(57)【要約】【課題】  基本構造の直流電動機が簡単な構造で主軸駆動の回転の補助と発電を可能にし、またその際の蓄熱を防止することが課題である。【解決手段】  単極機とその磁石を利用し主軸の電機子を廻して駆動力で単極機を回転移動させ、また駆動側の単極機も動力回転し、増大する慣性力を利用して駆動力を補助し、また発電側の単極機で駆動中の発電を可能にして上記構造体の回転により空気の強制対流を起こして蓄熱を防止する方法を解決手段とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子に対して電流流通路が形成されてまた磁界も成されるよう配され隣接した永久磁石使用の単極機が駆動側と発電側とに有り、該駆動側の単極機が導体円板の周辺部分がギア形状でブラシの役目をするように回転移動し、接して通常の仕事をするギア形状の整流子と、該発電側の単極機と接触し電流流通路を形成する前記整流子と同形状のギア形導電性固体と電機子を設けた集合構造体で、それに電流が流れ単極機の磁力で磁界が形成され該電機子に利用することで動力回転し、また発電側単極機もそれにより回転されることで動力回転中にも発電が可能となった構造を持つ直流電動機で、前記永久磁石使用の単極機にギア形状固体をその軸部、導体円板部に使用した単極機が該整流子周りに保持され、又磁界が形成される関係を保ちながら該整流子周りに回転移動できるようにして、単極機によって発生する慣性エネルギーをギアの性質により主軸回転へ変換出来るようにした本発明の構造を持つ単極機の補助する発電機能付３極直流電動機。
【請求項２】
前記請求項１で、整流子と回転導電性固体に接触する単極機のギアを、導電性のある円板を加工形成して該ギアに代わるバネ作用のある導電性部品として使用し安定した電流流通路を形成した、前記請求項１の構造を持つ単極機の補助する発電機能付３極直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単極機とその永久磁石を使用した直流電動機に関するもので、動力回転を補助し駆動中の発電をさせるため単極機とその磁気を利用して電機子が駆動し、また単極機の回転移動により発生する慣性力で、駆動中の電力消費を軽減し、回転する単極機で発電を可能にし、電動機内の蓄熱を防止したものである。
【背景技術】
【０００２】
既存のよく知られる回生ブレーキというシステムは、既存の電動機で発電作用を起こし、電力供給する方法の一つで、電動機の回転中に動力電流を完全に断ちその慣性力でのみ発電を起こしている。そのため車両等に用いられ発電時の回転抑止力でブレーキに似た制動を行っている。この例として以下のように開示されているものがある。
【特許文献１】特開２００５−０７５３１８
【特許文献２】特開昭５１−１４９５１７
【０００３】
また、継続発電させる為には別に駆動力（内燃機関エンジン、水力、風力等）が不可欠であり、電力又はそれ以外のエネルギー資源を浪費する、構造が複雑化、大型化する。また、発熱物（エンジン、太陽熱等）が電動機周りにある場合、磁石に影響するため駆動（又は発電）効率が悪くなるなど、現在ではそうしたものに対しての省資源に関する需要が高まり重要視されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上途の解決策として既存では電動機（又は発電機）や電源（バッテリー等）での高効率化、大容量、大出力化等で対策され、熱対策としては液体ヘリウム等の冷却物質を使用して冷却しているが、電動機の基本自体は変わらないので上記に示した既存の対策方法は限界に来ている。そこで一つの解決案として電力維持や電力保護、また省資源（構造の簡単化等）、将来への発展等の観点から、簡単な構造で駆動中でも発電する事ができ、また蓄熱も防止できる電動機を提案する。しかし、電動機に発電機を設け作動させると、当然の事上記のように反力作用（ブレーキ作用）が起こって減速する、あるいは回転を止める。