(57)【要約】【課題】本発明に係る永久磁石に係る回転装置は、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持する構造の技術を提供することにある。【解決手段】永久磁石による回転装置であって、複数の永久磁石が配置された２つの円板とそれぞれの該円板が連動して回転する回転伝達部を持ち、該２つの円板の磁石を設置する箇所は、それぞれの該円板の回転比率の逆数の倍数であることを特徴とする回転駆動装置。また前記回転比を：３、２：４、３：２、３：４、３：５、４：２、４：３、４：５、４：７のいずれかであるが有効である。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による回転装置であって、
複数の永久磁石が配置された２つの円板とそれぞれの該円板が連動して回転する回転伝達部を持ち、
該２つの円板の磁石を設置する箇所は、それぞれの該円板の回転比率の逆数の倍数であることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
前記回転比は、２：３、２：４、３：２、３：４、３：５、４：２、４：３、４：５、４：７のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
【請求項３】
磁石は、前記２つの円板の回転軸を結ぶ線から所定の角度、離れた位置で正対することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転駆動装置。
【請求項４】
前記所定の角度は１５度から３０度程度であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項５】
前記磁石を設置する箇所に設置する磁石は複数であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記円板の回転比率が小さいほうに、磁石を加熱する加熱部と磁石を冷却する冷却部を配置していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項７】
前記加熱部は、回転方向に対して、前記２つの円板の回転軸を結ぶ位置よりも前に配置され、
前記冷却部は、回転方向に対して、前記２つの円板の回転軸を結ぶ位置よりも後に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の回転駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石のみを用いた回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題への関心が高まり、再生エネルギーなどの開発、事業化の動きも活発である。また、エネルギーの効率的使用の観点から、磁石の性能の向上改善も進んでいる。輝度類磁石のネオジム磁石のように、残留磁束密度と保持力の大きな永久磁石が登場したことから、これらを用いた動力装置や発電機などに関する技術が様々提案されている。
【０００３】
このような永久磁石を用いることで、小型で大きな力を発生させる駆動装置も可能である。そこで、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持する装置が求められていた。
【０００４】
永久磁石のみを動力源として回転する装置（特許文献１参照）が提案され、公知技術となっている。より詳しくは、同じ向きの永久磁石同士の斥力と磁石対強磁性体部材間の吸引力とが丁度釣り合い押しも引きもしない状態となる距離をニュートラル領域と呼び、そこから少しでも離そうとしたときに発生する斥力を正帰還斥力と呼ぶことにすると、ローター側永久磁石とステータ側永久磁石が近接しているときはほぼニュートラル領域を保つことにより、離れるときは正帰還斥力が発生できるようにした技術である。
【０００５】
しかしながら、本技術は、対向する磁石間の極めて微妙な距離のバランスにより制御するものであり、回転時の揺らぎなどを考慮すると安定して回転は困難である。そのため、前記問題の解決には至っていない。
【０００６】
本発明者はそれらの問題を解決しようと、回転する円板における磁石の対向位置に着目し、「永久磁石を用いた回転駆動装置」の提案に至るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４４８９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持するという問題点に鑑み、回転する円板における磁石の対向位置を調整することによって解決する手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置は、複数の永久磁石が配置された２つの円板とそれぞれの該円板が連動して回転する回転伝達部を持ち、該２つの円板の磁石を設置する箇所は、それぞれの該円板の回転比率の逆数の倍数であることを手段とする。
【００１０】
また、本発明は、前記回転比は、前記回転比は、２：３、２：４、３：２、３：４、３：５、４：２、４：３、４：５、４：７のいずれかであることを手段とする。
【００１１】
また、本発明は、磁石は、前記２つの円板の回転軸を結ぶ線から所定の角度、離れた位置で正対することを手段とする。
【００１２】
また、本発明は、前記所定の角度は５度から３０度程度であることを手段とする。
【００１３】
また、本発明は、前記磁石を設置する箇所に設置する磁石は複数であることを手段とする。
【００１４】
また、本発明は、前記円板の回転比率が小さいほうに、磁石を加熱する加熱部と磁石を冷却する冷却部を配置していることを手段とする。
