JP3979503B1 - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 少ないエネルギーで長時間回転し続けることのできるモータを提供する。
【解決手段】磁石を備える回転子及び開閉可能な磁気回路を備える固定子を具備するモータ、又は、開閉可能な磁気回路を備える回転子及び磁石を備える固定子を具備するモータであって、前記回転子の回転に連動して前記磁気回路を開閉させるように構成する。回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているとき、回転子又は固定子の磁石と磁気回路の磁石の磁極が対向するように配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気を利用したモータに関する。

現在、様々な機械において動力源として用いる装置としては、外燃機関・内燃機関等の熱機関と、電力を利用したいわゆる電気モータが主に用いられている。

外燃機関は、機関外で発生させた蒸気の圧力をエネルギーに変換して用いるものであり、いわゆるレシプロ機関型のものと、タービン型のものが一般に知られている。内燃機関は、ガソリンや軽油等の燃料を燃焼させることによって生じた空気の膨張・圧縮を利用し、回転力や推進力といった動力を得るものである。

一方、電気モータは、一般的には、磁場と電流との相互作用を利用して回転運動を得る原動機である。電気モータは、回転子、固定子、回転軸及びこれを支える軸受けを有する構造のものが一般的であり、例えば、固定子に周期的に変動磁場を与えることにより、回転子である永久磁石との間に相互作用を生じさせ、駆動力を得ることができる。また、電気モータとしては、回転運動を得るものとは別に、直接に直線運動を得る、リニアモータも知られている。

このように、動力源としては、内燃機関や電気モータが広く用いられ、用途に応じた種々の装置が開発され、実際に広く応用されている。しかし、これらの装置により動力を得るためには、この動力源に燃料や電気を供給する必要がある。近年、省エネルギーや地球温暖化防止の観点から、より少ない燃料や電力の供給にて仕事を行うことが可能な動力源が望まれている。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、少ないエネルギーで長時間回転し続けることのできるモータを提供することを目的とする。

発明者が鋭意検討を重ねた結果、上記の課題は、磁石を備える回転子及び開閉可能な磁気回路を備える固定子を具備するモータ、又は、開閉可能な磁気回路を備える回転子及び磁石を備える固定子を具備するモータであって、前記回転子の回転に連動して前記磁気回路を開閉させるように構成されるモータにより、解決できることを見いだした。

磁気回路は、磁石とヨークとによって形成されると共に、回転子の回転に連動して磁気回路を開閉しうる開閉機構を有する。この開閉機構は、回転子の回転に伴って回転子又は固定子の磁石が接近すると回路を開き、回転子又は固定子の磁石が遠ざかると回路を閉じるように構成される。かかる開閉機構によって、磁気回路が回転子又は固定子の磁石から離れているときは、磁気回路が閉回路となるため、回路から漏洩する磁束は非常に小さくなり、当該磁気回路は全体として磁気を帯びていない強磁性体のようにふるまう。このため、当該磁気回路と回転子又は固定子の磁石との間に引力が作用し、これが回転子に回転力を加える。しかし、磁気回路と回転子又は固定子の磁石とが最近接点を過ぎ、離縁するフェーズにおいても、これらの間に引力が作用すると、当然ながらその引力は回転子の回転力を減ずる方向に働いてしまう。

しかし本発明のモータは上述の開閉機構を備えているため、磁気回路と回転子又は固定子の磁石とが接近すると、磁気回路が開かれる。すると、回路から磁束が漏洩し、磁気回路は磁石として振る舞うようになる。このため、回転子又は固定子の磁石と磁気回路との間に斥力が作用し、回転子にさらに回転力を加えるように作用する。

このように、本発明のモータは、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が離れているときには、これらの間に引力が作用して回転子に回転力を加え、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときは、これらの間に斥力が作用して回転子に回転力を加える。このため本発明のモータは、一旦回転子が回転すると、外部からのエネルギー供給をさほど必要とせずに回転し続けることができる。（むろん、供給したエネルギー以上に回転し続けることは不可能である。）従って本発明によるモータは省電力性能に非常に優れ、少ない燃料や電力の供給にて仕事を行うことが可能である。そして、上述の原理により駆動するモータは、本願発明者が知る限り世に知られていない。

なお、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときに、これらの間に斥力を生じるためには、当然ながら、回転子又は固定子の磁石と磁気回路が近接しているときに、回転子又は固定子の磁石と磁気回路の磁石の磁極が対向するように配置することが必要である。また、引力と斥力を最大限に活用するには、回転子又は固定子の磁石と磁気回路とが最も近づいているときに、磁気回路を開くように構成することが好ましい。

本発明のモータに用いる磁石は省エネルギーの観点から永久磁石が望ましい。永久磁石としては、ネオジム磁石、サマリウム磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などを用いることができるが、最も強い駆動力が得られる点で、ネオジム磁石を用いることが望ましい。本発明のモータに用いるヨークは、透磁率及び飽和磁束密度が高い物質であることが好ましい。かかる物質としては、純鉄・軟鉄・珪素鉄などがあるが、純鉄は特に好適である。

本発明によるモータに用いる回転子の形状は、棒状・プロペラ状・円盤状・円環状・円柱状・円筒状など、様々な形状とすることが可能である。また、固定子の内側に回転子が配置される、いわゆるインナーロータ型とすることも可能であるし、固定子の外側に回転子が配置される、アウターロータ型とすることも可能である。回転子と固定子共に扁平な形状のものを用い、複数積層させて、高出力化するという実施態様をとることも可能である。

磁気回路の開閉機構としては、回転子の回転に機械的に連動して開閉させる機構や電気的に回路を開閉するスイッチを採用してもよいし、電磁石を用いて磁気回路を開閉させてもよい。

本発明によるモータは、ネオジム磁石などの磁力が強い磁石を用いることにより、容易に微小化・薄型化が可能である。また、磁石の成型加工の自由度は非常に高いので、大型化も容易である。このため本発明は、例えば、ポータブルパソコンに内蔵できるような、回転子の直径が数センチ程度で厚さが1〜2センチ程度のモータから、大型の発電機等に用いられるような、回転子の直径が数十センチからメートル単位になるようなモータにまで、適用可能である。

本発明によるモータは、外部からのエネルギー供給をそれほど必要とせずに長時間稼動することができるため、省エネルギー性に非常に優れ、また、排気を伴わない。このため、パソコンその他携帯用機器の動力源として、冷蔵庫その他の家庭用機器の動力源として、更には工業用動力源として、幅広い分野に適用されることが可能である。

本発明によるモータは、一旦回転子が回転すると、長時間回転し続けることができるので、家庭用発電機あるいは中型工業用発電機に応用することで、更には駐車中も発電可能であるので、電気自動車用発電機として開発することで、社会全体の省エネルギーに大きく貢献する。なお当然のことであるが、本発明によるモータは、モータを回転させるために投入した以上のエネルギーを得ることができるものではないことを、念のために申し添える。

本発明の好適な実施形態の例は添付の特許請求の範囲に記載されるが、本発明は、本明細書及び添付図面に明示的及び暗示的に記載される全ての特徴及びこれらの組み合わせをも、その範囲に包含する。

本発明の好適な実施形態の一つに、径方向に磁極が向くように配設される第１の磁石を備える回転子と、前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第２の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える固定子と、前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が前記磁気回路に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記第１の磁石が前記磁気回路から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段とを具備するモータがある。

上記の実施形態に係るモータのさらに具体的な実施態様では、前記回転子は、径方向に延びる複数の腕部を有し、該腕部のそれぞれに、前記第１の磁石が前記径方向に同一の磁極を向けるように配設されるように構成されることができる。また前記回転子は、中心軸の周りに回転しうる円盤状の部材であり、前記円盤部材の周縁部に複数の前記第１の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように構成されてもよい。また前記回転子を、中心軸の周りに回転しうる円環状の部材であって、前記円環部材の円環部に複数の前記第１の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように構成しても良い。

