーサ３２６を介して連結される支持板３２２ａ、３２２ｂ及び３２４ａ、３２４ｂは、フレーム３０２に固定される。永久磁石２０２、２０３は、支持板３２２ｂの下及び支持板３２４ａの上にブラケット３２１を介して配設される。永久磁石２０２及び２０３は、図１７Ｂに示すように、コア５０の両端の磁極５０ａ及び５０ｂにそれぞれ対向するように配設される。本実施形態では、電磁石４８の磁極５０ａ側に１６個の永久磁石２０２が等間隔で配設され、磁極５０ｂ側に１６個の永久磁石２０３が等間隔で配設される。
【００８６】
回転子３１０の回転方向Ｒに隣接する各永久磁石２０２、２０３は、電磁石４８のコア５０に対向する磁極の極性が異なるように設定される。すなわち、コア５０の一方の磁極５０ａに対向する永久磁石２０２は、磁極面２０２ａ、２０２ｂの極性がＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、…の順で設定される。また、コア５０の他方の磁極５０ｂに対向する永久磁石２０３は、磁極面２０２ａ、２０２ｂの極性が磁極５０ａ側の永久磁石２０２と反対であって、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ、…の順で設定される。支持板３２２ｂの下に配設される永久磁石２０２、２０３と、支持板３２４ａの上に配設される永久磁石２０２、２０３とは、第２実施形態の永久磁石型回転機１００の場合と同様に、電磁石４８の回転方向Ｒに対して位相差Δだけずらせて配置される。そのため、図１８Ａでは、固定子３１４に配設される永久磁石２０２を点線で示している。
【００８７】
＜第４実施形態の動作＞
次に、永久磁石型回転機３００の動作について説明する。なお、電磁石４８の磁極５０ａ、５０ｂに発生する磁界の強さと、永久磁石２０２、２０３の位置及び電磁石４８のオンオフ制御のタイミングとは、図１６に示す第３実施形態の場合と同じである。
【００８８】
電磁石４８を有する回転子３１０は、外部から回転方向Ｒの回転力が付与され、回転を開始する。次いで、電磁石制御部９２は、電磁石４８の正磁コイル５２をオン制御し、電磁石４８が永久磁石２０２、２０３に吸引されて回転する。電磁石４８のコア５０の一方の磁極５０ａと、磁極５０ａにＳ極が対向する永久磁石２０２との間に働く磁力に基づく回転子３１０の回転動作は、電磁石４８側が永久磁石２０２に対して回転する点を除き、第３実施形態の場合と同じである。
【００８９】
一方、電磁石４８のコア５０の他方の磁極５０ｂの極性は、一方の磁極５０ａと反対の極性となる。コア５０の磁極５０ｂには、磁極５０ａに一方の永久磁石２０２のＳ極が対向する間、他方の永久磁石２０３のＮ極が対向する。従って、電磁石４８には、コア５０の両方の磁極５０ａ、５０ｂに２つの永久磁石２０２、２０３から引力及び斥力が付与される。この結果、回転子３１０は、第３実施形態の永久磁石型回転機２００の略２倍の回転力が付与されて回転する。
【００９０】
また、電磁石４８のコア５０の一方の磁極５０ａに対向する永久磁石２０２による磁力線は、コア５０を介して他方の磁極５０ｂに対向する永久磁石２０３に導かれる。この場合、コア５０の磁束密度は、永久磁石２０２、２０３の磁力線に対して、電磁石４８により生成される磁力線が加算されるため、大幅に増大する。この結果、電磁石４８には、一層強い吸引力が付与され、回転子３１０に付与される回転力がさらに増大することになる。
【００９１】
また、回転子３１０の回転方向Ｒに隣接する永久磁石２０２の磁極は、異なる極性に設定されている。例えば、電磁石４８のコア５０の磁極５０ａの極性がＮ極である場合、電磁石４８は、回転方向Ｒの下流側にあるＮ極の永久磁石２０２から斥力を受けるとともに、回転方向Ｒの上流側にある隣接するＳ極の永久磁石２０２から引力を受ける。従って、電磁石４８は、回転方向Ｒに隣接する複数の永久磁石２０２から斥力及び引力を同時に受けて回転するため、効率的に回転する。同様に、電磁石４８は、回転方向に隣接する複数の永久磁石２０３から斥力及び引力を同時に受けて効率的に回転する。
【００９２】
