JP2002317751A - 回転補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転板に固定した磁石が固定板の磁石に接近
動するときのブレーキ力となる両磁石の反発力の発生を
抑制し、両磁石の反発力が回転方向にのみ有効に作用す
るようにして、磁石による回転の増速を実現できる回転
補助装置を提供する。 【解決手段】 回転軸１に一体に回転するよう固定した
回転板１０と固定板３を対向させ、この回転板１０と固
定板３の対向面のそれぞれに、一定間隔で放射状の配置
となる複数の主磁石板１１と、この主磁石板１１の一面
側に消磁用磁石１２と、隣接する主磁石板１１間に配置
した扇形磁石板１３とを設け、上記回転板１０と固定板
３を両者の消磁用磁石１２の対向面間に回転隙間を形成
した対向間隔に配置し、かつ、回転板１０と固定板３に
設けた主磁石板１１の対向面の磁極を同極とすると共
に、回転板１０と固定板３に設けた主磁石板１１の数を
異数とし、両主磁石板１１の磁力線による反発力を回転
方向にのみ有効に作用させて回転軸１を増速させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、同極を対向させ
た永久磁石の磁力によって生じる反発力を回転に利用す
るようにした回転補助装置と、この回転補助装置を用い
た発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転の駆動源として用いられているモー
タやエンジンは、運転条件に応じて所定の回転数を発生
するように設計されているが、最大出力時の回転数が決
まっているので、各種機器の駆動に大きい回転数が必要
となる場合、モータやエンジンは大型で高出力のものを
採用しなければならない。

【０００３】そこで、従来より、駆動源により回転が与
えられる回転経路の途中に回転数を増速させるための装
置を組み込み、必要とする回転数に対して駆動源の小型
化を図ることが考えられ、例えば、対向させた永久磁気
の同極による反発力を回転の付与に利用して回転数を増
速させようとする装置もその一つである。

【０００４】磁気の反発力を利用して回転数を増速させ
ようとする従来の装置として、回転軸に固定した回転板
と非回転となる固定板のそれぞれに複数の永久磁石を、
帯磁させた端面が対向するよう内外に環状の配置で固定
し、前記回転板に固定した永久磁石と固定板に固定した
永久磁石の磁極を、互いに対向する面の磁極が同極とな
るよう設定し、回転板の永久磁石が回転することによ
り、回転板と固定板の永久磁石間に生じる反発力を回転
力に付加することで回転数を増速させる構造になってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、永久磁石を
使用した上記のような装置は、回転板に固定した永久磁
石が固定板の永久磁石が離反するときの反発力を回転力
に付加することはできるが、回転板の永久磁石が固定板
の永久磁石に接近動するときに両永久磁石間に発生する
反発力がブレーキとして働き、これが回転板及び駆動源
の回転に対する負荷となるため、有効反発力とブレーキ
反発力が相殺され、実際に回転数を増速させることがで
きないものである。

【０００６】そこで、この発明の課題は、回転板の永久
磁石が固定板の永久磁石に接近動するときのブレーキ力
となる両永久磁石の反発力の発生を抑制し、両永久磁石
の反発力が回転方向にのみ有効に作用するようにして、
永久磁石による回転数の増速を実現できる回転補助装置
と、これを用いた発電装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、第１の発明は、回転軸と一体に回転する回転
板と、固定部分に固定した固定板を対向させ、この回転
板と固定板の対向面のそれぞれに、一定間隔で放射状の
配置となるよう起立状に固定した複数の主磁石板と、棒
状磁石を用い、両端が異極で主磁石板よりも一回り大き
めのコ字状に形成され、主磁石板の一面側における磁力
線を消すため上記主磁石板の一面側に沿って配置した消
磁用磁石と、隣接する主磁石板に配置され、主磁石板の
固定面側磁力を対向面側に作用させないようにするため
の扇形磁石板とを設け、上記回転板と固定板を両者の消
磁用磁石の対向面間に回転隙間を形成した間隔に配置
し、かつ、回転板と固定板に設けた主磁石板の対向する
先端部の磁極を同極とすると共に、回転板と固定板に設
けた主磁石板の数を異数とした構成を採用したものであ
る。

【０００８】このように、回転軸と一体に回転板を回転
させると、回転板と固定板に設けた主磁石板は、消磁用
磁石で一面側における磁力線が消されているので、両者
の主磁石板は対面状態になるまで磁力の反発力が発生し
ない。

