JPS60167687A - 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〉 本発明は、自動車用、船舶用、農機用、産業機械用の内
燃機関（エンジン）、電動機、空気など各種流体を動力
源とするモータなどで代表される回転動力機に関する。

く従来の技術〉 内燃機関として従来かう現在までに最も多用され普及し
ているのが、ガソリンやガスなどの燃料を空気と混合し
て、シリンダ内で爆発的に燃焼させることにより、ピス
トンに往復運動を与えその往復運動をクランク軸を介し
て回転運動に変換するレシプロ型内燃機構や、前記同様
の混合気を嶺円形の燃焼室内で爆発させることによりお
むすび型の三角形ロータを回転させるロータリ型内燃機
関である。　まπモータとして普及しているものには、
電気モータや、空気シリンダの往復運動をベルクランク
等を介して回転運動に変換する空気モータがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 然し乍ら、上述のような内燃機関の場合は、レシプロ、
ロータリの型式如何にかかわらず、出力／入力比が小さ
く、特に自動車用などでは膨大な燃料消費があり、かつ
そのような膨大な燃料消費（高出力）を可能にするため
には機関を非常に大型化、Ｍ量化する必要があるのみな
らず、排気量（エキゾースト）も当然に膨大なものにな
り、現代の深刻な社会問題の１つである所の資源問題・
大気汚染等の公害問題に直面することは避けられないの
である。

また、電気モータの場合は、上記の内燃機関に比し省資
源、低公害であるものの、出力／入力比には大差がない
上に、大なる電気エネルギーの長期安定供給のために大
容量の電力源を要し、特に自動車用の場合は大型バッテ
リーの必要性から動力機全体が非常に大型化、重量化す
る。欠点がある。

更に、上記した空気モータの場合は、出力／入力比が前
記二番に比して一段と小さく、かつピストンの上死点及
び下死点において空気の供給方向の切替えを要するなど
回転に要する空気消費量が多大であるのみならず、滑ら
かな連続回転を得るためにはその回転透面の上限も自ず
と制約があゆ、加えて大容量シリンダの必要性から全体
が大型化、重量化する欠点があった。

更にまた空気以外の流体を利用したモータもあるが、出
力／入力比に多少の差異があるだけで性能面、重量面、
大きさの面など１空気モータと大差はないのである。

以上従来から用いられている回転動力機は総括的に、出
力／入力比、出力／重量比、出力／大きさ比が小さい、
用途範囲が狭いなどの欠点があった。

本発明はかかる実情に鑑み、少ない入力エネルギーをも
ってその数倍ないし数十倍にも拡大された高出力が安定
的に得られ、しかも全体が小型、軽量で用途範囲を着し
く拡充できる永久磁石利用の回転動力機を提供する点に
１−的を有する。

（問題点を解決するための手段〉 上記目的達成のために開発された本発明に係る永久磁石
利用の回転動力機は、出力軸（ＩＡ）に連動の回転子（
１）側の同一円周面に、周方向に等しい間隔を隔てて複
数個の永久磁石（１）が取付けられているとともに、こ
れら永久磁石（！）の回転局面の外側には、周方向に等
しい間隔を隔てて複数個の永久磁石（４）が、前記永久
磁石（８目こ対し同極向い合せの状態でかつ回転子（１
）の回転半径方向に沿って遠近移動自在な状態に設けら
れ、これら永久磁石（４）を回転子（１）の回転に連動
して回転周方向に沿って順次的に前記回転子口）側の永
久磁石（蔚に近接移動及び離間移動させる機構値）が設
けられているという構成に特徴を有するのである。

く作　用〉 前記のような特徴構成を有する本発明に係る回転動力機
によれば、前記の機構（Ｉ）を介して外側の永久磁石（
４）を回転半径方向内方に移動させて回転子（１）側の
永久磁石（齢との対空間距離を小さくすると、両磁石（
４１１（１１間にその対空間距離の二乗に反比例した強
大な反発力が生じる。

仁のような強大な反発力を回転周方向に沿って順次的に
発生させると、その反発力発生域とそれよりも回転方向
に変位した箇所とには格段に差がある磁圧力が順次生じ
、回転子は磁圧力の低い方へと回転させられるに至るの
であ・る。

