(57)【要約】【課題】発電機の高電圧化，電動機を高電圧・低電流で駆動出来る単極回転装置を提供する。【解決手段】円筒状単極回転装置に於いて回転軸と平行な作動導体群の各々両端を第一導体環群，第二導体環群内の導体環に接続し，第一導体環群内の各導体環に圧接する導体環を有する第三導体環群と，第二導体環群内の各導体環に圧接する導体環を有する第四導体環群と，第三導体環群内及び第四導体環群内の導体環同士をそれぞれ接続するリターン導体群とを有して第三導体環群及び第四導体環群及び第二導体群を共に回転可能に保持し，作動導体群内の導体を直列接続して一つの電流経路を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と，回転集電子装置と，界磁発生手段と，ハウジングとを有する単極回転装置であって，回転子は，ハウジングに回転可能に保持された第一回転軸と，第一回転軸に並行に延びる１以上の作動導体より成る作動導体群とを有し，作動導体群の各々は一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続されると共に第一回転軸と共に回転可能に構成され，回転集電子装置は，ハウジングに回転可能に保持された第二回転軸と，リターン導体群と，第三導体環群と，第四導体環群とを有して第二回転軸と共に回転可能に構成され，作動導体群内の作動導体が直列に接続されて一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環が第一導体環群内の導体環に圧接され，第四導体環群内の導体環が第二導体環群内の導体環に圧接され，リターン導体群内のリターン導体が第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環との間に接続され，界磁発生手段は，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して作動導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給するよう構成され，前記電流経路に直流が供給されて回転子に回転力が発生され，或いは回転子に外部から回転力が与えられて前記電流経路に直流電圧が誘起される事を特徴とする単極回転装置
【請求項２】
請求項１記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第三導体環群内の導体環と第一導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環との組み合わせを一部の表面が互いに軸方向に圧接されている導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項３】
請求項２記載の単極回転装置に於いて，互いに軸方向に圧接されている前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項４】
請求項１記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第三導体環群内の導体環と第一導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環との組み合わせを外周部同士が互いに勘合する凹形状導体円板及び凸形状導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項５】
請求項４記載の単極回転装置に於いて，前記凹形状導体円板が２枚の導体円板で構成されて前記凸形状導体円板を挟むよう配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項６】
請求項４記載の単極回転装置に於いて，互いに接触している前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項７】
請求項１記載の単極回転装置に於いて，第二回転軸と第一回転軸間には機械的リンク機構が配置されて第二回転軸は第一回転軸により回転駆動され，互いに圧接されている前記導体環同士の表面がセルフクリーニングされるよう前記導体環同士間の相対速度が設定される事を特徴とする単極回転装置
【請求項８】
請求項１記載の単極回転装置に於いて，前記電流経路の両端は第二回転軸両端にそれぞれ接続され，二つの摺動ブラシが第二回転軸両端に摺動するよう配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項９】
第一電機子と，第二電機子と，遊星導体環群と，界磁発生手段と，ハウジングとを有する単極回転装置であって，第一電機子を太陽歯車，第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，遊星歯車キャリアを含んで遊星歯車機構が構成され，第一電機子は，軸に並行に延びる１以上の導体より成る第一導体群を有し，第一導体群の各々は一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続され，第二電機子は，第二導体群と，第三導体環群と，第四導体環群とを有して構成され，遊星導体環群は，第五導体環群と，第六導体環群とを有して遊星歯車キャリアに回転可能に保持され，第五導体環群内の導体環は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に圧接され，第六導体環群内の導体環は第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環に圧接され，第一導体群内の各導体が直列に接続されて一つの電流経路を形成するよう第二導体群内の各導体は第五導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環と間に接続され，界磁発生手段は，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して第一導体群及び第二導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給するよう構成され，前記電流経路に直流が供給されて第一電機子，第二電機子，遊星歯車キャリアに回転力が発生され，或いは第一電機子，第二電機子，遊星歯車キャリアに外部から回転力が与えられて前記電流経路に直流電圧が誘起される事を特徴とする単極回転装置
【請求項１０】
請求項９記載の単極回転装置に於いて，第二電機子がハウジングに固定される事を特徴とする単極回転装置
【請求項１１】
請求項９記載の単極回転装置に於いて，遊星歯車キャリアがハウジングに固定される事を特徴とする単極回転装置
【請求項１２】
請求項９記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第一導体環群内の導体環と第五導体環群内の導体環との組み合わせ，第二導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環との組み合わせ，第三導体環群内の導体環と第五導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環との組み合わせを外周部同士が互いに勘合する凹形状導体円板及び凸形状導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項１３】
請求項１２記載の単極回転装置に於いて，前記凹形状導体円板が２枚の導体円板で構成されて前記凸形状導体円板を挟むよう配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項１４】
請求項１２記載の単極回転装置に於いて，互いに接触している前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする単極回転装置
【請求項１５】
ハウジングに回転可能に保持した第一回転軸と，第一回転軸と平行に延びる作動導体群を持つ円筒状回転子と，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して作動導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段とを有する単極回転装置に於いて作動導体群の各導体を直列接続させる方法であって，回転子の作動導体群の各々を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，回転子の作動導体群内の作動導体を電気的に直列接続して一つの電流経路を形成するよう第一導体環群内の各導体環に圧接する第三導体環群内の導体環と，第二導体環群内の各導体環に圧接する第四導体環群内の導体環と，第三導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環の間をそれぞれ接続するリターン導体群とを有し，第三導体環群及び第四導体環群及びリターン導体群をハウジングに回転可能に保持する事を特徴とする作動導体群の直列接続方法
【請求項１６】
同心に配置されて軸に平行の第一導体群を有する第一電機子と，軸に平行の第二導体群を有する第二電機子とを有し，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して第一電機子及び第二電機子と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段を有する単極回転装置に於いて第一導体群内の各導体を直列接続させる方法であって，第一電機子を太陽歯車，第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成し，第一電機子は第一導体群内の各導体を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，第二電機子は更に第三導体環群及び第四導体環群を有し，遊星導体環群は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に圧接する導体環を有する第五導体環群と，第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環に圧接する導体環を有する第六導体環群とを有して遊星歯車キャリアに回転可能に保持し，前記第一導体群内の各導体を直列接続して一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環の間を第二導体群内の導体で接続する第一導体群の直列接続方法
【請求項１７】
軸に平行の導体群を有する電機子と，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して前記電機子と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段を有する単極回転装置に於いて出力を増大させる方法であって，軸に平行の第一導体群を有する第一電機子を太陽歯車，軸に平行の第二導体群を有する第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，ハウジングに固定された遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成し，第一電機子は第一導体群内の各導体を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，第二電機子は更に第三導体環群及び第四導体環群を有し，第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環とを電気的に接続する第一電気機械的接点群と，第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環とを電気的に接続する第二電気機械的接点群とを遊星歯車キャリアに配置し，前記第一導体群内の各導体を直列接続して一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環の間を第二導体群内の導体で接続し，前記電流経路に直流を供給して第一電機子及び第二電機子に回転力を発生させ，或いは外部から第一電機子及び或いは第二電機子に回転力を与えて前記電流経路に直流電圧を誘起させる事を特徴とする単極回転装置の出力を増大させる方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，単極誘導原理に基づく単極回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単極回転装置は極めてシンプルな構造の電動機，発電機として知られている。導体円板の内周及び外周に摺動ブラシを設けて軸と平行方向に一様な磁界が加えられた構造に於いて，導体円板を回転させると前記摺動ブラシ間に直流電圧が誘起され，前記摺動ブラシ間に直流電流を供給すると導体円板が回転する。しかしながら，単極回転装置は発見されてから既に２００年近い歴史があるが，未だ広く実用されていないのは発電機としては低電圧出力，電動機としては低電圧・大電流の供給等の短所に起因する事が大きい。
