(57)【要約】【課題】  外周部に複数の磁石を一定間隔で半径方向に対して傾斜して配列したローターにて、大きな回転トルクが発生するようにした回転駆動装置の提供。【解決手段】  ローターを３つ以上、所定の基点を中心として外方向を向いて配置し、そして各ローターに取付けた磁石の外周側先端を互いに接近し、そして、各ローターを互いに同一速度で回転するように連動している。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に複数の磁石を一定間隔で半径方向に対して傾斜したラセン方向を向いて配列したローターを複数個、所定の基点を中心として外方向を向いて配置し、そして各ローターに取付けた磁石の外周側先端を互いに接近し、そして、各ローターを互いに同一速度で回転するように同期したことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
上記磁石を一定曲率にて湾曲した湾曲磁石を用いた請求項１記載の回転駆動装置。
【請求項３】
上記磁石を湾曲すると共に外周側を幅広とし、内周側を幅狭とし、隣り合う磁石間の隙間を小さくした請求項１記載の回転駆動装置。
【請求項４】
各磁石の外周側先端を尖らした請求項１、請求項２、又は請求項３記載の回転駆動装置。
【請求項５】
外周部に複数の磁石を一定間隔で半径方向に対して傾斜したラセン方向を向いて配列したローターを複数個、所定の基点を中心として外方向を向いて配置した回転駆動装置の該ローターに取付ける磁石において、該磁石は一定曲率にて湾曲した湾曲磁石としたことを特徴とする回転駆動装置の磁石。
【請求項６】
上記磁石を湾曲すると共に外周側を幅広とし、内周側を幅狭とした請求項５記載の回転駆動装置の磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はローターの外周に複数の磁石を配列した回転駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石を使用した回転駆動装置としてもっとも一般的なものはモーターである。該モーターは中心部に回転するローターを軸支し、ローターの外周には磁石を配置した構造としている。そして、上記ローターにコイルを巻いて電磁石を構成することで、外周の磁石との間で作用する磁気力にて上記ローターは回転することが出来る。すなわち、モーターとは電気エネルギーを機械エネルギーに変換することが出来る回転駆動装置である。
【０００３】
ところで、モーターはローターを回転させる為に電気エネルギーを消費する。大馬力のモーターともなれば消費電力は非常に大きくなる。近年、二酸化炭素の排出量を抑える為に、自動車ではハイブリッドカー、さらには電気自動車が注目されているが、仮に電気自動車であっても必要とされる電気を起す場合に二酸化炭素が排出されている。
【０００４】
従来、円盤の外周に複数の磁石を備えて回転させるようにした回転駆動装置が知られている。特開昭６２−１７１４５８号に係る「磁力回転装置」は、２つのローターが向かい合い、ローター外周に複数の永久磁石を等間隔で配列して構成している。従って、対を成すローターに取付けた永久磁石間に反発力が発生し、各ローターは連続的に同期して回転することが出来る。
【０００５】
すなわち、互いに逆方向に連動して回転可能な一対のローターを並列的に配置すると共に、これらローターの外周部それぞれに周方向等間隔を成して永久磁石を固定して配置し、そして各ローターの永久磁石においては、それぞれ同じ極性を有す一方の磁極が径方向外側を向くようにし、更にこれらローターが連動して回転させる場合に、一方のローター側の磁極を他方のローター側の磁極に対して周期的に接近させると共に、この他方のローター側の磁極に対して僅かに先行して回転運動させることが出来る。
【０００６】
ところで、上記磁力回転装置のローターはその回転トルクは小さくて、回転駆動装置として実用的ではない。何故なら、一対を成す各ローターの外周に取付けられる磁石の間隔が広くて反発磁場作用には、磁石と磁石の広波により中間部に磁場高低のレシプロ作用が発生し、安定した回転が出来難いといった問題がある。又、作用磁場の内、最大関与磁石とその前後に配置される関与磁石の配置先端位置のズレ幅が大きく、相対するローターに配置された作用磁石との間に磁場ポケットが発生してエネルギー効率の減衰を招く。
