JP2003513216A - 回転慣性モータ - Google Patents
回転慣性モータInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
Description
ための、慣性モータに関する。特に、本発明は、円形運動の運動エネルギーを直
線運動の運動エネルギーに変換するようなモータに関する。
ンスミッションを経由して、地面と摩擦接触する車輪に係合している。車両を駆
動するエネルギー源は、地面に対する支持力を提供すると共に、地面との摩擦力
に反作用して車両を加速させる。これに代えて、ジェットやロケットのモータは
、一方向に高い運動量の流体を噴出するようなエネルギー源を利用している。ジ
ェットやロケットで駆動される車両は、運動量の損失の反作用で反対方向の運動
量を獲得したり、運動量輸送を用いて摩擦力に打勝っている。プロペラ駆動の車
両は、両方の技術を結合しており、駆動軸でプロペラを回転させて、このプロペ
ラで外界の流体に運動量を与えている。反作用によって、車両は流体の移動方向
とは反対の方向へ動く。
きを引き出す。内部の構成要素に運動量が与えられると、車両の残りの部分は反
作用によって反対方向への運動量を獲得する。米国特許第5,685,196号
が提供している直動装置では、車両の動きとは反対の方向へ質量を加速させて、
運動量を与えて車両を前進させる。その後に、車両を一時的に地面に固定して、
この間に、質量を初期位置に復帰させる。地面に固定することで、車両は、単に
振動して初期位置に戻るようなことが無くなる。結果的に車両はガタンガタンと
痙攣的に前進する。’196号の特許の図1Cには電磁石を用いた変形例が提案
させている。
。ここでは、重り50を進めるために、アクチュエータ及びバネを用いるか、ま
たは、円板92に搭載された溝付シリンダ90を用いている。これら両方の例か
ら、重り50は中心のまわりにピボットすると想定され、このことから、重りの
重心は接線方向に動かさせて半径方向には動かないと理解される。
した円運動を利用して、円運動する重りの動きを単方向の一連の衝撃力に変換し
て、車両を前方へ駆動する。車両が振動するのを防ぐために、車両の後退を防止
するラチェット機構を備える。駆動用の重りが概略円運動をするために、衝撃力
を平均化して車両を前進させることが可能になる。
源を備える。アーマチュアには重りが配置され、軌道で案内されて、重りの動き
はアーマチュアの中心から半径方向への経路に制限される。それぞれの重りの半
径方向の軌道に沿っての重りの位置は、発電コイルで駆動されるソレノイドで電
磁的に制御されて、発電コイルは、今日の自励発電機と同じように、定常磁場で
励磁される。好ましい実施形態においては、ソレノイドは円形の経路に沿った場
所で励磁され、脱磁される。これを調和させて、最大の直線運動量がアーマチュ
アの軸線に伝達されるようにする。任意の数の多くの重りをこのやり方で組織化
することができる。例証の目的のためのひとつの実施形態では4つの重りを用い
ている。
して、一方の直線方向にだけ動けるようにする(同様に、発明を地上車両に実施
するので無いのであれば、“ラチェット”は補助的なジェット若しくはプロペラ
エンジンを航空機に備えることで、または、ロケットを宇宙船に備えることで、
提供される。いずれの事例でも、補助的な運動制限要素はラチェットと称するこ
とにする。)。発明者は、このラチェットは本発明の必須の構成要素ではなく、
ラチェットを備えていない実施形態が好ましいと信じているのであるが、そのよ
うな実施形態をまだ案出していないので、ラチェットを含まないことを本発明の
実施上の本質的な特徴とはしないという、慎重な態度をとることにした。
回転する質量の、半径方向加速度の長手方向の成分の反作用を利用する。より詳
細には、本発明は、内部で円運動するように駆動される質量の半径方向加速度の
反作用を直線経路へ向けることで、反力を生じさせて、装置内部の構成要素の回
転軸線に対して垂直であると共に同軸線から離れるような方向へ装置を動かす。
速度を有する質点1は、質量mを有し、原点Oから距離rにある。原点Oから質
