JP2017129100A - 回転アーム式動力発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】永久磁石製のウエイトプランジャーを可動重量物とし、これを磁力と流体圧とにより中空のボビン内を摺動移動させ、水平な中心軸に点対称配置された一対のボビンに作用するモーメントのバランスを強制的に崩す。そして、モーメントの大きい側のボビンから下側に回転させる。一定の回転角度にて磁極を切り替え、当初の状態に戻し、回転を続けさせ連続回転を達成する。地球引力を利用でき、エネルギー資源の枯渇を防ぎ、新たな分野が開ける。
【選択図】 図3
Description
この装置は、中心軸から点対称で放射外方に延びるシャフトに沿って永久磁石製の重りを移動させることにより、シャフトを中心軸周りに回転させる構成を有している。すなわち、中心軸を持つ左右対称の物体は、モーメントが互いに反対方向に働き、モーメントがバランスした位置で静止する。これを、磁石の吸引力、反発力を利用して強制的にバランスを崩し、左右のモーメントの差によって回転力を生じさせる。また、ある一定の回転角になると、その磁石の極性を切り替え、連続して同一方向に回転するように構成したものである。
また、ウエイトプランジャーに対して、空気や窒素のような流体またはウエイトプランジャーよりも比重の小さい液体すなわち流体で圧力を加え、同時に電磁石にも印加し、この電流によって発生した磁力と重量物となる永久磁石製のウエイトプランジャーとの間に作用する磁石の吸引力反発力を利用して強制的にバランスを崩し、左右のモーメントの差によって回転力を生じさせる。また、ある一定の回転角になると、その磁性を切り替え、連続して同一方向に連続回転するように構成したものである。
さらに、ウエイトプランジャーの移動を流体圧力によりアシストすることにより、さらなる高速化を達成することができる。
また、角度をずらして複数の回転アームを中心軸に連結することで、円滑に回転させることができる。
所定長さのボビン7の基端部には内側電磁石が配設されており、内側電磁石は鉄心1とこれを取り囲むコイル2とで構成されている。
同様に、ボビン7の先端部(シャフトから放射方向に延びるボビンの放射外端部)には外側電磁石が固着されており、この外側電磁石は鉄心3とこれを取り囲むコイル4とで構成されている。
長さ方向において均一な円筒状のパイプであるボビン7の内部には、円柱形状のウエイトプランジャー8が摺動自在に内装されており、このウエイトプランジャー8は永久磁石でその放射外端部が例えばN極、放射内端部がS極で構成されている。
さらに、この透明な樹脂製パイプであるボビン7の外周面には円筒状のスペーサ29が外嵌固着されており、このスペーサ29の外周面には5個の電磁コイル10〜14がそのスペーサ29の長さ方向に所定間隔毎に固定されている。各電磁コイル10〜14は多段に設けられ、それぞれ独立してオン・オフされる構成である。例えば順次電磁コイル10〜14を励磁することによりウエイトプランジャー8を放射外方に向かって駆動可能である。なお、9はOリングである。
そして、上記内側電磁石の鉄心1には、一端が圧力流体供給源と供給バルブ5Aを介して連通する流体通路31が形成されており、この流体通路31の他端はボビン7の内部空間の内でウエイトプランジャー8より基端側の空間部分に連通開口している。また、鉄心1には一端がこの基端側空間部分に開口し、他端がバルブ6Aを介して外気に開放される流体通路30が形成されている。
また、上記外側電磁石の鉄心3には、内側電磁石の鉄心1と同様にバルブ5Bを介して圧力流体(例えば空気)がウエイトプランジャー8より放射外方空間部分に供給される流体通路27と、これをバルブ6Bを介して排出する流体通路28が、それぞれ形成されている。
そして、このボビン7の内部において、その断面がボビン断面と相似形状のウエイトプランジャー8が移動するように構成してある。さらに、このボビン7の内部空間には流体圧力を作用させることができるよう構成してある。また、このボビン7の外側には、複数の電磁コイル10〜14を、ボビンの長さ方向に沿って多段的に設けている。これらの電磁コイル10〜14はウエイトプランジャー8のボビン長さ方向への移動を制御することができる。例えば電磁コイル10〜14に順次通電することにより永久磁石であるウエイトプランジャー8を半径方向(放射方向)の外方に向かって駆動することができる。また、その逆の移動もコントロールすることができる。この電磁入力エネルギーは、流体圧力と併用することで、最小の値とすることが可能となり、このウエイトプランジャー8の移動区間でのストロークを格段に大きくすることができる。これは、回転力の増大、すなわち出力の増大につながる。
