JP2021141721A - 動力発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石および巻線コイルを用いず動力を発生させることが可能な動力発送装置の構成をよりシンプルにすること。【解決手段】動力発生装置１は、対向する一対の電極板３と、一対の電極板３に接続された電源６と、一対の電極板３上に載置された回転体７と、を備えている。電源６によって一対の電極板３に電流が供給された状態において、回転体７に力が印加され、１つの方向に初期回転を開始した際、回転体７を回転させる回転トルクが生じる。【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、動力を発生させるための動力発生装置に関し、より具体的には、一対の対向する電極板上に載置された回転体を回転させることにより動力を提供する動力発生装置に関する。

１８２０年にエルステッドが電磁力を発見して以来、電磁力を利用した動力発生装置（例えば、モーター）が幅広く用いられている。電磁力を利用した動力発生装置は、磁石と、磁石によって生じる磁界中に配置された巻線コイルと、を有しており、巻線コイルに通電した際に生じる電磁力を利用して動力（典型的なモーターの場合、回転力）を得ることができる。このような動力発生装置は、車のような大きなものから、電子装置の部品のような小さなものまで、幅広く用いられており、現在に至るまで様々なタイプの動力発生装置が開発され、その性能の向上が図られてきた。

従来の動力発生装置は、いくつかの課題を有している。１つめの課題として、動力を得るための電源が交流電源であるか直流電源であるかによって動力発生装置の構造を変更しなければならない点が挙げられる。２つめの課題として、一般に、動力発生装置では、巻線コイルの中心に鉄心を挿入し、動力発生効率を向上させているが、巻線コイルの中心に鉄心を挿入する工程は、複雑であり、この工程が動力発生装置の製造コストを増加させている点が挙げられる。３つめの課題として、動力発生装置は、界磁（磁界を発生させる回転子または固定子）を必須としており、永久磁石または界磁コイルを用いる必要がある点が挙げられる。４つめの課題として、動力発生装置によって得られる動力（回転力）の方向は一方向であり、逆方向（例えば、逆回転方向）の動力を得るためには、設計段階で特別な仕組みを動力発生装置に組み込む必要がある点が挙げられる。例えば、電源が直流電源である場合には、界磁や整流子用のスイッチング回路を設ける必要があり、電源が交流電源である場合には、磁場回転方向用のスイッチング回路を設ける必要がある。

このような課題を解決するため、本発明者は、特許文献１に開示されている動力発生装置１００を開示している。特許文献１に開示の動力発生装置１００は、磁石および巻線コイルを必要としない簡単な構造で動力を発生させることができるため、上述の課題を解決することができる。具体的には、図１に示されているように、特許文献１に開示の動力発生装置１００は、一対の対向する電極板１１０と、一対の電極板１１０に接続された電源１２０と、一対の電極板１１０の双方と接触するよう、一対の電極板１１０の間に設けられた、導電性材料から構成される回転体１３０と、を備えている。この動力発生装置１００においては、一対の電極板１１０に電流が供給されると、一対の電極板１１０の間に設けられた回転体１３０を回転させる回転トルクが発生し、これにより、動力（回転力）を得ることができる。

特に、動力発生装置１００では、電源１２０は、一対の電極板１１０に電流を供給することができれば、交流電源であっても、直流電源であってもよい。そのため、電源１２０が交流電源であるか直流電源であるかによって、動力発生装置１００の構造を変更する必要がない。また、動力発生装置１００は、巻線コイルを用いていないので、従来の動力発生装置を製造する際に必要であった巻線コイルの中心に鉄心を挿入する工程を実行する必要がない。また、動力発生装置１００は、永久磁石または界磁コイルを用いていない。さらに、動力発生装置１００では、回転体１３０の回転方向は、一対の電極板１１０に供給される電流の向きに依存せず、最初に、回転体１３０に対して印加する力によって生じる回転体１３０の初期回転の方向に依存する。そのため、回転体１３０に最初に印加する力によって生じる回転体１３０の初期回転の方向を変更するだけで、得られる動力（回転力）の方向を容易に変更することができる。

このように、本発明者によって提案された動力発生装置１００は、今までにない数多くの利点を提供するものである。本発明者は、このような動力発生装置１００についてさらに研究開発を進め、動力発生装置１００と同様の原理を用いた、よりシンプルな構成の動力発生装置を開発することに成功した。

