JP2016160970A - 回転動力増幅装置、回転式動力発生器及び発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に電力を発電しつつも、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる、回転動力増幅装置、回転動力増幅装置を具える回転式動力発生器、及び、回転動力増幅装置を具える発電機を提供する。【解決手段】回転動力増幅装置は、中心軸が水平に設置される主軸と、主軸により支持され、主軸の中心軸の回りを回転可能な主回転体と、中心軸の回りに設置され、中心軸の回りで変位可能な反発力発生部材を有し、主回転体の回転により反発力発生部材を変位して反発力を発生し、主回転体を回転する反発力発生機構を備える。また、回転式動力発生機及び発電機は、上記動力増幅装置を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力を発電し得る回転動力増幅装置、それを具える回転式動力発生器及び発電機に関する。

一般に、回転するエネルギーを軸出力にて電力に変換する回転動力増幅装置としては、特許文献１に開示されているように、回転軸の周囲を転動体で包囲することにより、回転速度を維持するものが知られている。

また、特許文献２には、滑車に重りを吊り下げ、重力により重りが落下する力を利用して発電機を回転させる重力式発電機が開示されている（特に図１を参照）。更に、特許文献３では、電気二重層キャパシタを動力電源とするソレノイドバルブが開示されている。

特開２０１０−６０１２４号公報 特開２００４−１２４８６０公報 国際公開２００９／１２２６８３号パンフレット

しかし、特許文献１に開示の回転動力増幅装置は、回転力を電力に変換するものの、その発電量は入力した回転力以下に留まるものであり、入力した回転力を超えて発電することはないことから、エネルギーの効率的な利用の観点からは不十分なものであった。また、特許文献２では、重りが落ちきってしまえば、発電を停止してしまい、連続発電機としては不十分であり、安定した電力源とはならない、という問題を有する。更に、特許文献３のソレノイドバルブは、駆動する専用電源を小型化し、省スペース化を可能とすることを企図しており、発電効率の向上や安定した電源としての使用については、何ら検討されていない。

したがって、本発明の目的は、回転により得られる電力の発電効率を更に向上させつつも、安定的な電力供給源として、連続的に電力を発電し得る回転動力増幅装置、並びにそれを具える回転式動力発生器及び発電機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の回転動力増幅装置は、中心軸が水平に設置される主軸と、前記主軸により支持され、前記主軸の前記中心軸の回りを回転可能な主回転体と、前記中心軸の回りに設置され、前記中心軸の回りで変位可能な反発力発生部材を有し、前記主回転体の回転により前記反発力発生部材を変位して反発力を発生し、前記主回転体を回転する反発力発生機構と、を備えることを特徴とする。

本発明の回転動力増幅装置は、前記主回転体が、前記中心軸の回りを回転可能な少なくとも１個の分銅を備えてもよい。

本発明の回転動力増幅装置は、前記反発力発生機構が、前記反発力発生部材として、前記主軸の前記中心軸の回りに相互に同心に配置される第１の磁石と第２の磁石を備え、前記主回転体の回転により前記第１の磁石と前記第２の磁石の相対位置を前記主回転体の回転方向に変位させて、前記第１の磁石と前記第２の磁石の間で生じる斥力により反発力を発生してもよい。

本発明の回転動力増幅装置は、前記反発力発生機構が、前記反発力発生部材としてバネを備え、前記主回転体の回転により前記バネを変位させ、変位させたバネにより反発力を発生してもよい。

本発明の回転動力増幅装置は、前記主軸の前記中心軸を中心として回転する駆動ギアと、前記主軸に固定される固定ギアと、前記主軸の前記中心軸と異なる中心軸の回りを回転する衛星ギアと、前記衛星ギアの中心軸に支持される分銅アームに支持され、前記衛星ギアの中心軸の回りを回転する分銅と、前記駆動ギアと一体に固定され、前記固定ギアと前記衛星ギアを格納するギアケースとを備えてもよい。

本発明の回転動力増幅装置は、前記主回転体が、内部に仕切りバネを備え、重り玉を格納する楕円形状の玉移動箱を有してもよい。

本発明の回転動力増幅装置は、前記主回転体が、重り玉を格納する弓状形状の玉揺動箱を有し、弓状形状の内部に設けられた凹部に重り玉を一時的に保持してもよい。
また、本発明の回転動力増幅装置は、前記主軸と異なる副軸にゼンマイバネを備えてもよい。

本発明の回転式動力発生器は、上記回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い回転動力を出力する回転動力出力装置とを備えることができる。

本発明の発電機は、上記回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い電力を発生させる発電装置とを備えることができる。

本発明によれば、連続的に電力を発電しつつも、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させることができる、回転動力増幅装置、それを具える回転式動力発生器、及び、発電機を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る磁石を備える回転動力増幅装置を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態に係る回転動力増幅装置において、磁石ホルダー内に電磁石を備える場合の構成を示す図、（ｂ）は、磁石ホルダー内に永久磁石を備える場合の構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る回転動力増幅装置のローターの回転を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るバネを備える回転動力増幅装置を示す図である。 （ａ）は、第２の実施形態に係る回転動力増幅装置において、バネを巻き絞る構成を示す図、（ｂ）は、バネを開放する構成を示す図である。 第２の実施形態に係る回転動力増幅装置において、カムロッドの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る重力ギアを備える回転動力増幅装置を示す図である。 図７に示す回転動力増幅装置の矢視方向の断面図である。 （ａ）は、第３の実施形態に係る回転動力増幅装置の駆動原理を示す図、（ｂ）は、分銅によるトルク最大の位置の構成を示す図、（ｃ）は、分銅によるトルク最小の位置の構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る重り玉移動箱を備える回転動力増幅装置の正面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第４の実施形態に係る回転動力増幅装置の重り玉と移動箱の動作原理を示す図である。 （ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る重り玉揺動箱を備える回転動力増幅装置の正面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。 第５の実施形態に係る回転動力増幅装置の重り玉揺動箱の構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第５の実施形態に係る回転動力増幅装置の重り玉と揺動箱の動作原理を示す図、（ｄ）は、重り玉の軌跡を示す図である。 （ａ）は、第６の実施形態に係る回転動力増幅装置を上から見た図、（ｂ）は、第６の実施形態に係る回転動力増幅装置を正面から見た図である。 ゼンマイバネの取り付け構造を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、第６の実施形態に係る回転動力増幅装置の動作原理を示す図である。 駆動モータにステッピングモータを使用した場合におけるモータ制御と分銅の動きを示す図である。

