JP5608721B2

JP5608721B2 - マグネットモータ及び駆動機構

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Publication number: JP5608721B2
Application number: JP2012251457A
Authority: JP
Inventors: 博敏栃平
Original assignee: 博敏栃平
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014100027A; WO2014077322A1

Description

本発明は、切換子を変位させることにより、回転子の永久磁石と切換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及び駆動機構に関する。

本出願人がすでに提案した、特許文献１記載のマグネットエアーモータについて図１０、図１１を参照しながら以下に説明する。

図１０（ａ）は特許文献１のマグネットエアーモータの構成を示し、図１０（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。なお、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１０（ａ）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。

一方、図１１は図１０で示した固定ハウジングと回転子を、２段、３段等の多段構造にしたマグネットエアーモータの構成で、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に多段の回転子を接続して同時に搖動させる構造を有している。

特開２０１１−８３１２１号公報

しかし、上述の特許文献１のマグネットエアーモータについては、以下のような課題があった。

（１）マグネット回転子の磁石と固定ハウジングの磁石を正確に対峙させることが非常に難しかった。マグネット回転子は軸を中心に回転するため、所定の位置に正確に止めるには困難を伴うからである。磁石が所定の位置に止まらなければ十分な回転力を得ることができない。

（２）回転力はマグネット回転子と固定ハウジングの磁石の相互の吸引力、反発力で発生するが、マグネット回転子の固定ハウジングに対峙していない磁石は全く回転力に寄与していなかった。この対峙していない磁石は、固定ハウジングの磁石からは離れた位置にあり、回転力を発生させることはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、対峙させる磁石の位置決めが容易で、かつ十分な回転力が得られるマグネットモータ及び駆動機構を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するため、以下の構成を備えるものである。

（１）円筒内周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の内側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の外周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。

（２）円筒外周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の外側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の内周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が内周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。

（３）円筒内外周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の内側及び外側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の前記回転子の内側の外周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記切換子の前記回転子の外側の内周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が内周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。

（４）前記回転子を固定し、前記複数の切換子を回転させることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のマグネットモータ。

（５）前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段に前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させるための駆動力が付与されることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のマグネットモータ。

（６）前記円筒外周面または前記円筒内周面に設置された前記複数の一群のＮ極の永久磁石と前記複数の一群のＳ極の永久磁石が、前記中心軸の方向に交互に複数段配置され、
前記切換子の外周面または内周面に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が、前記中心軸の方向に交互に複数段配置されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のマグネットモータ。

（７）前記駆動手段が、クランク機構を有することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のマグネットモータ。

（８）前記駆動手段が、クランク機構、遊星歯車及び傘歯車を有することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のマグネットモータ。

（９）複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石が同一の直線方向に設置された移動板と、
複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記直線方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記直線に垂直な方向に平行に設置された切換板とを具備し、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記移動板の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換板を前記直線方向と垂直な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記移動板の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、前記移動板に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記直線方向の力のみになったタイミングで、前記駆動手段が前記切換板を前記直線方向と垂直な方向に変位させることにより、前記移動板に前記直線方向の推進力を付与することを特徴とする駆動機構。

（１０）前記移動板に設置された前記複数の一群のＮ極の永久磁石と前記複数の一群のＳ極の永久磁石が、前記直線方向と垂直な方向に交互に複数段配置され、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が、前記直線方向と垂直な方向に交互に複数段配置されていることを特徴とする前記（９）に記載の駆動機構。

（１１）前記移動板を固定し、前記切換板を移動させることを特徴とする前記（９）記載の駆動機構。

本発明のマグネットモータ及び駆動機構によれば、対峙させる磁石の位置決めが容易で、かつ十分な回転力が得られる。

実施例１のマグネットモータの構成を示す図実施例１の切換子の駆動機構を説明するための図実施例１の回転子に作用する力を説明するための第１の図実施例１の回転子に作用する力を説明するための第２の図実施例１のマグネットモータの回転状態の変化を説明するための図実施例２のマグネットモータの構成を示す図実施例２のマグネットモータの回転状態の変化を説明するための図実施例３のマグネットモータの構成を示す図実施例４の駆動機構の構成を示す図実施例４の移動板に作用する力を説明するための第１の図実施例４の移動板に作用する力を説明するための第２の図従来のマグネットエアーモータの構成を示す第１の図従来のマグネットエアーモータの構成を示す第２の図