(2)工程2;スタート用電磁石を作動させ回転角A°に達した状態で、これで作動工程の印加が始まる。すなわち、流体圧力の注入と電磁コイルへの電流の印加が始まり始動が始まる。具体的には、電磁コイル2に電流を印加し、ウエイトプランジャー8の下側の極性と同じに電磁力を発生させ、反発力を発生させてウエイトプランジャー8を上側に押し上げる。それと同時に電磁コイル12にも電流を印加し、これによって発生した電磁力によって、ウエイトプランジャー8を上がわに吸引して合力する。
また、下側の電磁石の内側流体注入弁より流体を圧力注入し、ウエイトプランジャー8を押し上げ電磁力の作用に合力させる。ここで、ウエイトプランジャー8の上側にある流体は抵抗とならないように上側の電磁石の流体排出弁より排出させる。このとき、必ず流体排出弁の穴の方が注入弁より大きくすることである。また、この流体注入弁による圧力はウエイトプランジャー8の移動が終了するまで続ける。
(3)工程3;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー18で検知し、電磁コイル12の印加を止め、電磁コイル13に電流を印加する。これにより電磁コイル13によって発生した磁極によりウエイトプランジャー8をさらに上側に吸引する。
(4)工程4;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー19で検知し、電磁コイル13への電流の印加を止め、電磁コイル14に電流を印加する。これにより、電磁コイル14により発生した磁極によりウエイトプランジャー8をさらに上側に吸引する。
(5)工程5;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー20で検知し、終端電磁石の電磁コイル4に電流を印加し、ウエイトプランジャー8の上側の極性を逆の磁力を発生させ、ウエイトプランジャー8を吸引させる。
(6)工程6;ウエイトプランジャ−8が終端に到達し、上側の電磁石に吸着される。そして、これはセンサー22で検知され、この状態を回転角180°まで保持する。そして、センサー26がこれを検知し、回転角A°で工程2よりの作動を繰り返し、回転アームは連続回転することになる。
そして、回転角が180°に達すると、磁極切替センサー26が検知し、上記の通り磁極の切替えが行われて、当初の状態となり、回転を続けることとなる。このままでは、回転角0°と180°との近辺ではモーメントが弱くなるので回転速度は波打つように一定ではない。そこで、これを45°の回転位置、さらに90°の回転位置でと複数個連結することで、安定した回転速度となる。また、流体圧力との併用と、ウエイトプランジャー8の移動方向の側面に電磁コイルを設け、電磁石の機能を持たせたことで、ウエイトプランジャー8の押し上げに必要な電磁コイルへの印加電流が格段に少なくても良いようになり、また、ウエイトプランジャー8移動ストロークを大きくできるようになった。これは回転力の増大、出力の増大につながり、引用文献1の発明と比べると、大きく改良されたことになる。
そして、回転体アセンブリが180°回転すると、外側電磁石と内側電磁石との関係位置が上下逆となり、下側になった電磁石の流体注入経路より流体の注入、排出が繰り返し行われ、連続して回転が繰り返される。
カップリング(内側)32は、シャフト24に固定され当該シャフト24と一緒に回転する。カップリング(外側)33は外部に固定されており、回転しない。すなわち、固定された外側より回転する内側装置へ流体を注入、排出するための装置である、カップリング(外側)33の内側には流体通路用とOリング用の溝が形成されており、Oリング用の溝は流体通路用の溝を挟むように両側に設けられ、Oリングをセットしたときは流体が隣の流体溝に洩れないようにシールされることになる。
そして、必要に応じて流体通路溝が設けられる当該流体用溝には、カップリング(うち側)32が、セットされたときには当該カップリング(内側)周囲に当該溝一周に同一の圧力流体が充満されることになる。すなわち、内側カップリングの対応する穴が1箇所であっても回転する回転すると一周のどの位置からでも流体が内側カップリングの穴を経過して取り出せるようになっている。カップリング(内側)32には断面で示すように流体通路の穴が設けられている。当該カップリングはシャフト24に固定されており、当該シャフト24と一体となって回転する。カップリング(外側)33と内側カップリング32との流体通路穴がずれると正常に作動しなくなるので、このずれ防止には刀のつばのような円板を両側に取り付けることで解決できる。
