JP2009257267A

JP2009257267A - 力変換装置

Info

Publication number: JP2009257267A
Application number: JP2008109715A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ochiai; 秀和落合
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】磁石の性質を利用して遠心力を回転力に変換させる力変換装置を提供する。
【解決手段】ベース上に所定間隔隔てて対向配置された固定部を備え、固定部の中心に回転可能なシャフトが配置され、各固定部の対向した内面に、リング状の磁石が同極が対向配置されるように取り付けられており、固定部の間に位置するようにシャフトに固定された回転円板と、回転円板の外周に沿って固定部の磁石と少なくとも部分的に対向するように回転円板に配置され、自転できるように構成された複数の可動部とを更に備え、可動部の各々には、極性の境界線がシャフトの方へ向かうように配置された磁石がそれぞれ設けられており、可動部の自転を制限するためのストッパ手段を更に備え、回転円板を回転させることにより、回転円板に対して接線方向に作用する力が生ずるように構成されている力変換装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、力変換装置に関する。より詳細には、本発明は、遠心力を回転力に変換する力変換装置に関する。

磁石は、周知のように、同極のものを接近させれば反発し、異極のものを接近させれば互いに吸引し合う。このような磁石の性質を利用した各種の装置が開発されているが、遠心力を回転力に変換させる装置は未だ開発されていない。

本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、磁石の性質を利用して、遠心力を回転力に変換させる力変換装置を提供することを目的としている。

図９を参照して、本発明の力変換装置の基本原理について説明する。大きな矩形の磁石Ａが（紙面の）手前側にＮ極が位置するように台座（紙面）に固定されているものとする（図９（ａ）参照）。いま、磁石Ａに小さな矩形の磁石Ｂを近接対面させると、磁石Ｂは、反発力が生ずる方向（図９（ａ）では、磁石Ａの手前側がＮ極であるので、磁石ＢのＮ極の位置する方向）に直線的に移動して安定しようとする（図９（ａ）の矢印参照）。これは、磁石Ａの左縁以外の箇所では磁石Ｂが安定しないので、磁石Ｂが最短距離で磁石Ａの左縁に向かおうとするからである。なお、磁石Ｂが安定する距離は、磁場の有効距離の範囲内であり、例えば、永久磁石では、１０ｃｍ以内である。

次に、大きな円形の磁石Ａが手前側にＮ極が位置するように固定されているとき、磁石Ａの周縁の箇所に小さな矩形の磁石Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ を近接対面させると、磁石Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ は、周縁に沿って接線方向に移動して安定しようとする（図９（ｂ）参照）。さらに、リング状の固定磁石Ａを使用した場合も円形の固定磁石Ａの場合と同様である（図９（ｃ）参照）。本発明の力変換装置は、このような小さな磁石が接線方向に移動して安定しようとする現象を利用するものである。

本願請求項１に記載の力変換装置は、ベース上に所定間隔隔てて対向して配置された２基又はそれ以上の固定部を備え、前記固定部のほぼ中心に回転可能なシャフトが配置され、各固定部の対向した内面に、リング状の磁石が同極が対向配置されるように取り付けられており、前記固定部の間に位置するように前記シャフトに固定された回転円板と、前記回転円板の外周に沿って前記固定部の前記磁石と少なくとも部分的に対向するように回転円板に配置され、自転できるように構成された複数の可動部とを更に備え、前記可動部の各々には、極性の境界線が実質的に前記シャフトの方へ向かうように配置された磁石がそれぞれ設けられており、前記可動部の自転を制限するためのストッパ手段を更に備え、前記回転円板を回転させることにより、前記回転円板に対して接線方向に作用する力が生ずるように構成されていることを特徴とするものである。

本願請求項２に記載の力変換装置は、前記請求項１の装置において、前記ストッパ手段が、前記可動部から外方に延びたアームと、前記アームの先端に取り付けられたストッパと、前記回転円板に設けられ、前記ストッパよりも大きく形成されたストッパ収容穴とを有することを特徴とするものである。

本発明の力変換装置により、内力系の遠心力を効率的に可動部の回転力（従って、回転円板の回転力）に変換することができ、このようにして得られた回転エネルギーを種々の用途（原動機など）に有効利用することができる。

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る力変換装置について詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る力変換装置を示した斜視図、図２は、図１の力変換装置の分解斜視図（構成部材を明瞭に示すため、図２では、ベース１２および固定部１４の一方が省略されている）、図３は、図１の力変換装置の回転円板の正面図、図４は、図１の力変換装置の断面図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る力変換装置は、ベース１２上に所定間隔隔てて対向して配置された一対の固定部１４を備えている。各固定部１４は、ベース１２に堅固に固定されている。