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構成］
図１（ａ）は、本実施例のマグネットモータの構成を示す断面構造図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の断面図である。また、図１（ｃ）は回転子の構造を示す斜視図、図１（ｄ）は切換子の構造を示す斜視図である。

図１（ａ）に示すように、回転子２０は内側に磁石が埋め込まれた円筒体２０ａと回転軸２０ｂから構成されている。この回転子２０はケーシング６０に２つのベアリング４０により回転自在に支持されている。回転子２０の円筒体２０ａの内部には３つの切換子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが保持部材５０により支持・保持されており、切換子３０は保持部材５０に沿って図１（ａ）の左右方向に所定の距離だけ変位することができる。保持部材５０はケーシング６０に固定されており、この保持部材５０と切換子３０は回転しない。

次に、回転子２０と３つの切換子３０ａ，３０ｂ，３０ｃに埋め込まれた磁石について説明する。回転子２０には図１（ｃ）に示すように磁石が埋め込まれている。すなわち、円筒体２０ａの周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁石が半分ずつ設置されており、このような言わば磁石のリングが９円周分円筒体２０ａの内側に設置されている。一方、切換子３０は扇型の形状を有しており、その外周面にはＮ極とＳ極の磁石が図１（ｄ）のように埋め込まれている。すなわち、外周面の同一の円周上にはＮ極のみの磁石、あるいはＳ極のみの磁石が設置され、これらＮ極の磁石とＳ極の磁石が回転子２０の軸方向に交互に設置されている。図１（ｄ）ではＮ極、Ｓ極合わせて８列の磁石が設置されている。なお、このＮ極とＳ極の列の間隔は、回転子の円筒体内側の磁石列の間隔と同一であるものとする。なお、本実施例のマグネットモータでは、３つの切換子３０ａ，３０ｂ，３０ｃはすべて同一のものである。

次に、回転子２０の磁石と切換子３０の磁石の配置について説明する。３つの切換子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを図１（ｂ）のように回転子Ａ、回転子Ｂ及び回転子Ｃとする。これら３つの切換子は１２０°毎に等角度間隔で設置されている。図１（ｂ）に示すように、切換子ＡのＳ極の磁石は回転子のＮ極の磁石と対峙し、切換子ＢのＮ極の磁石は回転子のＳ極の磁石と対峙している。また、切換子ＣのＮ極の磁石は、回転子のＮ極の磁石とＳ極の磁石の両方に対峙している。このような磁石の対峙状態の切換は、図１（ａ）に示すように切換子の右側端部に設けられた棒材を左右に変位させることによって行うことができる。図１（ａ）の上側の切換子は図の左側に押し込んだ状態であり、図１（ｂ）の下側の切換子は図の右側に引いた状態を示している。このように、切換子の右端を左右に変位させることによりＮ極の磁石とＳ極の磁石の対峙状態を変化させることができる。

本実施例のマグネットモータの大きな特徴は、Ｎ極とＳ極の磁石の対峙状態を切り換えるのに、切換子を回転軸の軸方向に変位させていることである。このような構成とすることで、回転子の磁石と切換子の磁石の距離を従来よりも近接させることができる。その結果、磁石に起因する回転力をより大きくすることが可能となる。更に、従来のマグネットモータと比較して、回転力を得るための磁石を密に設置することができる。従来のマグネットモータでは磁石の対峙状態の切換をいわゆる首振りで行っていたため、磁石同志の位置決めが難しく、また磁石間の距離を十分に小さくすることができなかった。また、対峙する磁石を密に配置することもできなかった。