量mへのベクトルは、極座標における表現では、 ここで、太字の文字はベクトルを表わし、太字のラテン文字は単位ベクトルを
表わしている。これらの極座標系は静止していて、すなわち慣性座標系のもので
あって、回転している座標系と混同すべきではない。rはベクトル の大きさである。時間で微分すると、 ここで、 は質量のベクトル速度であり、ωは質量の原点Oのまわりでの角速度のスカラで
あり、θはr(ないしρ)に直交する、質量の原点Oまわりの回転方向の、単位
ベクトルである。すなわち、 dρ/dt = θdθ/dt ここで、θは と長手軸線方向、つまりx軸とのなす角度の大きさである。
でd2θ/dt2である。
リオリの加速度、及び角加速度と称される。これらのそれぞれの加速度は、見か
け上の反力 を生じさせるが、ここでのマイナス符号は、回転座標系中では加速度が反力とし
て検出されるという事実を表わしている。従って、それぞれ、半径方向加速力、
遠心力、コリオリの力、及び角加速力と称されるような慣性力が存在する。従来
技術の実施形態では、aとvとが共にゼロであって、ωとαとに頼った作用をし
ていた。本発明は、主として、半径方向加速力aとコリオリの力2vωと(すな
わち質量の半径方向の運動に起因する力)に頼った作用をする。
図2に示すように、ステータ3は軸5に固定されて、そのまわりでロータ7が回
転する。ロータには4つのソレノイドC1、C2、C3、及びC4が取付けられる。
ステータとロータとは円形であって、軸を中心として同心であり、軸の中心軸に
対して垂直である平面に存在する。4つのソレノイドは、軸から見ると互いに9
0゜の角度に配置されている。異なる数のソレノイドを用いることも可能であっ
て、一般に、ソレノイドが軸対称的に、正多角形の頂点を形成するように配置す
る。例えば、5つのソレノイドは五角形に配置され、6個ならば六角形に配置さ
れる。ソレノイドはそれぞれプランジャ9を備えていて、これらのプランジャは
、ソレノイドの電磁コイル11を流れる電流に応じて、ソレノイドの軸線に沿っ
て動かさせる。定常磁場コイル組立体13はステータ3に配置されていて、コイ
ル定常磁場組立体は好ましくは18個の個々のステータコイルを備えていて、電
磁誘導によってソレノイドの電磁石を駆動する。コイル定常磁場組立体13のそ
れぞれのコイルは、コンピュータ制御ユニット15に接続されている。
10によって表面14に置かれる。車輪は、ラチェット12によって、一方向に
しか回転しないようになっている。
設定して、コイル定常磁場組立体のすべての磁場コイル11を励磁させると共に
、モータ17によってロータ7を軸線5を中心として回転させる。モータは、ス
テータ3の軸の中心線上に配置するのが好ましいのであるが、図面を分りやすく
するために、変形例の実施形態として、駆動ベルト19でロータを駆動するよう
に図示している。いったん、ロータ7が所定の角速度ωである動作速度になった
ならば、磁場コイル11は励磁されて、発電コイル13が電圧を発生して、ソレ
ノイド(C1、C2、C3、及びC4)のプランジャは、ロータ5の軸線に最も近い
位置に保持されて、図2に示すようになる。ソレノイドは、発電コイルの唯一の
負荷である。
、遠心力とコリオリの力との源であって、質量は内向きに加速してそれらは内側
の位置をとる。図4において、ソレノイドのプランジャ(C1)には2本の線が
交差していて、この交差線は、プランジャがP1の位置に引き込まれる前におけ
る、ソレノイドのプランジャの重心位置P2を示している。いずれのプランジャ
も引き込まれていない状態では、IDUの重心は軸の中心線に位置しており、す
べての重りが内側に引き込まれたときにも、IDUの重心は同じ位置になる。
する。慣性モータを用いた車両の重心が変位する方向は、磁場コイルの脱磁によ
って定まる。脱磁することで、その磁場コイルの場所では、発電コイルが電圧を
発生しなくなり、ソレノイド(C1)のコイルの電流が消滅して、ソレノイドの
プランジャは加速できるようになって、直線速度を獲得するが、このときの速度
は v = ωr であり、ここで、vは直線速度、rはソレノイドのプランジャの
