JP2007522997A - 流体流の方向転換による補助駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、マグナス効果に基づいて作動する駆動システムの利用法に関するものであり、この駆動システムは、既存の駆動装置に追加的な駆動メカニズムを提供するために使われる。本発明の目的は、前方から当たる流体流から直接駆動力を発生させることである。本発明はまた、第１の駆動システムにより比較的高速で移動する乗り物のための駆動システムの利用法に関するものであり、補助的な駆動装置であるこの駆動システムは、端板（７０）のついた、水平に配置された一つの回転円筒（２０）で構成されている。前記第１の駆動システムにより発生した流体流（Ｆ）がダクト（１０）に流入し、該ダクト内においてその方向が転換されて（１０’’）回転円筒（２０）に衝突する。この補足的駆動力は、マグナス効果に基づいて、望ましい方向に発生させることができる。

Description

本発明は、既存の推進力の補助駆動力を得るために、マグナス効果に基づいて作動する駆動装置の新しい利用法に関するものである。

マグナス効果（マグナス、１８５２年）に基づいた風力補助駆動装置が知られているが、これらの装置ではそのためにその他の物理学的基礎（プラントル、１９０４年）も活用されて、フレットナー・ロータ（フレットナー、１９２２年）の開発において初めて実現されており、特許文献１と船の推進用の「フレットナー・ロータ」も比較されたい。

フレットナー・ロータは、ゲッティンゲンの航空力学研究所（ＡＶＡ）（１９２２−１９２４年）の実験を基にゲルマニア・ヴェルフト社が帆船「バッカウ」号（１９２４年）およびＲＭＳ「バーバラ」号（１９２６年）を改造して実用化した。

この風力補助駆動装置においては、駆動されて回転する一つの円筒（ロータ）に風および相対風が直接吹き付ける。マグナス効果により、無視できない推進力が得られる。

この補助駆動装置の欠点は、特定の風向（羅針盤で進行方向の２ポイントまで）においてのみ、推進力が得られるということである。

この理由から、この公知の補助駆動装置は、比較的高速で走行する乗り物には導入できないが、それは、相対風が強いため、吹き付ける風の全体がほぼ前面に当たり、作用範囲に入らないためである。
英国実用新案第２１０２７５５号明細書 英国実用新案第３７１６９１号明細書 英国実用新案第２２５６４１０号明細書 英国実用新案第４９４０９３号明細書

本発明の課題は、流体流が前から直接当たる場合にも推進力が得られる補助駆動装置を提供することである。

ここで言う流体とは、空気、ガスまたは液体である。実施例が気流に適応したものであっても、本発明はあらゆる種類の流体流（請求項１、請求項２、請求項１７、請求項２０）に関するものである。

本発明で記述されている思想は、前方から回転円筒に当たる相対流を方向転換させてマグナス効果に基づいた推進力を発生させることである。そのために補助駆動装置が乗り物に接続されているが、この乗り物にはそれ自体、独自にもう一つの駆動装置が備えられており、この駆動装置は主駆動装置と呼ぶことができる。この主駆動装置（駆動性能の方向は前進）に追加的に前記補助駆動装置が用いられ、走行により発生する流体流を効率的に利用する。特に、通常の速度範囲が５０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈ、特に８０ｋｍ／ｈ付近の範囲である乗り物では、補助的な駆動が効率よく行え、それにより、燃料の面から駆動エネルギーを下げることができる。ここで望ましいものとしてトラックまたは乗用車といった陸用乗り物が挙げられているが、これに限定されるわけではなく、これらは比較的高速（対地速度）で走行し、しかも航空機の速度よりは大幅に遅い速度において、方向転換後の相対流が当たる回転円筒の追加的効果を効率的に利用することができる。この補足的推進力は、マグナス効果に基づいて、該乗り物が推進力方向に追加的に駆動されることにより発生し、主駆動装置自身が必要とする燃料または材料の量を大幅に節約することができる。

この利用法では、前方からダクト内に入る流体の影響を、その流体を方向転換することにより、垂直または水平に配置されたマグナス・ロータに伝達する（請求項１、請求項２）。

ダクト形状を特別な形にすることにより（請求項１０から請求項１２）、および方向転換の方向を調整（請求項３から請求項７）することにより、たとえば陸用乗り物（請求項１３）など、比較的高速で走行する乗り物において、相対風が（流体として）ほぼ前方から当たるような利用例に適応させることができる。この相対風自身は、該乗り物の通常の（一次的）駆動力（推進力）により発生するため、この流れる流体を方向転換により、および方向転換を行う補助駆動装置により効率的に利用できる。回転円筒をダクトの中央から移動させることにより（請求項８、請求項９）この効果を強化することができる。