本発明の実施形態に係る回転動力増幅装置、並びに該回転動力増幅装置を備える回転式動力発生器及び発電機について以下に記載する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転動力増幅装置１００を示す。
第１の実施形態に係る回転動力増幅装置１００は、主軸１０３と、主軸１０３の回りを回転する主回転体（以下「ローター」とも記載）１０６、主軸１０３により軸支持され、主軸１０３の回りを回転可能な複数の分銅１１１、１１５と、主回転体１０６に設置され、主回転体１０６が回転する中心軸の回りを回転可能な磁石１３０と、回転体１０６が回転する中心軸と同心円状に配置される磁石ホルダー１２６と、磁石ホルダー１２６内に設置される磁石１２１、１２３とを備える。
磁石ホルダー１２６は、磁石１３０を両側からはさむ様に、主回転体１０６が回転する中心軸に対し、磁石１３０と同様に同心円状に配置され、フレーム１０１に固定される。
第１の実施形態に係る回転動力増幅装置１００は、磁石１３０と、磁石１２１又は１２３の間で生じる斥力により反発力を発生する反発力発生機構１１８を備える。
第１の実施形態に係る回転動力増幅装置１００は、分銅の落下モーメントと反発力発生機構１１８が発生する磁石の反発力を利用して回転動力を増幅する。
第１の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。

第１の実施形態に係る回転動力増幅装置１００において、主軸１０３は、その中心軸は、フレーム１０１に軸受を介して水平に設置される。主軸１０３は、その中心軸を中心に回転可能で、本実施形態の装置に始動トルクを加えたり、軸出力を取り出すために用いられる。回転体１０６は、主軸１０３と共通の回転中心軸の回りを回転する。それにより、回転体１０６は、主軸１０３の回りを回転する。

分銅１１１，１１５は、分銅アーム１１２，１１６の先端に取り付けられた重りである。この分銅は、分銅アームにより主軸に固定され、主軸と共に回転する。各分銅アームの長さは、相互に異なる特定の長さに設定される。本実施形態では、例えば、分銅Ａ１１１の分銅アーム１１２と分銅Ｂ１１５の分銅アーム１１６の長さについて、分銅Ａのアームの長さ：分銅Ｂのアームの長さ＝２：１に設定される。なお、分銅は、重量のある物質により形成されることができる。本実施形態において分銅は、例えば、鉄製である。

分銅アーム１１２，１１６は、それぞれの分銅アーム１１２，１１６が上昇するときに、主軸１０３の回転力を妨げることを緩和するために、分銅アーム１１２，１１６は、特定の開き角度ＴＨ１で設置されることが好ましい。本実施形態では、例えば、分銅アーム１１２，１１６の特定の開き角度ＴＨ１は、１１０度に設定される。

次に、磁石により反発力を発生する反発力発生機構１１８について記載する。
磁石１３０を保持するローター１０６は、主軸１０３に固定され、主軸１０３と共に回転する。ローター１０６に保持される磁石１３０には、例えば、永久磁石１３１が使用される。ローター１０６は、分銅アーム１１２，１１６の回転を妨げないように配置される。そして、磁石１３０が永久磁石１３１である場合には、永久磁石１３１は複数存在し、当該複数の永久磁石１３１は、主軸に対して同心円上に均等間隔で全体として扇状に配置される。永久磁石１３１の扇状配置角度（両端の永久磁石１３１の各中心と中心軸とがなす角度）は、各分銅アーム１１２，１１６の開き角度ＴＨ１と同一とすることが好ましい。磁石１３０を電磁石とすることも可能である。

図２（ａ）〜（ｂ）は、図１のＡ視図である。図２（ａ）は、本実施形態の回転動力増幅装置において、磁石ホルダー内に磁石ａ１２１として電磁石を備える場合の構成を示し、図２（ｂ）は、磁石ホルダー内に磁石ｂ１２３として永久磁石を備える場合の構成を示す。
図１並びに図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、磁石ホルダー１２６は、ローター１０６が回転するときに、ローターを両側から挟み込む位置に配置される。主軸１０３に対して、磁石ホルダー１２６を配置する位置は、分銅Ａ１１１と分銅Ｂ１１５の各重力が、本実施形態の装置の回転方向と逆方向の回転モーメントを生じる位置とする。具体的には、磁石ホルダー１２６の位置は、図１において、時計の零時から８時までの位置に配置することが好ましい
磁石ホルダー１２６内に電磁石である磁石ａ１２１又は永久磁石である磁石ｂ１２３を配置する。磁石ａ１２１又は磁石ｂ１２３は、永久磁石であるローター内磁石１３０と同心円となるように扇状等間隔に配置する。この際に、磁石ホルダー１２６内の磁石ａ１２１又は磁石ｂ１２３各々は、磁石ホルダー１２６内を磁石１３０が通過する際に、ローター内磁石１３０と同一極で対面するように配置される。

