(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石の配置と反発、吸引力を電子的にコントロールしてエネルギーロスの極めて少ない磁力動力装置を提供する。【解決手段】永久磁石１０、１１、１２の持つ引力と斥力を利用し、慣性力を応用してその力を運動エネルギーに変えるための本発明の理論に基づく方法で永久磁石１０、１１、１２とソレノイド２１を配置し、ソレノイド２１に作る磁場の開閉を切り替えてコントロールする電子集積回路３０のシーケンスを使用する磁力動力装置を提供することにある。【選択図】図２
2014003775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状や円筒状の回転立体であって中心軸を持ち、回転立体の中心軸に対し直角の平面Ａと交差した外周上に、複数個の永久磁石を、それぞれの磁力極性が回転体の中心軸上の一点Ｐから外周方向に向かい、かつ、隣接する永久磁石同士の極性を交互に反転させて外周上に等間隔に並べて配置した回転立体と、電流を流すことにより磁性を持たせることができる単数又は複数の電磁石又はソレノイド（以下「ソレノイド」という）とで構成され、永久磁石の斥力と引力をコントロールすることによって回転立体を回転させ動力を得る目的の装置において、複数のソレノイドの少なくとも一対の各々の極性の中心線が平面Ａ上で回転立体の中心軸上の一点を挟んで作る角度ベータを、下記（数２）で示すところの、回転立体の外周上に、隣接する一対の永久磁石のそれぞれの極性の中心が平面Ａ上で回転立体の中心軸上の一点Ｐを挟んで作る角度アルファに自然数ｎに０．５を加えた数値を乗じた角度と等しくして配置した磁力動力装置。
【数２】
2014003775.tif 000006
【請求項２】
請求項１の磁力動力装置であって、単数又は複数のソレノイドに対し、永久磁石の一の磁力極性の中心線がソレノイドの極性の中心線と重なる近傍で、ソレノイドに流す電流を遮断し、ソレノイドに磁力極性が発生しないように電子制御した磁力動力装置。
【請求項３】
請求項１及び２に記載の磁力動力装置であって、一のソレノイドに流す電流を遮断している間、他のソレノイドであって、電流が遮断されず磁力極性を発生するソレノイドを少なくとも一以上配置した磁力動力装置。
【請求項４】
請求項１、２及び３に記載の磁力動力装置であって、回転立体の回転数を計測し制御するコントローラを有し、単一又は複数のソレノイドに対し、回転立体の回転数に対応して、電流の負荷と遮断を行う手段を持つ磁力動力装置。
【請求項５】
円盤状や円筒状の回転立体であって中心軸を持ち、回転立体の中心軸に対し直角の平面Ａと交差した外周上に、複数個の永久磁石を、それぞれの磁力極性が回転体の中心軸上の一点Ｐから外周方向に向かい、かつ、隣接する永久磁石同士の極性を交互に反転させて外周上に等間隔に並べて配置した回転立体（以下「ローターM」という）と、電流を流すことにより磁性を持たせることができる単数又は複数のソレノイドとで構成され、永久磁石の斥力と引力をコントロールすることによってローターMを回転させ動力を得る目的の装置において、ローターMにローターMより小径の回転立体（以下「ローターG」という）を接続してローターMに同調して回転させ、ローターGの周上に配置した永久磁石の通過により、固定したソレノイドに電磁誘導電流を生じさせる発電装置及びその方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石と回転体の慣性力を用いる動力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より永久磁石と銅線コイルなどを組合せ、コイルに電流を流すことにより、フレミングの右手の法則で知られるローレンツ力を発生させて、その力を回転力に変えて動力を得る電磁モーターの技術は広く知られるところである。
【０００３】
従来の電磁モーターは、コイルに電流を流し電磁石とし、対置する永久磁石との間に発生するローレンツ力を回転力に利用する装置である。ローレンツ力は永久磁石とコイル電磁石を相対的に引き付けまたは反発しようとする力であり、一方を固定し、他方を回転軸に取り付けておけば、回転軸に取り付けられた方は回転するため、これを動力として取り出す構造のものが一般的である。しかし、ローレンツ力を発生させるときには、コイルの電磁石と永久磁石との間の磁界で生ずる抵抗（コギングトルク）のために力の損失があり、電流のエネルギーが音や熱などのエネルギーに消費され、また、ヒステリシス損も生じて、回転運動のためのエネルギーとしてすべてが使われないことはよく知られた事実である。このことにより、例えば、発電機で発電し、その電気でモーターを回し、その力で発電する、というようなクローズドされた動力システムを作ることができなかった。
