(57)【要約】【課題】  本発明は、消費エネルギが少なく高効率でかつ簡易な構造で駆動力を得ることができる磁気駆動装置を得ることを目的とする。【解決手段】  外周縁に沿って複数の磁石Ｍを等間隔に配置した回転部材Ｈを、所定の間隔をおいて少なくとも１対備えるとともに、夫々の回転部材Ｈに配置した同極の磁石Ｍ同士が対向するように１対の回転部材Ｈを互いに反対方向に同期回転可能に構成し、一方の回転部材Ｈの磁石Ｍと他方の回転部材Ｈの磁石Ｍとの間に作用する磁力を遮蔽する可動式磁気シールドと、磁石Ｍの磁力によって回転部材Ｈに回転力を付与する回転力付与手段とを備え、可動式磁気シールドが、回転部材Ｈ同士の最近接部及びその近傍の磁力の遮蔽状態を変化させる。【選択図】        図１
2005057921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周縁に沿って複数の磁石を等間隔に配置した回転部材を、所定の間隔をおいて少なくとも１対備えるとともに、夫々の回転部材に配置した同極の磁石同士が対向するように前記１対の回転部材を互いに反対方向に同期回転可能に構成し、一方の前記回転部材の前記磁石と他方の前記回転部材の前記磁石との間に作用する磁力を遮蔽する可動式磁気シールドと、前記磁石の磁力によって前記回転部材に回転力を付与する回転力付与手段とを備え、
前記可動式磁気シールドが、前記回転部材同士の最近接部及びその近傍の磁力の遮蔽状態を変化させる磁気駆動装置。
【請求項２】
前記回転力付与手段は、強磁性体から成り、かつ、前記回転部材の輪郭に沿った形状に形成され、前記最近接部から遠方程、前記回転部材との間隔が大きくなるように構成する請求項１に記載の磁気駆動装置。
【請求項３】
前記回転力付与手段及び前記可動式磁気シールドは軟磁性体である請求項１または請求項２に記載の磁気駆動装置。
【請求項４】
前記回転力付与手段を、回転可能に構成し、かつ、前記回転力付与手段の回転軸と垂直方向の断面積が最大となる断面の輪郭形状を螺線状に形成すると共に、当該螺線状の輪郭形状を有する部分に前記可動式磁気シールドを設けてある請求項１から請求項３の何れか一項に記載の磁気駆動装置。
【請求項５】
外周縁に沿って複数の磁石を等間隔に配置した回転部材を、所定の間隔をおいて少なくとも１対備えるとともに、夫々の回転部材に配置した同極の磁石同士が対向するように前記１対の回転部材を互いに反対方向に同期回転可能に構成し、かつ、一方の前記回転部材の前記磁石と他方の前記回転部材の前記磁石との間に作用する磁力を遮蔽する可動式磁気シールドを有し、
前記磁石による引力を作用させる回転力付与手段によって前記回転部材に回転力を付与し、
同極の前記磁石同士が互いに最近接する位置に達した直後に、前記可動式磁気シールドを駆動させることで同極の前記磁石同士に斥力を作用させて前記回転部材を回転駆動し、
前記可動式磁気シールドを駆動させることで、前記磁石の引力と斥力とを互いに交互に作用させて前記回転部材の回転を維持する磁気駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の磁力及び磁気シールドを利用して駆動力を得る磁気駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の駆動装置では、環境問題等から省エネルギ化、高効率化が求められている。このため、永久磁石を補助的に用いる駆動装置、例えば、磁石式モータが注目されるようになってきている。尚、磁石式モータは非接触なので、従来の巻線型モータに比べ、低騒音でかつメンテナンス等にかかる手間を省力化することができ、小型軽量化することもできる。磁石式モータは、家庭用家電、エレベータ、電気車両駆動、電気自動車等で用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した磁石式モータ等は、一般的に、補助的に永久磁石を用いるものであり、これらの磁力を利用して駆動力を得るものではない。また、他の電気的エネルギ等が必要となるが、これらのエネルギに対する消費エネルギ量やエネルギ効率等には改良の余地がある。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費エネルギが少なく高効率でかつ簡易な構造で駆動力を得ることができる磁気駆動装置を得る点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
