JPH08144929A - ガス放電電動機およびこれを有する機械システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 石油系エネルギー等の燃料の使用を不要と
し、運転コストが極めて低く、しかも全く公害物質を排
出しないガス放電電動機およびこれを有する機械システ
ムを提供することを目的とする。 【構成】 プラズマ形成部２０、１０５、１１８、１４
２に放電用作動媒体を封入し、固定子１２、１０２、１
１２、１３２の作動室１６、１０２ａ、１１２ａ、１３
３に回転子１４、１０３、１１４、１３４を回転可能に
収納して作動室をプラズマ形成部に連通させ、放電手段
１９、１０５ａ、１２５、１５２により作動媒体にプラ
ズマを発生させて高圧の作動ガスを発生させてこれによ
り回転子に駆動力を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動機に関し、とくに不
活性ガスを利用したガス放電電動機およびこれを有する
機械システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動機により駆動される車輌、船
舶、航空機等の輸送機関、発電プラント、ブルドーザ
ー、油圧ショベル等の建設機械からなる機械システムに
おいては電動機がガソリン、軽油、重油、ＬＰガス等の
高価な石油系エネルギーまたは水素を大量に消費するだ
けでなく、大量の汚染物質による公害を排出して地球環
境を急速に破壊していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、公害を全く
発生しない、地球に優しく、しかも効率の高いガス放電
電動機およびこれを有する機械システムを提供すること
を目的とする。

【０００４】

【本発明の構成】上記目的はガス放電電動機において放
電手段を有するプラズマ形成部と、ノズル手段と、ノズ
ル手段を介してプラズマ形成部に連通する作動室とを有
する固定子と、作動室に回転可能に収納された回転子と
を備え、プラズマ形成部と作動室に放電用作動媒体が予
め定められた気圧で封入されていてプラズマ形成部が放
電によるプラズマで高圧の作動ガスを発生させ、この作
動ガスで回転子を駆動するように構成することによって
達成される。

【０００５】さらに、上記目的は機械システムにおいて
機械と、その機械を駆動するための出力軸を有するガス
放電電動機とからなり、ガス放電電動機が放電手段を有
するプラズマ形成部と、ノズル手段と、ノズル手段を介
してプラズマ形成部に連通する作動室とを有する固定子
と、作動室に回転可能に収納された回転子とを備え、プ
ラズマ形成部と作動室に放電用作動媒体が予め定められ
た気圧で封入されていてプラズマ形成部が放電によるプ
ラズマで高圧の作動ガスを発生させ、この作動ガスで回
転子を駆動するように構成することによって達成され
る。

【０００６】

【作用】この発明のガス放電電動機およびこれを有する
機械システムにおいて、プラズマ形成部に放電用作動媒
体を封入して放電によるプラズマで高圧の作動ガスを発
生させ、高圧ガスにより回転子に駆動力を与えるように
する。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付の図面を参照
して説明する。図１、２は本発明による望ましい実施例
のガス放電電動機１０を示す。ガス放電電動機１０は固
定子１２とタービンロータからなる回転子１４とを備え
る。固定子１２はセンタハウジング１２ａおよびサイド
ハウジング１２ｂ、１２ｂ’からなる。実際の構造にお
いてサイドハウジング１２ｂ、１２ｂ’はセンタハウジ
ング１２ａから分離して、これらをコネクティングロッ
ドにより締め付けても良い。固定子１２の中央部には作
動室１６が形成され、作動室１６内に回転子１４が回転
可能に収納されている。固定子１２は作動室１６の外側
にこれと同心的に形成された環状放電室１８を有する。

【０００８】環状放電室１８はプラズマ形成部２０とし
て機能する。環状放電室１８および作動室１６には固定
子１２を排気真空後に放電用作動媒体が封入してある。
放電室１８は電極２２、２２’からなる放電手段１９を
備える。放電手段１９はパルス放電電源からなる放電電
源２１に接続されて周期的に放電パルスからなる放電信
号を供給される。固定子１２は作動室１６と放電室１８
との間に環状のセパレータ２３を備える。セパレータ２
３は作動室１６と放電室１８と同心的となるようにサイ
ドハウジング１２ｂ、１２ｂ’の環状溝２５に保持され
ていて、軸方向に延びる傾斜スロットからなる複数のノ
ズル手段２３ａを有する。作動室１６はノズル手段２３
ａを介して放電室１８と連通していて回転子１４は高圧
の作動ガスにより駆動される。

【０００９】回転子１４は接線方向Ｐに対して予め定め
られた角度（望ましくは４５度）で軸方向に延びる複数
のブレード１４ａを有し、ブレード１４ａの間には受圧
面を有するキャビティ１４ａ’が形成されている。セパ
レータ２３のノズル手段２３ａを構成する傾斜スロット
の各々は回転子１４のキャビティ１４ａ’の中心線に対
して鋭角βをなすように傾斜している。このことにより
放電室１８で発生した高圧作動ガスが複数のノズル手段
２３ａから高速で噴出するときに回転子１４の複数のキ
ャビティ１４ａ’の受圧面に効率的に衝動力を与える。
回転子１４はうす肉のラジアルウォール１４ｂと凹部２
６、２６’を有し、凹部２６、２６’はサイドハウジン
グ１２ｂ、１２ｂ’とともに低圧部を形成する。望まし
くは低圧部２６、２６’の容積は放電室１８の容積より
も大きくすると良い。サイドハウジング１２ｂ、１２
ｂ’には回転子１４のキャビティ１４ａ’と低圧部２
６、２６’とを連通させるためのガス案内路２７、２
７’が形成してある。キャビティ１４ａ’に開口してい
るガス案内路２７、２７’の端部はセパレータ２３の隣
接したノズル２３ａの中間部に位置している。このた
め、放電室１８からノズル手段２３ａを介して回転子１
４のキャビティ１４ａ’に噴出した高圧作動ガスはガス
案内路２７、２７’を介して低圧部２６、２６’に流入
する。低圧部２６、２６’は連通孔１４ｃにより互いに
連通するとともにパイプ２９ａおよびブロワー２９ｂを
介して冷却部２９に連通している。低圧部２６、２６’
と冷却部２９の合計容積は作動室１６および放電室１８
の合計容積の５倍程に設定する。作動室１６から低圧部
２６、２６’へ導入されたガスは減圧され、さらにブロ
ワー２９ｂにより冷却部２９へ導入され、そこで水冷式
の冷却手段３１により冷却減圧される。回転子１４は出
力軸２８に連結されていてベアリング３０、３２により
回転可能に支持されている。符号３４、３６は作動室２
０を密閉するためのカバー部材であり、これらはネジ３
８、４０により固定子１２の外壁に適当なシール材を介
して固定されている。カバー部材３６は出力軸２８をシ
ールするための密閉シール４２を保持している。

