(57)【要約】【課題】永久磁石の磁力を有効利用することにより、非常に少ない電気や燃料の消費で、長距離走行、或いは長時間駆動する装置を開発する。【解決手段】本発明の実施形態の一例となり得る駆動装置は、2個の直方体状の磁石を進行方向に対して後方側が平行より少し開いた形で水平に両サイドに備え、前記2個の磁石の内側後方にやや平板な直方体状の磁性体を備え、また、車輪その他の走行手段を備えた可動子と、複数個の棒状の磁石を細長い基体上に横向きに並列して等間隔に備え、前記棒状の磁石は両端に純鉄等のヨークを備え、また、基体の両サイドに走行手段のためのレールを備える固定子を有し、前記可動子を前記固定子に重ねると、前記可動子が備える2個の磁石は前記固定子の基体上の磁石の両端のヨークの外側にほぼ直交する形となり、双方の対向する面の磁極が異極となるように構成される。【選択図】図3
2011072165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子上を走行する可動子とを備える駆動装置であって、
前記固定子は、
・ 基体と、
・ 前記基体に、枕木状に等間隔に並設される複数の棒磁石と、
・ 前記複数の棒磁石の各々の両端部付近において前記基体にそれぞれ立設される、直方体状の複数のヨークと、
・ 前記可動子を走行方向へ案内するように設けられるガイド部と、
を備え、
前記可動子は、
・ 進行方向に対して平行的に、ただし前記進行方向の後方側で間隔がやや開くように配設される２本の直方体状の磁石であって、前記可動子を前記固定子に搭載した状態で、前記固定子の前記ヨークよりそれぞれ外側に位置するように配設されると共に、近接するヨークに面する部位が、それぞれ、前記棒磁石に起因して該ヨークに表れる磁極とは異なる磁極を呈するように配設される、２本の直方体状の磁石と、
・ 前記ガイド部に係合して案内される被ガイド部と、
・ 前記２本の直方体状の磁石に対して、前記進行方向の後ろ寄りに配設される磁性体であって、前記可動子の走行中に前記ヨークの頂部が溝内を通過しうるように形成される２本の溝部を有する磁性体と、
を備える、駆動装置。
【請求項２】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークに衝突しないで所定の空隙を持って外側を通過し、且つ、可動子の磁石が進行するに連れて磁石側面とヨークとの空隙が広がるように構成される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークの外側を慣性で通過するが、可動子がさらに進行すると、前記可動子の磁石の内側後方に備えられた前記磁性体が基体上の磁石の両端のヨークを僅かな空隙を持って蔽うように構成される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
固定子と、前記固定子上を走行する可動子とを備える駆動装置であって、
前記固定子は、
・ 基体と、
・ 前記基体に、枕木状に等間隔に並設される複数の棒磁石と、
・ 前記複数の棒磁石の各々の両端部付近において前記基体にそれぞれ立設される、直方体状の複数のヨークと、
・ 前記可動子を走行方向へ案内するように設けられるガイド部と、
を備え、
前記可動子は、
・ 進行方向に向かって徐々に横幅が狭くなるような台形状の磁石であって、前記可動子を前記固定子に搭載した状態で、前記固定子における前記棒磁石の両端に立設する２本の前記ヨークの間に位置するように配設されると共に、近接するヨークに面する部位が、前記棒磁石に起因して該ヨークに表れる磁極とは異なる磁極を呈するように配設される、台形状の磁石と、
・ 前記ガイド部に係合して案内される被ガイド部と、
・ 前記台形状磁石に対して、前記進行方向の後ろ寄りに配設される磁性体であって、前記可動子の走行中に前記ヨークの頂部が溝内を通過しうるように形成される２本の溝部を有する磁性体と、
を備える、駆動装置。
【請求項５】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークに衝突しないで所定の空隙を持って内側を通過し、且つ、可動子の磁石が進行するに連れて磁石側面とヨークとの空隙が広がるように構成される、請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークの内側を慣性で通過するが、可動子がさらに進行すると、前記可動子の磁石の後方に備えられた前記磁性体が基体上の磁石の両端のヨークを僅かな空隙を持って蔽うように構成される、請求項４に記載の駆動装置。
【請求項７】
