(57)【要約】【課題】永久磁石と電磁石とを使用したモーターにおいては、小さな電気容量でも大きな力のモーメントの駆動力を得ること。【解決手段】リング状に形成したギア体と、該ギア体の内周面側に整列させて取り付けられる複数の永久磁石と、該永久磁石と略同一の長さを有し且つ永久磁石の両側に配設される複数の電磁石と、少なくともこれらの電磁石と永久磁石とが収容される収容部を有する非磁性材料からなる本体部と、前記ギア体と任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車とからなり、前記電磁石は、整列させた永久磁石の両側に長さ方向に沿って略１／２ずらして列状に配設すると共に収容部側に固定し、該電磁石を片側列ずつ交互に励磁させることにより前記永久磁石を介して前記ギア体を回転させる構成にしたリニアパルスモーターであり、電磁石に印加されるパルス信号の電圧が少容量であっても、大きな力のモーメントの駆動力を得ることができる。【選択図】　図１
2004112976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に形成したギア体と、
該ギア体の内周面側に整列させて取り付けられる複数の永久磁石と、
該永久磁石と略同一の長さを有し且つ永久磁石の両側に配設される複数の電磁石と、
少なくともこれらの電磁石と永久磁石とが収容される収容部を有する非磁性材料からなる本体部と、
前記ギア体と任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車とからなり、
前記電磁石は、整列させた永久磁石の両側に長さ方向に沿って略１／２ずらして列状に配設すると共に収容部側に固定し、
該電磁石を片側列ずつ交互に励磁させることにより前記永久磁石を介して前記ギア体を回転させる構成にしたこと
を特徴とするリニアパルスモーター。
【請求項２】
前記本体部は、
円盤状に形成された２枚の半体を合体して形成されていること
を特徴とする請求項１に記載のリニアパルスモーター。
【請求項３】
前記リング状のギア体と永久磁石、及び電磁石と収容部とは、
位置決め用の凹部を介して接着手段及び／またはビス等の係止手段によって取り付けられていること
を特徴とする請求項１に記載のリニアパルスモーター。
【請求項４】
前記収容部の壁面とギア体との接触部位にベアリングを設けたこと
を特徴とする請求項１に記載のリニアパルスモーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石と電磁石とを用いたモーターであって、少なくとも永久磁石が取り付けられた駆動本体部を有し、該駆動本体部を回転させることにより、駆動力を取り出すことができるリニアパルスモーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石と電磁石とを使用するモーターには、例えば、パルスモーターまたはステッピングモーターと称されているモーターが知られている。例えば、図６にステッピングモーターｍを略示的に示してある。このステッピングモーターｍは、ステーターｓと、ローターｒとからなるものである。
【０００３】
ステーターｓにはコイルｃが巻き付けられており、ローターｒには、永久磁石を用いている。そして、前記コイルｃにパルス状の電圧を印加し、例えば、Ｉ相を励磁した場合には、ローターｒが回転し、Ｉ極と対峙した位置で停止するように動作するため、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ相と順番に励磁したり、またはＩ、ＩＩＩ、ＩＩ相と順番に励磁することによって、ローターｒを正回転または逆回転させることができるのである。
【０００４】
このように、永久磁石と電磁石との特性から、ローターｒの回転する角度は、前記コイルｃへのパルス状の電圧の印加によって制御することができ、常に一定の角度を回転させることができるため、前記ローターｒのシャフトを介して一定角度の回転駆動力を取り出すことができるのである。
【０００５】
また、前記パルス状の電圧の印加に対応しているため、ステッピングモーターｍは、回転の開始と停止の特性が優れているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石と電磁石とを使用したパルスモーターまたは前記ステッピングモーターｍにおいては、大きな力のモーメントを得ることが難しいため、これらモーターは、大きな力のモーメントの駆動力が必要な場合には、適しないという問題を有する。
【０００７】
