(57)【要約】【課題】  電動−タを改良して、極度に簡単で小型軽量に構成され、しかも高速回転性能を有する新規な形式の電動モータを提供する。【解決手段】  （Ａ）に示した球状永久磁石回転子１を構成する。（Ｃ）に示したように、該球状永久磁石回転子１の周囲に単斜コイル５を固定的に設置する。そして前記球状永久磁石回転子１の回転位相を検出するセンサ（例えばホール素子７）を設けて、球状永久磁石回転子１の１８０度回転ごとに単斜コイル５の通電方向を切り換える。これによって前記球状永久磁石回転子１は連続回転が可能となる。【選択図】  図１
2006074960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）がケース（６）に対して、ベアリングを介して回転自在に支持されるとともに、 
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル（５）が、その中心線をＺ軸に直交せしめ、かつＸ軸，Ｙ軸に対して斜めの姿勢に配置されて、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）、及び「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記単一のソレノイド形コイル（５）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。  
【請求項２】
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１５ａ，１５ｂ）から成る半割同心コイル（１５）が形成されており、
かつ上記２個の半割Ｙコイル１５ａ、半割Ｙコイル１５ｂがＹ軸と同心に並んで、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割同心コイル（１５）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
【請求項３】
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１６ａ）、半割斜コイル１（６ｂ）から成る半割屈曲コイル（１６）が形成されており、
かつ、片方の半割Ｙコイル（１６ａ）がＹ軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割斜コイル（１６ｂ）の中心線が、Ｙ−Ｚ面上でＹ軸に対して斜めに配設されていて、
これらの半割Ｙコイル（１６ａ）及び半割斜コイル（１６ｂ）が、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル（１６）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
【請求項４】
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルがほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１７ａ）、半割Ｚコイル（１７ｂ）から成る半割直交コイル（１７）が形成されており、
かつ、片方の半割Ｙコイル（１７ａ）がＹ軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割Ｚコイル（１７ｂ）が、Ｚ軸と同心に配設されていて、
これらの半割Ｙコイル（１７ａ）及び半割Ｚコイル（１７ｂ）が、前記球状永久磁石回転子（１）に対向しており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル（１６）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。  
【請求項５】
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルが、上記球状永久磁石回転子（１）を取り巻き、もしくは該球状永久磁石回転子に対向している構造であって、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて前記ソレノイド形コイルの通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えている簡潔構造のモータを始動する方法であって、
ａ．該簡潔構造のモータを停止させる際、一時的に、ホール素子（７）の検出信号に基づく通電制御を停止して、「球状永久磁石回転子が、ソレノイド形コイルの磁力と釣り合う中立位置」に停止させておき、
ｂ．予め、前記ホール素子（７）が作動する位相を、前記の中立位置から僅かに偏らせておき、