特開平６−３４３２５６号公報

本発明の目的は、磁石および巻線コイルを用いず動力を発生させることが可能な動力発送装置の構成をよりシンプルにすることである。

このような目的は、以下の（１）〜（６）の本発明により達成される。
（１）対向する一対の電極板と、
前記一対の電極板に接続された電源と、
前記一対の電極板を跨るように、前記一対の電極板上に載置された回転体と、を備え、
前記電源によって前記一対の電極板に電流が供給された状態において、前記回転体に力が印加され、１つの方向に初期回転を開始した際、前記回転体を回転させる回転トルクが生じることを特徴とする動力発生装置。

（２）前記回転体は、導電性材料により構成されている上記（１）に記載の動力発生装置。

（３）前記一対の電極板は、前記回転体の運動方向を規制するレールとして機能するよう配置されている上記（１）または（２）に記載の動力発生装置。

（４）前記回転トルクは、前記回転体を前記初期回転の前記１つの方向に回転させるよう作用する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の動力発生装置。

（５）前記回転トルクは、前記電源が交流電源であっても、直流電源であっても、生じる上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の動力発生装置。

（６）前記回転体は、球状部材または樽形部材である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の動力発生装置。

本発明の動力発生装置においては、運動する導体は、回転体１つのみであるため、回転体が載置された一対の電極板に電流を供給するだけで、回転体を回転させ、動力を得ることができる。これにより、動力発生装置の構成をシンプル化することができるので、動力発生装置の製造コストを低下させることができる。また、動力発生装置の構成がシンプルなので、動力発生装置の小型化が容易である。そのため、本発明の動力発生装置をマイクロマシンのような小型の機器に用いることが可能となる。

さらに、本発明の動力発生装置によれば、回転体に付与される外力（例えば、重力）を利用することにより、回転体に、振り子運動のような往復運動をさせることができる。そのため、周期的な運動を生み出すことができ、時間計測や重力計測、その他の観賞用玩具等に、本発明の動力発生装置を利用することが可能となる。

従来技術の動力発生装置を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。 従来理論における回転トルク発生メカニズムを説明するための図である。 従来理論における回転トルク発生メカニズムを説明するための別の図である。 本発明の第２実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。 本発明の動力発生装置の動力発生メカニズムを利用した摩擦低減システムを概略的に示す図である。 本発明の動力発生装置に対する別の給電システムを説明するための概略図である。 本発明の動力発生装置に対するさらに別の給電システムを説明するための概略図である。 ボールベアリング構造における動力発生を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。 本発明の第５実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。 図１１に示す本発明の第４実施形態に係る動力発生装置の変形例を概略的に示す図である。 図１２に示す本発明の第５実施形態に係る動力発生装置の変形例を概略的に示す図である。 本発明の第６実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。

以下、本発明の動力発生装置を、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて、説明する。なお、以下で参照する各図は、本発明の説明のために用意された模式的な図である。図面に示された各構成要素の寸法（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法を反映したものではない。また、各図において、同一または対応する要素には、同じ参照番号が付されている。

＜第１実施形態＞
最初に、図２〜４を参照して、本発明の第１実施形態に係る動力発生装置を詳述する。図２は、本発明の第１実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。図３は、従来理論における回転トルク発生メカニズムを説明するための図である。図４は、従来理論における回転トルク発生メカニズムを説明するための別の図である。

図２に示す動力発生装置１は、界磁（永久磁石または電磁石）および巻線コイルを用いずに動力を提供する機能を有している。動力発生装置１は、絶縁性材料で構成されたベース２と、ベース２に保持された一対の電極板３と、ベース２を安定させるための脚部４と、一対の電極板３にそれぞれ接続された一対の端子５と、一対の端子５を介して一対の電極板３に電流を供給するための電源６と、一対の電極板３に跨るように、一対の電極板３上に載置された回転体７と、を備えている。