【０００４】
閉鎖した系の中で、作り出したエネルギーを動力として使い循環させる、いわゆる永久機関はエネルギー保存の法則に従えば成立しないことは明らかである。一方、身近に有って無尽蔵に思える太陽のエネルギーを使ったソーラー発電は現実に実用化されていて、機材の消耗を考えなければ極めて長期間エネルギーを供給できる。しかし、このエネルギーも「永久的」ではあるが、太陽の寿命といわれる１００億年後には消滅する有限のエネルギーである。また、水力発電も、水の気化と液化サイクルを位置エネルギーと運動エネルギーに変え発電する「半永久的」発電システムであり、地熱発電は地球の磁力でマグマが対流する運動エネルギーを熱エネルギーとして取り出す磁力発電システムとも言うことができる。
【０００５】
そもそも、地球上に存在し我々が半永久的に使える自然力は、引力と磁力であり、そして太陽エネルギーである。磁力（磁気力）は地球の持つ磁場により鉄などの磁性体の電子スピンが磁性を帯び蓄えられた力であり、これを応用した半永久的機関は１００年以上にわたって考えられてきた。例えば２０００年に公表された北吉氏のモデルは、永久磁石を取り付けた固定ローターに対置した駆動ローターを補助モーターで回転させ発電を行い、発電した電力の一部を補助モーターの動力源に充てるというシステムである。しかし、この方法では、磁場の切替スイッチコントロールを機械的に行っており、１秒間に数百回が限度であって、スイッチの対応速度と機械的ムーブメントの磨耗等の寿命を考えると十分に長期間その装置が駆動することには、構造上の問題も含め技術的に疑問があると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００８−２６５９７２号公報
【特許文献２】特願２００８−１５１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、電力損失の大きい、永久磁石とコイル電磁石で生じるローレンツ力を用いる電磁モーターではなく、永久磁石の組み合わせと機械的コントロールと補助モーターで回転力を得る磁力モーターではなく、永久磁石の持つ引力と斥力を利用し、慣性力を応用してその力を運動エネルギーに変えるための本発明の理論に基づく、永久磁石と、電磁石又は電流を流したときに両端にＮ極とＳ極の磁場をつくる銅線巻ソレノイドコイルを配置し、磁場をコントロールする電子集積回路のシーケンスを使用する磁力動力装置とその応用技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の磁力動力装置は、円盤状や円筒状の回転立体（以下、「ローター」という）の円周上に並べた複数の永久磁石と、電磁石又はソレノイド（以下「ソレノイド」という）に生じさせる磁場によって、永久磁石のＮ極とＳ極、及びソレノイドのＳ極とＮ極を互いに引き付け、または反発させることによりローターを回転させ、ローターの中心軸に回転モーメントを生じさせるものである。
【０００９】
中心軸を持つローターの円周上には、偶数個の、寸法と重量と磁力の強さが同じ永久磁石を、Ｎ極とＳ極を直線で結ぶ磁界の方向の中心線が、ローターの中心軸上の一点Ｐから円周方向に放射状になるように均等に配置する。ある１個の永久磁石は、ローターの中心軸上の一点Ｐ方向にＮ極が向かい、円周方向にＳ極が向かうように配置する。その両隣の永久磁石は、中心軸上の一点ＰにＳ極が向かい、円周方向にＮ極が向かうように、隣接した永久磁石の極の向きを交互に逆にして円周上に固定して配置する。このように配置されたすべての永久磁石はローターとともに中心軸を中心にして回転する。ローターの中心軸は両端の各部を軸受けで支持されていてローターは滑らかに回転することができ、支持する軸受けは架台に固定されている。駆動用の各ソレノイドも、コイルに電流を通じたときに生じるＮ極とＳ極を結ぶ磁界の方向の中心線が、中心軸上の一点Ｐから円周方向に放射状になるように単個または複数個をローターの円周上の永久磁石から一定の間隙を開けてソレノイド支持台に固定して配置し、電流を通じることができるように電源ターミナルより配線されている。
