(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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静磁界発生手段と、
前記回転体の周面の外方近傍に該回転体に対面して配設され、前記静磁界発生手段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、
前記静磁界発生手段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該電磁石を励磁し、前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、
を備えたことを特徴とする磁力回転装置。
【請求項２】
前記一対の静磁界発生手段は、各静磁界発生手段の中心軸が前記回転体の半径線を間にして互いに平行となるように配置したことを特徴とする請求項１記載の磁力回転装置。
【請求項３】
前記一対の静磁界発生手段は、各静磁界発生手段の中心軸が前記回転体の回転中心で交わるように配置したことを特徴とする請求項１記載の磁力回転装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記回転体が回転することにより、前記電磁石の前記回転体に対面する部位を前記静磁界発生手段の対向する磁極の中間位置が通過してから、前記磁極とは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までの区間を検出可能に設けられた位置検出手段と、該位置検出手段の検知出力に基づいて前記電磁石を励磁及び励磁解除する制御信号を出力する制御部と、該制御信号により制御されて前記電磁石を励磁及び励磁解除する駆動部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁力回転装置。
【請求項５】
前記静磁界発生手段は、永久磁石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁力回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静磁界発生手段の静磁界と電磁石の磁界との反発力を利用して回転する磁力回転装置に関し、詳しくは、回転体の円周領域に、回転方向と交差する面を磁極として互いに同一極性の磁極を対向させて一対の静磁界発生手段を配設することによって、回転体への静磁界発生手段の配設を容易にすると共により強い反発力を得て駆動効率を向上しようとする磁力回転装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の磁力回転装置は、図８（ａ）に示すように回転可能に軸支された回転体１上に棒状の永久磁石２を回転体１の半径線に対して斜めにして回転方向に沿って複数配設すると共に、この永久磁石２の一方の磁極２ａを回転体１の外周面上に位置させ、他方の磁極２ｂを周面内側に位置させており、制御装置で回転方向の先頭永久磁石が回転体１に対向して配置された図示省略の電磁石の対向面を通過した後に電磁石に通電して励磁し、電磁石から回転体１から漏れる永久磁石２の静磁界に反発する磁界を発生させ、回転方向の後尾永久磁石が電磁石の対向面を通過した後に電磁石の通電を停止して励磁を解除するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９６８９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の磁力回転装置においては、永久磁石２が一方の磁極２ａを回転体１の外周面上に位置させ、他方の磁極２ｂを回転体１の周面内側に位置させて配置されたものであったので、図８（ｂ）に示すように回転体１から漏れる磁束密度を回転体１の外周面に沿って同図に示す矢印方向に測定すると、個々の永久磁石２に対応して最大磁束密度が現れ、結局、回転体１から漏れる磁束の最大磁束密度は、個々の永久磁石２の残留磁束密度により制限されるものとなっていた。この場合、より大きな磁力を得るためには、形状の大きい永久磁石や、飽和磁束密度の大きい高価な材料で形成した永久磁石を必要とし、装置が大型化したり高価なものとなる虞があった。
【０００４】
また、複数の永久磁石２を回転体１の半径線に対して斜めに精度良く配置することは容易でなかった。