ベース２は、絶縁性材料から構成された円板部材であって、一対の電極板３、脚部４、および一対の端子５を固定的に保持する機能を有している。ベース２を構成する材料は、絶縁性を有していれば特に限定されないが、例えば、ガラス、樹脂材料等を用いてベース２を構成することができる。なお、図示の形態においてベース２は、円板形状を有しているが、一対の電極板３、脚部４、および一対の端子５を固定的に保持することができれば、ベース２の形状はこれに限定されず、例えば、四角板状、箱形、球形等の任意の形状であってもよい。

一対の電極板３は、ベース２の略中央に固定的に保持されている。一対の電極板３のそれぞれは、金属材料等の任意の導電性材料で構成されている。本実施形態では、一対の電極板３のそれぞれは、一枚の板状部材によって形成された径の異なる円筒形状を有しており、ベース２の略中央に同心円状に配置されている。すなわち、一対の電極板３間の離間距離は、常に一定となるように、ベース２によって保持されている。また、上述のようにベース２は絶縁性材料で構成されているので、一対の電極板３は互いに絶縁された状態でベース２に保持されている。一対の電極板３の上側部分は、ベース２の上面から上方に向かって延伸し、露出している。

一対の電極板３の間の離間距離は特に限定されず、任意に設定することができるが、空気中の塵等の異物によって一対の電極板３が短絡（ショート）しない程度に、一対の電極板３が離間していることが好ましい。また、一対の電極板３のそれぞれの厚みや高さ、円筒形状の直径も特に限定されず、必要に応じて適宜設定される。

脚部４は、ベース２に固定的に保持され、ベース２を安定させる機能を有している。図示の形態では、脚部４の数は３つであるが、本発明はこれに限られない。また図示の形態において、脚部４の形状は、接地部分が幅広な柱形状を有しているが、脚部４の形状は、ベース２を安定させることができれば特に限定されず、任意の形状とすることができる。

一対の端子５は、ベース２に固定的に保持され、電源６を一対の電極板３に接続するために利用される。一対の端子５は、配線を介して、一対の電極板３にそれぞれ接続されており、一対の端子５に電源６の一対の出力端子がそれぞれ接続されると、電源６が一対の端子５に接続される。

電源６は、一対の電極板３に電流を供給するために用いられる。電源６の一対の接続端子がそれぞれ一対の端子５に接続されると、電源６が一対の電極板３に接続され、これにより、一対の電極板３に電流を供給することができる。電源６は、交流電源であってもよいし、直流電源であってもよい。本発明の動力発生装置１は、電源６の種類に関わらず、すなわち、電源６が交流電源であっても、直流電源であっても、動力を提供することができる。例えば、電源６が直流電源である場合には、バッテリー等を電源６として用いることができ、電源６が交流電源である場合には、単相交流電源や三相交流電源を用いることができる。なお、電源６から一対の電極板３に供給される電流の種類は特に限定されず、例えば、パルス電流や連続電流を一対の電極板３に供給してもよい。

回転体７は、導電性材料によって構成された球状部材である。回転体７は、一対の電極板３に跨るように、一対の電極板３の上端上に載置されており、回転体７に力が加わると、一対の電極板３に沿って回転可能となっている。すなわち、一対の電極板３は、回転体７の運動方向を規制するレールとしても機能する。回転体７の構成材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、銅、アルミ、鉄、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス等の導電性材料を用いることができる。回転体７の直径や重さは、一対の電極板３の上端上に載置可能であれば特に限定されず、必要に応じて適宜設定される。

本発明者の検討により、このような構成を有する動力発生装置１では、電源６によって一対の電極板３に電流が供給された状態において、回転体７に力が印加され、１つの方向に初期回転を開始した際、回転体７を回転させる回転トルクＴが生じることがわかっている。

具体的には、動力発生装置１のユーザーは、電源６をオンとし、一対の電極板３に電流が供給された状態とする。その後、ユーザーは、一対の電極板３上に静止した状態で載置されている回転体７に対して、回転体７を、一対の電極板３によって規制される回転体７の運動方向（本実施形態では、時計回りおよび反時計回り）の１つに回転させるような外力を、自身の手または任意のデバイスを用いて、印加する。そうすると、回転体７は、ユーザーによって意図された方向に初期回転を始める。

