(57)【要約】      （修正有）【課題】  装置サイズを大きくすることなく駆動力を増強し、低周波数帯域の駆動からもっと高い波長駆動を可能とし、脈動をなくすとともに、バネ等の機械的騒音を無くし、強い駆動力と静粛性および高い信頼性をもった往復リニアエンジンを得る。【解決手段】  シャフト１に固定したリング状マグネット３を、低周波帯域から中低域周波数まで感応動作できるように機械的波長フィルタリング効果をもつ中空鉄心型剥き出しヨーク４をもったリング状励磁コイル７の両側に対称配置し、励磁コイル７の励磁極性を反転させて往復動させるマグネット反発機構を構成するとともに、ケース８内部両端に配置した磁力スプリングマグネット２により永久磁石どうしの磁気反撥を利用した磁力反発スプリング機構を構成した。さらに励磁コイル７とマグネット反撥機構を複数構成させた多段ユニット構成としシャフトの駆動軸力を大幅に増強する。【選択図】    図３
2006325381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルに増幅した矩形波や正弦波等の周波数信号や音響信号等を印加通電することにより若しくは直流電源の正負極の反転通電機構により生成した擬似交番電流により対面する永久磁石の磁極磁束が吸引反撥する電磁回路機構において，リング状マグネットの磁界磁束の中心圏とドーナツ状励磁コイルの生成磁界磁束圏の中心圏とが合致するように両者を配置形成し励磁コイルの中心軸孔に電磁軟鉄等で形成する環状ヨークを嵌めさらに磁束圏調整の鍔を立ち上げてマグネット磁束圏と正確に合致するように磁束誘導し該マグネット若しくは該励磁コイルのいずれか側をシャフトに接着若しくは止め輪等の締結手段で固定しシャフト揺動子としもう一方側の外輪外周部をケースに同様固着して固定子としその両側所定位置のシャフト上に揺動子を対称配置し該励磁コイルに通電すると片側が吸引磁界になり反対側が反撥磁界を形成し揺動子シャフトが同一方向に移動動作する磁極磁界配置となしたマグネットと該励磁コイル一対の構造体を一ユニットとし一つ若しくは複数ユニットを同一ケース内に配置し揺動させる機構とし該シャフト端をケース片側ないし両側から外部に延長し駆動軸としたことを特徴とした往復リニアエンジン。
【請求項２】
前記第１項記載の往復リニアエンジンの揺動子としてマグネットをシャフトに固着し揺動子とした機構において，揺動子マグネットと軸受機構もったケース蓋との間の中間部に衝突防止および反撥用コイルスプリングないし板バネの代替用として揺動子マグネットの磁極磁束に反発するように中心にシャフトを貫通挿入したリング状マグネット単体もしくは複数のマグネットをシャフト軸穴に対して放射状に配列固着し磁力反発スプリング機構としてケース両端に設けたことを特徴とする往復リニアエンジン。
【請求項３】
前記第１項及び第２項記載の往復リニアエンジンにおいて，揺動子として励磁コイルをシャフトに所定間隔で固定し対抗対面する固定子とするリング状マグネットをケース内壁の所定位置に対配置固定し磁力反撥吸引機構を形成し単一ないし複数ユニット構成としその励磁コイルの通電リード線をシャフト軸方向に形成した細長溝部等に収め駆動軸側と反対側シャフト先端部付近のシャフト外表面をほぼ二分するように絶縁された受電端子板すなわちプラス側とアース側受電端子板に配線誘導しその二つの受電端子板を挟み込むようにその両側位置にケース側から立ち上げた通電ブラシ端子を配置し受電端子の極性に対応した電極配置とし常に一定圧で揺動するシャフトの受電端子に接触し通電供給できる構造としさらにその受電端子の長さを揺動子が固定子に衝突しない寸法としたことを特徴とした往復リニアエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，一般的に知られているモータ等のシャフト回転装置ではなく軸方向に所定距離範囲内で往復することができるリニアエンジン駆動機構に関する。同一ケース内蔵若しくは別装置で生成される約４００Ｈｚ以下の交流交番信号や音響信号や各種使用目的にアレンジされた複合波長信号等の増幅電流や直流の正負極反転スイッチング機構により生成される擬似交番電流を当該装置の励磁コイルに印加通電することによりシャフトが左右に往復運動する装置に関するものである。