(57)【要約】【課題】駆動源を含めたモータシステム全体を小型化する。更に発電を行ってこの電力を蓄積し利用可能とする。【解決手段】  固定子と、当該固定子との間の電磁気的な作用により回転運動する回転子とを含むモータ部と、モータ部への駆動電力の供給及び／又はモータ部で発生された発電電力の受給を行う電池（蓄電池等）を収納可能な電池収納部と、電池とモータ部との電気的接続を行う電気的接続部とを有するモータで、電池収納部を回転子の回転中心部に設けると共に、固定子と電磁気的な作用を行う回転子本体部を電池収納部の周囲に配した。回転子が当該モータの外部から加えられる力によって回転させられたときに発生する発電電力が電気接続部を介して蓄電池に供給されるようにしても良い。電気的接続部は整流子とブラシを含み、ブラシと上記電池とが電気的に接続されることがある。回転子本体部は、電池収納部の周囲に回転可能に支持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、当該固定子との間の電磁気的な作用により回転運動する回転子とを含むモータ部と、
当該モータ部への駆動電力の供給及び当該モータ部で発生された発電電力の受給のうちのいずれか一方又は双方を行う電池を収納可能な電池収納部と、
前記電池と前記モータ部との電気的接続を行う電気的接続部と、
を有するモータであって、
前記電池収納部を前記回転子の回転中心部に設けると共に、前記固定子と電磁気的な作用を行う回転子本体部を当該電池収納部の周囲に配した
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記電池は、蓄電池であり、
前記回転子が当該モータの外部から加えられる力によって回転させられたときに発生する発電電力が前記電気接続部を介して前記蓄電池に供給される
請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記電気的接続部を通じての前記電池からの前記駆動電力の取出し及び前記電池への前記発電電力の供給のいずれか一方又は双方を遮断可能なスイッチを備える
請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記電気的接続部は、前記回転子と共に回転する整流子と、この整流子の回転運動を許容しつつ当該整流子と接触して電気的な接続を行うブラシとを含み、
このブラシと前記電池とが電気的に接続可能となっている
請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記回転子本体部が、前記電池収納部の周囲に回転可能に支持されている
請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記電池収納部は、前記回転子の回転中心線に沿って延在しかつその内部に前記電池を収納可能な円筒状のシリンダ部を備える一方、
前記回転子は、前記シリンダ部の外径より大きな内径を有しかつ当該回転子の回転中心線に沿って延在する円筒状のスリーブ部を備え、
前記シリンダ部の外側に前記スリーブ部が被せられるように装着され、これにより前記回転子本体部が前記電池収納部の周囲に回転可能に支持された
請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
前記スリーブ部の一端部に、前記回転子の回転中心線に沿って延在するシャフトを備える
請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記モータ部及び前記電池収納部を収納する筐体を備え、
この筐体の一端部に前記シャフトが回転自在に支持されると共に、前記スリーブ部の一端部が前記電池収納部の一端部に回転自在に支持され、
前記筐体の他端部に前記電池収納部の他端部が支持されると共に、前記スリーブ部の他端部が前記電池収納部の他端部に回転自在に支持された
請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のモータの前記電池収納部に電池を収納してなる電池内蔵モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータに係り、特に電池を内蔵して駆動源を一体に備えることを可能とするモータ構造、更には外力によりモータの巻線部に発生される発電電力を、モータ内の蓄電池に蓄電可能としたモータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ（電動機）は、電源から供給される電力により機械動力を発生させる動力源として様々な電気機器や電子器具に使用されている。例えば、携帯電話機においても、所謂マナーモード時において着信を知らせるバイブレータとして振動モータが組み込まれている。かかる振動モータは、携帯電話機に内蔵されたバッテリから電力を供給され駆動される。
