(57)【要約】本願発明のモータは、環状の磁路を形成する電機子鉄心に同一方向に巻回され直流抵抗が高く直列接続されたコイル１ａ〜１ｃと、同一方向に巻回され、コイル１ａ〜１ｃに比して直流抵抗が低くかつ巻き回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続または並列接続されたコイル２ａ〜２ｃとを有し、コイル１ａ〜１ｃとコイル２ａ〜２ｃとが交互に配置された環状磁路電機子２４と、環状磁路電機子２４の内周近傍の周方向に同一磁区数で磁極が異なる永久磁石２２を等間隔且つ交互に配設される永久磁石回転子２１とを備え、整流子２６を介して、直列接続されたコイル１ａ〜１ｃに整流転流された電力が端子１２，１３間に入力され、並列接続されたコイル２ａ〜２ｃとコイル１ａ〜１ｃとが直列接続された端子１２，１１間に負荷が接続される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の磁路を形成する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、
直列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、
直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、
前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、
を備えたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記永久磁石回転子の軸に固定され、該永久磁石回転子の永久磁石側の対向位置に配置されるヨークと、
前記永久磁石回転子前記ヨークとの間に配置される多角形状の空芯コイルと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記永久磁石回転子の回転に同期した整流子と、
前記電源に代え、直流電力を供給する直流電源と、
を備え、前記整流子は、前記直流電源から供給される直流電力を整流転流して前記環状磁路電機子に入力することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
前記負荷は、整流回路であり、
前記整流回路から出力された整流電力を前記直流電源に供給することを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記環状磁路電機子と前記整流子との相対位置関係をずらして前記永久磁石回転子の回転速度および回転方向を制御することを特徴とする請求項３または４に記載のモータ。
【請求項６】
前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力することを特徴とする請求項２〜５に記載のモータ。
【請求項７】
環状の磁路を形成する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、
直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、
前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、
前記永久磁石回転子の軸に固定され、該永久磁石回転子の永久磁石側の対向位置に配置されるヨークと、
前記永久磁石回転子と前記ヨークとの間に配置される多角形状の空芯コイルと、
を備え、前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力して、前記永久磁石回転子の回転力をアシストすることを特徴とするモータ。
【請求項８】
前記空芯コイルの出力の全部あるいは一部を外部出力することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載のモータ。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一つに記載のモータを、前記永久磁石回転子の軸を中心に対向配置させ、一方のモータの環状磁路電機子のコイル群の巻回方向を他方のモータの環状磁路電機子の巻回方向に対して逆にし、一方のモータの出力を他方のモータに入力する直列接続を行なうことを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載のモータを、前記永久磁石回転子の軸を中心に多段構成し、各モータの出力を順次、次段のモータに入力する直列接続を行うことをしたことを特徴とするモータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込んだことを特徴とする車両。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込んだことを特徴とする発電機。
【請求項１３】
直線上の磁路を形成する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、
直列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、
直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、
前記コイル群の近傍に設けられ、前記電機子鉄心の長手方向に沿って前記磁区と同一の長さを有する永久磁石と、
を備えたことを特徴とするモータ。
【請求項１４】
環状又は直線状の磁路を形成する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直列接続又は並列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して同巻回数の同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが同一抵抗値を有しながら交互に配置されるコイル群と、
直列接続又は並列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、
直列接続または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続又は並列接続された前記コイル群に接続される負荷と、
前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、
を備えたことを特徴とするモータ。
【請求項１５】
環状又は直線状の磁路を形成する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に巻回され直列接続又は並列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に巻回され、前記第１コイルに比して同巻回数の同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが同一抵抗値を有しながら交互に配置されるコイル群と、
直列接続又は並列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、
直列接続または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続又は並列接続された前記コイル群に接続される負荷と、
前記コイル群の近傍に設けられ、前記電機子鉄心の長手方向に沿って前記磁区と同一の長さを有する永久磁石と、
を備えたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本件発明は、電機子と永久磁石回転子とを備えたモータの回転駆動を効率良く行うことができるモータ及びこれを用いた装置に関するものである。
【背景技術】  従来から公知のＤＣモータとして特開平８−１２６２７９号に開示されるように、図１に永久磁石型の代表的なＤＣモータの概要図を示している。図１に示すように、コイルＡは、環状固定子Ｃから内部方向へ、また、放射状に延長している歯車Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の大部分に巻きつけられている。コイルＡは、電源Ｓへ連結されている。電源Ｓから供給された電流は、各歯車Ｂ１−Ｂ４を通って磁場を発生させる。整流器（整流子）Ｄは、電源ＳとコイルＡとに電気的に接続し、コイル電源から供給されるＤＣ電流を交互に供給している。コイルＡは、磁場の両極性が歯車の近傍とは反対方向にあるように歯車Ｂ１−Ｂ４それぞれの周囲を交互に直接巻きつけている。歯車Ｂ１−Ｂ４それぞれにおいて、磁場は、回転子を回転させるために、回転子Ｆ上の永久磁石Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の過半数のそれぞれと交互に引きつけ、またはねつけている。回転子Ｆは、翼を回転させるために翼（図示しないが）に連結されている。
このようなモータにおいて、コイルＡに供給する電流は、典型的には負荷トルク次第である。電源ＳによってコイルＡに充当する電力は、トルクを通過する内に消費されてしまう。例えば、コイルＡを通過する大電流は、負荷トルクの大きい初動時に、電機子に大電流を流し、回転の上昇に伴って負荷トルクが減少すると、電機子への電流量が減少する。回転力が増加したり負荷トルクが減少したりする場合、コイルＡを通過する電流の流れは、同様に減少する。製造された歯車状トルクと同様に、モータの中で歯車Ｂ１−Ｂ４の使用は、回転抵抗、一様でない回転及び他の消費を結果として生じさせる。このように、これらの永久磁石型ＤＣモータは、モータ及び発電機として用いられ、電力は、回転子を回転させるために歯車状トルクを必要としていた。
すなわち、従来の永久磁石型のＤＣモータは、負荷トルクの大小に応じた電流を電機子に供給し、この電機子に加えられた電力は、トルク消費に使われていた。
上記記載の永久磁石型ＤＣモータは、コイルへ供給する全ての電力が発電トルクへ用いられていた。コイルへ供給する電力は、例えば回転装置のような外部負荷を運転するために外側から出力されているとは信じられていない。その上、永久磁石の回転に従って磁力流動変化の結果として回転翼の中で逆起電力が生じている。回転子の主な回転に従い、この逆起電力を克服するためにコイルに十分な電流を供給することが必要となっている。永久磁石の回転によってコイル翼中の逆起電力は、回転を邪魔する反トルクを生じさせるモーター中の歯車の中で著しく大きくなっており、電流の大部分は逆起電力の発生に消費されている。
