空気圧モータ（Pneumatic motor）または圧縮空気エンジンは、圧縮空気を膨張させることによって機械的仕事をする一種のモータである。空気圧モータは、一般に、圧縮空気エネルギーを直線運動または回転運動のいずれかによって機械的仕事に変換する。リニアモーションはダイアフラムまたはピストンアクチュエータのいずれかから来ることができ、回転運動はベーン型エアモータ、ピストンエアモータ、エアタービンまたはギヤ型モータのいずれかによって供給される。

空気圧モータは、過去200年にわたり、ハンドモータから数百馬力までのエンジンに至るまで、様々な形態で存在してきた。ピストンやシリンダーに依存するタイプもあります。ベーン付きベーンロータ（ベーンモータ）などでは、タービンを使用します。多くの圧縮空気エンジンは、入ってくる空気またはエンジン自体を加熱することによってその性能を向上させる。空気圧モータは、手持ち式工具産業において広範な成功を見出しているが、広範な産業用途においても使用されている。運輸業界への利用を拡大するための継続的な試みが行われている。しかし、空気圧モータは、輸送業界で実行可能な選択肢とみなされる前に非効率性を克服する必要があります。

分類

リニア
圧縮空気から直線運動を達成するために、ピストンシステムが最も一般的に使用されている。圧縮空気は、ピストンのシャフトを収容する気密チャンバに供給される。また、このチャンバの内部には、空気がチャンバに圧送されていないときにチャンバを完全に開放状態に保持するために、ピストンのシャフトの周りにばねが巻かれている。空気がチャンバに供給されると、ピストンシャフト上の力は、ばねにかかる力に打ち勝つようになり始める。より多くの空気がチャンバに供給されると、圧力が上昇し、ピストンがチャンバを下降し始める。最大長さに達すると、空気圧がチャンバから解放され、バネがチャンバを閉じて元の位置に戻ることによってサイクルが完了する。

ピストンモーターは、油圧システムで最も一般的に使用されます。本質的に、ピストンモーターは、油圧エネルギーを機械エネルギーに変換するために使用される点を除いて、油圧モーターと同じです。

ピストンモーターは、しばしば、ハウジング内に封入された2つ、3つ、4つ、5つ、または6つのシリンダーのシリーズで使用される。これにより、複数のモータがサイクルの特定の時間に互いに同期しているので、ピストンによってより多くの動力を供給することが可能になる。

これらの空気圧モータは、空気圧シリンダまたはロッドである。後者の場合、ロッドの直線変位は、ピストンの一方の面の圧縮空気の作用によって得られ、ピストンの他方の面は、一般に大気圧に近い低い圧力にある。ジャックは最大の力を発揮します

F =Δp×S
Δpはピストンの2つの面の間の最大圧力差であり、Sはその断面である。

単動形シリンダは1つのチャンバしか有しておらず、ピストンの初期位置への戻りはバネによってもたらされる。複動式のシリンダは、ピストンの両側に2つのチャンバを有し、これらのチャンバは交互に圧縮空気が供給されるか、または排気される。

これらのシリンダは、得られるべき高い吸入及び排気バルブのサイズ及び圧縮空気の供給を必要とする高い変位速度を得ることを可能にする。

線形変位は、機械的装置によって限定された角度回転に変換することができる。

ロータリーベーンモーター
回転ベーンモータとして知られる空気圧モータの一種は、空気を用いてシャフトに回転運動を生じさせる。回転要素は、駆動軸に取り付けられたスロット付きロータである。ロータの各スロットには、自由に摺動する長方形のベーンが取り付けられています。ベーンは、モータ設計に応じて、バネ、カム動作、または空気圧を使用してハウジング壁まで延長されています。空気はモータ入力を介してポンプで送られ、ベーンを押して中心シャフトの回転運動を生成する。回転速度は、モータの入口における空気圧の量およびハウジングの直径を含むいくつかの要因に応じて、100〜25,000rpmの間で変動し得る。

