JP2015232373A

JP2015232373A - 回転体装置

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Publication number: JP2015232373A
Application number: JP2014119681A
Authority: JP
Inventors: 亘人嶌田; Nobuhito Shimada
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Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-24
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Also published as: JP5712318B1

Abstract

【課題】回転エネルギーの効率良い利用を期待できる回転体装置を提供する。
【解決手段】機枠１２と、回転軸１４と、回転軸１４に連結された回転体１６と、回転軸１４に連結されたはずみ車１８と、回転体１６の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の第１磁石２０と、回転体１６に回転軸１４方向から見て周方向に配列して取り付けられた複数の第２磁石２２と、複数の第２磁石２２の配列を、所定の角度単位ＵＮにおいては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニット４８を形成し、かつその磁力勾配ユニット４８を回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石２０に対して第２磁石２２を周方向に磁気反発させる反発機構２４と、を有する回転体装置１０から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ等の回転駆動装置により回転させられ、その回転を種々利用できる回転体装置に関する。

従来、火力、原子力、水力、風力、太陽光、地熱、潮力等種々のエネルギーを利用した発電装置が利用されている。しかしながら、家庭、オフィス、工場等、様々な分野で電気機器や電気を利用した各種装置が利用されており、電気エネルギーの大量消費が社会的にも問題になっている。特に、発電量の多くを原子力発電や火力発電が占めているが、原子力発電では事故による放射能汚染や放射性廃棄物の処理等の問題が、火力発電では温室効果ガスによる環境汚染や化石燃料の枯渇の問題が深刻化している。さらに、大型の発電所は、広大なスペース及び大規模な設備等を必要とする問題があった。一方、本出願人は、先に出願した特許文献１にて炭酸ガス等の発生を抑えて発電機による発電を補助できるような比較的小型の回転体の技術を提案している。

特開２００９−７７６１３号公報

特許文献１の回転体は、回転軸を中心として左右に円形側板を有し、該円形側板の円周に亘って複数個の棒状重錘を回転軸に対して３組の不等辺三角形の頂点となる位置に配設して構成されている。そして、電動モータにより回転体を回転させて回転エネルギーを蓄積できるとともに、回転体の回転力を利用して発電機を稼動し発電機で発生した電気エネルギーを供給できるものであった。本出願人は、更なる回転エネルギーの利用効率の向上を目指して改良を行った結果、新たな回転体装置の技術を開発した。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、回転エネルギーの効率良い利用を期待できる回転体装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、機枠１２と、機枠１２に回転自在に支持された回転軸１４と、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する回転体１６、１６ａと、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する重量部を備えたはずみ車１８と、回転体１６の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の磁石であり、それぞれ回転体１６側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石２０と、回転体１６に回転軸１４方向から見て周方向に配列して取り付けられ、第１磁石２０に対して反発する磁極を第１磁石２０側に向けた複数の第２磁石２２と、複数の第２磁石２２の配列を、所定の角度単位ＵＮにおいては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニット４８を形成し、かつその磁力勾配ユニット４８を回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石２０に対して第２磁石２２を周方向に磁気反発させる反発機構２４と、を有する回転体装置１０から構成される。

また、第２磁石２２は、板面が磁極となる円弧板状の磁石からなることとしてもよい。

また、複数の第１磁石２０は、互いに周方向に離隔して疎に配置され、複数の第２磁石２２は、互いに周方向に密に配置されたこととしてもよい。

また、第１磁石２０は、機枠１２から径方向内側に突出し、板面を回転軸１４と平行にした直板状の磁石からなることとしてもよい。

また、第２磁石２２は、所定角度ＵＮの磁力勾配ユニット４８ごとに回転軸１４方向にずらして周方向に配列され、第１磁石２０は、各磁力勾配ユニット４８のそれぞれ回転軌跡の外側周囲に配置されることとしてもよい。

また、第１磁石２０は、一方の磁極を回転体１６側に向けて他方の磁極側を機枠１２に固定され、第１磁石２０の機枠１２に固定された磁極の外側に、該第１磁石１０の磁力線の方向を制御するように作用する磁性部材５４が対向配置されたこととしてもよい。

また、はずみ車１８は、回転軸１４に固定された基体５０と、基体５０の外周側に互いに離隔して固定され重量部となる複数の錘体５２１、５２２と、を備え、錘体５２１は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置近傍において、それらの錘体５２１の重心ｇが回転中心と該境界位置とを通る線上から周方向にずれた位置に配置されることとしてもよい。錘体５２１は、回転方向、回転逆方向のいずれにずれた位置に配置されていてもよい。

