JPH0783632B2 - 電磁駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電磁反発力若しくは電磁吸引力によりピスト
ンを上下動せしめる電磁駆動装置に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］ 今日、この種電磁駆動装置として、電磁力により発生さ
せたピストンの上下運動を、クランク機構を介して回転
力として出力する所謂磁力エンジンが提案されている。
そしてこの様なものとしては、シリンダヘツド部に設け
た電磁石を、永久磁石が固着されたピストンの上下運動
にタイミングを合わせた通電により励磁させ、これによ
つて発生する電磁反発力若しくは電磁吸引力によりピス
トンを強制的に下動または上動せしめることで動力を発
生するように構成されるものが知られている。

しかるに従来のものは、ピストンの下降行程若しくは上
昇行程において電磁石を励磁するべく単にピストンの上
死点、下死点において励磁、消磁の切換えを行うもので
あつたから、効率良く出力トルクに変換し得るクランク
位置において大きな電磁力を発生させることができず、
このため高出力を得られないのが実情であつて実用化に
はさらに改善の必要がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの欠点を一掃す
ることができる電磁駆動装置を提供することを目的とし
て創案されたものであつて、永久磁石が設けられるピス
トンをクランク機構に連結する一方、ピストンを直線往
復動自在に内嵌するシリンダの永久磁石対向位置に、永
久磁石を反発、若しくは吸引する磁界を生ずる電磁石を
設けて成る電磁駆動装置であつて、該電磁駆動装置に
は、クランク機構の出力トルクのピーク位置に対し、電
磁石に通電したときの電磁石電流の立上り時間分だけ前
位置から電磁石の通電を開始するよう励磁タイミングが
設定された励磁手段が設けられていることを特徴とする
ものである。

そして本発明は、この構成によつて、電磁石を効率良く
励磁せしめることにより著しい出力アツプを計ることが
できるようにしたものである。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図面
において、１は磁力エンジン（電磁駆動装置）のシリン
ダであつて、該シリンダ１は、円筒形状に形成され、そ
の下側開口部1aは後述するピストン２が遊嵌状に嵌入す
るべく小径なガイド孔1aに形成されるが、大径に形成さ
れる上側開口部1bには電磁石４が一体的に内嵌されてい
る。この電磁石４は、コア4aに励磁コイル4bを巻装して
形成され、後述の駆動回路５により励磁作動せしめられ
るようになつている。

前記ピストン２は、中間部がスライドベアリング６に上
下案内され、さらに下端部はコンロツド７を介してクラ
ンクアーム8aに連結されるが、一方上記シリンダ１に嵌
入する上端には電磁石３の励磁により反発力を受ける永
久磁石９が固着されている。そして後述する様にピスト
ン２が上下運動することによりクランクアーム8aから左
右に突出するクランク軸８が回転することになるが、ク
ランク軸８の一端にはフライホイール10が一体回動する
べく取付けられ、また他端にはクランク角センサ11が連
結されている。

尚、クランク角センサ11は、クランク軸８と一体的に回
転するデイスク11aのスリツト11b位置を発光ダイオード
ＤとフオトトランジスタTrにより検知する所謂光学式の
ものである。

一方、前記駆動回路５は、前述の励磁コイル4bおよびク
ランク角センサ11、さらにバツテリ12、トランジスタTr
1、Tr2、抵抗、ダイオードD2等で構成されている。つま
り、駆動回路５は、クランク角センサ11において発光ダ
イオードD1の発光がデイスク11aに遮られた状態では、
フオトトランジスタTrがOFF、トランジスタTr1がON、ト
ランジスタTr2がOFFとなつて励磁コイル4bへの通電は行
わず、フオトトランジスタTrがデイスク11aのスリツト1
1bを介して発光ダイオードD1の発光を受光した場合に、
フオトトランジスタTrがONし、さらにトランジスタTr1
がOFF、トランジスタTr2がONとなつて励磁コイル4bを励
磁するものであるが、上記デイスク11aのスリツト11b
は、上死点前所定クランク位置からフオトトランジスタ
Trの受光を許容するべく開設されている。

即ち、電磁石４の発生磁力は、励磁コイル4bの巻数Ｎと
電流Ｉの積であり、その場合の電流Ｉは、第５図に示す
様に、励磁コイル4bの通電後所定の立上り時間ｔを経過
してピークとなる。これに対し、ピストン２の下降行程
全範囲（０〜180°）において電磁石４を所期の電流Ｉ
で励磁したと仮定した場合、クランク軸８の出力軸トル
クＴは、有効クランクアーム長Ａとピストン２が受ける
反発力との積で求められるが、この場合の反発力は、両
磁石間の距離Ｂの２乗に反比例するから、出力軸トルク
Ｔは上死点位置（０°）から８°ほど下降した位置でピ
ークとなり、そこでこのものでは、両ピークタイミング
を一致させるべく励磁コイル4bの通電開始位置を、出力
軸トルクＴのピーク位置に対して、励磁コイル4bを通電
したときの立上り時間ｔだけ前位置から開始するように
なつている。

