直流モータ

【発明の名称】直流モータ
【出願人】
【識別番号】521015383
【氏名又は名称】千葉高洋
【住所又は居所】神奈川県横浜市南区南太田4-18-1
【代理人】
【識別番号】100140866
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤武史
【発明者】
【氏名】千葉高洋
【住所又は居所】神奈川県横浜市南区南太田4-18-1
【要約】
【課題】整流子のない動力機或いは発電機として適用可能な直流モータを提供すること。
【解決手段】直流モータ１は、中心軸に対して放射方向の磁界を円周面から発生する円筒状の第１磁石１０と、中心軸に沿って延び、第１磁石１０の表面に対向して円周面の周りを囲むように配置される４本の電流線２０と、第１磁石１０の両側部に中心軸と同軸にそれぞれ配置され、電流線２０の端部が固定される導電性を有する一対の円筒体２２と、第１磁石１０及び円筒体２２の孔部に挿入され、第１磁石１０を固定するとともに、円筒体２２を回転自在に支持する支持軸３０と、円筒体２２をそれぞれ回転自在に支持する導電性を有する支持体２４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に対して放射方向の磁界を円周面から発生する円筒状の第１磁石部と、
前記中心軸に沿って延び、当該第１磁石部の円周面に対向して前記円周面の周りを囲むように配置される複数の電流線と、
前記第１磁石部の両側部に前記中心軸と同軸にそれぞれ配置され、前記電流線の端部が固定される導電性を有する一対の円筒部と、
前記第１磁石部及び前記円筒部の孔部に挿入され、前記第１磁石部を固定するとともに、前記円筒部を回転自在に支持する支持軸と、
前記円筒部をそれぞれ回転自在に支持する一対の電極部と、を備えることを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記支持軸に挿入される孔部を有し、前記第１磁石部の両側部に配置されかつ前記支持軸に固定される円筒状の一対の第２磁石部を更に備え、
前記第２磁石部における前記第１磁石部に対向する端面に対して反対側の端面の磁極が、前記第１磁石部の前記円周面の磁極と同じであり、
前記電流線の端部は、前記中心軸に向かう曲げ部を有し、
当該曲げ部は、前記第２磁石部の前記反対側の端面に対向することを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
前記第１磁石部を内側に配置する円筒状の第１磁性体、及び前記２磁石部と対向するように配置される円筒状の一対の第２磁性体の少なくともいずれか一方を更に備え、
前記円筒部は、前記第１磁性体の孔部に回転自在に挿入され、
前記曲げ部は、前記第２磁石部と前記第２磁性体との間に配置され、
前記第１磁性体における孔部の内面の磁極は、前記第１磁石部の前記円周面の磁極と異なり、
前記第２磁性体における前記第２磁石部に対向する端面の磁極は、前記第２磁石部の前記反対側の端面の磁極と異なることを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力機或いは発電機として適用可能な直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流モータに通電することによって回転軸を回転させることにより、動力を得ることは広く行われている。また、通電していない直流モータの回転軸に外力を加えて回転軸を回転させることによって発電できることも広く知られている。
【０００３】
また、従来、人間がバイクのペダルを漕いでプーリを回転させ、このプーリの回転をサーボモータに伝達してサーボモータを高速に回転させることにより、電力を発生させる発電装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８－６１４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータは、一般に、コイルが回転して反転した際に、コイルに流れる電流の方向を交替させる整流子と、整流子に電気的に接触するブラシとを備えており、電源からの電流をブラシ及び整流子を介してコイルに流すことにより、コイルが回転する。
【０００６】
しかしながら、モータを発電機として用いる場合には、整流子がコイルに流れる電流の方向を交替させる際に電流が瞬間的に途切れるため、発電の安定性が損なわれるおそれがある。このため、発電機として用いるモータは整流子のないものであることが望ましい。
【０００７】
本発明は、このような問題点に対して鑑みなされたものであり、整流子のない動力機或いは発電機として適用可能な直流モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）中心軸に対して放射方向の磁界を円周面から発生する円筒状の第１磁石部（例えば、第１磁石１０）と、
前記中心軸に沿って延び、当該第１磁石部の円周面に対向して前記円周面の周りを囲むように配置される複数の電流線（例えば、４本の電流線２０）と、