請求項１４から請求項１６では、比較的高速で走行する乗り物について記述しているが、これらは、表面の上を走行する乗り物であり、船舶や海上乗り物においては速度がおよそ１０ｋｍ／ｈより上であり、陸用乗り物ではそれを明らかに超えて基本的に５０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈの速度より上であるが、航空機の速度よりは明らかに下である。航空機の速度は速すぎるため、その速度範囲ではマグナス効果による補助駆動装置の効率は、先に述べた速度範囲におけるような有利さでは発生しない。

この利用法はその性質上、駆動方法の一つの方法として記述でき（請求項１８）、また、該装置自体は、その固有の機能が既存の一つの駆動装置に追加する利用法として含まれる一つの補助駆動装置として記述できる（請求項２１、請求項２２）。

特許文献２では、角のついた形状のダクトを備える飛行船が記述されており、そのダクト内に、電気的に駆動される３つのマグナス・ロータが設置されている。これらのロータは、船のレベルに対して水平に設置され、全体でＵ字形を形成しており、中央のロータのみが、飛行船を長軸方向に推進させる役割を担っている。一つのダクトの側面に設けられた開口部を通じて、複数のタービンにより空気が吸引され、前記複数のロータに供給されて、前記一つのロータから推進力を発生させ、残りの２つのロータに関しては揚力を発生させる。ここでは補助駆動装置については記述されていない。特許文献３には、該文献内の図４から図６に描かれた水用乗り物が記述されており、該文献内図１１に描かれた平底船または該文献内図１２に描かれた潜水艦にも応用可能であり、水ダクト内においてポンプで発生させた水流がこのダクト内で効率的に利用されている。しかしこの駆動装置は、「海上乗り物」（前記の個々の物体を総合的に表現する概念）の推進力を担っているが、既存の他の装置に補助のために構成されているのではなく、該海上乗り物の推進力を単独で担う主駆動装置である。特許文献４には、それぞれがマグナス原理により作動するロータが、該文献内の図１に示されており、これらは「指状エレメント」と記述されている。これら指状エレメントは、船または潜水艦の多数の場所に配置することができ、これについては該文献内の図４から図１２に示されているためどの場所であるかはここでは詳述しないが、これらのエレメントは、おそらくは既存の船の主駆動装置に補助的に設けられている。しかしこれら指状エレメントの配置においては、流体流はダクト内で効率的に利用されておらず、船の側方を通過して流れる流体流であり、方向転換は行われない。

実施例により本発明を説明および補足する。

図１には第１の実施例バリエーションが示されている。このバリエーションにおいて相対風Ｆはダクト１０に入り、上方に偏向されてから、水平に配置された回転円筒２０に当たる。第１の力３０および第２の力４０が発生し、これらの力はダクト１０に作用する。回転円筒により発生した駆動力または横方向の力５０はしかし、数倍も大きく、また、「結果として得られた力」６０が生まれて推進力となる。この力は乗り物Ｚ（図示されず）に伝達される（図２においてダクト１０の下にＺの文字が見える）。ここにはまた、詳細に示されてはいないが、たとえば、ギヤを介して歯車を駆動させるモータなどの主推進力装置が配置されている。

ダクト１０に入る相対風は、図１に示すように、流入開口部１０’に流入しており、ダクト内をある区間導かれてから方向転換部１０’’により上方に方向転換され、それより上に設置された部分の中にある回転円筒２０に導かれる。この円筒の回転速度または方向はωで示されており、対応する空気の流れにより、円筒の一方の側ではその速度が追加され、円筒のもう一方の側ではその速度から低下する。その結果、駆動力または横方向の力５０およびこれに垂直な力３０が得られる。結果として得られた力６０はダクト１０上に伝えられ、そこから、図２において２つのバリエーションで示されている乗り物に、一方では図１のように全体が開口している一つの空気流入口１０により、他方では流体Ｆの流れる方向の周りに並ぶ複数のダクト１０＊により導かれて、方向転換され、次に、回転円筒２０に導かれる。この回転円筒は、ここでは図示されていないモータＭで駆動され、図２に図示されているベアリング１８、１９により保持されている。

