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技術 永久磁石を利用した回転力の相対転移装置

出願人 松山聖美
発明者 松山千次郎
出願日 2007年3月6日 (13年0ヶ月経過) 出願番号 2007-098876
公開日 2008年9月18日 (11年5ヶ月経過) 公開番号 2008-220142
状態 拒絶査定
技術分野 継手 伝動装置 電動クラッチ,電動ブレーキ 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 小回転体 角管内 対面距離 ベアリング群 負荷体 固定ネジ穴 キロニュートン ローター間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年9月18日)のものです。
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図面 (11)

課題

小の回転体を一回転させると、非接触で大の回転体も一回転し常に双方は同一角速度で回転し、更に小の回転体に入力する回転力を、大の回転体に伝達させる手法。

解決手段

回転軸9にローターA34を固定し、同一回転軸上でベアリングB13に固定したローターB35と、ベアリングC14に固定したローターC36を装着する。各ローターは独立した回転体として、且つ無接続で同一角速度で回転する。各ローターは、各々磁石収納したホルダーA1、ホルダーB3、ホルダーC6が各々反発するように装着される。ローターA34を固定した回転軸9の一方を入力軸10として動力源に接続し回転させると、各ローター間磁気反発力でその間隔が強力に保持され、入力軸10の回転力のほぼ同数がローターC36に伝導される。

概要

背景

本願は本願発明者が発明した、永久磁石を利用した回転体磁石の配置法、で同軸上で無接続で小の回転体を1回転させると大の回転体も1回転する原理の改良特許である。

概要

小の回転体を一回転させると、非接触で大の回転体も一回転し常に双方は同一角速度で回転し、更に小の回転体に入力する回転力を、大の回転体に伝達させる手法。回転軸9にローターA34を固定し、同一回転軸上でベアリングB13に固定したローターB35と、ベアリングC14に固定したローターC36を装着する。各ローターは独立した回転体として、且つ無接続で同一角速度で回転する。各ローターは、各々磁石を収納したホルダーA1、ホルダーB3、ホルダーC6が各々反発するように装着される。ローターA34を固定した回転軸9の一方を入力軸10として動力源に接続し回転させると、各ローター間磁気反発力でその間隔が強力に保持され、入力軸10の回転力のほぼ同数がローターC36に伝導される。

目的

同軸上で小の回転体を一回転させ非接続で大の回転体も一回転する手法では大の回転体の回転力は小の回転体の回転力と同一でなければならない。このような構成は磁石を利用し特許などにも多数出願されている。しかしながら大の回転体が大きな負荷に耐えられる構成は見いだせない。一般に大小の回転体を接続する方法はベルト又はギアを使用するが、回転数を同期させることは不可能であり、又小の回転体と大小同軸固定の回転体を組合わせる場合は、小同士を接続すると大も回転数は同期するが回転力は反比例するし、いずれも大小の回転体は接触状態にあるので従来の手法では物理法則により回転数を同期させて回転力を同一にすることは不可能である。本願では小の回転体に入力する一定範囲内の回転力が、極く微少回転エネルギー損失で、大の回転体にほぼ同一の回転力を伝導させる手法の装置の開発が課題である。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

