JP2013005613A - 磁石をハの字列に並べた動力 - Google Patents

Abstract

【課題】ハの字型に並べた磁石列と、そこから距離を置いた棒磁石からなる構成から、動力が得られる手段を提供する。
【解決手段】ハの字列の両端部、つまりハの字列の狭い方と広い方の部分の磁力をハの字の中間部より弱くする。しかも両端部の磁力は、両端側に向かう程に弱くなるようにする。そしてこのハの字列の狭い方と広い方をつなげる。つなげ方は、ハの字列の広い方部分とハの字列の狭い部分とが重なるようにする。このようにすることでハの字列の磁石郡と、ハの字列上に距離を置いた棒磁石との間に、磁石の反発力、または引力が継続的に作用する。このハの字列のつなげ方は、一段のハの字列で構成してもよいし、複数のハの字列を前後につなげてもよい。
【選択図】図５

Description

磁石による反発力、または引力を利用して動力を得る方法に関する。

一般に機械や装置類は、それを動かすために電源を電線で引いてきたり、電池や燃料などをエネルギー源として動作する。 長期的に独立単体の動力源が得られれば、機器を動作させるために送電用の電線を設置したり、電池の充電や燃料の補給等といったメンテナンスの必要がほとんど無くなる。後は動力源を受け取った機器自体のメンテナンスが主となり、トータル的に装置全体のメンテナンス頻度を下げることにつながる。

関連する技術文献として、下記特許文献が挙げられる。 いずれも、磁石をハの字型に並べたものを用いているものではない。

特開２００７−１９５３８８ 特開平１１−２３５００７

磁石のN極とS極は互いに引き合う力（引力）が働く。同極同士では反発力が働く。しかしながら異極の磁石は、一度くっつけばそこで動作が終わり、同極同士の磁石は、ある程度距離が離れてしまうと、実質的な反発力が無くなってしまう。 本発明は、この引力または反発力が継続的になるようにし、そこから動力が得られるようにしたものである。

例えばボタン型磁石の極をそろえてN極を一列に並べ、その横にS極の磁石を一列に並べる。ただその列は平行ではなく、列の端の一方を狭くし、他方を広くするカタカナのハの字のように配置にする。（図１ 参照） その上にプラスチック板などを置き、更にその板の上に２列の並び方向に対し、おおむね９０度の角度を持った棒磁石を置くと、その棒磁石に対し２列の並び方向へ動かそうとする磁石の力が働く。（図２−１、図２−２ 参照） そのハの字列の磁石列と棒磁石との間に対する作用が、継続的になるよう工夫した。 以下、図を参照しながらその動作を説明していく。

図２−１において、磁石列のN極と棒磁石のN極の反発力は、A部分とB部分のなす角度の違いにより、N極同士が、より近しい関係にあるB部分の反発力が勝る。よって反発力の関係はA＜Bとなる。これにより、丸い棒磁石はハの字列の狭い方へ転がる。 同様のことが棒磁石のS極側についても言える。 次に棒磁石の向きを上下反対にした場合は、S極とN極が近しい角度であるB部分側の引力が勝り、引力の関係はA＜Bとなる。（図２−２ 参照） 結果、棒磁石はハの字の磁石列の広い方へと引き寄せられる。 本発明は、この動作を基本としている。

反発力での動作の場合、棒磁石がハの字列に入っている間は転がるが、そのハの字列に入る手前では、同極同士が対峙してしまい、それがネックで入り込めない。 同様に、引力での動作の場合はハの字列には入れるが、最後の磁石の引力から離れることができず、それがネックでハの字列を抜けられない、という問題がある。（図３ 参照） この棒磁石がいかにしてハの字列に入り、そして抜けていくかが要となる。

図４において、１番から１３番の磁力はどれも同じではなく、中間部に比べ両端部は弱く、更に両端側に向かうほど弱い磁力の磁石を配置している。 ここで図４中の磁石列の個数１３個というのは、この説明の図上で並べた数が１３個であり絶対的な個数ではない。また１番と１３番は、図４において説明上のハの字列の両端の磁石であるという意味である。 この磁力配列は、棒磁石がハの字列に入り易く、かつ抜け易くするための工夫である。 例えば、反発力を動力源とする場合、ハの字列の広い方（１３番）から入ることになるが、その時最初に出会う１３番の磁石の磁力が弱ければ、それだけ対峙する反発力の影響を軽減できる。（図３ 参照） 言い方を変えると１３番の磁力は、棒磁石が慣性で近づいても、押し戻されない弱い磁力にしておく。そして一旦ハの字列に入り込んだら、入り込むほどに反発力が働き、ハの字列内において転がりが継続する。 継続した転がりは、やがて３番から１番に進むに従って推進力（反発力）を失い、慣性でハの字列を抜けていく。

