(57)【要約】【課題】  永久磁石等の磁石を有する回転子と、コイルを有する固定子とを用いた回転電機において、回転力で発電する回転電機では、回転子を回転させると電機子反作用と呼ばれる現象が発生し、回転軸を回転させる際の負荷となり、より大きな駆動力を必要とする。【解決手段】  回転電機の回転軸に起電力及び起動力を発生させるための回転子を備えるとともに回転軸の外周に固定子を備えた回転電機において、回転軸の同軸上において回転軸の回転負荷を軽減するための負荷軽減用の回転子と固定子を備える。【選択図】  図２
2016015805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に回転子を備えるとともに回転軸の外周に固定子を備えた磁石式回転電機において、回転軸の同軸上で、かつ回転子及び固定子とは異なる位置に回転軸の負荷を軽減するための回転負荷軽減用部材を備え、当該回転負荷軽減用部材は、負荷軽減用回転子と負荷軽減用固定子からなり、当該負荷軽減用回転子と当該負荷軽減用固定子は永久磁石であることを特徴とする磁石式回転電機。
【請求項２】
前記異なる位置とは前記固定子と前記回転子によって発生する磁力の及ばない位置であることを特徴とする請求項１記載の磁石式回転電機。
【請求項３】
前記回転負荷軽減用部材は回転軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の磁石式回転電機。
【請求項４】
前記回転子は前記回転軸に垂直に固定された回転体に固定され、前記固定子は前記回転軸に垂直である２つの固定板に固定され、前記負荷軽減用回転子は前記回転軸に垂直に固定された負荷軽減用回転体に固定され、前記負荷軽減用固定子は、前記回転軸に垂直に固定された負荷軽減用固定板に固定され、当該固定板は、当該回転体の両側にそれぞれ位置し、間隔を空けて当該回転体を挟む状態で設置され、当該負荷軽減用回転体と当該負荷軽減用固定板は対向する状態で設置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁石式回転電機。
【請求項５】
前記固定板に固定された前記固定子と前記負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の数が同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の磁石式回転電機。
【請求項６】
前記固定板に固定された前記固定子の中心と前記負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の中心が回転軸方向と平行である同じ線上に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の磁石式回転電機。
【請求項７】
前記負荷軽減用回転子と前記負荷軽減用固定子は、同じ磁極が相対する状態で配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石等の磁石を有する回転子と、コイルを有する固定子とを用いた磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石等の磁石を有する回転子とコイルを有する固定子を用いた回転電機において、エネルギー変換効率のよい回転電機を製造することは重要な課題である。
ここで、回転電機とは、「電磁誘導の法則を利用して、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機」と、「電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機（モーター）」の両方を指すものと定義する。
【０００３】
発電機を例にあげて説明すると、発電機は同期発電機、誘導発電機、直流発電機に分けられる。何れの方式でも、線材が鉄心に巻かれたコイルに磁界が与えられることにより、コイルに起電力を生じさせている。
小型の同期発電機として一般的に知られている発電機は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置された永久磁石を回転させることで、鉄心に巻かれたコイルに起電力が生じる。強力な磁界をコイルに与えるために永久磁石の磁力を強力なものにすると、接近している鉄心と永久磁石との間に、永久磁石が鉄心を吸着しようとする大きな引力が働くこととなる。この引力が回転軸に及ぼす力をコギングトルクという（単相モータやステッピングモータなどではディテントトルクと呼ばれる）。コギングトルクは磁気吸引力の変化がウネリとなって現れる現象である。コギングトルクが大きいものであると、回転トルクの変動、異常振動、回転軸のねじれ、あるいは騒音等の問題が発生する。
