JP6202557B2 - 回転駆動支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、原動機の回転を支援する回転駆動支援装置に関するものである。

磁力同士の吸引や反発を利用して回転駆動するものとして、例えば、特許文献１に記載された「エアー駆動モータ」が知られている。
この特許文献１に記載の「エアー駆動モータ」は、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、固定子の内側に、円筒と同一の中心軸に回転自在に取付けられた複数の回転子とを備え、回転子の外周面上にＮ極とＳ極の永久磁石が平行に嵌設され、且つ回転子を揺動するためのエアーシリンダを有し、エアーシリンダが、固定子の永久磁石と対峙する回転子に嵌設されたＮ極とＳ極の永久磁石の極性を所定の位置で切替えるものである。

特開２０１１−８３１２１号公報

特許文献１に記載の「エアー駆動モータ」では、回転子の永久磁石の切り替えをエアーシリンダで行なっているため、ピストンの作動に時間が掛かり、回転子を変位させるのに時間を要するので、移動の切替えタイミングを取るのが難しい。従って、回転子を高速に回転させることが困難である。

そこで本発明は、回転子を高速に回転させることができることで、高出力を得ることができる回転駆動支援装置を提供することを目的とする。

本発明の回転駆動支援装置は、第１の磁極が回転磁極として円周方向に沿って円弧状に配置された回転子と、前記回転子の第１の磁極に吸引する第２の磁極と第１の磁極とが駆動磁極として、前記回転子の円周方向に沿って配置され、前記駆動磁極が前記回転磁極に対向する第１の位置と前記回転磁極から離間した第２の位置との間で変位する可動部と、前記回転子の回転に応じて、前記可動部を第１の位置の方向へ変位させて前記回転磁極を前記駆動磁極に対向させると共に、前記回転磁極が前記駆動磁極から離間する際に、前記可動部を第２の位置の方向へ変位させるクランク機構部と、を回転駆動支援ユニットとして備えたことを特徴とする。

本発明の回転駆動支援装置によれば、第１の位置にある可動部の駆動磁極に回転子の回転磁極が位置すると、駆動磁極の第２の磁極に回転磁極の第１の磁極が吸引されて引き寄せられ、駆動磁極の第１の磁極に回転磁極の第１の磁極が反発されて押し出されるので、回転が促進される。回転子の回転に伴い回転磁極が回転して駆動磁極に接近するときに、クランク機構部が可動部を第２の位置から第１の位置の方向へ変位させて回転磁極を駆動磁極に対向させるので、第１の磁極である回転磁極が反発する駆動磁極の第１の磁極と対向する前では、回転磁極は駆動磁極の第１の磁極から離間した位置にある。従って、回転磁極は駆動磁極の第１の磁極からの影響を受けにくい。そして、可動部が第１の位置となり、回転磁極が駆動磁極に対向する位置まで回転子が回転すると、回転磁極は、駆動磁極の第２の磁極に吸引されて引っ張られると共に、駆動磁極の第１の磁極に反発して押し出されるので、回転子は回転方向へ回転が促進される。このように、可動部が第１の位置と第２の位置との間で揺動するだけで回転子を磁極の切り替えなしに回転させることができる。

前記可動部は、前記駆動磁極の第２の磁極側を回動中心として、第１の磁極側を揺動させて、第１の位置と第２の位置との間を移動するのが望ましい。回転磁極と駆動磁極の第２の磁極との間が離れることで、駆動磁極の第２の磁極からの磁力が回転磁界に影響して反発してしまうことを抑えることができると共に、駆動磁極の第２の磁極をなるべく第１の磁極である回転子の回転磁極に接近させた状態とすることができる。

前記回転駆動支援ユニットは、前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部を通過したときに、前記回転磁極と吸引する第２の磁極が固定磁極として対向した位置に配置された固定子を備えるのが望ましい。回転子の回転磁極が可動部を通過して固定子に進行しても、固定子に回転磁極に吸引する第２の磁極である固定磁極が配置されているため、可動部の駆動磁極と共に、回転子の回転を促進させることができる。

前記固定子には、前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部へ進行するときに、前記回転磁極に吸引される磁性体であって、前記可動部の第２の磁極より弱い磁性体が対向位置に配置されているのが望ましい。回転磁極が進行するときに回転磁極に吸引される磁性体であれば、回転磁極の回転が促進されると共に、可動部へ進行するときに、可動部の第２の磁極より弱いため、回転磁極が磁性体を引き寄せブレーキとなる度合いを小さいものとすることができる。

前記磁性体は、金属板により形成され、前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部へ進行するときに、前記金属板を前記回転磁極が反発する磁極に磁化する磁力発生装置が設けられているのが望ましい。回転磁極が磁性体である金属板に引き寄せられ回転するが、回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部へ進行するときは、磁力発生装置が金属板を回転磁極が反発する磁極に磁化する。そうすることで、金属板に吸引していた回転子が電磁石の磁力により押し出されるので、回転磁極が固定子から少ない損失で脱出することができ、スムーズに可動部へ進行することができる。