電磁石制御部９２は、電磁石４８のオンオフ制御のタイミングを、電磁石４８に対向する極性の同じ永久磁石２０２、２０３の回転位置に従って制御すればよい。例えば、電磁石制御部９２は、固定子３１２に配設される永久磁石２０２、２０３のうち、電磁石４８のコア５０にＳ極が対向する永久磁石２０２、２０３の回転位置のみを考慮して、電磁石４８をオンオフ制御すればよい。従って、電磁石制御部９２は、オンオフ制御の時間間隔を長くすることができ、その分、制御が容易となる。
【００９３】
回転子３１０の下に配設される電磁石４８と固定子３１４に配設される永久磁石２０２、２０３との間の動作は、上述した場合と同様である。この場合、下の固定子３１４に配設される永久磁石２０２、２０３は、上の固定子３１２に配設される永久磁石２０２、２０３に対して、回転子３１０の回転方向に位相差Δだけずらせて配置されている。従って、第２実施形態の場合と同様に、回転子３１０は、上部に配設されている電磁石４８が無力化されている間、回転子３１０の下部に配設されている電磁石４８が永久磁石２０２、２０３から回転力を受けることになるため、回転が効率的に継続される。
【００９４】
なお、第４実施形態では、回転子３１０に電磁石４８を固定し、電磁石４８側を永久磁石２０２、２０３に対して回転させる構成としている。従って、電磁石４８と永久磁石２０２、２０３との位置関係は、厳密に設定する必要はなく、各電磁石４８のオンオフ制御のタイミングを、電磁石４８と永久磁石２０２、２０３との位置関係に従って調整するだけでよい。
【００９５】
＜第４実施形態の変形例＞
図１８Ｂは、第４実施形態の変形例の断面図である。この変形例の永久磁石型回転機３００ａと、図１８Ａに示す永久磁石型回転機３００との相違点は、上下の固定子３１２ａ及び３１４ａに電磁石４８を固定する一方、回転子３１０ａに永久磁石２０２、２０３を固定している点である。この永久磁石型回転機３００ａでは、固定子３１２ａ及び３１４ａに固定された電磁石４８に対して、回転子３１０ａに固定された永久磁石２０２、２０３が回転する。
【００９６】
＜第５実施形態＞
図１９Ａは、第５実施形態の永久磁石型回転機４００の断面図である。第４実施形態の永久磁石型回転機３００（図１８Ａ）では、電磁石４８のコア５０の軸線５６を水平状態に設定するとともに、永久磁石２０２、２０３の磁極間の方向を水平状態に設定している。これに対して、永久磁石型回転機４００では、電磁石４８のコア５０の軸線５６を鉛直状態に設定するとともに、永久磁石２０２、２０３、２０５の磁極間の方向を鉛直状態に設定して電磁石４８の上下に配設する。なお、永久磁石２０５は、永久磁石２０２、２０３と同じ形状である。以下の説明において、第４実施形態の永久磁石型回転機３００と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
永久磁石型回転機４００は、２組の回転子４０２、４０４と、回転子４０２、４０４の上下及び回転子４０２、４０４間に配設される３組の固定子４０６、４０８、４１０とを備える。回転子４０２、４０４は、円板４１２、４１４と複数の電磁石４８とを備える。円板４１２、４１４は、中心部が回転軸３０８に固定され、水平面内で回転する。各電磁石４８は、コア５０の軸線５６を鉛直状態として、各円板４１２、４１４の回転方向に等間隔に配設される。本実施形態では、各円板４１０、４１２に８個の電磁石４８が配設される。
【００９８】
固定子４０６、４０８、４１０は、矩形状の支持板４１６、４１８、４２０と、複数の永久磁石２０２、２０３、２０５とを備える。支持板４１６、４１８、４２０は、フレーム３０２に固定される。永久磁石２０２、２０３、２０５は、各支持板４１４、４１６、４１８に配設される。永久磁石２０２、２０３、２０５は、電磁石４８のコア５０の軸線５６が通過する円周上に配設される。永久磁石２０２、２０３、２０５は、コア５０の両端の磁極５０ａ及び５０ｂに各磁極面２０２ａ、２０２ｂが対向するように配設される。本実施形態では、各固定子４０６、４０８、４１０にそれぞれ１６個の永久磁石２０２、２０３、２０５が等間隔で配設される。
【００９９】
