JP2016021846A

JP2016021846A - 深海用動力装置

Info

Publication number: JP2016021846A
Application number: JP2014157014A
Authority: JP
Inventors: 石山　幸男; Yukio Ishiyama; 幸男石山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-02-04

Abstract

【課題】日本の近海にはレアメタルやエネルギー源のメタンハイドレートが沢山眠っている。これらを日本の得意な技術である安全で丈夫なロボットなどで採掘しようとしてもその動力源がない。これまで、電動機の原理で挑戦した例はあるが課題が多く実用化に至っていない。本発明は、これらの課題を簡単な構造で解決するものである。
【解決手段】本発明は、これらの課題を解決するために、発想を転換し、電磁式であるが、直動式ソレノイドによりクランクを回転運動に変換し動力源とするものである。ソレノイドは構造が簡単で、摺動部に水が入っても良いので耐圧構造にする必要がない。どんな深海でも動作する。
ソレノイドでは、通電率やストロークが問題となるが、本発明では、ソレノイドを複数個使ったり、（＋）（−）パルスをマイコンでタイミングを計り、サイリスタを動作させる事によって課題を解決するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、海底資源掘削用ロボットの動力源となる新しい技術に関する。

日本近海には、レアメタルやメタンハイドレートなどの天然資源が豊富にあり、これを採掘する為の動力源が無く、これまで、電動機（モーター）を改造して高耐圧防水型、耐塩水型にするためにローターとステーターを逆にしたり、内部に高圧水を入れたりした試作が試みられたが、１０００ｍ級の深海では連続運転や長寿命のものが実現出来ない状態にあった。

深海用ロボットの動力源として必要な課題は、超高圧の水中で作動する事、耐塩水、長寿命であること等を達成した動力はない。その為、深海の資源開発が進んでいない状態が大きな課題である。

本発明は、この様な課題を、単純な構造で解決するものである。
即ち、直動形のソレノイドを複数使用し、この先端にユニバーサルジョイントを取り付けクランクシャフトに連結し、回転運動とするものである。
このソレノイドには、＋と−電圧を適当な間隔で加え（押す）力と（引く）力を利用する。これを複数個配置し、そのタイミングをマイコンで制御しスムーズな回転力を生み出す。又、この構造では、海中にそのまま沈める事が出来るので、どんな水圧にも塩害にも問題なく作動する事で、既存の技術の改良によって課題を解決するものである。

本発明実現の効果は、直動型ソレノイドを複数使用する事によって（１）簡単な構造で、超高圧下で作動出来る。ボビンとプランジャーの間に高圧水や塩水が入っても動作に支障はない。（２）適材を使用することによって耐塩性、高耐久性にするのが簡単。それは、摺動する部分は低摩擦の樹脂（テフロン）を使用する事による。（３）プッシュ（＋）電圧、プル（−）電圧を加える事によって通電率を低くし、押圧力を高める。（４）構造が簡単なため装置全体として安価に出来る等の理由で、本発明は深海用動力源として最適な構造である。

発明の実施例

以下、図面により一実施例を説明する。
（図２）は、直動式ソレノイドの断面を示す。８，コイルで９，ボビンに巻かれており、ボビンは機械強度の強い樹脂（３フッ化樹脂（デルリン）を使用する。１２，プランジャーで８，コイルに流れる電流によって、左右に駆動する。９，ボビンを保護するために、１０，パイプを９，ボビンの内側に取り付け、１０，パイプを摩擦係の小さい樹脂（４フッ化樹脂（テフロン）にすることによって、１２，プランジャーとの摩擦を少なくし、永続的に使用出来る。８，コイルは、巻線完了後、強固な樹脂（ＦＲＰ等）ので固め、１３，カバーを被せ、２２，端子箱の内側にも同じ樹脂（ＦＲＰ）で端子を固定する。

（図１）は（図２）で示した１，ソレノイドを複数個配置し、中央部の１７，クランクシャフトを回転する為の配置図である。
（図１）において、４，仕切版（アルミ合金製）に３，支持板（ステンレス製）によって固定される。（図１）は透視して一枚の平面図に表したが、４，仕切板はソレノイドが複数個の場合はその数の分だけ有り、５，連結棒によって固定される。２，プランジャーの先端には１４，ユニバーサルジョイントによって１３，駆動ロットと接続され、１７，クランクシャフトを回転する。