故に、外側の永久磁石（４）を回転半径方向に僅少量移
動させるだけで永久磁石のもつ反発特性を有効に利用し
て強大な回転力が得られるのである。

そして、利用する永久磁石（１１・（４）について考察
するに、現在においては、最大エネルギー積（Ｂ）ｆ）
　ｍａｘ　が１５ＭＧ−Ｏｔ以上１保磁カ（ＭＨＣ）が
８０ＫＯｖを越えるほどに大きな希土類磁石が実用段階
にあり、またこのような高保磁力の磁石は同極反発モー
ドにおいて極めて安定した挙動を示すものであって、前
述した通りの強大な回転力発生作用を長年月に亘って確
実安定的に保持することができるのである。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図及び第８図において、（Ｓ）は回転軸芯方向視に
おいてほぼ正六角形状に構成された筒状ケーシング（８
刀とその両端に固着された薪部材（８Ｂ）・（８Ｂ）と
からなる固定ケースであり、Ｑ目よ前記固定ケース（１
１の筒状ケーシング（８Ａ）軸芯相当部にベアリング（
７）　Ｉ　（７）を介して回転のみ自在に貫通支承され
た出力回転軸αハに固着一体化された回転子であり、こ
の回転子（１）の周部で同−円周面位置には周方向に等
しい間隔を隔てて三個の永久磁石（腓が固定状態に取付
けられている。　（番）は前記固定ケース１）の筒状ケ
ーシング（８Ａ）の内面でその周方向に等しい間隔を隔
てて配置された六個の永久磁石１あって、前記回転子（
口側の永久磁石（！）に対し同極向い合せの状態で、前
記筒状ケーシング（８Ａ１の外面に等間隔に配置固定の
遠近移動機構例である六個の単動形空気シリンダ（６）
の各シリンダロッド（５Ａ）先端に固着され、もって、
各空気シリンダ（６）を介しての回転子（１目こおける
回転半径方向への往復移動によって前記両永久磁石（４
］・０）の対空間距離を０．１１１〜１．０項の間で変
更可能に構成しである。

（６）は前記六個の空気シリンダ（６）を局方向で交互
に位置する三個のものを１つブロックとし、８つのブロ
ックの空気シリンダ（６１を順次的、背反的に作動制御
するための弁機構（シーケンスバルブ）であって、これ
は第２図及び第８図で明示の如く、前記回転子（１）と
一体回転状態で固定ケース（１）の回転軸芯方向の一端
側に連設の回転弁体（６Ａ）と、この回転弁体（６荊の
外周にあって該回転弁体（６Ａ）に貫設の空気流路（６
−）に順次接続される空気分配流路（６ｂ）を有する筒
状弁ケーシング（６Ｂ）ならびに、前記各空気分配流路
（６ｂ）と前記各空気シリンダ饅）とを接続する空気ホ
ース（６Ｃ）とから構成されている。

尚、図中（８）は、回転子（１］側の永久磁石（幻及び
固定ケース（４側の永久磁石（４）夫々の極端に設けた
銅製の隅取り輪であり、これはパルス磁力の影響を緩和
し、エネルギーの一部を回転子（１）が吸収し回転エネ
ルギーに変えるものである。

次に上記の如（二極形に構成された回転動力機の回転作
動原理について簡単に説明すると、第４図（（イ）は回
転停止の状態であり、この状態から弁機構（６）を通じ
て一方のブロックを構成する三個の空気シリンダ饅目こ
空気を分配供給してそれらに対応する永久磁石（４）を
回転子（１）に近づく方向に移動させ、そして永久磁石
（４）・徨）間の対空間距離が第４図（０）の如（最小
（０，１１１ｍ）に変化すると回転子（１）と固定ケー
ス（１）との間に回転方向で磁圧力が発生し、回転子０
）は磁圧力の低い矢印方向に回転する。　この回転によ
って回転子（１１側の永久磁石（１１が他方のブロック
を構成する三個の空気シリンダ（５）の位置（界磁内）
に達すると前記弁機構り６）が自動的に切換って前者三
個の空気シリンダ（５）が収縮するとともに、後者三個
の空気シリンダ（６）が伸長してこの後者シリンダ（６
）に対応する永久磁石（４）が第４図（ハ）の如く回転
子（旧こ近づく方向に移動し、上記同様に回転子（１）
と固定ケース（ＩＩＩとの間に磁圧力が発生して回転子
（１）が引き続いて回転され、この状態を繰り返すこと
によって回転子（１）の連続回転が得られるに至るので
ある。

以下別の実施例について列記する。

〔工〕　第５図（イ）・（ロ）に示すように１回転子（
１）側の永久磁石０１として二極形のものを用いても良
い。　ただし、この場合は矢印で示すような磁路が形成
されるので、回転中心側の極（Ｓ極）が固定ケース（８
＋側の界磁永久磁石（４）による吸引作用の影響を受け
ないようにするために、その回転中心側の８極を深い位
置、つまり回転中心にできるだけ近づける必要がある。

