JPH0779582A - 光駆動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光エネルギを利用してロータを回転させる場
合に、電機子コイルを不要にして、ロータの構造の簡単
化及び低慣性化を実現する。 【構成】 ロータ１は、透明な基板２上に、太陽電池素
子８ａを備えた複数本の導電アーム８を放射状に配置す
ると共に、それら導電アーム８の外周側端部の各間及び
内周側端部の各間をそれぞれ第１及び第２の短絡環９及
び１０により電気的に接続することにより構成される。
基板２には、その約半分の領域に下面側から窓部を通じ
た外部光が照射され、残りの光照射されない領域に永久
磁石からの矢印φ方向の磁束が鎖交するように構成され
る。光照射された導電アーム８は第１の短絡環９側が高
電位となる光起電力を発生するため、破線矢印で示すよ
うな電流が流れ、光照射されていない領域の導電アーム
８を流れる電流と矢印φ方向の磁束によって、矢印Ｆ方
向の回転トルクが生起される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータの回転駆動源と
して光エネルギを利用するようにした光駆動モータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光駆動モータとしては、例えば
実開平３−５０９８８号公報に記載されたものが知られ
ている。即ち、この公報に記載されたものは、円板形状
に形成された電機子コイルの表面に光電変換素子を配設
して成るロータと、このロータの回転軌跡にアキシャル
方向から対向する永久磁石とを設けると共に、上記ロー
タ及び永久磁石を収納したモータケースに前記光電変換
素子に臨んだ開口部を開度調整可能な状態で形成した構
成となっており、光電変換素子に上記開口部を通じて外
部光が照射されたときの光起電力に基づいて電機子コイ
ルに電流を供給すると共に、斯様なコイル電流と前記永
久磁石からの磁界とにより生ずる電磁力によってロータ
を回転させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、電
機子コイルが必須の構成要件となっているため、ロータ
の構造が複雑化することが避けられず、また、ロータに
電機子コイル及び光電変換素子が双方とも搭載される関
係上、そのロータの低慣性化を図ることが困難になると
いう欠点があった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、電機子コイルの機能を光電変換素子
により兼用することによって電機子コイルを不要ならし
め、以てロータの構造を簡単化できると共に、ロータの
低慣性化を容易に実現できるようになる光駆動モータを
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基板上に、光電変換素子を備えた複数本の
導電アームを所定の間隔で配置すると共に、それら導電
アームの一端部の各間及び他端部の各間をそれぞれ電気
的に接続する第１及び第２の短絡部を設けて成るロータ
を設けた上で、前記導電アーム群のうちの一部の導電ア
ームに外部光が照射される状態とするための光遮蔽部
と、前記光電変換素子に対し前記導電アームと直交した
磁束成分を有した磁界を加える界磁手段とを設ける構成
としたものである（請求項１）。

【０００６】この場合、前記基板を平板状のものとし、
前記導電アームを当該基板の中心から放射状に延びた状
態に配置する構成とすることもできる（請求項２）。

【０００７】また、基板を有底中空円筒状のものとし、
導電アームを当該基板の円筒状部分に軸方向へ延びた状
態で配置する構成とすることもできる（請求項３）。

【０００８】さらに、各導電アームを、複数個の光電変
換素子を直列接続して構成することもできる（請求項
４）。

【０００９】また、ロータを収納するケースを設け、前
記光遮蔽部をこのケースを利用して構成すると共に、界
磁手段を上記ケースに取り付けた永久磁石により構成す
ることもできる（請求項５）。

【００１０】

【作用】請求項１記載の光駆動モータにおいて、光遮蔽
部は、導電アーム群のうちの一部の導電アームに外部光
が照射されるように機能するものであるが、今、このよ
うに光電変換素子を備えた導電アームに光が照射されて
光起電力が発生した場合に、その光起電力が第１の短絡
部側で高くなるように構成されている状態を想定する。
この状態では、所定間隔で配置された導電アーム群のう
ちの一部の導電アームに対し外部光が照射されたときに
は、その光照射された導電アームから、第１の短絡部、
光照射されていない他の導電アーム、第２の短絡部をこ
の順に介して上記光照射された導電アームに戻る電流通
路が形成されるようになる。

【００１１】すると、このように流れる電流と界磁手段
からの磁界との間に電磁力が作用するようになるが、こ
の界磁手段からの磁界には導電アームと直交した磁束成
分が含まれているから、上記電磁力は導電アームと直交
した方向に作用することになり、このような電磁力によ
りロータが回転されるようになる。尚、光電変換素子よ
り成る導電アームに光が照射されて光起電力が発生した
場合に、その光起電力が第２の短絡部側で高くなるよう
に構成されていた場合にも、ロータが同様に回転される
ものであるが、その回転方向は上述の場合と逆になる。

