JPH01170361A

JPH01170361A - 永久磁石利用の動力機

Info

Publication number: JPH01170361A
Application number: JP32787587A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Yamamoto; 晃義山本; Toshitatsu Kure; 久礼　俊達
Original assignee: ATLAS YOKO KK
Current assignee: ATLAS YOKO KK
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1989-07-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、永久磁石の磁気特性の１つである同極反発
力を回転力や往復運動力として取出す、さらには往復運
動力を回転力に変換して取出すように構成した永久磁石
利用の動力機に関するものである。

（従来の技術）永久磁石の持つ磁気特性である同極反発力、異極限着力
を利用して回転や往復運動のエネルギーを得る動力機の
研究開発は近年類に盛んである。

それは、永久磁石として例えば希土類磁石のように高保
磁力で、かつ磁束密度の大きなものが開発されているこ
とに大きな要因がある。

第１１図（Ａ）〜（Ｃ）に示すものは、永久磁石の吸着
特性と反発特性とを組合せて永久磁石の磁力を回転力に
変換する回転動力機として、例えば日刊工業新聞社発行
の〃トリガー／／１９８７年４月号の５０頁〜５１頁に
掲載されたものの回転の原理説明図である。同図におい
て、（２１）は回転盤、（２２）は棒状の永久磁石で、
この永久磁石（２２）は上記回転盤（２１）の周部の内
側に等しい回転角を隔てて複数個取付けている。（２３
）も棒状の永久磁石で、この永久磁石（２３）は上記回
転盤（２１）の外周の固定台座に、その内側の極が上記
回転盤（２１）側の棒状永久磁石（２２）の外側の極と
同極になるように固定保持されている。（２４）は鉄な
どの吸着板で、この吸着板（２４）は上記回転盤（２１
）側の棒状永久磁石（２２）と固定の棒状永久磁石（２
３）との内外対向極間の中間位置に介在されているとと
もに、この吸着板（２４）に対して１８０°の回転角を
隔てた対向位置に配したセンサー（２５）の感知動作に
応答して、ソレノイドなどの外部電動装置により上記両
枠状永久磁石（２２）　、（２３）間から下方などに退
避移動される。

次に、上記構成の回転動力機の回転動作について説明す
る。

まず、第１１図（Ａ）に示す状態において、回転！（２
１）上の棒状永久磁石（２２）が吸着板（２４）の吸引
力によって矢印（ａ）方向に回転し始める。この回転に
より第１１図（８）のように、両永久磁石（２２）、　
（２３）の内外同極が向き合う形になると、同極反発力
の影響で吸引力が減少し、これにより回転盤（２１）が
惰性で吸着板（２４）の所を通過しようとする。その瞬
間にセンサー（２５）の感知動作にもとづいて上記吸着
板（４）が退避移動するため、上記両永久磁石（２２）
、　（２３）の同極が対向することになり、これによっ
て第１１図（Ｃ）で示すように、磁気反発力が作用して
回転！（２１）が矢印（ａ）方向に加速回転される。以
上の繰返しによって回転盤（２１）が゛−力方向連続回
転するのである。

［発明が解決しようとする問題点１以上のように構成された従来の永久磁石利用の回転動力
機においては、回転盤（２１）の連続回転を可能とする
ために永久磁石（２２）、　（２３）の同極対向による
反発力にて所定の回転方向の回転分力を得る（以下、反
発モードと称す）前の過程で、上記永久磁石（２２）、
　（２３）の同極対向による反発力にて発現される逆方
向の回転分力に打ち勝って、所定の回転方向の回転分力
が得られるような同極対向姿勢にまで回転させる手段が
必要であり、そのための手段として上記の従来例では、
鉄などの吸着板（２４）を両永久磁石（２２）、　（２
３）の内外対向極間の中間に介挿させるといった手段（
以下、吸引モードと称す）が採られている訳である。

