JPH0389877A - 永久磁石利用の回転動力機 - Google Patents

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
力を往復運動力として取出し、この往復運動力を回転力
に変換するように構成した永久磁石利用の回転動力機に
関するものである。

（従来の技術） 永久磁石の有する磁気特性のうちの同極反発特性、即ち
、永久磁石の同極対向による反発力（磁力）が一対の磁
石の同極対向空間距離の２乗に反比例するという磁気特
性を利用して、回転や往復運動エネルギーを得るように
構成した動力機として、本願出願人は先に特願昭６２−
第３２７８７５号（特開平１−１７０３６１号公報）に
開示されたようなものを提案している。

その先に提案し公知になっている永久磁石利用の動力機
は、反発磁界を形成するように、同極を対向させて配置
した一対の永久磁石のうちの！方を位置固定するととも
に、他方を直線的に往復移動可能に構成し、これら固定
永久磁石と可動永久磁石の対向同極間に磁気遮蔽具を突
入退避移動自在に設け、もって１両永久磁石の対向同極
間の距離を一定とした条件下で、その対向同極間に磁気
遮蔽具が突入し存在するときの反発力と、１ｍ磁気遮蔽
具対向同極間から退避したときの反発力との差を上記可
動永久磁石の移動力として取り出すように構成したもの
である。

ＷＩＪ４図はその基本原理を示す説明図であり、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、そのうち１方の
永久磁石ｌが固定、他方の永久磁石２が可動である。３
は磁気遮蔽具であって、上記両磁石１．２の同極対向空
間距離見が設定最小値ｉｔ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個所に対して突入出退自在
に構成されている。

いま、第４図（Ａ）で示すように、一対の永久磁石１．
２の同極対向空間距離が設定最小値１１にあり、その中
央位置に磁気遮蔽具３が突入しているとき、両磁石１．
２の磁力線が磁気遮蔽具３によって、ａ％遮廠されると
すると、可動永久磁石２が固定永久磁石ｌの静磁場から
受ける反発力Ｆｌは、 ここにおいて、 Ｑｌ　：固定永久磁石１の磁力（ｖｂ）Ｑ２　：可動永
久磁石２の磁力（ｗｂ）ａ　＝磁気遮蔽具３の遮蔽率（
Ｘ） 川：透磁率 となる。

つぎに、第４図（Ｂ）のように、磁気遮蔽具３を同極対
向個所から退避した直後において、可動永久磁石２が固
定永久磁石１の静磁場から受ける反発力Ｆ２は、 となる。

従って、同極対向空間距離が設定最小値１１にある条件
下で、上記磁気遮蔽具３を同極対向個所から退避させる
ことによって得られる反発力差ΔＦは、 ΔＦ＝Ｆ２−Ｆｌ ・・・・・・（３） となる。

また、磁気遮蔽具３が退避した場合に、可動永久磁石２
が上記の反発力Ｆｌと同一の力Ｆ１　°を受けるときの
固定、可動永久磁石１，２の同極対向空間距離ｆＬ２は
、上記（２）式から、であり、Ｆｌ　＝Ｆ１　　’によ
り 、°、　　又２２＝ユ筑・！Ｌ１２ ＩＬ２　＝ＢＳ１１交ｌ となる。

第５図は横軸を同極対向空間距離見とし、縦軸を反発力
Ｆとして表わ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、Ｘｌは磁気遮蔽具３が介挿されている場
合の特性曲線を示す９両者を比較してみると、同極対向
間距離文の設定最小値１にでの反発力が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。

以上のような原理にもとづいて、上記（３）式で示すよ
うな反発力差ΔＦを連続的に取り出し、これを回転力に
変換する手段として、上記の先願公報においては、第６
図に示すように、レシプロ型内燃機関の［Ｊ！！を応用
した回転動力機が掲載されている。

第６図において、４はクランク軸で、その各クランク部
４ａに一端を連接したピストンロッド５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６に沿って
直線往復移動自在に保持されたピストン状の可動永久磁
石２の一端をそれぞれ枢支連結している。上記各直線移
動ガイド６のヘッド部にはそれぞれ、上記各可動永久磁
石２と同極対向状態で永久磁石ｌが固定されており、こ
の固定永久磁石ｌと上記可動永久磁石２の同極対向空間
の中間部に上記クランク軸４の軸心方向に対して直角方
向に沿って往復移動自在な板状の磁気遮蔽具３が設けら
れている。

上記磁気遮蔽具３には、その移動方向に沿って磁気遮蔽
部３ａと透孔３ｂとが形成されており、第７図で示すよ
うに、リンク機構７とカム８とを介して上記クランク軸
４の回転に同期連動されている。