【００１５】
また、本発明は、前記加熱部は、回転方向に対して、前記２つの円板の回転軸を結ぶ位置よりも前に配置され、前記冷却部は、回転方向に対して、前記２つの円板の回転軸を結ぶ位置よりも後に配置されていることを手段とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置によれば、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持することが可能であり、エネルギー保存、生成に供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の動作原理を示す図である。
【図３】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の動作過程を示す図である。
【図４】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の動作過程の詳細を示す図である。
【図５】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の他の実施例として突起に対して複数の磁石を配置した図である。
【図６】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の他の実施例として、円板の種々の比率を示す図である。
【図７】本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の他の実施例として、加熱冷却動作を付加した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明である永久磁石を用いた回転駆動装置は、長時間回転を維持することが可能であることを最大の特徴とする。以下、実施例を図面に基づいて説明する。
なお、本実施例で示される永久磁石を用いた回転駆動装置の全体形状及び各部の形状は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状及び寸法の範囲内で変更することができるものである。
（実施例１）
【００１９】
図１から図２に従って、本発明を説明する。
図１（ａ）は、本発明の全体図を示し、図１（ｂ）は同発明の一部変更した全体図である。
回転駆動装置１は、第１の回転部２と第２の回転部３とから構成されている。回転駆動装置１は、連動して回転する第１の回転部２と第２の回転部３が第１の永久磁石５と第２の永久磁石９の互いに反発する力を利用して回転する。
第１の回転部２は、第１の円板４と第１の永久磁石５と第１の回転伝達部６とからなる。第１の円板４は、第１の永久磁石５を周囲に埋め込んだ円板状である。中心を軸に回転する。第１の円板４の大きさは、第２の円板８に比べて概ね２倍である。大きさは、概ね、第１の回転部２と第２の回転部３の回転比率で決定される。
【００２０】
第１の円板４の周囲には突起部７があり、第１の永久磁石５は、突起部７の先端付近に配置されている。第１の永久磁石５は、ネオジムの永久磁石であり、全ての磁石が同一の極を外側に向けて配置されている。本例では、Ｎ極を外側に配置している。第１の永久磁石５は４つ、９０度間隔で配置されている。また、第１の永久磁石５の配置は、長手方向を、第１の円板４の中心からの線に対して１５度の角度を持って配置している。これは、後述する、第２の円板８の第２の永久磁石９と最も接近した際に、第２の永久磁石９と対向するようにするためである。
【００２１】
第１の回転伝達部６は、第１の回転部２と第２の回転部３を連動して回転させるために、第１の回転部２の回転を第２の回転部３に伝えるためのものである。歯車となっており、第２の回転伝達部１０と接続し、回転を伝達する。第１の回転伝達部６と第２の回転伝達部１０の回転比率は３：２である。そのため、第２の回転部３が１回転する間に第１の回転部２は１．５回転する。第１の回転部２の第１の永久磁石５と第２の回転部３の第２の永久磁石９が所定の位置で対向しなければ、本発明の効果が得られないことから、比率は正確である必要があるし、歯飛びが起こらないようにしなければならない。
【００２２】
第２の回転部３は、第２の円板８と第２の永久磁石９と第２の回転伝達部１０からなる。第２の円板８は、第２の永久磁石９を周囲に埋め込んだ円板状である。中心を軸に回転する。第２の円板８の大きさは、第１の円板４に比べて概ね半分である。第２の円板８の周囲には突起部１１があり、第２の永久磁石９は、突起部１１の先端付近に配置されている。第２の永久磁石９は、ネオジムの永久磁石であり、全ての磁石が同一の極を外側に向けて配置されている。本例では、Ｎ極を外側に配置している。第２の永久磁石９は６個、６０度間隔で配置されている。また、第２の永久磁石９の配置は、長手方向を、第２の円板８の中心からの線に対して３０度の角度を持って配置している。これは、第１の円板４の第１の永久磁石５と最も接近した際に、第１の永久磁石５と対向するようにするためである。第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が対向することによって、同じ極であるＮ極が対向し、最も接近することになるので、大きな反発力を得ることが出来る。
【００２３】
