JP5272240B2 - 駆動装置、直流モータ及び発電機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、直流モータ及び発電機に関し、特に、ブラシレスかつ半導体スイッチ回路等を用いない駆動装置、直流モータ及び発電機に関する。

現在主流となっているモータは２種類あり、一方はブラシ付きモータ、もう一方はブラシレスモータである。ブラシ付きモータは、ブラシと整流子が物理的に接触して、電圧極性の制御を行っているため、構造が簡易で、製造コストも安いという利点がある。そのため、現在でも多くの需要があるが、電磁ノイズの発生、ブラシの摩耗による出力と信頼性の低下、火花の発生等の多くの問題点を抱える。これらの問題点克服のために、さまざまな工夫がなされてきた。例えば、ノイズ防止回路を組込んだブラシ付きモータが提案されており（特許文献１参照）、整流子が回転して電流方向が変わることで、整流子とブラシの接点において発生する電気ノイズを低減させる効果がある。

ところが、ブラシ付きモータは、ブラシと整流子が物理的に接触してしまうため、これに起因する問題を根本的に解決するのは困難である。これに対し、ブラシに変わり、回転位置検出素子と半導体スイッチ回路などを用いた、ブラシレスモータが市販されている。ブラシレスモータは、スイッチ回路により電圧極性を制御しているため、ブラシの摩耗による問題が解消され、電磁ノイズも大幅に低減し、さらに信頼性も向上したことで、ブラシレスモータの用途が広がっている。特許文献２によれば、従来構成に比べて、通電制御手段の構成が簡単化でき、さらにブラシ付きモータとの置き換えが容易なブラシレスモータが提案されている。

また、発電機に関しては、モータの動作原理の応用により実現可能であり、外部動力源を用いて整流子を回転させ、発電の機能を得ることができる。
特開平７−１３５７５２号公報 特開２００１−２１１６８５号公報

しかしながら、直流ブラシレスモータは、電圧極性を一定化するために、整流子の位置検出やそれに伴う極性制御を行わなければならず、そのため、回転位置検出素子や半導体スイッチ回路などが必要であり、コントローラが複雑な構成にならざるを得ない問題点がある。要するに、直流電流を交流に変換する機構が必要となる。

そこで本発明は上記した問題点に鑑み、構成を簡単にすることができる駆動装置、直流モータ及び発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、回転自在に支持された電導性を有する第１の軸及び第２の軸と、前記第１の軸及び前記第２の軸に固着しておらず前記第１の軸及び前記第２の軸を連動して回転させる電導性を有する動力伝達体と、前記電導性を有する動力伝達体に電磁気作用を生じさせる磁場を発生する磁場発生手段とを備え、前記第１の軸、前記電導性を有する動力伝達体及び前記第２の軸を電気的に直列に接続した単一モジュールを備え、前記単一モジュールで閉回路を形成したことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記電導性を有する動力伝達体が、無端状の電導ベルトであることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１、２のいずれかに記載の駆動装置を備え、動力供給手段から供給された動力により、前記第１の軸又は前記第２の軸の少なくともいずれか一方を回転させ、前記閉回路から、電気エネルギーを取り出すことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の駆動装置によれば、電流によって発生する磁場と、永久磁石による磁場とにより生じる電磁力によって、電導ベルトを一定方向に回転させることができるので、ブラシを必要とせず、従来に比べ、構成を簡単にすることができる。

また、請求項２に記載の駆動装置によれば、第１の軸及び第２の軸と、電導ベルトとの接触面積が増えることで、回転の安定性と信頼性を向上することができる。

また、請求項３に記載の発電機によれば、整流子、ブラシ、スイッチ回路などの直流・交流変換機構が必要なく、簡易な構造の駆動装置により所望の電気エネルギーを得ることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
（１）第１実施形態
まず、第１実施形態の構成について説明する。

図１に示す直流モータ１は、第１の軸２、第２の軸３、電導性を有する動力伝達体としての電導ベルト４、及び、磁場発生手段としての永久磁石５、６を備え、前記第１の軸２、前記電導ベルト４及び前記第２の軸３を電気的に直列に接続して単一モジュール７を構成し、単一モジュール７で閉回路を形成してなる駆動装置９を備える。この直流モータ１は、閉回路に電源として直流電源１０を接続し、第１の軸２から電導ベルト４を介して第２の軸３へ直流電流を供給する。このようにして直流モータ１は、この電流と永久磁石５、６による磁場との相互作用により電磁力を発生させることにより、電導ベルト４を一定方向へ移動させ、これにより所望の動力を得られるように構成されている。