すなわち中空鉄心にドーナツ状に巻回した励磁コイルを巻きその鉄心ヨーク両側に発生する磁極磁界に反応するリング状マグネットの吸引反撥動作を応用する機構でありその軸力を増す方法としてマグネットと励磁コイルの組み合わせ機構を複数構成して多段ユニット装置としたものである。つまりマグネット若しくは励磁コイルのいずれか一方を揺動子としてシャフトに固定し他方を固定子として本体ケースに固定し、ケース外部に延長したシャフト軸端に直接ピストンやダイアフラム弁機構を付加すれば各種ポンプ・コンプレッサーのモータに代わる駆動源として利用できさらに電磁弁駆動装置やプランジャー駆動源としてまた錘を付加すれば各種バイブレータなどに応用展開ができるものである。
【背景技術】
【０００２】  従来，この類に近い製品は自動車機能部品としての各種プランジャーや一般に回転モータにカム機構を構成してリニア動作させる装置や交流１００Ｖ電源利用の電磁反撥ハンドマッサージャー等があるがシャフトをリニアに動作させるものではない。しかしながら既存プランジャー装置はリニア駆動源として高速連続動作には不向きであり回転装置の応用はカム等の機構が必要であり電磁リニアバイブレータも交流１００Ｖ５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚに限定される。また最近開発された直接リニア動作する装置でも駆動力を増減するには電圧電流容量や周波数をコントローラで増減する装置が必要であるがストロークが数ｍｍと小さく大きくすると熱の発生やコイルやスプリングの応力限界を超えるため耐久性などに問題が生じる。強力な軸駆動力を必要とする場合大きな電流を流すため巻き線径を太くするとさらに低周波域にフィルタリングされ２０−３０Ｈｚ程度のピストン運動となり脈動を発生してくる。高効率エアポンプや冷凍コンプレッサーの駆動力として使用する場合はできるだけ高い周波数でストロークが取れる機構装置が必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  解決しようとする問題点は，装置の大きさを余り変えずに大きなエネルギーを得ることにある。また長寿命の装置とするためにバネなどの機械的寿命限度部材をできるだけ減らすことにある。また大きなパワーで駆動しかつ小型化してくと熱の放散が問題になりその解決方法も必要となる。マグネット磁力やコイルサイズを大きくすることにより電流値はアップし軸駆動力は増すことができるが当然装置全体も大きくなり電流・電圧の増大となる。さらに冷凍冷蔵コンプレサー用とする場合はより静粛で高い耐久性が要求されので高い周波数で運転でき機械的疲労部材である圧縮スプリング等の使用はメンテナンス上から望ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  上記目的を達成するために，請求項１の発明に係わる往復リニアエンジン装置は，励磁コイル若しくはマグネットいずれかを固定子とし一方をシャフトに固着して揺動子とするものでありその組合せユニットを複数配置した駆動力増強装置に関する発明である。励磁コイルをケース等に固定して固定動作体として用いる場合は励磁コイルの外輪部に放熱孔を持ったアルミなどの放熱リングを取り付けてケースに固定若しくは直接ケースに固定し，該コイル内輪中心軸穴に中空鉄心をはめこみシャフトの軸受としての機能をもたせその該コイルを押さえ込むように鍔を立ち上げヨークを形成をすべく磁極の磁束中心を該鍔端部に誘導し対面するマグネットの磁極磁束の中心圏と一致する様に鍔寸法を加工形成する。上下厚み軸方向に着磁し希土類金属等で形成したリング状マグネットをシャフトに挿入し接着剤若しくは止め輪等の締結手段で固定し該励磁コイルを挟んでストローク所定位置に両側対称位置に配置し揺動子とする。ただしマグネットの磁極配置は交番電流により発生する励磁コイルの磁極磁界に片側は吸引され反対側は反撥する対面配置構造としシャフト揺動子が同一方向に動作する配置とする。リング状マグネットを固定子としてケースに固定する場合も同様であるが励磁コイルは揺動シャフトに固定するので強制空冷される構造となる。