JPH0561868B2

JPH0561868B2 -

Info

Publication number: JPH0561868B2
Application number: JP61013061A
Authority: JP
Inventors: Kohei Minato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1993-09-07
Also published as: AU584493B2; NO873380L; AU6892887A; HK53596A; EP0256132B1; JPS62171458A; WO1987004576A1; EP0256132A1; DE3751215D1; ATE120902T1; BR8705392A; DE3751215T2; EP0256132A4; NO873380D0; KR880701037A; US4751486A

Description

【発明の詳細な説明】「発明の技術分野」この発明は、磁力を利用して一対のロータを回
転駆動するようにした磁力回転装置に関する。

「発明の技術的背景とその問題点」従来、磁力を利用した回転装置としては、電動
モータが知られているが、電動モータの中で交流
電動モータを例にとつて説明すれば、この電動モ
ータ場合には、巻線により巻回されたロータと、
このロータの回りに電磁石により回転磁界を発生
するためのステータとからなつている。従つて、
このような電動モータにおいては、回転磁界を生
起するために常に電気を供給し続けなければ、ロ
ータの回転を維持することができず、このため、
ロータの回転駆動には、大きな外部エネルギ、こ
の場合には大きな電気エネルギを必要とする不具
合がある。

このようなことから、電磁石の代わりに永久磁
石が内在している磁力のみを使用してロータの回
転を維持できるような磁力回転装置が望まれてい
る。例えば、この種の磁力回転装置としては、互
いに逆方向に連動して回転可能な一対のロータを
並列的に配置するとともに、これらロータの外周
部それぞれに周方向等間隔を存してなる永久磁石
を固定して配置し、そして、各ロータの永久磁石
においては、それぞれ同じ極性を有する一方の磁
極が径方向外側を向くようにし、更に、これらロ
ータが連動して回転される場合に、一方のロータ
側の磁極を他方のロータ側の磁極に対し周期的に
近接させるとともに、この他方のロータ側の磁極
に対し僅かに先行して回転運動させることで実現
することができる。

即ち、上述の構成を有する磁力回転装置は、周
期的に近接対向する磁極間に磁気反発力を働か
せ、この磁気反発力を利用して一方のロータに回
転力を与えてこのロータを回転駆動するようにし
たものであり、また、他方のロータは、一方のロ
ータの回転駆動力が伝達されることで、一方のロ
ータに追従して回転駆動される。即ち、一対のロ
ータは連続的に同期して回転駆動されることにな
る。

ところで、上述の磁力回転装置においては、一
対のロータが永久磁石の磁力のみを利用して回転
駆動されている状態から、これらロータの回転駆
動を停止しようとする場合、ロータに制動力を与
えるブレーキ装置を別に設けるか、又は、ロータ
相互を上記磁気反発力の影響がなくなる程度まで
離間させる離間機構を別に設けなければ、これら
ロータの回転駆動を停止させることができず、ロ
ータの制動を容易に行えない欠点がある。

「発明の目的」この発明は、上述した事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、ロータの制動をな
すための複雑な機構を付加的に必要とせず、容易
にロータの制動をなすことができる磁力回転装置
を提供することにある。

「発明の概要」この発明は、一方のロータ側の永久磁石のうち
の１個を電磁石に置き換えるとともに、この電磁
石への通電方向を切り換え制御する通電切り換え
機構を設けてなり、この通電切り換え機構によ
り、ロータの制動時には、電磁石の磁極をこれと
周期的に近接対向する他方のロータ側の永久磁石
の磁極に対し反対の極性を有するように変えて、
これら磁極間にロータの制動力として働く磁気吸
引力を発生させることを特徴とするものである。

「発明の実施例」以下、この発明の一実施例を図面に基づき説明
する。

第１図には、磁力回転装置の全体が概略的に示
されている。この磁力回転装置は、箱形をなした
フレーム構体１を備え、このフレーム構体１内に
は、一対の回転軸２，２が互いに所定の間隔を存
して並行に配置されており、これら回転軸２，２
は、その上下端のそれぞれがフレーム構体１に対
し軸受３…を介して回転自在に支持されている。
一方の回転軸２には、第１ロータ４ａが取り付け
られており、また、他方の回転軸２には、第２ロ
ータ４ｂが第１ロータ４ａに対し並列的に取り付
けられている。これら第１及び第２ロータ４ａ，
４ｂのそれぞれは、同様な構造をなしており、例
えば、その回転軸２の軸方向に所定の間隔を存し
た２枚のリング状プレート５，５からなつてい
る。

