(57)【要約】【課題】  多極直流モーターの回転原理を視覚的に判断することにより、多極直流モーターの理解が容易にできるようにした直流モーター回転原理説明器を得る。【解決手段】  手動で回転できるようになされた３極形模擬電機子６と、その各極６ａ，６ｂ，６ｃに設けたＮ極性表示灯２１，２３，２５及びＳ極性表示灯２２，２４，２６の点灯状態と、模擬固定界磁極と、模擬固定界磁極のＮ極性表示灯２７，２９及びＳ極性表示灯２８，３０の点灯状態により、３極形模擬電機子６の回転方向を習得できるようにしたものである。【選択図】  図１
2006301551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手動で回転できるように軸受板で支承された電機子軸と、上記電機子軸の中間部に装着された３極形模擬電機子と、上記電機子軸の一端部に装着された模擬整流子と、一端が上記模擬整流子に摺接し他端は直流電源に接続されたブラシと、上記３極形模擬電機子の磁極部に対向し、かつ、上記３極形模擬電機子が回転できるように配置された一対の模擬固定界磁極と、上記模擬整流子及びブラシを介して上記直流電源に接続されると共に、上記３極形模擬電機子のそれぞれの磁極部に設置され、かつ、いずれか一方を選択して点灯できるようになされたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯と、上記直流電源に接続されると共に、上記一対の模擬固定界磁極のそれぞれに設置され、かつ、いずれか一方を選択して点灯できるようになされたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯とを備え、上記３極形模擬電機子のＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯と、上記模擬固定界磁極のＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯との点灯状態により、上記３極形模擬電機子の回転方向を習得できるようになされた直流モーター回転原理説明器。
【請求項２】
３極形模擬電機子の磁極部に設置されたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯を点灯させるための直流電源と、模擬固定界磁極に設置されたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯を点灯させるための直流電源とを、別々の直流電源にしたことを特徴とする請求項１記載の直流モーター回転原理説明器。
【請求項３】
３極形模擬電機子の磁極部に設置されたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯を点灯させるための直流電源は、その直流電源の極性を表示する表示灯を設けたものであることを特徴とする請求項１または２記載の直流モーター回転原理説明器。
【請求項４】
３極形模擬電機子の磁極部に設置されたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯は、面発光体で形成された表示灯であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の直流モーター回転原理説明器。
【請求項５】
２極形模擬電機子を付属部品として備えたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の直流モーター回転原理説明器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、小学生あるいは中学生などにおいて学習する直流モーター（電動機）の回転原理を、視覚に訴えて理解させるための直流モーター回転原理説明器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の直流モーター回転原理説明器としては、各種の用具や模型品などがあるが、ほとんどのものが、Ｎ・Ｓ２極の固定界磁極と２極形模擬電機子により説明するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