又それは公知で不可避である。本発明はこのような反力作用の少ない発電で回転を維持、又は何らかの方法で回転を補助して節電に利用し、蓄熱の少ない簡単な構造の電動機を開発することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するため本発明の請求項１は、簡単な構造にするため永久磁石使用の３極直流電動機を基本構造とし、発電時、又ブラシの抵抗等を考え、其の為に永久磁石使用の単極機を使い、２つの該単極機が駆動側としてそのギア形状の導体円板周辺がブラシの如く主軸のギア形状の整流子に接触し電気が伝わり電流流通路が成され、そして単極機間での磁界を利用した３極電機子（主軸）の動力回転でギアを介して単極機に動力が伝わり回転移動する。そうして発生する慣性力は、単極機の動力回転と合さってまたそのギアを介して３極電機子（主軸）に伝わり駆動を補助して電力消費を軽減する。また発電側では前記単極機の磁気と反発するよう組み合わされ一体形成された同様の２つの単極機を発電側とし、上記駆動側と同様の方法で整流子と同形状のギア形導電性個体が前記発電側単極機に接触し電流流通路を形成して、上記駆動側の動力により回転され発電を可能にする。そしてその単極機等の電動機の構造による回転により電動機内に強制的な空気の対流が起こって蓄熱を防止するように構造することを手段とする。
【０００６】
請求項２では、前記請求項１での構造体でその整流子とギア形導電性固体に接する単極機の導体円板に加工を施しバネの性質を与えて一定の力で電気接触部分が押されるようにして、ギア等の接触摩擦による磨耗等により起こりうる電流流通路の接触不良を該導体円板のバネ性質により簡単な構造で解消出来るようにした。その導体円板加工部品を備えた請求項１の構造体により前記請求項１の駆動、発電等を安定して動作させることを手段とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は本体内で回転する単極機がブラシの役目もするため摩擦抵抗が低く、また回転移動することで発生する慣性力を利用し、該単極機も動力回転して有効活用することで主軸の駆動（回転）を補助させ発電を同時に両立させる。またモーターケースに外気穴を設けることで単極機、電機子等の回転する構造体の回転によりモーターケース内の蓄熱現象の防止にも成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１、図２は、それぞれ上方投影図（Ｂ‐Ｂａ）と横方断面図（Ａ‐Ａａ）を示している本発明の全体図である。図２を参照すると主軸１は主軸受け部品１ａが、中心にベアリング等を使用して回転可能に保持され、円筒形部品１ｂは前記１ａに本発明の構造が支えられるように固着され、モーターケースとして成る。このモーターケースに構造上問題のないよう外穴をあけることになる。又ここで図示される構造ではギアを用いて単極機との関係を築いている。その単極機は公知で知られる構造で、導体円板と永久磁石が中心軸を持ち一体形成されその中心軸と導体円板周辺が電流流通路を形成し電気の流れで単極誘導を起こすもので、本発明ではそれを磁気が相反するよう絶縁性の中心軸Ｉで形成組織される単極機４ａ、４ｂを使用する。該単極機４ａ、４ｂは図２においてギア等により単極機誘導リング３ａ、３ｂならびに整流子２ａ、ギア形導電性構造体２ｂに該整流子周りに回転可能に保持される。電機子５（回転子）は既存の３極電機子である。ところで図２に図示している、モーターケース内円周面に設置する単極機誘導リングである３ａ、３ｂは図８のＭのように電気接触の役目もあるため導電性を備えた、例えばベリリウム銅から構成されるものとした加工部品リングＶ、Ｗを備えて固着され、モーターケースへの電流漏洩防止の為部品Ｘはセラミック樹脂等の電気的絶縁材料で構成される。あるいは絶縁を施しモーターケース内に該部品Ｘを形成し加工部品リングＶ、Ｗを固着された、一体形成部品としてもよい。またその３ｂの導電性リングには外部接点Ｚｂへ接続され電力を供給し、３ａの導電性リングには外部接点Ｚａに接続され図示しない電源から電力供給される。また、３ａ、３ｂは内周に単極機軸ギア（図７のＹ）に対してギアを形成され（図９のＭａ）、すべて同寸法、同精度、同強度であり、単極機が回転移動する際それに耐えうる強度を有する。またその３ａ、３ｂは、構造上重要な部品のためギア歯数は同数で、又滞りなく回るよう徳に図１の直径寸法Ｓに関して高精度の加工を有する。