又、第１及び第２ロータ４ａ，４ｂの下面に
は、連動手段としての合成樹脂からなるギア６
ａ，６ｂがそれぞれ取り付けられている。これら
ギア６ａ，６ｂは、第１及び第２ロータ４ａ，４
ｂの径寸法よりも大きな同一の径寸法を有し、互
いに噛み合わされている。従つて、第１及び第２
ロータ４ａ，４ｂは、互いに逆方向に連動して回
転可能となつている。尚、第１図中、７…は、第
１及び第２ロータ４ａ，４ｂを支える支持アーム
を示している。

第１ロータ４ａには、その外周縁部に周方向等
間隔を存して例えば16個の永久磁石８ａ…が配置
されており、これら永久磁石８ａ…は、リング状
プレート５，５間に固定して配置されている。こ
の実施例の場合、上記永久磁石８ａ…のうちの１
個は、電磁石９ａに置き換えられている（第２図
参照）。尚、第２図において、永久磁石８ａ…は、
その一部のみしか図示されていない。ここで、各
永久磁石８ａは、第３図に示されるように、ケー
ス１０内にフエライト磁石からなる棒状の強磁体
１１…を収容して構成されているが、強磁体１１
…は、隣接する端部相互の極性が同磁同士となる
ように配置されている。そして、永久磁石８ａ…
は、一方の磁極、例えば、Ｎ極が径方向外側を向
き、Ｓ極が径方向内側を向くような所定の姿勢で
配置されている。この実施例の場合、第２図に示
されるように、永久磁石８ａが回転軸２，２間に
位置付られたとき、その永久磁石８ａの長手方向
軸線Ａと回転軸２，２を結ぶ中心線Ｂとのなす角
度Ｃは、例えば、30度に設定されている。

一方、上記電磁石９ａは、第４図に示されるよ
うに、Ｕ字形をなした鉄心１２にコイル１３を巻
回して構成されており、この電磁石９ａもまた、
各永久磁石８ａと同様に磁極が第１ロータ４ａの
径方向外側を向き、且つ、上記角度Ｃの関係を満
足する関係に配置されている。ここで、電磁石９
ａは、Ｕ字形をなしていることから、電磁石９ａ
の両磁極は、いずれも第１ロータ４ａの径方向外
側を向いている。

一方、第２ロータ４ｂの外周部にも第１ロータ
４ａ側の磁石８ａ，９ａと同様にして且つ同数の
永久磁石が周方向等間隔を存し、且つ、一方の磁
極を第２ロータ４ｂ乃径方向外側に向けた状態
で、固定して配置されており、これにより、第１
及び第２ロータ４ａ，４ｂが第２図中、それぞれ
矢印方向に互いに連動して回転されると、第２ロ
ータ４ｂ側の永久磁石は、第１ロータ４ａ側の対
応する磁石８ａ，９ａに対し周期的に近接対向す
るようになつている。

第２ロータ４ｂ側の永久磁石について更に詳述
すれば、上述した第１ロータ４ａ，４ｂの回転に
伴い、第１ロータ４ａの各永久磁石８ａと周期的
に近接対向する第２ロータ４ｂ側の各永久磁石８
ｂは、永久磁石８ａと同様な構造を有するととも
に、その径方向外側の磁極は、第１ロータ４ａ側
の永久磁石８ａにおける径方向外側の磁極と同極
になつており、一方、電磁石９ａと周期的に近接
対向する第２ロータ４ｂ側の永久磁石９ｂは、第
４図に示される構造となつている。即ち、永久磁
石９ｂにおいても、永久磁石８ｂとほぼ同様な構
造であるが、電磁石９ａの両磁極がいずれも第１
ロータ４ａの径方向外側を向いていることから、
この電磁石９ａの両磁極に対して同極の磁極がそ
れぞれ周期的に近接対向するように強磁体１１…
の向きを変えてある。

また、永久磁石８ｂ，９ｂは、これらが回転軸
２，２間に位置付られたとき、第２図に示される
ように、その永久磁石８baの長手方向軸線Ｄと
回転軸２，２を結ぶ中心線Ｂとのなす角度Ｅが、
例えば、56度になるように設定されている。

更に、第１及び第２ロータ４ａ，４ｂがそれぞ
れ第２図中矢印方向に連動して回転されるとき、
第１ロータ４ａ側の磁石８ａ，９ａは、第２ロー
タ４ｂ側の対向する永久磁石８ｂ，９ｂに対し周
期的に近接する領域でみて、永久磁石８ｂ，９ｂ
よりも僅かに先行して回転運動されるように設定
されている。