ｃ．ホール素子（７）の検出信号に基づいて通電を制御する状態ならしめてから、前記ソレノイド形コイルに対する通電を開始することを特徴とする、簡潔構造のモータの始動方法。
【請求項６】
前記ホール素子（７）の検出信号に基づく通電制御を停止して、前記ソレノイド形コイルに対し一定方向に通電したとき、球状永久磁石回転子（１）が停止する磁極角位置を中立位置とし、
前記ホール素子（７）により球状永久磁石回転子の回転位相を検知して通電を切り換える検出点が、上記中立位置に比して位相差を有していることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れかに記載した簡潔構造のモータ。
【請求項７】
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、  
球状永久磁石固定固定子（３）が座標原点Ｏと同心に配置されており、その磁極方向がＺ軸と直角で、かつＸ軸に対してもＹ軸に対しても斜交していて、
前記球状永久磁石固定固定子（３）の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル（１１）が、該球状永久磁石固定固定子を取り巻くとともに、Ｘ軸方向のロータ軸（１８）によって回転自在に支持されており、
前記のソレノイド形コイル（１１）が、「前記Ｘ軸方向のロータ軸に設置された整流子（１２）」およびブラシ（１３）を介して給電端子（１４）に接続されていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１個の永久磁石、および１個又は２このソレノイド形コイルを主要な構成部材とする、極度に簡潔な直流モータ、およびその始動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、直流モータに関する基礎的な学理は完成の域に達しており、直流モータの構造的な分類はほぼ定まっている。
定説によば、直巻式、分巻式、複巻式に分類され、何れも複数の極を有する鉄心に、多極のコイルが巻回された構造である。
【０００３】
例外的に、１個の永久磁石を固定子とし、１個の無鉄心ソレノイドコイルをローターとした回転機器にミリアンメーターが有る。
しかし、その回転角度は理論的に１８０度未満であり、一般に回転角度約９０度で用いられている。従って、３６０度以上の連続回転は不可能である。
【特許文献１】特開２００４−１５９４２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４７４７０号公報
【非特許文献１】「モーター技術百科」，坪島茂彦著，１９９３年  オーム社刊
【非特許文献２】新編電気工学講座・第３巻「電気機器」，岡田信之助著，１９６９年  コロナ社刊
【非特許文献３】「図解電気工学新書」，岩木洋著，１９９５年  浅倉書店刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来に比して極度に簡潔な構造で、製造コストが安く、しかも実用価値の有る小型の直流モータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明に係る簡潔構造モータの構成は、（図１（Ｃ）参照）直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）がケース（６）に対して、ベアリングを介して回転自在に支持されるとともに、 
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル（５）が、その中心線をＺ軸に直交せしめ、かつＸ軸，Ｙ軸に対して斜めの姿勢に配置されて、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）、及び「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記単一のソレノイド形コイル（５）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする。
【０００６】
以上に説明した請求項１の発明に係る簡潔構造のモータによると、単一の（鉄心を有しない１個の）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では１８０度以上の回転が不可能であったが、本請求項１の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、３６０度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正，逆転させることもできる。
以上のようにして、極限的に簡単な構造で、小型，軽量，低コストの直流モータが得られる。
【０００７】
