JP2011106436A

JP2011106436A - 外輪リムに設ける空気圧回転増幅機構及び、空気圧回転機構により駆動する回転エンジン

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Publication number: JP2011106436A
Application number: JP2009278907A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nakamura; 重雄中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】自動車における空気内封式タイヤ車輪にあっては、車輪そのものには省エネに関する、燃費改善の目的技術は思考されず、エンジンの付帯機器として単に回転させるにすぎなかった。この車輪に高い技術を付加し、回転することで、大きな回転トルクを発生させる。この回転増幅機構を単独に、且、複数個を連桿により主軸より離して９０°交差する如く、取付け、別個の空気源より圧力空気を供給させ、自動にて回転する如くし、空気圧回転エンジンを創成することを目的とした。
【解決手段】空気内封式タイヤ車輪のリム部に、複数の受圧部を設け、この受圧面に空気圧力を作用させ、車軸に回転力を別個に付加、発生させる構成にした。複数の受圧構成部を主軸に放射状に取付け、最大限の好効率を考え、単独の回転エンジンとしての受圧面をもった構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は一般的な車輪にあって、外輪リムの内円周部に付帯させた、空気圧を利用しての回転増幅機構及び同原理による、空気圧回転エンジンに関する。

近年、特に２００９年には、これ迄全く関心のなかった米国を中心に、気温上昇と、ＣＯ_２の排出が大きな社会、環境問題として、クローズアップされ、どの様にしてこのマイナス要因を排除するかを問われる情勢になってきている。先般のＧ８の首脳会合でもＣＯ_２削減をめぐって先進国と招待を受けた発展途上国が責任のなすり合いで、激論になっている。
特に深刻なのは、温暖化による海面温度の上昇により、日本を含めて、多数の島で成る国の危機感は、日増しに強くなってきた。
その結論として、２０５０年までに、ＣＯ_２を２５％削減することで一応の合意を得ているが、更にＣＯ_２削減を５０％にすると発表した先進国もあり、事の重大性が理解され始めている。
又、米国中西部、中国、インド、オーストラリア等は干魃となり、オーストラリアでは農業用水が不足し、農水道水価格が１０倍を越えている。その為に水を比較的に使用しない大麦やオリーブ等の作付変更が大で、これが穀物不足の一因になっている。

今、原油が高くなり、それに伴ってガソリンも高くなっている。これ等の事により政府は２０１５年度までに、自動車の燃費を現在の消費量より約２０％改善する新基準を自動車メーカーに義務付けている。故にメーカーとしては、現在の省エネ機構と、エンジンとモータを組合せた、ハイブリッド方式の駆動形態を採用すれば、基準を達成しやすくなる為、この開発に重点を置いている。

然し、ハイブリッド車は、スタート時、等の減速時は、モータ駆動のため、バッテリーがその都度使用され、それ故にバッテリーの寿命が短くなり、逆にバッテリー交換の費用が嵩ばり、その上自動車の駆動構成が複雑となって、コスト高を招くし、更に重量の増大に表われ、細分化される新基準では、車体の大きさがランク上位の燃費基準の適用に移行することになりやすい。又故障の頻度も増え、メンテナンス費も増加して、顧客にはメリットの少ないものとなっているにも拘らず、ハイブリッド車、一辺倒になっている。現代生産されている自動車では、エンジン以外の、燃費軽減は殆んど実施されていないのが現況であり、又、ハイブリッド車を認めねばならない状況になっている。然し、自動車革命の波は、益々大となり、現代は電気自動車が発達し、原動機構の給電プラグ化、軽量化するプラグインハイブリッドのテーマで各自動車メーカーはしのぎを削って競合、開発に走っている。

次にこの空気圧増幅機構を外輪リムに設ける構成の他に、期待される方法として、この有効な回転力を発生させる技術構成のみを複数に渉って放射状に９０°交差させた出力軸を設け、この軸に大きな回転力を発生させる構造を回転製品として商品化すれば、駆動源としてガソリンを使用しない空気圧を１００％利用する回転エンジンが創成されることが考察される。

上記に示した燃費軽減に関する課題の解決方法を説明する。背景技術に示した如く、解決すべき課題は、どのようにして簡単な構成で、大きな燃費改善が達成されるかであり、これを２つの課題に分けて説明する。この２つの問題に対して共通する点は、全く関与していなかった技術部門は、外輪構成と空気圧エンジンの構造である。すなわち、一般の自動車エンジンでは、自動車架台に装着した場合の、回転力によって、車輪自体は、タイヤが地表面の摩擦に打勝って、エンジンの回転エネルギーを伝達し、車体を効率よく、高速度で前進させる機能が要求されるが、自動車のエンジン機能以外で、ハイブリッド方式の燃費改善技術に匹敵するエネルギー改善効果を出すべく、自動車車輪リム、周円部を活用し、自動車エンジンの回転力に、更に有効な回転力を付加し、省エネ効果を施したのが、これらの本発明構造であり、背景技術に示した課題を大きく克服したものと考察している。