本発明の回転体装置によれば、機枠と、機枠に回転自在に支持された回転軸と、回転軸に連結され回転軸と一体回転する回転体と、回転軸に連結され回転軸と一体回転する重量部を備えたはずみ車と、回転体の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠に固定された複数の磁石であり、それぞれ回転体側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石と、回転体に回転軸方向から見て周方向に配列して取り付けられ、第１磁石に対して反発する磁極を第１磁石側に向けた複数の第２磁石と、複数の第２磁石の配列を、所定の角度単位においては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニットを形成し、かつその磁力勾配ユニットを回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石に対して第２磁石を周方向に磁気反発させる反発機構と、を有することから、回転体の回転効率の向上を期待でき、例えば、回転エネルギーの蓄積や、他の装置の回転の補助や、発電機の回転などに利用できる。

また、第２磁石は、板面が磁極となる円弧板状の磁石からなる構成とすることにより、回転する回転体に第２磁石を効率よく配置して反発機構を具体的に構成することができる。

また、複数の第１磁石は、互いに周方向に離隔して疎に配置され、複数の第２磁石は、互いに周方向に密に配置された構成とすることにより、固定された第１磁石側を疎に設けることで、回転体装置を製造する際に第２磁石を取り付けた回転体の設置を比較的簡単に行って製造の容易化を期待できる。

また、第１磁石は、機枠から径方向内側に突出し、板面を回転軸と平行にした直板状の磁石からなる構成とすることにより、効率良い配置構成で第１磁石を具体的に構成することができる。

また、第２磁石は、所定角度の磁力勾配ユニットごとに回転軸方向にずらして周方向に配列され、第１磁石は、各磁力勾配ユニットのそれぞれ回転軌跡の外側周囲に配置される構成とすることにより、例えば、第２磁石を密に配置する際に、互いに磁力反発するのを比較的減少でき、製造性の容易化を期待できる。

また、第１磁石は、一方の磁極を回転体側に向けて他方の磁極側を機枠に固定され、第１磁石の機枠に固定された磁極の外側に、該第１磁石の磁力線の方向を制御するように作用する磁性部材が対向配置された構成とすることにより、第１磁石に対する第２磁石の周方向への反発作用を向上して回転効率の向上を期待できる。

また、はずみ車は、回転軸に固定された基体と、基体の外周側に互いに離隔して固定され重量部となる複数の錘体と、を備え、錘体は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニットどうしの境界位置近傍において、それらの錘体の重心が回転中心と該境界位置とを通る線上から周方向にずれた位置に配置される構成とすることにより、磁力の強弱を付けた磁力勾配が所定の配列で繰り返されるような反発機構の構成に対して、はずみ車の慣性による回転の安定化効果の向上を期待できる。

本発明の第１の実施形態に係る回転体装置の一部省略した斜視説明図である。図１の回転体装置の内部を見せた正面図である。図２の回転体装置の縦断面図である。図２の回転体装置の一部拡大説明図である。図１の回転体装置のはずみ車の説明図である。図１の回転体装置の使用例を示す正面説明図である。図１の回転体装置の使用例を示す平面説明図である。本発明の第２の実施形態に係る回転体装置の一部省略した斜視説明図である。図８の回転体装置の回転体の分割斜視説明図である。図８の回転体装置の内部を見せた正面図である。図８の回転体装置の縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る回転体装置の内部を見せた正面図である。本発明の他の実施形態に係る回転体装置の一部省略した縦断面説明図である。

以下添付図面を参照しつつ本発明の回転体装置の実施形態について説明する。本発明に係る回転体装置は、例えば、モータ等の回転駆動装置で回転させられて、回転エネルギーの蓄積又は発電や他装置の回転の補助等に利用できる回転伝達装置又は回転補助装置である。図１ないし図７は、本発明の回転体装置の第１の実施形態を示している。図１、図２、図３に示すように、本実施形態において、回転体装置１０は、機枠１２と、回転軸１４と、回転体１６と、はずみ車１８と、複数の第１磁石２０と、複数の第２磁石２２と、反発機構２４と、を備えている。