前記回転子は、一面側と他面側との両面に回転磁極が配置され、前記磁力発生装置は、前記回転子の一面側と他面側とのそれぞれに向けて、前記回転磁極が反発する磁力を発生するのが望ましい。回転子の一面側と他面側とのそれぞれの回転磁極に向けて、磁力発生装置が、回転磁極が反発する磁力を発生するので、回転子の両側から回転子に向けて反発する力を付与することができる。

前記磁力発生装置は、前記回転子の一面側と他面側とのそれぞれに向けた一対の電磁石を備え、前記一対の電磁石は、それぞれのコイルに両端部が挿入された鉄心部により連結されているのが望ましい。一対の電磁石が、コイルに両端部が挿入された鉄心部により連結されているため、磁力線が分散されずに一方の電磁石から他方の電磁石へと流れるため、磁力を強力なものとすることができる。

前記可動部は、雄ねじまたは雌ねじのいずれか一方が円弧状に形成されたフレームに、前記駆動磁極として他方が形成され、ねじ止めされて配列されているのが望ましい。駆動磁極としての磁石が強力な磁力を発生するようなものでも、雄ねじと雌ねじとによるねじ止めであれば、容易に駆動磁極をフレームに配列することができる。

前記回転駆動支援ユニットが前記回転子の回転軸を介して複数連結され、前記回転駆動支援ユニットの前記回転子のそれぞれの回転磁極は、前記回転駆動支援ユニットの数に応じて円周を等分した範囲にずらして配置されているのが望ましい。
それぞれの回転磁極が、回転駆動支援ユニットの数に応じて円周を等分した範囲にずらして配置されていることで、それぞれの回転子に均等に回転力を付けることができる。

本発明の回転駆動支援装置は、可動部が第１の位置と第２の位置との間で揺動することにより、回転運動をする回転子の位置が切り替わらないため、回転子を高速に回転させることができるので、高出力を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転駆動支援装置を示す斜視図である。 図１に示す回転駆動支援装置の透過した状態の斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための透過した状態の斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、図３に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための透過した状態の斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、図４に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための透過した状態の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転駆動支援装置を示す斜視図である。 図６に示す回転駆動支援装置から固定板を省略し、反対側から見た状態の斜視図である。 図６に示す回転駆動支援装置の固定子に形成された固定磁極の配列の図である。 図６に示す回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 図９に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 図１０に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 図１１に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 図１２に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 図１３に続く回転駆動支援装置の回転子の回転動作を説明するための固定板を省略した状態の斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る回転駆動装置の可動部を示す斜視図である。 図１５に示す可動部の駆動磁極の斜視図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る回転駆動支援装置を図面に基づいて説明する。
図１および図２に示す回転駆動支援装置は、回転子１０と、可動部２０と、固定子３０と、クランク機構部４０とを一組とした回転駆動支援ユニットを２組（第１の回転駆動支援ユニットＵ１，第２の回転駆動支援ユニットＵ２）備えている。

回転子１０は、回転軸１１により軸支された回転円盤１２に、円柱状の永久磁石が回転磁極１３として埋設されたものである。
回転円盤１２は、磁化しない金属、若しくは、樹脂により形成され、自身の重量によりフライホイールとして機能するものである。本実施の形態１では、回転円盤１２をアルミニウムにより形成されている。
回転磁極１３は、回転円盤１２の外周部に、円周方向に沿って円弧状に配置されている。本実施の形態１では、円周を３等分した１２０°の範囲に配置されている。回転磁極１３は、厚み方向に両端部を向けて埋設されていることで、回転円盤１２の一面側にＮ極（第１の磁極）、他面側にＳ極（第１の磁極）が向いている。

可動部２０は、矩形板状の可動板２１が、回転子１０を挟んだ状態で対向して配置され、円柱状の永久磁石が駆動磁極２２として埋設されたものである。可動部２０は、一側を第１の位置と第２の位置との間で揺動させるために、他端が図示しないヒンジにより固定子３０に回動自在に連結されている。可動部２０は、回転子１０の円周１２０°の範囲をカバーする大きさに形成されている。ここで、第１の位置とは、クランク機構部４０が上死点の位置にあり、可動部２０が固定子３０に対して最も開いた状態の位置を指す。また、第２の位置とは、クランク機構部４０が下死点の位置にあり、可動部２０が固定子３０に対して閉じた状態の位置を指す。

