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公開番号2020174512
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201022
出願番号2020026127
出願日20200219
発明の名称パルスモーター
出願人個人
代理人個人
主分類H02K 53/00 20060101AFI20200925BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】パルスモーターの大型化を図ること。
【解決手段】本発明では、パルスモーター(1)において、ステーター(2)の内周面とローター(4)の外周面のそれぞれに分布巻したコイル(7〜10、13〜16)からなる複数の電磁石を円周方向に均等に配置し、全ての電磁石に単相パルスを印加することでステーター(2)に対してローター(4)を回転させることにした。また、本発明では、前記電磁石は、コイルピッチを円周方向にずらした複数の分布巻したコイル(コイル(7)とコイル(8)、コイル(9)とコイル(10)、コイル(13)とコイル(14)、コイル(15)とコイル(16))で構成することにした。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ステーターの内周面とローターの外周面のそれぞれに分布巻したコイルからなる複数の電磁石を円周方向に均等に配置し、全ての電磁石に単相パルスを印加することでステーターに対してローターを回転させることを特徴とするパルスモーター。
続きを表示(約 79 文字)【請求項2】
前記電磁石は、コイルピッチを円周方向にずらした複数の分布巻したコイルで構成したことを特徴とする請求項1に記載のパルスモーター。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、パルスモーターに関するものである。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来のパルスモーターは、ローターの外周面に永久磁石を円周方向に均等に配置するとともに、ステーターの内周面に複数の集中巻したコイルを円周方向に均等に配置した構成となっている(たとえば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開平5−83921号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、上記従来のパルスモーターでは、永久磁石と集中巻したコイルとの組み合わせであるため、パルスモーターの大型化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
そこで、請求項1に係る本発明では、パルスモーターにおいて、ステーターの内周面とローターの外周面のそれぞれに分布巻したコイルからなる複数の電磁石を円周方向に均等に配置し、全ての電磁石に単相パルスを印加することでステーターに対してローターを回転させることにした。
【0006】
また、請求項2に係る本発明では、前記請求項1に係る本発明において、前記電磁石は、コイルピッチを円周方向にずらした複数の分布巻したコイルで構成することにした。
【発明の効果】
【0007】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【0008】
すなわち、本発明では、パルスモーターにおいて、ステーターの内周面とローターの外周面のそれぞれに分布巻したコイルからなる複数の電磁石を円周方向に均等に配置し、全ての電磁石に単相パルスを印加することでステーターに対してローターを回転させることにしているために、パルスモーターの大型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明に係るパルスモーターを示す模式図。
同結線図。
同動作説明図(状態1)。
同動作説明図(状態2)。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[本発明の構成]
以下に、本発明に係るパルスモーターの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
【0011】
図1及び図2に示すように、パルスモーター1は、中空円筒状のステーター2の内側中空部中央に回転軸3を配置するとともに、回転軸3に円筒状のローター4を取付けて、ステーター2の内側中空部に回転軸3及びローター4を回動自在に設けている。
【0012】
ステーター2は、内周面に内側中心方向へ向けて複数の凸状の外側ティース5を円周方向に向けて均等に形成するとともに、隣り合う外側ティース5,5の間に円周方向に向けて均等に形成される外側スロット6に分布巻したコイル7〜10からなる複数の電磁石を円周方向に向けて均等に配置している。各コイル7〜10は、最初の外側スロット6とそこから5個右側の外側スロット6との間で巻回するとともに、最初の外側スロット6から1個右側の外側スロット6と6個右側の外側スロット6との間で巻回することで、単相巻の分布巻コイルを形成している。また、コイル7とコイル8、及び、コイル9とコイル10とは、コイルピッチを円周方向に半分だけずらしている。
【0013】
ローター4は、外周面に外側放心方向へ向けて複数の凸状の内側ティース11を円周方向に向けて均等に形成するとともに、隣り合う内側ティース11,11の間に円周方向に向けて均等に形成される内側スロット12に分布巻したコイル13〜16からなる複数の電磁石を円周方向に向けて均等に配置している。各コイル13〜16は、最初の内側スロット12とそこから5個右側の内側スロット12との間で巻回するとともに、最初の内側スロット12から1個右側の内側スロット12と6個右側の内側スロット12との間で巻回することで、単相巻の分布巻コイルを形成している。また、コイル13とコイル14、及び、コイル15とコイル16とは、コイルピッチを円周方向に半分だけずらしている。
【0014】
これにより、パルスモーター1は、ステーター2の内周面とローター4の外周面のそれぞれに分布巻したコイル7〜10,13〜16からなる複数の電磁石を円周方向に均等に配置し、各電磁石は、コイルピッチを円周方向にずらした複数の分布巻したコイル(コイル7とコイル8、コイル9とコイル10、コイル13とコイル14、コイル15とコイル16)で構成している。