この２つの発明は、自動車の例示の如く、一般的な車輪では、考え得なかった構成で、機械的な操作を必要とせず、従って摩耗や、機能の問題で支障をきたすことは皆無で、燃費改善のため加工したり、組立をする工程は存在しない構成を採用し、これによって、更に絶大な信頼と、効果を得るべく構造化したものである。

本発明は、上述せる課題を克服し、達成させる方法として、受圧構造部の構成が重要であって、本発明の２つの主な構造は、殆んど同一であり、今、第１の発明につき考察すれば、そのリム内周にわたって、構成した複数の受圧構造部を、回転方向を受圧面とすると共に、この受圧面につながる連絡孔に通じる１８０°反回転方向側に、受圧面が存在しなくなる加圧空間をつくり、該、受圧面の存在しない加圧空間は、その構造部品によって“受圧面圧力−封止シール摩擦力＝１８０°反回転方向側のスプリング張力”となる如く、該、封止シールと一体となっている反受圧面弁体は、該、弁体の前後の圧力は、バランス状態となって、反受圧面弁体に働く圧力は弁体自体の前後で釣合い、各々の作動する圧力は“０”となる。

この手段の詳細については、“発明を実施するための最良の形態”の項目で説明するが、上記に説明した如く、受圧構造部では、回転方向へ直角に作用する空気圧力として構成し、そして空気圧力が作用する、受圧面と該、受圧面中心から、車輪軸心までの距離をモーメントとしてトルクを発生させる。尚、この作用個所は外輪リム内周に構成され、複数に及ぶそのトルクモーメントの合計値が車輪、軸心に作動する。

本発明は２つの形態に分けているが、これは空気圧の供給方法の違いのみで、自動車タイヤの封入圧と、放射状に複数の受圧構造部を、９０°交差させた出力軸としての空気圧エンジンを主に、供給する空気圧による構成としているが、該、受圧構造部の、受圧面への加圧を発生させ保持する構造は、２つの発明とも同一原理によるものである。

上述しているように、本発明構成は、図１より図７に示すが、この構成のもたらす効果は次の通りである。一般には円筒チューブ内、若しくは円筒管内の内圧は、１８０°反対側面は同圧となって、相互への反力はなく静止状態である。然るに本発明では１８０°反対側面には、弁体に掛る圧力とスプリングの張力によって弁体を動かす加圧力が“０”になって、本、受圧構造部には、回転方向へ直角に作用する空気圧力として作動する構成のみとなる。この事より、本発明の効果を列記すれば、次の如く考察できる。

該、発明は動体を回転させるエネルギーとしては、圧縮空気を使用しており、ガソリンや電力を主として使用せず、従って、ガソリンや電力等の駆動エネルギーは極端に小に選定することができるので、省エネには最適となっている。その示現方法として、第１の発明である自動車車輪リム、円周部を活用する構成は、前記円周部に対応するタイヤ内の空気圧力（２．２〜２．４Ｋｇｆ／ｃｍ^２）を利用するので、極めてシンプルな構成になる。すなわち、タイヤ内の空気圧力を利用し、４つの車輪を加速させるが、受圧構造部に作用する受圧力を大きくすることにより、大きくガソリン量の使用を制限することが可能になる。これは現在、電気バッテリーでモータ駆動を考慮している電気自動車には、該、併用によりガソリン及び電力の使用量を大きく減少できる有意義なものである。

又、第２の発明の骨子として、車輪リム上のタイヤ内の空気圧力を使用せずに、工場内雑用空気として存在する、（５〜７Ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧縮空気などを流用し、別配管にて補助タンクで高圧空気を供給する方法で、受圧構造部を放射状に複数に設けて回転軸として設定、構成し、車輪リム以外に圧縮機構をもった新規の考えによる、圧縮空気回転エンジンの構成に発展することができる。

次に、該、発明に関連する構成として、空気圧縮機を付帯、或は小形内蔵式にすることも可能で、これ等は総じて車軸と、増減速機構、発停機構、最終負荷（発電機等）を直列に連結することが出来て、コンパクトに、且、高低速に構成し、対応できるものである。これらの構造をハイブリッド方式に採用することによって、更に構造の複雑なハイブリッド方式も簡略化され、重量も軽減されることにより、コストも安く、従来のエンジンと比較しても総ての点を含めて、付加価値の高い構造になり、より有効な効果を発揮するものである。

