JP5073125B1 - マグネットモータの駆動方法及びマグネットモータ - Google Patents

Abstract

回転子の磁石の極性を変化させる位置を最適な位置に設定して、少量の圧縮エアーで回転子を揺動させ、磁力の吸引力と反発力の合成ベクトルを利用して回転動力を発生させるマグネットモータの駆動方法を提供することを目的とし、
回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が中心軸を中心にした回転方向の力のみになったタイミングで、切替手段が、回転子に設置されたＳ極またはＮ極の永久磁石が固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態に切替えることにより、回転子に中心軸を中心にした回転力を付与することを特徴とするマグネットモータの駆動方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮エアーで回転子を揺動させ、回転子の永久磁石と固定子の永久磁石の吸引力と反発力を利用して回転動力を発生させるマグネットモータの駆動方法及びマグネットモータに関する。別言すれば、磁場のエネルギーを力学的回転エネルギーに変換するする方法に関する。

従来のモータでは回転動力を得る手段として、圧縮エアーを羽根車に吹きつけその回転力を利用しているエアーモータや、コイルに流れる電流の方向を変化させて発生する磁界の変化により回転子と固定子との吸引力と反発力を利用して回転子を回転させ回転動力を得ている電動モータが一般的である。その他にも化石燃料等を利用するエンジンにより回転動力を発生させている発動機がある。例えば、２重の円筒回転子を配置することで、シリンダ内周面と羽根車との摩擦抵抗を少なくし、且つはずみ車の作用を利用して回転数の変動を抑えて給気口から圧縮エアーを連続供給し回転動力を得るエアーモータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、本願出願人は既に特許文献２において少量の圧縮エアーを外部から供給してエアーシリンダを揺動させて、対向する永久磁石の吸引力と反発力で回転動力を発生させるエアー駆動モータを開示している。

特開平８−１４４７０１号公報 特開２０１１−８３１２１号公報

しかし、従来のエアーモータは給気口より圧縮エアーをシリンダ内に送り込み、複数の羽根車を回転させ連続して排気し、羽根の先端部とシリンダの内周面を摺動させることで圧縮エアー漏れを防止して回転を維持している。その回転を維持するため多量の駆動用圧縮エアーを安定供給する必要がある。

また、他に回転動力を得る手段としての原動機では電気、化石燃料等を供給して動力を発生させて回転動力を持続させるため、大量の電力消費、或いは二酸化炭素等の排出を続けている。そして、従来の原動機は火気使用不可の場所で使用するには、火種となるスパークや燃焼を伴うため不向きである。

更に、本出願人が開示した特許文献２に示すエアー駆動モータでは、回転子を揺動させる切替点は、マグネット固定ハウジングの中央の吸引力が最大となる位置であり、減速領域に替わる位置で変更するため回転速度は再度加速され上昇するが、回転子を揺動させるには高い圧力の圧縮エアーの供給が必要であり、エアーシリンダに加わる負荷が大きくまた経済的ではない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、回転子の磁石の極性を変化させる位置を最適な位置に設定して、少量の圧縮エアーで回転子を揺動させ、磁力の吸引力と反発力の合成ベクトルを利用して回転動力を発生させるマグネットモータの駆動方法及びマグネットモータを提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）、（２）の構成を備えるものである。

（１）円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた固定子と、
該固定子の内側に、前記円筒と同一中心の中心軸に回転自在に取付けられた複数の回転子とを具備し、
前記回転子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記回転子に設置された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に設置された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態を切替える切替手段を有するマグネットモータの駆動方法であって、
前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになったタイミングで、前記切替手段が、前記回転子に設置されたＳ極またはＮ極の永久磁石が前記固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態に切替えることにより、前記回転子に前記中心軸を中心にした回転力を付与することを特徴とするマグネットモータの駆動方法。

