JP6765157B2 - 吸引磁場を応用したエネルギ発生システム - Google Patents

Description

この発明は、吸引磁場を応用したエネルギ発生システムに係り、特に永久磁石が設けられて回転可能なロータとロータの周辺に配設されたステータとを備え、また、ロータの回転運動を強く支持するサポート部材を備える吸引磁場を応用したエネルギ発生システムに関する。

従来、エネルギ発生システムとしては、回転軸に取り付けられて回転軸と一体に回転可能なロータ（回転子）と、ロータの円周方向に沿って設けられた少なくとも１個の永久磁石と、永久磁石と対向するようにロータの周辺に配設されたステータ（固定子）とを備えるものがある。

特許第３９４８５１１号公報

ところが、従来のエネルギ発生システムでは、その構造上、ロータの回転運動をより強く維持するためには、ステータのコイルに対してより多くの電力の供給が必要とされることから、消費電力を抑えてエネルギをより効率良く発生させる技術が望まれていた。

そこで、この発明は、ロータの回転運動を強く維持し、ロータの回転運動をサポートすることができる吸引磁場を応用したエネルギ発生システムを提供することを目的とする。

この発明は、回転軸に取り付けられて前記回転軸と一体に回転可能なロータと、前記ロータの円周方向に沿って前記ロータに設けられた少なくとも１個の永久磁石と、前記永久磁石と対向するように前記ロータの周辺に配設されたステータとを備え、前記ステータは鉄芯と前記鉄芯の少なくとも一部に巻回されたコイルとから構成され、前記ロータが回転して前記ロータの前記永久磁石が前記ステータの前記鉄芯を通過するときに、前記鉄芯の一側部が前記永久磁石と反発し、前記鉄芯の他側部が前記永久磁石を吸引する極性になるような電流を前記コイルに供給する制御装置と、前記ロータの周辺で隣接する前記ステータ間には前記ロータの外周面に沿うようにサポート部材とを備え、前記サポート部材は、前記ロータの回転方向において回転方向前方部と回転方向中間部と回転方向後方部とからなり、前記回転方向中間部が内周面に段差突部を備え、前記回転方向前方部の厚さが前記回転方向後方部の厚さよりも大きく設定され、前記ロータの外周面と前記サポート部材の内周面との間では、前記サポート部材の前記回転方向前方部における回転方向前方隙間と前記サポート部材の前記回転方向中間部における回転方向中間隙間と前記サポート部材の前記回転方向後方部における回転方向後方隙間とが形成され、前記回転方向前方隙間が前記回転方向後方隙間よりも小さく設定され、また、空間を有した磁性体の積層構造により、前記サポート部材と前記ステータの前記鉄芯の断面との間で断面積において差が設けられたことを特徴とする。

この発明は、ロータの永久磁石がステータを通過するときに、鉄芯が永久磁石と反発する極性になるような電流をコイルに供給することにより、ロータの永久磁石をステータの鉄芯に対して反発させ、この反発力によってロータの回転が維持されるが、ロータの永久磁石がステータの鉄芯の前を通過するとき、ロータの回転運動自体は、ロータの永久磁石によるサポート部材への吸引磁力及びサポート部材とステータの鉄芯との断面積の差から生じる吸引磁場の差を応用することによってサポートされ、回転モーメントを一時的に（又は局所的に）大きくさせて、エネルギを発生させることができる。

図１は３極型の構造の吸引磁場を応用したエネルギ発生システムの平面図である。（実施例） 図２は吸引磁場を応用したエネルギ発生システムの制御回路図である。（実施例） 図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線によるロータの断面図である。（実施例） 図４は鉄芯の平面図である。（実施例） 図５はサポート部材の平面図である。（実施例） 図６は図５の矢印ＶＩによるサポート部材の側面図である。（実施例） 図７は永久磁石が鉄芯に近づくときの平面図である。（実施例） 図８は永久磁石が鉄芯を通過するときの平面図である。（実施例） 図９は永久磁石が鉄芯を通過した直後の平面図である。（実施例） 図１０は永久磁石が鉄芯を通過した後の平面図である。（実施例） 図１１は一側部にコイルを巻回した鉄芯の平面図である。（変形例１） 図１２は一側部及び他側部にコイルを巻回した鉄芯の平面図である。（変形例２） 図１３は他側部の先端側を一側部へ曲げた馬蹄形状の鉄芯の平面図である。（変形例３） 図１４は回転方向前方部の端面を内周面から外周面側へ傾斜したサポート部材の平面図である。（変形例４） 図１５は回転方向前方部の端面を外周面から内周面側へ傾斜したサポート部材の平面図である。（変形例５） 図１６は回転方向前方部の端面に突端部を形成したサポート部材の平面図である。（変形例６） 図１７は厚さが漸次に変化して内周面がスムーズな円弧形状に形成されたサポート部材の平面図である。（変形例７） 図１８は内周面に複数（２つ）の段差突部を備えたサポート部材の平面図である。（変形例８） 図１９は磁性材料の帯状体と非磁性材料の帯状体とを交互に積層して構成されたサポート部材の側面図である。（変形例９） 図２０は２極型の構造の吸引磁場を応用したエネルギ発生システムの平面図である。（変形例１０）