これらのモータは、制限された振幅を有する軸の回転を直接得るための単純な円筒であってもよいし、軸の連続回転を保証する装置であってもよく、特に、低速またはゼロでのトルク。これらのエンジンは、タービンまたはピストンとすることができる。

ベーン型エアーモーターの1つの用途は、大型工業用ディーゼルまたは天然ガスエンジンを始動させることである。圧縮空気、窒素または天然ガスの形態の貯蔵エネルギーは、密閉されたモータチャンバに入り、ロータのベーンに対して圧力を加える。これにより、ロータが高速回転する。エンジンフライホイールはエンジンを始動するために大きなトルクを必要とするため、減速ギアが使用されます。減速歯車は、より少ないエネルギー入力量で高いトルクレベルを生成する。これらの減速ギアは、エアーモーターまたはエアースターターのピニオンギアにかみ合っている間、エンジンのフライホイールによって十分なトルクを発生させることができます。

操作
ガス膨張エンジンの動作は、蒸気エンジンの動作に対応し、両方ともピストンエンジンに属する。入口バルブが開き、膨張チャンバー（シリンダー）内に高圧ガスが残されます。入口バルブを閉じた後、ガスは膨張終点まで膨張する。典型的には、ガスは冷却され、d。 H.その温度は単独で低下する。周囲温度は、通常、ガスのそれよりも高く、ガスはバルブ壁を通るいくらかの熱、すなわち収率をわずかに増加させる熱エネルギー（=出口圧力あたりの機械エネルギー×圧力ガス体積）を吸収することができる。ガスは必要な残留圧力で出口バルブを通って流れる。エンジンは、単動または複動ピストンエンジンとして設計することができます。低出力域では、回転式ピストンも使用できます。

ガス膨張エンジンによって供給される機械的仕事は、断熱膨張イベントにおいてガス中に貯蔵されたエンタルピーに由来する。等温緩和において、放出された機械的仕事は、吸収されたエクセルギーの周りで増加する。

圧縮ガスに含まれるエンタルピーを回転運動に再整形する別の方法は、ベーンモータを提供する。

19世紀末から、圧力シリンダーから二酸化炭素で作動するガス膨張エンジンが建設された。これらのいわゆる「炭酸ガスエンジン」は、例えば、航空梯子の動きや、それらを使って実験したOtto Lilienthalなどでした。

圧力調整器としてガス膨張エンジンを使用することができる。大型ガス膨張エンジン（> 5kW）の適用分野は、ガスパイプラインからのガス抽出中のエネルギー回収である。

最も一般的な用途は、ハンドヘルド工具を駆動する圧縮空気によって駆動される小型ガス膨張エンジンの使用である。また、ポンプとして機能するフリーピストン・マシンの使用も比較的一般的です。

原則として、空気圧モータは車両の駆動源としても使用することができるが、過去には、圧力タンクが非常に小さいエントロピーで搬送され、全体の効率が非常に低く、経済的ではなかった。魚雷の場合、エアモーターは長時間使用されていました。

エアモーターは、地下採掘に使用されていました。閉じ込められたトンネルの地下の過酷な湿った埃の多い気候では、導体線と電流コレクタは実現するのが難しい。特に炭鉱では、可燃性メタンの排出が起こる。メタンおよび/または石炭塵は空気との爆発性混合物を形成し、電気回路に発生すると火花から保護されなければならない。

1990年代から2002年頃にかけて、エアードライブ、Aircarまたは空気圧式の車を備えた生産準備車が存在するはずだというプロジェクトや発表がありました。これらの発表は、ルクセンブルグに本社を置くフランスの会社が2009年以降OneCatを生産する予定であることを発表したことで更新されました。発表は実施されなかった。

応用
空気圧モータの普及は、ハンドヘルド工具、インパクトレンチ、パルス工具、スクリュードライバ、ナットランナ、ドリル、グラインダ、サンダーなどにあります。空気圧モータは、広範囲の産業用途にも使用されています。空気圧工具の全体的なエネルギー効率は低く、圧縮空気源へのアクセスが必要ですが、電動工具に比べていくつかの利点があります。それらはより大きな出力密度を提供し（より小型の空気圧モータは、より大きな電気モータと同じ量の電力を供給することができる）、補助速度コントローラを必要とせず（そのコンパクトさを増す）、熱を少なくし、より揮発性の雰囲気電力を必要とせず、スパークを発生させないためです。破損することなくフルトルクで停止するようにロードできます。

