(57)【要約】【課題】永久磁石の磁力による吸引力及び反発力を制御して駆動する永久磁石モータを提供する。【解決手段】同磁極側が対面された構造の永久磁石１ａ、１ｃ、１ｄ及び１ｅが配置されたステータ３と、同じく同磁極側が対面された構造の永久磁石（以下「ロータ永久磁石」という。）１ｂが配置されたロータ２と、ロータ永久磁石１ｂが、ロータ２に於いて可動する構造を持ち、ロータ永久磁石１ｂがステータ３に備えられたガイド４に従って可動することにより、ステータ３とロータ２の間に働く吸引力及び反発力を制御する。（永久磁石１ａ、１ｄの外側の磁極はＳ極、永久磁石１ｂ、１ｃ及び１ｅの外側の磁極はＮ極である。）【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有するステータと、
同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有する回転軸を持つロータと、
前記ロータに配置された同磁極側が対面された構造の永久磁石（以下「ロータ永久磁石」という。）が、前記ロータに於いて前記ロータに備えられたガイドに従って径方向に可動する構造を持ち、
前記ステータに備えられたガイドに従い、前記ロータの回転する方向に可動することで、
ステータとロータの間に働く吸引力及び反発力を制御する、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項２】
同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有するステータと、
同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有する回転軸を持たないロータと、
前記ロータ永久磁石が、前記ロータに於いて前記ロータに備えられたガイドに従って進行方向に対して垂直に可動する構造を持ち、
前記ステータに備えられたガイドに従い、前記ロータの進行方向に可動することで、
ステータとロータの間に働く吸引力及び反発力を制御する、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ロータ永久磁石の外側から外側までの距離が前記ステータに配置された同磁極側が対面された永久磁石（以下「ステータ永久磁石」という。）の内側から内側までの距離より短い、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータ永久磁石の外側から外側までの距離が前記ロータ永久磁石の内側から内側までの距離より短い、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項５】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータの極は、外側の磁極が異なる２組の前記ステータ永久磁石を、対にして配置されたものを１単位とし、
前記ロータ永久磁石がその間を通過し、前記ステータの極に於いて前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石が同一直線上に並んだときは、
一方の前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石の間に働く力、及び他方の前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石の間に働く力について、吸引力及び反発力が略均衡する、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータに備えられた前記ガイドの経路は、前記ロータ永久磁石が、
前記ステータの極に接近するときは、前記ロータ永久磁石から前記ロータ永久磁石の外側の磁極と異なる外側の磁極を持つ前記ステータ永久磁石（以下「ステータ異極永久磁石」という。）までの距離が、
前記ロータ永久磁石から前記ロータ永久磁石の外側の磁極と同じ外側の磁極を持つ前記ステータ永久磁石（以下「ステータ同極永久磁石」という。）までの距離より短く、
かつ前記ステータの極に接近するにつれて前記ロータ永久磁石から前記ステータ異極永久磁石までの距離が接近する前より短くなる範囲で、
前記ステータの極から離反するときは、前記ロータの永久磁石から前記ステータ同極永久磁石までの距離が、
前記ロータ永久磁石から前記ステータ異極永久磁石までの距離より短く、
かつ前記ステータの極から離反するにつれて前記ロータ永久磁石から前記ステータ同極永久磁石までの距離が離反する前より長くなる範囲である、ことを特徴とする永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石の磁力による吸引力及び反発力を制御して駆動する永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石モータは、ステータと、ステータと相互作用するロータで構成され、ロータとステータのどちらかに永久磁石を用い他方を電磁石とし、電磁石に流れる電流の向きを変えることにより、永久磁石に作用する磁界を変化させ、駆動力を得る。
【０００３】
また、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示するように電磁石の換わりに永久磁石を用いて構成する磁気回転装置等も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４５１３６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４５２２号公報
【特許文献３】特開２００４−２８２９８３号公報