この際、本発明の動力発生装置１では、回転体７を初期回転と同じ方向に回転させる回転トルクＴが生じ、初期回転と同じ方向への回転体７の回転が加速していく。この加速は、電源６をオフとし、一対の電極板３に対する電流の供給を停止するまで、続く。すなわち、本発明の動力発生装置１において回転体７を回転させるよう生じる回転トルクＴは、回転体７を、回転体７の初期回転の方向と同じ方向に回転させるよう作用する。したがって、例えば、ユーザーが、回転体７に対し、時計回りに回転させるような力を印加し、回転体７を時計回りに初期回転させた場合、回転体７を時計回りに回転させる向きで、回転トルクＴが発生する。一方、ユーザーが、回転体７に対し、反時計回りに回転させるような力を印加し、回転体７を反時計回りに初期回転させた場合、回転体７を反時計回りに回転させる向きで、回転トルクＴが発生する。このように、本発明の動力発生装置１では、回転体７の初期回転の方向を変更することにより、回転体７に作用する回転トルクＴの向きを容易に変更することができる。

また、上述のように、本発明の動力発生装置１では、回転トルクＴの向きは、回転体７の初期回転の方向にのみ依存し、一対の電極板３に供給される電流の向きに依存しない。したがって、回転トルクＴの向きは、一対の電極板３のいずれに正の電圧が印加され、いずれに負の電圧が印加されるかに依存しない。このため、回転トルクＴの向きは、電源６が交流電流であるか、直流電流であるかにも依存せず、さらに、電源６が直流電源である場合の電流の流れる方向にも依存しない。

一対の電極板に電流を供給した際に、一対の電極板の間に挟まれた球状の導電部材（以下、「ボール」と称する）に生じる回転トルク発生メカニズムは、以下の２件の論文（[1]H. Gruenberg: "The ball bearing as a motor", Am. J. Phys., Vol.46, No.12(1978), p.1213-1219 and [2]P. Hatzikonstantinou: "Explanation of the ball bearing motor and exact solutions of the related Maxwell equations", J. Phys. A: Math. Gen. 23(1990), p.3183-3197）に開示されている。

これら論文が開示する回転トルク発生メカニズムを、図３および図４を参照して詳述する。図３（ａ）に示されているように、ボール内を通過する主電流Ｊ_０が、磁場Ｂ_０を発生させる。そうすると、図３（ｂ）に示されているように、磁場Ｂ_０とボール運動の相互作用によって、渦電流Ｊ_１が発生する。さらに、渦電流Ｊ_１が、磁場Ｂ_１を発生させる。主電流Ｊ_０と磁場Ｂ_１の相互作用、および、渦電流Ｊ_１と磁場Ｂ_０の相互作用によって、ボールを回転させる回転トルクＴが発生する。

この理論によると、回転トルクTは、以下の式（１）で表される。

上記式（１）から明らかなように、回転トルクＴは、ボールの透磁率μの２乗に比例することがわかる。したがって、ボールの構成材料として強磁性材料を用いた場合と、弱磁性材料または非磁性材料を用いた場合では、回転トルクＴの大きさが大きく異なることが予想される。例えば、強磁性材料として知られる炭素鋼の比透磁率は少なくとも１００以上であり、弱磁性材料として知られるオーステナイト系ステンレスの比透磁率はほぼ１である。上記式（１）によれば、炭素鋼でボールを構成した場合と、オーステナイト系ステンレスでボールを構成した場合の回転トルクの差は、少なくとも１０，０００倍以上となるはずである。

本発明者は、上述の論文によって説明されている回転トルク発生メカニズムに疑問を感じ、図２に開示されている動力発生装置１を用いて、回転体７（すなわち、ボール）の構成材料の透磁率の差によって回転トルクＴの値が変化するかを、以下のような実験にて確かめた。

＜＜実施例１＞＞
実施例１では、回転体７を、強磁性材料である炭素鋼（スチール）を用いて構成した。回転体７は、直径３０ｍｍの球形状を有していた。回転体７を一対の電極板３の上端上に載置し、一対の電極板３に対して、電源６を用いて、８４０ｍＶの印加電圧で、１．００Ａの電流を供給した。その後、回転体７が一方の方向（時計回り方向または反時計回り方向）に回転するように、回転体７に対して力を印加し、回転体７を初期回転させ、１分経過後、電源６から一対の電極板３に対する電力供給を停止した。電源６から一対の電極板３に対する電力供給を停止した時点での、回転体７の一対の電極板３上での一周当たりの回転周期を測定した。実施例１での回転体７の一対の電極板３上での一周当たりの回転周期を表１に示す。