請求項２の発明に係る簡潔構造モータの構成は、（図３（Ａ）参照）直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１５ａ，１５ｂ）から成る半割同心コイル（１５）が形成されており、
かつ上記２個の半割Ｙコイル（１５ａ）、半割Ｙコイル（１５ｂ）がＹ軸と同心に並んで、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割同心コイル（１５）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする。
【０００８】
以上に説明した請求項２の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項１におけるとほぼ同様に、単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。  
構造が簡単で、小型，軽量，低コストであることは請求項１におけるとほぼ同様であるが、半割同心コイルが２個の半割Ｙコイルに分割されているのでモータ装置の組み立て作業が容易である。  
【０００９】
請求項３の発明に係る簡潔構造モータの構成は、（図３（Ｂ）参照）直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子（１）の外径よりも大きい内径を有する単単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１６ａ）、半割斜コイル１（６ｂ）から成る半割屈曲コイル（１６）が形成されており、
かつ、片方の半割Ｙコイル（１６ａ）がＹ軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割斜コイル（１６ｂ）の中心線が、Ｙ−Ｚ面上でＹ軸に対して斜めに配設されていて、
これらの半割Ｙコイル（１６ａ）及び半割斜コイル（１６ｂ）が、前記球状永久磁石回転子（１）の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル（１６）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする。
【００１０】
以上に説明した請求項３の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項２におけると同様に、単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。        
その上、２個の半割コイルの内の１個がＹ軸に対して傾斜しているので、請求項２におけるよりも高速回転が得られる。
【００１１】
請求項４の発明に係る簡潔構造モータの構成は、（図４参照）  直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
単一のソレノイド形コイルがほぼ中央部で分割されて、２個の半割Ｙコイル（１７ａ）、半割Ｚコイル（１７ｂ）から成る半割直交コイル（１７）が形成されており、
かつ、片方の半割Ｙコイル（１７ａ）がＹ軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割Ｚコイル（１７ｂ）が、Ｚ軸と同心に配設されていて、
これらの半割Ｙコイル（１７ａ）及び半割Ｚコイル（１７ｂ）が、前記球状永久磁石回転子（１）に対向しており、
かつ、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル（１６）の通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えていることを特徴とする。
【００１２】
以上に説明した請求項４の発明に係る簡潔構造のモータによると、
単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では１８０度以上の回転が不可能であったが、本請求項４の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、３６０度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正，逆転させることもできる。
【００１３】
請求項５の発明に係る簡潔構造モータの始動方法は、
球状の永久磁石回転子（１）と、その中心を通るＸ軸方向の回転子軸（２）とが一体的に固定されていて、
この回転子軸（２）が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルが、上記球状永久磁石回転子（１）を取り巻き、もしくは該球状永久磁石回転子に対向している構造であって、前記球状永久磁石回転子（１）の回転角位置を検出するホール素子（７）及び、「上記ホール素子（７）の検出信号に基づいて前記ソレノイド形コイルの通電方向を制御する通電切換回路（８）」を備えている簡潔構造のモータを始動する方法であって、
