JPH11243681A - 磁場力エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場エネルギーを回転エネルギーへ変換する
磁場力エンジンを提供するにある。 【解決手段】 軸受けで支えられた１本の回転軸１Ａと
同軸に第一４Ａ及び第二５Ａの回転体をもつ回転子と、
各回転体の中央に配置され回転体間の磁束の受け渡し作
用を行う複数の固定磁性体６Ａをもつ固定子７Ａと、始
動及び停止手段からなり、各回転体は磁極方向が回転軸
と平行かつ同一な複数の磁石２Ａが同半径周方向等間隔
に配置され該磁石からの磁力線のうち回転軸側の通路に
非磁性、電気良導体の擬固定体３Ａが配置されている。
各回転体は互いに同極を対向させ、軸方向空隙を設け、
回転位置をずらして固定される。いずれかの方向に回転
を与えることにより始動し磁場エネルギーを回転エネル
ギーへ変換できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は磁石を回転体に用
いて磁場エネルギーを回転エネルギーへ変換する磁場力
エンジンに係る。

【０００２】

【従来の技術】現在回転エネルギーを得る方法として内
燃機関、タービン、電気モーター等が一般的であるが内
燃機関は化石燃料を必要とし排ガス、騒音、振動等があ
る。また電磁回転機器の通常のモーターは磁場エネルギ
ーを直接回転エネルギーへ変換する機構ではなく電気エ
ネルギーを回転力へ変換するものであるため与えられる
電力以上の機械的回転動力を得ることは困難である。

【０００３】磁石を回転子に配置した回転機器で磁場の
エネルギーを回転エネルギーの形で取り出す装置に（特
開昭６２−１９６０６２号）、（特開平７−８７７２５
号）、（特開平７−８３２５１号）、（特開平７−７９
５５９号）等があり、本発明者も（特願平８−３４８７
４５号）、（特願平９−２１６１１４号）の出願をおこ
なっている。これらの中で（特開昭６２−１９６０６２
号）及び、（特願平９−２１６１１４号）は２軸式で同
期ギアを使用するものであるためギアの摩耗、騒音の発
生等の問題がある。また（特開平７−８７７２５号）、
（特開平７−８３２５１号）、（特開平７−７９５５９
号）、（特願平８−３４８７４５号）、においてはいず
れも電磁石及びその駆動電源装置を必要とし複雑になる
とともに小型の装置の場合はコイルの電気抵抗による損
失割合が大きくなる欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石または直流励
磁された電磁石を回転子に利用した磁場エネルギーを回
転エネルギーへ変換する１軸式の回転機器において、電
動機に近い形態で駆動用電磁石及び駆動電源装置等を基
本的構造として必要としない高効率な磁場力エンジンを
開発し、エネルギーの安定供給に寄与することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、軸受け
で支えられた回転軸１Ａと、該回転軸に複数の磁石２Ａ
が磁極方向を回転軸と平行かつ同一で回転軸から同半
径、周方向等間隔に各々配設され、該磁石のＮ極から発
散しＳ極へ収束する磁力線のうち回転軸側を通る通路に
磁力線の変動を抑制するための非磁性かつ電気良導体に
よる擬固定体３Ａが配置され、これらが回転軸に一体と
して固定された第一回転体４Ａと、前記回転軸と同軸に
前記第一回転体と等しい構成の回転体が第一回転体の磁
極と互いに同極を対向し、かつ所要の軸方向空隙を設
け、さらに回転位置を所要の角度ずらして配置され、回
転軸に固定された第二回転体５Ａと、前記軸方向空隙部
に磁力線を通す軟質磁性材による複数の固定磁性体６Ａ
が回転軸から同半径の位置に支持部材により固定された
固定子７Ａと、始動及び停止させる慣用の手段と、を具
備してなることを特徴とする磁場力エンジンが提供され
る。

【０００６】さらに本発明によれば、軸受けで支えられ
た回転軸１Ｂと、該回転軸に複数の磁石２Ｂが磁極方向
を回転軸と平行かつ同一で回転軸から同半径、周方向等
間隔に各々配設され、該磁石のＮ極から発散しＳ極へ収
束する磁力線のうち反回転軸側を通る通路に磁力線の変
動を抑制するための非磁性かつ電気良導体による擬固定
体３Ｂが配設され、これらが支持部材とともに回転軸に
一体として固定された第一回転体４Ｂと、前記回転軸と
同軸に前記第一回転体と等しい構成の回転体が第一回転
体の磁極と互いに同極を対向し、かつ所要の軸方向空隙
を設け、さらに回転位置を所要の角度ずらして配置さ
れ、回転軸に固定された第二回転体５Ｂと、前記軸方向
空隙部に磁力線を通す軟質磁性材による複数の固定磁性
体６Ｂが回転軸から同半径の位置に支持部材により固定
された固定子７Ｂと、始動及び停止させる慣用の手段
と、を具備してなることを特徴とする磁場力エンジンが
提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の磁場力エンジンは磁極間
の吸引と反発の力を利用して回転するため振動が少なく
動作状態は電動機と同じように見えるが、静止時は磁気
エネルギーの回転エネルギーへの変換はおこなわれず起
動トルクはない。回転状態において磁場エネルギーが連
続的に回転エネルギーへ変換され回転トルクが発生する
ために始動及び停止手段が必要となる。小型のものは手
で始動及び停止操作を行うことができる。磁場力エンジ
ンの重要な構成部品である非磁性、電気良導体による磁
力線の変動を抑制するための部材を擬固定体と呼称した
のは（特願平９ー２１６１１４）で明らかにしたように
一般的な名称がないためである。

