(57)【要約】      （修正有）【課題】磁石や電磁石を使った電動機や発電機の性能向上や効率向上の為に、空隙部の磁束増加をねらった磁石、鉄心の構造・寸法・配置の工夫により狙いの回転電機や移動電機を得る。【解決手段】回転子における磁石を挿入する上で、回転子の磁極形状の一部を、該固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）に対応する位置まで回転子の回転後端部を配して、同期回転時この磁極の後端部の空隙の磁界を強化し、回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子の磁極により常時強力に吸引および反撥力を働かせるようにして回転駆動力を付加的に増加させ、発電機においては過負荷時でも端子電圧を、電動機においては逆端子電圧をほぼ一定に保つように構成したことを特徴する。【選択図】図２Ａ
2007068239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状を、該固定子の磁極に対して放射状磁石の外周に磁界の方向を空隙の放射方向に形成して、巾広い構成とし、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）で回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つか、増加）を、回転子の調整巻き線を用いずに、永久磁石のみにて行えるようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、発電機の負荷と並列に容量性抵抗を挿入し、発電機の巻き線中を流れる電流の位相を進め、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つか、増加）を、調整巻き線を用いずに、永久磁石のみにて行えるようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１、２において、回転子の磁極の後端部の磁石を巻き線に置き換え、負荷の変動による電圧の調整をプラスからマイナスの広範囲にわたって行えるようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチ巾を変化して、電磁結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に角度位置を偏位させスキューなしでもコギングを無くすと同時に空隙部の磁束低下を防ぎ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つか、増加）を、回転子の調整巻き線を用いずに、永久磁石のみにて行えるようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の軸方向に細分複数化し、回転子の構成の列の一部を回転子の磁極の後端部として独立強化し、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により回転中常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的、可及的に増加させるようにしたことを特徴する回転電機。
【請求項６】
請求項１、２、３、４、５において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子のはみ出し部分においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子のはみ出さない部分においては放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とし、空隙部の磁束をはみ出し量に応じて向上し回転駆動力を付加的、可及的に増加させるようにしたことを特徴する回転電機。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５、６において回転子磁石部を超伝導などの電磁巻き線に置き換えて大容量の機器やリニアモーターなどの移動機に適用拡大したことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして一層特性改善を可能にしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８において固定子と回転子を逆の構成にして、固定子側を回転可能にして回転子とし、一方固定子と対峙する磁石にて磁極を形成していた回転子側を固定子としたものにおいて、電気をスリップリングにより外部より回転子に供給し、同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させるようにしたことを特徴とする回転電機および電磁機器。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９において固定子の磁極を磁石にて構成し、回転可能にして他の原動機にて同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させるようにしたことを特徴とする電磁機器。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離し、これらの運転損失をなくし、効率を最高に発揮させるようにしたことを特徴とした回転電機。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離して運転し、運転中過負荷などの異常が生じたとき短時間に数回繰り返し再起動しても、異常が修まらない場合にこれを完全に停止するようにしたことを特徴とした回転電機。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９において、電動機として用いる場合、電動機への印加電圧を、電動機中の逆起電力Ｖ＋Ａに手動または自動的に最高効率を発現するように運転するようにしたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を使った回転電機や移動電機としての電動機や発電機において電圧変動特性改善のための磁極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁石を使った回転電機としての電動機や発電機においては、回転子の磁石の配置が放射状、またはリング状に配置して使用されているが、磁石そのものの磁力が空隙の磁界に充分生かされていなかった。自ずとその出力電圧や逆起電力が決まっていた。省資源、省エネルギー時代にはより高効率、省資源が電動機や発電機分野にも例外なく強く要望されているが充分満足のできるものになっていない。