この発明は、ロータの永久磁石がステータの鉄芯を通過するときに、鉄芯が永久磁石と反発する極性になるような電流をコイルに供給するものにおいて、ロータの永久磁石の吸引磁力によりロータに強い回転モーメント（トルク）を生み出すような形状的特徴を持たせた強磁性体からなるサポート部材を、ロータの周囲に配置することにより、ロータの回転運動をサポートし、回転モーメントを一時的に（又は局所的に）大きくさせて、エネルギを発生させるという目的を実現するものである。

図１〜図１０は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、吸引磁場を応用したエネルギ発生システム（以下、単に「エネルギ発生システム」という）１は、例えば、３極型の構造（電動機）であり、エネルギを発生するものである。
エネルギ発生システム１は、回転軸２に取り付けられて回転軸２と一体に回転可能なロータ（回転子）３と、ロータ３の円周方向に沿って設けられた少なくとも１個の永久磁石４と、永久磁石４と対向するようにロータ３の周辺に配設されたステータ（固定子：電磁石）５とを備え、また、強磁性体からなるサポート部材１０を備える。回転軸２は、軸受（図示せず）に回転自在に支持され、ロータ３の回転を外部に伝えるものであり、例えば、発電システム（図示せず）などに連結される。

具体的に説明すると、この実施例において、図１に示すように、ロータ３は、平面視で、円形状のロータ本体６を備える。また、図３に示すように、ロータ本体６は、軸方向Ｘで、所定の長さＨに形成される。ロータ本体６には、軸方向Ｘの中心部位で、回転軸２を挿着させるための軸用孔７が形成される。
図１に示すように、ロータ本体６には、円周方向等間隔（６０度毎）で６個の永久磁石４が埋設される。ロータ３の周辺には、永久磁石４と対向するように、円周方向等間隔（１２０度毎）に、３個のステータ５が所定の支持手段（図示せず）によって支持される。
ロータ３は、回転軸２を中心として、この実施例では、例えば、時計方向と同じ回転方向Ｍへ回転する。なお、ロータ３を、ステータ５及びサポート部材１０の設置方向を反転させることにより、反時計方向へ回転させることも可能である。

図１、図３に示すように、永久磁石４は、例えば、断面四角形状の長方体、若しくは円筒状の形状あって、磁極として、平面視で、一端側のＮ極部４Ｎと他端側のＳ極部４Ｓとが一体になって構成される。永久磁石４は、硬磁性材料で形成され、鉄などの磁性体を引きつけたり、あるいは、鉄などの磁性体に引きつけられる機能を有する。
図１に示すように、各永久磁石４は、平面視で、例えば、Ｎ極部４Ｎがロータ３の中心側に向かうとともにＳ極部４Ｓがロータ３の外方側に向かって、ロータ３の径方向で放射状に且つ円周方向等間隔（６０度毎）にそれぞれ配置される。
永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅは、ロータ３の外周面３Ｆと同一平面内に配置される。