固定子４０６に対して、隣接して配設される永久磁石２０２は、回転子４０２側の磁極面２０２ａ、２０２ｂの極性が、回転子４０２の回転方向にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、…の順となるように設定される。また、固定子４０８に対して、隣接して配設される永久磁石２０３は、回転子４０２側の磁極面の極性が永久磁石２０２と反対の極性となるように設定される。同様に、固定子４１０に対して、隣接して配設される永久磁石２０５は、回転子４０４側の磁極面の極性が永久磁石２０３と反対の極性となるように設定される。
【０１００】
以上のように構成される永久磁石型回転機４００は、永久磁石型回転機３００と同様にして、電磁石４８のコア５０の両端部の磁極５０ａ、５０ｂと、永久磁石２０２、２０３、２０５との間の引力及び斥力に基づき、回転子４０２、４０４が回転軸３０８を中心として回転する。なお、永久磁石型回転機４００では、回転軸３０８が鉛直状態に設定されているため、電磁石４８及び円板４１２、４１４の重量の影響を受けることなく、回転子４０２、４０４を容易に回転させることができる。
【０１０１】
＜第５実施形態の変形例＞
図１９Ｂは、第５実施形態の変形例の断面図である。この変形例の永久磁石型回転機４００ａと、図１９Ａに示す永久磁石型回転機４００との相違点は、固定子４０２ａ、４０４ａを構成する支持板４１２ａ、４１４ａに電磁石４８を固定する一方、回転子４０６ａ、４０８ａ、４１０ａを構成する円板４１６ａ、４１８ａ、４２０ａに永久磁石２０２、２０３、２０５を固定している点である。この永久磁石型回転機４００ａでは、電磁石４８が配設された固定子４０２ａ及び４０４ａに対して、永久磁石２０２、２０３、２０５が配設された回転子４０６ａ、４０８ａ、４１０ａが回転する。
【０１０２】
＜第６実施形態の構成＞
図２０は、第６実施形態の永久磁石型回転機５００の一部分解斜視図である。永久磁石型回転機５００は、第１回転機構５０２及び第２回転機構５０４を備える。
【０１０３】
第１回転機構５０２は、ブラケット５０６ａ、５０６ｂを介して図示しない取り付け部に固定される円板状の固定子５０８と、回転軸５１０を中心に回転する回転子５１２とを備える。同様に、第２回転機構５０４は、ブラケット５１４ａ、５１４ｂを介して図示しない取り付け部に固定される円板状の固定子５１６と、回転軸５１０を中心に回転する回転子５１８とを備える。回転軸５１０の端部には、回転子５１２、５１８の回転角度を検出するロータリエンコーダ１２４が連結される。
【０１０４】
第１回転機構５０２の固定子５０８には、複数の電磁石５２０が配設される。電磁石５２０は、略Ｖ字状に折曲されたコア５２２を有する。コア５２２には、第１実施形態の電磁石４８と同様に、一端側に正磁コイル５２が巻回され、他端側に逆磁コイル５４が巻回される。電磁石５２０は、コア５２２の２本の軸線５２２ａ、５２２ｂの方向が、回転軸５１０の中心を通る基準線５２３に対して回転子５１２の回転方向Ｒに角度θ１及びθ２だけ傾斜された状態で等間隔で配設される。なお、角度θ１、θ２は、例えば、０°≦θ１≦２０°、０°≦θ２≦２０°、好ましくは、３°≦θ１≦２０°、３°≦θ２≦２０°の範囲に設定される。
【０１０５】
第１回転機構５０２の回転子５１２は、外周リング５２４及び内周リング５２６を備える。外周リング５２４及び内周リング５２６には、回転方向Ｒに対して、第１実施形態と同じ円形の複数の永久磁石３０及び３１が等間隔で配設される。外周リング５２４に配設される永久磁石３０の磁極と、内周リング５２６に配設される永久磁石３１の磁極とは、対向する磁極の極性が反対となるように設定される。また、外周リング５２４及び内周リング５２６に対して、隣接して配設される各永久磁石３０、３１の磁極の極性は、図１７Ｂに示す第４実施形態の場合と同様に、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、…の順に互いに反対の極性となるように設定される。固定子５０８の電磁石５２０は、固定子５０８を回転子５１２に装着した際に、外周リング５２４と内周リング５２６との間に配置される。電磁石５２０のコア５２２の両端部には、永久磁石３０と永久磁石３１とがそれぞれ対向する。
【０１０６】