駆動磁極２２は、回転子１０の回転磁極１３の配列形状に合わせた円弧状に埋設されている。回転子１０の回転方向の前側に対応する駆動磁極２２が、回転磁極１３に吸引する磁極を向けて埋設された吸引駆動磁極２２１である。また、回転子１０の回転方向の後側に対応する駆動磁極２２が、回転磁極１３に反発する磁極を向けて埋設された反発駆動磁極２２２である。
つまり、回転円盤１２の一面側のＮ極（第１の磁極）と対向する一方の可動板２１の駆動磁極２２は、回転円盤１２の一面側のＮ極を吸引させる吸引駆動磁極２２１としてＳ極（第２の磁極）が向いており、回転円盤１２の一面側のＮ極と反発する反発駆動磁極２２２としてＮ極（第１の磁極）が向いている。また、回転円盤１２の他面側のＳ極（第１の磁極）と対向する他方の可動板２１の駆動磁極２２は、回転円盤１２の他面側のＳ極を吸引させる吸引駆動磁極２２１としてＮ極（第２の磁極）が向いており、回転円盤１２の他面側のＳ極と反発する反発駆動磁極２２２としてＳ極（第１の磁極）が向いている。

固定子３０は、矩形板状の固定板３１が、回転子１０を挟んだ状態で対向して配置され、円柱状の永久磁石が固定磁極３２として埋設されたものである。固定子３０は、可動部２０が第１の位置にあるときに、可動部２０と合わせて、円形状の回転子１０の直径より長い一辺の正方形状になるように形成されていることで、回転子１０の下側をカバーしている。

固定磁極３２は、回転子１０の回転磁極１３の配列形状に合わせた円弧状に埋設されている。固定磁極３２は、回転子１０が回転して回転磁極１３が可動部２０を通過したときに、回転磁極１３と吸引し合う第２の磁極の永久磁石である。つまり、一方の固定板３１の固定磁極３２は、回転円盤１２の一面側のＮ極（第１の磁極）に向いているため、Ｓ極（第２の磁極）が向いており、また、他方の固定板３１の固定磁極３２は、回転円盤１２の他面側のＳ極（第１の磁極）に向いているため、Ｎ極（第２の磁極）が向いている。
本実施の形態１では、固定磁極３２は、回転子１０の円周を３等分した１２０°の範囲となるように配置されている。

固定子３０には、回転子１０の回転磁極１３の配列形状に合わせた円弧状の金属板３３が埋設されている。この金属板３３は、回転子１０の回転磁極１３が接近すると磁化する金属とすることができる。例えば、金属板３３は鉄板とすることができる。金属板３３は、可動部２０の第２の磁極である吸引駆動磁極２２１より弱い磁力となる磁性体であれば永久磁石としてもよい。金属板３３は、回転子１０の円周を３等分した１２０°の範囲となるように配置されている。

クランク機構部４０は、回転子１０の回転運動を、可動部２０を揺動させるための直線往復運動に変換するものである。クランク機構部４０は、先端部が可動部２０に取り付けられた連結部材４１に回転自在に接続されたロッド部４２と、ロッド部４２の基端部を回転子１０の回転軸１１から偏心した位置とするための腕部４３とを備えている。
ロッド部４２は、基端部が腕部４３の先端部に回転自在に接続されている。腕部４３は、回転軸１１から半径方向に延びると共に、回転子１０から離れる方向へ延びることで、Ｌ字状に形成されている。回転軸１１から半径方向に延びる腕部４３の延伸方向は、回転子１０の回転磁極１３が配置された位置と、反対方向である。

第１の回転駆動支援ユニットＵ１と，第２の回転駆動支援ユニットＵ２とは、同じ構成であるが、回転子１０の回転磁極１３の位置が１８０°ずれた状態で、回転子１０が回転軸１１に接続されている。従って、第１の回転駆動支援ユニットＵ１のクランク機構部４０のロッド部４２の基端部が上死点であれば、第２の回転駆動支援ユニットＵ２では下死点、第１の回転駆動支援ユニットＵ１が下死点であれば、第２の回転駆動支援ユニットＵ２では上死点となるように構成されている。
回転軸１１には、出力を取るためのプーリーＰが設けられている。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る回転駆動支援装置の動作および使用状態について、図面に基づいて説明する。
まず、回転軸１１をモータなどにより回転駆動すると、回転子１０が回転方向Ｆに回り出す（図３（Ａ）参照）。
回転子１０が回転し始めると、回転子１０の回転磁極１３が、可動部２０の駆動磁極２２に接近する（図３（Ｂ））。この時点では、クランク機構部４０のロッド部４２により可動部２０を固定子３０に接近させている状態であり、駆動磁極２２が回転磁極１３に対向する第１の位置となる前の状態であるため、回転磁極１３と反発する駆動磁極２２の反発駆動磁極２２２とは距離がある。従って、回転子１０は、反発駆動磁極２２２からの影響を受けにくい状態で、可動部２０内へ進行することができる。

第１の回転駆動支援ユニットＵ１のロッド部４２の基端部が可動部２０から最も離れた下死点に位置することで、可動部２０が固定子３０に対して閉じ、駆動磁極２２が第１の位置にあると、回転する回転子１０の回転磁極１３が、駆動磁極２２に対向する（図４（Ａ）参照）。回転磁極１３は、駆動磁極２２の吸引駆動磁極２２１により引き寄せられ、反発駆動磁極２２２により押し出されるため、回転子１０は回転方向Ｆに向かって、回転が促進される。また、回転磁極１３と反発駆動磁極２２２が反発し合うことで、可動部２０が押し上げられる。可動部２０が押し上げられることで、ロッド部４２が下死点から引き上げられて回転子１０の回転を促進する。