尚、上記永久磁石１．２はクランク軸４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４ａにピストンロッド５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７図（Ａ）
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Ｉ！ｇ蔽ｌＬ、３と透孔３ｂ部分が位置し、
また第７図（Ｂ）のようにド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飯具３の磁気遮蔽部
３ａが位置するようなタイミングで磁気遮蔽具３を移動
させることにより、各６ｆ動永久磁石２の磁気反発力に
よる下死点方向へ〇移動力を順次クランク軸４の回転に
変換するのである。

（発明が解決しようとする課ＩＩ） 以上のような構成をもつ先願公報に掲載されたレシプロ
型の永久磁石利用の回転動力機においては、永久磁石の
同極対向による反発力と磁気遮蔽との組合わせによって
、回転動力の取り出しに成功したのである。

ところで、上記構成の回転動力機において、可動永久磁
石２の運動の１サイクルの過程の度に得られるエネルギ
ーＵは。

Ｕ＝ΔＦ（交１−文２） であり、このエネルギーＵを増加させるにつれて、Ｉｆ
ｒ！ＩＴ永久磁石２が運動の向きを変えるための補助運
動に要する距離が大きくなる。このことは、第６ＦｉＪ
で示すようなりランク機構を用いて可動永久磁石２の運
動ａ囲を制限したものにおいて、エネルギーＵの増加に
限度があることを示しており、エネルギー効率の面で改
善の余地があった。

この発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであ
って、エネルギーを最大限に大きく設定しながら、可動
永久磁石の運動の向きの変換を適確、スムーズにおこな
わせて得て、エネルギー効率の十分に高い回転力を取り
出すことができる永久磁石利用の回転動力機を提供する
こと、を目的とする。

（課題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
利用の回転動力機は、直線的に往復移動自在に支持され
た１つの可動永久磁石の往復移動方向の両側にそれぞれ
、この可動永久磁石との間に反発磁界を形成するように
、同極対向状態で永久磁石を固定配置し、これら両固定
永久磁石と上記可動永久磁石との各対向同極間にはそれ
ぞれ磁気遮蔽具を介在させ、これら磁気遮蔽具をそれぞ
れ、少なくとも可動永久磁石と固定永久磁石との対向同
極が最も接近した時点でその対向個所から退避移動させ
る機構および磁気反発力による上記６「動永久磁石の直
線往復移動力を回転力に変換するクランク機構を設けた
ことを特徴とする。

また、請求項２に記載された発明に係る永久磁石利用の
回転動力機は、１つの可動永久磁石と２つの固定永久磁
石および可動永久磁石と両固定永久磁石の各対向同極間
に介在させた２つの磁気遮蔽具を１組の直線往復移動機
構とし、その複数組の機構が１本の被動回転軸の軸心方
向に沿って一定の間隔で、かつ３６０°／機構数の回転
角を隔てて配置されているとともに、それら複数組の機
構の直線往復移動力が上記！本の被動回転軸の回転力に
変換されるように構成している。

さらに、請求項３に記載された発明に係る永久磁石利用
の回転動力機は、磁気遮蔽具の磁石同士の同極対向個所
への突入退避移動を可動永久磁石の直線往復移動に同期
連動させている。

（作用） この発明によれば、直線的に往復移動自在な１つの可動
永久磁石の往復移動方向の両極と、その両極に対してそ
れぞれ同極対向状態に配置した２つの固定永久磁石の各
対向極との間に、磁気遮蔽具を突入退避移動させて、磁
気遮蔽具が対向同極間に突入しているときの反発力と磁
気遮蔽具が対向同種間から退避したときの反発力との差
を、可動永久磁石の往復移動方向の両側で交互に発生さ
せることにより、それら反発力の差にともなう可動永久
磁石の移動を正負前方向で交互に繰り返してレシプロ運
動を行なわせ、このレシプロ運動をクランク機構を介し
て回転運動に変換することにより所定の回転動力を取り
出すことができる。

このとき、上記クランク機構により可動永久磁石の往復
運動範囲が制限されることと、その最大運動範囲の両端
において固定永久磁石により運動の向きを瞬時に反転さ
せる力を加えることにより、エネルギーの増加にともな
い、可動の向きを変えるための補助運動に要する距離が
理論上増大するにもかかわらず、上記最大運動範囲の両
端で確実、スムーズに可動永久磁石の運動の向きを変更
させることができる。従って、エネルギーを最大限に大
きく設定しながら、可動永久磁石の往復運動を所定通り
におこなわせて、エネルギー効率の十分に高い回転動力
を取り出すことができる。

また、請求項２に記載された発明のように、上述した直
線往復移動機構の複数組を１本の被動回転軸の軸心方向
に沿って適当間隔置きに、かつ３６０°／ＩＩＩ構数の
回転角を隔てて配置する構成とすることにより１通常の
レシプロ型内燃機関と同様に、ゴギングの少ない滑らか
な回転動力を効率良く取り出すことができる。