〔特徴構成１〕
この目的を達成するための本発明に係る磁気駆動装置の第一特徴構成は、外周縁に沿って複数の磁石を等間隔に配置した回転部材を、所定の間隔をおいて少なくとも１対備えるとともに、夫々の回転部材に配置した同極の磁石同士が対向するように前記１対の回転部材を互いに反対方向に同期回転可能に構成し、一方の前記回転部材の前記磁石と他方の前記回転部材の前記磁石との間に作用する磁力を遮蔽する可動式磁気シールドと、前記磁石の磁力によって前記回転部材に回転力を付与する回転力付与手段とを備え、前記可動式磁気シールドが、前記回転部材同士の最近接部及びその近傍の磁力の遮蔽状態を変化させる点にある。
【０００５】
ここでの回転部材は、良好な回転状態を得るために、円形の板状部材であることが望ましいが、多角形や歯車状の板状部材であってもよいし、球等の形状であってもよい。尚、回転部材に設置される磁石は、略同一の磁力を有する磁石を用い、回転部材の回転中心からの距離が全て同じに構成すれば、良好な回転状態を得ることができる。更に、磁石の磁力を高効率で取出すために、回転部材の外縁よりその表面だけが露出するように設置してもよい。
【０００６】
本特徴構成によると、可動式磁気シールドを設置可能な間隔をおいて１対の回転部材を配置し、回転力付与手段により回転部材に対し所定方向への回転力を付与するとともに、回転部材同士の最近接部及びその近傍の磁場の遮蔽状態を可動式磁気シールドを用いて断続的に変化させることにより、１対の回転部材を回転させる。詳細には、回転力付与手段で回転力を付与させつつ、対向する磁石を近接させることと、可動式磁気シールドを駆動させることで、近接した磁石同士に斥力を生じさせて離間させることとを繰り返すことで１対の回転部材を回転させる。
【０００７】
したがって、可動式磁気シールドの駆動制御により、回転部材の回転数等を任意に制御することが出来るとともに、１つの可動式磁気シールドで少なくとも１対の回転部材が同時に駆動されるので、高効率な磁気駆動装置を実現することができる。
【０００８】
〔特徴構成２〕
同第二特徴構成は、前記回転力付与手段は、強磁性体から成り、かつ、前記回転部材の輪郭に沿った形状に形成され、前記最近接部から遠方程、前記回転部材との間隔が大きくなるように構成する点にある。
【０００９】
本特徴構成によると、回転力付与手段を強磁性体で形成し、この回転力付与手段と回転部材の磁石との引力を利用して、回転部材の回転駆動を補助する。一般的に、強磁性体と磁石とは引き合うので、磁石と回転力付与手段との引力により磁石はより回転力付与手段に近づこうとする。つまり、回転力付与手段を最近接部から遠方程、回転部材との間隔が大きくなるように構成することにより、回転部材の磁石はより回転力付与手段に近づくように最近接部に向かって移動し、これによって回転力を得ることができる。したがって、磁石と可動式磁気シールドとの引力を駆動力として利用することで、より高効率で駆動エネルギを得ることのできる磁気駆動装置を実現することができる。
【００１０】
〔特徴構成３〕
同第三特徴構成は、前記回転力付与手段及び前記可動式磁気シールドは軟磁性体である点にある。
【００１１】
本特徴構成のごとく、回転力付与手段及び可動式磁気シールドを軟磁性体で構成すれば、軟磁性体は磁化され難いので、回転力付与手段が磁化されて回転部材との間に意図しない引力または斥力を生じさせて回転部材の回転を阻害することがない。また、可動式磁気シールドが磁化されて磁石との間に引力が生じて、当該可動式磁気シールドを駆動させるのに必要な駆動力が増大する不具合をより適切に回避できる。また、特に、回転力付与手段及び可動式磁気シールドを軟磁性体である軟鉄で構成した場合には、一般的に、軟鉄は軟らかく展延性が大きいため任意の形状に加工し易いので、その作成が容易となる。従って、軟磁性体を用いることにより、駆動をより少ない力で容易に行うことができ、かつ、回転力付与手段及び可動式磁気シールドの形成が容易となる。
【００１２】
〔特徴構成４〕
同第四特徴構成は、前記回転力付与手段を、回転可能に構成し、かつ、前記回転力付与手段の回転軸と垂直方向の断面積が最大となる断面の輪郭形状を螺線状に形成すると共に、当該螺線状の輪郭形状を有する部分に前記可動式磁気シールドを設けてある点にある。