［切換子の駆動機構］
切換子３０は、上述したように左右に順次変位させる必要がある。そのための駆動機構について述べる。駆動機構の概略構成を図２（ａ）に示す。なお、この駆動機構は一例でありこの機構に限定されるものではない。

この駆動機構は、３個の電動モータ７０，３個の駆動歯車８０，１個の遊星歯車９０から基本的に構成されている。電動モータ７０は駆動歯車８０を駆動し、傘歯車８１，クランク機構８２に連結されている。クランク８２は切換子３０の端部の棒材に接続されている。傘歯車８１とクランク機構８２の例を、図２（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。なお、図２（ａ）の図中の矢印は回転方向、変位方向を示している。本実施例では、３個の電動モータ７０を使用したが、１個または２個の電動モータ７０を使用してもよい。

歯車８０と遊星歯車９０は、クランク機構８２から出力される変位の同期をとるために必要である。すなわち、クランク機構８２から出力される変位は、３個の切換子３０に伝達されるが、それぞればらばらに変位したのではマグネットモータは回転しない。３個の切換子３０が相互に所定のタイミングで変位することで、マグネットモータははじめて回転することができる。そのためには、３個の歯車８０を遊星歯車９０の所定の位置に位置決めした後に、駆動機構全体を組み立てる必要がある。なお、この場合３個の切換子３０の回転方向の位置についても、所定の位置になるようにしなければならない。

この駆動機構のクランク８１の出力を切換子３０の棒材に連結した後、電動モータ７０を起動すると切換子３０が図１（ａ）の左右方向に所定のタイミングで変位しマグネットモータを回転させることができる。すなわち、切換子３０はマグネットモータの回転軸２０ｂの方向に変位する。

［回転子に作用する力］
回転子に作用する力について、図３−１，図３−２を用いて説明する。図３−１の（１）〜（８）では、切換子３０においてＮ極の磁石が表面に露出している状態であり、図３−２の（９）〜（１６）では、切換子３０においてＳ極の磁石が表面に露出している。すなわち図３−１（８），図３−２（９）において、切換子３０の表面側の磁極がＮ極からＳ極に切り換わる。回転子２０は、反時計回りに回転しているものとする。また、回転子２０の内周面上の磁石の磁極は、回転方向の下流側（図３−１の左側）ではＳ極、上流側（図３−１の右側）ではＮ極である。

図３−１（１）の状態では、切換子３０の表面のＮ極と回転子２０の内周面のＳ極が対峙している。回転子２０のＳ極とＮ極との境界（磁石のない箇所）は、回転方向の上流側に位置している。図に示したベクトルは、回転子２０の内周面の磁石（この場合は、Ｓ極の磁石）に働く力を表している。これら複数のベクトルのうち回転中心に向くベクトルは回転子２０の回転には全く影響しない。一方、図３−１（１）の左右両端側の合計４個の磁石の太く示したベクトルは回転に影響する。左側の２個のベクトルは回転のブレーキとして作用し、右側の２個のベクトルは回転の推力として作用するが、それぞれの合計値は等しいので結局回転には影響しないことになる。

図３−１（２）は、図３−１（１）から磁石１個分だけ回転が反時計方向に進行した状態を示している。以降の図においても、同様に磁石１個分ずつ回転が進行していくものとする。図３−１（２）では、ブレーキのベクトル成分の方が多く、全体として回転子２０にブレーキが作用し始めることになる。図３−１（３）では、更にブレーキが増える。そして、図３−１（４）では、回転子２０のＮ極の磁石もブレーキとして作用し、図３−１（５）ではブレーキが最大値に到達する。その後、図３−１（８）まで、ブレーキは変化しない。図３−１（８）の状態では、回転子２０のＳ極の磁石とＮ極の磁石の境界の中心が切換子３０の中心に一致している。この状態では、回転子２０の中心に向かうＳ極の力と中心から離れる方向のＮ極の力が完全に釣り合った状態になっている。その結果、切換子３０を回転軸方向に容易に変位させることが可能となる。切換えた結果が図３−２（９）であり、切換子３０のＳ極の磁石が回転子の内周面の磁石と対峙することになる。

