JPS62171458A - 磁力回転装置 - 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】 「発明の技術分野」 この発明は、磁力を利用して一対のロータを回転駆動す
るようにした磁力回転装置に関する。

「発明の技術的背景とその問題点」 従来、磁力を利用した回転装置としては、電動モータが
知られているが、電動モータの中で交流電動モータを例
にとって説明すれば、この電動モータ場合には、巻線に
より巻回されたロータと、このロータの回りに電磁石に
より回転磁界を発生するためのステータとからなってい
る。従って、このような電動モータにおいては、回転磁
界を生起するために常に電気を供給し続けなければ、ロ
ータの回転を維持することができず、このため、ロータ
の回転駆動には、大きな外部エネルギ、この場合には大
きな電気エネルギを必要とする不具合がある。

このようなことから、電磁石の代わりに永久磁石が内在
している磁力のみを使用してロータの回転を維持できる
ような磁力回転装置が望まれている。例えば、この種の
磁力回転装置としては、互いに逆方向に連動して回転可
能な一対のロータを並列的に配置するとともに、これら
ロータの外周部それぞれに周方向等間隔を存してなる永
久磁石を固定して配置し、そして、各ロータの永久磁石
においては、それぞれ同じ極性を有する一方の磁極が径
方向外側を向くようにし、更に、これらロータが連動し
て回転される場合に、一方のロータ側の磁極を他方のロ
ータ側の磁極に対し周期的に近接させるとともに、この
他方のロータ側の磁極に対し僅かに先行して回転運動さ
せることで実現することができる。

即ち、上述の構成を有する磁力回転装置は、周期的に近
接対向する磁極間に磁気反発力を働かせ、この磁気反発
力を利用して一方のロータに回転力を与えてこのロータ
を回転駆動するようにしたものであり、また、他方のロ
ータは、一方のロータの回転駆動力が伝達されることで
、一方のロータに追従して回転駆動される。即ち、一対
のロータは連続的に同門して回転駆動されることになる
。

ところで、上述の磁力回転装置においては、一対のロー
タが永久磁石の磁力のみを利用して回転駆動されている
状態から、これらロータの回転駆動を停止しようとする
場合、ロータに制動力を与えるブレーキ装置を別に設け
るか、又は、ロータ相互を上記磁気反発力の影響がなく
なる程度まで離間させる離間機構を別に設けなければ、
これらロータの回転駆動を停止させることができず、ロ
ータの制動を容易に行えない欠点がある。

「発明の目的」 この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、ロータの制動をなすための複雑な
機構を付加的に必要とせず、容易にロータの制動をなす
ことができる磁力回転装置を提供することにある。

「発明の概要」 この発明は、一方のロータ側の永久磁石のうちの１個を
電磁石に置き換えるとともに、この電磁石への通電方向
を切り換え制御する通電切り換え機構を設けてなり、こ
の通電切り換え機構により、ロータの制動時には、電磁
石の磁極をこれと周期的に近接対向する他方のロータ側
の永久磁石の磁極に対し反対の極性を有するように変え
て、これら磁極間にロータの制動力として働く磁気吸引
力を発生させることを特徴とするものである。

「発明の実施例」 以下、この発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図には、磁力回転装置の全体が概略的に示されてい
る。この磁力回転装置は、箱形をなしたフレーム構体ｌ
を備え、このフレーム構体１内には、一対の回転軸２，
２が互いに所定の間隔を存して並行に配置されており、
これら回転軸２゜２は、その上下端のそれぞれがフレー
ム構体１に対し軸受３・・・を介して回転自在に支持さ
れている。一方の回転軸２には、第１ロータ４ａが取り
付けられており、また、他方の回転軸２には、第２ロー
タ４ｂが第１ロータ４ａに対し並列的に取り付けられて
いる。これら第１及び第２ロータ４ａ、４ｂのそれぞれ
は、同様な構造をなしており、例えば、その回転軸２の
軸方向に所定の間隔を存した２枚のリング状プレート５
，５からなっている。

又、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂの下面には、連動手
段としての合成樹脂からなるギア６ａ。

６ｂがそれぞれ取り付けられている。これらギア６ａ、
６ｂは、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂの径寸法よりも
大きな同一の径寸法を有し、互いに噛み合わされている
。従って、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂは、互いに逆
方向に連動して回転可能となりでいる。尚、第１図中、
７・・・は、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂを支える支
持アームを示している。