さらに、電磁石の磁界は、通電を停止しても直ぐにはゼロとならないため、回転体１の回転数が増した場合には、回転方向の後尾永久磁石が電磁石の対向面を通過した後に電磁石の通電を停止しても、磁界がゼロとなる前に次の先頭永久磁石が電磁石の対向面に近づくことになり、回転に制動が掛かり滑らかな回転が得られない虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、回転体への静磁界発生手段の配設を容易にすると共により強い反発力を得て駆動効率を向上しようとする磁力回転装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による磁力回転装置は、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静磁界発生手段と、前記回転体の周面の外方近傍に該回転体に対面して配設され、前記静磁界発生手段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、前記静磁界発生手段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該電磁石を励磁し、前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ものである。
【０００７】
このような構成により、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静磁界発生手段で静磁界を発生し、静磁界発生手段の対向する磁極が回転体の周面の外方近傍に対面して配設された電磁石の上記回転体に対面する部位を通過するときに制御装置で電磁石を励磁し、電磁石で静磁界発生手段の対向する磁極から発生する磁界に反発する磁界を発生して回転体を回転させ、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上記電磁石の上記回転体に対面する部位を通過する前に制御装置で電磁石の励磁を解除する。
【０００８】
また、前記一対の静磁界発生手段は、各静磁界発生手段の中心軸が前記回転体の半径線を間にして互いに平行となるように配置したものである。これにより、各静磁界発生手段の回転体の半径線を間にして互いに平行に配置した一対の静磁界発生手段の対向する磁極から磁界を発生する。
【０００９】
さらに、前記一対の静磁界発生手段は、各静磁界発生手段の中心軸が前記回転体の回転中心で交わるように配置したものである。これにより、各静磁界発生手段の中心軸が回転体の回転中心で交わるように配置した一対の静磁界発生手段の対向する磁極から磁界を発生する。
【００１０】
さらにまた、前記制御装置は、前記回転体が回転することにより、前記電磁石の前記回転体に対面する部位を前記静磁界発生手段の対向する磁極の中間位置が通過してから、前記磁極とは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までの区間を検出可能に設けられた位置検出手段と、該位置検出手段の検知出力に基づいて前記電磁石を励磁及び励磁解除する制御信号を出力する制御部と、該制御信号により制御されて前記電磁石を励磁及び励磁解除する駆動部とを備えたものである。これにより、位置検出手段で、回転体が回転することにより静磁界発生手段の対向する磁極の中間位置が電磁石の回転体に対面する部位を通過してから、上記対向する磁極とは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までの区間を検出し、制御部で位置検出手段の検知出力に基づいて電磁石を励磁及び励磁解除する制御信号を出力し、駆動部で該制御信号により制御されて電磁石を励磁及び励磁解除する。
【００１１】
そして、前記静磁界発生手段は、永久磁石である。これにより、永久磁石で静磁界を発生する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、各静磁界発生手段から発生する磁束が重畳されて最大磁束密度が大きくなり、より強い反発力を得ることができる。したがって、駆動効率を向上することができる。これにより、静磁界発生手段の形状を小さくして装置の小型化を実現することができる。また、静磁界発生手段の対向する磁極が電磁石の回転体に対面する部位を通過するときに励磁し、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ものとしたことにより、静磁界発生手段の静磁界と電磁石の磁界との反発力を回転体の回転力として有効に利用することができる。この場合、励磁を解除しても電磁石に残る残留磁界によって、静磁界発生手段の対向する磁極と反対面の磁極であって回転方向後部に位置する反対極性の磁極が吸引されるので、回転体の回転に制動を与えることなく滑らかに回転させることができる。
【００１３】
また、請求項２及び３に係る発明によれば、一対の静磁界発生手段を各静磁界発生手段の中心軸が回転体の半径線を間にして互いに平行となるように、又は各静磁界発生手段の中心軸が回転体の回転中心で交わるように配置したことにより、各静磁界発生手段を回転体に精度良く配設することが容易になる。
【００１４】
