特許 7629597 シャフト無し推進装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-05

(45)【発行日】2025-02-14

(54)【発明の名称】シャフト無し推進装置

(51)【国際特許分類】

   B64D 27/24 20240101AFI20250206BHJP

   B64D 33/00 20060101ALI20250206BHJP

   B64D 33/10 20060101ALI20250206BHJP

   B64C 27/20 20230101ALI20250206BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20250206BHJP

   F04D 25/16 20060101ALI20250206BHJP

   F04D 29/053 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

B64D27/24

B64D33/00 B

B64D33/10

B64C27/20

H02K7/14 A

F04D25/16

F04D29/053 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021018076

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2022120979

(43)【公開日】2022-08-19

【審査請求日】2024-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】524036387

【氏名又は名称】株式会社ドローン技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】514151661

【氏名又は名称】株式会社アテック

(74)【代理人】

【識別番号】100166039

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 款

(72)【発明者】

【氏名】大川 由夫

(72)【発明者】

【氏名】奥村 直史

(72)【発明者】

【氏名】蘆田 拓也

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０００７００７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０９３７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０６８３０４１（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５９６６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００３２０３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００５７１６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１４５８９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｄ ３３／００

Ｂ６４Ｄ ３３／１０

Ｂ６４Ｃ ２７／２０

Ｈ０２Ｋ ７／１４

Ｆ０４Ｄ ２５／１６

Ｆ０４Ｄ ２９／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状のステーターと環状のローターを具備する回転電動機を含んで構成されるシャフト無し推進装置であって、
前記ステーターは、リング状のコイル配列を有しており、
前記ローターは、リング状の永久磁石配列と、推力発生用のファンを有しており、
前記ローターに設けられた永久磁石配列は、
ステーターのコイル配列の内側に位置する、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される第１の永久磁石配列と、
ステーターのコイル配列の外側に位置する、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される第２の永久磁石配列と、
を含んで構成されることを特徴とするシャフト無し推進装置。

【請求項2】

前記ローターに設けられた推力発生用のファンが、
前記ステーターの中央にある空洞を取り囲むように設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のシャフト無し推進装置。

【請求項3】

前記ローターは、さらに、冷却用のファンを有している、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシャフト無し推進装置。

【請求項4】

前記ステーターは、前記ローターを包み込む様に形成され、
前記ローターは、前記ステーターの内側で回転可能に設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシャフト無し推進装置。

【請求項5】

前記ステーターは吸音材を有している、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシャフト無し推進装置。

【請求項6】

前記ステーターは、
内部に吸気するための吸気口を上面側に有し、
内部から排気するための排気口を底面側に有する、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のシャフト無し推進装置。

【請求項7】

シャフト無し推進装置は、前記推力発生用のファンによって噴流を生成し、ステーターの排気口から前記噴流を噴出させ、その反力を推進力として利用するものであり、
前記ステーターは、噴流の噴射方向を制御して推進力を増強するための噴流制御部材を有している、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のシャフト無し推進装置。

【請求項8】

前記ステーターは、内部に人体や障害物が侵入するのを防ぐための侵入防止手段を有する、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のシャフト無し推進装置。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれかに記載のシャフト無し推進装置を有する航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シャフト無し推進装置に関するものであり、特に、ステーターとローターを具備する回転電動機を含んで構成される推進装置に関するものである。また、本発明は、シャフト無し推進装置を備えた無人航空機や有人航空機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、動力源として電気モータを使った有人航空機や無人航空機（ドローン）の開発が活発に行われている。電気モータを使う従来の航空機は、推進装置として、モータの出力軸であるモータシャフトにプロペラ（複数枚の長尺のブレード）を連結したものを用いている。モータシャフトに連結したプロペラを電気モータで高速回転させることで飛行に必要な推力を発生させている。

【0003】

しかしながら、モータシャフトにプロペラを連結した従来の推進装置では、複数枚の長尺のブレードからなるプロペラの回転により、大きな騒音が不可避的に発生する。プロペラの回転数を下げれば騒音を抑制できるが、そうすると必要な推力を得ることができない。そのため、電気モータを使った有人航空機や無人航空機の更なる普及にあたっては、推力を犠牲にすることなく、推進装置が生じる騒音を抑制することが課題となっている。