上記磁気回路は、前記円路の外側のみならず、内側に隣接して固設されてもよい。磁気回路が前記円路の外側に配されるときは、上記回転子は前記固定子の内側で回転し、磁気回路が前記円路の内側に配されるときは、上記回転子は前記固定子の外側で回転するという実施態様を取ることになる。

上記の実施形態に係るモータのある具体的な実施態様において、前記第１の磁石は円弧状を呈する。

上記の実施形態に係るモータのさらに具体的な実施態様において、前記磁気回路は、前記第２の磁石の一方の極に接合せしめられる第１のヨークと、前記第２の磁石の他方の極に接合せしめられる第２のヨークと、前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの両方に近接する第１位置及び前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの一方又は両方から離間する第２位置の間を回動可能に設けられる第３のヨークとを備えて構成され、前記開閉手段は、前記回転子において前記第１の磁石の近傍に設けられる第１の当接部と、前記第３のヨークに直接又は間接に固結せしめられると共に、前記第３のヨークに回転力を与えるべく前記回転子の回転中に前記第１の当接部に突き当たるように設けられる第２の当接部とを備えて構成されることができる。

上記の実施形態に係るモータのさらに具体的な実施態様において、前記磁気回路を、前記第２の磁石の一方の極に接合せしめられる第１のヨークと、前記第２の磁石の他方の極に接合せしめられる第２のヨークと、前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの両方に近接する第１位置及び前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの一方又は両方から離間する第２位置の間を回動可能に設けられる第３のヨークとを備えて構成し、前記開閉手段を、歯車・カム・ベルト・電動アクチュエータなどのいずれか１つ以上を用いて前記第３のヨークを回動せしめるように構成しても良い。

本発明の好適な実施形態の別の一つに、径方向に磁極が向くように配設される第２の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える回転子と、前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第２の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第１の磁石を備える固定子と、前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が前記第１の磁石に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記磁気回路が前記第１の磁石から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、を具備するモータがある。この実施態様においても、第１の磁石は、磁気回路の円路の外側に固設されてもよいし、内側に固設されてもよい。前者においてはインナーロータ型のモータになり、後者においてはアウターロータ型のモータになる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態の例について説明する。図１は、本発明に従うモータの一例であるモータ１００の構造を模式的に表した図である。モータ１００は、回転子１０２と、図示しない固定子に固定される磁気回路１０４ａ，１０４ｂとを有する。回転子１０２は、回転軸１０６によって反時計回りに回転するように構成されると共に、回転軸１０６から径方向に延びる２本の腕部１０８ａ，１０８ｂを有する。腕部１０８ａ，１０８ｂは、径方向に磁極が向くように配設される永久磁石１１０ａ，１１０ｂをそれぞれ有し、これらの磁石は、図１に描かれるように、径方向の磁極が同一になるように配設されている。（図１に描かれるように、この例では径方向にＮ極が向くように配設されている）。

磁気回路１０４ａ，１０４ｂは、図示しない固定子に、回転子１０２の回転円周に隣接して設置される。磁気回路１０４ａは、永久磁石１１２ａと、磁石１１２ａのＳ極に接合せしめられるヨーク１１４ａ、及び磁石１１２ａのＮ極に接合せしめられるヨーク１１６ａを備えると共に、ヨーク１１４ａとヨーク１１６ａとの間に回動可能に設けられるヨーク１１８ａを備える。ヨーク１１８ａが、図１Ｂに描かれるようにヨーク１１４ａ及びヨーク１１６ａに近接する位置にあるときは、磁石１１２ａから発する磁束が殆どヨーク１１４ａ，ヨーク１１８ａ，ヨーク１１６ａに閉じこめられることから、磁気回路１０４ａ全体から漏洩する磁束は極めて少なくなる。むろん、この状態であっても漏洩磁束はゼロにはならないが、少なくとも極めて少なくなる。従って、この状態、すなわち磁気回路１０４ａが閉じた状態では、磁気回路１０４ａは、全体として、磁性を帯びていない強磁性体のようにふるまう。一方、ヨーク１１８ａが、図１Ｃに描かれるようにヨーク１１４ａ及びヨーク１１６ａから離間した位置にあるときは、磁石１１２ａから発する磁束はヨーク１１４ａ及びヨーク１１６ａの開放端から外部へ漏洩する。従って、この状態、すなわち磁気回路１０４ａの開放状態では、磁気回路１０４ａは、全体として磁性を帯びた磁石としてふるまう。このようにヨーク１１８ａは、自身が回動することで磁気回路１０４ａを閉鎖又は開放し、磁気回路１０４ａの性質を帯磁していない磁性体から帯磁している磁性体へと変化させる。

ヨーク１１８ａを回転させる手段としては、回転子１０２の回転に機械的に連動して回転させる機構を採用してもよいし、電気的にヨーク１１８ａを回転をさせるように制御してもよい。後に、ヨーク１１８ａを機械的に回転させる手段の一例を、別の実施例を用いて説明する。

磁石１１２ａは、回転子１０２の磁石１１０ａ又は１１０ｂが磁気回路１０４ａに近接した位置にあるとき、すなわち図１Ａのような状態にあるとき、磁石１１０ａ又は１１０ｂに対向する磁極が磁石１１０ａや１１０ｂと同極になるように配置される。図１Ａでは、対向する磁極がいずれもＮ極になるように描かれているが、むろん、対向する磁極がいずれもＳ極になるように配置しても構わない。

磁気回路１０４ｂも、磁気回路１０４ａと同様に、永久磁石１１２ｂやヨーク１１４ｂ〜ヨーク１１８ｂを有する。磁気回路１０４ｂと磁気回路１０４ａは同一の構造を有し、符号ａとｂは、単にこれらの構成要素を図１において区別するために付されたものである。図１の例では２つの磁気回路が設けられているが、磁気回路の数は、１つであったり４つであったり、具体的実施態様に係る要請に応じて様々な数を取ることができる。

次に、図２を用いてモータ１００の動作を説明する。モータ１００がまだ駆動していないとき、図２Ａに描くように、回転子１０２の磁石１１０ａ，１１０ｂは、磁気回路１０４ａ，１０４ｂとは離れた位置にある。この状態から、電気的・機械的など何らかの方法で、回転子１０２を反時計回りに回転させるとする（図２Ｂ）。

このとき、磁気回路１０４ａや１０４ｂは閉じた状態にあるため、上述したように、これらは全体として磁性を帯びていない強磁性体のようにふるまう。従って、磁石が鉄に引き寄せられるように、回転子１０２の磁石１１０ａ，１１０ｂは磁気回路１０４ａ，１０４ｂに引き寄せられる。この引力によって回転子１０２に回転力が与えられ、回転子はさらに回転する（図２Ｃ）。

回転子１０２がさらに回転し、磁石１１０ａ，１１０ｂが磁気回路１０４a，１０４ｂに最も近づく位置（図２Ｄ参照）までやってくると、ヨーク１１８ａ，１１８ｂが回転し、磁気回路１０４a及び１０４ｂが開かれる。すると上述したように、磁気回路１０４a及び１０４ｂは全体として磁石として機能するようになる。図２Ｄに描かれる配置において、磁石１１２ａ，１１２ｂは、それぞれ磁石１１０ａ，１１０ｂに磁極が対向しているため、磁石１１０ａ，１１０ｂと磁気回路１０４ａ，１０４ｂとの間に強い斥力が働き、これが回転子１０２に回転力を与え、回転子１０２はさらに反時計回りに回転せしめられる（図２Ｅ）。その後、ヨーク１１８ａ及び１１８ｂは、磁気回路１０４a及び１０４ｂを閉鎖する位置に復帰し、磁石１１０ａ及び１１０ｂと磁気回路１０４ａ及び１０４ｂとは再び引きつけ合うようになる（図２F）。