さらに、請求項３に記載された発明のように、磁気遮蔽
具の突入退避移動を可動永久磁石の直線往復移動に同期
連動させることにより、可動永久磁石の移動と磁気遮蔽
具の突入退避移動のタイミングを設定通りに保ち、タイ
ミングのずれによる効率低下を抑え、常に最大の効率を
発揮させることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図において、４はクランク軸で、９０°
の回転位相角を隔てて形成された４つのクランク部４′
ａにそれぞれピストンロッド５の一端が連接されている
。２はそれぞれピストン状の可動永久磁石で、これら各
可動永久磁石２は上記ピストンロッド５の先端の二又部
５Ａに枢支連結されているとともに、直線移動ガイド６
に沿って直線往復移動自在に保持されている。

ｌは上記各直線移動ガイド６のヘッド部にそれぞれ固定
された１方の固定永久磁石で、図面上の下端極がこれに
対向する七記町動永久磁石２の上端様との間に反発磁界
を形成するように、可動永久磁石２の上端様と同極に構
成されている　１　ｔは上記各直線移動ガイド６のボト
ム部にそれぞれ固定された他方の固定永久磁石で、図面
上の上端様がこれに対向する上記可動永久磁石２の下端
纏との間に反発磁界を形成するように、可動永久磁石２
の下端極と同極に構成されている。

３および３′は上記可動永久磁石２と１方の固定永久磁
石１との同極対向空間の中間部および上記可動永久磁石
２と他方の固定永久磁石１′との同極対向空間の中間部
にそれぞれ介在された板状の磁気遮蔽具であり、これら
板状の磁気遮蔽具３および３′はレールガイド７および
７′に沿って上記クランク軸４の軸心方向に対して直角
方向に往復移動自在に構成されているとともに、これら
磁気遮蔽具３および３′にはその移動方向に沿って磁気
遮蔽部３ａおよび３ａ’と非遮蔭用の透孔３ｂおよび３
ｂ’とが形成されており、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）で
示すように、上記クランク軸４に一体回転可能に取付け
たカムａとこのカム８のカム面８ａに応動するカムフォ
ロワ９ａをもったリンク機構９とを介して、上記両磁気
遮藪具３および３′の往復移動を上記クランク軸４の回
転、つまり、可動永久磁石２の直線往復移動に同期連動
させている。

上記のように構成された永久磁石利用の回転動力機にお
いては、第２図（Ａ）で示すように、可動永久磁石２が
上死点位置に達して１方の固定永久磁石１との同極対向
空間距離が最小になったとき、その同極対向間に上部の
磁気遮蔽具３の透孔３ｂが対応位置するとともに、下部
の磁気遮蔽具３′の遮蔽部３ａ’が対応位置し、また、
第２図（Ｂ）で示すように、可動永久磁石２が下死点位
置に達して他方の固定永久磁石１′との同極対向空間距
離が最小になったときに、その同極対向間に下部の磁気
遮蔽具３′の透孔３ｂ゛′が対応位置するとともに、上
部の磁気遮蔽具３の遮蔽部３ａが対応位置するようなタ
イミングで、上下の磁気遮蔽具３および３゛を移動させ
ることによって、その上死点および下死点それぞれにお
いて、上記可動永久磁石２に既述の反発力の差に相当す
る下向きおよび上向きの移動力を与え、これにより、上
記可動永久磁石２を直線往復移動させ、この直線往復運
動がクランク軸４の回転運動に変換されるのである。

第３図は上記のような運動の動作原理図を示すもので、
第３図（Ａ）に示すように、可動永久磁石２が１方の固
定永久磁石１に対して最も接近して両者の同極対向空間
距離が設定最小債鬼ｌにあり、その中央位置に磁気遮蔽
具３が突入しているときの可動永久磁石２と他方の固定
永久磁石１′との同極対向空間距離の設定最大値！Ｌ２
を。

！Ｌ２÷近％、弓！ としたとき、Ｆ１＝Ｆ１　’÷０ となり、力の釣合った状態で、可動永久磁石２が静止し
ている。

次に、第３図（Ｂ）のように、磁気遮蔽具３を退避させ
て可動永久磁石２を他方の固定永久磁石１′に対して最
も接近させるとともに、その対向同極間に他方の磁気遮
蔽具３′を突入させたときの空間距離見２．ｉｌ’は、
岡固定永久磁石１．１’間の距離をＬ、可動永久磁石２
の移動距離をｌｂとしたとき。