第２回転機構５０４は、第１回転機構５０２と同様に構成される。相異点は、回転子５１８に配設される永久磁石３０、３１の位置が、第１回転機構５０２の回転子５１２に配設される永久磁石３０、３１に対して、回転方向Ｒに位相差Δだけずらせて設定されている点である。
【０１０７】
＜第６実施形態の動作＞
次に、永久磁石型回転機５００の動作について説明する。
【０１０８】
第１回転機構５０２の回転子５１２及び第２回転機構５０４の回転子５１８は、外部から回転方向Ｒの回転力が付与され、回転を開始する。
【０１０９】
第１回転機構５０２における電磁石５２０の正磁コイル５２がオン制御されると、回転子５１２の内周リング５２６側におけるコア５２２に発生する磁力により、内周リング５２６の永久磁石３１が吸引される。また、コア５２２の外周リング５２４側には、反対極性の磁力が発生し、この磁力により、外周リング５２４の永久磁石３０が吸引される。この場合、電磁石５２０は、回転子５１２の回転方向Ｒに対して、コア５２２が略Ｖ字状に折曲されている。従って、コア５２２の両端部に配設される永久磁石３０、３１に対して、コア５２２が傾斜した状態となる。この関係は、図３に示す第１実施形態における電磁石４８のコア５０と永久磁石３０との関係と同じである。すなわち、コア５２２を折曲させることにより、コア５２２の磁極と永久磁石３０、３１の磁極とが離間し、電磁石５２０が永久磁石３０、３１を吸引するための十分な時間が確保される。この結果、電磁石５２０は、永久磁石３０、３１を吸引して回転子５１２に十分な回転力を付与することができる。
【０１１０】
第２回転機構５０４の動作は、第１回転機構５０２と同じである。この場合、第２回転機構５０４を構成する回転子５１８の永久磁石３０、３１は、第１回転機構５０２の永久磁石３０、３１に対して、回転方向Ｒに位相差Δだけずらして設定されている。従って、第４実施形態の場合と同様に、第２回転機構５０４は、第１回転機構５０２の電磁石５２０が無力化されている間、第２回転機構５０４の電磁石５２０が永久磁石３０、３１に引力又は斥力を付与し、回転が効率的に継続される。
【０１１１】
＜第６実施形態の変形例＞
図２１は、第６実施形態の変形例の断面図である。この変形例の永久磁石型回転機５００ａでは、図２０の固定子５０８、５１６に対して、第１実施形態と同じ複数の電磁石４８が配設される。そして、各電磁石４８は、回転子５１２ａの回転方向Ｒに所定の角度θ３だけ傾斜させた状態で設定される。また、回転子５１２ａの外周リング５２４ａに配設される永久磁石３０は、内周リング５２６ａに配設される永久磁石３１よりも角度δだけ回転方向Ｒに移動させた位置に配設される。
このように構成される永久磁石型回転機５００ａの場合、永久磁石３０と電磁石４８のコア５０とが十分に離間して配設されるため、永久磁石３０と電磁石５２０との関係と同様に、十分な吸引時間が確保され、回転子５１２ａが回転する。一方、永久磁石３１と電磁石４８のコア５０との距離は、外周リング５２４ａよりは短くなるが、回転子５１２ａには、同様にして吸引による回転力が付与される。
【０１１２】
また、永久磁石型回転機５００ａでは、永久磁石３０と永久磁石３１との位置を、電磁石４８の傾斜方向に角度δに対応する距離だけずらせて設定している。このように設定することにより、永久磁石３０、３１は、電磁石４８のコア５０の両端部を同時に通過させることができる。この場合、電磁石制御部９２は、電磁石４８の両端部に発生する引力及び斥力のタイミングを同期させることができ、効率的に回転子５１２ａを回転させることができる。
【０１１３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【０１１４】
例えば、永久磁石型回転機１０、１００、２００において、電磁石４８は、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂ、２０４の外周側に配設しているが、電磁石及び回転子の一方が外周側に配設され、他方が内周側に配設される構成であればよい。従って、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂ、２０４は、電磁石４８の外周側に配設される構成としてもよい。