【0004】

また、モータシャフトにプロペラを連結した構造の従来の推進装置では、プロペラの直径が大きくなるほど推力が増すが、同時に危険性が増す。逆に、安全性の観点からプロペラの直径を短くすると、必要な推力を得ることができないといった問題がある。そのため、電気モータを使った有人航空機や無人航空機の更なる普及にあたっては、推進装置の安全性の向上も課題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、上述した問題点に鑑み、本発明の目的は、従来の推進装置よりも安全で、推力を犠牲にすることなく騒音を抑制できる、新たな推進装置とこれを用いた航空機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような目的は、環状のステーターと環状のローターを具備する回転電動機（モータ）を含んで構成されるシャフト無し推進装置であって、
前記ステーターが、
内側に空洞を有する環状部を有するステーター本体と、
前記ステーター本体に設けられたリング状のコイル配列と、を有しており、
前記ローターが、
前記ステーター本体の環状部の外側で回転するように設けられたローター本体と
前記ローター本体に設けられたリング状の永久磁石配列と、
前記ローター本体に設けられた推力発生用のファンと、を有している、
ことを特徴とするシャフト無し推進装置によって達成される。

【0007】

上記シャフト無し推進装置では、ローター本体に設けられた推力発生用のファンが、前記ステーター本体の空洞を取り囲むように設けられている。

【0008】

また、上記シャフト無し推進装置では、ローターが冷却用のファンを更に有していることが好ましい。

【0009】

また、上記シャフト無し推進装置において、ステーターはローターを包み込む様に形成され、ローターはステーターの内側（包み込むステーターの内部空間）で回転可能に設けられている。

【0010】

また、上記シャフト無し推進装置において、ステーターは、ローターの回転に伴って生じる騒音を吸音するための吸音材（騒音抑制部材）を具備していてもよい。

【0011】

また、上記シャフト無し推進装置において、ステーターは、内部に吸気するための吸気口を上面側に有し、内部から排気するための排気口を底面側に有している。

【0012】

また、上記シャフト無し推進装置において、ステーターは、噴流の噴射方向を制御して推進力を増強するための噴流制御部材を有していてもよい。

【0013】

また、上記シャフト無し推進装置において、ステーターは、内部に人体や障害物が侵入するのを防ぐための侵入防止手段を有することが望ましい。

【0014】

また、上記シャフト無し推進装置において、ローター本体に設ける永久磁石配列は、
例えば、
ステーター本体のコイル配列の内側に位置する、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される第１の永久磁石配列と、
ステーター本体のコイル配列の外側に位置する、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される第２の永久磁石配列と、
を含んで構成される。

【0015】

また、上記シャフト無し推進装置において、ローター本体に設ける永久磁石配列は、
例えば、ステーター本体のコイル配列の外側または内側に位置する、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される。

【0016】

また、前述した目的は、上記のシャフト無し推進装置を有する航空機（有人航空機やドローンなどの無人航空機を含む）によって達成される。

【0017】

なお、Ｎ極とＳ極を隣合せて配列する一般的な磁石配列と、前述したハルバッハ配列の違いは、次のとおりである。

【0018】

図１５に、Ｎ極とＳ極を隣合せて配列する一般的な磁石配列と、断面矩形の永久磁石を９０°ずつ回転させながら一列に並べて構成されるハルバッハ配列の磁束線を示す。なお、図１５（ｂ）では、永久磁石の磁極を９０°ずつ回転させているが、ハルバッハ配列では、必要なポールピッチと永久磁石の厚さに合わせて３６０°を３以上の整数で除した角度で回転させて差し支えない。

【0019】

図１５（ａ）に示すＮＳ配列では、磁束線が磁石列の上下に均等に分布しているのに対し、図１５（ｂ）に示すハルバッハ配列では、磁石列の片側に磁束線が集中して分布していることがわかる。

【0020】

この性質を利用して、図１５（ｂ）のハルバッハ配列を図１６に示すように２列に並べると、ハルバッハ配列間のエアギャップ中に磁束線が集中し、ハルバッハ配列の外側にはほとんど磁束線が見られなくなる。使用する磁石の量が同じなら、ギャップ中の磁束密度はほぼ２倍となる。このギャップ中に電機子コイルを配置すれば強い磁界をコイルに鎖交させることができるので、電機子に鉄を用いたモータと同等のトルクが得られることになる。図１６のように構成される界磁をデュアルハルバッハ配列界磁という。