【０００３】
この単極回転装置の電動機は磁界中を置かれた電流ループの一部に働く作用力を回転力とするが，電流ループの他の一部には同時に反作用力も発生する。その為，反作用力が発生する電流ループの部分を固定側に配置せざるを得ず，摺動ブラシを必要とする。したがって，高電圧・低電流で動作する単極回転装置とする為には電流ループの多巻化，その為に複数の摺動ブラシの高密度実装が必須となる。しかし，従来の技術提案では摺動ブラシの損耗低減，高密度実装等を同時に実現出来る提案はなかった。
【０００４】
電流ループの多巻化構造には例えば米国特許７１９９４９９に構成例の記載がある。摺動ブラシに関しての従来の技術提案には回転型ブラシ構造（例えば，特開２００１−２８６１１７，米国特許３４６５１８７），金属液体接点構造（例えば，特開平０５−２４４７５８，米国特許５２８１３６４），導電性ベルト構造（例えば，特開２００９−００５４６５，米国特許５２４１２３２）等があるが，十分な改善レベルではない。
【０００５】
回転型ブラシ構造は点接触或いは線接触で電流容量が不足であり，金属液体接点構造，導電性ベルト構造は高密度実装及び高速回転に不向きである。このように摺動ブラシの存在に伴う幾つかの技術課題は若干軽減されたものの，発電機の高電圧出力化及び電動機の高電圧・低電流駆動化に関しては有効な提案が見られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８６１１７
【特許文献２】米国特許３４６５１８７
【特許文献３】特開平０５−２４４７５８
【特許文献４】米国特許５２８１３６４
【特許文献５】特開２００９−００５４６５
【特許文献６】米国特許５２４１２３２
【特許文献７】米国特許７１９９４９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって，本発明が解決しようとする課題は，発電機の出力を高電圧化出来る単極回転装置，電動機を高電圧・低電流で駆動出来る単極回転装置，単極回転装置に於いて導体を直列接続する方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は，回転子と，回転集電子装置と，界磁発生手段と，ハウジングとを有する単極回転装置であって，回転子は，ハウジングに回転可能に保持された第一回転軸と，第一回転軸に並行に延びる１以上の作動導体より成る作動導体群とを有し，作動導体群の各々は一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続されると共に第一回転軸と共に回転可能に構成され，回転集電子装置は，ハウジングに回転可能に保持された第二回転軸と，リターン導体群と，第三導体環群と，第四導体環群とを有して第二回転軸と共に回転可能に構成され，作動導体群内の作動導体が直列に接続されて一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環が第一導体環群内の導体環に圧接され，第四導体環群内の導体環が第二導体環群内の導体環に圧接され，リターン導体群内のリターン導体が第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環との間に接続され，界磁発生手段は，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して作動導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給するよう構成され，前記電流経路に直流が供給されて回転子に回転力が発生され，或いは回転子に外部から回転力が与えられて前記電流経路に直流電圧が誘起される事を特徴とする。
【０００９】
回転子は第一回転軸と並行に延びる作動導体群が回転子表面近傍に配置された円筒形状であり，作動導体群の各導体は円筒状の導体層が絶縁層を介して積層され，或いは第一回転軸と平行の導体バーで構成される。界磁発生手段により磁束が作動導体群と半径方向の同じ向きに交叉するよう構成された単極回転装置に於いて，回転集電子装置により作動導体群の各導体が直列に接続されて一つの電流経路を構成し，発電機としては高電圧化，電動機としては高電圧・低電流化が実現される。
【００１０】
作動導体群内の各導体の両端は第一導体環群内の導体環，第二導体環群内の導体環に接続され，第一導体環群内の導体環は周方向の一部で第三導体環群内の導体環に圧接され，第二導体環群内の導体環は周方向の一部で第四導体環群内の導体環に圧接されて第三導体環群及び第四導体環群は第一導体環群及び第二導体環群とは逆方向に回転する。
【００１１】
回転集電子装置は，第三導体環群及び第四導体環群と，作動導体群の各導体が直列に接続されるよう第三導体環群内の各導体環と第四導体環群内の各導体環とをそれぞれ接続するリターン導体群とを有し，第二回転軸と共に回転するよう構成される。第三導体環群，リターン導体群，第四導体環群が一体として回転される構成であるので作動導体群の各導体を直列接続する部分で大きな速度差で互いに摺動する電気接点は存在しない。
【００１２】
界磁発生手段は永久磁石，励磁コイルを用いて構成される。電動機として回転力を得る場合，回転子の作動導体群に発生される回転力に対する反作用力は主にリターン導体群を第一回転軸を中心に回転させるよう現れ，磁束の発生源である永久磁石，励磁コイルには現れないので永久磁石，励磁コイルは回転子内及び或いは回転子外に配置する事が可能であり，単極回転装置の仕様に応じて配置される。界磁発生手段が発生する磁束が作動導体群と半径方向に交叉するよう適切な形状の磁性体を回転子内及び或いは回転子外に配置する事は当然可能であり，単極回転装置全体がコンパクトに構成される。
【００１３】
請求項２の発明は，請求項１記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第三導体環群内の導体環と第一導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環との組み合わせを一部の表面が互いに軸方向に圧接されている導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする。
【００１４】
互いに圧接されている導体環の組み合わせを互いに一部の表面が軸方向に圧接されている導体円板の組み合わせとして構成し，軸方向に圧接されている導体円板同士の接触面積を大として前記導体円板間の電気抵抗低減，電流容量確保が容易な構造である。導体円板同士が軸方向に圧接されるので接触部同士の相対速度は平均としてはゼロに近いが接触部分全体では摺動する部分も存在する。しかし，相対速度は僅かであり，摩耗は抑えられる。むしろ接触部表面同士に摺動部分が存在する事で接触部表面のセルフクリーニング効果が期待出来る。また，導体環同士の接触面積を確保しながら軸方向の長さを小にできるので導体環群の高密度実装が容易である。
【００１５】
請求項３の発明は，請求項２記載の単極回転装置に於いて，互いに軸方向に圧接されている前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする。二つの導体円板が互いに軸方向に圧接されて接触面積が大にされるが，二つの導体円板間の接触を常に良好に保持する為に少なからぬ圧接力が必要とされる。本発明では接触部の少なくとも一方の表面に柔軟性有る導電性素材を配置する事で電気的な接続が容易にされ，軸方向への圧接力が小とされる。柔軟性有る導電性素材としては銅繊維，炭素繊維による織布，或いは表面に一端が固定された銅繊維，炭素繊維等がある。
【００１６】
請求項４の発明は，請求項１記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第三導体環群内の導体環と第一導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環との組み合わせを外周部同士が互いに勘合する凹形状導体円板及び凸形状導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする。互いに圧接されている導体環の組み合わせを外周端の軸方向断面（縦断面）形状が互いに勘合する凹形状導体円板及び凸形状導体円板の組み合わせとして構成し，凹凸形状導体円板同士の接触面積を大とする構造として前記導体円板間の電気抵抗低減，電流容量確保が容易な構造である。
【００１７】
請求項５の発明は，請求項４記載の単極回転装置に於いて，前記凹形状導体円板が２枚の導体円板で構成されて前記凸形状導体円板を挟むよう配置されている事を特徴とする。前記凹凸形状導体円板の組み合わせに於いて凹形状導体円板を凸形状導体円板を挟む２枚の導体円板で構成する。この構造により凹凸形状導体円板同士の接触面積を更に大とする構造として前記導体円板間の電気抵抗低減，電流容量確保が容易な構造である。
【００１８】
請求項６の発明は，請求項４記載の単極回転装置に於いて，互いに接触している前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする。凹凸形状導体円板同士の勘合する構造で接触面積を大にされるが，本発明では接触部の少なくとも一方の表面に柔軟性有る導電性素材が配置される事で電気的な接続が容易にされ，凹凸形状導体円板同士の圧接力が小になる。柔軟性有る導電性素材としては銅繊維，炭素繊維による織布，或いは表面に一端が固定された銅繊維，炭素繊維等がある。
【００１９】
請求項７の発明は，請求項１記載の単極回転装置に於いて，第二回転軸と第一回転軸間には機械的リンク機構が配置されて第二回転軸は第一回転軸により回転駆動され，互いに圧接されている前記導体環同士の表面がセルフクリーニングされるよう前記導体環同士間の相対速度が設定される事を特徴とする。
【００２０】
第一回転軸，第二回転軸それぞれに固定されている導体環同士が互いに圧接されている事で第二回転軸は第一回転軸とは逆方向に回転駆動されるが，第二回転軸と第一回転軸間に機械的リンク機構を配置して第二回転軸の回転速度を設定可能な構成とする。互いに圧接されている導体環同士の接触部間の相対速度がゼロであれば，摺動摩耗に伴う損耗は最小限に抑えられるが，前記接触部表面に付着しがちな汚れ，錆び等は前記接触部間の電気抵抗を増大させる。本発明では前記接触部表面の損耗を抑制しながらセルフクリーニング機能が働く最適の速度差を保つよう第一回転軸と第二回転軸間にリンク機構が配置される。
【００２１】
請求項８の発明は，請求項１記載の単極回転装置に於いて，前記電流経路の両端は第二回転軸両端にそれぞれ接続され，二つの摺動ブラシが第二回転軸両端に摺動するよう配置されている事を特徴とする。本発明の回転集電子装置により，原理的には電気接点同士の相対速度をゼロに近い状態で第一導体群を直列接続させる事が出来るが，その直列接続された電流経路と外部の電気回路と接続するには少なくとも２個の摺動ブラシを必要とする。本発明では２個の摺動ブラシを第二回転軸両端に配置して摺動ブラシの損耗を最小にする。