’［、＝　ｆＬｔ＋智霧１・見ｌ十交すで、Ｌは一定で
あるから、 Ｆｌ−Ｆｌ　’＝０ 文２　富ｉＬ２．１１　　＝１１ となる、つまり、ΔＦを無視した場合、第３図（Ａ）を
左右反転状態となり、その位置で可動永久磁石２が静止
する。

また、第３図（Ｂ）における反発力の差ΔＦを考えてみ
ると、 Ｆ２′＝−□・に・二 Ｉｏｏ　　　　　　　ｆ１２２ であり、故に、反発力の差ΔＦは。

ΔＦ富Ｆ２＋Ｆ２　’ となり、第３図（Ａ）から第３図（Ｂ）の位置に可動 永久磁石２が移動するにあたって。

その可動永久 磁石２が受ける力Ｆｔは、 Ｆｔ＝ΔＦ＋Ｆ１＋Ｆ１’ ＝　ΔＦ＞０ となる。

従って、可動永久磁石２は、第３図（Ａ）→第３図（Ｂ
）、第３図ＣＢ）→第３図（Ａ）の往行程および復行程
のたびにΔＦの力を受けることになる。

ここで、上記可動永久磁石２の往復運ｔｈ範囲Ｌ′はク
ランク機構により。

Ｌ’＝Ｌ−２・１１ に制限され、かつ最大振幅値をとる位置、すなわち、可
動永久磁石２の最大往復運動義囲の両端において、一対
の固定永久磁石１．１’によりＭｖＪの向きが瞬時に反
転されるため、エネルギーを最大限に大きく設定しても
、可動永久磁石２の往復Ｍ動の向きを変えるための補助
運動に要する距離を大きくする必要がなく、それ故に、
エネルギー効率を最大限に高めることができる。

また、１１．ｌｌ’の調節も固定永久磁石１゜ｌ′の位
置可変により容易に行なえ、これにより、可動永久磁石
２の運動速度の調節も簡単に行なうことができる。

（発明の効果） 以上の説明からも明らかなように、この発明によれば、
距離の２乗に反比例するという磁気特性を最大限に活用
するために、同極対向空間距離の最小値を磁石同士が互
いに接触などしない範囲で可及的に小さくするとともに
、永久磁石として高保磁力で、かつ磁束密度の大きい希
土類磁石などを使用して１反発力により得られるエネル
ギーを最大限に大きく設定しながら、可動永久磁石の運
動の向き変換を最大の遅動範囲の両端で確実、スムース
に行なわせることができる。従って、エネルギー効率の
十分に高い回転動力の取出しを実現することができるに
至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る永久磁石利用の回転動力機を示
す概略縦断正面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の概
略縦断側面図、第３　図（Ａ）　、（Ｂ）は動作原理の
説明図、＄４図（Ａ）、ＣＢ）は永久磁石利用の回転動
力機の基本原理を示す説明図、第５図は磁気反発特性を
説明するためのグラフ、第６５！Ｊおよび第７図（＾）
、ＣＢ）は先出願に係る永久磁石利用の回転動力機の概
略縦断正面図およびその縦断側面図である。 ｔ、ｔ’・・・永久磁石、３．３’・・・磁気遮蔽具、
４・・・クランク軸、５・・・ピストンロッド、７・・
・リンク機構、８・・・カム。 第 図 ５： Ｃストンロノト 第 ２ 図 （Ａ） （Ｂ） ぐ ■ 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線的に往復移動自在に支持された１つの可動永
   久磁石の往復移動方向の両側にそれぞれ、この可動永久
   磁石との間に反発磁界を形成するように、同極対向状態
   で永久磁石を固定配置し、これら両固定永久磁石と上記
   可動永久磁石との各対向同極間にはそれぞれ磁気遮蔽具
   を介在させ、これら磁気遮蔽具をそれぞれ、少なくとも
   可動永久磁石と固定永久磁石との対向同極が最も接近し
   た時点でその対向個所から退避移動させる機構および磁
   気反発力による上記可動永久磁石の直線往復移動力を回
   転力に変換するクランク機構を設けたことを特徴とする
   永久磁石利用の回転動力機。
2. （２）上記３つの永久磁石および２つの磁気遮蔽具を１
   組の直線往復移動機構とし、その複数組の機構が１本の
   被動回転軸の軸心方向に沿つて一定の間隔で、かつ３６
   ０゜／機構数の回転角を隔てて配置されているとともに
   、それら複数組の機構の直線往復移動力が上記１本の被
   動回転軸の回転力に変換されるように構成している請求
   項１記載の永久磁石利用の回転動力機。
3. （３）上記磁気遮蔽具の磁石同士の同極対向個所に対す
   る突入退避移動を上記可動永久磁石の直線往復移動に同
   期連動させるように構成している請求項１または２記載
   の永久磁石利用の回転動力機。