このようにモータ１００は、ヨーク１１８ａ及び１１８ｂが磁気回路１０４a及び１０４ｂを開閉することによって、回転子１０２に設けられた磁石１１０ａ及び１１０ｂが磁気回路１０４a及び１０４ｂから離れた位置にあるときは、磁石１１０ａ及び１１０ｂと磁気回路１０４a及び１０４ｂとが引きつけ合い、磁石１１０ａ及び１１０ｂが磁気回路１０４a及び１０４ｂに近接した位置にあるときは、磁石１１０ａ及び１１０ｂと磁気回路１０４a及び１０４ｂとが反発し合うため、回転子１０２に回転力が次々に加えられる。このため回転子１０２は、一旦回転させられると、後は外部からのエネルギー供給をさほど必要とせずに回転し続けることができる。従って、モータ１００は、非常に省エネルギーなモータである。

むろん、磁気回路１０４a及び１０４ｂを開閉するためにはエネルギーが必要であり、系の摩擦に伴うエネルギー損失も発生するため、モータ１００とても、外部からエネルギーを供給せずにいつまでも回転し続けることはできない。しかし、本発明に従うモータ１００は、上述の独特の構成により、回転子に設けられた磁石と磁気回路とに引力・斥力が繰り返し作用することで、モータ１００自身で回転子１０２に回転力を加えることができる。このためモータ１００は、従来のモータに比べて少ないエネルギーで長い時間回転させ続けることが可能であり、省エネルギー性に非常に優れたモータであるということができる。

前にも少し述べたが、本発明に従うモータの回転子の形状は、回転子１０２のように、中心軸から２本の腕が延びる形状に限られるものではなく、腕部の数が３本や４本や５本であってもよいし、もっと多数であってもよい。もちろん、それぞれの腕部に磁石を径方向に同一の磁極を向けるように配設することが好ましい。また、円盤状や円環状の回転子を用いることも可能である。このような場合は、円盤や円環の外縁部に近いところに磁石を配設することが出来るだろう。磁石の数や間隔は、実施態様によって任意に選択することができる。むろん、磁石の磁極は、径方向に向けて全て同一とすべきである。回転子に設けられる磁石の数や固定子に設けられる磁気回路の数も、２つに限られず、３つや４つや５つ、あるいはそれ以上の任意の数であってよい。回転子や固定子に設置する磁石の数は、２つより３つや４つ、またはそれ以上である方が、回転子に加えられる引力や斥力の量が大きくなり、好ましいであろう。回転子の形状は、円柱状とすることも可能である。

１０４ａ，１０４ｂのような開閉可能な磁気回路を回転子側に配置し、１１０ａ，１１０ｂのような固定磁石を固定子側に配置するようなモータも、本発明に含まれる。このような実施形態においては、１１０ａや１１０ｂに相当する磁石を、回転子の径方向に固定子上で移動可能に設置することが好ましい。固定子上の磁石と回転子上の磁気回路との径方向の距離を近づければ、これらの間に働く引力・斥力が増加し、径方向の距離を遠ざければ、これらの間に働く引力・斥力は減少する。従って、上記の実施形態においては、固定子上の磁石を移動させることにより、固定子上の磁石と回転子上の磁気回路との間に働く引力・斥力を変化させることができ、もって回転子の回転速度を変化させることができる。このように、回転子の回転速度を制御したい場合には、磁気回路を回転子上に設置して、固定子に設置する磁石を回転子の径方向に移動可能とする実施形態は、非常に有用である。むろん、図１や図２に例示されるモータ１００においても、磁気回路１０４ａ，１０４ｂを移動可能に構成することもできるが、磁気回路全体を移動させるよりは、１１０ａや１１０ｂのような単体の磁石を移動させるように構成するほうが、簡単であろう。

本実施例に係るモータ１００は、回転子が固定子の内部で回転する。かかる構成においては、回転子を小型軽量なものとすることができるという利点がある。しかし本発明に係るモータは、回転子を固定子の外部で回転させる構成とすることも可能である。図３は、そのようなモータの例を示す模式図である。

本発明の別の実施例に係るモータ３００は、円環状の回転子３０２と、回転子３０２の内側に、回転子３０２に隣接して配置される図示しない固定子に等間隔に固定される４つの磁気回路３０６ａ〜３０６ｄとを備える。円環状回転子３０２は、その円環部に、円周に沿って等間隔に設置される４つの円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄを備える。

円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄは、全て回転子３０２の回転の径方向に磁極が向くように配設される。すなわち円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄは、外径側と内径側が異なる磁極になるような磁石であり、その外径側の磁極と、内径側の磁極は、全て同一になるように配される。磁気回路３０６ａ〜３０６ｄは、図１や図２で説明した磁気回路１０４ａ，１０４ｂと同じものであり、磁石と、そのそれぞれの極部に接合せしめられる２つのヨークと、これらのヨークを磁気的に接続したり切断したりしうる磁気回路開閉スイッチとを備えて構成される。磁気回路の磁石の極は、モータ１００と同じように、回転子の磁石と近接位置にあるとき、その極が互いに同一となるように（すなわち反発し合うように）配置される。磁気回路開閉スイッチは、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄの接近に連動して磁気回路３０６ａ〜３０６ｄを開放し、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄの離隔に連動して磁気回路３０６ａ〜３０６ｄを閉鎖する。磁気回路１０４ａ，１０４ｂと同じように、磁気回路３０６ａ〜３０６ｄも、回路が閉じているときは帯磁していない磁性体として振る舞い、回路が開いているときは磁石として振る舞う。

回転子３０２は、図３ＡやＢに示すように、反時計回りに回転しうるように構成される。回転子３０２が、図３Ａに示すように、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄが磁気回路３０６ａ〜３０６ｄから離れた位置にあるときは、磁気回路３０６ａ〜３０６ｄは閉じている。このため円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄと磁気回路３０６ａ〜３０６ｄとの間には引力が働き、これが回転子３０２に回転力を加える。一方、回転子３０２が、図３Ｂに示すように、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄが磁気回路３０６ａ〜３０６ｄに近接するまで回転すると、磁気回路３０６ａ〜３０６ｄが開き、磁気回路３０６ａ〜３０６ｄが磁石としてふるまうようになる。この配置において、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄと磁気回路３０６ａ〜３０６ｄの磁石は、対向する極が同一になるように配されているので、図３Ｂに描かれる配置に置いては、円弧状磁石３０４ａ〜３０４ｄと磁気回路３０６ａ〜３０６ｄとの間に斥力が働き、これがさらに回転子３０２に回転力を加える。

このように、モータ３００は、モータ１００と同様に、回転子に設けられた磁石と磁気回路とに引力・斥力が繰り返し作用することで、自身で回転子３０２に回転力を加えることができる。従ってモータ３００も、省エネルギー性に非常に優れたモータであり、さらに、回転子が固定子の外側を回転することから、固定子の中央部集約と回転子の大型化を可能にしている。

続いて、図４〜９を用いて本発明のより具体的な実施態様の例を説明する。

図４は、本発明の別の実施例に係るモータ５００の平面透視図であり、図５は図４のＡ矢視図である。モータ５００は、回転軸１１によって回転自在にフレーム１に支持される円盤状の回転子２と、フレーム１に固定される４つの磁気回路３，４，５，６とを備える。円盤状回転子２の周縁部には、円弧状の磁石１６，１７，１８，１９が等間隔に設置される。円弧状磁石１６〜１９は、いずれも、外径側と内径側で磁極が異なるような磁石であり、全て径方向に同一の極を向けるように設置される。