ところで、永久磁石の磁力は距離の２乗に反比例すると
いう磁気特性があり、これは反発力、吸引力のいずれも
ほぼ同等である。この点から上記構成をもつ従来例のも
のをみてみると、吸引モードにおいて回転盤（２１）側
の永久磁石（２２）と吸着板（２４）との距離が両永久
磁石（２２）、　（２３）の極間距離よりも小さく、こ
の距離からだけの判断では上記磁気特性により吸引力が
得られると考えられるが、実際にはその吸引力を１ｑる
ための一方の物質、つまり吸着板は永久磁石でなく、鉄
など磁場の中におかれた場合に磁気感応を起こして磁化
する常磁性材料であり、他方永久磁石は大きな磁気感応
を示し、磁場を取除いてもそのまま磁化が残留する硬質
磁性材料であり、かつ磁荷の強さも鉄などの常磁性材料
に比べて遥かに大きい。殊に、近年開発されたＮｄ系の
希土類磁石の磁荷の強さは強大である。

そのため、磁力といった機械的力が上述のように距離の
２乗に反比例するのみでなく、磁荷の強さに比例するこ
とを考え合わせてみると、吸引モードにおいて回転盤（
２１）を永久磁石（２２）、　（２３）間の反発力に打
ち勝って、所定の方向に回転させるのは相当に困難であ
る。

また、上記吸着板（２４）の構成材料として使用される
常磁性材料の代表例である所の鉄は導電率の高い導体で
あり、これが変化しつつある磁界中に存在するため、吸
着板（２４）内に電磁誘導によってうず電流を生じ、こ
れが永久磁石（２２）、即ち回転盤（２ｔ）の回転を妨
げるような力として作用することになる。

さらに、上記吸着板（２４）を２つの永久磁石（２２）
、　（２３）の同極が最も近接対向した時点で退避移動
させることによって反発モードに切替えるとされている
が、この時点において吸着板（２４）ｋ：は強力な磁気
吸引力が働いているのであり、そのため、回転が成立す
ると仮定してみても、該吸着板（２４）の退避移動に要
するエネルギーは磁力によって得られる回転エネルギー
以上となり、従って、刊行物に発表されているような効
果は達成できないものである。

この発明は上記のような実情に鑑みたものであって、永
久磁石の同極対向による反発力と磁気遮蔽との組合せに
よってエネルギー効率の非常に高い動力を取り出し得る
永久磁石利用の動力機を提供する点に目的を有する。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、この発明に係る永久磁石
利用の動力機は、反発磁界を形成するように、同極を相
対向させて配置した永久磁石（１）。

（２）を相対的に遠近方向に位置変更自在に構成すると
ともに、上記両永久磁石（１）、（２）の対向同極間に
は磁気遮蔽具（３）を介在させ、かつこの磁気遮蔽具（
３）を少なくとも上記両永久磁石（１）、（２）の対向
同極が最も接近した時点でその対向箇所から退避移動さ
せる機構を設けたことを特徴とする。

（作用）この発明によれば、同極を相対向させて配置した永久磁
石の対向同極間の距離が一定の状態において、その対向
同極間に磁気遮蔽具が存在するときに得られる反発力と
、磁気遮蔽具が退避した時に得られる反発力との差を動
力として取り出すことに基本原理がある。

上記の原理を第１図を参照して説明すると、同図におい
て、（１）、　（２）は反発磁界を形成するように、同
極を相対向させて配置した一対の永久磁石でその１方（
１）を位置固定し、他方（２）を直線的に往復移動可能
に構成する。（３）は磁気遮蔽具であって、上記一対の
永久磁石（１）、　（２）の同極対向空間距離（１）が
設定最小値（１１）にあるとき、その２等分点位置を含
む面に沿って同極対向箇所に対して入退自在に構成され
ている。