これらの用具や模型品などにより、直流モーターの回転原理をある程度理解させることができるが、実用されている直流モーターは、ほとんどが多極形のものである。従って、上記の２極形の用具や模型品では、小学生あるいは中学生などに十分に理解させることは困難であった。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６６０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  解決しようとする問題点は、直流モーターの回転原理と共に、多極形の回転原理を小学生あるいは中学生などに十分に理解させることが困難であったことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  この発明に係る直流モーター回転原理説明器においては、３極形模擬電機子の各極に設けたＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯と、模擬固定界磁極のＮ極性表示灯及びＳ極性表示灯との点灯状態により、３極形模擬電機子の回転方向を習得できるようにしたことを主要な特徴とする。また、第２の解決手段は、２極形模擬電機子を付属部品として備えることにより、２極形と３極形を比較することにより、多極形の直流モーターの回転原理及びその特徴を説明できるようにするものである。
【発明の効果】
【０００６】  この発明の直流モーター回転原理説明器は、単に直流モーターの回転原理だけでなく、実用されている直流モーターにおける、多極形の回転原理をわかり易く説明できるという利点がある。また、２極形の回転子に簡単に取替えできるので、２極形の回転子に比較して３極形（多極形）回転子の回転動作をわかり易く説明することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】実施の形態１．
図１〜図８は、この発明の実施の形態１を示すもので、図１は斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は整流子とブラシの関係を示す拡大斜視図、図５〜図８は電気回路図である。図において、１は木材または合成樹脂材で形成された基盤、２及び３は金属板で形成された軸受板であり、基盤１の所定位置に互いに対向するように立設されている。軸受板２及び３の両方または一方は軸受孔の部分に挿入溝２ａ（軸受板３の挿入溝３ａは図示を省略）を設けて、後述の電機子軸４を上側から嵌込むことができるようになされている。４は回転できるように軸受板２及び３の間に支承された電機子軸であり、一方の先端に手動回転用ノブ５が設けてある。６は電機子軸４の中間部に装着された模擬電機子であり、合成樹脂板あるいは高強度の厚紙で１２０度間隔のＹ字形に形成されている。このＹ字形のそれぞれの先端は３極の磁極部６ａ，６ｂ，６ｃに形成されている。７は模擬電機子コイルで、３極の磁極部６ａ，６ｂ，６ｃに巻回されている。８は模擬整流子であり、電機子軸４の一端に装着されている。この模擬整流子８の３枚の整流子片８ａ，８ｂ，８ｃは銅板または黄銅板で形成され、３枚の整流子片間および模擬整流子８と電機子軸４との間は絶縁されている。【０００８】  ９は一対のブラシ片９ａ，９ｂからなるブラシであり、リン青銅板のような弾性を有する導電材で形成されたもので、一端が基盤１に固着され、他端は模擬整流子８と接触するように構成されている。１０及び１１は基盤１に立設された一対の模擬固定界磁極であり、合成樹脂板あるいは高強度の厚紙で形成され、模擬固定界磁極１０と模擬固定界磁極１１の間で、模擬電機子６の３極の磁極部６ａ，６ｂ，６ｃが回転できるように配置されている。１４，１５は電源クリップであり、１６ａは直流電源の電池で、後述の模擬電機子６に設置される表示灯の直流電源になる。