【０１１５】
また、永久磁石型回転機１０、１００、２００、５００、５００ａでは、電磁石４８、５２０を固定し、永久磁石３０、３１、２０２を回転させるようにしているが、電磁石及び回転子が相対的に回転する構成であればよい。従って、例えば、永久磁石３０、３１、２０２を固定し、電磁石４８、５２０を回転させるようにしてもよい。
【０１１６】
また、電磁石４８は、正磁コイル５２を永久磁石３０、２０２に近接して配設し、逆磁コイル５４を永久磁石３０、２０２から離間して配設しているが、正磁コイル５２を永久磁石３０、２０２から離間させ、逆磁コイル５４を永久磁石３０、２０２に近接して配設することもできる。この場合、正磁コイル５２による磁界は、逆磁コイル５４による磁界よりも遅延してコア５０に発生する。従って、逆磁コイル５４のオン制御のタイミングは、図６に示す場合よりも正磁コイル５２のオフ制御のタイミングに近づけて設定する。また、正磁コイル５２のオン制御のタイミングは、図６に示す場合よりも逆磁コイル５４のオフ制御のタイミングに近づけて設定する。例えば、外周スリット６４及び内周スリット６６の重畳する範囲ΔＬ１２は、図６に示す場合よりも短く設定する。また、外周スリット６４及び内周スリット６６の離間する範囲ΔＬ２１は、図６に示す場合よりも短く設定する。このように設定することにより、正磁コイル５２及び逆磁コイル５４のオン制御及びオフ制御のタイミングは、逆磁コイル５４を永久磁石３０、２０２側に配設して調整することができる。なお、タイミングの調整は、外周スリット６４及び内周スリット６６により調整する代わりに、ロータリエンコーダ１２４により検出される回転角度により調整してもよい。
【０１１７】
また、電磁石４８、５２０は、２組のコイルをコア５０、５２２の同じ位置に二重に巻回し、各コイルに供給する電流の方向が逆方向となるように制御することにより、コア５０、５２２に対する正磁コイル５２及び逆磁コイル５４の位置を同じにすることができる。このように構成することで、正磁コイル５２及び逆磁コイル５４により生成される磁界の生成タイミングにずれが生じることを回避することができる。
【０１１８】
また、永久磁石型回転機１０、１００では、電磁石４８のコア５０の軸線５６を永久磁石３０の軸線５８に対して回転子２４の回転方向Ｒに角度θだけ傾斜させているが、永久磁石３０の軸線５８を回転子２４の回転方向Ｒに角度θだけ傾斜させてもよい。
【０１１９】
また、永久磁石型回転機１０、１００、２００において、コア５０は、永久磁石で構成することもできる。この場合、永久磁石からなるコア５０の磁極５０ａの極性は、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂ、２０４を構成する永久磁石３０、２０２の対向する磁極の極性と反対に設定することにより、電磁石４８のコア５０による永久磁石３０、２０２の引力を増加させることができる。
【０１２０】
また、永久磁石型回転機２００、３００、３００ａ、４００、４００ａで用いられる永久磁石２０２、２０３、２０５は、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、各磁極に傾斜角度の異なる２つの磁極面２０２ａ、２０２ｃ及び２０２ｂ、２０２ｄを形成しているが、この形状に限定されるものではない。永久磁石２０２、２０３、２０５は、磁極間の方向と直交する方向に対して、磁力が徐々に変化するものであればよい。従って、例えば、永久磁石２０２、２０３、２０５の各磁極は、磁極面２０２ａ及び２０２ｂからなる連続する１つの傾斜面で形成してもよい。
【０１２１】
また、位置情報取得部６０を構成する投光部７６ａ及び受光部７６ｂと、投光部８２ａ及び受光部８２ｂとは、スリット板６２の中心Ｐを通る同一直線上に配設されるものとしたが、これに限定されるものではない。投光部７６ａ及び受光部７６ｂと、投光部８２ａ及び受光部８２ｂとは、図６に示す正磁コイル５２及び逆磁コイル５４のオンオフ制御のタイミングを得ることができるように、外周スリット６４及び内周スリット６６との相対的な配置関係に基づいて設定すればよい。