固定子の基体上の磁石の１個又は複数個を電磁石に置き換え、前記固定子は前記電磁石への可動子の接近を感知するセンサーを備え、前記センサーが前記可動子の接近を感知した際は、該電磁石に通電されて該可動子を吸引し、該可動子が該電磁石から離遠する際は、瞬時に通電が遮断されるように構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記固定子の前記複数の棒磁石の少なくとも１つに電磁石を並設し、前記可動子が該少なくとも１つの棒磁石に接近する段階においては、前記電磁石による磁極が前記棒磁石による磁極と同じ向きになるように制御し、前記可動子が該少なくとも１つの棒磁石から遠ざかる段階においては、前記電磁石への通電を停止するか、前記電磁石による磁極が前記棒磁石による磁極と反対向きになるように制御するように構成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
固定子と、前記固定子上の円環状の軌道を走行する可動子とを備える駆動装置であって、
前記固定子は、
・ 基体と、
・ 前記基体の円環状の領域に亘って、枕木状に等間隔に並設される複数の棒磁石と、
・ 前記複数の棒磁石の各々の両端部付近において前記基体にそれぞれ立設される、直方体状の複数のヨークと、
を備え、
前記可動子は、
・ 進行方向に向かって徐々に横幅が狭くなるような台形状を呈すると共に、前記円環状の軌道に沿って湾曲した形状を有する磁石であって、前記可動子を前記固定子に搭載した状態で、前記固定子における前記棒磁石の両端に立設する２本の前記ヨークの間に位置するように配設され、近接するヨークに面する部位が、前記棒磁石に起因して該ヨークに表れる磁極とは異なる磁極を呈するように配設される、略台形状の磁石と、
・ 前記略台形状磁石に対して、前記進行方向の後ろ寄りに配設される磁性体であって、前記可動子の走行中に前記ヨークの頂部が溝内を通過しうるように形成される２本の溝部を有する磁性体と、
を備える、駆動装置。
【請求項１０】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークに衝突しないで所定の空隙を持って内側を通過し、且つ、可動子の磁石が進行するに連れて磁石側面とヨークとの空隙が広がるように構成される、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記固定子の基体上の磁石に前記可動子の磁石が吸引されると、可動子の磁石の先端は基体上の磁石が両端に備えるヨークの内側を慣性で通過するが、可動子がさらに回転すると、前記可動子の磁石の後方に備えられた前記磁性体が基体上の磁石の両端のヨークを僅かな空隙を持って蔽うように構成される、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１２】
固定子の基体上の磁石の１個又は複数個を電磁石に置き換え、前記固定子は前記電磁石への可動子の接近を感知するセンサーを備え、前記センサーが前記可動子の接近を感知した際は、該電磁石に通電されて該可動子を吸引し、該可動子が該電磁石から離遠する際は、瞬時に通電が遮断されるように構成される、請求項９から１１のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記固定子の前記複数の棒磁石の少なくとも１つに電磁石を並設し、前記可動子が該少なくとも１つの棒磁石に接近する段階においては、前記電磁石による磁極が前記棒磁石による磁極と同じ向きになるように制御し、前記可動子が該少なくとも１つの棒磁石から遠ざかる段階においては、前記電磁石への通電を停止するか、前記電磁石による磁極が前記棒磁石による磁極と反対向きになるように制御するように構成される、請求項９から１２のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁力を利用する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、機械類を駆動又は回転させる装置としては外燃機関、内燃機関の熱機関と電気を利用する電気モータがある。
【０００３】
外燃機関、内燃機関には代表的なものとしてそれぞれ蒸気機関とガソリンエンジンがある。電気モータには、回転運動を得るものと直線運動を得るものがあり、直線運動を得るものをリニアモータと呼ぶ。
【０００４】
一般的に、リニアモータは特開2004−007946（特許番号3851265）及び特開2000−245132（特許番号3838314）に見られるように、可動子に巻回されたコイルを備え、固定子に走行方向に沿って交互に磁極の異なる永久磁石を備えている。これらのリニアモータに於いては、可動子のコイルに駆動電流を流して順次磁極を切り替え、或いは位相を変換することで、固定子の磁力と相互作用させて可動子を駆動する。原理的にリニアモータは回転電機を直線に展開したものである。