回転子２の外縁に隣接して等間隔に固設される磁気回路３〜６は、基本的には前例に現れた磁気回路１０４ａ，１０４ｂや３０６ａ〜３０６ｄと同じものであり、棒状の磁石１２〜１５及びその磁極に接合せしめられたヨーク材と、当該ヨーク材の切れ目に回転可能なヨーク材が配される開閉子７〜１０とを備える。棒状磁石１２〜１５は、回転子２に備えられる磁石１６〜１９が回転子２の回転に伴って最近接する際に、それらの磁極が磁石１６〜１９と同極対向するように配置される。開閉子７〜１０は、前例で説明したヨーク１１８ａ及び１１８ｂのように、閉じられた位置においては棒磁石１２〜１５に接合せしめられるヨークに非常に近接するため、棒磁石１２〜１５から生ずる磁束を回路内部に閉じこめる作用を有する。従って開閉子７〜１０が閉じた状態において、磁気回路３〜６は、閉鎖状態における前述の磁気回路１０４ａや１０４ｂと同様に、帯磁していない単なる強磁性体のように振る舞う。（むろん、磁気回路３〜６から漏洩する磁束は０にはならないが、多くはない。）また開閉子７〜１０が開いた位置に回動すると、棒磁石１２〜１５から生ずる磁束は回路内に閉じこめられることができなくなるため、磁気回路３〜６は、開放状態における前述の磁気回路１０４ａや１０４ｂと同様に、磁石のように振る舞うことができる。

回転子２に備える磁石１６〜１９として、外径と内径で磁極が異なる円弧状の磁石を用いることで、回転中に磁気回路３〜６と近接する時間を長くすることができ、引力又は斥力を効果的に作用させる時間を長くとることができる。また、回転子２として円盤状又は円環状の部材を用いることの利点は、かかる利点を備える円弧状磁石を容易に装着できることである。

次に、図６を用いて、開閉子７〜１０の開閉機構の詳細を説明する。図６においては、図面の描画領域の関係で、円弧状磁石１７が開閉子８に近接した状態のみを描いているが、他の円弧状磁石１６，１８，１９や、開閉子７，９，１０についても、同様の構造が形成されていることに留意されたい。

回転子２は、円弧状磁石１７の近傍に、回転子２の表面に固設されるピン保持台２５と、ピン保持台２５に保持されて回転子２の径方向に突設せしめられるピン状の当接部３８とを備える。

開閉子８は、フレーム１から枠状に突設して形成される開閉子支持枠５０と、支持枠５０の梁部とフレーム１との間に渡される軸３１ａとを備え、ヨーク２８が、軸３１ａによって、磁石１３の極にそれぞれ接合せしめられるヨーク１３ａ及び１３ｂの間に回動可能に支持される。ヨーク２８が回動することで、ヨーク１３ａ及び１３ｂが磁気的に結合したり離間せしめられたりする。

さらに開閉子８は、ヨーク２８の上部において、支持体５０の２本の柱部の間に渡される平板３２，平板３２の上部で軸３１ａと一体化せしめられる軸柱３１，軸柱３１からヨーク２８に平行に軸の両側に延伸せしめられるロッド２９，平板３２の回転子側の端部に設けられ、図示しないバネで付勢されることにより初期位置に安定する回動可能なレバー３０ａ，レバー３０ａに結合せしめられ、平板３２の裏から表に頭部を出し、ロッド２９を係止するフック３０などを備える。ロッド２９は、ヨーク２８に平行に延びているので、ヨーク２８が閉じた状態にあるとき、回転子２の径方向に延びている。またロッド２９は、回転子２の回転に伴ってピン３８が開閉子８に近接するときピン３８に突き当たるような長さを有する。またレバー３０ａも、ピン３８が開閉子８に近接するときピン３８に突き当たるように初期位置が定められる。

回転子２が反時計回りに回転し、図６に描かれるように磁石１７が磁気回路４に最近接すると、まずピン３８がレバー３０ａに突き当たることにより、レバー３０ａが反時計回りに倒れ、レバー３０ａに結合せしめられているフック３０が平板３０の下方に退避する。続いてピン３８はロッド２９に突き当たる。すると、フック３０が平板３０の下方に退避しているため、ロッド２９は跳ね飛ばされ、軸柱３１及び軸３１ａと共に時計回りに回転する。ヨーク２８は、軸柱３１及び軸３１ａを介してロッド２９に連結せしめられているため、ロッド２９が回転すると、ヨーク２８も回転し、もって磁気回路４が開かれる。磁気回路４が開かれると、磁気回路４は磁石として振る舞うようになり、磁気回路４の磁石１３が回転子２の磁石１７に極が対向するように設置されていることから、磁気回路４と磁石１７の間に斥力が働き、回転子２をさらに反時計回りに回転させようとする力が回転子２に加えられる。

回転子２が磁気回路４の近傍を通り過ぎ、ピン３８が通り過ぎると、レバー３０ａが図示しないバネに付勢されて初期位置に復帰し、それに伴いフック３０も再び平板３２上に突き出る。ロッド２９は、ピン３８に撥ね飛ばされた後、軸柱３１やヨーク２８と共に回転し続けるが、１８０度回転したところで、再び飛び出したフック３０に突き当たり、回転を停止する。これによってヨーク２８が回路閉鎖位置を過ぎて回転を続けることが防止される。しかもヨーク２８は、ヨーク１３ａ及び１３ｂに磁気的に引き寄せられるため、安定して回路閉鎖位置で停止することが出来る。

なお、図６に例示される実施形態において、レバー３０ａやフック３０は平板３２の上に突き出るように配されているが、これらを平板３２の下側に突出するように配置してもよい。この場合、ピン３８も平板３２の下側を通るように構成される必要がある。このような実施態様では、ピン３８に跳ね飛ばされたレバー３０ａに対して元の位置に戻るように重力が作用するため、レバー３０ａやフック３０を初期位置に復帰させやすいという利点がある。そこで、レバー３０ａやフック３０を初期位置に付勢するバネとして、図６に例示される実施形態にかかるモータよりも弾性力の弱いものを用いる実施形態や、バネを全く用いないという実施形態を採ることも可能である。

このように、モータ５００の磁気回路開閉機構は、回転子２の回転に連動して、磁気回路３〜６を機械的に開閉することができる。また磁気回路３〜６を開閉させるためのアクチュエータや、開閉のタイミングを制御するための制御回路を別途用意する必要もないので、構造がシンプルになる。この実施態様では、タイミング制御の回路などを別途設けなくとも、ピン３８を回転子２の磁石１６〜１９の近傍に設けることで、磁石１６〜１９が磁気回路３〜６に最も近づいたときに確実に磁気回路３〜６を開放することができる。モータ５００は、回転子２の磁石１６〜１９が磁気回路３〜６に最近接するまでは、磁石１６〜１９と磁気回路３〜６の間に働く引力によって回転子２を加速することができる。しかし、磁石１６〜１９が磁気回路３〜６の近辺を通り過ぎてもこれらの間に相変わらず引力が働いていては、磁石１６〜１９が磁気回路３〜６の方に引き戻される力が働き、回転子２の回転を阻害することになる。ところがモータ５００は、磁石１６〜１９が磁気回路３〜６に最近接したとたん、磁気回路３〜６が開いて磁石１６〜１９へ斥力を及ぼすようになり、回転子２をさらに加速させることができる。従ってモータ５００は、回転子２と磁気回路３〜６の間に働く引力・斥力を、回転子２を回転させるために非常に効率的に利用することが可能である。