本発明の重要な要素である直動形から回転方式変換する事に関して説明する。（図５）において、右側の１４，ユニバーサルジョイントにより１２，プランジャーと１３，駆動ロットとが連結されており、１３，駆動ロットがクランクシャフトと連結されている。１３，駆動ロットの先端が▲１▼の位置に来た時、（図３）Ａの（＋）パルスが流れ、ソレノイドは（押す）力が働き▲２▼までクランクを回す。次に▲２▼〜▲３▼は（図４）Ｂのソレノイドに＋パルスが作用する。
１３，駆動ロットの先端が▲３▼の位置に来ると（図３）Ａの（−）パルスが働き▲３▼〜▲４▼まで（引く）力が働く。この様にソレノイドが順次に作動し、常に（押す）と（引く）力が作用し、そのタイミングをマイコンで調節する。従って、この場合、１，ソレノイドの個数は、５個が望ましい。

（図６）は本発明の横断面図で、４，仕切板に１，ソレノイドが固定され、１７，クランクシャフトを回転し２３，ギアボックスに回転運動を伝える機構を示す。機構部全体は１５，カバー（ステンレス製）に覆れ、内部との海水の流通は、１９，フィルターによって行われ、１５，カバー内部は、常に綺麗な海水のみで満たされている。

（図７）は、１，ソレノイドを２個使用し、１Ａ、はプッシュ（＋）駆動、１Ｂ、はプル（−）駆動に分担して１２，プランジャーを駆動する。
その理由は、通電率を低くする手段の一つである。

（図８）は、回路のブロック図であり、２４，直流電源を２６，サイリスタによってプラス波形、マイナス波形を形成し、これを２５、マイコンによってタイミングを計り、１，ソレノイドに送電する。これらの電気回路部は強固な樹脂（ＦＲＰ樹脂）で固めるので、耐圧、耐塩に問題ない。

本発明の主要部を表す配置図本発明の主要部をなすソレノイドの断面図ソレノイドに加えるパルス波形とタイミング図ソレノイドに加えるパルス波形とタイミング図ソレノイドのプッシュとプルの作動タイミングを示す図本発明の主要部を表す横断面図直動式ソレノイドを２個連結した断面図本発明のソレノイドを駆動する電気回路ブロック図

１，ソレノイド３，支持板
４，仕切板５，連結棒
８，コイル９，ボビン
１０，摺動パイプ
１２，プランジャー
１３，駆動ロット
１４，ユニバーサルジョイント
１５，カバー１６，軸受
１７，クランクシャフト１８，軸受Ｂ
１９，フィルター２０，軸受Ｃ
２１，軸受Ｄ２２，端子箱
２３，ギアボックス２４，ＤＣ電源
２５，マイコンボックス２６，サイリスタ

Claims

深海で作業する動力源として、直動式ソレノイドを複数個使用し、直線運動を回転運動に変換して動力とするものにおいて、本発明の新技術が包含される。コイルを捲くボビンは強度のある樹脂（３フッ化樹脂など）、プランジャーが摺動するボビンの内側には滑りが良く耐摩耗性の良い樹脂（４フッ化樹脂など）で直動するプランジャーの軸受けとし、プランジャーはクロムメッキ等で防錆処理を施し、コイル全体は、端子部を含め樹脂（ＦＲＰなど）で固め、これをステンレス製のカバーで覆い海水が流通しやすく穴を開けフィルターを装備し、プランジャー摺動部に海水が入っても、カバー内に水が入っても常に深海の深度に応じた圧力と平行するため、高耐圧、耐塩水とする必要がない構造とした事を特徴とした深海用動力装置。
ソレノイドの直線運動をクランクシャフトにより回転運動とするために、プランジャーの先端にユニバーサルジョイントを取り付け、回転運動に対応した事を特徴とする（請求項１）記載の深海用動力装置。
ソレノイドのプッシュ力（＋）とプル力（−）を利用するために、＋電圧と−電圧を交互に加える事によって駆動力を増し、通電率を下げ、大容量のサイリスタをマイコンによって制御してタイミングを取る事を特徴とする（請求項１）記載の深海用動力装置。
クランク軸を支持する軸受け部には、滑りが良く摩耗が少ない樹脂（４フッ化樹脂など）をコーテングし焼け付け、耐塩水、耐摩耗を考慮した事を特徴とする（請求項１）記載の深海用動力装置。
制御回路など端子部を含め全て樹脂（ＦＲＰ樹脂など）で固形化して耐圧、耐塩水型とした事を特徴とする（請求項１）記載の深海用動力装置
ソレノイドのプッシュ（＋）とプル（−）を別々に通電する事によって通電率を低くするために、２個のソレノイドを同じプランジャーに直列に配置した事を特徴とする（請求項１）記載の深海用動力装置。