(57)【要約】【課題】  永久磁石を回転させることなく、小さな回転モーメントで回転軸を高速回転させることができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制することができるようにした磁力エンジンを提供する。【解決手段】  少なくとも一つの電磁石１１と、電磁石の少なくとも一方の極に対向して、当該極を通る軸線に沿ってピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内を往復動するように配置されたピストン１２ｂ，１３ｂと、ピストンに連結棒１４，１５を介して連結され、ピストンの往復動により回転駆動されるクランク軸１６，１７と、ピストンに固定された少なくとも一つの永久磁石１８，１９と、クランク軸の回転に伴って電磁石のオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチ２０，２１と、を備えており、分配スイッチは、永久磁石が電磁石に接近する行程領域で永久磁石に吸引力が作用し、及び/または電磁石から離反する行程領域で永久磁石に反発力が作用するように、電磁石のオンオフまたは極性を切り換えるように、磁力エンジン１０を構成する。【選択図】  図３
2011071000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの電磁石と、
前記電磁石の少なくとも一方の極に対向して、当該極を通る軸線に沿ってピストンシリンダ内を往復動するように配置されたピストンと、前記ピストンに連結棒を介して連結され、前記ピストンの往復動により回転駆動されるクランク軸と、
前記ピストンに固定された少なくとも一つの永久磁石と、
前記クランク軸の回転に伴って前記電磁石のオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、を備えており、
前記分配スイッチは、前記永久磁石が前記電磁石に接近する行程領域で永久磁石に吸引力が作用し、及び/または当該電磁石から離反する行程領域で永久磁石に反発力が作用するように、当該電磁石のオンオフまたは極性を切り換える、ことを特徴とする、磁力エンジン。
【請求項２】
少なくとも一対の発光素子及び受光素子と、各電磁石の一方の巻線端末と電源側との間に設けられた個別スイッチ部と、から成り、
上記スリット板が、所定の半径位置毎に、互いに位相のずれた所定の角度範囲に円弧状のスリットを有しており、
上記受光素子の出力信号に基づいて、対応する電磁石の個別スイッチ部のオンオフまたは極性が切り換えられることを特徴とする、請求項１に記載の磁力エンジン。
【請求項３】
前記電磁石の両極に対して、前記ピストン及び前記クランク軸が一つずつ配置されており、これらピストンの中心線が互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から２の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項４】
前記クランク軸がバランスウェイトを備えていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項５】
前記クランク軸に対して、複数組のピストン，連結棒及び電磁石が配置されていて、
各組の連結棒が前記クランク軸に対して互いに所定の角度間隔だけずれて取り付けられており、
各組の電磁石が、前記クランク軸の回転に従って、上記角度間隔と同じ位相角度だけずれてオンオフまたは極性が切り換えられることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項６】
一つの前記電磁石に対応する一対の前記ピストンが一つの前記クランク軸に連結され、前記一対のピストンの並び方向と前記クランク軸の軸方向が互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項７】
複数の前記電磁石に対応する複数対の前記ピストンが一つの前記クランク軸に連結され、前記複数対のピストンの並び方向と前記クランク軸の軸方向が互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の磁力エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動するピストンに取り付けられた永久磁石に対して、電磁石により吸引力または反発力を与えて、ピストンを往復動させてクランク軸を回転駆動する磁力エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば二本の回転軸に取り付けられた周縁に永久磁石を有するディスクの周面が電磁石を挟んで対向する構成の直流電動機は、例えば特許文献１に開示されている。
即ち、特許文献１において、平行に配置された二本の回転軸に、樹脂製のディスクに埋め込んだ一つのディスクに対し二個の永久磁石が１８０度間隔に取り付けられ、前記二本の回転軸に取り付けられたディスクの間隔を空けて、その中間位置に両極を前記ディスクに向けてディスク二枚に対し一個の電磁石を取り付けられたものを一組とし、４数組がこの回転軸の長手方向所定間隔に永久磁石の位相を順次４５度ずつずらし取り付けられ、回転軸の回転に伴って前記永久磁石が電磁石に近づく領域と遠ざかる領域とで電磁石の励磁、非励磁を切り換える分配スイッチと、前記二本の回転軸の端部に取り付けられた互いに噛み合う二枚のタイミングギヤとから成り、前記永久磁石は二本の回転軸について互いに異なる極を外側に向けており、かつその位相がディスク毎に順次ずれるように複数組のディスクが回転軸に取り付けられていることを特徴とする、直流電動機が開示されている。
さらに、好ましくは、前記分配スイッチが、回転軸に取り付けられた短い円筒状の導電材の円筒面を軸方向に三分割して、それぞれにブラシを接触させると共に、中央部分は全周に亘って導電材を連続させ、両側部分は９０度毎に交互に絶縁材に置き換えて構成されている。【０００３】