【０００７】
又、作用磁石の効率を上げる場合、板状永久磁石の長さを延ばせばエネルギー値を向上させることも可能であるが、該ローター内周側が過密状態と成り、隣接する磁石同士が接触してしまう。又、ローター外周からはみ出して磁石を延ばすことは可能だが、隣り合う磁石の間隔が広がり、エネルギー密度の低下を招いてしまう結果になる。
【０００８】
その為に、従来の回転駆動装置では低回転、低トルクしか得られず、エネルギー変換効率が低く、新エネルギー市場への参入の有効利用といった点で、期待する程利用できず、改善の余地を残している。
【特許文献１】特開昭６２−１７１４５８号に係る「磁力回転装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の磁力回転装置には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、磁力密度を向上させて磁束密度を高めることで高回転トルクを誘発して駆動動力源として利用することが出来る回転駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の回転駆動装置では、磁気エネルギーを駆動源として使用し、永久磁石同士の磁力に基づきローターを回転駆動するように構成している。そこで、該ローターは複数個を１組とし、各ローターは所定基点から外方向へ延びる平面内に配置される。そして、各ローターの外周部には複数の磁石が等間隔で半径方向に対して傾斜した向きに配列して取付けられる。そして、３個以上を１組として配置する場合には、各磁石の外周側先端を尖らせるならば、隣接するローターに取付けられている磁石先端との間の隙間を極力小さくすることが出来る。
【００１１】
ところで、磁石の形態は特に限定しないが、最も一般的にはストレートに延びる一定断面の板状磁石であり、又所定の曲率にて湾曲した一定断面の湾曲磁石とすることが出来る。さらには、１つのローターに取付けられる各磁石間も隙間を小さくする為に、外周側断面積を大きくした湾曲変形磁石を取付けることも出来る。ここで、これら磁石の取付け構造に関しては限定しないことにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転駆動装置は複数のローターが１組として構成し、該ローターの外周には複数の磁石が取付けられていることで、従来のように棒磁石を配列した２つのローターを対にして組み合わせて構成した回転駆動装置に比較して発生トルクは非常に大きくなる。従って、駆動装置として利用出来る分野は広くなり、例えばハイブリッド車のバッテリー充電用の発電機を駆動する為に装着することが可能と成る。
【００１３】
又、ローターの外周に半径方向に対して傾斜して取付ける磁石を所定の曲率で湾曲させることで、隣り合う磁石と接触せずに比較的長い磁石となり、発生する磁気力の向上が図られる。さらに、外周側を幅広とした湾曲変形磁石とすることで、隣り合う各磁石間の隙間を小さく出来、結果として磁力強化をもたらすことで大きな回転トルクが発生する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】対をなす両磁石が傾斜した場合に、互いに作用し合う磁気力の関係を示している。
【図２】湾曲磁石を取付けたローターの具体例。
【図３】３つのローターで構成する本発明の回転駆動装置。
【図４】対を成す２つのローターが、半径方向に対して傾斜して取付けた磁石によって回転することを示す説明図。
【図５】湾曲変形磁石の先端拡大図。
【図６】外周側の幅寸法が大きい湾曲変形磁石を取付けたローターの具体例。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係る磁石を備えた回転駆動装置の原理を示す概略図であり、対を成す磁石１，１の向きが変化する場合に作用する磁気力を表している。
（ａ）は両磁石１ａ，１ａが直線状に配列している場合であり、Ｎ極同士が対向した向きに位置していることで、両磁石１ａ，１ａ間には大きな反発力が作用する。すなわち、この向きにある場合の磁気力は最大となる。
