JPH0779559A - 動力発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石の磁気エネルギーを動力に転換させ
る装置の提供。 【構成】 永久磁石３の磁場内に磁性体２を配設し、該
磁性体２に近接して設けた複数個の電磁石ａ──ｎの一
部ａ，ｅ，ｊに通電して、該時２の内部全体に拡がる磁
界９を収束させて磁区９₁ を形成させ、これによって運
動力を惹起し、該電磁石ａ，ｅ，ｊへの通電を停止し
て、順次の電磁石ｂ，ｆ，ｋに通電する。そして、この
運動の繰り返しを継続する過程の各節において、先の電
磁石ａ，ｅ，ｊと該磁性体２の間に、得んとする運動の
方向に逆らう力の関係が残留しないことを基にして、磁
性体２を透磁して行使される永久磁石３の磁気力が継続
的な回転運動や直進運動などの作業動力に転換されるこ
とを特徴として構成された磁気エネルギーを動力に転換
する装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、永久磁石の磁力が本
来的に保有しているエネルギーとしての磁力を最大限活
用すると同時に、この磁気エネルギーを作業エネルギー
に転換させる動力発生装置に関するものである。また、
この発明は、磁気エネルギーを在来エネルギーである石
油エネルギー、原子力エネルギー等に代わる全く新しい
エネルギーとして、これらと同分野、同目的での応用が
可能であるばかりでなく、危険も公害も消耗度も極めて
軽微であるという特質を利用し、一層広範囲な利用が予
見できる磁石の転換装置である。

【０００２】

【従来の技術】これまで永久磁石の磁力は、産業エネル
ギーとしては使用されておらず、従って、磁気エネルギ
ーを作業動力に転換させる方法に関する技術の提供は、
全く存在しなかった。すなわち、従来の技術分野におい
ては、電気エネルギーの動力転換装置として、例えば図
８及び図９に示すように磁性体からなる三つ又型若しく
は円盤型の回転子１９を１個または複数個の環状の電磁
石２０に順次入力し、入力された電磁石２０の磁力によ
り回転子１９を吸引し、これにより回転運動を生じさ
せ、その回転運動を動力として取り出すといったよう
に、電磁石を媒体として、電気エネルギーをいったん磁
気エネルギーに転換し、この吸磁力や反発力をさらに永
久磁石と反応させて、回転運動等に変化させるという技
術は存在した。しかし、永久磁石を電気エネルギー同様
に活用できる技術については、全く開発されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の認識や技術を前提としつつ、永久磁石について
長年鋭意研究した結果、永久磁石の磁力はエネルギーそ
のものであって、この磁気エネルギーを産業上等におい
て活用できることを突き止め、磁気エネルギーを作業動
力に転換させる装置を提供するものである。

【０００４】そして、このような発明目的を有するこの
発明の主な構成要件は、電磁石、磁性体、永久磁石であ
るが、この発明はこれらの相互の関係における、いわゆ
る磁束の収束現象およびスイッチ現象を利用して、永久
磁石の磁力が運動を得ようとする方向にのみ、一方的に
力を発揮できるようにしたものである。そして、これら
の両現象を正しく理解することが、この発明を理解する
に当って非常に重要である。すなわち、この発明にいう
磁束の収束現象とは、永久磁石の全面から放射される磁
力をいったん磁性体に透磁させ、該磁性体から発せられ
る磁力を他の磁石体の磁力によって、任意の方向に磁路
又は磁区を変更することをいい、この発明にいうスイッ
チ現象とは図４に示すように、まず電磁石に入力される
ことによって、これと直接反応し合う該磁性体との間に
吸磁力が働き、引き寄せ合う方向に運動したのち静止し
ようとする。このとき更に互いにすれ違う方向に運動を
続けようとすると、これらの相互間にこの方向への運動
を妨げる方向の力が働く。しかし、静止に至る以前に該
電磁石の入力を止めて、次順の電磁石に入力がなされる
と、直前まで該磁性体を透磁して発揮されていた該永久
磁石による磁区は、新規に入力された電磁石との相互間
に改めて引き合い運動を起こすべく区域を移動してしま
う。そして、入力が解かれた方の電磁石との引き合いに
よる力関係は解消されてしまい、運動方向に妨げとなる
力の存在がなくなってしまう。このように、永久磁石の
磁力によって磁性体自身とその周辺に構成される磁区の
磁力と、スイッチの切り替わりによって順次外部磁界を
形成する電磁石の磁気力とが相互に感応し合って、運動
方向への推進力となるべき引き合い関係を繰り返す過程
で、永久磁石の構成する磁区が外部磁界たる電磁石の
入、切の度ごとに、入力された電磁石の方向に向かって
瞬間に変更され、運動に有利な力のみ発揮できる状態が
繰り返されることを指すものである。また、当然なこと
ながら、この発明において作業動力に転換させようとす
る磁気エネルギーとは、永久磁石・電磁石を問わず、磁
石体から放射され続ける磁気力のことである。そしてこ
の発明にいう作業動力とは、磁気エネルギーが回転運動
や往復運動に転換されて、石油やガス等が成し得ると同
様の通常の作業をすることを意味するものである。

