(57)【要約】【課題】コイルに流れる電流と磁石等との間の電磁力の相互作用を利用して磁石等を往復ピストン運動させ、動力を効率よく出力できる簡易な補助動力装置を提供する。【解決手段】往復作動部110と回転部120と電源部130を備え、往復作動部は、シリンダー111と、シリンダーに巻回されたコイル112と、シリンダー内を往復動する磁石または磁性体からなる移動子113と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一端面に連結された第１出力軸115と、シリンダーの他端面にスライド自在に支持され移動子の他端面に連結された第２出力軸117とを有し、回転部120は、軸受間に回転自在に支持されるクランク軸122と、クランク軸のクランクピンと第１出力軸115に連結された連結棒123と、クランク軸の回転に連動して電源部130からコイル112への電流の供給と遮断を間欠的に繰り返す回転駆動スイッチ部124と、クランク軸122を始動させる始動レバー125を有する。【選択図】図１
2012006583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復作動部と、回転部と、電源部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回されたコイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された第１出力軸と、シリンダーの他方の端面にスライド自在に支持され移動子の他方の端面に連結された第２出力軸とを有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと第１出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部からコイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部と、クランク軸を始動させる始動レバーとを有する、補助動力装置。
【請求項２】
往復作動部、回転部および電源部が自転車のフレームに一体に取り付けられ、自転車のペダルが始動レバーに回転自在に連結されている、請求項１記載の補助動力装置。
【請求項３】
回転駆動スイッチ部が、自転車のペダルを踏むタイミングと同調してオンオフ作動し、電源部からの電流を間欠的にコイルに供給するように設定されている、請求項１または請求項２記載の補助動力装置。
【請求項４】
往復作動部と、回転部と、電源部と、始動部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回されたコイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された第１出力軸と、シリンダーの他方の端面にスライド自在に支持され移動子の他方の端面に連結された第２出力軸とを有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと第１出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部からコイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部を有し、
始動部は、シリンダーに巻回された二次コイルと、電源部から二次コイルへの電流を一時的に供給し、シリンダー内の移動子を始動させる始動スイッチ部を有する、補助動力装置。
【請求項５】
往復作動部と、回転部と、電源部と、始動部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回された左右一対のコイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された出力軸を有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部から各コイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部を有する、補助動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダーに巻回したコイルに流れる電流とシリンダー内に配置した磁石又は磁性体からなる移動子との間に生じる電磁力の相互作用を利用して、シリンダー内で移動子を往復ピストン運動させ、回転力に変換して動力を取り出せるようにした補助動力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、動力装置として電動モーターが知られている。電動モーターは、軸回りを回転する回転子（ロータ）と、回転子と相互作用して回転モーメントを発生させる固定子（ステータ）とを備え、回転子に巻かれたコイルに電流が流れると、固定子に配置された磁石との相互作用により電磁力が発生して、電磁力により回転子を回転させ、回転力を動力として出力させる仕組みになっている。電動モーターに関しては、例えば特開平５−１７６５０９号公報や実開平６−３６３７３号公報に開示のものが知られている。