【００１０】図１、２において固定子１２のサイドハウ
ジング１２ｂ、１２ｂ’にはそれぞれ複数の陽極２２と
複数の陰極２２’とが放電室１８の両サイドにおいて対
向するように配置されている。図１においては一対の電
極２２、２２’のみが示され、他の電極は簡略のため図
示されていない。両電極２２、２２’はサイドハウジン
グ１２ｂ、１２ｂ’に対してシールされた後それぞれナ
ット４４、４６で固定されていて放電電源２１からプラ
ズマ発生用の放電パルスが放電信号として供給される。
このように放電室１８はプラズマにより高圧の作動ガス
を発生させる。図１より明らかなように、複数の陽極２
２と複数の陰極２２’とはそれぞれ固定子１２において
対照的な位置に配置されている。

【００１１】作動室１６、放電室１８、低圧部２６、２
６’および冷却部２９には排気真空後にバルブ手段３３
を介して放電用作動媒体が望ましくは１気圧±５％で封
入されている。放電室１８には作動媒体の初期イオン化
を促進して電流密度またはイオン密度を高めることによ
り放電用ガスの温度と圧力をより高めて効率を上げるた
めのトリチウムまたはポロニウムからなる放射線源ライ
ナー４８を有する。放電用作動媒体の電流密度またはイ
オン密度が増大すると、放電室１８の放電時の温度と圧
力が増加してガス放電電動機１０の効率が上昇する。ト
リチウム、ポロニウムの代わりに他の方法を用いても良
い。すなわち、放射線源は半減期が１０年を越え、放射
能量が１００Ｂｑ〜１０００Ｂｑでかつエネルギーが
０．７ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線源から構
成しても良い。Ｓｉ系のアルコキシド−アルコール溶
液、すなわちゾルゲル溶液に単体粉末のテクネシウム９
９を混合した溶液を放電室１８に塗布して乾燥したの
ち、６００℃において窒素中で１時間加熱すると、テク
ネシウム９９が放電室１８にむらなく分布する。次にテ
クネシウム９９を混合しないＳｉ系ゾルゲル溶液をテク
ネシウムの表面に塗布して真空中で６００℃において１
時間加熱することによって密封放射線源ライナー７２が
得られる。この密封放射線源をライナー４８を放電室１
８に形成することにより安定した瞬時放電特性が得られ
る。放射線源ライナー４８はセパレータ２３の外周に形
成しても良い。

【００１２】次にこの発明のガス放電電動機で使用され
る放電用作動媒体を例示する。

【００１３】（１）作動媒体として水銀蒸気およびナト
リウム蒸気のうちのいずれか１つの金属蒸気と始動用ガ
スからなる放電用ガスが用いられる。始動用ガスはキセ
ノン、ヘリウムまたはアルゴンからなり、総封入圧に対
するヘリウムまたはアルゴンの封入圧は５０％以下であ
るのが望ましい。このようにすると、放電用ガスの始動
電圧を低下させるだけでなく、瞬時に高速で安定した作
動流体の放電を行わせることができる。

【００１４】（２）放電用ガスはヘリウム、アルゴン、
キセノン、ネオンの中から選ばれた少なくとも一種の不
活性ガスの他にα線、β線、γ線、ｘ線等の放射線源ま
たはクリプトン８５からなる放射線源を含んでも良い。
クリプトン（Ｋｒ）８５は作動流体に放射線による電子
励起を生じさせて、始動特性、瞬時放電特性を改善して
ガス放電電動機の効率を改善する。クリプトン８５の封
入量は安全性の面から容積１ｃｍ^３当り０．２〜５０マ
イクロキュリーの範囲が望ましい。

【００１５】（３）放電用ガスは望ましくは体積比でヘ
リウム３６％、ネオン２６％、アルゴン１７％、クリプ
トン１３％およびキセノン８％の希混合ガスからなり、
約１〜１０気圧で、好ましくは、１気圧±５％以内とな
るように封入しても良い。

【００１６】（４）放電用ガスは体積比で４０〜６０％
のアルゴンと、３０〜４０％のキセノンと、６〜８％の
ネオンとその他の希ガスから形成しても良い。

【００１７】（５）放電用ガスは所定量の水銀と希ガス
および水素ガスから構成しても良い。封入する水素量が
水銀と希ガスとの封入モル比で５×１０^−４までは放電
電圧が急激に上昇し、水素量をこれ以上増加しても放電
電圧の上昇はわずかである。つまり、水素量が５×１０
^−４で放電電圧が臨界的に変化する水素ガスはキセノン
ガスとともに作動室に直接封入しても良い。

【００１８】（６）放電用ガスは重水素、三重水素ある
いは水素ガスから選ばれた少なくとも一種または二種に
ヘリウム、ネオンの中から選ばれた少なくとも一種の希
ガスとの混合物から形成しても良い。この放電用ガス中
にヘリウムあるいはネオンが混入されていると、二個の
自由水素原子あるいは重水素原子とヘリウムあるいはネ
オン原子との間の三重衝突によって再結合が起こるの
で、重水素分子の密度が低下せず、高効率が得られる。