【0021】

なお、図１６では直線型のデュアルハルバッハ配列界磁を例示しているが、回転電動機で利用にするためには、永久磁石配列をリング状に丸めることが必要となる。直線型のデュアルハルバッハ配列界磁をリング状に丸めても、直線型と同等のトルクや出力を得ることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明はシャフトレスの推進装置である。従来技術ではモータシャフトにプロペラを取り付けているが、本発明では、（従来技術ではモータシャフトがあった部分を）空洞にして、ローターに推力発生用のファンを持たせている。これにより、推力を犠牲にすることなく、推進装置から生じる騒音を抑制することが可能になる。

【0023】

また、本発明では、（従来技術ではモータシャフトがあった部分を）空洞にして、その周囲で推力発生用のファンを持ったローターを回転させるので、プロペラ（複数枚の長尺のブレード）を用いる従来技術と比較して、推進装置の安全性の向上を図ることが可能になる。

【0024】

また、本発明では、ローターは、推力発生用のファンに加えて、冷却用のファンを備えている。これにより、推進装置の駆動中に、回転電動機を効率的に冷却することが可能になる。

【0025】

また、本発明では、ローター本体に設けられる永久磁石配列は、例えば、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される。これにより、無人航空機や有人航空機の推進装置で必要とされる超高効率のモータを構成することが可能になる。

【0026】

また、本発明では、ステーターはローターを包み込む様に形成され、ローターはステーターの内側で回転可能に設けられる。このような構成により騒音抑制が可能になる。

【0027】

また、本発明では、ステーターには吸音材が設けられる。これにより更なる騒音抑制が可能になる。

【0028】

また、本発明では、ステーターは、吸気口を上面側に有し、排気口を底面側に有している。そして、ローターの推力発生用のファンは、真上に吸気口が位置し、真下に排気口が位置するように設けられる。これにより、「ダクト内への吸気」、「空気流の圧縮」、「噴流の排出」の一連のプロセスにおいて、エネルギー損失を最小限に抑えることが可能になる。

【0029】

また、本発明では、ステーターは、噴流の噴射方向を制御して推進力を増強するための噴流制御部材（ダクト吹き出し形状）を有している。この噴流制御部材は、例えば、排気口（噴流を噴射する部位）を取り囲むようにステーターの底部に設けられ、コアンダ効果による推力増幅を最大化する役割を担うものである。このような噴流制御部材を設けることで、排気口から吹き出す噴流の拡散が抑制され、噴流が一定の方向へ集中して吹き出すようになり、更にこれにコアンダ効果も加わることで、推力の最大化を図ることが可能になる。すなわち、推力発生用のファンで生成する噴流を無駄なく推力に変換することが可能になる。

【0030】

また、本発明では、ステーターには、内部に人体や障害物が侵入するのを防ぐための侵入防止手段（例えばハニカム状のカバー）が設けられる。これにより、推進装置の安全性を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明のシャフト無し推進装置を斜め上から見た斜視図である。

【図2】本発明のシャフト無し推進装置を斜め下から見た斜視図である。

【図3】本発明のシャフト無し推進装置（ハニカム状のカバーを省いた状態）を斜め上から見た斜視図である。

【図4】本発明のシャフト無し推進装置（ハニカム状のカバーを省いた状態）を斜め下から見た斜視図である。

【図5】本発明のシャフト無し推進装置を斜め上から見た断面斜視図である。

【図6】本発明のシャフト無し推進装置を斜め下から見た断面斜視図である。

【図7】本発明のシャフト無し推進装置を示す部分断面図（拡大図）である。

【図8】本発明のシャフト無し推進装置が具備する回転電動機の構成を概略的に示す断面図であって、図８（ａ）は、シャフト無し推進装置のステーターとローターを組み合わせた状態を図示しており、図８（ｂ）は、シャフト無し推進装置のローターだけを図示しており、図８（ｃ）は、シャフト無し推進装置のステーターだけを図示している。なお、図８において、ローターのファンやステーターのダクトなどの図示は省略している。