【０００８】本磁場力エンジンの回転体の磁力線の流れ
を書き入れた横断面図を図１Ａ、図１Ｂに、縦断面図を
図２Ａ、２Ｂに示す。各磁石それぞれの磁極間を結ぶ磁
力線は磁極から全周方向に向いており、図１Ａ、図２
Ａ、では磁力線のうち回転軸側を通る通路に銅、アルミ
等の非磁性、電気良導体の金属による擬固定体が配置さ
れている。また図１Ｂ、図２Ｂ、の回転体においては反
回転軸側を通る通路に擬固定体が配置されている。静磁
界をもつ永久磁石または直流励磁された電磁石の磁力線
分布は空間中と非磁性金属の擬固定体中のいずれを通過
していても変化はないが、回転時に外部の磁性体または
磁極と周期的な強弱の変化を伴う相互作用をするときの
磁力線分布は異なり、空間中を通っている磁力線は瞬時
に変動するが、擬固定体中の磁力線は動きに遅れが発生
することにより抑制される。このために周期的に外部磁
極を作用し回転させる時の限定した時間内においては、
磁石からの磁力線のうち一方側を通っている磁力線のベ
クトルを他方側よりも回転方向へ大きく傾けることがで
きる。

【０００９】回転機械としての磁場力エンジンは、回転
体の磁極と外部の磁極との間に吸引または反発を周期的
に作用させ回転エネルギーを増加させる電動機の形をと
っている。この吸引あるいは反発時に磁場エネルギーを
回転体の回転エネルギーとして流入させるには、回転体
の磁極方向と回転方向との組み合わせ方が重要であり、
回転体の一方の回転軸面側から見た回転方向とその回転
軸面側を向いている磁極の向きで決定される２通りの組
み合わせは、磁場の回転方向に沿った方向への吸引反発
と逆らう方向への吸引反発となり、磁場エネルギーと回
転エネルギー間のエネルギーの変換作用に相違が生じ、
それぞれ磁場エネルギーが回転エネルギーへ変換される
組み合わせと、逆に回転エネルギーが磁場エネルギーへ
変換される組み合わせにするためには前者の組み合わせ
を取る必要がある。

【００１０】また磁場エネルギーを回転エネルギーに変
換する方法においても２通りがある。第一は、前述した
ような回転体の磁極に外部から別の磁極を周期的に作用
させて回転させる際にさらに増加した回転エネルギーと
いう形で変換する方法であり、第二には回転体の回転エ
ネルギーがその磁極から固定磁性体を通して通常の磁気
エネルギーへ変換する際に、その変換された磁気エネル
ギーよりも回転体の回転エネルギーの減少分が小さくな
ることを利用した変換方法である。

【００１１】本エンジンは１本の回転軸に第一及び第二
の２つの回転体を配置していて、さらに各回転体の軸方
向空隙部には各回転体それぞれの磁気回路の磁気抵抗を
周期的に変化させると共に、各回転体磁極間の磁力線の
相互作用をおこなわせるための透磁率の大きい軟質磁性
材による固定磁性体が配置されている。そして各回転体
は駆動側回転体及び被駆動側回転体が構成され、前記２
通りの変換がそれぞれの回転体において同時に働くよう
になっている。この配置において一方の回転体が固定磁
性体を通じて他方の回転体を駆動する形とするために対
向する磁極の極性は同極かつ各回転体の磁極位置は互い
に回転方向に進み側及び遅れ側となっている。