【００１２】請求項２のように、導電アームが平板状の
基板の中心から放射状に延びた状態に配置されていた場
合には、その基板を含むロータと界磁手段との関係はア
キシャルギャップ形モータと同等になり、放射状配置さ
れた導電アームと直交した方向に作用する電磁力は上記
ロータを回転させる方向に発生することになる。

【００１３】請求項３のように、導電アームが基板の円
筒状部分に軸方向に延びた状態に配置されていた場合に
は、その基板を含むロータと界磁手段との関係はラジア
ルギャップ形モータと同等になり、円筒状部分に軸方向
に延びた状態で配置された導電アームと直交した方向に
作用する電磁力は上記ロータを回転させる方向に発生す
ることになる。

【００１４】請求項４のように、各導電アームが複数個
の光電変換素子を直列接続して構成されていた場合に
は、その光起電力ひいては各導電アームに流れる電流が
大きくなるから、ロータの回転トルクを向上させること
ができる。

【００１５】請求項５のように、界磁手段が永久磁石に
より構成されていた場合には、電気的なエネルギ供給源
が全く不要になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明をアキシャルギャップ形モータ
に適用した第１実施例について図１〜図７を参照しなが
ら説明する。図１及び図２には光駆動モータの縦断面形
状及び下面形状が示されている。これら図１及び図２に
おいて、ロータ１は、円盤状の基板２及びその基板２の
中心を貫通する回転軸３を備えた構成となっており、扁
平な円筒容器状をなすケース４内に軸受５、６を介して
回転自在に収納されている。この場合、ケース４の下面
壁には、半円弧形状をなす透光部としての窓部４ａが前
記基板２の下面に臨むように形成されており、これによ
りケース４は、ロータ１に後述のように形成された導電
アーム８群のうちの一部の導電アームに外部光が照射さ
れる状態にするための光遮蔽部としての機能を果たすよ
うになっている。

【００１７】また、ケース４の上面壁の内面（下面）に
おける前記窓部４ａとの非対応位置には、基板２の回転
軌跡と対向するようにして界磁手段としての永久磁石７
が取り付けられている。この永久磁石７は、例えば図３
に示すような半円弧形状をなすものであり、その厚み方
向（ロータ１の軸方向）へ着磁されている。従って、永
久磁石７からのロータ１に鎖交する磁束は、当該ロータ
１の回転平面と直交した状態を呈する。

【００１８】前記基板２は例えば透明なガラスより成る
もので、その上面には、光電変換素子としての例えばア
モルファスシリコン太陽電池素子８ａ（後述する図５参
照）を複数個ずつ直列接続して成る複数本の導電アーム
８が設けられる。

【００１９】この場合、ロータ１を上面から見た状態で
示す図４のように、各導電アーム８は、基板２の中心部
側から外周部側へ向けて放射状に延びた配置となってい
ると共に、それら導電アーム８の外周側端部の各間及び
内周側端部の各間は、第１の短絡環９及び第２の短絡環
１０（それぞれ本発明でいう第１の短絡部及び第２の短
絡部に相当）によって電気的に接続された状態となって
いる。

【００２０】図５に示すように、導電アーム８を構成す
るアモルファスシリコン太陽電池素子８ａは、ＰＮ接合
を構成するためのＰ型半導体及びＮ型半導体を膜状に形
成したもので、この実施例ではＰ型半導体が第１の短絡
環９側に位置するように構成されている。従って、導電
アーム８においては、外部光が照射された状態で、第１
の短絡環９側が高電位となる光起電力を発生するように
なる。尚、太陽電池素子８ａの各間は、薄膜導電パター
ン８ｂにより接続されている。

【００２１】次に上記構成の作用について、ロータ１の
斜視図を示す図６及びロータ１の要部をその回転方向へ
直線的に展開した状態を示す図７も参照しながら説明す
る。今、窓部４ａからケース４内に外部光が入射する
と、その光の照射を透明な基板２を通して受けた導電ア
ーム８に光起電力が発生するようになる。この場合、光
照射を受けていない導電アーム８にあっては、内部の太
陽電池素子８ａが第１の短絡環９側をアノードとしたダ
イオードとして機能するから、上記の光起電力に伴う電
流が図６、図７に破線矢印で示すように、光照射された
導電アーム８→第１の短絡環９→光照射されていない他
の導電アーム８→第２の短絡環１０→上記光照射された
導電アーム８に戻る電流通路が形成される。

【００２２】この場合、光照射されていない他の導電ア
ーム８には、永久磁石７からの磁束が図６に矢印φで示
す方向に鎖交しているから、フレミングの左手の法則か
ら明らかなように、上記各導電アーム８に図示矢印Ｆ方
向への電磁力が作用するようになり、これによりロータ
１が矢印Ｆ方向へ回転されるようになる。このようにロ
ータ１が回転されると、光照射される導電アーム８と光
照射されない導電アーム８とが順次入れ代わるようにな
り、これによりロータ１の回転トルクが連続的に発生す
るようになる。従って、窓部４ａからケース４内に外部
光が入射されている状態では、ロータ１の回転が持続さ
れることになる。