【０００５】
リニアモータは、工場内の資材の搬送や工作機械や各種機器に於けるステージ送りその他、広く応用されている。リニアモータの問題点を挙げると、回転電機より電気の消耗が大きいことと可動子コイルが発熱することである。従って、特開2000−245132の装置では可動子コイルを冷却する工夫をしている。
【０００６】
このように、現在、動力源として外燃機関や内燃機関および電気モータが社会の様々な分野に普及している。しかし、これらの装置により動力を得るには燃料や電気を供給する必要がある。近年、省エネや地球温暖化防止が叫ばれており、より少ない燃料や電力の供給で仕事を行うことが可能な動力源が望まれていた。
【０００７】
かかる状況に鑑みて、先般、発明者は永久磁石の磁力のみで駆動する装置を発明し、特許出願した（特願2009−185604）。特願2009−185604の装置とリニアモータとを比較すると、リニアモータに於いては可動子又は固定子の磁石の一方が、或いは双方とも、巻線を施した電磁石である故にかなりの電気を消費するのに対して、特願2009−185604の装置は、永久磁石の磁力のみで駆動するので、起動や停止などのコントロール以外では電気を必要としないと言う利点を有していた。しかし、該装置は、そのような利点を有する反面、建物内を走行する程度の距離には問題ないが長距離走行には限界があると言う弱点を併せ持っていた。
【０００８】
省エネや地球環境保全に貢献するには、少ないエネルギーで駆動し、且つ広く社会応用される必要があり、そのために特願2009−185604の装置は、特に長距離走行、或いは長時間駆動が可能となるよう、改善が待たれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2004−007946号公報
【特許文献２】特開2000−245132号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
永久磁石の磁力を有効利用することにより、非常に少ない電気や燃料の消費で、長距離走行、或いは長時間駆動する装置を開発する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者が特願2009−185604の装置に基づいて鋭意検討を重ねた結果、該装置に新たな機構を加えることで（以降、本発明）、課題を解決できることを見出した。本発明は、特願2009−185604の装置と同様、可動子と固定子の両者に永久磁石を備え、双方の磁石間に働く吸引力を繰り返し利用することにより駆動するが、本発明の特徴は、可動子の走行方向に働く固定子磁石の磁力は有効に利用し、走行を引き戻す方向に働く磁力は減弱させると言うものである。特願2009−185604にはなかったこの引き戻し磁力減弱機構により、本発明は長距離走行、或いは長時間駆動を可能とする。
【００１２】
本発明は、可動子に、2個の長めの直方体の磁石を進行方向に向かって後方が少し開いたハの字形にして、水平に1個ずつ両サイドに備え、さらに、ハの字形の磁石の内側後方に1個の純鉄製直方体状の盤（以降、可動子磁性体）を備え、また、車輪などの走行手段を備えている。固定体は直線状の細長い基体上に2列に立設された純鉄製角材形のヨークを備え、平行する列の相対し合う2個のヨーク間には棒状の磁石が挟設されている。可動子は基体上を車輪などで走行するように作られているので、基体の両サイドはレール状になっている。可動子の磁石と基体上の全ての磁石は対向する面が異極となっており、双方の磁石には吸引力が働く。起動時に可動子の両サイドの磁石が基体上の最初の磁石の両端のヨークに引き付けられると、可動子の磁石はその外側を所定の空隙を持って慣性で通過しようとするが、その直後から可動子に引き戻し力が働き始める。その引き戻し力を減弱させる目的で、本発明は可動子に2個の磁石を進行方向に向かって後方が少し開いたハの字形に水平に設置しており、また、その内側後方にやや平板な直方体状の可動子磁性体1個を配している。基体上の磁石に吸引されて可動子の磁石の先端が基体上の磁石の両端のヨークの外側を通過した後、可動子の磁石はハの字形に設置されているので、可動子の磁石が進行するに連れてヨークとの空隙は広がる。従って、可動子に対する引き戻し力は、可動子の磁石が進行方向と平行に設置されている場合より、緩やかに働く。さらに、可動子の磁石の内側後方に配された可動子磁性体は、可動子の磁石が基体上の磁石から遠ざかる際に、基体上の磁石の両端のヨークを僅かな空隙を保って蔽い、閉じた磁気回路を形成し、そこから漏出する磁束を減少させる。故に可動子に働く引き戻し力は減弱される。可動子は、基体上の磁石に引き付けられて得た運動エネルギーを引き戻し力によりかなり失うものの、全てを失うことなく、余力を残して基体上の次の磁石に向かう。そこで再び次の磁石に吸引されて走行速度を上げる。この時、可動子の走行速度は、持ち越したエネルギー分だけ基体上の最初の磁石の吸引力で得た速度より速くなる。この理由については後で詳しく説明する。このように、可動子は基体上の磁石を通過する毎に加速されるので長距離走行、或いは長時間駆動が可能となる。
