(57)【要約】【課題】本発明では、電機子の作る磁束と界磁磁石の磁束とが平行であり磁気回路の構成が容易であって、なおかつ界磁磁石に永久磁石を用いても、減磁や脱磁を起こし難い仕組みを作ることが課題である。【解決手段】回転ダクトの円周部周辺上のアキシャル方向かラジアル方向の少なくともいずれか一ヵ所の表面付近に界磁磁石の配設場所を正確に把握して通電と遮断ができる装置を取付け、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときの電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを構成する。【選択図】図１１
2013099052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地形地物や機体や車体などのプラットホームに対して静止していて電機子を配設したシュラウドと、シュラウドに対して回転して界磁磁石を配設した回転ダクトとの組合せで構成されたＤＣモーターにおいて、シュラウド上に集中巻きの電機子コイルがあり、任意の１コの電機子コイル上に互いに向きの異なる永久磁石の界磁磁石が同時に２組乗ることができる構造を有する電機子コイルを「プッシュプル」型の電機子とするとき、
回転ダクトの円周部周辺上の界磁磁石の配設場所と合致する位置に取り付けた導電体と、シュラウド側から伸延して導電体に当接する導電体ブラシとから成る整流子機構をもって、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周上に配設された界磁磁石の磁束の強度と向きとを判別できる、例えば、ホール素子やフラックスゲートセンサーからなる磁気センサーをシュラウド側から伸延設置して界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周部周辺上に、界磁磁石の配設場所と合致する位置に凹または凸の形状を構成し、例えば、ヒンジローラー型かヒンジレバー型のマイクロスイッチをシュラウド側に設置し、マイクロスイッチのヒンジ部を、回転ダクトの凹または凸の形状に当接させて界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周周辺上の界磁磁石の配設位置と合致する位置に、例えば、白色の薄紙から成るマークを貼り付け、マークの有無と位置とをシュラウド側に設置した光学センサーで捉えて界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
のいずれか少なくとも一つの電力印加の方法によって、界磁磁石に永久磁石を用い、電機子に強大な電力を印加しても、永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーター。
【請求項２】
機体に固定したシュラウドに対して回転する回転ダクトの内周部に、揚力羽根の翼端部を連接して構成したシュラウド付回転翼のうち、請求項１に記載した、電機子に強大な電力を印加しても永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターを用いて回転ダクトを駆動するシュラウド付回転翼。
【請求項３】
建物等の地物に固定したシュラウドに対して回転する回転ダクトの内周部に、抗力羽根の翼端部を連接して構成した送風機のうち、請求項１に記載した、電機子に強大な電力を印加しても永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターを用いて回転ダクトを駆動する送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
地形地物や機体や車体などのプラットホームに対して静止していて電機子を配設したシュラウドと、シュラウドに対して回転して界磁磁石を配設した回転ダクトとの組合せで構成されたＤＣモーターにおいて、界磁磁石に永久磁石を用い、界磁磁石の磁束と集中巻の電機子の磁束とが平行した磁界となる場合に電機子に強大な電力を印加しても、永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターを、電機子への電力印加の際のタイミング規制によって実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流を電源とする電動機やリニアモーターやアクチュエーターでは、界磁磁石と電機子との両磁石間の反発力や引力を利用するものが、大多数である。この場合の界磁磁石に永久磁石を用いた場合は、効率を考えて界磁磁石と電機子との磁心が一致するときに電機子に電力を印加していくことが多い。しかし、その印加の方法では、界磁磁石として使用した永久磁石へ電磁石に生じる強力な磁束が影響して、永久磁石の減磁や脱磁を生じ、モーターやアクチュエーターとしての機能を失うことがある。したがって、このように電機子に発生する磁束の方向と永久磁石が有する磁束の方向とが一致するようなモーターの利用の範囲は、比較的小電力で回す小型モーターに限定される。