(57)【要約】      （修正有）【課題】コイル回転形のクリップモータは構造が単純でモータの原理学習に便利であるが、回転子軸がコイルの素線であるために強度が不足して回転力を取り出すには不向きであった。【解決手段】互いに吸引状態にある扁平な2つの永久磁石、2つの永久磁石のほぼ重心部を貫通する直線状の絶縁導体、直線絶の縁導体の絶縁物が回転に応じて選択的に通電できるように剥離されている部分、直線状の絶縁導体の左右に接触する給電部材、2つの永久磁石を内側に回転可能な状態に含むように配置したコイルから構成され、絶縁導体が選択的にコイルに通電する磁石回転形モータであって、課題を解決するために、コイルを固定して永久磁石を回転する磁石回転形構造として、回転子軸はコイルとは関係なく太い絶縁導体を選べるようにして、軸の強度を向上した。これにより軸にプロペラやプーリーを直接取り付けることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに吸引状態にある扁平な2つの永久磁石、2つの永久磁石のほぼ重心部を貫通する直線状でその両端の絶縁物が回転の位置により選択的に通電可能なように絶縁物が剥離されている絶縁導体、直線状の絶縁導体の絶縁物を剥離した部分を回転可能に支持し同時に給電接触する給電部材、2つの永久磁石を内側に含むように配置した永久磁石の径に比べて大きな直径を持ったコイル、コイル面と永久磁石の特定な着磁面が直交するときにだけ選択的にコイルに通電することで回転する磁石回転形モータ。
【請求項２】
前記永久磁石の少なくとも1つの永久磁石の吸着面に塗布または接着された接着材、この接着材に直線状の絶縁導体を接着させ、その上から他の永久磁石を吸引状態に配置したこと、前記給電部材の一つは、直線状の絶縁導体を内側に貫通させ回転が可能なパイプ状電極からなる磁石回転形モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
細い絶縁導体からなるコイル、その内側に回転可能な扁平な永久磁石、永久磁石のほぼ重心部を貫通する直線状でその両端の絶縁物が回転の位置により選択的に通電可能なように絶縁物が剥離されている絶縁導体、直線状の絶縁導体の絶縁物を剥離した部分を回転可能に支持し同時に給電接触する給電部材からなり、コイル面と永久磁石の特定な着磁面が直交するときにだけ選択的にコイルに通電することで回転する磁石回転形モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルの巻き始めと巻き終わりの導線を直線状に引き出しこれを回転軸にして両端を支持しておき、これを永久磁石に対向させて、永久磁石の作る磁界方向に対してコイル面が平行になりその時コイルに流れる電流の向きが同じ場合にだけ選択的にコイルに通電するように回転軸部の絶縁材を剥離しておくと、コイルが回転するモータがある。このモータは一般にクリップモータなどと呼ばれて、学生や子供たちの理科教材として普及している。
しかしこのタイプはコイルの素線を引き出して回転軸にしているために軸としての強度が弱く、この軸にプロペラやプーリーなど付属物を取り付けてモータの回転力を利用することは困難であった。
本発明はこの欠点を解決するために軸を太くして強い回転力を取り出すことのできるモータの提案である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１９１６２
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】トコトンやさしいモータの本：谷腰欣司著  日刊工業新聞社（２００２）Ｐ３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータの回転力を取り出すためには回転子軸はある程度の太さと強度が必要である。この点従来の永久磁石を固定しておいてコイルを回転させるクリップモータは回転子軸がΦ0.4程度で強度が不十分であった。そこでコイルを固定して永久磁石を回転させる構造に変換して、永久磁石を適切な太さの絶縁導体の軸で支え、両側から通電可能に支持しておき、絶縁導体の一部の絶縁物を剥ぎ取り永久磁石の回転に応じて電流を選択的にコイルに通電するようにすると、同じ回転原理のモータを作ることが出来る。その結果軸の太さはコイルの素線に関係なくΦ１〜2ｍｍに選べるので比較的強度のある軸とする事ができ回転力を容易に利用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１に基本構造を示すように、着磁した２つの永久磁石からなる永久磁石４、この永久磁石の重心部を貫通し軸の両端部の絶縁物が選択的に通電できるように絶縁物が剥ぎ取られた直線状の絶縁導体５、これを支える２つの導電性の支持体３、永久磁石４の近くに永久磁石を内側に含むように配置したコイル２から構成される（図示のコイル２は、支持体３との重なる部分でコイルの一部が切れていつように表示してあるが、これは図象の関係をわかりやすくするための便宜的に表示したもので実際のコイル２はループ状に連続している。図３を参照）。