【図9】本発明のシャフト無し推進装置が具備する回転電動機の永久磁石配列とコイル配列の一例を示す平面図である。

【図10】本発明のシャフト無し推進装置が具備する回転電動機の永久磁石配列の一例を示す拡大平面図である。

【図11】本発明のシャフト無し推進装置の機能作用を示す断面図である

【図12】本発明のシャフト無し推進装置（変形例）の機能作用を示す断面図である

【図13】本発明のシャフト無し推進装置（変形例）の機能作用を示す断面図である

【図14】本発明のシャフト無し推進装置（変形例）の機能作用を示す断面図である

【図15】図１５（ａ）は、Ｎ極とＳ極を隣合せて配列する一般的な磁石配列を示す断面図であり、図１５（ｂ）は、断面矩形の永久磁石を９０°ずつ回転させながら一列に並べて構成されるハルバッハ配列を示す断面図である。

【図16】ハルバッハ配列を２列に並べたもので構成されるデュアルハルバッハ配列を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付図面に基づいて、シャフト無し推進装置の具体的実施形態について説明する。

【0033】

（シャフト無し推進装置の概略構成）
はじめに、図１～図８に基づいて、シャフト無し推進装置（以下、単に「推進装置」という）の構成を概略的に説明する。

【0034】

本実施形態の推進装置１は、回転電動機を動力源として噴流（ジェット）を生成し、その反作用を推進力に利用する装置である。本実施形態では、推進装置は、図１に示すように、中央に空洞を具備する円盤型の装置で構成されている。

【0035】

この中央に空洞を具備する円盤型の推進装置１は、図１～図８（主として図５）に示すように、
・中央に空洞３を有する略リング状のステーター２と
・ステーター２内部の略リング状空間で回転する略リング状のローター５と、
・ローター５を回転自在に支持する略リング状のベアリングユニット８を
を具備する回転電動機を含んで構成される。

【0036】

図５に示すように、ステーター２は、ローター３を包み込む様に略リング状に形成され、ローター３は、ステーター２の内側空間（略リング状空間）で回転可能に設けられている。

【0037】

ステーター２は、ハニカム状のカバー３３で覆われた吸気口２７を上面側に有し、底面側に排気口２８を有し、内部の略リング状空間にリング状のコイル配列２３を備えている。リング状のコイル配列２３は、ステーター２の底部によって支えられている。

【0038】

ステーター２の内側空間（略リング状空間）に回転自在に設けられたローター５は、リング状の永久磁石配列５３，５４と、空気流を圧縮して噴流を生み出すファン６５と、コイル配列等で構成される回転電動機を冷却するための冷却用のファン６６を有している。

【0039】

ローター５を回転自在に支持するベアリングユニット８は、図７に示すように、ステーターに固定された内輪８１と、ローターに固定された外輪８３と、内輪８１と外輪８３の間に介在する転動体８５を有している。

【0040】

本実施形態では、ローター５を回転自在に支持する手段としてベアリングユニット８を採用しているが、ベアリングレスの構成を採用することも可能である。そのようなベアリングレスは、例えば磁気浮上方式を採用することで実現できる。

【0041】

なお、従来の回転電動機で構成される推進装置は、装置中心にモーターシャフト（出力軸）を備えておりこれにプロペラを取り付けているが、本実施形態の推進装置はモーターシャフトが無く、装置中心は空洞になっている。すなわち、従来技術の推進装置は、「ローターの回転軸（仮想の回転軸）に一致するモータシャフト」を必須の構成としているのに対し、本実施形態の推進装置は、ローター５の回転軸（仮想の回転軸）に一致する部分は空洞になっており、モーターシャフトが無い。この点で従来のモータと大きく相違する。

【0042】

以下、推進装置１が具備するステーター２とローター３の構成について具体的に説明する。

【0043】

（ステーターの構成）
図１～図８に基づいて、推進装置１が具備するステーター２の構成について説明する。

【0044】

図５に示すように、推進装置１のステーター２は、主として、
・ローター５を内包する略リング状のステーター本体２１と、
・ステーター本体２１の内部に設けられたリング状のコイル配列２３を
有している。

【0045】

ステーター本体２１は、
・内側に空洞３を有する環状部２５（筒状部）と、
・ステーター本体２１の上面側に形成された吸気口２７と、
・吸気口２７に設けられたハニカム状のカバー３３（侵入防止手段）と、
・略扇状の複数の排気口２８が形成された底部２９と、
・グラスウールなどの吸音材を具備するダクト３１を
有している。

【0046】

環状部２５は、本実施形態では略筒状に形成され、内側に空洞３を有している。図７に示すように、環状部２５の外周面には、ベアリングユニット８の内輪８１が固定されている。環状部２５は、内側のダクトとしても機能する。これに対し、ダクト３１は、外側のダクトとして機能する。