図３−２（９）では、回転子２０の磁石と対峙する磁石がＳ極となったため、大きな回転方向の推力が作用する。この大きな推力は図３−２（１２）まで継続することになる。そして、この推力は徐々に減少し図３−２（１６）において推力とブレーキが釣り合った状態となる。

［マグネットモータの回転制御］
本実施例のマグネットモータの回転制御につき、図４を参照しつつ以下に説明する。

図４（ａ）〜図４（ｈ）は、回転子２０が３つの切換子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの動きに伴って順次回転する状態を示しており、図４（ａ），（ｂ）は回転子が０°の状態、図４（ｃ），（ｄ）は回転子が反時計回りに６０°回転した状態、図４（ｅ），（ｆ）は同じく１２０°回転した状態、図４（ｇ），（ｈ）は同じく１８０°回転した状態をそれぞれ示している。

図４（ａ）の状態（回転０°の状態）を説明する。この状態では、回転子２０はＮ極の磁石が図面の右側半分に位置し、Ｓ極の磁石が左側半分に中心線に対して対称に位置しているものとする。なお、ここで言う中心線とは図４（ａ）において太線を含んだ中心線をいう。また、切換子Ａは回転子のＮ極とＳ極の磁石をまたぐように位置しており、切換子Ｂ，Ｃは切換子Ａから１２０°離れて左右対称に位置している。そして、切換子Ａ，Ｂ，Ｃに設置された磁石のうち、切換子ＡはＮ極，切換子ＢはＮ極，切換子ＣはＳ極の磁石が回転子のＮ極の磁石、Ｓ極の磁石と対峙している。

図４（ａ）の状態は、上述した図３−１（８）の状態であり、切換子Ａを紙面に垂直な方向、すなわち図１（ａ）の左右方向に移動させることが極めて容易に行うことができる。一方、回転子２０の切換子Ｂ，Ｃと対向する箇所には、回転軸の中心方向の力のみが作用し回転子の回転には何らの影響を及ぼさない。

図４（ｂ）は、切換子Ａを切り換えた後の状態であり、上述した図３−２（９）の状態と同一である。すなわち、図４（ａ）では切換子ＡのＮ極の磁石が回転子２０の磁石と対峙していたのを、切換子ＡのＳ極の磁石が回転子２０の磁石と対峙するように切り換えた後の状態である。この切換の瞬間に、回転子２０には反時計方向に回そうとする力が作用する。なお、切換子Ｂ，Ｃの状態には変化はない。反時計方向の力により、回転子は図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態に変化する。

図４（ｃ）は、回転子２０が反時計方向に６０°回転した状態を示す。この状態では、切換子Ｃに対向する回転子の磁石にブレーキ力が作用することになる。これは、図４（ａ）の切換子Ａに対向する回転子の磁石と同様の状態である。また、回転子２０の切換子Ａに対向する箇所の磁石には、もはや回転力は作用せず回転子の中心軸２０ｂ方向の力のみが作用する。なお、回転子の切換子Ｂに対向する箇所の磁石に作用する力については、図４（ａ），（ｂ）の状態の切換子Ｂに対向する箇所の磁石に作用する力と同じである。図４（ｃ）において、切換子ＣのＳ極の磁石が回転子の磁石と対峙しているが、Ｎ極の磁石が回転子の磁石と対峙するように、切換子Ｃを移動させる。移動させた後の状態が図４（ｄ）の状態である。切換子Ｃが図４（ｄ）の状態になった瞬間に、回転子には反時計回りに回転させようとする回転力が作用する。なお、この場合切換子Ａ，Ｂの状態は変化しない。

