JPH03230743A - 光モータ - 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、光で駆動できる新規な原動機にに関する。

〔従来の技術〕

従来公知の、光エネルギを機械的エネルギに変換する方
法若しくは光エネルギにより機械的アクチュエータを駆
動する方法は、例えば太陽電池等を用いて光エネルギを
一旦電気二不ルギに変換してこれを二次電池に蓄え、そ
の電気エネルギにより直流モータその他を駆動するもの
である。

又、これらのアクチュエータを遠隔制御する場合には、
ケーブルを伝播する電気信号や、電波、超音波又は光等
による制御信号か用いられているが、それらの信号は、
アクチュエータとは別の受信機により受信され、制御装
置を経て目的のアクチュエータに作用するものである。

このため、例えば、ロケットや人工衛星から工場のりし
一ン、ロボット、保安施設、個人の邸宅に至るあらゆる
設備に設けられ、遠隔操作される全てのアクチュエータ
は、付属装置か複雑であるために、極めて高価なものと
なるばかりてなく、その信頼性にも問題かあった。

光エネルギにより直接駆動、制御できる装置は未た提案
されていない。

又、従来公知のデジタル式の光デテクタ、即ち、光を検
出し、その光量に応じたデンタル信号を得る装置も亦複
雑で高価である上、信頼性にも問題かある。

〔本発明か解決しようとする問題点〕

本発明は上記の問題を解決するためなされたものであっ
て、その目的とするところはは、構造か単純で、光で直
接に駆動、制御し得る回転型及びリニア型のモータ、並
びにパルスモータとして作動する光モータを提供するこ
とにある。

この先モータは、各種装置に於いて、遠隔制御されるア
クチュエータとして利用でき、又、光デテクタとしても
使用し得るものである。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明の上記の目的は、従来公知の直流モータ又はパル
スモータを改良し、ロータコイルの電源として、ロータ
に直接取り付けた太陽電池を使用し、その太陽電池に直
接光を照射して得た電流をロータコイルに供給し、ロー
タを回転させるよう構成することによって達成される。

本発明の一実施例に於いては、この光モータは、従来公
知のブランレス直流モータに於けるブラシの作用を、太
陽電池自身の回転による受光量の変化によって行わせる
よう構成する。

この先モータは、直流モータではあるが、ブランや導電
リング、整流器やチョッパ、二次電池等を必要としない
極めて単純な構造のものである。

又、この先モータは、一方回転式としても、又、正逆両
方向型としても構成できる。

又更に、この光モータは、リニヤモータとしても構成し
得るものである。

本発明にかかる光モータをパルスモータとして構成する
ときは、光パルスにより１ステップ宛進むパルスモータ
か得られる。

又、駆動用の光としては、この先モータをアクチュエー
タとして用いるときは、レーザ光を用いることか推奨さ
れるが、光デテクタとして利用する場合には、当然のこ
となから、検出すべき光か駆動源となる。

〔実施例〕

以下添付の図面により本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の作動原理を示す説明図、
第２図は使用した太陽電池の入射光量と、開放電圧及び
短絡電流を示すグラフ、第３図は入射光量と光モータの
回転数及び出力トルクの関係を示すグラフ、第４図及び
第５図は本発明の他の一実施例の構成を示す説明図であ
る。

本発明に係る光モータは、公知の直流モータと同様に６
極、１２極等の多極モータとして構成するものであるが
、第１図にはその作動原理を示すため二極分の回路構成
のみか描かれている。而して、これを多極構造に組み合
わせるときの、コイルや磁極形状、配置等と従来公知の
モータと同様とすればよい。

而して、図中、ｌは、永久磁石から成るステータ、２は
、図示されていない回転軸及びその軸受により、ステー
タ１の磁界内で回転自在に支持されているロータ、３は
ロータ２に巻かれたコイル、４及び５は、ロータ２に取
り付けられた一対の太陽電池、６及び７は反射鏡、８は
モータ正転用の光ヒームの光路、９は逆転用の光ヒーム
の光路である。

太陽電池４及び５は多大に逆極性でコイル３に結合され
る。即ち、太陽電池４の正極と同５の負極とはコイル３
の一方の端子３−１に接続され、太陽電池４の負極と同
５の正極はコイル３の他の一方の端子３−２に接続され
る。

今、図示されていない遠方の光源からの制菌光か光路８
を通って反射鏡６て反射され、太陽電池４（＝入射する
と、コイル３には回転トルクか発生する。

このトルクか正の方向であり、これによりロータ２か図
中実線の矢印で示される方向に回転するものとする。ロ
ータ２か１８０度回転すると、太陽電池４には光か当た
らないようになり、代わって太陽電池５か光を受けるよ
うになる。太陽電池４と５は逆極圧でコイル３に接続さ
れているから、コイル３は引続き正方向に回転を続ける
。