これに対し、界磁磁石と電機子間の反発力や引力ではなくて、ローレンツ力（フレミングの左手の法則）を直接用いて駆動することによって、電機子には強力な磁界が発生しないようにして、界磁磁石に永久磁石を用いても減磁や脱磁を起こり難い構造とするものもある。また、少数ではあるが、電機子に磁界を生じても、界磁磁石としての永久磁石に磁束を当てない方法、例えば、電機子をリング状の鉄心等にトロイダル状に導線を巻回して、磁石間の反発力や引力は一切用いずに、ローレンツ力のみでモーターに駆動力を与えるものもある。このように導線をトロイダルに巻回することによって界磁磁石の磁束の向きと電機子が作る磁束の向きとが約９０°異なるものをトロイダルモーターとすれば、トロイダルモーターにはどのような強電力を印加しても、磁束はトロイダルコイルの中に封じ込まれていて界磁磁石の磁束と平行することがないので、界磁磁石として使用した永久磁石を減磁させたり脱磁させることはなく、強力なパワーを必要とする電気自動車に使用されることがある。
【０００３】
特許文献５や特許文献９や特許文献１１は、ローレンツ力を直接用いて駆動するリニアモーターである。界磁磁石の磁界と導線内の電流との相互作用で駆動するための電機子なので、構造的に強力な磁束を発生させなくても良いので、電機子への電力印加のタイミングや位置を考えなくても、界磁磁石に永久磁石を用いても減磁や脱磁を急激に起こす心配は少ない。しかしながら、このような印加のタイミングや位置では、導体から出る磁束の影響もあるので、長期間に渡る運用では、永久磁石の減磁の可能性が高い。
【０００４】
特許文献１０はローレンツ力を直接用いるリニアモーターで、界磁磁石に永久磁石を用いた場合に、永久磁石の減磁や脱磁を防止する配慮をしている。ただし、その方法は、電機子への電力印加のタイミングで行うものではなく、電機子の発生する磁束の経路が、界磁磁石の永久磁石の全体を貫いて、永久磁石の磁束を消してしまうことのないように、電機子の磁束の経路が永久磁石の一部の端部のみを通過するような磁気経路を設けるものである。永久磁石の減磁や脱磁対策としては有効かも知れないが、永久磁石の磁束の一部しか利用できない可能性がある。
【０００５】
特許文献４と特許文献６は、リニアモーターに電力を印加する際のタイミングに関する記載がある。リニアモーターの駆動を行う主体となる力は、特許文献４は、界磁磁石と電機子間の反発力と引力であり、特許文献６は、界磁磁石の磁界の中での電機子への印加電流に起こるローレンツ力の直接利用である。いずれも、駆動力が最大の力を発揮するために適切なタイミングについて記載したものであって、界磁磁石に永久磁石を用いた場合の減磁対策や脱磁対策を考慮したものにはなっていない。
【０００６】
特許文献１と特許文献８とは、界磁磁石の配置と電機子の構造の一部が本発明と類似性があるものであって、特許文献２と特許文献３とは、界磁磁石の配置と電機子の形状が本発明と類似するものである。特許文献１２と特許文献１３とは、界磁磁石と電機子の形状が本発明と類似するばかりでなく、電機子への電力印加時期を決めるための位置検知装置の記載もあるが、位置検知装置は発生推力に寄与するためのものであって、界磁磁石に永久磁石を用いた際の減磁や脱磁対策については考慮されていない。この中で、特許文献２には、駆動力として「フレミングの左手の法則」を用いる目的で２組の互いに向きが異なる界磁磁石が１つの電機子上に同時に乗る場合の図が示してあるが、そのための具体的な電力印加手段や方法については記述されていない。また、形状や構造が類似する特許文献１と特許文献２と特許文献３と特許文献８と、タイミングに関する特許文献４と特許文献６とを、当業者が併せ考察したとしても、さらには、形状が類似した上にタイミングに関する位置検知装置を有している特許文献１２と特許文献１３とを考慮しても、永久磁石の減磁や脱磁防止を目的とした電力印加を行う際の具体的手段としてのタイミングやそれを行う装置の取付場所までを想起容易である、とは言えない。
【０００７】
特許文献７や特許文献１４や特許文献１５や特許文献１６や特許文献１７は、トロイダルモーターの例であって、電機子に発生する磁束は、トロイダルコイルの中から外部へはほとんど漏れないし、かつ、磁束の向きも界磁磁石の磁束と平行することがない。よって、界磁磁石に永久磁石を用いても、電機子に発生する磁束で永久磁石を減磁したり脱磁することはない。ただし、通常のトロイダルモーターは、特許文献７や特許文献１４や特許文献１７のように、電機子に対して永久磁石の磁極の一方向のみ、例えば、Ｎ極のみを向けているため、永久磁石の両極間の磁束の帰還を目的とした磁気回路の構成が著しく困難である。したがって、永久磁石は電機子からの減磁や脱磁作用は受けないけれども、トロイダルモーターに用いられた永久磁石は長期間における自然減磁が起こり易い。これに対し、特許文献１５と特許文献１６とは、電機子側に向いている永久磁石の磁極がＮとＳの両極がある特別な構造を有している。このため、永久磁石の両極間の磁束の帰還のために磁気回路形成は容易である。このような特別な構造でも駆動力を得られるためには、電機子コイルの一方と他方との間に磁気遮蔽を行う特別な物質を挟み込んだり、電機子上の導線の周囲に磁気が通過する濃淡ができるか遮蔽ができる物質で覆うことによって、導線への磁束の通過を選択的に行う仕組みを構成している。しかしながら、電機子コイルがトロイダルなまま界磁磁石の向きがＮ、Ｓの両極あるということは、駆動のための力が回転面に対して両方向で存在することとなって、回ったとしても磁束の通過制限の効果によって出た力の差分の部分のみとなるので、大きな駆動力を得ることは著しく難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０９３２５４号公報
