(57)【要約】【課題】動作が滑らかでエネルギー損耗のないアウタロータ式永久磁石モータの提供。【解決手段】アウタロータに１２０度位相差で三つのＮ極磁石と三つのＳ極磁石を間隔配置し、インナステータの各４個の磁極で組成する６組の磁極と対応させ、各磁極にいずれも単独のＮ、Ｓ或いは中性磁極を形成させ、これらの極性変化をＣＰＵにより制御する。アウタロータの各磁石が一つの磁極の距離を移動する時、その対応する四つの磁極の磁性を予め極性変化させる。アウタロータの各一つの磁石が四つの磁極をカバーし、四つの磁極の磁性がアウタロータの位置、角度の改変により変換されるため不平衡中にあって平衡を取得でき、アウタロータがどの角度に回転しても一定の平衡状態を維持でき、アウタロータの位置に関わらず、高効率動力出力、高トルク角度持続運転を維持できる。【選択図】        図１
2004187406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウタロータ式永久磁石モータにおいて、
インナステータとされ、複数の、同数形態を呈するＮ磁極、Ｓ磁極を具え、各磁極がいずれも独立して単独でＮ或いはＳのメイン磁極形態、或いは０磁性即ち中性の異なる磁性形態を形成しうる、上記インナステータと、
アウタロータとされ、複数の、同数形態のＮ極磁石組とＳ極磁石組を具え、該Ｎ極磁石組、Ｓ極磁石組が相互に１２０度の位相差を以て連続間隔設置され、且つ各一つの磁石に四つの磁極が対応する、上記アウタロータと、
回路構造とされ、ブリッジスイッチに各単セットコイルが組み合わされたブリッジ回路、位置決めホールＩＣ、ＣＰＵ及び直流電源が相互に連接され、ＣＰＵの制御を受けて運転し、極性分配、位置決めシステム、速度制御システム、回転速度同期等の機能と同期検出と速度制御の実用機能を獲得する、上記回路構造と、
を具えたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、インナステータの複数の磁極が、６組の、各組が４個で、合計２４個の磁極とされるか、或いはモータの大きさにより比例増減されることを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータ。
【請求項３】
請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、アウタロータの複数の磁石が、三個のＮ極磁石で組成された一組と、三個のＳ極磁石で組成されたもう一組の、合計二組が設けられたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータ。
【請求項４】
請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、アウタロータの各一つの磁石が対応するインナステータの各組の四つの磁極が、該磁石の磁性と異なる磁性の二つの磁極と、一つの中性磁極と、該磁石の磁性と同じ一つの磁極で組成されたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータ。
【請求項５】
請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、ＣＰＵがアウタロータの磁石が各一つの磁極距離を移動する前に、対応したい四つの磁極の磁性を予め変化させ、並びに交替変化を持続させ、これによりアウタロータの磁石の磁性との組合せを維持し、持続運転機能を発生することを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種のアウタロータ式永久磁石モータの構造設計に係り、特に、平衡に不平衡を結合させる理念を採用して形成された構造形態で、回転速度が速く、トルクが大きく、且つエネルギー資源を節約できる高効率の全平衡式動力モータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝統的なアウタロータ式永久磁石モータの多くは、単相或いは三相３：２形式をその構造設計の基礎としており、ゆえに不平衡状態を故意に形成し、不平衡磁場を透過してロータを回転させて動力出力を達成する。一般にアウタロータ式永久磁石モータは永久磁石の円筒形ロータが、ステータコイルを巻装したステータのステータ歯の外周にスペースを隔てて配置され、並びにロータの中心に回転軸が設けられ、この回転軸がステータの中心孔内に通され、ロータがステータに対して同心円回転を行える。
