JP2001516424A - リフトモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、トルクを発生する装置に関する。この装置は、少なくとも２つのボディ（１２）を含み、これら２つのボディは回転運動を行うように相互に接続されている。これにより、それらボディのうちの一方（１２）は重力の方向に動き、他方のボディは反対の方向に動く。各ボディ（１２）は運動の向きが変わるとその体積が変わる。重力の方向に動くボディ（１２）の体積は、反対方向に動くボディ（１２）の体積より小さい。

Description

【発明の詳細な説明】 リフトモータ 本発明はトルクを発生させるための装置に関する。 このような装置は、当該技術分野において様々な形で、特に機械類や類似のも のの駆動装置として、要望されている。 本発明の目的は、特に、トルクを発生するために浮力を利用する、冒頭に記載 の名称の装置を提供することである。 この目的は、請求の範囲１に係る装置によって実現される。 本発明では、少なくとも２つのボディが相互に連結され、回転運動を行うこと ができるようになっている。この運動では、一方のボディは重力の方向に動き、 他方のボディはそれとは反対方向に動く。各ボディは、運動の方向が変わると、 重力の方向に動くボディの体積がその反対方向に動くボディの体積よりも小さく なるよう、自らの体積を変化させる。 各ボディの体積の変化の仕方は、ボディの下降運動、すなわち実質的に重力の 方向への運動が、上昇運動、すなわち重力に逆らう運動に変わる時に、その体積 が増加し、ボディの運動が再び下降運動に変わるとすぐ体積が減少する、という ものである。このように運動の向きが変化したときにボディの体積が増加したり 減少したりすることにより、任意の与えられた時刻においてそれらボディ群が上 方に移動することが保証される。なぜなら、体積が大きいため、下降運動してい るボディよりも大きな浮力を受けるからである。これらボディの回転運動はこの ようにして生成される。 相互に連結された２つのボディは、個々のボディの体積が変化しても全ボディ ーの体積の合計が実質的に一定であるように設計されていると、特に好適である 。 本発明に係る装置は、原則的にはボディが奇数個でも動作可能であるが、好適 には、ボディ群を、回転運動に関してペアごとにボディ同士が互いに対向するよ うに配列する。トルクの均一な発生は、ボディをそのようにペアとなるように対 称的に配置したことにより保証される。 原則として、本発明に係る装置は、ボディ群の体積の実際の変化により、少な くともその装置に作用する摩擦力に打ち勝つ程度に、浮力が十分大きく増加する しような流体であれば、どのような流体の中でも動作することができる。しかし ながら好適には、ボディ群は、回転運動の少なくと一部の間、液体に浸けられる 。本装置の構成の少なくとも一部、より簡単には全部を、液体、特に水の中に配 することにより、比較的小さな体積変化でも比較的大きな浮力の増加を実現する ことができる。例えば、個々のボディの体積が１ｄｍ³（１リットル）増加する と、９．８１Ｎ（１ｋｐ）の浮力が得られる。 個々のボディを、少なくとも１つの偏向装置を介して環状に延びる張力部材に より相互に連結すれば、特に好適である。この偏向装置は、少なくとも１つの偏 向ホイールを有する。偏向ホイールは軸に取り付けられ、この軸からトルクが取 り出される。 トルク発生のために浮力の差をできるだけ多く利用するために、互いにペアと なる２つのボディの各組を、より好適には全てのボディを、同じ寸法とする。こ の方法では、装置は、その装置に作用する重量に関して完全な平衡状態を維持し 得る。 本発明の特に好適な実施の形態では、各ボディは、ピストン・シリンダユニッ トとして構成される。ピストンは、自身に作用する重みにより、伸展位置又は収 納位置まで移動することができる。