【特許文献２】特許第４２６４９６１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５９８４７号公報
【特許文献４】特開２００５−２６１１３５号公報
【特許文献５】特開２００４−２４８４００号公報
【特許文献６】特開２００４−２４２４８８号公報
【特許文献７】特開２００４−０４０９９１号公報
【特許文献８】特開２００３−１５８８６５号公報
【特許文献９】特開２００２−３２５４２１号公報
【特許文献１０】特開平１１−１６４５４３号公報
【特許文献１１】特開平０８−１０３０６３号公報
【特許文献１２】特開平０７−３２２５９７号公報
【特許文献１３】特開平０７−３２２５９５号公報
【特許文献１４】特開平０６−２６１４７号公報
【特許文献１５】特開平０５−２２７７３５号公報
【特許文献１６】特開平０５−２２７７１２号公報
【特許文献１７】特開平０２−１２３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電機子の作る磁束が界磁磁石と９０°異なっているトロイダルコイルは、界磁磁石に永久磁石を用いても電機子からの磁束の影響を受けて減磁や脱磁を起こすことはないが、永久磁石の磁束が環流できる磁気回路の構成が困難である。電機子の作る磁束に平行して界磁磁石の磁界を作る一般に多く用いられる通常のモーターでは、界磁磁石に永久磁石を用いた場合、磁束の環流のための磁気回路の構成は容易であるが、電機子に電力を印加すると永久磁石の磁束の中心部に電機子コイルの磁心が重なった際に、永久磁石の減磁や脱磁を起こし易い。本発明では、電機子の作る磁束と界磁磁石の磁束とが平行であり磁気回路の構成が容易であって、なおかつ界磁磁石に永久磁石を用いても、減磁や脱磁を起こしにくい仕組みを作ることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、特許文献２にあるようなシュラウド上に集中巻きの電機子コイルがあり、任意の１コの電機子コイル上に互いに向きの異なる永久磁石の界磁磁石が同時に２組乗ることができる構造を有する電機子コイルを「プッシュプル」型の電機子とするとき、回転ダクトの円周部周辺上のアキシャル方向かラジアル方向の少なくともいずれか一ヵ所の表面付近に、界磁磁石の配設場所を正確に把握して通電と遮断ができる装置を取付け、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明で開示された仕組みを、地形地物や機体や車体などのプラットホームに対して静止していて電機子を配設したシュラウドと、シュラウドに対して回転して界磁磁石を配設した回転ダクトとの組合せで構成されたＤＣモーターの回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分かアキシャル方向表面部分のいずれか一方に、界磁磁石の位置と向きとを正確に把握できる装置を構成して、界磁磁石に永久磁石を用いた際の「プッシュプル」型の電機子への電力印加のタイミングに適用すると、「プッシュプル」型の電機子上に界磁磁石が１コしかない場合、すなわち、界磁磁石の磁心と電機子の磁心とが一致する周辺での電力印加がないので、界磁磁石に永久磁石を用いても、永久磁石の減磁や脱磁が起こる危険性が極めて少ない上に、磁石の磁束の環流経路としての磁気回路の形成が容易であることから、磁束の最大限の利用ができ、かつ永久磁石の経年変化による減磁も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図は、羽根の翼端を回転ダクトで連結し、回転ダクトの外側の外周をシュラウドで覆ったシュラウド付回転翼の平面図の一例である。この例は、界磁磁石と電機子とが直径の方向で向き合うラジアルギャップ型の場合であって、電機子は平面から見えるが、界磁磁石は回転ダクトの円周部外側にあるので、平面からは見えない。ラジアルギャップ型は、直径方向の回転ダクトの伸縮が界磁磁石と電機子との間の間隙に影響を与えない比較的小さな直径の際に限定して用いられる。
【図２】図は、羽根の翼端を回転ダクトで連結し、回転ダクトの外側の外周をシュラウドで覆ったシュラウド付回転翼の平面図の一例である。この例は、界磁磁石と電機子とが回転軸に平行する方向で向き合うアキシャルギャップ型の場合であって、界磁磁石は平面から見えるが、電機子は、回転ダクトの外周部の概ねコの字型した内部に納められているので、平面からは見えない。アキシャルギャップ型は、直径方向の回転ダクトの伸縮が界磁磁石と電機子との間の間隙に影響を与えないので、比較的大きな直径の際に用いられる。