【０００３】
一方、図９は従来のモータ（ブラシ付のマグネット式直流モータ）の一例を示す分解斜視図である。この図に示すようにブラシ付直流モータは、一般に、磁束を発生させる界磁磁石（固定子）８と、この界磁８との間の電磁気的な作用により回転運動する回転子（電機子／アーマチュア）とを筐体（モータケース）９内に収容してなり、回転子は、回転軸（シャフト）４、整流子（コミュテータ）５、回転鉄芯（ロータコア）６及び駆動コイル７を有する。
【０００４】
更にこのモータは、上記整流子と共に整流作用を行うブラシ３を備え、上記回転子（シャフト）は筐体９の前端及び後端をそれぞれ閉塞する前蓋（フロントキャップ）１及び後蓋（リアキャップ）１０に支持される軸受２を介して筐体９の内部（界磁８の内側）に回転自在に設置される。尚、この例のほかにも、界磁に電磁石（コイル）を用いた直巻・分巻・複巻モータや、整流子及びブラシを使用しないブラシレスモータなど様々な構造を有するモータがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記携帯電話機のような各種の電子・電気機器は、バッテリの高性能化やモータ自体の省電力化が図られているものの各機器の高機能・多機能化に伴い使用電力が増大しており、その一方で小型化の進展が著しく、更なる小型化が求められている。
【０００６】
しかしながら、各機器が小型化されれば機器ハウジングの内部スペースも当然小さくなる。このため、機器ハウジング内におけるモータやこれを駆動する電池部など各部品・機能モジュールの配置設計に苦慮することとなり、また組み立て作業も煩雑となる。
【０００７】
また、外出先など商用電源を利用することが出来ない状況も少なくないことから、乾電池あるいは商用電源から蓄積された充電電力だけでなく、発電を行って電力を補うことが出来るシステムを、機器を大型化することなく提供できれば、様々な装置機器の有用性・利便性をより一層向上させることが出来ると考えられる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、駆動源を含めたモータシステム全体を小型化すること、更には発電を行ってこの電力を蓄積し利用可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係るモータは、固定子と、当該固定子との間の電磁気的な作用により回転運動する回転子とを含むモータ部と、当該モータ部への駆動電力の供給及び当該モータ部で発生された発電電力の受給のうちのいずれか一方又は双方を行う電池を収納可能な電池収納部と、前記電池と前記モータ部との電気的接続を行う電気的接続部とを有するモータであって、前記電池収納部を前記回転子の回転中心部に設けると共に、前記固定子と電磁気的な作用を行う回転子本体部を当該電池収納部の周囲に配した。
【００１０】
本発明のモータでは、モータと電池とを一体に備えることを可能としたもので、内部に電池を収納可能な電池収納部を回転子の回転中心部に設け、固定子と電磁気的な作用を行う回転子本体部を当該電池収納部の周囲に配したことを特徴とする。このように電池をモータの内部に組み込むことにより、モータとこれを駆動する電源を含めたモータシステム全体を小型化することが出来る。
【００１１】
電池収納部に収納する電池は、典型的には蓄電池（二次電池）であるが、乾電池でも良い。また、これら電池を電池収納部へ出し入れ出来るようにすることにより、電池交換を可能としても良い。
【００１２】
電池収納部に収納する電池を蓄電池とすれば、当該電池に蓄積された電力を上記電気的接続部を通じてモータ部に供給して当該モータを回すだけでなく、上記回転子を外部から加えられる力（例えば手動で、或いは上記回転子（シャフト）にプロペラを接続して風力により、或いは他の機械的な回転動力源を上記回転子に接続するなど様々な外力）によって回転させることにより、上記モータ部で発電を行い、発生された電力を上記電気的接続部を通じて当該蓄電池に供給して蓄えることが可能となる。
【００１３】
このように本発明によれば、従来の回転動力を得るという電動機としての機能に加え、発電機能と蓄電機能とを併せ持つモータを実現することが出来る。
【００１４】
また上記本発明のモータでは、上記電気的接続部を通じての電池からの駆動電力の取出しや電池への発電電力の供給を遮断可能なスイッチを備えることが望ましい。
