(57)【要約】【課題】  既登録特許第６０８５７５３号は，コイル構成と鉄心構造のイノベーションによって，（トルク，出力／重量）が従来モータの大略１桁増の革新的な所謂磁石無しモータである。上記，鉄心構造は，軽量化のために歯鉄心の両端面を対向面にして，継鉄部分は無く，コイルと組み合わせてエポキシモールドする構造であり，製作工程における歯鉄心の保持方法が課題になる。【解決手段】  非磁性，高強度，軽金属，例へば硬質アルミ材の支持基板７に，歯鉄心１０の配列する位置に合わせて歯鉄心が嵌まる穴７−１，７−２，……，７’−１，７’−２，……をくりぬき，歯鉄心をきつく嵌め込んで歯鉄心の対向面に合わせてエポキシモールドすることで，鉄骨コンクリートの原理で強度のあるモールド体が構成できる。コイルの発生熱は支持基板に集約され，冷却は支持基板を冷却することで達成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性支持基板に歯鉄心の断面形状と同じ形状の穴をくりぬいて，その穴に該歯鉄心の両面対向面のそれぞれの面をそろえて嵌め込んで該歯鉄心の中央部を該支持基板に固定して歯鉄心に転流相手のＡ，Ｂ相の２相構成のコイル組を複数互いに位相角を（π／コイル組数）ずつずらして重ねて収納した複数の固定子要素と，両面或は両端に対向面をもつ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と，二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相，Ｂ相を切換へながら順次に位相差（π／コイル組数）で各コイル組に供給して各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は後期［０００２］項に記載の特許第６０８５７５３号の相互結合複合型梅森モータにおける固定子の歯鉄心とコイルのモールド構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  昭和４０年台疑似正弧波による可変電圧可変周波インバータが発明されて同期電動機，誘導電動と組合わせて良質な速度制御が可能なシステムが完成し，現在迄広く使われてきた。しかし近年炭酸ガスによる地球温暖化の問題が
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まれて現在のモータは制御性だけではなく高効率化，低コスト化への宿命を負わされていまった。
この様な状況のもとで本出願と同一の出願人，発明者によって特許第６０８５７５３号，相互結合複合型梅森モータが登録された。該特許は転流相手のＡ，Ｂ相の２相構成のコイル組を複数互いに位相角を（π／コイル組数）ずつずらして重ね両面対向面の複数の歯溝鉄心それぞれに収納して構成した固定子と，両面或は両端に対向面を持つ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と，二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相，Ｂ相に切り換へながら順次に位相差（π／コイル組数）で各コイル組に供給して，各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータに関するもので高効率化，低コスト化の時代の要求によく適応できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は上記特許第６０８５７５３号，相互結合複合型梅森モータ，の歯鉄心とコイルのモールド構造の固定子について，モールド行程時における歯鉄心の保持，外皮に頼らない強皮構造，コイル発生熱の有効な冷却法を解決して実用性を更に高めたものである。【０００４】  本発明は非磁性支持基板に歯鉄心の断面形状と同じ形状の穴をくりぬいて，その穴に該歯鉄心の両面対向面のそれぞれの面をそろえて嵌め込んで該歯鉄心の中央部を該支持基板に固定して歯鉄心に転流相手のＡ，Ｂ相の２相構成のコイル組を複数互いに位相角を（π／コイル組数）ずつずらして重ねて収納した複数の固定子要素と，両面或は両端に対向面をもつ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と，二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相，Ｂ相を切換へながら順次に位相差（π／コイル組数）で各コイル組に供給して各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータである。
【発明の効果】
【０００５】  ・製作時の歯鉄心の位置定めと保持の機構は，歯鉄心を非磁性支持基板の穴に嵌め込む作業に置き換へられるので固定子製造の機械化の第一歩になる。
・非磁性支持基板は硬強度の材質を選択することで，鉄骨コンクリートにおける鉄骨の役目を果たして，固定子外皮に頼らずに強度を保持できる。