このような構成の直流電動機によれば、電磁石を励磁することにより、この電磁石に対向するディスクの永久磁石が同極の反発力を受けて、当該ディスクが回転する。回転するにつれて、この反発力は弱くなるが、各ディスクの永久磁石の位相が４５度ずつずれているので、順次に隣接するディスクにおいて、上述した同極の反発力により、ディスクの回転が継続される。
そして、ディスクが１８０度近くまで回転すると、反対位置にあるもう一つの永久磁石が電磁石に接近するので、同極の反発力により、ディスクの回転にブレーキがかかることになる。これに対して、分配スイッチが電磁石を非励磁に切り換える。
従って、ディスクは円滑に回転を継続し、回転軸が回転し続けることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１による直流電動機においては、回転軸に取り付けられたディスクの周縁に沿って複数個の永久磁石が配置されている。このため、電磁石の励磁，非励磁の複数サイクル分で、ディスクそして回転軸が一回転するので、回転軸の回転数をあまり高くすることができない。また、特許文献１による直流電動機においては、回転するディスクの周縁に永久磁石が配置されているため、ディスク及び回転軸の回転モーメントが大きくなってしまう。【０００６】
さらに、特許文献１による直流電動機においては、以下の課題がある。即ち、分配スイッチとして、回転軸と一体に回転する円筒状の導電材の周面に対してブラシを圧接している。このため、使用に伴って、ブラシ先端及び導電材の周面の接触領域が摩耗してしまう。
また、分配スイッチのブラシが導電材の周面において絶縁材の表面に移行して、所謂スイッチオフとなる際に、この接触部分に火花が発生してしまう。
従って、分配スイッチのブラシ機構を改良する必要がある。【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成により、永久磁石を回転させることなく、小さな回転モーメントで回転軸を高速回転させることができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制することができるようにした磁力エンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明の構成によれば、少なくとも一つの電磁石と、前記電磁石の少なくとも一方の極に対向して、当該極を通る軸線に沿ってピストンシリンダ内を往復動するように配置されたピストンと、前記ピストンに連結棒を介して連結され、前記ピストンの往復動により回転駆動されるクランク軸と、前記ピストンに固定された少なくとも一つの永久磁石と、前記クランク軸の回転に伴って前記電磁石のオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、を備えており、前記分配スイッチは、前記永久磁石が前記電磁石に接近する行程領域で永久磁石に吸引力が作用し、及び/または当該電磁石から離反する行程領域で永久磁石に反発力が作用するように、当該電磁石のオンオフまたは極性を切り換えることを特徴とする、磁力エンジンにより、達成される。【０００９】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、分配スイッチが、各クランク軸に取り付けられた円板状のスリット板と、このスリット板の所定の半径方向位置でスリット板を挟んで互いに対向して配置された少なくとも一対の発光素子及び受光素子と、各電磁石の一方の巻線端末と電源側との間に設けられた個別スイッチ部と、から成り、スリット板が、所定の半径位置毎に、互いに位相のずれた所定の角度範囲に円弧状のスリットを有しており、受光素子の出力信号に基づいて、対応する電磁石の個別スイッチ部のオンオフまたは極性が切り換えられる。【００１０】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、電磁石の両極に対して、ピストン及びクランク軸が一つずつ配置されており、これらピストンの中心線が互いに平行に配置されている。【００１１】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、クランク軸がバランスウェイトを備えている。【００１２】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、クランク軸に対して、複数組のピストン，連結棒及び電磁石が配置されていて、各組の連結棒が前記クランク軸に対して互いに所定の角度間隔だけずれて取り付けられており、各組の電磁石が、クランク軸の回転に従って、上記角度間隔と同じ位相角度だけずれてオンオフまたは極性が切り換えられる。【００１３】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、一つの電磁石に対応する一対のピストンが一つのクランク軸に連結され、一対のピストンの並び方向とクランク軸の軸方向が互いに平行に配置されている。【００１４】
本発明による磁力エンジンは、好ましくは、複数の電磁石に対応する複数対のピストンが一つのクランク軸に連結され、複数対のピストンの並び方向とクランク軸の軸方向が互いに平行に配置されている。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、電磁石を励磁することにより、この電磁石の少なくとも一方の極に対向するピストンに固定された永久磁石が、当該電磁石に接近する行程領域で吸引力を受けて、当該電磁石に向かって能動的に移動し、及び／または当該電磁石から離反する行程領域で反発力を受けて当該電磁石から能動的に離反する。その際、電磁石が分配スイッチにより順次にオンオフまたは極性を切り換えられることによって、ピストンの永久磁石が順次に吸引力・反発力を受けることになり、ピストンが円滑に往復動する。