【００１３】
本特徴構成によれば、例えば、１対の回転部材の間で回転力付与手段が回転可能に構成する。そして、具体的には、回転力付与手段のうち回転部材同士の最近接部に配置する部分について、断面を螺線状に構成する。この回転力付与手段を回転させると当該回転力付与手段の外縁部は、前記１対の回転部材に対して出入りするが、ここでは、この螺旋状の輪郭が広がって１対の回転部材の最近接部に可動式磁気シールドが進入する方向に回転させる。磁石が最近接部に達した直後にシールドが解除され、シールド解除の際に磁石同士の間に働く斥力により回転力が付与され、回転部材は回転を持続する。よって、可動式磁気シールドを回転させることで、シールドの設定、解除を繰返し連続的に行い、回転部材を回転させることができる。
【００１４】
〔特徴手段１〕
この目的を達成するための本発明に係る磁気駆動方法の第一特徴手段は、外周縁に沿って複数の磁石を等間隔に配置した回転部材を、所定の間隔をおいて少なくとも１対備えるとともに、夫々の回転部材に配置した同極の磁石同士が対向するように前記１対の回転部材を互いに反対方向に同期回転可能に構成し、かつ、一方の前記回転部材の前記磁石と他方の前記回転部材の前記磁石との間に作用する磁力を遮蔽する可動式磁気シールドを有し、前記磁石に磁力を作用させる回転力付与手段によって前記回転部材に回転力を付与し、同極の前記磁石同士が互いに最近接する位置に達した直後に、前記可動式磁気シールドを駆動させることで同極の前記磁石同士に斥力を作用させて前記回転部材を回転駆動し、前記可動式磁気シールドを駆動させることで、前記磁石の引力と斥力とを互いに交互に作用させて前記回転部材の回転を維持する点にある。
【００１５】
即ち、本発明に係る磁気駆動方法の上記第一特徴手段によれば、可動式磁気シールドを駆動することで、回転部材夫々に作用する引力と斥力とを制御する。したがって、回転力付与手段を適切に駆動することにより、構造が簡易でありながら駆動力を得ることができる磁気駆動方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る磁気駆動装置（以下、適宜「本発明装置」と略称する）の実施例について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明に係る磁気駆動装置１の第一実施例について、図１乃至図２を基に説明する。本発明装置は、複数の同一の磁石Ｍがその外周端部に配置された２枚の板状回転部材Ｈと、回転力付与手段及び磁気シールドが一体構成された本体部Ｇとからなる。ここで、図１は板状回転部材Ｈの面方向の断面図であり、図２は図１の本体部Ｇの端部ＧＬを含むＹ軸に垂直な面の断面図である。
本発明に係る磁気駆動装置１は、磁石Ｍによる引力を作用させる回転力付与手段によって板状回転部材Ｈに回転力を付与し、同極の磁石同士が互いに最近接する位置に達した直後に、磁気シールドを駆動させることで同極の磁石Ｍ同士に斥力を作用させて板状回転部材Ｈを回転駆動し、さらに、磁気シールドを駆動させることで、磁石Ｍの引力と斥力とを互いに交互に作用させて板状回転部材Ｈの回転を維持する。
【００１８】
本実施例の板状回転部材Ｈは、図１に示すように、例えば、半径１２５ｍｍの円形の板状回転部材であり、２枚の板状回転部材Ｈが互いに同期して回転するように構成されている。板状回転部材Ｈは、本体部Ｇの端部ＧＬを間に介し、互いに接触しないように同一平面上に設置する。２枚の板状回転部材Ｈは、互いの回転中心を結ぶ軸、即ち図のＹ軸上で最も近接する。
【００１９】
板状回転部材Ｈに配置された磁石Ｍは、希土類磁石、フェライト磁石等の永久磁石であり、図１及び図２に示すように、順に磁石Ｍ１から磁石Ｍ１６の１６個の磁石Ｍが等間隔に配置されている。この磁石Ｍは、例えば、直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円柱であり、その底面、即ち磁極表面が板状回転部材Ｈより露出するように板状回転部材Ｈに埋設されている。また、全ての磁石ＭはＮ極を外側に向けて設置されている。
【００２０】
