JP4832561B2

JP4832561B2 - エアー駆動モータ

Info

Publication number: JP4832561B2
Application number: JP2009233501A
Authority: JP
Inventors: 博敏栃平
Original assignee: 博敏栃平
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2029-10-07
Also published as: JP2011083121A

Description

本発明は、圧縮エアーと永久磁石の吸引力と反発力とを利用して回転動力を発生させるエアー駆動モータに関する。

従来のエアーモータでは、回転動力を得る手段として圧縮エアーを羽根車に吹きつけその回転力を利用している。また電動モータの場合は、コイルに流れる電流の方向を変化させて発生する磁界の変化により回転子と固定子との吸引力と反発力を利用して回転子を回転させ回転動力を得ている。その他にも化石燃料等を利用する発動機により回転動力を発生させている。例えば特許文献１に示すエアーモータでは、図５に示すように２重の円筒回転子を配置することで、シリンダ内周面と羽根車４ａ、４ｂとの摩擦抵抗を少なくし、且つはずみ車の作用を利用して回転数の変動を抑えて給気口から圧縮エアーを連続供給し回転力を得るエアーモータが開示されている。

特開平８−１４４７０１号公報

しかし、従来のエアーモータは給気口より圧縮エアーをシリンダ内に送り込み、複数の羽根車を回転させ連続して排気し、羽根の先端部とシリンダの内周面を摺動させることで圧縮エアー漏れを防止して回転を維持している。その回転を維持するため大量の駆動用圧縮エアーを安定供給する必要である。

また、他に回転動力を得る手段としての原動機では電気、化石燃料等を供給して動力を発生させて回転動力を持続させるため、大量の電力消費、或いは二酸化炭素等の排出を続けている。そして、従来の原動機は火気使用不可の場所で使用するには、火種となるスパークや燃焼を伴うため不向きである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少量の圧縮エアーを外部から供給してエアーシリンダを揺動させて、磁石の吸引力と反発力で回転動力の発生を促すエアー駆動モータを提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）〜（４）の構成を備えるものである。

（１）円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた固定子と、該固定子の内側に、前記円筒と同一の中心軸に回転自在に取付けられた複数の回転子とを具備するエアー駆動モータであって、前記回転子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に嵌設され、該回転子を揺動するためのエアーシリンダを有し、該エアーシリンダが、前記回転子に嵌設された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に嵌設された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態を所定の位置で切替えることを特徴とするエアー駆動モータ。

（２）前記回転子を揺動する前記エアーシリンダが、エアーの圧力で伸縮するピストンを有し、該ピストンの伸縮により前記回転子を所定の角度で揺動することを特徴とする前記（１）記載のエアー駆動モータ。

（３）前記円筒と同一の中心軸に回転自在に取付けられた複数の前記回転子が、前記中心軸に対し所定の角度で配置されていることを特徴とする前記（１）または（２）記載のエアー駆動モータ。

（４）前記回転子の揺動により、前記回転子に嵌設された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に嵌設された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態の変化を発生させることで、磁石の吸引力と反発力を利用して回転力に変えることを特徴とする前記（１）乃至（３）いずれか１項に記載のエアー駆動モータ。

本発明のエアー駆動モータによれば、圧縮エアーの機能はバルブによるエアーシリンダのピストンの伸縮を切替えるための制御用に使用するもので、少量の圧縮エアーしか消費しない。

また、本発明のエアー駆動モータは、磁石の吸引力と反発力の特性を利用して回転力を発生させているため、火種となるスパークや燃焼などの火気を発生させず火気使用不可の作業にも使用可能であり使用場所の制限が無い。

また、本発明のエアー駆動モータは、少量の圧縮エアーのみの使用で二酸化炭素等の排出が少なく、温暖化防止にも貢献できるエアー駆動モータを提供できる。

本実施例に係るエアー駆動モータの構成図、（ａ）エアー駆動モータの構成図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図本実施例に係るエアー駆動モータの動作原理図本実施例に係るエアー駆動モータの動作のタイミングチャート本実施例に係るエアー駆動モータのマグネット回転ハウジングの動作図、（ａ）角度と各マグネット回転ハウジングのエアーシリンダとの動作、（ｂ）マグネット回転ハウジング６の３０°毎の動作図従来のエアーモータの構成図、（ａ）エアーモータの構成図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図