本実施形態では、機枠１２は、図１、図２、図３に示すように、例えば、内部空間を有する中空のケース体２６と、ケース体２６内に固定された内枠としての固定リング部材３６と、を有する。ケース体２６は、円筒ドラム状に形成され、円筒中心軸を水平方向に向けた横倒し状態で、図６に示すような支持脚２８により地面や床面等の設置面上に安定的に支持される。ケース体２６は、例えば、円筒状の周壁部３０と一端側の端面を閉鎖する端壁部３２が一体的に形成され、他端側が閉鎖蓋３４で着脱可能に閉鎖される。端壁部３２は、ケース体２６の円筒中心軸位置に対応する中心位置で回転軸１４を貫通状態で回転自在に支持する。なお、ケース体２６は第１、第２磁石等の構成に応じて任意に設計しても良い。

固定リング部材３６は、円形リング状にされ、ケース体２６内に嵌合状に挿入され、図示しないボルト等で周壁部３０に対して固定されている。固定リング部材３６は、ケース体２６の内径と略同じ外径で、ケース体２６の軸方向長さよりも短い長さの中空円筒形状に設けられ、ケース体２６と同心に設置されている。図２に示すように、固定リング部材３６には、複数の第１磁石２０の個数及び設置位置に応じて、内壁側に第１磁石２０を受け入れる複数の凹設部３８が周方向に等間隔に設けられている。本実施形態では、凹設部３８は９個設けられている。固定リング部材３６の内側空間の中央部分には回転軸１４に連結された回転体１６が収容状に配置されている。

回転軸１４は、機枠１２に対して回転自在に支持される。図１、図２、図３に示すように、本実施形態では、回転軸１４は、長手軸方向を水平方向に向けた状態で、機枠１２の中心すなわち円筒ドラム状のケース体２６及び円形リング状の固定リング部材３６の中心軸上に配置されている。回転軸１４は、ケース体２６の軸方向長さよりも長く設けられており、その端部がケース体２６の端壁部３２を貫通して外部に突出している。図６、図７にも示すように、回転軸１４のケース体２６から外側に突出した部分には、はずみ車１８が連結されるとともに、該回転軸１４の端部側に電動モータ４０等の回転駆動装置や発電機４２等の外部利用装置と連結するためのプーリやクラッチ等を含む連結部４４が設けられている。回転軸１４は、電動モータ４０等の回転駆動装置から回転力が入力される回転入力軸となるとともに、発電機４２等の外部利用装置に回転力を出力する回転出力軸となる。図１、図２、図４において、回転軸１４は、例えば、電動モータ４０等の回転駆動装置により回転方向Ｒを右回りとして軸回り回転駆動される。

図１、図２、図３に示すように、回転体１６は、複数の第２磁石２２を支持した状態で回転軸１４に連結されて回転軸１４と一体回転する。本実施形態では、回転体１６は、例えば、円筒状に設けられ、その外周に複数の第２磁石２２が固定されている。なお、回転体の形状や大きさは、機枠１２、第１磁石２０や第２磁石２２等の形状、大きさ等に応じて任意に設計してもよい。回転体１６は、その中心軸位置に回転軸１４を貫通させて固定されている。

図１、図２、図４に示すように、複数の第１磁石２０は、機枠１２の内側で回転体１６の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に支持されている。本実施形態では、例えば、９個の第１磁石２０が回転軸１４を中心として４０度間隔で互いに離隔するように所定の間隔をあけて、比較的疎に機枠１２の内側に配置されている。第１磁石２０は、例えば、ネオジム磁石等の永久磁石からなり、一端を機枠１２の固定リング部材３６嵌合状に一部挿入されて接着材等によって固定されるとともに機枠１２から径方向内側に突出し、突出先端を回転体１６の第２磁石２２に近接させている。第１磁石２０と第２磁石２２との間は、例えば、数ｍｍ程度に設定される。第１磁石２０は、例えば、略矩形平板状の磁石からなり、板の厚み幅を回転体１６の径方向に直交する接線方向に設定し、回転体１６の径方向及び同回転体１６の長手方向に沿う方向を縦横として面状に広がって、回転軸方向に平行な板面を形成している。第１磁石２０は、回転体１６側と機枠１２側との平行に対向する２つの辺側に磁極が形成されている。全ての第１磁石２０において回転体１６に近接させた先端部に同じ磁極、例えば、Ｓ極を向けて設定されており、固定リング部材３６の凹設部３８側に挿入された基端部側がＮ極となる。さらに、第１磁石２０は、第１磁石２０に対向するＳ極端部すなわち内側へ向けた突出先端側が回転軸１４に直交する断面で円弧状に形成されている。

