JP2014095376A - 立体式対向ピストンモーター（プランジャサイクルモーター） - Google Patents

Abstract

【課題】レシプロ式エアモーターであり、出来る限りエネルギー効率を高め、レシプロ式の複雑な機構を廃止しつつ、ベーン式のパワーや高いトルク性、コンパクトさを持ったエアモーターを開発する。
【解決手段】回転軸１に平行なシリンダー２を配する事でコンパクトさを実現し、高圧縮された空気をシリンダー２に送り込んでピストン３を押し下げ、ピストン３一体型のコンロッド４がプランジャ板５の斜面を押す事で回転力を得る仕組みである。ピストン３は遊動式で、支持板６とガイド板７の間に配したバネ８により常にプランジャ板５方向に押し付けられている。なお、モーター仕切板９を中心に３気筒ないしは４気筒の対向式として互いに振動を打ち消し合う構造とすることで、振動を抑え静粛性を上げ、バランサーを必要としない。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は、回転軸に平行な対向ピストンを持つ２サイクルエアモーターである。

これまでエアモーターは、ベーン式とレシプロ式、タービン式が主流だった。

発明が解決しようとする課題

従来のモーターには次の様な課題があった。
（イ）ベーン式エアモーターでは耐久性に問題があり高負荷での連続長時間使用が困難（ベーンと言う部品の摩耗が課題）。
（ロ）エアモーターでは発生出来るパワーが小さい。
（ロ）エアタービンでは圧縮空気の使用量が非常に多い。
（ハ）レシプロ式エアモーターでは出力が小さく、機構が複雑である。
（ニ）レシプロ式の欠点を補う為に、燃料を燃焼させて動力を得る内燃式エンジン方式がとられ、燃料の必要があった。
（ホ）レシプロ式は、体積が大きく重量も大きい

課題を解決する為の手段

以上の課題を解決する為に、耐久性の高いレシプロ式を選択しつつ、レシプロ式の複雑な機構を取り除き、出来る限りの小型軽量化を図った構造とし、ベーン式のパワーとトルク、レシプロ式の耐久性を実現しつつ、回転軸が１回転する間に全てのピストンが１回は上下運動する機構とし、高い出力を得る事が出来る物とする。

（１）回転軸に対して（２）平行なシリンダーを配し、圧縮空気を送り込んで（３）ピストンを押し下げ、ピストン一体型の（４）コンロッドが（５）プランジャ板の斜面を押す事で回転力を得る仕組みで、プランジャ板自体は（１）回転軸に取り付けられている。
（３）ピストンは遊動式で（６）支持板と（７）ガイド板の間に配した（８）バネにより、（５）プランジャ板方向に押付けられている。又、モーターの形状は、（９）モーター仕切板を中心に左右３気筒ずつ又は４気筒ずつの対向気筒で、振動を打ち消し合う効果がありバランサーの必要もない。この様な形状をしている為、送り込む空気量（空気圧）を変化させる事で低回転から高回転まで自在にコントロール可能である。なお、最低でも片側２気筒ずつ、合計４気筒が同時に仕事をしている為、従来のエアモーターと比較して非常に大きな力を発生する事が可能となる。
過去にこの様なエアモーターが発想され、一度も実現しなかったのには次の様な理由が挙げられる。
▲１▼２サイクルではなく４サイクルを選択していた事
▲２▼噴射弁の開閉を単カム式にしなかった事
▲３▼ピストン対向式にしなかった事
▲４▼ピストンを遊動式にしなかった事
▲５▼プランジャ板を斜板回転式にしてしまった事（この形式では、回転を上げると斜板が歪み振動を発生し、やがて回転軸が歪んでエンジン本体を破損する）
以上の理由から何度も発想されながらその度に不可能とされ断念されてきた。

発明の効果

６６０ＣＣのプランジャサイクルモーターを作ったとして、空気圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２（通常のエアモーターは６ｋｇｆ／ｃｍ２）で回した場合、理論値で４２．７馬力（４７００ｒｐｍ）、７．２ｋｇ／ｍ（２８００ｒｐｍ）の最大出力を得る事が可能（レヴリミットは８０００ｒｐｍからで最大１２０００ｒｐｍまで回す事が可能）で高負荷での長時間連続運転にも耐え、軽自動車のエンジンとして充分に使える物である。
又、空気の使用量などを考慮すると、最大２０００ＣＣ、８気筒のプランジャサイクルモーターまでは充分に自動車のエンジンとして使用可能である。

産業上の利用の可能性

回生式のコンプレッサーと電動モーターを組合わせれば、燃料不要のエアーモーター式ハイブリッドカーを作る事が出来る。（これにより、２０００ｃｃ未満の自動車は、燃料が不要となり、燃料価格を下げる事が出来る他、地球温暖化対策にも成る、都市部での大気汚染も軽減されるため環境対策事業としてビジネスも成り立つ。）
太陽電池や風力発電、大型蓄電池、発電機と組合わせれば、病院などの非常電源として、防爆施設内での動力源や発電機の動力、エレベーターやエスカレーターの動力などとしても充分に使える物となる。

プランジャサイクルモーター概念図 当発明の大まかな構造を示している。 プランジャ板とカム板の関係図 プランジャ板とカム板の回転関係を示している。 カム板と噴射弁の配置図 カム板の回転と噴射弁の関係を示している。 モーター内に於けるピストンの配置図 モーター内のピストンの配置位置とプランジャ板の関係を示している。 ベーン式・レシプロ式の模式図 ベーン式・レシプロ式の欠点について示している。

（１）回転軸
（２）シリンダー
（３）ピストン
（４）コンロッド
（５）プランジャ板：軸方向の力を回転に変換する部品
（６）支持板：シリンダー内に固定されていてバネとコンロッドを支えている
（７）ガイド板：コンロッドに固定されていて、バネとコンロッドを支え、コンロッドの横ぶれを防いでいる。コンロッドと共に上下動する。
（８）バネ：支持板とガイド板に挟まれていて、ピストンをプランジャ板方向に押し付けている。
（９）モーター仕切板（中央仕切板）：回転軸とプランジャ板を支えている。プランジャ板の横ぶれや、回転軸の横ぶれ、プランジャ板に掛かる力を受け止め、ローラーベアリングと共にスムースな回転に導き、パワーロスを抑える働きがある。
（１０）ローラーベアリング
（１１）ガイドローラー：コンロッドとプランジャ板の摩擦を低減し、スムースな回転に導きパワーロスを抑えるためにある。
（１２）カム板：噴射弁の開閉を制御している。
（１３）噴射弁：開閉する事で圧縮空気をシリンダーに送り込む
（１４）噴射口
（１５）排気口
（１６）シリンダーカバー
（１７）カム室カバー

Claims (2)

1. この発明は、回転軸に平行なピストンが、圧縮空気や燃料の燃焼により押し下げられ、ピストンから伸びるコンロッドがプランジャ板の斜面を押す事で、回転力を得る動力方式である。
2. プランジャ板を使用した２サイクル式のピストンエンジンであり、回転軸に対してピストンが平行である事、プランジャ板を使用している事、エネルギーに、圧縮空気、ガス、ガソリンや軽油などの燃料を使用しようとも、この形状である限り、プランジャサイクルモーターと呼ぶ。
   なお、本発明は、プランジャ式油圧モーターに構造が似ている事とプランジャ板を持っている事から、「プランジャサイクルモーター」と命名した。