ロータ２か９０度回転したときには、コイルの電流か途
絶えてトルクか生しないように思われるが、例えばこの
先モータを３極以上の多極とし、死角か生しないよう構
成することか可能であり、そのように構成すれば、如何
なる位相にあるときも円滑に始動し、回転するようにて
きる。

而して、このモータを逆方向に回転させるには、駆動用
の光路を、図中破線で示されている光路９に切替えれば
よい。

図示されている状態で、この光路９から反射鏡７て反射
された光が、太陽電池５に入射すると、コイル３に流れ
る電流の方向が、前述の場合と反対になるので、ロータ
２の回転方向か逆転する。

従って、本実施例によれば、制御ビームの角度を制画す
ることにより回転方向か制画され、光量を制御すること
により回転数又はトルクを制画し得るものである。

又、上記の説明から、この第１図に示した２極のモータ
に於いて、太陽電池５を取外し、２個の太陽電池６のみ
をコイル３に接続したものを複数組、適宜の位相差を与
えて組み合わせ、光ヒームをパルス状とするが、又は、
光ビームを図中で適宜にスイングさせるようにすれば、
ヒームの１パルス又は１スイング毎にロータか１ステッ
プ宛進むよう構成し得るものである。

従って、この装置をステラピンクモータとして利用し得
る二とか直ちに理解されよう。又、この場合も多極のス
テラピンクモータを容易に設計し得ること明らかである
。

これらの太陽電池とモータコイルとの結線方法はモータ
の使用目的、形式、極数、コイル及びステータの磁石の
形状によって様々に変更されるが、それらの原理は公知
のモータと同様であり、要するにブラシレスモータに於
けるブラシによる電・機子電流の極性の切替動作や、パ
ルスモータに於ける各相パルス列と同一の作用を、投射
光の制御と太陽電池の回転によって行わせるものである
。

尚、上記のように、二つの太陽電池を逆極性に接続して
も、太陽電池の暗抵抗はコイルの抵抗に比して充分に大
きいから、ダイオード等を用いなくとも太陽電池の発生
する電流は略全部コイルに供給されるので何ら問題はな
い。

これらの太陽電池は、コイルのホヒンに取り付けけちよ
く、又、ロータの出力軸等に取り付けてもよい。又、使
用環境に応じて、適宜太陽電池の保護装置を設けること
か推奨されるが、これらは既に公知であるからここては
説明を省略する。

第２図に示された性能を有する受光面積１．２ｃｍ”の
太陽電池を４枚、巻き数３５の空心コイルを２個使用し
て４極のモータを作製した。

ステータには、磁束密度０．０８［Ｔ］のフェライト磁
石を使用した。

このモータの入射光量と無負荷回転数（実測値）及びト
ルク（計算値）は第３図に示す通りであり、入射光量１
８０　［ｍＷ／ｃｍ２］で最高回転数８００　［ｒｐｍ
］が得られた。

次に、第５図に就いて説明する。

この実施例では、太陽電池は出力軸に直角に取り付けら
れる。

而して、図中、９はステータ、１０はロータ、１１はコ
イル、１２及び１３は出力軸、１４及び１５は軸受、１
６は太陽電池、１７は遮光板、１８は駆動用の光ビーム
てある。

太陽電池１６は、第５図に示されているように、６個の
電池１６−１．１６−２．１６−３．１６−４．１６−
５及び１６−６から成り、又図示さないないが、コイル
１１も３個用意され、上記６個の太陽電池はそれぞれ２
個一組としてそれぞれ１個のコイルに結合される。

これらの太陽電池とモータコイルとの関係及びステータ
の磁石の形状は、上述の如く公知のブラシレスモータ又
はパルスモータと同様である。

即ち、これを連続回転するモータとするときは、公知の
プランレスモータに於けるプランによる極性の切替動作
と同一の効果を、投射光の制御と太陽電池の回転によっ
て達成できるように構成するものである。

その為、例えば第５図に示すような形状の遮光板１７か
用いられる。この遮光板１７には、一つの太陽電池と同
形の光透過窓か設けてあり、此処を通過する光が、太陽
電池１６−１．１６−２．１６−３．１６−４．１６−
５及び１６−６に順次輪番的に照射され、これにより対
応するコイルに電流か供給され、ロータか円滑に回転せ
しめられる。