（２）円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた外回転子と、
該外回転子の内側に、前記円筒と同一中心の中心軸に周りに取付けられた複数の切替子とを具備し、
前記切替子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記切替子に設置された永久磁石のＮ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態と前記切替子に設置された永久磁石のＳ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態を切替える切替手段を有するマグネットモータの駆動方法であって、
前記切替子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記外回転子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記外回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになったタイミングで、前記切替手段が、前記切替子に設置されたＳ極またはＮ極の永久磁石が前記外回転子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態に切替えることにより、前記外回転子に前記中心軸を中心にした回転力を付与することを特徴とするマグネットモータの駆動方法。

本発明のマグネットモータの駆動方法及びマグネットモータによれば、極めて少量の圧縮エアーを使用するだけで、磁石のみで構成されるマグネットモータを効率的に回転させることができる。すわち、極めて少量の圧縮エアーにより磁場のエネルギーを力学的回転エネルギーに容易に変換することができる。

（ａ）本実施例に係るマグネットモータの構成図、（ｂ）Ａ−Ａ拡大断面図 本実施例に係るマグネットモータの動作を示すタイミングチャート 本実施例に係るマグネットモータのマグネット回転子の動作図 マグネットモータの回転原理を示す図 切替点０°のマグネットモータの回転原理を示す図 本実施例に係るマグネットモータの多段構造を示す図 ４個の固定ハウジングの構造を示す図 マグネット回転子を固定し、固定ハウジングを回転させる構造のマグネットモータを示す図

以下に、本発明を実施するための形態を、図面により詳しく説明する。

マグネットモータの基本構造は、マグネット回転子を１２０°ずらして３個のマグネット回転子を配置した構造を基本構造とする。しかし、マグネット回転子の構成は奇数個の構成であれば良く、マグネット回転子の数を３個に限定するものではない。

図１は本実施例に係るマグネットモータの構成で、図１（ａ）はマグネットモータの構成を示し、図１（ｂ）はＡ−Ａ部分の拡大断面図である。

図中において、マグネットモータ１０の円筒のベース１の中心位置に中心軸２を取付け、その中心軸２に回転ベース３等がベアリング９ａ，９ｂで回転自在に取付けられている。中心軸２と同一中心を有する固定ハウジング４がベース１に固定されている。Ｎ極マグネットが埋め込まれた固定子であるＮ極マグネット固定ホルダ４Ａ、及びＳ極マグネットが埋め込まれたＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂが固定ハウジング４に設置されている。回転ベース３上には１２０°おきに配置された回転子である３個のマグネット回転子６，７，８が設置され、夫々のマグネット回転子６，７，８の外周面上には、上下に平行に周方向にＮ極マグネット（６ａ，７ａ，８ａ）とＳ極マグネット（６ｂ，７ｂ，８ｂ）の永久磁石が嵌設されている。

夫々のマグネット回転子の外周面に嵌設されたＮ極マグネットとＳ極マグネットの永久磁石は、揺動軸（６ｃ，７ｃ，８ｃ）を中心に２０°の角度でマグネット回転子が揺動してＮ極マグネットとＳ極マグネットの永久磁石のいずれか一方が、固定ハウジング４の内周面に取付けられているＮ極マグネット固定ホルダ４Ａと、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂの永久磁石と対峙する。このＮ極マグネット固定ホルダ４Ａ、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと、３個のマグネット回転子６，７，８の対向周面上に嵌設されたＮ極マグネット、Ｓ極マグネットの永久磁石の吸引力／反発力の合成ベクトルにより回転ベース３に回転力を発生させることができる。