図１に示すように、ステータ５は、鉄芯（コア）８と、少なくとも鉄芯８の一部に巻回されたコイル９とからなり、且つロータ３のロータ本体６の長さＨと略同じ長さに構成される。ステータ５及びサポート部材１０は、ロータ３と相互作用して回転モーメント（トルク）を発生させるものである。
鉄芯８は、例えば、鉄製で略半筒状体に形成され、磁化しやすい強磁性体からなる。
鉄芯８は、この実施例において、例えば、図４に示すように、平面視で、Ｕ字形状に形成され、一側部８Ａと、一側部８Ａに並列した他側部８Ｂと、一側部８Ａ及び他側部８Ｂの一端同士を連結する湾曲部８Ｃとからなる。一側部８Ａと他側部８Ｂとは、この実施例では、平行に配置される。
図４に示すように、鉄芯８において、一側部８Ａが厚さ（幅）Ｄ１に形成されるとともに、他側部８Ｂが一側部８Ａの厚さＤ１よりも小さな厚さＤ２に形成され、湾曲部８Ｃが一側部８Ａ側から他側部８Ｂ側へ向かって漸次小さな厚さＤ３に形成される。一側部８Ａの厚さＤ１と他側部８Ｂの厚さＤ２と湾曲部８Ｃの厚さＤ３とにおいては、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係にある。なお、鉄芯８においては、Ｄ１＝Ｄ３＝Ｄ２の関係で、同一厚さとすることも可能である。
鉄芯８は、図１に示すように、平面視で、一側部８Ａがロータ３の回転方向Ｍの後方側に配置されるとともに、他側部８Ｂがロータ３の回転方向Ｍの前方側に配置される。また、鉄芯８は、一側部８Ａの端面Ｅ１及び他側部８Ｂの端面Ｅ２が、ロータ３の外周面３Ｆに対向して配置される。
また、鉄芯８において、平面視で、一側部８Ａが他側部８Ｂよりも所定に長く形成され、一側部８Ａの端面Ｅ１と他側部８Ｂの端面Ｅ２との間が距離Ｌで離れている。
更に、鉄芯８においては、一側部８Ａの端面Ｅ１が永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅと略同一に形成され、一側部８Ａの端面Ｅ１の表面積が永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅの表面積と略同じく形成される。
鉄芯８には、この実施例において、一側部８Ａ・他側部８Ｂ・湾曲部８Ｃの全てに、コイル９として、一側部コイル９Ａ・他側部コイル９Ｂ・湾曲部コイル９Ｃがそれぞれ連続して巻回される。このように、ステータ５において、鉄芯８の全体にコイル９が巻回されることにより、ステータ５の鉄芯８の磁力が強くなり、ステータ５に通電した際に、永久磁石４のＳ極部４Ｓは、鉄芯８に対して、より少ない電力で強く反発する（強い反発力）。
コイル９は、電流が供給されることにより、つまり、電流が流されることにより、鉄芯８を磁化する機能を有する。つまり、ステータ５は、それ自体磁石の性質を有さず、通常は、鉄芯８が鉄（強磁性体）としてロータ３の永久磁石４を強く吸い寄せてロータ３の回転運動を強く支持するが、コイル９に電流が供給されることにより、鉄芯８が磁石となり、つまり、鉄芯８に磁力を発生させる電磁石になる。鉄芯８においては、コイル９への電流の供給方向（流れ方向）の設定により、一側部８Ａの端面Ｅ１と他側部８Ｂの端面Ｅ２との極性が、各々Ｓ極及びＮ極に設定され、ロータ３の永久磁石４がステータ５の前を通過する際のロータ３の回転運動を強力にアシストする。
また、鉄芯８は、図４に示すように、一側部８Ａの端面Ｅ１が一側部８Ａの軸方向に対して直角方向に形成される一方、他側部８Ｂの端面Ｅ２がロータ３の外周面３Ｆに沿うように他側部８Ｂの外側面８Ｒから内側面８Ｇに向かって角度θ１で傾斜して形成される。鉄芯８においては、他側部８Ｂの端面Ｅ２がロータ３の外周面３Ｆに沿うように角度θ１で傾斜していることにより、他側部８Ｂの端面Ｅ２がＮ極になっているときに、永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅが他側部８Ｂの端面Ｅ２側へ磁力によって強く引き寄せられる。
なお、ステータ５においては、鉄芯８を構成する一側部８Ａ・他側部８Ｂ・湾曲部８Ｃのそれぞれの厚さ（幅）を変更したり、コイル９を構成する一側部コイル９Ａ・他側部コイル９Ｂ・湾曲部コイル９Ｃのそれぞれの巻数を変更したり、あるいは、コイル９を構成する一側部コイル９Ａ・他側部コイル９Ｂ・湾曲部コイル９Ｃへの電流のそれぞれの大きさを変更することにより、鉄芯８の磁力の強さを変更可能である。

図１に示すように、ロータ３の周辺で隣接するステータ５・５間には、ロータ３の外周面３Ｆに沿うように、サポート部材１０が備えられる。つまり、この実施例では、ロータ３の外周面３Ｆに沿うように、各隣接するステータ５・５・５間で、３つのサポート部材１０・１０・１０が配設される。
サポート部材１０は、図５に示すように、平面視で、ロータ３の回転方向Ｍにおいて、回転方向前方部１０Ａと回転方向中間部１０Ｂと回転方向後方部１０Ｃとからなり、内周面１０Ｆと外周面１０Ｒとで円弧形状に形成される。
サポート部材１０は、図６に示すように、側面視で、複数の帯状体１１が積層されて壁状体として構成され、また、ロータ３の軸方向Ｘの長さＨと同等の長さＨに形成される。 サポート部材１０としては、図６に示すように、磁性体（鉄製）の帯状体１１を複数積層した構造であったり、あるいは、図１９に示すように、磁性帯状体２２と非磁性帯状体２３とを交互に複数積層した構造とする。この実施例では、図１９に示すように、磁性帯状体２２と非磁性帯状体２３とを交互に複数積層した構造を採用して説明する。
サポート部材１０は、図５に示すように、回転方向前方部１０Ａの端面Ｅ３がロータ３の回転方向Ｍの前方側のステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの先端側面に連結されるとともに、回転方向後方部１０Ｃの端面Ｅ４がロータ３の回転方向Ｍの後方側のステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂの先端側面に連結され、さらに、図１に示すように、回転方向中間部１０Ｂがロータ３の外周面３Ｆを包囲するように配置される。
この実施例においては、図５に示すように、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａの端面Ｅ３は、ステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの先端側面と平行に形成され、ステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの先端側面に連結される。
なお、ステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂとサポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃとの連結部位において、ステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂの端面Ｅ２をサポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃの外周面に連結することも可能である。この場合、例えば、ステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの端面Ｅ１と他側部８Ｂの端面Ｅ２との間の距離Ｌが大きくなるように、鉄芯８の他側部８Ｂの長さを短くするとともに、サポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃを鉄芯８の他側部８Ｂの端面Ｅ２全体に接するように延長して形成する。これにより、ステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂとサポート部材１０とがより一体化するため、ステータ５に電流が流れて鉄芯８が磁化された際におけるステータ５の鉄芯８のロータ３の一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓに対する磁気的相互作用が有効なまま、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の他側部８Ｂの正面（端面Ｅ２）を通過する際、ロータ３の回転運動は、妨げられることがなく、よりスムーズに維持される。
サポート部材１０の内周面１０Ｆの回転方向中間部１０Ｂには、略中央部位で段差突部（ギャップ）１２が形成して備えられる。段差突部１２は、内周面１０Ｆに角度が付いた部分を形成するものであり、永久磁石４のＳ極部４Ｓを強く引き寄せる機能を有する。つまり、サポート部材１０の内周面１０Ｆの段差突部１２は、磁力線の通り易い箇所（段差突部１２の最も突出する高い部分）と磁力線の通りにくい箇所（段差突部１２の最も突出する部分以外の低い部分）とを形成し、例えば、透磁率（磁束密度の大きさと磁場の強さとの比）の差によって永久磁石４を強く引き寄せる力（強い吸引力）を発生させ、ロータ３に強い回転モーメント（トルク）を与える。
また、図５に示すように、サポート部材１０においては、平面視で、回転方向前方部１０Ａの厚さ（幅）ｔ１と回転方向中間部１０Ｂの厚さ（幅）ｔ２と回転方向後方部１０Ｃの厚さｔ３とにおいては、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３の関係がある。これにより、サポート部材１０において、回転方向前方部８Ａの厚さｔ１が回転方向後方部１０Ｃの厚さｔ３よりも大きく設定され（ｔ１＞ｔ３）、回転方向前方部１０Ａでは鉄量が最も多くなって永久磁石４の吸引磁力を強く働かせることが可能となり、ロータ３の回転モーメントの生成に寄与する。