【０００５】そして、この発明は、上述したように永久
磁石の磁気エネルギーを作業動力に転換するものであ
り、出力側に電気エネルギーと磁気を加えたエネルギー
を得ることができるという画期的なものである。また、
この発明は、永久磁石等のエネルギーを作業動力に転換
することができる性質上、電気の入力量を増量すること
なく、その回転能力等作業量を飛躍的に増大させること
も可能である。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記に鑑みなされたものであって、永久磁石の磁場内に磁
性体を配設し、該磁性体に近接して設けた複数個の電磁
石の一部に通電して、該磁性体の内部全体に広がる磁界
を収束させて磁区を形成させ、これによって運動力を惹
起し，該電磁石への通電を停止して、次順の電磁石に通
電する。そして，この運動の繰り返しを継続する過程の
各部において、先の電磁石と該磁性体の間に、得んとす
る運動方向に逆らう力の関係が残留しないことを基にし
て、磁性体を透磁して行使される永久磁石の磁気力が継
続的な回転運動や直進運動などの作業動力に転換される
ことを特徴として構成された磁気エネルギーを動力に転
換する装置であって、回転力に転換する実施例を図１乃
至図５に示し、直進力に転換する実施例を図７に示し
た。

【０００７】

【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例につ
いて説明する。図１はこの発明の要部を示す一部切欠正
面図であって、１は複数個の電磁石ａ，ｂ──ｎを環状
に並設した電磁石であり、各電磁石ａ，ｂ──ｎのいず
れにも入力していない停止の状態を示し、２は円弧状に
複数個の突出部２ａ，２ｂ，２ｃを有する磁性体からな
る回転子である。そして回転子２の側面に永久磁石３を
設け、その中心は回転軸４である。

【０００８】図２は図１のＡ−Ａ線中央断面図で、永久
磁石３の設置方法及び光センサー６と光遮蔽板７との位
置を示し、図３は環状光遮蔽板７正面図である。図４
は、環状に並設した電磁石１に、複数方向例えばａ，
ｅ，ｊの３方向から同時に入力した場合、回転子２の側
面に設けられた永久磁石３の磁界９が収束されて磁区９
₁となり、回転子２の移動により磁区９₁ が変化して行
く態様を示す側面からの作用説明図であって、図４Ａ乃
至Ｈをもって示すものである。

【０００９】図５は、図４における電磁石１及び回転子
２部分の正面図であって、図中Ａは電磁石１に配電が行
なわれていない場合における、永久磁石３の磁界９の状
態を薄墨で示し、Ｂは電磁石に配電が行なわれた場合に
おける永久磁石３の磁区９₁の状態を薄墨で示し、これ
を正面からみた場合の作用説明図である。

【００１０】次に、この発明の実施例の作用について説
明する。図４においてＡは、電磁石１に入力していない
場合の永久磁石３の磁界の状態を示すもので、入力して
いない電磁石１は、単なる磁性体として、回転子２に近
接もしくは密着して設けられた永久磁石３の磁界９内
（薄墨部分内に）となり、それぞれ回転子２の近接する
突子２ａ，２ｂ，２ｃがそれぞれ電磁石ｃ・ｄ，ｇ・
ｈ，ｍ・ｎの鉄心に引き寄せられ、回転が静止されてい
る状態となっている。

【００１１】更に、図４Ｂに示すように、環状に設けら
れた３方向の電磁石ａ、ｅ、ｊに同時に入力すると、永
久磁石３の磁界９は、図４Ｂの回転子の各突子２ａ，２
ｂ，２ｃの薄墨９₁ の部分で示すように、該電磁石ａ，
ｅ，ｊに瞬時に収束され、磁区９₁ を形成し、回転子２
はそれぞれの電磁石ａ，ｅ，ｊに強力に吸引されて、回
転子２の各突端２ａ₁ ，２ｂ₁ ，２ｃ₁ は図４Ｃ乃至Ｇ
に示すように、回転子２の回転が進行するにつれて、各
突子の磁区９₁ の部分の幅が除々に広くなり吸引力がま
すます強力になる。そのまま前記各電磁石ａ，ｅ，ｊに
入力が続けられ、次のｂ，ｆ，ｋの各電磁石に入力が移
行されないと、各電磁石ａ，ｅ，ｊが回転子２の各突子
２ａ，２ｂ，２ｃの中央部分に達したとき電磁石１と永
久磁石３との相互の引力は最大に達するが、同時に回転
方向に働く引力が零に近くなるため、回転子２は停止し
てしまう。

【００１２】そこで、この発明においては、この相互の
吸引力を効率的に利用するため、図４Ｇに示すように回
転子２ａ，２ｂ，２ｃの各突端２ａ₁ ，２ｂ₁ ，２ｃ₁
が隣接する各電磁石ｂ，ｆ，ｋに差し掛かったとき、そ
れらの電磁石ｂ，ｆ，ｋに入力すると同時に元の電磁石
ａ，ｅ，ｊの入力は停止され、図４Ｇに示す磁界は、図
４Ｈに示すように図４Ｂと同じ形に収束され、次いで図
４Ｃ乃至４Ｇのように磁区９₁ の位置が変化する。

【００１３】そして、回転子２は、次の電磁石ｃ，ｇ，
ｍへと進行し、回転子２ａ，２ｂ，２ｃの各突端２
ａ₁ ，２ｂ₁ ，２ｃ₁ が電磁石ｃ，ｇ，ｍへ達したと
き、それらの各電磁石ｃ，ｇ，ｍに入力すると同時に電
磁石ｂ，ｆ，ｋの入力は停止される。このような運動が
連続的に繰り返されることにより、永久磁石３が磁性体
２を透磁して発揮する磁力と電磁石１の双方の磁力によ
る強力な回転力が生じ、この回転力を回転磁区４により
取り出し、回転動力として用いるものである。