【０１２２】
また、回転子２４、１０２ａ、１０２ｂ、２０４、３１０、３１０ａ、４０２、４０４、４０６ａ、４０８ａ、４１０ａ、５１２、５１２ａ、５１８の回転開始のタイミングは、正磁コイル５２が先にオン制御されるものとして説明したが、逆磁コイル５４が先にオン制御される場合であってもよい。この場合、前記回転子は、逆磁コイル５４による斥力により回転を開始し、次いで、正磁コイル５２による引力により回転を継続することになる。
【０１２３】
また、永久磁石型回転機１００、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００、５００ａは、二組の回転機構により構成しているが、回転機構を三組以上としてもよい。この場合、各回転機構に配設される永久磁石又は電磁石は、各回転機構の電磁石のコアの残留磁気が０になるタイミングが回転機構間で互いに異なるように配置させると好適である。なお、各回転機構における永久磁石又は電磁石の位置は、回転機構の組数によって永久磁石間の距離を等分割した位相差Δに設定することが望ましい。
【０１２４】
また、永久磁石型回転機１００において、回転子１０２ａに配設される永久磁石３０と、回転子１０２ｂに配設される永久磁石３０とは、回転方向に対して同じ位置に配置し、固定子１０４ａに配設される電磁石４８と、固定子１０４ｂに配設される電磁石４８とは、回転方向に対して位相差Δだけずらせて配置してもよい。
【０１２５】
また、上述した第１実施形態〜第６実施形態では、８個の電磁石４８、５２０に対して、１６個の永久磁石３０、３１、２０２、２０３、２０５を用いるものとして説明したが、これらの個数に限られるものではない。電磁石４８、５２０及び永久磁石３０、３１、２０２、２０３、２０５の数は、必要な回転数や、正磁コイル５２による引力及び逆磁コイル５４による斥力を考慮して、適宜設定することができる。例えば、永久磁石型回転機の回転軸に対して、発電機を連結する場合、三相交流を取得するため、電磁石の数を３の倍数で設定すると好適である。
【０１２６】
また、回転子の永久磁石と固定子の電磁石との相対位置を検出する手段としては、フォトカプラや磁気センサを用いることができ、また、回転子の回転位置をドグやカムを用いて機械的に検出するものであってもよい。
【０１２７】
また、回転子の回転方向Ｒは、図３における時計方向として説明したが、反時計方向であってもよい。この場合、例えば、永久磁石型回転機１０の場合、回転方向が時計方向である場合と同様に、コア５０の軸線５６は、磁極５０ａ側を永久磁石３０の軸線５８に対して回転子２４の回転方向に角度θだけ傾斜させる。また、スリット板６２に形成される外周スリット６４及び内周スリット６６は、図６に示す正磁コイル５２及び逆磁コイル５４のオンオフ制御のタイミングが得られる配置関係に設定する。永久磁石型回転機１００を構成する回転子１０２ａ、１０２ｂの回転方向Ｒについても同様に、回転子１０２ａ、１０２ｂは、図８とは反対方向に回転させる構成とすることができる。
【０１２８】
また、各回転子には、フライホイールを配設してもよい。フライホイールを同軸に配設することにより、回転子の回転速度の安定化を図ることができる。
【０１２９】
また、発電機として使用される永久磁石型回転機１００では、２つの回転子１０２ａ、１０２ｂがともに発電機用回転子２２に固定され、これらが同一の回転方向Ｒに回転するように構成されている。これに対して、一方の回転子１０２ａは、発電機用回転子２２に固定され、他方の回転子１０２ｂは、回転可能とした発電機用固定子２０に固定されるように構成してもよい。このように構成された永久磁石型回転機では、回転子１０２ａ、１０２ｂを互い逆方向に回転させることができる。
【０１３０】
また、永久磁石型回転機２００、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００、５００ａは、発電機として用いることができる。係る場合には、回転軸２０８、３０８、５１０の代わりに発電機の回転子が用いられ、この発電機の回転子に対して、回転子２０４、３１０、３１０ａ、４０２、４０４、４０６ａ、４０８ａ、４１０ａ、５１２、５１２ａ、５１８が固定される構成とすればよい。さらに、永久磁石型回転機３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００、５００ａでは、各回転子３１０、３１０ａ、４０２、４０４、４０６ａ、４０８ａ、４１０ａ、５１２、５１２ａ、５１８が互いに逆方向に回転するようにしてもよい。