【００１５】
上記電気的接続部は、例えば、上記回転子と共に回転する整流子と、この整流子の回転運動を許容しつつ当該整流子と接触して電気的な接続を行うブラシとを含み、このブラシと上記電池とが電気的に接続可能となるよう構成する。
【００１６】
上記回転子本体部は、電池収納部の周囲に回転可能に支持されていることがある。また電池収納部は、回転子の回転中心線に沿って延在しかつその内部に電池を収納可能な円筒状のシリンダ部を備える一方、回転子は、当該シリンダ部の外径より大きな内径を有しかつ当該回転子の回転中心線に沿って延在する円筒状のスリーブ部を備え、前記シリンダ部の外側に前記スリーブ部が被せられるように装着され、これにより回転子本体部が電池収納部の周囲に回転可能に支持されるよう構成しても良い。
【００１７】
これらの場合、電池収納部（電池）は回転せず、その周囲で回転子本体部が回転運動を行うこととなる。回転子本体部の支持構造は特に問わない。例えばベアリングやオイル等を介して回転子（回転子本体部）を支持すれば良い。
【００１８】
上記スリーブ部の一端部には、回転子の回転中心線に沿って延在するシャフトを備える場合がある。
【００１９】
また、上記回転子の支持構造の一つとして、例えば、前記モータ部及び前記電池収納部を収納する筐体を当該モータに設け、この筐体の一端部に上記シャフトが回転自在に支持されると共に、上記スリーブ部の一端部が電池収納部の一端部に回転自在に支持され、上記筐体の他端部に電池収納部の他端部が支持されると共に、上記スリーブ部の他端部が電池収納部の他端部に回転自在に支持されるようにしても良い。
【００２０】
また本発明の電池内蔵モータは、上記いずれかの構造を有するモータの上記電池収納部に電池を収納してなる。
【００２１】
本発明において固定子とは電動機の静止部分（ステータ）を云い、回転子とは電動機の回転部分（ロータ）を云う。固定子には例えば、磁界を発生させる界磁磁石（永久磁石又は電磁石（界磁コイル））が含まれ、回転子には例えば、コア（コアは必ずしも無くても良い）に導線を巻いたロータコイルが含まれる。またこれとは逆に、回転子側を磁石、固定子側をコイルとした構造であっても良い。
【００２２】
また本発明は、回転子（駆動コイル）のための整流機構（整流子やブラシ）を備えず、その代わりに回転磁界を発生させる駆動回路を備えたモータ（例えばブラシレスモータやステッピングモータ等）に対しても適用が可能である。この場合、電池収納部に収めた電池への電気的接続を行うには、電池（電池収納部）が回転子と一緒に回転せずに静止した構造であれば、単純に導体線路（リード線）や端子等により接続を行えば良い。一方、電池（電池収納部）が回転子と一緒に回転する構造であれば、従来の駆動コイルのために設けられた整流構造と同様の電気的接続機構（回転子と共に回転する端子（整流子）と、この端子の回転運動を許容しつつ当該端子と接触して電気的に接続されるブラシ）を設け、これを通じて電池収納部に収納された電池との電気的接続を確保すれば良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るモータによれば、駆動源を含めたモータシステム全体を小型化することができ、また発電を行ってこの電力を蓄積し利用可能とすることが出来る。
【００２４】
本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１から図７は、本発明の一実施形態に係るモータを概念的に示すものである。これらの図に示すようにこのモータ１１は、固定子（ステータ）と回転子（ロータ）とを備えた３極の直流モータであって、その最も大きな特徴のひとつは、回転子の回転中心部（回転中心線／回転軸線に沿った空間領域）に電池３１を収納した点にあり、これによりモータと電池とを一体化したことにある。尚、以下の説明では、図１の左側（シャフト２４を設けた側）を「先」又は「前」と、図１の右側（シャフト２４と反対側）を「後」と称する。
【００２６】
電池３１を収納する電池収納部（シリンダ部）３５は、先端が閉塞されかつ後端が開放された略円筒状の全体形状を有して後端側から電池３１を内部に収納することが可能である。電池収納部３５の後端は、モータ筐体（ハウジング）２９の後壁２０に固定してある。電池収納部３５には、この例では充電池を収納する。電池収納部３５の内部先端部並びに筐体後壁２０にはそれぞれ、電池３１と電気的接続を行うプラス端子３２と、マイナス端子３２ａとを設けてあり、各端子３２，３２ａは配線３３，３３ａによってそれぞれ筐体後壁２０に設置した一対のブラシ２３（後述する）の各々に電気的に接続されている。