【0047】

環状部２５の内側に位置する空洞３は、上方の空気を誘引し、これを加速させて下方へ排出させるために形成されている。空洞３には、シャフトやスポークなどの機械的要素は一切設けられていない。すなわち、空洞３を通過する気流を妨げる要素は一切設けられていない。

【0048】

吸気口２７は、ステーター本体２１の上面側に形成されている。吸気口２７の真下には、後述するローター５の推力発生用のファン６５と冷却用のファン６６が位置している。このように、吸気口２７の真下にファン６５，６６が位置することで、装置上方の空気が効率的にダクト３１内に取り込まれる。

【0049】

ハニカム状のカバー３３は、ステーター２内部に人体や障害物が侵入するのを防ぐ侵入防止手段として機能する。このカバー３３はステーター本体２１上面側の吸気口２７を塞ぐように設けられているが、多数の孔を有するハニカム構造のため、吸気口２７からの吸気を妨げることはない。

【0050】

なお、本発明においてカバー３３は必須の構成ではなく、図３に示すようにカバー無しの構成を採用してもよいが、安全性を確保する観点から図１に示すようにカバー３３を設けるのが望ましい。また、カバー３３を設ける場合、カバーの構成は必ずしも図示するようなハニカム構造に限られるものではなく、吸気を妨げないように孔やスリット、その他の通気口などが形成されたものであれば採用可能である。

【0051】

底部２９は、環状部２５の下端から外側に向かってフランジ状に拡がるように形成されている。この底部２９は、図７に示すように、リング状のコイル配列２３を支持している。

【0052】

また、底部２９には、ステーター２内部から排気するための排気口２８が形成されている。本実施形態では、排気口２８は、等間隔で形成された略扇状の複数の開口部で構成されている。この排気口２８からは、推進力となる噴流が噴射されるほか、排熱口としての役割も担っている。

【0053】

ダクト３１は、底部２９の外縁から上方に向かって隆起するように設けられている。後述するローター５の外側磁石支持部６４とダクト３１との間の空間は、空気流を圧縮して噴流を生み出すための空気圧縮室として機能する。この空気圧縮室において、ファン６５が回転するとともに空気流を圧縮することで、推進力となる噴流が生成され、排気口２８から排出される。

【0054】

なお、図１～図１１に示す実施形態では図示を省略しているが、図１２～図１４に示す変形例のように、噴流の噴射方向を制御して推進力を増強するための噴流制御部材３５（噴流制御ノズル）を、底部２９に設けてもよい。この噴流制御部材３５は、コアンダ効果による推力増幅を最大化する役割を担うものである。図１２に示す変形例では、噴流制御部材３５は、同心円状に設けられた二重環状のノズル（外側ノズルと内側ノズル）で構成されている。この噴流制御部材３５は、例えば、排気口２８（噴流を噴射する部位）を取り囲むようにステーター２の底部に設けられる。噴流制御部材３５の形状は特に限定されるものではなく、図１２～図１４に例示するように、様々な断面形状の二重環ノズルを採用することができる。

【0055】

このダクト３１の内壁には、グラスウールなどの吸音材が設けられている。ダクト３１の内側では、ローター５の回転に伴って騒音が生じるが、ローター５を取り囲むダクト３１の内周面に吸音材が設けることで、駆動時の騒音が抑制される。なお、吸音材の取り付け部位は特に限定されるものではない。例えば、ダクト３１を二重構造にして、その内部に吸音材が設けてもよい。このようにダクト３１を二重構造にすることで更なる静音化を図ることができ、また、吸音材をダクト内部に収めることでその脱落を確実に防止できる。

【0056】

本実施形態では、ステーター本体２１は、環状部２５と底部２９とダクト３１とハニカム状のカバー３３を一体的に有するように略リング状（略ドーナツ状）に形成されている。また、ステーター本体２１は、その内側に、ローター５が回転可能に設けられるリング状空間を有している。

【0057】

（ローターの構成）
次に、図１～図８に基づいて、推進装置１が具備するローター５の構成について説明する。

【0058】

推進装置１のローター５は、図５に示すように、ステーター２の内側で回転可能に設けられており、ステーター２は、ローター５を包み込む様に形成されている。

【0059】

このローター５は、図５～図７に示すように、
・内側ダクトである環状部２５と外側ダクトであるダクト３１の間で回転するように設けられたローター本体５１と、
・リング状に配列された内側磁石配列５３（第１の永久磁石配列）と、
・リング状に配列された外側磁石配列５４（第２の永久磁石配列）を
有している、