これらは、高エネルギー効率、低エネルギー要件及びコスト、環境中の効果を低減させるためのモータや発電機の開発に寄与している。
また、従来の永久磁石型のＤＣモータには、電機子鉄心にスロットを設けて巻き線されているが、このスロットと回転子上の永久磁石との磁気作用によって、コギングトルクを発生し、このコギングトルクが、回転の抵抗および回転ムラなどの損失を生じている。同様に、この永久磁石型のＤＣモータを発電機として用いる場合、このコギングトルクは、回転子の回転に要する大きな負荷となっている。
【特許文献１】特開平８−１２６２７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】  ところで、上述した永久磁石のＤＣモータにおいて電機子に加えられた電力は、上述したように全てトルク消費されるだけであり、電機子に加えられた電力を外部に取り出すことができない。また、永久磁石の回転に伴って、磁束変化による逆起電力が電機子巻き線に生じ、回転子の回転を維持するためには、この逆起電力に打ち勝つ電力を加える必要があった。特に、スロット構造のモータでは、永久磁石の回転による巻き線の逆起電力を最大にするため、回転に対する逆トルクを発生させ、この逆起電力に打ち勝つ大きな電力を消費させなければならない。したがって、従来の永久磁石型のＤＣモータでは、電機子に加えれた電力の有効利用を図ることができないという問題点があった。
一方、近年の環境問題を解決するため、トータル的にエネルギー効率のよい装置やシステムの開発が強く要望されている。
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、モータ自体にかかる電力消費をほとんど行うことなくモータの回転あるいは移動を行うことができるとともに、モータに加えられた電力を外部出力または内部消費することができるモータ及びこれを用いた装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】  上記目的を解決するために、請求項１にかかるモータは、環状の磁路を形成する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、直列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、を備えたことを特徴とする。
この請求項１の発明によれば、環状磁路電機子にスロットが形成されていないため、コギングトルクがなく、効率の良いモータを実現することができると共に、第１コイルと第２コイルとに生じる逆起電力が打ち消されるため、逆トルクが殆ど発生しない、効率のよいモータを実現することができる。さらに、環状磁路電機子は、電源と負荷との間の変圧器として機能しているため、環状磁路自体による電力消費がほとんどなく、この環状磁路電機子によって発生した位階によって永久磁石回転子を回転させると共に、電源から負荷への電力転送も行うことができるものである。
また、請求項２の発明に係るモータは、上記の発明において、前記永久磁石回転子の軸に固定され、該永久磁石回転子の永久磁石側の対向位置に配置されるヨークと、前記永久磁石回転子前記ヨークとの間に配置される多角形状の空芯コイルと、をさらに備えたことを特徴とする。
この請求項２の発明によれば、前記永久磁石回転子と前記ヨークとの間に、多角形状の空芯コイルを配置することによって、回転エネルギーを外部出力することができる。
また、請求項３の発明にかかるモータは、上記の発明において、前記永久磁石回転子の回転に同期した整流子と、前記電源に代え、直流電力を供給する直流電源と、を備え、前記整流子は、前記直流電源から供給される直流電力を整流転流して前記環状磁路電機子に入力することを特徴とする。
この請求項３の発明によれば、直流電源を用いたＤＣモータを実現することができる。
また、請求項４の発明にかかるモータは、上記の発明において、前記負荷は、整流回路であり、前記整流回路から出力された整流電力を前記直流電源に供給することを特徴とする。
この請求項４の発明によれば、負荷として整流回路を設け、この整流された電力を電源側に供給することによって、省エネルギー化された効率のよいモータを実現できる。
また、請求項５の発明にかかるモータは、上記の発明において、前記環状磁路電機子と前記整流子との相対位置関係をずらして前記永久磁石回転子の回転速度および回転方向を制御することを特徴とする。
この請求項５の発明によれば、前記環状磁路電機子と前記整流子との相対位置関係をずらして前記永久磁石回転子の回転速度および回転方向を制御し、簡易な構成によってモータの回転制御を自在に行うことができる。
また、請求項６の発明にかかるモータは、上記の発明において、前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力することを特徴とする。
この請求項６の発明によれば、前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力し、環状磁路電機子や整流子などに発生する銅損や鉄損などの損失を補った効率のよいモータを実現できる。
また、請求項７の発明にかかるモータは、上記の発明において、環状の磁路を形成する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、前記永久磁石回転子の軸に固定され、該永久磁石回転子の永久磁石側の対向位置に配置されるヨークと、前記永久磁石回転子と前記ヨークとの間に配置される多角形状の空芯コイルと、を備え、前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力して、前記永久磁石回転子の回転力をアシストすることを特徴とする。
この請求項７の発明によれば、空芯コイルの出力を環状磁路電機子に入力し、永久磁石回転子の回転力をアシストすることによって、永久磁石回転子にかかる外部の回転力が軽減され、回転負荷を小さくした発電用モータを実現できる。
また、請求項８の発明にかかるモータは、上記の発明において、前記空芯コイルの出力の全部あるいは一部を外部出力することを特徴とする。
この請求項８の発明によれば、空芯コイルの出力の全部あるいは一部を外部出力するようにしているので、外部への発電出力機能をも併せ持った効率の良いモータを実現できる。
また、請求項９の発明にかかるモータは、上記の発明において、請求項１〜８の何れか一つに記載のモータを、前記永久磁石回転子の軸を中心に対向配置させ、一方のモータの環状磁路電機子のコイル群の巻回方向を他方のモータの環状磁路電機子の巻回方向に対して逆にし、一方のモータの出力を他方のモータに入力する直列接続を行なうことを特徴とする。
この請求項９の発明によれば、永久磁石回転子の軸を中心にモータが多段構成され、かつ電気的に直列接続された連鎖出力を行うようにしているので、一つのモータを駆動時に転送する電力と同じ電力を用いて、回転トルクを増大させることができる。
また、請求項１０の発明にかかるモータは、上記の発明において、請求項１〜９のいずれか一つに記載のモータを、前記永久磁石回転子の軸を中心に多段構成し、各モータの出力を順次、次段のモータに入力する直列接続を行うことをしたことを特徴とする。
この請求項１０の発明によれば、永久磁石回転子の軸を中心にモータが多段構成され、かつ電気的に直列接続された連鎖出力を行うようにしているので、一つのモータを駆動時に転送する電力と同じ電力を用いて、回転トルクを増大させることができる。
また、請求項１１の発明にかかるモータは、上記の発明において、請求項１〜１０のいずれかに一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込んだことを特徴とする。
この請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれかに一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込むことによって、車両の駆動をアシストすることができるとともに、電力のフィードバックを効率良く行うことができ、省エネルギー化された車両を実現できる。
また、請求項１２の発明にかかるモータは、上記の発明において、請求項７〜１０のいずれか一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込んだことを特徴とする。
この請求項１２の発明によれば、請求項７〜１０のいずれか一つに記載のモータを、回転体に１以上組み込み、回転駆動をアシストするようにしているので、効率の良い発電機を実現できる。
また、請求項１３の発明にかかるモータは、上記の発明において、直線上の磁路を形成する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻回され直流抵抗が高く直列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に巻回され、前記第１コイルに比して直流抵抗が低く且つ巻回数が小さく同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが交互に配置されるコイル群と、直列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、直列または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続された前記コイル群に接続される負荷と、前記コイル群の近傍に設けられ、前記電機子鉄心の長手方向に沿って前記磁区と同一の長さを有する永久磁石と、を備えたことを特徴とする。
この請求項１３の発明によれば、電機子が、電源と負荷との間の変圧器として機能しているため、電機子自体による電力消費がほとんどなく、この電機子によって発生した次回によって永久磁石を移動させるリニアモータを実現できると共に、電源から負荷への電力転送をも行うことができる。