【特許文献４】特開２００６−２３８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これは次のような欠点があった。電磁石を永久磁石に置き換えると、永久磁石では電磁石のように電磁石に流れる電流の向きを変えて磁界の向きを変えることができないため、ステータとロータの永久磁石が最接近したとき、ステータの永久磁石とロータの永久磁石が異極であると、ステータとロータの間に働く吸引力により、ステータとロータが固着しモータは駆動しない。
【０００６】
このためこれを回避するための手段として、永久磁石の反発力のみを利用するもの、磁気遮蔽物質を利用するもの、磁性体を緩衝材として利用するもの、及びバネ等の弾性体を利用するもの等が考案されているが、問題は十分に解決されておらず、永久磁石の磁力による吸引力及び反発力を制御して駆動する永久磁石モータの実用化に程遠いのが現状である。
【０００７】
特許文献１は、磁気遮蔽物質を利用するものであるが現在のところ有効な磁気遮蔽物質は存在しない。特許文献２は、バネを利用するものであるが、磁力がバネの運動に使われてしまうことを考慮していない。特許文献３は、磁性体を緩衝材として利用するものであるが、磁性体を利用すると永久磁石モータを駆動するために必要な磁力まで磁性体に吸収されてしまうため、磁力を有効に活用できない。特許文献４は、永久磁石の角度を変えて永久磁石の反発力のみを利用するものであるが、永久磁石の角度を変えるだけでは、ロータの永久磁石がステータの永久磁石に接近するときの反発力を有効的に抑制することはできない。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、永久磁石の磁力による吸引力及び反発力を制御して駆動する永久磁石モータ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】
【０００９】
上記課題を解決する第１の発明の永久磁石モータは、同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有するステータと、同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有する回転軸を持つロータと、前記ロータに配置された同磁極側が対面された構造の永久磁石（以下「ロータ永久磁石」という。）が、前記ロータに於いて前記ロータに備えられたガイドに従って径方向に可動する構造を持ち、前記ステータに備えられたガイドに従い、前記ロータの回転する方向に可動することで、ステータとロータの間に働く吸引力及び反発力を制御する、ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第２の発明の永久磁石モータは、同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有するステータと、同磁極側が対面された構造の永久磁石を複数個有する回転軸を持たないロータと、前記ロータ永久磁石が、前記ロータに於いて前記ロータに備えられたガイドに従って進行方向に対して垂直に可動する構造を持ち、前記ステータに備えられたガイドに従い、前記ロータの進行方向に可動することで、ステータとロータの間に働く吸引力及び反発力を制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第３の発明の永久磁石モータは、上記第１の発明又は上記第２の発明のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ロータ永久磁石の外側から外側までの距離が前記ステータに配置された同磁極側が対面された永久磁石（以下「ステータ永久磁石」という。）の内側から内側までの距離より短い、ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第４の発明の永久磁石モータは、上記第１の発明又は上記第２の発明のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータ永久磁石の外側から外側までの距離が前記ロータ永久磁石の内側から内側までの距離より短い、ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第５の発明の永久磁石モータは、上記第１の発明又は上記第２の発明のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータの極は、外側の磁極が異なる２組の前記ステータ永久磁石を、対にして配置されたものを１単位とし、前記ロータ永久磁石がその間を通過し、前記ステータの極に於いて前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石が同一直線上に並んだときは、一方の前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石の間に働く力、及び他方の前記ステータ永久磁石と前記ロータ永久磁石の間に働く力について、吸引力及び反発力が略均衡する、ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第６の発明の永久磁石モータは、上記第１の発明又は上記第２の発明のいずれかに記載の永久磁石モータにおいて、前記ステータに備えられた前記ガイドの経路は、前記ロータ永久磁石が、前記ステータの極に接近するときは、前記ロータ永久磁石から前記ロータ永久磁石の外側の磁極と異なる外側の磁極を持つ前記ステータ永久磁石（以下「ステータ異極永久磁石」という。）までの距離が、前記ロータ永久磁石から前記ロータ永久磁石の外側の磁極と同じ外側の磁極を持つ前記ステータ永久磁石（以下「ステータ同極永久磁石」という。）までの距離より短く、かつ前記ステータの極に接近するにつれて前記ロータ永久磁石から前記ステータ異極永久磁石までの距離が接近する前より短くなる範囲で、前記ステータの極から離反するときは、前記ロータの永久磁石から前記ステータ同極永久磁石までの距離が、前記ロータ永久磁石から前記ステータ異極永久磁石までの距離より短く、かつ前記ステータの極から離反するにつれて前記ロータ永久磁石から前記ステータ同極永久磁石までの距離が離反する前より長くなる範囲である、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】２組の同磁極側が対面された構造の永久磁石についての動作説明図である。