モータ５００においては、ロッド２９とピン３８を衝突させることによって磁気回路を開くように構成したが、このロッドやピンが例示であることは言うまでもなく、板状や槌状など、衝突部の形状は様々なものを用いることができる。

モータ５００の磁気回路開閉機構は、さらに、開閉子７〜１０の開閉を容易とするための、補助機構を備えている。図５を参照すると、軸柱３１には、軸３１ａとロッド２９のいずれにも垂直に突き出ているロッド３３が設けられ、ロッド３３の両端には磁石３４，３５が取り付けられる。さらに支持枠５０から突設せしめられるロッドに、磁石３６，３７が取り付けられる。磁石３６，３７は、ヨーク２８が磁気回路４を閉じる位置にあるとき、磁石３４，３５に対向するように配置せしめられている。磁石３４，３５は、外径側が同極になるように取り付けられ、磁石３６，３７は、磁石３４，３５に対向する極が磁石３４，３５と同極になるように取り付けられている。従って、ヨーク２８が磁気回路４を閉じる位置にあるとき、磁石３４，３５と、磁石３６，３７との間には、互いに斥力が働いている。

ヨーク２８は、磁気回路４を閉じる位置にあるとき、ヨーク１３ａ及び１３ｂに磁気的に強く引き寄せられているため、これを回転させるには、それなりに大きな力を必要とする。しかし、磁石３４，３５と、磁石３６，３７との間に斥力が働いているため、ヨーク２８が少しでも回転して磁石３４，３５と磁石３６，３７の水平位置にずれができると、これらの間に働く斥力が、ヨーク２８を回転させるように作用する。このため、モータ５００においては、磁石３４〜３７やロッド３３を具備しない実施態様に比べて、少ない力でヨーク２８を回転させることができる。これは、すなわち、回転子２がより長い時間回転し続けられるということである。

さらに、図６をよく見ると分かるように、モータ５００は、ヨーク２８が磁気回路４を閉じる位置にあるとき、磁石３４，３５と磁石３６，３７との水平位置が、予めずらして配置されており、ヨーク２８が磁気回路４を閉じる位置にあっても、磁石３４，３５と磁石３６，３７との間に働く斥力が、ヨーク２８を回転させようとする方向へ作用するように構成されている。むろん、ヨーク２８が磁気回路４を閉じる位置にあるときは、ヨーク２８がヨーク１３ａ及び１３ｂに引きつけられていると共に、ロッド２９がフック３０に係止されて回転できなくなっているため、ヨーク２８が回転することはない。しかし、磁石３４，３５と磁石３６，３７との間に働く斥力によって、ヨーク２８を回転させるために必要な力がさらに小さくなり、回転子２は、より小さな力でロッド２９を弾き飛ばすことができる。すなわち、回転子２が開閉子７〜１０を開閉するために必要なエネルギーが更に減少することになり、モータ５００が、回転子２を回転させ続けるための外部エネルギーの補給が更に少なくて済む。

図７を用いて、磁気回路３〜６のさらに別の開閉補助機構の例を説明する。図７Ａはここで説明する第２の開閉補助機構の平面図、７６Ｂは側面図である。第２の開閉補助機構は、磁気回路４の内側に設けられる滑車４１と、ヨーク２８にラチェット機構を介して固結される滑車４２、ワイヤ４０及び滑車４１を介して４３に連結せしめられる強磁性の小部材３９、滑車４２の下部に固結されるバネ４２を有する。滑車４２のラチェット機構は、回転子２によってヨーク２８が回転せしめられる方向（図６Ａでは時計回り）にのみ、ヨーク２８に回転力を伝達する。バネ４３は、ヨーク２８の回転方向とは逆方向の回転力を滑車４２に与えるように構成される。ヨーク２８が磁気回路４を閉じているとき、磁性小部材３９は、ワイヤ４０を介してバネ４３の弾性力を受けることにより、ヨーク１３ｂの近辺に、ヨーク１３ｂから離間した位置で保持されている。

回転子２の回転により、回転子の磁石が磁気回路4に接近すると回転子の磁石の磁束が磁気回路4に及び、時期回路内の磁束に加わって磁気回路にオーバーフローを生じる。このオーバーフローした磁力のため、磁性体である小部材３９はヨーク１３ｂへと引き寄せられ、ワイヤ４０を引っ張り滑車４２を回転させようとする。すると、ヨーク２８は滑車４２に固結されているため、滑車４２の回転に伴いヨーク２８も回転せしめられる。このように、第２の開閉補助機構は、ヨーク２８の回転を補助する作用を及ぼすため、回転子２がヨーク２８を回転させるために消費する運動エネルギーを小さくすることができる。すなわち、回転子２がより長時間回転し続けることができるという効果を生ずる。回転子2の磁石が回転により磁気回路4から離遠し、ヨーク２８が１８０度回転し、フック３０がロッド２９を係止してヨーク２８の回転が止まり、磁気回路４が閉じられると、ヨーク１３ｂから漏洩する磁束が減少して磁性小部材３９への引力も激減し、バネ４３の力で磁性小部材３９は初期位置へと引き戻される。このとき、滑車４２は、先とは逆方向に回転するが、ラチェット機構が組み込まれているため、ヨーク２８に逆方向の回転力を加えることはない。

磁性小部材３９は、磁気回路４の開閉に伴って頻繁に磁力を受けるため、磁性体でありながら、自身は磁化されにくい物質であることが好ましい。かかる物質として、例えば、純鉄を用いることができる。

図８及び９を用いてモータ５００の動作についてまとめる。図８に示すように、回転子２に備えられる円弧状磁石１６〜１９が、フレーム１に固設される磁気回路３〜６の間に位置しているときには、磁気回路３〜６に備えられる開閉子７〜１０は閉じた状態となっている。この回転子に初動として外部から回転力を与えて反時計回りに回転させると、円弧状磁石１６〜１９が固定子の磁気回路３〜６に近づいていく。その際、回転子２に備えられる磁石と、１６〜１９と磁気回路３〜６に備えられる磁石１２〜１５は同磁極が対向するにもかかわらず、磁気回路３〜６の洩れ磁束が少ないため、お互いは反発しあわず、逆に磁気回路３〜６は単なる強磁性体として回転子２の磁石１６〜１９と引き合う。この引力によって、回転子２の回転が加速される。

さらに回転子２の磁石１６〜１９が磁気回路３〜６に最近接したとき、上述の開閉機構により磁気回路３〜６が開かれる。すると磁気回路内の磁石１２〜１５は、磁束が絶たれて回転子２の磁石１６〜１９と磁極が対向するため、回転子２の磁石１６〜１９に斥力を及ぼし、これによって回転子２にさらに回転力が加えられる。さらに回転して回転子２の磁石１６〜１９がフレーム１の磁気回路３〜６から離れると、上述の開閉機構により磁気回路３〜６は再び閉じた状態となる。回転子２に備えられた開閉機構のピンは、常に回転子の磁石が磁気回路に最も近接した位置で開閉子７〜１０のロッドを撥ね、その度に開閉補助機構の力が加わり、開閉子は半回転してフックで留められる。したがって、常に、回転子に備えられた磁石が磁気回路に最近接するのと一致して、磁気回路は開き、回転子に備えられた磁石が磁気回路から離れたとき、磁気回路は閉じる。

磁気回路の開閉機構としては、上記のようなピンによる機構以外にも、歯車やカムやベルトを用いて開閉子に力を伝えるなど、種々の方法を用いることができる。

また、開閉の補助機構としては、上記のような磁石のほか、バネやゼンマイや形状記憶合金や電磁石、また、電動アクチュエータを用いるなど、種々の機構を用いることができる。