重みは、重力に対するピストン・シリンダユ ニットの向きに応じて作用する。 この構成において、ピストンの移動、特に伸展運動が、ピストンに作用する重 さのみに基づいて生じるようにするために、ピストン長ｌ_kは次の等式を満足す る。 ｌ_k≧ｈ・ｐ_f／ｐ_k ここで、ｈは液体中へのボディの最大浸漬深さであり、ｐ_fはその液体の密度、 ｐ_kはピストンの材質の密度である。 各ピストン・シリンダユニットが、運動の向きが変わったときに、ピストンが 伸展又は収容された一方の状態から、もう一方の状態、すなわちピストンが収納 又は伸展された状態まで自動的に移行するように、個々のピストン・シリンダユ ニットを配列することが特に好適である。 本発明の更なる実施の形態では、個々のピストン・シリンダユニットのシリン ダ室同士が相互に接続され、流体の交換が可能になっている。シリンダ室群は環 状に、好適にはホースを介して、相互に接続されている。 この方法では、相互に接続されたシリンダ室群に組み込みの流体系が形成され 、これにより下降運動へ変化したピストンの収納動作によって生じる圧力を、組 み込み流体系を介して、上昇運動へと変化したピストン・シリンダユニットのピ ストンへと出力することができ、このユニットのピストンが伸展位置まで突出す る。これにより、ピストンに作用する付加的な圧力が、体積を増加させるための ピストンの伸展動作を補助し、生じる摩擦的な損失を補償する。 シリンダ室内で用いられる流体は、単に空気でもよいし、他の気体でもよい。 また、例えば、非常に軽質のオイル又は類似の液体を流体として用いることも可 能である。これには、圧力が特によく伝達されるという利点がある。 本発明は、以下、図面を参照して、例を用いて説明される。 図１は、浮力差を発生させるためのボディのペアを有する本発明に係る装置を 、大幅に単純化して概略的に示す図である。 図２ａは、ピストンが伸展状態にあるピストン・シリンダユニットを表す概略 的な断面図である。 図２ｂは、ピストンが収納状態にあるピストン・シリンダユニットを表す概略 的な断面図である。 図３は、ペアになって配置された浮力差を発生させるための複数のボディを備 える本発明に係る装置を概略的に示す図である。 図面の各図において、互いに対応する構成要素には同一の参照番号が付されて いる。 図１に示すように、本発明に係るトルクを発生させるための装置は、張力部材 １１のための偏向装置１０を備え、この張力部材に対してピストン・シリンダユ ニット１２が、浮力差を発生させるためのボディのペアとして、取り付けられて いる。偏向装置１０は偏向ホイール１３を備え、この偏向ホイール１３は軸１４ に取り付けられている。本発明に係る装置で発生したトルクは、この軸１４から 取り出すことができる。例えば、軸１４には電気エネルギーを生成する発電機を 接続することができる。 偏向ホイール１３として、用いる張力部材１１に応じて、歯付きホイールやケ ーブルドラムやその他の類似物を用いることができる。これに対応して、張力要 素１１は、チェーン、ケーブル、歯付きベルト、テンションベルト、又はその他 の類似物として形成することができる。 ピストン・シリンダユニット１２に作用する力を張力部材１１に伝達するため 、各ピストン・シリンダユニット１２は、張力部材１１の長手方向に沿って間隔 を隔てて設けられた固定ピン１５又は類似のものにより、張力部材１１に保持さ れている。 このようにピストン・シリンダユニット１２を張力部材１１に固定したことに より、すなわち言うならば、張力部材１１の長手方向、すなわちピストン・シリ ンダユニット１２の移動方向に沿って間隔を隔てて設けられた固定手段により、 ピストン・シリンダユニット１２は、回転運動全体における各々の運動の方向に 対して、同じ向きを維持することができる。これにより、重力に関して運動の方 向が変化したとき、それらユニットは自分の状態を重力に対応して自動的に変化 させる。 