歴史的に、多くの人が空気圧モータを輸送業界に適用しようとしてきました。ゼロ・ゼロ・モーターズ（Zero Pollution Motors）の創業者であるガイ・ネグレ（Guy Negre）は1980年代後半からこの分野を開拓しました。最近では、自動車用回転モータも開発しています。 Engineairはモーターを車両の車のすぐ横に置き、モーターを動かすために中間部品を使用しません。これは、モーターのエネルギーのほぼすべてが車輪を回転させることを意味します。

交通の歴史
空気圧モータは、19世紀半ばに輸送分野に最初に適用されました。最初に記録された圧縮空気車はほとんど知られていないが、1840年7月9日、フランス人シャーロットのテストトラックで、Motayのフランス人AndraudとTessieが空気圧モータで動く車を走らせたと言われている。テストは成功したと報告され、ペアはデザインのさらなる拡大を模索しなかった。

輸送における空気圧モータの最初の成功した適用は、機関車に使用されるMekarskiシステム空気エンジンであった。 Mekarskiの革新的なエンジンは、使用前に小さなボイラーで空気を加熱することによって空気の膨張に伴う冷却を克服します。フランスのナントにあるTramway de Nantesは、彼らの機関車に電力を供給するためにMekarskiエンジンを初めて使用したことで注目されました。路面電車は1879年12月13日に操業を開始し、現在も稼働し続けていますが、1917年にはより効率的で現代的な電気路面電車が使用されました。

アメリカのチャールズ・ホッジズ（Charles Hodges）も、機関車業界で空気圧モータで成功を収めました。 1911年に彼は空気圧機関車を設計し、その特許をH.K。炭鉱での使用のためにPittsburghにあるPorter Company空気圧モータは燃焼を使用しないため、石炭業界ではより安全な選択肢でした。

多くの企業が圧縮空気自動車の開発を主張していますが、実際に購入することはできません。

ツール
インパクトレンチ、パルスツール、ナットランナー、スクリュードライバー、ドリル、グラインダー、ダイグラインダー、サンダー、歯科用ドリル、およびその他の空気工具は、さまざまなエアーモーターを使用します。これらには、ベーン型モーター、タービン、ピストンモーターなどがあります。

魚雷
最も成功した初期型の自走式魚雷は高圧圧縮空気を使用しましたが、これは内燃機関または外燃機関、蒸気機関、または電気モーターに取って代わられました。

鉄道
圧縮空気エンジンはトラムやシャンターで使用され、最終的には地下鉄の電気列車で置き換えられましたが、最終的に鉱業機関車で成功したニッチを見つけました。長年にわたり、設計が複雑になり、各ステージ間に空中空気式再加熱器を備えたトリプル・エキスパンション・エンジンが実現しました。詳細については、「無騒音機関車およびMekarskiシステム」を参照してください。

フライト
商用航空機などの輸送部門航空機は、圧縮空気スタータを使用して主エンジンを始動させる。空気は、航空機の補助動力装置の負荷圧縮機または地上設備によって供給される。

水ロケットは圧縮空気を使って水ジェットに動力を与え、推力を発生させ、玩具として使用されます。

おもちゃのブランドAir Hogsはまた、圧縮空気を使用して、おもちゃの飛行機（および他のおもちゃの車両）のピストンエンジンに動力を供給します。

自動車
現在、エアカーの開発に関心があります。これらにはいくつかのエンジンが提案されているが、個人の輸送に必要な性能と長寿命を実証したものはない。

エナジー
Energine Corporationは、ハイブリッド圧縮空気と電気のエンジンを搭載して完全に組み立てられた自動車を提供すると主張している韓国の会社でした。圧縮空気エンジンは、オルタネータを作動させるために使用され、オルタネータは自動車の自立運転能力を拡張する。 CEOは、虚偽の主張をした航空機を不正に宣伝して逮捕された。