図１に示すように、ロータ３の外周面３Ｆとサポート部材１０の内周面１０Ｆとの間には、平面視で、隙間（空隙）Ｓとして、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａにおける回転方向前方隙間Ｓ１と、サポート部材１０の回転方向中間部１０Ｂにおける回転方向中間隙間Ｓ２と、サポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃにおける回転方向後方隙間Ｓ３とが形成される。回転方向前方隙間Ｓ１と回転方向中間隙間Ｓ２と回転方向後方隙間Ｓ３とにおいては、Ｓ１≦Ｓ２＜Ｓ３の関係にある。回転方向前方隙間Ｓ１は、例えば、１ｍｍ程度であり、回転方向後方隙間Ｓ３よりも小さく設定される（Ｓ１＜Ｓ３）。隙間Ｓは、エネルギ発生システム１の効率や力率を向上させるものである。
このような構造のサポート部材１０は、永久磁石４をより隙間Ｓが大きい箇所からより隙間が小さい側へ引き寄せる性質と、永久磁石４をより厚さの小さな箇所からより厚さの大きな箇所へ引き寄せる性質とを有し、また、非磁性帯状体２３により磁性帯状体２２間に空間が設けられた積層構造のサポート部材１０の内周面１０Ｆとステータ５の一側部８Ａの端面４Ｅにおいて永久磁石４を吸い寄せる各々の断面積間に差が生じることから、永久磁石４をより断面積の小さな箇所からより断面積の大きな箇所へ強く引き寄せる性質を有するため、ロータ３の回転運動を強く維持（サポート）する。