図２（ａ）に示すように、磁石ホルダー１２６内に電磁石である磁石ａ１２１が設置される場合には、ローター１０６と磁石ホルダー１２６は、相互に平行で接近して配置されることが好ましい。
図２（ｂ）に示すように、磁石ホルダー１２６内に永久磁石である磁石ｂ１２３が設置される場合には、ローター１０６内の永久磁石が回転しながら接近した際に生じる反発を緩和するために、磁石ホルダー１２６間の距離が主軸１０３から離れるに従って狭くなるように、磁石ホルダー１２６が主軸１０３に対しハの字型に配置されるのが好ましい。磁石ホルダー１２６が主軸１０３にハの字型に配置される場合にも、磁石ｂ１２３と磁石ホルダー１２６内の永久磁石の対向する面は、平行に配置されるのが好ましい。

図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、第１の実施形態に係る回転動力増幅装置の動作について記載する。
分銅Ａ１１１と分銅Ｂ１１５に共に回転方向に重力が印加され、回転方向に回転モーメントが生じる位置では、分銅Ａ１１１と分銅Ｂ１１５に印加される重力により回転運動が加速される。

ローター内磁石１３１が、磁石ホルダー１２６内の磁石ａ１２１又は磁石ｂ１２３に接近する位置では、分銅Ａ１１１が回転方向に対して回転モーメントの最も大きな値を有するので、ローター内磁石と磁石ホルダー内の磁石の間で斥力が生じても、ローター１０６を回転方向に磁石ホルダー１２６の間に押し込むことが可能である。（図３（ａ）参照）

分銅Ａ１１１が回転方向と逆の回転モーメントを生じる位置では、電磁石である磁石ａ１２１をローター１０６内の永久磁石の面と同一極になるように励磁することにより、磁石ａ１２１とローター１０６内の磁石１３０との間で生じる斥力により回転を維持することが可能である。この際、分銅Ｂ１１５の慣性により生じる力も回転を助長する（図３（ｂ）参照）。

分銅Ｂ１１５が回転方向と逆の回転モーメントを生じる位置では、分銅Ａ１１１の分銅アーム１１２が分銅Ｂ１１５の分銅アーム１１６より長い。そのため、分銅Ａ１１１と分銅アーム１１２の回転モーメントと分銅Ｂ１１５と分銅アーム１１６の回転モーメントの差分値が、回転の維持に貢献する。（図３（ｃ）参照）

上述のように、第１の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下モーメントと磁石の反発力を利用して回転動力を増幅することが可能である。すなわち、少ない始動エネルギーを与えることにより、ほぼ連続的に電力を発電し、且つ、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる回転動力増幅装置を提供することが可能となる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る回転動力増幅装置２００を示す。
第２の実施形態に係る回転動力増幅装置２００は、主軸２０３と、主軸２０３の回りを回転する回転対象である主回転体２０６と、主軸２０３により軸支持され、主回転体２０６の一部を構成し、該主軸２０３の回りを回転可能な分銅２１１と分銅アーム２１２と、該分銅２１１と分銅アーム２１２と同様に軸支持された歯車ａ２２１と、該中心軸２０３上に回転自在に取り付けられた歯車ｂ２２２と、歯車ｂ２２２に取り付けられた巻きバネ状のバネ２３１と、バネ２３１が巻き絞られるよう歯車ｂ２２２を固定し、かつバネ２３１が開放されるように歯車ｂ２２２を開放するカム機構２５０と、バネ２３１が巻かれ戻ろうとする回転力を受ける歯車ａ’２２３と歯車ｂ’２２４を特定の配置で備える。
すなわち、第２の実施形態に係る回転動力増幅装置は、巻かれた後に戻ろうとするバネ２３１により反発力を発生する反発力発生機構２３０を備える。
第２の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下モーメントと、反発力発生機構２３０により発生するバネの反発力を利用して回転動力を増幅する。
第２の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。

主軸２０３は、回転可能で、その回転の中心軸がフレーム２０１に軸受２０４を介して水平に設置される。主軸２０３は、本実施形態の装置に始動トルクを加えたり、軸出力を取り出すために用いられる。

図４並びに図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、歯車ａ２２１と歯車ａ’２２３は、同一のピッチ円直径とモジュールを有し、歯車ｂ２２２と歯車ｂ’２２４は、同一のピッチ円直径とモジュールを有し、歯厚を異にする。歯車ａ２２１は、主軸２０３に固定して設置される。他方、歯車ｂ２２２は、主軸２０３に対して回転自在に設置される。

図５（ａ）〜（ｂ）（図５は、図４のＺ視図である）に示すように、歯車ｂ２２２上に歯車ｂピン２４２が設けられ、主軸２０３上に主軸ピン２４１が設けられる。バネ２３１は、バネ２３１の端部が、歯車ｂピン２４２と主軸ピン２４１に保持され、バネ２３１の渦巻き部の中心が主軸２０３と一致するように設けられる。
図４を参照して、バネ２３１を示すと、バネ２３１は、渦巻き部の中心が主軸２０３と一致するように歯車ｂ２２２に設けられる。

図６は、カム機構２５０の構成を示す。図６に示すように、カム２５１は、主軸２０３に固定される。また、歯車ｂ２２２に、カムロッド２５３を受ける穴２５４が、主軸２０３に対して同心円状に穴明けされている。分銅Ａ２１１が回転方向に有効な回転モーメントを発生させる位置では、分銅Ａ２１１に働く重力により分銅Ａ２１１の回転が助長される。また、この位置では、歯車ｂ２２２は、カム２５１によりカムロッド２５３を介して主軸２０３上に固定されるので、バネ２３１は主軸ピン２４１により巻き絞られる。本実施形態では、バネ２３１は、例えば、１８０度巻き絞られる。