【００２２】
請求項９の発明は，第一電機子と，第二電機子と，遊星導体環群と，界磁発生手段と，ハウジングとを有する単極回転装置であって，第一電機子を太陽歯車，第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，遊星歯車キャリアを含んで遊星歯車機構が構成され，第一電機子は，軸に並行に延びる１以上の導体より成る第一導体群を有し，第一導体群の各々は一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続され，第二電機子は，第二導体群と，第三導体環群と，第四導体環群とを有して構成され，遊星導体環群は，第五導体環群と，第六導体環群とを有して遊星歯車キャリアに回転可能に保持され，第五導体環群内の導体環は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に圧接され，第六導体環群内の導体環は第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環に圧接され，第一導体群内の各導体が直列に接続されて一つの電流経路を形成するよう第二導体群内の各導体は第五導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環と間に接続され，界磁発生手段は，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して第一導体群及び第二導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給するよう構成され，前記電流経路に直流が供給されて第一電機子，第二電機子，遊星歯車キャリアに回転力が発生され，或いは第一電機子，第二電機子，遊星歯車キャリアに外部から回転力が与えられて前記電流経路に直流電圧が誘起される事を特徴とする。
【００２３】
第一電機子と第二電機子と遊星歯車と遊星歯車キャリアとで遊星歯車機構が構成されるよう配置され，第一電機子内の導体と第２電機子内の導体とを電気的に接続する回転集電子装置が遊星導体環群として遊星歯車キャリアに回転可能に保持され，第一電機子及び第二電機子と径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段が配置され，第一電機子及び第２電機子内の各導体が直列に接続された単極回転装置である。
【００２４】
第一電機子は軸と平行の第一導体群を有して第一導体群の各導体両端は導体環に接続される。軸方向の一方の導体環の集合を第一導体環群，他方の導体環群の集合を第二導体環群として構成される。第二電機子は軸と平行の第二導体群，更に第三導体環群，第四導体環群を有して構成される。
【００２５】
遊星導体環群に於いて，第五導体環群内の導体環は第一導体群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に圧接され，第六導体環群内の導体環は第二導体群内の導体環及び第四導体環群内の導体環に圧接されている。第一導体群内及び第２導体群内の各導体が直列接続されて一つの電流経路が構成されるよう第２導体群内の各導体が第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環との間に接続される。
【００２６】
遊星歯車キャリアがハウジングに固定された構成では第一電機子と第二電機子とが互いに逆方向に回転し，第一電機子がハウジングに固定された構成では遊星歯車キャリア及び第二電機子がそれぞれ回転し，第二電機子が固定された構成では遊星歯車キャリア及び第一電機子が回転する。
【００２７】
請求項１０の発明は，請求項９記載の単極回転装置に於いて，第二電機子がハウジングに固定される事を特徴とする。第二電機子がハウジングに固定される事で電流経路の引き出しが摺動ブラシを要せずに可能となる。
【００２８】
請求項１１の発明は，請求項９記載の単極回転装置に於いて，  遊星歯車キャリアがハウジングに固定される事を特徴とする。遊星歯車キャリアがハウジングに固定される構成では，第一電機子が回転すると第二電機子も逆方向にほぼ近い角度分だけ回転する。前記電流経路と鎖交する磁束量は第一電機子だけの場合に比して倍増するので前記電流経路に電流を供給して得られる回転トルク，或いは第一電機子に外部から回転力を与えて電流経路両端に現れる発電電圧はほぼ倍増する。
【００２９】
請求項１２の発明は，請求項９記載の単極回転装置に於いて，互いに圧接されている第一導体環群内の導体環と第五導体環群内の導体環との組み合わせ，第二導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環との組み合わせ，第三導体環群内の導体環と第五導体環群内の導体環との組み合わせ，第四導体環群内の導体環と第六導体環群内の導体環との組み合わせを外周部同士が互いに勘合する凹形状導体円板及び凸形状導体円板の組み合わせとして構成されている事を特徴とする。
【００３０】
第五導体環群内の導体環は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に同時に圧接されるので第五導体環群内の導体環を凸形状導体円板で構成したばあいには，第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環はそれぞれ凹形状導体円板で構成される。第六導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環との関係も上と同じである。
【００３１】
請求項１３の発明は，請求項１２記載の単極回転装置に於いて，前記凹形状導体円板が２枚の導体円板で構成されて前記凸形状導体円板を挟むよう配置されている事を特徴とする。第五導体環群内の導体環は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に同時に圧接されるので第五導体環群内の導体環を１枚の導体円板で構成した場合には，第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環はそれぞれ第五導体環群内の導体円板を挟む２枚の導体円板で構成される。第六導体環群内の導体環と第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環との関係も上と同じである。
【００３２】
請求項１４の発明は，請求項１２記載の単極回転装置に於いて，互いに接触している前記組み合わせの導体円板の少なくとも一方の接触面には柔軟性有る導電性素材が配置されている事を特徴とする。
【００３３】
請求項１５の発明は，ハウジングに回転可能に保持した第一回転軸と，第一回転軸と平行に延びる作動導体群を持つ円筒状回転子と，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して作動導体群と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段とを有する単極回転装置に於いて作動導体群の各導体を直列接続させる方法であって，回転子の作動導体群の各々を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，回転子の作動導体群内の作動導体を電気的に直列接続して一つの電流経路を形成するよう第一導体環群内の各導体環に圧接する第三導体環群内の導体環と，第二導体環群内の各導体環に圧接する第四導体環群内の導体環と，第三導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環の間をそれぞれ接続するリターン導体群とを有し，第三導体環群及び第四導体環群及びリターン導体群をハウジングに回転可能に保持する事を特徴とする作動導体群の直列接続方法である。
【００３４】
本発明は作動導体群の導体両端が接続される第一導体環群，第二導体環群の各導体環に圧接される第三導体環群，第四導体環群，更に第三導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環間をそれぞれ接続するリターン導体群とを同一の回転軸に固定して共に回転させる事で作動導体群を直列に接続させる方法である。
【００３５】
請求項１６の発明は，同心に配置されて軸に平行の第一導体群を有する第一電機子と，軸に平行の第二導体群を有する第二電機子とを有し，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して第一電機子及び第二電機子と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段を有する単極回転装置に於いて第一導体群内の各導体を直列接続させる方法であって，第一電機子を太陽歯車，第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成し，第一電機子は第一導体群内の各導体を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，第二電機子は更に第三導体環群及び第四導体環群を有し，遊星導体環群は第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環に圧接する導体環を有する第五導体環群と，第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環に圧接する導体環を有する第六導体環群とを有して遊星歯車キャリアに回転可能に保持し，前記第一導体群内の各導体を直列接続して一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環の間を第二導体群内の導体で接続する第一導体群の直列接続方法である。
【００３６】
本発明は第一電機子を太陽歯車，第二電機子を内歯車として遊星歯車，遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成している単極回転装置に於いて第一電機子内の各導体を直列接続させる方法である。第一電機子内の各導体は両端で導体環に接続されて軸方向の一方の導体環の集合を第一導体環群，他方の導体環群の集合を第二導体環群とし，第二電機子は軸と平行の第二導体群，更に第三導体環群，第四導体環群を有する構成とする。
【００３７】
遊星導体環群に第五導体環群及び第六導体環群を配置して遊星歯車キャリアに回転可能に保持し，第五導体環群内の導体環は第一導体環群内の導体環と第三導体環群内の導体環とを電気的に接続し，第六導体環群内の導体環は第二導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環とを電気的に接続する。更に第一導体群内の各導体を直列接続して一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環の間を第二導体群内の導体で接続する
【００３８】
請求項１７の発明は，軸に平行の導体群を有する電機子と，励磁コイル及び或いは永久磁石を有して前記電機子と半径方向の同じ向きに交叉する磁束を供給する界磁発生手段を有する単極回転装置に於いて出力を増大させる方法であって，軸に平行の第一導体群を有する第一電機子を太陽歯車，軸に平行の第二導体群を有する第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，ハウジングに固定された遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成し，第一電機子は第一導体群内の各導体を一方の端で第一導体環群内の導体環に，他方の端で第二導体環群内の導体環に接続し，第二電機子は更に第三導体環群及び第四導体環群を有し，第一導体環群内の導体環及び第三導体環群内の導体環とを電気的に接続する第一電気機械的接点群と，第二導体環群内の導体環及び第四導体環群内の導体環とを電気的に接続する第二電気機械的接点群とを遊星歯車キャリアに配置し，前記第一導体群内の各導体を直列接続して一つの電流経路を形成するよう第三導体環群内の導体環と第四導体環群内の導体環の間を第二導体群内の導体で接続し，前記電流経路に直流を供給して第一電機子及び第二電機子に回転力を発生させ，或いは外部から第一電機子及び或いは第二電機子に回転力を与えて前記電流経路に直流電圧を誘起させる事を特徴とする単極回転装置の出力を増大させる方法である。