【図２】永久磁石の吸引力及び反発力を制御することについての動作説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回転軸を持つ永久磁石モータの正面図である。
【図４】図３のＡ１−Ａ２断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るステータ及びロータに配置される永久磁石の数を変えた回転軸を持つ永久磁石モータの正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る回転軸を持たない永久磁石モータの正面図である。
【図７】図６のＢ１−Ｂ２断面図である。
【図８】ステータに配置される永久磁石の数が２組のときのロータに配置される永久磁石の経路である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づき説明する。
【００１７】
図１は、２組の同磁極側が対面された構造の永久磁石についての動作説明図である。永久磁石１ｂの外側から外側までの距離を永久磁石１ａの内側から内側までの距離より短くして、その距離の中心を同一直線上に配置し、永久磁石１ａの外側をＳ極、永久磁石１ｂの外側をＮ極としている。
【００１８】
永久磁石１ｂがＰ０の位置にあるとき、それぞれの永久磁石１ａ、１ｂの外側の磁極は異極のため吸引力により引き合い、永久磁石１ｂは、Ｐ１の方向へ移動する。永久磁石１ａに接近するにつれて、永久磁石１ａの内側及び永久磁石１ｂの外側のＮ極同士の反発力が大きくなり、永久磁石１ｂは、永久磁石１ａとの間に働く吸引力と反発力が均衡するＰ１で停止する。また、永久磁石１ａの磁極を変えて外側をＮ極としたときは、同様に地点Ｐ１で吸引力と反発力が均衡するが、Ｐ０からＰ１は、永久磁石１ｂの受ける力が吸引力から反発力に変わるため、永久磁石１ｂはＰ０の方向へ移動する。
【００１９】
図２は、永久磁石の吸引力及び反発力を制御することについての動作説明図で、永久磁石モータを駆動するため電磁石により磁界の向きを変えることと同様な効果を永久磁石で実現するための動作原理である。
【００２０】
永久磁石１ａ、１ｃはステータの磁極を示すものとし、それぞれの永久磁石は、上記図１と同様に、同磁極側が対面された構造（以下「ステータ永久磁石」という。）である。永久磁石１ｂはロータの磁極を示すものとし、こちらも上記図１と同様に、同磁極側が対面された構造（以下「ロータ永久磁石」という。）である。（永久磁石１ａ、１ｂ及び１ｃの磁極は、外側の磁極を表示している。）
Ｐ１では、ステータ永久磁石１ａ、１ｃ及びロータ永久磁石１ｂが同一直線上に並び、上記図１と同様に、ステータ永久磁石１ａとロータ永久磁石１ｂの間に働く力、及びステータ永久磁石１ｃとロータ永久磁石１ｂの間に働く力について、吸引力と反発力が略均衡している。
【００２１】
Ｐ０からＰ１までのロータ永久磁石１ｂの経路は、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ａまでの距離が、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離より短く、かつＰ１に接近するにつれて永久磁石１ｂから永久磁石１ａまでの距離が接近する前より短くなる範囲である。
また、Ｐ１からＰ２までのロータ永久磁石１ｂの経路は、永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離が、永久磁石１ｂから永久磁石１ａまでの距離より短く、かつＰ２に接近するにつれてロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離が接近する前より長くなる範囲である。
【００２２】
ロータ永久磁石１ｂがＰ０からＰ１を経由してＰ２までの経路を移動するときのロータ永久磁石１ｂが受ける力について、ロータ永久磁石１ｂは、ステータ永久磁石１ａから吸引力、ステータ永久磁石１ｃから反発力を受けているが、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ａまでの距離の方がロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石ｃまでの距離より短く、磁力は、逆２乗の法則に従うため、Ｐ０からＰ１までは、ステータ永久磁石１ａから受ける吸引力の方が強くロータ永久磁石１ｂは、吸引力を受ける。また、Ｐ１からＰ２までは、同様にステータ永久磁石１ｃから受ける反発力の方が強いためロータ永久磁石１ｂは、反発力を受ける。
【００２３】
このように、ロータ永久磁石１ｂは、Ｐ１を基点として吸引力と反発力を交互に受けることになり、これらの動作は、電磁石を用いた永久磁石モータと等価であるので、上記の経路を通過するようにロータに於いて永久磁石を可動させれば、永久磁石モータを駆動することができる。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態に係る回転軸を持つ永久磁石モータの正面図である。また、図４は、図３のＡ１−Ａ２断面図である。