これにより、ピストンの往復動が連結棒を介してクランク軸に伝達され、クランク軸が回転駆動される。
従って、電磁石のオンオフまたは極性の切り換えによって、順次にピストンが電磁石に接近する際に電磁石に向かう吸引力を受け、または電磁石から離反する際に反発力を受けるので、クランク軸が円滑に回転駆動去れることになる。【００１６】
このとき、回転するクランク軸には、駆動力を発生させる永久磁石が搭載されていないので、クランク軸の回転モーメントが小さく抑えられることになる。従って、クランク軸がより軽く、小さな回転トルクで回転駆動されるので、駆動効率が向上し，より高速で回転することが可能となる。【００１７】
また、電磁石の両極に対して、それぞれピストン及びクランク軸を配置することにより、所謂水平対向式あるいは平行式のエンジンを構成することができ、より出力効率を高めることができる。【００１８】
さらに、クランク軸に対して互いに所定角度間隔だけずれてピストン，連結棒及び電磁石のセットが配置されている場合には、一つのクランク軸を複数組のピストン，連結棒及び電磁石で回転駆動することになる。これにより、より高出力が得られると共に、回転ムラを抑制するためのバランスウェイトが不要となり、さらに出力効率が向上する。【００１９】
一つの電磁石に対応する一対のピストンが一つのクランク軸に連結され、一対のピストンの並び方向とクランク軸の軸方向が互いに平行に配置されている場合には、クランク軸を単一にすることによりクランク軸の連動機構が不要となり、連動機構における摩擦抵抗等によるエネルギーのロスを削減することができる。【００２０】
さらに、複数の電磁石に対応する複数対のピストンが一つのクランク軸に連結され、複数対のピストンの並び方向とクランク軸の軸方向が互いに平行に配置されている場合には、多くのピストンの駆動力を単一のクランク軸に伝達することによりクランク軸の連動機構が不要となり、連動機構における摩擦抵抗等によるエネルギーのロスを削減することができ、さらに出力効率が向上する。【００２１】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、永久磁石を回転させることなく、小さな回転モーメントで回転軸を高速回転させることができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制することができるようにした磁力エンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による磁力エンジンの第一の実施形態の構成を示す概略正面図である。
【図２】図１の磁力エンジンの構成を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面図である。
【図３】図１の磁力エンジンの内部構成を示す概略縦断面図である。
【図４】図１の磁力エンジンの電気的構成を示す配線図である。
【図５】図１の磁力エンジンにおける一方のクランク軸に対する四つのピストン及び連結棒の取付角度位置を示す概略斜視図である。
【図６】図１の磁力エンジンにおける分配スイッチの構成を示す斜視図である。
【図７】図６の分配スイッチにおける導電体の周面を平面で示す展開図である。
【図８】図６の分配スイッチの構成を示す（Ａ）部分拡大側面図及び（Ｂ）部分拡大平面図である。
【図９】図６の分配スイッチにおけるブラシ先端付近をさらに拡大して示す部分拡大側面図である。
【図１０】図６の分配スイッチの変形例の構成を示す部分拡大側面図である。
【図１１】図１０の分配スイッチを示す概略平面図である。
【図１２】図１０の分配スイッチの内部構成を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。
【図１３】図１０の分配スイッチの各受光素子の出力信号を示すタイムチャートである。
【図１４】本発明による磁力エンジンの第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図１５】本発明による磁力エンジンの第三の実施形態の構成を示す（Ａ）概略平面図及び（Ｂ）概略底面図である。
【図１６】図１５の磁力エンジンの内部構成を示す概略横断面図である。
【図１７】本発明による磁力エンジンの第四の実施形態の構成を示す（Ａ）概略平面図及び（Ｂ）概略底面図である。
【図１８】図１７の磁力エンジンの内部構成を示す概略横断面図である。
【図１９】本発明による磁力エンジンの第五の実施形態の構成を示す正面図である。
【図２０】図１９の磁力エンジンを示す平面図である。
【図２１】図１９の磁力エンジンを示す側面図である。
【図２２】図１９の磁力エンジンにおけるクランク軸を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２４】
図１から図４は、本発明による磁力エンジンの第一の実施形態の構成を示している。
磁力エンジン１０は、四つの互いに平行に且つ水平に配置された電磁石１１と、各電磁石１１の両方の極に対向して、当該極を通り且つ垂直方向下方に延びる軸線に沿って互いに並列に配置されたピストン機構１２，１３と、各ピストン機構１２，１３のピストン１２ｂ，１３ｂ（後述）がそれぞれ連結棒１４，１５を介して連結される二本のクランク軸１６，１７と、各ピストン１２ｂ，１３ｂに取り付けられた永久磁石１８，１９と、各クランク軸１６，１７の一端にそれぞれ取り付けられた分配スイッチ２０，２１と、各クランク軸１６，１７のピストン機構１２，１３との連結領域を包囲するケーシング２２と、駆動電源２３と、から構成されている。
【００２５】
各電磁石１１は、図３に示すように、それぞれ水平方向に延び且つ両端が下方に屈曲したコア１１ａと、このコア１１ａに巻回された巻線（図示せず）と、から構成されている。
そして、各電磁石１１は、二つの巻線端末間が通電されたとき、励磁されて、コア１１ａの中心に沿って磁束が発生し、コア１１ａの屈曲した両端が互いに異なる極、例えばＮ極とＳ極に着磁される。