【００１４】図２および図３は、そのような現象を起さ
せるための配電を調整するための装置の一例を示したも
のである。光遮蔽装置５、光センサー６及び配電コント
ローラ８の３装置から構成され、電磁石１の保持枠１０
の１側に設けられた光遮蔽装置５は、光センサー６の光
が遮蔽板７により遮蔽される間、各電磁石１に配電され
る。遮蔽板７は電磁石１の保持枠１０の１側に突出して
いる回転軸４の端部に設けられた遮蔽板７の位置と回転
子２の突子２ａ，２ｂ，２ｃと同調されており、光セン
サー６の信号をコントローラー８で調整し、順次隣接す
る電磁石１に配電を行うものである。また、この発明に
係る配電装置としては、この方法に限定されるものでは
なく、接触による入力方法のものなど様々な方法を用い
ても発明の効果に影響はない。

【００１５】この発明は、以上の実施例で示したように
磁性体である回転子２を永久磁石３の磁場内に配置し、
このとき磁性体を透磁伝達される永久磁石３の磁力を運
動エネルギーに転換し、動力として用いるものである。

【０００１６】回転子２に永久磁石３を設けた場合と、
設けない場合の実験成績は、図５に示すとおり、永久磁
石３の磁力が回転エネルギーに転化し、その回転数は2.
3 倍と、従来技術においては全く不可能と考えられてい
た極めて画期的な成績が得られた。また図６において
は、回転子２に強さの異なる永久磁石３を用いた場合の
実験データを示すものである。これらの実験結果は、永
久磁石３の磁力が作業動力そのものであることを立証す
るものである。

【００１７】更に、図７は磁気エネルギーを直進する動
力に転換してなる装置の一実施例を示すものであって、
この装置は上部に電磁石１１を、その下段部にローラー
１２を、それぞれ並列に設け、該ローラ１２上には摺動
部材１３が設けられている。該摺動部材１３は、動力取
出軸１４を設けた基台１５上に、磁性体１６の下側に接
着された永久磁石１７が固定された構造からなってい
る。図７Ａ乃至Ｈは、図４と同様に並列に設けられた電
磁石の一部分に配電を行なった場合の摺動部材１３にお
ける永久磁石１７の磁区１８の変化を示し、側面から見
た場合の作用説明図である。

【００１８】次に、その実施例の作用について説明す
る。図７においてＡは、電磁石１１に入力していない場
合の永久磁石１７の磁界９の状態を示すもので、入力し
ていない電磁石１１は、単なる磁性体として、摺動部材
１３に設けられた永久磁石１７の作用により、その近接
する磁性体１６がそれぞれ電磁石１１₁ ，１１₂ に吸着
し、摺動部材１３は静止されている状態となっている。

【００１９】図７Ｂに示すように、並列に設けられた、
電磁石１１₃ に入力すると、永久磁石１７の磁界は、図
７Ｂの摺動部材１３の薄墨の部分で示す磁区１８のよう
に、該電磁石１１₃ に瞬時に収束され、摺動部材１３は
電磁石１１₃ に強力に吸収されてローラー１２上を滑ら
かに矢印方向に進行し、摺動部材１３の薄墨の部分で示
す磁区１８は進行するにつれて、磁区１８の部分の幅が
除々に広くなり、吸引力がますます強力になる。そのま
ま電磁石１１₃ に入力が続けられ、次の電磁石１１₄ に
入力が移行されないと、摺動部材１３の中央部分の永久
磁石１７が達したとき、電磁石１１₃ と永久磁石１７と
の相互の吸引力は、最大に達するが、同時に進行方向に
働く引力が零に近くなるため、摺動部材１３は停止して
しまう。

【００２０】そこで、この発明においては、この相互の
吸引力を効率的に利用するため、図７Ｆに示すように摺
動部材１３の突端１３₁ が隣接する電磁石１１₄ に差し
かかったとき、それらの電磁石１１₄ に入力すると同時
に元の電磁石１１₃ の入力は停止され、図７Ｆに示す磁
区１８は、図７Ｂに示すと同じ形に収束され、次いで、
図７Ｃ乃至３Ｇのように磁区１８が変化する。

【００２１】更に、摺動部材１３は、次の電磁石１
１₅ ，１１₆ ──と進行し、摺動部材１３の突端１３₁
が隣接する電磁石１１₅ ，１１₆ ──に差しかかったと
き、それらの各電磁石に次順入力すると同時に各前の電
磁石１１₄ ，１１₅ の入力は停止される。このような運
動が連続的に繰り返されることにより、強力な直進運動
が生じ、この直進運動を動力取出軸１４より取り出し、
これを直進動力として用いるもである。この直進運動に
係わる配電方法は、回転運動に係わる装置とほぼ同様で
ある。

【００２２】

【発明の効果】この発明は前述した方法によって、永久
磁石が本来的に保有している磁気エネルギーを活用可能
な実効的エネルギーとなす技術を提供するものである。

【００２３】そして、この発明を活用することによっ
て、磁気エネルギーを在来エネルギーである石油エネル
ギー、原子力エネルギー等に次ぐ全く新しいエネルギー
として、これらと同分野、同目的での応用が可能となっ
た。また危険も公害も消耗度も極めて軽微であるという
特質上、一層広範囲な利用が予見できるものある。

【００２４】また、この発明に係る動力の運動方向とし
ては、永久磁石の磁気エネルギーを回転運動や直進運動
に転換して動力の発生装置等に利用することができる。
また、いずれの場合も原理的且つ構造的に騒音や振動、
発熱も微少で故障も少ない動力発生装置を提供すること
ができる。

【００２５】次に、この発明においては、回転子の切欠
部の形成は絶対的な条件ではなく、回転子において偏心
運動をさせる場合は、この切欠部を形成しないモーター
を提供し得るものである。

【００２６】このように、この発明においては、永久磁
石の磁気エネルギーが動力に転換され、作業能力を発揮
するという画期的で有用性の高い効果を有する発明が得
られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の一部切欠正面図である。