・非磁性支持基板は伝熱性の良い材質を選択することで，コイル発生熱は効果的に集約でき，該支持基板に冷却フィンを取り付けることで容易に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明に係る６極４重相４面構成モータの実施例
【図２】本発明に係る非磁性支持基板
【図３】［Ａ］本発明に係るコイル構成  ［Ｂ］本発明に係る歯鉄心の磁束循環
【図４】本発明に係る回転子構造
【図５】［Ａ］本発明に係るＦＦスイッチの構成  ［Ｂ］本発明に係る各相コイル電流
【図６】動作説明のための基本構成（１）
【図７】動作説明のための基本構成（２）
【図８】動作説明のための基本構成（３）
【発明を実施するための形態】
【０００７】  図１は，本発明に係る実施例の６極４重相４面構成の横断面構成を示す。図において，１は固定子，２は回転子，３は軸受板，４は回転軸，５はベアリング，６は角度位置検知器，７は支持基板，８は冷却フィン，９はスペーサー，１０は歯鉄心，１２はコイル，２３は固定子支持部材，１３は回転子支持部材，１４は吸引極，１５は固定子ネジ，１６は回転子ネジである。固定子は円板状でケース外周でスペーサ９と固定子ネジ１５で固定されている。回転子２は回転子要素２−１と回転子要素２−２の二つに分離できる構成にしてあり，組立て行程に際して固定子１を挟むように順序に回転軸４に挿入して回転子ネジ１６で回転軸４に固定してある。
【０００８】  図２は支持基板７であり，図１における固定子１の二重リング状歯溝鉄心を構成するための骨格をなしている。該支持基板は非磁性，伝熱性の高強度軽金属製，例へば硬質アルミ製を用いる。支持基板７の外周部分と内周部分が厚く，両者の間の部分は薄くしてある。厚い部分は後述のリング状歯鉄心の対向面と一致するようにしてある。該支持基板の外周側の穴７−１，７−２，７−３……は外周側の歯鉄が嵌まり，内周側の穴７’−１，７’−２，７’−３…
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紙面に垂直方向に貫通する。歯鉄心の磁束に垂直な断面の形状と穴の形状が合致するように構成し，歯鉄心の磁束方向の中央部を支持板に固定するようにきつく固定する。歯鉄心の周囲は支持板の骨格部分も含めて対向面以内はコイル収納のためのスペースになる。コイルは巻線機で，巻いたものを収納することが可能である。この後，該支持基板の両側面の対向面に挟まれた総ての空間部，即ち外周側の歯鉄心の外周側の部分２３−１，隣接歯鉄心の溝の部分２３−２，２３−４，外周側歯鉄心と内周側歯鉄心に挟まれた部分２３−３，内周側歯鉄心の内側部分２３−５をコイル１２と共に固定子支持部材２３で充填する。コイル発生熱は支持基板７で効果的に集められ，図１を参照して，支持基板の外側に取付けた冷却フィン８によって効果的に放散できる。
【０００９】  図３［Ａ］は固定子１に巻かれたコイルの構成，同図［Ｂ］は固定子１の歯鉄心の磁束１７の循環の様子を説明するための図である。６極４重相構成より磁極ピッチは，３６０°／６（極）＝６０°，歯鉄心のピッチ，溝のピッチは磁極ピッチ６０°，重相数４より  ６０°／４（重相）＝１５°となる。１周の歯鉄心数と溝数は３６０°／１５°＝２４である。
図３（Ａ）において，歯鉄心１０−１，１０−２，１０−３……は外周側の歯鉄心，溝１１−１，１１−２，１１−３……は外周側の溝を示す。同様歯鉄心１０’−１，１０’−２，１０’−３‥‥は内周側の歯鉄心，溝１１’−１，１１’−２，１１’−３‥‥は内周側の溝を示す。同図は何れもその一部を示してある。固定子１を挟むように存在する回転子２の回転方向は上記歯鉄心１０−１，１０−２，１０−３‥‥の追い番の方向を順方向とする。
コイル１２−１Ａは，外周側の溝１１−１と溝１１−４の間の３個の歯鉄心１０−１，１０−２，１０−３を右回わりで所定巻数を巻いて，同じ角度位置の内周側の溝１１’−１と溝１１’−４の間の３個の歯鉄心１０’−１，１０’−２，１０’−３を上記とは逆の左回わりで所定の巻数が巻いてある。これによって同図（Ｂ）に示す磁束１７の循環が生じ，１磁極内で空隙１８−１，１８−２，１８−３，１８−４の４面の対向面が構成できる。
該空隙４面は云う迄もなく，モータとしての吸引力，発電機としての起電力を生じる根拠になる。
図３（Ａ）では表示していないが上記と同様のことを２磁極ピッチ即ち８溝ピッチで全部で以下に示す３回繰り返す。
溝１１−１，溝１１−４と溝１１’−１，溝１１’−４
溝１１−９，溝１１−１２と溝１１’−９，溝１１’−１２
溝１１−１７，溝１１−２０と溝１１’−１７，溝１１’−２０
以上，上記３組のコイルは直列接続してコイル１２−１Ａを構成する。
【００１０】  前記コイル１２−１Ａを基準にして１磁極ピッチ即ち溝ピッチずらして別コイルを設けることでコイル１２−１Ｂを構成する。コイル１２−１Ａとコイル１２−１Ｂは１溝ピッチ間隔が開けてあるが，コイル電流の転流のための余裕時間を設けたものである。
【００１１】  更に上記コイル１２−１Ａとコイル１２−１Ｂとを基準にしてそれぞれ回転方向に１溝ピッチずらして別コイルを設けることで，コイル１２−２Ａ，コイル１２−２Ｂを構成する。更にまた最初の位置から２溝ピッチずらしてコイル１２−３Ａ，コイル１２−３Ｂを，３溝ピッチずらしてコイル１２−４Ａ，１２−４Ｂを構成する。