【００３９】
本発明は軸に平行の第一導体群を有する第一電機子を太陽歯車，軸に平行の第二導体群を有する第二電機子を内歯車として更に遊星歯車，遊星歯車キャリアを有して遊星歯車機構を構成した単極回転装置に於いて，遊星歯車キャリアをハウジングに固定し，第一導体群及び第二導体群内の各導体を直列接続する為の第一，第二電気機械的接点群を遊星歯車キャリアに配置する。第一，第二電気機械的接点群は請求項１１，或いは請求項１６の発明に於ける第五導体環群，第六導体環群にそれぞれ相当し，回転式の集電子群，或いは摺動ブラシ群の何れでも構成出来る。
【００４０】
遊星歯車キャリアがハウジングに固定されているので，第一電機子が回転すると遊星歯車のギア比に応じて第二電機子も逆方向にほぼ近い角度分だけ回転する。前記電流経路と鎖交する磁束量は第一電機子だけの場合に比してほぼ倍増するので前記電流経路に電流を供給して得られる回転トルク，或いは第一電機子に外部から回転力を与えて電流経路両端に現れる発電電圧はほぼ倍増する。第二電機子を回転可能にする為に若干のスペースを要するが，差は僅かであるので単極回転装置の容積当たりの出力は増大される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば，単極回転装置に於いて速度差が大きい摺動部分の数を増やすこと無く発電電圧を高く出来る発電機，高電圧・低電流で駆動出来る電動機が可能になった。更に本発明によれば，従来の摺動ブラシに相当する回転集電装置は軸方向に高密度実装可能な構成であって界磁と交叉する導体の直列接続が容易に実現される。単極回転装置は構造がシンプルで堅牢に構成できるので高速回転が可能であって適切なギアとの組み合わせで小型・高出力化を図ることが出来る。更に軽量，低コストであるので電気自動車，ハイブリッドカー等への応用に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第一の実施例による単極回転装置の縦断面図である。
【図２】図１に示された単極回転装置のＡ−Ａ’に沿う断面図である。
【図３】図１に示された単極回転装置の回転子及び回転集電子装置の斜視図である。
【図４】図１に示された単極回転装置の第四導体環群及び第二導体環群及びその近傍の拡大された縦断面図である。
【図５】図１に示された単極回転装置の第四導体環群及び第二導体環群の拡大された斜視図である。
【図６】図１に示された単極回転装置の各導体群，各導体環群の結線を示す図である。
【図７】第二の実施例による単極回転装置の縦断面図である。
【図８】図７に示された単極回転装置のＢ−Ｂ’に沿う断面図である。
【図９】図７に示された単極回転装置の第四導体環群及び第二導体環群及びその近傍の拡大された縦断面図である。
【図１０】第三の実施例による単極回転装置の縦断面図である。
【図１１】図１０に示された単極回転装置のＣ−Ｃ’に沿う断面図である。
【図１２】図１０に示された単極回転装置のＤ−Ｄ’から左側を見た図である。
【図１３】図１０に示された単極回転装置の第二導体環群及び第四導体環群及び第六導体環群及びその近傍の拡大された縦断面図である。
【図１４】図１０に示された単極回転装置の各導体群，各導体環群の結線を示す図である。
【図１５】第四の実施例による単極回転装置の縦断面図である。
【図１６】図１５に示された単極回転装置の各導体群，各導体環群の結線を示す図である。
【図１７】図１５に示された単極回転装置の動作原理を説明する図である。
【図１８】単極誘導原理に基づく単極回転装置の動作原理を説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に本発明による単極回転装置について，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００４４】
本発明による単極回転装置の第一実施例を図１から図６を用いて説明する。第一実施例は，界磁を電流励磁により発生させる単極回転装置である。図１は実施例の縦断面図を示し，第一回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１２に回動可能に支持されている。回転子は回転子サポート１７，第一導体環群１８，作動導体群１６，第二導体環群１９を有して第一回転軸１１と共に回転する。回転集電子装置は第二回転軸１ａ，第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇを有し，第二回転軸１ａがベアリング１ｂを介してハウジング１２に回動可能に支持され，第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇと共に回転する。
【００４５】
回転子サポート１７は比抵抗が大である圧粉鉄心で構成され，その外周に円筒状の薄膜絶縁層，円筒状の薄膜導体層が交互に積層されて作動導体群１６が構成されている。本実施例で薄膜導体層は５層であり，メッキ，蒸着，スパッタリング等の薄膜プロセスにより形成される。薄膜絶縁層は酸化ケイ素，薄膜導体層には銅が用いられ，薄膜導体層の軸方向両端にはそれぞれ導体環が接続されている。図１に於いて左側の導体環は５個で第一導体環群１８を形成し，右側の５個の導体環は第二導体環群１９を形成している。導体環の構造は後に説明される。
【００４６】
第三導体環群１ｆは５個の導体環を有してそれぞれの導体環は第一導体環群１８内の各導体環に圧接するよう配置され，第四導体環群１ｇは５個の導体環を有してそれぞれの導体環は第二導体環群１９内の各導体環に圧接するよう配置されている。第二回転軸１ａは絶縁体であるセラミックで構成され，両端には導体キャップが配置され，それぞれの導体キャップは第三導体環群１ｆ内の左端導体環，第四導体環群１ｇ内の右端導体環に接続されている。
【００４７】
摺動ブラシ１ｄは第二回転軸１ａの左端導体キャップに接触し，摺動ブラシ１ｅは第二回転軸１ａの右端導体キャップに接触するよう配置されている。第三導体環群１ｆ内の残る４個の導体環と第四導体環群１ｇ内の残る４個の導体環とをそれぞれ接続する４本の導体でリターン導体群１ｃが形成され，リターン導体群１ｃは第二回転軸１ａの外周に配置されている。第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇ，第二回転軸１ａの構造は後に説明される。
【００４８】
ハウジング１２は軟鉄より構成され，第一回転軸１１を周回するよう巻回された励磁コイル１４，１５が配置され，励磁コイル１４，１５は回転子内の作動導体群１６と半径方向の同じ向きに交叉するよう磁束を発生させる。点線１ｈ，１ｊはその磁束の流れの例を示し，矢印は磁束が流れる方向を示している。
【００４９】
図２は図１に示された単極回転装置のＡ−Ａ’に沿う断面図を示す。同図に於いて第一回転軸１１の外周には圧粉鉄心より成る回転子サポート１７，更にその外周には作動導体群１６が配置されている。作動導体群１６は薄膜導体層，薄膜絶縁層が交互に積層されて構成されている。第二回転軸１ａは絶縁体であるセラミックスで構成され，その外周に４本の導体が埋め込まれてリターン導体群１ｃが構成されている。
【００５０】
図３は図１に示された単極回転装置の回転子及び回転集電子装置の斜視図であり，回転子と回転集電子装置との関係を容易に理解出来るように示されている。
【００５１】
図４は図１に示された単極回転装置の点線１ｋで囲まれた領域の拡大された縦断面図であり，これにより第四導体環群１ｇ及び第二導体環群１９及び作動導体群１６の構成が説明される。作動導体群１６は圧粉鉄心で構成された回転子サポート１７の外周に円筒状の薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂが積層され，それらの層間には円筒状の薄膜絶縁層４ｃが配置されている。
【００５２】
第四導体環群１ｇは第二回転軸１ａに固定された５枚の導体円板４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈをそれぞれ導体環とし，セラミックより成る絶縁スペーサ４ｊにより各導体円板が絶縁されて構成されている。番号４ｎは第二回転軸１ａの右端に配置された導体キャップを示し，導体円板４ｈと電気的に接続されている。リターン導体群１ｃを構成する導体４ｋ，４ｍが示され，導体４ｋは導体円板４ｄに，導体４ｍは導体円板４ｆに接続されている。
【００５３】
第二導体環群１９は回転子サポート１７の外周に配置され，各導体環は第四導体環群を構成する各導体円板をそれぞれ挟むよう配置された２枚の導体円板で構成されている。すなわち，導体円板４ｄを軸方向の両側から挟む２枚の導体円板４１及び導体スペーサ４ｐで第二導体環群１９内の一つの導体環が構成され，絶縁スペーサー４６が各導体環を絶縁するよう配置されている。同図に於いて，導体円板４ｅを挟むように２枚の導体円板４２，導体円板４ｆを挟むように２枚の導体円板４３，導体円板４ｇを挟むように２枚の導体円板４４，導体円板４ｈを挟むように２枚の導体円板４５がそれぞれ配置されている。
【００５４】
更に図示されていないが，導体円板４１，４２，４３，４４，４５に於いて導体円板４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈに接触する各表面には銅繊維と炭素繊維による織布が貼り付けられている。炭素繊維は高弾性率を有するので炭素繊維織布の弾性により導体円板４ｄと導体円板４１とは圧接され，同様に導体円板４２と導体円板４ｅ，導体円板４３と導体円板４ｆ，導体円板４４と導体円板４ｇ，導体円板４５と導体円板４ｈとが圧接されている。柔軟性がある銅繊維，炭素繊維を挟んで圧接される事で導体円板間の接触が確実になされ，且つ銅繊維，炭素繊維の良好な電気伝導性により上記接触部間の電気抵抗が低減されている。
【００５５】
図４を用いて第二導体環群１９，第四導体環群１ｇの構成及び相互の関係が説明された。第一導体環群１８は第二導体環群１９と同じ構成であり，第三導体環群１ｆは第四導体環群１ｇと同じ構成であるので第一導体環群１８，第三導体環群１ｆの詳細な説明は省略される。
【００５６】
図５は図１に示された単極回転装置の第四導体環群１ｇ及び第二導体環群１９の拡大された斜視図であり，図４を用いて説明した第二導体環群１９と第四導体環群１ｇとの関係を容易に理解出来るよう示されている。
【００５７】
本実施例では作動導体群１６が５層の薄膜導体層を有し，それらの薄膜導体層を直列に接続する構成であって直列接続の態様は図６を用いて説明される。図６は作動導体群１６内の薄膜導体層を電気的に直列接続する態様を説明する為の図であって第一導体環群１８，第二導体環群１９，作動導体群１６，第三導体環群１ｆ，第四導体環群１ｇ，リターン導体群１ｃの各要素は模式的に簡略に表されている。
【００５８】
同図に於いて，第一導体環群１８は導体環６１，６２，６３，６４，６５で，第二導体環群１９は導体環４１，４２，４３，４４，４５で，作動導体群１６は導体４７，４８，４９，４ａ，４ｂで示されている（以下図６を用いた説明では図４で説明された導体円板を導体環として同じ番号が用いられている）。導体４７の両端は導体環６１，４１にそれぞれ接続され，導体４８の両端は導体環６２，４２にそれぞれ接続され，導体４９の両端は導体環６３，４３にそれぞれ接続され，導体４ａの両端は導体環６４，４４にそれぞれ接続され，導体４ｂの両端は導体環６５，４５にそれぞれ接続されている。
【００５９】