なお、電源クリップ１４，１５は、直流モーターの回転原理を説明する際、説明内容に応じて、電池１６ａのプラス極またはマイナス極に接続するための接続用具である。１６ｂ（図２及び図５に示す）も直流電源の電池で、後述の模擬固定界磁極１０，１１に設置される表示灯の直流電源になる。１７（図５に示す）は模擬固定界磁極１０，１１に設置される表示灯の回路のメインスイッチ、１８（図５に示す）は模擬電機子６に設置される表示灯の回路のメインスイッチである。２０（図５に示す）は模擬固定界磁極変換スイッチである。【０００９】  ２１〜２６は模擬電機子６の３極の磁極部６ａ，６ｂ，６ｃに設置された極性表示灯である。即ち、磁極部６ａにはＮ極性表示灯２１とＳ極性表示灯２２が設置されている。磁極部６ｂにはＮ極性表示灯２３とＳ極性表示灯２４が設置されている。磁極部６ｃにはＮ極性表示灯２５とＳ極性表示灯２６が設置されている。２７〜３０は模擬固定界磁極１０，１１に設置された極性表示灯である。即ち、模擬固定界磁極１０にはＮ極性表示灯２７とＳ極性表示灯２８が設置されている。模擬固定界磁極１１にはＮ極性表示灯２９とＳ極性表示灯２が設置されている。上記において、Ｎ極性表示灯２１，２３，２５，２７，２９は赤色の発光ダイオードを、Ｓ極性表示灯２２、２４，２６，２８，３０は青色発光ダ��オードを用いてある。
また、直流電源の電池１６ａの近傍には、電池１６ａの極性を表示するための＋（プラス）極性表示灯３１と−（マイナス）極性表示灯３２が設置されている。この表示灯も発光ダイオードを用いてあるが、発光ダイオードの色は、赤色と青色でもよいし、他の色でもよい。なお、極性表示灯２１〜３２の発光ダイオードには、すべて、定電流ダイオードが直列に接続されているが、説明用の符号は省略してある。【００１０】  上記の構成部品において、模擬電機子６、模擬電機子コイル７、模擬整流子８、模擬固定界磁極１０，１１などは、教科書に示されたモーター学習用の挿絵と類似の形状・構造にするのが最善であるが、学習用の挿絵と異なる形状・構造であってもよい。なお、極性表示灯２１〜３２と、メインスイッチ１７，１８などとの関係は、図５に示す回路図のように構成されている。【００１１】  上記構成の直流モーター回転原理説明器の動作について説明する。この説明において、図５の回路図上で、Ｎ極性表示灯２１，２３，２５、２７，２９（赤色の発光ダイオード）が点灯しているときは、白色の丸印で表示してある。点灯していないときはダイオードの符号のままとする。同様に、Ｓ極性表示灯２２、２４，２６，２８、３０（青色発光ダイオード）が点灯しているときは、黒色の丸印で表示してある。点灯していないときはダイオードの符号のままとする。そして、Ｎ極性表示灯２１，２３，２５、２７，２９（赤色の発光ダイオード）の点灯は、永久磁石のＮ極性を意味するものであり、Ｓ極性表示灯２２、２４，２６，２８、３０（青色発光ダイオード）の点灯は、永久磁石のＳ極性を意味するものである。【００１２】  先ず、図５の状態において、メインスイッチ１７，１８をオンにする。このオンにより＋極性表示灯３１と−極性表示灯３２が点灯する。メインスイッチ１７，１８のオンに続いて、電源クリップ１４をブラシ片９ａの回路に接続し、電源クリップ１５をブラシ片９ｂの回路に接続する。この接続により、電池１６ａの＋極→ブラシ片９ａ→整流子片８ａ→Ｎ極性表示灯２１→整流子片８ｃ→ブラシ片９ｂ→電池１６ａの−極に至る回路が形成されて、磁極部６ａのＮ極性表示灯２１（赤色）が点灯する。また、電池１６ａの＋極→ブラシ片９ａ→整流子片８ａ→Ｓ極性表示灯２４→整流子片８ｂ→Ｓ極性表示灯２６→整流子片８ｃ→ブラシ片９ｂ→電池１６ａの−極に至る回路が形成されて、磁極部６ｂのＳ極性表示灯２４（青色）と磁極部６ｃのＳ極性表示灯２６（青色）が点灯する。