【００１９】（７）作動媒体として、単体でまたは上記
の希ガスから選ばれた少なくとも一種のガスに炭素原子
が６０〜２００の炭素格子構造体で、望ましくはＣ_６０
とＣ_７０との混合物を利用しても良い。Ｃ_６０のイオン
化電位は７．５ｅＶで、Ｘｅ（１２．１ｅＶ）のそれよ
りも大幅に低いため、１回のパルス放電当りのエネルギ
ーコストが大幅に低くなるメリットがある。

【００２０】（８）作動媒体はフッ素（Ｆ_２）とフッ素
化合物（ＮＦ_３、ＳＦ_６）およびＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ等の希ガスの混合ガスを使用しても良い。

【００２１】（９）作動媒体は塩素（Ｃｌ_２）ガスまた
は塩素化合物（ＨＣｌ、ＢＣｌ_２、ＣＣｌ_４）とＨｅ、
Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの混合ガスを使用しても良い。

【００２２】（１０）作動媒体は臭素（Ｂｒ_２）または
臭化水素（ＨＢｒ_２）とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの
混合ガスを使用しても良い。

【００２３】（１１）作動媒体は沃素（Ｉ_２）または沃
化水素（ＨＩ）とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスの混合ガ
スを使用しても良い。

【００２４】陰極２２’は一例として作動媒体に電子励
起を生じさせてイオン化を促進させるためのトリウム含
有タングステンからなる。他の例として、陰極２２’は
タングステン材料の粉末と酸化バリウム、酸化ストロン
チウム、酸化カルシウムの中から選ばれた少なくとも一
種のアルカリ土類酸化物と、酸化ジルコニウム、酸化ス
カンジウムの中から選ばれた少なくとも一種の混合物を
含む熱電子放射物質との混合物の焼結電極体から形成さ
れても良い。酸化ジルコニウム、酸化スカンジウムは陰
極２２’が高温になったとき陰極２２’の電気伝導率上
昇の割合が良くなる。したがって図示されてはいないが
陰極２２’は放電を安定させるためにヒータで高温にな
るように加熱しても良い。他の例として陰極２２’は、
例えばニッケルからなる基体金属粉末にアルカリ土類金
属系、例えば酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化
カルシウムの熱電子放射物質からなるエミッターを混合
して焼成した焼結電極体から構成しても良い。このと
き、重量比で基体金属粉末１００に対してエミッター１
０の混合比が選ばれる。この焼結電極体は丈部でエミッ
ター含有量が多く、しかも、振動や衝撃に対して強くな
るため、自動車、船舶、航空機、ブルドーザー等に本発
明のガス放電電動機が採用された場合に実用的である。
他の例として、陰極２２’は延性に富んだ材料であるタ
ンタルチップをリボン型熱陰極に加工した穴に埋め込む
ことにより、イオン衝撃に対してタングステンなどの脆
性材料に比較して表面の欠落量が小さい電極体が形成さ
れる。リボン型熱陰極に電流を流して２０００〜２５０
０°Ｋになった時点である一定方向に電位差を付加する
と、電位の低い方向に向かってタンタルチップから熱電
子が放出する。

【００２５】ガス放電電動機１０の放電電源２１の１例
を図３に示し、図４は図３の各種波形を示す。図３にお
いて、放電電源２１はパルス放電電源からなり、パルス
放電電源はバッテリ等の直流電源８２と、リアクトルＬ
を介して直流電源８２に接続されたサイリスタ等の第１
スイッチ手段ＳＣＲ１と、スイッチ手段ＳＣＲ１の出力
側に接続された第１コンデンサＣ１と、第２スイッチ手
段ＳＣＲ２と、高圧トリガトランス８４とを備える。高
圧トリガトランス８４の１次巻線の一端は第２スイッチ
手段ＳＣＲ２の出力側に接続され、他端は接地されてい
る。１次巻線の両端はダイオードＤ１により接続されて
いる。トランス８４の２次巻線の一端は接地され、他端
はダイオードＤ２を介して高電圧小電流の放電トリガ電
流がガス放電電動機１０の陽極２２に供給される。陽極
２２に小電圧大電流のメイン放電電流を供給するため
に、第２コンデンサＣ２がダイオードＤ４を介して接続
され、ダイオードＤ４とコンデンサＣ２との接続点がダ
イオードＤ３を介してスイッチ手段ＳＣＲ１とＳＣＲ２
との間に接続されている。第２コンデンサＣ２の一端は
接地され、他端はダイオードＤ４を介して陽極２２に接
続されている。陰極２２’は接地されている。

【００２６】図３において、第１スイッチ手段ＳＣＲ１
がトリガ信号Ｔｒｇ１によりＯＮすると、バッテリ８２
の電圧は第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２により３００
Ｖ程度まで充電される。このとき、第２スイッチ手段Ｓ
ＣＲ２をトリガ信号Ｔｒｇ２でＯＮさせると、第１コン
デンサＣ１に充電されていた電荷が高圧トリガトランス
８４の１次側に電流ｉ４となって流れる。図４において
符号Ｂは第２スイッチ手段ＳＣＲ２がＯＮして第１コン
デンサＣ１が放電開始するタイミングを示す。高圧トラ
ンス８４の１次側にはピーク値３００Ｖの電圧がパルス
として加わり、高圧トランス８４の２次側にはトランス
の巻数比により約４０ｋＶのパルス電圧υ３が発生し
て、この高電圧パルスが陽極２２に供給される。図４に
おいて符号Ｃは電極間に加わる高圧パルスυ３を示し、
符号Ｄは放電ピーク時の電圧レベルを示す。ガス放電電
動機１０内の気体がプラズマ化して導電率が急に上昇す
ると電圧υ３は放電現象の負性抵抗により約１００Ｖ位
まで急激に下降する。このとき、第２コンデンサＣ２に
充電されていた約３００Ｖの電圧υ２を放電電圧が下ま
わった時より第２コンデンサＣ２から大電流（ｉ５のピ
ーク参照）が陽極２２に供給されてさらに放電電圧が下
がり、やがてＣ２の電荷が全て放出されると電流ｉ５は
停止して放電は終了する。図４において、符号Ｅはガス
放電電動機１０の気体がプラズマ化して第２コンデンサ
Ｃ２が大電流放電する状態を示し、符号Ｆは放電終了の
タイミングを示す。放電が終了した後、第１スイッチ手
段ＳＣＲ１をトリガ信号Ｔｒｇ１でＯＮさせる。このと
き、電流ｉ１が正弦波状に流れて第１、第２コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２を充電する。リアクタＬのインダクタンスに
よるリアクション電圧により、第１、第２コンデンサＣ
１、Ｃ２は直流電源８２よりも高い電圧、すなわち、約
３００Ｖまで充電され、電流ｉ１が停止したとき、第
１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の充電は終了して次の放
電トリガの待機状態となる。図４において符号Ｇは第１
スイッチ手段ＳＣＲ１がＯＮして電流ｉ１により、第
１、２コンデンサＣ１、Ｃ２を充電する状態を示す。こ
のように高圧トランス８４は高電圧小電流の放電トリガ
電源として作用し、第２コンデンサＣ２は低電圧大電流
のメイン放電電源として作用する。メイン放電電源は１
個の１２Ｖのバッテリで瞬間的に１０００〜３０００Ａ
までの大電流を流せるため、ガス放電電動機１０の気体
の膨張圧は高くなってガス放電電動機１０の出力が増大
する。