【図２】図１の縦中央Ａ−Ａ線断面図である。

【図３】環状光遮蔽板の側面図である。

【図４】Ａ乃至Ｈは環状設けられた電磁石に、配電を行
なった場合の回転子における永久磁石の磁界の変化を示
す、側面から見た場合の作用説明図である。

【図５】図４における電磁石および回転子部分の正面図
であって、図中Ａは電磁石に配電が行なわれていない場
合における永久磁石の磁界の状態を示し、Ｂは電磁石に
配電が行なわれた場合における永久磁石の磁界の変化を
それぞれ薄墨部分で示すものである。

【図６】この発明の実験成績表を示す。

【図７】この発明の図１に示す別の実施例であって、直
進する動力装置の側面から見た場合の作用説明図であ
る。

【図８】従来の吸引式円盤型の動力発生装置である。

【図９】従来の吸引式偏心型の動力発生装置である。

【符号の説明】

１ 電磁石 ａ 環状に並設した電磁石 ｂ 環状に並設した電磁石 ｃ 環状に並設した電磁石 ｄ 環状に並設した電磁石 ｅ 環状に並設した電磁石 ｆ 環状に並設した電磁石 ｇ 環状に並設した電磁石 ｈ 環状に並設した電磁石 ｉ 環状に並設した電磁石 ｊ 環状に並設した電磁石 ｋ 環状に並設した電磁石 ｎ 環状に並設した電磁石 ２ 回転子 ３ 永久磁石 ９ 磁界 ９₁ 磁区

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 動力発生装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定子として電磁石を
使用し、回転子或いは可動子として永久磁石と軟鋼等の
磁性体との組合体を使用した動力変換装置に係り、詳し
くは永久磁石の磁力が本来的に保有しているエネルギと
しての磁力を最大限活用して磁気エネルギを作業エネル
ギに転換させる磁気エネルギの動力発生装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、固定子として電磁石を使用
し、回転子として軟鋼等の磁性体と永久磁石との組合体
を使用した動力発生装置として、例えばＨＢ（ハイブリ
ッド）型ステッピング・モータが知られている。

【０００３】例えば、図１５乃至図２０は従来のＨＢ型
ステッピング・モータの概略を示している。このＨＢ型
モータは、回転子５２の部分に特徴があり、回転子５２
の一方の構成要素である成層鋼板５３に形成した歯によ
りステップ角を小さくできるというＶＲ（バリアブル・
リラクタンス）型ステッピング・モータのもつ長所と、
回転子５２の他方の構成要素である永久磁石５４のため
に効率が高く小型化に有利であるというＰＭ（パーマネ
ント・マグネット）型ステッピング・モータのもつ長所
とを合わせもつものである。なお、固定子５０の鉄心の
部分はＶＲ型モータのものと同じであるが、コイルの巻
き方と結線の仕方が異なっている。

【０００４】図１７は永久磁石５４の作り出す磁束の通
り路（磁路）を示しており、ロータ軸５５の軸方向端部
にＮ極かＳ極の一方が均一に現れるユニポーラ形の分布
をとっている。これに対し、図１８は固定子５０の電磁
石５１が作り出す磁路を示しており、ロータ軸５５に垂
直な平面にＮＳＮＳ……という具合に偶数個の磁極が現
れるヘテロポーラ形の分布をとっている。このユニポー
ラ形の永久磁石磁束（永久磁石の磁界）とヘテロポーラ
形の巻線磁束（電磁石の磁界）とが作用し合ってトルク
を発生するようになっている。ここで、“永久磁石磁束
と巻線磁束とが作用し合って”とは、永久磁石５４と電
磁石５１との間のギャップにおいて磁力線の傾斜を生み
出すことを意味する。

【０００５】このＨＢ型モータのトルク発生のメカニズ
ムをリニア・モータ形式に展開したモデルを示す図１９
及び図２０を参照して説明する。図１９は永久磁石５４
のＳ側の断面を示し、図２０はＮ側の断面を示してい
る。これら図のなかで実線は電磁石５１による磁束を示
し、破線は永久磁石５４による磁束を示している。

【０００６】電磁石５１による磁界についてみると（図
１９の実線を参照）、永久磁石５４のＳ側の断面におい
て、中央のギャップでは磁力線が右下がりであるのに対
し、同図の右端側のギャップでは磁力線が右上がりで、
両者は打ち消す合う関係にある。また、永久磁石５４の
Ｎ側の断面にいおても同様である。

【０００７】ところが、電磁石５１による磁界と永久磁
石５４による磁界とが作用し合うとトルクが発生する。
すなわち、永久磁石５４のＳ側断面における中央のギャ
ップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１による磁界
と永久磁石５４による磁界とが同じ方向で強め合って図
１９の左方向の推力が回転子５２に現れるが、右側のギ
ャップ（電磁石５１のＳ側）では、両磁界が反対方向で
弱め合って同図の右方向の推力が現れる。しかし、この
力は小さく、全体としては図１９の左向きの推力が現れ
る。

【０００８】また、永久磁石５４のＮ側断面における中
央のギャップ（電磁石５１のＮ側）では、電磁石５１に
よる磁界と永久磁石５４による磁界とが反対方向で弱め
合って図２０の右方向の推力が回転子５２に現れるが、
この力は小さい。しかし、図２０の右側のギャップ（電
磁石５１のＳ側）では、両磁界が同じ方向で強め合って
図２０の左方向の推力は大きく、全体としては図２０の
左向きの推力が現れる。