【００２７】
一方、電池収納部３５の周囲に配置したモータ部は、その中心部に上記電池収納部３５が配されてこの電池収納部３５の外周面にボールベアリング２２を介して回転自在に回転子（電機子４１）を設ける点を除いて原理的には従来のモータと同様である。
【００２８】
すなわち、磁束を発生する界磁（固定子）と、この界磁によって作られた磁束を切って界磁に対して相対運動する導体を有する電機子（回転子）４１とを備える。界磁は、この例では筐体２９の内周面に沿って配置された円弧状のマグネット（永久磁石）２８からなる。また、筐体２９が当該マグネット２８ためのヨークを兼ねている。
【００２９】
他方、電機子４１は、鉄芯コア２６に導線を巻いてなる３つのコイル２７を備え、界磁２８との間の電磁気的な作用により回転する。電機子４１は、その回転中心部に、内部に上記電池収納部を収容可能な円筒状のスリーブ部３４を備えると共に、先端部にシャフト２４を備え、このシャフト２４が筐体２９の前壁２１を貫通しかつこの前壁２１にベアリング２２を介して支持されている。またこれに加えて、電池収納部３５の前端部及び後端部のそれぞれに同じくベアリング２２を介して電機子４１のスリーブ部３４を回転自在に支持させることにより、電池収納部３５及び電機子４１（スリーブ部３５及びシャフト２４）がモータ筐体２９内に支持される。シャフト２４は、当該モータ１１の回転動力を取出し或いは当該モータ１１によって発電を行うため外部からの回転力が加えられるものである。
【００３０】
更に電機子４１（スリーブ部３４）の後端部には、各コイル２７が接続された３つの整流子２５を設け、これらの整流子２５を前記筐体後壁２０に設けた一対のブラシ２３に回転自在に接触させることにより整流作用を行わせる。ブラシ２３のうち一方には配線３３を介して前記電池用のプラス端子３２を電気的に接続し、他方のブラシには配線３３ａを介して前記電池用のマイナス端子３２ａを電気的に接続してある。尚、上記整流子２５とブラシ２３による整流作用については、従来と同様であるから説明を省略する。ブラシ２３と電池用端子３２，３２ａとの間には、電池収納部３５に収納した電池３１とモータ部との間の回路を開閉するスイッチ（図１〜図６では図示せず）を適宜設ければ良い。
【００３１】
本実施形態のモータは、例えば次のようにして利用することが出来る。
（１）電池３１に蓄積された電力を、端子３２，３２ａ、配線３３，３３ａ、ブラシ２３及び整流子２５を通じてモータ部（電機子４１）に供給しモータ１１を回転させる。
（２）外部からの力によってシャフト２４を回すことによりモータ部（コイル２７）で発電を行ってこの電力を、整流子２５、ブラシ２３、配線３３，３３ａ及び端子３２，３２ａを通じて電子収納部３５に収納した充電池３１に供給し充電池３１を充電する。
（３）充電池３１に接続する端子及び配線を別途に設けて（或いは上記端子３２，３２ａ及び配線３３，３３ａを利用して）外部から充電池３１に電力を供給するようにして充電を行い、この電力を上記（１）で記載したようにモータ部に供給してモータ１１を回転させる。
【００３２】
図７は上記実施形態のモータの利用例を示すものである。尚、同図においては、充電池３１周囲のモータ各部の構成は省略している。この例では、充電池３１が接続される端子３２ａとブラシ２３とを接続する経路（配線３３ａ）上にスイッチ５１を設けると共に、このスイッチの開閉制御を行う開閉制御部５２と、充電池３１の充電量を検出するセンサ５３とを設け、充電池の蓄電量に対応して開閉制御部５２によりスイッチ５１を開閉するようにした。尚、図示の例ではマイナス端子３２ａ側にスイッチ５１を設けたが、プラス端子３２側の配線３３にスイッチ５１を設けても良い。
【００３３】
このような構成によれば、例えば次のような制御を行う充電機能付モータを実現することが出来る。前記シャフト２４を回転させる（例えば手動で或いは風力で或いは他の外力で）ことによりモータ部で発電を行い、この電力を充電池３１に蓄える。このときスイッチ５１はスイッチ開閉制御部５２により閉成されている。センサ５３から電池３１の充電量が十分である旨の検出信号がスイッチ開閉制御部５２に入力されると、スイッチ開閉制御部５２はスイッチ５１を開成する。一方、スイッチ開閉制御部５２に入力部（図示せず）からモータ１１の回転を指示する指令信号が入力されるとスイッチ開閉制御部５２はスイッチ５１を閉成する。これにより、充電池３１からモータ部に電力が供給され、モータ１１が回転する。尚、モータ１１の制御方法は、様々な構成が可能であり、この例に限定されるものではない。