【００１３】
本発明の好適な実施形態の例は添付の特許請求の範囲に記載されるが、本発明は、本明細書及び添付図面に明示的及び暗示的に記載される全ての特徴及びこれらの組み合わせをも、その範囲に包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】可動子の平面透視図及び断面図である。
【図２】固定子の平面図及び断面図である。
【図３】可動子と固定子を組み合わせた平面透視図及び側面断面図である。
【図４】可動子の磁石に対する引き戻し力を説明するための図である。
【図５】可動子磁性体による引き戻し減弱効果を説明するための図である。
【図６】可動子の走行速度と距離の関係をグラフに表したものである。
【図７】別の実施例を説明するための図である。
【図８】さらに別の実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態の例について説明する。
【００１６】
実施例：１
【００１７】
図1は可動子の平面透視図及び断面図である。テーブル形のフレーム101は非磁性体で作られ、両サイドに長めの直方体状の永久磁石102、103を進行方向に対して後方側が少し開いた形で設置され、その内側後方にやや平板な直方体状の可動子磁性体104を備える。可動子磁性体は、断面図に描かれる通り、両サイドに開口部を下にした進行方向と平行な底面が四角い溝104aを備えている。これらの他に、可動子は走行するための車輪105〜108を備える。
【００１８】
図2は固定子の平面図及び断面図である。基体109は非磁性の材料で直線状に細長く作られ、両サイドにレールのような刻み109aを有している。また、基体上には棒状の磁石110、111、112―――が鉄道線路の枕木の如く横向きに等間隔で並列に設置され、これらの磁石は両端にそれぞれ純鉄製ヨーク113、114、115、116―――を備えている。図2に描かれるように、これらのヨークは角材のような形状を有しており、それぞれ対応する磁石110、111、112―――の両端に接して垂直に立設される。
【００１９】
図3は可動子と固定子を組み合わせた平面透視図及び断面図である。可動子は、その車輪が基体のレール状刻み109aを走行し得るように、上から重ねられる。可動子の2個の磁石102、103は走行に際して基体上の磁石110、111、112―――のヨークの外側を所定の空隙を持って通過するように、また、進行するに連れてこれらのヨークとの空隙が広がるようにハの字形に配されている。可動子の2個の磁石と基体上の全ての磁石は対向する面の磁極が異極となるように設置される。可動子の磁石の内側後方に備えられた可動子磁性体104は、進行に際して基体上の磁石の両端のヨークを蔽い、且つ僅かな空隙を保ってそこを通過するように、両サイドに開口部を下にした進行方向に平行な底面が四角い溝104aを有している。
【００２０】
本実施例に於いては、可動子が備える磁石102、103のサイズ及び磁力は等しく、基体上の磁石110、111、112―――それぞれのサイズ及び磁力も等しい。しかし、本発明の実施形態がそのような構成に限定される訳ではないことに留意されたい。基体上の磁石の磁力は目的によって変化を持たせる場合がある。
【００２１】
実施例の動作：
【００２２】
可動子は基体上の磁石が存在しない位置から起動される。即ち、図3に於いては磁石110の左側から動き始める。可動子の磁石102、103と基体上の磁石110は対向する面の磁極が異なるので双方に強い吸引力が働き、可動子は磁石110に引き付けられる。可動子の磁石102、103の先端が磁石110を通過して間もなく、双方の吸引力は進行方向と逆向きに働き始め、可動子を引き戻そうとする。しかし、可動子は慣性で尚も進行する。すると可動子の磁石の内側後方に備えられた可動子磁性体104が基体の磁石の両端のヨーク113、114を蔽い、図3の断面図に見る通り、基体の磁石と両端のヨーク及び可動子磁性体で閉じた磁気回路を形成し、そこから漏出する磁束を減少させる。それにより可動子の磁石に働く引き戻し力は減弱される。故に可動子は慣性による走行力を全て失うことなく、余力を残して基体上の次の磁石111に接近し、今度はその吸引力を得て可動子は再び走行速度を上げる。この時、可動子の走行速度は、持ち越した運動エネルギー分だけ基体上の最初の磁石110の吸引力で得た速度より速くなる。可動子の磁石102、103が磁石111を通過する際、前記と同様の状況が生じる。このように、可動子の磁石と基体上に一定の間隔で設置された磁石は、順次、相互作用を繰り返し、可動子は基体上の磁石を通過する度に加速を得て走行を続ける。
