JP2016084799A - 振動波による推進力発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水平回転軸を回転軸とする回転板の外側に加重体を固定し、垂直軸に固定した振動伝播台に回転板を複数個均等配置し、複数のモーターを回転同期させ、機体に上昇推進力を発生させるために、上昇側にのみ作用力を発生させる仕組みが必要。【解決手段】複数の両軸モーター回転軸に小歯車１３を固定し、振動伝播台６の垂直軸１５を回転する歯先を下向きに取付けた中央大歯車１２に、小歯車の上方側を噛合わせ集中連動し、複数の回転板に取り付けた加重体を同期回転させる。これにより振動伝播台が上昇方向に振動すると小歯車に上昇振動波が伝播し、中央大歯車を押し上げる作用力が発生する。小歯車の下降振動波は中央大歯車には噛合わないため伝播しない。そのため上昇方向にのみ作用力が発生し、外界に作用力を及ぼすことなく推進可能となる。【選択図】図５

Description

単独回転体の不均衡な遠心力（アンバランス）により、弾性体である振動伝播台の端が上下振動し、振動伝播台上にある小歯車が上昇側に振動すると、その振動力により外部側の大歯車を押し上げる作用力が働く。小歯車が下降側に振動した場合は大歯車には作用力を及ぼすことはないため、上昇側にのみ作用力が発生する。そのため機体の質量を変化させ推進力を得ることを可能とする、振動波による推進力発生装置に関するものである。

現在、空間に高く浮上する推進方法は燃焼方式や空気抵抗を応用するものがほとんどであり、宇宙空間においては、応用できる推進技術は限定的である。
燃焼方式や空気抵抗等を応用する方式以外に、外界に変動を及ぼすことなく、遠心力を応用してあらゆる空間で推進力を発生する方法は解明されていない。

過去にも回転するジャイロを公転させることによる推進力発生装置が種々提案されているが、そのほとんどは理論的に錯誤があり推進力は発生しない。ジャイロに幾多の創意工夫を施して複雑回転させても、遠心力は回転軸に対して３６０°均一に作用するのみである。
力として作用するためには一方向にのみ力が働く必要があるが、ジャイロ自体の遠心力はそのような性質でないため推進力にはならない。

特開２０１２−１３７０８２ 特開２００８−３８６１７

特許文献1において、複数の加重体（単独回転体）及びモーターを回転同期させる方法として、コントローラを用いてその目的を達成する意図が示されている。しかし、回転板から離れた距離にある加重体を回転させると、遠心力が不均衡なためターンテーブル（振動伝播台）が振動して加重体の回転軸に回転負荷が掛かるため、通常の回転より回転抵抗が大きく回転速度は大幅に遅くなるものであった。そのため、コントローラ制御が的確に機能せず、複数のモーターをコントローラで回転同期させることは技術的に困難であった。又、回転同期した場合でも、遠心力により装置の重量変化を伴う上下振動が発生するのみで、推進力は発生しないことを本装置の実験過程で確認した。
機体に上昇推進力を発生させるには、上昇側にのみ作用力を発生させる仕組みでなければならない。

回転板の外側（又は、外縁）に取付けた複数の加重体（単独回転体）を回転同期させる手段として、複数の両軸モーターの片軸に小歯車を固定し、１個の中央大歯車に前記小歯車を集中連動させることにより、確実に回転同期が得られる形態を考案した。
この形態により、多くのモーターを脱調することなく容易に回転同期できる。
また、中央大歯車は各モーター軸の小歯車からの回転力及び上昇振動力を受けるため、装置の外部に作用力を及ぼすことなく推進力を発生させるための重要な機能を有する。

本発明の、複数のモーター回転軸に取付けた小歯車を中央大歯車に集中連動することにより、容易に回転同期するため、装置の製造が容易になり開発が促進できる。又、本装置の仕組みは、単独回転体の不均衡な遠心力により、振動伝播台に発生する上下振動を、上下に噛合わせた歯車の位置的な構成により、上方側の中央大歯車には下方側の小歯車から上昇成分の振動力のみ伝導するため、装置の重量が軽減する上昇推進力が発生する仕組みを特徴とする。

垂直軸固定式推進装置側面図（配線省略） 垂直軸回転式推進装置側面図（配線省略） 実験装置１全体図（配線等一部省略） 実験装置１平面図（配線省略） 実験装置１詳細側面図 実験装置２詳細側面図 実験装置３平面図 歯車連結状況その１ 歯車連結状況その２ 推進力発生説明図 振動波形図