図１、図２、図３に示すように、それぞれの第１磁石２０の機枠１２に固定された磁極の外側には、該第１磁石２０のＮ極と所定の間隔をあけて対向して、鉄製の磁性部材５４が設置されている。磁性部材５４は、該第１磁石２０の外周側の磁極（Ｎ極）からの磁力線の方向を該磁性部材に向けて制御するように作用するバッグガード手段といえる。磁性部材５４は、例えば、細長角棒状に形成されており、固定リング部材３６のケース体２６に接する外周側に凹設された溝に嵌合されて固定されている。これにより、第１磁石２０の磁力を第２磁石２２に対して効率的に作用させることを期待できる。

図１、図２、図４に示すように、複数の第２磁石２２は、回転軸方向から見て回転体１６の外周側に周方向に配列されて取り付けられている。本実施形態では、第２磁石２２は、例えば、板面が磁極となる円弧板状の磁石からなり、円弧外面側を第１磁石２０に向けてその円弧外面側に第１磁石２０と反発する磁極、例えば、Ｓ極を設定し、他方のＮ極となる円弧内面側を回転体１６の外周に向けて固定している。図２に示すように、それぞれの第２磁石２２は、円周を１２等分して中心角が３０度となる円弧板形状となっており、１２個の第２磁石を隣接する第２磁石２２どうしで端部を密着させて周方向に密に配置されている。第２磁石２２の回転軸１４方向に沿った方向の長さは、第１磁石２０の回転軸方向長さと略同じ長さで設定されている。第２磁石２０は、円弧板状の大きさ形状は全て同じであるが、後述のように磁力の強さすなわち磁束密度が所定の範囲では周方向に次第に弱くなるように強弱をつけるように異ならせて配列されて反発機構２４を構成している。

反発機構２４は、複数の第２磁石２２の所定の磁石配列構成により構成され、固定された第１磁石２０に対して、回転体１６側の第２磁石２２を周方向に向けて磁力反発させるための磁力反発手段である。図２、図４に示すように、反発機構２４は、複数の第２磁石２０の配列構成を、円周を等分割した角度となる所定の角度単位ＵＮにおいてはそれぞれの磁石の磁力の強さを異ならせるとともに周方向に向けて次第に磁力が弱くなるように配置してそれらの磁石群で構成される１つの磁力勾配ユニット４８を形成し、その角度単位ＵＮで形成された磁力勾配ユニット４８を周方向に１周繰り返すことにより構成されている。なお、図上の線ＳＤは、角度単位ＵＮの角度範囲を示す仮想的な分割線である。例えば、本実施形態では、３６０度を３等分し１つの角度単位ＵＮを１２０度の場合の磁石配列を示しているが、該１２０度の角度単位ＵＮについて、４個の磁力の強さが異なる第２磁石２２が配列されてこれらの磁石群で１つの磁力勾配ユニット４８を構成している。各角度単位ＵＮにおいてこれらの４個の第２磁石２２を左回りに順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４とすると、回転体１６の回転方向Ｒとは逆方向となる周方向に向けて、次第に磁力が弱くなるように磁力の強さはＭ１＞Ｍ２＞Ｍ３＞Ｍ４となっている。このように４個の第２磁石２２を磁力の強さが周方向に次第に弱くなるように配列することにより構成された磁力勾配ユニット４８が、周方向に全部で３組繰り返し配置されることにより、反発機構２４が構成されている。反発機構２４が上記のような第２磁石２２の磁石配列で構成されているので、図４に示すように、局部的にみると、第２磁石２２の磁力の強さが周方向に向けて強弱の差があることから、回転体１６の回転軸１４周り回転中において、回転体１６に支持された第２磁石２２が固定された第１磁石２０に対して周方向に向けて移動促進するような磁気反発力が作用する。

なお、反発機構２４は、周方向に繰り返される角度単位ＵＮは１２０度に限らず、例えば、円周を６等分割して１つの角度単位ＵＮを６０度に設定したり、円周を１２等分割して１つの角度単位ＵＮを３０度に設定したりてもよく、その他任意の角度で等分割してもよい。また、本実施形態では第１磁石２０と第２磁石２２とは互いにＳ極どうしを対向するように配置しているが、互いにＮ極どうしを対向するように配置してもよい。また、それぞれの角度単位の磁力勾配ユニットに配置される第２磁石２２の個数は４個に限らず任意の複数個でもよい。