従って、従来例の永久磁石と電磁石とを使用したモーターにおいては、大きな力のモーメントの駆動力を得ることができるようにすることに解決しなければならない課題を有している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した従来例の課題を解決する具体的手段として本発明は、リング状に形成したギア体と、該ギア体の内周面側に整列させて取り付けられる複数の永久磁石と、該永久磁石と略同一の長さを有し且つ永久磁石の両側に配設される複数の電磁石と、少なくともこれらの電磁石と永久磁石とが収容される収容部を有する非磁性材料からなる本体部と、前記ギア体と任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車とからなり、前記電磁石は、整列させた永久磁石の両側に長さ方向に沿って略１／２ずらして列状に配設すると共に収容部側に固定し、該電磁石を片側列ずつ交互に励磁させることにより前記永久磁石を介して前記ギア体を回転させる構成にしたことを特徴とするリニアパルスモーターを提供するものである。
【０００９】
この発明においては、前記本体部は、円盤状に形成された２枚の半体を合体して形成されていること；前記リング状のギア体と永久磁石、及び電磁石と収容部とは、位置決め用の凹部を介して接着手段及び／またはビス等の係止手段によって取り付けられていること；前記収容部の壁面とギア体との接触部位にベアリングを設けたこと；を付加的な要件として含むものである。
【００１０】
本発明に係るリニアパルスモーターにおいては、ギア体をリング状に形成し、該ギア体の内周面側に複数の永久磁石を取り付け、該永久磁石と略同一の長さを有する複数の電磁石を長さ方向に沿って略１／２ずらして前記永久磁石の両側に列状に配設すると共に本体部側に固定し、少なくともこれらの電磁石と永久磁石とを収容する収容物有する非磁性材料からなる本体部からなるものであって、前記電磁石を片側列ずつ交互に励磁させることにより前記永久磁石を介して前記ギア体を回転させ、該ギア体と任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車から所定の回転動力、即ち、駆動力を取り出すことにより、小型に形成しても、比較的大きな力のモーメントの駆動力を得ることができ、重量のあるものを駆動させることができるようになるのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体的な実施の形態に基づいて詳しく説明する。
本発明の第１の実施の形態に係るリニアパルスモーターの略示的な斜視図を図１に示す。図１において、リニアパルスモーター１は、円盤状を呈する本体部２の周縁に突出するようにして、動力を伝達するためのギア体３が回転自在に配設されており、該ギア体３はリング状に形成されている。これら本体部２及びギヤ体３は、例えば、アルミニウム等の非磁性体材料によって形成されている。
【００１２】
前記本体部２は、例えば、台座等の支持部材４によって支持固定されるものであり、前記ギア体３には、任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車５が噛合して配設されており、該歯車５で取り出された駆動力は軸またはシャフト６を介して適宜の駆動部に伝達されるものである。
【００１３】
図２に前記リニアパルスモーター１における要部を拡大した断面図を示してある。この図２において、リング状に形成されたギア体３はベース部７と一体に形成された断面略Ｔ字状を呈するものであり、そのベース部７の内周面側に複数の永久磁石８を整列させて取り付けてある。
【００１４】
この場合に、取り付けの寸法精度を出すために、ベース部７の内周面側に設定された幅をもった位置決め用の凹部９が形成され、その凹部９に嵌め込んで複数の永久磁石８を直線状に整列させ、接着手段及び／又はビス等の係止手段等によって強固に一体的に取り付けられている。
【００１５】
前記円盤状を呈する本体部２は、同一形状の半体部２ａ、２ｂを上下対象にして合体させたものであり、周縁部に前記ギヤ体３のベース部７を収容し且つ回転自在に支持するための収容部１０が設けられている。この収容部１０は、本体部２の周縁部に沿って膨らみをもった形状、例えば、各半体部２ａ、２ｂの周縁部に断面略コ字状の膨らみをもった形状に一連に形成され、該収容部１０における端縁側の壁面１０ａ、１０ｂが対峙した状態で且つ所要の間隔をもって位置するものである。
【００１６】
そして、収容部１０の内部には、ベース部７に取り付けられた永久磁石８と対峙する両側の位置に電磁石１１ａ、１１ｂが取り付けられていると共に、ギヤ体３のベース部７と前記壁面１０ａ、１０ｂとの間にベアリング１２ａ、１２ｂを介在させてギヤ体３の回転が速やかに行われるようにしてある。なお、収納部１０内に配設される電磁石１１ａ、１１ｂは、各半体部２ａ、２ｂに形成された位置決め用の凹部１３ａ、１３ｂに整列させて嵌め込み、接着手段及び／又はビス等の係止手段等によって強固に一体的に取り付けられている。
【００１７】