ａ．該簡潔構造のモータを停止させる際、一時的に、ホール素子（７）の検出信号に基づく通電制御を停止して、「球状永久磁石回転子が、ソレノイド形コイルの磁力と釣り合う中立位置」に停止させておき、
ｂ．予め、前記ホール素子（７）が作動する位相を、前記の中立位置から僅かに偏らせておき、
ｃ．ホール素子（７）の検出信号に基づいて通電を制御する状態ならしめてから、前記ソレノイド形コイルに対する通電を開始することを特徴とする。
【００１４】
以上に説明した請求項５の発明に係る簡潔構造のモータ始動方法によると、          
当該簡潔構造モータを停止させる際、意識的にホール素子の作用を休止させるので、球状永久磁石回転子の磁極がＹ軸方向を向いて停止する。
上記のように磁極方向がＹ軸方向である状態で、位相が（僅かに）偏ったホール素子で磁極方向を検出するので、通電方向を決定することができる。
すなわち、『ホール素子が、Ｎ，Ｓ両極から等距離の中間点に位置していて、どちらに向けて通電すべきか判断できない』という状態を現出しない。
【００１５】
請求項６の発明に係る簡潔構造モータの構成は、請求項１ないし請求項４の発明装置の構成要件に加えて、  
前記ホール素子（７）の検出信号に基づく通電制御を停止して前記ソレノイド形コイル
に通電したとき、球状永久磁石回転子（１）が停止する角位置を中立位置とし、
前記ホール素子（７）により球状永久磁石回転子の回転位相を検知して通電を切り換える検出点が、上記中立位置に比して位相差を有していることを特徴とする。
【００１６】
以上に説明した請求項６の発明によると、ホール素子による球状永久磁石回転子の回転位相検知点が、該球状永久磁石回転子の中立位置からずれているので、確実な始動が可能である。
すなわち、請求項５に係る発明方法を容易に実施して、その効果を十分に発揮させることができる。
【００１７】
請求項７の発明に係る簡潔構造モータの構成は、（図２（Ｂ）参照）
直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定し、  
球状永久磁石固定固定子（３）が座標原点Ｏと同心に配置されており、その磁極方向がＺ軸と直角で、かつＸ軸に対してもＹ軸に対しても斜交していて、
前記球状永久磁石固定固定子（３）の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル（１１）が、該球状永久磁石固定固定子を取り巻くとともに、Ｘ軸方向のロータ軸（１８）によって回転自在に支持されており、
前記のソレノイド形コイル（１１）が、「前記Ｘ軸方向のロータ軸に設置された整流子（１２）」およびブラシ（１３）を介して給電端子（１４）に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
以上に説明した請求項７の発明に係る簡潔構造のモータによると、１個の無鉄心コイルから成る回転子と１個の永久磁石固定子とを主たる構成部材とし、整流子とブラシとから成る通電切換回路を併設したという、簡単で低コストの構成で、３６０度連続回転が可能である。
特に、ローターが鉄心を有していないから軽量で、回転慣性が小さく、急加速・急停止が容易である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明に係る簡潔構造のモータによると、単一の（鉄心を有しない１個の）ソレノイドコイルを固定子として、球状の永久磁石回転子を連続回転させることができる。
従来技術では１８０度以上の回転が不可能であったが、本請求項１の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、３６０度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正，逆転させることもできる。
以上のようにして、極限的に簡単な構造で、小型，軽量，低コストの直流モータが得られる。
【００２０】
請求項２の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項１におけるとほぼ同様に、単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
構造が簡単で、小型，軽量，低コストであることは請求項１におけるとほぼ同様であるが、半割同心コイルが２個の半割Ｙコイルに分割されているのでモータ装置の組み立て作業が容易である。
【００２１】
請求項３の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項２におけると同様に、単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