永久磁石反発力を利用した回転体の、対面した磁石が互いに反発するように配置された手法の装置で、回転軸(9)に固定筒(11)を固定し、磁石A(2)及びホルダースペーサー(8)を収納したホルダーA(1)の複数個を各々固定筒(11)に固定する。この際ホルダーA(1)の長さを固定筒(11)より長く設計し、両端のはみ出し部分を支持円板A(23)のホルダーA挿入穴(24)に挿入して固定筒(11)に固定したものをローターA(34)とする。支持円板B(27)をベアリングB(13)に各々装着し、磁石B下段(4)、磁石B上段(5)及びホルダースペーサー(8)を収納したホルダーA(1)と同数のホルダーB(3)を、支持円板A切込部(26)に入り込むように配置し、各々ホルダーB挿入穴(28)に挿入して固定したものをローターB(35)とする。支持円板C(31)をベアリングC(14)に各々装着し、磁石C(7)及びホルダースペーサー(8)を収納したホルダーA(1)と同数のホルダーC(6)を、支持円板B切込部(29)に入り込むように配置し、各々ホルダーC挿入穴(32)に挿入して固定したものをローターC(36)とする。磁石を収納したホルダーA(1)内の磁石A(2)群は、ホルダーB(3)内の磁石B下段(4)群と、ホルダーB(3)内の磁石B上段(5)群はホルダーC(6)内の磁石C(7)群と、強力に反発するように配置装着されるとローターA(34)とローターB(35)の間、ローターB(35)とローターC(36)の間があたかも回転軸に固定された状態になり、入力軸入力負荷を加えると、各ローター相互間は同一角速度を保持して回転する。同軸上で無接続で、小の回転体を一回転させると大の回転体も一回転する原理に基づき、入力軸の回転力がこれに固定されたローターA(34)の回転力となり、同一の回転力がローターB(35)を経由してローターC(36)に転移するように伝導され、各ローターは同軸上で無接続で同一回転力で同一角速度で回転する。以上のごとく構成された永久磁石を利用した回転力の相対転移装置

技術分野

0001

本発明は永久磁石反発力を利用して構成された大小の複数の回転体に関し、回転軸に固定された小の回転体が回転すると、同軸上で無接続で大の複数の回転体が小の回転体と中心角を同一に回転し、且つ小の回転体の回転力が大の回転体に伝導する方法に関するものである。

背景技術

0002

本願は本願発明者が発明した、永久磁石を利用した回転体の磁石の配置法、で同軸上で無接続で小の回転体を1回転させると大の回転体も1回転する原理の改良特許である。

特許

特許3637352号

0003

従来、磁石を利用した動力の伝達法について多数開発されているが、特に回転力の伝達に関するものでは永久磁石のみを利用した回転体では、対面させた磁石が回転力の負荷を受けると接触したり、滑り回転したりする結果、原理的に理解できる構造でも大きな回転力を得たり伝導できる有効なものがない。

0004

磁石、磁気、回転体、回転軸、トルク項目の内、単項目又は複数項目を含む特許及び実用新案公開文献のうち該当する約17100件を検索した中には、本願の大小の異口径の回転体が、同軸上で非接続で強力な回転力を伝導させる構造に関する文献は見いだせない。

発明が解決しようとする課題

0005

小口径の回転体と大口径の回転体を接続する方法は、大別してベルト又はギア若しくは大小回転体を同軸に固定する方法で、これらを単独又は複合して使用され、更に磁石の吸引力や反発力を併用した回転体が開発されているが、大小の回転体の回転数及び回転力は口径比反比例する物理法則のために、同一の回転力を異口径の回転体の間で伝導させる手法は不可能である。

0006

同軸上で小の回転体を一回転させ非接続で大の回転体も一回転する手法では大の回転体の回転力は小の回転体の回転力と同一でなければならない。このような構成は磁石を利用し特許などにも多数出願されている。しかしながら大の回転体が大きな負荷に耐えられる構成は見いだせない。一般に大小の回転体を接続する方法はベルト又はギアを使用するが、回転数を同期させることは不可能であり、又小の回転体と大小同軸固定の回転体を組合わせる場合は、小同士を接続すると大も回転数は同期するが回転力は反比例するし、いずれも大小の回転体は接触状態にあるので従来の手法では物理法則により回転数を同期させて回転力を同一にすることは不可能である。本願では小の回転体に入力する一定範囲内の回転力が、極く微少回転エネルギー損失で、大の回転体にほぼ同一の回転力を伝導させる手法の装置の開発が課題である。

0007

課題の解決のために強力な磁気の反発力を介在させて、小の回転体を一回転させ、非接続で大の回転体も一回転させる方法であるが、回転体を高速回転させるとこれらの構造体遠心力による大きな過重がかかるので、構造と材質の軽量化が課題であり、特に一部の材質は常(非)磁性体の材料に限定される。