さらに、請求項４に係る発明によれば、電磁石に対する通電時間は、電磁石の回転体に対面する部位を静磁界発生手段の対向する磁極の中間位置が通過してから、該対向する磁極とは反対面の磁極であって、回転方向後部に位置する反対極性の磁極が通過するまでの短時間であるので、消費電力を減らすことができる。
【００１５】
そして、請求項５に係る発明によれば、静磁界発生手段を永久磁石としたことにより、回転体の構成を簡単にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による磁力回転装置の実施形態の内部構造を示す部分断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線断面である。この磁力回転装置は、磁界の反発力を利用して回転するものであり、回転体１と、永久磁石２と、電磁石３と、制御装置４（図５を参照）とからなる。
【００１７】
上記回転体１は、回転軸５によって回転可能に支持されたものであり、回転軸５が図示省略の筐体に設けられた軸受部６に保持されて回転可能となっている。そして、回転体１は、所定の半径を有する円板状又は円柱状に形成されている（図１においては、円柱状で示す）。
【００１８】
上記回転体１上には、その円周領域に少なくとも一対の永久磁石２が設けられている。この永久磁石２は、静磁界を発生して後述の電磁石３から発生する磁界との反発力により上記回転体１に回転力を与える静磁界発生手段となるものであり、やや厚手の板状の磁性部材からなり、回転方向と交差する面を磁極２ａ，２ｂとして、互いに同一極性の磁極、例えばＮ極同士を対向させて配設されている。そして、この実施形態においては、図２に示すように四対の永久磁石２が回転方向に互いに９０度ずれて配設されている。
【００１９】
図２においては、一対の永久磁石２は、各永久磁石２の中心軸が回転体１の半径線（同図において一点鎖線で示す）を間にして互いに平行となるように配置している。なお、一対の永久磁石２は、図３に示すように、各永久磁石２の中心軸が回転体１の回転中心Ｏで交わるように配置してもよい。
【００２０】
このように配設された一対の永久磁石２について、回転体１の外周面に沿って磁束密度分布を測定すると、図４に示すように、各永久磁石２から発生する磁束が重畳されて、磁束密度は、対向する磁極２ａ，２ａの中間である半径線上の位置で最大となる。この場合、最大磁束密度（Ｐ点）は、約0.45Tとなり、図８に示す従来の約1.5倍に大きくなった。
【００２１】
上記回転体１の周面の外方近傍には、該回転体１に対面して電磁石３が配設されている。この電磁石３は、上記一対の永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａから発生する静磁界に対して反発する磁界を発生するものであり、棒状の鉄心７の周面にコイル８を巻回してなる。そして、この実施形態においては、図２に示しように回転体１を取り囲んで四つの電磁石３がそれぞれ９０度ずれた位置に配設されている。
【００２２】
また、上記四つの電磁石３の外方には、筐体の側壁を構成する磁性体からなるヨーク９が設けられている。このヨーク９は、各電磁石３の鉄心７の外側端面を互いに接続して磁路を形成しており、電磁石３の磁気効率を向上させると共に、装置内に発生した磁束が外部に漏れるのを防止している。
【００２３】
上記電磁石３のコイル８には、図５に示すように制御装置４が接続されている。この制御装置４は、永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａが電磁石３の回転体１に対面する部位３ａを通過するときに上記コイル８に通電して電磁石３を励磁し、上記対向する磁極２ａ，２ａの反対面の磁極２ｂ，２ｂで回転方向後部に位置する反対極性の磁極２ｂが通過する前に励磁を解除するように制御するものであり、図５に示すように、位置検出手段１０と、制御部１１と、駆動部１２とを備えている。
【００２４】
ここで、位置検出手段１０は、図２に示す一対の永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａの中間位置が回転体１の回転中心Ｏと電磁石３の回転体１と対面する部位３ａの中心とを結ぶ線上を通過したことを検知するものであり、例えば、図１に示すように回転体１の一側方に回転軸５に支持されて回転するスリット円盤１３を備え、該スリット円盤１３の周縁近傍にはスリット円盤１３を間にして両側方に発光素子１４と受光素子１５とが設けられている。この発光素子１４と受光素子１５とは、筐体に固定して配設されている。
【００２５】