その上、２個の半割コイルの内の１個がＹ軸に対して傾斜しているので、請求項２におけるよりも高速回転が得られる。
【００２２】
請求項４の発明に係る簡潔構造のモータによると、
単独の（鉄心を有しない）ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では１８０度以上の回転が不可能であったが、本請求項４の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、３６０度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正，逆転させることもできる。
【００２３】
請求項５の発明に係る簡潔構造のモータ始動方法によると、
当該簡潔構造モータを停止させる際、意識的にホール素子の作用を休止させるので、球状永久磁石回転子の磁極がＹ軸方向を向いて停止する。
上記のように磁極方向がＹ軸方向である状態で、位相が（僅かに）偏ったホール素子で磁極方向を検出するので、通電方向を決定することができる。
すなわち、『ホール素子が、Ｎ，Ｓ両極から等距離の中間点に位置していて、どちらに向けて通電すべきか判断できない』という状態を現出しない。
【００２４】
請求項６の発明によると、ホール素子による球状永久磁石回転子の回転位相検知点が、該球状永久磁石回転子の中立位置からずれているので、確実な始動が可能である。
すなわち、請求項５に係る発明方法を容易に実施して、その効果を十分に発揮させることができる。
【００２５】
請求項７の発明に係る簡潔構造のモータによると、１個の無鉄心コイルから成る回転子と１個の永久磁石固定子とを主たる構成部材とし、整流子とブラシとから成る通電切換回路を併設したという、簡単で低コストの構成で、３６０度連続回転が可能である。        特に、ローターが鉄心を有していないから、軽量で回転慣性が小さく、急加速・急停止が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の実施形態を示し、（Ａ）は第１の実施例における回転子の正面外観図、（Ｂ）は第２の実施例における固定子の正面外観図、（Ｃ）は第１の実施例の模式的な正面外観図に制御系統を付記した図である。
本発明の特徴的な構成として、球状の永久磁石を用いる。本図１（Ａ）は球状永久磁石の中心に回転子軸２を貫通固着して球状永久磁石回転子１を構成した例であって、
回転子軸２をＸ軸方向にしたとき、球状永久磁石回転子１の磁極（Ｎ，Ｓ）の方向はＹ軸と平行になっている。
ただし、球状永久磁石回転子は立体幾何学的に厳密な球であることを要せず、球に類似した形状であれば良い。例えば楕円回転体であっても良く、要するにＸ軸に関して対称な立体形状であれば良い。
この球状永久磁石回転子１を用いた簡潔構造モータの実例については、図１（Ｃ），図２，及び図３を参照して、後に詳しく説明する。
【００２７】
前記球状の永久磁石に磁石支持具を固着して固定子を構成すると本図１（Ｂ）のごとくである。
この球状永久磁石固定固定子３は球状であるから磁極の方向は特定し難い。
しかし、この部材（球状永久磁石固定子）を用いる際は、モータ回転軸心をＸ−Ｘとして、その磁極（Ｎ，Ｓ）の方向をＸ軸に対してもＹ軸に対しても傾斜させるように設置する。
この球状永久磁石固定固定子３を用いた簡潔構造モータの実例については、図２を参照して後に詳しく説明する。
【００２８】
図１（Ｃ）は第１の実施例であって、本図に描かれている球状永久磁石回転子１および回転子軸２は、前掲の図１（Ａ）に示した部材である。
この第１の実施例における球状永久磁石回転子１はネオジュウム製であって、表面磁束密度０．４Ｔである。
上記回転子軸２がＸ軸方向となるように、ケース６に対して回転自在に支持されている。磁極（Ｎ，Ｓ）の方向は回転するが、常にＹ−Ｚ面上に位置している。
前記球状永久磁石回転子１に対して緩やかに外嵌させて、単斜コイル５をケース６に対して固定的に設置する。
本実施例において単斜コイルとは、鉄心を有しない単独のソレノイド形コイルであって、その中心線がＸ−Ｙ面上に位置し、かつＸ軸に対して傾斜しているものをいう。
【００２９】
図１（Ｃ）において、単斜コイル５がＹ軸に対して傾斜しているので、これに通電するとＹ軸に対して傾斜する磁界を生じる。このため球状永久磁石回転子１は、その磁極方向（Ｎ−Ｓ）をＹ軸方向ならしめるように回動する。
ただし、これだけでは１８０度未満の回動しかできない。
上記の回動に引き続いて連続的に回転させるには、本図１（Ｃ）の状態になったとき、
単斜コイル５の通電方向を逆転させるように切り換えなければならない。
【００３０】
