JP2008035654A

JP2008035654A - 磁力回転装置

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Publication number: JP2008035654A
Application number: JP2006207606A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagaba; 耕一長場
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供する。
【解決手段】回転軸２に支持された回転体４と、回転体４の外周面５及び円周面６に同一極性の磁極を対向させて配置する磁界発生手段７と、磁界発生手段７の反発力を制御する磁力制御体８と、磁力制御体８を回転体４の回転角で制御する制御装置とを備える。磁力制御体８により磁石の磁気反発力を制御するため、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置が提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石の反発力を利用して回転体を回転駆動する磁力回転装置に関する。

磁力回転装置は、磁石同士の磁気反発力を回転力として利用する回転装置である。電動機が電気エネルギーを変換することにより回転力を得るのに対し、磁力回転装置は磁石の磁気反発力より回転力を得ることができるため、入力に対する出力が高いという点で効率に優れた回転装置を提供することができる。回転力を得るために用いる磁石としては、電磁石又は永久磁石が用いられるが、特に永久磁石を用いることにより、着磁させる必要がないので、より効率に優れた回転装置を提供することができる。

磁力回転装置を動作させるためには、磁気反発力を得るための磁石の対に加え、回転体の回転位置に応じて磁石の磁気反発力を制御するための磁力制御体及び磁力制御装置が必要となる。

上述のような磁力回転装置の問題点を解決するために、永久磁石同士の磁気反発力を回転力として利用した回転装置として、本出願人は、永久磁石，磁力制御体となる磁気遮蔽体，従動体，弾機，摺動案内体などからなる回転装置を提案している。（例えば、特許文献１）
特許文献１の回転装置は、回転軸に設けたローター磁極の外側に磁気路を有する磁気遮蔽体を介してステーター磁極を設け、さらに回動体に取り付けた従動体の基端をフレームに固設した摺動案内体に摺動自在に設けるとともに従動体の先端を磁気遮蔽体に軸着し、かつ回動体と磁気遮蔽体間に弾機を設け、かつ回転軸と回転体との間に逆方向の同期装置を設けた回転装置である。

これにより、ローター磁極の回転にともなってローター磁極及びステーター磁極が近づいて相対向する時点において、ローター磁極とステーター磁極との間には磁気遮蔽体が位置するのに対し、ローター磁極とステーター磁極がそれぞれ離れようとする時点において、ローター磁極とステーター磁極との間に磁気路が位置するために、磁石同士の磁気反発力によってローター磁極を一方向に回転させることができる。

また、ローター磁極とステーター磁極との磁力を有効にローターの回転力にスムースに変換することができる。さらに、回転軸に設けたローター磁極の外側に磁気路を有する磁気遮蔽体を介してステーター磁極を設け、回動体に取付けた従動体の基端をフレームに固設した摺動案内体に摺動自在に設けるとともに従動体の先端を磁気遮蔽体に軸着し、かつ回動体と磁気遮蔽体間に弾機を設けることによってローター磁極とステーター磁極との磁力を有効にローターの回転力に変換することができる。

一方で、永久磁石と電磁石との磁気反発力を回転力として利用した回転装置として、回転軸に支持された回転体と、該回転体の円周領域に、回転方向と交差する面を磁極とし互いに同一極性の磁極を対向させて近接配置された少なくとも一対の永久磁石と、前記回転体の周面の外方近傍に該回転体に対面して配置され、前記永久磁石の対向する磁極から発生する静磁界に反発する磁界を発生する電磁石と、前記永久磁石の対向する磁極が前記電磁石の前記回転体に対面する部位を通過するときに電磁石を励磁し、上記対向する磁極の反対面の磁極で回転方向後部に位置する反対極性の磁極が通過する前に励磁を解除する制御装置とを備えた磁力回転装置が提案されている。（例えば、特許文献２）
この磁力回転装置は、回転体の回転位置に応じて電磁石の制御を行う装置であり、制御装置は、位置検出手段により回転位置を検出し、回転位置に応じて電磁石の制御信号を出力する役割を果たす。また、位置検出手段は、発光素子，スリット，受光素子などからなり、受光素子の出力の強度変化に応じて位置を検出する役割を果たす。
特開平１−２３１６７１号公報特許第３６９３６６９号公報