第１ロータ４ａの電磁石９ａは、第４図に示さ
れるように、そのコイル１３に通電するための電
源をふくむ駆動回路１４は電気的に接続されてい
る。この駆動回路１４は、第１及び第２ロータ４
ａ，４ｂ相互の回転に伴い、電磁石９ａが永久磁
石９ｂと周期的に近接する第１領域においての
み、第１センサ１５からの信号を受けて電磁石９
ａに通電するようになつている。

即ち、第１センサ１５は、発光素子と受光素子
とを組み合わした光学式のセンサであり、この第
１センサ１５は、第１図に示されるように、第１
ロータ４ａの上方に位置するフレーム構体１の部
位に取り付けられている。第１センサ１５は、下
方に向けて光を出射し、この光が第１ロータ４ａ
の内縁から径方向内側に突出して設けられた反射
プレート部１６により反射されてなる反射光を受
光したとき、駆動回路１４に対し電磁石９ａへの
通電をなすオン信号を出力するようになつてい
る。ここで、反射プレート部１６は、上記第１領
域の周方向長さに等しい周方向長さを有し、且
つ、電磁石９ａが第１領域に進入したしたとき、
第１センサ１５をオン作動させ、また、電磁石９
ａが第１領域から退出したとき、第１センサ１５
をオフ作動させるような位置に配置されている。
又、第１センサ１５からの出力信号を受けて駆動
回路１４により電磁石９ａに通電がなされると、
この電磁石９ａは、既に説明したように、その両
磁極が第２ロータ４ｂの永久磁石９ｂの両磁極に
対し同極同士となるように励磁されることは勿論
である。

そして、駆動回路１４には、切り換え回路１７
が電気的に接続されている。この切り換え回路１
７は、駆動回路１４による電磁石９ａへの通電方
向を逆方向にするためのものであり、その作動
は、ブレーキスイツチ１８によりなされる。ま
た、切り換え回路１７により、駆動回路１４によ
る電磁石９ａへの通電が逆方向に切り換えられる
と、駆動回路１４は、第２センサ１９からの出力
信号を受けている間だけ電磁石９ａへの通電をな
すようになつている。即ち、第２センサ１９は、
第１センサ１５と同様な構造をなし、第１図に示
されるように、第１センサ１５よりも第１ロータ
４ａの径方向内側に位置してフレーム構体１に取
り付けられている。又、第２センサ１９の位置付
けに対応して、この第２センサ１９と組み合わさ
れる反射プレート部２０は、上記反射プレート部
１６の内縁側に連なつて形成されている。ここ
で、反射プレート部２０は、反射プレート部１６
に比べ、第２図に示されるように、第１ロータ４
ａの矢印回転方向に長く形成されている。

次ぎに、上述した構成の磁力回転装置の作動に
ついて、第５図を追加して説明する。

先ず、第５図においては、第１ロータ４ａの回
転軸２が０１で、また、第１ロータ４ｂの回転軸
２が０２で示されている。そして、第１及び第２
ロータ４ａ，４ｂの磁石においては、その一方の
磁極、つまり、Ｎ極のみを代表して示してある。
尚、電磁石９ａ及び永久磁石９ｂにおいては、両
磁極がそのロータの径方向外側に位置付けられて
いるが、ここでは、説明を簡単にするため、一方
のＮ型のみで示す。

第１及び第２ロータ４ａ，４ｂが第５図に示さ
れる回転位置にあるときから、これら第１及び第
２ロータ４ａ，４ｂの回転駆動について説明す
る。ここで０１と０２を結ぶ線上に第２ロータ４
ｂ側の１個の磁極Nb１が位置付けられていると
すると、この磁極Nb１と周期的に近接する第１
ロータ４ａ側の磁極Na１は、磁極Na１よりも回
転方向に僅かに先行した位置に位置付けられるこ
とになる。例えば、このとき、磁極Na１が第２
図で示されるように回転角でみて、ｘ度だけ磁極
Nb１よりも先行しているとする。このような状
態において、磁極Na１，ｂ１には、互いに逆向
きで、且つ、大きさの等しい磁気反発力Ｆ１が磁
極Na１，ｂ１間を結ぶ線Ｌ上に作用することに
なる。また、この場合、０１から上記線Ｌに降ろ
した垂線Ｍと０１及び磁極Na１を結ぶ半径線Ｋ
とのなす角度をＹとし、半径線Ｋの長さをＲとす
れば、上記磁気反発力Ｆ１により、第１及び第２
ロータ４ａ，４ｂに働く回転トルクTa１，Tb１
は、それぞれ次式で表される。