第三導体環群１ｆの導体環６６，６７，６８，６９，６ａはそれぞれ第一導体環群１８の導体環６１，６２，６３，６４，６５に圧接され，第四導体環群１ｇの導体環４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈはそれぞれ第二導体環群１９の導体環４１，４２，４３，４４，４５に圧接されている。リターン導体群１ｃは導体６ｂ（４ｋ），６ｃ，６ｄ（４ｍ），６ｅで構成され，導体６ｂの両端はそれぞれ導体環６７，導体環４ｄに接続され，導体６ｃの両端はそれぞれ導体環６８，導体環４ｅに接続され，導体６ｄの両端はそれぞれ導体環６９，導体環４ｆに接続され，導体６ｅの両端はそれぞれ導体環６ａ，導体環４ｇに接続されている。
【００６０】
第二回転軸１ａは絶縁体であるセラミックで構成され，両端には導体キャップ６ｆ，４ｎが配置され，導体キャップ６ｆは導体環６６と接続されて摺動ブラシ１ｄが接触し，導体キャップ４ｎは導体環４ｈと接続されて摺動ブラシ１ｅが接触している。したがって，摺動ブラシ１ｄ，導体キャップ６ｆ，導体環６６，導体環６１，導体４７，導体環４１，導体環４ｄ，導体６ｂ，導体環６７，導体環６２，導体４８，導体環４２，導体環４ｅ，導体６ｃ，導体環６８，導体環６３，導体４９，導体環４３，導体環４ｆ，導体６ｄ，導体環６９，導体環６４，導体４ａ，導体環４４，導体環４ｇ，導体６ｅ，導体環６ａ，導体環６５，導体４ｂ，導体環４５，導体環４ｈ，導体キャップ４ｎ，摺動ブラシ１ｅがこの順で電気的に接続されて一つの電流経路が形成されている。
【００６１】
図１から図６までを用いて第１実施例の構成が説明されたように回転子外周に積層された薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂは直列に接続されて一つの電流経路を形成し，その電流経路の両端は摺動ブラシ１ｄ，１ｅである事が示された。以下では回転集電子装置の動作を説明する。
【００６２】
回転子が回転すると，第一導体環群１８，第二導体環群１９も共に回転する。第二導体環群１９内の一つの導体環は２枚の導体円板４１で構成され，２枚の導体円板４１は第四導体環群１ｇ内の一つの導体環を形成する導体円板４ｄを弾性的に挟む構造である。導体円板４２と導体円板４ｅ，導体円板４３と導体円板４ｆ，導体円板４４と導体円板４ｇ，導体円板４５と導体円板４ｈとの関係も同様であり，第一導体環群１８の各導体環と第三導体環群１ｆの各導体環との関係も同様である。したがって，第一導体環群１８，第二導体環群１９の回転と共に第三導体環群１ｆ，第四導体環群１ｇは周方向に引きずられ，第三導体環群１ｆ，第四導体環群１ｇは第一導体環群１８，第二導体環群１９とは逆方向に回転させられる。
【００６３】
第一回転軸１１と第二回転軸１ａの回転方向は互いに逆でそれぞれの回転速度は異なるが，２枚の導体円板４１が導体円板４ｄを弾性的に挟んで周方向に引きずるので導体円板４１と導体円板４ｄとは互いに接触面で摺動する。また，導体円板４１と導体円板４ｄとの接触部分の平均的な相対速度はゼロに近いが，導体円板４１，導体円板４ｄの接触面はそれぞれ半径方向に広がりを持つ領域であるので速度差が存在して摺動する部分はある。
【００６４】
しかしながら，導体円板４１と導体円板４ｄとの接触面における速度差は導体円板４１及び導体円板４ｄ外周の移動速度に比して微小であり，それぞれの接触面における摺動摩耗は微小に出来る。従来の回転機等に於いて摺動ブラシ，スリップリング，整流子の課題の一つは接触面における酸化，汚れ付着等であり，接触面を摺動によりセルフクリーニングさせる機能は不可欠とされている。上記構成により導体円板４１と導体円板４ｄと僅かな速度差で摺動してセルフクリーニング機能を持つ事はむしろ好ましい事である。
【００６５】
本実施例では前述の如く，導体円板４ｄと接触する導体円板４１表面部分には柔軟な銅繊維，炭素繊維による織布が貼り付けられ，炭素繊維による織布による弾性によって導体円板４ｄと導体円板４１とが圧接されている。導体円板４ｄと導体円板４１との間には微小な相対速度があって摺動するので更に銅繊維，炭素繊維による織布を介しての接触状況が良好になり，良好な電気伝導を期待出来る。一般に，炭素繊維は高弾性率，耐摩耗性，耐熱性，電気伝導性に優れ，上記のように摺動部分での電気接点材料に最適であり，カーボンナノチューブを適切に含ませる事で更に電気伝導性は改善される。別の態様としては導体円板の表面に銅繊維，炭素繊維の一端を固定させ，一端を自由端とする構造で接触の態様が改善される。
【００６６】
以上に説明されたように回転子内の作動導体群１６を構成する各薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂは回転集電子装置を介して直列に接続され，回転子の回転と共に回転集電子装置は逆方向に回転させられ，電気的な接点を構成する第三導体環群１ｆと第一導体環群１８，第四導体環群１ｇと第二導体環群１９それぞれにおける接触部の相対速度はゼロに近いので摺動摩耗は抑制され，電気的接続が良好に保たれる事が説明された。また更に電気的な接点を構成する第三導体環群１ｆと第一導体環群１８，第四導体環群１ｇと第二導体環群１９それぞれの導体環は導体円板で構成され，軸方向の長さは小さいのでそれら導体環群の高密度実装が可能である事も示された。
【００６７】
図１８は単極誘導原理を示す図である。導体円板１８１は導体より成る回転軸１８２と共に回動可能に保持され，回転軸１８２の軸端，導体円板１８１外周に摺動ブラシ１８５，１８４がそれぞれ配置され，摺動ブラシ１８５，１８４間を結ぶ導線１８６が配置され，回転軸１８２と平行に上から下に向かう一様な磁束が加えられている。同図に於いて，導体円板１８１が矢印１８７の方向に回転させられると，導線１８６には矢印１８９で示す方向に電流が流れ，また逆方向の矢印１８ａの方向の電流を外部から供給すると導体円板１８１は矢印１８７の方向に回転させられる。
【００６８】
これは摺動ブラシ１８５，１８４を結ぶ導体円板１８１，回転軸１８２上の電流経路を点線１８８のように仮定すると理解しやすい。矢印１８ａの方向の電流を外部から供給した場合，点線１８８と導線１８６とで囲む領域と鎖交する磁束１８３の量が常に増加する方向に導体円板１８１は回転力を受ける。回転力に対する反作用は摺動ブラシ１８５，１８４を含む導線１８６に働くが，摺動ブラシ１８５，１８４，導線１８６は固定されているので導体円板１８１は矢印１８７の方向に回転させられる。
【００６９】
図１に於いて，第一回転軸１１を周回するよう巻回された励磁コイル１４，１５により磁束が発生され，磁束は軟鉄より構成されたハウジング１２，圧粉鉄心より構成された回転子サポート１７を通りやすく，点線１ｈ，１ｊに沿って流れ，回転子内の作動導体群１６とは半径方向に外周側から内周側に向けて交叉している。
【００７０】
作動導体群１６を構成する円筒状薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂはリターン導体群１ｃを介して直列に接続されているので第一回転軸１１が外部から回転力を受けると，図１７と同様に薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂに想定した電流経路とリターン導体群１ｃとで囲む領域と鎖交する磁束は常に増加するので薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂには磁束密度と回転速度に対応した直流電圧が誘起され，それらは加算されて摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に現れ，摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に接続された電流負荷に直流電流が供給される。すなわち，単一の円筒状導体層の場合に比して高電圧化が実現される。
【００７１】
また，摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に外部から直流電流が供給されると，薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂにはそれぞれ同じ方向に等量の電流が流れ，励磁コイル１４，１５から供給された磁束と鎖交して磁束密度と電流量に対応する回転力を発生させる。発生された回転力は単一の円筒状導体層の場合に比して約５倍となる。従って，同じ回転力に対して必要な電流量は約５分の１となる。また，回転子の回転に伴い，薄膜導体層４７，４８，４９，４ａ，４ｂにはそれぞれ逆起電圧が現れ，それらは加算されて摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に現れるので電流の供給に際しては従来より５倍の電圧が必要になる。すなわち，単一の円筒状導体層の場合に比して高電圧化，低電流化が実現される。
【００７２】
図１に示されていないが，励磁コイル１４，１５が発生する磁束の一部はハウジング１２を介してリターン導体群１ｃとも交叉する。リターン導体群１ｃ内の各導体中を流れる電流の方向は作動導体群１６内の各導体を流れる電流の方向とは逆であり，リターン導体群１ｃ及び第二回転軸１ａは第一回転軸１１を中心に第一回転軸１１とは逆方向の回転力を受ける。これは回転子の回転力に対する反作用に相当する。リターン導体群１ｃは第二回転軸１ａと共に回転しているのでリターン導体群１ｃの各導体には電圧が誘起されるが，各導体と磁束の鎖交方向がそれぞれ異なり，リターン導体群１ｃの各導体は直列に接続されているので誘起電圧は相殺されて外部には現れない。
【００７３】
本実施例の運転に際しては予め定める運転時間毎に摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間及び励磁コイル１４，１５に供給する直流電流の方向を同時に逆方向に切り替えて運転させる事が望ましい。回転駆動に際して摺動ブラシ１ｄ，１ｅを介して直流電流を供給し，電気接点を構成する摺動ブラシ及び導体環群には常に同じ方向の電流が流れる。機械的に接触する電気接点に於いて正極と負極とでは劣化内容及び速度が違う場合があり，前記摺動ブラシ，導体環等における劣化を均一にする為であって，回転駆動に電流のスイッチングを必要とする訳ではない。摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間及び励磁コイル１４，１５に供給する直流電流の方向を逆転させる直前に励磁コイル１４，１５に振幅が徐々に減少する交番電流を供給して磁性体の消磁過程を設ける事は更に望ましい。
【００７４】
本実施例では励磁コイル１４，１５が発生する磁束はハウジング１２，回転子サポート１７中を通過している。しかしながら，磁性体の飽和磁束密度の最大値は２テスラ（Ｔ）程度であり，上記磁束の通過経路における最大磁束密度が２Ｔ以下であるなら磁性体の形状を適切に設定して励磁コイル１４，１５に流す電流を有効に利用出来る。単極回転装置の特徴の一つは回転子全周に渡って同一極性の磁極が対向する事であり，本実施例のハウジング１２，回転子サポート１７を非磁性体とし，大きな電流を励磁コイル１４，１５に供給して回転子内の作動導体群１６と鎖交する磁束密度を２Ｔ以上とする事が出来る。単極回転装置の仕様に応じて大きな磁束密度を回転子に作用させる事で小型・大出力の単極回転装置が実現される。
【００７５】
磁性体の飽和磁束密度以上の大きな磁束密度を回転子に作用させる単極回転装置は，第一実施例の励磁コイル１４，１５を超伝導材料を用いて構成し，励磁コイル１４，１５を超伝導材料の超伝導性保持に必要な温度に冷却させる為の冷却器を付加する事で実現される。励磁コイル１４，１５における銅損をほぼゼロに抑制出来，電力損失を抑えながら回転子の作動導体群１６と鎖交する磁束密度を大とし，高出力の単極発電機，高出力の単極電動機が実現される。
【実施例２】
【００７６】