＜＜実施例２＞＞
実施例２では、回転体７を、弱磁性材料であるオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いて構成した以外は、実施例１と同様の手法にて、回転体７の一対の電極板３上での一周当たりの回転周期を測定した。実施例２での回転体７の一対の電極板３上での一周当たりの回転周期を表１に示す。

上述した従来の回転トルク発生メカニズム理論によると、オーステナイト系ステンレスの比透磁率は、炭素鋼の１００分の１以下しかないのだから、回転トルクＴは１００００分の１以下に落ちるはずである。この場合、オーステナイト系ステンレスを用いて回転体７を構成した場合には、回転体７の回転を維持するほどの回転トルクＴが生まれないと予想。しかしながら、表１から明らかなように、実施例１における回転周期と実施例２における回転周期には大きな差が発生していない。したがって、実施例１において回転体７を回転させるよう生じる回転トルクＴと、実施例２において回転体７を回転させるよう生じる回転トルクＴとの間には大きな差がないことがわかる。

このような実験を通じて、本発明者は、一対の電極板の間に挟まれた球状の導電部材（以下、「ボール」と称する）に生じる回転トルクは、上述の論文において述べられている回転トルク発生メカニズムでは説明不可能であることを発見した。上述の論文において述べられている回転トルク発生メカニズムは、マクスウェル方程式から導かれる渦電流を回転トルクの原因としている。しかしながら、本発明者は、上記実験により、マクスウェル方程式から導かれる渦電流を考慮するだけでは、回転トルク発生メカニズムを解明できないとの確信を得た。回転トルクＴが磁力に起因するものであるなら、ボールの比透磁率が影響するはずであるが、上述のように、回転トルクＴとボールの比透磁率は無関係または関係が非常に小さかった。ボールを前進させる力が他にあるとしたら、電磁場以外の力場（例えば重力）の可能性を探る必要がある。ボール内の重力感度が変わるか、もしくは、ボール自ら重力場を発生して推力を生み出しているのだとしたら、ボール周辺の重力加速度が変化している可能性がある。このように、本発明者は、電磁場以外の力場が関わっている可能性も考慮して、鋭意回転トルク発生メカニズムの解明に努めており、本発明は、このような回転トルク発生メカニズムに対する研究から生まれたものである。

上述のような経緯にて本発明者によって発明された動力発生装置１は、回転体７の運動方向が初期回転（初期動作）の方向で決まる、回転体７の回転により動力を得るので、振動が少ない（機構部品の仕上げ精度を高めれば低騒音かつ低振動で運転可能）、電流と回転速度に応じた動力を提供可能（電力×速度が大きいほどトルク大）等の、従来の動力発生装置にはない特徴を有している。

上述のような特徴を有する動力発生装置１は、様々な産業上の用途で利用可能である。例えば、本発明の動力発生装置１は、回転体７の回転運動および／または往復運動を見て楽しむ玩具（観賞用オブジェ）、回転体７の回転運動および／または往復運動を利用した測定装置（時間計測、重力計測等）等の様々な用途で利用可能である。

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る動力発生装置を詳述する。図５は、本発明の第２実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。

以下、第２実施形態の動力発生装置について、第１実施形態の動力発生装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の動力発生装置は、ベースの形状、一対の電極板の形状、並びに、脚部の形状および数が変更されている点を除き、第１実施形態の動力発生装置と同様である。なお、図５中では、図面の簡略化のため、電源６および端子５と一対の電極板３とをそれぞれ接続する配線が省略されていることに留意されたい。

図５に示す第２実施形態に係る動力発生装置１では、ベース２の形状が変更されている。すなわち、ベース２の平面形状が長方形となっている。また、４つの脚部４が、ベース２の四隅に設けられており、これにより、ベース２を安定させている。