図２に示すように、エネルギ発生システム１には、制御装置１３が備えられる。
制御装置１３は、例えば、操作開始用スイッチ１４と、操作開始用スイッチ１４に接続する制御部（制御ユニット）１５と、制御部１５及びステータ５のコイル９に接続するインバータ１６と、インバータ１６に接続する電源であるバッテリ１７とを備える。なお、インバータ１６内、又はインバータ１６とコイル９間には、例えば、永久磁石４の位置を検出してオン・オフ動作可能な感知体（センサ）として、公知のリードスイッチ、トランジスタ、ブラシなどを設けることも可能である。
操作開始用スイッチ１４は、エネルギ発生システム１を運転又は非運転とするように、人手でオン・オフ操作される。
制御部１５は、ステータ５のコイル９への電流を供給又は遮断制御するものであり、また、コイル９への電流の流れる量の制御を行うものである。
このため、制御部１５には、ロータ３の回転初期時の所定の回転状態を判断する判断部１５Ａが備えられ、一のプログラムとして、操作開始用スイッチ１４がオン操作されると、ステータ５のコイル９に所定の電流を供給してロータ３の回転を開始させるとともに、判断部１５Ａがロータ３の所定の回転状態を判断したときには、コイル９への電流を抑える始動用プログラムＰ１が組み込まれている。
なお、エネルギ発生システム１の運転を開始するために、回転軸２を始動用モータなどで回転させることも可能である。又は、付勢力を発生するバネなどの付勢具を回転軸２に設け、付勢具の付勢力で回転軸２を初期回転させ、電力を不要にしてエネルギ発生システム１の運転を開始させることも可能である。
また、制御部１５には、他のプログラムとして、ロータ３の永久磁石４がステータ５を通過するときに、つまり、永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅがステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの端面Ｅ１に対向したときに、ステータ５のコイル９へ電流を供給する一方、永久磁石４がステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの端面Ｅ１を通過した直後に、ステータ５のコイル９への電流を遮断する制御用プログラムＰ２が組み込まれている。
すなわち、制御部１５は、ロータ３が回転して永久磁石４がステータ５を通過するときに、ステータ５の鉄芯８の一側部８Ａが永久磁石４と反発する極性となるように、コイル９に電流を一瞬だけ供給するものである。具体的には、ステータ５のコイル９に電流が供給されたときに、先ず、ステータ５の鉄芯８の一側部８Ａが永久磁石４のＳ極部４と同じ極性のＳ極となり、ロータ３の永久磁石４のＳ極部４Ｓが鉄芯８の一側部８Ａに対して反発し、その反発力によってロータ３が強く回転し、同時に、ステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂの端面Ｅ２がＮ極になっていることから、ロータ３の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂの端面Ｅ２側に磁力によって引き寄せられ、そして、ロータ３の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８の一側部８Ａを通過し、鉄芯８の他側部８Ｂに引き寄せられたと同時に、ステータ５のコイル９への電流が遮断される。

次いで、この実施例に係るエネルギ発生システム１の動作について説明する。
先ず、制御装置１３において、操作開始用スイッチ１４がオン操作されると、制御部１５は、インバータ１６を介して、ステータ５のコイル９に鉄芯８の一側部８Ａ端面Ｅ１がＳ極となるような電流を供給する。これにより、鉄芯８が磁化し、つまり、ステータ５が電磁石になり、ロータ３の永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅがステータ５の鉄芯８のＳ極になった一側部８Ａの端面Ｅ１側と磁力によって反発し合うことにより、ロータ３の回転が開始される。
そして、制御部１５は、判断部１５Ａでロータ３が所定の回転状態になったと判断すると、インバータ１６を介して、ステータ５のコイル９への電流を遮断する。従って、ステータ５の鉄芯８の磁化が解除され、鉄芯８が「鉄」としての性質になり、次に来る永久磁石４に対して強い吸引作用を持つことから、ロータ３に強い回転モーメント（トルク）を与える。

そして、図７に示すように、ロータ３の回転によって一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが角度α１で鉄芯８の一側部８Ａの手前に位置しているときには、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の厚さが大きく鉄量の多い回転方向前方部１０Ａによって鉄芯８の一側部８Ａ側へ磁力によって引き寄せられるとともに、さらに、サポート部材１０の内周面１０Ｆとステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの端面４Ｅの断面積の差によって鉄芯８の一側部８Ａ側へより強く引き寄せられることから、ロータ３が回転方向Ｍへ強く回転する。
同時に、上記の一方の永久磁石４とは回転軸２を挟んで反対側に位置する他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の段差突部１２の手前に位置し、サポート部材１０の段差突部１２の存在及びサポート部材１０の厚さが回転方向前方部１０Ａ側へ向かって大きく設定されていることにより、そのサポート部材１０の性質により、この他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ磁力によって引き寄せられ、ロータ３が回転方向Ｍへ強く維持（サポート）される。
従って、ロータ３の回転運動は、上記の一方の永久磁石４が鉄芯８の一側部８Ａ側へ引き寄せられるとともに、上記の他方の永久磁石４がサポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ引き寄せられることの相乗効果により、回転方向Ｍへ強く維持される。

その後、図８に示すように、ロータ３がさらに回転し、一方の永久磁石４がステータ５を通過するとき、つまり、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅがステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの端面Ｅ１と対向したときに、制御部１５は、インバータ１７を介して、ステータ５のコイル９に鉄芯８が一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓと反発する極性であるＳ極となるような電流を供給する。これにより、鉄芯８が磁化して磁石となり、つまり、ステータ５が電磁石になり、鉄芯８の一側部８ＡがＳ極になる一方、鉄芯８の他側部８ＢがＮ極になる。そして、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８のＳ極になった一側部８Ａと反発し、鉄芯８の他側部８Ｂに吸引される。そして、その反発力と吸引力により、ロータ３が回転方向Ｍへ強く回転する。この一方の永久磁石４の鉄芯８に対する反発と吸引作用は、３極型の構造の場合に、ロータ３の一回転で、１８（３×６）回行われることになる。また、エネルギ発生システム１においては、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８の一側部８Ａの正面（端面Ｅ１）を通過する際に電流がステータ５に流れるため、永久磁石４がステータ５を通過する際の通電時間は、ロータ３の回転数の上昇に反比例して短くなる。
同時に、上記の一方の永久磁石４とは回転軸２を挟んで反対側に位置する他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の段差突部１２に位置し、サポート部材１０の段差突部１２の存在及びサポート部材１０の厚さが回転方向前方部１０Ａ側へ向かって大きく設定されていることから、そのサポート部材１０の性質により、この他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ磁力によって引き寄せられ、ロータ３が回転方向Ｍへ強く維持（サポート）される。
従って、ロータ３の回転運動は、一方の永久磁石４が鉄芯８の一側部８Ａと反発し、また、鉄芯８の他側部８Ｂへ吸引されるとともに、他方の永久磁石４がサポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ引き寄せられることの相乗効果により、回転方向Ｍへ強く維持される。