分銅Ａ２１１が回転方向に不利な回転モーメントを発生させる位置では、カム２５１により歯車ｂ２２２からカムロッド２５３が抜けるので、歯車ｂ２２２は、バネ２３１の開放力により歯車ピンを介して回転方向に回転力を得る。

本実施形態では、カムロッド２５３は、スラストベアリング２５６とラジアルスラストベアリング２５７により、フレーム２０１に取り付けられる。スラストベアリング２５６はスラスト方向に動き、一方、ラジアルスラストベアリング２５７は、副軸２６１の回転力及び軸方向へのスラスト荷重を荷うことになる。このように、副軸２６１をベアリング方向にスラストさせることで、歯車ｂ２２２及び歯車ａ’２２３を噛み合わせる。分銅Ａ２１１が回転方向に不利な回転モーメントを発生させる位置では、カム２５１により副軸２６１を移動して、歯車ｂ２２２と歯車ａ’２２３を噛み合わせて動かす。カム２５１の溝に入りこんだカムピン２５２が、カムロッド２５３を動かす（図５において、カムロッド２５３を左右に動かす）ことにより、歯車同士を噛み合わせ又は開放させる。

歯車ａ’２２３と歯車ｂ’２２４は、共に副軸２６１に固定される。また、歯車ｂ’２２４と主軸２０３上の歯車ａ２２１とは常に噛み合うように設置される。したがって、歯車ａ２２１と歯車ａ’２２３の回転は同期する。カム２５１の溝を適宜設定すれば、カム２５１により歯車ｂ２２２からカムロッド２５３が抜けるときに、歯車ｂ２２２と歯車ａ’２２３とは噛み合わされる。これにより、バネ２３１の開放力は、歯車ｂ２２２を介して歯車ａ’２２３に伝わり、分銅２１１を回転方向に持ち上げる力を得ることができる。

このように、第２の実施形態に係る回転動力増幅装置においては、分銅Ａが回転方向に有効な回転モーメントを発生させる位置では、分銅Ａに働く重力により、分銅Ａが回転方向に不利な回転モーメントを発生させる位置では、バネの巻き絞り反力により、分銅を回転させ有効な回転力を得ることができる。

上述のように、第２の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下モーメントとバネの巻き絞り反力を利用して回転動力を増幅することが可能である。すなわち、少ない始動エネルギーを与えることにより、ほぼ連続的に電力を発電し、且つ、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる回転動力増幅装置を提供することが可能となる。

［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態に係る回転動力増幅装置３００を示す。
第３の実施形態に係る回転動力増幅装置３００は、主軸３０３の回りを回転する回転対象である回転体に固定されるギアケース３２３と、主軸に固定され主軸の回りを回転するギアケース３２３の中に設けられる１個のギアと、ギアケース３２３の中に設けられ、主軸３０３と異なる衛星ギア軸の回りを回転する衛星ギア３２８と、衛星ギア軸の回りを回転する分銅３１１とを備える。
第３の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下回転モーメントとギアの組み合わせを利用して、回転力を発生する有利な位置で分銅を回転することにより回転を続ける。

第３の実施形態に係る回転動力増幅装置３００では、駆動ギア３２１とギアケース３２３は、一体化され、装置に始動トルクをかける場合、又は、装置から軸出力を取り出す場合は、駆動ギア３２１が用いられる。

主軸３０３は、フレーム３０１に固定金具を介して水平に固定される。ギアケース３２３の中に、固定ギア３２４、アイドラー（歯車）３２５、及び衛星ギア３２８が組み合わされて設けられる。主軸の回りを回転する駆動ギア３２１、ギアケース３２３、及び固定ギア３２４は、主軸に固定され主軸の回りを回転する主回転体（ローター）３０６を構成する。
固定ギア３２４と衛星ギア３２８のピッチ円直径及びモジュールは同一である。また、固定ギア３２４と衛星ギア３２８の歯厚も同一であることが好ましい。アイドラー３２５は、モジュールが他のギアと一致する。

次に、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して、第３の実施形態に係る回転動力増幅装置の動作と駆動力を生じる仕組みを記載する。
図９（ａ）は、第３の実施形態に係る回転動力増幅装置の分銅３１１と分銅アーム３１２の回転動作の１周期の各位置を示す。
衛星ギア３２８は、衛星ギア軸３４１に固定され、この衛星ギア軸３４１を中心軸として回転する。そして、衛星ギア３２８を固定する衛星ギア軸３４１に、分銅アーム３１２が固定され、衛星ギア軸３４１を分銅アーム３１２の回転の中心軸として分銅アーム３１２と分銅アーム３１２の先端に取り付けられた分銅３１１を回転する。

固定ギア３２４と衛星ギア３２８は、歯の構造が同一なので、アイドラー３２５のピッチ円により影響されない。このため、衛星ギア３２８の中心軸である衛星ギア軸３４１について、分銅アーム３１２の長手方向が水平面となす角度は、ギアケース３２３がどの回転位置にあっても不変である。すなわち、衛星ギア軸３４１に対する分銅アーム３１２の長手方向の水平面に対する取り付け角度は、ギアケース３２３がどの回転位置にあっても不変であり、衛星ギア軸３４１に対する分銅アーム３１２の長手方向の水平面に対して初期設定された取り付け角度は保存される。