【００２７】上記構成において、複数の陽極２２および
複数の陰極２２’間には図４の高電圧パルスυ３が印加
されて放電室１８の作動媒体が放電を開始する。このと
き作動媒体がプラズマ化して第２コンデンサＣ２（図３
参照）が大電流放電し、放電室１８での高圧の作動ガス
が生成される。このとき、高圧の作動ガスはセパレータ
２３の複数のノズル手段２３ａを介して高速で回転子１
４のキャビティ１４ａ’に噴出して衝動力により回転子
１４をＲ方向に回転させる。キャビティ１４ａ’に噴出
して高圧ガスは固定子１２のガス案内路２７、２７’を
介して低圧部２６、２６’に流入し、さらにパイプ２９
ａおよびブロワー２９ｂを介して冷却部２９に導入され
て冷却減圧される。このように、放電室１８の作動ガス
が周期的に膨張する毎に高圧ガスはブレード１４ａに衝
突したあと低圧部２６、２６’に流入する。放電パルス
が終了したあとは放電室１８と低圧部２６、２６’とは
ガス案内路２７、２７’を介して同一の気圧となる。放
電のタイミングは所望のガス放電電動機の回転数を得る
ために１秒間に数回から数１００回まで変化させても良
い。ガス放電電動機の回転数が増えても放電時のガス圧
は高いため、高速回転時にも大きなトルクが得られる。

【００２８】図５は本発明によるガス放電電動機１０’
の変形例とパルス放電電源９２とを示す。変形例におい
て、ガス放電電動機１０’は回転子（図示せず）を内蔵
する固定子１２’を備え、固定子１２’は主電極手段２
２”、２２’’’の中間において高圧室（図示せず）に
設けられたトリガ電極手段９０を有する。トリガ電極手
段９０の先端は固定子の放電室に露出して高圧室の作動
媒体のイオン化を促進する。トリガ電極手段９０はガス
放電電動機のセンタハウジングを非磁性材料より構成し
たものにおいてセンタハウジングの周囲にコイル状に巻
きつけて高周波電圧を供給しても良い。パルス放電電源
９２は１２Ｖのバッテリからなる直流電源９４と、電源
電圧を３００Ｖに昇圧する昇圧コンバータ９６と、トリ
ガ信号Ｔｒｇ３によりＯＮされて電流ｉ５を流す第１ス
イッチ手段ＳＣＲ３と、リアクタＬと、第１スイッチ手
段ＳＣＲ３がＯＮしたときに電圧υ４で充電される第１
コンデンサＣ３とを備える。第１コンデンサＣ３の一端
は接地され、他端は電極手段２２’’’に接続されてい
る。直流電源９４の正極側はリアクトルＬ２と第２、第
３スイッチ手段ＳＣＲ４、ＳＣＲ５を介して高圧トラン
ス９８の１次側に接続される。第２、第３スイッチ手段
ＳＣＲ４、ＳＣＲ５の間にはトリガ用放電パルスを発生
させる第２コンデンサＣ４が２０Ｖ程度の電圧υ５で充
電される。高圧トランス９８の２次巻線はトリガ電極９
０に接続されていてトリガ電極９０に約４０ｋＶの電圧
υ６をトリガ信号として供給し、放電室の作動媒体のイ
オン化を促進する。

【００２９】図５、図６において、昇圧コンバータ９６
からの直流電圧により第１コンデンサＣ３が約３００Ｖ
の電圧υ４に充電され、直流電源９４からの電圧により
第２コンデンサＣ４が２０Ｖ程度の電圧υ５に充電され
る。第３スイッチ手段ＳＣＲ５がトリガ信号Ｔｒｇ５に
よりＯＮされると第２コンデンサＣ４に充電されていた
電荷により電流ｉ８が高圧トランス９８の１次巻線を流
れる。このとき高圧トランス９８の２次側にはトランス
巻数比により約４０ｋＶのパルス電圧υ６が発生する。
図６において、符号Ｈは第１スイッチ手段ＳＣＲ３がＯ
Ｎして高圧パルスがガス放電電動機１０’の電極２
２”、２２’’’間に加わる状態を示す。したがって、
電動機１０’内の気体はイオン化し、固定子１２’のガ
スの導電率が上昇し、第１コンデンサＣ３が放電を開始
し、放電の負性抵抗により第１コンデンサＣ３は大電流
放電をし、電流ｉ６が流れる。図６において符号Ｊは気
体がイオン化（プラズマ化）して第１コンデンサＣ３が
放電するタイミングを示す。電流ｉ６が停止して放電が
完全に停止したときに、第１、第２スイッチ手段ＳＣＲ
３、ＳＣＲ４をトリガ信号Ｔｒｇ３、Ｔｒｇ４にてＯＮ
させる。リアクタＬ１、Ｌ２のリアクションにより、昇
圧コンバータの電圧２００Ｖにより第１コンデンサＣ３
は３００Ｖ、第２コンデンサＣ４は２０Ｖに充電されて
次の放電トリガの待機状態となる。図６において、符号
Ｋは第１スイッチ手段ＳＣＲ３をＯＮして第１コンデン
サＣ３が充電されるタイミングを示し、符号Ｍは第２ス
イッチ手段ＳＣＲ４をＯＮして第２コンデンサＣ４が充
電されるタイミングを示す。このように、第２コンデン
サＣ４および高圧トランス９８は大電圧小電流の放電ト
リガ電源として作用し、第１コンデンサＣ３は小電圧大
電流のメイン放電電源として作用する。なお、放電室の
ほぼ中央部において固定子１２’に支持されたトリガ電
極９０に高電圧パルスが印加されることにより作動媒体
のイオン化が促進されて放電が発生しやすくなる。