次に、モータ５００の変形例を、いくつか説明する。第1の変形例は、磁気回路の可動ヨークの形状を、棒状から若干バタフライ状を呈するように変更したものである。図１０を用いてこの変形例を説明する。図１０（ａ）は、かかる可動ヨークの形状を模式的に描いたものである。図１０（ａ）に描かれるように、回転ヨーク２８'は、上から見ると、２つの扇形が要から互いに反対向きに合わされているような、バタフライ状を呈している。かかる回転ヨーク２８'を用いた、モータ５００の変形例である、モータ５００'の動作を図１０（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。

モータ５００'は、回転ヨーク２８の形状が、バタフライ型になっている以外は、図４〜図９で説明されたモータ５００と同じものである。また、磁気回路４'も、可動ヨークがバタフライ型のヨーク２８'である以外は、図４〜図９で説明された磁気回路４と同じものである。そこで、モータ５００と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。図１０（ｂ）に描かれるように、回転子２に設けられる円弧状磁石１７が磁気回路４'から離れた位置にあるときは、回転ヨーク２８'は磁気回路４'を閉じる位置にある。回転子２が回転し、円弧状磁石１７が磁気回路４'に最近接すると、図６等で説明された開閉機構により回転ヨーク２８'が開く。すると、図１０（ｄ）に描かれるように、磁気回路４と円弧状磁石１７の間に働く斥力のため、円弧状磁石１７が跳ね飛ばされ、回転子２に回転力が与えられる。回転ヨーク２８'も、図６等で説明された開閉機構により、さらに回転しようとする。

さらに時間が進むと、回転ヨーク２８'は磁気回路４'を閉じうる位置まで回転する。このとき、回転ヨーク２８'は、図７Aに描かれる回転ヨーク２８とは異なり、バタフライ状を呈しているため、扇状に張り出している部分がヨーク１３ａと１３ｂとの間に入り込むことにより、回転ヨーク２８よりも早く磁気回路４'を閉じることができる。このように、可動ヨークをバタフライ状とすることで、開かれた磁気回路を素早く閉じることができるという効果を得ることができる。

次に説明する変形例は、図４〜図９で説明したモータ５００における磁気回路４の開閉機構を、歯車を用いて実現した例である。図１１を用いてこの変形例を説明する。図１１は、本発明によるモータ１１００の上面透視図と側面図である。モータ１１００は、磁気回路４の開閉機構の他は、モータ５００と同様の構成を有する。そこで、モータ５００と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

図１１に描かれるように、モータ１１００は、回転子２に固定されると共に回転子２と同じ回転軸に対して回転しうるように設けられる第1の歯車１１０２と、磁気回路４の回転ヨーク２８に直接又は間接に固定されて回転ヨーク２８と同じ回転軸に対して回転しうるように設けられる、第２の歯車１１０４とを有する。第1の歯車１１０２と第２の歯車１１０４とは互いに噛み合うように設けられており、回転子２の回転に連動して磁気回路４を開閉できるように、特に、回転子２上の円弧状磁石１７が磁気回路４に最近接したときに回転ヨーク２８が磁気回路４を開くように、歯車の径や歯数が調節されている。回転子２のように、等間隔に４つの磁石を有する回転子の場合は、回転ヨークに連結される歯車の径は、回転子のそれの２分の１になる。

かかる実施態様においては、磁気回路４の開閉を歯車を用いて行うため、回転子２の回転と磁気回路４の開閉とを安定的に連動させることができるという効果を有する。従って、モータを高速で回転させねばならないときに有利である。また、モータ５００における開閉機構のように、当接部を衝突させることによる開閉機構よりも、歯車を用いた開閉機構のほうが、静かに動作させることができるという利点もある。

モータ１１００は、さらに、歯車１１０４の上にフライホイール１１０６を装備している。フライホイール１１０６の慣性力により、回転ヨーク２８を回転させる力が平均化され、磁気回路４の開閉動作をさらに安定的なものとすることができる。

続いて説明する変形例は、磁気回路を上下２段にした実施例である。図１２及び１３を用いてこの実施例を説明する。この実施例に係るモータ１２００は、モータ５００と同様に、円盤状の回転子１２０２と、回転子１２０２に設置された円弧状磁石１２０４と、回転子１２０２の回転に連動して開閉する磁気回路１２０６，１２０８とを有する。図示されていないが、回転子１２０２上には、上述の回転子２と同様に、円弧状磁石１２０４と同様の磁石が１／４周ごとに４つ配されている。磁気回路１２０６や１２０８は、上述の磁気回路４と同じように、棒磁石及びその両端に接合せしめられたヨークと、磁気回路を開閉しうるように回動自在に設けられたヨークとから構成されるが、それぞれの棒磁石１２１０と１２１２は、極の方向が互いに反対向きになるように配置される。磁気回路１２０６と１２０８は、互いの磁力が影響子しあわないように、上下に所定の間隔を置いて重なるように設置される。さらに、磁気回路１２０６を開閉する回転ヨーク１２１４と、磁気回路１２０８を開閉する回転ヨーク１２１６は、互いの角度が直角を保つように交差設置され、同じ回転軸の周りを回転するように構成される。このため磁気回路１２０６と１２０８とは、一方が閉じているとき他方は開いているという配置関係を有する。

かかる構成の利点は、回転子を回転させる力を増大させることができることである。円弧状磁石１２０４が磁気回路１２０６及び１２０８に接近する段階においては、磁気回路１２０６は開いており、磁気回路１２０８は閉じているので、磁気回路１２０６との間には磁石の異極同士が引き合う力が働き、磁気回路１２０８と間には磁性体を引きつけようとする力が働く。一方、磁石１２０４が磁気回路１２０６及び１２０８から離遠する段階においては、磁気回路１２０６は閉じ、磁気回路１２０８は開いているので、磁気回路１２０６との間には、磁性体を引きつけようとする力が働くため、回転を妨げる方向に力が作用するものの、磁気回路１２０８との間には、同極互いに反発する力が働く。

そこで、磁気回路が一回開閉する間に作用する回転力の大きさを計算してみる。まず、磁気回路が閉じているときに回転子の磁石と磁気回路とに働く引力の大きさを１、磁気回路が開いているときに回転子の磁石と磁気回路とに働く斥力又は引力の大きさを２と表す。磁気回路が開いているときの方が力が強い理由は、磁気回路が閉じているときには磁気回路は磁性を有していないのに対し、磁気回路が開いているときは、磁気回路自体が磁石として作用するからである。磁石１２０４が磁気回路１２０６及び１２０８に接近する段階においては、磁気回路１２０６によって加わる回転力は２，磁気回路１２０８によって加わる回転力は１で、合計３である。磁石１２０４が磁気回路１２０６及び１２０８から離遠する段階においては、磁気回路１２０６によって加わる回転力は−１、磁気回路１２０８によって加わる回転力は２で、合計１である。従って、モータ１２００において、磁気回路が一回開閉する間に作用する回転力の大きさは、４と見積もられる。

一方、上述のモータ５００のように磁気回路が一層の場合、磁気回路が一回開閉する間に回転子と固定子との間に作用する力は、回転子の磁石が接近する段階における引力で１，離遠するときの斥力で２の、合計３である。このように、磁気回路を二層にすることで、回転子を回転させる力を増大させることができることが理解される。

モータ１２００のような実施形態においては、モータ５００のような実施形態に比べて磁気回路が二層になる分、回転子の磁石の縦幅を厚くしておくことが好ましい。その他の開閉機構や開閉補助機構は、上述の機構を適用することが可能である。

