JP4928833B2 - 共鳴振動モーター - Google Patents

Description

電流を振動運動に変換する方法に関するものである。

電流を回転運動に変換するモーターが一般的である。振動を得るため回転軸に分銅を取り付けた振動モーターがある。

モーターの回転をはばたきのような振動運動に利用しようとした場合、機械的な変換機構が必要である。分銅を利用した振動モーターで振動を感じさせることはできるが、振幅の幅や回転角度のある振動運動への利用に適さないものである。

本発明は、電流を振幅の幅と回転角度のある振動運動に変換するもので、その振動運動を直接に、はばたきのような運動に利用できる小型モーターを実現するものである。

上記目的を達成するために本願によって提供される装置は前記筐体の内部に位置しかつ前記筐体に固定された磁石あるいは磁性体で作る吸引部と、前記筐体の内部に位置しかつ前記吸引部に対して可動な状態で前記吸引部と吸引し合う可動磁石部とにより構成する機構を持つ。前記吸引部は、前記電磁コイルに電流が流れていない状態で前記可動磁石部に接する平面あるいは曲面の吸引面を有し、前記可動磁石部は、前記吸引面上で回転を伴う移動を繰り返すことが可能なように形成され、前記電磁コイルに電流を流した場合に発生する磁場が前記吸引部と前記可動磁石部間の磁場と垂直な成分を持つように前記電磁コイルを前記筐体に巻いておく。前記電磁コイルにパルス電流を流すことで、前記吸引部と前記可動磁石部の間でパルス電流の周期と同調した振動運動を発生し、前記パルス電流の周期を順次に変遷させてゆくと共鳴を発生する周期近辺で前記可動磁石部が大きな振幅を見せ始める現象を利用することで前記吸引部と前記可動磁石部の吸引力による運動の固有周期と前記パルス電流の周期を同調させる方法で共鳴振動を得て、さらに大きく振幅する振動運動を発生する装置が提供される。一態様としては前記吸引面は平面であり、前記可動磁石部の外面は球面である。また一態様としては前記吸引面は円柱面であり、前記可動磁石部の外面も円柱面であり、前記吸引部は磁石である。
また上記目的を達成するために本願によって提供される装置は筐体と、前記筐体に巻かれた電磁コイルと、前記筐体の内部に位置しかつ前記筐体に固定された磁石あるいは磁性体で作る円筒状の吸引部と、前記筐体の内部に位置しかつ前記吸引部に対して可動な状態で前記吸引部と吸引し合う可動磁石部とにより構成する機構を持つ。前記可動磁石部は前記吸引部よりも大きな円筒であり、前記可動磁石部の中空部に前記吸引部は入れられ、前記電磁コイルに電流が流れていない状態で前記可動磁石部の円筒内側面と前記吸引部の円筒外側面が接する。前記電磁コイルに電流を流した場合に発生する磁場が前記吸引部と前記可動磁石部間の磁場と垂直な成分を持つように前記電磁コイルを前記筐体に巻いておく。前記電磁コイルにパルス電流を流すことで、前記吸引部と前記可動磁石部の間でパルス電流の周期と同調した振動運動を発生し、前記可動磁石部は前記吸引部の前記円筒外側面を軸とした半回転までの回転運動を繰り返す振動を行う。前記パルス電流の周期を順次に変遷させてゆくと共鳴を発生する周期近辺で前記可動磁石部が大きな振幅を見せ始める現象を利用することで前記吸引部と前記可動磁石部の吸引力による運動の固有周期と前記パルス電流の周期を同調させる方法で共鳴振動を得て、さらに大きく振幅する振動運動を発生する装置が提供される。
以下、課題を解決するための手段を図１と図２に基づいて説明する。

図１で示すように、電磁コイル１と磁石で作る吸引部２と可動磁石部３を配置する。１と２は中空の筐体４に固定した機構である。２はＮ極Ｓ極を上下方向にして４に固定する。３は球形の磁石をそのまま可動磁石部としたものであり、４は円筒状の筐体である。