0008

回転体自体の重量による固有の回転力と関連して入力側回転力及び出力側回転力の設定が課題である。

課題を解決するための手段

0009

回転軸(9)に固定筒(11)を固定し、磁石A(2)を収納したホルダーA(1)を固定筒(11)に固定する。この際ホルダーA(1)の長さを固定筒(11)より長く設計し、両端のはみ出し部分を2枚の支持円板A(23)のホルダーA挿入穴(24)に各々挿入し、固定筒(11)に遠心力に耐えるように固定して、ローターA(34)とする。図1図2図3図4,図7

0010

2枚の支持円板B(27)をベアリングB(13)に各々装着し、磁石B下段(4)、磁石B上段(5)を収納したホルダーB(3)を、支持円板A切込部(26)に入り込むように配置し、各々ホルダーB挿入穴(28)に挿入し遠心力に耐えるように固定して、ローターB(35)とする。図1図2図5,図7

0011

2枚の支持円板C(31)をベアリングC(14)に各々装着し、磁石C(7)を収納したホルダーC(6)を支持円板B切込部(29)に入り込むように配置し、各々ホルダーC挿入穴(32)に挿入し遠心力に耐えるように固定して、ローターC(36)とする。図1図2図6,図7

0012

ホルダーA(1)、ホルダーB(3)、ホルダーC(6)に収納する磁石は、磁石A(2)群が磁石B下段(4)群と、磁石B上段(5)群が磁石C(7)群と各々反発するように配置する。この状態で各ホルダー間は同軸上で非接触状態となる。図1,図9

0013

支持円板C(31)と出力円板(37)を連結棒組(39)で連結し、出力円板(37)に先端を出力軸(41)に加工した出力カップ(40)を固定する。この際に出力カップ(40)の内部にベアリングE(16)を内蔵し回転軸(9)を挿入し、外側にベアリングF(42)を装着し回転軸(9)に固定されるローターA(34)と出力カップ(40)に連結されるローターC(36)を浮動状態にし出力側支柱に固定する。図7

発明の効果

0014

小口径のローターA(34)の口径D1(44)が一回転すると非接触でローターB(35)と共に大口径のローターC(36)の口径D2(45)も一回転し、且つ、各ローター間の対面する各ホルダーは強力に反発しているので課題を解決することが出来る。図10

0015

回転力は、起動トルク回転トルク区分されるがローターA(34)とローターC(36)の回転トルクの測定値は以下の通りである。
予め、剪断力を公的機関測定依頼した釣り糸の剪断力1本当たり33Kgのものを、600回転/分させた入力軸(10)のプーリー巻付けて剪断テストすると、ローターA(34)側では2本66Kgで剪断し、3本ではモーターが停止する。ローターC(36)側の出力軸(41)のプーリーでは5本165Kgで剪断する。5本の剪断状況より6本の剪断の可能性は想定できるがテストは5本までとした。
以上から165÷66=2,5つまりローターC(36)側の出力軸(41)にはローターA(34)側の2,5倍以上の回転トルクが得られることが確認できた。

0016

開発過程のデータから例示すると、
データ1剪断力テストでは、0,75Kw1馬力入力源とし、回転数を600回転とした。ローター全体の重量に対し同期回転はするが回転力は得られない。重量に対する入力不足である。
データ2 ローター全体の重量50Kgを負荷の対象とする適正なモーターの能力選定を従来の手法では10Kg当たり0,75Kw(1馬力)以上とするので実施例では3,75Kwを選定した。
データ3磁石の反発力の設定値が低いと、回転の始動又は加速時に、支持円板A切込部(26)とホルダーB(3)が、又支持円板B切込部(29)とホルダーC(6)が接触する。この場合ローターA(34)がローターB(35)を押し進め、ローターB(35)がローターC(36)を押し進め接触状態となりローターC(36)側に回転力は得られない。従って、反発力の総量は本願ではモーター入力1Kw当たり29,42kN(キロニュートン)に設定し、データ3の総重量の条件を満たすと、起動時や加速時もローター同士の中心角30度を維持し、押し進めの現象や接触を防止できた。
データ4 上記条件のほか、出力側負荷容量はローターC(36)と出力軸(41)の口径比から得られる出力容量以下とする。