電動機の場合も同様にコギングトルクは課題であり、制御を行う上で外乱となるため、できる限り小さくすべきである。
【０００４】
図１は本発明の背景技術であるコギングトルクを説明した磁石とコイルの鉄心の作用を表す概略図である。図１に示すように、回転軸５上に永久磁石等の磁石を有する回転子４が固定され、その外周には、鉄心２を入れたコイル３を固定子６として固定配置している。回転子４を強力な永久磁石とすると回転子４と鉄心２の間で吸着しようとする大きな引力が生じ、その結果、回転軸に大きな負荷がかかり、回転の際により大きな駆動力を必要とした。
【０００５】
コギングトルクの防止法としては、一般的に鉄心なしのコイルを使用する方法や、固定子または回転子に、スキュー（ねじれ）を設けることが考えられる。しかしながら、鉄心なしのコイルを使用する方法は磁力が弱くなり、起電力及び起動力に悪影響を及ぼし、またスキュー化する方法は工数が増大し、コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００６】
特許文献１は、コギングトルクにより回転軸に与える影響を減少させる発電機に関するものであり、ヨーク２０の界磁鉄片２６と引用手段１９の構成要素である被吸着片１８の位置関係を、２２．５度の角度をずらすことで、コギングトルクを減少させている（その段落００３２、その段落００３７〜その段落００４９）。
【０００７】
特許文献２は、永久磁石とコイルと使った発電機に関するものであり、駆動軸１に腕２を固着し、その腕２には回転子となる４極の磁石を配置した磁石回転体５が装着されており、その周囲には固定子のコイル６を均等配置されている。そして、駆動軸１が回転すると同時に腕２が回転し、腕２に対して磁石回転体５も回転することで、回転子と固定子の間に生じる磁力の抵抗を減少させ、小さな駆動力で回転が可能になる、との記述がある（その段落０００１、その段落００１０、その段落００２３〜その段落００２５）。
【０００８】
特許文献３は、第１の電動機と第２の電動機とを軸方向に並べて配置した巻上機に関するものであり、第１の電動機の第１の回転子に対して、第２の電動機の第２の回転子を回転軸の軸回り方向に所定角度ずらすことで、コギングトルクを低減している、との記述がある（その段落００２８、その段落００２９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−０９８９４５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９９２３６号公報
【特許文献３】特開２００３−２７６９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、特許文献３の方法では、各々の固定子、または回転子の位置関係を回転軸の軸周り方向にずらしているのみであり、回転軸方向に自由に移動させて、コギングトルクを減少させることはできない。
【００１１】
特許文献２の回転の際に生じる負荷を軽減させる方法では、腕に磁石回転体を回転可能であるように設置する必要があり、腕を磁石回転体の回転に耐えうる丈夫な素材で製造する必要があるため、製造が煩雑であり、製造コストがかかる。また、起電力を発生させる磁石回転体自体が腕に対して回転する機構であるため、発電電圧が少なく、負荷軽減にも有効ではない。
【００１２】
そこで本発明の目的は、回転軸の同軸上に起電力及び起動力を発生させる回転子及び固定子とは別の負荷軽減用の回転子及び固定子を備え、負荷軽減用の回転子及び固定子の作用により、回転軸に加わる負荷を軽減することができ、エネルギー変換効率のよい回転電機を製造することである。
また本発明の目的は、回転軸上を負荷軽減用の回転子及び固定子を自由に移動させることで、コギングトルクの負荷調整を可能とすることである。
また本発明の目的は、簡単、かつ製造コストを抑えた構成で、回転軸にかかる負荷を軽減した回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の磁石式回転電機は、回転軸に回転子を備えるとともに回転軸の外周に固定子を備えた回転電機において、回転軸の同軸上でかつ回転子、固定子とは異なる位置に回転軸の負荷を軽減するための回転負荷軽減用部材を備えることを特徴とする。
