JP2008253081A

JP2008253081A - 偏重心回転体及びその駆動装置

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Publication number: JP2008253081A
Application number: JP2007093185A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Tezuka; 武寿手塚; Rumiko Sumiya; 留美子住谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】作動時の発熱による電力の損失が極力抑えられ、部品点数が少なく、構成が簡単な回転体及び駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】回転体は、所定長さを有する保持部材と、所定間隔離間して該保持部材に固定された２つの磁性体と、両磁性体間を摺動自在に移動できるように前記保持部材に支持された磁力部材とを備えた偏重心部材と、該偏重心部材が同一円周上に複数個配設される環状体から構成される。該回転体の駆動装置は、上記偏重心回転体の最上部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対し、該偏重心部材の磁力部材を磁力によって円周側の磁性体に吸着させるとともに、上記偏重心回転体の最下部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対し、該偏重心部材の磁力部材を磁力によって中心側の磁性体に吸着させるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性モーメントを変化させ得る回転体と、該回転体の慣性モーメントを磁力により制御して、該回転体を重力により回転駆動させる駆動装置に関する。

従来のモータの構造は、永久磁石や電磁石で成るステーターが一定の磁界をつくり、これにローターが反応して回転運動を生じるように構成されており、モータの出力が大きくなるに従って、磁石の極性の切り替えなどの駆動のために電力が多く消費される。このため、大型のモータ、或いは出力の大きなモータでは、大きな発熱を伴う状況で動作させる場合が多々あり、モータが過熱状態になるのを防止することが要求される。

そして、そのための技術としては、例えば、モータの温度を温度センサにより検出し、その検出温度が所定の温度よりも高くなったときに、モータの出力を強制的に制限する方法がある。しかし、このように温度センサによりモータの温度を検出する方法は、該温度センサやこれを電動モータに取り付けるための部品が必要になるので、コスト的に不利な欠点がある。

特開平１０−２４３６３０号公報には、回転駆動させるために磁石の極性の切り替えに必要な外力エネルギーが、得られる回転エネルギーよりも小さく、実現が可能とされる磁石原動機の構造が開示されている。この発明によれば、磁石の吸引及び反発の性質を利用して、回転体内の重量体の位置移動を行わせ、重量体の移動に伴う偏芯によって回転体に回転力を生じさせることができる。

上記回転体は、回転体の回転中心から一定寸法離れた対向位置にそれぞれ固定された極性変更が可能な定位置磁石と、両端部に永久磁石をそれぞれ備え、対向位置にある上記定位置磁石から一定寸法を隔てた位置の間を遊動できる重量体から構成されている。上記の発明は、重量体が垂直方向に向いた位置で、下位置の定位置磁石の極性を対向する重量体の永久磁石と同一となるように変更するとともに、上位置の定位置磁石の極性を対向する重量体の永久磁石の極性と異ならせる必要がある。しかしながら、上記定位置磁石として永久磁石を用いた場合、その極性を上位置及び下位置とで交互に強制的に変更することは極めて困難である。また、上記定位置磁石として電磁石を用いて構成した場合、回転体の構成は極めて複雑になる。このように、作動時の発熱が極力抑えられ、部品点数が少なく、構成が簡単な駆動装置は、未だに実現されるに至っていない。