３は４の中空部で２と吸引し合う状態で２と接しているが、２に対し可動である。２と３は上下方向の磁場で吸引し合い、図１の状態で２と３が静止する安定位置が存在する。

１に電流を流した場合に発生する磁場が２と３間の上下方向の磁場と垂直な成分を持つように１を４に巻いておく。１に電流を流した場合、図１の水平方向に磁場が発生する。

最初１に電流が流れていない状態では、３は図１の状態で静止する安定位置にある。

１に電流を流した場合、発生する水平方向磁場の作用で３はＮ極Ｓ極が水平方向に向かう回転と移動を行い、図２の状態に向かうが、電流を切ると図１の状態に戻る運動を行う。

電流のオンとオフを、パルス電流で繰り返し行い、小さな振動運動を得る。この振動運動は、図１の３の位置を中央位置として、３が左右に小さく振幅する運動である。

３が左右に小さく振幅する運動は、２と３の磁場の吸引力による固有周期を持つ運動であり、１への電流をこの周期と共鳴する周期のパルス電流にすることで、大きな振幅の振動運動にできる。

パルス電流の周期を順次に変遷させてゆくと、共鳴を発生する周期近辺で３が大きな振幅を見せ始める。この現象を利用し、パルス電流の周期を共鳴周期に調整する事ができる。

図１で２を磁石ではなく磁性体で作成した場合においても、３がＮ極あるいはＳ極の端の部分で２と吸引し合うことで、２と３の間には上下方向の磁場が働き、１が発生する水平方向の磁場と作用するため、同様の振動運動を得ることができる。

用いるパルス電流は、電流のオンとオフを繰り返すパルス電流、＋極側と−極側が入替わる電流のどちらも有効である。

電流を運動に変換するには電磁モーターが一般的であり、１と３が作用していると云える。本装置は、新たに２と３の吸引力を作用因子に組み込む事、およびパルス電流を利用して共鳴振動を得る事で、振動運動に適した機構を実現した。

図１の原理装置を径１ｃｍ程の筐体に電磁コイルを巻き、２と３をネオジム磁石で作成し、５Ｖ１００ｍＡ程度のパルス電流で、数十〜数百サイクル／秒の振動運動と、回転角度９０度程度、振幅幅５ｍｍ程度の共鳴振動を実現した。

ｃｍ単位ないしｍｍ単位のサイズで振動装置を実現できる。共鳴状態を利用したことで、小さなサイズに比して大きな振幅の振動を発生できる装置となり、振動運動や往復運動の小型動力装置に利用できる。

特に昆虫のはばたきのような運動装置に適している。

装置全体の重心を振動させる事も可能であり、携帯電話マナーモードやゲーム機操作部の振動の発生装置にも利用できる。振動に方向性を出せるため、振動の向きを感じさせる装置となる。

振動に方向性を出せる特性から、振動を利用した移動体に応用できる。

図１は、１と２を４に固定し３を４に固定しない機構にした事例であり、３はパルス電流による磁場の変化に応じて、回転を伴う水平移動を繰り返す振幅運動を行う。共鳴の状態でより大きな振幅を行い、装置全体の重心も振動する装置となる。

図１は、回転軸がない機構で、シンプルな構造になり、小サイズの装置に有効である。

図１で、１からの磁力が強くなると３は装置から飛び出すため、パルス電流はこの限界を超えない電流にする。２を磁石にした場合の方が限界電流を大きくできる。

図３は、１と２を４に固定し、３を回転軸５に固定し、５を４の回転軸穴に通したもので、３は水平運動ができないが回転は可能な状態である。３は半回転までの反復回転を繰り返す振動を行い、回転軸５は装置外側にその運動を伝える。装置全体の重心振動の少ない装置となる。２は３と吸引し合うようにＮ極Ｓ極を上下方向にして配置する。２と３は接触しない位置に調整する。２を磁性体で作成した場合も作用するが、１からの磁力を強くした場合は３が半回転以上する事がある。２を磁石で作成すれば、３が半回転以上する事がなく、安定した反復回転を繰り返す振動装置になる。

図４は２と３を円柱状の磁石としたもので、１と２を４に固定し、３が２と吸引し合うもので、３と２は円柱の側面で接している。２は３と吸引し合うように、Ｎ極Ｓ極を上下方向にして配置する。４の形状は中空の四角柱である。３は２の側面に沿った半回転までの回転移動を繰り返す振動を行い、３の回転角度を大きくしやすい装置となる。回転軸がない機構で、シンプルな構造になる。薄型の形状にしやすい構造で、４を厚さ１ｍｍ程の筐体にすることも可能である。