図１（ａ）の構成図に示すようにマグネット回転子６，７，８は、マグネット固定ハウジング４の内側に、中心軸２に対し夫々１２０度の間隔で配置された構成となっている。夫々のマグネット回転子６，７，８に取付けられた３個のエアーシリンダ５ａ，５ｂ，５ｃが伸縮する圧縮エアーが供給されるバルブ起動点は、固定ハウジング４のＮ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂの夫々中央部から回転方向の端部の間の所定の２箇所（３４０°，１６０°）である。このバルブ起動点を各マグネット回転子が通過する際、マグネット回転子と一体となっている制御バルブ１２のローラレバーが、凹凸を有する環状のガイド１４に押圧され制御バルブ１２より圧縮エアーがエアーシリンダ５に供給される。しかし、このバルブ起動点ではエアーシリンダ５に印加された圧縮エアーの圧力よりも、固定ハウジング４のマグネットとマグネット回転子のマグネットとの磁力の吸引力の方が強いためエアーシリンダ５のピストンは伸縮できずマグネット回転子は搖動軸を中心に揺動できない。マグネット回転子が固定ハウジング４のＳ極マグネットの端部とＮ極マグネットの端部との間を跨ぐ位置の切替点（０°，１８０°）に来た時、マグネット回転子に加わる反発ベクトルと吸引ベクトルとが同じ大きさで且つ合成ベクトルが回転を減速する接線方向に合成され、揺動を妨げていた回転子の吸引力が消滅する。その時点でエアーシリンダ５のピストンが伸縮して回転子の極性が切替わり、マグネット回転子に加わる反発ベクトルとＳ極マグネットの吸引ベクトルの方向が入れ換わり、その合成ベクトルがマグネット回転子の回転を加速する接線方向に一瞬にして逆転する。その結果、マグネット回転子の回転速度が減速から加速へと変わる動作が、対向する２箇所の切替点（０°，１８０°）で行われることで、回転が持続し加速される。回転スピードは、切替点での揺動の速さを決める圧縮エアーの圧力に依存し、本実施例では圧力０．２ＭＰａで約１００ｒｐｍ、圧力０．５ＭＰａで約５００ｒｐｍの回転数を実現することができた。

図１（ｂ）のＡ−Ａ拡大断面図は、マグネット回転子７，８を例にエアーシリンダ５Ｂ，５Ｃの動きを示す図である。バルブ起動点を通過する際は、夫々のマグネット回転子６，７，８のエアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに制御バルブ１１，１２，１３のポートＡ，Ｂよりエアーシリンダ５のピストンの押出／収縮するポートへ圧縮エアーが供給されたまま保持され、切替点に到達した時にマグネット回転子６，７，８が上下に揺動する動きを示している。圧縮エアーはこのマグネット回転子の揺動にのみ使用されるため圧縮エアーの消費が極めて少ない。揺動により、マグネット固定ハウジング４のマグネット固定ホルダ４Ａ、４Ｂに対して、マグネット回転子６，７，８に取付けられたＮ極マグネット６ａ，７ａ，８ａとＳ極マグネット６ｂ，７ｂ，８ｂの永久磁石の何れか一方が正対する。切替点において正対する永久磁石の極性を変化させることにより、吸引力或いは反発力が切替わることで、マグネット回転子の永久磁石の合成ベクトルの方向が回転を加速する回転エネルギーに変換される極めて効率の高いマグネットモータである。消費するのは圧縮エアーのみである。

＜制御バルブの切替ガイド構造＞
図１（ａ）に円環状に形成された切替ガイドリング１４を示す。エアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃを制御する制御バルブ１１，１２，１３のガイドローラ１１ａ，１２ａ，１３ａが、バルブ起動点（３４０°，１６０°）の位置で切替えられように形成された切替ガイドリング１４の凹凸面に沿って摺動しながら回転する。切替ガイドリング１４の凸面（バルブＯＮ領域）ではガイドローラが押圧され、当該ガイドローラに連動する制御バルブがＯＮされ、エアーシリンダの収縮方向に圧縮エアーが印加されてマグネット回転子６，７，８の中央部が切替点０°の位置に達すると同時にピストンを収縮させる。また、切替ガイドリング１４の凹面（バルブＯＦＦ領域）ではガイドローラの押圧が解除され制御バルブがＯＦＦとされ、エアーシリンダを伸長させる方向に圧縮エアーが印加されてマグネット回転子６，７，８の中央が切替点１８０°の位置に達すると同時にピストンが伸長される。