更に回転すると、ロッド部４２が下死点から上死点に向かうため、可動部２０が固定子３０から徐々に開き始める。そして、回転磁極１３が固定子３０の固定磁極３２に対向する位置に進行する（図４（Ｂ）参照）。可動部２０は、駆動磁極２２の第２の磁極側である吸引駆動磁極２２１側を回動中心として、第１の磁極側である揺動磁極を揺動させているため、可動部２０が開き始めても、吸引駆動磁極２２１は、第１の位置から大きく離れない。従って、吸引駆動磁極２２１による回転磁極１３への引き寄せ力は、大きく低下しない。また、回転磁極１３が固定子３０へ進行すると、回転磁極１３は固定子３０の固定磁極３２に対向した状態となるため、回転磁極１３は、更に加速される。
このように、回転磁極１３は、吸引駆動磁極２２１から固定磁極３２へとスムーズに移り変わることができる。

回転子１０の回転磁極１３が固定子３０を進行して、ロッド部４２の基端部が上死点に位置して、可動部２０の駆動磁極２２が回転磁極１３から離間した第２の位置となるときに可動部２０の開きが最大となる。そして、回転磁極１３が固定磁極３２から金属板３３へ進行する（図５（Ａ）参照）。回転磁極１３が金属板３３に対向すると、回転磁極１３が金属板３３を引き寄せることにより、固定磁極３２と同様に、回転子１０の回転が促進される。
そして、回転子１０の回転磁極１３が、可動部２０へ進行して、固定子３０から脱出するときに、回転磁極１３からの金属板３３への引き寄せが、回転子１０の回転へのブレーキとなる。また、可動部２０の反発駆動磁極２２２からの回転磁極１３への反発が、回転子１０の回転へのブレーキとなる。しかし、回転磁極１３と金属板３３との吸引力は、吸引駆動磁極２２１との吸引力と比較すれば弱い。また、可動部２０は、ロッド部４２が上死点から下死点に向かっている途中なので、固定子３０に接近しているところである。従って、回転子１０は、金属板３３との吸引を振り切り、反発駆動磁極２２２に影響を受けることなく、可動部２０内へ進行する（図５（Ｂ）参照）。

第１の回転駆動支援ユニットＵ１と第２の回転駆動支援ユニットＵ２とは、回転磁極１３が反対となるように、回転子１０が回転軸１１に接続されているため、第１の回転駆動支援ユニットＵ１側で、回転子１０の回転磁極１３が固定子３０内を進行しているときに、第２の回転駆動支援ユニットＵ２側で、回転磁極１３が可動部２０内にて駆動磁極２２により回転力を付けられる。また、第２の回転駆動支援ユニットＵ２側で、回転子１０の回転磁極１３が固定子３０内を進行しているときに、第１の回転駆動支援ユニットＵ１側で、回転磁極１３が可動部２０内にて駆動磁極２２により回転力を付けられる。

このように、回転駆動支援ユニットが２台（第１の回転駆動支援ユニットＵ１，第２の回転駆動支援ユニットＵ２）設けられ、それぞれの回転子１０が交互に加速されることで、効率よく回転子１０を回転させることができる。なお、本実施の形態１では、回転駆動支援ユニットが２台であるため、回転磁極１３が１８０°ごとであったが、回転駆動支援ユニットが３台であれば１２０°ごと、４台であれば９０°ごととする。このように、回転磁極１３を、回転駆動支援ユニットの数に応じて円周を等分した範囲にそれぞれ分けて配置することで、均等に駆動力を回転軸に伝達させることができる。
なお、複数の回転駆動支援ユニットを設けるときには、共通した１本の回転軸１１に接続してもよいし、回転軸に設けたプーリーを介して接続するようにしてもよい。
プーリーＰに無端ベルトを巻回すことで、回転駆動支援装置からの回転出力を得ることができる。

以上にように本実施の形態１に係る回転駆動支援装置によれば、第１の位置にある可動部２０の駆動磁極２２に回転子１０の回転磁極１３が位置すると、駆動磁極２２の吸引駆動磁極２２１に回転磁極１３が吸引されて引き寄せられ、反発駆動磁極２２２に回転磁極１３が反発されて押し出せれ、回転が促進される。回転子１０の回転に伴い回転磁極１３が回転して駆動磁極２２に接近するときに、クランク機構部４０のロッド部４２が可動部２０を第２の位置から第１の位置の方向へ変位させて回転磁極１３を駆動磁極２２に対向させるので、回転磁極１３が反発する反発駆動磁極２２２と対向する前では、回転磁極１３は反発駆動磁極２２２から離間した位置にある。従って、回転磁極１３は反発駆動磁極２２２からの影響を受けにくい。
そして、可動部２０が第１の位置となり、回転磁極１３が駆動磁極２２に対向する位置まで回転子１０が回転すると、回転磁極１３は、吸引駆動磁極２２１に吸引されて引っ張られると共に、反発駆動磁極２２２に反発して押し出されるので、回転子１０は回転方向Ｆへ回転が促進される。
従って、回転駆動支援装置は、可動部２０が第１の位置と第２の位置との間で揺動することにより、回転運動をする回転子１０の位置が、特許文献１に記載のエアー駆動モータの回転子のように、厚み方向に揺動させて切り替えるようなことがないため、回転子１０を高速に回転させることができるので、高出力を得ることができる。