図９（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る回転動力増幅装置では、分銅３１１とギアケース３２３が回転する際に、分銅３１１は、分銅重心軌跡３５３に沿って回転する。
上記したように、衛星ギア軸３４１に対する分銅アーム３１２の長手方向の水平面に対する取り付け角度は、ギアケース３２３がどの回転位置にあっても不変であり、衛星ギア軸３４１に対する分銅アーム３１２の長手方向の水平面に対して初期設定された取り付け角度は保存される。
このように、分銅アーム３１２の長手方向の水平面に対する角度は保存されるので、主軸３０３を基準として、分銅３１１及び分銅アーム３１２の回転モーメントは、回転方向に対し、零又は正の値となる。
図９（ｂ）は、分銅３１１がギアケース３２３の回転方向に対して、最も大きな回転モーメントを生む位置を示す。
また、図９（ｃ）は、分銅３１１がギアケース３２３の回転方向に対して、最も小さな回転モーメントを生む位置を示す。最も小さな回転モーメントを生む位置においても、回転方向に対して、回転モーメントの値は負とならない。したがって、本実施形態に係る回転動力増幅装置において、主軸３０３に対して、分銅３１１が回転方向と逆方向の回転モーメントを生じることはない。
上述のように、分銅重心軌跡３５３のそれぞれの位置で、分銅３１１は、主軸芯（主軸３０３）から見て回転方向に対して回転モーメントが零又は正となる位置にある。これにより、ギアケース３２３と駆動ギア３２１は優れた回転効率を得ることができる。

上述のように、第３の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下モーメントとギアの組み合わせを利用して回転動力を増幅することが可能である。すなわち、少ない始動エネルギーを与えることにより、ほぼ連続的に電力を発電し、且つ、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる回転動力増幅装置を提供することが可能となる。

［第４の実施形態］
図１０（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る回転動力増幅装置４００を示す。
第４の実施形態に係る回転動力増幅装置４００は、回転対象である回転体の中心軸４０３の位置にて軸支持された円盤状ローター４０６と、円盤状ローター４０６に固定され、重り玉４１５を収納する重り玉移動箱４１１と、重り玉移動箱４１１の内部に設けられた仕切りバネ４１２とを備える。
第４の実施形態に係る回転動力増幅装置４００は、内部に仕切りバネ４１２を備える重り玉移動箱４１１の中に重り玉４１５を格納し、重り玉４１５の重力と遠心力を利用することにより回転動力を増幅することが可能である。

第４の実施形態に係る回転動力増幅装置４００において、中心軸となる主軸４０３は、フレーム４０１に軸受４０４を介して水平に設置される。主軸４０３は、本実施形態の装置に始動トルクを加えたり、軸出力を取り出すために用いられる。

重り玉４１５は、重量のある物質により球形状に形成される。本実施形態では、重り玉４１５は、例えば、鉄球である。

重り玉移動箱４１１は、重り玉４１５の移動に耐えることができる材料で形成される。図１０（ａ）の正面から見た場合、重り玉移動箱４１１は楕円形状である。重り玉４１５は、上下方向に容易に移動できる。また、図１０（ｂ）に示すように、前後方向では、重り玉移動箱４１１の壁面と重り玉４１５のクリアランスを小さくすることができる。

図１０（ａ）に示すように、楕円形状の重り玉移動箱４１１の曲率の緩やかな楕円内面に、仕切りバネ４１２が固定される。仕切りバネ４１２は、重り玉４１５により繰り返し荷重が加えられても耐えられる材料により形成される。仕切りバネ４１２の先端部分のバネ反発力が、仕切りバネ４１２の固定付根部分のバネ反発部分より弱く形成されるのが好ましい。本実施形態では、仕切りバネ４１２は、例えば、ステンレスバネ材により形成される。

図１１（ａ）〜（ｂ）により、第４の実施形態に係る回転動力増幅装置の重り玉４１５と重り玉移動箱４１１の動作について記載する。
図１１（ａ）に示すように、円盤状ローター４０６が回転方向に回転するときに、重り玉移動箱４１１の中の重り玉４１５は、円盤状ローター中心鉛直線４２１の図面右側では、図１１（ａ）の位置Ａで、重力及び遠心力により重り玉移動箱４１１の壁面に押し付けられる。そして、円盤状ローター４０６が更に回転して、重り玉４１５が、円盤状ローター中心鉛直線４２１の図面左側に入ると、重り玉は、図１１（ａ）の位置Ｂで、仕切りバネ４１２にかき上げられた後に重り玉移動箱４１１の壁面下方に落としこまれる。次に、重り玉４１５は、図１１（ａ）の位置Ｃで、重力と慣性力により重り玉移動箱４１１の壁面に沿って移動しながら円盤状ローター４０６と共に回転する。

図１１（ｃ）に、第４の実施形態に係る回転動力増幅装置における重り玉４１５の軌跡を示す。
図１１（ｃ）の重り玉４１５の軌跡が示すように、重り玉４１５の主軸４０３に及ぼす回転モーメントは、円盤状ローター中心鉛直線４２１の図面右側の方が、図面で左側より大きい。これにより、第４の実施形態に係る回転動力増幅装置においては、重り玉４１５の重力が有効に働く回転数を適宜選択することにより、円盤状ローター４０６の回転効率を高め、円盤状ローター４０６の回転動力を大幅に増幅することが可能になる。