0017

磁石の反発力29,42kNの設定によりローターA(34)の回転エネルギーが磁気の反発力により外周部へ転移する現象が、ローターC(36)を非接触で同期回転させるものであると想定できる。入力トルクをT1、ローターA(34)の直径D1(44)、入力軸(10)のプーリー径d1(46)(図10でプーリーは省略)出力トルクをT2、ローターC(36)の直径D2(45)、出力軸(41)のプーリー径d2(47)(図10ではプーリーは省略)とすると、前記d1(46)に3,7Kwを入力するとd2(47)に3,7Kw×2,5=9,25Kw以上の出力が得られる。d2(47)と発電機のプーリー比から、回転力は減少するが発電機の回転数は回転体の入力側1800回転に対し3600回転を維持する。糸の剪断力2,5倍は実施例ではこれ以上が想定され、発電機に使用されていたエンジンの4,1Kwに近い数値で一致する。これは実施例の発電機の負荷の結果からも証明できる。又、実施例からd1≒D1のトルクT1とすると、D1(44)が1回転するとD2(44)が同一の回転軸(9)上で非接触で1回転するので、T1がD2(45)即ちローターC(36)に転移することになりD2(45)のトルクはT1となる。出力軸(41)のT2はD2(45)とd2(47)が同軸固定になっているので、T2=T1×D2÷d2となり、D2>d2から入力側の回転力が出力側で増幅される。この場合、各ローター間の磁石の反発力が強力に維持され、且つ接触しないことが条件である。

0018

回転力の増幅法つまり入力T1<出力T2は物理法則に反すると言われるが、同軸上の連結した複数の接触した回転体の場合には上記不等式は絶対に成立しない。本願ではローターA(34)、ローターB(35)、ローターC(36)は各々同軸上でベアリング群により独立し、中心角を同一にして回転している。各ローター間の磁気の反発力は、あたかもホルダーとホルダー間の空間がギアの歯の山と谷の作用をして、その空間部の間隔を磁気の反発力が強力に保持しており、各々は完全に独立した回転体である。つまりローターA(34)の回転力とローターB(35)、ローターC(36)の回転力は同一にならなければ上記の回転現象は説明できない。この回転現象は小の回転体の回転力が大の回転体に乗り移る現象と定義することができ、回転力の転移の現象を前提にすると、回転力の増幅の原理はローターC(36)に関し、支持円板C(31)に連結される出力円板(37)の回転力と出力軸(41)の関係を考察することで説明でき物理法則には反しない。
本願は、小の回転体が一回転するとき大の回転体も同一角速度で回転し、且つ大きな回転力(トルク)に対応できる回転体を製作する手法が発明できたことが最大の特徴である。上記の回転現象の定義から、この回転現象を「回転力(トルク)の相対転移」、回転体を「回転力(トルク)の相対転移装置」と名付ける

発明を実施するための最良の形態

0019

磁石を収納するホルダーA(1)、ホルダーB(3)、ホルダーC(6)の材質としてチタン角管又は同じく角管状に加工したものを使用する。強度を保持するために角管内にチタン又はステンレスのホルダースペーサー(8)を収納し固定する。支持円板A(23)、支持円板B(27)、支持円板C(31)、出力円板(37)の材質はチタン又はステンレスを使用する。回転軸(9)は軸専用材とし固定筒(11)の材質はステンレスとする。尚、ホルダー周辺に使用する材料と共に全て常(非)磁性体の材料とする。

0020

切口の一方を入力軸(10)に加工した回転軸(9)のキー溝を六角の固定筒(11)のキー溝(20)を合わせキーで固定し、磁石A(2)及びホルダースペーサー(8)を収納したホルダーA(1)を一組として六組を各々固定筒(11)に固定する。この際ホルダーA(1)の長さを固定筒(11)より長く設計し、両端のはみ出し部分を支持円板A(23)のホルダーA挿入穴(24)に挿入し、支持円板A固定ネジ穴(22)と支持円板A固定穴(25)を合わせてボルトで固定しローターA(34)とする。図1図2図3図4,図7