このスリット円盤１３には、図１に示すように、その周縁部に所定幅のスリット１６が一つ形成されており、図６（ａ）に示すように、スリット１６の一端部（以下、「回転方向先頭端部」と記載する）１６ａを回転体１に配設された一対の永久磁石２の対向する磁極２ａの中間位置に一致させ、他端部（以下、「回転方向後尾端部」と記載する）１６ｂを回転体１の回転方向（同図において矢印Ａ方向）後部にて永久磁石２の略中心に位置させている。また、上記発光素子１４及び受光素子１５は、図２に示すように電磁石３の回転体１に対面する部位３ａの中心と回転体１の回転中心Ｏとを結ぶ線上にて、上記スリット円盤１３のスリット１６が通過する位置に対応して配設されている。この場合、スリット１６が発光素子１４及び受光素子１５間を通過するとき、上記スリット１６を通り抜ける発光素子１４から発射される光を受光素子１５が受光する。これにより、受光素子１５から図６（ｂ）に示すような検知出力が得られる。
【００２６】
また、制御部１１は、上記位置検出手段１０及び駆動部１２に接続されており、位置検出手段１０から入力する検知出力に基づいて、駆動部１２を制御する制御信号を発生させるものであり、図６（ｃ）に示すように上記スリット円盤１３に形成されたスリット１６の回転方向先頭端部１６ａを検出すると立ち上り、回転方向後尾端部１６ｂを検出すると立ち下がるパルス状の信号を駆動部１２に出力するようになっている。
【００２７】
そして、駆動部１２は、電磁石３を駆動するもので、制御部１１及び電磁石３のコイル８に接続されており、図６（ｄ）に示すように制御部１１から入力する制御信号に対応してパルス状の直流電流を発生して電磁石３のコイル８に供給し、同図（ｅ）に示すように電磁石３を励磁及び励磁解除するようになっている。なお、電磁石３から発生する磁界は、供給電流を停止して励磁が解除されても直ぐにはゼロとならず、同図（ｅ）に斜線を付して示すように一定時間だけ残留磁界が発生する。
【００２８】
次に、このように構成された磁力回転装置の動作について図７を参照して説明する。
先ず、回転体１が図１において矢印Ａ方向に回転する場合に、図７に示すステップＳ１においては、回転体１が回転することにより、図６（ａ）に示すように回転体１と共に回転するスリット円盤１３に形成されたスリット１６の回転方向先頭端部１６ａの接近で発光素子１４から発射された光が上記スリット１６を通して受光素子１５に受光される。これにより、同図（ｂ）に示すように、受光素子１５の検知出力が０から大へと変化し、この検知出力の強度変化に基づいて制御部１１がスリット１６の回転方向先頭端部１６ａの通過を検出する。
【００２９】
ステップＳ２においては、制御部１１は、上記受光素子１５の検知出力の強度変化から回転方向先頭端部１６ａを検出すると、図６（ｃ）に示すように０→１に立ち上って駆動電流を供給させる制御信号を生成して駆動部１２に出力する。
【００３０】
ステップＳ３においては、駆動部１２は、図６（ｄ）に示すように、上記制御信号を入力すると所定の電流値の直流電流（駆動電流）を電磁石３のコイル８に対して供給する。これにより、電磁石３は、同図（ｅ）に示すように駆動電流の供給に対して若干遅れて励磁され、永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａから発生する静磁界に反発する磁界を発生する。この状態は、電磁石３の回転体１に対面する部位３ａの中心と回転体１の回転中心Ｏとを結ぶ線上を永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａの中間位置が通過した直後の状態であるので、電磁石３から発生する磁界と永久磁石２の最大強度の静磁界（図４（ａ）のＰ点近傍の磁界）とが反発して、回転体１には同図（ａ）において矢印Ａ方向に強い回転力が発生する。
【００３１】
ステップＳ４においては、回転体１が図６（ａ）に示す矢印Ａ方向に回転することにより発光素子１４から発射される光がスリット１６の回転方向後尾端部１６ｂにより遮断され、受光素子１５の検知出力が同図（ｂ）に示すように大から０に変化する。この受光素子１５の検知出力の強度変化に基づいて制御部１１は、上記スリット１６の回転方向後尾端部１６ｂの通過を検出する。
【００３２】
ステップＳ５においては、制御部１１は、図６（ｃ）に示すように上記受光素子１５の検知出力の強度変化から回転方向後尾端部１６ｂを検出すると、１→０に立ち下がって駆動電流を停止させる制御信号を生成して駆動部１２に出力する。
【００３３】