［第５の実施形態］
図１２（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る回転動力増幅装置５００を示す。
第５の実施形態に係る回転動力増幅装置５００は、回転対象である回転体の中心軸５０３の位置にて軸支持された円盤状ローター５０６と、円盤状ローター５０６に固定され、重り玉を５１５収納する重り玉揺動箱５１１を備え、重り玉揺動箱５１１は、内部に重り玉受け部５１４とを備える。
第５の実施形態に係る回転動力増幅装置５００は、重り玉揺動箱５１１の内部に形成される弓形状の弦、弧、弦と弧の交わる交点近傍の凹部の形状の中に重り玉５１５を格納し、重り玉５１５の重力と遠心力を利用することにより回転動力を増幅することが可能である。

第５の実施形態に係る回転動力増幅装置５００において、中心軸となる主軸５０３は、フレーム５０１に軸受５０４を介して水平に設置される。主軸５０３は、本実施形態の装置に始動トルクを加えたり、軸出力を取り出すために用いられる。

重り玉５１５は、重量のある物質により球形状に形成される。本実施形態の回転動力増幅装置では、重り玉５１５は、例えば、鉄球である。

重り玉揺動箱５１１は、重り玉５１５の移動に耐えることができる材料で形成される。図１２（ａ）の正面から見た場合、ある。重り玉５１５は、上下方向に容易に移動できる。また、図１２（ｂ）に示すように、前後方向では、重り玉揺動箱５１１の壁面と重り玉５１５のクリアランスを小さくすることができる。
図１３に示すように、本実施形態の回転動力増幅装置の重り玉揺動箱５１１は、弓形状の弦と弧の交わる交点、すなわち、重り玉揺動箱５１１の内周部５１２と外縁部５１３の交点の一方の近傍に凹部を備える。この凹部は、重り玉を一時的に保持する重り玉受け部５１４である。

第５の実施形態の回転動力増幅装置における重り玉と重り玉移動箱の動作について記載する。
図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、円盤状ローター５０６が回転方向に回転する。この際、図１４（ｂ）に示すように、玉揺動箱５１１の中の重り玉５１５は、円盤状ローター中心鉛直線５２１の図面右側では、重力及び遠心力により玉揺動箱５１１の外縁部５１３の弧状壁面に押し付けられる。そして、円盤状ローター５０６が更に回転して、重り玉５１５が、円盤状ローター中心鉛直線５２１の図面左側に入ると、図１４（ｃ）に示すように、重り玉５１５は、玉揺動箱５１１の重り玉受け部５１４にかき上げられ、ローター５０６と共に回転する。このように、第５の実施形態の回転動力増幅装置において、重り玉５１５は、図１４（ｄ）に示す重り玉の軌跡により移動する。

図１４（ｄ）の重り玉の軌跡が示すように、重り玉５１５の主軸に及ぼす回転モーメントは、円盤状ローター中心鉛直線５２１の図面右側の方が、図面左側より大きい。これにより、第５の実施形態に係る回転動力増幅装置において、重り玉５１５の重力が有効に働く回転数を適宜選択することにより、円盤状ローター５０６の回転効率を高め、円盤状ローター５０６の回転動力を大幅に増幅することが可能になる。

［第６の実施形態］
図１５（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００を上面から見た図を示し、図１５（ｂ）は、第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００を正面から見た図を示す。
第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００は、回転対象である中心軸６０３と、該中心軸６０３に軸支され、回転可能な分銅６１１と、分銅６１１と同様に中心軸６０３に軸支される主軸ギア６０７と、副軸６２５に軸支され、主軸ギア６０７と噛み合って副軸６２５の回転力を伝達する副軸ギア６２６と、副軸６２５に軸支され副軸６２５の回りを自在に回転するバネケース６３１並びにバネケースギア６３２と、副軸６２５及びバネケースギア６３２に固定されるゼンマイバネ６３４とを備える。バネケース６３１は、駆動モータ６５１により、駆動伝達ギア６２８及び調速ギア６２９を介して断続的に回転する。
第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００は、分銅６１１の落下力及び回転力によりゼンマイバネ６３４が巻き絞られ、バネ６３４が戻ろうとする回転力を分銅６１１の上昇力とする構成を用いて、回転動力を増幅し、連続的に電力を発電しつつ、回転により得られる電力の発電効率を向上させる。
第６の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。

第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００において、回転体６００の中心軸となる主軸６０３は、フレーム６０１に軸受を介して水平に設置される。主軸６０３には、分銅６１１、分銅アーム６１２、及び主軸ギア６０７が軸支される。主軸６０３は、本実施形態の装置に始動トルクを加えたり、軸出力を取り出すために用いられる。

分銅６１１は、重量のある物質により形成される。本実施形態では、分銅６１１は、例えば、鉄製である。

主軸ギア６０７は、副軸６２５に軸支された副軸ギア６２６と噛み合う。副軸６２５は、フレーム６０１に軸受ｂ６２２を介して水平に設置される。

図１６は、ゼンマイバネ６３４の取り付け構造を示す。ゼンマイバネ６３４は、バネケース６３１に収納される。ゼンマイバネ６３４の中芯部が、副軸６２５に固定され、ゼンマイバネ６３４の外周端が、バネケース６３１に固定される。また、バネケース６３１及びバネケースギア６３２は、ベアリング６２３を介して、副軸６２５を中心軸として回転自在に取り付けられる。

バネケースギア６３２は、駆動モータ６５１により駆動伝達ギア６２８及び調速ギア６２９を介して断続的に回転する。駆動モータ６５１は、モータ制御ボックス６６１と結線される。また、主軸６０３の回転を検知する回転センサー６６３も、モータ制御ボックス６６１に接続される。

図１７（ａ）〜（ｂ）は、第６の実施形態に係る回転動力増幅装置の動作原理を示す。図１７（ａ）は、バネケースギア６３２が、分銅６１１と同期して回転する状態を示し、図１７（ｂ）は、バネケース６３１が停止し、バネケース６３１内に設けられたゼンマイバネ６３４が巻き絞られる状態を示す。