【０００３】
一方、かかる電動モーターを電動アシスト自転車の駆動装置に利用する例が、例えば特開２００７−３２７５６９号公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７６５０９号公報
【特許文献２】実開平６−３６３７３号公報
【特許文献３】特開２００７−３２７５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの例も、固定子に対する回転子の回転運動を動力として出力するものであるが、装置全体が嵩張る問題や、電力消費量が大きくて大容量のバッテリーを必要としたり、効率的に力を取り出せない等の課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、シリンダーに巻回したコイルに流れる電流とシリンダー内に配置した磁石又は磁性体からなる移動子との間に生じる電磁力の相互作用を利用して、間欠的に電流を流しながら、シリンダー内で移動子を往復ピストン運動させ、かかる往復ピストン運動を動力として効率よく出力することのできる、簡易な補助動力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、ペダルを踏むタイミングに同調させて効率よく動力を取り出すことのできる補助動力装置を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、移動子を起動させてシリンダー内で往復ピストン運動させ、同往復ピストン運動を動力として効率よく出力することのできる、補助動力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る補助動力装置は、往復作動部と、回転部と、電源部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回されたコイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された第１出力軸と、シリンダーの他方の端面にスライド自在に支持され移動子の他方の端面に連結された第２出力軸とを有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと第１出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部からコイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部と、クランク軸を始動させる始動レバーとを有する、ことを主要な特徴とする。
【００１０】
本発明に係る補助動力装置は、往復作動部、回転部および電源部が自転車のフレームに一体に取り付けられ、自転車のペダルが始動レバーに回転自在に連結されていることを第２の特徴とする。
【００１１】
本発明に係る補助動力装置は、回転駆動スイッチ部が、自転車のペダルを踏むタイミングと同調してオンオフ作動し、電源部からの電流を間欠的にコイルに供給するように設定されていることを第３の特徴とする。
【００１２】
本発明に係る補助動力装置は、往復作動部と、回転部と、電源部と、始動部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回された一次コイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された第１出力軸と、シリンダーの他方の端面にスライド自在に支持され移動子の他方の端面に連結された第２出力軸を有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと第１出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部から一次コイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部を有し、
始動部は、シリンダーに巻回された二次コイルと、電源部から二次コイルへの電流を一時的に供給し、シリンダー内の移動子を始動させる始動スイッチ部を有する、ことを第４の特徴とする。