図４（ｅ）は、図４（ｄ）に示した回転力により回転子が更に６０°、すなわち図４（ａ）の状態から１２０°回転した状態を示している。この状態では、切換子Ｂに対向する回転子の磁石にはブレーキが作用している状態となっている。また、切換子Ａ，Ｃに対向する回転子の箇所には、回転中心方向の力のみが作用している。そして、この状態で切換子Ｂを切り換える。すなわち、切換子ＢのＮ極の磁石が回転子の磁石と対峙しているのを、Ｓ極の磁石が回転子の磁石と対峙するように切り換える。図４（ｆ）は切換子Ｂが切り換わった後の状態を示す。以後は、同様の切り換えを実行し切換子を順次切り換え回転子を回転させる。なお、上述の実施例では、切換子Ａ，Ｂ，Ｃは左右に移動するのみで、回転するのは回転子であったが、反対に回転子を固定し、切換子Ａ，Ｂ，Ｃを回転させる構成を採用してもよい。以下の実施例においても、同様である。

以上説明したように、本実施例のマグネットモータでは、回転子の磁石と切換子の磁石の対峙状態を切り換える方法として、切換子を回転軸の方向と平行な方向に移動させる方法を採用している。この方法を採用することで、回転子の磁石と切換子の磁石の間隔をできる限り小さくできるとともに、対峙する磁石を密に配置することが可能となる。その結果、従来に比較してより大きな回転トルクをうることが可能となる。すなわち、本実施例のマグネットモータを発電用のモータに利用した場合、より大きな電力を取り出すことが可能となる。また、自動車の補助モータとしても活用することができる。

図５（ａ）は、本実施例のマグネットモータの構成を示す断面構造図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面図である。また、図５（ｃ）は回転子２２の構造を示す斜視図、図５（ｄ）は切換子３２の構造を示す斜視図である。

図５（ａ）に示すように、回転子２２は外側に磁石が埋め込まれた円筒体２２ａと回転軸２２ｂから構成されている。この回転子２２はケーシング６０に２つのベアリング４０により回転自在に支持されている。回転子２２の円筒体２２ａの外部には３つの切換子３２ａ，３２ｂ，３２ｃがケーシングにより支持・保持されており、切換子３２はケーシングに沿って図５（ａ）の左右方向に所定の距離だけ変位することができるが、回転はしない。

次に、回転子２２と３つの切換子３２に埋め込まれた磁石について説明する。回転子２２には図５（ｃ）に示すように磁石が埋め込まれている。すなわち、円筒体の周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁石が半分ずつ設置されており、このような言わば磁石のリングが９円周分円筒体の外側に設置されている。一方、切換子は扇型の形状を有しており、その内周面にはＮ極とＳ極の磁石が図５（ｄ）のように埋め込まれている。すなわち、内周面の同一の円周上にはＮ極のみの磁石、あるいはＳ極のみの磁石が設置され、これらＮ極の磁石とＳ極の磁石が回転子の軸方向に交互に設置されている。図５（ｄ）ではＮ極、Ｓ極合わせて８列の磁石が設置されている。なお、このＮ極とＳ極の列の間隔は、回転子の円筒体外側の磁石列の間隔と同一であるものとする。なお、本実施例のマグネットモータでは、３つの切換子はすべて同一のものである。

次に、回転子の磁石と切換子の磁石の切換制御について説明する。３つの切換子を図５（ｂ）のように回転子Ａ、回転子Ｂ及び回転子Ｃとする。これら３つの切換子は１２０°毎に等角度間隔で設置されている。この設置状態は、実施例１と同様である。図５（ｂ）に示すように、切換子ＡのＳ極の磁石は回転子のＮ極の磁石とＳ極の磁石の両方に対峙し、切換子ＢのＳ極の磁石は回転子のＳ極の磁石と対峙している。また、切換子ＣのＮ極の磁石は、回転子のＮ極の磁石に対峙している。このような磁石の対峙状態の切換は、図５（ａ）に示すように切換子の右側端部に設けられた棒材を左右に変位させることによって行うことができる。図５（ａ）の上側の切換子は図の左側に押し込んだ状態であり、図５（ａ）の下側の切換子は図の右側に引いた状態を示している。このように、切換子の右端を左右に変位させることによりＮ極の磁石とＳ極の磁石の対峙状態を変化させることができる。