（ｂ）は両磁石１ｂ，１ｂが僅かに傾いて、交差角は１５０°と成っているが、同じく両磁石１ｂ，１ｂ間には大きな反発力が作用する。
（ｃ）は両磁石１ｃ，１ｃが更に傾いて、交差角は９０°と成り、両磁石１ｃ，１ｃ間に作用する反発力は小さくなる。
（ｄ）は両磁石１ｄ，１ｄが更に傾いて、交差角は６０°と成り、両磁石１ｄ，１ｄ間に作用する反発力はさらに小さくなる。
（ｅ）は両磁石１ｅ，１ｅが更に傾いて、交差角は３０°と成り、両磁石１ｅ，１ｅ間に作用する反発力は一段と小さくなる。
（ｆ）は両磁石１ｆ，１ｆが更に傾いて、交差角は０°と成り、すなわち両磁石１ｆ，１ｆは並行となることで、間に作用する反発力は非常に小さくなる。
【００１６】
この実施例で示している本発明の磁石を備えた回転駆動装置は、外周部に複数の磁石を一定間隔で配列して取付けたローターを３個以上配置し、これを１組として構成したものである。すなわち、各ローターは中心から半径方向に延びる面内に配置され、しかも各ローターは軸を中心として回転することが出来る。上記図１の磁石１，１の傾斜角はローターの回転に伴って変化する磁石の動きを表しているものである。ある磁石１がローターの回転に伴ってその向きを変えることで、他のローターに取付けられている磁石１との間に作用する磁気力が変化し、この磁気力の変化に基づいてローターは回転を持続することが出来る。
【００１７】
図２はローターに１６個の磁石１，１・・・を取付けた具体例である。そして、該磁石１はストレートではなく、所定の曲率で湾曲した形状と成っていて、一定幅の一定厚さとしている。同一外径のローターであればストレート形状の磁石に比較して湾曲することで、長い湾曲磁石１，１・・・を取付けることが出来る。磁石が長いと、その分強くて寿命を延ばすことが可能と成る。
【００１８】
ところで、ローターにこれら湾曲した磁石１，１・・・を取付ける具体的な手段に関しては本発明は特に限定しない。例えば、２枚の円盤によって１６個の湾曲磁石１，１・・・を挟み込んだ構造とし、両円盤をネジ止めすることが出来る。そして、各湾曲磁石１，１・・・が一定間隔をおいてラセン状を成して配列されるように、少なくとも片方の円盤には溝を形成し、この溝に湾曲磁石１，１・・・の一部を嵌合して位置決めすることが出来る。そして、湾曲磁石１，１・・・はローターの中心から半径方向ではなく、ラセン状方向に配置される。
【００１９】
半径方向を向いて磁石１，１・・・を配列する場合、両ローターでの各磁石１，１・・・の磁気力はバランスして回転することは出来ない。そして、図２に示すように、湾曲磁石１，１・・・の先端部は円盤２の外周３から大きく突出して延び、隣り合うローターの湾曲磁石同士が互いに接近することが出来るように成っている。ここで、複数の湾曲磁石１，１・・・を取付ける手段として何も円盤２に限るものではないが、ローターが高速回転することで空気抵抗を受け難い形状とする方が好ましい。
【００２０】
図３は３個のローターＡ，Ｂ，Ｃを組み合わせて構成した回転駆動装置を表している実施例である。ここで、該ローターの１つは前記図２に示すように複数の湾曲磁石１，１・・・が一定間隔で取付けられている。そして、各磁石１，１・・・の磁気力の相互作用にて３つのローターＡ，Ｂ，Ｃは持続して回転することが可能と成り、各ローターＡ，Ｂ，Ｃは同調して回転することが出来るように連動する構造と成っている。ここで、各ローターＡ，Ｂ、Ｃは基点Ｏを中心として１２０°の公差角をもって外方向へ延びる面内に配置されている。図３に示す実施例では各軸４，４，４が同期するように連動した構造とは成っていないが、同期回転する１手段として各軸４，４・・に傘歯車を取付けて互いに噛み合わせることが出来る。
【００２１】
ただし、ローターＡ，Ｂ，Ｃの基点Ｏを中心とした各交差角を１２０°に限定するものではない。そして、図３に示す実施例では各ローターＡ，Ｂ，Ｃの回転軸は同一面内に位置しているが、各ローターＡ，Ｂ，Ｃの回転軸を所定の面に対して傾斜させて配置することも可能である。
【００２２】
ローターＡ，Ｂ，Ｃの中心両側には軸４，４・・・が設けられ、これら各軸４，４・・・は軸受けに軸支されて回転することが出来る。本発明の回転駆動装置を構成するローターの回転動作を図４に基づいて説明する。一方側のローターＡに取付けられている湾曲磁石１１a，１２a，１３a，１４a・・・・と他方側のローターに取付けられている湾曲磁石１１b，１２b，１３b，１４b・・・・間には磁気力が作用する。