以下に、本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施例に係るエアー駆動モータの構成図である。図１（ａ）はエアー駆動モータの構成図で、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

図中において、エアー駆動モータ１０の円筒のベース１の中心位置に回転軸２を取付け、その回転軸２に回転ベース３がベアリング等で回転自在に取付けられている。回転軸２と同芯の位置に固定ハウジング４のＮ極マグネットが埋め込まれた固定子である固定ホルダ４Ａ、及びＳ極マグネットが埋め込まれた固定ホルダ４Ｂがベース１に固定されている。回転ベース３上には１２０°で３等配に配置された回転子である３個のマグネット回転ハウジング６、７、８が設置され、夫々のマグネット回転ハウジング６、７、８の外周面上には、上下及び周方向に平行にＮ極マグネット（６ａ、７ａ、８ａ）とＳ極マグネット（６ｂ、７ｂ、８ｂ）の永久磁石が嵌設されている。

夫々のマグネット回転ハウジング外周面に嵌設されたＮ極マグネットとＳ極マグネットの永久磁石は、揺動軸に対し２０°の角度でマグネット回転ハウジングが揺動してＮ極マグネットとＳ極マグネットの永久磁石のいずれか一方が、固定ハウジング４の内周面に取付けられているＮ極マグネット固定ホルダ４Ａと、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂの永久磁石と対峙する。このＮ極マグネット固定ホルダ４Ａ、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと、３個のマグネット回転ハウジング６、７、８の対向周面上に嵌設されたＮ極マグネット、Ｓ極マグネットの永久磁石の吸引力／反発力により回転ベース３に回転力を発生させることができる。

図１（ａ）の構成図に示す固定子であるマグネット固定ハウジング４と回転子であるマグネット回転ハウジング６、７、８の位置関係は、マグネット固定ハウジング４の内側に、回転軸２に対し夫々１２０度の取付け角で回転ベース３上にマグネット回転ハウジング６、７、８が配置された構成となっている。夫々のマグネット回転ハウジング６、７、８に取付けられたエアーシリンダ５が伸縮する切替点は、固定ハウジング４のＮ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂの夫々中央部の２箇所である。この切替点を各マグネット回転ハウジングの先端部が通過する際、圧縮エアーによりエアーシリンダ５が伸縮して揺動を行う。

図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図は、圧縮エアーによりエアーシリンダ５のピストンの押出／収縮の際、マグネット回転ハウジング６、７、８の揺動の動きを示している。圧縮エアーはこの揺動にのみ使用されるため圧縮エアーの消費が極めて少ない。揺動により、マグネット固定ハウジング４のマグネット固定ホルダ４Ａ、４Ｂに対してマグネット回転ハウジング６、７、８に取付けられたＮ極マグネットとＳ極マグネットの永久磁石の何れか一方の永久磁石が正対する。この正対する永久磁石の極性により吸引力或いは反発力が働く。

図２は、エアー駆動モータ１０の動作原理図である。

動作原理はＤＣモータの動作と似ており、コイルに流れる電流の方向を切替えることで回転子の極性を切替えて、固定磁石と回転子の間に吸引力と反発力が働くことを利用して回転力を発生させるのと同様に、各マグネット回転ハウジング６、７、８に取付けられたエアーシリンダ５のピストンを圧縮エアーのＯＮ／ＯＦＦによって伸縮させて、マグネット回転ハウジング６、７、８の夫々に取付けられた外周の対向周面の永久磁石の極性を切替えている。図中に示す断面Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚにおける断面図により、エアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃの動作とそれに伴う回転ハウジングの永久磁石の極性変化と、マグネット固定ハウジング４の永久磁石との間に吸引力が働くか、或は反発力が働いているかを示している。

図３は、エアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃと、回転子であるマグネット回転ハウジング６、７、８のタイミングチャートを示す。各マグネット回転ハウジング６、７、８の永久磁石の極性を切替える位置（切替点）はマグネット固定ホルダ４Ａ、４Ｂの中央部の２箇所で、その切替点に回転ハウジング６、７、８の先端部が来た時に、該当する回転ハウジングに付属するエアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃを伸縮することで永久磁石の極性を切替えている。極性が切替えられる回転ハウジングは常に１個のみである。