［マグネットモータの回転制御］
本実施例のマグネットモータの回転制御につき、図６を参照しつつ以下に説明する。

図６（ａ）〜図６（ｈ）は、回転子が３つの切換子の動きに伴って順次回転する状態を示しており、図６（ａ），（ｂ）は回転子が０°の状態、図６（ｃ），（ｄ）は回転子が反時計回りに６０°回転した状態、図６（ｅ），（ｆ）は同じく１２０°回転した状態、図６（ｇ），（ｈ）は同じく１８０°回転した状態をそれぞれ示している。

図６（ａ）の状態を説明する。この状態では、回転子はＮ極の磁石が図面の右側半分に位置し、Ｓ極の磁石が左側半分に中心軸に対して対称に位置しているものとする。また、切換子Ａは、回転子のＮ極とＳ極の磁石をまたぐように位置しており、切換子Ｂ，Ｃは切換子Ａから１２０°離れて左右対称に位置している。そして、切換子Ａ，Ｂ，Ｃに設置された磁石のうち、切換子ＡはＳ極，切換子ＢはＳ極，切換子ＣはＮ極の磁石が回転子のＮ極の磁石、Ｓ極の磁石と対峙している。すなわち、図５（ａ）に示したように、切換子Ａ，Ｂは右側に移動した状態、切換子Ｃは左側に移動した状態になっている。

図６（ａ）の状態において、回転子に作用する力について述べる。回転子の切換子Ａに対向している箇所には回転軸の中心に向かう力（吸引力）と回転軸の中心から離れる力（反発力）が作用しており、これらの力の合力は回転する方向と反対方向（時計回りの方向）の力、すなわちブレーキとして作用している。ただし、回転軸の中心に向かう力は存在しない。吸引力と反発力の軸方向成分が相殺されるからである。この状態では、切換子Ａを紙面に垂直な方向、すなわち図５（ａ）の左右方向に移動させることが極めて容易に行うことができる。一方、回転子の切換子Ｂ，Ｃと対向する箇所には、回転軸の中心方向の力のみが作用し回転子の回転には何らの影響を及ぼさない。

図６（ｂ）は、切換子Ａを切り換えた後の状態を示す。すなわち、図６（ａ）ではＳ極の磁石が回転子の磁石と対峙していたのを、Ｎ極の磁石が回転子の磁石と対峙するように切り換えた後の状態である。この切換は、図５（ａ）において切換子Ａを左側に移動させることで実行される。この切換の瞬間に、回転子には反時計方向に回そうとする力が作用する。なお、切換子Ｂ，Ｃの状態には変化はない。反時計方向の力により、回転子は図６（ｂ）の状態から図６（ｃ）の状態に変化する。

図６（ｃ）は、回転子が反時計方向に６０°回転した状態を示す。この状態では、回転子Ｃにブレーキが作用することになる。これは、図６（ａ）の切換子Ａと同様の状態である。また、回転子の切換子Ａに対向する箇所には、もはや回転力は作用せず回転子の中心軸に向かう力のみが作用する。なお、回転子の切換子Ｂに対向する箇所に作用する力については、図６（ａ），（ｂ）の状態と同じである。図６（ｃ）において、切換子ＣのＮ極の磁石が回転子の磁石と対峙しているが、Ｓ極の磁石が回転子の磁石と対峙するように、切換子Ｃを図５（ａ）の右側に移動させる。移動させた後の状態が図６（ｄ）の状態である。切換子Ｃが図６（ｄ）の状態になった瞬間に、回転子には反時計回りに回転させようとする回転力が作用する。なお、この場合切換子Ａ，Ｂの状態は変化しない。