Ta1＝F1・Ｒ・cos（Ｙ−Ｘ） Tb1＝F1・Ｒ・cosY ここで、cos（Ｙ−Ｘ）＞cosYであるから、Ta1
＞Tb1となる。即ち、磁極Na１が第２図で示さ
れるように回転角でみて、ｘ度だけ磁極Nb１よ
りも先行していることに起因して、第１ロータ４
ａは、第２ロータ４ｂよりも大きな回転トルクを
受け、これにより、第１ロータ４ａは、第５図中
矢印方向に正回転しようとする。

また、磁極Na１，Nb１の近傍に位置する第１
ロータ４ａ側及び第２ロータ４ｂ側の互いに対応
する磁極相互について考えてみると、第１ロータ
４ａ側における磁極Na１よりも回転方向に進行
した位置にある磁極Nan，Nan−１には、磁気反
発力に起因して第１ロータ４ａに正回転力を与え
る回転トルクが働くが、この回転トルクは、磁極
Na１から遠く離れるに従い小さくなる。即ち、
磁極Nan，Nan−１に働く回転トルクは、その対
応する第２ロータ４ｂ側の磁極Nbn，Nbn−１と
の間の距離の２乗に比例して小さくなることが知
られている。一方、磁極Na１よりも正回転方向
後方に位置する第１ロータ４ａの磁極Na２，Na
３には、第１ロータ４ａに逆方向の逆回転トルク
が働くことになるが、これらの逆回転トルクは、
上述したように小さなものであり、また、これら
の逆回転トルクは、磁極Nan，Nan−１に働く正
の回転トルクにより相殺されると考えられる。し
かも、磁極Na１と磁極Na２との間に着目すれ
ば、第１ロータ４ａの正回転につれ、磁極Na２
に働く回転トルクは、この磁極Na２が磁極Na１
の位置に達する前に逆方向から正方向に変換され
ることになる。従つて、第１ロータ４ａには、逆
の回転トルクが働く領域よりも正の回転トルクの
働く領域の方が大きく、これにより、第１ロータ
４ａは、確実に第２図中の矢印方向に回転されよ
うとする。

一方、第２ロータ４ｂ側についてみれば、第１
ロータ４ａでの説明から明らかなように、この第
２ロータ４ｂ全体には、第２図に示した矢印方向
とは逆方向の回転トルクを受けるものと考えられ
る。しかしながら、第２ロータ４ｂに最も大きな
逆方向の回転トルクを与える磁極の位置が磁極
Nb１の位置となることは明らかであるが、この
場合、前記の２式から理解されるように、逆方向
の回転トルクTb１は、Ta１よりも小さい。従つ
て、これら回転トルクTa１，Tb１の大小関係を
適宜に設定することにより、第２ロータ４ｂは、
第１ロータ４ａの回転駆動力をギア６ａ，６ｂを
介して受け、そして、逆方向の回転トルクに抗
し、第１ロータ４ａとは反対の方向に連動して回
転駆動されることになる。即ち、第１及び第２ロ
ータ４ａ，４ｂは、連続して回転を維持すること
になる。

尚、第５図中、右端に示した特性図において、
実線は、第１ロータ４ａに働く回転トルクを示し
たものであり、また、破線は、第２ロータ４ｂに
働く回転トルクを示したものである。特性図にお
いて、縦軸は、第１及び第２ロータ４ａ，４ｂの
０１，０２間を結ぶ線分からの距離を表してい
る。従つて、この特性図から明らかなように、第
１ロータ４ａの電磁石９ａに通電する第１領域
は、第１ロータ４ａに正の回転トルクを働かせる
ことのできる領域、即ち、特性図において、少な
くともＺで示される範囲に設定すればよいことが
解る。

次ぎに、第１及び第２ロータ４ａ，４ｂが連動
して回転駆動されている状態から、これら第１及
び第２ロータ４ａ，４ｂの回転駆動を停止する場
合には、ブレーキスイツチ１８により切り換え回
路１７を作動させ、これにより、駆動回路１４に
よる電磁石９ａへの通電方向を今までとは逆にす
る。このようにすると、電磁石９ａの両磁極の極
性が逆になることから、この状態では、今まで第
１ロータ４ａに得られていた正の回転トルクがな
くなるばかりでなく、電磁石９ａが永久磁石９ｂ
と近接する際には、これら磁石９ａ，９ｂ間に磁
気吸引力が発生する。この結果、第１及び第２ロ
ータ４ａ，４ｂは、上記磁気吸引力を利用して効
果的に制動され、これにより、第１及び第２ロー
タ４ａ，４ｂの回転駆動を停止することができ
る。更に、制動の際においては、電磁石９ａに通
電する第２領域が第１領域よりも大きな範囲に設
定されているので、このことからも大きな制動力
が磁気吸引力により得られることは明らかであ
る。