【００２３】
実際の両ローターＡ，Ｂは接近して配置されるが、説明の都合上、ローターＡ，Ｂの間隔を広げている。同図において、互いに対を成す湾曲磁石１１aと１１b間には反発力Ｐ１が働き、この反発力Ｐ１によって同図上側のローターＡは時計方向に回転するトルクとなり、下側のローターＢは反時計方向に回転するトルクとなる。
【００２４】
又、互いに対を成す湾曲磁石１２aと１２b間には反発力Ｐ２が働き、この反発力Ｐ２によって同図上側のローターＡは時計方向に回転するトルクとなり、下側のローターＢは反時計方向に回転するトルクとなる。そして、互いに対を成す湾曲磁石１３aと１３b間には反発力Ｐ３が働くが、該反発力Ｐ３は各ローターＡ，Ｂの中心を通る軸線状に位置している為に、ローターＡ，Ｂを回転させる回転トルクは発生しない。
【００２５】
さらに、互いに対を成す湾曲磁石１４aと１４b間には反発力Ｐ４が働き、この反発力Ｐ４によって同図上側のローターＡは反時計方向に回転するトルクとなり、下側のローターＢは時計方向に回転するトルクとなる。一方、互いに対を成す湾曲磁石１5aと１5b間には反発力Ｐ5が働き、この反発力Ｐ５によって同図上側のローターＡは反時計方向に回転するトルクとなり、下側のローターＢは時計方向に回転するトルクとなる。
【００２６】
そこで、ローターＡ，Ｂを回転させるトルクを発生する反発力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５，を比較する場合、前記図１に示す磁石の傾きと作用する磁気力との関係から、Ｐ１＋Ｐ２＜Ｐ４＋Ｐ５となる。その結果、上側のローターＡは反時計方向に回転し、下側のローターＢは時計方向に回転することが出来る。この反発力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の関係は、各ローターＡ，Ｂの回転位相が如何なる位置にあっても成立し、該ローターＡ，Ｂを回転するトルクが持続して発生するようになる。又、同図では湾曲磁石１，１・・・を用いているが、湾曲しないストレート磁石１，１・・・の場合も同じである。
【００２７】
図４の説明では対を成す２つのローターＡ，Ｂについて説明しているが、３つ以上のローターＡ，Ｂ、Ｃ・・・を１組として組み合わせた構造であり、その為に、作用する反発力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５・・・にて発生するトータルトルクはさらに大きくなる。すなわち、大きな回転駆動力を発生することが出来る。
【００２８】
図５は３つのローターＡ，Ｂ、Ｃに取付けられている各磁石１Ａ，１Ｂ，１Ｃの先端を表している拡大図である。同図に示すように、各磁石１Ａ，１Ｂ，１Ｃの先端は１２０°の角度で尖っており、隣り合う磁石間には僅かな隙間５，５，５を形成している。すなわち、先端を１２０°とすることで、僅かな隙間５，５，５にて接近することが可能となり、各ローターＡ，Ｂ、Ｃに取付けられる磁石１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間に作用する磁気力は大きくなり、その結果、大きな回転トルクを発生することが出来る。
【００２９】
図６はローターを表している他の実施例であり、該ローターには複数の湾曲変形磁石６，６・・・が配列して取付けられている。すなわち、外周側では大きな幅Ｍとし、内周側では細幅ｍと成っている。このように、湾曲変形磁石６とすることで、隣り合う湾曲変形磁石６，６・・間の隙間７，７・・・は小さくなり、その結果、取付けられる磁石の幅は拡大して磁気力は大きくなる。そして、該磁気力に基づいて発生する反発力も大きくなる。又、隣り合う磁石間の隙間が小さくなることで、ローターの回転に伴って発生する空気抵抗を小さく抑えることも出来る。
【符号の説明】
【００３０】
１  湾曲磁石
２  円盤
３  外周
４  軸
５  隙間
６  湾曲変形磁石
７  隙間
【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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