【００１３】
本発明に係る補助動力装置は、往復作動部と、回転部と、電源部と、始動部を備え、
往復作動部は、筒状のシリンダーと、シリンダーに巻回された左右一対のコイルと、シリンダー内を往復動する磁石又は磁性体からなる移動子と、シリンダーの一端面にスライド自在に支持され移動子の一方の端面に連結された出力軸を有し、
回転部は、一対の軸受間に回転自在に支持されるクランク軸と、クランク軸のクランクピンと出力軸に連結された連結棒と、クランク軸の回転に連動して電源部から各コイルへの電流の供給と遮断を間欠的に繰り返し、シリンダー内の移動子を往復動させる回転駆動スイッチ部を有する、ことを第５の特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の補助動力装置によれば、回転するクランク軸と連動して作動する回転駆動スイッチ部の働きによって、シリンダーに巻回されたコイルに流れる電流とシリンダー内に配置された磁石又は磁性体からなる移動子との間に生じる電磁力を利用して、シリンダー内の移動子を持続的に往復ピストン運動させるようにしており、かかる往復ピストン運動を補助動力として効率よく取り出し利用できるという優れた効果を奏する。
【００１５】
また、本発明の補助動力装置は、移動子を持続的に往復ピストン運動させる動力として、始動レバーによる最初のクランク軸の始動とその後のコイルへの僅かな電流の供給だけで足り、また、その後もスイッチ部による電流の供給と遮断の間欠的な繰り返しにより、移動子を持続的に往復ピストン運動させるようにしており、電力消費量が極めて少なくて省エネルギー効果が高いという優れた効果を奏する。また、装置全体をコンパクト化できるという効果を奏する。
【００１６】
さらに、かかる補助動力装置をアシスト自転車に設置することによって、従来の電動アシスト自転車と比べて、大容量のバッテリーが不要であり、軽量で安価なアシスト自転車を実現できるという優れた効果を奏する。
【００１７】
しかも、本発明の補助動力装置は、二次コイルと始動スイッチ部を有する始動部を設ける構成の採用により、始動レバーを廃止して、より効率よく補助動力を取り出すことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す補助動力装置の平面図、
【図２】図１に示す補助動力装置の側面図、
【図３】図１に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図４】図１に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図５】図１に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図６】図１に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図７】図１に示す補助動力装置を電動アシスト自転車に設置した例を示す図、
【図８】本発明の第２実施形態を示す補助動力装置の平面図、
【図９】（Ａ）は図８の補助動力装置における回転駆動スイッチ部の側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は回転子の正面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す補助装置の平面図、
【図１１】（Ａ）は回転駆動スイッチ部の側面図、（Ｂ）は反転方向への回転駆動スイッチ部の側面図、
【図１２】（Ａ）は起動スイッチ部の側面図、（Ｂ）はその背面図、
【図１３】図１０に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図１４】図１０に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図１５】図１０に示す補助動力装置の作用を示す図、
【図１６】本発明の第４実施形態を示す補助装置の側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態につき、図面を参照して説明する。図１ないし図７は本発明に係る補助動力装置の第１実施形態を示している。図中、符号１００は本発明に係る補助動力装置である。
【００２０】
補助動力装置１００は、図１および図２に示すように、往復作動部１１０と、回転部１２０と、電源部１３０とを備えた基本構成とされている。
【００２１】