また、各電磁石１１は、その下方に屈曲した両端が、それぞれ対応する対のピストン機構１２，１３の上端に対向している。
これらの電磁石１１は、図４に示すように、後述する分配スイッチ２０，２１を介して駆動電源２３に接続される。
【００２６】
ピストン機構１２，１３は、図３に示すように、関連する電磁石１１のコア１１ａに関して、互いに鏡面対称に形成されている。
ピストン機構１２，１３は、関連する電磁石１１のコア１１ａの下方に屈曲した端部の下方に配置されており、その中心軸が電磁石１１のコア１１ａの各端部１１ｂ，１１ｃの中心を通るように垂直方向に延びている。
【００２７】
ピストン機構１２，１３は、その中心軸に沿って配置された中空円筒状のピストンシリンダ１２ａ，１３ａと、このピストンシリンダ１２ａ，１３ａの中空部内を中心軸に沿って往復動するピストン１２ｂ，１３ｂと、から構成されている。
ピストン１２ｂ，１３ｂは、連結棒１４，１５を介してクランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａに枢支されており、ピストン１２ｂ，１３ｂの往復運動を連結棒１４，１５を介してクランク軸１６，１７に伝達し、クランク軸１６，１７を回転駆動する。
【００２８】
各クランク軸１６，１７は、互いに平行に配置され、ケーシング２２の両端壁に対して図示しない軸受けにより回転可能に支持されている。
また、各クランク軸１６，１７は、図１から図３に示すように、その他端付近に固定された連動機構としてのタイミングギヤ１６ｂ，１７ｂを備えている。これらのタイミングギヤ１６ｂ，１７ｂは、互いに噛合しているので、各クランク軸１６，１７は互いに反対方向に連動して回転する。
さらに、各クランク軸１６，１７は、それぞれピストン機構１２，１３に対応する位置に偏心部１６ａ，１７ａを備えていると共に、軸中心に関してこれらの偏心部１６ａ，１７ａと反対側にバランスウェイト１６ｃ，１７ｃを備えている。
【００２９】
永久磁石１８，１９は、偏平な円板状に形成され、各ピストン機構１２，１３のピストン１２ｂ，１３ｂに固定されている。
また、永久磁石１８，１９は、それぞれ同じ極（例えば永久磁石１８ではＮ極，永久磁石１９ではＳ極）を電磁石１１側に向けて配置されている。
図３においては、永久磁石１８，１９は、それぞれピストン１２ｂ，１３ｂの上端、即ち電磁石１１側の端部に取り付けられている。これにより、各永久磁石１８，１９は、電磁石１１のコア端部１１ｂ，１１ｃに近接して配置される。さらに、永久磁石１８，１９は、励磁された電磁石１１との間に発生する吸引力または反発力を増大させるために、複数枚（図示の場合、三枚）重ねて配置されている。
【００３０】
さらに、一方のクランク軸１６に関連づけられるピストン機構１２に関して、各ピストン１２ｂと連結棒１４を介してのクランク軸１６の偏心部１６ａへの連結位置（位相）は、図５に示すように、クランク軸１６の一側から順次に９０度ずつずれて配置されている。
同様に、他方のクランク軸１７に関連づけられるピストン機構１３に関しては、クランク軸１６におけるピストン機構１２の場合の連結位置に対して鏡面対象となるように配置されている。
【００３１】
分配スイッチ２０，２１は、図２（Ｂ）に示すように、クランク軸１６，１７の一側の端部に配置され、互いに鏡面対象に形成されている。従って、以下、分配スイッチ２０について、説明する。
分配スイッチ２０は、クランク軸１６に取り付けられた短い円筒状の導電材２０ａと、この導電材２０ａに対して弾性的に当接する三つのブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、から構成されている。
これら三つのブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、電磁石１１をオンオフ制御する。
【００３２】
導電材２０ａは、図６及び図７に示すように、軸方向に三分割され、各領域に対して、それぞれクランク軸１６に関して同じ角度位置で各ブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが接触し、導電材２０ａの周面に対してそれぞれバネ部材２０ｅ，２０ｆ，２０ｇにより導電材２０ａの周面に向かって付勢されている。
【００３３】
ここで、導電材２０ａは、分割された三つの領域のうち、中央の領域は全周に亘って導電材２０ａがそのまま露出している。
これに対して、両側の領域は、それぞれ図６及び図７に示すように、中心軸に関して１８０度毎に９０度の角度範囲で露出するように、絶縁材２０ｈにより表面が覆われている。
そして、双方の分配スイッチ２０，２１において、この絶縁材２０ｈの位相を互いに９０度だけずらしておくことにより、クランク軸１６，１７にそれぞれ９０度ずつ位相をずらして配置された各ピストン機構１２，１３に対応する各電磁石１１に対して、各ブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと導電材２０ａとの接触，非接触、即ち電磁石１１の励磁，非励磁が順次に切り換えられる。
【００３４】
ここで、分配スイッチ２０，２１による電磁石１１の励磁，非励磁の切り換えは、以下のタイミングで行なわれる。
即ち、図３において、電磁石１１が励磁され、左端１１ｂがＮ極に、そして右端１１ｃがＳ極になると、対応するピストン機構１２，１３のピストン１２ｂ，１３ｂに取り付けられた永久磁石１８，１９の上部が同極のため反発力を受けて、ピストン１２ｂ，１３ｂが矢印で示すように下方に移動し、連結棒１４，１５を介してクランク軸１６，１７を回転駆動する。その際、各クランク軸１６，１７の回転角は、逆向きで常に等しい。
【００３５】