本発明では、回転軸の同軸上に起電力及び起動力を発生させる回転子と固定子とは別の回転負荷軽減用部材を備えることで、この回転負荷軽減用部材の作用により、回転軸にかかる負荷を軽減することができ、エネルギー変換効率のよい回転電機を製造することができる。
【００１４】
本発明の回転負荷軽減用部材は、負荷軽減用回転子と負荷軽減用固定子であり、当該負荷軽減用回転子と当該負荷軽減用固定子は永久磁石であることを特徴とする。
前記永久磁石の種類としては、合金磁石（アルニコ磁石、鉄-クロム-コバルト磁石等）・フェライト磁石・希土類磁石（サマリウム-コバルト、ネオジム磁石等）・強磁性窒化鉄のどれでもよい。
【００１５】
本発明の前記異なる位置とは前記固定子と前記回転子によって発生する磁力の及ばない位置であることを特徴とする。
磁力の及ばない位置に回転負荷軽減用部材を配置することで、起電力及び起動力発生のための磁力に影響を及ぼさない状態で、回転負荷を軽減することができる。
【００１６】
本発明の前記回転負荷軽減用部材は、回転軸方向に移動可能であることを特徴とする。
前記回転負荷軽減用部材を回転軸方向に移動可能とすることで、起電力及び起動力発生部分の磁力の及ばない適切な位置を選択できる。例えば、磁力の及ばない位置から回転負荷軽減用部材を磁力の及ぶ位置に向かって移動させることで、当該機器の適切な位置に回転負荷軽減用部材を配置させることができる。
【００１７】
本発明の磁石式回転電機は、前記回転子は回転軸に垂直に固定された回転体に固定され、前記固定子は回転軸に垂直である２つの固定板に固定され、前記負荷軽減用回転子は回転軸に垂直に固定された負荷軽減用回転体に固定され、前記負荷軽減用固定子は、回転軸に垂直に固定された負荷軽減用固定板に固定され、固定板は、回転体の両側にそれぞれ位置し、間隔を空けて回転体を挟む状態で設置され、負荷軽減用回転体と負荷軽減用固定板は対向する状態で設置されることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、前記固定板に固定された前記固定子と前記負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の数が同じであることを特徴とする。
前記固定子と前記負荷軽減用固定子の数を同じにすることで、大幅に負荷が軽減される。
なお、この場合は、起電力用及び／又は起動力用の固定子、負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の位置とを逆にした配置にすることも可能である。すなわち、起電力用及び／又は起動力用の固定子と回転子と、負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子と負荷軽減用回転子の位置とを逆にした配置にすることも可能である。
【００１９】
本発明は、前記固定板に固定された前記固定子の中心と前記負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の中心が回転軸方向と平行である同じ線上に配置されていることを特徴とする。
前記固定子と前記負荷軽減用固定子の配置箇所を前記固定板と前記負荷軽減用固定板上でそれぞれ同じ位置とすることで、大幅な負荷軽減効果が得られる。
【００２０】
本発明の負荷軽減用回転子と負荷軽減用固定子は、同じ磁極が相対する状態で配置されていることを特徴とする。
同じ磁極が相対する状態で配置されていることで、負荷軽減用の回転子と負荷軽減用の固定子の間で押し合う力が生じる。この現象により、前記回転子と前記固定子の間で生じる引く力と打ち消しあい、回転軸に加わる負荷を軽減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、回転軸の同軸上に起電力及び起動力を発生させる回転子、固定子とは別の負荷軽減用の回転子、固定子を備えることで、この負荷軽減用の回転子、固定子の作用により、回転軸にかかる負荷を軽減することができ、エネルギー変換効率のよい回転電機を製造することができる。
また本発明では、簡単、かつ製造コストを抑えた構成で、回転軸にかかる負荷を軽減した回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の背景技術であるコギングトルクを説明した磁石とコイルの鉄心の作用を表す概略図である。
【図２】本発明の負荷軽減用の回転子と負荷軽減用の固定子の作用を表す概略図である。