【００３０】図７、８はガス放電電動機１０１の変形例
を示す。ガス放電電動機１０１は作動室１０２ａを有す
る固定子１０２と、作動室１０２ａに回転可能に収納さ
れた回転子１０３とを備える。回転子１０３は外周に複
数の受圧面１０３ａと凹部１０３ｂとを有し、回転軸１
０４により支持されている。回転子１０３は連通孔１０
３ｃを有する。回転子１０３の外周には適宜間隔で複数
のキャビティ１０３ｄが形成され、これらのキャビティ
１０３ｄは仕切壁１０３ｅにより分離されている。固定
子１０２の側壁には回転子１０３の外周の高圧ガスを低
圧部１０３ｂに導入して減圧するためのガス案内路１０
２ｂを有する。固定子１０２は作動室１０２ａの接線方
向に延びていて回転子１０３の受圧面１０３ａに対向し
て開口する第１、第２ノズル手段１０２ｃ、１０２ｃ’
を有する。ノズル手段１０２ｃ、１０２ｃ’の入口側に
は作動室１０２ａ内の高圧ガスの脈動を防止するための
バッフルプレート１０２ｄ、１０２ｄ’が配置されてい
る。固定子１０２には第１、第２ノズル手段１０２ｃ、
１０２ｃ’の入口側にプラズマ形成部１０５、１０５’
が設けられている。プラズマ形成部１０５、１０５’は
プラズマ発生用主電極手段１０５ａ、１０５ａ’および
トリガ電極手段１０５ｂ、１０５ｂ’を有する放電室１
０５ｃ、１０５ｃ’を備える。これら電極手段は放電電
源１０６により、図５の回路例と同様に駆動される。放
電室１０５ｃ、１０５ｃ’は絶縁コーティング後に作動
媒体のイオン化を促すための放射線源ライナー１０５
ｄ、１０５ｄ’がコーティングされている。低圧部１０
３ｂはパイプ１０８ａおよびブロワー１０８ｂを介して
冷却部１０８に連通しており、冷却部１０８は水冷式の
冷却手段１０９を有する。冷却部１０８は注入バルブ１
０７およびブロワー１０８ｂを有し、このバルブはプラ
ズマ形成部１０５、１０５’、ノズル手段１０３ｄ、１
０３ｄ’、作動室１０２ａ、低圧部１０３ｂおよび冷却
部１０８を排気真空後に大気圧±５％で望ましくはクリ
プトン８５を少量含む放電用作動媒体が封入される。図
８において、ベアリングおよび固定子１０２を密封する
ためのシール手段およびカバー部材は簡略化のために省
略されている。

【００３１】実際の使用において、放電電源１０６は図
５、６の実施態様と同様で、放電パルスが主電極手段１
０５ａ、１０５ａ’に供給される。このとき、トリガパ
ルスがトリガ電極１０５ｂ、１０５ｂ’に印加されて、
プラズマ形成部１０５、１０５’でアーク放電によるプ
ラズマが発生して、放電室１０５ｃ、１０５ｃ’の作動
媒体は高圧ガスとなって膨張する。高圧ガスの衝撃波は
バッフルプレート１０２ｄ、１０２ｄ’により緩和さ
れ、次いでノズル手段１０２ｃ、１０２ｃ’から高圧ガ
スの噴流は回転子１０３の受圧面１０３ａに激突し、回
転子１０３を回転して出力軸１０４を駆動する。キャビ
ティ１０３ｄに流入した高圧ガスはガス案内路１０２ｂ
を介して低圧部１０３ｂに流入する。低圧部１０３ｂの
ガスは冷却部１０８に導入されて冷却減圧される。回転
子１０３の回転方向Ｒにおいてガス案内路１０２ｂを通
過してキャビティ１０３ｄのガス圧は減圧されて低圧と
なる。そのため、放電終了後には放電室１０５ｃ、１０
５ｃ’の作動媒体は低圧に維持されている。この状態で
放電パルスが主電極手段１０５ａ、１０５ａ’とトリガ
電極１０５ｂ、１０５ｂ’に供給されると放電室１０５
ｃ、１０５ｃ’でアーク放電によるプラズマが発生す
る。

【００３２】図９〜１１はガス放電電動機１１０の他の
変形例を示す。ガス放電電動機１１０は作動室１１２ａ
を有する固定子１１２と、作動室１１２ａ内に偏心的に
回転可能に配置された回転子１１４とを有する。回転子
１１４は出力軸１１６を駆動する。回転子１１４は複数
の可動ベーン１１４ａを有し、可動ベーン１１４ａは回
転子１１４のスリット１１４ｂ内にて擢動し、作動室１
１２ａの内面に係合する。固定子１１２は作動室１１２
ａに対して同軸上において反対側に形成されたプラズマ
形成部１１８と低圧部１２０とを備える。固定子１１２
はラジアル・パーティション１１２ｂを備え、ラジアル
・パーティション１１２ｂは導入口１１２ｃと排出口１
１２ｄを有する。固定子１１２はラジアル・パーティシ
ョン１１２ｂから軸方向に延びるアキシャル・パーティ
ション１１２ｅを有する。アキシャル・パーティション
１１２ｅはプラズマ形成部１１８と低圧部１２０とを分
離し、チェックバルブ１２２を備えた連通口１１２ｆを
有する。低圧部１２０は半円状の低圧室１２０ａを有す
る。図示していないが、低圧部１２０にウォータジャケ
ットその他の適切な冷却手段を設けて高圧ガスを冷却し
ても良い。プラズマ形成部１１８は半円状の放電室１１
８ａと、放電電源（図示せず）に接続された主電極手段
１２４、１２６およびトリガ電極手段１２８からなる放
電手段１２５とを備える。