いま、第１図（Ａ）で示すように、一対の永久磁石（Ｉ
Ｌ　（２）の同極対向空間距離軸）が設定最小値（、ｌ
１ｌ）にあり、その中央位置に磁気遮蔽具（３）が突入
している状態で、両永久磁石（１）、（２）が静止して
いるときの反発力を（Ｆｌ）に仮定し、次に、第１図（
Ｂ）のように、上記磁気遮蔽具（３）を同極対向箇所か
ら退出させると、両永久磁石（１）、（２）間には（Ｆ
２）なる反発力が働いて一方の永久磁石（２）が移動し
、同極対向空間距離（ｆｌ）が（１１）から（Ｆ１２　
）に変化する。このときの反発力（Ｆ）の差（ΔＦ−［
２−Ｆｌ）を取り出し、これを動力とする。

つぎに、上記のような動力を連続して得るためには、一
方の移動した永久磁石（２）を、同極対向空間距離（Ｄ
２）が（ＩＩ）になるように復帰移動させる必要があり
、この場合、第１図（Ｃ）のように、磁気遮蔽具（３）
を同極対向箇所に突入させて復帰移動させれば、その復
帰移動に要する力の最大値（−Ｆｌ）は上記反発力（Ｆ
ｌ）に相当する。故に、この復帰移動時に（Ｆｌ）なる
力を付与することにより第１図（Ａ）の状態に復元でき
る。以上の動作を繰返すことによって連続した動力が（
ｑられるのである。

第２図は可動側の永久磁石（２）を往復ともに反発力に
て直線往復移動させる場合の動作原理図を示し、この場
合は可動永久磁石（２）の移動方向の両側にそれぞれ固
定永久磁石（１）（１）を可動側永久磁石（２）の両側
にそれぞれ同極が対向する状態で配置するとともに、夫
々の同極対向空間距離（１）の設定最小値（１１）、（
１１）の中央位置に磁気遮蔽具（３）、（３’）を互い
に背反的に突入退出自在に設けたものであり、その動作
は第２図（Ａ）〜（Ｃ）で示すように磁気遮蔽具（３）
、（３’）を突入退出移動させるだけで第１図（＾）、
　（８）で示した反発力の差（ΔＦ）による移動が正負
両方向で交互に繰り返されたレシプロ運動が１ｑられる
。このレシプロ運動をそのまま動力として利用してもよ
いし、また、これをクランクなどを介して回転運動に変
換して回転動力として利用しても良い。

尚、以上の原理説明において、磁気遮蔽具（３）として
、その磁気遮蔽能が１００％で、一対の永久磁石（１）
、　（２）又は（１’）、（２）との同極対向箇所に磁
気遮蔽具（３）が突入位置していれば、その同極対向空
間距離（１）の大きさに関係なく、反発力（Ｆｌ）がゼ
ロとなるようなものであれば（ΔＦ）は強大で、かつ磁
気遮蔽具（３）の入選移動に要する力も極く微小で済む
ので、非常に効率良い動力機が得られるが、仮りに磁気
遮蔽能が１００％未満であっても、磁気遮蔽具（３）を
同極対向箇所に介挿することによって、動力として利用
できる反発力の差（ΔＦ）が得られることは第３図から
明らかである。

即ち、第３図は横軸を同極対向空間距離（１）とし、縦
軸を反発力（Ｆ）として表現した磁気反発特性曲線で、
同図中の（Ｘ）は磁気遮蔽具（３）が介挿されていない
場合の特性曲線を示し、（×１）は磁気遮蔽具（３）が
介挿された場合の見掛は上の特性曲線を示す。両者を比
較してみると、同極対向空間距離（皇）の設定最小値（
ｉｌ）での反発力が（Ｆ２）と（Ｆｌ）といった具合に
大きな差を有し、これが上記した反発力の差（ΔＦ）と
なる。