第１の軸２及び第２の軸３は、電導性を有する金属からなり、円筒状の部材で構成され、両端において軸受け８，８，８，８で回転自在に支持されている。この第１の軸２及び第２の軸３は、軸受け８，・・，８を本体（図示しない）に固定することにより、互いに間隔をあけて立設されている。

軸受け８，・・，８は、すり鉢状に形成された受体を有し、該受体の略中心において第１の軸２及び第２の軸３の両端をそれぞれ支持するように構成されている。

第１の軸２及び第２の軸３には、それぞれ永久磁石５、６が同心円状に一体的に設けられている。この永久磁石５、６は、円筒形状からなり、表面には電導性を持たせるための金属膜が形成されており、中心において前記第１の軸２又は前記第２の軸３が挿通されている。永久磁石５、６は、一端にＮ極、他端にＳ極が設けられており、第１の軸２及び第２の軸３における磁場の方向が逆向きとなるように設置される。すなわち、第１の軸２に設けられた永久磁石５は、磁場の方向が上向きになるように、Ｎ極を下にＳ極を上にして設置されている。また、第２の軸３に設けられた永久磁石６は、磁場の方向が下向きになるように、Ｎ極を上にＳ極を下にして設置される。

電導ベルト４は、金属の帯を輪のような無端状にして形成され、永久磁石５、６の外側から前記第１の軸２及び前記第２の軸３との間に、所定の張力を設けた状態で掛架されている。

このようにして駆動装置９は、第１の軸２、電導ベルト４及び第２の軸３が電気的に直列に接続した単一モジュール７を備えている。この駆動装置９には、閉回路中に直流電源１０を設け、第１の軸２の一端２ａから電導ベルト４を介して第２の軸３の一端３ａへ電流が流れるように直流回路が構成されている。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。

直流モータ１の駆動装置９には、第１の軸２の一端２ａに直流電源１０から直流電流が流れ込む。この電流は、第１の軸２を通って永久磁石５の表面に設けられた金属膜を経て、電導ベルト４へ流れてゆく。電導ベルト４へ流れ込んだ電流は、第２の軸３に設けられた永久磁石６の表面に形成された金属膜を経て第２の軸３を通って、第２の軸３の一端３ａから流れ出す。このようにして、電流は、電導ベルト４を通って、第１の軸２から第２の軸３へ向かって流れてゆく。

第１の軸２では、永久磁石５によりＮ極からＳ極へ向かう磁場、すなわち下から上へ向かう磁場（図中Ｍ１方向）が発生する。また、電導ベルト４に電流が流れることにより、電流が流れる方向に対して右巻きに磁場が発生する。この永久磁石５の磁場と、電流によって発生した磁場は互いに影響を及ぼし合い、電磁気作用により、第１の軸２に掛架された電導ベルト４には、奥から手前に向かう方向（図中矢印Ｆ１方向）の電磁力が生じ、その反作用として、永久磁石５には反時計回り（図中矢印Ｂ方向）の電磁力が生じる。

同様に、第２の軸３では、永久磁石６によりＮ極からＳ極へ向かう磁場、すなわち第１の軸２とは逆方向となる上から下へ向かう磁場（図中Ｍ２方向）が発生する。また、電導ベルト４に電流が流れることにより、電流が流れる方向に対して右巻きに磁場が発生する。この永久磁石６の磁場と、電流によって発生した磁場は互いに影響を及ぼし合い、電磁気作用により、第２の軸３に掛架された電導ベルト４には、手前から奥へ向かう方向（図中矢印Ｆ２方向）の電磁力が生じ、その反作用として、永久磁石６には反時計回り（図中矢印Ｂ方向）の電磁力が生じる。

このようにして、電導ベルト４は、第１の軸２及び第２の軸３に生じた電磁力によって、図中矢印Ａ方向へ移動する。

上記のように、本実施形態に係る電導ベルト４は、電導ベルト４に流れる電流によって発生する磁場と、永久磁石５、６による磁場とを相互作用させることにより電磁力が生じ、該電磁力によって所定方向へ第１の軸２及び第２の軸３を回転させる。

因みに、従来の直流モータでは、電流が流れる電導性を有する動力伝達体を一定方向に回転させ続けるには、整流子及びブラシが必要である。ところが、本実施形態に係る駆動装置９では、電流によって発生する磁場と、永久磁石５、６による磁場とにより生じる電磁力によって、第１の軸２及び第２の軸３を一定方向に回転させることができるので、整流子及びブラシを必要とせず、従来に比べ、格段と構成を簡単にすることができる。このようにして、駆動装置９によって第１の軸２及び第２の軸３を回転させることにより、本実施形態に係る直流モータ１は、所望の動力を得ることができる。従って、本実施形態に係る直流モータ１では、整流子とブラシを必要としないため、耐久性を向上することができる。

また、本実施形態に係る直流モータ１では、磁場発生手段としての永久磁石５、６を第１の軸２及び第２の軸３の同心円状に設けた。このように第１の軸２及び第２の軸３と永久磁石５、６を一体化して構成することにより、構成を簡単にすると共に、各軸ごとに外部の磁場発生手段で磁場の方向を制御する必要がなく、駆動装置９を小型化することができる。

また、永久磁石５、６は円筒形状であって表面に金属膜を形成すると共に、電導ベルト４を前記永久磁石５、６の表面に掛架した。これにより、駆動装置９は、永久磁石５、６により生じる磁場の中央に電導ベルト４を配置することができるので、永久磁石５、６の磁場と、電流によって発生した磁場とにより、電導ベルト４に対しバランスよく電磁力を生じさせることができる。従って、該駆動装置９を備える直流モータは、効率よく所望の動力を得ることができる。

また、駆動装置９は、軸受け８，・・，８で支持された第１の軸２及び第２の軸３及び電導ベルト４によって閉回路を構成した。すなわち電導ベルト４への電流供給手段として第１の軸２及び第２の軸３を用いたことにより、構成を簡単にすることができる。

また、本実施形態に係る駆動装置９は、電導性を有する動力伝達体として電導ベルト４を用いた。これにより、電導性を有する動力伝達体として幅のあるベルトを使用することで、永久磁石５、６との接触面積が増え、回転の安定性と信頼性を向上することができる。
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る直流モータ２０について、図２を参照して説明する。尚、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。

図２に示す直流モータ２０は、第１の軸２、第２の軸３、電導性を有する動力伝達体としての電導ベルト２１、及び、磁場発生手段としての永久磁石５、５とを備え、前記第１の軸２、前記電導ベルト２１及び前記第２の軸３を電気的に直列に接続した単一モジュール２２を備え、単一モジュール２２で閉回路を形成した駆動装置２３を備える。

図１に示した直流モータ１同様に、第１の軸２及び第２の軸３は、電導性を有した円筒状の金属からなり、両端を軸受け８・・８により回転自在に支持されている。

上述した直流モータ１は、第１の軸２及び第２の軸３に設けられた永久磁石５、６の磁場がお互いに逆方向であったが、この直流モータ２０では、第１の軸及び第２の軸に設けられた永久磁石５、５の磁場が同方向に設置されている点に特徴がある。

電導ベルト２１は、８の字を描くように、第１の軸２及び第２の軸３の間の中央付近でクロスさせて、第１の軸２及び第２の軸３に掛架されている。この電導ベルト２１は、無端状に形成されており、第１の軸２の手前から送り出された電導ベルト２１は、第２の軸３の奥から第２の軸３に掛架され、第２の軸３の手前から送り出された電導ベルト２１は、第１の軸２の奥から第１の軸２に掛架される。そして、電導ベルト２１は、第１の軸２と第２の軸３の軸間の中央付近で交差している。この電導ベルト２１は、永久磁石５、５の外側から前記第１の軸２及び前記第２の軸３との間に、所定の張力を設けた状態で掛架されている。

このようにして駆動装置２３は、第１の軸２、電導ベルト２１及び第２の軸３が電気的に直列に接続した単一モジュール２２を備えている。この駆動装置２３には、閉回路中に直流電源１０を設け、第１の軸２の一端２ａから電導ベルト２１を介して第２の軸３の一端３ａへ電流が流れるように直流回路が構成されている。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。

この直流モータの駆動装置９では、電流が直流回路中を第１の軸２の一端２ａから第２の軸３の一端３ａへと流れていく。

第１の軸２及び第２の軸３では、永久磁石５、５により上向きの磁場が（図中Ｍ１方向）両軸に発生する。また、電導ベルト２１に電流が流れることで発生する磁場と、永久磁石５、５により生じる磁場との相互作用である電磁気作用により、電導ベルトには、第１の軸２側に掛架された部分２１ａに、ベルトの外側表面に垂直な方向（図中矢印Ｆ３方向）の電磁力が生じ、第２の軸３に掛架された部分２１ｂにも、ベルトの外側表面に垂直な方向（図中矢印Ｆ４方向）の電磁力が生じる。

電導ベルト２１は、第１の軸２側及び第２の軸３側部分に生じる同方向の力の反作用により第１の軸２には図中Ｂ１方向の電磁力が生じ、第２の軸３には図中矢印Ｂ２方向の電磁力が生じる。ここで電導ベルト２１は無端状であって、第１の軸２及び第２の軸３に一体的に設けられた永久磁石５、５に掛架されているので、永久磁石５、５との間に生じた摩擦力により、図中矢印Ａ方向に移動する。

上記のように、本実施形態に係る電導ベルト２１は、電導ベルト２１に流れる電流によって発生する磁場と、永久磁石５、５による磁場とを相互作用させることにより電磁力が生じ、該電磁力によって所定方向へ第１の軸２及び第２の軸３を回転させる。

因みに、このような構成にすることより、第１の軸２及び第２の軸３間の距離を短くした場合に、永久磁石５、５が作る磁場同士の干渉を抑制することができる。

また、本実施形態でも、直流モータ２０は単一モジュール２２を有する駆動装置２３を備えることから、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係る直流モータ３０について、図３を参照して説明する。尚、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。

図３に示す直流モータ３０は、第１の軸３１、第２の軸３２、出力軸としての第３の軸３３、電導性を有する動力伝達体としての回転盤３４、及び、磁場発生手段としての永久磁石５、６を備える。前記第１の軸３１、前記回転盤３４及び前記第２の軸３２を電気的に直列に接続して閉回路を構成した駆動装置３６を備える。駆動装置３６は、複数の単一モジュール３５（ｔ）からなる。ここでｔは１〜ｎとする。単一モジュール３５（ｔ）は、第１の軸３１（ｔ）、第２の軸３２（ｔ）、出力軸としての第３の軸３３（ｔ）、電導性を有する動力伝達体としての回転盤３４（ｔ）、及び、磁場発生手段としての永久磁石５、６を備える。

この直流モータ３０は、直流電源１０より直流電流が供給されると、第１段の単一モジュール３５（１）の第１の軸３１（１）から回転盤３４（１）を介して第２の軸３２（１）へ電流が流れ、第２段の単一モジュール３５（２）の第２の軸３２（２）から回転盤３４（２）を介して第１の軸３１（２）へ電流が流れる。このようにして、次々に第１段の単一モジュール３５（１）から最終段の単一モジュール３５（ｎ）まで、電気的に直列に電流が流れる。各段の回転盤３４（１）〜３４（ｎ）に電流が流れることで生じる磁場と、永久磁石５、６が作る磁場との電磁気作用により、各段の回転盤３４（１）〜３４（ｎ）に電磁力が発生し、各段の回転盤３４（１）〜３４（ｎ）を一定の方向へ回転させる。これにより、所望の動力を得られるように構成されている。

第１の軸３１及び第２の軸３２には、各段に応じて永久磁石５、６が同心円状に一体的に設けられている。各段の永久磁石５、６は、第１の軸３１及び第２の軸３２における磁場の方向がお互いに逆向きとなるように設置される。例えば、第１段の単一モジュール３５（１）においては、第１の軸３１（１）の永久磁石６は下向きの磁場、第２の軸３２（１）の永久磁石５は上向き磁場となる。これに対し、第２段の単一モジュール３５（２）においては、第１の軸３１（２）の永久磁石５は上向き磁場、第２の軸３２（２）の永久磁石６は下向き磁場となるように設置する。このような構成により、永久磁石５、６は、各段における第１の軸及び第２の軸でお互いに逆向きに設けられる。また、永久磁石５、６は、第１の軸における隣り合う単一モジュール同士間でお互いに逆向きに設けられる。同様に、永久磁石５、６は、第２の軸における隣り合う単一モジュール同士間でもお互いに逆向きに設けられる。

回転盤３４は、金属で円筒形状に形成され、第１の軸３１及び第２の軸３２の軸間に、各段の永久磁石５、６に接するように設置されていて、絶縁性の第３の軸３３が回転盤３４の中心を挿通して形成されている。

第１段の単一モジュール３５（１）において、第１の軸３１（１）は、一端３１（１）ａが導電性を有し軸受け８で回転自在に支持され、他端３１（１）ｂが絶縁性を有し第２段の単一モジュール３５（２）における第１の軸３１（２）と連結されている。一方、第２の軸３２（１）は、一端３２（１）ａが絶縁性を有し軸受け８で回転自在に支持され、他端３２（１）ｂが導電性を有し、第２段の単一モジュール３５（２）における第２の軸３２（２）と連結されている。

第２段の単一モジュール３５（２）において、第１の軸３１（２）は、一端３１（２）ａが絶縁性を有し第１段の単一モジュール３５（１）における第１の軸３１（１）の他端３１（１）ｂと連結されており、他端３１（２）ｂが導電性を有し第３段の単一モジュール（図示しない）における第１の軸の一端と連結されている。一方、第２の軸３２（２）は、一端３２（２）ａが導電性を有し第１段の単一モジュール３５（１）における第２の軸３２（１）の他端３２（１）ｂと連結されており、他端３２（２）ｂが絶縁性を有し第３段の単一モジュール（図示しない）における第２の軸の一端と連結されている。

このような単一モジュール３５の構成により、単一モジュール３５において、各軸は導電性と絶縁性を有する部分からなり、第１の軸３１側の一端が導電性であれば、第２の軸３２側の一端は絶縁性となり、この場合、第１の軸３１側の他端は絶縁性、第２の軸３２側の他端は導電性となる。逆に、第１の軸３１側の一端が絶縁性であれば、第２の軸３２側の一端は導電性となり、この場合、第１の軸３１側の他端は導電性、第２の軸３２側の他端は絶縁性となる。よって駆動装置３６は、このような単一モジュール３５を繰り返し連結し、複数段（ｎ段）設けられた構成となっている。

さらに、最終段となる第ｎ段の単一モジュール３５（ｎ）において、第１の軸３１（ｎ）は、一端３１（ｎ）ａが絶縁性を有し第ｎ−１段の単一モジュール３５（ｎ−１）における第１の軸３１（ｎ−１）の他端３１（ｎ−１）ｂと連結されており、他端３１（ｎ）ｂが導電性を有し軸受け８で回転自在に支持されている。一方、第２の軸３２（ｎ）は、一端３２（ｎ）ａが導電性を有し、第ｎ−１段の単一モジュール３５（ｎ−１）における第２の軸３２（ｎ−１）の他端３２（ｎ−１）ｂと連結されており、他端３２（ｎ）ｂが絶縁性を有し軸受け８で回転自在に支持されている。

そして、各単一モジュール３５（１）〜３５（ｎ）における第３の軸３３は、隣り合う他の単一モジュール３５の第３の軸３３と連結され、すべての回転盤３４（１）〜３４（ｎ）が連動して回転するように構成されている。

このようにして駆動装置３６は、第１段の単一モジュール３５（１）における第１の軸３１（１）の一端３１（１）ａ、回転盤３４（１）及び第２の軸３２（１）の他端３２（１）ｂから、第２段の単一モジュール３５（２）における第２の軸３２（２）の一端３２（２）ａ、回転盤３４（２）及び第１の軸３１（２）の他端３１（２）ｂ、というように隣り合う他の単一モジュール３５と電流が流れるように直流回路が構成されている。

ここでは、単一モジュール３５を接続する場合に、例えば、第１段の単一モジュール３５（１）においては、第１の軸３１（１）、第２の軸３２（１）、第３の軸３３（１）について、各軸の一端３１（１）ａ、３２（１）ａ、３３（１）ａと、他端３１（１）ｂ、３２（１）ｂ、３３（１）ｂとを、それぞれ連結するように説明したが、それぞれ一部材で構成することとしてもよい。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。

直流モータ３０の駆動装置３６には、第１の軸３１（１）の一端３１（１）ａに直流電源１０から直流電流が第１の単一モジュール３５（１）に流れ込む。この電流は、第１の軸３１（１）の一端３１（１）ａを通って永久磁石６の表面に設けられた金属膜を経て、回転盤３４（１）へ流れて行く。因みに、第１の軸３１（１）の他端３１（１）ｂは、絶縁性のため第１の軸３１（１）の他端３１（１）ｂから直接に、第２段の単一モジュール３５（２）に電流が流れ込むことはない。回転盤３４（１）に流れ込んだ電流は、第２の軸３２（１）に設けられた永久磁石５の表面に形成された金属膜を経て、第２の軸３２（１）の他端３２（１）ｂを経て、第２段の単一モジュール３５（２）における第２の軸３２（２）の一端３２（２）ａから第２段の単一モジュール３５（２）に流れ込む。

第２段の単一モジュール３５（２）において、第２の軸３２（２）の一端３２（２）ａから流れ込んだ電流は、第２の軸３２（２）の永久磁石６の表面の金属膜を経て、回転盤３４（２）を通り、第１の軸３１（２）の永久磁石５の表面の金属膜へ流れ込む。ここでも、第１段の単一モジュール３５（１）における第１の軸３１（１）同様、第２の軸３２（２）の他端３２（２）ｂは、絶縁性のため第２の軸３２（２）から直接に、第３段の単一モジュール（図示しない）に電流が流れ込むことはない。

このようにして、第１段の単一モジュール３５（１）は図中矢印Ｄ１方向（第１の軸３１（１）から第２の軸３２（１）の方向）へ、第２段の単一モジュール３５（２）は図中矢印Ｄ２方向（第２の軸３２（２）から第１の軸３１（２）の方向）へと、電流の流れる方向が、Ｄ１方向、Ｄ２方向とを交互に繰り返して流れていく。

第１段の単一モジュール３５（１）では、第１の軸３１（１）の永久磁石６が作る下向きの磁場と、回転盤３４（１）に流れ込む電流が作る磁場とが、電磁気作用を生じることで、第１の軸３１（１）の永久磁石６と回転盤３４（１）が接する付近では、手前から奥へ向かう方向の力（図中矢印Ｆ２）が発生し、第２の軸３２（１）の永久磁石５と回転盤３４（１）が接する付近では、奥から手前へ向かう方向の力（図中矢印Ｆ１）が発生する。そのため、第１段の単一モジュール３５（１）回転盤３４（１）は図中のＡ方向へ回転する。

第２段の単一モジュール３５（２）では、第２の軸３２（２）の永久磁石６が作る下向きの磁場と、回転盤３４（２）に流れ込む電流が作る磁場とが、電磁気作用を生じることで、第２の軸３２（２）の永久磁石６と回転盤３４（２）が接する付近では、奥から手前へ向かう方向の力（図中矢印Ｆ１）が発生し、第１の軸３１（２）の永久磁石５と回転盤３４（２）が接する付近では、手前から奥へ向かう方向の力（図中矢印Ｆ２）が発生する。そのため、第２段の単一モジュール３５（２）の回転盤３４（２）も図中のＡ方向へ回転する。

第３段以降の単一モジュール３５についても、上述した第１段の単一モジュール３５（１）と第２段の単一モジュール３５（２）の構成を交互に繰り返す構成のため、すべての回転盤３４（１）〜３４（ｎ）はＡ方向へ回転する。

このようにして、電流による磁場と永久磁石５、６による磁場との相互作用で生じる電磁力により、各段の回転盤３４（１）〜３４（ｎ）は同一方向であるＡ方向へ回転し、回転盤３４と両軸の各段に設けられた永久磁石５、６の間に生じる摩擦力により、回転盤３４と第１の軸３１及び第２の軸３２も連動してＢ方向に回転する。

さらに、各単一モジュール３５の回転盤３４を挿通する出力軸である第３の軸３３を、連結して設けたことにより、各単一モジュール３５で発生する駆動力を合わせて一個所から出力できる。このような構成とすることにより、単一モジュール７の直流モータ１である第１実施形態では不可能な大きな駆動力も、単一モジュール３５を複数接続することにより、大きな駆動力を得ることが可能となる。

また、本実施形態でも、直流モータ３０は単一モジュール３５を有する駆動装置３６を備えることから、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。
（４）第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態に係る発電機４０について、図４を参照して説明する。尚、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。

図４に示す発電機４０は、第１の軸２、第２の軸３、電導性を有する動力伝達体としての電導ベルト４、及び、磁場発生手段としての永久磁石５、６を備え、前記第１の軸２、前記電導ベルト４及び前記第２の軸３を電気的に直列に接続した単一モジュール４４を備え、単一モジュール４４で閉回路を形成した駆動装置４５を備える。動力源４１は、動力伝達手段４２を介して第１の軸２と接続されている。この発電機４０は、動力源４１から供給される動力により、第１の軸２を一定方向に回転させ、その回転により、永久磁石５、６による磁場中を電導ベルト４が移動することで発生する電気エネルギーとしての電流を、閉回路中に設けた出力端子４３より得られるように構成されている。

本実施形態に係る動力源４１は、内燃機関であって、この動力源４１から発生する動力を、動力伝達手段４２、例えば、ギアを介して第１の軸２に伝達し、第１の軸２を回転させる。

このように、本実施形態は、動力源４１と動力伝達手段４２により第１の軸２を回転するように構成されている。

なお、本実施形態では、動力源４１と動力伝達手段４２により第１の軸２を回転するような構成について説明したが、第２の軸３を回転させるものでも、第１の軸２及び第２の軸３を両方回転させるものでもよい。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。

動力源４１により発生した動力が、動力伝達手段４２により第１の軸２を回転させる力となり、発電機４０の駆動装置４５の動力となる。第１の軸２は、この動力により図中のＢ方向へ回転させられる。第１の軸２の回転により、第１の軸２に設けた永久磁石５と電導ベルト４の間の摩擦力のため、電導ベルト４も連動して回転する。その結果、第２の軸３も連動して回転する。

このようにして、電導ベルト４が図中矢印Ａ方向へ移動する。ここで、第１の軸２の永久磁石５が作る上向きの磁場中を、電導ベルト４が矢印Ａ方向へ移動するため、電磁気作用により誘導起電力が発生して、第１の軸２から第２の軸３方向へ閉回路に電流が流れる。

上記のように、本実施形態に係る電導ベルト４は、第１の軸２による回転により、第１の軸２及び第２の軸３の永久磁石５、６が作る磁場中を、所定の方向へ移動することで、誘導起電力を生じ、閉回路中の出力端子４３より、電流を取り出す発電機とすることができる。

因みに、従来の発電機では、磁場中において電導性を有する動力伝達体を一定方向に回転させることにより発生する電流を取り出すためには、整流子及びブラシが必要である。ところが、本実施形態に係る駆動装置４５では、永久磁石５、６が作る磁場中を、電導ベルト４が一定方向に移動することで、電流を取り出すことができるため、整流子及びブラシを必要とせず、従来に比べ、格段と構成を簡単にすることができる。このようにして、駆動装置４５によって第１の軸２を回転させ、第２の軸３を連動させることにより、本実施形態に係る発電機４０は、所望の電気エネルギーを得ることができる。従って、本実施形態に係る発電機４０では、整流子とブラシを必要としないため、耐久性を向上することができる。

また、本実施形態に係る発電機４０では、磁場発生手段としての永久磁石５、６を第１の軸２及び第２の軸３の同心円状に設けた。このように第１の軸２及び第２の軸３と永久磁石５、６を一体化して構成することにより、構成を簡単にすると共に、駆動装置の小型化することができる。

また、永久磁石５、６は円筒形状であって表面に金属膜を形成すると共に、電導ベルト４を前記永久磁石５、６の表面に掛架した。これにより、駆動装置４５は、永久磁石５、６より生じる磁場の中央に電導ベルト４を配置することができるので、永久磁石５、６の磁場中を、電導ベルト４が効率よく移動でき、効率よく電気を発生させることができる。従って、該駆動装置４５を備える発電機４０は、効率よく所望の電気エネルギーを得ることができる。

また、駆動装置４５は、軸受け８で支持された第１の軸２及び第２の軸３及び電導ベルト４によって閉回路を構成した。出力端子４３から電流を取り出すための電流取得手段として第１の軸２及び第２の軸３を用いたことにより、構成を簡単にすることができる。

また、本実施形態に係る駆動装置４５は、電導性を有する動力伝達体としての電導ベルト４を用いた。これにより、永久磁石５、６との接触面積が増えることで、回転の安定性と信頼性を向上することができる。

本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記した実施形態では、磁場発生手段として永久磁石を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、電磁石などを用いてもよい。

また、上記した実施形態では、電導性を有する動力伝達体として電導ベルトは金属の帯を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、カーボンなどを含有させた電導性ゴムなどを用いてもよい。

また、上記した実施形態では、軸受けがすり鉢状に形成された受体を有し、該受体の略中心において第１の軸及び第２の軸の両端をそれぞれ支持するように構成されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ボールベアリングを用いてもよい。これにより、軸の先端を先鋭にする必要がなくなるので、電流に対する抵抗を小さくできる。

また、上記した実施形態では、永久磁石を第１の軸及び第２の軸の両方に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第１の軸及び第２の軸のうちいずれか一方のみに永久磁石を設けることとしてもよい。

また、上記した実施形態では、第１の軸及び第２の軸は、電導性を有する金属で構成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、表面に金属膜を形成した絶縁体で構成してもよい。これにより、軸の材料に関して選択肢が広がり、例えば、電導性は低いが高強度で軽いような材料も用いることができるようになる。

また、上記実施形態では、動力源は、内燃機関で構成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、人力、風力などの自然エネルギー、または火力など水蒸気を作り蒸気タービンを回転させるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、動力伝達手段をギアで構成したものについて説明したが、本発明は、これに限らず、動力源から供給される動力またはエネルギーを、第１の軸の回転に変換するために、ベルトを用いたものでもよい。

また、上記第２及び第３実施形態の単一モジュールの構成を第４実施形態の発電機に適用することとしてもよいことはもちろんである。

本発明の第１実施形態に係る直流モータの構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る直流モータの構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る直流モータの構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る発電機の構成を示す模式図である。

１ 直流モータ
２ 第１の軸
３ 第２の軸
４ 電導ベルト（電導性を有する動力伝達体）
５ 永久磁石（磁場発生手段）
６ 永久磁石（磁場発生手段）
７ 単一モジュール
８ 軸受け
９ 駆動装置
１０ 直流電源
２０ 直流モータ
２１ 電導ベルト（電導性を有する動力伝達体）
２２ 単一モジュール
２３ 駆動装置
３０ 直流モータ
３１ 第１の軸
３２ 第２の軸
３３ 第３の軸
３４ 回転盤（電導性を有する動力伝達体）
３５ 単一モジュール
３５（１）〜３５（ｎ） 第１段の単一モジュール〜第ｎ段の単一モジュール
３６ 駆動装置
４０ 発電機
４１ 動力源
４２ 動力伝達手段
４４ 単一モジュール
４５ 駆動装置

Claims (3)

1. 回転自在に支持された電導性を有する第１の軸及び第２の軸と、前記第１の軸及び前記第２の軸に固着しておらず前記第１の軸及び前記第２の軸を連動して回転させる電導性を有する動力伝達体と、前記電導性を有する動力伝達体に電磁気作用を生じさせる磁場を発生する磁場発生手段とを備え、前記第１の軸、前記電導性を有する動力伝達体及び前記第２の軸を電気的に直列に接続した単一モジュールを備え、前記単一モジュールで閉回路を形成したことを特徴とする駆動装置。
2. 前記電導性を有する動力伝達体が、無端状の電導ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 請求項１、２のいずれかに記載の駆動装置を備え、動力供給手段から供給された動力により、前記第１の軸又は前記第２の軸の少なくともいずれか一方を回転させ、前記閉回路から、電気エネルギーを取り出すことを特徴とする発電機。

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