図１、図３、図５に示すように、はずみ車１８は、慣性モーメントが比較的大きくなるようにある程度重い重量部を備え、回転軸１４に一体的に連結されている。なお、図５は回転体装置の背面から見てはずみ車の要部を示しており回転方向は左回りとなっており、また第２磁石２２を破線で示している。本実施形態では、はずみ車１８は、例えば、回転軸１４に固定された基体５０と、基体４０の外周側に固定されて重量部となる複数の錘体５２１、５２２と、を有している。基体５０は、例えば、ホイール形状ロータからなり、中心のボス部に回転軸１４のケース体２６から外部に突出した部分を貫通させた状態で該回転軸１４に固定されている。各錘体５２１、５２２は、例えば、金属製で中空円筒形状又は円柱形状に形成されている。錘体５２１、５２２は、９個が互いに周方向に所定間隔で互いに離隔して配置されており、円筒軸線又は円柱軸線方向を回転軸１４と略平行になるように向けてボルト、ナット等の固定手段で基体のリム部に固定されている。これらの９個の錘体のうち３個は円柱状に形成された第１錘体５２１からなり、残りの６個は中空円筒状に形成されて第１錘体５２１よりも重量が軽く、例えば、重量が第１錘体の半分程度の第２錘体５２２からなる。

図５に示すように、３個の第１錘体５２１は、周方向に１２０度間隔で配置されるとともに、それらの第１錘体５２１の間にそれぞれ２個ずつ第２錘体５２２が配置されている。３個の第１錘体５２１は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置（例えば、分割線ＳＤで分けられる位置）近傍に配置される。さらに、各第１錘体５２１の重心ｇは、回転軸１４の回転中心と該境界位置とを通る線（分割線ＳＤ）上から回転方向とは逆方向に５度ずれた位置に設定されている。磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置（ＳＤ）近傍では、上記のような第２磁石２２の配列により磁石の磁力の強さの逆向き勾配となるが、この境界位置（ＳＤ）近傍に上記のように錘体５６１を配置したことにより、慣性による回転維持効果による回転効率の向上を期待できる。第２錘体５２２は、第１錘体どうしの間に不等間隔位置に設置されている。例えば、９個の錘体５２１、５２２が、３０°、３５°、２５°、３０°、３５°、２５°、３０°、３５°、２５°の間隔で設定されている。なお、例えば、３個の第１錘体５２１は、回転軸の回転方向に約５度程度ずらした位置で設定してもよく、また周方向へのずれ角度は任意でもとよい。また、例えば、９個の錘体は等間隔に配置したり、全て同じ重量で形成してもよい。

例えば、図６、図７では、回転体装置１０の一つの使用例を示している。図６、図７では、回転軸１４に設けられた連結部４４としてのプーリやベルト等を介して電動モータ４０と連結されている。同様に回転軸１４にプーリ、ベルト等を介して発電機４２と連結されている。電動モータ４０に図示しない電源から電気を供給して駆動すると、プーリ、ベルトにより回転力が伝達されて回転軸１４に連結された回転体１６及びはずみ車１８が回転し、その回転に同期して発電機４４が回転して発電される。回転体１６及びはずみ車１８が回転している状態では回転モーメントと磁気反発作用により効率よく回転でき、回転エネルギーとして蓄積される。そして、回転体１６及びはずみ車１８の回転により発電機４２を回転でき、例えば、小さな出力のモータ４０でも大きな出力の発電機４２を回転して有効に発電することが期待できる。なお、回転軸１４と電動モータ４０又は回転軸１４と発電機４２とは、クラッチ等を介設して連結して、必要に応じて連結したり切断したりできるようにしても良い。例えば、最初に回転軸１４は電動モータ４０のみに連結して回転体装置１０に回転エネルギーを蓄積しておき、必要に応じて回転軸１４と電動モータ４０との連結を切断して、回転軸１４と発電機４２とを連結して発電させるようにしてもよい。

次に、図８ないし図１１を参照しつつ本発明に係る回転体装置の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。図８、図９、図１０、図１１に示すように、本実施形態の回転体装置１０−２では、回転体１６ａは、例えば、中心角が１２０度の３個の扇形部５６１〜５６３からなるとともに、３個の扇形部５６１〜５６３を位相を異ならせて、回転軸方向から見て円状となるとともに、回転軸１４方向へは順にずれた状態で配置されている。

第２磁石２２は、３個の扇形部５６１〜５６３の円弧外周側にそれぞれ固定されており、各扇形部５６１〜５６３の外周面を１つの角度単位ＵＮとして、各４個の第２磁石２２が周方向に向けて次第に磁力が弱くなるように配置され磁力勾配ユニット４８を構成している。それらの磁力勾配ユニット４８は、側面視では、図１１に示すように回転軸１４方向に沿ってずれて配置されるとともに、回自転軸方向から見た状態では、図１０に示すように上記実施形態と同様な配列となっており、第２磁石２２の配列による反発機構２４を構成している。複数の第２磁石２２を周方向に密に配列する構成であるので、互いに磁力反発しあうおそれがあるため、本実施形態のように磁力勾配ユニット４８ごとに回転軸方向にずらした構成とすることにより、磁力勾配ユニット４８どうしでの磁力反発を減少させて、回転体装置の製造の容易化を期待できる。