（実施例）以下、上記の原理を応用した、この発明の実施例を図面
に基づいて説明する。

第１実施例この実施例は磁気反発りを直接、回転盤（４）の回転力
として取り出すように構成したもので、第４図及び第５
図において、（４）は回転盤であり、この回転ｍ（４）
は固定座板（５）に縦軸心（ａ）周りに回転のみ自在に
支承されている。（２）は棒状の永久磁石で、上記回転
盤（４）の周部に回転方向に等間隔を隔てて複数個固着
されている。（１）も棒状の永久磁石で、上記回転盤（
４）外周の固定座板（５）部分に上記回転盤（４）側の
永久磁石（２）（以下、可動磁石と記載する）と同一の
回転方向間隔を隔てて位置固定されている（以下、固定
磁石と記載する）。

上記可動磁石（２）と固定磁石（１）とは、反発磁界を
形成するように、同極が相対向されているとともに、回
転盤（４）の回転にともなって、その対向同極間の距離
が漸次連続的に増減変化するように相対的に遠近方向に
位置変更自在に構成され、かつ同極対向状態での反発力
によって上記回転盤（４）に回転方向の分力（ｆ）を作
用させ得る姿勢に配置されている。

（３）は上記可動磁石（２）と固定磁石（１）との同極
対向間の中央部に介在する状態で、固定座板（５）に対
して上記縦軸心（ａ）周りに回転自在に支承された環状
の磁気遮蔽具であって、この環状磁気遮蔽具（３）には
回転周方向に等間隔を隔てて複数個の透孔（３ａ）が形
成されているとともに、上記回転盤（４）の外側に離れ
た箇所の固定座板（５）部分に設置したモータ（７）に
ベルト等の巻掛は伝動具（８）を介して連動連結されて
いる。この環状磁気遮蔽具（３）はモータ（７）を介し
て、上記両磁石（１）、（２）の対向同極が最も接近し
て所定の回転方向への分力（ｆ）を付与できる状態にな
ったとき、上記透孔（３ａ）部分がその対向同極間に位
置し、それ以外は磁気遮蔽部（３ｂ）が対向同極間に位
置するような一定回転速度に設定されている。

第６図（Ａ）で示すように、可動磁石（２）と固定磁石
（１）との同極が最も接近した状態で環状磁気遮蔽具（
３）の透孔（３ａ）部分がその対向同極間に突入位置す
ると、両磁石（２）、（１）間に同極反発力が作用して
、回転盤（４）に（ｆ）なる回転分力が働き、矢印（ｒ
）方向に回転する。

上記の回転に伴なって、可動磁石（２）が回転方向下手
側に隣接位置する固定磁石（１）に対して離間位置から
接近゛して行く過程においては第６図（幻で示すようじ
、両磁石（２）、（１）の対向同極間に上記環状磁気遮
蔽具（３）の磁気遮蔽部（３ｂ）が介在するため同極反
発力による逆方向の回転分力は作用せず、回転盤（４）
は慣性力により可動磁石（２）が次の固定磁石（１）に
対向する位置までスムーズに回転する。

そして、可動磁石（２）が次の固定磁石（１）に対して
同極対向状態で最も接近したとき、第６図（Ｃ）で示す
よう（、環状磁気遮蔽具（３）の透孔（３ａ）部分がそ
の対向同極間に突入し、第６図（＾）の場合と同様に同
極反発力にともなって回転盤（４）に（ｆ）なる回転分
力が働く。

以上の作用が回転盤（４）の周方向複数箇所で同時に発
生し、それの繰り返しによって回転盤（４）が連続回転
するのである。

第２実施例この実施例も上記第１実施例と同様に磁気反発力を直接
回転力として取り出すように構成したもので、上記第１
実施例との相違点は、透孔（３ａ）と磁気遮蔽部（３ｂ
）とを有する環状磁気遮蔽具（３）を固定した点である
。ただし、この場合は、透孔（３ａ）部分と磁気遮蔽部
（３ｂ）とが第７図で示すように、回転周方向で交互に
位置するとともに、それらの周長において透孔（３ａ）
部分を磁気遮蔽部（３ｂ）よりも長く、かつ周長の短い
磁気遮蔽部（３ｂ）を各固定磁石（１）よりもやや回転
方向の上手側に変位させて配置している。