尚、スリツト11bは、第３図に示す如く、上記上死点前
所定クランク位置から上死点後90°までの範囲に形成さ
れ、電磁石４を励磁せしめるようになつている。また、
実施例においては、前記立上り時間ｔだけ前位置から通
電する設定にした結果、０°位置より前側から電磁石４
は通電されて励磁されることになり、そのためピストン
２の上動を妨げる方向の負荷が働く。このため軸トルク
Ｔは、０°以前においては第５図に示されるような曲線
になつて逆向きに変化するが、この負荷は電流が小さい
ため僅かであり、ピストンが上動しようとする慣性によ
つて乗り越えることができる設定になつている。

一方、前記ダイオードD2は、アース側からバツテリ側を
向くように励磁コイル4bと並列に設けられるものである
が、このものは、励磁コイル4bの通電をOFFしたときに
発生する逆起電力から駆動回路５を保護すると共に、逆
起電力を再び励磁コイル4bに通電せしめて電磁石を有効
に励磁する所謂フライホイールダイオードを構成してい
る。

叙述の如く構成された本発明の実施例において、ピスト
ン２の上下動にタイミングを合せて電磁石４を励磁し、
これにより反発力を受けるピストン２を下方へ押し下げ
てクランク軸８を回転させることになるが、電磁石４
は、所定の立上り時間ｔを見込んで上死点前から通電さ
れ、出力軸トルクＴがピークとなる上死点後８°付近で
最大磁力を発生させることになる。従つて、電磁石４の
発生磁力が有効に軸トルクＴに変換されることになり、
この結果、磁力エンジンの著しい高出力化を計ることが
できる。

さらに、駆動回路５においては、励磁コイル4bの逆起電
力から駆動回路５を保護するためのダイオードD2を、逆
起電力を再び励磁コイル4bに通電せしめるべく接続して
いるので、電磁石４を無駄なく一層有効に励磁できるこ
とになつて、さらに磁力エンジンを出力アツプすること
ができる。

尚、本発明は、前記実施例に限定されないものであるこ
とは勿論であつて、要は出力トルクがピークとなる所定
クランク位置に達する以前に電磁石の通電を開始するよ
うにしたものであるから、前記実施例の様な電磁反発力
を利用したものに限らず、電磁吸引力を利用するものに
おいても実施できることは言うまでもない。

［作用効果］ 以上要するに、本発明は叙述の如く構成されたものであ
るから、ピストンの往復動にタイミングを合せた電磁石
の励磁によりピストンを往復動せしめ、これをクランク
機構を構成するクランク軸から回転力として出力するこ
とになるが、上記電磁石は、通電したときの立上り時間
を見込んで出力軸トルクがピークとなる以前から通電さ
れて、軸トルクピークに達することに合わせて大きな磁
力を発生する。従つて、電磁石の発生磁力をクランク機
構に対して有効に作用させることができ、この結果、磁
力エンジンの出力アツプが計れる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る電磁駆動装置の一実施例を示した
ものであつて、第１図は電磁駆動装置の概略縦断面図、
第２図は駆動回路を示す回路図、第３図はクランク角セ
ンサに内装されるデイスクの平面図、第４図Ａ、Ｂ、Ｃ
はそれぞれ電磁駆動装置の作動を示す縦断面図、第５図
は作用を説明するタイミングチヤート図である。 図中、１はシリンダ、２はピストン、４は電磁石、4aは
コア、4bは励磁コイル、５は駆動回路、６は永久磁石、
８はクランク軸、8aはクランクアーム、９は永久磁石、
11はクランク角センサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石が設けられるピストンをクランク
   機構に連結する一方、ピストンを直線往復動自在に内嵌
   するシリンダの永久磁石対向位置に、永久磁石を反発、
   若しくは吸引する磁界を生ずる電磁石を設けて成る電磁
   駆動装置であつて、該電磁駆動装置には、クランク機構
   の出力トルクのピーク位置に対し、電磁石に通電したと
   きの電磁石電流の立上り時間分だけ前位置から電磁石の
   通電を開始するよう励磁タイミングが設定された励磁手
   段が設けられていることを特徴とする電磁駆動装置。