【図３】（Ａ）図は、ラジアルギャップ型の回転ダクトの部分のみを取り出した斜視図である。本発明の実施場所である回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）と回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分（ＡＲ）とを示している。      （Ｂ）図は、アキシャルギャップ型の回転ダクトの部分のみを取り出した斜視図である。本発明の実施場所である回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）と回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分（ＡＲ）とを示している。
【図４】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。回転ダクトには、異方向で交互に並べられた永久磁石と永久磁石との間を一つおきの交互に連接させた磁気経路兼押さえ板が配設されている。永久磁石の磁束は、この永久磁石と磁気経路兼押さえ板とを経て、回転ダクトの円周部を縫うように一周して環流している。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、シュラウド側から回転ダクト側を見た正面図である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。
【図５】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて銅板等の導体を貼り付け、２本で１組にした導電体ブラシを当接させて整流子機構とした本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある導電体ブラシのうちの右上と左下とが銅板等の導体に当接して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図６】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて銅板等の導体を貼り付け、２本で１組にした導電体ブラシを当接させて整流子機構とした本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある導電体ブラシの全てが銅板等の導体から離れていて、電力が遮断されていることを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、電力が遮断される。
【図７】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて銅板等の導体を貼り付け、２本で１組にした導電体ブラシを当接させて整流子機構とした本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある導電体ブラシのうちの左上と右下とが銅板等の導体に当接して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図８】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて磁気センサーを設置し、磁気センサーで界磁磁石の位置と磁束の向きとを検知して本発明を実施する際のシュラウド側から見た正面図である。この図では、左側の磁気センサーが界磁磁石のＮを感知し、右側の磁気センサーが界磁磁石のＳを感知したところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図９】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて磁気センサーを設置し、磁気センサーで界磁磁石の位置と磁束の向きとを検知して本発明を実施する際のシュラウド側から見た正面図である。この図では、左右の磁気センサーともに界磁磁石を感知していないので、電力を遮断しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、電力が遮断される。
【図１０】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて磁気センサーを設置し、磁気センサーで界磁磁石の位置と磁束の向きとを検知して本発明を実施する際のシュラウド側から見た正面図である。