〔ｌ〕　回転子（！）側の永久磁石Ｏ）として多極形の
ものを用いても良いのは勿論であるが、この場合は極間
の磁気の切れが悪く、上記実施例で示したように、極間
に適当幅の空間＾を形成するか、若しくは第６図で示す
ように、単一永久磁石の場合、その極間に周溝η′）を
形成するか、のいずれかの構成が必要であり、これに対
応して固定ケースυ）側の界磁永久磁石（４）も同様な
構成とする。　なお、多極化については８〜４極が限度
である。

〔Ｉ〕　前記固定ケース（＄１側の界磁永久磁石（１）
の配列構造としては、力学的見地から磁石ｆｆ＋・（４
）間の反発力が回転子口）の軸αＡ）に曲げ力として作
用しないようにするために、つまり、前記軸（ＩＡ）に
作用する曲げ力を相殺させるため番と、第７図（イ）・
（ロ）・（ハ）で示すように回転直径方向で対向構造と
なるような配列が望ましいのであり、これによって回転
子（１１の振れを極力抑制できるのである。

（ｆｆ、Ｉ　Ｍｔｌ記の外側永久磁石（４）を回転子（
１）側の永久磁石（２）に対して近接移動及び離間移動
させる機構α】としては、上記実施例で示した空気シリ
ンダ以外、レシプロエンジン、空ｆｉ以外の流体シリン
ダなどであっても良い。

〈発明の効果〉 以上詳述したことからも明らかなように本発明による時
は、 （１）　永久磁石の磁力特性のうち、対空間距離の二乗
に反比例する反発力を有効に利用することにより、同極
対向状態にある永久磁石の一方を殆んの僅かに移動させ
るに足りる極く少量の入力エネルギーをもってそれを数
倍ないし数十倍にも拡大した高出力を得ることができる
。　つまり、出力／入力比を従来の種々のものに比し極
めて大きくすることができる。

（２）　それ故に、出力／重量比及び出力／大きさ比も
太き（できるとともに、 （＄）　前記機構Ｉ＋として、燃料を使用する内燃機関
を用いる場合であっても、省資源、低公害の動力機を得
ることができる。