本発明では、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が、第１の回転部２と第２の回転部３の回転軸からずれた位置で最も接近する構造であり、第１の円板４と第２の円板８の回転率も異なることから、第１の円板４と第２の円板８の外周に適当な凸凹を付け、第１の円板４と第２の円板８が回転時に接触しない形状にする必要がある。そのため、第１の円板４、第２の円板８とも、第１の永久磁石５、第２の永久磁石９の配置部分は突起部７、突起部１１のように突起とし、それ以外の部分は外周を凹ませる形態を採っている。第２の回転伝達部１０は、第２の円板８の回転を第１の回転部２に伝えるためのもので、動作は第１の回転伝達部６で説明した通りである。
【００２４】
図１（ｂ）には、第１の回転伝達部６と第２の回転伝達部１０の回転伝達として、歯車では無く、ベルトを用いたものである。第１の回転部２と第２の回転部３は所定の位置で第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が接近しなければならないので、通常のベルトではなく、タイミングベルトを用いることが好適である。第１の回転伝達部６と第２の回転伝達部１０の径を、２：３とすることで、第２の回転部３が１回転する間に第１の回転部２が１．５回転し、常に、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９の関係が保たれる。
【００２５】
図２を用いて、構造を説明する。第１の円板４と第２の円板８が所定の間隔を置いて回転可能に固定される。第１の円板４の突起部７、第２の円板８の突起部１１には、第１の永久磁石５、第２の永久磁石９が、それぞれ配置されている。本例では、第１の永久磁石５の一つが第１の円板４、第２の円板８の軸を結ぶ線上から１５度（θ１）ずれた位置にあり、第２の永久磁石９の一つが、第１の円板４、第２の円板８の軸を結ぶ線上から３０度（θ２）ずれた位置にある。この位置で、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９は最も接近し、このときに、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が最も反発力を発揮しやすいように、互いに正対した配置としている。第１の永久磁石５、第２の永久磁石９とも対向する側が同じ極である。この例ではＮ極である。同じ極であればいいので、どちらもＳ極としてもよい。
【００２６】
この位置で、最も反発力を発揮することになるので、第１の円板４は、紙面上、左回転の力が生じ、第２の円板８には、右回転の力が生じる。反発力をＮとすると、第１の円板４の回転する力Ｔ１、第２の円板８の回転する力Ｔ２は、以下の式で表せる。
Ｔ１＝Ｎｓｉｎ（θ１）  −−−−−−−−−−−（１）
Ｔ２＝Ｎｓｉｎ（θ２）  −−−−−−−−−−−（２）
第１の円板４と第２の円板８は、第１の回転伝達部６、第２の回転伝達部１０を介して接続されているので、Ｔ１，Ｔ２の合算した力で第１の円板４、第２の円板８は回転することになる。
【００２７】
図３、図４を用いて、回転の詳細を説明する。図3、図４とも本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の動作過程を示す図である。図はいずれも時系列の図である。図３は、第１の円板４が３０度回転ごとの図であり、図４は、１５度回転ごとの図である。第１の永久磁石５の特定の磁石をＡ１、Ａ２とし、第２の永久磁石９の特定の磁石をＢ１，Ｂ２とした。図３、図４とも、第１の永久磁石５（Ａ１）と第２の永久磁石９（Ｂ１）が、対向した後、第１の永久磁石５（Ａ２）と第２の永久磁石９（Ｂ２）が対向する際の図である。
【００２８】
第１の円板４の第１の永久磁石５（Ａ１）と第２の円板８の第２の永久磁石９（Ｂ１）が対向し、反発力から回転力が発生する（図３（ａ））。図３（ａ）で発生した回転力によって、第１の円板４と第２の円板８は回転を続ける。第１の円板４の第１の永久磁石５と第２の円板８の第２の永久磁石９はいずれも距離があり、互いに影響は受けない（図３（ｂ））。第１の円板４と第２の円板８は回転を続け、第２の永久磁石９（Ｂ２）が第１の円板４と第２の円板８の軸を結ぶ線を越える。第１の永久磁石５（Ａ２）は、回転比の違いから、Ｂ２に接近していないので、Ａ２とＢ２は互いに影響を受けない（図３（ｃ））。その後、Ａ２とＢ２が対向する位置に来て、反発力が発生し、回転量が発生する。
【００２９】
次に、図４を用いて、互いの磁石が接近した際の動作の詳細を説明する。Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２については図３と同じである。図４（ａ）は、Ａ１、Ｂ１が反発して、回転力が発生し、第１の円板４、第２の円板８がある程度回転した状態である。Ｂ２は、第１の円板４、第２の円板８の軸線上を超え、Ａ２は、まだ超えていない。このとき、Ａ２とＢ２は十分離れていることから、互いに反発力は発生していない。次に、さらに回転し、Ａ２が第１の円板４、第２の円板８の軸線上を超えた状態である（図４（ｂ））。Ａ２とＢ２は接近し始めているので、徐々に反発力が増大している。このとき、反発力は、第１の円板４に対しては、回転を止める方向、第２の円板８に対しては回転を進める方向に作用する。そのため、全体としては、力が相殺され、回転は維持される。
【００３０】
Ａ２、Ｂ２が正対し、反発力が最大となる（図４（ｃ））。この時点で、Ａ２の第１の円板４に対する力が回転を進める方向に作用し、回転力を発生させる。さらに、その後、反発力が徐々に低下するが、Ａ２、Ｂ２が反発している限り、回転力が増加する（図４（ｄ））。
【００３１】
このように、本発明によれば、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持することができ、様々なエネルギーの保存や動力源として使用することが出来る。
（実施例２）
【００３２】