本発明、第１の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。

本発明の図１及び図３は、外輪リムに設けるタイヤの回転増幅機構の構成を示す。図１は正面図と、図２はその側面図、図３は回転を発生させる受圧構造部を示す構成図である。
図１〜３にあって、１．は車輪ボス、２．は車輪で、タイヤ装着部は寸法、Ｄで表わすが、タイヤ外輪の大きさにて変化する。３．は車輪アームであるが、車輪のデザインで外観は相違する。４．は車輪リムで、６．はタイヤ内圧部で、９．車輪回転中心線上に、７．受圧本体を４．車輪リム円周部に複数動釣合を考慮して設ける。１０．は受圧面で、７．の受圧本体は、８．取付部にて、４．車輪リムに嵌入する。１１．は反受圧弁体で１２．合成ゴム×リングと１２’．垂直リングで１１．反受圧弁体のＣ大気ゾーンへの洩気を完全に防止する。１３．は釣合蓋で、１４．バランススプリングでＢスライド面加圧空間ゾーンと、Ｃ大気ゾーンの各圧力を釣合わせる。１５．は通気孔を示す。１６．はＯリング、１７．は釣合蓋の固定止めを示し、Ａは受圧空気導入部、ＢはＥ直径の１１．反受圧弁体のスライド面である。Ｃは１４．バランススプリングの張力調整部を示し、大気圧ゾーンになっている。１５．通気孔は大気につながっている。

次に５．の受圧構造部、本体を図１〜図３によりその構成作動を説明する。
今、タイヤ内空気圧力は、Ｐ＝２．２〜２．４Ｋｇｆ／ｃｍ^２（２１５．６〜２３５．２ＫＰａ）を保持し、Ｄ＝３８ｃｍ（１５ｉｎ）の車輪において、７．受圧本体は複数、動釣合いに設定する。図３にあって、Ａ受圧空気導入部、１１．の反受圧面のＢスライド面は共にＥ’及びＥ直径による円筒形状でＥ’はＥよりやや大に構成されている。
図３にあって６．タイヤ内の圧力空気は、４．車輪リムに設けた８．取付部でねじ込み固定し、洩気のないようＯリング、固定接着剤で完璧に固着させるが、その際、回転方向Ｆと同方向に１０．受圧面を向ける。Ｃのバランススプリングの張力調整部内は大気圧になっている。

Ａ受圧空気導入部へ、８．取付部から入った６．タイヤ内の圧力空気により、Ａの受圧空気導入部内は前記したＰ＝２．２〜２．４Ｋｇｆ／ｃｍ^２の空気圧が作用するが、同圧は同時に、１１．の反受圧弁体にも圧力は掛かる。その加圧力により、１１．の反受圧弁体は、右方向に押されるが、１２．合成ゴム×リングの封止抵抗と１４．バランススプリングで１１．反受圧弁体の前後圧力は釣合い、Ｅ直径、円筒部で制止する。即ち１１．反受圧弁体にはＢ内圧力は加圧しない構成となり、７．受圧本体には、２０．矢印方向と同方向の１０．受圧面のみ圧力が作動することになる。

今、Ｅ’＝２ｃｍ、７．受圧本体をＮ＝６ヶ所、Ｐ＝２．４Ｋｇｆ／ｃｍ^２、Ｌ＝０．１９ｍとすれば、Ｈ軸心に作用するモーメントトルクＴは、Ｔ＝０．７８５Ｅ’^２・Ｐ・Ｌ・Ｎ＝０．７８５×２^２×２．４×０．１９×６＝８．５９１０４Ｋｇｆ−ｍとなり、この数値はタイヤ車輪の一つのモーメントトルクを示すものである故、４輪自動車ではＴは４倍になり、８．５９１０４×４＝３４．３６４１６Ｋｇｆ−ｍとなって、大きなトルクを得ることができる。従って、該、自動車は停車位置のハンドルシフトで自動で動くことになる故、新規にこのモーメントトルクを停止させるハンドルシフトは当然必要になる。

次に図４〜図７により、第２の発明要因たる空気圧エンジンの構造につき、説明する。本第２の発明に際して、図５にＡ受圧空気導入部を示しているが、内部構造及び、構成部品の作動は、第１の発明で説明した、図３と同一であるので、ここでは説明を省略する。