先ず、上側であるが、圧力流体は貯蔵タンクBより内側電磁石用の流体注入弁5Aより流体連結カップリング32,33を経て内側電磁石の注入穴よりボビン7の下側に入り、ウエイトプランジャー8を押し上げ、図5、図6の各工程を終了し、終端の外側電磁石に到達する。
当該ウエイトプランジャー8の移動が始まると、当該プランジャー8の上側にあった流体は外側電磁石の排出用穴を介して、シャフト上に回転アームに設置されている一対の流体連結カップリングの反対側のカップリング33,32を経て外側電磁石用の流体排出弁6Bより排出する。
次に下側であるが、圧力流体は貯蔵タンクBより外側電磁石用の流体注入弁5Aより流体連結カップリング32,33を経て外側電磁石の注入穴よりボビン7の内側に入り、ウエイトプランジャー8を押し上げ図5、図6の工程を終了し、終端の内側電磁石に到達する。当該ウエイトプランジャー8の上側にあった流体は、内側電磁石の排出用穴を通り、反対側のカップリング33,32を経て内側電磁石用の流体排出弁6Aより排出する。回転アームがシャフト24に対して一対の形で設置されているので、説明が煩雑となるが、この図の経路のみで考えるとわかりやすい。
また、180°回転すると、上下が逆になるが、各関係位置はこの図にもどる。上側電磁石への電流の印加と、圧力流体の印加はウエイトプランジャー8が終端に到達した時点でとめることとなる。
7 ボビン、
8 ウエイトプランジャー、
1,2 内側電磁石、
3,4 外側電磁石、
10〜14 電磁コイル、
27,28,30,31 流体通路、
32,33 流体連結カップリング、
5A,5B,6A,6B 弁。
この装置は、中心軸から点対称で放射外方に延びるシャフトに沿って永久磁石製の重りを移動させることにより、シャフトを中心軸周りに回転させる構成を有している。すなわち、中心軸を持つ左右対称の物体は、モーメントが互いに反対方向に働き、モーメントがバランスした位置で静止する。これを、磁石の吸引力、反発力を利用して強制的にバランスを崩し、左右のモーメントの差によって回転力を生じさせる。また、ある一定の回転角になると、その磁石の極性を切り替え、連続して同一方向に回転するように構成したものである。
また、ウエイトプランジャーに対して、空気や窒素のような流体またはウエイトプランジャーよりも比重の小さい液体すなわち流体で圧力を加え、同時に電磁石にも印加し、この電流によって発生した磁力と重量物となる永久磁石製のウエイトプランジャーとの間に作用する磁石の吸引力反発力を利用して強制的にバランスを崩し、左右のモーメントの差によって回転力を生じさせる。また、ある一定の回転角になると、その磁性を切り替え、連続して同一方向に連続回転するように構成したものである。
さらに、ウエイトプランジャーの移動を流体圧力によりアシストすることにより、さらなる高速化を達成することができる。
また、角度をずらして複数の回転アームを中心軸に連結することで、円滑に回転させることができる。
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所定長さのボビン7の基端部には内側電磁石が配設されており、内側電磁石は鉄心1とこれを取り囲むコイル2とで構成されている。
同様に、ボビン7の先端部(シャフトから放射方向に延びるボビンの放射外端部)には外側電磁石が固着されており、この外側電磁石は鉄心3とこれを取り囲むコイル4とで構成されている。
長さ方向において均一な円筒状のパイプであるボビン7の内部には、円柱形状のウエイトプランジャー8が摺動自在に内装されており、このウエイトプランジャー8は永久磁石でその放射外端部が例えばN極、放射内端部がS極で構成されている。
さらに、この透明な樹脂製パイプであるボビン7の外周面には円筒状のスペーサ29が外嵌固着されており、このスペーサ29の外周面には5個の電磁コイル10〜14がそのスペーサ29の長さ方向に所定間隔毎に固定されている。各電磁コイル10〜14は多段に設けられ、それぞれ独立してオン・オフされる構成である。例えば順次電磁コイル10〜14を励磁することによりウエイトプランジャー8を放射外方に向かって駆動可能である。なお、9はOリングである。
そして、上記内側電磁石の鉄心1には、一端が圧力流体供給源と供給バルブ5Aを介して連通する流体通路31が形成されており、この流体通路31の他端はボビン7の内部空間の内でウエイトプランジャー8より基端側の空間部分に連通開口している。また、鉄心1には一端がこの基端側空間部分に開口し、他端がバルブ6Aを介して外気に開放される流体通路30が形成されている。
また、上記外側電磁石の鉄心3には、内側電磁石の鉄心1と同様にバルブ5Bを介して圧力流体(例えば空気)がウエイトプランジャー8より放射外方空間部分に供給される流体通路27と、これをバルブ6Bを介して排出する流体通路28が、それぞれ形成されている。