直線状の絶縁導体５は、これを軸にして永久磁石４が回転可能になっていて、支持体３と接触する部分は永久磁石４の特定磁極面がコイル２の面と直交した時にだけコイル２に電流がれる様に絶縁物が部分的に削り取られている。これらを図１の様に結線して電気を加えて、外部から永久磁石４を手で少しまわしてやるとコイル２の面に対して永久磁石４の特定の磁極面が直交したとき電気回路に電流が流れるのでコイルが磁界を発生して、１回転に１度コイルの起磁力と永久磁石の作用により回転力が発生して回転が継続される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転子の軸は目的に合った太さの絶縁導体を選ぶことが出来るので軸の強度が増し回転力を取り出せる。これによりクリップモータの弱点である回転力の取り出しが難しい欠点を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による実施例の説明図
【図２】本発明の回転子構造
【図３】実施例を補足する単結線図
【図４】本発明の回転原理説明図
【図５】回転子の詳しい構造
【図６】回転子の断面図
【図７】本発明の他の実施例
【図８】他の実施定例を補足する第３角法による図
【実施例１】
【０００９】
図１は磁石回転形クリップモータの構造を示す。１は木製またはプラスチックで作られたモータの台座。２はエナメル線をコイル状に１０〜２０ターン巻いた固定子コイル、４は面方向に着磁した永久磁石2個が互に吸引状態にした回転子、５は永久磁石４を貫通して永久磁石を自由に回転可能にする絶縁導体、３は絶縁導体５を支持するとともに電気を伝えるための導電性の支持柱、７は電池、８はリード線、９は接続クリップ、１０はコイル巻き始め端、１１は巻き終わり端である。
コイル２は発生する磁力が有効に作用するように永久磁石４内側に含むように近接して配置して、かつ回転を妨げないように配置して、図示していないバインド線により支柱３に固定されている。
【００１０】
図２は永久磁石４と絶縁導体５の関係を示す。絶縁導体５は永久磁石４のほぼ重心を貫通していて、絶縁導体５の一方の端部Ａは全周に亘って絶縁物がはぎとられていて、他方の端部Ｂは永久磁石４の特定着磁面と平行になる側のみの絶縁被覆が半周だけはぎとられていて、残りの半周は絶縁被覆が残してある。
【００１１】
図３は本発明の動作原理を補足説明する図である。図は永久磁石４の着磁面がコイル２の面と平行な状態を示している。この状態から永久磁石４が1/4回転した状態を考えると、図４のようにコイル２の面が紙面と平行になっているのに対して永久磁石4の面は直交状態になる。ここで永久磁石４の上面をＮ極、下面をＳ極に着磁されているとすると、絶縁導体５の絶縁部が剥離されたＡ，Ｂ部がそれぞれ支持柱３に導通接触していることから、支持柱３の間が絶縁導体５で接続された状態になり、コイル２には導通状態になり、矢印のように電流がれる。この結果、永久磁石４はフレミング左手の法則に従って手前側（回転軸端Ａ側から見て反時計回り）に回転力を受ける。この回転力により手前側に1/4回転すると永久磁石４のＮ極面が正面に向いた時点で、電流は切れるためコイル２の磁力が失われ回転力を失う。しかし慣性力で回転が続き3/4回転後再び図４の状態になり回転力を受け、これが繰り返されてモータは回り続ける。
【００１２】
図５は回転子の詳細な構造を説明するために、２つの永久磁石４の１つを取り外した状態を示す。永久磁石４の表面には接着材１６が塗られていてその上に絶縁導体５が永久磁石４の中心点を通るように接着され、その左右に絶縁導体５と同じ径もしくは少し細い径の鉄製の針金１２が対称的な位置に並べて接着されている。鉄製の針金１２は２つの永久磁石が平行になるようにするためのスペーサーである。
さらにその上から接着材を塗布した永久磁石４を重ねて回転子が構成されている。
【００１３】
図６は絶縁導体５に直角な面で切断した回転子の断面であり、絶縁導体５は接着材の接着力で固定された上に永久磁石４の吸引力で加圧されているので永久磁石４と一体となった回転子が構成できる。