また、請求項１４の発明にかかるモータは、上記の発明において、環状又は直線状の磁路を形成する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に同一方向に巻回され直列接続又は並列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に前記第１コイルと同一方向に巻回され、前記第１コイルに比して同巻回数の同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが同一抵抗値を有しながら交互に配置されるコイル群と、直列接続又は並列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、直列接続または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続又は並列接続された前記コイル群に接続される負荷と、前記電機子鉄心に前記コイル群が巻回された環状磁路電機子の内周近傍の周方向に、前記コイル群が形成する磁区と同数であって磁極が異なる永久磁石が等間隔に交互に配設され前記環状磁路電機子に内接する円板状の永久磁石回転子と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項１５の発明にかかるモータは、上記の発明において、環状又は直線状の磁路を形成する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻回され直列接続又は並列接続された複数の第１コイルと前記電機子鉄心に巻回され、前記第１コイルに比して同巻回数の同一長さの磁区を形成し直列接続又は並列接続された複数の第２コイルとを有し、各第１コイルと各第２コイルとが同一抵抗値を有しながら交互に配置されるコイル群と、直列接続又は並列接続された前記第１コイル群に交流電力を供給する電源と、直列接続または並列接続された前記第２コイル群と前記第１コイル群とが直列接続又は並列接続された前記コイル群に接続される負荷と、前記コイル群の近傍に設けられ、前記電機子鉄心の長手方向に沿って前記磁区と同一の長さを有する永久磁石と、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】第１図は、先行技術である環状ＤＣモータを示す基本回路図である。
第２図は、この発明の実施例１であるモータに用いられる電機子の巻き線構造を示す基本回路図である。
第３図は、第２図に示した巻線に流れる電流の様子を示す図である。
第４図は、この発明の実施例１であるリニアモータの概要構成を示す基本回路図である。
第５図は、この発明の実施例１であるリニアモータに用いられるコイルの他の接続形態を示す基本回路図である。
第６図は、この発明の実施例２であるモータの組み立て図である。
第７図は、第６図に示した環状磁路電機子と永久磁石回転子との位置関係を示す説明図である。
第８図は、第６図に示したモータの全体概要を示す模式図である。
第９ａ、ｂ図は、第８図に示したモータ中、電流のスイッチ部で環状磁路電機子の回転で磁石に対面するＮ極の関係位置の実施例を示している。
第１０図は、バッテリーを電化するための図８のモータの模式図である。
第１１図は、第８図に示したモータの環状磁路電機子に入力される電圧、負荷に出力される電圧、および整流回路から出力される電圧の各波形を示す図である。
第１２図は、この発明の他の実施例である発電機能を有するモータの組み立て図である。
第１３図は、第１２図に示した環状磁路電機子と永久磁石回転子と空芯コイルとの位置関係を示す説明図である。
第１４図は、バッテリーを電化するための発電機として起動する第１２図であるモータの模式図である。
第１５図は、第１２図におけるモーターにおいて、環状磁路電機子と回転子と空芯コイルとの位置関係を示す説明図である。
第１６図は、環状磁路電機子と回転子と空芯コイルとの位置関係の変形例を示す説明図である。
第１７ａ図は、外部回転子よって起動されるこの発明の他の実施例である発電モータの透視である。
第１７ｂ図は、第１７図に示すモータの基本回路図である。
第１８ａ図は、この発明の他の実施例である二層の発電モータを示す透視図である。
第１８ｂ図は、第１８図に示すモータの基本回路図である。
第１９図は、この発明の他の実施例である二層の発電モータを示す透視図である。
第２０図は、パルスから供給される他の実施例であるモータ／発電機の一部を示す基本回路図である。
第２１図は、電力が電源から供給されている第２０図に示す基本回路図である。
第２２図は、電力が電源から供給されていない第２０図に示す基本回路図である。
第２３ａ図は、回転子中の光センサー及び磁石にかかわらず、第２０図における２ヶ所のモータ／発電機のスターターの周囲で巻かれたコイルの２区画の近傍コイルの基本回路図である。
第２３ｂ図は、第２１図及び第２２図において回転子が動作中において、電力が供給し或いは供給しないときに電圧がコイルへ応用されたことを示す図である。
第２３ｃ図は、第２２図においてコイルに構わずに回転子が動作した時に、コイルによって発電された整流電圧を示す図面である。
第２４ａ図は、電力が第２０図のモーターに供給された時の入力電圧を示す図面である。
第２４ｂ図は、第２２図において、電力がコイルに供給されないときにコイルを横切って釣り合いの取れた誘電電圧を示す図面である。
第２４ｃ図は、操作中において、第２０図のモーター回路の調整回路へ供給する電圧を示す図面である。
第２４ｄ図は、操作中において、抵抗器の様に電荷を横切って釣り合うＤＣ電圧を示す図面である。
第２５図は、電源に相対的に供給する２個のモーターの基本回路図である。
第２６図は、第２５図において２個のモーターに対する電圧波形を示す図面である。
第２７図は、電荷バッテリーに相対的に供給する２個のモーター１００ｃ，１００ｄの選択的相対配置図である。
第２８−３０図は、本発明のモーターと発電機と共に使用する空芯コイル装置の周りにある磁石の回転を示す図面である。
第３１図は、本発明の詳細に記載されるいくつかの実施例で用いられる選択的な環状磁路電機子芯の概要図面である。
第３２図は、本発明において用いられる変圧器を形成するコイルの概要描写図である。
第３３図は、この発明の実施例７であるアシスト自転車の全体概要構成を示す模式図である。
第３４図は、第３３図に示したアシスト自転車に用いられるモータと高速発電モータとの関係を示す図である。
第３５図は、この発明の実施例８である風力発電機の全体概要構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃ、４１〜４３，４７、５１ａ〜５１ｄ、５２〜５２ｄ  コイル
３，１３，２３  ２８６  鉄芯
４  電源
５  負荷
１０，２２，７２  永久磁石
２０，４０，８０，９０，１００，１１１，１１２  モータ
２１，７１，２１ｃ、９１  永久磁石回転子
２１ａ、２５  ヨーク
２１ｂ  シャフト
２４，２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、１０２  環状磁路電機子
２６  整流子
２６ａ  整流子ブラシ
２７，２８  ベアリング
３１  直流電源
３２  負荷
３３  整流回路
３４  バッテリー
４０Ａ、１５０  空芯コイル
１０４，１０６  スイッチング素子
１０７  光センサー
１０８  ＤＣ電源
１１５，１２６，１３０，１３２  ノード
１１３，１３１  高速発電モータ
１１７  ブリッジダイオード
１２１，１２２  車輪
１３４  キャパシター
１３６  抵抗器
１４０  プロペラ
１４１  ロータ
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ５  端子
【発明を実施するための最良の形態】  以下に添付図面を参照して、この発明にかかるモータ及びこれを用いる装置の好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例１】  まず、この発明の実施例１について説明する。図２は、この発明の実施例１である直線状のモータに用いられる直線上鉄心に巻かれる２つのコイル１，２の巻き線構造を示す基本回路図である。この実施例において、コイル１及びコイル２は鉄心３の周りに同一方向で巻かれており、他のものの近傍に位置して平行に接続されている。また、図３は、図２においてコイル１，２に相当する回路図であり、図１に示した巻き線に流れる電流Ｉ１、Ｉ２の様子を示す図である。図２において、鉄心３は、断面積が同一の棒状構造をもつ積層型電磁鋼板である。コイル１，２は異なった抵抗を有している。例えば、鉄心３には、細い銅線であって巻線数の多く、又、抵抗値の高いコイル１と、太い銅線であって巻き線数が少なく、コイル１と同一巻き線方向に巻回されたコイル２とがそれぞれ巻回され、直列接続されて隣接配置される。コイル１、２の抵抗は、後述する図面２０の実施例において示されると同様なものである。
コイル１の両端である端点Ｔ１、Ｔ２には、交流の矩形波電圧を発生する電源４が接続される。コイル２が接続されないコイル１の端点Ｔ１とコイル１が接続されないコイル２の端点Ｔ３との間には、負荷５が接続される。すなわち、入力側には電源４が接続され、出力側には負荷５が接続される。
図２において見られるように、コイル１及びコイル２は共通の出力Ｏを分配している。出力Ｏは、コイル１，２に対して中間口出しとして働いている。コイル１及びコイル２は１つのコイルの部分であったり、電気的に接続される分離コイルであったりする。操作中、コイル１及びコイル２は、それぞれの端部と一対となって誘導される。一次及び二次コイルを形成するコイル１及びコイル２は、めいめいに単巻変圧器（オートトランス）として、一次コイル及び二次コイルは共通巻きとして分配される。
入力された電流Ｉは、コイル１及びコイル２の中にめいめいに電流Ｉ１及び電流Ｉ２として分配される。ここで、コイル１は、コイル２より強い抵抗を示し、電源４から入力された電流は図３に示されるように、入力された電流Ｉは、電流Ｉ２として負荷５にほとんど流れ、コイル１に分流した電流Ｉ１は、微小なものとなる。一方、コイル１は、巻き線数が多く、コイル２は、巻き線数が少ないため、コイル２の両端である端点Ｔ２，Ｔ３間の電圧に比して、コイル１の端点Ｔ１、Ｔ２間の電圧は大きいものとなる。例えば、コイル１対コイル２の巻き線数比を１００対１にすると、入力側の電圧Ｖ１対出力側の電圧Ｖ２は、１００対１０１となり、ほぼ１対１の変圧器として機能する。なお、コイル１およびコイル２のそれぞれが消費する電力は同じである。