【０００９】
図３はこの発明の根幹ともなる、前記誘導リングと関係する単極機とその回転による慣性力を簡単に図示してある。このとき中心回転体である主軸部分は回転運動がその左右にある単極機へ伝わり回転運動エネルギーが与えられ、また単極機の軸円周での回転移動と前記回転運動エネルギーによる慣性力が得られ、そしてまた主軸部分へ該慣性力が与えられる。このように単極機を回転移動するよう構造する。この図でリングの幅寸法Ｊは、単極機の導体円板ギアＧ等の外周がモーターケース等に接触しないよう間隔を持たせる。また電流方向によって単極機の回転方向とそれにより移動方向が変わるので注意が必要である。
【００１０】
そこで例として図５では、本発明の形態での磁石の磁力方向と磁界とその全体の電流流通路を簡潔に示している。本発明は図５の中で電機子に関する磁界、回転方向の問題から単極機（４ａ、４ｂ）の一体形成で組織している磁極は見た目上下それぞれ相反するように具備してある。それは上下が異なる極性である場合、電機子に対して適切な磁界が形成されない為で、又発電側の単極機によっても駆動側との回転方向を合わせて発電させる為でもある。通常電動機は、磁石がモーターケース内側壁固着で軸を中心に対称でＮ極側、Ｓ極側があって磁界を形成する必要がある為、本発明は単極機が廻り、又その磁石を利用し磁界（図５のＲａ）を形成して電機子を廻す必要が有る為、異方向に整流子に隣接された単極機（４ａに対し４ｂ）は異なる磁極となる。ここで図５の磁界Ｒａを参照すると、磁極の上下、左右が適切な状態であることが分かる。図５の磁極配置と電流流通路との関係により、回転方向も決まる。図５に図示している様にこの場合単極機４ａ、４ｂは左回転となり、その間に隣接する主軸（整流子２ａ、２ｂ等）は右回転となる。
【００１１】
図４は回転運動を伝えるためのギアを使用した図で、ギア形状の整流子２ａが、ギア形状の導体円板Ｇを備えた単極機４ａ駆動側と側面接触で隣接している。こうすることで接触面の磨耗を低くすることが出来る。この場合、ギアの接触部分が絶縁部分を飛び越えて２箇所あることがわかる（図４のＫ）。これはギアの性質上発生することで問題はなく、本体にもこれによっては漏電する事はない。ここで図６を参照するとギア形整流子２ａ、ギア形導電性構造体２ｂの例を図示している。ここで部品Ｑａ、Ｐは絶縁性のある、例えばプラスティック樹脂として、電機子５及び単極機の磁気から影響を受けないよう工夫する。この２ａ、２ｂは単極機を支え、導電性を良くするため導電性のあるギアとガイドを具備する（２ａの場合ガイド部も等分される）。ただし、動力伝達のため整流子２ａと２ｂのギア歯数は同数であり、単極機側の隣接するギアとは同数でなくてもよいが、形状は精巧に同様なものにしなければならない。
【００１２】
図７はギア形状導体円板を使用した単極機（４ａ、４ｂ）の斜投影図とその部品図である。図示された単極機４ａと４ｂの２種類の単極機を構成する。前記の単極機は外見上一体構造物であるが、駆動部分と発電部分とに分けられ、円筒形永久磁石Ｈ又は、軸部品Ｉに電気絶縁される。円筒形永久磁石Ｈはフェライト等の絶縁物質であることが望ましいが、軸部品Ｉが絶縁性のある固体部品に限り、導電性材質である磁石例えばネオジウム磁石であってもよい。部品Ｔａ、Ｔｂ、Ｆａ、Ｆｂは単極機誘導リングの接触部品リングＶ、Ｗに回転接触し、また単極機本体を支えるため導電性を備えた、例えばベリリウム銅から構成される。又軸部品ＩやギアＹは、セラミック樹脂等の絶縁材質からなる。なお、図７中の各部品は、組立て完成時において４ａ、４ｂすべてが同精度、かつ同強度となるようにする。また、単極機が回転移動する際、全てにおいて耐えうる強度を有する。また精度に関して、他の部品と接触して回転する部分（図８中のギアＧ、組立構造部品Ｆ、Ｔ）はその構造上、ギア歯数を同数とし、ギア歯形状は隣接する上記リング（３ａ、３ｂ）と同様で、また高精度の加工を有する。