円環状の切替ガイド１４の内側に形成された凹凸面の設定位置の変更によって、エアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに圧縮エアーを予め供給する位置を任意に変更することができる。円環状の切替ガイド１４の凹凸面において、凹部から凸部或いは凸部から凹部に切替わる対角位置が制御バルブのバルブ起動点である。マグネットモータ１０の回転を加速のみの合成ベクトルとする領域にするため、エアーシリンダ５の切替点が（２７０°，９０°）の位置で制御バルブの起動により揺動するように調整することも可能である。しかし、回転速度が最大となるがエアーシリンダ５には磁石同士の最大の吸引力が働いているため強大な圧縮エアーの印加が必要となり、且つマグネット回転子６，７，８を揺動するエアーシリンダ５に無理な力が加わる可能性があるだけでなく、圧縮エアーの消費量が多くなる。このエアーシリンダ５の切替点（２７０°，９０°）の位置の構成が特許文献２（特開２０１１−８３１２１号公報）に開示した発明の特徴であり、且つエアーシリンダに負担が加わる問題点でもある。この問題点を改善したのが本願発明のマグネットモータの駆動方法である。

＜制御バルブとエアーシリンダの制御動作＞
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、夫々の制御バルブ１１，１２，１３のＯＮ／ＯＦＦとエアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５ＣのＯＮ／ＯＦＦと、マグネット回転子６，７，８の極性変化を示す制御タイミングチャートである。図１に示すように、各マグネット回転子６，７，８の永久磁石の極性を切替える位置（切替点０°，１８０°）はマグネット固定ホルダ４Ａ，４Ｂの中央部の２箇所で、その切替点に回転子６，７，８の中央部が到達した時に、該当する回転子に付属する予め加圧された状態のエアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃのピストンを伸縮することで永久磁石の対向する極性を切替えている。対向する極性が切替えられる回転子は常に１個のみである。

図２（ａ）に示すマグネット回転子６のタイミングチャートの切替えは、図１（ａ）に示すマグネット回転子６の切替点となるＳ極マグネット固定ハウジング４ＢとＮ極マグネット固定ハウジング４Ａの中央の０°の切替点に達した時を基準とする。各マグネット回転子６，７，８のエアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの切替点（０°，１８０°）におけるＯＮ／ＯＦＦにより、ピストンを伸縮させる。図２（ｂ），（ｃ）はマグネット回転子７，８の極性の切替えのタイミングチャートを示し、マグネット回転子６に対し夫々１２０°の位相差を有したタイミングチャートとなっている。

エアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃのピストンの伸縮は、夫々の制御バルブ１１，１２，１３のバルブ起動点（３４０°，１６０°の位置）から、実際にマグネット回転子の極性が切替えられる切替点（０°，１８０°）まで約２０°の差を有し、バルブ起動点は回転速度に合わせて可変設定され、予め加圧されるエアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに、不要な加圧を生じないように切替ガイド１４の凹凸面の位置を移動させて調整することができる。

＜マグネットモータの回転動作＞
図３（ａ）、図３（ｂ）は、マグネットモータ１０の切替点０°と１８０°でのマグネット回転子６の揺動動作を示す。図３（ａ）のマグネット回転子６の動作を例に説明すると、動作原理はＤＣモータの動作と似ておりコイルに流れる電流の方向を切替えることで回転子の極性を切替えて、固定磁石と回転子の間に吸引力と反発力が働くことを利用して回転力を発生させるのに似ている。

図３（ａ）において、慣性力で回転するマグネット回転子６に取付けられたエアーシリンダ５Ａを制御する制御バルブ１１のガイドローラが、円環状に形成された切替ガイド１４内側の凹凸面に沿って摺動し、バルブ起動点（３４０°の位置）において制御バルブ１１のガイドローラが押圧されてＯＮとなり、圧縮エアーがエアーシリンダ５Ａのピストンを収縮させる方向（ＯＮ方向）に供給される。この時、マグネット回転子６のＮ極マグネット６ａの全面とマグネット固定ハウジング４のマグネット固定ホルダ４Ｂ（Ｓ極）との間に強力な吸引力が加わっているため、当該吸引力の方がエアーシリンダ５Ａのピストンを収縮させる圧縮エアーの圧力より大きいため、エアーシリンダ５Ａのピストンを収縮することができずＯＦＦ状態を保持したままとなる。