この図では、左側の磁気センサーが界磁磁石のＳを感知し、右側の磁気センサーが界磁磁石のＮを感知したところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１１】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて凹または凸のいずれか一方を構成し、その凹や凸に当接して電力スイッチの断続を行うマイクロスイッチのヒンジ部を当接させた本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組あるマイクロスイッチのうちの右上と左下とが凹または凸に当接して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１２】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて凹または凸のいずれか一方を構成し、その凹や凸に当接して電力スイッチの断続を行うマイクロスイッチのヒンジ部を当接させた本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組あるマイクロスイッチの全てが凹または凸に当接していないので電力を遮断していることを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、電力が遮断される。
【図１３】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて凹または凸のいずれか一方を構成し、その凹や凸に当接して電力スイッチの断続を行うマイクロスイッチのヒンジ部を当接させた本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組あるマイクロスイッチのうちの左上と右下とが凹または凸に当接して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１４】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて白色マークを貼り付け、その白色マークを光学センサーで感知して電力スイッチの断続を行う本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある光学センサーのうちの右上と左下とが白色マークを感知して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１５】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて白色マークを貼り付け、その白色マークを光学センサーで感知して電力スイッチの断続を行う本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある光学センサーの全てが白色マークを感知せず、電力を遮断していることを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、電力が遮断される。
【図１６】（Ａ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合の円周付近の一部断面図である。矢印は回転ダクトの進行方向である。      （Ｂ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分の界磁磁石が配設された位置に合わせて白色マークを貼り付け、その白色マークを光学センサーで感知して電力スイッチの断続を行う本発明をシュラウド側から見た正面図である。この図では、４組ある光学センサーのうちの左上と右下とが白色マークを感知して給電しているところを示している。矢印は、回転ダクトの進行方向である。      （Ｃ）図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型の回転ダクトの円周周辺部において、回転ダクトを外して電機子が見える状態にした場合の一部断面の平面図である。給電時の界磁磁石との位置関係が分かるように、回転ダクトの永久磁石のみを取り出して記載してある。この場合には、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１７】図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に回転ダクトの上蓋部を外して、中の「プッシュプル」型の電機子が見えるようにして、回転ダクトの回転に応じて電機子への電力の印加や遮断のタイミングを示したものである。この場合には、「プッシュプル」型の電機子にちょうど界磁磁石の２組とも乗った状態なので、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図１８】図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に回転ダクトの上蓋部を外して、中の「プッシュプル」型の電機子が見えるようにして、回転ダクトの回転に応じて電機子への電力の印加や遮断のタイミングを示したものである。この場合には、「プッシュプル」型の電機子の間から、回転ダクトの下蓋部の界磁磁石が見えるように、界磁磁石は１組しか電機子上にないので、電力を遮断しているのを示している。
【図１９】図は、回転ダクトがアキシャルギャップ型である場合に回転ダクトの上蓋部を外して、中の「プッシュプル」型の電機子が見えるようにして、回転ダクトの回転に応じて電機子への電力の印加や遮断のタイミングを示したものである。この場合には、「プッシュプル」型の電機子にちょうど界磁磁石の２組とも乗った状態なので、記載した＋と−との極性で電力が印加される。