本体部Ｇは、端部ＧＬを含む断面の形状が、図２に示すように、略対数螺線状に形成され、端部ＧＬより時計回りに次第に回転中心と外郭との距離が短くなるように構成されており、端部ＧＬを含む板状回転部材Ｈの間に進入する部位が磁気シールドを構成している。また、本体部ＧはＹ軸と平行な回転軸周りに回転可能に構成されている。図２の円Ｐは板状回転部材Ｈの最近接部を示しており、本体部Ｇの回転時に図１のＹ軸を通過する位置である。本体部Ｇの回転軸と外郭との最短距離は円Ｐの半径より短く、最長距離は円Ｐの半径より長くなるように構成されている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本体部Ｇは、端部ＧＬが２枚の板状回転部材Ｈの最近接部、図１のＹ軸を超えて伸長するように構成される。これは、磁石Ｍの位置が回転方向にＹ軸を超えた状態で斥力が発生すれば、その方向に分力が働き、確実に回転を維持することができることによるものであり、端部ＧＬのＹ軸を超えて伸長する長さは、磁石ＭがＹ軸を超えた位置に到達できる程度にする。
【００２２】
本実施例の本体部Ｇは強磁性体、特に軟磁性体である軟鉄から成り、磁石Ｍと引き合う。更に、本実施例の本体部Ｇは、回転力付与手段を構成すべく、板状回転部材Ｈの形状に合わせて、板状回転部材Ｈとの間隔が端部ＧＬより遠ざかる程大きくなるように形成する。尚、本体部Ｇの大きさは任意に設定可能であるが、板状回転部材Ｈに対し回転力を良好に付すことができる大きさであればよい。また、端部ＧＬの厚みは、磁石Ｍの板状回転部材Ｈ間に働く斥力を遮蔽するのに必要な厚さを設定する。ここで、本実施例の端部ＧＬの厚みＬ１は１．５ｍｍ、端部ＧＬと板状回転部材Ｈとの間の間隔Ｌ２は０．３ｍｍ、板状回転部材Ｈと本体部Ｇとの間の間隔の最大幅Ｌ３は１０ｍｍである。
【００２３】
本実施例では１６個の磁石Ｍを設置したがこれに限られない。板状回転部材Ｈの大きさ、磁石Ｍ間の斥力及び本体部Ｇとの引力等を考慮して適切な数の磁石Ｍを設置する。
【００２４】
〔回転動作〕
次に、本体部Ｇ及び板状回転部材Ｈの動作について図１乃至図２を基に説明する。ここで、説明のために、現在最近接部近傍のＡの位置にある磁石Ｍを磁石Ｍ１とする。この磁石Ｍ１は本体部Ｇの回転にともなってＡの位置から反時計周りにＢの位置まで移動する。図２の白円はＭ１の移動の軌跡を表している。
【００２５】
本実施形態では、図１に示すように、磁石Ｍ１から磁石Ｍ６と本体部Ｇとの間に作用する引力により、磁石Ｍ１から磁石Ｍ６はより本体部Ｇに近づくように最近接部に向かって移動し、磁石Ｍ１が本体部Ｇの外郭近傍、即ち最近接部近傍に移動する。これにより、板状回転部材Ｈに回転力が付与される。
【００２６】
図２に示すように、本体部Ｇを時計回りに回転させると、その端部ＧＬが図２のＸ軸に近づき、磁石Ｍ１は遠方より最近接部に向かって移動する。更に本体部Ｇを回転させると、本体部Ｇの端部ＧＬがＸ軸に沿って２枚の板状回転部材Ｈの間に進入し、２枚の板状回転部材Ｈの間に斥力が生じるのを防止する。磁石Ｍ１は、本体部Ｇとの引力によりその進入とともに移動し、板状回転部材Ｈを図１に示す矢印の方向に、即ち、上方の板状回転部材Ｈを反時計回りに、下方の板状回転部材Ｈを時計回りに回転させる。更に本体部Ｇが時計回りに回転すると、その端部ＧＬが２枚の板状回転部材Ｈの間を通過するときに遮蔽量が最大となる。このとき、磁石Ｍ１は、本体部Ｇとの引力により、最近接部よりも本体部Ｇの回転軸から遠ざかるＢの位置にくる。端部ＧＬが最近接部を通過すると、シールドが解除され、２枚の板状回転部材Ｈの磁石Ｍ１の間に斥力が作用し、磁石Ｍ１は互いに同期して離間する方向に移動する。これにより、板状回転部材Ｈの回転状態が維持される。
【００２７】
尚、本実施例では、本体部Ｇの１回転によって板状回転部材Ｈは磁石Ｍ１つ分、本実施例では１／１６回転する。板状回転部材Ｈの回転数は、本体部Ｇの回転数を板状回転部材Ｈに設置された磁石Ｍの数で除算して求められる。
【実施例２】
【００２８】
本発明にかかる磁気駆動装置１の第二実施例について、図３を基に説明する。図３は、本体部Ｇの端部ＧＬを含むＹ軸に垂直な面の断面図であり、第一実施例では端部ＧＬは１つのみ形成されていたが、本実施例では２つの端部ＧＬが形成されている。このように構成した場合には、本体部Ｇの１回転によって板状回転部材Ｈは磁石Ｍ２つ分回転する。
【００２９】
尚、形成する端部ＧＬの数は、上述した第一実施例及び第二実施例に限られず任意の数作製可能であり、板状回転部材Ｈの回転量は、本体部Ｇの回転数を板状回転部材Ｈに設置された磁石Ｍの数で除算した値に端部ＧＬの数を積算して求められる。