固定部１４のほぼ中心には、軸受１６を介して回転可能に配置されたシャフト１８が設けられている。また、各固定部１４の対向した内面には、円形の凹部１４ａがそれぞれ形成されており、凹部１４ａには、その外周に沿ってリング状の永久磁石２０が同極が対向配置されるように（図４に示される例では、各固定部１４においてＮ極が内側を向くように）取り付けられている。これにより、各固定部１４の内面には、静磁場が形成されることとなる。

力変換装置１０は又、一対の固定部１４の間に位置するようにシャフト１８に固定された回転円板２２を備えている。

力変換装置１０は又、回転円板２２の外周に沿って回転円板２２に配置された複数（図３では、９０°間隔で配置された４個）の可動部２４を備えている。可動部２４は、図５に最も良く示されるように、ディスク２４ａと、ディスク２４ａの外周に設けられた突起２４ｂと、Ｎ極とＳ極の境界線２４ｃ１がほぼ放射方向（換言すると、シャフト１８の中心に向かう方向）に配向されるようにディスク２４ａの内部に配置された永久磁石２４ｃとを有している。これにより、各可動部２４の側面に、静磁場が形成されることとなる。なお、永久磁石２４ｃが固定部１２の永久磁石２０と少なくとも部分的に対向する箇所に位置するように、可動部２４を配置するのが好ましい。

可動部２４は、脱落することなしに回転円板２２の設置箇所において自転できるように、回転円板２２に設けられた溝２２ｂ付きの円形穴２２ａに嵌め込まれている。好ましくは、ディスク２４ａの外周および円形穴２２ａの周囲は、可動部２４が容易に自転（回動）することができるように、低摩擦材料で形成されている。

なお、可動部２４の設置個数を増減してもよく、また、可動部２４の設置方法について、回転円板２２の所定箇所に回転円板２２の面内において回動（自転）できるように設置されるのであれば、上述のような可動部２４の設置方法に限定されるものではない。

力変換装置１０は更に、可動部２４の自転（回動）の範囲を制限するためのストッパ手段２６を備えている。ストッパ手段２６は、可動部２４のディスク２４ａから外方に延びたアーム２６ａと、アーム２６ａの先端に取り付けられたストッパ２６ｂと、回転円板２２に設けられ、ストッパ２６ｂよりも大きく形成されたストッパ収容穴２６ｃとを有している。ストッパ手段２６を設けたことにより、可動部２４は、ストッパ２６ｂがストッパ収容穴２６ｃの一方の側に当接する箇所（図６（ａ）参照）からストッパ収容穴２６ｃの他方の側に当接する箇所（図６（ｂ）参照）までしか回動することができない（換言すると、可動部２４の回動は、ストッパ収容穴２６ｃ内でストッパ２６ｂが移動できる範囲に制限される）。

なお、可動部２４の自転を所定の範囲内に制限することができるのであれば、ストッパ手段２６の構成は、上述のようなものに限定されるものではない。

図７を参照して、以上のように構成された力変換装置１０の作動について説明する。いま、ストッパ手段２６が機能しない（すなわち、ストッパ２６ｂがストッパ収容穴２６ｃ内に収容されていない）ものと仮定する。すると、固定部１４の永久磁石２０のＮ極と可動部２４の永久磁石２４ｃのＳ極が引き合うため、可動部２４の永久磁石２４ｃの境界線２４ｃ１が可動部２４の接線方向を向くように配向される（図７（ａ）参照）。

次に、力変換装置１０にストッパ手段２６が機能する（すなわち、ストッパ２６ｂがストッパ収容穴２６ｃ内に収容されている）場合について考察する。回転円板２２が停止していると、固定部１４の永久磁石２０のＮ極と可動部２４の永久磁石２４ｃのＳ極が引き合おうとするため、可動部２４に時計回りの回転力Ｆ_M が生じ、ストッパ手段２６のストッパ２４ｂがストッパ収容穴２４ｃの内面に当接する（図７（ｂ）参照）。