コイル１及びコイル２は、それぞれ並列に電気的に接続され、電流の方向は、鉄心３と同じ方向巻かれたコイルを通してお互いに反対の方向に流れる。磁界領域は、以下に示す図４で述べられるように、コイル１，２の近傍で異なっている。
図４は、この発明の図１−３の実施例であるモータの一例であるリニアモータの概念構成を示す回路図である。コイル１は、１ａ〜１ｃ区分のコイルを包含し、コイル２は２ａ〜２ｃ区分のコイルを包含している。このような単巻変圧器の構成は、図４に示すように棒状の鉄心１３の長手方向に沿ってコイル１，２に対応する各コイル１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃを交互に隣接配置することによって、リニアモータを形成することができる。
なお、コイル１ａ〜１ｃとコイル２ａ〜２ｃとの配置関係は、コイル１，２を直列的に３分割し、３分割されたコイル２ａ〜２ｃを、３分割されたコイル１ａ〜１ｃに隣接配置された関係でもある。また、各コイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの長手方向の長さは全て同じである。コイル１及びコイル２（或いは単一コイル）は、各コイル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃで巻かれて形成する。縦軸方向におけるコイル１ａ〜１ｃの幅Ｌ１とコイル２ａ〜２ｃの幅Ｌ２は、同じであることが望ましい。コイル１及びコイル２は、コイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃで直線的にめいめいの状態で別々に接続される。
これらコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの巻方向は同一方向であって、隣接するコイルに流れる電流の向きは逆であるため、各コイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの端点Ｔ１１〜Ｔ１６には、異なる磁極が発生する。例えば、端点Ｔ１１，Ｔ１３，Ｔ１５にはＮ極が発生し、端点Ｔ１２，Ｔ１４，Ｔ１６にはＳ極が発生する。また、電流の向きが変わると、Ｎ極はＳ極になり、Ｓ極はＮ極になる。したがって、コイル１Ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの近傍であって、鉄心１３の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とを形成し、コイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃと同じ長さを有する永久磁石１０を設け、この永久磁石１０が鉄心１３の長方向にガイドされる構成をとることによって、リニアモータが実現される。コイル１ａ〜１ｃ及びコイル２ａ〜２ｃの幅Ｌ１及びＬ２と同じ幅Ｌ３の永久磁石１０は、コイル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃの近傍にそれぞれ位置する。公知技術として知られるように、支持するための構造（図示しない）や鉄心１３に沿う長い永久磁石の誘導は、前もって用意されている。永久磁石は、変圧器（トランス）の磁性極性を変化させるために移動する。この場合、鉄心１３およびコイル１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃは、ほぼ１対１の変圧器として機能するのみで、電源４から供給される電力は、負荷５に殆ど供給される。すなわち、図３に示したリニアモータは、電源４から負荷５に供給される途中に変圧器を設け、この変圧器の磁極変化によって永久磁石を移動させるようにしている。
なお、図５に示すように、コイル２ａ〜２ｃ及び／又はコイル１ａ〜１ｃを並列接続するようにしてもよい。この場合、コイル２ａ〜２ｃの全抵抗値がさらに低減され、図４に示すように、変圧器としての機能をさらに１対１に近づけることができる。
端子Ｉ２ａ、Ｉ２ｂ、及びＩ５を示す。端子Ｉ１は２次コイル２ａ、２ｂ、２ｃの最初の端部に接続している。端子Ｉ２ａ及びＩ２ｂは、コイル１ａの最初の端部に接続している。ターミナルＩ５は、コイル２ｃの２番目の端部、コイル１ｃ（中心の口出しを形成する）の２番目の端部、コイル２ａ及び２ｃの２番目の端部と接続する。
【実施例２】  次に、この発明の実施例２について説明する。上述した実施例１では、リニアモータを実現していたが、この実施例２では、上述した変圧器を用いた回転型のモータを実現している。
図６は、この発明の実施例２である永久磁石回転子２１及び環状磁路電機子２４からなるロータリーモータ２０の組み立て図である。本実施例において、環状磁路電機子２４は、環状で、円形鉄心２３及び回転子とから成り立っており、円形状である。この試験例では、図７に示すように３つのコイル１ａ〜ｃ、及び３つのコイル２ａ〜２ｃが鉄心Ｉ３のの周りに交互に巻きつけている。図５の巻き方のように、コイル１ａ〜１ｃは直列巻きで、コイル２ａ〜２ｃは並列巻きである。この試験例において、コイル１ａ〜１ｃは、細く且つコイル２ａ〜２ｃよりも回数をより多く有し、コイル２ａ〜２より抵抗値が高くなっている。コイル１ａ〜１ｃ及び２ａ〜２ｃは、鉄心の周囲をそれぞれが６０度で巻き付いている。端子Ｉ１、Ｉ２及びＩ５は、図６及び図８に示すように、電源に対して一対のコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃを供給している。
このように端子が接続されたモーターは、一方において図５に示すとおりである。
上述の通り、本実施例では、鉄心Ｉ３は、環状磁路電機子２４を形成して動かないものである。鉄心Ｉ３の内周部は、永久磁石回転子２１の外周部と嵌合する。環状磁路電機子２４は、永久磁石回転子２１の上に位置し、数ｍｍのエアギャップを有している。また、図７は、図６に示した環状磁路電機子と永久磁石回転子との位置関係を示す説明図である。さらに、図８では、図６に示したモータの全体概要を示す模式図である。図６〜図８において、永久磁石回転子２１は、円板状のヨーク２１ａの上面周囲にＮ極とＳ極との円形の永久磁石２２が交互に配置される。
図６では、永久磁石回転子２１の上に位置する６個の永久磁石を示している。３つのＮ極と３つのＳ極の永久磁石２２が周方向に等間隔に配置されている。永久磁石２２は、一例としてネオジウムである。同様に、永久磁石２２は、電磁石である。永久磁石回転子２１は、鉄のような磁化素材である。
この実施例において、環状磁路電機子２４は、図５に示した回路の鉄心１３を環状構造としたのであり、内周が、永久磁石回転子２１の外周に一致するようにしている。そして、環状磁路電機子２４は、永久磁石回転子２１の上に、数ミリのエアギャップを設け、電機子として配置される。環状磁路電機子２４は、図６に示すように、永久磁石回転子２１の永久磁石２２の配置に合わせた６つのコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃが６つの軸を構成し、細く巻き線数の多いコイル１ａ〜２ｃと太く巻き線数の少ない２ａ〜２ｃとが６０度の角度をもって、環状の鉄心に交互に巻回される。
永久磁石２２は、円形に、円形状の回転子の中心から等距離で永久磁石回転子２１の上に位置するのが望ましい。この場合、永久磁石２２は、隣接するＮ極とＳ極とが６０度の角度差をもって配置される。永久磁石回転子２１の円板中心には、シャフト２１ｂが設けられ、永久磁石回転子２１は、いわゆるフラットロータとして機能する。シャフト２１ｂの上下端部はベアリング２７及び２８で締付けられる。シャフト２１ｂの端部は、装置に回転を生じさせ、また仕事を成し遂げるために外部装置と一対になっている。
このシャフト２１ｂには、整流子２６が設けられ、ヨーク２５の上部に固定される。
整流子２６は、肩部２１ｃ内のシャフト２１ｂと接合される。整流子ブラシ２６ａによる整流子２６への接触通電のデレイＸは、示されている。デレイＸは０より大きく、１８０度より小さく、好ましくは、１０度のようにわずかに遅れさせた方がよい。整流子は、ブラシ整流が先行技術としてよく知られている。例えば、本件の整流子及び本発明の他の実施例では、整流子に基づくスイッチング素子（ソリッドステートリレー、以下、スイッチング素子という）と組み合わせる光学センサー整流子、電磁気センサー整流子、あるいはスイッチ整流子とされている。もし整流子２６は、電子制御スイッチ素子を有しているならば、モータはブラシレスモーターであり、スイッチ素子がスイッチング素子から成り立っていれば、図２０−２２のモーターと示される。
図８は、整流子２６と電気的に関連するＤＣ電源３１で示される組み合わせモーター２０の概念構成を示す回路図である。整流子２６は、電源３１から相互にＤＣ電流をある方向に生じさせている。整流された電流は、（図６に見られるように）端子Ｉ２及びＩ５を経由してコイル１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃへ入る。従って、したがって、整流子２６は、永久磁石回転子２１の１回転で、３サイクルの転流整流された電流に変換する。なお、シャフト２１ｂの下端及び上端は、ベアリング２７，２８によって軸支される。また、環状磁路電機子２４の端子１２，１１間には、負荷３２が接続される。
ここで、直流電源３１から直流電流が整流子２６に入力されると、この直流電流は、整流子２６によって転送整流された電流に変換され、環状磁路電機子２４に入力される。環状磁路電機子２４は、図６に示すようなコイル１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃが環状に配置され、直列接続されたコイル１ａ〜１ｃの抵抗と並列接続されたコイル２ａ〜２ｃとの抵抗比がたとえば９９対１に巻回されている場合、整流子２６から入力される電流の９９％がコイル２ａ〜２ｃおよび負荷に流れ、負荷３２には、転送整流された電圧とほぼ同電圧の電流が流れる。すなわち、負荷３２が直流電源３１から流れる電力の９９％を消費している状態となる。