同様に、引力を動力源とする場合、慣性によりハの字列の狭い方（１番）に近づき、やがて１番の引力によりハの字列に引き込まれる（図３ 参照）。そして入り込むほどに引力によりハの字列内において転がりが継続し、ハの字列の広い方へ進む。その時１１番から１３番に進むに従って、推進力（引力）が失われ、慣性でハの字列を抜けていく。この１３番の磁力を十分弱くしておくことで、棒磁石が抜け出し易くなる。 これで棒磁石が、ハの字列一段分の磁力による通過が可能になる。 この磁力配列のハの字列をつなげていくことで、棒磁石が複数のハの字列を進むことができるようになる。

図５は、ハの字列を２段つなげた場合の、段間の磁石の配置、及びその磁力を示している。図５は反発力で転がる例である。 一段目の反発力（推進力）でaまで転がってきた棒磁石は、やがてｂで二段目のハの字列（同極）と対峙するが、二段目ｂの磁石は磁力が十分弱いため、そのまま一段目の反発力（推進力）で通過できる（二段目のハの字列に入り込むことが出来る）。 一旦ｂに入り込めれば一段目と二段目の、二つのハの字列の反発力（推進力）で棒磁石が進む。 そして、ｆ→ｇにかけて一段目の磁力が弱くなるが、その間は二段目の反発力（推進力）があるため棒磁石は進むことができる。 ｈ→ｉは、二段目の反発力（推進力）で、棒磁石が進む。 このようにしてX部で重ねた二段のハの字列を 棒磁石は進むことができる 同様に棒磁石の極を反対にするか、またはハの字のN極、S極を反対にすると、引力を推進力とし、上述と同様の理由で棒磁石が進む。 この場合、棒磁石の転がり方向は、反発力の場合の反対となる。

棒磁石がハの字列を継続的に、かつ距離的に長く転がるために、図６のようにハの字列を複数つなげる。この図は反発力で転がる例である。 図７は、X部の通過をよりし易くするために、棒磁石を２本設けているる。これは仮にX部に差し掛かった棒磁石の推進力が弱まったとしても、他方の棒磁石の推進力を利用して２本の棒磁石郡の転がりがスムーズになるよう工夫したものである。 図７では、棒磁石の間隔をL／２にしている。仮に棒磁石アが磁石列ハの字の重なり部分であるX部で進みにくくなっても、他方の棒磁石イはL区間の中間にありB´による反発力を持っている。これにより棒磁石アの通過が助けられ、棒磁石郡ア、イは進むことができる。 つまり、２本の棒磁石のうち、仮に一方が推進力を失ったとしても、常に他方の推進力が残るような棒磁石の間隔にしている。

人の入りにくい場所、例えば高所や、設置場所が普段無人な所などに置かれた装置に対し、安定的に動力源を供給することができる。 この動力源は、物理的な破壊をされたり、動きを妨げる加速度や磁力の影響を受けたり、ベアリング部などの部品の損傷、軸への高負荷、また磁石を使っていることから高温に晒されることによる磁力の低下、部品の経時劣化などといった要因がない限りは動力を発生する。

この動力源を使って装置を動かした場合、主として動力を受け取った装置側のメンテナンスが主となり、トータル的にメンテナンスコストの低減につながる。 また、この動力源が何らかの原因で故障するまでの期間だけでも、装置が稼動してくれれば良いというのであれば、使い捨ての動力源として用いることもできる。

ハの字列について 反発力による動作パターン 引力による動作パターン 継続的に転がるための問題 継続的に転がるための工夫 列の重なり部分 ハの字列を複数つなげた例 ハの字列の重なり部分をより通過し易くする工夫 運搬装置の構成及び実施例 ・ 運搬装置の基本構成 ・ 運搬装置の上面視（棒磁石を車体に固定） ・ 運搬装置（車体の側面視） 磁石モータの構成例（上面視） ロータとステータの位置関係 磁石モータの実施例（円筒型） 磁石モータの実施例（円盤型） ハの字列磁石の配置の工夫 同一品種の磁石で、複数のハの字列をつなげる場合の、磁石の配置例

図８は、ハの字磁石列上を動く棒磁石を車の動力に応用した例を説明している。 （１）に示すような磁石列及び、棒磁石郡の極の向きの場合、反発力を推進力としてF方向に進む。この場合の丸い棒磁石は転がって動いている。図７と同じ動作である。 この構成を車に応用したのが（２）である。棒磁石は車体に固定され、床に埋め込まれたハの字列から離されている。また車のタイヤはレール上を動くことで、軌道を外れないようにしている（３）では車体を側面視することで、ハの字列と棒磁石の位置関係などがわかる。 車をそのまま反転させてレール上に置けば、引力を推進力としてR方向に進む。 これを使えば、電源等を用いず、運搬物を移動させる手段に利用することができる。

図９−１は、ハの字列を円筒状に配置し、それをロータ部に使った磁石モータの構成を上面視したものである。 ロータは円筒外周に、ハの字列がぐるりと一周し、更に狭い方と広い方が重なるようにしている。