【００１３】
本発明に搭載される単極機（図７の４ａ、４ｂ）は電気接触不良防止のため、その構造上図８のＭのように部品図７のＦ、Ｔにガイド部が設けられる。ここでは単極機が回転移動するためＦｂ、Ｔｂは強度を考えてガイドもふくめ一体形成部品としてあるが、ガイドＦａ、Ｔａ及びギアＹは別部品になっている為ネジ等で強固に固着しなければならない。また単極機４ａ、４ｂの製造工程の際も、該単極機が運動中に分解しないよう強固に固着する。そして必ず部品Ｇに電気が流れ、電流流通路が形成されるようにする。
【００１４】
本発明は上記のとおり、ギア等の使用が多く重量が重くなってくる可能性があるが、ギアＧと整流子等（２ａ、２ｂ）のギア比を調整するなど工夫するとよい。またギア等の導電性部品の材質を鉄などから軽金属（アルミ、ジュラルミン等）に変更する、絶縁性の部品なら強度を考えてセラミック、またはプラスティック、カーボン等にするなど工夫して軽くすることは可能である。ただし、単極機の永久磁石Ｈや前記ギアＧ等の回転部は本発明の構造上、その慣性力を発生させる為ある程度の質量は必要となる。
【００１５】
またギアに関して、電気以外に動力を伝える役目も担っているため小型電動機の作成であっても横応力に耐えられる様に噛み合わせが外れないように、接するギアにある程度の強度を持たせる工夫が必要である。特にギア部品Ｙや誘導リング部品Ｘにも相当の力がかかる為、電気的絶縁性のある材質、例えばセラミック樹脂から構成される。ギアの関する図には例として必ず導電性のあるガイドを設けて、電気接触とも十分に足りるよう図示している。また、ギア歯形状は通常の形態で十分通用するだろう。だが出来る限り滑らかに回転移動できるような工夫をしてあれば、本体の耐久性も上がり、駆動力や発電量もそれに比べて上がるだろう。
【００１６】
本発明は構造上、単極機とのギア同士には少なからず遊びがあり、またギアが擦れて間隔が開き電気の接触不良を起こす可能性がある。そこで、図８では単極機のギアＧの代わりに導電性の円板例えばベリリウム銅の円板に加工を施した図８のＬの様に単極機導体円板にバネの性質（図８のＮ）を持たせるようにする一例（但し接触箇所が整流子、例えば図６の２ａ、２ｂのギア部分と噛み合う様に、又引っ掛かりの無い様にする）を挙げる。こうすれば、単極機４ａ、４ｂは整流子、単極機誘導リングの導体部分とも接しバネ作用により適度に押し付けるため簡単な構造で接触不良を防止出来る。ただし前記の部品ＬはギアＧに比べ横応力に弱いため、前記部品Ｌと整流子へ別にギアを設け、ギアには動力を、整流子は部品Ｌに電気接触し、整流子の仕事だけをさせることで、さらに大きな動力に対応させる方法もある。但しギア部品が増えることで重量増となるが、耐久力はあがる
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上のように本発明は簡単な構造により構成されていて、電動機で有る為、電気機関車、ハイブリッド自動車等に使われれば回生ブレーキにも当然利用でき、本発明では単極機補助の発電機能付３極直流電動機としているが、構造上本体すべてを発電機とすることもできる。また、永久磁石や回転子等の両回転により、モーターケース内に強制的な空気の対流が起こり、外気孔を設けるだけで蓄熱現象の防止になる為、産業上の利用可能性を有する。
【００１８】
