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公開番号2025155159
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024058749
出願日2024-04-01
発明の名称単極モータ
出願人個人
代理人個人
主分類H02K 21/20 20060101AFI20251006BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】DC電源をエネルギー源として動作可能な実用的な単極モータを提供する。
【解決手段】単極モータはステータ10とロータ20とを備える。ステータ10は、磁性材料でなる環状のコア30と、該コア30に対しコイル線42がトロイダル巻きされたコイル40を有する。ロータ20は、回転軸AXを中心とした環状をなし、厚み方向に垂直な第1主面及び第2主面においてそれぞれ互いに異なる極を持ち、第1主面がコイル40に対向するようにして配置された永久磁石50と、永久磁石50の第2主面52に接触するようにして第2主面側に配設されたヨーク60とを有する。コイル40において、永久磁石50に面した各コイル線42には第1方向D1に電流が流れ、永久磁石50が配置された側とは反対側に位置する各コイル線42には、第1方向D1とは逆方向の第2方向D2に電流が流れるよう構成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ステータとロータとを備えた単極モータであって、
前記ステータは、
磁性材料でなる環状のコアと、
該コアに対しコイル線がトロイダル巻きされてなるコイルと、を有し、
前記ロータは、
回転軸を中心とした環状をなし、厚み方向に垂直な第１主面及び該第１主面の反対側の第２主面においてそれぞれ互いに異なる極を持ち、前記第１主面が前記コイルに対向するようにして配置された永久磁石と、
前記永久磁石の前記第２主面に接触するようにして前記第２主面側に配設されたヨークと、を有し、
前記コイルにおいて、前記永久磁石に面した前記各コイル線には第１方向に電流が流れ、前記永久磁石が配置された側とは反対側に位置する前記各コイル線には、前記第１方向とは逆方向の第２方向に電流が流れるよう構成されている、
ことを特徴とする単極モータ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の単極モータにおいて、
前記コアにおいて前記コイル線が巻回される部分をコア本体とし、前記永久磁石に対向する該コア本体の面において前記コイル線が這う方向の寸法をコイル巻回幅と定義したときに、
前記コアには、前記コア本体から外側に前記コイル巻回幅を超えて突出したコア突出部が、前記回転軸を中心とした円周上において離散的に複数箇所で設けられている、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の単極モータにおいて、
前記コイルは、隣り合う前記コア突出部の間に形成されたスロットに巻回されている、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか一項に記載の単極モータにおいて、
前記ヨークには、前記永久磁石とオーバーラップする部分であるヨーク本体に接続され、前記ヨーク本体から外側に前記永久磁石の幅を超えて突出したヨーク突出部が設けられている、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項５】
請求項１に記載の単極モータにおいて、
前記コアにおいて前記コイル線が巻回される部分をコア本体とし、前記永久磁石に対向する該コア本体の面において前記コイル線が這う方向の寸法をコイル巻回幅と定義したときに、
前記コアには、前記コア本体から外側に前記コイル巻回幅を超えて突出したコア突出部が、環状の前記コアの円周上において離散的に複数箇所で設けられており、
前記ヨークには、前記永久磁石とオーバーラップする部分であるヨーク本体に接続され、前記ヨーク本体から外側に前記永久磁石の幅を超えて突出したヨーク突出部が設けられており、
前記コア突出部及び前記ヨーク突出部には、少なくともいずれか一方の端部において前記第１主面に垂直な方向へ屈曲した屈曲部が設けられており、
前記コア突出部及び前記ヨーク突出部は、該屈曲部においてラジアル方向のギャップを挟んで対向している、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか一項に記載の単極モータにおいて、
前記コアは、前記コイル線が巻回されるときに各ピースに分割可能な分割型のコアである、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の単極モータにおいて、
前記永久磁石の前記第１主面と該第１主面に対向する前記コイル線との間のギャップが、前記回転軸を中心としたラジアル方向に設けられている、
ことを特徴とする単極モータ。
【請求項８】
請求項１～６のいずれか一項に記載の単極モータにおいて、
前記永久磁石の前記第１主面と該第１主面に対向する前記コイル線との間のギャップが、前記回転軸と平行なアキシアル方向に設けられている、
ことを特徴とする単極モータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、単極モータに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電源（ＤＣ電源）をエネルギー源として物体を回転させる電気機械装置は、古くはファラデーが原理を見出したホモポーラモータ（単極モータ）が知られている。単極モータの基本原理は、磁界中の導体線に電流を流すと当該導体線に力が発生するという、いわゆるフレミングの左手の法則による（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
ＤＣ電源をエネルギー源とするモータやアクチュエータとしては、その後、多種多様なものが開発されて現在に至っている。例えば、今日普及しているＤＣモータは、線材を巻回したコイルをいくつかの相に分け、各コイルに対し相の切替を行いながらロータを回転させるという機構になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
中川雅仁、「単極モーターの動作原理」、日本物理教育学会誌「物理教育」第2号、2007年、141-144頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、今日のＤＣモータは、例えばブラシ付きＤＣモータの場合にはブラシ及び整流子を用いたり、ブラシレスＤＣモータの場合にはホール素子及び電子回路による駆動回路を用いたりして、各相に対応したコイルに流す電流を適宜切り替えていかないと回転しない。
【０００６】
一方、単極モータは、非特許文献１にもあるように比較的簡単な構成により回転可能である。しかし、このような周知の古典的な単極モータは、実験ベースのものであり実用的なものではない。
【０００７】
そこで、本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、ＤＣ電源をエネルギー源として動作可能な実用的な単極モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によればステータとロータとを備えた単極モータが提供される。ステータは、磁性材料でなる環状のコアと、該コアに対しコイル線がトロイダル巻きされてなるコイルと、を有する。ロータは、回転軸を中心とした環状をなし、厚み方向に垂直な第１主面及び該第１主面の反対側の第２主面においてそれぞれ互いに異なる極を持ち、第１主面が前記コイルに対向するようにして配置された永久磁石と、永久磁石の第２主面に接触するようにして第２主面側に配設されたヨークと、を有する。コイルにおいて、永久磁石に面した各コイル線には第１方向に電流が流れ、永久磁石が配置された側とは反対側に位置する各コイル線には、第１方向とは逆方向の第２方向に電流が流れるよう単極モータが構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＤＣ電源をエネルギー源として動作可能な実用的な単極モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態１に係る単極モータ１の斜視図である。
実施形態１に係る単極モータ１を図１で示す仮想面ＰＬ１で切断して矢印Ｐ１に沿って視たときの断面図である。
実施形態１に係る単極モータ１を図１で示す仮想面ＰＬ２で切断して矢印Ｐ２に沿って視たときの断面図である。
実施形態１のコア３０及びコイル４０を示す斜視図である。
実施形態１におけるコイル４０の結線状態を示す図である。
実施形態１に係る単極モータ１の作用を説明するために示す断面図である。
実施形態２に係る単極モータ２の断面図である。
実施形態３に係る単極モータ３を説明するための図である。
実施形態４のステータ１０Ｄの構成方法を説明する斜視図である。
実施形態４のステータ１０Ｄの斜視図である。
実施形態４に係る単極モータ４の断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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