前記第１磁石部の両側部に前記中心軸と同軸にそれぞれ配置され、前記電流線の端部が固定される導電性を有する一対の円筒部（例えば、円筒体２２）と、
前記第１磁石部及び前記円筒部の孔部に挿入され、前記第１磁石部を固定するとともに、前記円筒部を回転自在に支持する支持軸（例えば、支持軸３０）と、
前記円筒部をそれぞれ回転自在に支持する一対の電極部（例えば、支持体２４）と、を備えることを特徴とする直流モータ。
【０００９】
（１）の発明によれば、第１磁石部の円周面から中心軸に対して放射方向の磁界が生じており、中心軸の沿って延びる電流線に電極部を介して電流を流した場合、放射方向の磁界が電流線に作用して、電流線を周回方向に移動させようとする力が発生する。これにより、一対の円筒部をロータとする直流モータを構成することが可能になる。しかも、整流子を用いることなく電流線を回転させることができるため、その分、構成部品を削減することが可能になり、それに伴い、低コスト化を図ることができる。また、直流モータを発電機として用いた場合にも、整流子を用いた接続端子の切り替えがないため、安定した発電を行うことが可能になる。
【００１０】
（２）（１）において、
前記支持軸に挿入される孔部を有し、前記第１磁石部の両側部に配置されかつ前記支持軸に固定される円筒状の一対の第２磁石部（例えば、第２磁石１２）を更に備え、
前記第２磁石部における前記第１磁石部に対向する端面に対して反対側の端面の磁極（例えば、Ｎ極）が、前記第１磁石部の前記円周面の磁極（例えば、Ｎ極）と同じであり、
前記電流線の端部は、前記中心軸に向かう曲げ部を有し、
当該曲げ部は、前記第２磁石部の前記反対側の端面に対向することを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
【００１１】
（２）の発明によれば、電流線に電流を流すことにより、第１磁石部に対向する電流線に加えて、第２磁石部に対向する電流線の端部に対して電流線を周回方向に移動させようとする力が発生する。これにより、電流線とともに一対の円筒部を安定して回転させることが可能になる。また、直流モータを発電機として用いた場合にも、電流線の端部に対して磁界が作用する分だけ発電量を増やすことが可能になる。
【００１２】
（３）（２）において、
前記第１磁石部を内側に配置する円筒状の第１磁性体（例えば、第３磁石４０）、及び前記２磁石部と対向するように配置される円筒状の一対の第２磁性体（例えば、第４磁石４４、４４）の少なくともいずれか一方を更に備え、
前記円筒部は、前記第３磁石部の孔部（例えば、孔部４０ａ）に回転自在に挿入され、
前記曲げ部は、前記第２磁石部と前記第２磁性体との間に配置され、
前記第３磁石部における孔部の内面の磁極（例えば、Ｓ極）は、前記第１磁石部の前記円周面の磁極（例えば、Ｎ極）と異なり、
前記第２磁性体における前記第２磁石部に対向する端面の磁極（例えば、Ｓ極）は、前記第２磁石部の前記反対側の端面の磁極（例えば、Ｎ極）と異なることを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
【００１３】
（３）の発明によれば、電流線に作用する磁界を強くすることが可能になり、一対の円筒部の回転力を強くすることが可能になる。また、直流モータを発電機として用いた場合にも、電流線に作用する磁界を強くした分だけ発電量を増やすことが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、整流子のない動力機或いは発電機として適用可能な直流モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における直流モータ１の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態における直流モータ１の構成部品を示す正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における直流モータ１の使用形態を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態における直流モータ１の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態における直流モータ１の構成部品を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の直流モータの実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施形態における直流モータ１の外観を示す斜視図、図２は本発明の第１実施形態における直流モータ１の構成部品を示す正面図である。直流モータ１は、第１磁石１０と、一対の第２磁石１２と、４本の電流線２０と、一対の円筒体２２と、支持体２４と、支持軸３０と、支持柱３２と、を備えている。
【００１８】
第１磁石１０は、中央部に孔部１０ａが形成された円筒体であり、外側の円周面（以下、外周面と称する）がＮ極であり孔部１０ａ内の内側の円周面（以下、内周面と称する）がＳ極である。このため、第１磁石１０の外周面から、中心軸に対して放射方向に沿って外側に向かう磁界が発生する。