【０００３】
この改善に関連する技術例として、
特許文献１の磁石式電動機及び発電機がある。本特許では電動機や発電機においては、磁石の配置が放射状に配置して使用されている。さらに、性能向上のために磁石を挿入する回転子の軸方向の長さが巻線を施した固定子の軸方向の長さより大きくし、固定子と回転子間の空隙の磁束を増加できるようにしている。
特許文献２の電動機が他の例としてある。本特許では電動機においては、磁石の配置がリング状に配置して使用されている。複数の永久磁石部を内設したロータを備え、このロータの外周は永久磁石部の端部が隣り合う部分に凹部を設けたことを特徴とする。ステータ内周とロータ外周との間の空隙が永久磁石が隣り合う部分で大きくなる。つまりその空隙部での磁気抵抗が大きくなることによりステータ内周とロータ外周との磁束分布が正弦波に近づきコギングトルクが低減するとしている。
【特許文献１】特開２０００−１５６９４７
【特許文献２】特開２００２−２３８１９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明は、電動機や発電機の回転子と固定子の空隙部の磁束密度の向上および回転磁界と磁石との配置が、特に同期電機が性能向上に直接関係することに着目して、従来の回転力に新たな駆動力を付加的に発生させ、負荷変動に伴う発電機の端子電圧や電動機の逆起電力を自由に制御できるようにする課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記の目的を達成する為に課題の解決手段を順を追って説明する。
第１の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状を、該固定子の磁極に対して放射状磁石の外周に磁界の方向を空隙の放射方向に形成して、巾広い構成とし、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）で回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石か巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、発明１において、発電機の負荷と並列に容量性抵抗を挿入し、発電機の巻き線中を流れる電流の位相を進め、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチ巾を変化して、電磁結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に角度位置を偏位させスキューなしでもコギングを無くすと同時に空隙部の磁束低下を防ぎ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の軸方向に細分複数化し、回転子の構成の列の一部を回転子の磁極の後端部として独立強化し、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により回転中常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的、可及的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の列の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、発明１、２、３、４において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子のはみ出し部分においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子のはみ出さない部分においては放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とし、空隙部の磁束をはみ出し量に応じて向上し回転駆動力を付加的、可及的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、発明１、２、３、４、５において回転子の磁極形成に用いた磁石部および後端部の巻き線を超伝導などの電磁コイルに置き換えて大容量の機器やリニアモーターなどの移動機に適用拡大したことを特徴とする。
【００１１】
第７の発明は、発明１、２、３、４、５において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
第８の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７において固定子と回転子を逆の構成にして、固定子側を回転可能にして回転子とし、一方固定子と対峙する磁石にて磁極を形成していた回転子側を固定子としたものにおいて、電気をスリップリングにより外部より回転子に供給し、同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
第９の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８において固定子の磁極を磁石にて構成し、回転可能にして他の原動機にて同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
第１０の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離し、これらの運転損失をなくし、効率を最高に発揮させるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