他の実施例について図５を用いて説明する。実施例１と同様の部分は省略する。
実施例１において、対向する磁石を１対１としているが、それに係らず、複数の磁石を用いてもよい。図５には、２つの磁石を用いた例を示している。本発明では、第１の円板４と第２の円板８の回転軸からずれた位置で、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が接近して対向することが特徴であるが、そのために、第１の円板４と第２の円板８が第１の永久磁石５や第２の永久磁石９の無い場所で接触しないように、第１の円板４、第２の円板８の形状に工夫をする必要がある。そのため、第１の永久磁石５と第２の永久磁石９の対向する部分の第１の円板４、第２の円板８の形状も曲線状になる。
そこで、磁石をこの曲線に合わせた形で配置することで、本発明の特徴を維持したまま、磁石の量を増やし、反発力を増大させることが出来る。
そうすることで、永久磁石のみを用いて、より長時間回転を維持することができ、様々なエネルギーの保存や動力源として使用することが出来る。
（実施例３）
【００３３】
他の実施例について図６を用いて説明する。実施例１と同様の部分は省略する。
図６は、様々な回転比の場合の形状を示す図である。
実施例１において、回転比２：３の場合を示したが、本発明は、この比率にとらわれることなく、様々な比率で実施することができる。図６（ａ）が２：４、図６（ｂ）が３：４、図６（ｃ）が３：５、図６（ｄ）が４：５、図６（ｅ）が４：７、図６（ｆ）が４：３、図６（ｇ）が2：３、図６（ｈ）3：2の場合を示す図である。いずれも図も第１の永久磁石５と第２の永久磁石９が対向した位置の図である。
このように、回転比を変えることによって、長時間回転を維持することができ、様々なエネルギーの保存や動力源として使用する際、配置する磁石の位置を変えることが出来、様々な用途に対応することが出来る。
（実施例４）
【００３４】
他の実施例について図７を用いて説明する。実施例１と同様の部分は省略する。
図７は、本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置の実施例として、加熱冷却動作を付加した例を示す図である。図７（ａ）は本実施例の全体図である。図７（ｂ）は本実施例の断面図である。図７（ｃ）、図７（ｄ）、図７（ｅ）は、本実施例の動作の説明図である。
実施例１によって、長時間の回転を維持できるが、さらに高回転を得るための実施例である。図７（ａ）に示すように、紙面上、第２の円板８の左縁部の回転軸よりも上の部分を冷却するために冷却機１３を配置している。同様に、第２の円板８の左縁部の回転軸よりも下の部分を加熱するために加熱機１４を配置している。
【００３５】
冷却機１３は、冷気を送風するもので、この冷気によって第２の永久磁石９を冷却する。冷気は、図７（ｂ）に示すように、冷却領域１５にくまなく達するようにする。こうすることで、第２の円板８の温度を急激に低下させることが出来る。
加熱機１４は、熱気を送風するもので、この熱気によって第２の永久磁石９を加熱する。熱気は、図７（ｂ）に示すように、加熱領域１６にくまなく達するようにする。こうすることで、第２の円板８の温度を急激に上昇させることが出来る。
このように磁石の温度を変えることで、磁石の磁力を変えることが出来る。磁石の温度を上げることで、磁力は弱くなり、逆に、磁石の温度を下げることで、磁力を強くすることが出来る。この特性を利用して、回転駆動装置１の回転効率を上げる。
【００３６】
図７（ｃ）、図７（ｄ）、図７（ｅ）にて回転動作の説明を行う。図７（ｃ）において、第２の円板８の点線の領域の磁石第２の永久磁石９（Ｂ）にて説明する。点線部分は、加熱領域１６である。第２の永久磁石９（Ｂ）は、加熱領域１６にあることから、加熱され、磁力が低下する。そのため、第１の円板４の第１の永久磁石５との反発力は極めて小さい。
その後、回転して、冷却領域１５に入る。図７（ｄ）の点線部分である。第２の永久磁石９（Ｂ）は、一転、冷却され、徐々に磁力を回復する（図７（ｄ））。そして、第１の円板４の第１の永久磁石５と対向する位置で、磁力を完全に回復し、最大の反発力によって、第１の円板４、第２の円板８を回転させる（７（ｅ））。この動作を繰り返すことで、磁石が対向位置に来るまでの無用な反発を低減させることが出来、より大きな力で回転させることが出来る。
【００３７】
第１の円板４に比べて、第２の円板８は回転が遅いため、第２の円板８側に冷却機１３、加熱機１４を配置したほうがより効率的に温度変更が出来る。このように、本発明によれば、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持することができ、様々なエネルギーの保存や動力源として使用することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る永久磁石を用いた回転駆動装置は、永久磁石のみを用いて、長時間回転を維持する装置についての産業上の利用可能性は大きいと解する。
【符号の説明】
【００３９】
１    回転駆動装置
２    第１の回転部
３    第２の回転部
４    第１の円板
５    第１の永久磁石
６    第１の回転伝達部
７    突起部
８    第２の円板
９    第２の永久磁石
１０  第２の回転伝達部
１１  突起部
１２  タイミングベルト
１３  冷却機
１４  加熱機
１５  冷却領域
１６  加熱領域
【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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