【０００９】従って、両者の主磁石板が対面状態になる
まで回転板は反発力のない状態で回転し、回転板の主磁
石板が固定板の主磁石板を通過すると、両主磁石板は他
面側の磁力が互いに反発することになり、これにより、
回転板の回転に両主磁石板の反発力が付加されることに
なり、この反発力の付加で回転軸の回転が増速されるこ
とになる。

【００１０】上記回転軸は垂直状態で上下に位置調整が
可能となるよう配置し、回転板と固定板の対向面の間隔
を可変とすることて、両主磁石板の反発磁力を変化させ
ることができる。

【００１１】また、第２の発明は、上記回転補助装置を
用い、この回転補助装置の上記回転軸にクラッチを介し
て駆動用モータを結合し、この回転軸に補助用モータ及
び発電機をそれぞれ断続可能な回転伝達手段を介して連
動した構成を採用したものである。

【００１２】上記駆動用モータによる回転軸の駆動が所
定の回転速度に達すると、回転軸に回転伝達手段を介し
て補助用モータと発電機をそれぞれ連動し、クラッチを
切って駆動用モータを停止させる。補助用モータによる
回転軸の回転で駆動用モータよりも小さな出力の補助用
モータで発電機を駆動させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
示例と共に説明する。

【００１４】図１のように、回転補助装置は、垂直の回
転軸１をフレーム２の底部に設けた固定板３で軸受を介
して回転自在に支持し、回転軸１の上端にフレーム２へ
固定した駆動用モータ４を電磁クラッチ５を介して結合
し、上記回転軸１の途中にそれぞれ断続可能な回転伝達
手段６と７を介して、駆動用モータ４よりも小型となる
補助用モータ８と、この補助用モータ８による回転軸１
の駆動によって発電する発電機９とを連動している。な
お、補助用モータ８と発電機９は、フレーム２に固定さ
れている。

【００１５】上記駆動用モータ４は、電動モータ以外に
エンジンを用いてもよく、また、回転軸１の下部の位置
に、この回転軸１と一体に回転する円板状の回転板１０
が固定され、この回転板１０は下方に位置する上記固定
板３と対向するよう配置されている。

【００１６】上記回転板１０と固定板３の対向面には、
それぞれに、一定間隔で放射状の配置となる複数の主磁
石板１１と、この主磁石板１１の一面側に沿って配置さ
れ、棒状磁石を用いて両端が異極で主磁石板よりも一回
り大きめのコ字状に形成された消磁用磁石１２と、隣接
する主磁石板１１間に配置した扇形磁石板１３とが設け
られ、上記回転板１０と固定板３を消磁用磁石１２の対
向面間に回転隙間を形成した間隔に配置し、かつ、回転
板１０と固定板３に設けた主磁石板１１の対向面の磁極
を互いに反発する同極とすると共に、回転板１０と固定
板３に設けた主磁石板１１の数は異数となっている。

【００１７】図２乃至図５は、回転板１０と固定板３の
対向面に設ける永久磁石群の構造を示している。なお、
回転板１０と固定板３の同一となる永久磁石には同一の
符号を用いる。

【００１８】ちなみに、回転板１０は直径４８０ｍｍに
形成し、主磁石板１１は厚み３０ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍ、高さ７０ｍｍの直方体磁石に形成され、その長さ方
向が回転板１０の半径方向に沿い、かつ、一方の端部が
回転板１０の外周に近接するよう、複数が放射状の配置
で回転板１０に固定され、固定板３の主磁石板１１もこ
れと同様の配置で固定され、この主磁石板１１及び固定
板３に設けた主磁石板１１の互いに対向面の磁極はＳ極
となるように設定されている。

【００１９】また、消磁用磁石１２は、１５ｍｍ角の棒
状磁石を用い、一端を直角に、他端を４５°にカットし
た四本の棒状磁石１２ａ乃至１２ｄを、図５のように、
端部が異極の当接状態となるよう順次結合してコ字状に
形成され、この消磁用磁石１２は、全長が１１０ｍｍ、
高さが７５ｍｍとなり、コ字状の両端は異極になってい
る。

【００２０】上記消磁用磁石１２は、主磁石板１１の一
面側に、高さ１０３ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み２．３
ｍｍの金属板１４を挟んで重ね合わせ、消磁用磁石１２
は、その周囲三辺が主磁石板１１の周囲三辺から寸法差
だけ僅かに突出した状態となり、この消磁用磁石１２に
は金属製のカバー１５を被せ、安全性を向上させてい
る。