本装置により推進力を継続発生させる第一の手段として、垂直軸に振動伝播台を固定する。
第二の手段として、振動伝播台の端に、その端から中心方向を基準線として、水平回転軸を回転軸とする回転板の外側又は、外縁に１個の加重体（単独回転体）を取付けた回転振動体を設置する。（以降、アーム及び加重体部分を単独回転体と記載する。）
第三の手段として、複数の単独回転体を回転同期する目的として、垂直軸を回転する中央大歯車の歯先を下向きに設置する。
第四の手段として、振動発生体の水平回転軸と連結する両軸モーターの片軸に取付けた小歯車の上部側を中央大歯車に連動設置する。
第五の手段として、前記回転振動体及びモーター等を、同様な構成で振動伝播台に複数個均等配置する。（非均等配置でも可能。）

本装置は振動伝播台に発生する振動力を応用して推進力とするため、回転振動体を振動伝播台の垂直軸を周囲から均等に挟むような配置にする。回転振動体及びモーター等は１個でも推進力を発生するが、中央大歯車に作用する力のバランスが取れないため推進力の発生が不安定である。従って回転振動体及びモーター等は２個以上の配置が適当である。

複数のモーターを回転同期させる目的は、回転の瞬間ごとに振動伝播台に発生する振動力の上昇成分を一致させることにより、推進力を得るためである。振動力の上昇成分が一致する回転でなければ共振しないため推進力が得られない。

推進力の発生を確認する実験装置として、３個の形態を作製した。
「実験装置１」．単独回転体の水平回転軸と、振動伝播台との水平軸上の高さが異なる形態。（図３〜図５）
「実験装置２」．単独回転体の水平回転軸と、振動伝播台との水平軸上の高さが一致する形態。（図６）
「実験装置３」．垂直軸を中心として、振動発生体及びモーター等を対称的に２個配置とした形態。（図７）

以下に、「実験装置１」である、単独回転体の水平回転軸と、振動伝播台との水平軸上の高さが異なる場合の振動力の作用事由について構成と共に述べる。

振動伝播台は垂直軸に固定しているため、振動伝播台に発生する力は垂直軸が受けることになる。例えば、重量計で比較的大きな台座の端に物を載せても、正確な重さを量れるのと同じ原理である。
振動伝播台の端に取付けた単独回転体を回転させると、遠心力が不均衡なため、振動伝播台には衝撃による振動が発生する。
振動力は振動伝播台のたわみ方向と同じく、上下動する力の伝導である。

垂直軸は回転可能な状態で機体に固定してあり、垂直軸を持ち上げるためには機体の全重量分の力が必要になる。そのため、通常は振動伝播台の振動力より大きい静止摩擦力が作用している。
この垂直軸に同軸を回転する中央大歯車の歯先を下向きに取付け、各モーター軸に固定した小歯車の上方を中央大歯車と噛合せて配置する。これにより複数の単独回転体は回転同期が可能となり、各単独回転体による遠心力の周期も一致することになる。
加重体の遠心力により振動伝播台の端が上昇方向にたわむと、モーター軸に固定した小歯車にも上昇方向の振動力が伝播する。小歯車から上昇成分の振動力は外部側にある中央大歯車を押し上げ、下降成分の振動力は噛合わないため中央大歯車には伝播しない。この上昇成分の振動力が、垂直軸を押し上げる作用力となり、総じて機体重量を軽減する力になる。
モーター１個当りの小歯車の上昇成分力は限定的であるが、数個が同時に作用するため数倍の力になる。

実験装置１の、中央大歯車は基準円直径が３２ｍｍと小さく、垂直軸に近いため振動力は減衰する位置にあるが、機体重量を軽減させる作用力が発生することが確認できた。

実験装置１の概要は次のとおり。（図３〜図５）
回転板の直径１２ｃｍ、振動伝播台半径２０ｃｍ、垂直軸直径１ｃｍ、アーム長６ｃｍ、加重体重量約３ｇ、（ただし、アーム全体の重量は約１１ｇ），振動伝播台及び回転板の材質は鉄板で厚さは振動伝播台２．０ｍｍ、回転板２．３ｍｍ。振動伝播台を含めた上部全体重量６．０ｋｇ。
装置全体重量９．１ｋｇ。振動伝播台裏側（回転振動発生体からモーターの直下）にたわみ防止のため、長さ１２ｃｍのＬ型鋼を３本固定している。
モーターのコントローラは電流制御設定、単独回転体の回転数は外部からの測定値である。（図５は側面部分図）