マグネット回転子６が図中の切替点（０°の位置）に来た時、マグネット回転子６の後方のＮ極マグネット６ａとマグネット固定ホルダ４Ｂ（Ｓ極）との重なり部との間の吸引力のベクトルの大きさと、マグネット回転子６の前方のＮ極マグネット６ａとマグネット固定ホルダ４Ａ（Ｎ極）との重なり部との間の反発力のベクトルの大きさが同じ大きさとなり、吸引力ベクトルと反発力ベクトルの合成ベクトルが、マグネット回転子６の回転ベクトルの方向と逆の方向に形成され、一旦回転を阻止する力が形成される（断面Ｗ）。その際、エアーシリンダ５Ａのピストンの収縮を阻止していた磁石の吸引力が消滅して、圧縮エアーの力でエアーシリンダ５Ａのピストンが収縮しＯＮ状態となり、一瞬にしてマグネット回転子６が揺動してＳ極マグネット６ｂが正対するように切替わる（断面Ｘ）。

図中の断面Ｘに示すように、マグネット回転子６の後方のＳ極マグネット６ｂとマグネット固定ホルダ４Ｂ（Ｓ極）との重なり部との間が反発力のベクトルとなり、マグネット回転子６の前方のＳ極マグネット６ｂとマグネット固定ホルダ４Ａ（Ｎ極）との重なり部との間が吸引力のベクトルに切替わり、吸引力ベクトルと反発力ベクトルの合成ベクトルが、一瞬にしてマグネット回転子６の回転ベクトルの方向と同一方向に切替わりマグネット回転子６の回転を加速する方向に形成される。

次に、図３（ｂ）において、慣性力で回転するマグネット回転子６に取付けられた制御バルブ１１のガイドローラが円環状の切替ガイド１４内側の凸面に沿った摺動から、バルブ起動点（１６０°の位置）において制御バルブ１１のガイドローラが円環状の切替ガイド１４内側の凹面に摺動が代わることで制御バルブ１１のガイドローラの押圧が外れてＯＦＦとなり、圧縮エアーがエアーシリンダ５Ａのピストンを伸長させる方向（ＯＦＦ方向）にバルブの供給路が切替わる。しかし、マグネット回転子６のＳ極マグネット６ｂとマグネット固定ホルダ４Ａ（Ｎ極）との間に強力な吸引力が加わっているため、当該吸引力でエアーシリンダ５Ａのピストンを伸長することができずＯＮ状態を保持したままとなる。

マグネット回転子６が図中の切替点（１８０°の位置）に来た時、前述した切替点（０°の位置）と同様にマグネット回転子６の後方と前方とで、固定ハウジング４のマグネット固定ホルダ４Ａ，４Ｂとの間の吸引力ベクトルと反発力ベクトルの合成ベクトルが、一旦回転を減速させる方向に働く（断面Ｙ）。この時、エアーシリンダ５Ａのピストンの伸長を阻止していた磁石の吸引力が消えて図中の断面Ｚに示すように、圧縮エアーの力でエアーシリンダ５Ａのピストンが伸長してＯＦＦ状態となり、一瞬でマグネット回転子６が揺動してＮ極マグネット６ａが正対するように切替わり、合成ベクトルが減速方向から加速する方向に一瞬にして反転し、マグネット回転子６を更に回転する力が発生する。

当該動作が他のマグネット回転子７，８においても同様に発生することで、エアーシリンダ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの動作とそれに伴うマグネット回転子６，７，８の揺動による極性変化に伴い、マグネット固定ハウジング４との合成ベクトルが反転することにより１回の回転で６回の加速が行われ、マグネットモータ１０の回転速度が上昇する。この永久磁石同士の吸引力と反発力の合成ベクトルを、マグネット回転子６，７，８を揺動させ永久磁石の極性を切換えることで発生させる駆動方法が本発明の最大の特徴である。