２２．は受圧構造部連桿で２３．の主軸から放射状に構成する。２４．は空気圧エンジン本体ケース、２５．は空気圧エンジン本体を示し、２６．はベアリング、２７．２９．は補助コンプレッサで、Ａ受圧空気導入部へ空気圧補給時は２８Ａ給気口へ接続する。２８．は補給パイプを示す。３０．は空気圧エンジンや燃料電池等の最終負荷を表わす。３１．は増減速機で３２．は増減速すべての位置に対応できるクラッチである。

本第２の発明による、構成部品の作動に於いてのポイントは、２８．補給パイプに入った圧力空気は、放射状に設けたＡ受圧空気導入部に連結され、１０．受圧面に加圧される事によって、複数の２２．受圧構造部連桿により、２０．矢印方向にＬのモーメントトルクＴが複数作用し、大きなモーメントトルクの合算によって、２３．の主軸を強力に回転させる。図４及び図６はその空気圧エンジンの全体想定図でメカニズムの概略を記す。

第１の本発明による外輪リムに設ける空気圧回転増幅機構の側面断面図。第１の本発明による外輪リムに設ける空気圧回転増幅機構の正面図。第１の本発明による空気圧回転増幅機構の受圧構造部、構成図。第２の本発明による空気圧回転エンジンの構成正面図。第２の本発明による空気圧回転エンジンの受圧構造部、構成図。第２の本発明による空気圧回転エンジンの構成側面図。第２の本発明による空気圧回転エンジンに於ける最終負荷一連図。

１……車輪ボス２……外輪
３……車輪アーム４……車輪リム
５……車輪の受圧構造部６……タイヤ
７……受圧本体８……取付部貫通孔
９……車輪回転中心１０……受圧面
１１……反受圧面弁体１２……合成ゴム×リング
１２’……垂直リング１３……釣合蓋
１４……バランススプリング１５……通気孔
１６……Ｏリング１７……釣合蓋の固定止め
２２……受圧構造部連桿２３……主軸
２４……空気圧エンジン本体ケース２５……空気圧エンジン本体
２８……補給パイプ３０……空気圧エンジン最終負荷
３１……増減速機３２……クラッチ
Ａ……受圧空気導入部Ｂ……反受圧スライド面の加圧空間
Ｃ……バランススプリング張力調整部Ｅ’……受圧空気導入部直径ｃｍ
Ｄ……タイヤ装着部径Ｌ……受圧面のトルク作用半径ｍ
Ｈ……軸心Ｅ……反受圧面のスライド面直径ｃｍ
Ｔ……タイヤ車輪一つのモーメントトルクＫｇｆ−ｍ
Ｐ……タイヤ内圧力Ｋｇｆ／ｃｍ^２

Claims

圧縮空気を内封するタイヤ車輪にあって、その外輪リムより中心に向って、車輪ボスを介して回転軸を、一体に構成して成る車輪で、該、外輪リム及び車輪ボスに渉ってタイヤ内側に内圧部を構成し、外輪リム内周面に、複数の受圧構造部を設け、該、受圧構造部は、回転方向位置に、受圧面を備えて、この受圧面とつながる空間を、タイヤ内圧部と接続する取付部貫通孔で連結した加圧空間とすると共に、１８０°反回転方向側に反受圧面弁体を構成し、該、反受圧面弁体は、摺動封止する、封止シールと共に背面からスプリングにて、加圧し、この加圧空間において、反受圧面弁体の前、後の圧力が釣合う如く、釣合蓋には大気に通ずる通気孔をもうけ、受圧構造部、受圧面の１８０°位置には、反受圧面を構成させない構造とし、更に受圧面中心から、車輪軸心までの距離を乗じて、モーメントとして車輪軸に、回転力を増付加する構成とした事によって、走行に必要な回転を増幅させる機能を備え、且、該、受圧構造部を車輪リムに付帯、成形して成したことを、特徴とする空気内封タイヤ、外輪に設ける空気圧回転増幅機構。
指定する方向に、受圧面を備えて、且、加圧空間も設ける構造をもって、部品構成する受圧構造部をもった回転機構にあって、該、受圧面と連結する空間は、圧力空気を接続した加圧空間とすると共に、該、加圧空間の受圧面とつながる反受圧面空間には、摺動する反受圧面弁体を備え、封止するシールを構成すると共に、該、弁体の背面から、スプリングにて加圧し、この、反受圧面弁体の前、後の圧力が釣合う如く構成し、釣合蓋には大気に通ずる通気孔を設け、該、受圧面の１８０°位置には、反受圧面を構成させない構造とすると共に、主軸から放射状に、受圧構造部たる回転機構を受圧構造部連桿にて複数個、構造化し受圧面に加圧させることによって、大きなモーメントトルクが合算され、主軸を、矢印方向に、強力に回転させる構造を備えた、空気圧回転機構により成り、駆動する回転エンジンの構造。