【図３】本発明を適用した第１の実施形態の磁石式回転電機（発電機の場合）を例示する斜視図である。
【図４】本発明を適用した第１の実施形態の磁石式回転電機（発電機の場合）を例示する側面図である。
【図５】上記実施形態の回転体のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】上記実施形態の固定板のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】上記実施形態の負荷軽減用回転体のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】上記実施形態の負荷軽減用固定板のＤ−Ｄ線断面図である。
【図９】上記実施形態の他の回転体、負荷軽減用回転体を例示する図である。
【図１０】上記実施形態の他の固定板を例示する図である。
【図１１】上記実施形態の他の負荷軽減用固定板を例示する図である。
【図１２】本発明を適用した第２の実施形態の磁石式回転電機（電動機の場合）を例示する側面図である。
【図１３】本発明を適用した第３の実施形態の磁石式回転電機を例示する側面図である。
【図１４】本発明を適用した第４の実施形態の磁石式回転電動機を例示する側面図である。
【図１５】本発明を適用した第５の実施形態の磁石式回転電動機を例示する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の負荷軽減用の回転子と負荷軽減用の固定子の作用を表す概略図である。回転軸５上に起電力を発生させるための回転子（起電力用・起動力用の回転子）４、（起電力用・起動力用の回転子）回転板９が固定され、前記回転子４の外周には、鉄心２を入れたコイル３が固定子６として固定配置されている。前記回転板９には、永久磁石等の磁石である負荷軽減用の回転子７が固定されており、回転板９の外周には、永久磁石等の磁石である負荷軽減用の固定子８が固定配置されている。負荷軽減用の回転子７と負荷軽減用の固定子８は、同じ磁極が相対する状態で配置されている。
回転子４を強力な永久磁石とすると回転子４と鉄心２の間で吸着しようとする大きな引力が生じるが、負荷軽減用の回転子７が負荷軽減用の固定子８と作用し合うため、その結果、負荷軽減用の回転子７と負荷軽減用の固定子８の間で押し合う力が生じる。この現象により、引く力と押す力とが打ち消しあい、回転軸に加わる負荷を軽減することができる。
【００２４】
（本発明の第１の実施形態）
図３は、本発明を適用した第１の実施形態の磁石式回転電機（発電機の場合）を例示する斜視図である。図４は、本発明を適用した第１の実施形態の磁石式回転電機を例示する側面図である。図５は、本実施形態の回転体のＡ−Ａ線断面図である。図６は、本実施形態の固定板のＢ−Ｂ線断面図である。図７は、本実施形態の負荷軽減用回転体のＣ−Ｃ線断面図である。図８は、本実施形態の負荷軽減用固定板のＤ−Ｄ線断面図である。
【００２５】
本実施形態の磁石式回転電機１０は、基台１２上に、起電力を発生させるための回転体１７、固定板１６、１８、回転軸５にかかる負荷を軽減するための回転負荷軽減用部材（負荷軽減用回転体１９、負荷軽減用固定板２０）、そして、回転体１７と負荷軽減用回転体１９を回転駆動するための駆動装置１１を備える。前記回転体１７と前記負荷軽減用回転体１９は回転軸５に垂直に固着され、前記駆動装置１１によって、回転軸５が回転し、回転体１７と負荷軽減用回転体１９が回転する。前記基台１２の両側側面には側面板２７がネジ固定され、基台１２、固定板１６、側面板２７、負荷軽減用固定板２０で、回転軸５の周りに箱型の筐体を形成している。
前記固定板１６、１８は、回転軸に垂直になるように設置され、前記回転体１７の両側にそれぞれ位置し、間隔を空けて回転体１７を挟む状態で設置される。
前記負荷軽減用回転体１９は、回転軸に垂直になるように設置された負荷軽減用固定板２０と間隔を空けて対向する状態で設置される（図３、図４）。
前記負荷軽減用回転体１９、負荷軽減用固定板２０の位置は、回転軸上で前記固定板１６、１８、回転体１７とは別の位置で、かつ起電力発生のための磁力が及ばない位置となるように設置される。
【００２６】
前記回転体１７は、回転軸５を中心として円周上で、かつ等間隔に永久磁石等の磁石である回転子１３を備え、回転体１７の中心には回転軸５が固着されている（図５）。
回転体１７の形状は、円板状、長方形状、スリット入りの形状どれでもよい。