0021

回転軸(9)で支持円板A(23)の両側の外側に、回転軸スペーサー(17)を装着しベアリングB(13)を各々装着し、更に支持円板B(27)を各々装着し、磁石B下段(4)、磁石B上段(5)及びホルダースペーサー8を収納した六組のホルダーB(3)を、支持円板A切込部(26)に入り込むように配置し、各々ホルダーB挿入穴(28)に挿入し固定しローターB(35)とする。支持円板B(27)のベアリング取付穴(30)の装着詳細は省略。図1図2図5,図7

0022

ベアリングB(13)の両側の外側に回転軸スペーサー(17)を装着し、ベアリングC(14)を各々装着し、更に支持円板C(31)を各々装着し磁石C(7)及びホルダースペーサー(8)を収納した六組のホルダーC(6)を、支持円板B切込部(29)に入り込むように配置し各々ホルダーC挿入穴(32)に挿入して固定しローターC(36)する。支持円板C(31)のベアリング取付穴(30)の装着詳細は省略。図1図2図6,図7

0023

ホルダーA(1)、ホルダーB(3)、ホルダーC(6)に収納する磁石は、磁石A(2)群が磁石B下段(4)群と、磁石B上段(5)群が磁石C(7)群と各々反発するように配置する。A−A’(図1)は回転軸(9)の上側(図7)のホルダーA(1)とホルダーC(6)の配置を図示し、B−B’(図1)は回転軸(9)の下側(図7)のホルダーB(3)の配置を図示する。回転軸(9)(図7)の上側のホルダーC(6)は支持円板B切込部(29)に入り込んだ状態を図示する。回転軸(9)(図7)の下側のホルダーB(3)は、支持円板A切込部(26)に入り込んだ状態を図示する。各ホルダーに収納する磁石は複数とするが、実施例では入力動力1Kw当たり約29,420kNを基準にして、予め算出された磁石の総反発力に対応する磁石数を各々収納する。尚、磁石の反発力の総数の算出は、磁石の規格表に示される磁石表面の吸引力の単位キログラムを基準とし、入力1Kw当り20kN〜30kN(キロニュートン)の範囲で設定する。図1,図9

0024

入力軸(10)と反対側の支持円板C(31)の外側に回転軸スペーサー(17)を装着し、出力円板(37)を装着したベアリングD(15)を装着し、支持円板C(31)と出力円板(37)の双方の連結穴(33)を連結棒組(39)で連結し、出力円板(37)に出力カップ(40)を固定する。出力カップ(40)の先端を出力軸(41)とし、同内部にベアリングE(16)をベアリング押え(18)と共に内蔵するように、外側にベアリングF(42)を装着し、出力側支柱(43)に固定し、出力カップ(40)を所謂ダブルベアリング構造支えるようにし、入力軸(10)側に装着したベアリングA(12)をベアリング押え(18)で入力側支柱(19)に固定する。図2図7
支持円板C(31)と出力円板(37)の間に、回転体の重量調整のため必要に応じフライホィール(38)を装着する。図8

0025

ローターA(34)(符号1,2,8,9,11,23,より構成)、ローターB(35)(符号3,4,5,8,13,27,より構成)、ローターC(36)(符号6,7,8,14,31より構成)の各々は、回転軸(9)の同軸上で非接触で構成され、回転軸(9)上で中心角を同一にして同一角速度で回転する。ローターC(36)の外周部に新たにローターを増設する場合、ベアリングC(14)の両外側に新たにベアリングと支持円板を増設し、ホルダーC(6)をホルダーB(3)に置換え、磁石B上段(5)と対面するようにホルダーC(6)新たな支持円板に装着し、これの繰り返しで外周の大きな回転体を増設することが出来る。図1図7,図9