本発明による単極回転装置の第二実施例が図７から図９を用いて説明される。第二実施例は，界磁を永久磁石励磁により発生させ，第二回転軸と第一回転軸との間に機械的リンク機構が配置された構成例である。図７は第二実施例の縦断面図を示し，第一実施例と同じ部材には第一実施例と同じ番号が付されている。第一回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング７１に回動可能に支持され，回転子は回転子サポート１７，第一導体環群７４，作動導体群７３，第二導体環群７５を有して第一回転軸１１と共に回転する。回転集電子装置は第二回転軸１ａ，第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇを有し，第二回転軸１ａがベアリング１ｂを介してハウジング７１に回動可能に支持され，第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇと共に回転する。
【００７７】
回転子サポート１７は比抵抗が大である圧粉鉄心で構成され，その外周に絶縁層を介して第一回転軸１１と平行な導体バーが１５個配置されて作動導体群７３が構成されている。導体バーの軸方向両端にはそれぞれ導体環が接続されている。図７に於いて左側の導体環は５個で第一導体環群７４を形成し，右側の５個の導体環は第二導体環群７５を形成している。１５個の導体バーは３本を一組として同じ導体環に接続されている。すなわち，第一導体環群７４内の導体環と，第二導体環群７５内の導体環とはそれぞれ３本の導体バーで並列接続されている。導体環の構造は後に説明される。
【００７８】
第二回転軸１ａ，第三導体環群１ｆ，リターン導体群１ｃ，第四導体環群１ｇより構成される回転集電子装置は第一実施例と同じ構造であるので説明は省略される。回転子サポート１７外周部にはギア７６，第二回転軸１ａにはギア７７が配置され，互いに噛み合うよう配置されて第二回転軸１ａは第一回転軸１１により逆方向に回転される。
【００７９】
ハウジング７１は軟鉄より構成され，回転子に対向するハウジング７１の内周部には円筒状の永久磁石７２が配置されている。永久磁石７２はネオジウム磁石であって半径方向に磁化され，矢印は磁化方向を示している。永久磁石のＮ極が回転子に対向する構成である。大きな円筒状の永久磁石製作は容易でないので円周方向に分割して製作し，組み合わせて構成されている。永久磁石７２の内周側Ｎ極からの磁束は作動導体群７３と半径方向の同じ向きに交叉し，回転子サポート１７，ハウジング７１を経て永久磁石７２の外周面に環流する。
【００８０】
図８は図７に示された単極回転装置のＢ−Ｂ’に沿う断面図を示す。同図に於いて第一回転軸１１の外周には圧粉鉄心より成る回転子サポート１７，更にその外周には作動導体群７３が配置されている。作動導体群７３は１５本の導体バーと絶縁層から構成され，導体バーは３本が一組として第一導体環群７４内の導体環と，第二導体環群７５内の導体環とを電気的に接続するので同一の組に属する導体バーには同一の番号を割り当てるとして導体バーには８１から８５までの番号が付され，絶縁層には８６の番号が付されている。
【００８１】
図９は図７に示された単極回転装置の点線７８で囲まれた領域の拡大された縦断面図であり，これにより第二導体環群７５の構成及び第四導体環群１ｇとの関係が説明される。第四導体環群１ｇは第一実施例と同じ構造であって５枚の導体円板４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを各導体環とし，セラミックより成る絶縁スペーサ４ｊにより各導体円板が絶縁されている。番号４ｎは第二回転軸１ａの右端に配置された導体キャップを示し，導体円板４ｈと電気的に接続されている。リターン導体群１ｃを構成する導体４ｋ，４ｍが示され，導体４ｋは導体円板４ｄに，導体４ｍは導体円板４ｆに接続されている。
【００８２】
第二導体環群７５は回転子サポート１７の外周に配置され，各導体環は１枚の導体円板で構成され，第四導体環群１ｇ内の導体円板と表面の一部が軸方向に接触するよう配置されている。すなわち，導体円板４ｄを軸方向の右側から接触する導体円板９１で第二導体環群７５内の一つの導体環が構成され，絶縁スペーサー９６が各導体環を絶縁するよう配置されている。更に導体円板４ｅと軸方向に接触する導体円板９２，導体円板４ｆと軸方向に接触する導体円板９３，導体円板４ｇと軸方向に接触する導体円板９４，導体円板４ｈと軸方向に接触する導体円板９５がそれぞれ配置されている。
【００８３】
更に図示されていないが，第二導体環群７５を構成する各導体円板に於いて導体円板４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈに接触する各表面には銅繊維，炭素繊維による織布が貼り付けられて第二導体環群７５が構成されている。第一導体環群７４の構成も第一導体環群７４と同じ構成であり，第二回転軸１ａがベアリング１ｂにより図７に於いて右方向に余圧され，導体円板９１と導体円板４ｄ，導体円板９２と導体円板４ｅ，導体円板９３と導体円板４ｆ，導体円板９４と導体円板４ｇ，導体円板９５と導体円板４ｈとが圧接され，前記余圧を適切に設定する事により良好な電気的接触が維持される。更に銅繊維，炭素繊維による織布は柔軟性があるので上記導体円板同士の接触は良好に保たれる。
【００８４】
図９を用いて第二導体環群７５の構成及び第四導体環群１ｇとの関係が説明された。第一導体環群７４は第二導体環群７５と同じ構成であり，第一導体環群７４の説明は省略される。第一導体環群７４，第二導体環群７５の構成は第一実施例の第一導体環群１８，第二導体環群１９と類似しているが，各導体環は１枚の導体円板より構成されるので第二導体環群７５内の導体環と第四導体環群１ｇ内の導体環（例えば導体円板９１と導体円板４ｄ）との接触面積は第二導体環群１９内の導体環と第四導体環群１ｇ内の導体環（例えば導体円板４１と導体円板４ｄ）の接触面積の半分である。しかし，本実施例では導体環同士の圧接される方向が一方向であるので回転集電子装置全体を軸と平行の右方向に圧力を加える事で導体円板同士の圧接程度を制御出来，組立及び調整が容易な利点がある。
【００８５】
本実施例では作動導体群７３が３本一組の導体バー１５本より構成され，同じ組に属する導体バーは並列に接続され，５組の導体バーは直列に接続される構成である。第一実施例に於いて作動導体群１６は５層の円筒状導体層より構成され，５層の円筒状導体層を直列に接続する態様は図６を用いて説明された。本実施例は第一実施例に於いて円筒状導体層を３本の導体バーで置き換えた構造であり，５組の導体バーを直列接続する態様は全く同じであるので説明は省略される。
【００８６】
図７に於いて，回転子を周回するようハウジング７１側に配置された永久磁石７２内周面のＮ極から出た磁束は作動導体群７３とは半径方向に外周側から内周側に向けて交叉し，圧粉鉄心より構成された回転子サポート１７，軟鉄より構成されたハウジング７１を介して永久磁石７２外周に環流している。
【００８７】
作動導体群７３を構成する導体バー８１，８２，８３，８４，８５はリターン導体群１ｃを介して直列に接続されているので第一回転軸１１が外部から回転力を受けると，図１８と同様に導体バー８１，８２，８３，８４，８５とリターン導体群１ｃとで囲む領域と鎖交する磁束は常に増加するので導体バー８１，８２，８３，８４，８５には磁束密度と回転速度に対応した直流電圧が誘起され，それらは加算されて摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に現れ，摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に接続された電流負荷に直流電流が供給される。
【００８８】
また，摺動ブラシ１ｄ，１ｅ間に外部から直流電流が供給されると，作動導体群７３を構成する導体バー８１，８２，８３，８４，８５にはそれぞれ同じ方向に等量の電流が流れ，永久磁石７２から供給された磁束と鎖交して磁束密度と電流量に対応する回転力を発生させる。
【００８９】
本実施例で作動導体群７３は３本一組の導体バー１５本より構成され，同じ組に属する導体バーは並列に接続され，図８に示されるように同じ組に属する導体バーは周方向に等間隔に配置されている。これは誘起電圧の変動，或いは回転力の変動等として現れる不具合を抑制する為の構成である。すなわち，永久磁石７２は回転子の全周に対向するよう配置されているが，リターン導体群１ｃを流れる電流はリターン導体群１ｃを周回する磁束を発生させ，作動導体群７３と交叉する磁束密度が周方向に不均一となり，誘起電圧の変動，或いは回転力の変動等を生じさせる。第一導体環群７４，第二導体環群７５に属する導体環の数が多く，作動導体群７３内の導体バーの数が多い構成では前記不具合は抑制されるが，十分な数ではない場合に顕在化されやすい。本実施例では作動導体群７３が３本一組の導体バー１５本で構成されて回転子の周方向に分散配置されている。
【００９０】
本実施例では，回転子サポート１７外周部にギア７６，第二回転軸１ａにギア７７が配置され，両者は互いに噛み合うよう配置されて第二回転軸１ａが第一回転軸１１により回転駆動される。本実施例における第一導体環群７４，第二導体環群７５は第一実施例の第一導体環群１８，第二導体環群１９と構成は異なるが，それぞれを構成する導体円板と回転集電子装置側の導体円板とが互いに軸方向に接触し，互いに摺動する態様は同じである。
【００９１】
導体円板同士が互いに軸方向に接触し，互いに摺動する事で表面に形成されやすい酸化膜，汚れ等が除去されるセルフクリーニング効果が期待出来る。しかし，接触摺動面に於ける速度差が微小ではセルフクリーニング効果が十分ではなく，速度差が大きくなると摺動摩耗が大になる懸念がある。本実施例に配置されたギア７６，７７は，前記導体円板の接触面同士における速度差が接触摺動面の摺動摩耗が許容範囲内に収めると同時にセルフクリーニング効果が十分に期待出来るよう設定されている。
【００９２】
本実施例に於いて，永久磁石７２は回転子に対向するハウジング７１側に配置されたが，励磁用の永久磁石を作動導体群７３の外周側或いは内周側に配置し，回転子と共に回転する構造は可能である。ただ，本実施例で用いたネオジウム磁石の比抵抗は比較的小さく，回転子側に配置して回転させると，ネオジウム磁石自体から流れる磁束によってネオジウム磁石表面に電流が誘起され，エネルギー効率が低下するので本実施例で永久磁石７２はハウジング７１側に配置されている。
【００９３】
本実施例では励磁用の永久磁石７２がハウジング７１側に配置されている。第一実施例では励磁コイル１４，１５に励磁電流を必要とするが，本実施例では励磁電流を必要とせず，エネルギー効率面で有利である。しかしながら，ネオジウム磁石の最大磁束密度は約１テスラ（Ｔ）程度で限界があり，更に高速回転領域で弱め界磁制御が必要になる場合もある。二つの実施例を組み合わせる構成として第一実施例の回転子と対向するハウジング１２内周側に永久磁石７２を配置し，回転子の作動導体群と交叉する磁束を励磁コイル１４，１５からの磁束と永久磁石７２からの磁束とを重畳させ，磁束密度を可変にする構成も可能である。
【００９４】
単に実施例１に永久磁石７２を付け加えた構成では弱め界磁で永久磁石７２が減磁される懸念がある。その場合には永久磁石からの磁束磁路を考慮して以下ような構成が望ましい。永久磁石７２が軸長方向に作動導体群７３の３分の２だけをカバーする構成とする。この構成に依れば，永久磁石からの一部磁束はハウジング７１，回転子サポート１７によって短絡されて作動導体群７３と交叉する磁束の平均磁束密度は第２実施例の３分の１以下になる。励磁コイルに流す電流の極性によって更に平均磁束密度を弱め，或いは強める界磁制御を行う。
【実施例３】
【００９５】
本発明による単極回転装置の第三実施例が図１０から図１４を用いて説明される。第三実施例は，遊星歯車機構が組み込まれた構成例である。図１０は本実施例の縦断面図を示し，第一回転軸１０１がベアリング１０３を介してハウジング１０２に回動可能に支持され，第一電機子は第一電機子サポート１０ｃ，第一導体環群１０８，第一導体群１０６，第二導体環群１０９を有して第一回転軸１０１と共に回転する。第二電機子は第三導体環群１０ａ，第二導体群１０７，第四導体環群１０ｂを有してハウジング１０２に固定されている。
【００９６】