【００２３】
続いて実施例の動作をより論理的にするために別の図やグラフを用いて説明する。
【００２４】
図4は可動子の磁石102、103を進行方向の後方側が少し開いたハの字形に設置する効用について説明するための図である。
【００２５】
図4の上図のように、基体に固定磁石110を1個のみ設置して、（１）進行方向に対して後方が開いた形に可動子の磁石102、103を設置した構成と、（２）進行方向に対して前方が開いた形に可動子の磁石102、103を設置した構成とで比較する。なお、これらの図において、可動子に対する引き戻しを減弱させるための可動子磁性体104は描かれていない。
【００２６】
可動子の磁石102、103は固定子の磁石110に吸引され、慣性でそこを通過して慣性力と引き戻し力が釣り合った位置で一瞬停止した後、引き戻しと進行方向への引き付けの振動を繰り返して、図4の下図のように最も安定する位置で静止する。この位置は、可動子が図のように左から右へ走行する場合、可動子の磁石はこの位置まで吸引されることと、この位置を過ぎると引き戻し力を受けることを意味する。即ち、可動子の磁石102、103が磁石110と相対開始後、（１）では早く引き戻しが始まり、（２）では遅れて引き戻しが始まる。（１）、（２）とも進行方向への引き付け、引き戻し力は積分値としてのトータルでは同じであり、引き付けで可動子が得る慣性エネルギーも同じである。しかし、（１）では右に進むに連れて可動子の磁石と基体の磁石の間隔が広がるから、引き戻し力は緩やかに働き、反対に（２）では右に進むに連れて磁力の最も強い可動子の磁石の後端部と基体の磁石との間隔が狭まるから、引き戻し力は急激に働く。従って、（１）では慣性力と引き戻し力が釣り合って可動子が停止するまでの距離が長くなり、（２）ではその距離が短くなる。このことは、基体上の次の磁石の吸引力を有効利用する上で（１）の方が有利なことを示す。可動子の磁石を進行方向と平行に設置した場合と比較しても同様のことが言える。
【００２７】
次に、可動子に引き戻し力を減弱させるための可動子磁性体104を付けた場合の効用について図5を用いて説明する。図中の矢印は、極概略的ではあるが、対象へ流れる磁束を示し、矢印の太さがその量を表している。
【００２８】
図5の上図は可動子が左から右へ進行する際、可動子の磁石102、103に対して基体の磁石110の引き戻し力が働き始める直前の状態である。可動子磁性体104は基体の磁石の両端のヨーク113、114をまだ蔽っていない。しかし、それらに接近しており、磁性材として基体の磁石110の吸引力を受けている。この位置に於いて、可動子磁性体104は可動子の進行方向に引き付けられるので、走行に寄与している。
【００２９】
図5の中図は、可動子が上図より少し進行して、磁石102、103が基体の磁石の引き戻し力を受ける位置まで来た状態である。この位置に於いて、可動子磁性体104は既に磁石110の両端のヨーク113、114を蔽っている。断面図に見られるように、磁石110と両端のヨーク113、114及び可動子磁性体104は磁気回路を形成し、しかもそれは閉回路となっているので、磁束のかなりの部分は回路内に閉じ込められ、可動子の磁石102、103に及ぶ磁束を減少させている。故に可動子に働く基体の磁石の引き戻し力は減弱される。
【００３０】
図5の下図は、可動子が慣性で中図よりさらに進行して、磁石102、103が基体の磁石110から遠ざかった状態である。可動子磁性体104も既に磁石110の両端のヨーク113、114から離れている。この位置では可動子の磁石102、103に対する磁石110の引き戻し力は非常に弱い。しかし、可動子磁性体104は磁石110の引き戻し力を受けている。
【００３１】
ここで、図5の上図と下図を細かに観察すると、上図では基体の磁石110から可動子の磁石102、103へ流れる磁束量が多いために可動子磁性体104へ流れる磁束量が少なく、下図では近くに可動子の磁石102、103が存在しないために可動子磁性体104へ流れる磁束量が前者より多い。この磁束量の差は、可動子磁性体が進行方向へ引き付けられる力と引き戻される力の差を示し、走行に対するマイナス要因である。可動子がスムーズに走行するためには、そのマイナスを、可動子磁性体による引き戻し減弱効果が上回らなければならない。
【００３２】