ロータの軸線からの瞬間半径、ωはロータの角速度である。ソレノイドのプラン
ジャ(C2)がロータの軸線から半径方向外向きに動く距離は、ソレノイドのシ
リンダの移動中心線に沿ったいずれかの場所に調節するか、または、ソレノイド
のプランジャが図4のP2に示すような回転軸線から最も離れた場所に至るよう
にする。
場コイルの磁場に進入した直後に、発電コイルには電圧流が誘導し/ソレノイド
のコイルに電流が流れて、唯一の負荷として再び励磁されて、ソレノイドのプラ
ンジャ(C1)を遠心力とコリオリの力とに抗してP1の場所に引戻して、図5
の状態になる。この結果、ソレノイドのプランジャ(C1)の中心軸線まわりの
慣性モーメント(mr2)は減少して、ロータの平面内で一定に保たれて、ID
Uの重心はソレノイドのプランジャの重心に向かって変位する。このため、質量
の角運動量、mr2ωは変化して、プランジャの質量に反作用トルクをもたらし
て、コリオリの力と遠心力とを提供して、求心加速度の減少に対抗する。
回転を続けるので、所定の内側の位置にあるソレノイド(C2)は、回転して脱
磁された磁場コイルに近づいて、ソレノイドのプランジャ(C2)は、前述のソ
レノイドのプランジャ(C1)と同じように運動する。この順序の事象は各ソレ
ノイドが同じ位置に進入する毎に生じて、オペレータが作動状態を変更させるま
で続けられる。あらゆる数にソレノイド/ピストンを組合わせて、望むような順
序で、任意のロータ回転速度で、作動させることができる。
る。ステータ3は、軸と他の必要な静止要素を含むが、およそ80mmの直径であ
り、プランジャの質量(m)はおよそ0.5kgであり、角速度ωは2000r
pmすなわち33.33rpsである。ロータ7は、4つのソレノイドと他の必
要な構成要素を上述したように含むが、およそ160mmの直径である。質量(m
)は4.55kgである。
ータ制御装置を設定して、すべての磁場コイルを励磁して、在来のモータを使用
してロータをその軸線を中心に回転させ始めるが、ロータはステータ5の軸の中
心線に位置している。ロータ7の回転を所定の角速度の動作速度、ここでは33
.33rpsにする。ソレノイド(C1、C2、C3、及びC4)のプランジャは、
電磁石が励磁すると、遠心力(慣性系の外から観察)に抗して、ロータの軸線に
最も近い位置P1に保持される。
磁すると、その磁場コイルの場所では、発電コイルが電圧を発生しなくなり、ソ
レノイド(C1)のコイルの電流が消滅して、このソレノイドのプランジャが加
速される。遠心力の大きさは、7017.0 Nであって、ロータの軸線から外
向きである。発電コイルが、ソレノイド(C1)に関連したかかる磁場コイルを
通過して、次の磁場コイルの磁場に進入した直後に、発電コイルには電圧流が誘
導し/ソレノイドに電流が流れて、唯一の負荷として再び励磁されて、ソレノイ
ドのプランジャ(C1)に加速度を与え、求心力(慣性系の外から観察)に抗し
てP1の場所に引戻す。ソレノイドのプランジャが7017.078 Nの力に
抗してP1に引戻されると、重心(CG)、つまりIDUの質量(プランジャの
質量を減じて)は、ソレノイドのプランジャの重心に向かって移動する。磁場コ
イルを励磁するタイミングは、ロータの角速度とプランジャの直線速度とに依存
するが、プランジャの直線速度は求心力に依存する。例えば、ソレノイドのプラ
ンジャが1秒あたり10mm移動するとして、その移動距離を最も有効に選定して
全体として所望の合力が得られるならば、かかるソレノイドへの電圧は、ソレノ
イドを再係合する必要がある時より1秒前に断って、これにより重心をソレノイ
ドのプランジャに対して移動させる。
のプランジャ(符号A)がロータの中心から所定の距離Lだけ変位すると、一定
の大きさの求心力が生じる。この力はロータの軸線の点Oに反力を生じさせる。
軸は、車両の運動を支配しているので、この軸が反作用に応じて動くと、装置の
全体の重心を変位させる。ソレノイドが脱磁されて、プランジャがBの箇所まで
距離lを移動すると、重心もソレノイドピストンと同じ距離だけ移動する。プラ
ンジャの変位に応じて車両が動くか否かは、軸に働く他の力によって決定される