図３に示すタイミングチャートの切替えの基準は、マグネット回転ハウジング６の先端が、Ｓ極マグネット固定ハウジング４Ｂ中央の切替点に達した時をスタート基準０°とする。

図３（ａ）は、各マグネット回転ハウジング６、７、８のエアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃの切替点におけるＯＮ／ＯＦＦによりピストンを伸縮のタイミングである。図３（ｂ）は、各マグネット回転ハウジング６、７、８の極性の切替りを示し、ピストンの伸縮時間と回転力により、回転子の極性切替えが開始されてから完了まで約９０°の遅れを持つ。

図４は、各マグネット回転ハウジング６、７、８の夫々の回転角度毎の動作と、エアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５ＣのＯＮ／ＯＦＦによるマグネット回転ハウジングの極性の切替え位置の関係を示している。図中のエアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃに記入した黒丸は、エアーシリンダの起動のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示している。

図４（ａ）は、エアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃの伸縮と回転角度との作動位置を示している。図４（ｂ）は、マグネット回転ハウジング６の動作を３０°毎に表示した図である。

図４（ａ）に示すマグネット回転ハウジング６、７、８の動作を、図３（ａ）のエアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５ＣのＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートを基に回転動作を説明する。

＜角度０°の時＞
マグネット回転ハウジング６がＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂの切替点に在り、エアーシリンダ５Ａのピストンが収縮してマグネット回転ハウジング６の磁石の極性がＮ極マグネット６ａからＳ極マグネット６ｂへ切替る。マグネット回転ハウジング６のＳ極マグネット６ｂとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂとが正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング８のＮ極マグネット８ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング７のＳ極マグネット７ｂが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと吸引力、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング７には右方向への回転力が働く。

＜角度６０°の時＞
マグネット回転ハウジング７がＮ極マグネット固定ホルダ４Ａの切替点に在りエアーシリンダ５Ｂのピストンが伸出してマグネット回転ハウジング７の磁石がＳ極マグネット７ｂからＮ極マグネット７ａへ切替る。マグネット回転ハウジング７のＮ極マグネット７ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング６のＳ極マグネット６ｂが、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング８のＮ極マグネット８ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと吸引力、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング８には右方向への回転力が働く。

＜角度１２０°の時＞
マグネット回転ハウジング８がＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂの切替点に在り、エアーシリンダ５Ｃのピストンが収縮してマグネット回転ハウジング８の磁石の極性がＮ極マグネット８ａからＳ極マグネット８ｂへ切替る。マグネット回転ハウジング８のＳ極マグネット８ｂが、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング７のＮ極マグネット７ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング８のＮ極マグネット８ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと吸引力、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング８には右方向への回転力が働く。

＜角度１８０°の時＞
マグネット回転ハウジング６がＮ極マグネット固定ホルダ４Ａの切替点に在りエアーシリンダ５Ａのピストンが収縮してマグネット回転ハウジング６の磁石の極性がＳ極マグネット６ｂからＮ極マグネット６ａへ切替る。マグネット回転ハウジング６のＮ極マグネット６ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング８のＳ極マグネット８ｂが、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング７のＮ極マグネット７ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと吸引力、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング７には右方向への回転力が働く。

＜角度２４０°の時＞
マグネット回転ハウジング７がＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂの切替点に在り、エアーシリンダ５Ｂのピストンが押出してマグネット回転ハウジング７の磁石の極性がＮ極マグネット７ａからＳ極マグネット７ｂへ切替る。マグネット回転ハウジング７のＳ極マグネット７ｂが、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング６のＮ極マグネット６ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング８のＮ極マグネット８ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと吸引力、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング８には右方向への回転力が働く。