上記の磁束量の差と、可動子磁性体104が引き戻し減弱効果を発揮する際に可動子磁性体104に流れる磁束量とを比較する。図5の上図及び下図のように、可動子磁性体104に磁石110の引き付けが働く際と引き戻しが働く際、双方とも、磁石110の磁束は両端のヨーク113、114の主に一側面から可動子磁性体104に流れる。一方、図5の中図のように、可動子磁性体104が引き戻し減弱効果を発揮する際は、可動子磁性体104が僅かな空隙を持って磁石110の両端のヨーク113、114の三方側面を蔽っている。従って、この方が上図、下図に比べて可動子磁性体104により多くの磁束が流れると言える。さらに、この状態は可動子磁性体104が磁石110の両端のヨークを蔽い始めてから離脱するまで継続する。結論として、可動子磁性体104が引き戻し減弱効果を発揮する際に可動子磁性体104に流れる磁石110の磁束量は上図、下図の場合より多く、且つ、それらの差より遥かに多い。これらのことは、可動子磁性体104による可動子の磁石102、103に対する引き戻し減弱効果の方が、マイナス要因である可動子磁性体104そのものに働く引き戻し力と引きつけ力の差より十分大きいことを意味する。故に可動子はスムーズに走行する。なお、可動子磁性体104が磁石110の両端のヨーク113、114を蔽った直後から離脱する直前までの間、可動子磁性体104に起因する走行抵抗は殆んど発生しないことを明記しておく。
【００３３】
続いて、可動子の走行をより理解し易くするためにグラフを用いて説明する。図6のグラフは可動子の走行速度と走行距離の関係を表したものである。
【００３４】
図6の左上のグラフは、基体上に磁石110を1個のみ設置して、可動子磁性体104を備えていない可動子を左から右へ走行させた場合で、可動子の磁石102、103の先端の動きを表している。グラフの縦軸Vはその走行速度を、横軸Dは走行距離を表す。可動子の磁石の先端は、静止位置Sから磁石110に吸引されて動き始め、二次関数的に速度を上げ、該磁石の先端が磁石110を過ぎると加速は小さくなる。間もなく最高速度に達するが、その後、引き戻し力により徐々に速度を落とし始め、さらに速度は二次関数的に低下する。しかし、なお可動子は慣性力と引き戻し力が釣り合う位置Eまで走行し、そこで速度ゼロとなる。一瞬の停止の後、可動子は引き戻され、磁石110を中心に振動を繰り返し、やがて振動は収束して、可動子は磁石110に引き付けられたまま静止する。
【００３５】
図6の右上のグラフは、基体は上記と同様の設定であるが、今度は可動子磁性体104を備えた可動子を走行させた場合で、可動子の磁石102、103の先端の動きを表している。可動子の磁石の先端は磁石110に吸引されて、上記と殆んど同じ曲線で走行速度を上げ、その後、徐々に速度を低下させる。上記の場合と異なるのは、二次関数的に速度が低下し始めるTの位置以降、速度の低下が緩やかになること、そして、上記で可動子の速度がゼロになった位置Eに至っても、低速ながら、なお走行速度を保っていることである。このことは、可動子磁性体104がTの位置以降、磁石110の両端のヨーク113、114を蔽って、可動子に働く引き戻し力を減弱させたことを示す。
【００３６】
図6の下のグラフは、基体上に磁石110、111、112―――を複数個設置して、可動子磁性体104を備えた可動子を左から右へ走行させた場合の可動子の磁石102、103の先端の走行速度Vと走行距離Dの関係を表しものである。基体上のそれぞれの磁石の間隔は図6の上のグラフに於ける磁石110からEまでの距離に等しい。波型の破線は図6の右上のグラフのように基体上に磁石が単独で存在する場合の速度曲線を示しており、下のグラフのように磁石を等間隔に複数個設置した場合、可動子は引き戻し力減弱効果により余力（右上のグラフの速度a）を残して次の磁石に接近するため、次の磁石の吸引により回復される速度に速度aがプラスされる。前の磁石と次の磁石間には引き戻し力と進行方向への吸引力が同時に働くが、波型の破線はそれを反映した速度曲線であり、双方を足し合わせた実線が実際の走行速度曲線となる。可動子は基体の磁石を通過する毎に加速される。
【００３７】
本発明は、起動や停止などのコントロール以外では電気その他のエネルギーを必要とせず、可動子が備える永久磁石と基体上に設置された永久磁石の相互作用により、長距離走行、或いは長時間駆動する。本発明は、エネルギーを増大させると言うような自然法則に反するものではない。本発明は、永久磁石が有するポテンシャルエネルギーの内、走行や駆動にプラスのエネルギーは有効利用する一方、マイナスのエネルギーは磁気回路などに逸らして無用な力を減弱させる。そのことにより長距離走行や長時間駆動を可能にする。なお、念のために申し添えておくが、上記の可動子は、基体上に列を為して立設せしめたヨーク間に磁石を設置しなくても、可動子の磁石と鉄材としてのヨークとの吸引力により走行し得るものである。但し、この場合、磁石対磁石の吸引力に比べて磁石対鉄材の吸引力は劣るので、可動子の走行力も弱いものとなる。