。図2では模式的に示したラチェット機構12を、図7では詳細に示している。
これを使用して、車両が一方向だけに動くように制御する。前述したように、ラ
チェットは必須ではないと発明者は信じているが、というのは、求心力とコリオ
リの力とユニット全体に働く慣性力とをバランスさせて車両の動きを制御できる
からである。慣性力が優勢なときには、ユニットの重心は静止し続けると考えら
れる。さもなければ、もしも遠心力/コリオリの力が車両に働く慣性力を越える
ならば、重心は(ソレノイドコイルが発生する電磁力の結果によって)、遠心力
/コリオリの力とは反対方向に変位するだろう。
を制限するもので、ブラケット23でラチェットに取付けられる。ラチェットを
車輪に取付けるための機構の詳細は当業者に知られている。より詳しくは、ラッ
チないしドッグ25が、車両の車輪軸29に固定されている歯車27と係合して
、車両の車輪の回転方向を制限する。
らの実施形態に限定される意図ではなくて、特許請求の範囲に従った全範囲を包
含するものである。
示した図である。
である。
置を示した図である。
分的に示した図である。
分的に示した図である。
した模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 車両のための慣性推進装置であって、エネルギー源を有する
モータを備え、 前記モータによって軸線を中心として回転するアーマチュアであって、前記軸
線を中心として回転する周期を有するような前記アーマチュアと、 前記アーマチュア上の複数の軌道であって、それぞれの軌道は軸線から半径方
向外向きに延在しているような上記軌道と、 前記複数の軌道のひとつにそれぞれが配置されている複数の重りと、 前記軌道上にて重りを動かすための複数の駆動装置と、 前記駆動装置のための1又は複数の制御装置であって、前記駆動装置によって
重りの半径方向の位置を軌道に沿って動かさせるような上記制御装置と、を備え
、 制御装置がそれぞれの重りを半径方向に動かすサイクルの周期は、前記アーマ
チュアの回転の前記周期と同じであるか、または、これに比例していて、 重りの前記動きが、少なくともサイクルの一部分中に、前記軸線への所定方向
の有効な力を引き起こす、 ことを特徴とする車両のための慣性推進装置。 - 【請求項2】 前記それぞれの駆動装置が、 前記制御装置のひとつによって定められる電流を有するソレノイドであって、
この電流によって前記重りのひとつを前記軌道のひとつに沿って動かすような上
記ソレノイドを備えている ことを特徴とする請求項1に記載の車両のための慣性推進装置。 - 【請求項3】 前記制御装置のそれぞれが、1又は複数のマーカーの存在を検出するためのセ
ンサを備え、 前記マーカーは、前記アーマチュアの軸線と同心であるリング上の所定位置に
配置されており、 前記制御装置のそれぞれが、駆動装置によって、重りのための一組の所定配置
になるように重りを動かして、前記所定配置のそれぞれが前記マーカーの位置に
対して固定的な関係を有している ことを特徴とする請求項2に記載の車両のための慣性推進装置。 - 【請求項4】 装置がさらに、 重りの動きが、前記軸線に、前記所定方向とは他の方向への有効な力をもたら
すような、サイクルの少なくとも一部分中に、車両の動きを妨げる、動き制限装
置を備えている ことを特徴とする請求項1に記載の車両のための慣性推進装置。 - 【請求項5】 装置がさらに、 重りの動きが、前記軸線に、前記所定方向とは他の方向への有効な力をもたら
すような、サイクルの少なくとも一部分中に、車両の動きを妨げる、動き制限装
置を備えている ことを特徴とする請求項2に記載の車両のための慣性推進装置。 - 【請求項6】 装置がさらに、 重りの動きが、前記軸線に、前記所定方向とは他の方向への有効な力をもたら
すような、サイクルの少なくとも一部分中に、車両の動きを妨げる、動き制限装
置を備えている ことを特徴とする請求項3に記載の車両のための慣性推進装置。
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