特開平１０−２４３６３０号公報

本発明は、上記の従来技術における問題点を克服し、作動時の発熱による電力の損失が極力抑えられ、部品点数が少なく、構成が簡単な回転体及び駆動装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の偏重心回転体は、次の構成を有する。すなわち、該偏重心回転体は、所定長さを有する保持部材と、所定間隔離間して該保持部材に固定された２つの磁性体と、外部磁力により前記磁性体のいずれかに吸着するように両磁性体間を移動可能に前記保持部材に支持された磁力部材とを備えた偏重心部材と、該偏重心部材が同一円周上に複数個配設される環状体から構成される。環状体に配設された各偏重心部材において、上記磁力部材は環状体の中心側に同一の磁極を向けて配置されているとともに、上記磁性体は、一方が環状体の外周側へ向けられ且つ他方が環状体の中心側に向けられて配置されている。そして、前記磁力部材は前記磁性体に吸着した後重力により落下しない磁力を有しており、外部磁力により前記磁力部材を前記磁性体のいずれかに吸着させることにより、偏重心回転体全体の重心位置が環状体の中心方向から外側方向へ可変されるように構成されたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明において、上記保持部材は磁力部材が摺動自在に支持できる部分を有するように形成されていれば良い。従って、上記保持部材は、例えば、その内部で永久磁石が移動可能なように中空に形成された態様のもの、或いは永久磁石を貫通するように棒状に形成された態様のものにすることができる。また、上記磁性体は、磁力部材が摺動できる長さ部分の両端部分にそれぞれ形成することができ、或いは該両端部分の近傍に固定して設けることができる。偏重心部材は環状体の中心側から外周側へ放射状に設けられるので、保持部材が長いほど、重力による回転モーメントを大きくすることができる。しかし、回転自在に軸支された偏重心回転体を回動する目的で、保持部材に支持された磁力部材を一方の磁性体から他方の磁性体に移動させるには、重力及び遠心力よりも大きな磁力を磁力部材に作用させる必要がある。また、磁力は直線距離の２乗に反比例するので、上記保持部材の長さが大きいと、偏重心回転体の最下部に位置した偏重心部材の磁力部材を中心側の磁性体に吸着させることができないおそれがある。保持部材の長さは、偏重心部材の取付位置、偏重心部材の慣性モーメントの最大値と最小値、環状体に配設する偏重心部材の総数、偏重心部材を構成する磁力部材及び磁性体の特性及び偏重心回転体に対して作用させる磁力手段の磁力に基づいて決定される。

上記磁力部材及び磁性体の材質は、磁力部材が磁性体に吸着した後、重力により磁性体から脱落しない程度の磁力を有する限り、特に限定されない。上記磁力部材として、例えば、炭素鋼、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウム磁石、ネオヂウム磁石等の永久磁石を使用することができる。また、上記磁性体として、例えば、鉄、純鉄、ケイ素鉄、パーマロイ、スーパーマロイ、パーメンジュール、鉄系アモルファス等を使用することができる。また、磁性体は、保持部材の形状及び大きさ、磁力部材の磁力及び重さに応じて形成され、プレート状、柱状、或いはピン状に成形されたものを用いることができる。

保持部材及び環状体は、非磁性体であり、慣性モーメントが小さく且つ強度の高いものであれば、特に限定しない。例えば、アルミニウム合金等の磁性を有さない軽合金、ガラス等のセラミックス、プラスチック等の合成樹脂、合紙、木材等を使用することができる。尚、環状体の形状は、偏重心部材を環状体の中心側から外周側へ放射状に設けることができれば良く、回転軸を点対称の中心とする形状に成形されたものを用いることが好ましい。また、環状体は、慣性モーメントの大きさ、偏重心部材の形状及び大きさを考慮して、板状体以外に、網状体、円柱状体、骨組体等で構成することができる。例えば、環状体を回転軸に固定されたハブとし、複数の偏重心部材を該環状体からブレード状に固定することにより、プロペラ状の偏重心回転体を構成することができる。