【０００３】
このような構造の周知のアウタロータ式永久磁石モータを組み立てて実際に使用する時には以下のような欠点がある。
【０００４】
ステータに通電すると同時に、その発生する磁界がロータの永久磁石に存在する永久磁場間と３：２の形式で配列され、これにより相互吸着と排斥の不平衡交互作用を発生し、この構造は故意に不平衡設計とされて、これがこの不平衡モータが順調に運転する主要な因子とされる。しかし不平衡は損耗の発生があり、例えば、トルク、エネルギーの損失を発生うる。現在通用しているモータはその特性が、トルクが大きければ回転速度が低く、回転速度が高ければトルクが低く、反比例状態を形成する。トルクと回転速度を共に高めることは非常に難しい。且つ最も重要なことは、一般にモータはコギングトルクの形成する動力損失の問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は巧妙にコギングトルク現象を完全に除去し並びに補助力に変換する。ゆえに本発明はトルクが大きく、回転速度が高く且つ損耗の少ない構造を提供する。しかし、損耗を少なくするためには平衡が必要であるが、平衡を得ようとすれば、回転不能となる。平衡であれば安定し、不平衡であれば動く物理現象により、もしその動力を必要とすると共にその平衡を必要とするなら、不平衡中にあって平衡を求める必要があり、またアウタロータの力のモーメントがインナステータより大きければ、比較的大きなトルクを得られる。ゆえに本発明はアウタロータ式設計を採用する。
【０００６】
本発明は周知の動力モータに存在する損失、エネルギー損耗がモータの出力トルクと効率を大きく低下させる欠点を鑑み、動力モータの構造に対して研究、改良を行い、一種の全平衡式動力モータを提供し、有効に上述の困難点を解決する。
【０００７】
本発明の主要な目的は、一種のアウタロータ式永久磁石モータを提供することにあり、それは、アウタロータに同数のＮ極磁石とＳ極磁石を採用し、並びに１２０度位相差を以て連続間隔設置形式を採用し、アウタロータの各磁石をインナステータの単独でＮ、Ｓ或いは０磁極となしうる磁極と対向させ、並びにＣＰＵをメイン回路構造として制御を行い、これにより平衡中の不平衡構造設計を形成し、運転の目的を獲得し、並びにエネルギー節約及び大トルク出力の高効率運転を達成し、且つ量産が容易な長所を有するようにしたアウタロータ式永久磁石モータであるものとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、アウタロータ式永久磁石モータにおいて、
インナステータとされ、複数の、同数形態を呈するＮ磁極、Ｓ磁極を具え、各磁極がいずれも独立して単独でＮ或いはＳのメイン磁極形態、或いは０磁性即ち中性の異なる磁性形態を形成しうる、上記インナステータと、
アウタロータとされ、複数の、同数形態のＮ極磁石組とＳ極磁石組を具え、該Ｎ極磁石組、Ｓ極磁石組が相互に１２０度の位相差を以て連続間隔設置され、且つ各一つの磁石に四つの磁極が対応する、上記アウタロータと、
回路構造とされ、ブリッジスイッチに各単セットコイルが組み合わされたブリッジ回路、位置決めホールＩＣ、ＣＰＵ及び直流電源が相互に連接され、ＣＰＵの制御を受けて運転し、極性分配、位置決めシステム、速度制御システム、回転速度同期等の機能と同期検出と速度制御の実用機能を獲得する、上記回路構造と、
を具えたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータとしている。
請求項２の発明は、請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、インナステータの複数の磁極が、６組の、各組が４個で、合計２４個の磁極とされるか、或いはモータの大きさにより比例増減されることを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータとしている。