【０００９】したがって、これらの推力により回転子５
２は図１９、２０の左方向の１／４歯ピッチ進行するこ
とになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のＨＢ型モータでは、前述したようにトルク方向と反
対の方向の力（回転子５２の回転を妨げる力）が存在す
る問題がある。これを電磁石５１の巻線に印加する電気
エネルギの観点からみると、図１９の右端の電磁石の巻
線や、図２０の中央の電磁石の巻線に印加される電流
は、回転子５２の運動を妨げようとする永久磁石５４の
磁界を打ち消すのに消費され、回転子５２の運動には何
ら寄与せず、エネルギ効率が低い。また、永久磁石５４
の磁気エネルギの観点からみると、電磁石５１の作る磁
界とともに回転子５２の運動に利用されるが、その一部
は回転子５２の運動を妨げてしまい、永久磁石５４の磁
気エネルギの有効利用が図られていない。

【００１１】上記ＨＢ型モータの問題は固定子として電
磁石を使用し、回転子として磁性体と永久磁石とを使用
した動力発生装置全般にいえることである。

【００１２】したがって、本発明は前記従来の問題点に
鑑みてなされたもので、回転子、可動子の運動方向と反
対方向に働く力が生じないようして電磁石に印加する電
気エネルギの利用効率を高める一方、永久磁石のもつ磁
気エネルギの有効利用を図ることができる動力発生装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、支持部材に回転自在に装備された回
転出力軸の回りに配置されて、該回転出力軸と共に回転
する永久磁石と、該永久磁石と同軸に配置されて前記回
転出力軸と共に回転する、永久磁石の磁束が通る磁性体
と、該磁性体の周囲にその周方向に沿って所定の間隔を
おいて磁気回路が互いに独立するように前記支持部材に
固定装備された複数の電磁石と、前記磁性体を通る磁束
を一定方向に収束して前記回転出力軸に回転トルクを付
与するように、前記複数の電磁石のうち回転出力軸の回
転方向の前方に位置する電磁石を前記永久磁石の磁極の
極性と逆極性に順次励磁する励磁切換手段とを具備して
なることを特徴としている。

【００１４】また、第２の発明は、直線軌道に移動可能
に配置される移動体上に装備された永久磁石と、該永久
磁石上に配置されて永久磁石の磁束が通る磁性体と、前
記直線軌道に沿って適宜間隔をおいて配置され且つ磁気
回路が互いに独立した複数の電磁石と、前記磁性体を通
る磁束を所定方向に収束して前記移動体を直線運動させ
るように、前記複数の電磁石のうち移動体の進行方向の
前方に位置する前記電磁石を前記永久磁石の磁極と逆極
性に順次励磁する励磁切換手段とを具備してなることを
特徴としている。

【００１５】

【作用】第１の発明によれば、回転出力軸の回転方向に
前方に位置する電磁石を励磁すると、励磁された電磁石
によって生じる磁界と永久磁石によって生じる磁界とが
作用し合い、磁性体を通る磁束が電磁石側に収束され、
これにより回転出力軸を該電磁石側の方向に所定角度回
転させる。回転出力軸が所定角度回転したら前記電磁石
の励磁を中断する一方、新たに回転出力軸の回転方向の
前方に位置する電磁石を励磁する。このようにして電磁
石を順次励磁することにより、回転出力軸を所定方向に
回転することができるが、このとき、電磁石を、永久磁
石の磁極の極性と逆極性となるように励磁しており、そ
して励磁中の電磁石の磁気回路が、隣接する他の電磁石
の磁気回路と独立していて、励磁中の電磁石から発生し
た磁束が、隣接する他の電磁石の磁気回路を通って永久
磁石の磁極と同極にするようなことがないため、回転出
力軸の回転を妨げる方向の力は生じない。

【００１６】また、第２の発明によれば、励磁切換手段
により移動体の移動方向前端の前方に位置する電磁石を
励磁すると、該電磁石によって生じる磁界と永久磁石に
よって生じる磁界とが作用し合い、磁性体を通る磁束が
励磁された電磁石側に収束され、これにより移動体を該
電磁石側の方向に所定量移動させる。移動体が所定量移
動すると、移動体が前記電磁石の下方に位置する一方、
移動体の移動方向前端の前方には別の電磁石が位置する
ようになる。この状態になったら、移動体の上に位置す
る電磁石の励磁を中断する一方、新たに移動体の移動方
向前端の前方に位置するようになった電磁石の励磁を開
始する。このようにして電磁石を順次励磁することによ
り、移動体を所定方向に移動することができるが、この
ときも第１の発明と同様の理由により移動体の移動を妨
げる方向の力は生じない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を、好ましい実施例を図示した
添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】第１実施例 図１は本発明の第１実施例を示す一部切欠した正面図、
図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は遮光板の側
面図、図４乃至図１１は電磁石を励磁したときの作用を
説明する側面図、図１２、１３は電磁石を励磁したとき
の磁束の収束状態を示す断面図である。

【００１９】第１実施例によれば、図１及び図２に示す
ように、支持部材１０の前後側板１０ａ間には、回転出
力軸１１が軸受１１ａを介して回転自在に装備されてい
る。この回転出力軸１１の軸方向両端側であって、前後
側板１０ａの内側位置には、該回転出力軸１１と共に回
転する、軸方向着磁されたリング状の永久磁石１３がそ
れぞれ遊嵌状態で配置されている。また、回転出力軸１
１の側板１０ａと永久磁石１３との間の位置には、外周
部に切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとを交互に有した、永
久磁石１３の磁束が通る磁性体１４がそれぞれ固定状態
で配置されている。図１では、例えば、切欠部１４ａを
３個、磁歯部１４ｂを３個形成した場合を示している。
永久磁石１３と磁性体１４は回転出力軸１１に対して同
軸であり、両者はボルト等の締結手段１５により一体化
し、回転出力軸１１とともに回転する回転子１２をなし
ている。