なお、本実施の形態１では、可動部２０が、一側（反発駆動磁極２２２）を第１の位置と第２の位置との間で揺動させるために、他端（吸引駆動磁極２２１）がヒンジにより固定子３０に連結されているが、可動部２０を第１の位置と第２の位置との間で平行移動させるようにしてもよい。しかし、可動部２０の平行移動を大きく変位させないと、反発駆動磁極２２２の円弧の下端から第１の位置までの距離が確保できないため、回転磁極１３は可動部に進行する際に、下端部分の反発駆動磁極２２２がブレーキとして作用してしまう。従って、可動部２０は、吸引駆動磁極２２１側を回動中心にして反発駆動磁極２２２側を揺動させるのが望ましい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る回転駆動支援装置を図面に基づいて説明する。なお、図６から図１４においては、図１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。また、図６から図１４においては、本実施の形態２に係る回転駆動支援ユニットＵ１のみを図示しているが、回転軸を介して、図１に示す回転駆動支援ユニットＵ２と同様に、本実施の形態２に係る回転駆動支援ユニットＵ２を省略している。更に、図９以降は、配線を省略している。

図６および図７に示す本実施の形態２に係る回転駆動支援装置は、実施の形態１に係る回転駆動支援装置（図１参照）に、回転子１０の回転が所定位置となったときに、金属板３３を磁化する磁力を発生する磁力発生装置５０が取り付けられていることを特徴とするものである。
磁力発生装置５０は、金属板３３を第１の磁極に磁化する電磁石５１と、電磁石５１からの磁力線の流れを規制して磁力を向上する鉄心部５２と、電磁石５１の通電の時期を計るためのタイミング板５３と、タイミング板５３の位置を検出する位置センサ５４と、位置センサ５４が検出したタイミングで電磁石５１に通電する制御ボックス５５とが設けられている。金属板３３は、電磁石５１の前面に、電磁石５１ごとに分割されて設けられている。

電磁石５１は、一対が、固定子３０を形成する２枚の固定板３１に、回転子１０の一面側と他面側との両面に配置された回転磁極１３に対応させ、回転子１０を挟むようにして対向配置されている。本実施の形態２では一対の電磁石５１が３組設けられている。
鉄心部５２は、略Ｃ字状に形成されていることで、それぞれの電磁石５１のコイルに両端部が挿入されて、一対の対向する電磁石５１に跨っている。
タイミング板５３は、回転軸１１に取り付けられていることで回転子１０と共に回転する。タイミング板５３は、円周上に、電磁石５１への通電期間を示す出っ張りが設けられている。この出っ張りは、切り欠いたものでもよい。
位置センサ５４は、発光部と受光部とを、タイミング板５３の帯状で円弧状の出っ張りを挟んで配置したフォトインタラプタである。
制御ボックス５５は、位置センサ５４が、タイミング板５３の出っ張りを検出した通知を受けて、電磁石５１に通電する機能を備えている。

固定磁極３２は、図８に示すように、回転子１０の回転方向に進むに従って直径が小さくなることで磁力が弱くなるようにしている。

以上のように構成された本発明の実施の形態２に係る回転駆動支援装置の動作および使用状態について、図面に基づいて説明する。
図９に示す本実施の形態２に係る回転駆動支援装置は、図４（Ａ）に示す本実施の形態１に係る回転駆動支援装置と同じ位置で、クランク機構部４０が下死点の位置にあり、可動部２０が固定子３０に対して閉じた状態である。

ロッド部４２の基端部が可動部２０から最も離れた下死点に位置すると、回転子１０の回転磁極１３が、駆動磁極２２に対向する（図９参照）。
回転磁極１３が、駆動磁極２２に対向することで、回転磁極１３は駆動磁極２２の吸引駆動磁極２２１により引き寄せられ、反発駆動磁極２２２により押し出されるため、回転子１０は回転方向Ｆに向かって、回転が促進される。また、回転磁極１３と反発駆動磁極２２２が反発し合うことで、可動部２０が押し上げられる。可動部２０が押し上げられることで、ロッド部４２が下死点から引き上げられて回転子１０の回転を促進する。