図４で、３に６の羽を取り付けて振動運動をはばたき運動に利用している。この場合、２と３の吸引力による固有振動は６の負荷が影響し、６を付けない場合より低い周波数となるため、共鳴させるパルス電流の周波数も低くする。

図４は、２を磁石ではなく磁性体で作成することは不可な事例である。２と３の円柱の側面が接する安定位置が決まらないためである。２に磁石を用いることで、２と３の円柱の側面が接する安定位置が決まり、安定位置を中心とした振動運動を得ることができる。

図５は２と３を円筒状の磁石とし、４に固定した回転をささえる軸７を２の中空部に入れ、更に２を３の中空部に入れたもので、３の円筒内側面と２の円筒外側面が接している。２をＳ極Ｎ極が上下方向の配置にすると、３はＮ極Ｓ極が上下方向の位置で安定位置を得る。１のパルス電流により、３は２の外側面を軸とした半回転までの回転移動を繰り返す振動を行う。２を３の内側に組込んだ構造で、小型化に適し、装置全体の重心振動の少ない装置となる。

共鳴振動モーターの作用を説明する側面図と正面図 共鳴振動モーターの作用の説明を補足する側面図と正面図 回転軸がある装置事例の側面図と正面図 回転軸がない装置事例の側面図と正面図 吸引部を可動磁石部に組込んだ装置事例の側面図と正面図

符号の説明

１ 電磁コイル
２ １と固定した状態の磁石あるいは磁性体で作成する吸引部
３ ２と吸引し合い、２と可動な状態の可動磁石部
４ １と２を取り付ける筐体
５ 回転軸
６ ３に取り付けた羽
７ 回転をささえる軸

Claims (2)

1. 筐体と、前記筐体に巻かれた電磁コイルと、前記筐体の内部に位置しかつ前記筐体に固定された磁石あるいは磁性体で作る吸引部と、前記筐体の内部に位置しかつ前記吸引部に対して可動な状態で前記吸引部と吸引し合う可動磁石部とにより構成する機構を持ち、
   前記吸引部は、前記電磁コイルに電流が流れていない状態で前記可動磁石部に接する平面あるいは曲面の吸引面を有し、
   前記可動磁石部は、前記吸引面上で回転を伴う移動を繰り返すことが可能なように形成され、前記電磁コイルに電流を流した場合に発生する磁場が前記吸引部と前記可動磁石部間の磁場と垂直な成分を持つように前記電磁コイルを前記筐体に巻いておき、
   前記電磁コイルにパルス電流を流すことで、前記吸引部と前記可動磁石部の間でパルス電流の周期と同調した振動運動を発生し、
   前記パルス電流の周期を順次に変遷させてゆくと共鳴を発生する周期近辺で前記可動磁石部が大きな振幅を見せ始める現象を利用することで前記吸引部と前記可動磁石部の吸引力による運動の固有周期と前記パルス電流の周期を同調させる方法で共鳴振動を得て、さらに大きく振幅する振動運動を発生する装置。
2. 筐体と、前記筐体に巻かれた電磁コイルと、前記筐体の内部に位置しかつ前記筐体に固定された磁石あるいは磁性体で作る円筒状の吸引部と、前記筐体の内部に位置しかつ前記吸引部に対して可動な状態で前記吸引部と吸引し合う可動磁石部とにより構成する機構を持ち、
   前記可動磁石部は前記吸引部よりも大きな円筒であり、前記可動磁石部の中空部に前記吸引部は入れられ、前記電磁コイルに電流が流れていない状態で前記可動磁石部の円筒内側面と前記吸引部の円筒外側面が接し、前記電磁コイルに電流を流した場合に発生する磁場が前記吸引部と前記可動磁石部間の磁場と垂直な成分を持つように前記電磁コイルを前記筐体に巻いておき、
   前記電磁コイルにパルス電流を流すことで、前記吸引部と前記可動磁石部の間でパルス電流の周期と同調した振動運動を発生し、前記可動磁石部は前記吸引部の前記円筒外側面を軸とした半回転までの回転運動を繰り返す振動を行い、
   前記パルス電流の周期を順次に変遷させてゆくと共鳴を発生する周期近辺で前記可動磁
   石部が大きな振幅を見せ始める現象を利用することで前記吸引部と前記可動磁石部の吸引力による運動の固有周期と前記パルス電流の周期を同調させる方法で共鳴振動を得て、さらに大きく振幅する振動運動を発生する装置。

Images