そして、ピストン１２ｂ，１３ｂは、下死点に向かって下降するにつれて、上述した反発力は小さくなるが、下死点を超えて上昇し、上死点に近づくと、ピストン１２ｂ，１３ｂの上部に取り付けられた永久磁石１８，１９が当該電磁石１１に接近して、同極の反発力によりピストン１２ｂ，１３ｂの上昇そしてクランク軸１６，１７の回転が制動されることになる。
従って、このような反発力によるピストン１２ｂ，１３ｂの上昇及びクランク軸１６，１７の回転に対する制動を排除するために、永久磁石１８，１９が電磁石１１に接近する領域で、電磁石１１が非励磁となるように、分配スイッチ２０，２１が電磁石１１をオフにする。
【００３６】
また、各ブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、それぞれ図８及び図９に示すように、その先端に枢着された接触ローラー２０ｉを備えている。
接触ローラー２０ｉは、クランク軸１６，１７と平行な回転軸の周りに回転可能に支持されており、それ自体導電性材料から構成されると共に、導電性材料から成る支持部材２０ｊを介して、各ブラシ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対して電気的に導通している。
【００３７】
このようにして、分配スイッチ２０，２１は、図４の等価回路で示すように、四個のスイッチを構成している。尚、図４に示すように、各スイッチには、それぞれオフ時の火花発生を防止するために、例えばコンデンサ及び抵抗から成る放電防止手段２０ｉが並列接続されている。
【００３８】
駆動電源２３は、例えば公知の構成の蓄電池であって、分配スイッチ２０，２１を介して各電磁石１１に給電して、クランク軸１６，１７を回転駆動させる。
【００３９】
本発明実施形態による磁力エンジン１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。磁力エンジン１０の各電磁石１１には、駆動電源２３からの駆動電圧が分配スイッチ２０，２１を介して供給される。従って、各電磁石１１が間欠的に駆動されることにより、ピストン機構１２，１３のピストン１２ｂ，１３ｂに取り付けられた永久磁石１８，１９が順次に反発力を受けて、ピストン１２ｂ，１３ｂが下降し、連結棒１４，１５を介してクランク軸１６，１７が回転駆動される。
【００４０】
図１０及び図１１は、上述した磁力エンジン１０における分配スイッチ２０，２１の変形例を示している。
図１０及び図１１において、分配スイッチ３０は、磁力エンジン１０のクランク軸１６の一端に設けられた光学式エンコーダであって、クランク軸１６，１７にそれぞれ取り付けられた円板状のスリット板３１と、このスリット板３１の複数の半径方向位置でスリット板３１を挟んで対向する複数組（図示の場合、四組）の発光素子３２及び受光素子３３と、各電磁石１１に接続された個別スイッチ３４（図４のスイッチ２０ｉ参照）から構成されている。
【００４１】
スリット板３１は、図１２に示すように、平坦な円板状であって、その複数、図示の場合４つの半径方向位置に、それぞれ同心の円弧状のスリット３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを備えている。
各スリット３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、スリット板３１の中心に関してそれぞれ所定の角度範囲（９０度）に形成されており、図示の場合には、互いに９０度ずつずれた角度位置に形成されている。
【００４２】
各発光素子３２及び受光素子３３は、図１１に示すように、基板３２ａ，３３ａ上に実装されていると共に、図１２（Ｂ）に示すように、スリット板３１の中心に対して一方向に整列して、それぞれ各スリット３２ａから３２ｄの半径方向位置で互いに対向している。
これにより、クランク軸１６，１７の回転に伴って、スリット板３１が回転すると、発光素子３２と受光素子３３の間の光路にスリット３１ａから３１ｄが整合したとき、発光素子３２からの光が受光素子３３により検出される。
各受光素子３３は、図１３のタイムチャートに示すように、順次に検出信号を出力する。
従って、各受光素子３３の検出信号に基づいて、対応する電磁石１１に接続された個別スイッチ３４をオンして、電磁石１１を励磁するようにすれば、分配スイッチ２０，２１と同様に、電磁石１１の励磁，非励磁を切り換えることができる。
この場合、分配スイッチ３０は、非接触でクランク軸１６の回転位置を検出できるので、部品が摩耗したり、クランク軸１６，１７の回転に影響を与えることがない。
【００４３】
上述した磁力エンジン１０においては、各ピストン１２ｂ，１３ｂにそれぞれ三枚の永久磁石１８，１９が取り付けられているが、これに限らず、一枚または二枚、あるいは四枚以上の永久磁石１８，１９が取り付けられていてもよい。この場合、各ピストン１２ｂ，１３ｂに取り付けられる永久磁石１８，１９の個数が多くなるほど、永久磁石１８，１９そしてピストン１２ｂ，１３ｂに作用する反発力が増大する。
【００４４】
また、磁力エンジン１０においては、各ピストン１２ｂ，１３ｂの上部に永久磁石１８，１９が取り付けられているので、永久磁石１８，１９がピストン１２ｂ，１３ｂの上死点で電磁石１１の端部１１ｂ，１１ｃに対してより接近する。従って、電磁石１１の励磁により発生する反発力が大きくなり、クランク軸１６，１７の回転トルクが向上する。
また、分配スイッチ２０，２１の各ブラシが先端に接触ローラーを備えており、導電材２０ａの表面に対してころがり接触するので、摩耗が低減され、メンテナンス性が向上する。
さらに、分配スイッチの各スイッチに対して、それぞれ放電防止手段２０ｉが並列接続されているので、オフ時における火花の発生が抑制される。
【００４５】
図１４は、本発明による磁力エンジンの第二の実施形態の構成を示している。
