JP3717883B2 - 流体エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然エネルギーを受けて回転し、この回転運動を往復運動に変換することができる流体エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽光、地熱、風力、波力等の自然エネルギーは、公害を発生しないエネルギー源として近年注目されている。
特に風力を利用する技術が注目されており、この公知技術として、特開平６−１８５４５０号公報があり、図４に示すように、風力などの自然エネルギーにより風車１’が回転し駆動される空気圧縮機２’と、該空気圧縮機２’により得られた圧縮空気を蓄える空気タンク４’と、該空気タンク４’中の圧縮空気を取り出し各種空気機器６’に接続するためのカプラ５’を備えてなる空気エネルギー装置である。
しかし、上記空気エネルギー装置は、風車より得られる回転運動を伝達変換機構によって空気圧縮装置を動かし圧縮空気エネルギーに変換していたが、空気密度の変化に伴い風車の回転が均一でなく、風車から得たエネルギーが伝達変換機構を動かすことに消費しエネルギー損失が多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、自然エネルギーを受けて回転する風車の回転を均一にし、この回転運動を往復運動に変換することができる流体エンジンを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体エンジンは、円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、前記波形カムに案内される一対のカム案内ローラと、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、供給パイプと排出パイプとを接続したシリンダーとから構成されるものである。
さらに、円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、三角関数波形の１８０゜対向位置で前記波形カムに案内される多数対のカム案内ローラを設け、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、流入パイプ及び流出パイプを集合円盤に接続された多数のシリンダーとを設け、供給パイプと排出パイプとを接続した集合円盤を設けたものである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の流体エンジンは、図１に示すように、円周縁に多数の羽根１を放射状に備えたフライホイール２と、該フライホイール２に取付ボルト３により先端を固定されたカム円筒体４と、該カム円筒体４の末端に半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カム５と、該波形カム５を両側から挟み、前記波形カム５に案内される一対のカム案内ローラ６と、該カム案内ローラ６を支承するコ字形の支承枠７と、該支承枠７の中央部を先端に固定し、他端をシリンダー８内のピストン（図示せず）に連結されたシリンダーロッド９と、内部に前記シリンダーロッド９に連結されたピストン（図示せず）を有し、供給パイプ１０と排出パイプ１１とを接続したシリンダー８とから構成される。
さらに、地上に立設された支柱１２の上端に架台１３を固定し、該架台１３上に前後にカム作動室１４とシリンダー室１５を備えた外筺１６を固定ボルト１７により固定する。
前記外筺１６のカム作動室１４には、前端内周縁にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられ、該ベアリング１９に支承されて前記カム円筒体４が回転可能に収納されると共に、前記カム円筒体４の波形カム５に噛み合うカム案内ローラ６と該カム案内ローラ６を支承する支承枠７も外筺１６の内側に形成された案内凸部２０の案内支持溝２１をガイドとして前後移動可能に収納される。
また、前記外筺１６のシリンダー室１５には、前記シリンダー８が収納され、カム作動室１４とシリンダー室１５との仕切壁２２を貫通し、軸受メタル２３でシールされたシリンダーロッド９が前記シリンダー８に連結されている。
そして、前記外筺１６の前端はフライホイール２が配置されると共に、後端は供給パイプ１０及び排出パイプ１１を挿通する穴を形成した蓋体２４を外筺１６に取付ボルト３で固定する。
【０００６】
次に、本発明の流体エンジンの作動を図１に基づいて、以下に説明する。
羽根１が風力を受けてフライホイール２を回転させると、前記フライホイール２に固定されているカム円筒体４が一体に回転する。
すると、前記カム円筒体４の波形カム５を挟持しているカム案内ローラ６は１８０°対向位置で支承枠７に固定されており、回転方向を案内凸部２０により抑止されているので、前記波形カム５の回転に従って前後方向にカム作動室１４内を移動する。