請求項３の発明は、請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、アウタロータの複数の磁石が、三個のＮ極磁石で組成された一組と、三個のＳ極磁石で組成されたもう一組の、合計二組が設けられたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータとしている。
請求項４の発明は、請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、アウタロータの各一つの磁石が対応するインナステータの各組の四つの磁極が、該磁石の磁性と異なる磁性の二つの磁極と、一つの中性磁極と、該磁石の磁性と同じ一つの磁極で組成されたことを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータとしている。
請求項５の発明は、請求項１に記載のアウタロータ式永久磁石モータにおいて、ＣＰＵがアウタロータの磁石が各一つの磁極距離を移動する前に、対応したい四つの磁極の磁性を予め変化させ、並びに交替変化を持続させ、これによりアウタロータの磁石の磁性との組合せを維持し、持続運転機能を発生することを特徴とする、アウタロータ式永久磁石モータとしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のアウタロータ式永久磁石モータは、全平衡式動力モータとされ、それは、図１に示されるように、アウタロータ式永久磁石モータを組成する基本ユニットであるインナステータ１、及びアウタロータ２及び回路構造３を具え、それらの組成部品はいずれも本発明の重点ではないため詳しい説明は省略し、以下に本発明の特徴のみ説明を行う。
【００１０】
該インナステータ１は複数の、同数形態のＮ組とＳ組の磁極１０を具え（本実施例中では僅かに６組が設けられ、各組は四個の磁極で組成され、合計２４個の磁極を具えている）、該Ｎ組とＳ組の磁極１０は同期交換形式が採用され、且つ各一つの磁極１０はいずれも独立して或いは単独でＮ或いはＳのメイン磁極形態、及び０（空）極等の異なる磁極を形成でき、アウタロータ２の複数の磁石２０に対応する。
【００１１】
アウタロータ２は複数の同数形態の磁石２０を具え、本実施例では、三個のＮ極磁石（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３）、三個のＳ極磁石（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の合計６個の磁石を具え、その配置上、複数の、それぞれＮ極とＳ極を具えた磁石２０がそれぞれ１２０度の相互に離れるように連続間隔形式で設置され、且つ各磁石２０（Ｎ１〜Ｎ３、Ｓ１〜Ｓ３）がカバーする範囲は上述の６組の磁極１０の各一組の４個の磁極１０であり、この４個の磁極１０が該磁石２０と異なる磁性の二つの磁極１０と、一つの中性（空）磁性の磁極１０と、該磁石２０と同じ磁性の磁極１０で組成され（Ｎ、０、Ｓ、Ｓ或いはＳ、０、Ｎ、Ｎの二種類の形式の如し）、且つ相互間が持続的に相互交替変化し、アウタロータ２の磁石２０の磁極変化が組み合わされて、持続運転の機能が達成される。
【００１２】
その回路構造３に関しては、図２のブロック図及び図３の回路図を参照されたい。ブロック図より分かるように、ブリッジスイッチ３０に各単セットコイル（各磁極）３１が組み合わされたブリッジ回路３２が、上述の各組の磁極１０の磁性変化原理を表示するのに用いられ、そのうち位置決めホールＩＣ３３がアウタロータ２の磁石２０の位置検出を行い、アウタロータ２を運転開始或いは停止時にちょうどインナステータ１の規定の磁極１０の位置となす。また、上述のブリッジスイッチ３０、位置決めホールＩＣ３３等は別にＣＰＵ３４に連接され、且つさらに直流電源に連接され、この連接及びＣＰＵ３４の運転により、極性分配、位置決めシステム、速度制御システム、回転速度同期等の機能が獲得されると共に、同期検出と速度制御等の実用機能が獲得される。
【００１３】
上述のアウタロータ式永久磁石モータの構造は、実際の実施の応用上、直流電流導入後に、モータが瞬間的に反応を発生し並びに運転開始する。図３及び図４の運転動作表示図を参照されたい。これはアウタロータ２の運転初期を示す。Ｎ極磁石２０中のＮ１磁石を例として以下に説明を行う。