第１ロータ４ａには、その外周縁部に周方向等間隔を存
して例えば１６個の永久磁石８ａ・・・が配置されてお
り、これら永久磁石８ａ・・・は、リング状プレート５
．５間に固定して配置されている。この実施側の場合、
上記永久磁石８ａ・・・のうちの１個は、電磁石９ａに
置き換えられている（第２図参照）。尚、第２図におい
て、永久磁石８ａ・・・は、その一部のみしか図示され
ていない、ここで、各永久磁石８ａは、第３図に示され
るように、ケース１０内にフェライト磁石からなる棒状
の強磁体１１・・・を収容して構成されているが、強磁
体１１・・・は、隣接する端部相互の極性が同極同士と
なるように配置されている。そして、永久磁石８ａ・・
・は、一方の磁極、例えば、Ｎ極が径方向外側を向き、
Ｓ極が径方向内側を向くような所定の姿勢で配置されて
いる。この実施側の場合、第２図に示されるように、永
久磁石８ａが回転軸２，２閏に位置付られたとき、その
永久磁石８ａの長手方向軸線Ａと回転軸２，２を結ぶ中
心線Ｂとのなす角度Ｃは、例えば、３０度に設定されて
いる。

一方、上記電磁石９ａは、第４図に示されるように１．
Ｕ字形をなした鉄心１２にコイル１３を巻回して構成さ
れており、この電磁石９ａもまた、各永久磁石８ａと同
様に磁極が第１ロータ４ａの径方向外側を向き、且つ、
上記角度Ｃの関係を満足する関係に配置されている。こ
こで、電磁石９ａは、Ｕ字形をなしていることから、電
磁石９ａの両磁極は、いずれも第１ロータ４ａの径方向
外側を向いている。

一方、第２ロータ４ｂの外周部にも第１ロータ４ａ側の
磁石（８ａ、　９　ａ）と同様にして且つ同数の永久磁
石が周方向等間隔を存し、且つ、一方の磁極を第２ロー
タ４ｂ乃径方向外側に向けた状態で、固定して配置され
ており、これにより、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂが
第２図中、それぞれ矢印方向に互いに連動して回転され
ると、第２ロータ４ｂ側の永久磁石は、第１ロータ４ａ
側の対応する磁石（８ａ、９ａ）に対し周期的に近接対
向するようになっている。

第２ロータ４ｂ側の永久磁石について更に詳述すれば、
上述した第１ロータ４ａ、４ｂの回転に伴い、第１ロー
タ４ａの各永久磁石８ａと周期的に近接対向する第２ロ
ータ４ｂ側の各永久磁石８ｂは、永久磁石８ａと同様な
構造を有するとともに、その径方向外側の磁極は、第１
ロータ４ａ側の永久磁石８ａにおける径方向外側の磁極
と同極になっており、一方、電磁石９ａと周期的に近接
対向する第２ロータ４ｂｌの永久磁石９ｂは、第４図に
示される構造となっている。即ち、永久磁石９ｂにおい
ても、永久磁石８ｂとほぼ同様な構造であるが、電磁石
９ａの両磁極がいずれも第１ロータ４ａの径方向外側を
向いていることから、この電磁石９ａの両磁極に対して
同極の磁極がそれぞれ周期的に近接対向するように強磁
体１１・・・の向きを変えである。

また、永久磁石８ｂ、９ｂは、これらが回転軸２，２問
に位置付られたとき、第２図に示されるように、その永
久磁石８ｂａの長手方向軸線りと回転軸２，２を結ぶ中
心線Ｂとのなす角度Ｅが、例えば、５６度になるように
設定されている。

更に、第１及び第２ロータ４ａ、、４ｂがそれぞれ第２
図中矢印方向に連動して回転されるとき、第１ロータ４
ａ側の磁石（８ａ、　９　ａ）は、第２ロータ４ｂ側の
対応する永久磁石（８ｂ、Ｃ１ｂ）に対し周期的に近接
する領域でみて、永久磁石（８ｂ、９ｂ）よりも僅かに
先行して回転運動されるように設定されている。

第１ロータ４ａの電磁石９ａは、第４図に示されるよう
に、そのコイル１３に通電するための電源をふくむ駆動
回路１４に電気的に接続されている。この駆動回路１４
は、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂ相互の回転に伴い、
電磁石９ａが永久磁石９ｂと周期的に近接する第１領域
においてのみ、第１センサ１５からの信号を受けて電磁
石９ａに通電するようになっている。