騒音を押さえるためまた機械的部材をできるだけ少なくするために複数の磁気反撥駆動ユニットを構成した場合でもコイルバネはケース両端の両側のみに配置し揺動子である各マグネットを非通電時には中間位置に置く構造とし外側両端配置のコイルバネは外部から容易に交換できる構造とした。以上により励磁コイルに交番電流が印加通電されると単体ないし複数の揺動子が固定動作体と反応してシャフトが左右に通電周波数に同期した高い軸駆動力でレシプロ運動をしてケース外部に延長されたシャフトに連結されるエアコンプレッサー等の各種装置のリニア駆動源としてもしくはシャフト先端に付加される錘により各種振動装置として振動を発生させることができる。【０００５】  請求項２の発明に係わる往復リニアエンジン装置は，マグネットをシャフトに固定し揺動子とした場合励磁コイル側と反対のケース側揺動子マグネット片面磁極は遊んでいるのでケース蓋内壁に該揺動子マグネット磁極磁界に反撥対応するように着磁配置した揺動子同様リング状マグネットをシャフト貫通できる中心配置で片面固着としコイルスプリング等を不要とした磁力反撥スプリング機構構造とした。また装置サイズが大きい場合は複数のマグネットを揺動子磁極磁界に対応するようにケース蓋部内壁に接着などにより放射状に多数配列固定してもよい。また励磁コイルを揺動子とした場合でもシャフト終端部にマグネットを固着して対向対面するケース蓋内壁に同様マグネットを固着し磁力反撥スプリング構造とすることもできる。【０００６】  本発明の請求項３に係わる往復リニアエンジンは，駆動力を増大する目的で励磁コイルとシャフトマグネットの組合せユニットを複数配置していくと熱の放熱対策が必要となる。そこで励磁コイルをシャフトに固定し揺動子として往復運動させることにより強制空冷ができるが揺動距離内の動作体である揺動子励磁コイルへの電源供給が必要となりブラシ型供給端子をケースから立ち上げシャフト駆動側と反対の位置付近のシャフト表面に形成した正負極受電端子に両側から接触通電できる構造とし、その電極距離を揺動子の移動範囲としたすなわち揺動子が固定子に衝突しない限界距離に寸法設定し運動シャフトから励磁コイルに直接電源を供給できる構造とした。
【発明の効果】
【０００７】  請求項１の発明によれば，磁気回路をバランス良く配置した構造なのでシャフトの中間保持目的と激突防止目的のバネは駆動エネルギーの損失をまねく欠点があったが低圧縮コイルバネの配置が可能となり軸駆動力を増すことができる。単一磁力反撥機構でも多段機構でもバランスコイルバネをケース両端部のみに配置すればよいので交換し易く騒音性能も改善できる。さらに励磁コイルのサイズを大きくすることなく必要駆動力が軸方向に多段結合される複数励磁コイルとマグネット機構のみで構成したので装置の小型化が図れ消費電力も低く押さえることができる。目的に応じて励磁コイル又はマグネットいずれかを固定できるので小型化，低消費電流化，少部品化等ができる構造となった。【０００８】  請求項２の発明によれば機械的疲労部材であるコイルスプリングや板バネ等の替わりに遊んでいる磁界磁束を利用して磁気スプリングで動作する機構構造としたのでコイルスプリング等の機械的疲労部材がなくなり騒音もなくなり製品寿命が大幅に延び信頼性も増した。【０００９】  請求項３の発明によれば励磁コイルを揺動子としたので励磁コイルの強制冷却が可能となり効率が上昇しさらにその動作限度に受電端子の長さを設定したので揺動子の固定子への衝突が防止でき励磁コイルへの過剰電流や突発突出信号電流による激突破損することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下本発明の実施の形態を図１から図１０に基づいて説明する。図１は本発明の当該往復リニアエンジンの本体装置側面断面図で金属ないし樹脂等で形成した円筒ケース８の両側を蓋で閉じて中心軸孔から駆動シャフト１が両端外側に延びている。シャフトには励磁コイル７を挟んで希土類金属で加工したリング状マグネット３を両側に配置し該励磁コイル７は放熱用リング１１を介してケース８に接着剤で固着している。励磁コイルの電源入力用端子５はケース８の外側に設けられており外部専用増幅器に配線される。マグネットは止め輪１０と接着材で固定されている。両側ケース蓋１２の内壁には磁力スプリング機構の第二のマグネット２が固着されて揺動子のマグネット磁極磁界とと対面対向させ常にシャフト揺動子を中間保持している。