【図２０】（Ａ）本発明では、回転ダクト上の界磁磁石の位置と向きとを、回転ダクトの円周部周辺に設置した装置で正確に感知して、電機子への電力の印加と遮断のタイミングを決める。このため、銅板等の導体と導電体ブラシとの組合せでは、２本で１組とする接点を４コ組準備し、磁気センサーでは、２コ組準備し、マイクロスイッチでは、４コ組準備し、光学センサーでは、４コ組準備するのを基本とする。ただし、磁気センサーとマイクロスイッチと光学センサーにおいては、出力をＩＣ回路等の演算装置を経由させることができた場合には、センサー等の数量を半減することができる。図は、磁気センサーのうち回転ダクトの右側か左側のいずれか一方を選択して、ＩＣ回路を経由して電力スイッチの断切を行う場合を示している。      （Ｂ）図は、マイクロスイッチのうち回転ダクトの円周上の２コ組か、回転ダクトの上下方向の２コ組かのいずれか一方を選択して、ＩＣ回路を経由して電力スイッチの断切を行う場合を示している。      （Ｃ）図は、光学センサーのうち回転ダクトの円周上の２コ組か、回転ダクトの上下方向の２コ組かのいずれか一方を選択して、ＩＣ回路を経由して電力スイッチの断切を行う場合を示している。
【図２１】（Ａ）図は、本発明を回転ダクトの翼端部に取り付けたシュラウド付回転翼の例である。      （Ｂ）シュラウド付回転翼には、迎角が７〜１０°の揚力羽根が用いられる。
【図２２】（Ａ）図は、本発明を回転ダクトの翼端部に取り付けた巨大な直径の送風機の例である。      （Ｂ）送風機には、迎角が２０〜４５°の抗力羽根が用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
地形地物や機体や車体に対して静止していて電機子（２１０）を配設したシュラウド（２００）と、シュラウド（２００）に対して回転して界磁磁石（１１１）を配設した回転ダクト（１００）との間に構成したＤＣモーターにおいて、本発明を実施する際には、電機子（２１０）と界磁磁石（１１１）との間隙が直径方向に対向する図１のようなラジアルギャップ型と、電機子（２１０）と界磁磁石（１１１）との間隙が回転軸と平行する方向にある図２のようなアキシャルギャップ型とがある。シュラウド上に集中巻きの電機子（２１０）コイルがあるとき、任意の１コの電機子（２１０）コイル上に互いに向きの異なる界磁磁石（１１１）が同時に２組乗ることのできる構造は、ラジアルギャップ型でも、アキシャルギャップ型でも同様に実現できる。しかしながら、回転ダクト（１００）の直径が大きくなるにしたがって、回転ダクト（１００）の伸縮が、ラジアルギャップ型では電機子（２１０）と界磁磁石（１１１）との間隙に与える影響が無視できないほど大きくなってきて、素材にもよるがラジアルギャップ型では２〜３ｍの直径が限界であって、それ以上は、アキシャルギャップ型でないと電機子（２１０）と界磁磁石（１１１）との間隙の保持が困難となる。静止したシュラウド（２００）と回転する回転ダクト（１００）の間にＤＣモーターを構成するこの仕組みは、直径が大きいほど利点があるので、以下の説明は、アキシャルギャップ型の場合を用いて説明する。
【００１４】
地形地物や機体や車体に対して静止したシュラウド（２００）上に配設した電機子（２１０）に、回転する回転ダクト（１００）に配設された界磁磁石（１１１）の位置と向きを感知して電力を印加する仕組みを、図３のラジアルギャップ型の（Ａ）やアキシャルギャップ型の（Ｂ）に記載したように、回転ダクト（１００）の円周周辺部のラジアル方向の表面部（ＳＲ）かアキシャル方向の表面部（ＳＡ）かに構成するのが、本発明の特徴である。
【００１５】
アキシャルギャップ型で説明すると、本発明で使用する界磁磁石（１１１）は、比較的小型で棒状の永久磁石をＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓに対して、反対側にＳ−Ｎ−Ｓ−Ｎのように交互の配設し、それぞれの永久磁石の界磁磁石（１１１）は、磁気回路兼押さえ板（１１２）で一つおきに連接されていて、回転ダクトの上下で見ると、互い違いとなっている。このため、界磁磁石（１１１）の磁束は、回転ダクト（１００）の円周部を縫うように、常時、図４（Ａ）の磁気環流経路（３００）のように環流していて、界磁磁石（１１１）の磁束を強化するとともに、自然界減磁も軽減している。
【００１６】
本発明の特徴である界磁磁石（１１１）の位置と向きを、回転ダクト（１００）の円周周辺部で感知して、電機子（２１０）への電力の印加と遮断を行うために方法は、４つの異なる方法がある。最も基本的な方法が、図５〜図７に示した銅板等の導体（１３０）と導電体ブラシ（２３０）とを組み合わせた方法である。
【００１７】