環状磁路電機子２４に転送整流された電流が流れると、各コイル１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃ間、すなわち各磁区間には、Ｎ極とＳ極とが交互に生成される。Ｎ極及びＳ極の範囲は、図７に示されるように、環状磁路電機子２４の外部でＮ及びＳ文字によって示されている。望ましくは、永久磁石回転子２１の永久磁石２２がコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの端の間の軸７Ａ、７ｂ、７ｃよりにわずかに位置する環状磁路電機子２４のＮ及びＳ極面に位置し、整流によって生じた磁気は、環状磁路電機子中のコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの磁区側を同軸の磁石２２の極側にわずかに回転させる。例えば、永久磁石回転子２１上の永久磁石は、環状磁路電機子２４の磁区側に約１０度進んだ位置にある。図９ａは、一例として電流スイッチ点における１個の磁石２２のＮ極、環状磁路電機子２４の一区分、回転子中のいくつかのＮ極及びＳ極区分及び軸７ａを示している。磁石２２の同じ極性反発のコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃによって発生する磁区は、永久磁石回転子２１を回転する基となっている。回転子の回転、整流電子スイッチの方向は、永久磁石回転子２１中の近接のマグネット２２を引き寄せるためにコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの極性を切り替える。この方法は、永久磁石回転子２１を回転させるときに繰り返されるものである。永久磁石回転子２１上の磁石２２がＮ極である場合、環状磁路電機子２４が生成するＮ極は正回転方向に１０度進んで生成されるので、磁石２２はＳ極方向に回転し始め、結局、環状磁路電機子２４が正回転方向に回転し始める。
回転速度及び永久磁石回転子２１のトルクは、電流スイッチ点で永久磁石回転子２１の領域に関して環状磁路電機子２４の相対位置を変えることによって制御される。図９ｂは、電流を替えた時に環状磁路電機子２４中のＮ極及びＳ極区分間のほぼ中間で、磁石２２表面のＮ極の位置関係を示している。回転速度及びトルクは、図９ａの例より少ない。
もしコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃの巻き方が、直列結合コイル１ａ〜１ｃ及び並列結合コイル２ａ〜２ｃ間の抵抗値であるならば、例えば９９％〜１％となり、整流子２６から入力された電流９９％はコイル２ａ〜２ｃと負荷３２とを通して流れる。一方で、負荷３２は、ＤＣ電源３１からの電流を９９％消化する。
電力によって生ずる永久磁石回転子２１の回転は、負荷３２と環状磁路電機子２４が発生するトルクとによって消化される。ここで、環状磁路電機子２４には、スロットがないので、コギングトルクが発生せず、環状磁路回転子２４の内週と永久磁石回転子２１の外周との間で磁束密度が高くなって、磁石２２のギャップによる接線力及び回転角が最大となるため、永久磁石回転子２１の高速回転が可能になる。
すなわち、環状磁路電機子２４を介して、負荷３２に消費させる電力を供給すると、この負荷３２に消費させる電力によって永久磁石回転子２１にトルクが加わり、永久磁石回転子２１が回転し、この永久磁石回転子１が高速回転状態になると、環状磁路電機子２４は、変圧器として機能する。ここで、永久磁石回転子２１の回転によって、環状磁路電機子２４のコイル１ａ〜１ｃと２ａ〜ｃには各磁区逆向きに起電されるので、負荷３２に対する逆起電力は相殺され、逆起電力にほとんど影響されずに、負荷側に電力を供給することができる。しかも、負荷側に供給される電力量に対応して誘導される磁束変化によって永久磁石回転子２１の正回転トルクを発生するようにしているので、負荷側に供給する電力量の調整によって、永久磁石回転子２１の回転数およびトルクを調整することができる。
ここで、負荷３２として５．５Ωの抵抗を繋ぎ、直流電流３１から２２．２Ｗ（直流電圧１２Ｖ，電流１．８５Ａ）を供給した場合、負荷３２において、２２Ｗ（交流電圧１１Ｖ、電流２．０Ａ）を得ることができ、この場合における永久磁石回転子２１は約２０００ｒｐｍの回転数を得ることができた。すなわち、入力電力２２．２Ｗに対して安定した２２Ｗの出力電力を得、同時に永久磁石回転子２１を回転させることができた。なお。０．２Ｗの損失電力は。環状磁路電機子２４による銅損などによって生じたものである。このため、たとえば、回転力によってベルトコンベアなどを駆動させつつ、負荷によって照明などの電力をまかなうことができる。
コイル１，２へ直流電源３１によって供給される電気の殆どは、永久磁石回転子２１の回転中モーターによっては消化されない。なお、図１０に示すように、負荷３２側に整流回路３３を設け、この整流回路によって得られた直流をバッテリー３４に蓄電し、蓄電された電力を直流電源３１側にフローティングによって供給するようにしてもよい。図１１（ａ）に示すように、環状磁路電機子２４中のコイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃに入力される入力電圧は、整流子２６によって整流転流され、永久磁石回転子２１の回転により、３サイクルの周期をもち、負荷３２に出力される出力電圧は図１１（ｂ）に示すように、ほぼ同じ電圧値および波形を有する。整流回路３３は、図１１（ｃ）に示すように整流された直流電圧に変換し、これをバッテリー３４に蓄積する。このようにして、環状磁路電機子２４から外部出力された電力を入力側に再供給することによって、効率良く永久磁石回転子２１を回転させることができる。整流回路３３は、例えば、ブリッジダイオードから成り立っており、整流回路の一例は、以下に示す図２０に関して詳細に示されている。
また、永久磁石回転子２１の回転速度は、固定配置されている環状磁路電機子２４を整流子２６に対して回転させることによって制御することができ、逆回転させることができる。さらに、環状磁路電機子２４を回転させるのではなく、環状磁路電機子２４に対する整流子２６の回転位置を変化させて、永久磁石回転子２１の回転速度及び回転方向を制御するようにしてもよい。
この実施例２では、永久磁石回転子２１の磁石数と同数の磁区を形成した図１に示した単巻変圧原理の巻き数をもつ環状磁路電機子２４を設け、この環状磁路電機子２４の誘導電力によって永久磁石回転子２１を回転させるととも、この永久磁石回転子２１の回転数や負荷トルクとは無関係に、環状磁路電機子２４を経由する電力を安定して外部負荷に消費させることができる。また、環状磁路電機子２４は、鉄心にスロットがない環状磁路を形成しているので、コギングトルクをなくすことができ、さらに、環状磁路電機子２４のコイル１ａ〜１ｃとコイル２ａ〜２ｃとの巻き方向にし、永久磁石回転子２１の回転によって環状磁路電機子２４に生じる逆起電力を、隣接する磁区間において打ち消すようにして逆起電力による逆トルクの発生をなくすようにしているので、入力電力をそのまま負荷側に出力させることができる。
【実施例３】  つぎに、図１２は、この発明の実施例３について説明する組み立て図である。この実施例３では、実施例２の構成にさらに発電機能を設け、整流子２６や環状磁路電機子２４の銅損、鉄損などの損失電力を補うようにしている。ヨーク２５は、空芯コイルの上に位置する。ディスクはシャフト２１ｂの肩部２１ｃによって支持されて組立てられ、整流子２６はディスクによって支持される。ヨーク２５は、永久磁石回転子２１と同様の傾斜と大きさを有し、平行に位置する。ヨークは、例えば鉄である。ヨークは永久磁石回転子２１で回転されながら、消費トルクは渦巻き電流によってヨーク中に発生する。図１３は、この発明の実施例３であるモータの独立図である。また、図１３は、図１２に示した環状磁路電機子と永久磁石回転子と空芯コイルとの位置関係を示す説明図である。図１２及び図１３において、空芯コイル４０Ａは、永久磁石回転子２１とヨーク２５との間に配置され、永久磁石回転子２１とヨーク２５との間に発生している磁界内に配置される。
空芯コイル４０Ａは、互いに４０度ずれて配置される３つの三角形状のコイル４１、４２、４３によって形成される。また、三角形状のコイル４１〜４３は、太い銅線が巻回され、抵抗値を低く抑えている。各コイル４１〜４３は、三角形状の頂点位置が永久磁石回転子２１の外周円に内接あるいは環状磁路電機子２４の内周円に内接し、環状磁路電機子２４と同様に固定される。空芯コイル４０Ａと１次及び２次コイル１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃは、絶縁されている。頂点Ｐ１とＰ２，Ｐ２とＰ３は電気的に接続している。端子４４，４５，及び４６は、それぞれ頂点Ｐ１、Ｐ２及びＰ３から延長している。ここで、ヨーク２５と永久磁石回転子２１とは一緒に回転するので、渦電流による逆トルクは発生しない。
図１３に示すように、永久磁石回転子２１の磁石２２の円と永久磁石回転子２１の外周円との接点位置に、コイル４１の三角形の頂点が位置する場合、コイル４１の内側と外側では磁束方向が逆になり、永久磁石回転子２１の回転に伴って、コイル４１の内側と外側との磁束方向が逆転し、コイル４１には、永久磁石回転子２１の１回転に対して３サイクルの交流電力が誘導される。同様にして、他のコイル４２，４３にも、交流電力が誘導され、それぞれが４０度ずれて配置されるため、各コイル４１〜４３には、１２０度の位相差をもった交流電力が誘導され、外部出力することができる。
したがって、図１２及び図１３に示すように、各コイル４１〜４３を△結線した端子４４〜４６を設けることによって、３相交流電力を得ることができる。図１４は、発電機能を与えるための図１３の空芯コイル４０Ａを含むモーターの遠景図である。空芯コイル４０Ａの端子４４、４５及び４６は、整流回路３３と接続している。整流回路３３は端子４４、４５及び４６から出力される三相交流電力を全波整流し直流電力に整流する。整流回路３３は、電気的にバッテリー３４と接続している。整流回路３３の一方の出口は、整流器２６の１個のブラシ２６ａと電気的に接続している、一方の出口は、電力源３１と電気的に接続している。空芯コイル４０Ａによって生じた三相交流電力は、環状磁路電機子３４と電気的に絶縁されているため整流回路３３からの直流電力を環状磁路電機子２４への入力電力に対して合成電力として使用することを可能にする。環状磁路電機子２４とは電気的に離隔しているため、コギンクトルクのない発電をすることができる。この空芯コイル４０Ａから得られた３相交流電力を、環状磁路電機子２４への入力電力に合成することによって、逆トルクが小さいトルク損失によって、入力電力の損失を補うことができ、永久磁石回転子２１の充分な回転を得ることができると共に、負荷３２に対して、限りなく１００％に近い出力電力を得ることができる。