【００２１】上記消磁用磁石１２は、主磁石板１１に対
し、回転板１０の回転方向の前方となる一面側に、ま
た、固定板３における消磁用磁石１２は、主磁石板１１
に対し、回転板１０の回転方向の後方となる一面側に取
り付けられている。

【００２２】上記主磁石板１１の両側には、Ｓ極とＮ極
の間で磁力線ａが発生するが、その一面側にコ字状の消
磁用磁石１２を固定配置することで、この消磁用磁石１
２側の磁力線は消磁用磁石１２によって遮断され、図４
のように、上記磁力線ａは消磁用磁石１２のない半分側
でのみ発生することになる。

【００２３】上記扇形磁石板１３は、１０ｍｍ厚で長さ
１００ｍｍの板状のネオマックス磁石やフェライト磁石
を用い、放射状に配置された主磁石板１１の隣接する対
向面間に丁度納まる扇形に形成され、この扇形磁石板１
３の下面側に同様の形状に形成したアルミ板１６と鉄板
１７が重ねて配置されている。

【００２４】この扇形磁石板１３は、回転板１０と固定
板３とにおいて、Ｓ極が互いに対向するよう配置され、
鉄板１６が下面に重なっているので、扇形磁石板１３は
主磁石板１１のＮ極の磁力線を吸収し、上記対向面にＮ
極が作用しないようにして、回転板１０と固定板３の対
向面にＳ極のみを作用させ、回転板１０と固定板３の対
向面の反発力を高めることになる。

【００２５】前記固定板３に設けた主磁石板１１と消磁
用磁石１２は、上記回転板１０と同様の寸法と構造及び
配置条件となっているが、上記回転板１０の主磁石板１
１は例えば１４個を等間隔の配置で固定するのに対し、
固定板３には１５個の主磁石板１１を等間隔の配置で固
定している。従って、固定板３に用いる扇形磁石板１３
は、回転板１０のものより少し角度が狭くなっている。

【００２６】また、回転板１０と固定板３に設けた主磁
石板１１は、図示の場合、その長さ方向が回転軸の軸心
を通る放射状の配置にしたが、主磁石板１１の長さ方向
を回転軸の軸心を通る半径方向の軸心に対して、０°〜
２５°までの範囲、好ましくは１０°までの角度で何れ
かの方向に傾斜させるようにしてもよい。

【００２７】図１のように、フレームの上部で回転軸１
を挟む両側の位置に、補助用モータ８と発電機９を固定
配置し、回転軸１と補助用モータ８及び発電機９がそれ
ぞれ断続可能な回転伝達手段６、７を介して連動されて
いる。

【００２８】図６の場合、この回転伝達手段６、７は、
回転軸１の途中に共通に用いる大径の摩擦輪１８を固定
し、補助用モータ８の回転伝達手段６は、その出力軸１
９に小径の摩擦輪２０を固定し、大径の摩擦輪１８と小
径の摩擦輪２０との間に、揺動アーム２１で回転自在に
支持され、大径の摩擦輪１８と小径の摩擦輪２０に対し
て同時に圧接又は離反する中間摩擦輪２２を配置し、こ
の中間摩擦輪２２に図示省略したが、ばねやシリンダ等
で、摩擦輪１８と摩擦輪２０に圧接する弾性を付勢する
ようにした構造を有している。

【００２９】また、発電機９の回転伝達手段７は、発電
機の入力軸９ａに小径の摩擦輪２３を固定し、大径の摩
擦輪１８と小径の摩擦輪２３の間に、揺動アーム２４で
回転自在に支持された上記と同様の中間摩擦輪２５を設
けて形成され、中間摩擦輪２２と２５を大径の摩擦輪１
８と小径の摩擦輪２０、２３に対して圧接させること
で、補助用モータ８で回転軸１を駆動し、この回転軸１
の回転で発電機９を駆動するようになっている。

【００３０】このような回転伝達手段６、７は、補助用
モータ８の回転を回転軸１に減速して伝え、回転軸１の
回転を発電機９に増速して伝えることになり、補助用モ
ータ８の駆動による回転軸１の回転が、回転板１０と固
定板３の主磁石板１１によって増速されても、補助用モ
ータ８にその出力回転数を上回る回転が逆に入力される
ことがないようになっている。