第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００において、始動時の分銅６１１の位置は、バネケースギア６３２が分銅６１１と同期して回転する状態における図１７（ａ）に示す分銅６１１の位置が好ましい。バネケース６３１は、駆動モータ６５１により１〜２回転巻き上げて、ゼンマイバネ６３４に反発力を蓄積させた状態から始動するのが好ましい。

第６の実施形態に係る回転動力増幅装置６００においては、ギア基準ピッチ円直径を、バネケースギア６３２＞副軸ギア６２６＞主軸ギア６０７として輪軸効果を生じさせ、駆動モータ６５１に掛かる負荷を低減することが好ましい。

第６の実施形態に係る回転動力増幅装置においては、分銅を複数回回転させる間に駆動モータを加速域、等速域、及び減速域の順に制御し、更に、駆動モータの回転を停止し、同時に通電を極小にする。図１５〜図１８に示す実施例では、例えば、分銅６１１を２回転させる間に、駆動モータ６５１を加速域、等速域、及び減速域の順に制御する。そして、これに続く分銅６１１の３回転目には、駆動モータ６５１の回転を停止し、同時に通電を極小にする。本実施形態の回転動力増幅装置では、駆動モータ６５１はこのサイクルを繰り返して動作する。

図１８は、駆動モータ６５１にステッピングモータを使用した場合におけるモータ制御と分銅の動きを示す。なお、ここでは駆動モータ６５１にステッピングモータを使用した例を示したが、駆動モータ６５１は、例えば、サーボモータであってもよい。
図１７（ａ）に示す、バネケースギア６３２が分銅６１１と同期して回転する状態は、図１８に示すモータと分銅の動きの等速域６５３を示す。図１７（ｂ）に示す、バネケース停止状態は、図１８に示すモータと分銅の回転停止・通電極小状態６５５を示す。

駆動モータ６５１の回転停止域６５５は、分銅６１１の落下による回転モーメントが最も有効となる区間と同期させることが好ましい。

駆動モータ６５１の減速域６５４から回転停止域６５５では、回転速度差によりゼンマイバネ６３４が巻き絞られる。分銅６１１による回転モーメントが主軸回転に不利になる領域では、ゼンマイバネ６３４の反発力と、駆動モータ６５１の加速域６５２での回転力の合力により分銅６１１の回転が助長される。

また、主軸６０３の周辺には、回転センサー６６３を設けることができる。分銅６１１及び主軸６０３の回転数とバネケースギア６３２の回転を同調させるため、モータ制御ボックス６６１に組み込まれたプログラムにより、駆動モータ６５１の回転を制御することができる。

上述のように、分銅が回転方向に不利な回転モーメントを発生させる位置では、バネの巻き絞り反力が利用される。また、駆動モータの停止域では、分銅６１１の落下による回転モーメントが大きな区間と同期させることにより、駆動モータ６５１からの入力の無い状態で分銅６１１が回転力を維持することができる。したがって、本実施形態の回転動力増幅装置では、主軸の連続回転中、回転モーメントが大きな区間と同期させることにより駆動モータからの入力の無い状態でも分銅が回転力を維持できるので、より効果的な発電効率を達成することが可能になる。

本発明の第１〜第６の実施形態に係る回転動力増幅装置を任意に組み合わせることにより、主回転体の回転効率を高め、主回転体の回転動力を大幅に増幅することが可能な回転動力増幅装置を得ることができる。すなわち、少ない始動エネルギーを与えることにより、ほぼ連続的に電力を発電し、且つ、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる回転動力増幅装置を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る回転動力増幅装置の構成を具備することにより、主回転体から回転式動力を取り出すことが可能な回転式動力発生器を得ることができる。
本発明の実施形態に係る回転動力増幅装置の構成を具備することにより、主回転体から出力を取り出して発電することにより発電機を得ることができる。