第１１の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離して運転し、運転中過負荷などの異常が生じたとき短時間に数回繰り返し再起動しても、異常が治まらない場合にこれを完全に停止するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
第１２の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９において、電動機として用いる場合、電動機への印加電圧を、電動機中の逆起電力より少し大きめに、手動または自動的にて最高効率を発現するように運転制御するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
第１３の発明は、発明１２において、電動機として用いる場合、電動機の巻き線と並列に容量性抵抗を接続し、巻き線端の逆起電力の波形を正弦波に近い状態にし、印加電圧を電動機中の逆起電力より少し大きめに手動または自動的に最高効率を発現するように運転制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、
第１の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状を、該固定子の磁極に対して放射状磁石の外周に磁界の方向を空隙の放射方向に形成して、巾広い構成とし、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石などを挿入し磁界を強めた部分）で回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて、負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にも電圧を保持する画期的な効果が得られる。
【００１９】
第２の発明は、発明１において、発電機の負荷と並列に容量性抵抗を挿入し、発電機の巻き線中を流れる電流の位相を進め、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的にいっそう増加させ、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線単独か、または組み合わせにて、負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にも発明１より優れた電圧保持効果が得られる。
【００２０】
第３の発明は、磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチ巾を変化して、電磁結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に角度位置を偏位させスキューなしでもコギングを無くすと同時に空隙部の磁束低下を防ぎ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにすることにより負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にもより優れた電圧保持効果が得られる。
【００２１】
第４の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状やリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の軸方向に細分複数化し、回転子の構成の列の一部を回転子の磁極の後端部として独立強化し、同期速度にて運転し、回転子の磁極の後端部が回転中常に固定子磁極との相対位置を保ち、回転子の磁極の後端部前後に対峙する固定子前後の磁極により回転中常時吸引および反撥力を働かせるようにし、回転駆動力を付加的、可及的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の列の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにすることにより負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にもより優れた電圧保持効果が得られる。
【００２２】
第５の発明は、発明１、２、３、４において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子のはみ出し部分においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子のはみ出さない部分においては放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とし、空隙部の磁束をはみ出し量に応じて向上し回転駆動力を付加的、可及的に増加させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにすることにより、負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にもより優れた電圧保持効果が得られる。
【００２３】
第６の発明は、発明１、２、３、４、５において回転子の磁極形成に用いた磁石部および後端部の巻き線を超伝導などの電磁巻き線に置き換えて大容量の機器やリニアモーターなどの移動機に適用拡大が可能となる。
【００２４】
第７の発明は、発明１、２、３、４、５において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにすることにより、負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にもより優れた電圧保持効果が得られる。
【００２５】
第８の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７において固定子と回転子を逆の構成にして、固定子側を回転可能にして回転子とし、一方固定子と対峙する磁石にて磁極を形成していた回転子側を固定子としたものにおいて、電気をスリップリングにより外部より回転子に供給し、同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させ、負荷の変動による電圧の変動（ほぼ一定に保つかあるいは増加）を、回転子の後端部（放射状磁石の外周に磁石を挿入した部分）の磁極形成を永久磁石や巻き線による単独か、または組み合わせにて行えるようにすることにより、負荷の変動による電圧の低下を防ぐと同時にほぼ一定に保つか、または逆に増加して過負荷にもより優れた電圧保持効果が得られる。