第１磁石２０は、それぞれの扇形部５６１〜５６３及び第２磁石２２で構成される各磁力勾配ユニット４８のそれぞれ回転軌跡の外側周囲に配置される。よって、第１磁石２０は、周状に９個配列されたものを１組とすると、磁力勾配ユニット４８の配置位置に対応して、回転軸１４の長手方向に沿って３組並設されている。なお、第１磁石２０を支持するための固定リング部材３６も３個設置されて、ケース体２６の内部に並設されている。

本実施形態でも、上記実施形態と同様に回転軸１４に電動モータ４４、発電機４６とベルト、プーリ等を介して連結して回転させると、回転エネルギーを発電に利用することができる。なお、回転体１６ａを円筒体で形成し、その円筒体の周壁に第２磁石２２を中心軸方向に位置をずらしながら配列して構成することとしてもよい。

なお、３個の扇形部５６１〜５６３に第２磁石２２を配置する場合に、回転軸方向から見て、位相をずらして軸方向に沿って配列される扇形部５６１〜５６３において各々の端部に配置される第２磁石２２の一部が重なるように配置してもよい。例えば、図１２に示すように、第２磁石２２の端部に配置されているＭ４の磁石の円周角が３５度で他の磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３より長く形成されており、１つの角度単位ＵＮが１２５度で形成されている。すなわち、回転軸方向から見た際に、各扇形部５６１〜５６３の端部に配置されるＭ４の第２磁石２２の一部分が、他の扇形部５６１〜５６３の端部に配置されるＭ１の第２磁石２２の一部分に重なった構成となっている。このように、磁石を配置することでそれぞれの角度単位ＵＮの境界部分における磁石の強弱の差により回転体１６の回転効率の向上を期待できる。

また、回転体装置は、１つの回転軸１４に対して複数の回転体及び、それに対応する第１、第２磁石等を組み合わせた構成としてもよい。例えば、図１３に示すように、第１実施形態で示したような回転体１６及び第２磁石２２等の構成と、第２実施形態で示したような回転体１６ａ及び第２磁石２２等の構成とを、同一回転軸１４に連結に連結し、それらの周囲に各第２磁石２２に対応した第１磁石２０を設けて１つの回転体装置１０−３を構成することとしてもよい。

以上説明した本発明の回転体装置は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の回転体装置は、例えば、発電機の回転等、その他回転力を利用する種々の装置や機器類に適用される。

１０、１０−２、１０−３回転体装置
１２機枠
１４回転軸
１６、１６ａ回転体
１８はずみ車
２０第１磁石
２２第２磁石
２４反発機構
４８磁力勾配ユニット
５０基体
５２１、５２２錘体

特開２００９−７７６１３号公報

上記課題を解決するために本発明は、機枠１２と、機枠１２に回転自在に支持された回転軸１４と、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する回転体１６、１６ａと、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する重量部を備えたはずみ車１８と、回転体１６の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の磁石であり、それぞれ回転体１６側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石２０と、回転体１６に回転軸１４方向から見て周方向に配列して取り付けられ、第１磁石２０に対して反発する磁極を第１磁石２０側に向けた複数の第２磁石２２と、複数の第２磁石２２の配列を、所定の角度単位ＵＮにおいては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニット４８を形成し、かつその磁力勾配ユニット４８を回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石２０に対して第２磁石２２を周方向に磁気反発させる反発機構２４と、を有し、第１磁石２０は、一方の磁極を回転体１６側に向けて他方の磁極側を機枠１２に固定され、第１磁石２０の機枠１２に固定された磁極の外側に、該第１磁石１０の磁力線の方向を制御するように作用する磁性部材５４が対向配置された回転体装置１０から構成される。