請求項２に記載の偏重心回転体の駆動装置は、次の構成を有する。すなわち、該駆動装置は、回転自在に軸支された上記偏重心回転体と、上記偏重心回転体の最上部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対して該偏重心部材の磁力部材を磁力によって円周側の磁性体に吸着させ、該円周側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御される上側磁力手段と、上記偏重心回転体の最下部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対して該偏重心部材の磁力部材を磁力によって中心側の磁性体に吸着させ、該中心側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御される下側磁力手段と、を具えている。そして、上記磁性体に吸着した磁力部材が前記上側磁力手段及び下側磁力手段の磁力により影響を受けず且つ重力により落下しないことによって、上記偏重心回転体の最上部から回転方向に１８０°の部分の重心位置が円周側に移動するとともに、上記偏重心回転体の最下部から回転方向に１８０°の部分の重心位置が中心側へ移動し、重力の作用により偏重心回転体を回転させることを特徴としている。尚、本発明の上側磁力手段及び下側磁力手段は、磁力部材を２つの磁性体のいずれかに吸着させる外部磁力を与えるものである。

請求項２に記載の偏重心回転体の駆動装置として、例えば、回転自在に軸支された上記偏重心回転体と、該偏重心回転体の回転運動に同期して該偏重心回転体の最上部付近に到達した偏重心部材に接近し、該最上部付近の偏重心部材への接近時に該偏重心部材の磁力部材を永久磁石等の磁界によって円周側の磁性体に吸着させる上側磁力手段と、上記偏重心回転体の回転運動に同期して該偏重心回転体の最下部付近に到達した偏重心部材に接近し、該最下部の偏重心部材への接近時に該偏重心部材の磁力部材を永久磁石等の磁界によって中心側の磁性体に吸着させる下側磁力手段とで構成することができる。

上記構成例の駆動装置において使用される磁力手段は、上記偏重心回転体の最上部付近及び最下部付近に到達した偏重心部材に対して接近するように制御される。磁力手段が固定されていた場合、該磁力手段が偏重心回転体の回転運動を妨げるおそれがある。例えば、偏重心部材に支持された磁力部材を引力で引き上げるように、偏重心回転体の最上部に永久磁石を固定して磁力手段を構成した場合、偏重心回転体の最上部を通過した偏重心部材の磁力部材及び磁性体は、磁力手段の永久磁石と引き合うことになる。この磁石間の引力が、偏重心回転体の回転運動の速度を減速するように作用するおそれがある。

従って、上記構成例のように永久磁石を備える上側磁力手段は、偏重心回転体の最上部付近に到達した偏重心部材に対して接近し、偏重心部材が最上部から下側へ回転する際に偏重心回転体から離れ、次の偏重心部材が最上部付近に到達する際に再び偏重心回転体の最上部に接近し、この偏重心部材が最上部から下側へ回転する際に偏重心回転体から再び離れるように、偏重心回転体の回転運動に同期して接近及び離間の反復動作を行うように制御されることが好ましい。

上記偏重心回転体の最上部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対して該偏重心部材の磁力部材を磁力によって円周側の磁性体に吸着させ、且つ該円周側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御可能な位置であれば、上側磁力手段の取付位置及び取付数は、特に限定されない。例えば、磁力部材に引力を作用させる上側磁力手段を円周側に設けるとともに、該磁力部材に斥力を作用させる中心側の上側磁力手段を前記円周側の上側磁力手段に対向して設けることができる。このような構成により、上記範囲内の特定された位置に到達した偏重心部材に対して引力と斥力を同時に作用させることができるので、その磁力部材を円周側へ引き上げる磁力を高めることができる。

永久磁石を備える下側磁力手段も同様であり、上記構成例において、偏重心回転体の最下部付近に到達した偏重心部材に対して接近し、偏重心部材が最下部から上側へと回転する際に偏重心回転体から離れ、次の偏重心部材が最下部付近に到達する際に再び偏重心回転体の最上部に接近し、この偏重心部材が最下部から上側へ回転する際に偏重心回転体から再び離れるように、偏重心回転体の回転運動に同期して接近及び離間の反復動作を行うように制御されることが好ましい。