たとえば、図１３に示すように、空芯コイル４０Ａのコイル４１から得られる単相交流電力を端子１２と端子Ｉ５から供給することによって永久磁石回転子２１に同期した回転電力供給を行うことができる。すなわち、整流子２６を経由せずに直接、環状磁路電機子２４に電力供給することができる。
なお、空芯コイル４０Ａは、３つのコイル４１〜４３を設けて３相交流電力を出力できるようにしているが、これに限らず、例えば図１３に示すように、２つのコイル４１，４７によってそれぞれ単相あるいは２相交流電力を出力させるようにしてもよい。この場合、コイル４１，４７は、互いに６０度ずれて配置される。端子は、２個の電気的に繋がる頂点Ｐ１及びＰ２から延びている。図１７ｂは、図１５の空芯コイルがどの様にモーターと接続するかを示している。図１６は、下記に詳細を説明するように、２個のコイル７３と７４及び空芯コイル４０を示している。
また、永久磁石回転子２１に配置される磁石２２の個数は、６つに限定されるものではない。たとえば、図１６に示すように８つの磁石７２を等間隔で配置するようにしてもよい。この場合、環状磁路電機子２４が形成する磁区（コイル５１ａ〜５１ｄ、５２ａ〜５２ｄ）も８つにする必要がある。また、この場合における空芯コイル４０Ａは、△形状ではなく、磁石２２の個数に合わせた多角形状にすればよい。たとえば、図１６では、８つの磁石２２に対して、空芯コイルの各コイル７３，７４の形状を４角形にしている。コイル７３，７４は、４５度移動している。頂点Ｐ７１及びＰ７２は電気的に接続し、端子はそれらから延長している。端子は、図１７ｂの概念図に示すようにモーターと電気的に繋がっている。この図１６に示した空芯コイルの各コイル７３，７４は、それぞれ永久磁石回転子７１の１回転に対して４サイクルの交流電力を出力することになる。また、コイル７３，７４から２相電力を出力する場合、位相差は９０度となる。なお、磁石２２，７２は鉛管形状であったがこれに限らず、形状は任意であり、たとえば多角形状などであってもよい。また、整流子２６としてホール素子などを用いて電力供給し、ブラシレスモータを実現してもよい。
この実施例３では、実施例２の構成に、さらに空芯コイルによる発電機能をもたせ、この空芯コイルから得られる交流電力を外部出力あるいは入力電力に合成するようにし、空芯コイルの形状特性から、逆トルクが少ないトルク損失で交流電力を得ることができ、この電力を入力電力に供給することによって、負荷側に供給する電力を限りなく１００％とすることができるとともに、永久磁石回転子２１の回転も十分得ることができる。
【実施例４】  つぎに、この発明の実施例４について説明する。上述した実施の形態３では、外部から入力される電力の変圧器機能を用いたモータを回転始動させるものであったが、この実施例４では、外部からの回転力によってモータを回転始動し、実施例３で示した発電機能を用いて、このモータの回転をアシストしようとするものである。
図１７ａは、この発明の実施例４である発電モータ２０の概要構成を示す模式図である。図１７ａにおいて、この発電モータは、実施例３で示した図１２〜図１６のモータ４０と同様に空芯コイルが設けられる。ただし、直流電源３１などの外部電源は用いていない。そして、永久磁石回転子２１の回転によって得られた空芯コイルからの電力は、環状磁路電機子２４に供給される。その他の構成は実施例３と同じである。
図１７ｂは、図１５の空芯コイル４０Ａがモーターとどの様に接続するかを示す図１７ａの発電モータ２０の概要構成を示す模式図である。空芯コイル４０Ａは、２個の外部端子Ｐ１とＰ４とを有している。端子Ｐ１は、モータの端子１５と電気的に接続し、一次及び二次コイル１，２の間の中心タップＺと電気的に接続するように巻かれている。端子Ｐ４は、電源３１と電気的に接続している。端子１１は、二次コイル２と負荷３２との一方の端部と電気的に接続している。端子１２は、一次コイルの一方の端部及び負荷３２の他端と電気的に接続している。
この発電モータ２０の始動は、外部からの回転力Ｆによって永久磁石回転子２１を回転させることによって行われる。外部からの回転力は、例えば、自転車のホイールのようなプロペラを操作する翼、他の回転装置のよって供給される。この際、環状磁路電機子２４からコギングトルクは発生しない。永久磁石回転子２１が回転すると、空芯コイルから電力が出力され、この電力は環状磁路電機子２４に入力され、永久磁石回転子２１の回転をアシストする。ここで、空芯コイル４０Ａからの交流電力は単相であり、永久磁石回転子２１の回転に同期しているため、整流子などは不要となり、直接、環状磁路電機子２４に入力することができる。付言すると、空芯コイ４０Ａは、永久磁石回転子２１の逆起電力ｅｍｆを生じ、発生したトルクを減じている。この実施例４では、空芯コイルによって得られた同期電力を環状磁路電機子２４に供給することによって、外部の回転力をアシストすることができる発電モータを実現している。
【実施例５】  つぎに、この発明の実施例５について説明する。この実施例５では、図１８ａに示すように上述した実施例２〜４に示した発電モータ８０を、シャフト２１ｂを中心に多段構成している。すなわち、直流電源３１から直流電流は、整流子２６を介して上段の環状磁路電機子２４ｂに入力され、上段の永久磁石回転子２１ｃを回転させ、この環状磁路電機子２４ｂの出力電力が下段の環状磁路電気子２４ａに入力され、下段の永久磁石回転子２１を回転させ、負荷３２に電力が出力される。ここで、上段の永久磁石回転子２１と下段の永久磁石回転子２１とは同じシャフト２１ｂに固定されているため、実施例２〜４に示したモータと同じ入力電力および出力電力によって、回転力のトルク増幅を行うことができる。なお、各段毎に空芯コイルを設けることができる。また、図１８では、２段構成を示したが、これに限らず３段以上の多段構成とすることによって、さらにトルク増幅を行うことができる。
図１８ｂは、更に詳細な構成の接続を示す図１８ａのモーターの概要回路模式図である。端子１１は、上段の環状磁路電機子２４ｂの（図１８ａに模式的に示される）２次コイルの最初の端部に電気的に接続されている。端子１２は、１次コイルの２番目の端部に電気的に接続されている。電源３１の１個の端部は、同様に１次コイルの２番目の端部に電気的に接続されている。端子１２は、同様に負荷３２の一方の端に電気的に接続している。端子１５は、１次及び２次コイル１，２の２番目の端部の間の中心タップＸと、電源３１とに電気的に接続している。端子１１は、同様に下段の環状磁路電機子２４ａの１次及び２次コイル１，２の２番目の端部の間の中心タップＹと電気的に接続している。端子１２’は、端子１２と下段の環状磁路電機子２４ａの１次コイルの最初の端部と電気的に接続している。端子１１’は、下段の環状磁路電機子２４ａの２次コイルの最初の端部と負荷３２と電気的に接続している。下段の環状磁路電機子２４ａと上段の環状磁路電機子２４ｂ二つのコイル１，２は、上述のようにそれぞれのコイル区分を含んでいることが理解される。
【実施例６】  つぎに、この発明の実施例６について説明する。この実施例６では、上述した実施例２〜４に示したモータあるいは発電モータを、シャフト２１ｂを中心に対向配置させるようにしている。
すなわち、図１９に示すように、上段の環状磁路電機子２４ｃの磁区を形成する各コイルの巻回方向を、下段の環状磁路電機子２４ａの各コイルとは逆の方向にし、ヨーク２５に代えて、永久磁石回転子９１を設け、下段の永久磁石回転子２１と上段の永久磁石９１との磁石が同期配置されると共に、同じシャフトによって固定される。端子１１，１２及び１５へのコイル１，２の接続は、図１８ａに示すものと同一である。
ここで、直流電源３１から直流電力は、整流子２６を介して上段の環状磁路電機子２４ｃに入力され、上段の永久磁石回転子９１を回転させ、この環状磁路電機子２４ｃの出力電力が下段の環状磁路電機子２４ａに入力され、下段の永久磁石回転子２１を回転させ、負荷３２に電力が出力される。ここで、上段の永久磁石回転子９１と下段の永久磁石回転子２１とは同じシャフト２１ｂに固定されているため、実施例２〜４に示したモータと同じ入力電力および出力電力によって、回転力のトルク増幅を行うことができる。まお、各段毎に空芯コイルを設けることができる。
なお、実施例５と同様に、図１９に示したモータ９０を多段構成することができる。このような多段構成によって、同一電力で、一層大きなトルク増幅を行うことができる。
【実施例７】  つぎに、この発明の実施例７について説明する。この実施例７では、上述した実施例２〜６に示した他のモータを実現している。
図２０は、入力電力が電圧の形で示されるという他の実施例に関するモーターの部分の概念図である。モーター部分１００は、環状磁路電機子１０２から成り立っている。整流子は、一例を上げれば、一次及び二次”スイッチング素子”１０４，１０６によって形成されている。スイッチング素子１０４，１０６は、図２１に示すように光センサー１０７によって制御されている。図２１は、スイッチング素子１０４とスイッチング素子１０６が両方とも閉鎖した時における、図２０の回転回路の概念図である。図２２は、スイッチング素子１０４，１０６が、両方とも閉鎖したときの図２０の回転回路の概念図である。図２０を参照すると、スイッチング素子１０４，１０６は、ＤＣ電源１０８とキャパシター１１０とを横切って接続している。ＤＣ電源１０８の陽極端子１０８ａは、スイッチング素子１０４の陽極１０４ａと接続し、ＤＣ電源１０８の陰極端子１０８ｂは、図２０及び２１に示されるスイッチング素子１０６の陰極端子１０６ｂと接続している。スイッチング素子１０６の陰極端子１０４ｂとスイッチング素子１０６の陽極端子１０６ａは、図２０お及び図２１に同様に示されている。