【0060】

ローター本体５１は、図７に示すように、
・ベアリングユニット８の外輪８１が固定された外輪支持部６１と、
・内側磁石配列５３を支持する内側磁石支持部６３（第１の磁石支持部）と、
・外側磁石配列５４を支持する外側磁石支持部６４（第２の磁石支持部）と、
・排気口２８の真上に位置する推力発生用のファン６５と、
・コイル配列２３及び永久磁石配列６３，６４の真上に位置する冷却用のファン６６を
一体的に有している。

【0061】

内側磁石支持部６３によって支持された内側磁石配列５３は、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される。この内側磁石配列５３は、コイル配列２３の内側に位置するようにリング状に配列されている。

【0062】

外側磁石支持部６４によって支持された外側磁石配列５４は、ハルバッハ配列の複数の永久磁石で構成される。この外側磁石配列５４は、コイル配列２３の外側に位置するようにリング状に配列されている。

【0063】

磁石支持部６３，６４によって支持されたリング状の永久磁石配列５３，５４は、ステーター２の底部２９に固定されたコイル配列２３を隔てて、互いに向かいように設けられている。

【0064】

推力発生用のファン６５は、ステーター本体２１内のリング状空間の外側に位置し、かつ、排気口２８の真上に位置するように設けられている。この推力発生用のファン６５は、外側磁石支持部６４の外周面とダクト３１の内周面の間の空間において空気流を圧縮する。ダクト３１内で圧縮された空気流は噴流となって、ファン６５の真下の排気口２８から排出される。

【0065】

冷却用のファン６６は、ステーター本体２１内のリング状空間の内側に位置し、かつ、コイル配列２３及び永久磁石配列５３，５４を隔てて排気口２８の真上に位置するように設けられている。

【0066】

（永久磁石の配列構造）
一般的なモータでは、永久磁石をＮ極とＳ極とが交互になるように配列するが、そのような配列構造だと、磁場が磁石配列の表側と裏側の両方に発生してしまい、磁場を有効に利用できない。そこで、本実施形態では、モータの磁場を高める手段として、「ハルバッハ配列」という永久磁石の配列構造を採用している。

【0067】

本実施形態で採用するハルバッハ配列では、永久磁石の磁極を９０°ずつ回転させながら配列しているので、磁石配列の一方の側の磁場が弱まり、その磁石配列の他方の側では、その分磁場が強くなって、永久磁石の配列の片側に強い磁場を発生させることができる。そこで、本実施形態では、図９に示すように、それぞれハルバッハ配列された２列の永久磁石配列５３，５４（いわゆるデュアルハルバッハ配列）の間に、電機子コイルからなるコイル配列２３を配置した回転電動機構造を採用している。

【0068】

以下、具体的に説明する。

【0069】

本実施形態の推進装置１は、ステーター２とローター５を備えている。ステーター２は、コイル配列２３を備えている。ローター５は、永久磁石配列５３、５４を備えている。永久磁石配列５３、５４はそれぞれリング状に構成され、コイル配列２３もそれぞれリング状に構成されている。永久磁石配列５３、５４およびコイル配列２３は同心円状に配置されている。内側磁石配列５３は、外側磁石配列５４の内側に設けられている。

【0070】

永久磁石配列５３、５４は、図１０に示す様に、それぞれ永久磁石の磁極を略９０°ずつ回転させながら配列したハルバッハ配列となっている。

【0071】

図９に示すように、内側磁石配列５３の永久磁石の数と外側磁石配列５４の永久磁石の数は同じである。

【0072】

また、図１０に示すように、
内側磁石配列５３の永久磁石のうち“径方向”に着磁した永久磁石の磁極方向と、外側磁石配列５４の永久磁石のうち“径方向”に着磁した永久磁石の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は“同じ”である。
内側磁石配列５３の永久磁石のうち“周方向”に着磁した永久磁石の磁極方向と、外側磁石配列５４の永久磁石のうち“周方向”に着磁した永久磁石の磁極方向は、同じ半径上に配置されているもの同士は“反対”である。

【0073】

内側磁石配列５３では、永久磁石の磁極を周方向に略９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（内側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（外側）では、その分磁場が強くなって、内側磁石配列５３の片側（外側）に強い磁場を発生させることができる。