【００１０】
隣接する２個の永久磁石のそれぞれの中心とローターの中心軸上の一点Ｐからなる中心角をアルファとすると、ローターに配置する永久磁石の個数Ｍとの関係は次の通りである。
【００１１】
【数１】
2014003775.tif 000003
【００１２】
また、複数のソレノイドを使用する場合、その内の少なくとも一対がローターの中心軸となす角ベータと、図４に示すように永久磁石磁界の極の中心がローターの中心軸となす角アルファはｎを自然数とするとき（数２）の関係にある。例えばｎが１のとき、アルファが３０度であればベータは４５度を選択できる。
【００１３】
【数２】
2014003775.tif 000004
（ｎは自然数）
【００１４】
コントローラはローターの回転数を機械的あるいは光学的に感知し、回転数センサーのデータを、ソレノイドに電流を流すスイッチ回路に送り、回転数に応じてソレノイドのオンオフを電子的にコントロールする手段である。
【発明の効果】
【００１５】
一般的な電磁モーターの場合、やはり永久磁石と電磁石の組合せで動力を得るものであるが、この場合、極性を切り替えるためコイルにはプラスとマイナスの電流を頻繁に切り替えて流す必要があり、そのために大きな抵抗が発生して熱損失を生じている。しかし、本発明の装置によれば、永久磁石のＮ極とＳ極、及び、ソレノイドのＮ極とＳ極を互いに引き付け、または反発させるためにソレノイドに流す電流は単方向であり、熱損失は極めて少ない。かくして必要電力は比較的微弱ですむため、本発明で構成されるモーターは極めて省電力で動く機器を提供できる。また、例えば接続する発電機の動力に効率的に伝えて、発電機から得られる電力の一部を本発明の磁力動力装置の駆動のために使用し、その他の大部分を他の用途の電力として供給するようなシステムを設計すれば、燃料を必要としない発電装置を構成して、産業に寄与すること大である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の斜視図である。
【図２】本発明の側面図である。
【図３】本発明の正面図であり、明示のため発電ソレノイド支持台を透過している。
【図４】ソレノイドと永久磁石の位置関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例の説明図である。
【図６】本発明の実施例の説明図である。
【図７】本発明の実施例の説明図である。
【図８】本発明の実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の第１及び第２の実施の形態における構成要素の部品には、図１、図２及び図３において、中心軸（２７）に固定され、永久磁石の太さより大なる厚みを持つ駆動ローター（１０）及び発電ローター（１３）がある。駆動ローターは回転に慣性力を働かせるため、円周部分を厚く、軸周辺は軽くし、材料は例えばアルミダイキャストのような非磁性体であることが望ましい。駆動ローターの円周上には、偶数個の、寸法、重量及び磁力の強さが同一である永久磁石を、Ｎ極とＳ極を直線で結ぶ磁界の中心線の方向が、駆動ローターの中心から円周方向に向かって放射状になるように均等に配置する。永久磁石１（１１）は、中心方向にS極が向かい、円周方向にN極が向かうように配置する。その両隣の永久磁石２（１２）は、中心方向にN極が向かい円周方向にS極が向かうように配置する。すべての隣接する永久磁石を極の向きを交互に逆にして円周上に配置して固定し、駆動ローターとともに中心軸の周りを回転することができる。駆動ローターの中心軸（２７）は両端の各部を軸受けで支持されていてローターは滑らかに回転することができ、支持する各軸受けはそれぞれソレノイド支持台と発電ソレノイド支持台を兼ねる場合もあり、架台（１６）に固定されている。ソレノイド１（２１）、ソレノイド２（２２）及びソレノイド３（２３）も、コイルに電流を通じたときに生じるＮ極とＳ極を直線で結ぶ磁界の中心線の方向が、ローターの中心から円周方向に放射状になるようにローターの円周上の永久磁石から一定の間隙を開けて、それぞれの支持部（２４）でそれぞれ固定し、電源ターミナル（２８）より電流を通じることができるように配線されている。ソレノイドは単個でも複数個でも駆動が可能である。発電ローター（１３）には永久磁石３が配置され、同じ中心軸（２７）によって駆動ローターに連結され同期して回転できる。コントローラ（３０）は駆動ローター（１０）の回転数を計測して、ソレノイド１、２及び３に送る電流の入力パターンを制御する用途の構成部品である。また、出力ターミナルは発電ソレノイドに生じた電気をバッテリーなどに出力するターミナルである。