往復作動部１１０は、支持ベース１０１の上面の一方側に支持部１０１ａを介して支持された円筒形のシリンダー１１１と、シリンダー１１１の外面に所定幅Ｌの範囲で巻回されたコイル１１２と、シリンダー１１１内を長手方向に往復動する磁石からなる移動子１１３と、シリンダー１１１の両端のうち一端に配置された軸受１１４に前後にスライド自在に支持された第１出力軸１１５と、シリンダー１１１の両端のうち他端に配置された軸受１１６に前後にスライド自在に支持された第２出力軸１１７とから構成されている。
【００２２】
移動子１１３は、その可動区間Ｍがコイル１１２の巻回区間Ｌを両側で超える範囲（具体的には、Ｍ＝Ｌ＋Ｂ＋２Ａ：ここでＢは移動子１１３の幅、Ａは移動子１１３がシリンダー１１１の両端に最も接近した時の移動子１１３からコイル１１２の最も近い端までの距離）とされると共に、回転駆動スイッチ部１２４の作動（オン）のタイミングでコイル１１２の入口付近からコイル１１２内に進入するように設定されている。なお、第１出力軸１１５の一端１１５ａは移動子１１３の両端面のうち一端面１１３Ａに連結され、移動子１１３の他端面１１３Ｂには第２出力軸１１７の一端１１７ａが連結されている。
【００２３】
回転部１２０は、左右一対の軸受１２１，１２１間に回転軸１２２Ａが回転自在に支持されるクランク軸１２２と、クランク軸１２２のクランクピン１２２Ｂおよび第１出力軸１１５の他端１１５ｂ間に連結された連結棒１２３と、一方の軸受１２１の内側に位置してクランク軸１２２の回転軸１２２Ａに同軸的に連結された回転駆動スイッチ部１２４と、他方の軸受１２１の外側に位置してクランク軸１２２の回転軸１２２Ａに同軸的に基端部が連結された始動レバー１２５とから構成されている。なお、第１出力軸１１５の他端１１５ｂと連結棒１２３とは連結ピン１１５ｃを介して屈曲可能に連結されている。始動レバー１２５はクランク軸１２２を始動させる役目をする。
【００２４】
回転駆動スイッチ部１２４は、クランク軸１２２の回転に連動して、電源部１３０から配線１３１を介してシリンダー１１１のコイル１１２への電流の供給と遮断を一定のタイミングで間欠的に繰り返し、シリンダー１１１内の移動子１１３を連続して往復動させるもので、回転軸１２２Ａ回りに回転する回転子１２４Ａと、回転子１２４Ａの前後に位置する一対の接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂとを有し、回転子１２４Ａの回転面の１８０度対称位置に一対の電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが設けられている。
【００２５】
そして、上記回転駆動スイッチ部１２４は、回転子１２４Ａの回転途中で、一対の電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂに同時に接触すると、回転駆動スイッチ部１２４が作動（オン）し、その間通電して電源部１３０からの電流がコイル１１２に供給され、一対の電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂから離れると、回転駆動スイッチ部１２４が停止（オフ）し、その間通電が遮断されて、電源部１３０からのコイル１１２への電流が遮断されるようになっている。
【００２６】
電源部１３０は、コイル１１２に電流を供給するもので、配線１３１を介してコイル１１２の一端にプラス側が接続され、コイル１１２の他端にマイナス側が接続されている。配線１３１の途中には電源スイッチ１３２と可変抵抗１３３が直列に配置されている。なお、電力消費量が極めて少なく、電気の消耗が少ないことから、電源部１３０には、１．５Ｖ程度の乾電池や小型バッテリーを用いることができる。
【００２７】
図３ないし図６は、上記構成の補助動力装置１００において、クランク軸１２２の回転に連動して作動する回転駆動スイッチ部１２４に基づき、シリンダー１１１内の移動子１１３を持続的に往復ピストン運動させている様子を示している。
【００２８】
最初に、手動で図１に示す始動レバー１２５を図２の反時計回りに回してクランク軸１２２を始動（回動）させる。図３に示すように、クランク軸１２２が始動してクランクピン１２２Ｂが上死点から反時計回りに９０度を越えると、その途中で、回転駆動スイッチ部１２４の各電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂに同時に接触して、回転駆動スイッチ部１２４が作動（オン）し、電源部１３０からの電流がコイル１１２に供給される。
【００２９】
このとき、移動子１１３はコイル１１２の入口付近に位置しており（図３ではコイル１１２の左側入口付近に位置し、移動子１１３のコイル１１２寄りの端面がＳ極でその反対側端面がＮ極である）、コイル１１２に電流が流れることによりコイル１１２と移動子（磁石）１１３との相互作用で発生する電磁力の作用により、移動子１１３がコイル１１２内に進入するように図３の右方向に引っ張られる。