（４）　その上、永久磁石として高保磁力のものが現存
する実情からみて、前記（１）で云う所の高出力を長年
月に亘って安定的に発揮させることができる。

饅）　以上の（１）〜（４）の相乗効果として、自動車
用エンジンから小出力の産業機器にまで非常に幅広い用
途を確保できるに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断正面図第８図は縦
断側面図、第８図は第８図Ｘ−ＩＩ線での縦断正面図、
第４図（イ）・（ロ）・（ハ）は回転作動原理を示す概
略縦断正面図、第５図げ】・←）乃至第７図（イ）・（
ロ）・（ハ）は大々別の実施例を示し、第５図（イ）は
要部の拡大縦断正面図、第６図（ロ）はそれの縦断側面
図、第６図は要部の拡大縦断側面図、第７図（イ）・−
）・Ｑ〜は概略正面図である。 （口は回転子％　（ＩＡ）は出力軸、（寥）・（４目よ
永久磁石、　ｕ＞は遠近移動機構。 第１図 第７図 手続補正書 昭和５９年？月　２日 昭和５９年特許　願第１１／、とＪタダ号昭和　年　第
　号 ２、発明の名称 永久磁石利用の回転動力機 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ７　補正の内容 （１）明細書第１２頁第１５行と第１６行との間に、次
のような文章を挿入追記する。 ｒ以上本発明の各実施例等について詳述したが、以下本
発明に係る回転動力機の基本理論計算式並びに、モデル
によってめた計算結果を記載する。 〔基本構成〕 第８図に示すように、固定ケース（３）側に周方向等間
隔（中心角６０度）で計６個の永久磁石（４）ｔ−配し
、これらを周方向交互に位置する３個ｔ−１組として２
組に分け、両組を順次交互に作動させる構成とし、回転
子（１）側には周方向等間隔（中心角１２０度）で３個
の永久磁石（２）を配置した構成とする。 〔使用永久磁石の種類及び特性〕 ｉグネット工業会標準規格の実用希土類コバルト磁石 残留磁束密度　Ｂｒ　８−０−９−０　（Ｋ　Ｇ）保磁
力　ＢＨｅ　７−０−８−５　（ＫＯｅ）最大Ｘ−ネ／
Ｌ／ギ積　ＢＨｍａｘ　ｉ５．０−２０．０　（ＭＧＯ
ＩＩ測定反発力　Ｍ　ｅ　１．５　（即−℃（磁極開銀
Ｍ　ｌ　ｍｍ時） 〔各種特性値間の関係式〕 Ｔ’Ｎ　＠ｎ ７□６（ＰＳ）　■ Ｔ　＝　Ｆ＊ｎ＊Ｌ　（ＫｊＪｆｍ）　■Ｆ＝（、。。 １゜、・−１゜、８．デ）“但し、Ｐｅ（ｆ”；）は実
効馬方、Ｎ（ｒｐｍ）ｉ回転数、ｎは回転子極数、Ｍ（
ハ）は回転子直径、Ｔ　（ＫｊＦｆｍ）は回転力（トル
ク）、？は機械効率、Ｆ　（Ｋｙｆ）ｔｆｆｓカｏ１分
カ、Ｌ−は回転子半径、Ｐ　（Ｋｌｆ）はシリンダ実効
馬力、Ｇｍ　ｉ　ｎ　（４は最小２ｍ間ｊｌ［、Ｇｍａ
ｘＣＩＩ４は最大磁極間距離、メは磁圧力迂回率で０．
７５　である。 上記の０〜０式から各種特性値１求めると、 ７１６・Ｐ・ ■式より　Ｔ　＝　Ｃ Ｎ−’ｉ ■式より　Ｆ＝　σ ｎ　＠Ｌ σ式を０式に代入すると、 σより 而して、相対回転数−動トルクの特性 曲線は一般的に第１Ｏ図で示す通りであって、回転数か
に時に出力Ｐｅｋ発生させる為にはトルクでが必要であ
るが、反発磁界利用の本発明機構では、限定回転数がＮ
時では静止トルクＴｍｍｘ　に比べて動トルクＲ及び必
要反発力Ｐ′が５倍必要となる。 即ち、 Ｓ　＝　Ｔ　（ｍａｗ）／Ｒ 、”、Ｐ’−Ｐ　−Ｓ となり、またこれによって決定される永久磁石の必要面
積Ｃ（−は１ Ｃ＝− ｅ −ル・Ｍ・θ に−− ６０ ２；　−：スーー に となる。ここにおいてＫ　（ａｍ）　は磁石の局長、Ｚ
　（ｃｍ）は磁石の軸線長、θは磁石の中心角である。 次に、上記の各式からシリンダの必要特性値を哀めると
、 ルＤ−ＰＡ ＰＴ＝　＋　ＳＰ となる。ここでＦＴ（Ｋｆｆ）はシリンダ実効推力、Ｄ
ＣｃＩＬ）はシリンダボア径、ＰＡ　（ＫＩｆＡが）は
使用圧縮空圧、５Ｐ（Ｋｆｆ）はスプリング最大リター
ン力であゐ。 そこでＰにσ大全代入すると、 ルＤ＠ＰＡ ＋　ＳＰ 故１こ、 となり、シリンダ実効推力との関係において ＦＴ）Ｐ が成立する。 然して、磁石の反発力Ｐは第１１図で示すように、磁極
間距離の２乗に反比例する即ち、磁極間Ｇｍ１ｎ　で生
じる反発力Ｐにつり合い距ｉｔ−維持するたには反発力