図６（ｅ）は、図６（ｄ）に示した回転力により回転子が更に６０°、すなわち図６（ａ）の状態から１２０°回転した状態を示している。この状態では、回転子には切換子Ｃの位置でブレーキが作用している。また、切換子Ａ，Ｂに対向する回転子の箇所には、回転中心方向の力のみが作用している。そして、この状態で切換子Ｃを切り換える。すなわち、切換子ＣのＮ極の磁石が回転子の磁石と対峙しているのを、Ｓ極の磁石が回転子の磁石と対峙するように切り換える。これは、切換子Ｃを図５（ａ）の左側に移動させることで実現される。図６（ｆ）は切換子Ｃが切り換わった後の状態を示す。以後は、同様の切り換えを実行し切換子を順次切り換え回転子を回転させる。なお、上述の実施例では、切換子Ａ，Ｂ，Ｃは左右に移動するのみで、回転するのは回転子であったが、反対に回転子を固定し、切換子Ａ，Ｂ，Ｃを回転させる構成を採用してもよい。

本実施例を、図７を参照しつつ以下に説明する。本実施例のマグネットモータは、実施例１のマグネットモータと実施例２のマグネットモータを統合した構成を有するマグネットモータである。

本実施例の回転子２４では、磁石は回転子２４の内周面と外周面の両方に設置されている。すなわち、回転子２４は内周面と外周面の両面で回転力を受けることになり、その結果実施例１，２のマグネットモータに比較して格段に大きな回転トルクを発生させることができる。

また、切換子３４は回転子２４の内外にそれぞれ設置されており、内側の切換子３４と外側の切換子３４は図に示したように連結されており、同じタイミングで変位するものとする。切換子３４を変位させるための駆動機構は、実施例１で使用した駆動機構と同一のものを使用する。３つの切換子３４ａ，３４ｂ，３４ｃの回転方向の配置や磁石の設置方法、切換子の変位させるタイミング等は、実施例１，２と同一であるので説明を省略する。

本実施例のマグネットモータは、実施例１，２のマグネットモータと略同じ大きさでありながら、より大きな回転トルクを発生させることができる。

本実施例は、実施例１乃至３のマグネットモータとは異なり、磁石が設置された移動板を同じく磁石が設置された切換板で切り換えることにより、移動板を移動させる駆動機構に関するものである。

本実施例の駆動機構の構成について、図８により説明する。この駆動機構は、図８（ａ）のようにＳ極とＮ極の磁石が埋め込まれた移動板１００をその長手方向に駆動するものである。個々の磁石は別個独立のものであり一体のものではない。Ｓ極の磁石とＮ極の磁石の間は所定の間隔を有している。なお、図ではＳ極磁石の左側端部側のＳ極の磁石、及びＮ極磁石の右側端部側のＮ極の磁石は省略されている。この移動板１００は実施例１の回転子２０に相当する。

一方、切換板１１０には、Ｓ極とＮ極の磁石が二列に平行に埋め込まれている。この切換板１１０は、その磁石面が移動板１００の磁石面と対向するように移動板１００と平行に間隔をあけて設置される。この切換板１１０は、実施例１の切換子３０に相当する。図８（ｃ），（ｄ）は対向する磁石の状態を、移動板１００と切換板１１０の磁石のみで示したものである。図８（ｃ）では、切換板１１０のＮ極の磁石が移動板１００の磁石と対向しており、図８（ｄ）では、切換板１１０のＳ極の磁石が移動板１００の磁石と対向していることを示す。図８（ｃ）において切換板１１０が矢印方向に変位すると、図８（ｄ）の状態となる。

図９−１，図９−２は、本実施例の駆動機構の動作原理を示すための図である。基本的には、実施例１で述べた図３−１，図３−２の内容と同一であり、図３−１，図３−２をまっすぐ直線状に伸ばした状態が図９−１，図９−２になると考えればよい。なお、図９−１の（１）〜（８）における切換板１１０の状態が図８（ｃ）の状態であり、図９−２の（９）〜（１６）における切換板１１０の状態が図８（ｄ）の状態である。