【００３４】
また、電池３１の電池残量／充電量を表示する表示部を設けても良い。例えば、ＬＥＤ表示部５４は異なる色彩のＬＥＤを例えば２つ備え、センサ５３による電池量に対応して充電量が不足している場合と十分な場合とで異なる色彩の発光表示を行う。更に、外部（例えば商用交流電源を直流に変換する変換器や他の電池など）から充電を行う充電用端子５５を設けても良い。これによれば、充電用端子５５から配線５６，５６ａを通じて電池用端子３２，３２ａに電力を供給して電池３１を充電し、この電力によってモータを回すようにすることが出来る。
【００３５】
本発明は、図面に基づいて説明した上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことが可能である。
【００３６】
例えば、モータ（モータ部）の形式・種類は特に限定されない。電機子の極数は上記実施形態では３極としたが、これ以外（２極または４極以上）であっても良い。界磁マグネットは、永久磁石でなく電磁石でも良い。この場合、電機子と界磁コイルとの接続方法についても、直巻、分巻および複巻のいずれでも良い。
【００３７】
電池収納部に格納された電池との電気的接続を行う前記「電気的接続部」は、典型的には回転子と共に回転する端子（整流子）と、この端子の回転運動を許容しつつ当該端子と接触して電気的に接続されるブラシとを含む。ただし、ブラシレスモータに対して本発明を適用する場合には、整流子及びブラシは不要で、単純に（静止状態で）電気的な接続を行う端子や導線等であって良い。
【００３８】
図８はブラシレスモータへの本発明の適用例を示すものであり、同図において符号６７は駆動コイル、６８はマグネットロータ、６０は駆動コイルに駆動電力を供給する駆動回路である。ブラシレスモータを構成する場合には、例えばモータの中心部に電池３１を収納する電池収納部３５を設け、この周りにマグネットロータ６８を回転自在に支持すれば良い。尚、図示の例は２極モータであるが、４極や６極以上或いはこれ以外の極数であっても構わない。
【００３９】
更に前記実施形態では、ベアリングを介して回転子を電池収納部或いは筐体に支持したが、回転子を回転自在に支持できるものであれば特にその構造は問わず、例えば両者間にオイルその他の低摩擦材料を介在させ、或いは他の回転可能に支持できる機構によっても良い。
【００４０】
本発明によれば、モータと電池とを一体に備えることが出来るから、モータを使用する電気電子機器の省スペース化、ハウジング内におけるレイアウト・設計の容易化を図ることが出来ると共に、当該機器装置の組立作業を簡便化し、作業工程を減らすことが出来る利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの内部構造を概念的に示す水平断面図（Ａ‐Ａ断面）である。
【図２】前記実施形態に係るモータの内部構造を概念的に示す図（筐体前壁を取り除きモータ先端側から見た図）である。
【図３】前記実施形態に係るモータの内部構造を概念的に示す図（筐体後壁を取り除きモータ後端側から見た図）である。
【図４】前記実施形態に係るモータの内部構造を概念的に示す垂直断面図（Ｂ‐Ｂ断面）である。
【図５】前記実施形態に係るモータのロータ（回転子）を示す側面図である。
【図６】前記実施形態に係るモータの筐体後壁を示す図である。
【図７】前記実施形態に係るモータの利用例を示すブロック図である。
【図８】ブラシレスモータへ本発明を適用した場合の内部構造を概念的に示す断面図である。
【図９】従来のモータ（ブラシ付マグネット式直流モータ）の一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  モータ
２０  筐体後壁
２１  筐体前壁
２２  ボールベアリング
２３  ブラシ
２４  シャフト
２５  整流子
２６  鉄芯コア
２７  コイル（巻線）
２８  マグネット（永久磁石）
２９  モータの筐体（ハウジング）
３１  電池
３４  電機子のスリーブ部
３５  電池収納部（シリンダ部）
３２，３２ａ  電池用端子
３３，３３ａ  配線
４１  電機子（ロータ）
【図１】
2007174767.tif 000003
【図２】
2007174767.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007174767.tif 000008
【図７】
2007174767.tif 000009
【図８】
2007174767.tif 000010
【図９】
2007174767.tif 000011