と同等の実効推力が必要であるが、磁圧力の圧縮性（沈
み込み）による反発力の立ち上り遅れやシリンダのスト
ローク運動の加速性などからＧｍ１ｎ（最小磁極開銀ｗ
Ａ）に到達すると考えられ、磁極間距離の変化（シリン
ダストローク運動）により第１１因で示す斜線部面積が
シリンダの実際の仕事量面積となる。 次にシリンダ容積について述べると、第１１図の斜線部
面積と第１２図の斜線部容積は同様と考えられるが負荷
率、必要ストローク速度及び反発力の立ち遅れなどから
上面径Φ２（１，部面積ΦＤｏの円すい台容積が実仕事
とまる。 ルーｈ ＶｍＪｎ　−＝　（Ｒ”＋　Ｒｄ　＋ｄ”）ｍ１ｎ Ｈ＝　、□、Ｘ　■ 但し、Ｖｍ＠ｘはシリンダ最大容積、Ｖｍｌｎはシリン
ダ最小容積、ｐＨｌｆｋは最大ギャッププ（Ｇｉｎａｘ
）時の反発力、Ｒは　／２　であ−る。 以上から空気消費量（／（＋　’（Ａ／ｍｉｎ　）配管
部の空気消費量１−２　（Ｌ／ｒｎｉ　ｎ）、必要吐出
室’ＸｔＲＱ　（１／ｒｎｌｎ）、　入力消費電力（Ｋ
Ｗ）ｔｔめると次の通りである０ Ｉ、ｌｌ＝　／ｎｍ１ｔ　＊　Ｎ　Ｇ！Ｊ＋）ｇ　＝　
ｉｔ　＋　？２ となる。ここでＬ８　（ハ）は毎分当りのシリン゛ダの
トータルストロニク、６ｒＬけシリン回 ダ数×極＃！Ｌ（サイクル数）　／ｍｉｎ。 １１　（ｃｍ）はシリンダストローク長さ、ａ（σ２）
は配管断面積、１２　（ａｍ）　は配管長さ、Ｌａｄ　
（ＫＷ）は理論上の断熱圧縮動力ＩＨｄは全断熱効率て
０・４〜０−５、（け空気断熱指数で１・４、ＰＩ　Ｃ
Ｋｆｆ／−は吸入空気圧力（ａ　ｌ）　９）で１．０３
３　Ｘ　１０’、　Ｐ２　ＣＫＩｆ／ｍ”）は圧縮後の
圧力（ａｂｓ）で圧力損失を考慮し使用圧力＋０．５で
ある−０ また、シリンダ速度ｖ（ｍｎ１／ａ　ｅ　ｃ）　を末め
ると、 Ｎ　＝　Ｎ　／６０　（ｒＰｓ） ｎＸＮ／６０＝””　（サイクル／５ｅｃ）０ 故に、 となシ、また出力馬力Ｐｅ（ＰＳ）　はＰｅ＝　０．７
３５５Ｐｅ　（ＫＷ） となる。 次に、Ｐｅ＝６５　（ＰＳ）、Ｎ＝５００　（ｒＰｍ）
、ｎ　＝　３．　Ｎ　＝　３５０　（１ｍ）のモデルに
よる計算結果をめると、 ＝　２９８．４８ Ｐ’　＝　２．５　Ｘ　Ｐ　＝　２．５　Ｘ　２９８．
４８＝　７４６．２ ＝　４９７．４７　（σ） ＝　１７．７１５　（側） ＝　２８．０ｐ、、−一一−暢） ＝　８．１３　（０１１１） −７，４６２ ＝１．３７８（σ） ルＸ　９．５”Ｘ　Ｏ，９ Ｖｍａｘ　＝　−−□ ＝６３．７９ −　２９．２２ −　０．４５８ Ｌａ　＝　６Ｘ３Ｘ０．９Ｘ５００ ＝　８，１００　Ｃｃｍ） ＝　５７４　（Ｚ／ｎ１１ｎ、） （２） ＝　３．９４　（シｍｌｎ、） 、’、Ｑ　＝　５７４＋３．９４ −　５７８　（１７ｍｉ　ｎ、） −５，２６＋３３ 、　、改Ｋ、５．５　（ＫＷ）のブンプレッサーを使用
する。 ＝　４５０　（ａ／５ｅａ） −８，６９ で、入力エネルギーに対し８．６９　倍の出力エネルギ
ーが得られるに至った。」 明細書第１３′Ｒ第４行の「概略正面図である。」を、
ｒ概略正面図、第８図乃至４Ｂ１２図は本発明回転動力
機の基本理論計算式を説明するためのもので、第８図は
概略基本構成図、ｆＪＱ図は磁石の形状図、第１０図は
回転枚−動トルクの特性曲線金示すグラフ、第１１図は
磁極間距離−反発力の特性曲線を示すグラフ、第１２図
はシリンダの容積図である。」と訂正する。 新たに＠８図乃至第１２図を別紙の通り補充する。 ８　添付書類目゛録 追加図面　１通 第８図 １ 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 出力軸（ｌ　Ａ）に連動の回転子（１）側の同一円周面
   に、周方向に等しい間隔を隔てて複数個の永久磁石【！
   １が取付けられているとともに、これら永久磁石（２）
   の回転局面の外側には、周方向に等しい間隔を隔てて複
   数個の永久磁石（４１が、前記永久磁石（１１に対し同
   極向い合せの状態でかつ回転子（１）の回転半径方向に
   沿って遠近移動自在な状態に設けられ、これら永久磁石
   （４）を回転子（１）の回転に連動して回転周方向に沿
   って順次的に前記回転子（１）側の永久磁石Ｏ目と近接
   移動及び離間移動させる機構（６）が設けられている永
   久磁石利用の回転動力機。