【００１９】
第２磁石１２は、中央部に孔部１２ａが形成された円筒体であり、一方の端面がＮ極であり他方の端面がＳ極である。第１磁石１０及び第２磁石１２は、内径及び外径が同一であり、第２磁石１２の中心軸方向の長さは第１磁石１０よりも短く形成されている。第２磁石１２、１２は、第１磁石１０の両側に、第１磁石１０の中心軸と第２磁石１２、１２の中心軸が一致するように配置されている。すなわち、第１磁石１０の中心軸と第２磁石１２、１２とは同軸である。この時、第２磁石１２のＳ極の端面は、第１磁石１０の端面に対向し、反対面である第２磁石１２のＮ極の端面は外側を向いている。このため、第２磁石１２の外側の端面から、中心軸に沿って外側に向かう磁界が発生する。
【００２０】
４本の電流線２０は、第１磁石１０の外周面に対向して、外周面の周りを囲むように配置される。第１実施形態によれば、中心軸と隣合う電流線２０、２０との角度は９０度である。また、電流線２０の両端部は９０度の曲げが施されており、電流線２０はコ字状に形成されている。
【００２１】
円筒体２２は、導電性を有する金属によって構成されており、中央部に孔部２２ａが形成されている。円筒体２２、２２は、第１磁石１０の両側部の第２磁石１２、１２の側部にそれぞれ配置される。この時、第１磁石１０の中心軸と第２磁石１２、１２の中心軸と円筒体２２、２２の中心軸が一致するように配置されている。すなわち、第１磁石１０の中心軸と第２磁石１２、１２と円筒体２２、２２の中心軸は同軸である。第２磁石１２、１２に対向する円筒体２２の端部には、４本の電流線２０の端部が固定される。このため、４本の電流線２０を第１磁石１０の外周面に対向させた場合に、電流線２０の両端部は、第２磁石１２のＮ極の端面に対向し、中心軸に対して放射方向に延びる。
【００２２】
支持体２４は、一対の円筒体２２をそれぞれ支持するものであり、ベース（図示せず）に固定されている。また、支持体２４は、円筒体２２を回転自在に支持する軸受部２４ａを備えており、軸受部２４ａの軸受面は導電性を備えている。このため、一対の支持体２４の軸受部２４ａを介して４本の電流線２０に対して電流を流すことが可能である。すなわち、一対の支持体２４は、一方の軸受部２４ａが陽極、他方の軸受部２４ａが陰極となる電極として機能する。なお、軸受部２４ａは、図に示す形状に限らず、円筒体２２を回転自在に支持することができれば、例えば、円筒形状等の任意の形状とすることができる。
【００２３】
支持軸３０は、円柱体からなり、第１磁石１０、第２磁石１２、１２及び円筒体２２、２２の中心孔に挿通される。第１磁石１０及び第２磁石１２、１２は支持軸３０に固定され、円筒体２２、２２は支持軸３０の軸周りに回転自在である。支持軸３０は、ベアリング等の回転により摩擦を軽減する部材を介して、絶縁した状態で、円筒体２２、２２の中心孔を挿通するように設けられるのが望ましい。
【００２４】
支持柱３２は、支持軸３０の端部を支持するものである。具体的に支持軸３０の両端部に支持柱３２、３２が配置され、支持軸３０の端部が固定される。また、支持柱３２は、ベース（図示せず）に固定されている。
【００２５】
次に、第１実施形態における直流モータ１の動作について説明する。
図３（ａ）は、直流モータ１を動力源として使用する場合の説明図である。直流モータ１を動力源として使用する場合には、支持体２４、２４との間に直流電源１００を接続する。これにより、直流電源１００から、軸受部２４ａ、２４ａを介して４本の電流線２０に電流がそれぞれ同方向に流れる。電流線２０に流れると電流方向に対して直角方向に第１磁石１０から生じる磁界及び第２磁石１２から生じる磁界が作用するため、電流線２０に対して中心軸周りに周回しようとする力が発生する。この力によって４本の電流線２０が回転し、この回転によって円筒体２２、２２が回転することにより、円筒体２２、２２がロータとして機能する。そして、円筒体２２に取り付けたギヤ５０に所定の機器の回転伝達用ギヤを接続することにより、所定の機器を作動させることが可能になる。
【００２６】
図３（ｂ）は、直流モータ１を発電機として使用する場合の説明図である。直流モータ１を発電機として使用する場合には、支持体２４、２４との間に負荷１０１を接続する。負荷１０１としては、例えば、携帯端末機の充電電池や、ラジオ、懐中電灯といった直流電源を用いる電化製品、更には充電用の蓄電池等が挙げられる。次に、円筒体２２に取り付けたギヤ５０に、外部の回転体の回転伝達用ギヤを接続する。外部の回転体の一例としては、風車、水車のように自然エネルギーを利用して回転するものや、自転車の車輪のように人力で回転させるものが挙げられる。これにより、円筒体２２を回転させることが可能になる。円筒体２２を回転が回転すると、電流線２０が回転して、中心軸側から直角方向の磁界に対して、直角方向に電流線２０が移動するため、電流線２０に直流電流が流れる。この電流が負荷１０１に流れることにより、負荷１０１を作動させることが可能になる。
【００２７】
なお、４本の電流線２０は、４本の電流線２０及び円筒体２２が一体となって回転した際に、コ字状の形状が変形しない程度の剛性を有していることが望ましい。４本の電流線２０の太さや長さは、第１磁石１０及び第２磁石１２の大きさに応じて適宜設定可能である。