番号１０ｅ第五導体環群を示し，第五導体環群１０ｅ内の導体環は第一導体環群１０８内の導体環，第三導体環群１０ａ内の導体環を電気的に接続するよう圧接されている。番号１０ｆは第六導体環群を示し，第六導体環群１０ｆ内の導体環は第二導体環群１０９内の導体環，第四導体環群１０ｂ内の導体環を電気的に接続するよう圧接されている。第五導体環群１０ｅ及び第六導体環群１０ｆは第二回転軸１０ｄに固定され，第二回転軸１０ｄは絶縁体であるセラミックより成り，ベアリング１０ｇにより遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊに回転可能に保持されている。
【００９７】
番号１０ｋ，１０ｍは遊星歯車を示し，第一電機子を太陽歯車，ハウジング１０２（第二電機子）を内歯車，遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊと共に遊星歯車機構が構成されている。本実施例では第二電機子がハウジング１０２に固定されているので第一電機子，遊星歯車１０ｋ，１０ｍ，遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊが回転する。番号１４ｓ，１４ｔは第一導体群１０６，第二導体群１０７内の各導体が直列接続された電流経路の引き出し線を示す。
【００９８】
第一電機子は第一実施例に於ける回転子と同じ構造である。第一電機子サポート１０ｃは比抵抗が大である圧粉鉄心で構成され，その外周に円筒状の薄膜絶縁層，円筒状の薄膜導体層が交互に積層されて第一導体群１０６が構成されている。前記薄膜導体層は５層で薄膜導体層の軸方向両端にはそれぞれ導体環が接続されている。図１０に於いて左側の導体環は５個で第一導体環群１０８，右側の５個の導体環は第二導体環群１０９である。
【００９９】
第二電機子は第一電機子に対向してハウジング１０２内周面に配置されている。番号１０７は第二導体群を示し，第一導体群と同様に円筒状の薄膜絶縁層，円筒状の薄膜導体層が交互に積層されて構成され，軸方向の左右には第三導体環群１０ａ，第四導体環群１０ｂが配置されている。
【０１００】
第一電機子を太陽歯車，ハウジング１０２を内歯車，遊星歯車１０ｋ，１０ｍ，遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊで遊星歯車機構が構成されている。遊星歯車は一つの遊星歯車キャリアに３個配置され，図１０に於いて左側の３個の遊星歯車の内の一つである遊星歯車１０ｋに第五導体環群１０ｅが配置されている。第六導体環群１０ｆは右側の３個の遊星歯車の内の一つである遊星歯車１０ｍに配置されている。
【０１０１】
ハウジング１０２は軟鉄より構成され，第一回転軸１０１を周回するよう巻回された励磁コイル１０４，１０５が配置され，励磁コイル１０４，１０５は回転子内の第一導体群１０６と半径方向の同じ向きに交叉するよう磁束を発生させる。
【０１０２】
図１１は図１０に示された単極回転装置のＣ−Ｃ’に沿う断面図を示す。同図に於いて第一回転軸１０１の外周には圧粉鉄心より成る第一電機子サポート１０ｃ，更にその外周には第一導体群１０６が配置されている。第一導体群１０６は薄膜導体層，薄膜絶縁層が交互に積層されて構成されている。第二回転軸１０ｄは絶縁体であるセラミックスで構成されている。ハウジング１０２内周には第二導体群１０７が配置されている。
【０１０３】
図１２は図１０に示された単極回転装置のＤ−Ｄ’から左方向を見た図を示し，遊星歯車，遊星歯車キャリアとハウジング１０２，第一電機子サポート１０ｃとの関係が説明される。同図に於いて遊星歯車キャリア１０ｆには３個の遊星歯車１０ｍ，１２１，１２２が回転可能に保持され，それぞれハウジング１０２内周面に施された歯車（図示せず），第一電機子サポート１０ｃ外周面に施された歯車（図示せず）と噛み合うよう配置されている。遊星導体環群は第二回転軸１０ｄ，第五導体環群１０ｅ，第六導体環群１０ｆより構成され，遊星歯車１０ｍと共に回転するよう構成されている。但し，図１２では遊星歯車１０ｍに隠れて見えない。
【０１０４】
図１３は図１０に示された単極回転装置の点線１０ｐで囲まれた領域の拡大された縦断面図であり，これにより第二導体環群１０９，第四導体環群１０ｂ，第六導体環群１０ｆの構成及び相互の関係が説明される。第二導体環群１０９内の５個の導体環と第四導体環群１０ｂ内の５個の導体環がそれぞれ対向し，第六導体環群１０ｆ内の５個の導体環が対向している導体環同士を電気的に接続する構成である。
【０１０５】
第六導体環群１０ｆは第一実施例に於ける第四導体環群１ｇと全く同じ構成であり，導体円板１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈとそれらを絶縁する絶縁スペーサ１３ｊとより構成されている。また，第二導体環群１０９は第一実施例に於ける第二導体環群１９と構成は全く同じであり，各導体環は第六導体環群１０ｆ内の導体円板を挟む２枚の導体円板で構成されている。番号１３１，１３２，１３３，１３４，１３５は導体円板１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈをそれぞれ挟む２枚の導体円板を示している。番号１３ｂは導体スペーサを，番号１３ｃは絶縁スペーサーをそれぞれ示す。
【０１０６】
第四導体環群１０ｂはハウジング内周面に形成されて形状は異なるが，第二導体環群１０９と全く同じ構成である。すなわち，各導体環は第六導体環群１０ｆ内の導体円板を挟む２枚の導体円板で構成されている。番号１３６，１３７，１３８，１３９，１３ａは導体円板１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈをそれぞれ挟む２枚の導体円板を示している。番号１３ｐは導体スペーサを，番号１３ｑは絶縁スペーサーをそれぞれ示す。
【０１０７】
図１３を用いて第二導体環群１０９，第四導体環群１０ｂ，第六導体環群１０ｆの構成及び相互の関係が説明されたが，第一導体環群１０８，第三導体環群１０ａ，第五導体環群１０ｅの構成及び相互の関係は第二導体環群１０９，第四導体環群１０ｂ，第六導体環群１０ｆと同様であり，再度の説明は省略される。
【０１０８】
本実施例では第一実施例の構成と同じく，導体円板１３ｄと接触する導体円板１３１表面部分及び導体円板１３６表面部分には柔軟な銅繊維，炭素繊維による織布が貼り付けられ，炭素繊維による織布による弾性によって導体円板１３ｄと導体円板１３１と，導体円板１３ｄと導体円板１３６とが圧接されている。第二導体環群１０９，第四導体環群１０ｂ，第六導体環群１０ｆを構成する他の導体円板も同様な構成である。
【０１０９】
本実施例では第一導体群１０６が５層の薄膜導体層を有し，それらの薄膜導体層を直列に接続する構成であって直列接続の方法は図１４を用いて説明される。図１４は第一導体群１０６内の薄膜導体層を電気的に直列接続する態様を説明する為の図であって第一導体環群１０８，第二導体環群１０９，第一導体群１０６，第三導体環群１０ａ，第四導体環群１０ｂ，第二導体群１０７，第五導体環群１０ｅ，第六導体環群１０ｆの各要素は模式的に簡略に表されている。
【０１１０】
同図に於いて，第一導体環群１０８内の導体環は番号１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅで，第二導体環群１０９内の導体環は番号１３１，１３２，１３３，１３４，１３５で，第一導体群１０６内の導体は番号１４１，１４２，１４３，１４４，１４５で示されている（以下図１４を用いた説明では図１３で説明された導体円板を導体環として同じ番号が用いられている）。導体１４１の両端は導体環１４ａ，１３１にそれぞれ接続され，導体１４２の両端は導体環１４ｂ，１３２にそれぞれ接続され，導体１４３の両端は導体環１４ｃ，１３３にそれぞれ接続され，導体１４４の両端は導体環１４ｄ，１３４にそれぞれ接続され，導体１４５の両端は導体環１４ｅ，１３５にそれぞれ接続されている。
【０１１１】
第三導体環群１０ａ内の導体環は番号１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｊ，１４ｋで，第四導体環群１０ｂ内の導体環は番号１３６，１３７，１３８，１３９，１３ａで，第二導体群１０７内の導体は番号１４６，１４７，１４８，１４９で示されている。導体１４６の両端は導体環１４ｇ，１３６にそれぞれ接続され，導体１４７の両端は導体環１４ｈ，１３７にそれぞれ接続され，導体１４８の両端は導体環１４ｊ，１３８にそれぞれ接続され，導体１４９の両端は導体環１４ｋ，１３９にそれぞれ接続されている。
【０１１２】
第五導体環群１０ｅ内の導体環は番号１４ｍ，１４ｎ，１４ｐ，１４ｑ，１４ｒで示される。導体環１４ｍは導体環１４ｆ，１４ａに圧接され，導体環１４ｎは導体環１４ｇ，１４ｂに圧接され，導体環１４ｐは導体環１４ｈ，１４ｃに圧接され，導体環１４ｑは導体環１４ｊ，１４ｄに圧接され，導体環１４ｒは導体環１４ｋ，１４ｅに圧接されている。第六導体環群１０ｆ内の導体環は番号１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈで示される。導体環１３ｄは導体環１３６，１３１に圧接され，導体環１３ｅは導体環１３７，１３２に圧接され，導体環１３ｆは導体環１３８，１３３に圧接され，導体環１３ｇは導体環１３９，１３４に圧接され，導体環１３ｈは導体環１３ａ，１３５に圧接されている。
【０１１３】
したがって，導体環１４ｆから導体環１４ｍ，導体環１４ａ，導体１４１，導体環１３１，導体環１３ｄ，導体環１３６，導体１４６，導体環１４ｇ，導体環１４ｎ，導体環１４ｂ，導体１４２，導体環１３２，導体環１３ｅ，導体環１３７，導体１４７，導体環１４ｈ，導体環１４ｐ，導体環１４ｃ，導体１４３，導体環１３３，導体環１３ｆ，導体環１３８，導体１４８，導体環１４ｊ，導体環１４ｑ，導体環１４ｄ，導体１４４，導体環１３４，導体環１３ｇ，導体環１３９，導体１４９，導体環１４ｋ，導体環１４ｒ，導体環１４ｅ，導体１４５，導体環１３５，導体環１３ｈ，導体環１３ａが順次電気的に接続されている。
【０１１４】
上記に説明されたように第一導体群１０６，第二導体群１０７内の各導体が直列接続されて一つの電流経路を形成する事が示された。導体環１４ｆは引き出し線１４ｓに，導体環１３ａは引き出し線１４ｔに接続されている。本実施例の特徴の一つは上記のように前記電流経路の引き出し線を摺動速度が大の摺動ブラシを用いることなく外部に引き出せる事である。
【０１１５】
図１０に於いて，第一回転軸１０１を周回するよう巻回された励磁コイル１０４，１０５により磁束が発生され，磁束は軟鉄より構成されたハウジング１０２，圧粉鉄心より構成された第一電機子サポート１０ｃを通りやすく，第一導体群１０６，第二導体群１０７とは半径方向に外周側から内周側に向けて交叉している。
【０１１６】
第一導体群１０６を構成する薄膜導体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは第二導体群１０７を介して直列に接続されているので第一回転軸１０１が外部から回転力を受けると，図１８の例と同様に薄膜導体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに想定した電流経路と第二導体群１０７とで囲む領域と鎖交する磁束は常に増加するので薄膜導体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅには磁束密度と回転速度に対応した直流電圧が誘起され，それらは加算されて引き出し線１４ｓ，１４ｔ間に現れ，引き出し線１４ｓ，１４ｔ間に接続された電流負荷に直流電流が供給される。すなわち，単一の薄膜導体層の場合に比して高電圧化が実現される。
【０１１７】
