JP2015061506A - 磁力駆動回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に動力を発生する磁力駆動回転装置を提供する。
【解決手段】回転子の外径側に回転方向に磁化した４個以上の磁石と、回転子と直交して回転する直交回転子の外径方向に放射状に磁化方向が向く２個以上の磁石を配し、回転数を回転子側の磁石数と直交回転子側磁石数の比になるよう、増速比２以上の整数として直交回転子を回転させ、相対する磁石同士の吸引力及び斥力によって回転子及び直交回転子が連続回転する磁力駆動回転装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、動力を効率的に発生する磁力駆動回転装置に関するものである。

従来、モータは回転子か固定子へ荷電し磁力を発生させ、それらの斥力と吸引力の連続的な作用でモータの運転はなされており、従って電力消費は不可欠であった。

本発明は、上述した従来技術に鑑みてなされ、効率的に動力を発生する磁力駆動回転装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、請求項１の発明は、回転自在に設けた回転子の外径側に回転方向に磁化した４個以上の磁石を等間隔で配し、回転子と直交して回転する直交回転子の外径方向に直交回転子中心より放射状に磁化方向が向くよう等間隔で２個以上の磁石を配し、且つ、直交回転子回転数を回転子側磁石数と直交回転子側磁石数の比により、増速比２以上の整数にて直交回転子を回転させる増速伝達手段を用い、相対する回転子側磁石と直交して回転する直交回転子側磁石同士の吸引力及び斥力によって回転子及び直交回転子が連続回転することを特徴とする磁力駆動回転装置。

本発明の一実施形態に係る磁力駆動回転装置を一部断面した平面図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 （ａ）は同実施形態に係る回転子の回転角が０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は同実施形態に係る回転子の回転角が２０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は同実施形態に係る回転子の回転角が４５°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は同実施形態に係る回転子の回転角が６５°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は同実施形態に係る回転子の回転角が７５°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第２実施例に係る回転子の回転角が０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第２実施例に係る回転子の回転角が３０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第３実施例に係る回転子の回転角が０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第３実施例に係る回転子の回転角が２２．５°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第４実施例に係る回転子の回転角が０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の第４実施例に係る回転子の回転角が３０°の状態を示す説明するための平面図である。（ｂ）は正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る磁力駆動回転装置１００について適宜図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係る磁力駆動回転装置１００は図１、図２に図示するように、回転子１はシャフト２１に固着された非磁性体である回転体１５の外径側に回転方向に磁化した複数個の永久磁石である磁石１１を等間隔に固着して構成される。本実施例では磁石１１は４個の場合を示す。

次に、直交回転子２は非磁性体の直交回転体３５の外径側へ放射状に磁化方向が向くよう等間隔に、本実施例では磁石３１を２個固着して構成される。

前記磁石１１及び磁石３１は希土類永久磁石のうち、等方性の磁力を有するネオジム（Ｎｄ）が好適に使用される。

又、直交回転子２は回転子１に対して直交に配設し、シャフト２１の一端に大歯車１７を固着し、該大歯車１７はシャフト２１と平行に配したフレーム１０に固着した直交ギアボックス４１入力側の軸４１ａに小歯車４３を固着し、前記大歯車１７と噛合っている。又、プーリ、ベルト等による増速伝達手段でも構成できる。

直交ギアボックス４１の内部は図示を省略しているが、かさ歯車等を内蔵しており入力側の軸４１ａ及び出力側の軸４１ｂ共に回転自在に支持し構成される。

前記、直交ギアボックス４１の出力側の軸４１ｂに直交回転子２を固着している。本実施例では回転子１の回転数及び出力トルクの増大を図るため回転子１を２組、直交回転子２を４組配設している。

又、前記シャフト２１はフレーム１０の両側に配した軸受２２にて回転自在に支持している。

前記、直交ギアボックス４１の速比を１とすると、本実施例では磁石１１が４個に対して磁石３１は２個であり、回転子１が９０°回転する時、直交回転子２を１８０°の回転を得るため、増速比ｉ＝４／２＝２となり、大歯車１７と小歯車４３の歯数比を２：１とする。

図１に示すように、シャフト２１の回転はカップリングＣＰにて発電機１０１に伝達される。

又、前記磁石１１及び磁石３１は角柱型にて表記しているが円柱型など磁化方向を満足すれば形状は問わない。

ここで、増速比ｉ＝１とすると、図示はしないが、回転子１側の磁石１１と直交回転する直交回転子２側の磁石３１がいずれかの回転角で近接し、斥力又は吸引力でロック状態が発生し回転子１及び直交回転子２は連続回転しない。

