JP2003513216A

JP2003513216A - 回転慣性モータ

Info

Publication number: JP2003513216A
Application number: JP2001534956A
Authority: JP
Inventors: ポールティバスキス; エフディヴィッドマリニックス
Original assignee: ポールティバスキス; エフディヴィッドマリニックス
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2003-04-08
Also published as: MXPA02004375A; IL149315A0; AU1465200A; EP1226374A4; CA2389720A1; KR20020074149A; EP1226374A1

Abstract

(57)【要約】【解決手段】滑らかに調和した円運動を利用して、重り（９）の円運動を単方向の一連の衝撃力に変換して、車両（８）を前進させるための慣性モータ（１７）である。アーマチュアに配置された重り（９）は、アーマチュアの中心から半径経路に沿った軌道上に案内される。重り（９）の位置は、ソレノイド（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄）によって電磁的に制御される。ソレノイド（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ ₄）はそれらの円形の経路に沿った場所（１３）で励磁され脱磁されて、直線的な運動量をアーマチュアの軸線に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、車両の内部構造の組織的な動きによって、車両に移動力を提供する
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。

【０００２】

【従来の技術】

車両を推進させるための在来のモータは代表的に、駆動軸を用いており、トラ
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。

【０００３】慣性モータは、車両の構成要素のうちの運動量の内部移動によって瞬間的な動
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

’１９６号の特許の図５Ａと図５Ｂとには、回転式の実施形態が示されている
。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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本発明は、従来技術の慣性モータの制約を克服するために、より滑らかに調和
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。

【０００６】慣性モータは、アーマチュアを略一定の角速度の回転状態に維持するための電
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。

【０００７】車両が単に振動運動をすることの無いように、車両の車輪にラチェットを結合
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。

【０００８】

【発明の実施の形態】

以下、本発明について図面を参照しつつ説明する。

【０００９】本発明の慣性駆動ユニット（ＩＤＵ:Inertial Drive Unit）は、装置の内部で
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。

【００１０】図１には、反力の理論的な基礎を示しており、慣性座標系ｘ−ｙにおいて、加
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。

【００１１】再び時間で微分すると、質量の加速ベクトルは以下のように、ここで、ａは半径方向加速度のスカラでｄ²ｒ／ｄｔ²、αは角加速度のスカラ
でｄ²θ／ｄｔ²である。

【００１２】これらの４つの加速度は、通常はそれぞれ、半径方向加速度、求心加速度、コ
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。

【００１３】好ましい実施形態では、慣性駆動ユニット１はいくつかの構成要素を有する。
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。

【００１４】ひとつの実施形態における慣性駆動ユニット１は、車両８に結合されて、車輪
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。

【００１５】動作に際しては、慣性駆動ユニット（ＩＤＵ）はコンピュータ制御装置１５を
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。

【００１６】ソレノイドのプランジャを所定位置に保持している電磁石の磁力は、このとき
、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。

【００１７】所望の時点で、ステータ３の軸のまわりの磁場コイルのいずれかひとつを脱磁
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。

【００１８】発電コイルが、ソレノイド（Ｃ₁）に関連した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
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（ｍｒ^２）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、ｍｒ^２ω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。

【００１９】次に、プランジャの運動の相互の調和について考察する必要がある。ロータは
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。

【００２０】例として、本発明の好ましい実施形態は以下の寸法及びパラメータの値を有す
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。

【００２１】前述の如く、慣性駆動ユニット（ＩＤＵ）の動作を開始させるには、コンピュ
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。

【００２２】所望の時点で、ステータ３の軸線のまわりの磁場コイルのいずれかひとつを脱
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、７０１７．０Ｎ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７０１７．０７８Ｎ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。

【００２３】図６は、装置の重心の移動を理解するための図である。いったん、ソレノイド
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。

【００２４】図７は、簡単なラチェット機構を示しており、車両のシャーシ２１の運動方向
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。

【００２５】本発明について、特定の実施形態に関連して説明したけれども、本発明はそれ
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、極座標系における質量の運動を説明するための座標系を
示した図である。

【図２】図２は、本発明のロータ及びステータの構成要素を示した平面図
である。

【図３】図３は、ロータ及びステータに対するソレノイドプランジャの位
置を示した図である。

【図４】図４は、伸展位置にあるときの、ソレノイドとプランジャとを部
分的に示した図である。

【図５】図５は、引込位置にあるときの、ソレノイドとプランジャとを部
分的に示した図である。

【図６】図６は、ひとつのプランジャについて、ロータに対する位置を示
した模式図である。

【図７】図７は、ラチェットの構造を示した端面図及び正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者マリニックスエフディヴィッドアメリカ合衆国イリノイ州 61866 ラントゥールマーコ 405 Ｆターム(参考） 5H607 BB01 CC03 EE59

Claims

【特許請求の範囲】

【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。