この場合の永久磁石８と電磁石１１ａ、１１ｂとの配列については図３に示してある。即ち、図示したように、直線状に配設した永久磁石８に対して、電磁石１１ａ、１１ｂは、長さ方向に沿って略１／２ずらして永久磁石８の両側に配設するものであり、これら電磁石１１ａ、１１ｂを片側列ずつ交互に励磁させることにより、前記永久磁石８を走行させることができ、この永久磁石８とギア体３とが一体的に固定されているため、電流の印加方向によってギア体３を所要の方向に走行、即ち、本体部２に対して正方向（時計方向）または逆方向（反時計方向）に回転させることができるのである。
【００１８】
なお、図３においては、永久磁石８を近接した状態で直線状に配設した例を示してあるが、この配設を、図４に示したように、所定の間隔、例えば、永久磁石８の１／２の間隔をもって配設した場合でも、それに対応して電磁石１１ａ、１１ｂもそれぞれ１／２間隔をもって且つ長さ方向に沿って略１／２ずらして永久磁石８の両側に配設するものである。
【００１９】
更に、永久磁石８と電磁石１１ａ、１１ｂとの配列について、他の実施例を図５に示してある。この実施例においては、永久磁石８の配設を、該永久磁石の略１／２の間隔をもって直線状に配設し、電磁石１１ａ、１１ｂもそれに対応して略１／２の間隔をもって、且つ一方の側の電磁石１１ａと他方の側の電磁石１ｂとを長さ方向に沿って略１／４ずらして配設したものである。この場合には、一方の側の電磁石１１ａと他方の側の電磁石１ｂとのＮ・Ｓの極性を逆向きにしなければならない場合もある。
【００２０】
要するに、永久磁石８に対して吸引力・反発力の連続付与によって永久磁石８が走行するのであるから、直線状に配設する複数の永久磁石８が、近接または所定の間隔をもって配設された場合に、その永久磁石８を走行させるために両側に配設する一方の側の電磁石１１ａと他方の側の電磁石１１ｂについて、その位置を相互にずらすことが必要なのであって、そのずらすスタンスは、永久磁石８の配設間隔にもよるが、略１／２〜１／４の範囲であれば、予定した回転が得られるのである。
【００２１】
前記台座等の支持部材４は、略円筒型を呈するものであり、本体部２に対してビスまたはボルト等の適宜の固定手段１４により複数カ所において固定するものである。この支持部材４の内部には電磁石１１ａ、１１ｂに対してパルス状の給電（パルス信号として）をするため及び給電容量を制御するための制御部が収納配設されている。この制御部におけるパルス状の給電は、例えば、パルス信号の周期として１〜５００／Ｓｅｃ．の範囲で調整できるものであり、この範囲で適宜調整することで回転速度を任意に選択することができるし、また、電磁石に対する通電の方向を変えることで、正回転と逆回転とを適宜選択することができるのである。
【００２２】
そして、この台座等の支持部材４を介して、本体部２を適宜の位置に固定させることができるが、この支持部材４は必ずしも必要とするものではない。要するに、本体部２が固定された状態になれば良いのであって、電磁石に対する給電は適宜のコネクター付きリード線を引き出しておき、離れた位置に設置したコントロールボックスまたはパネル等に接続し、離れた位置で任意に制御することができるのである。
【００２３】
このように形成されたリニアパルスモーター１において、電磁石１１ａ、１１ｂに対して、例えば、１２〜１００Ｖの電圧のパルス信号を同じ方向から交互に印加することにより励磁させ、永久磁石８を吸引・反発力の繰り返しにより、一方向に走行させ、それによってギヤ体３が本体部２を中心にして回転する。この場合に、複数（例えば、３０個）の永久磁石８が直線状に整列して配設されており、仮に、１２Ｖの電圧のパルス信号であっても、複数の永久磁石８が同時に同じ方向に吸引・反発力を受けるので、相当大きな力のモーメント、即ち、回転の駆動力を得ることができるのである。つまり、永久磁石８の数が多ければ多いほど大きな力のモーメントを得ることができるのである。
【００２４】
また、パルス信号として付与される電圧にしても、例えば、２４Ｖまたはそれ以上とすることによって、電気容量が増すことで更に大きな力のモーメントが得られ、回転速度については、パルス信号の周期を調整することによって任意に設定することができるのである。
【００２５】
そして、ギア体３の回転により、該ギヤ体３と噛み合っている歯車５を介して回転動力がシャフト６に伝達され、該シャフト６の他端部側において所要の駆動力として利用できるのである。また、ギア体３には、駆動力を取り出すために１個の歯車５だけでなく、任意の位置に複数の歯車を設けても良いのである。
【００２６】
図６に第２の実施の形態を示してある。この実施の形態においては、ギヤ体の構成が異なるのみで、他の構成部分は実質的に前記第１の実施の形態と略同一である。即ち、リニアパルスモーター２１を構成する本体部２２は、同一形状の半体部２２ａ、２２ｂを上下対象にして合体させたものであり、周縁部に前記ギヤ体２３のベース部を収容し且つ回転自在に支持するための収容部３０が設けられている点で同じである。
【００２７】
