JP7622930B1

JP7622930B1 - ピストンエンジン

Info

Publication number: JP7622930B1
Application number: JP2024157236A
Authority: JP
Inventors: 厚秋友
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2024-09-11
Filing date: 2024-09-11
Publication date: 2025-01-28
Anticipated expiration: 2044-09-11

Abstract

【課題】電力を補助的に使用、永久磁石の力を主とし、簡単な構造で複雑な制御を行わず高効率のピストンエンジンを提供する。
【解決手段】本発明のピストンエンジン１は、頭部が開口３ａし、内部にクランク機構２を備えるシリンダ３と、シリンダ３の開口３ａの開閉を行うとともに、一端を支軸として回転運動を行う上蓋４と、シリンダ３の側方に配置される補助シリンダ５と、補助シリンダ５内を直線運動する主軸６と、主軸６と４上蓋とを連結し、主軸６の直線運動を上蓋４の回動運動に変換するクランクジョイント７と、クランク機構２の回転軸と同軸に配置されて、クランク機構２の回転運動に同期して回転するカム８を備え、カム８によって主軸６の直線運動を制御する制御機構９とを備え、上蓋４及びクランク機構２に、それぞれ同極の永久磁石１１ｂ、１１ｃが配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、往復機関において、爆発燃焼を供なわず、永久磁石の反発力のみで、ピストンを動かしクランクを回し動力を得るピストンエンジンに関する。

昨今、化学燃料使用による大気汚染、資源開発による自然破壊が問題となっており、このような問題を解決するためのものとして、例えば特許文献１記載のピストンエンジンがある。

特許文献１のピストンエンジンは、ピストンヘッドの先端部に永久磁石を埋設し、シリンダの端部に電磁石を設け、電磁石への通電方向を適時変更して、永久磁石との間で吸引と反発を交互に行わせることで、ピストンを往復運動されるものである。

特開２００７－７４８０６号公報

しかしながら、特許文献１記載のピストンエンジンでは、電磁石の通電方向を切り替えるための電力が必要となってしまい、省エネには貢献しえない。また、電磁石の通電方向を切り替えるための制御機構も必要になるため、装置が複雑になるという課題もある。

本発明は、上記課題を鑑み、電力を補助的に使用、永久磁石の力を主とし、簡単な構造で複雑な制御を行わず高効率の往復機関に開発を目的とする。

本発明のピストンエンジンは、頭部が開口し、内部にクランク機構を備えるシリンダと、前記シリンダの前記開口の開閉を行うとともに、一端を支軸として回転運動を行う上蓋と、前記シリンダの側方に配置される補助シリンダと、前記補助シリンダ内を直線運動する主軸と、前記主軸と前記上蓋とを連結し、前記主軸の直線運動を前記上蓋の回動運動に変換するクランクジョイントと、前記クランク機構の回転軸と同軸に配置されて、前記クランク機構の回転運動に同期して回転するカムを備え、前記カムによって前記主軸の直線運動を制御する制御機構とを備え、前記上蓋及び前記クランク機構に、それぞれ同極の永久磁石が配置されていることを特徴とする。

上記構成により、上蓋と、クランク機構とにそれぞれ同極の永久磁石が配置されているので、シリンダは開口した状態となっている。この状態から、カムが回転すると、カムによって制御機構が主軸の直線運動を制御して主軸が鉛直下方に直線運動を行う。これにより、シリンダの開口を上蓋が閉塞する。上蓋と、クランク機構とには、それぞれ同極の永久磁石が配置されているので磁石の斥力によってクランク機構も鉛直下方に下がりクランク機構が回転を行う。そして、再度クランク機構が鉛直上方に上がり、磁石の斥力によって上蓋が開口する。このとき、クランク機構の回転軸と同軸に配置されるカムも回転するので、再度制御機構が主軸を鉛直上方に直線運動させるので、上述の運動が繰り返し行われることになる。この運動が繰り返されることで、燃料がなくてもクランク機構を回転させることができ、簡単な構造で複雑な制御を行わず高効率のピストンエンジンを実現することができる。

本発明は、電力を補助的に使用、永久磁石の力を主とし、簡単な構造で複雑な制御を行わず高効率のピストンエンジンを提供することができる。

第１実施形態におけるピストンエンジンを示す写真。第１実施形態におけるピストンエンジンのクランク機構を示す概略図。第１実施形態におけるピストンエンジンの制御機構（直流電源型）第２実施形態におけるピストンエンジンの制御機構（高圧流体型）

以下、本発明のピストンエンジンについて、図面を用いながら詳細に説明する。
なお、以下に記載する実施形態は本発明の一例であって、本発明はこの実施形態に限定されることはない。