【００３１】上記回転伝達手段６、７は、図示のような
構造に限定されるものではなく、回転軸１に対して補助
用モータ８が減速駆動するように、また、回転軸１の回
転を増速して発電機９の入力軸９ａに伝えるように、そ
れぞれ、歯車やプーリとベルトを用い、電磁クラッチを
介して結合した構造を採用してもよい。

【００３２】なお、回転軸１はフレーム２での支持によ
り、固定板３の上部に垂直に配置し、この回転軸１の下
端に回転板１０を固定して固定板３と縁を切った構造と
してもよい。

【００３３】また、上記回転軸１に取り付けた回転板１
０は、上下に位置調整が可能となるようにし、回転板１
０と固定板３の対向面の間隔を可変として、回転板１０
と固定板３の主磁石板１１間に発生する反発力を変化さ
せることができるようにしてもよい。

【００３４】図１では、回転軸１に対して一組の回転板
１０と固定板３を配置したが、二組以上の回転板１０と
固定板３を配置するようにしてもよい。

【００３５】ここで、上記した回転板１０と固定板３の
対向面は、Ｓ極が対向しているので、マイナスイオンが
発生し、回転板１０と固定板３には回転軸１に近い位置
に通気孔２６を設けることで、回転板１０の回転による
遠心力により回転板１０と固定板３間に生じる通気孔２
６から外周に向けて放出される空気流をイオン化し、装
置を設置した部分の環境を改善することができる。

【００３６】また、回転板１０の内周側に通気孔２６を
設けることで、回転板１０の重量配分を外周が重くなる
ようにし、回転板１０により効果的なフライホイールの
機能を付加することができる。

【００３７】この発明の回転補助装置は、上記のような
構成であり、電磁クラッチ５を結合した状態で、回転軸
１を駆動用モータ４の起動によって回転させると、この
回転軸１に固定した回転板１０の永久磁石群が高速で回
転し、固定板３の各主磁石板１１に対して回転板１０の
各主磁石板１１は接近と離反動を繰り返すことになる。

【００３８】上記回転板１０と固定板３の主磁石板１１
には、回転板１０においては回転板１０の回転方向の前
方位置に、また、固定板３においては回転板１０の回転
方向の後方位置にそれぞれ消磁用磁石１２を固定してあ
るので、回転板１０においては主磁石板１１のＳ極とＮ
極の間での磁力線ａは、回転方向の前方位置の部分が消
磁用磁石１２によって消磁され、固定板３においては主
磁石板１１のＳ極とＮ極の間での磁力線ａは回転板１０
の回転方向の後方位置の部分が消磁用磁石１２によって
消磁され、従って、固定板１０の主磁石板１１に回転板
１０の主磁石板１１が接近するとき、両主磁石板１１は
反発力を生じることがない。

【００３９】図４のように、両主磁石板１１の対向面が
対面する時点までは反発力の発生はないが、固定板３の
主磁石板１１に対して回転板１０の主磁石板１１が回転
方向の前方位置に移動すると、両主磁石板１１は磁力線
ａによって互いに反発することになり、この反発力によ
り回転板１０に回転方向への回転力が付加され、回転板
１０は回転力が付加されることで回転軸１の回転が増速
されることになる。

【００４０】回転軸１が増速され、駆動用モータ４より
高速になることでクラッチ５が切れ、駆動用モータ４に
よる回転軸１の駆動はなくなり、この時点で駆動用モー
タ４への通電を切るようにする。

【００４１】上記固定板３の主磁石板１１と回転板１０
の主磁石板１１はその数が異なるため、両主磁石板１１
の位相は回転方向に不均一の配置となり、回転板１０の
回転により常にどこかの位置において両主磁石板１１の
反発力が発生し、回転軸１の回転を増速させることにな
る。

【００４２】上記のように、駆動用モータ４による駆動
で回転軸１が増速されると、回転伝達手段６、７を結合
し、回転軸１に対して発電機９と補助モータ８を接続
し、これと共にクラッチ５を切って駆動用モータ４から
補助モータ８による回転軸１の駆動に切り換える。

【００４３】回転伝達手段６を介して補助モータ８で減
速駆動される回転軸１は、上記のように、固定板３の主
磁石板１１と回転板１０の主磁石板１１により増速さ
れ、回転軸１の回転が、回転伝達手段７を介して発電機
９に増速伝達されるので、発電機９はその回転により発
電することになり、この発生した電力は正常な波形にす
るためのコントローラや昇圧手段を介して取り出し、そ
の一部を補助モータ８の駆動用電源として用い、補助モ
ータ８により回転軸１を駆動する。