そして、図９に示すように、ロータ３がさらに回転し、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが鉄芯８の一側部８Ａを通過した直後で、鉄芯８の一側部８Ａに対して角度α２になったときには、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８のＮ極となった他側部８Ｂ側へ強く引き寄せられ、ロータ３が回転方向Ｍへ強く回転する。このタイミングで、制御部１５は、ステータ５のコイル９への電流を遮断する。従って、ステータ５の鉄芯８の磁化が解除され、鉄芯８が「鉄」としての性質になり、サポート部材１０と一体化するため、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂの正面（端面Ｅ２）を通過する際に、ロータ３の回転運動が妨げられることなく維持される。
同時に、上記の一方の永久磁石４とは回転軸２を挟んで反対側に位置する他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の段差突部１２に位置し、サポート部材１０の段差突部１２の存在及びサポート部材１０の厚さが回転方向前方部１０Ａ側へ向かって大きく設定されていることから、そのサポート部材１０の性質により、この他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ磁力によって引き寄せられ、ロータ３が回転方向Ｍへ強く回転する。
従って、ロータ３の回転運動は、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが鉄芯８他側部８Ｂ側へ引き寄せられるとともに、他方の永久磁石４がサポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ引き寄せられることの相乗効果により、回転方向Ｍへ強く維持される。

さらに、図１０に示すように、ロータ３がさらに回転し、一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓがステータ５の鉄芯８の他側部８Ｂを通過した後で、鉄芯８の他側部８Ｂに対して角度α３になったときに、上記の一方の永久磁石４のＳ極部４Ｓは、サポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃに位置し、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ隙間Ｓが小さくなっていることから、そのサポート部材１０の性質により、回転方向前方部１０Ａ側へ磁力によって引き寄せられる。これにより、ロータ３は、回転方向Ｍへ強く回転する。
同時に、上記の一方の永久磁石４とは回転軸２を挟んで反対側に位置する他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、鉄芯８の一側部８Ａの手前に位置しており、この他方の永久磁石４のＳ極部４Ｓが、サポート部材１０の厚さが大きく鉄量の多い回転方向前方部１０Ａによって鉄芯８の一側部８Ａ側へ磁力によって引き寄せられことにより、ロータ３が回転方向Ｍへ強く回転する。
従って、ロータ３の回転運動は、一方の永久磁石４がサポート部材１０の回転方向前方部１０Ａ側へ引き寄せられるとともに、他方の永久磁石４が鉄芯８の一側部８Ａ側へ引き寄せられる相乗効果により、回転方向Ｍへ強く維持される。

この結果、この実施例においては、エネルギ発生システム１において、ロータ３に回転モーメントを与えるサポート部材１０を配置することにより、ロータ３が回転してロータ３の永久磁石４がステータ５を通過するときに、鉄芯８の一側部８Ａが永久磁石４と反発し、鉄芯８の他側部８Ｂが永久磁石４を吸引する極性になるような電流をコイル９に供給する。
これにより、永久磁石４と鉄芯８の一側部８Ａとが反発し、同時に、鉄芯８の他側部８Ｂが永久磁石４を吸引する。この反発力と吸引力により、ロータ３の回転運動を強く維持（サポート）し、最低限の電力でロータ３の永久磁石４にステータ５を通過させることができる。
また、エネルギ発生システム１において、サポート部材１０は、平面視で、ロータ３の回転方向Ｍにおいて回転方向前方部１０Ａと回転方向中間部１０Ｂと回転方向後方部１０Ｃとからなり、回転方向中間部１０Ｂが内周面１０Ｆに段差突部１２を備え、回転方向前方部８Ａの厚さ（幅）ｔ１が回転方向後方部８Ｃの厚さ（幅）ｔ３よりも大きく設定される。また、ロータ３の外周面３Ｆとサポート部材１０の内周面１０Ｆとの間では、平面視で、サポート部材１０の回転方向前方部１０Ａにおける回転方向前方隙間Ｓ１とサポート部材１０の回転方向中間部１０Ｂにおける回転方向中間隙間Ｓ２とサポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃにおける回転方向後方隙間Ｓ３とが形成され、回転方向前方隙間Ｓ１が回転方向後方隙間Ｓ３よりも小さく設定される。
これにより、サポート部材１０が永久磁石４を引き寄せる性質により、永久磁石４がサポート部材１０側に強く引き寄せられ（吸引力が大きい）、ロータ３の回転運動を強く維持し、最低限の電力でエネルギを効率良く発生させることができる。
更に、上記のように、鉄芯８が永久磁石４と反発する極性になるような電流をコイル９に供給するとともに、サポート部材１０が永久磁石４を引き寄せることにより、これらの相乗効果によってロータ３の回転運動を強く維持し、最低限の電力でエネルギを効率良く発生させることができる。また、非磁性帯状体２３を挟み込んで積層されたサポート部材１０と鉄芯８の一側部８Ａの端面４Ｅには、配置された磁性金属に関して断面積に差が設けられており、これにより、ロータ３に強い回転モーメントが与えられている。
また、鉄芯８は、平面視で、一側部８Ａと一側部８Ａに並列した他側部８Ｂと一側部８Ａ及び他側部８Ｂの一端同士を連結する湾曲部８ＣとからなってＵ字形状に形成され、他側部８Ｂの端面Ｅ４がロータ３の外周面３Ｆに沿うように角度θ１傾斜して形成されている。
これにより、鉄芯８が永久磁石４を引き寄せる力（吸引力）を強くし、ロータ３の回転運動を強く維持し、最低限の電力でエネルギを効率良く発生させることができる。