【００２６】
第９の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８において固定子の磁極を磁石にて構成し、回転可能にして他の原動機にて同期速度にて駆動することにより、駆動力を付加的に発生させるようにすることが可能となる。
【００２７】
第１０の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離し、これらの運転損失をなくし、効率を最高に発揮させることが可能となる。
【００２８】
第１１の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０において、起動用の制御器や原動機を運転中は切り離して運転し、運転中過負荷などの異常が生じたとき短時間に数回繰り返し再起動しても、異常が治まらない場合にこれを完全に停止するようにし、事故を防止したり、機器の保全を可能にする。
【００２９】
第１２の発明は、発明１、２、３、４、５、６、７、８、９において、電動機として用いる場合、電動機への印加電圧を、電動機中の逆起電力より少し大きめに、手動または自動的に運転制御することにより、効率を最高の状態にて運転することを可能にする。
【００３０】
第１３の発明は、発明１２において、電動機として用いる場合、電動機の巻き線と並列に容量性抵抗を接続し、巻き線端の逆起電力の波形を正弦波に近い状態にし、印加電圧を電動機中の逆起電力より少し大きめに手動または自動的に運転制御することにより、効率を最高の状態にて運転することを可能にする。
【実施例１】
【００３１】
本発明の実施例を以下説明する。
【００３２】
本発明の実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５の回転電機１を同時に図１に示す。２１、２２、２３、２４は回転子、３は固定子、１５は回転軸、１６は巻き線を示す。
本発明の実施例１を図２Ａ及び図２Ｂに示す。２１は回転子、４１は回転子２１の電磁鋼板からなる鉄心の磁極、５、５１、５２は回転子２１の磁石を示す。磁極４１には放射状に磁石５、５１を配置し、円周部にはリング状磁石５２を配置する構成となっている。
さらに磁極後端部８には放射状に磁極を強化形成する磁石５１と巻き線６１を配し、磁極後端部の放射方向の磁界を強化すると同時に巻き線による調整用の電磁石にて僅かな電流にて磁界を制御できるようにしている。かかる構造配置にて付加的駆動力により、過負荷状態にても電圧を増減させ、いかなる負荷状態にても最高の運転状態を実現できる。この場合、磁石や巻き線単独でも組み合わせ同様に実現可能である。６は溝を示し、７は取付け穴を示す。
図２Ｂは磁極後端部８に巻き線６１ｂのみにて実施した例を示している。４１ｂはこの例の場合の磁極を示す。
参考までに図３は従来の放射状に磁石を設けた回転子の形状の一例を示す。
回転電機１が発電機作用または電動機作用において、固定子３と回転子２1とが同極（または異極）が主たる位置の場合は反発（引込み）の作用があり、同時に隣接する固定子３と回転子２1とが異極の一部の位置において引込み（反発）作用があり、固定子３と回転子２1との相対的作用によるつながりが良くなる。これを同期速度で回した場合、回転子磁極後端部８と磁極４１と対峙する固定子磁極で常時吸引力が働き、更に後方の固定子磁極とは常時反発力を発生させることができ、回転電機１の駆動力を付加的に発生させることができ、いかなる負荷状態にても発電機の端子電圧や電動機の逆起電力をほぼ一定に保ち、性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【実施例２】
【００３３】
本発明の実施例２を図４に示す。２２は回転子、４２は回転子２２の電磁鋼板からなる鉄心の磁極、５は回転子２２の磁石を示す。さらに、磁極４２には放射状に磁石５、５４を配置する形状とするとともにリング状に磁石５２，５３を配置する形状とし、さらに磁極４２に溝１１を設けてある。
参考までに図５は従来のリング状に磁石を設けた回転子の形状を示す。
該回転子２２のリング状の磁石５２、５３は磁束を直接該回転子２２の磁石５２、５３に戻らないように該磁石５２、５３の周辺の溝１１には空隙または非磁性体部を設ける。係る構成によって、回転子２２と固定子３との空隙部の磁束の大幅な増加を図っている。
【００３４】
さらに、磁石５は相対する隣の磁石に対して同極で対面して設置されている。回転子２２の磁極４２は、例えば４極の場合、９０度の角度の等分配置でなく３極は一極ずつ８７〜９３度の角度ピッチとしてある。残りの一極は９９から８１度として配置されている。一方の固定子３の磁極はこの４極の場合９０度に等分割されている。従って、電磁的結合からなる固定子３の磁極に対して、相対的に位置を偏位させ回転子の極巾を広くしている。
係る構成にすることによって、これを同期速度で回した場合、回転子磁極後端部８の放射磁界を磁石５４で強化した磁極４２と対峙する固定子磁極で回転中常時吸引力が働き、更に後方の固定子磁極とは常時反発力を発生させることができ、回転電機１の駆動力を付加的に発生させ、過負荷状態においても発電機の端子電圧や電動機の逆起電力の低下を防ぎ、性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【実施例３】
【００３５】
本発明の実施例３を図６Ａ及び図６Ｂに示す。２３は４極の回転子、４３は回転子２３の電磁鋼板からなる鉄心の磁極を示す。
図６Ａにおいて、回転子２３の磁極４３には、放射状に磁石５、５４を配置し、リング状に磁石群５２、５３を配置し、磁石５２、５３の周辺の空間１１には空隙または非磁性体部が設けられている。
本構成は磁石のみで磁極４３を構成している例である。この磁極４３は固定子磁極の巾より広く構成すると同時に、後端部に強力な磁界を形成する磁石５４を直接配置して、回転子２３と固定子３との空隙部の磁束の大幅な増加を図るとともに、回転子２３と固定子３の磁極間の結合を偏位、一部重なりを形成している。
これを固定子の磁極巾を少なくすることを併用すると、より効果的であることは明らかである。