従来技術のうち、永久磁石同士の磁気反発力を用いた磁力回転装置では、磁力制御体となる磁気遮蔽体又は磁気路は、ローター磁極とステーター磁極との相対位置に応じて、物理的に位置制御する必要があった。このため、回転装置自体の構造が複雑であり、小型化が容易でなかった。また、回転体の回転速度に応じた磁気反発力の制御が困難であった。

一方で、永久磁石と電磁石との磁気反発力を用いた磁力回転装置では、永久磁石と電磁石との相対位置を電磁石の位置を位置検出手段により検出し、電磁石の位置に応じて電磁石への励磁又は消磁などの制御を行う必要があった。このため、電磁石の位置検出手段及び制御装置などが必要となり、回転装置自体の構造が複雑であるばかりか、小型化が容易でなかった。

そこで、本発明は上記問題点に着目し、磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の磁力回転装置は、回転軸に支持された回転体と、該回転体と一体に設けられ該回転体の周面部に設けられたローター磁極及び該ローター磁極の外側に対向可能に設けられ前記ローター磁極と同一極性のステーター磁極を備えた磁界発生手段と、前記ローター磁極とステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段より生じる磁気を遮蔽する遮蔽体とを備えた回転装置であって、前記ローター磁極と前記ステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の磁力回転装置は、請求項１において、前記磁力制御体が、前記磁界発生手段間に近接配置され、少なくとも前記磁界発生手段の反発力を制御する位置に磁路部を形成するようにコイル巻きした磁気遮蔽体であり、前記磁路部の透磁率を制御することを特徴とする。

本発明の請求項３記載の磁力回転装置は、請求項２において、前記磁気遮蔽体が、磁性材料からなることを特徴とする。

本発明の請求項４記載の磁力回転装置は、請求項１において、前記制御装置が、回転角に応じて通電するスリップリングであることを特徴とする。

本発明の請求項５記載の磁力回転装置は、請求項１において、前記磁界発生手段が、永久磁石であることを特徴とする。

本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって磁界発生手段の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。

請求項１の構成によれば、磁力制御体で前記磁界発生手段の反発力を制御して回転力として利用し、前記磁力制御体の励磁又は消磁などの制御を前記回転体の回転角により行うことができる磁力回転装置を提供することができる。

請求項２の構成によれば、前記磁気遮蔽体に巻かれたコイルを通じて励磁又は消磁することにより、前記磁路部の透磁率を制御し、前記磁界発生手段の反発力を制御することができる磁力回転装置を提供することができる。

請求項３の構成によれば、透磁率の高い磁性材料を用いることにより、前記磁界発生手段の反発力を制御できる磁力回転装置を提供することができる。

請求項４の構成によれば、前記回転体の回転角に応じて前記磁気制御遮蔽体の励磁又は消磁を行うことができる磁力回転装置を提供することができる。

請求項５の構成によれば、着磁させることなく磁界を発生させることができる磁力回転装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における磁力回転装置の好ましい各実施例を説明する。なお、各実施例において、同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

本発明の磁力回転装置は、回転軸に支持された回転体と、該回転体の円周面及び外周面に同一極性の磁極を対向させて配置された少なくとも二対の磁界発生手段と、前記磁界発生手段より生じる磁気を遮蔽する遮蔽体とを備えた回転装置において、
前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に用いる回転体としては、特定のものに限定されるものではないが、例えば、回転体の円周面の少なくとも一部に磁界発生手段を備えた回転体が好ましく用いられる。回転体の回転力となる磁気反発力を得るための磁界発生手段としては、永久磁石が好ましく用いられるが、電磁石を用いてもよい。磁界発生手段より得られる磁束を遮蔽又は通過させるための磁力制御体は、特定のものに限定されるものではないが、磁性材料をコイル巻きするのが好ましい。

磁力制御体を構成する磁性材料としては、磁気飽和を起こしやすく、透磁率が比較的高く、ヒステリシスが比較的小さい材料が好ましいが、例えば、珪素鋼，コバルト，ニッケル，軟鉄，鉄，純鉄，パーマロイ，フェライト，磁性材料の組み合わせからなる材料を含む軟磁性材料又は硬磁性材料などが好ましく用いられる。また、磁性材料にコイルを巻く場所は、特定のものに限定されるものではないが、少なくとも磁路を形成する一部に巻かれるのが好ましい。さらに、磁力制御体を回転角に応じて制御する制御装置としては、回転角に応じて通電するスリップリングが最も好ましく用いられる。