【実施例１】
【００１８】
図４により説明すると、（数１）のとおり、隣接する２個の永久磁石のそれぞれの中心と駆動ローターの中心からなる中心角をアルファを３０度とし、ローターに配置する永久磁石の個数Ｍを１２個とする。また、ソレノイド１（２１）およびソレノイド２（２２）が駆動ローターの中心となす角ベータは、（数２）によって４５度とする。
【００１９】
駆動ローター上に隣接した永久磁石同士の間隔は、中心間を１個の磁石の幅より大きく、かつ均等に駆動ローターの全周に１２個を配置する。ソレノイド１、ソレノイド２或いはソレノイド３と、駆動ローター上の永久磁石との間隙は、駆動ローターが回転したときにいずれの場所でも均等で、互いに接触せず、かつ、磁力を十分影響し合える距離とする。
【００２０】
回転の説明をするために、駆動ローターはまず図５の状態にあるとする。ソレノイド３（２３）と駆動ローター（１０）との直近の間隙部分を駆動ポイントとする。ソレノイド３（２３）が永久磁石１（１１−１）と永久磁石２（１２−１）の間に位置するとき、ソレノイド３の、駆動ローターに面する極にN磁場が発生するように電流を流すと、永久磁石２（１２−１）はソレノイド３（２３）に接近しようとする力が働き、永久磁石１（１１−１）はソレノイド３（２３）から遠ざかろうとする力が働く。このとき、ソレノイド２（２２）及びソレノイド１（２１）には電流を流さず磁場は発生しない。このようにして、駆動ローターは反時計周りに回転する。
【００２１】
次に、図５の状態から１５度反時計周りに回転した状態を図６に示す。ソレノイド２（２２）と駆動ローター（１０）との直近の間隙部分が駆動ポイントとなる。ソレノイド２（２２）が永久磁石１（１１−２）と永久磁石２（１２−２）の間に位置するとき、ソレノイド２の、駆動ローターに面する極にN磁場が発生するように電流を流すと、永久磁石２（１２−２）はソレノイド２（２２）に接近しようとする力が働き、永久磁石１（１１−２）はソレノイド２（２２）から遠ざかろうとする力が働く。このとき、ソレノイド３（２３）及びソレノイド１（２１）には電流を流さず磁場は発生しない。このようにして、駆動ローターは反時計周りに回転する。
【００２２】
駆動ローターが図６の状態から反時計周りに１５度回転すれば図７の状態になる。ソレノイド１（２１）と駆動ローター（１０）との直近の間隙部分が駆動ポイントとなる。ソレノイド１（２１）が永久磁石１（１１−３）と永久磁石２（１２−３）の間に位置するとき、ソレノイド１の、駆動ローターに面する極にN磁場が発生するように電流を流すと、永久磁石２（１２−３）はソレノイド１（２１）に接近しようとする力が働き、永久磁石１（１１−３）はソレノイド１（２１）から遠ざかろうとする力が働く。このとき、ソレノイド３（２３）及びソレノイド２（２２）には電流を流さず磁場は発生しない。このようにして、駆動ローターは反時計周りに回転する。
【００２３】
つまり、ソレノイドに永久磁石が再接近して相対する位置や、永久磁石の極性が前記のNとSの位置と逆になる場合に磁場を作ると回転を妨げることになるので、その位置のソレノイドに電流を流さないようにする。このように構成すれば、常に回転方向のみの力とローター自体の持つ重量による慣性力とが働くので、ローターは滞ることなく回転する。なお、各ソレノイドは電流が流れたとき、駆動ローター側に生じる極がNの場合でもSの場合でも回転が可能な配置を構成することができるし、ローターの回転方向は反時計回りでも時計回りでも構成できる。
【００２４】
図８は、ソレノイド２の駆動ポイントで働く力を示したものである。図６で説明するように、駆動ポイントにおいて、ソレノイドのN極と永久磁石のN極との間に斥力のためｆ１のベクトルが生じる。また、ソレノイドN極と永久磁石のS極との間に引力のためｆ２のベクトルが生じる。磁界の計算は複雑になるが、駆動ポイントでのソレノイド近傍の永久磁石とのなす角をシータ１、シータ２とすると、許容誤差の範囲内では、各ベクトルの円周接線成分の大きさは簡略的に次の数式で示される。ただし、Ｆは永久磁石の磁場と、ソレノイドに電流を通したときの磁場との間に生じる引力または反発力の最大値である。ソレノイド１及びソレノイド３においても同様である。