この実施の形態に係るギヤ体２３は、全体としてリング状に形成されると共にベース部（図示せず）を有する断面略Ｔ字状を呈する点、及びベース部の内周面側に複数の永久磁石を整列させて取り付ける点でも同じである。そして、相違する部分は、ギヤ体２３の歯部である。即ち、歯部を傾斜させた、所謂ベベルギヤにしたものであり、動力の取り出しを横方向にしたものである。
【００２８】
従って、ギヤ体２３の任意の位置で噛み合う駆動力取り出し用の歯車２４も、所謂ベベルギアであり、該ベベルギヤのシャフト２５がギヤ体２３の回転中心から放射方向に取り出されているものである。これは、リニアパルスモーターとしての使用態様または使用部所によって、動力の取り出し方向を考慮して、ギヤ体の形状を変えただけのことであり、基本的にはリング状のギヤ体が使用されることには変わりがないのである。
【００２９】
また、この第２の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にギヤ体２３のベース部に取り付けられた永久磁石に対して、その両側に電磁石が配設されること、ベアリングが取り付けられること及びビス又はボルト等の固定手段１４で支持部材に取り付ける等の構成部分は、前記第１の実施の形態と同じであるのでその図示と説明は省略する。
【００３０】
いずれにしても、本発明においては、リング状のギヤ体と円盤状の本体部とが使用され、ギヤ体の内周面に複数（８個以上）の永久磁石を線状に整列させ、この線状に配した永久磁石に対して、その両側に１／２〜１／４の範囲で相互にずらせた状態で且つ配設された永久磁石と同数の電磁石をそれぞれ配設するものであって、この電磁石の列を本体部側に固定し、一方の列と他方の列とに交互にパルス信号の電位を印加することで永久磁石を走行させ、ギヤ体を回転させるものである。特に、複数（多数）の永久磁石を複数の電磁石により走行させているため、印加されるパルス信号の電位が小さくても大きな力のモーメント、即ち、回転の駆動力を得ることができるのである。
【００３１】
なお、前記説明はリニアパルスモータとしての説明であるが、これとは逆にギヤ体側を、例えば、水力、風力等によって歯車を介して回転させることにより、電磁石側に誘導電流が発生するので、発電機としても使用できるのである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の係るリニアパルスモーターは、リング状に形成したギア体と、該ギア体の内周面側に整列させて取り付けられる複数の永久磁石と、該永久磁石と略同一の長さを有し且つ永久磁石の両側に配設される複数の電磁石と、少なくともこれらの電磁石と永久磁石とが収容される収容部を有する非磁性材料からなる本体部と、前記ギア体と任意の位置で噛み合う少なくとも１個の駆動力取り出し用の歯車とからなり、前記電磁石は、整列させた永久磁石の両側に長さ方向に沿って略１／２ずらして列状に配設すると共に収容部側に固定し、該電磁石を片側列ずつ交互に励磁させることにより前記永久磁石を介して前記ギア体を回転させる構成にしたことにより、小さな電気容量でも大きな力のモーメントの駆動力を得ることができるため、重量のあるものを駆動させることができ、また、同時に複数の駆動力を得ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアパルスモーターの略示的な斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図３】同実施の形態に係る永久磁石と電磁石との配列状態の一例を示す説明図である。
【図４】同実施の形態に係る永久磁石と電磁石との配列状態の他の例を示す説明図である。
【図５】同実施の形態に係る永久磁石と電磁石との配列状態の更に他の例を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るリニアパルスモーターの略示的な平面図である。
【図７】従来例であるステッピングモーターを略示的に示した平面図である。
【符号の説明】
１、２１、　リニアパルスモーター
２、２２　本体部
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ　半体部
３、２３　ギア体
４　支持体
５、２５　歯車
６、２６　シャフト
７　ベース部
８　永久磁石
９、１３ａ、１３ｂ　位置決め用凹部
１０、３０　収容部弾性体
１０ａ、１０ｂ　壁部
１１ａ、１１ｂ　電磁石
１２ａ、１２ｂ　ベアリング
１４　固定手段
【図１】
2004112976.tif 000003
【図２】
2004112976.tif 000004
【図３】
2004112976.tif 000005
【図４】
2004112976.tif 000006
【図５】
2004112976.tif 000007
【図６】
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【図７】
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