図５〜図７の場合は、回転ダクト（１００）上に配設した界磁磁石（１１１）が存在する場所に、銅板等の導体（１３０）を回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）の一つおきに貼り付ける。シュラウド（２００）側には、この銅板等の導体（１３０）に接触すると電力を流すことができる導電体ブラシ（２３０）を２コで１組としたものを４コ組準備する。導電体ブラシ（２３０）は、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）を摺動するので、その間に銅板等の導体（１３０）に出会えば電力を電機子（２１０）へ印加し、出会わない間は、電機子（２１０）への電力を遮断する。
【００１８】
図８〜図１０は、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）に準備した銅板等の導体（１３０）と導電体ブラシ（２３０）との組合せの代わりに、回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分（ＳＡ）に設置した磁気センサー（２４０）で、電機子（２３０）への電力印加と遮断とを行う。この場合は、２コの磁気センサー（２４０）で界磁磁石（１１１）の位置と向きとを感知して、電力の印加と遮断とを行うものである。磁気センサー（２４０）にホール素子やフラックスゲートセンサーを用いると、界磁磁石（１１１）の位置と向きとを同時に知ることができる。
【００１９】
図１１〜図１３は、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）に、界磁磁石（１１１）の位置に合わせて一つおきに凹か凸の少なくともいずれか一方を構成する。この凹か凸にシュラウド側に設置した４コのマイクロスイッチ（２５０）のヒンジ部を摺動させる。マイクロスイッチ（２５０）のヒンジが凹か凸のいずれかを感知すると電力を印加し、感知しない間は、電力を遮断する。
【００２０】
図１４〜図１６は、回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分（ＳＲ）に、界磁磁石（１１１）の位置に合わせて一つおきに白色マーク（１６０）を貼り付ける。シュラウド（２００）には光学センサー（２６０）を４コ設置して、白色マーク（１６０）を感知したら電力を印加し、白色マーク（１６０）を感知しない間は、電力を遮断する。
【００２１】
図１７〜図１９は、回転ダクト（１００）の位置と電力印加の関係を示すため、回転ダクト（１００）の上蓋部分を外して記載してある。図１７や図１９の用に、界磁磁石（１１１）が、電機子（２１０）コイル状に２コとも乗っている場合には電力が印加され、図１８に回転ダクト（１００）の下蓋に見えるように界磁磁石（１１１）が、電機子（２１０）コイル上には１コしか載っていない間は、電力を遮断している様子が示されている。
【００２２】
回転ダクト（１００）上の界磁磁石（１１１）を感知した場合に電力を印加し、感知しない場合には、電力を遮断する仕組みは、磁気センサー（２４０）を用いる場合は２コ、マイクロスイッチ（２５０）を用いる場合は４コ、光学センサー（２６０）を用いる場合は４コをシュラウド（２００）側に設置する必要があった。この場合には、ＩＣ回路がなくても、それぞれのセンサーとリレースイッチとの簡単な仕組みで実現できた。しかし、印加する電力の向きをＩＣ回路でカウントして変えてやれば、それぞれのセンサーは、半分の数、すなわち、磁気センサー（２４０）は１コ、マイクロスイッチ（２５０）は２コ、光学センサー（２６０）は２コでも、電機子（２１０）に対し回転ダクト（１００）上の界磁磁石（１１１）の位置と向きに応じた電力の印加や遮断を実現することができる。
【００２３】
本発明の仕組みを有する回転ダクト（１００）の内周部に揚力羽根（１１）を取り付けてシュラウド付回転翼（１０）にすると、電動ヘリコプターを構成することができる。この電動ヘリコプターは、回転翼の中央部に原動機を有する通常のヘリコプターに比べ、直径が大きいほど有利である特徴を有する。
【００２４】
本発明の仕組みを有する回転ダクト（１００）の内周部に抗力羽根（２１）を取り付けて送風機（２０）とすることができる。この送風機（２０）は、回転翼の中央部に原動機を有する通常の送風機に比べ、直径が大きいほど有利である特徴を有する。
【実施例１】
【００２５】
図５〜図１６は、地形地物や機体や車体などのプラットホームに対して静止していて電機子を配設したシュラウドと、シュラウドに対して回転して界磁磁石を配設した回転ダクトとの組合せで構成されたＤＣモーターにおいて、シュラウド上に集中巻きの電機子コイルがあり、任意の１コの電機子コイル上に互いに向きの異なる永久磁石の界磁磁石が同時に２組乗ることができる構造を有する電機子コイルを「プッシュプル」型の電機子とするとき、