【００３８】
実施例：２
【００３９】
図7は本発明の別の実施例を説明するための図である。本実施例に於いて、可動子のフレーム201は図3で示したものと形状が同様であり、可動子は中央部に1個のやや平板で平面的に見ると進行方向の後方側が少し狭まった台形状の磁石202を備える。さらに、可動子は磁石202の後方に平面的に見ると進行方向に凹部を有した可動子磁性体203を備える。図7のA断面図で見る通り、可動子磁性体203は両サイドに開口部を下にした進行方向に平行な底面が四角い溝を有している。固定子も図3で示したものとほぼ同様であり、基体208上に図3より長めの棒状磁石210、211、212―――及びそれらの両端にヨーク213、214，215，216―――を備える。可動子の磁石202と基体上の全ての磁石は対向する面が異極となるように設置される。
【００４０】
可動子を固定子に重ねると、図7の通り、可動子の磁石202は基体上の磁石の両端のヨークの内側に空隙を持って納まる。可動子の磁石202は平面的に見ると進行方向に対して後方が少し狭まった台形を呈しているので、可動子の磁石202の先端が基体の磁石210に吸引されて速度を上げた後、慣性でそこを通過する際、進行するに連れて可動子の磁石側面と基体の磁石210の両端のヨーク213、214との空隙は広がる。さらに可動子が進行して可動子の磁石202に基体の磁石210の引き戻し力が働き始めると、可動子の磁石の後方に配された可動子磁性体203が磁石210の両端のヨークを蔽い、図7のA断面図に見るように閉磁気回路を形成して漏出磁束を減少させ、可動子の磁石202に対する引き戻し力を減弱させる。故に可動子は余力を持って次の磁石211に接近し、再び吸引されて走行速度を上げる。
【００４１】
本実施例の動作原理は、上記の如く、図3を用いて説明した装置と同様である。本実施例の利点は図3で示した装置に比べて可動子、固定子とも横幅を狭く作ることができること、また、可動子の磁石1個の両側面を有効に利用できることである。
【００４２】
実施例：３
【００４３】
図示しないが、さらに別の実施例について説明する。本実施例は図3で示した装置の基体上の磁石の1個又は複数個を電磁石に置き換えるものである。本実施例の可動子は図3で示したものと全く同じ構造で、固定子も、基体の磁石の1個又は複数個を電磁石に置き換えることと、前記電磁石に接近する可動子を感知するセンサーを備えること以外は同じ構造である。前記電磁石は巻線された棒状の形を為し、必要な個所の基体上のヨーク間に永久磁石に換えて挟設される。全ての電磁石は通電されると磁極が基体上の他の磁石と同じ向きになる。可動子が或る電磁石に接近する際、前記センサーでそれを感知し、該電磁石に通電される。すると、該電磁石は可動子に吸引力を与える。しかし、可動子が該電磁石を慣性で通過しようとする際は、瞬時に電流が遮断されて可動子への引き戻し力が働かないように構成されている。電磁石は、接近する可動子を吸引するが、離遠する可動子には磁力が働かないので、その差のエネルギー分だけ可動子が加速される。
【００４４】
さらに別の実施例では、棒磁石110, 111, … のいずれか１つ以上に、さらに電磁石を追加する。例えば図３において、図中に描かれる1本の棒磁石110が、永久磁石による棒状磁石と電磁石による棒状磁石の２本の棒状磁石に置き換えられる。この電磁石には可動子の接近を感知するセンサーが組み合わされ、可動子が近づいてくる段階においては、組み合わされる棒状永久磁石と磁極が同じになるように通電される。従って、可動子には、棒状永久磁石と棒状電磁石の２つの磁石の働きによって強い吸引力が作用する。可動子がこの電磁石を通過すると、電流を直ちに遮断して、磁石としての機能を停止せしめる。すると、遠ざかっていく可動子に作用する吸引力は、棒状永久磁石に起因する吸引力のみとなり、近づいてくる段階に比べて作用する吸引力が弱くなる。その吸引力の差は可動子を加速せしめる原因となる。
【００４５】
可動子が遠ざかる段階においては、電磁石に組み合わされる永久磁石と磁極が反対になるように通電されてもよい。すると、永久磁石と電磁石の磁場が互いにキャンセルし、これらの両端のヨーク（例えばヨーク113，114）から漏出する磁束は著しく減少する。従って、かかる実施形態においては、可動子が遠ざかる段階において作用する磁気吸引力を、著しく弱めることができる。故に、可動子の加速を大きく促進することができる。
【００４６】
前記電磁石は、急な加速を要する場合や上り勾配となる個所など、必要とする個所に限定して基体上に設置される。本実施例の動作は、電磁石に関わる動作以外、図3を用いて説明したものと同様である。
【００４７】
実施例：４
【００４８】