【００２５】
【数３】
2014003775.tif 000005
【００２６】
ｆ１とｆ２の合力は非駆動ポイントにおけるゼロ力点を補完し、ローターの全周に亘って間断なく働く。また、コントローラ（３０）はローターの回転速度を感知し、電流の切替スイッチをコントロールするため、回転数に同調してローターを加速させ、動力を得ることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明を発電機として機能させ、電力を得る実施例である。図１、図２及び図３に示すように、発電ローター（１３）が回転軸（２７）によって駆動ローター（１０）の回転を伝えられ、一体となって回転することができる。発電ローター（１３）には円周上に永久磁石３（１４）を配置し、発電ソレノイド支持台には発電ソレノイド（２５）が固定して取り付けられている。配置する永久磁石３（１４）の極性は同じ向きでも交互に逆向きでも構わない。発電ローター（１３）が回転するとき、永久磁石３も回転するため、磁場に力が作用すればコイルに電流が流れるというフレミングの左手の法則どおり、発電ソレノイドに電磁誘導電流が発生し、出力ターミナル（２９）へと誘導される。この電流は交流であるが、整流回路を用いて直流として取り出せばバッテリーなどに蓄電することもできる。
【００２８】
発電ソレノイドの近傍を発電ローター（１３）に配置された永久磁石が通過するとき、コギングトルクが発生して抵抗となり、回転数を下げる力となるが、本発明の実施例では発電ローター（１３）の半径を駆動ローター（１０）の半径よりも小にすることを特徴としている。つまり、駆動ローターの回転モーメントはより小さい径の発電ローターでは円周部の力を大きくとることができ、コギングトルクによる抵抗に抗して、回転数をさほど落とさずに済む効果がある。また、発電ソレノイドに配置する永久磁石の数を増やせば発電量は増加する。
【００２９】
本発明では、ソレノイドに入力する電力は、駆動ローター上の永久磁石に磁場を影響させるソレノイドに使用するためのものであり、微弱で良い。駆動ローターと発電ローター半径の設定、永久磁石の強さの選択、適切なソレノイドの選択によっては本発明の磁力動力装置に負荷する電力に比べ発電機からの出力を大きく設定することができ、発電機は外部電源入力を必要とせず発電する装置を構成することも可能である。実験では本発明の磁力動力装置に負荷する電力は、それにより発電できる発電量の２５％程度で済むことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の効果としては、極めて小さい電力で効率よくモーターを回転させ動力を得ることができ、その動力で発電機を動かして発電することができる。また、この出力の一部を入力電力に使用することで、無燃料発電機を構成することも考えられる。本発明は永久機関ではなく、永久磁石の長期間の寿命を利用した半永久機関ということができるので、災害時の非常用、小型船舶などの海上での電力供給、電力供給が困難な山間部や離島での電力供給など、本発明を応用して諸々の発電装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  駆動ローター
１１  永久磁石１（ソレノイドに面する磁場の極がN極である）
１１−１  永久磁石１
１１−２  永久磁石１
１１−３  永久磁石１
１２  永久磁石２（ソレノイドに面する磁場の極がS極である）
１２−１  永久磁石２
１２−２  永久磁石２
１２−３  永久磁石２
１３  発電ローター
１４  永久磁石３
２０  ソレノイド支持台
２１  ソレノイド１
２２  ソレノイド２
２３  ソレノイド３
２４  支持部
２５  発電ソレノイド
２６  発電ソレノイド支持台
２７  回転軸
２８  電源ターミナル
２９  出力ターミナル
３０  コントローラ
３１  架台
【図１】
2014003775.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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