図９−１，図９−２において、移動板１００は図において右から左に移動しているものとし、切換板１１０の位置は変動しないものとする。ただし、切換板１１０は紙面に垂直方向に変位する。図９−１（６）〜（８）において、進行方向と反対方向の力が最大になっている。そして、図９−１（８）において切換板１１０を切り換えてＮ極の磁石が移動板１００に対向していたのを、Ｓ極の磁石が対向するようにする。切換後の状態が、図９−２（９）である。この状態で大きな移動方向の推進力が発生することになる。実施例１でも説明した通り、図９−１（８）の状態では、進行方向と垂直な方向の力はほとんど発生しておらず、切換板１１０を容易に変位させることができる。力の発生方向、力の大きさ等については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

なお、図８では移動板１００の磁石の列を１列、切換板１１０の磁石の列を２列として説明したが、実施例１と同様にどちらも複数列としてもよい。こうすることで、より大きな推進力を得ることができる。

上記した駆動機構を使用すれば、工場内に設置されているベルトコンベヤーに代わる移動機構を構成できる。移動軌道上に切換板１１０を所定間隔で複数設置し、移動板１００を順次移動させてもよいし、複数の移動板１００を順次移動させてもよい。また、移動板１００を固定し、切換板１１０を移動させてもよい。

２０回転子
３０切換子
４０ベアリング
５０保持部材
６０ケーシング

Claims

円筒内周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の内側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の外周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。
円筒外周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の外側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の内周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が内周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。
円筒内外周面の対称位置に複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石を取付けた回転子と、
前記回転子の内側及び外側に、該回転子の中心軸を中心に所定角度毎に設置された複数の切換子とを具備し、
前記切換子の前記回転子の内側の外周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が外周方向に平行に設置され、
前記切換子の前記回転子の外側の内周面上に、複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が内周方向に平行に設置され、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記回転子の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段が前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させることにより、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。
前記回転子を固定し、前記複数の切換子を回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネットモータ。
前記切換子に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記回転子の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、前記回転子に設置された前記複数の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、前記駆動手段に前記切換子を前記中心軸と平行な方向に変位させるための駆動力が付与されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネットモータ。
前記円筒外周面または前記円筒内周面に設置された前記複数の一群のＮ極の永久磁石と前記複数の一群のＳ極の永久磁石が、前記中心軸の方向に交互に複数段配置され、
前記切換子の外周面または内周面に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が、前記中心軸の方向に交互に複数段配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネットモータ。
前記駆動手段が、クランク機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネットモータ。
前記駆動手段が、クランク機構、遊星歯車及び傘歯車を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネットモータ。
複数の一群のＮ極の永久磁石と複数の一群のＳ極の永久磁石が同一の直線方向に設置された移動板と、
複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記直線方向に配置され、且つ前記複数のＮ極の永久磁石と複数のＳ極の永久磁石が前記直線に垂直な方向に平行に設置された切換板とを具備し、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が対峙する前記移動板の複数の永久磁石の極を切替えるために、前記切換板を前記直線方向と垂直な方向に変位させる駆動手段と、を有し、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石が前記移動板の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、前記移動板に設置された前記複数のＮ極またはＳ極の永久磁石に働く合力が前記直線方向の力のみになったタイミングで、前記駆動手段が前記切換板を前記直線方向と垂直な方向に変位させることにより、前記移動板に前記直線方向の推進力を付与することを特徴とする駆動機構。
前記移動板に設置された前記複数の一群のＮ極の永久磁石と前記複数の一群のＳ極の永久磁石が、前記直線方向と垂直な方向に交互に複数段配置され、
前記切換板に設置された前記複数のＮ極の永久磁石と前記複数のＳ極の永久磁石が、前記直線方向と垂直な方向に交互に複数段配置されていることを特徴とする請求項９に記載の駆動機構。
前記移動板を固定し、前記切換板を移動させることを特徴とする請求項９記載の駆動機構。