上記偏重心回転体の最下部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対して該偏重心部材の磁力部材を磁力によって中心側の磁性体に吸着させ、且つ該中心側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御可能な位置であれば、下側磁力手段の取付位置及び取付数は、特に限定されない。例えば、磁力部材に引力を作用させる下側磁力手段を中心側に設けるとともに、該磁力部材に斥力を作用させる円周側の下側磁力手段を前記中心側の下側磁力手段に対向して設けることができる。このような構成により、上記範囲内の特定された位置に到達した偏重心部材に対して引力と斥力を同時に作用させることができるので、その磁力部材を中心側へ引き上げる磁力を高めることができる。

或いは、上記永久磁石の替わりにコイルが巻装された電磁石を用いれば、所定箇所に固定された上側磁力手段及び下側磁力手段を構成することができる。電磁石が用いられた上側磁力手段の構成例として、偏重心回転体の最上部よりも上側に電磁石を固定し、偏重心回転体の最上部付近に到達した偏重心部材の磁力部材を円周側の磁性体に吸着させる磁界を発生させ、偏重心部材が最上部から下側へ回転する際に磁界を弱めるか遮断し、偏重心回転体の回転運動に同期して磁界の発生及び遮断の反復を行うように上記電磁石を制御する。尚、この構成例の場合、偏重心部材の磁力部材に引力を作用するように磁界を発生させる必要がある。

電磁石を備える下側磁力手段の構成例も同様であり、偏重心回転体の最下部よりも下側に電磁石を固定し、偏重心回転体の最下部付近に到達した偏重心部材の磁力部材を中心側の磁性体に吸着させる磁力を発生させ、偏重心部材が最下部から下側へ回転する際に磁力を弱めるか遮断し、偏重心回転体の回転運動に同期して磁力の発生及び遮断の反復を行うように上記電磁石を制御する。尚、この構成例の場合、偏重心部材の磁力部材に斥力を作用するように磁界を発生させる必要がある。

請求項１に記載の偏重心回転体は部品点数が少ない上、従来のモータと異なりローターで構成されないので、構成が簡単である。また、ローターを有さないため、フィールドコイル等の巻き線も有さないので、本発明の偏重心回転体は誘導起電力が生じず、過熱状態になることは無い。従って、本発明の偏重心回転体は、ハイブリッド車両の車輪等に有用である。

請求項２に記載の駆動装置は、部品点数が少ない上、従来のモータと異なり永久磁石や電磁石で成るステーターが不要である。そのため、本発明の偏重心回転体は誘導起電力が生じ難く、過熱状態になり難い。従って、本発明の駆動装置は、コンピュータの冷却装置、ハイブリッド車両の駆動装置等に有用である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明の駆動装置の各実施形態について説明する。
図１に示されるように、本発明の偏重心回転体１は、偏重心部材２と、該偏重心部材２が複数個配設された円盤状の環状体３とから構成される。該環状体３に配設された各偏重心部材２はいずれも、偏重心回転体１の半径の略１／２の長さを有する中空の略円柱状の保持部材２０と、該保持部材２０の長さ方向の両端に固定された２つ磁性体２１ａ，２１ｂと、上記保持部材２０の内部で両磁性体２１ａ，２１ｂ間を摺動自在に移動できるように封入された磁力部材２２から構成される。尚、第１実施形態における磁力部材２２として、永久磁石が使用される。

上記偏重心部材２は、環状体３の外周の同心円上に等間隔を空けて、その長さ方向が環状体３の半径方向に沿うように、環状体３の中心側（回動軸８側）からその外周側へ放射状に複数個配列されている。また、全ての偏重心部材２の磁力部材２２は、環状体３の中心側の極性がＮ極に統一されている。