このカム案内ローラ６の前後移動により、前記カム案内ローラ６を支承している支承枠７及びシリンダーロッド９が往復移動し、該シリンダーロッド９に連結されているシリンダー８のピストン（図示せず）が往復作動する。
このピストン（図示せず）の往復作動を利用して、供給パイプ１０及び排出パイプ１１から流体をシリンダー８内に吸入及び排出することにより、流体エンジンとして利用できるし、流体ポンプとしても利用できる。
なお、本発明の流体エンジンでは、強風時においてはシリンダー内部の圧力を調整することにより、ブレーキとして作用させることができ、強風時においても一定の回転力を保持することができる。
【０００７】
本発明の流体エンジンの他の実施例として、図２に示すように、円周縁に多数の羽根１を放射状に備えたフライホイール２と、該フライホイール２に取付ボルト３により先端を固定されたカム円筒体４と、該カム円筒体４の末端に半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カム５と、該波形カム５を両側から挟み、三角関数波形の１８０゜対向位置で前記波形カム５に案内される多数のカム案内ローラ６と、該カム案内ローラ６を支持し、他端をシリンダー８内のピストン（図示せず）に連結されたシリンダーロッド９と、内部に前記シリンダーロッド９に連結されたピストン（図示せず）を有し、流入パイプ２５と流出パイプ２６とを接続した多数のシリンダー８とから構成される。
なお、前記カム円筒体４は、前記外筺１６の前部内周縁にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられ、該ベアリング１９に回転可能に支承されて固定される。
さらに、地上に立設された支柱１２の上端に架台１３を固定し、該架台１３上に中央に前記シリンダー８を支持する支持枠２７を備えた外筺１６を固定ボルト１７により固定する。
図２A-A矢視側面図である図３に示すように、前記外筺１６の支持枠２７の中央には軸受２８が設けられ、前記支持枠２７の円周縁の１８０゜対向位置に６個の前記シリンダー８が設けられ、図２に示すように前記軸受２８に挿通した固定軸２９の前端にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられて先端をストッパーネジ３２で固定され、前記フライホイール２が前記ベアリング１９に回転可能に支承されると共に、前記外筺１６の前部には前記カム円筒体４の波形カム５に噛み合うカム案内ローラ６と該カム案内ローラ６を支承するシリンダーロッド９を連結した多数のシリンダー８が前記支持枠２７の円周縁に三角関数波形の１８０゜対向位置に嵌合固定される。
また、前記外筺１６の後部には、供給パイプ１０と排出パイプ１１を備えた集合円盤３０が固定軸２９に固定され、該集合円盤３０から前記シリンダー８に流入パイプ２５及び流出パイプ２６がそれぞれ連結され、さらに蓋体２４を貫通して供給パイプ１０及び排出パイプ１１が連結されている。
そして、前記外筺１６の前端は、前記固定軸２９に回転自在に固定されたフライホイール２が配置されると共に、後端は前記固定軸２９を嵌合するボス３１を形成し、該ボス３１に前記固定軸２９を固定し、固定ボルト１７を螺合して蓋体２４を外筺１６に嵌合する。
【０００８】
以下に、本発明の流体エンジンの他の実施例の操作方法を図２に基づいて説明する。
羽根１が風力を受けてフライホイール２を回転させると、前記フライホイール２に固定されているカム円筒体４も一体に回転する。
すると、前記カム円筒体４の波形カム５を挟持しており、三角関数波形の１８０゜対向位置に配置された多数のカム案内ローラ６は、前記波形カム５の回転に従って前後方向に移動する。
このカム案内ローラ６の前後移動により、前記カム案内ローラ６を支持しているシリンダーロッド９が往復移動し、該シリンダーロッド９に連結されている多数のシリンダー８のピストン（図示せず）が往復作動する。
したがって、ピストン（図示せず）の往復作動を利用して、前記シリンダー８から流入パイプ２５及び排出パイプ１１を介して集合円盤３０で合流させ、供給パイプ１０及び排出パイプ１１により流体を集合円盤３０内に吸入及び排出することにより、流体エンジンとして利用できるし、流体ポンプとしても利用できる。
なお、図４に示すように、支柱１２下部を安定土台として形成することにより、例えば農業用水ポンプとして利用することも可能である。
【０００９】
【効果】
以上述べた如く、本発明の流体エンジンによれば、羽根付きフライホイールは軸との間にべアリングを入れて自由回転方式とし、羽根が受ける空気密度の変化に対しては、フライホイールにエネルギーを保存することによって滑らかで一定した回転運動が得られる。
また、羽根の取り付け軸（フライホイール、カム円筒体）が固定していないので、軸を廻すことと歯車及びベルトを廻すエネルギーが節約できる。