ステップＳ６においては、駆動部１２は、図６（ｄ）に示すように、上記制御信号を入力すると駆動電流の供給を停止する。そして、電磁石３の励磁を解除させる。この場合、同図（ｅ）に示すように、電磁石３は励磁が解除されても直ちに磁界がゼロとならず、同図（ｅ）に斜線を付して示すように、一定の時間だけ残留磁界が残る。したがって、電磁石の励磁が解除された後も、この残留磁界により、永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａとは反対面の磁極２ｂ，２ｂであって、回転方向後端部の磁極２ｂが電磁石３に吸引されるため、回転体１の回転が滑らかになる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、回転体１に四対の永久磁石２を回転方向に互いに９０度ずらして配設した場合について説明したが、これに限られず、一対以上であれば何対であってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、図２に示すように永久磁石２をやや厚手の板状に形成し、その厚み方向の対向面を磁極２ａ、２ｂとしたが、これに限られず、永久磁石２を回転体１の周面に沿って細長く形成してその両端面を磁極２ａ，２ｂとしてもよい。これにより、永久磁石２の反磁界を小さくして永久磁石２から発生する磁束密度をより大きくさせることができる。
【００３６】
さらに、上記実施形態においては、一つの電磁石３に対応して発光素子１４及び受光素子１５を一対設けると共に、スリット円盤１３にスリット１６を一つ設け、上記受光素子１５の検知出力の強度変化に基づいて四つの電磁石３の励磁タイミングを同時に制御する場合について説明したが、これに限られず、複数の電磁石３のそれぞれに対応して発光素子１４と受光素子１５の対を設けると共に、スリット円盤１３に電磁石３と同数のスリット１６を設けてもよい。この場合、各受光素子１５の検知出力の強度変化に基づいて電磁石３を個別に制御するようにすれば、各電磁石３の励磁タイミングの制御精度をより向上することができる。
【００３７】
さらにまた、位置検出手段１０は、上述したスリット円盤１３のスリット１６を検出するものに限られず、他の公知の位置検出手段を適用することができる。
【００３８】
そして、上記実施形態においては、回転体１には永久磁石２のみが配設された場合について説明したが、回転体１のバランスをとるためのバランサーを所定の位置に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による磁力回転装置の実施形態の内部構造を示す部分断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】上記磁力回転装置に用いられる一対の静磁界発生手段の他の配置例を示す平面図である。
【図４】上記磁力回転装置の回転体から漏れる磁束密度分布の例を示す図であり、（ａ）は測定結果を示すグラフであり、（ｂ）は測定方向を示す説明図である。
【図５】上記磁力回転装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】上記磁力回転装置の電磁石による励磁タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】上記磁力回転装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】従来の磁力回転装置の回転体から漏れる磁束密度分布の例を示す図であり、（ａ）は測定方向を示す説明図であり、（ｂ）は測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１…回転体
２…永久磁石（静磁界発生手段）
２ａ，２ｂ…磁極
３…電磁石
３ａ…部位
４…制御装置
１０…位置検出手段
１１…制御部
１２…駆動部
【要約】
【課題】  回転体への静磁界発生手段の配設を容易にすると共により強い反発力を得て駆動効率を向上しようとする磁力回転装置を提供する。
【解決手段】  回転軸に支持された回転体１と、該回転体１の円周領域に、回転方向と交差する面を磁極２ａ，２ｂ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２と、前記回転体１の周面の外方近傍に該回転体１に対面して配設され、前記永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａから発生する静磁界に反発する磁界を発生する電磁石３と、前記永久磁石２の対向する磁極２ａ，２ａが前記電磁石３の前記回転体１に対面する部位３ａを通過するときに電磁石３を励磁し、上記対向する磁極２ａ，２ａの反対面の磁極２ｂ，２ｂで回転方向後部に位置する反対極性の磁極２ｂが通過する前に励磁を解除する制御装置とを備えたものである。
【選択図】      図２
【図１】
0003693669.tif 000002
【図２】
0003693669.tif 000003
【図３】
0003693669.tif 000004
【図４】
0003693669.tif 000005
【図５】
0003693669.tif 000006
【図６】
0003693669.tif 000007
【図７】
0003693669.tif 000008
【図８】
0003693669.tif 000009