第３実施例この実施例はレシプロ型内燃機関の原理を応用して、磁
気反発力を直線往復移動力どし、この直線往復移動力を
回転力に変換して取り出すように構成したもので、第８
図及び第９図において、（９）はクランク軸で、その各
クランク部（９ａ）に−端を連接したピストンロッド（
１０）の先端に、非磁性材料からなるシリンダ状の直線
移動ガイド（１１）に沿って直線往復移動自在に保持さ
れたピストン状永久磁石（２）の一端を枢支連結してい
る。（１）は上記直線移動ガイド（１１）のヘッド部に
上記永久磁石（２）と同極対向状態で固定した永久磁石
である。（３）は上記両磁石（１）、（２）の同極対向
間の中間部においてクランク軸（９）の軸心方向に対し
て直角方向に沿って往復移動自在に設けられた板状の磁
気遮蔽具であって、その移動方向に沿って磁気遮蔽部（
３ｂ）と透孔（３ａ）とが形成されているととも（、リ
ンク機構（１２）とカム（１３）とを介して上記クラン
ク軸（９）の回転に連動するように構成されている。

尚、上記永久磁石（１）、　（２）はクランク軸（９）
の軸心方向に沿って４対設けられ、９０°毎の回転角を
有するクランク部（９ａ）にピストンロッド（１０）を
介して連接されている。

このように構成された動力機においては、第９図（＾）
のように、同極対向間距離が最小になった永久磁石（１
）、（２）の同極対向間、ならびに磁気反発力を受けて
下死点方向に移動しつつある永久磁石（１）、　（２）
の同極対向間にはそれぞれ磁気遮蔽具（３）の透孔（３
ａ）部分が位置し、また第９図（８）のように下死点に
達して同極対向間距離が最大になった永久磁石（１）、
（２）の同極対向間ならびに上死点方向に向かって復帰
移動しつつある永久磁石（１）、（２）の同極対向間に
はそれぞれ磁気遮蔽具（３）の磁気遮蔽部（３ｂ）が位
置するようなタイミングで磁気遮蔽具（３）を移動さぜ
ることにより、各永久磁石（２）の磁気反発力による下
死点方向への移動力を順次クランク軸（９）の回転に変
換することができるのである。

第４実施例この実施例は上記第３実施例と同様に磁気反発力を直線
往復移動力とし、この直線往復運動を回転力に変換して
取りだすように構成したもので、第３実施例との相違点
は、第１０図で示すように同極対向状態に配置した永久
磁石（１）、（２）をともにシリンダ状直線ガイド（１
１）、（１１’）に沿って直線往復移動自在に保持させ
るとともに、これら両永久磁石（１）、　（２）それぞ
れの他極端側に連接したピストンロッド（１０）、　（
１０）を、互いに平行姿勢で離間配置したクランク軸（
９）、（９’）のクランク部（９ａ）（９８′）に連接
し、もって、両永久磁石（１）、　（２）の同極反発力
による下死点方向への移動力を２つのクランク軸（９）
、　（９）の回転に変換するように構成した点であり、
その他の構成は上記第３実施例と同一であるため、同一
の符号を付してそれらの説明を省略する。

尚、この第４実施例において、２つのクランク軸（９）
、（９″）の回転力を合成して１つの軸回転力として取
り出すようにしても良いが、そのための構成は、例えば
チェーンなどの巻き掛は伝動装置や歯車の組合せなど周
知の機械要素で容易に実現できるため、図示は省略する
。

その他の実施例第１、第２実施例における永久磁′ｌ：３（１）、（２
）の回転周方向での設置数や第３、第４実施例における
気筒数、つまり永久磁石（１）、（２）対のクランク軸
心方向の設置数は図示のものに限定されない。