スイッチング素子１０４，１０６は、電機子１０２の周りにそれぞれ巻かれている一次コイル１１２と二次コイル１１４と電気的に接続している。一次コイルは、最初のコイル１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃから成り立ち直列に繋がっている。二次コイルは、二番目のコイル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃから成り立ち、同様に直列に繋がっている。コイル１１４ａ−１１４ｃのどちらか、あるいは両方は、同様に平行に繋がっている。一次及び二次コイル１１２、１１４は、図２０に示されるように、一般的にコイル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと交互に位置してコイル１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとが巻かれている。一次コイル１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び二次コイル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、スイッチング素子１０６の共通端子１０６ａを分け合っている。端子１０６ａは、一次及び二次コイル１１２，１１４の中心タップとしての働きをなす。一次及び二次コイル１１２，１１４は単一コイルである。それらは同様に他の操作の間に誘導的に連結されている。一次及び二次コイルは、自動変圧器を構成する。一次及び二次コイル１１２，１１４は、巻数が同じであり、同じ素材、同じ抵抗であることが望ましい。一方で、好ましいことは要求されていない。
最初のスイッチング素子１０４の陰極１０４ｂは、ノード１１５を通して最初のコイル１１２と電気的に接続している。回転子１０２に巻き付いた後、一次コイル１１２は二番目のスイッチング素子１０６の陽極１０６ａと電気的に接続している。二番目のスイッチング素子１０６の陽極１０６ａは、一次コイル１１２と同時に起きるように、二次コイル１１４と電気的に接続している。
整流回路１１６は、ノード１１５と１４０横切って電源１０８と電気的に接続している。この実施例では、整流回路１１６は、四つのノード１２６，１２８，１３０，１３２と接続する四つのダイオード１１８，１２０，１２２，１２４から成るブリッジダイオード回路１１７から成り立っている。キャパシター１３４は、ノード１２６，１３０を横切って電気的にブリッジダイオード１１７と抵抗１３６に対して並列に接続している。ノード１３２は、二次コイル１１４に入力を供給するノード１３８において、二次コイル１１４と電気的に接続している。抵抗１３６は、外部負荷に代表されるキャパシター１３４に並列的に供給される。
最初のスイッチング素子１０４の電流出力は、ノード１１５で分割される。ノード１１５の最初の出力は、上述のように一次コイル１１２に出力される。ノード１１５の二番目の出力は、整流回路１１６に出力を供給するブリッジダイオード回路１１７のノード１２８と接続している。ブリッジダイオード回路１１７のノード１２６は、キャパシター１３４と抵抗１３６と電気的に接続しているノード１４０と電気的に接続している。ノード１４０は、スイッチング素子１０６と電気的に接続するノード１４２と電気的に接続している。
ヨーク上に載置される磁気回転子（図示しない）は上記に示され、又、述べられるように回転子１０２を調整する位置と成っている。上記実施例の他の構成は適当に供給される。
キャパシター１１０は、一例では、２２，０００ファラディーの容量を有している。キャパシター１３４は、３，３００ファラディーの容量を有している。抵抗１３６は、３０オームの抵抗を有している。ＤＣ電源１０８は、一例として１２ボルト、あるいは２４ボルトを供給している。
操作上、一番目及び二番目のスイッチング素子１０４，１０６は、動きが回転翼の回転と同時に発生する一対の光センサー１０７によって供給される外部シグナルに基づいて開閉される。図２１に示すようにスイッチング素子１０４，１０６は両方とも閉じられた時に、電流及び電圧は、ノード１１５に対して一次コイル１１２及び整流回路１１６に供給される。電流は、スイッチング素子１０６、ノード１４２に対して、ＤＣ電源１０８の陰極端子１０８ｂに回す一次コイル１１２へ供給する。電流は、整流回路１１６に供給され、キャパシター１３４の中で誘導され、貯蔵される。整流電流は、キャパシター１３４と抵抗器１３６、あるいは他の負荷の外部に流れ、そして同様にノード１４２に対してＤＣ電源１０８の陰極端子へ回される。電磁場は、二次コイル１１４の中において一次コイルへ入力する電圧と電流と一致する電圧及び電流パルスによる一次コイル１１２によって生ずる。同様に、磁場は二次コイルよって生ずる。磁場は、スイッチング素子１０４と１０６とが閉じる間に、一例として、６０デグリーで回転子（図示しない）の回転に起因して一次及び二次コイル１１２，１１４によって生ずる。
図２２に示すようにスイッチング素子１０４，１０６の両方が開いた時、ＤＣ電源１０８は、一次及び二次コイル１１２，１１４から切断される。電圧及び電流は、電源１０８によって一次コイル１１２へ供給されない。回転子は、それ自身の慣性に起因して回転を維持する。一次コイル及び二次コイルの誘導電力は、ブリッジダイオード回路１１７とキャパシター１３４を横切って引き起こされる。整流電流は、抵抗器１３６へキャパシター１３４から流れる。
逆起電力”ｅｍｆ”は、スイッチング素子１０４，１０６が開いた時に生じ、回路への電力は長く供給されない。回転子の継続回転と磁場は、一次及び二次コイル１１２，１１４両方の中で回転子が電圧を引き起すことによって生ずる。
スイッチング素子１０４，１０６は、一例であるが、４０サイクル／秒の頻度で開いたり閉じたりする。一実施例において、一次コイル１１２へ供給される電流及び整流回路へ供給される電流の割合は約１：８である。
図２３ａは、一例として回転子と光センサー１０７が回転する時、Ｔ１及びＴ２の２地点で回転子（図示しない）と光センサー１０７の中で磁石２２に面するＮ極及びＳ極に関して、一次及び二次コイル１１２，１１４それぞれの側の２個のコイル１１２ａ、１１４ｂの概念図である。
図２３ａにおいて、回転子と光センサーが環状磁路電機子コイル１０２に構わずに移動するように、図２３ｂは、スイッチング素子１０４，１０６がＴ１が閉じ、Ｔ２が開いた時に、端子１０４ｂとノード１４２とを横切る四角い波の入力電圧を示している。
図２３ｃは、ノード１０６ａ及びノード１４２とを横切るＴ１、Ｔ２、Ｔ３から、図２３ａにおいて回転子がコイルに構わずに回転コイル１１２，１１４によって生ずる入力電圧を示している。Ｔ１からＴ２へ、スイッチング素子１０４，１０６は閉じられ、電力はコイル１１２，１１４お整流回路１１６に供給される。スパイク１４９、あるいはサージ電圧は、後方の逆起電力によって起因するＴ２で示される。スイッチング素子１０４，１０６が開いている間、同様に電圧を生じ、モーターが発電機として働くことが出来るのは明白である。
図２４ａー２４ｄは、図２０のモーターの操作と共に、様々な波形の多くのサイクルを示している。図２４ａは、図２１においてスイッチング素子１０４が閉じた時、端子１０４ｂとノード１４２を横切る入力電圧を示している。図２４ｂは、図２０と２２に示されるように、スイッチング素子１０４，１０６が開かれている時、ノード１４２とノード１０６ａを横切って測定される入力電圧を示している。図２４ｃは、操作中における図２４ａに示される入力電圧と図２４ｂに示される整流電圧の総和であるノード１４２とノード１０４ｂとを横切って生ずる整流回路１１６へ供給される電圧を示している。図２４ｄは、操作中抵抗器１３６を横切って生ずるＤＣ電圧を示している。
図２５は、本発明の実施例に従ってモーターがどのようにして発電機の働きを絶えずなし得るかを実証するために電気的に接続する図２０のモーター１００と同様な２つのモーター１００ａ、１００ｂ両方は、部分的にスイッチング素子１４９と１５０に対して外部負荷の代表的なものである抵抗器１３６と電気的に接続している。それぞれのモーター１００ａ、１００ｂは、一例であるが、付加されたスイッチング素子１４５，１４６，１４７，１４８，１４９と１５０に対して、他のモーターのキャパシター１３４ｂ，１３４ａと同様に電気的に接続されている。
操作中、スイッチング素子１０４ａ，１０６ａ，１０４ｂ，１０６ｂ，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９及び１５０は、それぞれのモーター１００ａ、１００ｂの中で交互に開いたり閉じたりする。例えば、図２５において、モーター１００ａのスイッチング素子１０４ａ、１０６ａは開き、スイッチング素子１０４ｂ、１０６Ｂは閉じている。付言するならば、スイッチング素子１４５、１４８と１５０は開き、スイッチング素子１４６、１４７，と１４９は閉じている。それ故に、モーター１００ａは、図２６ａに示されると同様にモーター１００ａによって、その時生ずる整流電圧をバッテリー１０８ａとキャパシター１３４ａに詰めている。同様に図２６ｂにおいて示されるように、スイッチング素子１０４ａ、１０６ａが閉じて、スイッチング素子１０４ｂ，１０６ｂが開き、スイッチング素子１４５，１４８と１５０が閉じ、スイッチング素子１４６，１４７と１４９が開くと、モーター１００ｂによって生ずる整流電圧はバッテリー１０８ｂとキャパシター１３４ｂに詰められる。
図２７ｃは、それぞれ２対のモーター１００ｃ、１００ｄの交互変圧器と、バッテリー１０８ｃ，１０８ｄに蓄電するための変圧である。この変圧器は、４つのスイッチング素子１０４ｃ，１０６ｃ，１０４ｄ，１０６ｄのみを含み、それ故に、図２５の変圧器よりも少ない損失を有する。
図２８−３０は、本発明のモーター及び発電機を用いる追加の空芯コイル変圧器１５０，１５２，１５４を示している。これらの空芯コイル１５０，１５２，１５４は、回転子上で磁石２２の数に周波数が従属関係にある単一相ＡＣで生ずる。例えば、図６に示すように、もしそこには回転子２１の上で６個の磁石２２があり、例えば、それから周波数は回転子の３サイクル／回転である。もし、そこに８個の磁石２２があれば、周波数は４サイクル／回転である。空芯コイル１５０−１５４は、回転子の回りで巻かれたコイルの内側円周のすぐそばに位置している。空芯コイル１０５−１５４は、一例であるが、回路の中でバッテリーに詰めるためモーター回路から分離する回路（図示しない）の部分である。