【００１２】図３Ａ〜Ｃに回転体の磁極が固定磁性体近
傍を通過する際の磁力線の動きを示す。・進み側回転体
の磁極が回転に伴い固定磁性体に近づく時、回転体磁石
の閉じた磁気回路の磁気抵抗は固定磁性体との接近によ
り小さくなるとともに吸引力は大きく作用する図３Ａ。
・離反するときは遅れ側回転体の磁極が固定磁性体に近
づいているために並列磁気回路を形成し、磁気抵抗は大
きめとなり吸引力は小さくなる。また遅れ側回転体の磁
極も固定磁性体に近づいているが進み側の磁極の影響に
より磁気回路の磁気抵抗はあまり小さくならないため吸
引力は弱い図３Ｂ。・遅れ側回転体の磁極が固定磁性体
を離反するときは遅れ側の磁極は逆方向に吸引される図
３Ｃ。以上のように進み側の磁極は１回転を平均すると
回転方向のトルク成分が勝り被駆動側回転体となり、遅
れ側の磁極は反回転方向のトルクが大きくなり駆動側回
転体となる。

【００１３】回転軸側の通路に擬固定体を配置した（請
求項１）の磁場力エンジンにおいて、磁場エネルギーを
回転エネルギーへ変換するための左右各回転体の進み遅
れと対向する磁極方向の組み合わせは、各回転体の対向
する磁極をＳ極とした場合右側の回転軸面から見て右回
転時に左側の回転体の磁極が進み側となるようにすると
よい図４。Ｎ極を対向させる場合は進み遅れの関係を逆
にすればよい。一方、反回転軸側の通路に擬固定体を配
置した（請求項２）の磁場力エンジンではいずれかを反
対とすればよく、対向する磁極をＳ極とした場合、右側
の回転軸面から見て右回転時に左側の回転体の磁極が遅
れ側となるようにするとよく、Ｎ極を対向させる場合は
進み遅れを逆にすればよい。動作させる回転方向を逆に
した場合は、回転方向が変わると同時に進みと遅れも入
れ替わり駆動側と被駆動側が替わるだけでエネルギーの
変換方向は変化しない。

【００１４】前述したように被駆動側回転体が固定磁性
体を通して磁気エネルギーを周期的に与えられその時発
生する回転エネルギーは駆動側回転体が固定磁性体を通
して磁気エネルギーを与えるために減少する回転エネル
ギーよりも大きくなる。１本の回転軸は被駆動側回転体
と駆動側回転体を連結しており回転力の一部が被駆動側
回転体から駆動側回転体へ帰還されるため、起動後は連
続回転がおこなわれ余剰回転エネルギーを外部に出力す
ることができる。この構成で磁石に永久磁石を使う場合
には能動的な電気回路である駆動用電磁石及びその駆動
装置を必要としない単純な構造となる。

【００１５】図５に磁石からの磁力線のうち回転軸側を
通る通路に擬固定体をもつ磁場力エンジンの側面図を示
す。回転軸１は非磁性のＳＵＳ３０４製であり両端を軸
受けで支える。各磁石２はフェライト、アルニコ、ネオ
ジウム・鉄・ボロン、等の永久磁石または直流励磁の電
磁石を用いるが制御性を向上させるために永久磁石と電
磁石を組み合わせて用いてもよい。磁石は外部磁界の変
化の影響を受け、内部の磁束密度も変化し渦電流損失が
発生するため電気抵抗を小さい方向または大きい方向の
いずれかにするとよく、フェライト磁石は残留磁束密度
はそれほど高くないが電気抵抗が極めて大きいため渦電
流損失は少ない。アルニコ等の電気抵抗が小さい金属磁
石は内部の短絡電流により内部磁束密度の変化が阻止さ
れ渦電流損失は軽減される。磁石の形態及び個数は円柱
状及び３個等に限定されるものではない。図６Ａ、６Ｂ
のような軸方向に磁極を持ち周方向に複数の凸部をもっ
た単一の磁石構造にしてもよい。磁力線の擬固定体３の
材質は非磁性で電気抵抗のできるだけ小さいものがよく
銅、アルミ等の金属を成型して用いるとよい。また各回
転体の擬固定体を一つの繋がった形として製作してもよ
い。

【００１６】複数の固定磁性体は内部を強弱とその方向
の変化した磁力線が通過するため、透磁率が大きく電磁
損失が小いものがよく、軟質磁性材の絶縁ケイ素鋼板を
径方向に積層して角柱状の形態としたものをアクリル等
の非磁性、絶縁性の板に穴を空け固定すると好ましい。
固定磁性体の配置位置は、回転軸側の磁力線の通路に擬
固定体をもつ（請求項１）の型では、回転軸と磁石の中
心以遠かつ外縁までを半径として周方向等間隔とすると
好ましい。図７Ａに固定子の正面図を示す。

【００１７】反回転軸側の磁力線の通路に擬固定体をも
つ（請求項２）の型では、回転軸と磁石の中心以内かつ
軸に近い縁までを半径として周方向等間隔とするのが好
ましい。図７Ｂに固定子の正面図を示す。いずれの型で
も固定磁性体の数は回転体の磁石の数と必ずしも一致し
なくてもよく、材質及び形態は積層絶縁ケイ素鋼板及び
角柱状等に限定されるものではない。固定磁性体にコイ
ルを巻いた構造とし、始動及び停止時に電機子として使
用することも可能である。

