JP2014039448A - レシプロエンジン型リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のレシプロモータは、（イ）電磁石のコイルに流す電流の方向により、永久磁石から発生する磁力とコイルから発生する磁力とが同方向では強めあい、逆方向では弱めあうので磁束の偏りを作り出し、高出力を得ることが難しい、（ロ）可動子の往復振動幅が短い、ため、電気自動車の駆動用としての利用には不向きである。
【解決手段】それぞれ固定子および可動子として構成した二つの永久磁石同士のうち、固定子を構成する永久磁石１に電磁石２を一体的に設け、そのコイルに正逆方向の電流を交互に通電させて固定子の永久磁石部分から発生する磁力と電磁石部分から発生する磁力を合成し、この合成磁力と可動子を構成する永久磁石３との間で吸引と反発が繰り返えすことにより、ピストン８に振動推力を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は電気自動車などの駆動用電動機として利用可能な高出力レシプロモータに関するものである。

従来よりリニア振動モータにはレシプロモータ、可動コイル型モータ、可動磁石型モータなどがあるが、いずれも電磁石やコイルに通電することにより可動子を往復移動させる電磁気回路を主体としているためその構成上からポンプ・コンプレッサのピストン駆動用モータや冷凍機のピストン駆動用モータといった用途にしか利用されていない。

特開２０１２−５５０７１

従来のレシプロモータには電気自動車などの駆動用電動機として利用することが難しい次のような欠点があった。
（イ）従来のレシプロモータは電磁石のコイルに流す電流の方向により、永久磁石から発生する磁力とコイルから発生する磁力とが同方向では強めあい、逆方向では弱めあうことで磁束の偏りを作り出し振動推力を発生させる方法であったため高出力を得ることが難しかった。
（ロ）従来のリニア振動モータではその可動子の往復振動幅が短いため電気自動車などの駆動用レシプロモータとしての利用には不向きであった。
本発明はこれらの欠点を除くためになされたものである。

従来のレシプロモータが電磁気回路を主体としているのに対して本発明は固定子と可動子の永久磁石同士の磁気吸引力を主体として構成されていて、その二つの永久磁石である固定子部分の永久磁石と永久磁石からなる可動子との間の固定子部分の永久磁石に電磁石を一体的に設けてそのコイルに逆電流を交互に通電させて電磁石の磁極の向きを変えることで固定子の永久磁石部分から発生する磁力と固定子の電磁石部分から発生する磁力とが同方向のときは磁力を強めあうので永久磁石からなる可動子との磁気吸引力が強まり、固定子の電磁石部分の磁力が逆方向のときは固定子の永久磁石部分の吸引力は遮られるので電磁石と永久磁石からなる可動子との間に磁気反発力が生じて可動子を退ける斥力が働きその吸引と反発の繰り返しの結果振動推力を発生させる。

本発明には次のような効果がある。
（イ）従来のレシプロモータが電磁気回路を主体としているのに対して本発明は永久磁石同士の磁気吸引力を主体として構成されていて、その二つの永久磁石間の固定子側に設けた電磁石の磁極の向きを変えることにより可動子に対する磁気吸引力を高めたり磁気反発力を発生させたりすることで推力を発生する方法なのでわずかな電力で高出力を得ることができる。
（ロ）従来からガソリン車などのレシプロエンジンの出力を回転運動に変える仕組みと同様にシリンダ内の可動子ピストンの往復運動を回転運動に変えるクランクとこの磁気推力との組み合わせによって電気自動車などの電動機として利用できる。

レシプロエンジン型リニア振動モータの横断面図。固定子の電磁石部分に通電していない状態。固定子の永久磁石が電磁石の鉄部材を磁化して可動子と磁気吸引状態で静止している。 固定子の電磁石部分に可動子の永久磁石と反発する方向の電流を通電させた状態。固定子の永久磁石部分は電磁石の磁力に遮られるので吸引磁力が働かない。従って電磁石と永久磁石からなる可動子とが反発しあってピストンを下向きに押し下げる。 ピストンが最下部に位置している状態。このときのピストンがシリンダ下部に設けてある電磁石の電流方向を切り替えることのできるスイッチを切り替えて電磁石が可動子を吸引する磁極に変わる。 固定子の永久磁石と電磁石の磁極が同方向なので、双方の磁力を強め合って可動子を吸引する。そしてピストンが最上位になったときに電流方向切り替えスイッチが入り吸引力から反発力に切り替わり更なる往復運動を繰り返す。 レシプロエンジン型リニア振動モータの斜視図。