【0074】

外側磁石配列５４では、永久磁石の磁極を周方向に略９０°ずつ回転させながら配列しているので、配列の一方の側（外側）の磁場が弱まり、その配列の他方の側（内側）では、その分磁場が強くなって、外側磁石配列５４の片側（内側）に強い磁場を発生させることができる。

【0075】

上述した実施形態では、外側磁石配列５４では、永久磁石の磁極を周方向に略９０°ずつ回転させながら配列して、リング状配列の外側の磁場が弱まり、そのリング状配列の内側では、その分磁場が強くなって、外側磁石配列５４の内側に強い磁場を発生させ、また、内側磁石配列５３では、永久磁石の磁極を周方向に略９０°ずつ回転させながら配列して、リング状配列の内側の磁場が弱まり、そのリング状配列の外側では、その分磁場が強くなって、内側磁石配列５３の外側に強い磁場を発生させたが、磁極を周方向に略９０°ずつ回転させなくても、例えば、略４５°ずつ回転させてもよい。あるいは、３６０°を３以上の整数で除した角度で回転させてもよい。

【0076】

なお、本実施形態では、永久磁石配列の一例としてハルバッハ配列を採用しているが、本発明における永久磁石配列はハルバッハ配列に限定されるものではなく、Ｎ極とＳ極を隣合せて配列する一般的な磁石配列を採用することも可能である。

【0077】

また、本実施形態では、ハルバッハ配列された２列の永久磁石配列（デュアルハルバッハ配列）の間に電機子コイルを配置した構造を採用していが、電機子コイルの内側・外側のいずれか一方の側だけにハルバッハ配列された１列の永久磁石配列（いわゆるシングルハルバッハ配列）を採用することも可能である。

【0078】

（推進装置の機能作用）
次に、図１１に基づいて、上述した構成を具備する推進装置の機能作用について説明する。なお、推進装置の構成については、必要に応じて図５～図７を参照する。

【0079】

ファン６５，６６を備えたローター５がステーター２内で回転すると、吸気口２７を介してステーター２の内部（ダクト３１内）に空気が吸い込まれる。

【0080】

ダクト３１内に吸い込まれた空気の一部は、冷却用のファン６６によってコイル配列２３の方へ導かれてコイルを含む回転電動機の全体を冷却し、その真下の排気口２８から排熱する。

【0081】

また、ダクト３１内に吸い込まれた空気の大部分は、推力発生用のファン６５の回転によってダクト３１の内側で圧縮され、噴流（ジェット）となってその真下の排気口２８から排出される。
このとき、コアンダ効果によって、ダクト３１周囲の空気が引き寄せられて噴流に取り込まれる。これにより推力が増強する。
さらに、推進装置の中央の空洞３にも、推進装置上方の空気が誘引され、周囲の噴流によって加速されて、空洞３の下部から加速した状態で排出される。

【0082】

なお、図１２～図１４に示す様な噴流制御部材３５（噴流制御ノズル）を設けた場合には、排気口２８からの噴流は、噴流制御部材３５の外側ノズルと内側ノズルの間を通って噴射される。これにより、噴流の噴射方向が制御されて推進力の増強が図れる。すなわち、噴流制御部材３５を設けることで、排気口２８から吹き出す噴流の周囲への拡散が抑制され、噴流が一定の方向へ集中して吹き出すようになり、更にこれにコアンダ効果も加わることで、推力の最大化を図ることが可能になる。

【符号の説明】

【0083】

１ シャフト無し推進装置
２ ステーター
３ 空洞
５ ローター
８ ベアリングユニット
２１ ステーター本体
２３ コイル配列
２５ 環状部（筒状部／内側のダクト）
２７ 吸気口
２８ 排気口
２９ 底部
３１ ダクト
３３ ハニカム状のカバー（侵入防止手段）
３５ 噴流制御部材（噴流制御ノズル／ダクト吹き出し形状）
５１ ローター本体
５３ 内側磁石配列（第１の永久磁石配列）
５４ 外側磁石配列（第２の永久磁石配列）
６１ 外輪支持部
６３ 内側磁石支持部（第１の磁石支持部）
６４ 外側磁石支持部（第２の磁石支持部）
６５ 推力発生用のファン
６６ 冷却用のファン
８１ 内輪
８３ 外輪
８５ 転動体

【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】