【００２３】以上の説明によって明らかなように、上述
した本実施例の構成によれば、複数個ずつのアモルファ
スシリコン太陽電池素子８ａを直列接続して構成された
複数本の導電アーム８が、電流発生源としての役目の他
に、電機子コイルの役目を果たすものであり、従来構成
のように電機子コイルを別途に設ける必要がなくなる。
このように電機子コイルが不要になる結果、ロータ１の
構造が簡単化するようになると共に、その軽量化を促進
できた当該ロータ１の低慣性化を容易に実現可能とな
る。

【００２４】また、各導電アーム８は複数個の太陽電池
素子８ａを直列接続した構成となっているから、その光
起電力ひいては各導電アーム８に流れる電流が大きくな
ってロータ１の回転トルクが向上するようになる。しか
も、磁界発生源として永久磁石７を利用しているから、
電気的なエネルギ供給源が全く不要になる。

【００２５】尚、上記した実施例では、界磁手段として
の永久磁石７をケース４内に設ける構成としたが、ロー
タ１に対してケース４外から磁束を鎖交させる構成の界
磁手段を設ける構成としても良いものである。さらに、
上記永久磁石７を窓部４ａとの非対応位置に設ける構成
としたが、その窓部４ａと対応する位置に設ける構成と
しても良く、或いは、窓部４ａとの対応位置及び非対応
位置の双方に互いに極性が逆の永久磁石を配置すること
もできる。

【００２６】また、上記実施例では、基板２として透明
なものを用いる構成としたが、導電アーム８を窓部４ａ
に臨む側の面（図１の場合は下面）に形成する場合に
は、必ずしも基板２を透明にする必要はない。

【００２７】図８及び図９には本発明の第２実施例が示
されており、以下これの構成について前記第１実施例と
異なる部分のみ説明する。図８及び図９において、ロー
タ１は、ケース１１に対して軸受１２、１３を介して支
持されており、その支持状態で半分（機械角で１８０°
に相当した半円部分）が露出した状態を呈するように構
成されている。つまり、ケース１１は、ロータ１上の導
電アーム８群のうちの一部の導電アームに外部光が照射
される状態にするための光遮蔽部としての機能を果たす
ようになっている。

【００２８】上記ケース１１は、互いの間にロータ１を
収納するためのギャップを存した状態で配置した一対の
磁性材料製側板１１ａ及び１１ｂと、これら側板１１ａ
及び１１ｂの端縁部間を連結するように配置された界磁
手段としての永久磁石１４とにより構成されている。こ
の場合、永久磁石１４は、側板１１ａ及び１１ｂの重ね
合わせ方向（ロータ１の軸方向）へ着磁されており、ケ
ース１１には、永久磁石１４による磁束が図９に矢印Ｒ
で示すように流れる磁気回路が形成される。これによ
り、永久磁石１４からの磁束は、ロータ１に対して当該
ロータ１の回転平面と直交した状態で鎖交するようにな
る。

【００２９】従って、このように構成された本実施例に
おいても、ロータ１の導電アーム８の一部に透明な基板
２の両側から光が照射されるものであり、これに応じて
前記第１実施例と同様に当該ロータ１が回転されること
になる。

【００３０】図１０〜図１２には、本発明をラジアルギ
ャップ形モータに適用した第３実施例が示されており、
以下これについて説明する。即ち、図１０〜図１２にお
いて、ロータ１５は、有底中空円筒状の基板１６及びそ
の基板１６における底部１６ａの中心を貫通する回転軸
１７を備えた構成となっており、図１０に示すように円
筒状の磁性体製ヨーク１８に対し軸受１９、２０を介し
て支持されている。

【００３１】基板１６における円筒状部分１６ｂには、
図１２に示すように、その外周面に、軸方向へ延びた状
態の複数本の導電アーム２１が互いの間に所定間隔を存
した状態で平行配置されていると共に、その軸方向両端
縁部に各導電アーム２１の一端部の各間及び他端部の各
間を電気的に接続する第１の短絡環２２及び第２の短絡
環２３（それぞれ本発明でいう第１の短絡部及び第２の
短絡部に相当）が形成されている。

【００３２】光遮蔽部としての磁性体製補助ヨーク２４
は、断面が半円弧形状をなすもので、前記ヨーク１８に
対して、当該ヨーク１８との間に前記基板１６の円筒状
部分１６ｂを収納するためのギャップを存した状態で連
結され、以て前記導電アーム２１群のうちの一部の導電
アームに外部光が照射される状態にするようになってい
る。