即ち、第１センサ１５は、発光素子と受光−素子とを組
み合わした光学式のセンサであり、この第１センサ１５
は、第１図に示されるように、第１ロータ４ａの上方に
位置するフレーム溝体１の部位に取り付けられている。

第１センサ１５は、下方に向けて光を出射し、この光が
第１ロータ４ａの内縁から径方向内側に突出して設けら
れた反射プレート部１６により反射されてなる反射光を
受光したとき、駆動回路１４に対し電磁石９ａへの通電
をなすオン信号を出力するようになっている。ここで、
反射プレート部１６は、上記第１領域の周方向長さに等
しい周方向長さを有し、且つ、電磁石９ａが第１領域に
進入したしたとき、第１センサ１５をオン作動させ、ま
た、電磁石９ａが第１領域から退出したとき、第１セン
サ１５をオフ作動させるような位置に配置されている。

又、第１センサ１５からの出力信号を受けて駆動回路１
４により電磁石９ａに通電がなされると、この電磁石９
ａは、既に説明したように、その両磁極が第２ロータ４
ｂの永久磁石９ｂの両磁極に対し同極同士となるように
励磁されることは勿論である。

そして、駆動回路１４には、切り換え回路１７が電気的
に接続されている。この切り換え回路１７は、駆動回路
１４による電磁石９ａへの通電方向を逆方向にするため
のものであり、その作動は、ブレーキスイッチ１８によ
りなされる。また、切り換え回路１７により、駆動回路
１４による電磁石９ａへの通電が逆方向に切り換えられ
ると、駆動回路１４は、第２センサ１９からの出力信号
を受けている問だけ電磁石９ａへの通電をなすようにな
っている。即ち、第２センサ１９は、第１センサ１５と
同様な構造をなし、第１図に示されるように、第１セン
サ１５よりも第１ロータ４ａの径方向内側に位置してフ
レーム構体１に取り付けられている。又、第２センサ１
９の位置付けに対応して、この第２センサ１９と組み合
わされる反射プレート部２０は、上記反射プレート部１
６の内縁側に連なって形成されている。ここで、反射プ
レート部２０は、反射プレート部１６に比べ、第２図に
示されるように、第１ロータ４ａの矢印回転方向に長く
形成されている。

次ぎに、上述した構成の磁力回転装置の作動について、
第５図を追加して説明する。

先ず、第５図においては、第１ロータ４ａの回転軸２が
０１で、また、第１ロータ４ｂの回転軸２が０２で示さ
れている。そして、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂの磁
石においては、その一方の磁極、つまり、Ｎ極のみを代
表して示しである。

尚、電磁石９ａ及び永久磁石９ｂにおいては、両磁極が
そのロータの径方向外側に位置付けられているが、ここ
では、説明を簡単にするため、一方のＮ極のみで示す。

第１及び第２ロータ４ａ、４ｂが第５図に示される回転
位置にあるときから、これら第１及び第２ロータ４ａ、
４ｂの回転駆動について説明する。ここで、０１と０２
を結ぶ線上に第２ロータ４ｂｓの１個の磁極Ｎｂｌが位
置付けられているとすると、この磁極Ｎｂｌと周期的に
近接する第１ロータ４ａ側の磁極Ｎａｌは、磁極Ｎａｌ
よりも回転方向に僅かに先行した位置に位置付けられる
ことになる。例えば、このとき、磁極Ｎａｌが第２図で
示されるように回転角でみて、Ｘ度だけ磁極Ｎｂｌより
も先行しているとする。このような状態において、磁極
Ｎａｌ、　ｂｌには、互いに逆向きで、且つ、大きさの
等しい磁気反発力Ｆｌが磁極Ｎａ１．　ｂｌ間を結ぶ線
り上に作用することになる。また、この場合、Ｏｌから
上記線りに降ろした垂線Ｍと０１及び磁極Ｎａｌを結ぶ
半径線にとのなす角度をＹとし、半径線にの長さをＲと
すれば、上記磁気反発力Ｆ１により、第１及び第２ロー
タ４ａ、４ｂに働く回転トルクＴ　ａｌ、　Ｔ　ｂｌは
、それぞれ次式で表される。

Ｔａ１＝Ｆ１−Ｒ−ｃ　ｏ　ｓ　（Ｙ−Ｘ）Ｔａ１＝Ｆ
１・Ｒ−ｃｏｓＹ ここで、ｃｏｓ　（Ｙ−Ｘ）＞ｃｏｓＹであるから、Ｔ
　ａｔ＞　Ｔ　ｂｌとなる。即ち、磁極Ｎａｌが第２図
で示されるように回転角でみて、Ｘ度だけ磁極Ｎｂｌよ
りも先行していることに起因して、第１ロータ４ａは、
第２ロータ４ｂよりも大きな回転トルクを受け、これに
より、第１ロータ４ａは、第５図中矢印方向に正回転し
ようとする。