励磁コイルの中心軸孔には中空鉄心が挿入嵌め込みされてさらに生成磁界磁束を対面マグネット２の磁界磁束圏と合致する位置まで鍔を伸ばしヨークとして機能を果たしている。該中空鉄心４はシャフト軸受機構も兼ねておりケース両端の樹脂製軸受９とともにシャフトをスムースに保持揺動させている。該励磁コイルに交流交番電流を印加通電すると左右の揺動子であるマグネットが片側は吸引され反対側は反撥で同方向にシャフトが移動する磁極配置になっている。揺動子の外側には常に反撥状態に置かれるようケース両端蓋に固着されたマグネット磁極が対面するマグネットの磁極と同極対向対面する配置で固着されているので信号電流がなくなるとシャフト１は中間保持状態に維持されスプリングのきしみ音や機械的消耗も少ない構造となっている。図１には磁極の方向配置を図示しており励磁コイルの極性は初期設定時極性であり通電時は交番反転する。図２は図１の装置正面図である。【００１１】  図３は図１の励磁コイル単体構造の軸駆動力を増すために多段励磁コイル機構としたもので図１の基本構造とほとんど同じであるが軸力は３倍程度増加する。動作方向を明示するために磁極方向を図中に図示し初期動作方向を矢印で明示している。励磁コイル７のインピーダンスを調整するためにコイルどうしの結線は必要に応じて変えることができる。図４は磁力スプリング機構において図１の場合はリング状マグネット単体２で構成していたが本実施例では円板状マグネット２はシャフト軸孔を中心に４組放射状に配列しより強力な磁力スプリングとしての反撥力を得ている。【００１２】  図５は励磁コイル７を揺動子としてシャフトに固定しマグネットをケース８に固定した構造の往復リニアエンジン装置である。ケース蓋両側内壁部１２には揺動子を中間保持するコイルスプリング１５が配置され励磁コイル７は磁束を対向対面するマグネット３の磁界磁束圏と対応させるため鍔１９を外周方向に向かって立ち上げるヨーク構造としている。また該ヨーク４は励磁コイル７からシャフト１に配線される電源リード線１８の誘導路を確保している。マグネット１３は薄板リング状円板で軸受等機構等のスペースを確保できないのでケース両端部の軸受２ケ所９でシャフト荷重を支持する構造としている。シャフト１には励磁コイル７から引き出し配線したリード線１８を軸方向から通電ブラシ機構部に延びた細溝１７に埋設配線し通電ブラシ部の受電用端子板２極回路２１に結線されている。当該シャフト１表面受電部２１にはケース蓋部から立ち上げたブラシ電極端子２０が両側から挟み込むように所定圧で接触している。またシャフト駆動側のケース軸受部はシャフトが回転しないように溝ストッパー１６が加工されてシャフトが自然回転で受電端子２１がブラシリード端子２０から外れるのを防止している。図６は当該装置の正面図で電源入力端子５がケース蓋から外に伸びている。ケースはプレス加工で蓋ツメ２２により固定されている。図７は本装置の回路ブロック図である。図８は往復リニアエンジン装置の動作内容とその応用製品一覧説明図である。以下実施例１及び実施例２の具体的製品応用実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】  図９は図１の機構をもった装置のシャフト両端に球体状錘３５を取付け振動装置としたもので小型のものは携帯電話基板等に組み込むことができるものである。本実施例では独立装置として外部の増幅装置２６でＣＤやＭＤ等の音楽プレーヤ２８や携帯電話３１やインターネットパソコン３０の信号を取り込んで所定電流に増幅し本体駆動装置８を動作させるものである。マッサージヘッド３６は人体各部に合わせた形状やツボ指圧形状とする。また球体錘３５はシャフトを固定した利用の場合は本体装置が錘になるので不要とすることもできる。
【実施例２】  図１０は図５の多段磁気反撥機構装置の応用例で同装置下部に充電式電池２５を組み込むケースを配置し直流電源極性反転スイッチャー通電機構２４を内蔵させ先端部にエアポンプ機構３３を内蔵させ吐出孔３７より圧縮空気を排出させる装置である。
【産業上の利用可能性】