【００１４】
このＮ１磁石２０は自身のカバーする四つの磁極１０中の前の二つのＳ磁性の磁極１０、及び前の一組の四つの磁極１０中の最も末端のＳ磁性の磁極１０の吸引力作用を受け、図４中に見られるような時計回り方向の運転状況を発生し、またこの組の磁極１０中の最も末端のＮ磁性の磁極１０の提供する排斥力（即ち推力）が組み合わされることにより、その運転が促進される。同数磁極１０の構成する吸引力と推力の平衡状態を防止し、いわゆる反引っ張り現象（即ちこの組の磁極１０の後ろの二つのＮ磁性の磁極１０が、その対応するＮ１磁石２０の後方のＳ３磁石２０の吸引作用を受ける）を防止するため、とくに全体の磁極１０の後中方に位置する抵抗率の磁極１０は０磁性（空）の磁極状態に設計し、運転に影響が生じないようにし、電力消耗を減らす。こうして磁極の不平衡状態を形成し、Ｎ１磁石２０に前方の吸引力を後方の推力を得させ、並びにこの不平衡状態により持続的で順調な運転効果を達成する。
【００１５】
以上を受け、Ｎ１磁石２０がもともとＳ１磁石２０のあった位置に至る時、もともとＳ１磁石２０に対応していた四つの、Ｓ、０、Ｎ、Ｎ磁性の磁極１０はＣＰＵ３４の極性分配制御作用を受け、更に変化してＮ、０、Ｓ、Ｓ磁極形態に変化し（Ｓ３磁石３０が徐々にもともとのＮ１位置に至る時、それに対応する磁極１０は、Ｓ、０、Ｎ、Ｎ磁極形態に変化する）、これにより持続的にＮ１磁石２０が吸着力、推力、且つ無抵抗の完全な運転動力組合せに保持される。同様に、これから類推されるように、アウタロータ２の全てのＮ極とＳ極の磁石２０はいずれもこのような不平衡の動力組合せにより、高回転速度、高効率及び大トルクの機能を獲得する。
【００１６】
以上の説明からは分かりにくいが、本発明の追求する平衡訴求点は以下にある。即ち、アウタロータ２の内部に、１２０度間隔を以て設置された三つのＮ極とされた磁石２０、及び三つのＳ極とされた磁石の組合せ、及びインナステータ１の有する６組の、各組が４個の磁極１０で組成された合計２４個の磁極１０の組合せにおいて、各磁極１０がいずれも単独のＮ、Ｓ或いは０磁極とされ得て、これらの極性変化組合せ形態がＣＰＵ３４により制御され、アウタロータ２の各一つの磁石２０が運転して各一つの磁極１０の距離を移動する時、その対応する一組の四つの磁極１０が先に極性変化し、ゆえに永遠に吸着力、無作用力及び推力の完全な動力組合せを維持し、これにより安定した高効率動力出力効果を達成し、こうして平衡中に不平衡を有する構造設計とされる。
【００１７】
注意すべきは、アウタロータ２の運転開始時に、磁石２０がもともと対応していた複数の磁極１０より離れる時、いわゆるコギングトルク現象を発生して効率が悪くなる恐れがあるため、本発明では、アウタロータ２の各一つの磁石２０に対応するインナステータ１の複数の磁極１０中に一つの０磁性（空）の磁極１０があるようにし、これにより回転中の関係が、０磁性（空）の磁極１０よりＮ磁極或いはＳ磁極（排斥磁極）の極性に変換され、磁石２０を磁極の吸引より押し離し、徹底的にコギングトルク現象を克服する。
【００１８】
【発明の効果】
総合すると、本発明のアウタロータ式永久磁石モータは、平衡中に不平衡を具えた完全な構造設計とされ、且つ動力を損耗しない原則の下で、モータの回転速度、トルク等の実質機能を高め、特許の要件を具備している。なお、以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ構造断面図である。
【図２】本発明の回路構造図である。
【図３】本発明の局部回路図である。
【図４】本発明の実施例の動作表示図である。
【符号の説明】
１  インナステータ        １０  磁極
２  アウタロータ          ２０  磁石
３  回路構造              ３０  ブリッジスイッチ
３１  単セットコイル      ３２  ブリッジ回路
３３  位置決めホールＩＣ    ３４  ＣＰＵ
【図１】
2004187406.tif 000003
【図２】
2004187406.tif 000004
【図３】
2004187406.tif 000005
【図４】
2004187406.tif 000006