【００２０】ここで、支持部材１０及び回転出力軸１１
は、共に非磁性体であり、支持部材１０は例えばステン
レス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、合成樹脂等
で形成され、また回転出力軸１１は例えばステンレス鋼
等で形成されている。したがって、回転出力軸１１の軸
方向一端側の永久磁石１３と磁性体１４とからなる磁気
回路と、軸方向他端側の永久磁石１３と磁性体１４とか
らなる磁気回路とは、互いに独立している。また、磁性
体１４は、例えば各種鉄材、ケイ素鋼板、パーマロイ等
の透磁率の高い磁性体材料により形成されている。

【００２１】前後側板１０ａ間には、固定子となる複数
個の電磁石１６ａ乃至１６ｌが、磁性体１４の周囲に周
方向に沿って略等間隔に固定状態で装備されている。図
１では、例えば１２個配置した場合を示している。これ
ら電磁石１６ａ乃至１６ｌは、その磁気回路が互いに独
立していて、励磁された電磁石の磁束が隣接する電磁石
の鉄心を通らないようにしてある。そして、各電磁石１
６ａ乃至１６ｌは、回転出力軸１１、永久磁石１３、磁
性体１４の軸線方向に延び且つ回転出力軸１１等に対し
て平行に装備され、それらの軸方向両端部分（磁極の部
分）が磁性体１４の周面と僅かな隙間をおいて対向して
いる。電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち、その一部は、磁
性体１４の切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分１
４c₁乃至１４c₆に対応する箇所に位置している。図１で
は、例えば、境界部分１４c₁に電磁石１６ａ、境界部分
１４c₂に電磁石１６ｂ、境界部分１４c₃に電磁石１６
ｅ、境界部分１４c₄に電磁石１６ｆ、境界部分１４c₅に
電磁石１６ｉ，境界部分１４c₆に電磁石１６ｊがそれぞ
れ位置している場合を示している。

【００２２】図１２は電磁石を励磁していないときの永
久磁石１３の作り出す磁束の通路を示し、また図１３は
電磁石を励磁したときの、永久磁石１３の作り出す磁束
の通路と電磁石の巻線が作り出す磁束の通路とを示して
いる。これら図面から明らかなように、両者ともその軸
方向端部にＮ極かＳ極のいずれか一方の極が均一に現れ
るユニポーラ形の分布をとっている。電磁石の励磁時に
永久磁石１３の磁界と電磁石の磁界とが作用し合って回
転トルクを発生する。

【００２３】電磁石１６ａ乃至１６ｌを順次励磁する励
磁切換手段１７は、基本的には電磁石１６ａ乃至１６ｌ
の各巻線にそれぞれ直流を供給する通常の励磁回路から
構成されているが、本実施例では電磁石１６ａ乃至１６
ｌへの給電を切り換える切換部分は複数の光センサ１８
と該光センサ１８をオン・オフする遮光板１９とから構
成されている。

【００２４】光センサ１８は、発光素子と受光素子とを
遮光板１９が通過し得る間隔をおいて対向配置してなる
もので、電磁石１６ａ乃至１６ｌに対応する位置関係で
前後側板１０ａの一方の外面に円周方向に沿って等間隔
に配置されている（図２及び３では、例えば、前板外面
に配置した場合を示している。）。また、遮光板１９
は、光センサ１８が配置された側の側板１０ａから突出
する回転出力軸１１の端部に固定されている。

【００２５】本実施例では、遮光板１９によって光セン
サ１８が遮光されている間、該光センサ１８に対応する
電磁石に通電するようにしてある。

【００２６】次に上記第１実施例の作用を図４乃至図１
１を参照して説明する。

【００２７】励磁切換手段１７により電磁石１６ａ乃至
１６ｌに何ら通電しない場合には、図４に示すように、
磁歯部１４ｂと僅かなギャップをおいて対向する電磁石
１６ｃ、ｄ、ｇ、ｈ、ｋ、ｌは、永久磁石１３の磁界中
にある単なる磁性体となり（図４の薄墨部分参照）、磁
歯部１４ｂ部分を吸引し、回転子１２は停止状態にあ
る。

【００２８】次いで、励磁切換手段により図５に示すよ
うに切欠部１４ａと磁歯部１４ｂとの境界部分１４c₁、
１４c₃及び１４c₅に位置する電磁石１６ａ、ｅ，ｉを同
時に励磁すると、永久磁石１３の磁界と電磁石１６ａ、
ｅ，ｉの磁界とが作用し合い、磁性体１４を通る磁束１
４ｄが該電磁石１６ａ、ｅ，ｉ側に瞬時に収束される。
これにより、回転子１２は、電磁石１６ａ、ｅ，ｉ側に
吸引され、磁束１４ｄの幅を広げようとする方向、すな
わち図５の時計方向への回転トルクを受ける。

【００２９】図６乃至図１０は、回転子１２の回転に伴
う磁束１４ｄの幅の変化を示しており、磁束１４ｄの幅
が最大となる時点、すなわち磁歯部１４ｂがのみが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉと対向する一方、切欠部１４ａが電磁
石１６ａ、ｅ、ｉから完全に外れたときに、磁束１４ｄ
の幅が最大となって、永久磁石１３と電磁石１６ａ、
ｅ、ｉとの間に働く吸引力が最大となるが、回転子１２
に作用する回転トルクはゼロになる。