以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例１について図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１による磁力回転装置を説明するための概略図である。

図１において、固定されているフレーム１の中心には、支持軸たる回転軸２がベアリング３により支持されている。回転体４は前記回転軸２と同軸に固設されており、前記回転体４の外周面５及び円周面６には同一極性の磁極７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが対向するように少なくとも二対の磁界発生手段７が配置されている。すなわち、回転軸２を中心として放射方向に複数、実施例では四方向にローター磁極であるローター側の磁界発生手段７Ｃ，７Ｄ，７Ｃ，７Ｄが一体的に設けられている。一方、磁界発生手段７Ｃ，７Ｄ，７Ｃ，７Ｄの外側に、同じく回転軸２を中心として放射方向に複数、実施例では四方向にステーター磁極であるステーター側の磁界発生手段７Ａ，７Ｂ，７Ａ，７Ｂが設けられている。本実施例における前記回転体４の前記外周面５及び前記円周面６に配置する磁界発生手段７の組み合わせは、永久磁石と電磁石であるが、永久磁石と永久磁石であってもよい。前記回転体の前記外周面５と前記円周面６との間には、前記外周面５と前記円周面６に配置される前記磁界発生手段７の対より生じる磁気反発力を制御する磁力制御体８が少なくとも１対近接配置される。なお、磁力制御体８は、前記回転体４の前記外周面５と前記円周面６に配置される全ての前記磁界発生手段７の全面を遮蔽するように配置され、前記回転軸２に固設される。なお、磁力制御体８は、前記回転軸２に固設されずに前記フレーム１に固設されてもよい。実施例では、前記磁力制御体８は、前記回転軸２を回転中心とした円筒形状であって、周面を前記磁界発生手段７Ｃ，７Ｄ，７Ｃ，７Ｄと磁界発生手段７Ａ，７Ｂ，７Ａ，７Ｂとの間に介在するように設けられており、その両側部の中央は回転軸２に設けられている。前記磁力制御体８は、制御装置となるスリップリング９により制御される。前記回転体４の回転角に応じて電気的に接触するスリップリング９及び前記回転体４の回転角に依存せず常に電気的に接触するスリップリング10が接続されており、スリップリング９から正の電圧を供給し、前記スリップリング10から接地されるように接続されている。また、前記スリップリング９及び前記スリップリング10は回転体４に固設されていおり、回転体４とともに回転する。

図２は、前記磁力制御体の概略図を示す。図２（Ａ）は、磁力制御体８を正面から見た図であり、図２（Ｂ）は磁力制御体８を側面方向から見た図である。前記磁力制御体８は、前記磁界発生手段７の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように、磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図２（Ａ）に示すように矩形の枠状であり、図２（Ｂ）に示すように円形に湾曲した形状を有している。図２に示す磁力制御体は、磁性材料の全周にコイル12を巻いているが、磁性材料の一部のみにコイル12を巻いてもよい。なお、本実施例では、磁気反発力の制御性に優れた磁性材料として比較的透磁率の高い珪素鋼を用いている。

ここで、図３は、磁力制御体８の２つの働きである磁石から生じる磁束を遮蔽又は通過する場合の概念図を示す。

図３（Ａ）は、磁力制御体８に巻かれたコイルに電圧が印加され、通電されている場合の磁力線分布を示す。コイルに電圧を印加した場合、磁力制御体８は、磁気飽和による透磁率の減少により磁界発生手段７となる磁石から生じる磁束を通過させるように働く。磁束は磁力制御体８を通過し、図３（Ａ）に示すように磁束が磁力制御体８の外に漏れるようになる。従って、磁力制御体８を中心として磁石を対向させると、磁気反発力が生じる。

一方、図３（Ｂ）は、磁力制御体８に巻かれたコイルに電圧を印加しない場合の磁力線分布を示す。コイルに電圧を印加しない場合、磁力制御体８は、磁力制御体の高い透磁率を利用して磁界発生手段７となる磁石から生じる磁束を磁力制御体８中に通すように働く。磁束は磁力制御体８中を通るため、図３（Ｂ）に示すように磁束が磁力制御体８の外に漏れにくくなる。従って、磁力制御体を中心として磁石を対向させても、磁気反発力が生じることはない。