さらに、本発明は、機枠１２と、機枠１２に回転自在に支持された回転軸１４と、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する回転体１６、１６ａと、回転軸１４に連結され回転軸１４と一体回転する重量部を備えたはずみ車１８と、回転体１６の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の磁石であり、それぞれ回転体１６側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石２０と、回転体１６に回転軸１４方向から見て周方向に配列して取り付けられ、第１磁石２０に対して反発する磁極を第１磁石２０側に向けた複数の第２磁石２２と、複数の第２磁石２２の配列を、所定の角度単位ＵＮにおいては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニット４８を形成し、かつその磁力勾配ユニット４８を回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石２０に対して第２磁石２２を周方向に磁気反発させる反発機構２４と、を有し、はずみ車１８は、回転軸１４に固定された基体５０と、基体５０の外周側に互いに離隔して固定され重量部となる複数の錘体５２１、５２２と、を備え、錘体５２１は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置近傍において、それらの錘体５２１の重心ｇが回転中心と該境界位置とを通る線上から周方向にずれた位置に配置される回転体装置１０から構成される。錘体５２１は、回転方向、回転逆方向のいずれにずれた位置に配置されていてもよい。

反発機構２４は、複数の第２磁石２２の所定の磁石配列構成により構成され、固定された第１磁石２０に対して、回転体１６側の第２磁石２２を周方向に向けて磁力反発させるための磁力反発手段である。図２、図４に示すように、反発機構２４は、複数の第２磁石２０の配列構成を、円周を等分割した角度となる所定の角度単位ＵＮにおいてはそれぞれの磁石の磁力の強さを異ならせるとともに周方向に向けて次第に磁力が弱くなるように配置してそれらの磁石群で構成される１つの磁力勾配ユニット４８を形成し、その角度単位ＵＮで形成された磁力勾配ユニット４８を周方向に１周繰り返すことにより構成されている。なお、図上の線ＳＤは、角度単位ＵＮの角度範囲を示す仮想的な分割線である。例えば、本実施形態では、３６０度を３等分し１つの角度単位ＵＮを１２０度とした場合の磁石配列を示しているが、該１２０度の角度単位ＵＮについて、４個の磁力の強さが異なる第２磁石２２が配列されてこれらの磁石群で１つの磁力勾配ユニット４８を構成している。各角度単位ＵＮにおいてこれらの４個の第２磁石２２を左回りに順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４とすると、回転体１６の回転方向Ｒとは逆方向となる周方向に向けて、次第に磁力が弱くなるように磁力の強さはＭ１＞Ｍ２＞Ｍ３＞Ｍ４となっている。このように４個の第２磁石２２を磁力の強さが周方向に次第に弱くなるように配列することにより構成された磁力勾配ユニット４８が、周方向に全部で３組繰り返し配置されることにより、反発機構２４が構成されている。反発機構２４が上記のような第２磁石２２の磁石配列で構成されているので、図４に示すように、局部的にみると、第２磁石２２の磁力の強さが周方向に向けて強弱の差があることから、回転体１６の回転軸１４周り回転中において、回転体１６に支持された第２磁石２２が固定された第１磁石２０に対して周方向に向けて移動促進するような磁気反発力が作用する。

なお、反発機構２４は、周方向に繰り返される角度単位ＵＮは１２０度に限らず、例えば、円周を６等分割して１つの角度単位ＵＮを６０度に設定したり、円周を１２等分割して１つの角度単位ＵＮを３０度に設定したりしてもよく、その他任意の角度で等分割してもよい。また、本実施形態では第１磁石２０と第２磁石２２とは互いにＳ極どうしを対向するように配置しているが、互いにＮ極どうしを対向するように配置してもよい。また、それぞれの角度単位の磁力勾配ユニットに配置される第２磁石２２の個数は４個に限らず任意の複数個でもよい。

図１、図３、図５に示すように、はずみ車１８は、慣性モーメントが比較的大きくなるようにある程度重い重量部を備え、回転軸１４に一体的に連結されている。なお、図５は回転体装置を背面から見てはずみ車の要部を示しており回転方向は左回りとなっており、また第２磁石２２を破線で示している。本実施形態では、はずみ車１８は、例えば、回転軸１４に固定された基体５０と、基体４０の外周側に固定されて重量部となる複数の錘体５２１、５２２と、を有している。基体５０は、例えば、ホイール形状ロータからなり、中心のボス部に回転軸１４のケース体２６から外部に突出した部分を貫通させた状態で該回転軸１４に固定されている。各錘体５２１、５２２は、例えば、金属製で中空円筒形状又は円柱形状に形成されている。錘体５２１、５２２は、９個が互いに周方向に所定間隔で互いに離隔して配置されており、円筒軸線又は円柱軸線方向を回転軸１４と略平行になるように向けてボルト、ナット等の固定手段で基体のリム部に固定されている。これらの９個の錘体のうち３個は円柱状に形成された第１錘体５２１からなり、残りの６個は中空円筒状に形成されて第１錘体５２１よりも重量が軽く、例えば、重量が第１錘体の半分程度の第２錘体５２２からなる。