EngineAir
オーストラリアの会社であるEngineAirは、The Di Pietroモーターと呼ばれる圧縮空気で駆動するロータリーエンジンを製造しています。 Di Pietroのモーターコンセプトは、回転式ピストンをベースにしています。既存のロータリーエンジンとは異なり、Di Pietroモーターは、円筒状のステータの内側にほとんど摩擦なく回転する単純な円筒形回転ピストン（シャフトドライバー）を使用します。

それはボート、車、負担運送人および他の乗り物に使用することができます。摩擦を克服するには1 psi（≒6 k kPa）の圧力しか必要ありません。このエンジンは、2004年3月24日にオーストラリアのABCの新しい発明者プログラムでも紹介されました。

K’Airmobiles
K’Airmobiles車は、2006〜2007年に小さなグループの研究者によってフランスで開発されたプロジェクトから商業化される予定でした。しかし、プロジェクトは必要な資金を集めることができませんでした。

その間、チームは、エネルギー容量の不足とガスの膨張による熱損失のために、搭載された圧縮空気を物理的に使用することが不可能であることを認識しました。

最近、特許出願中の「K’Air Generator」を圧縮ガスモーターとして使用するために、北米の投資家のおかげで、2010年にプロジェクトを立ち上げるべきですが、最初にグリーンエネルギーシステム。

MDI
元のNègreエアエンジンでは、1つのピストンが大気からの空気を圧縮して、格納された圧縮空気と混合します（膨張すると急激に冷えます）。この混合物は第2ピストンを駆動し、実際のエンジン動力を供給する。 MDIのエンジンは一定のトルクで動作し、車輪へのトルクを変更する唯一の方法は一定の変動のプーリトランスミッションを使用していくらかの効率を失うことです。車両が停止すると、MDIのエンジンが作動してエネルギーが失われていなければなりません。 2001年から2004年にかけてMDIは、1990年にさかのぼるRegusciの特許（下記参照）に記載されたものと同様の設計に切り替えました。

インドの自動車メーカータタ（Tata）は、低価格のナノ自動車のオプションとして、MDI圧縮空気エンジンを検討していたことが2008年に報告されています。 2009年に発表されたTataは、圧縮空気車が低いレンジと低いエンジン温度での問題により開発が困難であることを証明しました。

準学士
Pneumatic Quasiturbineエンジンは、圧縮空気ピストンレスロータリーエンジンであり、その側面が頂点でヒンジ結合された菱形のロータを使用しています。

Quasiturbineは、貯蔵された圧縮空気

また、太陽エネルギーのような利用可能な外部熱を利用することによるエネルギー増幅を利用することもできます。

Quasiturbineは0.1 atm（1.47psi）の低圧から回転します。

Quasiturbineは純粋な拡張エンジンであるため、Wankelや他のほとんどのロータリーエンジンはそうではありませんが、圧縮流体エンジン、エアエンジンまたはエアモータとして最適です。

レクーシア
Armando Regusciのバージョンのエアエンジンは、トランスミッションシステムを車輪に直接連結し、ゼロから最大まで可変トルクを持ち、効率を向上させます。 Regusciの特許は1990年のものです。

チームサイコアクティブ
Psycho-Activeは、自動車ラインの基盤となるマルチ燃料/エアハイブリッドシャーシを開発しています。要求される性能は50馬力/リットルです。彼らが使用する圧縮空気モーターは、DBREまたはダクテッドブレードロータリーエンジンと呼ばれます。

空気エンジンの設計が不足している

コジャーモーター
Milton M. Congerは1881年に特許を取得し、ホイールの接線方向軸受の後部にくさび形または傾斜壁または当接部を形成する可撓性チューブを使用して圧縮空気または蒸気を流したモータを構築し、推進した推進媒体の圧力に応じてより速くまたはより遅くなる。