ピストン・シリンダユニット１２のシリンダ室１６同士を相互に接続し、後者 同士が互いに連通するようにするために、ホース１７又は類似の接続手段が、流 体流通ラインとして設けられ、対応する接続部品１８及びコネクタ１９を介して ピストン・シリンダユニット１２のシリンダ２０に固定されている。この固定に より、ホース１７は対応するシリンダ室１６と流体流通可能となっている。 図２ａ及び２ｂに詳細に示されるように、ピストン２１は各シリンダ２０の中 に摺動自在に配設され、シリンダ２０が図２ａに示すように開口側が下に来る場 合は、ピストン２１は、自らに作用する重力の結果として、下方に摺動して引き 出し位置すなわち伸展位置に来る。このときピストン２１がシリンダ２０から抜 け落ちるのを防止するために、シリンダ２０は、例えば、内側に向かって張り出 したフランジ２２を備え、一方ピストン２１は、シリンダ２０のフランジと相互 作用する外側に向かって張り出したフランジ２３を備える。フランジ２２には、 図には詳細には示していないがシール手段が設けられ、このシール手段により、 シリンダ室１６は、ピストン２１の移動を実質的に妨げることなく、気密的に封 止される。これにより、ピストン・シリンダユニット１２を取り囲む媒体は、シ リンダ室１６に侵入することができない。 以降、本発明に係る装置が完全に水中に配置されるとともに、ホース１７を介 して相互に連結されて組み込み式の流体系を構成するシリンダ室１６群には空気 が満たされているという想定のもとで説明を行う。水の代わりに、低粘度で高密 度の他の媒体を用いることもできる。今回の想定のように水を用いた場合、あり 得る最軽質のオイルを、ガスの代わりに、シリンダ室１６を見たす流体として用 いることができる。本発明に係る装置に用いる流動可能媒体を選択する際の本質 的な要件は、シリンダ室１６内の媒体の密度が、ピストン・シリンダユニット１ ２群をとりまく媒体の密度よりも小さいこと、より好適には、はるかに小さいこ とである。 空気と水の密度差は非常に大きいため、以降の本発明の説明では、シリンダ室 １６内に収容される空気の質量は完全に無視することができる。 トルクを発生させるために張力部材１１を介して偏向ホイール１３の周縁部に 結果として伝達される力Ｆ_Rを確認するために、ピストン・シリンダユニット１ ２群に作用する力をまず個別的に考える。図１の左側のピストン・シリンダユニ ット１２へ作用するものには、重力Ｇ_lの他に、周囲の水によって発生する浮力 Ｆ_A（Ｖ_l）がある。浮力は、重力Ｇ_lを見かけ上低減させる。浮力は、公知のメ カニズムで、図１の左側に示すピストン・シリンダユニット１２の体積Ｖ_lに依 存しており、等式Ｆ_A（Ｖ_l）＝ｇ・ｐ_f・Ｖ_lにより計算することができる。この 場合、ｇは重力による加速度であり、ｐ_fはピストン・シリンダユニット１２の 周囲の媒体、すなわち水の密度である。 これに対して、図１の右側に示すピストン・シリンダユニット１２には、当該 ユニットに作用する重力Ｇ_rだけでなく、浮力Ｆ_A（Ｖ_r）も作用する。この浮力 は、等式Ｆ_A（Ｖ_r）＝ｇ・ｐ_f・Ｖ_rを満足する。Ｖ_rは、右側のピストン・シリ ンダユニット１２、すなわちピストン２１が収納されたピストン・シリンダユニ ット１２の体積である。 左側及び右側のピストン・シリンダユニット１２からそれぞれ張力部材１１に 伝達される力は、張力部材１１に対して互いに逆方向に作用し、いずれの場合で も浮力は重力と反対向きに働くことを考慮すると、合力Ｆ_Rに関して次の等式が 得られる。 Ｆ_R＝Ｆ_A（Ｖ_l）・Ｆ_A（Ｖ_r）＋Ｇ_r−Ｇ_l 浮力についての上式より、合力Ｆ_Rに関して次の等式が得られる。 