【００３３】上記構成において、作動室１１２ａ、放電
室１１８ａおよび低圧室１２０ａは排気真空後に１気圧
±５％で前述したような作動媒体が封入される。この状
態において、主電極手段１２４、１２６に放電パルスが
供給され、同時にトリガ電極１２８に高電圧のトリガパ
ルスが印加されると、放電室１１８ａの作動媒体がイオ
ン化されると同時に放電によりプラズマが発生して高圧
の作動ガスが発生する。高圧の作動ガスは導入口１１２
ｃを介して作動室１１２ａに流入する。作動ガスは隣接
する可動ベーン１１４ａ間で膨張しながら回転子１１４
を図１０において時計方向に回転させる。この間に放電
室１１８ａのチェックバルブ１２２は連通口１１２ｆを
密閉する（図９、１１参照）。仕事を完了した後、作動
ガスは排出口１１２ｄを介して低圧室１２０ａに排出さ
れる。放電室１１８ａの放電が終了すると、チェックバ
ルブ１２２が開いて低圧室１２０ａの作動ガスは放電室
１１８ａに流入する。この後最初の工程に移行する。こ
のようにプラズマ形成部１１８の放電室１１８ａにおい
て放電電源からの放電パルスにより周期的にプラズマが
発生して、高圧ガスが回転子１１４の可動ベーン１１４
ａに作用して回転子１１４を回転させる。高圧ガスは連
通口１１２ｆを介して低圧室１２０ａから放電室１１８
ａに循環されて次の工程におけるプラズマ発生用に利用
される。固定子１１２は作動室１１２ａと同軸状にプラ
ズマ形成部１１８と低圧部１２０とを備えているため電
動機の構造が簡単となり、大幅な製造コストダウンが図
れる。

【００３４】図１２〜１４はガス放電電動機１３０の他
の変形例を示す。ガス放電電動機１３０は作動室１３３
を有する固定子１３２と、作動室１３３内に回転可能に
配置された回転子１３４とを有する。回転子１３４は低
圧部１３５を形成するための凹部１３４ｂを有し、低圧
部１３５は連通口１３４ｃを介して互いに連通する。回
転子１３４は出力軸１３６を駆動する。回転子１３４は
接線方向に対して予め定められた角度で軸方向に延びる
複数のブレード１３４ａを有し、ブレード１３４ａは受
圧面を有するキャビティ１３４ａ’が形成されている。
ハウジング１３２はセンタハウジング１３２ａおよびサ
イドハウジング１３２ｂ，１３２ｃを有し、センタハウ
ジング１３２ａの中央部にはセントラルウォール１３２
ｄを有する。作動室１３３はサイドハウジング１３２ｂ
とセントラルウォール１３２ｄ間に形成されている。カ
バー部材１３７とサイドハウジング１３２ｂとの間には
作動室１３３を密閉するためのシールが配置される。サ
イドハウジング１３２ｂとセントラルウォール１３２ｄ
には回転子１３４のキャビティ１３４ａ’と低圧部１３
５とを連通させるためのガス案内路１３８、１４０がそ
れぞれ形成されている。固定子１３２は作動室１３３と
放電室１４４との間で出力軸１３６と平行に延びる複数
のガス供給路１３２ｅを有し、ガス供給路１３２ｅはそ
れぞれノズル１３２ｅ’を有する。ガス供給路１３２ｅ
は断面が円形または楕円形その他の適当な形状を有し、
ノズル１３２ｅ’の断面積よりも大きくすると良い。ガ
ス案内路１３８、１４０の一端はノズル１３２ｅ’の中
間部に開口する。固定子１３２は作動室１３３と反対側
に形成されたプラズマ形成部１４２を備える。プラズマ
形成部１４２はセントラルウォール１３２ｄとサイドハ
ウジング１３２ｃ間に形成された放電室１４４と、主電
極１４６、１４８およびトリガ電極１５０からなる放電
手段１５２とを備える。前述したように、主電極には３
００〜５００ＶＤＣの放電パルスが供給され、トリガ電
極１５０には約４０ｋＶＤＣのトリガパルスが供給され
る。セントラルウォール１３２ｄは低圧部１３５と放電
室１４４とを選択的に開閉するためのチェックバルブ１
５６を備えた連通口１５４を有する。チェックバルブ１
５６はネジ１５８によりセントラルウォール１３２ｄに
固定される。図示していないが、低圧部１３５の一部に
ウォータジャケット、ヒートパイプその他の適切な冷却
手段を設けて高圧ガスを冷却しても良い。