図４はマグネットモータの回転原理（駆動方法）を示すもので、図中の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の順で１個のマグネット回転子と固定ハウジングとの間で働く磁石の吸引力と反発力の合成ベクトルＦの変化を示すことによって、回転力が維持される原理を示す。

特に、本実施例のマグネットモータの駆動方法の特徴は、特許文献２に示す本出願人が成したエアー駆動モータを基にして、マグネット回転子と固定ハウジングとの間に働く磁石の吸引力と反発力の合成ベクトルを変化させる効率的なマグネットモータの駆動方法を見出した点にある。

説明のため図中のマグネット回転子に生じるベクトルを７個のベクトル（ｆ１〜ｆ７）と慣性回転力Ｉで示し、７個のベクトルの合成ベクトルＦと慣性回転力Ｉは、マグネット回転子の揺動軸の中央の位置で作用するものとして説明する。なお、マグネット回転子が図で上側にきた位置を０°とし、右回転側に角度が増加するものとする。

＜角度２７０°＞
（ａ）の位置ではＮ極マグネット回転子がＳ極の固定ハウジング部の中央部に在り、７個のベクトルの合成ベクトルＦは慣性回転力Ｉと直角方向で磁石同士の最大の吸引力としてマグネット回転子に作用し、回転には全く寄与しない。右方向への回転は慣性回転力Ｉのみで行われる。磁石同士の最大の吸引力Ｆが発生しているため、マグネット回転子を上下に揺動させるには最大の力が必要となる。

＜角度３４０°＞
（ｂ）の位置ではＮ極マグネット回転子とＳ極の固定ハウジング４Ｂとのベクトルｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の合成ベクトルＦは慣性回転力Ｉを減速させる方向に働く。

＜角度０°＞
（ｃ）の位置ではＮ極マグネット回転子は、Ｓ極とＮ極の固定ハウジングの間にある切替点に在り、Ｓ極の固定ハウジング４Ｂとのベクトルｆ１，ｆ２と、Ｎ極の固定ハウジング４Ａとのベクトルｆ６，ｆ７の合成ベクトルＦが慣性回転力Ｉと反対方向に発生し、最大の減速力として働く。

その際、マグネット回転子を上下に最小の力で揺動させることが可能で、簡単にマグネット回転子の極性をＮ極からＳ極に反転させることができる。

（ｄ）の位置では極性をＳ極に切替えたマグネット回転子には、Ｓ極の固定ハウジング４Ｂとのベクトルｆ１，ｆ２と、Ｎ極の固定ハウジング４Ａとのベクトルｆ６，ｆ７の合成ベクトルＦが瞬時に反転し、最大の加速力として慣性回転力Ｉに付加される。

＜角度２０°＞
（ｅ）の位置ではＳ極マグネット回転子とＮ極固定ハウジング４Ａとのベクトルｆ４，ｆ５，ｆ６，ｆ７の合成ベクトルＦは慣性回転力Ｉを加速させる方向に働くが、上記（ｄ）の場合ほど大きくはない。

＜角度９０°＞
（ｄ）の位置ではＳ極マグネット回転子がＮ極の固定ハウジング４Ａの中央部に在り、７個のベクトルの合成ベクトルＦは慣性回転力Ｉと直角方向で磁石同士の最大の吸引力としてマグネット回転子に作用する。右方向への回転は慣性回転力Ｉのみで回転に関与しない中立点である。磁石同士の最大の吸引力により、上下に揺動させるには最大の力が必要となる。

以上の動作が９０°〜２７０°の間でも同様に行われ、回転力が維持されるマグネットモータの回転原理である。図５は、切替点０°の前後におけるマグネット回転子の状態を詳細に説明するための図である。