さらに、第１実施形態と異なり、本実施形態の一対の電極板３のそれぞれは、板状形状を有しており、円筒形状を有していない。さらに、一対の電極板３のそれぞれは、一対の電極板３のそれぞれの上端部が、略中央付近において高さが最も低くなるＵ字状のスロープを形成するよう、構成されている。そのため、回転体７を一対の電極板３上に積置すると、自然状態において、回転体７は、Ｕ字状のスロープの最も低い点で静止する。

一対の電極板３の上端部上に回転体７を載置した状態で、電源６から一対の電極板３に電流を供給し、回転体７を１つの方向に初期回転させると、回転体７を該１つの方向に回転させる回転トルクＴが発生する。回転トルクＴによって回転体７が回転させると、回転体７が一対の電極板３上を回転し、Ｕ字状のスロープの最も低い点から、一対の電極板３の一方の外側に向かって登っていく。

このスロープを登っていく過程において、回転体７の回転速度が重力によって減速される。回転体７の回転の勢いが、重力によってなくなると、回転体７が停止する。その後、重力によって、回転体７がＵ字状のスロープの最も低い点に向かって回転し、下っていく。回転体７がＵ字状のスロープの最も低い点に到達した後、回転体７は、一対の電極板３の他方の外側に向かって登っていく。このように、本実施形態においては、回転体７は、振り子運動のような往復運動をする。

なお、回転体７が登れる高さ（移動距離）は、回転体７が受ける摩擦抵抗によって決定される。回転体７の回転速度が速ければ抵抗も大きくなるため、ある一定の高さまで登るようになった段階で、抵抗と加速度（回転トルクＴ）が拮抗し、安定した振動が持続する。したがって、第１実施形態のような回転体７の一対の電極板３に沿った回転運動とは異なる、回転体７の振り子運動のような往復運動による動力を得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る動力発生装置を詳述する。図５は、本発明の第３実施形態に係る動力発生装置を概略的に示す図である。

以下、第３実施形態の動力発生装置について、第２実施形態の動力発生装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の動力発生装置は、回転体の形状が変更されている点を除き、第１実施形態の動力発生装置と同様である。なお、図６中では、図面の簡略化のため、電源６および端子５と一対の電極板３とをそれぞれ接続する配線が省略されていることに留意されたい。

図６に示す第３実施形態に係る動力発生装置１では、回転体７の形状が変更されている。すなわち、回転体７の形状が、球形から、樽形に変更されている。回転体７の樽形状の側面が一対の電極板３の上端と接触するように、回転体７が一対の電極板３上に載置され、一対の電極板３上を回転体７が回転する。このような様態によっても、上述した第２実施形態と同様の効果・作用を得ることができる。

次に、上述のような動力発生装置１において利用されている動力発生メカニズムを利用した摩擦低減システムを詳述する。図７は、本発明の動力発生装置の動力発生メカニズムを利用した摩擦低減システムを概略的に示す図である。

図７に示す摩擦低減システムでは、２枚の導体Ａ、Ｂ（一対の電極板３）の間に、同径の導体球C（回転体７）を複数配置されている。そのため、導体Ａは、導体Ｂに対し、２次元方向に滑らかなスライド運動を行うことができる。ここで、導体Ａ、Ｂ間に外部から電圧を加え、電流を流すことにより、導体Ｃ内に作用する回転トルクＴが発生する。この回転トルクＴによって、導体Ａのスライド運動は加速される。もし、導体Ｃが微粒子である場合でも、導体Ｃ内に同様の回転トルクＴが発生することは容易に想像できる。この場合、導体Ａの動摩擦が見かけ上軽減されるような効果となって現れる。

また、上述の動力発生装置１においては、電源６は一対の出力端子を有していたが、本発明の動力発生装置１に対する給電方法はこれに限られない。例えば、図８および図９に示されているような給電システムも可能である。

図８に示されている給電システムに示されているように、高周波高電圧発生器（たとえばテスラコイル）を用いて高周波高電圧を発生させ、絶縁台に乗せられた導体Ｂに給電したとする。この場合、導体Ａおよび導体Ｂ（一対の電極板３）は、複数の導体Ｃ（回転体７）を介して電気的に導通しているので、導体Ａが持つ静電容量により、導体Ａ、Ｃ、Ｂの間に高周波電流が流れる。この電流により導体Ｃ内に回転トルクＴが発生し、動力を生み出すことができる。

