JPH03169276A - モーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はモーター内部で消費されるエネルギーをなくし
、また電流の流れを阻害する要素をなくＬ２て、効率よ
く回転力か得られるモー・夕一に関する。

「従来の技術」 現在は各用途に合わせ多くの種類のモーターが作られて
いるが、大別して直流モーターと交流モーターがある。

直流モーターは磁界の中に置かれたコイルに電流を流し
た時に、フレミンクの六゛手の法則によりコイルが動か
され、それを回転力としでいる。

交流モーターは電機子で回転磁界を作りその中にかご形
回転子を入れ、磁界が回転するとき回転子の導体に電磁
誘導作用で電流が流れ、その結果磁界の中で電流が流れ
ることになり、フレミングの左手の法則で力が生じ、そ
れを回転力としているのが多い。

いずれにせよ電機子側の磁界の方向と磁極や回転子の磁
界の方向を揃えようとする作用を利用している。

「本発明が解決しようとする課題」 従来の直流モーターは電機子コイルを連続的に回転させ
るためには整流子でコイルが１８０度回転する毎にコイ
ルに流れる電流の向きを変えなければならない。

また電機子コイルに電流が流れてモーターは回転してい
るが、そのことは電機子コイルは磁界の中で動いている
のだから、フレミングの右手の法則で発電作用も同時に
行われている。

この時の誘導起電力の向きは電流の向きとは反対になる
ので逆起電力となり、それが電機子コイルの電気抵抗と
なる。

そのためにその分たけ電圧を高くしなければならないし
、それが回転力にはつながらないので電気エネルギーを
無駄に消費している。

交流モーターについては当然の事ながら一秒間に何十回
も電流の流れる向きが変わっている。

またそのために交流の電磁石では鉄心中の磁力線の数と
方向が刻々と変化し、電磁誘導作用で鉄心中に誘導起電
力が生じる。

この電流がうす状に流れ、うず電流揖となって現れる。

そのために鉄板を薄＜シ、何枚も重ねてうず電流が流れ
に＜＜シているか、それでも鉄心中の磁束が変化すると
ヒステリシス現象か現れ、エネルギーが失われる。

いずれにせよ従来のモーターではコイルに対して電流の
流れを次々と逆転させねばならず、それが為に超電導を
用いることができない。

「課題を解決するための手段」 前述した課題を解決するためには、直流電流を常に一定
方向へ流し、逆起電力を発生させず、磁束に変化が生じ
なければ良い。

そのために本発明のモーターでは磁石のＮ極とＳ極との
間にソレノイドを置いて、磁石による磁力線がソレノイ
ドを横断するようにする。

ソレノイドに電流を流すと、ソレノイドの導線はフレミ
ングの左手の法則を受け、ソレノイドによる磁界と磁石
による磁界の方向を揃えようとソレノイドの横断断面が
磁石の磁力線に垂直になるような回転力が発生する。

ソレノイドが回転する力を受けるということはその反力
として磁石も力を受けることになる。

そしてソレノイドは横断面での回転ができないようにし
て置く。

このようにして磁石のＮ極とＳ極の間にソレノイドを一
つ置いたら、Ｎ極とＳ極は反対方向へ力が働くが、ソレ
ノイドを二つ並べて置き、電流を逆回転に流したら、ソ
レノイドも逆回転力が生じる。

その結果磁石のＮ極もＳ極も同じ方向へ力を受けること
になり、ソレノイドと磁石は逆方向へ移動を始める。

以上のことは二つのソレノイドの間にもう一つ磁石を置
いても同じことがいえるが、この場合は中の磁石と外側
の磁石は逆方向の移動となる。

（５） 以上のような方法でモーターを動かし、課題を解決する
ものであるが、通常のソレノイドは円筒状であり、この
ままではすべての磁力線がソレノイドを横断するために
は、ソレノイドを相当に大きくしなければならず、効率
が良くない。

そこでソレノイドの導線の一部分をソレノイドの内部へ
曲げ込んでソレノイドの側面部分に溝のような凹部分を
作ってやり、この中に磁石の磁極部分を入れ込めば、磁
石の磁極部分はソレノイドの導線が包み込むようになり
、ソレノイドを大きくしなくても、磁力線が無駄なく導
線を通過することができる。

またその時、導線を流れる電流により作られる磁界と、
磁石の磁極の作用による力を動力として利用するもので
ある。

「作用」 以下本発明のモータの構造原理を表す図面によりその作
用を説明する。

まず始めにソレノイドの間にも磁石を置いた第（６） １案で説明する。

第１図、第２図とも第１案ものであるが、第１図はソレ
ノイドの横断面と設置された磁石の位置関係を示しおり
、第２図はソレノイドの導線の断面と磁石の位置関係を
示すものである。

１の導線は３のＮ極と４のＳ極からなる磁界の中に置か
れており、２の導線は５のＮ極と６のＳ極の磁界中に置
かれている。

モしてｌの導線には右回りに電流を流したとき２の導線
には左回りに電流を流してやる。

するとフレミングの左手の法則により導線に力か働くが
、その力の方向は第２図で示せば、１の導線は上半分が
右へ、下半分は左へ力を受けるし２の導線は１の導線と
は逆に電流が流れているので、力の方向も反対となり、
上半分は左へ、下半分は右へ力を受ける。