【００３０】
次いで、図４に示すように、クランク軸１２２のクランクピン１２２Ｂが下死点に近づくと、その途中で、回転駆動スイッチ部１２４の各電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂから離間して、回転駆動スイッチ部１２４が停止（オフ）し、電源部１３０からの電流供給が遮断される。クランク軸１１２および移動子１１３には慣性力が働いているから、慣性力により、クランク軸１２２は下死点から反時計回りに回動して上死点に向かうと共に、移動子１１３はコイル１１２内から外へと図４の右方向へ移動する。
【００３１】
次いで、図５に示すように、クランク軸１２２のクランクピン１２２Ｂが下死点を過ぎて９０度を越えると、その途中で、回転駆動スイッチ部１２４の各電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂに再び接触して、回転駆動スイッチ部１２４が作動（オン）し、電源部１３０からの電流がコイル１１２に供給される。同時に、コイル１１２に流れる電流により、コイル１１２と移動子１１３との間の相互作用で生じる電磁力により、コイル１１２の入口付近の移動子１１３がコイル１１２内へ再び進入するように図５の左方向に引っ張られる。
【００３２】
次いで、図６に示すように、クランク軸１２２のクランクピン１２２Ｂが上死点に近づくと、その途中で、回転駆動スイッチ部１２４の各電極板１２４Ｃ，１２４Ｃが接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂから再び離間して、スイッチ部１２４が停止し、電源部１３０からの電流供給が遮断される。クランク軸１１２および移動子１１３には慣性力が働いているから、慣性力によりクランク軸１２２はクランクピン１２２Ｂが上死点に向かうおよび上死点を越えるように反時計回りに回動し、移動子１１３はコイル１１２内を図６の左方向へ移動する。
【００３３】
このようにして、本発明の補助動力装置１００によると、クランク軸１２２の回転に連動して間欠的にオン・オフ作動する回転駆動スイッチ部１２４の作動のタイミングと、コイル１１２に進入する移動子１１３のタイミングとを同調させることにより、シリンダー１１１内の移動子１１３を往復動させる電磁力を断続的に移動子１１３に作用させ、これによってシリンダー１１１内の移動子１１３を持続的に往復ピストン運動させ、クランク軸１２２ひいては回転軸１２２Ａを連続的に（反時計回りに）回転駆動させ、動力を取り出すことができる。
【００３４】
図７は、本発明の補助動力装置１００を自転車のフレーム１５０に設置した例を示している。
【００３５】
図７に示すように、回転軸１２２Ａの一端に連結された始動レバー１２５の自由端には運転者の足を乗せる一方のペダル１５１が回転自在に連結され、回転軸１２２Ａの他端には始動レバー１２５と１８０度反対向きに補助レバー１５２が連結されている。補助レバー１５２の自由端には運転者の足を乗せる他方のペダル１５３が回転自在に連結されている。往復作動部１１０は、フレーム１５０に沿ってサドル部（図示せず）に向けて起立するように配置してよい。
【００３６】
図７に示す補助動力装置１００によると、最初に電源部１３０の電源スイッチ１３２を入れ、運転者がペダル１５１，１５３をこいでクランク軸１２２を回動させると、図３に示すように、運転者がペダル１５３を強く踏み込むタイミングに同調して、回転駆動スイッチ部１２４が作動し、コイル１１２に電流が供給されて、移動子（磁石）１１３に働く電磁力が、運転者のペダル１５３の踏み込み動作を助けるように移動子１１３を引っ張り、また、図５に示すように、ペダル１５３が持ち上がるタイミングに同調して（ペダル１５１を強く踏み込むタイミングでもある）、回転駆動スイッチ部１２４が再び作動し、コイル１１２に電流が供給されて、移動子（磁石）１１３に働く電磁力が、運転者のペダル１５１の踏み込み動作を助けるように移動子１１３を引っ張る。その結果、運転者が左右のペダル１５３，１５１を踏む動作を常に助けるように、移動子１１３が持続的に往復ピストン運動する。
【００３７】
このように、移動子１１３に生じる往復ピストン運動は、第１出力軸１１５からクランク軸１２２の回転運動に変換され、運転者がペダル１５１，１５３をこぐ際の補助動力として用いられる。これにより、従来の電動アシスト自転車に比べて、より軽量かつコンパクトで簡易な補助動力装置付きのアシスト自転車を安価に実現することができる。