一つの図の中に２種類の流れガイドの方法が重ねて示されているが、この表示方法では、図２の左右の側、つまり図２ａおよび図２ｂはそれぞれが一つの完全な乗り物Ｚまたは一つの乗り物幅全体について示されていることに注意が必要である。

図２に示したように、回転円筒２０はこのバリエーションにおいては走行方向に対して横方向に配置されており、また、他のもう一つのバリエーションは、マグナス効果の作用をさらに高めるために望ましくは端板７０が備えている。この図は前面から２種類の空気流入方法、つまりダクトガイド１０’、または分けて流入させた空気Ｆ’を持つダクトガイド１０＊を示している。

流体ガイドとは、流体をガイドするダクトと呼ぶことができるが、他方では、「空気流入」、「空気輸送」および「方向転換」とも記述される。このことは、ガイドされる流体と、その流体をガイドする物体との間で補完的に考える必要がある。この物体は乗り物との接続面１０ａに接続されている。

前記モータにより駆動される円筒２０の速度は、望ましくは、ダクト１０内の空気の速度の２倍から４倍の間であり、これは、それぞれの乗り物の通常の前進速度に合わせることができ、また、制御装置を介して変更できる。通常の走行速度とは、ある乗り物が主に取る速度を指しており、したがってたとえば、トラックは比較的長時間にわたって望ましくは８０ｋｍ／ｈ周囲の範囲内で前方方向に駆動され、または、自動車は５０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈまでの速度で駆動される。水上の乗り物では、その乗り物が媒体の上で「比較的高速で」、ここでは１０ｋｍ／ｈ以上の速度で移動している場合に、その速度において、媒体との関連で常にその速度の低下が生じる。

前方から当たる（およびダクト１０に流入する）気流Ｆの方向転換１０’’は、図３、図３ａに示すように、その他の複数のバリエーションにおいては、９０°から逸脱する角度で行われるが、それにより、結果として得られた力６０’の角度を変更できる。

図４、図４ａに示すように、回転円筒２０により発生した横方向の力５０は、他のもう一つのバリエーションにおいては、この円筒を中央ではなく、流体ダクト１０内で非対称に配置することにより、高められている。このことは、回転円筒２０の直径ｄは同じで、寸法ｂ、寸法ｃに差があることで図示されている。

このように非対称に配置することにより、円筒の走行方向側に当たる空気の流れは追加的に速くなり、発生する負圧は横方向の力５０の原因となるが、この負圧も高まる。

図５に示したように、相対流の空気抵抗を低下させるために流体ダクトを方向転換１０’’の前でガイドプレート８０によりカバーすることができる。

相対風（流体の例として）の方向転換は、上方にも下方にも行える。これにより、図６に示すように、結果として得られた力６０の方向が移動する。これら二つのバリエーションにおいても、推進力が発生する。

図示されていない他のもう一つのバリエーションには、垂直に配置された、一つまたは複数の回転円筒２０（フレットナー・ロータの場合のように）が備わっている。ここでは、得ようとする推進力を発生させるために、気流の方向転換は、流体ダクト１０の中において横方向に行われる。

図１、図２（バリエーション１）に示すように、ダクト１０は長方形に構成することができる。代替的に、ダクト１０は分割することもできる。このとき、これら（複数の）ダクト１０＊は、図２ｂに示すように、それぞれ長方形、楕円形または円形に構成することができる。

一つの可能な実施例であり、相対風Ｆがダクト１０に入り、上方に方向転換されている。 ダクト１０への空気の流入を前方から見た図であり、２つのバリエーションが図２ａと図２ｂとして示されている。 方向転換が９０度の実施例である。 図３に対して方向転換を変化させた一つのバリエーションである。 回転円筒をダクト内の対称位置に設置した図である。 図４に対して回転円筒の位置を変化させたもう一つのバリエーションである。 一つのバリエーションであり、方向転換部の前にガイドプレートが備わっている。 一つのバリエーションであり、相対流が下方に方向転換されている。

符号の説明

１０ ダクト
１０’ 流入開口部
１０’’方向転換部、屈曲部
１０＊ 複数のダクト
１０ａ 接続面
１８ ベアリング
１９ ベアリング
２０ 回転円筒
３０ 第１の力、５０に垂直な力
４０ 第２の力
５０ 駆動力または横方向の力
６０ 結果として得られた力
７０ 端板
８０ ガイドプレート
ａ 寸法
ｂ 寸法
ｃ 寸法
ｄ 回転円筒の直径
Ｆ 気流
Ｆ’ 分けられた気流
Ｚ 車両
ω 回転速度または方向