また、第１、第２実施例のものにおいて、回転盤（４）
をその回転軸心方向に沿って同心上に複数個配置しても
よい。

［発明の効果］以上の説明からも既に明らかなように、この発明によれ
ば、永久磁石の有する磁気特性のうちの同極対向による
反発力と磁気遮蔽との組合せによって、つまり、同極対
向間に磁気遮蔽具が有るときと無いときとで顕着に異な
る反発力の差を取り出してこれを動力に利用するもので
あり、また磁気遮蔽材料としては、近年、非常に導電率
の低い、かつ磁気遮蔽能の非常に高いものが既に開発実
用化されている状況にあり、このような材料特性の磁気
遮蔽具を用いることによって、冒頭で示した従来例のご
とく、鉄などの吸着板を使用する場合に比してうず電流
発生等に起因する動力ロスを極めて少なくできるととも
に、磁気遮蔽具を可動構成とするにあたっても、その可
動に要するエネルギーを反発力によって１９られるエネ
ルギーに比して極端に少ないものにできる。

従って、磁荷の強さが大なる、例えばＮｄ系の永久磁石
を使用し、その磁気特性を最大限に活用して、エネルギ
ー効率の非常に高い動力の取り出しに成功するに至った
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）及び第２図（Ａ）〜（Ｃ）は夫々
この発明に係る永久磁石利用の動力機における基本動作
原理の説明図、第３図は磁気反発特性を説明するための
グラフ、第４図と第５図はこの発明の第１実施例を示す
回転動力機の概略平面図と概略正面図、第６図（Ａ）〜
（Ｃ）は回転動作の説明図、第７図はこの発明の第２実
施例を示す回転動力機の要部の平面図、第８図と第９図
（Ａ）、　（Ｂ）はこの発明の第３実施例を示す概略平
面図と概略正面図、第１０図はこの発明の第４実施例を
示す概略平面図、第１１図（Ａ）〜（Ｃ）は従来の永久
磁石利用回転動力機の回転動作の説明図である。（１）、　（２）・・・永久磁石、　（３）・・・磁気
遮蔽具、（４）・・・回転盤、　　（５）・・・固定座
板１、（９）・・・クランク軸、（１０）・・・ピスト
ンロッド、（１１）・・・シリンタ状直線移動ガイド。第１図第３図第５図第６図第７図 ′Ｊｕ第９図第１０図ソｑ第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反発磁界を形成するように、同極を相対向させて
配置した永久磁石（１）、（２）を相対的に遠近方向に
位置変更自在に構成するとともに、上記両永久磁石（１
）、（２）の対向同極間には磁気遮蔽具（３）を介在さ
せ、かつこの磁気遮蔽具（３）を少なくとも上記両永久
磁石（１）、（２）の対向同極が最も接近した時点でそ
の対向箇所から退避移動させる機構を設けたことを特徴
とする永久磁石利用の動力機。
（２）上記１方の永久磁石（１）が位置固定されている
とともに、他方の永久磁石（２）が回転盤（４）の周部
に装着されていて、両磁石（１）、（２）による磁気反
発力を回転盤（４）の回転力として取出すように構成し
た特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石利用の動力機
。
（３）上記１方の永久磁石（１）が位置固定されている
とともに、他方の永久磁石（２）が直線的に往復移動自
在であり、磁気反発力による上記永久磁石（２）の少な
くとも１方向への直線移動力を回転力に変換する機構を
設けた特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石利用の動
力機。
（４）上記両永久磁石（１）、（２）がともに同極対向
状態のままで直線的に遠近往復移動自在であり、これら
両磁石（１）、（２）の磁気反発力にともなう直線往復
移動力をともに回転力に変換する機構を設けた特許請求
の範囲第１項に記載の永久磁石利用の動力機。