本発明の第１実施形態の駆動装置は、図１に示すように、回動軸８を中心に矢印で示した上下方向に回転自在に軸支された上記偏重心回転体１と、上側磁力手段４と、下側磁力手段５と、センサ部７ａ、７ｂ及び磁気手段制御部６から構成される。センサ部７ａ、７ｂによって、偏重心回転体１の回転速度及び位置が測定される。尚、センサ部７ａ、７ｂは、偏重心回転体１の偏重心部材２の回転速度及び位置を測定できる手段であれば特に限定されず、磁気センサや角速度センサ等を使用することができる。センサ部７ａ、７ｂによって測定された偏重心部材２の回転速度及び位置に基づき、磁気手段制御部６内の測定部６１は、偏重心部材２が偏重心回転体１の最上部及び最下部に到達すると予想される時間をそれぞれ算出し、上側磁力手段４及び下側磁力手段５がそれぞれ偏重心部材２に最接近するべきタイミングを算出する。更に、同期信号出力部６２は、上記タイミングに基づいた制御信号を上側磁力手段４に送り、最上部付近に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を円周側の磁性体２１ａに吸着させるように、偏重心回転体１の回転運動に上側磁力手段４を同期させる。同時に、上記制御信号が下側磁力手段５に送られ、最下部付近に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を中心側の磁性体２１ｂに吸着させるように偏重心回転体１の回転運動に下側磁力手段５を同期させる。

上側磁力手段４には、永久磁石４１がそのＮ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられている。図２（ａ）に示すように、矢印方向に回転する偏重心部材２が最上部（位置（Ｔ₀））から所定範囲内の位置（Ｔ_-1）に到達すると、永久磁石４１を最上部で磁性体２１ａに最接近させるように、上側磁力手段４は同期信号出力部６２によって制御される。これによって、最上部の手前の位置（Ｔ_-1）で中心側の磁性体２１ｂに吸着していた磁力部材２２は、最上部を通過した後に、永久磁石４１の引力によって円周側の磁性体２１ａに吸着する。

下側磁力手段５には、永久磁石５１がそのＳ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられている。図２（ｂ）に示すように、矢印方向に回転する偏重心部材２が最下部（位置（Ｂ₀））から所定範囲内の位置（Ｂ_-1）に到達すると、永久磁石５１を最下部で磁性体２１ｂに最接近させるように、下側磁力手段５は同期信号出力部６２によって制御される。これによって、最下部の手前の位置（Ｂ_-1）で円周側の磁性体２１ａに吸着していた磁力部材２２は、最下部を通過した後に、永久磁石５１の斥力によって中心側の磁性体２１ｂに吸着する。

最上部を通過後して最下部に到達前の偏重心部材２の磁力部材２２は、最下部を通過後して最上部に到達前の偏重心部材２の重心よりも円周側に位置するので、下方向に回転する偏重心部材２に掛かる重力による回転モーメントの大きさは、上方向に回転する回転モーメントの大きさを上回ることになる。そして、最下部を通過した偏重心部材２（位置（Ｂ₁））に対して永久磁石５１が引力を作用しないように、下側磁力手段５は、偏重心回転体１の最下部に接近した後、速やかに定位置に戻るように、同期信号出力部６２によって制御される。一方、最上部を通過した偏重心部材２（位置（Ｔ₁））に対して永久磁石４１が引力を作用しないように、上側磁力手段４は、偏重心回転体１の最上部に接近した後、速やかに定位置に戻るように、同期信号出力部６２によって制御される。

このように、最上部に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を円周側の磁性体２１ａに吸着させるとともに、最下部に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を中心側の磁性体２１ｂに吸着させる制御を連続的に行うことにより、偏重心回転体１の回転速度を加速することができる。

尚、上記実施形態において、上側磁力手段４及び下側磁力手段５の機能は、いずれも永久磁石４１及び５１を移動することによって実現される。永久磁石４１及び５１の移動手段として、通常のアクチュエータ等を使用することができる。