回転子１３の個数は、本実施例では４つであるが、個数は特に問われず、回転体１７に搭載する回転子１３の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。
回転子１３の永久磁石の種類としては、合金磁石（アルニコ磁石、鉄-クロム-コバルト磁石等）・フェライト磁石・希土類磁石（サマリウム-コバルト、ネオジム磁石等）・強磁性窒化鉄のどれでもよい。
また回転体１７の素材は、木材、アルミニウム、カーボン等の回転に耐えうる素材とする。削り加工を可能で、重量調整できることが好ましい。
本実施例では、回転軸５を中心として円周上でかつ等間隔に回転子１３を配置したが、回転体１７に回転子１３をジグザグに配置してもよい。
【００２７】
前記固定板１６、１８は、鉄心コイルである固定子２２を備え、固定板１６，１８の中心には回転軸５を通す貫通孔２１が設けられている（図６）。
前記固定子２２は、貫通孔２１を中心として円周上で、かつ等間隔に設置されている。
固定板１６，１８に搭載される固定子２２の個数は、本実施例では４つであるが、個数は特に問われず、固定板１６、１８に搭載する固定子２２の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。また、固定子２２の鉄心の素材は、ケイ素等の軽い素材とすることが望ましい。削り加工を可能で、重量調整できることが好ましい。
本実施形態では、貫通孔２１を中心として円周上でかつ等間隔に固定子２２を配置したが、各固定板１６、１８に固定子２２をジグザグに配置してもよい。
【００２８】
各固定板１６、１８に搭載される固定子２２の数は同じであり、各々の固定子２２の中心２４が回転軸方向と平行な同じ線上になるように設置される(図５、図６)。
【００２９】
前記負荷軽減用回転体１９は、回転軸５を中心として円周上で、かつ等間隔に永久磁石等の磁石である負荷軽減用回転子１４を備え、負荷軽減用回転体１９の中心には回転軸５が固着されている（図７）。
負荷軽減用回転体１９の形状は、円板状、長方形状、スリット入りの形状どれでもよい。
負荷軽減用回転子１４の個数は、本実施例では４つであるが、個数は特に問われず、負荷軽減用回転体１９に搭載する負荷軽減用回転子１４の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。
負荷軽減用回転子１４の永久磁石の種類としては、合金磁石（アルニコ磁石、鉄-クロム-コバルト磁石等）・フェライト磁石・希土類磁石（サマリウム-コバルト、ネオジム磁石等）・強磁性窒化鉄のどれでもよい。
本実施例では、回転軸５を中心として円周上でかつ等間隔に負荷軽減用回転子１４を配置したが、負荷軽減用回転体１９に負荷軽減用回転子１４をジグザグに配置してもよい。
【００３０】
前記負荷軽減用固定板２０は、永久磁石等の磁石である負荷軽減用固定子１５を備え、負荷軽減用固定板２０の中心には回転軸５を通す貫通孔２１が設けられている（図８）。
前記負荷軽減用固定子１５は、貫通孔２１を中心として円周上で、かつ等間隔に設置されている。
負荷軽減用固定子１５の個数は、本実施例では４つであるが、個数は特に問われず、負荷軽減用固定板２０に搭載する負荷軽減用固定子１５の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。
負荷軽減用固定子１５の永久磁石の種類としては、合金磁石（アルニコ磁石、鉄-クロム-コバルト磁石等）・フェライト磁石・希土類磁石（サマリウム-コバルト、ネオジム磁石等）・強磁性窒化鉄のどれでもよい。
本実施形態では、貫通孔２１を中心として円周上でかつ等間隔に負荷軽減用固定子１５を配置したが、負荷軽減用固定板２０に負荷軽減用固定子１５をジグザグに配置してもよい。
【００３１】
各固定板１６、１８に搭載される前記固定子２２と負荷軽減用固定子１５の数は同じであり、各々対応する固定子２２の中心２４と負荷軽減用固定子１５の中心２６が回転軸方向と平行な同じ線上になるように設置される。(図７、図８)。
各負荷軽減用回転子１４と負荷軽減用固定子１５は、それぞれ同じ磁極が相対する状態で設置される。具体的には、負荷軽減用回転子１４のＳ極（Ｎ極）は、負荷軽減用固定子１５のＳ極（Ｎ極）と相対して設置される。
また、前記負荷軽減用固定板２０に搭載される負荷軽減用固定子１５の磁極の向きは回転軸方向に揃えられていてもよいし（図８では全ての負荷軽減用固定子１５のＮ極（Ｓ極）が紙面から上を向くように配置される）、また、回転軸方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極と交互に配置されてもよい（図８では回転軸を中心として円周上に交互にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と紙面から上を向くように配置される）。