【００１８】

【実施例】回転体は直径３８ｍｍ長さ４０．５ｍｍの円
柱状フェライト磁石３個を直径９０ｍｍ銅丸棒の半円柱
状部分で２つに分割し、削り出し加工をした２つの擬固
定体で挟み込み接着し、中央にセットカラーを取り付け
たものを２個用いる。固定子は０．３５ｍｍの絶縁ケイ
素鋼板を幅１３ｍｍ長さ４０ｍｍに切り、厚み１５ｍｍ
に積層した固定磁性体３個をアクリル厚板に半径５２ｍ
ｍ程の円周上に角穴を等間隔に空け、入れたものであ
る。回転体のそれぞれの磁石の同極が対向するようにス
テンレス回転軸に同軸に取り付け、空隙部に固定子を配
置する。回転体の磁石と固定磁性体の隙間は接触しない
ようにし、１５〜３０゜程度回転位置をずらして各回転
体のセットカラーにより固定する。このエンジンを手で
起動させると回転を与えた方向に回り始め連続して回転
することが確認できた。

【００１９】

【発明の効果】本発明の磁場力エンジンは磁場エネルギ
ーを回転エネルギーへ変換するため外部から燃料や電気
の補給がなく、１軸式のため軸受け部分以外は無接触で
回転軸から連続的に回転エネルギーを取り出すことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転体の横断面図

【図２】回転体の縦断面図

【図３】回転体の磁極が固定磁性体近傍を通過時の磁力
線図

【図４】磁場エネルギーが回転エネルギーへ変換される
対向する磁極の極性と進み遅れの組み合わせ方の図

【図５】一実施例に係わる磁力線が回転軸側を通る通路
に擬固定体をもつ磁場力エンジンを概略的に示す側面図

【図６】単一磁石使用の回転体の正面及び側面図

【図７】固定子の正面図

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ．．．回転軸 ２Ａ、２Ｂ．．．磁石 ３Ａ、３Ｂ．．．擬固定体 ４Ａ、４Ｂ．．．第一回転体 ５Ａ、５Ｂ．．．第二回転体 ６Ａ、６Ｂ．．．固定磁性体 ７Ａ、７Ｂ．．．固定子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受けで支えられた回転軸（１Ａ）と、
   該回転軸に複数の磁石（２Ａ）が磁極方向を回転軸と平
   行かつ同一で回転軸から同半径、周方向等間隔に各々配
   設され、該磁石のＮ極から発散しＳ極へ収束する磁力線
   のうち回転軸側を通る通路に磁力線の変動を抑制するた
   めの非磁性かつ電気良導体による擬固定体（３Ａ）が配
   置され、これらが回転軸に一体として固定された第一回
   転体（４Ａ）と、前記回転軸と同軸に前記第一回転体と
   等しい構成の回転体が第一回転体の磁極と互いに同極を
   対向し、かつ所要の軸方向空隙を設け、さらに回転位置
   を所要の角度ずらして配置され、回転軸に固定された第
   二回転体（５Ａ）と、前記軸方向空隙部に磁力線を通す
   軟質磁性材による複数の固定磁性体（６Ａ）が回転軸か
   ら同半径の位置に支持部材により固定された固定子（７
   Ａ）と、始動及び停止させる慣用の手段と、を具備して
   なることを特徴とする磁場力エンジン。
2. 【請求項２】 軸受けで支えられた回転軸（１Ｂ）と、
   該回転軸に複数の磁石（２Ｂ）が磁極方向を回転軸と平
   行かつ同一で回転軸から同半径、周方向等間隔に各々配
   設され、該磁石のＮ極から発散しＳ極へ収束する磁力線
   のうち反回転軸側を通る通路に磁力線の変動を抑制する
   ための非磁性かつ電気良導体による擬固定体（３Ｂ）が
   配設され、これらが支持部材とともに回転軸に一体とし
   て固定された第一回転体（４Ｂ）と、前記回転軸と同軸
   に前記第一回転体と等しい構成の回転体が第一回転体の
   磁極と互いに同極を対向し、かつ所要の軸方向空隙を設
   け、さらに回転位置を所要の角度ずらして配置され、回
   転軸に固定された第二回転体（５Ｂ）と、前記軸方向空
   隙部に磁力線を通す軟質磁性材による複数の固定磁性体
   （６Ｂ）が回転軸から同半径の位置に支持部材により固
   定された固定子（７Ｂ）と、始動及び停止させる慣用の
   手段と、を具備してなることを特徴とする磁場力エンジ
   ン。