駆動力を単極機が補助しながら発電する事が可能な為、単極機の慣性力や発電力分で電力を節約する事ができる。また、本発明では駆動力をまかなうほどの電力の発生は困難だが、前記により既存のものより明らかに効率が良くなる為、駆動の持続時間は飛躍的に上がる可能性が高い。さらに本発明は３極直流電動機を基本としているので、回転子の多極化、ローターの多積層化、磁石の磁力強化等による将来の更なる発展性が高い為、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図２のＢ−Ｂａから見た上方投影図である。
【図２】図１のＡ−Ａａから見た横方断面図である。
【図３】本発明の根幹となる慣性力発生の概念の説明図である。
【図４】整流子（２ａ）と単極機との関係の説明図である。
【図５】本発明を簡潔にした側面図であり、電流流通路と磁極と磁界の関係の説明図である。
【図６】導電性ガイド付ギア形整流子２ａ、ガイド付ギア形導電性固体２ｂの上方投影図、横断面図（Ｃ−Ｃａ、Ｄ−Ｄａ）である。
【図７】単極機４ａ、４ｂの斜投影図と組立図である。
【図８】単極機の接触部分の拡大図とギア部品図である。
【図９】誘導リング（３ａ、３ｂ）の断面図（Ｕ）である。
【符号の説明】
【００２０】
１    電動機主軸
１ａ  上記軸受け用モーターケース部品
１ｂ  上記モーターケース円筒形部品
２ａ  導電性ガイド付ギア形整流子
２ｂ  上記整流子と同形状のガイド付ギア形電導性固体
３ａ  モーターケース内周に設備される内周中接触部がギア形状の、単極機軸ガイド受け接点用単極機誘導リングの駆動側用
３ｂ  上記３ａの発電側用
４ａ  磁極を向かい合わせで構成され、発電を可能にし、又電機子に対して磁界と電流流通路を形成するための単極機Ｎ極側
４ｂ  上記単極機Ｓ極側
５    ３極電機子（回転子）
Ｆ    単極機４ａの導体接触用ガイド付き軸とギアＹとの構造体
Ｆａ  単極機４ａの導体接触用ガイド
Ｆｂ  単極機４ａの導体接触用ガイド付き軸
Ｇ    単極機の磁石側外周導体接触用ギア
Ｈ    単極機用円筒形磁石
Ｉ    単極機非導体（絶縁体）中間軸
Ｊ    ３ａ、３ｂのリング幅
Ｋ    ギアＧと整流子ギア部分との接触箇所
Ｌ    ギアＧの代わりとして使用する、バネ作用のあるよう加工された導体円板
Ｍ    単極機軸ガイドＦ、が誘導リング（３ａ）に接触した部分とその拡大図
Ｍａ  単極機軸ギアＹに対し誘導リング（部品Ｘ）のギア形成部分
Ｎ    導体円板Ｌのバネ部分とその拡大図
Ｏ    単極機のギアに接するギア形状を持つ３等分された、整流子２ａの導電性部品
Ｏａ  上記導電性部品の３等分されない２ｂの導電性部品
Ｐ    上記部品のО、又はＯａを挟み、拘束し、応力に耐える整流子２ａ、２ｂの絶縁性部品
Ｑ    上記３等分された部品Ｏの間に入れる、整流子２ａの絶縁性部品
Ｑａ  上記Ｏ、Ｏａの内周面に一体形成される整流子２ａ、２ｂの絶縁性部品
Ｒ    電流流通路とその電流方向
Ｒａ  単極機４ａと４ｂの磁石間に発生する磁界
Ｓ    誘導リング部品（３ａ、３ｂ）の内周寸法
Ｔ    単極機４ｂの導体接触用ガイド付き軸とギアＹとの集合構造体
Ｔａ  単極機４ｂの導体接触用ガイド
Ｔｂ  単極機４ｂの導体接触用ガイド付き軸
Ｕ    図２の誘導リングの断面部分（拡大部分の図１０）
Ｖ    誘導リング（３ａ、３ｂ）の単極機４ｂ側ガイド接触用導体リング
Ｗ    誘導リング（３ａ、３ｂ）の単極機４ａ側ガイド接触用導体リング
Ｘ    誘導リング（３ａ、３ｂ）の導体リングＶ、Ｗを設置できる、ギアＹがその内周に沿って回転移動できるようなギアを内周（Ｍａ）に備えた絶縁性のある誘導リング部品
Ｙ    単極機軸側用の電気的絶縁性のあるギア
Ｚａ    外部電気接点駆動電力供給側（電極＋、−を有する）
Ｚｂ    外部電気接点発電電力出力側（電極＋、−を有する）
【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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