次に、模擬固定界磁極変換スイッチ２０を図示のように上側にオンすると、電池１６ｂの＋極→Ｓ極性表示灯２８→Ｎ極性表示灯２９→電池１６ｂの−極に至る回路が形成されて、模擬固定界磁極１１のＳ極性表示灯２７（青色）と模擬固定界磁極１０のＮ極性表示灯２９（赤色）が点灯する。これらの点灯状態を図６に示す。【００１３】  上記の表示灯の点灯により、図６において、模擬固定界磁極１０のＮ極性表示灯２９（赤色）の点灯は、模擬固定界磁極１０がＮ極性であると仮定する。また、模擬固定界磁極１１のＳ極性表示灯２７（青色）の点灯は、模擬固定界磁極１１がＳ極性であると仮定する。さらに、模擬電機子６において、磁極部６ａのＮ極性表示灯２１（赤色）の点灯は、磁極部６ａがＮ極性であると仮定する。磁極部６ｂのＳ極性表示灯２４（青色）の点灯は、磁極部６ｂがＳ極性であると仮定する。磁極部６ｃのＳ極性表示灯２６（青色）の点灯は、磁極部６ｃがＳ極性であると仮定する。
従って、模擬固定界磁極１０のＮ極赤色と磁極部６ｃのＳ極青色の間に吸引力を生じると判断し、模擬固定界磁極１１のＳ極青色と磁極部６ｂのＳ極青色の間に反発力を生じると判断する。この判断から模擬電機子６は矢印Ａ方向に回転するものと理解される。【００１４】  上記回転により、図７のように、模擬電機子６の磁極部６ａが右下に、磁極部６ｂが左下に、磁極部６ｃが中央上になり、同時に、模擬整流子８の整流子片８ａ，８ｂ，８ｃも一緒に回転する。この回転により、整流子片８ａ，８ｂ，８ｃに対するブラシ片９ａ，９ｂの接触関係が変移する。ブラシ片９ａ，９ｂの接触関係の変移により、磁極部６ａのＳ極性表示灯２２が点灯してＳ極青色に、磁極部６ｂのＳ極性表示灯２４が点灯してＳ極青色になる。従って、模擬固定界磁極１０のＮ極赤色と磁極部６ｂのＳ極青色の間に吸引力を生じると判断し、模擬固定界磁極１１のＳ極青色と磁極部６ａのＳ極青色の間に反発力を生じると判断する。この判断から前記と同様に模擬電機子６は矢印Ａ方向に回転するものと理解される。【００１５】  図７の状態から矢印Ａ方向に回転すると、図８のように、模擬電機子６の磁極部６ｃが右下に、磁極部６ａが左下に、磁極部６ｂが中央上になり、同時に、模擬整流子８の整流子片８ａ，８ｂ，８ｃも一緒に回転する。この回転により、整流子片８ａ，８ｂ，８ｃに対するブラシ片９ａ，９ｂの接触関係が変移する。ブラシ片９ａ，９ｂの接触関係の変移により、磁極部６ａのＳ極性表示灯２２が点灯してＳ極青色に、磁極部６ｃのＳ極性表示灯２６が点灯してＳ極青色になる。従って、模擬固定界磁極１０のＮ極赤色と磁極部６ａのＳ極青色の間に吸引力を生じると判断し、模擬固定界磁極１１のＳ極青色と磁極部６ｂのＳ極青色の間に反発力を生じると判断する。この判断から前記と同様に模擬電機子６は矢印Ａ方向に回転するものと理解される。【００１６】  これを学童に説明するときは、あらかじめ、永久磁石のＮ極とＳ極の間には吸引力が働き、Ｎ極とＮ極またはＳ極とＳ極の間には反発力が働くことを教えておく。また、鉄心にコイルを巻いて、これに直流電流を流したとき、鉄心の一方がＮ極になり、他方がＳ極になることを教えておく。さらに、図１に示すように、３極がＹ字形に形成されたそれぞれの磁極部６ａ，６ｂ，６ｃは、磁極部６ａがＮ極ならば、磁極部６ｂと６ｃはＳ極になる。従って、磁極部６ｂがＮ極ならば磁極部６ａと６ｃがＳ極になり、磁極部６ｃがＮ極ならば磁極部６ａと６ｂがＳ極になるようにコイルを巻いてあることを教えておく。なお、これらは、簡単な実験で学童に明確に理解される。この磁極の形成及び磁極の吸引・反発を理解するだけで、前記の直流モーター回転原理説明器による説明が容易になされ、直流モーターの回転原理が適切に理解される。さらに、模擬電機子６を急速回転させると、Ｎ極性表示灯とＳ極性表示灯が帯状の模様になって、Ｎ極性とＳ極性の切り替え状態が視覚により識別されて学習意欲が増大される効果を生じる。【００１７】実施の形態２．
上記実施の形態１に示した直流モーター回転原理説明器は、模擬電機子６の構成として３極の磁極部６ａ，６ｂ，６ｃを備えたものであるが、これを、２極の磁極部を備えた模擬電機子に取り替えて説明することも容易にできる。