更に回転すると、ロッド部４２が下死点から上死点に向かうため、可動部２０が固定子３０から徐々に開き始める。そして、回転磁極１３が固定子３０の固定磁極３２に対向する位置に進行する（図１０参照）。
回転磁極１３が固定子３０へ進行すると、回転磁極１３は固定子３０の固定磁極３２に対向した状態となるため、回転磁極１３は、更に加速される（図１１参照）。
回転子１０の回転磁極１３が固定子３０を進行して、ロッド部４２の基端部が上死点に位置したとき、可動部２０の開きが最大となる。そして、回転磁極１３が固定磁極３２から金属板３３へ進行する(図１２参照）。

回転磁極１３は回転が進むことにより固定磁極３２から抜け出そうとするが、回転磁極１３は固定磁極３２と異極であり、固定磁極３２が回転磁極１３を吸引しようとする。しかし、図８に示すように、固定磁極３２は、回転子１０の回転方向に進むに従って直径が小さくなることで磁力が弱くなるようにしているため、回転磁極１３への吸引力が弱くなる。従って、回転磁極１３が固定磁極３２から脱出することができ、スムーズに金属板３３の方向へ進行することができる。

回転磁極１３が金属板３３に対向すると、回転磁極１３が金属板３３を引き寄せることにより、固定磁極３２と同様に、回転子１０の回転が促進される。例えば、回転磁極１３が１枚目の金属板３３を抜けるタイミングで、タイミング板５３の円弧状の出っ張りが位置センサ５４を通過し始める。
位置センサ５４がタイミング板５３の出っ張りを検出すると、制御ボックス５５が電磁石５１に通電する。
電磁石５１が通電されることで、回転円盤１２の一面側の回転磁極１３と対向する一方の電磁石５１は、一面側の回転磁極１３と同じＮ極（第１の磁極）となる。従って、一方の電磁石５１の前面に位置する金属板３３は、Ｎ極に磁極される。
また、回転円盤１２の他面側の回転磁極１３と対向する他方の電磁石５１は、他方側の回転磁極１３と同じＳ極（第１の磁極）となる。従って、他方の電磁石５１の前面に位置する金属板３３は、Ｓ極に磁極される。

このように、回転磁極１３と同じ磁極が電磁石５１によって発生され、金属板３３が同極に磁化されるため、回転磁極１３は金属板３３によって反発する。
実施の形態１の回転駆動支援装置であれば、金属板３３だけなので、回転子１０の回転磁極１３が固定子３０から可動部２０へ進行するときに、回転磁極１３が金属板３３に引き寄せられ、ブレーキになってしまう。しかし、実施の形態２の回転駆動支援装置では、回転磁極１３が、電磁石５１により、金属板３３に反発することで、回転子１０が電磁石５１の磁力により押されるので、回転磁極１３が少ない損失で固定子３０から脱出することができ、スムーズに可動部２０へ進行することができる（図１３参照）。

回転円盤１２の一面側と他面側との両面に、両極を外側に向けた回転磁極１３が設けられ、一対の電磁石５１が回転子１０を間に挟んで対向しているため、回転子１０の一面側と他面側とのそれぞれの回転磁極１３に向けて、磁力発生装置５０が、回転磁極１３が反発する磁力を発生するので、回転子１０の両側から回転子１０に向けて反発する力を付与することができる。
一対の電磁石５１が、コイルに両端部が挿入された鉄心部５２により連結されているため、磁力線が分散されずに一方の電磁石５１から他方の電磁石５１へと流れるため、磁力を強力なものとすることができる。

回転子１０の回転磁極１３が可動部２０に進行する際に、可動部２０の反発駆動磁極２２２からの回転磁極１３への反発が、回転子１０の回転へのブレーキとなる。しかし、可動部２０は、ロッド部４２が上死点から下死点に向かっている途中なので、固定子３０に接近しているところである。従って、回転子１０は、金属板３３との吸引を振り切り、反発駆動磁極２２２に影響を受けることなく、可動部２０内へ進行する（図１４参照）。

このように、本実施の形態２に係る回転駆動支援装置では、回転子１０が固定子３０を脱出する際に、金属板３３に吸引させていた回転子１０を電磁石５１により瞬時に押し出すことで、効率よく回転子１０を可動子３０へ進入させることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る回転駆動支援装置を図面に基づいて説明する。
図２や図６に示すように実施の形態１，２では、矩形板状の可動板２１に駆動磁極２２が、固定板３１に固定磁極３２が設けられている。この駆動磁極２２や固定磁極３２は、穴が形成された可動板２１と固定板３１とに、それぞれ圧入されて配列される。

しかし、駆動磁極２２や固定磁極３２がネオジム磁石などの強力な磁力を発生する永久磁石であるときには、所定の穴に圧入しようとすると、既に圧入されている永久磁石に接近することで、急に磁力が作用して引き寄せられて、くっ付いてしまうことがある。一度くっ付いてしまうと引き剥がすのに大変な力が必要となる。従って、強力な磁力を発生する永久磁石の配列は、効率よく作業しにくい。また永久磁石同士が急激に引き寄せられるため、組立者は永久磁石同士の間に指を挟むおそれがある。
そこで、本実施の形態３に係る回転駆動支援装置では、可動部の駆動磁極、固定子の固定磁極を配置する際に、容易に並べられるようにしたことを特徴としたものである。