次に、このように構成した磁力駆動回転装置の動作について説明する。

図３（ａ）（ｂ）は回転子１の磁石１１ａの回転角０°時を示し、磁石１１は説明のため１１ａ〜１１ｄの４個、回転子１と直交する直交回転子２の磁石３１は説明のため３１ａ、３１ｂの２個の場合を示す。

回転子磁石径Ｄ１及び直交回転子磁石径Ｄ２は磁石１１、磁石３１の寸法、磁力及び個数を加味して決定する。

ここで、磁石１１ａは磁石３１ａ側に異極による吸引力にて引きつけられ、磁石１１ｄは磁石３１ａと同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。尚、直交回転体３５は直交ギアボックス４１の出力側の軸４１ｂと固着しており、回転子１の回転方向には回転せず、直交方向に回転する。

又、直交回転子２側の磁石３１ａ、３１ｂのＮ極をＳ極に入替えると、回転子１は磁石１１ａと磁石３１ａ間は同極による斥力、磁石１１ｄと磁石３１ａ間は異極による吸引力が発生し、反時計方向に回転するものである。

本実施例では、前述したように増速比ｉ＝２であるため磁石１１ａ〜１１ｄが９０°回転するとき、磁石３１ａ、３１ｂは１８０°回転する。

図４（ａ）（ｂ）は回転子１の磁石１１ａの回転角２０°時を示し、磁石３１ａは４０°回転する。ここで、磁石１１ａ〜磁石３１ａ間は異極による吸引力を受け、回転子１は時計方向に回転する。又、磁石１１ｄ〜磁石３１ａ間は磁石間距離が大なるため、同極同士による斥力は少ない。

図５（ａ）（ｂ）は回転子１の磁石１１ａの回転角４５°時を示し、磁石３１ａは９０°回転する。ここで、磁石１１ａ〜磁石３１ａ及び磁石１１ａ〜磁石３１ｂの磁石間距離Ｌｊは距離が大なるため磁力は微少となり、図３、図４状態で発生した回転力の慣性力により回転子１は時計方向に回転を続ける。

ここで、回転角４５°±数度は同極同士の反発による斥力あるいは異極による吸引力が絡むことにより、回転力がなくなるか、逆転力が発生するため磁石間距離Ｌｊを適正に設定する必要がある。

図６（ａ）（ｂ）は回転子１の磁石１１ａの回転角６５°時を示し、磁石３１ａは１３０°回転する。ここで磁石１１ａ〜磁石３１ｂ間は同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。又、磁石１１ｂ〜磁石３１ｂ間は磁石間距離が大なるため、異極による吸引力は少ない。

図７（ａ）（ｂ）は回転子１の磁石１１ａの回転角７５°時を示し、磁石３１ａは１５０°回転する。ここで磁石１１ａ〜磁石３１ｂ間は同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。又、磁石１１ｂ〜磁石３１ｂ間は磁石間距離が大なるため異極による吸引力は少ない。

又、回転子１の磁石１１ａの回転角が９０°の時、磁石３１ａは１８０°回転する。つまり図３（ａ）において磁石３１ａの点に磁石３１ｂが有することになり、図３（ａ）（ｂ）と同様に時計方向に回転する。

以上のことから、回転子１の磁石１１ａの回転角が１８０°、２７０°、３６０°の状態でも回転子１は時計方向に連続回転するものである。

図８（ａ）（ｂ）は第２実施例で、回転子１の磁石１１の回転角０°時を示し、回転子１の磁石１１は６個、直交回転子２の磁石３１は３個の場合を示す。

直交ギアボックス４１の速比を１とすると、磁石１１が６個に対して磁石３１は３個であり磁石取付角θ１＝６０°、θ２＝１２０°である。回転子１が６０°回転する時、直交回転子２は１２０°の回転を得るため、増速比ｉ＝６／３＝２となり大歯車１７と小歯車４３の歯数比を２：１とする。

ここで図８（ｂ）にて磁石３１と左上方にある磁石１１間は異極による吸引力を受け、磁石３１と左下方にある磁石１１間は同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。

図９（ａ）（ｂ）は第２実施例で、回転子１の磁石１１の回転角３０°時の状態を示し、直交回転子２の磁石３１は６０°回転する。ここで、磁石１１と磁石３１の磁石間距離Ｌｊは大なるため磁力は微少であり回転力はないが、図８状態で発生した回転の慣性力により回転子１は時計方向に、連続回転するものである。