【００３２】
また、回転子１３、各発生固定板１６、１８に搭載される固定子２２、負荷軽減用回転子１４、負荷軽減用固定子１５を同数搭載し、製造時、各々対応する固定子２２の中心、回転子１３の中心２３、固定子２２の中心２４、負荷軽減用回転子１４の中心２５、負荷軽減用固定子１５の中心２６が回転軸方向と平行な同じ線上になるように設置してもよい(図４)。
【００３３】
本実施形態の磁石式回転電機１０の動作は以下の通りである。
駆動装置１１を駆動し回転軸５を回転させると、回転体１７と負荷軽減用回転体１９が回転する。回転体１７が回転すると、回転子１３も回転し、回転子１３によって、固定板１６、１８に搭載された固定子２２に電流が誘発され、起電力が発生する。回転子１３と固定子２２の鉄心の間で吸着しようとする大きな引力が生じるが、負荷軽減用回転子１３と負荷軽減用固定板２０に搭載された負荷軽減用固定子１５が作用し合うため、負荷軽減用回転子１３と負荷軽減用固定子１５の間で押し合う力が生じる。この現象により、引く力と押す力とが打ち消しあい、回転軸に加わる負荷を軽減することができる。
【００３４】
図９は、上記実施形態の他の回転体、負荷軽減用回転体を例示する図である。
図９（a）は、回転体１７、負荷軽減用回転体１９が長方形状であり、長方形状の回転子１３、負荷軽減用回転子１４が回転体１７、負荷軽減用回転体１９の両端に２個搭載されている例である。図９（ｂ）は、回転体１７、負荷軽減用回転体１９が円板状であり、長方形状の回転子１３、負荷軽減用回転子１４が回転軸５を中心として円周上に８個搭載されている例である。回転体１７、負荷軽減用回転体１９の形状は、円板状、長方形状、スリット入りの形状どれでもよい。回転子１３、負荷軽減用回転子１４の個数は、特に問われず、回転体１７、負荷軽減用回転体１９に搭載する回転子１３、負荷軽減用回転子１４の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。また、回転子１３、負荷軽減用回転子１４の配置位置は回転軸５を中心とした円周上でも、両端でも、ジグザグに配置されていてもよい。
【００３５】
図１０は、上記実施形態の他の固定子が搭載される固定板を例示する図である。
図１０の固定板１６、１８は、固定子２２が貫通孔２１を中心として円周上に８個搭載された例である。固定板１６，１８に搭載される固定子２２の個数は、本実施例では８つであるが、個数は特に問われず、固定板１６、１８に搭載する固定子２２の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。また固定子２２の配置位置は貫通孔２１を中心とした円周上でも、ジグザグに配置されていてもよい。
【００３６】
図１１は、上記実施形態の他の負荷軽減用固定板を例示する図である。
図１１の負荷軽減用固定板２０は、長方形状の負荷軽減用固定子１５が貫通孔２１を中心として円周上に８個搭載された例である。負荷軽減用固定板２０に搭載される負荷軽減用固定子１５の個数は、本実施例では８つであるが、個数は特に問われず、負荷軽減用固定板２０に搭載する負荷軽減用固定子１５の形状も、丸型だけでなく、長方形型、正方形型、楕円型でもよい。また負荷軽減用固定子１５の配置位置は貫通孔２１を中心とした円周上でも、ジグザグに配置されていてもよい。
【００３７】
（本発明の第２の実施の形態）
図１２は本発明を適用した第２の実施形態の磁石式回転電機（電動機の場合）を例示する側面図である。尚、本発明の第１の実施の形態と同様の部材は、同一の符号を付しており、説明を省略する。
本実施形態の磁石式回転電機１００は、基台１２上に、起動力を発生させるための回転体１７、固定板１６、１８、回転軸５にかかる負荷を軽減するための回転負荷軽減用部材（負荷軽減用回転体１９、負荷軽減用固定板２０、そして、図には示されていないが回転電機へ電力を供給する電力供給回路、回転軸の周りに箱型の筐体を備える。回転軸５には、前記回転体１７と負荷軽減用回転体１９が回転軸に垂直に固着され、前記電力供給回路から電力が回転体１７、固定板１６、１８に供給されると、回転軸５が回転し、起動力が発生する。この起動力はギア等の部材を介して間接的に自転車や自動車、電車等の車輪２８に伝達され、車輪２８を駆動する。そして、負荷軽減用回転体１９も回転体１７同様に回転し、負荷軽減用回転子１３と負荷軽減用固定板２０に搭載された負荷軽減用固定子１５が作用し合うため、回転軸に加わる負荷を軽減することができる。