また、図９に示されている給電システムに示されているように、導体Ａおよび導体Ｂ（一対の電極板３）をアンテナに見立てて、電磁波を入射させると、導体Ａ、Ｃ、Ｂ間に高周波電流を誘導させることができる。金属の構造物は少なくとも１つ以上の電気的共振周波数を持つので、この周波数に同期する電磁波周波数を用いれば、電線を用いずに効率的な給電が可能となる。図９に示されている給電システムを用いると、ＲＦスパッタ装置や電子レンジなどで、試料や食材を均一に処理するための回転機構に利用することが可能である。エネルギー源はスパッタ装置の場合はプラズマ用高周波であり、電子レンジの場合は調理用電磁波である。

＜第４実施形態＞
上述の第１〜第３実施形態は、一対の電極板３を跨るように、一対の電極板３上に載置された回転体７に生じる回転トルクＴを利用し、一対の電極板３において回転体７を回転させ、動力を得るものであった。すなわち、上述の第１〜第３実施形態では、給電機構が転がり接触によるものであったが、本発明者は、給電機構が摺動接触によるものであってもよいことを見出した。

すなわち、図１０に示されているような、互いに対向する一対の電極板３のそれぞれが同心円状に配置されており、一対の電極板３の一方が内輪となり、一対の電極板３の他方が外輪となり、さらに、一対の電極板３の間に球状の回転体７が配置されているようなボールベアリング構成を想定する。この場合、回転体７は、一対の電極板３の間において、一対の電極板３に対して摺動可能に接触しており、一対の電極板３間での通電は、回転体７の摺動接触を介して達成される。

本発明者は、図１０に示されているボールベアリングの構造において、内輪・外輪として機能する一対の電極板３のそれぞれを「ロック」した状態で通電すると、球状の回転体７のみ回転運動させる回転トルクＴが発生することを発見した。このとき、球状の回転体７は、内輪・外輪として機能する一対の電極板３のそれぞれとの接触点において滑っている。この現象から、電動機用のカーボンブラシを回転体７に接触させて給電しても、回転体７の回転が維持されることが類推でき、本発明者は、以下に詳述する第４実施形態の動力発生装置に想到するに至った。以下、第４実施形態の動力発生装置について、図１１を参照して、第１実施形態の動力発生装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１１中では、図面の簡略化のため、電源６および端子５と一対の電極板３として機能する一対のカーボンブラシとをそれぞれ接続する配線が省略されていることに留意されたい。

図１１には、本発明の第４実施形態に係る動力発生装置１の概略が示されている。図１１に示されているように、本実施形態に係る動力発生装置１では、回転体７は、球形状を有している。また、回転体７を上下に挿通する回転軸が設けられており、さらに、回転体７に電力を給電するための一対のカーボンブラシが回転体７に接触している。図１１に示されているように、球状の回転体７に対して一対のカーボンブラシが電気的に接続されているので、一対のカーボンブラシによって、回転体７への通電が実行される。一対のカーボンブラシを介して回転体７への通電が実行されると、図１０を参照して説明したような回転体７を回転させる回転トルクＴが生じ、回転体７が、回転軸を中心として回転運動する。このような構成によっても、上述の第１実施形態〜第３実施形態の動力発生装置１と同様に、動力を発生させることができる。

＜第５実施形態＞
上述の第４実施形態では、一対のカーボンブラシの双方が回転体７に接触していたが、本発明者は、一対のカーボンブラシのうちの少なくとも１つを回転体７の外周に接触させておけば、一対のカーボンブラシの他方は、回転軸を介して給電しても、同様に動作するとの着想を得、以下に詳述する第５実施形態の動力発生装置を得るに至った。以下、第５実施形態の動力発生装置について、図１２を参照し、第４実施形態の動力発生装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１２中では、図面の簡略化のため、電源６および端子５と一対の電極板３として機能する一対のカーボンブラシとをそれぞれ接続する配線が省略されていることに留意されたい。