この技術は、公知のプランレスモータの知識を有する者
にとっては、上記の説明から既に明らかであろう。ブラ
シレスモータには多種多様のものかあるが、本発明はと
の形式のものにも応用し得る。

又、このモータをパルスモータとして機能させる方法も
既に明白であろう。

又、上記の説明から本発明の原理をリニヤモータに適用
し得ることも明らかであろう。

即ち、長い線路に沿って磁極と光源を配列し、その磁極
列に沿って、太陽電池とコイルとから成る駆動機構とブ
レーキのための遮光板とを具備するランナーを走行可能
に支持し、その太陽電池に与える光源を制御する装置を
設ける。

使用される磁極かＮ５ＮＳと交互に配設される場合には
、太陽電池は２枚１組として用いられ、上記の回転型モ
ータと同様に交互に光か照射され、コイルの電流か正逆
両方向に制卸されるが、配置される磁極か例えばＮ極の
みてあれば太陽電池は１個で足りる。

線路か円形等の閉ループであるときは、光による制御は
特に好都合である。

これらの装置の作動原理は最早改めて説明する迄もなく
、既に明らかであろうからこれ以上の詳細な説明は省略
する。

本発明に係る光モータは、公知のブラシレスモータ、パ
ルスモータ及びリニヤモータと同様に、様々な態様に構
成でき、広く利用し得るものである。

又、これらの光モータの回転数は、光の強度又はパルス
の繰り返し周波数に比例するから、これらをデジタル式
の光デテクタとして利用することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光により直接に作動せしめ得る光モー
タを提供し得る。

この先モータは、ブラシや導電リング、二次電池等を要
せず、構造か単純であり、然もその遠隔制御に関しても
何ら中間的装置、器具等を必要とせず、又、制置信号と
駆動用のエネルギとか同時に供給され、太陽電池の出力
により直接的に駆動されるので、信頼性か高く、効率か
良い。

この光モータは、各種の機械の制御や、玩具、保安設備
等に於いて、遠隔制御可能なアクチュエータとして広く
利用し得るばかりでなく、光検出器、日照計、照度計、
光高温計、積分輻射計等としても利用し得るものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の作動原理を示す説明図、
第２図は使用した太陽電池の入射光量と、開放電圧及び
短絡電流を示すグラフ、第３図は入射光量と光モータの
回転数及び出力トルクの関係を示すグラフ、第４図及び
第５図は本発明の他の一実施例の構成を示す説明図であ
る。 １１９−・・−・・・−・ ２．１ｏ−−一・ ３．１１−・−・−・−・・・ ４．５．１６−・・ ６．７ ８．９．１８ ・ステータ ・・・・・ロータ コイル 太陽電池 反射鏡 ・−光路 出力軸 １２．１３・ １４． １５ ７ 遮光板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の構成要素から成る光モータ。 （ａ）磁界を発生するステータ。 （ｂ）コイルと、そのコイルと一体に回転する出力軸と
   、そのコイルに電流を供給し得る太陽電池とから成り、
   上記ステータの発生する磁界内に回転自在に支持される
   ロータ。 （ｃ）上記太陽電池に光を照射する光源。
2. （２）太陽電池が二枚宛組み合わせられて複数組用いら
   れ、それら各組の太陽電池が対応するコイルに対し逆極
   性に接続され、ロータの回転に応じ各組の太陽電池に駆
   動光が交互に照射されることによりロータが回転せしめ
   られる請求項１に記載の光モータ。
3. （３）太陽電池が複数個用いられ、それらがそれぞれ対
   応するコイルに接続され、これら太陽電池に駆動光を輪
   番的に照射することによりロータが回転せしめられる請
   求項１に記載の光モータ。
4. （４）太陽電池が、ロータの出力軸と平行に設けられる
   請求項１乃至３のいずれか１に記載の光モータ。
5. （５）太陽電池が、ロータの出力軸と直角に設けられる
   請求項１乃至３のいずれか１に記載の光モータ。
6. （６）自然光により駆動される請求項１乃至５の何れか
   １に記載の光モータ。
7. （７）光源が、レーザ発振器である請求項１乃至５の何
   れか１に記載の光モータ。
8. （８）ステータが、多極の永久磁石から成る請求項１乃
   至７の何れか１に記載の光モータ。
9. （９）下記の構成要素から成る光リニヤモータ。 （ａ）磁極列を有し、長い線路を形成するステータ。 （ｂ）コイルと、そのコイルに電流を供給し得る太陽電
   池とを具備し、上記ステータの発生する磁界内で走行自
   在に支持されるランナー。 （ｃ）上記太陽電池に光を照射し得る光源。