Ｆ_R＝ｇ・ｐ_f・（Ｖ_l−Ｖ_r）＋（Ｇ_r−Ｇ_l） もし、本発明における好適な場合のように、ピストン・シリンダユニット１２ 群が同じように構成され、その結果それらが同じ重量であるならば、それら重量 は互いに打ち消し合い、軸１４にトルクを発生させるために偏向ホイール１３に 作用する合力Ｆ_Rは、２つのピストン・シリンダユニット１２の体積差ΔＶ＝Ｖ_l −Ｖ_rのみによって決まる。体積差ΔＶは、円筒ピストン２１の場合、ピストン のストロークｌ_hとピストンの断面積Ａ_kとの積に対応する。したがって、以下の 式が、合力Ｆ_Rに当てはまる。 Ｆ_R＝ｇ・ｐ_f・ｌ_h・Ａ_k 自由表面領域２１’に対して作用する力、すなわち一般的な水圧によって引き 起こされる図２ａの上向きの力、に抗してピストン２１が伸展位置まで移動する ことを可能にするために、次の等式を満足するようにピストン長ｌ_kが好適に選 択されている。 ｌ_k≧ｈ・ｐ_f／ｐ_k この等式において、ｈはピストン・シリンダユニット１２及びピストン２１の 最大浸漬可能深さであり、言い換えればピストン２１の自由表面領域２１’の最 低位置と水面との距離である。ｐ_kはピストンの材質の密度である。 以下、本発明に係る装置の機能を、図３を参照して説明する。図３には、１４ 個のピストン・シリンダユニット１２がペアを構成して配設された本発明の実施 の形態の一例が示される。上側の偏向装置１０に加え、この装置は、下側の偏向 装置１３をも備える。下側の偏向装置１３は、偏向ホイール３３を備え、下側の 軸３４に取り付けられている。 図３に示されるように、左側にある６個のピストン・シリンダユニット１２は 、ピストン２１が伸展位置にあるので、それぞれ右側のピストンシリンダユニッ ト１２よりもΔＶ＝Ｖ_l−Ｖ_r＝ｌ_h・Ａ_kだけ大きい体積を持つ。この結果、張力 部材１１に作用する力Ｆ_Rは、摩擦損失その他を無視すると、６・ｇ・ｐ_f・ΔＶ となる。この力Ｆ_Rは、ピストン・シリンダユニット１２群に回転運動を行わせ る。この回転運動では、左側での上昇運動から右側での下降運動に移行する各ピ ストン・シリンダユニット１２．２ａのピストン２１は、当該ピストンに作用す る重力の結果として、シリンダ２０内に押し込まれ、これにより体積が減少する 。同時に、下側の偏向装置３０の領域にあるピストン・シリンダユニット２０は 、右側での下降運動から左側での上昇運動に移行し、ピストン２１は、自重によ りその領域の水圧に抗してシリンダ２０から突出し、体積を増加させる。 ２つのピストン・シリンダユニット１２からなる各組は、例えば最高点及び最 低点のピストン・シリンダユニット１２．１ａ、１２．１ｂのように、あるいは ピストン・シリンダユニット１２．２ａ、１２．２ｂのように、互いにペアを構 成し、それらぺアのユニットは回転運動に関して互いに反対の位置に設けられる 。これにより、ピストン２１の押し込み、すなわちピストン・シリンダユニット １２．１ａの状態からピストン・シリンダユニット１２．２ａの状態への移行が 起こり、一方、これに対応するピストン・シリンダユニット１２．１ｂから１２ ．２ｂへの状態変化においてピストンが突出する。ピストン・シリンダユニット １２．２ａのシリンダ室１６の空気の圧縮は組み込み流体系内の圧力の上昇をも た らし、この結果、対応する反対側のピストン・シリンダユニット１２．２ｂのピ ストン２１の伸展動作が補助される。 密度７．８７ｋｇ／ｄｍ³の鋼をピストン・シリンダユニット１２のピストン ２１の材料として用い、本装置が２ｍの深さの水野最低点に配設した場合を想定 すると、２５ｃｍのピストン長さｌ_kが必要になる。同様に、直径が２２ｃｍで 必要な長さ２５ｃｍを持つピストンを用い、２０ｃｍのピストンストロークを実 現することが可能な場合、約４ｄｍ³の体積差ΔＶが得られ、この結果約４０Ｎ （圧迫された４ｋｇの水に対応する）の浮力が得られる。このようなピストン・ シリンダユニットが６個で、２３５Ｎの合力Ｆ_Rが得られ、この力は、偏向ホイ ール１３の径に応じて、それに対応するトルクを軸１４に発生させる。