＜角度３００°の時＞
マグネット回転ハウジング８がＮ極マグネット固定ホルダ４Ａの切替点に在りエアーシリンダ５Ｃのピストンが押出してマグネット回転ハウジング８の磁石の極性がＳ極マグネット８ｂからＮ極マグネット８ａへ切替る。マグネット回転ハウジング８のＮ極マグネット８ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと正対することで反発力が働き、同様にマグネット回転ハウジング７のＳ極マグネット７ｂが、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと正対することで反発力が働いている。マグネット回転ハウジング６のＮ極マグネット６ａが、Ｎ極マグネット固定ホルダ４ＡとＳ極マグネット固定ホルダ４Ｂを跨ぐ位置にあるため、Ｓ極マグネット固定ホルダ４Ｂと吸引力、Ｎ極マグネット固定ホルダ４Ａと反発力が働くことでマグネット回転ハウジング６には右方向への回転力が働く。

以上、各マグネット回転ハウジングのエアーシリンダ５の切替えタイミングで圧縮エアーによりピストンの押出／収縮が連続して行われ、夫々のマグネット回転ハウジングを揺動して磁石の極性を切替えることで、永久磁石の吸引力と反発力を利用した回転力が連続して発生し右回転が継続する。

従来のエアーモータで利用する圧縮エアーは、回転子に連動する羽根車を直接回転させる動力であり、電動モータではコイルに流れる電流による磁界の変化が回転子を回転させる動力であった。本実施例に係るエアー駆動モータ１０では、圧縮エアーを２０°の角度で３個のマグネット回転ハウジング６、７、８を揺動させるエアーシリンダ５Ａ、５Ｂ、５Ｃのピストン伸縮のために使用し、この揺動により固定ハウジング４と回転ハウジングの磁石の極性の変化を発生させることで、電動モータと同じように永久磁石の吸引力と反発力を利用して回転力に変える機能である。従って揺動に利用する圧縮エアーの消費量は極めて少量であり、エアー駆動モータ１０の回転力を発生するための永久磁石の極性を切替える揺動及び切替え制御に用いる点が従来のエアーモータとの違いである。

また、電動モータのように、種類によってはスパークによる電気火花の発生や、化石燃料を利用するエンジン式の発動器の場合も同様に燃焼による火気の発生により、引火の危険のある作業には利用できないが、本発明のエアー駆動モータ１０では本体より火気を発生する心配が無いため、火気使用不可の作業にも使用可能であり使用場所の制限が無い。

また、本発明のエアー駆動モータは二酸化炭素等の排出がなく、温暖化防止にも貢献することができる経済効果の高いエアー駆動モータを提供できる。

１ベース
２回転軸
３回転ベース
４マグネット固定ハウジング（固定子に対応）
４ＡＮ極マグネット固定ホルダ
４ＢＳ極マグネット固定ホルダ
５Ａエアーシリンダ
５Ｂエアーシリンダ
５Ｃエアーシリンダ
６マグネット回転ハウジング（回転子に対応）
６ａＮ極マグネット
６ｂＳ極マグネット
７マグネット回転ハウジング（回転子に対応）
７ａＮ極マグネット
７ｂＳ極マグネット
８マグネット回転ハウジング（回転子に対応）
８ａＮ極マグネット
８ｂＳ極マグネット
１０エアー駆動モータ

Claims

円筒内周の対称位置にＮ極とＳ極の永久磁石を取付けた固定子と、
該固定子の内側に、前記円筒と同一の中心軸に回転自在に取付けられた複数の回転子とを具備するエアー駆動モータであって、
前記回転子の外周面上に、Ｎ極とＳ極の永久磁石が前記中心軸方向に配置され、且つ前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が外周方向に平行に嵌設され、
該回転子を揺動するためのエアーシリンダを有し、
該エアーシリンダが、前記回転子に嵌設された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に嵌設された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態を所定の位置で切替えることを特徴とするエアー駆動モータ。
前記回転子を揺動する前記エアーシリンダが、エアーの圧力で伸縮するピストンを有し、該ピストンの伸縮により前記回転子を所定の角度で揺動することを特徴とする請求項１記載のエアー駆動モータ。
前記円筒と同一の中心軸に回転自在に取付けられた複数の前記回転子が、前記中心軸に対し所定の角度で配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のエアー駆動モータ。
前記回転子の揺動により、前記回転子に嵌設された永久磁石のＮ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態と前記回転子に嵌設された永久磁石のＳ極が前記固定子の永久磁石と対峙する状態の変化を発生させることで、磁石の吸引力と反発力を利用して回転力に変えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のエアー駆動モータ。