図１４において、磁力エンジン４０は、図１から図３に示した磁力エンジン１０とはほぼ同様の構成であり、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、各ピストン機構１２，１３のピストンシリンダ１２ａ，１３ａは、気密的に構成されている。これにより、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの内部では、ピストン１２ｂ，１３ｂの上方及び下方にそれぞれ気密の二つの室が画成される。
さらに、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの側壁内には、これらの室を連通するための通路１２ｃ，１３ｃが形成されている。これらの通路１２ｃ，１３ｃは、ピストン１２ｂ，１３ｂが上死点から下死点まで移動する際に、ピストン１２ｂ，１３ｂにより閉塞されないように、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの上端及び下端付近で、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内に開口している。
これにより、ピストン１２ｂ，１３ｂが下降するとき、下方の室内の空気が通路１２ｃ，１３ｃを通って上方の室内に流入し、またピストン１２ｃ，１３ｃが上昇するとき、上方の室内の空気が通路１２ｃ，１３ｃを通って下方の室内に流入することにより、所謂ターボエンジンのようなピストン１２ｂ，１３ｂの加速効果が生ずる。
【００４６】
このような構成の磁力エンジン４０によれば、駆動電源２３から分配スイッチ２０，２１を介して各電磁石１１に間欠的に給電が行なわれることによって、図１から図３の磁力エンジン１０と同様に作用すると共に、ピストン１２ｂ，１３ｂのピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内での移動の際に、ピストン１２ｂ，１３ｂが通路１２ｃ，１３ｃ内を通る空気によって加速されて、ピストン１２ｂ，１３ｂがピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内で円滑に下方または上昇することによって、クランク軸１６，１７がより効率的に回転駆動されるので、出力効率が向上する。
【００４７】
図１５及び図１６は、本発明による磁力エンジンの第三の実施形態の構成を示している。
図１５及び図１６において、磁力エンジン５０は、図１から図３に示した磁力エンジン１０とは、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、磁力エンジン５０においては、電磁石１１に対応する二つのピストン機構５１，５２は、電磁石１１の軸方向に沿って、電磁石１１の両端１１ｂ，１１ｃから互いに反対方向に延びるように配置され、所謂水平対向エンジンのように構成されている。
二つのピストン機構５１，５２は、図１から図３の磁力エンジン１０におけるピストン機構１２，１３を水平方向に配置したものであり、水平な中心軸に沿って配置された中空円筒状のピストンシリンダ１２ａ，１３ａと、このピストンシリンダ１２ａ，１３ａの中空部内を中心軸に沿って往復動するピストン１２ｂ，１３ｂと、から構成されている。
これらのピストン１２ｂ，１３ｂは、それぞれ連結棒１４，１５を介してクランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａに枢支されている。
この場合、二つのクランク軸１６，１７は、ピストン機構５１，５２が水平に配置されていることにより、図１から図３の磁力エンジン１０におけるクランク軸１６，１７より広い間隔で配置されている。このため、タイミングギヤ１６ｂ，１７ｂは、直接噛合せず、タイミングチェーン５３により連結されている。従って、クランク軸１６，１７は、互いに同じ方向に連動して回転する。このタイミングチェーン５３はタイミングベルトであっても良い。
これに伴って、各クランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａの配置、分配スイッチ２０，２１の導電材２０ａにおける絶縁材２０ｈの配置は、鏡面対称ではなく、同一形状となる。
【００４８】
このような構成の磁力エンジン５０によれば、図１から図３に示した磁力エンジン１０と同様に作用すると共に、各ピストン機構５１，５２が水平対向で配置されているので、磁力エンジン５０の上下方向の寸法を小さく構成することができる。
【００４９】
図１７及び図１８は、本発明による磁力エンジンの第四の実施形態の構成を示している。
図１７及び図１８において、磁力エンジン６０は、図１５及び図１６に示した磁力エンジン５０とは、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、図１４に示した磁力エンジン４０の場合と同様に、各ピストン機構５１，５２のピストンシリンダ１２ａ，１３ａは、気密的に構成されている。これにより、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの内部では、ピストン１２ｂ，１３ｂの両側にそれぞれ気密の二つの室が画成される。
また、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの側壁内には、これらの室を連通するための通路１２ｃ，１３ｃが形成されている。これらの通路１２ｃ，１３ｃは、ピストン１２ｂ，１３ｂの移動の際に、ピストン１２ｂ，１３ｂにより閉塞されないように、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａの両端付近で、ピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内に開口している。
これにより、ピストン１２ｂ，１３ｂが下降するとき、下方の室内の空気が通路１２ｃ，１３ｃを通って上方の室内に流入し、またピストン１２ｃ，１３ｃが上昇するとき、上方の室内の空気が通路１２ｃ，１３ｃを通って下方の室内に流入することにより、所謂ターボエンジンのようなピストン１２ｂ，１３ｂの加速効果、即ち所謂ターボ効果が生ずる。