【００１２】  コイル１２の起磁力の向きは外周側のコイルと内周側のコイルそれぞれの間では統一して外周側コイルと内周側コイルとの間では逆向きにすることで，対向した吸引極１４が歯溝鉄心のどの位置にあっても同じ向きの循環磁束を生じる。
【００１３】  図１を参照して，回転子２は回転子要素２−１と回転子要素２−２の二つに分離できる構造にしてあり，組立て行程に際して固定子１を挟むように順次に回転軸４に挿入して回転子ネジ１６で固定する。
図４は回転子要素２−１の構成を説明するための図である。同図（Ａ）は回転子要素２−１の対向面を相手側の固定子１の対向面側から見た図である。１４−１，１４−２，１４−３は吸引極である。吸引極の回転方向巾は６極構造より，（３６０°／６（極））＝６０°で，外周側歯鉄心１０と内周側歯鉄心１０’とのそれぞれと対向する対向面を持ち，両者を磁路で結ぶように構成して，２磁極ピッチ即ち１２０°ピッチで３組配置して，非磁性，軽量の回転子支持部材１３で保持してある。図１を参照して，回転子要素２−２は，上記回転子要素２−１と鏡面対向する様に構成してある。吸引極１４には，面に垂
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する必要がある。
【００１４】  図５は，図１の固定子１に係るフリップフロップスイッチ（以下ＦＦスイッチと略称する）とコイルの接続，コイル電流波形を示すための図である。
図５［Ａ］において，二象限定電流制御回路２２は，交流或は直流電源２１を入力として，負荷起電力の正負，大小に関係なく設定した定電流Ｉを出力するためのものである。転流相手のコイル１２−１Ａと，コイル１２−１ＢはそれぞれＦＦスイッチ２０−１Ａ，２０−１Ｂを介して並列接続されて，ＦＦスイッチユニットを構成して，オンした方のＦＦスイッチを二象限定電流制御回路２２から定電流Ｉが供給される。転流相手のいずれか一方を流れた電流は一旦回路は合流して定電流Ｉとして次のＦＦスイッチユニットへ入力し，これを全体で４回くり返す。
尚ＦＦスイッチは該図では通常のスイッチ記号を使用しているが，実際はＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用い，コンデンサ等による過電圧抑制等の処理が必要である。
図５［Ｂ］は，コイル１２−１Ａ，１２−１Ｂ〜コイル１２−４Ａ，１２−４Ｂの８相の電流波形を示す。総ての波形は，ピーク値Ｉで同じ方向に流れる片根巾台形波である。波形は順次π／４の位相差でずれている。表１は，同図におけるＦＦスイッチの動作順序を示す。表中の○印はＦＦスイッチオン，×印はＦＦスイッチオフを示す。動作モードは順方向動作を基準にしており動作モードを４ずらすと制動モードになる。
【表１】
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【００１５】  図６は，図１に係る動作を説明するための基本構成である。図１の実施例は６極４重相４面構成であるため歯鉄心と吸引極の対向面は１２面あるが，図６の基本構成は１面のみに単純化して，且つ見やすいように直線化してある。磁路構成は完結しておらず，図中に矢印１７の磁路の存在を前提にしてある。
図６を参照して吸引極１４の先端Ｐが溝１１−５にある状態ではＦＦスイッチ２０−１Ａ〜２０−４Ａは総てオン，ＦＦスイッチ２０−Ｂ〜２０−４Ｂは総てオフで，コイル１２−１Ａ〜１２−４Ａは二象限定電流制御回路２２からの供給電流Ｉが流れる。
通流コイルは黒く塗りつぶしてある。各歯鉄心の磁束は下記のように生じる。
・歯鉄心１０−３の空隙は，コイル１２−１Ａのコイル１個分の電流による磁束。
・歯鉄心１０−４の空隙は，コイル１２−１Ａ，１２−２Ａのコイル２個分の電流による磁束。
・歯鉄心１０−５の空隙は，吸引極１４の対向した局部だけコイル１２−１Ａ，１２−２Ａ，１２−３Ａのコイル３個分の電流による磁束。
吸引極１４の先端Ｐが歯鉄心１０−５を横断をする間，歯鉄心１０−３，１０−４の空隙磁束は変化せず，歯鉄心１０−５の磁束だけが直線的に増加する。
結局は，吸引極１４が歯鉄心１０−５を移動する間の磁気エネルギの増加分は歯鉄心１０−５の空隙磁気エネルギと等しく，吸引極１個当り
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取得した磁気エネルギと同量の力学的エネルギが出力し，吸引力は移動距離ａで割って
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ここに
Ｂｍ：磁束密度〔Ｔ〕
Ｅｍ：空隙磁気エネルギ〔Ｊ〕
Ｆｍ：発生吸引力〔Ｎ〕
Ｍｏ：４π×１０−７
ｇ：空隙長〔ｍ〕
ａ：歯鉄心進行方向円弧長〔ｍ〕
