(57)【要約】【課題】電力の消費が少ないだけでなく、運転時の騒音及び振動の発生が少なく、小型で高出力が得られる回転発生装置を提供する。【解決手段】回転可能に支持されたクランクシャフト２のクランクピン４にそれぞれコンロッド７を介して複数の進退軸５を連結し、各進退軸５に取り付けた電磁石８と対面する位置に、進退軸５の軸方向への進退動によって電磁石８が接近離反動する永久磁石９を固定配置し、上記電磁石８の励磁による磁極を永久磁石９と同極とし、励磁のタイミングを対向する電磁石８の最接近時から離反動の間に設定することで、永久磁石９に接近した電磁石８を同極による反発力で後退させ、この反発力による進退軸５の直線運動でクランクシャフト２に回転を生じさせることができる。【選択図】　図１
2004137967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の進退軸の直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換する機構を用い、進退軸に取り付けた磁石と固定配置した磁石を対面状に配置し、上記対面する磁石の一方を永久磁石、他方を電磁石とし、励磁した電磁石の磁極と永久磁石の磁極を同極に設定し、両磁石の同極による反発力を利用して進退軸に直線運動を与えることで、クランクシャフトを回転させる回転発生方法。
【請求項２】
回転可能に支持されたクランクシャフトと、このクランクシャフトに設けたクランクピンにそれぞれコンロッドを介して連結され、軸方向への進退動によってクランクシャフトに回転を付与する複数の進退軸と、各進退軸に取り付けた磁石と、各進退軸の磁石と対面する位置に固定配置され、進退軸の軸方向への進退動によって上記磁石が接近離反動する磁石とを有し、上記した対面する磁石の一方を永久磁石、他方を電磁石とし、この電磁石の励磁による磁極を永久磁石と同極とし、電磁石の励磁のタイミングを電磁石と永久磁石の接近時から離反行程の間に設定した回転発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転発生方法と装置、更に詳しくは、クランクシャフトを用いて直線運動を回転運動に変換する機構に永久磁石と電磁石を組み合わせ、永久磁石と電磁石の磁極の同極による反発力を利用してクランクシャフトに連続的な回転を取り出すようにした回転発生方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な回転発生装置としては、電力を用いるモータや燃料を用いるエンジンが汎用されている。
【０００３】
前者のモータは、主回転子が、固定子内の電磁コイルが作りだす磁場の中で回転するように構成され、また、後者のエンジンは、シリンダ内で往復運動するピストンとクランクシャフトのクランクピンを連動し、シリンダ内での燃料の爆発によるピストンの往復運動を、クランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者のモータは、要求される出力に応じて大型化するだけでなく、消費電力も増大し、稼働コストが高く付くと共に、高出力を得るためには付帯設備も大型化するという問題がある。
【０００５】
また、後者のエンジンは、シリンダの数を増やすことによって高出力を得ることはできるが、燃料費が高いだけでなく、運転時には燃料の爆発による騒音や振動の発生が激しいという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、電力の消費だけでなく、運転時の騒音及び振動の発生が少なく、小型で高出力が得られる回転発生方法と装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するため、方法の発明は、複数の進退軸の直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換する機構を用い、進退軸に取り付けた磁石と固定配置した磁石を対面状に配置し、上記対面する磁石の一方を永久磁石、他方を電磁石とし、励磁した電磁石の磁極と永久磁石の磁極を同極に設定し、両磁石の同極による反発力を利用して進退軸に直線運動を与えることで、クランクシャフトを回転させる構成を採用したものである。
【０００８】
また、装置の発明は、回転可能に支持されたクランクシャフトと、このクランクシャフトに設けたクランクピンにそれぞれコンロッドを介して連結され、軸方向への進退動によってクランクシャフトに回転を付与する複数の進退軸と、各進退軸に取り付けた磁石と、各進退軸の磁石と対面する位置に固定配置され、進退軸の軸方向への進退動によって上記磁石が接近離反動する磁石とを有し、上記した対面する磁石の一方を永久磁石、他方を電磁石とし、この電磁石の励磁による磁極を永久磁石と同極とし、電磁石の励磁のタイミングを電磁石と永久磁石の接近時から離反行程の間に設定した構成を採用したものである。
【０００９】
上記進退軸とそれに取り付けた磁石及び対向する磁石が、進退軸の軸方向に直列の配置となり、進退軸に電磁石を取り付けると共に、永久磁石を固定配置とし、クランクシャフトを挟んで両側に配置した一対の進退軸を、同一軸心状の配置で同一のクランクピンに結合した構造とすることができる。
【００１０】