回転ダクトの円周部周辺上の界磁磁石の配設場所と合致する位置に取り付けた導電体と、シュラウド側から伸延して導電体に当接する導電体ブラシとから成る整流子機構をもって、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周上に配設された界磁磁石の磁束の強度と向きとを判別できる、例えば、ホール素子やフラックスゲートセンサーからなる磁気センサーをシュラウド側から伸延設置して界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周部周辺上に、界磁磁石の配設場所と合致する位置に凹または凸の形状を構成し、例えば、ヒンジローラー型かヒンジレバー型のマイクロスイッチをシュラウド側に設置し、マイクロスイッチのヒンジ部を、回転ダクトの凹または凸の形状に当接させて界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
回転ダクトの円周周辺上の界磁磁石の配設位置と合致する位置に、例えば、白色の薄紙から成るマークを貼り付け、マークの有無と位置とをシュラウド側に設置した光学センサーで捉えて界磁磁石の位置を感知し、１コの「プッシュプル」型の電機子上に２組とも界磁磁石が存在するときに電機子に電力を印加し、１コの「プッシュプル」型の電機子上には１組の界磁磁石しか存在しないときには、電力を遮断して印加しない仕組みを有するか、
のいずれか少なくとも一つの電力印加の方法によって、界磁磁石に永久磁石を用い、電機子に強大な電力を印加しても、永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターの実施例である。
【実施例２】
【００２６】
図２１は、機体に固定したシュラウドに対して回転する回転ダクトの内周部に、揚力羽根の翼端部を連接して構成したシュラウド付回転翼のうち、実施例１に記載した、電機子に強大な電力を印加しても永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターを用いて回転ダクトを駆動するシュラウド付回転翼の実施例である。
【実施例３】
【００２７】
図２２は、建物等の地物に固定したシュラウドに対して回転する回転ダクトの内周部に、抗力羽根の翼端部を連接して構成した送風機のうち、実施例１に記載した、電機子に強大な電力を印加しても永久磁石の減磁や脱磁が起こり難い特徴を有するＤＣモーターを用いて回転ダクトを駆動する送風機の実施例である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
直径が大きいほど有利な本発明のシュラウド付回転翼や送風機では、回転ダクトの円周部のラジアル方向やアキシャル方向に界磁磁石の位置と向きとを正確に感知できる機材を取り付けるスペースが確保できるので、インバータなどの高度かつ高価な機材を用いないでも強力なＤＣモーターを安価に作製することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  シュラウド付回転翼
１１  揚力羽根
２０  送風機
２１  抗力羽根
１００  回転ダクト
１１０  羽根
１１１  界磁磁石
１１２  磁気回路兼押さえ板
１３０  銅板等の導体
１５０  凹か凸のいずれか一方
１６０  白色マーク
２００  シュラウド
２１０  電機子
２２０  カムフォロア
２３０  導電体ブラシ
２４０  磁気センサー
２５０  マイクロスイッチ
２６０  光学センサー
３００  磁気の環流経路
ＳＲ  回転ダクトの円周周辺部のラジアル方向表面部分
ＳＡ  回転ダクトの円周周辺部のアキシャル方向表面部分
【図１】
2013099052.tif 000003
【図２】
2013099052.tif 000004
【図３】
2013099052.tif 000005
【図４】
2013099052.tif 000006
【図５】
2013099052.tif 000007
【図６】
2013099052.tif 000008
【図７】
2013099052.tif 000009
【図８】
2013099052.tif 000010
【図９】
2013099052.tif 000011
【図１０】
2013099052.tif 000012
【図１１】
2013099052.tif 000013
【図１２】
2013099052.tif 000014
【図１３】
2013099052.tif 000015
【図１４】
2013099052.tif 000016
【図１５】
2013099052.tif 000017
【図１６】
2013099052.tif 000018
【図１７】
2013099052.tif 000019
【図１８】
2013099052.tif 000020
【図１９】
2013099052.tif 000021
【図２０】
2013099052.tif 000022
【図２１】
2013099052.tif 000023
【図２２】
2013099052.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月13日(2012.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2013099052.tif 000025
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２０】
2013099052.tif 000026