【００３８】
図８および図９は、本発明の補助動力装置の第２実施形態を示すもので、図８中、符号２００は補助動力装置を示している。なお、図２と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
図８に示す補助動力装置２００は、回転駆動スイッチ部１２４’において、回転子１２４Ａ’に対し一対の接触ブラシ１２４Ｂ’と１枚の電極板１２４Ｃ’を備えている。クランク軸１２２が回転軸１２２Ａの周囲を一周する間、一対の接触ブラシ１２４Ｂ’が１回だけ電極板１２４Ｃ’に接触し、電極部１３０からコイル１１２に電流が流れるようになっている。そして、コイル１１２に電流が流れると、コイル１１２に進入した移動子（磁石）１１３に対し、移動子１１３を図８の上方向に持上げるように電磁力が働く。
【００４０】
このようにして手動で最初にクランク軸１２２を反時計回りに回動させると、回転駆動スイッチ部１２４’の作動によりコイル１１２に電流が流れてシリンダー１１１内の移動子１１３が上方に持上げられ、スイッチ部１２４’の停止によりコイル１１２への電流が遮断されて移動子１１３が自重により下降し、クランク軸１２２と連動した回転駆動スイッチ部１２４’の作動と停止の繰り返しによりシリンダー１１１内の移動子１１３が上下に往復ピストン運動する。移動子１１３の往復ピストン運動は、第２出力軸１１７より外部に出力され、例えばミシン針の縫製作業に応用される。
【００４１】
図１０ないし図１５は、本発明の補助動力装置の第３実施形態を示すもので、二次コイルを用いて、クランク軸１２２に回転駆動力の起動力を発生させるように工夫したものである。図中、符号３００は補助動力装置を示している。なお、前述の補助動力装置と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
補助動力装置３００は、図１０に示すように、正転方向（反時計回り）への回転駆動用の回転駆動スイッチ部１２４に隣接して反転方向（時計回り）への回転駆動用の回転駆動スイッチ部１２６が設けられている。回転駆動スイッチ部１２６は、図１１（Ｂ）に示すように、回転駆動スイッチ部１２４と同一の回転軸１２２Ａ回りに回転する回転子１２６Ａと、回転子１２６Ａの前後に位置する一対の接触ブラシ１２６Ｂ，１２６Ｂを有し、回転子１２６Ａの回転面の１８０度対称位置に一対の電極板１２６Ｃ，１２６Ｃが設けられている。電極板１２６Ｃ，１２６Ｃは、クランク軸１２２が水平位置から反転方向（時計回り）に立ち上がるタイミングで各接触ブラシ１２６Ｂに接触する（スイッチＯＮ）ように配設されている（図１５参照）。
【００４３】
また、図１０に示す補助動力装置３００は、シリンダー１１１の外面に巻回された一次コイル１１２の外側に所定間隔をおいて左右一対の二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒが所定の幅で巻回されている（図１０では理解しやすいようにシリンダー１１１の外側に一次コイル１１２と二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒが別々に巻回されている様子が描かれている）。両二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒは、所定のタイミングで電流が流れることにより、移動子１１３に起動力を発生させる役目をする。
【００４４】
回転軸１２２Ａの、両回転駆動スイッチ部１２４，１２６の反対側には、二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒに所定のタイミングで電流を流す起動スイッチ部３０２が設けられている。起動スイッチ部３０２は、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転軸１２２Ａ回りに回転する回転子３０２Ａと、回転子３０２Ａの前後にそれぞれ位置する一対の接触ブラシからなる一対の接触ブラシユニット３０２Ｂ，３０２Ｃを有し、回転子３０２Ａの回転面に一枚の電極板３０２Ｄが設けられている。電極板３０２Ｄは、図１３（Ａ）に示すように、クランク軸１２２が水平位置から正転方向（反時計回り）に下がる途中のタイミングで一方の接触ブラシユニット３０２Ｂに接触し（スイッチＯＮ）、また、図１４に示すように、クランク軸１２２が水平位置から正転方向に起立するタイミングで他方の接触ブラシユニット３０２Ｃに接触する（スイッチＯＮ）ようになっている。つまり、クランク軸１２２の正転方向への回転駆動を２つの位置からそれぞれ起動させることができるようになっている。
【００４５】