実験結果。
実験装置１をデジタルはかり台に固定し、装置重量がどの程度軽減するのか検証したものである。振動伝播台の回転数は約１８０ｒｐｍである。
実験１．単独回転体回転数約３３００ｒｐｍ 軽減重量約０．９ｋｇ
実験２．単独回転体回転数約３９００ｒｐｍ 軽減重量約１．５ｋｇ
実験３．単独回転体回転数約４３００ｒｐｍ 軽減重量約２．０ｋｇ
記載した軽減重量は最大値であり、記載値の−０．５ｋｇ程度が最小値である。
又、実験時間中、軽減重量（推進力）は常に継続発生している。
電流値は実験１から順に、３．０Ａ，３．３Ａ，３．５Ａである。

次に、「実験装置２」である、単独回転体の水平回転軸と振動伝播台の水平軸上の高さが一致する場合の実験状況を述べる。（図６は側面部分図）

実験装置２の実験目的は仮説として、単独回転体の水平回転軸と振動伝播台が同じ水平位置にあるため、単独回転体が右回転し、さらに振動伝播台が右回転すると、振動伝播台の上方側では単独回転体の回転速度と振動伝播台の回転速度が合成されて速くなり、又、下方側では互いの回転方向が逆になるため合成速度が遅くなる。その結果、遠心力が相対変化して遠心力差が発生するのかを実験したものである。実験の結果、単独回転体および振動伝播台の回転方向をどのように変えても、実験装置の軽減重量は同じ値であり、装置の重量が減少する効果のみ確認でき、重量が増加する現象は起こらなかった。
この実験により、実験装置の軽減重量現象は双方の回転方向は関係しないため、遠心力によるものではなく、振動力によるものであることを解明した。

実験装置２は実験装置１を改造したもので、ほぼ同じ寸法であるが、振動伝播台を含めた上部全体重量は７．８ｋｇである。装置全体重量１０．９ｋｇ。振動伝播台の回転数などの実験条件は同じである。
実験１．単独回転体回転数約１９００ｒｐｍ 軽減重量約１．０ｋｇ
実験２．単独回転体回転数約２２００ｒｐｍ 軽減重量約１．３ｋｇ
実験３．単独回転体回転数約２３００ｒｐｍ 軽減重量約１．７ｋｇ
軽減重量の最小値は前記と同程度である。
電流値は実験１から順に、６．０Ａ，７．０Ａ，８．０Ａである。

実験装置２は、振動発生体部分の重量が構成上重いのと、同部分の取付けのため振動伝播台の一部開削が原因で、実際の振動は実験装置１と比較して大きい。

軽減重量を単独回転体の遠心力と比較すると、単独回転体回転数２２００ｒｐｍでは遠心力は計算から１．９ｋｇ重であり、３個の遠心力は５．７ｋｇ重となる。実験での軽減重量は１．３ｋｇであり、遠心力の約２３％の振動力を推進力として確認できたことになる。また、振動伝播台の振動と、単独回転体の回転数は相対関係にあり、振動伝播台の振動が大きいと回転抵抗が増加し、単独回転体の回転数は減少することも判明した。これらの実験から、モーターの消費電力が少ない高速回転が効率的である。

上記いずれの実験においても、振動伝播台の回転有無は推進力の発生原因には関係しない。振動伝播台は回転しなくても推進力は発生し、回転により推進力が増加する現象は見られない。
ただし、振動伝播台の傾きの補正や、常に同じ部位に摩擦抵抗が掛からないようにする目的での回転は有効的と思われる。

「実験装置３」（図７）は垂直軸に対し、モーター等を左右対称に配置したものである。実験の目的は、左右の単独回転体は直線上で互いの回転方向が逆で、互いの振動力が正面入力となって打ち消し合わないかを確認するためである。
実験装置３の寸法や振動伝播台の回転機構等は「実験装置１」と同じであるが、振動伝播台は鉄板厚が２．３ｍｍで、振動伝播台の裏側にたわみ防止のＬ型鋼は設置していない。

実験結果。
単独回転体回転数約２０００ｒｐｍ 軽減重量約０．７ｋｇ
（コントローラ電流値は６．０Ａである。）

実験では推進力の発生が確認でき、振動力の打ち消し現象は発生しなかった。
前期いずれの実験においても、電流値が一定であっても軽減重量は常に変動があるため最大観測値を記載した。それぞれの実験状況は動画として保存している。
実験に使用したかさ歯車（ＳＵＳベベルギヤ）は、中央大歯車の基準円直径３２ｍｍ、小歯車の基準円直径１６ｍｍ、モジュール２である。