即ち、図９は２極の磁極部を備えた模擬電機子による直流モーター回転原理説明器における電気回路図であり、上記実施の形態１における３極の磁極部を備えた模擬電機子による直流モーター回転原理説明器（図１及び図５に示すもの）において、模擬電機子６を模擬電機子６１に、また、模擬整流子８を模擬整流子８１に取り替えて構成したものである。【００１８】  図１０は、２極用の模擬電機子６１と模擬整流子８１を備えた回転子を示すもので、図において、６１は模擬電機子、８１は整流子片８１ａ，８１ｂを有する模擬整流子、４は電機子軸、５は手動回転用ノブであり、これらは、前記３極用のものと同様の材料で構成され、一体化されている。なお、６１ａ及び６１ｂは磁極部、６２は模擬電機子コイル、６３〜６６は極性表示灯であり、磁極部６ａにはＮ極性表示灯６３とＳ極性表示灯６４が設置されている。磁極部６ｂにはＮ極性表示灯６５とＳ極性表示灯６６が設置されている。上記において、Ｎ極性表示灯６３，６５は赤色の発光ダイオードを、Ｓ極性表示灯６４、６６は青色発光ダイオードを用いてある。この２極用の模擬電機子６１と模擬整流子８１を備えた回転子は、特許文献１の特開２００２−３６６０２６号公報における直流モーター回転原理説明器の回転子と同類のものであり、特開２００２−３６６０２６号公報に示された電気回路図と形態、この実施の２の電気回路図（図９）とは若干異なるが、動作を理解するための表示灯の点灯は同一である。【００１９】  上記２極用の模擬電機子に取り替えるために、軸受板２及び３のいずれか一方または両方の軸受孔には、図１及び図３に示すように挿入溝４ａを設けるか、もしくは、軸受板２及び３を基盤１に対して容易に着脱できるようにしておくのが望ましい。また、模擬電機子が軸方向の動きを止めるために、図２に示すように止め輪４ａを設けておくのが望ましい。さらに、直流電源としての電池は、電池１６ａと電池１６ｂに分離しておいたほうが、切り替えなどの説明が容易にできる。【００２０】  上記実施の形態１及び２の構成において、極性表示灯は発光ダイオードを用いたもので説明したが、発光ダイオードに限定されるものでなく、面発光体のような極性表示灯にすれば点灯の表示面が大きくなるので、極性の理解が容易になる。また、直流電源としての電池には、＋−の極性を表示するための表示灯を設けることも理解を容易にするために大切な構成になる。【００２１】  上記のように、この発明の直流モーター回転原理説明器は、３極用の回転子で説明するものであるが、２極用の回転子に簡単に取替えできるので、２極用の回転子に対する３極用（多極用）回転子の回転動作をわかり易く説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１を示す直流モーター回転原理説明器の斜視図。
【図２】同直流モーター回転原理説明器の上面図。
【図３】同直流モーター回転原理説明器の正面図
【図４】同整流子とブラシの関係を示す拡大斜視図
【図５】同直流モーター回転原理説明器の電気回路図
【図６】同直流モーター回転原理説明器の電気回路図
【図７】同直流モーター回転原理説明器の電気回路図
【図８】同直流モーター回転原理説明器の電気回路図
【図９】実施の形態２を示す直流モーター回転原理説明器の電気回路図
【図１０】実施の形態２の模擬電機子を示す拡大斜視図
【符号の説明】
【００２３】１  基盤
２  軸受板
３  軸受板
４  電機子軸
６  模擬電機子
８  模擬整流子
９ａ  ブラシ
９ｂ  ブラシ
１０  模擬固定界磁極
１１  模擬固定界磁極
１６ａ  電池
１６ｂ  電池
２１，２３，２５，２７，２９  Ｎ極性表示灯
２２、２４，２６，２８，３０  Ｓ極性表示灯
【図１】
2006301551.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006301551.tif 000009
【図８】
2006301551.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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