【００３５】上記構成において、作動室１３３、低圧部
１３５および放電室１４４は排気真空後に１気圧±５％
で前述したような作動媒体が封入される。この状態にお
いて、主電極手段１４６、１４８に放電電源から３００
〜５００ＶＤＣの放電パルスが供給され、同時にトリガ
電極１５０に４０ＫＶＤＣの高電圧のトリガパルスが印
加されると、放電室１４４の作動媒体がイオン化される
と同時に放電によりプラズマが発生して高圧の作動ガス
が発生する。高圧の作動ガスは複数のノズル１３２ｅ’
を介して作動室１３３に噴出する。このとき、ノズルか
ら噴出する作動ガスは回転子１３４のキャビティ１３４
ａ’の受圧面に衝動力を与え、回転子１３４を図１３に
おいて反時計方向に回転させる。この間に放電室１４４
のチェックバルブ１５６は連通口１５４を密閉する（図
１２、１４参照）。仕事を完了した後、チェックバルブ
１５６が開いて低圧部１３５の作動ガスは連通口１５４
を介して放電室１４４に流入する。この後最初の工程に
移行する。このようにプラズマ形成部１４２の放電室１
４４において放電電源からの放電パルスにより周期的に
プラズマが発生して、高圧ガスが回転子１３４の受圧面
に衝突して回転子１３４を回転させる。高圧ガスは連通
口１５４を介して低圧部１３５から放電室１４４に循環
されて次の工程におけるプラズマ発生用に利用される。
固定子１３２は作動室１３３と同軸上にプラズマ形成部
１４２を備えているため電動機の構造が簡単となり、大
幅な製造コストダウンが図れる。

【００３６】図９は本発明の望ましい実施例のガス放電
電動機１７０を有する機械システム１７２のブロック図
を示す。機械システム１７２は図１、２、７、８、９、
１０、１１、１２、１３、１４に示した実施例からなる
ガス放電電動機１７０とこれにより駆動される発電機１
７４と、連結手段１７６と、機械１７８とを備える。発
電機１７４の出力は整流器１８０で直流電圧に整流され
てバッテリ装置１８２に充電される。バッテリ装置１８
２の出力電圧は放電パルス電源１８４に供給され、放電
パルスがガス放電電動機１７０に供給される。ガス放電
電動機１７０が機械１７８を駆動している間に発電機１
７４を駆動してバッテリ１８２を充電するため、バッテ
リ１８２の寿命が長くなる。機械１７８は自動車、トラ
ック、バス、列車、電車、ブルドーザー、二輪車、自転
車、船舶、航空機、宇宙船等の乗り物、発電システム、
ファン、ポンプ、ブロワー、コンプレッサー等の流体機
械、冷凍機あるいはエアコンディショナー、油圧ショベ
ル等の建設機械、プラスチック加工機械、ゴム加工機
械、マテリアルハンドリング機械、プレス機、木工機
械、工作機械、金属加工機械、エレベーター、エスカレ
ーター、巻上装置・クレーン・ウインチ・コンベヤー等
の搬送機械、コンバイン・トマト収穫機等の収穫調整用
機械、トラクター・耕運機等の農業用機械、操網機等の
漁業用機械、さく岩機等の鉱山機械、精粉機・肉ひき機
等の食料加工機械、紡績機・織機等の繊維機械、ろ過機
・攪拌機等の化学機械、印刷機械、製本機械その他産業
用機械からなる。

【００３７】以上の実施例において、プラズマ形成部お
よび低圧部は固定子に一体的に形成されたものとして説
明されたが、これらは固定子から分離独立して形成して
も良い。プラズマ形成部および固定子の外周には図示し
てないが冷却水ジャケットを設けても良い。なお、放電
手段は高周波方式またはマイクロ波方式を採用しても良
い。実施例において、固定子およびセパレータは磁器、
強化ガラスまたはセラミック等の絶縁材から構成しても
良いが、これら部材は金属から形成しても良い。この場
合、これら部材において、電極手段を絶縁材によって金
属部材に支持し、さらに電極手段の近辺および放電方向
に沿って金属表面に溶射によるガラスまたはセラミック
等の絶縁コーティングをすると良い。こうすることによ
って、電極手段の放電時に電流が金属部材に流れること
を防いで作動媒体の放電を効果的に行わせることができ
る。

【００３８】本発明ではガス放電電動機において固定子
の作動室に回転子を回転可能に収納し、プラズマ形成部
に放電用作動媒体を封入して放電によるプラズマで高圧
の作動ガスを発生させ、これにより回転子を駆動するよ
うにしたので、ランニングコストの低いクリーンなガス
放電電動機を提供することができる。ガス放電電動機は
小型で高出力が得られ、構造が簡単で部品点数が少な
く、軽量で騒音の発生も少なく、１回転毎に大きなトル
クが発生し、振動が少なく、製造コストとメンテコスト
が著しく低い。しかも、作動流体は永久的に使用可能な
ため固定子内に作動流体を一旦封じ込めると外部から全
く追加燃料を供給せずにガス放電電動機を長時間駆動す
ることができる。ガス放電電動機からは排ガス等の公害
が全くないため、地球環境破壊を完全に防止でき、実用
上の効果が極めて大きい。なお、本発明のガス放電電動
機によれば自動車、船舶、航空機等の輸送機関や発電シ
ステム、流体機械、エレベーター、エスカレーター、コ
ンベアー、工作機械、建設機械等の新規な機械システム
の市場を提供でき、産業上ならびに経済上の効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の望ましい実施例によるガス放電電動
機の部分断面図である。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線の部分断面図である。

【図３】 図１のガス放電電動機のためのパルス放電電
源の１例を示す回路図である。

【図４】 図３の回路の各種波形図である。

【図５】 本発明の他の望ましい実施例によるガス放電
電動機と、そのためのパルス放電電源の例を示す回路図
である。

【図６】 図５の回路の各種波形図である。

【図７】 本発明の他の望ましい実施例によるガス放電
電動機の断面図である。

【図８】 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って示した
断面図である。

【図９】 本発明の他の望ましい実施例によるガス放電
電動機の断面図である。

【図１０】 図９のＸ−Ｘ線の断面図である。

【図１１】 図９のＸＩ−ＸＩ線の断面図である。

【図１２】 本発明の他の望ましい実施例によるガス放
電電動機の断面図である。

【図１３】 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線の断面図で
ある。

【図１４】 図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線の断面図であ
る。

【図１５】 本発明のガス放電電動機を組み込んだ機械
システムのブロック図である。

【符号の説明】

１２ 固定子 １４ 回転子 １６ 作動室 １８ 放電室 １９ 放電手段 ２０ プラズマ形成部 ２１ 放電電源 ２２、２２’ 電極手段 ２３ セパレータ ２６、２６’ ガス案内路 ２７、２７’ 低圧部 ２８ 出力軸 ２９ 冷却部 ３４ カバー部材 ３６ カバー部材 ４８ 放射源ライナー ９２ パルス放電電源 １０２ 固定子 １０３ 回転子 １０４ 出力軸 １０５ プラズマ形成部 １０６ 放電電源 １１２ 固定子 １１２ａ 作動室 １１４ 回転子 １１８ プラズマ形成部 １２０ 低圧部 １３０ ガス放電電動機 １３２ 固定子 １３４ 回転子 １４２ プラズマ形成部 １４４ 放電室 １５２ 放電手段 １５６ チェックバルブ １７０ ガス放電電動機 １７２ 機械システム １７４ 発電機 １７８ 機械 １８０ 整流器 １８２ バッテリ １８４ 放電パルス電源