図４は、磁力制御体８の制御装置の概略図を示す。図４に示すように、制御装置は、回転角に応じて電気的に接触するスリップリング９からなり、スリップリング９はリング状の電極13、ブラシ14及び接続端子15からなる。リング状の電極13は、回転角に応じて電気的に接触するように配置されている。なお、スリップリング９はコミテータでもよく、電極数は複数であってもよい。

前記コイル12は、前記回転体４の回転角に応じて電気的に接触するスリップリング９及び前記回転体４の回転角に依存せず常に電気的に接触するスリップリング10に接続されており、スリップリング９から正の電圧を供給し、前記スリップリング10から接地されるように接続されている。また、前記スリップリング９及び前記スリップリング10は回転体４に固設されている。また、制御装置となるスリップリング９には、回転体４の回転角に応じて前記コイル12に通電するための直流電源16が接続される。

なお、前記磁性材料11に巻かれる前記コイル12の巻き数は、前記磁性材料11の断面積や長さなどの幾何学的形状及び前記コイル12に流す電流量に応じて様々であるが、磁路部17で磁気飽和が生じる程度で十分である。特に、モータを省エネルギーで回転させるべく、コイル12に流す電流量を少なくするためには、前記コイル12の巻線の太さを０．１ｍｍ程度にして、前記磁性材料11に数１０から数１００回程度巻くのが好ましい。

図５は、前記磁力制御体８の前記制御回路の概略図を示す。前記磁力制御体８の前記制御回路は、前記磁力制御体８を構成する前記磁性材料11に巻かれる前記コイル12、前記磁力制御体８を前記回転体４の回転角に応じて制御するための前記制御装置となる前記スリップリング９、前記回転体４の回転角に応じて前記コイル12に通電するための前記直流電源16から構成される。前記スリップリング９は、前記直流電源16と直列に接続されている。前記直流電源16と前記スリップリング９との両端には、前記コイル12が並列に接続されている。前記直流電源16から供給される直流電圧は、前記スリップリング９により前記回転体４の回転角に応じてＯＮ／ＯＦＦされることにより直流パルス電圧となる。直流パルス電圧はそのまま前記コイル８に印加されるため、前記コイル12は回転角に応じて通電される。

以上のような構成において、本実施例における図１の磁力回転装置の動作について説明する。図６は、本発明の磁力回転装置を回転軸方向から見た図であり、磁力回転装置が右方向に回転する場合の動作原理を示す。図６（Ａ），図６（Ｂ）は、磁力回転装置の始動前の回転体４の外周面５と円周面６に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂ、ローター磁極７Ｃ，７Ｄと磁力制御体８それぞれの配置例を示す。始動前に、直流電源16を通電しておく必要がある。また、磁極として電磁石を用いた場合は、始動前に電磁石に通電しておく必要がある。磁力回転装置は、始動のための電気的、磁気的又は機械的な力を加えることにより始動する。始動した磁力回転装置は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂの反発力を利用して回転する。

図６（Ｃ）は、磁力回転装置が回転力となる反発力を生じる時の回転体の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂと磁力制御体８それぞれの配置例を示す。本実施例では、磁力制御体８は回転軸２に固設されているため、回転体の回転とともに磁力制御体８が回転する。図６（Ｃ）に示すように、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ又は７Ｄが、回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ又は７Ｂを通過した時点の回転角において、その回転角でスリップリングが電気的に接触することにより、直流電源16からコイル12に電圧が印加される。そのため、コイル12に印加される電圧は、回転角に応じた直流パルス電圧となる。コイル12に電圧が印加されることによって、コイル12に電流が流れ、コイル巻きした磁性材料11が励磁され、磁路部17が形成される。このとき、形成される磁路部17が磁気飽和を起こすのに十分な電流がコイル12に流されることによって、磁路部17は磁気飽和を起こすため、磁路部17の透磁率が変化する。磁路部17の透磁率は、磁気飽和を起こす前が数１００から１，０００，０００Ｈ／ｍ程度であるのに対し、磁気飽和を起こした後には、１Ｈ／ｍ以下にまで変化する。

コイルに通電する前の磁力制御体８は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働くのに対し、コイル12に通電して磁路部17の透磁率が１Ｈ／ｍ以下にまで減少した後の磁力制御体８は、磁気的な作用を及ぼさないように働くため、回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂと回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄとの間には反発力が生じる。

ステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄに生じる反発力は、磁気のクーロンの法則である次式により表すことができる。

ここで、Ｆ［Ｎ］は磁極間に働く力の大きさ、ｍ_１［Ｗｂ］はステーター磁極７Ａ，７Ｂの磁荷の強さ、ｍ_２［Ｗｂ］はローター磁極７Ｃ，７Ｄの磁荷の強さ、ｒ［ｍ］は両磁極間の距離、μ［Ｈ／ｍ］は透磁率である。

このようにして得られる反発力を回転力とすることによって、回転体４は回転し、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄと磁力制御体８それぞれの配置は、図６（Ｄ）のようになる。図６（Ｄ）に示すように、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ又は７Ｄが、回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ又は７Ｂを通過し、ステーター磁極７Ａ又は７Ｂの磁力の影響を受けない範囲の回転角において、その回転角でスリップリング９が電気的に絶縁することにより、コイル12には電流が流れない状態になるため、コイル巻きした磁性材料11が消磁される。

磁性材料11が消磁されることによって、磁力制御体８は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働く。磁力制御体８が磁気を遮蔽するように働くことにより、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間には反発力が生じることなく、回転体４は回転し、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂと磁力制御体８それぞれの配置は図６（Ｅ）を経由して図６（Ｃ）のようになる。

すなわち、直流電源16をＯＮにした状態で、磁力制御体８を回転角に応じてスリップリング９により制御することにより、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの反発力を制御し、図６（Ｃ）−図６（Ｄ）−図６（Ｅ）−図６（Ｃ）のように回転させることができる。直流電源をＯＦＦにすることにより、磁界発生手段７による反発力が生じなくなるため、回転体４は回転力を失い、磁力回転装置は停止する。

なお、磁力制御体８は、前記回転体４の前記外周面５に配置される全ての前記ステーター磁極７Ａ，７Ｂの全面を遮蔽するように配置すればよく、対向するように少なくとも一対配置される。磁力制御体８は、必要に応じて複数対配置してもよい。また、磁気反発力による回転力を得やすくするために、ステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄは、必要に応じて複数対配置してもよい。

また、回転時に生じる虞がある逆起電力や接点火花を防ぐために、ダイオード，コンデンサー，又は抵抗などを組み合わせて用いてもよい。

さらに、磁力制御体８を構成する磁性材料11に生じるヒステリシスにより、磁性材料11は着磁し、回転力を妨げてしまうため、ヒステリシスが比較的小さい軟磁性材料11を用いて磁力制御体８を構成してもよい。

加えて、磁力回転装置の始動時に電気的、磁気的又は機械的な力を左方向に加えることにより、左回転させてもよい。

図７は、図５の磁力回転装置の配置図に示される、回転体４の円周面６に配置されるローター磁極７Ｃ，７Ｄ、回転体４の外周面５に配置されるステーター磁極７Ａ，７Ｂ及び磁力制御体８の相対位置に対する回転体４の回転力の推移を示すグラフである。回転体４の回転力は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に生じる反発力と回転の慣性力とを含む。

グラフにおいて、横軸となる配置が（Ｃ）であるときは、回転体４の円周面６に配置されるローター磁極７Ｃ，７Ｄ、回転体４の外周面５に配置されるステーター磁極７Ａ，７Ｂ及び磁力制御体８がそれぞれ図６（Ｃ）の配置であることを指す。配置（Ｃ）のとき、反発力と回転の慣性力とを含む回転力は最大となる。回転体の回転にともない、配置は配置（Ｄ）、配置（Ｅ）となる。配置（Ｄ）、配置（Ｅ）ともに磁石の反発力が生じないため、回転力は慣性力のみとなってしまう。従って、回転体の回転力は減衰していく。回転力は減衰するものの、再び配置（Ｃ）の位置にまで回転体が回転するため、再び反発力が生じるサイクルが得られる。回転体は、このようにして回転力を得ることができる。

なお、このサイクル中における回転力の減衰を最小限に抑えることにより、回転力をほぼ一定に保ち、回転速度もほぼ一定にすることができる。具体的には、後述の実施例５のようなローター磁極、ステーター磁極の配置により解決することができる。

本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。

本発明における磁力回転装置の第２実施例について図８に示す。本実施例では、図１に示した磁力制御体８を回転軸２に固設せずに、フレーム１に固設した磁力回転装置を構成する。