【００３３】ヨーク１８と補助ヨーク２４との連結部分
には、界磁手段としての永久磁石２５が介在されてい
る。この場合、永久磁石２５は、ロータ１５の径方向へ
着磁されており、ヨーク１８及び補助ヨーク２４には、
永久磁石２５による磁束が図１０に矢印Ｒで示すように
流れる磁気回路が形成される。これにより、永久磁石２
５からの磁束は、ロータ１５に対して基板１６の円筒状
部分１６ｂの回転軌跡と直交した状態で鎖交するように
なる。

【００３４】従って、このように構成された本実施例に
おいても、ロータ１５の導電アーム２１の一部に光が照
射されるため、光照射された部分の導電アーム２１での
光起電力に伴う電流が、第１の短絡環２２、光照射され
ていない導電アーム２１及び第２の短絡環２３を通じて
循環することになり、その電流と永久磁石２５からの磁
束との間で作用する電磁力によってロータ１５が回転さ
れるようになる。

【００３５】尚、上記した各実施例では、光電変換素子
としてアモルファス太陽電池素子を用いるようにした
が、これに代えて多結晶太陽電池素子などのような他の
光電変換素子を用いる構成としても良いものである。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の光駆動モータによれば、光電変換素子を備
えた導電アームを、電流発生源としての役目の他に電機
子コイルの役目をも果たすように構成したから、電機子
コイルが不要になるものであり、これによりロータの構
造の簡単化並びに低慣性化を実現できるという有益な効
果を奏するものであり、また、請求項２或いは請求項３
のような構成を採用することにより、アキシャルギャッ
プ形モータ及びラジアルギャップ形モータを任意に実現
できるものである。

【００３７】請求項４記載の光駆動モータによれば、各
導電アームを直列接続された複数個の光電変換素子によ
り構成したから、各導電アームでの光起電力が大きくな
って、それらに流れる電流が大きくなるり、ロータの回
転トルクを向上させ得るようになる。

【００３８】請求項５記載の光駆動モータによれば、界
磁手段を永久磁石により構成したから、電気的なエネル
ギ供給源が全く不要になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の縦断面図

【図２】全体の下面図

【図３】永久磁石の斜視図

【図４】ロータの平面図

【図５】ロータの一部をヨークを拡大した状態で示す摸
式図

【図６】ロータの斜視図

【図７】ロータの要部を回転方向へ展開した状態で示す
平面図

【図８】本発明の第２実施例を示す全体の正面図

【図９】全体の縦断側面図

【図１０】本発明の第３実施例を示す全体の縦断側面図

【図１１】全体の平面図

【図１２】全体の斜視図

【符号の説明】

図面中、１はロータ、２は基板、４はケース（光遮蔽
部）、４ａは窓部、７は永久磁石（界磁手段）、８は導
電アーム、８ａはアモルファスシリコン太陽電池素子
（光電変換素子）、９は第１の短絡環（第１の短絡
部）、１０は第２の短絡環（第２の短絡部）、１１はケ
ース（光遮蔽部）、１４は永久磁石（界磁手段）、１５
はロータ、１６は基板、１８はヨーク、２１は導電アー
ム、２２は第１の短絡環（第１の短絡部）、２３は第２
の短絡環（第２の短絡部）、２４は補助ヨーク（光遮蔽
部）、２５は永久磁石（界磁手段）を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、光電変換素子を備えた複数本
   の導電アームを所定の間隔で配置すると共に、それら導
   電アームの一端部の各間及び他端部の各間をそれぞれ電
   気的に接続する第１及び第２の短絡部を設けて成るロー
   タと、 前記導電アーム群のうちの一部の導電アームに外部光が
   照射される状態にするための光遮蔽部と、 前記光電変換素子に対し前記導電アームと直交した磁束
   成分を有した磁界を加える界磁手段とを備えたことを特
   徴とする光駆動モータ。
2. 【請求項２】 前記基板は平板状をなし、前記導電アー
   ムは当該基板の中心から放射状に延びた状態に配置され
   ていることを特徴とする請求項１記載の光駆動モータ。
3. 【請求項３】 前記基板は有底中空円筒状をなし、前記
   導電アームは当該基板の円筒状部分に軸方向へ延びた状
   態に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光
   駆動モータ。
4. 【請求項４】 前記導電アームは、複数個の光電変換素
   子を直列接続して構成されていることを特徴とする請求
   項１或いは請求項２或いは請求項３記載の光駆動モー
   タ。
5. 【請求項５】 前記ロータを収納するケースを備え、前
   記光遮蔽部をこのケースを利用して構成すると共に、前
   記界磁手段を上記ケースに取り付けた永久磁石により構
   成したことを特徴とする請求項１或いは請求項２記載の
   光駆動モータ。