以下に、図１１〜図２０に基づいて、この発明に係る第１〜第１０の変形例について説明する。
第１の変形例としては、図１１に示すように、ステータ５において、鉄芯８の一側部８Ａにのみ一側部コイル９Ａを巻回することも可能である。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、構造を簡単にすることができる。
第２の変形例としては、図１２に示すように、ステータ５において、鉄芯８の一側部８Ａ・他側部８Ｂにのみ一側部コイル９Ａ・他側部コイル９Ｂを巻回することも可能である。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、構造を簡単にすることができる。
第３の変形例としては、図１３に示すように、ステータ５において、鉄芯８の他側部８Ｂを、一側部８Ａ側へ角度θ２で傾斜し、馬蹄形状に形成した。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、鉄芯８において他側部８の先端を一側部８Ａ側へ近づけて磁力をさらに強くすることができる。
第４の変形例としては、図１４に示すように、サポート部材１０において、回転方向前方部１０Ａの端面Ｅ３を、内周面１０Ｆから外周面１０Ｒ側に角度θ３で傾斜して形成した。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、サポート部材１０と鉄芯８との間で空間を形成して永久磁石４を引き寄せる力を強くすることができる。
第５の変形例としては、図１５に示すように、サポート部材１０において、回転方向前方部１０Ａの端面Ｅ３を、外周面１０Ｒから内周面１０Ｆ側に角度θ４で傾斜して形成した。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、サポート部材１０と鉄芯８との間で空間を形成して永久磁石４を鉄芯８の一側部８Ａに引き寄せる力を強くすることができる。
第６の変形例としては、図１６に示すように、サポート部材１０において、回転方向前方部１０Ａの端面Ｅ３には、端面Ｅ３の中央部位から内周面１０Ｆ側に角度θ５で傾斜するとともにから端面Ｅ３の中央部位から外周面１０Ｒ側に角度θ６で傾斜して中央部位で突端部２１を形成した。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、サポート部材１０と鉄芯８との間で空間を形成して永久磁石４を鉄芯８の一側部８Ａに引き寄せる力を強くすることができる。
第７の変形例としては、図１７に示すように、サポート部材１０において、回転方向前方部１０Ａから回転方向後方部１０Ｂに向かって漸次に厚さが小さくなるように、内周面１０Ｆを円滑な面で円弧形状に形成した。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、ロータ３の円滑な回転状態を担保することができる。
第８の変形例としては、図１８に示すように、サポート部材１０において、内周面１０Ｆに複数の段差突部１２として、例えば、２つの段差突部１２Ａ・１２Ｂを備えた。これにより、上記の実施例と同様な効果を奏するとともに、角度の付いた部分を多くしてロータ３の回転運動を強く維持させることができる。
第９の変形例としては、図１９に示すように、サポート部材１０は、磁性材料からなる磁性帯状体２２と非磁性材料からなる非磁性帯状体２３とを交互にして積層して構成される。あるいは、サポート部材１０としては、下側の磁性帯状体２２と上側の磁性帯状体２２との間で、非磁性帯状体２３の代わりに空間部分を形成した構造とすることも可能である。これにより、永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅの表面域に対して、サポート部材１０にあっては、非磁性部分又は空間部分の存在により、その磁性部分（鉄量部分：密度）が鉄芯８の一側部８Ａの端面Ｅ１の磁性部分（鉄量部分：密度）よりも小さく設定される。つまり、永久磁石４のＳ極部４Ｓの端面４Ｅの表面域に対して、サポート部材１０の総鉄量＜鉄芯８の総鉄量の関係にある。
この第９の変形例の構造によれば、ロータ３が回転して永久磁石４がサポート部材１０の回転方向後方部１０Ｃに位置したときに、サポート部材１０の鉄量と鉄芯８の鉄量との差による吸引磁力の特性、回転方向後方隙間Ｓ３の存在、及びサポート部材１０の内周面１０１０Ｆの段差突部１２の存在により、永久磁石４が、サポート部材１０の回転方向中間部１０Ｂ・回転方向前方部１０Ａ、及びロータ３の回転方向Ｍの前方側に位置する鉄芯８の一側部８Ａ側に強く引き寄せられるようになり（強い吸引力）、ロータ３の回転方向Ｍへの回転運動が増進される。
第１０の変形例としては、図２０に示すように、エネルギ発生システム１として、２極型の構造とすることも可能である。この場合、エネルギ発生システム１は、ロータ３に設けられた４つの永久磁石４と、ロータ３の周辺の２つのステータ５と、ロータ３の周辺で隣接するステータ５間の２つのサポート部材１０とを備える。この場合でも、上記の実施例と同様な効果を奏することができる。
なお、２極型や３極型の構造に限られず、他の複数極型の構造とすることも可能である。