又、磁石間距離Ｌｊを勘案して、図９（ｂ）に示すように直交回転子磁石径Ｄ２を決定すれば良い。

図１０（ａ）（ｂ）は第３実施例であり、回転子１の磁石１１の回転角０°時を示し、回転子１の磁石１１は８個、直交回転子２の磁石３１は４個の場合である。

ここで、直交ギアボックス４１の速比を１とすると、磁石取付角θ１＝４５°、θ２＝９０°である。よって増速比ｉ＝８／４＝２となり、大歯車１７と小歯車４３の歯数比を２：１とする。

次に、図１０（ｂ）にて磁石３１と左上方にある磁石１１間は異極による吸引力を受け、磁石３１と左下方にある磁石１１間は同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。

図１１（ａ）（ｂ）は第３実施例で、回転子１の磁石１１の回転角２２．５°時の状態を示し、直交回転子２の磁石３１は４５°回転する。ここで、磁石１１と磁石３１の磁石間距離Ｌｊは大なるため磁力は微少であり、回転力はないが、図１０状態で発生した回転の慣性力により回転子１は時計方向に連続回転するものである。

又、磁石間距離Ｌｊを勘案して、図１０（ｂ）に示すように直交回転子磁石径Ｄ２を決定すれば良い。

図１２（ａ）（ｂ）は第４実施例であり、回転子１の磁石１１の回転角０°時を示し、回転子１の磁石１１は６個、直交回転子２の磁石３１は２個の場合である。

ここで、直交ギアボックス４１の速比を１とすると、磁石取付角θ１＝６０°、θ２＝１８０°である。よって増速比ｉ＝６／２＝３となり大歯車１７と小歯車４３の歯数比を３：１とする。

次に、図１２（ｂ）に於いて磁石３１と左上方にある磁石１１間は異極による吸引力を受け、磁石３１と左下方にある磁石１１間は同極同士による斥力を受け、回転子１は時計方向に回転する。

図１３（ａ）（ｂ）は第４実施例で回転子１の磁石１１の回転角３０°時の状態を示し、直交回転子２の磁石３１は９０°回転する。ここで、磁石１１と磁石３１の磁石間距離Ｌｊは大なるため磁力は微少であり、回転力はないが、図１２状態で発生した回転の慣性力により回転子１は時計方向に連続回転するものである。

又、磁石間距離Ｌｊを勘案して、図１２（ｂ）に示すように直交回転子磁石径Ｄ２を決定すれば良い。

いずれも、直交回転子２側の磁石３１は図３（ｂ）、図８（ｂ）、図１０（ｂ）、図１２（ｂ）に示すように、回転子１の回転角が０°の時、該回転子１側の磁石１１間の中間位置に配されることが好ましい。

例えば、回転子１の回転数３００ｒｐｍ、直交回転子２の最大回転数を１８００ｒｐｍとすると、増速比ｉ＝１８００／３００＝６となる。ここで、直交回転子２側の磁石を４個とすると、回転子１側磁石は２４個となり回転子１を大形化できるため、十数ｋｗ程度の発電ができ、消耗部品を交換すれば既存の電動モータ並みの耐久性は確保できる。

その他、本発明は前記実施例等に限られるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更しても構わない。

以上のように構成した本発明によれば、機械類の動力源として、また、家庭用の小型発電機から中型発電機に至るまで広範囲に応用できる。何れも磁力駆動による回転装置を提供することができる。

１００ 磁力駆動回転装置
１０１ 発電機
１ 回転子
２ 直交回転子
１０ フレーム
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 磁石
１５ 回転体
１７ 大歯車
２１ シャフト
２２ 軸受
３１、３１ａ、３１ｂ 磁石
３５ 直交回転体
４１ 直交ギアボックス
４１ａ 軸
４１ｂ 軸
４３ 小歯車
ＣＰ カップリング
Ｄ１ 回転子磁石径
Ｄ２ 直交回転子磁石径
θ１、θ２ 磁石取付角
ｉ 増速比
Ｌｊ 磁石間距離

Claims (1)

1. 回転自在に設けた回転子の外径側に回転方向に磁化した４個以上の磁石を等間隔で配し、回転子と直交して回転する直交回転子の外径方向に直交回転子中心より放射状に磁化方向が向くよう等間隔で２個以上の磁石を配し、且つ、直交回転子回転数を回転子側磁石数と直交回転子側磁石数の比により、増速比２以上の整数にて直交回転子を回転させる増速伝達手段を用い、相対する回転子側磁石と直交して回転する直交回転子側磁石同士の吸引力及び斥力によって回転子及び直交回転子が連続回転することを特徴とする磁力駆動回転装置。

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