図8は本発明のさらに別の実施例を説明するための図である。本実施例の固定子の基体は図7で示した直線状の細長い基体を円環状に閉じたものである。可動子の構造も図7で示したものとほぼ同じで、基体上を走行するのに代わって本実施例の可動子は円環状の基体の内側を回転する。図8の可動子302、303、304、305は同一円周上に等間隔に配され、回転軸に結合されている。それぞれの可動子は中央部に回転軌道に沿って湾曲した可動子磁石306、307，308、309を備え、それらの磁石は平面的に見ると進行方向に対して後方側が少し狭まった台形になっている。その後方に同じく回転軌道に沿って湾曲した可動子磁性体310、311、312、313を備え、それらの可動子磁性体は平面的に見ると進行方向に凹部を有した形になっている。円環状の基体314は、内側に等間隔で並列横向きに棒状磁石315、316，317―――を備え、それらの磁石の両端には純鉄製で角材形のヨーク330、331、332―――が基体に垂直に立設されている。可動子の磁石306、307、308、309は基体の磁石の両端のヨーク330、331、332―――の内側を空隙を保って回転するように配される。それぞれの可動子の磁石と基体上の全ての磁石は対向する面の磁極が異極となるように設置される。
【００４９】
本実施例の動作原理は図3及び図7を用いて説明したものと同様である。本実施例のそれぞれの可動子は、基体上の磁石との相互作用により推進力を得、基体上の1個の磁石を通過する毎に加速しながら長時間駆動を続ける。
【００５０】
なお、図８の実施例では、可動子が円環状の基体の内側を走行しているが、同じ原理により、可動子が円環状の基体の外側を走行する構成とすることもできることに留意されたい。
【００５１】
実施例：５
【００５２】
図示しないが、続いてさらに別の実施例について説明する。本実施例は図8で示した装置の円環状の基体の磁石の1個又は複数個を電磁石に置き換えるものである。本実施例の可動子は図8で示したものと全く同じ構造で、固定子も、基体の磁石の1個又は複数個を電磁石に置き換えることと、前記電磁石に接近する可動子を感知するセンサーを備えること以外は同じ構造である。前記電磁石は巻線された棒状の形を為し、基体上のヨーク間に永久磁石に換えて挟設される。設置する電磁石の場所と数は問わないが、消費電力を抑制する観点から、その数はできるだけ少ない方が好ましい。全ての電磁石は通電されると磁極が基体の他の磁石と同じ向きになるようにする。可動子が或る電磁石に接近する際、前記センサーでそれを感知し、該電磁石に通電される。すると、該電磁石は可動子に吸引力を与える。しかし、可動子が該電磁石を慣性で通過しようとする際は、瞬時に電流が遮断されて可動子への引き戻し力が働かないように構成される。電磁石は、接近する可動子を吸引するが、離遠する可動子には磁力が働かないので、その差のエネルギー分だけ可動子は加速される。本実施例の動作は、電磁石に関わる動作以外、図3、図7及び図8を用いて説明したものと同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に基づく可動子が基体上を駆動する装置は、工場での資材や機器類の搬送に、また、物流センターや空港などに於ける貨物の搬送に、さらには動く歩道やシャトルバスの動力源として、利用可能である。
【００５４】
本発明に基づく可動子が円環状の基体に沿って駆動する装置は、工場に於ける機械類や家電の回転動力源として、また、大型及び小型発電機の動力源として利用できる。
【００５５】
これらの装置は、何れも起動や停止などの動作コントロール以外では電気や燃料を殆んど必要としないので非常に省エネ的であり、また、騒音や熱や二酸化炭素を発生しないので地球環境保全にも大いに貢献する。
【符号の説明】
【００５６】
101        フレーム
102        磁石
104        磁性体
104a       溝構造
105−108   車輪
109        基体
109a       レール構造
110−111   磁石
113−114  ヨーク
201       フレーム
202       磁石
203       磁性体
208       基体
210−211  磁石
213−214  ヨーク
302−305  可動子
306−309  磁石
310−313  磁性体
314       基体
315−316  磁石
330−331  ヨーク  
【図１】
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【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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