【０１３１】
また、永久磁石型回転機１０、１００、２００、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００、５００ａは、永久磁石型回転機の内部を真空状態に設定してもよい。
【０１３２】
また、発電機１８により生成された電力は、一部を電磁石４８に供給する一方、残部を他の装置、例えば、家電製品、自動車等、電力を必要とする様々なものに供給することができる。
【０１３３】
また、永久磁石型回転機１０、１００は、発電機１８を回転させて電力を取り出すものとしているが、発電機１８を駆動軸に代えて駆動力を取り出す構成とし、種々の機構を回転駆動する駆動源、例えば、モータに適用することもできる。
【符号の説明】
【０１３４】
１０、１００、２００、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００、５００ａ…永久磁石型回転機
１２…基台
１２ａ、１２ｂ…ピット
１４、１６、２８、３２、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４、３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、６８、２１０ａ、２１０ｂ、３２０、３２１、５０６ａ、５０６ｂ、５１４ａ、５１４ｂ…ブラケット
１４ａ〜１４ｃ…板材
１８…発電機
２０…発電機用固定子
２２…発電機用回転子
２４、１０２ａ、１０２ｂ、２０４、３１０、３１０ａ、４０２、４０４、４０６ａ、４０８ａ、４１０ａ、５１２、５１２ａ、５１８…回転子
２６ａ、２６ｂ、４２、３１６ａ、３１６ｂ、４１２、４１４、４１６ａ、４１８ａ、４２０ａ、…円板
３０、３１、２０２、２０３、２０５…永久磁石
３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂ、…磁極
３１、５１…角部
３６、３８…連結板
４０、２０６、３１２、３１４、３１２ａ、３１４ａ、４０２ａ、４０４ａ、４０６、４０８、４１０、５０８、５１６…固定子
４２ａ、２５４ａ〜２５４ｃ…面
４４、１１０…円形開口部
４６…クランプ
４８、５２０…電磁石
５０、５２２…コア
５２…正磁コイル
５４…逆磁コイル
５６〜５９…軸線
６０、１０６ａ、１０６ｂ…位置情報取得部
６２…スリット板
６４、６６、１０８ａ、１０８ｂ、１１２ａ、１１４ａ…スリット
７０、７２…ファイバ保持部
７４ａ、７４ｂ、８０ａ、８０ｂ…光ファイバ
７６ａ、８２ａ…投光部
７６ｂ、８２ｂ…受光部
８４、８６…発光素子
８８、９０…受光素子
９２…電磁石制御部
１０５Ａ、２０２Ａ、５０２…第１回転機構
１０５Ｂ、２０２Ｂ、５０４…第２回転機構
１０８…第１円板
１１２…第２円板
１１４…第３円板
１１６ａ〜１１６ｃ、１２０ａ〜１２０ｃ…長孔
１１８ａ〜１１８ｃ、１２２ａ〜１２２ｃ…ねじ
１２４…ロータリエンコーダ
２０２ａ〜２０２ｄ…磁極面
２０６、３０４、３０６…支持板
２０８、３０８…回転軸
２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂ…角部
２１８ａ、２１８ｂ…部分
２２０…基準位置
３０２…フレーム
３１８、３２６…スペーサ
３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ、３２４ｂ、４１２ａ、４１４ａ、４１６、４１８，４２０
５２３…基準線
５２４…外周リング
５２６…内周リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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