さらに、従来の技術では、強風時には羽根の角度を変更するか、全体を風とは反対に向けるなどした技術によって全体の破損を免れたが、本発明の流体エンジンでは、強風時においてはシリンダー内部の圧力を調整することにより、ブレーキとして作用させることができ、強風時においても一定の回転力を保持することができる。
フライホイールに取り付けた波型版の回転運動はその波型の谷部分を圧縮シリンダーの上死点とし、山の頂点を下死点としてバルブを介して動かすことができる。
また、正面からくる圧力に対し、カム円筒体を支えとして利用するので、安定した回転が得られる。
さらに有利には、圧縮した流体は高圧管によって移動させることが可能であり、発電する場合においては、地上に設置することができるし、又は流体を機械エネルギーとして利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体エンジンの一部断面正面図である。
【図２】本発明の流体エンジンの他の実施例の一部断面正面図である。
【図３】図２のA-A矢視側面図である。
【図４】本発明の流体エンジンの他の実施例の使用状態の一部断面正面図である。
【図５】従来の空気エネルギー装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 羽根
２ フライホイール
３ 取付ボルト
４ カム円筒体
５ 波形カム
６ カム案内ローラ
７ 支承枠
８ シリンダー
９ シリンダーロッド
１０ 供給パイプ
１１ 排出パイプ
１２ 支柱
１３ 架台
１４ カム作動室
１５ シリンダー室
１６ 外筺
１７ 固定ボルト
１８ ベアリング受け
１９ ベアリング
２０ 案内凸部
２１ 案内支持溝
２２ 仕切壁
２３ 軸受メタル
２４ 蓋体
２５ 流入パイプ
２６ 流出パイプ
２７ 支持枠
２８ 軸受
２９ 固定軸
３０ 集合円盤
３１ ボス
３２ ストッパーネジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然エネルギーを受けて回転し、この回転運動を往復運動に変換することができる流体エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽光、地熱、風力、波力等の自然エネルギーは、公害を発生しないエネルギー源として近年注目されている。
特に風力を利用する技術が注目されており、この公知技術として、特開平６−１８５４５０号公報があり、図４に示すように、風力などの自然エネルギーにより風車１’が回転し駆動される空気圧縮機２’と、該空気圧縮機２’により得られた圧縮空気を蓄える空気タンク４’と、該空気タンク４’中の圧縮空気を取り出し各種空気機器６’に接続するためのカプラ５’を備えてなる空気エネルギー装置である。
しかし、上記空気エネルギー装置は、風車より得られる回転運動を伝達変換機構によって空気圧縮装置を動かし圧縮空気エネルギーに変換していたが、空気密度の変化に伴い風車の回転が均一でなく、風車から得たエネルギーが伝達変換機構を動かすことに消費しエネルギー損失が多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、自然エネルギーを受けて回転する風車の回転を均一にし、この回転運動を往復運動に変換することができる流体エンジンを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体エンジンは、円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、前記波形カムに案内される一対のカム案内ローラと、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、供給パイプと排出パイプとを接続したシリンダーとから構成されるものである。
さらに、円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、三角関数波形の１８０゜対向位置で前記波形カムに案内される多数対のカム案内ローラを設け、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、流入パイプ及び流出パイプを集合円盤に接続された多数のシリンダーとを設け、供給パイプと排出パイプとを接続した集合円盤を設けたものである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の流体エンジンは、図１に示すように、円周縁に多数の羽根１を放射状に備えたフライホイール２と、該フライホイール２に取付ボルト３により先端を固定されたカム円筒体４と、該カム円筒体４の末端に半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カム５と、該波形カム５を両側から挟み、前記波形カム５に案内される一対のカム案内ローラ６と、該カム案内ローラ６を支承するコ字形の支承枠７と、該支承枠７の中央部を先端に固定し、他端をシリンダー８内のピストン（図示せず）に連結されたシリンダーロッド９と、内部に前記シリンダーロッド９に連結されたピストン（図示せず）を有し、供給パイプ１０と排出パイプ１１とを接続したシリンダー８とから構成される。