【００５０】
このような構成の磁力エンジン６０によれば、図１５及び図１６に示した磁力エンジン５０と同様に作用すると共に、ピストン１２ｂ，１３ｂのピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内での移動の際に、ピストン１２ｂ，１３ｂが通路１２ｃ，１３ｃ内を通る空気によって加速されて、ピストン１２ｂ，１３ｂがピストンシリンダ１２ａ，１３ａ内で円滑に下方または上昇することによって、クランク軸１６，１７がより効率的に回転駆動されるので、出力効率が向上する。
【００５１】
図１９〜図２２は、本発明による磁力エンジンの第五の実施形態の構成を示している。
図１９〜図２２において、磁力エンジン７０は、図１から図３に示した磁力エンジン１０とはほぼ同様の構成であり、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、各ピストン機構７１，７２，７３，７４におけるそれぞれ一対のピストン７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂは、いずれも、連結棒を介して、単一のクランク軸７７に連結されている。
【００５２】
より具体的には、ピストン機構７１の一対のピストン７１ａ，７１ｂは、並び方向がクランク軸７７と平行であり、他のピストン機構７２，７３，７４も同様である。図１９及び図２０に表れているように、隣接するピストン機構７１と７２とは、クランク軸７７方向に対しピストン機構の半分ほどずれて配置され、かつ、図２１に表れているように、クランク軸方向から見た場合には、ピストン機構７１，７２のピストン同士が、クランク軸７７を中心として３０度程度の開きをもって配置されている。ピストン機構７３，７４についても同様である。ピストン機構７１，７２は、電磁石のオンオフまたは極性の切り換えにより、一方が上死点に位置する時に他方が下死点に位置するように構成されており、それぞれのピストンがクランク軸７７に連結されている部分７７ａと７７ｂ，７７ｃと７７ｄは、互いにクランク軸７７の軸を中心として逆側に位置する。
【００５３】
また、クランク軸方向に隣接するピストン機構７１と７３とは、クランク軸７７方向に沿って直列に配置されており、ピストン機構７２と７４とも同様である。ピストン機構７１，７３は、分配スイッチ７８による電磁石のオンオフまたは極性の切り換えにより、一方が死点に位置する時に他方が両死点の間に位置するように構成されており、それぞれのピストンがクランク軸７７に連結されている部分７７ａと７７ｅ，７７ｃと７７ｇは、互いにクランク軸７７の軸を中心として９０度開いた部分に位置する。
【００５４】
以上のように、ピストン機構７１，７２，７３，７４は、互いに９０度ずれた位置において一本のクランク７７に連結されており、上述のスイッチにより、９０度ずれた位置において電磁石のオンオフまたは極性の切り換えがなされる。このように構成することにより、ピストン機構をどれだけ増やした場合であっても一本のクランク軸に連結することができ、連動機構を介する必要がないから、連動機構の摩擦等によるエネルギーのロスを削減することができ、さらに出力効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、磁力エンジン１０，４０，５０，６０は、各クランク軸１６，１７に関して、それぞれ四組のピストン機構１２，１３または５１，５２及び連結棒１４，１５及び永久磁石１８，１９を備えているが、これに限らず、一組，二組，三組または四組以上のピストン機構，連結棒及び永久磁石を備えるようにしてもよい。この場合、組数の増加に伴って、出力回転トルクが増大することになる。【００５６】
上述した実施形態においては、分配スイッチ３０の受光素子３３は、発光素子３２の光を受けたとき、Ｈレベルの信号を出力し、受光しないときＬレベルの信号を出力するようになっているが、これに限らず、バイナリ信号，ＢＣＤ信号を出力するようにしてもよい。
また、分配スイッチ３０は四組のスリット，発光素子及び受光素子を備えているが、これに限らず、制御すべき電磁石１１の個数に応じて、増減することも可能である。【００５７】
上述した実施形態においては、各クランク軸１６，１７に対して、ピストン機構１２，１３のピストン１２ｂ，１３ｂが連結棒１４，１５を介して連結されるクランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａが図５に示すように順次に所定角度（９０度）だけ位相がずれて配置されているが、これに限らず、全体として位相が所定角度ずつずれていれば、その順番は不同である。
その際、好ましくはクランク軸１６，１７に作用する捩りモーメントを考慮して、各偏心部１６ａ，１７ａの位相が決定される。【００５８】
上述した実施形態においては、各クランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａの反対側にバランスウェイト１６ｃ，１７ｃが備えられているが、各クランク軸１６，１７の偏心部１６ａ，１７ａに対して二組以上のピストン機構１２，１３が連結棒１４，１５を介して連結される場合には、バランスウェイト１６ｃ，１７ｃは省略されてもよい。【００５９】
さらに、上述した実施形態においては、分配スイッチ２０，２１，３０は、いずれも電磁石１１のオンオフ、すなわち励磁・非励磁を切り換えるように構成され、電磁石１１と永久磁石１８，１９との間に作用する反発力のみによって、ピストン１２ｂ，１３ｂを押動させるように構成されているが、これに限らず、ピストン１２ｂ，１３ｂに取り付けられた永久磁石１８，１９が電磁石１１に接近する際に、電磁石１１に対して逆方向の電流を流すことにより、電磁石１１の極性を切り換えて、電磁石１１と永久磁石１８，１９との間に吸引力を作用させるようにしてもよい。