従来からガソリン車に利用されているレシプロエンジンと同様のシリンダ状の構造体で尚且つ磁石が吸着しないアルミといった素材で作られた縦型のレシプロエンジン型モータにおいてそのエンジンシ型モータのシリンダ内にあるピストンの上部にネオジム磁石といった永久磁石でできた可動子を取り付け、またそのレシプロエンジン型モータ上部のシリンダヘッドの部分には可動子と相互に吸引し合う向きに磁極を合わせて配置したネオジム磁石といった永久磁石と鉄部材にコイルを巻回した電磁石を組み合わせた一対の固定子を電磁石側が可動子側に向くように取り付け、その固定子の電磁石部分のコイルにシリンダ内部に設けた切り替えスイッチによって逆電流を交互に通電させ、固定子と可動子の磁石の吸引力と反発力を交互に生じさせて可動子が取り付けられたピストンを上下運動させる。

以下本発明の実施例について説明する。本発明のレシプロモータはレシプロエンジンと同様に可動子ピストンを磁気的に往復運動させることができるので従来からガソリン車に利用されているレシプロエンジンのピストンの往復運動を回転力に変える仕組みと同様な仕組みに組み込み、シリンダ内の可動子ピストン下部のコネクティングロッドを通じてクランクシャフトを回転させることで電気自動車などの駆動用電動機として利用できる。またガソリンエンジンの多気筒エンジンの仕組みと同様に複数のレシプロモータをタンデム配置して出力を高めた並列型レシプロモータを造ることもできる。またシリンダ内の２箇所にピストンが通過するたびに切り替わるスイッチを設けて固定子側に設けた電磁石の電流の方向を変えて磁極を切り替えることで可動子ピストンを常時往復運動させる。

本発明のレシプロモータは永久磁石同士の磁気吸引力を主体として構成されていて電磁石の手助けによってその磁気吸引力及び反発力を往復運動に変える方法であるため電力の消費を最小限に抑えることができる高効率モータに関するものなので、電気自動車や電車などの電動機として利用することができる。

１ 固定子の永久磁石部分
２ コイルと鉄部材からなる固定子の電磁石部分
３ 永久磁石からなる可動子
４ 電流方向切り替えスイッチ
５ コイル
６ 鉄部材
７ シリンダ
８ ピストン
９ コンロッド
１０ クランク
１１ クランクシャフト

従来のレシプロモータが電磁気回路を主体としているのに対して本発明は固定子と可動子の永久磁石同士の磁気吸引力を主体として構成されていて、その二つの永久磁石である固定子部分の永久磁石と永久磁石からなる可動子との間の固定子部分の永久磁石にコイルと鉄部材からなる電磁石を一体的に且つ可動子と直列になるように設けてそのコイルに逆電流を交互に通電させて電磁石の磁極の向きを変えることで固定子の永久磁石部分から発生する磁力と固定子の電磁石部分から発生する磁力とが同方向のときは磁力を強めあうので永久磁石からなる可動子との磁気吸引力が強まり、固定子の電磁石部分の磁力が逆方向のときは固定子の永久磁石部分の吸引力は遮られるので電磁石と永久磁石からなる可動子との間に磁気反発力が生じて可動子を退ける斥力が働きその吸引と反発の繰り返しの結果振動推力を発生させる。

Claims (1)

1. 固定子と可動子の永久磁石同士の磁気吸引力を主体として構成されていて、その二つの永久磁石である固定子部分の永久磁石と永久磁石からなる可動子との間の固定子部分の永久磁石に電磁石を一体的に設けてそのコイルに逆電流を交互に通電させて電磁石の磁極の向きを変えることで固定子の永久磁石部分から発生する磁力と固定子の電磁石部分から発生する磁力とが同方向のときは磁力を強めあうので永久磁石からなる可動子との磁気吸引力が強まり、固定子の電磁石部分の磁力が逆方向のときは固定子の永久磁石部分の吸引力は遮られるので電磁石と永久磁石からなる可動子との間に磁気反発力が生じて可動子を退ける斥力が働きその吸引と反発の繰り返しの結果振動推力を発生させるレシプロモータ。

Images