＜第１実施形態＞

第１実施形態におけるピストンエンジン１について、図１～図４を用いて以下説明する。

第１実施形態におけるピストンエンジン１は、図１に示すように、頭部が開口し、内部にクランク機構２を備えるシリンダ３と、シリンダ３の開口３ａの開閉を行うとともに、一端を支軸として回転運動を行う上蓋４と、図３に示すように、シリンダ３の側方に配置される補助シリンダ５と、補助シリンダ５内を直線運動する主軸６と、主軸６と上蓋４とを連結し、主軸６の直線運動を上蓋４の回動運動に変換するクランクジョイント７と、クランク機構２の回転軸と同軸に配置されて、クランク機構２の回転運動に同期して回転するカム８と、カム８によって、主軸６の直線運動を制御する制御機構９とを備える。

クランク機構２は、図１に示すように、シリンダ３の内部を往復運動するピストン部１３と、ピストン部１３の往復運動を回転運動に変換するクランク部１４と、クランク部１４の回転軸となるクランクシャフト１５とを備える。ピストン部１３は柱形状をなしており、上蓋に相対する一端面に永久磁石１１ｃが設けられている。クランク部１４は、ピストン部１３に連結されており、クランクシャフト１５を軸としてピストン部１３の往復運動を回転運動に変換して回転運動を行う。クランクシャフト１５はシリンダ３の外部まで延出しており、シリンダ３の外部に配置される一端部に後述するカム８が連結されている。

補助シリンダ５は、シリンダ３に併設して設けられているものであり、鉛直方向に延伸する筒形状をなすものである。この補助シリンダ５の内部には主軸６が配置されている。

クランクジョイント７は、上蓋の上面に連結される棒体１７と、棒体１７の外周面に回動可能に配置されるとともに、主軸６の一端部とを連結する連結部１８とを備える。連結部１８によって、主軸６の往復運動は上蓋４を開閉する円運動に変換される。

制御機構９は、カム８と、補助シリンダ５に設けられてカム８によって極性が切り替わる電磁石１０と、主軸６と同軸上に電磁石１０に対向して配置されて主軸６に設けられる永久磁石１１ａと、電磁石１０の極性をカム８によって切り替えるマイクロスイッチ機構１２とを備える。

カム８は、円盤形状をなしその周面の一部に突出する突起部１９を備え、当該円盤形状の中心がクランクシャフト１５に連結されている。これにより、カム８はクランク機構２の回転軸と同軸に配置されることとなり、クランク機構２の回転機構と同期して回転を行う。突起部１９は、後述する制御機構９のマイクロスイッチ機構１２を作動させるものである。

マイクロスイッチ機構１２は、図３に示すように、常時電磁石１０に対して電流を流す電源部２０と、電源部２０から電磁石１０がＮ極となるように電流を流す第１供給路２１と、電源部２０から電磁石１０がＳ極となるように電流を流す第２供給路２２と、カム８の突起部１９における押圧動作によって第１供給路２１と第２供給路２２とを切り替えるスイッチ部２３とを備える。カム８の突起部１９が突起部１９を押圧していない状態においては、電流は第１供給路２１を流れ、電磁石１０と永久磁石１１ａとは反発し合う磁性となるように設定される。カム８がスイッチ部２３を押圧して第１供給路２１から第２供給路２２に切り替えると、電磁石１０の極性が反転し、電磁石１０と永久磁石１１ａは引き合うようになる。これにより、電磁石１０と永久磁石１１ａが引き合うと、電磁石１０が設けられた主軸６が鉛直下方に動き上蓋４が閉まる。カム８がスイッチ機構を押圧していない状態においては、電磁石１０と永久磁石１１ａとが反発し、斥力によって主軸が鉛直上方に動き上蓋４が開く。

上述した構成を備える第１実施形態のピストンエンジン1の動作について、以下図１、図２、図３を用いて説明する。

第１実施形態のピストンエンジン1が作動していない状態において、上蓋４はシリンダ３の開口３ａを塞いでおらず、開口した状態となっている。

この状態において、カム８を回転させてスイッチ部２３を押圧すると、電磁石１０に供給される直流が流れる経路が第１供給路２１から第２供給路２２へと変わり、極性が反転し、電磁石１０と永久磁石１１ａとは異極同士となり吸引し合い、上蓋４は閉じてシリンダ３の開口３ａが閉じた状態となる。

上蓋４に設けられた永久磁石１１ｂと、ピストン部１３に設けられた永久磁石１１ｃとは同極であるため、斥力によってピストン部１３が下方に移動する。ピストン部１３が下方に移動することでクランク部１４が回転し、クランク部１４と同軸のクランクシャフト１５に連結されたカム８も回転を行う。これにより、カム８がスイッチ部２３を押圧する位置より移動するので、電磁石１０に供給される直流が流れる経路が第２供給路２２から第１供給路２１へと変わり、極性が反転し、電磁石１０と永久磁石１１ａとは同極同士となり反発しあうため、上蓋４が開いてシリンダ３が開口した状態となる。

ここで、クランク部１４に働く慣性力によって、クランク部１４と同軸のクランクシャフト１５に連結されたカム８も回転を行う。そのため、上述の動作が連続して繰り返される。

上述した構成を備える第１実施形態におけるピストンエンジン1は、燃焼を供なわず、静穏でＣＯ２の排出をせず、最小の入力で最大の出力を発揮する高効率エンジンとなる。また簡単な構造で複雑な制御を行わず既存の技術で簡単に対応できる。