【００３０】回転子１２に作用する回転トルクが完全に
ゼロになる前、すなわち境界部分１４c₁、１４c₃及び１
４c₅が回転方向前方の別の電磁石１６ｂ、ｆ、ｊに差し
かかった時点で、励磁切換手段１７により電磁石１６
ａ、ｅ，ｉの励磁を停止する一方、電磁石１６ｂ、ｆ、
ｊの励磁を開始すると、図１１に示すように、磁束１４
ｄが電磁石１６ｂ、ｆ、ｊ側に収束され、前回と同様に
して回転子１２に回転トルクが作用する。

【００３１】この後、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋを励磁し、
回転子１２の回転に伴って境界部分１４c₁、１４c₃及び
１４c₅が回転方向前方の別の電磁石１６ｄ、ｈ、ｌに差
しかかった時点で、電磁石１６ｃ，ｇ，ｋの励磁を停止
する一方、電磁石１６ｄ、ｈ、ｌの励磁を開始する。

【００３２】このようにして電磁石１６ａ乃至１６ｌを
順次励磁することにより、永久磁石１３の磁界と電磁石
１６ａ乃至１６ｌの磁界が作用し合い、回転子１２に回
転トルクを付与する。

【００３３】このとき、永久磁石１３の一方の磁極（例
えばＮ極）側と電磁石１６ａ乃至１６ｌの軸方向一端の
磁極（例えばＳ極）との間で回転トルクが生じると共
に、永久磁石１３の他方の磁極（例えばＳ極）側と電磁
石１６ａ乃至１６ｌの軸方向他端の磁極（例えばＮ極）
との間でも回転トルクが生じる。

【００３４】ここで、永久磁石１３の一方の磁極側、例
えばＮ極側では、電磁石１６ａ乃至１６ｌのうち所定の
電磁石がＳ極のみに励磁されており、励磁中の電磁石か
ら隣接する他の電磁石に磁束が通ることにより磁気回路
を構成して永久磁石１３と同極のＮ極にすることがな
い。また、永久磁石１３の他方の磁極側、例えばＳ極側
では、所定の電磁石がＮ極のみに励磁されており、励磁
中の電磁石から隣接する他の電磁石に磁束が通ることに
より磁気回路を構成して永久磁石１３と同極のＳ極にす
るようなことがない。また、永久磁石１３の磁束は磁性
体１４を通って励磁中の電磁石側に収束され（図４Ｂ乃
至Ｈ中の磁束１４ｄ参照）、磁性体１４の非励磁の電磁
石と対向する部分が磁束の通らないデッドゾーンになっ
ている。したがって、回転子１２の回転を妨げるような
力は生じない。

【００３５】これを電磁石１６ａ乃至１６ｌに印加する
電気エネルギの観点からみると、印加された電気エネル
ギの殆ど全てが回転子１２の回転に寄与するのに消費さ
れ、また永久磁石１３の磁気エネルギの有効利用の観点
から見ると、磁気エネルギの殆ど全てが回転子１２の回
転に寄与するのに利用されるということができる。

【００３６】また、磁性体１４の外周部に切欠部１４ａ
と磁歯部１４ｂとを交互に設けると共に、これらの間の
境界部分に対応する箇所にそれぞれ電磁石を配置してあ
るので、該電磁石を励磁したとき境界部分と電磁石との
間のギャップに生じる磁力線を大きく傾かせることがで
き、電磁石の励磁初期時に大きな回転トルクを得ること
がきる。

【００３７】次に上記第１実施例に示すモータについて
実際に運転試験を行った結果を説明する。

【００３８】磁性体として純鉄を使用した。寸法は幅30
mm、磁歯部の直径218mm、切欠部の直径158mmであった。
また、永久磁石としてフェライト磁石を使用した。その
磁力は1,000ガウスであった。電磁石への印加電圧は17
Ｖ、電流1.15Ａ、電力19.55Ｗであった。この条件の下
で得られた回転数は100rpm、トルクは60.52Kg・cm、出
力は62.16Ｗであった。

【００３９】第２実施例 図１４Ａ乃至Ｈはリニア・モータ形式にした本発明の第
２実施例の作用を説明する説明図である。

【００４０】本実施例によれば、フレームにローラを多
数並列に配置したローラコンベヤ形式の直線軌道２０上
を移動する移動体２１に永久磁石２２を設置すると共
に、該永久磁石２２上面に該永久磁石２２の磁束が通る
平板状の磁性体２３を固定して可動子２４が構成されて
いる。そして、可動子２４上には、直線軌道２０に沿っ
て固定子２５としての複数の電磁石２５ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、…が並列に配置されている。これら電磁石２５ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、…は、その磁気回路が互いに独立してお
り、図示しない励磁切換手段によって永久磁石２２の磁
極と逆極性に順次励磁されるように構成されている。な
お、移動体２１の側面には動力取出軸２１ａが設けられ
ている。

【００４１】次に上記第２実施例の作用を説明する。

【００４２】電磁石になんら通電しない場合には、図１
４Ａに示すように、可動子２４の真上に位置する電磁石
２５ａ、２５ｂは永久磁石２２の磁界中にある単なる磁
性体となり（図１４Ａの薄墨部分参照）、磁性体２３部
分を吸引し、可動子２４は停止状態にある。

【００４３】次いで、励磁切換手段により図１４Ｂに示
すように可動子２４の前端の移動方向前方に位置する電
磁石２５ｃを励磁すると、永久磁石２２の磁界と電磁石
２５ｃの磁界とが作用し合い、磁性体２３を通る磁束２
３ａが該電磁石２５ｃ側に瞬時に収束される。これによ
り、可動子２３は、電磁石２５ｃ側に吸引され、磁束２
３ａの幅が広がる方向、すなわち図１４Ｂの矢印方向の
推力を受けて直線軌道２０上を移動する。