上記永久磁石と電磁石は、永久磁石に対する電磁石の最接近時に、例えば、１０ｍｍ程度の間隔を保って対面するように配置され、クランクシャフトには、一端側にセルモータを連動したり、フライホイルを取り付け、回転の取り出しとなる他端側に発電機や各種産業機械等の被駆動機器を接続する。
【００１１】
始動開始時にセルモータを起動してクランクシャフトに回転を与えると、クランクピンにコンロッドを介して連結された複数の進退軸が、固定配置した永久磁石に対して一定ストロークを軸方向に進退動し、各進退軸に取り付けた電磁石が対応する永久磁石に対して接近と離反動をする。
【００１２】
前進行程にある進退軸の電磁石が永久磁石に最接近動すると、電磁石に通電となって励磁し、対面した永久磁石と電磁石の磁極は同極となるので互いに反発し合うことになり、この反発力で電磁石とこれを取り付けた進退軸は永久磁石から離反する方向に押されるので、進退軸は離反行程に移行し、この進退軸の離反運動がコンロッドを介してクランクピンを回し、クランクシャフトに回転を与えることになり、電磁石が離反位置に戻る途中で通電が切れる。
【００１３】
このように、永久磁石と電磁石の同極の反発力を利用して進退軸の離反運動でクランクシャフトに略半回転を与え、他の進退軸の進退動のタイミングを上記と丁度逆に設定することにより、装置全体として離反行程が連続して発生することになり、各進退軸の上記した離反行程の繰り返しによってクランクシャフトに連続的な回転を与えることになる。
【００１４】
上記のようにクランクシャフトが回転すると、セルモータでの駆動を解き、電磁石への通電をオン、オフ制御するだけでクランクシャフトの回転が持続され、このクランクシャフトの回転出力で発電機や産業機器等を駆動する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１６】
図示のように、回転発生装置（原動機）は、ベース１上の中央にクランクシャフト２を軸受３での支持により回転可能に配置し、このクランクシャフト２の途中に二つのクランクピン４、４が設けられている。
【００１７】
上記ベース１上で、クランクシャフト２に設けた各クランクピン４、４を挟む両側の位置に、クランクシャフト２の軸心と平面的に直角となる一対の進退軸５、５が配置され、各進退軸５、５はベース１上に設けたスラスト軸受６での支持によって、それぞれ軸方向へ直線的に移動自在となっている。
【００１８】
一対の関係にある進退軸５、５は、軸方向に同軸心の配置となり、同じクランクピン４にコンロッド７とピンを介して連結され、クランクピン４が回転した場合に発生する軸方向の移動が同一方向になるように配置され、その軸方向の進退動ストロークは、クランクピン４の回転半径の２倍になる。
【００１９】
各進退軸５、５のコンロッド７と反対側の先端部には電磁石８が固定され、ベース１上で、各進退軸５、５の電磁石８と対面する位置に、進退軸５、５の軸方向への進退動によって電磁石８が接近離反動する永久磁石９が固定配置されている。
【００２０】
上記進退軸５、５とそれに取り付けた電磁石８及び対向する永久磁石９は、進退軸５、５の軸方向に直列の配置となり、電磁石８の鉄心８ａと永久磁石９はその対向面の磁極が、電磁石８への通電による励磁時の磁極と永久磁石９の磁極が同極、例えば、Ｓ極となって対向するように設定されている。
【００２１】
上記進退軸５、５のクランクピン４が回転した場合に発生する軸方向の移動は、永久磁石９に対して電磁石８が接近する前進行程と、永久磁石９に対して電磁石８が離れる離反行程とからなり、電磁石８と永久磁石９の位置関係は、進退軸５、５の前進行程における最終点で永久磁石９に電磁石８が最接近した時に、電磁石８の鉄心８ａと永久磁石９の対向面間に例えば、１０ｍｍ程度の間隔を保つように永久磁石９が配置されている。
【００２２】
回転発生装置は、上記クランクシャフト２に設けた複数のクランクピン４、４にそれぞれ一つの進退軸５を結合した構造を採用してもよいが、図示のように、クランクシャフト２に設けた一つのクランクピン４に一対の進退軸５、５を結合すると、相反する前進行程と離反行程を行い、一方進退軸５の離反行程でクランクピン４を半回転させ、他方進退軸５の離反行程で残りの半回転をさせることで、クランクピン４の全回転が得られることになり、図示のように、クランクシャフト２に二つのクランクピン４、４を設け、各クランクピン４、４にそれぞれ一対の進退軸５、５を結合すると、円滑な回転が取り出せるだけでなく、回転出力の増加が図れる。
【００２３】
なお、上記各進退軸５、５をクランクピン４にコンロッド７を介して連結し、進退軸５、５の軸方向の運動をコンロッド７とクランクピン４でクランクシャフト２の回転運動に変換する場合、クランクシャフト２の軸心とクランクピン４の軸心及びコンロッド７と進退軸５の枢止点の三者が同一直線上に並ぶ位相が、クランクピン４の１回転中に二箇所で発生し、このような位相の位置が前進行程の思案点と後退行程の思案点となり、円滑な回転の取り出しには、これらの思案点を超えるようにするのが望ましく、図示のように、クランクシャフト２に設けた二つのクランクピン４、４の回転方向の間隔を、回転方向に一方へ片寄らせた配置として思案点を超えるようにしたり、クランクシャフト２にフライホイル１０を取り付け、その回転の勢いで思案点を超えるようにすればよい。
【００２４】