図１４を用いて本発明に係るモータを利用した発電機の例を紹介する。図１４Aに描かれるように、発電機１４００は、フレーム１４０６の中に、モータ１４０２及びダイナモ１４０４が組み込まれた構造を有している。モータ１４０２の詳細は、図１４B及び図１４Cに描かれている。モータ１４０２は、周縁部に円環状磁石１４１０を等間隔に４つ備えた円環状の回転子１４０８と、上述の磁気回路４や４'と同様の開閉可能な磁気回路１４１２を４つ備える固定子とを有するモータを、６つ積層した構造を有している。１つ１つのモータは、回転子の形状が円環状であることを除けば、上述のモータ５００や１１００と同様なモータである。個々の回転子１４０８は、軸受１４０５ａに回動可能に保持された軸１４０５に固定されるフレーム１４０３に固定されることで、軸１４０５を中心軸として回転できるように構成されている。モータ５００や１１００と同様に、回転子１４０８の回転に連動し、各々の磁気回路１４１２が開閉するように構成されている。

個々の磁気回路１４１２は、上述の回転ヨーク２８と同様の回転ヨークを備えており、これらは縦方向に同じ回転軸の周りを回転するように連結されている。ヨーク回転軸の頂部及び底部には、フライホイール１４１４が連結されており、その慣性力で磁気回路１４１２の開閉が安定して行われるように構成されている。 ダイナモ１４０４は、フレーム１４０３の内部に回転軸を共有して設置される。既に説明された本発明の原理によりモータ１４０２が回転すると、ダイナモによって発電が行われる。

図１５Ａ〜図１５Ｄを用いて、本発明の実施例を更に一例紹介する。図１５Ａ〜図１５Ｄは、これから紹介する実施例に係るモータ１５００の構成と動作を模式的に描いた上面透視図である。モータ１５００は、前述の実施例と同様に、円周部に４つの円弧状の磁石が設置される回転子と、回転ヨークによって開閉されうる４つの磁気回路を有する固定子とを備え、回転子の回転に連動して磁気回路が開閉することにより、回転子上の磁石と磁気回路との間に引力又は斥力が作用し、それが回転子に回転力を与えるモータである。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて、上述の実施例と同じ構成要素には同じ符号が振られており、それらについては説明が省略されることがある。

磁気回路４'は図１０を用いて説明された磁気回路と同等のものであり、回転ヨーク２８'の形状がバタフライ状を呈するという特徴を有している。図１５Ａ〜図１５Ｄには磁気回路が１つのみ描かれているが、実際は前述の実施例と同様に、同じものが等間隔に４つ設けられている。またモータ１５００は、図１１を用いて説明された実施例と同様に、回転子２と同じ回転軸に軸支される歯車１１０２と、回転ヨーク２８'と同じ回転軸に軸支される歯車１１０４とを有しており、これらの歯車が噛み合うように設置されることで、回転子の回転と磁気回路の開閉が連動するように構成されている。歯車１１０４の直径は歯車１１０２の直径の半分であり、歯車１１０４の回転速度は歯車１１０２の２倍となる。

モータ１５００は、回転ヨーク２８'の回転軸に軸支される歯車１１０４の周縁部に２つの磁石１５０２と１５０４を備えることを特徴とする。図１５Ａに描かれるように、磁石１５０２と１５０４は、歯車１１０４上で互いに１８０度離れて設置される。磁石１５０２と１５０４の磁極の方向は歯車１１０４の接線方向に向けられると共に、回転ヨーク２８'の長手方向に平行になるように向けられる。磁石１５０２と１５０４とを結ぶ線は、回転ヨーク２８'の長手方向に直交する。また、磁石１５０２と１５０４の磁極は、歯車１１０４の回転方向の後ろ側になる磁極が、回転子の外周側の磁極と同極になるように向けられる。すなわち、図１５Ａを参照すると、回転子２及び歯車１１０２の回転方向が反時計回りであることから回転ヨーク２８'及び歯車１１０４の回転方向は時計回りとなり、また回転子２の磁石１６や１７などの外周側の磁極はＮ極であることから、磁石１５０２と１５０４の磁極は、時計回りの前方がＳ極で後方がＮ極になるように配される。磁石１５０２や１５０４の形状は、例えば小さな円板状とすることができ、また、その磁力はあまり強くなくともよい。

以下、図１５Ａ〜図１５Ｄを用いてモータ１５００の動作を説明する。モータ１５００において、円弧状磁石１６や１７などの円弧が回転子２の回転中心になす角度は４０度である。また、回転ヨーク２８'の幅は、その中央部において、その長さに対しておよそ三分の一であり、バタフライ部の角度はおよそ２０度である。回転ヨーク２８'の回転半径は、回転子２の回転半径のおよそ十分の一である。むろん、これらの数値は一つの例に過ぎないことに留意すべきである。

図１５Ａは、図中で半時計回りに回転している回転子２に設けられた４つの円弧状磁石のうち、磁石１７が磁気回路４'に対向した状態を描いたものである。回転子２と共に回転する歯車１１０２によって、回転ヨーク２８'に設けられる歯車１１０４は時計回りに回転させられようとするが、図１５Ａの状態において回転ヨーク２８'はまだ閉じたままである。従って回転ヨーク２８'には、ヨーク１３ａ及び１３ｂを通じて回転ヨーク２８'を回路閉鎖位置に留めておこうとする力が働いている。

ところが図１５Ａの状態において、磁石１７と磁石１５０２は対向する磁極が同極であり、磁石１７と磁石１５０４は対向する磁極が異極であるから、磁石１７と磁石１５０２との間には斥力が働くと共に、磁石１７と磁石１５０４との間には引力が働き、全体としては歯車１１０４及び回転ヨーク２８'を時計回りに回転させようとする力が働く。すなわち、磁石１７と磁石１５０２及び磁石１５０４との間に作用する磁気力は、歯車１１０２が歯車１１０４を回転させることを補助するように働く。このため歯車１１０２は、磁石１５０２及び磁石１５０４がない場合に比べ、歯車１１０４を少ない力で回転させることができる。

ここで説明する実施例において、回転ヨーク２８'は、磁石１７が図１５Ａの状態から２０度以上回転すると磁気回路４'が開き始めるように作られている。（あくまでも例であることに注意。図１５Ｂ参照。）すると前述のように、磁気回路４'と磁石１７との間に強い斥力が作用し、回転子２に回転力が加えられる。この力は歯車１１０２及び１１０４を介して回転ヨーク２８'を時計回りに回転させるためにも作用する。さらに磁石１５０２が、開いた磁気回路４'の磁束に対しても反発するため、その反発力も歯車１１０４を介して回転ヨーク２８'を回転させるように作用する。従って回転ヨーク２８'の回転はさらに促進される。
続いて磁石１７や磁石１８などが図１５Ａの位置から４５度回転すると、磁石１５０２及び磁石１５０４は９０度回転し、磁石１５０４は磁石１７と磁石１８のちょうど中間に来る（図１５Ｃ）。

モータ１５００は、磁石１７，１８が初期位置から６０度以上回転すると、磁気回路は再び閉じ始めるように構成されている（図１５Ｄ参照）。このとき、磁石１５０４は磁石１８にやや近い位置にあって、その磁極も異極同士やや対向しているため、磁石１５０４と磁石１８との間には弱いながらも引力が作用し、これは回転ヨークの回転方向とは逆向きの方向である。しかし、磁気回路４'が回転ヨーク２８'を引き寄せて回路を閉じようとする力が時計回りに働き、また磁石１５０２と磁石１８の間に働く引力も、歯車１１０４を回転させようとする方向に働く。従って、図１５Ｄの状態においても、全体としては回転ヨークを時計回りに回転させようとする方向に力が働いている。