【００４４】図１４Ｃ乃至図１４Ｅは、可動子２４の移
動に伴う磁束２３ａの幅の変化を示しており、磁束２３
ａの幅が最大となる時点、すなわち可動子２４の磁性体
２３部分の前端部が電磁石２５ｃを通過する直前まで移
動してきたときに、磁束２３ｄの幅が最大となって、永
久磁石２２と電磁石２５ｃとの間に働く吸引力が最大と
なるが、可動子２４に作用する推力はゼロになる。

【００４５】可動子２４に作用する推力が完全にゼロに
なる前、すなわち可動子２４の磁性体２３部分の前端部
が電磁石２５ｃを通過しようとする時点で、励磁切換手
段により電磁石２５ｃの励磁を停止する一方、電磁石２
５ｄの励磁を開始すると、図１４Ｆに示すように、磁束
２３ａが電磁石２５ｄ側に収束され、前回と同様にして
可動子２４に推力が作用する。

【００４６】この後、可動子２４の移動に伴って図１４
Ｇ、Ｈに示すように磁束２３ａの幅が広くなり、同様の
作用が繰り返される。

【００４７】このようにして電磁石を順次励磁すること
により、永久磁石２２の磁界と電磁石の磁界が作用し合
い、可動子２４に推力を付与する。

【００４８】ここで、電磁石と対向する側の永久磁石２
２の磁極が例えばＮ極の場合、電磁石２５ｃはＳ極のみ
に励磁されており、電磁石２５ｃから隣接する他の電磁
石２５ｂ、２５ｄに磁束が通ることにより磁気回路を構
成して永久磁石２２の磁極と同極のＮ極にすることがな
い。したがって、第１実施例の場合と同様に可動子２４
の移動を妨げるような力は生じない。

【００４９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば回転子を偏心運動させる場合には、
回転子を構成する磁性体１４の外周部に必ずしも切欠部
１４ａを設けなくてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定子としての複数の電磁石を互いに磁気回路が独立する
ようにし、そして電磁石を対向する永久磁石の磁極と逆
極性ににのみ励磁するようにしており、隣接する電磁石
に磁束が通って該電磁石が永久磁石の極性と同極性にな
ることがないので、回転子、可動子の運動方向を妨げる
ような力が生じることがなく、電磁石に印加する電気エ
ネルギの利用効率を高める一方、永久磁石のもつ磁気エ
ネルギの有効利用を図ることができる。

【００５１】また、電磁石を構成するコイルに流す電流
の極性は一定であり、変化させるようなことをしないの
で、コイルが発熱する問題が殆ど無く、またコイルに流
す電流の極性転換に伴って生じる反発力のために振動し
たり、騒音を発したりする問題もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のモータの一部切欠、一部
省略した示した正面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】遮光板を装備した上記モータの後面図である。

【図４】図１のモータの電磁石を励磁する前の状態を説
明する説明図である。

【図５】図１のモータを励磁したときの状態を説明する
説明図である。

【図６】図５の次のステップを説明する説明図である。

【図７】図６の次のステップを説明する説明図である。

【図８】図７の次のステップを説明する説明図である。

【図９】図８の次のステップを説明する説明図である。

【図１０】図９の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１１】図１０の次のステップを説明する説明図であ
る。

【図１２】図１のモータの電磁石を励磁しないときの永
久磁石の作り出す磁束の通路を説明する説明図である。

【図１３】図１のモータの電磁石を励磁したときの、永
久磁石の作り出す磁束の通路と電磁石の作り出す磁束の
通路とを説明する説明図である。

【図１４】図１４Ａ乃至Ｈはリニア・モータ形式にした
本発明の第２実施例の作用を説明する説明図である。

【図１５】従来のＨＢ型ステッピング・モータの断面図
である。

【図１６】図１５に示すモータの軸方向一端から見た一
部切断、省略して示した側面図である。

【図１７】図１５のモータの永久磁石の磁束を通路を説
明する説明図である。

【図１８】図１５のモータの電磁石の磁束を通路を説明
する説明図である。

【図１９】永久磁石のＳ側における永久磁石の磁界と電
磁石の磁界との間の作用を説明する説明図である。

【図２０】永久磁石のＮ側における永久磁石の磁界と電
磁石の磁界との間の作用を説明する説明図である。

【符号の説明】 １０ 支持部材 １１ 回転出力軸 １２ 回転子 １３ 永久磁石 １４ 磁性体 １４ａ 切欠部 １４ｂ 磁歯部 １４c₁乃至１４c₆ 境界部分 １６ａ乃至１６ｌ 電磁石 １７ 励磁切換手段 １８ 光センサ １９ 遮光板 ２０ 直線軌道 ２１ 移動体 ２２ 永久磁石 ２３ 磁性体 ２４ 可動子 ２５ 固定子 ２５ａ乃至２５ｄ等 電磁石

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石の磁場内に磁性体を配設し、該
   磁性体に近接して設けた複数個の電磁石の一部に通電し
   て、該磁性体の内部全体に拡がる磁界を収束させて磁区
   を形成させ、これによって運動力を惹起し、該電磁石へ
   の通電を停止して、次順の電磁石に通電する。そして、
   この運動の繰り返しを継続する過程の各節において、先
   の電磁石と該磁性体の間に、得んとする運動の方向に逆
   らう力の関係が残留しないことを基にして、磁性体を透
   磁して行使される永久磁石の磁気力が、継続的な回転運
   動や直線運動などの作業動力に転換されることを特徴と
   して構成された磁気エネルギーの動力転換装置。