【００２８】
このように構成した第１実施形態によれば、整流子を用いることなく電流線２０を回転させることができるため、直流モータ１の構成部品を削減することが可能になり、それに伴い、低コスト化を図ることができる。また、直流モータ１を発電機として用いた場合にも、整流子を用いた接続端子の切り替えがないため、安定した発電を行うことが可能になる。
【００２９】
図４は本発明の第２実施形態における直流モータ２の外観を示す斜視図、図５は本発明の第２実施形態における直流モータ２の構成部品を示す正面図である。第２実施形態における直流モータ２は、第１実施形態における直流モータ１に、第３磁石４０と、第３磁石４０の支持体４２、４２と、第４磁石４４、４４と、第４磁石４４、４４の支持体４６、４６と、を追加したものである。なお、図４及び図５に示す第２実施形態における直流モータ２において、図１及び図２に示す第１実施形態における直流モータ１と同一の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。また、図５では、理解を容易にするため、支持体４２、４２及び支持体４６、４６の記載を省略している。
【００３０】
第３磁石４０は、中央部に孔部４０ａが形成された円筒体であり、外周面がＮ極であり内周面がＳ極である。第３磁石４０の中心軸方向の長さは第１磁石１０と同じであり、孔部４０ａの直径は、第１磁石１０の直径（外径）よりも長く設定されている。
【００３１】
支持体４２、４２は、ベース（図示せず）に固定されており、第３磁石４０は、孔部４０ａ内に第１磁石１０を位置付けた状態で支持体４２、４２に保持される。この時、第１磁石１０の外周面と第３磁石４０の内周面との間に隙間が形成され、この隙間に電流線２０が配置される。このため、第１磁石１０の外周面から第３磁石４０の内周面に向かう強い磁界が形成され、電流線２０は、この磁界に対して直角方向でかつ第１磁石１０の中心軸に沿って延びる。
【００３２】
第４磁石４４、４４は、中央部に孔部４４ａ又は孔部４４ｂが形成された円筒体であり、一方の端面がＮ極であり他方の端面がＳ極である。一対の第４磁石４４の一方には孔部４４ａが形成され、他方には孔部４４ｂが形成される。孔部４４ａ、４４ｂは、円筒体２２の直径よりも大きく設定されている。第４磁石４４と第２磁石１２とは、孔部４４ａ、４４ｂの直径が孔部１２ａの直径よりも大きい点以外は同形である。
【００３３】
支持体４６、４６は、ベース（図示せず）に固定されており、第４磁石４４、４４は、孔部４４ａ、４４ｂ内に円筒体２２を位置付け、かつ第４磁石４４のＳ極の端面を第２磁石１２のＮ極の端面に対向させた状態で支持体４６、４６に保持される。この時、第２磁石１２と第４磁石４４との隙間に、電流線２０の端部が配置される。このため、第２磁石１２の端面から第４磁石４４の端面に向かう強い磁界が形成され、電流線２０は、この磁界に対して直角方向でかつ第１磁石１０の中心軸に対して放射方向に延びる。
【００３４】
なお、第２実施形態における直流モータ２の動作は、上述した第１実施形態における直流モータ１の動作と同様であるため、説明は省略する。
【００３５】
このように構成した第２実施形態によれば、電流線２０に作用する磁界を強くすることが可能になり、一対の円筒体２２、２２の回転力を強くすることが可能になる。また、直流モータ２を発電機として用いた場合にも、電流線２０に作用する磁界を強くした分だけ発電量を増やすことが可能になる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限るものではない。例えば、上述した実施形態においては、４本の電流線２０を用いているが、電流線２０の本数は、３本以下でもよいし、５本以上であってもよい。
【００３７】
また、第１実施形態の直流モータ１において、第１磁石１０又は第２磁石１２のいずれかを省略することも可能である。
【００３８】
また、第２実施形態の直流モータ２において、第３磁石４０又は第４磁石４４の代わりに、鉄、ニッケル、コバルトのような強磁性体からなる円筒体を適用してもよい。この場合にも、磁界強度を強めることが可能である。
【００３９】
また、本実施形態の直流モータ１、２を発電機として用いる場合、直流モータ１、２に直接負荷を接続することにより、直流電流を使用することが可能であるが、その他にも例えば、太陽光発電装置に接続されている充電装置に更に本実施形態の直流モータ１、２を接続し、直流モータ１、２で発電した電力を充電装置に蓄えてもよい。これにより、充電装置に蓄えた電力を、災害による停電のような時に使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、２直流モータ
１０第１磁石
１０ａ孔部
１２第２磁石
１２ａ孔部
２０電流線
２２円筒体
２２ａ孔部
２４支持体
２４ａ軸受部
３０支持軸
３２支持柱
４０第３磁石
４０ａ孔部
４２支持体
４４第４磁石
４４ａ、４４ｂ孔部
４６支持体

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

ページtop へ