そのことは、その反力として磁石にも力が生じており、
その方向は３のＮ極と６のＳ極は左へ、４のＳ極と５の
Ｎ極は右方向である。

そして導線が回転できないようにしておけば、３と６に
よる磁石は左へ移動し、４と５による磁石は右へ移動す
る。

この移動する力を動力とするのであるが、この場合は二
つの磁石が逆方向へ移動するという問題がある。

その問題点を解決する一番簡単な方法は磁石を一つにし
てしまえば良い。

その場合を第２案として、第３図と第４図で説明する。

第２案も１と２には電流を逆回りに流すと、第１案とお
なし理由で工と２の導線にそれぞれ逆回転の回転力が生
じ、その反力でＮ極もＳ極も同じ方向の左へ移動させる
力が発生することになる。

ただ第１案より出力は半分である。

それではソレノイドにはどのような力が作用しているか
というと、ソレノイド本体としては具体的には第ｌ３図
に示すように、ソレノイドをドーナツ状にするのである
が、第４図で言えば上と下の逆方向（第１３図では左右
）の力のために、せん断力であたかもドーナツを横に置
いて、上よりねじられながら押し潰されるような力を受
けることになる。

それに、第１案では二つの磁石が逆方向への力でつりあ
っているのでソレノイド自体には回転力は生じないけれ
ど、第２案では磁石の反力でソレノイド自体にも回転力
が発生する。

次に誘導電流について考えてみる。

磁界の中で導線を動かせば、今度はフレミングの右手の
法則で電流が発生することになるが、これを第４図にお
いて説明する。

磁極が左に移動にすることは先に説明したとおりである
が、導線は回転できないように固定して置くと、導線全
体が磁界の中を右へ移動するのと同じことになる。

右方向へ移動するのであるから、第３図で示せば１の導
線の上の部分は左回り、下の部分は右回りの誘導電流が
生じることになるが、磁力線は互いに並行に進むことは
ないので、完全に上半分が左回り、下半分が右回りの誘
導電流になる訳ではないけれど、左回りの誘導電流を起
こす磁力線は（９） 右回りの誘導電流も起こすように導線を通過するので、
右回り、左回りの誘導起電力は同じ強さとなり、互いに
打ち消しあい、逆起電力は発生しないことになる。

２の導線に関しても１の導線と同じである。

では第１案の場合はどうかと言えば、導線に対して磁界
の移動は起きないために誘導電流は発生しないことにな
る。

第９図は、３と６の磁極から作られる磁力線がソレノイ
ドを有効に横断させるために、導線を内部に曲げ込んで
その凹部分に磁極を置いたものである。

その結果として次の作用も現れる。

それは導線に電流を流しているので、凹部分にも右手の
法則で磁界が作られることである。

７に右回りに電流を流したとき、第４図でいえば右がＳ
極、左がＮ極となり３のＮ極は左方向へ力を受け、８は
左回りに電流を流すので、６のＳ極も左方向へ力を受け
ることになり、フレミングの左手の法則で生じた力の方
向と一致して、効率（１０） を高めることができる。

このことは第１案の場合も同じく移動する力の方向は一
致する。

この場合は磁極か受ける力の反力をソレノイドか受ける
ため、ソレノイド自体にも移動させる力か゜発生する。

「実施例」 実施例について図面を参照して説明する。

ソレノイドと磁石の組み合わせの方法は色々と考えられ
るか、ここでは最も基本になると思われる物の概念的な
図面を掲載することにする。

第工０図は第１案のモーターの断面図であるが両側面に
溝状の凹部分を持つドーナツ状のソレノイド９を二つを
並べて置き、ソレノイドの凹部分に磁極を差し込む磁石
１０を組み合わせる。

そして二つのソレノイドに逆回転に電流を流しその電流
と磁石による磁力線の作用により発生する力で磁石１０
を回転させるものであるが、その回転用磁石１０の形態
はモーターの用途、規模で最適のものにすれば良い。

第↓４・１５・１６図は磁石１０の透視図である。

磁石１０は永久磁石を利用しても良いか、高出力のモー
ターとするために、｛１のコイルで電磁石としてある。

ｔ６は１０の磁石とは逆方向に回転するリングであるが
、１０による磁界中にあるので、鉄等の磁性体で作れば
、Ｌ６のリングを磁石にする必要はない。

１６のリングは逆回転であるから、ｌ７のアームと、そ
れと連動する１８・１９・２０の歯車により工４の回転
軸の回転方向と同しにして、１４の回転軸より、回転力
を取り出すようにする。