さらに、地上に立設された支柱１２の上端に架台１３を固定し、該架台１３上に前後にカム作動室１４とシリンダー室１５を備えた外筺１６を固定ボルト１７により固定する。
前記外筺１６のカム作動室１４には、前端内周縁にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられ、該ベアリング１９に支承されて前記カム円筒体４が回転可能に収納されると共に、前記カム円筒体４の波形カム５に噛み合うカム案内ローラ６と該カム案内ローラ６を支承する支承枠７も外筺１６の内側に形成された案内凸部２０の案内支持溝２１をガイドとして前後移動可能に収納される。
また、前記外筺１６のシリンダー室１５には、前記シリンダー８が収納され、カム作動室１４とシリンダー室１５との仕切壁２２を貫通し、軸受メタル２３でシールされたシリンダーロッド９が前記シリンダー８に連結されている。
そして、前記外筺１６の前端はフライホイール２が配置されると共に、後端は供給パイプ１０及び排出パイプ１１を挿通する穴を形成した蓋体２４を外筺１６に取付ボルト３で固定する。
【０００６】
次に、本発明の流体エンジンの作動を図１に基づいて、以下に説明する。
羽根１が風力を受けてフライホイール２を回転させると、前記フライホイール２に固定されているカム円筒体４が一体に回転する。
すると、前記カム円筒体４の波形カム５を挟持しているカム案内ローラ６は１８０°対向位置で支承枠７に固定されており、回転方向を案内凸部２０により抑止されているので、前記波形カム５の回転に従って前後方向にカム作動室１４内を移動する。
このカム案内ローラ６の前後移動により、前記カム案内ローラ６を支承している支承枠７及びシリンダーロッド９が往復移動し、該シリンダーロッド９に連結されているシリンダー８のピストン（図示せず）が往復作動する。
このピストン（図示せず）の往復作動を利用して、供給パイプ１０及び排出パイプ１１から流体をシリンダー８内に吸入及び排出することにより、流体エンジンとして利用できるし、流体ポンプとしても利用できる。
なお、本発明の流体エンジンでは、強風時においてはシリンダー内部の圧力を調整することにより、ブレーキとして作用させることができ、強風時においても一定の回転力を保持することができる。
【０００７】
本発明の流体エンジンの他の実施例として、図２に示すように、円周縁に多数の羽根１を放射状に備えたフライホイール２と、該フライホイール２に取付ボルト３により先端を固定されたカム円筒体４と、該カム円筒体４の末端に半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カム５と、該波形カム５を両側から挟み、三角関数波形の１８０゜対向位置で前記波形カム５に案内される多数のカム案内ローラ６と、該カム案内ローラ６を支持し、他端をシリンダー８内のピストン（図示せず）に連結されたシリンダーロッド９と、内部に前記シリンダーロッド９に連結されたピストン（図示せず）を有し、流入パイプ２５と流出パイプ２６とを接続した多数のシリンダー８とから構成される。
なお、前記カム円筒体４は、前記外筺１６の前部内周縁にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられ、該ベアリング１９に回転可能に支承されて固定される。
さらに、地上に立設された支柱１２の上端に架台１３を固定し、該架台１３上に中央に前記シリンダー８を支持する支持枠２７を備えた外筺１６を固定ボルト１７により固定する。
図２A-A矢視側面図である図３に示すように、前記外筺１６の支持枠２７の中央には軸受２８が設けられ、前記支持枠２７の円周縁の１８０゜対向位置に６個の前記シリンダー８が設けられ、図２に示すように前記軸受２８に挿通した固定軸２９の前端にベアリング受け１８とベアリング１９が設けられて先端をストッパーネジ３２で固定され、前記フライホイール２が前記ベアリング１９に回転可能に支承されると共に、前記外筺１６の前部には前記カム円筒体４の波形カム５に噛み合うカム案内ローラ６と該カム案内ローラ６を支承するシリンダーロッド９を連結した多数のシリンダー８が前記支持枠２７の円周縁に三角関数波形の１８０゜対向位置に嵌合固定される。
また、前記外筺１６の後部には、供給パイプ１０と排出パイプ１１を備えた集合円盤３０が固定軸２９に固定され、該集合円盤３０から前記シリンダー８に流入パイプ２５及び流出パイプ２６がそれぞれ連結され、さらに蓋体２４を貫通して供給パイプ１０及び排出パイプ１１が連結されている。