係る構成にすることによって、これを同期速度で回転した場合、回転子磁極後端部８と磁極４３と対峙する固定子磁極で常時吸引力が働き、更に後方の固定子磁極とは常時反発力を発生させることができ、回転電機１の駆動力を付加的、飛躍的に発生させ、過負荷状態においても発電機の端子電圧や電動機の逆起電力の低下を防ぎ、性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
図６Ｂは図６Ａの磁石５４にて形成している回転子磁極４３の後端部８の磁界をより強化するために専用の独立した鉄心２３で磁石群５２、５３のうち一部たとえば磁石５３を除去したり、弱い磁石と入れ替えたりして構成されている。図６Ａの鉄心２３と組み合わせて軸方向に種々編成することにより、同期回転時の付加的駆動力を調整し、過負荷状態においても発電機の端子電圧や電動機の逆起電力の低下を防ぎ、性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【実施例４】
【００３６】
本発明の実施例４を図７、図８に示す。１は回転電機、２４、２４ａ、２４ｂは回転子、３は固定子、４４は回転子２４ａ、２４ｂの電磁鋼板からなる鉄心の磁極を示す。回転電機１において、磁石５、５２、５３、５４からなる回転子２４における磁石５、５２、５３を挿入する上で、巻き線１６の電磁結合による鉄心からなる固定子３の軸方向の長さより長い部分の磁石５、５２、５３からなる回転子２４の「はみ出し部分」２４ａにおいては放射状の磁石５とリング状の磁石５２、５３の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子３の軸方向の長さより短い部分の磁石５、５２、５３からなる回転子２４の「はみ出さない部分」２４ｂにおいては放射状の磁石５とリング状の磁石５２、５３との相対する内側を異極とした構成とされている。係る構成により、回転子２４の「はみ出し部分」２４ａの磁束は矢印の方向となり、回転子２４の「はみ出さない部分」２４ｂの磁束は矢印の方向となっている。従って回転子２４の「はみ出し部分」２４ａの磁束と「はみ出さない部分」２４ｂの磁束は重畳される。係る構成の結果、「はみ出し部分」２４ａの長さにほぼ比例して回転子２４と固定子３の空隙部の磁束の大幅な増加を図ることを可能とすると同時に、磁極後端部８の放射方向の磁界強化に設けている磁石５４のはみ出し部は磁界の方向を軸方向にすることにより、固定子と対峙する磁極後端部８の磁界をより一層強化し、回転電機１の性能向上を大幅に図り、過負荷状態においても発電機の端子電圧や電動機の逆起電力の低下を強固に防ぎ、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。この結果、回転電機１は小型の電動機でも付加的効率アップで３〜５％が可能で、９５〜９８％の高効率を得ている。また同出力容量の回転電機１の場合従来に比較し、より一層小型化が図られうる。
図９は本発明の発電機の負荷電圧特性を示す。在来の磁石式発電機は無負荷状態の端子電圧が最高で、負荷が増加するに従い徐々に低下していき、過負荷状態になると電圧低下が大きくなり、性能の低下が顕著となる。一方本案の発電機は無負荷の端子電圧を最低に、負荷が増加するに従い逆に増加し、過負荷状態になっても電圧が維持され、性能を最高の状態に保つことが示されている。本特性は磁石のみの回転子を用いた発電機の例であるが、磁極後端部に巻き線による電磁石を併用することにより、僅かな電流で細かい電圧調整が可能となることは言うまでもない。
【実施例５】
【００３７】
本発明の実施例５を図１０Ａ、図１０Ｂに示す。図１０Ａは発電機の負荷抵抗Ｌと並列に容量性抵抗Ｃ１を接続することにより、負荷状態で発電機巻線１６に流れる電流の位相を発電電圧よりさらに進めることにより、付加的駆動力を増大し、過負荷時の電圧低下防止をより一層増大したものである。また、外部のＣ１の容量を変えるのみで発電機の容量調整も可能となる。
図１０Ｂは電動機の特性改善に巻線１６ｂと並列に容量性抵抗Ｃ２を、直列に容量性抵抗Ｃ３を接続し、特性改善を図った例を示している。Ｃ２は電源の正弦波波形に電動機の巻線に発生する逆起電力の波形を合わせるため、発生した高調波成分をカットするためのものである。また、Ｃ３は電動機の固定子巻線中を流れる電流の位相を電源電圧に対して進め、過負荷状態でも磁極後端部での付加的駆動力を増大し、巻線中の逆起電力を増大し性能低下を防止する効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の活用例として、一般産業用機器、家庭用電機器、自動車・車両用機器、医療機器、風力・水力・火力等の電機器等、応用範囲は極めて広く利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明実施例１の回転電機
【図２Ａ】本発明実施例１の回転子２１の図
【図２Ｂ】本発明実施例１の回転子２１の図
【図３】従来の回転子の例の図
【図４】本発明実施例２の回転子２２の図
【図５】従来の回転子の他の例の図
【図６Ａ】本発明実施例３の回転子２３の図
【図６Ｂ】本発明実施例３の回転子２３の図
【図７】本発明実施例４の回転子２４ａ、２４ｂの磁束、および固定子３の磁束の流れ説明図
【図８】本発明実施例４の回転子２４ａの図
【図９】本発明発電機の負荷電圧特性説明図
【図１０Ａ】本発明実施例５の容量性抵抗による発電機特性改善説明図
【図１０Ｂ】本発明実施例５の容量性抵抗による電動機特性改善説明図
【符号の説明】
【００４０】
１：回転電機
３：固定子
５、５１、５２、５３、５４：磁石
６：溝
７：取付け穴
８：磁極後端部
１１：空間
１５：回転軸
１６、１６ｂ：巻き線
２１：回転子
２２：回転子
２３：回転子
２４：回転子
２４ａ：回転子
２４ｂ：回転子
４１、４１ｂ：磁極
４２：磁極
４３：磁極
４４：磁極
６１、６１ｂ：巻き線
Ｎ、Ｓ：磁石の極性
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：容量性抵抗
Ｌ：負荷抵抗
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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