図５に示すように、３個の第１錘体５２１は、周方向に１２０度間隔で配置されるとともに、それらの第１錘体５２１の間にそれぞれ２個ずつ第２錘体５２２が配置されている。３個の第１錘体５２１は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置（例えば、分割線ＳＤで分けられる位置）近傍に配置される。さらに、各第１錘体５２１の重心ｇは、回転軸１４の回転中心と該境界位置とを通る線（分割線ＳＤ）上から回転方向とは逆方向に５度ずれた位置に設定されている。磁力勾配ユニット４８どうしの境界位置（ＳＤ）近傍では、上記のような第２磁石２２の配列により磁石の磁力の強さが逆向き勾配となるが、この境界位置（ＳＤ）近傍に上記のように錘体５６１を配置したことにより、慣性による回転維持効果による回転効率の向上を期待できる。第２錘体５２２は、第１錘体どうしの間に不等間隔位置に設置されている。例えば、９個の錘体５２１、５２２が、３０°、３５°、２５°、３０°、３５°、２５°、３０°、３５°、２５°の間隔で設定されている。なお、例えば、３個の第１錘体５２１は、回転軸の回転方向に約５度程度ずらした位置で設定してもよく、また周方向へのずれ角度は任意でもよい。また、例えば、９個の錘体は等間隔に配置したり、全て同じ重量で形成してもよい。

第２磁石２２は、３個の扇形部５６１〜５６３の円弧外周側にそれぞれ固定されており、各扇形部５６１〜５６３の外周面を１つの角度単位ＵＮとして、各４個の第２磁石２２が周方向に向けて次第に磁力が弱くなるように配置され磁力勾配ユニット４８を構成している。それらの磁力勾配ユニット４８は、側面視では、図１１に示すように回転軸１４方向に沿ってずれて配置されるとともに、回自転軸方向から見た状態では、図１０に示すように上記実施形態と同様な配列となっており、第２磁石２２の配列によって反発機構２４を構成している。複数の第２磁石２２を周方向に密に配列する構成であるので、互いに磁力反発しあうおそれがあるため、本実施形態のように磁力勾配ユニット４８ごとに回転軸方向にずらした構成とすることにより、磁力勾配ユニット４８どうしでの磁力反発を減少させて、回転体装置の製造の容易化を期待できる。

Claims

機枠と、
機枠に回転自在に支持された回転軸と、
回転軸に連結され回転軸と一体回転する回転体と、
回転軸に連結され回転軸と一体回転する重量部を備えたはずみ車と、
回転体の回転軌跡の外側周囲に離隔して配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠に固定された複数の磁石であり、それぞれ回転体側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石と、
回転体に回転軸方向から見て周方向に配列して取り付けられ、第１磁石に対して反発する磁極を第１磁石側に向けた複数の第２磁石と、
複数の第２磁石の配列を、所定の角度単位においては周方向に向けてそれぞれの磁石の強さが次第に弱くなるように配置して磁力勾配ユニットを形成し、かつその磁力勾配ユニットを回転軸方向から見て周方向に繰り返した配列構成とすることにより、第１磁石に対して第２磁石を周方向に磁気反発させる反発機構と、を有することを特徴とする回転体装置。
第２磁石は、板面が磁極となる円弧板状の磁石からなることを特徴とする請求項１記載の回転体装置。
複数の第１磁石は、互いに周方向に離隔して疎に配置され、
複数の第２磁石は、互いに周方向に密に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転体装置。
第１磁石は、機枠から径方向内側に突出し、板面を回転軸と平行にした直板状の磁石からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転体装置。
第２磁石は、所定角度の磁力勾配ユニットごとに回転軸方向にずらして周方向に配列され、
第１磁石は、各磁力勾配ユニットのそれぞれ回転軌跡の外側周囲に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転体装置。
第１磁石は、一方の磁極を回転体側に向けて他方の磁極側を機枠に固定され、
第１磁石の機枠に固定された磁極の外側に、該第１磁石の磁力線の方向を制御するように作用する磁性部材が対向配置されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転体装置。
はずみ車は、回転軸に固定された基体と、
基体の外周側に互いに離隔して固定され重量部となる複数の錘体と、を備え、
錘体は、回転軸方向から見て、周方向に配列される磁力勾配ユニットどうしの境界位置近傍において、それらの錘体の重心が回転中心と該境界位置とを通る線上から周方向にずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転体装置。