＜第２実施形態＞

第２実施形態におけるピストンエンジン１００について、図４を用いて以下説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態のピストンエンジン１００は、第１実施形態と制御機構９の構成が異なる。第２実施形態の制御機構３０は、カム８と、補助シリンダ５に設けられてカム８によって補助シリンダ５を流れる流体の流れ方向を切り替える流路３２と、カム８によって流路３２を切り替える高圧流体弁３５とを備える。

流路３２は、流体を収容する収容部（不図示）と、収容部から流体を流出される供給路３１と、供給路３１から分岐して流体を補助シリンダ５内において下方から上方へ流す第１流路３３と、流体を補助シリンダ５の上方から下方へ流す第２流路３４とを備える。第１流路３３及び第２流路３４に分岐する分岐点には高圧流体弁３５が配置しており、カム８が高圧流体弁３５を押圧する動作によって、第１流路３３から第２流路３４へと切り替わるものである。

上述した構成を備える第２実施形態のピストンエンジン１００の動作について、以下図４を用いて説明する。

第２実施形態のピストンエンジン１００が作動していない状態において、上蓋４はシリンダ３の開口３ａを塞いでおらず、開口した状態となっている。

この状態において、カム８を回転させると、高圧流体弁３５によって第１流路３３から第２流路３４へと流体の流れ方向が切り替わり、主軸が下方に移動することで、上蓋４が閉じてシリンダ３の開口３ａが閉じた状態となる。

上蓋４に設けられた永久磁石１１ｂと、ピストン部１３に設けられた永久磁石１１ｃとは同極であるため、斥力によってピストン部１３が下方に移動する。ピストン部１３が下方に移動することでクランク部１４が回転し、クランク部１４と同軸のクランクシャフト１５に連結されたカム８も回転を行う。これにより、カム８が高圧流体弁３５を押圧する位置より移動するので、流体の流れ方向が第２流路３４から第１流路３３へと変わり、主軸が上方へ移動するため、上蓋４が開いてシリンダ３が開口した状態となる。

第２実施形態エンジンの一例とし、家庭用太陽光発電施設における発電時と電力時の時間的不一致を改善するため、日中発電時、その電力を利用し、コンプレサを回し高圧空気をつくり圧力容器に貯蔵、電力使用時、高圧空気にてエンジンを稼働発電し、電力として使用する非常電源としても有効、蓄電池の様に数年で交換の必要がなく長期間の運転が可能となる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態においても、上蓋４に設けられた永久磁石１１ｂ及びピストン部１３に設けられた永久磁石１１ｃに、直径１２ｍｍ、厚さ２ｍｍのネオシム磁石を使用し、かつ、上蓋４の開度を６０度以上に取ると、上蓋４に設けられた永久磁石１１ｂとピストン部１３に設けられた永久磁石１１ｃの相互作用が減り、ピストン部１３がスムーズに上昇することが実験で示された。

１，
１，１００・・・ピストンエンジン
２・・・クランク機構
３・・・シリンダ
３ａ・・・シリンダ開口
４・・・上蓋
５・・・補助シリンダ
６・・・主軸
７・・・クランクジョイント
８・・・カム
９・・・制御機構（直流電源型）
１０・・・電磁石
１１ａ・・・永久磁石
１１ｂ・・・永久磁石
１１ｃ・・・永久磁石
１２・・・マイクロスイッチ
１３・・・ピストン部
１４・・・クランク部
１５・・・クランクシャフト
１７・・・棒体
１８・・・連結部
１９・・・突起部
２０・・・電源部
２１・・・第一供給路
２２・・・第二供給路
２３・・・スイッチ部
３０・・・制御機構（高圧流体型）
３１・・・供給路
３２・・・流路
３３・・・第一流路
３４・・・第二流路
３５・・・高圧流体弁

Claims

頭部が開口し、内部にクランク機構を備えるシリンダと、
前記シリンダの前記開口の開閉を行うとともに、一端を支軸として回転運動を行う上蓋と、
前記シリンダの側方に配置される補助シリンダと、
前記補助シリンダ内を直線運動する主軸と、
前記主軸と前記上蓋とを連結し、前記主軸の直線運動を前記上蓋の回動運動に変換するクランクジョイントと、
前記クランク機構の回転軸と同軸に配置されて、前記クランク機構の回転運動に同期して回転するカムを備え、前記カムによって前記主軸の外力による直線運動を制御する制御機構とを備え、
前記上蓋及び前記クランク機構に、それぞれ永久磁石がその同極が対向する様に配置されていることを特徴とするピストンエンジン。
前記制御機構は、前記カムによって、極性が切り替わる電磁石と、前記主軸に連結されるともに、前記主軸と同軸上に前記電磁石に対向して配置される永久磁石とを備えることを特徴とする請求項１記載のピストンエンジン。
前記制御機構は、外部から流体が流入されるとともに、前記主軸が配置される流路と、前記カムによって前記流路の開閉を行うバルブとを備えることを特徴とする請求項１記載のピストンエンジン。