この発明に係る吸引磁場を応用したエネルギ発生システムを、発電システムなどの各種の装置やシステムに利用可能である。

１ エネルギ発生システム（吸引磁場を応用したエネルギ発生システム）
２ 回転軸
３ ロータ
４ 永久磁石
４Ｎ 永久磁石のＮ極部
４Ｓ 永久磁石のＳ極部
５ ステータ（電磁石）
８ ステータの鉄芯
８Ａ 鉄芯の一側部
８Ｂ 鉄芯の他側部
８Ｃ 鉄芯の湾曲部
９ ステータのコイル
９Ａ 一側部コイル
９Ｂ 他側部コイル
９Ｃ 湾曲部コイル
１０ サポート部材
１０Ａ サポート部材の回転方向前方部
１０Ｂ サポート部材の回転方向中間部
１０Ｃ サポート部材の回転方向後方部
１２ サポート部材の段差突部
１３ 制御装置
１４ 操作開始用スイッチ
１５ 制御部
１６ インバータ
１７ バッテリ
Ｓ 隙間
Ｓ１ 回転方向前方隙間
Ｓ２ 回転方向中間隙間
Ｓ３ 回転方向後方隙間

Claims (4)

1. 回転軸に取り付けられて前記回転軸と一体に回転可能なロータと、
   前記ロータの円周方向に沿って前記ロータに設けられた少なくとも１個の永久磁石と、
   前記永久磁石と対向するように前記ロータの周辺に配設されたステータとを備える吸引磁場を応用したエネルギ発生システムにおいて、
   前記ステータは鉄芯と前記鉄芯の少なくとも一部に巻回されたコイルとから構成され、
   前記ロータが回転して前記ロータの前記永久磁石が前記ステータの前記鉄芯を通過するときに、前記鉄芯の一側部が前記永久磁石と反発し、前記鉄芯の他側部が前記永久磁石を吸引する極性になるような電流を前記コイルに供給する制御装置と、
   前記ロータの周辺で隣接する前記ステータ間には前記ロータの外周面に沿うようにサポート部材とを備え、
   前記サポート部材は、前記ロータの回転方向において回転方向前方部と回転方向中間部と回転方向後方部とからなり、前記回転方向中間部が内周面に段差突部を備え、前記回転方向前方部の厚さが前記回転方向後方部の厚さよりも大きく設定され、
   前記ロータの外周面と前記サポート部材の内周面との間では、前記サポート部材の前記回転方向前方部における回転方向前方隙間と前記サポート部材の前記回転方向中間部における回転方向中間隙間と前記サポート部材の前記回転方向後方部における回転方向後方隙間とが形成され、前記回転方向前方隙間が前記回転方向後方隙間よりも小さく設定され、また、空間を有した磁性体の積層構造により、前記サポート部材と前記ステータの前記鉄芯の断面との間で断面積において差が設けられた
   ことを特徴とする吸引磁場を応用したエネルギ発生システム。
2. 請求項１に記載された吸引磁場を応用したエネルギ発生システムにおいて、
   前記鉄芯は、一側部と前記一側部に並列した他側部と前記一側部及び前記他側部の一端同士を連結する湾曲部とからなってＵ字形状に形成され、前記他側部の端面が前記ロータの外周面に沿うように傾斜して形成された
   ことを特徴とする吸引磁場を応用したエネルギ発生システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載された吸引磁場を応用したエネルギ発生システムにおいて、
   前記サポート部材は、前記回転方向前方部の端面が、前記サポート部材の内周面側から外周面側に向けて、又は前記サポート部材の外周面側から内周面側に向けて、所定の角度で傾斜して形成された
   ことを特徴とする吸引磁場を応用したエネルギ発生システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載された吸引磁場を応用したエネルギ発生システムにおいて、
   前記サポート部材は、前記回転方向前方部の端面の中央部位から前記サポート部材の内周面側に向けて所定の角度で傾斜するとともに、前記回転方向前方部の端面の中央部位から前記サポート部材の外周面側に向けて所定の角度で傾斜することで、前記回転方向前方部の端面の中央部位に突端部が形成された
   ことを特徴とする吸引磁場を応用したエネルギ発生システム。

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