図２８は、永久磁石回転子２１上の６個の永久磁石２２上の空芯コイルの平面図である。空芯コイル１５０は、磁石２２の回りで波形状に巻かれている。図２９は、永久磁石回転子２１上の６個の永久磁石２２の上の他の空芯コイルの平面図であり、該空芯コイルは、それぞれ磁石の周囲に巻かれている。巻かれる方向は、磁石２２に対してそれぞれ交互にする。最初、巻く方向は、全てのＮ極に同じように巻き、二番目に巻く方向はそれぞれＳ極に同じように巻く（最初に巻く方向とは反対に）。図３０は、永久磁石回転子２１上の６個の永久磁石２２上の他の空芯コイル１５４のを示す平面図であり、空芯はＮ極に違い違いに唯一巻かれている。Ｎ極の回りに巻かれるものは同一方向である。空芯コイル１５４は、代わりに交互にＳ極の回りに巻かれるものは同一方向である。
図３１は、交互となる環状磁路電機子芯２００の概念図である。ここで述べられたように、本発明の実施例の幾つかで用いられている。環状磁路電機子芯２００は、エアギャップ２０８，２１０，２１２によって分離される芯部分２０２，２０４，２０６とから成り立っている。この例では、３つのエアギャップ２０８−２１２によって分けられる３つの芯部分２０２−２０６がある。最初のコイル２１４区分と二番目のコイル２１６の区分は、一つの芯部分２０４の回りに巻かれているのが示されている。一番目と二番目のコイル２１４，２１６（図示されていない）の付加部分は、他の芯２０２，２０６の周りに交互に巻かれ、同一のコイルの部分でそれぞれのコイルで一連に、あるいは並列して接続している。図３１は、エアギャップ位置に関する一次コイル２１４及び二次コイル２１６の巻き方に対する磁場領域を示している。
環状磁路電機子芯２００の中に設けられているエアギャップ２０８−２１２は、磁力漏れを増やし、一次コイル及び二次コイル１１２，１１４の中で電流を安定させる。その上、漏れた磁束の増加の結果、環状磁路電機子芯がエアギャップ２０８−２１２を有しない場合と比較すると永久磁石回転子２１の回転効率を高めている。エアギャップ２０８−２１２が狭い時、磁力通路が回転子の同じ磁極のすぐ側に常に位置し、安定的にコキングトルクを生じない。
単巻き変圧器の中でコイル自体、あるいは複数のコイルのどちらかが好ましいかは必要でない。芯の周りに巻かれるコイルは、同様に単巻き変圧器の中にある。例えば、図３２の中において示されるように、一次コイル２８０は電源２８２に接続し、芯２８６の周りに巻かれている。二次コイル２８８は、同様に芯２８６の周りに巻かれている。
本発明の実施例におけるモーター及び発電機／モーターは、ＤＣをＡＣに変換させ、生じたＡＣは回転子のＥＰＭで様々な周波数を有する四角い波である。ＤＣ電源は、一般的であるが、多くの装置がＡＣ（電源）には必要である。本発明の実施例において、モーター及び発電機／モーターは、それ故によく使用され、能率良くＤＣをＡＣに変換させている。本発明の実施例における発電機／モーターは、同様に異なった外部電圧及び電流に入力電圧及び電流を変換させている。
上記の実施例においては、回転子と環状磁路電機子はそれぞれ他のすぐ側にあり、同様に回転子と環状磁路電機子は同心にある。回転子は、環状磁路電機子の周りにあるか、環状磁路電機子が回転子の回りにあるかである。
付け加えるなら、上記の実施例において芯に巻かれたコイルは固定子であるが、芯に巻かれたコイルとすることもできる。このコイルの回転子は上述したように、環状磁路電機子として安定し機能する。
つぎに、この発明の実施例７について説明する。この実施例７では、上述した実施例２〜６に示したモータあるいは発電モータあるいは発電モータを用いたアシスト自転車を実現している。
図３３では、この発明の実施例７であるアシスト自転車の主要構成を示す模式図である。図３３において、前輪１２１の回転中心及び後輪１２２の回転中心には、実施例２，３，５，６に示したモータ１１１，１１２がそれぞれ配置される。さらに、モータ１１１，１１２は多段構成と同様に、モータ１１１の出力電力がモータ１１２の入力電力となる。また、後輪１２２の回転力によって回転する高速発電モータ１１３が設けられる。
後輪１２２は、このアシスト自転車を操縦する人の動力、および図示しない直流電源の電力供給によるモータ１１１，１１２の回転力によって駆動される。モータ１１２は、環状磁路電機子１１２ｂに電力が供給されることによって永久磁石回転子１１２ａを回転させるとともに、環状磁路電機子１１２ｂからの出力電力は、モータ１１１の入力電力として環状磁路電機子１１１ｂに入力され、永久磁石回転子１１２ａを回転させ、永久磁石回転子１１２ａからの出力電力は、直流電源に蓄積される。すなわち、モータ１１１，１１２はトルク増幅されている。この蓄積された電力は、再びモータ１１２への入力電力として利用される。
一方、図３４に示すように、高速発電モータ１１３は、永久磁石１１２ａの回転に伴う回転を変速して高速回転される。この高速回転によって高速発電モータの永久磁石回転子は高速回転し、空芯コイル１１３ａによって発電される。空芯コイル１１３ａからの出力電力は、上述した直流電源に電力を蓄積してもよいし、実施例４に示したように電動アシスト２を行うようにしてもよい。
なお、上述したモータ１１１，１１２および高速発電モータ１１３の構成は、自動車のホイールにも適用することができ、効率の良い電気自動車を実現することができる。
また、この実施例では、モータが分散配置される構成としているが、この分散配置は、たとえば、送電中継の各所にも同様に適用することができ、送電中継毎に新たな回転力を得ることができ、この回転力による空芯コイルを用いた発電機能によって送電中継時の損失を補うことができる。
【実施例８】  つぎに、この発明の実施例８について説明する。この実施例８では、上述した実施例４に示した発電モータを用いて、発電機の動力アシストを行うようにしている。
図３５は、この発明の実施例８である風力発電の主要構成を示す模式図である。図３５において、この風力発電機は、風力をプロペラ１４０によって受け、ロータ１４１を回転させ、この回転力を高速発電モータ１３１の永久磁石回転子に伝達させる。この回転の伝達は、ロータ１４１の低速回転を永久磁石回転子の高速回転に変速されている。高速発電モータ１３１の永久磁石回転子が高速回転すると、空芯コイルによって電力が出力され、この電力は、高速発電モータ１３１の環状磁路電機子にフィードバックされて、永久磁石回転子の回転をアシストすると共に、外部に電力が出力される。これによって、発電機として機能する高速発電モータ１３１に係るトルクをなくし、高効率の発電を行うことができる。
なお、本発明の実施例１〜実施例８においては、パルス入力を以下のように制御している。すなわち、直流電源より一次コイルにパルス電力を入力すると回転力及び回転数の制御を行うことができるために、この場合は、二次コイルは、パルス周波数に同期した誘導電圧による交流電流が生じ、その電流の向きは、回転子の磁極配列に対して正の回転力を生じさせることになる。また、パルス幅の制御を行うことで、パルス幅に正比例した回転力及び回転数を得ることが可能となっている。
【産業上の利用可能性】  本発明のモータは、環状磁路電機子にスロットが形成されていないために、コギングトルクがなく、効率の良いモータを実現することができると共に、第１コイルと第２コイルとに生ずる逆起電力が打ち消されるため、逆トルクが殆ど発生しない、効率のよいモータを実現することができる。さらに、環状磁路電機子自体による電力消費がほとんどなく、この環状磁路電機子によって永久磁石回転子を回転させると共に、電源から負荷への電力転送をも行うことができるという効果を奏する。
また、この発明によれば、前記永久磁石回転子と前記ヨークとの間に、多角形状の空芯コイルを配置することによって、回転エネルギーを外部出力することができ、発電機能をももたせることができるという効果を奏する。
また、この発明によれば、負荷として整流回路を設け、この整流された電力を電源側に供給することによって、省エネルギー化された効率のよいモーターを実現できるという効果を奏する。
また、この発明によれば、前記環状磁路電機子と前記整流子との相対位置関係をずらして前記永久磁石回転子の回転速度および回転方向を制御し、簡易な構成によってモータの回転制御を自在に行うことができるという効果を奏する。
また、この発明によれば、空芯コイルの出力を前記空芯コイルの出力を前記環状磁路電機子に入力し、環状磁路電機子や整流子などに発生する銅損や鉄損などの損失を補った効率のよいモータを実現できる。
また、この発明によれば、空芯コイルの出力を環状磁路電機子に入力し、永久磁石回転子の回転力をアシストすることによって、永久磁石回転子にかかる外部の回転力が軽減され、回転負荷を小さくした発電機用モータを実現できるという効果を奏する。
また、この発明によれば、空芯コイルの出力の全部あるいは一部を外部出力するようにしているので、外部への発電出力機能をも併せ持った効率の良いモータを実現することができるという効果を奏する。
また、この発明によれば、永久磁石回転子の軸を中心にモータが対向配置によって多段構成され、かつ電気的に直列接続された連鎖出力を行うようにし、あるいは、永久磁石回転子の軸を中心にモータが多段構成され、かつ電気的に直列接続された連鎖出力を行うようにしているので、１つのモータを駆動時に転送する電力と同じ電力を用いて、回転トルクを増大させることができるという効果を奏する。
また、この発明によれば、直線上の電機子が、電源と負荷との間の変圧器としてきのうしているため、電機子自体による電力消費がほとんどなく、この電機子によって発生した磁界によって永久磁石を移動させるリニアモータを実現できると共に、電源から負荷への電力転送をも行うことができるという効果を奏する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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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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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２４ｃ】
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【図２４ｄ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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