図８は、前記磁力回転装置の変形例を示す。本実施例では、磁力制御体８は回転軸２に固設されないため、磁力制御体８はベアリング３と回転軸２により支持されている。

この磁力制御体８の支持以外の構成については上記第１実施例と略同様である。

以上のような構成において、本実施例における磁力回転装置の動作について説明する。本実施例では、磁力制御体８がフレーム１に固設されているため、回転体４の回転とともに磁力制御体８が回転することはない。

図９は、本発明の磁力回転装置を回転軸方向から見た図であり、磁力回転装置が右方向に回転する場合の動作原理を示す。図９（Ａ），図９（Ｂ）は、磁力回転装置の始動前の回転体４の外周面５と円周面６に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂ、ローター磁極７Ｃ，７Ｄと磁力制御体８それぞれの配置例を示す。始動前に、直流電源16を通電しておく必要がある。また、磁極として電磁石を用いた場合は、始動前に通電しておく必要がある。磁力回転装置は、始動のための電気的、磁気的又は機械的な力を加えることにより始動する。始動した磁力回転装置は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂの反発力を利用して回転する。

図９（Ｃ）は、磁力回転装置が回転力となる反発力を生じる時の回転体の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂと磁力制御体８それぞれの配置例を示す。本実施例では、磁力制御体８はフレーム１に固設されているため、回転体４の回転とともに磁力制御体８が回転することはない。図９（Ｃ）に示すように、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ又は７Ｄが、回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ又は７Ｂを通過した時点の回転角において、その回転角でスリップリング９が電気的に接触することにより、直流電源16からコイル12に電圧が印加される。そのため、コイル12に印加される電圧は、回転角に応じた直流パルス電圧となる。コイル12に電圧が印加されることによって、コイル12に電流が流れ、コイル巻きした磁性材料11が励磁され、磁路部17が形成される。このとき、形成される磁路部17が磁気飽和を起こすのに十分な電流がコイル12に流されることによって、磁路部17は磁気飽和を起こすため、磁路部17の透磁率が変化する。磁路部17の透磁率は、磁気飽和を起こす前が数１００から１，０００，０００程度であるのに対し、磁気飽和を起こした後には、１以下にまで変化する。

コイルに通電する前の磁力制御体８は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働くのに対し、コイル12に通電して磁路部17の透磁率が１以下にまで減少した後の磁力制御体８は、磁気的な作用を及ぼさないように働くため、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間には上記実施例１と略同様の反発力が生じる。

このようにして得られる反発力を回転力とすることによって、回転体４は回転し、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄと磁力制御体８それぞれの配置は、図９（Ｄ）のようになる。図９（Ｄ）に示すように、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ又は７Ｄが、回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ又は７Ｂを通過し、ステーター磁極７Ａ又は７Ｂの磁力の影響を受けない範囲の回転角において、その回転角でスリップリングが電気的に絶縁することにより、コイル12には電流が流れない状態になるため、コイル巻きした磁性材料11が消磁される。

磁性材料11が消磁されることによって、磁力制御体８は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働く。磁力制御体８が磁気を遮蔽するように働くことにより、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間には反発力が生じることなく、回転体４は回転し、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂと磁力制御体８それぞれの配置は図９（Ｅ）を経由して図９（Ｃ）のようになる。

すなわち、直流電源をＯＮにした状態で、磁力制御体８を回転角に応じてスリップリング９により制御することにより、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの反発力を制御し、図９（Ｃ）−図９（Ｄ）−図９（Ｅ）−図９（Ｃ）のようにのように回転させることができる。直流電源16をＯＦＦにすることにより、磁界発生手段７による反発力が生じなくなるため、回転体４は回転力を失い、磁力回転装置は停止する。

本発明における磁力回転装置の第３実施例について図１０に示す。本実施例では、図２に示した矩形の枠状である磁力制御体８を２つ並べて構成した磁力制御体８を用いて磁力回転装置を構成する。