また、上述した実施例によれば、電磁石９ａへ
の通電は、必要な領域のみしか行われないので、
電磁石９ａの励磁に対して大きな消費電力を必要
とせず、また、ロータ４ａ，４ｂの回転駆動に使
用される電磁石９ａをロータ４ａ，４ｂの制動に
も使用するようにしたから、構造の複雑化を伴う
ことなく、この発明の磁力回転装置に好適した制
動機構を得ることができる。

この発明は、上述した一実施例に制約されるも
のではない。例えば、ロータの各永久磁石は、電
磁石及びこれと周期的に近接する永久磁石を除
き、何れも同じ極性の磁極を径方向外側に位置付
けて配置したが、これに限らず、径方向外側の磁
極の極性をロータの周方向に交互に異ならしても
よく、要は、第１ロータ側の磁石の磁極に対して
周期的に近接する第２ロータ側の磁石の磁極が同
極同士であればよい。また、ロータの周方向に配
置される磁石の磁力を異ならしてもよいし、更
に、ロータの回転駆動又は永久磁石の回転により
得られる回転磁界を利用して発電した電力を電磁
石への電源に用いることもできる。

また、前述した角度Ｃ，Ｅは、30度、56度の組
み合わせに限らず、これらの角度の組合せは、永
久磁石の磁力の大きさ、周期的に近接する磁極間
の距離及び角度Ｘなどを考慮して決定するするこ
とができる。更に、ロータに配置される永久磁石
の数もまた任意に選択できることは勿論である。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、一対
のロータの回転駆動に通常は利用される電磁石
を、これらロータの回転駆動を停止させるために
も利用するようにしたから、これらロータの制動
構造として別に複雑な機構を必要とせず、これに
より、簡単且つ容易にして、これらロータの制動
をなすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す磁力回転
装置全体の概略的斜視図、第２図は、第１及び第
２ロータ相互の関係を示す概略的平面図、第３図
は、永久磁石の斜視図、第４図は、電磁石とこれ
と組み合う永久磁石、並びに、電磁石の駆動制御
回路を示す図、第５図は、ロータの回転原理を説
明するための図である。４ａ，４ｂ……ロータ、８ａ，８ｂ，９ｂ……
永久磁石、９ａ……電磁石、１４……駆動回路、
１７……切り換え回路、１８……ブレーキスイツ
チ。

Claims

【特許請求の範囲】１回転可能に配置された第１ロータと、第１ロータに対し並列的に近接して配置されて
なる回転可能な第２ロータと、第１及び第２ロータの相互を互いに逆方向に連
動して回転可能とする連動手段と、第１及び第２ロータの外周部それぞれに固定し
て配置され、周方向等間隔を存するとともに、一
方の磁極が径方向外側を向き、第１及び第２ロー
タが連動して回転される際には、互いに同極同士
の磁極が周期的に近接対向し、且つ、周期的に対
向する各組の磁極のうち第１ロータ側の磁極が第
２ロータ側の磁極よりも僅かに先行して回転運動
される複数の永久磁石を備えてなり、第１及び第２ロータ側の周期的に近接対向する
同極同士の磁極間に磁気反発力を発生させ、この
磁気反発力により、第１ロータに一方向の正回転
力を与えて第１ロータを回転駆動させるととも
に、第１ロータの回転駆動力を上記連動手段を介
して第２ロータに伝達し、これにより、第２ロー
タに上記正回転力とは反対方向の向きに上記磁気
反発力により作用される逆回転力に抗し、第２ロ
ータを回転させることで、第１及び第２ロータを
連続して回転駆動する磁力回転装置において、一方のロータ側におけるロータ側の永久磁石の
うちの１個を電磁石とするとともに、この電磁石
への通電方向を切り換え制御する通電切り換え機
構を設けてなり、この通電切り換え機構により、
電磁石の磁極を他方のロータ側の周期的に近接対
向する永久磁石の磁極と同極とし、これら磁極間
に磁気吸引力を生起して、第１及び第２ロータの
回転に制動を与えることを特徴とする磁力回転装
置。