そこで、球状永久磁石回転子１の付近にホール素子７を設置して、該球状永久磁石回転子の磁極方向を検出する。
説明の便宜上、本図１（Ｃ）のように、球状永久磁石回転子１の磁極方向（Ｓ−Ｎ）が
Ｙ軸方向である状態を中立位置と名付ける。この状態は、単斜コイル５に対して一定方向の電流を通電したとき、釣り合い状態として現出する。
前記ホール素子７が中立位置を検知したとき、通電切換回路８によって通電方向を逆転させるように切り換え制御する。
このようにして１８０度回転ごとに通電方向を切り換えることにより、球状永久磁石回転子１は連続的に回転する。
【００３１】
いま仮に、本図１（Ｃ）と同様に、球状永久磁石回転子１の磁極方向（永久磁石の北極Ｎ−Ｓ）が正確にＹ軸方向を向いて停止しているとすると、単斜コイル５に通電すべき方向が決まらない。その理由は、中立位置が通電方向の切り換え点だからである。
具体的には次のような不具合を生じる。
いま仮に、球状永久磁石回転子１が中立位置よりも僅かに手前で止まっていれば、単斜コイル５には「球状永久磁石回転子１を中立位置に近づける方向の磁力」を発生するように通電すれば良く、
また仮に、球状永久磁石回転子１が中立位置を僅かに通り過ぎて止まっていれば、単斜コイル５には「球状永久磁石回転子１を中立位置から遠ざける方向の磁力」を発生するように通電すれば良い。
しかし、前記のように球状永久磁石回転子１が丁度中立位置に止まっていると、通電方向が決まらない。
【００３２】
そこで本実施例では、ホール素子７の設置位置をＸ−Ｙ面から僅かに偏らせて、中立位置と僅かに異なる位相を検出させる。
先に述べたように、球状永久磁石回転子１の磁極方向が中立位置に在り、ホール素子７による検出点の位相が少し偏っているので、該ホール素子７は球状永久磁石回転子１が中立位置ではないと誤判断して単斜コイル５に通電するから、該球状永久磁石回転子１は中立位置からでも回転を開始することができる。このとき回転開始方向は、ホール素子設置箇所の偏り方向によって決められる。
【００３３】
図２は第２の実施例を示し、（Ａ）は構造を説明するための分解断面正面図、（Ｂ）は組み立て状態を描いた断面正面図である。
本図２（Ａ）に描かれている球状永久磁石固定固定子３は、前掲の図１（Ｂ）に示した構成部材である。
上記球状永久磁石固定固定子３は、その中心点を座標原点に一致させてケース６に対して固定されており、その磁極方向（Ｎ−Ｓ）はＸ軸にもＹ軸にも斜交している。
一方、単Ｘコイル１１は回転子フレーム１０に固着され、Ｘ軸と同心に回転自在に支持されている。本発明において単Ｘコイルとは、鉄心を有しない単独のソレノイド形であって、Ｘ軸と同心に支持されているコイルをいう。
【００３４】
この図２の実施例１においては、前掲の実施例１（図１（Ｃ））と異なり、ホール素子７を設けることなく整流子１２とブラシ１３とを設けて通電方向の切り換えを行なうようになっている。
このような構造上の差異を設けた理由は次の通りである。
実施例１（図１（Ｃ））においては、コイルが静止部材であり、球状永久磁石が回転部材である。従って、回転部材である球状永久磁石の回転位相を検出するにはホール素子が適している。
実施例２（図２）においては、球状永久磁石が静止部材であり、コイルが回転部材である。従って、回転部材であるコイルの通電方向を切り換えるにはブラシ・整流子が好適である。
【００３５】
（図２（Ｂ）参照）単Ｘコイル１１が通電されて生じる磁界の方向はＸ軸方向であり、
球状永久磁石固定固定子３の磁極方向（Ｎ−Ｓ）はＸ軸に対してもＹ軸に対しても斜めに交わっている。従って、通電されてＸ軸方向の磁力線を発生した単Ｘコイル１１は球状永久磁石固定固定子３の固定磁極との間の吸引・反発によってＸ軸周りの回転力を受ける。
該単Ｘコイル１１は１８０度回転する度に、整流子・ブラシ作用で通電方向を変換されながら連続回転する。符号１４を付して示した部材は給電端子である。
【００３６】
図３（Ａ）は前掲の図１（Ｃ）に示した第１の実施例の変形例を描いた模式図であり、（Ｂ）は更なる変形例の模式図である。
図１（Ｃ）の第１の実施例では、球状永久磁石回転子１の磁極方向と単斜コイル５の中心線とが常に傾斜していて、同一方向になることが無い。このため効率が良くない。
そこで図３（Ａ）の変形例では、Ｙ軸方向の半割Ｙコイル１５ａと半割Ｙコイル１５ｂとを、少し離して同心に並べた構造の半割同心コイル１５を構成した。
このように構成すると、２個の半割Ｙコイル１５ａ，１５ｂの間に回転子軸２を配置した。これにより、同一寸法、同一電圧・電流で大きい回転トルクが得られた。
図７に示した鎖線のカーブは、この図３（Ａ）に示した実施例１における回転速度−電流特性である。
半割Ｙコイル１５ａおよび半割Ｙコイル１５ｂは、それぞれコイル線径０．５ミリメートル、７ターン、内径１１ミリメートルである。
【００３７】