そして、前記外筺１６の前端は、前記固定軸２９に回転自在に固定されたフライホイール２が配置されると共に、後端は前記固定軸２９を嵌合するボス３１を形成し、該ボス３１に前記固定軸２９を固定し、固定ボルト１７を螺合して蓋体２４を外筺１６に嵌合する。
【０００８】
以下に、本発明の流体エンジンの他の実施例の操作方法を図２に基づいて説明する。
羽根１が風力を受けてフライホイール２を回転させると、前記フライホイール２に固定されているカム円筒体４も一体に回転する。
すると、前記カム円筒体４の波形カム５を挟持しており、三角関数波形の１８０゜対向位置に配置された多数のカム案内ローラ６は、前記波形カム５の回転に従って前後方向に移動する。
このカム案内ローラ６の前後移動により、前記カム案内ローラ６を支持しているシリンダーロッド９が往復移動し、該シリンダーロッド９に連結されている多数のシリンダー８のピストン（図示せず）が往復作動する。
したがって、ピストン（図示せず）の往復作動を利用して、前記シリンダー８から流入パイプ２５及び排出パイプ１１を介して集合円盤３０で合流させ、供給パイプ１０及び排出パイプ１１により流体を集合円盤３０内に吸入及び排出することにより、流体エンジンとして利用できるし、流体ポンプとしても利用できる。
なお、図４に示すように、支柱１２下部を安定土台として形成することにより、例えば農業用水ポンプとして利用することも可能である。
【０００９】
【効果】
以上述べた如く、本発明の流体エンジンによれば、羽根付きフライホイールは軸との間にべアリングを入れて自由回転方式とし、羽根が受ける空気密度の変化に対しては、フライホイールにエネルギーを保存することによって滑らかで一定した回転運動が得られる。
また、羽根の取り付け軸（フライホイール、カム円筒体）が固定していないので、軸を廻すことと歯車及びベルトを廻すエネルギーが節約できる。
さらに、従来の技術では、強風時には羽根の角度を変更するか、全体を風とは反対に向けるなどした技術によって全体の破損を免れたが、本発明の流体エンジンでは、強風時においてはシリンダー内部の圧力を調整することにより、ブレーキとして作用させることができ、強風時においても一定の回転力を保持することができる。
フライホイールに取り付けた波型版の回転運動はその波型の谷部分を圧縮シリンダーの上死点とし、山の頂点を下死点としてバルブを介して動かすことができる。
また、正面からくる圧力に対し、カム円筒体を支えとして利用するので、安定した回転が得られる。
さらに有利には、圧縮した流体は高圧管によって移動させることが可能であり、発電する場合においては、地上に設置することができるし、又は流体を機械エネルギーとして利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体エンジンの一部断面正面図である。
【図２】本発明の流体エンジンの他の実施例の一部断面正面図である。
【図３】図２のA-A矢視側面図である。
【図４】本発明の流体エンジンの他の実施例の使用状態の一部断面正面図である。
【図５】従来の空気エネルギー装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 羽根
２ フライホイール
３ 取付ボルト
４ カム円筒体
５ 波形カム
６ カム案内ローラ
７ 支承枠
８ シリンダー
９ シリンダーロッド
１０ 供給パイプ
１１ 排出パイプ
１２ 支柱
１３ 架台
１４ カム作動室
１５ シリンダー室
１６ 外筺
１７ 固定ボルト
１８ ベアリング受け
１９ ベアリング
２０ 案内凸部
２１ 案内支持溝
２２ 仕切壁
２３ 軸受メタル
２４ 蓋体
２５ 流入パイプ
２６ 流出パイプ
２７ 支持枠
２８ 軸受
２９ 固定軸
３０ 集合円盤
３１ ボス
３２ ストッパーネジ
Claims (2)
- 円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、前記波形カムに案内される一対のカム案内ローラと、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、供給パイプと排出パイプとを接続したシリンダーとから構成されることを特徴とする流体エンジン。
- 円周縁に多数の羽根を放射状に備えたフライホイールと、該フライホイールに固定されたカム円筒体と、該カム円筒体の半径方向に突出し、円周方向に三角関数波形に形成した波形カムと、該波形カムを両側から挟み、三角関数波形の１８０゜対向位置で前記波形カムに案内される多数対のカム案内ローラを設け、該カム案内ローラを支承し、他端をシリンダー内のピストンに連結されたシリンダーロッドと、内部に前記ピストンを有し、流入パイプ及び流出パイプを集合円盤に接続された多数のシリンダーとを設け、供給パイプと排出パイプとを接続した集合円盤を設けたことを特徴とする流体エンジン。
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