また、磁極Ｎ　ａｔ、　Ｎ　ｂｌの近傍に位置する第１
ロータ４ａ側及び第２ロータ４ｂ側の互いに対応する磁
極相互について考えてみると、第１ロータ４ａ側におけ
る磁極Ｎａｌよりも回転方向に進行した位置にある磁極
Ｎ　ａｎ、　Ｎ　ａｎ−１には、磁気反発力に起因して
第１ロータ４ａに正回転力を与える回転トルクが働くが
、この回転トルクは、磁極Ｎａｌから遠く離れるに従い
小さくなる。即ち、磁極Ｎａｎ、　Ｎａｎ−１に働く回
転トルクは、その対応する第２ロータ４ｂ側の磁極Ｎ　
ｂｎ、　Ｎ　ｂｎｉとの間の距離の２乗に比例して小さ
くなることが知られている。

一方、磁極Ｎａｌよりも正回転方向後方に位置する第１
ロータ４ａの磁極Ｎａ２．　Ｎａ３には、第１ロータ４
ａに逆方向の逆回転トルクが働くことになるが、これら
の逆回転トルクは、上述したように小さなものであり、
また、これらの逆回転トルクは、磁極Ｎａ口、　Ｎａｎ
−１に働く正の回転トルクにより相殺されると考えられ
る。しかも、磁極Ｎａｌと磁極Ｎａ２との間に着目すれ
ば、第１ロータ４ａの正回転につれ、磁極Ｎａ２に働く
回転トルクは、この磁極Ｎａ２が磁極Ｎａｌの位置に達
する前に逆方向から正方向に変換されることになる。従
って、第１ロータ４ａには、逆の回転トルクが働く領域
よりも正の回転トルクの働く領域の方が大きく、これに
より、第１ロータ４ａは、確実に第２図中の矢印方向に
回転されようとする。

一方、第２ロータ４ｂｇＳについてみれば、第１ロータ
４ａでの説明から明らかなように、この第２ロータ４ｂ
全体には、第２図に示した矢印方向とは逆方向の回転ト
ルクを受けるものと考えられる。しかしながら、第２ロ
ータ４ｂに最も大きな逆方向の回転トルクを与えるｆＩ
ｉ極の位置が磁極Ｎｂｌの位置となることは明らかであ
るが、この場合、前記の２式から理解されるように、逆
方向の回転トルクＴｂｌは、Ｔａｌよりも小さい。従っ
て、これら回転トルクＴａｌ、Ｔｂｌの大小関係を適宜
に設定することにより、第２ロータ４ｂは、第１ロータ
４ａの回転駆動力をギア６ａ、６ｂを介して受け、そし
て、逆方向の回転トルクに抗し、第１ロータ４ａとは反
対の方向に連動して回転駆動されることになる。即ち、
第１及び第２ロータ４ａ。

４ｂは、連続して回転を維持することになる。

尚、第５図中、右端に示した特性図において、実線は、
第１ロータ４ａに働く回転トルクを示したものであり、
また、破線は、第２ロータ４ｂに働く回転トルクを示し
たものである。特性図において、縦軸は、第１及び第２
ロータ４ａ、４ｂの０１．０２間を結ぶ線分からの距離
を表している。

従って、この特性図から明らかなように、第１ロータ４
ａの電磁石９ａに通電する第１領域は、第１ロータ４ａ
に正の回転トルクを働かせることのできるＷ！４、即ち
、特性図において、少なくともＺで示される範囲に設定
すればよいことが解る。

次ぎに、第１及び第２ｒ：１−夕４ａ、４ｂが連動して
回転駆動されている状態から、これら第１及び第２ロー
タ４ａ、４ｂの回転駆動を停止する場合には、ブレーキ
スイッチ１８により切り換え回路１７を作動させ、これ
により、駆動回路１４による電磁石９ａへの通電方向を
今までとは逆にする。このようにすると、電磁石９ａの
両磁極の極性が逆になることから、この状態では、今ま
で第１ロータ４ａに得られていた正の回転トルクがなく
なるばかりでなく、電磁石９ａが永久磁石９ｂと近接す
る際には、これら磁石９ａ、９ｂ間に磁気吸引力が発生
する。この結果、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂは、上
記磁気吸引力を利用して効果的に制動され、これにより
、第１及び第２ロータ４ａ、４ｂの回転駆動を停止する
ことができる。更に、制動の際においては、電磁石９ａ
に通電する第２領域が第１領域よりも大きな範囲に設定
されているので、このことからも大きな制動力が磁気吸
引力により得られることは明らかである。