図１０は、前記磁力制御体８の変形例を示す。図１０（Ａ）は、磁力制御体８を正面から見た図であり、図１０（Ｂ）は磁力制御体８を側面方向から見た図である。前記磁力制御体８は、前記磁界発生手段７の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図１０（Ａ）に示すように矩形の枠状であり、図１０（Ｂ）に示すように円形に湾曲した形状を有している。２つの磁力制御体８Ａ，８Ｂのうち、一方の磁力制御体８のコイル巻部18と他方の磁力制御体８のコイル巻部18を近接して対向するように配置して磁力制御体８を構成し、コイル巻部18を、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７との間に近接するように配置することにより、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７より生じる磁気反発力を適切に制御することができる。さらに、一方の磁力制御体８と他方の磁力制御体８のコイルを巻く方向を互いに逆方向となるように巻くことにより、コイル間に生じる磁界を互いに打ち消すことができるため、コイル間に生じる磁界が回転力となる磁気反発力に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。加えて、磁力制御体８を２つ並べることにより、磁力制御体８Ａ，８Ｂそれぞれの寸法を小さくすることができるため、磁力制御体８Ａ，８Ｂそれぞれの磁路長を短くすることができ、磁路部における磁気飽和をより起こりやすくすることができる。

この磁力制御体８以外の構成については上記第１実施例と略同様である。

本発明における磁力回転装置の第４実施例について図１１に示す。本実施例では、図８に示した磁力制御体８Ａ，８Ｂを連結して構成した磁力制御体８を用いて磁力回転装置を構成する。

図１１は、前記磁力制御体の変形例を示す。図１１（Ａ）は、磁力制御体８を正面から見た図であり、図１１（Ｂ）は磁力制御体８を側面方向から見た図である。前記磁力制御体８は、前記磁界発生手段７の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図１１（Ａ）に示すように矩形の枠状体を連結した形状であり、図１１（Ｂ）に示すように円形に湾曲した形状を有している。磁力制御体のうち、一方のコイル巻部18の他方のコイル巻部18を近接して対向するように磁力制御体８を構成し、コイル巻部18を、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７との間に近接するように配置することにより、回転体４の外周面５と円周面６に配置された磁界発生手段７より生じる磁気反発力を適切に制御することができる。さらに、一方のコイル巻部18と他方のコイル巻部18のコイルを巻く方向を互いに逆方向となるように巻くことにより、コイル間に生じる磁界を互いに打ち消すことができるため、コイル間に生じる磁界が回転力となる磁気反発力に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。加えて、磁力制御体８を２つ連結することにより、磁力制御体の磁路長をより短くすることができ、磁路部における磁気飽和をより起こりやすくすることができる。

本発明における磁力回転装置の第５実施例について図１２に示す。本実施例では、図６に示したステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄをそれぞれ回転軸方向に対して複数列配置した磁力回転装置を構成する。

図１２は、前記磁力回転装置の変形例を示す。
図１２は、磁力制御体８として図１１の磁力制御体８を用い、ステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄをそれぞれ回転軸方向に対して複数列配置した磁力回転装置を示す。本実施例では、回転軸方向に対して３列のステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄを回転軸２に固設している。これにより、ステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄより得られる磁気反発力が大きくなるため、回転力を高めることができる。また、回転力を高めることにより、磁気反発力を得るまでの時間的な間隔が短くなるため、回転力の減衰を最小限に抑えることができる。

なお、回転軸方向に対して複数列配置したステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄのうち、少なくとも１列分のステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄを位相ができるように回転軸方向に対して異なる角度で配置してもよい。例えば、４５度の位相ができるように配置してもよいし、３０度の位相ができるように配置してもよい。位相ができるように複数列のステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄを配置する場合は、磁力回転装置の構成を簡単にするために、磁力制御体８は回転軸２に固設せずにフレーム１に固設するようにする方が好ましい。また、磁力制御体８は、位相を有する磁極の列毎に制御できる位置に配置するのが好ましい。さらに、磁力制御体８の制御装置となる前記スリップリング９は、回転力となる磁気反発力及び慣性力を妨げないような回転角に応じて制御するように構成されるのが好ましい。

ステーター磁極７Ａ，７Ｂ、ローター磁極７Ｃ，７Ｄ及び磁力制御体８以外の構成については上記第２実施例と略同様である。

磁力回転装置が回転する場合の動作原理は、上記第２実施例と略同様であり、図９と同様である。図１３は、図９の磁力回転装置の配置図に示される、回転体４の円周面６に配置されるローター磁極７Ｃ，７Ｄ、回転体４の外周面５に配置されるステーター磁極７Ａ，７Ｂ及び磁力制御体８の相対位置に対する回転体４の回転力の推移を示すグラフである。回転体４の回転力は、回転体４の円周面６に配置されたローター磁極７Ｃ，７Ｄと回転体４の外周面５に配置されたステーター磁極７Ａ，７Ｂとの間に生じる反発力と回転の慣性力とを含む。