Claims (22)

1. 第１の推進装置により比較的高速で移動する乗り物のための、望ましくは端板（７０）のついた、水平に配置された一つの回転円筒（２０）を補助推進装置として備えた推進装置の利用法において、前記第１の推進装置により発生した流体流（Ｆ）が一つのダクト（１０）内に流入し、このダクト内でその方向が方向転換されて（１０’’）、前記回転円筒（２０）に当たり、それにより、マグナス効果に基づいて、補足的な推進力が望みの方向に発生することを特徴とする利用法。
2. 既存の一つの推進装置に、追加的な、望ましくは端板のついた、垂直に配置された一つの回転円筒（２０）を備える、マグナス効果に基づく駆動装置の利用法において、所定の流体流（Ｆ）がダクト（１０）内でその方向を転換されて前記回転円筒（２０）に当たって、補足的な推進力が望みの方向に発生することを特徴とする利用法。
3. 請求項１に記載の利用法において、前記方向転換（１０’’）が上方に行われることを特徴とする利用法。
4. 請求項１に記載の利用法において、前記方向転換が下方に行われることを特徴とする利用法。
5. 請求項２に記載の利用法において、前記方向転換が横方向に行われることを特徴とする利用法。
6. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記方向転換が９０°で行われることを特徴とする利用法。
7. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記方向転換が、９０°から逸脱する角度で行われることを特徴とする利用法。
8. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記回転円筒が、方向転換部（１０’’）より後方において、ダクト（１０）中央に配置されていることを特徴とする利用法。
9. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、回転円筒（２０）が、ダクト内で非対称に、特に走行方向の側に近づけて配置されていることを特徴とする利用法。
10. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、ダクト（１０）が、推進力により発生する流体抵抗を減少させるための一つのガイドプレート（８０）により、前記方向転換部の前において、特にダクト（１０、１０＊）の屈曲部（１０’’）の上部および空間的に上方および前でカバーされていることを特徴とする利用法。
11. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、断面が長方形の、ただ一つのダクト（１０）が備わっていることを特徴とする利用法。
12. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、複数のダクト（１０＊）が備わっており、その断面は長方形、楕円形または円形であることを特徴とする利用法。
13. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記乗り物が道路または陸用の乗り物、特にトラックまたは乗用車であることを特徴とする利用法。
14. 請求項１、請求項２または請求項１３に記載の利用法において、前記比較的高速の移動が、１５０ｋｍ／ｈ以下であり、特に前記乗り物の対地速度を指していることを特徴とする利用法。
15. 請求項１、請求項２または請求項１４に記載の利用法において、前記比較的高速の移動が、１０ｋｍ／ｈ以上であり、特に基本的に５０ｋｍ／ｈ以上、望ましくは６０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈの間の範囲であることを特徴とする利用法。
16. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記比較的高速の移動が、水上乗り物においては１０ｋｍ／ｈ以上の移動であることを特徴とする利用法。
17. 請求項１または請求項２に記載の利用法において、前記乗り物が航空機ではないことを特徴とする利用法。
18. 請求項１または請求項２のいずれか１つに記載の、補助駆動、特にある乗り物を補助的に推進するための方法において、この乗り物には、一つの主推進装置に追加する形で、該補助推進装置が取り付けられており、この主推進装置は該補助駆動装置から離れていることを特徴とする利用法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記乗り物の通常速度が、対地速度で５０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈまでの間であることを特徴とする利用法。
20. 請求項１８に記載の方法において、前記流体流が空気であり、基本的に前方から相対風として流れることを特徴とする利用法。
21. 端板（１７）のついた、水平に配置された回転円筒（２０）を備える、マグナス効果に基づく補助駆動装置であって、
    補助推進力（６０）を望みの方向に発生させるために、所定の流体流がダクト（１０、１０＊）内においてその方向を転換されてロータ（２０）に当たることを特徴とする補助駆動装置。
22. 端板（１７）のついた、垂直に配置された回転円筒（２０）を備える、マグナス効果に基づく補助駆動装置であって、
    （一つの主推進力に追加的に）構成された推進力（６０）を望みの方向に発生させるために、所定の流体流がダクト内でその方向を転換されてロータ（２０）に当たることを特徴とする補助駆動装置。
    

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