また，引き出し線１４ｓ，１４ｔ間に外部から直流電流が供給されると，薄膜導体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはそれぞれ同じ方向に等量の電流が流れ，励磁コイル１０４，１０５から供給された磁束と鎖交して磁束密度と電流量に対応する回転力を発生させる。発生された回転力は単一の薄膜導体層の場合に比して約５倍となる。従って，同じ回転力に対して必要な電流量は約５分の１となる。また，回転子の回転に伴い，薄膜導体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはそれぞれ逆起電圧が現れ，それらは加算されて引き出し線１４ｓ，１４ｔ間に現れるので電流の供給に際しては単一の薄膜導体層の場合に比して５倍の電圧が必要になる。
【０１１８】
第三実施例について構成が説明されたように第一電機子内の導体が直列に接続され，単極回転装置の高電圧化が実現される。第三実施例は第一実施例とは構成が異なるが，第一実施例の特殊な例である。すなわち，第一実施例に於けるリターン導体群をハウジング側に移して第二導体群とし，回転集電子装置の各導体環群が回転子内の導体環群とハウジング側の導体環群とを接続する構成であって，第一実施例に於ける摺動ブラシが排除されている。
【０１１９】
第三実施例に於いて，第二回転軸１０ｄが存在する為にハウジング１０２を構成する磁性体と第一電機子内の第一電機子サポート１０ｃと間の距離が大となり，励磁コイル１０４，１０５の効率が損なわれる可能性がある。第二回転軸１０ｄは第五導体環群１０ｅ，第六導体環群１０ｆ内の各導体環群の回転姿勢を安定に保持する為に設けられたのであって，第五導体環群１０ｅ，第六導体環群１０ｆそれぞれが遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊに精密に保持されるなら第二回転軸１０ｄを排除してハウジング１０２を構成する磁性体と第一電機子サポート１０ｃと間の距離を小にできる。或いはハウジング１０２を構成する磁性体と第一電機子サポート１０ｃと間に磁性体板を配して遊星歯車キャリア１０ｈ，１０ｊに固定する構成としても励磁コイル１０４，１０５の効率が改善される。
【実施例４】
【０１２０】
本発明による単極回転装置の第四実施例が図１５，図１６，図１７を用いて説明される。第四実施例は，第三実施例に於いて，第二電機子が回転可能に保持され，遊星歯車キャリアがハウジングに固定されるよう変更された構成例である。図１５は本実施例の縦断面図を示し，第三実施例と相違する部材にのみ新しい番号が付されている。以下では第三実施例と相違する点に集中して説明される。
【０１２１】
図１０に示した第三実施例と異なる点は以下の通りである。第二電機子が回転可能に保持され，第二導体群１５１の円筒状の薄膜導体層は５層であって圧粉鉄心より成る第二電機子サポート１５ａの内周側に配置され，遊星歯車キャリア１５２，１５３がハウジング１０２に固定されている。第二回転軸１０ｄの両端には導体キャップ１５６，１５７が配置され，更に摺動ブラシ１５８，１５９が導体キャップ１５６，１５７に配置されている。番号１５５は第二回転軸１０ｄに固定されたリターン導体を示す。第五導体環群１５４は第三実施例の第五導体環群１０ｅより導体環が一つ追加されている。
【０１２２】
上記のように第四実施例は第三実施例と異なる点はあっても違いは僅かであり，導体環群の構成，相互の関係も第三実施例と同じであるので詳しい説明は省略され，導体環群及び導体群相互の結線が以下に説明される。図１６は第一導体群１０６内の薄膜導体層を電気的に直列接続する態様を説明する為の図であって第一導体環群１０８，第二導体環群１０９，第一導体群１０６，第三導体環群１０ａ，第四導体環群１０ｂ，第二導体群１５１，第五導体環群１５４，第六導体環群１０ｆ，リターン導体１５５の各要素は模式的に簡略に表されている。
【０１２３】
同図に於いて，第一導体環群１０８内の導体環は番号１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅで，第二導体環群１０９内の導体環は番号１３１，１３２，１３３，１３４，１３５で，第一導体群１０６内の導体は番号１４１，１４２，１４３，１４４，１４５で示されている。導体１４１の両端は導体環１４ａ，１３１にそれぞれ接続され，導体１４２の両端は導体環１４ｂ，１３２にそれぞれ接続され，導体１４３の両端は導体環１４ｃ，１３３にそれぞれ接続され，導体１４４の両端は導体環１４ｄ，１３４にそれぞれ接続され，導体１４５の両端は導体環１４ｅ，１３５にそれぞれ接続されている。
【０１２４】
第三導体環群１０ａ内の導体環は番号１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｊ，１４ｋで，第四導体環群１０ｂ内の導体環は番号１３６，１３７，１３８，１３９，１３ａで，第二導体群１５１内の導体は番号１４６，１４７，１４８，１４９，１６１で示されている。導体１４６の両端は導体環１４ｆ，１３６にそれぞれ接続され，導体１４７の両端は導体環１４ｇ，１３７にそれぞれ接続され，導体１４８の両端は導体環１４ｈ，１３８にそれぞれ接続され，導体１４９の両端は導体環１４ｊ，１３９，導体１６１の両端は導体環１４ｋ，１３ａにそれぞれ接続されている。
【０１２５】
第五導体環群１５４内の導体環は番号１４ｍ，１４ｎ，１４ｐ，１４ｑ，１４ｒ，１６２で示される。導体環１４ｍは導体環１４ａに圧接され，導体環１４ｎは導体環１４ｆ，１４ｂに圧接され，導体環１４ｐは導体環１４ｇ，１４ｃに圧接され，導体環１４ｑは導体環１４ｈ，１４ｄに圧接され，導体環１４ｒは導体環１４ｊ，１４ｅ，導体環１６２は導体環１４ｋに圧接されている。第六導体環群１０ｆ内の導体環は番号１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈで示される。導体環１３ｄは導体環１３６，１３１に圧接され，導体環１３ｅは導体環１３７，１３２に圧接され，導体環１３ｆは導体環１３８，１３３に圧接され，導体環１３ｇは導体環１３９，１３４に圧接され，導体環１３ｈは導体環１３ａ，１３５に圧接されている。更に導体キャップ１５６は導体環１４ｍに，導体キャップ１５７はリターン導体１５５を介して導体環１６２に接続されている。
【０１２６】
したがって，導体キャップ１５６から導体環１４ｍ，導体環１４ａ，導体１４１，導体環１３１，導体環１３ｄ，導体環１３６，導体１４６，導体環１４ｆ，導体環１４ｎ，導体環１４ｂ，導体１４２，導体環１３２，導体環１３ｅ，導体環１３７，導体１４７，導体環１４ｇ，導体環１４ｐ，導体環１４ｃ，導体１４３，導体環１３３，導体環１３ｆ，導体環１３８，導体１４８，導体環１４ｈ，導体環１４ｑ，導体環１４ｄ，導体１４４，導体環１３４，導体環１３ｇ，導体環１３９，導体１４９，導体環１４ｊ，導体環１４ｒ，導体環１４ｅ，導体１４５，導体環１３５，導体環１３ｈ，導体環１３ａ，導体１６１，導体環１４ｋ，導体環１６２，リターン導体１５５，導体キャップ１５７が順次電気的に接続されている。
【０１２７】
上記に説明されたように第一導体群１０６，第二導体群１５１内の各導体が直列接続されて一つの電流経路を形成する事が示された。導体キャップ１５６，導体キャップ１５７はそれぞれ摺動ブラシ１５８，１５９を介して外部に接続されている。
【０１２８】
第四実施例が図１５，１６を用いて説明されたように第一導体群１０６，第二導体群１５１内の各導体が直列接続され，第一電機子と第二電機子とは遊星歯車１０ｋ，１０ｍにより機械的にリンクされて互いに逆方向に回転するよう構成されている。第一電機子が単位角度だけ回転すると同時に遊星歯車のギア比に応じて第二電機子は逆方向にほぼ同じだけ回転させられる。すなわち，第一導体群１０６が単位角度だけ回転して磁束と交叉すると，第二導体群１０７は逆方向にほぼ同じ角度回転して磁束と交叉する。したがって，第三実施例に比して電流経路が鎖交する磁束量はほぼ倍になり，電動機の場合には出力トルクがほぼ倍になり，発電機の場合には発電電圧がほぼ倍になる。
【０１２９】
第四実施例に於いて，出力が増大される動作原理は更に図１７を参照して説明される。同図は動作原理説明の為に分かり易いように簡略化された図である。内周側に配置された第一電機子を円筒状導体１７１，外周側に配置された第二電機子を円筒状導体１７２とし，番号１７３，１７４は円筒状導体１７１両端に配置された導体環，番号１７５，１７６は円筒状導体１７２両端に配置された導体環として示されている。円筒状導体１７１と円筒状導体１７２とは遊星歯車により図１５に示した構成のように機械的にリンクされているがこの図では示されていない。番号１７７，１７８は導体環１７３と１７５，導体環１７４と１７６とを電気的に接続する電気機械接点を示している。第四実施例の構成では，それぞれ第五導体環群，第六導体環群に相当する。
【０１３０】
図１８を用いて原理説明されたように円筒状導体１７１に電流経路１７ｂ，円筒状導体１７２に電流経路１７ｃを想定すると，電流経路１７ｂ及び電流経路１７ｃは電気機械接点１７７，１７８により一つの電流経路を形成している。電流経路１７ｂ，１７ｃは単一の電流ループであり，この電流経路１７ｂ，１７ｃに沿ってスパイラル状に５回巻に相当する電流ループが形成された構成が第四実施例に相当する。電流経路或いはループと鎖交する磁束量を考えるに際し，分かり易いので図１７のモデルで考える。
【０１３１】
円筒状導体１７１及び円筒状導体１７２に外周側から内周側に向かう一様な磁束が交叉する条件で円筒状導体１７１が矢印１７９の方向に回転すると，遊星歯車により円筒状導体１７２はそれとは逆方向の矢印１７ａの方向に回転させられる。したがって，電流経路１７ｂのみの移動による鎖交磁束量の増加分に加えて常に電流経路１７ｃの移動による鎖交磁束量の増加分が電流経路１７ｂ及び電流経路１７ｃの鎖交磁束量増加分となり，電動機の場合には出力トルクが増大され，発電機の場合には発電電圧が増大される。
【０１３２】
第四実施例では第二電機子が回転可能に保持される構成であって第三実施例より外径が大となるが，その差は僅かであって容積当たりの出力は増大される。また，第四実施例では第一電機子内の導体と第二電機子内の導体との接続には回転集電子構造を用いたが，図１７に示されたように低回転速度であるなら従来構造の摺動ブラシで第一電機子内の導体と第二電機子内の導体とを接続する構成として容積当たりの出力密度が増大される。米国特許７１９９４９９に記載された単極回転装置に於いて電流経路を構成する為にハウジング側に配置された導線群は単に電気的接続の為だけに存在したが，上記のように構成すれば出力増大に寄与出来る導線群として活用される。
【０１３３】
実施例１から実施例４までを挙げて本発明の趣旨及び実施例が説明された。直流電流の供給で回転子の回転駆動が可能であるので高速回転・ダウンサイジングに最適である。ただ，小型化と高出力化を実現するには装置内部の放熱を効果的に行う必要がある。また，相対速度は小さいとしても摺動部分は少なからず存在し，摺動による摩耗粉も発生する。本発明の実施に際してハウジング内部に不活性ガスを封じ，或いは低粘度の絶縁オイルを封入し，それらを循環させる構成として冷却，摩耗粉除去等の対処をする事が望ましい。
【０１３４】
以上，本発明の単極回転装置について，実施例を挙げて説明した。これらの実施例は本発明の趣旨，目的を実現する例を示したのであって本発明の範囲を限定するわけでは無い。例えば上記実施例に於いて発電或いは回転力を得る為の電流ループの巻回数は５に相当するが，本実施例で示した巻回数に限定される事はない。また，上記の説明に於いて回転集電子装置は回転子の外周側に配置されたが，回転子の内周側に配置する構成も可能である。上記実施例に於ける回転子の構成，界磁発生手段の構成，回転集電子装置の構成等はそれぞれ組み合わせを変えて本発明の趣旨を実現する単極回転装置を構成できる事は勿論である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015065782.tif 000015
【図１４】
2015065782.tif 000016
【図１５】
2015065782.tif 000017
【図１６】
2015065782.tif 000018
【図１７】
2015065782.tif 000019
【図１８】
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