１６のリンクは回転用としててはなく、ただ磁力線の流
れをスムーズにするために固定して使用しても、効果が
あるものと思われる。

その時は反転装置は要らないので、第２案と同様に簡単
な構造とすることができる。

１４の回転軸は１５のモーターのケースにもよるが、非
磁性体である必要があり、１３のソレノイドの支持台や
アーム、歯車、ケース等も非磁性体が好ましい。

第１．１図は第２案によるモーターの断面図である。

第２案の出力は第１案の半分てあるか、反転部分がない
ためにモーターとしての構造を大幅に簡略化できる。

第１１図も第１０図の反転部分に関するもの以外は同じ
てあるが、ソレノイドの溝状凹部分は片側たけてある。

なおソレノイドの断面は円形を基本にしなくても角形で
も良いし、その場合が磁力線の流れが良くなり、性能が
向上することも考えられる。

第１２図は第１１図によるモーターより性能は落ちるけ
れど、ソレノイドの溝状凹部分を省略して、モーターと
しての構造をより簡単にしたものである。

「発明の効果」 （　１　３） 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載するような効果かある。

従来のモーターは磁極等の磁界の方向と電機子コイルに
よる磁界の方向を揃えようとする力を回転力としている
が、本モーターもドーナツ状のソレノイドの磁界と１０
の磁石の磁界を揃えようとする力を回転力とするもので
あるか、それとソレノイドの側面の溝状の凹部分に作ら
れる磁界と、１ｏの磁石の磁極とに働く力も回転力に利
用できる。

また本モーターは電流か反転する必要かないので、交流
モーターのようにうず電流損やヒステリシス損が発生し
ない。

直流モーターはコイルが半転するたびに電流の方向全変
えてやらねばならないが、ソレノイドのコイルも１１の
コイルも一定方向の電流で良いため整流子がいらないし
、それにもまして、従来の直流モーターに発生する逆起
電力が発生しないので、逆起電力の分だけ回転力として
有効に利用できる。

（１４） このように従来のモーターのようにモーターの回転を抑
制する作用や、回転力にならずにモータ一向部で消費さ
れているエネルギーをなくすことかできるので、モータ
ーの性能を高めることになる。

そして、それ以上の効果として次のことか可能となる。

従来の直流モーターの電気抵抗は電機子コイルの抵抗に
逆起電力をプラスしたものであるが、逆起電力かないと
いうことはドーナツ状のソレノイドの電気抵抗をセロに
すれば、本モーターの電気抵抗は七ロになるし、本モー
ターは反転させる必要ない直流電流を使用している。

そのことは、本モーターに超電導を利用できるというこ
とである。

超電導を利用する時は、消費エネルギーはあまり関係か
ないので、できるたけ単純な構造の第２案（第１１図・
第１２図）のモーターが適している。

ただ超電導を利用するためには、現在の技術では導線の
温度を極低温に保たねばならない。

そのために１５のモーターのケースは高度の断熱能力が
いるし、冷却装置も設けなければならない。

そのことは相当に大掛かりなモーターに成らざるを得な
いが、発電機用モーターとしては最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図・第３図 モーターの構造原理を示す横断図。 第２図・第４図 モーターの構造原理を示す縦断図。 第５図 導線を流れる電流の方向を示す。 第６図 導線を流れる電流において、紙面の裏より表に向かって
流れている状態を示す。 第７図 導線を流れる電流において、紙面の表より裏に向かって
流れている状態を示す。 第８図 磁界と電流により発生する力の方向を示す。 第９図 側面に溝状の凹部分を持ったソレノイドの横断面とそれ
に紹み合わせた磁石の磁極。 第｛０図 第ｌ案によるモーターの断面図。 第１１図 第２案によるモーターの断面図。 第１２図 第２案を簡略化したモーターの断面図。 第１３図 側面に溝状の凹部分を持つトーナッ状のソレノイドの透
視図。 第１４図・第１５図・第１６図 モーターの断面図の中の１０の回転用磁石の透視図。 １・２−・・導線。 ３・５・・・磁石のＮ極。 （１７） ４・６・・・磁石のＳ極。 ７・８・・・側面に溝状の凹部分を持つソレノイドの横
断面の導線。 ９・・・両側面に溝状の凹部分を持つソレノイド。 １０・・・回転用の磁石。 １１・・・電磁石用のコイル。 １２・・・ソレノイドを補強し、また磁力線の通りを良
くするための磁性体の芯。 １３・・・ソレノイドの支持台。 ｌ４・・・回転用磁石の非磁性体の回転軸。 １５・・・モーターのケース。 １６・・−１０の磁石とは逆回転する磁性体の回転用リ
ング。 ■７・・一反転用のアーム。 １８・１９・２０・・・反転用の歯車。 ２１・・・反転用歯車の軸。 ２２・・・溝状の凹部分を省略したソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ソレノイドの側面に磁石のＮ極とＳ極を配置し、こ
   の両極による磁力線がソレノイドを横断するようにして
   、ソレノイドの導線に電流を流しこのとき発生する力を
   動力とする。 ２、通常のソレノイドは円形に導線を巻いて円筒状にし
   てあるが、この導線の一部分をソレノイドの内部に曲げ
   込めば、ソレノイドの側面に溝のような凹部分ができる
   。 この凹部分に磁石の磁極を入れ込んで、ソレノイドの導
   線に電流を流し、そのとき発生する力を動力とする。