また、上述した実施例によれば、電磁石９ａへの通電は
、必要な領域のみしか行われないので、電磁石９ａの励
磁に対して大きな消費電力を必要とせず、また、ロータ
４ａ、４ｂの回転駆動に使用される電磁石９ａをロータ
４ａ、４ｂの制動にも使用するようにしたから、構造の
複雑化を伴うことなく、この発明の磁力回転装置に好適
した制動機構を得ることができる。

この発明は、上述した一実施例に制約されるものではな
い。例えば、ロータの各永久磁石は、電磁石及びこれと
固自的に近接する永久磁石を除き、何れも同じ極性の磁
極を径方向外側に位置付けて配置したが、これに限らず
、径方向外側の磁極の極性をロータの周方向に交互に異
ならしてもよく、要は、第１ロータ側の磁石の磁極に対
して周期的に近接する第２ロータ側の磁石の磁極が同極
同士であればよい。また、ロータの周方向に配置される
磁石の磁力を異ならしてもよいし、更に、ロータの回転
駆動又は永久磁石の回転により得られる回転磁界を利用
して発電した電力を電磁石への電源に用いることもでき
る。

また、前述した角度Ｃ，Ｅは、３０度、５６度の組み合
わせに限らず、これらの角度の組合せは、永久磁石の磁
力の大きさ、周期的に近接する磁極間の距離及び角度Ｘ
などを考慮して決定するすることができる。更に、ロー
タに配置される永久磁石の数もまた任意に選択できるこ
とは勿論である。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、一対のロータ
の回転駆動に通常は利用される電磁石を、これらロータ
の回転駆動を停止させるためにも利用するようにしたか
ら、これらロータの制動機構として別に複雑な機構を必
要とせず、これにより、簡単且つ容易にして、これらロ
ータの制動をなすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す磁力回転装置全体
の概略的斜視図、第２図は、第１及び第２ロータ相互の
関係を示す概略的平面図、第３図は、永久磁石の斜視図
、第４図は、電磁石とこれと絹み合う永久磁石、並びに
、電磁石の駆動制御回路を示す図、第５図は、ロータの
回転原理を説明するための図である。 ４ａ、４ｂ−・・ロータ、８ａ、８ｂ、９ｂ・・・永久
磁石、９ａ・・・電磁石、１４・・・駆動回路、１７・
・・切り換え回路、１８・・・ブレーキスイッチ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転可能に配置された第１ロータと、 第１ロータに対し並列的に近接して配置されてなる回転
   可能な第２ロータと、 第１及び第２ロータの相互を互いに逆方向に連動して回
   転可能とする連動手段と、 第１及び第２ロータの外周部それぞれに固定して配置さ
   れ、周方向等間隔を存するとともに、一方の磁極が径方
   向外側を向き、第１及び第２ロータが連動して回転され
   る際には、互いに同極同士の磁極が周期的に近接対向し
   、且つ、周期的に対向する各組の磁極のうち第１ロータ
   側の磁極が第２ロータ側の磁極よりも僅かに先行して回
   転運動される複数の永久磁石を備えてなり、 第１及び第２ロータ側の周期的に近接対向する同極同士
   の磁極間に磁気反発力を発生させ、この磁気反発力によ
   り、第１ロータに一方向の正回転力を与えて第１ロータ
   を回転駆動させるとともに、第１ロータの回転駆動力を
   上記連動手段を介して第２ロータに伝達し、これにより
   、第２ロータに上記正回転力とは反対方向の向きに上記
   磁気反発力により作用される逆回転力に抗し、第２ロー
   タを回転させることで、第１及び第２ロータを連続して
   回転駆動する磁力回転装置において、一方のロータ側に
   おけるロータ側の永久磁石のうちの１個を電磁石とする
   とともに、この電磁石への通電方向を切り換え制御する
   通電切り換え機構を設けてなり、この通電切り換え機構
   により、電磁石の磁極を他方のロータ側の周期的に近接
   対向する永久磁石の磁極と同極とし、これら磁極間に磁
   気吸引力を生起して、第１及び第２ロータの回転に制動
   を与えることを特徴とする磁力回転装置。