更に、図３（Ｂ）のように、２個の半割コイルの片方（１６ａ）をＹ軸方向に設置するとともに、もう片方（１６ａ）をＹ軸に対して角θだけ傾斜させて設置した。すなわち、
半割Ｙコイル１６ａと半割斜コイル１６ｂとを少し離して配置した半割屈曲コイル１６を構成した。これにより、図３（Ａ）よりも高速回転が可能になった。
【００３８】
図４は、更に良好な特性が得られるように改良した実施例３を示し、Ｘ軸方向に見たところを描いた模式図である。
前掲の図３に示した実施例と同様に２個の判割コイル１７ａと同１７ｂとを構成するが、その片方１７ａはＹ軸方向に設置して半割Ｙコイルとし、もう片方の１７ｂはＺ軸方向に設置して半割Ｚコイルとする。これら２個の判割りコイルが半割直交コイル１７を形成している。
球状永久磁石回転子１の回転子軸２はＸ軸方向（紙面に直角）に配置されている。
これに対して半割Ｙコイル１７ａはＹ軸方向に、半割Ｚコイル１７ｂはＺ軸方向に、それぞれ中心線が座標原点Ｏを通るように配置されている。
ホール素子７及び通電切換回路８は、第１の実施例（図１（Ｃ））において説明したのと同様である。
この実施例３の回転速度−電流特性を図７に実線カーブで示す。この例では６万ｒｐｍに近い高速回転が得られた。
図示を省略するが、本実施例３（図４）の変形例として、２個の半割Ｙコイル１７ａ，１７ｂが対抗する角度を直角以外に設定することもできる（例えばＹ軸方向に、同心に対向させることも可能である）。
【００３９】
図５は、前掲の図３（Ｂ）に示した実施例の変形例であり、両者の相違点は次の通りである。
図３（Ｂ）の半割Ｙコイル１６ａおよび半割斜コイル１６ｂは、その中心線が座標原点Ｏを通っていたが、図５の分割斜コイル２０ａおよび分割斜コイル２０ｂの中心線は座標原点Ｏを通っていない。
この図５の実施例によると、図３（Ｂ）の実施例に比して、トルクは低下するが高速回転が可能である。
【００４０】
図４および図５に示した実施例においては、コイルの中に球状永久磁石回転子１を配置する構成とせず、コイルを球状永久磁石回転子に対向させて配置してある。従って、このような実施形態においては、コイルを多層巻にすることができる。多層巻にすると、単層巻の場合に比してトルクを増加させることが期待される。
【００４１】
図６は、第３の実施例（図４）の変形例である。
軸心方向に見たときの形状が長円形（または、これに類似する形状）のソレノイドコイルを構成し、短径に沿って折り曲げると、図６に示した判割屈曲コイル２１ａができる。
実線で描いた判割屈曲コイル２１ａだけを設置しても良く、破線で描いた判割屈曲コイル２１ｂを併せて設置すればトルクの増加が期待される。
この図６のように折り曲げた形のコイルを用いると、「コイルを含めた全体形状」
を小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態を説明するために示したものであって、（Ａ）は第１の実施例における回転子の正面外観図、（Ｂ）は第２の実施例における固定子の正面外観図、（Ｃ）は第１の実施例の模式的な正面外観図に制御系統を付記した図
【図２】第２の実施例を示し、（Ａ）は構造を説明するための分解断面正面図、（Ｂ）は組み立て状態を描いた断面正面図
【図３】（Ａ）は前掲の図１（Ｃ）に示した第１の実施例の変形例を描いた模式図、（Ｂ）は更なる変形例の模式図
【図４】前掲の第２の実施例よりも更に良好な特性が得られるように改良した実施例３を示し、Ｘ軸方向に見たところを描いた模式図
【図５】前掲の図３（Ｂ）の実施例の変形例における模式的な側面図に制御系統を付記した図
【図６】全体形状を縮小できるように構成した実施例を描いた模式的な側面図制御系統を付記した図
【図７】第１の実施例を鎖線カーブで、第３の実施例を実線カーブで描いた回転速度−電流特性図
【符号の説明】
【００４３】
１…球状永久磁石回転子
２…回転子軸
３…球状永久磁石固定固定子
４…磁石支持具
５…単斜コイル
６…ケース
７…ホール素子
８…通電切換回路 
９…直流電源 
１０…回転子フレーム 
１１…単Ｘコイル 
１２…整流子 
１３…ブラシ 
１４…給電端子 
１５…半割同心コイル 
１５ａ…半割Ｙコイル 
１５ｂ…半割Ｙコイル 
１６…半割屈曲コイル 
１６ａ…半割Ｙコイル 
１６ｂ…半割斜コイル 
１７…半割直交コイル 
１７ａ…半割Ｙコイル 
１７ｂ…半割Ｚコイル 
２０ａ…分割斜コイル 
２０ｂ…分割斜コイル  
２１ａ…半割屈曲コイル
２１ｂ…半割屈曲コイル
【図１】
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【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】
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