【００３８】
（本発明の第３の実施の形態）
図１３は、本発明を適用した第３の実施形態の磁石式回転電機を例示する側面図である。尚、本発明の第１及び第２の実施の形態と同様の部材は、同一の符号を付しており、説明を省略する。
本実施形態の磁石式回転電機２００は、回転負荷軽減用部材（負荷軽減用回転体１９、負荷軽減用固定板２０）が回転軸方向に移動可能となっている。回転軸５にはボールスプライン等の回転軸方向に直進及び回転運動可能である回転体移動部材３３が取り付けられ、負荷軽減用回転体１９の中心位置に前記回転体移動部材３３が固着されている。そして、基台１２には、負荷軽減用固定板２０を移動するためのトラックレール３２、スライドユニット３１が設置され、負荷軽減用固定板２０の下部にスライドユニット３１が固着されている。スライドユニット３１がトラックレール３２上を移動することで、負荷軽減用固定板２０が回転軸方向に直進運動可能となっている。図には示されていないが、回転軸５の周りに箱型の筐体を形成している。
回転負荷軽減用部材を移動可能とすることで、コギングトルクの負荷調整が可能となる。
すなわち、コギングトルクは回転方向に働く磁気吸引力の総和となると考えられているが、その調整は、適用される機器類に応じて異なり、その負荷調整は難しい。本実施の形態では、
負荷軽減用回転体１９も負荷軽減用固定板２０も回転軸方向に移動可能であり、これらは同時にも別々にも移動する。したがって、起電力用・起動力用の回転子と固定子に向けて移動させて、磁気吸引力が打ち消し合う位置を調整することができる。
【００３９】
（本発明の第４の実施の形態）
図１４は本発明を適用した第４の実施形態の磁石式回転電動機を例示する側面図である。
尚、本発明の第１及び第２の実施の形態と同様の部材は、同一の符号を付しており、説明を省略する。
本実施形態の磁石式回転電機３００は、第１の回転負荷軽減用部材（第１の負荷軽減用回転体１９、第１の負荷軽減用固定板２０）、第２の回転負荷軽減用部材（第２の負荷軽減用回転体３５、第２の負荷軽減用固定板３４）が基台１２上に設置されており、同一の回転軸５に連結されている。
図１４では、図１４左から第２の回転負荷軽減用部材、固定板１６、回転体１７、固定板１８、第１の回転負荷軽減用部材の順に配置されているが、固定板１６、回転体１７、固定板１８、第１の回転負荷軽減用部材、第２の回転負荷軽減用部材の順に配置してもよい。
また、第２の回転負荷軽減用部材が、図１４左から第２の負荷軽減用回転体３５、第２の負荷軽減用固定板３４の順に配置されているが、これは、第２の負荷軽減用固定板３４、第２の負荷軽減用回転体３５の順に配置されていてもよい。
そして、起電力及び起動力を発生させる回転子、固定子を同一の回転軸に複数連結してもよく、また回転負荷軽減用部材を同一回転軸に複数連結してもよい。
回転負荷軽減用部材を複数設けることで、より大きな負荷軽減力を得ることができる。
【００４０】
（本発明の第５の実施の形態）
図１５は本発明を適用した第５の実施形態の磁石式回転電動機を例示する側面図である。
尚、本発明の第１及び第２の実施の形態と同様の部材は、同一の符号を付しており、説明を省略する。
本実施形態の磁石式回転電機４００は、回転負荷軽減用部材が負荷軽減用固定板２０、４１、負荷軽減用回転体１４で構成されている。図１５左から負荷軽減用固定板４１、負荷軽減用回転体１４、負荷軽減用固定板２０の順に設置されている。
各負荷軽減用回転子１４と負荷軽減用固定板２０、４１の負荷軽減用固定子１５は、それぞれ同じ磁極が相対する状態で設置される点は、本発明の第１の実施の形態と同様である。
負荷軽減用固定板４１を設けることで、より大きな負荷軽減力を得ることができる。
【００４１】
（実施例）
図４に示す構成の磁石式回転電機１０を使用し、負荷軽減率を計測した。磁石式回転電機１０の寸法は縦３０ｃｍ×横６０ｃｍ×高さ３５ｃｍである。
回転子１３は、寸法が縦２．５ｃｍ×横４ｃｍ×高さ１ｃｍの永久磁石を２つ積層して永久磁石同士を固着して製造し、この回転子１３を寸法が縦５ｃｍ×横２０ｃｍ×高さ３ｃｍの回転体１７の横方向の両端に１５ｃｍの間隔をあけて１つずつ埋め込む状態で計２個固着した。
固定子２２は直径５ｃｍ×高さ４ｃｍの鉄心コイルであり、寸法が縦２５ｃｍ×横５ｃｍ×高さ３０ｃｍの固定板１６、１８にそれぞれ８個ずつ、固定板１６，１８の回転軸が通る位置から半径１０ｃｍの円周上に等間隔で埋め込み固定した。