0026

実施例1では固定筒(11)は六角構造を使用しているが、ローター数の増加に従い八角、十角等の構造にできる。この際外周が大きくなるとホルダーの対面距離が大きくなり磁石間の反発力が減少するので、磁石間の距離を一定の中心角度上で、例えばホルダーB(3)の磁石B上段(5)と磁石B下段(4)を独立したホルダーに収納し、磁石B上段(5)を磁石C(7)を挟むように接近させた中心角度上で、同一円周上に配置するようにして2倍のホルダー数に増設して、対面して反発する磁石群の間隔を保持する。

0027

実施例1の装置
回転体の回転部分の総重量50Kg、入力モーター3相200V、4P、1720回転/分3,7Kw(5馬力)を入力軸(10)に接続し、負荷装置エンジン出力5,1Kwの発電機の出力4,1KVA、3600回転/分のエンジン発電機から発電機を外しローターC(36)の出力軸(41)にベルト掛けプーリーで接続する。プーリー口径はローターC(36)の出力軸(41)側20センチ発電機側10センチ、入力側プーリー口径はモーター側20センチ、入力軸(10)側20センチとし、以上の条件で入力電源インバーターを使用し、周波数を制御しながら入力回転を1800回転の定格まで上昇させると、出力側発電機は3600回転する。この時点で発電機の負荷スイッチをONにして、合計3,6Kw,100V,36Aの負荷(ヘアドライヤー)をかけると、全て異状なく作動し回転も正常である。

0028

ローターB(35)の支持円板B(27)、ローターC(36)の支持円板C(31)に代えてベアリングB(13)の位置で、外周の大きいベアリングを2段3段に積み重ね、ベアリングB(13)の外周と2段目のベアリングの内周の間に、ホルダーを挿入する切込みを設けたリングはめ込むようにして、以下3段目の間も同様にして、リングを支持円板の代わりとしてローターB、ローターCを構成することもできる。この手法は、ベアリングB(13)とベアリングC(14)が回転軸(9)上で水平方向に広がる構造に対し、ベアリングB(13)上でローターを縦方向に構成する手法である。

0029

発明の相対転移装置を動力源となるモーター、エンジン、タービン等と負荷体の間に配置すると、動力源の能力を小さくするか、又は負荷体の能力を大きくすることがでる。又自己の動力源を自己の発電で賄い余剰電力を他に供給する方法では、太陽光発電風力発電などの商業発電と併用するシステムに比べ、24時間安定した電力が得られるメリットがあり、これの集合体を設備すると、石油資源又はその他のエネルギー蒸気を発生させ回転エネルギーに変換するシステムに依存しない発電工場が可能となる。又風力発電機風車と発電機の間、船舶のエンジンとスクリューの間に設置利用することもできる。従って省エネ環境保全二酸化炭素の削減)に大きく寄与することができる。

図面の簡単な説明

0030

ホルダーを配置した正面図回転軸の側面図固定筒の斜視図支持円板Aの正面図 支持円板Bの正面図 支持円板Cの正面図回転体の側面図とA=A’及びB=B’の側面図フライホィールの側面図と正面図磁石の配置の側面図ローターを分離した側面図

符号の説明

0031

1ホルダーA
2磁石A
3 ホルダーB
4 磁石B下段
5 磁石B上段
6 ホルダーC
7 磁石C
9回転軸
10入力軸
11固定筒
12ベアリングA
13 ベアリングB
14 ベアリングC
15 ベアリングD
16 ベアリングE
19 入力側支柱
23支持円板A
24 ホルダーA挿入穴
26 支持円板A切込部
27 支持円板B
28 ホルダーB挿入穴
29 支持円板B切込部
31 支持円板C
32 ホルダーC挿入穴
34ローターA 符号1,2,8,9,11,23で構成
35 ローターB 符号3,4,5,8,13,27で構成
36 ローターC 符号6,7,8,14,31で構成
37出力円板
39連結棒組(連結棒、ボルト、ワッシャーナットで構成)
40出力カップ
41出力軸
42 ベアリングF
43出力側支柱
44 D1
45 D2
46 d1
47 d2

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