また、電磁石８に対する通電のタイミングは、クランクシャフト２に取り付け又はクランクシャフト２と連動した配電器を用いるほか、進退軸５の移動をセンサーで検出したり、進退軸５の途中に設けた電極とこれに接触する接点のオン、オフすることによって行えばよい。
【００２５】
この発明の回転発生装置は、上記のような構成であり、クランクシャフト２の回転の取り出しとなる端部に発電機や各種機器を直接又は回転伝達機構を介して接続した状態で、セルモータ１１を所定時間だけ起動してクランクシャフト２に回転を与えると、クランクピン４にコンロッド７を介して連結された複数の進退軸５、５が、固定配置した永久磁石９に対して一定ストロークを軸方向へ直線的に進退動し、各進退軸５、５に取り付けた電磁石８が対応する永久磁石９に対して接近と離反動をする。
【００２６】
なお、クランクシャフト２の始動のための回転付与は、フライホイル１０に取り付けたハンドルで手動回転させるようにしてもよい。
【００２７】
上記進退軸５、５の進退動において、前進行程にある進退軸５、５の電磁石８が永久磁石９に最接近動すると、電磁石８に通電となって励磁し、対面した永久磁石９と電磁石８は同極となるので互いに反発し合い、この反発力で電磁石８と進退軸５は永久磁石９から離反する方向に押されるので、進退軸５は離反行程に移行し、この進退軸５の離反運動がコンロッド７を介してクランクピン４を回し、クランクシャフト２に回転を与えることになり、電磁石８が離反する行程の途中で電磁石８への通電が切れる。
【００２８】
上記のように、永久磁石９と電磁石８の同極による反発力を利用して、進退軸５に強制的な直線の離反運動を与えることで、クランクシャフト２を半回転させ、他の進退軸５の前進行程と離反行程のタイミングが上記と丁度逆に設定されているので、装置全体として進退軸５、５の離反行程が連続して発生することになり、各進退軸５、５の上記した運動の繰り返しによって、クランクシャフト２に連続的な回転を生じさせることができ、クランクシャフト２の回転を各種機器や車両、発電機等の動力源として有効に使用することができる。
【００２９】
上記回転発生装置は、クランクシャフト２の連続的な回転の取り出しが、電磁石８に対して間歇的に給電するだけでよいので、消費電力が少なくてすみ、電磁石８と永久磁石９の反発力を大きく設定することにより、各進退軸５、５の離反運動が高速になり、クランクシャフト２に高出力で高速の回転を取り出すことができ、クランクシャフト２に対する負荷に合わせ、電磁石８に供給する電力の電圧を変えて発生する反発力を変動させることで、クランクシャフト２の回転出力を制御することができる。
【００３０】
なお、進退軸５、５の前進行程時に、電磁石８への通電が切れているので、電磁石８と永久磁石９の接近時に磁気の反発による抵抗の発生がなく、進退軸５、５に電磁石８を取り付け、離反行程の途中で通電を切るようにすれば、隣接する電磁石８の磁力が互いに干渉するのを防ぐことができ、クランクシャフト２の回転取り出しに対する負荷を軽減できると共に、複数組みの進退軸５、５を接近して配置できるので、全体の小型化が可能になる。
【００３１】
また、これとは別に、電磁石８と永久磁石９の配置を図示例とは逆にして、進退軸５、５に永久磁石９を取り付けるようにしてもよく、このような構造にすると、電磁石８に対する給電用配線の処理が簡単になる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、複数の進退軸の直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換する機構を用い、進退軸に取り付けた磁石と固定配置した磁石の一方を電磁石、他方を永久磁石とし、両磁石の同極による反発力を利用して進退軸に直線運動を与えるようにしたので、電磁石に対して間歇的に給電するだけでクランクシャフトに回転を取り出すことができ、全体の構造及び回転速度の制御が簡単で消費電力も少なくてすみ、運転経費が安価で経済的に回転を発生させることができる。
【００３３】
また、回転可能に支持されたクランクシャフトのクランクピンにそれぞれコンロッドを介して複数の進退軸を連結し、各進退軸に取り付けた磁石と対面する位置に、進退軸の軸方向への進退動によって上記磁石が接近離反動する磁石を配置し、両磁石の一方を電磁石、他方を永久磁石とし、上記電磁石の励磁による磁極を永久磁石と同極とし、励磁のタイミングを対向する両磁石の接近時から離反動の間に設定したので、電磁石と永久磁石の同極による反発力で進退軸を離反動させることにより、クランクシャフトに回転を生じさせることができ、これによって、クランクシャフトが連続的に回転する原動機となり、運転時の騒音及び振動の発生が少なく、小型で高出力の回転が得られるので、各種機器や車両、発電機等の動力源として有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転発生装置の縦断正面図
【図２】回転発生装置の平面図
【図３】回転発生装置の電磁石と永久磁石の構造を示す拡大した縦断正面図
【符号の説明】
１　　ベース
２　　クランクシャフト
３　　軸受
４　　クランクピン
５　　進退軸
６　　軸受
７　　コンロッド
８　　電磁石
９　　永久磁石
１０　フライホイル
１１　セルモータ
【図１】
2004137967.tif 000003
【図２】
2004137967.tif 000004
【図３】
2004137967.tif 000005