図９−２は、円筒状のロータ部をＹ―Ｙ´で切り開き平面的に棒磁石との位置関係を表した図である。 ステータである棒磁石は固定されており、動くのはロータのハの字列の方なので、反発力で回転する場合の方向は図９−２に示した矢印となる。 ロータとステータの位置関係が図９−２の時、仮に棒磁石アのところがハの字列の重なり部分（Ｘ部）での通過がスムーズにいかなかったとしても、棒磁石イと棒磁石ウには反発力が働いているので、その部分の推進力を使ってX部における棒磁石アの通過が助けられる。 この説明では、ステータにあたる棒磁石を３本使っているが、２本にしても同じことが言える。つまりステータ用の磁石を複数にしているのは、内１本がX部の中にいても、他方がその外に残るような棒磁石の配置にしているということである。 またハの字列を複数にした場合でも、ステータ用の磁石内１本がX部の中にいても、他方がその外に残るような棒磁石の配置にする。 ステータの棒磁石は１本でもいいが、特にX部の通過をよりし易くするために、ハの字列の磁石の配置・磁力・ロータとステータ間の間隔などといった調整が難しくなってくる。よって実際的には、ステータに用いる棒磁石は複数にした方がよい。

図９−１、図９−２は棒磁石をステータとして固定し、ハの字列をロータとして回転させる場合の説明をしたが、反対にハの字列側を固定し、棒磁石側を回転させても同様の理由で動力が得られる。

図９−３は、図９−１、図９−２を分かり易く立体視化したものである。 これは３本の棒磁石がステータとして台に固定され、ロータとフライホイールが軸でつながって回転している例である。 回転を逆転させるには、ロータのハの字列のN極とS極の列を反対にするか、３本のステータの棒磁石の極を逆にするか、どちからかにする。 フライホイールは、軸動力の回転に慣性
を与えていると共に、その慣性によりX部の通過をより容易にさせている。 例えるなら一般的なレシプロエンジンにおいて、ピストンの動きが、一番圧縮が高くなる上死点付近でノッキングを起こしにくくする目的で設けられているのとほぼ同じ理由である。

図９−４は、ハの字列を円盤上に配置した磁石モータの例である。 ロータが棒磁石、ステータがハの字列になる。ステータは台に固定され、中心には軸受けのベアリングがある。そのベアリングの中を軸が通っている。 軸にはフライホイールと、ロータが直結している。 回転の向きを変えるには、３本のロータの棒磁石の極を反対にするか、ステータ上のハの字磁石列の極を反対にするかの、どちらかにする。

図９−４のようなハの字列一段で横置きにする場合は、ロータとして棒磁石を回す方が、重力の影響を受けにくい。 ロータとしてハの字列一段で円盤を回す場合、円盤上の磁石がX部に偏る分、円周上での重量配分が偏る。よって重力の影響を受け易くなる。もし、ハの字列の円盤側をスムーズに回転させる場合は、X部の重量と釣り合うだけの重りを ロータあるいはフライホイール上に設けるなどした工夫が必要となる。 またロータとして、ハの字列の方を回す場合、ハの字列を複数にすることで、円周上の重量配分が偏らないようにする方法もある。

図１０は、ハの字列の磁石を同一品種にした場合の磁石の配置について示している。 ハの字列の磁力は、図４で示すようにしなければならないが、それに対応した磁力を持った磁石を並べてたのでは、それだけ磁石の品種を増やしてしまう。 そこで同一品種の磁石で、図４のような磁力配置を実現するために、両端部については図１０中に示すように床面から離す（棒磁石から遠ざける）ことで、棒磁石に対する磁力を弱めることができる。 このようにすることで、ハの字列に使う磁石を 場所ごとに応じた磁力の違う物を使わずに済み、同一品種の磁石で、ハの字列を構成することができる。 またハの字列を前後に複数つなげる場合は、図１０のようなハの字列を 図１１のようにつなげていけばよい。

A ハの字列の狭い側と棒磁石とのなす角度B ハの字列の広い側と棒磁石とのなす角度Ｎ 磁石のN極Ｓ 磁石のS極L ハの字磁石列の長さX部 ハの字列の広い部分と狭い部分が重なる部分ア、イ、ウ 棒磁石の区別Ｙ、Ｙ´ 円筒型ハの字磁石列の切り口

Claims (5)

1. 磁石を用い、S極の列とN極の列の２本でハの字型に並べ、その上に距離を置いた棒磁石との間に動力が発生する構成。
2. ハの字列の狭い部分と広い部分が重なるところでは、その両端部の磁力を弱めることで、棒磁石の通過を容易にさせている構成。
3. 請求項２において、ハの字列に用いる磁石を全て同じ品種にする場合、ハの字列の狭い部分と広い部分が重なる部分では、磁石を棒磁石から遠ざけるように配置することで棒磁石に対する磁力を弱めている構成。
4. 棒磁石の数を２つ以上にすることで、ハの字列が出会う部分における棒磁石の通過を、他方の棒磁石の推進力により、通過し易くしている構成。
5. 安定的な回転のために、フライホイールを用いている構成からなる請求項１ないし４に記載の磁石をハの字列に並べた動力。

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