グラフにおいて、横軸となる配置配置が（Ｃ）であるときは、回転体４の円周面６に配置されるローター磁極７Ｃ，７Ｄ、回転体４の外周面５に配置されるステーター磁極７Ａ，７Ｂ及び磁力制御体８がそれぞれ図９（Ｃ）の配置であることを指す。配置（Ｃ）のとき、反発力と回転の慣性力とを含む回転力は最大となる。回転体４の回転にともない、配置は配置（Ｄ）、配置（Ｅ）となる。配置（Ｄ）、配置（Ｅ）ともに磁石の反発力を生じないため、回転力は慣性力のみとなってしまうために、回転体４の回転力は減衰していく。回転力は減衰するものの、再び配置（Ｃ）の位置にまで回転体４が回転するため、再び反発力が生じるサイクルが得られる。回転体４は、このように回転力を得ることができる。

本実施例では、ステーター磁極７Ａ，７Ｂ及びローター磁極７Ｃ，７Ｄの数をそれぞれ複数個用いることにより、得られる磁気反発力を高め、サイクル中における回転力の減衰を最小限に抑えることができる。これにより、回転力をほぼ一定に保ち、回転速度もほぼ一定にすることができる。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。

本発明の実施例による磁力回転装置の全体概略断面図である。本発明の実施例による磁力回転装置の磁力制御体の概略図であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図である。本発明の実施例による磁力制御体の動作の概念図である。本発明の実施例による制御装置の概略斜視図である。本発明の実施例による磁力制御体の制御回路図である。本発明の実施例による磁力回転装置の動作原理を説明する図であり、図６（Ａ）から図６（Ｅ）は回転体の回転の各時点における回転体の円周面と外周面に配置された磁極、磁力制御体それぞれの配置を示す。本発明の実施例による磁力回転装置の回転体の回転の各時点における回転力を示すグラフである。本発明の実施例による磁力回転装置の全体概略断面図である。本発明の実施例による磁力回転装置の動作原理を説明する図であり、図９（Ａ）から図９（Ｅ）は回転体の回転の各時点における回転体の円周面と外周面に配置された磁極、磁力制御体それぞれの配置を示す。本発明の実施例による磁力回転装置の磁力制御体の概略図であり、図１０（Ａ）は正面図、図１０（Ｂ）は側面図である。本発明の実施例による磁力回転装置の磁力制御体の概略図であり、図１１（Ａ）は正面図、図１１（Ｂ）は側面図である。本発明の実施例による磁力回転装置の全体概略断面図である。本発明の実施例による磁力回転装置の回転体の回転の各時点における回転力を示すグラフである。

符号の説明

２回転軸
４回転体
５外周面
６円周面
７磁界発生手段
７Ａ、７Ｂ磁界発生手段（ステーター磁極）
７Ｃ、７Ｄ磁界発生手段（ローター磁極）
８磁力制御体
９制御装置（スリップリング）
11 磁性材料
12 コイル
17 磁路部

Claims

支持軸に回動自在に支持された回転体と、該回転体と一体に設けられ該回転体の周面部に設けられたローター磁極及び該ローター磁極の外側に対向可能に設けられ前記ローター磁極と同一極性のステーター磁極を備えた磁界発生手段と、前記ローター磁極とステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段より生じる磁気を遮蔽する遮蔽体とを備えた回転装置であって、
前記ローター磁極と前記ステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とする磁力回転装置。
前記磁力制御体が、前記磁界発生手段間に近接配置され、少なくとも前記磁界発生手段の反発力を制御する位置に磁路部を形成するようにコイル巻きした磁気遮蔽体であり、前記磁路部の透磁率を制御することを特徴とする請求項１記載の磁力回転装置。
前記磁気遮蔽体が、磁性材料からなることを特徴とする請求項２記載の磁力回転装置。
前記制御装置が、回転角に応じて通電するスリップリングであることを特徴とする請求項１記載の磁力回転装置。
前記磁界発生手段が、永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の磁力回転装置。