或いは、永久磁石４１及び５１の代わりに電磁石を用いることができる。この場合、偏重心部材２が最上部近傍に到達した際に強い電流を流してその偏重心部材２に対して強い引力を及ぼし、最上部経過後は電流を止めるように、上側磁力手段４を同期信号出力部６２によって制御すれば良い。下側磁力手段５についても同様に、偏重心部材２が最下部近傍に到達した際にのみ強い電流を流すように同期信号出力部６２によって制御すれば良い。このように電磁石を使用した場合、磁界の増減を急速に行うことができるので、本発明の偏重心回転体１を高速に回転させるには好適である。また、偏重心回転体１を回転する際、通常のモータと異なり、電磁石の極性の切り替えが不要であるから、本発明の偏重心回転体は誘導起電力が生じ難く、過熱状態になり難い。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の駆動装置は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏重心回転体１と、上側磁力手段４と、下側磁力手段５と、前記上側磁力手段４及び下側磁力手段５が固定される磁力手段固定板９１、該磁力手段固定板９１を支持する支柱９２と、センサ部７ａ、７ｂ及び磁気手段制御部６（図示せず）から構成される。動作を表現する便宜上、図３（ａ）に示す偏重心回転体１は、複数の偏重心部材２が中心軸８に対して非対称的に記載されているが、上記偏重心回転体１は、第１実施形態の駆動装置の偏重心回転体１と同一構成のものが用いられる。

図３（ａ）に示すように、第２実施形態の上側磁力手段４は、偏重心回転体１の最上部から回転方向に角度θ（０°＜θ≦９０°）ずらした位置に、偏重心回転体１に対向するように磁力手段固定板９１の面に固定されている。下側磁力手段５は、偏重心回転体１の最下部から回転方向に角度θずらした位置に、偏重心回転体１に対向するように磁力手段固定板９１の面に固定されている。

第１実施形態の駆動装置と同様に、センサ部７ａ、７ｂによって、偏重心回転体１の回転速度及び位置が測定され、測定された偏重心部材２の回転速度及び位置に基づき、磁気手段制御部６内の測定部６１は、偏重心部材２が上側磁力手段４及び下側磁力手段５の取付位置に到達すると予想される時間をそれぞれ算出し、上側磁力手段４及び下側磁力手段５がそれぞれ偏重心部材２に最接近するべきタイミングを算出する。更に、同期信号出力部６２は、上記タイミングに基づいた制御信号を上側磁力手段４に送り、上側磁力手段４の取付位置付近に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を円周側の磁性体２１ａに吸着させるように、偏重心回転体１の回転運動に上側磁力手段４を同期させる。

上記制御信号は下側磁力手段５にも送られ、最下部付近に到達した偏重心部材２の磁力部材２２を中心側の磁性体２１ｂに吸着させるように偏重心回転体１の回転運動に下側磁力手段５を同期させる。

上側磁力手段４には、偏重心部材２の磁力部材に対して斥力を及ぼすように永久磁石４１が設けられる。全ての偏重心部材２の磁力部材２２は、環状体３の中心側の極性がＮ極に統一されているため、第２実施形態の永久磁石４１は、そのＮ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられる。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、矢印方向に回転する偏重心部材２が、最上部から角度θ付近に到達すると、永久磁石４１を磁性体２１ｂに最接近させるように、上側磁力手段４は同期信号出力部６２によって制御される。これによって、中心側の磁性体２１ｂに吸着していた磁力部材２２は、永久磁石４１の斥力によって円周側の磁性体２１ａに吸着する。

下側磁力手段５には、永久磁石５１がそのＳ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられている。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏重心部材２が最下部から角度θ付近に到達すると、永久磁石５１を磁性体２１ａに最接近させるように、下側磁力手段５は同期信号出力部６２によって制御される。これによって、円周側の磁性体２１ａに吸着していた磁力部材２２は、永久磁石５１の引力によって中心側の磁性体２１ｂに吸着する。

尚、下側磁力手段５の取付位置は、上記偏重心回転体１の最下部から回転方向に９０°の範囲内であれば、上側磁力手段４の取付位置が最上部に対して成す角度θと異なる角度であっても良い。この場合、上側磁力手段４及び下側磁力手段５に送られる制御信号は、必ずしも同時に送信される必要は無い。