【0015】
そして、パルスモーター1は、全ての電磁石に単相パルスを印加することでステーター2に対してローター4を回転させることにしている。
【0016】
[上記発明が解決しようとする課題]
従来のモーターを用いた出力エネルギーは、入力エネルギーに対して出力エネルギーが大きくなる事はなかった。そのため、従来のモーターを用いた発電では入力エネルギーより出力エネルギーの増加を獲得できなかった。本発明はエネルギー保存則を崩さず入力エネルギーより出力エネルギーの総和が増大する機構の提供である。
【0017】
[上記発明の利用分野]
この発明は、回転の慣性エネルギーを使う事により出力エネルギーの総和の増大を目的とする(詳細な説明は以下の[本発明の理論の説明]を参照)。その事により例えば電気を用いた発電のためのタービンや、回転のためにエネルギーを必要とするモーターにおいて、出力エネルギーの総和の増大の利得を得る事が出来るもので、出力エネルギーの増大に関し新型タービン,新型モーターに繋がるものである。
【0018】
[上記発明の課題を解決するための手段]
回転体の慣性運動を利用した場合、回転を維持するための入力電力エネルギーより出力される運動エネルギーの総和が大きくなる。ただ回転体として慣性エネルギーを定常に発生させるためには、パルス制御による回転体の定常回転でなければならない(理論は以下の[本発明の理論の説明]を参照)。本機構はその慣性エネルギーの仕事の付加による出力エネルギーの総和の増大を目的とし、そのためより大きい慣性エネルギーを得るためパルス回転体の大型化が必要となってくる。現在パルスモーターは回転軸に磁性体を、そのまわりに電磁石を有しその磁力により回転させている。大型化のためには、より大きな磁力が必要であり、内側と外側両方向に電磁石を配置することにより、大型のパルスモーターを製作するための発明である。
【0019】
[本発明の機構の挙動]
構成回転体の外のコイルの固定子を固定して説明する。内側と外側のコイルの巻き線方向がお互いに一致しない位置(電磁石の磁性を発生した場合の磁束の向きが同じ位置)から、∠Aだけずらした位置を状態1とする(図3)。コイルに駆動電流である単相の直流を流すと、磁束が発生し内側コイルと外側コイルの磁束により、∠A方向にずらした方向に磁束の反発と吸着から回転力が発生する。そして内側の回転体の電磁石と外側の電磁石の磁束の向きが反対になる位置(状態2とする図4)の前に駆動電流を切る(パルス電流)。回転体が静止するためには電流から生じた磁束から受けた仕事の作用と同じだけ反対の仕事の作用が必要である。電磁石による残留した磁束があり、回転体の慣性力による運動は減少していくが、残留した磁束の大きさは駆動電流を与え続けた磁束で得た回転の慣性エネルギーより小さいため、慣性による回転運動で速度0にならず状態1まで回転する。そして状態1になった時に再び駆動電流を流す。その繰り返しにより状態1と状態2の間のパルス制御で回転運動するパルス回転体である。本機構は、電流を流し続けると回転は停止するため、回転を続けるためにはパルス電流の制御が必要である。
【0020】
配線は図2。コイルの印の違いは、巻き方向の違いを示す。コイル7〜10,13〜16のそれぞれのコイルエンドは不記。コイルの丸に×マークが図面の手前から奥に、丸に点マークが図面の奥から手前への巻線方向の違いを示している。コイルは内側ティースのコイルも外側ティースのコイルも分布巻きをとっている。分布巻きとは、スロットをまたいで巻線を巻き、複数のコイルで磁性を構成している巻き方。
【0021】
機構の入力端子種類は4つあるが、単相の単一のパルス電流で回転させるため、電源からの単一パルスが通過するようにコイルの巻線方向に直列に結線する。
【0022】
ただ一見すると「モーターを回転させているだけ」のようにみえるが、電力の消費を考察すると、機構の挙動で説明した通り電流は非連続であるため、供給される連続した電力から磁性の吸着反発を発生させる分のパルス電力ΔVAだけ電力を消費する。電力を連続に消費しない。
【0023】
従来の直流モーターを回転させるだけならば連続に電力を消費しているが、本機構の場合パルス電力分のΔVAだけである。この機構は、1機だけでも出力エネルギーの総和は増大するが、供給される連続した電力から1基分の電力消費量ΔVAの余剰から新たにパルスを生成し、複数の同機構のユニットに流す事でより出力エネルギーの総和が増大の利得がある。
【0024】
[本発明の理論の説明]
外側の固定子は固定し回転体内側の回転部の運動で考える。また回転部内側のスロット間のコイルを質点として考えるため回転体の翼と呼称する。
【0025】
回転体が定常状態になり、1基の機構の回転軸が速度ω
0
で慣性運動している時のエネルギーは、
Iは回転体の羽の慣性モーメント。
mは1基中にある回転翼の羽数。回転翼は質点として考えて計算する。
【0026】
回転速度ω
0
で回転している回転体にパルスを印加しなければ、機構は外への仕事によるエネルギー損失により速度は減衰していき回転速度は0となる。この時失ったエネルギーの大きさは(1)式と等価であり、次式で表せられる。

loss
は、回転速度ω
0
で何もしなければ速度0まで仕事として失うエネルギー。
【0027】
1基の機構において、1パルス電力VAでの磁性により吸着または反発またはその両方から、VAが外に仕事をしながら回転体にω
0
からω
1
へ加速させた場合、回転体のエネルギー変化と回転体の外へした仕事は次式で表せられる。

i
は、回転体の外へした仕事
【0028】
トップスピード到達後は、回転体は外に仕事をするので回転体の速度は減速し、減速速度ω
2
となる。減速速度ω
2
が初速度ω
0
と同じであった場合、その時の仕事は次式で表せられる。

ii
は減速しながらした仕事
【0029】
またω
2
=ω
0
である場合、W
ii
の値は1パルスで得られた慣性エネルギーに等しい。
【0030】
減速後に速度ω
0
から速度0までとりだせる仕事量は次式で表せられる。
(【0031】以降は省略されています)

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