これにより、永久磁石と電磁石１１との間に生ずる吸引力及び反発力によって、ピストン１２ｂ，１３ｂがより効率良く往復運動されることになる。
また、このような逆方向の電流によって電磁石１１を励磁して、永久磁石１８，１９と電磁石１１との間に発生する吸引力のみによって、ピストン１２ｂ，１３ｂを往復運動することも可能である。【００６０】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成により、永久磁石を回転させることなく、小さな回転モーメントで回転軸を高速回転させることができると共に、分配スイッチの摩耗や火花の発生を抑制することができるようにした、極めて優れた磁力エンジンが提供される。
【符号の説明】
【００６１】
１０，４０，５０，６０，７０    磁力エンジン
１１    電磁石
１２，１３，５１，５２，７１，７２，７３，７４    ピストン機構
１２ａ，１３ａ  ピストンシリンダ
１２ｂ，１３ｂ  ピストン
１４，１５    連結棒
１６，１７，７７    クランク軸
１８，１９    永久磁石
２０，２１，７８    分配スイッチ
２２    ケーシング
２３    駆動電源
３０    分配スイッチ
３１    スリット板
３２    発光素子
３３    受光素子
３４    個別スイッチ
【図１】
2011071000.tif 000003
【図２】
2011071000.tif 000004
【図３】
2011071000.tif 000005
【図４】
2011071000.tif 000006
【図５】
2011071000.tif 000007
【図６】
2011071000.tif 000008
【図７】
2011071000.tif 000009
【図８】
2011071000.tif 000010
【図９】
2011071000.tif 000011
【図１０】
2011071000.tif 000012
【図１１】
2011071000.tif 000013
【図１２】
2011071000.tif 000014
【図１３】
2011071000.tif 000015
【図１４】
2011071000.tif 000016
【図１５】
2011071000.tif 000017
【図１６】
2011071000.tif 000018
【図１７】
2011071000.tif 000019
【図１８】
2011071000.tif 000020
【図１９】
2011071000.tif 000021
【図２０】
2011071000.tif 000022
【図２１】
2011071000.tif 000023
【図２２】
2011071000.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月21日(2011.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの電磁石と、
前記電磁石の少なくとも一方の極に対向して、当該極を通る軸線に沿ってピストンシリンダ内を往復動するように配置されたピストンと、前記ピストンに連結棒を介して連結され、前記ピストンの往復動により回転駆動されるクランク軸と、
前記ピストンに固定された少なくとも一つの永久磁石と、
前記クランク軸の回転に伴って前記電磁石のオンオフまたは極性を切り換える分配スイッチと、を備えており、
前記分配スイッチは、前記永久磁石が前記電磁石に接近する行程領域で永久磁石に吸引力が作用し、及び／または当該電磁石から離反する行程領域で永久磁石に反発力が作用するように、当該電磁石のオンオフまたは極性を切り換え、
一つの前記電磁石の両極に対して、前記ピストンが一つずつ配置されており、一つの前記電磁石に対応する一対の前記ピストンが一つの前記クランク軸に連結され、前記一対のピストンの並び方向と前記クランク軸の軸方向が互いに平行に配置されていることを特徴とする、磁力エンジン。
【請求項２】
前記分配スイッチは、前記クランク軸に取り付けられた円板状のスリット板と、このスリット板の所定の半径方向位置でスリット板を挟んで互いに対向して配置された少なくとも一対の発光素子及び受光素子と、各電磁石の一方の巻線端末と電源側との間に設けられた個別スイッチ部と、から成り、
上記スリット板が、所定の半径位置毎に、互いに位相のずれた所定の角度範囲に円弧状のスリットを有しており、
上記受光素子の出力信号に基づいて、対応する電磁石の個別スイッチ部のオンオフまたは極性が切り換えられることを特徴とする、請求項１に記載の磁力エンジン。
【請求項３】
前記ピストンの中心線が互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から２の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
一つの前記クランク軸に対して、複数組のピストン，連結棒及び電磁石が配置されていて、
各組の連結棒が前記クランク軸に対して互いに所定の角度間隔だけずれて取り付けられており、
各組の電磁石が、前記クランク軸の回転に従って、上記角度間隔と同じ位相角度だけずれてオンオフまたは極性が切り換えられることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の磁力エンジン。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
複数の前記電磁石に対応する複数対の前記ピストンが一つの前記クランク軸に連結され、前記複数対のピストンの並び方向と前記クランク軸の軸方向が互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の磁力エンジン。
【国際調査報告】
2011071000.tif 000025
2011071000.tif 000026
2011071000.tif 000027
2011071000.tif 000028