図１２には、本発明の第５実施形態に係る動力発生装置１の概略が示されている。図１２に示されているように、一対のカーボンブラシの一方が回転体７の外周と接触しており、一対のカーボンブラシの他方が回転軸に接触している。回転軸は、回転体７と電気的に接続されているので、本実施形態では、一対のカーボンブラシの他方は、回転軸を介して回転体７に通電している。このような構成によっても、上述の第４実施形態の動力発生装置１と同様の効果・作用を得ることができる。

なお、上述の第４実施形態および第５実施形態の動力発生装置１では、回転体７は、球形状を有していたが、本発明はこれに限られない。例えば、図１３および図１４に示されているように、回転体７が円板形状を有しているような態様も、本発明の範囲内である。なお、図１３に示された動力発生装置１は、上述の第４実施形態の動力発生装置１において、回転体７の形状を、円板形状に変更したものである。図１４に示された動力発生装置１は、上述の第５実施形態の動力発生装置１において、回転体７の形状を、円板形状に変更したものである。

図１３に示された本発明の第４実施形態に係る動力発生装置１の変形例、および、図１４に示された本発明の第５実施形態に係る動力発生装置１の変形例において、円板上の回転体７への通電方法は、「円板上の回転体７の外周と中心軸にカーボンブラシを接触させる」、および、「円板上の回転体７の外周と外周にカーボンブラシを接触させる」方法であるが、本発明はこれに限られない。円板上の回転体７への給電箇所は、図１３および図１４に示された変形例に限られず、円板上の回転体７の上面・下面であってもよい。

＜第６実施形態＞
上述の第４実施形態および第５実施形態、並びに、その変形例では、回転体７は、球形状または円板形状を有していたが、回転体７の形状はこれに限られないことを本発明者は見出し、以下に示す本発明の第６実施形態の動力発生装置を得るに至った。以下、第６実施形態の動力発生装置について、図１５を参照し、第４実施形態および第５実施形態の動力発生装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１５中では、図面の簡略化のため、電源６および端子５と一対の電極板３として機能する一対のカーボンブラシとをそれぞれ接続する配線が省略されていることに留意されたい。

図１５には、本発明の第６実施形態に係る動力発生装置１の概略が示されている。図１５に示されているように、本実施形態では、回転体７は、円筒（ドラム）形状を有しており、円筒状の回転体７に一対のカーボンブラシが接触し、一対のカーボンブラシが円筒状の回転体７に電気的に接続されている。一対のカーボンブラシを介して回転体７に通電させることにより、円筒状の回転体７を、回転軸を中心として回転させる回転トルクＴが発生する。このような構成によっても、動力を発生させることができる。

以上、本発明の動力発生装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。

本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の動力発生装置の構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する動力発生装置もまた、本発明の範囲内である。

また、各図に示された動力発生装置の構成要素の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の構成要素が追加若しくは組み合わされ、または任意の構成要素が削除された態様も、本発明の範囲内である。

１：動力発生装置
２：ベース
３：電極板
４：脚部
５：端子
６：電源
７：回転体
１００：動力発生装置
１１０：電極板
１２０：電源
１３０：回転体
Ｂ_０：磁場
Ｂ_１：磁場
Ｊ_０：主電流
Ｊ_１：渦電流
T：回転トルク
μ：透磁率
Ａ：導体
Ｂ：導体
Ｃ：導体

Claims (6)

1. 対向する一対の電極板と、
   前記一対の電極板に接続された電源と、
   前記一対の電極板を跨るように、前記一対の電極板上に載置された回転体と、を備え、
   前記電源によって前記一対の電極板に電流が供給された状態において、前記回転体に力が印加され、１つの方向に初期回転を開始した際、前記回転体を回転させる回転トルクが生じることを特徴とする動力発生装置。
2. 前記回転体は、導電性材料により構成されている請求項１に記載の動力発生装置。
3. 前記一対の電極板は、前記回転体の運動方向を規制するレールとして機能するよう配置されている請求項１または２に記載の動力発生装置。
4. 前記回転トルクは、前記回転体を前記初期回転の前記１つの方向に回転させるよう作用する請求項１ないし３のいずれかに記載の動力発生装置。
5. 前記回転トルクは、前記電源が交流電源であっても、直流電源であっても、生じる請求項１ないし４のいずれかに記載の動力発生装置。
6. 前記回転体は、球状部材または樽形部材である請求項１ないし５のいずれかに記載の動力発生装置。

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