図１０は本装置の推進力発生説明図である。弾性体である振動伝播台に、単独回転体の不均衡な遠心力が作用するため、振動伝播台は構造的に上下方向に振動する。単独回転体と小歯車は連動しているため、次のような関係になる。
振動の周期＝単独回転体回転数＝小歯車回転数
複数の加重体が同期回転するため、加重体が上昇方向側を回転しているとき振動伝播台は全体が上昇方向にたわみ、下降方向側を回転しているときは反対に全体が下降方向にたわむ。（図１０（Ａ））
従って、小歯車の回転位置と振動力方向は一致する。（図１０（Ｂ））
そのため、振動伝播台のたわみが大きいと回転抵抗が発生し復元時間を要し、単独回転体の回転速度が遅くなる関係がある。
垂直軸に固定された振動伝播台の端部が、加重体の遠心力により上昇方向に振動すると、振動伝播台上のモーター回転軸上の小歯車も振動力により上昇する。噛合っている外部側の中央大歯車は上向きの振動力により押し上げられ、下向きの振動力は噛合わないため中央大歯車には伝播しない。従って、小歯車の上昇作用力は中央大歯車を回転させながら垂直軸を押し上げることになり、装置全体の荷重を減少させることになる。
本装置は、複数の単独回転体の遠心力による上下動する振動伝播台の振動力を応用し、上下歯車の噛み合わせ位置により、構造的に推進力を得ることを目的としたものである。従って、上下歯車の配置が逆転すると推進力の発生方向も逆になり、装置の重量は増加する。

振動力は振動伝播台の端部が発生源であるため、中央大歯車の直径を適度な大きさに拡大することにより、小歯車からのより大きな上向きの振動力を受けることは明らかである。この振動力は遠心力による強制振動であるため、理論的には振動伝播台の端部では遠心力と同程度の作用力となる。

図８はモーター回転軸に、図９は水平回転軸に小歯車を取付けた例である。直径の大きい中央大歯車との噛合わせが可能であり、共振性の高い振動力を受けることができる。

図１１は加重体の回転を時間経過で表したもので、振幅の波形は正弦波の１周期振動波である。複数の振動波が周期的に共振し、振動伝播台外部の中央大歯車に作用力を及ぼす。

本装置を作製する場合、回転板は比較的軽量にし、加重体を適度な重さにすることで、十分な遠心力が得られる。又、加重体の回転半径を小さく抑えることで、複数の加重体の回転同期角誤差を最小限にすることができる。
振動伝播台のたわみ防止のため、L型やT型等の鋼材（たわみ防止板）を垂直軸から放射状に組み合わせた柔軟な架台を設置することも効果的と考えられる。

本装置は、加重体の遠心力による振動伝播台のたわみを応用して、振動波を発生させて推進力とする推進機関である。
機体外部に作用力を及ぼすことなく推進力を発生し、全く無公害で環境に適した推進機関である。産業上の利用可能性として、地上や宇宙空間等あらゆる環境の中で推進力を発生することが可能である。多方面での利用が期待でき経済効果を生むものと考える。

１ 回転板（鉄板）
２ アーム（アルミ製）
３ 加重体（鉄板）
４ 自転用モーター（MAXON RE30 60W）
５ 電源スイッチ
６ 振動伝播台（鉄板）
７ 公転用モーター（TAMIYA スーパーストックTZ）
８ スピードコントローラー（TAMITA TEU-106BK）
９ 公転モーター用バッテリー（HYPER3900 7.2V）
１０ 自転モーター用リチウムバッテリー（12V）
１１ コントローラ（MAXON ESCON50/5）
１２ 中央大歯車（協育歯車B80SU40＊6）
１３ 小歯車（協育歯車B80SU20＊5）
１４ 歯車（小原歯車BSS0.8-30A,40A）
１５ 垂直軸
１６ 水平回転軸
１７ 振動発生体
１８ たわみ防止板(L型鋼)

Claims (3)

1. 水平回転軸を回転軸とする回転板の外側又は外縁に加重体を取付けた単独回転体一式を振動発生体とし、回転可能な垂直軸に固定した振動伝播台の端に該振動発生体を複数個配置し、同期回転する振動発生体と連結する複数のモーター回転軸に小歯車を固定し、垂直軸を回転する中央大歯車を下向きに取付け、中央大歯車を上方側とし、複数の小歯車を下方側から噛合わせ、振動伝播台の振動力を作用力とする、振動波による推進力発生装置。
   
2. 垂直軸を非回転とする請求項１記載の振動波による推進力発生装置。
   
3. 小歯車の固定位置を水平回転軸上又は水平回転軸と連動する回転軸上とする請求項１記載の振動波による推進力発生装置。