そして、一次コイル１１２の終端に接続された配線１３１と両回転駆動スイッチ部１２４，１２６の接触ブラシ１２４Ｂ，１２６Ｂに接続された配線１３１の間に、１つの回転切替スイッチ３０３が設けられている。また、電源部１３０と一次コイル１１２の始端を結ぶ配線１３１の途中から配線１３１’が分岐し、１つの起動スイッチ３０４が設けられている。起動スイッチ３０４と起動スイッチ部３０２の各接触ブラシユニット３０２Ｂ，３０２Ｃの各一方の接触ブラシとの間は配線１３１’により並列的に接続されている（図１０のＡ’−Ａ’間、Ｃ’−Ｃ’間）。
【００４６】
さらに、二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒの各始端と起動スイッチ部３０２の各接触ブラシユニット３０２Ｂ，３０２Ｃの各他方の接触ブラシとの間はそれぞれ配線１３１’により直接接続されている（図１０のＡ−Ａ間、Ｃ−Ｃ間）。同じく、二次コイル３０１Ｌ，３０１Ｒの各他端と電源部１３０の上流側の配線１３１との間は配線１３１’により並列的に接続されている（図１０のＢ−Ｂ間、Ｄ−Ｄ間）。
【００４７】
次に上記構成の補助動力装置３００の作用を説明する。
【００４８】
最初に電源スイッチ１３２を入れ、回転切替スイッチ３０３を正転駆動側（左）に切替える。次に、クランク軸１２２を反時計回りに回動させて水平位置からさらに傾斜した所定位置（図１３（Ａ）、当該位置は起動スイッチ部３０２の接触ブラシユニット３０２Ｂに電極板３０２Ｄが接触開始する位置である）に位置決めする。当該位置において、起動スイッチ３０４を押すと、接触ブラシユニット３０２Ｂを介して右の二次コイル３０１Ｒに矢印で示す電流が流れる。このとき、図１３（Ａ）に示すように、移動子１１３は二次コイル３０１Ｒの入口手前に位置し、二次コイル３０１Ｒに電流が流れることにより、移動子１１３の端面（Ｓ極）と二次コイル３０１Ｒの端面（Ｎ極）との間の相互作用で発生する電磁力により、移動子１１３が二次コイル３０１Ｒ内に進入するように右方向に引っ張られ、クランク軸１２２に正転方向への起動力Ｆｋが発生する。起動スイッチ３０４から手指を離すと二次コイル３０２Ｒへの電流は遮断される。これにより、起動スイッチ３０４の押し動作でクランク軸１２２を正転方向に起動した後は、回転駆動スイッチ部１２４のオンオフ動作によって回転軸１２２Ａを連続的に正転方向に回転駆動させることができる。
【００４９】
回転駆動スイッチ部１２４においては、起動スイッチ部３０２の接触ブラシユニット３０２Ｂに電極板３０２Ｄが接触開始するタイミングで、図１３（Ｂ）に示すように、接触ブラシ１２４Ｂ，１２４Ｂに電極板１２４Ｃが接触開始し、一次コイル１１２に矢印で示す電流が流れる。移動子１１３と一次コイル１１２の端面（Ｎ極）との間の相互作用で発生する電磁力により、移動子１１３には図１３（Ｂ）に示す引張力Ｆ１が発生し、図４ないし図６に示す作用と同様にして、シリンダー１１１内の移動子１１３を持続的に往復ピストン運動させ、回転軸１２２Ａを連続的に正転方向に回転駆動させることができる。
【００５０】
図１４は、クランク軸１２２を別の位置から起動させる例を示している。同図に示すように、クランク軸１２２が水平姿勢から少し上向き姿勢の角度にあるとき、移動子１１３は左の二次コイル３０１Ｌの入口手前に位置する。そして、クランク軸１２２が上記角度にあるとき、起動スイッチ部３０２の電極板３０２Ｄは接触ブラシユニット３０２Ｃに接触を開始する位置にあり、かかる位置関係で、起動スイッチ３０４を押すと、左の二次コイル３０１Ｌに電流が流れ、移動子１１３の端面（Ｎ極）と二次コイル３０１Ｌの端面（Ｓ極）との間の相互作用で発生する電磁力により、移動子１１３が二次コイル３０１Ｌ内に進入するように図１４の左方向に引っ張られ、クランク軸１２２に正転方向（反時計回り）への起動力Ｆｋが発生する。起動スイッチ３０４から手指を離すと電流は二次コイル３０２Ｌへ供給されず、したがって、この場合も、起動スイッチ３０４の押し動作でクランク軸１２２を正転方向に起動させた後は、スイッチ部１２４のオン・オフ動作によって回転軸１２２Ａを連続的に正転方向に回転駆動させることができる。
【００５１】
回転軸１２２Ａを反転方向（時計回り）に回転駆動させる場合は、回転切替スイッチ３０３を反転駆動側（右）に切替える。後は、クランク軸１２２を時計回りに回動させて水平位置からさらに上向きに傾斜した所定の位置で、起動スイッチ部３０２の接触ブラシユニット３０２Ｂに電極板３０２Ｄが接触開始するように電極板３０２Ｄの位置を予め調整し、右の二次コイル３０１Ｒに電流を流して、移動子１１３に右方向への起動力を発生させ、これに同調して、回転駆動スイッチ部１２６の電極板１２６Ｃ，１２６Ｃが接触ブラシ１２６Ｂ、１２６Ｂに接触して、一次コイル１１２に電流が流れ、移動子１１３に右方向への引張力を発生させる。このように、起動スイッチ３０４の押し動作でクランク軸１２２を反転方向に起動した後は、回転駆動スイッチ部１２６のオンオフ動作によって回転軸１２２Ａを連続的に反転方向に回転駆動させることができる。