このような構造にする事で絶縁導体５は目的に適した太さの回転軸を選択することができ、かつ永久磁石４は１つが十数ｇあるので回転子の重量も増加して、回転力の取り出しが容易になる。
【００１４】
この結果、絶縁導体５にはプロペラやプーリーを直接取り付けることが出来るのでモータの回転力を使って風を送ったり、プーリーに紐をかけて別な装置に回転力を伝えたりできる。これはこれまでのクリップモータでは困難であったものである。
【実施例２】
【００１５】
図７〜８は他の実施例を説明するものである。
図７は円筒形のケース１３を使った磁石回転形モータの例を示す。この形式は回転子の軸受部が穴のために回転子が固定子から外れることがないので、他の物体への組込み応用がしやすい特長がある。これに対して図１は軸受部がＵ字型で上部が開放されているので、回転子と固定子が簡単に分離してしまい他の物体に組込みには不便である。
ケース１３は例えばフイルムケースの様なプラスチック製の非磁性材の円筒体を適当な長さに切ったものである。これに細いエナメル線を十数回巻きつけてコイル２を作る。ケース１３の中央を貫通する穴２１、２２を２か所に開ける。穴２２には穴を1/3程度塞ぐ位置に導電性の支持体１５をケースに固定する。そして残りの2/3の空間に回転子の絶縁導体５のＢ部を差し込む。
【００１６】
この結果、ケース１３を図示の状態から1/4回転させた状態にすると、導電性の支持体１５が下から絶縁導体５のＢ部を支えているので、絶縁物を一部剥ぎ取った絶縁導体５のＢ部が回転するとそれに応じて通電と非通電を繰り返す。穴２１は穴２２に比べて穴径を大きくて、さらにケース１３に切れ込みをつけて穴２１の一部が半開放形状になるように加工する。このようにすると絶縁導体５のＡ部はこの切り欠きを使って外から穴２１にセットできる。その後、絶縁導体５が内部で自由に回転できる内径のアルミパイプのような導電性の金属で作ったスリーブ１４を絶縁導体５のＡ部に沿って差し込み穴２１に固定する。図中に破線で示したスリーブ１４’は差し込む前の様子を示す。穴２１に付けた半開放の切り欠き部の最少寸法は絶縁導体５の径よりは大きいがスリーブ１４の外径よりは小さいのでスリーブ１４は一度穴２１に挿入すると切り欠き部から外れることはない。この結果、絶縁導体５のＡ部とＢ部はいずれも穴を使った支持部で安定的に保持できる。
【００１７】
この状態においてコイル２の巻き終わり１１をスリーブ１４に接続し、コイルの巻き始め１０を電極の（+）に接続する。絶縁導体５のＢ部と接触する支持体１５の部分は電線８を介して電極の（−）に接続する。
この時、ケース１３を、導電性の支持体１５が下になるように、1/4回転させて保持 (立てた状態)して、回転子を外部から手などで少し回して遣ると、永久磁石のＮ極面がコイル面と直角になると（＋）→コイル巻き始め１０→コイル２→コイル巻き終わり１１→スリーブ１４→絶縁導体５のＡ→絶縁導体５のＢ→支持体１５→リード線８→（−）で電流が流れる。コイルは反時計方向に巻いてあり電流が反時計方向に流れてコイル２の磁界が紙面の背面から表面に向かってＮ極が発生すると、フレミングの左手の法則に従って、回転子はスリーブ１４から見て反時計方向に回転する。
その後、絶縁導体５のＢの絶縁物の被覆の剥離の効果で通電が切れるが、3/4回転後に再び回転力を得て以後回転が持続する。
【００１８】
図８は本実施例の構造の理解を助けるために作った第３角法による構造図である。
この構造はコイル２の中心と永久磁石の中心の位置関係が安定すること、絶縁導体5がそれぞれ穴２２とスリーブ１４で安定に支持されるので絶縁導体５の回転ブレが最少に出来るほか、本体を移動させたときに回転子がケース１３から外れる不具合が解消できる。絶縁導体５のＢ部は半周の絶縁物剥離により選択的に通電され、一方の絶縁導体５のＡ部は回転のどの様な状態でもスリーブ１４との導通が維持される。
【符号の説明】
【００１９】
Ａ  絶縁導体の全周の絶縁物を剥ぎ取った側
Ｂ  絶縁導体の半周分の絶縁物を剥ぎ取った側
１  台座
２  コイル
３  支持柱
４  永久磁石
５  絶縁導体
６  バインド線
７  乾電池
８  リード線
９  接続クリップ
１０  コイル巻き始め端部
１１  コイル巻き終わり端部
１２  鉄線
１３  ケース
１４  スリーブ
１５  支持体
１６  接着剤
【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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【図８】
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