また、図１に開示された構成の上側磁力手段と図３に開示された構成の上側磁力手段とを上記偏重心回転体１の最上部から回転方向に９０°の範囲内の位置に、偏重心部材２を介して対向するように設けることができる。或いは、図１に開示された構成の下側磁力手段と図３に開示された構成の下側磁力手段とを上記偏重心回転体１の最下部から回転方向に９０°の範囲内の位置に、偏重心部材２をを介して対向するように設けることができる。このような構成により、上記範囲内の特定された位置に到達した偏重心部材２に対して引力と斥力を同時に作用させることができるので、その磁力部材２２を中心側へ引き上げる磁力を高めることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態の駆動装置は、図４に示すように、環状体３の周縁にギア歯が周設された歯車状の偏重心回転体１を備えることを特徴としている。該偏重心回転体１のギア歯は、上側磁力手段４及び下側磁力手段５がギア歯凸部３１にて偏重心部材２から所定間隔離間し、ギア歯凹部３２にて偏重心部材２に最接近するように形成されている。この構成により、第３実施形態の駆動装置によれば、上側磁力手段４及び下側磁力手段５を偏重心部材２が設けられた位置で最接近させるための制御手段を構成する上記センサ部７ａ、７ｂ及び上記磁気手段制御部６を省略することができる。

図４に示すように、第３実施形態の上側磁力手段４は、偏重心回転体１の最上部から回転方向に角度θ（０°＜θ≦９０°）ずらした位置に、永久磁石４１がそのＮ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられている。上記永久磁石４１は、図５（ａ）に示されるように、弾性変形可能なバネ板４２の先端で支持されており、アクチュエータ４３によってギア歯高ｔ間の範囲内で所定の周期で上下に動かされる。

また、図６に示されるように、偏重心部材２の磁力部材２２は、永久磁石２２ａに対して同心円筒の鉄製シールド２２ｂが、該永久磁石２２ａの側面に取り付けられた構成を有する。尚、上側磁力手段４の永久磁石４１及び下側磁力手段５の永久磁石５１として、必要に応じてそれらの側面に鉄製シールドを取り付けたものを用いることができる。上記鉄製シールド２２ｂの取付により、上側磁力手段４の永久磁石４１と偏重心部材２の磁力部材２２間の引力は強化される。但し、磁石間の引力は、上側磁力手段４の上下動を妨げるので、磁力部材２２を円周側の磁性体２１ａに確実に吸着させる程度の磁力が得られる程度に調整する必要がある。そこで、図６に示すように、磁性体２１ａと上側磁力手段４の永久磁石４１との間に適度なクリアランスを確保する目的で、永久磁石２２ａの上面にスペーサ２２ｃが設けられる。図６中、点線は、磁力部材２２が矢印方向に移動して磁性体２１ａに吸着した状態を示している。該スペーサ２２ｃは磁性を有さない軽量な材質、例えば、合成樹脂、紙等で構成するのが好ましく、その長さｌは磁力部材２２と上側磁力手段４の磁力に応じて適宜調節する。

第３実施形態の偏重心回転体１を連続的に回転させるには、図４のＣ−Ｃ’線の断面で区切られた偏重心回転体１の片側部分の慣性モーメントが、もう一つの片側部分よりも大きくする必要がある。例えば、図４に示すように、偏重心回転体１の片側部分のうち、上側磁力手段４が設けられている側の偏重心部材２の磁力部材２２を円周側の磁性体２１ａに予め吸着させるとともに、上向きに回転する偏重心部材２の磁力部材２２を中心側の磁性体２１ｂに予め吸着させておけば良い。この状態において、永久磁石４１を所定の周期で上下に動かせば、重力による回転モーメントによって偏重心回転体１が回転を開始し、永久磁石４１の上下動が止められるまで連続的に回転する。