図５は、Ｎ極マグネット回転子がＳ極のマグネット固定ホルダ４Ｂのバルブ起動点３４０°で制御バルブからエアーシリンダ５に圧縮エアーが印加され、切替点０°の合成ベクトルが回転接線方向に働くことでマグネット回転子の揺動が最小で可能となり、揺動によりＮ極からＳ極へマグネット回転子の極性が切替わることで、合成ベクトルＦを反転させる機構を説明するものである。

マグネット回転子のエアーシリンダの切替点０°で、バルブ起動点で印加された圧縮エアーによりエアーシリンダのピストンの伸縮が連続して行われ、マグネット回転子を揺動して磁石の極性を切替えることで、永久磁石の吸引力と反発力を利用した回転力が連続して発生し回転が継続する。

マグネットモータ１０の他の例として別の構成を示す。図６は、実施例１で示した固定マグネットとマグネット回転子を、２段、３段等の多段構造にしたマグネットモータ１０の構成で、エアーシリンダのピストンの先端に接続されたロッド２０ａ，２０ｂに多段のマグネット回転子を接続して同時に搖動させる構造を有している。動作については、実施例１と同一のため説明は省略する。

図７（ａ）、図７（ｂ）に示すマグネットモータ１０は、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａ，４ＣとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂ，４Ｄの４個の永久磁石を配置した４極構造のマグネットモータ１０である。４箇所に切替点（０°，９０°，１８０°，２７０°）を設けることで、より効率的な回転を得られるように構成され、図７（ｂ）にはその４極構造のマグネットモータ１０を実現するための切替ガイドリング１４の構造を示している。４箇所の切替点の２０°手前で制御バルブ１１，１２，１３のバルブ起動点（３４０°，７０°，１６０°，２５０°）が位置するように円環状の切替ガイドリング１４の凹凸面を形成することで、合成ベクトルの反転位置を増やして回転を加速することができる。更に多段構造と組み合わせて強力なトルクと回転速度を得ることができる。

図８に示すマグネットモータ１０は、実施例１で記載したマグネットモータ１０が内側の回転子が回転するのに対し、外側の磁石を備えた固定ハウジング４（外回転子）を円筒状に形成し、内部にＮ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂと切替ガイドリング１４を取付けて回転させる構造としたマグネットモータである。固定ハウジング４と、固定ハウジング４に取付けられた切替ガイドリング１４とをベアリングで回転可能にすることで、マグネット回転子６，７，８（切替子）が固定した状態で揺動させることが可能となり、制御バルブ１１，１２，１３への圧縮エアーの供給等の構造的な制約が無く簡単な構造となり、更に磁石のみの固定ハウジング４を回転させる際、エアーモータのように圧縮エアーを利用した初期回転起動を与えて回転させることができる。その他の構成は、実施例１のマグネットモータ１０と同一のため動作や構造の説明は省略する。

上述したマグネットモータ１０は、マグネット回転子６，７，８にＳ極とＮ極の磁石を設置し、固定ハウジング４は単極の構造で説明したが、マグネット回転子６，７，８をＮ極またはＳ極の単極構造とし、固定ハウジング４をＮ極とＳ極の２列に磁石を設置した構造であっても良い。また、圧縮エアーに使用する気体も、圧縮した空気に限定せず高圧水蒸気や、窒素等の多種多様な気体を用途に応じて使用したり、オイル等の液体も使用することが可能である。

更に、本発明のマグネットモータ１０は、市販されているモータ発電機の回転子に替えて内部に組込むことが可能であり船舶や潜水艦、及び災害時等の発電機として利用することができ、また出力が不安定な太陽光発電や風力発電で得た電力でコンプレッサーを作動させて圧縮エアーを供給し、本発明のマグネットモータ１０で安定した発電を行わせて電力を供給するハイブリット方式を構築することもできる。