【実施例３】
【００３０】
本発明にかかる磁気駆動装置１の第三実施例について、図４を基に説明する。本実施例では、１の本体部Ｇに対し、複数の板状回転部材Ｈの組が本体部Ｇを取り囲むように配置されている。このような構成にすることにより、本体部Ｇの同じ回転で複数の板状回転部材Ｈの組を同時に駆動することができる。つまり、設置した板状回転部材Ｈの数に比例してより多くの駆動力を得ることができる。
【実施例４】
【００３１】
本発明にかかる磁気駆動装置１の第四実施例について、図５を基に説明する。本実施例では、１の本体部Ｇに対し、対応する板状回転部材Ｈの回転中心を同軸上に構成した複数の板状回転部材Ｈの組が設置されている。この実施例では、本体部Ｇは円形ではなく、略柱状に形成されている。また、２枚の板状回転部材Ｈの最近接部近傍の遮蔽状態を変更可能にするために、端部ＧＬは、凹凸部の連続した形状、例えば、図５に示すように、長方形状の複数の同一の切欠き部が等間隔に複数設けられている形状に形成されている。この本体部Ｇを板状回転部材Ｈの軸芯方向にスライド動作させると、２枚の板状回転部材Ｈの間に斥力が断続的に作用し、板状回転部材Ｈを回転駆動することができる。尚、切欠き部の形状は長方形に限らず、台形等であってもよい。このように構成することにより、上述した第三実施例と同様に、１の本体部Ｇの動作で複数の板状回転部材Ｈの組を同時に駆動して、板状回転部材Ｈの数に比例した駆動力を得ることができるのである。
【実施例５】
【００３２】
本発明にかかる磁気駆動装置１の第五実施例について、図６乃至図７を基に説明する。本実施例では、図６乃至図７に示すように、円盤の上下面に本体部Ｇが形成されている。この本体部Ｇは、円盤の面より回転力付与手段と端部ＧＬとが順に構成され、更に、重量を減少させて駆動力を低減するために本体部Ｇと円盤との間が中空になるように構成されている。更に、本実施例では、端部ＧＬは上下面で計４ヶ所に形成されている。板状回転部材Ｈは、円盤の上下面の本体部Ｇ夫々に対し複数組設置されている。
【００３３】
この円盤を回転させると、円盤の上下面夫々に形成した本体部Ｇがともに回転し、この回転にともなって複数の板状回転部材Ｈの組が同期回転する。板状回転部材Ｈは、本体部Ｇの回転数、及び、本体部Ｇに形成された端部ＧＬの数に比例した回転数を得る。したがって、本実施例において板状回転部材Ｈより得られる全体の駆動力は、板状回転部材Ｈの数に比例するので、１の本体部Ｇの回転駆動で効率よく駆動力を得ることができるのである。尚、本実施例では端部ＧＬは上下面で計４ヶ所に形成したが、これに限るものではなく、任意の数形成可能である。
【００３４】
尚、第一実施例から第五実施例では、一対の回転部材として、底面の形状が円形の板状回転部材Ｈを用いたがこれに限るものではない。良好な回転を得られるのであれば、板状部材ではなく、球や凹レンズ等の形状であってもよい。
また、本発明にかかる磁気駆動装置１は、半径外方向に同一の磁極を向けて配置されているが、これに限るものではない。板状回転部材Ｈを同期回転させたときに、同極の磁石同士が対向するように配置されていればよく、その配置方法は任意である。例えば、磁石Ｍを半径外方向に交互に異なる磁極を向けて配置し、周囲にコイルを配置すれば発電装置として利用することもできる。
更に、板状回転部材Ｈに模様を施せば、装飾品等として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる磁気駆動装置の断面図
【図２】本発明にかかる磁気シールドの断面図
【図３】本発明にかかる磁気シールドの断面図
【図４】本発明にかかる磁気駆動装置の一実施例を示す斜視図
【図５】本発明にかかる磁気駆動装置の一実施例を示す斜視図
【図６】本発明にかかる磁気駆動装置の一実施例を示す斜視図
【図７】本発明にかかる磁気駆動装置の一実施例を示す正面図
【符号の説明】
【００３６】
１    磁気駆動装置
Ｍ    磁石
Ｈ    板状回転部材
Ｇ    本体部
ＧＬ  端部
【図１】
2005057921.tif 000003
【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】
2005057921.tif 000009