一方、回転円板２２が高速で回転すると、ストッパ手段２４のストッパ２４ｂに放射方向の遠心力Ｆが作用するため、可動部２４に反時計回りの回転力Ｆ₁ が生ずる。そして、回転力（Ｆ₁ −Ｆ_M ）により、ストッパ２４ｂがストッパ収容穴２４ｃの外面に当接することとなる（図７（ｃ）参照。ただし、Ｆ₁ ＞Ｆ_M であることが必要）。すると、磁場を安定させようとする力Ｆ_M がＦ₁ と相殺されて失われているため、図９（ｃ）を参照して既に説明したように、磁場を安定させるべく、左向きの接線方向の力Ｆ₂ が作用する。この力Ｆ₂ は、固定部１４の永久磁石２０と可動部２４の永久磁石２４ｃとの間に生ずるので、回転円板２２に対して接線方向に作用する外力（すなわち、回転力）となる。このよ
うにして、ストッパ２４ｂに生じた遠心力Ｆが回転円板２０の回転力Ｆ₂ に変換される。

回転円板２０の回転力Ｆ₂ により、可動部２４が実際に移動できるのは、微小距離ｄｌである。したがって、磁石２４ｃが可動部２４とともに接線方向前方に微小距離ｄｌだけ移動して安定し、回転円板２２を微小角度ｄθだけ回転させると同時に、回転力（Ｆ₁ −Ｆ_M ）により磁石２４ｃを進行方向（図７（ｃ）では左方向）に傾斜させて極性の境界線２４ｃ１を新たな放射方向（シャフト１８の方向）に差し向けると、上述と同様にして再び新たな回転力Ｆ₂ が生ずる。このような行程を連続的に繰り返すことによって、遠心力が回転力に変換され続ける。力変換装置１０の変換能力は、ほぼ（Ｆ／Ｆ_M ）によって表される。

なお、力変換装置１０の変換能力を増すには、固定部１４の内面および可動部２４の側面に形成される静磁場を大きくすればよい。また、力変換装置１０の作動時の磁場抵抗を減らすため、磁石以外の部分を磁場抵抗の少ない材料で形成するのが好ましい。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、前記実施の形態においては、２基の固定部１４の間に１基の回転円板２２が配置されているが、図８に示されるように、固定部１４および回転円板２２の設置基数を増加させてもよい。また、前記実施の形態では、永久磁石２０、２４ｃが用いられているが、永久磁石の代わりに電磁石を用いてもよい。

本発明の好ましい実施の形態に係る力変換装置を示した斜視図である。図１の力変換装置の分解斜視図である。図１の力変換装置の回転円板の正面図である。図１の力変換装置の断面図である。図３の部分５の箇所を説明するための一連の図であって、図５（ａ）は可動部が嵌め込まれる回転円板の穴の拡大図、図５（ｂ）は可動部の拡大図、図５（ｃ）は図５（ａ）の線５ｃ−５ｃに沿って見た断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の線５ｄ−５ｄに沿って見た断面図である。図１の力変換装置のストッパ手段を説明するための図である。図１の力変換装置の作動を説明するための一連の図である。変形形態に係る力変換装置を示した斜視図である。図１の力変換装置の基本原理を説明するための一連の図である。

符号の説明

１０力変換装置
１２ベース
１４固定部
１４ａ凹部
１６軸受
１８シャフト
２０永久磁石
２２回転円板
２２ａ円形穴
２２ｂ溝
２４可動部
２４ａディスク
２４ｂ突起
２４ｃ永久磁石
２６ストッパ手段
２６ａアーム
２６ｂストッパ
２６ｃストッパ収容穴

Claims

ベース上に所定間隔隔てて対向して配置された２基又はそれ以上の固定部を備え、前記固定部のほぼ中心に回転可能なシャフトが配置され、各固定部の対向した内面に、リング状の磁石が同極が対向配置されるように取り付けられており、
前記固定部の間に位置するように前記シャフトに固定された回転円板と、
前記回転円板の外周に沿って前記固定部の前記磁石と少なくとも部分的に対向するように回転円板に配置され、自転できるように構成された複数の可動部とを更に備え、前記可動部の各々には、極性の境界線が実質的に前記シャフトの方へ向かうように配置された磁石がそれぞれ設けられており、
前記可動部の自転を制限するためのストッパ手段を更に備え、
前記回転円板を回転させることにより、前記回転円板に対して接線方向に作用する力が生ずるように構成されていることを特徴とする力変換装置。
前記ストッパ手段が、前記可動部から外方に延びたアームと、前記アームの先端に取り付けられたストッパと、前記回転円板に設けられ、前記ストッパよりも大きく形成されたストッパ収容穴とを有することを特徴とする請求項１に記載の力変換装置。