以上、本実施例に係るマグネットモータでは、圧縮エアーはマグネット回転子を揺動させるエアーシリンダのピストン伸縮動作にのみ使用する。揺動によりマグネット固定ハウジングとマグネット回転子の磁石の極性の変化を発生させることで永久磁石の吸引力と反発力の合成ベクトルを利用して回転力に変える。従って、永久磁石の磁力のみを動力源として利用する構成である。その結果、エアーシリンダに負荷の加わらない切替点で回転子の揺動に使用する圧縮エアーの消費量は極めて少量であり、マグネットモータの回転力の発生には永久磁石の磁石同士の吸引力と反発力の合成ベクトルを効率的に利用し、回転子を揺動させることで回転子の極性を切替えて合成ベクトルの向きを反転させ、磁石同士の吸引力と反発力の合成ベクトルを回転力に変換する点が従来のエアーモータや電動モータとの最大の違いである。

更に本発明のマグネットモータは二酸化炭素等の排出がなく、温暖化防止にも貢献することができる経済効果の高いマグネットモータの駆動方法を提供することができる。

１ ベース
２ 回転軸
３ 回転ベース
４ マグネット固定ハウジング
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ エアーシリンダ
６，７，８ マグネット回転子

Claims (8)

1. 円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた固定子と、
   該固定子の内側に、前記円筒と同一中心の中心軸に回転自在に取付けられた複数の回転子とを具備し、
   前記回転子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
   前記回転子に設置された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に設置された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態を切替える切替手段を有するマグネットモータの駆動方法であって、
   前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになったタイミングで、前記切替手段が、前記回転子に設置されたＳ極またはＮ極の永久磁石が前記固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態に切替えることにより、前記回転子に前記中心軸を中心にした回転力を付与することを特徴とするマグネットモータの駆動方法。
2. 円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた外回転子と、
   該外回転子の内側に、前記円筒と同一中心の中心軸に周りに取付けられた複数の切替子とを具備し、
   前記切替子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
   前記切替子に設置された永久磁石のＮ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態と前記切替子に設置された永久磁石のＳ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態を切替える切替手段を有するマグネットモータの駆動方法であって、
   前記切替子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記外回転子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記外回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになったタイミングで、前記切替手段が、前記切替子に設置されたＳ極またはＮ極の永久磁石が前記外回転子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態に切替えることにより、前記外回転子に前記中心軸を中心にした回転力を付与することを特徴とするマグネットモータの駆動方法。
3. 前記マグネットモータは、前記切替手段が前記回転子に設置された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に設置された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態を切替えるための駆動力を前記切替手段に付与するための駆動手段を有し、
   前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記固定子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記回転子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになるタイミングの前から前記駆動手段が前記駆動力を前記切替手段に付与することを特徴とする請求項１記載のマグネットモータの駆動方法。
4. 前記マグネットモータは、前記切替手段が前記切替子に設置された永久磁石のＮ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態と前記切替子に設置された永久磁石のＳ極が前記外回転子の永久磁石と対峙する状態を切替えるための駆動力を前記切替手段に付与するための駆動手段を有し、
   前記切替子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石が前記外回転子のＳ極とＮ極の永久磁石の両方に同時に対峙する状態において、前記切替子に設置されたＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記中心軸を中心にした回転方向の力のみになるタイミングの前から前記駆動手段が前記駆動力を前記切替手段に付与することを特徴とする請求項２記載のマグネットモータの駆動方法。
5. 前記マグネットモータは、前記固定子と前記複数の回転子の対が、前記中心軸の軸方向に複数段設置されたマグネットモータであり、
   前記切替手段が、同一列の前記回転子を同時に切替えることを特徴とする請求項１または３に記載のマグネットモータの駆動方法。
6. 前記マグネットモータは、前記外回転子と前記複数の切替子の対が、前記中心軸の軸方向に複数段設置されたマグネットモータであり、
   前記切替手段が、同一列の前記切替子を同時に切替えることを特徴とする請求項２または４に記載のマグネットモータの駆動方法。
7. 前記固定子または前記外回転子に取付けられたＮ極とＳ極の永久磁石が複数であり、かつ該複数のＮ極とＳ極の永久磁石が交互に前記固定子または前記外回転子に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマグネットモータの駆動方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマグネットモータの駆動方法を用いたことを特徴とするマグネットモータ。

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