【００４４】ちなみに、補助モータ８には消費電力が２
００Ｖで１．５ＫＷのものを、また、発電機９はその出
力が４．３ＫＷを用いても、この発明の回転補助装置を
介して補助モータ８で発電機９を駆動することができ、
従って、発電機９により、補助モータ８の消費電力より
も大きな発電が可能になる。

【００４５】発電機９で発生した電力の一部は上記のよ
うに補助モータ８の駆動用電源として使用するが、余剰
の電力は商用電源に販売したり家庭や工場、商店の電源
として使用すればよく、自家発電装置として経済的に有
効である。

【００４６】なお、回転補助装置の用途は、上記した発
電だけでなく、回転軸１から取り出した回転を、自動車
や船舶、各種産業機械の回転駆動源や回転補助として広
く使用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、回転
軸に一体に回転するよう固定した回転板と固定板のそれ
ぞれに、一定間隔で放射状の配置となる複数の主磁石板
と、この主磁石板の一面側に該主磁石板の消磁用磁石
と、隣接する主磁石板間に配置した扇形磁石板とを設
け、回転隙間を形成して対向する回転板と固定板の主磁
石板の対向面の磁極を同極とすると共に、回転板と固定
板に設けた主磁石板の数を異数としたので、両主磁石板
の回転時に対向する側面側の磁力線を打ち消すことで、
回転板の回転による両主磁石板の接近時に生じる磁力線
による反発力をなくし、これにより、回転板の回転に対
してブレーキの作用をなくし、両主磁石板の離反動の磁
力線による反発力のみを回転板の回転に対して付加する
ことで、回転軸の回転数を増速させることができ、従っ
て、各種回転機器に対して使用することにより、駆動源
の入力よりも大きな回転による駆動が可能になり、必要
とする回転数を確保する場合に、駆動源の小型化が可能
になる。

【００４８】また、駆動源による回転軸の回転を増速さ
せることができるので、回転軸の回転で発電機を駆動す
れば、駆動源であるモータの消費電力以上の電力を発電
することができ、余剰電力の有効利用が図れ、経済的に
有効な自家発電装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転補助装置の正面図

【図２】固定板の永久磁石群の配置を示す平面図

【図３】回転板の永久磁石群の配置を示す底面図

【図４】固定板と回転板の永久磁石群の関係を示す拡大
した縦断正面図

【図５】永久磁石群の分解斜視図

【図６】回転伝達手段の一例を示す平面図

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ フレーム ３ 固定板 ４ 駆動用モータ ５ 電磁クラッチ ６ 回転伝達手段 ７ 回転伝達手段 ８ 補助用モータ ９ 発電機 １０ 回転板 １１ 主磁石板 １２ 消磁用磁石 １３ 扇形磁石板 １４ 金属板 １５ カバー １６ アルミ板 １７ 鉄板 １８ 大径の摩擦輪 １９ 出力軸 ２０ 小径の摩擦輪 ２１ 揺動アーム ２２ 中間摩擦輪 ２３ 小径の摩擦輪 ２４ 揺動アーム ２５ 中間摩擦輪

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と一体に回転する回転板と、固定
   部分に固定した固定板を対向させ、この回転板と固定板
   の対向面のそれぞれに、一定間隔で放射状の配置となる
   よう起立状に固定した複数の主磁石板と、棒状磁石を用
   い、両端が異極で主磁石板よりも一回り大きめのコ字状
   に形成され、主磁石板の一面側における磁力線を消すた
   め上記主磁石板の一面側に沿って配置した消磁用磁石
   と、隣接する主磁石板に配置され、主磁石板の他面側に
   おける磁力線を高めるための扇形磁石板とを設け、上記
   回転板と固定板を両者の消磁用磁石の対向面間に回転隙
   間を形成した間隔に配置し、かつ、回転板と固定板に設
   けた主磁石板の対向する先端部の磁極を同極とすると共
   に、回転板と固定板に設けた主磁石板の数を異数とした
   ことを特徴とする回転補助装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転補助装置を用い、
   この回転補助装置の上記回転軸にクラッチを介して駆動
   用モータを結合し、この回転軸に補助用モータ及び発電
   機をそれぞれ断続可能な回転伝達手段を介して連動した
   ことを特徴とする発電装置。