【００５２】
図１６は、本発明の補助動力装置の第４実施形態を示すもので、１つのシリンダーに２つのコイルを左右に並べて巻回させ、より大きな回転駆動力を得るように工夫したものである。図中、符号４００は補助動力装置を示している。なお、図２と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
同図に示すように、シリンダー１１１の外側に２つのコイル４０１Ｒ，４０１Ｌが左右に並べられて巻回されている。スイッチ部４０２は、回転軸１２２Ａ回りに回転する回転子４０２Ａと、回転子４０２Ａの前後にそれぞれ位置する一対の接触ブラシからなる接触ブラシユニット４０２Ｂ，４０２Ｃを有し、回転子４０２Ａの回転面に一枚の電極板４０２Ｄが設けられている。各２つのコイル４０１Ｒ，４０１Ｌは電源１３０に対し並列に接続され、すなわち、各コイル４０１Ｒ，４０１Ｌの上流側の各配線１３１が電源１３０のプラス側に接続され、下流側の各配線１３１が接触ブラシユニット４０２Ｂ，４０２Ｃを介して電源１３０のマイナス側に接続されている。電極板４０２Ｄは、クランク軸１２２が水平位置から反時計回りに下がるタイミングで一方の接触ブラシユニット４０２Ｂに接触し（スイッチＯＮ、図１６参照）、これにより、右のコイル４０１Ｒに電流が流れて、移動子１１３が右に引っ張られ、一方、移動子１１３が左に戻るタイミングでクランク軸１２２が水平位置から反時計回りに上がるタイミングで他方の接触ブラシユニット４０２Ｃに接触し（スイッチＯＮ）、左のコイル４０１Ｌに電流が流れて、移動子１１３が左に引っ張られ、これにより回転軸１２２Ａにより大きな回転駆動力を得ることができる。なお、始動手段は、図１に示す始動レバー１２５や図１０に示す始動スイッチ部３０２等を採用できる。
【００５４】
本実施形態の補助動力装置４００によると、より大きな回転駆動力を得ることができる。
【００５５】
なお、図１に示す補助動力装置において、シリンダーを一対並行に配置すると共に、１つの出力軸１１５に連結された一対の移動子を各シリンダー内で同時に往復動できるようにし、各シリンダーの外側にコイルを巻回し、１つの電源に各コイルを並列に接続することで、各移動子を同時に往復動させ、これにより出力軸から得られる出力（馬力）を上げることができる。また、一次コイルの外側に二次コイルを巻回し、二次コイルで得られた電流をコンデンサやバッテリーに蓄電または充電して用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の補助動力装置は、例えば自転車、カート、芝刈り機、農業用機械、ミシン等の補助動力装置として、幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１００，２００，３００，４００  補助動力装置
１０１  支持ベース
１０１ａ  支持部
１１０  往復作動部
１１１  シリンダー
１１２，４０１Ｌ，４０１Ｒ  コイル（一次コイル）
１１３  移動子
１１３Ａ  移動子の一端面
１１３Ｂ  移動子の他端面
１１４，１１６，１２１  軸受
１１５  第１出力軸
１１５ａ  第１出力軸の一端
１１５ｂ  第１出力軸の他端
１１５ｃ  連結ピン
１１７  第２出力軸
１１７ａ  第２出力軸の一端
１２０  回転部
１２２  クランク軸
１２２Ａ  回転軸
１２３  連結棒
１２４，１２４’，１２６  回転駆動スイッチ部
１２４Ａ，１２４Ａ’，１２６Ａ，３０２Ａ，４０２Ａ  回転子
１２４Ｂ，１２４Ｂ’，１２６Ｂ  接触ブラシ
１２４Ｃ，１２４Ｃ’，１２６Ｃ，４０２Ｄ  電極板
１２５  始動レバー
１３０  電源部
１３１  配線
１３２  電源スイッチ
１３３  可変抵抗
１５０  自転車のフレーム
１５１，１５３  自転車のペダル
１５２  補助レバー
３０１Ｌ，３０１Ｒ  二次コイル
３０２Ｂ，３０２Ｃ，４０２Ｂ，４０２Ｃ  接触ブラシユニット
３０３  回転切替スイッチ
３０４  起動スイッチ
Ｌ  移動子の可動区間
Ｍ  コイルの巻回区間
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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