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的にアーク放電を生じさせる放電手
   段を有するプラズマ形成部と、プラズマ形成部に連通す
   るノズル手段とノズル手段に連通する作動室を有する固
   定子と、作動室に回転可能に収納された回転子とを備
   え、プラズマ形成部と作動室に放電用作動媒体が予め定
   められた気圧で封入されていてプラズマ形成部が周期的
   な放電によるプラズマで高圧の作動ガスを周期的に発生
   させ、この作動ガスを周期的にノズル手段から回転子に
   作用させるガス放電電動機。
2. 【請求項２】 請求項１において、固定子がさらに低圧
   部と、作動室の一部と低圧部とを連通させるガス案内手
   段とを有し、高圧ガスがノズル手段から回転子に作用し
   ながら低圧部に排出されるガス放電電動機。
3. 【請求項３】 請求項１において、ノズル手段が作動室
   の接線方向に対して予め定められた角度で延びるように
   固定子に形成されていて、ノズル手段の入口側にプラズ
   マ形成部が配置されているガス放電電動機。
4. 【請求項４】 請求項３において、固定子が作動室と反
   対側に形成されたプラズマ形成部を備えており、回転子
   が作動室に偏心的に配置されていて、回転子が複数の可
   動ベーンを有するガス放電電動機。
5. 【請求項５】 請求項３において、固定子が同軸上にお
   いて作動室と反対側に形成されたプラズマ形成部とプラ
   ズマ形成部から作動室に連通するノズル手段を備え、回
   転子が複数の受圧面を有するタービンロータからなるガ
   ス放電電動機。
6. 【請求項６】 請求項１において、放電手段が放電電源
   に接続された電極手段からなり、放電電源が高電圧小電
   流の放電電流を電極手段に供給する第１電源と低電圧大
   電流のメイン放電電流を電極手段に供給する第２電源と
   を備えたパルス放電電源からなるガス放電電動機。
7. 【請求項７】 請求項６において、放電室が作動媒体の
   イオン化を促すトリガ手段を備え、パルス放電電源がト
   リガ手段にトリガ信号を供給するためのトリガ信号発生
   手段を備えているガス放電電動機。
8. 【請求項８】 請求項１において、放電用の作動媒体が
   ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンおよびクリプト
   ンのうち少なくとも１種の希ガスを含む放電用ガスから
   なるガス放電電動機。
9. 【請求項９】 請求項１において、放電用ガスが重水
   素、三重水素および水素ガスから選ばれた少なくとも一
   種のガスを含む混合物からなるガス放電電動機。
10. 【請求項１０】 請求項８において、放電用ガスがさら
    に水銀蒸気およびナトリウム蒸気のうちのいずれか１つ
    の金属蒸気を含むガス放電電動機。
11. 【請求項１１】 請求項８において、作動媒体がさらに
    炭素原子が６０〜２００の炭素格子構造体を含むガス放
    電電動機。
12. 【請求項１２】 請求項８において、作動媒体がさらに
    フッ素とフッ素化合物の中から選ばれた少なくとも一種
    のガスを含むガス放電電動機。
13. 【請求項１３】 請求項８において、作動媒体がさらに
    塩素ガスと塩素化合物の中から選ばれた少なくとも一種
    のガスを含むガス放電電動機。
14. 【請求項１４】 請求項８において、作動媒体がさらに
    臭素と臭化水素の中から選ばれた少なくとも一種のガス
    を含むガス放電電動機。
15. 【請求項１５】 請求項８において、作動媒体がさらに
    沃素と沃化水素の中から選ばれた少なくとも一種のガス
    を含むガス放電電動機。
16. 【請求項１６】 請求項８において、作動媒体が放射線
    源を含むガス放電電動機。
17. 【請求項１７】 請求項１において、プラズマ形成部が
    放射線による電子励起を行わせることにより作動媒体の
    瞬時放電を行わせるための放射線源を含むガス放電電動
    機。
18. 【請求項１８】 請求項６において、電極手段が基体金
    属粉末にアルカリ土類金属系の熱電子放射材料を混合し
    て成形された焼結電極体からなるガス放電電動機。
19. 【請求項１９】 請求項６において、電極手段がトリウ
    ム含有タングステンからなるガス放電電動機。
20. 【請求項２０】 請求項６において、電極手段がタング
    ステン、モリブデン、クロームのうち少なくとも一種の
    耐熱性金属と熱電子放射物質からなるガス放電電動機。
21. 【請求項２１】 機械と、その機械を駆動するための出
    力軸を有するガス放電電動機とからなり、ガス放電電動
    機が放電手段を有するプラズマ形成部と、ノズル手段
    と、ノズル手段を介してプラズマ形成部に連通する作動
    室とを有する固定子と、作動室に回転可能に収納された
    回転子とを備え、プラズマ形成部と作動室に放電用作動
    媒体が予め定められた気圧で封入されていてプラズマ形
    成部が放電によるプラズマで高圧の作動ガスを発生さ
    せ、この作動ガスで回転子を駆動する機械システム。
22. 【請求項２２】 請求項２１において、さらにガス放電
    電動機により駆動される発電機と、発電機により充電さ
    れるバッテリ手段とからなり、放電電源がバッテリ手段
    に接続されている機械システム。