【００１４】  本発明装置は振動源や往復運動駆動源そして警報ブザーや位置ポジショナーとしての動作機能を持っているので低周波帯域の連続的な電気増幅信号であれば作動できまた共鳴板に本体シャフトを固定ないし圧着すれば４００Ｈｚ以上の中域波長まで再生振動できるので警報音を取り出すこともでき往復運動駆動源や振動源としてではなく警報器としての目的も同時に果たすことができる。微小信号の場合は電流増幅器を経由して励磁コイルに印加通電するが交流電圧の場合はそのまま使用するか降圧トランスを使用して所定の電圧に落とせば５０Ｈｚないし６０Ｈｚの振動もしくは揺動駆動が得られるので機械工具や汎用エアポンプ・コンプレッサー用途として利用できる。より高性能で静粛なエアポンプやコンプレッサー用途には多段複数磁気回路機構構成とし高い駆動周波数で駆動する。さらに直流電流を擬似交番電流として正負極性を交互にスイッチングして供給する方法をとれば乾電池やバッテリー駆動の携帯型や通常電力の使用が難しい場所での使用に適しているのでパーソナル用マッサージ装置や携帯エアポンプや緊急用蘇生器等の医療装置などに適用できる。またインターネット利用のパーソナルコンピュータでは医療機関，音楽配信機関，映画・アニメ配信機関等のホームページで診断若しくは配信される情報信号をスピーカ信号もしくはＳＵＢ信号を専用増幅器を経由して当該装置に通電し動作させマッサージ信号や体感音響振動やシュミレータ信号としてまたリラクゼーションや催眠や記憶増強のためのさまざまな個人対応の脳波コントロール振動を利用することもできる。工業用機器の駆動源として電動ハンマー・ジグソー・ポンプ・電動彫刻器・部品搬送装置等に用いるためには信号源としては各機械装置に動作にあった信号波長や揺動距離が要求されるので個々の機械装置に内蔵される信号発生器とその増幅器で動作するシステム構成を組み込むことにより多くの商品開発が可能となる。図８でその応用一覧を図示表示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の側面断面図と磁極配置図。
【図２】第一実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の正面図。
【図３】第二実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の側面断面図と磁極配置図。
【図４】第二実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の正面図。
【図５】第三実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の側面図断面図と電気配線図。
【図６】第三実施形態に係わる往復リニアエンジン装置の正面図。
【図７】往復リニアエンジン装置の電気回路ブロック図。
【図８】往復リニアエンジン装置の利用動作内容とその応用製品一覧説明図。
【図９】往復リニアエンジン装置組み込み実施例１のマッサージャー外観図。
【図１０】往復リニアエンジン装置組み込み実施例２のエアポンプ外観図。
【符号の説明】
【００１６】１−−−シャフト
２−−−磁力スプリングマグネット
３−−−揺動子マグネット
４−−−コイルヨーク（軸受）
５−−−コイル入力電源端子＋
６−−−電源ソース
７−−−励磁コイル
８−−−本体装置ケース
９−−−ケース軸受
１０−−−止め輪
１１−−−放熱環（リング）
１２−−−ケース蓋
１３−−−マグネット（固定子）
１４−−−マグネット固定台
１５−−−コイルスプリング
１６−−−ストッパー溝（軸回転止め）
１７−−−溝（励磁コイル渡り配線用）
１８−−−電源リード線
１９−−−ヨーク鍔
２０−−−ブラシ電極端子
２１−−−スライド受電端子
２２−−−ケース蓋固定ツメ
２３−−−交流電圧コントローラー
２４−−−直流電極反転スイッチャー
２５−−−バッテリー
２６−−−増幅装置
２７−−−周波数信号発生器
２８−−−アミューズメント・シュミレータ
２９−−−各種産業機械装置
３０−−−インターネットパソコン
３１−−−携帯電話
３２−−−音響信号
３３−−−エアポンプ
３４−−−人体各部
３５−−−錘
３６−−−マッサージヘッド
３７−−−ポンプ吐出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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