ここで説明された実施例のように、磁気回路の開閉子に連結される歯車の周縁に磁石を設け、回転子に設置する円弧状磁石の円弧が為す角度及び回転子と磁気回路開閉子との回転速度の差を適宜定めることにより、歯車に設けた磁石と回転子の磁石とをタイミング良く反発、引き合いさせ、開閉子を開くのに要する力を小さくすることができる。このような磁気回路開閉補助機構は、回転子の磁石の回転に合わせて磁気回路を開閉することで回転力を得るという、本発明によるモータの基本的な作用を極力妨げずに、磁気回路の開閉に必要な力を少なくするという利点を持つ。

図１６Ａ〜Ｃを用いて、磁気回路開閉補助機構のさらに別の実施例を紹介する。図１６Ａ〜Ｃにおいても、前述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。図１６に係る磁気回路開閉補助機構は、回転ヨーク２８の軸に、ラチェット１６０２を介して軸から左右に延設される細長の棹１６０４と、棹１６０４の一端に取り付けられる磁石１６０６と、それとバランスを取る為に棹１６０４の他端に取り付けられる非磁性体の錘１６０８と、磁石１６０６の回転移動を規制するピン１６１０とを有する。このほか、錘１６０８の回転移動を規制するピン１６１２を有していても良い。棹１６０４の左右の腕部はそれぞれ磁気回路４の外まで伸びるようにやや長めにする。ラチェット１６０２は、一方向の回転力のみを回転ヨーク２８の軸に伝える。図１６においてこの方向は時計回りであり、棹１６０４が反時計回りに回る時は軸に力を伝えず空回りする。磁石１６０６は磁極が回転子の磁石と対向するように取り付けられる。磁石１６０６は小さいものでよく、強い磁石である必要はない。

続いて磁気回路開閉補助機構（１６０２〜１６１２）の動作を説明する。回転子２の円弧状磁石が磁石１６０６から離れている時は、磁石１６０６は回転子２に近接する所定の位置で静止している（図１６Ａ）。回転子2の回転により回転子２の磁石１７が接近すると、磁石１６０６と磁石１７は互いに反発し合い、その反発力はラチェット１６０２を介して回転ヨーク２８へ回転力を与える（図１６Ｂ）。このため、磁気回路４の開閉機構は、ここで紹介される開閉補助機構（１６０２〜１６１２）がない場合よりも、少ない力で磁気回路４を開閉することができる。磁気回路４の開閉機構としては、本明細書で既に開示された機構も含め、如何なる機構を用いても良い。

磁石１７との反発力により回転する磁石１６０６は、ピン１６１０に衝突して跳ね返され、反動で少し戻る（図１６Ｃ）。このとき、ラチェット１６０２により、半時計回りの回転力は回転ヨーク２８へ伝えられないため、これが回転ヨーク２８の時計回りの回転を阻害することはない。回転子２がさらに回転すると、磁石１６０６は回転子の磁石の異極と引きつけ合い、所定の位置に戻る（図１６Ａ）。

このように、接近する回転子の磁石に同期して開閉子の棹とラチェットが反復運動を繰り返すことで、開閉子を開くために要する力を低減することができる。開閉子を開いたり回転させたりする機構については、回転子と連動する歯車やベルト及び滑車を用いる方法など、本明細書で既に開示された機構も含め、手段を問わない。回転子が備える磁石の数も問わない。

以上、実施例を用いて本発明を詳しく説明したが、本発明の実施態様は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な実施形態を取りうるものであることには留意すべきである。

本発明に従うモータの一例であるモータ１００の構造を模式的に表した図である。 モータ１００の動作を説明するための図である。 本発明の別の実施例であるモータ３００の構造を模式的に表した図である。 本発明の別の実施例に係るモータ５００の平面透視図である。 図４のＡ矢視図である。 磁気回路３〜６の開閉機構を説明するための図である。 磁気回路３〜６の開閉補助機構の例を説明するための図である。 モータ５００の動作を説明するための図である。 モータ５００の動作を説明するための図である。 モータ５００の変形例を説明するための図である。 モータ５００の別の変形例を説明するための図である。 モータ５００のさらに別の変形例を説明するための図である。 モータ５００のさらに別の変形例を説明するための図である。 本発明に含まれる発電機の概略を描いた図である。 磁気回路の開閉補助機構の別の実施例を説明するための図である。 磁気回路の開閉補助機構のさらに別の実施例を説明するための図である。

符号の説明

１ フレーム
２ 回転子
３，４，５，６ 磁気回路
７，８，９，１０ 開閉子
１２，１３，１４，１５ 棒磁石
１６，１７，１８，１９ 円弧状磁石
２５ ピン保持台
２８ ヨーク
２９ ロッド
３０ フック
３０ａ レバー
３１ａ 軸
３２ 平板
３４，３５，３６，３７ 磁石
３８ ピン状の当接部
５０ 開閉子支持枠
１００ モータ
１０２ 回転子
１０４ａ，１０４ｂ 磁気回路
１０６ 回転軸
１０８ａ，１０８ｂ 腕部
１１０ａ，１１０ｂ 永久磁石
１１２ａ，１１２ｂ 永久磁石
１１４ａ，１１４ｂ ヨーク
１１６ａ，１１６ｂ ヨーク
１１８ａ，１１８ｂ ヨーク
５００ モータ

Claims (10)

1. 径方向に磁極が向くように配設される第１の磁石を備える回転子と、
   前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第２の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える固定子と、
   前記回転子の回転に伴い前記第１の磁石が前記磁気回路に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記第１の磁石が前記磁気回路から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、
   を具備し、
   前記磁気回路は、前記第２の磁石の一方の極に接合せしめられる第１のヨークと、前記第２の磁石の他方の極に接合せしめられる第２のヨークと、前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの両方に近接する第１位置及び前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの一方又は両方から離間する第２位置の間を回動可能に設けられる第３のヨークとを備えて構成される、
   モータ。
2. 前記回転子は、径方向に延びる複数の腕部を有し、該腕部のそれぞれに、前記第１の磁石が前記径方向に同一の磁極を向けるように配設される、請求項１に記載のモータ。
3. 前記回転子は、中心軸の周りに回転しうる円盤状の部材であり、前記円盤部材の周縁部に複数の前記第１の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように配設される、請求項１に記載のモータ。
4. 前記回転子は、中心軸の周りに回転しうる円環状の部材であり、前記円環部材の円環部に複数の前記第１の磁石がそれぞれ前記径方向に同一の磁極を向くように配設される、請求項１に記載のモータ。
5. 前記磁気回路は、前記円路の内側に隣接して固設される、請求項１に記載のモータ。
6. 前記第１の磁石が円弧状を呈する請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
7. 前記開閉手段は、歯車・カム・ベルト・電動アクチュエータのいずれか１つ以上を用いて前記第３のヨークを回動せしめる、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
8. 径方向に磁極が向くように配設される第２の磁石とヨークとによって形成される磁気回路を備える回転子と、
   前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が動く円路に隣接して固設されると共に、前記回転子の回転に伴い前記第２の磁石が近接するとき対向する磁極が互いに同極になるように配設される第１の磁石を備える固定子と、
   前記回転子の回転に伴い前記磁気回路が前記第１の磁石に接近することに連動して前記磁気回路を開き、前記磁気回路が前記第１の磁石から離遠することに連動して前記磁気回路を閉じる開閉手段と、
   を具備し、
   前記磁気回路は、前記第２の磁石の一方の極に接合せしめられる第１のヨークと、前記第２の磁石の他方の極に接合せしめられる第２のヨークと、前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの両方に近接する第１位置及び前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの一方又は両方から離間する第２位置の間を回動可能に設けられる第３のヨークとを備えて構成される、
   モータ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のモータを複数積層して構成されるモータ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のモータを用いて構成される発電機。