ロータ２に設置されたロータ永久磁石１ｂは、ロータ２に於いてロータ２に備えられたガイド４に従って径方向に可動する構造を持ち、ステータ３に備えられたガイド４に従い、ロータ２の回転する方向に可動する構造を持っている。
【００２５】
ステータ３に備えられたガイド４によるロータ永久磁石１ｂの経路は、上記図２と同様に、Ｐ０からＰ１までは、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ａまでの距離が、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離より短く、かつＰ１に接近するにつれてロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ａまでの距離が接近する前より短くなる範囲である。
Ｐ１からＰ２までのロータ永久磁石１ｂの経路は、永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離が、ロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ａまでの距離より短く、かつＰ２に接近するにつれてロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｃまでの距離が接近する前より長くなる範囲である。
Ｐ２からＰ３までのロータ永久磁石１ｂの経路は、Ｐ３に接近するにつれてロータ永久磁石１ｂからステータ永久磁石１ｄまでの距離が接近する前より短くなる範囲である。
Ｐ３からＰ０までのロータ永久磁石１ｂの経路は、回転軸５を中心にして、Ｐ０からＰ３までの範囲と点対象である。
【００２６】
ステータ３に備えられたガイド４のＰ０からＰ３までの間において、ロータ永久磁石１ｂが受ける力及び方向は、上記図２と同様に、Ｐ０からＰ１まではＰ１の方向に吸引力を受け、Ｐ１からＰ２まではＰ２の方向に反発力を受け、Ｐ２からＰ３まではＰ３の方向にステータ永久磁石１ｃから反発力を受け、ステータ永久磁石１ｄから吸引力を受ける。
従ってロータ２は、Ｐ０からＰ３まで、時計回りに回転する。また、Ｐ３からＰ０までについては、Ｐ０からＰ３までと点対象であるので同様に、ロータ２は時計回りに回転する。
【００２７】
ロータ永久磁石１ｂがＰ１の位置にあるときは、ステータ永久磁石１ａとロータ永久磁石１ｂの間に働く力、及びステータ永久磁石１ｃとロータ永久磁石１ｂの間に働く力について、吸引力及び反発力が略均衡した状態であるが、ロータ２に配置された他のロータ永久磁石１ｂが時計回りに回転する方向に反発力及び吸引力を受けロータ２の回転する力を担っている。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態に係るステータ及びロータに配置されるの永久磁石の数を変えた回転軸を持つ永久磁石モータの正面図である。ステータ３に１６組のステータ永久磁石１ａ、１ｃ、ロータ２に５組のロータ永久磁石１ｂが配置されている。（ステータ永久磁石１ａ、１ｃの磁極は外側の磁極を表示している。）
ステータ永久磁石１ａ、１ｃ及びロータ永久磁石１ｂの数を増やすことにより、回転軸５に働くトルクが大きくなり高出力が可能となる。また、ロータ永久磁石１ｂを５組にすることにより、ロータ永久磁石１ｂがステータ永久磁石１ａ、１ｃに再接近したときの吸引力及び反発力が略均衡した状態において、他のロータ永久磁石１ｂが駆動力を担う力は３組のときより大きくなる。
【００２９】
このように、ステータ永久磁石１ａ、１ｃ及びロータ永久磁石１ｂの数を任意に増減することにより、駆動力を可変した永久磁石モータを構成することができる。
【００３０】
図６は、本発明の一実施形態に係る回転軸を持たない永久磁石磁石モータの正面図である。また、図７は、図６のＢ１−Ｂ２断面図である。
ロータ２に配置されたロータ永久磁石１ｂはステータ２のガイド４に従って進行方向に対して垂直に可動する構造を持ち、ステータ３に備えられたガイド４に従い、ロータ２の進行方向に可動する構造を持っている。
【００３１】
動作原理は上記図３の回転軸を持つ永久磁石モータと同じであるが回転軸を持たないため、ロータ２はガイド４に従って矢印の方向に進む。
【００３２】
なお、図６ではステータ３に６組のステータ永久磁石１ａ、１ｃが配置された実施形態を表示しているが、ステータ永久磁石１ａ、１ｃの数を増やすことにより、ロータ２の移動距離を長くすることもできる。また、ステータ永久磁石１ａ、１ｃを曲線的に配置すれば、ロータ２を曲線的に移動させることもできる。
さらに、上記図５の様にステータ永久磁石１ａ、１ｃの始点と終点を接続すれば、ロータ２は回転軸を持たないが、円運動及び楕円運動等、閉じた経路を移動させることもできる。
【００３３】
図８は、ステータに配置される永久磁石の数が２組のとき、ロータに配置される永久磁石がどのような経路をたどるのか参考までに記載したものである。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ    永久磁石
２    ロータ
３    ステータ
４    ガイド
５    回転軸
６    経路
【図１】
2016171724.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016171724.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016171724.tif 000007
【図６】
2016171724.tif 000008
【図７】
2016171724.tif 000009
【図８】
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