図１５に示す本実施の形態３に係る回転駆動装置の可動部２０ｘは、矩形板状の可動部２０（図２，図６参照）の代わりになるものである。
可動部２０ｘは、永久磁石の配列方向に装着用の穴が形成された２本のフレーム２１ｘと、フレーム２１ｘに取り付けた駆動磁極２３とから形成されている。
フレーム２１ｘは、非磁性体または弱磁性体の金属により形成することができる。本実施の形態では、フレーム２１ｘは、チタンにより形成されている。フレーム２１ｘは、回転子３０に合わせて円弧状に形成され、平行に対向させた一対のフレーム本体２１１と、一対のフレーム本体２１１の間隔を一定に保つための棒状部材２１２と、固定子の凹部（図示せず）に挿入されて、回転中心となる軸部２１３とを備えている。

フレーム本体２１１には、駆動磁極２３を取り付けるための穴２１１１が、円弧に沿って一列に形成されている。この穴２１１１は、雌ねじ穴に形成されている。また、フレーム本体２１１には、棒状部材２１２がねじ止めするための突起部２１１２が形成されている。
駆動磁極２３は、図１６に示すように、永久磁石２３１と、永久磁石２３１が圧入された本体部２３２と、本体部２３２の底部から延びるねじ脚部２３３と、ねじ脚部２３３に嵌め込まれ、フレーム本体２１１に駆動磁極２３をねじ止めするためのナット２３４とから形成されている。

本体部２３２は、永久磁石２３１が圧入される空間を有する側面が円筒状の凹状容器である。ねじ脚部２３３は本体部２３２の中心を軸線に合わせて溶接された雄ねじである。
本体部２３２とねじ脚部２３３とは、非磁性体または弱磁性体の金属により形成することができる。本実施の形態３では、本体部２３２とねじ脚部２３３とは、チタンにより形成されている。
なお、図１６に示す駆動磁極２３では、フレーム本体２１１の穴２１１１を雌ねじ、ねじ脚部２３３を雄ねじとしたが、フレーム本体の穴を雄ねじ、ねじ脚部を雌ねじとしてもよい。
また、本体部２３２は、側面が円筒状に形成されているが、多角形状に形成されていてもよい。例えば、本体部の側面が、六角ナット状に形成されていれば、スパナやモンキーレンチなどで本体部を挟み、ナット２３４を回転させれば、ナット２３４の締付けに伴う本体部の回転を防止することができる。

永久磁石２３１は、対向する回転子１０の回転磁極１３の磁極に応じて、本体部２２２に圧入される。
例えば、回転子１０の回転磁極１３の一方の端部（回転円盤１２の一面側一面側）がＮ極に、他方の端部（回転円盤１２の他面側）がＳ極であれば、吸引駆動磁極２２１としては、一方の端部に対向する永久磁石２３１はＳ極を外側に向けて本体部２３２に圧入され、他方の端部に対向する永久磁石２３１はＮ極を外側に向けて本体部２３２に圧入される。また、反発駆動磁極２２２としては、一方の端部に対向する永久磁石２３１はＮ極を外側に向けて本体部２２２に圧入され、他方の端部に対向する永久磁石２３１はＳ極を外側に向けて本体部２２２に圧入される。

このように形成された本実施の形態３に係る回転駆動装置の可動部２０ｘについて、組立てる際の状態を説明する。
組立者は、駆動磁極２３のねじ脚部２２３の先端を、フレーム本体２１１の穴２１１１に引っ掛け、位置合わせする。そして、ねじ脚部２２３と穴２１１１との軸線を合わせ、駆動磁極２３全体を軸周りに回転させて、ねじ脚部２２３を穴２１１１に嵌め込む。

駆動磁極２３をフレーム本体２１１へ装着するときに、ねじ脚部２２３を介して装着するため、永久磁石２３１を直接貫通孔に圧入する方法に比べて、永久磁石２３１同士の距離を離した状態で装着することができる。従って、永久磁石２３１同士が引き合う力が弱い状態で駆動磁極２３をフレーム２１ｘに装着させることができる。
また、フレーム本体２１１と、駆動磁極２３の本体部２３２およびねじ脚部２３３とが非磁性体または弱磁性体により形成されているため、ねじ脚部２３３が隣の穴２１１１に装着された駆動磁極２３に引き寄せられにくい。従って、駆動磁極を並べる際に、更に作業性を向上させることができる。

このように、可動部２０ｘが、雄ねじまたは雌ねじのいずれか一方が円弧状に形成されたフレーム２１ｘに、駆動磁極２３として他方が形成され、ねじ止めされて配列されているため、駆動磁極２３としての永久磁石２３１が強力な磁力を発生するようなものでも、雄ねじと雌ねじとによるねじ止めにより、容易に駆動磁極２３をフレーム２１ｘに配列することができる。