そして、このボビン7の内部において、その断面がボビン断面と相似形状のウエイトプランジャー8が移動するように構成してある。さらに、このボビン7の内部空間には流体圧力を作用させることができるよう構成してある。また、このボビン7の外側には、複数の電磁コイル10〜14を、ボビンの長さ方向に沿って多段的に設けている。これらの電磁コイル10〜14はウエイトプランジャー8のボビン長さ方向への移動を制御することができる。例えば電磁コイル10〜14に順次通電することにより永久磁石であるウエイトプランジャー8を半径方向(放射方向)の外方に向かって駆動することができる。また、その逆の移動もコントロールすることができる。この電磁入力エネルギーは、流体圧力と併用することで、最小の値とすることが可能となり、このウエイトプランジャー8の移動区間でのストロークを格段に大きくすることができる。これは、回転力の増大、すなわち出力の増大につながる。
工程2;スタート用電磁石を作動させ回転角A°に達した状態で、これで作動工程の印加が始まる。すなわち、流体圧力の注入と電磁コイルへの電流の印加が始まり始動が始まる。具体的には、電磁コイル2に電流を印加し、ウエイトプランジャー8の下側の極性と同じに電磁力を発生させ、反発力を発生させてウエイトプランジャー8を上側に押し上げる。それと同時に電磁コイル12にも電流を印加し、これによって発生した電磁力によって、ウエイトプランジャー8を上がわに吸引して合力する。
また、下側の電磁石の内側流体注入弁より流体を圧力注入し、ウエイトプランジャー8を押し上げ電磁力の作用に合力させる。ここで、ウエイトプランジャー8の上側にある流体は抵抗とならないように上側の電磁石の流体排出弁より排出させる。このとき、必ず流体排出弁の穴の方が注入弁より大きくすることである。また、この流体注入弁による圧力はウエイトプランジャー8の移動が終了するまで続ける。
工程3;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー18で検知し、電磁コイル12の印加を止め、電磁コイル13に電流を印加する。これにより電磁コイル13によって発生した磁極によりウエイトプランジャー8をさらに上側に吸引する。
工程4;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー19で検知し、電磁コイル13への電流の印加を止め、電磁コイル14に電流を印加する。これにより、電磁コイル14により発生した磁極によりウエイトプランジャー8をさらに上側に吸引する。
工程5;ウエイトプランジャー8が移動したことをセンサー20で検知し、終端電磁石の電磁コイル4に電流を印加し、ウエイトプランジャー8の上側の極性を逆の磁力を発生させ、ウエイトプランジャー8を吸引させる。
工程6;ウエイトプランジャー8が終端に到達し、上側の電磁石に吸着される。そして、これはセンサー22で検知され、この状態を回転角180°まで保持する。そして、センサー26がこれを検知し、回転角A°で工程2よりの作動を繰り返し、回転アームは連続回転することになる。
そして、回転角が180°に達すると、磁極切替センサー26が検知し、上記の通り磁極の切替えが行われて、当初の状態となり、回転を続けることとなる。このままでは、回転角0°と180°との近辺ではモーメントが弱くなるので回転速度は波打つように一定ではない。そこで、これを45°の回転位置、さらに90°の回転位置でと複数個連結することで、安定した回転速度となる。また、流体圧力との併用と、ウエイトプランジャー8の移動方向の側面に電磁コイルを設け、電磁石の機能を持たせたことで、ウエイトプランジャー8の押し上げに必要な電磁コイルへの印加電流が格段に少なくても良いようになり、また、ウエイトプランジャー8移動ストロークを大きくできるようになった。これは回転力の増大、出力の増大につながり、引用文献1の発明と比べると、大きく改良されたことになる。
そして、回転体アセンブリが180°回転すると、外側電磁石と内側電磁石との関係位置が上下逆となり、下側になった電磁石の流体注入経路より流体の注入、排出が繰り返し行われ、連続して回転が繰り返される。
カップリング(内側)33は、シャフト24に固定され当該シャフト24と一緒に回転する。カップリング(外側)32は外部に固定されており、回転しない。すなわち、固定された外側より回転する内側装置へ流体を注入、排出するための装置である、カップリング(外側)32の内側には流体通路用とOリング用の溝が形成されており、Oリング用の溝は流体通路用の溝を挟むように両側に設けられ、Oリングをセットしたときは流体が隣の流体溝に洩れないようにシールされることになる。