負荷軽減用回転体１９は、寸法が縦５ｃｍ×横２０ｃｍ×高さ３ｃｍであり、永久磁石である負荷軽減用回転子１４を横方向の両端に１５ｃｍの間隔をあけて１つずつ埋め込む状態で計２個固着した。
負荷軽減用固定子１５は、寸法が縦２．５ｃｍ×横４ｃｍ×高さ１ｃｍの永久磁石を４つ積層して永久磁石同士を固着して製造し、寸法が縦２５ｃｍ×横１ｃｍ×高さ３０ｃｍの板２枚で挟み、板に一部埋め込む状態で負荷軽減用固定板２０を製造した。負荷軽減用固定子１５は負荷軽減用固定板２０に負荷軽減用固定板２０の回転軸が通る位置から半径１０ｃｍの円周上に等間隔で８個配置したものを使用した。固定板１６、１８と回転体１７の間隔はそれぞれ１．５ｃｍ、固定板１８と負荷軽減用回転体１９の間隔は１４ｃｍ、負荷軽減用回転体１９と負荷軽減用固定板２０の間隔は１ｃｍである。負荷軽減用回転体１９と負荷軽減用固定板２０を使用した場合と使用しない場合で、駆動装置１１を駆動し、回転軸５を回転させ、負荷軽減率を計測した。
比較例として、負荷軽減用固定子１５の数は、４個と６個の場合を準備して、また、前記固定子１５は回転軸に垂直である２つの固定板に固定されたものと、一枚の固定板の場合を準備して、これらを比較例とした。
【００４２】
負荷軽減率を計測した結果を表１に示す。表１は、負荷軽減率として、回転負荷軽減用部材を使用した場合と使用しない場合との起電流増加率Ｉ（％）を計測した結果である。横軸のＡは回転負荷軽減用部材を使用しない場合であり、Ｂは回転負荷軽減用部材を使用した場合である。
回転負荷軽減用部材を使用した場合、回転負荷軽減用部材を使用しない場合と比べて少なくとも２０％多く起電流を発生させることができることが分かった。
ここで、負荷軽減用固定子１５等の数は、８個の場合が４個や６個の場合よりも起電流を多く発生させた。
また、前記固定子は前記回転軸に垂直である２つの固定板に固定されたものが、一枚の固定板よりも起電流を多く発生させた。また、前記固定板に固定された前記固定子と前記負荷軽減用固定板に固定された前記負荷軽減用固定子の数が同じである場合（実施例）と、異なる場合を準備して、これを比較例とした。また、前記負荷軽減用回転子と前記負荷軽減用固定子は、同じ磁極が相対する状態で配置されている場合（実施例）と、異なる場合を準備して、これを比較例としたが、回転負荷軽減用部材を使用しない場合と比べて２０％以上多く起電流を発生させることができることが分かった。
【００４３】
【表１】
2016015805.tif 000003
【００４４】
以上、本実施の形態では、本発明を発電機に適用した例で説明したが、単相モータやステッピングモータなどのモータに適用することができる。また、本発明の適用対象としては、マイクロ発電機、 小型風力発電機、自転車発電機、防災用小型発電機、水力発電機のアウターローター発電機等の主軸部に適用可能であるほか、電気自動車、ハイブリッド自動車の起電力・起動力の主軸部にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
２                    鉄心、
３                    コイル，
４                    回転子（起電力用・起動力用の回転子），
５                    回転軸，
６                    固定子（起電力用・起動力用の固定子），
７                    負荷軽減用回転子，
８                    負荷軽減用固定子，
９                    回転体、
１９                  負荷軽減用回転体、
２０                  負荷軽減用固定板
【図１】
2016015805.tif 000004
【図２】
2016015805.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016015805.tif 000008
【図６】
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【図７】
2016015805.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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