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多相コイルの各相コイルが独立して吸引力発生の仕事をするのではなく各相コイルの全電流が同じ方向に相互結合して競合して一体化して吸引動作の仕事をする。吸引力は電流の約二乗に比例するため各相コイル電流を相互競合結合で一体化することで実効的重相数倍の吸引力を生じさせている。
【００１６】  図７を参照して，吸引極１４の先端Ｐが歯鉄心１０−５を横断して溝１１−６に達した時点で，コイル１２−１Ａの電流がコイル１２−１Ｂに転流する。コイル１２−１Ａは，自身のコイルの自己インダクタンスにもどづく磁気エネルギとコイル１２−２Ａ，コイル１２−３Ａそれぞれとの相互インダクタンスにもとづく磁気エネルギを保持する。
転流に際して，これ迄のコイル１２−２Ａ，１２−３Ａ，と転流先のコイル１２−１Ｂに再配分されて，一部は負の過電圧を発生して電源側に高効率で回収される。
【００１７】  図８を参照して，上記コイル１２−１Ａからコイル１２−１Ｂへの転流後の状態を示してある。この状態は，図６における状態と基本的に同じで，吸引極１４の先端Ｐが歯鉄心１０−６で駆動を継続できる。
本実施例は４重相の実施例について示したが，６重相，８重相，……についても基本的に同じ考えで実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  ・本発明によるモータ，発電機，リニアモータは，レアメタル磁石は不要，コイルはアルミ線の適用可能であり資源フリー，
・据置型，軸型，インホイール型，平型，等形状フリー，
・（トルク，出力／重量）従来機器の大略１桁大，
・駆動，制動は特別な制御無しで目途９０％効率でリバーシブル
・量産化し易い構造
の特徴をもつ。
さらにまた，本発明のモータ，発電機，リニアモータの特徴を生かした次のような新しい適応が考えられる。
・電気自動車用インホイールモータ，軸型モータ，
・低床式電車用軸型モータ
・ギャレス風力発電機
・ギャレス平型エレベータモータ
・ワイヤレスリニアモータ駆動エレベータ
・フォークリフト昇降リニアモータ
・カタパルト推進，制動用リニアモータ
・ビル用免震機構
・燃料電池船舶用軸型モータ
・電池ダンパ機構
【符号の説明】
【００１９】  １．固定子
２．回転子
３，軸受板
４  回転軸
５，ベアリング
６，角度位置検知器
７  支持基板
７−１，７−２，７−３……，７’−１，７’−２，７’−３……くりぬき穴
８，冷却フィン
９，スペーサー
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１３，回転子支持部材
１４  １４−１，１４−２，１４−３  吸引極
１５，固定子ネジ
１６  回転子ネジ
１７，磁束
１８，１８−１，１８−２，１８−３，１８−４  空隙
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２１，交流電源或は直流電源
２２，二象限定電流制御回路
２３，固定子支持部材
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月25日(2018.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
外周部分と内周部分が厚く、両者の間の部分は薄く形成された非磁性支持基板に歯鉄心の断面形状と同じ形状の穴をくりぬいて、その穴に該歯鉄心の両面対向面のそれぞれの面をそろえて嵌め込んで該歯鉄心の中央部を該支持基板に固定して歯鉄心に転流相手のＡ，Ｂ相の２相構成のコイル組を複数互いに位相角を（π／コイル組数）ずつずらして重ねて収納した複数の固定子要素と、両面或は両端に対向面をもつ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と、二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相，Ｂ相を切換えながら順次に位相差（π／コイル組数）で各コイル組に供給して各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或いは後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】  本発明は、外周部分と内周部分が厚く両者の間の部分は薄く形成された非磁性支持性基板に歯鉄心の断面形状と同じ形状の穴をくりぬいて、その穴に該歯鉄心の両面対向面のそれぞれの面をそろえて嵌め込んで該歯鉄心の中央部を該支持基板に固定して歯鉄心に転流相手のＡ，Ｂ相の２相構成のコイル組を複数互いに位相角を（π／組数）ずつずらして重ねて収納した複数の固定子要素と、両面或は両端に対向面をもつ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と、二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相，Ｂ相を切換えながら順次に位相差（π／コイル組数）で各コイル組に供給して各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータである。