JPH07264836A - 単極モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁場を形成する手段に永久磁石を用いて、単
極モータを小型化する。 【構成】 永久磁石（１）と一対のヨーク（２，３）で
磁場を形成し、電流が外周側から内周側へ流れる第１通
電部分（１１）と電流が内周側から外周側に流れる第２
通電部分（１２）とを備えた円板状導体の第１通電部分
（１１）又は第２通電部分（１２）の一方に磁束（４）
を透過させることを特徴とする単極モータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単極モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】単極モータの従来技術としては、内田老
鶴圃新社が昭和５７年９月１５日に発行した低温工学ハ
ンドブックの４９６〜５０２頁に示されるようなものが
知られている。これは、回転可能に軸支されている軸の
一端に固定されている円板状導体と、円板状導体の端部
と電極との間に配置されたブラシと、その電極の他端と
円板状導体の中心軸との間に配置されたブラシと、円板
状導体に一様な磁場を作る電磁コイルで形成される磁場
形成手段とを有した単極モータであり、これは、ブラシ
より円板状導体の円周方向に電流を流すことによって、
フレミングの法則から磁場形成手段が作る磁束と電流と
でトルクを得て、円板状導体にトルクを与えるものであ
った。又、円板状導体での磁場は一定方向であるため、
軸芯側に配置したブラシから外周方向へ放射状に電流を
流し外周側に配置されたブラシを介して固定配線へ流す
ので、少なくとも円板状導体１枚に付き２個のブラシが
必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した単極モータ
は、磁場形成手段として電磁コイルを用いたものである
ため、複雑な構造となり、小型化、軽量化の妨げとなっ
ていた。又、少なくとも円板状導体の内周と外周にブラ
シが必要であり、ブラシによる電圧損失も大きなもので
あった。加えて、円板状導体を流れる電流は、円板状導
体の半径方向に流れるため磁束を横切る電流の距離は短
いことから、モータの回転に必要とされる電源は、大電
流を必要とするものであった。

【０００４】本発明は、電磁コイルを用いないことによ
り小型で軽量な構造とすると共に、ブラシを用いないこ
とによりエネルギー効率の高い単極モータを提供するこ
とを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために請求項１の発明において講じた手段は、永久磁石
と該永久磁石の両端に配置され前記永久磁石の磁束を形
成するための一対のヨーク部とよりなる磁場形成手段
と、前記磁場形成手段の作る磁束と平行に配置された出
力軸と、前記出力軸に垂直方向に配置され且つ電流が外
周側から内周方向に流れる第１の通電部分と電流が内周
側から外周方向に流れる第２の通電部分とが交互に形成
された円板状導体と、前記第１の通電部分又は第２の通
電部分の一方に前記磁束を透過させる透過手段とを有し
たことである。

【０００６】請求項２の発明において講じた手段は、前
記磁場形成手段を前記出力軸に取り付けられたことであ
る。

【０００７】請求項３の発明において講じた手段は、前
記透過手段に、前記一対のヨーク部の向かいあったそれ
ぞれの端面に凹部と凸部とを設け、該凸部に前記永久磁
石の磁束を形成し、前記円板状導体の第１の通電部分ま
たは第２の通電部分の一方を透過させることである。

【０００８】

【作用】上記した請求項１の発明によれば、第１に、磁
場形成手段に永久磁石を用いたことにより、磁束を形成
するための装置に構造が複雑な電磁コイル等が不要にな
り、小型化、軽量化が可能となる。第２に、円板状導体
の通電部分は、円板上を外周側から内周方向へ流れる第
１の部分と、内周側から外周方向へ流れる第２の部分と
が交互に連結されているので、円板状導体の導線を長く
することができ、電流が磁束を横切る距離も長くなり、
モータの回転に必要とされる電流を少なくすることがで
きる。

【０００９】好ましくは、磁場形成手段を出力軸に取り
付けて一体とすることにより、更なる小型化が可能とな
る。

【００１０】また、磁場形成手段の一対のヨーク部の向
かいあったそれぞれの端面に凹部と凸部とを設けると、
永久磁石が発生する磁束をヨーク部の凸部に無駄なく集
めることができる。このヨーク部の凸部に通電部分が位
置するとトルクが発生する。

【００１１】また、ヨーク部の凹部における磁束はヨー
ク部の凸部に比べて微少であり、ヨーク部の凹部に通電
部分が位置しても逆方向のトルクが発生することはな
い。

【００１２】また、磁場形成手段の一対のヨーク部の向
かいあったそれぞれの端面の一部をシールドすることに
より、逆方向のトルクの発生を防止することも可能であ
り、円板状導体の第１の通電部分または第２の通電部分
をシールドすることにより、逆方向のトルクの発生を防
止することも可能である。

【００１３】

【実施例】本発明に係る第１実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１４】図１に示すように、磁場形成手段は、磁束
を発生する永久磁石１の両端に強磁性体よりなる一対の
ヨーク２，３が配置され、磁場４を形成している。ヨー
ク２，３の具体的な材料としては、電磁鋳鉄やパーメン
ジュール等が用いられる。出力軸５は、ヨーク２および
ヨーク３と一体に固着しており、ハウジングに設けた軸
受７，８によって回動自在に軸支され、磁場形成手段と
一体で回転する。ハウジングの材料は磁場４に影響を与
えないように、強磁性体以外のステンレス材、アルミ
材、合成樹脂等で構成される。円板状導体９は、略リン
グ形状をしており、磁場４の中で出力軸５と垂直になる
ようにその外周部をハウジング６に固定されている。

【００１５】図２に示すように、円板状導体９は導線１
０が配線されており、導線１０は電流が外周方向から内
周方向へ流れる第１の通電部分１１と、電流が内周方向
から外周方向へ流れる第２の通電部分１２とが交互に設
けられている。ただし、流れる電流は、公知の整流子１
３によって方向を変換することができる。また、ヨーク
２およびヨーク３の端面２ａ，３ａには、この第１の通
電部分と第２の通電部分の間隔に合わせた周方向長さを
もった凹部と凸部が、等しい間隔で且つヨーク２および
ヨーク３の端面２ａ，３ａの相向かい合った位置に形成
されている。従って、磁場４の磁束は、ヨークの端面２
ａ，３ａの双方の間隔の短い凸部を通過し、双方の間隔
の長い凹部では磁束が通過しない構造となっている。

【００１６】次に第１実施例の作用を説明する。

【００１７】電源１４からの電流が、整流子１３を介し
て円板状導体９の導線１０に流れる。このとき、ヨーク
２およびヨーク３の端面２ａ，３ａの凸部が第２の通電
部分１２と重なる位置となっているので、永久磁石１の
磁束は第２の通電部分１２に対して透過している。一
方、第１の通電部分１１においては、ヨーク２，３の端
面２ａ，３ａが凹部となっているので、永久磁石１の磁
束が透過しない。この永久磁石の磁束が透過する第２の
通電部分１２において、導線１０に流した電流により、
フレミングの左手の法則により図２において反時計方向
のトルクが発生する。しかし、円板状導体９がハウジン
グ６に固着していることから、この反作用によりヨーク
２，３が図２において時計方向に回転し、出力軸５から
回転出力が得られる。一方、ヨーク２およびヨーク３の
端面２ａ，３ａの凸部を図２に示すように８ヵ所設けた
場合には、ヨーク２およびヨーク３が１６分の１回転す
ると、円板状導体９の導線１０のうち永久磁石１の磁束
が透過する部分が第１の通電部分１１となり逆方向のト
ルクが発生し、出力軸５が回転しなくなってしまう。

【００１８】従って、図示しない検出手段によって、出
力軸の回転位置またはヨーク２，３の回転位置を検出し
て、第１の通電部分１１とヨーク２およびヨーク３の端
面２ａ，３ａの凸部とが重なる直前で、整流子１３によ
って導体１０を流れる電流の方向を反対方向に変換し
て、ヨーク２，３が図２において時計方向に回転させる
ことができる。

【００１９】このようにして、円板状導体９の導線１０
に電流を流すと、ヨーク２とヨーク３との間に這わせた
第１の通電部分１１と第２の通電部分１２の総延長距離
は長くなり、永久磁石１の磁束が透過する部分が多くな
るので、低い電圧で効率的にトルクを発生することがで
きる。

【００２０】また、円板状導体９をハウジング６に固定
してしまうので、導線１０と電源１４との間にブラシを
介在させる必要はなくなる。

【００２１】本発明の第２実施例の構成は、図３に示す
ように、円板状導体９を２枚平行にハウジングに固定
し、その間に出力軸に固定されたロータ１５を２枚の円
板状導体９と平行に設ける。ロータ１５の直径をヨーク
２，３とほぼ同一とし、少なくともヨーク２，３の端面
２ａ，３ａと重なる部分の材料には、ヨーク２，３と同
様に強磁性体で構成している。また、図４に示すように
ヨーク２，３の端面２ａ，３ａには、第１実施例の凹部
に該当する位置に、永久磁石１の磁束をシールドするシ
ールド部分１６を設けている。その他の構成は、第１実
施例と同じであるので説明を省略する。

【００２２】次に、本発明の第２実施例の作用を説明す
る。

【００２３】電源１４からの電流が、整流子１３を介し
て円板状導体９の導線１０に流れる。このとき、ヨーク
２およびヨーク３の端面２ａ，３ａのシールド部分１６
が第２の通電部分１２と重なる位置となっているので、
永久磁石１の磁束は第２の通電部分１２を透過できな
い。一方、第１の通電部分１１においては、ヨーク２，
３の端面２ａ，３ａがシールドされていないので、永久
磁石１の磁束が透過する。この永久磁石の磁束が透過す
る第１の通電部分１１において、導線１０に流した電流
により、フレミングの左手の法則により図４において時
計方向のトルクが発生する。しかし、円板状導体９がハ
ウジング６に固着していることから、この反作用により
ヨーク２，３が図４において反時計方向に回転し、出力
軸５から回転出力が得られる。一方、ヨーク２およびヨ
ーク３の端面２ａ，３ａにシールド部１６を第４図に示
すように８ヵ所設けた場合には、ヨーク２およびヨーク
３が１６分の１回転すると、円板状導体９の導線１０の
うち永久磁石１の磁束が透過する部分が第２の通電部分
１２となり逆方向のトルクが発生し、出力軸５が回転し
なくなってしまう。従って、図示しない検出手段によっ
て、出力軸の回転位置またはヨーク２，３の回転位置を
検出して、第１の通電部分１１とヨーク２およびヨーク
３の端面２ａ，３ａのシールド部１６とが重なる直前
で、整流子１３によって導体１０を流れる電流の方向を
反対方向に変換して、ヨーク２，３が第４図において反
時計方向に回転させることができる。また、第２実施例
では、円板状導体９を２枚設けたことにより、トルクの
発生量を第１実施例に比べて多くすることができる。勿
論、円板状導体９とロータ１５の数を更に増やすことも
可能である。

【００２４】なお、第２実施例では、ヨーク２およびヨ
ーク３の端面２ａ，３ａの一部をシールドすることによ
って、一定方向のトルクを得るようにしたが、整流子１
３を廃止して、円板状導体９の導線１０の第１の通電部
分１１または第２の通電部分１２を直接シールドするこ
とにより、一定方向のトルクを得ることもできる。

【００２５】

【発明の効果】上記した請求項１の発明によれば、磁場
発生手段に永久磁石を用いるので、電磁コイルを用いる
ものに比べて簡単な構成とすることができ、小型化、軽
量化が達成できる。また、通電部分を第１の通電部分と
第２の通電部分に分けて磁束に透過される距離を長くし
たので、低い電圧で効率的にトルクを発生させることが
できる。更に、出力軸と円板状導体を分割した構成とな
っているので、円板状導体の導線に電流を供給するため
のブラシが不要となり、ブラシによる電流損失等の問題
は発生しない。

【００２６】請求項２の発明によれば、磁場形成手段を
出力軸に取り付けたことにより、単極モータの更なる小
型化ができる。

【００２７】請求項３の発明によれば、一対のヨーク部
の向かいあったそれぞれの端面に凹部と凸部を設けたこ
とにより、磁場発生手段の磁束を効率的に凸部に集める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１・・・永久磁石 ２、３・・・ヨーク ５・・・出力軸 ６・・・ハウジング ９・・・円板状導体 １５・・・ロータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石と該永久磁石の両端に配置され
   前記永久磁石の磁束を形成するための一対のヨーク部と
   よりなる磁場形成手段と、前記磁場形成手段の作る磁束
   と平行に配置された出力軸と、前記出力軸に垂直方向に
   配置され且つ電流が外周側から内周方向に流れる第１の
   通電部分と電流が内周側から外周方向に流れる第２の通
   電部分とが交互に形成された円板状導体と、前記第１の
   通電部分又は第２の通電部分の一方に前記磁束を透過さ
   せる透過手段とからなる単極モータ。
2. 【請求項２】 前記磁場形成手段は、前記出力軸に取り
   付けられたことを特徴とする請求項１記載の単極モー
   タ。
3. 【請求項３】 前記透過手段は、前記一対のヨーク部の
   向かいあったそれぞれの端面に凹部と凸部とを設け、該
   凸部に前記永久磁石の磁束を形成し、前記円板状導体の
   第１の通電部分または第２の通電部分の一方を透過させ
   ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の単極
   モータ。