本実施の形態３では可動部２０ｘを例に説明したが、固定子の固定板の代わりをフレームに、固定磁極の代わりを駆動磁極２３に置き換えることができる。
駆動磁極２３は、ねじ脚部２３３により穴２１１１に嵌め込まれるため、ねじ込みの深さを変えることで、永久磁石２３１と、回転子１０の回転磁極１３との距離を変えることができる。
実施の形態２の固定子３０では、図８に示すように、固定磁極３２の直径を徐々に小さくすることで、回転子１０の回転方向に進むに従って磁力が弱くなるようにしている。従って、ねじ脚部２３３の穴２１１１へのねじ込みの深さを、回転方向に向かうに従って徐々に深くして、回転子１０の回転磁極１３との距離が徐々に離れるようにして、磁力を徐々に弱めることで、図８に示す固定子３０と同様の作用を得ることができる。

本発明は、回転駆動する原動機などの出力を支援して、回転出力が必要となるような場所に好適であり、回転出力に発電機を接続するのに最適である。

Ｕ１，Ｕ２ 回転駆動支援ユニット
１０ 回転子
１１ 回転軸
１２ 回転円盤
１３ 回転磁極
２０，２０ｘ 可動部
２１ 可動板
２１ｘ フレーム
２１１ フレーム本体
２１１１ 穴
２１１２ 突起部
２１２ 棒状部材
２１３ 軸部
２２，２３ 駆動磁極
２２１ 吸引駆動磁極
２２２ 反発駆動磁極
２３１ 永久磁石
２３２ 本体部
２３３ ねじ脚部
２３４ ナット
３０ 固定子
３１ 固定板
３２ 固定磁極
３３ 金属板
４０ クランク機構部
４１ 連結部材
４２ ロッド部
４３ 腕部
５０ 磁力発生装置
５１ 電磁石
５２ 鉄心部
５３ タイミング板
５４ 位置センサ
５５ 制御ボックス
Ｐ プーリー
Ｆ 回転方向

Claims (9)

1. 第１の磁極が回転磁極として円周方向に沿って円弧状に配置された回転子と、
   前記回転子の第１の磁極に吸引する第２の磁極と第１の磁極とが駆動磁極として、前記回転子の円周方向に沿って配置され、前記駆動磁極が前記回転磁極に対向する第１の位置と前記回転磁極から離間した第２の位置との間で変位する可動部と、
   前記回転子の回転に応じて、前記可動部を第１の位置の方向へ変位させて前記回転磁極を前記駆動磁極に対向させると共に、前記回転磁極が前記駆動磁極から離間する際に、前記可動部を第２の位置の方向へ変位させるクランク機構部と、
   を回転駆動支援ユニットとして備えたことを特徴とする回転駆動支援装置。
2. 前記可動部は、前記駆動磁極の第２の磁極側を回動中心として、第１の磁極側を揺動させて、第１の位置と第２の位置との間を移動する請求項１記載の回転駆動支援装置。
3. 前記回転駆動支援ユニットは、前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部を通過したときに、前記回転磁極と吸引する第２の磁極が固定磁極として対向した位置に配置された固定子を備えた請求項１または２記載の回転駆動支援装置。
4. 前記固定子には、前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部へ進行するときに、前記回転磁極に吸引される磁性体であって、前記可動部の第２の磁極より弱い磁性体が対向位置に配置されている請求項３記載の回転駆動支援装置。
5. 前記磁性体は、金属板により形成され、
   前記回転子が回転して前記回転磁極が前記可動部へ進行するときに、前記金属板を前記回転磁極が反発する磁極に磁化する磁力発生装置が設けられている請求項４記載の回転駆動支援装置。
6. 前記回転子は、一面側と他面側との両面に回転磁極が配置され、
   前記磁力発生装置は、前記回転子の一面側と他面側とのそれぞれに向けて、前記回転磁極が反発する磁力を発生する請求項５記載の回転駆動支援装置。
7. 前記磁力発生装置は、前記回転子の一面側と他面側とのそれぞれに向けた一対の電磁石を備え、
   前記一対の電磁石は、それぞれのコイルに両端部が挿入された鉄心部により連結されている請求項６記載の回転駆動支援装置。
8. 前記可動部は、雄ねじまたは雌ねじのいずれか一方が円弧状に形成されたフレームに、前記駆動磁極として他方が形成されてねじ止めされて配列されている請求項１から７のいずれかの項に記載の回転駆動支援装置。
9. 前記回転駆動支援ユニットが前記回転子の回転軸を介して複数連結され、
   前記回転駆動支援ユニットの前記回転子のそれぞれの回転磁極は、前記回転駆動支援ユニットの数に応じて円周を等分した範囲にずらして配置されている請求項１から８に記載の回転駆動支援装置。