そして、必要に応じて流体通路溝が設けられる当該流体用溝には、カップリング(うち側)33が、セットされたときには当該カップリング(内側)周囲に当該溝一周に同一の圧力流体が充満されることになる。すなわち、内側カップリングの対応する穴が1箇所であっても回転する回転すると一周のどの位置からでも流体が内側カップリングの穴を経過して取り出せるようになっている。カップリング(内側)33には断面で示すように流体通路の穴が設けられている。当該カップリングはシャフト24に固定されており、当該シャフト24と一体となって回転する。カップリング(外側)32と内側カップリング33との流体通路穴がずれると正常に作動しなくなるので、このずれ防止には刀のつばのような円板を両側に取り付けることで解決できる。
先ず、上側であるが、圧力流体は貯蔵タンクBより内側電磁石用の流体注入弁5Aより流体連結カップリング32,33を経て内側電磁石の注入穴よりボビン7の下側に入り、ウエイトプランジャー8を押し上げ、図5、図6の各工程を終了し、終端の外側電磁石に到達する。
当該ウエイトプランジャー8の移動が始まると、当該ウエイトプランジャー8の上側にあった流体は外側電磁石の排出用穴を介して、シャフト上に回転アームに設置されている一対の流体連結カップリングの反対側のカップリング33,32を経て外側電磁石用の流体排出弁6Bより排出する。
次に下側であるが、圧力流体は貯蔵タンクBより外側電磁石用の流体注入弁5Aより流体連結カップリング32,33を経て外側電磁石の注入穴よりボビン7の内側に入り、ウエイトプランジャー8を押し上げ図5、図6の工程を終了し、終端の内側電磁石に到達する。当該ウエイトプランジャー8の上側にあった流体は、内側電磁石の排出用穴を通り、反対側のカップリング33,32を経て内側電磁石用の流体排出弁6Aより排出する。回転アームがシャフト24に対して一対の形で設置されているので、説明が煩雑となるが、この図の経路のみで考えるとわかりやすい。
また、180°回転すると、上下が逆になるが、各関係位置はこの図にもどる。上側電磁石への電流の印加と、圧力流体の印加は、ウエイトプランジャー8が終端に到達した時点でとめることとなる。
7 ボビン、
8 ウエイトプランジャー、
1,2 内側電磁石、
3,4 外側電磁石、
10〜14 電磁コイル、
27,28,30,31 流体通路、
32,33 流体連結カップリング、
5A,5B,6A,6B 弁。
Claims (2)
- 水平に延びる中心軸のまわりに回転可能に設置された回転アームを有する回転アーム式動力発生装置であって、
前記回転アームは、
前記中心軸を中心として軸対称に放射方向に延びる一対の筒状のボビンと、
当該各ボビンの中心軸側の端部位置に軸対称の配置で固定された一対の内側電磁石と、
前記各ボビンの放射方向外側の端部に軸対称の配置で固定された一対の外側磁石とを備えて、
さらに、各ボビン内に、前記内側電磁石と前記外側電磁石との間で摺動自在にそれぞれ配設された一対の永久磁石製のウエイトプランジャーと、
しかもこれらのウエイトプランジャーは前記中心軸側に同じ極の磁極が向けられた状態に配置されており、
前記一対の内側電磁石および一対の外側電磁石に流す電流の向きの切替えによってこれらの内側電磁石および外側電磁石の磁極の向きの切替えが可能であると共に、
当該切替えによって、各ウエイトプランジャーの状態を、
前記一方のウエイトプランジャーが前記一方の内側電磁石に吸着されると共に、前記他方の外側電磁石に吸着された状態と、
前記一方のウエイトプランジャーが前記一方の外側電磁石に吸着されると共に、前記他方のウエイトプランジャーが前記他方の内側電磁石に吸着された状態と、に切替え可能であり、
各ボビンの外周には、これらのウエイトプランジャーを各ボビンの放射外方に向かって付勢する複数個の電磁コイルが多段的にそれぞれ設けられ、
前記一対の内側電磁石および一対の外側電磁石の磁極が切替えられて前記各ウエイトプランジャーの状態が切替えられる、
ということが繰り返されることで前記回転アームが連続回転することを特徴とした回転アーム式動力発生装置。 - 重量物となる前記各ウエイトプランジャーと筒状の前記ボビンの内壁とは流体圧の洩れ防止策が施しやすいように隙間を少なくし、
前記内側電磁石および外側電磁石は、流体の注入と排出用の流体通路と、この流体通路を開閉する弁とを有するもので、
重量物となるウエイトプランジャーを上側に押し上げるのに、当該ウエイトプランジャーに圧力流体を作用させることにより、あたかも当該ウエイトプランジャーの重さを無重力物化し、前記内側電磁石および外側電磁石への印加電流を極小にする請求項1に記載の回転アーム式動力発生装置。
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