１００ 回転動力増幅装置
１０１ 筐体（フレーム）
１０３ 主軸
１０４ 軸受
１０６ 主回転体（ローター）
１１１ 分銅Ａ
１１２ 分銅アーム
１１５ 分銅Ｂ
１１６ 分銅アーム
１１８ 反発力発生機構
１２１ 磁石ａ
１２３ 磁石ｂ
１２６ 磁石ホルダー
１２７ 磁石ホルダーブラケット
１３０ 主回転体（ローター）に備える磁石
１３１ 永久磁石
ＴＨ１ 分銅アーム相互間の設置角度
２００ 回転動力増幅装置
２０１ 筐体（フレーム）
２０３ 主軸
２０４ 軸受
２０６ 主回転体
２１１ 分銅
２１２ 分銅アーム
２２１ 歯車ａ
２２２ 歯車ｂ
２２３ 歯車ａ’
２２４ 歯車ｂ’
２３０ 反発力発生機構
２３１ バネ
２４１ 主軸ピン
２４２ 歯車ｂピン
２５０ カム機構
２５１ カム
２５２ カムピン
２５３ カムロッド
２５４ カムロッド受け穴
２５６ スラストベアリング
２５７ ラジアルスラストベアリング
２６１ 副軸
２６２ 副軸ピン
２６３ 副軸ピンガイド
３００ 回転動力増幅装置
３０１ 筐体（フレーム）
３０３ 主軸
３０６ 主回転体（ローター）
３１１ 分銅
３１２ 分銅アーム
３２１ 駆動ギア
３２３ ギアケース
３２４ 固定ギア
３２５ アイドラー
３２６ アイドラー軸
３２８ 衛星ギア
３３１ ベアリング
３３２ 主軸固定金具
３４１ 衛星ギア軸
３５１ 主軸中心鉛直線
３５２ 衛星ギア中心軌跡
３５３ 分銅重心軌跡
４００ 回転動力増幅装置
４０１ 筐体（フレーム）
４０３ 主軸
４０４ 軸受
４０６ 円盤状ローター
４１１ 重り玉移動箱
４１２ 仕切りバネ
４１５ 重り玉
４２１ 円盤状ローター中心鉛直線
４２２ 円盤状ローター外縁（真円）
５００ 回転動力増幅装置
５０１ 筐体（フレーム）
５０３ 主軸
５０４ 軸受
５０６ 円盤状ローター
５１１ 重り玉揺動箱
５１２ 重り玉揺動箱内周部
５１３ 重り玉揺動箱外縁部
５１４ 重り玉受け部
５１５ 重り玉
５２１ 円盤状ローター中心鉛直線
５２２ 円盤状ローター外周円（真円）
６００ 回転動力増幅装置
６０１ 筐体（フレーム）
６０３ 主軸
６０７ 主軸ギア
６１１ 分銅
６１２ 分銅アーム
６２１ 軸受ａ
６２２ 軸受ｂ
６２３ ベアリング
６２５ 副軸
６２６ 副軸ギア
６２８ 駆動伝達ギア
６２９ 調速ギア
６３１ バネケース
６３２ バネケースギア
６３３ バネケースカバー
６３４ ゼンマイバネ
６４１ 主軸ギア基準ピッチ円
６４２ 副軸ギア基準ピッチ円
６４３ バネケースギア基準ピッチ円
６４４ 駆動伝達ギア基準ピッチ円
６４５ 調速ギア基準ピッチ円
６５１ 駆動モータ
６５２ 加速域
６５３ 等速域
６５４ 減速域
６５５ 回転停止・通電極小
６５６ 分銅とバネケースギアが共に回転
６５７ 分銅のみ回転
６６１ モータ制御ボックス
６６３ 回転センサー

Claims (17)

1. 中心軸が水平に設置される主軸と、
   前記主軸により支持され、前記主軸の前記中心軸の回りを回転可能な主回転体と、
   前記中心軸の回りに設置され、前記中心軸の回りで変位可能な反発力発生部材を有し、前記主回転体の回転により前記反発力発生部材を変位して反発力を発生し、前記主回転体を回転する反発力発生機構と、
   を備えることを特徴とする回転動力増幅装置。
2. 前記主回転体が、前記中心軸の回りを回転可能な少なくとも１個の分銅を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転動力増幅装置。
3. 前記反発力発生機構が、前記反発力発生部材として、前記主軸の前記中心軸の回りに相互に同心に配置される第１の磁石と第２の磁石を備え、前記主回転体の回転により前記第１の磁石と前記第２の磁石の相対位置を前記主回転体の回転方向に変位させて、前記第１の磁石と前記第２の磁石の間で生じる斥力により反発力を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転動力増幅装置。
4. 前記第１の磁石が、前記主回転体に、前記中心軸の同心円上に扇状に設置され、前記主軸と共に所定の方向に回転し、前記第２の磁石が、前記第１の磁石が所定の方向に回転し前記主回転体の回転モーメントと逆の回転モーメントを生じる所定の位置に達したときに、前記第１の磁石を挟む位置に、前記中心軸の同心円上に扇状に磁石ホルダーに設置されることを特徴とする請求項３に記載の回転動力増幅装置。
5. 前記第１の磁石が永久磁石であり、前記第２の磁石が電磁石であることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転動力増幅装置。
6. 前記第１の磁石と前記第２の磁石が共に永久磁石であることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転動力増幅装置。
7. 前記反発力発生機構が、前記反発力発生部材としてバネを備え、前記主回転体の回転により前記バネを変位させ、変位させたバネにより反発力を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転動力増幅装置。
8. 前記反発力発生機構が、渦巻き部の中心が前記主軸の前記中心軸と一致して配置される渦巻きバネを備えることを特徴とする請求項７に記載の回転動力増幅装置。
9. 前記反発力発生機構が、カム機構を備え、前記渦巻きバネを巻き絞り又は開放することを特徴とする請求項８に記載の回転動力増幅装置。
10. 前記カム機構が、歯車、カム、及びカムロッドを備えることを特徴とする請求項９に記載の回転動力増幅装置。
11. 前記主軸の前記中心軸を中心として回転する駆動ギアと、
    前記主軸に固定される固定ギアと、
    前記主軸の前記中心軸と異なる中心軸の回りを回転する衛星ギアと、
    前記衛星ギアの中心軸に支持される分銅アームに支持され、前記衛星ギアの中心軸の回りを回転する分銅と、
    前記駆動ギアと一体に固定され、前記固定ギアと前記衛星ギアを格納するギアケースとを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置。
12. 前記固定ギアと前記衛星ギアの歯の構造が同一で、
    前記ギアケースがどの位置にあっても、前記衛星ギアの中心軸に対する分銅アームの取り付け角度が不変であることを特徴とする請求項１１に記載の回転動力増幅装置。
13. 前記主回転体が、内部に仕切りバネを備え、重り玉を格納する楕円形状の玉移動箱を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置。
14. 前記主回転体が、重り玉を格納する弓状形状の玉揺動箱を有し、弓状形状の内部に設けられた凹部に重り玉を一時的に保持することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置。
15. 前記主軸と異なる副軸にゼンマイバネを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い回転動力を出力する回転動力出力装置とを備えることを特徴とする回転式動力発生器。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い電力を発生させる発電装置とを備えることを特徴とする発電機。

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