このトル クは、例えば電気エネルギーを発生させる発電機の駆動に用いることもできる。 本発明に係る装置の個々の構成要素の材料を適切に選択し、適切な寸法にする ことにより、簡単な方法で広範囲にわたるトルクが得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ， ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，Ｓ Ｎ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ， ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，Ｅ Ｅ，ＧＥ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．トルクを発生させるための装置であって、少なくとも２つのボディ（１２） を有し、これらボディは回転運動が可能なように相互に連結され、この回転運動 において一方のボディ（１２）は重力の方向に動き、もう一方はそれとは反対の 方向に動き、それらボディは、運動の向きが変わる際に、重力の方向に動くボデ ィの体積がその反対方向に動くボディの体積よりも小さくなるように各自の体積 を変化させる装置。 ２．請求の範囲１記載の装置であって、相互に連結された２つのボディ（１２） は、各々の体積が変化しても、すべてのボディ（１２）の総体積が実質的に一定 となるように構成されていることを特徴とする装置。 ３．請求の範囲１又は２に記載の装置であって、ペアの各ボディ（１２）は、前 記回転運動に関して互いに対向する位置に設けられることを特徴とする装置。 ４．請求の範囲１又は２又は３のいずれかに記載の装置であって、ボディ（１２ ）は回転運動の少なくとも一部の期間、液体の中に浸かることを特徴とする装置 。 ５．請求の範囲１〜４のいずれかに記載の装置であって、各ボディ（１２）が、 少なくとも１つの偏向装置（１０）に環状にかかった張力部材（１１）により相 互に連結されることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲５記載の装置であって、前記偏向装置（１０）は、トルクを取り 出すための軸（１４）に取り付けられた少なくとも一つの偏向ホイール（１３） を有することを特徴とする装置。 ７．請求の範囲１〜６のいずれかに記載の装置であって、ペアを構成する２つの ボディ（１２）の各組は同じ寸法を持つことを特徴とする装置。 ８．請求の範囲１〜７のいずれかに記載の装置であって、各ボディはピストン・ シリンダユニット（１２）として構成され、ピストン（２１）は、重力に対する ピストン・シリンダユニット（１２）の向きに応じて当該ピストン（２１）に作 用する重量により、伸展位置又は収納位置に移動可能であることを特徴とする装 置。 ９．請求の範囲８記載の装置であって、ピストン長ｌ_kは、ｈを液体中へのボデ ィ（１２）の最大浸漬深さ、ｐ_fをその液体の密度、ｐ_kをピストンの材質の密度 として、次式、 ｌ_k≧ｈ・ｐ_f／ｐ_k を満足することを特徴とする装置。 １０．請求の範囲８又は９に記載の装置であって、各ピストン・シリンダユニッ ト（１２）は、運動の方向を変えるときに、ピストン（２１）が伸展又は収納さ れた一方の状態から、ピストン（２１）が収納又は伸展されたもう一方の状態へ と自動的に変化することを特徴とする装置。 １１．請求の範囲８又は１０に記載の装置であって、各ピストン・シリンダユニ ット（１２）のシリンダ室（１６）は、流体の交換が可能なように、相互に連結 されていることを特徴とする装置。 １２．請求の範囲１１記載の装置であって、前記シリンダ室（１６）は環状に、 好適にはホース（１７）を介して、相互に連結されていることを特徴とする装置 。