図４に示すように、第３実施形態の下側磁力手段５は、永久磁石５１がそのＳ極を偏重心部材２側に向けた状態で設けられている。上記永久磁石５１は、図５（ｂ）に示されるように、基端が固定台５３に固定された弾性変形可能なバネ板５１の先端で支持されており、該バネ板５１のバネ力によって、環状体３の周縁に周設されたギア歯に沿って上下動するように構成されている。図４に示すように、矢印方向に回転する偏重心部材２が最下部に到達すると、上記バネ板５１のバネ力によって永久磁石５１は、押し上げられて該偏重心部材２の磁性体２１ｂに最接近する。そして、最下部の手前の位置で円周側の磁性体２１ａに吸着していた磁力部材２２は、最下部を通過した後に、永久磁石５１の斥力によって中心側の磁性体２１ｂに吸着する。

このように、第３実施形態の駆動装置によれば、永久磁石４１を所定の周期で上下に動かすことにより、下側磁力手段５を制御することなく、偏重心回転体１の回転速度を加速することができる。

本発明の第１実施形態の駆動装置の全体的な構成図である。（ａ）図１の駆動装置を構成する上側磁力手段の動作を示す説明図である。（ｂ）図１の駆動装置を構成する下側磁力手段の動作を示す説明図である。（ａ）本発明の第２実施形態の駆動装置の全体的な構成図である。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の第３実施形態の駆動装置の全体的な構成図である。（ａ）図４のＢ−Ｂ’線断面図である。（ｂ）図４のＣ−Ｃ’線断面図である。図４の偏重心部材２の縦断面図である。

符号の説明

１偏重心回転体
２偏重心部材
２０保持部材
２１ａ円周側の磁性体
２１ｂ中心側の磁性体
２２磁力部材
２２ａ永久磁石
２２ｂ鉄製シールド
２２ｃスペーサ
３環状体
４上側磁力手段
４１永久磁石
５下側磁力手段
５１永久磁石
６磁気手段制御部
８回動軸

Claims

所定長さを有する保持部材と、所定間隔離間して該保持部材に固定された２つの磁性体と、外部磁力により前記磁性体のいずれかに吸着するように両磁性体間を移動可能に前記保持部材に支持された磁力部材とを備えた偏重心部材と、
該偏重心部材が同一円周上に複数個配設される環状体から構成される偏重心回転体であって、
前記磁力部材が環状体の中心側で全て同一の磁極に揃えて配置されるとともに、前記磁性体の一方が環状体の外周側へ向けられ且つ他方の磁性体が環状体の中心側に向けられて、各偏重心部材が環状体に配設され、
前記磁力部材が前記磁性体に吸着した後重力により落下しない磁力を有し、外部磁力により前記磁性体のいずれかに吸着することにより、全体の重心位置が環状体の中心方向から外側方向へ可変されるように構成されたことを特徴とする、偏重心回転体。
回転自在に軸支された上記偏重心回転体と、
上記偏重心回転体の最上部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対し、該偏重心部材の磁力部材を磁力によって円周側の磁性体に吸着させ、該円周側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御される上側磁力手段と、
上記偏重心回転体の最下部から回転方向に９０°の範囲内に存在する偏重心部材に対し、該偏重心部材の磁力部材を磁力によって中心側の磁性体に吸着させ、該中心側の磁性体に吸着した磁力部材に影響を与えないように制御される下側磁力手段と、を具え、
上記磁性体に吸着した磁力部材が前記上側磁力手段及び下側磁力手段の磁力により影響を受けず且つ重力により落下しないことによって、上記偏重心回転体の最上部から回転方向に１８０°の部分の重心位置が円周側に移動するとともに、上記偏重心回転体の最下部から回転方向に１８０°の部分の重心位置が中心側へ移動し、重力の作用により偏重心回転体を回転させることを特徴とする、偏重心回転体の駆動装置。